(57)【要約】【課題】内燃機関の冷却装置において、冷却水の不凍液の濃度が変化しても十分な冷却効率を確保すること。【解決手段】内燃機関ＥＧ内に配されたジャケット部１２を含む経路α、β内で、不凍液を含む冷却水を循環させて冷却を行う内燃機関ＥＧの冷却装置１、５であって、前記経路α、β内の冷却水の流量Ｑを検出する流量検出手段２１、３０と、前記経路α、β内の冷却水の温度θを検出する温度検出手段２２と、前記冷却水の前記不凍液の濃度Ｃを検出する濃度検出手段２３と、前記経路α、β内の冷却水の流量Ｑ、温度θ及び前記不凍液の濃度Ｃに基づいて、前記経路α、β内の冷却水の圧力Ｐを制御する圧力制御手段１７、１８、３０とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関内に配されたジャケット部を含む経路内で、不凍液を含む冷却水を循環させて冷却を行う内燃機関の冷却装置であって、
前記経路内の冷却水の流量を検出する流量検出手段と、
前記経路内の冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
前記冷却水の前記不凍液の濃度を検出する濃度検出手段と、
前記経路内の冷却水の流量、温度、及び前記不凍液の濃度に基づいて、前記経路内の前記冷却水の圧力を制御する圧力制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記圧力制御手段は、前記経路内の前記冷却水が飽和沸騰せず、前記ジャケット部において前記冷却水がサブクール沸騰の状態となるように前記経路内の冷却水の圧力を制御する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】
前記圧力制御手段は、前記冷却水の流量、温度、及び前記不凍液の濃度を変数とする関数に基づいて、前記冷却水の圧力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記圧力制御手段は、前記関数の値から所定の範囲内となるように、前記冷却水の圧力を制御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】
前記内燃機関の運転状態から、前記ジャケット部の内壁の温度と前記冷却水の温度との温度差を推定する温度差推定手段を備え、
前記圧力制御手段は、さらに、前記温度差に基づいて前記冷却水の圧力を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一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、内燃機関の冷却装置に関し、特に、水冷式の内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）を動力源とした車両では、一般的に、エンジンの冷却装置として水冷式のものが用いられている。水冷式の冷却装置では、冷媒として冷却水が用いられており、冷却水には防錆と凍結防止のためグリコール系の液剤（不凍液）を水で薄めたものが広く用いられている。
【０００３】
このような冷却装置では、冷却水の不凍液の濃度と圧力を調整することにより、冷却水通路（ウォータジャケット）壁面で沸騰した冷却水による連続的に気泡が発生し（サブクール沸騰）、蒸発潜熱により効率的に除熱を行うことができる。この気泡は、周囲の冷却水により冷却され、再び液体に戻る。
【０００４】
このような、サブクール沸騰を利用する冷却装置では、不凍液の濃度を上げすぎると、冷却水の沸点が上昇し、サブクール沸騰が起こらなくなり、上記のような効率的な除熱が行えなくなる。また、冷却水への加圧が十分でない場合、あるいは不凍液の濃度が低い場合、冷却水の沸点が下がり、過剰に沸騰し、蒸気の量が増加し、冷却効率が低下する。
【０００５】
さらに、エンジンの始動直後や冷間時に急激な高負荷運転を行う場合、装置内の冷却水の温度、圧力が共に低く、局所的（例えば、タービンハウジング、ＥＧＲクーラ付近）に冷却水温度が上昇し、部分的に沸騰する。この部分の蒸気を液体に戻すことができずに、冷却効率が低下することで、冷却すべき部品等を十分に冷却できなくなる。
【０００６】
そこで、特許文献１の冷却装置では、冷却水の温度とエンジン回転数とに基づいて冷却系の圧力を調整し、サブクール度（飽和温度と実際の冷却温度との差）を制御している。
【０００７】
また、特許文献２の装置では、ＬＬＣ（不凍液）濃度と冷却系の圧力とに基づいて冷却水の沸点温度を割り出し、この沸点温度を基準として冷却水の温度がオーバーヒート状態であるか否かを判定し、オーバーヒート状態と判定されれば、警報を出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１０６４３５号公報
【特許文献２】特開平７−７１２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の冷却装置では、冷却水の成分に基づく冷却系圧力の制御はされておらず、冷却水の成分の変化に伴う冷却水の沸点及びサブクール度の変化には対応できない。
【００１０】
また、特許文献２の装置では、冷却水の圧力を調整するような装置はなく、検出されたデータに基づいて、オーバーヒート状態となることを防止するための手段はない。
【００１１】
そこで、本発明は、内燃機関の冷却装置において、冷却水の不凍液濃度が変化しても十分な冷却効率を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関内に配されたジャケット部を含む経路内で、不凍液を含む冷却水を循環させて冷却を行う内燃機関の冷却装置であって、前記経路内の冷却水の流量を検出する流量検出手段と、前記経路内の冷却水の温度を検出する温度検出手段と、前記冷却水の前記不凍液の濃度を検出する濃度検出手段と、前記経路内の冷却水の流量、温度及び前記不凍液の濃度に基づいて、前記経路内の前記冷却水の圧力を制御する圧力制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置を提供する。
【００１３】
前記圧力制御手段は、前記経路内の前記冷却水が飽和沸騰せず、前記ジャケット部において前記冷却水がサブクール沸騰の状態となるように前記経路内の冷却水の圧力を制御してもよい。
【００１４】
前記圧力制御手段は、前記冷却水の流量、温度、及び前記不凍液の濃度を変数とする関数に基づいて、前記冷却水の圧力を制御してもよい。
【００１５】
前記圧力制御手段は、前記関数の値から所定の範囲内となるように、前記冷却水の圧力を制御してもよい。
【００１６】
前記内燃機関の運転状態から、前記ジャケット部の内壁の温度と前記冷却水の温度との温度差を推定する温度差推定手段を備え、前記圧力制御手段は、さらに、前記温度差に基づいて前記冷却水の圧力を制御してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内燃機関の冷却装置において、冷却水の不凍液の濃度が変化しても十分な冷却効率を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷却装置を示した図である。
【図２】冷却水とウォータジャケット壁面との温度差に対する熱流束の変化を示した図である。
【図３】冷却水の状態図（蒸気圧曲線）を示した図である。
【図４】冷却水の圧力制御の一例を示すフロー図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る装置構成の変形例に係る冷却装置を示した図である。
【図６】冷却水の圧力制御の他の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。同一の構成要素には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２０】
＜冷却装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る冷却装置１を示した図である。図中上側が車両上方、左側が車両前方となる。図に示された構成は本実施形態の代表的な構成の一例に過ぎず、本実施形態で目的とする作用、効果が得られるものであれば、ここに示した構成に限られない。
【００２１】
冷却装置１は、本実施形態では、内燃機関（エンジン）ＥＧを動力源とする車両（不図示）に搭載され、その経路内に冷却水を循環させてエンジンＥＧを冷却するための装置である。冷却水は、不凍液を水で薄めたもので、本実施形態では、不凍液はロング・ライフ・クーラント（以下、ＬＬＣ）であり、エチレングリコールを主成分とする液剤である。
【００２２】
冷却装置１は、ポンプ１１、ウォータジャケット１２、サーモスタット１３、ラジエータ１４、プレッシャキャップ１５、リザーブタンク１６、コンプレッサ１７、調圧バルブ１８、エンジン回転数センサ２１、温度センサ２２、濃度センサ２３、圧力センサ２４及びコントローラ３０を含む。冷却装置１の冷却水の循環経路はα、βの２つがある。経路αでは、ウォータジャケット１２を出た冷却水が、通路Ｃ１、サーモスタット１３、通路Ｃ２、ラジエータ１４、通路Ｃ３及びＣ４を通り、再びウォータジャケット１２に戻る。経路βでは、ウォータジャケット１２を出た冷却水が、通路Ｃ１、サーモスタット１３、通路Ｃ５（バイパス）及びＣ４を通り、再びウォータジャケット１２に戻る。すなわち、経路βは、ラジエータ１４を経由しない経路である。以下、経路α、βを総称するときは循環経路という。
【００２３】
ポンプ１１は、ウォータジャケット１２の入口付近に配され、冷却水を循環させる。ポンプ１１は、本実施形態では、エンジンの動力が伝えられることにより回転するインペラを有する。そのため、エンジンＥＧの回転数の増加に伴ってインペラの回転数が増加し、循環する冷却水の流量Ｑが増加する。ポンプ１１は、電動式のものでもよい。この場合、ポンプ１１は、コントローラ３０と電気的に接続されており、コントローラ３０からの指令によってインペラの回転数が制御されることで、冷却水の流量Ｑが制御される。
【００２４】
ウォータジャケット１２は、エンジンＥＧ内に配され、ウォータジャケット１２を流れる冷却水によって、エンジンＥＧが冷却される。ウォータジャケット１２の冷却水の状態とエンジンＥＧの冷却効率との関係については後述する。
【００２５】
サーモスタット１３は、ウォータジャケット１２からの冷却水の経路を、切り替える装置である。サーモスタット１３は、所定温度以下であれば、通路Ｃ１とＣ２との間を遮断し、所定温度を超えると通路Ｃ１とＣ２との間を連通させる。したがって、例えば、エンジンＥＧの始動直後等で、冷却水が十分に温まっていない場合（所定温度以下）は、冷却水はラジエータ１４を通らず、経路βのみを循環し、効率的に冷却水の温度を上昇させる。所定温度を超えると、冷却水は経路α及びβを循環する。
【００２６】
ラジエータ１４は、外気との熱交換により冷却水を冷却するための装置で、本実施形態では、ラジエータ１４は車両前方に配される。外気は、エンジンＥＧの回転軸に取り付けられたファン（不図示）によって車両前面からラジエータ１４に導かれる。さらに、ラジエータ１４の上部は、プレッシャキャップ１５へと通じる通路Ｃ６と接続される。また、通路Ｃ６には、その途中に通路Ｃ８へ通じる分岐がある。
【００２７】
プレッシャキャップ１５は、冷却装置１内の圧力を所定の範囲内とするための部品であり、通路Ｃ６と、リザーブタンク１６へ通じる通路Ｃ７との間に配置される。プレッシャキャップ１５は、加圧弁と負圧弁とを備え、これらの弁の少なくともいずれかが開放している場合は、通路Ｃ６とＣ７とが連通し、いずれも閉鎖されている場合は、通路Ｃ６とＣ７との間は遮断されている。
【００２８】
循環経路側の圧力が所定の上限を超えると、加圧弁が開放され、通路Ｃ７を介して圧力が開放され、循環経路側の圧力が所定の範囲内となれば、加圧弁は閉鎖される。
【００２９】
一方、エンジンＥＧの停止等によって循環経路内の冷却水の温度が下がると、冷却水が収縮し圧力が下がる。循環経路側の圧力が所定の下限を下回ると、負圧弁が開放され、リザーブタンク１６側から冷却水が循環経路側に流れ込み、循環経路側の圧力が所定の範囲内となれば、負圧弁は閉鎖される。
【００３０】
なお、後述する冷却水の圧力制御においては、加圧弁及び負圧弁が開放しない範囲での圧力で制御される。
【００３１】
リザーブタンク１６は、プレッシャキャップ１５を介して循環経路内に供給する、あるいは循環経路内から排出された冷却水を貯留する。リザーブタンク１６の上部には給水口１６１が設けられており、給水時を除き、蓋１６２により給水口１６１が閉じられている。
【００３２】
コンプレッサ１７は、調圧バルブ１８及び通路Ｃ８を介して、加圧エアを供給することで、循環する冷却水を加圧するための装置である。コンプレッサ１７は、コントローラ３０と電気的に接続されており、コントローラ３０からの信号により作動する。
【００３３】
調圧バルブ１８は、通路Ｃ８とコンプレッサ１７とを通じさせる加圧状態、通路Ｃ８とコンプレッサ１７との間を遮断し、通路Ｃ８と冷却装置１外部とを通じさせる大気開放状態（以下、開放状態）及び通路８をコンプレッサ１７と外部（大気）とのいずれの間とも遮断する保圧状態の間で制御される。調圧バルブ１８は、本実施形態では電動アクチュエータにより駆動される。調圧バルブ１８は、コントローラ３０と電気的に接続されており、コントローラ３０からの信号によりアクチュエータが作動する。
【００３４】
エンジン回転数センサ２１は、エンジンＥＧの回転数を検出する。エンジン回転数センサ２１は、コントローラ３０と電気的に接続されており、検出されたエンジンＥＧの回転数のデータを信号としてコントローラ３０に送信する。上述のとおり、ポンプ１１のインペラの回転速度はエンジンＥＧの回転数、冷却水の粘度及び濃度に関係する。そのため、コントローラ３０において、エンジンＥＧの回転数、後述する冷却水の温度θ、不凍液の濃度Ｃに基づいて、経路α、β（ウォータジャケット１２）を流れる冷却水の流量Ｑが算出される。
【００３５】
温度センサ２２は、循環する冷却水の温度θを検出する。温度センサ２２は、コントローラ３０と電気的に接続されており、検出された冷却水の温度θのデータを信号としてコントローラ３０に送信する。なお、本実施形態では、温度センサ２２は、サーモスタット１３に設けられている。そのため、ウォータジャケット１２を出た冷却水の温度θを検出することで、ウォータジャケット１２内の冷却水の温度に近い温度を検出することができる。また、この配置により、サーモスタット１３の状態（冷却水の温度）に関わらず、循環する冷却水の温度θを検出することができる。温度センサ２２の配置箇所は、サーモスタット１３の場所に限られず、通路Ｃ１内のいずれかの場所であれば同様の効果が得られる。
【００３６】
濃度センサ２３は、冷却水の屈折率を検出することで冷却水の不凍液の濃度Ｃを検出する。濃度センサ２３は、コントローラ３０と電気的に接続されており、検出された不凍液の濃度Ｃのデータを信号としてコントローラ３０に送信する。濃度センサ２３の配置箇所は、冷却水に細かい気泡等が発生しないような場所、すなわち循環経路外であることが好ましく、本実施形態では、リザーブタンク１６内に濃度センサ２３を配置している。なお、濃度センサ２３の検出方式はこれに限られず、比重または粘度を検出するものでもよく、さらに不凍液が有色のものであれば、色（濃淡）を検出するものでもよい。
【００３７】
圧力センサ２４は、冷却水の圧力Ｐを検出する。圧力センサ２４は、コントローラ３０と電気的に接続されており、検出された冷却水の圧力Ｐのデータを信号としてコントローラ３０に送信する。循環経路内の冷却水の圧力Ｐを測定するには、圧力センサ２４を、プレッシャキャップ１５及び調圧バルブ１８に対して循環経路側に配置する必要がある。本実施形態では、圧力センサ２４は、循環経路外である通路Ｃ６に設けられており、そのため、冷却水の流れによる影響が小さい圧力データが得られる。
【００３８】
コントローラ３０は、例えばＥＣＵであり、Ａ／Ｄ変換器のようなアナログ入力信号をデジタル信号に変換するための変換部３１、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算部３２、及びＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部３３を含む。コントローラ３０は、各種センサから得られるデータを信号として受信し、これらのデータに基づいて、電気的に接続された各種装置を動作させる。
【００３９】
＜飽和沸騰＞
図２は、冷却水の状態図（蒸気圧曲線）を示した図である。図中、横軸は冷却水の温度θ、縦軸はウォータジャケット１２を流れる冷却水の圧力ｐＶの値となる。純溶媒（水）の蒸気圧曲線（実線）は、ｐＶ＝１０（ｋ１−ｋ２／（θ＋ｋ３））で表され、この曲線の左上側が液相、右下側が気相となる。なお、ｋ１、ｋ２、ｋ３は定数で、水の場合、ｋ１＝８．０２７５４、ｋ２＝１７０５．６１６、ｋ３＝２３１．４０５となる。冷却水の状態が、液相から気相へと、蒸気圧曲線をまたぐと、冷却水が沸騰し（飽和沸騰）、エンジンＥＧの冷却効率が著しく損なわれる。
【００４０】
溶媒（水）に溶質（ＬＬＣ）は含まれると、蒸気圧が下がり（蒸気圧降下）、点線のような蒸気圧曲線となる。そのため、圧力ｐＶ一定とした場合、冷却水の沸点が上昇するが、この上昇量（モル沸点上昇）θｍは、溶質（ＬＬＣ）の質量モル濃度ｍ（ｍｏｌ／ｋｇ）を用いて、θｍ＝ｋｂ・ｍ（ｋｂ：定数（溶媒が水の場合０．５１５（Ｋ・ｋｇ／ｍｏｌ）））で表される。すなわち、モル沸点上昇θｍは、濃度センサ２３で検出された濃度Ｃの関数ｆ（Ｃ）（ｆ（Ｃ）≧０、かつ∂ｆ（Ｃ）／∂Ｃ＞０）で表される。
【００４１】
このことから、濃度Ｃにおける蒸気圧曲線は、ｐＶ＝１０（ｋ１−ｋ２／（θ−ｆ（Ｃ）＋ｋ３））と表される。ウォータジャケット１２内を流れる冷却水の圧力ｐＶと、検出された圧力Ｐとの関係は冷却水の流速Ｖを用いてｐＶ＝Ｐ−（１／２）ρＶ２（ρ：水の密度）と表される（ベルヌーイの定理）。流速ＶはＶ＝Ｑ／Ａ（Ａ：通路の断面積）等、流量Ｑの関数で表される。したがって、Ｐ＝１０（ｋ１−ｋ２／（θ−ｆ（Ｃ）＋ｋ３））＋（１／２）ρ｛Ｖ（Ｑ）｝２となる。この曲線上にあるときの冷却水の圧力をＰ＝ＰBOIL（θ、Ｑ、Ｃ）とすると（以下、ＰBOILと表すこともある）、検出された冷却水の圧力ＰがＰBOILよりも大きければ（Ｐ＞ＰBOIL）冷却水は沸騰しない。
【００４２】
＜サブクール沸騰＞
サブクール沸騰とは、飽和沸騰を起こしていないが、伝熱面、ここでは、ウォータジャケット１２の壁面近傍において冷却水が過熱され、この壁面近傍に気泡が発生する状態を言う。この状態では、壁面近傍で冷却水が沸騰する際に壁面から多量の熱を奪い、壁面から離れた沸点に到達していない部分に達すると、周囲の冷却水により冷却され再び液体へと戻る。サブクール沸騰が始まる圧力は飽和沸騰が始まる圧力よりも高く、したがって、サブクール沸騰が始まる圧力をＰ＝ＰSUBとすると、ＰSUB＞ＰBOILとなる。
【００４３】
図３は、ウォータジャケット１２壁面の温度と冷却水の温度θとの差Δθに対する熱流束ｑの変化を示した図である。図中、横軸は温度差Δθ、縦軸は熱流束ｑの値となる。Ｌ１〜Ｌ３の線は冷却水がサブクール沸騰していない状態（以下、非サブクール沸騰状態と言い、これらの線を総称するときは線Ｌとする）で、流速Ｖが増加するにしたがって、Ｌ１からＬ３のように熱流束の増加率が大きくなる。また、Ｓ１〜Ｓ３の線は冷却水がサブクール沸騰している状態（以下、サブクール沸騰状態と言い、これらの線を総称するときは線Ｓとする）で、ウォータジャケット１２を流れる冷却水の圧力ｐＶ（検出される圧力Ｐ）、及び不凍液の濃度Ｃが高くなるにしたがって、Ｓ１からＳ３へと線が右側に移動する。
【００４４】
図からわかるように、ウォータジャケット１２壁面の温度と冷却水の温度θとの差Δθが大きくなるほど、熱流束ｑは大きくなる。また、Ｌ１〜Ｌ３とＳ１〜Ｓ３とを比較するとわかるように、サブクール沸騰状態では、非サブクール沸騰状態に比べて熱流束ｑが非常に大きく、効率的にエンジンＥＧを冷却できることがわかる。
【００４５】
図中の、各線の交点は、冷却水のサブクール沸騰が始まる点である。例えば、Ｌ１となる流速、Ｓ１となる圧力、不凍液の濃度においては、Ｌ１とＳ１の交点より右側がサブクール沸騰状態、左側が非サブクール沸騰状態となる。
【００４６】
＜冷却水の圧力制御＞
以上のことから、循環経路内での冷却水の圧力ＰをＰBOIL＜Ｐ＜ＰSUBとすると、ウォータジャケット１２内の冷却水をサブクール沸騰の状態に保つことができ、効率的にエンジンＥＧを冷却することができる。本実施形態では、ＰBOIL（θ、Ｑ、Ｃ）＋ΔＰ1＜Ｐ＜ＰBOIL（θ、Ｑ、Ｃ）＋ΔＰ2（＜ＰSUB）となるように、すなわち、飽和沸騰が起こる圧力に基づいて、循環経路内の冷却水の圧力Ｐを制御する。なお、ΔＰ1は飽和沸騰が始まる圧力に対して余裕を見込んだ値、ΔＰ2は、使用範囲においてサブクール沸騰となる条件として実験的に求めた値である。関数ＰBOIL（θ、Ｑ、Ｃ）、ΔＰ1及びΔＰ2は記憶部３３に記憶される。
【００４７】
図４は、冷却水の圧力制御の一例を示すフロー図である。この制御は、コントローラ３０によって実行される。ここでは、ＰBOIL（θ、Ｑ、Ｃ）＋ΔＰ1をＰLWR、をＰBOIL（θ、Ｑ、Ｃ）＋ΔＰ2をＰUPRする。
【００４８】
Ｓ４０１において、エンジン回転数センサ２１からの信号に基づいて算出された流量Ｑ、温度センサ２２により検出された冷却水の温度θ、濃度センサ２３により検出された冷却水のＬＬＣの濃度Ｃ、圧力センサ２４により検出された冷却水の圧力Ｐが取得される。
【００４９】
Ｓ４０２において、θ、Ｑ、Ｃに基づいてＰLWR及びＰUPRが算出され、まず、Ｓ４０３において、冷却水の圧力ＰとＰLWRとが比較される。Ｐ＜ＰLWRであれば（Ｓ４０３でＮｏ）、Ｓ４０４で、コントローラ３０は信号を送信して、調圧バルブ１８を加圧状態、コンプレッサ１７を作動させて、循環経路内を加圧し、Ｓ４０１に戻る。
【００５０】
Ｐ≧ＰLWRであれば（Ｓ４０３でＹｅｓ）、Ｓ４０５で、冷却水の圧力ＰとＰUPRとが比較される。Ｐ＞ＰUPRであれば（Ｓ４０５でＮｏ）、Ｓ４０６で、コントローラ３０は信号を送信して、コンプレッサ１７を停止、調圧バルブ１８を開放状態として、循環経路内を減圧し、Ｓ４０１に戻る。なお、Ｓ４０３とＳ４０５の処理順序は逆でもよい。
【００５１】
Ｐ≦ＰUPRであれば（Ｓ４０５でＹｅｓ）、Ｓ４０７で、コントローラ３０は信号を送信して、コンプレッサ１７を停止、調圧バルブ１８を保圧状態として、循環経路内の圧力を維持し、再びＳ４０１に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。
【００５２】
なお、Ｓ４０６及びＳ４０７において、コンプレッサ１７を停止させているが、いずれの制御（調圧バルブ１８が開放状態及び保圧状態の場合）においても、通路Ｃ８とコンプレッサ１７との間は遮断されているため、コンプレッサ１７を作動させておいてもよい。ただし、本実施形態のように加圧の必要がないときにコンプレッサ１７を停止させることで、エンジンＥＧにかかる負担を軽減させ、燃費向上等の効果が得られる。
【００５３】
この処理により、冷却水の圧力Ｐを、温度θ、流量Ｑ、濃度Ｃに基づいて制御し、ウォータジャケット１２内の冷却水をサブクール沸騰状態とすることができる。なお、この例の他に、温度θ、流量Ｑ、及び濃度Ｃに対する圧力Ｐの制御範囲をマップ、あるいは上限値ＰUPRと下限値ＰLWRを定めたテーブルを記憶部３３に記憶させておき、演算部３２が読み込むことによって圧力Ｐを制御してもよい。
【００５４】
＜本実施形態の効果＞
本実施形態によれば、各種センサ検出された冷却水の温度θ、流量Ｑ、及び不凍液の濃度Ｃに基づいて、ウォータジャケット１２内の冷却水がサブクール沸騰状態となるように循環経路内の圧力Ｐを制御している。そのため、不凍液の濃度Ｃが変化した場合であっても、圧力Ｐを適切な範囲に保つことができ、ウォータジャケット１２において冷却水をサブクール沸騰状態に保つことができる。上述したように冷却水がサブクール沸騰状態であれば、効率的にエンジンＥＧを冷却できる。
【００５５】
したがって、本実施形態によれば、エンジンＥＧの冷却装置１において、冷却水の不凍液の濃度Ｃが変化しても十分な冷却効率を確保することができる。
【００５６】
＜本実施形態の装置構成の変形例＞
図５は、本発明の一実施形態に係る装置構成の変形例に係る冷却装置５を示した図である。ここでは、図１の冷却装置１と同様の構成については説明を省略する。
【００５７】
この構成では、プレッシャキャップ１５がリザーブタンク１６の上部に設けられている。そのため、リザーブタンク１６の圧力も循環経路内と同じ圧力に保たれる（加圧される）。プレッシャキャップ１５は、加圧弁及び負圧弁のうち、少なくともいずれかが開放している場合は、リザーブタンク１６と外部とが連通する（大気開放）。したがって、リザーブタンク１６内の圧力が所定の範囲を上回る、あるいは下回ると、リザーブタンク１６は大気開放される。
【００５８】
また、このように配置することで、圧力センサ２４をリザーブタンク１６内に設けることができる。圧力センサ２４を、循環経路から離し、かつ狭い通路上を避けて配置することで、圧力データに及ぼす冷却水の流れによる影響が、図１の場合よりもさらに小さくなる。
【００５９】
コンプレッサ１７及び調圧バルブ１８は、通路Ｃ９を通じてリザーブタンク１６内と通じるように配置されているが、リザーブタンク１６とラジエータ１４との間のいずれの場所から分岐させてもよい。
【００６０】
給水口１６１及びその蓋１６２は、ラジエータ１４と通路Ｃ６を介して通じている。なお、給水口１６１は、リザーブタンク１６の水面より高い位置に設けられる。蓋１６２を開けたときに給水口１６１から冷却水を噴き出さないようにするためである。
【００６１】
＜本実施形態の圧力制御の変形例＞
以下、本実施形態の圧力制御の変形例について説明する。この変形例は、図１、図５のいずれの装置に適用してもよい。
【００６２】
再び図３を参照する。この図からＬとＳとの交点の位置（Δθの値）は、ウォータジャケット１２内を流れる冷却水の圧力ｐＶ、流速Ｖ及び不凍液の濃度Ｃによって決まることがわかる。よって、Δθ、Ｖ、ｐＶ、Ｃの値はそれぞれ関係しあうため、交点における圧力ｐＶは、Δθ、Ｖ、Ｃに依存することが言える。なお、Δθは、θの値とエンジンＥＧの運転状態（回転数、負荷、空燃比、過給圧等）から推定することができる。また、冷却水の温度θが高いほど、壁面での冷却水の温度は高くなりやすく、高い圧力でもサブクール沸騰しやすい。このことから、冷却水の温度θによってもサブクール沸騰が始まる位置（交点）が変化する。ゆえに、Δθ、θ、Ｖ、Ｃが決まっている状態では、ｐＶの値を変化させることで交点の位置を移動させることができる。また、Ｐ＝ｐＶ＋（１／２）ρＶ２であることから、圧力センサ２４で検出される圧力Ｐに基づく制御をすることで、冷却水をサブクール沸騰状態に制御することができる。
【００６３】
したがって、冷却水がサブクール沸騰を開始するときに圧力センサ２４で検出される圧力は、ＰSUB（Δθ、θ、Ｖ、Ｃ）で表される（以下、ＰSUBと表すこともある）。流速Ｖは流量Ｑの関数なので、ＰSUB（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）とも表される。冷却水の圧力ＰがＰSUBより小さければ（Ｐ＜ＰSUB）冷却水はサブクール沸騰状態となる。関数ＰSUB（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）は、冷却水の経路の形状、壁面の状態等によっても変化するため、通常は実験やコンピュータ解析等によって求められる。なお、Δθ、θ、Ｑ、Ｃの増減に対するＰSUBの増減については、以下のような傾向があることがわかる。
【００６４】
図３から、冷却水の圧力Ｐが高いほど、交点でのΔθが高いことがわかる。これは、ウォータジャケット１２壁面の温度が冷却水の温度θに比べて高いほど、壁面での沸騰を起こしやすいためである。したがって、∂ＰSUB／∂Δθ＞０となる。
【００６５】
上述のように冷却水の温度θが高いほど、高い圧力でもサブクール沸騰しやすい。したがって、∂ＰSUB／∂θ＞０となる。
【００６６】
図３から考察すると、所定のΔθ上（縦軸に平行線上）で交点をとる場合、冷却水の流速Ｖが速いほど（Ｌ１からＬ３に動くにつれて）、線Ｓは左側となる。線Ｓが左側へ行くほど圧力ＰSUBは低くなる。すなわち、流速Ｖが速いほどサブクール沸騰を開始する圧力ＰSUBは低くなる。したがって、∂ＰSUB／∂Ｖ＜０となる。さらに、∂Ｖ／∂Ｑ＞０であるため、∂ＰSUB／∂Ｑ＜０となる。このことは、流速Ｖが速いほど（流量Ｑが大きいほど）、冷却水が壁面に留まる時間が短く、圧力Ｐを下げて壁面での沸騰を促す必要があることからも予測できる。
【００６７】
流速Ｖを固定した場合、濃度Ｃを上昇させると、線Ｓは右に移動するため、交点の温度差Δθは高くなる。そのため、濃度Ｃが上昇しても交点の温度差Δθを一定にするためには、圧力Ｐを下げて濃度Ｃの上昇によって移動した分だけ線Ｓを左に移動させなくてはならない。ゆえに、流速Ｖ、温度差Δθが一定条件下では、濃度Ｃが高いほどサブクール沸騰を開始する圧力ＰSUBは低くなる。したがって、∂ＰSUB／∂Ｃ＜０となる。このことは、溶質（ＬＬＣ）の濃度Ｃが高いと、溶媒（冷却水）が沸騰しにくく、圧力Ｐを下げて壁面での沸騰を促す必要があることからも予測できる。
【００６８】
以上のことから、ＰBOIL（θ、Ｑ、Ｃ）＜ＰST（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）＜ＰSUB（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）となるような関数ＰST（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）を定めて、冷却水の圧力Ｐがこの値から所定の範囲内（許容範囲の値アΔＰ3）となるように冷却水の圧力Ｐを制御する（ＰST（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）−ΔＰ3＞ＰBOIL（θ、Ｑ、Ｃ）、ＰST（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）＋ΔＰ3＜ＰSUB（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ））。本実施形態の場合、関数ＰST（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）及びΔＰ3は、ＰBOIL（θ、Ｑ、Ｃ）及び実験によって求められたＰSUB（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）に基づいて決定するが、コンピュータシミュレーション等の解析に基づいて決定してもよい。関数ＰST（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）及び許容範囲の値ΔＰ3は記憶部３３に記憶される。
【００６９】
図６は、冷却水の圧力制御の他の一例を示すフロー図である。この制御は、コントローラ３０によって実行される。ここでは、ＰST（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）−ΔＰ3をＰLWR、ＰST（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）＋ΔＰ3をＰUPRとする。
【００７０】
Ｓ６０１において、エンジン回転数センサ２１からの信号に基づいて算出された流量Ｑ、温度センサ２２により検出された冷却水の温度θ、濃度センサ２３により検出された冷却水のＬＬＣの濃度Ｃ、圧力センサ２４により検出された冷却水の圧力Ｐが取得される。続いてＳ６０２において、θ及びエンジンＥＧの運転状態に基づいてΔθが推定される。
【００７１】
Ｓ６０３において、Δθ、θ、Ｑ、Ｃに基づいてＰLWR及びＰUPRが算出され、まず、Ｓ６０４において、冷却水の圧力ＰとＰLWRとが比較される。Ｐ＜ＰLWRであれば（Ｓ６０４でＮｏ）、Ｓ６０５で、コントローラ３０は信号を送信して、調圧バルブ１８を加圧状態、コンプレッサ１７を作動させて、循環経路内を加圧し、Ｓ６０１に戻る。
【００７２】
Ｐ≧ＰLWRであれば（Ｓ６０４でＹｅｓ）、Ｓ６０６で、冷却水の圧力ＰとＰUPRとが比較される。Ｐ＞ＰUPRであれば（Ｓ６０６でＮｏ）、Ｓ６０７で、コントローラ３０は信号を送信して、コンプレッサ１７を停止、調圧バルブ１８を開放状態として、循環経路内を減圧し、Ｓ６０１に戻る。なお、Ｓ６０４とＳ６０６の処理順序は逆でもよい。
【００７３】
Ｐ≦ＰUPRであれば（Ｓ６０６でＹｅｓ）、Ｓ６０８で、コントローラ３０は信号を送信して、コンプレッサ１７を停止、調圧バルブ１８を保圧状態として、循環経路内の圧力を維持し、再びＳ６０１に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。
【００７４】
この処理により、冷却水の圧力Ｐを、関数ＰST（Δθ、θ、Ｑ、Ｃ）に基づく所定の範囲内（ＰLWR〜ＰUPR）に制御することができ、ウォータジャケット１２内の冷却水をサブクール沸騰状態とすることができる。また、エンジンＥＧの運転状態からΔθを推定していることから、エンジンＥＧの運転状態の変化に対しても適切に対応できる。特に、エンジンＥＧの運転状態のパラメータをＥＣＵからの指令値に基づいて得るような構成にすれば、フィードフォワード制御が組み込まれることとなり、エンジンＥＧの運転状態の急激な変化にも対応できる。
【符号の説明】
【００７５】
ＥＧ  エンジン
１、５  冷却装置
α、β  循環経路
１２  ウォータジャケット
１７  コンプレッサ
１８  調圧バルブ
２１  エンジン回転数センサ
２２  温度センサ
２３  濃度センサ
３０  コントローラ
【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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