(57)【要約】【課題】エンジン暖機運転の実施後に、インタークーラに利用する冷却水の早期昇温を図る。【解決手段】コンプレッサ２４ａよりも上流側の吸気通路１２にＥＧＲガスを導入する。エンジン本体１０ａと第１ヒータコア６２と第１ラジエータ６４との間で第１冷却水を循環させる第１主冷却水流路７０を備える。インタークーラ２８とＥＧＲクーラ３８とＥＧＲバルブボディ４０ａとタービン２４ｂと排気熱回収器９４と第２ヒータコア８２と第２ラジエータ８４との間で第２冷却水を循環させる第２主冷却水流路９０を備える。第２冷却水が第２ラジエータ８４を通過しない第２バイパス流路形態を用いて第２ウォータポンプ８６が駆動され、かつ、第２冷却水が排気熱回収器９４によって熱回収を行う状態で、冷間始動後のエンジン暖機運転が実施される。【選択図】図１
2016000971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の本体であるエンジン本体を冷却する第１冷却水を冷却する第１ラジエータと、
前記エンジン本体と、前記第１ラジエータとの間で前記第１冷却水を循環させる第１主冷却水流路と、
吸気通路に配置され、当該吸気通路を流れるガスを過給するコンプレッサと、
前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路を有し、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を前記吸気通路に供給するＥＧＲ装置と、
前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路に配置され、前記コンプレッサにより圧縮されたガスと、当該ガスを冷却する第２冷却水とを熱交換させるインタークーラと、
前記第２冷却水の熱源となる熱源機器と、
前記第２冷却水を冷却する第２ラジエータと、
前記インタークーラと、前記熱源機器と、前記第２ラジエータとの間で前記第２冷却水を循環させる第２主冷却水流路と、
前記第１主冷却水流路に設置され、前記第１冷却水を圧送する第１ウォータポンプと、
前記第２主冷却水流路に設置され、前記第２冷却水を圧送する第２ウォータポンプと、
前記第１ラジエータよりも上流側において前記第１主冷却水流路から分岐し、前記第１ラジエータよりも下流側において前記第１主冷却水流路に合流する第１バイパス流路と、
前記第２ラジエータよりも上流側において前記第２主冷却水流路から分岐し、前記第２ラジエータよりも下流側において前記第２主冷却水流路に合流する第２バイパス流路と、
前記第１冷却水が前記第１ラジエータを通過する第１非バイパス流路形態と、前記第１冷却水が前記第１バイパス流路を通過することで前記第１冷却水が前記第１ラジエータを通過しない第１バイパス流路形態との間で、前記第１冷却水の流路形態を切り替える第１切替バルブと、
前記第２冷却水が前記第２ラジエータを通過する第２非バイパス流路形態と、前記第２冷却水が前記第２バイパス流路を通過することで前記第２冷却水が前記第２ラジエータを通過しない第２バイパス流路形態との間で、前記第２冷却水の流路形態を切り替える第２切替バルブと、
を備え、
前記熱源機器は、前記コンプレッサがターボ過給機のコンプレッサである場合には、当該ターボ過給機のタービン、および排気ガスと前記第２冷却水とを熱交換させる排気熱回収器のうちの少なくとも一方を含み、または、前記コンプレッサが前記ターボ過給機以外の方式の過給機のコンプレッサである場合には、前記排気熱回収器を含み、
前記第２非バイパス流路形態を用いるように前記第２冷却水の流路形態が選択され、前記第２ウォータポンプが駆動され、かつ、前記熱源機器の熱が前記第２冷却水によって回収されることが許容された状態で、前記内燃機関の冷間始動後のエンジン暖機運転が実施されることを特徴とする過給機付き内燃機関システム。
【請求項２】
内燃機関を搭載する車両の車室内ヒータの熱源として機能する第１および第２ヒータコアをさらに備え、
前記第１ヒータコアは、前記第１主冷却水流路の途中に設置されており、
前記第２ヒータコアは、前記第２主冷却水流路の途中に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関システム。
【請求項３】
前記エンジン暖機運転が実施された場合に、前記第１バイパス流路形態を用いるように前記第１冷却水の流路形態が選択された状態で前記第１ウォータポンプが駆動され、
前記車室内ヒータを用いた暖房の要求度が高い場合には、前記エンジン暖機運転中の前記第２冷却水の目標温度が、前記第１冷却水の温度が前記暖房の要求に応え得る温度に高まるまで、当該暖房の要求度が低い場合と比べて高められることを特徴とする請求項２に記載の過給機付き内燃機関システム。
【請求項４】
前記ＥＧＲ装置は、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを含み、
前記ＥＧＲクーラは、前記第２主冷却水流路の途中に設置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の過給機付き内燃機関システム。
【請求項５】
前記ＥＧＲ装置は、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲバルブを含み、
前記ＥＧＲバルブのＥＧＲバルブボディは、前記第２主冷却水流路の途中に設置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の過給機付き内燃機関システム。
【請求項６】
前記ＥＧＲ装置は、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲバルブとを含み、
前記ＥＧＲクーラ、および前記ＥＧＲバルブのＥＧＲバルブボディは、前記第２主冷却水流路の途中に設置されており、
前記エンジン暖機運転中の前記第２冷却水の目標温度は、前記インタークーラ、前記ＥＧＲクーラおよび前記ＥＧＲバルブボディにて凝縮水が発生しない最低温度もしくは当該最低温度に所定の余裕代を持たせた温度であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の過給機付き内燃機関システム。
【請求項７】
前記第１主冷却水流路および前記第２主冷却水流路は、前記第２冷却水の容量が前記第１冷却水の容量よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の過給機付き内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、過給機付き内燃機関システムに係り、特に、吸入ガスを過給するコンプレッサよりも上流側の吸気通路にＥＧＲガスを導入可能な過給機付き内燃機関システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、排気熱回収器を備える内燃機関の冷却装置が開示されている。より具体的には、この従来の冷却装置は、エンジン本体を冷却する冷却水回路の途中に排気熱回収器を備えている。そして、冷却水の低温時（エンジン冷間時）には、冷却水流量を非制限として排気熱回収が実行される一方で、冷却水温が上昇すると、冷却水流量を制限して排気熱回収が非実行とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３１９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
吸入ガスを過給するコンプレッサと、コンプレッサにより過給された吸入ガスを冷却するインタークーラと、コンプレッサよりも上流側の吸気通路にＥＧＲガスを導入するＥＧＲ装置とを備える内燃機関には、次のような課題がある。すなわち、内燃機関の暖機中にできるだけ早くＥＧＲガスの導入を開始させることができれば、ＥＧＲガスの導入による燃費効果をより多く得ることができるといえる。しかしながら、暖機中にＥＧＲガスの早期導入を図るためには、ＥＧＲガスの導入に伴う凝縮水の発生を抑制する対策が必要とされる。凝縮水が発生すると、ウォータハンマー、吸気通路を構成する配管の腐食、さらには、当該配管もしくは配管内の各種バルブの凍結を招く可能性があるためである。
【０００５】
一方、冷却水の循環によりインタークーラを通過する吸入ガスを冷却する水冷式のインタークーラが知られている。特に、吸入空気とＥＧＲガスとの混合ガスの冷却性能を高めるために、エンジン本体を冷却する冷却水回路と独立した冷却水回路をインタークーラのために利用する構成が知られている。しかしながら、上記内燃機関に対してこのような構成を採用することの背反として、インタークーラを流通する冷却水を冷間始動時に早期に温めることができないと、凝縮水の増加を招くという問題がある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エンジン暖機運転の実施後に、インタークーラに利用する冷却水の早期昇温を図ることのできる過給機付き内燃機関システム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】
【０００７】
第１の発明は、過給機付き内燃機関システムであって、
内燃機関の本体であるエンジン本体を冷却する第１冷却水を冷却する第１ラジエータと、
前記エンジン本体と、前記第１ラジエータとの間で前記第１冷却水を循環させる第１主冷却水流路と、
吸気通路に配置され、当該吸気通路を流れるガスを過給するコンプレッサと、
前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路を有し、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を前記吸気通路に供給するＥＧＲ装置と、
前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路に配置され、前記コンプレッサにより圧縮されたガスと、当該ガスを冷却する第２冷却水とを熱交換させるインタークーラと、
前記第２冷却水の熱源となる熱源機器と、
前記第２冷却水を冷却する第２ラジエータと、
前記インタークーラと、前記熱源機器と、前記第２ラジエータとの間で前記第２冷却水を循環させる第２主冷却水流路と、
前記第１主冷却水流路に設置され、前記第１冷却水を圧送する第１ウォータポンプと、
前記第２主冷却水流路に設置され、前記第２冷却水を圧送する第２ウォータポンプと、
前記第１ラジエータよりも上流側において前記第１主冷却水流路から分岐し、前記第１ラジエータよりも下流側において前記第１主冷却水流路に合流する第１バイパス流路と、
前記第２ラジエータよりも上流側において前記第２主冷却水流路から分岐し、前記第２ラジエータよりも下流側において前記第２主冷却水流路に合流する第２バイパス流路と、
前記第１冷却水が前記第１ラジエータを通過する第１非バイパス流路形態と、前記第１冷却水が前記第１バイパス流路を通過することで前記第１冷却水が前記第１ラジエータを通過しない第１バイパス流路形態との間で、前記第１冷却水の流路形態を切り替える第１切替バルブと、
前記第２冷却水が前記第２ラジエータを通過する第２非バイパス流路形態と、前記第２冷却水が前記第２バイパス流路を通過することで前記第２冷却水が前記第２ラジエータを通過しない第２バイパス流路形態との間で、前記第２冷却水の流路形態を切り替える第２切替バルブと、
を備え、
前記熱源機器は、前記コンプレッサがターボ過給機のコンプレッサである場合には、当該ターボ過給機のタービン、および排気ガスと前記第２冷却水とを熱交換させる排気熱回収器のうちの少なくとも一方を含み、または、前記コンプレッサが前記ターボ過給機以外の方式の過給機のコンプレッサである場合には、前記排気熱回収器を含み、
前記第２非バイパス流路形態を用いるように前記第２冷却水の流路形態が選択され、前記第２ウォータポンプが駆動され、かつ、前記熱源機器の熱が前記第２冷却水によって回収されることが許容された状態で、前記内燃機関の冷間始動後のエンジン暖機運転が実施されることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
内燃機関を搭載する車両の車室内ヒータの熱源として機能する第１および第２ヒータコアをさらに備え、
前記第１ヒータコアは、前記第１主冷却水流路の途中に設置されており、
前記第２ヒータコアは、前記第２主冷却水流路の途中に設置されていることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記エンジン暖機運転が実施された場合に、前記第１バイパス流路形態を用いるように前記第１冷却水の流路形態が選択された状態で前記第１ウォータポンプが駆動され、
前記車室内ヒータを用いた暖房の要求度が高い場合には、前記エンジン暖機運転中の前記第２冷却水の目標温度が、前記第１冷却水の温度が前記暖房の要求に応え得る温度に高まるまで、当該暖房の要求度が低い場合と比べて高められることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記ＥＧＲ装置は、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを含み、
前記ＥＧＲクーラは、前記第２主冷却水流路の途中に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１〜第４の発明の何れか１つにおいて、
前記ＥＧＲ装置は、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲバルブを含み、
前記ＥＧＲバルブのＥＧＲバルブボディは、前記第２主冷却水流路の途中に設置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つにおいて、
前記ＥＧＲ装置は、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲバルブとを含み、
前記ＥＧＲクーラ、および前記ＥＧＲバルブのＥＧＲバルブボディは、前記第２主冷却水流路の途中に設置されており、
前記エンジン暖機運転中の前記第２冷却水の目標温度は、前記インタークーラ、前記ＥＧＲクーラおよび前記ＥＧＲバルブボディにて凝縮水が発生しない最低温度もしくは当該最低温度に所定の余裕代を持たせた温度であることを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第１〜第６の発明の何れか１つにおいて、
前記第１主冷却水流路および前記第２主冷却水流路は、前記第２冷却水の容量が前記第１冷却水の容量よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、エンジン暖機運転の実施中に、タービンおよび排気熱回収器のうちの少なくとも一方が熱源機器として第２冷却水を昇温させるために使用される。このような熱源機器は、エンジン始動後に直ぐに高温となる。このため、このような熱源機器の利用により、従来の内燃機関システムのようにエンジン本体用の冷却水からインタークーラ用の冷却水への伝熱を利用する場合と比べて、第２冷却水を直接的に昇温させられるようになる。これにより、エンジン暖機運転の実施後に、インタークーラに利用する第２冷却水の温度を早期に昇温させることができる。また、エンジン本体のための第１主冷却水流路とインタークーラのための第２主冷却水流路とが独立しているため、エンジン本体、インタークーラおよび上記熱源機器を１系統の冷却水回路内に備える場合と比べて、熱源機器を通過しつつ回路内を循環する冷却水の流量が少なくなる。このような理由によっても、エンジン暖機運転の実施後に、インタークーラに利用する第２冷却水の温度を早期に昇温させることができるといえる。これらのことは、インタークーラにて凝縮水が発生しない温度への第２冷却水の早期昇温に繋がるものであり、その結果として、凝縮水発生の懸念なしにＥＧＲガスを導入開始できるタイミングを早めることに繋がる。
【００１５】
第２の発明によれば、インタークーラだけでなく、第２冷却水を利用する第２ヒータコアの温度についても、エンジン暖機運転の実施後に早期に高めることができる。そして、このような早期の温度上昇が可能な第２ヒータコアを備えたことにより、第１冷却水だけを利用する場合と比べ、冷間始動後に車室内ヒータを早期に（すなわち、第１冷却水の温度が十分に温まっていない時にも）使用できるようになる。
【００１６】
第３の発明によれば、車両のユーザーからの暖房の要求度に応じて、エンジン暖機時に車室内ヒータの性能を向上させることができる。
【００１７】
第４の発明によれば、ＥＧＲクーラに対しても、エンジン暖機運転の実施後に早期に温度上昇する第２冷却水を導入できるようになる。このことは、ＥＧＲクーラにて凝縮水が発生しない温度へのＥＧＲクーラ温度の早期上昇に繋がるものである。
【００１８】
第５の発明によれば、ＥＧＲバルブボディに対しても、エンジン暖機運転の実施後に早期に温度上昇する第２冷却水を導入できるようになる。このことは、ＥＧＲバルブボディにて凝縮水が発生しない温度へのＥＧＲバルブボディ温度の早期上昇に繋がるものである。
【００１９】
第６の発明によれば、エンジン暖機運転時に、吸気の充填効率への影響を最小限に留めつつ、インタークーラ、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲバルブボディでの凝縮水が発生しない温度に第２冷却水の温度を制御することができる。
【００２０】
第７の発明によれば、上記熱源機器を利用した第２冷却水の温度の早期上昇をより効果的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における過給機付き内燃機関システムの構成を模式的に表した図である。
【図２】本発明の実施の形態１における内燃機関システムのエンジン暖機運転によって得られる効果を説明するためのタイムチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２における特徴的な冷却水温制御の概要を説明するためのタイムチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態１．
［過給機付き内燃機関システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１における過給機付き内燃機関システムの構成を模式的に表した図である。
【００２３】
（内燃機関システムの全体構成）
図１に示す内燃機関システムは、内燃機関（一例としてガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６には、吸気通路１２に吸入される空気（新気）の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８、吸入空気の温度（≒外気温度）を検出するための吸気温度センサ２０、および、吸入空気の湿度（≒外気湿度）を検出するための吸気湿度センサ２２がそれぞれ設けられている。
【００２４】
エアクリーナ１６の下流には、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａが設置されている。コンプレッサ２４ａは、排気通路１４に配置されたタービン２４ｂと連結軸を介して一体的に連結されている。コンプレッサ２４ａの下流には、電子制御式のスロットルバルブ２６が設けられている。スロットルバルブ２６の下流には、コンプレッサ２４ａにより圧縮された空気を冷却するための水冷式のインタークーラ２８が設けられている。また、タービン２４ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気浄化触媒（ここでは、三元触媒）３０が配置されている。排気通路１４の排気口近傍には、マフラー３２が配置されている。
【００２５】
さらに、図１に示す内燃機関１０は、低圧ループ（ＬＰＬ）式のＥＧＲ装置３４を備えている。ＥＧＲ装置３４は、排気浄化触媒３０よりも下流側の排気通路１４とコンプレッサ２４ａよりも上流側の吸気通路１２とを接続するＥＧＲ通路３６を備えている。ＥＧＲ通路３６には、吸気通路１２に導入される際のＥＧＲガス流れの上流側から順に、ＥＧＲクーラ３８およびＥＧＲバルブ４０がそれぞれ設けられている。ＥＧＲクーラ３８は、水冷式であり、ＥＧＲ通路３６を流れるＥＧＲガスを冷却するために備えられており、ＥＧＲバルブ４０は、ＥＧＲ通路３６を通って吸気通路１２に還流されるＥＧＲガスの量を調整するために備えられている。
【００２６】
さらに、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０は、演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭおよびＲＡＭ等からなる記憶回路、並びに入出力ポート等を備えている。ＥＣＵ５０の入力ポートには、上述したエアフローメータ１８、吸気温度センサ２０および吸気湿度センサ２２に加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ５２、および、水温センサ７４、９６等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力ポートには、上述したスロットルバルブ２６およびＥＧＲバルブ４０に加え、内燃機関１０に燃料を供給するための燃料噴射弁５４、筒内の混合気に点火するための点火装置５６、第２ウォータポンプ８６、第２切替バルブ８８、および、第３切替バルブ９８等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ５０の入力ポートには、内燃機関１０を搭載する車両の空調スイッチ５８が電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ５０は、車室内ヒータ（図示省略）を用いた暖房の要求度を示す情報（例えば、車室内の設定温度）を取得することができる。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサの出力と所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転を制御する。
【００２７】
（内燃機関の冷却系の構成）
内燃機関１０の冷却系は、冷却水の循環による水冷式の２系統の冷却回路として、第１冷却水回路６０と第２冷却水回路８０とを備えている。第１冷却水回路６０は、第１冷却水を用いて主に内燃機関１０の本体（以下、「エンジン本体」と称する）１０ａを冷却するための回路である。第２冷却水回路８０は、第１冷却水回路６０とは別に備えられ、第２冷却水を用いてインタークーラ２８を通過するガスを冷却するための回路である。第１冷却水回路６０は、インタークーラ２８よりも熱負荷の高いエンジン本体１０ａの冷却を担っている。このため、第１冷却水の温度は、基本的に、第２冷却水の温度よりも高くなる。逆に言えば、第２冷却水回路８０は、第１冷却水よりも低温の第２冷却水が循環する回路であるといえる。なお、図１中の矢印は、第１および第２冷却水回路６０、８０を流れる冷却水の流れ方向を示している。
【００２８】
まず、第１冷却水回路６０の具体的な構成について説明する。第１冷却水回路６０は、エンジン本体１０ａ、第１ヒータコア６２、第１ラジエータ６４、第１ウォータポンプ６６、第１切替バルブ６８、第１主冷却水流路７０および第１バイパス流路７２によって構成されている。また、第１主冷却水流路７０には、第１冷却水の温度を検出するための第１水温センサ７４が取り付けられている。
【００２９】
第１主冷却水流路７０は、エンジン本体１０ａと、第１ヒータコア６２と、第１ラジエータ６４との間で第１冷却水を循環させるための流路である。エンジン本体１０ａの内部には、第１主冷却水流路７０の一部として機能する冷却水流路がエンジン本体１０ａ（シリンダヘッドおよびシリンダブロック等）内の各部を冷却できるように張り巡らされている。第１ヒータコア６２は、車室内ヒータの熱源として機能し、車室内の空気と第１冷却水とを熱交換させる熱交換器である。第１ラジエータ６４は、第１冷却水を冷却する。第１ウォータポンプ６６は、第１主冷却水流路７０に設置され、第１冷却水を圧送するものであり、一例として、クランク軸（図示省略）から出力されるトルクによって駆動される。
【００３０】
第１バイパス流路７２は、第１ラジエータ６４よりも上流側において第１主冷却水流路７０から分岐し、第１ラジエータ６４よりも下流側において第１主冷却水流路７０に合流する流路である。第１切替バルブ６８は、第１冷却水が第１ラジエータ６４を通過する第１非バイパス流路形態と、第１冷却水が第１バイパス流路７２を通過することで第１冷却水が第１ラジエータ６４を通過しない第１バイパス流路形態との間で、第１冷却水の流路形態を切り替える。第１切替バルブ６８としては、例えば、サーモスタットが用いられる。第１切替バルブ６８は、第１冷却水の温度が所定温度（例えば、８０℃）に達した時に開き、流路形態を第１非バイパス流路形態から第１バイパス流路形態に切り替える。なお、第１ウォータポンプ６６は、どちらの流路形態を利用する時にも第１冷却水を循環させられる位置に設けられており、当該位置の一例としては、図１に示す位置、すなわち、第１主冷却水流路７０への第１バイパス流路７２の合流部が該当する。
【００３１】
第１冷却水回路６０内の第１冷却水の温度が上記所定温度よりも低いために第１切替バルブ６８が閉じている場合（すなわち、エンジン暖機途上の冷間時）には、第１冷却水は、第１ラジエータ６４を通らずに、第１冷却水回路６０内を循環する。一方、第１冷却水の温度が上記所定温度に達していることで第１切替バルブ６８が開いている場合（すなわち、内燃機関１０の暖機完了後）には、第１ラジエータ６４にも第１冷却水が循環するようになる。その結果、第１ラジエータ６４によって第１冷却水が冷却されることとなる。
【００３２】
次に、第２冷却水回路８０の具体的な構成について説明する。第２冷却水回路８０は、インタークーラ２８、タービン２４ｂのタービンハウジング２４ｂ１、ＥＧＲクーラ３８、ＥＧＲバルブ４０のＥＧＲバルブボディ４０ａ、第２ヒータコア８２、第２ラジエータ８４、第２ウォータポンプ８６、第２切替バルブ８８、第２主冷却水流路９０、第２バイパス流路９２および排気熱回収器９４によって構成されている。また、第２主冷却水流路９０には、第２冷却水の温度を検出するための第２水温センサ９６が取り付けられている。
【００３３】
第２主冷却水流路９０は、インタークーラ２８と、タービンハウジング２４ｂ１と、ＥＧＲクーラ３８と、ＥＧＲバルブボディ４０ａと、第２ヒータコア８２と、第２ラジエータ８４との間で第２冷却水を循環させるための流路である。本実施形態のインタークーラ２８は、水冷式であり、コンプレッサ２４ａにより圧縮されたガス（新気、もしくは新気とＥＧＲガスとの混合ガス）と第２冷却水とを熱交換させる。タービンハウジング２４ｂ１、ＥＧＲクーラ３８およびＥＧＲバルブボディ４０ａのそれぞれの内部には、第２主冷却水流路９０の一部として機能する冷却水流路が形成されている。第２ヒータコア８２も、第１ヒータコア６２と同様に車室内ヒータの熱源として機能し、車室内の空気と第２冷却水とを熱交換させる。第２ラジエータ８４は、第２冷却水を冷却する。第２ウォータポンプ８６は、第２主冷却水流路９０に設置され、第２冷却水を圧送するものであり、ここでは、一例として、電動式であるものとする。なお、車室内の空気とヒータコア６２、８２とを熱交換させる温風通路内での第１ヒータコア６２と第２ヒータコア８２の配置は、空気の流れ方向に対して直列であってもよいし、或いは並列であってもよい。また、第１および第２ヒータコア６２、８２それぞれの数は複数であってもよい。
【００３４】
第２バイパス流路９２は、第２ラジエータ８４よりも上流側において第２主冷却水流路９０から分岐し、第２ラジエータ８４よりも下流側において第２主冷却水流路９０に合流する流路である。第２切替バルブ８８は、第２冷却水が第２ラジエータ８４を通過する第２非バイパス流路形態と、第２冷却水が第２バイパス流路９２を通過することで第２冷却水が第２ラジエータ８４を通過しない第２バイパス流路形態との間で、第２冷却水の流路形態を切り替える。第２切替バルブ８８は、第２冷却水の温度が所定の目標温度βに達した時に開き始めるようになっており、これにより、第２非バイパス流路形態に代え、あるいはそれとともに、第２バイパス流路形態の利用が開始される。このような流路形態の制御を可能とする第２切替バルブ８８としては、例えば、電子サーモスタットが用いられる。電子サーモスタットを用いることで、上記の流路形態の切り替えだけでなく、ＥＣＵ５０からの指令に基づく開度調整によって、第２非バイパス流路形態をとる（すなわち、第２ラジエータ８４を通過する）第２冷却水の流量と、第２バイパス流路形態をとる（すなわち、第２ラジエータ８４を通過しない）第２冷却水の流量との割合を制御することもできる。このため、第２切替バルブ８８の開度調整によって第２冷却水の温度を調整することができる。なお、第２ウォータポンプ８６は、どちらの流路形態を利用する時にも第２冷却水を循環させられる位置に設けられており、当該位置の一例としては、図１に示す位置、すなわち、第２主冷却水流路９０への第２バイパス流路９２の合流部が該当する。
【００３５】
排気熱回収器９４は、排気通路１４（図１に示す例では、ＥＧＲ通路３６との合流部よりも下流側の排気通路１４）に配置されている。排気熱回収器９４は、排気通路１４を流れてきた排気ガスと第２冷却水とを熱交換させる機器である。排気熱回収器９４は、排気ガスと第２冷却水とを熱交換させる制御状態と、排気ガスと第２冷却水との熱交換を行わない制御状態とを選択可能に構成されている。このような構成を実現するための具体的な手法は公知であるため、ここでは、その具体的な手法の一例を簡略的に説明する。すなわち、本実施形態の排気熱回収器９４は、排気熱回収器９４付近の排気通路１４に、排気ガスの一部をバイパスするためのバイパス排気通路（図示省略）を備えている。そして、排気熱回収器９４は、当該バイパス排気通路に排気ガスが導入されない状態と、当該バイパス排気通路に排気ガスの一部が導入される状態とを切り替え可能な第３切替バルブ９８を備えている。そして、バイパス排気通路の内部には、排気ガスと第２冷却水とが熱交換できるように第２主冷却水流路９０の一部が挿入されている。
【００３６】
第２冷却水回路８０内の第２冷却水の温度が目標温度βよりも低いために第２切替バルブ８８が閉じている場合（冷間始動初期（エンジン暖機初期）はこの場合に該当する）には、第２冷却水は、第２ラジエータ８４を通らずに、第２冷却水回路８０内を循環する。一方、第２冷却水の温度が目標温度βに達していることで第２切替バルブ８８が開いている場合には、第２ラジエータ８４にも第２冷却水が循環するようになる。その結果、第２ラジエータ８４によって第２冷却水が冷却されることとなる。なお、第２主冷却水流路９０上にある各機器に第２冷却水が導入される順番は、特に限定されるものではない。しかしながら、暖房性能を良好に確保するために第２ヒータコア８２に対してできるだけ熱を供給するという観点では、第２ヒータコア８２は、第２ラジエータ８４の入口に対して各機器のなかで一番近い位置に置かれるのが好ましい。これにより、タービンハウジング２４ｂ１等の他の機器によってできるだけ受熱した状態の第２冷却水を第２ヒータコア８２に導入できるようになる。
【００３７】
（冷却水容量の設定）
第１主冷却水流路７０および第２主冷却水流路９０は、第２冷却水の容量が第１冷却水の容量よりも小さくなるように構成されている。このような構成によれば、上述した各構成要素の冷却系を１系統で済ませた場合と比べ、エンジン暖機運転時にインタークーラ２８（さらには、ＥＧＲクーラ３８およびＥＧＲバルブボディ４０ａ）を流通する冷却水の早期上昇をより効果的に実現させられるようになる。
【００３８】
（凝縮水の主な発生源）
内燃機関１０がそうであるように、吸入ガスを過給するコンプレッサと、コンプレッサにより過給された吸入ガスを冷却する水冷式のインタークーラと、コンプレッサよりも上流側の吸気通路にＥＧＲガスを導入するＥＧＲ装置とを備える内燃機関では、新気とＥＧＲガスとの混合ガスをインタークーラにて冷却する際に当該混合ガスがその露点温度以下に冷やされると凝縮水が発生する。また、ＥＧＲガスがＥＧＲバルブを通過する際にＥＧＲバルブボディに触れることでＥＧＲガスがその露点温度以下に冷やされることによっても凝縮水が発生する。さらに、内燃機関１０がそうであるように、ＥＧＲクーラを備えている場合には、ＥＧＲクーラを通過するＥＧＲガスがその露点温度以下に冷やされることによっても凝縮水が発生する。
【００３９】
［実施の形態１の内燃機関システムのエンジン暖機運転時の動作および効果］
上述した構成を有する内燃機関１０のシステムでは、冷間始動後のエンジン暖機運転中に次のような動作が行われる。すなわち、電子サーモスタットを利用する第２切替バルブ８８によれば、エンジン暖機運転の開始時には、第２非バイパス流路形態が得られる。そして、このように第２非バイパス流路形態が用いられている状態で、第２ウォータポンプ８６が駆動される。なお、第１冷却水に関しては、サーモスタットを利用する第１切替バルブ６８によれば、エンジン暖機運転の開始時に、第１非バイパス流路形態が得られる点は、第２冷却水回路８０と同様である。ただし、本実施形態で例示する第１ウォータポンプ６６はクランク軸駆動式であるため、特別な制御なしに、第１冷却水はエンジン暖機運転時に循環することとなる。なお、エンジン暖機運転とは、冷間始動後にエンジン冷却水温度（第１冷却水の温度）が所定温度で安定するまでの運転のことであり、このようなエンジン暖機運転には、アイドリング状態で行われる態様だけでなく、車両走行のための駆動力を内燃機関１０が発生している状態で行われる態様も含まれる。
【００４０】
また、エンジン暖機運転の開始時には、排気熱回収器９４は、排気ガスと第２冷却水との熱交換がなされる状態となるように第３切替バルブ９８が制御される。すなわち、「熱源機器である排気熱回収器９４の熱が第２冷却水によって回収されることが許容された状態」でエンジン暖機運転が開始されることになる。また、内燃機関１０のシステムは、排気熱回収器９４だけでなく、「熱源機器」に相当するものとしてタービン２４ｂを備えている。ただし、タービン２４ｂの場合には、内燃機関１０の運転開始に伴ってタービン２４ｂが回転し始めることによって熱が発生し、この熱がタービンハウジング２４ｂ１に伝達される。そして、タービンハウジング２４ｂ１と第２冷却水との間で熱交換が行われることになる。このように、タービン２４ｂの場合には、特別な制御を必要とすることなく、エンジン暖機運転の開始時に、「熱源機器であるタービン２４ｂの熱が第２冷却水によって回収されることが許容された状態」になっているといえる。
【００４１】
さらに、本実施形態では、エンジン暖機運転中の第２冷却水の目標温度β（第２切替バルブ８８の開弁温度）は、インタークーラ２８、ＥＧＲクーラ３８およびＥＧＲバルブボディ４０ａにて凝縮水が発生しない最低温度となるように設定されている。より具体的には、既述したように、インタークーラ２８、ＥＧＲクーラ３８およびＥＧＲバルブボディ４０ａの各部を通過するガスがその露点温度以下に冷やされると凝縮水が発生してしまう。言い換えると、インタークーラ２８、ＥＧＲクーラ３８およびＥＧＲバルブボディ４０ａの各部の温度が、当該各部を通過するガス（インタークーラ２８に関しては新気とＥＧＲガスとの混合ガスであり、ＥＧＲクーラ３８およびＥＧＲバルブボディ４０ａに関してはＥＧＲ通路３６を流れるＥＧＲガス（排気ガス））の露点温度のうちの最大値よりも高ければ、凝縮水は発生しないといえる。したがって、上記最低温度には、上記最大値を僅かに上回る値が該当する。また、上記目標温度βとしては、上記最低温度に所定の余裕代（例えば、制御上必要な余裕代）を持たせた温度であってもよい。
【００４２】
上記のようにして設定される目標温度βは、外気条件（外気温度および外気湿度条件）およびエンジン運転条件（エンジン回転数およびエンジン負荷等）に応じて変化する。ＥＣＵ５０には、外気条件およびエンジン運転条件に応じた値として事前に決定された目標温度βが記憶されている。
【００４３】
なお、エンジン暖機運転中に第２冷却水の温度が目標温度βに到達した後には、目標温度βを維持するように第２冷却水の温度が制御される。このような水温制御は、例えば、第２切替バルブ８８の開度調整によって行うことができ、或いは、電動式の第２ウォータポンプ８６の吐出流量を変化させることによっても行うことができる。また、排気熱回収器９４を熱源機器として備える本システムであれば、第２冷却水の温度調整のために、第３切替バルブ９８の開閉制御（開度調整が可能であれば開度制御）によって第２冷却水が回収する排気ガスの熱量を調整する手法を利用することもできる。
【００４４】
図２は、本発明の実施の形態１における内燃機関システムのエンジン暖機運転によって得られる効果を説明するためのタイムチャートである。図２（Ａ）は、実施の形態１の内燃機関１０のシステムとの対比のために用いる従来の内燃機関システムでのエンジン暖機運転中の第１および第２冷却水温度の推移を表した図であり、図２（Ｂ）は、本実施形態の内燃機関１０のシステムに対する図である。ここでいう従来の内燃機関システムとは、エンジン本体用の冷却水回路とインタークーラ用の冷却水回路とを別系統にて備えてはいるが、本システムのように熱源機器をインタークーラ用の冷却水回路に備えておらず、エンジン本体用の冷却水回路からインタークーラ用の冷却水回路への熱伝達を利用してインタークーラ用の冷却水を昇温させるものである。
【００４５】
本実施形態の内燃機関１０のシステムによれば、タービン２４ｂと排気熱回収器９４とが第２冷却水を昇温させるために使用される。これらの熱源機器は、エンジン始動後に直ぐに高温となる。このため、これらの熱源機器の利用により、従来の内燃機関システムのようにエンジン本体用の冷却水からインタークーラ用の冷却水への伝熱を利用する場合と比べて、第２冷却水を直接的に昇温させられるようになる。また、エンジン本体１０ａのための第１主冷却水流路７０とインタークーラ２８のための第２主冷却水流路９０とが独立しているため、エンジン本体１０ａ、インタークーラ２８および上記熱源機器を１系統の冷却水回路内に備える場合と比べて、熱源機器を通過しつつ回路内を循環する冷却水の流量が少なくなる。このような理由によっても、エンジン暖機運転の開始後に、インタークーラ２８に利用する第２冷却水の温度を早期に昇温させることができるといえる。これにより、図２（Ａ）と図２（Ｂ）とを比較しても分かるように、第２冷却水の温度が、凝縮水発生の抑制を考慮して上記のように設定された目標温度βに到達するタイミングを早めることができる。
【００４６】
その結果、エンジン暖機時に、エンジン本体１０ａ側の第１冷却水の温度上昇の状況に影響されることなく、凝縮水発生の懸念なしにＥＧＲガスを導入開始できるタイミングを早めることができる。このため、ＥＧＲガスの導入による燃費向上効果を高めることができる。また、本システムは、第２冷却水を利用する第２ヒータコア８２を備えている。これにより、相対的に冷却水量が多く昇温に時間がかかる第１冷却水だけを利用する場合と比べ、冷間始動後に車室内ヒータを早期に（すなわち、第１冷却水の温度が十分に温まっていない時にも）使用できるようになる。
【００４７】
また、本実施形態では、エンジン暖機運転時に使用する第２冷却水の目標温度βがインタークーラ２８、ＥＧＲクーラ３８およびＥＧＲバルブボディ４０ａにて凝縮水が発生しない最低温度相当とされている。このような設定への配慮なしに目標温度βが高められていると、インタークーラでの冷却能力の低下によって吸気温度が高くなり、吸気の充填効率が低下してしまう。以上のことから、上記設定によれば、エンジン暖機運転時に、吸気の充填効率への影響を最小限に留めつつ、上記箇所での凝縮水が発生しない温度に第２冷却水の温度を制御することができる。
【００４８】
ところで、上述した実施の形態１においては、第１主冷却水流路７０に第１ヒータコア６２を備え、第２主冷却水流路９０に第２ヒータコア８２を備える構成を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明に係る過給機付き内燃機関システムは、２系統の冷却系のそれぞれにヒータコアを有する構成を備えたものに必ずしも限られるものではなく、例えば、第１冷却水回路６０側にのみヒータコアを有する構成を備えたものであってもよい。
【００４９】
実施の形態２．
次に、図３および図４を主に参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態の内燃機関システムは、上述した実施の形態１の内燃機関１０のシステムの構成を用いて、以下に説明する制御を行うものである。
【００５０】
図３は、本発明の実施の形態２における特徴的な冷却水温制御の概要を説明するためのタイムチャートである。本制御は、実施の形態１のシステム構成を利用して、車室内ヒータの性能（車室内への温風の吹き出し温度）を高めるためのものである。
【００５１】
具体的には、車両のユーザーによる車室内ヒータを用いた暖房の要求度が高い場合には、エンジン暖機運転の開始時の第２冷却水の目標温度として、当該暖房の要求度が低い場合に用いられる目標温度βと比べて高い目標温度γが使用される。それに伴い、図３に示すように、第２冷却水の温度が目標温度βに到達した後にも第２切替バルブ８８が閉じたままとされる。これにより、第２冷却水の温度がβよりもさらに高められる。
【００５２】
第２冷却水の温度が目標温度γに到達した後には、目標温度γを維持するように第２冷却水の温度が制御される。このような制御は、例えば、実施の形態１において既述したように第２ウォータポンプ８６の吐出流量の調整または排気熱回収器９４の第３切替バルブ９８の制御によって行うことができる。
【００５３】
その後、第１冷却水の温度が高暖房要求に応え得る温度αに到達した場合には、第２冷却水の目標温度がγから通常時（暖房の要求度が低い時）のβに変更される。それに伴い、第２切替バルブ８８が開かれて、第２冷却水の温度が下げられる。その後に第２冷却水の温度を目標温度βで維持するための手法としては、例えば、実施の形態１にて既述した手法を用いることができる。
【００５４】
図４は、本発明の実施の形態２における冷却水温制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
【００５５】
図４に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、まず、吸気温度センサ２０および吸気湿度センサ２２を用いて、外気温度および外気湿度を検出する（ステップ１００）。次いで、ＥＣＵ５０は、暖房の要求度（ヒータ要求度）が所定レベルよりも高いか否かを判定する（ステップ１０２）。このような判定は、例えば、空調スイッチ５８による車室内の設定温度が所定温度よりも高いか否かに基づいて判断することができる。
【００５６】
ステップ１０２にて暖房の要求度が低いと判定した場合には、ＥＣＵ５０は、目標温度βとなるように第２冷却水温度を制御する（ステップ１０４）。ＥＣＵ５０は、予め設定しておいたマップ（図示省略）にしたがって、ステップ１００にて取得した外気条件、およびエンジン運転条件に応じた目標温度βを取得し、本ステップ１０４の処理に利用する。
【００５７】
一方、ステップ１０２にて暖房の要求度が高いと判定した場合には、ＥＣＵ５０は、次いで、第１冷却水の温度が目標温度αよりも低いか否かを判定する（ステップ１０６）。その結果、ＥＣＵ５０は、第１冷却水の温度が目標温度αに到達している場合にはステップ１０４の処理を実行し、第１冷却水の温度が目標温度αに未だ到達していない場合にはステップ１０８に進む。ステップ１０８では、ＥＣＵ５０は、目標温度γ（＞β）となるように第２冷却水温度を制御する。これらのステップ１０６および１０８で用いられる目標温度αおよびγは、外気条件、エンジン運転条件および暖房の要求度に応じて変化する。このため、ＥＣＵ５０は、予め設定したおいたマップ（図示省略）にしたがって、外気条件、エンジン運転条件および暖房の要求度に応じた目標温度αおよびγを取得し、ステップ１０６および１０８の処理にそれぞれ利用する。
【００５８】
以上説明した図４に示すルーチンによれば、内燃機関１０の冷間始動時に車室内ヒータを用いた暖房の要求度が高い場合には、エンジン暖機運転中の第２冷却水の目標温度が、第１冷却水の温度が高暖房要求に応え得る温度αに高まるまで、当該暖房の要求度が低い場合と比べて高められるようになる。これにより、本制御を行わない場合と比べ、第２ヒータコア８２に導入される熱量が増加するので、車室内に温風を早期に吹き出させることが可能となる。このように、本制御によれば、エンジン暖機時に車室内ヒータの性能を必要に応じて向上させることができる。
【００５９】
ところで、上述した実施の形態１および２においては、第２主冷却水流路９０による第２冷却水の循環対象として、インタークーラ２８とともにＥＧＲクーラ３８およびＥＧＲバルブボディ４０ａが該当する例について説明を行った。しかしながら、本発明における第２主冷却水流路による第２冷却水の循環対象は、インタークーラのみであってもよい。或いは、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲバルブボディの何れか一方のみがインタークーラとともに第２冷却水の循環対象となっているものであってもよい。
【００６０】
また、上述した実施の形態１および２においては、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａを備える内燃機関１０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明の対象となる過給機付き内燃機関システムは、ターボ過給機２４以外の方式によるコンプレッサを備えるものであってもよい。そして、このようなコンプレッサには、例えば、電動式のコンプレッサ、或いは、クランク軸からの動力を利用する機械式過給機のコンプレッサが該当する。
【００６１】
また、上述した実施の形態１および２においては、クランク軸からの動力を利用してエンジン暖機運転の開始時に第１ウォータポンプ６６の駆動が行われる内燃機関１０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、実施の形態１との関係では、第１ウォータポンプの駆動は、必ずしもエンジン暖機運転の開始時に行われるものに限られない。すなわち、実施の形態１との関係では、さらなる燃費向上を意図して、エンジン暖機運転の開始時に第１ウォータポンプの駆動が停止される構成を備えた内燃機関システムであってもよい。さらには、このような内燃機関システムを応用して、タービンハウジングの冷却を第１冷却水によって担わせることとし、エンジン暖機運転の開始時にタービンハウジングの冷却に足りるだけの少量での第１冷却水の循環を行う構成としてもよい。このような構成の場合には、本発明の「熱源機器」としては、排気熱回収器のみが利用されることになる。また、このような構成とは逆に、ターボ過給機のコンプレッサを備える内燃機関システムにおいて、「熱源機器」としてターボ過給機のタービンのみを備えるようにしてもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態１および２においては、第２冷却水のための第２切替バルブ８８の具体例として電子サーモスタットを取り上げた。しかしながら、第２切替バルブ８８は、電子サーモスタット等のサーモスタットを利用してエンジン暖機運転の開始時に閉じるように設定されたバルブに限られず、すなわち、例えば、エンジン暖機運転の開始時に閉じるように制御されるバルブ（電磁弁など）であってもよい。また、実施の形態１との関係では、第２切替バルブ８８は、任意に開閉を行える電子サーモスタットではない一般的なサーモスタットを利用するものであってもよい。
【００６３】
また、上述した実施の形態１および２においては、第２非バイパス流路形態を用いるように第２冷却水の流路形態が選択され、第２ウォータポンプ８６が駆動され、かつ、熱源機器である排気熱回収器９４の熱が第２冷却水によって回収されることが許容された状態で、内燃機関１０の冷間始動後のエンジン暖機運転が開始されるようになっている。しかしながら、本発明におけるエンジン暖機運転に関する上記動作は、上記のようにエンジン暖機運転の開始とともに実施されるものに限らず、エンジン暖機運転の開始後に途中から実施されるものであってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０  内燃機関
１０ａ  エンジン本体
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６  エアクリーナ
１８  エアフローメータ
２０  吸気温度センサ
２２  吸気湿度センサ
２４  ターボ過給機
２４ａ  コンプレッサ
２４ｂ  タービン
２４ｂ１  タービンハウジング
２６  スロットルバルブ
２８  インタークーラ
３０  排気浄化触媒
３２  マフラー
３４  ＥＧＲ装置
３６  ＥＧＲ通路
３８  ＥＧＲクーラ
４０  ＥＧＲバルブ
４０ａ  ＥＧＲバルブボディ
５０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２  クランク角センサ
５４  燃料噴射弁
５６  点火装置
５８  空調スイッチ
６０  第１冷却水回路
６２  第１ヒータコア
６４  第１ラジエータ
６６  第１ウォータポンプ
６８  第１切替バルブ
７０  第１主冷却水流路
７２  第１バイパス流路
７４  第１水温センサ
８０  第２冷却水回路
８２  第２ヒータコア
８４  第２ラジエータ
８６  第２ウォータポンプ
８８  第２切替バルブ
９０  第２主冷却水流路
９２  第２バイパス流路
９４  排気熱回収器
９６  第２水温センサ
９８  第２切替バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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