(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くことが可能なＥＧＲ装置を備え、複数経路の冷却水通路が機関本体に設けられた内燃機関であって、
複数経路の冷却水通路のうち最も排気通路側の冷却水通路を流れる冷却水の流量である排気側冷却水流量を調整可能な流量調整手段と、
ＥＧＲ装置と流量調整手段とを制御可能な制御手段と、
を有し、
制御手段は、ＥＧＲ装置によりＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、流量調整手段により排気側冷却水流量を低減させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、
ＥＧＲ装置は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを備え、当該ＥＧＲクーラは、貫流する冷却水の流量であるＥＧＲ側冷却水流量が、流量調整手段により調整されるものであり、
制御手段は、前記排気側冷却水流量を低減させると共に、流量調整手段によりＥＧＲ側冷却水流量を増大させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関において、
流量調整手段は、冷却水ポンプからの冷却水を、ＥＧＲクーラを貫流するＥＧＲ側冷却水通路と、前記最も排気通路側の冷却水通路である排気側冷却水通路に分流する分流弁であり、
制御手段は、分流弁の流量分配比率を制御して、排気側冷却水流量を低減させる分、ＥＧＲ側冷却水流量を増大させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関において、
制御手段は、
冷却水ポンプが少なくとも流量調整手段に向けて圧送する冷却水流量である圧送流量を制御する圧送流量制御手段と、
流量調整手段が故障しているか否かを判定する故障判定手段と、
流量調整手段が故障していると判定された場合に、排気通路を流れる排気ガスの排気温度が、予め設定された上限値を上回るか否かを判定する排気温度判定手段と、
を有し、
排気温度が前記上限値を上回ると判定された場合には、冷却水ポンプの圧送流量を増大させる
ことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路から排気ガスの一部を吸気通路に導くことが可能なＥＧＲ装置を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関におけるポンプ損失の低減等を目的として、気筒から排出された排気ガスの一部を吸気通路に導いて、再び気筒内に流入させるＥＧＲ（排気ガス再循環）装置が知られている。ＥＧＲ装置は、一般的に、排気通路と吸気通路とを連通させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を吸気通路に向けて流れる排気ガス（以下、ＥＧＲガスと記す）の流量を調整するＥＧＲ弁等から構成されている（例えば、特許文献１，２参照）。下記の特許文献１には、吸入空気量等の内燃機関の運転状態や、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの圧力に応じて、ＥＧＲ弁の開度を制御する制御技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１７４０４８号公報
【特許文献２】特開２００４−１００５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、機関負荷が高い場合など、内燃機関の運転状態によっては、ＥＧＲガスを流し込む吸気通路の負圧が小さくなる、すなわち吸気通路内の圧力が高くなることがあり、吸気通路内の圧力（以下、吸気圧と記す）と、ＥＧＲガスを取り入れる排気通路内の圧力（以下、排気圧と記す）との圧力差が小さくなる場合がある。このように圧力差が小さい場合において、ＥＧＲ弁を開放する等してＥＧＲ装置を作動させても、所望の流量のＥＧＲガスを吸気通路に導くことが困難な場合がある。
【０００５】
なお、上述の特許文献２には、ＥＧＲ通路（ＥＧＲ管）の途中にＥＧＲガスを過給する過給機を設けて、ＥＧＲガスを過給して吸気通路に導くことで、吸気圧（給気圧力）と排気圧との圧力が小さい運転状態においても、吸気通路に流し込まれるＥＧＲガスの流量を確保することが提案されている。しかし、内燃機関にＥＧＲ装置用の過給機を設けることは、内燃機関の構造が複雑となる等の問題がある。
【０００６】
したがって、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関においては、ＥＧＲ装置を作動させて、排気通路からＥＧＲガスを取り入れて吸気通路に導く際に、吸気圧と排気圧との圧力差を増大させて、吸気通路に導かれるＥＧＲガスの流量を増大させることが可能な技術を、簡素な構成で実現することが要望されている。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、吸気圧と排気圧との圧力差を増大させてＥＧＲガスの流量を増大させることが可能な内燃機関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】
上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、排気通路から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くことが可能なＥＧＲ装置を備え、複数経路の冷却水通路が機関本体に設けられた内燃機関であって、複数経路の冷却水通路のうち最も排気通路側の冷却水通路を流れる冷却水の流量である排気側冷却水流量を調整可能な流量調整手段と、ＥＧＲ装置と流量調整手段とを制御可能な制御手段とを有し、制御手段は、ＥＧＲ装置によりＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、流量調整手段により排気側冷却水流量を低減させることを特徴とする。
【０００９】
上記内燃機関において、ＥＧＲ装置は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを備え、当該ＥＧＲクーラは、貫流する冷却水の流量であるＥＧＲ側冷却水流量が、流量調整手段により調整されるものであり、制御手段は、前記排気側冷却水流量を低減させると共に、流量調整手段によりＥＧＲ側冷却水流量を増大させるものとすることができる。
【００１０】
上記内燃機関において、流量調整手段は、冷却水ポンプからの冷却水を、ＥＧＲクーラを貫流するＥＧＲ側冷却水通路と、前記最も排気通路側の冷却水通路である排気側冷却水通路に分流する分流弁であり、制御手段は、分流弁の流量分配比率を制御して、排気側冷却水流量を低減させる分、ＥＧＲ側冷却水流量を増大させるものとすることができる。
【００１１】
上記内燃機関において、制御手段は、冷却水ポンプが少なくとも流量調整手段に向けて圧送する冷却水流量である圧送流量を制御する圧送流量制御手段と、流量調整手段が故障しているか否かを判定する故障判定手段と、流量調整手段が故障していると判定された場合に、排気通路を流れる排気ガスの排気温度が、予め設定された上限値を上回るか否かを判定する排気温度判定手段とを有し、排気温度が前記上限値を上回ると判定された場合には、冷却水ポンプの圧送流量を増大させるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、制御手段が、最も排気通路側の冷却水通路を流れる排気側冷却水流量を低減させて、排気通路を流れる排気ガスの温度である排気温度を上昇させることで、排気通路内の圧力である排気圧を上昇させることができ、当該排気圧と吸気圧との圧力差を増大させてＥＧＲガスの流量を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態（以下、実施形態と記す）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１４】
〔実施形態１〕
まず、本実施形態に係る内燃機関の構成について図１を用いて説明する。図１は、内燃機関の概略構成を示す模式図である。なお、図１において、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。
【００１５】
内燃機関１０は、ピストン往復動機関であり、原動機として自動車に搭載されるものである。内燃機関１０には、これを制御するための制御手段、即ち内燃機関用の制御装置として、電子制御装置１００（以下、ＥＣＵと記す）が設けられている。ＥＣＵ１００は、各種の制御定数を記憶する記憶手段としてＲＯＭを有している。なお、本実施形態において、制御手段としてのＥＣＵ１００は、内燃機関１０に含まれている。
【００１６】
内燃機関１０には、機関本体２０を構成する部品として、図示しない、シリンダブロック、シリンダヘッド、機関出力軸（クランク軸）等が設けられている。シリンダブロックには、ピストンが往復運動するシリンダボアが形成されている。シリンダヘッドは、ピストンに対向してシリンダボアを囲うようにシリンダブロックに結合される。このようにして、機関本体２０内には、シリンダボア、シリンダヘッド、及びピストンにより囲まれて「気筒」が形成されている。本実施形態において、機関本体２０には、複数の気筒が形成されている。
【００１７】
内燃機関１０が発生した機械的動力は、機関出力軸としてのクランク軸から出力される。内燃機関１０には、クランク軸の回転角位置（以下、クランク角と記す）を検出するクランク角センサ（図示せず）が設けられており、検出したクランク角に係る信号をＥＣＵ１００に送出している。
【００１８】
内燃機関１０の機関本体２０のうちシリンダヘッドには、気筒に対応して、吸入空気を気筒内に導く吸気ポート（図示せず）が設けられている。吸気ポートには、吸入空気を各気筒に分配する分配管である吸気マニホールド（図にサージ室を符号２６で示す）が接続されている。吸気マニホールドのうち吸入空気の流動方向上流側には、吸気マニホールドに流入する吸入空気の流量を調整するスロットル弁２４が設けられている。スロットル弁２４の開度、すなわち吸気マニホールドに流入する吸入空気の流量は、ＥＣＵ１００により制御される。
【００１９】
なお、「吸気通路」とは、吸入空気が流れる通路であり、スロットル弁２４より吸入空気の流動方向下流側の通路を意味している。本実施形態において、吸気通路には、吸気マニホールド内に形成された吸入空気の通路に加えて、シリンダヘッドの吸気ポートが含まれている。
【００２０】
また、内燃機関１０には、外気から気筒内に吸入空気を導くために、スロットル弁２４より上流側には、吸入空気量を計測する手段として、エアフロメータ（図示せず）が設けられている。エアフロメータは、スロットル弁２４を通って気筒内に向けて流入する吸入空気の流量（以下、「吸入空気量」と記す）を計測しており、計測した吸入空気量に係る信号を、ＥＣＵ１００に送出している。
【００２１】
また、内燃機関１０の機関本体２０のうちシリンダヘッドには、気筒に対応して、気筒内からの排気ガスを排出する排気ポート（図示せず）が形成されている。排気ポートには、各気筒からの排気ガスを合流させる合流管である排気マニホールド（図示せず）が接続されている。本実施形態において、排気マニホールドは、シリンダヘッドと一体に成形されており、機関本体２０に含まれている。排気マニホールドの合流部を、図に符号６０で示す。なお、排気マニホールドは、シリンダヘッドと別体に構成されているものとしても良い。
【００２２】
排気マニホールドのうち排気ガスの流動方向下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化し低減する排気浄化触媒コンバータ（以下、単に「排気浄化触媒」と記す）６６が設けられている。排気浄化触媒６６には、三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元型触媒などがあり、触媒作用を有する貴金属が用いられている。
【００２３】
なお、「排気通路」とは、排気ガスが流れる通路であり、排気浄化触媒６６より排気ガスの流動方向上流側の通路を意味している。本実施形態において、排気通路には、排気マニホールド内に形成された排気ガスの通路や、シリンダヘッドの排気ポートが含まれている。
【００２４】
また、内燃機関１０には、排気通路を流れる排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとして、吸気通路に導き、再び気筒内に流入させるＥＧＲ（排気ガス再循環）装置７０が設けられている。ＥＧＲ装置７０は、排気通路と吸気通路とを連通させるＥＧＲ通路７２と、ＥＧＲ通路７２を流れる排気ガス（以下、ＥＧＲガスと記す）の流量を調整するＥＧＲ弁７４と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ７７とを有している。
【００２５】
ＥＧＲ通路７２は、排気通路から排気ガスを取り入れる取入口が排気マニホールドの合流部６０に設けられており、一方、当該取入口から取り入れた排気ガスであるＥＧＲガスを吸気通路に流し込む流出口が吸気マニホールドに設けられている。ＥＧＲ通路７２は、排気通路を流れる排気ガスの一部を、取入口から取り入れて、ＥＧＲガスとして流出口から吸気通路に導くことが可能となっている。ＥＧＲ通路７２の途中には、ＥＧＲ弁７４が設けられている。
【００２６】
ＥＧＲ弁７４は、絞り弁等の流量制御弁で構成されており、弁開度を調整することで、ＥＧＲ通路７２から吸気通路に導かれるＥＧＲガスの流量を調整することが可能となっている。ＥＧＲ弁７４の弁開度は、ＥＣＵ１００により制御可能に構成されている。
【００２７】
ＥＧＲクーラ７７は、熱交換器で構成されており、ＥＧＲ通路７２の途中、詳細には、ＥＧＲ弁７４よりＥＧＲガスの流動方向上流側に設けられている。ＥＧＲクーラ７７は、内部に冷却水通路３５が設けられており、当該冷却水通路３５を流れる冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換を行うことで、通過するＥＧＲガスを冷却することが可能に構成されている。
【００２８】
このように構成されたＥＧＲ装置７０は、ＥＧＲ弁７４を開弁させることで、排気通路の圧力（以下、排気圧と記す）と吸気通路の圧力（以下、吸気圧と記す）との圧力差を利用して、排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲ通路７２に取り入れる。ＥＧＲ通路７２に取り入れたＥＧＲガスを、ＥＧＲクーラ７７で冷却した後、ＥＧＲ弁７４により流量を調整して吸気通路に導き、再び気筒内に流入させることが可能となっている。このようにして、ＥＧＲ装置７０が排気通路から吸気通路に導くＥＧＲガスの流量は、ＥＧＲ弁７４を介して、ＥＣＵ１００により制御される。つまり、ＥＧＲ装置７０は、ＥＣＵ１００により制御可能に構成されている。
【００２９】
また、内燃機関１０の機関本体２０には、複数経路の冷却水通路３３、３４が設けられており、これら冷却水通路３３，３４のうち、最も排気通路側、詳細には最も排気ポート側を通るよう経路が設定された冷却水通路３４を、以下に「排気側冷却水通路」と記す。これに対して、機関本体２０を通る冷却水通路のうち、排気側冷却水通路３４以外の冷却水通路３３を、以下に「他の冷却水通路」と記す。排気側冷却水通路３４及び他の冷却水通路３３は、シリンダブロック、シリンダヘッド、及び排気マニホールド等の機関本体２０を構成する部品内に形成された通路に加えて、機関本体２０から延設されている冷却配管等の内部に形成された通路（管路）等を含んでいる。
【００３０】
内燃機関１０において、排気側冷却水通路３４を流れる冷却水と、気筒から排出されて排気通路を流れる排気ガスとの間で、熱交換を行うことが可能となっている。排気側冷却水通路３４を流れる冷却水の流量（以下、排気側冷却水流量と記す）を低減させることで、気筒から排出され、排気通路から排気浄化触媒６６に向かう排気ガスの温度（以下、排気温度と記す）を上昇させることが可能となっている。
【００３１】
本実施形態において、排気側冷却水通路３４は、機関本体２０を構成するシリンダヘッドのうち排気通路側と、当該シリンダヘッドと一体に成形された排気マニホールドを通るように、経路が設定されている。なお、排気側冷却水通路３４は、シリンダヘッド内を通るよう経路が設定されているものとし、他の冷却水通路３３は、シリンダブロックを通るよう経路が設定されているものとしても良い。
【００３２】
一方、他の冷却水通路３３は、排気ポートの近傍を通らないように経路が設定された冷却水通路であり、当該通路を流れる冷却水流量の変化が、上述の排気側冷却水通路３４に比べて、排気温度に与える影響が少ない冷却水通路である。他の冷却水通路３３を流れる冷却水の流量を調整することで、機関本体２０のうちシリンダブロック等、排気温度にあまり影響を与えない部位の温度を調整することが可能となっている。
【００３３】
また、内燃機関１０には、ＥＧＲ装置７０のＥＧＲクーラ７７を貫流するよう経路が設定された冷却水通路（以下、ＥＧＲ側冷却水通路と記す）３５が設けられている。ＥＧＲ側冷却水通路３５は、ＥＧＲクーラ７７内に形成された通路に加え、ＥＧＲクーラ７７から延設されている冷却配管等の内部に形成された通路（管路）を含んでいる。ＥＧＲ側冷却水通路３５を流れる冷却水は、ＥＧＲ通路７２を流れるＥＧＲガスの冷却に供される。ＥＧＲ側冷却水通路３５を流れる冷却水の流量（以下、ＥＧＲ側冷却水流量と記す）を増大させることで、吸気通路に向かうＥＧＲガスの密度を上昇させることが可能となっている。
【００３４】
また、内燃機関１０には、機関本体２０及びＥＧＲクーラを冷却する冷却系部品として、ＥＧＲ側冷却水通路３５、排気側冷却水通路３４、及び他の冷却水通路３３に向けて冷却水を圧送する冷却水ポンプ３０と、冷却水ポンプ３０からの冷却水をＥＧＲ側冷却水通路３５に向かう冷却水と、排気側冷却水通路３４に向かう冷却水に分流する分流弁４４と、これら冷却水通路３３，３４，３５を流れた冷却水の熱を外気に放散させて冷却するラジエータ８０と、ラジエータ８０に冷却水を流通させるか否かを切替えるサーモスタット弁４０が設けられている。
【００３５】
冷却水ポンプ３０は、内燃機関１０が発生する機械的動力により駆動される。冷却水ポンプ３０は、クランク軸から出力される機械的動力が、図示しないプーリーやベルト等を介して伝達されて駆動される機械式ポンプである。冷却水ポンプ３０は、内燃機関１０からの機械的動力を受けて駆動されて、フィード冷却水通路３１に圧送する。このフィード冷却水通路３１は、他の冷却水通路３３と、分流弁４４に向かう冷却水通路３２とに分岐しており、冷却水ポンプ３０が圧送した冷却水は、他の冷却水通路３３に向かう冷却水と、分流弁４４に向かう冷却水に分流される。
【００３６】
内燃機関１０の作動中において、冷却水ポンプ３０は、常時、駆動されており、サーモスタット弁４０からの冷却水を、他の冷却水通路３３及び分流弁４４に向けて圧送することとなり、冷却水ポンプ３０が圧送する冷却水の流量は、内燃機関１０のクランク軸の回転速度（以下、機関回転速度と記す）に略比例したものとなる。
【００３７】
サーモスタット弁４０は、他の冷却水通路３３、排気側冷却水通路３４、及びＥＧＲ側冷却水通路３５を流れて、リターン冷却水通路３６で合流した冷却水を、当該冷却水の温度に応じて、ラジエータ８０を貫流するラジエータ側冷却水通路３８上に流すか、ラジエータ８０を迂回するよう設けられたバイパス冷却水通路３７に流すかを切替えることが可能に構成されている。内燃機関１０の暖機完了前においては、ラジエータ８０を迂回して冷却水が流れるよう、サーモスタット弁４０の開閉弁は予め設定されている。サーモスタット弁４０は、ラジエータ側冷却水通路３８及びバイパス冷却水通路３７を流れた冷却水を、冷却水通路４２を介して冷却水ポンプ３０に向けて流す。
【００３８】
分流弁４４は、いわゆる三方弁で構成されており、冷却水通路３２からの冷却水、すなわち冷却水ポンプ３０がフィード冷却水通路３１に圧送した冷却水のうち他の冷却水通路３３に向かう冷却水以外の冷却水を受けて、排気側冷却水通路３４に向かう冷却水と、ＥＧＲ側冷却水通路３５に向かう冷却水に分流する。すなわち、分流弁４４は、排気側冷却水通路３４側の開度を低減することで、内燃機関１０の運転状態（機関回転速度）に拘らず、排気側冷却水通路３４を流れる冷却水の流量である排気側冷却水流量を調整する流量調整手段として機能する。加えて、分流弁４４は、排気側冷却水通路３４を流れる排気側冷却水流量を低減させた分だけ、ＥＧＲ側冷却水通路３５を流れるＥＧＲ側冷却水流量を増大させることが可能となっている。分流弁４４の弁開度、すなわち、供給された冷却水流量のうち排気側冷却水通路３４に向けて冷却水流量を分配する比率（以下、流量分配比率と記す）は、ＥＣＵ１００により制御可能に構成されている。
【００３９】
冷却水ポンプ３０が圧送した冷却水は、フィード冷却水通路３１から、分流弁４４に向かう冷却水通路３２と機関本体２０に向かう他の冷却水通路３３に分流され、さらに分流弁４４により、機関本体２０のうち最も排気通路側を通る排気側冷却水通路３４と、ＥＧＲ側冷却水通路３５に分流（分配）される。排気側冷却水通路３４、他の冷却水通路３３、及びＥＧＲ側冷却水通路３５を流れて高温となった冷却水は、リターン冷却水通路３６で合流する。リターン冷却水通路３６をサーモスタット弁４０に向けて流れる冷却水は、ラジエータ８０を通るラジエータ側冷却水通路３８と、ラジエータ８０を迂回するバイパス冷却水路３９とのうち、いずれか一方を通ってサーモスタット弁４０に至る。サーモスタット弁４０に流入した比較的低温な冷却水は、冷却水通路４２から冷却水ポンプ３０に吸入される。
【００４０】
以上のように構成された内燃機関１０において、ＥＣＵ１００は、クランク角センサからのクランク角に係る信号を検出しており、内燃機関１０のクランク軸（機関出力軸）の回転速度（以下、機関回転速度と記す）を制御変数として推定している。また、ＥＣＵ１００は、エアフロメータからの吸入空気量に係る信号を検出しており、内燃機関１０がクランク軸から出力するトルク（以下、機関負荷と記す）を制御変数として推定している。このように、ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転状態を示す機関回転速度及び機関負荷を制御変数として推定する機能を有している。
【００４１】
また、ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の機関回転速度に基づいて、冷却水ポンプ３０が圧送する冷却水流量（以下、圧送流量と記す）を推定する機能を有している。また、ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転状態すなわち機関回転速度及び機関負荷に基づいて、分流弁４４の開度、すなわち排気側冷却水流量とＥＧＲ側冷却水流量との比率である流量分配比率を制御している。ＥＣＵ１００は、冷却水ポンプ３０の圧送流量と、分流弁４４の流量分配比率から、排気側冷却水通路３４を流れる排気側冷却水流量と、ＥＧＲ側冷却水通路３５を流れるＥＧＲ側冷却水流量をそれぞれ制御変数として推定する機能を有している。
【００４２】
また、ＥＣＵ１００は、機関回転速度及び機関負荷に基づいて、排気通路を排気浄化触媒６６に向けて流れる排気ガスの温度（以下、排気温度と記す）を推定する機能を有している。内燃機関１０の機関回転速度及び機関負荷に対する排気温度を示すマップは、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。
【００４３】
ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転状態すなわち機関回転速度及び機関負荷に基づいて、排気浄化触媒６６における排気温度を推定することが可能に構成されている。機関回転速度及び機関負荷と、排気温度との関係を示すマップは、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭ（図示せず）に記憶されている。このように、ＥＣＵ１００は、排気温度を制御変数として推定する機能を有している。
【００４４】
なお、排気温度は、排気浄化触媒６６の近傍の排気通路に、当該排気通路における排気温度を検出する排気温度センサを設けるものとし、ＥＣＵ１００が、当該排気温度センサからの排気温度に係る信号を検出して、排気温度を制御変数として推定するものとしても良い。
【００４５】
これら制御定数に基づいて、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ弁７４の開度、すなわち吸気通路に導かれるＥＧＲガスの流量を調整することが可能となっている。また、ＥＣＵ１００は、上述の制御変数に基づいて、分流弁４４の流量分配比率を制御することで、排気側冷却水通路３４に向かう冷却水流量すなわち排気側冷却水流量を調整することが可能となっている。
【００４６】
以上のように構成された内燃機関１０において、機関負荷が高い場合など運転状態によっては、吸気通路の負圧が小さいことがあり、ＥＧＲ装置７０がＥＧＲガスを取り入れる排気通路の圧力（排気圧）と、ＥＧＲガスを流し込む吸気通路内の圧力（吸気圧）との圧力差が小さく、ＥＧＲ弁７４を開放してＥＧＲ装置７０を作動させても、所望の流量のＥＧＲガスを吸気通路に導くことが困難な場合がある。
【００４７】
そこで、本実施形態に係る内燃機関１０において、ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転状態が排気圧と吸気圧の圧力差が小さくなるような所定の領域にある場合には、ＥＧＲ装置７０によりＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、排気温度を上昇させることで、排気圧を上昇させており、以下に、図１〜図５を用いて説明する。図２は、ＥＣＵが排気温度上昇制御を実行する内燃機関の運転領域を説明する図である。図３は、ＥＣＵが実行する排気温度上昇制御を示すフローチャートである。図４は、機関回転速度及び機関負荷に対する排気温度を示す図である。図５は、推定された排気温度から排気側冷却水流量の下限値を決定する方法を説明する図である。
【００４８】
ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転状態が所定の領域、例えば、図２にハッチングＨで示すように、機関負荷が高く且つ機関回転速度が低回転速度又は中回転速度域にある場合には、ＥＧＲ装置７０によりＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、以下、図３に示す排気温度上昇制御ルーチンを実行する。
【００４９】
図３に示すように、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１００において、内燃機関１０の運転状態に係る各種制御変数を取得する。この制御変数には、内燃機関１０の機関回転速度、機関負荷等が含まれている。
【００５０】
そしてステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、現在の排気側冷却水流量を推定する。詳細には、ＥＣＵ１００は、取得された機関回転速度から冷却水ポンプ３０の圧送流量を推定し、当該冷却水流量と分流弁４４の開度（流量分配比率）から、現在の排気側冷却水流量を推定することができる。
【００５１】
そしてステップＳ１０４において、ＥＣＵ１００は、運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、現在の排気温度を推定する。詳細には、図４に示すように、機関回転速度及び機関負荷と、これら制御変数に対する排気温度を示すマップから、現在の排気温度を推定する。
【００５２】
そして、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１００は、排気側冷却水流量の下限値を設定する。詳細には、図５に示すように、ＥＣＵ１００は、現在の排気温度と、現在の排気側冷却水流量から、排気温度が予め設定された上限値となるような、排気側冷却水流量の下限値を設定する。ここで、排気温度の上限値は、当該排気温度の排気ガスが排気浄化触媒６６を通過しても、当該排気浄化触媒の機能が損なわれないような値に予め設定されている。なお、排気側冷却水流量に対する排気温度と、当該排気温度の上限値は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。
【００５３】
そして、ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１００は、排気側冷却水流量を低減させて機関本体２０のうち排気通路側を弱冷却状態にすることが可能であるか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１０２において推定された現在の排気側冷却水流量から、ステップＳ１０６において設定された排気側冷却水流量の下限値を減じた値が、所定値より大きいか否かを判定する。なお、当該所定値は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。この所定値は、排気側冷却水流量の下限値に対する余裕代（マージン）として設定されており、ゼロを含め任意の値に設定することができる。
【００５４】
ステップＳ１１０において、推定された排気側冷却水流量から、設定された排気側冷却水流量の下限値を減じた値が、所定値以下である（Ｎｏ）と判定された場合、ＥＣＵ１００は、分流弁４４により排気側冷却水流量を低減すると、排気温度が上限値を超える虞があるものと判断して、排気側冷却水流量を低減することを禁止する。
【００５５】
一方、ステップＳ１１０において、推定された排気側冷却水流量から、設定された排気側冷却水流量の下限値を減じた値が、所定値を上回る（Ｙｅｓ）と判定された場合、ＥＣＵ１００は、排気側冷却水流量を低減させることが可能であるものと判断して、ステップＳ１１２に進む。
【００５６】
ステップＳ１１２において、ＥＣＵ１００は、排気側冷却水流量を新たに設定する。具体的には、ステップＳ１０６において設定された排気側冷却水流量の下限値以下に設定する。
【００５７】
そして、ステップＳ１１４において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１２で設定された新たな排気側冷却水流量となるよう、分流弁４４の排気側冷却水通路３４への流量分配比率が低下するよう制御して、排気側冷却水流量を低減させる。分流弁４４は、排気側冷却水流量を低減させた分、ＥＧＲクーラ７７に向かうＥＧＲ側冷却水流量を増大させることとなる。
【００５８】
以上のようにして、ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転状態が所定の領域にある場合には、ＥＧＲ弁７４を開弁してＥＧＲ装置７０によりＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、排気側冷却水流量を低減させることで、排気通路を流れる排気ガスの排気温度を上昇させる。排気温度の上昇に応じて排気圧が上昇するため、排気圧と吸気圧の圧力差を増大させることができる。これにより、内燃機関１０の運転状態が、排気圧と吸気圧の圧力差を確保することが困難な領域（図２参照）にあっても、当該領域において、吸気通路に導かれるＥＧＲガスの流量を、より増大させることができる。
【００５９】
なお、本実施形態において、ＥＣＵ１００は、上述の排気温度上昇制御を、内燃機関１０の運転状態が、機関負荷が高く且つ機関回転速度が低回転速度又は中回転速度域にある場合に行うものとしたが、排気温度上昇制御を行う運転状態は、これに限定されるものではない。排気圧と吸気圧との圧力差が比較的小さい運転状態や、ＥＧＲガスの流量増大が要望される運転状態において、ＥＧＲガスを吸気通路に導く際に行うものとすることが好適である。
【００６０】
以上に説明したように本実施形態に係る内燃機関１０は、排気通路から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くことが可能なＥＧＲ装置７０を備え、複数経路の冷却水通路３３，３４が機関本体２０に設けられた内燃機関１０であって、複数経路の冷却水通路３３，３４のうち最も排気通路側の冷却水通路３４を流れる冷却水の流量である排気側冷却水流量を調整可能な流量調整手段（分流弁４４）と、ＥＧＲ装置７０と流量調整手段４４とを制御可能な制御手段としてのＥＣＵ１００とを有している。
【００６１】
制御手段としてのＥＣＵ１００は、ＥＧＲ装置７０によりＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、排気通路を流れる排気ガスの排気温度を上昇させる機能を有しているため、排気温度の上昇に応じて排気圧を上昇させることができ、吸気圧と排気圧との圧力差を増大させて、ＥＧＲガスの流量を増大させることができる。
【００６２】
また、制御手段としてのＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転状態が所定の領域にある場合、ＥＧＲ装置７０によりＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、流量調整手段により排気側冷却水流量を低減させるものとしたので、排気通路を流れる排気ガスの温度である排気温度を上昇させ、当該排気温度の上昇に応じて排気圧を上昇させることができ、当該排気圧と吸気圧との圧力差を増大させることができる。これにより、吸気通路に導かれるＥＧＲガスの流量を増大させることができる。
【００６３】
また、内燃機関１０において、ＥＧＲ装置７０は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ７７を備え、当該ＥＧＲクーラ７７は、貫流する冷却水の流量であるＥＧＲ側冷却水流量が、流量調整手段により調整されるものであり、制御手段としてのＥＣＵ１００は、排気側冷却水流量を低減させると共に、流量調整手段（分流弁４４）によりＥＧＲ側冷却水流量を増大させるものとした。排気側冷却水流量の低減により排気圧を上昇させつつ、ＥＧＲガスを冷却することで、より密度を増大させてＥＧＲガスを吸気通路に導入することができる。
【００６４】
また、内燃機関１０において、流量調整手段は、冷却水ポンプ３０からの冷却水を、ＥＧＲクーラ７７を貫流するＥＧＲ側冷却水通路３５と、前記最も排気通路側の冷却水通路である排気側冷却水通路３４に分流する分流弁４４であり、制御手段としてのＥＣＵ１００は、分流弁４４の流量分配比率を制御して、排気側冷却水流量を低減させる分、ＥＧＲ側冷却水流量を増大させるものとした。排気側冷却水流量を低減させると共にＥＧＲ側冷却水流量を増大させることを、ＥＧＲ側冷却水通路３５と排気側冷却水通路３４に冷却水を分流する分流弁４４を設けるという簡素な構成で実現することができる。
【００６５】
なお、本実施形態において、流量調整手段として、冷却水ポンプ３０からの冷却水をＥＧＲ側冷却水通路３５と排気側冷却水通路３４に分流する分流弁４４を設けるものとしたが、流量調整手段の態様は、これに限定されるものではない。ＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、排気側冷却水通路３４の排気側冷却水流量を低減することが可能であれば良い。例えば、排気側冷却水通路３４と冷却水ポンプ３０より上流側の冷却水通路４２を連通させる冷却水通路と、当該冷却水通路の流量を調整可能なバルブを設けて、ＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、当該バルブを開弁することで、排気側冷却水流量を低減するものとしても良い。
【００６６】
〔実施形態２〕
本実施形態に係る内燃機関の構成について図６を用いて説明する。図６は、内燃機関の概略構成を示す模式図である。本実施形態に係る内燃機関においては、機械式冷却水ポンプに替えて電動式冷却水ポンプが設けられており、内燃機関の制御手段としてのＥＣＵが、電動式冷却水ポンプが圧送する冷却水流量を制御可能に構成されている点で、実施形態１とは異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施形態１と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
本実施例に係る内燃機関１０Ｂには、分流弁４４及び他の冷却水通路３３に冷却水を圧送するために、いわゆる電動式の冷却水ポンプ（以下、単に「電動冷却水ポンプ」と記す）３０Ｂが設けられている。電動冷却水ポンプ３０Ｂは、電動機により駆動されて、フィード冷却水通路３１に冷却水を圧送する。
【００６８】
また、内燃機関１０Ｂには、これを制御する制御手段、すなわち内燃機関用の制御装置として、電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）１００Ｂが設けられている。ＥＣＵ１００Ｂは、内燃機関１０Ｂの運転状態に応じて、ＥＧＲ装置７０のＥＧＲ弁７４の開度と、分流弁４４の流量分配比率すなわち開度を制御することが可能となっている。
【００６９】
また、ＥＣＵ１００Ｂは、内燃機関１０Ｂの運転状態に応じて、電動冷却水ポンプ３０Ｂがフィード冷却水通路３１に圧送する冷却水流量（以下、圧送流量と記す）を制御する機能（圧送流量制御手段）を有している。加えて、ＥＣＵ１００Ｂは、分流弁４４から、流量分配比率（開度）に係る信号を検出しており、制御変数（学習値）として流量分配比率を常に更新している。
【００７０】
ＥＣＵ１００Ｂは、分流弁４４に指示している流量分配比率（開度）と、分流弁４４から検出された流量分配比率（開度）とを比較することで、自らの指示通りに分流弁４４が作動しているか否か、すなわち分流弁４４が故障しているか否かを判定する機能（故障判定手段）を有している。
【００７１】
以上のように構成された内燃機関１０Ｂにおいて、ＥＣＵ１００Ｂは、内燃機関１０Ｂの運転状態が所定の領域（図２参照）にある場合には、ＥＧＲ弁７４を開弁してＥＧＲ装置７０によりＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、流量調整手段としての分流弁４４により、排気側冷却水流量が低減するよう、排気側冷却水通路３４への流量分配比率を低下させると共に、電動冷却水ポンプ３０Ｂの圧送流量を増大させる。
【００７２】
これにより、内燃機関１０Ｂは、排気側冷却水流量の低減により排気温度を上昇させることで、排気圧と吸気圧との圧力差を増大させることができると共に、電動冷却水ポンプ３０Ｂの圧送流量の増大により、ＥＧＲクーラ７７に向かうＥＧＲ側冷却水流量を、排気側冷却水流量の低減分よりも増大させて、ＥＧＲクーラ７７を貫流するＥＧＲガスを、より冷却して吸気通路に導くことができる。
【００７３】
また、以上のように構成された内燃機関１０Ｂは、何らかの理由により分流弁４４が故障した場合に、電動冷却水ポンプ３０Ｂにより、排気側冷却水流量を増大させることで、排気温度を低下させることが可能となっており、以下に図７〜図９を用いて説明する。図７は、分流弁が故障した場合の排気温度低下制御を示すフローチャートである。図８は、分流弁の故障時における開度から排気側冷却水流量を推定する方法を説明する図である。図９は、故障時における排気側冷却水流量から、排気温度と、排気側冷却水流量の下限値を推定する方法を説明する図である。
【００７４】
図７に示すように、ＥＣＵ１００Ｂは、ステップＳ２００において、内燃機関１０Ｂの運転状態に係る各種制御変数を取得する。この制御変数には、内燃機関１０Ｂの機関回転速度、機関負荷、電動冷却水ポンプ３０Ｂが圧送する冷却水流量等が含まれている。
【００７５】
そして、ステップＳ２０２において、ＥＣＵ１００Ｂは、分流弁４４が故障しているか否かを判定する。具体的には、分流弁４４に指示している流量分配比率（開度）と、分流弁４４から検出された流量分配比率（開度）とを比較することで、分流弁４４が正常に作動しているか故障しているかを判定する。バルブが故障していない（Ｎｏ）と判定された場合、再び、ステップＳ２００に戻る。
【００７６】
一方、分流弁４４が故障している（Ｙｅｓ）と判定された場合、ステップＳ２０４において、ＥＣＵ１００Ｂは、故障している分流弁４４の開度すなわち流量分配比率を推定する。これは、分流弁４４の故障が判定される直前において、制御変数として更新された分流弁４４の開度（流量分配比率）を、現在の開度（流量分配比率）として推定する。
【００７７】
そして、ステップＳ２０６において、ＥＣＵ１００Ｂは、推定された故障時の分流弁４４の開度（流量分配比率）に基づいて、現在の排気側冷却水流量を推定する。具体的には、図８に示すように、故障時の分流弁４４の開度（流量分配比率）と、電動冷却水ポンプ３０Ｂの現在の圧送流量に基づいて、現在の排気側冷却水流量を推定する。
【００７８】
そして、ステップＳ２０８において、ＥＣＵ１００Ｂは、推定された排気側冷却水流量と内燃機関１０Ｂの運転状態に基づいて、排気通路を排気浄化触媒６６に向けて流れている排気ガスの現在の排気温度を推定する。
【００７９】
そして、ステップＳ２１０において、推定された現在の排気温度が、予め設定された上限値を上回るか否かを判定する。なお、この排気温度の上限値は、当該排気温度の排気ガスが排気浄化触媒６６を通過しても、当該排気浄化触媒の機能が損なわれないような値に設定されている。この上限値は、予め適合実験等により求められており、ＥＣＵ１００ＢのＲＯＭに記憶されている。
【００８０】
このように、ステップＳ２０４〜Ｓ２１０において、ＥＣＵ１００Ｂは、分流弁４４が故障している場合に、現在の排気温度が、予め設定された上限値を上回るか否かを判定する機能（排気温度判定手段）を有している。排気温度が上限値以下である（Ｎｏ）と判定された場合、再び、ステップＳ２００に戻る。
【００８１】
一方、図９に示すように、現在の排気温度が予め設定された上限値を上回る（Ｙｅｓ）と判定された場合、ステップＳ２１２において、ＥＣＵ１００Ｂは、推定された排気温度に基づいて、排気温度が上限値以下となるように、排気側冷却水流量を決定する。詳細には、排気温度が上限値以下となるような排気側冷却水流量の下限値を推定し、当該下限値以上となるように排気側冷却水流量を新たに設定する。
【００８２】
そして、ステップＳ２１４において、ＥＣＵ１００Ｂは、ステップＳ２１２に新たに設定された排気側冷却水流量となるように、電動冷却水ポンプ３０Ｂを制御して圧送流量を増大させる。このようにして、ＥＣＵ１００Ｂは、排気側冷却水流量を増大させることで、排気浄化触媒６６に向けて流れる排気ガスの排気温度を予め設定された上限値以下に低下させる。これにより、排気浄化触媒６６が高温の排気ガスに曝されて機能が損なわれることを抑制することができる。
【００８３】
以上のようにして、ＥＣＵ１００Ｂは、内燃機関１０Ｂの運転状態が所定領域にある場合には、ＥＧＲ装置７０によりＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、流量調整手段としての分流弁４４により、排気側冷却水流量が低減するよう排気側冷却水通路３４への流量分配比率を低下させると共に、電動冷却水ポンプ３０Ｂの圧送流量すなわち分流弁４４に圧送される冷却水流量を増大させる。また、内燃機関１０Ｂは、排気側冷却水流量の低減により排気温度を上昇させることで、排気圧と吸気圧との圧力差を増大させることができると共に、電動冷却水ポンプ３０Ｂの圧送流量の増大により、ＥＧＲクーラ７７に向かうＥＧＲ側冷却水流量を、排気側冷却水流量の低減分よりも増大させて、ＥＧＲクーラ７７を貫流するＥＧＲガスをより冷却して吸気通路に導くことができる。
【００８４】
なお、本実施形態に係る排気温度低下制御ルーチン（Ｓ２００〜Ｓ２１４）においては、排気温度が予め設定された上限値以下となるように、排気側冷却水通路３４を流れる排気側冷却水流量を増大させて排気温度を低下させる（Ｓ２１２，Ｓ２１４）ものとしたが、排気温度を低下させる手法は、これに限定されるものではない。排気温度を低下できれば良く、例えば、内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料供給量を増大させて、排気温度を低下させるものとしても良い。
【００８５】
以上に説明したように本実施形態に係る内燃機関１０Ｂにおいて、制御手段としてのＥＣＵ１００Ｂは、電動冷却水ポンプ３０Ｂが、少なくとも流量調整手段としての分流弁４４に向けて圧送する冷却水流量である圧送流量を制御する機能（圧送流量制御手段）と、流量調整手段が故障しているか否かを判定する機能（故障判定手段）と、分流弁４４（流量調整手段）が故障していると判定された場合に、排気通路を流れる排気ガスの排気温度が、予め設定された上限値を上回るか否かを判定する機能（排気温度判定手段）とを有し、排気温度が前記上限値を上回ると判定された場合には、電動冷却水ポンプ３０Ｂの圧送流量を増大させるものとした。
【００８６】
分流弁４４が故障して、排気温度が予め設定された上限値を上回る場合には、電動冷却水ポンプ３０Ｂの圧送流量を増大させることで、排気側冷却水流量を増大させて排気温度を低下させることができ、分流弁４４の故障により排気温度が予め設定された上限値を上回ることを抑制することができる。排気通路の下流側に排気浄化触媒６６が設けられている内燃機関１０Ｂに有用である。
【００８７】
なお、上述した各実施形態において、制御手段としてのＥＣＵ（１００；１００Ｂ）は、ＥＧＲ装置７０によりＥＧＲガスを吸気通路に導く際に、流量調整手段（分流弁４４）により排気側冷却水流量を低減させることで、排気通路を流れる排気ガスの排気温度を上昇させる機能（排気温度上昇手段）を有するものとしたが、排気温度を上昇させる手法は、これに限定されるものではない。例えば、内燃機関がガソリン機関である場合、ＥＣＵ（１００；１００Ｂ）が、気筒内に形成される混合気の点火時期を遅角させることで、排気温度を上昇させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上のように、本発明は、排気通路から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くことが可能なＥＧＲ装置を備えた内燃機関に有用であり、特に、複数経路の冷却水通路が機関本体に設けられた内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施形態１に係る内燃機関の概略構成を示す模式図である。
【図２】実施形態１に係る内燃機関の制御手段（ＥＣＵ）が排気温度上昇制御を実行する内燃機関の運転領域を示す図である。
【図３】実施形態１に係る内燃機関の制御手段（ＥＣＵ）が実行する排気温度上昇制御を示すフローチャートである。
【図４】機関回転速度及び機関負荷に対する排気温度を示す図である。
【図５】推定された現在の排気温度から排気側冷却水流量の下限値を決定する方法を説明する図である。
【図６】実施形態２に係る内燃機関の概略構成を示す模式図である。
【図７】実施形態２に係る内燃機関において、分流弁が故障した場合の排気温度低下制御を示すフローチャートである。
【図８】実施形態２に係る内燃機関において、分流弁の故障時における開度から排気側冷却水流量を推定する方法を説明する図である。
【図９】実施形態２に係る内燃機関において、故障時における排気側冷却水流量から、排気温度と、排気側冷却水流量の下限値を推定する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０，１０Ｂ  内燃機関
２０  機関本体
２４  スロットル弁
２６  吸気マニホールドのサージ室（吸気通路）
３０  機械式の冷却水ポンプ
３０Ｂ  電動式の冷却水ポンプ
３３  他の冷却水通路
３４  排気側冷却水通路
３５  ＥＧＲ側冷却水通路
４０  サーモスタット弁
４４  分流弁（流量調整手段、三方弁）
６０  排気マニホールドの合流部（排気通路）
６６  排気浄化触媒
７０  ＥＧＲ装置
７２  ＥＧＲ通路
７４  ＥＧＲ弁
７７  ＥＧＲクーラ
８０  ラジエータ
１００，１００Ｂ  内燃機関用の電子制御装置（ＥＣＵ、制御手段、記憶手段、排気温度上昇手段、圧送流量制御手段、故障判定手段、排気温度判定手段）
【図１】
0004924531.tif 000002
【図２】
0004924531.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004924531.tif 000005
【図５】
0004924531.tif 000006
【図６】
0004924531.tif 000007
【図７】
0004924531.tif 000008
【図８】
0004924531.tif 000009
【図９】
0004924531.tif 000010