JP2011080403A - エンジンの暖機促進システム - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却水の循環停止による暖機促進を図るにあたり、バイパス手段を流通する排気からの熱伝達がある場合でも、熱交換手段の過熱を抑制できるエンジンの暖機促進システムを提供する。
【解決手段】 暖機促進システム１Ａは、エンジン５０と、冷却水の流量を可変にする電動Ｗ／Ｐ６１と、還流される排気と冷却水との間での熱交換を行う熱交換部３３と、熱交換部３３の排気の流通をバイパスさせるバイパス通路部３６と、バイパス通路部３６を流通する排気から熱交換部３３内にある冷却水への伝熱量に基づいて、熱交換部３３内にある冷却水の沸騰限界を推定する沸騰限界推定手段と、沸騰限界推定手段が推定した沸騰限界に基づいて、電動Ｗ／Ｐ６１を駆動する制御を行う駆動制御手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明はエンジンの暖機促進システムに関し、特にエンジンの冷却水の流量を可変にする可変ウォータポンプと、還流される排気と冷却水との間で熱交換を行う熱交換手段とを備えるエンジンの暖機促進システムに関する。

従来、エンジンでは一般に冷却水の圧送および循環に機械式ウォータポンプが用いられている。機械式ウォータポンプはエンジンの出力で駆動し、その流量（吐出量）がエンジン回転数に依存する。これに対してエンジンでは、圧送する冷却水の流量を変更可能な可変ウォータポンプを適用できることも知られている。
この点、例えば特許文献１では可変ウォータポンプとして電動ウォータポンプを備えた電動ウォータポンプの制御装置が開示されている。特許文献１では、エンジンの暖機を促進するにあたり、電動ウォータポンプを停止させる制御を実行するとともに、当該制御を実行している際に、電動ウォータポンプ停止中の積算吸入空気量等に基づいて、電動ウォータポンプを停止させる制御を終了させるべきか否かを判断する旨が開示されている。

一方、エンジンでは従来から排気還流が行われている。そして排気還流を行う場合において、還流させる排気とエンジンの冷却水との間で熱交換を行う熱交換手段を設けることも知られている。
この点、例えば特許文献２ではかかる熱交換手段としてＥＧＲクーラを備えた内燃機関の冷却装置が開示されている。特許文献２では、機関暖機時に内燃機関を流通する熱媒体の循環を停止させるとともに、ＥＧＲクーラを流通する熱媒体を循環させる旨が開示されている。
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、かかる熱交換手段として設けられたＥＧＲクーラを流通する冷却水の流量をＥＧＲクーラ周囲の気圧に基づいて制御する技術が例えば特許文献３で開示されている。

特開２００８−１６９７５０号公報 特開２００５−１１３７６１号公報 特開２００２−１４７２９１号公報

特許文献１で開示されているように、エンジンの暖機を促進するにあたっては機関暖機時に冷却水の循環を停止することが好ましい。しかしながら、可変ウォータポンプと当該熱交換手段とが設けられたエンジンで冷却水の循環を停止する場合には、以下に示す問題がある。すなわち、かかる場合にはエンジンよりも熱容量が小さい熱交換手段内で先に冷却水が沸騰し始めることになる。そしてそのまま沸騰が促進された場合、熱交換手段内で局所的なドライアウトが発生し、これにより高温化した部分で熱応力が生じる結果、熱交換手段が破損する虞がある。

これに対して、エンジンではさらに熱交換手段を流通する排気をバイパスさせるバイパス手段が設けられたものも知られている。そしてかかるバイパス手段が設けられている場合にあっては、機関暖機時にバイパス手段に排気を流通させることで、熱交換手段内にある冷却水が早期に沸騰することを抑制でき、以って燃費の向上と熱交換手段の信頼性の確保とを両立させることができる。
しかしながら、かかる場合であってもバイパス手段を流通する排気から熱交換手段内にある冷却水への熱伝達によって、熱交換手段内にある冷却水が沸騰する虞がある。さらにかかるバイパス手段は熱交換手段と一体構成とすることが部品点数やコストの観点などから合理的であると考えられるところ、この場合には、特に熱伝達による冷却水沸騰の虞が高く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、冷却水の循環停止による暖機促進を図るにあたり、バイパス手段を流通する排気からの熱伝達がある場合でも、熱交換手段の過熱を抑制できるエンジンの暖機促進システム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、エンジンと、前記エンジンの冷却水の流量を可変にする可変ウォータポンプと、前記エンジンに還流される排気と前記エンジンの冷却水との間での熱交換を行う熱交換手段と、前記熱交換手段の排気の流通をバイパスさせるバイパス手段と、前記バイパス手段の排気の流通を許可、禁止することが可能なバイパス流通制限手段と、機関暖機時に前記可変ウォータポンプの駆動を停止する制御を行う停止制御手段と、機関暖機時に前記バイパス手段の排気の流通を許可するように前記バイパス流通制限手段を制御するバイパス流通制御手段と、前記バイパス手段を流通する排気から前記熱交換手段内にある前記エンジンの冷却水への伝熱量に基づいて、前記熱交換手段内にある前記エンジンの冷却水の沸騰限界を推定する沸騰限界推定手段と、前記沸騰限界推定手段が推定した沸騰限界に基づいて、前記可変ウォータポンプを駆動する制御を行う駆動制御手段と、を備えるエンジンの暖機促進システムである。

また本発明は、前記沸騰限界推定手段が、さらに前記エンジンの冷却水の顕熱および潜在熱を考慮して、沸騰限界を推定する構成であることが好ましい。

本発明によれば冷却水の循環停止による暖機促進を図るにあたり、バイパス手段を流通する排気からの熱伝達がある場合でも、熱交換手段の過熱を抑制できる。

エンジンの暖機促進システム（以下、暖機促進システムと称す）１Ａを模式的に示す図である。 暖機促進システム１Ａにおける冷却系を模式的に示す図である。 ＥＧＲクーラ３０を模式的に示す図である。 ＥＣＵ７０Ａを模式的に示す図である。 熱交換部３３における蓄熱量Ｑ_１、伝熱量Ｑ_２および放熱量Ｑ_３の関係を模式的に示す図である。 沸騰到達率αを説明するための図である。 ＥＣＵ７０Ａの動作をフローチャートで示す図である。 ＥＣＵ７０Ｂの動作をフローチャートで示す図である。 ＥＣＵ７０Ｃの動作をフローチャートで示す図である。 ＥＣＵ７０Ｅの動作をフローチャートで示す図である。

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。

図１に示すように、暖機促進システム１Ａはエアクリーナ１１、インタークーラ１２、電子制御スロットル１３、および吸気マニホールド１４を備えている。これらの構成１１から１４までは吸気系を構成している。
また暖機促進システム１Ａは排気マニホールド２１および触媒２２を備えている。これらの構成２１、２２は排気系を構成している。
また暖機促進システム１ＡはＥＧＲクーラ３０と過給機４０とエンジン５０とを備えている。ＥＧＲクーラ３０および過給機４０は吸排気系にまたがるように設けられている。具体的にはＥＧＲクーラ３０は吸気マニホールド１４および排気マニホールド２１に連通している。過給機４０のコンプレッサ部４０１は吸気系に、タービン部４０２は排気系にそれぞれ設けられている。

エアクリーナ１１は吸気を濾過する。エアクリーナ１１を通過した吸気はコンプレッサ部４０１で適宜圧縮される。その後、吸気はインタークーラ１２で冷却された後、電子制御スロットル１３でその流量が調節され、さらに吸気マニホールド１４を介してエンジン５０に供給される。
エンジン５０はシリンダヘッド５１とシリンダブロック５２とを備えている。なお、図１ではシリンダブロック５２の内部構造を示すため、シリンダヘッド５１をシリンダブロック５２から離した状態で示している。シリンダブロック５２には複数（ここでは４つ）のシリンダ５２１が形成されている。シリンダブロック５２のうち、複数のシリンダ５２１の周辺部にはウォータジャケット５２２が形成されている。吸気は具体的には各シリンダ５２１に分配して供給される。そして、各シリンダ５２１内では混合気の燃焼が行われる。

燃焼によって発生した燃焼ガスは排気マニホールド２１を介してエンジン５０から排気される。排気マニホールド２１を流通する排気の一部はＥＧＲクーラ３０を介して吸気マニホールド１４に流入し、残りの排気はタービン部４０２に流入する。タービン部４０２は流通する排気から排気エネルギを回収する。そして回収した排気エネルギがコンプレッサ部４０１の圧縮動作に利用される。タービン部４０２を流通した排気はその後、触媒２２で浄化される。

図１および図２に示すように、暖機促進システム１Ａは電動ウォータポンプ（以下、電動Ｗ／Ｐと称す）６１、ラジエータ６２、オイルクーラ６３、ヒータコア６４、サーモスタット６５、流量調節弁６６を備えている。これらの構成はＥＧＲクーラ３０、過給機４０およびエンジン５０とともに冷却系を構成している。また、暖機促進システム１Ａはエンジン５０の冷却水温ＴＨＷを検知するための水温センサ８１を備えている。水温センサ８１は具体的にはシリンダヘッド５１の冷却水出口付近に設けられている。

電動Ｗ／Ｐ６１はエンジン５０に設けられている。電動Ｗ／Ｐ６１は圧送するエンジン５０の冷却水の流量を可変にする（少なくとも冷却水の流量をゼロにすることができる）可変ウォータポンプとなっている。
ラジエータ６２、オイルクーラ６３およびヒータコア６４は熱交換器となっている。具体的にはラジエータ６２は冷却水と空気との間で熱交換をし、冷却水を冷却する。オイルクーラ６３は冷却水とオイルとの間で熱交換をし、オイルを冷却する。ヒータコア６４は冷却水と空気との間で熱交換をし、空気を暖める。
サーモスタット６５は電動Ｗ／Ｐ６１に入口側から連通する流通経路を開閉する。具体的にはサーモスタット６５は、冷却水温ＴＨＷが所定値未満の場合に閉弁し、所定値以上の場合に開弁することで流通経路を開閉する。
流量調節弁６６はラジエータ６２およびサーモスタット６５をバイパスする流通経路を流通する冷却水の流量を調節する。この点、流量調節弁６６は例えば冷却水温ＴＨＷが所定値未満の場合には開弁し、所定値以上の場合には閉弁することで流通経路を開閉する。

暖機促進システム１Ａでは、複数の冷却水循環経路が形成されている。複数の冷却水循環経路のうちには、具体的には例えば以下に示す経路がある。
例えばラジエータ６２を含む経路としては、電動Ｗ／Ｐ６１が圧送した冷却水がシリンダブロック５２、シリンダヘッド５１を流通した後、ラジエータ６２に流入し、その後サーモスタット６５を介して電動Ｗ／Ｐ６１に戻る経路がある。
また例えばオイルクーラ６３を含む経路としては、電動Ｗ／Ｐ６１が圧送した冷却水がシリンダブロック５２流通後、オイルクーラ６３に流入し、その後ラジエータ６２、サーモスタット６５を介して電動Ｗ／Ｐ６１に戻る経路がある。
また例えばヒータコア６４を含む経路としては、電動Ｗ／Ｐ６１が圧送した冷却水が、シリンダブロック５２流通後、ＥＧＲクーラ３０および過給機４０を流通し、その後ヒータコア６４を介して電動Ｗ／Ｐ６１に戻る経路がある。

次にＥＧＲクーラ３０についてさらに具体的に説明する。図３に示すように、ＥＧＲクーラ３０は一端部３１、他端部３２、熱交換部３３、冷却水入口部３４、冷却水出口部３５、バイパス通路部３６および切替弁３７を備えている。

一端部３１は排気マニホールド２１に連通する排気流通部を形成し、他端部３２は吸気マニホールド１４に連通する排気流通部を形成している。
熱交換部３３は両端部３１、３２間に設けられている。熱交換部３３は排気通路部３３１と冷却水通路部３３２とを備えている。排気通路部３３１は一端部３１から他端部３２に向かって排気を流通させる複数の排気通路を形成し、冷却水通路部３３２は排気通路部３３１を取り囲む冷却水通路を形成している。
冷却水入口部３４は熱交換部３３の一端側に設けられており、冷却水通路部３３２に連通している。冷却水入口部３４はシリンダブロック５２に接続される。冷却水出口部３５は熱交換部３３の他端側に設けられており、冷却水通路部３３２に連通している。冷却水出口部３５は過給機４０に接続される。
バイパス通路部３６は両端部３１、３２間に設けられている。バイパス通路部３６は熱交換部３３の排気の流通をバイパスさせるバイパス手段であり、具体的には排気通路部３３１が形成する排気通路のバイパス通路を形成している。
切替弁３７は他端部３２に設けられている。切替弁３７はアクチュエータ３７１と弁体３７２とを備えている。切替弁３７は排気通路部３３１が形成する排気通路とバイパス通路部３６が形成するバイパス通路との間で、排気が流通する通路を切り替える。したがって、切替弁３７は熱交換部３３の排気の流通を許可、禁止することが可能な流通制限手段となっていると同時に、熱交換部３３をバイパスする排気の流通を許可、禁止することが可能なバイパス流通制限手段となっている。

このように構成されたＥＧＲクーラ３０を冷却水が流通する際、冷却水は具体的には冷却水入口部３４から流入し、冷却水通路部３３２を流通した後、冷却水出口部３５から流出することで、熱交換部３３を流通するようになっている。
またこのように構成されたＥＧＲクーラ３０を排気が流通する際、排気は具体的には熱交換部３３またはバイパス通路部３６を流通するようになっている。そして、排気が熱交換部３３を流通する際に、還流される排気と冷却水との間で熱交換が行われるようになっている。
熱交換部３３とバイパス通路部３６はＥＧＲクーラ３０で一体構成されている。

さらに暖機促進システム１Ａは、図４に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）７０Ａを備えている。ＥＣＵ７０ＡはＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３等からなるマイクロコンピュータと入出力回路７５、７６とを備えている。これらの構成は互いにバス７４を介して接続されている。ＥＣＵ７０Ａには、水温センサ８１や大気圧を検知する大気圧センサ８２などの各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されているほか、電子制御スロットル１３や切替弁３７（より具体的にはアクチュエータ３７１）や電動Ｗ／Ｐ６１や流量調節弁６６や、排気還流の許可、禁止および排気還流量の調節が可能なＥＧＲ流量調節弁９１などの各種の制御対象が電気的に接続されている。

ＲＯＭ７２はＣＰＵ７１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。ＣＰＵ７１がＲＯＭ７２に格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭ７３の一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ７０Ａ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、ＥＣＵ７０Ａでは具体的には例えば機関暖機時に電動Ｗ／Ｐ６１の駆動を停止する制御を行う停止制御手段が実現される。
またＥＣＵ７０Ａでは、例えば機関暖機時にバイパス通路部３６の排気の流通を許可するように切替弁３７を制御するバイパス流通制御手段が実現される。このバイパス流通制御手段は、同時に熱交換部３３の排気の流通を禁止するように切替弁３７を制御する流通制御手段にもなっている。
またＥＣＵ７０Ａでは、例えばバイパス通路部３６を流通する排気から熱交換部３３内にある冷却水への伝熱量に基づいて、熱交換部３３内にある冷却水の沸騰限界を推定する沸騰限界推定手段が実現される。

この点、沸騰限界推定手段はさらに具体的には以下に示すようにして沸騰限界を推定するように実現される。まず沸騰限界推定手段は、排気から熱交換部３３内の冷却水への伝熱によって沸騰に至るまでの冷却水の蓄熱度合いを算出するために、微小時間毎の沸騰到達率αを算出する。

この沸騰到達率αは、具体的には以下に示すようにして求められる。
まず熱交換部３３における冷却水の蓄熱量Ｑ_１は、次の式１で表される。
Ｑ_１＝Ｃ×（ｄＴ／ｄｔ）・・・（式１）
ここで、Ｃは冷却水の熱容量、Ｔは熱交換部３３内の冷却水の温度、ｔは時間である。
また、蓄熱量Ｑ_１は次の式２で表すこともできる。
Ｑ_１＝Ｑ_２−Ｑ_３・・・（式２）
ここで、Ｑ_２は還流される排気（ＥＧＲガス）からの伝熱量、Ｑ_３は熱交換部３３外への対流および伝導による放熱量である（図５参照）。

一方、冷却水は、熱交換部３３における冷却水の積算蓄熱量（∫Ｑ_１ｄｔ）が、一気圧時の冷却水の沸点を示す温度（ここでは１１０℃）における顕熱量（∫ＣｄＴ）になったときに沸騰し始める（図６（ａ）参照）。
そこで、顕熱量（∫ＣｄＴ）で除算する形となるように式１を変形することで、式３に示すように微小時間毎の沸騰到達率αを規格化することができる。
α＝Ｑ_１／（∫ＣｄＴ）・・・（式３）
また式３は、式２を用いるとともにガスや水の流れ等を考慮することで、式４に示すように簡単化できる。
α＝Ｑ_２−Ｑ_３／Ａ＝｛Ｘ（ｗ_ｇａｓ，Ｔ_ｇａｓ）−Ｂ｝／Ａ・・・（式４）
ここで、Ｘは熱交換部３３における冷却水への伝熱量であり、排気ガス流量ｗ_ｇａｓと排気ガス温度Ｔ_ｇａｓとに応じて定まる変数となっている。また、Ｂは冷却水の温度が１１０℃のときの熱交換部３３における冷却水への放熱量であり、定数となっている。また、Ａは冷却水の温度が１１０℃のときの冷却水の顕熱量であり、定数となっている。
そして、沸騰到達率αを積算して得た値である積算到達率Σαが１を超えた場合に、冷却水が沸騰し始めることになる（図６（ｂ）参照）。
この点、冷却水の温度がＴ℃のときの沸騰到達率α_Ｔ℃を算出するように式４を一般化することで、さらに式５を得ることができる。
α_Ｔ℃＝｛Ｘ_Ｔ℃（ｗ_ｇａｓ，Ｔ_ｇａｓ）−Ｂ_Ｔ℃｝／Ａ_Ｔ℃・・・（式５）

これに対して、沸騰限界推定手段は沸騰限界を推定するにあたり、具体的には沸騰到達率α_１１０℃を算出するとともに、算出した沸騰到達率α_１１０℃に基づき積算到達率Σα_１１０℃を算出し、算出した積算到達率Σα_１１０℃が１を超えたか否かを判定することで、沸騰限界を推定するように実現される。
また、積算到達率Σα_１１０℃を算出するにあたり、沸騰限界推定手段は具体的には、段階的に設定した温度条件に基づき、温度条件毎に沸騰到達率α_Ｔ℃を算出するとともに、温度条件毎に算出した沸騰到達率α_Ｔ℃に基づき積算到達率Σα_Ｔ℃を算出することで、積算到達率Σα_Ｔ℃を段階的に算出するように実現される。
この点、沸騰限界推定手段は、積算到達率Σα_Ｔ℃が１を超えるまでの間、同一温度条件下で積算到達率Σα_Ｔ℃を算出することで、積算到達率Σα_Ｔ℃を温度条件毎に段階的に算出し、最終的に積算到達率Σα_１１０℃を算出するように実現される。

またＥＣＵ７０Ａでは、例えば沸騰限界推定手段が推定した沸騰限界に基づいて、電動Ｗ／Ｐ６１を駆動する制御を行う駆動制御手段が実現される。
この点、駆動制御手段は、さらに具体的には積算到達率Σα_１１０℃が１を超えた場合に電動Ｗ／Ｐ６１を駆動する制御を行うように実現される。

次にＥＣＵ７０Ａ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、本フローチャートは機関暖機中にごく短い時間間隔で繰り返し実行される。また、本フローチャート開始時には、電動Ｗ／Ｐ６１は停止状態になっており、また切替弁３７はバイパス通路部３６の排気の流通を許可する状態になっている。
ＥＣＵ７０Ａは、冷却水の温度が４０℃のときの沸騰到達率α_４０℃を算出する（ステップＳ１１１）。続いてＥＣＵ７０Ａは積算到達率Σα_４０℃を算出するとともに、積算到達率Σα_４０℃が１を超えたか否かを判定する（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２で否定判定であれば、電動Ｗ／Ｐ６１の駆動を停止することで、冷却水の流通を禁止する（ステップＳ１４２）。これにより、エンジン５０の暖機促進を図ることができる。そしてその後のルーチンで積算到達率Σα_４０℃が１を超えるまでの間、積算到達率Σα_４０℃の算出が継続されることになる。

一方、その後のルーチンで積算到達率Σα_４０℃が１を超えた場合には、ステップＳ１１２で肯定判定される。この場合には、ＥＣＵ７０Ａは冷却水の温度が７５℃のときの沸騰到達率α_７５℃を算出する（ステップＳ１２１）。続いてＥＣＵ７０Ａは積算到達率Σα_７５℃を算出するとともに、算出した積算到達率Σα_７５℃が１を超えたか否かを判定する（ステップＳ１２２）。ステップＳ１２２で否定判定であれば、ステップＳ１４２に進む。そしてその後のルーチンで積算到達率Σα_７５℃が１を超えるまでの間、積算到達率Σα_７５℃の算出が継続されることになる。

一方、積算到達率Σα_７５℃が１を超えた場合には、ステップＳ１２２で肯定判定される。この場合、ＥＣＵ７０Ａは冷却水の温度が１１０℃のときの沸騰到達率α_１１０℃を算出する（ステップＳ１３１）。続いてＥＣＵ７０Ａは積算到達率Σα_１１０℃を算出するとともに、算出した積算到達率Σα_１１０℃が１を超えたか否かを判定する（ステップＳ１３２）。本ステップで、熱交換部３３内に停滞している冷却水が沸騰限界に達したか否かが判断される。

これに対してステップＳ１３２で否定判定であれば、沸騰限界に達していないと判断される。この場合にはステップＳ１４２に進み、その後のルーチンで積算到達率Σα_１１０℃が１を超えるまでの間、積算到達率Σα_１１０℃の算出が継続される。一方、積算到達率Σα_１１０℃が１を超えた場合には、ステップＳ１３２で肯定判定され、沸騰限界に達していると判断される。この場合、ＥＣＵ７０Ａは電動Ｗ／Ｐ６１の駆動を許可することで冷却水の流通を許可する（ステップＳ１４１）。これにより、熱交換部３３内に停滞していた冷却水が沸騰することを防止できる。
このように暖機促進システム１Ａは、冷却水の循環停止による暖機促進を図るにあたり、バイパス通路部３６を流通する排気からの熱伝達がある場合でも、熱交換部３３の過熱を抑制できる。

本実施例にかかる暖機促進システム１Ｂは、ＥＣＵ７０Ａの代わりにＥＣＵ７０Ｂを備えている点以外、暖機促進システム１Ａと実質的に同一のものとなっている。またＥＣＵ７０Ｂは流通制御手段、バイパス流通制御手段および沸騰限界推定手段が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ７０Ａ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暖機促進システム１ＢおよびＥＣＵ７０Ｂについては図示省略する。

ＥＣＵ７０Ｂでは、流通制御手段が、さらに機関暖機時に所定の条件に基づき、熱交換部３３の排気の流通を許可するように切替弁３７を制御するよう実現される。この流通制御手段は、同時に機関暖機時に所定の条件に基づき、バイパス通路部３６の排気の流通を禁止するように切替弁３７をさらに制御するバイパス流通制御手段にもなっている。

また、ＥＣＵ７０Ｂでは沸騰限界推定手段が、バイパス通路部３６の排気の流通が許可されている場合には、バイパス通路部３６を流通する排気から熱交換部３３内にある冷却水への伝熱量に基づくとともに、熱交換部３３の排気の流通が許可されている場合には、熱交換部３３を流通する排気から熱交換部３３内にある冷却水への伝熱量に基づくことで、熱交換部３３内にある冷却水の沸騰限界を推定するように実現される。

この点、ＥＣＵ７０Ｂでは沸騰限界推定手段が、具体的にはバイパス通路部３６の排気の流通が許可されている場合には、第１の沸騰到達率α_{Ｂｎ，Ｔ℃}を算出するとともに、熱交換部３３の排気の流通が許可されている場合には、第２の沸騰到達率α_{Ｃｋ，Ｔ℃}を算出するように実現される。
そして、沸騰限界を推定するにあたって、ＥＣＵ７０Ｂでは沸騰限界推定手段が、各沸騰到達率α_{Ｂｎ，１１０℃}、α_{Ｃｋ，１１０℃}毎に第１の積算到達率Σα_{Ｂｎ，１１０℃}および第２の積算到達率Σα_{Ｃｋ，１１０℃}を算出するとともに、算出した各積算到達率Σα_{Ｂｎ，１１０℃}、Σα_{Ｃｋ，１１０℃}の和が１を超えたか否かを判定することで、沸騰限界を推定するように実現される。
なお、各沸騰到達率α_{Ｂｎ，Ｔ℃}、α_{Ｃｋ，Ｔ℃}および各積算到達率Σα_{Ｂｎ，１１０℃}、Σα_{Ｃｋ，１１０℃}それぞれの具体的な算出方法は、実施例１で前述したのと同様である。

次にＥＣＵ７０Ｂの動作を図８に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０Ｂは、排気の流通が熱交換部３３側であるかバイパス通路部３６側であるか（熱交換側であるかバイパス側であるか）を判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の判定結果がバイパス側であった場合には、ＥＣＵ７０Ｂは第１の沸騰到達率α_{Ｂｎ，４０℃}を算出する（ステップＳ１２）。一方、ステップＳ１２の判定結果が熱交換側であった場合には、ＥＣＵ７０Ｂは第２の沸騰到達率α_{Ｃｋ，４０℃}を算出する（ステップＳ１３）。続いてＥＣＵ７０Ｂは、各積算到達率Σα_{Ｂｎ，４０℃}、Σα_{Ｃｋ，４０℃}を算出するとともに、算出した各積算到達率Σα_{Ｂｎ，４０℃}、Σα_{Ｃｋ，４０℃}の和が１を超えたか否かを判定する（ステップＳ１４）。否定判定であれば、ＥＣＵ７０Ｂは冷却水の流通を禁止する（ステップＳ４２）。これによりエンジン５０の暖機促進を図ることができる。

一方、ステップＳ１４で肯定判定であった場合にはステップＳ２１に進む。そして、ステップＳ２１からステップＳ２４まででは、冷却水の温度が７５℃である場合について、ステップＳ２４の肯定判定に続くステップＳ３１からステップＳ３４Ａまででは、冷却水の温度が１１０℃である場合について、ステップＳ１１からステップＳ１４までと同様の処理がそれぞれ行われることになる。そして、ステップＳ３４Ａで肯定判定であった場合には、ＥＣＵ７０Ｂは冷却水の流通を許可する（ステップＳ４１）。これにより、還流される排気が熱交換部３３を流通する場合でも熱交換部３３内に停滞していた冷却水が沸騰することを防止できる。
このように暖機促進システム１Ｂは、さらに機関暖機時に還流される排気が熱交換部３３を流通する場合でも、より適切に熱交換部３３の過熱を抑制できる。

本実施例に係る暖機促進システム１Ｃは、ＥＣＵ７０Ｂの代わりにＥＣＵ７０Ｃを備えている点以外、暖機促進システム１Ｂと実質的に同一のものとなっている。またＥＣＵ７０Ｃは沸騰限界推定手段が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ７０Ｂ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暖機促進システム１ＣおよびＥＣＵ７０Ｃについては図示省略する。なお、ＥＣＵ７０Ａで実現される沸騰限界推定手段を同様に実現することも可能である。

ＥＣＵ７０Ｃでは沸騰限界推定手段が、さらに冷却水温ＴＨＷに基づき、沸騰限界を推定するように実現される点以外、ＥＣＵ７０Ｂで実現される沸騰限界推定手段と実質的に同一のものとなっている。
この点、ＥＣＵ７０Ｃではさらに具体的には、段階的な温度条件に応じて各積算到達率Σα_{Ｂｎ，Ｔ℃}、Σα_{Ｃｋ，Ｔ℃}を算出するにあたり、沸騰限界推定手段が、冷却水温ＴＨＷを含む温度条件下で各積算到達率Σα_{Ｂｎ，Ｔ℃}、Σα_{Ｃｋ，Ｔ℃}を算出するように実現される。

したがって、ＥＣＵ７０Ｃでは沸騰限界推定手段が、冷却水温ＴＨＷが現在算出すべき温度条件の範囲内にある場合には、当該温度条件下で各積算到達率Σα_{Ｂｎ，Ｔ℃}、Σα_{Ｃｋ，Ｔ℃}を算出するとともに、冷却水温ＴＨＷが現在算出すべき温度条件の範囲外にある場合には、当該冷却水温ＴＨＷを含む温度条件下で各積算到達率Σα_{Ｂｎ，Ｔ℃}、Σα_{Ｃｋ，Ｔ℃}を算出するように実現される。

次にＥＣＵ７０Ｃ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、本フローチャートはステップＳ１およびステップＳ５が追加されている点以外、図８に示すフローチャートと同一のものとなっている。このためここでは特にこれらのステップについて説明する。ＥＣＵ７０Ｃは冷却水温ＴＨＷが０℃よりも高く、且つ４０℃よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１で肯定判定であれば、冷却水温ＴＨＷが現在算出すべき温度条件の範囲内にあると判断される。このためこの場合にはステップＳ１１に進む。

一方、ステップＳ１で否定判定であれば、冷却水温ＴＨＷが現在算出すべき温度条件の範囲外にあると判断される。この場合、ＥＣＵ７０Ｃは冷却水温ＴＨＷが７５℃よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５で肯定判定であれば、冷却水温ＴＨＷが４０℃から７５℃までの温度条件の範囲内に含まれていると判断される。このためこの場合にはステップＳ２１に進む。一方、ステップＳ５で否定判定であれば、冷却水温ＴＨＷが７５℃から１１０℃までの温度条件の範囲内に含まれていると判断される。このためこの場合にはステップＳ３１に進む。

ここで、排気還流は例えば機関高負荷運転時などに中断されることがある。一方、排気還流が中断された場合であっても、熱交換部３３内に停滞している冷却水には、熱交換部３３やバイパス通路部３６に停滞している高温の排気からの熱伝達が発生し、その結果、温度が上昇する。
これに対して、暖機促進システム１Ｃではこのようにして熱交換部３３内に停滞している冷却水の温度が上昇した場合に、さらに冷却水温ＴＨＷに基づき沸騰限界を推定することで、現在算出すべき温度条件と、熱交換部３３内に停滞している冷却水の実際の温度との間に乖離が発生することを抑制できる。
このため暖機促進システム１Ｃは、さらに排気還流が中断されることがある場合でも、より適切に熱交換部３３の過熱を抑制できる。

本実施例にかかる暖機促進システム１Ｄは、ＥＣＵ７０Ａの代わりにＥＣＵ７０Ｄを備えている点以外、暖機促進システム１Ａと実質的に同一のものとなっている。またＥＣＵ７０Ｄは、沸騰限界推定手段が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ７０Ａ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暖機促進システム１ＤおよびＥＣＵ７０Ｄについては図示省略する。なお、ＥＣＵ７０Ｂ、７０Ｃで実現される沸騰限界推定手段を同様に実現することも可能である。

ここで、実施例１で前述した式５では、定数Ａ_Ｔ℃を冷却水の温度がＴ℃のときの冷却水の顕熱量としている。これは、式５では沸騰として具体的には核沸騰を想定しているためである。ところが、熱交換部３３は実際には核沸騰ではなく膜沸騰が発生する領域で破損に至るようになっている。
これに対して、ＥＣＵ７０Ｄでは沸騰限界推定手段が、冷却水の顕熱および潜在熱を考慮して、沸騰限界を推定するように実現される。具体的にはＥＣＵ７０Ｄでは、沸騰限界推定手段が、沸騰到達率α_Ｔ℃を算出するにあたり、定数Ａ_Ｔ℃代わりに冷却水の温度がＴ℃のときの冷却水の顕熱量および潜熱量からなる定数Ａ´_Ｔ℃を用いて、沸騰到達率α_Ｔ℃を算出するように実現される。
このため暖機促進システム１Ｄは、冷却水の循環を停止することが可能な領域を膜沸騰が発生する領域にまでさらに拡大することができ、この結果、さらに暖機の促進および燃費の向上を図ることができる。

本実施例にかかる暖機促進システム１Ｅは、ＥＣＵ７０Ｂの代わりにＥＣＵ７０Ｅを備えている点以外、暖機促進システム１Ｂと実質的に同一のものとなっている。またＥＣＵ７０Ｅは、沸騰限界推定手段が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ７０Ｂ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暖機促進システム１ＥおよびＥＣＵ７０Ｅについては図示省略する。なお、ＥＣＵ７０Ａ、７０Ｃまたは７０Ｄで実現される沸騰限界推定手段を同様に実現することも可能である。

ここで、上述した各実施例では、大気圧が一気圧であることを前提として沸点を１１０℃とした沸騰限界の推定を行っている。ところが、実際には高地においては大気圧が一気圧よりも低下し、これに伴い冷却水の沸点も低下する。
これに対してＥＣＵ７０Ｅでは、沸騰限界を推定するにあたり、沸騰限界推定手段が一気圧時の沸点を示す温度である１１０℃に対応する積算到達率Σα_１１０℃（より具体的には各積算到達率Σα_{Ｂｎ，１１０℃}、Σα_{Ｃｋ，１１０℃}）を算出する代わりに、大気圧に応じた沸点を示す温度ＢＴに対応する積算到達率Σα_ＢＴ℃（より具体的には各積算到達率Σα_{Ｂｎ，ＢＴ℃}、Σα_{Ｃｋ，ＢＴ℃}）を算出し、算出した積算到達率Σα_ＢＴ℃（より具体的には各積算到達率Σα_{Ｂｎ，ＢＴ℃}、Σα_{Ｃｋ，ＢＴ℃}の和）が１を超えたか否かを判定することで、沸騰限界を推定するように実現される。

次にＥＣＵ７０Ｅの動作を図１０に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートはステップＳ３が追加されるとともに、ステップＳ３２Ａ、Ｓ３３ＡおよびＳ３４ＡがステップＳ３２Ｂ、Ｓ３３ＢおよびＳ３４Ｂに変更されている点以外、図８に示すフローチャートと同一のものとなっている。このためここでは特にこれらのステップについて説明する。

ＥＣＵ７０Ｅは大気圧に基づき温度ＢＴを算出する（ステップＳ３）。そしてその後、ＥＣＵ７０Ｅは、ステップＳ３１でバイパス側であると判定された場合には、第１の沸騰到達率α_{Ｂｎ，ＢＴ℃}を算出し（ステップＳ３２Ｂ）、熱交換側であると判定された場合には、第２の沸騰到達率α_{Ｃｋ，ＢＴ℃}を算出する（ステップＳ３３Ｂ）。続いてＥＣＵ７０Ｅは、各積算到達率Σα_{Ｂｎ，ＢＴ℃}、Σα_{Ｃｋ，ＢＴ℃}を算出するとともに、算出した各積算到達率Σα_{Ｂｎ，ＢＴ℃}、Σα_{Ｃｋ，ＢＴ℃}の和が１を超えたか否かを判定する（ステップＳ３４Ｂ）。そしてステップＳ３４Ｂで肯定判定であった場合には、ＥＣＵ７０Ｅは冷却水の流通を許可する（ステップＳ４１）。これにより、熱交換部３３内に停滞していた冷却水が沸騰することを大気圧に応じて適切に防止できる。
このように暖機促進システム１Ｅは、さらに高地などで大気圧が低下した場合でも、より適切に熱交換器３３の過熱を抑制できる。

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、電動Ｗ／Ｐ６１が可変ウォータポンプ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、可変ウォータポンプは例えば少なくとも冷却水の流量をゼロにすることが可能なクラッチ機構付きのウォータポンプであってもよい。

また上述した各実施例では、段階的な温度条件が０℃から４０℃までを範囲とする温度条件と、４０℃から７５℃までを範囲とする温度条件と、７５℃から１１０℃（或いはＢＴ℃）までを範囲とする温度条件と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、段階的な温度条件は例えばさらに細かく設定されていてもよい。

また、停止制御手段や駆動制御手段や流通制御手段やバイパス流通制御手段や沸騰限界推定手段などの各種手段は主にエンジン５０を制御する各ＥＣＵ７０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、かかる各種手段は、例えば複数の電子制御装置や複数の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によって分散制御的に実現されてもよい。

１ 暖機促進システム
３０ ＥＧＲクーラ
３３ 熱交換部
３６ バイパス通路部
３７ 切替弁
４０ 過給機
５０ エンジン
５１ シリンダヘッド
５２ シリンダブロック
６１ 電動Ｗ／Ｐ
６２ ラジエータ
７０ ＥＣＵ

Claims (2)

1. エンジンと、
   前記エンジンの冷却水の流量を可変にする可変ウォータポンプと、
   前記エンジンに還流される排気と前記エンジンの冷却水との間での熱交換を行う熱交換手段と、
   前記熱交換手段の排気の流通をバイパスさせるバイパス手段と、
   前記バイパス手段の排気の流通を許可、禁止することが可能なバイパス流通制限手段と、
   機関暖機時に前記可変ウォータポンプの駆動を停止する制御を行う停止制御手段と、
   機関暖機時に前記バイパス手段の排気の流通を許可するように前記バイパス流通制限手段を制御するバイパス流通制御手段と、
   前記バイパス手段を流通する排気から前記熱交換手段内にある前記エンジンの冷却水への伝熱量に基づいて、前記熱交換手段内にある前記エンジンの冷却水の沸騰限界を推定する沸騰限界推定手段と、
   前記沸騰限界推定手段が推定した沸騰限界に基づいて、前記可変ウォータポンプを駆動する制御を行う駆動制御手段と、
   を備えるエンジンの暖機促進システム。
2. 請求項１記載のエンジンの暖機促進システムであって、
   前記沸騰限界推定手段が、さらに前記エンジンの冷却水の顕熱および潜在熱を考慮して、沸騰限界を推定するエンジンの暖機促進システム。
   

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