专利名称：发动机的冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机的冷却装置，尤其是涉及包括排气系统冷却机构的发动机的冷却装置，该排气系统冷却机构利用流动的制冷剂对发动机的排气系统进行冷却。
背景技术：
以往，已知有一种利用水等制冷剂对发动机的排气系统(具体而言例如排气歧管)进行冷却的技术。关于这种技术，例如在专利文献1中公开有一种认为与本发明存在关联性的技术。在专利文献1中，公开有一种排气歧管装置，包括在排气歧管的周围形成的水套和呈喷雾状地向该水套喷射水的喷水机构。此外，作为认为与本发明存在关联性的技术， 例如在专利文献2中公开有一种内燃机的冷却控制装置，其包括能分别改变冷却介质对于多个冷却部的供给比例的流量控制阀。具体而言，在专利文献2中，公开了一种在向排气口等多个冷却部引导冷却水的冷却水通路上分别设有流量控制阀的内燃机的冷却控制装置。专利文献1 日本特开昭63-208607号公报专利文献2 日本特开2007-132313号公报
发明内容
然而，在发动机中，作为对环境问题的对策而追求减少排气排放物。关于该点，主要有当减少轻中负载运转时的排气排放物时，将三效催化剂形成为接近发动机的配置，而提前使三效催化剂预热的方法。另一方面，在使用了上述方法的状态下为了减少高负载运转时的排气排放物，而优选使发动机在理论空燃比或理论空燃比附近进行运转。然而，这种情况下，由于接近发动机来配置催化剂，而催化剂可能会发生过热，结果是过多地产生劣化或过多的劣化引起排气排放物的恶化。由此，考虑到减少高负载运转区域的排气排放物时，需要使三效催化剂远离发动机进行配置。然而，这样的话，提前使催化剂预热的轻中负载运转区域中的排气排放物的减少可能变得不充分，因此需要增多促进催化剂的净化的贵金属的量。然而，这些贵金属是稀少的物质，因此增多贵金属可能会增加成本。相对于此，根据上述情况，以恰当地兼顾提前使催化剂预热的轻中负载运转区域中的排气排放物的进一步减少和高负载运转时的排气排放物的进一步减少为目的，考虑了利用制冷剂对排气系统进行冷却而使排气温度下降的情况。如此，还能够抑制催化剂的过热。因此这样的话，能够将催化剂接近发动机配置，由此，能够恰当地兼顾提前使催化剂预热的轻中负载运转区域中的排气排放物的进一步减少和高负载运转时的排气排放物的进一步减少这两者。然而，如此利用制冷剂对排气系统进行冷却时，从成本面等出发，合理的情况是使用与在发动机主体中流动的制冷剂(例如发动机的冷却水即长效冷却剂)共用的制冷剂。而且，在发动机主体中流动的制冷剂通常由机械式的水泵进行压送，其中该水泵由发动机的输出来驱动。因此在使用与在发动机主体中流动的制冷剂共用的制冷剂时，从成本面等出发，合理的情况是使用机械式的水泵作为制冷剂压送装置。然而，这种情况下，存在以下所示的问题。在此，利用与发动机主体共用的制冷剂对排气系统进行冷却的情况下，需要将制冷剂维持成适当温度。关于该点，对于在发动机主体中流动的制冷剂，通常进行基于冷却器(例如散热器)的冷却。而且，对于在发动机主体中流动的制冷剂，通常检测发动机主体的出口侧的部分或刚流过发动机主体之后的流动路径中的制冷剂温度作为发动机主体的制冷剂温度 (以下，称为发动机制冷剂温度)。因此，在将制冷剂维持成适当温度时，考虑例如根据发动机制冷剂温度来调节流入散热器的制冷剂的流量的情况。然而，上述的发动机制冷剂温度无法代表排气系统冷却机构中的制冷剂温度(以下，称为排气系统制冷剂温度)。具体而言，如图21所示，通常存在排气系统制冷剂温度大于发动机制冷剂温度的倾向。这是因为，通常排气系统冷却机构的尺寸比发动机主体小，因此排气系统冷却机构的热容量小于发动机主体的热容量。因此，在这种情况下的排气系统冷却机构中，制冷剂有可能会发生过热或沸腾。换言之，通过发动机制冷剂温度，难以把握排气系统冷却机构中的制冷剂的过热或沸腾现象。但是，关于该点，例如也可考虑如下地应对。在此，从图21可知，关于预热结束后的平均温度，排气系统制冷剂温度比发动机制冷剂温度高出大约一定的程度。因此关于该点，也可考虑例如只要将发动机制冷剂温度重新设定成比实际检测到的温度高出一定的程度即可。然而，在利用机械式水泵将与发动机主体共用的制冷剂向排气系统冷却机构进行压送时，还存在以下所示的问题。在此，机械式的水泵的喷出量通常与发动机的转速成比例地进行增减。因此当发动机的运转状态为高旋转高负载时，排气系统冷却机构中的制冷剂的流量也增大。另一方面，这种情况下，吸入空气量增大，发动机的发热量增大，因此排气系统冷却机构从排气接受的受热量也增大。因此，这种情况下，热量会滞留在排气系统冷却机构中的形成排气流经的流路的壁部，其结果是，该壁部成为高温。然后，假设发动机的运转状态从高旋转高负载的运转状态向低旋转高负载的运转状态转移。这种情况下，上述的壁部在暂时的期间，维持高温状态。然而，另一方面，这种情况下，伴随发动机转速的下降，而排气系统冷却机构的制冷剂的流量下降。因此这种情况下，在排气系统冷却机构中，会发生来自排气的受热量超过制冷剂的散热量的情况。即，这种情况下，相对于发动机的发热量，排气系统冷却机构中的制冷剂的流量存在暂时有些不足的情况。另一方面，相对于此，即使例如上述那样对应于发动机制冷剂温度来调节流入散热器的制冷剂的流量，也无法应对排气系统冷却机构中制冷剂的流量的不足。因此这种情况下，即使在将发动机制冷剂温度重新设定成比实际检测到的温度高出一定程度的情况下，排气系统冷却机构中的制冷剂可能会过热或沸腾的方面仍然是问题。
发明内容
因此，本发明鉴于上述课题而作出的，其目的在于提供一种发动机的冷却装置，其在包括利用与在发动机主体中流动的制冷剂共用的制冷剂来对发动机的排气系统进行冷却的排气系统冷却机构时，能够防止或抑制制冷剂在排气系统冷却机构中发生过热或沸腾。用于解决上述课题的本发明涉及一种发动机的冷却装置，包括制冷剂压送装置， 所述制冷剂压送装置压送多个制冷剂循环路径共用的制冷剂；发动机，所述发动机的发动机主体被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中；排气系统冷却机构，所述排气系统冷却机构被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中，并且利用流动的制冷剂对所述发动机的排气系统进行冷却，所述排气系统冷却机构的热容量比所述发动机主体的热容量小；冷却器，所述冷却器被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中，并对流动的制冷剂进行冷却；以及流量确定机构，所述流量确定机构基于所述发动机的吸入空气量来确定流向所述排气系统冷却机构的制冷剂的流量。另外，本发明涉及一种发动机的冷却装置，包括制冷剂压送装置，所述制冷剂压送装置压送多个制冷剂循环路径共用的制冷剂；发动机，所述发动机的发动机主体被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中；排气系统冷却机构，所述排气系统冷却机构被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中，并且利用流动的制冷剂对所述发动机的排气系统进行冷却，所述排气系统冷却机构的热容量比所述发动机主体的热容量小；冷却器，所述冷却器被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中，并对流动的制冷剂进行冷却；以及流量确定机构，所述流量确定机构基于制冷剂在所述排气系统冷却机构中从排气接受的受热量，来确定流向所述排气系统冷却机构的制冷剂的流量。另外，本发明优选还包括估计机构，所述估计机构估计所述排气系统冷却机构中的形成排气流经的流路的壁部的温度；以及修正机构，所述修正机构基于所述估计来修正由所述流量确定机构确定的制冷剂的流量。[发明效果]根据本发明，在包括利用与在发动机主体中流动的制冷剂共用的制冷剂来对发动机的排气系统进行冷却的排气系统冷却机构时，能够防止或抑制制冷剂在排气系统冷却机构中发生过热或沸腾的情况。
图1是示意性地表示实施例1的发动机的冷却装置(以下，简称为冷却装置)100A 的图。在图1中，利用虚线表示构成恒温器60闭阀时即冷态时的冷却水循环路径的配管等，利用实线表示构成恒温器60开阀时即温态时的冷却水循环路径的配管等，并对于这些利用箭头表示冷却水W的流动方向。需要说明的是，这种情况在图5至图10中也同样。图2是示意性地表示水冷式排气歧管30的图。图3是表示在水冷式排气歧管30中流动的冷却水W的流量特性的图。图4是示意性地表示流量可变结构70的图。虚线表示空转轮74从实线的状态压入传送带73时的状态。图5是表示第一冷却水循环路径81的图。
图6是表示第二冷却水循环路径82的图。
图7是表示第三冷却水循环路径83的图。图8是表示第四冷却水循环路径84的图。图9是表示第五冷却水循环路径85的图。图10是表示第六冷却水循环路径86的图。图11是示意性地表示ECU (Electronic Control Unit 电子控制装置)IA的具体结构的图。图12是表示(ettiw+etha) XNE/100XGA与实际的冷却损失Qw的关系的图。R2是表示相关的程度的值，越接近1表示相关的程度越高。需要说明的是，这种情况在图14中也同样。图13是利用流程图来表示E⑶IA的动作的图。图14是表示吸入空气量GA与实际的冷却损失Qw的关系的图。图15是示意性地表示与累计吸入空气量Σ GA对应设定的流量修正量的映射数据的图。图16是表示E⑶IB的动作的流程图。图17是与E⑶IB的动作对应的时序图的一例。图18是用于说明ECUlB进行的流量控制的概念的时序图。实线表示发动机20的运转状态从高旋转高负载的运转状态向低旋转且非高负载的运转状态转移的情况，虚线表示发动机20的运转状态从高旋转高负载的运转状态向低旋转高负载的运转状态转移时的变化。图19是在水冷式排气歧管30设置窗而实现可视化，对应于吸入空气量GA而观察水冷式排气歧管30内的冷却水W的情况，并汇总了水冷式排气歧管30内的水温的测定结果的图。图20是示意性地表示可变式水泵带轮76和传送带73Β的图。具体而言，在(a) 中，表示各带轮构件76a抵接的状态的带轮76，在(b)中，表示各带轮构件76a分离的状态的带轮76。图21是将发动机冷起动后的发动机制冷剂温度及排气系统制冷剂温度的变化的一例与车速、发动机转速及节气门开度一起示出的图。
具体实施例方式以下，参照附图，详细地说明用于实施本发明的方式。实施例1使用图1至图11，说明冷却装置100A。如图1所示，冷却装置100A包括EOTlAdK 泵10、发动机20、水冷式排气歧管30、加热器芯体40、散热器50、以及恒温器60。水泵10 被组装于发动机20。水泵10是利用发动机20的输出来驱动的机械式的泵，对冷却水W即制冷剂进行压送。水泵10的喷出量与发动机20的转速NE成比例地进行增减。发动机20具有发动机主体21。发动机主体21由未图示的气缸盖及气缸体构成。 在发动机主体21形成有水套22、旁通通路23、连通路M。冷却水W在水套22中流动，在水套22中流动的冷却水W对发动机主体21进行冷却。旁通通路23使冷却水W从水套22向恒温器60流动。旁通通路23将水套22中的出口侧的部分和外部连通。连通路M将旁通通路23的入口侧的部分和外部连通。在发动机主体21设有检测冷却水W的温度即冷却水温THW的水温传感器91和为了检测发动机20的转速NE而使用的发动机转速传感器92。 水温传感器91被设置成在水套22的出口侧的部分检测冷却水温THW。水冷式排气歧管30被组装于发动机主体21。水冷式排气歧管30使从发动机20 的各气缸排出的排气合流。如图2所示，水冷式排气歧管30包括整体性地包裹多个排气管 301的外壁部302。在外壁部302与多个排气管301之间形成有冷却水流路。在水冷式排气歧管30中，从冷却水导入口 303向冷却水流路供给冷却水W，并从冷却水流路经由冷却水排出口 304排出冷却水W。在水冷式排气歧管30中流动的冷却水W的流量与发动机20的转速NE成比例地进行增减(参照图3)。在本实施例中，水冷式排气歧管30为排气系统冷却机构，多个排气管301为形成排气流经的流路的壁部。返回到图1，加热器芯体40在冷却水W与空气之间进行热交换。加热器芯体40在未图示的空调装置中使用。空调装置通过将加热器芯体40加热后的空气向车辆的车室内送风而作为加热装置发挥功能。散热器50通过移动风或未图示的电动风扇的送风来促进流动的冷却水W的散热，并对冷却水W进行冷却。在本实施例中，散热器50成为冷却器。恒温器60以通过在冷态时闭阀且在温态时开阀来控制冷却水W的流动的方式工作。冷却装置100A包括图4所示的流量可变结构70。流量可变结构70能够进行与例如吸入空气量GA、发动机20的负载率或吸气管的压力对应的水泵10的转速控制。并且，流量可变结构70能够进行水泵10的转速控制，从而改变在水冷式排气歧管30中流动的冷却水W的流量。流量可变结构70包括曲轴带轮71、水泵带轮72、传送带73、空转轮74、执行器75。带轮71与发动机20的未图示的曲轴连结。带轮72与水泵10的旋转轴连结。带轮72具有圆锥台状的形状，从轴向一端朝向另一端而直径逐渐缩小。传送带73具有环状的形状，卷挂在上述带轮71、72上。带轮72上的传送带73的固定位置成为一端侧。带轮74以与传送带73抵接的方式设置在带轮71、72之间。带轮74与执行器75 连接。执行器75设置成能够沿着可对传送带73加压的方向驱动带轮74。作为上述的执行器75，可以使用例如组合有直动机构的步进电动机。流量可变结构70的动作如下所述。在发动机20运转中，带轮71与曲轴一起旋转。 带轮71的旋转经由传送带73向带轮72传递。然后，当带轮72旋转时，与此对应地水泵10 进行驱动。此时，水泵10以与转速NE对应的喷出量对冷却水W进行压送。另一方面，执行器75对带轮74进行驱动，在将带轮74压紧于传送带73的情况下，传送带73的张力升高。然后如虚线所示，传送带73被带轮74压入时，传送带73在带轮72上从一端侧向直径更小的另一端侧滑动。由此，与传送带73对应的带轮72的直径缩小。因此，水泵10的旋转升高，喷出量增大。需要说明的是，水泵10的喷出量可以通过使执行器75进行相反动作而减少。如图5至图10所示，冷却装置100A具有与多个制冷剂循环路径相当的第一至第六的多个冷却水循环路径81 86。第一、第二及第三冷却水循环路径81、82、83成为在恒温器60闭阀时允许冷却水W流动的循环路径。而且，第四、第五及第六冷却水循环路径84、 85、86成为在恒温器60开阀时允许冷却水W流动的循环路径。具体而言，水泵10压送这些冷却水循环路径81 86共用的冷却水W。在本实施例中，水泵10为制冷剂压送装置。在多个冷却水循环路径81 86中可以适当装入水泵10、发动机20、水冷式排气歧管30、加热器芯体40、散热器50或恒温器60中的任一个。并且，在多个冷却水循环路径 81 86中，上述各结构直接或经由配管相互连接。接下来，更具体地说明多个冷却水循环路径81 86。具体而言，第一冷却水循环路径81为装入水泵10、发动机主体21、加热器芯体40、 恒温器60，并按照该顺序使冷却水W流动的循环路径。而且，在发动机主体21中流动时，具体而言冷却水W在水套22中流动。具体而言，第二冷却水循环路径82为装入水泵10、发动机主体21、恒温器60，并按照该顺序使冷却水W流动的循环路径。而且，在发动机主体21中流动时，具体而言，冷却水 W依次在水套22、旁通通路23中流动。具体而言，第三冷却水循环路径83为装入水泵10、水冷式排气歧管30、发动机主体21、恒温器60，并按照该顺序使冷却水W流动的循环路径。而且，在发动机主体21中流动时，具体而言，冷却水W依次在连通路M、旁通通路23中流动。第一至第三冷却水流动路径81 83为不包含散热器50的循环路径。具体而言，第四冷却水循环路径84为装入水泵10、发动机主体21、加热器芯体40、 恒温器60，并按照该顺序使冷却水W流动的循环路径。而且，在发动机主体21中流动时，具体而言，冷却水W在水套22中流动。具体而言，第五冷却水循环路径85为装入水泵10、发动机主体21、散热器50、恒温器60，并按照该顺序使冷却水W流动的循环路径。而且在发动机主体21中流动时，具体而言，冷却水W在水套22中流动。具体而言，第六冷却水循环路径86为装入水泵10、水冷式排气歧管30、散热器50、 恒温器60，并按照该顺序使冷却水W流动的循环路径。并且，在如此构成的多个冷却水循环路径81 86中，在恒温器60开阀时及闭阀时，冷却水W都在水冷式排气歧管30中流动。因此，流量可变结构70在恒温器60开阀时和闭阀时(即发动机20运转中)，都能够适当改变流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量。如图11所示，E⑶IA包括由CPU2、R0M3、RAM4等构成的微型计算机和输入输出回路5、6。这些CPU2、R0M3、RAM4及输入输出回路5、6相互通过总线7连接。E⑶IA构成为主要控制发动机20。具体而言，E⑶IA例如控制未图示的燃料喷射阀。而且，E⑶IA还控制执行器75。上述的控制对象与E⑶IA电连接。另外，水温传感器91、发动机转速传感器92、空气流量计93 (更具体而言是吸入空气量传感器93a及吸气温度传感器93b)、节气门开度传感器94等各种传感器与ECUlA电连接。并且，冷却水温T冊基于水温传感器91的输出由E⑶IA检测，转速NE基于发动机转速传感器92的输出由E⑶IA检测，发动机20的吸入空气量GA及吸气温度THA基于空气流量计93的输出由ECUlA检测，调节吸入空气量GA的节气门(未图示)的开度TA基于节气门开度传感器94的输出由E⑶IA检测。R0M3是用于存储CPU2所执行的记载各种处理的程序或映射数据等的结构。CPU2 基于R0M3所存储的程序，根据需要而利用RAM4的临时存储区域并同时执行处理，从而在 ECUlA中功能性地实现各种控制机构、判定机构、检测机构、算出机构等。关于该点，在ECUlA中，例如能够功能性地实现检测机构和估计机构，所述检测机构检测包含发动机20的吸入空气量GA的多个估计因子，所述估计机构(以下，称为冷却损失估计机构)基于由检测机构检测到的多个估计因子，来估计冷却损失Qw，所述冷却损失 Qw是制冷剂在水冷式排气歧管30中从排气接受的受热量。上述的多个估计因子包括吸入空气量GA是因为吸入空气量GA与冷却损失Qw具有高的线性的相关关系。并且，上述的多个估计因子优选还包括作为制冷剂温度的冷却水温THW、吸气温度 THA、或转速NE中的至少任一个。这是由于这四个因子是对冷却损失Qw具有大的影响力的因子。具体而言，当例如初始状态等发动机20的运转环境条件不同时，冷却损失Qw也不同。相对于此，冷却水温T冊和吸气温度THA可以表示发动机20的运转环境条件。而且，如果发动机20的摩擦力增大，则从发动机20产生的热量增大，因此冷却损失Qw也存在增大的倾向。相对于此，转速NE可以表示发动机20的摩擦力的大小。因此，当以更高的精度来估计冷却损失Qw时，优选还包括冷却水温THW、吸气温度THA、或转速NE中的至少任一个。而且，冷却损失Qw最优选基于包括全部这四个因子的下式(1)进行估计。Qw = (T冊+THA) XNEXGA…式(1)即，冷却损失Qw最优选基于通过冷却水温THW与吸气温度THA的和乘以转速NE、 吸入空气量GA所算出的值进行估计。这是由于，运转状态包括稳定状态和过渡状态在内的发动机20的台上试验的结果是，在基于式(1)来估计冷却损失Qw时，确认到了与实际的冷却损失Qw之间具有最高的线性的相关关系(参照图12)。因此在ECUlA中，具体而言，基于式(1)来估计冷却损失Qw。另外，在E⑶IA中，作为判定发动机20的运转状态的判定机构，功能性地实现基于节气门的开度变化△ TA来判定发动机20的运转状态是稳定状态还是过渡状态的机构(以下，称为第一运转状态判定机构)。具体而言，第一运转状态判定机构被如下地实现在开度变化ΔΤΑ为预定值以下时判定为稳定状态，在开度变化△ TA小于预定值时判定为过渡状态。另外，在ECUlA中，功能性地实现基于吸入空气量GA来确定流向水冷式排气歧管 30的冷却水W的流量的确定机构(以下，称为第一流量确定机构)。具体而言，在本实施例中，第一流量确定机构被如下地实现当发动机20的运转状态为稳定状态时，基于吸入空气量GA来确定流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量。而且，在E⑶IA中，功能性地实现基于冷却损失Qw来确定流向水冷式排气歧管30 的冷却水W的流量的确定机构(以下，称为第二流量确定机构)。具体而言，第二流量确定机构被如下地实现当发动机20的运转状态为过渡状态时，基于冷却损失估计机构所估计出的冷却损失Qw来确定流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量。此夕卜，在E⑶IA中，功能性地实现进行冷却水W的流量控制的控制机构(以下，称为流量控制机构)。具体而言，流量控制机构被如下地实现将流量可变结构70 (具体而言是执行器7 作为控制对象，将流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量控制成为第一或第二流量确定机构所确定的流量。需要说明的是，通过确定及控制水泵10的喷出量，能够同时确定及控制流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量。接下来，使用图13所示的流程图来说明ECUlA的动作。需要说明的是，本流程在发动机20运转中以极短的时间间隔反复执行。ECUlA检测节气门开度TA，并算出节气门开度变化ΔΤΑ(步骤Si)。接下来，ECUlA判定算出的开度变化ΔΤΑ是否在预定值以下(步骤S》。若步骤S2为肯定判定，则判定为发动机20的运转状态是稳定状态。此时，E⑶IA 检测吸入空气量GA (步骤S3)。接下来，E⑶IA基于检测到的吸入空气量GA来确定水泵10的喷出量(步骤S4)。 此时，具体而言，ECUlA基于与吸入空气量GA对应的冷却水流量特性(以下，称为第一冷却水流量特性)，来确定水泵10的喷出量。接下来，ECUlA控制执行器75，将水泵10的喷出量改变为所确定的喷出量(步骤S8)。在步骤S8之后，暂时结束本流程。另一方面，若在步骤S2为否定判定，则判定为发动机20的运转状态是过渡状态。 此时，E⑶IA检测冷却水温THW、吸气温度THA、转速NE及吸入空气量GA (步骤S5)。接下来，ECUlA基于式(1)来算出(估计)冷却损失Qw(步骤S6)。然后，ECUlA基于算出的冷却损失Qw，来确定水泵10的喷出量(步骤S7)。此时，具体而言，ECUlA基于与冷却损失Qw 对应的冷却水流量特性(以下，称为第二冷却水流量特性)，来确定水泵10的喷出量。在步骤S7之后，向步骤S8前进。然而，上述的第一冷却水流量特性由预先存储在R0M3中的映射数据进行定义。并且，在该映射数据中，将水泵10的喷出量设定成与吸入空气量GA成比例地进行增减。并且， 由此同时将流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量也设定成与吸入空气量GA成比例地进行增减。同样地，上述的第二冷却水流量特性由预先存储在R0M3中的映射数据进行定义。 并且，在该映射数据中，将水泵10的喷出量设定成与冷却损失Qw成比例地进行增减。并且， 由此同时将流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量也设定成与冷却损失Qw成比例地进行增减。第一及第二冷却水流量特性例如备用于在多个冷却水循环路径81 86之间每当进行冷却水W的流动形态切换的冷态时及温态时。并且，即使在进行冷却水W的流动形态切换的情况下，也能够利用流量可变结构70进行更适当的流量控制。接下来，说明冷却装置100A的作用效果。在此，为了防止或抑制水冷式排气歧管 30中的冷却水W的过热，而在改变流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量时，例如也可考虑与转速NE成比例地使流量增减。然而，在发动机20的运转状态为稳定状态时，吸入空气量GA与实际的冷却损失Qw具有极高的线性的相关关系(参照图14)。而且，从发动机 20的发热量的观点考虑的话，冷却水流量特性可以说优选是能够与和排气量大致相等的吸入空气量GA成比例地使冷却水W的流量增减的特性。相对于此，在冷却装置100A中，在稳定时，E⑶IA基于第一冷却水流量特性，来确定并改变水泵10的喷出量(换言之，流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量)。S卩，在冷却装置100A中，无论转速NE和排气温度如何，都能够根据处于稳定状态的发动机20的发热量，在发热量越大时，越适当地增加流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量。因此， 冷却装置100A在稳定时能够适当地防止或抑制冷却水W在水冷式排气歧管30中发生过热或沸腾的情况。更具体来说，由此能够防止或抑制例如水冷式排气歧管30的排气冷却效率的下降、因发生热变形而引起的水冷式排气歧管30的耐久性或可靠性的下降、以及冷却水 W发生劣化的情况。另一方面，在发动机20的运转状态为过渡状态时，点火正时的变动或向过渡状态转移前的运转状态的不同会对发动机20的发热量造成影响。相对于此，如图12所示，在过渡时，基于式(1)的冷却损失Qw与实际的冷却损失Qw具有高的线性的相关关系。并且，在冷却装置100A中，在过渡时，ECUlA基于第二冷却水流量特性来确定并改变水泵10的喷出量(换言之，流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量)。S卩，在冷却装置100A中，可以根据处于过渡状态的发动机20的发热量，在发热量越大时，越适当地增大流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量。因此冷却装置100A在过渡时也能够适当地防止或抑制冷却水W 在水冷式排气歧管30中发生过热或沸腾的情况。而且，冷却装置100A包括流量可变结构70。因此冷却装置100A即使在利用机械式的水泵10对冷却水W进行压送时，也能够改变在水冷式排气歧管30中流动的冷却水W
的流量。需要说明的是，当在过渡时防止或抑制水冷式排气歧管30中的冷却水W的过热时，也可考虑例如设定与发动机20的最大发热量相称的冷却水W的流量。然而，这种情况下，在发热量比较小的过渡时，冷却水W的流量会不必要地变大。因此这种情况下，水冷式排气歧管30陷于过冷却状态，其结果是，有可能会对发动机20的耗油率、水冷式排气歧管 30的耐久性及可靠性造成坏影响。相对于此，在冷却装置100A中，E⑶IA根据处于过渡状态的发动机20的发热量来改变冷却水W的流量。因此，冷却装置100A也能够防止或抑制水冷式排气歧管30陷于上述的过冷却状态。实施例2本实施例的冷却装置100B除了取代E⑶IA而包括E⑶IB的点以外，与冷却装置 100A实质上相同。而且，E⑶IB除了以下所示的还功能性地实现判定机构、估计机构及修正机构的点以外，与E⑶IA实质上相同。因此在本实施例中省略图示冷却装置100B及E⑶1B。在E⑶IB中，作为判定发动机20的运转状态的判定机构，功能性地实现基于吸入空气量GA来判定发动机20的运转状态是否为高旋转高负载的机构(以下，称为第二运转状态判定机构)。具体而言，第二运转状态判定机构被如下地实现在吸入空气量GA为预定值以上时判定为高旋转高负载，在吸入空气量GA小于预定值时判定为不是高旋转高负载。另外，在ECUlB中，功能性地实现估计水冷式排气歧管30中的形成排气流经的流路的壁部(具体而言是多个排气管301)的温度的估计机构(以下，称为壁部温度估计机构)。在本实施例中，具体而言，壁部温度估计机构被如下地实现当发动机20的运转状态为高旋转高负载时，估计为壁部是高温。另外，在ECUlB中，功能性地实现基于壁部温度估计机构的估计来对第一或第二流量确定机构中的与发动机20的运转状态对应的流量确定机构所确定的水泵10的喷出量进行修正的修正机构(以下，称为流量修正机构)。关于该点，通过修正水泵10的喷出量而能够同时修正流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量。
具体而言，流量修正机构如下所述地实现。即，在壁部为高温时，流量修正机构通过对吸入空气量GA进行累计而算出累计吸入空气量Σ GA0然后，流量修正机构在设定为第一或第二冷却水流量特性中的与发动机20的运转状态对应的冷却水流量特性的水泵10的喷出量中加上与算出的累计吸入空气量Σ GA对应的流量修正量。另外，在壁部的温度不是高温时，流量修正机构通过从累计吸入空气量Σ GA减去当前的吸入空气量GA，而更新累计吸入空气量Σ GA。然后，流量修正机构在更新后的累计吸入空气量Σ GA为预定值(例如零)以上时，在设定为第一或第二冷却水流量特性中的与发动机20的运转状态对应的冷却水流量特性的冷却水W的流量中加上与累计吸入空气量 Σ GA对应的流量修正量。具体而言，如图15所示，流量修正量设定为在预先存储于R0M3的映射数据中对应于高负载区域的累计吸入空气量Σ GA，而成比例地进行增减。接下来，利用图16所示的流程图，参照图17所示的时序图，来说明ECUlB的动作。 如图16所示，E⑶IB首先检测吸入空气量GA(步骤Sll)。接下来，E⑶IB判定检测到的吸入空气量GA是否为预定值以上(步骤S12)，所述预定值是高负载判定的判定阈值。若步骤S12为肯定判定，则判定为发动机20的运转状态是高旋转高负载。而且，若步骤S12为肯定判定，则估计为壁部是高温。此时，ECUlB将高负载判定标志形成为ON(步骤Si； )。在图17中，时间Tl的状态对应于此时的状态。接下来，E⑶IB对检测到的吸入空气量GA进行累计，算出累计吸入空气量Σ GA(步骤14)。然后，ECUlB在设定为第一或第二冷却水流量特性中的与发动机20的运转状态对应的冷却水流量特性的水泵10的喷出量中加上与累计吸入空气量Σ GA对应的流量修正量 (步骤S15)。在步骤S15之后，暂时结束本流程。并且，在步骤S12为否定判定之前的期间， E⑶IB反复执行步骤Sll至S15所示的处理。另一方面，若步骤S12为否定判定，则判定为发动机20的运转状态不是高旋转高负载。而且，若步骤S12为否定判定，则判定为壁部不是高温。此时，E⑶IB将高负载判定标志形成为OFF (步骤S16)。在图17中，时间T2的状态对应于此时的状态。接下来E⑶IB从累计吸入空气量Σ GA减去当前的吸入空气量GA，而对累计吸入空气量Σ GA进行更新(步骤S17)。然后E⑶IB判定算出的累计吸入空气量Σ GA是否为预定值(在此为零)以上(步骤 S18)。当在步骤S18为肯定判定时，向步骤S15前进。并且在步骤S18为否定判定之前的期间，E⑶IB反复执行上述处理。另一方面，在步骤S18为肯定判定时，E⑶IB对累计吸入空气量Σ GA进行复位(步骤S19)。在图17中，时间Τ3对应于此时的状态。并且通过目前为止的一连串的动作，流量修正量增加与图示的累计吸入空气量Σ GA的面积对应的量。接下来，说明冷却装置100Β的作用效果。在此，假设发动机20的运转状态从高旋转高负载的运转状态变化为低旋转的运转状态。这种情况下，如图18所示，转速NE下降， 且吸入空气量GA(即发动机20的发热量)下降。然而，由于高旋转高负载时的来自排气的受热而热量滞留在水冷式排气歧管30的壁部。并且尤其是发动机20的运转状态从高旋转高负载的运转状态变化到低旋转高负载的运转状态时，如图18中的虚线所示，水冷式排气歧管30的壁部的温度暂时保持为高的状态。另一方面，这种情况下，由于冷却水W的流量随着转速NE的下降而下降，因此水冷式排气歧管30的冷却能力下降。因此这种情况下，仅利用基于吸入空气量GA或冷却损失 Qw而确定的流量对于冷却来说不够用，从而冷却水W在水冷式排气歧管30中有可能会发生过热或沸腾。具体而言，如图19所示，会形成为冷却水W发生高温化且在局部能确认到沸腾现象的状态。并且这种情况下，具体而言，会发生例如沸腾部位上的水冷式排气歧管30 的排气冷却效率的下降、因各部分的温度差产生的热变形所引起的水冷式排气歧管30的耐久性和可靠性的下降、或沸腾的冷却水W的劣化。相对于此，在冷却装置100B中，E⑶IB在设定为第一或第二冷却水流量特性中的与发动机20的运转状态对应的冷却水流量特性的水泵10的喷出量中加上与累计吸入空气量Σ GA对应的流量修正量。由此，能够进一步增加在水冷式排气歧管30中流动的冷却水 W的流量。因此，能够对暂时保持为高温的状态的水冷式排气歧管30的壁部进行适当的冷却。因此即使在发动机20的运转状态又从高旋转高负载的运转状态转移为低旋转高负载的运转状态的情况下，冷却装置100Β也能够适当地防止或抑制冷却水W在水冷式排气歧管 30中发生过热或沸腾。上述的实施例是本发明的优选的实施例。但是，并未限定于此，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种变形实施。例如在上述的实施例中，说明了包括流量可变结构70作为流量可变机构的情况。 然而本发明并不局限于此，流量可变机构也可以是能够改变制冷剂的流量的其他的适当的结构。关于该点，具体而言，流量可变机构也可以通过例如图20所示的可变式水泵带轮 76来实现。该带轮76可以取代带轮72来使用。这种情况下，不需要空转轮74用于调节传送带73的张力，并且不需要执行器75。带轮76包括圆锥台状的一对带轮构件76a。带轮76具有能够以轴向中央为中心而以相互分离、接近的方式驱动各带轮构件76a的结构。传送带73以均勻地挂在各带轮构件76a上的方式挂在带轮76上。带轮76是液压驱动式，取代执行器75而作为控制对象使用，从而在E⑶IA的控制下，通过切换液压而能够对各带轮构件76a进行驱动。如图20(a)所示，各带轮构件76a的固定位置成为各带轮构件76a相互抵接的位置。并且，如图20(b)所示，向相互分离的方向驱动各带轮构件76a时，伴随于此，与传送带 73对应的直径在带轮76上被缩小。因此，能够提高水泵10的旋转并增大喷出量。而且通过使带轮76反向动作，而能够减少水泵10的喷出量。并且即使包括上述的带轮76作为流量可变机构，也能够在利用机械式的水泵10对冷却水W进行压送时，改变冷却水W的流量。另外，在上述的实施例中，对以下的情况进行了说明由于在与实际的冷却损失 Qw的相关关系高，能够进行更适当的流量控制的方面是优选的，因此在稳定时利用第一流量确定机构来确定流量，在过渡时利用第二流量确定机构来确定流量。然而，在本发明中并不局限于此，例如在稳定时及过渡时，流量确定机构都可以是第一流量确定机构或第二流量确定机构中的任一流量确定机构。这种情况下，能够实现控制的简化。而且这种情况下，能够防止稳定时和过渡时在比较短的时间内反复进行的情况下，通过第一流量确定机构和第二流量确定机构阶段性地反复改变流量的情况，由此，能够实现流量可变机构的可靠性的提高和控制的稳定化。另外，在本发明中，例如既可以至少在稳定时利用第一流量确定机构来确定流量，也可以至少在过渡时利用第二流量确定机构来确定流量。另外，第一或第二流量确定机构中的任一流量确定机构在稳定时及过渡时确定流量的情况下，在整体能进行更适当的流量控制的方面，更优选基于排气系统冷却机构的受热量来确定流量的第二流量确定机构。另外，第一流量确定机构或第二流量确定机构中的任一流量确定机构在稳定时及过渡时确定流量的情况下，修正机构可以对该流量确定机构所确定的流量进行修正。另外，即使在稳定时利用第一流量确定机构来确定流量且在过渡时利用第二流量确定机构来确定流量的情况下，修正机构在修正流量时，也可以利用第一或第二流量确定机构中的任一流量确定机构(例如第二流量确定机构)来确定流量。这种情况下，能够实现流量可变机构的可靠性的提高和控制的稳定化。另外，在上述的实施例中，由于制冷剂压送装置优选机械式水泵10，因此说明了上述情况。然而，本发明并不局限于此，在例如制冷剂压送装置为电动水泵的情况下，通过适用本发明也能够适当地防止或抑制制冷剂在排气冷却机构中发生过热或沸腾的情况。另外，在上述的实施例中说明了排气系统冷却机构为水冷式排气歧管30的情况。 然而，本发明并不局限于此，排气系统冷却机构也可以是利用流动的制冷剂对发动机的排气系统进行冷却的其他的适当的结构。关于该点，排气系统冷却机构也可以通过例如在排气歧管与发动机之间设置并将它们连接的接合器来实现。另外，虽然流量确定机构、估计机构、修正机构等各种机构主要由控制发动机20 的ECUl来实现是合理的，但例如也可以通过其他的电子控制装置、专用的电路等硬件或它们的组合来实现。关于该点，流量确定机构、估计机构、修正机构等各种机构也可以例如通过多个电子控制装置、多个电路等硬件、或电子控制装置与电路等硬件的组合以分散控制
的方式实现。
[符号说明]
1 ECU
10水泵
20发动机
30水冷式排气歧
301排气管
40加热器芯体
50散热器
60恒温器
100冷却装置
权利要求
1.一种发动机的冷却装置，包括制冷剂压送装置，所述制冷剂压送装置压送多个制冷剂循环路径共用的制冷剂； 发动机，所述发动机的发动机主体被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中；排气系统冷却机构，所述排气系统冷却机构被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中，并且利用流动的制冷剂对所述发动机的排气系统进行冷却，所述排气系统冷却机构的热容量比所述发动机主体的热容量小；冷却器，所述冷却器被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中，并对流动的制冷剂进行冷却；以及流量确定机构，所述流量确定机构基于所述发动机的吸入空气量来确定流向所述排气系统冷却机构的制冷剂的流量。
2.一种发动机的冷却装置，包括制冷剂压送装置，所述制冷剂压送装置压送多个制冷剂循环路径共用的制冷剂； 发动机，所述发动机的发动机主体被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中；排气系统冷却机构，所述排气系统冷却机构被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中，并且利用流动的制冷剂对所述发动机的排气系统进行冷却，所述排气系统冷却机构的热容量比所述发动机主体的热容量小；冷却器，所述冷却器被组装到所述多个制冷剂循环路径中的至少一个制冷剂循环路径中，并对流动的制冷剂进行冷却；以及流量确定机构，所述流量确定机构基于制冷剂在所述排气系统冷却机构中从排气接受的受热量，来确定流向所述排气系统冷却机构的制冷剂的流量。
3.根据权利要求1或2所述的发动机的冷却装置，还包括估计机构，所述估计机构估计所述排气系统冷却机构中的形成排气流经的流路的壁部的温度；以及修正机构，所述修正机构基于所述估计来修正由所述流量确定机构确定的制冷剂的流量。
全文摘要
冷却装置100A包括ECU1A、水泵10、发动机20、水冷式排气歧管30、以及散热器50。在ECU1A中，功能性地实现第一流量确定机构和第二流量确定机构，第一流量确定机构在发动机20的运转状态为稳定状态时，基于发动机20的吸入空气量GA来确定流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量，第二流量确定机构在发动机20的运转状态为过渡状态时，基于冷却损失Qw来确定流向水冷式排气歧管30的冷却水W的流量。
文档编号F01P3/12GK102414413SQ200980158949
公开日2012年4月11日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者星幸一, 篠田祥尚 申请人:丰田自动车株式会社