内燃機関の冷却装置
【課題】過給機およびＥＧＲ装置を備えた内燃機関においてノッキング抑制を行うことができる内燃機関の冷却装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１０は、ターボチャージャ６０およびＥＧＲ装置、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２、高水温冷却ＥＧＲクーラ４０を備える。インポート冷却水通路３０を備え、インポート冷却水通路３０に冷媒を供給する。冷却水通路２２とインポート冷却水通路３０との接続部には、切替バルブ２４が備えられている。ＥＣＵ７０は、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ領域の外部の領域であって所定の高負荷域において内燃機関１０が運転される場合に、インポート冷却水通路３０内の冷媒の流通を開始するように、切替バルブ２４を制御する。
【解決手段】内燃機関１０は、ターボチャージャ６０およびＥＧＲ装置、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２、高水温冷却ＥＧＲクーラ４０を備える。インポート冷却水通路３０を備え、インポート冷却水通路３０に冷媒を供給する。冷却水通路２２とインポート冷却水通路３０との接続部には、切替バルブ２４が備えられている。ＥＣＵ７０は、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ領域の外部の領域であって所定の高負荷域において内燃機関１０が運転される場合に、インポート冷却水通路３０内の冷媒の流通を開始するように、切替バルブ２４を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００３−１７６７４１号公報に開示されているように、中負荷状態または高負荷状態のとき、排気還流装置の冷却を実施する内燃機関が知られている。この従来技術にかかる内燃機関は、過給機および排気還流（（Exhaust Gas Recirculation、以下「ＥＧＲ」とも称す）を行う装置（以下、「ＥＧＲ装置」とも称す）を備えている。上記従来の技術にかかる内燃機関は、ＮＯｘの発生および粒子状物質の発生を低減する観点から、上記の特定の負荷状態のときに排気還流装置の冷却を実施することにより、機関本体のシリンダに吸入される吸気温度の低下による燃焼温度の上昇抑制という効果を享受している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７６７４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５１０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低水温冷却水によって冷却した排気ガスを還流する外部ＥＧＲ機構によれば、低温に冷却した排気ガスを吸気通路に還流することで、吸気温度を下げることができる。その結果、ノッキングを抑制することができる。過給機を有する内燃機関においても、過給が行われない領域や過給圧が低い領域においては吸気圧が背圧よりも低く、所望量のＥＧＲを吸気通路に導入することができるため、このような冷却したＥＧＲ導入によるノッキング抑制効果を享受することができる。しかしながら、その一方で、過給を行うことにより、ＥＧＲガスの導入量が所望量よりも低下したりＥＧＲガスが導入できなくなってしたりするほどに、吸気圧が増大する領域（つまり背圧と吸気圧の差圧が小さくなる領域）がある。このようにＥＧＲガスの導入量が低下したりＥＧＲガスが導入できなくなってしたりするといったＥＧＲの導入が妨げられる事態が発生すると、冷却したＥＧＲの導入によって確保していたノッキング抑制効果が、低下してしまう。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、過給機およびＥＧＲ装置を備えた内燃機関においてノッキング抑制を行うことができる内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給機およびＥＧＲ装置を備えた内燃機関を冷却する冷却装置であって、
前記ＥＧＲ装置で還流するＥＧＲガスを冷却するように当該ＥＧＲ装置に備えられた第１冷媒通路と、
前記内燃機関の吸気ポートを冷却するように前記内燃機関に設けられた第２冷媒通路と、
前記第１冷媒通路と前記第２冷媒通路とに冷媒を供給する冷媒供給手段と、
前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲ領域の外部の領域であって所定の高負荷域において前記内燃機関が運転される場合に、前記第２冷媒通路内の冷媒の流通を開始するように又は前記第２冷媒通路内の冷媒の流量を増加するように、前記第２冷媒通路への冷媒の供給を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲ装置は、
前記内燃機関のエンジン冷却水を流通させるエンジン冷却水通路と連通し、前記エンジン冷却水通路内を流れる第１の温度の冷媒によってＥＧＲガスを冷却する第１ＥＧＲクーラと、
前記第１冷媒通路と接続し、前記第１冷媒通路内を流れ前記第１の温度よりも低温の第２の温度の冷媒によってＥＧＲガスを冷却する第２ＥＧＲクーラと、
を含み、
前記第２冷媒通路は、前記第１冷媒通路と接続する接続部を備え、
前記接続部に備えられ、前記第１冷媒通路と前記第２冷媒通路とに対する冷媒の流れを変更可能なバルブをさらに備え、
前記制御手段は、前記バルブの開閉状態を切り換えることにより前記第２冷媒通路への冷媒の供給を制御するバルブ制御手段を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記第２冷媒通路は、前記バルブを起点として前記第２ＥＧＲクーラをバイパスするように前記第１冷媒通路と接続することを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか１つにおいて、
前記所定の高負荷域は、前記内燃機関のノッキングが発生する負荷域であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、ＥＧＲ領域外部かつ所定高負荷域において内燃機関が運転される場合に、吸気ポートの冷却を行うことができる。これにより、冷却したＥＧＲの導入が阻害される事態に対処するように、吸気ポートの冷却を行い、吸気温度を下げることができる。その結果、ノッキング抑制を確保することができる。
【００１１】
第２の発明によれば、２段の冷却を行う機構を備えたＥＧＲクーラにおいて、冷却水を吸気ポートの冷却に分担させることができる。
【００１２】
第３の発明によれば、第２ＥＧＲクーラに冷媒を供給する第１冷媒通路から、冷媒の一部または全部を、第２ＥＧＲクーラをバイパスして第２冷媒通路へと流すことにより、吸気ポートの冷却を行うことができる。
【００１３】
第４の発明によれば、ノッキング抑制の観点から必要な場合に確実に吸気ポートの冷却措置をとることができるとともに、その必要が無い場合には吸気ポートの冷却を控えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置の動作について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置の動作について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置の構成を示す図である。図１には、実施の形態１にかかる冷却装置とともに、内燃機関１０のシステム構成の一部も記載されている。内燃機関１０は車両等の移動体に好適である。本実施形態にかかる内燃機関１０は、一例として、４つの気筒（一列に並ぶ＃１気筒〜＃４気筒）を有する直列４気筒型エンジンである。また、下記に述べるように、内燃機関１０は、ターボチャージャ６０を有する過給内燃機関であるとともに、冷却したＥＧＲガスを吸気通路に導入できるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を有する内燃機関である。
【００１６】
図示しないが、内燃機関１０は、筒内に空気を取り込むための吸気通路と、筒内から排出される排気ガスが流れる排気通路とを備えている。
内燃機関１０の吸気通路の入口近傍には、吸気通路に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ（図示せず）が設けられている。エアフローメータの下流には、ターボチャージャ６０のコンプレッサが配置されている。ターボチャージャ６０は、コンプレッサと一体的に連結され、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービンを備えている。また、コンプレッサは、タービンに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるようになっている。
コンプレッサの下流側の吸気通路には、水冷インタークーラ２０が配置されている。水冷インタークーラ２０は、コンプレッサにより圧縮された空気を冷却するための水冷式のインタークーラである。更に、水冷インタークーラ２０の下流には、吸気通路を流れる空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ（図示せず）が配置されている。
【００１７】
内燃機関１０の排気通路には、ＥＧＲ通路（図示せず）の一端が接続されている。このＥＧＲ通路の他端は、スロットルバルブの下流側において吸気通路（のサージタンク）に接続されている。ＥＧＲ通路の途中には、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２および高水温冷却ＥＧＲクーラ４０が設けられている。これらのＥＧＲクーラよりも下流側のＥＧＲ通路には、ＥＧＲ通路の開閉を担うＥＧＲ弁（図示せず）が設けられている。ＥＧＲ弁は、駆動源としてステッピングモータ（図示せず）を有している。このような構成によれば、ＥＧＲ通路を介して、排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に還流させる制御、いわゆる外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)制御を行うことができる。
【００１８】
実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、低温冷却水路（冷却水通路２２、冷却水通路２５、冷却水通路２６、冷却水通路２８）が形成されている。この低温冷却水路には、水冷インタークーラ２０を冷却した後の冷却水（低温冷却水）が流通する。この低温冷却水が流れる系統内における冷却水の流通方向は、図１において各冷却水通路に沿って記す矢印のとおりである。
実施の形態１にかかるこの低温冷却水が流れる系統は、エンジン冷却水とは別系統に設けられたものである。この低温冷却水は、エンジン冷却水よりも低温の状態でターボチャージャ６０に供給されるように設定されている。低温冷却水は、低温冷却水用水ポンプ（図示せず）によって、低温冷却水路と、水冷インタークーラ２０と、低温冷却水を冷却するためのサブラジエータ３４との間を循環するように構成されている。
【００１９】
実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、切替バルブ２４を備えている。切替バルブ２４は、冷却水通路２２における水冷インタークーラ２０の下流であって低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の上流の部位に配置されている。切替バルブ２４は、インポート冷却水通路３０に接続している。インポート冷却水通路３０は、内燃機関１０の吸気ポート（インポート）を冷却するように、シリンダヘッドの吸気ポート付近に形成された冷却水路である。
切替バルブ２４は、冷却水通路２２からの冷却水の流れの方向を、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２側へと流れる方向と、インポート冷却水通路３０側へと流れる方向との間で切り換えることができる。なお、切替バルブ２４には、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２側とインポート冷却水通路３０との間で択一的に流通方向を切り換えることができるバルブを用いたり、或いは、択一的な切替のみならず低水温冷却ＥＧＲクーラ３２側とインポート冷却水通路３０との間で所望の割合で冷却水を配分できるバルブ（ここでは、複数のバルブを組み合わせたバルブ機構も含めて、単に「バルブ」と称している）を用いたりすることができる。
【００２０】
実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、図１に模式的に示すように、高温冷却水路（冷却水通路４２、冷却水通路４４、冷却水通路４８）を備えている。この高温冷却水路には、通常のエンジン冷却水（高温冷却水）が流通している。この高温冷却水が流れる系統内における冷却水の流通方向は、図１において各冷却水通路に沿って記す矢印のとおりである。
高温冷却水は、高温冷却水路を含む内燃機関の所定の冷却部位のための冷却水路と、高温冷却水を冷却するためのメインラジエータ５２との間を、循環する。この循環は、高温冷却水用のポンプ４６の駆動によって行われる。冷却水通路４４における、メインラジエータ５２とポンプ４６との間には、サーモスタット５０が設けられている。冷却水通路４８は、冷却水通路４４におけるポンプ４６とサーモスタット５０との間の部分と、冷却水通路４２との間を接続している。
【００２１】
上述したように、実施の形態１にかかるＥＧＲ装置は、「ＥＧＲクーラの２段冷却機構」を備えている。すなわち、実施の形態１にかかるＥＧＲクーラは、「エンジン冷却水による高水温冷却ＥＧＲクーラ４０」および「水冷インタークーラ２０の冷却水による低水温冷却ＥＧＲクーラ３２」によって２段階の冷却機構を構成している。そして、実施の形態１にかかる構成によれば、切替バルブ２４の存在によって、その２段階のＥＧＲクーラのうち低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の冷却水を、必要に応じてインポート冷却水通路３０へと流すことができる。
【００２２】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)７０を備えている。ＥＣＵ７０の入力部には、上述したエアフローメータに加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ、および、排気通路を流れる排気ガスの温度を検知するための排気温度センサ等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。
また、ＥＣＵ７０の出力部には、上述したスロットルバルブ、ＥＧＲ弁およびポンプ、に加え、内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射弁、および、混合気に点火するための点火プラグ等の内燃機関の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ７０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関の運転状態を制御するものである。
ＥＣＵ７０は、上記の各種センサからの出力信号に基づいて、内燃機関１０の機関回転数および負荷を計算することができる。また、ＥＣＵ７０の出力部は、切替バルブ２４に接続している。切替バルブ２４は、ＥＣＵ７０からの制御信号に応じて、冷却水通路の連通状態を上述したように切り換えることができる。
【００２３】
［実施の形態１の動作］
図２は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置の動作について説明するための図である。図２は、実施の形態１にかかる内燃機関１０におけるＥＧＲ領域とノック領域との関係とを示す図である。図２は、実施の形態１にかかる内燃機関１０について、機関負荷と機関回転数との特性を示す平面上において、負荷のＷＯＴ（Wide open throttle）ライン、ノックライン、およびＥＧＲ領域（ハッチングを付した区域）を示している。
【００２４】
実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置では、内燃機関１０が図２の点Ａに示すようにＥＧＲ領域内で運転されている場合には、ＥＣＵ７０が、切替バルブ２４を「冷却水通路２２から低水温冷却ＥＧＲクーラ３２、冷却水通路２５を経由して冷却水が流れるように」制御する。これにより、高水温冷却ＥＧＲクーラ４０および低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の双方の冷却能力を、ＥＧＲの冷却のために利用することができる。冷却されたＥＧＲが吸気通路に還流されることで、吸気温度を下げることができる。
【００２５】
一方、実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置では、内燃機関１０が図２の点Ｂに示すように「ＥＧＲ領域外でかつノッキングが発生するほどに高負荷の領域」で運転されている場合には、ＥＣＵ７０が、切替バルブ２４を「冷却水通路２２からインポート冷却水通路３０、冷却水通路２５を経由して冷却水が流れるように」制御する。これにより、点Ａにおいて低水温冷却ＥＧＲクーラ３２に流れていた冷却水を、インポート冷却水通路３０へと流し、吸気ポートを冷却することができる。この吸気ポートの冷却により、吸気温度を下げることができる。
【００２６】
低水温冷却水を利用する外部ＥＧＲ機構の場合には、ＥＧＲガスを低温に冷却することができ、ＥＧＲ領域においてこの冷却されたＥＧＲガスを吸気通路に導入することによって吸気温度を下げることができる。これにより、ノッキング抑制効果を得ることができる。しかしながら、高負荷になると差圧（背圧と吸気圧の差）が小さくなることにより、外部ＥＧＲの導入が難しくなってしまう。より詳しく述べると、過給されることによって、ＮＡ（自然吸気）エンジンと比較して吸気圧が高くなるために、差圧が小さくなり、外部ＥＧＲを導入できない領域が大きくなる。これに加えて、過給エンジンの場合、ノッキング領域が大きいという事情もある。ＥＧＲが導入され難くなる結果、冷却したＥＧＲの導入によって確保されていたノッキング抑制効果が低下してしまうおそれがあるため、これに対処することが好ましい。
そこで、実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、このような問題に対処するために、ＥＧＲ領域よりも外側の領域でノッキングが発生するほどに高負荷な領域（図２の点Ｂなど）で運転されている場合には、切替バルブ２４を、「冷却水通路２２からインポート冷却水通路３０、冷却水通路２５を経由して冷却水が流れるように」制御することができる。これにより、冷却したＥＧＲの導入が阻害される事態に対処するように、吸気ポートの冷却を行い、吸気温度を下げることができる。その結果、ノッキング抑制を確保することができる。
また、実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置によれば、２段の冷却を行う機構を備えたＥＧＲクーラ（低水温冷却ＥＧＲクーラ３２および高水温冷却ＥＧＲクーラ４０）において、切替バルブ２４の切替制御によって、冷却水の一部を吸気ポートの冷却に分担させることにより吸気温度を下げることができる。
【００２７】
［実施の形態１の具体的処理］
以下、図３を用いて、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置で実行される具体的処理を説明する。図３は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ７０は、内燃機関１０の運転中に、このルーチンを所定の周期で繰り返し実行する。
【００２８】
図３に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ７０が、内燃機関１０がＥＧＲ領域で運転されているかどうかを判定する処理を実行する（ステップＳ１００）。このステップでは、ＥＣＵ７０が、先ず内燃機関１０に取り付けられた各種センサの出力信号に基づいてＥＣＵ７０が現在の内燃機関１０の運転領域（負荷、機関回転数）を特定する。次いで、ＥＣＵ７０は、その特定した運転領域が、予めマップ等により記憶しておいた所定のＥＧＲ領域内に属するか否かを判定する処理を実行する。
この判定により現在の運転領域がＥＧＲ領域内にある場合には、ステップＳ１００の条件が成立（Ｙｅｓ）し、今回のルーチンが終了する。ＥＧＲ領域内において運転できるため、冷却したＥＧＲの導入が可能であり、その冷却したＥＧＲの導入によってノッキング抑制が可能だからである。
【００２９】
ステップＳ１００の条件が不成立（Ｎｏ）であった場合には、次に、ＥＣＵ７０が、内燃機関１０がノック領域で運転されているかどうかを判定する処理を実行する（ステップＳ１０２）。このステップでは、ＥＣＵ７０が、ステップＳ１００で特定された、現在の内燃機関１０の運転領域が、所定のノック領域（実施の形態１の場合には、図２のノックラインより高負荷の領域）にあるか否かを判定する処理を実行する。ノック領域も、マップ等として予めＥＣＵ７０に記憶しておけばよい。
この判定により現在の運転領域がノック領域内に無い場合には、ステップＳ１０２の条件が不成立（Ｎｏ）となり、今回のルーチンが終了する。
【００３０】
ステップＳ１０２の条件が成立（Ｙｅｓ）した場合には、ＥＣＵ７０は、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２への冷却水の流れが遮断されるように、切替バルブ２４における低水温冷却ＥＧＲクーラ３２側の経路を閉じるための制御処理を実行する（ステップＳ１０４）。
次いで、ＥＣＵ７０は、インポート冷却水通路３０への冷却水の流れが開始されるように、切替バルブ２４におけるインポート冷却水通路３０への経路を開放するための制御処理を実行する（ステップＳ１０６）。
【００３１】
これらのステップＳ１００乃至Ｓ１０６の一連の処理によれば、過給機（ターボチャージャ６０）およびＥＧＲ装置を備えた内燃機関１０において、実施の形態１にかかる動作の欄で説明したごとくノッキング抑制を行うことができる。すなわち、ステップＳ１００およびＳ１０２の判定結果に応じてステップＳ１０４へと処理が進む場合には、「ＥＧＲ領域外であってかつノック領域」において内燃機関１０が運転されている。実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置によれば、この場合には、ＥＣＵ７０が、ステップＳ１０４およびＳ１０６の処理により、「冷却水通路２２→インポート冷却水通路３０→冷却水通路２５という経路」を冷却水が流れるように、切替バルブ２４を制御することができる。その後、今回のルーチンが終了する。
【００３２】
以上説明した実施の形態１にかかる処理によれば、冷却したＥＧＲの導入が阻害される事態に対処するように、吸気ポートの冷却を行い、吸気温度を下げることができる。その結果、ノッキング抑制を確保することができる。また、上述した実施の形態１にかかる処理によれば、「ＥＧＲ領域外」であって「ノックラインより高負荷域」で内燃機関１０が運転されているか否かを正確に判定したうえで、切替バルブ２４の制御を行うことができる。このため、ノッキング抑制の観点から必要な場合に確実に吸気ポートの冷却措置をとることができるとともに、その必要が無い場合には吸気ポートの冷却を控えることができる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態１においては、ターボチャージャ６０が、前記第１の発明における「過給機」に、内燃機関１０に取り付けられた図示しない外部ＥＧＲ装置が、前記第１の発明における「ＥＧＲ装置」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、冷却水通路２２、２５、２６、２８が、前記第１の発明における「第１冷媒通路」に、インポート冷却水通路３０が、前記第１の発明における「第２冷媒通路」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、水冷インタークーラ２０、サブラジエータ３４、低温冷却水用水ポンプ（図示せず）が、前記第１の発明における「冷媒供給手段」に、相当している。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が図３のルーチンのステップＳ１００乃至Ｓ１０６の処理を実行することで切替バルブ２４が制御されることにより、前記第１の発明における「制御手段」が実現されている。
【００３４】
また、上述した実施の形態１においては、高水温冷却ＥＧＲクーラ４０が、前記第２の発明における「第１ＥＧＲクーラ」に、冷却水通路４２、４４および４８が、前記第２の発明における「エンジン冷却水通路」に、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２が、前記第2の発明における「第２ＥＧＲクーラ」に、切替バルブ２４が、前記第２の発明における「バルブ」に、それぞれ相当している。
【００３５】
なお、実施の形態１では、インポート冷却水通路３０を、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２をバイパスするように冷却水通路２２、２５接続させる構成とした。言い換えれば、インポート冷却水通路３０を、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２にかかる冷却水通路の系の途中から分岐させて、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の冷却に用いる冷却水を用いて吸気ポートを冷却できるような構成とした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。インポート冷却水通路３０を、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２にかかる冷却系と別系統の冷却系としても良い。
なお、変形例の一つとして、択一的な切替バルブでなく流量配分調整が可能なバルブを切替バルブ２４に用いている場合で、ステップＳ１０４やＳ１０６の処理を迎える時点で、既にインポート冷却水通路３０に冷却水の流れがあるとき（冷却水の配分をしているとき）が考えられる。このような変形例の場合には、ＥＣＵ７０が、ステップＳ１０６において、インポート冷却水通路３０内の冷却水の流量の増大（流れの強化）をするように、インポート冷却水通路３０側のバルブ開度を大きくする制御を行っても良い。
なお、実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２および高水温冷却ＥＧＲクーラ４０を有するものであり、すなわち「ＥＧＲクーラの２段冷却機構」を備えている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。１つのＥＧＲクーラのみを備える内燃機関の冷却装置に対して本発明を適用してもよく、具体的には、その１つのＥＧＲクーラにかかる冷却水通路に対してインポート冷却水通路３０、切替バルブ２４を設けて上記の実施の形態１にかかる具体的制御を実行させてもよい。
【００３６】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置の構成を示す図である。実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置は、切替バルブ１４０およびエキポート冷却水通路１４２を備えている点を除き、図１に示した実施の形態１の構成と同じハードウェア構成を備える。重複説明を避けるため、以下、ハードウェア構成については説明を適宜省略ないしは簡略する。
【００３７】
実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、エキポート冷却水通路１４２を備えている。エキポート冷却水通路１４２は、内燃機関１０の排気ポート（エキポート）を冷却するように、シリンダヘッドの排気ポート付近に形成された冷却水路である。エキポート冷却水通路１４２の一端は、インポート冷却水通路３０に接続している。エキポート冷却水通路１４２の他端は、冷却水通路２５における低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の下流部分に接続している。エキポート冷却水通路１４２の他端が冷却水通路２５に接続する接続部分は、インポート冷却水通路３０が冷却水通路２５に接続する部分よりも、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２に近い位置である。
エキポート冷却水通路１４２とインポート冷却水通路３０とが接続する接続部分には、切替バルブ１４０が設けられている。切替バルブ１４０は、実施の形態１にかかる切替バルブ２４と同様に、冷却水の流れの方向を切り換えることのできる切替バルブである。切替バルブ１４０はＥＣＵ７０に接続しており、ＥＣＵ７０の制御信号に応じて、切替バルブ１４０が、インポート冷却水通路３０を流れてきた冷却水をエキポート冷却水通路１４２に流すことができる。これによりエキポート冷却水通路１４２に低温冷却水を流すことができ、排気ポートを冷却することができる。
【００３８】
図５は、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置の動作について説明するための図である。図５は、実施の形態１にかかる内燃機関１０におけるＥＧＲ領域とλ＝１領域との間の関係を示す図である。図５には、図１と同様にＷＯＴラインおよびＥＧＲ領域が示されているとともに、λ＝１ラインも示されている。
【００３９】
実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置では、内燃機関１０が図５の点Ａに示すようにＥＧＲ領域内で運転されている場合には、ＥＣＵ７０が、切替バルブ２４を「冷却水通路２２から低水温冷却ＥＧＲクーラ３２、冷却水通路２５を経由して冷却水が流れるように」制御するとともに、切替バルブ１４０を「インポート冷却水通路３０とエキポート冷却水通路１４２との間の接続を遮断するように」制御する。これにより、実施の形態２においても実施の形態１と同様に、高水温冷却ＥＧＲクーラ４０および低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の双方の冷却能力を、ＥＧＲの冷却のために利用することができる。冷却されたＥＧＲが吸気通路に還流されることで、吸気温度を下げることができる。
【００４０】
一方、実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置では、内燃機関１０が図５の点Ｃに示すように「ＥＧＲ領域外でかつλ＝１境界付近」で運転されている場合には、ＥＣＵ７０が、切替バルブ２４を「冷却水通路２２からインポート冷却水通路３０へと冷却水が流れるように」制御するとともに、切替バルブ１４０を「インポート冷却水通路３０からエキポート冷却水通路１４２を経由して冷却水が流れるように」制御する。これにより、点Ａにおいて低水温冷却ＥＧＲクーラ３２に流れていた冷却水を、インポート冷却水通路３０へと流し、吸気ポートを冷却することができるとともに、その冷却水を更にエキポート冷却水通路１４２へと流し、排気ポートを冷却することもできる。このような制御を行うことで、実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置によれば、吸気ポートの冷却により吸気温度を下げることができるとともに、ＥＧＲ領域でなくかつλ＝１境界付近においては排気ポートも冷却することによりλ＝１領域を拡大することもできる。
【００４１】
以下、図６を用いて、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置で実行される具体的処理を説明する。図６は、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ７０は、内燃機関１０の運転中に、このルーチンを所定の周期で繰り返し実行する。
【００４２】
図６に示すルーチンでは、先ず、図３に示した実施の形態１にかかるルーチンと同様に、ステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、およびＳ１０６の処理が実行される。これにより、「ＥＧＲ領域外であってかつノック領域」において内燃機関１０が運転されている場合には、冷却水通路２２→インポート冷却水通路３０→冷却水通路２５という経路を冷却水が流れるように、切替バルブ２４を制御することができる。
【００４３】
ステップＳ１０６の処理が実行された後、次いで、実施の形態２にかかる具体的処理では、ＥＣＵ７０が、λ＜１領域で内燃機関１０が運転されているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２００）。例えば、図５においてλ＝１ラインよりも高負荷、高回転数域にプロットされた点Ｃは、このステップＳ２００における判定結果が肯定（Ｙｅｓ）となる点である。ステップＳ２００の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）である場合には、「ＥＧＲ領域よりも負荷が高く、かつλ＜１領域での運転」が行われているという判断を下すことができる。このステップの条件が不成立（Ｎｏ）である場合は、そのような運転領域での運転には該当しないため、今回のルーチンが終了する。
【００４４】
ステップＳ２００の条件成立（Ｙｅｓ）が認められた場合（つまり、「内燃機関１０がλ＜１領域で運転されている」との判定結果が得られた場合）には、ＥＣＵ７０は、インポート冷却水通路３０とエキポート冷却水通路１４２との間の接続（つまりそれらの連通の成立）を行うように、切替バルブ１４０を開くための制御処理を実行する（ステップＳ２０２）。これにより、インポート冷却水通路３０とともにエキポート冷却水通路１４２へも冷却水を流すことができる。このような一連の処理の結果、ＥＧＲ領域でなくかつλ＝１境界付近において、排気ポートを冷却することによりλ＝１領域を拡大することができる。その後、今回のルーチンが終了する。
【００４５】
なお、実施の形態２において、エキポート冷却水通路１４２をＥＧＲクーラ（高水温冷却ＥＧＲクーラ４０および低水温冷却ＥＧＲクーラ３２）の冷却系と別の独立の系統として設けたり、エキポート冷却水通路１４２をインポート冷却水通路３０と別の独立の系統として設けたりしても良い。また、実施の形態１にかかる吸気ポート冷却用の構成（インポート冷却水通路３０、切替バルブ２４その他の構成）および制御と、実施の形態２にかかる排気ポート冷却構成（エキポート冷却水通路１４２、切替バルブ１４０その他の構成）および制御とを、別々に（実施の形態２を単独で）実施してもよい。
また、切替バルブ２４について実施の形態１で述べた変形例のように、切替バルブ１４０を、択一的な切替バルブに限らず所望の割合でインポート冷却水通路３０内の冷却水の一部をエキポート冷却水通路１４２に導入できるような流量配分変更可能なバルブ（バルブ機構）としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 内燃機関
２０ 水冷インタークーラ
２２ 冷却水通路
２４ 切替バルブ
２５ 冷却水通路
２６ 冷却水通路
２８ 冷却水通路
３０ インポート冷却水通路
３２ 低水温冷却ＥＧＲクーラ
３４ サブラジエータ
４０ 高水温冷却ＥＧＲクーラ
４２ 冷却水通路
４４ 冷却水通路
４６ ポンプ
４８ 冷却水通路
５０ サーモスタット
５２ メインラジエータ
６０ ターボチャージャ
１４０ 切替バルブ
１４２ エキポート冷却水通路
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００３−１７６７４１号公報に開示されているように、中負荷状態または高負荷状態のとき、排気還流装置の冷却を実施する内燃機関が知られている。この従来技術にかかる内燃機関は、過給機および排気還流（（Exhaust Gas Recirculation、以下「ＥＧＲ」とも称す）を行う装置（以下、「ＥＧＲ装置」とも称す）を備えている。上記従来の技術にかかる内燃機関は、ＮＯｘの発生および粒子状物質の発生を低減する観点から、上記の特定の負荷状態のときに排気還流装置の冷却を実施することにより、機関本体のシリンダに吸入される吸気温度の低下による燃焼温度の上昇抑制という効果を享受している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７６７４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５１０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低水温冷却水によって冷却した排気ガスを還流する外部ＥＧＲ機構によれば、低温に冷却した排気ガスを吸気通路に還流することで、吸気温度を下げることができる。その結果、ノッキングを抑制することができる。過給機を有する内燃機関においても、過給が行われない領域や過給圧が低い領域においては吸気圧が背圧よりも低く、所望量のＥＧＲを吸気通路に導入することができるため、このような冷却したＥＧＲ導入によるノッキング抑制効果を享受することができる。しかしながら、その一方で、過給を行うことにより、ＥＧＲガスの導入量が所望量よりも低下したりＥＧＲガスが導入できなくなってしたりするほどに、吸気圧が増大する領域（つまり背圧と吸気圧の差圧が小さくなる領域）がある。このようにＥＧＲガスの導入量が低下したりＥＧＲガスが導入できなくなってしたりするといったＥＧＲの導入が妨げられる事態が発生すると、冷却したＥＧＲの導入によって確保していたノッキング抑制効果が、低下してしまう。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、過給機およびＥＧＲ装置を備えた内燃機関においてノッキング抑制を行うことができる内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給機およびＥＧＲ装置を備えた内燃機関を冷却する冷却装置であって、
前記ＥＧＲ装置で還流するＥＧＲガスを冷却するように当該ＥＧＲ装置に備えられた第１冷媒通路と、
前記内燃機関の吸気ポートを冷却するように前記内燃機関に設けられた第２冷媒通路と、
前記第１冷媒通路と前記第２冷媒通路とに冷媒を供給する冷媒供給手段と、
前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲ領域の外部の領域であって所定の高負荷域において前記内燃機関が運転される場合に、前記第２冷媒通路内の冷媒の流通を開始するように又は前記第２冷媒通路内の冷媒の流量を増加するように、前記第２冷媒通路への冷媒の供給を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲ装置は、
前記内燃機関のエンジン冷却水を流通させるエンジン冷却水通路と連通し、前記エンジン冷却水通路内を流れる第１の温度の冷媒によってＥＧＲガスを冷却する第１ＥＧＲクーラと、
前記第１冷媒通路と接続し、前記第１冷媒通路内を流れ前記第１の温度よりも低温の第２の温度の冷媒によってＥＧＲガスを冷却する第２ＥＧＲクーラと、
を含み、
前記第２冷媒通路は、前記第１冷媒通路と接続する接続部を備え、
前記接続部に備えられ、前記第１冷媒通路と前記第２冷媒通路とに対する冷媒の流れを変更可能なバルブをさらに備え、
前記制御手段は、前記バルブの開閉状態を切り換えることにより前記第２冷媒通路への冷媒の供給を制御するバルブ制御手段を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記第２冷媒通路は、前記バルブを起点として前記第２ＥＧＲクーラをバイパスするように前記第１冷媒通路と接続することを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか１つにおいて、
前記所定の高負荷域は、前記内燃機関のノッキングが発生する負荷域であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、ＥＧＲ領域外部かつ所定高負荷域において内燃機関が運転される場合に、吸気ポートの冷却を行うことができる。これにより、冷却したＥＧＲの導入が阻害される事態に対処するように、吸気ポートの冷却を行い、吸気温度を下げることができる。その結果、ノッキング抑制を確保することができる。
【００１１】
第２の発明によれば、２段の冷却を行う機構を備えたＥＧＲクーラにおいて、冷却水を吸気ポートの冷却に分担させることができる。
【００１２】
第３の発明によれば、第２ＥＧＲクーラに冷媒を供給する第１冷媒通路から、冷媒の一部または全部を、第２ＥＧＲクーラをバイパスして第２冷媒通路へと流すことにより、吸気ポートの冷却を行うことができる。
【００１３】
第４の発明によれば、ノッキング抑制の観点から必要な場合に確実に吸気ポートの冷却措置をとることができるとともに、その必要が無い場合には吸気ポートの冷却を控えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置の動作について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置の動作について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置の構成を示す図である。図１には、実施の形態１にかかる冷却装置とともに、内燃機関１０のシステム構成の一部も記載されている。内燃機関１０は車両等の移動体に好適である。本実施形態にかかる内燃機関１０は、一例として、４つの気筒（一列に並ぶ＃１気筒〜＃４気筒）を有する直列４気筒型エンジンである。また、下記に述べるように、内燃機関１０は、ターボチャージャ６０を有する過給内燃機関であるとともに、冷却したＥＧＲガスを吸気通路に導入できるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を有する内燃機関である。
【００１６】
図示しないが、内燃機関１０は、筒内に空気を取り込むための吸気通路と、筒内から排出される排気ガスが流れる排気通路とを備えている。
内燃機関１０の吸気通路の入口近傍には、吸気通路に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ（図示せず）が設けられている。エアフローメータの下流には、ターボチャージャ６０のコンプレッサが配置されている。ターボチャージャ６０は、コンプレッサと一体的に連結され、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービンを備えている。また、コンプレッサは、タービンに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるようになっている。
コンプレッサの下流側の吸気通路には、水冷インタークーラ２０が配置されている。水冷インタークーラ２０は、コンプレッサにより圧縮された空気を冷却するための水冷式のインタークーラである。更に、水冷インタークーラ２０の下流には、吸気通路を流れる空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ（図示せず）が配置されている。
【００１７】
内燃機関１０の排気通路には、ＥＧＲ通路（図示せず）の一端が接続されている。このＥＧＲ通路の他端は、スロットルバルブの下流側において吸気通路（のサージタンク）に接続されている。ＥＧＲ通路の途中には、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２および高水温冷却ＥＧＲクーラ４０が設けられている。これらのＥＧＲクーラよりも下流側のＥＧＲ通路には、ＥＧＲ通路の開閉を担うＥＧＲ弁（図示せず）が設けられている。ＥＧＲ弁は、駆動源としてステッピングモータ（図示せず）を有している。このような構成によれば、ＥＧＲ通路を介して、排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に還流させる制御、いわゆる外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)制御を行うことができる。
【００１８】
実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、低温冷却水路（冷却水通路２２、冷却水通路２５、冷却水通路２６、冷却水通路２８）が形成されている。この低温冷却水路には、水冷インタークーラ２０を冷却した後の冷却水（低温冷却水）が流通する。この低温冷却水が流れる系統内における冷却水の流通方向は、図１において各冷却水通路に沿って記す矢印のとおりである。
実施の形態１にかかるこの低温冷却水が流れる系統は、エンジン冷却水とは別系統に設けられたものである。この低温冷却水は、エンジン冷却水よりも低温の状態でターボチャージャ６０に供給されるように設定されている。低温冷却水は、低温冷却水用水ポンプ（図示せず）によって、低温冷却水路と、水冷インタークーラ２０と、低温冷却水を冷却するためのサブラジエータ３４との間を循環するように構成されている。
【００１９】
実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、切替バルブ２４を備えている。切替バルブ２４は、冷却水通路２２における水冷インタークーラ２０の下流であって低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の上流の部位に配置されている。切替バルブ２４は、インポート冷却水通路３０に接続している。インポート冷却水通路３０は、内燃機関１０の吸気ポート（インポート）を冷却するように、シリンダヘッドの吸気ポート付近に形成された冷却水路である。
切替バルブ２４は、冷却水通路２２からの冷却水の流れの方向を、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２側へと流れる方向と、インポート冷却水通路３０側へと流れる方向との間で切り換えることができる。なお、切替バルブ２４には、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２側とインポート冷却水通路３０との間で択一的に流通方向を切り換えることができるバルブを用いたり、或いは、択一的な切替のみならず低水温冷却ＥＧＲクーラ３２側とインポート冷却水通路３０との間で所望の割合で冷却水を配分できるバルブ（ここでは、複数のバルブを組み合わせたバルブ機構も含めて、単に「バルブ」と称している）を用いたりすることができる。
【００２０】
実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、図１に模式的に示すように、高温冷却水路（冷却水通路４２、冷却水通路４４、冷却水通路４８）を備えている。この高温冷却水路には、通常のエンジン冷却水（高温冷却水）が流通している。この高温冷却水が流れる系統内における冷却水の流通方向は、図１において各冷却水通路に沿って記す矢印のとおりである。
高温冷却水は、高温冷却水路を含む内燃機関の所定の冷却部位のための冷却水路と、高温冷却水を冷却するためのメインラジエータ５２との間を、循環する。この循環は、高温冷却水用のポンプ４６の駆動によって行われる。冷却水通路４４における、メインラジエータ５２とポンプ４６との間には、サーモスタット５０が設けられている。冷却水通路４８は、冷却水通路４４におけるポンプ４６とサーモスタット５０との間の部分と、冷却水通路４２との間を接続している。
【００２１】
上述したように、実施の形態１にかかるＥＧＲ装置は、「ＥＧＲクーラの２段冷却機構」を備えている。すなわち、実施の形態１にかかるＥＧＲクーラは、「エンジン冷却水による高水温冷却ＥＧＲクーラ４０」および「水冷インタークーラ２０の冷却水による低水温冷却ＥＧＲクーラ３２」によって２段階の冷却機構を構成している。そして、実施の形態１にかかる構成によれば、切替バルブ２４の存在によって、その２段階のＥＧＲクーラのうち低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の冷却水を、必要に応じてインポート冷却水通路３０へと流すことができる。
【００２２】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)７０を備えている。ＥＣＵ７０の入力部には、上述したエアフローメータに加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ、および、排気通路を流れる排気ガスの温度を検知するための排気温度センサ等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。
また、ＥＣＵ７０の出力部には、上述したスロットルバルブ、ＥＧＲ弁およびポンプ、に加え、内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射弁、および、混合気に点火するための点火プラグ等の内燃機関の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ７０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関の運転状態を制御するものである。
ＥＣＵ７０は、上記の各種センサからの出力信号に基づいて、内燃機関１０の機関回転数および負荷を計算することができる。また、ＥＣＵ７０の出力部は、切替バルブ２４に接続している。切替バルブ２４は、ＥＣＵ７０からの制御信号に応じて、冷却水通路の連通状態を上述したように切り換えることができる。
【００２３】
［実施の形態１の動作］
図２は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置の動作について説明するための図である。図２は、実施の形態１にかかる内燃機関１０におけるＥＧＲ領域とノック領域との関係とを示す図である。図２は、実施の形態１にかかる内燃機関１０について、機関負荷と機関回転数との特性を示す平面上において、負荷のＷＯＴ（Wide open throttle）ライン、ノックライン、およびＥＧＲ領域（ハッチングを付した区域）を示している。
【００２４】
実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置では、内燃機関１０が図２の点Ａに示すようにＥＧＲ領域内で運転されている場合には、ＥＣＵ７０が、切替バルブ２４を「冷却水通路２２から低水温冷却ＥＧＲクーラ３２、冷却水通路２５を経由して冷却水が流れるように」制御する。これにより、高水温冷却ＥＧＲクーラ４０および低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の双方の冷却能力を、ＥＧＲの冷却のために利用することができる。冷却されたＥＧＲが吸気通路に還流されることで、吸気温度を下げることができる。
【００２５】
一方、実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置では、内燃機関１０が図２の点Ｂに示すように「ＥＧＲ領域外でかつノッキングが発生するほどに高負荷の領域」で運転されている場合には、ＥＣＵ７０が、切替バルブ２４を「冷却水通路２２からインポート冷却水通路３０、冷却水通路２５を経由して冷却水が流れるように」制御する。これにより、点Ａにおいて低水温冷却ＥＧＲクーラ３２に流れていた冷却水を、インポート冷却水通路３０へと流し、吸気ポートを冷却することができる。この吸気ポートの冷却により、吸気温度を下げることができる。
【００２６】
低水温冷却水を利用する外部ＥＧＲ機構の場合には、ＥＧＲガスを低温に冷却することができ、ＥＧＲ領域においてこの冷却されたＥＧＲガスを吸気通路に導入することによって吸気温度を下げることができる。これにより、ノッキング抑制効果を得ることができる。しかしながら、高負荷になると差圧（背圧と吸気圧の差）が小さくなることにより、外部ＥＧＲの導入が難しくなってしまう。より詳しく述べると、過給されることによって、ＮＡ（自然吸気）エンジンと比較して吸気圧が高くなるために、差圧が小さくなり、外部ＥＧＲを導入できない領域が大きくなる。これに加えて、過給エンジンの場合、ノッキング領域が大きいという事情もある。ＥＧＲが導入され難くなる結果、冷却したＥＧＲの導入によって確保されていたノッキング抑制効果が低下してしまうおそれがあるため、これに対処することが好ましい。
そこで、実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、このような問題に対処するために、ＥＧＲ領域よりも外側の領域でノッキングが発生するほどに高負荷な領域（図２の点Ｂなど）で運転されている場合には、切替バルブ２４を、「冷却水通路２２からインポート冷却水通路３０、冷却水通路２５を経由して冷却水が流れるように」制御することができる。これにより、冷却したＥＧＲの導入が阻害される事態に対処するように、吸気ポートの冷却を行い、吸気温度を下げることができる。その結果、ノッキング抑制を確保することができる。
また、実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置によれば、２段の冷却を行う機構を備えたＥＧＲクーラ（低水温冷却ＥＧＲクーラ３２および高水温冷却ＥＧＲクーラ４０）において、切替バルブ２４の切替制御によって、冷却水の一部を吸気ポートの冷却に分担させることにより吸気温度を下げることができる。
【００２７】
［実施の形態１の具体的処理］
以下、図３を用いて、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置で実行される具体的処理を説明する。図３は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ７０は、内燃機関１０の運転中に、このルーチンを所定の周期で繰り返し実行する。
【００２８】
図３に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ７０が、内燃機関１０がＥＧＲ領域で運転されているかどうかを判定する処理を実行する（ステップＳ１００）。このステップでは、ＥＣＵ７０が、先ず内燃機関１０に取り付けられた各種センサの出力信号に基づいてＥＣＵ７０が現在の内燃機関１０の運転領域（負荷、機関回転数）を特定する。次いで、ＥＣＵ７０は、その特定した運転領域が、予めマップ等により記憶しておいた所定のＥＧＲ領域内に属するか否かを判定する処理を実行する。
この判定により現在の運転領域がＥＧＲ領域内にある場合には、ステップＳ１００の条件が成立（Ｙｅｓ）し、今回のルーチンが終了する。ＥＧＲ領域内において運転できるため、冷却したＥＧＲの導入が可能であり、その冷却したＥＧＲの導入によってノッキング抑制が可能だからである。
【００２９】
ステップＳ１００の条件が不成立（Ｎｏ）であった場合には、次に、ＥＣＵ７０が、内燃機関１０がノック領域で運転されているかどうかを判定する処理を実行する（ステップＳ１０２）。このステップでは、ＥＣＵ７０が、ステップＳ１００で特定された、現在の内燃機関１０の運転領域が、所定のノック領域（実施の形態１の場合には、図２のノックラインより高負荷の領域）にあるか否かを判定する処理を実行する。ノック領域も、マップ等として予めＥＣＵ７０に記憶しておけばよい。
この判定により現在の運転領域がノック領域内に無い場合には、ステップＳ１０２の条件が不成立（Ｎｏ）となり、今回のルーチンが終了する。
【００３０】
ステップＳ１０２の条件が成立（Ｙｅｓ）した場合には、ＥＣＵ７０は、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２への冷却水の流れが遮断されるように、切替バルブ２４における低水温冷却ＥＧＲクーラ３２側の経路を閉じるための制御処理を実行する（ステップＳ１０４）。
次いで、ＥＣＵ７０は、インポート冷却水通路３０への冷却水の流れが開始されるように、切替バルブ２４におけるインポート冷却水通路３０への経路を開放するための制御処理を実行する（ステップＳ１０６）。
【００３１】
これらのステップＳ１００乃至Ｓ１０６の一連の処理によれば、過給機（ターボチャージャ６０）およびＥＧＲ装置を備えた内燃機関１０において、実施の形態１にかかる動作の欄で説明したごとくノッキング抑制を行うことができる。すなわち、ステップＳ１００およびＳ１０２の判定結果に応じてステップＳ１０４へと処理が進む場合には、「ＥＧＲ領域外であってかつノック領域」において内燃機関１０が運転されている。実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置によれば、この場合には、ＥＣＵ７０が、ステップＳ１０４およびＳ１０６の処理により、「冷却水通路２２→インポート冷却水通路３０→冷却水通路２５という経路」を冷却水が流れるように、切替バルブ２４を制御することができる。その後、今回のルーチンが終了する。
【００３２】
以上説明した実施の形態１にかかる処理によれば、冷却したＥＧＲの導入が阻害される事態に対処するように、吸気ポートの冷却を行い、吸気温度を下げることができる。その結果、ノッキング抑制を確保することができる。また、上述した実施の形態１にかかる処理によれば、「ＥＧＲ領域外」であって「ノックラインより高負荷域」で内燃機関１０が運転されているか否かを正確に判定したうえで、切替バルブ２４の制御を行うことができる。このため、ノッキング抑制の観点から必要な場合に確実に吸気ポートの冷却措置をとることができるとともに、その必要が無い場合には吸気ポートの冷却を控えることができる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態１においては、ターボチャージャ６０が、前記第１の発明における「過給機」に、内燃機関１０に取り付けられた図示しない外部ＥＧＲ装置が、前記第１の発明における「ＥＧＲ装置」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、冷却水通路２２、２５、２６、２８が、前記第１の発明における「第１冷媒通路」に、インポート冷却水通路３０が、前記第１の発明における「第２冷媒通路」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、水冷インタークーラ２０、サブラジエータ３４、低温冷却水用水ポンプ（図示せず）が、前記第１の発明における「冷媒供給手段」に、相当している。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が図３のルーチンのステップＳ１００乃至Ｓ１０６の処理を実行することで切替バルブ２４が制御されることにより、前記第１の発明における「制御手段」が実現されている。
【００３４】
また、上述した実施の形態１においては、高水温冷却ＥＧＲクーラ４０が、前記第２の発明における「第１ＥＧＲクーラ」に、冷却水通路４２、４４および４８が、前記第２の発明における「エンジン冷却水通路」に、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２が、前記第2の発明における「第２ＥＧＲクーラ」に、切替バルブ２４が、前記第２の発明における「バルブ」に、それぞれ相当している。
【００３５】
なお、実施の形態１では、インポート冷却水通路３０を、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２をバイパスするように冷却水通路２２、２５接続させる構成とした。言い換えれば、インポート冷却水通路３０を、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２にかかる冷却水通路の系の途中から分岐させて、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の冷却に用いる冷却水を用いて吸気ポートを冷却できるような構成とした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。インポート冷却水通路３０を、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２にかかる冷却系と別系統の冷却系としても良い。
なお、変形例の一つとして、択一的な切替バルブでなく流量配分調整が可能なバルブを切替バルブ２４に用いている場合で、ステップＳ１０４やＳ１０６の処理を迎える時点で、既にインポート冷却水通路３０に冷却水の流れがあるとき（冷却水の配分をしているとき）が考えられる。このような変形例の場合には、ＥＣＵ７０が、ステップＳ１０６において、インポート冷却水通路３０内の冷却水の流量の増大（流れの強化）をするように、インポート冷却水通路３０側のバルブ開度を大きくする制御を行っても良い。
なお、実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２および高水温冷却ＥＧＲクーラ４０を有するものであり、すなわち「ＥＧＲクーラの２段冷却機構」を備えている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。１つのＥＧＲクーラのみを備える内燃機関の冷却装置に対して本発明を適用してもよく、具体的には、その１つのＥＧＲクーラにかかる冷却水通路に対してインポート冷却水通路３０、切替バルブ２４を設けて上記の実施の形態１にかかる具体的制御を実行させてもよい。
【００３６】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置の構成を示す図である。実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置は、切替バルブ１４０およびエキポート冷却水通路１４２を備えている点を除き、図１に示した実施の形態１の構成と同じハードウェア構成を備える。重複説明を避けるため、以下、ハードウェア構成については説明を適宜省略ないしは簡略する。
【００３７】
実施の形態１にかかる内燃機関の冷却装置は、エキポート冷却水通路１４２を備えている。エキポート冷却水通路１４２は、内燃機関１０の排気ポート（エキポート）を冷却するように、シリンダヘッドの排気ポート付近に形成された冷却水路である。エキポート冷却水通路１４２の一端は、インポート冷却水通路３０に接続している。エキポート冷却水通路１４２の他端は、冷却水通路２５における低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の下流部分に接続している。エキポート冷却水通路１４２の他端が冷却水通路２５に接続する接続部分は、インポート冷却水通路３０が冷却水通路２５に接続する部分よりも、低水温冷却ＥＧＲクーラ３２に近い位置である。
エキポート冷却水通路１４２とインポート冷却水通路３０とが接続する接続部分には、切替バルブ１４０が設けられている。切替バルブ１４０は、実施の形態１にかかる切替バルブ２４と同様に、冷却水の流れの方向を切り換えることのできる切替バルブである。切替バルブ１４０はＥＣＵ７０に接続しており、ＥＣＵ７０の制御信号に応じて、切替バルブ１４０が、インポート冷却水通路３０を流れてきた冷却水をエキポート冷却水通路１４２に流すことができる。これによりエキポート冷却水通路１４２に低温冷却水を流すことができ、排気ポートを冷却することができる。
【００３８】
図５は、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置の動作について説明するための図である。図５は、実施の形態１にかかる内燃機関１０におけるＥＧＲ領域とλ＝１領域との間の関係を示す図である。図５には、図１と同様にＷＯＴラインおよびＥＧＲ領域が示されているとともに、λ＝１ラインも示されている。
【００３９】
実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置では、内燃機関１０が図５の点Ａに示すようにＥＧＲ領域内で運転されている場合には、ＥＣＵ７０が、切替バルブ２４を「冷却水通路２２から低水温冷却ＥＧＲクーラ３２、冷却水通路２５を経由して冷却水が流れるように」制御するとともに、切替バルブ１４０を「インポート冷却水通路３０とエキポート冷却水通路１４２との間の接続を遮断するように」制御する。これにより、実施の形態２においても実施の形態１と同様に、高水温冷却ＥＧＲクーラ４０および低水温冷却ＥＧＲクーラ３２の双方の冷却能力を、ＥＧＲの冷却のために利用することができる。冷却されたＥＧＲが吸気通路に還流されることで、吸気温度を下げることができる。
【００４０】
一方、実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置では、内燃機関１０が図５の点Ｃに示すように「ＥＧＲ領域外でかつλ＝１境界付近」で運転されている場合には、ＥＣＵ７０が、切替バルブ２４を「冷却水通路２２からインポート冷却水通路３０へと冷却水が流れるように」制御するとともに、切替バルブ１４０を「インポート冷却水通路３０からエキポート冷却水通路１４２を経由して冷却水が流れるように」制御する。これにより、点Ａにおいて低水温冷却ＥＧＲクーラ３２に流れていた冷却水を、インポート冷却水通路３０へと流し、吸気ポートを冷却することができるとともに、その冷却水を更にエキポート冷却水通路１４２へと流し、排気ポートを冷却することもできる。このような制御を行うことで、実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置によれば、吸気ポートの冷却により吸気温度を下げることができるとともに、ＥＧＲ領域でなくかつλ＝１境界付近においては排気ポートも冷却することによりλ＝１領域を拡大することもできる。
【００４１】
以下、図６を用いて、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置で実行される具体的処理を説明する。図６は、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の冷却装置においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ７０は、内燃機関１０の運転中に、このルーチンを所定の周期で繰り返し実行する。
【００４２】
図６に示すルーチンでは、先ず、図３に示した実施の形態１にかかるルーチンと同様に、ステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、およびＳ１０６の処理が実行される。これにより、「ＥＧＲ領域外であってかつノック領域」において内燃機関１０が運転されている場合には、冷却水通路２２→インポート冷却水通路３０→冷却水通路２５という経路を冷却水が流れるように、切替バルブ２４を制御することができる。
【００４３】
ステップＳ１０６の処理が実行された後、次いで、実施の形態２にかかる具体的処理では、ＥＣＵ７０が、λ＜１領域で内燃機関１０が運転されているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２００）。例えば、図５においてλ＝１ラインよりも高負荷、高回転数域にプロットされた点Ｃは、このステップＳ２００における判定結果が肯定（Ｙｅｓ）となる点である。ステップＳ２００の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）である場合には、「ＥＧＲ領域よりも負荷が高く、かつλ＜１領域での運転」が行われているという判断を下すことができる。このステップの条件が不成立（Ｎｏ）である場合は、そのような運転領域での運転には該当しないため、今回のルーチンが終了する。
【００４４】
ステップＳ２００の条件成立（Ｙｅｓ）が認められた場合（つまり、「内燃機関１０がλ＜１領域で運転されている」との判定結果が得られた場合）には、ＥＣＵ７０は、インポート冷却水通路３０とエキポート冷却水通路１４２との間の接続（つまりそれらの連通の成立）を行うように、切替バルブ１４０を開くための制御処理を実行する（ステップＳ２０２）。これにより、インポート冷却水通路３０とともにエキポート冷却水通路１４２へも冷却水を流すことができる。このような一連の処理の結果、ＥＧＲ領域でなくかつλ＝１境界付近において、排気ポートを冷却することによりλ＝１領域を拡大することができる。その後、今回のルーチンが終了する。
【００４５】
なお、実施の形態２において、エキポート冷却水通路１４２をＥＧＲクーラ（高水温冷却ＥＧＲクーラ４０および低水温冷却ＥＧＲクーラ３２）の冷却系と別の独立の系統として設けたり、エキポート冷却水通路１４２をインポート冷却水通路３０と別の独立の系統として設けたりしても良い。また、実施の形態１にかかる吸気ポート冷却用の構成（インポート冷却水通路３０、切替バルブ２４その他の構成）および制御と、実施の形態２にかかる排気ポート冷却構成（エキポート冷却水通路１４２、切替バルブ１４０その他の構成）および制御とを、別々に（実施の形態２を単独で）実施してもよい。
また、切替バルブ２４について実施の形態１で述べた変形例のように、切替バルブ１４０を、択一的な切替バルブに限らず所望の割合でインポート冷却水通路３０内の冷却水の一部をエキポート冷却水通路１４２に導入できるような流量配分変更可能なバルブ（バルブ機構）としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 内燃機関
２０ 水冷インタークーラ
２２ 冷却水通路
２４ 切替バルブ
２５ 冷却水通路
２６ 冷却水通路
２８ 冷却水通路
３０ インポート冷却水通路
３２ 低水温冷却ＥＧＲクーラ
３４ サブラジエータ
４０ 高水温冷却ＥＧＲクーラ
４２ 冷却水通路
４４ 冷却水通路
４６ ポンプ
４８ 冷却水通路
５０ サーモスタット
５２ メインラジエータ
６０ ターボチャージャ
１４０ 切替バルブ
１４２ エキポート冷却水通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機およびＥＧＲ装置を備えた内燃機関を冷却する冷却装置であって、
前記ＥＧＲ装置で還流するＥＧＲガスを冷却するように当該ＥＧＲ装置に備えられた第１冷媒通路と、
前記内燃機関の吸気ポートを冷却するように前記内燃機関に設けられた第２冷媒通路と、
前記第１冷媒通路と前記第２冷媒通路とに冷媒を供給する冷媒供給手段と、
前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲ領域の外部の領域であって所定の高負荷域において前記内燃機関が運転される場合に、前記第２冷媒通路内の冷媒の流通を開始するように又は前記第２冷媒通路内の冷媒の流量を増加するように、前記第２冷媒通路への冷媒の供給を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ装置は、
前記内燃機関のエンジン冷却水を流通させるエンジン冷却水通路と連通し、前記エンジン冷却水通路内を流れる第１の温度の冷媒によってＥＧＲガスを冷却する第１ＥＧＲクーラと、
前記第１冷媒通路と接続し前記第１冷媒通路内を流れ前記第１の温度よりも低温の第２の温度の冷媒によってＥＧＲガスを冷却する第２ＥＧＲクーラと、
を含み、
前記第２冷媒通路は、前記第１冷媒通路と接続する接続部を備え、
前記第１冷媒通路と前記第２冷媒通路との間で冷媒の流入の方向を変更可能なバルブをさらに備え、
前記制御手段は、前記バルブの開閉状態を切り換えることにより前記第２冷媒通路への冷媒の供給を制御するバルブ制御手段を含む ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記第２冷媒通路は、前記バルブを起点として前記第２ＥＧＲクーラをバイパスするように前記第１冷媒通路と接続することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記所定の高負荷域は、前記内燃機関のノッキングが発生する負荷域であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
過給機およびＥＧＲ装置を備えた内燃機関を冷却する冷却装置であって、
前記ＥＧＲ装置で還流するＥＧＲガスを冷却するように当該ＥＧＲ装置に備えられた第１冷媒通路と、
前記内燃機関の吸気ポートを冷却するように前記内燃機関に設けられた第２冷媒通路と、
前記第１冷媒通路と前記第２冷媒通路とに冷媒を供給する冷媒供給手段と、
前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲ領域の外部の領域であって所定の高負荷域において前記内燃機関が運転される場合に、前記第２冷媒通路内の冷媒の流通を開始するように又は前記第２冷媒通路内の冷媒の流量を増加するように、前記第２冷媒通路への冷媒の供給を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ装置は、
前記内燃機関のエンジン冷却水を流通させるエンジン冷却水通路と連通し、前記エンジン冷却水通路内を流れる第１の温度の冷媒によってＥＧＲガスを冷却する第１ＥＧＲクーラと、
前記第１冷媒通路と接続し前記第１冷媒通路内を流れ前記第１の温度よりも低温の第２の温度の冷媒によってＥＧＲガスを冷却する第２ＥＧＲクーラと、
を含み、
前記第２冷媒通路は、前記第１冷媒通路と接続する接続部を備え、
前記第１冷媒通路と前記第２冷媒通路との間で冷媒の流入の方向を変更可能なバルブをさらに備え、
前記制御手段は、前記バルブの開閉状態を切り換えることにより前記第２冷媒通路への冷媒の供給を制御するバルブ制御手段を含む ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記第２冷媒通路は、前記バルブを起点として前記第２ＥＧＲクーラをバイパスするように前記第１冷媒通路と接続することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記所定の高負荷域は、前記内燃機関のノッキングが発生する負荷域であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８９０６３（Ｐ２０１２−１８９０６３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５６８７（Ｐ２０１１−５５６８７）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]