JP2009216028A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば冷却水等の冷媒の流路を切り替える内燃機関の冷却装置において、内燃機関の状態に応じてシリンダブロックやヒータ等の暖機を要する部位を効率よく暖機する。
【解決手段】冷却装置（１００）は、本体部（１１）の壁内を通過する第１分岐流路（３）、第１分岐流路と分岐箇所にて分岐し合流箇所にて合流すると共にエキマニ部（１４）の壁内を通過する第２分岐流路（４）、並びに熱発生手段（２６，２７）の内部を通過する熱交換部を有し、合流箇所から分岐箇所までを繋ぐ合流流路（５）を含む冷媒流路を備える。冷却装置は、合流箇所に配置され、第１分岐流路から合流流路へ流れる冷媒の第１流量及び第２分岐流路から合流流路へ流れる冷媒の第２流量を増減可能な制御弁（２４）と、内燃機関の状態に応じて第１及び第２流量の相対比率を変化させるように制御弁を制御する制御手段（４０）とを更に備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば冷却水等の冷媒の流路を切り替え可能である内燃機関の冷却装置の技術分野に関する。

この種の冷却装置として、例えば内燃機関の状態に応じて、シリンダヘッドウォータジャケット、シリンダブロックウォータジャケット、及びラジエータにおける冷却水の流路を切り替えるものがある（特許文献１参照）。

また、例えば内燃機関の状態に応じて、軸受通路に冷却水を流通させる暖機モード、冷却水の流通を遮断する通常モード、及び再び軸受通路に冷却水を流通させる冷却モードの３つのモードを切り替える冷却装置がある（特許文献２参照）。

特開２００４−２７０６５２号公報 特開２００５−２２０７７０号公報

上述した特許文献１によれば、内燃機関の冷間時における暖機のために、燃焼でより高温となるシリンダヘッド（実際には、シリンダヘッドウォータジャケット）からシリンダブロック（実際には、シリンダブロックウォータジャケット）へ冷却水を循環させる。しかしながら、シリンダヘッドからの熱でシリンダブロックを暖めるだけでは、内燃機関全体の暖機性を十分に確保しかねるという技術的問題点がある。

また、上述の特許文献２によれば、暖機モードでは、先ず軸受を暖めるべく、冷却水を軸受通路に流通させ、更に、軸受通路を介して空調用等のヒータに流通させる。しかしながら、このように軸受通路を介して流通する冷却水の熱量だけでは、ヒータの暖機性を確保するまでに長い時間を要してしまいかねないという技術的問題点がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、例えば内燃機関の状態に応じて、シリンダブロックやヒータ等の暖機を要する部位を効率よく暖機可能な内燃機関の冷却装置を提供することを課題とする。

本発明に係る内燃機関の冷却装置は上記課題を解決するために、気筒を内部に有する本体部、該本体部の排気ポートに接続されたエキマニ部、並びに冷媒により熱を放熱又は吸熱する熱発生手段を有する内燃機関を冷却する冷却装置であって、前記本体部の壁内又は周囲を通過する第１分岐流路、該第１分岐流路と分岐箇所にて分岐し且つ合流箇所にて合流すると共に前記エキマニ部の壁内又は周囲を通過する第２分岐流路、並びに前記熱発生手段の内部又は周囲を通過する熱交換部を有すると共に前記合流箇所から前記分岐箇所までを繋ぐ合流流路を含み、前記冷媒が流れる冷媒流路と、前記合流箇所に配置され、前記第１分岐流路から前記合流流路へ流れる前記冷媒の第１流量及び第２分岐流路から前記合流流路へ流れる前記冷媒の第２流量を増減可能な制御弁と、前記内燃機関の状態に応じて、前記第１及び第２流量の相対比率、前記第１及び第２流量の少なくとも一方、並びに前記第１及び第２流量の合計のうち、少なくとも一つを変化させるように前記制御弁を制御する制御手段とを備える。

本発明の内燃機関の冷却装置によれば、内燃機関を次のように冷却する。ここに「内燃機関」とは、本体部、エキマニ部（即ち、エキゾーストマニホールド部）、及び熱発生手段を有する。「本体部」は、例えばシリンダブロック等であって、「エキマニ部」は、例えばエキゾーストマニホールドやシリンダヘッドである。「熱発生手段」は、例えば、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラや、車内暖房用或いは空調用のヒータ等である。例えばＥＧＲクーラは、冷媒により、ＥＧＲ通路を流れる排気を冷やす役割を果たす。例えばヒータは、冷媒により、当該自動車内の空気を暖める役割を果たす。「冷媒」は、例えば冷却水等の流動体である。

内燃機関における燃焼により発生する熱は、本体部及びエキマニ部に伝えられる。この際、本体部は、例えば、シリンダブロックの壁内や、気筒の周囲を通過する第１分岐流路に冷媒が流されることで、冷却可能である。この際、第１分岐流路に冷媒が多量に流されれば流される程、本体部における冷却は促進される。

このような本体部における冷却と並行して又は相前後して、エキマニ部は、例えば、シリンダヘッドの壁内や、排気ポートの周囲を通過する第２分岐流路に冷媒が流されることで、冷却可能である。この際、第２分岐流路に冷媒が多量に流されれば流される程、エキマニ部における冷却は促進される。第２分岐流路には、典型的には、排気ポート内の上側にて、高速の排気が流れる。このため、排気ポート内の下側に比べて上側に、高温の排気が流れ易い。これにより、第２分岐流路について特に、例えば、排気ポートより上側に、排気の熱を受け取り易いように平たく構成することが望ましい。

このような本体部やエキマニ部における冷却と並行して又は相前後して、熱発生手段は、例えば、ＥＧＲクーラにおける放熱部（例えば、エバポレータ）や、ヒータにおける吸熱部（例えば、ヒータコア）等である熱交換部に冷媒が流されることで、冷却又は暖機可能である。この際、合流流路に冷媒が多量に流されれば流される程、熱発生手段における冷却又は暖機は促進される。

ここで、第２分岐流路は、第１分岐流路と分岐箇所にて分岐し且つ合流箇所にて合流し、合流流路は、合流箇所から分岐箇所までを繋ぐ。従って、制御手段による制御下で、合流箇所に配置された、例えば三方弁である制御弁によって、内燃機関の状態に応じて、第１分岐流路から合流流路へ流れる第１流量及び第２分岐流路から合流流路へ流れる第２流量を増減させれば、第１及び第２流量の相対比率、第１及び第２流量の少なくとも一方、並びに第１及び第２流量の合計のうち、少なくとも一つを変化させることができる。尚、「制御弁」は、例えば三方弁から構成され、制御手段は、例えば、プロセッサ、メモリ等を含んでなるＥＣＵ等の一部から構成される。

ここで本願発明者の研究によれば、次のことが判明している。内燃機関の始動冷間時には、燃費向上、排気浄化等の観点から、先ず内燃機関及び排気浄化触媒の暖機を優先的に行うのが望まれるが、これと並行して、乗り心地の快適さ向上の観点から、例えば冬期等に、熱発生手段の一例である車内暖房用のヒータの暖機を行うことも望まれる。このヒータの暖機に、例えば熱発生手段の一例であるＥＧＲクーラの廃熱を利用できるが、内燃機関が始動された直後では、運転状態によって少量のＥＧＲガス（即ち、吸気ポートに還流される排気）しか流用されない。このため、少量のＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラの熱量だけでは、ヒータの暖機性を確保しかねる。

そこで本発明は、上述の如く第１及び／又は第２流量を変化させることで、本体部を冷却すべき場合には、より優先して本体部を冷却でき、エキマニ部を冷却すべき場合には、より優先してエキマニ部を冷却できる。そして特に、熱発生手段を冷却又は暖機すべき場合には、本体部やエキマニ部の暖機を大なり小なり犠牲にして、熱発生手段を冷却又は暖機できる。即ち、第２分岐流路を流れる冷媒により、排気の熱を、例えばヒータの暖機に積極的に利用できる。よって、例えば、排気の熱量とＥＧＲクーラの熱量とを併せて、ヒータの暖機性を確保することが可能となる。本発明は、例えば、制御手段による制御下で、内燃機関の冷間始動時に、内燃機関及び排気浄化触媒の暖機を優先して行い、排気浄化触媒の暖機が終了されたところで、排気の熱を利用して、例えばヒータの暖機を行うことも可能となる。

例えば、「内燃機関の状態」は、内燃機関及び排気浄化触媒の暖機を優先して行う「第１段階」、例えば熱発生手段の一例であるヒータの暖機を行う「第２段階」、並びに内燃機関及び排気浄化触媒の温度を最適化する「第３段階」の３つの段階であってもよい。尚、「内燃機関の状態」は、より単純に、本体部やエキマニ部の温度或いはヒータの温度などであってもよいし、或いは、内燃機関の回転数及び負荷であってもよい。

具体的には、制御手段は、例えば、内燃機関の始動直後である上記「第１段階」で、第１及び第２流量を夫々零とし、第１及び第２分岐流路における冷媒の流れを停止する。すると、燃焼サイクルにより、第１分岐流路（即ち、本体部）及び第２分岐流路（即ち、エキマニ部）に停滞する冷媒の温度が上昇すると共に、内燃機関から排出される排気により、排気浄化触媒の暖機が行われる。よって、内燃機関及び排気浄化触媒の暖機を優先的に行うことが可能となる。

制御手段は、例えば、排気浄化触媒が暖機された後の上記「第２段階」で、第１流量を継続して零に、第２流量を所定量として、第２分岐流路からのみ冷媒を流す。すると、第２分岐流路を流れる冷媒により、排気の熱を利用して、例えばヒータの暖機を行うことができる。

制御手段は、例えば、ヒータが暖機された後の上記「第３段階」で、内燃機関の運転状態（例えば、回転数及び負荷）に応じて、第１及び第２流量の相対比率を変化させる。すると、本体部及びエキマニ部の冷媒比率が変化され、内燃機関及び排気浄化触媒の温度が最適化される。

以上のように、内燃機関の状態に応じて、第１及び／又は第２流量を変化させることで、内燃機関、排気浄化触媒、及び例えばヒータ等の熱発生手段の暖機を段階的に行うことができる。これにより、内燃機関、排気浄化触媒、及び熱発生手段の各部を、一斉に暖機する場合より効率よく暖機することができる。また、熱発生手段の暖機に、排気の熱を利用するので、燃費を向上させることができる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置の一態様では、前記制御手段は、前記状態として前記内燃機関の機関冷間時からの暖機状態に応じて、前記少なくとも一つを変化させるように前記制御弁を制御する。

この態様によれば、「機関冷間時からの暖機状態」は、例えば、上述した３つの段階であり、各段階で第１及び／又は第２流量を変化させることで、内燃機関、排気浄化触媒、及び熱発生手段の各部を効率よく暖機することができる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置の他の態様では、前記制御手段は、前記内燃機関の冷間始動後に、前記第１及び前記第２流量を夫々零とするように前記制御弁を制御する。

この態様によれば、冷間始動後に、第１及び第２分岐流路における冷媒の流れを停止する。この停止時間は、例えば数秒、十数秒、数十秒などである。これにより、本体部及びエキマニ部に停滞する冷媒の温度、並びに内燃機関から排出される排気が導かれる排気浄化触媒（例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒やＥＧＲ触媒）の温度を早期に上昇させることができる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置の他の態様では、前記内燃機関は、前記エキマニ部又は前記エキマニ部に接続された排気通路に配置されており、前記排気を浄化する排気浄化触媒を更に有し、前記熱発生手段は、前記排気浄化触媒を冷却する触媒冷却手段を含み、前記制御手段は、前記状態を示す指標としての前記排気浄化触媒の触媒温度が、第１温度閾値を超えた場合に、前記第２分岐流路からのみ前記冷媒が流れるように前記制御弁を制御する。

この態様によれば、「排気浄化装置」は、例えばＥＧＲ触媒であって、この場合に、「触媒冷却手段」は、例えばＥＧＲクーラである。具体的には、触媒温度が第１温度閾値を超えた場合に、ＥＧＲ触媒の暖機が終了した（言い換えれば、ＥＧＲ触媒が活性状態となった）として、第２分岐流路からのみ冷媒が流される。この冷媒により、例えばヒータ等の熱発生手段の暖機を行うことができる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置の他の態様では、前記制御手段は、前記状態を示す指標としての前記第１分岐流路を流れる前記冷媒の温度が、第２温度閾値を超えた場合に、前記第１及び第２分岐流路の両者から前記冷媒が流れるように前記制御弁を制御する。

この態様によれば、具体的には、本体部における冷媒の温度が第２温度閾値を超えた場合に、例えばヒータ等の熱発生手段が暖機された（言い換えれば、熱発生手段の暖機に十分な冷媒の温度まで上昇した）として、第１及び第２分岐流路から冷媒が流れる。この冷媒により、内燃機関及び排気浄化触媒（言い換えれば、排気）を冷却することができる。

この態様では、前記制御手段は、前記状態として前記内燃機関の回転数及び負荷に応じて、前記相対比率を変更するように前記制御弁を制御してもよい。

このように構成すれば、「負荷」は、例えばトルクや空気充填率であって、回転数に比例する。相対比率は、例えば回転数対空気充填率の関係を示すマップに基づいて設定される。「空気充填率」は、例えば燃焼室内に充填或いは吸入される空気の率若しくは割合である。典型的には、回転数の高く、且つ空気充填率が高い程、排気の温度が高くなる。具体的には、例えば回転数が低く、空気充填率が少ない場合に、第１流量対第２流量が９対１となり、回転数が高く、空気充填率が高い場合に、８対２となる。このように、排気の温度が高い程、第２流量の比率を高め、排気浄化触媒（言い換えれば、排気）を冷却するための冷媒の流量を増大させることで、内燃機関及び排気浄化触媒の冷却を適切に行うことができる。従って、例えば、内燃機関における高回転及び高負荷の運転領域（即ち、ラムダ領域）で、内燃機関及び排気浄化触媒の冷却が適切に行われれば、ラムダ領域の拡大を図ると共に、排気浄化触媒の温度過上昇に対応して燃料噴射量が増大されることがないので、燃費をより向上させることができる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置の他の態様では、前記内燃機関は、前記エキマニ部又は前記エキマニ部に接続された排気通路から前記内燃機関の吸気側へ連通するＥＧＲ通路を更に有し、前記熱発生手段は、前記ＥＧＲ通路を冷却するＥＧＲクーラを含む。

この態様によれば、ＥＧＲ通路は、典型的には、内燃機関から排出される排気の一部を、内燃機関の吸気系に還流させる。ＥＧＲクーラは、ＥＧＲ通路により還流される排気の一部を冷却する。これにより、冷媒流路においてＥＧＲクーラより下流に配置されるヒータ等の熱発生手段を、排気の熱に加えてＥＧＲクーラの廃熱を利用して、暖機することができる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置の他の態様では、前記本体部及び前記エキマニ部は、一体に構成されている。

この態様によれば、エキマニ部において、第２分岐流路を、例えば排気ポートより上側に近接して配置することで、冷媒により、排気の熱を効率よく吸熱することができる。尚、「一体に構成されている」とは、同一材料から連続的に構成されている又は異なる材料から夫々形成された上で強固に接着されており、少なくとも本体部及びエキマニ部間における熱伝導が空気を介することなく行われるように構成されていることを意味する。

本発明に係る内燃機関の冷却装置の他の態様では、前記制御弁は、三方弁であり、前記制御手段は、前記状態に応じて、前記三方弁を切り換える。

この態様によれば、三方弁は、例えば、第１分岐流路と合流流路とを接続する位置、第２分岐流路と合流流路とを接続する位置、第１分岐流路と第２分岐流路と合流流路とを接続する位置、どの流路間も接続しない位置との４つの位置に切り替わる。また三方弁は、例えば各位置で、第１及び／又は第２流量を変更可能である。これにより、簡単且つ確実にして、内燃機関及び排気浄化触媒（言い換えれば、排気）を冷却するための冷媒の流量を変更でき、これにより、内燃機関及び排気浄化触媒の冷却を適切に行うことができる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置の他の態様では、前記本体部の壁内又は周囲を通過し、前記冷媒流路と部分的に並列に接続され且つ前記合流流路の一部と共に循環経路を構築し、前記冷媒が流れる主流路と、前記主流路の途中に配置されており、前記冷媒により外部と熱交換する熱交換手段と、前記循環経路の途中に配置されており、前記冷媒を循環させるポンプ手段と、前記主流路と前記合流流路とが合流する箇所に配置されたサーモスタットとを更に備える。

この態様によれば、「主流路」には、例えば冷媒流路の上流から、ポンプ手段、本体部、熱交換手段、及びサーモスタットが配置されている。「ポンプ手段」は、例えばウォーターポンプであって、「熱交換手段」は、例えばラジエータである。「サーモスタット」は、例えばボトムバイパスフロー式で冷媒を循環させる。サーモスタットは、例えば、上述した第２及び第３段階で、合流流路を流れる冷媒を循環させるように、合流流路に配置された水路を開いている。サーモスタットは、例えば、上述した第３段階で、冷媒の温度が規定温度で主流路に配置された水路を開閉し、主流路と合流流路とを合流させる。この合流により、熱交換手段を通過した冷媒をポンプ手段に送ることで、内燃機関の温度を最適化することができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。

以下、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

先ず、実施形態に係る内燃機関の冷却装置の構成について図１及び図２を参照して説明する。ここに図１は、実施形態に係る内燃機関の冷却装置の概要を示す概略的平面図であり、図２は、図１に示された第２分岐流路の配置を示す断面図である。

図１において、実施形態に係る内燃機関１０の冷却装置１００は、内燃機関１０、ＥＧＲ触媒３１、及びヒータ２７の温度を最適化するために、循環経路１、及びＥＣＵ４０を備える。循環経路１は、主流路２、第１分岐流路３、第２分岐流路４、及び合流流路５を含む冷媒流路である。ＥＣＵ４０は、これら４つの流路２〜５に配置されている内燃機関１０を含む各部を、総括的に制御する。各流路２〜５内の矢印は、本実施形態に係る「冷媒」の一例である冷却水が流動する方向を示す。

図２において、内燃機関１０は、希薄燃焼エンジンであり、シリンダヘッドを含む本体部１１、及びエキマニ上部１４を含んでいる。本体部１１は、複数の気筒１２を備えており、各気筒１２の内部に、ピストン１３を配置すると共に、各気筒１２の壁内に、主流路２、及び第１分岐流路３を通している。各気筒１２は、ペントルーフ型の燃焼室を有しており、この燃焼室には、インテークマニホールド（吸気ポート）１５、エキゾーストマニホールド（排気ポート）１６、スパークプラグ１７、及び不図示の燃料通路が連結されている。インテークマニホールド１５、エキゾーストマニホールド１６及び燃料通路が連結される箇所には、不図示の吸気弁、排気弁、及び噴射弁が夫々配置されている。エキゾーストマニホールド１６及びインテークマニホールド１５には、後述するＥＧＲ通路１８が連結されている。

図１に示すように、主流路２には、上流側から順に、ウォーターポンプ２１、ラジエータ２２、及びサーモスタット２３が配置されている。主流路２は、本体部１１において、気筒１２の壁内を通過する。

ウォーターポンプ（以下、「Ｗ／Ｐ」と言う）２１は、本実施形態に係る「ポンプ手段」の一例として、主流路２に沿って冷却水を圧送する（言い換えれば、循環させる）。

ラジエータ２２は、本実施形態に係る「熱交換手段」の一例として、本体部１１により暖められた冷却水の放熱を行う。放熱により冷やされた冷却水は、サーモスタット２３に流れる。

サーモスタット２３は、主流路２と合流流路５とが合流する合流箇所Ｐ２に配置されており、不図示のバルブを備える。バルブは、規定温度で開閉する。サーモスタット２３は、該バルブの開閉により、主流路２及び／或いは合流流路５を流れる冷却水の温度を調整可能である。サーモスタット２３は、バルブが開かれた状態で、冷却水をＷ／Ｐ２１に戻す（即ち、主流路２に循環させる）。

循環流路１は、分岐箇所Ｐ１で、第１及び第２分岐流路３，４に分岐され、合流箇所Ｐ２で再び合流される。合流箇所Ｐ２には、三方弁２４が配置されている。第１及び第２分岐流路３，４は、主流路２と部分的に並列に接続されている。

第１分岐流路３は、主流路２と同様に、本体部１１において、気筒１２の壁内を通過する。本体部１１を通過した冷却水は、三方弁２４に流れる。第１分岐流路３において本体部１１と三方弁２４の間には、冷却水温度測定部３０が配置されている。冷却水温度測定部３０は、冷却水の温度Ｗ１を測定し、ＥＣＵ４０に測定結果を送る。

図２に示すように、第２分岐流路４は、エキゾーストマニホールド１６の上部を通過するように、エキマニ上部１４に配置されている。エキマニ上部１４は、本実施形態に係る「エキマニ部」の一例として、本体部１１と一体に構成されている。エキマニ上部４を通過した冷却水は、三方弁２４に流れる。

三方弁２４は、不図示の２つの弁、及び不図示のアクチュエータを備える。三方弁２４は、アクチュエータを駆動して各弁の開度を変更することで、第１分岐流路３と合流流路５とを接続する第１接続位置、第２分岐流路４と合流流路５とを接続する第２接続位置、第１分岐流路３と第２分岐流路４と合流流路５とを接続する第３接続位置、及びどの流路間も接続しない第４接続位置の４つの接続位置に切り替わる。また、三方弁２４は、本実施形態では更に、第３接続位置で、第１分岐流路３から合流流路５に流れる冷却水流量である第１流量Ｆ１、及び第２分岐流路４から合流流路５に流れる冷却水流量である第２流量Ｆ２の相互比率を変更可能である。三方弁２４を通過した冷却水は、ＥＧＲクーラ２６に流れる。

合流流路５は、合流箇所Ｐ３から分岐箇所Ｐ１までを繋ぐ流路である。合流流路５には、上流側から順に、ＥＧＲクーラ２６、ヒータ２７、上述したサーモスタット２３、及び上述したＷ／Ｐ２１が配置されている。

ＥＧＲクーラ２６は、本実施形態に係る「熱発生手段」の一例として、ＥＧＲ通路１８に配置されている。図２に示すように、ＥＧＲ通路１８は、エキゾーストマニホールド１６から、インテークマニホールド１５に連通しており、内燃機関１０からの排気の一部を還流させる。

ＥＧＲ通路１８においてＥＧＲクーラ２６より上流には、ＥＧＲ触媒３１が配置されている。ＥＧＲ触媒３１は、ＥＧＲ通路１８を流れる排気を浄化する。ＥＧＲ触媒３１は、触媒フィルタ、及び触媒温度測定部３２を備える。触媒温度測定部３２は、触媒フィルタの温度Ｃ１を測定し、ＥＣＵ４０に測定結果を送る。

ＥＧＲクーラ２６は、本実施形態に係る「熱交換部」の一例である不図示のエバポレータを備える。合流流路５は、ＥＧＲクーラ２６において、該エバポレータの周囲を通過する。ＥＧＲクーラ２６は、冷却水により、高温の排気により暖められたＥＧＲ通路１８を冷却する。この冷却により暖められた冷却水は、ヒータ２７に流れる。

ヒータ２７は、本実施形態に係る「熱発生手段」の一例として、内燃機関１０を備える車両の室内温度を変更可能である。ヒータ２７は、本実施形態に係る「熱交換部」の一例である不図示のヒータコアを備える。合流流路５は、ヒータ２７において、該ヒータコアの周囲を通過する。ヒータ２７は、冷却水により、ヒータコアの暖機を行う。この暖機により冷やされた冷却水は、サーモスタット２３、及びＷ／Ｐ２１を介して分岐箇所Ｐ１に到達される。

ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の機関冷間時からの暖機状態に応じて、三方弁２４の接続位置及び冷却水流量を切り替え可能である。ＥＣＵ４０は、機関冷間時からの暖機状態を、「暖機初期」、「暖機中盤」及び「暖機終了」の３つの段階に予め設定している。ＥＣＵ４０は、判定部４０ａを備えており、判定部４０ａにより、触媒温度測定部３２によって測定されるＥＧＲ触媒３１の温度、及び冷却水温度測定部３０によって測定される冷却水の温度の２つの指標に基づいて、３つの段階間の移行を判定する。尚、ＥＣＵ４０は、三方弁２４の制御に併せて、内燃機関１０の状態（即ち、３つの段階、及び運転状態）に応じて、Ｗ／Ｐ２１及びサーモスタット２３を制御し、本体部１１、ＥＧＲ触媒３１、及びヒータ２７の温度を最適化する。

次に、３つの段階、及び各段階における三方弁２４の制御について図３を参照して具体的に説明する。ここで図３は、本実施形態に係る第１及び第２流量の相対比率を決定するためのマップである。

３つの段階のうち「暖機初期」段階は、冷間時に、内燃機関１０が始動されてから、ＥＧＲ触媒３１の温度Ｃ１が第１温度閾値Ｃ０以下であるまでの時期である。この時期に、ＥＣＵ４０により、三方弁２４が第４接続位置に切り替えられ、第１流量Ｆ１及び第２流量Ｆ２が夫々零にされる。

「暖機初期」段階から移行される「暖機中盤」段階は、ＥＧＲ触媒３１の温度Ｃ１が第１温度閾値Ｃ０を超えた時点から、冷却水の温度Ｗ１が第２温度閾値Ｗ０以下であるまでの時期である。この時期に、ＥＣＵ４０により、三方弁２４が第２接続位置に切り替えられ、第１流量Ｆ１が引き続き零にされ、第２流量Ｆ２が所定量に設定される。

「暖機中盤」段階から移行される「暖機終了」段階は、冷却水の温度Ｗ１が第２温度閾値Ｗ０を超えた時点以後である。この時期に、ＥＣＵ４０により、三方弁２４が第３接続位置に切り替えられ、全冷媒流路２〜５（即ち、循環流路１）に冷却水が流される。尚、第１及び第２流量Ｆ１，Ｆ２が、図３に示されるエキマニ上部冷却水比率マップに基づいて決定されてもよい。

図３において、エキマニ上部冷却水比率マップでは、横軸に回転数（ｒｐｍ）が、縦軸に空気充填率（ＫＬ）（言い換えれば、トルク）が設定されており、これら回転数及び空気充填率の関数として、エキマニ上部冷却水流量比率の各領域を区分する等排気温度線が示されている。該マップでは、回転数の高く、且つ空気充填率が高い程、排気の温度が高くなるために、本体部１１を通過する第１流量Ｆ１に対して、エキマニ上部１４を通過する第２流量Ｆ２の比率が増大される。即ち、エキマニ上部１４（第２分岐流路４）から、ＥＧＲクーラ２６及びヒータ２７（合流流路５）に流れる第２流量Ｆ２が、排気の温度が高くなるに連れて多くなる。本実施形態では、例えば空気充填率が比較的低い場合に、第１流量Ｆ１対第２流量Ｆ２が、９０対１０の比率となる。また、空気充填率が比較的高い場合に、第１流量Ｆ１対第２流量Ｆ２が、８０対２０の比率となる。
（第１制御処理）
次に、本実施形態に係る制御手段による制御弁の第１制御処理について図４を参照して説明する。ここで図４は、本実施形態に係る制御弁の第１制御処理を示すフローチャートである。第１制御処理では、３つの段階に応じて、三方弁２４が切り替えられ、第１及び第２流量Ｆ１，Ｆ２の合計が変化する。

図４において、ＥＣＵ４０により、先ず内燃機関１０が始動したか否かが判定され（ステップＳ５１）、内燃機関１０が始動していない場合に（ステップＳ５１：ＮＯ）、内燃機関１０が始動されるまで待機状態となる。一方、内燃機関１０が始動されると（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、冷却水温度測定部３０により測定された冷却水の温度Ｗ１が第２温度閾値Ｗ０より低いか否かが判定される（ステップＳ５２）。この判定の結果により、第２温度閾値Ｗ０より高い場合に（ステップＳ５２：ＮＯ）、ステップＳ５７の処理が実行される。

一方、ステップＳ５２の判定の結果、冷却水の温度Ｗ１が第２温度閾値Ｗ０より低い場合に（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、「暖機初期」段階として、Ｗ／Ｐ２１が停止される（ステップＳ５３）。この際、第１流量Ｆ１及び第２流量Ｆ２が夫々零となる。続いて、触媒温度測定部３２により測定された触媒温度Ｃ１が第１温度閾値Ｃ０より高いか否かが判定され（ステップＳ５４）、触媒温度Ｃ１が第１温度閾値Ｃ０より低い場合に（ステップＳ５４：ＮＯ）、触媒温度Ｃ１が第１温度閾値Ｃ０より高くなるまで待機状態となる。

一方、ステップＳ５４の判定の結果、触媒温度Ｃ１が第１温度閾値Ｃ０より高い場合に（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、「暖機中盤」段階として、Ｗ／Ｐ２１が作動され、エキマニ上部１４を通過する第２分岐流路４にのみ冷却水が流される（ステップＳ５５）。続いて再度、冷却水温度測定部３０による冷却水の温度Ｗ１が第２温度閾値Ｗ０より高いか否かが判定される（ステップＳ５６）。この判定の結果、第２温度閾値Ｗ０より低い場合に（ステップＳ５６：ＮＯ）、ステップＳ５５の処理（即ち、第２分岐流路４にのみ冷却水を流す）が継続的に実行される。

一方、ステップＳ５６の判定の結果、冷却水の温度Ｗ１が第２温度閾値Ｗ０より高い場合に（ステップＳ５６：ＹＥＳ）、「暖機終了」段階として、全冷媒流路２〜５に冷却水が流される（ステップＳ５７）。これにより、一例の第１制御処理が終了される。

このように、内燃機関１０の３つの段階に応じて、第１及び／又は第２流量Ｆ１，Ｆ２を変化させることで、内燃機関１０、ＥＧＲ触媒３１、及びヒータ２７の暖機を段階的に行うことができる。これにより、内燃機関１０、ＥＧＲ触媒３１、及びヒータ２７の各部を効率よく暖機することができる。
（第２制御処理）
次に、本実施形態に係る制御手段による制御弁の第２制御処理について図５を参照して説明する。ここで図５は、本実施形態に係る制御弁の第２制御処理を示すフローチャートである。第２制御処理では、「暖機終了」段階において、内燃機関１０の回転数及び空気充填率に応じて、第１及び第２流量Ｆ１，Ｆ２の相対比率が変化する。

図５において、第１制御処理と同様にして、ＥＣＵ４０により、先ず内燃機関１０が始動されると（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、第１分岐流路３を流れる冷却水の温度Ｗ１が第２温度閾値Ｗ０より低いか否かが判定され（ステップＳ５２）、第２温度閾値Ｗ０より低い場合に（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、「暖機初期」段階として、Ｗ／Ｐ２１が停止される（ステップＳ５３）。続いて、ＥＧＲ触媒３１の触媒温度Ｃ１が第１温度閾値Ｃ０より高いか否かが判定され（ステップＳ５４）、第１温度閾値Ｃ０より高い場合に（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、「暖機中盤」段階として、Ｗ／Ｐ２１が作動され、第２分岐流路４にのみ冷却水が流される（ステップＳ５５）。続いて再度、冷却水の温度Ｗ１が第２温度閾値Ｗ０より高いか否かが判定される（ステップＳ５６）。

このステップＳ５６の判定の結果、冷却水の温度Ｗ１が第２温度閾値Ｗ０より高い場合に（ステップＳ５６：ＹＥＳ）、「暖機終了」段階として、内燃機関の回転数及び空気充填率が読み込まれ（ステップＳ６１）、これら回転数及び空気充填率に基づいて、図３のエキマニ上部冷却水比率マップから、第１流量Ｆ１に対する第２流量Ｆ２の比率が読み込まれる（ステップＳ６２）。続いて、読み込まれた比率に対応して、三方弁２４の弁開度が切り替えられ、該比率に対応する第１及び第２流量Ｆ１，Ｆ２の冷却水が流される（ステップＳ６３）。これにより、一連の第２制御処理が終了される。

このように、排気の温度が高い程、第２流量Ｆ２の比率を高め、排気（言い換えれば、ＥＧＲ触媒３１）を冷却するための冷却水の流量を増大させるので、内燃機関１０及びＥＧＲ触媒３１の冷却を適切に行うことができる。従って、ラムダの領域が拡大され、燃費をより向上させることができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能である。

実施形態に係る内燃機関の冷却装置を示す概要的なブロック図である。 図１のエキマニ部における第２分岐流路を示す断面図である。 実施形態における第１流量に対する第２流量の比率を示す関数である。 実施形態における制御弁の第１制御処理を示すフローチャートである。 実施形態における制御弁の第２制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

３…第１分岐流路、４…第２分岐流路、５…合流流路、１０…内燃機関、１１…本体部、１４…エキマニ上部、２４…三方弁、４０…ＥＣＵ、１００…冷却装置

Claims (10)

1. 気筒を内部に有する本体部、該本体部の排気ポートに接続されたエキマニ部、並びに冷媒により熱を放熱又は吸熱する熱発生手段を有する内燃機関を冷却する冷却装置であって、
   前記本体部の壁内又は周囲を通過する第１分岐流路、該第１分岐流路と分岐箇所にて分岐し且つ合流箇所にて合流すると共に前記エキマニ部の壁内又は周囲を通過する第２分岐流路、並びに前記熱発生手段の内部又は周囲を通過する熱交換部を有すると共に前記合流箇所から前記分岐箇所までを繋ぐ合流流路を含み、前記冷媒が流れる冷媒流路と、
   前記合流箇所に配置され、前記第１分岐流路から前記合流流路へ流れる前記冷媒の第１流量及び第２分岐流路から前記合流流路へ流れる前記冷媒の第２流量を増減可能な制御弁と、
   前記内燃機関の状態に応じて、前記第１及び第２流量の相対比率、前記第１及び第２流量の少なくとも一方、並びに前記第１及び第２流量の合計のうち、少なくとも一つを変化させるように前記制御弁を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記制御手段は、前記状態として前記内燃機関の機関冷間時からの暖機状態に応じて、前記少なくとも一つを変化させるように前記制御弁を制御す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. 前記制御手段は、前記内燃機関の冷間始動後に、前記第１及び前記第２流量を夫々零とするように前記制御弁を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却装置。
4. 前記内燃機関は、前記エキマニ部又は前記エキマニ部に接続された排気通路に配置されており、前記排気を浄化する排気浄化触媒を更に有し、
   前記熱発生手段は、前記排気浄化触媒を冷却する触媒冷却手段を含み、
   前記制御手段は、前記状態を示す指標としての前記排気浄化触媒の触媒温度が、第１温度閾値を超えた場合に、前記第２分岐流路からのみ前記冷媒が流れるように前記制御弁を制御する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置。
5. 前記制御手段は、前記状態を示す指標としての前記第１分岐流路を流れる前記冷媒の温度が、第２温度閾値を超えた場合に、前記第１及び第２分岐流路の両者から前記冷媒が流れるように前記制御弁を制御する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置。
6. 前記制御手段は、前記状態として前記内燃機関の回転数及び負荷に応じて、前記相対比率を変更するように前記制御弁を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の冷却装置。
7. 前記内燃機関は、前記エキマニ部又は前記エキマニ部に接続された排気通路から前記内燃機関の吸気側へ連通するＥＧＲ通路を更に有し、
   前記熱発生手段は、前記ＥＧＲ通路を冷却するＥＧＲクーラを含む
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置。
8. 前記本体部及び前記エキマニ部は、一体に構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置。
9. 前記制御弁は、三方弁であり、
   前記制御手段は、前記状態に応じて、前記三方弁を切り換える
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置。
10. 前記本体部の壁内又は周囲を通過し、前記冷媒流路と部分的に並列に接続され且つ前記合流流路の一部と共に循環経路を構築し、前記冷媒が流れる主流路と、
    前記主流路の途中に配置されており、前記冷媒により外部と熱交換する熱交換手段と、
    前記循環経路の途中に配置されており、前記冷媒を循環させるポンプ手段と、
    前記主流路と前記合流流路とが合流する箇所に配置されたサーモスタットと
    を更に備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置。

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