(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスの一部を水冷式のＥＧＲクーラを介して吸気通路に還流する排気還流手段と、
メインラジエータで冷却され、内燃機関のウォータジャケットを流れる冷却水が循環するメイン冷却水経路と、
サブラジエータで冷却され、水冷式の排気マニホールド及び前記ＥＧＲクーラを流れる冷却水が循環するサブ冷却水経路と、
排気通路にＮＯｘトラップ触媒と、を有し、
前記排気還流手段は、前記ＥＧＲクーラと並列に接続され、前記ＥＧＲクーラをバイパスさせて排気ガスを吸気通路に導入可能なバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス通路制御弁と、を備え、
前記排気マニホールドに流れる冷却水流量と前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水流量との割合を調整する流量調整弁が前記サブ冷却水経路内に介装され、
前記メイン冷却水経路と前記サブ冷却水経路とが互いに独立した冷却水経路となっていると共に、前記サブ冷却水経路内に前記排気マニホールドと前記ＥＧＲクーラとが並列に接続され、
低負荷運転時に、前記ＮＯｘトラップ触媒における硫黄被毒解除を実施する場合には、
前記排気マニホールドに流れる冷却水流量が減少するように、前記流量調整弁の開度が制御され、
排気ガスが前記ＥＧＲクーラをバイパスして前記バイパス通路を流れるように、前記バイパス通路制御弁の開度が制御されていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記メイン冷却水経路内の冷却水温度に対して、前記サブ冷却水経路内の冷却水温度が低くなるよう設定されてい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。
【請求項３】
前記ＥＧＲクーラにおけるＥＧＲガスの冷却要求が大きくなるほど前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水流量が相対的に増加するよう前記流量調整弁の開度が制御されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記流量調整弁は、前記ＥＧＲクーラにおけるＥＧＲガスの冷却要求に応じて前記ＥＧＲクーラへの冷却水流量を増減させると共に、ＥＧＲガスの冷却要求度合が所定の冷却要求度合以上となった場合には、前記ＥＧＲクーラへの冷却水流量の増加を制限し、前記排気マニホールドに冷却水を優先して流すことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項５】
ＥＧＲガスが吸気通路に還流される運転条件において、高負荷運転時には、前記ＥＧＲクーラ出口のＥＧＲガス温度が最も低くなるように、前記排気マニホールドに流れる冷却水流量と前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水流量との割合が制御されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項６】
高負荷運転時に、前記ＮＯｘトラップ触媒における硫黄被毒解除を実施する場合には、
前記排気マニホールドに流れる冷却水流量が増加するように、前記流量調整弁の開度が制御されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項７】
前記排気通路に排気ガス中の排気微粒子を捕集する排気微粒子フィルタを有し、該排気微粒子フィルタに捕集された排気微粒子を燃焼させる排気微粒子フィルタ再生時において、
前記排気マニホールドに流れる冷却水流量が減少するように、前記流量調整弁の開度が制御されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、内燃機関の失火防止及びドライバビリティの向上を図るために、ＥＧＲクーラに供給される冷却水を、内燃機関の高温部位に供給させられる冷却水を冷却するメインラジエータが設けられた経路とは異なる別経路の冷却水経路に設けられたサブラジエータにより冷却するようにした技術が開示されている。
【０００３】
また、排気マニホールドを冷却水で冷却する水冷式とし、排気ガスと冷却水との熱交換によって高温となった冷却水を利用する技術が従来から知られている。例えば、特許文献２には、冷機時に、排気マニホールド内部もしくは排気マニホールド周辺部を冷却水が流れることが可能となるように冷却水通路を設定することによって、排気ガスの熱で冷却水を加熱し、この加熱された冷却水を温水ヒータに流入させることで、温水ヒーターの暖房性能を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４０１４１号公報
【特許文献２】特開昭５９−６８５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献２においては、暖機後、排気マニホールド内部もしくは排気マニホールド周辺部にエンジン冷却水を流すようにすれば、排気ガス温度を下げて排気通路に介装された触媒の熱劣化を回避しつつ内燃機関の出力向上を図ることが可能ではあるが、冷却水を冷却するラジエータが１つなので、このような使い方をする場合には、ラジエータの容量を大きくしなければならないという問題がある。
【０００６】
またＥＧＲガスを冷却するような運転領域は限られており、特許文献１のように、メインラジエータが設けられた経路とは異なる別経路にサブラジエータを単に設けた構成では、サブラジエータが使用されない運転領域が存在することになり、サブラジエータが有効に使用されないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、内燃機関に水冷式の排気マニホールドを適用する際に、メインラジエータが設けられたメイン冷却水経路とは別経路であるサブ冷却水経路に設けられたサブラジエータを効率よく使用することで、メイン冷却水経路のメインラジエータの容量と、サブ冷却水経路のサブラジエータの容量を必要以上に増加させることなく最適化した内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の内燃機関の冷却装置は、メインラジエータが設けられたメイン冷却水経路とは別経路であるサブ冷却水経路に、排気マニホールドとＥＧＲクーラとが並列に接続されていることを特徴としている。また、低負荷運転時にＮＯｘトラップ触媒における硫黄被毒解除を実施する場合には、前記サブ冷却水経路内に介装された流量調整弁で前記排気マニホールドに流れる冷却水流量を減少させるとともに、排気ガスが前記ＥＧＲクーラをバイパスして吸気通路に導入される。
【０００９】
ＥＧＲクーラにおいてＥＧＲガスを最大限冷却したい運転状態と、排気マニホールドにおいて排気ガスを最大限冷却したい運転状態と、は同じではないので、サブラジエータは幅広い運転状態で冷却水を冷却するよう機能する。
【００１０】
また、排気マニホールドは、サブ冷却水経路内を循環する冷却水によって冷却されるので、排気マニホールドを冷却するためにメイン冷却水経路内のメインラジエータの容量を大きくする必要もない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、サブ冷却水経路に設けられたサブラジエータを効率よく使用することが可能となり、メイン冷却水経路のメインラジエータの容量と、サブ冷却水経路のサブラジエータの容量を必要以上に増加させることなく最適化した状態で、マニホールドを水冷式の排気マニホールドとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が適用された内燃機関の冷却装置の概略を模式的に示した説明図。
【図２】ＥＧＲクーラ出口のＥＧＲガス温度と冷却水流量との相関を示した特性図。
【図３】高負荷時において拡大されて硫黄被毒解除可能な運転領域を模式的に示した説明図。
【図４】低負荷時において拡大されて硫黄被毒解除可能な運転領域を模式的に示した説明図。
【図５】高負荷時における制御の一例を示すタイミングチャート。
【図６】本発明に係る流量調整弁の制御の流れを示すフローチャート。
【図７】通常運転モードにおける領域判定マップ。
【図８】流量調整弁に開度を決定する第１作動マップ。
【図９】流量調整弁に開度を決定する第２作動マップ。
【図１０】硫黄被毒解除運転モードにおける領域判定マップ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用された内燃機関の冷却装置の概略を模式的に示した説明図である。
【００１４】
ディーゼルエンジンである内燃機関１は、メインラジエータ２によって経路内の冷却水を冷却するメイン冷却水経路３と、サブラジエータ４によって経路内の冷却水を冷却するサブ冷却水経路５と、を有している。メイン冷却水経路３とサブ冷却水経路５とは、互いに独立した冷却水経路となっており、メイン冷却水経路３内を循環する冷却水と、サブ冷却水経路５内を循環する冷却水とは互いに混じり合わないように形成されている。
【００１５】
メイン冷却水経路３内を循環する冷却水は、内燃機関１のウォータジャケットを流れるものであり、シリンダブロック（図示せず）及びシリンダヘッド（図示せず）を冷却している。
【００１６】
また、内燃機関１には、吸気通路６及び排気通路７が接続されている。排気通路７には、三元触媒８、ＮＯｘトラップ触媒９、排気微粒子フィルタ（ＤＰＦ）１０が直列に介装されている。
【００１７】
三元触媒８は、空気過剰率が略「１」のとき、すなわち排気空燃比が略理論空燃比となるときに、流入する排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの三成分を浄化するものである。ＮＯｘトラップ触媒９は、排気空燃比が理論空燃比よりリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸着し、排気空燃比が理論空燃比よりリッチのときにＮＯｘを脱離還元して浄化する。ＮＯｘトラップ触媒９は、ＮＯｘ以外に排気ガスに含まれる硫黄分もトラップする。ＤＰＦ１０は排気ガス中のＰＭ（微粒子状物質）を捕集するものである。
【００１８】
排気通路７には、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路６に還流するＥＧＲ通路１１が接続されている。このＥＧＲ通路１１には、ＥＧＲ弁１２及び水冷式のＥＧＲクーラ１３が介装されていると共に、ＥＧＲクーラ１３をバイパスさせてＥＧＲガスを吸気通路６に導入可能なバイパス通路１４と、バイパス通路１４を開閉するバイパス通路制御弁１５が設けられている。
【００１９】
バイパス通路１４は、一端がＥＧＲクーラ１３のＥＧＲガス入口側より排気通路７側でＥＧＲ通路１１に接続され、他端がＥＧＲクーラ１３のＥＧＲガス出口側より吸気通路６側でＥＧＲ通路１１に接続されている。本実施形態におけるバイパス通路制御弁１５は、バイパス通路１４の一端とＥＧＲ通路１１との接続部分に設けられている。
【００２０】
ＥＧＲ弁１２は、例えばステップモータを用いた電子制御式のものであり、その開度に応じて吸気側に還流する排気の量、すなわち内燃機関１に吸入されるＥＧＲ量を制御するものである。ＥＧＲクーラ１３は、後述する排気マニホールド１６の下流側の排気通路７から還流するＥＧＲガスを冷却するものである。
【００２１】
また前述のＥＧＲクーラ１３は、冷却系統でみれば、サブ冷却水経路５に介装されている。サブ冷却水経路５には、ＥＧＲクーラ１３及び前述したサブラジエータ４の他に、水冷式の排気マニホールド１６、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量とＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量との割合を調整する流量調整弁１７と、ウォータポンプ１８が介装されている。
【００２２】
そして、排気マニホールド１６とＥＧＲクーラ１３とが、このサブ冷却水経路５内に並列に接続されている。本実施形態においては、サブ冷却水経路５内の冷却水が、図１において反時計回りに循環しており、ウォータポンプ１８から吐出した冷却水は、排気マニホールド１６及びＥＧＲクーラ１３を経てサブラジエータ４に流れ込み、サブラジエータ４で冷却された後にウォータポンプ１８に導入されている。また、サブ冷却水経路５内の冷却水温度は、メイン冷却水経路３内の冷却水温度よりも低くなるよう設定されている。
【００２３】
流量調整弁１７は、排気マニホールド１６内を流れた冷却水とＥＧＲクーラ１３内を流れた冷却水とが合流する部分に配置された三方弁であって、０度（全閉）〜９０度（全開）の間で開度が制御されている。本実施形態においては、全閉時には排気マニホールド１６に冷却水が流れず、ＥＧＲクーラ１３に全ての冷却水が流れ込み、全開時にはＥＧＲクーラ１３に冷却水が流れず、排気マニホールド１６に全て冷却水が流れ込む設定となっている。
【００２４】
流量調整弁１７及びバイパス通路制御弁１５は、例えばステップモータを用いた電子制御式のものであり、前述したＥＧＲ弁１２を含め、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２０によって開閉制御されている。
【００２５】
ＥＣＵ２０には、内燃機関１の制御のため、機関回転数を検出する回転数センサ２１、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２２、吸入空気量を検出するエアフローメータ２３、三元触媒８上流側の排気通路７内の排気ガス温度を検出する温度センサ２４、ＮＯｘトラップ触媒９の温度を検出する温度センサ２５、ＤＰＦ１０入口の排気圧力を検出する排気圧力センサ２６、三元触媒８入口の排気空燃比を検出する空燃比センサ２７、ＮＯｘトラップ触媒９出口の排気空燃比を検出する空燃比センサ２８、ＥＧＲクーラ１３の出口側のＥＧＲガス温度を検出する温度センサ２９、メイン冷却水経路３内の冷却水温度を検出する温度センサ３０、サブ冷却水経路５内の冷却水温度を検出する温度センサ３１等の各種センサからの検出信号が入力されている。
【００２６】
そして、ＥＣＵ２０は、これら各種センサからの検出信号に基づいて、燃料噴射量、噴射時期を設定して燃料噴射弁（図示せず）の駆動を制御すると共に、スロットル弁（図示せず）及びＥＧＲ弁１２の開度制御を行う。特に、本発明に係る制御として、ＥＣＵ２０は、サブ冷却水経路５内に配置された流量調整弁１７の開度を運転状態に応じて制御する。換言すれば、本実施形態においては、ＥＧＲクーラ１３におけるＥＧＲガスの冷却要求が大きくなるほどＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量が相対的に増加するよう流量調整弁１７の開度が制御されている。
【００２７】
ＥＧＲガスを吸気通路６に還流させる運転状態において、内燃機関１が高負荷運転時には、ＥＧＲクーラ１３出口のＥＧＲガス温度が最も低くなるように、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量とＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量との割合が制御されている。換言すると、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量とＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量との割合が、ＥＧＲクーラ１３出口のＥＧＲガス温度を最も低くする割合となるように、流量調整弁１７の開度が制御される。尚、ＥＧＲガスを吸気通路６に還流させる運転状態で内燃機関１が高負荷運転時において、吸気通路６に還流されるＥＧＲガス量は、ＥＧＲ率が３０％程度となるように設定されている。
【００２８】
ＥＧＲクーラ１３出口のＥＧＲガス温度は、排気マニホールド１６において排気ガスを冷やしても、ＥＧＲクーラ１３においてＥＧＲガスを冷やしても低下させることができるが、熱交換器としての排気マニホールド１６及びＥＧＲクーラ１３の特性上、図２に破線で囲んで示すように、冷却水の流量がある流量以上になると熱交換効率は飽和してしまう。つまり、ＥＧＲガスの冷却要求度合が所定の要求度合を越えた場合には、熱交換効率は飽和してしまう。そこで、サブ冷却水経路５のウォータポンプ１８の単位時間当たりの冷却水の吐き出し量であるトータル水量に応じて、ＥＧＲクーラ１３出口で相対的に最も温度の低いＥＧＲガスが得られるように、すなわちＥＧＲガスが最良の効率で冷却されるように、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量とＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量とを設定する。つまり、図２において、一点鎖線で示された前述のトータル水量を表す特性線と交わるＥＧＲクーラ１３出口のＥＧＲガス温度を示す特性線うち、最もＥＧＲガス温度が低い特性線の温度が得られるように、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量とＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量とを設定する。換言すれば、図２において、一点鎖線で示された前述のトータル水量を表す特性線と、実線で示された最良効率線との交点における排気マニホールド１６に流れる冷却水流量とＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量とが得られるように流量調整弁１７の開度が制御される。つまり、ＥＧＲクーラ１３出口のＥＧＲガス温度が最も低くなるように、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量とＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量との割合が制御されている。尚、ウォータポンプ８の単位時間当たりの冷却水の吐き出し量であるトータル水量を変更することでも、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量と、ＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量を制御することは可能である。
【００２９】
このように、本実施形態においては、吸気通路６に還流するＥＧＲガスが、サブ冷却水経路５内のＥＧＲクーラ１３のみならず、水冷式の排気マニホールド１６でも冷やされることになる。そのため、排気ガスが高温となる高負荷運転時にであっても、排気マニホールド１６とＥＧＲクーラ１３の双方でＥＧＲガスを効率よく冷却することができ、ＥＧＲガスを吸気通路６に大量に還流させることが可能となる。
【００３０】
また、サブ冷却水経路５は、排気ガス（ＥＧＲガス）の冷却を目的として設けられており、サブ冷却水経路５内の冷却水温度は、メイン冷却水経路３の冷却水温度よりも低く設定されているので、この点でもＥＧＲガスの冷却に有利であり、ＥＧＲガスを吸気通路６に大量に還流させる上で有利な構成となっている。
【００３１】
また、ＥＧＲガスを吸気通路６に還流させる運転状態において、内燃機関１が低負荷運転時には、排気ガス中のハイドロカーボン（ＨＣ）を考慮すると、吸気通路６に還流するＥＧＲガスの温度を冷やすことは望ましくない。これは、ＥＧＲガスを冷やし過ぎると燃焼温度が低下してＨＣが発生し易くなるからである。
【００３２】
そこで、ＥＧＲガスを吸気通路６に還流させる運転状態において、内燃機関１が低負荷運転時には、ＥＧＲクーラ１３にＥＧＲガスを流さず、ＥＧＲガスがバイパス通路１４を流れるようにバイパス通路制御弁１５を制御する。また、流量調整弁１７は、排気マニホールド１６内に流れる冷却水流量が、排気マニホールド１６内で冷却水が沸騰しない最低限の量となるように制御される。つまり、大部分の冷却水がＥＧＲクーラ１３に流れるように、流量調整弁１７の開度が制御される。
【００３３】
そして、ＮＯｘトラップ触媒９の硫黄被毒解除時においても、そのときの内燃機関１の負荷の状態（トルク）に応じて流量調整弁１７を開度を制御する。
【００３４】
硫黄被毒解除可能運転領域（Ｓ被毒解除可能領域）は、基本的には、機関回転数とトルク（負荷）によって設定されるが、ＮＯｘトラップ触媒９の温度による制限を受けることになる。実際の硫黄被毒解除可能運転領域は、ＮＯｘトラップ触媒９の熱劣化保護のために、ＮＯｘトラップ触媒９のベッド温度が所定の上限温度（例えば７５０℃）以上とならないように制限される共に、ＮＯｘトラップ触媒９の温度が低すぎると硫黄被毒解除が行えないため、ＮＯｘトラップ触媒９のベッド温度が所定の下限温度（例えば６５０℃）以下とならないように制限される。すなわち、機関回転数とトルク（負荷）によって設定された硫黄被毒解除可能運転領域であっても、ＮＯｘトラップ触媒９のベッド温度が所定の上限温度（例えば７５０℃）以上となる領域や、ＮＯｘトラップ触媒９のベッド温度が所定の下限温度（例えば６５０℃）以下となるような領域では、硫黄被毒解除を行うことはできない。
【００３５】
高負荷運転時にＮＯｘトラップ触媒９の硫黄被毒解除をする場合、排気ガス温度が上昇するためＮＯｘトラップ触媒９のベッド温度が上昇することになる。そこで、高負荷運転時にＮＯｘトラップ触媒９の硫黄被毒解除をする場合には、ＮＯｘトラップ触媒９のベッド温度の上昇を抑制するために、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量が増加するように、流量調整弁１７の開度が制御される。具体的は、ＥＧＲクーラ１３には冷却水を流さず、排気マニホールド１６に全ての冷却水が流れるように、流量調整弁１７の開度が制御される。
【００３６】
硫黄被毒解除時には、空燃比が理論空燃比となるように制御する必要があるためＥＧＲガスを吸気通路６に還流させているが、ＥＧＲガスの還流量が多すぎると排気中のスモークが増加することになるため、吸気通路６に還流されるＥＧＲガス量は、ＥＧＲ率で５％〜１０％程度の少量となるように設定されている。そのため、高負荷時に硫黄被毒解除可能な運転領域を拡大する上では、吸気通路６に還流するＥＧＲガスの温度を冷やすよりも、排気マニホールド１６において排気ガスを直接冷やしてやるほうが、排気ガス温度が低下してＮＯｘトラップ触媒９の熱劣化保護に寄与することになる。
【００３７】
そこで、排気マニホールド１６に全ての冷却水が流れるように、流量調整弁１７の開度が制御することによって、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量が増加し、排気ガス温度を最大限低下させることができる。
【００３８】
つまり、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量を増加させることによって、図３に示すように、トルク（負荷）と機関回転数との関係から推定されるＮＯｘトラップ触媒９のベッド温度上限を示す特性線Ａが、特性線Ａ’となり、図３中の斜線で示す領域Ｐ１分、高負荷側、高回数側に硫黄被毒解除可能な運転領域を拡大することができる。
【００３９】
低負荷運転時にＮＯｘトラップ触媒９の硫黄被毒解除をする場合、排気ガス温度が低下するためＮＯｘトラップ触媒９のベッド温度が低下することになる。噴射時期リタードする等の排気ガス温度を高くする方法はあるが、内燃機関１の失火限界により、ＮＯｘトラップ触媒９のベッド温度が所定の下限温度（例えば６５０℃）以下なる場合ある。
【００４０】
そこで、低負荷運転時にＮＯｘトラップ触媒９の硫黄被毒解除をする場合には、ＮＯｘトラップ触媒９のベッド温度の低下を抑制するために、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量が減少するように、流量調整弁１７の開度が制御される。具体的は、流量調整弁１７は、排気マニホールド１６内に流れる冷却水流量が、排気マニホールド１６内で冷却水が沸騰しない最低限の量となるように制御される。つまり、大部分の冷却水がＥＧＲクーラ１３に流れるように、流量調整弁１７の開度が制御される。また、吸気通路６に還流するＥＧＲガスの温度を低下させないため、ＥＧＲクーラ１３にＥＧＲガスを流さず、ＥＧＲガスがバイパス通路１４を流れるようにバイパス通路制御弁１５を制御する。
【００４１】
これによって、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量が減少し、排気ガス温度の低下を抑制する。また吸気通路６に還流するＥＧＲガスがバイパス通路１４を流れることにより、ＥＧＲガスの温度低下が抑制され、このことも排気ガスの温度低下の抑制に寄与することになる。
【００４２】
つまり、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量を減少させることによって、図４に示すように、トルク（負荷）と機関回転数との関係から推定されるＮＯｘトラップ触媒９のベッド温度下限を示す特性線Ｂが、特性線Ｂ’となり、図４中の斜線で示す領域Ｐ２分、低負荷側、低回転数側に硫黄被毒解除可能な運転領域を拡大することができる。
【００４３】
尚、硫黄被毒解除時には、空燃比が理論空燃比となるように制御されるため、空燃比が比較的にリッチとなりハイドロカーボン（ＨＣ）が発生しやすくなるが、ＥＧＲ率も低いので、ＥＧＲクーラ１３でＥＧＲガスを冷却する高負荷時においても、ＥＧＲクーラ１３内に排気ガス中のハイドロカーボンが詰まってしまうことも抑制される。また、低負荷時においては、そもそもＥＧＲクーラ１３をＥＧＲガスがバイパスするので、排気ガス中のハイドロカーボンがＥＧＲクーラ１３内に詰まってしまうこともない。
【００４４】
また、本実施形態においては、排気マニホールド１６が水冷式となっているため、水冷式でない排気マニホールドを備えたシステムに比べて排気ガス温度が低くなりやすいが、上述したように、流量調整弁１７とバイパス通路制御弁１５とを制御することで、排気ガス温度低下を抑制することができる。
【００４５】
ＤＰＦ１０に捕集された排気微粒子（ＰＭ）を燃焼させてＤＰＦ１０を再生する際には、排気ガス温度を上昇させることが重要となるので、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量が減少するように、流量調整弁１７の開度が制御される。具体的は、流量調整弁１７は、排気マニホールド１６内に流れる冷却水流量が、排気マニホールド１６内で冷却水が沸騰しない最低限の量となるように制御される。つまり、大部分の冷却水がＥＧＲクーラ１３に流れるように、流量調整弁１７の開度が制御される。また、ＤＰＦ再生時においては、デポジットの問題もあるためＥＧＲ弁１２が閉じられており、ＥＧＲガスは吸気通路６に還流させていない。
【００４６】
これによって、ＤＰＦ１０の再生時においては、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量の減少により、排気ガス温度を低下を抑制することができるので、ＤＰＦ１０に捕集された排気微粒子の燃焼を促進することができる。
【００４７】
ＥＧＲガスを吸気通路６に還流させない運転状態において、内燃機関１が高負荷運転時には、排気マニホールド１６に全ての冷却水が流れるように、流量調整弁１７の開度が制御することによって、排気系部品の熱劣化防止のために設定される排気ガス温度上限を確保しつつ、内燃機関１の出力向上を図ることができる。
【００４８】
排気通路７には、上述したＮＯｘトラップ触媒９等の排気浄化用の触媒や、過給機等の排気系部品が取り付けられることになるが、高温の排気ガスに晒されるこれら排気系部品の熱劣化抑制の観点から、排気ガス温度には、排気ガス上限温度が設定される。そのため、排気ガス温度が、この排気ガス上限温度以上となるような燃料噴射量の設定はできないため、内燃機関１で発生させる出力にもおのずと限度がある。
【００４９】
しかしながら、本実施形態においては、高負荷時に、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量を増加させることができるので、図５に示すように、排気ガス温度を排気ガス上限温度に保持しつつ、燃料噴射量を増加させることが可能となり、内燃機関１の出力向上を図ることができるのである。
【００５０】
また、以上説明してきたように、ＥＧＲクーラ１３においてＥＧＲガスを最大限冷却したい運転状態と、排気マニホールド１６において排気ガスを最大限冷却したい運転状態と、は同じではないので、サブ冷却水経路５内に排気マニホールド１６とＥＧＲクーラ１３とを並列に接続することで、サブ冷却水経路５に設けられたサブラジエータ４を効率よく使用することが可能となり、メイン冷却水経路３のメインラジエータ２の容量と、サブ冷却水経路５のサブラジエータ４の容量を必要以上に増加させることなく最適化した状態で、排気マニホールド１６を水冷式の排気マニホールドとすることが可能となる。
【００５１】
図６は本実施形態における流量調整弁１７の制御の流れを示すフローチャートである。
【００５２】
Ｓ１では、現在の運転モードが通常運転モードであるか否かを判定する。すなわち、ＮＯｘトラップ触媒９内の硫黄堆積量が所定量未満、かつＤＰＦ１０内の排気微粒子堆積量が所定量未満であればＳ２へ進み通常運転モードと判定した上でＳ３へ進み、そうでない場合にはＳ８へ進む。
【００５３】
ここで、ＮＯｘトラップ触媒９内の硫黄堆積量は、例えば、機関回転数や車両走行距離の積算値から推定することができ、ＥＣＵ２０内で演算される。また、ＤＰＦ１０内の排気微粒子堆積量は、例えば、排気圧力センサ２６により検出されるＤＰＦ１０の入口側排気圧力と、現在の運転状態（機関回転数と燃料噴射量）に応じた基準排気圧力とを比較することで推定することができ、ＥＣＵ２０内で演算される。
【００５４】
Ｓ３では、ＥＣＵ２０内に予め記憶させてある図７に示す通常運転モード領域判定マップを用い、現在のトルク（負荷）と機関回転数から、通常運転モードのどの運転領域にあるかを判定し、ＥＧＲガスを吸気通路６に還流させる運転状態において内燃機関１が高負荷運転時となる領域１−１の運転領域にある場合にはＳ４進み、そうでない場合にはＳ５へ進む。
【００５５】
Ｓ４では、ＥＣＵ２０内に予め記憶させてある図８に示す第１作動マップを参照して流量調整弁１７の開度を算出し、算出された開度となるように流量調整弁１７を制御する。この第１作動マップは、ＥＧＲクーラ１３出口のＥＧＲガス温度が最低となるように設定されており、吸気弁（図示せず）の保護（耐熱性）の回転から排気ガスが高温となるほど（高出力となるほど）、流量調整弁１７が閉じ側（ＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量が増加する側）に設定されている。
【００５６】
Ｓ５では、図７に示す通常運転モード領域判定マップを用い、現在のトルク（負荷）と機関回転数から、ＥＧＲガスを吸気通路６に還流させる運転状態において内燃機関１が低負荷運転時となる領域１−２の運転領域にある場合にはＳ６進み、そうでない場合すなわち、ＥＧＲガスを吸気通路６に還流させない運転状態において内燃機関１が高負荷運転時となる領域１−３の運転領域にある場合にはＳ７進む。
【００５７】
Ｓ６では、ＥＣＵ２０内に予め記憶させてある図９に示す第２作動マップを参照して流量調整弁１７の開度を算出し、算出された開度となるように流量調整弁１７を制御する。この第２作動マップは、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量が、排気マニホールド１６内で冷却水が沸騰しない最低限の量となるように設定されており、排気ガスが低温となるほど（低出力となるほど）、流量調整弁１７が閉じ側（ＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量が増加する側）に設定されている。
【００５８】
Ｓ７では、排気ガス温度を極力冷やす必要があるので、ＥＧＲクーラ１３には冷却水を流さず、排気マニホールド１６に全ての冷却水が流れるように、流量調整弁１７の開度が全開となるよう制御する。
【００５９】
Ｓ８では、現在の運転モードが硫黄被毒解除モードであるか否かを判定する。すなわち、ＮＯｘトラップ触媒９内の硫黄堆積量が所定量以上あり、かつ運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域内にあればＳ９へ進み硫黄被毒解除モードと判定した上でＳ１０へ進み、ＮＯｘトラップ触媒９内の硫黄堆積量が所定量未満の場合にはＳ１３へ進みＤＰＦ１０内の排気微粒子堆積量が所定量以上となったＤＰＦ再生モードと判定した上でＳ１４へ進む。ＮＯｘトラップ触媒９内の硫黄堆積量が所定量以上あるものの、運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域外にある場合には、運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域になってからＳ９へ進み硫黄被毒解除モードと判定した上でＳ１０へ進む。尚、ＮＯｘトラップ触媒９内の硫黄堆積量が所定量以上あるものの運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域外にあり、かつＤＰＦ１０内の排気微粒子堆積量が所定量未満の場合には、Ｓ２へ進み運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域になってから硫黄被毒解除モードと判定するようにしてもよい。また、ＮＯｘトラップ触媒９内の硫黄堆積量が所定量以上あるものの運転領域が硫黄被毒解除可能運転領域外にあり、かつＤＰＦ１０内の排気微粒子堆積量が所定量以上ある場合には、Ｓ１３へ進みＤＰＦ再生モードと判定した上でＳ１４へ進むようにしてもよい。
【００６０】
Ｓ１０では、ＥＣＵ２０内に予め記憶させてある図１０に示すような硫黄被毒解除モード領域判定マップを用い、硫黄被毒解除モードにおける高負荷運転時となる領域２−１の運転領域である場合にはＳ１１へ進み、硫黄被毒解除モードにおける低負荷運転時となる領域２−２の運転領域である場合にはＳ１２へ進む。
【００６１】
Ｓ１１では、排気ガス温度を極力冷やす必要があるので、ＥＧＲクーラ１３には冷却水を流さず、排気マニホールド１６に全ての冷却水が流れるように、流量調整弁１７の開度が全開となるよう制御する。
【００６２】
Ｓ１２では、図９に示す第２作動マップを参照して流量調整弁１７の開度を算出し、排気マニホールド１６内で冷却水が沸騰しない最低限の量となる開度となるように流量調整弁１７を制御する。
【００６３】
また、ＤＰＦ再生モードと判定されてＳ１４へ進んだ場合においても、図９に示す第２作動マップを参照して流量調整弁１７の開度を算出し、排気マニホールド１６内で冷却水が沸騰しない最低限の量となる開度となるように流量調整弁１７を制御する。
【符号の説明】
【００６４】
１…内燃機関
２…メインラジエータ
３…メイン冷却水経路
４…サブラジエータ
５…サブ冷却水経路
６…吸気通路
７…排気通路
８…三元触媒
９…ＮＯｘトラップ触媒
１０…排気微粒子フィルタ
１１…ＥＧＲ通路
１２…ＥＧＲ弁
１３…ＥＧＲクーラ
１４…バイパス通路
１５…バイパス通路制御弁
１６…排気マニホールド
１７…流量調整弁
１８…ウォータポンプ
２０…ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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