JP2011007140A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気再循環が行われるエンジンの排気系を冷媒により冷却する場合に、冷媒のオーバーヒート或いは沸騰を抑制するにあたって、エンジンの排気温度を適切に低下させることを可能にするエンジンの冷却装置を提供する。
【解決手段】 冷却装置１００ＡはＥＣＵ１Ａと、ウォータポンプ１０と、エンジン５０と、各冷却アダプタ２１、２２と、ラジエータ３０とを備える。ＥＣＵ１では、各冷却アダプタ２１、２２で排気から受熱する冷却損失Ｑｗを推定する推定手段と、ＥＧＲ量に応じて冷却損失Ｑｗを変更する第１の変更手段が機能的に実現される。第１の変更手段は、推定手段が推定した冷却損失Ｑｗに対してＥＧＲ量に応じて変化する冷却損失Ｑｗの変化量を反映させた新たな冷却損失Ｑｗを算出することで、冷却損失Ｑｗを変更するように実現される。
【選択図】 図１

Description

本発明はエンジンの冷却装置に関し、特に排気系を冷媒により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。

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、該水噴射手段からの水噴射量をエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて制御する制御装置を接続した排気マニホルド装置が開示されている。このほか触媒温度や排気ガス温度に応じて冷媒の供給量を決定する点で、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２で開示されている。

特開昭６３−２０８６０７号公報 特開２００７−１３２３１３号公報

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。排気エミッションを低減するには、早期に触媒を暖機させることが重要になるため、近年三元触媒をエンジンに近接した配置とすることが望まれる。

一方、上記手法を用いた場合、高負荷運転時で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、その結果、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。また高負荷領域で触媒保護のために燃料リッチ化することによる燃費の悪化や排気エミッションの悪化も懸念される。従って、三元触媒をエンジンから遠ざけて配置する要求もある。しかし、これでは早期に触媒を暖機させること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。

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ことと高負荷時の触媒過熱の抑制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、既存のエンジンに対する変更を必要最小限に抑制しつつ、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ことと高負荷時の触媒過熱の抑制を好適に両立させることも可能になる。

この点、具体的には図１０に示すように、排気系冷却仕様の場合にはノーマル仕様の場合と比較して、エンジンの吸入空気量に応じて示されているように、軽中負荷運転域から高負荷運転時にかけて全体的に触媒（スタートコンバータ）の床温を低下させることができる。またこれにより、圧力損失の低減やエンジン出力の向上を図ることが可能になることから、排気を冷却した場合にはエンジン性能を高めることも可能になる。

具体的には排気を冷却した場合には、高速域において空気過剰率λ＝１（ストイキ）でエンジンを運転する領域を拡大することができる。この点、この例では排気系冷却仕様の場合にはノーマル仕様の場合と比較して、ストイキのＡ／Ｆに対応する吸入空気量の上限が拡大していることがわかる。そしてこのようにλ＝１の運転領域を拡大することで、燃費の確保や、排気エミッションの改善を図ることができる。

ところで、排気系を冷媒で冷却するにあたっては、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。
また、エンジン本体を流通する冷媒は、一般にエンジンの出力で駆動する機械式のウォータポンプによって圧送されている。このためエンジン本体を流通する冷媒と共通の冷媒を用いる場合には、冷媒圧送装置として機械式のウォータポンプ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。

一方、通常は排気系を冷媒で冷却する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ことから、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、共通の冷媒を用いる場合、エンジン本体において特段の問題が生じない場合であっても、排気系冷却手段において冷媒のオーバーヒート或いは沸騰が発生する虞がある。具体的には例えばエンジンの高回転高負荷運転が連続した場合に、エンジン本体および排気系冷却手段における冷媒の受熱量が冷却器（例えばラジエータ）における冷媒の放熱量を上回る結果、エンジン本体よりも先にまず排気系冷却手段において冷媒のオーバーヒート或いは沸騰が発生する虞がある。

この点、冷媒のオーバーヒート或いは沸騰については、エンジンの排気温度を低下させることができれば、その発生を防止或いは抑制できる。そしてエンジンの排気温度を低下させるにあたっては、例えば燃料噴射量を増量する制御やスロットルを絞る制御を行うことが効果的である。但しこの場合にはその分、燃費、エミッションの悪化や出力性能の制限を招くことになる。このためこれらの制御は、排気系冷却手段で排気から受熱する受熱量を推定するとともに、当該受熱量や当該受熱量の積算値に基づくことによって、必要な分だけ適切に行われるようにすることが好ましい。この点、当該受熱量は具体的には例えばエンジンの発熱量（さらに具体的にはエンジンの発熱量と相関関係がある吸入空気量やエンジン回転数等のパラメータ）に基づき、推定することができる。

その一方で、エンジンには排気再循環が行われるタイプのものがある。ところが、当該受熱量の推定では、排気再循環が行われるエンジンについての考慮が未だなされていない。このため、排気再循環が行われるエンジンで当該受熱量を推定すると、排気再循環が行われた場合に、排気再循環によって排気温度が低下する一方で、当該受熱量は実際の受熱量よりも大きな値となってしまう。そしてこの場合には、実際には未だ余裕がある状態であるにも関わらず、エンジンの排気温度を低下させるための制御が行われてしまい、この結果、例えば燃費、エミッションの悪化や出力性能の制限を必要以上に招くことになる点で問題があった。

そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、排気再循環が行われるエンジンの排気系を冷媒により冷却する場合に、冷媒のオーバーヒート或いは沸騰を抑制するにあたって、エンジンの排気温度を適切に低下させることを可能にするエンジンの冷却装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、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るとともに、排気再循環が行われるエンジンと、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、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、前記排気系冷却手段で排気から受熱する受熱量、または当該受熱量の積算値である積算受熱量のうち、少なくともいずれか一方を推定する推定手段と、再循環される排気の量に応じて、前記受熱量、前記積算受熱量、または前記受熱量或いは前記積算受熱量に係る判定値のうち、少なくともいずれかを変更する変更手段と、を備えたエンジンの冷却装置である。

また本発明は前記エンジンの吸気弁のバルブ特性を可変にする吸気側可変動弁機構と、前記受熱量または前記積算受熱量が所定値よりも大きい場合に、前記吸気弁の開弁時期を進角させるように前記吸気側可変動弁機構を制御する制御手段である第２の制御手段と、前記第２の制御手段が制御を行った場合に、前記エンジンの実圧縮比を低下させるための制御を行う制御手段である第４の制御手段と、をさらに備えた構成であることが好ましい。

本発明によれば、排気再循環が行われるエンジンの排気系を冷媒により冷却する場合に、冷媒のオーバーヒート或いは沸騰を抑制するにあたって、エンジンの排気温度を適切に低下させることを可能にすることができる。

エンジンの冷却装置（以下、単に冷却装置と称す）１００Ａを模式的に示す図である。図１では、冷却水の流通経路が分かるようにして冷却装置１００Ａを示している。 冷却装置１００Ａを模式的に示す図である。図２では、エンジン５０の吸排気系統が分かるようにして冷却装置１００Ａを示している。 ＥＣＵ（Electronic control unit:電子制御装置）１Ａとともにエンジン５０をＲｈ気筒群側の一気筒につき、断面で模式的に示す図である。 吸気側ＶＶＴ５５の具体的な構成を示す図である。 ＥＣＵ１Ａの動作をフローチャートで示す図である。具体的には図５では、新たな冷却損失Ｑｗを算出するための動作を示している。 ＥＣＵ１Ａの動作をフローチャートで示す図である。具体的には図６では、排気温度を低下させるための制御を行うための動作を示している。 ＥＣＵ１Ｂの動作をフローチャートで示す図である。 補正係数のマップデータを模式的に示す図である。 ＥＣＵ１Ｃの動作をフローチャートで示す図である。 エンジンの吸入空気量に応じたスタートコンバータの床温の一例をノーマル仕様の場合と排気系冷却仕様（第１および第２の排気冷却仕様）の場合とについて示す図である。また図１０では、同時に対応する床温低減効果とＡ／Ｆについてもそれぞれ示している。図中、スタートコンバータ床温および床温低減効果、Ａ／Ｆは縦軸で、吸入空気量は横軸でそれぞれ示されており、さらにこれらについて軸に沿って示されている矢印は、各パラメータの値の大小関係を示している。 なお、第１の排気系冷却仕様は排気を冷却するように変更した点以外、ノーマル仕様と実質的に同一のものとなっている。また第２の排気系冷却仕様は、さらに床温の上限を制限した上で、ノーマル仕様の場合よりも空燃比のリーン化を図るように変更した点以外、ノーマル仕様と実質的に同一のものとなっている。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

冷却装置１００Ａについて図１から図４までを用いて説明する。冷却装置１００ＡはＥＣＵ１Ａと、ウォータポンプ１０と、リアジョイント１１と、Ｖバンクパイプ１２と、インレット１３と、Ｒｈ冷却アダプタ２１と、Ｌｈ冷却アダプタ２２と、ラジエータ３０と、Ｒｈ流量調節弁４１と、Ｌｈ流量調節弁４２と、エンジン５０を備えている。冷却装置１００Ａは図示しない車両に搭載されている。

エンジン５０はＶ型６気筒エンジンであり、シリンダブロック５１と、Ｒｈシリンダヘッド５２およびＬｈシリンダヘッド５３とを備えている。シリンダブロック５１と、Ｒｈシリンダヘッド５２およびＬｈシリンダヘッド５３とは、エンジン本体を構成している。エンジン５０にはクランク角センサ５４が設けられている。

シリンダブロック５１にはエンジン５０の出力によって駆動する機械式のウォータポンプ１０が設けられている。ウォータポンプ１０が圧送する冷却水は次に説明する第１および第２の流通経路を循環する。第１および第２の流通経路では、ウォータポンプ１０が圧送した冷却水がシリンダブロック５１に供給された後、各シリンダヘッド５２、５３に分岐して供給される。そして、冷却水はその後リアジョイント１１で合流するとともに２つの経路に分岐して排出される。

この点、第１の流通経路では、リアジョイント１１で分岐して排出された冷却水が冷却器であるラジエータ３０を流通した後、インレット１３を介してウォータポンプ１０に戻るようになっている。第１の流通経路におけるリアジョイント１１の直後には、水温センサ７１が設けられている。
一方、第２の流通経路では、リアジョイント１１で分岐して排出された冷却水が、さらに分岐して各流量調節弁４１、４２を流通した後、Ｒｈ冷却アダプタ２１およびＬｈ冷却アダプタ２２に供給されるようになっている。そして、冷却水はその後Ｖバンクパイプ１２で合流した後、インレット１３を介してウォータポンプ１０に戻るようになっている。
本実施例では第１および第２の流通経路が、複数の冷媒循環経路となっている。また本実施例では、ウォータポンプ１０が冷媒圧送装置となっており、ウォータポンプ１０が圧送する冷却水が、複数の冷媒循環経路に共通の冷媒となっている。

図２に示すように、エンジン５０にはＲｈシリンダヘッド５２に対応するＲｈ吸気系統ＲｈＩｎと、Ｌｈシリンダヘッド５３に対応するＬｈ吸気系統ＬｈＩｎとの２つの吸気系統が設けられている。また、エンジン５０にはＲｈシリンダヘッド５２に対応するＲｈ排気系統ＲｈＥｘと、Ｌｈシリンダヘッド５３に対応するＬｈ排気系統ＬｈＥｘとの２つの排気系統が設けられている。そして、エンジン５０ではこのように吸気系統から排気系統にかけてＲｈ系統とＬｈ系統の２つの系統が構成されている。

冷却装置１００ＡはＲｈ触媒２３と、Ｌｈ触媒２４と、Ｒｈエアフロメータ６１と、Ｌｈエアフロメータ６２と、Ｒｈ電子制御スロットル６３と、Ｌｈ電子制御スロットル６４とを備えている。
Ｒｈ吸気系統ＲｈＩｎにはＲｈエアフロメータ６１およびＲｈ電子制御スロットル６３が、Ｌｈ吸気系統ＬｈＩｎにはＬｈエアフロメータ６２およびＬｈ電子制御スロットル６４がそれぞれ設けられている。
Ｒｈ排気系統ＲｈＥｘにはＲｈ冷却アダプタ２１が、Ｌｈ排気系統ＬｈＥｘにはＬｈ冷却アダプタ２２がそれぞれ設けられている。Ｒｈ冷却アダプタ２１は具体的にはＲｈシリンダヘッド５２に、Ｌｈ冷却アダプタ２２は具体的にはＬｈシリンダヘッド５３にそれぞれ取り付けられている。
さらにＲｈ排気系統ＲｈＥｘにはＲｈ冷却アダプタ２１の直後にＲｈ触媒２３が、Ｌｈ排気系統ＬｈＥｘにはＬｈ冷却アダプタ２２の直後にＬｈ触媒２４がそれぞれ設けられている。各触媒２３、２４は、触媒暖機に有利なエンジン５０に近接した配置となっている。

Ｒｈ冷却アダプタ２１内には、Ｒｈシリンダヘッド５２に対応する３つの気筒からなるＲｈ気筒群からの排気を合流させる分岐通路２１ａが設けられている。同様にＬｈ冷却アダプタ２２内には、Ｌｈシリンダヘッド５３に対応する３つの気筒からなるＬｈ気筒群からの排気を合流させる分岐通路２２ａが設けられている。各冷却アダプタ２１、２２において、図示しない冷却水の流路は分岐通路２１ａ壁および分岐通路２２ａ壁である排気管回りにそれぞれ形成されており、冷却水の流路には供給された冷却水が流通する。各冷却アダプタ２１、２２は排気管を冷却水により冷却することで排気を冷却する。各冷却アダプタ２１、２２それぞれは、エンジン本体よりも熱容量が小さくなっている。本実施例では各冷却アダプタ２１、２２が排気系冷却手段となっている。

さらに冷却装置１００Ａは、排気還流管８１と還流流量調節弁８２とを備えている。排気還流管８１はエンジン５０の排気系からエンジン５０の吸気系への排気の還流を可能にする。排気還流管８１は具体的には各排気系統ＲｈＥｘ、ＬｈＥｘと各吸気系統ＲｈＩｎ、ＬｈＩｎとを気筒群毎に連通するように設けられている。各排気還流管８１には還流流量調節弁８２がそれぞれ設けられている。還流流量調節弁８２は具体的には図示しないステップモータを備えており、ステップ制御による開度調節およびこれに基づく流量調節が可能となっている。なお、排気還流管８１の具体的な接続態様はこれに限られない。

図３に示すように、エンジン５０はシリンダブロック５１と、Ｒｈシリンダヘッド５２と、ピストン５４と、吸気側ＶＶＴ５５と、排気側ＶＶＴ５６と、燃料噴射弁５７と、吸気弁５８および排気弁５９とを備えている。エンジン５０は一気筒あたり吸排気弁５８、５９が２弁ずつ設けられた構造となっている。なお、燃料噴射弁５７は例えば筒内に直接燃料を噴射できるように配置されてもよい。吸気側ＶＶＴ５５は、可変動弁機構として吸気弁５８のバルブ特性を可変にする吸気側可変動弁機構であり、排気側ＶＶＴ５６は可変動弁機構として排気弁５９のバルブ特性を可変にする排気側可変動弁機構である。

図４は吸気側ＶＶＴ５５の具体的な構成を示す図である。なお、排気側ＶＶＴ５６は吸気側ＶＶＴ５５と同様の構造となっているため、ここでは吸気側ＶＶＴ５５について説明し、排気側ＶＶＴ５６についての説明は省略する。吸気側ＶＶＴ５５は、コントロールシャフト５５１と、接続アーム５５２と、摺接アーム５５３と、揺動カム５５４とを備えている。吸気側ＶＶＴ５５では、ＥＣＵ１Ａの制御のもと、コントロールシャフト５５１を適宜駆動することにより、吸気弁５８のバルブリフト量及び作用角（開弁期間）を連続的に可変にすることができる。

ＥＣＵ１ＡはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる図示しないマイクロコンピュータを備えている。ＥＣＵ１Ａは主にエンジン５０を制御するように構成されている。ＥＣＵ１Ａは具体的には例えば燃料噴射弁５７を制御するように構成されている。この点、ＥＣＵ１Ａは燃料噴射弁５７の開弁期間を変更することで、エンジン５０の燃料噴射量を調節することができる。ＥＣＵ１Ａは、燃料噴射量を気筒群毎に個別に調節することができる。

またＥＣＵ１Ａは例えば各ＶＶＴ５５、５６を制御するように構成されている。
この点、ＥＣＵ１Ａは各ＶＶＴ５５、５６を制御することで、吸排気弁５８、５９のバルブタイミングやバルブリフト量や作用角を変更できる。
また、ＥＣＵ１Ａは各ＶＶＴ５５、５６のうち、少なくとも一方を制御対象として、吸排気弁５８、５９のバルブオーバーラップ量を拡大することで、排気再循環を行うこともできる。バルブオーバーラップ量は、具体的には例えば吸気側ＶＶＴ５５を制御対象として、吸気弁５８の開弁時期を進角させることや、排気側ＶＶＴ５６を制御対象として、排気弁５９の閉弁時期を遅角させることや、これらを組み合わせて行うことで拡大することができる。

このほかＥＣＵ１Ａは例えば各流量調節弁４１、４２や、各電子制御スロットル６３、６４や、各還流流量調節弁８２を制御するように構成されている。
ＥＣＵ１Ａは冷媒流量調節手段である各流量調節弁４１、４２の開度を変更することで、各冷却アダプタ２１、２２を流通する冷却水の流量を調節できる。
また、ＥＣＵ１Ａは各電子制御スロットル６３、６４のスロットル開度を変更することで、エンジン５０の吸入空気量ＧＡを調節することができる。ＥＣＵ１Ａは、気筒群毎の吸入空気量を個別に調節することができる。
また、ＥＣＵ１Ａは排気還流流量調節手段である各還流流量調節弁８２を制御することで、排気還流管８１への排気の流通を許可、禁止するとともに、排気の流通を許可する場合に排気還流管８１を流通する排気の流量を調節することができる。この点、ＥＣＵ１Ａは、各還流流量調節弁８２を開弁制御することで、各排気還流管８１を介した排気再循環を行うことができる。
吸気側ＶＶＴ５５や、排気側ＶＶＴ５６や、燃料噴射弁５７や、各流量調節弁４１、４２や、各電子制御スロットル６３、６４や、各還流流量調節弁８２は制御対象としてＥＣＵ１Ａに電気的に接続されている。

ＥＣＵ１Ａにはクランク角センサ５４や、各エアフロメータ６１、６２や、水温センサ７１や、各検知センサ７２、７３や、開度センサ７４などの各種のセンサ・ＳＷ類が電気的に接続されている。
エンジン５０の回転数ＮＥはクランク角センサ５４の出力に基づき、エンジン５０の吸入空気量ＧＡは各エアフロメータ６１、６２の出力に基づき、ＥＣＵ１Ａでそれぞれ検出される。
第１の流通経路においてリアジョイント１１の直後を流通する冷却水の水温ＴＨＷは水温センサ７１の出力に基づきＥＣＵ１Ａで検出される。水温ＴＨＷは、エンジン５０の冷却水温として検出される。
吸排気弁５８、５９のバルブオーバーラップ量は、各ＶＶＴ５５、５６に内蔵された各検知センサ７２、７３の出力に基づき、各還流流量調節弁８２の作動量は、各還流流量調節弁８２に内蔵された開度センサ７４の出力に基づき、それぞれＥＣＵ１Ａで検出される。

ＲＯＭはＣＰＵ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。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１Ａ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。

この点、ＥＣＵ１Ａでは例えば吸入空気量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、各冷却アダプタ２１、２２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。
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。

具体的には例えば初期状態などエンジン５０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５０の運転環境条件を表すことができる。また、エンジン５０のフリクションが増大すれば、エンジン５０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５０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。

さらに冷却損失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ＥＣＵ１Ａ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。

またＥＣＵ１Ａでは、推定手段が推定した冷却損失Ｑｗが所定値αよりも大きいか否かを判定する判定手段（以下、第１の判定手段と称す）が機能的に実現される。
またＥＣＵ１Ａでは、推定手段が推定した冷却損失Ｑｗに基づき、エンジン５０の排気温度を低下させるための制御を行う制御手段（以下、第１の制御手段と称す）が機能的に実現される。具体的には第１の制御手段は、温間時に推定手段が推定した冷却損失Ｑｗが所定値αよりも大きい場合に、エンジン５０の排気温度を低下させるための制御を行うように実現される。またかかる制御を行うにあたって、第１の制御手段は具体的には空燃比がよりリッチになるように燃料噴射量を増量する制御を行うとともに、各電子制御スロットル６３、６４を制御対象として、スロットル開度をより閉じ側に変更する制御を行うように実現される。

さらにＥＣＵ１Ａでは、再循環される排気の量（以下、ＥＧＲ量と称す）に応じて、推定手段が推定した冷却損失Ｑｗを変更する変更手段（以下、第１の変更手段と称す）が機能的に実現される。なお、ＥＧＲ量は例えば単位時間あたりの量として表すことができる。
第１の変更手段は具体的には、推定手段が推定した冷却損失Ｑｗに対してＥＧＲ量に応じて変化する冷却損失Ｑｗの変化量を反映させた新たな冷却損失Ｑｗを算出することで、冷却損失Ｑｗを変更するように実現される。
この点、第１の判定手段と第１の制御手段にとっての冷却損失Ｑｗは、本実施例ではさらに具体的には第１の変更手段が変更した冷却損失Ｑｗとなっている。

次にＥＣＵ１Ａの動作を図５および図６に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図５および図６までに示すフローチャートはエンジン５０始動後、ごく短い間隔で並列的に繰り返し実行される。図５に示すように、ＥＣＵ１Ａはエンジン５０の水温ＴＨＷが所定値Ｔ１（例えば７５℃）よりも高いか否かを判定する（ステップＳ１）。所定値Ｔ１は温間時であるか否かを判断するための判定値として予め設定されている。ステップＳ１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Ｓ１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１ＡはＥＧＲ率が所定値β（％）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。

ここで、ＥＧＲ率はＥＧＲ量の大小の度合いを示すパラメータであり、ＥＧＲ量が増大するにしたがって次第に大きくなるように算出される。この点、ＥＧＲ率は排気再循環が行われていない場合には「０％」となり、ＥＧＲ量が最大である場合には「１００％」となる。排気再循環が吸排気弁５８、５９のバルブオーバーラップによって行われる場合、ＥＧＲ率はバルブオーバーラップ量と、回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡ（または吸気管負圧）とから求めることができる。また排気再循環が還流排気管８１を介して行われる場合、各還流流量調節弁８２のステップ数（作動量）と、回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡ（または吸気管負圧）とから求めることができる。

一方、所定値βは排気温度が低下するとともに、その影響が実際に冷却損失Ｑｗに及び始めるＥＧＲ率を示す値である。この点、所定値βは例えばゼロに設定されてもよい。ステップＳ２で否定判定であれば、排気再循環による排気温度の低下がないか、あるいはその影響が無視できる程度に小さいと判断される。この場合には、ステップＳ３に進み、ＥＣＵ１Ａは推定手段が推定した冷却損失Ｑｗをそのまま新たな冷却損失Ｑｗとする（Ｑｗ＝Ｑｗ）。なお、この場合には推定手段が推定した冷却損失Ｑｗに実質的な変更はないが、制御の構成上、新たな冷却損失Ｑｗに変更するかたちで取り扱うこととしている。

一方、ステップＳ３で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ａは次の式２に基づき新たな冷却損失Ｑｗを算出する（ステップＳ４）。
Ｑｗ＝Ｑｗ×{１−（ＥＧＲ率−β）／１００×ｋ}・・・式（２）
ここで、ｋは定数である。但し、ｋはＥＧＲ率の変化に応じた冷却損失Ｑｗの変化量の変化特性に応じて、例えばＥＧＲ率を含む変数としてもよい。
式（２）よれば、ＥＧＲ量が多い場合ほど、推定した冷却損失Ｑｗがより小さな値に変更されることになる。そしてこれにより、ＥＧＲ量に応じて変化する冷却損失Ｑｗの変化量を反映させた新たな冷却損失Ｑｗが算出される。

一方、図６に示すように、ＥＣＵ１Ａは新たな冷却損失Ｑｗが所定値αよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１）。冷却損失Ｑｗは、例えば高負荷運転時に空気過剰率λ＝１でエンジン５０を運転している場合に所定値αよりも大きくなることがある。そして、所定値αは冷却水がオーバーヒート或いは沸騰する状態になるか否かを判定するための冷却損失Ｑｗに係る判定値として予め設定されている。ステップＳ１１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Ｓ１１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ａは空燃比がよりリッチになるように燃料噴射量を増量するとともに、各電子制御スロットル６３、６４のスロットル開度をより閉じ側に変更する（ステップＳ１２）。この点、所定値αはさらには排気温度を低下させるための制御を行うか否かを判定するための冷却損失Ｑｗに係る判定値として予め設定されている。

ステップＳ１２で、燃料噴射量の増量は空燃比をよりリッチにするために行われる。またスロットル開度の変更は、空燃比を特段変更することなく吸入空気量ＧＡを減少させるために行われる。そしてこれらによりエンジン５０の発熱量を速やかに低下させることができることから、排気温度を速やかに低下させることができる。また、燃料噴射量を増量するとともにスロットル開度を変更することによって、悪化する燃費、エミッションの度合いと制限される出力性能の度合いとをともに軽減することができる。

本フローチャートからわかるように、冷却損失Ｑｗは、冷却水のオーバーヒート或いは沸騰を防止或いは抑制するにあたって、排気温度を低下させるための制御を行うか否かを判定するためのパラメータとして用いられている。一方、これに対してＥＣＵ１Ａは、前述のステップＳ４で排気再循環による排気温度の低下を考慮した新たな冷却損失Ｑｗを算出する。
このため冷却装置１００Ａは、これにより冷却水のオーバーヒート或いは沸騰を防止或いは抑制するにあたって、エンジン５０の排気温度を適切に低下させることを可能にすることができる。
またＥＣＵ１Ａが実際に燃料噴射量を増量するとともにスロットル開度を閉じ側に変更することで、冷却装置１００Ａは、必要以上に燃費、エミッションの悪化や出力性能の制限を招くことなく、エンジン５０の排気温度を適切に低下させることができる。

本実施例に係る冷却装置１００Ｂは、ＥＣＵ１Ａの代わりにＥＣＵ１Ｂを備えている点以外、冷却装置１００Ａと実質的に同一のものとなっている。またＥＣＵ１Ｂは、第１の変更手段の代わりに以下に示す変更手段（以下、第２の変更手段と称す）が機能的に実現される点以外、ＥＣＵ１Ａと実質的に同一のものとなっている。このため本実施例では冷却装置１００ＢおよびＥＣＵ１Ｂについては図示省略する。

第２の変更手段は、ＥＧＲ量に応じて所定値αを変更するように機能的に実現される。具体的には第２の変更手段は、温間時にＥＧＲ量に応じて変化する冷却損失Ｑｗの変化量を反映させた新たな所定値αを算出することで、所定値αを変更するように実現される。
この点、第１の変更手段の代わりに第２の変更手段を備えたＥＣＵ１Ｂでは、第１の判定手段と第１の制御手段にとっての冷却損失Ｑｗは、推定手段が推定した冷却損失Ｑｗそのものとなる。

次にＥＣＵ１Ｂの動作を図７に示すフローチャートを用いて説明する。なお、ＥＣＵ１Ｂでは、前述した図５に示すフローチャートの代わりに本フローチャートに基づく動作が行われることになる。ＥＣＵ１Ｂはエンジン５０の水温ＴＨＷが所定値Ｔ１よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２１）。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Ｓ２１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１ＢはＥＧＲ率が所定値βよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２２）。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Ｓ２２で肯定判定であれば、ＥＣＵ１ＢはＥＧＲ率に応じた補正係数を算出する（ステップＳ２３）。このときＥＣＵ１Ｂは具体的にはＥＧＲ率に応じて補正係数を予め設定したマップデータ（図８参照）を参照するとともに、対応する補正係数を読み込むことで、補正係数を算出する。このマップデータで補正係数は、所定値αの変化特性がＥＧＲ率の変化に応じた冷却損失Ｑｗの変化量の変化特性と同じなるように、ＥＧＲ率に応じて設定されている。この点、補正係数は、ＥＧＲ率が所定値βである場合に「１」となり、ＥＧＲ率が大きくなるほど大きくなるように設定されている。続いてＥＣＵ１Ｂは、次に示す式（３）に基づき新たな所定値αを算出する（ステップＳ２４）。
α＝α×補正係数・・・式（３）

これにより、排気再循環で排気温度が下がった場合には、これに応じて所定値αの値が大きくなる。そしてこれにより、ＥＧＲ量に応じて変化する冷却損失Ｑｗの変化量を反映させた新たな所定値αが算出される。このためこれにより、排気再循環が行われた場合に冷却損失Ｑｗが実際の冷却損失Ｑｗよりも大きな値に推定された場合であっても、所定値αの妥当性を確保できる。このため冷却装置１００Ｂは、これにより冷却水のオーバーヒート或いは沸騰を抑制するにあたって、エンジン５０の排気温度を適切に低下させることを可能にすることができる。また実施例１で前述したステップＳ１２で、ＥＣＵ１Ｂが実際に燃料噴射量を増量するとともにスロットル開度を閉じ側に変更することで、冷却装置１００Ｂは、必要以上に燃費、エミッションの悪化や出力性能の制限を招くことなく、エンジン５０の排気温度を適切に低下させることができる。

本実施例に係る冷却装置１００ＣはＥＣＵ１Ａの代わりにＥＣＵ１Ｃを備えている点以外、冷却装置１００Ａと実質的に同一のものとなっている。ＥＣＵ１Ｃは以下に示す判定手段（以下、第２の判定手段と称す）がさらに機能的に実現される点と、第１の制御手段の代わりに、以下に示す３つの制御手段（以下、第２、第３および第４の制御手段と称す）が機能的に実現される点以外、ＥＣＵ１Ａと同一のものとなっている。このため本実施例では冷却装置１００ＣおよびＥＣＵ１Ｃについては図示省略する。

第２の判定手段は、推定手段が推定した冷却損失Ｑｗが所定値α´よりも大きいか否かを判定するように実現される。
第２の制御手段は、推定手段が推定した冷却損失Ｑｗが所定値αよりも大きい場合に、排気温度を低下させるための制御を行うように実現される。
この点、排気温度を低下させるための制御として、第２の制御手段は具体的には温間時にＥＧＲ量を増大させるための制御を行うように実現される。
また、ＥＧＲ量を増大させるための制御を行うにあたり、第２の制御手段は具体的には吸気側ＶＶＴ５５を制御対象として制御を行うように実現される。
さらにＥＧＲ量を増大させるための制御として、第２の制御手段は具体的には吸気弁５８の開弁時期を進角させることでバルブオーバーラップ量を拡大し、これによりＥＧＲ量が増大するように吸気側ＶＶＴ５５を制御するよう実現される。

第３の制御手段は、推定手段が推定した冷却損失Ｑｗが所定値α´よりも大きい場合に、排気温度を低下させるための制御を行うように実現される。
この点、第３の制御手段は、排気温度を低下させるための制御として、具体的には温間時に空燃比がよりリッチになるように燃料噴射量を増量する制御を行うとともに、各電子制御スロットル６３、６４を制御対象として、スロットル開度をより閉じ側に変更する制御を行うように実現される。

第４の制御手段は、第２の制御手段が吸気弁５８の開弁時期を進角させるように吸気側ＶＶＴ５５を制御した場合に、エンジン５０の実圧縮比を低下させるための制御を行うように実現される。
この点、第４の制御手段は具体的には、吸気弁５８の開弁時期の進角量が所定値Ａよりも大きい場合に、エンジン５０の実圧縮比を低下させるための制御を行うように実現される。
またエンジン５０の実圧縮比を低下させるにあたり、第４の制御手段は、本実施例では具体的には吸気弁５８の作用角が拡大するように吸気側ＶＶＴ５５を制御するよう実現される。

なお、同様の変更は実施例２で前述した冷却装置１００ＢのＥＣＵ１Ｂに対して行うことも可能である。この場合には、第１、第２の判定手段および第２、第３の制御手段にとっての冷却損失Ｑｗは、推定手段が推定した冷却損失Ｑｗそのものとなる。この点、ＥＣＵ１Ｃでは、第１、第２の判定手段および第２、第３の制御手段にとっての冷却損失Ｑｗは、さらに具体的には第１の変更手段が変更した冷却損失Ｑｗとなる。

次にＥＣＵ１Ｃの動作を図９に示すフローチャートを用いて説明する。なお、ＥＣＵ１Ｃでは、前述した図６に示すフローチャートの代わりに本フローチャートに基づく動作が行われることになる。ＥＣＵ１Ｃは新たな冷却損失Ｑｗが所定値αよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１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Ｓ３１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１ＣはＥＧＲ量を増大させる（ステップＳ３２）。このとき、ＥＣＵ１Ｃは、具体的には吸気弁５８の開弁時期を進角させるように吸気側ＶＶＴ５５を制御し、バルブオーバーラップ量を拡大することで、ＥＧＲ量を増大させる。これにより、排気温度を低下させることができる。

続いてＥＣＵ１Ｃは、吸気弁５８の開弁時期の進角量が所定値Ａよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３３）。所定値Ａは、吸気弁５８の開弁時期の進角によりエンジン５０の実圧縮比が向上する結果、エンジン５０にノッキングが発生し得る状態になるか否かを判定するための判定値として予め設定されている。ステップＳ３３で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ｃは吸気弁５８の作用角が拡大するように、吸気側ＶＶＴ５５を制御する。これにより、吸気弁５８の閉弁時期を例えば吸気圧縮行程間の下死点よりも遅らせるようにして通常よりも遅らせることができ、エンジン５０の実圧縮比を下げることができる。したがってこれにより、エンジン５０にノッキングが発生することを防止或いは抑制できる。

ステップＳ３３の否定判定、またはステップＳ３４に続いて、ＥＣＵ１Ｃは、新たな冷却損失Ｑｗが所定値α´よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３５）。この所定値α´は、所定値αよりも相対的に大きな値に設定されており、冷却水がオーバーヒート或いは沸騰する状態になる虞がより高い状態であるか否かを判定するための判定値として予め設定されている。

ステップＳ３５で否定判定であれば、本フローチャートを一旦終了する。この場合には、ＥＧＲ量の増量のみで冷却水のオーバーヒート或いは沸騰を防止或いは抑制できる点で、燃費、エミッションの悪化や出力性能が制限されることを好適に抑制することができる。一方、ステップＳ３５で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ｃは空燃比がよりリッチになるように燃料噴射量を増量するとともに、各電子制御スロットル６３、６４のスロットル開度をより閉じ側に変更する（ステップＳ３６）。この場合でも、その後ステップＳ３５で否定判定されることで、これらの制御の実行期間が短縮されるため、ＥＧＲ量を増大させなかった場合と比較して燃費、エミッションの悪化や出力性能が制限されることを好適に抑制することができる。

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エンジンがＶ型のエンジン５０である場合について詳述した。しかしながら本発明おいては必ずしもこれに限られず、エンジンは例えば直列気筒エンジンなど他の適宜のエンジンであってもよい。

また例えば上述した実施例では、各冷却アダプタ２１、２２が排気系冷却手段である場合について詳述した。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、排気系冷却手段は例えばエンジンの排気ポート周りに冷却水などの冷媒を流通させる流路を形成する流路形成部や、冷媒によって排気マニホルド、または例えばエンジンと排気マニホルドとの間に設けたアダプタ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成であってもよい。

また例えば上述した実施例では、一般に既設となっているセンサの出力で対応できる点で、コスト面で有利な構成にすることができることや、実際の冷却損失Ｑｗとの相関の度合いが高いことなどから、推定手段が、式（１）に基づき冷却損失Ｑｗを推定す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、排気冷却手段で排気から受熱する受熱量は適宜の方法で推定されてよい。
この点、当該受熱量は例えば排気冷却手段を流通する冷媒の流量や、排気冷却手段の前後を流通する排気の温度や、排気冷却手段の前後を流通する冷媒の温度の全部または一部をセンサによって検知するとともに、これらのセンサ出力、或いはこれらのセンサ出力と推定値との組み合わせに基づき推定されてもよい。

また上述した実施例では、推定手段が冷却損失Ｑｗを推定す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、推定手段は、例えば排気系冷却手段で排気から受熱する受熱量の積算値である積算受熱量をさらに推定してもよい。そして、この積算受熱量は例えば受熱量の代わりに排気温度を低下させるための制御を行うか否かを判定するためのパラメータとして用いることができる。
この場合、推定手段はさらに具体的には例えばエンジンの運転状態が高負荷運転状態になった場合に、所定期間の間、受熱量を積算することで積算受熱量を推定するようにすることができる。この場合には、受熱量が受熱量に係る判定値を短時間の間に上下する場合に、例えば制御の実行、停止が繰り返し行われることを防止できる。
またこれに関連し、上述した実施例では第２の変更手段が冷却損失Ｑｗに係る判定値である所定値αを変更する場合について説明したが、本発明において変更手段は積算受熱量に係る判定値を変更してもよい。

また例えば上述した実施例では、排気温度を低下させるにあたって実効性が高い点や、悪化する燃費、エミッションの度合いと制限される出力性能の度合いとをともに軽減することができる点などで好適であることなどから、第１および第３の制御手段が排気温度を低下させるための制御として、空燃比がよりリッチになるように燃料噴射量を増量する制御を行うとともに、各電子制御スロットル６３、６４のスロットル開度をより閉じ側に変更する制御を行う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、第１および第３の制御手段は排気温度を低下させるためのその他の適宜の制御を行ってもよい。
この点、第１および第３の制御手段は例えば空燃比がよりリッチになるように燃料噴射量を増量する制御、またはスロットル弁の開度をより閉じ側に変更する制御のうち、いずれか一方の制御のみを行ってもよい。この場合にも排気温度を低下させるにあたって高い実効性を確保することができる。

また上述した実施例では、第２の制御手段が吸気側ＶＶＴ５５を制御対象として、ＥＧＲ量を増大させるための制御を行う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、第２の制御手段は例えば吸気側可変動弁機構と排気側可変動弁機構のうち、少なくともいずれかの可変動弁機構を制御対象として、バルブオーバーラップを拡大することで、ＥＧＲ量を増大させるための制御を行ってもよい。
また第２の制御手段は、例えば還流流量調節手段を制御対象として、ＥＧＲ量を増大させるための制御を行ってもよい。

また上述した実施例では、吸気弁５８の開弁時期を進角させることでＥＧＲ量を増大させる場合に、第４の制御手段が、吸気弁５８の作用角が拡大するように吸気側ＶＶＴ５５を制御す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、第４の制御手段は例えば吸気弁の作用角が縮小するように吸気側可変動弁機構を制御してもよい。この場合には、吸気弁の閉弁時期を例えば吸気圧縮行程間の下死点よりも早くするようにして通常よりも早くすることができ、これによって吸入空気量を減少させることでエンジンの実圧縮比を下げることができる。
また、第４の制御手段は例えばエンジンが実圧縮比を機械的に変更可能な可変圧縮比機構を備えたエンジンである場合に、実圧縮比が低下するように当該可変圧縮比機構を制御してもよい。

また、推定手段や変更手段や制御手段などの各種の手段は主にエンジン５０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。同様に各種の手段が複数の処理ないし動作を行う場合の各処理や各動作についても、例えば複数の電子制御装置や、電子回路等のハードウェアや、電子制御装置と電子回路等のハードウェアとの組み合わせで実現されてもよい。

１ ＥＣＵ
１０ ウォータポンプ
２１ Ｒｈ冷却アダプタ
２２ Ｌｈ冷却アダプタ
２３ Ｒｈ触媒
５０ エンジン
５５ 吸気側ＶＶＴ
５６ 排気側ＶＶＴ
８１ 排気還流管
８２ 還流流量調節弁
１００ 冷却装置

Claims (2)

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るとともに、排気再循環が行われるエンジンと、
   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、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、
   前記排気系冷却手段で排気から受熱する受熱量、または当該受熱量の積算値である積算受熱量のうち、少なくともいずれか一方を推定する推定手段と、
   再循環される排気の量に応じて、前記受熱量、前記積算受熱量、または前記受熱量或いは前記積算受熱量に係る判定値のうち、少なくともいずれかを変更する変更手段と、を備えたエンジンの冷却装置。
2. 請求項１記載のエンジンの冷却装置であって、
   前記エンジンの吸気弁のバルブ特性を可変にする吸気側可変動弁機構と、
   前記受熱量または前記積算受熱量が所定値よりも大きい場合に、前記吸気弁の開弁時期を進角させるように前記吸気側可変動弁機構を制御する制御手段である第２の制御手段と、
   前記第２の制御手段が制御を行った場合に、前記エンジンの実圧縮比を低下させるための制御を行う制御手段である第４の制御手段と、をさらに備えたエンジンの冷却装置。
   

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