JP2016102414A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関運転状態に応じてリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードの間で燃焼モードを切り替える内燃機関において、燃焼モードの切り替え完了時にノッキングが発生するのを抑制する。【解決手段】ストイキ燃焼モードへの切り替え後に点火時期をＭＢＴから遅角する必要が生じるか否かを判定する（ステップＳ１２）。遅角の必要が生じると判定された場合、ＥＣＵ３０は、目標流量ｑ４に基づいてラジエータ通過流量をＦ／Ｆ制御する（ステップＳ１４）。遅角の必要が生じないと判定された場合、ＥＣＵ３０は、目標流量ｑ３に基づいてラジエータ通過流量をＦ／Ｆ制御する（ステップＳ１６）。目標流量ｑ４＞目標流量ｑ３となるので、遅角の必要が生じると判定された場合、遅角の必要が生じないと判定された場合に比べて、エンジン１０の冷却水温をより低下させることができる。【選択図】図９

Description

この発明は、冷却装置に関し、より詳細には、内燃機関の冷却水が循環する冷却装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開昭６２−２３７０２５号公報）には、理論空燃比で燃料を燃焼させるストイキ燃焼モードと、リーン空燃比で燃料を燃焼させるリーン燃焼モードとを切り替える内燃機関の冷却装置が開示されている。この冷却装置は、内燃機関の冷却水が循環する経路に設けた流量制御弁と、この流量制御弁の目標開度を機関負荷と燃焼空燃比に基づいて決定する制御装置と、を備えている。この制御装置は、具体的に、機関負荷に基づいて算出した基本開度に、燃焼空燃比の増大に反比例させて流量制御弁の開度を減少させるための補正係数を乗じることにより、目標開度を決定している。リーン燃焼させる場合はストイキ燃焼させる場合に比べて燃料の燃焼による発熱量が少なくなるので、リーン燃焼モードで内燃機関を冷やし過ぎると燃焼性が悪化する可能性がある。この点、上記の如く流量制御弁の目標開度を決定すれば、リーン燃焼モードでの冷却水温を高温に保つことができる。

特開昭６２−２３７０２５号公報 特開２０１２−０４７１２１号公報 特開昭５９−２２６２２５号公報 特開２００８−１２１５３９号公報

特許文献１では言及されていないが、ストイキ燃焼させる場合は燃焼による発熱量が多くなるが故にノッキングが起こり易くなる。この点、上記の如く流量制御弁の目標開度を決定すれば、ストイキ燃焼モードでの冷却水温を十分に低下させることができるので、ノッキング抑制効果も期待できる。しかし、流量制御弁には応答遅れがあることから、その開度が目標開度となるまでに時間を要する。そのため、上記の如く流量制御弁の目標開度を決定したとしても、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替える途中で内燃機関を十分に冷却できず、ストイキ燃焼モードへの切り替え完了時にノッキングが発生する可能性がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものである。即ち、機関運転状態に応じてリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードの間で燃焼モードを切り替える内燃機関において、燃焼モードの切り替え完了時にノッキングが発生するのを抑制することを目的とする。

第１の発明は、冷却装置であって、
機関運転状態に応じてリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードの間で燃焼モードを切り替え可能な内燃機関の冷媒を循環させる循環経路と、
前記循環経路に設けられ、冷媒との熱交換により冷媒を冷却する熱交換器と、
前記内燃機関と前記熱交換器との間に流れる冷媒の流量を調節する流量調節手段と、
燃焼モードの切り替え要求が出された際の前記内燃機関の運転状態に基づき、燃焼モードの切り替え完了時にノッキングが発生するか否かを予測する予測手段と、
前記ノッキングが発生すると予測された場合、前記ノッキングが発生しないと予測された場合に比べて、燃焼モードの切り替え中における前記内燃機関と前記熱交換器との間に流れる冷媒の流量を増やすように前記流量調節手段を制御する流量制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の運転状態とストイキマップとに基づいて求めたストイキ目標値と、前記内燃機関の運転状態とリーンマップとに基づいて求めたリーン目標値との補間によって、前記ストイキ燃焼モードに対応するストイキ空燃比と、前記リーン燃焼モードに対応するリーン空燃比の間の中間空燃比で前記内燃機関を運転する場合に前記内燃機関と前記熱交換器との間に流れる冷媒の流量目標値を算出する中間目標値算出手段を更に備え、
前記ストイキマップが、前記ストイキ空燃比で前記内燃機関を運転する場合に前記内燃機関と前記熱交換器との間に流れる冷媒の流量目標値を、前記内燃機関の運転状態に関連付けて定めたマップであり、
前記リーンマップが、前記リーン空燃比で前記内燃機関を運転する場合に前記内燃機関と前記熱交換器との間に流れる冷媒の流量目標値を、前記内燃機関の運転状態に関連付けて定めたマップであることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記流量制御手段は、燃焼モードの切り替え中において、前記中間目標値算出手段により算出した流量目標値よりも大きな流量目標値に基づいて、前記流量調節手段を制御することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、
前記切り替え要求が、前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードへの切り替え要求であることを特徴とする。

第１の発明によれば、燃焼モードの切り替え要求が出された際の内燃機関の運転状態に基づき、燃焼モードの切り替え完了時にノッキングが発生するか否かを予測し、尚且つ、ノッキングが発生すると予測された場合、ノッキングが発生しないと予測された場合に比べて、内燃機関と熱交換器との間に流れる冷媒の流量を増やすことができる。従って、燃焼モードの切り替え中に内燃機関を十分に冷やして燃焼モードの切り替え完了時にノッキングが発生するのを抑制できる。

第２の発明によれば、中間空燃比で内燃機関を運転する場合に、内燃機関の運転状態とストイキマップとに基づいて求めたストイキ目標値と、内燃機関の運転状態とリーンマップとに基づいて求めたリーン目標値との補間によって、内燃機関と熱交換器との間に流れる冷媒の流量目標値を算出することができる。従って、中間空燃比での運転の際に、内燃機関の燃焼性が悪化するのを抑制できる。また、中間空燃比に対応させたマップを設定せずに済むので設定工数の低減を図ることもできる。

第３の発明によれば、中間目標値算出手段により算出した流量目標値よりも大きな流量目標値に基づいて、流量調節手段を制御することができる。従って、燃焼モードの切り替え中に内燃機関を十分に冷やすことが可能となる。

燃焼モードを切り替える際の内燃機関の運転状態によるものの、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替える際は、ストイキ燃焼モードに切り替わった直後にノッキングが発生し易い。この点、第４の発明によれば、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替わった直後のノッキングの発生を抑制できる。

実施の形態の冷却装置の冷却対象である内燃機関のシステム構成を説明するための図である。 実施の形態の冷却装置のシステム構成を説明するための図である。 燃焼モードマップの一例を示した図である。 目標水温マップの一例を示した図である。 目標流量マップの一例を示した図である。 中間Ａ／Ｆでのラジエータ通過流量の目標値の算出手法を説明するための図である。 点火時期をＭＢＴに設定できる運転領域を示した図である。 リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替える際の問題点を説明するための図である。 実施の形態において、ＥＣＵ３０により実行される燃焼モードの切り替え前後におけるラジエータ通過流量の制御ルーチンを示すフローチャートである。 エンジンの発熱量と空燃比との関係を示した図である。 エンジン冷却水の流量と空燃比との関係を示した図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態の冷却装置の冷却対象である内燃機関のシステム構成を説明するための図である。このシステムは、火花点火式の内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０は、その運転状態に応じてリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードの間で燃焼モードを切り替え可能に構成されている。なお、エンジン１０の気筒数と気筒配列に特に限定はない。

エンジン１０の筒内には、吸気通路１２と排気通路１４が連通している。吸気通路１２には、ターボ過給機１６のコンプレッサ１６ａが設置されている。コンプレッサ１６ａは、排気通路１４に配置されたタービン１６ｂと連結軸を介して一体的に連結されている。コンプレッサ１６ａの下流には、電子制御式のスロットルバルブ１８が設けられている。なお、このシステムにターボ過給機１６が搭載されていなくてもよい。

エンジン１０の各気筒には、筒内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁２０と、混合気に点火するための点火プラグ２２とがそれぞれ設けられている。なお、燃料噴射弁２０は、エンジン１０の吸気ポート（図示せず）に設けられていてもよい。また、エンジン１０のクランク軸２４の近傍には、エンジン回転速度を検出するためのクランク角センサ２６が設けられている。

このシステムは、更に、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力側には、上述したクランク角センサ２６の他、アクセルペダルの開度を検出するためのアクセル開度センサ２８等が接続されている。ＥＣＵ３０の出力側には、上述したスロットルバルブ１８、燃料噴射弁２０、点火プラグ２２等が接続されている。ＥＣＵ３０の詳細については後述する。

図２は、本実施の形態の冷却装置のシステム構成を説明するための図である。エンジン１０の本体（シリンダブロックやシリンダヘッド）には、ウォータージャケット４８が設けられている。このウォータージャケット４８を流れる冷却水（冷媒）とエンジン１０との間で熱交換が行われる。

ウォータージャケット４８を流れる冷却水は、電動式のウォーターポンプ３２から供給される。ウォーターポンプ３２は、回転により冷却水を送液するインペラと、このインペラを回転させるモータとを備えている（何れも図示せず）。モータの回転を電気的に制御することで、ウォーターポンプ３２から吐出される冷却水の流量が変更される。なお、電動式のウォーターポンプ３２を、エンジン１０によって駆動される機械式のウォーターポンプで構成してもよい。

ウォータージャケット４８の入口部とウォーターポンプ３２の吐出ポート（図示せず）とは、供給流路３４によって接続されている。ウォータージャケット４８の出口部には、戻り流路３６が接続されている。戻り流路３６は途中で３つの流路３６ａ〜３６ｃに分岐している。分岐流路３６ａ〜３６ｃは、独立してウォーターポンプ３２の吸入ポート（図示せず）に接続されている。つまり、本実施の形態の冷却装置は、供給流路３４、ウォータージャケット４８および戻り流路３６が共通し、分岐流路３６ａ〜３６ｃが独立する３つの冷却水循環流路を備えている。

第１の冷却水循環流路は、分岐流路３６ａに設けられたラジエータ４０に冷却水を通過させるものである。ラジエータ４０に冷却水を通過させると、外気と冷却水との間で熱交換が行われる。第２の冷却水循環流路は、分岐流路３６ｂに設けられたデバイス４２に冷却水を通過させるものである。デバイス４２には、オイルクーラ、ＥＧＲクーラ、ＡＴＦ（自動変速機油）クーラが含まれている。デバイス４２に冷却水を通過させると、デバイス４２を流れる流体（オイル、ＥＧＲガス等）と冷却水との間で熱交換が行われる。第３の冷却水循環流路は、分岐流路３６ｃに設けられた車内空調用のヒータ４４に冷却水を通過させるものである。ヒータ４４に冷却水を通過させると車内暖房用空気と冷却水との間で熱交換が行われる。

第１〜第３の冷却水循環流路が分岐する部分、即ち、戻り流路３６が分岐流路３６ａ〜３６ｃに分岐する部分には、多機能弁３８が設けられている。多機能弁３８は、排出ポート３８ａ〜３８ｃおよび流入ポート３８ｄを有するバルブボディと、バルブボディ内に回転軸を中心に回転自在に収容されたロータと、ロータを回転させるモータと、を備えるロータリーバルブである。モータによってロータを回転させると、各排出ポートと流入ポート３８ｄとの間の開口面積が変化して、各排出ポートと流入ポート３８ｄとの連通状態が変化する。つまり、各分岐流路の開口面積が変化して各分岐流路の開閉状態が変化する。多機能弁３８によれば、各分岐流路に流れる冷却水の流量、各分岐流路の熱交換器への熱の分配や、冷却装置内を循環させる冷却水の温度を制御できる。

本実施の形態の冷却装置は、図１に示したシステムとＥＣＵ３０を共有している。ＥＣＵ３０は、少なくとも入出力インタフェースとメモリとＣＰＵとを備えている。入出力インタフェースは、各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。ＥＣＵ３０が信号を取り込むセンサには、図１に示したクランク角センサ２６、アクセル開度センサ２８の他に、ウォータージャケット４８の出口部に設けられた水温センサ４６等が含まれる。ＥＣＵ３０が操作信号を出すアクチュエータには、図１に示したスロットルバルブ１８、燃料噴射弁２０、点火プラグ２２の他に、ウォーターポンプ３２のモータや、多機能弁３８のモータが含まれる。メモリには、各種の制御プログラムやマップが記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。なお、ＥＣＵ３０を共有せずに、冷却装置とエンジン１０が別々のＥＣＵを有していてもよい。

本実施の形態において、ＥＣＵ３０のメモリが記憶しているマップには、燃焼モードマップ、目標水温マップ、目標流量マップが含まれる。

燃焼モードマップは、エンジン１０の燃焼モードをエンジン１０の運転状態に応じて切り替える制御に用いられるマップである。図３は、燃焼モードマップの一例を示した図である。この燃焼モードマップは、ストイキ燃焼モードおよびリーン燃焼モードを、エンジン１０の運転状態に関連付けて設定したものである。なお、エンジン１０の運転状態は、アクセル開度センサ２８の出力に基づいて算出されたエンジン負荷と、クランク角センサ２６の出力に基づいて算出されたエンジン回転速度とに基づいて特定される。

目標水温マップは、暖機後のエンジン１０の水温を最適温度に調節する水温調節制御において、冷却水温の目標値を設定するために用いられるマップである。図４は、目標水温マップの一例を示した図である。この目標水温マップは、エンジン１０のライナー壁温が最適温度となる水温センサ値を、エンジン１０の運転状態に関連付けて設定したものである。本実施の形態では、ストイキ燃焼モードの空燃比Ａ／Ｆｓに対応させた目標水温マップ（以下、「ストイキ目標水温マップ」と称す。）と、リーン燃焼モードの空燃比Ａ／Ｆｌに対応させた目標水温マップ（以下、「リーン目標水温マップ」と称す。）の２つが設定されている。なお、空燃比Ａ／Ｆｓおよび空燃比Ａ／Ｆｌは固定値である。

目標流量マップは、水温調節制御において、冷却水温を目標水温に制御するために必要な冷却水の流量の目標値を設定するために用いられるマップである。図５は、目標流量マップの一例を示した図である。この目標流量マップは、上述した第１の冷却水循環流路に流れる冷却水の流量（エンジン１０とラジエータ４０の間に流れる冷却水の流量をいう。以下、「ラジエータ通過流量」と称す。）を、エンジン１０の運転状態と目標水温とに関連付けて設定したものである。目標水温マップ同様、本実施の形態では、空燃比Ａ／Ｆｓに対応させた目標流量マップ（以下、「ストイキ目標流量マップ」と称す。）と、空燃比Ａ／Ｆｌに対応させた目標流量マップ（以下、「リーン目標流量マップ」と称す。）の２つが設定されている。

［実施の形態の特徴１］
エンジン１０の燃焼モードがストイキ燃焼モードに設定されている場合、エンジン１０の運転状態がストイキ目標水温マップに適用されて目標水温が求められる。また、求めた目標水温と、エンジン１０の運転状態とがストイキ目標流量マップに適用されてラジエータ通過流量が求められる。同様に、エンジン１０の燃焼モードがリーン燃焼モードに設定されている場合、エンジン１０の運転状態がリーン目標水温マップに適用されて目標水温が求められる。また、求めた目標水温と、エンジン１０の運転状態とがリーン目標流量マップに適用されてラジエータ通過流量の目標値が求められる。何れの場合においても、求めたラジエータ通過流量の目標値に基づいて、ウォーターポンプ３２のモータの回転速度および／または多機能弁３８のモータの回転角度が制御される。

また、エンジン１０の燃焼モードがストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードの何れかに設定されている場合は、ラジエータ通過流量がフィードバック制御（以下、「Ｆ／Ｂ制御」と称す。）される。具体的に、エンジン１０の燃焼モードがストイキ燃焼モードに設定されている場合、水温センサ４６で検出した実際の冷却水温（以下、「実水温」と称す。）が、ストイキ目標水温マップで設定した目標水温に近づくようにラジエータ通過流量がＦ／Ｂ制御される。また、エンジン１０の燃焼モードがリーン燃焼モードに設定されている場合、実水温がリーン目標水温マップで設定した目標水温に近づくようにラジエータ通過流量がＦ／Ｂ制御される。このＦ／Ｂ制御においては、ウォーターポンプ３２のモータの回転速度および／または多機能弁３８のモータの回転角度が微調節される。

しかし、エンジン１０の燃焼モードを切り替える場合は、燃焼空燃比により冷却水の受熱状態が変化することから実温度が変わり易い。そのため、上述したＦ／Ｂ制御を燃焼モードの切り替え中に行うのは望ましくない。また、空燃比Ａ／Ｆｓと空燃比Ａ／Ｆｌの間のＡ／Ｆ（以下、「中間Ａ／Ｆ」と称す。）に対応させた目標水温マップや目標流量マップを設定しておくことは、メモリの容量やマップの設定工数（適合工数）の観点から望ましくない。そこで、本実施の形態では、ストイキ目標水温マップ、リーン目標水温マップ、ストイキ目標流量マップおよびリーン目標流量マップに基づいて、中間Ａ／Ｆでのラジエータ通過流量の目標値を算出し、算出した目標値に基づいてラジエータ通過流量をフィードフォワード制御（以下、「Ｆ／Ｆ制御」と称す。）する。

図６は、中間Ａ／Ｆでのラジエータ通過流量の目標値の算出手法を説明するための図である。この設定手法では、先ず、エンジン１０の運転状態をストイキ目標水温マップとリーン目標水温マップに適用して、空燃比Ａ／Ｆｓでの目標水温ｔ_１と空燃比Ａ／Ｆｌでの目標水温ｔ_２とを求める。続いて、目標水温ｔ_１と目標水温ｔ_２の線形補間によって、中間Ａ／Ｆでの目標水温ｔ_３を算出する。ここで、目標水温ｔ_３は、具体的に、次式（１）によって算出する。なお、式（１）に示すＡ／Ｆｍは中間Ａ／Ｆの値である。
ｔ_３＝ｔ_２＋（ｔ_１−ｔ_２）×（Ａ／Ｆｍ−Ａ／Ｆｌ）／（Ａ／Ｆｓ−Ａ／Ｆｌ） ・・・（１）

目標水温ｔ_３を算出したら、この目標水温ｔ_３と、エンジン１０の運転状態とをストイキ目標流量マップとリーン目標流量マップに適用して、目標水温ｔ_３での目標流量ｑｓ（ｔ_３），ｑｌ（ｔ_３）を求める。続いて、目標流量ｑｓ（ｔ_３），ｑｌ（ｔ_３）の線形補間によって、中間Ａ／Ｆでのラジエータ通過流量の目標値（目標流量ｑ_３）を算出する。ここで、目標流量ｑ_３は、具体的に、次式（２）によって算出する。なお、式（２）に示すＡ／Ｆｍは中間Ａ／Ｆの値である。
ｑ_３＝ｑｌ（ｔ_３）＋｛ｑｓ（ｔ_３）−ｑｌ（ｔ_３）｝×（Ａ／Ｆｍ−Ａ／Ｆｌ）／（Ａ／Ｆｓ−Ａ／Ｆｌ） ・・・（２）

このように算出した目標流量ｑ_３に基づいてラジエータ通過流量をＦ／Ｆ制御すれば、燃焼モードの切り替え中の燃焼性の悪化を抑制できる。なお、このＦ／Ｆ制御においては、ウォーターポンプ３２のモータの回転速度および／または多機能弁３８のモータの回転角度が目標流量ｑ_３に基づいて制御される。

［実施の形態の特徴２］
本実施の形態では、リーン燃焼モードとストイキ燃焼モードの何れの場合においても、点火プラグ２２の点火時期を各燃焼モードに対応するＭＢＴ（Minimum advanced for Best Torque）に近付けるように制御する点火時期制御を行う。ここで、燃料の燃焼による発熱量の違いから、リーン燃焼モードとストイキ燃焼モードでは点火時期を各燃焼モードに対応するＭＢＴに設定できる運転領域（以下、「ＭＢＴ領域」と称す。）がそもそも異なる。なお、ＭＢＴはエンジン出力や燃料消費率が最良となる点火基準時期を意味する。

図７は、ＭＢＴ領域を示した図である。図７に示す領域（ｉ）は、空燃比Ａ／Ｆｓに対応するＭＢＴ（以下、「ストイキＭＢＴ」と称す。）に点火時期を設定できない領域に該当し、領域（ｉｉ）は空燃比Ａ／Ｆｌに対応するＭＢＴ（以下、「リーンＭＢＴ」と称す。）に点火時期を設定できない領域に該当する。図７に示すように、領域（ｉ）の一部に領域（ｉｉ）が形成される。つまり、領域（ｉ）は領域（ｉｉ）よりも広い。この理由は、ストイキ燃焼時はリーン燃焼時に比べて発熱量が多くなるので、ノッキングが発生し易く、点火時期を多めに遅角する必要があるためである。

ＭＢＴ領域の面積に差があることで、エンジンの運転状態によっては、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替える際に点火時期をストイキＭＢＴよりも更に遅角しなければならないケースが出てくる。図８は、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替える際の問題点を説明するための図である。図８に示す「運転状態Ｑ」は、図７において、運転状態が点Ｐから点Ｑに変化して燃焼モードの切り替え要求が出された場合に相当する。また、「運転状態Ｒ」は、図７において、運転状態が点Ｐから点Ｒに変化して燃焼モードの切り替え要求が出された場合に相当する。

図８に示すように、「運転状態Ｑ」および「運転状態Ｒ」の何れの場合においても、トルクを一定に維持したまま、リーン運転時の燃焼空燃比および点火時期（即ちリーンＭＢＴ）から、ストイキ運転時の燃焼空燃比および点火時期（即ちストイキＭＢＴ）へ徐々に変更させる。トルクを一定に維持するのは、燃焼モードの切り替え中のトルク段差の発生を抑制するためである。しかし、運転状態Ｒは、点火時期をＭＢＴから遅角する領域（ｉｉ）にあることから（図７参照）、切り替え後のノッキングを見越して点火時期を遅角しなければならない。その場合、トルクを一定に維持するためには、空気量や燃料噴射量を増やす必要がある。空気量を増やすためにはスロットルバルブを追加操作してスロットル開度を増やす必要がある。しかし、スロットルバルブには応答遅れがあるので、スロットル開度を増やすことで燃焼モードの切り替えに時間を要してしまう。また、燃料噴射量を増やすことで、燃費が悪化してしまう。

そこで、本実施の形態では、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替える要求が出された際に、切り替え後に点火時期をストイキＭＢＴから更に遅角する必要が生じるか否かを予測する。そして、遅角の必要が生じると予測された場合には、上述した目標水温ｔ_３の算出後、算出した目標水温ｔ_３をより低温側の目標水温ｔ_４に変更する（目標水温ｔ_４＜目標水温ｔ_３）。続いて、目標水温ｔ_４と、エンジン１０の運転状態とをストイキ目標流量マップとリーン目標流量マップに適用して、目標水温ｔ_４での目標流量ｑｓ（ｔ_４），ｑｌ（ｔ_４）を求める。続いて、目標流量ｑｓ（ｔ_４），ｑｌ（ｔ_４）の線形補間によって、中間Ａ／Ｆでのラジエータ通過流量の目標値（目標流量ｑ_４）を算出する。目標流量ｑ_４の算出は、上式（２）の変数ｔ_３を変数ｔ_４に置き換えた次式（３）によって算出する。
ｑ_４＝ｑｌ（ｔ_４）＋｛ｑｓ（ｔ_４）−ｑｌ（ｔ_４）｝×（Ａ／Ｆｍ−Ａ／Ｆｌ）／（Ａ／Ｆｓ−Ａ／Ｆｌ） ・・・（３）
そして、目標流量ｑ_４に基づいてラジエータ通過流量をＦ／Ｆ制御する。

目標水温ｔ_３をより低温側の目標水温ｔ_４に変更することで、目標流量ｑ_４が目標流量ｑ_３よりも多くなるので、冷却水温を低下させることができる。ＭＢＴ領域の面積は冷却水温に左右され、冷却水温が下がることでＭＢＴ領域の面積が拡大する。そのため、冷却水温を低下させることで、図７の領域（ｉ）の面積を縮小できる。よって、切り替え後のノッキングの発生を未然に防止できる。また、仮にノッキングが発生したとしても、点火時期の遅角量を少なくできる。従って、スロットルバルブの追加操作の発生を防止し、または、スロットルバルブの追加操作に伴う応答遅れの低減を図ることができる。即ち、燃焼モードの切り替え時間の短縮化を図ることができる。燃費の悪化の抑制を図ることもできる。

［具体的処理］
次に、図９を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図９は、実施の形態において、ＥＣＵ３０により実行される燃焼モードの切り替え前後におけるラジエータ通過流量の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図９に示すルーチンは、エンジン１０の燃焼モードがリーン燃焼モードに設定されている際に、繰り返し実行されるものとする。

図９に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ３０は、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへの切り替え要求が出されているか否かを判定する（ステップＳ１０）。本ステップでは、具体的に、上述した燃焼モードマップにアクセル開度センサ２８の出力に基づいて算出されたエンジン負荷と、クランク角センサ２６の出力に基づいて算出されたエンジン回転速度とを適用し、特定される運転状態がストイキ燃焼モードにあるか否かにより切り替え要求の有無が判定される。

ステップＳ１０において、切り替え要求が出されていると判定された場合、ＥＣＵ３０は、ストイキ燃焼モードへの切り替え後に点火時期をストイキＭＢＴから更に遅角する必要が生じるか否かを判定する（ステップＳ１２）。本ステップでは、具体的に、ステップＳ１０において特定した運転状態が、図７で説明した領域（ｉｉ）に含まれるか否かにより点火時期をストイキＭＢＴから更に遅角する必要が生じるか否かが判定される。なお、リーン運転時の燃焼空燃比およびリーンＭＢＴから、ストイキ運転時の燃焼空燃比およびストイキＭＢＴへの変更については、本制御ルーチンとは別の制御ルーチンに従ってＥＣＵ３０により実行されているものとする。

ステップＳ１２において、点火時期をストイキＭＢＴから更に遅角する必要が生じると判定された場合、ＥＣＵ３０は、ストイキ目標水温マップ、リーン目標水温マップ、ストイキ目標流量マップおよびリーン目標流量マップに基づいて目標水温ｔ_３を算出する。そして、算出した目標水温ｔ_３を低温側の目標水温ｔ_４に変更した上で目標流量ｑ_４を算出し、目標流量ｑ_４に基づいてラジエータ通過流量をＦ／Ｆ制御する（ステップＳ１４）。一方、ステップＳ１２において、点火時期をＭＢＴから遅角する必要が生じないと判定された場合、ＥＣＵ３０は、ストイキ目標水温マップ、リーン目標水温マップ、ストイキ目標流量マップおよびリーン目標流量マップに基づいて目標水温ｔ_３を算出する。そして、算出した目標水温ｔ_３から目標流量ｑ_３を算出し、目標流量ｑ_３に基づいてラジエータ通過流量をＦ／Ｆ制御する（ステップＳ１６）。目標水温ｔ_３，ｔ_４と目標流量ｑ_３，ｑ_４の算出手法については、既に説明した通りである。

ステップＳ１４またはステップＳ１６に続いて、ＥＣＵ３０は、ストイキ燃焼モードへの切り替えが完了したか否かを判定する（ステップＳ１８）。本ステップでは、具体的に、燃焼切り替えフラグが切り替え完了を示すか否かによって切り替えが完了したか否かが判定される。なお、燃焼切り替えフラグが切り替え完了を示すのは、本制御ルーチンとは別の制御ルーチンから燃焼切り替えが完了したとの情報が出されたときであるとする。

ステップＳ１８において、ストイキ燃焼モードへの切り替えが完了したと判定された場合、ＥＣＵ３０は、ストイキ燃焼モードでのラジエータ通過流量のＦ／Ｂ制御を行う（ステップＳ２０）。即ち、ストイキ目標水温マップおよびストイキ目標流量マップに基づいて目標水温ｔ_１と目標流量ｑ_１が算出され、目標流量ｑ_１に基づいてラジエータ通過流量がＦ／Ｂ制御される。目標水温ｔ_１と目標流量ｑ_１の算出手法については、既に説明した通りである。

以上、図９に示した制御ルーチンによれば、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替える要求が出された際に、スロットルバルブの応答遅れの発生を防止し、または、応答遅れの低減を図ることができる。即ち、燃焼モードの切り替え時間の短縮化を図ることができる。燃費の悪化の抑制を図ることもできる。

なお、上記実施の形態においては、供給流路３４、ウォータージャケット４８、戻り流路３６、分岐流路３６ａが上記第１の発明における「循環流路」に、ラジエータ４０が同発明における「熱交換器」に、ウォーターポンプ３２および／または多機能弁３８が同発明における「流量調節手段」に、それぞれ相当している。
また、上記実施の形態においては、ＥＣＵ３０が図９のステップＳ１２の処理を実行することにより上記第１の発明における「予測手段」が、同図のステップＳ１４の処理を実行することにより同発明における「流量制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、上記実施の形態においては、ストイキ目標水温マップおよびストイキ目標流量マップが上記第２の発明における「ストイキマップ」に、リーン目標流量マップおよびリーン目標流量マップが同発明における「リーンマップ」に、それぞれ相当している。
また、上記実施の形態においては、ＥＣＵ３０が図９のステップＳ１６の処理を実行することにより上記第２の発明における「中間目標値算出手段」が実現されている。

ところで、上記実施の形態においては、目標水温ｔ_１と目標水温ｔ_２の線形補間によって中間Ａ／Ｆでの目標水温ｔ_３を算出し、この目標水温ｔ_３から求めた目標流量ｑｓ（ｔ_３），ｑｌ（ｔ_３）の線形補間によって中間Ａ／Ｆでの目標流量ｑ_３を算出した。しかし、目標水温ｔ_３と目標流量ｑ_３は何れもエンジン１０の運転状態の関数であることから、目標水温ｔ_３を算出せずにエンジン１０の運転状態から目標流量ｑ_３を算出することもできる。但しこの場合は、ラジエータ通過流量をエンジン１０の運転状態のみに関連付けて図５同様の目標流量マップを設定する必要がある。

また、上記実施の形態においては、中間Ａ／Ｆでの目標流量ｑ_３を線形補間によって算出したが、より高精度に目標流量ｑ_３を算出するためには、線形補間以外の補間法によって算出することが望ましい。この理由について、図１０乃至図１１を参照しながら説明する。図１０はエンジンの発熱量と空燃比との関係を示した図であり、図１１はエンジン冷却水の流量と空燃比との関係を示した図である。エンジンの発熱量は燃料噴射量に比例するので、空燃比をリッチにするほどエンジンの発熱量が大きくなる。この特性を示したのが図１０である（但し、エンジンの運転条件は一定とする）。一方、このエンジンの冷却水温をある目標水温に制御するためには、この発熱量と釣り合う熱量を冷却水と交換する必要がある。しかし、平板強制対流の場合の熱伝達の式（Ｑ＝ｈ（Ｔ_１―Ｔ_２）、ｈ＝Ｎｕ・Ｌ／λ、Ｎｕ＝０．０３７・Ｒｅ^４／５・Ｐｒ^１／３、（但し、Ｔ_１，Ｔ_２は温度、Ｌは代表長さ、λは熱伝導率、Ｎｕはヌセルト数、Ｒｅは流速、Ｐｒはプラントル数））に基づくと、Ｌ、Ｐｒが一定の条件では熱伝達率ｈが流速Ｒｅの０．８乗に比例することが分かる。この特性を示したのが図１１である。図１１から、エンジン冷却水の流量と空燃比の関係が厳密には線形でないことが分かる（但し、エンジンの運転条件および目標水温は一定とする）。よって、目標流量ｑ_３をより高精度に算出する場合には、線形補間以外の補間法によって算出することが望ましいことなる。

一方、中間Ａ／Ｆでの目標水温ｔ_３は線形補間によって高精度に算出できる。但し、上記実施の形態は、目標水温ｔ_３の算出法が線形補間のみであることを限定するものではない。即ち、上記実施の形態において、中間Ａ／Ｆでの目標水温ｔ_３を線形補間以外の補間法によって算出してもよい。

また、上記実施の形態においては、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへの切り替え要求が出された場合を例として説明した。しかし、本発明は、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの切り替え要求が出された場合においても同様に適用が可能である。即ち、リーン燃焼モードへの切り替え後に点火時期をリーンＭＢＴから遅角する必要が生じるか否かを予測し、遅角の必要が生じると予測された場合には、目標流量ｑ_４に基づいてラジエータ通過流量をＦ／Ｆ制御することができる。

また、上記実施の形態においては、エンジン１０の燃焼モードがストイキ燃焼モードまたはリーン燃焼モードに設定されている場合、実水温が目標水温ｔ_１または目標水温ｔ_２に近づくようにラジエータ通過流量をＦ／Ｂ制御するとした。しかし、目標流量ｑ_１や目標流量ｑ_２に基づいて、ラジエータ通過流量をＦ／Ｆ制御してもよい。

１０ エンジン
２２ 点火プラグ
２６ クランク角センサ
２８ アクセル開度センサ
３０ ＥＣＵ
３２ ウォーターポンプ
３４ 供給流路
３６ 戻り流路
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ 分岐流路
３８ 多機能弁
４０ ラジエータ
４６ 水温センサ
４８ ウォータージャケット

また、上記実施の形態においては、ストイキ目標水温マップおよびストイキ目標流量マップが上記第２の発明における「ストイキマップ」に、リーン目標水温マップおよびリーン目標流量マップが同発明における「リーンマップ」に、それぞれ相当している。
また、上記実施の形態においては、ＥＣＵ３０が図９のステップＳ１６の処理を実行することにより上記第２の発明における「中間目標値算出手段」が実現されている。

Claims (4)

1. 機関運転状態に応じてリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードの間で燃焼モードを切り替え可能な内燃機関の冷媒を循環させる循環経路と、
   前記循環経路に設けられ、冷媒との熱交換により冷媒を冷却する熱交換器と、
   前記内燃機関と前記熱交換器との間に流れる冷媒の流量を調節する流量調節手段と、
   燃焼モードの切り替え要求が出された際の前記内燃機関の運転状態に基づき、燃焼モードの切り替え完了時にノッキングが発生するか否かを予測する予測手段と、
   前記ノッキングが発生すると予測された場合、前記ノッキングが発生しないと予測された場合に比べて、燃焼モードの切り替え中における前記内燃機関と前記熱交換器との間に流れる冷媒の流量を増やすように前記流量調節手段を制御する流量制御手段と、
   を備えることを特徴とする冷却装置。
2. 前記内燃機関の運転状態とストイキマップとに基づいて求めたストイキ目標値と、前記内燃機関の運転状態とリーンマップとに基づいて求めたリーン目標値との補間によって、前記ストイキ燃焼モードに対応するストイキ空燃比と、前記リーン燃焼モードに対応するリーン空燃比の間の中間空燃比で前記内燃機関を運転する場合に前記内燃機関と前記熱交換器との間に流れる冷媒の流量目標値を算出する中間目標値算出手段を更に備え、
   前記ストイキマップが、前記ストイキ空燃比で前記内燃機関を運転する場合に前記内燃機関と前記熱交換器との間に流れる冷媒の流量目標値を、前記内燃機関の運転状態に関連付けて定めたマップであり、
   前記リーンマップが、前記リーン空燃比で前記内燃機関を運転する場合に前記内燃機関と前記熱交換器との間に流れる冷媒の流量目標値を、前記内燃機関の運転状態に関連付けて定めたマップであることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記流量制御手段は、燃焼モードの切り替え中において、前記中間目標値算出手段により算出した流量目標値よりも大きな流量目標値に基づいて、前記流量調節手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記切り替え要求が、前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードへの切り替え要求であることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の冷却装置。

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