JP2007278127A

JP2007278127A - Cooling device and internal combustion engine

Info

Publication number: JP2007278127A
Application number: JP2006103361A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Musha; 義男武者
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-10-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain overheat in a high-temperature part of an internal combustion engine in the internal combustion engine provided with a supercharger. <P>SOLUTION: An cooling device 10 keeps a second turbine 61t arranged in a first turbine bypass passage 24 downstream of a first turbine bypass valve 90 in a flow direction of an exhaust gas Ex, and a cooling medium discharging means 61c is driven by the second turbine 61t. Air A is fed to an exhaust port 9 of the internal combustion engine 1 by the cooling medium discharging means 61c. When the internal combustion engine 1 is operated under a heavy load and temperature of the exhaust gas Ex becomes high, the first turbine bypass valve 90 is switched to feed the exhaust gas to the second turbine 61t and the cooling medium discharging means 61c is driven, and the air A is fed to the exhaust port 9 of the internal combustion engine 1 for cooling. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、過給機を備える内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine including a supercharger.

内燃機関では、排ガスのエネルギーを利用して圧縮機を駆動し、燃焼室により多くの空気を送り込む、いわゆる過給機を備えるものがある。例えば、特許文献１には、コンプレッサを駆動するタービンに排ガスが導入されるとともに、内燃機関の回転数、負荷に対応して、第１パワータービン又は第２パワータービンの少なくとも一方が駆動される排気エネルギーの回収装置が開示されている。 Some internal combustion engines include a so-called supercharger that drives the compressor using the energy of exhaust gas and feeds more air into the combustion chamber. For example, Patent Document 1 discloses exhaust gas in which exhaust gas is introduced into a turbine that drives a compressor, and at least one of a first power turbine or a second power turbine is driven in accordance with the rotational speed and load of an internal combustion engine. An energy recovery device is disclosed.

特許第２７９０７５３号公報Japanese Patent No. 2790753

ところで、内燃機関が高負荷で運転されている場合、内燃機関の排出する排ガスの温度が高温となる。特に過給を行う場合には排ガスの温度が上昇しやすく、排ガス出口近傍のように高温となる部分の過熱を抑制する必要がある。特許文献１に開示されている技術は、排ガスの持つエネルギーを効率的に回収することを目的としているが、高温部分の冷却については考慮されておらず、改善の余地がある。 By the way, when the internal combustion engine is operated at a high load, the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine becomes high. In particular, when supercharging is performed, the temperature of the exhaust gas is likely to rise, and it is necessary to suppress overheating of a portion that becomes high as in the vicinity of the exhaust gas outlet. The technique disclosed in Patent Document 1 aims to efficiently recover the energy of the exhaust gas, but cooling of the high temperature part is not taken into consideration and there is room for improvement.

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、過給機を備える内燃機関において、内燃機関の高温部の過熱を抑制できる冷却装置及び内燃機関を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a cooling device and an internal combustion engine that can suppress overheating of a high temperature portion of the internal combustion engine in an internal combustion engine including a supercharger.

上述の目的を達成するために、この発明に係る冷却装置は、内燃機関が排出する排ガスによって駆動されて圧縮機を駆動する第１タービンをバイパスさせて、前記排ガスを前記第１タービンの出口の下流へ流す第１タービンバイパス通路と、前記第１タービンバイパス通路に設けられて、前記第１タービンバイパス通路を流れる前記排ガスの流量を調整する第１タービンバイパス弁と、前記第１タービンバイパス弁の出口の下流に設けられて、前記第１タービンバイパス弁を通過した排ガスによって駆動される第２タービンと、前記第２タービンによって駆動されて、冷却媒体を前記内燃機関の高温部分に送る冷却媒体吐出手段と、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, a cooling device according to the present invention bypasses a first turbine that is driven by exhaust gas discharged from an internal combustion engine and drives a compressor, and causes the exhaust gas to flow through an outlet of the first turbine. A first turbine bypass passage that flows downstream; a first turbine bypass valve that is provided in the first turbine bypass passage and that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the first turbine bypass passage; and A second turbine provided downstream of the outlet and driven by exhaust gas that has passed through the first turbine bypass valve, and a cooling medium discharge that is driven by the second turbine and sends the cooling medium to a high-temperature portion of the internal combustion engine Means.

この冷却装置は、第１タービンバイパス弁よりも排ガスの流れ方向下流における第１タービンバイパス通路に第２タービンを設け、この第２タービンにより冷却媒体吐出手段を駆動する。そして、冷却媒体吐出手段によって、内燃機関の高温部分（例えば、排気ポートやエキゾーストマニホールドのように内燃機関の燃焼室に近い排ガス通路等）に冷却媒体（例えば空気）を送る。これによって、内燃機関が高負荷で運転され、排ガスの温度が高くなる場合には、第１タービンバイパス弁を切り替えることにより第２タービンへ排ガスを供給する。そして、第２タービンによって冷却媒体吐出手段を駆動し、内燃機関の高温部へ冷却媒体を送り、内燃機関の高温部を冷却することができる。これによって、内燃機関の高温部の過熱を抑制して、高温部の耐久性低下を抑制できる。 The cooling device is provided with a second turbine in a first turbine bypass passage downstream of the first turbine bypass valve in the exhaust gas flow direction, and the second turbine drives a coolant discharge means. Then, the cooling medium discharge means sends a cooling medium (for example, air) to a high temperature portion of the internal combustion engine (for example, an exhaust gas passage close to the combustion chamber of the internal combustion engine such as an exhaust port or an exhaust manifold). Thus, when the internal combustion engine is operated at a high load and the temperature of the exhaust gas becomes high, the exhaust gas is supplied to the second turbine by switching the first turbine bypass valve. And a cooling medium discharge means is driven by the 2nd turbine, a cooling medium can be sent to a high temperature part of an internal combustion engine, and a high temperature part of an internal combustion engine can be cooled. As a result, overheating of the high temperature part of the internal combustion engine can be suppressed, and a decrease in durability of the high temperature part can be suppressed.

次の本発明に係る冷却装置は、前記冷却装置において、前記第１タービンバイパス弁の開度は、前記排ガスの温度が高くなるにしたがって大きくなることを特徴とする。 The cooling device according to the next aspect of the present invention is characterized in that, in the cooling device, the opening degree of the first turbine bypass valve increases as the temperature of the exhaust gas increases.

次の本発明に係る冷却装置は、前記冷却装置において、前記第１タービンバイパス弁と前記第２タービンとの間から、前記第１タービンの出口の下流へ前記排ガスを流す第２タービンバイパス通路と、前記排ガスを流す対象を、前記第２タービン又は第２タービンバイパス通路に切り替える排ガス経路切替手段と、を備えることを特徴とする。 The cooling device according to the next aspect of the present invention is the cooling device according to the present invention, wherein the cooling device includes a second turbine bypass passage through which the exhaust gas flows from between the first turbine bypass valve and the second turbine to the downstream of the outlet of the first turbine. And exhaust gas path switching means for switching the target for flowing the exhaust gas to the second turbine or the second turbine bypass passage.

次の本発明に係る冷却装置は、前記冷却装置において、前記排ガス経路切替手段は、前記排ガスを浄化するための浄化触媒の温度が予め定めた所定の切替温度を超えた場合に、前記排ガスを前記第２タービンに流すことを特徴とする。 In the cooling device according to the next aspect of the invention, in the cooling device, the exhaust gas path switching means is configured to remove the exhaust gas when a temperature of a purification catalyst for purifying the exhaust gas exceeds a predetermined switching temperature. It is made to flow through the second turbine.

次の本発明に係る冷却装置は、前記冷却装置において、前記冷却媒体を冷却する冷却媒体冷却手段を備え、前記冷却媒体冷却手段によって冷却された前記冷却媒体が前記内燃機関の高温部分に送られることを特徴とする。 The cooling device according to the present invention includes a cooling medium cooling unit that cools the cooling medium in the cooling device, and the cooling medium cooled by the cooling medium cooling unit is sent to a high-temperature portion of the internal combustion engine. It is characterized by that.

次の本発明に係る内燃機関は、前記冷却装置を備え、かつ前記第１タービンによって駆動される前記圧縮機によって加圧された空気が燃焼用の空気として供給されるとともに、排ガスが前記第１タービンに供給されることを特徴とする。 An internal combustion engine according to the next aspect of the present invention includes the cooling device, and air pressurized by the compressor driven by the first turbine is supplied as combustion air, and exhaust gas is the first. It is supplied to a turbine.

この内燃機関は、前記冷却装置を備えるので、内燃機関が高負荷で運転され、排ガスの温度が高くなる場合には、第２タービンによって冷却媒体吐出手段を駆動し、内燃機関の高温部へ冷却媒体を送り、内燃機関の高温部を冷却することができる。これによって、内燃機関の高温部の過熱を抑制して、高温部の耐久性低下を抑制できる。 Since the internal combustion engine includes the cooling device, when the internal combustion engine is operated at a high load and the temperature of the exhaust gas becomes high, the cooling medium discharge means is driven by the second turbine to cool the high temperature portion of the internal combustion engine. The medium can be fed to cool the hot part of the internal combustion engine. As a result, overheating of the high temperature part of the internal combustion engine can be suppressed, and a decrease in durability of the high temperature part can be suppressed.

本発明に係る冷却装置及び内燃機関は、過給機を備える内燃機関において、内燃機関の高温部の過熱を抑制できる。 The cooling device and the internal combustion engine according to the present invention can suppress overheating of a high temperature portion of the internal combustion engine in an internal combustion engine including a supercharger.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲に属するものが含まれる。本発明は、乗用車、トラック、バスその他の車両に搭載される内燃機関に対して好適であるが、本発明の適用対象はこのような車両に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment). In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, or that are substantially the same, and those that belong to a so-called equivalent range. The present invention is suitable for internal combustion engines mounted on passenger cars, trucks, buses and other vehicles, but the application target of the present invention is not limited to such vehicles.

また、本発明は、内燃機関の排ガスによって駆動されて、前記内燃機関へ燃焼用の空気を供給し、かつ排ガスの供給量により過給圧力を調整する過給機を備えていればよく、内燃機関の種類は問わない。以下においては、内燃機関が備える単一の気筒を取り出して説明するが、本発明は多気筒、単気筒を問わず、また、多気筒の場合には、気筒数及びその配置は問わない。 Further, the present invention may be provided with a supercharger that is driven by the exhaust gas of the internal combustion engine, supplies combustion air to the internal combustion engine, and adjusts the supercharging pressure by the supply amount of the exhaust gas. The type of institution does not matter. In the following description, a single cylinder included in the internal combustion engine will be taken out and described. However, the present invention is not limited to multiple cylinders or single cylinders, and in the case of multiple cylinders, the number of cylinders and their arrangement are not limited.

この実施形態は、次の点に特徴がある。すなわち、第１タービンバイパス通路に設けられる第１タービンバイパス弁と、第１タービンバイパス弁の出口の下流に設けられて、第１タービンバイパス弁を通過した排ガスによって駆動される第２タービンと、第２タービンによって駆動されて、冷却媒体を前記内燃機関の高温部分に送る冷却媒体吐出手段とを備える。そして、内燃機関が高負荷で運転されて排ガス温度が高くなる場合には、第２タービンに排ガスを供給して冷却媒体吐出手段を駆動して、内燃機関の高温部へ冷却媒体を供給する。次に、この実施形態に係る冷却装置及び内燃機関について説明する。 This embodiment is characterized by the following points. That is, a first turbine bypass valve provided in the first turbine bypass passage, a second turbine provided downstream of the outlet of the first turbine bypass valve and driven by exhaust gas that has passed through the first turbine bypass valve, And a cooling medium discharge means which is driven by the two turbines and sends the cooling medium to the high temperature portion of the internal combustion engine. When the internal combustion engine is operated at a high load and the exhaust gas temperature becomes high, the exhaust gas is supplied to the second turbine, the cooling medium discharge means is driven, and the cooling medium is supplied to the high temperature portion of the internal combustion engine. Next, the cooling device and the internal combustion engine according to this embodiment will be described.

以下の説明で上流、下流というときには、内燃機関が排出する排ガスの流れ方向を基準とした場合の上流、下流をいうものとする。また、内燃機関の高温部とは、燃焼室から排ガスが排出される排ガスの出口近傍、排気通路（特に、排気ポートやエキゾーストマニホールドのような内燃機関の燃焼室に近い排気通路）等、内燃機関が排出する排ガスの影響で温度が上昇する部分をいう。排気通路を冷却する際には、排気弁で開閉される燃焼室の排ガス出口から、過給機のタービン入口までの少なくとも一部を冷却すると、特に効果的である。また、この実施形態に係る内燃機関は過給機を備えるが、過給機の軸受のように、排ガスの影響で高温になる部分も、内燃機関の高温部分に含まれるものとする。 In the following description, the terms “upstream” and “downstream” refer to upstream and downstream when the flow direction of exhaust gas discharged from the internal combustion engine is used as a reference. Further, the high temperature portion of the internal combustion engine refers to an internal combustion engine such as an exhaust gas outlet vicinity where exhaust gas is discharged from the combustion chamber, an exhaust passage (particularly an exhaust passage close to the combustion chamber of the internal combustion engine such as an exhaust port or an exhaust manifold), etc. This refers to the part where the temperature rises due to the effect of exhaust gas discharged. When cooling the exhaust passage, it is particularly effective to cool at least a part from the exhaust gas outlet of the combustion chamber opened and closed by the exhaust valve to the turbine inlet of the supercharger. Moreover, although the internal combustion engine which concerns on this embodiment is provided with a supercharger, the part which becomes high temperature by the influence of exhaust gas like the bearing of a supercharger shall also be contained in the high temperature part of an internal combustion engine.

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る冷却装置、及びこれを備える内燃機関の構成を示す説明図である。この内燃機関１は、排気ポート９及び排ガスを冷却するための冷却装置１０を備える。内燃機関１は、気筒１Ｓ内をピストン５が往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。この内燃機関１は、気筒１Ｓの燃焼室１Ｂ内へ直接燃料Ｆを噴射する直噴噴射弁３を備える、いわゆる直噴の内燃機関である。なお、吸気通路を構成する吸気ポート４内に燃料Ｆを噴射するポート噴射弁を備える内燃機関にも本発明は適用でき、また、ポート噴射弁と直噴噴射弁３とにより燃料を噴射する、いわゆるデュアル噴射弁の内燃機関にも本発明は適用できる。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a cooling device according to a first embodiment and an internal combustion engine including the same. The internal combustion engine 1 includes an exhaust port 9 and a cooling device 10 for cooling the exhaust gas. The internal combustion engine 1 is a so-called reciprocating internal combustion engine in which a piston 5 reciprocates in a cylinder 1S. The internal combustion engine 1 is a so-called direct injection internal combustion engine including a direct injection valve 3 that directly injects fuel F into the combustion chamber 1B of the cylinder 1S. The present invention can also be applied to an internal combustion engine having a port injection valve that injects fuel F into the intake port 4 constituting the intake passage, and fuel is injected by the port injection valve and the direct injection valve 3. The present invention can also be applied to a so-called dual injection valve internal combustion engine.

この内燃機関１は、過給機を備える。この実施形態においては、内燃機関１の排ガスＥｘによって駆動されるターボチャージャー（以下ターボという）６０を過給機として備える。このターボ６０は、圧縮機６０ｃと、内燃機関１の排ガスＥｘにより圧縮機６０ｃを駆動する第１タービン６０ｔと、両者を連結する回転軸６０ｓとで構成される。第１タービン６０ｔは、排気通路を構成する排気ポート９及び第１タービン入口側排気通路（エキゾーストマニホールドに相当する）２３を通って供給される、内燃機関１の排ガスＥｘにより駆動される。 The internal combustion engine 1 includes a supercharger. In this embodiment, a turbocharger (hereinafter referred to as a turbo) 60 driven by the exhaust gas Ex of the internal combustion engine 1 is provided as a supercharger. The turbo 60 includes a compressor 60c, a first turbine 60t that drives the compressor 60c by the exhaust gas Ex of the internal combustion engine 1, and a rotary shaft 60s that couples both. The first turbine 60t is driven by the exhaust gas Ex of the internal combustion engine 1 supplied through the exhaust port 9 constituting the exhaust passage and the first turbine inlet side exhaust passage (corresponding to the exhaust manifold) 23.

この内燃機関１は、過給機出口側吸気通路２１に設けられる電子スロットル弁７０により、吸入空気量が調整される。電子スロットル弁７０は、バタフライバルブ７１と、これを駆動するアクチュエータ７２と、バタフライバルブ７１の開度を検出する開度センサ７３とで構成される。機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０は、アクセル開度センサ４６からの出力を取得して、アクチュエータ７２に制御信号を送り、開度センサ７３からのバタフライバルブ開度のフィードバック信号に基づいて、バタフライバルブ７１を適切な開度に制御する。 In the internal combustion engine 1, the intake air amount is adjusted by an electronic throttle valve 70 provided in the supercharger outlet side intake passage 21. The electronic throttle valve 70 includes a butterfly valve 71, an actuator 72 that drives the butterfly valve 71, and an opening degree sensor 73 that detects the opening degree of the butterfly valve 71. An engine ECU (Electronic Control Unit) 50 acquires an output from the accelerator opening sensor 46, sends a control signal to the actuator 72, and based on the feedback signal of the butterfly valve opening from the opening sensor 73, the butterfly valve 71 is controlled to an appropriate opening degree.

内燃機関１に取り付けられたクランク角センサ４５によって、クランク軸６のクランク角度ＣＡが検出される。機関ＥＣＵ５０は、クランク角センサ４５、アクセル開度センサ４６、冷却水温度センサ４１、吸気温度センサ４４、エアフローセンサ４３、吸気圧力センサ４２、排ガス温度センサ４０、その他のセンサ類からの出力を取得して、点火時期や燃料噴射量を決定する。そして、その決定値に基づき、直噴噴射弁３から燃料Ｆを噴射させ、内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈに取り付けられる点火プラグ２に通電して、燃焼室１Ｂ内の混合気に点火する。 A crank angle CA of the crankshaft 6 is detected by a crank angle sensor 45 attached to the internal combustion engine 1. The engine ECU 50 acquires outputs from the crank angle sensor 45, the accelerator opening sensor 46, the cooling water temperature sensor 41, the intake air temperature sensor 44, the air flow sensor 43, the intake pressure sensor 42, the exhaust gas temperature sensor 40, and other sensors. Thus, the ignition timing and the fuel injection amount are determined. Then, based on the determined value, the fuel F is injected from the direct injection valve 3, energized to the spark plug 2 attached to the cylinder head 1H of the internal combustion engine 1, and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 1B.

エアクリーナ８１によって塵やごみが除去された空気Ａは、エアフローセンサ４３で流量が計測された後、過給機入口側吸気通路２０を通って圧縮機６０ｃで圧縮される。圧縮機６０ｃで圧縮された空気Ａは、吸気冷却器８２で冷却された後、電子スロットル弁７０を通過して吸気通路を構成する吸気導入通路２２へ導かれる。空気Ａは、吸気導入通路２２に接続される吸気ポート４から吸気弁８ｉを通って燃焼室１Ｂ内に導入される。燃焼室１Ｂ内に導入された空気Ａは、直噴噴射弁３から噴射される燃料噴霧Ｆｍと混合気を形成し、この混合気が点火プラグ２で着火されて、火炎伝播により燃焼する。なお、点火時期は、クランク角センサ４５からの信号に基づいて決定される。 The air A from which dust and dust have been removed by the air cleaner 81 is compressed by the compressor 60 c through the supercharger inlet side intake passage 20 after the flow rate is measured by the air flow sensor 43. The air A compressed by the compressor 60 c is cooled by the intake air cooler 82, then passes through the electronic throttle valve 70 and is guided to the intake air introduction passage 22 constituting the intake passage. Air A is introduced into the combustion chamber 1B from the intake port 4 connected to the intake introduction passage 22 through the intake valve 8i. The air A introduced into the combustion chamber 1B forms an air-fuel mixture with the fuel spray Fm injected from the direct injection valve 3, and this air-fuel mixture is ignited by the spark plug 2 and combusted by flame propagation. The ignition timing is determined based on a signal from the crank angle sensor 45.

混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。ピストン５の往復運動はコネテクティングロッド７を介してクランク軸６に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。燃焼後の混合気は排ガスＥｘとなり、排気弁８ｅを通って排気ポート９へ排出される。そして、この排ガスＥｘは、第１タービン入口側排気通路２３を通って第１タービン６０ｔを駆動した後、排気通路を構成する第１タービン出口側排気通路２６から排出され、その後、浄化触媒８３で浄化されて大気中へ排出される。次に、この実施形態に係る冷却装置１０について説明する。 The combustion pressure of the air-fuel mixture is transmitted to the piston 5 and causes the piston 5 to reciprocate. The reciprocating motion of the piston 5 is transmitted to the crankshaft 6 via the connecting rod 7, where it is converted into rotational motion and taken out as the output of the internal combustion engine 1. The air-fuel mixture after combustion becomes exhaust gas Ex and is discharged to the exhaust port 9 through the exhaust valve 8e. Then, after the exhaust gas Ex drives the first turbine 60t through the first turbine inlet side exhaust passage 23, the exhaust gas Ex is discharged from the first turbine outlet side exhaust passage 26 constituting the exhaust passage. Purified and discharged into the atmosphere. Next, the cooling device 10 according to this embodiment will be described.

この実施形態に係る冷却装置１０は、内燃機関１の排ガスＥｘによって駆動されて、内燃機関１の排気ポート９及び排ガスＥｘを冷却する。これによって、特に内燃機関１が高負荷で運転されており排ガスＥｘの温度（排ガス温度）が高くなる場合に排ガス温度を低下させて、燃料冷却の割合を低減させる。冷却装置１０は、第１タービンバイパス通路２４と、第１タービンバイパス弁９０と、第２タービン６１ｔと、冷却媒体吐出手段６１ｃとを構成要素としている。次に、冷却装置１０の各構成要素について説明する。 The cooling device 10 according to this embodiment is driven by the exhaust gas Ex of the internal combustion engine 1 to cool the exhaust port 9 and the exhaust gas Ex of the internal combustion engine 1. As a result, particularly when the internal combustion engine 1 is operated at a high load and the temperature of the exhaust gas Ex (exhaust gas temperature) becomes high, the exhaust gas temperature is lowered and the fuel cooling rate is reduced. The cooling device 10 includes the first turbine bypass passage 24, the first turbine bypass valve 90, the second turbine 61t, and the cooling medium discharge means 61c as constituent elements. Next, each component of the cooling device 10 will be described.

第１タービン入口側排気通路２３と、第１タービン６０ｔの出口側に設けられる第１タービン出口側排気通路２６とは、第１タービンバイパス通路２４により接続される。ここで、第１タービンバイパス通路２４は、第２タービン入口側通路２４Ｕと第２タービン出口側通路２４Ｌとで構成される。第１タービンバイパス通路２４（より具体的には第１タービンバイパス通路２４の第２タービン入口側通路２４Ｕ）には第１タービンバイパス弁（ウエストゲート弁）９０が設けられている。第１タービンバイパス弁９０は、機関ＥＣＵ５０及び機関ＥＣＵ５０内に備えられる冷却制御装置３０によって制御される。 The first turbine inlet side exhaust passage 23 and the first turbine outlet side exhaust passage 26 provided on the outlet side of the first turbine 60 t are connected by a first turbine bypass passage 24. Here, the first turbine bypass passage 24 includes a second turbine inlet side passage 24U and a second turbine outlet side passage 24L. A first turbine bypass valve (waist gate valve) 90 is provided in the first turbine bypass passage 24 (more specifically, the second turbine inlet side passage 24U of the first turbine bypass passage 24). The first turbine bypass valve 90 is controlled by the engine ECU 50 and the cooling control device 30 provided in the engine ECU 50.

第１タービンバイパス弁９０を開くと、排ガスＥｘは第１タービン６０ｔをバイパスして流れるので、第１タービンバイパス弁９０の開度を調整することにより、第１タービン６０ｔに流入する排ガスＥｘの量を調整することができる。例えば、第１タービンバイパス弁９０の単位時間あたりにおける開閉回数を制御することで圧縮機６０ｃが吐出する空気Ａの圧力を調整することができるので、内燃機関１に対するターボ６０の過給圧力を調整することができる。 When the first turbine bypass valve 90 is opened, the exhaust gas Ex flows by bypassing the first turbine 60t. Therefore, by adjusting the opening degree of the first turbine bypass valve 90, the amount of the exhaust gas Ex flowing into the first turbine 60t. Can be adjusted. For example, since the pressure of the air A discharged from the compressor 60c can be adjusted by controlling the number of times the first turbine bypass valve 90 is opened and closed per unit time, the supercharging pressure of the turbo 60 for the internal combustion engine 1 is adjusted. can do.

第１タービンバイパス通路２４の途中であって、第１タービンバイパス弁９０の出口の下流、すなわち第１タービンバイパス弁９０の出口と第１タービン出口側排気通路２６との間には、第２タービン６１ｔが設けられる。第２タービン６１ｔは、第１タービン６０ｔをバイパスし、第１タービンバイパス弁９０を通った排ガスＥｘによって駆動される。 In the middle of the first turbine bypass passage 24, downstream of the outlet of the first turbine bypass valve 90, that is, between the outlet of the first turbine bypass valve 90 and the first turbine outlet side exhaust passage 26, the second turbine 61t is provided. The second turbine 61t is driven by the exhaust gas Ex that bypasses the first turbine 60t and passes through the first turbine bypass valve 90.

第２タービン６１ｔは、回転軸６１ｓを介して冷却媒体吐出手段６１ｃと連結されており、第２タービン６１ｔによって冷却媒体吐出手段６１ｃが駆動される。冷却媒体吐出手段６１ｃは、冷却媒体（この実施形態では空気Ａ）を吐出する機能を備えており、例えば、圧縮機や送風機（ブロワ）等を備える。この実施形態に係る冷却媒体吐出手段６１ｃは、圧縮機を備えている。 The second turbine 61t is connected to the cooling medium discharge means 61c via the rotating shaft 61s, and the cooling medium discharge means 61c is driven by the second turbine 61t. The cooling medium discharge means 61c has a function of discharging a cooling medium (air A in this embodiment), and includes, for example, a compressor and a blower (blower). The cooling medium discharge means 61c according to this embodiment includes a compressor.

冷却媒体吐出手段６１ｃには、冷却媒体供給通路６２と、冷却媒体回収通路６３とが接続されている。冷却媒体供給通路６２の出口は内燃機関１の排気ポート出口９ｅの近傍（この実施形態では排気ポート９の周囲）に開口している。そして、排気ポート出口９ｅの近傍に冷却媒体吐出手段６１ｃから吐出される冷却媒体である空気Ａを供給し、排気ポート出口９ｅの近傍を冷却するとともに、排気通路内を流れる内燃機関１の排ガスＥｘを冷却する。排ガスＥｘを冷却した後の冷却媒体は、冷却媒体回収通路６３を通り、後述する冷却媒体冷却手段で冷却されたり、大気中に放出されたりする。 A cooling medium supply passage 62 and a cooling medium recovery passage 63 are connected to the cooling medium discharge means 61c. The outlet of the cooling medium supply passage 62 opens near the exhaust port outlet 9e of the internal combustion engine 1 (in this embodiment, around the exhaust port 9). Then, air A, which is a cooling medium discharged from the cooling medium discharge means 61c, is supplied in the vicinity of the exhaust port outlet 9e to cool the vicinity of the exhaust port outlet 9e, and the exhaust gas Ex of the internal combustion engine 1 flowing in the exhaust passage. Cool down. The cooling medium after cooling the exhaust gas Ex passes through the cooling medium recovery passage 63 and is cooled by a cooling medium cooling means described later or released into the atmosphere.

第１タービンバイパス弁９０を開くと、内燃機関１が排出する排ガスＥｘは第１タービン６０ｔをバイパスし、第１タービンバイパス通路２４の第２タービン入口側通路２４Ｕから第２タービン６１ｔに流入して、第２タービン６１ｔを駆動する。そして、第２タービン６１ｔは冷却媒体吐出手段６１ｃを駆動し、冷却媒体吐出手段６１ｃは冷却媒体を吐出して排気ポート出口９ｅの近傍へ供給し、排気ポート出口９ｅの近傍及び排ガスＥｘを冷却する。なお、冷却媒体を、第１タービン６０ｔの軸受へ供給してこれを冷却し、軸受の焼き付き等を回避してもよい。 When the first turbine bypass valve 90 is opened, the exhaust gas Ex discharged from the internal combustion engine 1 bypasses the first turbine 60t and flows into the second turbine 61t from the second turbine inlet side passage 24U of the first turbine bypass passage 24. The second turbine 61t is driven. The second turbine 61t drives the cooling medium discharge means 61c, and the cooling medium discharge means 61c discharges the cooling medium and supplies it to the vicinity of the exhaust port outlet 9e, thereby cooling the vicinity of the exhaust port outlet 9e and the exhaust gas Ex. . Note that the cooling medium may be supplied to the bearing of the first turbine 60t to cool the bearing and avoid the seizure of the bearing.

このような構成により、この実施形態では、第１タービンバイパス弁９０を開くことにより冷却媒体吐出手段６１ｃが駆動されて、冷却媒体が排気ポート出口９ｅの近傍へ供給される。これによって、内燃機関１の高温部分が冷却される。また、第１タービンバイパス弁９０の開度を調整して第２タービン６１ｔに供給される排ガスＥｘの量を調整することにより、冷却媒体吐出手段６１ｃから吐出される冷却媒体の量を調整できる。これによって、内燃機関１の高温部分の冷却能力を制御することができる。 With this configuration, in this embodiment, the cooling medium discharge means 61c is driven by opening the first turbine bypass valve 90, and the cooling medium is supplied to the vicinity of the exhaust port outlet 9e. As a result, the high temperature portion of the internal combustion engine 1 is cooled. Further, the amount of the cooling medium discharged from the cooling medium discharge means 61c can be adjusted by adjusting the opening of the first turbine bypass valve 90 and adjusting the amount of the exhaust gas Ex supplied to the second turbine 61t. Thereby, the cooling capacity of the high temperature portion of the internal combustion engine 1 can be controlled.

一般にターボ６０を備える内燃機関１では、排ガスの温度が高温になる高負荷時に、過給圧力が過剰に上昇しないように、第１タービンバイパス通路２４に排ガスＥｘを流すことにより、第１タービン６０ｔをバイパスさせて排ガスＥｘを流す。そして、従来は、第１タービン６０ｔをバイパスさせた排ガスＥｘは、エネルギーを回収せずに大気中へ放出されていた。この実施形態では、従来第１タービンバイパス通路２４を通して大気中へ放出していた排ガスＥｘを第２タービン６１ｔへ供給し、冷却媒体吐出手段６１ｃを駆動して、内燃機関１の高温部分を冷却する。これによって、従来、内燃機関１の高負荷時には回収していなかった排ガスＥｘのエネルギーを利用して内燃機関１を冷却することができるので、余計なエネルギーを使用せずに、内燃機関の高温部分を冷却して、耐久性低下を抑制できる。 In general, in the internal combustion engine 1 including the turbo 60, the first turbine 60t is flowed by flowing the exhaust gas Ex through the first turbine bypass passage 24 so that the supercharging pressure does not increase excessively at a high load when the temperature of the exhaust gas becomes high. The exhaust gas Ex is allowed to flow. Conventionally, the exhaust gas Ex bypassing the first turbine 60t has been released to the atmosphere without recovering energy. In this embodiment, the exhaust gas Ex that has been conventionally released into the atmosphere through the first turbine bypass passage 24 is supplied to the second turbine 61t, and the cooling medium discharge means 61c is driven to cool the high-temperature portion of the internal combustion engine 1. . As a result, the internal combustion engine 1 can be cooled by using the energy of the exhaust gas Ex that has not been collected at the time of high load of the internal combustion engine 1, so that the high-temperature portion of the internal combustion engine can be used without using extra energy. The durability can be suppressed by cooling.

また、排ガスＥｘの温度が高温になる高負荷時においては、内燃機関１に供給する燃料の量を、例えば理論空燃比から定まる燃料の量よりも増加させて、燃料の気化潜熱を利用して排ガスＥｘの温度を下げていた。しかし、この実施形態では、従来大気中へ放出していた排ガスＥｘのエネルギーを利用して内燃機関１の高温部分を冷却するので、燃料の増量を抑制、あるいは燃料の増量を不要にしつつ、高温部の耐久性低下を抑制できる。 Further, at the time of high load when the temperature of the exhaust gas Ex is high, the amount of fuel supplied to the internal combustion engine 1 is increased from the amount of fuel determined from, for example, the theoretical air-fuel ratio, and the vaporization latent heat of the fuel is used. The temperature of the exhaust gas Ex was lowered. However, in this embodiment, since the high-temperature portion of the internal combustion engine 1 is cooled using the energy of the exhaust gas Ex that has conventionally been released into the atmosphere, the increase in fuel is suppressed or the increase in fuel is not required, The deterioration of the durability of the part can be suppressed.

図２は、実施形態１に係る内燃機関の排気口近傍を冷却する構造例を示す断面図である。図２に示す冷却構造は、排気ポート出口９ｅに接続される第１タービン入口側排気通路２３ａを二重管とし、冷却媒体吐出手段６１ｃ（図１参照）から供給される空気Ａを外管２３ａｏに接続された冷却媒体供給通路６２から供給し、内管２３ａｉと外管２３ａｏとの間に導く。そして、内管２３ａｉ及び第１タービン入口側排気通路２３ａ内を流れる排ガスＥｘを冷却する。冷却後の空気Ａは、外管２３ａｏに接続された冷却媒体回収通路６３から回収される。この構成によれば、内燃機関１の内部に冷却媒体通路を設ける必要はないので、簡単な構成で排気ポート出口９ｅの近傍（内燃機関１の高温部分）を冷却することができる。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structural example for cooling the vicinity of the exhaust port of the internal combustion engine according to the first embodiment. In the cooling structure shown in FIG. 2, the first turbine inlet side exhaust passage 23a connected to the exhaust port outlet 9e is a double pipe, and the air A supplied from the cooling medium discharge means 61c (see FIG. 1) is supplied to the outer pipe 23ao. Is supplied from the cooling medium supply passage 62 connected to the inner pipe 23ai and led between the inner pipe 23ai and the outer pipe 23ao. Then, the exhaust gas Ex flowing in the inner pipe 23ai and the first turbine inlet side exhaust passage 23a is cooled. The cooled air A is recovered from the cooling medium recovery passage 63 connected to the outer tube 23ao. According to this configuration, there is no need to provide a cooling medium passage in the internal combustion engine 1, so that the vicinity of the exhaust port outlet 9e (the high temperature portion of the internal combustion engine 1) can be cooled with a simple configuration.

図３は、実施形態１に係る内燃機関の排気口近傍を冷却する他の構造例を示す断面図である。図３に示す排気口近傍の冷却構造は、図２に示す冷却構造と同様であるが、排気ポート９の周囲に冷却媒体通路６４を形成するとともに、二重管で構成される第１タービン入口側排気通路２３ａの内管２３ａｉと外管２３ａｏとの間に供給された空気Ａを前記冷却媒体通路６４内へ導入する。これによって、排気ポート９を冷却する。この構成によれば、高温の排ガスＥｘが通過する排気ポート９を冷却できるので、内燃機関１の高温部分の冷却にはより効果的である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing another structural example for cooling the vicinity of the exhaust port of the internal combustion engine according to the first embodiment. The cooling structure in the vicinity of the exhaust port shown in FIG. 3 is the same as the cooling structure shown in FIG. 2, but a cooling medium passage 64 is formed around the exhaust port 9 and the first turbine inlet configured by a double pipe is used. Air A supplied between the inner pipe 23ai and the outer pipe 23ao of the side exhaust passage 23a is introduced into the cooling medium passage 64. As a result, the exhaust port 9 is cooled. According to this configuration, the exhaust port 9 through which the high-temperature exhaust gas Ex passes can be cooled, which is more effective for cooling the high-temperature portion of the internal combustion engine 1.

図４は、実施形態１に係る内燃機関の排気口近傍を冷却する他の構造例を示す断面図である。図４に示す排気口近傍の冷却構造は、図３に示す冷却構造と同様であるが、排気ポート９の周囲に冷却媒体通路６４を形成し、冷却媒体吐出手段６１ｃ（図１参照）から供給される空気Ａを、冷却媒体通路６４内へ導入する。この構成によれば、冷却媒体である空気Ａを、二重管で構成される第１タービン入口側排気通路２３ａの内管２３ａｉと外管２３ａｏとの間を通過させる必要はないので、さらに効果的に排気ポート９（内燃機関１の高温部分）を冷却することができる。次に、この実施形態に係る冷却媒体の冷却を説明する。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing another structural example for cooling the vicinity of the exhaust port of the internal combustion engine according to the first embodiment. The cooling structure in the vicinity of the exhaust port shown in FIG. 4 is the same as the cooling structure shown in FIG. 3, but a cooling medium passage 64 is formed around the exhaust port 9 and supplied from the cooling medium discharge means 61c (see FIG. 1). The air A to be introduced is introduced into the cooling medium passage 64. According to this configuration, it is not necessary to allow the air A, which is a cooling medium, to pass between the inner pipe 23ai and the outer pipe 23ao of the first turbine inlet side exhaust passage 23a constituted by a double pipe. Thus, the exhaust port 9 (the high temperature portion of the internal combustion engine 1) can be cooled. Next, cooling of the cooling medium according to this embodiment will be described.

図５は、実施形態１に係る冷却装置が備える冷却媒体の冷却手段を示す説明図である。この冷却媒体の冷却手段（以下冷却媒体冷却手段）は、冷却媒体供給通路６２の途中に設けられる熱交換器６８を含んで構成される。そして、冷却媒体冷却手段によって冷却された冷却媒体である空気Ａが、排気ポート出口９ｅに向かって送られる。この実施形態では、冷却媒体吐出手段６１ｃから吐出される空気Ａを熱交換器６８で冷却し、冷却後の空気Ａが内燃機関１の高温部分を冷却するために供される。 FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a cooling unit for the cooling medium included in the cooling device according to the first embodiment. The cooling medium cooling means (hereinafter referred to as cooling medium cooling means) includes a heat exchanger 68 provided in the middle of the cooling medium supply passage 62. And the air A which is the cooling medium cooled by the cooling medium cooling means is sent toward the exhaust port outlet 9e. In this embodiment, the air A discharged from the cooling medium discharge means 61 c is cooled by the heat exchanger 68, and the cooled air A is used for cooling the high temperature portion of the internal combustion engine 1.

熱交換器６８は蒸発器であり、フロンやＣＯ₂等の冷媒が液体の状態（液冷媒Ｃ＿ｌ）で供給され、熱交換器６８を流れる空気Ａの熱により蒸発し、気体の状態（ガス冷媒Ｃ＿ｇ）となる。これによって、熱交換器６８を通過する空気Ａが冷却される。熱交換器６８として用いる蒸発器は、例えば、車両用空調装置が備える蒸発器を利用することができる。また、冷却装置１０の冷却媒体を冷却するため、専用の熱交換器６８を備えてもよい。さらに、冷媒を用いる代わりに、水や空気で冷却装置１０の冷却媒体を冷却してもよい。次に、この実施形態に係る冷却装置１０を制御する冷却制御装置について説明する。 The heat exchanger 68 is an evaporator, and a refrigerant such as chlorofluorocarbon or CO ₂ is supplied in a liquid state (liquid refrigerant C_l) and is evaporated by the heat of the air A flowing through the heat exchanger 68 to be in a gas state (gas refrigerant). C_g). Thereby, the air A passing through the heat exchanger 68 is cooled. As the evaporator used as the heat exchanger 68, for example, an evaporator provided in a vehicle air conditioner can be used. Further, a dedicated heat exchanger 68 may be provided to cool the cooling medium of the cooling device 10. Furthermore, instead of using a refrigerant, the cooling medium of the cooling device 10 may be cooled with water or air. Next, a cooling control device that controls the cooling device 10 according to this embodiment will be described.

図６は、実施形態１に係る冷却制御装置の構成を示す概念図である。図６に示すように、冷却制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０に組み込まれて構成されている。機関ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐと、記憶部５０ｍと、入力ポート５５及び出力ポート５６と、入力インターフェース５７及び出力インターフェース５８とから構成される。 FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration of the cooling control apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 6, the cooling control device 30 is configured to be incorporated in an engine ECU 50. The engine ECU 50 includes a CPU (Central Processing Unit) 50p, a storage unit 50m, an input port 55 and an output port 56, and an input interface 57 and an output interface 58.

なお、機関ＥＣＵ５０とは別個に、この実施形態に係る冷却制御装置３０を用意し、これを機関ＥＣＵ５０に接続してもよい。そして、この実施形態に係る冷却制御を実現するにあたっては、機関ＥＣＵ５０が備えている第１タービンバイパス弁９０に対する制御機能を、前記冷却制御装置３０が利用できるように構成してもよい。 In addition, separately from engine ECU50, the cooling control apparatus 30 which concerns on this embodiment may be prepared, and this may be connected to engine ECU50. And in implement | achieving the cooling control which concerns on this embodiment, you may comprise so that the said cooling control apparatus 30 can utilize the control function with respect to the 1st turbine bypass valve 90 with which engine ECU50 is provided.

冷却制御装置３０は、過給制御部３１と、冷却制御部３２とを含んで構成される。これらが、この実施形態に係る冷却制御を実行する部分となる。この実施形態において、冷却制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ５０ｐの一部として構成される。また、ＣＰＵ５０ｐ内には、内燃機関１の運転制御を司る機関制御部５１が設けられる。ＣＰＵ５０ｐと、記憶部５０ｍとは、バス５４₃により接続される。また、機関制御部５１と、冷却制御装置３０を構成する過給制御部３１及び冷却制御部３２とは、バス５４₁、５４₂及び入力ポート５５及び出力ポート５６を介して接続される。 The cooling control device 30 includes a supercharging control unit 31 and a cooling control unit 32. These are the parts that execute the cooling control according to this embodiment. In this embodiment, the cooling control device 30 is configured as a part of the CPU 50p that constitutes the engine ECU 50. An engine control unit 51 that controls operation of the internal combustion engine 1 is provided in the CPU 50p. And CPU 50p, the storage unit 50m, is connected by a bus 54 _3. The engine control unit 51 and the supercharging control unit 31 and the cooling control unit 32 constituting the cooling control device 30 are connected via buses 54 ₁ and 54 _{2, an} input port 55 and an output port 56.

これにより、冷却制御装置３０を構成する過給制御部３１と冷却制御部３２とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、冷却制御装置３０は、機関制御部５１が有する内燃機関１の運転制御データを取得し、これを利用することができる。また、冷却制御装置３０は、この実施形態に係る冷却制御を、機関制御部５１が予め備えている内燃機関１の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。 Thereby, the supercharging control part 31 and the cooling control part 32 which comprise the cooling control apparatus 30 are comprised so that a control data can be mutually exchanged and a command can be issued to one side. Further, the cooling control device 30 can acquire operation control data of the internal combustion engine 1 included in the engine control unit 51 and use it. Further, the cooling control device 30 can interrupt the cooling control according to this embodiment into the operation control routine of the internal combustion engine 1 that the engine control unit 51 has in advance.

入力ポート５５には、入力インターフェース５７が接続されている。入力インターフェース５７には、排ガス温度センサ４０、冷却水温度センサ４１、吸気圧力センサ４２、エアフローセンサ４３、吸気温度センサ４４、クランク角センサ４５、アクセル開度センサ４６その他の、冷却装置１０の制御に必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェース５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタル入力バッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５０ｐは、第１タービンバイパス弁９０の制御や、内燃機関１の制御に必要な情報を取得することができる。 An input interface 57 is connected to the input port 55. An input interface 57 includes an exhaust gas temperature sensor 40, a cooling water temperature sensor 41, an intake pressure sensor 42, an air flow sensor 43, an intake air temperature sensor 44, a crank angle sensor 45, an accelerator opening sensor 46, and other controls for the cooling device 10. Sensors that acquire necessary information are connected. Signals output from these sensors are converted into signals that can be used by the CPU 50 p by the A / D converter 57 a and the digital input buffer 57 d in the input interface 57 and sent to the input port 55. Thereby, the CPU 50 p can acquire information necessary for controlling the first turbine bypass valve 90 and controlling the internal combustion engine 1.

出力ポート５６には、出力インターフェース５８が接続されている。出力インターフェース５８には、第１タービンバイパス弁９０その他の、冷却制御における制御対象が接続されている。出力インターフェース５８は、制御回路５８₁、５８₂等を備えており、ＣＰＵ５０ｐで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、前記センサ類からの出力信号に基づき、機関ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐは、第１タービンバイパス弁９０の開度を制御することができる。 An output interface 58 is connected to the output port 56. The output interface 58 is connected to the first turbine bypass valve 90 and other controlled objects in cooling control. The output interface 58 includes control circuits 58 ₁ , 58 _{2 and the} like, and operates the control target based on a control signal calculated by the CPU 50p. With such a configuration, the CPU 50p of the engine ECU 50 can control the opening degree of the first turbine bypass valve 90 based on output signals from the sensors.

記憶部５０ｍには、この実施形態に係る冷却制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御データマップ、あるいはこの実施形態に係る冷却制御に用いる制御データマップ等が格納されている。ここで、記憶部５０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。 The storage unit 50m stores a computer program including a cooling control processing procedure according to this embodiment, a control data map, a control data map used for cooling control according to this embodiment, and the like. Here, the storage unit 50m can be configured by a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory), a nonvolatile memory such as a flash memory, or a combination thereof.

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５０ｐへ既に記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、この実施形態に係る冷却制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この冷却制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、過給制御部３１及び冷却制御部３２の機能を実現するものであってもよい。次に、この実施形態に係る冷却制御を説明する。次の説明では、適宜図１〜図６を参照されたい。 The computer program may be capable of realizing the cooling control processing procedure according to this embodiment in combination with a computer program already recorded in the CPU 50p. Further, the cooling control device 30 may realize the functions of the supercharging control unit 31 and the cooling control unit 32 by using dedicated hardware instead of the computer program. Next, the cooling control according to this embodiment will be described. In the following description, please refer to FIGS.

図７は、実施形態１に係る冷却制御装置を用いた場合における冷却制御の手順を示すフローチャートである。図８は、第１タービンバイパス弁の開度を設定する際に用いる制御データマップの一例を示す説明図である。図９は、第１タービンバイパス弁の開度を補正する補正項を設定する際に用いるマップの一例を示す説明図である。この実施形態に係る冷却制御を実行するにあたり、冷却制御装置３０の過給制御部３１は、吸気導入通路２２に設けられる吸気圧力センサ４２から、吸気管圧力Ｐｉｎを取得する（ステップＳ１０１）。 FIG. 7 is a flowchart illustrating a cooling control procedure when the cooling control apparatus according to the first embodiment is used. FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a control data map used when setting the opening of the first turbine bypass valve. FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a map used when setting a correction term for correcting the opening of the first turbine bypass valve. In executing the cooling control according to this embodiment, the supercharging control unit 31 of the cooling control device 30 acquires the intake pipe pressure Pin from the intake pressure sensor 42 provided in the intake introduction passage 22 (step S101).

次に、過給制御部３１は、アクセル開度センサ４６によるアクセル開度、クランク角センサ４５によって求められる機関回転数、エアフローセンサ４３の出力に基づいて求められる内燃機関１の負荷等から、目標過給圧力Ｐｄを取得する（ステップＳ１０２）。吸気管圧力Ｐｉｎ、目標過給圧力Ｐｄを取得したら、過給制御部３１は、Ｐｉｎ及びＰｄを、図８に示す第１タービンバイパス弁の開度マップ１００に与え、第１タービンバイパス弁９０の目標開度（以下目標ＷＧＶ開度という）ｕｄを取得する（ステップＳ１０３）。この実施形態において、目標ＷＧＶ開度ｕｄは、吸気管圧力Ｐｉｎと目標過給圧力Ｐｄとによって決定される。より具体的には、吸気管圧力Ｐｉｎ及び目標過給圧力Ｐｄが大きくなるにしたがって、目標ＷＧＶ開度ｕｄが大きくなるように設定される。 Next, the supercharging control unit 31 determines the target from the accelerator opening by the accelerator opening sensor 46, the engine speed obtained by the crank angle sensor 45, the load of the internal combustion engine 1 obtained based on the output of the air flow sensor 43, and the like. A supercharging pressure Pd is acquired (step S102). When the intake pipe pressure Pin and the target supercharging pressure Pd are acquired, the supercharging control unit 31 gives Pin and Pd to the opening map 100 of the first turbine bypass valve shown in FIG. A target opening (hereinafter referred to as a target WGV opening) ud is acquired (step S103). In this embodiment, the target WGV opening degree ud is determined by the intake pipe pressure Pin and the target supercharging pressure Pd. More specifically, the target WGV opening degree ud is set to increase as the intake pipe pressure Pin and the target supercharging pressure Pd increase.

次に、冷却制御装置３０の冷却制御部３２は、第１タービン入口側排気通路２３に取り付けられる排ガス温度センサ４０から、内燃機関１が排出する排ガスＥｘの温度（排ガス温度）Ｔｅを取得する（ステップＳ１０４）。そして、冷却制御部３２は、第１タービンバイパス弁９０の開度を補正する補正項（ＷＧＶ開度補正項という）を設定する際に用いる補正項設定マップ１０１（図９）に、取得した排ガス温度Ｔｅを与え、ＷＧＶ開度補正項Δｕを取得する（ステップＳ１０５）。ＷＧＶ開度補正項Δｕを取得したら、冷却制御部３２は、第１タービンバイパス弁９０の実際の開度（実ＷＧＶ開度という）Ｕを設定し（ステップＳ１０６）、第１タービンバイパス弁９０を設定した開度に制御する。この実施形態において、実ＷＧＶ開度Ｕは、ｕｄ＋Δｕとなる。 Next, the cooling control unit 32 of the cooling control device 30 acquires the temperature (exhaust gas temperature) Te of the exhaust gas Ex discharged from the internal combustion engine 1 from the exhaust gas temperature sensor 40 attached to the first turbine inlet side exhaust passage 23 ( Step S104). Then, the cooling control unit 32 acquires the exhaust gas acquired in the correction term setting map 101 (FIG. 9) used when setting a correction term (referred to as a WGV opening correction term) for correcting the opening of the first turbine bypass valve 90. The temperature Te is given, and the WGV opening correction term Δu is acquired (step S105). After acquiring the WGV opening correction term Δu, the cooling control unit 32 sets the actual opening (referred to as the actual WGV opening) U of the first turbine bypass valve 90 (step S106), and sets the first turbine bypass valve 90. Control to the set opening. In this embodiment, the actual WGV opening U is ud + Δu.

この実施形態において、排ガス温度Ｔｅが高くなるにしたがって、実ＷＧＶ開度Ｕが大きくなるように設定される。上述したように、実ＷＧＶ開度Ｕはｕｄ＋Δｕで決定されるので、ＷＧＶ開度補正項Δｕは、排ガス温度Ｔｅが高くなるにしたがって大きくなるように設定される（図９）。これによって、排ガス温度Ｔｅが高い場合には、第１タービンバイパス弁９０の開度を大きくして第２タービン６１ｔにより多くの排ガスＥｘを供給する。そして、冷却媒体吐出手段６１ｃからより多くの空気Ａを吐出することにより、内燃機関１の高温部分の冷却能力を向上させることができる。 In this embodiment, the actual WGV opening degree U is set to increase as the exhaust gas temperature Te increases. As described above, since the actual WGV opening degree U is determined by ud + Δu, the WGV opening degree correction term Δu is set to increase as the exhaust gas temperature Te increases (FIG. 9). As a result, when the exhaust gas temperature Te is high, the opening degree of the first turbine bypass valve 90 is increased and more exhaust gas Ex is supplied to the second turbine 61t. And the cooling capacity of the high temperature part of the internal combustion engine 1 can be improved by discharging more air A from the cooling medium discharge means 61c.

次に、過給制御部３１は、吸気導入通路２２に設けられる吸気圧力センサ４２から、吸気管圧力Ｐｉｎを取得する（ステップＳ１０７）。そして、過給制御部３１は、ステップＳ１０７で取得した吸気管圧力Ｐｉｎと目標過給圧力Ｐｄとの差の絶対値（過給圧力偏差）｜Ｐｉｎ−Ｐｄ｜と、過給圧力偏差許容値ｅｐとを比較する（ステップＳ１０８）。ここで、過給圧力偏差許容値ｅｐは、現在の過給圧力（現在の吸気管圧力Ｐｉｎに相当）と目標過給圧力Ｐｄとの差が許容できるか否かを判定するためのパラメータである。 Next, the supercharging control unit 31 acquires the intake pipe pressure Pin from the intake pressure sensor 42 provided in the intake introduction passage 22 (step S107). Then, the supercharging control unit 31 determines the absolute value (supercharging pressure deviation) | Pin−Pd | of the difference between the intake pipe pressure Pin acquired in step S107 and the target supercharging pressure Pd, and the supercharging pressure deviation allowable value ep. Are compared (step S108). Here, the supercharging pressure deviation allowable value ep is a parameter for determining whether or not a difference between the current supercharging pressure (corresponding to the current intake pipe pressure Pin) and the target supercharging pressure Pd is allowable. .

｜Ｐｉｎ−Ｐｄ｜≧ｅｐである場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、｜Ｐｉｎ−Ｐｄ｜＜ｅｐとなるまで、すなわち過給圧力偏差が許容範囲となるまでステップＳ１０３〜ステップＳ１０７を繰り返す。｜Ｐｉｎ−Ｐｄ｜＜ｅｐである場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、実際の過給圧力は目標過給圧力Ｐｄの許容範囲内に制御されているので、この実施形態に係る冷却制御を終了する。 If | Pin−Pd | ≧ ep (step S108: No), steps S103 to S107 are repeated until | Pin−Pd | <ep, that is, until the supercharging pressure deviation falls within the allowable range. When | Pin−Pd | <ep (step S108: Yes), since the actual supercharging pressure is controlled within the allowable range of the target supercharging pressure Pd, the cooling control according to this embodiment is terminated.

この冷却制御によれば、排ガス温度に基づいて第１タービンバイパス弁９０の開度を制御することにより、排ガス温度が高い場合には、第１タービンバイパス弁９０の開度を大きくして第２タービン６１ｔにより多くの排ガスを供給する。これによって、冷却媒体吐出手段６１ｃから吐出される空気の量を増加させて、内燃機関１の高温部分の冷却能力を向上させることができる。また、排ガス温度が低下した場合には第１タービンバイパス弁９０の開度を小さくして、過給圧力を一定に維持することができる。 According to this cooling control, by controlling the opening degree of the first turbine bypass valve 90 based on the exhaust gas temperature, the opening degree of the first turbine bypass valve 90 is increased when the exhaust gas temperature is high. A lot of exhaust gas is supplied to the turbine 61t. As a result, the amount of air discharged from the cooling medium discharge means 61c can be increased, and the cooling capacity of the high-temperature portion of the internal combustion engine 1 can be improved. Further, when the exhaust gas temperature is lowered, the opening degree of the first turbine bypass valve 90 can be reduced to keep the supercharging pressure constant.

また、単に目標過給圧力になるように制御するのみだと、過給圧力がハンチングするおそれがあり、また、高温部の冷却が非効率的になるおそれがある。しかし、この実施形態では、排ガス温度に基づいて第１タービンバイパス弁９０の開度を制御するので、過給圧力のハンチングを抑えつつ、効率的に内燃機関１の高温部分を冷却することができる。 Further, if the control is simply performed so that the target supercharging pressure is reached, the supercharging pressure may be hunted, and cooling of the high temperature portion may be inefficient. However, in this embodiment, since the opening degree of the first turbine bypass valve 90 is controlled based on the exhaust gas temperature, the high-temperature portion of the internal combustion engine 1 can be efficiently cooled while suppressing hunting of the supercharging pressure. .

以上、この実施形態では、第１タービンバイパス弁よりも排ガスの流れ方向下流における第１タービンバイパス通路に第２タービンを設け、この第２タービンにより冷却媒体吐出手段を駆動する。そして、冷却媒体吐出手段によって、内燃機関の高温部分に冷却媒体を送る。これによって、内燃機関が高負荷で運転され、排ガスの温度が高くなる場合には、第１タービンバイパス弁を切り替えることにより第２タービンへ排ガスを供給する。そして、第２タービンによって冷却媒体吐出手段を駆動し、内燃機関の高温部分へ冷却媒体を送り、内燃機関の高温部分を冷却することができる。その結果、内燃機関の高温部の過熱を抑制して、高温部分の耐久性低下を抑制できる。 As described above, in this embodiment, the second turbine is provided in the first turbine bypass passage downstream of the first turbine bypass valve in the exhaust gas flow direction, and the coolant discharge means is driven by the second turbine. And a cooling medium is sent to the high temperature part of an internal combustion engine by a cooling medium discharge means. Thus, when the internal combustion engine is operated at a high load and the temperature of the exhaust gas becomes high, the exhaust gas is supplied to the second turbine by switching the first turbine bypass valve. And a cooling medium discharge means can be driven by the 2nd turbine, a cooling medium can be sent to a hot part of an internal-combustion engine, and a hot part of an internal-combustion engine can be cooled. As a result, overheating of the high temperature portion of the internal combustion engine can be suppressed, and a decrease in durability of the high temperature portion can be suppressed.

（実施形態２）
実施形態２は、実施形態１と略同様の構成であるが、第１タービンバイパス弁と第２タービンとの間から第１タービンの出口の下流へ排ガスを流す第２タービンバイパス通路と、前記排ガスを流す対象を前記第２タービン又は第２タービンバイパス通路に切り替える排ガス経路切替手段とをさらに備える点が異なる。他の構成は実施形態１と同様である。 (Embodiment 2)
The second embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, but the second turbine bypass passage for flowing exhaust gas from between the first turbine bypass valve and the second turbine to the downstream of the outlet of the first turbine, and the exhaust gas The point which is further provided with the exhaust gas path switching means which switches the object which flows is switched to the said 2nd turbine or a 2nd turbine bypass passage. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

図１０は、実施形態２に係る冷却装置、及びこれを備える内燃機関の構成を示す説明図である。この実施形態に係る内燃機関１ａが備える冷却装置１０ａは、第１タービンバイパス弁９０と第２タービン６１ｔとの間と、第１タービン出口側排気通路２６とを接続する第２タービンバイパス通路２５を備える。第２タービンバイパス通路２５は、第２タービン入口側通路２４Ｕ及び第１タービンバイパス弁９０を通過した排ガスＥｘを、第１タービン６０ｔの出口の下流へ排ガスＥｘを流す。 FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a configuration of the cooling device according to the second embodiment and an internal combustion engine including the same. The cooling device 10a included in the internal combustion engine 1a according to this embodiment includes a second turbine bypass passage 25 that connects the first turbine bypass valve 90 and the second turbine 61t and the first turbine outlet side exhaust passage 26. Prepare. The second turbine bypass passage 25 causes the exhaust gas Ex that has passed through the second turbine inlet side passage 24U and the first turbine bypass valve 90 to flow downstream from the outlet of the first turbine 60t.

第２タービンバイパス通路２５には、排ガス経路切替手段である排ガス経路切替弁９１が設けられている。排ガス経路切替弁９１は、機関ＥＣＵ５０内に備えられる冷却制御装置３０ａによって制御される。排ガス経路切替弁９１は、例えば、第２タービンバイパス通路２５を開閉する開閉弁で構成される。そして、第２タービン入口側通路２４Ｕ及び第１タービンバイパス弁９０を通過した排ガスＥｘを流す対象を、第２タービン６１ｔ又は第２タービンバイパス通路２５に切り替える。 The second turbine bypass passage 25 is provided with an exhaust gas path switching valve 91 which is an exhaust gas path switching means. The exhaust gas path switching valve 91 is controlled by a cooling control device 30a provided in the engine ECU 50. The exhaust gas path switching valve 91 is constituted by, for example, an open / close valve that opens and closes the second turbine bypass passage 25. Then, the target for flowing the exhaust gas Ex that has passed through the second turbine inlet side passage 24U and the first turbine bypass valve 90 is switched to the second turbine 61t or the second turbine bypass passage 25.

すなわち、排ガス経路切替弁９１を閉じることにより第２タービンバイパス通路２５を閉じると、第１タービンバイパス弁９０を通過した排ガスＥｘは第２タービン６１ｔを流れて、これを駆動する。一方、排ガス経路切替弁９１を開くことにより２タービンバイパス通路２５を開くと、第１タービンバイパス弁９０を通過した排ガスＥｘは、第２タービンバイパス通路２５を通って第１タービン出口側排気通路２６に流れる。他の構成は、実施形態１に係る内燃機関１及び冷却装置１０（図１参照）と同様である。 That is, when the second turbine bypass passage 25 is closed by closing the exhaust gas path switching valve 91, the exhaust gas Ex that has passed through the first turbine bypass valve 90 flows through the second turbine 61t and drives it. On the other hand, when the two-turbine bypass passage 25 is opened by opening the exhaust gas path switching valve 91, the exhaust gas Ex that has passed through the first turbine bypass valve 90 passes through the second turbine bypass passage 25 and the first turbine outlet-side exhaust passage 26. Flowing into. Other configurations are the same as those of the internal combustion engine 1 and the cooling device 10 (see FIG. 1) according to the first embodiment.

図１１は、実施形態２に係る冷却制御装置の構成を示す概念図である。この冷却制御装置３０ａは、運転条件判定部３３と、排ガス経路切替部３４とを含んで構成される。これらが、この実施形態に係る冷却制御を実行する部分となる。出力インターフェース５８には、この実施形態に係る冷却制御の制御対象である排ガス経路切替弁９１が接続されている。他の構成は、実施形態１に係る冷却制御装置３０（図６参照）と同様である。次に、この実施形態に係る冷却制御を説明する。次の説明では、適宜図１０〜図１１を参照されたい。 FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a cooling control device according to the second embodiment. The cooling control device 30 a includes an operating condition determination unit 33 and an exhaust gas path switching unit 34. These are the parts that execute the cooling control according to this embodiment. The output interface 58 is connected to an exhaust gas path switching valve 91 that is a control target of cooling control according to this embodiment. Other configurations are the same as those of the cooling control device 30 (see FIG. 6) according to the first embodiment. Next, the cooling control according to this embodiment will be described. In the following description, please refer to FIGS.

図１２は、実施形態２に係る冷却制御装置を用いた場合における冷却制御の手順を示すフローチャートである。図１３は、浄化触媒の温度を推定する際に用いる制御データマップの一例を示す説明図である。この冷却制御は、排ガスを浄化するための浄化触媒８３の温度が、予め定めた所定の切替温度Ｔｃｄを超えた場合に、排ガスＥｘが流れる対象を、第２タービンバイパス通路２５から第２タービン６１ｔに切り替える。そして、内燃機関１の排ガス温度が高い場合には、第２タービン６１ｔに排ガスＥｘを流して冷却媒体吐出手段６１ｃを駆動することにより、内燃機関１の高温部分（排気ポート出口９ｅの近傍等）を冷却する。 FIG. 12 is a flowchart illustrating a cooling control procedure when the cooling control apparatus according to the second embodiment is used. FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of a control data map used when estimating the temperature of the purification catalyst. In this cooling control, when the temperature of the purification catalyst 83 for purifying the exhaust gas exceeds a predetermined switching temperature Tcd determined in advance, the target through which the exhaust gas Ex flows is transferred from the second turbine bypass passage 25 to the second turbine 61t. Switch to. Then, when the exhaust gas temperature of the internal combustion engine 1 is high, the exhaust gas Ex is supplied to the second turbine 61t to drive the cooling medium discharge means 61c, so that the high temperature portion of the internal combustion engine 1 (the vicinity of the exhaust port outlet 9e, etc.) Cool down.

冷却制御装置３０ａが備える運転条件判定部３３は、冷却水温度センサ４１から内燃機関１の始動時における冷却水温度（始動時水温）Ｔｗを取得する（ステップＳ２０１）。次に運転条件判定部３３は、浄化触媒８３の温度（触媒温度）Ｔｃを取得する（ステップＳ２０２）。この実施形態において、触媒温度Ｔｃは、図１３に示す触媒温度推定マップ１０２により求める。図１３に示す触媒温度推定マップ１０２の実線は触媒温度Ｔｃの等温線であり、触媒温度Ｔｃは、始動時水温Ｔｗと積算空気量Ｑａとの関係で触媒温度Ｔｃが記述してある。ここで、Ｔｃ１＜Ｔｃ２＜Ｔｃ３＜Ｔｃ４である。また、積算空気量Ｑａは、内燃機関１の始動時から現時点までに内燃機関１で消費された空気量の積算値である。 The operating condition determination unit 33 included in the cooling control device 30a acquires the cooling water temperature (starting water temperature) Tw at the start of the internal combustion engine 1 from the cooling water temperature sensor 41 (step S201). Next, the operating condition determination unit 33 acquires the temperature (catalyst temperature) Tc of the purification catalyst 83 (step S202). In this embodiment, the catalyst temperature Tc is obtained from the catalyst temperature estimation map 102 shown in FIG. The solid line of the catalyst temperature estimation map 102 shown in FIG. 13 is an isotherm of the catalyst temperature Tc, and the catalyst temperature Tc describes the catalyst temperature Tc in relation to the starting water temperature Tw and the integrated air amount Qa. Here, Tc1 <Tc2 <Tc3 <Tc4. The integrated air amount Qa is an integrated value of the amount of air consumed in the internal combustion engine 1 from the start of the internal combustion engine 1 to the present time.

内燃機関１の始動時水温Ｔｗが高ければ、それだけ内燃機関１の暖機は早く終了し、触媒温度Ｔｃは高くなる。また、内燃機関１の吸入空気量と触媒温度Ｔｃとには相関があり、積算空気量Ｑａが大きくなれば、それだけ多くの熱量が浄化触媒８３へ供給されることになる。したがって、積算空気量Ｑａが大きくなれば、触媒温度Ｔｃは高くなる。このように、この実施形態において、触媒温度Ｔｃは、内燃機関１の始動時水温Ｔｗと、積算空気量Ｑａとで推定する。なお、浄化触媒８３の温度を直接測定して触媒温度Ｔｃを求めてもよいし、上記手法以外の触媒温度推定手法を用いてもよい。 If the starting water temperature Tw of the internal combustion engine 1 is higher, the warm-up of the internal combustion engine 1 is finished earlier, and the catalyst temperature Tc is higher. Further, there is a correlation between the intake air amount of the internal combustion engine 1 and the catalyst temperature Tc, and as the integrated air amount Qa increases, a larger amount of heat is supplied to the purification catalyst 83. Therefore, as the integrated air amount Qa increases, the catalyst temperature Tc increases. Thus, in this embodiment, the catalyst temperature Tc is estimated from the starting water temperature Tw of the internal combustion engine 1 and the integrated air amount Qa. Note that the catalyst temperature Tc may be obtained by directly measuring the temperature of the purification catalyst 83, or a catalyst temperature estimation method other than the above method may be used.

触媒温度Ｔｃを取得したら（ステップＳ２０２）、運転条件判定部３３は、切替温度Ｔｃｄを取得する（ステップＳ２０３）。切替温度Ｔｃｄは、排ガスＥｘを流す対象を、第２タービン６１ｔ又は第２タービンバイパス通路２５に切り替える際の判定基準となる浄化触媒８３の温度である。切替温度Ｔｃｄは、例えば、内燃機関１の負荷や冷却水温等によって変更することができる。 When the catalyst temperature Tc is acquired (step S202), the operating condition determination unit 33 acquires the switching temperature Tcd (step S203). The switching temperature Tcd is the temperature of the purification catalyst 83 that serves as a determination criterion when switching the target for flowing the exhaust gas Ex to the second turbine 61t or the second turbine bypass passage 25. The switching temperature Tcd can be changed by, for example, the load of the internal combustion engine 1 or the cooling water temperature.

例えば、内燃機関１の負荷が高い場合には、排気ポート出口９ｅの近傍等の高温部分が過熱されるおそれが高くなるので、切替温度Ｔｃｄを低く設定して、第２タービン６１ｔにより冷却媒体吐出手段６１ｃが駆動されるようにする。また、冷却水温が低い場合には、浄化触媒８３が活性温度に到達せず、所定の浄化性能が得られないおそれがあるので、切替温度Ｔｃｄを高く設定して排ガスＥｘが浄化触媒８３に流れるようにする。 For example, when the load on the internal combustion engine 1 is high, there is a high possibility that a high-temperature portion such as the vicinity of the exhaust port outlet 9e is overheated, so the switching temperature Tcd is set low and the second turbine 61t discharges the cooling medium. The means 61c is driven. Further, when the cooling water temperature is low, the purification catalyst 83 does not reach the activation temperature, and the predetermined purification performance may not be obtained. Therefore, the exhaust gas Ex flows to the purification catalyst 83 with the switching temperature Tcd set high. Like that.

次に、運転条件判定部３３は、ステップＳ２０２で推定した触媒温度ＴｃとステップＳ２０３で取得した切替温度Ｔｃｄとを比較する（ステップＳ２０４）。Ｔｃ≦Ｔｃｄである場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、排ガス経路切替部３４は、排ガスＥｘが第２タービンバイパス通路２５を流れるように、排ガス経路切替弁９１を切り替える（ステップＳ２０５）。この実施形態では、排ガス経路切替弁９１を開くことにより、第２タービンバイパス通路２５に排ガスＥｘを流す。 Next, the operating condition determination unit 33 compares the catalyst temperature Tc estimated in step S202 with the switching temperature Tcd acquired in step S203 (step S204). If Tc ≦ Tcd (step S204: No), the exhaust gas path switching unit 34 switches the exhaust gas path switching valve 91 so that the exhaust gas Ex flows through the second turbine bypass passage 25 (step S205). In this embodiment, the exhaust gas Ex is caused to flow through the second turbine bypass passage 25 by opening the exhaust gas path switching valve 91.

これによって、触媒温度Ｔｃが低い場合には、第１タービンバイパス通路２４を流れる排ガスＥｘは、第２タービン６１ｔをバイパスして流れる。その結果、排ガスＥｘの熱エネルギーは第２タービン６１ｔで消費されないので、温度の高い排ガスＥｘが浄化触媒８３に流入して、浄化触媒８３の昇温を促進して、エミッションを改善できる。 Accordingly, when the catalyst temperature Tc is low, the exhaust gas Ex flowing through the first turbine bypass passage 24 bypasses the second turbine 61t and flows. As a result, since the heat energy of the exhaust gas Ex is not consumed by the second turbine 61t, the exhaust gas Ex having a high temperature flows into the purification catalyst 83 and promotes the temperature rise of the purification catalyst 83, thereby improving the emission.

Ｔｃ＞Ｔｃｄである場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、排ガス経路切替部３４は、排ガスＥｘが第２タービン６１ｔを流れるように、排ガス経路切替弁９１を切り替える（ステップＳ２０６）。この実施形態では、排ガス経路切替弁９１を閉じることにより、第２タービンバイパス通路２５を閉じて、第２タービン６１ｔへ排ガスＥｘを流す。 If Tc> Tcd (step S204: Yes), the exhaust gas path switching unit 34 switches the exhaust gas path switching valve 91 so that the exhaust gas Ex flows through the second turbine 61t (step S206). In this embodiment, by closing the exhaust gas path switching valve 91, the second turbine bypass passage 25 is closed and the exhaust gas Ex flows to the second turbine 61t.

これによって、触媒温度Ｔｃが高い場合には、第１タービンバイパス通路２４を流れる排ガスＥｘは、第２タービン６１ｔに供給される。その結果、内燃機関１が高負荷で運転されている場合等のように、内燃機関１の高温部分（排気ポート出口９ｅの近傍等）が過熱するおそれがある場合には、第２タービン６１ｔにより冷却媒体吐出手段６１ｃを駆動して高温部分を冷却することができる。その結果、燃料冷却を抑制できるので、高温部分の過熱を抑えつつ燃料消費を抑制できる。 Thus, when the catalyst temperature Tc is high, the exhaust gas Ex flowing through the first turbine bypass passage 24 is supplied to the second turbine 61t. As a result, when there is a possibility that a high temperature portion of the internal combustion engine 1 (such as the vicinity of the exhaust port outlet 9e) is overheated, such as when the internal combustion engine 1 is operated at a high load, the second turbine 61t The high temperature portion can be cooled by driving the cooling medium discharge means 61c. As a result, since fuel cooling can be suppressed, fuel consumption can be suppressed while suppressing overheating of the high temperature portion.

以上、この実施形態では、第１タービンバイパス弁と第２タービンとの間から第１タービンの出口の下流へ排ガスを流す第２タービンバイパス通路と、前記排ガスを流す対象を前記第２タービン又は第２タービンバイパス通路に切り替える排ガス経路切替手段とをさらに備える。これによって、例えば、浄化触媒を昇温させたい場合のように、排ガスの温度を低下させたくない場合には、排ガス経路切替手段により第２タービンをバイパスさせて排ガスを流すことができる。これによって、第２タービンで排ガスの持つエネルギーが消費されることはないので、排ガスの温度低下を抑制できる。 As described above, in this embodiment, the second turbine bypass passage through which the exhaust gas flows from between the first turbine bypass valve and the second turbine to the downstream of the outlet of the first turbine, and the target through which the exhaust gas flows are the second turbine or the second turbine. And an exhaust gas path switching means for switching to the two turbine bypass passage. As a result, for example, when it is not desired to lower the temperature of the exhaust gas as in the case where it is desired to raise the temperature of the purification catalyst, the exhaust gas can be caused to flow by bypassing the second turbine by the exhaust gas path switching means. As a result, the energy of the exhaust gas is not consumed by the second turbine, and the temperature reduction of the exhaust gas can be suppressed.

以上のように、本発明に係る冷却装置及び内燃機関は、排ガスによって駆動される過給機を有するものに対して有用であり、特に、内燃機関の高温部の過熱を抑制することに適している。 As described above, the cooling device and the internal combustion engine according to the present invention are useful for those having a supercharger driven by exhaust gas, and are particularly suitable for suppressing overheating of a high temperature portion of the internal combustion engine. Yes.

実施形態１に係る冷却装置、及びこれを備える内燃機関の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the cooling device which concerns on Embodiment 1, and an internal combustion engine provided with the same. 実施形態１に係る内燃機関の排気口近傍を冷却する構造例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structural example for cooling the vicinity of an exhaust port of the internal combustion engine according to the first embodiment. 実施形態１に係る内燃機関の排気口近傍を冷却する他の構造例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another structural example for cooling the vicinity of the exhaust port of the internal combustion engine according to the first embodiment. 実施形態１に係る内燃機関の排気口近傍を冷却する他の構造例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another structural example for cooling the vicinity of the exhaust port of the internal combustion engine according to the first embodiment. 実施形態１に係る冷却装置が備える冷却媒体の冷却手段を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cooling means of the cooling medium with which the cooling device which concerns on Embodiment 1 is provided. 実施形態１に係る冷却制御装置の構成を示す概念図である。1 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a cooling control device according to a first embodiment. 実施形態１に係る冷却制御装置を用いた場合における冷却制御の手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a cooling control procedure when the cooling control apparatus according to the first embodiment is used. 第１タービンバイパス弁の開度を設定する際に用いる制御データマップの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the control data map used when setting the opening degree of a 1st turbine bypass valve. 第１タービンバイパス弁の開度を補正する補正項を設定する際に用いるマップの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the map used when setting the correction | amendment term which correct | amends the opening degree of a 1st turbine bypass valve. 実施形態２に係る冷却装置、及びこれを備える内燃機関の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the cooling device which concerns on Embodiment 2, and an internal combustion engine provided with the same. 実施形態２に係る冷却制御装置の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the cooling control apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施形態２に係る冷却制御装置を用いた場合における冷却制御の手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a cooling control procedure when the cooling control device according to the second embodiment is used. 浄化触媒の温度を推定する際に用いる制御データマップの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the control data map used when estimating the temperature of a purification catalyst.

符号の説明Explanation of symbols

１、１ａ内燃機関
１Ｂ燃焼室
１Ｈシリンダヘッド
１Ｓ気筒
２点火プラグ
３直噴噴射弁
４吸気ポート
５ピストン
６クランク軸
７コネテクティングロッド
９ｅ排ガス出口
９排気ポート
１０、１０ａ冷却装置
２０過給機入口側吸気通路
２１過給機出口側吸気通路
２２吸気導入通路
２３、２３ａタービン入口側排気通路
２３ａｉ内管
２３ａｏ外管
２４第１タービンバイパス通路
２４Ｌ第２タービン出口側通路
２４Ｕ第２タービン入口側通路
２５第２タービンバイパス通路
２６第１タービン出口側排気通路
３０、３０ａ冷却制御装置
３１過給制御部
３２運転条件判定部
３３運転条件判定部
３４排ガス経路切替部
４０排ガス温度センサ
４１冷却水温度センサ
４２吸気圧力センサ
４３エアフローセンサ
４４吸気温度センサ
４５クランク角センサ
４６アクセル開度センサ
５０機関ＥＣＵ
６０ｔ第１タービン
６１ｔ第２タービン
６１ｃ冷却媒体吐出手段
６２冷却媒体供給通路
６３冷却媒体回収通路
６４冷却媒体通路
６８熱交換器
８３浄化触媒
９０第１タービンバイパス弁
９１排ガス経路切替弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Internal combustion engine 1B Combustion chamber 1H Cylinder head 1S Cylinder 2 Spark plug 3 Direct injection valve 4 Intake port 5 Piston 6 Crankshaft 7 Connecting rod 9e Exhaust gas outlet 9 Exhaust port 10, 10a Cooling device 20 Supercharger inlet Side intake passage 21 Supercharger exit side intake passage 22 Intake intake passage 23, 23a Turbine inlet side exhaust passage 23ai Inner pipe 23ao Outer pipe 24 First turbine bypass passage 24L Second turbine outlet side passage 24U Second turbine inlet side passage 25 Second turbine bypass passage 26 First turbine outlet side exhaust passage 30, 30a Cooling control device 31 Supercharging control unit 32 Operating condition determining unit 33 Operating condition determining unit 34 Exhaust gas path switching unit 40 Exhaust gas temperature sensor 41 Cooling water temperature sensor 42 Intake Pressure sensor 43 Air flow sensor 44 Suction Air temperature sensor 45 Crank angle sensor 46 Accelerator opening sensor 50 Engine ECU
60t 1st turbine 61t 2nd turbine 61c Cooling medium discharge means 62 Cooling medium supply path 63 Cooling medium recovery path 64 Cooling medium path 68 Heat exchanger 83 Purification catalyst 90 First turbine bypass valve 91 Exhaust gas path switching valve

Claims

内燃機関が排出する排ガスによって駆動されて圧縮機を駆動する第１タービンをバイパスさせて、前記排ガスを前記第１タービンの出口の下流へ流す第１タービンバイパス通路と、
前記第１タービンバイパス通路に設けられて、前記第１タービンバイパス通路を流れる前記排ガスの流量を調整する第１タービンバイパス弁と、
前記第１タービンバイパス弁の出口の下流に設けられて、前記第１タービンバイパス弁を通過した排ガスによって駆動される第２タービンと、
前記第２タービンによって駆動されて、冷却媒体を前記内燃機関の高温部分に送る冷却媒体吐出手段と、
を含むことを特徴とする冷却装置。 A first turbine bypass passage that bypasses the first turbine that is driven by the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to drive the compressor, and flows the exhaust gas downstream of the outlet of the first turbine;
A first turbine bypass valve provided in the first turbine bypass passage for adjusting a flow rate of the exhaust gas flowing through the first turbine bypass passage;
A second turbine provided downstream of an outlet of the first turbine bypass valve and driven by exhaust gas passing through the first turbine bypass valve;
Cooling medium discharge means driven by the second turbine to send the cooling medium to a high temperature portion of the internal combustion engine;
A cooling device comprising:

前記第１タービンバイパス弁の開度は、前記排ガスの温度が高くなるにしたがって大きくなることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 1, wherein the opening degree of the first turbine bypass valve increases as the temperature of the exhaust gas increases.

前記第１タービンバイパス弁と前記第２タービンとの間から、前記第１タービンの出口の下流へ前記排ガスを流す第２タービンバイパス通路と、
前記排ガスを流す対象を、前記第２タービン又は第２タービンバイパス通路に切り替える排ガス経路切替手段と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。 A second turbine bypass passage for flowing the exhaust gas downstream from the outlet of the first turbine from between the first turbine bypass valve and the second turbine;
An exhaust gas path switching means for switching the target for flowing the exhaust gas to the second turbine or the second turbine bypass passage;
The cooling device according to claim 1, further comprising:

前記排ガス経路切替手段は、
前記排ガスを浄化するための浄化触媒の温度が予め定めた所定の切替温度を超えた場合に、前記排ガスを前記第２タービンに流すことを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。 The exhaust gas path switching means includes
The cooling device according to claim 3, wherein when the temperature of the purification catalyst for purifying the exhaust gas exceeds a predetermined switching temperature, the exhaust gas is caused to flow to the second turbine.

前記冷却媒体を冷却する冷却媒体冷却手段を備え、
前記冷却媒体冷却手段によって冷却された前記冷却媒体が前記内燃機関の高温部分に送られることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。 A cooling medium cooling means for cooling the cooling medium;
The cooling device according to any one of claims 1 to 4, wherein the cooling medium cooled by the cooling medium cooling means is sent to a high-temperature portion of the internal combustion engine.

請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却装置を備え、かつ前記第１タービンによって駆動される前記圧縮機によって加圧された空気が燃焼用の空気として供給されるとともに、排ガスが前記第１タービンに供給されることを特徴とする内燃機関。
Air that is provided with the cooling device according to any one of claims 1 to 5 and that is pressurized by the compressor driven by the first turbine is supplied as combustion air, and exhaust gas is An internal combustion engine that is supplied to a first turbine.