JP5577943B2

JP5577943B2 - 内燃機関

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Publication number: JP5577943B2
Application number: JP2010185967A
Authority: JP
Inventors: 祥一桑山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2030-08-23
Also published as: JP2012041904A

Description

本発明は、排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流する排気ガス還流（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置を備えた内燃機関に関する。

自動車等に搭載される内燃機関（エンジンともいう）には、燃焼室から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するために、ＥＧＲ装置が設けられている（例えば特許文献１参照）。

ＥＧＲ装置は、排気通路に排出される排気ガスの一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流ガスとして再循環させ、混合気に混入させて燃焼温度を下げることによってＮＯｘの発生を抑制している。

このＥＧＲ装置を備えるエンジンでは、その燃焼室へのＥＧＲガスの導入により新気量が低減するため、特にディーゼルエンジンにおいてスモークが発生しやすくなることが知られている。これに対応するために、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設け、ＥＧＲ通路を通過する高温のＥＧＲガスを冷却して体積を減少させることにより新気量の増大を図り、スモークの発生を抑制するようにしている。また、ＥＧＲ通路に、ＥＧＲクーラをバイパスするためのバイパス通路を設けるとともに、ＥＧＲ通路とバイパス通路とに流入するＥＧＲガス量の割合を調整する制御バルブを設けることがある。

ところで、例えば特許文献２に示されているように、冷却水をヒータコアとＥＧＲクーラとに流通させてエンジンに戻さないクーラ冷却水循環経路を確保する状態と、冷却水をヒータコアとエンジンとに流通させてＥＧＲクーラに流さない機関冷却水循環経路を確保する状態とを選択するような構成がある。この特許文献２に係る従来例は、エンジンの暖機時に暖機促進とＥＧＲガスの冷却とを両立することを可能にしている。

特開２０１０−０３１７４９号公報特開２００５−１１３７６１号公報

上記特許文献２に係る従来例では、水停止中にＥＧＲクーラの冷却水循環を行うための専用冷却水通路を設けるとともに、流路切換弁や外部ウォーターポンプを余分に設けなければならず、コストが増加するとともに、設置スペースが増大するという問題がある。また、ウォーターポンプの停止中にＥＧＲクーラ内に残留する冷却水の過剰昇温を回避するように制御動作を変更するという点については何ら開示されていない。

このような事情に鑑み、本発明は、ＥＧＲ装置と冷却装置と制御装置とを備える内燃機関において、比較的簡易な構成でありながら、ウォーターポンプを休止可能にするとともに、休止中にＥＧＲクーラ内に残留する冷却水の過剰昇温を回避可能にすることを目的としている。

本発明に係る内燃機関は、ＥＧＲ装置と冷却装置と制御装置とを備えている。前記ＥＧＲ装置は、内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に設置されるＥＧＲクーラとを備えている。前記冷却装置は、冷却水を内燃機関とＥＧＲクーラとの間で循環させる冷却通路と、前記冷却水を圧送させるウォーターポンプとを備えている。前記制御装置は、休止条件が成立したときに前記ウォーターポンプを停止もしくは制限して冷却水循環量を減少させる休止モード実行部と、前記ウォーターポンプの休止モード中に前記ＥＧＲクーラ内の冷却水温度が規定値以上と判定した場合に前記休止モードを解除して前記ウォーターポンプを作動させる休止モード解除部とを備えている。

この構成では、特許文献２に係る従来例のように余分な構成要素を装備することなく、制御装置による動作制御を変更することによって、ウォーターポンプの無駄なエネルギー消費を減らすための休止モードを実行可能にするとともに、ウォーターポンプの休止モードの実行中にＥＧＲクーラ内に残留する冷却水が過剰に昇温することを回避できるようにしている。このようにウォーターポンプを休止させてから必要に応じて復帰させることが可能になる。

好ましくは、前記ウォーターポンプは、内燃機関からの回転動力をベルトを介して受けて回転するプーリと、内燃機関のポンプ渦流室に設置されるポンプインペラを有するシャフトと、プーリからシャフトへの動力伝達を遮断する解放状態あるいはプーリからシャフトへの動力伝達を行う係合状態にする電磁クラッチとを備え、前記制御装置は、ウォーターポンプ停止時に前記電磁クラッチを解放させる一方、ウォーターポンプ作動時に前記電磁クラッチを係合させる。

ここでは、ウォーターポンプの構成やウォーターポンプを作動、停止させるための形態を特定している。このようにウォーターポンプについて公知のように内燃機関を駆動源とする構成に特定した場合、休止モードによりウォーターポンプを停止させると、内燃機関の負担が軽減されて燃費向上に貢献できるようになる。

好ましくは、前記冷却装置は、冷却水を内燃機関とラジエータとの間で循環させるラジエータ通路と、前記冷却水を前記冷却通路またはラジエータ通路で循環させるための切換弁とをさらに備えている。

好ましくは、前記休止モード解除部は、前記ＥＧＲクーラ内の冷却水温度が沸騰判定値以上か否かを判定する判定部と、沸騰判定値未満と判定した場合に休止モードを継続する一方、沸騰判定値以上と判定した場合に休止モードを解除してウォーターポンプを作動させる対処部とを含む。

ここでは、ウォーターポンプの休止モードの継続と解除とを選択できるように特定している。この構成によれば、休止モードを解除するタイミングを適正化することが可能になる。

好ましくは、前記判定部は、内燃機関から取り出される冷却水の温度を取得して推定水温初期値とする処理と、ＥＧＲガスからの受熱によるＥＧＲクーラ内の冷却水の単位時間当たりの温度変化量ΔＴを算出する処理と、この温度変化量ΔＴを前記推定水温初期値に加算することにより冷却水温度の推定値Ｔを算出する処理と、この推定値Ｔが沸騰判定値Ｘ以上であるか否かを判定する処理とを行う。

ここでは、休止モードを解除するための判定処理内容を特定している。この構成では、ＥＧＲクーラ内に残存している冷却水の昇温をセンサなどで計測するのではなく、推定しているので、センサを追加装備する無駄を無くせるようになる。

好ましくは、前記ＥＧＲ装置は、前記ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路と、前記ＥＧＲ通路の開度および前記バイパス通路の開度を調節する制御弁とをさらに備え、前記温度変化量ΔＴを算出する処理は、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラを通過する状態であるのかバイパス通路を通過する状態であるのかを調べて、ＥＧＲクーラを通過する状態であると判定した場合にＥＧＲガスから冷却水への熱伝達係数を予め特定した定数Ａに設定する一方で、バイパス通路を通過する状態であると判定した場合に前記熱伝達係数を予め特定した定数Ｂ（ただしＢ＜Ａ）に設定する処理と、前記ＥＧＲ通路入口のＥＧＲガス温度から前記推定水温初期値を減算した結果に前記熱伝達係数の定数を乗算することにより、ＥＧＲガスからＥＧＲクーラ内の冷却水への伝達熱量ΔＱを算出する処理と、前記ＥＧＲ通路、ＥＧＲクーラ、バイパス通路の形状に基づいて予め設定される比熱容量Ｃで前記算出した伝達熱量ΔＱを除算することにより温度変化量ΔＴを算出する処理とを含む形態とされる。

ここでは、ＥＧＲ装置の構成と、温度変化量ΔＴを算出する処理内容とを特定している。この構成では、温度変化量ΔＴを算出するにあたって、ＥＧＲ装置におけるＥＧＲガスの現在の流通形態を認識するようにしているから、温度変化量ΔＴを正確に算出することが可能になる。これにより、ＥＧＲ装置におけるＥＧＲガスの現在の流通形態に応じて、休止モードを解除するタイミングを適正化することが可能になる。

本発明に係る内燃機関は、比較的簡易な構成でありながら、ウォーターポンプの休止モードを実行可能にするとともに、休止モード中にＥＧＲクーラ内に残留する冷却水が過剰に昇温することを回避できるようになる。

本発明に係る内燃機関の一実施形態を示す概略構成図である。図１の内燃機関における冷却装置の一実施形態を示す概略構成図である。図２のウォーターポンプの一実施形態の概略構成を示す断面図である。図１および図２のＥＣＵによる制御ルーチンを示すフローチャートである。図４のステップＳ３の詳細を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図５に、本発明の一実施形態を示している。この実施形態では、内燃機関１としてコモンレール式筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンを例に挙げている。
−エンジン−
この実施形態での内燃機関１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７などを備えている。

燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、燃圧制御弁２６、燃料調量弁２７、機関燃料通路２８、及び、添加燃料通路２９などを備えている。

サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２８を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室３内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。

また、サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２９を介して燃料添加弁２５に供給する。燃料添加弁２５は、所定電圧が印加されたときに開弁して、排気系７の排気ポート７１から後述する排気マニホールド７２内に燃料を添加する電磁駆動式の開閉弁である。遮断弁２４は、緊急時に添加燃料通路２９を遮断して燃料供給を停止する。

吸気系６は、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド６２を備え、この吸気マニホールド６２に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、吸気系６には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ３２、後述するインタークーラ６１、スロットルバルブ６３、吸気温センサ３３、吸気圧センサ３４が配設されている。

吸気系６の吸気管６４には、下記ターボチャージャ５の過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１の下流側には電子制御式のスロットルバルブ６３が設けられている。このスロットルバルブ６３は、その開度を無段階に調整することが可能な流量制御弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。

排気系７は、シリンダヘッドに形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には触媒装置４が配設されている。

触媒装置４は、例えばＮＳＲ（Nox Storage Reduction）触媒４１とＤＰＮＲ（Diesel Particulate‐Nox Reduction system）触媒４２とを備えている。

内燃機関１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサインペラ５３を備えている。

また、内燃機関１にはＥＧＲ装置８が設けられている。このＥＧＲ装置８は、排気の一部を適宜吸気系（吸気通路）６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させる装置である。

ＥＧＲ装置８は、吸気系６の吸気マニホールド６２と排気系７の排気マニホールド７２とに接続されるＥＧＲ通路８１を備えている。このＥＧＲ通路８１において吸気マニホールド６２との接続部には、排気系７から吸気系６に導入されるＥＧＲガス量（排気還流量）を調整するためのＥＧＲバルブ８２が設けられている。

また、ＥＧＲ通路８１には、当該ＥＧＲ通路８１を通過（還流）するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ８３が設けられている。このＥＧＲ通路８１には、ＥＧＲクーラ８３をバイパスするためのバイパス通路８４が設けられている。ＥＧＲ通路８１とバイパス通路８４との合流部には、ＥＧＲクーラ８３のＥＧＲガス通過流量とバイパス通路８４のＥＧＲガス通過流量との流量比を調整するための制御弁８５が設けられている。この制御弁８５の開度は、後述する制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０により制御される。

―冷却装置―
内燃機関１の冷却装置９は、図２に示すように、ラジエータ回路９１と、ラジエータバイパス回路９２とを備えている。

ラジエータ回路９１は、内燃機関１に設置されるウォーターポンプ９６により内燃機関１から冷却水（例えばＬＬＣ：Long Life Coolant）を取り出してラジエータ９３を通してから内燃機関１に戻すための循環路である。

ラジエータバイパス回路９２は、ウォーターポンプ９６により内燃機関１から冷却水を取り出してＥＧＲクーラ８３およびヒータコア９４を通してから内燃機関１に戻すための循環路である。このラジエータバイパス回路９２は、請求項の冷却通路に相当する。

ＥＧＲクーラ８３は、ＥＧＲ通路８１内に設置されて当該ＥＧＲ通路８１内を流れるＥＧＲガスを冷却するための熱交換器である。ヒータコア９４は、車室内を暖房するための熱交換器であって、ヒータコア９４で奪った冷却水熱が送風ファン（図示省略）などによって車室内に供給されるようになっている。

内燃機関１とラジエータ回路９１との間で冷却水を循環させる状態（温調状態）または内燃機関１とラジエータバイパス回路９２との間で冷却水を循環させる状態（昇温促進状態）との切り換えは、サーモスタット９５などの切換弁により行われる。

このサーモスタット９５は、サーモワックスなどの感熱部の膨張、収縮によって作動する公知の構成であり、冷却水温度が暖機温度未満の場合（冷間運転時）にラジエータ９３に冷却水を流通させないことで冷却水の昇温を促進させる状態にする一方、冷却水温度が暖機温度以上の場合（通常運転時）にラジエータ９３に冷却水を流通させて冷却水熱をラジエータ３から大気に放出させる状態にする。

ウォーターポンプ９６は、内燃機関１のクランクシャフト（符号省略）の回転動力を動力として作動されるものであって、図３に示すように、ポンプインペラ９６１、ポンプインペラシャフト９６２、プーリ９６３、電磁クラッチ９６４などを備えている。

ポンプインペラ９６１は、内燃機関１のポンプ渦流室に設置されている。ポンプインペラシャフト９６２は、内燃機関１の冷却水還流口１１の内径側にラジアルベアリング（符号省略）を介して回転自在に取り付けられている。プーリ９６３には、内燃機関１のクランクシャフトプーリ（図示省略）に巻き掛けられるベルト９７が巻き掛けられる。

電磁クラッチ９６４は、プーリ９６３の内径側に設置されている。この電磁クラッチ９６４は、電磁石となるコイル９６５が巻回されたボビン９６６、コイル９６５に吸着または離隔されるアーマチュア９６７、アーマチュア９６７をポンプインペラシャフト９６２に回転一体に固定する板ばね９６８などを備えている。ポビン９６５は、内燃機関１の冷却水還流口１１の外径側にラジアルベアリング（符号省略）を介して回転自在に取り付けられている。

この電磁クラッチ９６４の動作を説明する。コイル９６５への通電を行うと、コイル９６５に発生する電磁力によってアーマチュア９６７が吸着されることになるので、ポンプインペラシャフト９６２とプーリ９６３とが一体回転する係合状態になる。この係合状態では、内燃機関１のクランクシャフトプーリの回転がベルト９７を通じてプーリ９６３に伝達されている場合に、このプーリ９６３と一体にポンプインペラシャフト９６２が回転させられることになって、このポンプインペラシャフト９６２によって内燃機関１内の冷却水を冷却水取り出し口へ送り出すようになる。この状態がウォーターポンプ９６の作動状態である。

一方、コイル９６５への通電を停止すると、板ばね９６８によってコイル９６５からアーマチュア９６７が離隔されることになるので、ポンプインペラシャフト９６２とプーリ９６３とが相対回転する解放状態になる。この解放状態では、内燃機関１のクランクシャフトプーリの回転がベルト９７を通じてプーリ９６３に伝達されている場合でも、このプーリ９６３が空転するから、ポンプインペラシャフト９６２が回転しない。この状態がウォーターポンプ９６の作動停止状態である。

このような電磁クラッチ９６４の動作は、ＥＣＵ１０により制御される。つまり、ＥＣＵ１０は、ウォーターポンプ９６の作動条件が成立したときに、コイル９６５に対する通電を行い、ウォーターポンプ９６の停止条件が成立したときに、コイル９６５に対する通電を停止するようになっている。

−センサ類−
内燃機関１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、内燃機関１の運転状態に関する信号を出力する。

例えば、エアフローメータ３２は、吸気系６のスロットルバルブ６３の上流側に配置され、吸入空気量に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ３３は、吸気マニホールド６２に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ３４は、吸気マニホールド６２に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。

Ａ／Ｆセンサ３５は、排気系７の触媒装置４の下流側の排気管７４に配置され、排気ガス中の酸素濃度（排気Ａ／Ｆ）に応じた検出信号を出力する。排気温センサ３６は、排気系７の触媒装置４の下流側の排気管７４に配置され、排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ３７はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１０は、図示していないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、例えば内燃機関１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

このＥＣＵ１０は、下記するセンサなどから入力される情報に基づいて、内燃機関１の各種制御を実行する。このＥＣＵ１０には、内燃機関１の冷却水取り出し側の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ３１（図２参照）、エアフローメータ３２、吸気温センサ３３、吸気圧センサ３４、Ａ／Ｆセンサ３５、排気温センサ３６、レール圧センサ３７、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ（図示省略）、内燃機関１の出力軸であるクランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検出するクランクポジションセンサ（図示省略）などが接続されている。

次に、図４および図５に示すフローチャートを参照して、冷却装置９の動作を説明する。図４のフローチャートに示すＥＣＵ１０の制御ルーチンは、所定時間（例えば数msec〜数十msec程度）毎に繰り返して実行される。

まず、ステップＳ１において、ウォーターポンプ９６の休止条件が成立したか否かを判定する。ここで、休止条件としては、次の４つが挙げられ、いずれかに該当する場合に休止条件が成立していると判定される。

（１）水温センサ３１からの出力信号に基づいて内燃機関１の冷却水取り出し側の冷却水温度が休止許可温度（例えば暖機温度）未満であること。（２）ソーク時間が例えば２時間以上の場合（内燃機関１の冷却水取り出し側の冷却水温度が暖機温度未満になっていると推定される場合）であること。（３）運転者のヒータスイッチ操作によるヒータ要求が無いこと。（４）エンジン回転数が規定値未満であり、かつ内燃機関１の熱負荷（燃料噴射量）が規定値未満であること。なお、エンジン回転数の規定値は、ウォーターポンプ９６の電磁クラッチ９６４の作動保障回数（係合回数）を達成するための係合時摩耗量と、エンジン回転数との関係を予め実験などにより把握し、その結果に基づいて適宜設定される。熱負荷の規定値は、内燃機関１の熱負荷（燃料噴射量）と、内燃機関１の口開き量（シリンダヘッドとシリンダブロックとの係合部の隙間）との関係を予め実験などにより把握し、その結果に基づいて適宜設定される。

つまり、前記（１）〜（４）のすべてに該当しない場合には、前記ステップＳ１で否定判定し、このフローチャートを終了する。しかし、前記（１）〜（４）のいずれかに該当する場合には、前記ステップＳ１で肯定判定し、続くステップＳ２においてウォーターポンプ９６の電磁クラッチ９６４を解放状態にすることにより、ウォーターポンプ９６を停止させる。この状態が、内燃機関１の燃費向上を図るための休止モード、あるいは省エネルギーモード、あるいはエコモードなどと呼ばれる。

このようにしてウォーターポンプ９６を停止させた休止モードを実行すると、ＥＧＲクーラ８３内の冷却水が流動しなくなるので、このＥＧＲクーラ８３内に残留している冷却水が昇温し始めることになる。

そこで、ステップＳ３において、ＥＧＲクーラ８３内の冷却水温度Ｔを求めてから、続くステップＳ４において前記ステップＳ３で求めた冷却水温度Ｔが沸騰判定値Ｘ以上か否かを判定する。なお、冷却水（ＬＬＣ）の沸点がＬＬＣの不凍液濃度に応じて異なるので、前記沸騰判定値Ｘは、予め、使用環境での冷却水の沸点を実験により把握するか、あるいは大気圧での沸点を基準にして使用環境を加味して補正することにより特定したうえで、この特定値から適宜のマージンを差し引いて実際の沸騰温度よりも適宜小さな値に設定するのが好ましい。

ここで、Ｔ＜Ｘの場合には前記ステップＳ４で否定判定して、このフローチャートを終了する。この場合にはウォーターポンプ９６の休止モードが継続される。一方、Ｔ≧Ｘの場合には前記ステップＳ４で肯定判定して、続くステップＳ５で、ウォーターポンプ９６を再度作動させることによって休止モードを解除する。これにより、冷却水が循環されるようになって、ＥＧＲクーラ８３内の冷却水温度が過剰昇温することが回避されるようになる。この後、このフローチャートを終了する。

この実施形態では、前記ステップＳ３においてＥＧＲクーラ８３内の冷却水温度Ｔを推定するようにしているので、その推定方法について図５のフローチャートを参照して詳細に説明する。

つまり、ステップＳ１１において、内燃機関１の冷却水取り出し口における冷却水温度を水温センサ３１の出力に基づいて取得し、この取得値を推定水温初期値とする。

続くステップＳ１２において、ＥＧＲガス流量およびＥＧＲガス温度を算出する。このＥＧＲガス流量はエアフローメータ３２からの出力に基づいて算出する。また、ＥＧＲガス温度は吸気マニホールド６２の吸気圧センサ３４からの出力に基づいてそれぞれ算出する。これらの算出方法は、公知であるので、詳細な説明を割愛する。

次に、ステップＳ１３において、ＥＧＲガスの現在の流通経路はＥＧＲクーラ８３側であるのかバイパス通路８４側であるのかを調べる。この現在の流通経路は、制御弁８５の状態を調べることにより認識することが可能である。

ここで、ＥＧＲクーラ８３側である場合にはステップＳ１４に移行して熱伝達係数の定数ＡをＥＣＵ１０の適宜のメモリから読み出すが、バイパス通路８４側である場合にはステップＳ１５に移行して熱伝達係数の定数ＢをＥＣＵ１０の適宜のメモリから読み出す。

なお、熱伝達係数の定数Ａ，Ｂは、予め、ＥＧＲ通路８１、ＥＧＲクーラ８３、バイパス通路８４の形状に基づいて計算されて、ＥＣＵ１０の適宜のメモリに記憶されている。この熱伝達係数の定数Ａ，Ｂの関係は、Ａ＞Ｂとなる。

つまり、ＥＧＲクーラ８３近傍のＥＧＲ通路８１内のＥＧＲガスからＥＧＲクーラ８３内に残存する冷却水に対する伝達熱量は、バイパス通路８４内のＥＧＲガスからＥＧＲクーラ８３内に残存する冷却水に対する伝達熱量に比べて大幅に大きくなるので、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ８３近傍のＥＧＲ通路８１に流通させる形態にしている場合のほうが、ＥＧＲガスをバイパス通路８４に流通させる形態にしている場合に比べてＥＧＲクーラ８３内の冷却水が昇温しやすい。このことから、熱伝達係数の定数Ａ，Ｂの関係が前記したようになる。

この後、ステップＳ１６において伝達熱量ΔＱを算出してから、続くステップＳ１７において前記ステップＳ１６で算出した伝達熱量ΔＱを用いて単位時間（図４の制御ルーチンの実行周期）当たりの推定温度変化量ΔＴを算出する。

伝達熱量ΔＱの算出式は、ΔＱ＝熱伝達係数×（ＥＧＲガス温度−推定水温初期値）で表される。この算出式に、前記ステップＳ１４またはステップＳ１５で読み出した熱伝達係数の定数ＡまたはＢと、前記ステップＳ１１で求めた推定水温初期値と、前記ステップＳ１２で算出したＥＧＲガス温度とを代入することにより、伝達熱量ΔＱを求める。

一方、推定温度変化量ΔＴの算出式は、ΔＴ＝ΔＱ／Ｃで表される。Ｃは比熱容量である。この比熱容量Ｃは、予め、ＥＧＲ通路８１、ＥＧＲクーラ８３、バイパス通路８４の形状に基づいて計算されて、ＥＣＵ１０の適宜のメモリに記憶されている。

続くステップＳ１８において、前記ステップＳ１７で算出した推定温度変化量ΔＴを前記ステップＳ１１で求めた推定水温初期値に加算することにより、ＥＧＲクーラ８３内の冷却水温度の推定値Ｔとする。この後、このフローチャートを終了して、図４に示すステップＳ４に移行する。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態では、ＥＧＲ装置８と冷却装置９と制御装置１０とを備える内燃機関１において、特許文献２に係る従来例のように余分な構成要素を装備することなく、制御装置による動作制御を変更することによって、ウォーターポンプ９６の無駄なエネルギー消費を減らすための休止モードを実行可能にしているとともに、ウォーターポンプ９６の休止モードの実行中にＥＧＲクーラ８３内に残留する冷却水が所定温度以上に昇温するような場合に休止モードを解除してウォーターポンプ９６を作動させることを可能にしている。

これにより、内燃機関１の負担を軽減して燃費を向上することが可能になるとともに、ウォーターポンプ９６の休止中にＥＧＲクーラ８３内に残留する冷却水が沸騰することを回避できるようになる。

また、この実施形態では、ウォーターポンプ９６の休止モードを解除するために、ＥＧＲクーラ８３内に残存している冷却水の昇温をセンサなどで計測するのではなく、推定しているので、センサを追加装備する無駄やコスト上昇を抑制できるようになる。

さらに、この実施形態では、休止モード中におけるＥＧＲクーラ８３内の冷却水の温度変化量ΔＴを算出するにあたって、ＥＧＲ装置８におけるＥＧＲガスの現在の流通形態を認識しているから、温度変化量ΔＴを正確に算出することが可能になる。これにより、ＥＧＲ装置８におけるＥＧＲガスの現在の流通形態に応じて、休止モードを解除するタイミングを適正化することが可能になる。

−他の実施形態−
（１）上記実施形態では、本発明に係る内燃機関１を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、気筒数は任意であるとともに、他のタイプのディーゼルエンジンにも本発明を適用することは可能である。

（２）上記実施形態では、ウォーターポンプ９６の休止モード中においてＥＧＲクーラ８３内に残留する冷却水温度を推定するようにした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＥＧＲクーラ８３に残留する冷却水温度を図示していないがセンサなどで直接計測して取得するようにしてもよい。

１内燃機関
３１水温センサ
３２エアフローメータ
３４吸気圧センサ
６吸気系
６２吸気マニホールド
７排気系
７２排気マニホールド
８ＥＧＲ装置
８１ＥＧＲ通路
８２ＥＧＲバルブ
８３ＥＧＲクーラ
８４バイパス通路
８５制御弁
９冷却装置
９１ラジエータ回路
９２ラジエータバイパス回路
９３ラジエータ
９５サーモスタット
９６ウォーターポンプ
９６１ポンプインペラ
９６２ポンプインペラシャフト
９６３プーリ
９６４電磁クラッチ
９７ベルト
１０ＥＣＵ（制御装置）

Claims

ＥＧＲ装置と冷却装置と制御装置とを含み、
前記ＥＧＲ装置は、内燃機関の排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に設置されるＥＧＲクーラとを備え、
前記冷却装置は、冷却水を内燃機関とＥＧＲクーラとの間で循環させる冷却通路と、前記冷却水を圧送させるウォーターポンプとを備え、
前記制御装置は、休止条件が成立したときに前記ウォーターポンプを停止もしくは制限して冷却水循環量を減少させる休止モード実行部と、前記ウォーターポンプの休止モード中に前記ＥＧＲクーラ内の冷却水温度が規定値以上と判定した場合に前記休止モードを解除して前記ウォーターポンプを作動させる休止モード解除部とを備えている、ことを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、
前記ウォーターポンプは、内燃機関からの回転動力をベルトを介して受けて回転するプーリと、内燃機関のポンプ渦流室に設置されるポンプインペラを有するシャフトと、プーリからシャフトへの動力伝達を遮断する解放状態あるいはプーリからシャフトへの動力伝達を行う係合状態にする電磁クラッチとを備え、
前記制御装置は、ウォーターポンプ停止時に前記電磁クラッチを解放させる一方、ウォーターポンプ作動時に前記電磁クラッチを係合させる、ことを特徴とする内燃機関。
請求項１または２に記載の内燃機関において、
前記休止モード解除部は、前記ＥＧＲクーラ内の冷却水温度が沸騰判定値以上か否かを判定する判定部と、
沸騰判定値未満と判定した場合に休止モードを継続する一方、沸騰判定値以上と判定した場合に休止モードを解除してウォーターポンプを作動させる対処部とを含む、ことを特徴とする内燃機関。
請求項３に記載の内燃機関において、
前記判定部は、内燃機関から取り出される冷却水の温度を取得して推定水温初期値とする処理と、
ＥＧＲガスからの受熱によるＥＧＲクーラ内の冷却水の単位時間当たりの温度変化量ΔＴを算出する処理と、
この温度変化量ΔＴを前記推定水温初期値に加算することにより冷却水温度の推定値Ｔを算出する処理と、
この推定値Ｔが沸騰判定値Ｘ以上であるか否かを判定する処理とを行う、ことを特徴とする内燃機関。
請求項４に記載の内燃機関において、
前記ＥＧＲ装置は、前記ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路と、前記ＥＧＲ通路の開度および前記バイパス通路の開度を調節する制御弁とをさらに備え、
前記温度変化量ΔＴを算出する処理は、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラを通過する状態であるのかバイパス通路を通過する状態であるのかを調べて、ＥＧＲクーラを通過する状態であると判定した場合にＥＧＲガスから冷却水への熱伝達係数を予め特定した定数Ａに設定する一方で、バイパス通路を通過する状態であると判定した場合に前記熱伝達係数を予め特定した定数Ｂ（ただしＢ＜Ａ）に設定する処理と、
前記ＥＧＲ通路入口のＥＧＲガス温度から前記推定水温初期値を減算した結果に前記熱伝達係数の定数を乗算することにより、ＥＧＲガスからＥＧＲクーラ内の冷却水への伝達熱量ΔＱを算出する処理と、
前記ＥＧＲ通路、ＥＧＲクーラ、バイパス通路の形状に基づいて予め設定される比熱容量Ｃで前記算出した伝達熱量ΔＱを除算することにより温度変化量ΔＴを算出する処理とを含む形態とされる、ことを特徴とする内燃機関。