JP2005113761A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、内燃機関の暖機促進とＥＧＲガスの冷却促進とを両立することが可能な技術を提供することを課題とする。
【解決手段】 内燃機関１を介して熱媒体が循環する機関熱媒体循環通路１５と、該機関熱媒体循環通路１５と接続され、且つ、ＥＧＲクーラ６を介して熱媒体が循環するクーラ熱媒体循環通路１６と、を備えた内燃機関の冷却装置において、さらに、機関熱媒体循環通路１５に通路開閉弁１１を設け、熱媒体の温度が規定温度以下の場合、機関熱媒体循環通路１５では、熱媒体の循環を停止させるか、もしくは熱媒体の流量を減少させ、且つ、クーラ熱媒体循環通路１６では熱媒体を循環させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関を介して熱媒体を循環させることで該内燃機関を冷却する内燃機関の冷却装置に関する。

内燃機関を介して熱媒体を循環させることで該内燃機関を冷却する内燃機関の冷却装置において、内燃機関の冷間始動時には、該内燃機関を早期に暖機するために、該内燃機関を介する熱媒体通路での熱媒体の循環を停止する、または、熱媒体の流量を減少させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、内燃機関においては、排気特性向上のために、排気の一部を吸気通路に戻すＥＧＲ装置を備えた内燃機関が知られている。このような、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関においては、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路を流通する排気（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラが設けられている。
特開２００２−１６１７４８号公報 特開平１１−１２５１４９号公報 特開平１０−３２５３６８号公報 特開平１０−２５２５７８号公報 特開平８−１４０４３号公報 特開平１１−１２５１５１号公報

上述したようなＥＧＲ装置を備えた内燃機関においては、該内燃機関を冷却するために熱媒体通路を循環している熱媒体がＥＧＲクーラをも介して循環している。そのため、熱媒体通路での熱媒体の循環が停止されるとＥＧＲクーラ内での熱媒体の流動も停止する。また、熱媒体通路での熱媒体の流量が減少されるとＥＧＲクーラ内での熱媒体の流量も減少する。

しかしながら、例えば冷間始動時のように内燃機関の温度が低温の場合であっても、ＥＧＲ通路には比較的高温のＥＧＲガスが流通する。そのため、このときにＥＧＲクーラでの熱媒体の流動が停止されたりその流量が減少されたりすると、ＥＧＲガスの冷却を十分に行うことが出来なくなり、排気特性の悪化を招く虞がある。また、ＥＧＲガスの熱によってＥＧＲクーラ内の熱媒体が過度に高温となり該ＥＧＲクーラが故障する虞もある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、内燃機関の暖機促進とＥＧＲガスの冷却促進とを両立することが可能な技術を提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
即ち、本発明は、内燃機関を介して熱媒体が循環する機関熱媒体循環通路と、該機関熱媒体循環通路と接続され、且つ、ＥＧＲクーラを介して熱媒体が循環するクーラ熱媒体循環通路と、を備えた内燃機関の冷却装置において、熱媒体の温度が規定温度以下の場合、機関熱媒体循環通路では、熱媒体の循環を停止させるか、もしくは熱媒体の流量を減少させ、且つ、クーラ熱媒体循環通路では熱媒体を循環させるものである。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の冷却装置は、
排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、を有するＥＧＲ装置を備える内燃機関の冷却装置において、
該内燃機関を介して熱媒体が循環する機関熱媒体循環通路と、
該機関熱媒体循環通路と接続され、且つ、前記ＥＧＲクーラを介して熱媒体が循環するクーラ熱媒体循環通路と、
前記機関熱媒体循環通路と前記クーラ熱媒体循環通路とに熱媒体を圧送し循環させる圧送手段と、
前記機関熱媒体循環通路内の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段によって検出された熱媒体の温度が規定温度以下の場合、前記機関熱媒体循環通路では、熱媒体の循環を停止させるか、もしくは熱媒体の流量を減少させ、且つ、前記クーラ熱媒体循環通路では熱媒体を循環させる熱媒体循環制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。

ここで、規定温度とは、機関熱媒体循環通路内の熱媒体の温度が該規定温度以下の場合、内燃機関を暖機する必要があると判断できる温度であって、予め実験的に定められた温度である。

本発明によれば、機関熱媒体循環通路内の熱媒体の温度が該規定温度以下の場合、機関熱媒体循環通路での熱媒体の循環を停止させるか、もしくは、その熱媒体の流量を減少させる。その結果、内燃機関での熱媒体の流動が停止するか、もしくはその流量が減少するため、内燃機関の暖機を促進させることが出来る。一方、機関熱媒体循環通路内の熱媒体の温度が該規定温度以下の場合であっても、クーラ熱媒体循環通路には熱媒体を循環させる。その結果、ＥＧＲクーラ内では熱媒体が流動するため、ＥＧＲクーラによるＥＧＲガスの冷却を促進させることが出来る。また、ＥＧＲクーラ内において熱媒体が過度に高温となることはほとんどないため、ＥＧＲクーラの故障を抑制することが出来る。

本発明においては、機関熱媒体循環通路に通路開閉弁をさらに備えた場合、クーラ熱媒体循環通路には熱媒体を循環させたままの状態で、該通路開閉弁を閉じることによって機関熱媒体循環通路での熱媒体の循環を停止させるか、もしくは、該通路開閉弁の開度を小さくすることによって機関熱媒体循環通路での熱媒体の流量を減少させる。

このように、機関熱媒体循環通路に通路開閉弁を設けることによって、クーラ熱媒体循環通路には熱媒体を循環させたままの状態で、機関熱媒体循環通路での熱媒体の循環のみを停止させるか、もしくは、その流量を減少させることが出来る。

本発明において、前記圧送手段を第１の圧送手段とし、該第１の圧送手段の他に、クーラ熱媒体循環通路に設けられ該クーラ熱媒体循環通路にのみ熱媒体を循環させる第２の圧送手段をさらに備えても良い。この場合、第１の圧送手段を停止させることで機関熱媒体循環通路での熱媒体の循環を停止させるか、もしくは、第１の圧送手段の圧力を低下させることで機関熱媒体循環通路での熱媒体の流量を減少させ、且つ、第２の圧送手段を作動させることでクーラ熱媒体循環通路に熱媒体を循環させる。

このように、クーラ熱媒体循環通路に第２の圧送手段を設けることによっても、前記と同様、クーラ熱媒体循環通路には熱媒体を循環させたままの状態で、機関熱媒体循環通路での熱媒体の循環のみを停止させるか、もしくは、その流量を減少させることが出来る。

また、クーラ熱媒体循環通路に第２の圧送手段を設けた場合、機関熱媒体循環通路内の熱媒体の温度が規定温度以下のときに加え、該熱媒体の温度が規定温度より高いときにも、この第２の圧送手段を作動させても良い。

このように、機関熱媒体循環通路内の熱媒体の温度が規定温度より高いときにも、第２の圧送手段を作動させると、ＥＧＲクーラ内での熱媒体の流量が増加するため、ＥＧＲクーラによるＥＧＲガスの冷却をより促進させることが出来る。また、ＥＧＲクーラ内において熱媒体が過度に高温となることをより抑制することが出来る。

本発明に係る内燃機関の冷却装置によれば、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、内燃機関の暖機促進とＥＧＲガスの冷却促進とを両立することが出来る。従って、内燃機関の排気特性の悪化を抑制することが可能となる。また、ＥＧＲクーラの故障を抑制することが出来る。

以下、本発明に係る内燃機関の冷却装置の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。

＜内燃機関とその冷却水循環系の概略構成１＞
先ず、本発明の実施例１について説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関とその冷却水循環系の概略構成を示す図である。

内燃機関１には、吸気通路２と排気通路３とが接続されている。また、内燃機関１はＥＧＲ装置４を備えている。ＥＧＲ装置４は、排気通路３と吸気通路２とを連通するＥＧＲ通路５と、該ＥＧＲ通路５に設けられたＥＧＲクーラ６を有している。排気通路３を流通する排気の一部はＥＧＲ通路５を通り、ＥＧＲクーラ６によって冷却されてから吸気通路２へ導入される。

また、内燃機関１には、本発明に係る熱媒体としての冷却水を流通させるためのエンジン冷却水通路７が形成さている。エンジン冷却水通路７の一端は冷却水通路８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）の一端と接続されており、エンジン冷却水通路７の他端は冷却水通路８の他端と接続されている。

冷却水通路８の途中には、車室内暖房用のヒータコア１２が配置されている。冷却水通路８において、エンジン冷却水通路７の一端とヒータコア１２との間に位置する部位には第１バイパス水路９ａが接続されている。一方、冷却水通路８において、エンジン冷却水通路７の他端とヒータコア１２との間に位置する部位には第２バイパス水路９ｂが接続されている。第１バイパス水路９ａと第２バイパス水路９ｂとは、前記ＥＧＲクーラ６を介して互いに接続されている。ＥＧＲ通路５を流通する排気（ＥＧＲガス）は、ＥＧＲクーラ６内を流れる冷却水との熱交換によって冷却される。

ここで、冷却水通路８において、エンジン冷却水通路７の一端との接続部と第１バイパス水路９ａとの接続部との間の部位を第１冷却水通路８ａと称し、第１バイパス水路９ａとの接続部とヒータコア１２との間の部位を第２冷却水通路８ｂと称する。また、冷却水通路８において、第２バイパス水路９ｂとの接続部とヒータコア１２との間の部位を第３冷却水通路８ｃと称し、第２バイパス水路９ｂとの接続部とエンジン冷却水通路７の他端との接続部との間の部位を第４冷却水通路８ｄと称する。

第３冷却水通路８ｃの途中にはウォーターポンプ１０が設置されている。このウォーターポンプ１０は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源とする機械式ウォーターポンプであって、ヒータコア１２側から内燃機関１側（ＥＧＲクー
ラ６側）へ冷却水を圧送する。尚、このウォーターポンプ１０は、図示しないバッテリを駆動源とする電動ウォーターポンプであっても良い。

第３冷却水通路８ｃと第４冷却水通路８ｄと第２バイパス水路９ｂとの接続部には流路切換弁１１が設けられている。また、エンジン冷却水通路７には、このエンジン冷却水路７内の冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ２１が設けられている。

上記のように構成された内燃機関１とその冷却水循環系には、当該冷却水循環系における冷却水の循環を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、水温センサ２１等の各種センサと電気的に接続されており、これらの出力信号がＥＣＵ２０へ入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２０は、流路切換弁１１と電気的に接続されており、この流路切換弁１１の開閉動作を制御している。

本実施例に係る冷却水循環系においては、ウォーターポンプ１０によって冷却水が圧送されることによって、第３冷却水通路８ｃ→第４冷却水通路８ｄ→エンジン冷却水通路７→第１冷却水通路８ａ→第２冷却水通路８ｂ→ヒータコア１２→第３冷却水通路８ｃの順に冷却水が循環する冷却水循環経路（以下、この冷却水循環経路を機関冷却水循環経路１５と称する）と、第３冷却水通路８ｃ→第２バイパス水路９ｂ→ＥＧＲクーラ６→第１バイパス水路９ａ→第２冷却水通路８ｂ→ヒータコア１２→第３冷却水通路８ｃの順に冷却水が循環する冷却水循環経路（以下、この冷却水循環経路をクーラ冷却水循環経路１６と称する）とが形成される。

＜内燃機関暖機時の冷却水の循環制御１＞
次に、本実施例において、内燃機関１を暖機するときの冷却水の循環制御について説明する。本実施例では、水温センサ２１によって検出されたエンジン冷却水通路７内の冷却水の温度が規定温度以下のときに、内燃機関１の暖機を実行する。ここでの規定温度とは、エンジン冷却水通路７内の熱媒体の温度が該規定温度以下の場合、内燃機関１を暖機する必要があると判断できる温度であって、予め実験的に定められた温度である。内燃機関１の暖機は、例えば、図１に示す機関冷却水循環経路１５とは別に内燃機関１を介して設けられた冷却水循環経路に温水を循環させることによって行われても良い。

内燃機関１を暖機する場合、エンジン冷却水通路７においては、冷却水は流動しないか、もしくは、その流動は小さいのが好ましい。一方、ＥＧＲクーラ６内においては、内燃機関１を暖機する場合であっても、ＥＧＲガスを冷却するために冷却水は流動する必要がある。

そこで、本実施例においては、水温センサ２１によって検出された冷却水の温度が規定温度以下の場合、流路切換弁１１を制御することによって、第４冷却水通路８ｄ側を遮断するか、もしくは第４冷却水通路８ｄ側の開度を小さくする。また、このとき、第３冷却水通路８ｃと第２バイパス水路９ｂとを連通した状態とする。このような制御の結果、機関冷却水循環経路１５では、冷却水の循環が停止するか、もしくは冷却水の流量が減少する。また、クーラ冷却水循環経路１６では、図１に一点鎖線の矢印で示すように、冷却水が循環する。

従って、本実施例によれば、エンジン冷却水通路７において、冷却水は流動しないか、もしくは、その流動は小さくなる。そのため、内燃機関１の暖機を促進させることが出来る。一方、ＥＧＲクーラ６内において冷却水は流動することになる。そのため、ＥＧＲクーラ６によるＥＧＲガスの冷却を促進させることが出来る。また、ＥＧＲクーラ６内において冷却水が過度に高温となることはほとんどないため、ＥＧＲクーラ６の故障を抑制することが出来る。

＜内燃機関とその冷却水循環系の概略構成２＞
次に、本発明の実施例２について説明する。図２は、本実施例に係る内燃機関とその冷却水循環系の概略構成を示す図である。

本実施例に係る冷却水循環系には、上述した実施例１において、第３冷却水通路８ｃと第４冷却水通路８ｄと第２バイパス水路９ｄとの接続部に設けられた流路切換弁１１は設けられていない。また、第３冷却水通路８ｃの途中には、実施例１におけるウォーターポンプ１０（機械式ウォーターポンプ）の代わりに、図示しないバッテリを駆動源とする第１ウォーターポンプ１３が設置されている。この第１ウォーターポンプ１３も、ウォーターポンプ１０と同様、ヒータコア１２側から内燃機関１側（ＥＧＲクーラ６側）へ冷却水を圧送する。さらに、第２バイパス水路９ｂの途中には、第１ウォーターポンプ１３と同様、図示しないバッテリを駆動源とする第２ウォーターポンプ１４が設置されている。
この第２ウォーターポンプ１４は、第３冷却水通路８ｃと第４冷却水通路８ｄと第２バイパス水路９ｄとの接続部側からＥＧＲクーラ６側へ冷却水を圧送する。ＥＣＵ２０は、第１ウォーターポンプ１３および第２ウォーターポンプ１４と電気的に接続されており、これらの作動を制御している。以上説明したもの以外の構成は、実施例１の内燃機関１とその冷却水循環系の概略構成と同様であるため、同様の構成には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。

＜内燃機関暖機時の冷却水の循環制御２＞
次に、本実施例において、内燃機関１を暖機するときの冷却水の循環制御について説明する。本実施例でも、実施例１と同様、水温センサ２１によって検出されたエンジン冷却水通路７内の冷却水の温度が規定温度以下のときに、内燃機関１の暖機を実行する。

本実施例においては、水温センサ２１によって検出された冷却水の温度が規定温度以下の場合、第１ウォーターポンプ１３を停止させるか、もしくは、その圧力を低下させる。また、このとき、第２ウォーターポンプ１４を作動させる。このような制御の結果、機関冷却水循環経路１５では、冷却水の循環が停止すか、もしくは冷却水の流量が減少する。また、クーラ冷却水循環経路１６では、図２に一点鎖線の矢印で示すように、冷却水が循環する。

従って、本実施例によれば、実施例１と同様、エンジン冷却水通路７において、冷却水は流動しないか、もしくは、その流動は小さくなる。そのため、内燃機関１の暖機を促進させることが出来る。一方、ＥＧＲクーラ６内において冷却水は流動することになる。そのため、ＥＧＲクーラ６によるＥＧＲガスの冷却を促進させることが出来る。また、ＥＧＲクーラ６内において冷却水が過度に高温となることはほとんどないため、ＥＧＲクーラ６の故障を抑制することが出来る。

尚、本実施例においても、第３冷却水通路８ｃと第４冷却水通路８ｄと第２バイパス水路９ｂとの接続部に流路切換弁１１をさらに設け、該流路切換弁１１を実施例１の冷却水の循環制御と同様に制御しても良い。

このように、本実施例の冷却水循環系に流路切換弁１１を設けることによって、内燃機関１の暖機時に、機関冷却水循環経路１５での冷却水の循環をより確実に停止するか、もしくはその冷却水の流量をより確実に減少させることが出来る。従って、内燃機関１の暖機をより促進させることが出来る。

また、本実施例においては、水温センサ２１によって検出された冷却水の温度が規定温
度より高いとき、即ち、内燃機関１の暖機時以外のときでも、第２ウォーターポンプ１４を作動させても良い。

このように、内燃機関１の暖機時以外のときにも、第２ウォーターポンプ１４を作動させると、ＥＧＲクーラ６内での冷却水の流量が増加するため、ＥＧＲクーラ６によるＥＧＲガスの冷却をより促進させることが出来る。また、ＥＧＲクーラ６内において冷却水が過度に高温となることをより抑制することが出来る。

本発明の実施例１に係る内燃機関とその冷却水循環系の概略構成を示す図。 本発明の実施例２に係る内燃機関とその冷却水循環系の概略構成を示す図。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・ＥＧＲ装置
５・・・ＥＧＲ通路
６・・・ＥＧＲクーラ
７・・・エンジン冷却水通路
８・・・冷却水通路
８ａ・・第１冷却水通路
８ｂ・・第２冷却水通路
８ｃ・・第３冷却水通路
８ｄ・・第４冷却水通路
９ａ・・第１バイパス水路
９ｂ・・第２バイパス水路
１０・・ウォーターポンプ
１１・・流路切換弁
１２・・ヒーターコア
１３・・第１ウォーターポンプ
１４・・第２ウォーターポンプ
１５・・機関冷却水循環経路
１６・・クーラ冷却水循環経路
２０・・ＥＣＵ
２１・・水温センサ

Claims (4)

1. 排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、を有するＥＧＲ装置を備える内燃機関の冷却装置において、
   該内燃機関を介して熱媒体が循環する機関熱媒体循環通路と、
   該機関熱媒体循環通路と接続され、且つ、前記ＥＧＲクーラを介して熱媒体が循環するクーラ熱媒体循環通路と、
   前記機関熱媒体循環通路と前記クーラ熱媒体循環通路とに熱媒体を圧送し循環させる圧送手段と、
   前記機関熱媒体循環通路内の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段によって検出された熱媒体の温度が規定温度以下の場合、前記機関熱媒体循環通路では、熱媒体の循環を停止させるか、もしくは熱媒体の流量を減少させ、且つ、前記クーラ熱媒体循環通路では熱媒体を循環させる熱媒体循環制御手段と、をさらに備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記機関熱媒体循環通路に設けられた通路開閉弁をさらに備え、
   前記温度検出手段によって検出された熱媒体の温度が前記規定温度以下の場合、前記熱媒体循環制御手段は、該通路開閉弁を閉じることで前記機関熱媒体循環通路での熱媒体の循環を停止させるか、もしくは、該通路開閉弁の開度を小さくすることで前記機関熱媒体循環通路での熱媒体の流量を減少させ、且つ、前記クーラ熱媒体循環通路では熱媒体を循環させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
3. 前記圧送手段を第１の圧送手段とし、
   前記クーラ熱媒体循環通路に設けられ、該クーラ熱媒体循環通路にのみ熱媒体を圧送し循環させる第２の圧送手段をさらに備え、
   前記温度検出手段によって検出された熱媒体の温度が前記規定温度以下の場合、前記熱媒体循環制御手段は、前記第１の圧送手段を停止させることで前記機関熱媒体循環通路での熱媒体の循環を停止させるか、もしくは、前記第１の圧送手段の圧力を低下させることで前記機関熱媒体循環通路での熱媒体の流量を減少させ、且つ、前記第２の圧送手段を作動させることで前記クーラ熱媒体循環通路に熱媒体を循環させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
4. 前記温度検出手段によって検出された熱媒体の温度が前記規定温度以下のときに加え、該熱媒体の温度が前記規定温度より高いときにも、前記第２の圧送手段を作動させることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の冷却装置。

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