JP2014009617A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の早期暖機を図りつつ、早期暖機中に内燃機関内の冷却水が沸騰してしまうのを防止することができる内燃機関の冷却装置を提供すること。
【解決手段】冷却装置１３のＥＣＵ１２は、上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れる冷却水の温度が、ＥＧＲクーラ１１に凝縮水が発生しない温度であるＴ１℃未満であることを条件として、三方電磁弁２２を第２の連通位置に切換える。また、冷却装置１３のＥＣＵ１２は、上流側主供給管１５Ａおよび主供給管１５を流れる冷却水の温度がＴ１℃以上であることを条件として、三方電磁弁２２を第１の連通位置に切換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置に関し、特に、排気ガスの熱を回収する熱交換器によって加熱された冷却水を利用して内燃機関の早期暖機を図るようにした内燃機関の冷却装置に関する。

排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させるために、排気ガスの一部を内燃機関の燃焼室に再循環させるためのＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を備えた内燃機関が知られている。

この内燃機関にあっては、ＥＧＲ装置を通じて再循環される排気ガスを、内燃機関を流れる冷却水と熱交換することによって冷却するためのＥＧＲクーラを備えたものが知られている。

ところで、内燃機関の冷間始動時にあっては、内燃機関の冷却水の温度が極めて低いため、ＥＧＲクーラを流れる排気ガスと冷却水との温度差が非常に大きくなってしまう。このため、再循環される排気ガスがＥＧＲクーラ内で急激に冷却されることになり、排気ガスに含まれる水分がＥＧＲクーラ内で液化し、ＥＧＲクーラ内に大量の凝縮水が発生するおそれがある。

また、内燃機関の冷間始動時に、ＥＧＲガスが低温状態にあるため、燃焼を不安定にさせる要因となる。すなわち、低温のＥＧＲガスでは、燃料が完全に霧化されず、既燃ガスの混入により、燃焼反応が緩慢になる。さらに、混合状態も悪くなるため、燃焼が不安定となる。この結果、冷間始動時に燃費効率が悪化してしまうおそれがある。

そこで、内燃機関の冷間始動時にＥＧＲガスの早期暖機を図ることにより、ＥＧＲクーラ内に凝縮水が発生するのを抑制するとともに、内燃機関の燃費効率が悪化するのを抑制しつつ、排気ガスに含まれるＮＯｘの低減化を図る必要がある。

冷間始動時に内燃機関の早期暖機を図ることが可能なものとしては、例えば、特許文献１に記載されたＥＧＲクーラの冷却水回路が知られている。このＥＧＲクーラの冷却水回路は、内燃機関の排気側と吸気側とを連通させて排気ガスの一部を再循環させるＥＧＲ管と、ＥＧＲ管に設けられたＥＧＲクーラとを備えたＥＧＲ装置におけるＥＧＲクーラの冷却水回路である。

このＥＧＲクーラの冷却水回路は、ＥＧＲクーラの出口側冷却水流路を開閉するサーモスタットと、出口側冷却水流路でのＥＧＲクーラの冷却水室とサーモスタットとの間から分岐してサーモスタットの感温室に常時冷却水を流す感温室側分岐流路とを備えている。

このサーモスタットには、感温室に流入する冷却水が所定温度以下の場合に出口側冷却水流路を遮断し、かつ所定温度を越えた場合に出口側冷却水流路を連通させる弁部材が設けられている。

このような構成を有するＥＧＲクーラの冷却水回路は、冷却水が所定温度以下の場合、サーモスタットでの弁部材によりＥＧＲクーラの出口側冷却水流路を遮断するため、ＥＧＲクーラに流入する冷却水を、感温室側分岐流路を通った僅かな流量にすることができる。

このため、ＥＧＲクーラを通して内燃機関に供給される冷却水量を少なくすることができ、ＥＧＲクーラにおいて冷却水をＥＧＲガスで加熱することができる。したがって、ＥＧＲクーラの早期暖機を図ることができる。

特開２００７−９２７１８号公報

このような従来のＥＧＲクーラの冷却水回路にあっては、冷却水が所定温度以下の場合、ＥＧＲクーラを通して内燃機関に供給される冷却水量を少なくすることでＥＧＲクーラの早期暖機を図ることができるが、冷間始動時にＥＧＲクーラに少量の冷却水が供給されるので、ＥＧＲクーラの早期暖機をより一層促進することが困難となる。

また、内燃機関の冷間始動時に内燃機関の早期暖機を促進させるために、内燃機関に冷却水を供給するのを停止することが考えられるが、この場合には、内燃機関の冷間始動時に内燃機関の運転状態が高負荷となった場合に、内燃機関内の冷却水が沸騰してしまうおそれがある。

そして、冷却水が沸騰してしまうと、冷却水に含まれるエチレングリコールや防錆剤等が変質して劣化したり、冷却水回路を構成する配管等の内圧が上昇して配管等に過大な負荷が作用したりするおそれがあり、好ましくない。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、内燃機関の早期暖機を図りつつ、早期暖機中に内燃機関内の冷却水が沸騰してしまうのを防止する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。

本発明に係る内燃機関の冷却装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関の排気管に一端が接続されるとともに、前記内燃機関の吸気管に他端が接続され、前記内燃機関の排気ガスの一部を前記排気管から前記吸気管に供給するＥＧＲ管と、前記ＥＧＲ管に設けられ、前記内燃機関の冷却水が供給されるＥＧＲクーラと、前記排気管に設けられ、前記排気管内の排気ガスの熱を回収して前記内燃機関から供給される冷却水を加熱する熱交換器とを備えた内燃機関の冷却装置であって、前記内燃機関、前記ＥＧＲクーラおよび前記熱交換器の順に冷却水を循環させる冷却水供給管と、前記熱交換器の下流側の前記冷却水供給管から分岐され、前記熱交換器の下流側の前記冷却水供給管と前記ＥＧＲクーラの上流側の前記冷却水供給管とを接続する分岐管と、前記熱交換器の下流側の前記冷却水供給管に設けられ、冷却水の供給先を前記熱交換器の下流側と前記内燃機関とを連通する第１の連通位置と、前記熱交換器の下流側と前記ＥＧＲクーラの上流側とを前記分岐管を介して連通する第２の連通位置に切換える切換手段と、前記内燃機関内の冷却水の沸騰を検知する沸騰検知手段と、前記切換手段の切換制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記内燃機関の冷間始動時に、前記沸騰検知手段が冷却水の沸騰を検知したことを条件として、前記切換手段を前記第１の連通位置に切換えるものから構成されている。

この内燃機関の冷却装置は、制御手段が切換手段を制御することにより、冷却水の供給先を、熱交換器の下流側と内燃機関とを連通する第１の連通位置と、熱交換器の下流側とＥＧＲクーラの上流側とを分岐管を介して連通する第２の連通位置に切換える。

このため、内燃機関の冷間始動時に、制御手段が切換手段を第２の連通位置に切換えて熱交換器とＥＧＲクーラとの間で循環させることで、排気ガスによって温められた冷却水をＥＧＲクーラに供給することができ、ＥＧＲクーラを温めることができる。

したがって、ＥＧＲクーラの早期暖機を行うことができるとともに、ＥＧＲクーラに凝縮水が発生するのを抑制しつつＥＧＲ管に早期にＥＧＲガスを供給することができる。

この結果、内燃機関に再還流されるＥＧＲガスによって内燃機関の燃焼が不安定になるのを防止して、内燃機関の冷間始動時に燃費効率が悪化するのを防止することができる。
また、切換手段が第２の連通位置に切換られたときには、内燃機関に冷却水を供給するのを停止することができ、内燃機関の早期暖機を図ることができる。

また、内燃機関の冷間始動時に内燃機関に冷却水を供給するのを停止しているため、内燃機関が高負荷運転状態となった場合に、内燃機関の冷却水が沸騰するおそれがあるが、制御手段は、内燃機関内の冷却水が沸騰した場合に、切換手段を第１の連通位置に切換えるようになっている。

したがって、冷却水供給管を介して熱交換器と内燃機関とを連通して、熱交換器から内燃機関に冷却水を供給することができ、内燃機関の冷間始動時に内燃機関内の冷却水が沸騰するのを抑制することができる。

上記（１）に記載の内燃機関の冷却装置において、（２）前記制御手段は、前記冷却水供給管を流れる冷却水の温度が所定の温度未満であることを条件として、前記切換手段を前記第２の連通位置に切換え、前記冷却水供給管を流れる冷却水の温度が前記所定の温度以上であることを条件として、前記切換手段を前記第１の連通位置に切換えるものから構成されている。

この内燃機関の冷却装置は、制御手段が、冷却水供給管を流れる冷却水の温度が所定の温度未満であることを条件として、切換手段を第２の連通位置に切換えるので、内燃機関の冷間始動時に、熱交換器とＥＧＲクーラとの間で冷却水を循環させて、排気ガスによって温められた冷却水をＥＧＲクーラに供給することができ、ＥＧＲクーラの早期暖機を図ることができる。

このため、ＥＧＲ管にＥＧＲガスを早期に供給することができ、内燃機関の冷間始動時に燃費効率が悪化するのを防止することができる。

また、制御手段が、冷却水供給管を流れる冷却水の温度が所定の温度以上であることを条件として、切換手段を第１の連通位置に切換えるので、ＥＧＲクーラの早期暖機後に暖機された冷却水を内燃機関に供給することができ、内燃機関の早期暖機を図ることができる。

上記（１）または（２）に記載の内燃機関の冷却装置において、（３）前記ＥＧＲ管の流路面積を可変する流路面積可変手段を有し、前記制御手段は、前記冷却水供給管を流れる冷却水の温度が前記所定の温度未満であることを条件として、前記流路面積可変手段を制御して前記ＥＧＲ管を全閉するものから構成されている。

この内燃機関の冷却装置は、制御手段が、冷却水供給管を流れる冷却水の温度が所定の温度未満であることを条件として、流路面積可変手段を制御してＥＧＲ管を全閉するので、ＥＧＲクーラの暖機中に低温のＥＧＲクーラによってＥＧＲガスが急激に冷却されることがなく、ＥＧＲクーラ内に凝縮水が発生するのを確実に防止することができる。

本発明によれば、内燃機関の早期暖機を図りつつ、早期暖機中に内燃機関内の冷却水が沸騰してしまうのを防止することができる内燃機関の冷却装置を提供することができる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置の一実施の形態を示す図であり、冷却装置を備える内燃機関の概略構成図である。 本発明に係る内燃機関の冷却装置の一実施の形態を示す図であり、内燃機関の制御ブロック図である。 本発明に係る内燃機関の冷却装置の一実施の形態を示す図であり、エンジン制御プログラムのフローチャートである。 本発明に係る内燃機関の冷却装置の一実施の形態を示す図であり、エンジン内の冷却水の温度とＥＧＲクーラに供給される冷却水の温度との時間的な推移を示す図である。 本発明に係る内燃機関の冷却装置の一実施の形態を示す図であり、ＥＧＲガスの供給時と非供給時とにおける内燃機関の燃費効率を示す図である。

以下、本発明に係る内燃機関の冷却装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図５は、本発明に係る内燃機関の冷却装置の一実施の形態を示す図である。
まず、構成を説明する。
図１において、内燃機関としてのエンジン１は、例えば、図示しない過給機を備えたディーゼルエンジンやガソリンエンジンから構成されており、エンジン１は、シリンダブロック２およびシリンダヘッド３を備えている。

シリンダブロック２には、複数の気筒４が設けられており、気筒４内には図示しないピストンが上下方向に往復移動自在に設けられ、このピストンの往復移動が図示しないクランクシャフトの回転運動に変換されるようになっている。なお、本実施の形態では、４気筒エンジンを例にしているが、気筒数は、これに限定されるものではない。

シリンダヘッド３は、図示しない吸排気カム、吸排気カムシャフト、吸排気バルブ等の動弁装置や燃料噴射弁等が設けられており、動弁装置は、シリンダヘッド３に形成された図示しない吸気ポートおよび排気ポートを開閉するようになっている。

シリンダヘッド３には吸気ポートに連通するように吸気管５が取付けられており、吸気管５は、気筒４、シリンダヘッド３およびピストンによって画成される燃焼室に吸入空気を導入するようになっている。

また、シリンダヘッド３には排気ポートに連通するように排気管６が取付けられており、排気管６は、燃焼室で燃焼された排気ガスを外部に排出するようになっている。なお、図１では、排気管６がシリンダブロック２に取付けられているが、実際は、シリンダヘッド３に取付けられている。

また、排気管６には熱交換器としての排熱回収器７が取付けられており、この排熱回収器７は、排気管６を流れる排気ガスの熱と冷却水との間で熱交換を行うことで冷却水を加熱するようになっている。

また、エンジン１にはＥＧＲ装置８が設けられており、このＥＧＲ装置８は、一端が排気管６に接続され、他端が吸気管５に接続されるＥＧＲ管９と、ＥＧＲ管９の途中に設けられた流路面積可変手段としてのＥＧＲ弁１０と、ＥＧＲ弁１０の下流側に設けられたＥＧＲクーラ１１と、エンジン１の回転数および負荷に応じてＥＧＲ弁１０の開閉を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１２とを含んで構成されている。

ＥＧＲ弁１０は、ＥＧＲ管９の開度が零の全閉状態からＥＧＲ管９の開度が１００％の全開状態の間でＥＧＲ管９の開度を適宜調整するようになっており、ＥＣＵ１２から出力される開度信号のデューティ値に基づいて開閉制御される。

そして、ＥＧＲ弁１０が開状態となると、排気管６に排出された排気ガスの一部がＥＧＲ管９および吸気管５を通してエンジン１の燃焼室に再循環される。エンジン１にＥＧＲガスが再循環されると、排気ガスを含んだ吸気がエンジン１の燃焼室に供給されるため、ＮＯｘの低減を図ることができる。

ＥＧＲクーラ１１は、ＥＧＲガスの熱と冷却水との間で熱交換を行うことでＥＧＲガスを冷却するようになっており、ＥＧＲガスが冷却されると、エンジン１の燃焼室に再循環されるＥＧＲガスの充填効率が向上するとともに、燃焼室における燃焼温度が低下して、ＮＯｘの抑制効果をさらに向上させることができる。

また、エンジン１には冷却装置１３が設けられている。この冷却装置１３は、ラジエータ１４を備える主供給管１５を備えており、この主供給管１５は、エンジン１に接続されている。すなわち、主供給管１５は、シリンダブロック２に接続された入口部１５ａとシリンダヘッド３に接続される出口部１５ｂとを備えている。

主供給管１５にはウォータポンプ１６が設けられている。このウォータポンプ１６は、トロコイドポンプやギヤポンプ等から構成されており、エンジン１のクランクシャフトによって回転されることにより、エンジンの回転数に比例して回転数が増大するようになっている。したがって、ウォータポンプ１６の回転数が増大すると、ウォータポンプ１６から吐出される冷却水量が回転数に比例して増大する。

エンジン１の運転中にウォータポンプ１６が駆動されると、エンジン１のシリンダブロック２およびシリンダヘッド３に形成された図示しない冷却水通路を構成するウォータジャケットとラジエータ１４との間で冷却水が循環する。

なお、図１において、シリンダブロック２とシリンダヘッド３に記載された矢印は、エンジン１内の冷却水の流れを示すものであり、主供給管１５からシリンダブロック２に供給された冷却水は、シリンダブロック２の気筒４や各部を冷却した後、シリンダヘッド３の各部を冷却して主供給管１５に吐出されるようになっている。

主供給管１５を通してウォータジャケットとラジエータ１４との間で冷却水が循環すると、エンジン１の気筒４や各部の熱を奪って昇温した冷却水がラジエータ１４に導入され、ラジエータ１４によって冷却された冷却水が、ウォータポンプ１６によって圧送されて再びエンジン１のウォータジャケットに導入されるようになっている。

また、主供給管１５上にはＥＧＲクーラ１１が設けられており、このＥＧＲクーラ１１は、主供給管１５を流れる冷却水によってＥＧＲ管９を流れるＥＧＲガスを冷却するようになっている。

また、主供給管１５には、バイパス管１７が分岐して接続されており、このバイパス管１７は、ＥＧＲクーラ１１の上流側と下流側の主供給管１５に接続されている。バイパス管１７にはヒータコア１８が設けられており、このヒータコア１８は、エンジン１の燃焼熱によって昇温した冷却水がバイパス管１７を通して導入されることにより、冷却水と空気との間で熱交換を行うようになっている。そして、この熱交換によって暖められた空気が車室内の暖房に利用される。

また、主供給管１５とバイパス管１７の分岐部には三方電磁弁１９が設けられており、この三方電磁弁１９は、ＥＣＵ１２によって制御されることにより、冷却水の供給先がＥＧＲクーラ１１またはヒータコア１８のいずれか一方になるように流路を切換えるようになっている。

すなわち、三方電磁弁１９は、主供給管１５を介してエンジン１とＥＧＲクーラ１１とを連通する第１の連通位置と、バイパス管１７を介してエンジン１とヒータコア１８とを連通する第２の連通位置とに切換えられるようになっている。

ＥＧＲクーラ１１の下流側の主供給管１５にはバイパス管２０が分岐して接続されており、このバイパス管２０には排熱回収器７が設けられている。この排熱回収器７は、排気管６を流れる排気ガスの熱とバイパス管２０を流れる冷却水との間で熱交換を行うことで冷却水を加熱するようになっている。なお、主供給管１５とバイパス管２０との接続位置は、分岐部１５ｃを構成している。

また、バイパス管２０の下流端は、ラジエータ１４をバイパスしてラジエータ１４の下流側の主供給管１５に接続されている。このため、エンジン１から主供給管１５に吐出される冷却水がバイパス管２０に供給されると、ＥＧＲクーラ１１、排熱回収器７およびエンジン１の順に冷却水が供給される。

すなわち、分岐部１５ｃよりも上流側の主供給管１５の部位（以下、上流側主供給管１５Ａという）およびバイパス管２０は、エンジン１、ＥＧＲクーラ１１および排熱回収器７の順に冷却水を循環する冷却水供給管を構成している。

また、排熱回収器７の下流側のバイパス管２０には分岐管としてのバイパス管２１が分岐して接続されており、このバイパス管２１の下流端は、ウォータポンプ１６の上流側の上流側主供給管１５Ａに接続されている。

バイパス管２０とバイパス管２１の分岐部には切換手段としての三方電磁弁２２が設けられており、この三方電磁弁２２は、ＥＣＵ１２によって制御されることにより、冷却水の供給先を、排熱回収器７の下流側とエンジン１とを連通する第１の連通位置と、排熱回収器７の下流側とＥＧＲクーラ１１の上流側とをバイパス管２０を介して連通する第２の連通位置に切換えるようになっている。

また、ラジエータ１４の下流側の主供給管１５には公知のワックス式のサーモスタット２３が設けられており、このサーモスタット２３は、主供給管１５を流れる冷却水が暖機温度Ｔｈ℃以上の場合に、主供給管１５を開放してエンジン１とラジエータ１４との間で冷却水を循環させるようになっている。
この状態では、エンジン１の気筒４や各部の熱を奪うことで気筒４や各部を冷却した高温の冷却水がラジエータ１４によって冷却されて低温の冷却水がエンジン１に導入される。

また、サーモスタット２３は、主供給管１５を流れる冷却水が暖機温度Ｔｈ℃未満の場合に、主供給管１５を閉塞し、上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を通して排熱回収器７とエンジン１との間で冷却水を循環させる。この状態では、冷却水がラジエータ１４によって冷却されることがないため、冷間始動時等にエンジン１の暖機が促進される。

一方、ＥＧＲクーラ１１の下流側の主供給管１５には水温センサ２４が設けられており、この水温センサ２４は、冷却水の温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ等によって構成されており、抵抗値の変化に応じて変化する電圧を冷却水の温度を表す信号としてＥＣＵ１２に出力するようになっている（図２参照）。

また、エンジン１には水温センサ２５および圧力センサ２６が設けられている。水温センサ２５は、水温センサ２４と同一のサーミスタ等によって構成されており、エンジン１のウォータジャケットを流れる冷却水の温度を検知して抵抗値の変化に応じて変化する電圧を冷却水の温度を表す信号としてＥＣＵ１２に出力するようになっている（図２参照）。

圧力センサ２６は、水温センサ２５に近接して設けられており、エンジン１のウォータジャケット内の圧力を検知し、圧力に応じた信号をＥＣＵ１２に出力するようになっている（図２参照）。
また、エンジン１にはクランクシャフトの回転数を検知するクランク角センサ２７が設けられており、クランク角センサ２７は、クランクシャフトの回転数を検知してＥＣＵ１２に回転数に応じた信号を出力するようになっている（図２参照）。

また、ＥＣＵ１２にはイグニッションスイッチ２８が接続されており、イグニッションスイッチ２８は、エンジン１の始動を行うためのスタート信号をＥＣＵ１２に出力するようになっている（図２参照）。

ＥＣＵ１２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のマイクロコンピュータ等を含んで構成されている。

ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたＥＧＲ装置８の制御やエンジン１の冷却を行うためのエンジン制御プログラムを含んだ各種演算処理を実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や上述した水温センサ２４、２５および圧力センサ２６から入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、ワークエリアの一部も構成する不揮発性のメモリである。

ＥＣＵ１２は、クランク角センサ２７および水温センサ２４の検知情報に基づいてＥＧＲ弁１０を制御することにより、エンジン１の回転数および負荷に応じてＥＧＲ管９の開度を調整するようになっている。

また、ＥＣＵ１２は、水温センサ２４の検知情報に基づいて上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れる冷却水の温度が所定の温度であるＴ１℃以上であることを条件として、三方電磁弁２２を第１の連通位置に切換え、上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れる冷却水の温度がＴ１℃未満であることを条件として、三方電磁弁２２を第２の連通位置に切換えるようになっている。

なお、Ｔ１℃は、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ１１に供給してもＥＧＲクーラ１１に凝縮水が発生しない温度に設定されており、このＴ１℃は、暖機温度Ｔｈ℃よりも低い温度に設定されている。

また、ＥＣＵ１２は、水温センサ２５および圧力センサ２６の検知情報に基づいてエンジン１内の冷却水の沸騰を検知するようになっており、水温センサ２５、圧力センサ２６およびＥＣＵ１２は、沸騰検知手段を構成している。

また、ＥＣＵ１２は、エンジン１の冷間始動時に、エンジン１内の冷却水の沸騰を検知したことを条件として、三方電磁弁２２を強制的に第１の連通位置に切換えるようになっており、制御手段を構成している。

また、ＥＣＵ１２は、水温センサ２４の検知情報に基づいて上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れる冷却水の温度がＴ１℃未満であることを条件として、ＥＧＲ弁１０を制御してＥＧＲ管９を全閉するように制御する。

また、ＥＣＵ１２には、空調スイッチ３０（図２参照）から信号が入力されるようになっており、ＥＣＵ１２は、空調スイッチ３０から信号が入力されると、暖房要求があったものと判断し、冷却水の供給先がヒータコア１８になるように三方電磁弁２２の切換制御を行う。

また、ラジエータ１４に対向する位置にはラジエータファン２９が設けられており、このラジエータファン２９は、ＥＣＵ１２によって制御される。具体的には、ＥＣＵ１２は、水温センサ２４の検知情報に基づいて、冷却水の温度が暖機温度Ｔｈ℃よりも高い温度Ｔ２である場合に、冷却水の冷却の補助を行うためにラジエータファン２９を駆動するようになっている。なお、本実施の形態の冷却装置１３は、ＥＣＵ１２が制御手段を構成している。

また、本実施の形態の冷却装置１３は、ＥＣＵ１２、ラジエータ１４、主供給管１５、ウォータポンプ１６、バイパス管１７、三方電磁弁１９、２２、バイパス管２０、２１、サーモスタット２３がエンジン１の冷却装置１３を構成している。

次に、作用を説明する。
図３は、ＥＣＵ１２のＲＯＭに記憶されたエンジン制御プログラムのフローチャートであり、このフローチャートは、ＣＰＵによって実行される。なお、このフローチャートは、エンジン１の冷間始動時に実行されるものであり、冷却水の温度が暖機温度に到達したら終了するものである。

図３において、ＥＣＵ１２は、イグニッションスイッチ２８からスタート信号が入力したか否かを判別する（ステップＳ１）。

ＥＣＵ１２は、イグニッションスイッチ２８からスタート信号が入力した場合に、エンジン１が始動されたものと判断して暖房要求があるか否かを判別する（ステップＳ２）。

ＥＣＵ１２は、空調スイッチ３０から信号が入力されない場合には、暖房要求がないものと判断して三方電磁弁１９を第１の連通位置に切換える（ステップＳ３）。次いで、ＥＣＵ１２は、水温センサ２４の検知情報に基づいて上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れる冷却水の温度がＴ１℃未満であるか否かを判別する（ステップＳ４）。

ＥＣＵ１２は、上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れる冷却水の温度がＴ１℃未満であるものと判断した場合には、エンジン１の冷間始動時であるものと判断し、三方電磁弁２２を第２の連通位置に切換える（ステップＳ５）。

このため、ウォータポンプ１６の駆動によって冷却水が上流側主供給管１５Ａ、バイパス管２０およびバイパス管２１の順に流れるため、冷却水がＥＧＲクーラ１１および排熱回収器７の順に供給される。すなわち、冷却水がＥＧＲクーラ１１および排熱回収器７の間で循環される。

このため、排気管６に排出された排気ガスの熱と冷却水とが熱交換されることにより、排熱回収器７で冷却水が加熱され、この加熱された冷却水がＥＧＲクーラ１１に供給され、ＥＧＲクーラ１１が暖機される。

また、ＥＧＲクーラ１１から排出される冷却水の一部は、分岐部１５ｃの下流側の主供給管１５を通してラジエータ１４に供給されるが、冷却水は、暖機温度Ｔｈ℃よりも低温であり、ラジエータ１４の下流のサーモスタット２３が全閉となっている。このため、冷却水がラジエータ１４によって冷却されることがないとともに、エンジン１に冷却水が供給されない。

次いで、ＥＣＵ１２は、ＥＧＲ弁１０を全閉状態にしてＥＧＲ管９にＥＧＲガスを導入しない（ステップＳ６）。このため、ＥＧＲ管９に導入されるＥＧＲガスによってＥＧＲクーラ１１に凝縮水が発生することが抑制される。
次いで、ＥＣＵ１２は、水温センサ２５および圧力センサ２６の検知情報に基づいてエンジン１内の冷却水が沸騰しているか否かを判別する（ステップＳ７）。

ＥＣＵ１２は、エンジン１内の冷却水が沸騰していないものと判断した場合には、ステップＳ２に処理を移す。また、ＥＣＵ１２は、エンジン１内の冷却水が沸騰しているものと判断した場合には、三方電磁弁２２を第１の連通位置に強制的に切換える（ステップＳ８）。

このようにエンジン１内の冷却水が沸騰するのは、エンジン１への冷却水の供給が停止されて冷却水がエンジン１のウォータジャケット内で滞留した状態となり、さらに、冷間始動時にエンジン１の運転状態が高負荷となり、エンジン１内で冷却水が局部的に高温となるからである。

エンジン１内の冷却水が沸騰したときに、三方電磁弁２２が第１の連通位置に強制的に切換えられると、ウォータポンプ１６の駆動によって冷却水がバイパス管２１に供給されず、上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れるため、冷却水がエンジン１、ＥＧＲクーラ１１および排熱回収器７の順に供給される。

すなわち、冷却水がエンジン１、ＥＧＲクーラ１１および排熱回収器７の間で循環され、沸騰している冷却水よりも低温の冷却水がエンジン１に供給され、エンジン１内の冷却水の沸騰が抑制される。
ＥＣＵ１２は、三方電磁弁２２を第１の連通位置に強制的に切換えた後にステップＳ７に処理を戻し、エンジン１内の冷却水の沸騰が抑制されたか否かをモニターする。

また、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４で上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れる冷却水の温度がＴ１℃以上であるものと判断した場合には、三方電磁弁２２を第１の連通位置に切換えた後（ステップＳ１０）、クランク角センサ２７および水温センサ２４の検知情報に基づいた開度でＥＧＲ弁１０の開度を設定してＥＧＲ弁１０を開く（ステップＳ１１）。

三方電磁弁２２が第１の連通位置に切換えられると、ウォータポンプ１６の駆動によって冷却水が上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れるため、冷却水がエンジン１、ＥＧＲクーラ１１および排熱回収器７の順に供給される。すなわち、冷却水がエンジン１、ＥＧＲクーラ１１および排熱回収器７の間で循環される。

また、ＥＧＲクーラ１１から排出される冷却水の一部は、主供給管１５を通してラジエータ１４に供給されるが、冷却水は、未だ暖機温度よりも低温であり、ラジエータ１４の下流のサーモスタット２３が全閉となっているため、冷却水がラジエータ１４によって冷却されることがないとともに、エンジン１に冷却水が供給されない。
このため、排熱回収器７によって加熱された冷却水がエンジン１に供給され、エンジン１の早期暖機が行われる。

次いで、ＥＣＵ１２は、水温センサ２４の検知情報に基づいて冷却水の温度Ｔが暖機温度Ｔｈ℃未満であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。ＥＣＵ１２は、冷却水の温度Ｔが暖機温度Ｔｈ℃未満であるものと判断した場合には、ステップＳ１０に処理を戻し、冷却水の温度Ｔが暖機温度Ｔｈ℃以上であるものと判断した場合には、今回の処理を終了する。この後、冷却装置１３は、通常制御に移行する。

冷却水の温度Ｔが暖機温度Ｔｈ℃以上となると、サーモスタット２３が全開となるため、冷却水がエンジン１とラジエータ１４との間で循環し、エンジン１の気筒４や各部を冷却することができる。

また、通常制御は、冷却水の温度に基づいてサーモスタット２３を開閉制御して冷却水をエンジン１とラジエータ１４との間に循環したり、ラジエータ１４をバイパスしてエンジン１と排熱回収器７との間で循環する制御である。

一方、ＥＣＵ１２は、ステップＳ２で空調スイッチ３０から信号が入力された場合には、暖房要求があったものと判断して三方電磁弁１９を第２の連通位置に切換えた後（ステップＳ９）、ステップＳ４に処理を移す。
三方電磁弁１９が第２の連通位置に切換えられると、バイパス管２０がバイパス管１７に連通される。

また、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４で上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れる冷却水の温度がＴ１℃未満であると判断した場合には、ステップＳ５に処理を移し、エンジン１の冷間始動時であるものと判断し、三方電磁弁２２を第２の連通位置に切換える。

このため、ウォータポンプ１６の駆動によって冷却水が上流側主供給管１５Ａからバイパス管１７に分岐され、冷却水がバイパス管１７、バイパス管２０およびバイパス管２１の順に流れる。このため、冷却水がヒータコア１８および排熱回収器７の間で循環され、ヒータコア１８内を流れる冷却水と熱交換されることによって暖められた空気が車室内の暖房に利用される。

また、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４で上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れる冷却水の温度がＴ１℃以上であると判断した場合には、ステップＳ１０に処理を移し、三方電磁弁２２を第１の連通位置に切換える。
三方電磁弁２２が第１の連通位置に切換えられると、ウォータポンプ１６の駆動によって冷却水がバイパス管１７およびバイパス管２０を流れるため、冷却水がエンジン１、ヒータコア１８、排熱回収器７の順に供給される。

すなわち、冷却水がエンジン１、ヒータコア１８および排熱回収器７の間で循環され、ヒータコア１８に供給される。このため、ヒータコア１８内を流れる冷却水と熱交換されることによって暖められた空気が車室内の暖房に利用される。
ＥＣＵ１２は、ステップＳ６、Ｓ１０の処理がそれぞれ終了すると、ステップＳ６以降、ステップＳ１０以降の処理を実行する。

なお、三方電磁弁１９によって冷却水の供給先をＥＧＲクーラ１１およびヒータコア１８に選択的に切換える場合には、冷却水の供給先をＥＧＲクーラ１１およびヒータコア１８のいずれか一方のみにするだけでなく、ＥＧＲクーラ１１およびヒータコア１８への冷却水の分配割合を換えてもよい。例えば、ＥＧＲクーラ１１に優先して冷却水を供給する場合には、ＥＧＲクーラ１１に８０％、ヒータコア１８に２０％というような冷却水の分配比率に設定する。

このように本実施の形態の冷却装置１３は、ＥＣＵ１２が三方電磁弁２２を制御することにより、冷却水の供給先を、排熱回収器７の下流側とエンジン１とを連通する第１の連通位置と、排熱回収器７の下流側とＥＧＲクーラ１１の上流側とをバイパス管１７を介して連通する第２の連通位置に切換えるように構成した。

特に、本実施の形態の冷却装置１３のＥＣＵ１２は、上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を流れる冷却水の温度が、ＥＧＲクーラ１１に凝縮水が発生しない温度Ｔ１℃未満であることを条件として、三方電磁弁２２を第２の連通位置に切換えるので、エンジン１の冷間始動時に、排熱回収器７とＥＧＲクーラ１１との間で冷却水を循環させて、排気ガスによって温められた冷却水をＥＧＲクーラ１１に供給することができ、ＥＧＲクーラ１１の早期暖機を図ることができる。

このため、ＥＧＲ管９を流れるＥＧＲガスがＥＧＲクーラ１１によって急激に冷却されてしまうのを防止することができ、ＥＧＲ管９にＥＧＲガスを早期に供給することができる。この結果、エンジン１に再還流されるＥＧＲガスによってエンジン１の燃焼が不安定になるのを防止して、エンジン１の冷間始動時に燃費効率が悪化するのを防止することができる。

図４は、エンジン１内の冷却水の温度の変化とＥＧＲクーラ１１に供給される冷却水の温度の変化を示す図である。図４に示すように、本実施の形態では、ＥＧＲクーラ１１に供給される冷却水の温度をエンジン１内の冷却水の温度よりも早期に暖機することができるため、ＥＧＲガスをＥＧＲ管９に早期に供給することができる。

また、図５から明らかなように、ＥＧＲガスをＥＧＲ管９に早期に供給した場合には、ＥＧＲガスを供給しない場合に比べて燃費効率が向上することが明らかであり、したがって、ＥＧＲガスをＥＧＲ管９に早期に供給した場合に、ＥＧＲガスをＥＧＲ管９に早期に供給しない場合に比べて燃費効率を向上させることができる。

また、本実施の形態では、三方電磁弁２２が第２の連通位置に切換えられたときに、エンジン１に冷却水を供給するのを停止することができるため、エンジン１の早期暖機を図ることができる。

また、本実施の形態の冷却装置１３のＥＣＵ１２は、上流側主供給管１５Ａおよび主供給管１５を流れる冷却水の温度がＴ１℃以上であることを条件として、三方電磁弁２２を第１の連通位置に切換えるので、ＥＧＲクーラ１１の暖機後に暖機された冷却水をエンジン１に供給することができ、エンジン１の早期暖機を図ることができる。

また、エンジン１の冷間始動時にエンジン１に冷却水を供給するのを停止しているため、エンジン１が高負荷運転状態となった場合に、エンジン１の冷却水が沸騰するおそれがある。

本実施の形態の冷却装置１３のＥＣＵ１２は、エンジン１の冷間始動時にエンジン１内の冷却水が沸騰した場合に、三方電磁弁２２を第１の連通位置に切換えるようになっているので、上流側主供給管１５Ａおよびバイパス管２０を介して排熱回収器７とエンジン１とを連通して、排熱回収器７からエンジン１に冷却水を供給することができる。このため、エンジン１の早期暖機中にエンジン１内の冷却水の沸騰を抑制することができる。

このようにエンジン１内の冷却水の沸騰を抑制することができるため、冷却水に含まれるエチレングリコールや防錆剤等が変質して劣化したり、冷却装置１３を構成する主供給管１５、バイパス管１７、バイパス管２０、２１の内圧が上昇してこれら主供給管１５等に過大な負荷が作用するのを防止することができる。

また、本実施の形態の冷却装置１３のＥＣＵ１２は、主供給管１５を流れる冷却水の温度がＴ１℃未満であることを条件として、ＥＧＲ弁１０を制御してＥＧＲ管９を全閉するので、ＥＧＲクーラ１１の暖機中に低温のＥＧＲクーラ１１によってＥＧＲガスが急激に冷却されることがなく、ＥＧＲクーラ１１内に凝縮水が発生するのを確実に防止することができる。

なお、サーモスタット２３が全開となったときに、冷却水がエンジン１とラジエータ１４との間で循環するが、このとき、バイパス管２０に冷却水の一部が流れる。この場合に、バイパス管２０の流路面積や流路抵抗を最適に設計して、ラジエータ１４に多くの冷却水が流れるようにしてエンジン１の冷却性能を高めるようにしてもよい。

また、本実施の形態の冷却装置１３のＥＣＵ１２は、エンジン１内の冷却水が沸騰したときに、三方電磁弁２２を第１の連通位置に切換えているが、エンジン１内の冷却水が沸騰する可能性のある場合に三方電磁弁２２を第１の連通位置に切換えてもよい。

この場合、ＥＣＵ１２は、水温センサ２５および圧力センサ２６の検知情報に基づいて、エンジン１内の冷却水の圧力および温度が、冷却水が沸騰する圧力および温度に近い圧力および温度となったときに沸騰の可能性があるものと判断すればよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関の冷却装置は、内燃機関の早期暖機を図りつつ、早期暖機中に内燃機関内の冷却水が沸騰してしまうのを防止することができるという効果を有し、排気ガスの熱を回収する熱交換器によって加熱された冷却水を利用して内燃機関の早期暖機を図るようにした内燃機関の冷却装置等として有用である。

１ エンジン（内燃機関）
５ 吸気管
６ 排気管
７ 排熱回収器（熱交換器）
９ ＥＧＲ管
１０ ＥＧＲ弁（流路面積可変手段）
１１ ＥＧＲクーラ
１２ ＥＣＵ（制御手段、沸騰検知手段）
１３ 冷却装置
１５Ａ 上流側主供給管（冷却水供給管）
２０ バイパス管（冷却水供給管）
２１ バイパス管（分岐管）
２２ 三方電磁弁（切換手段）
２５ 水温センサ（沸騰検知手段）
２６ 圧力センサ（沸騰検知手段）

Claims (3)

1. 内燃機関の排気管に一端が接続されるとともに、前記内燃機関の吸気管に他端が接続され、前記内燃機関の排気ガスの一部を前記排気管から前記吸気管に供給するＥＧＲ管と、前記ＥＧＲ管に設けられ、前記内燃機関の冷却水が供給されるＥＧＲクーラと、前記排気管に設けられ、前記排気管内の排気ガスの熱を回収して前記内燃機関から供給される冷却水を加熱する熱交換器とを備えた内燃機関の冷却装置であって、
   前記内燃機関、前記ＥＧＲクーラおよび前記熱交換器の順に冷却水を循環させる冷却水供給管と、
   前記熱交換器の下流側の前記冷却水供給管から分岐され、前記熱交換器の下流側の前記冷却水供給管と前記ＥＧＲクーラの上流側の前記冷却水供給管とを接続する分岐管と、
   前記熱交換器の下流側の前記冷却水供給管に設けられ、冷却水の供給先を前記熱交換器の下流側と前記内燃機関とを連通する第１の連通位置と、前記熱交換器の下流側と前記ＥＧＲクーラの上流側とを前記分岐管を介して連通する第２の連通位置に切換える切換手段と、
   前記内燃機関内の冷却水の沸騰を検知する沸騰検知手段と、
   前記切換手段の切換制御を行う制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記内燃機関の冷間始動時に、前記沸騰検知手段が冷却水の沸騰を検知したことを条件として、前記切換手段を前記第１の連通位置に切換えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記制御手段は、前記冷却水供給管を流れる冷却水の温度が所定の温度未満であることを条件として、前記切換手段を前記第２の連通位置に切換え、
   前記冷却水供給管を流れる冷却水の温度が前記所定の温度以上であることを条件として、前記切換手段を前記第１の連通位置に切換える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。
3. 前記ＥＧＲ管の流路面積を可変する流路面積可変手段を有し、
   前記制御手段は、前記冷却水供給管を流れる冷却水の温度が前記所定の温度未満であることを条件として、前記流路面積可変手段を制御して前記ＥＧＲ管を全閉することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。

Images