(57)【要約】【課題】冷却水中の気泡の発生を検出し、気泡が発生した場合に適切な処置を取ることが可能な内燃機関の排気熱回収装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気熱回収装置は、排気熱回収器を用いて冷却水と排気ガスとの熱交換を行うために好適に利用される。具体的には、内燃機関の排気熱回収装置は、冷却水中の気泡の発生を検出し、気泡の発生が検出された場合に、気泡に対して対処するための制御を実行する。例えば、冷却水の水圧や電動ポンプの駆動負荷などに基づいて、気泡の発生の検出を行う。そして、気泡の発生が検出された場合に、電動ポンプの流量を増加させる制御などを実行する。以上により、気泡の発生を適切に検出しつつ、冷却水中の気泡に起因する内燃機関の運転不調や排気熱回収器の破壊などを効果的に防止することが可能となる。【選択図】図３
2008057340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を通過する冷却水と内燃機関から排出された排気ガスとの熱交換を行う排気熱回収器と、冷却水通路において前記冷却水の循環を行う電動ポンプと、を有する内燃機関の排気熱回収装置であって、
前記冷却水中の気泡の発生を検出する気泡発生検出手段と、
前記気泡発生検出手段が前記気泡の発生を検出した場合、前記気泡に対して対処するための制御を実行する気泡対処実行手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項２】
前記冷却水の水圧を検出する水圧センサを備え、
前記気泡発生検出手段は、前記水圧センサが検出した水圧に基づいて、前記冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項３】
前記気泡発生検出手段は、前記水圧が上昇した場合、前記冷却水中に気泡が発生していると判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項４】
前記気泡発生検出手段は、前記水圧が下降した場合、前記冷却水中に気泡が発生していると判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項５】
前記水圧センサは、前記排気熱回収器の下流側の冷却水通路に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項６】
前記気泡発生検出手段は、前記電動ポンプの駆動負荷に基づいて、前記冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項７】
前記気泡発生検出手段は、前記電動ポンプの駆動負荷が所定値以下である場合に、前記冷却水中に気泡が発生していると判定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項８】
前記気泡発生検出手段は、前記電動ポンプの駆動負荷が所定値以下である場合において、前記電動ポンプの駆動負荷の低下が継続した場合に、前記冷却水通路において前記冷却水の漏れが生じていると判定することを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項９】
前記内燃機関はハイブリッド車両に搭載され、
前記気泡発生検出手段は、前記内燃機関が所定の運転状態に設定された状態において、前記電動ポンプの駆動負荷に基づいて前記気泡が発生しているか否かを判定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項１０】
前記気泡対処実行手段は、前記気泡発生検出手段が前記気泡を検出した場合、前記電動ポンプの作動条件を高流量側に制御することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項１１】
前記冷却水通路上に設けられ、当該冷却水通路の経路中を流れる冷却水の流量を変化させる電動制御弁を備え、
前記気泡発生検出手段は、少なくとも前記電動制御弁の開度に基づいて、前記冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項１２】
前記内燃機関と前記排気熱回収器との間の冷却水通路上に、逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項１３】
前記気泡の発生状態が継続するように制御する手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う内燃機関の排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行い、排気熱を回収する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、内燃機関からの排気熱を冷却水により回収する排気熱回収器において、内燃機関停止直後に電動ポンプを駆動することによって冷却水の循環を行い、排気熱の回収部分での冷却水の沸騰を防止する技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１０４９５２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、冷却水が沸騰した場合や、内燃機関の停止により冷却水の循環が停止した場や、冷却水が不足した場合などにおいて、冷却水中に気泡が発生する場合がある。このような気泡の発生は、内燃機関からの排気熱量や冷却水量に影響を受け得る。しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、冷却水中で発生する気泡を適切に検出することができなかった。そのため、気泡が混在した状況で運転を継続することにより、内燃機関の運転不調や排気熱回収器の破壊などが生じる可能性があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷却水中の気泡の発生を検出し、気泡が発生した場合に適切な処置を取ることが可能な内燃機関の排気熱回収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】
【０００６】
本発明の１つの観点では、内部を通過する冷却水と内燃機関から排出された排気ガスとの熱交換を行う排気熱回収器と、冷却水通路において前記冷却水の循環を行う電動ポンプと、を有する内燃機関の排気熱回収装置は、前記冷却水中の気泡の発生を検出する気泡発生検出手段と、前記気泡発生検出手段が前記気泡の発生を検出した場合、前記気泡に対して対処するための制御を実行する気泡対処実行手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記の内燃機関の排気熱回収装置は、排気熱回収器を用いて冷却水と排気ガスとの熱交換を行うために好適に利用される。具体的には、内燃機関の排気熱回収装置は、冷却水中の気泡の発生を検出し、気泡の発生が検出された場合に、気泡に対して対処するための制御を実行する。これにより、気泡の発生を適切に検出しつつ、冷却水中の気泡に起因する内燃機関の運転不調や排気熱回収器の破壊などを効果的に防止することが可能となる。
【０００８】
上記の内燃機関の排気熱回収装置の一態様では、前記冷却水の水圧を検出する水圧センサを備え、前記気泡発生検出手段は、前記水圧センサが検出した水圧に基づいて、前記冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定する。冷却水中に気泡が発生している場合には、冷却水の水圧が変化する傾向にある。よって、冷却水の水圧に基づいて、冷却水中に気泡が発生しているか否かを適切に判定することができる。
【０００９】
上記の内燃機関の排気熱回収装置において好適には、前記気泡発生検出手段は、前記水圧が上昇した場合、前記冷却水中に気泡が発生していると判定する。冷却水の水圧が上昇した場合には、冷却水の沸騰により気泡が発生していると言える。よって、水圧が上昇したか否かに基づいて、冷却水中の気泡の発生を適切に検出することができる。
【００１０】
また、上記の内燃機関の排気熱回収装置において好適には、前記気泡発生検出手段は、前記水圧が下降した場合、前記冷却水中に気泡が発生していると判定する。冷却水における水圧の下降は、冷却水通路において冷却水の漏れなどが生じ、冷却水量が不足したために生じたと考えることができる。このように冷却水の漏れなどが生じた場合には、冷却水中に気泡が発生している可能性がかなり高いと言える。よって、冷却水の水圧が下降したか否かを判定することにより、冷却水中に気泡が発生しているか否かを適切に判定することができる。
【００１１】
好適には、前記水圧センサは、前記排気熱回収器の下流側の冷却水通路に設けられている。
【００１２】
上記の内燃機関の排気熱回収装置の他の一態様では、前記気泡発生検出手段は、前記電動ポンプの駆動負荷が所定値以下である場合に、前記冷却水中に気泡が発生していると判定する。冷却水中に気泡が発生している場合には、電動ポンプの駆動負荷が変化する傾向にある。よって、電動ポンプの駆動負荷に基づいて、冷却水中に気泡が発生しているか否かを適切に判定することができる。
【００１３】
上記の内燃機関の排気熱回収装置において好適には、前記気泡発生検出手段は、前記電動ポンプの駆動負荷が所定値以下である場合に、前記冷却水中に気泡が発生していると判定することができる。
【００１４】
また、上記の内燃機関の排気熱回収装置において好適には、前記気泡発生検出手段は、前記電動ポンプの駆動負荷が所定値以下である場合において、前記電動ポンプの駆動負荷の低下が継続した場合に、前記冷却水通路において前記冷却水の漏れが生じていると判定することができる。
【００１５】
上記のような電動ポンプにおける駆動負荷の継続的な低下は、冷却水への気泡の混入量が増加したために生じたと考えられる。そして、気泡の混入量の増加は、冷却水通路において冷却水が漏れたために発生したと考えることができる。したがって、電動ポンプの駆動負荷の継続的な低下に基づいて、冷却水の漏れを適切に検出することができる。
【００１６】
好適には、前記内燃機関はハイブリッド車両に搭載され、前記気泡発生検出手段は、前記内燃機関が所定の運転状態に設定された状態において、前記電動ポンプの駆動負荷に基づいて前記気泡が発生しているか否かを判定する。
【００１７】
上記の内燃機関の排気熱回収装置の他の一態様では、前記気泡対処実行手段は、前記気泡発生検出手段が前記気泡を検出した場合、前記電動ポンプの作動条件を高流量側に制御する。このように電動ポンプの作動条件を高流量側に制御することにより、気泡の発生を抑制することができる。よって、冷却水中の気泡に起因する内燃機関の運転不調や排気熱回収器の破壊などを効果的に防止することが可能となる。
【００１８】
上記の内燃機関の排気熱回収装置の他の一態様では、前記冷却水通路上に設けられ、当該冷却水通路の経路中を流れる冷却水の流量を変化させる電動制御弁を備え、前記気泡発生検出手段は、少なくとも前記電動制御弁の開度に基づいて、前記冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定する。電動制御弁の開度などの情報に基づいて、冷却水通路における圧損の変化を把握することができる。よって、電動制御弁の開度などに基づいて、冷却水における気泡の発生を適切に検出することができる。
【００１９】
上記の内燃機関の排気熱回収装置の他の一態様では、前記内燃機関と前記排気熱回収器との間の冷却水通路上に、逆止弁が設けられている。このように逆止弁を設けることにより、排気熱回収器で沸騰して発生した蒸気圧により、冷却水の水流が妨げられてしまうことを防止することができる。よって、目標とする水流を実現するために、電動ポンプの駆動負荷が増加してしまうことを防止することが可能となる。
【００２０】
好ましくは、前記気泡の発生状態が継続するように制御する手段を備える。即ち、排気熱回収器で積極的に冷却水を沸騰させることによって、沸騰による蒸気圧を、冷却水を循環させるためのエネルギーとして利用する。この場合、上記のように逆止弁を設けているため、沸騰による蒸気は排気熱回収器の下流側にのみ流れていくので、沸騰により生じた蒸気圧は、冷却水を循環させるためのエネルギーとして利用されることとなる。これにより、電動ポンプの省電力が可能となり、効率的に排気エネルギーを回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２２】
［冷却系システムの構成］
図１は、本発明の実施形態に係る排気熱回収装置が適用された冷却系システム１００の概略構成を示す図である。なお、図１においては、実線矢印が冷却水の流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。また、太線で表した実線は、冷却水が流れる通路（冷却水通路）を示している。
【００２３】
本実施形態に係る冷却系システム１００は、冷却水を用いてエンジン１の冷却を行うと共に、この冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行うことによって排気熱を回収し、エンジン１の暖機やヒータの熱源に利用するシステムである。この場合、冷却水は、冷却水通路７ａ、７ｂ、７ｃを通過することによって、エンジン１の冷却及び暖機などを行う。冷却水通路７ａ上には排気熱回収器２が設けられており、冷却水通路７ｂ上にはラジエータ３が設けられており、冷却水通路７ｃ上には電動ポンプ５が設けられている。なお、以下では、冷却水通路７ａ〜７ｃを区別しない場合には、単に冷却水通路７として用いるものとする。
【００２４】
エンジン（内燃機関）１は、供給される燃料と空気との混合気を燃焼させることによって動力を発生する装置である。例えば、エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどによって構成される。また、エンジン１は、ハイブリッド車両などに搭載される。更に、エンジン１には、冷却水の温度を検出する水温センサ６が設けられている。水温センサ６は、検出した温度に対応する検出信号Ｓ６をＥＣＵ５０に供給する。
【００２５】
排気熱回収器２は、エンジン１からの排気ガスが通過する排気通路（不図示）上に設けられている。排気熱回収器２は、内部に冷却水が通過し、この冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行うことによって、排気熱を回収する。また、排気熱回収器２は、切換弁（不図示）などを有している。この切換弁は、開閉することにより、熱交換の実行と熱交換の制限との切り換えを行うことができるように構成されている。切換弁は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ２によって制御される。
【００２６】
ラジエータ３では、その内部を通過する冷却水が外気によって冷却される。この場合、電動ファン（不図示）の回転により導入された風によって、ラジエータ３内の冷却水の冷却が促進される。また、電動ポンプ（以下、「電動ＷＰ」と呼ぶ。）５は、電動式のモータを備えて構成され、このモータの駆動により冷却水を冷却水通路７内で循環させる。具体的には、電動ＷＰ５は、バッテリから電力が供給され、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ５によって回転数などが制御される。
【００２７】
サーモスタット４は、冷却水の温度に応じて開閉する弁によって構成される。基本的には、サーモスタット４は、冷却水の温度が高温となったときに開弁する。この場合、サーモスタット４を介して冷却水通路７ｂと冷却水通路７ｃとが接続され、冷却水はラジエータ３を通過することとなる。これにより、冷却水が冷却され、エンジン１のオーバーヒートが抑制される。これに対して、冷却水の温度が比較的低温である場合には、サーモスタット４は閉弁している。この場合には、冷却水はラジエータ３を通過しない。これにより、冷却水の温度低下が抑制されるため、エンジン１のオーバークールが抑制される。
【００２８】
ＥＣＵ（Engine Control Unit）５０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備える。ＥＣＵ５０は、上記した各種センサから供給される出力などに基づいて、種々の制御を行う。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、主に、冷却水中の気泡の発生を検出する処理を行う。また、ＥＣＵ５０は、気泡の発生が検出された場合、気泡に対して対処するための制御を実行する。このように、ＥＣＵ５０は、気泡発生検出手段、及び気泡対処実行手段として動作する。
【００２９】
［排気熱回収器の構成］
ここで、排気熱回収器２の一例について、図２を参照して具体的に説明する。図２は、排気熱回収器２の概略構成を示す図である。図２は、主に、上記したエンジン１の排気系と排気熱回収器２とを示している。なお、実線矢印が排気ガス及び冷却水の流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
【００３０】
排気熱回収器２は、エンジン１からの排気ガスが流通する排気通路１０上に設けられている。詳しくは、排気熱回収器２は、排気ガスを浄化する触媒１１の下流側の排気通路１０上に設置されている。
【００３１】
排気熱回収器２は、排気通路１０の外壁面を覆うように配設された冷却水通路１２を有している。例えば、冷却水通路１２は、排気通路１０に対してらせん状に巻きついて囲む形状を有している。冷却水通路１２は、矢印Ｂ１で示すように冷却水通路７ａより冷却水が流入し、矢印Ｂ２で示すように冷却水通路７ａに対して冷却水を流出させる。
【００３２】
更に、排気通路１０の内部には、切換弁１５が設けられている。切換弁１５は、開閉することによって、排気ガスが通過する排気通路を切り換える。具体的には、切換弁１５は、第１の排気通路１０ａと第２の排気通路１０ｂとの切り換えを行う。これにより、排気熱回収器２における熱交換の実行と、排気熱回収器２における熱交換の制限との切り換えを行う。
【００３３】
詳しくは、切換弁１５が閉となっている場合には、矢印Ａ１、Ａ３で示すように第１の排気通路１０ａに排気ガスが流れる。この場合には、排気ガスは、排気熱回収器２における冷却水通路１２が設けられた排気通路１０上の箇所を通過する。これにより、排気通路１０の壁面を介して、冷却水通路１２内の冷却水に対して排気熱が伝達され、熱交換が実行されることとなる。基本的には、切換弁１５は、冷間時において閉に設定される。こうするのは、排気熱回収器２で回収された排気熱によって、エンジン１の暖機やヒータの加熱などを行うためである。
【００３４】
一方、切換弁１５が開となっている場合には、矢印Ａ２で示すように第２の排気通路１０ｂに排気ガスが流れる。この場合には、排気ガスは、冷却水通路１２が設けられた排気通路１０上の箇所を迂回する通路を通過することとなる。そのため、排気ガスと冷却水との熱交換はほとんど実行されない（即ち熱交換が制限される）。基本的には、切換弁１５は、温間時において開に設定される。こうするのは、排気熱回収器２における熱交換を制限することで、冷却水の温度上昇を抑制することによって、冷却水によりエンジン１を効率的に冷却するためである。
【００３５】
また、切換弁１５は、ＶＳＶ（Vacuum Switching Valve）１６によって開閉が制御される。また、このＶＳＶ１２は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１６（図１に示した制御信号Ｓ２に対応する）によって制御される。即ち、ＥＣＵ５０は、ＶＳＶ１２を介して切換弁１５の開閉の制御を行う。
【００３６】
以下では、本発明の実施形態に係る、冷却水中の気泡の発生を検出する方法や、気泡が発生している場合に実行される制御などについて具体的に説明する。
【００３７】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、冷却水の水圧に基づいて、冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、冷却水が沸騰しているか否かを判定する。更に、第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、冷却水の沸騰を検出した場合、これに対処するための制御を実行する。例えば、排気熱回収器２内で冷却水が沸騰した場合には、蒸気圧により冷却水系の水圧が上昇し、排気熱回収器２が破損したり配管が外れたりする場合がある。そのため、第１実施形態では、このような不具合の発生を防止するための制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、冷却水の沸騰を検出した場合などにおいて、電動ＷＰ５の流量を増加させる制御を行う。
【００３８】
図３は、第１実施形態に係る冷却系システム１０１の概略構成を示す図である。なお、図１に示した構成要素と同一のものに対して同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
第１実施形態に係る冷却系システム１０１は、冷却水通路７ａ上に水圧センサ２０が設けられている。具体的には、水圧センサ２０は、排気熱回収器２の下流側の冷却水通路７ａ上に設けられている。水圧センサ２０は、冷却水の水圧を検出し、検出した水圧に対応する検出信号Ｓ２０をＥＣＵ５０に出力する。
【００４０】
第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、水圧センサ２０が検出した水圧に基づいて、冷却水が沸騰しているか否かの判定を行う。具体的には、冷却水が沸騰した場合には水圧が上昇する傾向にあるため、ＥＣＵ５０は、冷却水の水圧が上昇した場合に冷却水が沸騰していると判定する。更に、ＥＣＵ５０は、冷却水の水圧に基づいて、電動ＷＰ５の制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、冷却水の水圧から冷却水が沸騰しているような状況であると判定された場合に、電動ＷＰ５の流量を増加させる制御を行う。こうするのは、電動ＷＰ５の流量を増加させることにより、冷却水における沸騰が抑制されるからである。即ち、冷却水の水圧の上昇が抑制されるからである。
【００４１】
詳しくは、ＥＣＵ５０は、冷却水の水圧と所定圧力とを比較することによって、電動ＷＰ５に対する制御を切り換える。具体的には、ＥＣＵ５０は、冷却水の水圧が所定圧力以下である場合には、エンジン１の運転状態などから要求される電動ＷＰ５の流量（以下、「エンジン要求流量」とも呼ぶ。）を決定し、このエンジン要求流量が流れるように電動ＷＰ５を制御する。例えば、冷間時などのエンジン１の冷却が必要でない場合には、エンジン要求流量が概ね「０」となるため、ＥＣＵ５０は電動ＷＰ５を停止する。一方、ＥＣＵ５０は、冷却水の水圧が所定圧力よりも大きい場合には、エンジン要求流量の代わりに、沸騰を防止するために要求される電動ＷＰ５の流量（以下、「沸騰防止要求流量」とも呼ぶ。）を決定し、この沸騰防止要求流量が流れるように電動ＷＰ５を制御する。この沸騰防止要求流量は、基本的にはエンジン要求流量よりも大きな流量が決定される。よって、冷却水の水圧が所定圧力よりも大きい場合には、電動ＷＰ５の流量が増加されることとなる。
【００４２】
上記した冷却水の水圧に用いる所定圧力は、沸騰が生じた場合の水圧、及び沸騰が起こり、排気熱回収器２の破損や配管外れなどが生じるような水圧のいずれかに設定される。このような所定圧力に基づいて電動ＷＰ５の制御を行うことにより、沸騰が生じるまで、或いは沸騰が起こっても、排気熱回収器２の破損や配管外れなどが生じるような水圧に達するまでは、電動ＷＰ５の流量が増加されないこととなる（即ちエンジン要求流量に設定される）。よって、冷却水の沸騰を防止するために必要なときにだけ電動ＷＰ５の流量を増加させることができる。そのため、電動ＷＰ５の流量を無駄に増加してしまうことを抑制することができ、車両における燃費の悪化を抑制することが可能となる。例えば、冷間時などにおいては、電動ＷＰ５を停止し続けることができる。
【００４３】
ここで、第１実施形態に係る電動ＷＰ５の制御方法について、図４を参照して具体的に説明する。図４は、第１実施形態に係る電動ＷＰ５の制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５０によって所定の周期で繰り返し実行される。
【００４４】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ５０は、エンジン１の運転状況などに基づいて
エンジン要求流量を決定する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、水圧センサ２０から冷却水の水圧を取得する。そして、処理はステップＳ１０３に進む。
【００４５】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ５０は、冷却水の水圧が所定圧力よりも大きいか否かを判定する。ここでは、電動ＷＰ５の流量を増加すべき状況であるか否かの判定を行う。判定に用いる所定圧力は、沸騰が生じた場合の水圧、及び沸騰が起こり、排気熱回収器２の破損や配管外れなどが生じるような水圧に設定されている。
【００４６】
冷却水の水圧が所定圧力よりも大きい場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０は、沸騰を防止するために要求される電動ＷＰ５の沸騰防止要求流量を決定する。ステップＳ１０４の処理に進んだ状況は、電動ＷＰ５の流量を増加すべき状況であると言える。即ち、冷却水の沸騰が生じているような状況であるか、或いは冷却水の沸騰が起こり、排気熱回収器２の破損や配管外れなどが生じるような状況であると言える。よって、ＥＣＵ５０は、沸騰防止要求流量を決定し、ステップＳ１０１で決定されたエンジン要求流量の代わりに、沸騰防止要求流量を用いて電動ＷＰ５の制御を行う。この場合、電動ＷＰ５の流量が増加するため、冷却水における沸騰が適切に防止されることとなる。即ち、冷却水の水圧の上昇が抑制される。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【００４７】
冷却水の水圧が所定圧力以下である場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、電動ＷＰ５の流量を増加すべき状況ではないと言える。即ち、冷却水の沸騰が生じているような状況ではない、或いは冷却水の沸騰が起こり、排気熱回収器２の破損や配管外れなどが生じるような状況ではないと言える。よって、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０１で決定されたエンジン要求流量を用いて電動ＷＰ５の制御を行う。この場合、電動ＷＰ５の流量はエンジン要求流量から増加されない。例えば、冷間時などのエンジン１の冷却が必要でない場合には、エンジン要求流量が概ね「０」となるため、電動ＷＰ５は停止されることとなる。
【００４８】
このように、第１実施形態によれば、冷却水の水圧に基づいて冷却水の沸騰の発生を適切に検出し、沸騰を防止するための制御を適切に行うことができる。よって、沸騰に起因する排気熱回収器２の破損や配管外れを効果的に防止することができる。また、冷却水の沸騰を防止するために必要なときにだけ電動ＷＰ５の流量を増加させることができるため、電動ＷＰ５の流量を無駄に増加してしまうことを抑制することができる。よって、燃費の悪化を抑制することが可能となる。
【００４９】
なお、上記では、水圧センサ２０を排気熱回収器２の下流側の冷却水通路７ａ上に設ける例を示したが、これに限定はされない。排気熱回収器２における沸騰による水圧上昇により、破損や損害などが生じ得る構成要素の付近に水圧センサ２０を設けることが好ましい。上記の例のように排気熱回収器２の下流側に水圧センサ２０を設けた場合には、排気熱回収器２の破損を効果的に防止することができると言える。他の例では、排気熱回収器２の下流側の箇所に水圧センサ２０を設ける代わりに、又はこの箇所に水圧センサ２０を設けると共に、配管が外れる許容圧に対して余裕が少ないような箇所の付近に、水圧センサを設けることができる。この場合には、配管外れを効果的に抑制することができると言える。
【００５０】
また、上記では、冷却水の水圧が上昇した際に冷却水中に気泡が発生していると判定する実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、ＥＣＵ５０は、冷却水の水圧が下降した場合にも、冷却水中に気泡が発生していると判定することができる。冷却水の水圧の下降は、冷却水通路７において冷却水の漏れなどが生じ、冷却水量が不足したために生じたと考えることができる。このように冷却水の漏れなどが生じた場合には、冷却水中に気泡が発生している可能性がかなり高いと言える。したがって、冷却水の水圧が下降したか否かを判定することにより、冷却水中に気泡が発生しているか否かを適切に判定することが可能となる。
【００５１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、冷却水の水圧の代わりに、電動ＷＰ５の駆動負荷に基づいて、冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定する点で第１実施形態と異なる。つまり、第２実施形態では、ＥＣＵ５０は、電動ＷＰ５の消費電力に基づいて気泡が発生しているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、電動ＷＰ５の消費電力が所定値以下である場合に、冷却水に気泡が発生していると判定する。
【００５２】
更に、第２実施形態では、冷却水に気泡が発生していると判定された場合、冷却水中の気泡を抜くための処理（以下、「気泡抜き処理」と呼ぶ。）、及び冷却水の漏れを判定する処理（以下、「冷却水漏れ判定処理」と呼ぶ。）のいずれかを実行する。具体的には、冷却水の交換が原因で気泡が発生したか否かを判定し、この判定結果に基づいて、気泡抜き処理及び冷却水漏れ判定処理のいずれかを実行する。詳しくは、冷却水の交換が原因で気泡が発生したと判定された場合には、気泡抜き処理を実行し、冷却水の交換が原因で気泡が発生したと判定されなかった場合には、気泡の発生が冷却水の漏れに起因するものであるかを判定する処理を実行する。
【００５３】
ここで、気泡が発生した場合に発生する電動ＷＰ５の消費電力の低下について、図５を参照して具体的に説明する。図５は、横軸に電動ＷＰ５の回転数（流量に対応する）を示し、縦軸に電動ＷＰ５の消費電力を示している。直線７０は、冷却水中に気泡が発生していない場合（冷却水中に気泡が混入していない場合）における、電動ＷＰ５の回転数と消費電力との関係の一例を示している。なお、このような関係にはある程度の幅があるが、図５においては説明の便宜上、一本の直線７０のみを示している。これに対して、直線７１は、冷却水中に気泡が発生している場合（冷却水中に気泡が混入している場合）における、電動ＷＰ５の回転数と消費電力の関係の一例を示している。直線７０及び直線７１より、冷却水中に気泡が発生している場合、指定回転数に対する電動ＷＰ５の消費電力がかなり小さくなっていることがわかる。即ち、電動ＷＰ５の駆動負荷がかなり小さくなっている。こうなるのは、気泡が混入している冷却水は、気泡が混入していない冷却水よりも抵抗が小さくなるからである。以上より、電動ＷＰ５の消費電力に基づいて、冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定することができると言える。
【００５４】
次に、冷却水の漏れに起因して気泡が発生している場合について、図６を参照して説明する。図６は、横軸に電動ＷＰ５の回転数（流量に対応する）を示し、縦軸に電動ＷＰ５の消費電力を示している。なお、図５に示した要素と同一の符号を付した要素は、同一のものを示すものとし、その説明を省略する。
【００５５】
前述したように、直線７１で示すような電動ＷＰ５の回転数と消費電力との関係が得られた場合、冷却水中に気泡が発生していると判定される。直線７２は、このような判定からある程度の時間が経過した後に得られた、電動ＷＰ５の回転数と消費電力との関係を示している。これより、時間の経過と共に、指定回転数に対する電動ＷＰ５の消費電力が低下していることがわかる。このような消費電力の低下は、冷却水への気泡の混入量が増加したために生じたと考えられる。そして、気泡の混入量の増加は、冷却水通路７において冷却水が漏れたために発生したと考えることができる。即ち、通常のエンジン１の運転時においては、電動ＷＰ５はある程度の回転数で駆動しているため、冷却水通路７の破損や配管外れ等が生じている場合には、ここから冷却水が漏れて、気泡の混入量が増加するものと考えられる。以上より、電動ＷＰ５の消費電力の低下に基づいて、冷却水の漏れの判定（冷却水漏れ判定処理）を行うことができると言える。
【００５６】
次に、第２実施形態に係る気泡の発生検出処理について、図７を用いて説明する。図７は、第２実施形態に係る気泡の発生検出処理を示すフローチャートである。この処理は、図１に示した冷却系システム１００におけるＥＣＵ５０が、所定の周期で繰り返し実行する。
【００５７】
まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ５０は、エンジン１が始動しているか否かを判定する。エンジン１が始動している場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０２に進み、エンジン１が始動していない場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。なお、エンジン１がハイブリッド車両に搭載されている場合には、ＥＣＵ５０は、エンジン１が始動しているか否かを判定する代わりに、ハイブリッドシステムが始動しているか否かを判定することができる。
【００５８】
ステップＳ２０２では、ＥＣＵ５０は、冷却水に気泡が発生しているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、電動ＷＰ５の消費電力（駆動負荷に対応する）が所定値以下であるか否かを判定することによって、気泡が発生しているか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ５０は、冷却水に気泡が発生していない場合における電動ＷＰ５の回転数と消費電力との関係より、現在の電動ＷＰ５の回転数に対応する消費電力を求め、この消費電力と現在の電動ＷＰ５の消費電力とを比較することによって判定を行う。この場合、求められた消費電力よりも実際の電動ＷＰ５の消費電力がかなり小さい場合に、ＥＣＵ５０は、冷却水に気泡が発生していると判定する。冷却水に気泡が発生していると判定された場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０３に進み、冷却水に気泡が発生していないと判定された場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。
【００５９】
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ５０は、補機バッテリのバッテリターミナルを外した履歴があるか否かを判定する。ステップＳ２０３における判定は、冷却水の交換が行われた否かを判定するために行う。即ち、冷却水の交換を行う場合にはバッテリターミナルを外す可能性が高いため、バッテリターミナルを外した履歴に基づいて冷却水の交換が行われた否かを判定することができる。このように冷却水の交換が行われたか否かを判定するのは、気泡の発生が、冷却水の交換に起因するものであるか否かを判別するためである。バッテリターミナルを外した履歴がある場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０４に進み、バッテリターミナルを外した履歴がない場合（ステップＳ２０３；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０５に進む。
【００６０】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ５０は、気泡抜き処理を実行する。ステップＳ２０４の処理に進んだ状況においては、冷却水の交換に起因して気泡が発生したと考えることができる。言い換えると、気泡の発生の原因が冷却水の漏れである可能性はかなり低いと考えられる。したがって、ＥＣＵ５０は、冷却水中の気泡を抜くための処理（気泡抜き処理）を実行する。具体的には、ＥＣＵ５０は、電動ＷＰ５の回転数を増加させる制御を実行する。このような制御を実行することにより、ラジエータ３のリザーブタンク等から気泡を抜くことができる。これにより、冷却水中の気泡に起因するエンジン１の運転不調や排気熱回収器２の破壊などを効果的に防止することができる。なお、前述したように冷却水が漏れている可能性はかなり低いため、電動ＷＰ５の回転数を増加させる制御などを実行しても不具合が発生する可能性はかなり低いと言える。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【００６１】
一方、ステップＳ２０５では、ＥＣＵ５０は、冷却水漏れ判定処理を実行する。ステップＳ２０５の処理に進んだ状況においては、冷却水の交換に起因して気泡が発生したとは考え難い。この場合、気泡の発生の原因が冷却水の漏れである可能性が考えられる。したがって、ＥＣＵ５０は、冷却水中の気泡を抜くための処理（気泡抜き処理）を実行しないで、冷却水通路７において冷却水の漏れが生じているか否かの判定（冷却水漏れ判定処理）を実行する。こうするのは、冷却水の漏れが想定されるような状況において、上記した電動ＷＰ５の回転数を増加させる制御などを実行してしまうと、冷却水が更に漏れてしまうといった不具合が発生する可能性があるからである。このように、冷却水の交換に起因して気泡が発生していないと判定された場合に、気泡抜き処理の代わりに冷却水漏れ判定処理を実行することにより、気泡抜き処理の実行に起因する不具合の発生を適切に抑制することが可能となる。
【００６２】
具体的には、ステップＳ２０５では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０２において気泡の発生が検出されてから、ある程度の時間の経過後に、電動ＷＰ５の消費電力が低下したか否かを判定する。即ち、ＥＣＵ５０は、電動ＷＰ５の消費電力の低下が継続したか否かを判定する。ＥＣＵ５０は、電動ＷＰ５における消費電力の継続的な低下が検出された場合、冷却水の漏れが生じていると判定する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。なお、冷却水の漏れが生じていると判定された場合には、冷却水の漏れをドライバなどが認識できるように表示しても良い。また、冷却水の漏れが生じていないと判定された場合には、電動ＷＰ５の回転数を増加させる制御などの気泡抜き処理を実行しても良い。
【００６３】
第２実施形態によれば、電動ＷＰ５の駆動負荷（消費電力）に基づいて冷却水における気泡の発生を適切に検出することができる。また、気泡が発生した原因を判別することによって、冷却水中の気泡を抜くための処理、及び冷却水の漏れを判定するための処理のいずれかの処理を適切に実行することができる。これにより、不具合の発生を抑制しつつ、適切に気泡を抜くことができる。更に、気泡の発生が検出された場合に、本実施形態のように電動ＷＰ５の回転数を増加させる制御と、エンジン回転数を高回転に維持する制御とを比較すると、本実施形態に係る制御によれば、作業性を適切に向上させることができると言える。
【００６４】
なお、上記した気泡の発生を検出するための処理など（ステップＳ２０２、Ｓ２０５の処理など）は、エンジン１がハイブリッド車両に搭載される場合には、エンジン１を所定の運転状態に設定した状態において実行することが好ましい。即ち、エンジン１を所定の運転状態に設定した際に検出された電動ＷＰ５の駆動負荷に基づいて、判定を行うことが好ましい。こうすることにより、気泡の発生などを検出する精度を向上させることができる。
【００６５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、冷却水の水圧や電動ＷＰ５の駆動負荷の代わりに、冷却水通路の切り換えを電気的に行う電動制御弁の開度などに基づいて、冷却系システムに異常が発生しているか否かを判定する点で、第１実施形態及び第２実施形態と異なる。具体的には、第３実施形態では、電動制御弁の開度、電動ＷＰ５の回転数、電動ＷＰ５の消費電力、及び冷却水の温度（冷却水温）に基づいて、冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定する。
【００６６】
この場合、電動制御弁の開度から冷却系の設計圧損特性が分かり、電動ＷＰ５の回転数から冷却水の流量が分かり、電動ＷＰ５の消費電力からポンプ負荷（冷却系圧損）が分かり、冷却水温から冷却水の流動に関する物理量が分かる。そして、これらの情報から、冷却水通路７の圧損を把握することができる。したがって、冷却水中において気泡の発生が発生した場合には圧損が変化するため、上記した電動制御弁の開度、電動ＷＰ５の回転数、電動ＷＰ５の消費電力、及び冷却水温の情報に基づいて、気泡の発生を適切に検出することができると言える。
【００６７】
図８は、第３実施形態に係る冷却系システム１０３の概略構成を示す図である。なお、図１に示した構成要素と同一のものに対して同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６８】
第３実施形態に係る冷却系システム１０３は、サーモスタット４の代わりに電動三方弁２２を有する点で、冷却系システム１００と異なる（図１参照）。電動三方弁２２は、３つの開口部がそれぞれ冷却水通路７ａ、７ｂ、７ｃに接続されている。電動三方弁２２は、電気的に開度が調節されることによって、冷却水がラジエータ３を通過する流量（即ち冷却水通路７ｂの流量）や、冷却水が排気熱回収器２を通過する流量（即ち冷却水通路７ａの流量）などを変化させる。このようにサーモスタット４の代わりに電動三方弁２２を設けることにより、電動三方弁２２の開度などの情報から、冷却水通路７ａ及び冷却水通路７ｂのそれぞれに流れる冷却水の流量を精度良く把握することが可能となる。
【００６９】
また、電動三方弁２２は、アクチュエータ２３によって開度が調節される。アクチュエータ２３は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ２３によって制御される。即ち、ＥＣＵ５０は、アクチュエータ２３を介して電動三方弁２２の開度の制御を行う。このように、電動三方弁２２は、本発明における電動制御弁に相当する。
【００７０】
第３実施形態では、ＥＣＵ５０は、電動三方弁２２の開度などに基づいて、冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、電動三方弁２２の開度、電動ＷＰ５の回転数、電動ＷＰ５の消費電力、及び冷却水温に基づいて、冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定する。
【００７１】
詳しくは、冷却系システム１０３が正常であるときの電動三方弁２２の開度、電動ＷＰ５の回転数、電動ＷＰ５の消費電力、及び冷却水温の関係（以下、「正常時のデータ」とも呼ぶ。）を予め計測しておき、これをＥＣＵ５０に記憶させておく。そして、ＥＣＵ５０は、記憶している正常時のデータと、現在得られた電動三方弁２２の開度、電動ＷＰ５の回転数、電動ＷＰ５の消費電力、及び冷却水温と、を比較することによって、冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ５０は、得られた値が正常時のデータから大きく外れている場合に、冷却水中に気泡が発生していると判定する。そして、ＥＣＵ５０は、冷却水中に気泡が発生していると判定された場合、これをドライバなどが認識できるように表示する。
【００７２】
次に、第３実施形態に係る気泡の発生検出処理について、図９を用いて具体的に説明する。図９は、第３実施形態に係る気泡の発生検出処理を示すフローチャートである。この処理は、図８に示した冷却系システム１０３におけるＥＣＵ５０が、所定の周期で繰り返し実行する。
【００７３】
まず、ステップＳ３０１では、ＥＣＵ５０は、電動ＷＰ５運転中の電動三方弁２２の開度、電動ＷＰ５の回転数、電動ＷＰ５の消費電力、及び冷却水温を取得する。電動三方弁２２の開度は、ＥＣＵ５０がアクチュエータ２３に供給している制御信号Ｓ２３に相当するものである。なお、電動三方弁２２に開度センサなどを設けた場合には、ＥＣＵ５０は、このセンサから電動三方弁２２の開度を取得することができる。また、電動ＷＰ５の回転数及び電動ＷＰ５の消費電力は、電動ＷＰ５に供給している制御信号Ｓ５やバッテリに供給している制御信号などに相当するものである。更に、冷却水温は、水温センサ６からＥＣＵ５０に供給される検出信号Ｓ６に対応する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ３０２に進む。
【００７４】
ステップＳ３０２では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ３０１で得られた電動三方弁２２の開度、電動ＷＰ５の回転数、電動ＷＰ５の消費電力、及び冷却水温と、正常時のデータとの差が所定以上であるか否かを判定する。このような判定を行うことによって、ＥＣＵ５０は、冷却水通路７における圧損の変化を検出し、冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定する。差が所定以上である場合（ステップＳ３０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３０３に進む。この場合には、冷却水中に気泡が発生しているものと考えられる。一方、差が所定未満である場合（ステップＳ３０２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、冷却水中に気泡が発生していないものと考えられる。
【００７５】
ステップＳ３０３では、ＥＣＵ５０は、冷却水中に気泡が発生していることをドライバなどが認識できるように表示（異常表示）を行う。そして、処理は当該フローを抜ける。
【００７６】
以上の第３実施形態によれば、電動三方弁２２の開度などに基づいて冷却水における気泡の発生を適切に検出することができる。これにより、冷却水中の気泡に起因するエンジン１の運転不調や排気熱回収器２の破壊などを防止することが可能となる。
【００７７】
なお、上記では、電動三方弁２２の開度などに基づいて、冷却水中に気泡が発生しているか否かを判定する例を示したが、これに限定はされない。他の例では、電動三方弁２２の開度などに基づいて、排気熱回収器２の破損などを検出することができる。排気熱回収器２の破損などが発生した場合には、冷却水通路７における圧損が変化するため、上記した電動制御弁の開度、電動ＷＰ５の回転数、電動ＷＰ５の消費電力、及び冷却水温が、正常時のデータから変化する傾向にある。したがって、これらの値に基づいて、排気熱回収器２の破損などを検出することができると言える。
【００７８】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態では、冷却水の沸騰による不具合の発生が防止されるように冷却系システムを構成する点で、前述した第１実施形態乃至第３実施形態とは異なる。具体的には、第４実施形態では、沸騰による蒸気によって冷却水の水流が妨げられてしまうことが防止されるように、冷却系システムを構成する。詳しくは、排気熱回収器２の上流側の冷却水通路７上に逆止弁を設ける。
【００７９】
図１０は、第４実施形態に係る冷却系システム１０４の概略構成を示す図である。なお、図１に示した構成要素と同一のものに対して同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
第４実施形態に係る冷却系システム１０４は、エンジン１と排気熱回収器２との間の冷却水通路７ａ上に、逆止弁２４が設けられている。逆止弁２４は、エンジン１から排気熱回収器２への冷却水の流れを許容し、排気熱回収器２からエンジン１への冷却水の流れを遮断するように構成されている。このように逆止弁２４を設けることにより、排気熱回収器２で沸騰して発生した蒸気圧により、冷却水の水流が妨げられてしまうことを防止することができる。よって、目標とする流量を実現するために、電動ＷＰ５の駆動負荷が増加してしまうことを防止することが可能となる。言い換えると、目標とする流量よりも実際の流量が小さくなってしまうことを防止することが可能となる。
【００８１】
また、第４実施形態では、排気熱回収器２で積極的に冷却水を沸騰させることによって、沸騰による蒸気圧を、冷却水を循環させるためのエネルギーとして利用する。即ち、上記のように逆止弁２４を設けているため、沸騰による蒸気は排気熱回収器２の下流側にのみ流れていくので、沸騰により生じた蒸気圧は、冷却水を循環させるためのエネルギーとして利用されることとなる。この場合、ＥＣＵ５０は、冷却水の沸騰が発生した状況において、冷却水の水圧が排気熱回収器２の破損や配管外れなどが生じるような水圧に達していない場合には、このような沸騰を抑制するための制御の実行を禁止する。例えば、ＥＣＵ５０は、第１実施形態で示したような電動ＷＰ５の流量を増加させる制御などの実行を禁止する。このように冷却水を循環させるためのエネルギーとして蒸気圧を利用することにより、電動ＷＰ５の省電力が可能となる。即ち、効率的に排気エネルギーを回収することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】排気熱回収装置が適用された冷却系システムの概略構成を示す図である。
【図２】排気熱回収器の概略構成を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る冷却系システムの概略構成を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る電動ＷＰの制御処理を示すフローチャートである。
【図５】気泡の発生に起因する、電動ＷＰの消費電力の低下を説明するための図である。
【図６】冷却水の漏れに起因して気泡が発生している場合について説明するための図である。
【図７】第２実施形態に係る気泡の発生検出処理を示すフローチャートである。
【図８】第３実施形態に係る冷却系システムの概略構成を示す図である。
【図９】第３実施形態に係る気泡の発生検出処理を示すフローチャートである。
【図１０】第４実施形態に係る冷却系システムの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  エンジン（内燃機関）
２  排気熱回収器
３  ラジエータ
４  サーモスタット
５  電動ポンプ（電動ＷＰ）
６  水温センサ
７  冷却水通路
２０  水圧センサ
２２  電動三方弁
２４  逆止弁
５０  ＥＣＵ
１００  冷却系システム
【図１】
2008057340.tif 000003
【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】
2008057340.tif 000008
【図７】
2008057340.tif 000009
【図８】
2008057340.tif 000010
【図９】
2008057340.tif 000011
【図１０】
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