JP6265171B2

JP6265171B2 - 車両の熱交換装置

Info

Publication number: JP6265171B2
Application number: JP2015116693A
Authority: JP
Inventors: 直也河本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2035-06-09
Also published as: EP3103981A1; CN106246322A; JP2017002787A; US20160363038A1

Description

本発明は、車両の熱交換装置に関するものである。

特許文献１に開示されている車両の熱交換装置は、内燃機関のウォータジャケット出口からウォータジャケット入口までの間に、オイルクーラとヒータとが並列に接続された冷却水回路を備えている。

特開２０１４−１９６７０８号公報

特許文献１に開示されている冷却水回路のように、内燃機関のウォータジャケット出口からウォータジャケット入口までの間に、各熱交換器を並列に接続する態様として、ＥＧＲクーラ、オイルクーラ、及びＡＴＦウォーマを並列に接続する態様が考えられる。このような場合、内燃機関のウォータジャケット出口から流出した冷却水が、ＥＧＲクーラ、オイルクーラ及びＡＴＦウォーマへと分岐して流れる。

ここで、オイルクーラでは、冷却水とエンジンオイルとが熱交換され、ＡＴＦウォーマでは冷却水と自動変速機の作動油であるＡＴＦとが熱交換される。そして、一般的に、ＥＧＲクーラの熱容量に比べて、オイルクーラ及びエンジンオイルの熱容量は大きく、ＡＴＦウォーマ及びＡＴＦの熱容量が大きい。そのため、内燃機関の冷間始動時に、冷却水によりＥＧＲクーラは早期に暖機されるものの、ＡＴＦウォーマにおけるＡＴＦの加温を通じた自動変速機の暖機と、オイルクーラにおけるエンジンオイルの加温を通じた同オイルが供給される各部の暖機に長時間を要してしまう。

ところで、ＥＧＲクーラの暖機が完了していない間は、ＥＧＲ通路内での凝縮水の発生を抑制するため、ＥＧＲ通路を通じた吸気通路側への排気の還流は行われないが、ＥＧＲクーラの暖機が完了するとＥＧＲ通路を通じて排気が吸気通路側に還流されるようになる。その結果、ＥＧＲクーラでは冷却水が排気から熱を受け取ることにより高温となる。

しかしながら、上記の構成では、排気から熱を受け取った高温の冷却水は、オイルクーラやＡＴＦウォーマを通過せずに、内燃機関のウォータジャケット入口に導入される。そのため、ＥＧＲクーラを通過した冷却水の熱をオイルクーラやＡＴＦウォーマによる暖機に活用することができない。特に、ＥＧＲクーラを通過した冷却水がラジエータを通過する場合には、ＥＧＲクーラにおいて冷却水が排気との熱交換によって受け取った熱がオイルクーラによる暖機やＡＴＦウォーマによる暖機に利用されずに、放熱されてしまうことになる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲクーラにおいて冷却水が排気から受け取った熱を有効に利用することにより、オイルクーラとＡＴＦウォーマとによる暖機に要する時間を短縮化することができる車両の熱交換装置を提供することにある。

上記課題を解決するための車両の熱交換装置は、吸気通路と排気通路とを接続して排気を前記吸気通路に還流するＥＧＲ通路を有する内燃機関と自動変速機とが搭載される車両に適用され、前記内燃機関のウォータジャケットの出口から同ウォータジャケットの入口までの間に、ウォータポンプと、前記ＥＧＲ通路を流れる排気と冷却水とが熱交換するＥＧＲクーラと、エンジンオイルと冷却水とが熱交換するオイルクーラと、自動変速機の作動油であるＡＴＦと冷却水とが熱交換するＡＴＦウォーマとが接続される冷却水回路を備える車両の熱交換装置であり、前記冷却水回路では、前記ＥＧＲクーラの下流に前記オイルクーラと前記ＡＴＦウォーマとが接続されている。

上記構成によれば、ＥＧＲクーラを流れた冷却水が、オイルクーラとＡＴＦウォーマとに流れる。そのため、ＥＧＲクーラの暖機完了後に、ＥＧＲクーラにおいて冷却水が排気から受け取った熱を、オイルクーラによる暖機やＡＴＦウォーマによる暖機に利用することができる。したがって、オイルクーラによる暖機とＡＴＦウォーマによる暖機に要する時間を短縮化することができる。

また、車両の熱交換装置は、前記ＥＧＲ通路には、排気の還流量を調整するためのＥＧＲバルブが設けられており、前記冷却水回路では、前記ＥＧＲバルブと冷却水とが熱交換するバルブ用熱交換部が、前記ＥＧＲクーラと並列に接続されていることが好ましい。

上記構成によれば、冷間始動時には、ウォータジャケット出口から流出してバルブ用熱交換部を流れる冷却水によりＥＧＲバルブを暖機することができる。したがって、排気がＥＧＲバルブを通過する際に、凝縮水が発生することを抑制することができる。また、ＥＧＲバルブの暖機後においては、同バルブを通過する排気を冷却水により冷却することができる。

そして、ＥＧＲバルブは、オイルクーラ及びエンジンオイルと、ＡＴＦウォーマ及びＡＴＦとに比べて熱容量が小さいため、オイルクーラ及びＡＴＦウォーマによる暖機よりも早期に暖機され、バルブ用熱交換部において冷却水が排気から受け取った熱を、オイルクーラによる暖機やＡＴＦウォーマによる暖機に利用することができる。したがって、オイルクーラとＡＴＦウォーマとによる暖機が完了するのに要する時間をさらに短縮化することができる。

また、車両の熱交換装置は、前記ＥＧＲ通路には、排気の還流量を調整するためのＥＧＲバルブが設けられ、前記ウォータジャケットの出口から流出した冷却水の温度を検出する検出部と、前記検出部によって検出される冷却水の温度が、前記ＡＴＦウォーマ及び前記オイルクーラによる暖機が完了して冷却水によりＡＴＦ及びエンジンオイルが冷却されているときに同検出部によって検出される冷却水の温度よりも高い所定温度以上となると、前記ＥＧＲバルブを閉弁する制御部とを備えることが好ましい。

ＡＴＦウォーマ及びオイルクーラによる暖機が完了した後には、ＡＴＦウォーマ及びオイルクーラを通過する冷却水との熱交換により、ＡＴＦやエンジンオイルが冷却されるようになる。そのため、暖機完了後にＡＴＦウォーマ及びオイルクーラに極めて高温の冷却水が流入した場合には、ＡＴＦやエンジンオイルが冷却することができなくなる。

上記構成によれば、ウォータジャケット出口から流出した冷却水の温度が所定温度以上となった場合、ＥＧＲバルブが閉弁されてＥＧＲ通路における排気の流れが停止される。そのため、ウォータジャケット出口から流出した所定温度以上の冷却水に、内燃機関から新たに排出された排気の熱がＥＧＲクーラにおいて与えられることに起因して、冷却水がさらに高温となることを抑制することができる。これにより、オイルクーラとＡＴＦウォーマとによる暖機完了後に、高温の冷却水がオイルクーラとＡＴＦウォーマとに流入することが抑制されるようになる。そのため、ＡＴＦやエンジンオイルが冷却水により適切に冷却することができなくなってしまうことを抑制することができる。

第１実施形態の車両の熱交換装置とその周辺機構を示す模式図。同実施形態におけるＥＧＲカット制御の実行手順を示すフローチャート。比較例における冷却水回路の各部の温度推移を示すタイミングチャート。第１実施形態における冷却水回路の各部の温度推移を示すタイミングチャート。第２実施形態の車両の熱交換装置とその周辺機構を示す模式図。

（第１実施形態）
以下、車両の熱交換装置を具体化した第１実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態の車両には、内燃機関１０と自動変速機３０とが搭載されている。

本実施形態の内燃機関１０は、ガソリンエンジンであり、燃焼室に空気を送り込む吸気通路１１と、燃焼室で燃焼した燃焼ガスが排気として排出される排気通路１２とを備えている。吸気通路１１と排気通路１２とには、排気通路１２を流れる排気を吸気通路１１に還流するためのＥＧＲ通路１３が接続されている。また、ＥＧＲ通路１３は、排気の還流量を調整するためのＥＧＲバルブ１４が設けられている。本実施形態のＥＧＲバルブ１４には、ＥＧＲバルブ１４と冷却水とが熱交換するためのバルブ用熱交換部１５が一体的に形成されている。また、ＥＧＲ通路１３において、ＥＧＲバルブ１４の上流側にはＥＧＲクーラ１７が設けられている。ＥＧＲクーラ１７では、ＥＧＲ通路１３を流れる排気と冷却水とが熱交換するように構成されている。

また、内燃機関１０のシリンダブロックとシリンダヘッドとには、ウォータジャケット２０が形成されている。また、車両には、内燃機関１０の各部位の潤滑や作動油として用いられるエンジンオイルと冷却水とが熱交換するオイルクーラ２５が設けられている。オイルクーラ２５には、エンジンオイルが流れるオイル通路２６が接続されており、エンジンオイルは、オイル通路２６を通じてオイルクーラ２５に導入されて冷却水と熱交換された後に、内燃機関１０の各潤滑部位などに戻される。

自動変速機３０はトルクコンバータ３１を介して内燃機関１０と接続されている。自動変速機３０には、同変速機３０を作動するための作動油、すなわちオートマチックトランスミッションフルード（以下、ＡＴＦという）が収容されている。車両には、このＡＴＦと冷却水とが熱交換するＡＴＦウォーマ３５が設けられている。ＡＴＦウォーマ３５には、自動変速機３０内のＡＴＦが流れるＡＴＦ通路３７が接続されており、ＡＴＦがＡＴＦ通路３７を通じてＡＴＦウォーマ３５に導入され、冷却水と熱交換された後に、ＡＴＦ通路３７を通じて自動変速機３０内に戻される。

車両の熱交換装置１は、冷却水が循環する冷却水回路４０を備えている。
冷却水回路４０では、上記ウォータジャケット２０の入口であるウォータジャケット入口２１に、入口側通路４１の下流端が接続されている。入口側通路４１の途中には、ウォータポンプ４５が接続されている。このウォータポンプ４５は内燃機関１０の出力軸であるクランク軸の回転に伴って駆動される。また、ウォータジャケット２０の出口であるウォータジャケット出口２２は、出口側通路４２を介して制御バルブ４６の流入口４７に接続されている。

制御バルブ４６は、上記流入口４７と第１流出口４８と第２流出口４９とを備えており、これらの各開口４７，４８，４９は、制御バルブ４６の内部空間と連通している。制御バルブ４６は内部空間に収容されている弁体を制御することにより、流入口４７と第１流出口４８との連通遮断状態、流入口４７と第２流出口４９との連通遮断状態を調整可能に構成されている。

制御バルブ４６の第１流出口４８には、第１熱交換通路５０の上流端が接続されており、制御バルブ４６の第２流出口４９には、第２熱交換通路５１の上流端が接続されている。第１熱交換通路５０の下流端と第２熱交換通路５１の下流端とは合流し、入口側通路４１の上流端に接続されている。

上記第１熱交換通路５０では、上流側から順に、ＥＧＲクーラ１７とバルブ用熱交換部１５とが並列に接続された第１並列通路５０ａと、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが並列に接続された第２並列通路５０ｂとが接続されている。すなわち、第１熱交換通路５０では、ＥＧＲクーラ１７の下流にオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが接続されている。

また、上記第２熱交換通路５１の途中には、ラジエータ５５が接続されている。
また、車両の熱交換装置１は、冷却水回路４０における冷却水の流通状態や温度制御を行うための制御部６０を備えている。制御部６０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

制御部６０は、車両に設けられる各種センサの信号が入力されることにより、冷却水回路４０を流れる冷却水の温度や流通状態を調整する。上記各種センサとしては、吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ６１、クランク軸の回転速度である機関回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ６２、アクセルペダルの踏み込み量であるアクセル操作量を検出するアクセルセンサ６３、車速を検出する車速センサ６４が挙げられる。また、水温センサ６５は、ウォータジャケット出口２２から流出して出口側通路４２を流れる冷却水の温度に対応する検出信号を出力することで、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水の温度を検出する検出部を構成し、この水温センサ６５の検出信号も制御部６０に入力される。なお、以下においては、ウォータジャケット出口２２の冷却水の温度を、出口冷却水温という。

制御部６０は、これら各種センサの検出信号に基づいて、制御バルブ４６及びＥＧＲバルブ１４を制御することで、冷却水回路４０を流れる冷却水の温度や流通状態を調整する。

詳細には、制御部６０は、制御バルブ４６の制御として、内燃機関１０の運転中は、流入口４７と第１流出口４８とが常時連通されるように制御する。これにより、内燃機関１０の運転中においては、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水の少なくとも一部が、常時、第１熱交換通路５０に流入する。

また、制御部６０は、水温センサ６５の検出信号が示す出口冷却水温が、機関運転状態に基づいて設定される目標温度となるように流入口４７と第２流出口４９との連通状態を調整する。詳細には制御部６０には、回転速度センサ６２の検出信号に基づいて機関回転速度ＮＥを把握するとともに、エアフロメータ６１及びアクセルセンサ６３等の検出信号に基づいて内燃機関１０の負荷を把握する。そして、制御部６０は、機関回転速度ＮＥと負荷とに対する目標温度との関係を示すマップを予め記憶しており、把握される機関回転速度ＮＥと負荷とをこのマップに適用することで、目標温度を設定する。なお、このマップでは、内燃機関１０の負荷に関しては、負荷が大きいほど、同機関１０を冷却すべく目標温度が低い温度に設定されており、内燃機関１０の負荷が低いほど、同機関１０の保温性を高めるため、目標温度が高い温度に設定されている。また、機関回転速度ＮＥに関しては、ノッキングの発生を抑制すべく、同回転速度ＮＥが高いほど目標温度が低い温度に設定されている。そして、こうして設定される目標温度の下限値は、内燃機関１０の暖機完了しているときの温度に設定されている。

制御部６０は、出口冷却水温が目標温度よりも低いときには、流入口４７と第２流出口４９との連通を遮断する。すなわち、出口冷却水温が目標温度よりも低いときには、冷却水の熱をラジエータで放熱させる必要がないため、冷却水が第２流出口４９から第２熱交換通路５１へ流れないように制御する。一方、制御部６０は、出口冷却水温が目標温度よりも高い場合には、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水をラジエータ５５に流入させて放熱させるために、制御バルブ４６の弁体を制御して流入口４７と第２流出口４９を連通させる。そして、制御部６０は、出口冷却水温が目標温度よりも高いほど、連通状態にある流入口４７と第２流出口４９との間の通路断面積が大きくなるように弁体を制御して、ウォータジャケット出口から流出した冷却水のうちラジエータ５５を流れる冷却水の流量が多くなるようにする。

また、制御部６０は、出口冷却水温が基準温度未満の状態では、ＥＧＲバルブ１４を全閉とする。この基準温度は、上記目標温度よりも低い温度であって、基準温度以上の冷却水がＥＧＲクーラ１７及びバルブ用熱交換部１５を流れることにより、排気がＥＧＲクーラ１７及びＥＧＲバルブ１４を流れて冷却水により冷却されたとしても、排気に含まれる水蒸気が凝縮することを抑制することができる温度に設定されている。すなわち、出口冷却水温が基準温度未満の状態では、排気がＥＧＲクーラ１７及びＥＧＲバルブ１４を流れて冷却水により冷却されることにより、排気に含まれる水蒸気が凝縮する可能性があることから、ＥＧＲバルブ１４を全閉とする。そして、制御部６０は、出口冷却水温が上記基準温度以上となると、上記各種センサ等からの信号により把握される機関運転状態や出口冷却水温度等に応じてＥＧＲバルブ１４を開弁し、その開度を調整する。

こうした制御により、冷却水回路４０では、以下のように冷却水が流通するとともに、冷却水の温度が変化する。なお、図１において冷却水回路４０に沿った破線矢印は、各冷却水通路４１，４２，５０，５１を冷却水の流通が許容されている状況において、冷却水の流れる方向を示している。

内燃機関１０の冷間始動時には、出口冷却水温は、上記基準温度未満であり、上記目標温度よりも低い。そのため、内燃機関１０の冷間始動時には、制御バルブ４６では、流入口４７と第１流出口４８とは連通されるものの、流入口４７と第２流出口４９との連通は遮断される。これにより、内燃機関１０のウォータジャケット２０を流れ、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水は、第１熱交換通路５０に流入するものの、第２熱交換通路５１には流入しない。したがって、ウォータジャケット２０から流出した冷却水は、第１熱交換通路５０において、バルブ用熱交換部１５とＥＧＲクーラ１７とに分岐して流れた後に合流し、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とに分岐して流れる。その後、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とから流出した冷却水は、合流してウォータポンプ４５に吸入され、内燃機関１０のウォータジャケット２０に流入する。

そして、内燃機関１０の運転が継続されることにより同機関１０の温度が徐々に上昇すると、出口冷却水温が徐々に上昇する。出口冷却水温が基準温度になると、この基準温度以上の冷却水がバルブ用熱交換部１５及びＥＧＲクーラ１７とに分岐して流れる。ＥＧＲバルブ１４及びＥＧＲクーラ１７は、ともに熱容量が小さいため、基準温度以上の冷却水が流入することにより早期に暖機が完了する。そして、出口冷却水温が基準温度以上となったことにより、制御部６０の制御によりＥＧＲバルブ１４が開弁されると、排気がＥＧＲ通路１３を流れる。これにより、冷却水は、ＥＧＲクーラ１７を流れる際に、排気から熱を受け取って高温となる。また、冷却水は、バルブ用熱交換部１５を流れる際にも排気から熱を受け取って高温となる。そのため、第１熱交換通路５０では、ＥＧＲクーラ１７とバルブ用熱交換部１５とのそれぞれから流出した高温の冷却水が合流した後に、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマとに分岐して流れる。このように、本実施形態の冷却水回路４０では、ＥＧＲクーラ１７及びバルブ用熱交換部１５の下流に、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが接続されている。そのため、ＥＧＲクーラ１７及びＥＧＲバルブ１４の暖機完了後に、ＥＧＲクーラ１７及びバルブ用熱交換部１５において冷却水が排気から受け取った熱が、オイルクーラ２５による暖機やＡＴＦウォーマ３５による暖機に利用され、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とによる暖機に要する時間が短縮化される。そして、オイルクーラ２５を流れた冷却水とＡＴＦウォーマ３５を流れた冷却水とは合流してウォータポンプ４５に吸入されて、内燃機関１０のウォータジャケット２０に流入する。

その後、内燃機関１０の暖機が完了して、出口冷却水温が内燃機関１０の運転状態に応じた目標温度以上となると、制御バルブ４６の流入口４７と第２流出口４９とが連通状態となる。これにより、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水の一部は、第２熱交換通路５１を流れて、冷却水がラジエータ５５を流れる際に、冷却水の熱が放熱される。また、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水のうちの残りの一部は、上記したように第１熱交換通路５０を流れる。また、ＥＧＲクーラ１７、ＥＧＲバルブ１４、オイルクーラ２５、及びＡＴＦウォーマ３５における暖機が完了された後には、冷却水によりＥＧＲクーラ１７及びＥＧＲバルブ１４を流れる排気が冷却されるとともに、オイルクーラ２５においてエンジンオイルが冷却水により冷却され、ＡＴＦウォーマ３５において冷却水によりＡＴＦが冷却される。そして、第１熱交換通路５０を流れた冷却水と第２熱交換通路５１を流れた冷却水とが合流してウォータポンプ４５に吸入され、ウォータジャケット２０に流入する。

なお、上記の通り、ＡＴＦウォーマ３５及びオイルクーラ２５による暖機が完了した後には、ＡＴＦウォーマ３５及びオイルクーラ２５を通過する冷却水との熱交換により、ＡＴＦやエンジンオイルが冷却されるようになる。そのため、ＡＴＦウォーマ３５及びオイルクーラ２５による暖機完了後に、ＡＴＦウォーマ３５及びオイルクーラ２５に極めて高温の冷却水が流入した場合には、ＡＴＦ及びエンジンオイルを適切に冷却することができなくなる。

そこで、本実施形態では、制御部６０が、水温センサ６５の検出信号が示す出口冷却水温が、ＡＴＦウォーマ３５及びオイルクーラ２５による暖機が完了して、冷却水によりＡＴＦやエンジンオイルが冷却されているときに水温センサ６５の検出信号が示す所定温度以上となったときに、ＥＧＲバルブ１４を閉弁することによりＥＧＲをカットする。なお、この所定温度は、上記目標温度の下限値よりも高い温度であり、ＡＴＦウォーマ３５及びオイルクーラ２５による暖機が完了して、冷却水によりＡＴＦやエンジンオイルが冷却されているときの出口冷却水温を、予め実験やシミュレーションにより導出することにより設定されている。

制御部６０によるＥＧＲカット制御は、図２のフローチャートに示す処理手順に従って実行される。図２に示す処理は、内燃機関１０の運転中に所定周期毎に繰り返し実行される。

図２に示すように、ＥＧＲカット制御がスタートすると、ステップＳ１１において、出口冷却水温が所定温度以上であるか否かが判定される。出口冷却水温が所定温度以上である場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２に移り、ＥＧＲカット許可条件が成立しているか否かを判定する。ＥＧＲカット許可条件としては、高速走行中にさらに加速要求がある場合など、内燃機関１０の出力要求が大きい状況である運転状態であることが条件とされる。すなわち、このような運転状態では、ＥＧＲをカットしても燃費がさほど問題とならないため、ＥＧＲカットが許可される。制御部６０は、例えば、車速センサ６４の検出信号が示す車速が所定速度以上であって、アクセル操作量が所定量以上である場合等には、内燃機関１０の出力要求が大きくＥＧＲカット許可条件が成立していると判定する。そして、ステップＳ１２において、ＥＧＲカット許可条件が成立していると判定されると（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３に移り、ＥＧＲバルブ１４を閉弁して全閉状態とし、本処理を一旦終了する。

このように、出口冷却水温が所定温度以上となったときには、ＥＧＲカット許可条件が成立した場合に、ＥＧＲバルブ１４が全閉状態とされる。そのため、ウォータジャケット出口２２から流出した所定温度以上の冷却水に、内燃機関１０から新たに排出された排気の熱がＥＧＲクーラ１７において与えられることに起因して、ＡＴＦウォーマ３５及び前記オイルクーラ２５に高温の冷却水が流入することが抑制される。

一方、ステップＳ１１において、出口冷却水温が所定温度未満であると判定された場合は（ステップＳ１１：ＮＯ）、本処理が一旦終了される。すなわち、このような場合は、図２に示す処理とは別の処理により、ＥＧＲバルブ１４の開度が制御される。すなわち、出口冷却水温が上記基準温度未満である場合には、制御部６０は、上記したように、ＥＧＲバルブ１４を全閉状態に制御する。また、出口冷却水温が上記基準温度以上であって、上記所定温度未満である場合には、制御部６０は、内燃機関１０の運転状態に応じてＥＧＲバルブ１４の開度が調整されるように制御する。

また、ステップＳ１２において、ＥＧＲカット許可条件が成立していないと判定された場合においても（ステップＳ１２：ＮＯ）、本処理が一旦終了される。すなわち、このような場合は、図２に示す処理とは別の処理により、制御部６０は、内燃機関１０の運転状態に応じてＥＧＲバルブ１４の開度が調整されるように制御する。

次に、本実施形態の作用を図３及び図４を参照して、比較例と比較しながら説明する。なお、図３は、比較例における冷却水回路４０の各部での冷却水温度を示しており、図４は本実施形態の冷却水回路４０の各部での冷却水温度を示している。図３及び図４において、実線Ｌ１は、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水の温度である出口冷却水温を示している。また、破線Ｌ２は、ＥＧＲクーラ１７から流出した冷却水の温度を示している。また、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とのそれぞれから流出する冷却水の温度はほぼ同じ態様で変化し、実線Ｌ３で示している。

比較例では、本実施形態と異なり、第１熱交換通路５０において、ＥＧＲクーラ１７とＥＧＲバルブ１４のバルブ用熱交換部１５とオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが並列に接続されている。また、比較例では、図２に示した出口冷却水温が所定温度以上となった場合のＥＧＲカット制御が行われない。なお、比較例におけるその他の構成は本実施形態と同じであるため、説明を省略する。まず、比較例における冷却水温度の推移を、図３を参照して説明する。

図３に示すように、時刻ｔ０には、冷却水回路４０の各部における冷却水の温度が冷間時であることを示す温度Ｔａであり、この状態で内燃機関１０が運転を開始する。そして、内燃機関１０の運転が開始して冷却水回路４０における冷却水の循環が開始されると、実線Ｌ１に示すように、内燃機関１０が徐々に温度上昇するため、出口冷却水温が徐々に上昇する。また、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水がＥＧＲクーラ１７とＥＧＲバルブ１４のバルブ用熱交換部１５とに流入するため、実線Ｌ１の出口冷却水温が上昇するのに伴って、破線Ｌ２に示すように、ＥＧＲクーラ１７を流れた冷却水の温度も上昇する。そして、時刻ｔ１において、出口冷却水温度が基準温度Ｔｂを超えると、ＥＧＲバルブ１４が開弁することによって、ＥＧＲ通路１３に排気が流れる。これにより、破線Ｌ２に示すように、ＥＧＲクーラ１７を流れる冷却水は排気の熱を受け取るため、温度が急激に上昇する。

そして、時刻ｔ２に、出口冷却水温が内燃機関１０の運転状態に基づく目標温度Ｔｃ以上となると、制御バルブ４６における流入口４７と第２流出口４９とが連通し、弁体によりその連通状態（流路断面積）が調整されることにより、出口冷却水温が目標温度Ｔｃとなるように制御される。なお、図３では、目標温度Ｔｃが一定の場合を示している。

また、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５には、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水が流れるため、実線Ｌ３に示すように、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とのそれぞれを流れた冷却水の温度は時刻ｔ０から徐々に温度上昇する。そして、時刻ｔ３において、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とのそれぞれを流れた冷却水の温度が温度Ｔｄとなり、オイルクーラ２５においてエンジンオイルを加温することによる同オイルが供給される各部の暖機と、ＡＴＦウォーマ３５におけるＡＴＦの加温を通じた自動変速機３０の暖機とが完了する。

これに対して、本実施形態では、図４に示すように冷却水の温度が変化する。なお、この例では、時刻ｔ１０における内燃機関１０の始動開始時には、各部における冷却水の温度が、図３の比較例における始動時の温度と同じ温度Ｔａとする。

時刻ｔ１０に内燃機関１０の運転が開始して冷却水回路４０における冷却水の循環が開始されると、実線Ｌ１に示す出口冷却水温が徐々に上昇する。また、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水がＥＧＲクーラ１７とＥＧＲバルブ１４のバルブ用熱交換部１５とに流入するため、出口冷却水温が上昇するのに伴って、破線Ｌ２に示すように、ＥＧＲクーラ１７を流れた冷却水の温度も上昇する。そして、時刻ｔ１１において、出口冷却水温度が基準温度Ｔｂを超えると、ＥＧＲバルブ１４が開弁することによって、ＥＧＲ通路１３に排気が流れる。これにより、破線Ｌ２に示すように、ＥＧＲクーラ１７を流れる冷却水は排気の熱を受け取り、急激に温度上昇する。

そして、実線Ｌ３に示すように、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とには、ウォータジャケット出口２２から流出して、ＥＧＲクーラ１７とＥＧＲバルブ１４のバルブ用熱交換部１５とを流れた冷却水が流入する。したがって、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とのそれぞれを流れた冷却水の温度は、時刻ｔ１０から徐々に温度上昇し、時刻ｔ１１以降は、流入する冷却水の温度が急上昇するため、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とのそれぞれを流れた冷却水の温度も急激に上昇する。これにより、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とのそれぞれを流れた冷却水の温度は、時刻ｔ１２において、温度Ｔｄとなり、オイルクーラ２５においてエンジンオイルを加温することによる同オイルが供給される各部の暖機と、ＡＴＦウォーマ３５におけるＡＴＦの加温を通じた自動変速機３０の暖機とが完了する。そして、この暖機完了に要する期間、すなわち時刻ｔ１０から時刻ｔ１２までの期間は、図３に示した比較例においてオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とによる暖機に要した期間、すなわち時刻ｔ０から時刻ｔ３までの期間よりも短い期間となる。このように、本実施形態では、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とによる暖機に要する期間が短縮化される。

また、時刻ｔ１３に、出口冷却水温が内燃機関１０の運転状態に基づく目標温度Ｔｃ以上となると、制御バルブ４６における流入口４７と第２流出口４９とが連通し、弁体によりその連通状態（流路断面積）が調整されることにより、出口冷却水温が目標温度Ｔｃとなるように制御される。なお、図４では、目標温度Ｔｃが一定の場合を示している。

図４において、時刻ｔ１４に、出口冷却水温度が上記所定温度Ｔｅ以上となり、ＥＧＲカット許可条件が成立すると、ＥＧＲバルブ１４が閉弁される。ここで、ウォータジャケット出口２２から流出した所定温度以上の冷却水に、ＥＧＲクーラ１７において内燃機関１０から新たに排出された排気の熱が与えられると、一点鎖線Ｌ４に示すように、冷却水がさらに高温となる。そのため、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とに流入する冷却水の温度が高くなることから、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とから流出した冷却水の温度は、一点鎖線Ｌ５に示すように高温となり、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とにおける冷却水による冷却が適切になされない。これに対して、本実施形態では、時刻ｔ１４に、ＥＧＲバルブ１４が全閉状態となり、ＥＧＲ通路１３における排気の流れが停止される。そのため、破線Ｌ２に示すように、冷却水は、ＥＧＲクーラ１７を流れても、内燃機関１０から新たに排出された排気からの熱が与えられることがないため、出口冷却水温とほぼ同じ温度となる。そのため、高温の冷却水がオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５に流入することが抑制されるため、ＡＴＦやエンジンオイルを冷却水により適切に冷却することができなくなってしまうことを抑制することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態の車両の熱交換装置１は、ウォータジャケット出口２２からウォータジャケット入口２１までの間に、ウォータポンプ４５とＥＧＲクーラ１７とオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが接続される冷却水回路４０を備えている。そして、冷却水回路４０では、ＥＧＲクーラ１７の下流にオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが接続されている。これにより、ＥＧＲクーラ１７を流れた冷却水が、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とに流れる。そのため、ＥＧＲクーラ１７の暖機完了後に、ＥＧＲクーラ１７において冷却水が排気から受け取った熱を、オイルクーラ２５による暖機とＡＴＦウォーマ３５による暖機に有効に利用することができる。したがって、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とによる暖機が完了するのに要する時間を短縮化することができる。

（２）本実施形態では、ＥＧＲ通路１３に、排気の還流量を調整するためのＥＧＲバルブ１４が設けられており、冷却水回路４０では、ＥＧＲバルブ１４と冷却水とが熱交換するバルブ用熱交換部１５が、ＥＧＲクーラ１７と並列に接続されている。これにより、冷間始動時には、ウォータジャケット出口２２から流出してバルブ用熱交換部１５を流れる冷却水によりＥＧＲバルブ１４を暖機することができる。したがって、排気がＥＧＲバルブ１４を通過する際に、凝縮水が発生することを抑制することができる。また、ＥＧＲバルブ１４の暖機後においては、同バルブ１４を通過する排気を冷却水により冷却することができる。

そして、ＥＧＲバルブ１４は、熱容量が小さいため、オイルクーラ２５及びＡＴＦウォーマ３５による暖機が完了するよりも早期に暖機が完了し、ＥＧＲバルブ１４において冷却水が排気から受け取った熱を、オイルクーラ２５による暖機とＡＴＦウォーマ３５による暖機に有効に利用することができる。したがって、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とによる暖機が完了されるのに要する時間をさらに短縮化することができる。

（３）本実施形態の車両の熱交換装置１では、水温センサ６５の検出信号が示す出口冷却水温が、ＡＴＦウォーマ３５及びオイルクーラ２５による暖機が完了して、冷却水によりＡＴＦ及びエンジンオイルが冷却されているときの出口冷却水温よりも高い所定温度以上となると、制御部６０により、ＥＧＲバルブ１４が閉弁されるように制御される。

これにより、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水の温度が所定温度以上となった場合には、ＥＧＲ通路１３における排気の流れが停止される。そのため、ウォータジャケット出口２２から流出した所定温度以上の冷却水に、内燃機関１０から新たに排出された排気の熱がＥＧＲクーラ１７において与えられることに起因して、冷却水がさらに高温となることを抑制することができる。そのため、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とによる暖機完了後に、高温の冷却水がオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とに流入することが抑制されるようになる。そのため、ＡＴＦやエンジンオイルが冷却水により適切に冷却することができなくなってしまうことを抑制することができる。

（４）本実施形態では、ＥＧＲクーラ１７の下流にオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とを接続するにあたり、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とを並列に接続するようにしている。これにより、第１熱交換通路５０においてＥＧＲクーラ１７の下流にオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とを直列に接続する構成とした場合と比べて、冷却水が第１熱交換通路５０を流れる際の圧力損失が大きくなることを抑制することができるため、第１熱交換通路５０を流れる冷却水の流量が少なくなることを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、車両の熱交換装置２の第２実施形態について、図５を参照して説明する。
図５に示すように、第２実施形態の車両の熱交換装置２の冷却水回路４３には、第１実施形態の冷却水回路４０と異なり、制御バルブ４６が設けられておらず、ウォータジャケット出口２２に接続される出口側通路４２に第１熱交換通路５０の上流端と第２熱交換通路５１の上流端とが接続されている。また、第１熱交換通路５０の下流端と第２熱交換通路５１の下流端とはサーモスタットバルブ５６を介して入口側通路４１の上流端に接続されている。なお、第１実施形態と同じ構成については、図５において第１実施形態と同じ符号で示し、説明を適宜省略する。

サーモスタットバルブ５６は、第１熱交換通路５０と入口側通路４１とが同サーモスタットバルブ５６を通じて常に連通するように構成されている。また、サーモスタットバルブ５６は、バイパス通路４４によって、ウォータジャケット出口２２に接続される出口側通路４２と接続されることにより、ウォータジャケット２０から流出した冷却水の一部がバイパス通路４４を通じてサーモスタットバルブ５６の感温部に供給された後に、入口側通路４１に流入する。そして、サーモスタットバルブ５６は、バイパス通路４４を通じて供給される冷却水の温度、すなわち出口冷却水温が設定温度未満の状態では、第２熱交換通路５１と入口側通路４１との連通を遮断し、出口冷却水温が設定温度以上であるときには、第２熱交換通路５１と入口側通路４１とを連通させるように構成されている。なお、この設定温度は、内燃機関１０が暖機されている場合の出口冷却水温の下限値以上の温度であり、ＥＧＲカット制御を行うための上記所定温度よりも低い温度である。

以上の構成により、内燃機関１０の冷間始動時には、サーモスタットバルブ５６により第２熱交換通路５１から入口側通路４１への冷却水の流通が禁止されるため、第２熱交換通路５１における冷却水の流通が停止される。したがって、内燃機関１０のウォータジャケット２０から流出した冷却水は、第１熱交換通路５０に流入するものの、第２熱交換通路５１には流入しない。そのため、ウォータジャケット２０から流出した冷却水は、第１熱交換通路５０において、バルブ用熱交換部１５とＥＧＲクーラ１７とに分岐して流れた後に、合流してオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とに分岐して流れる。そして、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とのそれぞれから流出した冷却水は、合流してウォータポンプ４５に吸入され、内燃機関１０のウォータジャケット２０に流入する。

そして、出口冷却水温が基準温度になると、この基準温度以上の冷却水がバルブ用熱交換部１５及びＥＧＲクーラ１７とに分岐して流れる。これにより熱容量が小さいＥＧＲバルブ１４及びＥＧＲクーラ１７は、基準温度以上の冷却水が流入することにより早期に暖機が完了する。そして、出口冷却水温が基準温度以上となったことにより、制御部６０の制御によりＥＧＲバルブ１４が開弁されると、排気がＥＧＲ通路１３を流れる。これにより、冷却水は、ＥＧＲクーラ１７を流れる際に、排気から熱を受け取って高温となる。また、冷却水は、バルブ用熱交換部１５を流れる際にも排気から熱を受け取って高温となる。これにより、この高温の冷却水が合流した後に、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とに分岐して流れる。このように、本実施形態の冷却水回路４３では、ＥＧＲクーラ１７及びバルブ用熱交換部１５の下流に、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが接続されている。そのため、ＥＧＲクーラ１７及びＥＧＲバルブ１４の暖機完了後に、ＥＧＲクーラ１７及びＥＧＲバルブ１４において冷却水が排気から受け取った熱を、オイルクーラ２５による暖機とＡＴＦウォーマ３５による暖機に有効に利用することができる。したがって、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とによる暖機が完了するのに要する時間が短縮化される。そして、オイルクーラ２５を流れた冷却水とＡＴＦウォーマ３５を流れた冷却水とは合流してウォータポンプ４５に吸入されて、内燃機関１０のウォータジャケット２０に流入する。

その後、内燃機関１０の暖機が完了して、出口冷却水温が設定温度以上となると、サーモスタットバルブ５６を通じた第２熱交換通路５１からウォータポンプ４５への冷却水の流通が許容される。これにより、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水の一部は、第２熱交換通路５１を流れて、冷却水がラジエータ５５を流れる際に、冷却水の熱が放熱される。また、ウォータジャケット出口２２から流出した冷却水の残りの一部は、上記した態様で第１熱交換通路５０を流れる。

なお、本実施形態においても、制御部６０は、水温センサ６５の検出信号が示す出口冷却水温が所定温度以上となると、ＥＧＲカット許可条件が成立する場合に、ＥＧＲバルブ１４が全閉状態に制御される。

本実施形態においても、上記第１実施形態における（１）〜（４）と同等の効果を奏することができる。
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態においては、以下のように変形してもよい。また、以下の変形例において組み合わせ可能なものは、適宜組み合わせて上記各実施形態に適用することもできる。

・上記各実施形態では、ウォータジャケット出口２２からウォータジャケット入口２１までの間に、ＥＧＲクーラ１７と、ＥＧＲバルブ１４のバルブ用熱交換部１５と、オイルクーラ２５と、ＡＴＦウォーマ３５と、ラジエータ５５とが接続されている。しかしながら、ウォータジャケット出口２２からウォータジャケット入口２１までの間に、この他の熱交換器が接続されていてもよい。ウォータジャケット出口２２からウォータジャケット入口２１までの間に接続される熱交換器は、例えば、排気冷却アダプタ、排気熱回収器、水冷式のヒートインシュレータの熱交換器、水冷式のオルタネータの熱交換器などの何れかであってもよい。また、こうした熱交換器は、第１熱交換通路５０と第２熱交換通路５１とに並列に接続される熱交換通路の途中に接続されてもよいし、第１熱交換通路５０や第２熱交換通路５１の途中に接続されていてもよい。なお、第１熱交換通路５０と第２熱交換通路５１と並列に接続される熱交換通路を設ける場合には、出口側通路４２と各熱交換通路への連通状態を制御する制御バルブを設けるようにしてもよいし、各熱交換通路に、個別に電磁弁を設けるようにしてもよい。

また、車両が内燃機関１０として、ディーゼルエンジンを搭載している場合には、ウォータジャケット出口２２からウォータジャケット入口２１までの間に接続される熱交換器としては、上記例示した熱交換器の他、サプライポンプと冷却水とが熱交換する熱交換部や、燃料クーラなどであってもよい。そして、こうした熱交換器は、第１熱交換通路５０と第２熱交換通路５１とに並列に接続される熱交換通路の途中に接続されてもよいし、第１熱交換通路５０や第２熱交換通路５１の途中に接続されていてもよい。なお、内燃機関１０としてディーゼルエンジンが搭載される場合には、第１実施形態の制御バルブ４６を用いて機関運転状態に応じた出口冷却水温の目標温度に制御する場合に、この目標温度の設定態様は、上記第１実施形態と異なる態様で設定すればよい。

・上記各実施形態では、ＥＧＲバルブ１４と冷却水とが熱交換するバルブ用熱交換部１５が、ＥＧＲクーラ１７と並列に接続されている。しかしながら、バルブ用熱交換部１５は、例えば、ＥＧＲクーラ１７の下流であって、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５の上流に接続してもよいし、冷却水回路４０におけるその他の部位に接続するようにしてもよい。また、バルブ用熱交換部１５は、ＥＧＲバルブ１４に一体的に形成されていなくてもよく、ＥＧＲバルブ１４に単に固定されているものであってもよい。また、ＥＧＲバルブ１４には、バルブ用熱交換部１５が固定されていなくてもよく、その場合には、冷却水回路にバルブ用熱交換部１５が接続されていなくてもよい。

・上記各実施形態では、水温センサ６５の検出信号が示す出口冷却水温が所定温度以上となると、ＥＧＲカット許可条件が成立している場合に、ＥＧＲバルブを閉弁するように制御している。しかしながら、水温センサ６５の検出信号が示す出口冷却水温が所定温度以上となると、常にＥＧＲバルブを閉弁するようにしてもよい。

また、車両の熱交換装置は、水温センサ６５の検出信号が示す出口冷却水温が所定温度以上となった場合であっても、ＥＧＲバルブ１４を出口冷却水温以外のパラメータに基づいて開度制御するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、制御バルブ４６やサーモスタットバルブ５６等により、出口冷却水温度が特定の温度以上となったときに、ラジエータ５５が設けられる第２熱交換通路５１に冷却水が流れるように構成されている。しかしながら、こうした冷却水の流通状態の切り替えを、例えば、出口側通路４２に対して第１熱交換通路５０と第２熱交換通路５１とを直接接続し、制御バルブ４６やサーモスタットバルブ５６に代わって、第２熱交換通路５１の途中に電磁弁を設けて、この電磁弁を制御することにより行うようにしてもよい。

また、第２熱交換通路５１における冷却水の流通が開始される時期は、上記各実施形態で例示した態様に限定されない。したがって、ＡＴＦウォーマ３５とオイルクーラ２５とによる暖機完了よりも早期にラジエータ５５に冷却水が流れる構成であってもよい。また、冷却水回路に制御バルブ４６やサーモスタットバルブ５６、電磁弁等が設けられておらず、ウォータジャケット出口から流出した冷却水が、第２熱交換通路５１にも常時流れる構成であってもよい。このような場合であっても、ＥＧＲクーラ１７の下流にはオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが接続されているため、ＥＧＲクーラ１７において冷却水が排気から受け取った熱をオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とによる暖機に利用して、オイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とによる暖機に要する時間を短縮化することができる。

・上記各実施形態では、ＥＧＲクーラ１７の下流にオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが並列に接続されている。しかしながら、ＥＧＲクーラ１７の下流にオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが直列に接続されていてもよい。また、直列に接続される場合には、オイルクーラ２５よりもＡＴＦウォーマ３５が上流であってもよいし、ＡＴＦウォーマ３５よりもオイルクーラ２５が上流であってもよい。すなわち、車両の熱交換装置の冷却水回路では、ＥＧＲクーラ１７の下流にオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが接続されていればよい。

１，２…熱交換装置、１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…排気通路、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲバルブ、１５…バルブ用熱交換部、１７…ＥＧＲクーラ、２０…ウォータジャケット、２１…ウォータジャケット入口、２２…ウォータジャケット出口、２６…オイル通路、２５…オイルクーラ、３０…自動変速機、３１…トルクコンバータ、３７…ＡＴＦ通路、３５…ＡＴＦウォーマ、４０，４３…冷却水回路、４１…入口側通路、４２…出口側通路、４４…バイパス通路、４５…ウォータポンプ、４６…制御バルブ、４７…流入口、４８…第１流出口、４９…第２流出口、５０…第１熱交換通路５０…第２熱交換通路、５５…ラジエータ、５６…サーモスタットバルブ、６０…制御部、６１…エアフロメータ、６２…回転速度センサ、６３…アクセルセンサ、６４…車速センサ、６５…水温センサ。

Claims

吸気通路と排気通路とを接続して排気を前記吸気通路に還流するＥＧＲ通路を有する内燃機関と自動変速機とが搭載される車両に適用され、前記内燃機関のウォータジャケットの出口から同ウォータジャケットの入口までの間に、ウォータポンプと、前記ＥＧＲ通路を流れる排気と冷却水とが熱交換するＥＧＲクーラと、エンジンオイルと冷却水とが熱交換するオイルクーラと、自動変速機の作動油であるＡＴＦと冷却水とが熱交換するＡＴＦウォーマとが接続される冷却水回路を備える車両の熱交換装置であり、
前記ＥＧＲ通路には、排気の還流量を調整するためのＥＧＲバルブが設けられており、
前記冷却水回路では、前記ＥＧＲクーラの下流に前記オイルクーラと前記ＡＴＦウォーマとが接続されているとともに、前記ＥＧＲバルブと冷却水とが熱交換するバルブ用熱交換部が、前記ＥＧＲクーラと並列に接続されている車両の熱交換装置。
前記ウォータジャケットの出口から流出した冷却水の温度を検出する検出部と、
前記検出部によって検出される冷却水の温度が、前記ＡＴＦウォーマ及び前記オイルクーラによる暖機が完了して冷却水によりＡＴＦ及びエンジンオイルが冷却されているときに同検出部によって検出される冷却水の温度よりも高い所定温度以上となると、前記ＥＧＲバルブを閉弁する制御部とを備える請求項１に記載の車両の熱交換装置。