JP2010144600A - 冷却水通流制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水冷式のインタクーラ及びＥＧＲ装置を効率よく機能させることができる冷却水通流制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン５０に吸入される吸気を冷却するインタクーラ３０と、エンジン５０から排出されて再びエンジン５０に吸入される排気再循環ガスを冷却する排気再循環ガスクーラ２０とに冷却水を供給するための冷却水流路１０を含む冷却水通流制御装置において、冷却水流路１０は途中で一旦分岐した後再び集合し、インタクーラ３０は冷却水流路１０の一方の分岐流路１２に設けられ、排気再循環ガスクーラ２０は冷却水流路１０の他方の分岐流路１１に設けられ、冷却水流路１０の分岐部分に設けられ冷却水流路１０を流れる冷却水が排気再循環ガスクーラ２０及びインタクーラ３０に分配される流量を調整する流量調整弁４０をさらに備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、冷却水通流制御装置に関する。

エンジンから排出されて再びエンジンに吸入される排気再循環(exhaust gas recirculation(以下適宜「ＥＧＲ」と称す))ガスを冷却するＥＧＲクーラと、吸気を冷却するインタクーラと、が設けられたエンジンが知られている(特許文献１参照)。特許文献１のエンジンでは、エンジン運転停止後に一定時間、クーラントをインタクーラ、ＥＧＲ装置の順に電動ポンプで循環させることで、ＥＧＲ装置及びインタクーラの過熱を防止している。
特開２００１−３７４７号公報

ところで本件発明者は、水冷式のインタクーラ及びＥＧＲ装置を効率よく機能させる装置について日夜研究している。しかしながら、クーラントをインタクーラ、ＥＧＲ装置の順に供給する従来装置では、インタクーラ及びＥＧＲ装置を効率よく冷却することができないことが知見された。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、水冷式のインタクーラ及びＥＧＲ装置を効率よく機能させることができる冷却水通流制御装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、エンジン(５０)に吸入される吸気を冷却するインタクーラ(３０)と、エンジン(５０)から排出されて再びエンジン(５０)に吸入される排気再循環ガスを冷却する排気再循環ガスクーラ(２０)とに冷却水を供給するための冷却水流路(１０)を含む冷却水通流制御装置において、前記冷却水流路(１０)は、途中で一旦分岐した後再び集合し、前記インタクーラ(３０)は 前記冷却水流路(１０)の一方の分岐流路(１２)に設けられ、前記排気再循環ガスクーラ(２０)は、前記冷却水流路(１０)の他方の分岐流路(１１)に設けられ、前記冷却水流路(１０)の分岐部分に設けられ、冷却水流路(１０)を流れる冷却水が、前記排気再循環ガスクーラ(２０)及び前記インタクーラ(３０)に分配される流量を調整する流量調整弁(４０)をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、２つに分かれた分岐流路の一方に排気再循環ガスクーラを設け、分岐流路の他方にインタクーラを設けた冷却水の並列流路において、流量調整弁によって排気再循環ガスクーラ及びインタクーラに分配される冷却水量を調整するようにしたので、エンジンの運転状態に応じて、排気再循環ガスクーラ及びインタクーラを適切に冷却することができる。そして両者の冷却系統が共用されているので、効率よく冷却可能である。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による冷却水通流制御装置の実施形態の全体構成図である。

冷却水通流制御装置１は、冷却水流路１０と、ＥＧＲクーラ２０と、インタクーラ３０と、流量調整弁４０と、を有する。

冷却水流路１０は、ラジエータ５１を介して循環する冷却水が流れる。冷却水流路１０は、途中で一旦分岐流路１１及び分岐流路１２に分岐した後再び集合する。冷却水流路１０の合流流路にはラジエータ５１と、リザーバタンク５２と、ウォータポンプ５３と、が設けられる。ラジエータ５１は循環する冷却水から熱を放熱する。なお図示を省略するが放熱の必要がなければラジエータ５１を迂回するバイパス流路も設けられている。リザーバタンク５２は冷却水流路１０を流れる冷却水のうち余剰の冷却水を一時的に貯留する。ウォータポンプ５３は冷却水を圧送する。

ＥＧＲクーラ２０は、一方の分岐流路１１に設けられる。ＥＧＲクーラ２０は、エンジン５０から排出されて再びエンジン５０に導入されるＥＧＲガスを冷却する。

インタクーラ３０は、他方の分岐流路１２に設けられる。インタクーラ３０は、ターボチャージャ(不図示)で圧縮昇温された空気を冷却する。

流量調整弁４０は、冷却水流路１０の分岐部分に設けられる。流量調整弁４０は、冷却水流路１０を流れる冷却水が、ＥＧＲクーラ２０及びインタクーラ３０に分配される流量を調整する。流量調整弁４０は、たとえば図１に示すような回動弁である。流量調整弁４０は、図１の実線の状態であれば分岐流路１２を閉弁するとともに分岐流路１１を開弁する。また流量調整弁４０は、図１の破線の状態であれば分岐流路１１を閉弁するとともに分岐流路１２を開弁する。さらに流量調整弁４０は、図１の実線と破線との中間開度に開いて、分岐流路１１及び分岐流路１２に分配される冷却水量を調整することも可能である。

ここで本発明による制御内容の要旨を説明する。本件発明者は、ＥＧＲ装置及びインタクーラを効率よく機能させる装置について日夜研究している。そして本件発明者は、ＥＧＲ装置の放熱が要求されるエンジンの運転状態と、インタクーラの放熱が要求されるエンジンの運転状態と、が異なる点に着目した。すなわちＥＧＲ装置では、主に低回転低負荷のエンジン運転状態において放熱が要求される。一方、インタクーラでは、主に高回転高負荷のエンジン運転状態において放熱が要求される。そこでエンジン運転状態に応じて冷却水の通流経路を変更できれば、ＥＧＲ装置及びインタクーラを効率よく冷却できるとの知見を得たのである。以下ではこのような技術思想を実現する制御内容についてフローチャートに沿って説明する。

図２は、本発明による冷却水通流制御装置の第１実施形態の制御内容を説明するメインフローチャートである。

ステップＳ１１においてコントローラは、エンジントルクＴ及びエンジン回転速度Ｎを検出する。

ステップＳ１２においてコントローラは、検出したエンジントルクＴ及びエンジン回転速度Ｎを、あらかじめＲＯＭに格納された図４に示す特性のマップに適用してエンジン運転域がインタクーラ優先放熱域であるか否かを判定する。インタクーラ優先放熱域であればステップＳ１３に処理を移行し、そうでなければステップＳ１４に処理を移行する。なお図４の特性マップはあらかじめ実験を通じて設定されている。

ステップＳ１３においてコントローラは、インタクーラ優先放熱制御を実行する。具体的な内容は後述する。

ステップＳ１４においてコントローラは、ＥＧＲクーラ優先放熱制御を実行する。具体的な内容は後述する。

図３は優先放熱制御の具体的な制御内容を示すフローチャートである。

インタクーラ優先放熱制御においてはコントローラは図３(Ａ)のように制御する。すなわちステップＳ１３１においてコントローラは、分岐流路１１を閉弁するとともに分岐流路１２を開弁するように流量調整弁４０を制御する。このようにすれば冷却水は、インタクーラ３０には流れるがＥＧＲクーラ２０には流れない。

ＥＧＲクーラ優先放熱制御においてはコントローラは図３(Ｂ)のように制御する。すなわちステップＳ１４１においてコントローラは、分岐流路１１を開弁するとともに分岐流路１２を閉弁するように流量調整弁４０を制御する。このようにすれば冷却水は、ＥＧＲクーラ２０には流れるがインタクーラ３０には流れない。

図４は、エンジン運転域がインタクーラ優先放熱域であるか否かを判定するための特性マップの一例を示す図である。

横軸のエンジン回転速度は右側ほど大である。縦軸のエンジントルクは上側ほど大である。図中の網掛領域ＢがＥＧＲクーラに要求される放熱量のピーク領域である。図中の網掛領域Ｃがインタクーラに要求される放熱量のピーク領域である。図中の太線Ａを境界にして網掛領域Ｂ側の左下領域がＥＧＲクーラ優先放熱域であり、網掛領域Ｃ側の右上領域がインタクーラ優先放熱域である。この図４の特性マップは、仕様ごとにあらかじめ実験を通じて設定しておけばよいが、基本的な技術思想については図５を参照して説明する。

図５は図４の特性マップの設定方法を説明する図である。

図５(Ａ−１)はエンジンの運転状態におけるＥＧＲ率の設定例を示す図である。図中の曲線がＥＧＲ率一定線であり、不設定の値は前後の値に基づいて補間して設定される。図５(Ａ−１)に示すようにエンジンの運転状態に応じてＥＧＲ率が設定される。図５(Ａ−１)の斜線領域Ａは、ＥＧＲ率のピーク領域である。そしてＥＧＲ率は低回転低負荷側ほど高く高回転高負荷側ほど低くなる。ＥＧＲ率が高いほどＥＧＲクーラに要求される放熱量が大きくなる。そこで図５(Ａ−１)に基づいてＥＧＲクーラに要求される放熱量をマップ化したのが図５(Ｂ−１)である。ＥＧＲクーラに要求される放熱量は、図５(Ｂ−１)に示すようにエンジンの運転状態に応じて設定される。図５(Ｂ−１)の網掛領域Ｂは、ＥＧＲクーラに要求される放熱量のピーク領域である。そしてＥＧＲクーラに要求される放熱量は低回転低負荷側ほど大きく高回転高負荷側ほど小さくなる。

また図５(Ａ−２)はエンジンの運転状態における過給圧の設定例を示す図である。図中の曲線が過給圧一定線であり、不設定の値は前後の値に基づいて補間して設定される。図５(Ａ−２)に示すようにエンジンの運転状態に応じて過給圧が設定される。図５(Ａ−２)の斜線領域Ａは、過給圧のピーク領域である。そして過給圧は低回転低負荷側ほど低く高回転高負荷側ほど高くなる。過給圧が高いほどインタクーラに要求される放熱量が大きくなる。そこで図５(Ａ−２)に基づいてインタクーラに要求される放熱量をマップ化したのが図５(Ｂ−２)である。インタクーラに要求される放熱量は、図５(Ｂ−２)に示すようにエンジンの運転状態に応じて設定される。図５(Ｂ−２)の網掛領域Ｂは、インタクーラに要求される放熱量のピーク領域である。そしてインタクーラに要求される放熱量は低回転低負荷側ほど小さく高回転高負荷側ほど大きくなる。

以上を踏まえてＥＧＲクーラ及びインタクーラに要求される放熱量をマップ化したのが図５(Ｃ)である。ラインＡを境界にして低回転低負荷側ではＥＧＲクーラに要求される放熱量が大きくなる。ラインＡを境界にして高回転高負荷側ではインタクーラに要求される放熱量が大きくなる。このような技術思想に基づいて、前述の図４ではラインＡを境界にして低回転低負荷側の領域をＥＧＲクーラ優先放熱域とし、高回転高負荷側の領域をインタクーラ優先放熱域としたのである。

図６は、本発明による冷却水通流制御装置の第１実施形態の作用を説明する図である。

本実施形態によれば、エンジンが高回転高負荷運転状態では、流量調整弁４０は、図６(Ａ)に示すように分岐流路１１を閉弁するとともに分岐流路１２を開弁する。すると冷却水は、図６(Ａ)に白抜矢印で示されたようにインタクーラ３０には流れるがＥＧＲクーラ２０には流れない。したがって吸気を積極的に冷却することができ、過給圧を高めることができる。なお本実施形態においては高回転高負荷運転ではＥＧＲを停止する。したがってＥＧＲクーラ２０を冷却する必要がない。

またエンジンが低回転低負荷運転状態では、流量調整弁４０は、図６(Ｂ)に示すように分岐流路１１を開弁するとともに分岐流路１２を閉弁する。すると冷却水は、図６(Ｂ)に白抜矢印で示されたようにＥＧＲクーラ２０には流れるがインタクーラ３０には流れない。したがってＥＧＲガスを積極的に冷却することができ、ＥＧＲ率を高めることができる。なお本実施形態においては低回転低負荷運転ではほとんど過給しない。したがってインタクーラ３０を冷却する必要がない。

また本実施形態では、冷却水流路１０は、途中で一旦分岐流路１１及び分岐流路１２に分岐した後再び集合する。そして分岐流路１１にＥＧＲクーラ２０を設け、分岐流路１２にインタクーラ３０を設ける。このようにＥＧＲクーラ２０及びインタクーラ３０を並列接続する。このようにすることで圧力損失を低減できる。すなわちＥＧＲクーラ２０の圧力損失をΔＰ１、インタクーラ３０の圧力損失をΔＰ２(＝ｋΔＰ１；ｋ＞０)とすると、ＥＧＲクーラ２０及びインタクーラ３０を直列接続したときの圧力損失ΔＰsは次式(１)で表される。

またＥＧＲクーラ２０及びインタクーラ３０を並列接続したときの圧力損失ΔＰpは次式(２)で表される。

したがって次式(３)が成立する。

したがって本実施形態のようにＥＧＲクーラ２０及びインタクーラ３０を並列接続すれば、流量調整弁４０を中間開度にしてＥＧＲクーラ２０及びインタクーラ３０の両方に冷却水を流す場合であっても、圧力損失を小さくすることができるのである。

（第２実施形態）
図７は、本発明による冷却水通流制御装置の第２実施形態の基本的な技術思想を説明する図である。

登坂発進時の運転域は、図７の斜線領域Ｄに該当する。したがって上記の第１実施形態の技術思想を適用すれば、ＥＧＲガスを積極的に冷却してＥＧＲ率を高めることとなる。しかしながら登坂発進時にＥＧＲ率を高めてはスムーズに発進できない可能性がある。むしろＥＧＲを中止するなどＥＧＲ率を小さくすることが望ましい。

そこで本実施形態では、第１実施形態のインタクーラ優先域に該当しない場合であっても、登坂発進を判定したときには、ＥＧＲクーラ２０ではなくインタクーラ３０を冷却するようにした。以下ではこのような技術思想を実現する制御内容についてフローチャートに沿って説明する。

図８は、本発明による冷却水通流制御装置の第２実施形態の制御内容を説明するメインフローチャートである。なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

ステップＳ１１〜Ｓ１４は第１実施形態と同様である。

ステップＳ２１においてコントローラは、車両の傾斜角度θ及び車速Ｖを検出する。なお車両傾斜角度θは、車両に搭載されている姿勢角度センサなどを使用して検出したりナビ情報に基づいて検出すればよい。

ステップＳ２２においてコントローラは、登坂発進であるか否かを判定する。すなわち車両傾斜角度θが判定値よりも大きく、車速Ｖが判定値よりも小さいときは、登坂発進であると判定できる。登坂発進であればステップＳ２３へ処理を移行し、登坂発進でなければステップＳ１４へ処理を移行する。

ステップＳ２３においてコントローラは、登坂発進制御を実行する。具体的な内容は後述する。

図９は登坂発進制御の具体的な制御内容を示すフローチャートである。

登坂発進制御においてはコントローラは図９のように制御する。すなわちステップＳ２３１においてコントローラは、分岐流路１１を閉弁するとともに分岐流路１２を開弁するように流量調整弁４０を制御する。このようにすれば冷却水は、インタクーラ３０には流れるがＥＧＲクーラ２０には流れない。

本実施形態のように制御することで登坂発進時であってもスムーズに発進することが可能である。

（第３実施形態）
図１０は、本発明による冷却水通流制御装置の第３実施形態の基本的な技術思想を説明する図である。

通常走行中に急加速するときの運転域は、図１０の斜線領域Ｅに該当する。したがって上記の第１実施形態の技術思想を適用すれば、ＥＧＲガスを積極的に冷却してＥＧＲ率を高めることとなる。しかしながら急加速するときにＥＧＲ率を高めてはドライバの所望通りに加速できない可能性がある。むしろＥＧＲを中止するなどＥＧＲ率を小さくすることが望ましい。

そこで本実施形態では、第１実施形態のインタクーラ優先域に該当しない場合であっても、急加速を判定したときには、ＥＧＲクーラ２０ではなくインタクーラ３０を冷却するようにした。以下ではこのような技術思想を実現する制御内容についてフローチャートに沿って説明する。

図１１は、本発明による冷却水通流制御装置の第３実施形態の制御内容を説明するメインフローチャートである。

ステップＳ１１〜Ｓ１４は第１実施形態と同様である。

ステップＳ３１においてコントローラは、スロットルバルブの開度ＴＶＯ及びギヤ位置Ｇを検出する。

ステップＳ３２においてコントローラは、急加速であるか否かを判定する。すなわちスロットルバルブの開度ＴＶＯが急拡大し、ギヤ位置Ｇがシフトダウンされたときは、急加速であると判定できる。急加速であればステップＳ３３へ処理を移行し、急加速でなければステップＳ１４へ処理を移行する。

ステップＳ３３においてコントローラは、急加速制御を実行する。具体的な内容は後述する。

図１２は急加速制御の具体的な制御内容を示すフローチャートである。

登坂発進制御においてはコントローラは図１２のように制御する。すなわちステップＳ３３１においてコントローラは、分岐流路１１を閉弁するとともに分岐流路１２を開弁するように流量調整弁４０を制御する。このようにすれば冷却水は、インタクーラ３０には流れるがＥＧＲクーラ２０には流れない。

本実施形態のように制御することで急加速時であってもドライバの所望通りに加速することが可能である。

（第４実施形態）
図１３は、本発明による冷却水通流制御装置の第４実施形態の制御内容を説明するメインフローチャートである。

低温始動時はＥＧＲを中止するなどＥＧＲ率を小さくすることが望ましい。

そこで本実施形態では、低温始動を判定したときには、ＥＧＲクーラ２０ではなくインタクーラ３０を冷却するようにした。以下ではこのような技術思想を実現する制御内容についてフローチャートに沿って説明する。

ステップＳ４１においてコントローラは、エンジン水温Ｔｗを検出する。

ステップＳ４２においてコントローラは、検出したエンジン水温Ｔｗに基づいて低温始動であるか否かを判定する。低温始動であればステップＳ４３へ処理を移行し、低温始動でなければステップＳ４４へ処理を移行する。

ステップＳ４３においてコントローラは、インタクーラ優先放熱制御を実行する。具体的な内容は後述する。

ステップＳ４４においてコントローラは、ＥＧＲクーラ優先放熱制御を実行する。具体的な内容は後述する。

図１４は優先放熱制御の具体的な制御内容を示すフローチャートである。

インタクーラ優先放熱制御においてはコントローラは図１４(Ａ)のように制御する。すなわちステップＳ４３１においてコントローラは、分岐流路１１を閉弁するとともに分岐流路１２を開弁するように流量調整弁４０を制御する。このようにすれば冷却水は、インタクーラ３０には流れるがＥＧＲクーラ２０には流れない。

ＥＧＲクーラ優先放熱制御においてはコントローラは図１４(Ｂ)のように制御する。すなわちステップＳ４４１においてコントローラは、分岐流路１１を開弁するとともに分岐流路１２を閉弁するように流量調整弁４０を制御する。このようにすれば冷却水は、ＥＧＲクーラ２０には流れるがインタクーラ３０には流れない。

本実施形態のように制御することで低温始動時であってもエンジンを滑らかに始動することが可能である。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更、組み合わせが可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

たとえば、上記説明においては、流量調整弁４０によって分岐流路１１及び分岐流路１２を開弁又は閉弁する場合を例示して説明したが、ステップＳ１３１，Ｓ１４１，Ｓ２３１，Ｓ３３１，Ｓ４３１，Ｓ４３２において、運転状態に合わせて適宜中間開度を設定してもよい。

また流量調整弁４０として軸を中心に回動するものを図示して説明したが、分岐流路１１を開閉する弁と分岐流路１２を開閉する弁とを設けて、適宜開閉制御してもよい。

さらに上記第４実施形態においては、エンジン水温Ｔｗによって低温始動を判定したが、外気温によって判定してもよい。

本発明による冷却水通流制御装置の実施形態の全体構成図である。 本発明による冷却水通流制御装置の第１実施形態の制御内容を説明するメインフローチャートである。 優先放熱制御の具体的な制御内容を示すフローチャートである。 エンジン運転域がインタクーラ優先放熱域であるか否かを判定するための特性マップの一例を示す図である。 図４の特性マップの設定方法を説明する図である。 本発明による冷却水通流制御装置の第１実施形態の作用を説明する図である。 本発明による冷却水通流制御装置の第２実施形態の基本的な技術思想を説明する図である。 本発明による冷却水通流制御装置の第２実施形態の制御内容を説明するメインフローチャートである。 登坂発進制御の具体的な制御内容を示すフローチャートである。 本発明による冷却水通流制御装置の第３実施形態の基本的な技術思想を説明する図である。 本発明による冷却水通流制御装置の第３実施形態の制御内容を説明するメインフローチャートである。 急加速制御の具体的な制御内容を示すフローチャートである。 本発明による冷却水通流制御装置の第４実施形態の制御内容を説明するメインフローチャートである。 優先放熱制御の具体的な制御内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 冷却水通流制御装置
１０ 冷却水流路
２０ ＥＧＲクーラ(排気再循環ガスクーラ)
３０ インタクーラ
４０ 流量調整弁
５０ エンジン
５１ ラジエータ

Claims (5)

1. エンジンに吸入される吸気を冷却するインタクーラと、エンジンから排出されて再びエンジンに吸入される排気再循環ガスを冷却する排気再循環ガスクーラとに冷却水を供給するための冷却水流路を含む冷却水通流制御装置において、
   前記冷却水流路は、途中で一旦分岐した後再び集合し、
   前記インタクーラは 前記冷却水流路の一方の分岐流路に設けられ、
   前記排気再循環ガスクーラは、前記冷却水流路の他方の分岐流路に設けられ、
   前記冷却水流路の分岐部分に設けられ、冷却水流路を流れる冷却水が、前記排気再循環ガスクーラ及び前記インタクーラに分配される流量を調整する流量調整弁をさらに備える、
   ことを特徴とする冷却水通流制御装置。
2. 前記流量調整弁は、エンジンの運転域が低回転低負荷側では前記インタクーラに優先して前記排気再循環ガスクーラに冷却水が流れるように開度を調整し、エンジンの運転域が高回転高負荷側では前記排気再循環ガスクーラに優先して前記インタクーラに冷却水が流れるように開度を調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却水通流制御装置。
3. 前記流量調整弁は、エンジンの運転域が低回転低負荷側であっても登坂発進時は前記排気再循環ガスクーラに優先して前記インタクーラに冷却水が流れるように開度を調整する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の冷却水通流制御装置。
4. 前記流量調整弁は、エンジンの運転域が低回転低負荷側であっても急加速時は前記排気再循環ガスクーラに優先して前記インタクーラに冷却水が流れるように開度を調整する、
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の冷却水通流制御装置。
5. 前記流量調整弁は、エンジンの低温始動時には前記排気再循環ガスクーラに優先して前記インタクーラに冷却水が流れるように開度を調整する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の冷却水通流制御装置。

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