(57)【要約】【課題】冷却水を用いる内燃機関の冷却装置において、内燃機関に冷却水を供給する装置としてウォーターポンプを使用する場合に、内燃機関の出力におけるエネルギーの損失を低減することができて、燃費を向上できる冷却装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０から排出される排気ガスを用いて発電する回生装置２０と、この回生装置２０から電力が供給されると共に、内燃機関１０に冷却水を供給する電動ウォーターポンプ３０とを備える。さらに、回生装置２０によって発電された回生電力が、電動ウォーターポンプ３０で内燃機関１０の冷却に必要な冷却水の必要流量を供給するために必要な電力以上である場合は、回生電力のみで電動ウォーターポンプ３０を駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスを用いて発電する回生装置と、
前記回生装置から電力が供給されると共に、前記内燃機関に冷却水を供給する電動ウォーターポンプと、
を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記回生装置によって発電された回生電力を算出する回生電力算出手段と、
前記内燃機関の冷却に必要な冷却水の必要流量を供給する必要電力を算出する必要電力算出手段と、
前記回生電力算出手段によって算出された回生電力が前記必要電力算出手段によって算出された必要電力以上のとき、該必要電力を前記回生装置から前記電動ウォーターポンプへ供給する電力供給手段と、
を有する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記回生装置により発電された電力を充電するバッテリと、
前記バッテリの充電量を検出する充電量検出装置と、を備え、
前記制御装置は、前記回生電力算出手段によって算出された回生電力が前記必要電力算出手段によって算出された必要電力以上のとき、前記回生電力を前記バッテリに充電するバッテリ充電手段を有し、
前記電力供給手段は、前記回生電力算出手段によって算出された回生電力が前記必要電力算出手段によって算出された必要電力未満でかつ前記充電量検出装置により検出された前記バッテリの充電量が所定値以上のとき、該必要電力と該回生電力との差分となる不足電力を前記バッテリから前記電動ウォーターポンプへ供給することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記内燃機関による機械駆動により発電する機械式発電装置を備え、
前記電力供給手段は、前記回生電力算出手段によって算出された回生電力が前記必要電力算出手段によって算出された必要電力未満でかつ前記バッテリの充電量が所定値未満のとき、該回生電力を前記回生装置から前記電動ウォーターポンプへ供給すると共に、該必要電力と該回生電力との差分となる不足電力を前記機械式発電装置から前記電動ウォーターポンプへ供給することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項５】
前記内燃機関と前記機械式発電装置との間にクラッチを備え、
前記制御装置は、前記回生電力算出手段によって算出された回生電力が前記必要電力算出手段によって算出された必要電力未満で且つ前記バッテリの充電量が所定値以上のとき、前記クラッチを切断するクラッチ断接制御手段を有することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項６】
前記電力供給手段は、前記バッテリを介すことなく前記回生装置で発電された電力を前記電動ウォーターポンプへ供給することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水を用いる内燃機関の冷却装置に関し、より詳細には、電動ウォーターポンプを使用して内燃機関に冷却水を供給する場合に、内燃機関の出力における、電動ウォーターポンプを駆動するために発生するエネルギーの変換損失を低減して、内燃機関の燃費を向上できる内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のクランク軸の回転動力により駆動する機械式ウォーターポンプにより、内燃機関に冷却水を供給及び循環させて、内燃機関で発生する熱を除去して、内燃機関の熱暴走を抑制する内燃機関の冷却装置がある。
【０００３】
一方、電源として、内燃機関から排出される排気ガスの排気エネルギーを動力として取り出す廃熱回収装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１５９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷却水を用いる内燃機関の冷却装置において、内燃機関に冷却水を供給する装置としてウォーターポンプを使用する場合に、内燃機関のクランク軸の回転動力により機械駆動しているので、内燃機関のエネルギーの損失が出る。本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、内燃機関のエネルギーの損失を低減することができて、燃費を向上できる冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の冷却装置は、内燃機関から排出される排気ガスを用いて発電する回生装置と、前記回生装置から電力が供給されると共に、前記内燃機関に冷却水を供給する電動ウォーターポンプと、を備え構成される。
【０００７】
また、上記の内燃機関の冷却装置において、前記回生装置によって発電された回生電力を算出する回生電力算出手段と、前記内燃機関の冷却に必要な冷却水の必要流量を供給する必要電力を算出する必要電力算出手段と、前記回生電力算出手段によって算出された回生電力が前記必要電力算出手段によって算出された必要電力以上のとき、該必要電力を前記回生装置から前記電動ウォーターポンプへ供給する電力供給手段と、を有する制御装置を備えて構成される。
【０００８】
また、上記の内燃機関の冷却装置において、前記回生装置により発電された電力を充電するバッテリと、前記バッテリの充電量を検出する充電量検出装置と、を備え、前記制御装置は、前記回生電力算出手段によって算出された回生電力が前記必要電力算出手段によって算出された必要電力以上のとき、前記回生電力を前記バッテリに充電するバッテリ充電手段を有し、前記電力供給手段は、前記回生電力算出手段によって算出された回生電力が前記必要電力算出手段によって算出された必要電力未満でかつ前記充電量検出装置により検出された前記バッテリの充電量が所定値以上のとき、該必要電力と該回生電力との差分となる不足電力を前記バッテリから前記電動ウォーターポンプへ供給するように構成される。
【０００９】
また、上記の内燃機関の冷却装置において、前記内燃機関による機械駆動により発電する機械式発電装置を備え、前記電力供給手段は、前記回生電力算出手段によって算出された回生電力が前記必要電力算出手段によって算出された必要電力未満でかつ前記バッテリの充電量が所定値未満のとき、該回生電力を前記回生装置から前記電動ウォーターポンプへ供給すると共に、該必要電力と該回生電力との差分となる不足電力を前記機械式発電装置から前記電動ウォーターポンプへ供給するように構成される。
【００１０】
また、上記の内燃機関の冷却装置において、前記内燃機関と前記機械式発電装置との間にクラッチを備え、前記制御装置は、前記回生電力算出手段によって算出された回生電力が前記必要電力算出手段によって算出された必要電力未満でかつ前記バッテリの充電量が所定値以上のとき、前記クラッチを切断するクラッチ断接制御手段を有するように構成される。
【００１１】
また、上記の内燃機関の冷却装置において、前記電力供給手段は、前記バッテリを介すことなく前記回生装置で発電された電力を前記電動ウォーターポンプへ供給するように構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の内燃機関の冷却装置によれば、冷却水を用いる内燃機関の冷却装置において、回生装置によって排気ガスから電力を取り出し、その電力を用いて、電動ウォーターポンプを駆動するので、内燃機関の燃費を向上することができる。
【００１３】
また、回生電力が必要電力以上のとき、回生装置によって排気ガスから取り出された電力を必要電力分、電動ウォータ−ポンプに供給するので、エネルギーの変換損失を低減することができる。
【００１４】
また、回生装置からの電力だけでは電動ウォーターポンプの電力が不足している場合でバッテリの充電量が所定値以上である場合において、電動ウォーターポンプに対してバッテリに充電された電力を供給することができる。
【００１５】
また、回生装置からの電力だけでは電動ウォーターポンプの電力が不足している場合でバッテリの充電量が所定値未満である場合において、電動ウォーターポンプに対して機械式発電装置で発電した電力を供給することができる。
【００１６】
回生装置からの電力だけでは電動ウォーターポンプを駆動するための電力が不足している場合において、バッテリから電力が供給できる場合は、内燃機関と機械式発電装置との接続を切断できるので、内燃機関への負荷を低減することができる。
【００１７】
排気ガスのエネルギーを用いて回生装置により発電した電力を、バッテリを介することなく電動ポンプに供給するので、バッテリに充電されることで発生するエネルギーの変換損失を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】内燃機関の冷却装置の制御装置の構成を示す図である。
【図３】内燃機関の冷却装置における制御方法の制御フローの一例を示す図である。
【図４】排気ガスの排気エネルギーと電動ウォーターポンプの必要電力と、回生電力と、ＡＣＧ発電力・バッテリ放電電力との関係の一例を示す図である。
【図５】排気ガスの排気エネルギーと電動ウォーターポンプの必要電力と、回生電力と、ＡＣＧ発電力・バッテリ放電電力との関係を示す図で、電動ウォーターポンプの必要電力を、回生電力のみで賄う場合を示す図である。
【図６】排気ガスの排気エネルギーと電動ウォーターポンプの必要電力と、回生電力と、ＡＣＧ発電力・バッテリ放電電力との関係を示す図で、電動ウォーターポンプの必要電力を、回生電力に加えてＡＣＧ発電力・バッテリ放電電力で賄う場合の第１の例を示す図である。
【図７】排気ガスの排気エネルギーと電動ウォーターポンプの必要電力と、回生電力と、ＡＣＧ発電力・バッテリ放電電力との関係を示す図で、電動ウォーターポンプの必要電力を、回生電力に加えてＡＣＧ発電力・バッテリ放電電力で賄う場合の第２の例を示す図である。
【図８】排気ガスの排気エネルギーと電動ウォーターポンプの必要電力と、回生電力と、ＡＣＧ発電力・バッテリ放電電力との関係を示す図で、電動ウォーターポンプの必要電力を、回生電力に加えてＡＣＧ発電力・バッテリ放電電力で賄う場合の第３の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却装置（以下、冷却装置）について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１に示すように、この冷却装置１では、冷却系統として、内燃機関（以下、エンジン）１０の本体に供給される冷却水を冷却する熱交換器１４と、冷却水を吐出してエンジン１０に供給する電動駆動式の駆動用モータ３０ａ付の電動ウォーターポンプ（Ｗ／Ｐ）３０と、エンジン１０と熱交換器１４と電動ウォーターポンプ３０とを接続する冷却水循環通路２と、を備えている。
【００２１】
この電動ウォーターポンプ３０から吐出された冷却水は、エンジン１０のウォータジャケット等に供給されて、シリンダ内で発生する燃焼熱の一部を奪って温度上昇してからラジエータ等の熱交換器１４に導かれて、この熱交換器１４で外気と熱交換して温度が低下した後、電動ウォーターポンプ３０に戻る。この冷却水の循環により、エンジン１０を冷却して、エンジン１０における熱暴走を防止する。
【００２２】
また、電力系統として、エンジン１０のクランク軸に、クラッチ用モータ２２ａ付のクラッチ２２を介して、クランク軸の駆動力を駆動源として発電するＡＣＧ（オルタネータ：交流発電機）等の発電機で構成される機械式発電装置２１が接続されるとともに、この機械式発電装置２１で発電した電力を充電するためのバッテリ２３を備えている。
【００２３】
この機械式発電装置２１で発生する電力は、その一部または全部が、バッテリ２３の充電、電動ウォーターポンプ３０の駆動用モータ３０ａ、他の電気機器に使用されるように構成される。また、機械式発電装置２１で発電する必要がない場合は、バッテリ２３から放電された電力を用いてクラッチ用モータ２２ａを駆動してクラッチ２２を切り離し、エンジン１０のクランク軸と機械式発電装置２１を分離することができるように構成される。
【００２４】
この電力系統において、本発明では、さらに、エンジン１０の排気通路１１に、排気ガスの排気エネルギーで発電する回生装置２０を備えて構成されている。この回生装置２０としては、例えば、熱変換素子（ペルチェ素子）を用いた装置やスターリングエンジン等を採用することができる。この回生装置２０で回生された電力（回生電力）の一部または全部は、エンジン１０を冷却するための冷却水を循環させる電動ウォーターポンプ３０の駆動用モータ３０ａに供給される。
【００２５】
この回生装置２０で回生された回生電力は、電動ウォーターポンプ３０に供給される際には、直接電力供給できるように構成される。つまり、バッテリ２３やその他の電力を消費する手段を介すことがないので、エネルギー変換による損失が無い状態で、電動ウォータ−ポンプ３０に供給することができる。
【００２６】
そして、回生装置２０で発生した回生電力の回生電力量Ｅｗが電動ウォーターポンプ３０で必要とされる必要電力の必要電力量Ｅｎよりも多い場合は、電動ウォーターポンプ３０に供給されない余剰分の電力量（Ｅｗ−Ｅｎ）は、バッテリ２３の充電に用いられる。このバッテリ２３に充電された電力は、機械式発電装置２１で発電された発電電力も含まれ、回生電力量Ｅｗが必要電力量Ｅｎに対して不足する場合にその不足電力量（Ｅｗ−Ｅｎ）をバッテリ２３から電動ウォーターポンプ３０に供給できるように構成される。
【００２７】
なお、排気通路３にはエンジン本体１０から排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置（図示しない）が設けられ、エンジン１０のシリンダ内の燃焼により発生した排気ガスは、この排気ガス浄化装置により浄化処理されると共に、排気エネルギーの一部を回生装置２０で回収した後、テイルパイプ１３から大気中に排出される。
【００２８】
そして、回生装置２０、機械式発電装置２１、クラッチ２２、電動ウォーターポンプ３０の制御を行うための制御装置４０が設けられる。この制御装置４０は、通常、ＥＣＵやＥＣＭと呼ばれるエンジン１０の制御の全般を行うエンジン制御装置４に組み込まれて構成される。
【００２９】
図２に示すように、この制御装置４０は、回生電力算出手段４０ａと、必要電力算出手段４０ｂと、電力供給手段４０ｃと、クラッチ断接制御手段４０ｄと、バッテリ充電手段４０ｅと、を有して構成される。この回生電力算出手段４０ａは、回生装置２０によって発電された回生電力量Ｅｗを算出する手段であり、必要電力算出手段４０ｂは、エンジン１０の冷却に必要な冷却水の必要流量を供給するために必要となる必要電力量Ｅｎを算出する手段である。また、電力供給手段４０ｃは、回生電力算出手段４０ａによって算出された回生電力量Ｅｗが必要電力算出手段４０ｂによって算出された必要電力量Ｅｎ以上のとき、必要電力量Ｅｎを回生装置２０から電動ウォーターポンプ３０へ供給する手段であり、また、回生電力算出手段４０ａによって算出された回生電力量Ｅｗが必要電力算出手段４０ｂによって算出された必要電力量Ｅｎ未満のとき、この回生電力量Ｅｗを回生装置２０から電動ウォーターポンプ３０へ供給すると共に、必要電力量Ｅｎと回生電力量Ｅｗとの差分となる不足電力量（Ｅｎ−Ｅｗ）を、機械式発電装置２１から電動ウォーターポンプ３０へ供給、バッテリ２３から電動ウォーターポンプ３０へ供給する手段である。そして、クラッチ断接制御手段４０ｄは、エンジン１０と機械式発電装置２１との間に備えたクラッチ２２を、回生電力算出手段４０ａによって算出された回生電力量Ｅｗが必要電力量Ｅｎ以上の時は、クラッチ用モータ２２ａを駆動して切断し、回生電力算出手段４０ａによって算出された回生電力量Ｅｗが必要電力量Ｅｎ未満で且つバッテリ２３の充電量Ｂが予め設定した設定充電量Ｂ１未満のときはクラッチ用モータ２２ａを駆動して接続し、また、回生電力算出手段４０ａによって算出された回生電力量Ｅｗが必要電力算出手段４０ｂによって算出された必要電力量Ｅｎ未満で且つバッテリ２３の充電量Ｂが予め設定した設定充電量Ｂ１以上のとき、クラッチ用モータ２２ａを駆動して切断する手段である。また、バッテリ充電手段４０ｅは、回生電力算出手段４０ａによって算出された回生電力量Ｅｗが必要電力算出手段４０ｂによって算出された必要電力量Ｅｎ以上のときに、回生電力をバッテリ２３に充電する手段である。
【００３０】
次に、上記の構成の冷却装置１における制御方法について、図３の制御フローを参照しながら説明する。この図３の制御フローは、エンジン１０の始動と共に、上級の制御フローから呼ばれて実施され、エンジン１の停止と共に、上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローの終了と共に、終了する制御フローとして示してある。
【００３１】
この図３の制御フローが、エンジン１０が始動されて、上級の制御フローに呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、エンジン１０より排出される排気ガスの排気エネルギー値Ｅｇが予め設定された設定エネルギー値Ｅｇ１以上であるか否かを判定する。この設定エネルギー値Ｅｇ１は電動ウォーターポンプ３０を駆動することが可能なエネルギー量である。この判定では、排気エネルギー値Ｅｇを直接計測することは難しいので、例えば、排気ガスの温度Ｔｇが予め設定された設定温度Ｔｇ１以上で、かつ、排気ガスの流量Ｖｇが予め設定された設定排気流量Ｖｇ１以上であるか否か等によって判定する。
【００３２】
この設定温度Ｔｇ１や設定排気流量Ｖｇ１は、回生装置２０の稼働有無の判断の基準となる排気ガスの温度や流量であり、予め実験等により設定される値である。
【００３３】
このステップＳ１１で、排気ガスの排気エネルギー値Ｅｇが予め設定された設定エネルギー値Ｅｇ１未満である場合（ＮＯ：Ｅｇ＜Ｅｇ１）は、回生装置２０による排気エネルギーＥｇの回収は難しいと判断して、ステップ２０に行き、回生装置２０が停止状態であれば停止したままの状態、または、回生装置２０が駆動していれば回生装置２０を停止して、ステップＳ１１に戻る。ステップＳ１１で、排気ガスの排気エネルギー値Ｅｇが予め設定された設定エネルギー値Ｅｇ１以上である場合（ＹＥＳ：Ｅｇ≧Ｅｇ１）は、ステップＳ１２に行く。
【００３４】
このステップＳ１２では、エンジン１０を冷却する冷却水の温度Ｔｗが予め設定した設定水温Ｔｗ１以上であるか否かを確認する。この設定水温Ｔｗ１は、電動ウォーターポンプ３０の稼働有無の判断の基準となる冷却水の温度Ｔｗであり、予め実験等により算出される値である。
【００３５】
このステップＳ１２で、冷却水の温度Ｔｗが設定水温Ｔｗ１未満である場合（ＮＯ：Ｔｗ＜Ｔｗ１）は、暖機運転中などで、冷却水の循環によるエンジン１０の冷却は不要と判断して、ステップＳ２０に行き、回生装置２０が停止状態であれば停止したままの状態、または、回生装置２０が駆動していれば回生装置２０を停止して、ステップＳ１１に戻る。一方、ステップＳ１２で、冷却水の温度Ｔｗが設定水温Ｔｗ１以上である場合（ＹＥＳ：Ｔｗ≧Ｔｗ１）は、エンジン１０の冷却が必要と判断して、ステップＳ１３に行く。
【００３６】
ステップＳ１３では、エンジン１０を冷却するために必要とされる冷却水の必要流量Ｖｗを算出し、この必要流量（必要循環流量）Ｖｗを循環させるために必要な電動ウォーターポンプ３０の駆動のための必要電力量Ｅｎを必要電力算出手段４０ｂによって算出し、それと共に、回生電力算出手段４０ａによって回生装置２０によって排気ガスの排気エネルギーから発電することができる回生電力量Ｅｗを算出し、その後、ステップＳ１４へ行く。
【００３７】
この必要流量Ｖｗと必要電力量Ｅｎの算出については、エンジン１０の温度に基づいて行うのが好ましいが、一般的にエンジン１０の温度を直接測定することは困難であるので、電動ウォーターポンプ３０により循環させる冷却水の温度Ｔｗやエンジン１０より排出される排気ガスの温度Ｔｇやエンジン回転速度と負荷（燃料噴射量）等のエンジン運転状態から、必要流量Ｖｗを推定する。
【００３８】
ステップＳ１４では、回生電力量Ｅｗが必要電力量Ｅｎ以上であるか否かを判定する。このステップＳ１４で、回生電力量Ｅｗが必要電力量Ｅｎ以上である場合（ＹＥＳ：Ｅｗ≧Ｅｎ）は、電動ウォーターポンプ３０の必要電力を回生装置２０の回生電力のみで賄うことができるとして、ステップＳ２１に行き、回生装置２０の駆動を開始して、回生装置２０の回生電力量Ｅｗのうち必要電力量Ｅｎ分を、電動ウォーターポンプ３０の電力として使用する第１制御（回生装置２０の回生電力のみによって電動ウォーターポンプ３０を駆動する駆動制御）を実施し、その後、ステップＳ１１に戻る。なお、バッテリ２３の充電量に余裕があり、充電しても過充電にならない場合には、余剰電力量（＝Ｅｗ−Ｅｎ）をバッテリ２３に充電することが、エネルギーの再利用の面からより好ましい。このステップＳ２１では、クラッチ２２を切断しておく。
【００３９】
ステップＳ１４にて、回生電力量Ｅｗが必要電力量Ｅｎ未満である場合（ＮＯ：Ｅｗ＜Ｅｎ）は、電動ウォーターポンプ３０の必要電力を回生装置２０の回生電力のみでは賄うことができないとして、ステップＳ１５に行き、必要電力量Ｅｎと回生電力量Ｅｗの差、すなわち不足電力量（＝Ｅｎ−Ｅｗ）を算出し、その後、ステップＳ１６に行く。
【００４０】
ステップＳ１６では、バッテリ２３の充電量（ＳＯＣ）Ｂが予め設定された設定充電量Ｂ１以上であるか否かを判定する。この設定充電量Ｂ１は、不足電力量（＝Ｅｎ−Ｅｗ）をバッテリ２３の充電量Ｂのみで賄うことができるか否かの判断の基準となる充電量であり、予め実験等により設定される値である。
【００４１】
このステップＳ１６で、バッテリ２３の充電量Ｂが設定充電量Ｂ１以上である場合（ＹＥＳ：Ｂ≧Ｂ１）は、ステップＳ２２に行き、回生装置２０の駆動を開始して、電動ウォーターポンプ３０の必要電力量Ｅｎを回生装置２０の回生電力量Ｅｗとバッテリ２３の放電電力量Ｅｂ（＝Ｅｎ−Ｅｗ）とで賄う第２制御（回生装置２０の回生電力にバッテリ２３の放電電力を加えた電力で電動ウォーターポンプ３０を駆動する駆動制御）を実施し、その後、ステップＳ１１に戻る。このステップＳ２２では、クラッチ２２を切断しておく。
【００４２】
一方、ステップＳ１６で、バッテリ２３の充電量Ｂが設定充電量Ｂ１未満である場合（ＮＯ：Ｂ＜Ｂ１）は、ステップＳ２３に行き、回生装置２０の駆動を開始して、電動ウォーターポンプ３０の必要電力量Ｅｎを回生装置２０の回生電力量ＥｗとＡＣＧ２１の発電電力量Ｅａ（＝Ｅｎ−Ｅｗ）とで賄う第３制御（回生装置２０の回生電力にＡＣＧ２１の発電電力を加えた電力で電動ウォーターポンプ３０を駆動する駆動制御）を実施し、その後、ステップＳ１１に戻る。このステップＳ２３では、クラッチ２２を接続しておく。
【００４３】
そして、このステップＳ１１からステップＳ２０、ステップＳ１１からステップＳ２１、ステップＳ１１からステップＳ２２、ステップＳ１１からステップＳ２３のいずれかを繰り返す。この繰り返し中に、エンジン１０が停止されると、割り込みが発生して、制御の途中からリターンに行き、上級の制御フローに戻り、上級の制御フローの終了と共に、図３の制御フローも終了する。
【００４４】
また、上記の制御フローでは、ステップＳ１４で電力の量を基に第１制御を実施するか、第２又は第３制御を実施するかを判定しているが、冷却水の流量を基にこの判定してもよい。この場合には、ステップＳ１３でエンジン１０を冷却するために必要とされる冷却水の必要流量Ｖｗを算出し、一方で、回生装置２０で排気エネルギーから発電可能な電力を算出し、更に、この電力から電動ウォーターポンプ３０で供給可能な冷却水の供給可能流量Ｖａを算出する。
【００４５】
ステップＳ１４でこの必要流量Ｖｗと供給可能流量Ｖａを比較して、供給可能流量Ｖａが必要流量Ｖｗ以上であれば、ステップＳ２１で第１制御（回生装置２０の回生電力のみで電動ウォーターポンプ３０を駆動する駆動制御）を行い、供給可能流量Ｖａが必要流量Ｖｗ未満であれば、ステップＳ１５において、不足流量（Ｖｗ−Ｖａ）を算出し、ステップＳ１６でバッテリ２３の充電量Ｂが設定充電量Ｂ１以上のときは、ステップＳ２２で第２制御（回生装置２０の回生電力にバッテリ２３の放電電力を加えた電力で電動ウォーターポンプ３０を駆動する駆動制御）を実施する。なお、バッテリ２３からは、不足流量（Ｖｗ−Ｖａ）に相当する放電電力量Ｅｂとする。また、ステップＳ１６でバッテリ２３の充電量Ｂが設定充電量Ｂ１未満のときは、ステップＳ２３で第３制御（回生装置２０の回生電力にＡＣＧ２１の発電電力を加えた電力で電動ウォーターポンプ３０を駆動する駆動制御）を行うように構成する。なお、ＡＣＧ２１からは、不足流量（Ｖｗ−Ｖａ）に相当する発電電力量Ｅａとする。
【００４６】
なお、図３の本制御フローでは、ステップＳ２３で、不足電力量（Ｅｎ−Ｅｗ）をＡＣＧ２１の発電量で補う第３制御を実施しているが、クラッチ２２を接続してＡＣＧ２１で発電した発電電力をバッテリ２３に充電しつつ、バッテリ２３からの放電電力を電動ウォーターポンプ３０に供給する制御、即ち、バッテリ２３を介して、ＡＣＧ２１の発電電力を間接的に電動ウォーターポンプ３０に供給して、不足電力量（Ｅｎ−Ｅｗ）を補うようにしてもよい。つまり、回生電力量Ｅｗが必要電力量Ｅｎ未満で且つバッテリ２３の充電量Ｂが設定充電量Ｂ１未満のとき、バッテリ２３を介して、ＡＣＧ２１から電動ウォーターポンプ３０に供給する不足電力量（Ｅｎ−Ｅｗ）をすべて間接的に供給してもよい。
【００４７】
更には、ステップＳ１６で回生電力量Ｅｗが必要電力量Ｅｎ未満でかつバッテリ２３の充電量Ｂが設定充電量Ｂ１未満のとき、電動ウォーターポンプ３０に供給する不足電力量（Ｅｎ−Ｅｗ）をＡＣＧ２１で発電した発電電力を直接供給しつつ、バッテリ２３を介してＡＣＧ２１の発電電力を間接的に供給することを止めないようにしてもよい。つまり、ＡＣＧ２１の発電電力とバッテリ２３の放電電力とを並列的に供給して不足電力量（Ｅｎ−Ｅｗ）を補うようにしてもよい。
【００４８】
ただし、バッテリ２３を介してＡＣＧ２１の発電電力を電動ウォーターポンプ３０に供給する場合、充電過程と放電過程でエネルギー変換に伴う損失が発生するため、バッテリ２３を介することなく、ＡＣＧ等の機械式発電装置２１の発電電力を直接電動ウォーターポンプ３０に供給することがエネルギー効率の面からは好ましい。
【００４９】
また、上記の第１制御においては、回生装置２０による回生電力量Ｅｗが電動ウォーターポンプ３０の必要電力量Ｅｎよりも多いので、クラッチ断接制御手段４０ｄにより、エンジン１０とＡＣＧ２１の間に設けたクラッチ２２を操作して、エンジン１０とＡＣＧ２１を切り離している。これにより、ＡＣＧ２１の接続によるエンジン１０の負荷の増加を避けることができる。
【００５０】
また、同様に、上記の第２制御においては、バッテリ２３の充電量Ｂが十分なので、クラッチ断接制御手段４０ｄにより、エンジン１０とＡＣＧ２１の間に設けたクラッチ２２を操作して、エンジン１０とＡＣＧ２１を切り離している。これにより、ＡＣＧ２１の接続によるエンジン１０の負荷の増加を避けることができる。
【００５１】
そして、図４〜図８は、排気ガスの排気エネルギーを横軸とし、電動ウォーターポンプ３０の必要電力量Ｅｎを縦軸とし、回生電力量Ｅｗと、ＡＣＧの発電電力量Ｅｂ・バッテリの放電電力量Ｅａとの関係の一例を示す図である。
【００５２】
図４は、エンジン１０が高負荷運転になり、排気エネルギーが増大するに伴って、発生熱量が多くなったエンジン１０を冷却するために、冷却水の必要流量Ｖｗを増加する必要が生じるので、電動ウォーターポンプ３０の必要電力量Ｅｎ（必要駆動力）が増加するが、その一方で、排気エネルギーが増加し、回生装置２０による廃熱回収分、すなわち、回生電力の回生電力の回生電力量Ｅｗが増加し、この回収電力により、必要電力を賄える部分が増加し、ＡＣＧ２１の発電電力やバッテリ２３からの放電電力と置き換えることができることを示している。
【００５３】
図５は、電動ウォーターポンプ３０の必要電力を、排気エネルギーの廃熱回収で発電する回生電力のみで賄う理想的な状態を示す図であるが、エンジン１０の特性により、この必要電力量Ｅｎと排気エネルギーの関係は変化し、必要電力量Ｅｎを示す線Ｌの切片Ｐａと特性の傾きθが変化する。
【００５４】
また、回生電力を十分に回収できない場合には、図６、図７、図８に示すような、それぞれ、電動ウォーターポンプの必要電力を、回生電力に加えてＡＣＧ２１による発電電力・バッテリ２３からの放電電力で賄う必要が生じることになる。
【００５５】
上記の構成の内燃機関の冷却装置及びその制御方法によれば、冷却水を用いる内燃機関の冷却装置において、回生装置によって排気ガスから電力を取り出し、その電力を用いて、電動ウォーターポンプを駆動するので、内燃機関の燃費を向上することができる。
【００５６】
また、回生電力が必要電力以上のとき、回生装置によって排気ガスから取り出された電力を必要電力分、電動ウォータ−ポンプに供給するので、エネルギーの変換損失を低減することができる。
【００５７】
また、回生装置からの電力だけでは電動ウォーターポンプの電力が不足している場合でバッテリの充電量が所定値以上である場合において、電動ウォーターポンプに対してバッテリに充電された電力を供給することができる。
【００５８】
また、回生装置からの電力だけでは電動ウォーターポンプの電力が不足している場合でバッテリの充電量が所定値未満である場合において、電動ウォーターポンプに対して機械式発電装置で発電した電力を供給することができる。
【００５９】
回生装置からの電力だけでは電動ウォーターポンプを駆動するための電力が不足している場合において、バッテリから電力が供給できる場合は、内燃機関と機械式発電装置との接続を切断できるので、内燃機関への負荷を低減することができる。
【００６０】
排気ガスのエネルギーを用いて回生装置により発電した電力を、バッテリを介すことなく電動ポンプに供給していますので、バッテリに充電されることで発生するエネルギーの変換損失を回避することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  冷却装置
２  冷却水循環通路
３  排気通路
４  エンジン制御装置
１０  内燃機関（エンジン）
１４  熱交換器
２０  回生装置
２１  機械式発電装置（ＡＣＧ）
２２  クラッチ
２２ａ  クラッチ用モータ
２３  バッテリ
３０  電動ウォーターポンプ
３０ａ  電動ウォーターポンプの駆動用モータ
４０  制御装置
４０ａ  回生電力算出手段
４０ｂ  必要電力算出手段
４０ｃ  電力供給手段
４０ｄ  クラッチ断接制御手段
Ｂ  バッテリの充電量
Ｂ１  設定充電量
Ｅａ  機械式発電装置（ＡＣＧ）から電動ウォーターポンプに供給される発電電力量
Ｅｂ  バッテリから電動ウォーターポンプに供給される放電電力量
Ｅｇ  排気エネルギー値
Ｅｇ１  設定エネルギー値
Ｅｎ  必要電力の必要電力量
Ｅｗ  回生電力の回生電力量
Ｔｗ  冷却水の温度
Ｔｗ１  設定水温
【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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