JP5625815B2 - エンジンの冷却制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動式のウォーターポンプを備えたエンジンの冷却制御装置に関する。

従来、エンジンに駆動される機械式のウォーターポンプでエンジンの冷却水を循環させる冷却装置が知られている。ウォーターポンプから吐出される冷却水の流量はエンジン回転数に依存するため、エンジンが高回転であるほど流量が増加し、これにより冷却効率が増大することになる。一方、エンジンで生じる熱量の大きさは、必ずしもエンジン回転数に比例しない。そこで、冷却水温に応じて冷却水の流路形状や流路抵抗，ラジエータの冷却能力等を制御することで、エンジンの温度を適切な動作温度範囲内に維持する技術が開発されている。

ところで、冷却水の温度変化にはその熱容量によって遅れが生じる。すなわち、エンジンで生じる熱量が変動した場合にその変動を受けて冷却水温が変化するまでにかかる時間をゼロにすることはできない。したがって、冷却水温の変動に基づく制御では、制御性，温度応答性を向上させることが難しい。そこで、冷却水温だけでなく、エンジンの運転状態に応じた制御を実施する冷却装置が開発されている。

例えば、特許文献１には、運転状態に応じて冷却水の流路形状を切り換えて、冷却水温度の変動を抑制する技術が開示されている。ここでは、全気筒運転から一部の気筒を休筒させた一部休筒運転への移行時に休筒部への冷却水の循環を停止させている。また、冷却水温度に応じて流路形状の切り換えのタイミングを相違させることで、動筒部と休筒部との温度差のバランスを適切に保っている。

特開平９−１３７７２６号公報

しかしながら、従来の技術では、エンジンの運転状態や冷却水温の状態に関わらず、流路内を循環する冷却水の流量が変化しない。つまり、ウォーターポンプで余分なエネルギーが消費されることになり、燃費を向上させることが難しいという課題がある。
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、エンジンの冷却水温の制御性を向上させつつ燃費を改善することである。

なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示するエンジンの冷却制御装置は、エンジンの燃焼形態の変化を検出する検出手段と、電力供給を受けて作動しエンジン冷却水の流量を可変制御するウォーターポンプと、前記エンジン冷却水の水温を検出する水温センサと、前記検出手段で検出された前記燃焼形態の変化に応じて前記ウォーターポンプの基本目標回転数を設定する基本目標回転数設定部と、を備える。
また、前記エンジンの目標水温と前記水温センサで検出された前記エンジン冷却水の水温との差に基づいて、前記ウォーターポンプの回転数を補正する補正回転数を設定する補正目標回転数設定部と、前記基本目標回転数と前記補正回転数とに基づいて前記ウォーターポンプの目標回転数を設定する回転数制御部と、を備える。
また、前記エンジンが、気筒内での燃焼をストイキ空燃比で行うストイキ燃焼と、前記燃焼をリーン空燃比で行うリーン燃焼との二種類の前記燃焼形態を有し、前記基本目標回転数設定部が、前記検出手段で検出された前記燃焼形態がストイキ燃焼からリーン燃焼へと変化したときに、前記基本目標回転数を減少させるとともに、前記エンジンが低負荷であるほど、前記基本目標回転数の減少量を増大させる。

（２）また、前記エンジンが、燃料及び空気の混合気を自己着火させるディーゼル燃焼方式と、前記混合気を点火プラグで強制着火するガソリン燃焼方式との二種類の前記燃焼形態を有し、前記基本目標回転数設定部が、前記検出手段で検出された前記燃焼形態が前記ディーゼル燃焼方式から前記ガソリン燃焼方式へと変化したときに、前記基本目標回転数を減少させることが好ましい。

（３）また、前記エンジンが、複数の気筒の全てを稼働する全筒運転と一部の気筒を休止する休止運転との二種類の運転状態を有し、前記検出手段が、前記運転状態として前記全筒運転及び前記休止運転を検出し、前記基本目標回転数設定部が、前記検出手段で検出された前記運転状態が前記全筒運転から前記休止運転へと変化したときに、前記基本目標回転数を減少させることが好ましい。

なお、ここでいう「運転状態」とは、エンジンの燃焼形態に関する運転状態を意味する。また、前記検出手段は、エンジンにおける燃焼反応に係る気筒数が異なる運転状態の変化を検出するものであり、ここでいう「運転状態の変化」は、概念的に「燃焼形態の変化」に包含される。

開示のエンジンの冷却制御装置によれば、燃焼形態の変化に応じてウォーターポンプの基本目標回転数を設定するとともにエンジンの目標水温とエンジン冷却水の水温との差に基づいて補正回転数を設定し、これらの基本目標回転数と補正回転数とに基づいてウォーターポンプの目標回転数を設定することで、冷却水によるエンジンからの持ち去り熱量を適切に管理することができ、冷却水温のオーバーシュートを防止でき、制御性，温度応答性を向上させることができる。また、ウォーターポンプの駆動エネルギーの浪費を防止することができ、燃費を改善することができる。

一実施形態に係る冷却制御装置のブロック構成及びこの冷却制御装置が適用されたエンジンの構成を例示する図である。 本冷却制御装置での燃焼形態の判定に係るマップの例である。 本冷却制御装置で設定される基本目標回転数の設定に係るグラフの例である。 本冷却制御装置で実施される制御のフローチャートの例である。 本冷却制御装置が適用されたエンジンの冷却水流量，冷却水温及び燃焼形態の変化を例示するグラフである。 変形例としての冷却制御装置で用いられるマップ，グラフを例示するものであり、（ａ）は運転状態の判定に係るマップ、（ｂ）は燃焼形態と基本目標回転数との関係を例示するグラフである。

図面を参照して冷却制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。

［１．装置構成］
本実施形態の冷却制御装置は、図１に示す水冷式のガソリンエンジン１０（以下、単にエンジン１０と呼ぶ）に適用される。ここでは、多気筒のエンジン１０に設けられた各気筒（シリンダ）のうち、一つの気筒１５を示す。気筒１５内には、コンロッドを介してクランクシャフト１７に接続されたピストン１６が往復摺動自在にはめ込まれている。なお、コンロッドはピストン１６の往復運動をクランクシャフト１７の回転運動に変換するリンク部材である。

気筒１５の周囲には、その内部を冷却水が流通するウォータージャケット１９が設けられる。冷却水はエンジン１０を冷却するための冷媒であり、ウォータージャケット１９とラジエータ６との間を環状に接続する冷却水循環路３内を流通している。
冷却水循環路３上には電動式のウォーターポンプ４及びラジエータ６が介装される。ウォーターポンプ４は、印加電圧に応じた回転数で駆動され、その回転数に応じた流量（単位時間あたりの流量）の冷却水を吐出する流量可変型のポンプである。ウォーターポンプ４は図示しないバッテリに接続され、バッテリからの電力供給を受けて作動する。また、ウォーターポンプ４に印加される電圧は、後述するＥＣＵ１で制御される。本実施形態では、ＥＣＵ１から伝達される制御信号に基づいて印加電圧が変更されるものとする。

ラジエータ６は冷却水と空気（例えば車両外部から導入される外気）との間で熱交換を行うことで冷却水を冷却する熱交換器である。エンジン１０で発生した熱はウォータージャケット１９内の冷却水に伝達され、ラジエータ６で放熱される。
燃焼室のシリンダヘッド側の頂面には、吸気ポート１１及び排気ポート１２が接続される。吸気ポート１１の入口には吸気弁１３が設けられ、排気ポート１２の入口には排気弁１４が設けられる。吸気弁１３の開閉駆動により吸気ポート１１と燃焼室とが連通又は閉鎖され、排気弁１４の開閉駆動により排気ポート１２と燃焼室とが連通又は遮断される。これらの吸気弁１３及び排気弁１４の上端部は、それぞれ図示しないロッカシャフトに接続され、ロッカシャフトの揺動によって個別に上下方向に往復駆動される。

吸気ポート１１の内部には燃料供給用のインジェクタ１８が設けられる。また、インジェクタ１８よりも上流側の吸気通路内には、スロットル弁９（ETV，Electric Throttle Valve）が設けられる。スロットル弁９はその開度を変更することで気筒１５内に導入される空気の吸気量を変更するための電子制御式スロットルバルブである。インジェクタ１８から噴射される燃料量及びその噴射タイミング，スロットル弁９の開度は、後述するＥＣＵ１により、走行性や安定性からエンジン１０に要求される出力の大きさ等に応じて制御される。

スロットル弁９の近傍にはエアフローセンサ７（AFS，Air Flow Sensor）が設けられる。このエアフローセンサ７は、気筒１５内に導入される吸気流量Qを検出するセンサである。ここで検出された吸気流量Qの情報はＥＣＵ１や他の電子制御装置（例えば、スロットル弁９の開度，インジェクタ１８からの燃料噴射量及び噴射タイミングを制御するエンジンＥＣＵや、吸気弁１３及び排気弁１４の動作を制御するＶＶＴ／ＶＶＬ用ＥＣＵ等）に伝達され、充填効率Ecの演算に使用される。

このエンジン１０には、クランクシャフトの角度θ_CRを検出するクランク角度センサ８が設けられる。クランク角度センサ８で検出されたクランクシャフトの角度θ_CRに関する情報はＥＣＵ１に伝達される。なお、単位時間あたりの角度θ_CRの変化量からエンジン回転数Neを把握することができる。したがって、クランク角度センサ８はエンジン１０のエンジン回転数Neを検出する手段としての機能を持つ。エンジン回転数Neは、クランク角度センサ８で検出されたクランクシャフトの角度θ_CRに基づいてＥＣＵ１が演算する構成としてもよいし、クランク角度センサ８の内部で演算する構成としてもよい。
また、冷却水循環路３上の任意の位置には、冷却水温Wを検出する水温センサ５が設けられる。水温センサ５で検出された冷却水温Wの情報はＥＣＵ１に伝達される。

［２．制御構成］
ＥＣＵ１（Electronic Control Unit，電子制御装置）は、エンジン１０のウォーターポンプ４の動作を統括管理する電子制御装置であり、例えばマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。以下、エンジン１０の燃焼形態と冷却水温Wとに基づいてウォーターポンプ４の動作を制御する冷却水流量制御について説明する。本実施形態の冷却水流量制御は、冷却水温Wに基づくフィードバック制御（ＰＩ制御）と、冷却水温Wを変動させうる外的要因に基づくフィードフォワード制御とを組み合わせた制御である。

ＥＣＵ１には、冷却水流量制御を実施するための機能を実現するソフトウェア又はハードウェアとして、燃焼形態判定部１ａ，目標回転数設定部１ｂ及び回転数制御部１ｅが設けられる。
燃焼形態判定部１ａ（検出手段）は、エンジン１０の燃焼形態を検出し、その変化を検出又は判定するものである。ここでは、冷却水の温度変動の兆候としてエンジン１０の燃焼形態を判別し、その燃焼形態の変化時にウォーターポンプ４の目標回転数を変更する。燃焼形態判定部１ａは、エンジン回転数Neとエンジン１０の負荷とに基づいて、エンジン１０の運転状態がリーン運転であるか、それ以外のストイキ／リッチ運転であるかを判定する。なおこれは、任意の気筒での燃焼形態がリーン燃焼であるか、それ以外のストイキ／リッチ燃焼であるかを判定することと同じ意味である。

本実施形態では、図２に示すようなマップが燃焼形態判定部１ａに予め記憶されている。燃焼形態判定部１ａはこのマップを用いて、その時点でのエンジン回転数Ne及びエンジン１０の負荷に対応する充填効率Ecから燃焼形態を判定する。このマップでは、リーン運転に対応する領域が、エンジン回転数Neの比較的低い領域、かつ、充填効率Ecの比較的小さい領域（低負荷低回転領域）として設定されている。

なお、燃焼形態の判定手法はこれに限定されず、種々の公知の手法を用いてもよい。例えば、インジェクタ１８からの燃料噴射量に関する情報や吸気流量Qに基づいて燃焼形態を判定してもよいし、あるいはエンジンＥＣＵで演算された目標空燃比に基づいて燃焼形態を判定してもよい。ここで判定された燃焼形態は、目標回転数設定部１ｂに伝達される。

エンジン回転数Neは、クランク角度センサ８から伝達されるクランクシャフトの角度θ_CRに関する情報に基づいて燃焼形態判定部１ａが演算する構成としてもよいし、クランク角度センサ８で演算されたエンジン回転数Neを用いる構成としてもよい。同様に、充填効率Ecは、エアフローセンサ７で検出された吸気流量Qに基づいて燃焼形態判定部１ａが演算する構成としてもよいし、他の演算装置で演算された充填効率Ecを用いる構成としてもよい。

目標回転数設定部１ｂは、ウォーターポンプ４の目標回転数Tを所定の演算周期毎に設定するものである。ウォーターポンプ４の実際の回転数は、ウォーターポンプ４からの冷却水の吐出量に相関し、すなわち冷却水循環路３内での冷却水の流量に相関する。したがって、目標回転数Tは冷却水の流量の目標値としての意味を持つ。目標回転数Tは、基本目標回転数T_pnと補正回転数WPHとの和として与えられる。目標回転数設定部１ｂには、これらの回転数の値を個別に設定するために二種類の設定部、すなわち、基本目標回転数設定部１ｃ及び補正目標回転数設定部１ｄが設けられる。

基本目標回転数設定部１ｃ（変更手段）は、基本目標回転数T_pnを設定するものである。基本目標回転数T_pnは、燃焼形態判定部１ａで判定された燃焼形態に基づいて設定されるウォーターポンプ４の回転数の目標値であり、フィードフォワード制御に係る制御量である。基本目標回転数設定部１ｃは、エンジン回転数Ne，充填効率Ec及び燃焼形態に基づいて基本目標回転数T_pnを設定する。なお、ここで設定された基本目標回転数T_pnは、目標回転数設定部１ｂに伝達される。

本実施形態では、図３に示すようなマップが基本目標回転数設定部１ｃに予め記憶されている。基本目標回転数設定部１ｃはこのマップを用いて、その時点でのエンジン回転数Ne，充填効率Ec及び燃焼形態から基本目標回転数T_pnを設定する。なおこのマップには、充填効率Ecが大きいほど、又はエンジン回転数Neが高いほど、基本目標回転数T_pnが増大するような特性が設定されている。

図３のマップはエンジン回転数Neを一定にしたときの充填効率Ecと基本目標回転数T_pnとの関係をグラフ化したものである。図３中の実線のグラフがストイキ／リッチ運転時の基本目標回転数T_pnに対応し、破線のグラフがリーン運転時の基本目標回転数T_pnに対応する。
リーン運転時にはストイキ／リッチ運転時よりも各気筒１５内で生じる熱量が小さいため、基本目標回転数T_pnもやや小さめに設定される。また、エンジン１０が低負荷であるほど、燃焼形態による基本目標回転数T_pnの相違量（実線グラフと破線グラフとの縦方向の間隔）が増大するような設定とされている。

なお、リーン運転はエンジン１０の負荷が比較的小さい状態でのみ実施されるため、図３に示すように、リーン運転時の基本目標回転数T_pnは充填効率Ecが所定値Ec₀未満の範囲で設定される。一方、ストイキ／リッチ運転時の基本目標回転数T_pnは、充填効率Ecが所定値Ec₀未満の範囲から所定値Ec₀以上の範囲にかけて広範に設定される。このように、基本目標回転数設定部１ｃは、燃焼形態の変化に応じて冷却水の流量を変更する変更手段として機能する。

補正目標回転数設定部１ｄは、補正回転数WPHを設定するものである。補正回転数WPHは、冷却水温Wに応じて設定される回転数の補正値であり、フィードバック制御に係る制御量である。補正目標回転数設定部１ｄは、ＰＩ制御により補正回転数WPHを設定する。なお、ここで設定された補正回転数WPHは、目標回転数設定部１ｂに伝達される。

まず、補正目標回転数設定部１ｄは、水温センサ５から伝達された冷却水温Wと目標水温W_TGTとの水温差ΔWT〔つまり、(水温差ΔWT)＝(冷却水温W)−(目標水温W_TGT)〕を演算する。目標水温W_TGTは予め設定された所定温度としてもよいし、エンジン１０の作動状態や外気温等に応じて適宜変更される値としてもよい。水温差ΔWTは、比例項の演算に用いられる。

また、補正目標回転数設定部１ｄは、前回の演算周期で演算された積分補正値ΔWT_(k-1)と上記の水温差ΔWTとの平均値を今回の演算周期での積分補正値ΔWT_(k)として演算する。換言すれば、前回の積分補正値ΔWT_(k-1)の半分の値に水温差ΔWTの半分の値を加算して、今回の積分補正値ΔWT_(k)〔つまり、ΔWT_(k)＝(ΔWT＋ΔWT_(k-1))/2〕を演算する。なお、ＥＣＵ１には図示しない記憶装置（例えばROM，FRAM，フラッシュメモリ，DRAM，SRAM等）が設けられている。前回の演算周期で演算された積分補正値ΔWT_(k-1)はその記憶装置に記録され、少なくとも次回の演算周期まで維持される。

続いて、補正目標回転数設定部１ｄは、以下の式１に従って補正回転数WPHを演算する。式１の右辺の第一項は比例項であり、K_pは予め設定された比例ゲイン（比例係数）である。また、第二項は積分項であり、K_iは積分ゲイン（積分係数）である。
WPH＝K_p・ΔWT＋K_i・ΔWT_(k) ・・・（式１）

なお、基本目標回転数設定部１ｃで設定された基本目標回転数T_pnと補正目標回転数設定部１ｄで設定された補正回転数WPHとを受けて、目標回転数設定部１ｂはこれらの和を目標回転数Tとして設定する。ここで設定された目標回転数Tは、回転数制御部１ｅに伝達される。

回転数制御部１ｅは、ウォーターポンプ４が目標回転数設定部１ｂで設定された目標回転数Tで回転するように、ウォーターポンプ４に制御信号を出力するものである。この制御信号に応じてウォーターポンプ４に印加される電圧が変更され、ウォーターポンプ４の回転数が制御されるとともに、冷却水の流量が制御される。

［３．フローチャート］
ＥＣＵ１で実施される冷却水流量制御に係るフローチャートを図４に例示する。このフローは、ＥＣＵ１の内部において所定の周期で繰り返し実施される。

ステップＡ１０では、クランク角度センサ８でクランクシャフトの角度θ_CRが検出され、クランク角度センサ８の内部、又は、ＥＣＵ１内でエンジン回転数Neが取得される。また、ステップＡ２０では、エアフローセンサ７で検出された吸気流量Qに基づき、エンジン１０の負荷に対応する充填効率Ecが取得される。続くステップＡ３０では、水温センサ５で冷却水温Wが取得される。

ステップＡ４０では、ＥＣＵ１の燃焼形態判定部１ａにおいてエンジン１０の燃焼形態が判別される。例えば、その時点でのエンジン１０の燃焼形態が図２に示すマップ上の点として表現され、その点がリーン運転の領域にあるか、それともストイキ／リッチ運転の領域にあるかが判定される。ここで、運転状態がリーン燃焼の運転領域にある場合にはステップＡ５０に進み、ストイキ／リッチ燃焼の運転領域にある場合にはステップＡ６０に進む。

ステップＡ５０では、基本目標回転数設定部１ｃにおいてリッチ運転時の基本目標回転数T_pnが設定される。例えば、その時点でのエンジン回転数Neに対応する図３に示すようなマップ上において、破線で示されるグラフとその時点の充填効率Ecとから基本目標回転数T_pnが検索され、設定される。

一方、ステップＡ６０では、基本目標回転数設定部１ｃにおいてストイキ／リーン運転時の基本目標回転数T_pnが設定される。この場合、図３に示すようなマップ上において、実線で示されるグラフとその時点の充填効率Ecとから基本目標回転数T_pnが検索され、設定される。ステップＡ５０又はステップＡ６０で基本目標回転数T_pnが設定された後には、制御がステップＡ１００に進む。なお、これらのステップで設定される基本目標回転数T_pnは、フィードフォワード制御に係る制御量となる。

ステップＡ１００では、補正目標回転数設定部１ｄにおいて、冷却水温Wと目標水温W_TGTとの水温差ΔWTが演算される。また、続くステップＡ１１０では、今回の演算周期での積分補正値ΔWT_(k)が、前回の演算周期で演算された積分補正値ΔWT_(k-1)と上記の水温差ΔWTとの平均値として演算される。さらに続くステップＡ１２０では、補正回転数WPHが上記の式１に従って演算される。ここで演算された補正回転数WPHは、フィードバック制御に係る制御量となる。

ステップＡ１３０では、目標回転数設定部１ｂにおいて目標回転数Tが基本目標回転数T_pnと補正回転数WPHとの和として演算される。この目標回転数Tが、最終的なウォーターポンプ４を駆動する上での回転数の目標値となる。そしてステップＡ１４０では、回転数制御部１ｅからウォーターポンプ４に制御信号が出力され、ウォーターポンプ４の回転数が制御されると同時に冷却水の流量が制御される。

なお、続くステップＡ１５０では、ステップＡ１１０で演算された今回の演算周期での積分補正値ΔWT_(k)が前回の演算周期での積分補正値ΔWT_(k-1)に代入され、記憶装置内に上書き保存される。この積分補正値ΔWT_(k-1)は、次回の演算周期のステップＡ１１０で使用される。

［４．作用］
上記のエンジン１０を搭載した車両において、燃焼形態がストイキ燃焼からリーン燃焼へと変化したときの冷却水温Wの変動及び冷却水の流量変動を図５に示す。

時刻t₁に燃焼形態が変化したとき、ＥＣＵ１の燃焼形態判定部１ａで判定される燃焼形態がストイキ／リッチ運転からリーン運転へと変化する。またこれを受けて基本目標回転数設定部１ｃでは、燃焼形態に応じた基本目標回転数T_pnが設定される。
ここで仮に、燃焼形態の変化に応じた基本目標回転数T_pnの設定がなされない場合（つまり、冷却水温Wのみに基づいて目標回転数Tを設定する場合）の挙動を検討する。運転状態がリーン運転に移行すると、気筒１５内で発生する熱量が減少する。一方、冷却水温Wは運転状態の変動直後にはまだ変化しないため、冷却水流量は図５中に破線で示すように変化せず、運転状態の変化前と同じ冷却性能が維持される。これにより、冷却水が過冷却された状態となり、図５中に破線で示すように冷却水温Wが大きく低下する。

また、このように冷却水温Wが低下して初めて、時刻t₂に冷却水流量が減少するようにウォーターポンプ４が制御される。冷却水流量が減少すると冷却水温Wが徐々に回復し、目標水温W_TGTに漸近する。したがって、燃焼形態の変動時からある程度の時間が経過すると、冷却水温Wが目標水温W_TGTに一致するようになる。しかし、図５に示すように、冷却水流量が減少し始めるタイミング（時刻t₂）が時刻t₁よりも大きく遅れるため、冷却水温Wの変動にオーバーシュートが生じるおそれがある。なお、時刻t₂と時刻t₁との間の時間がいわゆる「制御遅れ時間」であり、冷却水温Wのみに基づいて目標回転数Tを設定する制御の場合には、原理的に制御遅れ時間をゼロにすることができない。

これに対し、本冷却制御装置では、燃焼形態がストイキ／リッチ燃焼からリーン燃焼へと変化した時点で燃焼形態に応じた基本目標回転数T_pnが設定される。例えば、図５中に実線で示すように、冷却水流量が冷却水温Wの低下に先立って減少方向に制御される。これにより、冷却水温Wが目標水温W_TGTとほぼ一致した状態が維持され、オーバーシュートの発生が阻止される。また、冷却水温Wに基づいて目標回転数Tが変更されるだけでなく、リーン燃焼やストイキ／リッチ燃焼といった燃焼形態の変化に基づいて目標回転数Tが変更されるため、制御遅れ時間の制約もない。

［５．効果］
このように、上述の冷却制御装置によれば、エンジン１０の燃焼形態の変化に応じて冷却水の流量を制御することで、冷却水によるエンジン１０からの持ち去り熱量を適切に管理することができる。これにより、冷却水温Wのオーバーシュートを防止することができ、冷却水温Wの制御性やエンジン１０で発生する熱量に対する冷却水流量制御の応答性を向上させることができる。また、ストイキ／リッチ運転からリーン運転への移行時には、ウォーターポンプ４の目標回転数Tが即座に減少方向へと制御されるため、ウォーターポンプ４の駆動に係る電力の浪費を防止することができる。

また、電動のウォーターポンプ４を用いて冷却水を循環させるため、エンジン１０のクランクシャフト１７にかかる負荷を軽減することができ、燃費を改善することができる。さらに、冷却水温Wが適切な温度に維持されやすくなるため、エンジン１０の排気性能を向上させることができる。これにより、排気系の浄化に係る燃料噴射量を減少させることが可能となり、燃費をさらに向上させることができる。

また、上述の冷却制御装置では、燃焼形態判定部１ａにおいて、ストイキ／リッチ燃焼やリーン燃焼といったエンジン１０の燃焼形態の変化を観察している。これにより、エンジン１０からライナーを介してウォータージャケット１９内の冷却水に移動する熱量の変化を迅速に把握することができる。したがって、冷却水に与えられる熱量に応じて冷却水の流量を制御でき、冷却水温Wを正確に制御しつつ燃費を向上させることができる。

さらに、上述の冷却制御装置では、燃焼形態がストイキ燃焼からリーン燃焼へと変化したときに、基本目標回転数T_pnを減少させることによって冷却水の流量を減少させている。これにより、ウォーターポンプ４を余分に駆動させることがなくなり、エンジン１０の過冷却を防止することができ、効率的に冷却水温Wを目標水温W_TGTに制御することができる。

また、上述の冷却制御装置では、冷却水温Wに基づくフィードバック制御（ＰＩ制御）と、冷却水温Wを変動させうる外的要因に基づくフィードフォワード制御とを組み合わせた制御を実施している。これにより、冷却水温Wの変化に応じてその冷却水温Wを目標水温W_TGTに近づけつつ、冷却水温Wの変動に先立って冷却水流量を制御することができる。
また、上述の冷却制御装置では、前回の演算周期で演算された積分補正値ΔWT_(k-1)と上記の水温差ΔWTとの平均値を今回の演算周期での積分補正値ΔWT_(k)として演算している。これにより、上記の式１の積分項を過剰に大きくすることなく、適度に水温差ΔWTの履歴を実制御に反映させることができる。したがって、式１の比例項によって生じうる残留偏差を適切に減少させることができ、冷却水温Wを目標水温W_TGTに収束させやすくすることができる。

［６．変形例等］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上述の冷却制御装置では、図２に示すように、エンジン１０の燃焼形態として、ストイキ／リッチ燃焼の運転領域とリーン燃焼の運転領域との二種類の運転状態を判定するものを例示したが、燃焼形態判定部１ａの判定対象はこれに限定されない。燃焼形態判定部１ａは、少なくとも冷却水に与えられる熱量が変動しうる燃焼形態の変動を把握するものであればよい。例えば、エンジン１０の燃焼形態として、エンジン１０の全気筒が稼働している全筒運転であるか、それとも一部の気筒が休止した休筒運転であるかといった運転状態を判定してもよい。この場合、全筒運転から休筒運転へと運転状態が変化した時に、基本目標回転数T_pnを減少させることが考えられる。なお、ここでいう「運転状態の変化」は、概念的に「燃焼形態の変化」に包含されるものとする。

全筒運転／休筒運転の判定は、例えば図６（ａ）に示すように、エンジン回転数Ne及び充填効率Ecに基づいて行うことが可能である。あるいは、エンジンＥＣＵから伝達される情報に基づいて判定する構成としてもよい。また、基本目標回転数T_pnの設定手法は、例えば図３のマップと同様に、休筒運転時の基本目標回転数T_pnが全筒運転時の基本目標回転数T_pnよりも小さくなるような設定とすればよい。

このように、全筒運転や休筒運転といった稼働気筒数を参照することで、複数の気筒の全体で冷却水に伝達される熱量の変動を把握することができる。これにより、上述の実施形態と同様に、エンジン１０全体に与えられる熱量に応じて冷却水を制御でき、ウォーターポンプ４を余分に駆動させることなく、効率的かつ適切に冷却水温Wを適温範囲内に維持することができる。

なお、このような全筒運転／休筒運転といった稼働気筒数の判定は、上述の実施形態でのストイキ／リッチ運転，リーン運転といった燃焼形態の判定と重複して実施することも可能である。例えば、稼働気筒数に応じて設定された基本目標回転数T_pnと、燃焼形態に応じて設定された基本目標回転数T_pnとの両方を用いて目標回転数Tを演算する構成とする。これにより、さらに効率的かつ適切に冷却水温Wを制御することができる。

また、上述の冷却制御装置の適用対象となるエンジン１０の形式は任意であり、例えばディーゼルエンジンであってもガソリンエンジンであっても適用可能である。あるいは、燃料及び空気の混合気を自己着火させるディーゼル燃焼方式と、混合気を点火プラグで強制着火するガソリン燃焼方式との二種類の燃焼形態を持った予混合圧縮自己着火燃焼エンジン（ＨＣＣＩ機関）にも適用することができる。

ＨＣＣＩ機関に本冷却制御装置を適用する場合、燃焼形態がディーゼル燃焼であるか、それともガソリン燃焼であるかを燃焼形態判定部１ａで判定する構成とすることも考えられる。燃焼形態がガソリン燃焼であるときには、ディーゼル燃焼時よりも各気筒１５内で生じる熱量が小さいため、基本目標回転数T_pnもやや小さめに設定すればよい。
基本目標回転数T_pnの設定手法は、例えば図６（ｂ）に示すように、ガソリン燃焼時の基本目標回転数T_pnがディーゼル燃焼時の基本目標回転数T_pnよりも小さくなるような設定とすればよい。この場合、図３のマップとは異なり、それぞれに燃焼形態で基本目標回転数T_pnが設定される充填効率Ecの範囲から制限を取り除くことも考えられる。つまり、それぞれの燃焼が実現する負荷範囲に応じてマップを設定すればよい。このように、ディーゼル燃焼やガソリン燃焼といった燃焼形態の変化を参照することで、冷却水に伝達される熱量の変化の兆候を迅速に把握することができる。これにより、上述の実施形態と同様に、エンジン１０全体に与えられる熱量に応じて冷却水を制御でき、必要十分なウォーターポンプ４の駆動量で、効率的かつ適切に冷却水温Wを制御することができる。

なお、このようなディーゼル燃焼／ガソリン燃焼といった燃焼形態の判定は、上述の実施形態でのストイキ／リッチ運転，リーン運転といった燃焼形態の判定と重複して実施することが可能であり、さらに、全筒運転／休筒運転といった稼働気筒数の判定と重複して実施することも可能である。それぞれの条件に応じて基本目標回転数T_pnを設定することで、冷却水温Wの制御性を向上させることができる。

また、上述の冷却制御装置では、冷却水温Wに基づくフィードバック制御としてＰＩ制御を実施するものを例示したが、具体的なフィードバック制御の手法はこれに限定されない。例えば、残留偏差が問題とならないエンジンに適用する場合には比例制御のみを実施してもよいし、冷却水温Wの収束性を向上させるべく微分制御を追加してＰＩＤ制御を実施してもよい。

また、上述の冷却制御装置では、二種類のエンジン１０の燃焼形態を判別し、冷却水の流量を燃焼形態の種類毎に相違させる制御を実施しているが、判別される燃焼形態の数を増やしてもよい。この場合、例えば図２のマップ上に区画される領域数を増加させるとともに、それぞれの領域に対応する基本目標回転数T_pnを設定する。これにより、燃焼形態の変化に対して多段階的に冷却水流量を変更することが可能となり、冷却水温Wをより正確に制御することができる。

１ ＥＣＵ
１ａ 燃焼形態判定部（検出手段）
１ｂ 目標回転数設定部
１ｃ 基本目標回転数設定部（変更手段）
１ｄ 補正目標回転数設定部
１ｅ 回転数制御部
３ 冷却水循環路
４ ウォーターポンプ
５ 水温センサ
６ ラジエータ
７ エアフローセンサ
８ クランク角度センサ
９ スロットル弁
１０ エンジン
１５ 気筒
１９ ウォータージャケット

Claims (3)

1. エンジンの燃焼形態の変化を検出する検出手段と、
   電力供給を受けて作動しエンジン冷却水の流量を可変制御するウォーターポンプと、
   前記エンジン冷却水の水温を検出する水温センサと、
   前記検出手段で検出された前記燃焼形態の変化に応じて前記ウォーターポンプの基本目標回転数を設定する基本目標回転数設定部と、
   前記エンジンの目標水温と前記水温センサで検出された前記エンジン冷却水の水温との差に基づいて、前記ウォーターポンプの回転数を補正する補正回転数を設定する補正目標回転数設定部と、
   前記基本目標回転数と前記補正回転数とに基づいて前記ウォーターポンプの目標回転数を設定する回転数制御部と、を備え、
   前記エンジンが、気筒内での燃焼をストイキ空燃比で行うストイキ燃焼と、前記燃焼をリーン空燃比で行うリーン燃焼との二種類の前記燃焼形態を有し、
   前記基本目標回転数設定部は、前記検出手段で検出された前記燃焼形態がストイキ燃焼からリーン燃焼へと変化したときに、前記基本目標回転数を減少させるとともに、前記エンジンが低負荷であるほど、前記基本目標回転数の減少量を増大させる
   ことを特徴とする、エンジンの冷却制御装置。
2. 前記エンジンが、燃料及び空気の混合気を自己着火させるディーゼル燃焼方式と、前記混合気を点火プラグで強制着火するガソリン燃焼方式との二種類の前記燃焼形態を有し、
   前記基本目標回転数設定部が、前記検出手段で検出された前記燃焼形態が前記ディーゼル燃焼方式から前記ガソリン燃焼方式へと変化したときに、前記基本目標回転数を減少させる
   ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの冷却制御装置。
3. 前記エンジンが、複数の気筒の全てを稼働する全筒運転と一部の気筒を休止する休止運転との二種類の運転状態を有し、
   前記検出手段が、前記運転状態として前記全筒運転及び前記休止運転を検出し、
   前記基本目標回転数設定部が、前記検出手段で検出された前記運転状態が前記全筒運転から前記休止運転へと変化したときに、前記基本目標回転数を減少させる
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジンの冷却制御装置。

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