(57)【要約】【課題】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ない内燃機関の冷却装置を提供する。【解決手段】水冷式の排気マニホールド１６が、互いに独立した冷却水経路であるメイン冷却水経路３とサブ冷却水経路５の双方に接続され、かつサブ冷却水経路５内においては排気マニホールド１６とＥＧＲクーラ１３が並列に接続されている。ＥＧＲクーラ１３において、ＥＧＲガスを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冷却したい運転状態とは同じではない。よって、運転状態に応じてサブラジエータ４を効率的に使用することにより、メインラジエータ２の容量及びサブラジエータ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を水冷式とすることが可能となる。【選択図】図１
2012082723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスの一部であるＥＧＲガスを水冷式の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及び水冷式の排気マニホールド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、前記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、を有し、
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おいては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
前記メイン冷却水経路内には、前記排気マニホールドに流れ込む冷却水流量を調整する第１流量調整弁が介装され、
前記サブ冷却水経路内には、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、の割合を調整する第２流量調整弁が介装され、
運転状態に応じて、前記第１流量調整弁及び前記第２流量調整弁の弁開度を制御して前記排気マニホールド及び前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水流量が調整され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】
排気通路に介装された排気浄化用の触媒と、
前記サブ冷却水経路内で冷却水を循環させる電動のウォータポンプと、を有し、
内燃機関の始動後、前記触媒が活性化するまでは、
前記メイン冷却水経路においては、前記排気マニホールドに冷却水が流れないように前記第１流量調整弁の開度が調整され、
前記サブ冷却水経路においては、前記排気マニホールドに流れる冷却水流量及び前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水流量の双方が少なくなるように、前記第２流量調整弁及びウォータポンプが制御され、
前記ウォータポンプは、単位時間当たりの冷却水の吐出量が相対的に少なくなるように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】
排気通路に介装された排気浄化用の触媒と、
前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲクーラをバイパスして吸気通路に還流するバイパス通路と、を有し
内燃機関の始動後、前記触媒が活性化するまでは、
前記メイン冷却水経路においては、前記排気マニホールドに冷却水が流れないように前記第１流量調整弁の開度が調整され、
前記サブ冷却水経路においては、前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水流量が前記排気マニホールドに流れる冷却水流量よりも多くなるように前記第２流量調整弁の開度が調整され、
前記排気還流手段においては、前記ＥＧＲガスが前記バイパス通路を流れるように調整され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５】
排気通路に介装された排気浄化用の触媒と、
前記サブ冷却水経路内で冷却水を循環させる電動のウォータポンプと、を有し、  前記触媒が活性化してから前記内燃機関の暖機が完了するまでは、
前記メイン冷却水経路においては、前記排気マニホールドに多くの冷却水が流れ込むように前記第１流量調整弁の開度が調整され、
前記サブ冷却水経路においては、前記排気マニホールドには冷却水が流れず、かつ前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水流量が少なくなるように、前記第２流量調整弁及び前記ウォータポンプが制御され、
前記ウォータポンプは、単位時間当たりの冷却水の吐出量が相対的に少なくなるように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】
排気通路に介装された排気浄化用の触媒と、
前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲクーラをバイパスして吸気通路に還流するバイパス通路と、を有し
前記触媒が活性化してから前記内燃機関の暖機が完了するまでは、
前記メイン冷却水経路においては、前記排気マニホールドに多くの冷却水が流れ込むように前記第１流量調整弁の開度が調整され、
前記サブ冷却水経路においては、前記排気マニホールドに冷却水が流れないように前記第２流量調整弁の開度が調整され、
前記排気還流手段においては、前記ＥＧＲガスが前記バイパス通路を流れるように調整され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７】
前記内燃機関の暖機完了後に前記吸気通路に前記ＥＧＲガスを還流させる際には、
前記メイン冷却水経路においては、前記排気マニホールドに多くの冷却水が流れ込むように前記第１流量調整弁の開度が調整され、
前記サブ冷却水経路においては、前記排気マニホールドに流れる冷却水流量が、前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水流量より少なくなるように前記第２流量調整弁の開度が調整されてい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。
【請求項８】
前記内燃機関の暖機完了後で、前記吸気通路に前記ＥＧＲガスを還流させない際には、
前記メイン冷却水経路においては、前記排気マニホールドに冷却水が流れないように前記第１流量調整弁の開度が調整され、
前記サブ冷却水経路においては、前記排気マニホールドに流れる冷却水流量が、前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水流量より多くなるように前記第２流量調整弁の開度が調整されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項９】
排気通路に介装された排気浄化用の触媒としてＮＯｘトラップ触媒を有し、
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、
前記メイン冷却水経路においては、前記排気マニホールドに多くの冷却水が流れ込むように前記第１流量調整弁の開度が調整され、
前記サブ冷却水経路においては、前記排気マニホールドに流れる冷却水流量が、前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水流量より多くなるように前記第２流量調整弁の開度が調整されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項１０】
排気通路に介装された排気浄化用の触媒としてＮＯｘトラップ触媒を有し、
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、
前記メイン冷却水経路においては、前記排気マニホールドに冷却水が流れないように前記第１流量調整弁の開度が調整され、
前記サブ冷却水経路においては、前記排気マニホールドに流れる冷却水流量が前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水流量よりも少なくなるように前記第２流量調整弁の開度が調整されていることを特徴とする請求項１〜９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、水冷式の排気マニホールドが、互いに独立した冷却水経路であるメイン冷却水経路とサブ冷却水経路の双方に接続され、かつサブ冷却水経路内においては前記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。
【発明の効果】
【０００９】
ＥＧＲクーラにおいて、ＥＧＲガスを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冷却したい運転状態とは同じではない。そのため、水冷式の排気マニホールドが、メイン冷却水経路とサブ冷却水経路の双方に接続されていることと、サブ冷却水経路内に排気マニホールドとＥＧＲクーラとを並列に接続し、運転状態に応じてサブラジエータを効率的に使用することにより、メインラジエータの容量及び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、排気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】
【００１０】
【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】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３】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、排気浄化用の触媒としての三元触媒８及びＮＯｘトラップ触媒９と、排気微粒子フィルタ（ＤＰＦ）１０が直列に介装されている。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。また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。
【００１７】
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。
【００１８】
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（図示せず）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。
【００１９】
また、このメイン冷却水経路３には、メインラジエータ２の他に、水冷式でアルミニウム等の金属製の排気マニホールド１６、この排気マニホールド１６に流れる冷却水流量を調整する第１流量調整弁１７と、ウォータポンプ（図示せず）等が介装されている。
【００２０】
メイン冷却水経路３内において、排気マニホールド１６は、内燃機関１のウォータジャケットに対して並列に接続されており、第１流量調整弁１７を開くことで排気マニホールド１６にメイン冷却水経路３内の冷却水が流れ込み、第１流量調整弁１７を閉じることで排気マニホールド１６にメイン冷却水経路３内の冷却水が流れ込まないようにすることが可能となっている。本実施形態においは、第１流量調整弁１７の弁開度が大きくなるほど（全開に近づくほど）、排気マニホールド１６に流れ込むメイン冷却水経路３内の冷却水流量が多くなっている。この第１流量調整弁１７は、メイン冷却水経路３内において、メイン冷却水経路３内の冷却水の流れ方向で排気マニホールド１６の下流側に配置されている。
【００２１】
サブ冷却水経路５内を循環する冷却水は、ＥＧＲクーラ１３及び排気マニホールド１６を流れている。
【００２２】
サブ冷却水経路５には、前述したサブラジエータ４の他に、ＥＧＲクーラ１３、水冷式の排気マニホールド１６、電動のウォータポンプ１８、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第２流量調整弁１９とが介装されている。
【００２３】
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。
【００２４】
第２流量調整弁１９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（排気マニホールド１６及びＥＧＲクーラ１３の下流側）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に全ての冷却水が流れ込む設定となっている。
【００２５】
第１流量調整弁１７、第２流量調整弁１９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。また、ウォータポンプ１８の単位時間当たりの吐出量は、ＥＣＵ２０によって可変制御可能となっている。
【００２６】
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、三元触媒８の触媒温度を検出する温度センサ３０、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３１、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３２等の各種センサからの検出信号が入力されている。
【００２７】
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、メイン冷却水経路３内に配置された第１流量調整弁１７及びサブ冷却水経路５内に配置された第２流量調整弁１９の開度を運転状態に応じて制御する。
【００２８】
まず、内燃機関１の始動から三元触媒８及びＮＯｘトラップ触媒９が活性化するまでは、排気マニホールド１６の機能を確保する程度の冷却水が排気マニホールド１６に流れるようにすると共に、ＥＧＲクーラ１３におけるＥＧＲガスの冷却要求は低く、ＥＧＲクーラ１３に流れ込む冷却水流量も少なくしている。
【００２９】
金属製の排気マニホールド１６においては、冷却水を全く流さないと所期の機能を確保できなくなる虞があるので、所期の機能が確保される程度の流量の冷却水を流す必要がある。また、内燃機関１の始動から三元触媒８及びＮＯｘトラップ触媒９が活性化するまでのシーンにおいては、ＥＧＲガスを吸気通路６に還流させるが、三元触媒８及びＮＯｘトラップ触媒９を早期に活性化させる必要があるため、ＥＧＲガスに対する冷却要求は小さく、ＥＧＲクーラ１３に流れ込む冷却水流量は少なくてもよい。
【００３０】
そこで、内燃機関１の始動から三元触媒８及びＮＯｘトラップ触媒９が活性化するまでは、メイン冷却水経路３において、第１流量調整弁１７を閉弁し、排気マニホールド１６へ冷却水が流れ込まないようにする。サブ冷却水経路５においては、第２流量調整弁１９の開度が半開（４５°）に設定されると共に、ウォータポンプ１８の単位時間当たりの冷却水の吐出量が相対的に少なくなるように制御し、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する。このとき、バイパス通路制御弁１５は開弁しており、ＥＧＲガスはバイパス通路１４を流れるようになっている。
【００３１】
これによって、排気マニホールド１６及びＥＧＲガスの双方の冷却を抑制することができ、触媒を早期に活性化させることが可能となる。
【００３２】
尚、内燃機関１の始動から三元触媒８及びＮＯｘトラップ触媒９が活性化するまでの状態において、メイン冷却水経路３においては第１流量調整弁１７を閉弁し、サブ冷却水経路５において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第２流量調整弁１９の開度を制御し、さらにバイパス通路制御弁１５を開弁して、ＥＧＲガスがバイパス通路１４を流れるようにすれば、ウォータポンプ１８の単位時間当たりの冷却水の吐出量を制御することなく、排気マニホールド１６及びＥＧＲガスの双方の冷却を抑制することができる。
【００３３】
次に、三元触媒８及びＮＯｘトラップ触媒９が活性化してから内燃機関１の暖機が完了するまでは、排気マニホールド１６の持つ熱を利用して内燃機関１が暖機されるように、排気マニホールド１６に対して、メイン冷却水経路３側からは冷却水が流れ込むが、サブ冷却水経路５側からは冷却水が流れ込まないようにする。また、内燃機関１の暖機も完了していないので、ＥＧＲガスを吸気通路６に還流させるものの、ＥＧＲクーラ１３におけるＥＧＲガスの冷却要求は低く、ＥＧＲクーラ１３に流れ込む冷却水流量も少なくしている。
【００３４】
具体的には、メイン冷却水経路３においては、第１流量調整弁１７を開弁（全開）し、排気マニホールド１６へ冷却水が流れ込むようにする。サブ冷却水経路５においては、第２流量調整弁１９の開度が全閉（０°）に設定されると共に、ウォータポンプ１８の単位時間当たりの冷却水の吐出量が相対的に少なくなるように制御する。このとき、バイパス通路制御弁１５は閉弁しており、ＥＧＲガスはバイパス通路１４を流れないようになっている。また、このときのウォータポンプ１８の単位時間当たりの冷却水の吐出量を相対的に少なくなるように制御するようにしてもよい。
【００３５】
これによって、排気マニホールド１６の持つ熱が、メイン冷却水経路３内を流れる冷却水を介して内燃機関１に渡されることになので、内燃機関１の暖機が効率よく促進され、内燃機関１のフリクション低減による燃費向上や暖房性能の向上を図ることができる。
【００３６】
尚、三元触媒８及びＮＯｘトラップ触媒９が活性化してから内燃機関１の暖機が完了するまでの状態において、メイン冷却水経路３においては第１流量調整弁１７を開弁（全開）し、サブ冷却水経路５においては第２流量調整弁１９の開度を全閉（０°）し、さらにバイパス通路制御弁１５を開弁して、ＥＧＲガスがバイパス通路１４を流れるようにしてもよく、この場合には、ウォータポンプ１８の単位時間当たりの冷却水の吐出量を相対的に少なくなるようにあえて制御する必要はない。
【００３７】
内燃機関１の暖機終了後に吸気通路６にＥＧＲガスを還流させるような運転状態においては、排気ガス中のＮＯｘを低減する上で、ＥＧＲガスの温度を低下させる必要がある。そのため、サブ冷却水経路５においては、ＥＧＲクーラ１３及び排気マニホールド１６の双方に対して冷却水流量を増加させたい場面である。一方、メイン冷却水経路３においては、吸気通路６にＥＧＲガスが還流し、燃焼温度の上昇が抑制されことになるため、メインラジエータ２でメイン冷却水経路３内の冷却水を冷却する上で、メインラジエータ２の冷却能力に余力がある。
【００３８】
そこで、内燃機関１の暖機終了後に吸気通路６にＥＧＲガスを還流させるような運転状態では、メイン冷却水経路３において、第１流量調整弁１７を開弁（全開）し、排気マニホールド１６へ冷却水が流れ込むようにする。サブ冷却水経路５においては、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量がＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量より少なくなるように第２流量調整弁１９の開度が設定されている。換言すれば、大部分の冷却水がＥＧＲクーラ１３に流れるように第２流量調整弁１９の開度が設定されている。このとき、バイパス通路制御弁１５は閉弁しており、ＥＧＲガスはバイパス通路１４を流れないようになっている。尚、第２流量調整弁１９の開度を全閉に設定し、サブ冷却水経路５内の冷却水が排気マニホールド１６に流れないようにしてもよい。
【００３９】
このように、内燃機関１の暖機終了後に吸気通路６にＥＧＲガスを還流させるような運転状態においては、排気マニホールド１６を主としてメイン冷却水経路３の冷却水によって冷却し、サブ冷却水経路５の冷却水が主としてＥＧＲクーラ１３でＥＧＲガスを冷却することで、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、ＥＧＲガスを効果的に冷却することができる。
【００４０】
尚、内燃機関１の暖機終了後に吸気通路６にＥＧＲガスを還流させるような運転状態においてＥＧＲガスを最大限冷却する場合には、ウォータポンプ１８は単位時間当たりの冷却水の吐出量が最大となるように運転されることになる。
【００４１】
内燃機関１の暖機終了後に吸気通路６にＥＧＲガスを還流させない出力重視の運転状態においては、内燃機関１の出力向上のために、排気ガスの温度を低下させることが要求される。そのため、排気マニホールド１６で排気ガスを冷却するために、排気マニホールド１６に対して冷却水流量を増加させたい場面である。
【００４２】
ここで、メイン冷却水経路３においては、内燃機関１が出力重視の運転状態となっており、内燃機関１のシリンダブロックやシリンダヘッドに対する冷却要求が高くなっているため、メイン冷却水経路３内の冷却水を排気マニホールド１６に流してしまうと、メインラジエータ２の容量を予め増加させておかなければ、内燃機関１のシリンダブロックやシリンダヘッドが十分に冷却できなくなってしまう虞がある。一方、サブ冷却水経路５においては、ＥＧＲガスを冷却する必要がないため、サブラジエータ４でサブ冷却水経路５内の冷却水を冷却する上で、サブラジエータ２の冷却能力に余力がある。
【００４３】
そこで、内燃機関１の暖機終了後に吸気通路６にＥＧＲガスを還流させない運転状態においては、メイン冷却水経路３において、第１流量調整弁１７を閉弁（全閉）し、排気マニホールド１６へ冷却水が流れ込まないようにする。サブ冷却水経路５においては、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量がＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量より多くなるように第２流量調整弁１９の開度が設定されている。換言すれば、大部分の冷却水が排気マニホールド１６に流れるように第２流量調整弁１９の開度が設定されている。このとき、バイパス通路制御弁１５は閉弁しており、ＥＧＲガスはバイパス通路１４を流れず、ＥＧＲクーラ１３を流れるようになっている。尚、第２流量調整弁１９の開度を全開（９０°）として、サブ冷却水経路５においては、ＥＧＲクーラ１３に冷却水が流れず排気マニホールド１６に全ての冷却水が流れ込むようにすることも可能である。
【００４４】
このように、内燃機関１の暖機終了後に吸気通路６にＥＧＲガスを還流させない運転状態においては、内燃機関１の出力向上のために排気ガスの温度を低下させるにあたって、サブ冷却水経路５の冷却水を効率よく使用することで、メインラジエータ２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、排気ガスを効果的に冷却することができる。
【００４５】
尚、内燃機関１の暖機終了後に吸気通路６にＥＧＲガスを還流させないような運転状態において排気ガスを最大限冷却する場合には、ウォータポンプ１８は単位時間当たりの冷却水の吐出量が最大となるように運転されることになる。
【００４６】
次に、ＮＯｘトラップ触媒９の硫黄被毒解除時においては、そのときの内燃機関１の負荷の状態（トルク）に応じて、第１流量調整弁及び第２流量調整弁１９の開度を制御する。
【００４７】
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。
【００４８】
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において排気ガスの温度が低下させる。具体的には、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、メイン冷却水経路３においては、第１流量調整弁１７を開弁（全開）し、排気マニホールド１６に冷却水が流れ込むようにする。サブ冷却水経路５においては、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量がＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量より多くなるように第２流量調整弁１９の開度が設定されている。換言すれば、大部分の冷却水が排気マニホールド１６に流れるように第２流量調整弁１９の開度が設定されている。このとき、バイパス通路制御弁１５は閉弁しており、ＥＧＲガスはバイパス通路１４を流れないようになっている。
【００４９】
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。
【００５０】
そこで、排気マニホールド１６に対して、メイン冷却水経路３及びサブ冷却水経路５の双方から多くの冷却水が流れ込むように、第１流量調整弁１７及び第２流量調整弁１９の開度を制御することによって、排気ガス温度を最大限低下させることができる。
【００５１】
つまり、排気マニホールド１６に流れる込む冷却水流量を増加させることによって、図２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２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。
【００５２】
尚、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際に排気ガスを最大限冷却する場合には、ウォータポンプ１８は単位時間当たりの冷却水の吐出量が最大となるように運転されることになる。
【００５３】
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。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、排気ガスの温度低下を積極的に抑制する。
【００５４】
具体的には、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、メイン冷却水経路３においては、第１流量調整弁１７を閉弁（全閉）し、排気マニホールド１６に冷却水が流れ込まないようにする。サブ冷却水経路５においては、排気マニホールド１６に流れる冷却水流量がＥＧＲクーラ１３に流れる冷却水流量より少なくなるように第２流量調整弁１９の開度が設定されている。このとき、バイパス通路制御弁１５は開弁しており、ＥＧＲガスはバイパス通路１４を流れ、ＥＧＲクーラ１３をバイパスするようになっている。
【００５５】
尚、上述したように、排気マニホールド１６には、所期の機能が確保される程度の流量の冷却水を最低限流す必要があるため、第２流量調整弁１９の開度は、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開度以下には設定されないものとするが、排気ガスの温度低下を抑制する上では、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開度に設定するのが最も有利である。そのため、ウォータポンプ１８は単位時間当たりの冷却水の吐出量を制御する際には、単位時間当たりの冷却水の吐出量が相対的に少なくなるように制御するのほうがエネルギーロスが小さくなる。
【００５６】
これによって、排気マニホールド１６に流れ込む冷却水流量が減少し、排気ガス温度の低下が抑制される。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。
【００５７】
つまり、排気マニホールド１６に流れ込む冷却水流量を減少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のベッド温度下限を示す特性線Ｂが、特性線Ｂ’となり、図３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。
【００５８】
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。
【００５９】
以上説明してきたように、ＥＧＲクーラ１３において、ＥＧＲガスを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冷却したい運転状態とは同じではない。そのため、水冷式の排気マニホールド１６が、メイン冷却水経路３とサブ冷却水経路５の双方に接続されていることと、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とを並列に接続し、運転状態に応じて第１流量調整弁１７及び第２流量調整弁１９の弁開度を制御して、サブラジエータ４を効率的に使用することにより、メインラジエータ２の容量及びサブラジエータ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、排気マニホールドを水冷式の排気マニホールド１６とすることが可能となる。
【００６０】
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、サブ冷却水経５内の冷却水により、排気マニホールド１６及びＥＧＲクーラ１３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上で有利な構成となっている。
【符号の説明】
【００６１】
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…第１流量調整弁
１８…ウォータポンプ
１９…第２流量調整弁
２０…ＥＣＵ
【図１】
2012082723.tif 000003
【図２】
2012082723.tif 000004
【図３】
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