JP2020176579A

JP2020176579A - エンジンの冷却装置

Info

Publication number: JP2020176579A
Application number: JP2019080775A
Authority: JP
Inventors: 信彦横山; Nobuhiko Yokoyama; 貴史西尾; Takashi Nishio; 邦朗和田; Kunio Wada; 賢宏山本; Takahiro Yamamoto
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2039-04-22
Also published as: EP3730757A1; JP7192172B2; US11111840B2; US20200332703A1

Abstract

【課題】より早期に且つ精度よく流量制御弁が故障しているか否かを判定できるエンジンの冷却装置を提供する。【解決手段】エンジン回転数が基準回転数未満の場合は、流量制御弁７５を開弁状態から閉弁状態にする閉弁指令がバルブ制御手段１０２から出されたときに圧力センサＳＮ５が検出した冷却水の圧力変化に基づいて流量制御弁７５の故障を判定する第１の故障判定を実施し、エンジン回転数が基準回転数以上の場合は、流量制御弁７５を閉弁状態から開弁状態にする開弁指令がバルブ制御手段１０２から出されたときに圧力センサＳＮ５が検出した冷却水の圧力変化に基づいて流量制御弁７５の故障を判定する第２の故障判定を実施する。【選択図】図８

Description

本発明は、エンジンによって回転駆動されるウォータポンプを備えたエンジンの冷却装置に関する。

車両等に設けられるエンジンは、エンジンによって回転駆動されるウォータポンプによってエンジン本体や補機類に冷却水が圧送されるように構成されている。また、冷却水が流通する経路にこれを開閉可能な流量制御弁を設けて、流量制御弁の開閉操作によって冷却水の流量を変更することも行われている。

流量制御弁が設けられたエンジンでは、流量制御弁の故障によってエンジン本体等に適切な量の冷却水が供給されなくなるおそれがあるため、流量制御弁が故障しているか否かを判定することが求められる。これに対して、特許文献１には、冷却水が流通する経路に冷却水の温度を検出する温度センサを設けて、温度センサが検出した冷却水の温度の変化に基づいて流量制御弁が故障しているか否かを判定する構成が開示されている。

特開２００４−７６６４７号公報

冷却水の流量が変化した場合であっても、冷却水の温度は徐々にしか変化せず、冷却水の流量変化に対する冷却水の温度変化の応答性は低い。これより、特許文献１の構成、つまり、冷却水の温度の変化に基づいて流量制御弁が故障しているか否かを判定する構成では、流量制御弁が故障した場合であってもこの故障をすぐには検出できないという問題がある。そして、流量制御弁の故障の検出が遅れると、この故障への対応が遅れることでエンジン本体の温度が過度に高くなって損傷する、あるいは、エンジン本体の温度が過度に低くなってエンジン本体での燃焼が不安定になるおそれがある。

本発明は、前記のような事情に鑑みて成されたものであり、より早期に且つ精度よく流量制御弁が故障しているか否かを判定できるエンジンの冷却装置を提供する、ことを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、エンジンによって回転駆動されるウォータポンプを備えたエンジンの冷却装置であって、前記ウォータポンプから吐出された冷却水を、エンジン本体を経由して循環させる冷却水経路と、前記冷却水経路を開閉可能な流量制御弁と、前記冷却水経路を流通する冷却水の圧力を検出する圧力センサと、前記流量制御弁が故障しているか否かを判定する故障判定手段と、前記流量制御弁に開閉指令を出力して当該流量制御弁を制御するバルブ制御手段とを備え、前記故障判定手段は、エンジン回転数が所定の基準回転数未満の場合は、前記流量制御弁を開弁状態から閉弁状態にする閉弁指令が前記バルブ制御手段から出されたときに前記圧力センサが検出した冷却水の圧力変化に基づいて前記流量制御弁の故障を判定する第１の故障判定を実施し、エンジン回転数が前記基準回転数以上の場合は、前記流量制御弁を閉弁状態から開弁状態にする開弁指令が前記バルブ制御手段から出されたときに前記圧力センサが検出した冷却水の圧力変化に基づいて前記流量制御弁の故障を判定する第２の故障判定を実施する、ものである。

冷却水経路を流通する冷却水の流量が変化すると冷却水経路内の冷却水の圧力はその温度に比べて早期に変化する。これに対して、本発明では、流量制御弁の開閉に伴って生じる冷却水の圧力変化に基づいて流量制御弁が故障しているか否かを判定している。これより、流量制御弁が故障しているか否かを早期に判定できる。

しかも、本発明では、エンジン回転数が基準回転数未満の場合とエンジン回転数が基準回転数以上の場合とで判定方法を異ならせていることで、流量制御弁が故障しているか否かを精度よく判定できる。

具体的には、エンジン回転数が高いときはウォータポンプの吐出量が大きいので、流量制御弁を全閉から開弁させたときの冷却水の流量および圧力の変化量は大きくなる。これより、エンジン回転数が高いときは、流量制御弁が正常に全閉から開弁する場合と正常に開閉しない場合とで冷却水の圧力変化の違いが明確になる。これに対して、本発明では、エンジン回転数が基準回転数以上の場合に、前記の第２の故障判定を実施して、流量制御弁に対して閉弁状態から開弁状態にする開弁指令が出されたときの冷却水の圧力変化、すなわち、前記のように流量制御弁が正常な場合と故障している場合とで明確に違いがみられるパラメータに基づいて流量制御弁の故障を判定している。そのため、流量制御弁が故障しているか否かを精度よく判定できる。また、エンジンが暖機されていないこと等に伴って流量制御弁が閉弁している状態からエンジンの暖機が完了して流量制御弁が開弁された直後に流量制御弁の故障を判定することが可能になるので、より一層早期にこの故障を検出することが可能となる。

ただし、エンジン回転数が低いときは、ウォータポンプの吐出量が小さいことで流量制御弁の開弁に伴う冷却水の圧力変化が小さい。そのため、エンジン回転数が低いときは、前記第２の故障判定では流量制御弁の故障を精度よく検出できないおそれがある。これに対して、流量制御弁を開弁状態から閉弁状態にしたときは、冷却水がその慣性によって流量制御弁等に衝突するいわゆるウォータハンマー現象が生じることで、冷却水の流量が小さい場合であっても冷却水経路内の圧力が大きく上昇する。つまり、流量制御弁を開弁状態から閉弁状態に操作した場合には、エンジン回転数が低いときでも、流量制御弁が正常に閉弁したときと流量制御弁が正常に開閉しないときとで、冷却水の圧力変化の違いを明確にすることができる。従って、本発明では、エンジン回転数が基準回転数未満の場合に、前記の第１の故障判定を実施して、流量制御弁に対して開弁状態から閉弁状態にする閉弁指令が出されたときの冷却水の圧力変化に基づいて流量制御弁の故障を判定していることで、エンジン回転数が低いときにも流量制御弁の故障を精度よく判定できる。これより、エンジン回転数が高いときと低いときの双方で流量制御弁の故障を精度よく判定できる。

前記構成において、好ましくは、前記故障判定手段は、前記第１の故障判定の実施時は、前記冷却水の圧力上昇量が所定の第１判定上昇量以下の場合に前記流量制御弁が故障していると判定し、前記第２の故障判定の実施時は、前記冷却水の圧力低下量が所定の第２判定低下量以下の場合に前記流量制御弁が故障していると判定する（請求項２）。

この構成によれば、冷却水の圧力上昇量あるいは圧力低下量と所定の値との比較によって流量制御弁が故障しているか否かを容易に判定できる。

前記構成において、好ましくは、前記バルブ制御手段は、前記冷却水経路を流通する冷却水の温度が所定の設定温度未満の場合は前記流量制御弁の開弁を禁止し、前記冷却水の温度が前記設定温度以上の場合は前記流量制御弁の開弁を許可し、前記故障判定手段は、前記冷却水の温度が前記設定温度未満の場合は前記第１の故障判定と前記第２の故障判定の実施を禁止し、前記冷却水の温度が前記設定温度以上の場合は前記第１の故障判定と前記第２の故障判定の実施を許可する（請求項３）。

この構成では、冷却水の温度が設定温度未満の場合であってエンジン本体の温度が低いときに流量制御弁が全閉とされて冷却水の循環が停止されるので、冷却水によってエンジン本体が冷却されるのを回避してエンジン本体の暖機を促進できる。しかも、冷却水の温度が設定温度未満の場合には第１の故障判定と第２の故障判定の実施が禁止されるので、冷却水の温度が設定温度未満の場合に、これら故障判定の実施に伴って流量制御弁が開弁されて冷却水によってエンジン本体が冷却されるのを回避できる。また、冷却水の温度が設定温度以上の場合には、冷却水によるエンジン本体の冷却が可能となるので、冷却水およびエンジン本体の温度が過度に高くなるのを防止できる。また、第１の故障判定と第２の故障判定の実施が許可されることで、流量制御弁の故障を判定することができる。

また、本発明では、前記のように、第２の故障判定の実施によって、流量制御弁が全閉に維持されている状態から流量制御弁に開弁指令が出された直後に流量制御弁の故障を判定することが可能になる。これより、この構成によれば、エンジン本体の早期暖機と流量制御弁の故障の早期判定とを両立させることができる。

前記構成において、好ましくは、前記バルブ制御手段は、前記冷却水の温度が前記設定温度以上の場合、エンジン本体に形成された燃焼室の壁温が予め設定された目標温度となるように前記流量制御弁を開閉させる（請求項４）。

この構成によれば、流量制御弁の開閉によって燃焼室の壁温を適切な温度に制御しつつ、この流量制御弁の開閉時に前記第１の故障判定あるいは第２の故障判定を実施することで流量制御弁の故障を精度よく判定することができる。

前記構成において、好ましくは、前記故障判定手段は、エンジンの始動後に前記第１の故障判定と前記第２の故障判定とがいずれも未実施である場合にのみ、前記第２の故障判定の実施を許可する（請求項５）。

前記のように、第２の故障判定によれば、流量制御弁が全閉に維持されている状態から流量制御弁に開弁指令が出された直後に流量制御弁の故障を判定することができる。そのため、この構成によれば、エンジンの始動後に記第１の故障判定と第２の故障判定とがいずれも未実施である場合に第２の故障判定の実施が許可されることで、エンジン始動後のより早いタイミングで流量制御弁の故障を判定することが可能になる。ここで、第１の故障判定と第２の故障判定が既に実施されて流量制御弁が故障しているか否かの判定が既に実施された後では、流量制御弁の故障を再度早期に判定する必要性は小さい。これに対して、この構成では、第１の故障判定あるいは第２の故障判定が既に実施された後は第２の故障判定の実施が停止されるので、前記のように流量制御弁の故障の効果的な早期判定を実現しながら、制御構成を簡素化することができる。

以上のように、本発明のエンジンの冷却装置によれば、より早期に且つ精度よく流量制御弁が故障しているか否かを判定できる。

本発明が適用されるエンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。エンジンの冷却装置の全体構成を概略的に示す回路図である。エンジン本体の要部を示す概略断面図である。流量制御弁の概略断面図である。流量制御弁の開度変化およびこれに伴う冷却水の圧力変化を示した図である。エンジンの制御系統を示すブロック図である。流量制御弁の初回の故障判定の手順を示すフローチャートである。流量制御弁の通常の故障判定の手順を示すフローチャートである。エンジン回転数が低いときの流量制御弁の開度と冷却水の圧力を示した図である。エンジン回転数が高いときの流量制御弁の開度と冷却水の圧力を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の制御装置が適用される車両用エンジン（以下、単にエンジンという）の好ましい実施形態を示す図である。図１に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流する外部ＥＧＲ装置５０とを備えている。

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。エンジン本体１は、典型的には複数の（例えば４つの）気筒２を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、１つの気筒２のみに着目して説明を進める。

ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、この燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力を受けてピストン５が上下方向に往復運動する。

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、コネクティングロッド８を介してピストン５と連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。

シリンダブロック３には、クランク角センサＳＮ１が組付けられている。クランク角センサＳＮ１は、クランク軸７の回転角度（クランク角）およびクランク軸７の回転数（エンジン回転数）を検出する。

シリンダヘッド４には、吸気通路３０から供給される空気を燃焼室６に導入するための吸気ポート９と、燃焼室６で生成された排気ガスを排気通路４０に導出するための排気ポート１０と、吸気ポート９の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０の燃焼室６側の開口を開閉する排気弁１２とが設けられている。吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と吸入空気とが混合された混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。

吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部位には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ２が設けられている。

過給機３３は、電磁クラッチ３４を介してエンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャ）である。過給機３３としては、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを用いることができる。

吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。

排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、排気通路４０を流通する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが内蔵されている。

外部ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１を開閉するＥＧＲ弁５３と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部位と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部位とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガスを熱交換により冷却する。

気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、１３以上３０以下、好ましくは１４以上１８以下の高圧縮比に設定される。

本実施形態では、エンジン回転数が所定の回転数以下の低速領域において、混合気の一部を圧縮着火させるＳＰＣＣＩ燃焼が実施されるようになっている。これより、混合気の圧縮着火が適切に実現されるように、気筒２の幾何学的圧縮比が前記のような比較的高い値とされている。

ＳＰＣＣＩ燃焼とは、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた部分圧縮着火燃焼である。ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６から発生する火花により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる燃焼形態のことである。ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮等により十分に高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる燃焼形態のことである。これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、このＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる燃焼形態である。つまり、低速領域では、燃料と空気とを予め混合しておき、この混合気の一部を点火プラグ１６からの点火によって強制的に燃焼させて、この燃焼による熱エネルギーによって残りの混合気を圧縮着火させる。なお、「ＳＰＣＣＩ」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。一方、本実施形態では、前記低速領域よりもエンジン回転数が高い高速領域では、一般的なＳＩ燃焼が実施される。

（２）冷却装置の全体構成
図２は、エンジンの冷却装置６０の全体構成を示す回路図である。同図に示すように、冷却装置６０は、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）６１と、ラジエータ（ＲＡＤ）７１と、冷却水を循環させるための複数の冷却水経路６２〜６６（メイン冷却水経路６２、ＥＧＲ用冷却水経路６３、ＡＴＦ用冷却水経路６４、連絡経路６５、バルブ用経路６６）とを備えている。

ウォータポンプ６１は、冷却水を吐出するためのポンプであり、シリンダブロック３の一側面に組付けられている。ウォータポンプ６１は、エンジン本体１によって回転駆動される。具体的には、ウォータポンプ６１は、ベルトを介してクランク軸７と連結されており、クランク軸７によって回転駆動されて冷却水を吐出する。

ラジエータ７１は、冷却水を冷却するための熱交換器であり、冷却水はラジエータ７１を通過した際に車両の走行風等によって冷却される。

（メイン冷却水経路）
図２の実線矢印で示すように、メイン冷却水経路６２は、ウォータポンプ６１から吐出される冷却水を、シリンダブロック３に形成されたブロック側ウォータジャケット６２ａ、シリンダヘッド４に形成された燃焼室側ウォータジャケット６２ｂ、およびラジエータ７１を経由してウォータポンプ６１に戻すように循環させる経路である。

燃焼室側ウォータジャケット６２ｂは、図３に示すように、シリンダヘッド４のうちの燃焼室６の近傍であって吸気ポート９および排気ポート１０の各バルブシート部の周辺に形成されたウォータジャケットである。

メイン冷却水経路６２におけるラジエータ７１とウォータポンプ６１との間の位置、詳細には、図２の実線矢印で示す冷却水の流れ方向について、ラジエータ７１よりも下流側で且つウォータポンプ６１よりも上流側となる位置には、第１サーモスタットバルブ７２が設けられている。

第１サーモスタットバルブ７２は、メイン冷却水経路６２を開閉する弁本体７２ａ（以下、ＴＳバルブ本体７２ａという）であって、ＴＳバルブ本体７２ａを通過する冷却水の温度が所定の開弁温度以上のときに開弁して（全開となって）冷却水の温度が開弁温度未満のときに閉弁する（全閉となる）ＴＳバルブ本体７２ａを備える。第１サーモスタットバルブ７２は、前記の開弁温度を変更可能な可変式のサーモスタットバルブであり、開弁温度を変更するためのサーモスタットヒータ７２ｂを備える。サーモスタットヒータ７２ｂは通電されることで発熱する。サーモスタットヒータ７２ｂへの通電量が大きいほど開弁温度は低くなる。つまり、サーモスタットヒータ７２ｂへの通電量が大きくサーモスタットヒータ７２ｂの温度が高いときの方が、サーモスタットヒータ７２ｂへの通電量が小さくサーモスタットヒータ７２ｂの温度が低いときよりも、冷却水の温度がより低いタイミングでＴＳバルブ本体７２ａは開弁する。サーモスタットヒータ７２ｂへの通電量は、後述するＰＣＭ１００によって制御される。

冷却水の温度が前記の開弁温度以上であって第１サーモスタットバルブ７２（ＴＳバルブ本体７２ａ）が開弁しているときは、冷却水はメイン冷却水経路６２内を流通してラジエータ７１によって冷却される。一方、第１サーモスタットバルブ７２が閉弁しているときは、冷却水のメイン冷却水経路６２内の流通は停止され、ラジエータ７１による冷却水の冷却は停止される。

メイン冷却水経路６２には、これを流通する冷却水の温度を検出する第１水温センサＳＮ３と第２水温センサＳＮ４とが設けられている。第１水温センサＳＮ３は、ウォータポンプ６１とシリンダブロック３との間の位置、詳細には、図２の実線矢印で示す冷却水の流れ方向についてウォータポンプ６１よりも下流側で且つシリンダブロック３よりも上流側となる位置に、設けられており、この位置を通過する冷却水の温度を検出する。第２水温センサＳＮ４は、シリンダヘッド４とラジエータ７１との間の位置、詳細には、図２の実線矢印で示す冷却水の流れ方向についてシリンダヘッド４よりも下流側で且つラジエータ７１よりも上流側となる位置に、設けられており、この位置を通過する冷却水の温度を検出する。以下では、適宜、第１水温センサＳＮ３により検出された冷却水の温度をエンジン水温という。ここで、第１サーモスタットバルブ７２のＴＳバルブ本体７２ａを通過する冷却水の温度は第１水温センサＳＮ３により検出されるエンジン水温とほぼ同じであり、このエンジン水温に応じて第１サーモスタットバルブ７２は開閉する。

（ＥＧＲ用冷却水経路）
ＥＧＲ用冷却水経路６３は、メイン冷却水経路６２の一部をバイパスする経路である。

図２の一点鎖線矢印で示すように、ＥＧＲ用冷却水経路６３には、メイン冷却水経路６２に含まれるブロック側ウォータジャケット６２ａを流通する冷却水の一部が導入される。ブロック側ウォータジャケット６２ａからＥＧＲ用冷却水経路６３に導入された冷却水は、ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ／Ｃ）５２、空調用のヒータコア７４、シリンダヘッド４に形成された排気ポート側ウォータジャケット６３ｂを経由してウォータポンプ６１に戻る。

排気ポート側ウォータジャケット６３ｂは、図３に示すように、燃焼室側ウォータジャケット６２ｂよりも下流側（排気ガスの流動方向における下流側）の位置で排気ポート１０の周囲に形成されたウォータジャケットである。

このように、本実施形態では、ブロック側ウォータジャケット６２ａを含むメイン冷却水経路６２の一部とＥＧＲ用冷却水経路６３とによって、メイン冷却水経路６２とは別の経路で、ウォータポンプ６１とエンジン本体１とを経由して冷却水を循環させる経路１６０が形成されている。本実施形態では、このブロック側ウォータジャケット６２ａを含むメイン冷却水経路６２の一部とＥＧＲ用冷却水経路６３とによって形成される冷却水の流通経路１６０が、請求項の「冷却水経路」に相当する。

ＥＧＲ用冷却水経路６３におけるシリンダヘッド４とウォータポンプ６１との間の位置、詳細には、図２の一点鎖線矢印で示す冷却水の流れ方向について、シリンダヘッド４よりも下流側且つウォータポンプ６１よりも上流側の位置に、流量制御弁（Ｓ／Ｖ）７５が介設されている。

図４は、流量制御弁７５の概略断面図である。図５は、流量制御弁７５の開度（図４の上側のグラフ）と、ＥＧＲ用冷却水経路６３内の冷却水の圧力であって後述する圧力センサＳＮ５で検出された圧力（図４の下側のグラフ）とを示した図である。なお、図４の下側のグラフでは、冷却水の圧力の変化が模式的に示されている。

流量制御弁７５は、ソレノイド式の開閉弁であって、ＥＧＲ用冷却水経路６３を開閉する弁本体７５ａと、電力の供給を受けて弁本体７５ａを駆動する駆動部７５ｂとを備える。流量制御弁７５は、ノーマルオープンタイプであり、駆動部７５ｂに対する電力供給が停止されると弁本体７５ａは全開になる。

駆動部７５ｂは、弁本体７５ａが所定の周波数で開閉するようにこれをデューティ駆動する。つまり、流量制御弁７５は、ＤＵＴＹコントロールバルブであり、図５に示すように、弁本体７５ａは全開と全閉とを繰り返すように駆動される。そして、１回の通電停止期間つまり弁本体７５ａの開弁期間Ｔ１と、１回の通電期間つまり弁本体７５ａの閉弁期間Ｔ２と、を合わせた期間（１周期）Ｔ、に対する１回の通電期間つまり１回の閉弁期間Ｔ２の割合であるＤＵＴＹ比が変更されることで、弁本体７５ａを通過する冷却水の流量が変更される。流量制御弁７５の駆動部７５ｂに供給される電力は、流量制御弁７５に併設されたＣＳＶ制御装置１１０と後述するＰＣＭ１００とにより制御される。ＣＳＶ制御装置１１０は、後述するＰＣＭ１００からの指令を受けて、指令された周期および指令されたＤＵＴＹ比で駆動部７５ｂに電力を供給する。以下では、適宜、流量制御弁７５の１周期Ｔに対する通電期間つまり閉弁期間Ｔ２の割合を単に流量制御弁７５のＤＵＴＹ比という。

前記のように、流量制御弁７５がノーマルオープンタイプであることから、流量制御弁７５のＤＵＴＹ比が０％とされて駆動部７５ｂに対する電力供給が停止されると流量制御弁７５の弁本体７５ａは全開になる。一方、流量制御弁７５のＤＵＴＹ比が１００％とされて駆動部７５ｂに対して連続して電力が供給されると、弁本体７５ａは全閉に維持される。

詳細には、駆動部７５ｂは、電力の供給を受けて電磁力を発生させるコイル１７１と、コイル１７１で発生した電磁力により磁化される固定コア１７２と、固定コア１７２に対して接離する方向に移動可能な可動コア１７３と、可動コア１７３に連結されてこれと一体に移動するドライブピン１７４と、ドライブピン１７４の先端に取り付けられるリテーナー１７５と、固定コア１７２とリテーナー１７５との間に配置されるスプリング１７６とを有する。弁本体７５ａは、ドライブピン１７４と連結されており、ドライブピン１７４および可動コア１７３と一体に移動する。スプリング１７６は、図４の上方であって弁本体７５ａが開弁する方向にリテーナー１７５を付勢するように配設されている。コイル１７１に電力が供給されると、図４に示すように可動コア１７３が固定コア１７２に吸引されて弁本体７５ａは全閉になる。一方、コイル１７１への電力供給が停止されると、スプリング１７６の付勢力によってリテーナー１７５および弁本体７５ａは図４における上側に移動し、弁本体７５ａは全開となる。

ＥＧＲ用冷却水経路６３には、これを流通する冷却水の圧力を検出する圧力センサＳＮ５が設けられている。圧力センサＳＮ５は、シリンダヘッド４と流量制御弁７５との間の位置、詳細には、図２の一点鎖線矢印で示す冷却水の流れ方向についてシリンダヘッド４よりも下流側で且つ流量制御弁７５よりも上流側となる位置に、設けられており、この位置を通過する冷却水の圧力を検出する。

ＥＧＲ用冷却水経路６３は、ヒータコア７４と流量制御弁７５との間の位置で、連絡経路６５を介してメイン冷却水経路６２に接続されている。具体的には、シリンダヘッド４には、燃焼室側ウォータジャケット６２ｂと排気ポート側ウォータジャケット６３ｂとをつなぐ連絡経路６５が形成されている。シリンダヘッド４内において、この連絡経路６５によってＥＧＲ用冷却水経路６３とメイン冷却水経路６２とは接続されている。

バルブ用経路６６は、燃焼室側ウォータジャケット６２ｂと、ＥＧＲ用冷却水経路６３のうちのヒータコア７４と排気ポート側ウォータジャケット６３ｂとの間の部分とをつなぐ経路である。燃焼室側ウォータジャケット６２ｂ内の冷却水の一部は、バルブ用経路６６を通って、スロットル弁（ＥＴＢ）３２およびバイパス弁（ＡＢＶ）３９を経由してＥＧＲ用冷却水経路６３に合流する。

（ＡＴＦ用冷却水経路）
ＡＴＦ用冷却水経路６４は、ＥＧＲ用冷却水経路６３とは別に、メイン冷却水経路６２の一部をバイパスする経路であり、ブロック側ウォータジャケット６２ａとウォータポンプ６１とをつないでいる。図２中の破線矢印で示すように、ブロック側ウォータジャケット６２ａ内の冷却水の一部は、メイン冷却水経路６２から分流して、ＡＴＦウォーマ（ＡＴＦ／Ｗ）７６およびオイルクーラ（Ｏ／Ｃ）７７を経由した後ウォータポンプ６１に戻る。ＡＴＦウォーマ７６は、ＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード）つまりトランスミッションで利用される液体を温めるための装置であり、オイルクーラ７７は、エンジン本体１等に供給される潤滑油を冷却するための装置である。

ＡＴＦ用冷却水経路６４のうち、ＡＴＦウォーマ７６とメイン冷却水経路６２（ブロック側ウォータジャケット６２ａ）との接続部分との間の部分には、この部分を開閉する第２サーモスタットバルブ（Ｔ／Ｓ）７８が介設されている。第２サーモスタットバルブ７８は、開弁温度が固定されたサーモスタットバルブである。

（３）制御系統
図６は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＰＣＭ１００は、エンジン等を統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。

ＰＣＭ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＰＣＭ１００は、前述のクランク角センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、第１水温センサＳＮ３、第２水温センサＳＮ４、圧力センサＳＮ５と電気的に接続されている。ＰＣＭ１００には、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転数、吸気流量、エンジン水温、シリンダヘッド４の出口における冷却水の温度、冷却水の圧力）が逐次入力される。また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルペダルセンサＳＮ６が設けられており、アクセルペダルセンサＳＮ６による検出信号もＰＣＭ１００に逐次入力される。

ＰＣＭ１００は、各センサからの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。ＰＣＭ１００は、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、ＥＧＲ弁５３、ウォータポンプ６１、サーモスタットヒータ７２ｂ（第１サーモスタットバルブ７２）およびＣＳＶ制御装置１１０（流量制御弁７５）等と電気的に接続されており、前記演算等の結果に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。

ＰＣＭ１００は、所定のプログラムが実行されることによって、燃焼制御部１０１、冷却水制御部１０２、および故障判定部１０３を機能的に具備する。冷却水制御部１０２は、請求項の「バルブ制御手段」に相当し、故障判定部１０３は請求項の「故障判定手段」に相当する。

（燃焼制御部）
燃焼制御部１０１は、燃焼室６での混合気の燃焼を制御する制御モジュールである。燃焼制御部１０１は、エンジン出力がドライバーの要求に応じた適切な値となるようにエンジンの各部（インジェクタ１５、点火プラグ１６‥‥等）を制御する。具体的には、燃焼制御部１０１は、アクセルペダルセンサＳＮ６で検出されたアクセルペダルの開度とエンジン回転数等に基づいてエンジン出力の要求値である要求出力を算出し、この要求出力に基づいて燃焼室６に導入すべき空気の量および燃料の量を算出する。そして、算出した空気量と燃料量とが燃焼室６に導入されるようにスロットル弁３２およびインジェクタ１５を駆動する。また、燃焼制御部１０１は、低速領域においてＳＰＣＣＩ燃焼が実現され、高速領域においてＳＩ燃焼が実現されるように、点火プラグ１６の点火時期や、ＥＧＲ弁５３の開度等を変更する。

（冷却水制御部）
冷却水制御部１０２は、冷却装置６０を制御する制御モジュールである。ここでは、冷却水制御部１０２により行われる第１サーモスタットバルブ７２および流量制御弁７５の制御について説明する。

冷却水制御部１０２は、第１サーモスタットバルブ７２の開弁温度を決定して第１サーモスタットバルブ７２のサーモスタットヒータ７２ｂへの通電量を変更する。

冷却水制御部１０２は、燃焼室６の壁温に応じて、第１サーモスタットバルブ７２の開弁温度を、第１温度とこれよりも低い第２温度とに切り替える。具体的には、燃焼室６の壁温が所定の基準壁温未満のときは、冷却水制御部１０２は、第１サーモスタットバルブ７２の開弁温度を第１温度に設定し、サーモスタットヒータ７２ｂの温度がこれに対応した温度となるようにサーモスタットヒータ７２ｂへの通電量を調整する。一方、燃焼室６の壁温が基準壁温以上のときは、冷却水制御部１０２は、第１サーモスタットバルブ７２の開弁温度を第２温度に設定し、サーモスタットヒータ７２ｂの温度がこれに対応した温度となるようにサーモスタットヒータ７２ｂへの通電量を調整する。これにより、エンジン水温が第１温度未満であってエンジン本体１の暖機が完了していないときは、ラジエータ７１によって冷却された冷却水がエンジン本体１に供給されるのが禁止され、エンジン本体１の暖機が促進される。これに対して、エンジン水温が第１温度以上に上昇してエンジン本体１の暖機が完了すると、ラジエータ７１によって冷却された冷却水のエンジン本体１への供給が開始されて、冷却水によるエンジン本体１の冷却が開始される。ただし、燃焼室６の壁温が基準壁温以上のときは、エンジン水温が第１温度未満であっても第２温度以上であれば第１サーモスタットバルブ７２は開弁され、ラジエータ７１によって冷却された冷却水のエンジン本体１への供給が実施される。

第１温度と第２温度とは予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されている。例えば、第１温度は９０℃程度に設定され、第２温度は８０℃程度に設定される。また、基準壁温は、ＳＰＣＣＩ燃焼が適切に実現される温度であって、エンジン水温が１２０℃程度、例えば１１６℃となるときの燃焼室６の壁温に設定される。

第１サーモスタットバルブ７２の開弁温度の切替の基準となる燃焼室６の壁温には、推定値が用いられる。冷却水制御部１０２は、第２水温センサＳＮ４で検出された冷却水の温度に基づいて燃焼室６の壁温を推定する。

冷却水制御部１０２は、流量制御弁７５のＤＵＴＹ比を決定して、流量制御弁７５（弁本体７５ａ）がこのＤＵＴＹ比で開閉されるように、ＣＳＶ制御装置１１０に指令を出す。

エンジン水温が第１温度未満であってエンジン本体１の暖機が完了していないときは、冷却水制御部１０２は、流量制御弁７５の開弁を禁止し、そのＤＵＴＹ比を１００％にして流量制御弁７５を全閉に維持する。このように、本実施形態では、エンジン水温が第１温度未満のときに流量制御弁７５の開弁が禁止されるようになっており、この第１温度が、請求項の「設定温度」に相当する。

一方、エンジン水温が第１温度以上のときは、流量制御弁７５の開閉が許容され、冷却水制御部１０２は、燃焼室６の壁温がその目標値である目標壁温となるように流量制御弁７５のＤＵＴＹ比を決定する。この燃焼室６の壁温にも、推定値が用いられる。目標壁温は予め設定されて冷却水制御部１０２に記憶されている。本実施形態では、目標温度は前記の基準壁温以下の温度に設定されている。

具体的には、燃焼室６の壁温が目標壁温よりも高いときは、冷却水制御部１０２は、流量制御弁７５のＤＵＴＹ比を小さくして流量制御弁７５の開弁期間Ｔ１を長くする。流量制御弁７５の開弁期間Ｔ１が長くなると、流量制御弁７５が配設されたＥＧＲ用冷却水経路６３に含まれるブロック側ウォータジャケット６２ａおよび排気ポート側ウォータジャケット６３ｂを流通する冷却水の流量は多くなる。これにより、エンジン本体１の冷却が促進されて燃焼室６の壁温は低下する。一方、燃焼室６の壁温が目標壁温よりも低いときは、冷却水制御部１０２は、流量制御弁７５のＤＵＴＹ比を大きくして流量制御弁７５の開弁期間Ｔ１を短くして、ブロック側ウォータジャケット６２ａおよび排気ポート側ウォータジャケット６３ｂを流通する冷却水の流量を低下させる。これにより、エンジン本体１の冷却が抑制されて燃焼室６の壁温は上昇する。

ここで、前記のように、第２サーモスタットバルブ７８の開弁温度は固定されており、エンジンの運転状態に関わらずエンジン水温が所定の温度以上になると第２サーモスタットバルブ７８は開弁する。第２サーモスタットバルブ７８の開弁温度は、第１温度よりも低い温度、例えば、５０℃に設定されている。

前記の構成により、エンジン水温が第２サーモスタットバルブ７８の開弁温度よりも低い状態でエンジンが始動された場合、つまり、エンジンが冷間始動された場合は、始動直後において、第１、第２サーモスタットバルブ７８および流量制御弁７５は全て閉弁状態に維持される。これにより、冷却水によるエンジン本体１の冷却は行われずエンジン本体１の暖機が促進される。エンジン本体１の暖機が進んでエンジン水温が第２サーモスタットバルブ７８の開弁温度以上になると、第２サーモスタットバルブ７８が開弁する。これにより、ＡＴＦ用冷却水経路６４を冷却水が流通するようになり、ブロック側ウォータジャケット６２ａ内で昇温された冷却水がＡＴＦウォーマ７６に導入されてＡＴＦが温められる。冷却水がさらに昇温して第１温度以上になると、つまり、エンジン本体１の暖機が完了すると、第２サーモスタットバルブ７８が開弁する。これにより、前記のようにラジエータ７１による冷却水の冷却が開始し、この冷却された冷却水によるエンジン本体１の冷却が開始される。また、冷却水が第１温度以上になると、流量制御弁７５の開弁が許可されるようになり、燃焼室６の壁温が目標壁温となるように流量制御弁７５が開閉される。

（故障判定部）
故障判定部１０３は、流量制御弁７５が故障しているか否かを判定する制御モジュールである。故障判定部１０３により実施される流量制御弁７５の故障判定の手順について、図７、図８のフローチャートを用いて説明する。図７は、エンジン始動後に最初に実施される故障判定（初回の故障判定）の手順を示しており、図８は、エンジン始動後で且つ初回の故障判定が終了した後に実施される故障判定の手順を示している。

まず、ステップＳ１にて、故障判定部１０３は、各センサの検出値を読み込む。故障判定部１０３は、クランク角センサＳＮ１により検出されたエンジン回転数、第１水温センサＳＮ３により検出された冷却水の温度つまりエンジン水温、圧力センサＳＮ５で検出された冷却水の圧力等を読み込む。

次に、ステップＳ２にて、故障判定部１０３は、故障判定許可条件が成立しているか否かを判定する。故障判定許可条件が非成立のときは、故障判定部１０３はステップＳ３以降の故障判定を行わずに処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。一方、故障判定許可条件が成立しているときは、故障判定部１０３はステップＳ３に進む。本実施形態では、エンジン回転数がアイドル回転数よりも低い所定の回転数以上であってエンジンの始動が完了しており、且つ、各センサが故障していないときに故障判定許可条件が成立していると判定される。

ステップＳ３にて、故障判定部１０３は、エンジン水温が第１温度以上であるか否かを判定する。ステップＳ３の判定がＮＯであってエンジン水温が第１温度未満である、つまり、エンジン本体１の暖機が完了していないときは、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳであってエンジン水温が第１温度以上でありエンジン本体１の暖機が完了しているときは、ステップＳ４に進む。ステップＳ４にて、故障判定部１０３は、流量制御弁７５の初回の故障判定が未完了であるか否かを判定する。つまり、エンジンが始動されてから流量制御弁７５の故障判定が１度も実施されていないか否かを判定する。

ステップＳ４の判定がＮＯであって流量制御弁７５の初回の故障判定が完了している場合は、図８に示すフローチャートのステップＳ２１に進む。

一方、ステップＳ４の判定がＹＥＳであって流量制御弁７５の初回の故障判定が未完了である場合は、ステップＳ５に進む。ステップＳ５にて、故障判定部１０３は、現在のエンジン回転数が予め設定された基準回転数未満であるか否かを判定する。基準回転数は、予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されている。基準回転数は、例えば、２０００ｒｐｍ程度に設定される。

ステップＳ５の判定がＹＥＳであってエンジン回転数が基準回転数未満のときは、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６にて、故障判定部１０３は、流量制御弁７５に対して開弁状態から閉弁状態にする閉弁指令が出されたか否かを判定する。前記のように、エンジン水温が第１温度以上のときは、流量制御弁７５のＤＵＴＹ比は燃焼室６の壁温に基づいて決定されるようになっている。また、流量制御弁７５は、そのＤＵＴＹ比が１００％とされると全閉に維持され、０％とされると全開に維持されるようになっている。また、流量制御弁７５は、そのＤＵＴＹ比が０％以上且つ１００％未満とされると開閉を繰り返す、つまり、周期的に開弁状態から閉弁状態への切替が行われるようになっている。これより、ステップＳ６にて、故障判定部１０３は、冷却水制御部１０２によって、流量制御弁７５のＤＵＴＹ比が、０％から１００％に変更される、あるいは、１００％よりも小さく且つ０％よりも大きい値に決定されると、流量制御弁７５に対して前記の閉弁指令が出されたと判定する。ステップＳ６の後はステップＳ７に進む。

ステップＳ７にて、故障判定部１０３は、流量制御弁７５の閉弁に伴うＥＧＲ用冷却水経路６３内の冷却水の圧力の上昇量を算出して、後述するステップＳ１０で用いる判定量に設定する。

流量制御弁７５が閉弁すると、冷却水は流量制御弁７５により堰き止められる。このとき、ＥＧＲ用冷却水経路６３内の冷却水はその慣性によって流量制御弁７５や配管等に衝突し、いわゆるウォータハンマー現象が生じることになる。これより、図５に示すように、流量制御弁７５が閉弁すると（時刻ｔ１等において）、ＥＧＲ用冷却水経路６３内の圧力はＰ１からＰ２に急上昇する。ステップＳ７では、この圧力の上昇量を算出する。具体的には、流量制御弁７５が閉弁しているタイミングで圧力センサＳＮ５により検出された圧力から、流量制御弁７５が閉弁する直前のタイミングで圧力センサＳＮ５により検出された圧力を差し引いた値を、前記の圧力の上昇量として算出する。そして、この算出値を判定量に決定する。ステップＳ７の後はステップＳ１０に進む。

一方、ステップＳ５の判定がＮＯであってエンジン回転数が基準回転数以上のときは、ステップＳ８に進む。ステップＳ８にて、故障判定部１０３は、流量制御弁７５に対して閉弁状態から開弁状態にする開弁指令が出されたか否かを判定する。具体的には、故障判定部１０３は、冷却水制御部１０２によって流量制御弁７５のＤＵＴＹ比が、１００％からそれ以外の値に変更される、あるいは、１００％よりも小さく且つ０％よりも大きい値に決定されると、前記の開弁指令が出されたと判定する。ステップＳ８の後はステップＳ９に進む。

ステップＳ９にて、故障判定部１０３は、流量制御弁７５の開弁に伴うＥＧＲ用冷却水経路６３内の冷却水の圧力の低下量を算出して、後述するステップＳ１０で用いる判定量に設定する。図５に示すように、流量制御弁７５が開弁すると（時刻ｔ１１等において）、冷却水の流路面積が増大することでＥＧＲ用冷却水経路６３内の冷却水の圧力はＰ１１からＰ１に低下する。ステップＳ９では、この圧力の低下量を算出する。具体的には、流量制御弁７５が閉弁しているタイミングで圧力センサＳＮ５により検出された圧力から、流量制御弁７５が開弁した後のタイミング（続いて流量制御弁７５が閉弁するときはこの閉弁前のタイミング）で圧力センサＳＮ５により検出された圧力を差し引いた値を、前記の圧力の低下量として算出する。そして、この算出値を判定量に決定する。ステップＳ９の後はステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０にて、故障判定部１０３は、ステップＳ７あるいはステップＳ９で決定した判定量（圧力上昇量あるいは圧力低下量）が予め設定された判定閾値よりも大きいか否かを判定する。この判定がＹＥＳであって判定量が判定閾値よりも大きい場合は、ステップＳ１１に進み、故障判定部１０３は、流量制御弁７５が正常であると判定する。一方、この判定がＮＯであって判定量が判定閾値以下の場合は、ステップＳ１２に進み、故障判定部１０３は、流量制御弁７５が異常である、つまり、故障していると判定する。判定閾値は０より大きい値に予め設定されて故障判定部１０３に記憶されている。前記の判定閾値は、請求項の「第１判定上昇量」および「第２判定低下量」に相当する。

このように、初回の故障判定においてエンジン回転数が基準回転数未満のときは、流量制御弁７５に閉弁指令が出されたときの冷却水の圧力上昇量に基づいて流量制御弁７５が故障しているか否かを判定する第１の故障判定が実施される。一方、初回の故障判定においてエンジン回転数が基準回転数以上のときは、流量制御弁７５に閉弁指令が出されたときの冷却水の圧力低下量に基づいて流量制御弁７５が故障しているか否かを判定する第２の故障判定が実施される。

次に、ステップＳ４の判定がＮＯの場合に進むステップＳ２１以降の処理について説明する。

ステップＳ２１にて、故障判定部１０３は、ステップＳ６と同様に、流量制御弁７５に対して閉弁指令が出されたか否かを判定する。この判定がＮＯであって流量制御弁７５に対して閉弁指令が出されなかった場合は、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。一方、この判定がＹＥＳであって流量制御弁７５に対して閉弁指令が出された場合は、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２にて、故障判定部１０３は、ステップＳ７と同様に、圧力センサＳＮ５の検出値に基づいて、流量制御弁７５の閉弁に伴うＥＧＲ用冷却水経路６３内の冷却水の圧力の上昇量を算出して、判定量に設定する。ステップＳ２２の後は、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２３にて、故障判定部１０３は、ステップＳ１０と同様に、判定量が判定閾値より大きいか否かを判定する。

ステップＳ２３の判定がＹＥＳであって判定量が判定閾値よりも大きい場合は、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。つまり、初回の故障判定の結果を維持する。一方、ステップＳ２３の判定がＮＯであって判定量が判定閾値以下の場合は、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、異常カウンタをカウントアップする。異常カウンタは、ステップＳ２３の判定がＮＯになると１ずつ加算されるカウンタであり、エンジンが停止すると０にリセットされる。ステップＳ２４の後はステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５にて、故障判定部１０３は、異常カウンタが予め設定された異常判定回数より大きいか否かを判定する。ステップＳ２５の判定がＹＥＳであって異常カウンタが異常判定回数よりも大きい場合は、故障判定部１０３は、ステップＳ２６に進み、流量制御弁７５が異常であると判定して処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。一方、ステップＳ２５の判定がＮＯであって異常カウンタが異常判定回数以下の場合は、故障判定部１０３は、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。なお、異常判定回数は、０より大きい値に予め設定されて故障判定部１０３に記憶されている。

このように、初回の故障判定が終了した後は、エンジン回転数に関わらず、流量制御弁７５に閉弁指令が出されたときの冷却水の圧力上昇量に基づいて流量制御弁７５が故障しているか否かを判定するとともに、この圧力上昇量が判定閾値以下となった回数が異常判定回数よりも大きいときに流量制御弁７５が異常であると判定する。

（４）作用等
以上のように、本実施形態では、流量制御弁７５が配設されたＥＧＲ用冷却水経路６３内に生じる流量制御弁７５の開閉時（開閉指令時）の圧力変化に基づいて流量制御弁７５が故障しているか否かを判定している。図５に示すように、冷却水の圧力は流量制御弁７５の開閉に伴って敏感に変換する。そのため、冷却水の圧力変化に基づいて流量制御弁７５が故障しているか否かを判定するように構成されていることで、本実施形態によれば、早期に且つ精度よくこの判定を行うことができる。

さらに、本実施形態では、流量制御弁７５の初回の故障判定時に、エンジン回転数が基準回転数未満の場合とエンジン回転数が基準回転数以上の場合とで判定方法を異ならせている。そのため、流量制御弁７５が故障しているか否かをより精度よく判定できる。

図９、図１０を用いて具体的に説明する。図９は、エンジン回転数が高いときに流量制御弁７５を開閉させたときの流量制御弁７５の開度と、冷却水の圧力の時間変化を示したグラフである。図１０は、エンジン回転数が低いときのこれらの時間変化を示したグラフである。エンジン回転数が高いときはウォータポンプ６１の吐出量が大きい。そのため、図９に示すように、エンジン回転数が高いときは、流量制御弁７５が正常に開閉すれば、流量制御弁７５を時刻ｔ２１にて全閉から全開にしたときの冷却水の流量の変化が大きくなり、これに伴って冷却水の圧力の変化量ｄＰ１も大きくなる。ここで、流量制御弁７５が正常に開閉しなければ冷却水の流量変化はなく、冷却水の圧力の変化量はほとんどゼロになる。これより、エンジン回転数が高いときは、流量制御弁７５が正常に全閉から開弁した場合と正常に開閉しない場合とで冷却水の圧力変化の違いが明確になる。

これに対して、本実施形態では、エンジン回転数が基準回転数以上の場合に、流量制御弁７５に対して閉弁状態から開弁状態にする開弁指令が出されたときの冷却水の圧力変化に基づいて流量制御弁７５が故障しているか否かを判定している。そのため、この判定を精度よく行うことができる。また、前記のように、エンジンの始動後、エンジン水温が第１温度に到達しておらずエンジンの暖機が完了していないときは、流量制御弁７５は閉弁状態に維持され、エンジンの暖機が完了した後にはじめて流量制御弁７５の開閉が許可される。例えば、図９の例では、エンジンの暖機が完了してから所定の時間が経過した時刻ｔ２１にて、流量制御弁７５の開閉が開始される。そのため、エンジンの始動後において、流量制御弁７５は、開弁状態から閉弁状態にではなく閉弁状態から開弁状態にまず切り替えられる。そのため、流量制御弁７５を閉弁状態から開弁状態に切り替えるときに流量制御弁７５の故障を判定することで、エンジンの始動後のより早いタイミングでこの判定を実施することができる。

一方、エンジン回転数が低いときは、ウォータポンプ６１の吐出量が小さい。そのため、図１０に示すように、時刻ｔ２１における流量制御弁７５の開弁に伴う冷却水の圧力の変化量ｄＰ１が小さく抑えられて、流量制御弁７５が正常に開閉しないときの圧力の変化量との差が小さくなる。これより、エンジン回転数が低いときは、開弁指令が出されたときの冷却水の圧力変化に基づく判定では流量制御弁７５の故障を精度よく検出できないおそれがある。これに対して、本実施形態では、エンジン回転数が低いときは、流量制御弁７５を開弁状態から閉弁状態に切り替える閉弁指令時の冷却水の圧力変化に基づいて流量制御弁７５の故障を判定している。

前記のように、流量制御弁７５を開弁状態から閉弁状態にしたときは（図１０の時刻ｔ２２において）、流量制御弁７５が正常に開閉すれば、冷却水の圧力が急上昇することになり、エンジン回転数が低いとであっても冷却水の圧力の変化量ｄＰ２は大きくなる。従って、本実施形態によれば、エンジン回転数が基準回転数未満のときに閉弁指令時の冷却水の圧力の上昇量に基づいて流量制御弁７５の故障を判定していることで、エンジン回転数が低いときにも流量制御弁７５の故障を精度よく判定でき、エンジン回転数が高いときと低いときの双方で流量制御弁７５の故障を精度よく判定できる。

また、本実施形態では、前記のように、エンジン水温が第１温度未満のときは、流量制御弁７５を閉弁状態に維持している。そのため、エンジン水温が第１温度未満のときに、冷却水がＥＧＲ用冷却水経路６３を通過してエンジン本体１を循環するのを停止することができ、冷却水によるエンジン本体１の冷却を抑制してエンジン本体１の暖機を促進することができる。

ここで、エンジンの始動後、１度でも流量制御弁７５が故障しているか否かの判定が実施されていれば、その後に、流量制御弁７５の故障を再度早期に判定する必要性は小さい。これに対して、本実施形態では、初回の故障判定が終了している場合は、エンジン回転数に関わらず、流量制御弁７５に閉弁指令が出されたときの冷却水の圧力上昇量に基づいて流量制御弁７５が故障しているか否かを判定している。そのため、前記のように流量制御弁７５の故障判定の早期実施を実現しながら、エンジン回転数に応じて故障判定の手順を切り替える機会を大幅に低減でき、制御構成を簡素化することができる。

また、本実施形態では、冷却水の圧力の低下量が判定閾値よりも大きいときに（エンジン回転数が高い状態で初回の故障判定が実施された場合）、また、冷却水の圧力の上昇量が判定閾値よりも大きいときに（エンジン回転数が低いときに初回の故障判定が実施された場合および初回以外の故障判定が実施された場合）、流量制御弁７５が故障していると判定している。つまり、冷却水の圧力低下量あるいは圧力上昇量と所定値との比較によって流量制御弁７５の故障を判定している。そのため、容易にこの判定を行うことができる。

特に、本実施形態では、圧力低下量と比較する所定値と、圧力上昇量と比較する所定値とが同じ値に設定されている。そのため、制御構成を簡素化することができる。

また、本実施形態では、流量制御弁７５のＤＵＴＹ比を燃焼室６の壁温が目標壁温となるように設定して、燃焼室６の壁温が目標壁温となるように流量制御弁７５を開閉させている。そのため、より確実に燃焼室６の壁温を燃焼に適した温度にすることができる。特に、ＳＰＣＣＩ燃焼では、一部の混合気を圧縮着火させる必要があり、燃焼室６の壁温を精度よく制御することが求められる。これに対して、本実施形態によれば、燃焼室６の壁温を適切な温度に精度よく制御することができ、適切なＳＰＣＣＩ燃焼を実現できる。

（５）変形例
前記実施形態では、初回の故障判定時にのみエンジン回転数に応じて故障判定の手順を異ならせる場合について説明したが、初回以降の故障判定時においてもエンジン回転数に応じて故障判定の手順を異ならせてもよい。

また、前記実施形態では、流量制御弁７５の故障判定時において、冷却水の圧力低下量と比較する所定値と、圧力上昇量と比較する所定値とを同じ値に設定した場合について説明したが、これら所定値を異なる値に設定してもよい。

前記の実施形態では、第２水温センサＳＮ４からの情報に基づき、燃焼室６の壁温が推定される場合について説明したが、燃焼室６の壁温を取得する構成はこれに限定されない。例えば、燃焼室６の壁温を直接検出するセンサをエンジン本体１に設けてもよい。

前記実施形態中で示している第１温度、第２温度などの具体的な数値はあくまでも例示である。これらの温度は、エンジン本体１や冷却装置６０の具体的な構成に応じて適宜変更可能である。

前記実施形態では、部分圧縮着火燃焼（ＳＰＣＣＩ燃焼）が可能なエンジンに冷却装置６０が適用された例について説明したが、この冷却装置６０が適用されるエンジンの燃焼形態はこれに限らない。例えば、全運転領域の燃焼形態がＳＩ燃焼となるように制御されるエンジンについても、前記の冷却装置６０は適用可能である。

１エンジン本体
６燃焼室
６０冷却装置
６１ウォータポンプ
７５流量制御弁
１００ＰＣＭ
１０２冷却水制御部（バルブ制御手段）
１０３故障判定部（故障判定手段）
１６０冷却水経路
ＳＮ５圧力センサ

Claims

エンジンによって回転駆動されるウォータポンプを備えたエンジンの冷却装置であって、
前記ウォータポンプから吐出された冷却水を、エンジン本体を経由して循環させる冷却水経路と、
前記冷却水経路を開閉可能な流量制御弁と、
前記冷却水経路を流通する冷却水の圧力を検出する圧力センサと、
前記流量制御弁が故障しているか否かを判定する故障判定手段と、
前記流量制御弁に開閉指令を出力して当該流量制御弁を制御するバルブ制御手段とを備え、
前記故障判定手段は、
エンジン回転数が所定の基準回転数未満の場合は、前記流量制御弁を開弁状態から閉弁状態にする閉弁指令が前記バルブ制御手段から出されたときに前記圧力センサが検出した冷却水の圧力変化に基づいて前記流量制御弁の故障を判定する第１の故障判定を実施し、
エンジン回転数が前記基準回転数以上の場合は、前記流量制御弁を閉弁状態から開弁状態にする開弁指令が前記バルブ制御手段から出されたときに前記圧力センサが検出した冷却水の圧力変化に基づいて前記流量制御弁の故障を判定する第２の故障判定を実施する、ことを特徴とするエンジンの冷却装置。
請求項１に記載のエンジンの冷却装置において、
前記故障判定手段は、前記第１の故障判定の実施時は、前記冷却水の圧力上昇量が所定の第１判定上昇量以下の場合に前記流量制御弁が故障していると判定し、前記第２の故障判定の実施時は、前記冷却水の圧力低下量が所定の第２判定低下量以下の場合に前記流量制御弁が故障していると判定する、ことを特徴とするエンジンの冷却装置。
請求項１または２に記載のエンジンの冷却装置において、
前記バルブ制御手段は、前記冷却水経路を流通する冷却水の温度が所定の設定温度未満の場合は前記流量制御弁の開弁を禁止し、前記冷却水の温度が前記設定温度以上の場合は前記流量制御弁の開弁を許可し、
前記故障判定手段は、前記冷却水の温度が前記設定温度未満の場合は前記第１の故障判定と前記第２の故障判定の実施を禁止し、前記冷却水の温度が前記設定温度以上の場合は前記第１の故障判定と前記第２の故障判定の実施を許可する、ことを特徴とするエンジンの冷却装置。
請求項３に記載のエンジンの冷却装置において、
前記バルブ制御手段は、前記冷却水の温度が前記設定温度以上の場合、エンジン本体に形成された燃焼室の壁温が予め設定された目標温度となるように前記流量制御弁を開閉させる、ことを特徴とするエンジンの冷却装置。
請求項３または４に記載のエンジンの冷却装置において、
前記故障判定手段は、エンジンの始動後に前記第１の故障判定と前記第２の故障判定とがいずれも未実施である場合にのみ、前記第２の故障判定の実施を許可する、ことを特徴とするエンジンの冷却装置。