JP2012087737A

JP2012087737A - 二段過給システムの吸気冷却装置

Info

Publication number: JP2012087737A
Application number: JP2010236825A
Authority: JP
Inventors: Akira Iijima; 章飯島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: JP5614235B2

Abstract

【課題】二段過給システムの吸気冷却装置に関し、二段過給システムの効率低下を抑制してエンジンの燃費悪化を抑止する。
【解決手段】高圧段過給機３２と低圧段過給機３３とを有する二段過給システム３０の吸気冷却装置１に、吸気冷却手段１０と、冷却水冷却手段１２と、冷却水循環回路１１と、冷却水を吸気冷却手段１０からバイパスさせるバイパス通路１４と、吸気が冷却水との熱交換により冷却されるか否かを判定する冷却判定手段２０と、吸気が前記冷却水により冷却されないと判定された場合は流路をバイパス通路１４に切替え、かつ、吸気が冷却水により冷却されると判定された場合は流路を吸気冷却手段１０に切替える流路切替手段１５，２２とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、低圧段過給機と高圧段過給機とを有する二段過給システムの吸気冷却装置に関し、特に低圧段過給機で圧縮された低圧吸気を冷却する水冷式のインタークーラを備えた二段過給システムの吸気冷却装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンという）では、エンジンのダウンサイジングに伴い、高出力低燃費化を図る二段過給システムが提案されている。通常、この二段過給システムは低圧段ターボチャージャと高圧段ターボチャージャとを有する二段過給システムであり、ターボチャージャの総合効率を上げるために低圧段ターボチャージャと高圧段ターボチャージャとの間に水冷式の冷却器（以下、インタークーラという）が配設されている。

例えば、特許文献１には、高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャとを有する二段過給システムにおいて、吸気通路に低圧段ターボチャージャで圧縮された吸気を冷却するインタークーラを設けた構成が開示されている。

特開２００６−９０２０５号公報

一般的に、インタークーラは水冷式であって、低圧段ターボチャージャで圧縮されてインタークーラを通過する吸気（以下、低圧段出口吸気という）は、エンジンとは別系統の冷却水回路から供給される冷却水との熱交換により冷却される。より具体的には、インタークーラにはサブラジエータで外気との熱交換により冷却された冷却水が供給されており、係る冷却水によりインタークーラを通過する低圧吸気を冷却すると共に、低圧段出口吸気との熱交換で昇温された冷却水を再びサブラジエータに戻している。

ところで、エンジンの高負荷運転時は、エンジンからの排気エネルギーにより低圧段コンプレッサが高速回転するので、低圧段出口吸気の温度は冷却水の温度よりも高くなる。そのため、エンジンの高負荷運転時は、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により昇温されることはなく、狙い通りに冷却される。一方、エンジンの部分負荷運転中は、低圧段ターボチャージャによる過給が低いため、冷却水の温度が低圧段出口吸気の温度よりも高くなる場合がある。そのため、エンジンの部分負荷運転時は、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により昇温されることとなり、かえって二段過給システムの総合効率が低下して、エンジンの燃費も悪化する可能性がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、二段過給システムの吸気冷却装置において、エンジンの運転領域全域で二段過給システムの総合効率の低下を抑制するとともに、エンジンの燃費悪化も効果的に抑止することにある。

上記目的を達成するため、本発明の二段過給システムの吸気冷却装置は、内燃機関からの排気で駆動する低圧段過給機と高圧段過給機とを有する二段過給システムの吸気冷却装置であって、前記低圧段過給機と前記高圧段過給機との間の吸気通路に設けられ、該吸気通路を流れる吸気を冷却水との熱交換により冷却する吸気冷却手段と、前記冷却水を外気との熱交換により冷却する冷却水冷却手段と、前記冷却水冷却手段を通過した冷却水を前記吸気冷却手段に供給するとともに前記冷却水冷却手段へと戻す冷却水循環回路と、前記冷却水循環回路に設けられ、前記冷却水を前記吸気冷却手段からバイパスさせるバイパス通路と、前記吸気が前記冷却水との熱交換により冷却されるか否かを判定する冷却判定手段と、前記冷却判定手段の判定に応じて、前記吸気が前記冷却水により冷却されないと判定された場合は前記冷却水の流路を前記バイパス通路に切替え、かつ、前記吸気が前記冷却水により冷却されると判定された場合は前記冷却水の流路を前記吸気冷却手段に切替える流路切替手段とを有することを特徴とする。

また、前記冷却判定手段は、前記吸気冷却手段よりも上流側に位置する前記吸気通路を流れる吸気温度を検出する第１温度検出手段と、前記吸気冷却手段よりも下流側に位置する前記吸気通路を流れる吸気温度を検出する第２温度検出手段とを有するとともに、前記第２温度検出手段の検出値が前記第１温度検出手段の検出値よりも小さい場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されると判定し、かつ、前記第２温度検出手段の検出値が前記第１温度検出手段の検出値以上の場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されないと判定するようにしてもよい。

また、前記冷却判定手段は、前記吸気冷却手段よりも上流側に位置する前記冷却水循環回路を流れる冷却水温度を検出する第３温度検出手段と、前記吸気冷却手段よりも下流側に位置する前記冷却水循環回路を流れる冷却水温度を検出する第４温度検出手段とを有するとともに、前記第３温度検出手段の検出値が前記第４温度検出手段の検出値よりも小さい場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されると判定し、かつ、前記第３温度検出手段の検出値が前記第４温度検出手段の検出値以上の場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されないと判定するようにしてもよい。

また、前記冷却判定手段は、前記吸気冷却手段よりも上流側に位置する前記冷却水循環回路を流れる冷却水温度を検出する第５温度検出手段と、前記吸気冷却手段よりも上流側に位置する前記吸気通路を流れる吸気温度を検出する第６温度検出手段とを有するとともに、前記第５温度検出手段の検出値が前記第６温度検出手段の検出値よりも小さい場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されると判定し、かつ、前記第５温度検出手段の検出値が前記第６温度検出手段の検出値以上の場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されないと判定するようにしてもよい。

本発明の二段過給システムの吸気冷却装置によれば、エンジンの運転領域全域で二段過給システムの総合効率の低下を抑制することができるとともに、エンジンの燃費悪化も効果的に抑止することができる。

本発明の第一実施形態に係る二段過給システムの吸気冷却装置を示す概略図である。本発明の第一実施形態に係る切替バルブを示す模式的な部分断面図である。本発明の第一実施形態に係る二段過給システムの吸気冷却装置による制御内容を示すフローチャートである。本発明の第二実施形態に係る二段過給システムの吸気冷却装置を示す概略図である。本発明の第二実施形態に係る二段過給システムの吸気冷却装置による制御内容を示すフローチャートである。本発明の第三実施形態に係る二段過給システムの吸気冷却装置を示す概略図である。本発明の第三実施形態に係る二段過給システムの吸気冷却装置による制御内容を示すフローチャートである。

以下、図面により、本発明に係る各実施形態について説明する。

＜第一実施形態＞
図１〜３は、本発明の第一実施形態に係る二段過給システムの吸気冷却装置１を説明するものである。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

まず、本実施形態に係る吸気冷却装置１が適用される二段過給システム３０から説明する。図１に示すように、二段過給システム３０はディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンという）３１の排気エネルギーを利用してエンジン３１に吸気を圧縮供給する高圧段ターボチャージャ（高圧段過給機）３２と、この高圧段ターボチャージャ３２よりも大容量の低圧段ターボチャージャ（低圧段過給機）３３とを備えている。

エンジン３１には、図１に示すように、吸気マニホールド３４と排気マニホールド３５とが設けられている。また、吸気マニホールド３４には、吸気弁３１ａの開弁により高圧段ターボチャージャ３２から送出される高圧吸気を導入する高圧吸気通路３６が接続され、排気マニホールド３５には、排気弁３１ｂの開弁により排気を排出する第１排気通路３７が接続されている。

高圧段ターボチャージャ３２は、図１に示すように、高圧吸気通路３６の上流側に設けられた高圧段コンプレッサ３２ａと、第１排気通路３７の下流側に設けられた高圧段タービン３２ｂとを有する。また、高圧段タービン３２ｂの下流側には第２排気通路３８が設けられている。そして、高圧段ターボチャージャ３２は、高圧段タービン３２ｂがエンジン３１からの排気エネルギーを利用して高圧段コンプレッサ３２ａを回転駆動することで、後述する低圧段コンプレッサ３３ａで圧縮された低圧吸気を更に圧縮してエンジン３１へと供給するように構成されている。

低圧段ターボチャージャ３３は、図１に示すように、高圧段コンプレッサ３２ａに低圧段出口吸気通路３９で接続された低圧段コンプレッサ３３ａと、第２排気通路３８の下流側に設けられた低圧段タービン３３ｂとを有する。また、低圧段コンプレッサ３３ａの上流側は吸気通路４０を介してエアクリーナ４１と接続されている。すなわち、低圧段ターボチャージャ３３は、エンジン３１からの排気エネルギーで低圧段タービン３３ｂが駆動されると共に、同軸に設けられた低圧段コンプレッサ３３ａによりエアクリーナ４１から吸気通路４０を介して導入される新気を圧縮して高圧段コンプレッサ３２ｂへと送出するように構成されている。

次に、本実施形態に係る吸気冷却装置１を説明する。吸気冷却装置１は、図１に示すように、インタークーラ（吸気冷却手段）１０と、冷却水循環回路１１と、サブラジエータ（冷却水冷却手段）１２と、ウォータポンプ１３と、バイパス通路１４と、切替バルブ１５と、第１吸気温センサ（第１温度検出手段）１６と、第２吸気温センサ（第２温度検出手段）１７とＥＣＵ２０とを備える。

インタークーラ１０は、図１に示すように、低圧段出口吸気通路３９に介装されている。そして、インタークーラ１０は、低圧段コンプレッサ３３ａで圧縮されて低圧段出口吸気通路３９を流れる低圧吸気を、サブラジエータ１２から冷却水循環回路１１を介して供給される冷却水との熱交換により冷却する。

冷却水循環回路１１は、図１に示すように、サブラジエータ１２の出口部１２ｂとインタークーラ１０の入口部１０ａとを接続するとともに、インタークーラ１０の出口部１０ｂとサブラジエータ１２の入口部１２ａとを接続する。また、冷却水循環回路１１には、冷却水循環回路１１内に冷却水を循環させるウォータポンプ１３が設けられている。すなわち、冷却水循環回路１１は、ウォータポンプ１３の稼働によりサブラジエータ１２を通過した冷却水をインタークーラ１０に供給するとともに、インタークーラ１０を通過した冷却水をサブラジエータ１２へ戻すように構成されている。また、冷却水循環回路１１には、図示しないＥＧＲ通路内を流れる環流排気を冷却するＥＧＲクーラ４２が介装されている。さらに、冷却水循環回路１１には、図１に示すように、冷却水の流路をインタークーラ１０から迂回させるバイパス通路１４が設けられている。

バイパス通路１４は、図１に示すように、一端をサブラジエータ１２の出口部１２ｂとインタークーラ１０の入口部１０ａとの間の冷却水循環回路１１に接続され、他端をインタークーラ１０の出口部１０ｂとサブラジエータ１２の入口部１２ａとの間の冷却水循環回路１１に接続されている。また、バイパス通路１４の上流側と冷却水循環回路１１との接続部には切替バルブ１５が設けられている。

切替バルブ１５は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、軸方向に貫通する中空部を有するとともに側部に開口部５１が設けられた本体５０と、本体５０の中空部に摺動可能に挿入された筒状の弁体５２と、本体５０の一端部との間に流通口５４を形成する固定部５３と、一端を固定部５３に取り付けられるとともに他端を弁体５２に取り付けられたスプリング５５と、一端を弁体５２に固定されたピストン５６と、低温時に凝固して体積が縮小するとともに高温時に溶融して体積が膨張するワックスペレット５７と、ワックスペレット５７に取り付けられたヒータ５８とを有する。また、ヒータ５８の通電ＯＮ・ＯＦＦはＥＣＵ２０によって制御されている。

この切替バルブ１５では、ＥＣＵ２０からの信号によりヒータ５８の通電がＯＦＦに制御されると、ワックスペレット５７の体積は凝固により縮小する。そして、ワックスペレット５７の体積が縮小すると、弁体５２はスプリング５５の付勢力により移動して開口部５１を塞ぐように構成されている。すなわち、弁体５２が固定部５３から離間して流通口５４が開放されることで切替バルブ１５は開状態に維持される（図２（ａ）参照）。このように、切替バルブ１５が開状態に維持されると、サブラジエータ１２を通過した冷却水はインタークーラ１０へと供給され、インタークーラ１０を通過した後に再びサブラジエータ１２へと戻される。

一方、ＥＣＵ２０からの信号によりヒータ５８の通電がＯＮに制御されると、ワックスペレット５７の体積は溶融により膨張する。そして、ワックスペレット５７の体積が膨張すると、弁体５２はスプリング５５の付勢力に抗して移動して開口部５１を開放するように構成されている。すなわち、弁体５２が固定部５３に当接して流通口５４が塞がれるとともに、開口部５１が開放されることで切替バルブ１５は閉状態に維持される（図２（ｂ）参照）。このように、切替バルブ１５が閉状態に維持されると、サブラジエータ１２を通過した冷却水はインタークーラ１０を迂回してバイパス通路１４へと流され、バイパス通路１４を通過した後に再びサブラジエータ１２へと戻される。

第１吸気温センサ１６は、図１に示すように、インタークーラ１０よりも上流側に位置する低圧段出口吸気通路３９に設けられている。また、第１吸気温センサ１６は電気配線を介してＥＣＵ２０に接続されている。すなわち、第１吸気温センサ１６は、低圧段コンプレッサ３３ａにより圧縮された低圧吸気の温度を検出してＥＣＵ２０に出力するように構成されている。

第２吸気温センサ１７は、図１に示すように、インタークーラ１０よりも下流側に位置する低圧段出口吸気通路３９に設けられている。また、第２吸気温センサ１７は電気配線を介してＥＣＵ２０に接続されている。すなわち、第２吸気温センサ１７は、インタークーラ１０を通過した低圧吸気の温度を検出してＥＣＵ２０に出力するように構成されている。

ＥＣＵ２０は、エンジン３１の運転状態に応じて燃料噴射期間や燃料噴射量等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うために、ＥＣＵ２０には、アクセルセンサ（不図示）、エンジン回転数センサ（不図示）、第１吸気温センサ１６、第２吸気温センサ１７等の各種センサの出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。

また、ＥＣＵ２０は、冷却判定部２１と切替バルブ制御部２２とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ２０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

冷却判定部２１は、第１吸気温センサ１６により検出されたインタークーラ１０よりも上流側を流れる低圧吸気の温度（以下、流入吸気温度ＴＡ_INという）と、第２吸気温センサ１７により検出されたインタークーラ１０よりも下流側を流れる低圧吸気の温度（以下、流出吸気温度ＴＡ_OUTという）とに基づいて、インタークーラ１０を通過する低圧吸気が冷却水との熱交換により冷却されるか否かを判定する。具体的には、流出吸気温度ＴＡ_OUTが流入吸気温度ＴＡ_INよりも小さい場合（ＴＡ_OUT＜ＴＡ_IN）は、低圧吸気が冷却水との熱交換により冷却されると判定する。一方、流出吸気温度ＴＡ_OUTが流入吸気温度ＴＡ_IN以上の場合（ＴＡ_OUT≧ＴＡ_IN）は、低圧吸気が冷却水との熱交換により冷却されないと判定する。

切替バルブ制御部２２は、冷却判定部２１の判定結果に応じて切替バルブ１５の開閉を制御する。具体的には、低圧吸気が冷却水との熱交換により冷却されると判定された場合（ＴＡ_OUT＜ＴＡ_IN）は、冷却水循環回路１１を流れる冷却水をインタークーラ１０に流すべく、切替バルブ１５を開状態に制御する。すなわち、切替バルブ１５のヒータ５８の通電をＯＦＦにする制御信号を出力する。

一方、低圧吸気が冷却水との熱交換により冷却されないと判定された場合（ＴＡ_OUT≧ＴＡ_IN）は、冷却水循環回路１１を流れる冷却水をバイパス通路１４に流すべく、切替バルブ１５を閉状態に制御する。すなわち、切替バルブ１５のヒータ５８の通電をＯＮにする制御信号を出力する。

また、切替バルブ制御部２２は、第１吸気温センサ１６の検出値（流入吸気温度Ｔ_IN）が上限閾値Ｔ_MAXよりも大きい場合は、流入吸気温度ＴＡ_INと流出吸気温度ＴＡ_OUTとの関係にかかわらず冷却水をインタークーラ１０に流す制御信号を出力する（ヒータ５８の通電をＯＦＦ）。この上限閾値Ｔ_MAXは実験等でＥＣＵ２０に予め記憶された温度で、エンジン３１の運転状態が高負荷運転の時に冷却水循環回路１１を流れる冷却水が昇温される最高温度に設定されている。

本発明の第一実施形態に係る吸気冷却装置１は、以上のように構成されているので、例えば図３に示すフローに従って以下のような制御が行われる。

ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、ヒータ５８の通電状態（ＯＮ・ＯＦＦ）に基づいて、切替バルブ１５の開閉判定が行われる。切替バルブ制御部２２によりヒータ５８の通電がＯＦＦに制御されている場合は、切替バルブ１５は開状態（冷却水の流路はインタークーラ１０）と判定されてＳ１１０へと進む。一方、切替バルブ制御部２２により、ヒータ５８の通電がＯＮに制御されている場合は、切替バルブ１５は閉状態（冷却水の流路はバイパス通路１４）と判定されてＳ１４０へと進む。

Ｓ１１０では、冷却判定部２１により、インタークーラを通過する低圧吸気が冷却水で冷却されるか否かが判定される。流出吸気温度ＴＡ_OUTが流入吸気温度ＴＡ_INよりも小さい場合（ＴＡ_OUT＜ＴＡ_IN）は、低圧吸気は冷却されると判定されてＳ１２０へと進む。一方、流出吸気温度ＴＡ_OUTが流入吸気温度ＴＡ_IN以上の場合（ＴＡ_OUT≧ＴＡ_IN）は、低圧吸気は冷却されないと判定されてＳ１３０へと進む。

Ｓ１２０では、Ｓ１１０で低圧吸気が冷却されると判定されたことを受けて、ヒータ５８の通電をＯＦＦにする制御信号が維持される。すなわち、切替バルブ１５は開状態に維持されるとともに、冷却水の流路はインタークーラ１０に維持されて本制御はリターンされる。

一方、Ｓ１１０で低圧吸気が冷却さないと判定された場合は、Ｓ１３０で、ヒータ５８の通電をＯＮにする制御信号が切替バルブ制御部２２から出力される。すなわち、切替バルブ１５が閉状態に制御され、冷却水の流路はバイパス通路１４に切替えられて本制御はリターンされる。

Ｓ１００で、切替バルブ１５が閉状態（冷却水の流路はバイパス通路１４）と判定された場合は、Ｓ１４０で流入吸気温度ＴＡ_INが上限閾値Ｔ_MAXを超えたか否かが確認される。流入吸気温度ＴＡ_INが上限閾値Ｔ_MAXを超えている場合は、冷却水温が低圧吸気温よりも低いことが予測されるので、冷却水をインタークーラ１０に流すべく、Ｓ１５０でヒータ５８の通電をＯＦＦにする制御信号が切替バルブ制御部２２から出力される。一方、流入吸気温度ＴＡ_INが上限閾値Ｔ_MAX以下の場合は、冷却水温が低圧吸気温よりも高い場合もあるので、切替バルブ１５を閉状態に維持して本制御はリターンされる。

以上のような構成により、本発明の第一実施形態に係る吸気冷却装置１によれば以下のような作用効果を奏する。

インタークーラ１０を通過した低圧段出口吸気の温度（流出吸気温度ＴＡ_OUT）が、インタークーラ１０に流入する低圧段出口吸気の温度（流入吸気温度ＴＡ_IN）よりも小さい場合（ＴＡ_OUT＜ＴＡ_IN）は、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却される。このように、低圧段出口吸気が冷却される場合、切替バルブ１５は開状態に制御され、冷却水循環回路１１を流れる冷却水の流路はサブラジエータ１２からインタークーラ１０を通過してサブラジエータ１２へと戻される。

一方、インタークーラ１０を通過した低圧段出口吸気の温度（流出吸気温度ＴＡ_OUT）が、インタークーラ１０に流入する低圧吸気の温度（流入吸気温度ＴＡ_IN）以上の場合（ＴＡ_OUT≧ＴＡ_IN）は、低圧吸気が冷却水との熱交換により冷却されずに昇温される。このように、低圧段出口吸気が冷却されない場合、切替バルブ１５は閉状態に制御され、冷却水循環回路１１を流れる冷却水の流路はサブラジエータ１２からバイパス通路１４を通過（インタークーラ１０を迂回）してサブラジエータ１２へと戻される。

したがって、エンジン３１の部分負荷運転時など冷却水の温度が高い場合に、低圧段コンプレッサ３３ａで圧縮された低圧段出口吸気が冷却水によって昇温されることを効果的に抑制することができるので、エンジン３１の運転領域全域で二段過給システム３０の効率を維持できるとともに、エンジン３１の燃費悪化も効果的に抑止することができる。

＜第二実施形態＞
以下、図４，５に基づいて、本発明の第二実施形態について説明する。

図４に示すように、本発明の第二実施形態に係る吸気冷却装置２は、上述の第一実施形態における第１吸気温センサ１６を、インタークーラ１０よりも上流側の冷却水循環回路１１を流れる冷却水の温度を検出する第１冷却水温センサ（第３温度検出手段）１８に置き換え、かつ、第２吸気温センサ１７を、インタークーラ１０よりも下流側の冷却水循環回路１１を流れる冷却水の温度を検出する第２冷却水温センサ（第４温度検出手段）１９に置き換えたものである。したがって、その他の構成は第一実施形態の吸気冷却装置１と同様であるので、ここでは他の構成についての詳細な説明を省略する。

第１冷却水温センサ１８は、図４に示すように、インタークーラ１０よりも上流側に位置する冷却水循環回路１１に設けられている。また、第１冷却水温センサ１８は電気配線を介してＥＣＵ２０に接続されている。すなわち、第１冷却水温センサ１８は、サブラジエータ１２で外気との熱交換により冷却された冷却水の温度を検出してＥＣＵ２０に出力するように構成されている。

第２冷却水温センサ１９は、図４に示すように、サブラジエータ１２よりも下流側に位置する冷却水循環回路１１に設けられている。また、第２冷却水温センサ１９は電気配線を介してＥＣＵ２０に接続されている。すなわち、第２冷却水温センサ１９は、インタークーラ１０を通過した冷却水の温度を検出してＥＣＵ２０に出力するように構成されている。

冷却判定部２１は、第１冷却水温センサ１８により検出されたインタークーラ１０よりも上流側を流れる冷却水の温度（以下、流入冷却水温度ＴＷ_INという）と、第２冷却水温センサ１９により検出されたインタークーラ１０よりも下流側を流れる冷却水の温度（以下、流出冷却水温度ＴＷ_OUTという）とに基づいて、インタークーラ１０を通過する低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却されるか否かを判定する。具体的には、流入冷却水温度ＴＷ_INが流出冷却水温度ＴＷ_OUTよりも小さい場合（ＴＷ_IN＜ＴＷ_OUT）は、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却されると判定する。一方、流入冷却水温度ＴＷ_INが流出冷却水温度ＴＷ_OUT以上の場合（ＴＷ_IN≧ＴＷ_OUT）は、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却されないと判定する。

切替バルブ制御部２２は、冷却判定部２１の判定結果に応じて切替バルブ１５の開閉を制御する。具体的には、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却されると判定された場合（ＴＷ_IN＜ＴＷ_OUT）は、冷却水循環回路１１を流れる冷却水をインタークーラ１０に流すべく、切替バルブ１５を開状態に制御する。すなわち、切替バルブ１５のヒータ５８の通電をＯＦＦにする制御信号を出力する。

一方、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却されないと判定された場合（ＴＷ_IN≧ＴＷ_OUT）は、冷却水循環回路１１を流れる冷却水をバイパス通路１４に流すべく、切替バルブ１５を閉状態に制御する。すなわち、切替バルブ１５のヒータ５８の通電をＯＮにする制御信号を出力する。

また、切替バルブ制御部２２は、第１冷却水温センサ１８の検出値（流入冷却水温度ＴＷ_IN）が下限閾値Ｔ_MINよりも小さい場合は、流入冷却水温度ＴＷ_INと流出冷却水温度ＴＷ_OUTとの関係にかかわらず冷却水をインタークーラ１０に流す制御信号を出力する（ヒータ５８の通電をＯＦＦ）。この下限閾値Ｔ_MINは実験等でＥＣＵ２０に予め記憶された温度で、エンジン３１の運転状態に応じて低圧段コンプレッサ３３ａで圧縮される低圧段出口吸気の最低温度に設定されている。

本発明の第二実施形態に係る吸気冷却装置２は、以上のように構成されているので、例えば図５に示すフローに従って以下のような制御が行われる。

Ｓ２００では、ヒータ５８の通電状態（ＯＮ・ＯＦＦ）に基づいて、切替バルブ１５の開閉判定が行われる。切替バルブ制御部２２によりヒータ５８の通電がＯＦＦに制御されている場合は、切替バルブ１５は開状態（冷却水の流路はインタークーラ１０）と判定されてＳ２１０へと進む。一方、切替バルブ制御部２２により、ヒータ５８の通電がＯＮに制御されている場合は、切替バルブ１５は閉状態（冷却水の流路はバイパス通路１４）と判定されてＳ２４０へと進む。

Ｓ２１０では、冷却判定部２１により、インタークーラを通過する低圧段出口吸気が冷却水で冷却されるか否かが判定される。流入冷却水温度ＴＷ_INが流出冷却水温度ＴＷ_OUTよりも小さい場合（ＴＷ_IN＜ＴＷ_OUT）は、低圧段出口吸気は冷却されると判定されてＳ２２０へと進む。一方、流入冷却水温度ＴＷ_INが流出冷却水温度ＴＷ_OUT以上の場合（ＴＷ_IN≧ＴＷ_OUT）は、低圧段出口吸気は冷却されないと判定されてＳ２３０へと進む。

Ｓ２２０では、Ｓ２１０で低圧段出口吸気が冷却されると判定されたことを受けて、ヒータ５８の通電をＯＦＦにする制御信号が維持される。すなわち、切替バルブ１５は開状態に維持されるとともに、冷却水の流路はインタークーラ１０に維持されて本制御はリターンされる。

一方、Ｓ２１０で低圧段出口吸気が冷却さないと判定された場合は、Ｓ２３０で、ヒータ５８の通電をＯＮにする制御信号が切替バルブ制御部２２から出力される。すなわち、切替バルブ１５が閉状態に制御され、冷却水の流路はバイパス通路１４に切替えられて本制御はリターンされる。

Ｓ２００で、切替バルブ１５が閉状態（冷却水の流路はバイパス通路１４）と判定された場合は、Ｓ２４０で流入冷却水温度ＴＷ_INが下限閾値Ｔ_MINより小さいか否かが確認される。流入冷却水温度ＴＷ_INが下限閾値Ｔ_MINより小さい場合は、冷却水温が低圧段出口吸気温よりも十分に低いことが予測されるので、冷却水をインタークーラ１０に流すべく、Ｓ２５０でヒータ５８の通電をＯＦＦにする制御信号が切替バルブ制御部２２から出力される。一方、流入冷却水温度ＴＷ_INが下限閾値Ｔ_MIN以上の場合は、冷却水温が低圧段出口吸気温よりも高い場合もあるので、切替バルブ１５を閉状態に維持して本制御はリターンされる。

以上のような構成により、本発明の第二実施形態に係る吸気冷却装置２によれば以下のような作用効果を奏する。

インタークーラ１０よりも上流側を流れる冷却水の温度（流入吸気温度ＴＷ_IN）が、インタークーラ１０よりも下流側を流れる冷却水の温度（流出吸気温度ＴＷ_OUT）よりも小さい場合（ＴＷ_IN＜ＴＷ_OUT）は、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却される。このように、低圧段出口吸気が冷却される場合、切替バルブ１５は開状態に制御され、冷却水循環回路１１を流れる冷却水の流路はサブラジエータ１２からインタークーラ１０を通過してサブラジエータ１２へと戻される。

一方、インタークーラ１０よりも上流側を流れる冷却水の温度（流入吸気温度ＴＷ_IN）が、インタークーラ１０よりも下流側を流れる冷却水の温度（流出吸気温度ＴＷ_OUT）以上の場合（ＴＷ_IN≧ＴＷ_OUT）は、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却されずに昇温される。このように、低圧段出口吸気が冷却されない場合、切替バルブ１５は閉状態に制御され、冷却水循環回路１１を流れる冷却水の流路はサブラジエータ１２からバイパス通路１４を通過（インタークーラ１０を迂回）してサブラジエータ１２へと戻される。

＜第三実施形態＞
以下、図６，７に基づいて、本発明の第三実施形態について説明する。

図６に示すように、本発明の第三実施形態に係る吸気冷却装置３は、上述の第一実施形態における第２吸気温センサ１７を、第二実施形態の第１冷却水温センサ１８に置き換えたものである。したがって、その他の構成は第一実施形態の吸気冷却装置１と同様であるので、ここでは他の構成についての詳細な説明を省略する。

冷却判定部２１は、第１吸気温センサ１６により検出されたインタークーラ１０よりも上流側を流れる低圧段出口吸気の温度（流入吸気温度ＴＡ_IN）と、第１冷却水温センサ１８により検出されたインタークーラ１０よりも上流側を流れる冷却水の温度（流入冷却水温度ＴＷ_IN）とに基づいて、インタークーラ１０を通過する低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却されるか否かを判定する。具体的には、流入冷却水温度ＴＷ_INが流入吸気温度ＴＡ_INよりも小さい場合（ＴＷ_IN＜ＴＡ_IN）は、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却されると判定する。一方、流入冷却水温度ＴＷ_INが流入吸気温度ＴＡ_IN以上の場合（ＴＷ_IN≧ＴＡ_IN）は、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却されないと判定する。

切替バルブ制御部２２は、冷却判定部２１の判定結果に応じて切替バルブ１５の開閉を制御する。具体的には、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却されると判定された場合（ＴＷ_IN＜ＴＡ_IN）は、冷却水循環回路１１を流れる冷却水をインタークーラ１０に流すべく、切替バルブ１５を開状態に制御する。すなわち、切替バルブ１５のヒータ５８の通電をＯＦＦにする制御信号を出力する。

一方、低圧吸気が冷却水との熱交換により冷却されないと判定された場合（ＴＷ_IN≧ＴＡ_IN）は、冷却水循環回路１１を流れる冷却水をバイパス通路１４に流すべく、切替バルブ１５を閉状態に制御する。すなわち、切替バルブ１５のヒータ５８の通電をＯＮにする制御信号を出力する。

本発明の第三実施形態に係る吸気冷却装置３は、以上のように構成されているので、例えば図７に示すフローに従って以下のような制御が行われる。

Ｓ３００では、冷却判定部２１により、インタークーラ１０を通過する低圧段出口吸気が冷却水で冷却されるか否かが判定される。流入冷却水温度ＴＷ_INが流入吸気温度ＴＡ_INよりも小さい場合（ＴＷ_IN＜ＴＡ_IN）は、低圧段出口吸気は冷却されると判定されてＳ３１０へと進む。一方、流入冷却水温度ＴＷ_INが流入吸気温度ＴＡ_IN以上の場合（ＴＷ_IN≧ＴＡ_IN）は、低圧段出口吸気は冷却されないと判定されてＳ３２０へと進む。

Ｓ３１０では、Ｓ３００で低圧段出口吸気が冷却されると判定されたことを受けて、切替バルブ制御部２２からヒータ５８の通電をＯＦＦにする制御信号が出力される。すなわち、切替バルブ１５は開状態に制御されるとともに、冷却水の流路はインタークーラ１０に切替えられて本制御はリターンされる。

一方、Ｓ３００で低圧段出口吸気が冷却さないと判定された場合は、Ｓ３２０で、切替バルブ制御部２２からヒータ５８の通電をＯＮにする制御信号が出力される。すなわち、切替バルブ１５が閉状態に制御され、冷却水の流路はバイパス通路１４に切替えられて本制御はリターンされる。

以上のような構成により、本発明の第三実施形態に係る吸気冷却装置３によれば以下のような作用効果を奏する。

インタークーラ１０よりも上流側を流れる冷却水の温度（流入冷却水温度ＴＷ_IN）が、インタークーラ１０よりも上流側を流れる低圧段出口吸気の温度（流入吸気温度ＴＡ_IN）よりも小さい場合（ＴＷ_IN＜ＴＡ_IN）は、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却される。このように、低圧段出口吸気が冷却される場合、切替バルブ１５は開状態に制御され、冷却水循環回路１１を流れる冷却水の流路はサブラジエータ１２からインタークーラ１０を通過してサブラジエータ１２へと戻される。

一方、インタークーラ１０よりも上流側を流れる冷却水の温度（流入冷却水温度ＴＷ_IN）が、インタークーラ１０よりも上流側を流れる低圧段出口吸気の温度（流入吸気温度ＴＡ_IN）以上の場合（ＴＷ_IN≧ＴＡ_IN）は、低圧段出口吸気が冷却水との熱交換により冷却されずに昇温される。このように、低圧段出口吸気が冷却されない場合、切替バルブ１５は閉状態に制御され、冷却水循環回路１１を流れる冷却水の流路はサブラジエータ１２からバイパス通路１４を通過（インタークーラ１０を迂回）してサブラジエータ１２へと戻される。

したがって、エンジン３１の部分負荷運転時など冷却水の温度が高い場合に、低圧段コンプレッサ３３ａで圧縮された低圧段出口吸気が冷却水によって昇温されることを効果的に抑制することができるので、エンジン３１の運転領域全域で二段過給システム３０の総合効率低下を抑制できるとともに、エンジン３１の燃費悪化も効果的に抑止することができる。

なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上述の実施形態において、切替バルブ１５はワックスペレット５７により開閉されるものとして説明したが、電磁ソレノイドや油圧により作動するアクチュエータ等により開閉されるようにしてもよい。この場合も上述の各実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、インタークーラ１０に供給される冷却水はサブラジエータ１２で外気との熱交換により冷却されるものとして説明したが、例えば、エンジン３１のメインラジエータ（不図示）で冷却された冷却水を供給する構成としてもよい。この場合も上述の各実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

１吸気冷却装置
１０インタークーラ（吸気冷却手段）
１１冷却水循環回路
１２サブラジエータ（冷却水冷却手段）
１４バイパス通路
１５切替バルブ（流路切替手段）
１６吸気温センサ（第１温度検出手段）
１７第２吸気温センサ（第２温度検出手段）
２０ＥＣＵ
３０二段過給システム
３１エンジン
３２高圧段ターボチャージャ（高圧段過給機）
３３低圧段ターボチャージャ（低圧段過給機）
３９低圧段出口吸気通路

Claims

内燃機関からの排気で駆動する高圧段過給機と低圧段過給機とを有する二段過給システムの吸気冷却装置であって、
前記低圧段過給機と前記高圧段過給機との間の吸気通路に設けられ、該吸気通路を流れる吸気を冷却水との熱交換により冷却する吸気冷却手段と、
前記冷却水を外気との熱交換により冷却する冷却水冷却手段と、
前記冷却水冷却手段を通過した冷却水を前記吸気冷却手段に供給するとともに前記冷却水冷却手段へと戻す冷却水循環回路と、
前記冷却水循環回路に設けられ、前記冷却水を前記吸気冷却手段からバイパスさせるバイパス通路と、
前記吸気が前記冷却水との熱交換により冷却されるか否かを判定する冷却判定手段と、前記冷却判定手段の判定に応じて、前記吸気が前記冷却水により冷却されないと判定された場合は前記冷却水の流路を前記バイパス通路に切替え、かつ、前記吸気が前記冷却水により冷却されると判定された場合は前記冷却水の流路を前記吸気冷却手段に切替える流路切替手段とを有する
ことを特徴とする二段過給システムの吸気冷却装置。
前記冷却判定手段は、
前記吸気冷却手段よりも上流側に位置する前記吸気通路を流れる吸気温度を検出する第１温度検出手段と、前記吸気冷却手段よりも下流側に位置する前記吸気通路を流れる吸気温度を検出する第２温度検出手段とを有するとともに、
前記第２温度検出手段の検出値が前記第１温度検出手段の検出値よりも小さい場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されると判定し、かつ、前記第２温度検出手段の検出値が前記第１温度検出手段の検出値以上の場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されないと判定する
ことを特徴とする請求項１記載の二段過給システムの吸気冷却装置。
前記冷却判定手段は、
前記吸気冷却手段よりも上流側に位置する前記冷却水循環回路を流れる冷却水温度を検出する第３温度検出手段と、前記吸気冷却手段よりも下流側に位置する前記冷却水循環回路を流れる冷却水温度を検出する第４温度検出手段とを有するとともに、
前記第３温度検出手段の検出値が前記第４温度検出手段の検出値よりも小さい場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されると判定し、かつ、前記第３温度検出手段の検出値が前記第４温度検出手段の検出値以上の場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されないと判定する
ことを特徴とする請求項１記載の二段過給システムの吸気冷却装置。
前記冷却判定手段は、
前記吸気冷却手段よりも上流側に位置する前記冷却水循環回路を流れる冷却水温度を検出する第５温度検出手段と、前記吸気冷却手段よりも上流側に位置する前記吸気通路を流れる吸気温度を検出する第６温度検出手段とを有するとともに、
前記第５温度検出手段の検出値が前記第６温度検出手段の検出値よりも小さい場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されると判定し、かつ、前記第５温度検出手段の検出値が前記第６温度検出手段の検出値以上の場合は前記吸気が前記冷却水により冷却されないと判定する
ことを特徴とする請求項１記載の二段過給システムの吸気冷却装置。