(57)【要約】【課題】排気熱回収量を低下させずに内燃機関の早期暖機を両立させることができる冷却システムを提供する。【解決手段】主排気通路２０の上流側接続部２０１よりも下流側の下流側接続部２０２に接続され、冷却装置２７を通過した排ガスを再循環通路２６から主排気通路２０に戻す副排気通路２８が設けられている。主排気通路２０において、上流側接続部２０１と下流側接続部２０２との間に、再循環通路２６へ流れる排ガスの流量を調整する排気バルブ２１が設けられている。【選択図】図１
2018003719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を冷却する冷却システムであって、
前記内燃機関（１）から排出される排ガスが通る主排気通路（２０）の上流側接続部（２０１）に接続され、少なくともＥＧＲ要求に応じた排ガス量を前記内燃機関への吸気通路（１０）に還流させる再循環通路（２６）と、
前記再循環通路に設けられ、前記内燃機関を循環する冷媒と排ガスとの間で熱交換を行う冷却装置（２７）と、を備え、
前記主排気通路の前記上流側接続部よりも下流側の下流側接続部（２０２）に接続され、前記冷却装置を通過した排ガスを前記再循環通路から前記主排気通路に戻す副排気通路（２８）が設けられており、
更に、前記再循環通路において、前記副排気通路が接続されている戻り接続部（２６１）よりも前記吸気通路側に、前記吸気通路へ流れる排ガスの流量を調整するＥＧＲバルブ（２３）と、
前記主排気通路において、前記上流側接続部と前記下流側接続部との間に、前記再循環通路へ流れる排ガスの流量を調整する排気バルブ（２１）と、が設けられている、冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却システムであって、
前記上流側接続部及び前記下流側接続部を挟んで、前記主排気通路の上流側に上流側触媒（２４）が設けられ、前記主排気通路の下流側に下流側触媒（２５）が設けられている、冷却システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の冷却システムであって、
更に、前記副排気通路に、前記副排気通路へ流れる排ガスの流量を調整する副排気バルブ（２２）を備える、冷却システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の冷却システムであって、
更に、前記ＥＧＲバルブ及び前記排気バルブの開度を調整する制御装置（４０）を備え、
前記制御装置は、
前記冷媒の温度を取得する冷媒温度取得部（４０１）と、
前記冷媒温度取得部が取得した温度に基づいて前記内燃機関の暖機状態を判断する暖機判断部（４０２）と、
前記暖機判断部が判断した暖機状態に基づいて、前記ＥＧＲバルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方の開度を調整するバルブ調整部（４０３）と、を備える、冷却システム。
【請求項５】
請求項３に記載の冷却システムであって、
更に、前記ＥＧＲバルブ、前記排気バルブ、及び前記副排気バルブの開度を調整する制御装置（４０Ａ）を備え、
前記制御装置は、
前記冷媒の温度を取得する冷媒温度取得部（４０１Ａ）と、
前記冷媒温度取得部が取得した温度に基づいて前記内燃機関の暖機状態を判断する暖機判断部（４０２Ａ）と、
前記暖機判断部が判断した暖機状態に基づいて、前記ＥＧＲバルブ、前記排気バルブ、及び前記副排気バルブの少なくとも一つの開度を調整するバルブ調整部（４０３Ａ）と、を備える、冷却システム。
【請求項６】
請求項１に記載の冷却システムであって、
前記上流側接続部及び前記下流側接続部よりも下流側において、前記主排気通路に上流側触媒及び下流側触媒が設けられている、冷却システム。
【請求項７】
請求項６に記載の冷却システムであって、
更に、前記副排気通路に、前記副排気通路へ流れる排ガスの流量を調整する副排気バルブ（２２）と、
前記ＥＧＲバルブ、前記排気バルブ、及び前記副排気バルブの開度を調整する制御装置（４０Ｂ）を備え、
前記制御装置は、
前記上流側触媒及び前記下流側触媒の暖機状態を判断する暖機判断部（４０２Ｂ）と、
前記暖機判断部が判断した暖機状態に基づいて、前記ＥＧＲバルブ、前記排気バルブ、及び前記副排気バルブの少なくとも一つの開度を調整するバルブ調整部（４０３Ｂ）と、を備える、冷却システム。
【請求項８】
請求項７に記載の冷却システムであって、
前記制御装置は、更に、前記排ガスの温度を取得するガス温度取得部（４０１Ｂ）を備え、
前記暖機判断部は、前記ガス温度取得部が取得した温度に基づいて暖機状態を判断する、冷却システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の冷却システムであって、
更に、前記内燃機関と前記冷却装置との間で冷媒を循環させる冷媒循環通路３４を備え、
前記冷媒循環通路には、前記内燃機関を通さずに前記冷却装置に冷媒を循環させるバイパス循環通路が設けられ、
前記バイパス循環通路には、ウォーターポンプ（３５）が設けられている、冷却システム。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の冷却システムであって、
前記副排気通路は、前記冷却装置及び前記再循環通路の少なくとも一部を内包するように外側に設けられている、冷却システム。
【請求項１１】
内燃機関を冷却する冷却システムの制御装置であって、
温度取得部と、暖機判断部と、バルブ調整部と、を備え、
前記冷却システムは、
前記内燃機関（１）から排出される排ガスが通る主排気通路（２０）の上流側接続部に接続され、少なくともＥＧＲ要求に応じた排ガス量を前記内燃機関への吸気通路（１０）に還流させる再循環通路（２６）と、
前記再循環通路に設けられ、前記内燃機関を循環する冷媒と排ガスとの間で熱交換を行う冷却装置（２７）と、を備え、
前記主排気通路の前記上流側接続部よりも下流側の下流側接続部に接続され、前記冷却装置を通過した排ガスを前記再循環通路から前記主排気通路に戻す副排気通路（２８）が設けられており、
更に、前記再循環通路において、前記副排気通路が接続されている戻り接続部よりも前記吸気通路側に、前記吸気通路へ流れる排ガスの流量を調整するＥＧＲバルブ（２３）と、
前記主排気通路において、前記上流側接続部と前記下流側接続部との間に、前記再循環通路へ流れる排ガスの流量を調整する排気バルブ（２１）と、が設けられているものであり、
前記温度取得部は、前記冷媒の温度を取得し、
前記暖機判断部は、前記温度取得部が取得した温度に基づいて前記内燃機関の暖機状態を判断し、
前記バルブ調整部は、前記暖機判断部が判断した暖機状態に基づいて前記ＥＧＲバルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方の開度を調整する、制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を冷却する冷却システム、及び冷却システムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を冷却する冷却システムに排気熱回収器を用いたものとして、下記特許文献１に記載のものが知られている。下記特許文献１に記載の冷却システムでは、内燃機関の排気通路に排気熱回収装置を設けている。この排気熱回収装置により、触媒の昇温促進処理と、内燃機関の冷却水の昇温促進処理と、を必要に応じて切り替えて実行するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−５９８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、排気熱回収器の受熱部が排気通路の最下流に配置されている。内燃機関の排ガスは、排気通路に設けられた触媒を通過していてから受熱部に至り、熱交換を行っている。排ガスは、触媒や排気通路で放熱してから受熱部に至るので、内燃機関から排出した直後よりも温度が低下し、結果として排気熱回収量が低下する。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気熱回収量を低下させずに内燃機関の早期暖機を両立させることができる冷却システム及び冷却システムの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る冷却システムは、内燃機関を冷却する冷却システムであって、前記内燃機関（１）から排出される排ガスが通る主排気通路（２０）の上流側接続部（２０１）に接続され、少なくともＥＧＲ要求に応じた排ガス量を前記内燃機関への吸気通路（１０）に還流させる再循環通路（２６）と、前記再循環通路に設けられ、前記内燃機関を循環する冷媒と排ガスとの間で熱交換を行う冷却装置（２７）と、を備えている。前記主排気通路の前記上流側接続部よりも下流側の下流側接続部（２０２）に接続され、前記冷却装置を通過した排ガスを前記再循環通路から前記主排気通路に戻す副排気通路（２８）が設けられている。更に、前記再循環通路において、前記副排気通路が接続されている戻り接続部（２６１）よりも前記吸気通路側に、前記吸気通路へ流れる排ガスの流量を調整するＥＧＲバルブ（２３）と、前記主排気通路において、前記上流側接続部と前記下流側接続部との間に、前記再循環通路へ流れる排ガスの流量を調整する排気バルブ（２１）と、が設けられている。
【０００７】
本発明によれば、再循環通路に冷却装置を設け、排ガスと冷媒とを熱交換させることで排気熱回収を行っているので、排気通路の下流端側で排気熱回収を行うよりも排気熱回収量を増やすことができる。冷却装置を通った排ガスを主排気通路に戻すための副排気通路が設けられているので、ＥＧＲ要求が無い場合であっても排ガスを冷却装置に通すことができる。ＥＧＲ要求の有無にかかわらず、冷却装置において排ガスと冷媒との熱交換を行うことができる。内燃機関に昇温された冷媒を供給することが可能となり、内燃機関の早期暖機を実現することができる。
【０００８】
尚、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載した括弧内の符号は、後述する「発明を実施するための形態」との対応関係を示すものであって、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載の発明が、後述する「発明を実施するための形態」に限定されることを示すものではない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、排気熱回収量を低下させずに内燃機関の早期暖機を両立させることができる冷却システム及び冷却システムの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態である冷却システムを示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態である冷却システムに用いられるＥＣＵの構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態である冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態である冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態である冷却システムを示す構成図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態である冷却システムに用いられるＥＣＵの構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態である冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態である冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第３実施形態である冷却システムを示す構成図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施形態である冷却システムに用いられるＥＣＵの構成を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態である冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の第３実施形態である冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の第３実施形態である冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の第４実施形態である冷却システムを示す構成図である。
【図１５】図１５は、本発明の第１実施形態である冷却システムの具体的構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２実施形態である冷却システムの具体的構成例を示す図である。
【図１７】図１７は、図１５及び図１６のXVII−XVII断面を示す図である。
【図１８】図１８は、図１７に示される断面の変形例を示す図である。
【図１９】図１９は、図１５及び図１６に示される冷却装置の変形例を示す図である。
【図２０】図２０は、図１９のXX-XX断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１２】
本発明の第１実施形態である冷却システム１００について、図１を参照しながら説明する。冷却システム１００は、内燃機関１を冷却するためのシステムである。内燃機関１には、吸気通路１０と主排気通路２０とが繋がれている。
【００１３】
吸気通路１０は、内燃機関１に空気を供給するための通路である。吸気通路１０の吸気口には、エアクリーナ３６が設けられている。吸気通路１０には、エアクリーナ３６側から順に、スロットル１１と、吸気圧センサ１２と、インジェクタ１３と、が設けられている。
【００１４】
スロットル１１は、吸気通路１０の通路断面積を変化させて、空気の流量を制御する装置である。吸気圧センサ１２は、吸気通路１０の圧力を計測するセンサである。インジェクタ１３は、吸気通路１０を流れる空気に燃料を噴射するものである。吸気通路１０から供給される燃料と空気との混合気は内燃機関１に供給される。内燃機関１において混合気は燃焼し、排ガスが主排気通路２０に排出される。
【００１５】
主排気通路２０は、内燃機関１から排出される排ガスを外部に排出するための通路である。主排気通路２０には、内燃機関１側から順に、上流側触媒２４と、排気バルブ２１と、下流側触媒２５と、が設けられている。
【００１６】
上流側触媒２４は、いわゆるスタートキャタリスト（Ｓ／Ｃとも称される）と呼ばれるものである。下流側触媒２５は、いわゆるアンダーフロアキャタリスト（ＵＦＣとも称される）と呼ばれるものである。排気バルブ２１は、排ガスを、主排気通路２０と再循環通路２６とに分配する比率を調整するためのバルブである。
【００１７】
主排気通路２０と吸気通路１０とを繋ぐように、再循環通路２６が設けられている。再循環通路２６は、上流側触媒２４と下流側触媒２５との間における上流側接続部２０１において主排気通路２０と繋がれている。再循環通路２６は、スロットル１１とインジェクタ１３との間において吸気通路１０と繋がれている。
【００１８】
再循環通路２６には、排ガスを冷却するための冷却装置２７が設けられている。冷却装置２７には、冷媒循環通路３４が繋がれている。冷却装置２７では、冷媒循環通路３４を流れる冷媒と、再循環通路２６を流れる排ガスとが熱交換するように構成されている。冷却装置２７を通過した排ガスは、温度が低下させられた状態で吸気通路１０に供給される。冷却装置２７を通過した冷媒は、温度が上昇させられた状態で内燃機関１に供給される。
【００１９】
再循環通路２６には、ＥＧＲバルブ２３が設けられている。ＥＧＲバルブ２３は、吸気通路１０に還流する排ガスの量を調整するためのバルブである。ＥＧＲバルブ２３は、冷却装置２７と吸気通路１０との間に設けられている。
【００２０】
再循環通路２６と主排気通路２０とを繋ぐように、副排気通路２８が設けられている。副排気通路２８は、冷却装置２７とＥＧＲバルブ２３との間における戻り接続部２６１において再循環通路２６と繋がれている。副排気通路２８は、排気バルブ２１と下流側触媒２５との間における下流側接続部２０２において主排気通路２０と繋がれている。
【００２１】
内燃機関１を冷却するための冷媒が循環する通路として、冷媒循環通路２９と冷媒循環通路３４とが設けられている。冷媒循環通路２９には、ウォーターポンプ３０と、ラジエータ３１と、サーモスタット３２と、が設けられている。冷媒循環通路３４には、ウォーターポンプ３０と、水温センサ１４と、ヒータコア３３と、冷却装置２７と、が設けられている。従って、冷媒循環通路２９と冷媒循環通路３４とはウォーターポンプ３０を共有しており、ウォーターポンプ３０を通る部分において合流している。
【００２２】
内燃機関１の起動初期においては、冷媒の温度が低いため、サーモスタット３２は略閉じた状態となっている。ウォーターポンプ３０を駆動すると、冷媒は主に冷媒循環通路３４を流れる。冷媒循環通路３４を流れる冷媒は、冷却装置２７において高温の排ガスと熱交換して温度が上昇し、内燃機関１に流入する。
【００２３】
内燃機関１の暖機が進むと、サーモスタット３２が開かれていき、冷媒循環通路２９にも冷媒が流れ始める。尚、水温センサ１４は冷媒の温度を常時検出している。検出された冷媒の温度に応じて、内燃機関１の運転制御がなされると共に、冷却システム１００が制御される。
【００２４】
続いて、図２を参照しながら、冷却システム１００に用いられる制御装置であるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４０について説明する。ＥＣＵ４０には、水温センサ１４から出力される温度検出信号が入力される。ＥＣＵ４０は、排気バルブ２１及びＥＧＲバルブ２３に駆動信号を出力する。
【００２５】
ＥＣＵ４０は、機能的な構成要素として、冷媒温度取得部４０１と、暖機判断部４０２と、バルブ調整部４０３と、を備えている。冷媒温度取得部４０１は、水温センサ１４から出力される温度検出信号を受け取る部分である。冷媒温度取得部４０１は、冷媒の温度情報を暖機判断部４０２に出力する。
【００２６】
暖機判断部４０２は、内燃機関１の暖機が完了した否かを判断する部分である。暖機判断部４０２は、暖機が完了したか否かの判断結果をバルブ調整部４０３に出力する。バルブ調整部４０３は、予め設定されたバルブ駆動ロジック及び暖機判断部４０２の判断結果に基づいて、排気バルブ２１及びＥＧＲバルブ２３を駆動する駆動信号を出力する。
【００２７】
図３及び図４を参照しながら、ＥＣＵ４０の動作について説明する。図３のステップＳ１０１では、バルブ調整部４０３が排気バルブ２１を全開する駆動信号を出力する。排気バルブ２１は、この駆動信号に応じて全開状態となる。排気バルブ２１が全開状態となると、主排気通路２０を流れる排ガスは再循環通路２６にはほとんど流れずに、主排気通路２０を通って排出される。
【００２８】
ステップＳ１０１に続くステップＳ１０２では、冷媒温度取得部４０１が冷媒の水温Ｔｗを検出する。ステップＳ１０２に続くステップＳ１０３では、暖機判断部４０２が、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っているか判断する。検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていれば暖機判定を終了し、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていなければステップＳ１０４の処理に進む。
【００２９】
ステップＳ１０４では、暖機促進処理を実行する。暖機促進処理については、図４を参照しながら説明する。ステップＳ２０１では、バルブ調整部４０３がＥＧＲ要求を検出する。ＥＧＲ要求は、ＥＣＵ４０内の別の機能ブロックから出力されてもよく、他のＥＣＵから出力されてもよい。
【００３０】
ステップＳ２０１に続くステップＳ２０２では、バルブ調整部４０３が、排気バルブ２１及びＥＧＲバルブ２３の開度を調整する駆動信号を出力する。排気バルブ２１は、少なくともＥＧＲ要求を満たす量の排ガスが再循環通路２６に流れるように開度調整される。ＥＧＲバルブ２３は、ＥＧＲ要求を満たす量の排ガスが吸気通路１０に流れるように開度調整される。
【００３１】
ステップＳ２０２の処理により再循環通路２６に排ガスが流れるので、冷却装置２７を流れる冷媒と排ガスとの間で熱交換が行われ、内燃機関１を循環する冷媒の温度が上昇する。冷媒の温度が上昇することによって、内燃機関１の暖機が促進される。
【００３２】
ステップＳ２０２に続くステップＳ２０３では、冷媒温度取得部４０１が冷媒の水温Ｔｗを検出する。ステップＳ２０３に続くステップＳ２０４では、暖機判断部４０２が、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っているか判断する。検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていれば暖機判定を終了し、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていなければステップＳ２０１の処理に戻る。
【００３３】
上記したように第１実施形態の冷却システム１００は、内燃機関１を冷却する冷却システムであって、再循環通路２６と、冷却装置２７とを備えている。再循環通路２６は、内燃機関１から排出される排ガスが通る主排気通路２０の上流側接続部２０１に接続され、少なくともＥＧＲ要求に応じた排ガス量を内燃機関１への吸気通路１０に還流させる。冷却装置２７は、再循環通路２６に設けられ、内燃機関１を循環する冷媒と排ガスとの間で熱交換を行う。冷却システム１００には更に、主排気通路２０の上流側接続部２０１よりも下流側の下流側接続部２０２に接続され、冷却装置２７を通過した排ガスを再循環通路２６から主排気通路２０に戻す副排気通路２８が設けられている。冷却システム１００には更に、再循環通路２６において、副排気通路が接続されている戻り接続部２６１よりも吸気通路１０側に、吸気通路１０へ流れる排ガスの流量を調整するＥＧＲバルブ２３が設けられている。冷却システム１００には更に、主排気通路２０において、上流側接続部２０１と下流側接続部２０２との間に、再循環通路２６へ流れる排ガスの流量を調整する排気バルブ２１が設けられている。
【００３４】
本実施形態によれば、再循環通路２６に冷却装置２７を設け、排ガスと冷媒とを熱交換させることで排気熱回収を行っているので、排気通路の下流端側で排気熱回収を行うよりも排気熱回収量を増やすことができる。冷却装置２７を通った排ガスを主排気通路２０に戻すための副排気通路２８が設けられているので、ＥＧＲ要求が無い場合であっても排ガスを冷却装置２７に通すことができる。従って、ＥＧＲ要求の有無にかかわらず、冷却装置２７において排ガスと冷媒との熱交換を行うことができる。内燃機関１に昇温された冷媒を供給することが可能となり、内燃機関１の早期暖機を実現することができる。
【００３５】
また本実施形態の冷却システム１００では、上流側接続部２０１及び下流側接続部２０２を挟んで、主排気通路２０の上流側に上流側触媒２４が設けられ、主排気通路２０の下流側に下流側触媒２５が設けられている。
【００３６】
上流側接続部２０１及び下流側接続部２０２よりも上流側に上流側触媒２４が配置されているので、排気バルブ２１の開閉状態によらずに上流側触媒２４に排ガスを通すことができる。上流側触媒２４に必ず排ガスが通るので、上流側触媒２４を内燃機関１の起動初期から作用させることができる。
【００３７】
また本実施形態の冷却システム１００では、更に、ＥＧＲバルブ２３及び排気バルブ２１の開度を調整する制御装置であるＥＣＵ４０を備えている。ＥＣＵ４０は、冷媒の温度を取得する冷媒温度取得部４０１と、冷媒温度取得部４０１が取得した温度に基づいて内燃機関１の暖機状態を判断する暖機判断部４０２と、暖機判断部４０２が判断した暖機状態に基づいて、ＥＧＲバルブ２３及び排気バルブ２１の少なくとも一方の開度を調整するバルブ調整部４０３と、を備える。
【００３８】
バルブ調整部４０３は、ＥＧＲバルブ２３及び排気バルブ２１の開度を調整するので、内燃機関１の暖機状態に応じて冷媒との熱交換が可能となるように、排ガスの冷却装置２７への流入量を調整することができる。
【００３９】
続いて、本発明の第２実施形態である冷却システム１００Ａについて、図５を参照しながら説明する。冷却システム１００Ａは、第１実施形態の冷却システム１００に、副排気バルブ２２を追加配置したものである。副排気バルブ２２は、副排気通路２８に設けられている。冷却システム１００Ａの構成は、副排気バルブ２２の配置以外は冷却システム１００の構成と同様であるので、その説明を省略する。
【００４０】
続いて、図６を参照しながら、冷却システム１００Ａに用いられる制御装置であるＥＣＵ４０Ａについて説明する。ＥＣＵ４０Ａには、水温センサ１４から出力される温度検出信号が入力される。ＥＣＵ４０Ａは、排気バルブ２１、副排気バルブ２２及びＥＧＲバルブ２３に駆動信号を出力する。
【００４１】
ＥＣＵ４０Ａは、機能的な構成要素として、冷媒温度取得部４０１Ａと、暖機判断部４０２Ａと、バルブ調整部４０３Ａと、を備えている。冷媒温度取得部４０１Ａは、水温センサ１４から出力される温度検出信号を受け取る部分である。冷媒温度取得部４０１Ａは、冷媒の温度情報を暖機判断部４０２Ａに出力する。
【００４２】
暖機判断部４０２Ａは、内燃機関１の暖機が完了したか否かを判断する部分である。暖機判断部４０２Ａは、暖機が完了したか否かの判断結果をバルブ調整部４０３Ａに出力する。バルブ調整部４０３Ａは、予め設定されたバルブ駆動ロジック及び暖機判断部４０２Ａの判断結果に基づいて、排気バルブ２１、副排気バルブ２２及びＥＧＲバルブ２３を駆動する駆動信号を出力する。
【００４３】
図７及び図８を参照しながら、ＥＣＵ４０Ａの動作について説明する。図７のステップＳ３０１では、バルブ調整部４０３Ａが、排気バルブ２１を全開し副排気バルブ２２を全閉する駆動信号を出力する。排気バルブ２１は、この駆動信号に応じて全開状態となる。副排気バルブ２２は、この駆動信号に応じて全閉状態となる。排気バルブ２１が全開状態となると、主排気通路２０を流れる排ガスは再循環通路２６にはほとんど流れずに、主排気通路２０を通って排出される。
【００４４】
ステップＳ３０１に続くステップＳ３０２では、冷媒温度取得部４０１Ａが冷媒の水温Ｔｗを検出する。ステップＳ３０２に続くステップＳ３０３では、暖機判断部４０２Ａが、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っているか判断する。検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていれば暖機判定を終了し、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていなければステップＳ３０４の処理に進む。
【００４５】
ステップＳ３０４では、暖機促進処理を実行する。暖機促進処理については、図８を参照しながら説明する。図８のステップＳ４０１では、バルブ調整部４０３ＡがＥＧＲ要求を検出する。ＥＧＲ要求は、ＥＣＵ４０Ａ内の別の機能ブロックから出力されてもよく、他のＥＣＵから出力されてもよい。
【００４６】
ステップＳ４０１に続くステップＳ４０２では、バルブ調整部４０３Ａが、排気バルブ２１及びＥＧＲバルブ２３の開度を調整する駆動信号と、副排気バルブ２２を全開する駆動信号とを出力する。排気バルブ２１は、少なくともＥＧＲ要求を満たす量の排ガスが再循環通路２６に流れるように開度調整される。ＥＧＲバルブ２３は、ＥＧＲ要求を満たす量の排ガスが吸気通路１０に流れるように開度調整される。副排気バルブ２２は、再循環通路２６に流入したものの吸気通路１０には流れない残余の排ガスを流す。
【００４７】
ステップＳ４０２の処理により再循環通路２６に排ガスが流れるので、冷却装置２７を流れる冷媒と排ガスとの間で熱交換が行われ、内燃機関１を循環する冷媒の温度が上昇する。冷媒の温度が上昇することによって、内燃機関１の暖機が促進される。
【００４８】
ステップＳ４０２に続くステップＳ４０３では、冷媒温度取得部４０１Ａが冷媒の水温Ｔｗを検出する。ステップＳ４０３に続くステップＳ４０４では、暖機判断部４０２Ａが、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っているか判断する。検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていれば暖機判定を終了し、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていなければステップＳ２０１の処理に戻る。
【００４９】
本実施形態である冷却システム１００Ａは、技術的に矛盾しない限り、上述した冷却システム１００と同様の作用効果を奏する。
【００５０】
更に本実施形態の冷却システム１００Ａでは、副排気通路２８に、副排気通路２８へ流れる排ガスの流量を調整する副排気バルブ２２を備えている。このように構成することで、再循環通路２６を流れる排ガスが副排気通路２８に流れ込む量を調整することができる。
【００５１】
更に本実施形態の冷却システム１００Ａでは、ＥＧＲバルブ２３、排気バルブ２１、及び副排気バルブ２２の開度を調整する制御装置であるＥＣＵ４０Ａを備えている。ＥＣＵ４０Ａは、冷媒の温度を取得する冷媒温度取得部４０１Ａと、冷媒温度取得部４０１Ａが取得した温度に基づいて内燃機関１の暖機状態を判断する暖機判断部４０２Ａと、暖機判断部４０２Ａが判断した暖機状態に基づいて、ＥＧＲバルブ２３、排気バルブ２１、及び副排気バルブ２２の少なくとも一つの開度を調整するバルブ調整部４０３Ａと、を備えている。
【００５２】
バルブ調整部４０３Ａは、ＥＧＲバルブ２３及び排気バルブ２１の開度を調整するので、内燃機関１の暖機状態に応じて冷媒との熱交換が可能となるように、排ガスの冷却装置２７への流入量を調整することができる。更に、バルブ調整部４０３Ａは、副排気バルブ２２の開度を調整するので、再循環通路２６を流れる排ガスが必要以上に副排気通路２８に流れ込むことを抑制することができる。
【００５３】
続いて、本発明の第３実施形態である冷却システム１００Ｂについて、図９を参照しながら説明する。冷却システム１００Ｂは、第１実施形態の冷却システム１００に、副排気バルブ２２を追加配置したものである。副排気バルブ２２は、副排気通路２８に設けられている。冷却システム１００Ｂでは更に、上流側触媒２４及び下流側触媒２５を、下流側接続部２０２よりも下流側に配置している。冷却システム１００Ｂには更に、排気温センサ５０が追加配置されている。排気温センサ５０は、主排気通路２０の排気バルブ２１よりも上流側に設けられている。その他の冷却システム１００Ｂの構成は、冷却システム１００の構成と同様であるので説明を省略する。
【００５４】
続いて、図１０を参照しながら、冷却システム１００Ｂに用いられる制御装置であるＥＣＵ４０Ｂについて説明する。ＥＣＵ４０Ｂには、水温センサ１４から出力される温度検出信号が入力される。ＥＣＵ４０Ｂには、排気温センサ５０から出力される温度検出信号が入力される。ＥＣＵ４０Ｂは、排気バルブ２１、副排気バルブ２２及びＥＧＲバルブ２３に駆動信号を出力する。
【００５５】
ＥＣＵ４０Ｂは、機能的な構成要素として、温度取得部４０１Ｂと、暖機判断部４０２Ｂと、バルブ調整部４０３Ｂと、を備えている。温度取得部４０１Ｂは、水温センサ１４及び排気温センサ５０から出力される温度検出信号を受け取る部分である。温度取得部４０１Ｂは、冷媒の温度情報及び排ガスの温度情報を暖機判断部４０２Ｂに出力する。
【００５６】
暖機判断部４０２Ｂは、内燃機関１の暖機が完了したか否かと、上流側触媒２４及び下流側触媒２５の暖機が完了したか否かと、を判断する部分である。暖機判断部４０２Ｂは、暖機が完了したか否かの判断結果をバルブ調整部４０３Ｂに出力する。バルブ調整部４０３Ｂは、予め設定されたバルブ駆動ロジック及び暖機判断部４０２Ｂの判断結果に基づいて、排気バルブ２１、副排気バルブ２２及びＥＧＲバルブ２３を駆動する駆動信号を出力する。
【００５７】
図１１及び図１２を参照しながら、ＥＣＵ４０Ｂの動作について説明する。図１１のステップＳ５０１では、バルブ調整部４０３Ｂが、排気バルブ２１を全開し副排気バルブ２２を全閉する駆動信号を出力する。排気バルブ２１は、この駆動信号に応じて全開状態となる。副排気バルブ２２は、この駆動信号に応じて全閉状態となる。排気バルブ２１が全開状態となると、主排気通路２０を流れる排ガスは再循環通路２６にはほとんど流れずに、主排気通路２０を通って排出される。
【００５８】
ステップＳ５０１に続くステップＳ５０２では、温度取得部４０１Ｂが触媒暖機要求を取得する。ステップＳ５０２に続くステップＳ５０３では、温度取得部４０１Ｂが、触媒暖機要求があったか否かを判断する。触媒暖機要求があればステップＳ５０１の処理に戻り、触媒暖機要求がなければステップＳ５０４の処理に進む。触媒暖機要求がある間はステップＳ５０１の状態を維持することで、上流側触媒２４及び下流側触媒２５に排ガスを流すことができ、触媒暖機を促進することができる。
【００５９】
ステップＳ５０４では、温度取得部４０１Ｂが冷媒の水温Ｔｗを検出する。ステップＳ５０４に続くステップＳ５０５では、暖機判断部４０２Ｂが、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っているか判断する。検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていれば暖機判定を終了し、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていなければステップＳ５０６の処理に進む。
【００６０】
ステップＳ５０６では、暖機促進処理を実行する。暖機促進処理については、図１２を参照しながら説明する。図１２のステップＳ６０１では、バルブ調整部４０３ＢがＥＧＲ要求を検出する。ＥＧＲ要求は、ＥＣＵ４０Ｂ内の別の機能ブロックから出力されてもよく、他のＥＣＵから出力されてもよい。
【００６１】
ステップＳ６０１に続くステップＳ６０２では、バルブ調整部４０３Ｂが、排気バルブ２１及びＥＧＲバルブ２３の開度を調整する駆動信号と、副排気バルブ２２を全開する駆動信号とを出力する。排気バルブ２１は、少なくともＥＧＲ要求を満たす量の排ガスが再循環通路２６に流れるように開度調整される。ＥＧＲバルブ２３は、ＥＧＲ要求を満たす量の排ガスが吸気通路１０に流れるように開度調整される。副排気バルブ２２は、再循環通路２６に流入したものの吸気通路１０には流れない残余の排ガスを流す。
【００６２】
ステップＳ６０２の処理により再循環通路２６に排ガスが流れるので、冷却装置２７を流れる冷媒と排ガスとの間で熱交換が行われ、内燃機関１を循環する冷媒の温度が上昇する。冷媒の温度が上昇することによって、内燃機関１の暖機が促進される。
【００６３】
ステップＳ６０２に続くステップＳ６０３では、温度取得部４０１Ｂが冷媒の水温Ｔｗを検出する。ステップＳ６０３に続くステップＳ６０４では、暖機判断部４０２Ｂが、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っているか判断する。検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていればステップＳ６０５の処理に進み、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていなければステップＳ６０１の処理に戻る。ステップＳ６０５では、バルブ調整部４０３Ｂが、副排気バルブ２２を全閉する駆動信号を出力する。副排気バルブ２２は、この駆動信号に応じて全閉状態となる。
【００６４】
続いて、図１３を参照しながら、ＥＣＵ４０Ｂの別の動作について説明する。ステップＳ７０１では、バルブ調整部４０３Ｂが、排気バルブ２１を全開し副排気バルブ２２を全閉する駆動信号を出力する。排気バルブ２１は、この駆動信号に応じて全開状態となる。副排気バルブ２２は、この駆動信号に応じて全閉状態となる。排気バルブ２１が全開状態となると、主排気通路２０を流れる排ガスは再循環通路２６にはほとんど流れずに、主排気通路２０を通って排出される。
【００６５】
ステップＳ７０１に続くステップＳ７０２では、温度取得部４０１Ｂが触媒暖機要求を取得する。ステップＳ７０２に続くステップＳ７０３では、温度取得部４０１Ｂが、触媒暖機要求があったか否かを判断する。触媒暖機要求があればステップＳ７０１の処理に戻り、触媒暖機要求がなければステップＳ７０４の処理に進む。触媒暖機要求がある間はステップＳ７０１の状態を維持することで、上流側触媒２４及び下流側触媒２５に排ガスを流すことができ、触媒暖機を促進することができる。
【００６６】
ステップＳ７０４では、温度取得部４０１Ｂが冷媒の水温Ｔｗを検出する。ステップＳ７０４に続くステップＳ７０５では、暖機判断部４０２Ｂが、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っているか判断する。検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていれば暖機判定を終了し、検出した水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｈを上回っていなければステップＳ７０６の処理に進む。
【００６７】
ステップＳ７０６では、暖機促進処理を実行する。暖機促進処理については、図１２を参照しながら説明した内容と同じであるので説明を省略する。ステップＳ７０６に続くステップＳ７０７では、温度取得部４０１Ｂが排ガスの排気温Ｔｅｘを検出する。ステップＳ７０７に続くステップＳ７０８では、暖機判断部４０２Ｂが、検出した排気温Ｔｅｘが上限排気温Ｔｅｘ＿ｍａｘを上回っているか判断する。検出した排気温Ｔｅｘが上限排気温Ｔｅｘ＿ｍａｘを上回っていればステップＳ７０９の処理に進み、検出した排気温Ｔｅｘが上限排気温Ｔｅｘ＿ｍａｘを上回っていなければステップＳ７０７の処理に戻る。ステップＳ７０９では、バルブ調整部４０３Ｂが、排気バルブ２１の開度を調整し副排気バルブ２２を全開する駆動信号を出力する。排気バルブ２１は、この駆動信号に応じて開度が調整された状態となる。副排気バルブ２２は、この駆動信号に応じて全開状態となる。
【００６８】
本実施形態である冷却システム１００Ｂは、技術的に矛盾しない限り、上述した冷却システム１００及び冷却システム１００Ａと同様の作用効果を奏する。
【００６９】
更に本実施形態の冷却システム１００Ｂでは、上流側接続部２０１及び下流側接続部２０２よりも下流側において、主排気通路２０に上流側触媒２４及び下流側触媒２５が設けられている。上流側触媒２４よりも上流側から排ガスを再循環通路２６に導くことができるので、より高温の排ガスを冷却装置２７に供給することができる。従って、内燃機関１を循環する冷媒の温度をより上昇させることができるので、より早期の暖機が可能となる。
【００７０】
更に本実施形態の冷却システム１００Ｂでは、ＥＧＲバルブ２３、排気バルブ２１、及び副排気バルブ２２の開度を調整する制御装置としてのＥＣＵ４０Ｂを備えている。ＥＣＵ４０Ｂは、上流側触媒２４及び下流側触媒２５の暖機状態を判断する暖機判断部４０２Ｂと、暖機判断部４０２Ｂが判断した暖機状態に基づいて、ＥＧＲバルブ２３、排気バルブ２１、及び副排気バルブ２２の少なくとも一つの開度を調整するバルブ調整部４０３Ｂと、を備えている。
【００７１】
バルブ調整部４０３Ａは、ＥＧＲバルブ２３及び排気バルブ２１の開度を調整するので、上流側触媒２４及び下流側触媒２５の暖機状態に応じて、主排気通路２０に流れる排ガスの量を調整することができる。
【００７２】
更に本実施形態の冷却システム１００Ｂでは、ＥＣＵ４０Ｂは、更に、排ガスの温度を取得するガス温度取得部である温度取得部４０１Ｂを備えている。暖機判断部４０２Ｂは、温度取得部４０１Ｂが取得した温度に基づいて暖機状態を判断する。本実施形態では、排気温センサ５０を設け、その出力信号を温度取得部４０１Ｂが受信することで排ガスの温度を取得していたが、排ガスの温度取得態様としてはこれに限られない。例えば、内燃機関１の回転数と負荷のマップといった、内燃機関１の運転状態からの推定値を用いることで排ガスの温度を取得することもできる。
【００７３】
続いて、本発明の第４実施形態である冷却システム１００Ｃについて、図１４を参照しながら説明する。冷却システム１００Ｃは、第１実施形態の冷却システム１００に、副排気バルブ２２を追加配置したものである。副排気バルブ２２は、副排気通路２８に設けられている。冷却システム１００Ｃには更に、バイパス循環通路３７及びウォーターポンプ３５が設けられている。バイパス循環通路３７は、冷媒循環通路３４に設けられている。バイパス循環通路３７は、冷却装置２７及びヒータコア３３を流れる冷媒が内燃機関１に流れ込まないように、内燃機関１をバイパスするように設けられている。ウォーターポンプ３５は、バイパス循環通路３７に設けられている。
【００７４】
本実施形態である冷却システム１００Ｃは、技術的に矛盾しない限り、上述した冷却システム１００、冷却システム１００Ａ、及び冷却システム１００Ｂと同様の作用効果を奏する。
【００７５】
更に本実施形態の冷却システム１００Ｃでは、内燃機関１と冷却装置２７との間で冷媒を循環させる冷媒循環通路３４を備えている。冷媒循環通路３４には、内燃機関１を通さずに冷却装置２７に冷媒を循環させるバイパス循環通路３７が設けられている。バイパス循環通路３７には、ウォーターポンプ３５が設けられている。ウォーターポンプ３０を停止し、ウォーターポンプ３５を駆動することで、冷媒を内燃機関１に循環させずに冷却装置２７に循環させることができる。冷却装置２７において高温となった冷媒は、例えばヒータコア３３に循環させることで暖房を行うことができる。また、冷媒循環通路３４には、このような運転時に閉止するためのバルブを設けることが好ましい。
【００７６】
続いて、図１５を参照しながら、第１実施形態である冷却システム１００の具体的構成例について説明する。図１５に示されるように、副排気通路２８は、再循環通路２６の戻り接続部２６１から上流側接続部２０１までに至る部分と、冷却装置２７とを内包し外側に位置するように設けられている。
【００７７】
主排気通路２０を流れる排ガスは、排気バルブ２１の開度状況に応じて、上流側接続部２０１から再循環通路２６に流れ込む。再循環通路２６を流れる排ガスは、冷却装置２７において冷媒である水と熱交換しながら戻り接続部２６１に向かって流れる。再循環通路２６を流れる排ガスは、戻り接続部２６１に設けられた開口部分から副排気通路２８に流入する。副排気通路２８に流れこんだ排ガスは、再循環通路２６及び冷却装置２７の外側に沿って流れ、下流側接続部２０２に至る。
【００７８】
続いて、図１６を参照しながら、第２実施形態である冷却システム１００Ａの具体的構成例について説明する。図１６に示されるように、副排気通路２８は、再循環通路２６の戻り接続部２６１よりも冷却装置１７寄りの部分から上流側接続部２０１までに至る部分と、冷却装置２７とを内包し外側に位置するように設けられている。
【００７９】
主排気通路２０を流れる排ガスは、排気バルブ２１の開度状況に応じて、上流側接続部２０１から再循環通路２６に流れ込む。再循環通路２６を流れる排ガスは、冷却装置２７において冷媒である水と熱交換しながら戻り接続部２６１に向かって流れる。再循環通路２６を流れる排ガスは、戻り接続部２６１に繋がれた接続通路２８１から副排気通路２８に流入する。副排気通路２８に流れこんだ排ガスは、再循環通路２６及び冷却装置２７の外側に沿って流れ、下流側接続部２０２に至る。
【００８０】
図１７に示されるように、図１５及び図１６のXVII−XVII断面では、円形管状の冷却装置２７の周囲を円形管状の副排気通路２８が囲んでいる。冷却装置２７の内部においては、水の通路を形成する冷媒通路部２７１と、排ガスの通路を形成する排ガス通路部２７２が形成されている。排ガス通路部２７２は、再循環通路２６の途上に位置するように設けられている。冷媒通路部２７１は、水が通る複数のチューブと、複数のチューブ間に設けられたフィンとを有している。冷媒通路部２７１は、冷媒循環通路３４の途上に位置するように設けられている。
【００８１】
図１８に示されるように、図１５及び図１６のXVII−XVII断面の変形例では、矩形管状の冷却装置２７Ｄの周囲を矩形管状の副排気通路２８Ｄが囲んでいる。冷却装置２７Ｄの内部においては、水の通路を形成する冷媒通路部２７１Ｄと、排ガスの通路を形成する排ガス通路部２７２Ｄが形成されている。断面形状が円形ではなく矩形であること以外は図１７を参照しながら説明した内容と同じであるので、その説明を省略する。
【００８２】
図１９及び図２０に示されるように、矩形管状の冷却装置２７Ｅの周囲を矩形管状の副排気通路２８Ｅが囲むように構成することもできる。冷却装置２７Ｅは、水の通路を形成する冷媒通路部２７１Ｅと、排ガスの通路を形成する排ガス通路部２７２Ｅが形成されている。排ガス通路部２７２Ｅは、複数の管路によって構成されており、再循環通路２６の途上に位置するように設けられている。冷媒通路部２７１Ｅは、排ガス通路部２７２Ｅの周囲を水が流れるように構成されている。
【００８３】
図１５から図２０を参照しながら説明した具体例は、技術的に矛盾しないかぎり、第１実施形態から第４実施形態に適用することができる。
【００８４】
このように、副排気通路２８を、冷却装置２７及び再循環通路２６の少なくとも一部を内包するように外側に設けることで、再循環通路２６を流れる排ガスの放熱を抑制し、高温状態のまま冷却装置２７に供給することができる。冷却装置２７において排ガスと熱交換する冷媒の温度を高めることができるので、内燃機関１の早期暖機を実現することができる。
【００８５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１：内燃機関
１０：吸気通路
２０：主排気通路
２０１：上流側接続部
２０２：下流側接続部
２１：排気バルブ
２３：ＥＧＲバルブ
２６：再循環通路
２６１：戻り接続部
２７：冷却装置
２８：副排気通路
【図１】
2018003719.tif 000003
【図２】
2018003719.tif 000004
【図３】
2018003719.tif 000005
【図４】
2018003719.tif 000006
【図５】
2018003719.tif 000007
【図６】
2018003719.tif 000008
【図７】
2018003719.tif 000009
【図８】
2018003719.tif 000010
【図９】
2018003719.tif 000011
【図１０】
2018003719.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2018003719.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2018003719.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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