(57)【要約】  エンジンの冷却装置１００は、複数の冷却水循環経路８１から８６までに共通の冷却水Ｗを圧送するウォータポンプ１０と、エンジン本体２１を備えるエンジン２０と、エンジン本体２１よりも熱容量が小さく、且つ流通する冷却水Ｗでエンジン２０の排気系を冷却する水冷エキマニ３０と、流通する冷却水Ｗを冷却するラジエータ５０と、複数の冷媒循環経路８１から８６までのうち、ラジエータ５０が組み込まれた第５および第６の冷却水循環経路８５、８６に冷却水Ｗを流通させるか否かを、所定の判定値に基づき決定し、冷却水Ｗの流通を制御するＥＣＵ１およびサーモスタット６０と、を備え、当該所定の判定値を水冷エキマニ３０で冷却水Ｗが排気から受ける受熱量に係る判定値としている。
2010106615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の冷媒循環経路に共通の冷媒を圧送する冷媒圧送装置と、
前記複数の冷媒循環経路のうち、少なくとも１つの冷媒循環経路にエンジン本体が組み込まれたエンジンと、
前記複数の冷媒循環経路のうち、少なくとも１つの冷媒循環経路に組み込まれ、前記エンジン本体よりも熱容量が小さく、且つ流通する冷媒で前記エンジンの排気系を冷却する排気系冷却手段と、
前記複数の冷媒循環経路のうち、少なくとも１つの冷媒循環経路に組み込まれ、流通する冷媒を冷却する冷却器と、
前記複数の冷媒循環経路のうち、前記冷却器が組み込まれた少なくとも１つの冷媒循環経路に冷媒を流通させるか否かを、所定の判定値に基づき決定し、冷媒の流通を制御する流通制御装置と、を備え、
前記所定の判定値を、前記排気系冷却手段で冷媒が排気から受ける受熱量に係る判定値としたエンジンの冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの冷却装置であって、
前記複数の冷媒循環経路のうち、前記排気系冷却手段が組み込まれた少なくとも１つの冷媒循環経路に組み込まれるとともに、
前記排気系冷却手段を流通する冷媒の圧力が、前記複数の冷媒循環経路の系統圧よりも高くなるように、前記排気系冷却手段から排出された冷媒の流量を調整する流量調整手段をさらに備えたエンジンの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの冷却装置に関し、特にエンジン本体を流通する冷媒と共通の冷媒によりエンジンの排気系を冷却する排気系冷却手段を備えたエンジンの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気系（具体的には例えば排気マニホルド）を水などの冷媒により冷却する技術が知られている。かかる技術に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で開示されている。特許文献１では排気マニホルドの周囲に形成したウォータジャケットと、該ウォータジャケットに水を噴霧状に噴射する水噴射手段とを備えた排気マニホルド装置が開示されている。このほか本発明と関連性があると考えられる技術として、例えば特許文献２では複数の冷却部に対する冷却媒体の供給割合をそれぞれ変更し得る流量制御弁を備えた内燃機関の冷却制御装置が開示されている。具体的には特許文献２では、排気ポート等の複数の冷却部に冷却水を導く冷却水通路それぞれに流量制御弁を設けた内燃機関の冷却制御装置が開示されている。【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２０８６０７号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンにおいては環境問題に対する取組みとして排気エミッションを低減することが求められている。この点、主に軽中負荷運転時の排気エミッションを低減するにあたっては、三元触媒をエンジンに近接した配置とし、早期に三元触媒を暖機させる手法がある。【０００５】
一方、上記手法を用いた状態で高負荷運転時の排気エミッション低減を行うには、理論空燃比または理論空燃比近傍でエンジンを運転することが望まれる。しかしながら、この場合にはエンジンに近接して触媒を配置したことに起因して、触媒が過熱し、結果劣化の過大な進行や、劣化の過大な進行による排気エミッションの悪化が懸念される。よって、高負荷運転域の排気エミッション低減を考慮すると、三元触媒をエンジンから遠ざけて配置する必要がある。しかし、これでは早期に触媒を暖機させる軽中負荷運転域での排気エミッション低減が不十分になる虞があるため、触媒の浄化を促進させる貴金属の量を多くする必要がある。しかしながら、これら貴金属は希少なものであるため、この場合はコストの増大が懸念される。【０００６】
これに対してかかる事情のもと、早期に触媒を暖機させる軽中負荷運転域での排気エミッションと高負荷運転時の排気エミッションの更なる低減を好適に両立させることを目的として、排気系を冷媒で冷却し、排気温度を低下させることが考えられている。このようにすれば、触媒の過熱を抑制することも可能になる。このためこのようにすれば、触媒をエンジンに近接して配置することができ、以って早期に触媒を暖機させる軽中負荷運転域での排気エミッションと高負荷運転時の排気エミッションの更なる低減を好適に両立させることも可能になる。【０００７】
一方、冷媒により排気系を冷却する場合には、エンジン本体を流通する冷媒（例えばエンジンの冷却水であるロングライフクーラント）と共通の冷媒を用いることがコスト面などから、合理的であると考えられる。この点、エンジン本体を流通する冷媒に対しては、一般に冷却器（例えばラジエータ）による冷却が行われる。そして、冷媒を冷却器に流通させるか否かは、一般にエンジン本体を含む冷媒循環経路を流通する冷媒の温度に基づき決定されている。【０００８】
ところが、冷媒循環経路を流通する冷媒の温度には部分的なばらつきが存在する。このため、冷媒を冷却器に流通させるか否かは、さらに具体的には一般にエンジン本体の出口側の部分や、エンジン本体を流通した直後の流通経路における冷媒の温度がどの程度であるかによって決定されている。そしてこのようにして決定すれば、冷媒のオーバーヒートなどによりエンジンにダメージが及ぶことを防止或いは抑制できる。【０００９】
しかしながら、エンジン本体を流通する冷媒と共通の冷媒により排気系を冷却する排気系冷却手段を備えた場合、通常は排気系冷却手段のほうがエンジン本体よりもサイズが小さいため、排気系冷却手段のほうがエンジン本体よりも熱容量が小さくなる。このため、かかる排気系冷却手段を備えた場合、熱の授受によって受ける影響の度合いは、流通する冷媒を含め、排気系冷却手段のほうがエンジン本体よりも大きくなる。したがってこの場合には、上述したように冷却器に冷媒を流通させるか否かを決定すると、冷媒を実際に冷却器に流通させる前に熱容量の小さい排気系冷却手段において冷媒が適温を超え、オーバーヒート或いは沸騰する事態が生じる可能性があり、この結果、エンジンにダメージが及ぶ虞がある点で問題があった。【００１０】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、エンジン本体を流通する冷媒と共通の冷媒によりエンジンの排気系を冷却する排気系冷却手段を備える場合に、排気系冷却手段で冷媒がオーバーヒート或いは沸騰し、エンジンにダメージが及ぶことを防止或いは抑制可能なエンジンの冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明のエンジンの冷却装置は、複数の冷媒循環経路に共通の冷媒を圧送する冷媒圧送装置と、前記複数の冷媒循環経路のうち、少なくとも１つの冷媒循環経路にエンジン本体が組み込まれたエンジンと、前記複数の冷媒循環経路のうち、少なくとも１つの冷媒循環経路に組み込まれ、前記エンジン本体よりも熱容量が小さく、且つ流通する冷媒で前記エンジンの排気系を冷却する排気系冷却手段と、前記複数の冷媒循環経路のうち、少なくとも１つの冷媒循環経路に組み込まれ、流通する冷媒を冷却する冷却器と、前記複数の冷媒循環経路のうち、前記冷却器が組み込まれた少なくとも１つの冷媒循環経路に冷媒を流通させるか否かを、所定の判定値に基づき決定し、冷媒の流通を制御する流通制御装置と、を備え、前記所定の判定値を、前記排気系冷却手段で冷媒が排気から受ける受熱量に係る判定値としたエンジンの冷却装置である。【００１２】
また本発明は前記複数の冷媒循環経路のうち、前記排気系冷却手段が組み込まれた少なくとも１つの冷媒循環経路に組み込まれるとともに、前記排気系冷却手段を流通する冷媒の圧力が、前記複数の冷媒循環経路の系統圧よりも高くなるように、前記排気系冷却手段から排出された冷媒の流量を調整する流量調整手段をさらに備えた構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によればエンジン本体を流通する冷媒と共通の冷媒によりエンジンの排気系を冷却する排気系冷却手段を備える場合に、排気系冷却手段で冷媒がオーバーヒート或いは沸騰し、エンジンにダメージが及ぶことを防止或いは抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例に係るエンジンの冷却装置（以下、単に冷却装置と称す）１００を模式的に示す図である。図１ではサーモスタット６０の閉弁時である冷間時の冷却水循環経路を構成する配管等を破線で、サーモスタット６０の開弁時である温間時の冷却水循環経路を構成する配管等を実線でそれぞれ示すとともに、これらに対して冷却水Ｗの流通方向を矢印で示している。なお、このことは図３から図８までについても同様である。
【図２】水冷式排気マニホルド（以下、単に水冷エキマニと称す）３０を模式的に示す図である。
【図３】第１の冷却水循環経路８１を示す図である。
【図４】第２の冷却水循環経路８２を示す図である。
【図５】第３の冷却水循環経路８３を示す図である。
【図６】第４の冷却水循環経路８４を示す図である。
【図７】第５の冷却水循環経路８５を示す図である。
【図８】第６の冷却水循環経路８６を示す図である。
【図９】ＥＣＵ１の具体的な構成を模式的に示す図である。
【図１０】冷却水温ＴＨＷが上昇する様子を回転数ＮＥおよび車速ＳＰＤの変化とともに示す図である。なお、図１０では冷却水温ＴＨＷにつき、冷却装置１００の場合を実線で示すとともに、水冷エキマニ３０を有しない点以外、冷却装置１００と実質的に同一である冷却装置１００Ｘの場合を破線で示している。
【図１１】水冷エキマニ３０を流通する冷却水Ｗの流量をサーモスタット６０の開閉状態に応じて示す図である。
【図１２】ＥＣＵ１の動作をフローチャートで示す図である。
【図１３】サーモスタット６０を強制的に開弁する制御を模式的に説明する図である。
【図１４】温間時に水冷エキマニ３０を流通する冷却水Ｗの流量を冷却装置１００の場合について実線で示すとともに、オリフィス７０がない点以外、冷却装置１００Ｙと実質的に同一である冷却装置１００Ｙの場合について破線で示す図である。
【図１５】高温試験時の水冷エキマニ３０の入口圧力Ｐ１および出口圧力Ｐ２の変化の様子を車速ＳＰＤ、水温ＴＨＷおよび回転数ＮＥの変化とともに示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。【００１６】
冷却装置１００について図１から図９を用いて説明する。冷却装置１００はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１と、ウォータポンプ１０と、エンジン２０と、水冷エキマニ３０と、ヒータコア４０と、ラジエータ５０と、サーモスタット６０と、オリフィス７０とを備えている。ウォータポンプ１０はエンジン２０に組み付けられている。ウォータポンプ１０はエンジン２０の出力で駆動する機械式のポンプであり、冷媒である冷却水Ｗを圧送する。【００１７】
エンジン２０はエンジン本体２１を有している。エンジン本体２１は、図示しないシリンダヘッドおよびシリンダブロックで構成されている。エンジン本体２１には、ウォータジャケット２２とバイパス通路２３と連通路２４とが形成されている。ウォータジャケット２２には冷却水Ｗが流通し、ウォータポンプ２２を流通する冷却水Ｗは、エンジン本体２１を冷却する。バイパス通路２３はウォータジャケット２２からサーモスタット６０に冷却水Ｗを流通させる。この点、バイパス通路２３は具体的にはウォータジャケット２２のうち、出口側の部分と外部とを連通している。連通路２４はバイパス通路２３の入口側の部分と外部とを連通している。エンジン本体２１には冷却水Ｗの温度である冷却水温ＴＨＷを検知する水温センサ９１と、エンジン２０の回転数ＮＥを検出するために用いられるエンジン回転数センサ９２とが設けられている。水温センサ９１はウォータジャケット２２の出口側の部分で冷却水温ＴＨＷを検知するように設けられている。【００１８】
水冷エキマニ３０は、エンジン本体２１に組み付けられている。水冷エキマニ３０はエンジン２０の各気筒から排出された排気を合流させる。図２に示すように、水冷エキマニ３０は複数の排気管３０１を全体的に包む外壁部３０２を備えている。外壁部３０２は、複数の排気管３０１と間に冷却水流路を形成している。水冷エキマニ３０では、冷却水導入口３０３から冷却水流路に冷却水Ｗが供給されるとともに、冷却水流路から冷却水排出口３０４を介して冷却水Ｗが排出される。本実施例では水冷エキマニ３０が排気系冷却手段となっている。【００１９】
図１に戻り、ヒータコア４０は冷却水Ｗと空気との間で熱交換を行う。ヒータコア４０は図示しない空調装置で用いられている。空調装置はヒータコア４０で暖められた空気を車両の車室内に送風することで暖房装置として機能する。ラジエータ５０は、走行風或いは図示しない電動ファンの送風によって流通する冷却水Ｗからの放熱を促進し、冷却水Ｗを冷却する。本実施例ではラジエータ５０が冷却器となっている。【００２０】
サーモスタット６０は冷間時に閉弁し、温間時に開弁することで冷却水Ｗの流通を制御するように作動する。またサーモスタット６０はＥＣＵ１とともにラジエータ５０に冷却水Ｗを流通させるか否かを所定の判定値に基づき決定し、冷却水Ｗの流通を制御する。この所定の判定値は後述する冷却損失Ｑｗに係る判定値となっている。そして、サーモスタット６０は具体的にはＥＣＵ１の制御のもと、冷却損失Ｑｗが所定の判定値以上である場合にラジエータ５０を介した冷却水Ｗの流通を許可することで、冷却水Ｗの流通を制御する。この点、サーモスタット６０は本実施例ではさらに具体的にはＥＣＵ１の制御のもと、冷却損失Ｑｗが所定の判定値以上である場合に強制的に開弁制御されることで、ラジエータ５０を介した流通を許可する。
オリフィス７０は冷却水Ｗの流量を調整する。オリフィス７０は流量固定式となっており、流通する冷却水Ｗの流量を所定量だけ低下させる。【００２１】
冷却装置１００は、複数の冷媒循環経路に相当する第１から第６までの複数の冷却水循環経路８１から８６までを有している。第１、第２および第３の冷却水循環経路８１、８２、８３は、サーモスタット６０の閉弁時に冷却水Ｗの流通が許可される循環経路となっている。また、第４、第５および第６の冷却水循環経路８４、８５、８６は、サーモスタット６０の開弁時に冷却水Ｗの流通が許可される循環経路となっている。ウォータポンプ１０は具体的にはこれら冷却水循環経路８１から８６までに共通の冷却水Ｗを圧送する。本実施例ではウォータポンプ１０が冷媒圧送装置となっている。【００２２】
複数の冷却水循環経路８１から８６までにはウォータポンプ１０、エンジン２０、水冷エキマニ３０、ヒータコア４０、ラジエータ５０、サーモスタット６０、またはオリフィス７０のうちのいずれかの構成が適宜組み込まれている。そして、複数の冷却水循環経路８１から８６までにおいて、これらの各構成は直接或いは配管を介して互いに接続されている。次に複数の冷却水循環経路８１から８６までについて図３から図８までを用いて具体的に説明する。【００２３】
第１の冷却水循環経路８１は具体的には、ウォータポンプ１０と、エンジン本体２１と、ヒータコア４０と、サーモスタット６０とが組み込まれるとともに、この順に冷却水Ｗが流通する循環経路となっている。またエンジン本体２１を流通する際、冷却水Ｗは具体的にはウォータジャケット２２を流通する。
第２の冷却水循環経路８２は具体的には、ウォータポンプ１０と、エンジン本体２１と、サーモスタット６０とが組み込まれるとともに、この順に冷却水Ｗが流通する循環経路となっている。またエンジン本体２１を流通する際、冷却水Ｗは具体的にはウォータジャケット２２とバイパス通路２３とをこの順に流通する。
第３の冷却水循環経路８３は具体的にはウォータポンプ１０と、水冷エキマニ３０と、エンジン本体２１と、サーモスタット６０とが組み込まれるとともに、この順に冷却水Ｗが流通する循環経路となっている。またエンジン本体２１を流通する際、冷却水Ｗは具体的には連通路２４とバイパス通路２３とをこの順に流通する。
第１から第３までの冷却水流通経路８１から８３までは、ラジエータ５０を含まない循環経路となっている。【００２４】
第４の冷却水循環経路８４は具体的には、ウォータポンプ１０と、エンジン本体２１と、ヒータコア４０と、サーモスタット６０とが組み込まれるとともに、この順に冷却水Ｗが流通する循環経路となっている。またエンジン本体２１を流通する際、冷却水Ｗは具体的にはウォータジャケット２２を流通する。
第５の冷却水循環経路８５は具体的には、ウォータポンプ１０と、エンジン本体２１と、ラジエータ５０と、サーモスタット６０とが組み込まれるとともに、この順に冷却水Ｗが流通する循環経路となっている。またエンジン本体２１を流通する際、冷却水Ｗは具体的にはウォータジャケット２２を流通する。
第６の冷却水循環経路８６は具体的には、ウォータポンプ１０と、水冷エキマニ３０と、オリフィス７０と、ラジエータ５０と、サーモスタット６０とが組み込まれるとともに、この順に冷却水Ｗが流通する循環経路となっている。
そして、このように構成された複数の冷却水循環経路８１から８６までにおいて、水冷エキマニ３０には、サーモスタット６０の開弁時と閉弁時とで（換言すればラジエータ５０に冷却水Ｗが流通しない場合と流通する場合とで）、ともに冷却水Ｗが流通するようになっている。【００２５】
図８に示すように、オリフィス７０は具体的には、水冷エキマニ３０が組み込まれた第６の冷却水循環経路８６のうち、水冷エキマニ３０よりも下流側の部分、且つラジエータ５０よりも手前の部分に設けられている。また、さらに具体的にはオリフィス７０は水冷エキマニ３０よりも下流側の部分、且つ他の冷却水循環経路である第５の冷却水循環経路８５との合流地点よりも手前の部分に設けられている。そして、オリフィス７０は具体的には流通する冷却水Ｗの流量を所定量だけ低下させることで、水冷エキマニ３０を流通する冷却水Ｗの圧力が、複数の冷却水循環経路８１から８６までの系統圧よりも高くなるように、水冷エキマニ３０から排出された冷却水Ｗの流量を調整する。この系統圧は具体的にはラジエータ５０のラジエータキャップ圧となっている。そして本実施例ではオリフィス７０が流量調整手段となっている。【００２６】
図９に示すように、ＥＣＵ１はＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４等からなるマイクロコンピュータと入出力回路５、６とを備えている。これらＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４、および入出力回路５、６は互いにバス７で接続されている。ＥＣＵ１は主にエンジン２０を制御するように構成されている。ＥＣＵ１は具体的には例えば図示しない燃料噴射弁を制御するように構成されている。またＥＣＵ１はこのほかサーモスタット６０を制御するように構成されている。これらの制御対象はＥＣＵ１に電気的に接続されている。【００２７】
またＥＣＵ１には水温センサ９１や、エンジン回転数センサ９２や、エアフロメータ９３（さらに具体的には吸入空気量センサ９３ａおよび吸気温度センサ９３ｂ）などの各種のセンサが電気的に接続されている。そして、冷却水温ＴＨＷは水温センサ９１の出力に基づき、回転数ＮＥはエンジン回転数センサ９２の出力に基づき、エンジン２０の吸入空気量ＧＡおよび吸気温度ＴＨＡはエアフロメータ９３の出力に基づき、ＥＣＵ１でそれぞれ検出される。
ＲＯＭ３はＣＰＵ２が実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵ２がＲＯＭ３に格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭ４の一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１では各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。【００２８】
この点、ＥＣＵ１ではエンジン２０の吸入空気量ＧＡを含む複数の推定因子を検出する検出手段と、検出手段により検出された複数の推定因子に基づき、水冷エキマニ３０で冷媒が排気から受ける受熱量である冷却損失Ｑｗを推定する推定手段とが機能的に実現される。冷却損失Ｑｗはエンジン２０の運転状態が高負荷運転状態になっているか否かを検出するために用いることができる。
上述の複数の推定因子が吸入空気量ＧＡを含むこととしているのは、吸入空気量ＧＡが冷却損失Ｑｗと高い線形的な相関関係を有しているためである。
そして上述の複数の推定因子は、冷媒温度である冷却水温ＴＨＷ、吸気温度ＴＨＡ、または回転数ＮＥのうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことが好ましい。これは、これら４因子が冷却損失Ｑｗに対して大きな影響力を持つ因子であることによる。【００２９】
具体的には例えば初期状態などエンジン２０の運転環境条件が異なれば、冷却損失Ｑｗも異なってくる。これに対して、冷却水温ＴＨＷと吸気温度ＴＨＡとはエンジン２０の運転環境条件を表すことができる。また、エンジン２０のフリクションが増大すれば、エンジン２０から発生する熱量が増大することから、冷却損失Ｑｗも増大する傾向にある。これに対して、回転数ＮＥはエンジン２０のフリクションの大きさを表すことができる。このため、冷却損失Ｑｗをより高い精度で推定するにあたっては、冷却水温ＴＨＷ、吸気温度ＴＨＡ、または回転数ＮＥのうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことが好ましい。【００３０】
さらに上述の複数の推定因子は、冷却損失Ｑｗはこれら４因子をすべて含んだ次の式（１）に基づき推定することが最も好ましい。
Ｑｗ＝（ＴＨＷ＋ＴＨＡ）×ＮＥ×ＧＡ・・・式（１）
すなわち冷却損失Ｑｗは、冷却水温ＴＨＷと吸気温度ＴＨＡとの和と、回転数ＮＥと、吸入空気量ＧＡとの積により算出した値に基づき推定することが最も好ましい。これは、実験により式（１）に基づき冷却損失Ｑｗを推定した場合に、実際の冷却損失Ｑｗとの間に最も高い線形的な相関関係が認められたことによる。このためＥＣＵ１では、具体的には式（１）に基づき冷却損失Ｑｗを推定するようにしている。【００３１】
またＥＣＵ１では、ラジエータ５０に冷却水Ｗを流通させるか否かを冷却損失Ｑｗに係る所定の判定値に基づき決定する制御手段が機能的に実現される。制御手段は具体的には、推定された受熱量である冷却損失Ｑｗが所定の判定値以上である場合にラジエータ５０を介した冷却水Ｗの流通を許可するようにサーモスタット６０を制御するよう機能的に実現される。この点、制御手段は本実施例ではさらに具体的には、冷却損失Ｑｗが所定の判定値以上である場合にサーモスタット６０を強制的に開弁する制御を行うように機能的に実現される。これにより、制御手段は、ラジエータ５０が組み込まれた第５および第６の冷却水循環経路８５、８６に冷却水Ｗを流通させるか否かを決定するように機能的に実現される。本実施例ではサーモスタット６０およびＥＣＵ１が流通制御装置となっている。【００３２】
次に冷却装置１００の作用効果について説明する。冷却装置１００では、冷間時（例えば冷却水温ＴＨＷが７５℃以下の場合）にサーモスタット６０が閉弁している。このため冷却装置１００では、冷間時に冷却水Ｗが第１から第３までの冷却水循環経路８１、８２、８３を流通する。そして、第１から第３までの冷却水循環経路８１、８２、８３それぞれはラジエータ５０を含まない循環経路となっている。したがって冷却装置１００では、冷間時にエンジン本体２１を流通する冷却水Ｗが基本的にラジエータ５０で冷却されないようになっている。このため冷却装置１００では、これによりエンジン２０の暖機性が高められる。【００３３】
また冷却装置１００では、第３の冷却水循環経路８３を流通する冷却水Ｗが、水冷エキマニ３０を流通した後にエンジン本体２１に形成された連通路２４およびバイパス通路２３を流通するようになっている。このため冷却装置１００では、冷間時に水冷エキマニ３０で冷却水Ｗが排気から受熱した熱をエンジン２０の暖機に利用することができ、これによりエンジン２０の暖機性をさらに高めることができる。そしてこの結果、冷却装置１００では図１０に示すように冷却装置１００Ｘの場合と比較して、エンジン２０の暖機性を向上させることができる。【００３４】
一方、冷却装置１００では、温間時になるとサーモスタット６０が開弁する。このため冷却装置１００では、温間時になると冷却水Ｗが第４から第６までの冷却水循環経路８４、８５、８６を流通する。そして、第５および第６の冷却水循環経路８５、８６それぞれはラジエータ５０を含む循環経路となっている。したがって冷却装置１００では、温間時にラジエータ５０で冷却された冷却水Ｗがウォータポンプ１０によって圧送される。このため冷却装置１００では、これにより第６の冷却水循環経路８６に含まれる水冷エキマニ３０を冷却することができ、以って水冷エキマニ３０における冷却水Ｗのオーバーヒート或いは沸騰の発生を防止或いは抑制できる。すなわち冷却装置１００によれば、エンジン２０の暖機性を向上させることと、水冷エキマニ３０における冷却水Ｗのオーバーヒート或いは沸騰の発生を防止或いは抑制することとを両立させることができる。【００３５】
一方、冷却装置１００では、水冷エキマニ３０のほうがエンジン本体２１よりも熱容量が小さくなっている。したがって冷却装置１００では、熱の授受によって受ける影響の度合いは、流通する冷却水Ｗを含め、水冷エキマニ３０のほうがエンジン本体２１よりも大きくなっている。
また冷却装置１００では、図１１に示すように水冷エキマニ３０を流通する冷却水Ｗの流量がサーモスタット６０の開閉状態に応じて変化する。具体的には水冷エキマニ３０を流通する冷却水Ｗの流量は、サーモスタット６０の閉弁時である冷間時のほうがサーモスタット６０の開弁時である温間時よりも小さくなる。これは、水冷エキマニ３０を流通する冷却水Ｗはサーモスタット６０の閉弁時には第３の冷却水循環経路８３を流通するところ、第３の冷却水循環経路８３に含まれるバイパス通路２３を流通する際の冷却水Ｗの圧力損失が大きいためである。【００３６】
このため冷却装置１００では、例えば機関冷間始動直後に全開加速などの高負荷運転がエンジン２０に対して行われた場合に、熱容量が小さく、且つ流通する冷却水Ｗの流量が小さいにも関わらず、水冷エキマニ３０の受熱量が急激に増大することで、エンジン本体２１よりも先に水冷エキマニ３０において冷却水Ｗがオーバーヒート或いは沸騰する虞がある。【００３７】
この点、これに対して冷却装置１００ではＥＣＵ１が図１２に示すフローチャートに基づく動作を行うようになっている。なお、本フローチャートはエンジン２０運転中にごく短い時間間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ１は、サーモスタット６０が閉じているか否かを判定する（ステップＳ１）。否定判定であれば特段の処理を要しないため、本フローチャートを一旦終了する。一方、ステップＳ１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１は冷却損失Ｑｗが所定の判定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。【００３８】
そして、冷却損失Ｑｗが所定の判定値以上である場合には、水冷エキマニ３０において冷却水Ｗがオーバーヒート或いは沸騰する虞があると判断される。したがってステップＳ２で否定判定であれば、本フローチャートを一旦終了する一方、ステップＳ２で肯定判定であれば、ＥＣＵ１はサーモスタット６０を強制的に開弁する制御を行う（ステップＳ３）。これにより、図１３に示すようにサーモスタット６０を強制的に開弁する制御が行われる。そしてこれにより、冷間時に水冷エキマニ３０において受熱量が急激に増大した場合であっても、水冷エキマニ３０における冷却水Ｗのオーバーヒートを防止或いは抑制できる。【００３９】
またＥＣＵ１で冷却損失Ｑｗを推定するにあたり、冷却水温ＴＨＷ、吸気温度ＴＨＡ、回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡは一般に既設のセンサを用いて検出できる。このため水冷エキマニ３０の使用環境状態を把握するにあたり、冷却装置１００は、例えば水冷エキマニ３０を流通する冷却水Ｗの温度や排気の温度を直接的に検知するセンサを新たに備える場合と比較してコスト面で有利である。
また、上述のように直接的に検知するセンサを利用して水冷エキマニ３０の使用環境状態を把握する場合には、実際に受熱量が増大したことを検知してから事後的にサーモスタット６０を強制的に開弁することになる。このためこの場合には、特に受熱量の急激な増大に対して応答性が不十分となる虞がある。これに対して冷却装置１００では、かかる場合と比較して応答性の面でも優れている。【００４０】
一方、水冷エキマニ３０の熱容量が小さいことに対し、冷却装置１００ではさらにオリフィス７０が前述の通り、第６の冷却水循環経路８６のうち、水冷エキマニ３０よりも下流側の部分、且つ第５の冷却水循環経路８５との合流地点よりも手前の部分に設けられている。このため冷却装置１００では、図１４に示すようにオリフィス７０の上流側に位置する水冷エキマニ３０において冷却水Ｗの流量が低下するとともに、低下した流量に応じた分だけ冷却水Ｗの圧力が高まる。【００４１】
そして、冷却水Ｗの圧力は冷却水温ＴＨＷの上昇とともに上昇するところ、冷却装置１００では図１５に示すように、水冷エキマニ３０の冷却水排出口３０４における冷却水Ｗの出口圧力Ｐ２のほうが、冷却水導入口３０３における冷却水Ｗの入口圧力Ｐ１よりも５０ｋＰａ程度高くなる。このため冷却装置１００では、水冷エキマニ３０における冷却水Ｗの沸点を高めることができ、以って温間時に水冷エキマニ３０において冷却水Ｗが沸騰することも防止或いは抑制できる。またオリフィス７０を設けるだけなので、例えば冷却対象であるエンジン本体２１と水冷エキマニ３０とに対して電子式の流量調節弁をそれぞれ設けるとともに、冷却対象それぞれを流通する冷却水Ｗの流量を制御する場合と比較して、複雑になることも回避できる。
このように、冷却装置１００は水冷エキマニ３０で冷却水Ｗがオーバーヒート或いは沸騰し、この結果、エンジン２０にダメージが及ぶことを防止或いは抑制することなどができる。【００４２】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例では、排気系冷却手段である水冷エキマニ３０が図２に示すような具体的な構造を備えている場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、排気系冷却手段は冷媒によって排気マニホルドの全部または一部を冷却することが可能なその他の適宜の構造を備えていてもよい。【００４３】
また例えば上述した実施例では冷却エキマニ３０が排気系冷却手段である場合について説明した。これは、排気を浄化する触媒をエンジン２０に近接して配置しつつ、触媒に流入する排気を冷却できるためである。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、排気系冷却手段は例えばエンジンから排出された後、触媒に流入する前の状態にある排気を冷媒により冷却することが可能なその他の適宜の構成であってもよい。【００４４】
また例えば上述した実施例では、サーモスタット６０とＥＣＵ１とが流通制御装置である場合について説明した。これは、冷却水Ｗの流通を制御するにあたり、開閉状態に応じてラジエータ５０に冷却水Ｗを流通させるか否かを切り替えることが可能なサーモスタット６０を利用することが便宜であり、またコスト面などからも有利であるためである。
しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、例えばラジエータ５０とウォータポンプ１０とを連通する配管をさらに設けるとともに、当該配管に冷却水Ｗの流通を許可、遮断することが可能な切替手段として例えば電磁弁をさらに設けてもよい。そして、当該電磁弁をサーモスタット６０の代わりにＥＣＵ１の制御対象とするとともに、サーモスタット６０を強制的に開弁する代わりに閉弁状態にある当該電磁弁を開弁することで、サーモスタット６０をバイパスさせる形で、ラジエータ５０に冷却水Ｗを流通させることができる。この場合には当該電磁弁とＥＣＵ１とが流通制御装置となる。【００４５】
また例えば上述した実施例では、複数の冷却水循環経路８１から８６までが、複数の冷媒循環経路である場合について説明した。しかしながら本発明おいては必ずしもこれに限られず、複数の冷媒循環経路はその他の適宜の数量で適宜構成されてもよい。【００４６】
また例えば上述した実施例では、ラジエータ５０が組み込まれた第５および第６の冷却水循環経路８５、８６に冷却水Ｗを流通させるか否かを所定の判定値に基づき決定し、冷却水Ｗの流通を制御する場合について説明した。これは、サーモスタット６０とＥＣＵ１とを流通制御装置としたことによるものであり、またこのようにすればより多くの流量を冷却でき、この結果、水冷エキマニ３０の受熱量が急激に増大した場合のオーバーヒート或いは沸騰の抑制効果を高めることができるためである。
しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、例えば第５および第６の冷却水流通配管８５、８６のうち、水冷エキマニ３０を含む第６の冷却水循環経路８６にのみ冷却水Ｗを流通させるように冷却水Ｗの流通を制御してもよく、またさらに例えばその後第５の冷却水循環経路８５にも冷却水Ｗを流通させるように冷却水Ｗの流通を制御することもできる。
この場合には、必要の度合いに応じて段階的に冷却水Ｗを冷却することが可能となり、これによりエンジン２０の暖機性との両立を図りつつ、冷却水Ｗを冷却することもできる。【００４７】
具体的には例えば第５の冷却水循環経路８５に対して、第６の冷却水循環経路８６との合流点、およびラジエータ５０をバイパスするバイパス配管をさらに設けるとともに、冷却水Ｗの流通先を当該バイパス配管またはラジエータ５０との間で切り替えることが可能な切替手段として例えば電磁弁をさらに設けることができる。そして、当該電磁弁をサーモスタット６０とともにＥＣＵ１の制御対象とし、またサーモスタット６０を強制的に開弁した場合の流通先がバイパス配管となるように電磁弁を制御する。これにより、第５および第６の冷却水循環経路８５、８６のうち、第６の冷却水循環経路８６のみに冷却水Ｗを流通させるように冷却水Ｗの流通を制御することができる。
またさらにその後、流通先がラジエータ５０となるように当該電磁弁を制御することで、第５の冷却水循環経路８５にも冷却水Ｗを流通させることができる。このような場合には、例えば第１の判定値と、当該第１の判定値よりも値の大きな第２の判定値とを含む複数の判定値を所定の判定値として用いることができる。また、この場合にはサーモスタット６０と当該電磁弁とＥＣＵ１とが流通制御装置となる。【００４８】
また上述した実施例では、オリフィス７０を第６の冷却水循環経路８６に組み込んだ場合について説明した。これは、温間時に冷却水Ｗが沸騰することを防止或いは抑制できるためである。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、例えばオリフィス７０は第３の冷却水循環経路８３のうち、水冷エキマニ３０よりも下流側の部分、且つエンジン本体２１よりも手前の部分に設けることもできる。この場合には、冷間時に水冷エキマニ３０の受熱量が急増した結果、冷却水Ｗが沸騰することを防止或いは抑制できる。
また上述した実施例では、オリフィス７０が流量調整手段である場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、流量調整手段は例えば電子式の流量調節弁であってもよい。そして例えばＥＣＵ１で当該流量調節弁を適宜制御することで、必要な状況に応じて水冷エキマニ３０における冷却水Ｗの圧力を高めたり、必要の度合いに応じて冷却エキマニ３０における冷却水Ｗの圧力の大きさを調節したりすることも可能となる。またこのように当該流量調節弁を制御するにあたっては、例えば冷却損失Ｑｗの大きさに基づき、或いは冷却損失Ｑｗの大きさに応じて当該流量調節弁を制御することができる。【００４９】
また、本発明を適用する場合に用いられる検出手段や推定手段や制御手段などの各種の手段は、主にエンジン２０を制御するＥＣＵ１で実現することが合理的であるが、例えばその他の電子制御装置や専用の電子回路などのハードウェアやこれらの組み合わせによって実現されてもよい。この点、本発明における流通制御装置は例えばサーモスタット６０と、制御手段としての機能を有する専用の電子回路との組み合わせからなるモジュール品として実現することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年6月16日(2011.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
エンジン２０はエンジン本体２１を有している。エンジン本体２１は、図示しないシリンダヘッドおよびシリンダブロックで構成されている。エンジン本体２１には、ウォータジャケット２２とバイパス通路２３と連通路２４とが形成されている。ウォータジャケット２２には冷却水Ｗが流通し、ウォータジャケット２２を流通する冷却水Ｗは、エンジン本体２１を冷却する。バイパス通路２３はウォータジャケット２２からサーモスタット６０に冷却水Ｗを流通させる。この点、バイパス通路２３は具体的にはウォータジャケット２２のうち、出口側の部分と外部とを連通している。連通路２４はバイパス通路２３の入口側の部分と外部とを連通している。エンジン本体２１には冷却水Ｗの温度である冷却水温ＴＨＷを検知する水温センサ９１と、エンジン２０の回転数ＮＥを検出するために用いられるエンジン回転数センサ９２とが設けられている。水温センサ９１はウォータジャケット２２の出口側の部分で冷却水温ＴＨＷを検知するように設けられている。
【国際調査報告】
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