JP2014009634A - 冷却システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置における凝縮水の発生を防止しつつ、効率的な内燃機関の暖機を実現する。
【解決手段】冷却システムの制御装置（１００）は、内燃機関（２００）の機関本体部を冷却する第１経路（ＣＣＶｏ１）と、冷却水を昇温する熱源（８００）を有する第２経路（ＣＣＶｏ２）と、ＥＧＲクーラを冷却する第３経路（ＬＥＧＲ）と、冷却水の通水量を制御可能な制御弁（５１０）と、第３経路におけるＥＧＲクーラより上流側の冷却水温を検出する水温センサ（４００）とを備える冷却システムを制御する。冷却システムの制御装置は、内燃機関の暖機時に、第１経路の通水を停止させると共に第２経路の通水を実行させて第１通水状態を実現する第１通水制御手段と、検出水温がＥＧＲガスの露点温度以上となった場合に、ＥＧＲガスの還流を開始させるＥＧＲ制御手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却水の循環により内燃機関及びＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を含む被冷却体を冷却可能に構成された冷却システムを制御する、冷却システムの制御装置の技術分野に関する。

この種の装置が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された装置によれば、排熱回収器で昇温された冷却水がＥＧＲクーラを流れるような構成とすることで、低温始動時においてもＥＧＲガスが凝縮してしまうことを防止できるとされている。

また特許文献２には、エンジン側を通る第１経路と、エンジンをバイパスさせて熱源（スロットル、ＥＧＲ装置、排熱回収器）を通る第２経路とを備える冷却システムが開示されている。特許文献２に開示された装置では、第１経路と第２経路との合流地点に設けられた水温センサを用いて、ヒータコアに流入する冷却水の温度が推定される。

また特許文献３から５には、冷却水の温度が所定温度以上になってからＥＧＲガスを導入するという技術が夫々開示されている。

特開２００９−１３８５５８号公報 特開２０１１−１７９４５４号公報 特開平１１−１２５１５１号公報 特開平１１−０８２１８４号公報 特開２００４−２４５１３３号公報

ＥＧＲ装置においては、例えば低温始動時において冷却水の温度がＥＧＲガスの露点温度を下回ると、ＥＧＲガスの凝縮が発生してしまうおそれがある。特に、ＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲのような比較的低温の排気を還流する装置においては、ＥＧＲガスの凝縮が発生してしまう可能性が高い。

ここで特許文献１では、上述したように熱源から得られる熱によって冷却水を昇温できるとされている。しかしながら、熱源による冷却水の昇温中においてエンジンにも冷却水が流れ続けるため、早期に暖機すべきエンジンまでもが冷却されてしまい、暖機完了までの期間が長くなってしまう。

一方、特許文献２では、エンジンをバイパスさせて熱源を通る第２経路について開示しているが、水温センサによってＥＧＲ装置に流れる冷却水の温度を正確に検出することができない。このため、仮に第２経路を用いてエンジンの暖機性能に影響を与えることなく冷却水を昇温できたとしても、冷却水がＥＧＲガスの凝縮を防止できる温度になっているか否かを判定することが困難である。

以上のように、上述した特許文献を含む従来技術は、ＥＧＲ装置における凝縮水の発生を確実に防止できない、或いは効率的な内燃機関の暖機を実現することができないという技術的問題点を有している。

本発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ装置における凝縮水の発生を防止しつつ、効率的な内燃機関の暖機を実現可能な冷却システムの制御装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る冷却システムの制御装置は、通水される冷却水により内燃機関の機関本体部を冷却する第１経路と、通水される前記冷却水を昇温する熱源を有し、前記機関本体部の下流側で前記第１経路と合流する第２経路と、前記第１経路及び前記第２経路の合流部の下流側に位置し、通水される前記冷却水によりＥＧＲ装置に含まれるＥＧＲクーラを冷却する第３経路と、前記第１経路及び前記第２経路に対する前記冷却水の通水量を夫々制御可能な制御弁と、前記第３経路における前記ＥＧＲクーラより上流側の前記冷却水の温度を検出する水温センサとを備える冷却システムの制御装置であって、前記内燃機関の暖機時に、前記第１経路に対する前記冷却水の通水を停止すると共に、前記第２経路に対する前記冷却水の通水を実行するように前記制御弁を制御して第１通水状態を実現する第１通水制御手段と、前記第１通水状態において、前記水温センサで検出される水温が前記ＥＧＲ装置により還流されるＥＧＲガスの露点温度以上となった場合に、前記ＥＧＲガスの還流を開始するように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制御手段とを備える。

本発明に係る冷却システムには、冷却水の通水経路として、内燃機関の機関本体部（例えば、シリンダブロック及びシリンダヘッド等）を冷却するための第１経路と、内燃機関の機関本体部をバイパスする第２経路とが備えられている。第１経路は、例えば内燃機関の機関本体部に設けられたウォータジャケットを通過するような経路として配置されている。一方、第２経路には、通水される冷却水を昇温するための熱源（例えば、排熱回収器等）が配置されている。

第１経路と第２経路とは、内燃機関の機関本体部の下流側において合流しており、合流部の下流側にはＥＧＲクーラを冷却する第３経路が配置されている。即ち、第１経路に通水された冷却水は、第１経路を通過後に第３経路に通水される。同様に、第２経路に通水された冷却水は、第２経路を通過後に第３経路に通水される。

第１経路及び第２経路に対する冷却水の通水は、例えばＣＣＶ（Coolant Control Valve）等の制御弁により制御される。この制御弁によれば、例えば第１経路にのみ冷却水を通水する態様、第２経路にのみ通水する態様、第１経路及び第２経路の両方に通水する態様、及び第１経路及び第２経路の両方に通水しない態様を夫々実現できる。

なお、上述した第１経路、第２経路及び第３経路に加えて、他の経路（例えば、補機類を冷却するための経路等）が備えられていてもよく、そのような場合には、制御弁が他の経路に対する通水を制御可能に構成されても構わない。

また本発明に係る冷却システムには、第３経路（即ち、第１経路と第２経路都の合流部の下流側の経路）におけるＥＧＲクーラより上流側に、冷却水の温度を検出する水温センサが設けられている。このような水温センサによれば、ＥＧＲクーラに通水される冷却水の温度を正確に検出することができる。

本発明に係る冷却システムの制御装置の動作時には、例えば機関始動直後における暖機時に、第１経路に対する冷却水の通水を停止すると共に、第２経路に対する冷却水の通水を実行するように制御弁が制御される。これにより、冷却システムでは、第２経路にのみ冷却水が通水される第１通水状態が実現される。ただし、ここでの「停止」とは、好適な一形態としては第１経路の冷却水の通水を完全にゼロとする状態を意味するが、概念としては、内燃機関の暖機性能を悪化させない程度に第１経路の冷却水の通水量が減少される状態を包含する。

第１通水状態が実現されると、水温センサで検出される水温（即ち、第２経路から第３経路に通水された後、ＥＧＲクーラに通水されようとする冷却水の温度）が、ＥＧＲ装置で還流するＥＧＲガスの露点温度以上となっているか否かが判定される。そして、検出された水温がＥＧＲガスの露点温度以上であると判定された場合には、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの還流が開始される。言い換えれば、検出された水温がＥＧＲガスの露点温度未満である場合には、ＥＧＲガスの還流は実行されない。

上述したようにＥＧＲガスの還流を開始するタイミングを決定すれば、ＥＧＲクーラがＥＧＲガスの露点温度未満の状態であるにもかかわらず、ＥＧＲガスの還流が開始されてしまうことを防止できる。これにより、還流されたＥＧＲガスが凝縮し、ＥＧＲ装置内部に凝縮水が発生してしまうことを確実に防止しつつ、早期にＥＧＲガスの還流を開始できる。特に、ＬＰＬ−ＥＧＲのように比較的低い温度の排気を還流する装置では凝縮水が発生する可能性が高いため、上述した本発明の効果は顕著に発揮される。

本発明では更に、上述したように内燃機関の暖機時に第１通水状態が実現されるため、暖機中には内燃機関の機関本体部を冷却する第１経路に冷却水が通水されない（尚、「通水されない」とは、第１経路に冷却水が滞留している状態を含む）。このため、暖機中の内燃機関が冷却され、暖機性能が悪化してしまうことを防止できる。即ち、できるだけ早く内燃機関の温度を高めることが求められる状況であるにもかかわらず、冷却水による機関本体部の冷却が実行され、結果として暖機完了が遅れてしまうことを防止することができる。

以上説明したように、本発明に係る冷却システムの制御装置によれば、ＥＧＲ装置における凝縮水の発生を防止しつつ、効率的な内燃機関の暖機を実現可能である。

本発明に係る冷却システムの制御装置の一の態様では、前記第１通水状態を実現する直前に、前記第１経路及び前記第２経路に対する前記冷却水の通水を実行するように前記制御弁を制御して第２通水状態を実現する第２通水制御手段と、前記第２通水状態において前記水温センサで検出された水温、及び前記第１通水状態の実現後に前記機関本体部内の前記冷却水が受け取った受熱量を用いて、前記第１通水状態の実現後における前記機関本体部の内部水温を推定する水温推定手段と、前記水温推定手段により推定された水温が所定の閾値以上となった場合に、前記第１経路に対する前記冷却水の通水を開始するように前記制御弁を制御して第３通水状態を実現する第３通水制御手段と、前記第３通水状態において、前記水温センサで検出される水温が安定した後に、前記水温推定手段により推定される水温及び前記水温センサで検出される水温の差分から、前記水温推定手段が用いるべき補正値を学習する学習手段とを備える。

この態様によれば、第１通水状態が実現される直前に、第１経路及び第２経路に対する冷却水の通水を実行するように制御弁が制御される。これにより、冷却システムでは、第１経路及び第２経路の両方に冷却水が通水される第２通水状態が実現される。

第２通水状態が実現されると、水温センサによる冷却水の温度の検出が実行される。ここで検出される水温は、例えばメモリ等の記憶手段に格納され、後述する機関本体部の内部温度の推定に用いられる。水温の検出が終了すると、第１経路に対する冷却水の通水が停止され、第１通水状態が実現される。

第１通水状態の実現後には、第１経路における機関本体部内に滞留した冷却水が受け取った受熱量（例えば、内燃機関の燃焼によって得られる受熱量）が推定される。この受熱量は、例えば内燃機関に対する燃料の噴射量等に基づいて推定できる。

推定された受熱量を用いることで、第１通水状態の実現後においても（即ち、第１経路に通水された冷却水が水温センサを通過しなくなった状態でも）、機関本体部内に滞留した冷却水の温度を推定できる。具体的には、第２通水状態（即ち、第１通水状態が実現される直前）において水温センサで検出された水温に対して、推定された受熱量から求められる温度上昇分を加算することで、第１通水状態の実現後における機関本体部の内部水温を推定できる。

上述したように機関本体部の内部水温が推定されると、推定された水温が所定の閾値以上であるか否かが判定される。なお、ここでの「所定の閾値」とは、内燃機関の機関本体部に冷却水が通水されても不都合が殆ど或いは全くない状態を判定するための閾値であり、例えば内燃機関が暖機状態に移行したと判断し得る温度（即ち、完全暖機温度）よりも低い温度として設定されている。より具体的には、所定の閾値は、例えば機関本体部におけるシリンダヘッドの信頼性を確保できる最高温度として設定されている。このような温度まで暖機できれば、シリンダ周りの効果的な昇温が実現され、フリクション低減による燃費向上等が期待できる。

推定された機関本体部の内部水温が所定の閾値以上であると判定されると、第１経路に対する冷却水の通水を開始するように制御弁が制御される。これにより、第３通水状態が実現される。なお、第３通水状態は、第１経路に冷却水が通水されている状態であれば、第２経路に冷却水が通水されているか否かは問わない。即ち、第３通水状態は、第１経路及び第２経路の両方に冷却水が通水されている状態（即ち、第２通水状態と同様の状態）であってもよいし、第１経路にのみ冷却水が通水されている状態であってもよい。

第３通水状態が実現された後、水温センサで検出される水温が安定すると、機関本体部の内部水温の推定に用いられる補正値の学習が実行される。なお、検出される水温が安定しているか否かは、水温の単位時間の辺りの変化率又は変動幅等に基づいて判定できる。より具体的には、例えば水温の変動幅が所定量以下である場合に水温が安定したと判定すればよい。水温が安定してから学習を行なうことで、通水状態の変化による一時的な水温変動の影響を低減し、学習される補正値をより適切な値とすることができる。

補正値の学習は、学習時点において推定される機関本体部の内部水温及び水温センサで検出される水温の差分を用いて行われる。即ち、推定値と実測値との差分から推定値のずれを求めることで、より適切な推定を行うための補正値を学習できる。補正値は、例えば推定された温度に乗算される補正係数や、推定された温度に加算される補正量として学習される。

補正値が学習されると、次回からの機関本体部の内部水温の推定時に、補正値を用いた推定が実行される。よって、より正確に機関本体部の内部水温を推定することが可能となる。

なお、補正値の学習は、上述したように、機関本体部の内部水温が所定閾値以上となってから実行される。よって、機関本体部の暖機を優先的に行うべき状態であるにもかかわらず、第１経路への通水（即ち、機関本体部の冷却）が開始され、結果として燃費の悪化等が発生してしまうことを防止できる。

上述した水温推定手段が用いる補正値を学習する態様では、前記熱源から受け取った受熱量による前記冷却水の水温変化分を算出する水温変化算出手段を備え、前記学習手段は、前記第３通水状態において前記第２経路に対する前記冷却水の通水が停止されていない場合に、前記水温センサで検出される水温から前記水温変化分を差し引いた上で前記補正値を学習するように構成してもよい。

第３通水状態が、第１経路及び第２経路の両方に通水を行う状態である場合、水温センサで検出される水温は、第１経路に通水された冷却水の温度とはならず、第１経路に通水された冷却水及び第２経路に通水された冷却水が合流した後の温度となる。このため、仮に推定された機関本体部の内部水温と、水温センサで検出された水温との差分から補正値を学習しようとすると、第２経路に通水された冷却水の温度に応じたずれが生じてしまう。

しかるに本態様では、補正値の学習時において、水温センサで検出された水温から、第２経路の熱源から受け取った受熱量による水温変化分が差し引かれる。これにより、第１経路に通水された冷却水（即ち、機関本体部に通水された冷却水）に対して、第２経路に通水された冷却水（即ち、熱源によって昇温された冷却水）が合流することによる水温変化の影響をなくすことができる。従って、より適切な補正値を学習することが可能となる。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

第１実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。 図１のエンジンシステムにおけるエンジンの概略図である。 第１実施形態に係る冷却装置の動作モードと冷却水温との関係を例示する図である。 第１実施形態に係る冷却装置の制御動作を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る冷却装置の制御タイミングを示すタイムチャートである。 第２実施形態に係る冷却装置の動作モードと冷却水温との関係を例示する図である。 第３実施形態に係る冷却装置の動作モードと冷却水温との関係を例示する図である。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
先ず、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、第１実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。

図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載されるシステムであり、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００、エンジン２００、ＬＰＬＥＧＲ装置３００、水温センサ４００、冷却装置５００及び補機類６００を備える。

ＥＣＵ１００は、図示せぬＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジンシステム１０の動作全体を制御可能に構成された、本発明に係る「冷却システムの制御装置」の一例たるコンピュータ装置である。

エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）である。以下では、エンジン２００の詳細な構成について、図２を参照して説明する。ここに図２は、エンジン２００の概略断面図である。尚、図２において、図１と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図２において、エンジン２００は、金属製のシリンダブロック２０１Ａ内に収容されたシリンダ２０１を有する。

このシリンダ２０１の内部に形成される燃焼室には、直噴インジェクタ２０２の燃料噴射弁の一部が露出しており、燃焼室に燃料の高圧噴霧を供給可能に構成されている。シリンダ２０１の内部にはピストン２０３が往復運動可能に設置されており、圧縮行程において燃料（軽油）と吸入空気との混合気が自着火することによって生じるピストン２０３の往復運動は、コネクティングロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換される構成となっている。

クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転角であるクランク角θｃｒを検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。クランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたクランク角θｃｒは、一定又は不定の周期でＥＣＵ１００に供出される構成となっている。ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２０６によって検出されたクランク角θｃｒに基づいて、直噴インジェクタ２０２の燃料噴射時期等を制御する構成となっている。また、ＥＣＵ１００は、この検出されたクランク角θｃｒを時間処理することによって、エンジン２００の機関回転速度ＮＥを算出可能に構成されている。

エンジン２００において、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、絞り弁２０８及び吸気ポート２０９を順次介し、吸気バルブ２１０の開弁時にシリンダ２０１の内部に吸入される。

シリンダ２０１内部で燃焼した混合気は排気となり吸気バルブ２１０の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１１の開弁時に排気ポート２１２を介して排気管２１３に導かれる構成となっている。この排気ポート２１２及び排気ポート２１２と排気管２１３との間に介装された排気マニホールド（図示略）は、シリンダヘッド２０１Ｂに収容されている。

排気管２１３には、ＤＰＦ２１４が設置される。ＤＰＦ２１４は排気中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕捉可能に構成されたフィルタである。ＤＰＦ２１４は、金属製の筐体にコージェライトやＳｉＣ等のセラミック担体によって構成されたフィルタが収容された構造を有する。このフィルタは、排気の流れる方向に伸長し且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の排気通路を形成している。この排気通路は、排気の入口側と出口側とのうち一方が、相互に隣接しないように互い違いに目封じされており、所謂セラミックウォールフロー型のフィルタ構造となっている。

尚、このような排気浄化装置の構成は一例であり、エンジン２００には、ＤＰＦ２１４に加えて、ＣＣＯ（酸化触媒）、ＳＣＲ或いはＮＳＲ（Nox Storage Reduction）触媒（リーンＮＯｘ触媒とも称される）等の各種触媒が設けられていてもよい。或いは、エンジン構成（例えば、直噴ガソリンエンジン等）によっては、ＤＰＦ２１４に替えて、これら各種触媒装置が設けられていてもよい。

尚、ＣＣＯは、例えば、アルミナ等の多孔質塩基性担体に白金等の貴金属を担持してなり、排気中のＣＯ、ＨＣ（主としてＳＯＦ）及びＮＯ等を酸化することが可能に構成された触媒である。また、ＮＳＲ触媒は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属等のＮＯｘ吸蔵材と貴金属をアルミナ等の多孔質担体に担持してなるＮＯｘ吸蔵還元型触媒である。ＮＳＲ触媒は、リーン雰囲気中で排気中のＮＯを貴金属上でＮＯｘに酸化し、塩基性物質であるＮＯｘ吸蔵材がＮＯｘと中和反応して硝酸塩や亜硝酸塩を形成することによりＮＯｘを吸蔵可能に構成される。また、燃料リッチ雰囲気中で、吸蔵されていた硝酸塩や亜硝酸塩が分解しＮＯｘが放出された際に、貴金属の触媒作用によりこのＮＯｘをＨＣやＣＯ等の還元剤と反応させ、Ｎ_２として浄化可能に構成される。

一方、排気管２１３における、ＤＰＦ２１４の下流側には、金属材料で構成されたＬＰＬＥＧＲ管３２０の一端部が接続されている。このＬＰＬＥＧＲ管３２０の他端部は、絞り弁２０８の上流側において吸気管２０７に連結されており、排気の一部は、ＥＧＲガスとして吸気系に還流される構成となっている。

ＬＰＬＥＧＲ管３２０には、ＬＰＬＥＧＲクーラ３１０が設けられている。ＬＰＬＥＧＲクーラ３１０は、ＬＰＬＥＧＲ管３２０に設けられた、ＥＧＲガスの冷却装置であり、冷却水が封入されたウォータジャケットが周囲に張り巡らされ、この冷却水との熱交換を行うことによってＥＧＲガスを冷却可能に構成されている。

更に、ＬＰＬＥＧＲ管３２０における、このＬＰＬＥＧＲクーラ３１０の下流側には、ＬＰＬＥＧＲバルブ３３０が設けられている。ＬＰＬＥＧＲバルブ３３０は電磁駆動弁であり、ＥＣＵ１００を介してなされるソレノイドへの通電により弁開度が連続的に変化する構成となっている。ＬＰＬＥＧＲ管３２０を流れるＥＧＲガスの流量、即ち、ＥＧＲ量は、吸気管２０７と排気管２１３との差圧とこの弁開度とに応じて連続的に変化する。

ＬＰＬＥＧＲ管３２０、ＬＰＬＥＧＲクーラ３１０及びＬＰＬＥＧＲバルブ３３０は、エンジンシステム１０に備わるＬＰＬＥＧＲ装置３００を構成する。ＬＰＬＥＧＲ装置３００は、本発明に係る「ＬＰＬＥＧＲ装置」の一例であり、ＬＰＬＥＧＲクーラ３１０は、本発明に係る「ＥＧＲクーラ」の一例である。

他方、排気管２１３における、ＤＰＦ２１４の上流側には、金属材料で構成されたＨＰＬＥＧＲ管７２０の一端部が接続されている。このＨＰＬＥＧＲ管７２０の他端部は、絞り弁２０８の下流側において吸気ポート２０９に連結されており、排気の一部は、ＥＧＲガスとして吸気系に還流される構成となっている。

ＨＰＬＥＧＲ管７２０には、ＨＰＬＥＧＲバルブ７１０が設けられている。ＨＰＬＥＧＲバルブ７１０は、ＥＣＵ１００を介してなされるソレノイドへの通電により弁開度が連続的に変化する構成となっている。ＨＰＬＥＧＲ管３２０を流れるＥＧＲガスの流量、即ち、ＥＧＲ量は、吸気ポート２０９と排気管２１３との差圧とこの弁開度とに応じて連続的に変化する。

ＨＰＬＥＧＲ管７２０及びＨＰＬＥＧＲバルブ７１０は、エンジンシステム１０に備わるＨＰＬ（High Pressure Loop）ＥＧＲ装置７００を構成する。

図１に戻り、水温センサ４００は、冷却水であるＬＬＣ（Long Life Coolant）の温度たる冷却水温Ｔｃｌを検出可能に構成されたセンサである。水温センサ４００は、後述する冷却水の流路のうち、ＬＰＬＥＧＲクーラ３１０に冷却水を供給する流路ＬＥＧＲにおける接続点Ｐ２に設定されており、この接続点Ｐ２において、流路ＬＥＧＲにおける冷却水温Ｔｃｌを検出可能である。また、水温センサ４００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された冷却水温Ｔｃｌは、ＥＣＵ１００が常時参照可能である。

冷却装置５００は、流路内に封入された冷却水を、後述するＣＣＶ５１０の作用により適宜選択される流路内で循環供給することによって被冷却体たるエンジン２００、ＬＰＬＥＧＲクーラ３１０、ヒータ６００、ＨＰＬＥＧＲバルブ７１０を冷却する、本発明に係る「冷却システム」の一例である。

冷却装置５００は、ＣＣＶ５１０、機械式Ｗ／Ｐ５２０、ラジエータ５３０、サーモスタット５４０及び図示実線で示された複数の流路（ＣＣＶｉ、ＣＣＶｏ１、ＣＣＶｏ２、ＣＣＶｏ３、ＬＥＧＲ、ＨＫ、ＢＰ、ＲＧ、ＷＰｉ及びＷＰｏ）を備える。

流路ＣＣＶｉは、機械式Ｗ／Ｐ５２０の出力ポートに連結された流路ＷＰｏと、ＣＣＶ５１０の入力ポートとを繋ぐ冷却水流路である。機械式Ｗ／Ｐ５２０から吐出された冷却水は、流路ＷＰｏ及び流路ＣＣＶｉを順次経由してＣＣＶ５１０に流入する。

流路ＣＣＶｏ１は、ＣＣＶ５１０の第１出力ポートに接続された、エンジン２００のウォータジャケットを含む冷却水流路であり、本発明に係る「第１経路」の一例である。

流路ＣＣＶｏ２は、ＣＣＶ５１０の第２出力ポートに接続された、エンジン２００をバイパスする冷却水流路であり、本発明に係る「第２経路」の一例である。流路ＣＣＶｏ２は、エンジン２００下流の接続点Ｐ２において、流路ＣＣＶｏ１と合流している。流路ＣＣＶｏ２には、エンジン２００からの排気の熱を回収する排熱回収器８００が設置されている。排熱回収器８００は、本発明に係る「熱源」の一例である。

流路ＣＣＶｏ３は、ＣＣＶ５１０の第３出力ポートに接続された冷却水流路である。流路ＣＣＶｏ３は、補機類６００（例えば、社内に暖められた空気を供給するヒータ等を含む）を冷却するための流路ＨＫに接続されている。流路ＨＫは、接続点Ｐ４において流路ＷＰｉに接続される。

流路ＬＥＧＲは、ＬＰＬＥＧＲクーラ３１０を経由する不図示のウォータジャケットを含む冷却水流路であり、本発明に係る「第３経路」の一例である。流路ＬＥＧＲは上述したように、接続点Ｐ１において流路ＣＣＶｏ１及び流路ＣＣＶ０２と接続されている。また、流路ＬＥＧＲは、ＬＰＬＥＧＲクーラ３１０の下流側において、サーモスタット５４０に接続されている。

サーモスタット５４０は、予め設定された温度（例えば、摂氏８０度程度）で開弁状態が変化する公知の温度調整弁である。サーモスタット５４０は一の開弁状態において流路ＬＥＧＲと流路ＢＰを接続し、他の開弁状態において流路ＬＥＧＲと流路ＲＧとを接続する。上記設定温度は、上記一の開弁状態から上記他の開弁状態への開弁状態の変化が生じる温度である。

ラジエータ５３０は、インレットパイプ及びアウトレットパイプに連通する複数のウォータパイプが配列してなると共に、当該ウォータパイプの外周に多数の波板状のフィンを備えた公知の冷却装置である。ラジエータ５３０は、インレットパイプから流入した冷却水を当該ウォータパイプに導くと共に、当該ウォータパイプを流れる過程において当該フィンを介した大気との熱交換により冷却水から熱を奪う構成となっている。熱を奪われることによって相対的に冷却された冷却水は、アウトレットパイプから排出される構成となっている。インレットパイプ及びアウトレットパイプは、夫々流路ＲＧに接続される。

従って、流路ＬＥＧＲからサーモスタット５４０に流入した冷却水は、設定温度以上であれば流路ＲＧを経由してラジエータ５３０で冷却され、設定温度未満であればラジエータ５３０をバイパスする流路ＢＰを経由してラジエータ５３０で冷却されることなく循環する。流路ＢＰ及び流路ＲＧは、接続点Ｐ２において流路ＷＰｉに接続される。

機械式Ｗ／Ｐ５２０は、公知の機械式ポンプである。機械式Ｗ／Ｐ５２０は、ポンププランジャがエンジン２００のクランクシャフト２０５に間接的に連結された構成を有しており、入力ポートを介して流路ＷＰｉから入力される冷却水を、エンジントルクの一部を利用したポンププランジャの往復動作に伴うポンプ作用により吸引し、出力ポートを介して流路ＷＰｏに吐出可能に構成されている。即ち、機械式Ｗ／Ｐ５２０は、それ自体は冷却水の通水量を制御する機構を有さない。冷却システム５００における冷却水の通水量は、ＣＣＶ５１０により制御される。

ＣＣＶ５１０は、冷却水の通水経路を、冷却装置５００の後述する各動作モードに応じて切り替え可能な、ロータリーバルブ装置であり、本発明に係る「制御弁」の一例である。

ＣＣＶ５１０は、流路ＣＣＶｉに接続された、冷却水の入力側インターフェイスである入力ポートと、冷却水の出力側インターフェイスである３つの出力ポートとを有する。各出力ポートは、上述したように流路ＣＣＶｏ１、ＣＣＶｏ２及びＣＣＶｏ３のうちいずれか一の流路に接続される。

ここで、入力ポートと各出力ポートとを繋ぐ筒状の集約部には、当該集約部において一方向に回転可能な筒状の樹脂バルブが収容されている。この樹脂バルブの側面部分には、各出力ポートに対応する複数の切り欠き部が形成されており、一の切り欠き部と対応する各出力ポートとの連通面積が、樹脂バルブの回転角であるＣＣＶ回転角Ａｃｃｖに応じて連続的に変化する構成となっている。樹脂バルブが一周すると、即ちＣＣＶ回転角Ａｃｃｖが３６０°に達すると、ＣＣＶ５１０の状態は従前の状態に復帰する。

樹脂バルブを回転駆動する駆動ユニットは、励磁電流により電磁力を生じる公知のソレノイドと、当該励磁電流を付与する駆動装置とを含む公知の電磁駆動型アクチュエータであり、この駆動装置はＥＣＵ１００と電気的に接続されている。従って、ＣＣＶ５１０の状態、即ち冷却水の通水経路は、ＥＣＵ１００により制御される構成となっている。

尚、このようなＣＣＶ５１０は、本発明に係る「制御弁」の採り得る態様の一形態に過ぎず、制御弁は他の態様を有していてもよい。例えば、制御弁は、各出力ポートに独立した電磁駆動弁を備えていてもよい。

ＣＣＶ５１０の動作状態に応じて定まる冷却水の通水経路は、冷却装置５００の動作モードに対応する。冷却装置５００は、動作モードとして動作モードＭ１、動作モードＭ２及び動作モードＭ３の３種類の動作モードを備える。冷却装置５００の動作モードは、下記の通りである。

動作モードＭ１：流路ＣＣＶｏ２にのみ冷却水を通水する動作モード
動作モードＭ２：流路ＣＣＶｏ１、ＣＣＶｏ２及びＣＣＶｏ３の全てに冷却水を通水する動作モード
動作モードＭ３：流路ＣＣＶｏ１及びＣＣＶｏ３に冷却水を通水する動作モード
なお、上記動作モード以外にも他の動作モード（例えば、全ての通水経路が閉鎖される動作モード等）を実現可能とされてもよい。

これら動作モードは、ＥＣＵ１００が冷却水温Ｔｃｌに応じてＣＣＶ５１０を制御することにより選択される。

＜実施形態の動作＞
次に、本実施形態の動作について説明する。

先ず、冷却装置５００の動作モードと冷却水温Ｔｃｌとの関係について、図３を参照して説明する。ここに図３は、第１実施形態に係る冷却水温Ｔｃｌと冷却装置５００の動作モードとの関係を例示する図である。尚、図３では、縦軸が動作モードに、横軸が冷却水温Ｔｃｌに夫々対応している。

図３において、冷却水温Ｔｃｌが温度値ａ未満である場合、ＥＣＵ１００は、冷却装置５００の動作モードとして動作モードＭ１を選択する。動作モードＭ１が選択された場合、冷却水はＣＣＶ５１０から流路ＣＣＶｏ２にのみに通水される。

ここで、温度値ａは、排気露点温度である。排気露点温度は、それ未満の温度領域において、ＬＰＬＥＧＲ管３２０内のＥＧＲガスから凝縮水が生じる（尚、実際に生じるか否かとは必ずしも関係ない）温度値として設定されている。

冷却水温Ｔｃｌが温度値ａ以上である温度値ｂとなると、ＬＰＬＥＧＲ装置３００によるＥＧＲガスの導入が開始される。即ち、温度値ｂは、ＥＧＲ導入温度である。排気露点温度ａより高い温度である温度値ｂの状態でＥＧＲガスが導入されれば、ＬＰＬＥＧＲ装置３００における凝縮水の発生を防止できる。なお、ＥＧＲの導入が開始されても、冷却装置５００の動作モードは変更されない（即ち、動作モードＭ１のまま維持される）。

冷却水温Ｔｌｃが更に上昇し温度値ｄ以上になると、ＥＣＵ１００は、冷却装置５００の動作モードとして動作モードＭ３を選択する（即ち、動作モードＭ１から動作モードＭ３へと切替えられる）。動作モードＭ３が選択された場合、冷却水はＣＣＶ５１０から流路ＣＣＶｏ１及びＣＣＶｏ３に通水される（言い換えれば、流路ＣＣＶｏ２に通水されない状態となる）。

ここで、温度値ｄは、シリンダヘッド２０１Ｂの信頼性を確保できる最高温度として設定されている。このため、温度値ｄの状態でエンジン２００に冷却水が通水されたとしても、暖機性能に与える影響は小さい。

動作モードＭ３は、冷却水温Ｔｃｌが完全暖機温度ｅ（即ち、暖機が終了したと判定する温度）に達した以降も維持される。

次に、このような冷却装置５００の動作制御について、図４及び図５を参照して具体的に説明する。ここに、図４は、第１実施形態に係る冷却装置の制御動作を示すフローチャートである。また図５は、第１実施形態に係る冷却装置の制御タイミングを示すタイムチャートである。

図４及び図５において、車両のイグニッションがＯＮとされると（ステップＳ１０１）、エンジン２００が始動し、機械式Ｗ／Ｐ５２０の回転数も上昇を開始する。

ここで、図３では図示を省略しているが、本実施形態では、エンジン２００の始動直後において、ＥＣＵ１００により動作モードＭ２が選択される（ステップＳ１０２）。動作モードＭ２が選択された場合、冷却水はＣＣＶ５１０から全ての流路（即ち、流路ＣＣＶｏ１、ＣＣＶｏ２及びＣＣＶｏ３）に通水される。

動作モードＭ２が実現されると、水温センサ４００により初期水温Ｔｓが検出される（ステップＳ１０３）。初期水温Ｔｓは、後述するエンジン２００の内部水温の推定に用いられる。

初期水温Ｔｓの検出後には、ＥＣＵ１００により動作モードＭ１が選択される（ステップＳ１０４）。これにより、エンジン２００に対する冷却水の通水が停止される。以下では、エンジン２００に対する通水の停止を「水止め」と称することがある。

水止め中には、水温センサ４００により検出される冷却水温Ｔｃｌが、排気露点温度ａ以上となっているか否かが判定される（ステップＳ１０５）。そして、冷却水温Ｔｃｌが、排気露点温度ａ以上となると（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ＬＰＬＥＧＲ装置３００によるＥＧＲガスの導入が開始される（ステップＳ１０６）。

本実施形態では、水止めされた状態で（即ち、エンジン２００に冷却水が通水されない状態で）、排熱回収器８００による冷却水の昇温を実現できる。このため、エンジン２００の暖機性能を悪化させることなく、冷却水を排気露点温度ａ以上にまで高めることができる。

ちなみに、水止め中のエンジン２００内部の水温（即ち、エンジン２００のウォータジャケットに対流した冷却水の温度）は、水温センサ４００では検出することができない。このため、水止め中には、エンジン２００の始動直後に検出された初期水温Ｔｓと冷却水の受熱量Ｑ１を用いてエンジン２００の内部水温Ｔ１が推定される。内部水温Ｔ１は、例えば以下の数式（１）により算出できる。

Ｔ１＝Ｔｓ＋Ｑ１／Ｃ１ ・・・（１）
なお、Ｃ１は、エンジン２００内の冷却水の熱容量である。

ＥＧＲの導入開始後には、上述したエンジン２００の内部水温Ｔ１が、シリンダヘッドの信頼性を確保できる温度ｄ以上となっているか否かが判定される（ステップＳ１０７）。そして、推定された内部水温Ｔ１が信頼性確保温度ｄ以上となった場合には（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００により動作モードＭ３が選択される（ステップＳ１０８）。これにより、エンジン２００に対する冷却水の通水が開始される（即ち、水止めが解除される）。

水止めが解除されると、水温センサ４００により検出される水温が安定したか否かが判定される（ステップＳ１０９）。なお、水温が安定したか否かは、例えば水温の変動幅が所定量以下となったか否かによって判定できる。そして、検出水温が安定したと判定されると（ステップＳ１０９）、内部温度Ｔ１の推定に用いられる補正係数ｋ１の学習が実行される（ステップＳ１１０）。ここで補正係数ｋ１は、より正確な内部水温Ｔ１’を算出するための係数であり、内部水温Ｔ１’は、補正係数ｋ１を用いて、以下の数式（２）により算出される。

Ｔ１’＝ｋ１×Ｔ１ ・・・（２）
言い換えれば、補正係数は、より正確な内部水温Ｔ１’と現時点で推定できる内部水温Ｔ１との比である。補正係数ｋ１は、例えば以下に説明する方法で求められる。

先ず、水止め解除直前の水温センサ３００による検出水温Ｔｇと、初期水温Ｔｓとの差分であるΔＴが以下の数式（３）を用いて求められる。

ΔＴ＝Ｔｇ−Ｔｓ ・・・（３）
このΔＴを用いると、水止め中に冷却水が排熱回収器８００から得た熱量Ｑ２は、以下の数式（４）で表すことができる。

Ｑ２＝Ｃ１×ΔＴ ・・・（４）
そして、水止め解除後の安定した検出水温をＴ２とすると、この検出水温Ｔ２から排熱回収分のＱ２による温度変化分を差し引いた値が、エンジン内部のより正確な推定温度であると言える。このため、正確な推定温度と現時点での推定温度の比である補正係数ｋ１は、以下の数式（５）を用いて算出できる。

ｋ１＝（Ｔ２−Ｑ２／Ｃ０）／Ｔ１ ・・・（５）
なお、Ｃ０は、冷却水全体の熱容量である。

以上のように補正係数ｋ１を学習すれば、次回からのエンジン２００の内部水温の推定をより正確に行える。従って、冷却装置５００の制御をより好適に実行できる。

本実施形態では特に、装置の構成上、水温センサ４００によりエンジン２００を通過する冷却水（即ち、流路ＣＣＶｏ１に通水される冷却水）だけでなく、排熱回収器８００を通過する冷却水（即ち、流路ＣＣＶｏ２に通水される冷却水）の水温も検出される。このため、エンジン２００の内部水温Ｔ１を正確に推定することが比較的困難である。

しかしながら、上述したように、水止め解除後において検出水温が安定してから学習を行なうことで、推定精度を高めることができる。また、学習はエンジン２００が信頼性確保温度ｄにまで高められた後に行われるため、暖機性能の悪化も防止できる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る冷却システムの制御装置について説明する。なお、第２実施形態は、上述した第１実施形態と比べて一部の動作が異なるのみであり、他の部分については概ね同様である。このため、以下では第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、他の重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

先ず、冷却装置５００の動作モードと冷却水温Ｔｃｌとの関係について、図６を参照して説明する。ここに図６は、第２実施形態に係る冷却水温Ｔｃｌと冷却装置５００の動作モードとの関係を例示する図である。

図６に示すように、第２実施形態では、冷却水温Ｔｃｌが信頼性確保温度ｄに達するまでは動作モードＭ１が選択され、冷却水温Ｔｃｌが信頼性確保温度ｄ以上となった時点で動作モードＭ３が選択される（即ち、ここまでは第１実施形態と同様の制御が行われる）。ただし、動作モードＭ３において補正係数の学習が行われると、暖機が終了するまで動作モードＭ２が選択される。そして、冷却水温Ｔｃｌが完全暖機温度となると再び動作モードＭ３が選択される。

上述した制御によれば、補正係数の学習時に動作モードＭ３が選択されるため、第１実施形態と同様に好適に学習が行える。これに加え、学習後に動作モードＭ２が選択されるため、暖機が完全に終了するまでは、排熱回収器８００が設置された流路ＣＣＶｏ２にも冷却水が通水される。このため、排熱回収器８００により冷却水が昇温され、暖機完了までの期間を短縮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る冷却システムの制御装置について説明する。なお、第３実施形態は、上述した第１及び第２実施形態と比べて一部の動作が異なるのみであり、他の部分については概ね同様である。このため、以下では第１及び第２実施形態と異なる部分について詳細に説明し、他の重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

先ず、冷却装置５００の動作モードと冷却水温Ｔｃｌとの関係について、図７を参照して説明する。ここに図７は、第３実施形態に係る冷却水温Ｔｃｌと冷却装置５００の動作モードとの関係を例示する図である。

図７に示すように、第３実施形態では、冷却水温Ｔｃｌが信頼性確保温度ｄに達するまでは動作モードＭ１が選択される（即ち、ここまでは第１及び第２実施形態と同様の制御が行われる）。ただし、冷却水温Ｔｃｌが信頼性確保温度ｄ以上となると、動作モードＭ２が選択される。動作モードＭ２は暖機終了時まで維持され、補正係数の学習も動作モードＭ２の状態で行われる。暖機が終了すると、動作モードＭ３が選択される。

暖機が完全に終了するまで動作モードＭ２を選択すれば、上述した第２実施形態で説明したように、排熱回収器８００により冷却水が昇温される分、暖機完了までの期間を短縮することができる。一方、学習時に用いられる水温センサ４００による検出水温は、エンジン２００を通過した冷却水だけでなく、排熱回収器８００を通過した冷却水も併せたものとなる。従って、単純に第１及び第２実施形態で用いた学習方法を適用したとしても、適切な補正係数を学習することはできない。

このため第３実施形態では、学習時の水温センサ４００による検出水温から、水止め解除後から学習時までに冷却水が排熱回収器８００から得た熱量による温度変化分を差し引くことで、適切な補正係数を学習する。具体的な学習方法は以下に示す。

水止め開始から解除までに排熱回収器８００から得られる単位時間当たりの熱量ΔＱは、以下の数式（６）によって表される。

ΔＱ＝（Ｔｅｘ−Ｔｗ）×η×ｋ２ ・・・（６）
なお、Ｔｅｘは排気ガス温度、Ｔｗは水温センサの値、ηは排熱回収器８００の効率、ｋ２は排熱回収器８００に対する補正係数である。

このため、水止め開始から解除までに排熱回収器８００から得られる合計熱量Ｑｅｘ１は、以下の数式（７）によって算出できる。

Ｑｅｘ１＝∫ΔＱ・ｄｔ ・・・（７）
他方で、流路ＣＣＶｏ２における冷却水の熱容量をＣ２、及び水止め解除直前の検出水温Ｔｇと初期水温Ｔｓとの差分として算出されるΔＴ１を用いると、冷却水が排熱回収器８００から得られる熱量Ｑは以下の数式（８）で表される。

Ｑ＝ΔＴ×Ｃ２ ・・・（８）
ここで、Ｑｅｘ１＝Ｑであるため、以下の数式（９）が成立する。

∫ΔＱ・ｄｔ＝ΔＴ×Ｃ２ ・・・（９）
これにより、排熱回収器８００に対する補正係数ｋ２が算出できる。

続いて、水止め解除後から学習時までに、冷却水が排熱回収器８００から得る熱量Ｑｅｘ２は、補正係数ｋ２を用いて、数式（６）及び（７）と同等に算出できる。

ここで、冷却水全量の熱容量をＣ０とすると、水止め解除後から学習時までの排熱回収器８００による昇温分ΔＴ２は、以下の数式（１０）により算出できる。

ΔＴ２＝ΔＴ１＋Ｑｅｘ２／Ｃ０ ・・・（１０）
このように求められたΔＴ２を学習時の検出水温センサの値Ｔ２から差し引くことで、第１及び第２実施形態と同様に補正係数ｋ１を学習できる。結果として、補正係数ｋ１は以下の数式（１１）により算出できる。

ｋ１＝（Ｔ２−ΔＴ２）／Ｔ１ ・・・（１１）
なお、動作モードＭ２での学習は、エンジン２００の下流側（即ち、図１における接続点Ｐ１の直前）に別の水温センサを設置すれば、上述した方法を用いずとも第１及び第２実施形態と同様の方法で実現できる。ただし、この場合には新たに水温センサを設ける分、製造コストが増大してしまう。このため、省コストの観点からすれば、上述したように排熱回収器８００による温度変化分を差し引いて水温センサ１個で学習を実現する方法が好ましい。

本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う冷却システムの制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０１Ａ…シリンダブロック、２０１Ｂ…シリンダヘッド、３００…ＬＰＬＥＧＲ装置、３１０…ＬＰＬＥＧＲクーラ、４００…水温センサ、５００…冷却装置、５１０…ＣＣＶ、５２０…機械式Ｗ／Ｐ、５３０…ラジエータ、６００…補機類、７００…ＨＰＬＥＧＲ装置、７１０…ＨＰＬＥＧＲバルブ、８００…排熱回収器。

Claims (3)

1. 通水される冷却水により内燃機関の機関本体部を冷却する第１経路と、
   通水される前記冷却水を昇温する熱源を有し、前記機関本体部の下流側で前記第１経路と合流する第２経路と、
   前記第１経路及び前記第２経路の合流部の下流側に位置し、通水される前記冷却水によりＥＧＲ装置に含まれるＥＧＲクーラを冷却する第３経路と、
   前記第１経路及び前記第２経路に対する前記冷却水の通水量を夫々制御可能な制御弁と、
   前記第３経路における前記ＥＧＲクーラより上流側の前記冷却水の温度を検出する水温センサと
   を備える冷却システムの制御装置であって、
   前記内燃機関の暖機時に、前記第１経路に対する前記冷却水の通水を停止すると共に、前記第２経路に対する前記冷却水の通水を実行するように前記制御弁を制御して第１通水状態を実現する第１通水制御手段と、
   前記第１通水状態において、前記水温センサで検出される水温が前記ＥＧＲ装置により還流されるＥＧＲガスの露点温度以上となった場合に、前記ＥＧＲガスの還流を開始するように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制御手段と
   を備えることを特徴とする冷却システムの制御装置。
2. 前記第１通水状態を実現する直前に、前記第１経路及び前記第２経路に対する前記冷却水の通水を実行するように前記制御弁を制御して第２通水状態を実現する第２通水制御手段と、
   前記第２通水状態において前記水温センサで検出された水温、及び前記第１通水状態の実現後に前記機関本体部内の前記冷却水が受け取った受熱量を用いて、前記第１通水状態の実現後における前記機関本体部の内部水温を推定する水温推定手段と、
   前記水温推定手段により推定された水温が所定の閾値以上となった場合に、前記第１経路に対する前記冷却水の通水を開始するように前記制御弁を制御して第３通水状態を実現する第３通水制御手段と、
   前記第３通水状態において、前記水温センサで検出される水温が安定した後に、前記水温推定手段により推定される水温及び前記水温センサで検出される水温の差分から、前記水温推定手段が用いるべき補正値を学習する学習手段と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却システムの制御装置。
3. 前記熱源から受け取った受熱量による前記冷却水の水温変化分を算出する水温変化算出手段を備え、
   前記学習手段は、前記第３通水状態において前記第２経路に対する前記冷却水の通水が停止されていない場合に、前記水温センサで検出される水温から前記水温変化分を差し引いた上で前記補正値を学習する
   ことを特徴とする請求項２に記載の冷却システムの制御装置。

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