(57)【要約】【課題】エンジンの暖機運転時における、エンジン始動時の暖機時間を短縮することができるとともに、エンジン暖機後の通常運転時においても、排気ガス浄化処理装置に担持された触媒の温度を活性化温度以上に維持して、排気ガスの浄化処理能力の低下を防止できる内燃機関の冷却システム、内燃機関及び内燃機関の冷却方法を提供する。【解決手段】過給用のコンプレッサ１５ｂの下流側にインタークーラシステム１６を備えた内燃機関の冷却システム１において、インタークーラシステム１６を大気Ａ１と熱交換する空冷式インタークーラ１６ａと、エンジン冷却水Ｗと熱交換する水冷式インタークーラ１６ｂを並列に配設して構成し、内燃機関１０の運転状態に応じて流路切替機構１６ｃを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給用のコンプレッサの下流側にインタークーラシステムを備えた内燃機関の冷却システムにおいて、
前記インタークーラシステムが、大気と熱交換する空冷式インタークーラと、エンジン冷却水と熱交換する水冷式インタークーラを並列に配設して構成され、
前記コンプレッサを通過後の吸気が前記空冷式インタークーラと前記水冷式インタークーラのいずれか一方を流れるように吸気の流路を切り替える流路切替機構を設けて構成されると共に、
当該内燃機関の冷却システムを制御する制御装置が当該内燃機関の運転状態に応じて前記流路切替機構を制御するように構成されることを特徴とする内燃機関の冷却システム。
【請求項２】
前記制御装置が、
前記内燃機関の冷間始動時に、
エンジン冷却水の温度である第１温度が、予め設定した暖機完了判定温度閾値未満では、吸気が前記水冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、前記第１温度が前記暖機完了判定温度閾値以上では、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御するように構成される請求項１に記載の内燃機関の冷却システム。
【請求項３】
前記制御装置が、
前記内燃機関の暖機運転完了後の通常運転時に、
前記内燃機関の排気通路に設けた排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度である第２温度が、予め設定した浄化処理判定温度閾値以上であるときは、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、
前記第２温度が、前記浄化処理判定温度閾値未満であり、かつ、過給圧力が予め設定した水冷切替判定圧力閾値以上であるときは、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、
前記第２温度が、前記浄化処理判定温度閾値未満であり、かつ、前記過給圧力が前記水冷切替判定圧力閾値未満であるときは、吸気が前記水冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御するように構成される請求項１または２に記載の内燃機関の冷却システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却システムを備えた内燃機関。
【請求項５】
過給用のコンプレッサの下流側に、大気と熱交換する空冷式インタークーラと、エンジン冷却水と熱交換する水冷式インタークーラを並列に配設すると共に、前記コンプレッサを通過後の吸気が前記空冷式インタークーラと前記水冷式インタークーラのいずれか一方を流れるように吸気の流路を切り替える流路切替機構を設けた内燃機関の冷却システムにおける内燃機関の冷却方法において、前記流路切替機構を当該内燃機関の運転状態に応じて制御するように構成されることを特徴とする内燃機関の冷却方法。
【請求項６】
前記内燃機関の冷間始動時に、エンジン冷却水の温度である第１温度が、予め設定した暖機完了判定温度閾値未満では、吸気が前記水冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、前記第１温度が前記暖機完了判定温度閾値以上では、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御する請求項５に記載の内燃機関の冷却方法。
【請求項７】
前記内燃機関の暖機運転完了後の通常運転時に、
前記内燃機関の排気通路に設けた排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度である第２温度が、予め設定した浄化処理判定温度閾値以上であるときは、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、
前記第２温度が、前記浄化処理判定温度閾値未満であり、かつ、過給圧力が予め設定した水冷切替判定圧力閾値以上であるときは、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、
前記第２温度が、前記浄化処理判定温度閾値未満であり、かつ、前記過給圧力が前記水冷切替判定圧力閾値未満であるときは、吸気が前記水冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御する請求項５または６に記載の内燃機関の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの冷間始動時の暖機時間を短縮することができるとともに、エンジン暖機後の通常運転時において、排気ガス浄化処理装置の触媒の温度を活性化温度以上に維持できて、排気ガスの浄化処理能力の低下を防止できる内燃機関の冷却システム、内燃機関及び内燃機関の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関においては、エンジンの高出力化と低排ガスレベル化を両立するために、図３に示すように、ターボ式過給システム１５とインタークーラ１６ａを組み合わせたインタークーラ付きターボシステムが導入されている。このシステムでは、大気中より吸気通路１２に導入された吸気Ａは、ターボ式過給システム１５のコンプレッサ１５ｂにより圧縮されてエネルギーを高められて昇温するので、吸気温度を下げるために、コンプレッサ１５ｂの下流側のインタークーラ１６ａによって熱交換している。この場合、コンプレッサ１５ｂで圧縮された吸気Ａのエネルギーの一部が大気Ａ１に放出されることになり、エネルギーロスが発生している。
【０００３】
このエネルギーロス対策に関連して、発電システムではあるが、エンジンの本体の所要冷却部を冷却するエンジン本体冷却系と、エンジンに供給すべき加圧状態の給気を冷却する給気冷却系とを有するエンジン冷却システムにおいて、給気冷却系に配置された給気冷却器を低温側熱交換部と高温側熱交換部との２つの熱交換部から構成し、エンジン本体冷却系を流通する冷却媒体と、給気冷却器の高温側熱交換部を流通する冷却媒体との両方から熱回収を行うエンジン冷却システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、このようなエンジン冷却システムでは、これらの冷却媒体から熱回収して熱水を供給するための廃熱回収用の熱交換器を設けており、車両搭載用の内燃機関に用いるのは難しいという問題がある。
【０００５】
一方、発電システムの内燃機関に比べて頻繁に発停を繰り返す車両搭載の内燃機関においては、この吸気におけるエネルギーロスに関連して、吸気はエンジンの運転状態にかかわらず、空冷式インタークーラで冷却された後に気筒内に入るため、エンジンの冷間始動時には暖機するまでの暖機時間が長期化してしまうという問題や、エンジン暖機後の通常運転時において、外気温度が低い場合には、エンジン吸入温度が低くなり、排気温度が低下して、排気後処理のための排気ガス浄化処理装置に担持されている触媒の活性化温度の確保が難しくなる場合が生じるという問題が生じている。
【０００６】
これに関連して、過給空気クーラを２つ設けて、内燃機関のコールドスタート時は過給空気を過給空気クーラをバイパスさせて所定の温度に達してから初めて過給空気を冷却し、高温の過給空気に対しては２つの過給空気クーラを用い、中間の温度の過給空気に対しては１つの過給空気クーラを用いるターボ過給機付き多気筒内燃機関の過給空気冷却装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、この構成は、内燃機関の運転状況に応じて、過給空気クーラの冷却能力をバイパスを含めて３段階で変更するだけであり、エネルギーロスの量を減少できるが、過給空気クーラにおけるエネルギーロス分を回収できず、また、エンジン暖機後の排気温度の低下の問題を十分に解決できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１８６５４９号公報
【特許文献２】特表２００４−５１１６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一方、本発明者は、エンジンの冷間始動時では、エンジン冷却水を温める必要があるため、インタークーラで放出される吸気のエネルギーの一部をエンジン冷却水に移動できれば、暖気を温めることができるとの知見と、エンジン暖機後においては、エンジン冷却水の温度が８０℃〜９０℃になっていることに着目し、このエンジン冷却水で吸気を温めて吸気温度を高めることができるとの知見と、次いで、エンジンの吸気温度と排気温度は略直線的な関係にあり（図４参照）、吸気温度を上昇させることにより排気温度を上昇できるので、この吸気温度をエンジン冷却水で上昇させることにより、排気温度を上昇させることができ、排気ガス浄化装置の触媒の活性化温度を維持できるとの知見を得た。
【００１０】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの暖機運転時における、エンジン始動時の暖機時間を短縮することができるとともに、エンジン暖機後の通常運転時においても、排気ガス浄化処理装置に担持された触媒の温度を活性化温度以上に維持して、排気ガスの浄化処理能力の低下を防止できる内燃機関の冷却システム、内燃機関及び内燃機関の冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の冷却システムは、過給用のコンプレッサの下流側にインタークーラシステムを備えた内燃機関の冷却システムにおいて、前記インタークーラシステムが、大気と熱交換する空冷式インタークーラと、エンジン冷却水と熱交換する水冷式インタークーラを並列に配設して構成され、前記コンプレッサを通過後の吸気が前記空冷式インタークーラと前記水冷式インタークーラのいずれか一方を流れるように吸気の流路を切り替える流路切替機構を設けて構成されると共に、当該内燃機関の冷却システムを制御する制御装置が当該内燃機関の運転状態に応じて前記流路切替機構を制御するように構成される。
【００１２】
この構成によれば、エンジンの運転状態に応じて、過給された吸気と大気又はエンジン冷却水との間で熱交換できるようになるので、外気温度やエンジンの暖機状態に応じて、吸気の熱交換の相手を大気又はエンジン冷却水に切り換えて、コンプレッサで圧縮及び昇温された吸気のエネルギーの一部を回収しながら、吸気の温度をより適切な温度にして気筒内に供給することができるようになり、それに伴い、排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度も調整できるようになる。
【００１３】
なお、上記の内燃機関の冷却システムにおいて、前記水冷式インタークーラで熱交換するエンジン冷却水を、ウォーターポンプの出口から前記水冷式インタークーラに導き、前記水冷式インタークーラから出た後はＥＧＲクーラに導くように構成すると、エンジンの冷間始動時に、水冷式インタークーラを通過して温度上昇したエンジン冷却水をＥＧＲクーラに流入させることができるようになるので、ＥＧＲクーラにおけるエンジン冷却水によるＥＧＲガスの冷却度合いを低下させて、ＥＧＲガスの低温化を抑制し、低温化した排気ガス中のＨＣなどの付着を防止することができるようになる。
【００１４】
また、上記の内燃機関の冷却システムにおいて、前記制御装置が、前記内燃機関の冷間始動時に、エンジン冷却水の温度である第１温度が、予め設定した暖機完了判定温度閾値未満では、吸気が前記水冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、前記第１温度が前記暖機完了判定温度閾値以上では、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御するように構成されると、次のような効果を奏することができる。
【００１５】
つまり、エンジンの冷間始動時における暖気完了前では、従来技術では空冷式インタークーラにより吸気のエネルギーの一部を大気に放熱していたが、この吸気のエネルギーの一部を、水冷式インタークーラにおける熱交換により、エンジン冷却水に移動して、エンジン冷却水を昇温させることができるので、エンジンの暖機時間を短縮してエンジンの早期暖機を実現することができる。また、暖気完了後は、従来技術と同様に空冷式インタークーラで吸気を冷却することができる。
【００１６】
また、上記の内燃機関の冷却システムにおいて、前記制御装置が、前記内燃機関の暖機運転完了後の通常運転時に、前記内燃機関の排気通路に設けた排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度である第２温度が、予め設定した浄化処理判定温度閾値以上であるときは、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、前記第２温度が、前記浄化処理判定温度閾値未満であり、かつ、過給圧力が予め設定した水冷切替判定圧力閾値以上であるときは、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、前記第２温度が、前記浄化処理判定温度閾値未満であり、かつ、前記過給圧力が前記水冷切替判定圧力閾値未満であるときは、吸気が前記水冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御するように構成される。なお、ここでいう通常運転時とは、排気ガス浄化装置のためのＰＭ再生操作や硫黄パージ操作やＮＯｘ再生操作等における特殊なエンジン運転を含まないという意味である。
【００１７】
つまり、第２温度が浄化処理判定温度閾値以上で排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度が高く排気ガス浄化装置に担持された触媒の温度が活性化温度未満になる可能性がないときには、空冷式インタークーラで吸気を冷却する。
【００１８】
しかし、第２温度が浄化処理判定温度閾値未満で、排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度が低く、例えば、排気ガス浄化装置の入口で１８０℃以下になって、触媒の温度が活性化温度未満になる可能性があるときには、水冷式インタークーラで水温が８０℃〜９０℃で循環しているエンジン冷却水を用いて吸気と熱交換し、この水温よりも低い温度の大気との熱交換を行わないことで、吸気の温度低下量を減少し、吸気温度を比較的高い温度に維持して排気温度も比較的高い温度に維持して、触媒の温度が活性化温度以上を維持できるようにする。
【００１９】
ただし、過給圧力が水冷切替判定圧力閾値以上で、過給圧力が高くコンプレッサの出口温度が高温、例えば、１６０℃以上の温度となるようなエンジンの運転状態では、この高温の吸気を水冷式インタークーラに流すと、エンジン冷却水の温度が高温になって、１００℃以上となると沸騰して気泡が発生する恐れが生じるため、流路切替機構を制御して、吸気を空冷式インタークーラに流して、エンジン冷却水における気泡発生を回避する。
【００２０】
したがって、この構成によれば、エンジンの暖機運転完了後の通常運転時に、エンジン冷却水における気泡発生を回避しながら、吸気温度の温度低下量を調整して、吸気温度の低下による排気温度の低下を抑制して、排気ガス浄化処理装置の触媒の温度を活性化温度を維持することができ、エンジンの低負荷運転時における排気ガス浄化性能の低下を防止できる。
【００２１】
なお、制御装置が、流路切替機構による空冷式インタークーラと水冷式インタークーラへの吸気の流れの切替を予め設定した制御時間をかけて行う制御をするように構成されると、流路切替に伴う吸気温度の急変化を回避できるので、エンジンの運転状態が急激に変化することを回避できる。
【００２２】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、上記の内燃機関の冷却システムを備えて構成され、上記の内燃機関の冷却システムと同様の作用効果を奏することができる。
【００２３】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の冷却方法は、過給用のコンプレッサの下流側に、大気と熱交換する空冷式インタークーラと、エンジン冷却水と熱交換する水冷式インタークーラを並列に配設すると共に、前記コンプレッサを通過後の吸気が前記空冷式インタークーラと前記水冷式インタークーラのいずれか一方を流れるように吸気の流路を切り替える流路切替機構を設けた内燃機関の冷却システムにおける内燃機関の冷却方法において、前記流路切替機構を当該内燃機関の運転状態に応じて制御するように構成されることを特徴とする方法である。
【００２４】
また、上記の内燃機関の冷却方法において、前記内燃機関の冷間始動時に、エンジン冷却水の温度である第１温度が、予め設定した暖機完了判定温度閾値未満では、吸気が前記水冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、前記第１温度が前記暖機完了判定温度閾値以上では、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御する。
【００２５】
さらに、上記の内燃機関の冷却方法において、前記内燃機関の暖機運転完了後の通常運転時に、前記内燃機関の排気通路に設けた排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度である第２温度が、予め設定した浄化処理判定温度閾値以上であるときは、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、前記第２温度が、前記浄化処理判定温度閾値未満であり、かつ、過給圧力が予め設定した水冷切替判定圧力閾値以上であるときは、吸気が前記空冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御し、前記第２温度が、前記浄化処理判定温度閾値未満であり、かつ、前記過給圧力が前記水冷切替判定圧力閾値未満であるときは、吸気が前記水冷式インタークーラを流れるように前記流路切替機構を制御する。
【００２６】
これらの方法によれば、上記の内燃機関の冷却システムと同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の内燃機関の冷却システム、内燃機関及び内燃機関の冷却方法によれば、エンジンの運転状態に応じて、過給された吸気と大気又はエンジン冷却水との間で熱交換できるようになるので、外気温度やエンジンの暖機状態に応じて、吸気の熱交換の相手を大気又はエンジン冷却水に切り換えて、コンプレッサで圧縮及び昇温された吸気のエネルギーの一部を回収しながら、吸気の温度をより適切な温度にして気筒内に供給することができるようになり、それに伴い、排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度も調整できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却方法の制御フローの一例であり、エンジンの暖機運転時を示す図である。
【図３】従来技術の内燃機関の冷却システムの構成を模式的に示す図である。
【図４】エンジンに対する吸気温度と排気温度の関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却システム、内燃機関及び内燃機関の冷却方法について図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係る実施の形態の内燃機関は、本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却システム１を備えて構成され、後述する内燃機関の冷却システム１が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。なお、この実施の形態では、ターボ式過給システムのコンプレッサを例にして説明しているが、機械式のコンプレッサでもよく、過給できるコンプレッサであればよい。また、単段で過給しても多段で過給してもよい。
【００３０】
図１に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却システム１を備えたエンジン（内燃機関）１０は、エンジン本体１１と吸気通路１２と排気通路１３を備えており、さらに、ターボ式過給システムとＥＧＲシステムを備えている。
【００３１】
吸気通路１２は、吸気マニホールド１１ａに接続し、上流側より順に、空気流量（ＭＡＦ）センサ（図示しない）、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ｂ、インタークーラシステム１６、吸気絞り弁１７が設けられている。また、排気通路１３は、排気マニホールド１１ｂに接続し、上流側より順に、ターボチャージャ１５のタービン１５ａ、排気ガス浄化処理装置（図示しない）が設けられている。そして、ＥＧＲ通路１４は、排気マニホールド１１ｂと吸気マニホールド１１ａとを接続して設けられ、上流側より順に、ＥＧＲクーラ１４ａ、ＥＧＲバルブ１４ｂが設けられている。
【００３２】
そして、大気から導入される新気Ａが、必要に応じて、ＥＧＲ通路１４から吸気マニホールド１１ａに流入するＥＧＲガスＧｅを伴って、気筒（シリンダ）内の燃焼室に送られ、燃焼室にて燃料噴射装置より噴射された燃料と混合されて、燃料が燃焼することで、エンジン１０に動力を発生させる。そして、エンジン１０での燃焼により発生した排気ガスＧが、排気マニホールド１１ｂに流出し、その一部はＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスＧｅとして流れ、残りの排気ガスＧａ（＝Ｇ−Ｇｅ）は、排気通路１３に流出して、タービン１５ａを経由して、排気ガス浄化処理装置により浄化処理された後、マフラー（図示しない）を経由して大気へ放出される。
【００３３】
本発明においては、ターボ式過給システムを備えて、過給用のコンプレッサ１５ｂの下流側にインタークーラシステム１６を備えた本発明の内燃機関の冷却システム１において、このインタークーラシステム１６が、吸気Ａが大気Ａ１との間で熱交換する空冷式インタークーラ１６ａと、吸気Ａがエンジン冷却水Ｗとの間で熱交換する水冷式インタークーラ１６ｂの２つのインタークーラを並列に配設して構成される。
【００３４】
また、コンプレッサ１５ｂを通過後の吸気Ａが、空冷式インタークーラ１６ａと水冷式インタークーラ１６ｂのいずれか一方を流れるように吸気Ａの流路を切り替える三方弁（流路切替機構）１６ｃを、吸気通路１２においてコンプレッサ１５ｂから２つのインタークーラ１６ａ、１６ｂの流路に分岐する部分に設ける。言い換えると、コンプレッサ１５ｂを通過後の吸気Ａの流れを、空冷式インタークーラ１６ａまたは水冷式インタークーラ１６ｂのいずれか一方に切り換えるための分岐点に三方弁１６ｃを設ける。なお、三方弁１６ｃの代わりに、空冷式インタークーラ１６ａ及び水冷式インタークーラ１６ｂのそれぞれの上流側に、開閉バルブをそれぞれ設けるように構成してもよい。
【００３５】
この水冷式インタークーラ１６ｂを冷却するためのエンジン冷却水Ｗの流路について説明する。エンジン冷却水Ｗは、ラジエーター２１、ウォーターポンプ２２、エンジン本体１１、ラジエーター２１の順に巡回する第１流路２０ａと、この第１流路２０ａのエンジン本体１１の下流から分岐してタービン１５ａに行き、ウォーターポンプ２２に戻る第２流路２０ｂを用いて循環している。
【００３６】
なお、ラジエーター２１の上流側にサーモスタット２３を配設して、エンジン冷却水Ｗの温度がサーモスタット２３の設定温度以下になると、自動的に第１流路２０ａの一部を第４流路２０ｄ（点線）に切り替えてラジエーター２１をバイパスしてウォーターポンプ２２に入るように構成されている。
【００３７】
さらに、このエンジン冷却水Ｗの第１流路２０ａのウォーターポンプ２２の下流から分岐して水冷式インタークーラ１６ｂに行き、ＥＧＲクーラ１４ａを経由して、ウォーターポンプ２２の上流に合流する第３流路２０ｃを設けて、エンジン冷却水Ｗが、ウォーターポンプ２２、水冷式インタークーラ１６ｂ、ＥＧＲクーラ１４ａの順に繰り返し循環するように構成する。
【００３８】
これにより、エンジン１０の冷間始動時に、水冷式インタークーラ１６ｂを通過して温度上昇したエンジン冷却水ＷをＥＧＲクーラ１４ａに流入させることができるようになるので、ＥＧＲクーラ１４ａにおけるエンジン冷却水ＷによるＥＧＲガスＧｅの冷却度合いを低下させることができる。従って、ＥＧＲガスＧｅの低温化を抑制し、低温化した排気ガスＧｅ中のＨＣなどがＥＧＲクーラ１４ａの内部配管に付着することを防止できる。
【００３９】
また、吸気マニホールド１１ａにはコンプレッサ１５ｂを通過して圧縮及び昇温された後の吸気Ａの過給圧力Ｐを検出するための過給圧力センサ（ＭＡＰセンサ）３０を、排気通路１３には排気ガスＧａの温度Ｔｇを検出するための排気温度センサ３１を、エンジン冷却水Ｗの流路２０ａにはエンジン冷却水Ｗの温度Ｔｗを検出するための水温センサ３２をそれぞれ設ける。
【００４０】
なお、過給圧力センサ３０は、コンプレッサ１５ｂより下流側の吸気通路１２または吸気マニホールド１１ａであればどの位置に設けてもよいし、排気温度センサ３１は、排気通路１３であれば、タービン１５ａの上流側または下流側のいずれに設けてもよいが、排気ガス浄化装置（図示しない）に流入する排気ガスＧａの温度が重要なので、排気ガス浄化装置の直近の上流側に設けることが好ましい。また、水温センサ３２は、エンジン冷却水Ｗの第１〜第３流路２０ａ、２０ｂ、２０ｃのいずれかであればよく、その配設位置は限定されないが、エンジン１０の暖機状態を判断するためのものであるので、エンジン本体１１の直近の下流側に設けるのが好ましい。
【００４１】
また、図１に示すように、本発明の内燃機関の冷却システム１を制御する制御装置５０が設けられる。この制御装置５０は、通常は、エンジン１０の運転状態全般を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込まれるが、独立して設けてもよい。
【００４２】
そして、本発明の内燃機関の冷却システム１では、この制御装置５０を、エンジン１０の運転状態に応じて三方弁１６ｃを制御するように構成する。これにより、エンジン１０の運転状態に応じて、過給された吸気Ａと大気Ａ１又はエンジン冷却水Ｗとの間で選択的に熱交換できるようになるので、外気温度やエンジン１０の暖機状態に応じて、吸気Ａの熱交換の相手を大気Ａ１又はエンジン冷却水Ｗに切り換えて、コンプレッサ１５ｂで圧縮及び昇温された吸気Ａのエネルギーの一部を回収しながら、吸気Ａの温度をより適切な温度にして気筒内に供給することで、排気ガス浄化装置に流入する排気ガスＧａの温度を調整する。
【００４３】
より具体的には、制御装置５０を、エンジン１０の冷間始動時に、エンジン冷却水Ｗの温度である第１温度Ｔｗが、予め設定した暖機完了判定温度閾値Ｔｗｃ未満では、吸気Ａが水冷式インタークーラ１６ｂを流れるように三方弁１６ｃを制御する。また、第１温度Ｔｗが暖機完了判定温度閾値Ｔｗｃ以上では、吸気Ａが空冷式インタークーラ１６ａを流れるように三方弁１６ｃを制御するように構成する。
【００４４】
これにより、エンジン１０の冷間始動時における暖気完了前では、従来技術では空冷式インタークーラ１６ａにより吸気Ａのエネルギーの一部を大気Ａ１に放熱していたが、この吸気Ａのエネルギーの一部を、水冷式インタークーラ１６ｂにおける熱交換により、エンジン冷却水Ｗに移動して、エンジン冷却水Ｗを昇温させる。従って、エンジン１０の暖機時間を短縮してエンジン１０の早期暖機を実現することができる。また、暖気完了後は、従来技術と同様に空冷式インタークーラ１６ａで吸気Ａを冷却する。
【００４５】
また、制御装置５０を次のような制御を行うように構成する。エンジン１０の暖機運転完了後の通常運転時に、エンジン１０の排気通路１３に設けた排気ガス浄化装置に流入する排気ガスＧａの温度である第２温度Ｔｇが、予め設定した浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ以上であるときは、吸気Ａが空冷式インタークーラ１６ａを流れるように三方弁１６ｃを制御する。なお、ここでいう通常運転時とは、排気ガス浄化装置のためのＰＭ再生操作や硫黄パージ操作やＮＯｘ再生操作等における特殊なエンジン運転を含まないという意味である。また、浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃは、排気ガス浄化処理装置の活性化温度を確保するために必要な温度を基準に設定される温度であり、予め実験等により算出して制御装置５０に記憶させておく。
【００４６】
これにより、第２温度Ｔｇが浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ以上で排気ガス浄化装置に流入する排気ガスＧａの温度が高く排気ガス浄化装置に担持された触媒の温度が活性化温度未満になる可能性がないときには、空冷式インタークーラ１６ａで吸気Ａを冷却する。
【００４７】
また、第２温度Ｔｇが、浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ未満であり、かつ、過給圧力Ｐｇが予め設定した水冷切替判定圧力閾値Ｐｇｃ以上であるときは、吸気Ａが空冷式インタークーラ１６ａを流れるように三方弁１６ｃを制御する。
【００４８】
この水冷切替判定圧力閾値Ｐｇｃは、過給により吸気Ａの温度が上昇して、水冷式インタークーラ１６ｂに吸気Ａを流通させると、エンジン冷却水Ｗの通過用の流路の温度Ｔｗが高温、例えば、１００℃以上となり、エンジン冷却水Ｗに気泡が発生する可能性が生じる圧力であり、予め実験等により算出して制御装置５０に記憶させておく。
【００４９】
また、第２温度Ｔｇが、浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ未満であり、かつ、過給圧力Ｐｇが水冷切替判定圧力閾値Ｐｇｃ未満であるときは、吸気Ａが水冷式インタークーラ１６ｂを流れるように三方弁１６ｃを制御する。
【００５０】
これにより、第２温度Ｔｇが浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ未満で、排気ガス浄化装置に流入する排気ガスＧａの温度が低く、例えば、排気ガス浄化装置の入口で１８０℃以下になって、触媒の温度が活性化温度未満になる可能性があるときには、水冷式インタークーラ１６ｂで水温が８０℃〜９０℃で循環しているエンジン冷却水Ｗを用いて吸気Ａと熱交換する。つまり、このエンジン冷却水Ｗの水温よりも低い温度の大気Ａ１との熱交換を行わない。従って、吸気の温度低下量を減少でき、吸気温度を比較的高い温度に維持して排気温度も比較的高い温度に維持して、触媒の温度が活性化温度以上を維持できる。
【００５１】
ただし、過給圧力Ｐｇが水冷切替判定圧力閾値Ｐｇｃ以上になると、過給圧力Ｐｇが高くコンプレッサ１５ｂの出口温度が高温、例えば、１６０℃以上の温度となるので、このエンジン１０の運転状態で、高温の吸気Ａを水冷式インタークーラ１６ｂに流すと、エンジン冷却水Ｗの温度が高温になって、１００℃以上となると沸騰して気泡が発生する恐れが生じる。これを回避するため、三方弁１６ｃを制御して、吸気Ａを空冷式インタークーラ１６ａに流して、エンジン冷却水Ｗにおける気泡発生を回避する。
【００５２】
これにより、エンジン１０の暖機運転完了後の通常運転時に、エンジン冷却水Ｗにおける気泡発生を回避しながら、吸気温度の温度低下量を調整して、吸気温度の低下による排気温度の低下を抑制して、排気ガス浄化処理装置の触媒の温度を活性化温度を維持する。その結果、エンジン１０の低負荷運転時における排気ガス浄化性能の低下を防止できる。
【００５３】
なお、制御装置５０を、三方弁１６ｃによる空冷式インタークーラ１６ａと水冷式インタークーラ１６ｂへの吸気Ａの流れの切替を予め設定した制御時間をかけて行う制御をするように構成する。これにより、流路切替に伴う吸気温度の急変化を回避して、エンジン１０の運転状態の急激な変化を回避する。
【００５４】
この内燃機関の冷却システム１では、上記したように、エンジン１０の暖機運転時には、エンジン冷却水Ｗの温度Ｔｗが予め設定した暖機完了判定温度閾値Ｔｗｃ未満であるか否かに応じて、また、エンジン１０の暖機運転完了後の通常運転時には、排気ガスＧａの温度Ｔｇが浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ未満であるか否かと、コンプレッサ１５ｂの過給圧力Ｐｇが水冷切替判定圧力閾値Ｐｇｃ未満であるか否かの両方に応じて、三方弁１６ｃを制御している。そして、三方弁１６ｃの制御により、コンプレッサ１５ｂを通過した後の吸気Ａの流れを、空冷式インタークーラ１６ａまたは水冷式インタークーラ１６ｂのいずれか一方に切り替えている。
【００５５】
次に、上記の内燃機関の冷却システム１を用いた、本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却方法について、図２の制御フローを参照しながら説明する。
【００５６】
図２の制御フローは、エンジン１０の暖機運転時における制御フローであり、エンジン１０の冷間始動時等で暖機を行うときに上級の制御フローから呼ばれてスタートする制御フローであり、エンジン１０の運転が完了するまで繰り返し呼ばれて実施される制御フローとして示している。
【００５７】
この図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１にて、エンジン冷却水Ｗの温度である第１温度Ｔｗが予め設定した暖機完了判定温度閾値Ｔｗｃ以上であるか否かを判定する。ステップＳ１１にて、第１温度Ｔｗが暖機完了判定温度閾値Ｔｗｃ未満であるとき（ＮＯ）は、ステップＳ１５に進み、三方弁１６ｃを制御して、水冷式インタークーラ１６ｂに吸気Ａを流して、三方弁１６ｃの制御完了後、リターンして、本制御フローを終了する。
【００５８】
一方、ステップＳ１１にて、エンジン冷却水Ｗの温度Ｔｗが暖機完了判定温度閾値Ｔｗｃ以上であるとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ１２に進み、排気ガスＧａの温度Ｔｇが予め設定した浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ以上であるか否かを判定する。
【００５９】
ステップＳ１２にて、排気ガスＧａの温度Ｔｇが浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ以上であるとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ１４に進み、三方弁１６ｃを制御して、空冷式インタークーラ１６ａへ吸気Ａを流して、三方弁１６ｃの制御完了後、リターンして、本制御フローを終了する。
【００６０】
一方、ステップＳ１２にて、排気ガスＧａの温度Ｔｇが浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ未満であるとき（ＮＯ）は、ステップＳ１３に進み、ステップＳ１３にて、さらに、コンプレッサ１５ｂの過給圧力Ｐｇが予め設定した水冷切替判定圧力閾値Ｐｇｃ以上であるか否かを判定する。
【００６１】
このステップＳ１３にて、コンプレッサ１５ｂの過給圧力Ｐｇが水冷切替判定圧力閾値Ｐｇｃ以上であるとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ１４に進み、三方弁１６ｃを制御して、空冷式インタークーラ１６ａへ吸気Ａを流して、三方弁１６ｃの制御完了後、リターンして、本制御フローを終了する。
【００６２】
一方、ステップＳ１３にて、コンプレッサ１５ｂの過給圧力Ｐｇが水冷切替判定圧力閾値Ｐｇｃ未満であるとき（ＮＯ）は、ステップＳ１５に進み、三方弁１６ｃを制御して、水冷式インタークーラ１６ｂへ吸気Ａを流して、三方弁１６ｃの制御完了後、リターンして、本制御フローを終了する。
【００６３】
なお、この図２の制御フローに基づく制御の途中で、エンジン１０が運転停止したとき等は、割り込みが生じて、リターンに行って上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローの終了と共に終了する。
【００６４】
これらの制御により、上記の内燃機関の冷却システム１における内燃機関の冷却方法において、三方弁１６ｃをエンジン１０の運転状態に応じて制御でき、エンジン１０の冷間始動時に、エンジン冷却水Ｗの温度である第１温度Ｔｗが、予め設定した暖機完了判定温度閾値Ｔｗｃ未満では、吸気Ａが水冷式インタークーラ１６ｂを流れるように三方弁１６ｃを制御し、第１温度Ｔｗが暖機完了判定温度閾値Ｔｗｃ以上では、吸気Ａが空冷式インタークーラ１６ａを流れるように三方弁１６ｃを制御することができる。
【００６５】
さらに、エンジン１０の暖機運転完了後の通常運転時に、エンジン１０の排気通路１３に設けた排気ガス浄化装置に流入する排気ガスＧａの温度である第２温度Ｔｇが、予め設定した浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ以上であるときは、吸気Ａが空冷式インタークーラ１６ａを流れるように三方弁１６ｃを制御し、第２温度Ｔｇが、浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ未満であり、かつ、過給圧力Ｐｇが予め設定した水冷切替判定圧力閾値Ｐｇｃ以上であるときは、吸気Ａが空冷式インタークーラ１６ａを流れるように三方弁１６ｃを制御し、第２温度Ｔｇが、浄化処理判定温度閾値Ｔｇｃ未満であり、かつ、過給圧力Ｐｇが水冷切替判定圧力閾値Ｐｇｃ未満であるときは、吸気Ａが水冷式インタークーラ１６ｂを流れるように三方弁１６ｃを制御することができる。
【００６６】
上記の構成の内燃機関の冷却システム１、内燃機関及び内燃機関の冷却方法によれば、エンジン１０の運転状態に応じて、過給された吸気Ａと大気Ａ１又はエンジン冷却水Ｗとの間で熱交換できるようになるので、外気温度やエンジン１０の暖機状態に応じて、吸気Ａの熱交換の相手を大気Ａ１又はエンジン冷却水Ｗに切り換えて、コンプレッサ１５ｂで圧縮及び昇温された吸気Ａのエネルギーの一部を回収しながら、吸気Ａの温度をより適切な温度にして気筒内に供給することができるようになり、それに伴い、排気ガス浄化装置に流入する排気ガスＧａの温度も調整できるようになる。
【符号の説明】
【００６７】
１、１Ｘ  内燃機関の冷却システム
１０、１０Ｘ  エンジン（内燃機関）
１１  エンジン本体
１１ａ  吸気マニホールド
１１ｂ  排気マニホールド
１２  吸気通路
１３  排気通路
１４  ＥＧＲ通路
１４ａ  ＥＧＲクーラ
１４ｂ  ＥＧＲバルブ
１５  ターボチャージャ（ターボ式過給器）
１５ａ  タービン
１５ｂ  コンプレッサ
１６  インタークーラシステム
１６ａ  空冷式インタークーラ
１６ｂ  水冷式インタークーラ
１６ｃ  三方弁（流路切替機構）
１７  吸気絞り弁
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０Ｘ  エンジン冷却水の流路
２１  ラジエーター
２２  ウォーターポンプ
２３  サーモスタット
３０  過給圧力センサ（ＭＡＰセンサ）
３１  排気温度センサ
３２  水温センサ
５０  制御装置
Ａ  吸気（新気）
Ａ１  大気
Ｇａ  排気ガス
Ｇｅ  ＥＧＲガス
Ｗ  エンジン冷却水
【図１】
2016135997.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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