JP2009150228A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入空気の温度を調節することと、内燃機関の出力する動力のうち、前記内燃機関を搭載する車両が走行するのに使える動力の低下を抑制することとのうち少なくとも一方を達成すること。
【解決手段】内燃機関１は、空気と燃料との混合気の燃焼により動力を出力する内燃機関本体１００と、内燃機関本体１００に接続されて内燃機関本体１００に空気を導く吸気通路１１８と、吸気通路１１８に設けられると共に空気を加圧して内燃機関本体１００に導く過給機１３０と、過給機１３０と内燃機関本体１００との間の吸気通路１１８に設けられて、吸気通路１１８を流れる空気と熱交換する媒体、例えば水空気が内部に存在する熱交換装置１５０と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に、吸入空気を圧縮して過給する過給機を備えた内燃機関に関するものである。

従来、内燃機関において、内燃機関から取り出せる出力の向上を図るために、過給機を備える内燃機関がある。過給機は、排気ガスにより駆動されるコンプレッサによって吸入した空気を圧縮し、筒内燃焼空間に導入する空気の量を増やすことで、内燃機関から取り出せる出力を向上させる。

例えば、特許文献１には、過給機を備えると共に、シリンダボディと過給機との間を接続する接続管の内部に設けられるウォータージャケットに冷却水を通すことにより、加圧された吸入空気が内燃機関を冷却する技術が開示されている。

特開平５−１４１２６０号公報（段落番号００２２）

しかしながら前記接続管に設けられるウォータージャケットに冷却水を通すことにより、冷却水の循環中における圧力損失が大きくなる。一般的に、冷却水を加圧するポンプは、内燃機関から動力を得る。よって、冷却水の循環中における圧力損失が大きくなると、内燃機関が出力する動力のうち、前記ポンプが消費する動力が大きくなる。結果として、特許文献１に開示された技術は、内燃機関が出力する動力のうち、前記内燃機関を搭載する車両が走行するのに使える動力が低下するおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吸入空気の温度を調節することと、内燃機関の出力する動力のうち、前記内燃機関を搭載する車両が走行するのに使える動力の低下を抑制することとのうち少なくとも一方を達成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は、空気と燃料との混合気の燃焼により動力を出力する内燃機関本体と、前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に前記空気を導く吸気通路と、前記吸気通路に設けられると共に前記空気を加圧して前記内燃機関本体に導く加圧手段と、前記加圧手段と前記内燃機関本体との間の前記吸気通路に設けられて、前記吸気通路を流れる前記空気と熱交換する媒体が内部に存在する熱交換手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成により、熱交換手段は、媒体と吸入空気との間で熱交換をさせる。これにより、吸入空気は、冷却または暖められる。熱交換手段により吸入空気が冷却される場合、前記熱交換手段は、内燃機関本体の筒内燃焼空間に導かれる吸入空気の密度の低下を抑制できる。よって、前記熱交換手段は、前記筒内燃焼空間に供給される吸入空気の密度低下による前記筒内燃焼空間に供給される酸素量の低下を抑制できる。これにより、熱交換装手段を備える内燃機関は、インジェクタの燃料噴射量の低下を抑制できる。結果として、内燃機関は、内燃機関本体の出力の低下を抑制できる。

ここで、吸入空気の温度が適正な温度よりも低い場合、内燃機関本体における燃焼速度が低下するおそれがある。よって、熱交換手段により吸入空気が暖められる場合、熱交換手段は、内燃機関本体における燃焼速度の出力低下を抑制できる。これにより、熱交換手段は、内燃機関本体における燃焼を安定化させる。結果として、熱交換装手段を備える内燃機関は、内燃機関本体１００の出力の低下を抑制できる。加えて、内燃機関は、内燃機関本体における燃焼速度の低下が抑制されるので、耐ノック性の低下も抑制できる。

本発明の好ましい態様としては、前記熱交換手段に導かれる前記媒体の流量を調節する流量調節手段を備えることが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記流量調節手段は、前記内燃機関本体の運転状況に基づいて前記熱交換手段に導く前記媒体の流量を調節することが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記熱交換手段に接続されて前記熱交換手段に導かれる前記媒体が流れる第１通路と、前記熱交換手段に接続されて前記熱交換手段から排出される前記媒体が流れる第２通路と、前記第１通路と前記第２通路とを連通する第３通路と、を備え、前記流量調節手段は、前記第３通路に設けられて前記第３通路を流れる前記媒体の流量を調節することで前記熱交換手段に導かれる前記媒体の流量を調節することが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関本体に設けられて前記内燃機関本体を前記媒体によって冷却する内燃機関冷却手段と、前記媒体と大気との間で熱交換をすることで前記媒体を冷却する媒体冷却手段と、を備え、前記媒体は、前記第２通路から再度前記第１通路へ導かれると共に、前記内燃機関冷却手段と前記熱交換手段と前記媒体冷却手段とを循環することが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記第１通路は、前記熱交換手段とは反対側が前記内燃機関冷却手段に接続され、前記第２通路は、前記熱交換手段とは反対側が前記媒体冷却手段に接続されることが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記熱交換手段は、前記吸気通路に設けられて前記空気を冷却するインタークーラと前記加圧手段との間に設けられることが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記媒体は、まず前記内燃機関冷却手段に導かれ、その後に前記熱交換手段に導かれ、さらにその後に前記媒体冷却手段に導かれて循環することが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記熱交換手段はウォータージャケットであり、前記媒体は水であることが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記吸気通路に設けられて前記空気を冷却するインタークーラと、前記媒体としての空気を前記熱交換手段へ供給する送風手段と、を備え、前記空気は前記熱交換手段から大気に放出されることが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記送風手段は、前記インタークーラにも前記空気を供給することが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記送風手段は、前記インタークーラと前記熱交換手段とに供給する前記空気の量を調節することが望ましい。

本発明に係る内燃機関は、吸入空気の温度を調節することと、内燃機関の出力する動力のうち、前記内燃機関を搭載する車両が走行するのに使える動力の低下を抑制することとのうち少なくとも一方を達成できる。

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。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る内燃機関を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る内燃機関１は、乗用車やトラックなどの車両に搭載されて動力発生源となる。内燃機関１は、内燃機関本体１００と、加圧手段としての過給機１３０と、熱交換手段としての熱交換装置１５０とを含んで構成される。まずは、内燃機関本体１００を主に説明する。

内燃機関本体１００は、シリンダ１０１内を往復運動するピストン１０２が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４ストロークエンジンである。

なお、内燃機関本体１００は、ガソリンエンジンに限定されず、例えばディーゼルエンジンでもよい。また、内燃機関本体１００は、４ストロークエンジンに限定されず、例えば２ストロークエンジンでもよい。また、内燃機関本体１００は、シリンダ１０１とピストン１０２とを含んで構成されるレシプロエンジンに限定されず、例えばロータリーエンジンでもよい。

内燃機関本体１００は、シリンダ１０１と、ピストン１０２と、筒内燃焼空間１０３と、クランク室１０４とを備える。シリンダ１０１は、円筒形状に形成される。ピストン１０２は、シリンダ１０１内に支持されて、シリンダ１０１の中心軸であるシリンダ軸線ＳＬ方向に往復運動する。筒内燃焼空間１０３は、空気と燃料との混合気が燃焼する空間である。また、筒内燃焼空間１０３は、ピストン１０２を挟んでシリンダ軸線ＳＬ方向の一方側に設けられる。クランク室１０４は、筒内燃焼空間１０３とは反対側である他方側に設けられる。

内燃機関本体１００は、さらに、吸気ポート１０５と、排気ポート１０６と、インジェクタ１０７と、点火プラグ１０８と、クランクシャフト１０９とを備える。吸気ポート１０５は、筒内燃焼空間１０３に接続されて、筒内燃焼空間１０３内に空気を導入する。なお、以下内燃機関１に導入された空気を内燃機関１外の空気、すなわち大気と区別するため、吸入空気という。排気ポート１０６は、筒内燃焼空間１０３に接続されて、筒内燃焼空間１０３から混合気が燃焼した後の排気ガスを筒内燃焼空間１０３から排出する。

インジェクタ１０７は、例えば吸気ポート１０５に突出して設けられ、前記吸気ポート１０５に所定のタイミングで燃料を噴射する。なお、インジェクタ１０７は、筒内燃焼空間１０３内に突出して設けられ、前記筒内燃焼空間１０３内に所定のタイミングで燃料を噴射してもよい。点火プラグ１０８は、筒内燃焼空間１０３から突出して設けられ、前記筒内燃焼空間内の混合気に点火する。クランクシャフト１０９は、クランク室１０４に設けられ、ピストン１０２の往復運動を回転運動に変換する。

内燃機関本体１００は、さらに、シリンダヘッド１１０と、シリンダブロック１１１と、クランクケース１１２と、コネクティングロッド１１３とを備える。シリンダヘッド１１０は、シリンダブロック１１１に連結される。クランクケース１１２は、シリンダヘッド１１０とは反対側のシリンダブロック１１１に連結される。シリンダブロック１１１の内部には、上述した円筒形状のシリンダ１０１が形成される。また、シリンダ１０１の内壁面であるシリンダ内壁面１０１ａを、ピストン１０２が摺動する。

上述したように、クランクケース１１２の内部には、クランクシャフト１０９が回転できるように支持される。コネクティングロッド１１３は、ピストン１０２と、クランクシャフト１０９とを連結する。コネクティングロッド１１３は、一方の端部がピストン１０２と、ピストン１０２に対して回動できるように連結され、他方の端部が、クランクシャフト１０９とクランクシャフト１０９に対して回転できるように連結される。

ここで、シリンダヘッド１１０においてシリンダ１０１側の端面が筒内天井部１０３ａである。また、ピストン１０２のクランク室１０４とは反対側の端面がピストン頂部１０２ａである。筒内燃焼空間１０３は、筒内天井部１０３ａとピストン頂部１０２ａとシリンダ内壁面１０１ａとによって囲まれて形成される。

上記構成により、ピストン１０２の往復運動は、コネクティングロッド１１３を介してクランクシャフト１０９の回転運動に変換される。クランクシャフト１０９によって回転運動に変換されたピストン１０２の往復運動は、内燃機関本体１００の出力としてクランクシャフト１０９から取り出される。

また、クランクシャフト１０９には、クランク角センサＤ０１が設けられる。クランク角センサＤ０１は、クランクシャフト１０９の回転速度を検出する。クランク角センサＤ０１は、後述するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１４と電気的に接続される。これにより、ＥＣＵ１１４は、クランク角センサＤ０１からクランクシャフト１０９の回転速度を取得する。なお、ＥＣＵ１１４は、クランクシャフト１０９の回転速度に基づいて内燃機関１が搭載される車両の速度を算出できる。

内燃機関本体１００は、さらに、ＥＣＵ１１４を備える。ＥＣＵ１１４は、内燃機関１を構成する各構成要素の制御手段として、マイクロコンピュータを中心に構成される。ＥＣＵ１１４は、例えば、インジェクタ１０７、点火プラグ１０８、電子スロットル弁１１７などと電気的に接続される。これにより、ＥＣＵ１１４は、インジェクタ１０７の燃料噴射時期及び燃料噴射量、点火プラグ１０８の点火時期などを制御する。

内燃機関１は、吸気通路１１８上に吸入空気の流れの上流側から下流側に向けて順にエアクリーナ１２０と、過給機１３０のコンプレッサホイール１３３と、熱交換装置１５０の吸気通路用ウォータージャケット１６２と、インタークーラ１２１と、電子スロットル弁１１７と、圧力センサＤ０２とを備える。なお、以下吸入空気や、排気ガス、水などの流体の流れの上流側を単に上流側といい、流体の流れの下流側を単に下流側という。また、内燃機関１は、吸気通路１１８上に上述した要素以外の要素が設けられてもよい。

エアクリーナ１２０は、最も上流側の吸気通路１１８に設けられ、吸入空気に含まれる塵を取り除く。コンプレッサホイール１３３は、吸入空気を加圧して下流側に送る。なお、過給機１３０に関しては、後に詳細に説明する。ここで吸入空気は、加圧されることにより温度が上昇する。

吸気通路用ウォータージャケット１６２は、加圧された吸入空気と吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水との間で熱交換する。なお、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部とは、ここでは、吸気通路用ウォータージャケット１６２を構成する部材の外殻と吸気通路１１８の外殻との間の空間をいう。これにより、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、加圧された吸入空気の温度を調節する。なお、吸気通路用ウォータージャケット１６２に関しては後に詳細に説明する。

インタークーラ１２１は、加圧された吸入空気を大気との間で熱交換する。車両が走行すると、インタークーラ１２１は、走行風が供給される。これにより、インタークーラは、加圧された吸入空気を冷却する。電子スロットル弁１１７は、筒内燃焼空間１０３に供給する空気量を調節する。

電子スロットル弁１１７は、ＥＣＵ１１４と電気的に接続される。これにより、ＥＣＵ１１４は、内燃機関本体１００の運転状況に基づいて、電子スロットル弁１１７の開度を調節することで筒内燃焼空間１０３に供給する空気量を調節する。圧力センサＤ０２は、コンプレッサホイール１３３によって加圧された吸入空気の圧力を検出する。また、圧力センサＤ０２は、ＥＣＵ１１４と電気的に接続される。これにより、ＥＣＵ１１４は、圧力センサＤ０２から吸入空気の圧力を取得する。

排気通路１１９は、一方の開口端が排気ポート１０６に接続され、他方の開口端が大気に開口する。これにより、排気通路１１９は、排気ポート１０６から排気ガスを大気に排出する。内燃機関１は、排気通路１１９上に排気ガスの流れの上流側から下流側に向けて順に過給機１３０のタービンホイール１３１と、触媒装置１２２とを備える。タービンホイール１３１は、コンプレッサホイール１３３の駆動力源である。触媒装置１２２は、排気ガスを浄化する。なお、内燃機関１は、排気通路１１９上に上述した要素以外の要素が設けられてもよい。

過給機１３０は、タービンホイール１３１と、シャフト１３２と、コンプレッサホイール１３３と、を含んで構成される。タービンホイール１３１は、排気通路１１９上に回転できるように設けられる。ここで、排気通路１１９を流れる排気ガスがタービンホイール１３１を通過すると、排気ガスがタービンホイール１３１に設けられる羽根に当たる。これにより、タービンホイール１３１は、排気ガスから運動エネルギーを得て回転する。また、タービンホイール１３１は、シャフト１３２と連結されると共に、シャフト１３２を回転軸として回転する。これにより、タービンホイール１３１は、シャフト１３２と共に回転する。

シャフト１３２は、略円筒形状に形成される。なお、シャフト１３２の形状は筒状に限定されず、タービンホイール１３１とコンプレッサホイール１３３とを連結し、タービンホイール１３１の回転をコンプレッサホイール１３３に伝達できる形状であればよい。

コンプレッサホイール１３３は、吸気通路１１８上に回転できるように設けられる。コンプレッサホイール１３３は、シャフト１３２と連結されると共に、シャフト１３２を回転軸として回転する。つまり、タービンホイール１３１とシャフト１３２とコンプレッサホイール１３３とは、シャフト１３２を回転軸として一体に回転する。これにより、タービンホイール１３１が、排気ガスから運動エネルギーを得て回転すると、コンプレッサホイール１３３も回転する。

コンプレッサホイール１３３が回転すると、コンプレッサホイール１３３に設けられる羽根に吸気通路１１８上の吸入空気が当たる。これにより、コンプレッサホイール１３３は、吸気通路１１８上の吸入空気に対してエネルギーを与える。よって、吸気通路１１８上の吸入空気は、コンプレッサホイール１３３によって加圧される。加圧された吸入空気は、吸気通路１１８を介して筒内燃焼空間１０３に過給される。これにより、筒内燃焼空間１０３に供給される吸入空気の量が増加するため、インジェクタ１０７が噴射する燃料の量が増加する。結果として、内燃機関本体１００は、出力が向上する。

熱交換装置１５０は、第１水通路１５１と、第２水通路１５２と、第３水通路１５３と、第４水通路１５４と、上記課題を解決するための手段に記載の第１通路としての第５水通路１５５と、上記課題を解決するための手段第２通路としての第６水通路１５６と、第７水通路１５７と、上記課題を解決するための手段第３通路としての第８水通路１５８と、ウォーターアウトレット１５９と、ウォーターポンプ１６０と、内燃機関冷却手段としての内燃機関本体用ウォータージャケット１６１と、吸気通路用ウォータージャケット１６２と、媒体冷却手段としてのラジエタ１６３と、熱交換対象１６４とを含んで構成される。

第１水通路１５１から第８水通路１５８は、内燃機関１の各部位と熱交換する媒体である水が流れる回路を形成する。なお、水はこの回路上を循環する。ここで、一般的な技術として、例えば、冷却水をシャワー状にインタークーラ１２１や吸気通路１１８に吹き付けてこれらを冷却する技術がある。しかし、これらの冷却装置では、冷却対象の外面に水が付着するため、車両の走行中に塵が前記外面に付着するおそれがある。

本実施形態では、熱交換装置１５０は、回路上を水が循環するため、水は熱交換装置１５０の外部へ排出されない。これにより、冷却対象の外面に水が付着し、車両の走行中に塵が前記外面に付着するおそれを抑制できる。

ウォーターポンプ１６０は、水を加圧して前記通路上を循環させる。内燃機関本体用ウォータージャケット１６１は、シリンダブロック１１１と、シリンダヘッド１１０とに水が流れる通路として形成される。内燃機関本体用ウォータージャケット１６１は、この通路上を水が流れることによりシリンダブロック１１１及びシリンダヘッド１１０と水との間で熱交換させる。

この時、通常はシリンダブロック１１１及びシリンダヘッド１１０よりも水のほうが低温である。よって、シリンダブロック１１１及びシリンダヘッド１１０は、内燃機関本体用ウォータージャケット１６１により冷却される。

吸気通路用ウォータージャケット１６２は、例えば、コンプレッサホイール１３３とインタークーラ１２１との間の吸気通路１１８の側周部に水が流れる通路として設けられる。コンプレッサホイール１３３とインタークーラ１２１との間の吸気通路１１８は、コンプレッサホイール１３３より下流側である。よって、この部位を流れる吸入空気の温度は、コンプレッサホイール１３３よりも上流側の吸気通路１１８の内部を流れる吸入空気の温度よりも高温である。

また、コンプレッサホイール１３３とインタークーラ１２１との間の吸気通路１１８は、吸入空気を冷却するインタークーラ１２１よりも上流側である。これにより、コンプレッサホイール１３３とインタークーラ１２１との間の吸気通路１１８を流れる吸入空気の温度は、インタークーラ１２１よりも下流側の吸気通路１１８の内部を流れる吸入空気よりも高温である。

つまり、コンプレッサホイール１３３とインタークーラ１２１との間の吸気通路１１８は、吸気通路１１８全体の中で最も高温になる部位である。これにより、コンプレッサホイール１３３とインタークーラ１２１との間の吸気通路１１８で、吸入空気は吸気通路用ウォータージャケット１６２を流れる水よりも最も高温になる。

例えば、吸気通路１１８を流れる吸入空気が、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水と熱交換されることで冷却される場合を説明する。この場合、吸気通路用ウォータージャケット１６２を流れる水の温度が吸入空気の温度よりも低く、かつその温度差が大きいほど、吸入空気はより冷却される。よって、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、コンプレッサホイール１３３とインタークーラ１２１との間の吸気通路１１８に設けられると好ましい。これにより、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、より吸入空気を冷却できる。

ここで、詳細は後述するが、本実施形態では、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、吸気通路１１８を流れる吸入空気と吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水と熱交換させることで、吸入空気を暖める場合がある。この場合、吸気通路用ウォータージャケット１６２を流れる水の温度が吸入空気の温度よりも高く、かつその温度差が大きいほど、吸入空気はより暖められる。

ここで、吸気通路１１８を流れる吸入空気のうち、インタークーラ１２１よりも下流側の吸気通路１１８を流れる吸入空気は、比較的低温である。よって、吸入空気を暖める場合は、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、インタークーラ１２１よりも下流側の吸気通路１１８に設けられると好ましい。これにより、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、より吸入空気を暖めることができる。

なお、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、例えば、吸気通路１１８の内部に設けられてもよい。吸入空気は、水が流れる通路の側周部と、吸気通路１１８の内周部との間の空間を流れる。この場合、水は吸気通路用ウォータージャケット１６２を構成する部材を介して吸入空気と熱交換する。

但し、吸気通路用ウォータージャケット１６２を吸気通路１１８の側周部に設けると、吸気通路用ウォータージャケット１６２は吸気通路用ウォータージャケット１６２を構成する部材を介して大気とも熱交換できる。これにより、熱交換装置１５０は、吸気通路用ウォータージャケット１６２が過剰に熱くなることを抑制できる。なお、気通路用ウォータージャケット１６２が吸気通路１１８の内部に設けられる場合での、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部とは、吸気通路用ウォータージャケット１６２の外殻よりも内側の空間すべてをいう。

吸気通路用ウォータージャケット１６２が過剰に熱くなると、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水が沸騰するおそれがある。また、吸気通路用ウォータージャケット１６２を構成する材料に耐熱性が求められる。さらに、吸気通路用ウォータージャケット１６２の近傍に設けられる他部材へ空気を介して、または直接熱が伝わるおそれがある。よって、吸気通路用ウォータージャケット１６２を吸気通路１１８の側周部に設けることにより、熱交換装置１５０はこれらを抑制できる。

コンプレッサホイール１３３とインタークーラ１２１との間の吸気通路１１８の内部を流れる吸入空気は、まず吸気通路１１８を形成する部材と接触する。これにより、コンプレッサホイール１３３とインタークーラ１２１との間の吸気通路１１８の内部を流れる吸入空気は、吸気通路１１８を形成する部材と熱交換をする。次に、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水は、吸気通路１１８を形成する部材と熱交換をする。つまり、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水は、吸気通路１１８を形成する部材を介して吸気通路１１８の内部を流れる吸入空気と熱交換をする。

なお、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水と、吸気通路１１８を形成する部材との接触面積が大きいほど、水と吸入空気との熱交換を促進できる。よって、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、水が流れる通路をより長く形成されると好ましい。

但し、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、水が流れる通路を長く形成されるほど、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水の圧力損失が増大するおそれがある。これにより、内燃機関本体１００が出力する動力のうち、ウォーターポンプ１６０に消費される動力が増大するおそれがある。

なお、以下の説明において、内燃機関本体１００が出力する動力のうち、ウォーターポンプ１６０が消費する動力のように、内燃機関本体１００が出力する動力のうち、車両が走行するのに消費する動力の以外の動力が増大することを単純に内燃機関本体１００の出力損失が増大するという。

このように、吸気通路用ウォータージャケット１６２の水が流れる通路が長く形成されるほど、内燃機関本体１００の損失は増大する。よって、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水の圧力損失による内燃機関本体１００の出力損失量と、水と吸入空気との熱交換を促進することで向上した内燃機関本体１００の出力量とのバランスを考慮して設計されるとよい。

吸気通路用ウォータージャケット１６２には、水温センサＤ０３が設けられる。水温センサＤ０３は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部に存在する水の温度を検出する。水温センサＤ０３は、ＥＣＵ１１４と電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ１１４は、水温センサＤ０３から、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる、または内部に溜まっている水の温度を取得する。

ラジエタ１６３は、内燃機関１の各部位と熱交換したことで温度が上昇した水と大気との間で熱交換させる。これにより、ラジエタ１６３は、水を冷却する。ラジエタ１６３は、一般的に、車体の一番前に設置される。これにより、ラジエタ１６３は、走行風をより多く受けて水を冷却する。また、ラジエタ１６３は、ラジエタ１６３と隣接して設けられる冷却ファンによっても水を冷却する。

次に、水が流れる通路の構成を説明する。第１水通路１５１は、一方の開口端がウォーターポンプ１６０に接続され、他方の開口端が内燃機関本体用ウォータージャケット１６１の水の流れにおける入口に接続される。なお、以下、通路において流体の流れの入口を単に入口といい、通路において流体の出口を単に出口という。

第２水通路１５２は、一方の開口端が内燃機関本体用ウォータージャケット１６１の出口に接続され、他方の開口端がウォーターアウトレット１５９に接続される。ウォーターアウトレット１５９は、水を集合、分岐する部位である。第３水通路１５３は、一方の開口端がウォーターアウトレット１５９に接続され、他方の開口端が熱交換対象１６４の入口に接続される。

熱交換対象１６４は、一般的な水冷装置が水と熱交換させる対象となる部位である。熱交換対象１６４は、例えば、スロットルボデー、過給機１３０、アイドルスピードコントロールチェックバルブ、ヒーターコアなどである。

第４水通路１５４は、一方の開口端が熱交換対象１６４の出口に接続され、他方の開口端がウォーターポンプ１６０に接続される。以上の、第１水通路１５１から第４水通路１５４によって形成される回路が、後述するサーモスタット１６５や流量調節弁１６６の開度に関係なく、水が循環する回路である。

第５水通路１５５は、一方の開口端がウォーターアウトレット１５９に接続され、他方の開口端が吸気通路用ウォータージャケット１６２の入口に接続される。第６水通路１５６は、一方の開口端が吸気通路用ウォータージャケット１６２の出口に接続され、他方の開口端がラジエタ１６３の入口に接続される。第７水通路１５７は、一方の開口端がラジエタ１６３の出口に接続され、他方の開口端が第４水通路１５４に開口する。

なお、第７水通路１５７はこれに限定されず、一方の開口端がラジエタ１６３の出口に接続され、他方の開口端が内燃機関本体用ウォータージャケット１６１よりも上流側に開口すればよい。例えば、第７水通路１５７は、他方の開口端が第１水通路１５１に開口してもよい。これにより、ラジエタ１６３によって冷却された水を内燃機関本体用ウォータージャケット１６１に供給できる。よって、熱交換装置１５０は、より内燃機関本体１００を冷却できる。

熱交換装置１５０は、第７水通路１５７にサーモスタット１６５を備える。サーモスタット１６５は、通路上を循環する水の温度を調節する。サーモスタット１６５は、水の温度に基づいて作動する弁である。本実施形態では、例えばサーモスタット１６５は、アクチュエータを備え、ＥＣＵ１１４によってその開度を制御される。サーモスタット１６５は、水を冷却する必要がある場合に、ＥＣＵ１１４により開弁される。

サーモスタット１６５が開弁されると、ラジエタ１６３への回路は開かれる。よって、水はラジエタ１６３に供給される。これにより、水は、ラジエタ１６３によって冷却される。結果として、サーモスタット１６５は、水が過剰に熱くなることを抑制する。よって、サーモスタット１６５は、内燃機関本体１００が過剰に熱くなることを抑制する。

なお、サーモスタット１６５は、アクチュエータを備えなくてもよい。例えば、サーモスタット１６５は、ＥＣＵ１１４と電気的に接続されなくても自動的に弁が開閉する一般的な構成のものでもよい。

また、サーモスタット１６５は、内燃機関１の暖機を促す場合に、ラジエタ１６３への回路を閉じる。これにより、サーモスタット１６５は、内燃機関１の暖機の遅延を抑制できる。なお、サーモスタット１６５は、ラジエタ１６３へ供給する水の流量を調節できれば、第７水通路１５７に設けられなくてもよい。例えば、サーモスタット１６５は、第５水通路１５５に設けられてもよいし、第６水通路１５６に設けられてもよい。

第８水通路１５８は、水が吸気通路用ウォータージャケット１６２を迂回して流れるように設けられる。第８水通路１５８は、例えば、一方の開口端が第５水通路１５５に開口し、他方の開口端が第６水通路１５６に開口する。なお、第８水通路１５８はこれに限定されず、一方の開口端が吸気通路用ウォータージャケット１６２の上流側の通路に開口し、他方の開口端が吸気通路用ウォータージャケット１６２の下流側の通路に開口すればよい。例えば、第８水通路１５８は、他方の開口端がウォーターアウトレット１５９に開口してもよい。

熱交換装置１５０は、第８水通路１５８上に流量調節手段としての流量調節弁１６６を備える。流量調節弁１６６は、例えば電子的に開度を調節される電磁弁である。流量調節弁１６６は、ＥＣＵ１１４と電気的に接続されて、ＥＣＵ１１４によってその開度を調節される。

流量調節弁１６６は、第８水通路１５８を流れる水の流量を調節することで、吸気通路用ウォータージャケット１６２に供給する水の量を調節する。流量調節弁１６６の開度が小さくなるほど、吸気通路用ウォータージャケット１６２に供給される水の量は増大する。また、流量調節弁１６６の開度が大きくなるほど、吸気通路用ウォータージャケット１６２に供給される水の量は減少する。なお、この仕組みについては後ほど詳細に説明する。

図２は、実施形態１に係る熱交換装置の水の循環回路を示す説明図である。次に、図１及び図２を用いて上記構成の熱交換装置１５０の通路内の水の流れを説明する。なお、サーモスタット１６５の開度と流量調節弁１６６の開度とによって、水の流れは変化する。

ここでは、まず、サーモスタット１６５が閉弁しているときの水の流れを説明する。サーモスタット１６５が閉弁しているとき、サーモスタット１６５によって水は流れを塞き止められる。これにより、図２中、一点破線で囲って示す吸気通路用ウォータージャケット１６２、ラジエタ１６３、流量調節弁１６６に水は供給されない。

図２中の矢印ＡＲ０１が示すように、ウォーターポンプ１６０よりも上流側の水はウォーターポンプ１６０によって内燃機関本体用ウォータージャケット１６１に向かって図１に示す第１水通路１５１上を流れる。次に、水は、シリンダブロック１１１に設けられる内燃機関本体用ウォータージャケット１６１の入口から内燃機関本体用ウォータージャケット１６１に導かれる。次に、水は、内燃機関本体用ウォータージャケット１６１の出口側に向かって内燃機関本体用ウォータージャケット１６１の内部を流れる。

この時、水は上述のように内燃機関本体１００と熱交換して、内燃機関本体１００を冷却する。内燃機関本体用ウォータージャケット１６１の出口から排出された水は、ウォーターアウトレット１５９に導かれる。ウォーターアウトレット１５９に導かれた水は、矢印ＡＲ０２ａ及び矢印ＡＲ０２ｂが示すように、熱交換対象１６４へ向かって図１に示す第３水通路１５３を流れる。具体的には、矢印ＡＲ０２ａが示すように、ウォーターアウトレット１５９に導かれた水の一部は、スロットルボデー、アイドルスピードコントロールチェックバルブ、過給機１３０へ導かれる。また、矢印ＡＲ０２ｂが示すように、残りの水は、流量を調節するウォーターバルブを介してヒーターコアに供給される。

次に、矢印ＡＲ０３が示すように、水はウォーターポンプ１６０に向かって図１に示す第４水通路１５４を流れる。熱交換装置１５０の水は、以上の回路を基本的な循環回路として循環する。なお、このように、熱交換装置１５０の通路を流れる水がラジエタ１６３に供給されずに循環すると、水はラジエタ１６３によって冷却されない。つまり、熱交換装置１５０は、内燃機関１の暖機を促す場合に、サーモスタット１６５の開度を小さくする。これにより、熱交換装置１５０は、内燃機関１のオーバークールを抑制する。

次に、サーモスタット１６５が閉弁していて、流量調節弁１６６が閉弁しているときの水の流れを説明する。サーモスタット１６５が開弁すると、図２中、吸気通路用ウォータージャケット１６２及びラジエタ１６３に水が供給される。

サーモスタット１６５が開弁すると、ウォーターアウトレット１５９に存在する水の少なくとも一部は、矢印ＡＲ０４が示すように吸気通路用ウォータージャケット１６２に向かって図１に示す第５水通路１５５を流れる。なお、ウォーターアウトレット１５９に存在する水のうち、第５水通路１５５側に導かれる水の流量は、サーモスタット１６５の開度によって調節される。

第５水通路１５５上を流れる水は、第５水通路１５５と、第８水通路１５８との分岐点に至る。しかしながら流量調節弁１６６は閉弁しているため、第５水通路１５５上を流れる水の全てが吸気通路用ウォータージャケット１６２に導かれる。

吸気通路用ウォータージャケット１６２の入口から吸気通路用ウォータージャケット１６２に導かれた水は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の出口に向かって吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる。次に、吸気通路用ウォータージャケット１６２の出口から排出された水は、矢印ＡＲ０５が示すようにラジエタ１６３に向かって図１に示す第６水通路１５６上を流れる。

ラジエタ１６３に導かれた水は、大気と熱交換することで、自身の熱を大気に放熱する。これにより、熱交換装置１５０の内部の水は、サーモスタット１６５が開弁することにより、ラジエタ１６３によって冷却される。ラジエタ１６３によって冷却された水は、矢印ＡＲ０６が示すように、サーモスタット１６５を介してウォーターポンプ１６０の上流側の通路である図１に示す第４水通路１５４に向かって第７水通路１５７上を流れる。そして、第７水通路１５７を流れてきた水、すなわちラジエタ１６３によって冷却された水は、上述の基本的な循環回路に合流する。

次に、流量調節弁１６６が開弁しているときの水の流れを説明する。流量調節弁１６６が開弁しているとき、第５水通路１５５と第６水通路１５６とは、吸気通路用ウォータージャケット１６２を迂回して第８水通路１５８を介して連通する。ここで、第６水通路１５６は、吸気通路用ウォータージャケット１６２よりも下流側に設けられている。一方、第５水通路１５５は、吸気通路用ウォータージャケット１６２よりも上流側に設けられている。上述したように、吸気通路用ウォータージャケット１６２によって水は圧力が低下する。

よって、第５水通路１５５上の水の圧力は、第６水通路１５６上の水の圧力よりも高い。よって、流量調節弁１６６が開弁しているとき、第５水通路１５５上の水の少なくとも一部は、矢印ＡＲ０７が示すように、流量調節弁１６６を介して第６水通路１５６へ向かって図１に示す第８水通路１５８上を流れる。なお、流量調節弁１６６の開度が大きくなるほど、第８水通路１５８に導かれる水の流量は増加する。これにより、流量調節弁１６６の開度が大きくなるほど吸気通路用ウォータージャケット１６２に導かれる水の流量は減少する。結果として、流量調節弁１６６は、吸気通路用ウォータージャケット１６２に導かれる水の流量を調節する。

ここで、図１に示すように、第５水通路１５５と第８水通路１５８との分岐点を分岐点ＢＰとする。熱交換装置１５０は、分岐点ＢＰと吸気通路用ウォータージャケット１６２との間の第５水通路１５５にさらにもう１つ流量調節弁１６６が設けられてもよい。

例えば、熱交換装置１５０は、分岐点ＢＰと吸気通路用ウォータージャケット１６２との間の第５水通路１５５に設けられる流量調節弁１６６を閉弁させ、第８水通路１５８に設けられる流量調節弁１６６を開弁させる。このように２つの流量調節弁１６６がＥＣＵ１１４によって制御されることで、吸気通路用ウォータージャケット１６２に導かれる水の流量はより減少し、流量調節弁１６６の漏れ量を無視すれば吸気通路用ウォータージャケット１６２への水の供給を遮断できる。

このように、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、流量調節弁１６６によって供給される水の流量を調節される。また、サーモスタット１６５は、図２中、一点破線で囲って示す吸気通路用ウォータージャケット１６２、ラジエタ１６３、流量調節弁１６６への水の供給を制御する。つまり、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、サーモスタット１６５によって水の供給を遮断される。

図３は、実施形態１に係るＥＣＵの構成を示す概念図である。図１に示す熱交換装置１５０はＥＣＵ１１４によって制御される。より具体的には、熱交換装置１５０は、ＥＣＵ１１４によってサーモスタット１６５及び流量調節弁１６６が制御されることによって吸入空気と水との間の熱交換の有無を制御される。

図３に示すように、熱交換装置１５０は、ＥＣＵ１１４の内部に流量調節装置１７０を有する。つまり、流量調節装置１７０は、ＥＣＵ１１４に組み込まれて構成される。ＥＣＵ１１４は、ＣＰＵ１１４ｐ（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、記憶部１１４ｍと、入力ポートＥ０１及び出力ポートＥ０２と、入力インターフェースＥ０３と、出力インターフェースＥ０４とから構成される。なお、ＥＣＵ１１４とは別個に、流量調節装置１７０を用意し、これをＥＣＵ１１４に接続してもよい。

流量調節装置１７０は、弁開閉判断部１７１と、情報取得部１７２と、流量調節弁動作制御部１７３と、サーモスタット動作制御部１７４と、機関制御部１７５とを含んで構成される。弁開閉判断部１７１は、情報取得部１７２が取得した情報に基づき、図１に示す流量調節弁１６６を開弁すべきか閉弁すべきかを判断する。情報取得部１７２は、例えば図１に示すクランク角センサＤ０１、圧力センサＤ０２、水温センサＤ０３などの検出手段が検出した結果、後述する記憶部１１４ｍに格納された情報、機関制御部１７５が有する情報、などを取得する。

流量調節弁動作制御部１７３は、弁開閉判断部１７１の判断に基づいて、流量調節弁１６６の開度を大きくする、または流量調節弁１６６の開度を小さくする。サーモスタット動作制御部１７４は、弁開閉判断部１７１の判断に基づいて、サーモスタット１６５の開度を大きくする、またはサーモスタット１６５の開度を小さくする。

ＣＰＵ１１４ｐには、上述の流量調節装置１７０以外に、機関制御部１７５が含まれる。機関制御部１７５は、内燃機関１の運転制御を司る。ＣＰＵ１１４ｐと、記憶部１１４ｍとは、バスＢ０３とにより接続される。ＣＰＵ１１４ｐと入力ポートＥ０１とは、バスＢ０１とにより接続される。ＣＰＵ１１４ｐと出力ポートＥ０２とは、バスＢ０２とにより接続される。

流量調節装置１７０の情報取得部１７２は、機関制御部１７５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。また、流量調節装置１７０は、流量調節弁１６６の制御手順を、機関制御部１７５があらかじ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てもよい。

入力ポートＥ０１には、入力インターフェースＥ０３が接続されている。入力インターフェースＥ０３には、図１に示すクランク角センサＤ０１、圧力センサＤ０２、水温センサＤ０３、その他各種検出手段が接続されている。これらの各種検出手段から出力される信号は、入力インターフェースＥ０３内のアナログ／デジタルコンバータＥ０３ａやディジタル入力バッファＥ０３ｂにより、ＣＰＵ１１４ｐが利用できる信号に変換されて入力ポートＥ０１へ送られる。これにより、ＣＰＵ１１４ｐは、流量調節弁１６６の制御や、内燃機関１の制御に必要な情報を取得できる。

出力ポートＥ０２には、出力インターフェースＥ０４が接続されている。出力インターフェースＥ０４には、サーモスタット１６５、流量調節弁１６６、その他内燃機関１における制御対象が接続されている。出力インターフェースＥ０４は、制御回路Ｅ０４ａ、制御回路Ｅ０４ｂを備えており、ＣＰＵ１１４ｐ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。

このような構成により、前記検出手段からの出力信号に基づき、ＥＣＵ１１４のＣＰＵ１１４ｐは、サーモスタット１６５と流量調節弁１６６とを制御する。記憶部１１４ｍには、流量調節装置１７０によるサーモスタット１６５と流量調節弁１６６との制御手順を含むコンピュータプログラムや制御データマップが格納されている。ここで、記憶部１１４ｍ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できる。

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ１１４ｐへ既に記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、サーモスタット１６５と流量調節弁１６６との制御を実現できるものであってもよい。また、この流量調節装置１７０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、上記構成と同等の機能を実現するものであってもよい。

図４は、実施形態１に係るサーモスタットと流量調節弁との制御手順を説明するフローチャートである。次に、図４を用いて、サーモスタット１６５と流量調節弁１６６との制御手順を説明する。流量調節装置１７０の情報取得部１７２は、ステップＳＴ１０１として、水温センサＤ０３から吸気通路用ウォータージャケット１６２に導かれた水の温度である水温Ｔｎを取得する。

次にステップＳＴ１０２として、弁開閉判断部１７１は、水温Ｔｎと暖機完了判定水温Ｔｓとを比較する。暖機完了判定水温Ｔｓは、内燃機関１が比較的冷めた状態、いわゆる冷間始動であるか否かを判断するための値である。例えば、弁開閉判断部１７１は、水温Ｔｎが外気と略同等の値であれば、内燃機関１は冷間始動であると判断する。つまり、ステップＳＴ１０２では、弁開閉判断部１７１は、内燃機関１が冷間始動であるか否かを判断する。

なお、弁開閉判断部１７１は、吸気通路用ウォータージャケット１６２に設けられる水温センサＤ０３から取得した水温Ｔｎを用いて、内燃機関１が冷間始動であるか否かを判断したが、本実施形態はこれに限定されない。弁開閉判断部１７１は、内燃機関１が冷間始動であるか否かを判断できればよい。

例えば、弁開閉判断部１７１は、触媒装置１２２の温度や、図１に示す点火プラグ１０８による最後の点火があってから現在にいたるまでの時間経過に基づいて内燃機関１が冷間始動であるか否かを判断してもよい。また、例えば、弁開閉判断部１７１は、冷間始動時独特の制御である点火プラグ１０８による点火時期の大幅遅角があったときに、冷間始動時であると判断してもよい。

ステップＳＴ１０２で、内燃機関１は冷間始動ではないと判定されると（ステップＳＴ１０２、Ｙｅｓ）、次にステップＳＴ１０３として、サーモスタット動作制御部１７４は、サーモスタット１６５を開弁する。サーモスタット１６５が開弁すると、水は吸気通路用ウォータージャケット１６２及びラジエタ１６３に供給される。但し、図１に示す分岐点ＢＰと吸気通路用ウォータージャケット１６２との間の第５水通路１５５にさらにもう１つ流量調節弁１６６が設けられている場合は除く。この場合、サーモスタット１６５が開弁していても、分岐点ＢＰと吸気通路用ウォータージャケット１６２との間の第５水通路１５５に設けられる流量調節弁１６６が閉弁している場合、水はラジエタ１６３に供給されるが、吸気通路用ウォータージャケット１６２には供給されない。

次にステップＳＴ１０４として、情報取得部１７２は、クランク角センサＤ０１から車速Ｖｎを取得する。また、情報取得部１７２は、圧力センサＤ０２から吸気圧Ｐｎを取得する。なお、情報取得部１７２は、車速Ｖｎを先に取得してもよいし、吸気圧Ｐｎを先に取得してもよい。

次にステップＳＴ１０５として、弁開閉判断部１７１は、例えば、車速Ｖｎと吸気圧Ｐｎとに基づいて内燃機関本体１００の負荷Ｄｎを算出する。通常、吸気圧Ｐｎが大きくなるほど、車速Ｖｎも大きくなる。しかし、内燃機関１を搭載した車両が上り坂を走行する場合や、前記車両が荷物を搭載して走行する場合、特に内燃機関１が搭載される車両がトレーラのような牽引車両の場合、吸気圧Ｐｎに対する車速Ｖｎの大きさが、通常よりも小さくなる。この状態を前記車両に設けられる内燃機関本体１００の高負荷時とする。

なお、弁開閉判断部１７１は、負荷Ｄｎを車速Ｖｎと吸気圧Ｐｎとに基づいて算出するが、本実施形態はこれに限定されない。弁開閉判断部１７１は、例えば、図１に示すインジェクタ１０７の燃料噴射量に基づいて負荷Ｄｎを算出してもよいし、電子スロットル弁１１７の開度に基づいて負荷Ｄｎを算出してもよい。

ここから先は、流量調節装置１７０は、内燃機関１の運転状況に基づいて流量調節弁１６６を制御する。具体的には、弁開閉判断部１７１は、車両の車速Ｖｎ（低速、高速）と、内燃機関本体１００の負荷Ｄｎ（低負荷、中負荷、高負荷）との組み合わせに基づいて流量調節弁１６６の制御内容を決定する。以下、車両の車速Ｖｎと内燃機関本体１００の負荷Ｄｎとを、低速‐低負荷、低速‐中負荷、低速‐高負荷、高速‐低負荷、高速‐中負荷、高速‐高負荷の６パターンに分ける。例えば、内燃機関本体１００が、低速‐低負荷の時は、車両の車速Ｖｎが比較的小さく、内燃機関本体１００の負荷Ｄｎが比較的小さい状態をいう。

なお、高速は低速よりも車速Ｖｎが速い状態をいう。また、高負荷は中負荷よりも負荷Ｄｎが大きい状態であり、中負荷は低負荷よりも負荷Ｄｎが小さい状態をいう。ここでは、車速Ｖｎが境界速度Ｖαよりも大きい状態を高速とし、車速Ｖｎが境界速度Ｖα以下の状態を低速とする。また、負荷Ｄｎが境界負荷Ｄβよりも大きい状態を高負荷とし、負荷Ｄｎが境界負荷Ｄαよりも小さい状態を低負荷とし、負荷Ｄｎが境界負荷Ｄβ以下であって、境界負荷Ｄα以上の状態を中負荷とする。

なお、流量調節装置１７０は、上述の６パターン以外にも場合分けをして流量調節弁１６６を制御してもよい。例えば、車速Ｖｎを低速、中速、高速の３パターンに分けてもよい。また、流量調節装置１７０は、車速Ｖｎと負荷Ｄｎとを変数に設定し、この２つの変数を含んで構成される式、またはマップにより、流量調節弁１６６の開度を求めてもよい。つまり、流量調節装置１７０は、少なくとも車速Ｖｎと負荷Ｄｎとに基づいて、流量調節弁１６６を制御すればよい。

次にステップＳＴ１０６として、弁開閉判断部１７１は、車速Ｖｎと、境界速度Ｖαとを比較する。つまり、弁開閉判断部１７１は、車両が低速か高速かを判断する。弁開閉判断部１７１は、車速Ｖｎが境界速度Ｖαよりも小さい、つまり車両が低速であると判断すると（ステップＳＴ１０６、Ｙｅｓ）、次にステップＳＴ１０７へ移行する。

次にステップＳＴ１０７として、弁開閉判断部１７１は、負荷Ｄｎと、境界負荷Ｄαとを比較する。つまり、弁開閉判断部１７１は、内燃機関本体１００が低負荷状態か否かを判断する。弁開閉判断部１７１は、負荷Ｄｎが境界負荷Ｄαよりも小さい、つまり内燃機関本体１００が低負荷状態であると判断すると（ステップＳＴ１０７、Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１０８へ移行する。

ここでのステップＳＴ１０８は、車両が低速‐低負荷状態における弁開閉判断部１７１の流量調節弁１６６の制御内容である。ステップＳＴ１０８として、流量調節弁動作制御部１７３は、流量調節弁１６６を閉弁させる。これにより、図１に示す第５水通路１５５を流れる水のうち、全ての水が吸気通路用ウォータージャケット１６２に供給される。ここで、車両が低速‐低負荷状態では、吸入空気は比較的低温な状態となる。吸入空気が比較的低温の場合、一般的に、内燃機関本体１００の燃焼速度が低下する。これにより、内燃機関本体１００の燃焼が不安定になるおそれがある。結果として、内燃機関本体１００の出力が低下するおそれがある。

図１に示すように、吸気通路用ウォータージャケット１６２は内燃機関本体用ウォータージャケット１６１よりも下流側に設けられる。これにより、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水は、内燃機関本体１００から熱を得ている。よって、車両が低速‐低負荷状態である場合、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水は、吸気通路１１８上を流れる吸入空気よりも高温な状態となる。

図５は、内燃機関本体に導入される吸入空気の温度と一般的な内燃機関に導入される吸入空気の温度とを比べて示すグラフである。温度Ｔ０４は、吸気通路用ウォータージャケット１６２を備えない一般的な内燃機関に導入される吸入空気の温度を示す。

吸気通路用ウォータージャケット１６２は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水と吸入空気との間で熱交換を行い、吸入空気を暖める。これにより、図５に示すように、内燃機関本体１００が低負荷状態では、吸入空気の温度は一般的な内燃機関の吸入空気の温度よりも高くなる。結果として、熱交換装置１５０は、低速‐低負荷状態での内燃機関本体１００の出力低下を抑制できる。また、内燃機関１は、燃焼速度の低下が抑制されるので、耐ノック性の低下も抑制できる。

なお、流量調節弁動作制御部１７３は、流量調節弁１６６を完全な開弁状態と完全な閉弁状態との２つの状態に制御してもよいし、例えば、数段階に分けて流量調節弁１６６の開度を調節してもよい。これにより、流量調節装置１７０は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の吸入空気との熱交換を制御できる。

以上で、流量調節装置１７０はサーモスタット１６５及び流量調節弁１６６の制御手順を終了し、再度ステップＳＴ１０１からサーモスタット１６５及び流量調節弁１６６の制御を行う。

次にステップＳＴ１０７で、弁開閉判断部１７１が、負荷Ｄｎは境界負荷Ｄα以上であると判断した場合（ステップＳＴ１０７、Ｎｏ）、つまり弁開閉判断部１７１が、内燃機関本体１００は中負荷または高負荷状態であると判断した場合を説明する。ステップＳＴ１０９として、弁開閉判断部１７１は、負荷Ｄｎと境界負荷Ｄβとを比較する。つまり、弁開閉判断部１７１は、内燃機関本体１００が高負荷状態か否かを判断する。弁開閉判断部１７１は、負荷Ｄｎが境界負荷Ｄβよりも大きい、つまり内燃機関本体１００が高負荷状態であると判断すると（ステップＳＴ１０９、Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１０８へ移行する。

ここでのステップＳＴ１０８は、内燃機関本体１００が低速‐高負荷状態における弁開閉判断部１７１の流量調節弁１６６の制御内容である。ステップＳＴ１０８として、流量調節弁動作制御部１７３は、流量調節弁１６６を閉弁させる。これにより、図１に示す第５水通路１５５を流れる水のうち、全ての水が吸気通路用ウォータージャケット１６２に供給される。

ここで車速Ｖｎが小さいときは、車速Ｖｎが大きいときに比べてインタークーラ１２１に供給される走行風が少ない。よって、インタークーラ１２１の吸入空気に対する冷却性能が不十分となる。これにより、内燃機関本体１００が低速‐高負荷状態では、吸入空気は比較的高温な状態となる。吸入空気が比較的高温の場合、吸入空気は低温の場合よりも密度が低下する。これにより、図１に示す筒内燃焼空間１０３に供給される酸素量が低下する。筒内燃焼空間１０３に供給される酸素量が低下すると、図１に示すＥＣＵ１１４はインジェクタ１０７の燃料噴射量を低下させる。よって、内燃機関本体１００の出力が低下するおそれがある。

図６は、加圧直後の吸入空気の圧力と、温度との関係を示すグラフである。図６において、温度Ｔ０１は、図１に示すコンプレッサホイール１３３と吸気通路用ウォータージャケット１６２との間の吸気通路１１８上の吸入空気の温度を示す。

図６に示すように、吸入空気の圧力が高くなるほど、つまり内燃機関本体１００の負荷が大きくなるほど、吸入空気の温度は上昇する。内燃機関本体１００が低速‐高負荷状態の時、最大でも温度Ｔ０１は、１７０度近くまで上昇する。この時、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水の温度は、およそ８０度前後である。

よって、内燃機関本体１００が低速‐高負荷状態である場合、吸気通路１１８上を流れる吸入空気は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水よりも高温な状態となる。これにより、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水と吸入空気との間で熱交換を行い、吸入空気を冷却する。

図７は、吸入空気の圧力と、温度との関係を示すグラフである。温度Ｔ０２ａは、流量調節弁１６６が開弁しているときの図１に示す吸気通路用ウォータージャケット１６２とインタークーラ１２１との間の吸気通路１１８上の吸入空気の温度を示す。温度Ｔ０２ｂは、流量調節弁１６６が閉弁しているときの吸気通路用ウォータージャケット１６２とインタークーラ１２１との間の吸気通路１１８上の吸入空気の温度を示す。温度Ｔ０３ａは、流量調節弁１６６が開弁しているときのインタークーラ１２１と内燃機関本体１００との間の吸気通路１１８上の吸入空気の温度を示す。温度Ｔ０３ｂは、流量調節弁１６６が閉弁しているときのインタークーラ１２１と内燃機関本体１００との間の吸気通路１１８上の吸入空気の温度を示す。

図７の温度Ｔ０２ｂが示すように、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、インタークーラ１２１に導かれる吸入空気の温度を低下させる。結果として、温度Ｔ０３ｂが示すように、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、内燃機関本体１００に導かれる吸入空気の温度を低下させる。これにより、熱交換装置１５０は、吸入空気の密度の低下を抑制できる。また、図５に示すように、温度Ｔ０３ｂは、一般的な内燃機関における温度Ｔ０４よりも低い。よって、熱交換装置１５０は、低速‐高負荷状態での図１に示す筒内燃焼空間１０３に供給される酸素量の低下を抑制できる。これにより、熱交換装置１５０は、インジェクタ１０７の燃料噴射量の低下を抑制できる。結果として、熱交換装置１５０は、内燃機関本体１００の出力の低下を抑制できる。

また、図５に示すように、内燃機関本体１００が中負荷以上の状態では、最終的に内燃機関１に導入される吸入空気の温度は一般的な内燃機関に導入される吸入空気の温度より低い。これにより、内燃機関１は、一般的な内燃機関よりも高負荷状態での内燃機関本体１００の筒内燃焼空間１０３に供給される吸入空気の密度の低下を抑制できる。結果として、内燃機関１は、一般的な内燃機関よりも筒内燃焼空間１０３に供給される酸素量の低下を抑制できる。よって、内燃機関１は、一般的な内燃機関よりも、内燃機関本体１００の出力の低下を抑制できる。

次に図４に示すステップＳＴ１０９で、弁開閉判断部１７１が、負荷Ｄｎは境界負荷Ｄβ以下であると判断した場合（ステップＳＴ１０９、Ｎｏ）、つまり弁開閉判断部１７１が、内燃機関本体１００は中負荷であると判断した場合を説明する。ステップＳＴ１１０として、弁開閉判断部１７１は、ステップＳＴ１０１で取得した水温Ｔｎと、境界温度Ｔαとを比較する。なお、境界温度Ｔαは、水温Ｔｎがそれ以上の温度であった場合、吸気通路用ウォータージャケット１６２はオーバーヒートするおそれがある状態であると判断できる温度である。

また、情報取得部１７２は、このステップＳＴ１１０の直前に、水温Ｔｎを再度取得してもよい。これにより、流量調節装置１７０は、最新の情報で流量調節弁１６６を制御できる。但し、ステップＳＴ１０１で取得した水温Ｔｎを用いることにより、流量調節装置１７０は流量調節弁１６６の制御における処理数の増加を抑制できる。

ステップＳＴ１１０で、水温Ｔｎは境界温度Ｔαよりも大きいと判断されると、流量調節装置１７０はステップＳＴ１０８へ移行する。低速‐中負荷状態では、図１に示すインタークーラ１２１は適度な量の走行風を受ける。なお、適度な量の走行風とは、インタークーラ１２１によって吸入空気が適正な温度に冷却される程度の風量をいう。

これにより、インタークーラ１２１は、吸入空気の温度が、内燃機関本体１００が良好に燃焼を行える温度になるように、吸入空気を冷却する。よって、吸入空気の温度は、内燃機関本体１００が良好に燃焼を行える温度となる。つまり、吸入空気は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部の水との間で熱交換される必要はない。

しかしながら、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部の水は、比較的高温となっている。これにより、吸気通路用ウォータージャケット１６２が過剰に熱くなるおそれがある。吸気通路用ウォータージャケット１６２が過剰に熱くなると、上述したように、水の沸騰、吸気通路用ウォータージャケット１６２を構成する材料の耐熱性不足、他部材への熱の影響、などのおそれがある。

よって、ステップＳＴ１０８として、流量調節弁動作制御部１７３は、流量調節弁１６６を閉弁させる。これにより、図１に示す第５水通路１５５を流れる水のうち、吸気通路用ウォータージャケット１６２に供給される水が増加する。これにより、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部の水の温度は低下する。よって、流量調節装置１７０は、吸気通路用ウォータージャケット１６２のオーバーヒートを抑制できる。

次にステップＳＴ１１０で、弁開閉判断部１７１が、水温Ｔｎは境界温度Ｔα以下であると判断した場合（ステップＳＴ１１０、Ｎｏ）、つまり弁開閉判断部１７１が、内燃機関本体１００は低速‐中負荷状態かつ、吸気通路用ウォータージャケット１６２がオーバーヒートするおそれはないと判断した場合を説明する。

ステップＳＴ１１０で、水温Ｔｎは境界温度Ｔα以下であると判断されると、流量調節装置１７０はステップＳＴ１１１へ移行する。低速‐中負荷状態では、上述のように、吸入空気の温度は、内燃機関本体１００が良好に燃焼を行える温度となる。よって、吸入空気は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部の水との間で熱交換される必要はない。

ステップＳＴ１１１として、流量調節弁動作制御部１７３は、流量調節弁１６６を開弁させる。これにより、図１に示す第５水通路１５５を流れる水のうち、吸気通路用ウォータージャケット１６２に供給される水が減少する。これにより、吸気通路用ウォータージャケット１６２は吸入空気を過剰に冷却しない。また、第５水通路１５５を流れる水は、吸気通路用ウォータージャケット１６２よりも圧力損失の少ない第８水通路１５８を流れる。これにより、熱交換装置１５０は、図１に示すウォーターポンプ１６０における水の圧力損失を抑制できる。

また、ウォーターポンプ１６０における水の圧力損失が抑制されるほど、熱交換装置１５０が必要とするポンプ容量は低下する。結果として、内燃機関本体１００の出力の低下が抑制される。特に、内燃機関本体１００の出力の小さいアイドル時は、ウォーターポンプ１６０の容量低下によって、内燃機関本体１００が消費する燃料の量が低下する。また、内燃機関１は、ウォーターポンプ１６０が小型化できる。これにより、内燃機関１は、製作されるのに必要とするコストを抑制できる。また、内燃機関１は、部品の配設スペースが向上する。

次にステップＳＴ１０６で、弁開閉判断部１７１が、車速Ｖｎは境界速度Ｖα以上であると判断した場合（ステップＳＴ１０６、Ｎｏ）、つまり弁開閉判断部１７１が、車両は高速であると判断した場合を説明する。

ステップＳＴ１０６で、車速Ｖｎは境界速度Ｖα以上であると判断されると、流量調節装置１７０はステップＳＴ１１２へ移行する。ステップＳＴ１１２として、弁開閉判断部１７１は、負荷Ｄｎと、境界負荷Ｄαとを比較する。つまり、弁開閉判断部１７１は、内燃機関本体１００が低負荷状態か中負荷以上の状態かを判断する。弁開閉判断部１７１は、負荷Ｄｎが境界負荷Ｄαよりも小さい、つまり内燃機関本体１００が低負荷状態であると判断すると（ステップＳＴ１１２、Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１０８へ移行する。

ここでのステップＳＴ１０８は、内燃機関本体１００が高速‐低負荷状態における弁開閉判断部１７１の流量調節弁１６６の制御内容である。ここで、内燃機関本体１００が高速‐低負荷状態の時、低速の場合に比べて、図１に示すインタークーラ１２１に供給される走行風多い。よって、インタークーラ１２１の吸入空気に対する冷却性能が高くなる。しかしながら、内燃機関本体１００は低負荷な状態で運転されている。よって、吸入空気の温度は比較的低温である。

これにより、吸入空気の温度がインタークーラ１２１によりさらに冷却されるおそれがある。よって、内燃機関本体１００は、燃焼速度が低下する。これにより、内燃機関本体１００の燃焼が不安定になるおそれがある。結果として、内燃機関本体１００の出力が低下するおそれがある。そこで、ステップＳＴ１０８として、流量調節弁動作制御部１７３は、流量調節弁１６６を閉弁させる。これにより、図１に示す第５水通路１５５を流れる水のうち、全ての水が吸気通路用ウォータージャケット１６２に供給される。

この時、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水は、内燃機関本体１００から熱を得ている。よって、内燃機関本体１００が高速‐低負荷状態である場合、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水は、吸気通路１１８上を流れる吸入空気よりも高温な状態となる。よって、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水と吸入空気との間で熱交換を行い、吸入空気を暖める。これにより、吸入空気の温度は上昇する。結果として、熱交換装置１５０は、低速‐低負荷状態での内燃機関本体１００の出力低下を抑制できる。

次にステップＳＴ１１２で、弁開閉判断部１７１が、負荷Ｄｎは境界負荷Ｄα以上であると判断した場合（ステップＳＴ１１２、Ｎｏ）、つまり弁開閉判断部１７１が、内燃機関本体１００は中負荷または高負荷状態であると判断した場合を説明する。

ステップＳＴ１１２で、負荷Ｄｎは境界負荷Ｄα以上であると判断されると、流量調節装置１７０はステップＳＴ１１０へ移行する。なお、内燃機関本体１００が高速‐中負荷状態での流量調節装置１７０の流量調節弁１６６の制御と、高速‐高負荷状態での流量調節装置１７０の流量調節弁１６６の制御とは同様である。ここでのステップＳＴ１１０は、内燃機関本体１００が高速‐中負荷、または高負荷状態における弁開閉判断部１７１の流量調節弁１６６の制御内容である。

ここで、内燃機関本体１００が高速‐中負荷、または高負荷状態の時、図１に示すインタークーラ１２１は適度な走行風を受ける。これにより、インタークーラ１２１は、吸入空気の温度が、内燃機関本体１００が良好に燃焼を行える温度になるように、吸入空気を冷却する。よって、吸入空気の温度は、内燃機関本体１００が良好に燃焼を行える温度となる。つまり、吸入空気は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部の水との間で熱交換される必要はない。

しかしながら、流量調節弁１６６の内部の水の温度によっては、流量調節弁１６６がオーバーヒートするおそれがある。よって、弁開閉判断部１７１は、ステップＳＴ１１０で吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部の水の温度を監視する。これにより、吸気通路用ウォータージャケット１６２は過剰に熱くなるおそれがあると判断される場合、流量調節弁動作制御部１７３はステップＳＴ１０８として、流量調節弁１６６を閉弁させる。

これにより、流量調節装置１７０は、吸気通路用ウォータージャケット１６２のオーバーヒートを抑制できる。また、吸気通路用ウォータージャケット１６２はオーバーヒートするおそれがないと判断される場合、流量調節弁動作制御部１７３はステップＳＴ１１１として、流量調節弁１６６を開弁させる。これにより、熱交換装置１５０は、図１に示すウォーターポンプ１６０のロスを抑制できる。

次にステップＳＴ１０２で、水温Ｔｎは暖機完了判定水温Ｔｓ以下である、つまり、内燃機関１は冷間始動であると判定されると（ステップＳＴ１０２、Ｎｏ）、ステップＳＴ１１３として、サーモスタット動作制御部１７４は、サーモスタット１６５を閉弁する。ここで、冷間始動の時は、吸入空気の温度と、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部の水の温度との差が比較的小さい。つまり、吸入空気と、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部の水との間での熱交換量は、冷間始動時以外の状態よりも小さい。

よって、冷間始動時に、図１に示すウォーターポンプ１６０を駆動してまで、熱交換装置１５０の回路に水を流す必要はない。ここで、サーモスタット１６５が閉弁すると、水は吸気通路用ウォータージャケット１６２及びラジエタ１６３に供給されない。これにより、熱交換装置１５０は、ウォーターポンプ１６０のロスを抑制できる。

図８は、車両の速度と内燃機関本体の負荷とに基づいて決定される制御内容を場合分けして示す図表である。図８は、上記の制御内容と作用と効果とをまとめて示す。図８に示すように、低速‐低負荷の場合、吸入空気の温度は、適正温度よりも低い。よって、流量調節弁動作制御部１７３は吸気通路用ウォータージャケット１６２による熱交換を重視し、流量調節弁１６６を閉弁して吸気通路用ウォータージャケット１６２に吸入空気よりも暖かい水を供給して吸入空気を暖める。これにより、内燃機関本体１００の燃焼が安定する。よって、熱交換装置１５０は、内燃機関本体１００の出力低下を抑制できる。

低速‐中負荷の場合、吸入空気の温度は、適正温度である。よって、流量調節弁動作制御部１７３は吸気通路用ウォータージャケット１６２による圧力損失を抑制するべく、流量調節弁１６６を開弁して吸気通路用ウォータージャケット１６２に水を供給しない。これにより、熱交換装置１５０は、ウォーターポンプ１６０のロスを抑制できる。

低速‐高負荷の場合、吸入空気の温度は、適正温度よりも高い。よって、流量調節弁動作制御部１７３は吸気通路用ウォータージャケット１６２による熱交換を重視し、流量調節弁１６６を閉弁して吸気通路用ウォータージャケット１６２に吸入空気よりも冷たい水を供給して吸入空気を冷却する。これにより、熱交換装置１５０は、吸入空気の膨張を抑制できる。よって、熱交換装置１５０は、低速‐高負荷状態での図１に示す筒内燃焼空間１０３に供給される酸素量の低下を抑制できる。よって、熱交換装置１５０は、内燃機関本体１００の出力の低下を抑制できる。

高速‐低負荷の場合、吸入空気の温度は、適正温度よりも低い。よって、流量調節弁動作制御部１７３は吸気通路用ウォータージャケット１６２による熱交換を重視し、流量調節弁１６６を閉弁して吸気通路用ウォータージャケット１６２に吸入空気よりも暖かい水を供給して吸入空気を暖める。これにより、内燃機関本体１００の燃焼が安定する。よって、熱交換装置１５０は、内燃機関本体１００の出力低下を抑制できる。

高速‐中負荷、または高速‐高負荷の場合、吸入空気の温度は、適正温度である。よって、流量調節弁動作制御部１７３は吸気通路用ウォータージャケット１６２による圧力損失を抑制するべく、流量調節弁１６６を開弁して吸気通路用ウォータージャケット１６２に水を供給しない。これにより、熱交換装置１５０は、ウォーターポンプ１６０のロスを抑制できる。

なお、本実施形態では、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる水は、内燃機関本体１００を冷却する水冷装置に組み込まれて構成されたが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、熱交換装置１５０は、前記水冷装置とは別途に用意された熱交換用の媒体を用いて吸入空気と熱交換してもよい。例えば、熱交換装置１５０は、水を溜めるタンクを備え、その水を吸気通路用ウォータージャケット１６２のみに供給したあと、熱交換装置１５０の外部に排出してもよい。つまり、水は熱交換装置１５０の回路を必ずしも循環する必要はない。

なお、この場合、水は内燃機関本体１００から熱を得ていない。よって、水は、インタークーラ１２１よりも下流側の吸気通路１１８を流れる吸入空気よりも低温となる。よって、吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部の水は、吸気通路１１８の内部の吸入空気と熱交換を行う。よって、吸気通路用ウォータージャケット１６２は、例えば、インタークーラ１２１よりも下流側の吸気通路１１８に設けられてもよい。

これにより、吸入空気の温度が適正な温度よりも高くなった場合に、熱交換装置１５０は、吸気通路用ウォータージャケット１６２に吸入空気よりも冷たい水を供給して吸入空気を冷却する。これにより、熱交換装置１５０は、吸入空気の膨張を抑制できる。よって、熱交換装置１５０は、図１に示す筒内燃焼空間１０３に供給される酸素量の低下を抑制できる。よって、熱交換装置１５０は、内燃機関本体１００の出力の低下を抑制できる。

また、熱交換装置１５０は、内燃機関本体用ウォータージャケット１６１、吸気通路用ウォータージャケット１６２、ラジエタ１６３の順に水を供給したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、熱交換装置１５０は、水を内燃機関本体用ウォータージャケット１６１、ラジエタ１６３、吸気通路用ウォータージャケット１６２、の順に供給してもよい。これにより、吸気通路用ウォータージャケット１６２には、ラジエタ１６３により冷却された水が供給される。よって、吸気通路用ウォータージャケット１６２の冷却性能が向上する。

但し、熱交換装置１５０は、内燃機関本体用ウォータージャケット１６１、ラジエタ１６３、吸気通路用ウォータージャケット１６２、の順に水を供給すると、内燃機関本体１００から水は熱を得る。よって、熱交換装置１５０は、低速‐低負荷、高速‐低負荷時に吸入空気に熱を与える。これにより、上記構成の場合、熱交換装置１５０は、内燃機関本体１００の燃焼速度の低下を抑制できる。結果として、熱交換装置１５０は、内燃機関本体１００の出力低下を抑制できる。

なお、熱交換装置１５０の回路構成は上述の構成に限定されない。熱交換装置１５０は、少なくとも吸気通路１１８の内部の吸入空気と吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部の水との間で熱交換が行えればよい。

図９は、実施形態１に係る他の熱交換装置の水の循環回路を示す説明図である。図９の矢印ＡＲ１１が示すように、まず、ウォーターポンプ１６０よりも上流側の水はウォーターポンプ１６０によって内燃機関本体用ウォータージャケット１６１に向かって流れる。次に、水は、シリンダブロック１１１に設けられる内燃機関本体用ウォータージャケット１６１の入口から内燃機関本体用ウォータージャケット１６１に導かれる。次に、水は、内燃機関本体用ウォータージャケット１６１の出口側に向かって内燃機関本体用ウォータージャケット１６１の内部を流れる。

この時、水は上述のように内燃機関本体１００と熱交換して、内燃機関本体１００を冷却する。内燃機関本体用ウォータージャケット１６１の出口から排出された水は、矢印ＡＲ１２が示すように吸気通路用ウォータージャケット１６２に向かって流れる。ここで、まず、流量調節弁１６６が閉弁しているときの水の流れを説明する。

流量調節弁１６６は閉弁しているため、水は、その全てが吸気通路用ウォータージャケット１６２に導かれる。吸気通路用ウォータージャケット１６２の入口から吸気通路用ウォータージャケット１６２に導かれた水は、吸気通路用ウォータージャケット１６２の出口に向かって吸気通路用ウォータージャケット１６２の内部を流れる。次に、吸気通路用ウォータージャケット１６２の出口から排出された水は、矢印ＡＲ１３が示すように熱交換対象１６４へ向かって流れる。

矢印ＡＲ１４が示すように、水はウォーターアウトレット１５９に向かって流れる。ここで、まずはサーモスタット１６５が開弁しているときの水の流れを説明する。ウォーターアウトレット１５９の内部の水は、矢印ＡＲ１５が示すように、ウォーターポンプ１６０に向かって流れる。熱交換装置１５０の水は、以上の回路を基本的な循環回路として循環する。

サーモスタット１６５が開弁すると、ウォーターアウトレット１５９に存在する水の少なくとも一部は、矢印ＡＲ１６が示すように吸気通路用ウォータージャケット１６２に向かって流れる。なお、ウォーターアウトレット１５９に存在する水のうち、ラジエタ１６３側に導かれる水の流量は、サーモスタット１６５の開度によって調節される。

ラジエタ１６３によって冷却された水は、矢印ＡＲ１７が示すように、ウォーターポンプ１６０の上流側の通路に向かって第７水通路１５７上を流れる。そして、ラジエタ１６３によって冷却された水は、上述の基本的な循環回路に合流する。

次に、流量調節弁１６６が開弁しているときの水の流れを説明する。流量調節弁１６６が開弁しているとき、水は矢印ＡＲ１８が示すように、吸気通路用ウォータージャケット１６２を迂回して下流側へ流れる。

このような構成であっても、熱交換装置１５０は、上述の構成と略同等の効果を奏する。また、このように熱交換装置１５０を構成すると、サーモスタット１６５が閉弁しているときであっても、熱交換装置１５０は、吸気通路用ウォータージャケット１６２に水を供給できる。よって、サーモスタット１６５が、特殊制御されるような内燃機関であっても、熱交換装置１５０は、上述の構成と略同等の効果を奏する。

（実施形態２）
図１０は、実施形態２に係る内燃機関を模式的に示す断面図である。内燃機関１の熱交換装置１５０は、一般的な内燃機関が備える内燃機関本体１００を冷却する水冷装置を用いたが、本実施形態に係る内燃機関２は、空気により吸入空気を冷却することに特徴がある。なお、上述の実施形態と同一の効果を奏する構成には、同一の符号を付す。また、上述の実施形態と同一の効果は説明を省略する。

図１０に示すように、内燃機関２は、熱交換装置２５０を備える。熱交換装置２５０は、冷却用空気通路２５１と、送風手段としてのファン２５２とを備える。冷却用空気通路２５１は、コンプレッサホイール１３３と、インタークーラ１２１との間の吸気通路１１８を覆うように設けられる。具体的には、吸気通路１１８と冷却用空気通路２５１とで２層の管を構成する。つまり、冷却用空気通路２５１の内部に吸気通路１１８が存在する。

内燃機関本体１００に導入される吸入空気は、吸気通路１１８の内部を流れる。冷却用空気は、図１０中矢印ＡＲ１０が示すように、冷却用空気通路２５１の一方の開口端から導入される。冷却用空気通路２５１に導入された冷却用空気は、吸気通路１１８の側周部と冷却用空気通路２５１の内周部との間の空間を流れる。これにより、冷却用空気は、吸気通路１１８を流れる吸入空気と吸気通路１１８を構成する部材を介して熱交換する。吸入空気との熱交換を終えた冷却用空気は、他方の開口端から冷却用空気通路２５１の外部に排出される。

ファン２５２は、冷却用空気通路２５１の一方の開口端に設けられる。これにより、ファン２５２は、大気を冷却用空気として冷却用空気通路２５１へ導く。また、ファン２５２は、例えば、インタークーラ１２１に冷却用空気を吹きつけつつ、冷却用空気通路２５１へ冷却用空気を導入してもよい。具体的には、ファン２５２は、インタークーラ１２１と対向して設置され、インタークーラ１２１に冷却用空気を吹きつける。冷却用空気通路２５１は、インタークーラ１２１とファン２５２を覆うように設けられる。

ファン２５２は、例えば電動モータによって羽根が回転することで空気を送風する電動ファンである。ファン２５２は、内燃機関２が搭載される車両が備えるバッテリから駆動力を得る。また、前記バッテリは、内燃機関本体１００が出力する動力によって充電される。

また、冷却用空気通路２５１は、ヒートシンクを備えてもよい。ヒートシンクは、例えば、吸気通路１１８の側周部に設けられる。これにより、吸気通路１１８の側周部と冷却用空気通路２５１の内周部との間を流れる冷却用空気と吸気通路１１８を構成する部材との接触面積が向上する。これにより、吸気通路１１８を構成する部材を介した冷却用空気と吸入空気との熱交換が促進される。

これにより、インタークーラ１２１の吸入空気に対する冷却性能が向上する。よって、内燃機関本体１００に導入される吸入空気の温度がより低下する。また、ファン２５２は、ＥＣＵ１１４と電気的に接続され、ＥＣＵ１１４が備える流量調節装置１７０により冷却用空気通路２５１に供給する冷却用空気の量を調節される。ここで、ファン２５２は、例えば回転速度を変更することで、冷却用空気通路２５１に供給する冷却用空気の量を調節できる。つまり、流量調節装置１７０は、ファン２５２の回転速度を制御することで、熱交換装置２５０の冷却性能を調節する。なお、ファン２５２は、羽根のピッチを調節されることで、冷却用空気通路２５１に供給する冷却用空気の量を調節してもよい。

図１１は、実施形態２に係るＥＣＵの構成を示す概念図である。図１１に示すように本実施形態では、ＥＣＵ１１４は、弁開閉判断部１７１に代えて、モータ回転速度判断部２７１と、流量調節弁動作制御部１７３に代えて、モータ回転速度変更部２７３を備える。モータ回転速度判断部２７１は、内燃機関本体１００の運転状況に基づいて、ファン２５２の回転速度を決定する。モータ回転速度変更部２７３は、モータ回転速度判断部２７１によって決定された回転速度になるように、ファン２５２の回転速度を制御する。

図１２は、実施形態２に係るサーモスタットとファンとの制御手順を説明するフローチャートである。ステップＳＴ１０１からステップＳＴ１０７と、ステップＳＴ１０９と、ステップＳＴ１１３とは、実施形態１と制御内容が同一であるので説明を省略する。また、図４に示すステップＳＴ１１２は、本実施形態では、その判定によって流量調節弁動作制御部１７３の制御内容に差異が生じない。よって、ステップＳＴ１１２は実行されない。

ステップＳＴ１０９で、モータ回転速度判断部２７１によって内燃機関本体１００は低速‐高負荷状態であると判断されると（ステップＳＴ１０９、Ｙｅｓ）、モータ回転速度変更部２７３は、ステップＳＴ２０１として、ファン２５２の回転速度を上昇させる。上述したように、車両が低速‐高負荷状態の場合、吸入空気の温度は比較的高い。

ファン２５２の回転速度を高くすることにより、熱交換装置２５０は、冷却用空気と吸入空気との熱交換を促進する。これにより、吸入空気は冷却用空気によってより冷却される。これにより、熱交換装置２５０は、吸入空気の膨張を抑制できる。よって、熱交換装置２５０は、低速‐高負荷状態での図１に示す筒内燃焼空間１０３に供給される酸素量の低下を抑制できる。よって、熱交換装置２５０は、内燃機関本体１００の出力の低下を抑制できる。

次にステップＳＴ１０９で、モータ回転速度判断部２７１によって内燃機関本体１００は低速‐高負荷状態以外であると判断されると（ステップＳＴ１０６、Ｎｏ）（ステップＳＴ１０７、Ｙｅｓ）（ステップＳＴ１０９、Ｎｏ）、ステップＳＴ２０２として、モータ回転速度変更部２７３は、ファン２５２の回転速度を低下させる、または停止させる。なお、本実施形態では、内燃機関本体１００が低速‐高付加状態であるかを判断できればよいため、ステップＳＴ１０７を省略してもよい。

上述したように、内燃機関本体１００が低速‐高負荷以外の状態の場合、図８に示すように、吸入空気の温度は比較的低いか適正の範囲である。よって、熱交換装置２５０は、この場合に吸入空気よりも低温である冷却用空気と冷却用空気とを熱交換させる必要がない。

ファン２５２の回転速度低下させる、または停止させることにより、熱交換装置２５０は、冷却用空気と吸入空気との熱交換を抑制する。これにより、熱交換装置２５０は、ファン２５２が駆動するのに必要とするエネルギーの消費を抑制できる。なお、ファン２５２は、例えば車両が備えるバッテリから駆動力を得る。そして、前記バッテリは内燃機関本体１００が出力する動力によって充電される。よって、熱交換装置２５０は、ファン２５２が駆動するのに必要とするエネルギーの消費を抑制することにより、結果として内燃機関本体１００の出力損失を抑制できる。

図１３は、車両の速度と内燃機関本体の負荷とに基づいて決定される制御内容を場合分けして示す図表である。図１３は、上記の制御内容と作用と効果とをまとめて示す。図１３に示すように、低速‐低負荷の場合、吸入空気の温度は、適正温度よりも低い。よって、モータ回転速度変更部２７３はファン２５２のエネルギー消費の抑制を重視し、ファン２５２の回転速度を低下、またはファン２５２を停止する。これにより、熱交換装置２５０は、内燃機関本体１００の出力損失を抑制できる。

低速‐中負荷の場合、吸入空気の温度は、適正温度である。よって、モータ回転速度変更部２７３はファン２５２によるエネルギー消費を抑制すべくファン２５２の回転速度を低下、またはファン２５２を停止する。これにより、熱交換装置２５０は、内燃機関本体１００の出力損失を抑制できる。

低速‐高負荷の場合、吸入空気の温度は、適正温度よりも高い。よって、モータ回転速度変更部２７３は冷却用空気通路２５１及びファン２５２による熱交換を重視し、ファン２５２の回転速度を上昇させる。これにより、冷却用空気と吸入空気との熱交換が促進される。よって、吸入空気は、熱交換装置２５０によって冷却される。これにより、熱交換装置２５０は、低速‐高負荷状態での図１に示す筒内燃焼空間１０３に供給される酸素量の低下を抑制できる。よって、熱交換装置２５０は、内燃機関本体１００の出力の低下を抑制できる。

高速‐低負荷の場合、吸入空気の温度は、適正温度よりも低い。よって、モータ回転速度変更部２７３はファン２５２のエネルギー消費の抑制を重視し、ファン２５２の回転速度を低下、またはファン２５２を停止する。これにより、熱交換装置２５０は、内燃機関本体１００の出力損失を抑制できる。

高速‐中負荷、または高速‐高負荷の場合、吸入空気の温度は、適正温度である。よって、モータ回転速度変更部２７３はファン２５２によるエネルギー消費を抑制すべくファン２５２の回転速度を低下、またはファン２５２を停止する。これにより、熱交換装置２５０は、内燃機関本体１００の出力損失を抑制できる。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、吸入空気の温度を調節するのに有用であり、特に、内燃機関本体が出力する動力のうち、車両が走行するのに使える内燃機関本体の出力の低下を抑制することに適している。

実施形態１に係る内燃機関を模式的に示す断面図である。 実施形態１に係る熱交換装置の水の循環回路を示す説明図である。 実施形態１に係るＥＣＵの構成を示す概念図である。 実施形態１に係るサーモスタットと流量調節弁との制御手順を説明するフローチャートである。 内燃機関本体に導入される吸入空気の温度と一般的な内燃機関に導入される吸入空気の温度とを比べて示すグラフである。 加圧直後の吸入空気の圧力と、温度との関係を示すグラフである。 吸入空気の圧力と、温度との関係を示すグラフである。 車両の速度と内燃機関本体の負荷とに基づいて決定される制御内容を場合分けして示す図表である。 実施形態１に係る他の熱交換装置の水の循環回路を示す説明図である。 実施形態２に係る内燃機関を模式的に示す断面図である。 実施形態２に係るＥＣＵの構成を示す概念図である。 実施形態２に係るサーモスタットとファンとの制御手順を説明するフローチャートである。 車両の速度と内燃機関本体の負荷とに基づいて決定される制御内容を場合分けして示す図表である。

符号の説明

１、２ 内燃機関
１００ 内燃機関本体
１０１ シリンダ
１０１ａ シリンダ内壁面
１０２ ピストン
１０２ａ ピストン頂部
１０３ 筒内燃焼空間
１０３ａ 筒内天井部
１０４ クランク室
１０５ 吸気ポート
１０６ 排気ポート
１０７ インジェクタ
１０８ 点火プラグ
１０９ クランクシャフト
１１０ シリンダヘッド
１１１ シリンダブロック
１１２ クランクケース
１１３ コネクティングロッド
１１４ ＥＣＵ
１１４ｍ 記憶部
１１４ｐ ＣＰＵ
１１７ 電子スロットル弁
１１８ 吸気通路
１１９ 排気通路
１２０ エアクリーナ
１２１ インタークーラ
１２２ 触媒装置
１３０ 過給機
１３１ タービンホイール
１３２ シャフト
１３３ コンプレッサホイール
１５０、２５０ 熱交換装置
１５１ 第１水通路
１５２ 第２水通路
１５３ 第３水通路
１５４ 第４水通路
１５５ 第５水通路
１５６ 第６水通路
１５７ 第７水通路
１５８ 第８水通路
１５９ ウォーターアウトレット
１６０ ウォーターポンプ
１６１ 内燃機関本体用ウォータージャケット
１６２ 吸気通路用ウォータージャケット
１６３ ラジエタ
１６４ 熱交換対象
１６５ サーモスタット
１６６ 流量調節弁
１７０ 流量調節装置
１７１ 弁開閉判断部
１７２ 情報取得部
１７３ 流量調節弁動作制御部
１７４ サーモスタット動作制御部
１７５ 機関制御部
２５１ 冷却用空気通路
２５２ ファン
２７１ モータ回転速度判断部
２７３ モータ回転速度変更部
Ｂ０１、Ｂ０２、Ｂ０３ バス
ＢＰ 岐点
Ｄ０１ クランク角センサ
Ｄ０２ 圧力センサ
Ｄ０３ 水温センサ
Ｄｎ 負荷
Ｄα 境界負荷
Ｄβ 境界負荷
Ｅ０１ 入力ポート
Ｅ０２ 出力ポート
Ｅ０３ 入力インターフェース
Ｅ０３ａ アナログ／デジタルコンバータ
Ｅ０３ｂ ディジタル入力バッファ
Ｅ０４ 出力インターフェース
Ｅ０４ａ、Ｅ０４ｂ 制御回路
Ｐｎ 吸気圧
ＳＬ シリンダ軸線
Ｔ０１ 温度
Ｔ０２ａ 温度
Ｔ０２ｂ 温度
Ｔ０３ａ 温度
Ｔ０３ｂ 温度
Ｔ０４ 温度
Ｔｎ 水温
Ｔｓ 暖機完了判定水温
Ｔα 境界温度
Ｖｎ 車速
Ｖα 境界速度

Claims (12)

1. 空気と燃料との混合気の燃焼により動力を出力する内燃機関本体と、
   前記内燃機関本体に接続されて前記内燃機関本体に前記空気を導く吸気通路と、
   前記吸気通路に設けられると共に前記空気を加圧して前記内燃機関本体に導く加圧手段と、
   前記加圧手段と前記内燃機関本体との間の前記吸気通路に設けられて、前記吸気通路を流れる前記空気と熱交換する媒体が内部に存在する熱交換手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 前記熱交換手段に導かれる前記媒体の流量を調節する流量調節手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記流量調節手段は、前記内燃機関本体の運転状況に基づいて前記熱交換手段に導く前記媒体の流量を調節することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記熱交換手段に接続されて前記熱交換手段に導かれる前記媒体が流れる第１通路と、
   前記熱交換手段に接続されて前記熱交換手段から排出される前記媒体が流れる第２通路と、
   前記第１通路と前記第２通路とを連通する第３通路と、
   を備え、前記流量調節手段は、前記第３通路に設けられて前記第３通路を流れる前記媒体の流量を調節することで前記熱交換手段に導かれる前記媒体の流量を調節することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
5. 前記内燃機関本体に設けられて前記内燃機関本体を前記媒体によって冷却する内燃機関冷却手段と、
   前記媒体と大気との間で熱交換をすることで前記媒体を冷却する媒体冷却手段と、
   を備え、前記媒体は、前記第２通路から再度前記第１通路へ導かれると共に、前記内燃機関冷却手段と前記熱交換手段と前記媒体冷却手段とを循環することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関。
6. 前記第１通路は、前記熱交換手段とは反対側が前記内燃機関冷却手段に接続され、前記第２通路は、前記熱交換手段とは反対側が前記媒体冷却手段に接続されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
7. 前記熱交換手段は、前記吸気通路に設けられて前記空気を冷却するインタークーラと前記加圧手段との間に設けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関。
8. 前記媒体は、まず前記内燃機関冷却手段に導かれ、その後に前記熱交換手段に導かれ、さらにその後に前記媒体冷却手段に導かれて循環することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関。
9. 前記熱交換手段はウォータージャケットであり、前記媒体は水であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関。
10. 前記吸気通路に設けられて前記空気を冷却するインタークーラと、
    前記媒体としての空気を前記熱交換手段へ供給する送風手段と、
    を備え、前記空気は前記熱交換手段から大気に放出されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関。
11. 前記送風手段は、前記インタークーラにも前記空気を供給することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
12. 前記送風手段は、前記インタークーラと前記熱交換手段とに供給する前記空気の量を調節することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の内燃機関。

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