JP2008274771A - 内燃機関の冷却装置及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の冷却不足を抑制すること。
【解決手段】内燃機関１は、排ガス側冷却媒体通路４と、冷却媒体流量調整弁２１とを備える。排ガス側冷却媒体通路４は、内燃機関１の排ガス排出側を冷却し、また、冷却媒体流量調整弁２１は、ラジエーター２２が冷却媒体ＣＦを冷却する能力と、内燃機関１の出力とに基づいて、排ガス側冷却媒体通路４を流れる冷却媒体ＣＦの流量を調整する。例えば、ラジエーター２２が冷却媒体ＣＦを冷却する能力が不足した場合、冷却媒体流量調整弁２１は、排ガス側冷却媒体通路４を流れる冷却媒体ＣＦの流量をそれまでよりも小さくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却に関するものである。

ガソリン機関やディーゼル機関のような内燃機関は、燃料と空気との混合気を燃焼室で燃焼させることにより動力を得るものである。内燃機関を運転すると、熱が発生するため、内燃機関の運転中には冷却する必要がある。特許文献１にはエキゾーストマニホールドをシリンダヘッドと一体に形成した内燃機関において、排気側と吸気側とに冷却水の通路を設けるとともに、前記内燃機関を搭載した車両が低速で走行しているときには排気側に冷却水を流さず、高速で走行しているときには排気側に冷却水を流す技術が開示されている。

特開昭６０−８５２１５号公報 第２頁左下欄〜右下欄

しかし、特許文献１に開示されている技術では、冷却水（冷却媒体）を冷却するラジエーターの冷却能力を考慮していないので、ラジエーターの冷却能力が低い場合には、内燃機関の冷却が不十分となるおそれがある。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関の冷却不足を抑制できる内燃機関の冷却装置及び内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の冷却装置は、冷却媒体を通過させて、内燃機関の排ガス排出側を冷却する排ガス側冷却媒体通路と、前記冷却媒体を冷却する能力と、前記内燃機関の排出する排ガスの温度を表す排ガス温度パラメータとに基づいて、前記排ガス側冷却媒体通路を流れる前記冷却媒体の流量を変更する冷却媒体流量調整手段と、を含むことを特徴とする。

この内燃機関の冷却装置は、冷却媒体を通過させて、内燃機関の排ガス排出側を冷却する排ガス側冷却媒体通路を備え、前記内燃機関の排出する排ガスの温度を表す排ガス温度パラメータと、前記冷却媒体を冷却する能力とに基づいて、前記排ガス側冷却媒体通路を流れる前記冷却媒体の流量を変更する。このように、冷却媒体を冷却する能力を考慮して、排ガス側冷却媒体通路を通過する冷却媒体の流量を変更するので、冷却媒体を冷却する能力が不足することに起因する内燃機関の冷却不足を抑制できる。

本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の冷却装置において、前記排ガス温度パラメータは、前記内燃機関の出力であり、また、前記冷却媒体を冷却する能力は、前記内燃機関が搭載される車両の速度で表されることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の冷却装置において、前記冷却媒体流量調整手段は、前記冷却媒体を冷却する能力が、予め定めた冷却能力閾値よりも小さい場合には、前記排ガス側冷却媒体通路を流れる前記冷却媒体の流量を、それまでよりも小さくすることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の冷却装置において、前記冷却媒体流量調整手段は、前記出力が予め定めた排ガス温度パラメータ閾値よりも大きい場合には、前記内燃機関へ供給する燃料をそれまでよりも増量することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の冷却装置において、前記冷却媒体流量調整手段が、前記排ガス側冷却媒体通路を流れる前記冷却媒体の流量をそれまでよりも小さくした場合において、前記冷却媒体の流れを前記排ガス側冷却媒体通路に確保することが好ましい。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関の冷却装置を備えることを特徴とする。この内燃機関は、上述した内燃機関の冷却装置を備えており、冷却媒体を冷却する能力を考慮して、排ガス側冷却媒体通路を通過する冷却媒体の流量を変更する。これによって、冷却媒体を冷却する能力が不足することに起因する内燃機関の冷却不足を抑制できる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置及び内燃機関は、内燃機関の冷却不足を抑制することができる。

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、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の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、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

本実施形態は、冷却媒体を通過させて、内燃機関の排ガス排出側を冷却する排ガス側冷却媒体通路を備え、前記内燃機関の排出する排ガスの温度を表す排ガス温度パラメータと、前記冷却媒体を冷却する能力とに基づいて、前記排ガス側冷却媒体通路を流れる前記冷却媒体の流量を変更する点に特徴がある。

図１、図２は、本実施形態に係る内燃機関の冷却装置及び内燃機関の構成を示す説明図である。図３は、本実施形態に係る内燃機関を車両に搭載した状態を示す模式図である。本実施形態に係る内燃機関１は、ガソリンや軽油等の炭化水素を含む燃料を用いて運転される内燃機関であり、シリンダ２内をピストンが往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。本実施形態において、内燃機関１は、４個のシリンダ２を直列に配置した、いわゆる直列４気筒の内燃機関であるが、シリンダ数及びシリンダの配置はこれに限定されるものではない。

内燃機関１は、空気ａと燃料ｆとの混合気をシリンダ２内で燃焼させ、これによってピストンを往復運動させることによって動力を発生する。内燃機関１へ供給される空気ａは、エアクリーナ１０でごみや塵が除去された後、吸気通路１１を通ってサージタンク８へ導入される。そして、空気ａは、それぞれのシリンダ２と接続される吸気ポート６ｉを通って、サージタンク８から各シリンダ２の内部へ供給される。

エアクリーナ１０でごみや塵が取り除かれた空気ａは、吸気通路１１に設けられるエアフローメータ４０によって流量（質量流量）が計測される。エアフローメータ４０によって計測された空気ａの流量は、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０に取り込まれて、内燃機関１の運転制御に用いられる。また、吸気通路１１には、スロットル弁１２が設けられる。スロットル弁１２は、弁体１２Ｖの開度を調整することにより、内燃機関１へ供給される空気ａの流量（吸入空気量）を調整する。

スロットル弁１２は、いわゆる電子制御スロットル弁であり、弁体１２Ｖと、スロットル弁駆動用アクチュエータ１２ａと、弁体の開度を検出するセンサ（スロットル開度センサ）１２ｃとで構成される。機関ＥＣＵ５０は、アクセルペダル４２Ｐに取り付けられたアクセル開度センサ４２から取得したアクセルの開度情報に基づき、スロットル弁駆動用アクチュエータ１２ａを動作させる。そして、機関ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ４２が取得したアクセルの開度情報に基づいて決定された開度になるように、弁体１２Ｖを動作させる。このとき、機関ＥＣＵ５０は、スロットル開度センサ１２ｃから取得された弁体１２Ｖの開度情報を取得して、弁体１２ｖの開度をフィードバック制御する。

内燃機関１は、それぞれのシリンダ２に燃料噴射弁５を備えており、それぞれの燃料噴射弁５によってそれぞれのシリンダ２内へ直接燃料ｆを噴射する。このように、内燃機関１は、いわゆる直噴の内燃機関であるが、内燃機関１の燃料供給には、吸気ポート６ｉ内へ燃料を噴射する、いわゆるポート噴射式を用いてもよい。

燃料噴射弁５は、共通の燃料デリバリパイプ１８に取り付けられている。燃料デリバリパイプ１８には、燃料タンク１６から燃料ポンプ１７を介して燃料ｆが送られる。そして、燃料デリバリパイプ１８からそれぞれの燃料噴射弁５へ燃料ｆが供給される。燃料噴射弁５は、機関ＥＣＵ５０によって開弁時間が制御されることにより、燃料デリバリパイプ１８から供給されてシリンダ２内へ噴射される燃料噴射量が制御される。なお、燃料タンク１６から燃料デリバリパイプ１８へ燃料ｆを送る燃料ポンプ１７の動作も、機関ＥＣＵ５０によって制御される。

吸気ポート６ｉからシリンダ２内へ流入した空気ａへ燃料噴射弁５から燃料ｆが噴射されて、混合気が形成される。この混合気が燃焼することによりピストンが駆動されてシリンダ２内を往復運動する。ピストンの往復運動は、クランク軸７によって回転運動に変換されて取り出される。ここで、クランク軸７の回転角度や回転数は、クランク軸７の近傍に取り付けられるクランク角センサ４１によって検出される。

燃焼後の混合気は排ガスＥｘとなって、それぞれのシリンダ２内から、各シリンダ２に接続される排気ポート６ｅを通って排出される。排気ポート６ｅから排出された排ガスＥｘは、エキゾーストマニホールド９へ集められる。エキゾーストマニホールド９には、排ガス温度センサ４４が取り付けられており、排ガス温度センサ４４によって検出された排ガスＥｘの温度情報は、機関ＥＣＵ５０に取り込まれて、内燃機関１の制御に用いられる。エキゾーストマニホールド９へ集められた排ガスＥｘは、排気管１３へ排出される。排気管１３には浄化触媒１４が設けられており、排ガスＥｘは浄化触媒１４によって浄化された後、消音器１５で消音されてから大気中へ放出される。

内燃機関１は、運転中に温度が上昇するため、何らかの冷却手段によって冷却する必要がある。本実施形態では、内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈ及びシリンダブロック１Ｓ内に冷却媒体通路を設けて、この冷却媒体通路へ冷却媒体ＣＦを流すことにより、内燃機関１の熱を冷却媒体ＣＦへ移動させて、内燃機関１を冷却する。本実施形態において、冷却媒体ＣＦは液体を用い、より具体的には水を用いる。

内燃機関１を冷却した冷却媒体ＣＦは、図１、図２に示すように、冷却媒体熱交換器であるラジエーター２２によって冷却される。すなわち、ラジエーター２２を通過する冷却媒体ＣＦと冷却風Ｗとの間で熱交換する過程で、昇温した冷却媒体ＣＦの熱が冷却風Ｗへ移動して、冷却媒体ＣＦが冷却される。

ラジエーター２２の冷却媒体出口２２ｅと内燃機関１の冷却媒体入口１ｉとは、冷却媒体供給通路２７で接続される。冷却媒体供給通路２７には、冷却媒体供給手段であるウォーターポンプ２０が設けられており、ウォーターポンプ２０は、ラジエーター２２で冷却された冷却媒体ＣＦを内燃機関１へ供給する。

内燃機関１のシリンダブロック１Ｓ内には、シリンダブロック冷却通路２８が形成されている。また、内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈ内には、吸気側冷却媒体通路３と、排ガス側冷却媒体通路４とが形成されている。吸気側冷却媒体通路３及び排ガス側冷却媒体通路４には、内燃機関１の内部に設けられる冷却媒体分岐通路２９によって、冷却媒体入口１ｉから流入した冷却媒体ＣＦが分岐されて供給される。

吸気側冷却媒体通路３及び排ガス側冷却媒体通路４は、いずれもシリンダヘッド１Ｈを冷却するために設けられるが、吸気側冷却媒体通路３は、シリンダヘッド１Ｈのうち、図１に示す吸気ポート６ｉの周辺、すなわち、燃焼に供される空気の入口側（吸気導入側）を冷却する。また、排ガス側冷却媒体通路４は、シリンダヘッド１Ｈのうち、図１、図２に示す排気ポート６ｅの周辺、すなわち排ガスＥｘの出口側（排ガス排出側）を冷却する。このように、本実施形態に係る内燃機関１は、排ガス排出側と吸気導入側とにそれぞれ冷却媒体を設けて冷却する。これによって、より高温になる排ガス排出側により多くの冷却媒体を流すように冷却媒体通路を構成し、排ガス排出側を効率的に冷却することができる。

吸気側冷却媒体通路３及び排ガス側冷却媒体通路４を通過して昇温した冷却媒体ＣＦは、吸気側冷却媒体出口１ｅｉに接続される吸気側冷却媒体回収通路２５、及び排気側冷却媒体出口１ｅｅに接続される排気側冷却媒体回収通路２３に排出される。吸気側冷却媒体回収通路２５及び排気側冷却媒体回収通路２３は、ラジエーター２２の冷却媒体入口２２ｉに接続される冷却媒体回収通路２６で集合する。このような構成により、内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈの吸気側及び排気側を冷却した冷却媒体ＣＦをラジエーター２２へ回収して冷却し、ウォーターポンプ２０によって再び内燃機関１へ供給する。

冷却媒体回収通路２６には、冷却媒体の温度を検出する手段として第１冷却水温度センサ４５が設けられる。第１冷却水温度センサ４５が検出した冷却媒体ＣＦの温度は、内燃機関１を冷却した後における冷却媒体ＣＦの温度である。第１冷却水温度センサ４５が検出した冷却媒体ＣＦの温度は、機関ＥＣＵ５０に取り込まれ、内燃機関１の制御に用いられる。また、冷却媒体供給通路２７には、第２冷却水温度センサ４６が設けられる。第２冷却水温度センサ４６が検出した冷却媒体ＣＦの温度は、ラジエーター２２によって冷却された冷却媒体ＣＦの温度である。第２冷却水温度センサ４６が検出した冷却媒体ＣＦの温度は、機関ＥＣＵ５０が備える冷却制御装置３０に取り込まれ、本実施形態に係る冷却制御に用いられる。

本実施形態において、排気側冷却媒体回収通路２３には、排ガス側冷却媒体通路４を流れる冷却媒体ＣＦの流量を変更する冷却媒体流量調整手段として、冷却媒体流量調整弁２１が設けられる。冷却媒体流量調整弁２１の開度を変更することによって、排気側冷却媒体回収通路２３を流れる冷却媒体ＣＦの流量が調整できるので、シリンダヘッド１Ｈの排気ガス排出側における冷却量を調整することができる。ここで、冷却媒体流量調整弁２１は、機関ＥＣＵ５０が備える冷却制御装置３０によって制御される。また、本実施形態において、図１、図２に示す内燃機関の冷却装置６０は、排ガス側冷却媒体通路４と、冷却媒体流量調整手段である冷却媒体流量調整弁２１とを含んで構成される。

排気側冷却媒体出口１ｅｅと冷却媒体流量調整弁２１との間と、冷却媒体回収通路２６とは、バイパス手段であるバイパス通路２４によって接続される。すなわち、バイパス通路２４は、冷却媒体流量調整弁２１の入口２１ｉ側と出口２１ｅ側とを接続して、冷却媒体流量調整弁２１をバイパスして、排ガス側冷却媒体通路４から排出された冷却媒体ＣＦを流すものである。

冷却媒体流量調整弁２１を完全に閉じると、冷却媒体ＣＦは排ガス側冷却媒体通路４を流れないが、排ガス側冷却媒体通路４内の冷却媒体ＣＦが完全に停止すると流れが淀み、排ガス側冷却媒体通路４内には局所的な高温部が発生するおそれがある。このため、バイパス通路２４内に排ガス側冷却媒体通路４から排出された冷却媒体ＣＦを流すことにより、冷却媒体流量調整弁２１を完全に閉じた場合でも、ある程度の冷却媒体ＣＦの流れを排ガス側冷却媒体通路４内に確保する。これによって、排ガス側冷却媒体通路４内に局所的な高温部が発生することを回避する。

この場合、排ガス側冷却媒体通路４内における冷却媒体ＣＦの流量は、少なくとも０（ｋｇ／秒）よりも大きく設定されるが、排ガス側冷却媒体通路４の通路形状や通路断面積等によって適切な値に設定する。ここで、冷却媒体流量調整弁２１が完全に閉じないように冷却媒体流量調整弁２１に物理的なストッパを設けたり、冷却制御装置３０によるソフトウェア的な制御により冷却媒体流量調整弁２１が完全に閉じないようにしたりして、バイパス通路２４を設けた場合と同様の作用を得られるようにしてもよい。なお、冷却媒体流量調整弁２１を完全に閉じる構成を排除するものではなく、例えば、冷却媒体ＣＦが受け取る内燃機関１の熱エネルギーをできる限り低減したい場合には、冷却媒体流量調整弁２１を完全に閉じて、排ガス側冷却媒体通路４内の冷却媒体ＣＦを完全に停止させてもよい。

図３に示すように、本実施形態に係る内燃機関１は、車両１００に搭載されて動力発生源となる。本実施形態において、内燃機関１は、車両１００の進行方向（図３の矢印Ｘ方向）前方に搭載され、変速装置１０２を介して左前輪１０１ＦＬ及び右前輪１０１ＦＲを駆動する。このように、本実施形態に係る内燃機関１が搭載される車両１００の駆動方式は、いわゆるＦＦ（Front engine Front drive）方式である。したがって、車両１００の駆動輪は左前輪１０１ＦＬ及び右前輪１０１ＦＲであり、従動輪は左後輪１０１ＲＬ及び右後輪１０１ＲＲになる。なお、車両１００の駆動方式はＦＦ方式に限定されるものではない。

ラジエーター２２は車両１００の進行方向前方かつ内燃機関１の前方に搭載されており、車両１００が走行するときの走行風を冷却風Ｗとして利用する。したがって、車両１００の走行する速度が高い場合には、ラジエーター２２が冷却媒体ＣＦを冷却する能力は大きくなり、車両１００の速度が低下するにしたがって、ラジエーター２２が冷却媒体ＣＦを冷却する能力は小さくなる。

左前輪１０１ＦＬ、右前輪１０１ＦＲ、左後輪１０１ＲＬ及び右後輪１０１ＲＲの回転数は、それぞれ左前輪用回転数センサ４３ＦＬ、右前輪用回転数センサ４３ＦＲ、左後輪用回転数センサ４３ＲＬ及び右後輪用回転数センサ４３ＲＲによって検出される。これらの回転数センサによって取得された各車輪の回転数の情報に基づき、ＥＣＵ５０や冷却制御装置３０は、車両１００の速度が求められる。例えば、各車輪の単位時間あたりにおける回転数から求めた各車輪の車輪速度を平均して求めた値を、車両１００の速度とする。また、従動林である左後輪１０１ＲＬ及び右後輪１０１ＲＲの平均回転速度を車両１００の速度としてもよい。次に、本実施形態に係る冷却制御を実行するための冷却制御装置３０について説明する。

図４は、本実施形態に係る冷却制御装置の構成を示す説明図である。図４に示すように、冷却制御装置３０は、ＥＣＵ５０に組み込まれて構成されている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５１と、記憶部５２と、入力ポート５５及び出力ポート５６と、入力及び出力インターフェース５７、５８とから構成される。

なお、ＥＣＵ５０とは別個に、本実施形態に係る冷却制御装置３０を用意し、これをＥＣＵ５０に接続してもよい。そして、本実施形態に係る冷却制御を実現するにあたっては、ＥＣＵ５０が備えている燃料噴射弁５や冷却媒体流量調整弁２１に対する制御機能を、前記冷却制御装置３０が利用できるように構成してもよい。

冷却制御装置３０は、制御条件判定部３１と、冷却制御部３２とを含んで構成される。これらが、本実施形態に係る冷却制御を実行する部分となる。本実施形態において、冷却制御装置３０は、ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ５１の一部として構成される。また、ＣＰＵ５１内には、内燃機関１の運転制御を司る機関制御部５３が設けられる。冷却制御装置３０と記憶部５２とは、バス５４ｃを介して接続される。また、冷却制御装置３０の制御条件判定部３１と、冷却制御部３２と、ＣＰＵ５１の機関制御部５３とは、バス５４ａ、５４ｂ及び入力ポート５５、出力ポート５６を介して接続される。

これにより、冷却制御装置３０を構成する制御条件判定部３１と冷却制御部３２とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、冷却制御装置３０は、機関制御部５３が有する内燃機関１の運転制御データを取得し、これを利用することができる。また、冷却制御装置３０は、本実施形態に係る冷却制御を、機関制御部５３が予め備えている内燃機関１の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。

入力ポート５５には、入力インターフェース５７が接続されている。入力インターフェース５７には、エアフローメータ４０、クランク角センサ４１、アクセル開度センサ４２、左前輪用回転数センサ４３ＦＬ、右前輪用回転数センサ４３ＦＲ、左後輪用回転数センサ４３ＲＬ及び右後輪用回転数センサ４３ＲＲ、排ガス温度センサ４４、第１冷却水温度センサ４５、第２冷却水温度センサ４６といった、冷却制御に必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。なお、これらのセンサ類の他にも、内燃機関１の運転制御に必要なセンサ類が、適宜入力インターフェース５７へ接続される。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェース５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタルバッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５１が利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５１は、冷却制御や、内燃機関１の制御に必要な情報を取得することができる。

出力ポート５６には、出力インターフェース５８が接続されている。出力インターフェース５８には、冷却媒体流量調整弁２１、燃料噴射弁５といった、冷却制御における制御対象が接続されている。なお、この他にも、内燃機関１の運転制御に必要な制御対象が、適宜出力インターフェース５８へ接続される。出力インターフェース５８は、制御回路５８₁、５８₂等を備えており、ＣＰＵ５１で演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。

記憶部５２には、本実施形態に係る冷却制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは本実施形態に係る冷却制御に用いるデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部５２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５１へ既に記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、本実施形態に係る冷却制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この冷却制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、制御条件判定部３１及び冷却制御部３２の機能を実現するものであってもよい。次に、本実施形態に係る冷却制御の手順を説明する。本実施形態に係る冷却制御は、図４に示す冷却制御装置３０により実現できる。

図５は、本実施形態に係る冷却制御の手順を示すフローチャートである。図６は、本実施形態に係る冷却制御における制御領域の区分を示す概念図である。本実施形態に係る冷却制御は、冷却媒体ＣＦを冷却する能力と、内燃機関１の排出する排ガスＥｘの温度を表す排ガス温度パラメータとに基づいて、図１、図２に示す排ガス側冷却媒体通路４を流れる冷却媒体ＣＦの流量を変更するものである。

本実施形態において、冷却媒体ＣＦを冷却する能力は、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力である。ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力は、冷却風Ｗの速度に依存し、冷却風Ｗの速度は車両１００の速度（以下車速という）によって決定される。したがって、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力は、車速によって決定される。このように、車速を用いれば、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力を正確に表すことができる。

また、排ガスＥｘの温度は、内燃機関１の出力と相関が高いため、本実施形態においては、排ガスＥｘの温度を表す排ガス温度パラメータを内燃機関１の出力Ｐとする。これによって、排ガスＥｘの温度を実測しなくとも、排ガスＥｘの温度を知ることができる。なお、図１や図４に示す排ガス温度センサ４４によって測定した排ガスＥｘの温度や、浄化触媒１４の温度を排ガスＥｘの温度を表す排ガス温度パラメータとしてもよい。

本実施形態に係る冷却制御を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、冷却制御装置３０の制御条件判定部３１は、図３に示す車両１００の速度（以下車速という）Ｖと、予め定めた冷却能力閾値である車速閾値Ｖｃとを比較する。車速閾値Ｖｃは、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力が不足すると判定される値に設定される。

ステップＳ１０１でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１がＶ≧Ｖｃであると判定した場合、本実施形態に係る冷却制御の制御領域は、図６におけるＡの領域になる。Ｖ≧Ｖｃである場合には、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力は十分に確保されていると判定できる。この場合、ＳＴＡＲＴに戻り、制御条件判定部３１は、車両１００や内燃機関１の運転条件の監視を継続する。ステップＳ１０１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１がＶ＜Ｖｃであると判定した場合、本実施形態に係る冷却制御の制御領域は、図６におけるＢ又はＣの領域になる。

この場合、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力が不足していると判定できるので、ステップＳ１０２において、冷却制御装置３０の冷却制御部３２は、図１、図２に示す冷却媒体流量調整弁２１の開度をそれまでよりも小さくする。これによって、排ガス側冷却媒体通路４を流れる冷却媒体ＣＦの流量をそれまでよりも小さくして、排ガスＥｘの冷却を抑制し、排ガスＥｘとともに排熱する。その結果、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力が不足すること、すなわち冷却風Ｗの風量不足による内燃機関１の冷却不足を回避する。

次に、ステップＳ１０３において、制御条件判定部３１は、内燃機関１の出力Ｐと、排ガス温度パラメータ閾値である出力閾値Ｐｃとを比較する。内燃機関１の出力Ｐは、内燃機関１のトルクと機関回転数とから求めることができる。なお、内燃機関１のトルクは、例えば、エアフローメータ４０によって取得した吸入空気量から求めた負荷（あるいは負荷率）に基づいて求めることができ、機関回転数は、クランク角センサによって取得したクランク軸７の回転角度に基づいて求めることができる。ここで、出力閾値Ｐｃは、内燃機関１が排出する排ガスＥｘに対して燃料冷却が必要か否かを判定するためのものである。すなわち、内燃機関１が出力閾値Ｐｃを超える出力を発生している場合、排ガスＥｘの温度は燃料冷却が必要となる程度まで上昇していると判定する。

ステップＳ１０３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１がＰ＞Ｐｃと判定した場合、排ガスＥｘの温度は燃料冷却が必要となる程度まで上昇していると判定できる。この場合、本実施形態に係る冷却制御の制御領域は、図６におけるＢの領域である。Ｐ＞Ｐｃである場合、ステップＳ１０４において、冷却制御部３２は、内燃機関１へ供給する燃料ｆの量を増量する。すなわち、図１、図４に示す燃料噴射弁５からの燃料噴射量をそれまでよりも増加させる。これによって、排ガスＥｘの昇温を抑制して、内燃機関１を保護する。なお、車速Ｖが低いためにラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力が不足し、かつ内燃機関１の出力が大きい運転条件は、通常、長時間継続することはない。このため、排気冷却のため、燃料増量する期間は、通常長時間継続することはない。

ステップＳ１０３でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１がＰ≦Ｐｃと判定した場合、排ガスＥｘの温度は、燃料冷却が必要となる程度までは上昇していないと判定できる。この場合、本実施形態に係る冷却制御の制御領域は、図６におけるＣの領域である。Ｐ≦Ｐｃである場合、冷却制御部３２は、図１、図２に示す冷却媒体流量調整弁２１の開度をそれまでよりも小さくしたまま、内燃機関１へ供給する燃料ｆの量は増量しない。これによって、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力が不足すること、すなわち冷却風Ｗの風量不足による内燃機関１の冷却不足を回避する。また、従来は燃料ｆを増量していた領域において、燃料ｆの増量は不要になるので、燃料消費を抑制することができる。

図７は、本実施形態の変形例に係る冷却制御の手順を示すフローチャートである。本変形例に係る冷却制御は、上述した本実施形態に係る冷却制御装置３０（図４参照）により実現できる。本変形例に係る冷却制御は、上記実施形態に係る冷却制御とほぼ同様の構成であるが、冷却媒体ＣＦを冷却する能力を、冷却媒体ＣＦの温度により判定する点が異なる。他の構成は、上記実施形態に係る冷却制御と同様である。

本変形例において、冷却媒体ＣＦを冷却する能力は、ラジエーター２２によって冷却された冷却媒体ＣＦの温度によって判定する。ラジエーター２２によって冷却された冷却媒体ＣＦの温度は、図１に示す第２冷却水温度センサ４６によって検出される。また、本変形例においては、排ガスＥｘの温度を表す排ガス温度パラメータを内燃機関１の出力Ｐとする。なお、上述したように、図１や図４に示す排ガス温度センサ４４によって測定した排ガスＥｘの温度や、浄化触媒１４の温度を排ガスＥｘの温度を表す排ガス温度パラメータとしてもよい。

本変形例に係る冷却制御を実行するにあたり、ステップＳ２０１において、冷却制御装置３０の制御条件判定部３１は、図１、図２に示す内燃機関１が運転中であるか否かを判定するステップＳ２０１でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１が内燃機関１は運転中でないと判定した場合、ＳＴＡＲＴに戻り、制御条件判定部３１は、内燃機関１の運転条件の監視を継続する。ステップＳ２０１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１が内燃機関１は運転中であると判定した場合、ステップＳ２０２へ進む。

ステップＳ２０２において、制御条件判定部３１は、ラジエーター２２によって冷却された冷却媒体ＣＦの温度（冷却後冷却媒体温度という）Ｔｃｆと、予め定めた冷却後冷却媒体温度域値Ｔｃｆ＿ｃとを比較する。ここで、冷却後冷却媒体温度域値Ｔｃｆ＿ｃは、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力が不足すると判定される値に設定される。ステップＳ２０２でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１がＴｃｆ≧Ｔｃｆ＿ｃであると判定した場合、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力は十分に確保されていると判定できる。この場合、ＳＴＡＲＴに戻り、制御条件判定部３１は、車両１００や内燃機関１の運転条件の監視を継続する。

ステップＳ２０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１がＴｃｆ＜Ｔｃｆ＿ｃであると判定した場合、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力が不足していると判定できるので、ステップＳ２０３において、冷却制御装置３０の冷却制御部３２は、図１、図２に示す冷却媒体流量調整弁２１の開度をそれまでよりも小さくする。これによって、排ガス側冷却媒体通路４を流れる冷却媒体ＣＦの流量をそれまでよりも小さくして、排ガスＥｘの冷却を抑制し、排ガスＥｘとともに排熱する。その結果、ラジエーター２２による冷却媒体ＣＦの冷却能力が不足することに起因する内燃機関１の冷却不足を回避する。ステップＳ２０４、ステップＳ２０５は、上記実施形態に係る冷却制御におけるステップＳ２０３、ステップＳ２０４と同様なので、説明を省略する。

以上、本実施形態及びその変形例では、冷却媒体を通過させて、内燃機関の排ガス排出側を冷却する排ガス側冷却媒体通路を備え、前記内燃機関の排出する排ガスの温度を表す排ガス温度パラメータと、前記冷却媒体を冷却する能力とに基づいて、前記排ガス側冷却媒体通路を流れる前記冷却媒体の流量を変更する。このような構成により、内燃機関を搭載する車両の速度が低いため冷却媒体を冷却する能力が不足している場合において、内燃機関の出力が低〜中程度である場合には、排ガス側冷却媒体通路を流れる冷却媒体の流量をそれまでよりも小さくすることにより、冷却媒体が受け取る熱エネルギーを低下させて、排ガスの熱エネルギーとして内燃機関から熱を排出する。

これによって、冷却媒体を冷却する能力の不足に起因する内燃機関の冷却不足を回避できるとともに、過剰に排ガスを冷却することはないので、浄化触媒の温度低下を抑制することができる。また、内燃機関を搭載する車両の速度が高く冷却媒体を冷却する能力が十分である場合には、排ガス側冷却媒体通路へ冷却媒体を積極的に流すことにより排ガスを積極的に冷却して、燃料による排ガスの冷却を抑制する。その結果、内燃機関の冷却不足を抑制でき、さらに、排気冷却のための燃料増量を抑制できるので燃料消費を抑制できる。

また、例えば、登坂時のように、車速が低いために冷却媒体の冷却能力が低いにも関わらず内燃機関の出力が大きいような場合においては、排ガス側冷却媒体通路を流れる冷却媒体の流量をそれまでよりも小さくするとともに、排気冷却のための燃料増量を実行する。これによって、内燃機関を確実に冷却する。

また、冷却媒体の冷却性能を確保するため、例えば、ファンの回転数を大きくしたり、風量の大きいファンを装備したりすると、騒音が大きくなって乗員に違和感を与えたり、ファンの駆動のためのエネルギー消費が増加して燃料消費が増加したりする。本実施形態では、内燃機関の排出する排ガスの温度を表す排ガス温度パラメータと、前記冷却媒体を冷却する能力とに基づいて、排ガス側冷却媒体通路を流れる冷却媒体の流量を変更する。これによって、ファンの回転数を大きくしたり、風量の大きいファンを装備したりすることなく、内燃機関の冷却不足を抑制することができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の冷却装置及び内燃機関は、内燃機関を冷却することに有用であり、特に、内燃機関の冷却不足を抑制することに適している。

本実施形態に係る内燃機関の冷却装置及び内燃機関の構成を示す説明図である。 本実施形態に係る内燃機関の冷却装置及び内燃機関の構成を示す説明図である。 本実施形態に係る内燃機関を車両に搭載した状態を示す模式図である。 本実施形態に係る冷却制御装置の構成を示す説明図である。 本実施形態に係る冷却制御の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る冷却制御における制御領域の区分を示す概念図である。 本実施形態の変形例に係る冷却制御の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
１Ｈ シリンダヘッド
１Ｓ シリンダブロック
２ シリンダ
３ 吸気側冷却媒体通路
４ 排ガス側冷却媒体通路
５ 燃料噴射弁
６ｅ 排気ポート
６ｉ 吸気ポート
９ エキゾーストマニホールド
１１ 吸気通路
１２ スロットル弁
１３ 排気管
１４ 浄化触媒
１６ 燃料タンク
１７ 燃料ポンプ
１８ 燃料デリバリパイプ
２０ ウォーターポンプ
２１ 冷却媒体流量調整弁
２２ ラジエーター
２３ 排気側冷却媒体回収通路
２４ バイパス通路
２５ 吸気側冷却媒体回収通路
２６ 冷却媒体回収通路
２７ 冷却媒体供給通路
２８ シリンダブロック冷却通路
２９ 冷却媒体分岐通路
３０ 冷却制御装置
３１ 制御条件判定部
３２ 冷却制御部
４０ エアフローメータ
４１ クランク角センサ
４２ アクセル開度センサ
４４ 排ガス温度センサ
４５ 第１冷却水温度センサ
４６ 第２冷却水温度センサ
５０ 機関ＥＣＵ
５１ ＣＰＵ
５２ 記憶部
５３ 機関制御部
６０ 冷却装置
１００ 車両

Claims (6)

1. 冷却媒体を通過させて、内燃機関の排ガス排出側を冷却する排ガス側冷却媒体通路と、
   前記冷却媒体を冷却する能力と、前記内燃機関の排出する排ガスの温度を表す排ガス温度パラメータとに基づいて、前記排ガス側冷却媒体通路を流れる前記冷却媒体の流量を変更する冷却媒体流量調整手段と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記排ガス温度パラメータは、前記内燃機関の出力であり、また、前記冷却媒体を冷却する能力は、前記内燃機関が搭載される車両の速度で表され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。
3. 前記冷却媒体流量調整手段は、
   前記冷却媒体を冷却する能力が、予め定めた冷却能力閾値よりも小さい場合には、前記排ガス側冷却媒体通路を流れる前記冷却媒体の流量を、それまでよりも小さくすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
4. 前記冷却媒体流量調整手段は、
   前記出力が予め定めた排ガス温度パラメータ閾値よりも大きい場合には、前記内燃機関へ供給する燃料をそれまでよりも増量することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の冷却装置。
5. 前記冷却媒体流量調整手段が、前記排ガス側冷却媒体通路を流れる前記冷却媒体の流量をそれまでよりも小さくした場合において、
   前記冷却媒体の流れを前記排ガス側冷却媒体通路に確保することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の冷却装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却装置を備えることを特徴とする内燃機関。

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