JP4168638B2 - ノック指標に基づいて冷却程度が制御される内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関を冷却する技術に関し、より詳しくは、ノックのし易さを考慮して適切に冷却することにより、機関性能の向上を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、比較的小型でありながら大きな動力を出力可能であることから、自動車や、船舶、航空機など種々の移動手段の動力源として広く使用されている。これら内燃機関は、燃焼室で燃料を燃やすことにより熱を発生させ、発生した熱の一部を機械的仕事に変換して動力として出力している。こうした動作原理に起因して、内燃機関の少なくとも一部の部材は燃焼熱に晒されて、燃焼熱の一部が流入することは半ば避け難い。部材の温度が上昇すると、部材の機械的強度が低下したり、あるいは摺動面での焼き付きが発生し易くなるので、この様な問題を回避すべく、内燃機関は冷却しながら運転されるのが通常である。
【０００３】
冷却方法としては、空冷、油冷、水冷など種々の方法が提案されているが、熱容量が大きいことに加えて、どのような高温条件下でも炭化することなく良好な冷却性能を有することから、冷却水を用いて冷却する水冷方式が広く使用されている。こうした水冷方式では、水温が許容温度を超えないように冷却水を適宜、放熱器に導いて放熱させながら、冷却水を循環させて内燃機関を冷却している。
【０００４】
また、近年では、内燃機関の負荷に合わせて冷却水温を適切に制御することにより、機関性能の向上を図る技術も提案されている（特開平５−３３２１３６号、特開平１０−１３１７５３号など）。こうした提案によれば、熱の発生量の少ない低負荷時には冷却水温は高めの温度に制御され、高負荷時には低めの温度に制御される。冷却水温を高めに制御すれば、潤滑油の粘度が低下するので内燃機関の摩擦損失が減少し、機関の燃料消費効率を向上させることができる。また、焼き付きの発生し易い高負荷時には、冷却水温度を低めに制御することで潤滑油の粘度を適切な範囲に保って焼き付きを防止するとともに、ノッキングの発生を回避して機関性能を向上させることが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、内燃機関の負荷に合わせて冷却水温度の設定を変更しても、期待したほどの燃料消費効率の向上あるいは機関出力の増加といった、機関性能の改善効果が得られない場合があった。
【０００６】
本発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、内燃機関を適切に冷却することにより、燃料消費効率および機関性能を効果的に向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、
燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換して出力する内燃機関であって、
前記内燃機関を冷却することにより、該内燃機関に流入した前記燃焼熱を除去する冷却手段と、
前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出するノック指標算出手段と、
前記算出されたノック指標に基づいて前記冷却手段を制御することにより、前記内燃機関の冷却程度を変更する冷却制御手段と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
また、上記の内燃機関に対応する本発明の内燃機関の冷却方法は、
燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換して出力する内燃機関の冷却方法であって、
前記内燃機関の運転条件を検出し、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出し、
前記算出されたノック指標に基づいて、前記内燃機関の冷却程度を変更することを要旨とする。
【０００９】
こうした構成を有する内燃機関あるいは内燃機関の冷却方法においては、ノッキングの発生し易さに関連したノック指標を算出し、該ノック指標に基づいて冷却程度を変更している。このため、以下に説明する理由から、内燃機関を適切に冷却して、機関性能を効果的に改善することができる。
【００１０】
前述したように、内燃機関を冷却するための冷却水の温度を高めに設定してやれば、潤滑油の粘度が低下するので機関の摩擦損失を減少させることができ、また、冷却水温を高めに設定してやれば、ノッキングが発生し難くなるので燃料消費効率の向上、あるいは機関出力の増加を図ることができる。このように、内燃機関を適切に冷却することによって機関性能の向上を図ることが可能なことが知られている。そこで、内燃機関を適切に冷却して機関性能を改善するために、ノッキングの発生し難い低負荷時には冷却水温を高めに設定し、ノッキングが発生し易い高負荷時には冷却水温度を低めに設定することが行われている。しかし、本願発明者の経験によれば、機関の負荷はノッキングの発生し易さとは厳密には一致していない。このため、負荷に応じて冷却水温度を変更したのでは、ノッキングが発生し易い条件にも関わらず冷却水温が高めの温度に制御されて、ノッキングが発生してしまう場合がある。
【００１１】
ノッキングが発生したまま内燃機関を運転していると機関が破損してしまうので、燃料の着火タイミングを遅らせてノッキングの発生を回避しなければならない。着火タイミングを遅らせることは、火花点火式の内燃機関では点火時期を遅らせることによって、圧縮着火式の内燃機関では燃料の噴射時期を遅らせることによって実現される。いずれの方式の内燃機関においても、着火タイミングには最適値が存在しており、ノッキングの発生を回避するために着火タイミングを遅らせると機関性能の低下を引き起こしてしまう。このため、機関負荷に応じて冷却水温度を変更しても、全体としては、期待したほどには機関性能の改善効果が得られない場合がある。内燃機関の負荷に応じて冷却水の温度を切り換えたのでは、期待したほどには機関性能を向上させることができないのは、このような理由によるものと考えられる。特に、自動車、船舶、航空機などに搭載されて、これらに動力を出力する内燃機関では運転条件が大きく変動することから、こうした傾向が顕著に現れていると考えられる。
【００１２】
これに対して本発明の内燃機関および本発明の冷却方法においては、ノッキングの発生し易さに関する指標であるノック指標を、内燃機関の運転条件に基づいて算出し、算出したノック指標に基づいて内燃機関の冷却程度を変更している。ここでノック指標の算出は、運転条件の関数としてノック指標を記述しておき、関数値を求めることによってノック指標を算出するものに限らず、例えば、運転条件とノック指標とを対応づけた対応表を記憶しておき、かかる対応表を参照することによって運転条件に対応するノック指標を求めるものも含まれる。こうして算出したノック指標に基づいて冷却程度を変更してやれば、運転条件に応じて適切なノック指標を予め求めておくことにより、内燃機関を適切に冷却してノッキングの発生を回避することができる。このため、機関性能の十分な改善効果を得ることが可能となる。
【００１３】
冷却液を循環させて内燃機関を冷却する場合は、該冷却液の温度を変更することによって、該内燃機関の冷却程度を変更することとしても良い。あるいは、冷却液の流量を変更することによって、該内燃機関の冷却程度を変更こととしても良い。これらの方法によれば、簡便に且つ確実に、内燃機関の冷却程度を変更することが可能である。尚、冷却液としては、水あるいは油などの液体を、特に熱容量の大きな液体を好適に用いることができる。
【００１４】
前記内燃機関の冷却程度を変更するに際しては、前記ノック指標と所定の閾値とを比較し、二つの値の大小関係に基づいて該内燃機関の冷却程度を切り換えることとしてもよい。
【００１５】
また、冷却液を循環させて前記内燃機関を冷却する場合には、ノック指標が前記所定の閾値より小さい場合には、冷却液の温度を第１の冷却液温度となるように制御し、該ノック指標が該所定の閾値より大きい場合には、該第１の冷却液温度よりも低温の第２の冷却液温となるように制御することとしてもよい。こうして冷却液温度を変更すれば、内燃機関の冷却程度を簡便に変更することができるので好ましい。
【００１６】
こうした内燃機関においては、少なくとも前記内燃機関の回転速度と機関負荷とを検出し、これらの検出結果に基づいて前記ノック指標を算出することとしても良い。
【００１７】
内燃機関の運転条件は、回転速度と機関負荷とを定めることによって特定することができるので、これらのパラメータに基づいてノック指標を求めることとすれば、内燃機関の運転条件に対応した適切なノック指標を定めることができる。こうして定めた適切なノック指標に基づいて冷却程度を変更してやれば、内燃機関を適切に冷却して、機関性能をより効果的に改善することが可能となるので好ましい。
【００１８】
上述した内燃機関においては、該内燃機関の回転速度および機関負荷に加えて、該内燃機関が吸入する空気の温度、湿度、大気圧、あるいは前記冷却液の温度の少なくともいずれかを検出することとしてもよい。そして、ノック指標を算出するにあたっては、回転速度および機関負荷に加えて、これら検出した運転条件を考慮して前記ノック指標を算出することとしてもよい。
【００１９】
内燃機関が吸入する空気の温度、湿度、大気圧、あるいは前記冷却液の温度は、ノッキングのし易さに影響を与える場合があるので、ノック指標を求めるに際して、内燃機関の回転速度および機関負荷の他に、これら運転条件も考慮してやれば、より適切なノック指標を求めることが可能となる。
【００２０】
上述した内燃機関においては、ノッキングの発生有無を検出し、検出結果に基づいて前記ノック指標を補正することとしてもよい。こうしてノッキングの有無を検出し、検出結果をノック指標に反映させてやれば、ノック指標を適切な値に補正することが可能であり、延いては、内燃機関を適切に冷却して機関性能を効果的に改善することが可能となる。
【００２１】
ノッキングの発生有無によって前記ノック指標を補正するに際しては、ノッキングの発生有無によって、ノック指標の補正量を次のように異ならせても良い。すなわち、ノッキングが発生した場合の補正量がノッキングの発生を検出しない場合の補正量よりも大きくなるように、前記ノック指標を補正することとしてもよい。
【００２２】
こうすれば、ノッキングの発生を検知した場合には、ノック指標を速やかに補正してノッキングの発生を抑制することができる。また、ノッキングが発生していない場合には、ノック指標を少しずつ補正することにより、より適切なノック指標に近づけることが可能となる。
【００２３】
内燃機関の冷却程度を、ノック指標と閾値との大小関係に基づいて変更する場合は、該内燃機関の回転速度および機関負荷に加えて、該内燃機関が吸入する空気の温度、湿度、大気圧、あるいは前記冷却液の温度の少なくともいずれかを検出することとしてもよい。そして、これら検出した運転条件を考慮して前記閾値の値を補正することとしても良い。
【００２４】
内燃機関が吸入する空気の温度、湿度、大気圧、あるいは前記冷却液の温度は、ノッキングのし易さに影響を与える場合があるので、これらを考慮して閾値の値を補正してやれば、ノッキングの発生し易さを適切に検出して、内燃機関の冷却程度を適切に変更することが可能となる。
【００２５】
あるいは、ノッキングの発生有無を検出し、検出結果に基づいて前記閾値の補正量を大きくすることとしてもよい。更には、ノッキングの発生有無によって閾値を補正するに際して、補正程度を、ノッキングの発生有無に応じて次のように異ならせても良い。すなわち、ノッキングが発生した場合にはノッキングの発生を検出しない場合よりも、前記閾値の補正量を大きくすることとしてもよい。
【００２６】
こうすれば、ノッキングの発生を検知した場合には、閾値を速やかに補正してノッキングの発生を抑制することができる。また、ノッキングが発生していない場合には、閾値を少しずつ補正することにより、より適切な閾値の設定に近づけることができる。このため、内燃機関を適切に冷却することで、機関性能をより効果的に改善することが可能となる。
【００２７】
上述した内燃機関においては、運転条件を検出して所定時間経過後の運転条件を予測し、ノック指標を予測することとしてもよい。こうして得られたノック指標に基づいて内燃機関の冷却程度を変更する。
【００２８】
冷却の制御を変更しても、実際に内燃機関の冷却程度に反映されるまでには、若干の遅れが存在するが、所定時間後のノック指標を予測して制御を変更すれば、冷却程度の応答遅れを補って、より適切に冷却程度を変更することができるので好ましい。
【００２９】
こうして、所定時間経過後の運転条件を予測する内燃機関では、現在の運転条件に対するノック指標と、予測した運転条件でのノック指標とを比較して、値の大きな方のノック指標に基づいて冷却程度を変更することとしても良い。
【００３０】
こうして、値の大きな方のノック指標に基づいて冷却程度を変更すれば、冷却程度はノッキングを抑制する方向に制御されることになる。このため、たとえ運転条件の予測精度が充分には高くない場合でもノッキングの発生を回避することができ、延いては機関性能を効果的に改善することが可能となる。
【００３１】
上述した内燃機関を、該内燃機関を動力源として走行する車両に適用してもよい。車両の動力源として使用される内燃機関は、車両の走行条件の変動に伴って内燃機関の運転条件も大きく変動するので、ノッキングが生じ易い運転条件で使用されることも多くなる。従って、車両の運転条件から求めたノック指標に基づいて、内燃機関の冷却程度を変更すれば、機関の性能を大きく改善することが可能となるので好ましい。
【００３２】
こうした内燃機関を動力源とする車両においては、前記車両が登坂中であるか否かを、前記検出した運転条件に基づいて判断し、前記車両が登坂中である場合は、前記ノック指標を大きな値に補正することとしてもよい。あるいは、内燃機関の冷却程度が、ノック指標と所定の閾値との大小関係に基づいて変更されている場合には、車両が登坂中であると判断された場合には、該閾値の値を小さな値に補正することとしても良い。
【００３３】
車両が登坂中は、高負荷域が多用され、ノッキングが発生しやすい環境となっている。従って、車両が登坂中にはノック指標を大きな値に補正し、あるいは閾値の値を小さな値に補正してやれば、平坦路を走行中の場合に比べてノッキングが抑制される方向に制御されることになるので、機関性能をより効果的に改善することが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の作用・効果をより明確に説明するために、次のような順序に従って、本発明の実施例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．エンジン制御の概要：
Ｃ．第１実施例：
Ｃ−１．第１実施例の冷却制御：
Ｃ−２．変形例：
（１）第１の変形例：
（２）第２の変形例：
Ｄ．第２実施例：
Ｄ−１．第２実施例の冷却制御：
Ｄ−２．変形例：
Ｅ．第３実施例：
【００３５】
Ａ．装置構成：
図１は、本発明の内燃機関の概略構成を示す説明図である。以下では、内燃機関は、いわゆる火花点火式のエンジン１０であるものとして説明するが、もちろん、ディーゼルエンジンなどの圧縮着火式のエンジンとすることもできる。
【００３６】
周知のようにエンジンは、燃焼室内で燃料を燃焼させ、そのときに発生する燃焼熱を機械的仕事に変換して動力として出力することを動作原理としている。図１に示したエンジン１０は、円筒状のシリンダが設けられたシリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上部に組み付けられたシリンダヘッド２０と、シリンダ内部で摺動可能に組み付けられたピストン１２とで燃焼室を形成する。
【００３７】
シリンダヘッド２０には、燃焼室内に空気を吸入するための吸気弁２２と、燃焼室内から排気ガスを排出するための排気弁２１と、点火プラグ２３とが設けられている。また、シリンダヘッド２０には、燃焼室に空気を導くための吸気マニホールド３０と、燃焼室から排出された排気ガスを導くための排気マニホールド１６とが取り付けられている。
【００３８】
吸気マニホールド３０は、サージタンク３１と、吸気通路３２とを介してエアクリーナ３４に接続されている。外気はエアクリーナ３４を通過する際に、エアクリーナに設けられたエレメントによって異物が除去される。また、吸気マニホールド３０には、燃料を噴射するためのインジェクタ３５も取り付けられている。インジェクタ３５は、通電制御により開閉駆動されて燃料を噴射する電磁弁であり、図示しない燃料ポンプで加圧された燃料が供給されている。インジェクタ３５から噴射された燃料は吸気マニホールド３０内で蒸発し、吸気マニホールド３０内の空気と混合して混合気を形成する。尚、ここでは、インジェクタ３５は吸気マニホールド３０内に燃料を噴射するものとしているが、インジェクタをシリンダヘッド２０に設けて燃焼室内に燃料を直接噴射するものとしてもよい。
【００３９】
サージタンク３１の上流側の吸気通路３２内には、燃焼室に流入する空気量を調整するためのスロットルバルブ３６が設けられており、スロットルバルブ３６はスロットルモータ３７によって開閉駆動される。エンジン１０の運転中にスロットルバルブ３６を閉じ気味に制御すると、スロットルバルブ３６を通過する空気量が減少して、サージタンク３１および吸気マニホールド３０内の負圧が増加する。サージタンク３１には、吸気マニホールド３０内の圧力を検出するための吸気圧センサ３８も設けられている。
【００４０】
ピストン１２は、クランク機構を介してクランクシャフト１７に接続されている。クランクシャフト１７が回転すると、クランク機構の働きによって回転運動が往復直線運動に変換されて、ピストン１２がシリンダ内を上下に摺動する。クランクシャフト１７の先端には、クランクシャフトの回転位置を検出するためのクランク角度センサ４１が設けられている。
【００４１】
排気弁２１を閉じ、吸気弁２２を開いた状態でピストン１２が下降すると、吸気マニホールド３０内の空気と燃料とが、吸気弁２２から燃焼室内に流入する。次いで吸気弁２２を閉じてピストン１２を上昇させ、吸入した混合気を圧縮した後、点火プラグ２３から火花を飛ばすと、ピストン１２によって圧縮された混合気が爆発的に燃焼して、ピストン１２を下方に押し下げる。この力はクランク機構によって回転運動に変換されて、クランクシャフト１７から動力として出力される。
【００４２】
電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）４０は、エンジン１０の全体の動作を制御する。ＥＣＵ４０は、中央処理装置（以下、ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路などがバスによって相互に接続されて構成された論理演算回路である。ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ３６から流れ込む空気量に合わせて適切な量の燃料を噴射することにより、吸気マニホールド３０内に形成される混合気の空気と燃料との比率（空燃比）を適切な値に保ったり、ピストン１２の上昇に合わせて適切なタイミングで火花を飛ばすと行った種々の制御を行う。また、火花を飛ばすタイミングが早すぎると、燃焼室内の壁面付近で混合気が異常燃焼するノッキングと呼ばれる現象が生じ、ノッキングが発生した状態で運転しているとエンジンが破損してしまう。このため、エンジン１０のシリンダブロック１１には、ノッキングの発生を検出するノックセンサ１３が設けられている。ノッキングが発生するとシリンダブロック１１には特有の周波数成分を含む振動が生じるので、ノックセンサ１３は、この周波数成分を共振現象を利用して検出することにより、ノッキングの発生を検出することができる。ＥＣＵ４０は、ノックセンサ１３によってノッキングの発生が検出された場合には、点火のタイミングを遅らせてノッキングの発生を回避するための制御も行う。
【００４３】
こうした制御は、運転者の操作したアクセル開度や、エンジンの回転速度、吸入空気量などの各種運転条件をＥＣＵ４０が検出し、ＲＯＭに格納されている各種プログラムに従って、スロットルモータ３７、点火プラグ２３、インジェクタ３５などを駆動することによって行われる。アクセル開度は、アクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ４２によって検出し、エンジン回転速度はクランク角度センサ４１に基づいて、吸入空気量は吸気圧センサ３８に基づいて、それぞれ算出することができる。また、ＥＣＵ４０は、エアクリーナ３４に設けられた吸気温センサ４３、湿度センサ４４、大気圧センサ４５を用いて、それぞれ吸気温度、吸気の湿度、大気圧を検出することができる。
【００４４】
混合気の燃焼によって生じた熱の一部は機械的仕事に変換されて動力として出力されるが、一部の熱はシリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０に流入して、これらを加熱する。シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０が許容温度を越えて加熱されることのないように、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０には、それぞれウォータギャラリ１４，１５が設けられている。これらウォータギャラリ１４，１５に冷却水を流して冷却することで、エンジン１０の運転中も、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０は適切な温度範囲に保たれている。以下では、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０を適切な温度範囲に保つための機構について説明する。尚、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０を冷却するために、ここではウォータギャラリ１４，１５に冷却水を流すものとして説明するが、冷却水の変わりに冷却油、あるいは空気などの気体を流す場合にも、以下の説明を同様に当てはめることができる。
【００４５】
図２は、エンジン１０を上面側から見た状態で、冷却系の構成を示した説明図である。図２では、エンジン１０は、４つのシリンダ備えた４気筒エンジンであるものとして、図中に示した「＃１」、「＃２」、「＃３」、「＃４」はそれぞれ１番シリンダ、２番シリンダ、３番シリンダ、４番シリンダを表している。エンジン１０の冷却系は、シリンダブロック１１に設けられたウォータギャラリ１４と、シリンダヘッド２０に設けられたウォータギャラリ１５と、これらギャラリに冷却水を圧送するためのウォータポンプ５０と、冷却水の熱を外気に放熱するためのラジエータ５５と、ウォータギャラリ１５から出た冷却水をラジエータ５５に導く下流側冷却水通路５１と、ラジエータ５５から出た冷却水をウォータポンプ５０に導く上流側冷却水通路５６と、ラジエータ５５をバイパスするバイパス通路５２と、上流側冷却水通路５６とバイパス通路５２とを切り換える三方弁５３などから構成されている。ここではウォータポンプ５０は、図示しないバッテリの電力を用いて駆動される電動ポンプであるとして説明するが、もちろん、エンジン１０の出力する動力によってベルト駆動することも可能である。
【００４６】
シリンダブロック１１に設けられたウォータギャラリ１４とシリンダヘッド２０に設けられたウォータギャラリ１５とは、互いに連通している。ウォータポンプ５０から圧送された冷却水は、先ず初めにシリンダブロック側のウォータギャラリ１４に流入し、ここからシリンダヘッド側のウォータギャラリ１５に流入してシリンダヘッド２０から下流側冷却水通路５１に排出される。下流側冷却水通路５１には水温センサ４４が設けられており、シリンダヘッド２０から排出された冷却水温度を検出することができる。以下では、エンジン１０の冷却系の動作について説明する。
【００４７】
図２（ａ）は、冷却水温が低い場合の冷却系の動作を示した説明図である。水温センサ４４で検出された水温が所定温度以下の場合は、三方弁５３が切り換えられて、シリンダヘッド２０から流出した冷却水がバイパス通路５２を介してウォータポンプ５０に戻るような流路が形成される。本実施例のエンジン１０では三方弁５３は電磁弁であり、ＥＣＵ４０からの切り替え信号によって弁体５４が駆動されて流路が切り換えられる。もちろん、水温に応じて膨張するワックスや水温に応じて変形するバイメタルなどが組み込まれて自動的に弁体が駆動されるような三方弁を用いることもできる。こうして、ウォータギャラリ１４，１５を冷却水が循環することで、エンジン１０のシリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０は適切な温度範囲に保たれる。
【００４８】
図２（ｂ）は、冷却水温が高い場合の冷却系の動作を示した説明図である。水温センサ４４で検出された水温が所定温度以上になった場合は、ＥＣＵ４０からの切り換え信号により三方弁５３が切り換えられる。すると、シリンダヘッド２０から流出した冷却水は、下流側冷却水通路５１を介してラジエータ５５に流入し、ここで外気に熱を放出した後、上流側冷却水通路５６を介してウォータポンプ５０に戻って、再びシリンダブロック１１のウォータギャラリ１４に圧送される。こうすれば、シリンダヘッド２０から流出して高温になった冷却水がラジエータ５５で冷却されるので、冷却水温度を所定温度以下に冷却することができる。
【００４９】
尚、ここでは、三方弁５３は、ラジエータ５５からウォータポンプ５０に向かう上流側冷却水通路５６とバイパス通路５２との合流点に設けられているものとして説明した。これに限らず、シリンダヘッド２０からの冷却水をラジエータ５５に導くための下流側冷却水通路５１とバイパス通路５２との分岐点に三方弁５３を設けることとすることもできる。
【００５０】
以上に説明したように、エンジン１０はウォータポンプ５０で冷却水を循環させることによって、シリンダブロック１１やシリンダヘッド２０を冷却する。冷却水温は水温センサ４４によってモニタされ、水温が所定温度を超えると三方弁５３が切り換えられて冷却水がラジエータ５５に導かれ、外気によって冷やされた後、再びウォータポンプ５０に戻ってシリンダブロック１１に圧送される。このように、水温に応じて三方弁５３を切り換えながら冷却水を循環させることによって、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０を適切な温度範囲に維持することができる。
【００５１】
また、内燃機関を適切に冷却すれば、機関性能を向上させ得ることが知られている。例えば、内燃機関を高めの温度に維持すれば潤滑油の温度が上昇して粘度が低下するので、内燃機関の摩擦損失を減少させることができる。摩擦損失が減少すれば、その分だけ機関の出力増大および機関の効率向上を図ることができる。
【００５２】
逆に、内燃機関を低めの温度に維持した場合は、潤滑油の温度が低下して粘度が増加するので、潤滑面での油膜切れに起因する焼き付きが発生し難くなり、機関の耐久信頼性を向上させることができる。加えて、内燃機関の温度を低めに維持しておけば、燃焼室内に流入する吸気温度を低下させることもできる。吸気温度が低下すれば空気の密度が増加するので、吸入空気量が増加することになり、その分だけ機関出力を向上させることができる。また、吸気温度を低下させると、いわゆるノッキングと呼ばれる現象を抑制することが可能なことも知られている。ノッキングが発生したまま機関を運転していると内燃機関の損傷に至るので、機関の運転条件を変更してノッキングの発生を回避する必要がある。ガソリンエンジンでは、通常、点火時期を遅らせることによってノッキングの発生を回避することが多いが、この様な運転条件の変更は、出力の低下や燃料消費効率の悪化といった弊害を伴うものである。このことから、吸気温度の低下によりノッキングの発生を回避することができれば、結果的には機関出力を増大させ、燃料消費効率を向上させることが可能である。
【００５３】
本実施例のエンジン１０では以下に説明するように、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０を適切に冷却することで、エンジンの出力および燃料消費効率を、大幅に且つ確実に改善することが可能となっている。
【００５４】
Ｃ．第１実施例：
Ｃ−１．第１実施例の冷却制御：
図３は、第１実施例の冷却制御の流れを示したフローチャートである。かかる制御は、ＥＣＵ４０に内蔵されたＣＰＵが、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって行われる。
【００５５】
ＥＣＵ４０は、冷却制御を開始すると先ず初めに、エンジン１０の運転条件の読み込みを行う（ステップＳ１００）。エンジンの運転条件としては、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とを使用する。エンジン回転速度Ｎｅは、クランク角度センサ４１の出力から算出することができる。また、エンジン負荷はアクセル開度センサ４２の出力を使用し、アクセルの最大開度の状態をエンジン負荷１００％、アクセル全閉の状態をエンジン負荷０％と読み替えて使用する。もちろん、アクセル開度の代わりにスロットルバルブ３６の開度を検出して、エンジン負荷を算出しても構わない。こうすれば、アクセル操作に対してスロットルが非線形に開閉する場合でもエンジン負荷を精度良く検出することができるので好ましい。
【００５６】
次いで、読み込んだエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とに基づいて、ノック指標Ｎindxを決定する（ステップＳ１０２）。ノック指標Ｎindxとは、ノッキングのし易さを表した指標である。Ｎindxの値「０」はノッキング発生のおそれが全くないことを意味しており、値が大きくなるに連れてノッキング発生の可能性が増大することを意味している。ノッキングは、燃焼室内に流入した混合気が点火による火炎に晒される前に自発着火する現象であり、ノッキングのし易さはエンジン負荷に大きく影響される。これはエンジン負荷が大きくなって、燃焼室内に流入した空気量が増加すると、圧縮による温度上昇が大きくなって自発着火し易くなるためである。もっとも、エンジン負荷以外の要因にも影響される。そこで、エンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷の組合せによる各種条件で、実験的な手法によってノック指標Ｎindxを予め測定しておき、得られた結果を、図４に示すようなマップとしてＲＯＭに記憶しておく。図３のステップＳ１０２では、この様なマップを参照することによって、エンジン運転条件に対応するノック指標Ｎindxを求めるのである。尚、ここでは、マップを参照することによってノック指標Ｎindxを求めるものとして説明したが、Ｎindxを、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とを変数とする関数Ｆ（Ｎｅ，エンジン負荷）の形で記述しておき、演算によってＮindxを算出することとしても良い。
【００５７】
こうしてノック指標Ｎindxを決定したら、Ｎindxと所定の閾値ｔｈとを比較する（ステップＳ１０４）。そして、Ｎindxの方が閾値ｔｈよりも大きければ、ノッキングが発生し易い条件であると判断して、設定水温Ｔset を所定値ＴLow に設定する（ステップＳ１０６）。ここでは、閾値ｔｈは「１．５」に設定されており、従って、図４中で破線で示した境界より高負荷側の運転条件では、設定水温Ｔset が所定値ＴLow に設定される。設定水温Ｔset の意味するところについては後述する。逆に、Ｎindxの方が閾値ｔｈよりも小さければ、ノッキングが発生し難い条件と判断して、設定水温Ｔset を異なる所定値Ｔhighに設定する（ステップＳ１０８）。すなわち、図４中に破線で示した境界より低負荷側の運転条件では、設定水温Ｔset は所定値Ｔhighに設定される。尚、所定値Ｔhighは、所定値ＴLow よりも高い値に設定されている。
【００５８】
次いで、冷却水温Ｗtempを検出して（ステップＳ１１０）、検出した冷却水温Ｗtempと、先に設定した設定水温Ｔset とを比較する（ステップＳ１１２）。冷却水温Ｗtempは、水温センサ４４によって検出する（図２参照）。そして、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より高い場合は（ステップＳ１１２：ｙｅｓ）、冷却水の温度を下げる必要があると判断し、三方弁５３を「開」側に切り換える（ステップＳ１１４）。すると、冷却水はラジエータ５５に導かれ、外気に放熱して冷やされた後、ウォータポンプ５０に流入する（図２（ｂ）参照）。エンジン１０を運転すると、燃焼熱の一部が伝わって、シリンダブロック１１やシリンダヘッド２０が常に加熱されるので、冷却水温度は少しずつ上昇して行くが、こうして適宜ラジエータ５５で放熱すれば冷却水温を常に適切な温度に保つことができる。その結果、シリンダブロック１１やシリンダヘッド２０を適切な温度範囲に維持することができる。
【００５９】
一方、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より低い場合は（ステップＳ１１２：ｎｏ）、三方弁５３を「閉」側に切り換える（ステップＳ１１６）。すると、冷却水はバイパス通路５２を経由して、ラジエータ５５を通過することなくウォータポンプ５０に流入する（図２（ａ）参照）。このように、設定水温Ｔset は三方弁５３を「開」側に制御するか「閉」側に制御するかを判断するための基準となる温度である。三方弁５３を「閉」側に切り換えた状態でエンジンを運転していると、燃焼熱によって暖められて冷却水温度は次第に上昇していき、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より高くなったら、再び三方弁５３が「開」側に切り換えられ、ラジエータ５５で放熱される。このように設定水温Ｔset に応じて三方弁５３の開閉を制御することにより、冷却水は常に設定水温Ｔset 付近の温度に保たれることになる。
【００６０】
以上のようにして三方弁５３を開閉いずれかの状態に切り換えたら、エンジンが停止しているか否かを検出し（ステップＳ１１８）、エンジンが運転中であればステップＳ１００に戻って、エンジンが停止されるまで続く処理を繰り返す。
【００６１】
以上に説明した第１実施例の冷却制御では、エンジンの運転条件に基づいてノック指標を決定し、決定したノック指標が所定の閾値ｔｈよりも高ければ、冷却水は低めの設定水温ＴLow 付近に保たれる。冷却水温を低めに保てば、冷却能力が増加してシリンダブロック１１あるいはシリンダヘッド２０をより低温に冷却することができるので、ノッキングの発生を回避することができる。種々の運転条件でのノック指標Ｎindxは、予め実験的な手法によって適切な値を求めておくことができる。従って、こうして得られたノック指標Ｎindxに基づいて冷却水温を設定すれば、冷却能力を適切に切り換えることができ、延いてはノッキングの発生を確実に回避することができる。
【００６２】
また、ノック指標が所定の閾値ｔｈよりも低ければ、冷却水は高めの設定水温Ｔhigh付近に保たれるので、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０の温度が高めとなって、潤滑油の粘度が低下する。その結果、エンジン１０の摩擦損失が減少して、エンジンの出力を増大させ、燃料消費効率を向上させることができる。もちろん、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０の温度が高めとなればノッキングが発生し易くなり、ノッキングが発生すると点火時期を遅らせなければならず、却って出力低下および燃料消費効率の悪化を引き起こしてしまう。しかし、本実施例のエンジン１０では、実験的な手法によって運転条件に応じて求めておいたノック指標に基づいて冷却水温を設定している。このため、ノッキングの生じ難い運転条件でのみ冷却水温を高めに設定することができるので、ノッキングの発生による出力低下および燃料消費効率の悪化といった事態を招くことがない。
【００６３】
このように、本実施例のエンジン１０では、ノック指標に基づいて冷却能力を切り換えているので、ノッキングの発生を確実に回避して、エンジンの出力増大、燃料消費効率の向上を確実に実現することが可能となる。
【００６４】
尚、以上の説明では、三方弁５３を制御することで、冷却水温度を変更することによってエンジンの冷却程度を切り換えるものとして説明した。もちろん、三方弁５３を制御する代わりに、ウォータポンプ５０を制御して、ウォータギャラリ１４，１５を循環させる冷却水の流量を変更することとしてもよい。冷却水の流量を増やせばエンジンの冷却能力を増加させることができるので、流量の制御を通じて冷却能力を制御することも可能である。
【００６５】
Ｃ−２．変形例：
上述した第１実施例の冷却制御においては、エンジン運転条件に応じて定められたノック指標Ｎindxに基づいて冷却能力を切り換えていた。こうすれば、エンジンの運転条件に応じて適切なＮindxを設定しておくことができるので、ノッキングの発生を確実に回避しながらエンジン１０を適切に冷却して、出力増加および燃料消費効率向上といった効果を得ることができる。加えて、エンジンの運転条件を考慮してノック指標Ｎindxの値をより適切な値に補正してやれば、エンジンの冷却能力をより適切に切り換えて、エンジン性能の更なる向上を図ることができる。以下では、こうした第１実施例の各種変形例の冷却制御について説明する。
【００６６】
（１）第１の変形例：
図５は、第１実施例における第１の変形例の冷却制御の流れを示したフローチャートである。変形例の冷却制御は、図３に示した第１実施例の冷却制御に対して、Ｎindxを補正している点が大きく異なっている。以下、第１実施例との相違点を中心にして簡単に説明する。
【００６７】
第１の変形例の冷却制御においても、制御を開始すると先ず初めに、エンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷を読み込んだ後（ステップＳ２００）、ＥＣＵ４０に記憶されているマップ（図４参照）を参照することにより、ノック指標Ｎindxを算出する（ステップＳ２０２）。
【００６８】
続いて第１の変形例の冷却制御では、各種の運転条件に応じてノック指標Ｎindxを補正する処理を開始する（ステップＳ２０４）。図６は、Ｎindxを補正する処理の流れを示したフローチャートである。Ｎindx補正処理を開始すると、先ず初めに冷却水温Ｗtemp、吸気温度Ａtemp、吸気の湿度Ｍ、大気圧Ｐa を読み込む（ステップＳ２５０）。冷却水温Ｗtempは下流側冷却水通路５１に設けられた水温センサ４４によって検出する。吸気温度Ａtemp、吸気の湿度Ｍ、大気圧Ｐa は、図１に示すように、エアクリーナ３４に設けられた吸気温センサ４３、湿度センサ４４、大気圧センサ４５を用いて、それぞれ検出することができる。
【００６９】
次いで、これら運転条件の検出値に対応する補正係数を算出する（ステップＳ２５２）。ＥＣＵ４０に内蔵されたＲＯＭには、これら運転条件の検出値に応じて、補正係数が一次元マップの形式で予め記憶されている。図７は、各種運転条件に応じて補正係数が記憶されている様子を概念的に示した説明図である。図７（ａ）は、冷却水温Ｗtempの検出値に応じて水温補正係数Ｋw が設定されている様子を示している。エンジンの始動直後でエンジン暖気中はノッキングは生じ難く、また山道の走行後などエンジン温度が過渡的に高くなっている場合にはノッキングし易くなっている。この様なことを考慮して、水温補正係数Ｋw は冷却水温が低い場合には小さな値に、冷却水温が高い場合は大きな値に設定されている。
【００７０】
吸気温度、吸気の湿度、大気圧などの各種条件も、冷却水温と同様に、ノッキングの生じ易さに影響を与える。そこで、これらの条件による影響も補正係数を用いて補正する。図７（ｂ）は、吸気温度Ａtempの検出値に応じて吸気温補正係数Ｋa が設定されている様子を示し、図７（ｃ）は、吸気の湿度Ｍに応じて湿度補正係数Ｋm が設定されている様子を、図７（ｄ）は、大気圧Ｐa の検出値に応じて大気圧補正係数Ｋp が設定されている様子を示している。図６のステップＳ２５２では、ＲＯＭに記憶されている一次元マップを参照して各種条件についての補正係数を求めた後、これら全ての条件を考慮した補正係数Ｋを、次式によって算出する。
Ｋ ＝ Ｋw ×Ｋa ×Ｋm ×Ｋp
【００７１】
こうして補正係数Ｋを求めたら、得られた補正係数Ｋとノック指標Ｎindxとを乗算することによって、ノック指標の補正値を算出した後（ステップＳ２５４）、Ｎindx補正処理を終了して、図５に示す変形例の冷却制御に復帰する。
【００７２】
こうしてノック指標Ｎindxを補正したら、この値を所定の閾値ｔｈと比較し（図５のステップＳ２０６）、補正したノック指標Ｎindxの方が大きければ、ノッキングが発生し易い条件であると判断して、設定水温Ｔset を所定値ＴLow に設定する（ステップＳ２０８）。逆に、補正したＮindxの方が小さければ、ノッキングが発生し難い条件と判断して、設定水温Ｔset を異なる所定値Ｔhighに設定する（ステップＳ２１０）。前述した第１実施例の冷却制御と同様に、所定値Ｔhighは、所定値ＴLow よりも高い値に設定されている。
【００７３】
次いで、冷却水温Ｗtempを検出し（ステップＳ２１２）、検出した冷却水温Ｗtempと設定水温Ｔset とを比較する（ステップＳ２１４）。冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より高い場合は（ステップＳ２１４：ｙｅｓ）、冷却水の温度を下げるべく三方弁５３を「開」側に切り換える（ステップＳ２１６）。また、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より低い場合は（ステップＳ２１４：ｎｏ）、三方弁５３を「閉」側に切り換える（ステップＳ２１８）。こうして三方弁５３を開閉いずれかの状態に切り換えたら、エンジンが停止しているか否かを検出し（ステップＳ２２０）、エンジンが運転中であればステップＳ２００に戻って、エンジンが停止されるまで続く処理を繰り返す。
【００７４】
以上に説明した第１実施例における第１の変形例においては、ノッキングの発生のし易さに影響を与える各種の運転条件を検出し、ノック指標Ｎindxをより適切な値に補正することができる。こうして得られた精度の高いＮindxに基づいて冷却水温を設定すれば、冷却能力をより適切に切り換えることができ、延いてはノッキングの発生を確実に回避して、更なるエンジン性能の向上を図ることができる。尚、上述した変形例では、ノック指標Ｎindxを補正するために考慮する条件としては、冷却水温、吸気温度、吸気の湿度、大気圧のみを検出したが、もちろん、ノッキングの発生に影響を与える条件であれば、他のどのような条件を考慮することも可能である。
【００７５】
（２）第２の変形例：
ノック指標Ｎindxの補正に際しては、ノックセンサ１３を用いて実際にノッキングの発生有無を検出し、検出結果を用いて補正することとしても良い。以下に説明する第２の変形例では、ノックセンサの出力によってノック指標Ｎindxを補正する。
【００７６】
図８は、第２の変形例においてＮindxを補正する処理の流れを示したフローチャートである。かかる処理は、図５に示した冷却制御におけるステップＳ２０４で行われる処理である。第２の変形例におけるＮindx補正処理を開始すると、先ず初めにエンジン運転条件の変化量が所定値より小さいか否かを判断する（ステップＳ２６０）。これは次のような処理である。図１０のＮindx補正処理は、図５に示した冷却制御のループが１回まわる毎に１回ずつ実行される。そこで、前回のループがまわったときにステップＳ２００で読み込んだエンジン運転条件（エンジン回転速度、エンジン負荷）と、今回のループ中で読み込んだエンジン運転条件とを比較して、エンジン回転速度あるいはエンジン負荷のいずれかが大きく異なっていないかどうかを判断する。
【００７７】
いずれかの運転条件についての変化量が、所定値より大きい場合は（ステップＳ２６０：ｎｏ）、ノック補正量Ｋnkの値を「０」に初期化する（ステップＳ２６２）。ノック補正量Ｋnkの意味するところについては後述する。逆に、運転条件の変化量が所定値より小さい場合は（ステップＳ２６０：ｙｅｓ）、ノック補正量Ｋnkの初期化は行わない。
【００７８】
次いで、ノッキングの発生有無を検出する（ステップＳ２６４）。ノッキングの発生有無は、図１を参照しながら前述したようにノックセンサ１３によって検出することができる。そして、ノッキングが発生していない場合は（ステップＳ２６４：ｎｏ）、ノック補正量Ｋnkをわずかな所定値dnk1だけ減らして、この値を新たなノック補正量Ｋnkとする（ステップＳ２６６）。逆にノッキングが発生している場合は（ステップＳ２６４：ｙｅｓ）、ノック補正量Ｋnkに所定値dnk2を加えて、得られた値を新たなノック補正量Ｋnkとする（ステップＳ２６８）。尚、ノッキング発生時に用いられる所定値dnk2は、ノッキングが発生していないときに用いられる所定値dnk1よりも大きな値が設定されている。こうしてノッキングの発生有無に応じてノック補正量Ｋnkを更新したら、このノック補正量Ｋnkをノック指標Ｎindxに加算して、得られた値を新たなＮindxとする（ステップＳ２７０）。
【００７９】
こうしてＮindxを更新したら、図８に示したＮindx補正処理を終了して、図５に示した冷却制御に復帰する。前述したように冷却制御では、ノック指標Ｎindxに基づいて設定水温Ｔset が設定され、設定水温Ｔset と冷却水温Ｗtempとの大小関係に応じて三方弁が制御される。
【００８０】
このように第２の変形例の冷却制御においては、図５の冷却制御のルーチン中でエンジン運転条件に応じて算出されたノック指標Ｎindxが、図８のＮindx補正処理において補正される。このことから明らかなようにノック補正量Ｋnkは、ノック指標Ｎindxを補正するために用いられる変数である。そしてノック補正量Ｋnkは、冷却制御ルーチンが１回まわる度に、ノッキングが発生していない場合はわずかな所定量dnk1ずつ減少していき、ノッキングが発生した場合は所定量dnk2ずつ増加していく。
【００８１】
図９は、こうしてノック指標Ｎindxが、時間とともに変動する様子を概念的に示した説明図である。図示するようにＮindxは、ノッキングが発生していない場合は、少しずつ小さな値に補正されていき、ノッキングの発生が検出されたら速やかに大きな値に戻される。尚、図中でノック指標Ｎindxが不連続となっている点では、エンジン運転条件が大きく変更されて、ノック補正量Ｋnkがリセットされている。このように、ノッキングが発生していない場合は、ノック指標Ｎindxに若干の余裕があると判断して、ノッキングが発生するまでＮindxを少しずつ減らしていけば、ノック指標Ｎindxをより適切な値とすることができる。適切に設定されたＮindxに基づいて冷却制御を行えば、エンジン性能をより大きく改善することができる。
【００８２】
また、ノッキングが発生したときにノック補正量Ｋnkから減算されるdnk1は、ノッキングが発生しないときにノック補正量Ｋnkに加算するdnk2よりも大きな値に設定されている。このため、ノッキングの発生が検知された場合にはノック指標Ｎindxは速やかに大きな値に戻され、かかるＮindxに基づいて冷却水温が制御されるので、ノッキングの発生を速やかに抑制することができる。
【００８３】
尚、以上では、エンジン運転条件に対応付けて記憶されているノック指標Ｎindxをマップから読み出して、この値に、ノッキングの発生有無に応じた補正を加えるものとして説明した。これに限らず、ノッキングの発生有無の検出に基づいて、エンジン運転条件に対応付けてマップに記憶されているノック指標Ｎindxの値を書き換えることとしてもよい。こうして、マップに記憶されているＮindxを、ノッキングの検出結果に応じて修正していけば、それぞれのエンジンの個体差を反映して、より適切なノック指標Ｎindxとすることができ、延いてはエンジンをより適切に冷却することが可能となる。
【００８４】
Ｄ．第２実施例：
上述した第１実施例の冷却制御では、閾値ｔｈは一定であるものとして説明したが、運転条件に応じて適切な閾値ｔｈを設定することとしてもよい。以下では、閾値を変更する第２実施例の冷却制御について説明する。
【００８５】
Ｄ−１．第２実施例の冷却制御：
運転条件に応じて適切な閾値ｔｈを設定する冷却制御にも種々の方法が存在するが、閾値ｔｈを変更することにより冷却水温の切り換えにヒステリシス特性を付与する実施例について説明する。こうすることで、過渡的な運転条件においても、より確実にノッキングの発生を回避することが可能となる。
【００８６】
図１０は、第２実施例の冷却制御の流れを示すフローチャートである。図１０に示した第２実施例の冷却制御は、図３を用いて前述した第１実施例の冷却制御に対して、閾値ｔｈの設定を変更可能な点が大きく異なっている。以下では、かかる相違点を中心として簡単に説明する。
【００８７】
第２実施例の冷却制御においても第１実施例と同様に、制御を開始すると先ず初めにエンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷を読み込んで（ステップＳ３００）、ノック指標Ｎindxを算出する（ステップＳ３０２）。
【００８８】
こうしてノック指標Ｎindxを算出したら、続いて閾値ｔｈを設定する処理を開始する（ステップＳ３０４）。図１１は、閾値ｔｈを設定する処理の流れを示したフローチャートである。閾値設定処理では、先ず初めに、現在の設定水温Ｔset の値を取得する（ステップＳ３５０）。図３および図４を用いて前述したように、エンジン１０がノッキングし易い条件で運転されている場合は、設定水温Ｔset は低めの値ＴLow に設定されている。逆にノッキングの発生し難い条件で運転されている場合は、設定水温Ｔset は高めの値Ｔhighに設定されている。従って、現在の設定水温Ｔset の設定値から、エンジン１０がノッキングし易い条件で運転されているのか否かを判断することができる。
【００８９】
次いで、取得した設定水温Ｔset が、高めの設定値Ｔhigh以上の値に設定されているか否かを判断する（ステップＳ３５２）。設定水温Ｔset がＴhighより小さな値に設定されている場合は（ステップＳ３５２：ｎｏ）、エンジン１０は、ノッキングの発生し易い条件で運転されていると判断して、閾値ｔｈに小さめの所定値ｔｈL を設定する（ステップＳ３５４）。逆に、設定水温Ｔset がＴhigh以上の値に設定されている場合は（ステップＳ３５２：ｙｅｓ）、エンジン１０は、ノッキングの発生し難い条件で運転されていると判断して、閾値ｔｈに通常用いられる所定値ｔｈn を設定する（ステップＳ３５６）。こうして閾値ｔｈの値を設定したら図１１に示した閾値設定処理を終了して、図１０に示した第２実施例の冷却制御に復帰する。
【００９０】
第２実施例の冷却制御では、こうして設定した閾値ｔｈとノック指標Ｎindxとを比較し（図１０のステップＳ３０６）、比較結果に応じて設定水温Ｔset を切り換える。すなわち、ノック指標Ｎindxの方が大きければ設定水温Ｔset を低めの所定値ＴLow に設定し（ステップＳ３０８）、Ｎindxの方が小さければ設定水温Ｔset を高めの所定値Ｔhighに設定する（ステップＳ３１０）。
【００９１】
ここで、図１１で説明したように、現在の設定水温Ｔset が低めに設定されておりエンジン１０がノッキングし易い条件で運転されていると判断された場合は（図１１のステップＳ３５２：ｎｏ）、閾値ｔｈは低めの所定値ｔｈL に設定されている。図１０に示した第２実施例の冷却制御中のステップＳ３０６においては、このような低めの閾値ｔｈとノック指標Ｎindxとが比較される。このため、ノック指標Ｎindxの方が大きいと判断され易く（すなわち、ノッキングし易い運転条件と判断され易く）、冷却水の設定水温Ｔset は、そのまま低めの所定値ＴLow の状態が維持され易くなる。
【００９２】
逆に、図１１の閾値設定処理において、現在の設定水温Ｔset が高めの値に設定されておりエンジン１０がノッキングし難い条件で運転されていると判断された場合は（図１１のステップＳ３５２：ｙｅｓ）、閾値ｔｈは通常使用される所定値ｔｈn に設定される。従って、図１０のステップＳ３０６においては、通常用いられる閾値ｔｈとノック指標Ｎindxとが比較される。そして、Ｎindxの方が大きければノッキングし易い運転条件と判断して設定水温Ｔset には低めの所定値ＴLow を設定し、Ｎindxの方が小さければノッキングし難い運転条件と判断して高めの所定値Ｔhighを設定することになる。
【００９３】
こうして設定水温Ｔset を設定したら、次いで、冷却水温Ｗtempを検出して設定水温Ｔset と比較する（ステップＳ３１２、Ｓ３１４）。そして、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より高ければ、三方弁５３を「開」側に切り換えて（ステップＳ３１６）、冷却水をラジエータ５５に導いてやる。また、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より低ければ、三方弁５３を「閉」側に切り換えて（ステップＳ３１８）、冷却水をバイパス通路５２に導いてやる。こうして三方弁５３を開閉いずれかの状態に切り換えたら、エンジンが停止しているか否かを検出し（ステップＳ３２０）、エンジンが運転中であればステップＳ３００に戻って、エンジンが停止されるまで続く処理を繰り返す。
【００９４】
以上に説明した第２実施例の冷却制御においては、現在の冷却水の設定温度Ｔset に応じて閾値ｔｈの値を変更している。このため、エンジン１０の運転条件が、ノッキングし難い条件からノッキングし易い条件に移動した場合には、速やかに設定水温Ｔset が低めの水温に切り変わる。これに対し、ノッキングし易い条件からノッキングし難い条件に移動した場合には、ノッキングのし易さがよほど大きく変わらない限りなかなか高めの水温に切り変わらず、しばらくは低めの水温を維持する、いわゆるヒステリシス特性を有することになる。
【００９５】
図１２は、第２実施例の冷却制御を行うことにより、冷却水温度にヒステリシス特性が現れる様子を概念的に示した説明図である。エンジン負荷が増加するとノック指標Ｎindxも増加していく。このため冷却水の設定水温Ｔset は、図中に実線で示したように、あるところで低めの水温に切り変わる。一方、エンジン負荷を下げた場合には、図中に破線で示すように、Ｎindxが減少しても設定水温Ｔset はなかなか切り変わらず、しばらくの間、低めの水温を維持するようになる。
【００９６】
第２実施例の冷却制御を行った場合、冷却水の温度変化にこのようなヒステリシス特性が現れることから、ノッキングの発生をより確実に回避することができ、延いては、エンジン性能の確実な改善を図ることが可能となる。すなわち、例えば、山道の走行中など、エンジン負荷が大きく変動するような運転条件では、ほとんどの割合がノッキングし易い条件で運転されていながら、短い期間（例えば数秒程度）だけノッキングし難い条件で運転されることがある。この様な場合に、ノック指標Ｎindxに応じて一々設定水温Ｔset を切り換えていたのでは、ノッキングし難い条件で短期間だけ運転した後、再びノッキングし易い運転条件に移った直後で、ノッキングが発生してエンジン性能を低下させることがある。これに対して、第２実施例の冷却制御のように、ヒステリシス特性を付与しておけば、このように運転条件が変わった直後でノッキングが発生することを回避することができる。そのため、エンジン冷却の適正化による性能改善効果を、より確実に達成することが可能となる。
【００９７】
また、ヒステリシス特性を付与すれば、設定水温Ｔset が高めの水温Ｔhighと低めの水温ＴLow とに頻繁に切り換わり、これに伴って三方弁５３などの可動部が頻繁に開閉して、可動部品が故障するといった事態の発生も回避することができるので好ましい。
【００９８】
尚、上述した第２の実施例では、閾値ｔｈの設定を変更することによってヒステリシス特性を付与するものとして説明した。ヒステリシス特性を付与するための方法は閾値ｔｈを設定することに限られず、周知な異なる方法を適用することが可能なことは言うまでもない。例えば、設定水温Ｔset が低めの設定値ＴLow から高めの設定値Ｔhighに切り変わるに際しては、所定時間（例えば数秒）だけ低めの設定値ＴLow を維持した後、高めの設定値Ｔhighに切り変わるようにしてもよい。こうすれば、簡便な方法により、ヒステリシス特性を付与することが可能である。
【００９９】
Ｄ−２．変形例：
上述した第２実施例では、閾値ｔｈを変更することで、設定水温Ｔset の切り換えにヒステリシス特性を付与した。内燃機関が車両に搭載されている場合には、車両が登坂走行中であることを検出して、登坂走行中は冷却水温が低めに制御されるように閾値ｔｈの設定を変更することとしてもよい。以下では、こうした第２実施例における変形例の冷却制御について説明する。
【０１００】
図１３は、第２実施例の変形例において、車両が登坂走行中であるか否かを検出して、閾値ｔｈを設定する処理の流れを示したフローチャートである。変形例の閾値設定処理では、先ず初めに、エンジンの運転条件およびギア比の設定を検出して、車両の加速度を算出する（ステップＳ３７０）。ここで算出する加速度は、検出したエンジン運転条件およびギア比の設定において、車両が平坦地を走行しているとしたときに実現されるであろう加速度である。ギア比は、車両に設けられたトランスミッションの図示しないシフトレバーの位置から検出することができる。以下、車両の加速度を算出する方法について説明する。
【０１０１】
図１４は、車両の加速度を算出する原理を示す説明図である。車両の加速度は、車両の駆動トルクが走行抵抗に打ち勝って車両を加速させることによって生じるものである。図１４に示した太い破線は車両の走行抵抗を示している。車両の走行抵抗は車速によってほぼ決定され、車速が大きくなるにつれて走行抵抗も大きくなる。走行抵抗を示す破線には、参考として車速の値も表示してある。車速は車輪の回転速度によって決まり、その車輪の回転速度はエンジン回転速度とギア比とによって決まる。このことから、車速とギア比が決まれば、対応するエンジン回転速度が決定される。図１４中で走行抵抗を示す破線は、ギア比が４速に設定されているとしたときに、種々の車速での走行抵抗とエンジン回転速度をプロットしたものである。
【０１０２】
今、ステップＳ３７０で検出したエンジン運転条件が、図１４中に黒い星印★で示す条件にあるものとする。エンジンの運転条件が決まると、発生するトルクも決まるので、図１４中に、対応する対応する座標点を１つ決めることができる。前述したように、ギア比が決まるとエンジン回転速度と車速とは一対一に対応しており、ギア比４速では★印のエンジン回転速度は時速５０ｋｍ前後の車速に対応する。この車速での走行抵抗と、実際にエンジンが出力するトルクとの差が車両の加速に使われるトルクとなるので、車両重量が与えられれば加速度を算出することができる。図１４中では、車両の加速に使用されるトルクを、白抜きの矢印で表示している。このように、図１３のステップＳ３７０では、エンジン運転条件およびギア比を検出し、平坦地での加速度を算出する。算出に必要な車両重量は別途与えらえている。
【０１０３】
次いで、車両の実際の加速度を計測する（図１３のステップＳ３７２）。実加速度は、車両の車軸に設けられた図示しない回転速度センサの出力変化によって基づいて算出することができる。こうして得られた実加速度と、先に算出した加速度とを比較する（ステップＳ３７４）。車両がほぼ平坦地を走行しているのであれば、実加速度は算出した加速度とほぼ等しい値となるはずである。そこで、算出した加速度と実加速度との差が所定値以下であれば、車両は平坦地を走行しているものと判断することができる。また、実加速度が算出した加速度よりも所定値以上隔たっている場合は、車両が登坂中あるいは降坂中であるため、走行抵抗が変わったためであると考えることができる。
【０１０４】
このことから、算出した加速度に対して実加速度が所定値以上に小さい場合は車両が登坂中であると考えることができ、この場合は（ステップＳ３７４：ｙｅｓ）、閾値ｔｈの値を小さめの所定値ｔｈL に設定する（ステップＳ３７６）。車両が登坂中でないと判断された場合は（ステップＳ３７４：ｎｏ）、閾値ｔｈの値を通常の所定値ｔｈn に設定する（ステップＳ３７８）。こうして閾値ｔｈの値を設定したら、図１３に示した変形例の閾値設定処理を終了して、図１０に示した第２実施例の冷却制御に復帰する。
【０１０５】
図１０の第２実施例の冷却制御に復帰すると、こうして設定した閾値ｔｈとノック指標Ｎindxとを比較し（ステップＳ３０６）、ノック指標Ｎindxの方が大きければ設定水温Ｔset を低めの所定値ＴLow に、また、Ｎindxの方が小さければ設定水温Ｔset を高めの所定値Ｔhighに、それぞれ設定する（ステップＳ３０８、Ｓ３１０）。この結果、車両が登坂中と判断された場合には、冷却水温度が低めに制御され易くなる。登坂時は高負荷条件で運転されることが多くノッキングが発生し易いので、冷却水温を低めに制御すれば、ノッキングの発生を抑制してエンジン性能の改善を図ることができる。
【０１０６】
Ｅ．第３実施例：
上述した各種実施例では、現在のエンジン運転条件に対応するノック指標Ｎindxに基づいて冷却制御を行っていた。これに対して、所定時間後のエンジン運転条件を予測して、予測した条件に対応するノック指標（予測ノック指標Ｎantx）に基づいて冷却制御を行うようにしても良い。以下では、こうした第３実施例の冷却制御について説明する。
【０１０７】
図１５は、第３実施例の冷却制御の流れを示すフローチャートである。図示した第２実施例の冷却制御は、図３を用いて前述した第１実施例の冷却制御に対して、所定時間後のエンジン運転条件を予測した制御を行う点が大きく異なっている。以下では、かかる相違点を中心に簡単に説明する。
【０１０８】
第３実施例の冷却制御においても第１実施例と同様に、制御を開始すると先ず初めにエンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷を読み込んで、ノック指標Ｎindxを算出する（ステップＳ４００）。
【０１０９】
次いで、所定時間後のエンジン運転条件を予測して予測ノック指標Ｎantxを算出する処理を行う（ステップＳ４０２）。図１６は、エンジン運転条件を予測して予測ノック指標Ｎantxを算出する処理の流れを示したフローチャートである。かかる処理は、ＥＣＵ４０に内蔵されたＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することによって行われる。
【０１１０】
予測ノック指標決定処理を開始すると、先ず初めに、アクセル開度および車速を検出する（ステップＳ４５０）。アクセル開度は、アクセル開度センサ４２によって検出する。また、車速は、車両の車軸に設けられた図示しない回転速度センサによって検出する。
【０１１１】
次いで、アクセル開度および車速から、車両の運転者が要求している要求出力を算出する（ステップＳ４５２）。これは次のような処理である。車両の運転者は、車両の走行中にエンジン１０の発生するトルクを増やしたいと思った場合には、望むトルクの増加量に応じてアクセルペダルを踏み増す操作を行う。このことから、運転者が要求している発生トルクを、アクセル開度と車速とに基づいて求めることができる。詳しくは、ＥＣＵ４０に内蔵されているＲＯＭの中には、要求出力の値が、アクセル開度と車速とを変数とするマップの形式で予め記憶されており、このマップを参照することによって、ステップＳ４５０で検出した条件に対応する要求出力の値を求めるのである。
【０１１２】
こうして要求出力が求められたら、その要求出力値に対応するエンジン運転条件を決定する（ステップＳ４５４）。尚、前述したように、ここでもエンジン運転条件とは、エンジン回転速度およびエンジン負荷によって定められるものとする。要求出力に対応して、エンジン運転条件を決定することができる理由について説明する。一般に、エンジンが発生する出力はエンジン運転条件に応じて定まっている。このことを逆から見れば、要求された出力を発生させる運転条件は、エンジン１０が採り得る運転条件の中から、いくつかの運転条件に絞られることになる。実際には、現在のエンジン運転条件を考慮することにより、これら運転条件の中から適切な運転条件を１つ決定することができる。例えば、エンジンの回転速度が維持されるものとすれば、要求出力を発生させる運転条件を１つ決定することができる。また、車速と変速パターンとを考慮して、所定時間後（例えば数秒後）のエンジン回転速度を推定し、そのときのエンジン負荷を求めることにより、エンジン運転条件を決定することとしても良い。
【０１１３】
図１７は、こうして所定時間後のエンジン運転条件を予測した様子を概念的に示した説明図である。図１７では、黒い星印で示した現在のエンジン運転条件から、所定時間後には、白抜きの星印で示した運転条件になると予測していることを示している。
【０１１４】
こうして予測されたエンジン運転条件を決定したら、ＲＯＭに記憶されているマップを参照することにより、予測したエンジン運転条件に対応するノック指標Ｎantxを決定する（図１６のステップＳ４５６）。以上の様にして、予測したエンジン運転条件に対応するノック指標Ｎantxを決定したら、予測ノック指標決定処理を終了して図１３に示す第３実施例の冷却制御に復帰する。
【０１１５】
冷却制御に復帰すると、現在のエンジン運転条件に基づいて決定したノック指標Ｎindxと、予測したエンジン運転条件に基づいて決定した予測ノック指標Ｎantxとを比較して、大きい方の値によりノック指標Ｎindxを更新する（図５のステップＳ４０４）。図１７に示した例では、黒い星印で示した現在のエンジン運転条件に対応するノック指標Ｎindxは、ほぼ「１」前後の値を採り、白い星印で示した予測エンジン運転条件に対応する予測ノック指標Ｎantxは、ほぼ「２」前後の値を採っている。このことから、図１３のステップＳ４０４においては、ノック指標Ｎindxの値が、予測ノック指標Ｎantxの値によって書き換えられることになる。
【０１１６】
こうしてノック指標Ｎindxの値を更新したら、後の処理は前述した第１実施例と同様である。以下、概要のみ説明する。ノック指標Ｎindxと閾値ｔｈとを比較して（ステップＳ４０６）、Ｎindxの方が大きければ低めの所定値ＴLow を、そうでなければ高めの所定値Ｔhighを、それぞれ設定水温Ｔset に設定する（ステップＳ４０８、Ｓ４１０）。次いで、冷却水温Ｗtempを検出して設定水温Ｔset とを比較し（ステップＳ４１２、Ｓ４１４）、結果に応じて三方弁を「開」「閉」いずれかの状態に切り換える（ステップＳ４１６、Ｓ４１８）。その後、エンジンが停止しているか否かを検出し（ステップＳ４２０）、エンジンが運転中であればステップＳ４００に戻って、エンジンが停止されるまで続く処理を繰り返す。
【０１１７】
上述した第３実施例の冷却制御においては、現在のエンジン運転条件に対応するノック指標Ｎindxに加えて、所定時間後のエンジン運転条件を予測して、その運転条件での予測ノック指標Ｎantxを算出する。次いで、これらノック指標を比較し、指標値の大きな方をノック指標Ｎindxとして用いて冷却制御を行う。エンジンの冷却能力を切り換えても、冷却水温の変化が現れるまでには、通常は、ある程度の遅れが存在するが、こうして所定時間後のエンジン運転条件を予測した制御を行えば、冷却水温の応答遅れを短縮化することができる。このため、ノックの発生を確実に回避することが可能となり、エンジンを適切に冷却することによるエンジン性能の改善効果を、より高めることが可能となる。
【０１１８】
以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の内燃機関の構成概要を示す説明図である。
【図２】本実施例の内燃機関に採用されている冷却系の概要を示す説明図である。
【図３】第１実施例の冷却制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】エンジン運転条件に対応付けてノック指標が記憶されている様子を概念的に示した説明図である。
【図５】第１実施例の第１の変形例における冷却制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】第１の変形例の冷却制御においてノック指標を補正する処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】各種の運転条件に対して補正係数が記憶されている様子を概念的に示す説明図である。
【図８】第１実施例の第２の変形例の冷却制御においてノック指標を補正する処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】第２の変形例の冷却制御においてノッキングの発生有無に応じてノック指標が補正されていく様子を概念的に示す説明図である。
【図１０】第２実施例の冷却制御の流れを示すフローチャートである。
【図１１】第２実施例の冷却制御において閾値の値を補正する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】第２実施例の冷却制御において、冷却水温の設定にヒステリシス特性が付与される様子を概念的に示した説明図である。
【図１３】第２実施例の変形例の冷却制御において閾値の値を補正する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】車両が登坂中であるか否かを運転条件に基づいて判断する方法を示す説明図である。
【図１５】第３実施例の冷却制御の流れを示すフローチャートである。
【図１６】第３実施例の冷却制御において、所定時間経過後のノック指標を予測する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】第３実施例の冷却制御において所定時間経過後のノック指標を予測している様子を概念的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０…エンジン
１１…シリンダブロック
１２…ピストン
１３…ノックセンサ
１４，１５…ウォータギャラリ
１６…排気マニホールド
１７…クランクシャフト
２０…シリンダヘッド
２１…排気弁
２２…吸気弁
２３…点火プラグ
３０…吸気マニホールド
３１…サージタンク
３２…吸気通路
３４…エアクリーナ
３５…インジェクタ
３６…スロットルバルブ
３７…スロットルモータ
３８…吸気圧センサ
４０…ＥＣＵ
４１…クランク角度センサ
４２…アクセル開度センサ
４３…吸気温センサ
４４…湿度センサ
４４…水温センサ
４５…大気圧センサ
５０…ウォータポンプ
５１…下流側冷却水通路
５２…バイパス通路
５３…三方弁
５４…弁体
５５…ラジエータ
５６…上流側冷却水通路
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関を冷却する技術に関し、より詳しくは、ノックのし易さを考慮して適切に冷却することにより、機関性能の向上を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、比較的小型でありながら大きな動力を出力可能であることから、自動車や、船舶、航空機など種々の移動手段の動力源として広く使用されている。これら内燃機関は、燃焼室で燃料を燃やすことにより熱を発生させ、発生した熱の一部を機械的仕事に変換して動力として出力している。こうした動作原理に起因して、内燃機関の少なくとも一部の部材は燃焼熱に晒されて、燃焼熱の一部が流入することは半ば避け難い。部材の温度が上昇すると、部材の機械的強度が低下したり、あるいは摺動面での焼き付きが発生し易くなるので、この様な問題を回避すべく、内燃機関は冷却しながら運転されるのが通常である。
【０００３】
冷却方法としては、空冷、油冷、水冷など種々の方法が提案されているが、熱容量が大きいことに加えて、どのような高温条件下でも炭化することなく良好な冷却性能を有することから、冷却水を用いて冷却する水冷方式が広く使用されている。こうした水冷方式では、水温が許容温度を超えないように冷却水を適宜、放熱器に導いて放熱させながら、冷却水を循環させて内燃機関を冷却している。
【０００４】
また、近年では、内燃機関の負荷に合わせて冷却水温を適切に制御することにより、機関性能の向上を図る技術も提案されている（特開平５−３３２１３６号、特開平１０−１３１７５３号など）。こうした提案によれば、熱の発生量の少ない低負荷時には冷却水温は高めの温度に制御され、高負荷時には低めの温度に制御される。冷却水温を高めに制御すれば、潤滑油の粘度が低下するので内燃機関の摩擦損失が減少し、機関の燃料消費効率を向上させることができる。また、焼き付きの発生し易い高負荷時には、冷却水温度を低めに制御することで潤滑油の粘度を適切な範囲に保って焼き付きを防止するとともに、ノッキングの発生を回避して機関性能を向上させることが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、内燃機関の負荷に合わせて冷却水温度の設定を変更しても、期待したほどの燃料消費効率の向上あるいは機関出力の増加といった、機関性能の改善効果が得られない場合があった。
【０００６】
本発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、内燃機関を適切に冷却することにより、燃料消費効率および機関性能を効果的に向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、
燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換して出力する内燃機関であって、
前記内燃機関を冷却することにより、該内燃機関に流入した前記燃焼熱を除去する冷却手段と、
前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出するノック指標算出手段と、
前記算出されたノック指標に基づいて前記冷却手段を制御することにより、前記内燃機関の冷却程度を変更する冷却制御手段と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
また、上記の内燃機関に対応する本発明の内燃機関の冷却方法は、
燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換して出力する内燃機関の冷却方法であって、
前記内燃機関の運転条件を検出し、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出し、
前記算出されたノック指標に基づいて、前記内燃機関の冷却程度を変更することを要旨とする。
【０００９】
こうした構成を有する内燃機関あるいは内燃機関の冷却方法においては、ノッキングの発生し易さに関連したノック指標を算出し、該ノック指標に基づいて冷却程度を変更している。このため、以下に説明する理由から、内燃機関を適切に冷却して、機関性能を効果的に改善することができる。
【００１０】
前述したように、内燃機関を冷却するための冷却水の温度を高めに設定してやれば、潤滑油の粘度が低下するので機関の摩擦損失を減少させることができ、また、冷却水温を高めに設定してやれば、ノッキングが発生し難くなるので燃料消費効率の向上、あるいは機関出力の増加を図ることができる。このように、内燃機関を適切に冷却することによって機関性能の向上を図ることが可能なことが知られている。そこで、内燃機関を適切に冷却して機関性能を改善するために、ノッキングの発生し難い低負荷時には冷却水温を高めに設定し、ノッキングが発生し易い高負荷時には冷却水温度を低めに設定することが行われている。しかし、本願発明者の経験によれば、機関の負荷はノッキングの発生し易さとは厳密には一致していない。このため、負荷に応じて冷却水温度を変更したのでは、ノッキングが発生し易い条件にも関わらず冷却水温が高めの温度に制御されて、ノッキングが発生してしまう場合がある。
【００１１】
ノッキングが発生したまま内燃機関を運転していると機関が破損してしまうので、燃料の着火タイミングを遅らせてノッキングの発生を回避しなければならない。着火タイミングを遅らせることは、火花点火式の内燃機関では点火時期を遅らせることによって、圧縮着火式の内燃機関では燃料の噴射時期を遅らせることによって実現される。いずれの方式の内燃機関においても、着火タイミングには最適値が存在しており、ノッキングの発生を回避するために着火タイミングを遅らせると機関性能の低下を引き起こしてしまう。このため、機関負荷に応じて冷却水温度を変更しても、全体としては、期待したほどには機関性能の改善効果が得られない場合がある。内燃機関の負荷に応じて冷却水の温度を切り換えたのでは、期待したほどには機関性能を向上させることができないのは、このような理由によるものと考えられる。特に、自動車、船舶、航空機などに搭載されて、これらに動力を出力する内燃機関では運転条件が大きく変動することから、こうした傾向が顕著に現れていると考えられる。
【００１２】
これに対して本発明の内燃機関および本発明の冷却方法においては、ノッキングの発生し易さに関する指標であるノック指標を、内燃機関の運転条件に基づいて算出し、算出したノック指標に基づいて内燃機関の冷却程度を変更している。ここでノック指標の算出は、運転条件の関数としてノック指標を記述しておき、関数値を求めることによってノック指標を算出するものに限らず、例えば、運転条件とノック指標とを対応づけた対応表を記憶しておき、かかる対応表を参照することによって運転条件に対応するノック指標を求めるものも含まれる。こうして算出したノック指標に基づいて冷却程度を変更してやれば、運転条件に応じて適切なノック指標を予め求めておくことにより、内燃機関を適切に冷却してノッキングの発生を回避することができる。このため、機関性能の十分な改善効果を得ることが可能となる。
【００１３】
冷却液を循環させて内燃機関を冷却する場合は、該冷却液の温度を変更することによって、該内燃機関の冷却程度を変更することとしても良い。あるいは、冷却液の流量を変更することによって、該内燃機関の冷却程度を変更こととしても良い。これらの方法によれば、簡便に且つ確実に、内燃機関の冷却程度を変更することが可能である。尚、冷却液としては、水あるいは油などの液体を、特に熱容量の大きな液体を好適に用いることができる。
【００１４】
前記内燃機関の冷却程度を変更するに際しては、前記ノック指標と所定の閾値とを比較し、二つの値の大小関係に基づいて該内燃機関の冷却程度を切り換えることとしてもよい。
【００１５】
また、冷却液を循環させて前記内燃機関を冷却する場合には、ノック指標が前記所定の閾値より小さい場合には、冷却液の温度を第１の冷却液温度となるように制御し、該ノック指標が該所定の閾値より大きい場合には、該第１の冷却液温度よりも低温の第２の冷却液温となるように制御することとしてもよい。こうして冷却液温度を変更すれば、内燃機関の冷却程度を簡便に変更することができるので好ましい。
【００１６】
こうした内燃機関においては、少なくとも前記内燃機関の回転速度と機関負荷とを検出し、これらの検出結果に基づいて前記ノック指標を算出することとしても良い。
【００１７】
内燃機関の運転条件は、回転速度と機関負荷とを定めることによって特定することができるので、これらのパラメータに基づいてノック指標を求めることとすれば、内燃機関の運転条件に対応した適切なノック指標を定めることができる。こうして定めた適切なノック指標に基づいて冷却程度を変更してやれば、内燃機関を適切に冷却して、機関性能をより効果的に改善することが可能となるので好ましい。
【００１８】
上述した内燃機関においては、該内燃機関の回転速度および機関負荷に加えて、該内燃機関が吸入する空気の温度、湿度、大気圧、あるいは前記冷却液の温度の少なくともいずれかを検出することとしてもよい。そして、ノック指標を算出するにあたっては、回転速度および機関負荷に加えて、これら検出した運転条件を考慮して前記ノック指標を算出することとしてもよい。
【００１９】
内燃機関が吸入する空気の温度、湿度、大気圧、あるいは前記冷却液の温度は、ノッキングのし易さに影響を与える場合があるので、ノック指標を求めるに際して、内燃機関の回転速度および機関負荷の他に、これら運転条件も考慮してやれば、より適切なノック指標を求めることが可能となる。
【００２０】
上述した内燃機関においては、ノッキングの発生有無を検出し、検出結果に基づいて前記ノック指標を補正することとしてもよい。こうしてノッキングの有無を検出し、検出結果をノック指標に反映させてやれば、ノック指標を適切な値に補正することが可能であり、延いては、内燃機関を適切に冷却して機関性能を効果的に改善することが可能となる。
【００２１】
ノッキングの発生有無によって前記ノック指標を補正するに際しては、ノッキングの発生有無によって、ノック指標の補正量を次のように異ならせても良い。すなわち、ノッキングが発生した場合の補正量がノッキングの発生を検出しない場合の補正量よりも大きくなるように、前記ノック指標を補正することとしてもよい。
【００２２】
こうすれば、ノッキングの発生を検知した場合には、ノック指標を速やかに補正してノッキングの発生を抑制することができる。また、ノッキングが発生していない場合には、ノック指標を少しずつ補正することにより、より適切なノック指標に近づけることが可能となる。
【００２３】
内燃機関の冷却程度を、ノック指標と閾値との大小関係に基づいて変更する場合は、該内燃機関の回転速度および機関負荷に加えて、該内燃機関が吸入する空気の温度、湿度、大気圧、あるいは前記冷却液の温度の少なくともいずれかを検出することとしてもよい。そして、これら検出した運転条件を考慮して前記閾値の値を補正することとしても良い。
【００２４】
内燃機関が吸入する空気の温度、湿度、大気圧、あるいは前記冷却液の温度は、ノッキングのし易さに影響を与える場合があるので、これらを考慮して閾値の値を補正してやれば、ノッキングの発生し易さを適切に検出して、内燃機関の冷却程度を適切に変更することが可能となる。
【００２５】
あるいは、ノッキングの発生有無を検出し、検出結果に基づいて前記閾値の補正量を大きくすることとしてもよい。更には、ノッキングの発生有無によって閾値を補正するに際して、補正程度を、ノッキングの発生有無に応じて次のように異ならせても良い。すなわち、ノッキングが発生した場合にはノッキングの発生を検出しない場合よりも、前記閾値の補正量を大きくすることとしてもよい。
【００２６】
こうすれば、ノッキングの発生を検知した場合には、閾値を速やかに補正してノッキングの発生を抑制することができる。また、ノッキングが発生していない場合には、閾値を少しずつ補正することにより、より適切な閾値の設定に近づけることができる。このため、内燃機関を適切に冷却することで、機関性能をより効果的に改善することが可能となる。
【００２７】
上述した内燃機関においては、運転条件を検出して所定時間経過後の運転条件を予測し、ノック指標を予測することとしてもよい。こうして得られたノック指標に基づいて内燃機関の冷却程度を変更する。
【００２８】
冷却の制御を変更しても、実際に内燃機関の冷却程度に反映されるまでには、若干の遅れが存在するが、所定時間後のノック指標を予測して制御を変更すれば、冷却程度の応答遅れを補って、より適切に冷却程度を変更することができるので好ましい。
【００２９】
こうして、所定時間経過後の運転条件を予測する内燃機関では、現在の運転条件に対するノック指標と、予測した運転条件でのノック指標とを比較して、値の大きな方のノック指標に基づいて冷却程度を変更することとしても良い。
【００３０】
こうして、値の大きな方のノック指標に基づいて冷却程度を変更すれば、冷却程度はノッキングを抑制する方向に制御されることになる。このため、たとえ運転条件の予測精度が充分には高くない場合でもノッキングの発生を回避することができ、延いては機関性能を効果的に改善することが可能となる。
【００３１】
上述した内燃機関を、該内燃機関を動力源として走行する車両に適用してもよい。車両の動力源として使用される内燃機関は、車両の走行条件の変動に伴って内燃機関の運転条件も大きく変動するので、ノッキングが生じ易い運転条件で使用されることも多くなる。従って、車両の運転条件から求めたノック指標に基づいて、内燃機関の冷却程度を変更すれば、機関の性能を大きく改善することが可能となるので好ましい。
【００３２】
こうした内燃機関を動力源とする車両においては、前記車両が登坂中であるか否かを、前記検出した運転条件に基づいて判断し、前記車両が登坂中である場合は、前記ノック指標を大きな値に補正することとしてもよい。あるいは、内燃機関の冷却程度が、ノック指標と所定の閾値との大小関係に基づいて変更されている場合には、車両が登坂中であると判断された場合には、該閾値の値を小さな値に補正することとしても良い。
【００３３】
車両が登坂中は、高負荷域が多用され、ノッキングが発生しやすい環境となっている。従って、車両が登坂中にはノック指標を大きな値に補正し、あるいは閾値の値を小さな値に補正してやれば、平坦路を走行中の場合に比べてノッキングが抑制される方向に制御されることになるので、機関性能をより効果的に改善することが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の作用・効果をより明確に説明するために、次のような順序に従って、本発明の実施例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．エンジン制御の概要：
Ｃ．第１実施例：
Ｃ−１．第１実施例の冷却制御：
Ｃ−２．変形例：
（１）第１の変形例：
（２）第２の変形例：
Ｄ．第２実施例：
Ｄ−１．第２実施例の冷却制御：
Ｄ−２．変形例：
Ｅ．第３実施例：
【００３５】
Ａ．装置構成：
図１は、本発明の内燃機関の概略構成を示す説明図である。以下では、内燃機関は、いわゆる火花点火式のエンジン１０であるものとして説明するが、もちろん、ディーゼルエンジンなどの圧縮着火式のエンジンとすることもできる。
【００３６】
周知のようにエンジンは、燃焼室内で燃料を燃焼させ、そのときに発生する燃焼熱を機械的仕事に変換して動力として出力することを動作原理としている。図１に示したエンジン１０は、円筒状のシリンダが設けられたシリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上部に組み付けられたシリンダヘッド２０と、シリンダ内部で摺動可能に組み付けられたピストン１２とで燃焼室を形成する。
【００３７】
シリンダヘッド２０には、燃焼室内に空気を吸入するための吸気弁２２と、燃焼室内から排気ガスを排出するための排気弁２１と、点火プラグ２３とが設けられている。また、シリンダヘッド２０には、燃焼室に空気を導くための吸気マニホールド３０と、燃焼室から排出された排気ガスを導くための排気マニホールド１６とが取り付けられている。
【００３８】
吸気マニホールド３０は、サージタンク３１と、吸気通路３２とを介してエアクリーナ３４に接続されている。外気はエアクリーナ３４を通過する際に、エアクリーナに設けられたエレメントによって異物が除去される。また、吸気マニホールド３０には、燃料を噴射するためのインジェクタ３５も取り付けられている。インジェクタ３５は、通電制御により開閉駆動されて燃料を噴射する電磁弁であり、図示しない燃料ポンプで加圧された燃料が供給されている。インジェクタ３５から噴射された燃料は吸気マニホールド３０内で蒸発し、吸気マニホールド３０内の空気と混合して混合気を形成する。尚、ここでは、インジェクタ３５は吸気マニホールド３０内に燃料を噴射するものとしているが、インジェクタをシリンダヘッド２０に設けて燃焼室内に燃料を直接噴射するものとしてもよい。
【００３９】
サージタンク３１の上流側の吸気通路３２内には、燃焼室に流入する空気量を調整するためのスロットルバルブ３６が設けられており、スロットルバルブ３６はスロットルモータ３７によって開閉駆動される。エンジン１０の運転中にスロットルバルブ３６を閉じ気味に制御すると、スロットルバルブ３６を通過する空気量が減少して、サージタンク３１および吸気マニホールド３０内の負圧が増加する。サージタンク３１には、吸気マニホールド３０内の圧力を検出するための吸気圧センサ３８も設けられている。
【００４０】
ピストン１２は、クランク機構を介してクランクシャフト１７に接続されている。クランクシャフト１７が回転すると、クランク機構の働きによって回転運動が往復直線運動に変換されて、ピストン１２がシリンダ内を上下に摺動する。クランクシャフト１７の先端には、クランクシャフトの回転位置を検出するためのクランク角度センサ４１が設けられている。
【００４１】
排気弁２１を閉じ、吸気弁２２を開いた状態でピストン１２が下降すると、吸気マニホールド３０内の空気と燃料とが、吸気弁２２から燃焼室内に流入する。次いで吸気弁２２を閉じてピストン１２を上昇させ、吸入した混合気を圧縮した後、点火プラグ２３から火花を飛ばすと、ピストン１２によって圧縮された混合気が爆発的に燃焼して、ピストン１２を下方に押し下げる。この力はクランク機構によって回転運動に変換されて、クランクシャフト１７から動力として出力される。
【００４２】
電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）４０は、エンジン１０の全体の動作を制御する。ＥＣＵ４０は、中央処理装置（以下、ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路などがバスによって相互に接続されて構成された論理演算回路である。ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ３６から流れ込む空気量に合わせて適切な量の燃料を噴射することにより、吸気マニホールド３０内に形成される混合気の空気と燃料との比率（空燃比）を適切な値に保ったり、ピストン１２の上昇に合わせて適切なタイミングで火花を飛ばすと行った種々の制御を行う。また、火花を飛ばすタイミングが早すぎると、燃焼室内の壁面付近で混合気が異常燃焼するノッキングと呼ばれる現象が生じ、ノッキングが発生した状態で運転しているとエンジンが破損してしまう。このため、エンジン１０のシリンダブロック１１には、ノッキングの発生を検出するノックセンサ１３が設けられている。ノッキングが発生するとシリンダブロック１１には特有の周波数成分を含む振動が生じるので、ノックセンサ１３は、この周波数成分を共振現象を利用して検出することにより、ノッキングの発生を検出することができる。ＥＣＵ４０は、ノックセンサ１３によってノッキングの発生が検出された場合には、点火のタイミングを遅らせてノッキングの発生を回避するための制御も行う。
【００４３】
こうした制御は、運転者の操作したアクセル開度や、エンジンの回転速度、吸入空気量などの各種運転条件をＥＣＵ４０が検出し、ＲＯＭに格納されている各種プログラムに従って、スロットルモータ３７、点火プラグ２３、インジェクタ３５などを駆動することによって行われる。アクセル開度は、アクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ４２によって検出し、エンジン回転速度はクランク角度センサ４１に基づいて、吸入空気量は吸気圧センサ３８に基づいて、それぞれ算出することができる。また、ＥＣＵ４０は、エアクリーナ３４に設けられた吸気温センサ４３、湿度センサ４４、大気圧センサ４５を用いて、それぞれ吸気温度、吸気の湿度、大気圧を検出することができる。
【００４４】
混合気の燃焼によって生じた熱の一部は機械的仕事に変換されて動力として出力されるが、一部の熱はシリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０に流入して、これらを加熱する。シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０が許容温度を越えて加熱されることのないように、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０には、それぞれウォータギャラリ１４，１５が設けられている。これらウォータギャラリ１４，１５に冷却水を流して冷却することで、エンジン１０の運転中も、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０は適切な温度範囲に保たれている。以下では、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０を適切な温度範囲に保つための機構について説明する。尚、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０を冷却するために、ここではウォータギャラリ１４，１５に冷却水を流すものとして説明するが、冷却水の変わりに冷却油、あるいは空気などの気体を流す場合にも、以下の説明を同様に当てはめることができる。
【００４５】
図２は、エンジン１０を上面側から見た状態で、冷却系の構成を示した説明図である。図２では、エンジン１０は、４つのシリンダ備えた４気筒エンジンであるものとして、図中に示した「＃１」、「＃２」、「＃３」、「＃４」はそれぞれ１番シリンダ、２番シリンダ、３番シリンダ、４番シリンダを表している。エンジン１０の冷却系は、シリンダブロック１１に設けられたウォータギャラリ１４と、シリンダヘッド２０に設けられたウォータギャラリ１５と、これらギャラリに冷却水を圧送するためのウォータポンプ５０と、冷却水の熱を外気に放熱するためのラジエータ５５と、ウォータギャラリ１５から出た冷却水をラジエータ５５に導く下流側冷却水通路５１と、ラジエータ５５から出た冷却水をウォータポンプ５０に導く上流側冷却水通路５６と、ラジエータ５５をバイパスするバイパス通路５２と、上流側冷却水通路５６とバイパス通路５２とを切り換える三方弁５３などから構成されている。ここではウォータポンプ５０は、図示しないバッテリの電力を用いて駆動される電動ポンプであるとして説明するが、もちろん、エンジン１０の出力する動力によってベルト駆動することも可能である。
【００４６】
シリンダブロック１１に設けられたウォータギャラリ１４とシリンダヘッド２０に設けられたウォータギャラリ１５とは、互いに連通している。ウォータポンプ５０から圧送された冷却水は、先ず初めにシリンダブロック側のウォータギャラリ１４に流入し、ここからシリンダヘッド側のウォータギャラリ１５に流入してシリンダヘッド２０から下流側冷却水通路５１に排出される。下流側冷却水通路５１には水温センサ４４が設けられており、シリンダヘッド２０から排出された冷却水温度を検出することができる。以下では、エンジン１０の冷却系の動作について説明する。
【００４７】
図２（ａ）は、冷却水温が低い場合の冷却系の動作を示した説明図である。水温センサ４４で検出された水温が所定温度以下の場合は、三方弁５３が切り換えられて、シリンダヘッド２０から流出した冷却水がバイパス通路５２を介してウォータポンプ５０に戻るような流路が形成される。本実施例のエンジン１０では三方弁５３は電磁弁であり、ＥＣＵ４０からの切り替え信号によって弁体５４が駆動されて流路が切り換えられる。もちろん、水温に応じて膨張するワックスや水温に応じて変形するバイメタルなどが組み込まれて自動的に弁体が駆動されるような三方弁を用いることもできる。こうして、ウォータギャラリ１４，１５を冷却水が循環することで、エンジン１０のシリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０は適切な温度範囲に保たれる。
【００４８】
図２（ｂ）は、冷却水温が高い場合の冷却系の動作を示した説明図である。水温センサ４４で検出された水温が所定温度以上になった場合は、ＥＣＵ４０からの切り換え信号により三方弁５３が切り換えられる。すると、シリンダヘッド２０から流出した冷却水は、下流側冷却水通路５１を介してラジエータ５５に流入し、ここで外気に熱を放出した後、上流側冷却水通路５６を介してウォータポンプ５０に戻って、再びシリンダブロック１１のウォータギャラリ１４に圧送される。こうすれば、シリンダヘッド２０から流出して高温になった冷却水がラジエータ５５で冷却されるので、冷却水温度を所定温度以下に冷却することができる。
【００４９】
尚、ここでは、三方弁５３は、ラジエータ５５からウォータポンプ５０に向かう上流側冷却水通路５６とバイパス通路５２との合流点に設けられているものとして説明した。これに限らず、シリンダヘッド２０からの冷却水をラジエータ５５に導くための下流側冷却水通路５１とバイパス通路５２との分岐点に三方弁５３を設けることとすることもできる。
【００５０】
以上に説明したように、エンジン１０はウォータポンプ５０で冷却水を循環させることによって、シリンダブロック１１やシリンダヘッド２０を冷却する。冷却水温は水温センサ４４によってモニタされ、水温が所定温度を超えると三方弁５３が切り換えられて冷却水がラジエータ５５に導かれ、外気によって冷やされた後、再びウォータポンプ５０に戻ってシリンダブロック１１に圧送される。このように、水温に応じて三方弁５３を切り換えながら冷却水を循環させることによって、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０を適切な温度範囲に維持することができる。
【００５１】
また、内燃機関を適切に冷却すれば、機関性能を向上させ得ることが知られている。例えば、内燃機関を高めの温度に維持すれば潤滑油の温度が上昇して粘度が低下するので、内燃機関の摩擦損失を減少させることができる。摩擦損失が減少すれば、その分だけ機関の出力増大および機関の効率向上を図ることができる。
【００５２】
逆に、内燃機関を低めの温度に維持した場合は、潤滑油の温度が低下して粘度が増加するので、潤滑面での油膜切れに起因する焼き付きが発生し難くなり、機関の耐久信頼性を向上させることができる。加えて、内燃機関の温度を低めに維持しておけば、燃焼室内に流入する吸気温度を低下させることもできる。吸気温度が低下すれば空気の密度が増加するので、吸入空気量が増加することになり、その分だけ機関出力を向上させることができる。また、吸気温度を低下させると、いわゆるノッキングと呼ばれる現象を抑制することが可能なことも知られている。ノッキングが発生したまま機関を運転していると内燃機関の損傷に至るので、機関の運転条件を変更してノッキングの発生を回避する必要がある。ガソリンエンジンでは、通常、点火時期を遅らせることによってノッキングの発生を回避することが多いが、この様な運転条件の変更は、出力の低下や燃料消費効率の悪化といった弊害を伴うものである。このことから、吸気温度の低下によりノッキングの発生を回避することができれば、結果的には機関出力を増大させ、燃料消費効率を向上させることが可能である。
【００５３】
本実施例のエンジン１０では以下に説明するように、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０を適切に冷却することで、エンジンの出力および燃料消費効率を、大幅に且つ確実に改善することが可能となっている。
【００５４】
Ｃ．第１実施例：
Ｃ−１．第１実施例の冷却制御：
図３は、第１実施例の冷却制御の流れを示したフローチャートである。かかる制御は、ＥＣＵ４０に内蔵されたＣＰＵが、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって行われる。
【００５５】
ＥＣＵ４０は、冷却制御を開始すると先ず初めに、エンジン１０の運転条件の読み込みを行う（ステップＳ１００）。エンジンの運転条件としては、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とを使用する。エンジン回転速度Ｎｅは、クランク角度センサ４１の出力から算出することができる。また、エンジン負荷はアクセル開度センサ４２の出力を使用し、アクセルの最大開度の状態をエンジン負荷１００％、アクセル全閉の状態をエンジン負荷０％と読み替えて使用する。もちろん、アクセル開度の代わりにスロットルバルブ３６の開度を検出して、エンジン負荷を算出しても構わない。こうすれば、アクセル操作に対してスロットルが非線形に開閉する場合でもエンジン負荷を精度良く検出することができるので好ましい。
【００５６】
次いで、読み込んだエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とに基づいて、ノック指標Ｎindxを決定する（ステップＳ１０２）。ノック指標Ｎindxとは、ノッキングのし易さを表した指標である。Ｎindxの値「０」はノッキング発生のおそれが全くないことを意味しており、値が大きくなるに連れてノッキング発生の可能性が増大することを意味している。ノッキングは、燃焼室内に流入した混合気が点火による火炎に晒される前に自発着火する現象であり、ノッキングのし易さはエンジン負荷に大きく影響される。これはエンジン負荷が大きくなって、燃焼室内に流入した空気量が増加すると、圧縮による温度上昇が大きくなって自発着火し易くなるためである。もっとも、エンジン負荷以外の要因にも影響される。そこで、エンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷の組合せによる各種条件で、実験的な手法によってノック指標Ｎindxを予め測定しておき、得られた結果を、図４に示すようなマップとしてＲＯＭに記憶しておく。図３のステップＳ１０２では、この様なマップを参照することによって、エンジン運転条件に対応するノック指標Ｎindxを求めるのである。尚、ここでは、マップを参照することによってノック指標Ｎindxを求めるものとして説明したが、Ｎindxを、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とを変数とする関数Ｆ（Ｎｅ，エンジン負荷）の形で記述しておき、演算によってＮindxを算出することとしても良い。
【００５７】
こうしてノック指標Ｎindxを決定したら、Ｎindxと所定の閾値ｔｈとを比較する（ステップＳ１０４）。そして、Ｎindxの方が閾値ｔｈよりも大きければ、ノッキングが発生し易い条件であると判断して、設定水温Ｔset を所定値ＴLow に設定する（ステップＳ１０６）。ここでは、閾値ｔｈは「１．５」に設定されており、従って、図４中で破線で示した境界より高負荷側の運転条件では、設定水温Ｔset が所定値ＴLow に設定される。設定水温Ｔset の意味するところについては後述する。逆に、Ｎindxの方が閾値ｔｈよりも小さければ、ノッキングが発生し難い条件と判断して、設定水温Ｔset を異なる所定値Ｔhighに設定する（ステップＳ１０８）。すなわち、図４中に破線で示した境界より低負荷側の運転条件では、設定水温Ｔset は所定値Ｔhighに設定される。尚、所定値Ｔhighは、所定値ＴLow よりも高い値に設定されている。
【００５８】
次いで、冷却水温Ｗtempを検出して（ステップＳ１１０）、検出した冷却水温Ｗtempと、先に設定した設定水温Ｔset とを比較する（ステップＳ１１２）。冷却水温Ｗtempは、水温センサ４４によって検出する（図２参照）。そして、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より高い場合は（ステップＳ１１２：ｙｅｓ）、冷却水の温度を下げる必要があると判断し、三方弁５３を「開」側に切り換える（ステップＳ１１４）。すると、冷却水はラジエータ５５に導かれ、外気に放熱して冷やされた後、ウォータポンプ５０に流入する（図２（ｂ）参照）。エンジン１０を運転すると、燃焼熱の一部が伝わって、シリンダブロック１１やシリンダヘッド２０が常に加熱されるので、冷却水温度は少しずつ上昇して行くが、こうして適宜ラジエータ５５で放熱すれば冷却水温を常に適切な温度に保つことができる。その結果、シリンダブロック１１やシリンダヘッド２０を適切な温度範囲に維持することができる。
【００５９】
一方、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より低い場合は（ステップＳ１１２：ｎｏ）、三方弁５３を「閉」側に切り換える（ステップＳ１１６）。すると、冷却水はバイパス通路５２を経由して、ラジエータ５５を通過することなくウォータポンプ５０に流入する（図２（ａ）参照）。このように、設定水温Ｔset は三方弁５３を「開」側に制御するか「閉」側に制御するかを判断するための基準となる温度である。三方弁５３を「閉」側に切り換えた状態でエンジンを運転していると、燃焼熱によって暖められて冷却水温度は次第に上昇していき、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より高くなったら、再び三方弁５３が「開」側に切り換えられ、ラジエータ５５で放熱される。このように設定水温Ｔset に応じて三方弁５３の開閉を制御することにより、冷却水は常に設定水温Ｔset 付近の温度に保たれることになる。
【００６０】
以上のようにして三方弁５３を開閉いずれかの状態に切り換えたら、エンジンが停止しているか否かを検出し（ステップＳ１１８）、エンジンが運転中であればステップＳ１００に戻って、エンジンが停止されるまで続く処理を繰り返す。
【００６１】
以上に説明した第１実施例の冷却制御では、エンジンの運転条件に基づいてノック指標を決定し、決定したノック指標が所定の閾値ｔｈよりも高ければ、冷却水は低めの設定水温ＴLow 付近に保たれる。冷却水温を低めに保てば、冷却能力が増加してシリンダブロック１１あるいはシリンダヘッド２０をより低温に冷却することができるので、ノッキングの発生を回避することができる。種々の運転条件でのノック指標Ｎindxは、予め実験的な手法によって適切な値を求めておくことができる。従って、こうして得られたノック指標Ｎindxに基づいて冷却水温を設定すれば、冷却能力を適切に切り換えることができ、延いてはノッキングの発生を確実に回避することができる。
【００６２】
また、ノック指標が所定の閾値ｔｈよりも低ければ、冷却水は高めの設定水温Ｔhigh付近に保たれるので、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０の温度が高めとなって、潤滑油の粘度が低下する。その結果、エンジン１０の摩擦損失が減少して、エンジンの出力を増大させ、燃料消費効率を向上させることができる。もちろん、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド２０の温度が高めとなればノッキングが発生し易くなり、ノッキングが発生すると点火時期を遅らせなければならず、却って出力低下および燃料消費効率の悪化を引き起こしてしまう。しかし、本実施例のエンジン１０では、実験的な手法によって運転条件に応じて求めておいたノック指標に基づいて冷却水温を設定している。このため、ノッキングの生じ難い運転条件でのみ冷却水温を高めに設定することができるので、ノッキングの発生による出力低下および燃料消費効率の悪化といった事態を招くことがない。
【００６３】
このように、本実施例のエンジン１０では、ノック指標に基づいて冷却能力を切り換えているので、ノッキングの発生を確実に回避して、エンジンの出力増大、燃料消費効率の向上を確実に実現することが可能となる。
【００６４】
尚、以上の説明では、三方弁５３を制御することで、冷却水温度を変更することによってエンジンの冷却程度を切り換えるものとして説明した。もちろん、三方弁５３を制御する代わりに、ウォータポンプ５０を制御して、ウォータギャラリ１４，１５を循環させる冷却水の流量を変更することとしてもよい。冷却水の流量を増やせばエンジンの冷却能力を増加させることができるので、流量の制御を通じて冷却能力を制御することも可能である。
【００６５】
Ｃ−２．変形例：
上述した第１実施例の冷却制御においては、エンジン運転条件に応じて定められたノック指標Ｎindxに基づいて冷却能力を切り換えていた。こうすれば、エンジンの運転条件に応じて適切なＮindxを設定しておくことができるので、ノッキングの発生を確実に回避しながらエンジン１０を適切に冷却して、出力増加および燃料消費効率向上といった効果を得ることができる。加えて、エンジンの運転条件を考慮してノック指標Ｎindxの値をより適切な値に補正してやれば、エンジンの冷却能力をより適切に切り換えて、エンジン性能の更なる向上を図ることができる。以下では、こうした第１実施例の各種変形例の冷却制御について説明する。
【００６６】
（１）第１の変形例：
図５は、第１実施例における第１の変形例の冷却制御の流れを示したフローチャートである。変形例の冷却制御は、図３に示した第１実施例の冷却制御に対して、Ｎindxを補正している点が大きく異なっている。以下、第１実施例との相違点を中心にして簡単に説明する。
【００６７】
第１の変形例の冷却制御においても、制御を開始すると先ず初めに、エンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷を読み込んだ後（ステップＳ２００）、ＥＣＵ４０に記憶されているマップ（図４参照）を参照することにより、ノック指標Ｎindxを算出する（ステップＳ２０２）。
【００６８】
続いて第１の変形例の冷却制御では、各種の運転条件に応じてノック指標Ｎindxを補正する処理を開始する（ステップＳ２０４）。図６は、Ｎindxを補正する処理の流れを示したフローチャートである。Ｎindx補正処理を開始すると、先ず初めに冷却水温Ｗtemp、吸気温度Ａtemp、吸気の湿度Ｍ、大気圧Ｐa を読み込む（ステップＳ２５０）。冷却水温Ｗtempは下流側冷却水通路５１に設けられた水温センサ４４によって検出する。吸気温度Ａtemp、吸気の湿度Ｍ、大気圧Ｐa は、図１に示すように、エアクリーナ３４に設けられた吸気温センサ４３、湿度センサ４４、大気圧センサ４５を用いて、それぞれ検出することができる。
【００６９】
次いで、これら運転条件の検出値に対応する補正係数を算出する（ステップＳ２５２）。ＥＣＵ４０に内蔵されたＲＯＭには、これら運転条件の検出値に応じて、補正係数が一次元マップの形式で予め記憶されている。図７は、各種運転条件に応じて補正係数が記憶されている様子を概念的に示した説明図である。図７（ａ）は、冷却水温Ｗtempの検出値に応じて水温補正係数Ｋw が設定されている様子を示している。エンジンの始動直後でエンジン暖気中はノッキングは生じ難く、また山道の走行後などエンジン温度が過渡的に高くなっている場合にはノッキングし易くなっている。この様なことを考慮して、水温補正係数Ｋw は冷却水温が低い場合には小さな値に、冷却水温が高い場合は大きな値に設定されている。
【００７０】
吸気温度、吸気の湿度、大気圧などの各種条件も、冷却水温と同様に、ノッキングの生じ易さに影響を与える。そこで、これらの条件による影響も補正係数を用いて補正する。図７（ｂ）は、吸気温度Ａtempの検出値に応じて吸気温補正係数Ｋa が設定されている様子を示し、図７（ｃ）は、吸気の湿度Ｍに応じて湿度補正係数Ｋm が設定されている様子を、図７（ｄ）は、大気圧Ｐa の検出値に応じて大気圧補正係数Ｋp が設定されている様子を示している。図６のステップＳ２５２では、ＲＯＭに記憶されている一次元マップを参照して各種条件についての補正係数を求めた後、これら全ての条件を考慮した補正係数Ｋを、次式によって算出する。
Ｋ ＝ Ｋw ×Ｋa ×Ｋm ×Ｋp
【００７１】
こうして補正係数Ｋを求めたら、得られた補正係数Ｋとノック指標Ｎindxとを乗算することによって、ノック指標の補正値を算出した後（ステップＳ２５４）、Ｎindx補正処理を終了して、図５に示す変形例の冷却制御に復帰する。
【００７２】
こうしてノック指標Ｎindxを補正したら、この値を所定の閾値ｔｈと比較し（図５のステップＳ２０６）、補正したノック指標Ｎindxの方が大きければ、ノッキングが発生し易い条件であると判断して、設定水温Ｔset を所定値ＴLow に設定する（ステップＳ２０８）。逆に、補正したＮindxの方が小さければ、ノッキングが発生し難い条件と判断して、設定水温Ｔset を異なる所定値Ｔhighに設定する（ステップＳ２１０）。前述した第１実施例の冷却制御と同様に、所定値Ｔhighは、所定値ＴLow よりも高い値に設定されている。
【００７３】
次いで、冷却水温Ｗtempを検出し（ステップＳ２１２）、検出した冷却水温Ｗtempと設定水温Ｔset とを比較する（ステップＳ２１４）。冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より高い場合は（ステップＳ２１４：ｙｅｓ）、冷却水の温度を下げるべく三方弁５３を「開」側に切り換える（ステップＳ２１６）。また、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より低い場合は（ステップＳ２１４：ｎｏ）、三方弁５３を「閉」側に切り換える（ステップＳ２１８）。こうして三方弁５３を開閉いずれかの状態に切り換えたら、エンジンが停止しているか否かを検出し（ステップＳ２２０）、エンジンが運転中であればステップＳ２００に戻って、エンジンが停止されるまで続く処理を繰り返す。
【００７４】
以上に説明した第１実施例における第１の変形例においては、ノッキングの発生のし易さに影響を与える各種の運転条件を検出し、ノック指標Ｎindxをより適切な値に補正することができる。こうして得られた精度の高いＮindxに基づいて冷却水温を設定すれば、冷却能力をより適切に切り換えることができ、延いてはノッキングの発生を確実に回避して、更なるエンジン性能の向上を図ることができる。尚、上述した変形例では、ノック指標Ｎindxを補正するために考慮する条件としては、冷却水温、吸気温度、吸気の湿度、大気圧のみを検出したが、もちろん、ノッキングの発生に影響を与える条件であれば、他のどのような条件を考慮することも可能である。
【００７５】
（２）第２の変形例：
ノック指標Ｎindxの補正に際しては、ノックセンサ１３を用いて実際にノッキングの発生有無を検出し、検出結果を用いて補正することとしても良い。以下に説明する第２の変形例では、ノックセンサの出力によってノック指標Ｎindxを補正する。
【００７６】
図８は、第２の変形例においてＮindxを補正する処理の流れを示したフローチャートである。かかる処理は、図５に示した冷却制御におけるステップＳ２０４で行われる処理である。第２の変形例におけるＮindx補正処理を開始すると、先ず初めにエンジン運転条件の変化量が所定値より小さいか否かを判断する（ステップＳ２６０）。これは次のような処理である。図１０のＮindx補正処理は、図５に示した冷却制御のループが１回まわる毎に１回ずつ実行される。そこで、前回のループがまわったときにステップＳ２００で読み込んだエンジン運転条件（エンジン回転速度、エンジン負荷）と、今回のループ中で読み込んだエンジン運転条件とを比較して、エンジン回転速度あるいはエンジン負荷のいずれかが大きく異なっていないかどうかを判断する。
【００７７】
いずれかの運転条件についての変化量が、所定値より大きい場合は（ステップＳ２６０：ｎｏ）、ノック補正量Ｋnkの値を「０」に初期化する（ステップＳ２６２）。ノック補正量Ｋnkの意味するところについては後述する。逆に、運転条件の変化量が所定値より小さい場合は（ステップＳ２６０：ｙｅｓ）、ノック補正量Ｋnkの初期化は行わない。
【００７８】
次いで、ノッキングの発生有無を検出する（ステップＳ２６４）。ノッキングの発生有無は、図１を参照しながら前述したようにノックセンサ１３によって検出することができる。そして、ノッキングが発生していない場合は（ステップＳ２６４：ｎｏ）、ノック補正量Ｋnkをわずかな所定値dnk1だけ減らして、この値を新たなノック補正量Ｋnkとする（ステップＳ２６６）。逆にノッキングが発生している場合は（ステップＳ２６４：ｙｅｓ）、ノック補正量Ｋnkに所定値dnk2を加えて、得られた値を新たなノック補正量Ｋnkとする（ステップＳ２６８）。尚、ノッキング発生時に用いられる所定値dnk2は、ノッキングが発生していないときに用いられる所定値dnk1よりも大きな値が設定されている。こうしてノッキングの発生有無に応じてノック補正量Ｋnkを更新したら、このノック補正量Ｋnkをノック指標Ｎindxに加算して、得られた値を新たなＮindxとする（ステップＳ２７０）。
【００７９】
こうしてＮindxを更新したら、図８に示したＮindx補正処理を終了して、図５に示した冷却制御に復帰する。前述したように冷却制御では、ノック指標Ｎindxに基づいて設定水温Ｔset が設定され、設定水温Ｔset と冷却水温Ｗtempとの大小関係に応じて三方弁が制御される。
【００８０】
このように第２の変形例の冷却制御においては、図５の冷却制御のルーチン中でエンジン運転条件に応じて算出されたノック指標Ｎindxが、図８のＮindx補正処理において補正される。このことから明らかなようにノック補正量Ｋnkは、ノック指標Ｎindxを補正するために用いられる変数である。そしてノック補正量Ｋnkは、冷却制御ルーチンが１回まわる度に、ノッキングが発生していない場合はわずかな所定量dnk1ずつ減少していき、ノッキングが発生した場合は所定量dnk2ずつ増加していく。
【００８１】
図９は、こうしてノック指標Ｎindxが、時間とともに変動する様子を概念的に示した説明図である。図示するようにＮindxは、ノッキングが発生していない場合は、少しずつ小さな値に補正されていき、ノッキングの発生が検出されたら速やかに大きな値に戻される。尚、図中でノック指標Ｎindxが不連続となっている点では、エンジン運転条件が大きく変更されて、ノック補正量Ｋnkがリセットされている。このように、ノッキングが発生していない場合は、ノック指標Ｎindxに若干の余裕があると判断して、ノッキングが発生するまでＮindxを少しずつ減らしていけば、ノック指標Ｎindxをより適切な値とすることができる。適切に設定されたＮindxに基づいて冷却制御を行えば、エンジン性能をより大きく改善することができる。
【００８２】
また、ノッキングが発生したときにノック補正量Ｋnkから減算されるdnk1は、ノッキングが発生しないときにノック補正量Ｋnkに加算するdnk2よりも大きな値に設定されている。このため、ノッキングの発生が検知された場合にはノック指標Ｎindxは速やかに大きな値に戻され、かかるＮindxに基づいて冷却水温が制御されるので、ノッキングの発生を速やかに抑制することができる。
【００８３】
尚、以上では、エンジン運転条件に対応付けて記憶されているノック指標Ｎindxをマップから読み出して、この値に、ノッキングの発生有無に応じた補正を加えるものとして説明した。これに限らず、ノッキングの発生有無の検出に基づいて、エンジン運転条件に対応付けてマップに記憶されているノック指標Ｎindxの値を書き換えることとしてもよい。こうして、マップに記憶されているＮindxを、ノッキングの検出結果に応じて修正していけば、それぞれのエンジンの個体差を反映して、より適切なノック指標Ｎindxとすることができ、延いてはエンジンをより適切に冷却することが可能となる。
【００８４】
Ｄ．第２実施例：
上述した第１実施例の冷却制御では、閾値ｔｈは一定であるものとして説明したが、運転条件に応じて適切な閾値ｔｈを設定することとしてもよい。以下では、閾値を変更する第２実施例の冷却制御について説明する。
【００８５】
Ｄ−１．第２実施例の冷却制御：
運転条件に応じて適切な閾値ｔｈを設定する冷却制御にも種々の方法が存在するが、閾値ｔｈを変更することにより冷却水温の切り換えにヒステリシス特性を付与する実施例について説明する。こうすることで、過渡的な運転条件においても、より確実にノッキングの発生を回避することが可能となる。
【００８６】
図１０は、第２実施例の冷却制御の流れを示すフローチャートである。図１０に示した第２実施例の冷却制御は、図３を用いて前述した第１実施例の冷却制御に対して、閾値ｔｈの設定を変更可能な点が大きく異なっている。以下では、かかる相違点を中心として簡単に説明する。
【００８７】
第２実施例の冷却制御においても第１実施例と同様に、制御を開始すると先ず初めにエンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷を読み込んで（ステップＳ３００）、ノック指標Ｎindxを算出する（ステップＳ３０２）。
【００８８】
こうしてノック指標Ｎindxを算出したら、続いて閾値ｔｈを設定する処理を開始する（ステップＳ３０４）。図１１は、閾値ｔｈを設定する処理の流れを示したフローチャートである。閾値設定処理では、先ず初めに、現在の設定水温Ｔset の値を取得する（ステップＳ３５０）。図３および図４を用いて前述したように、エンジン１０がノッキングし易い条件で運転されている場合は、設定水温Ｔset は低めの値ＴLow に設定されている。逆にノッキングの発生し難い条件で運転されている場合は、設定水温Ｔset は高めの値Ｔhighに設定されている。従って、現在の設定水温Ｔset の設定値から、エンジン１０がノッキングし易い条件で運転されているのか否かを判断することができる。
【００８９】
次いで、取得した設定水温Ｔset が、高めの設定値Ｔhigh以上の値に設定されているか否かを判断する（ステップＳ３５２）。設定水温Ｔset がＴhighより小さな値に設定されている場合は（ステップＳ３５２：ｎｏ）、エンジン１０は、ノッキングの発生し易い条件で運転されていると判断して、閾値ｔｈに小さめの所定値ｔｈL を設定する（ステップＳ３５４）。逆に、設定水温Ｔset がＴhigh以上の値に設定されている場合は（ステップＳ３５２：ｙｅｓ）、エンジン１０は、ノッキングの発生し難い条件で運転されていると判断して、閾値ｔｈに通常用いられる所定値ｔｈn を設定する（ステップＳ３５６）。こうして閾値ｔｈの値を設定したら図１１に示した閾値設定処理を終了して、図１０に示した第２実施例の冷却制御に復帰する。
【００９０】
第２実施例の冷却制御では、こうして設定した閾値ｔｈとノック指標Ｎindxとを比較し（図１０のステップＳ３０６）、比較結果に応じて設定水温Ｔset を切り換える。すなわち、ノック指標Ｎindxの方が大きければ設定水温Ｔset を低めの所定値ＴLow に設定し（ステップＳ３０８）、Ｎindxの方が小さければ設定水温Ｔset を高めの所定値Ｔhighに設定する（ステップＳ３１０）。
【００９１】
ここで、図１１で説明したように、現在の設定水温Ｔset が低めに設定されておりエンジン１０がノッキングし易い条件で運転されていると判断された場合は（図１１のステップＳ３５２：ｎｏ）、閾値ｔｈは低めの所定値ｔｈL に設定されている。図１０に示した第２実施例の冷却制御中のステップＳ３０６においては、このような低めの閾値ｔｈとノック指標Ｎindxとが比較される。このため、ノック指標Ｎindxの方が大きいと判断され易く（すなわち、ノッキングし易い運転条件と判断され易く）、冷却水の設定水温Ｔset は、そのまま低めの所定値ＴLow の状態が維持され易くなる。
【００９２】
逆に、図１１の閾値設定処理において、現在の設定水温Ｔset が高めの値に設定されておりエンジン１０がノッキングし難い条件で運転されていると判断された場合は（図１１のステップＳ３５２：ｙｅｓ）、閾値ｔｈは通常使用される所定値ｔｈn に設定される。従って、図１０のステップＳ３０６においては、通常用いられる閾値ｔｈとノック指標Ｎindxとが比較される。そして、Ｎindxの方が大きければノッキングし易い運転条件と判断して設定水温Ｔset には低めの所定値ＴLow を設定し、Ｎindxの方が小さければノッキングし難い運転条件と判断して高めの所定値Ｔhighを設定することになる。
【００９３】
こうして設定水温Ｔset を設定したら、次いで、冷却水温Ｗtempを検出して設定水温Ｔset と比較する（ステップＳ３１２、Ｓ３１４）。そして、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より高ければ、三方弁５３を「開」側に切り換えて（ステップＳ３１６）、冷却水をラジエータ５５に導いてやる。また、冷却水温Ｗtempが設定水温Ｔset より低ければ、三方弁５３を「閉」側に切り換えて（ステップＳ３１８）、冷却水をバイパス通路５２に導いてやる。こうして三方弁５３を開閉いずれかの状態に切り換えたら、エンジンが停止しているか否かを検出し（ステップＳ３２０）、エンジンが運転中であればステップＳ３００に戻って、エンジンが停止されるまで続く処理を繰り返す。
【００９４】
以上に説明した第２実施例の冷却制御においては、現在の冷却水の設定温度Ｔset に応じて閾値ｔｈの値を変更している。このため、エンジン１０の運転条件が、ノッキングし難い条件からノッキングし易い条件に移動した場合には、速やかに設定水温Ｔset が低めの水温に切り変わる。これに対し、ノッキングし易い条件からノッキングし難い条件に移動した場合には、ノッキングのし易さがよほど大きく変わらない限りなかなか高めの水温に切り変わらず、しばらくは低めの水温を維持する、いわゆるヒステリシス特性を有することになる。
【００９５】
図１２は、第２実施例の冷却制御を行うことにより、冷却水温度にヒステリシス特性が現れる様子を概念的に示した説明図である。エンジン負荷が増加するとノック指標Ｎindxも増加していく。このため冷却水の設定水温Ｔset は、図中に実線で示したように、あるところで低めの水温に切り変わる。一方、エンジン負荷を下げた場合には、図中に破線で示すように、Ｎindxが減少しても設定水温Ｔset はなかなか切り変わらず、しばらくの間、低めの水温を維持するようになる。
【００９６】
第２実施例の冷却制御を行った場合、冷却水の温度変化にこのようなヒステリシス特性が現れることから、ノッキングの発生をより確実に回避することができ、延いては、エンジン性能の確実な改善を図ることが可能となる。すなわち、例えば、山道の走行中など、エンジン負荷が大きく変動するような運転条件では、ほとんどの割合がノッキングし易い条件で運転されていながら、短い期間（例えば数秒程度）だけノッキングし難い条件で運転されることがある。この様な場合に、ノック指標Ｎindxに応じて一々設定水温Ｔset を切り換えていたのでは、ノッキングし難い条件で短期間だけ運転した後、再びノッキングし易い運転条件に移った直後で、ノッキングが発生してエンジン性能を低下させることがある。これに対して、第２実施例の冷却制御のように、ヒステリシス特性を付与しておけば、このように運転条件が変わった直後でノッキングが発生することを回避することができる。そのため、エンジン冷却の適正化による性能改善効果を、より確実に達成することが可能となる。
【００９７】
また、ヒステリシス特性を付与すれば、設定水温Ｔset が高めの水温Ｔhighと低めの水温ＴLow とに頻繁に切り換わり、これに伴って三方弁５３などの可動部が頻繁に開閉して、可動部品が故障するといった事態の発生も回避することができるので好ましい。
【００９８】
尚、上述した第２の実施例では、閾値ｔｈの設定を変更することによってヒステリシス特性を付与するものとして説明した。ヒステリシス特性を付与するための方法は閾値ｔｈを設定することに限られず、周知な異なる方法を適用することが可能なことは言うまでもない。例えば、設定水温Ｔset が低めの設定値ＴLow から高めの設定値Ｔhighに切り変わるに際しては、所定時間（例えば数秒）だけ低めの設定値ＴLow を維持した後、高めの設定値Ｔhighに切り変わるようにしてもよい。こうすれば、簡便な方法により、ヒステリシス特性を付与することが可能である。
【００９９】
Ｄ−２．変形例：
上述した第２実施例では、閾値ｔｈを変更することで、設定水温Ｔset の切り換えにヒステリシス特性を付与した。内燃機関が車両に搭載されている場合には、車両が登坂走行中であることを検出して、登坂走行中は冷却水温が低めに制御されるように閾値ｔｈの設定を変更することとしてもよい。以下では、こうした第２実施例における変形例の冷却制御について説明する。
【０１００】
図１３は、第２実施例の変形例において、車両が登坂走行中であるか否かを検出して、閾値ｔｈを設定する処理の流れを示したフローチャートである。変形例の閾値設定処理では、先ず初めに、エンジンの運転条件およびギア比の設定を検出して、車両の加速度を算出する（ステップＳ３７０）。ここで算出する加速度は、検出したエンジン運転条件およびギア比の設定において、車両が平坦地を走行しているとしたときに実現されるであろう加速度である。ギア比は、車両に設けられたトランスミッションの図示しないシフトレバーの位置から検出することができる。以下、車両の加速度を算出する方法について説明する。
【０１０１】
図１４は、車両の加速度を算出する原理を示す説明図である。車両の加速度は、車両の駆動トルクが走行抵抗に打ち勝って車両を加速させることによって生じるものである。図１４に示した太い破線は車両の走行抵抗を示している。車両の走行抵抗は車速によってほぼ決定され、車速が大きくなるにつれて走行抵抗も大きくなる。走行抵抗を示す破線には、参考として車速の値も表示してある。車速は車輪の回転速度によって決まり、その車輪の回転速度はエンジン回転速度とギア比とによって決まる。このことから、車速とギア比が決まれば、対応するエンジン回転速度が決定される。図１４中で走行抵抗を示す破線は、ギア比が４速に設定されているとしたときに、種々の車速での走行抵抗とエンジン回転速度をプロットしたものである。
【０１０２】
今、ステップＳ３７０で検出したエンジン運転条件が、図１４中に黒い星印★で示す条件にあるものとする。エンジンの運転条件が決まると、発生するトルクも決まるので、図１４中に、対応する対応する座標点を１つ決めることができる。前述したように、ギア比が決まるとエンジン回転速度と車速とは一対一に対応しており、ギア比４速では★印のエンジン回転速度は時速５０ｋｍ前後の車速に対応する。この車速での走行抵抗と、実際にエンジンが出力するトルクとの差が車両の加速に使われるトルクとなるので、車両重量が与えられれば加速度を算出することができる。図１４中では、車両の加速に使用されるトルクを、白抜きの矢印で表示している。このように、図１３のステップＳ３７０では、エンジン運転条件およびギア比を検出し、平坦地での加速度を算出する。算出に必要な車両重量は別途与えらえている。
【０１０３】
次いで、車両の実際の加速度を計測する（図１３のステップＳ３７２）。実加速度は、車両の車軸に設けられた図示しない回転速度センサの出力変化によって基づいて算出することができる。こうして得られた実加速度と、先に算出した加速度とを比較する（ステップＳ３７４）。車両がほぼ平坦地を走行しているのであれば、実加速度は算出した加速度とほぼ等しい値となるはずである。そこで、算出した加速度と実加速度との差が所定値以下であれば、車両は平坦地を走行しているものと判断することができる。また、実加速度が算出した加速度よりも所定値以上隔たっている場合は、車両が登坂中あるいは降坂中であるため、走行抵抗が変わったためであると考えることができる。
【０１０４】
このことから、算出した加速度に対して実加速度が所定値以上に小さい場合は車両が登坂中であると考えることができ、この場合は（ステップＳ３７４：ｙｅｓ）、閾値ｔｈの値を小さめの所定値ｔｈL に設定する（ステップＳ３７６）。車両が登坂中でないと判断された場合は（ステップＳ３７４：ｎｏ）、閾値ｔｈの値を通常の所定値ｔｈn に設定する（ステップＳ３７８）。こうして閾値ｔｈの値を設定したら、図１３に示した変形例の閾値設定処理を終了して、図１０に示した第２実施例の冷却制御に復帰する。
【０１０５】
図１０の第２実施例の冷却制御に復帰すると、こうして設定した閾値ｔｈとノック指標Ｎindxとを比較し（ステップＳ３０６）、ノック指標Ｎindxの方が大きければ設定水温Ｔset を低めの所定値ＴLow に、また、Ｎindxの方が小さければ設定水温Ｔset を高めの所定値Ｔhighに、それぞれ設定する（ステップＳ３０８、Ｓ３１０）。この結果、車両が登坂中と判断された場合には、冷却水温度が低めに制御され易くなる。登坂時は高負荷条件で運転されることが多くノッキングが発生し易いので、冷却水温を低めに制御すれば、ノッキングの発生を抑制してエンジン性能の改善を図ることができる。
【０１０６】
Ｅ．第３実施例：
上述した各種実施例では、現在のエンジン運転条件に対応するノック指標Ｎindxに基づいて冷却制御を行っていた。これに対して、所定時間後のエンジン運転条件を予測して、予測した条件に対応するノック指標（予測ノック指標Ｎantx）に基づいて冷却制御を行うようにしても良い。以下では、こうした第３実施例の冷却制御について説明する。
【０１０７】
図１５は、第３実施例の冷却制御の流れを示すフローチャートである。図示した第２実施例の冷却制御は、図３を用いて前述した第１実施例の冷却制御に対して、所定時間後のエンジン運転条件を予測した制御を行う点が大きく異なっている。以下では、かかる相違点を中心に簡単に説明する。
【０１０８】
第３実施例の冷却制御においても第１実施例と同様に、制御を開始すると先ず初めにエンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷を読み込んで、ノック指標Ｎindxを算出する（ステップＳ４００）。
【０１０９】
次いで、所定時間後のエンジン運転条件を予測して予測ノック指標Ｎantxを算出する処理を行う（ステップＳ４０２）。図１６は、エンジン運転条件を予測して予測ノック指標Ｎantxを算出する処理の流れを示したフローチャートである。かかる処理は、ＥＣＵ４０に内蔵されたＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することによって行われる。
【０１１０】
予測ノック指標決定処理を開始すると、先ず初めに、アクセル開度および車速を検出する（ステップＳ４５０）。アクセル開度は、アクセル開度センサ４２によって検出する。また、車速は、車両の車軸に設けられた図示しない回転速度センサによって検出する。
【０１１１】
次いで、アクセル開度および車速から、車両の運転者が要求している要求出力を算出する（ステップＳ４５２）。これは次のような処理である。車両の運転者は、車両の走行中にエンジン１０の発生するトルクを増やしたいと思った場合には、望むトルクの増加量に応じてアクセルペダルを踏み増す操作を行う。このことから、運転者が要求している発生トルクを、アクセル開度と車速とに基づいて求めることができる。詳しくは、ＥＣＵ４０に内蔵されているＲＯＭの中には、要求出力の値が、アクセル開度と車速とを変数とするマップの形式で予め記憶されており、このマップを参照することによって、ステップＳ４５０で検出した条件に対応する要求出力の値を求めるのである。
【０１１２】
こうして要求出力が求められたら、その要求出力値に対応するエンジン運転条件を決定する（ステップＳ４５４）。尚、前述したように、ここでもエンジン運転条件とは、エンジン回転速度およびエンジン負荷によって定められるものとする。要求出力に対応して、エンジン運転条件を決定することができる理由について説明する。一般に、エンジンが発生する出力はエンジン運転条件に応じて定まっている。このことを逆から見れば、要求された出力を発生させる運転条件は、エンジン１０が採り得る運転条件の中から、いくつかの運転条件に絞られることになる。実際には、現在のエンジン運転条件を考慮することにより、これら運転条件の中から適切な運転条件を１つ決定することができる。例えば、エンジンの回転速度が維持されるものとすれば、要求出力を発生させる運転条件を１つ決定することができる。また、車速と変速パターンとを考慮して、所定時間後（例えば数秒後）のエンジン回転速度を推定し、そのときのエンジン負荷を求めることにより、エンジン運転条件を決定することとしても良い。
【０１１３】
図１７は、こうして所定時間後のエンジン運転条件を予測した様子を概念的に示した説明図である。図１７では、黒い星印で示した現在のエンジン運転条件から、所定時間後には、白抜きの星印で示した運転条件になると予測していることを示している。
【０１１４】
こうして予測されたエンジン運転条件を決定したら、ＲＯＭに記憶されているマップを参照することにより、予測したエンジン運転条件に対応するノック指標Ｎantxを決定する（図１６のステップＳ４５６）。以上の様にして、予測したエンジン運転条件に対応するノック指標Ｎantxを決定したら、予測ノック指標決定処理を終了して図１３に示す第３実施例の冷却制御に復帰する。
【０１１５】
冷却制御に復帰すると、現在のエンジン運転条件に基づいて決定したノック指標Ｎindxと、予測したエンジン運転条件に基づいて決定した予測ノック指標Ｎantxとを比較して、大きい方の値によりノック指標Ｎindxを更新する（図５のステップＳ４０４）。図１７に示した例では、黒い星印で示した現在のエンジン運転条件に対応するノック指標Ｎindxは、ほぼ「１」前後の値を採り、白い星印で示した予測エンジン運転条件に対応する予測ノック指標Ｎantxは、ほぼ「２」前後の値を採っている。このことから、図１３のステップＳ４０４においては、ノック指標Ｎindxの値が、予測ノック指標Ｎantxの値によって書き換えられることになる。
【０１１６】
こうしてノック指標Ｎindxの値を更新したら、後の処理は前述した第１実施例と同様である。以下、概要のみ説明する。ノック指標Ｎindxと閾値ｔｈとを比較して（ステップＳ４０６）、Ｎindxの方が大きければ低めの所定値ＴLow を、そうでなければ高めの所定値Ｔhighを、それぞれ設定水温Ｔset に設定する（ステップＳ４０８、Ｓ４１０）。次いで、冷却水温Ｗtempを検出して設定水温Ｔset とを比較し（ステップＳ４１２、Ｓ４１４）、結果に応じて三方弁を「開」「閉」いずれかの状態に切り換える（ステップＳ４１６、Ｓ４１８）。その後、エンジンが停止しているか否かを検出し（ステップＳ４２０）、エンジンが運転中であればステップＳ４００に戻って、エンジンが停止されるまで続く処理を繰り返す。
【０１１７】
上述した第３実施例の冷却制御においては、現在のエンジン運転条件に対応するノック指標Ｎindxに加えて、所定時間後のエンジン運転条件を予測して、その運転条件での予測ノック指標Ｎantxを算出する。次いで、これらノック指標を比較し、指標値の大きな方をノック指標Ｎindxとして用いて冷却制御を行う。エンジンの冷却能力を切り換えても、冷却水温の変化が現れるまでには、通常は、ある程度の遅れが存在するが、こうして所定時間後のエンジン運転条件を予測した制御を行えば、冷却水温の応答遅れを短縮化することができる。このため、ノックの発生を確実に回避することが可能となり、エンジンを適切に冷却することによるエンジン性能の改善効果を、より高めることが可能となる。
【０１１８】
以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の内燃機関の構成概要を示す説明図である。
【図２】本実施例の内燃機関に採用されている冷却系の概要を示す説明図である。
【図３】第１実施例の冷却制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】エンジン運転条件に対応付けてノック指標が記憶されている様子を概念的に示した説明図である。
【図５】第１実施例の第１の変形例における冷却制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】第１の変形例の冷却制御においてノック指標を補正する処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】各種の運転条件に対して補正係数が記憶されている様子を概念的に示す説明図である。
【図８】第１実施例の第２の変形例の冷却制御においてノック指標を補正する処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】第２の変形例の冷却制御においてノッキングの発生有無に応じてノック指標が補正されていく様子を概念的に示す説明図である。
【図１０】第２実施例の冷却制御の流れを示すフローチャートである。
【図１１】第２実施例の冷却制御において閾値の値を補正する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】第２実施例の冷却制御において、冷却水温の設定にヒステリシス特性が付与される様子を概念的に示した説明図である。
【図１３】第２実施例の変形例の冷却制御において閾値の値を補正する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】車両が登坂中であるか否かを運転条件に基づいて判断する方法を示す説明図である。
【図１５】第３実施例の冷却制御の流れを示すフローチャートである。
【図１６】第３実施例の冷却制御において、所定時間経過後のノック指標を予測する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】第３実施例の冷却制御において所定時間経過後のノック指標を予測している様子を概念的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０…エンジン
１１…シリンダブロック
１２…ピストン
１３…ノックセンサ
１４，１５…ウォータギャラリ
１６…排気マニホールド
１７…クランクシャフト
２０…シリンダヘッド
２１…排気弁
２２…吸気弁
２３…点火プラグ
３０…吸気マニホールド
３１…サージタンク
３２…吸気通路
３４…エアクリーナ
３５…インジェクタ
３６…スロットルバルブ
３７…スロットルモータ
３８…吸気圧センサ
４０…ＥＣＵ
４１…クランク角度センサ
４２…アクセル開度センサ
４３…吸気温センサ
４４…湿度センサ
４４…水温センサ
４５…大気圧センサ
５０…ウォータポンプ
５１…下流側冷却水通路
５２…バイパス通路
５３…三方弁
５４…弁体
５５…ラジエータ
５６…上流側冷却水通路
Claims (13)
- 燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換して出力する内燃機関であって、
前記内燃機関を冷却することにより、該内燃機関に流入した前記燃焼熱を除去する冷却手段と、
前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出するノック指標算出手段と、
ノッキングの発生有無を検出するノック検出手段と、
前記ノッキングの発生有無の検出結果に基づいて、前記ノック指標を補正するノック指標補正手段と、
前記ノック指標に基づいて前記冷却手段を制御することにより、前記内燃機関の冷却程度を変更する冷却制御手段と
を備える内燃機関。 - 請求項１記載の内燃機関であって、
前記ノック指標補正手段は、ノッキングの発生を検出した場合の前記ノック指標の補正量が、ノッキングの発生を検出しない場合の該補正量よりも大きくなるように、該ノック指標を補正する手段である内燃機関。 - 燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換して出力する内燃機関であって、
前記内燃機関を冷却することにより、該内燃機関に流入した前記燃焼熱を除去する冷却手段と、
前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出するノック指標算出手段と、
前記冷却手段を制御することにより、前記内燃機関の冷却程度を変更する冷却制御手段と、
ノッキングの発生有無を検出するノック検出手段と、
前記ノッキングの発生有無の検出結果に基づいて、所定の閾値を補正する閾値補正手段と
を備え、
前記冷却制御手段は、前記ノック指標と前記補正した閾値とを比較することにより、前記内燃機関の冷却程度を切り換える手段である内燃機関。 - 請求項３記載の内燃機関であって、
前記閾値補正手段は、ノッキングの発生を検出した場合にはノッキングの発生を検出しない場合よりも、前記閾値を大きく補正する手段である内燃機関。 - 請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記検出した運転条件に基づいて、所定時間経過後の運転条件を予測する運転条件予測手段を備え、
前記ノック指標算出手段は、前記予測した運転条件に基づいて前記ノック指標を算出する手段である内燃機関。 - 燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換して出力する内燃機関であって、
前記内燃機関を冷却することにより、該内燃機関に流入した前記燃焼熱を除去する冷却手段と、
前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出するノック指標算出手段と、
前記ノック指標に基づいて前記冷却手段を制御することにより、前記内燃機関の冷却程度を変更する冷却制御手段と、
前記検出した運転条件に基づいて、所定時間経過後の運転条件を予測する運転条件予測手段と
を備え、
前記ノック指標算出手段は、前記予測した運転条件に基づいて前記ノック指標を算出する手段である内燃機関。 - 請求項５または６記載の内燃機関であって、
前記検出した運転条件に対応するノック指標と、前記予測した運転条件に対応するノック指標とを比較して、値の大きなノック指標を選択するノック指標選択手段を備え、
前記冷却制御手段は、前記選択されたノック指標に基づいて前記冷却手段を制御する手段である内燃機関。 - 燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換する内燃機関を動力源として搭載した車両であって、
前記内燃機関を冷却することにより、該内燃機関に伝わった前記燃焼熱を除去する冷却手段と、
前記車両の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出するノック指標算出手段と、
ノッキングの発生有無を検出するノック検出手段と、
前記ノッキングの発生有無の検出結果に基づいて、前記ノック指標を補正するノック指標補正手段と、
前記ノック指標に基づいて前記冷却手段を制御することにより、前記内燃機関の冷却程度を変更する冷却制御手段と、
を備える車両。 - 燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換する内燃機関を動力源として搭載した車両であって、
前記内燃機関を冷却することにより、該内燃機関に伝わった前記燃焼熱を除去する冷却手段と、
前記車両の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出するノック指標算出手段と、
前記冷却手段を制御することにより、前記内燃機関の冷却程度を変更する冷却制御手段と、
ノッキングの発生有無を検出するノック検出手段と、
前記ノッキングの発生有無の検出結果に基づいて、所定の閾値を補正する閾値補正手段と
を備え、
前記冷却制御手段は、前記ノック指標と前記補正した閾値とを比較することにより、前記内燃機関の冷却程度を切り換える手段である
車両。 - 燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換する内燃機関を動力源として搭載した車両であって、
前記内燃機関を冷却することにより、該内燃機関に伝わった前記燃焼熱を除去する冷却手段と、
前記車両の運転条件を検出する運転条件検出手段と、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出するノック指標算出手段と、
前記算出されたノック指標に基づいて前記冷却手段を制御することにより、前記内燃機関の冷却程度を変更する冷却制御手段と、
前記検出した運転条件に基づいて、所定時間経過後の運転条件を予測する運転条件予測手段と
を備え、
前記ノック指標算出手段は、前記予測した運転条件に基づいて前記ノック指標を算出する手段である、
を備える車両。 - 燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換して出力する内燃機関の冷却方法であって、
前記内燃機関の運転条件を検出する工程と、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出する工程と、
ノッキングの発生有無を検出する工程と、
前記ノッキングの発生有無の検出結果に基づいて、前記ノック指標を補正する工程と、
前記ノック指標に基づいて、前記内燃機関の冷却程度を変更する工程と
を備える冷却方法。 - 燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換して出力する内燃機関の冷却方法であって、
前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出工程と、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出するノック指標算出工程と、
前記内燃機関の冷却程度を変更する冷却制御工程と、
ノッキングの発生有無を検出するノック検出工程と、
前記ノッキングの発生有無の検出結果に基づいて、前記閾値を補正する閾値補正工程と
を備え、
前記冷却制御工程は、前記ノック指標と前記補正した閾値とを比較することにより、前記内燃機関の冷却程度を切り換える工程を含む冷却方法。 - 燃焼室内で発生させた燃焼熱を機械的仕事に変換して出力する内燃機関の冷却方法であって、
前記内燃機関の運転条件を検出する運転条件検出工程と、
ノッキングの発生し易さに関連した指標たるノック指標を、前記検出した運転条件に基づいて算出するノック指標算出工程と、
前記算出されたノック指標に基づいて、前記内燃機関の冷却程度を変更する冷却制御工程と、
前記検出した運転条件に基づいて、所定時間経過後の運転条件を予測する運転条件予測工程を備え、
を備え、
前記ノック指標算出工程は、前記予測した運転条件に基づいて前記ノック指標を算出する工程を含む冷却方法。
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