(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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低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と同等又は高い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。
【請求項３】
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低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と同等又は高い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。
【請求項４】
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低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と同等又は高い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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９０２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
＜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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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ＴＡIN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ＴＡOUT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ＴＡOUTが流入吸気温度ＴＡINよりも小さい場合（ＴＡOUT＜ＴＡIN）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ＴＡOUTが流入吸気温度ＴＡIN以上の場合（ＴＡOUT≧ＴＡIN）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。
【００３２】
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（ＴＡOUT＜ＴＡIN）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。
【００３３】
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（ＴＡOUT≧ＴＡIN）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。
【００３４】
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ＴIN）が上限閾値ＴMAXよりも大きい場合は、流入吸気温度ＴＡINと流出吸気温度ＴＡOUT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ＴMAX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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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ＴＡOUTが流入吸気温度ＴＡINよりも小さい場合（ＴＡOUT＜ＴＡIN）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ＴＡOUTが流入吸気温度ＴＡIN以上の場合（ＴＡOUT≧ＴＡIN）は、低圧吸気は冷却されないと判定されてＳ１３０へと進む。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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ＴＡINが上限閾値ＴMAXを超えたか否かが確認される。流入吸気温度ＴＡINが上限閾値ＴMAX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ＴＡINが上限閾値ＴMAX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。
【００４１】
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。
【００４２】
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ＴＡOUT）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ＴＡIN）よりも小さい場合（ＴＡOUT＜ＴＡIN）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。
【００４３】
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ＴＡOUT）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ＴＡIN）以上の場合（ＴＡOUT≧ＴＡIN）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。
【００４４】
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。
【００４５】
＜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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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ＴＷIN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ＴＷOUT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ＴＷINが流出冷却水温度ＴＷOUTよりも小さい場合（ＴＷIN＜ＴＷOUT）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ＴＷINが流出冷却水温度ＴＷOUT以上の場合（ＴＷIN≧ＴＷOUT）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。
【００５０】
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（ＴＷIN＜ＴＷOUT）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。
【００５１】
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（ＴＷIN≧ＴＷOUT）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。
【００５２】
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ＴＷIN）が下限閾値ＴMINよりも小さい場合は、流入冷却水温度ＴＷINと流出冷却水温度ＴＷOUT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ＴMIN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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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ＴＷINが流出冷却水温度ＴＷOUTよりも小さい場合（ＴＷIN＜ＴＷOUT）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ＴＷINが流出冷却水温度ＴＷOUT以上の場合（ＴＷIN≧ＴＷOUT）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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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ＴＷINが下限閾値ＴMINより小さいか否かが確認される。流入冷却水温度ＴＷINが下限閾値ＴMIN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ＴＷINが下限閾値ＴMIN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。
【００５９】
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。
【００６０】
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ＴＷIN）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ＴＷOUT）よりも小さい場合（ＴＷIN＜ＴＷOUT）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。
【００６１】
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ＴＷIN）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ＴＷOUT）以上の場合（ＴＷIN≧ＴＷOUT）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。
【００６２】
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。
【００６３】
＜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。
【００６４】
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。
【００６５】
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ＴＡIN）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ＴＷIN）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ＴＷINが流入吸気温度ＴＡINよりも小さい場合（ＴＷIN＜ＴＡIN）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ＴＷINが流入吸気温度ＴＡIN以上の場合（ＴＷIN≧ＴＡIN）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。
【００６６】
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（ＴＷIN＜ＴＡIN）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。
【００６７】
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（ＴＷIN≧ＴＡIN）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。
【００６８】
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。
【００６９】
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ＴＷINが流入吸気温度ＴＡINよりも小さい場合（ＴＷIN＜ＴＡIN）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ＴＷINが流入吸気温度ＴＡIN以上の場合（ＴＷIN≧ＴＡIN）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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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ＴＷIN）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ＴＡIN）よりも小さい場合（ＴＷIN＜ＴＡIN）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。
【００７４】
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ＴＷIN）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ＴＡIN）以上の場合（ＴＷIN≧ＴＡIN）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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【符号の説明】
【００７９】
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）
２０  ＥＣＵ
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
【図１】
0005614235.tif 000002
【図２】
0005614235.tif 000003
【図３】
0005614235.tif 000004
【図４】
0005614235.tif 000005
【図５】
0005614235.tif 000006
【図６】
0005614235.tif 000007
【図７】
0005614235.tif 000008