JP2010229878A - 内燃機関の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲの実行中にＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合に、筒内に流入するガスの温度上昇に起因するノッキングや燃費悪化、ＥＧＲクーラの劣化などを抑制できる技術を提供する。
【解決手段】Ｖ型内燃機関の右バンク１の排気を冷却する右排気冷却装置１３と、左バンク５１の排気を冷却する左排気冷却装置６３とを備えており、ＥＧＲ通路３０は左バンク５１からの左排気管５５に接続されている。ＥＧＲの実行中にＥＧＲバルブ３２が開弁状態で固着した場合に、冷却水流量制御バルブ１４の開度を絞ることで、左バンク５１の左排気冷却装置６３に流入する冷却水流量を増加させ左バンク５１からの排気に対する冷却能力を上昇させる。これによりＥＧＲガスの温度を効率的に低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却システムに関する。

近年、内燃機関の燃費を向上させるとともに排気に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」ともいう）の量を低減する技術として、排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路で連通し、排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」ともいう。）装置が知られており、より多くのＥＧＲガスを再循環させる大量ＥＧＲ化が促進されている。

ところで、排気再循環装置によって再循環される排気（ＥＧＲガス）の量について、ＥＧＲガスの量が少な過ぎる場合には、燃費の向上やＮＯx低減といった効果を充分に得る
ことが出来なくなる。一方、ＥＧＲガスの量が多過ぎる場合には、燃焼が不安定になり失火やエミッションの悪化、触媒劣化が生じたり、高温のＥＧＲガスにより吸気温度が上昇しノッキングやＥＧＲクーラの劣化が生じたりといった不都合が生じる虞がある。

従って、上記のＥＧＲ通路にはＥＧＲ弁が設けられ、このＥＧＲ弁の開度を調節することでＥＧＲガスの量が適切に制御される。上記したように大量のＥＧＲガスを吸気系に再循環するためには、ＥＧＲ通路における流路面積をより大きくするとともにＥＧＲ弁の開口径も大きくする必要がある。そうすると、何らかの原因でＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合には、大量且つ高温のＥＧＲガスが吸気系に過剰供給され、ノッキングの発生によるドライバビリティや燃費の悪化、内燃機関の劣化、あるいは、ＥＧＲクーラに容量以上のＥＧＲガスが流入してＥＧＲクーラが熱劣化するなどの不都合が生じるおそれがある。

これに関連して、ＥＧＲ弁が開弁状態で故障した際に、燃料噴射量を低減させて排気温度を低下させることでＥＧＲ弁の熱劣化を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この従来技術によって燃料噴射量を低減した場合でも、ＥＧＲガスを冷却する能力には変化がないため、ＥＧＲ弁の固着によりＥＧＲガスが大量に導入される中で、気筒内に流入するＥＧＲガスの温度が上昇し、ノッキングが発生し易くなるおそれがあった。

このようなＥＧＲ弁の故障に起因するノッキングの発生を回避するために点火の遅角制御を行うと、さらに燃焼悪化が生じ排気温度も上昇するため、上記の課題が完全に解決することはできない。また、燃料噴射量の低減によりトルクが低下し、運転者の要求出力を満たすことができない。

その他、関連する技術としては、ＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合に、減筒運転を行い、且つ吸入空気量を増量することで一気筒あたりのＥＧＲ量を減少させて燃焼を良好に維持する技術（特許文献２参照。）や、ＥＧＲ弁の異常を判定する手段と、ＥＧＲ弁の異常を判定する手段の出力に基づき目標燃料噴射時期を設定する手段とを備え、ＥＧＲ弁の故障時の開度に応じて燃料噴射量を設定する技術（特許文献３参照。）が提案されている。

特開平９−２５８５２号公報 特開２００５−２０７２８５号公報 特開平１１−２２５６１号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲの実行中にＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合に、筒内に流入するガスの温度上昇に起因する種々の不都合を抑制できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、内燃機関、該内燃機関における吸気及び排気の少なくとも一を冷却する手段を備えており、ＥＧＲの実行中にＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合に、冷却手段の冷却能力を上昇させ、筒内に流入するガスの温度上昇に起因する種々の不都合を抑制することを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路及び、該ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御するＥＧＲ弁を有するとともに、前記排気通路を通過する排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に再循環させるＥＧＲ手段と、
内燃機関及び該内燃機関の吸気及び排気の少なくとも一を冷却する冷却手段と、
前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことを検出する固着検出手段と、を備え、
前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記冷却手段の冷却能力を上昇させることを特徴とする。

これによれば、ＥＧＲ手段のＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合に、気筒に流入するガスが高温となることに起因するノッキングの発生及び、ノッキングの発生にともなう点火遅角制御による燃焼の悪化を抑制でき、ドライバビリティや燃費の悪化を抑制できる。また、排気温度の上昇によるＥＧＲクーラの溶損など排気系に配置された部材の劣化を抑制することができる。

また、本発明においては、前記冷却手段は、前記ＥＧＲ通路に設置され該ＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを有し、
前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記冷却手段における前記内燃機関の排気を冷却する冷却能力を上昇させるとともに前記ＥＧＲクーラの冷却能力を低下させるようにしてもよい。

この場合は、冷却手段がＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを有しており、ＥＧＲ弁が正常動作している間には、冷却手段は、内燃機関の排気を冷却するとともに、ＥＧＲクーラによってＥＧＲガスを冷却している。そして、ＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合には、ＥＧＲクーラに容量以上の高温のＥＧＲガスが流入し、さらに、内燃機関からの排気の温度が上昇しＥＧＲガスの温度も上昇するため、結果としてＥＧＲクーラを劣化させてしまうおそれがある。

そこで、本発明においては、ＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合には、冷却手段の冷却能力を上昇させる。そして、冷却手段全体としての冷却能力に制限がある場合には、ＥＧＲクーラの冷却能力を低下させてでも、前記内燃機関の排気を冷却する冷却能力を上昇させることとした。これにより、ＥＧＲクーラに流入する排気の温度を低下させることができるので、ＥＧＲクーラの熱劣化を抑制することができる。

また、本発明においては、前記冷却手段は、前記内燃機関における排気マニホルドを冷却するマニホルド冷却装置を有するようにしてもよい。そうすれば、内燃機関から排出された直後の排気を直接冷却することができ、より効率的に内燃機関の排気の温度を低下させることができる。

また、本発明においては、前記冷却手段は、前記内燃機関のシリンダブロックを冷却するシリンダブロック冷却装置と、前記内燃機関のシリンダヘッドを冷却するシリンダヘッド冷却装置と、を有し、
前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記シリンダブロック冷却装置と前記シリンダヘッド冷却装置のうち、前記シリンダヘッド冷却装置の冷却能力を上昇させるようにしてもよい。

この発明は、冷却手段において、内燃機関のシリンダブロックの冷却をシリンダブロック冷却装置によって行い、シリンダヘッドの冷却をシリンダヘッド冷却装置によって行う場合についての発明である。そして、固着検出手段によってＥＧＲ弁が開弁状態で固着したことが検出された場合には、シリンダブロック冷却装置とシリンダヘッド冷却装置のうち、シリンダヘッド冷却装置の冷却能力を上昇させる。

ここで、気筒に流入するガスの温度が上昇することに起因するノッキングを抑制するには、内燃機関のうちシリンダヘッドを集中的に冷却することが望ましい。それは、シリンダブロックには鋳鉄のシリンダーライナーが含まれており冷却効率が低いのに対し、ノッキングを抑制するには、アルミ材のシリンダヘッドを冷却するのが最も効率的であることによる。また、燃焼室、吸気ポートなど、ノッキングの発生に影響を及ぼす部分をより近くから冷却できることによる。従って、本発明では、固着検出手段によってＥＧＲ弁が開弁状態で固着したことが検出された場合には、シリンダヘッド冷却装置の冷却能力を優先的に上昇させることで、より効率的にノッキングを抑制できる。また、排気ポートから排出される排気の温度も効率的に低下させることができるため、ＥＧＲクーラの劣化をより効率的に抑制することができる。

また、本発明においては、前記内燃機関は、複数のバンクを有する複数バンク内燃機関であり、
前記ＥＧＲ手段は、前記複数のバンクのうちの一部のバンクに接続された排気通路を通過する排気をＥＧＲガスとして吸気通路に再循環し、
前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記冷却手段は、前記一部のバンクおよび／または該一部のバンクの排気に対する冷却能力を上昇させるようにしてもよい。

この発明は、Ｖ型内燃機関のように複数のバンクを有する内燃機関に関する。このような場合は、通常、ＥＧＲ通路は複数のバンクのうちの一部のバンクに接続された排気通路に接続されており、その一部のバンクからの排気をＥＧＲガスとして吸気系に再循環させることが多い。例えばＶ型内燃機関の場合には片方のバンクからの排気をＥＧＲガスとして再循環させる。

このような複数のバンクを有する内燃機関において、ＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合には、冷却手段は、複数のバンクのうち、ＥＧＲ通路が接続された排気通路が接続されたバンクの冷却に対する冷却能力を上昇させる。これにより、より効率的にＥＧＲガスの温度を低下させることができ、気筒に流入するガスの温度が高温となることによるノッキングの発生や、ＥＧＲクーラの劣化を抑制することができる。

また、本発明においては、前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記内燃機関における点火時期を進角させるようにしてもよい。

そうすれば、ＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合に、冷却手段により内燃機関やその吸
気、排気の冷却能力を上昇させたことによる排気温度の低下効果に加えて、内燃機関における点火時期の進角によっても排気温度を低下させることができ、より確実に排気の温度を低下させることができる。

また、本発明においては、前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記内燃機関における燃料噴射量を低減してもよい。

そうすれば、ＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合に、冷却手段により内燃機関やその吸気、排気の冷却能力を上昇させたことによる排気温度の低下効果に加えて、内燃機関における燃料噴射量を低減することによっても排気温度を低下させることができ、より確実に排気の温度を低下させることができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、ＥＧＲの実行中にＥＧＲ弁が開弁状態で固着した場合に、より確実に内燃機関やその吸気、排気の温度上昇を抑制できる。従って、より確実にノッキングの発生によるドライバビリティや燃費の悪化を抑制できるとともに、内燃機関自体やＥＧＲクーラの熱劣化を抑制することができる。

本発明の実施例１における内燃機関と、その吸排気系及び冷却システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施例１におけるＥＧＲバルブ固着対応ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例１におけるＥＧＲバルブの固着開度と冷却水流量制御バルブの目標開度との関係を示すグラフである。 本発明の実施例２における内燃機関と、その吸排気系及び冷却システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施例２におけるＥＧＲバルブの固着開度とＥＧＲクーラ冷却水流量との関係を示すグラフである。 本発明の実施例３における内燃機関及び冷却システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施例３におけるシリンダヘッド及びシリンダヘッド側冷却水路の概略構成を示す図である。 本発明の実施例４における内燃機関と、その吸排気系及び冷却システムの概略構成を示す図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１には本発明を適用する内燃機関及び吸排気系、冷却システムについての概略構成を示す。図１に示す内燃機関は、右バンク１及び左バンク５１を有し、各バンク１、５１に各３つずつの気筒２、５２を有するＶ型内燃機関である。内燃機関の左右バンク１、５１には、共通の吸気マニホルド３が接続されており、吸気マニホルド３の各枝管は吸気ポートを介して左右バンク１、５１の各気筒２、５２の燃焼室と接続されている。吸気マニホルド３は上流において共通吸気管５に接続されている。

次に内燃機関の排気系について説明する。内燃機関の右バンク１には、右排気マニホルド４が接続されており、右排気マニホルド４の各枝管は排気ポートを介して右バンク１の各気筒２の燃焼室と接続されている。また、内燃機関の左バンク５１には、左排気マニホルド５４が接続されており、左排気マニホルド５４の各枝管は排気ポートを介して左バンク５１の各気筒５２の燃焼室と接続されている。また、左排気マニホルド５４は下流側において左排気管５５に接続されている。

また、内燃機関には、共通吸気管５と左排気管５５とを連通するＥＧＲ（排気再循環）通路３０が形成されている。このＥＧＲ通路３０は、左排気管５５を通過する排気の一部を共通吸気管５に再循環する機能を有する。ＥＧＲ通路３０には、同通路３０内を流れるガス（ＥＧＲガス）の流れ方向（図１中において点線矢印で示す）に沿って上流から下流にかけ、ＥＧＲクーラ３１とＥＧＲ弁３２とが順次配設されている。

ＥＧＲクーラ３１は、ＥＧＲ通路３０の周囲を取り巻くように設けられＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ弁３２は、無段階に開閉される電子制御弁（開閉弁）であり、ＥＧＲガスの流量を自在に調整することができる。ここで、ＥＧＲ通路３０及びＥＧＲ弁３２は、本実施例においてＥＧＲ手段を構成する。

次に、本実施例の内燃機関を冷却するための冷却システムについて説明する。冷却システムは、ラジエータ２１と、内燃機関に冷却水を循環させる冷却水路２０とを有する。ラジエータ２１には、ラジエータ流入水路２０ｂが接続されており、内燃機関を冷却した後の比較的高温の冷却水がラジエータ２１に流入するようになっている。また、ラジエータ２１にはラジエータ流出水路２０ａが接続されており、ラジエータ２１で冷却された冷却水が内燃機関側に流出していくようになっている。

ラジエータ流出水路２０ａにはサーモスタット２２が設けられており、冷却水温度が低い場合には冷却水がラジエータ２１を通過しないようになっている。また、ラジエータ流出水路２０ａは内燃機関の回転と連動するウォータポンプ２３に接続されており、このウォータポンプ２３の作動で冷却水が循環するようになっている。

ウォータポンプ２３には、右バンク冷却水路１２と、左バンク冷却水路６２とが接続されている。右バンク冷却水路１２は、右バンク１を図中左側から右側へと通過しており、右バンク冷却水路１２を通過する冷却水が気筒２及び吸気ポートや排気ポートを冷却する。そして、右バンク１を通過した後の右バンク冷却水路１２は、右排気冷却装置１３に接続されている。この右排気冷却装置１３内においては、特に排気マニホルド４の枝管近傍に冷却水が通過する構成となっており、冷却水による排気ガスの優先的な冷却が可能になっている。

右排気冷却装置１３を通過した後の右バンク冷却水路１２はラジエータ流出水路２０ａにおけるサーモスタット２２とウォータポンプ２３との間の部分に合流する。また、右バンク１を通過した右バンク冷却水路１２と右排気冷却装置１３との接続部の上流側の部分には、冷却水流量制御バルブ１４が設けられている。また、右バンク冷却水路１２における冷却水流量制御バルブ１４の直上流には、ラジエータ流入水路２０ｂが接続されている。従って、冷却水流量制御バルブ１４が閉弁した場合には、冷却水は、右排気冷却装置１３には流入せずラジエータ２１に流入する。すなわち、冷却水流量制御バルブ１４の開度により、右バンク冷却水路１２を通過する冷却水のうち、右排気冷却装置１３に流入するものと右排気冷却装置１３に流入せず直接ラジエータ２１に流入するものとの割合を調整することが可能となっている。

一方、左バンク冷却水路６２は、左バンク５１を図中左側から右側へと通過しており、左バンク冷却水路６２を通過する冷却水が気筒５２及び吸気ポートや排気ポートを冷却する。そして、左バンク５１を通過した後の左バンク冷却水路６２は、左排気冷却装置６３に接続されている。この左排気冷却装置６３においては、特に排気ポート５４の枝管近傍に冷却水が通過する構成となっており、冷却水による排気ガスの優先的な冷却が可能になっている。

左排気冷却装置６３を通過した後の左バンク冷却水路６２はラジエータ流出水路２０ａにおけるサーモスタット２２とウォータポンプ２３との間の部分に合流する。また、左バンク５１を通過した後の左バンク冷却水路６２が左排気冷却装置６３に接続される接続部の上流側には、ラジエータ流入水路２０ｂが接続されている。

また、左バンク冷却水路６２から分岐したラジエータ流入水路２０ｂからは、ＥＧＲ冷却水路３３がさらに分岐している。このＥＧＲ冷却水路３３は、ＥＧＲクーラ３１内を通過しており、ＥＧＲクーラ３１においてＥＧＲガスを冷却した後、左排気冷却装置６３から出た左バンク冷却水路６２と合流し、さらにラジエータ流出水路２０ａと合流する。

内燃機関には、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）２５が併設されている。ＥＣＵ２５は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等からなる論理演算回路を備え、各種センサの信号に基づいて内燃機関の各種構成要素を統括制御する。ＥＣＵ２５には冷却水流量制御バルブ１４及びＥＧＲバルブ３２が電気的に接続されており、ＥＣＵ２５からの指令により冷却水流量制御バルブ１４及びＥＧＲバルブ３２の開度の制御が可能となっている。

ここで、ＥＧＲバルブ３２が故障し、目標値より大きい開度で固着した場合について考える。この場合には、ＥＧＲガスの量は増加する一方、ＥＧＲクーラ３１を通過する冷却水量は変化しないため、ＥＧＲクーラ３１を通過した後のＥＧＲガスの温度が上昇する。そうすると、右バンク１の気筒２及び、左バンク５１の気筒５２に導入されるガス（吸気）の温度が上昇する。このため圧縮時の混合気温度が上昇しノッキングが発生し易い状態となる。

これに対してノッキング抑制のためにＫＳＣ制御によって点火時期の遅角制御を行うと、このことにより燃焼が悪化するので燃費が悪化する。また、ＫＳＣ制御の許容範囲外の点火遅角が要求された場合には逆に重大なノッキングが発生して内燃機関自体が劣化するおそれもある。

さらに、気筒２、５２には設定された量よりも多量のＥＧＲガスが流入しＥＧＲ率が過大となるので、このことによっても燃焼が悪化する。そして、失火が発生しエミッションの悪化を招来するおそれもある。その他に、ＥＧＲバルブ３２がＥＧＲバルブ開度の目標値より小さい開度で固着した場合には、ＥＧＲガス量が設定値よりも少なくなるのに対し、点火時期は設定ＥＧＲ量で決められた値であるので、過進角の状態となり結果としてノッキングが発生し易くなる。

このような不都合に対し、本実施例の内燃機関においては、ＥＧＲバルブ３２の開弁状態での固着（以下、開固着ともいう）が検出された場合には、左排気冷却装置６３の冷却能力を高めて排気ガスの温度を低下させ、ＥＧＲバルブ３２が開固着したとしても、ＥＧＲガスの温度を低下させて燃焼や内燃機関自体への影響を抑制することとした。

具体的には、図１において、ＥＧＲバルブ３２が開弁状態で固着したことが検出された
場合には、冷却水流量制御バルブ１４の開度を小さくする。このことで、右排気冷却装置１３における冷却水の流量を減少させ、左排気冷却装置６３に流入する冷却水の流量を増加させる。これにより、左バンク５１からの排気の温度を低下させることができ、ＥＧＲ通路３０を通過するＥＧＲガスの温度を低下させることが可能となる。

また、その際、右バンク１から出てラジエータ流入水路２０ｂからラジエータ２１に直接戻る冷却水の流量も増加するので、冷却水の温度をより効率的に低下させることが可能である。また、同時に、ＥＧＲクーラ３１に流入する冷却水の流量をも増加させることができ、ＥＧＲクーラ３１におけるＥＧＲガスの冷却効率も向上させることができる。

このことにより、ＥＧＲバルブ３２が開弁状態で固着した場合にも、高温のＥＧＲガスの量が増加することによるノッキングの発生を抑制でき、ドライバビリティや燃費の悪化、内燃機関自体の劣化を抑制することができる。

図２には、本実施例におけるＥＧＲバルブ固着対応ルーチンの処理についてのフローチャートを示す。本ルーチンは、ＥＣＵ２５のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関の稼動中は所定時間毎に実行される。

本ルーチンが実行されると、先ずＳ１０１においてＥＧＲバルブ３２の開度が検出される。具体的には、ＥＧＲバルブ３２に設けられた開度センサー（図示せず）の出力により検出される。なお、開度センサー（不図示）が備えられていない場合には、ＥＧＲガスの量と相関の高い吸気の温度や、吸気管負圧を検知し、それらの値とＥＧＲバルブ３２の開度との関係が格納されたマップから、ＥＧＲバルブ３２の開度を導出してもよい。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。

Ｓ１０２においては、ＥＧＲバルブ３２が開固着しているか否かを判定する。具体的には、ＥＧＲバルブ３２の開度は内燃機関の運転状態に応じた目標値に制御されているところ、Ｓ１０１において検出された実際のＥＧＲバルブ３２の開度が運転状態に応じた目標値から所定量以上ずれており、且つ開度が零でないか否かで判定する。ここで所定量は予め実験などによって求めた閾値としての開度ずれ量である。Ｓ１０２においてＥＧＲバルブ３２が開固着していると判定された場合にはＳ１０３に進む。一方、ＥＧＲバルブ３２が開固着していないと判定された場合にはＳ１０５に進む。

Ｓ１０３においては、Ｓ１０１で検出されたＥＧＲバルブ３２の実際の固着開度より、目標とすべき冷却水流量制御バルブ１４の開度を導出する。これは、開固着時のＥＧＲバルブ３２の開度が小さければＥＧＲクーラ３１に流入するＥＧＲガス量が少なくなり、排気ガスの温度低下要求は小さくなり、左排気冷却装置６３に流入する冷却水の量は少なくてもよくなるので、ＥＧＲバルブ３２の固着開度に応じて冷却水流量制御バルブ１４の開度を制御するものである。

具体的には、ＥＧＲバルブ３２の固着開度と、冷却水流量制御バルブ１４の目標開度との関係を予め実験などにより求めてマップ化しておき、Ｓ１０１において得られたＥＧＲバルブ３２の固着開度に応じた冷却水流量制御バルブ１４の開度の値をマップから読み出して導出する。図３には、このマップの基礎となる、ＥＧＲバルブ３２の固着開度と、冷却水流量制御バルブ１４の目標開度との関係のグラフの例を示す。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。

Ｓ１０４においては、冷却水流量制御バルブ１４の開度を、Ｓ１０３で得られた目標開度に調整する。これにより、右排気冷却装置１３に流入する冷却水流量が減少し、代わりに左排気冷却装置６３に流入する冷却水流量が増加する。その結果、左バンク５１から排
出される排気の温度は低下するので、ＥＧＲガスの温度も低下する。Ｓ１０３の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ１０５においては、冷却水流量制御バルブ１４を予め定められた基本開度に調整する。本実施例においてはこの基本開度は、全開状態を意味する。Ｓ１０５の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したとおり、本実施例によれば、ＥＧＲバルブ３２の開固着が発生した場合にも、ＥＧＲガスの温度及び、ＥＧＲガスを含んだ吸気温度を適正化することができ、ノッキングの発生に起因するドライバビリティや燃費の悪化、内燃機関自体の劣化を抑制することができる。

なお、本実施例において右バンク冷却水路１２、左バンク冷却水路６２、右排気冷却装置１３、左排気冷却装置６３、ＥＧＲクーラ３１は冷却手段を構成する。特に右排気冷却装置１３と左排気冷却装置６３とは、マニホルド冷却装置に相当する。また、本発明における固着検出手段は、図２においてＳ１０１及びＳ１０２の処理を行うＥＣＵ２５を含んで構成される。

また、本実施例においては、ＥＧＲバルブ３２の固着開度と、冷却水流量制御バルブ１４の目標開度との間との関係は、図３に示すようなリニアな関係であってもよいし、ＥＧＲバルブ３２の固着開度が大きくなるにつれて冷却水流量制御バルブ１４の目標開度が多段階あるいは２段階に増加するような関係であってもよい。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、内燃機関及び排気の冷却装置と、ＥＧＲガスの冷却装置とを独立に有しており、ＥＧＲバルブ３２の開固着が検出された場合には、ＥＧＲガスの冷却装置の冷却能力を高める例について説明する。

ここで、何らかの原因でＥＧＲバルブ３２が全開状態で固着した場合について考える。このような場合には、ＥＧＲクーラ３１に流入するＥＧＲガスの量がＥＧＲクーラ３１の容量を超えるおそれがある。これは、もともとＥＧＲバルブ３２が、経年変化やデポジットの付着によるバルブ開度の実質的な減少を考慮して設計されているため、機械的にＥＧＲバルブ３２を全開にすると、通常の制御で想定している範囲を超えた量のＥＧＲガスが流入し、ＥＧＲクーラ３１など他の構成要素の容量を超えてしまうことによる。このような場合には、高温で且つ大量のＥＧＲガスがＥＧＲクーラ３１に流入するので、ＥＧＲクーラ３１が熱劣化を起こす場合がある。

これに対し、本実施例においては、ＥＧＲバルブ３２の開固着が検出された場合には、ＥＧＲガスの冷却装置の冷却能力を高め、ＥＧＲガスの温度を低下させるとともに、ＥＧＲクーラ３１の熱劣化を抑制している。

図４には、本実施例に係る内燃機関と吸排気系、冷却システムについて示す。図４において図１と同等の構成には同じ符号をつけて説明は省略する。本実施例に示す冷却システムと、図１に示した冷却システムとを比較した場合には、本実施例においては右排気冷却装置１３、左排気冷却装置６３を備えていない点が異なる。また、ＥＧＲクーラ３１に冷却水を流入させるためのＥＧＲ冷却水路３４とＥＧＲ冷却水路３４を通過する冷却水の流量を制御する電動ウォータポンプ３５、ＥＧＲ冷却用ラジエータ３６を備えており、さらに、ＥＧＲ冷却用ラジエータ３６には、これを空冷するための電動ファン３７が隣接されている点が異なる。

本実施例において、ＥＧＲバルブ３２が開固着した場合には、電動ウォータポンプ３５の回転数を増加させＥＧＲクーラ３１を通過する冷却水の流量を増加させて、ＥＧＲガス温度の低下を図る。この際、ＥＧＲバルブ３２が固着した開度に応じて、電動ウォータポンプ３５の回転数を制御し、消費電力の低減を図る。具体的には、図５に示すように、ＥＧＲバルブ３２の固着開度が大きいほど、電動ウォータポンプ３５の回転数を増加させる。

さらに、本実施例においては、ＥＧＲ冷却用ラジエータ３６を空気冷却してＥＧＲクーラ３１の冷却水温をさらに低下させる電動ファン３７を備えている。そして、ＥＧＲバルブ３２の固着開度に応じて、固着開度が大きい程、電動ウォータポンプ３５の回転数を上昇させるとともに電動ファン３７の回転数を上昇させ、ＥＧＲクーラ３１の冷却水温をより低下させる。

以上、説明したように、本実施例においては、ＥＧＲクーラ３１に流入する冷却水の水路であるＥＧＲ冷却水路３４と、電動ウォータポンプ３５、ＥＧＲ冷却用ラジエータ３６及び電動ファン３７を有している。そして、このＥＧＲ冷却水路３４を通過する冷却水の流量を制御するとともに、この冷却水を空冷するＥＧＲ冷却用ラジエータ３６を電動ファン３７によって冷却することとした。これにより、電動ウォータポンプ３５と電動ファン３７の回転数を適宜制御することで、冷却水の温度をより確実に、またはより正確に制御することが可能となる。

これによれば、より確実に、ＥＧＲバルブ３２の開固着に起因するノッキングの発生を抑制することができる。その結果、より確実にドライバビリティや燃費の悪化、内燃機関自体やＥＧＲクーラの劣化を抑制することができる。

なお、本実施例においては、ＥＧＲバルブ３２の固着開度と、ＥＧＲクーラ冷却水流量（電動ウォータポンプ３５の回転数）との間との関係は、図５に示すようなリニアな関係であってもよいし、ＥＧＲバルブ３２の固着開度が大きくなるにつれてＥＧＲクーラ冷却水流量（電動ウォータポンプ３５の回転数）が多段階あるいは２段階に増加するような関係であってもよい。また、ＥＧＲバルブ３２の固着開度と、電動ファン３７の回転数との関係は、リニアな関係であってもよいし、ＥＧＲバルブ３２の固着開度が大きくなるにつれて電動ファン３７の回転数が多段階あるいは２段階に増加するような関係であってもよい。さらに、本実施例においては必ずしも電動ファン３７は必要なく、電動ウォータポンプ３５の回転数だけでＥＧＲクーラ３１における冷却能力を制御しても構わない。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、内燃機関の冷却システムの冷却水路がシリンダブロック側とシリンダヘッド側とを独立して設けられている例であり、ＥＧＲバルブの開固着時には、シリンダヘッド側を通過する冷却水路における冷却水流量を増加させる例について説明する。図１と同等の構成には同じ符号をつけて説明は省略する。

図６には、本実施例における冷却システムの概略を示す。本実施例においては、ラジエータ流出水路２０ａは、ウォータポンプ２３を通過した後、シリンダヘッド側冷却水路１２ａと、シリンダブロック側冷却水路１２ｂとに分岐する。シリンダヘッド１ａを通過した後のシリンダヘッド側冷却水路１２ａは（シリンダブロック側冷却水路１２ｂと合流した後）サーモスタット２２に接続されている。サーモスタット２２はラジエータ流入水路２０ｂに接続されているとともに、ラジエータ流出水路２０ａにも接続されており、サーモスタット２２が開弁した場合には、シリンダヘッド側冷却水路１２ａを通過する冷却水の一部はラジエータ２１に流入するとともに、他の一部はラジエータ流出水路２０ａに流
入して再度内燃機関の冷却に用いられる。

一方、シリンダブロック１ｂを通過した後のシリンダブロック側冷却水路１２ｂには、水温センサ４１が設けられており、シリンダブロック１ｂを冷却した後の冷却水の温度を検出することが可能となっている。また、シリンダブロック側冷却水路１２ｂにおける、水温センサ４１の下流には、ブロック側冷却水流量制御バルブ４２が設けられており、シリンダブロック側冷却水路１２ｂを通過する冷却水の流量を制御可能となっている。

ここで、ＥＧＲバルブ３２の開固着が検出された場合には、ブロック側冷却水流量制御バルブ４２を閉弁側に制御して、シリンダヘッド側冷却水路１２ａを通過する冷却水流量を増加させることとした。これにより、高温のＥＧＲガスの量が増加することに起因してノッキングが発生するおそれのあるシリンダヘッド１ａ内に集中して冷却水を通過させることができ、より効率よくノッキングを抑制することが可能となる。

より具体的には、本実施例においては、サーモスタット２２は冷却水温が７０℃以上において開弁するように設定されている。また、ＥＧＲバルブ３２が開固着していない正常時においては、ブロック側冷却水流量制御バルブ４２は冷却水温が９０℃以上となった場合に開弁するように制御される。これにより、正常時には、シリンダヘッド１ａには比較的低温の冷却水が流入し（流路ｆ１）ノッキングを効率的に防止するとともに、シリンダブロック１ｂには９０℃以上の比較的高温の冷却水が流入し（流路ｆ２）暖機性を向上させフリクションが低減されるようになっている。

そして、本実施例においては、冷却水温が９０℃以上であっても、ＥＧＲバルブ３２の開固着が検出された場合には、ブロック側冷却水流量制御バルブ４２を閉弁側に調節する。これにより、シリンダブロック１ｂを通過する冷却水流量を低減するとともにシリンダヘッド１ａを通過する冷却水流量を増加して、シリンダヘッド１ａを集中的に冷却することとした。その結果、ＥＧＲバルブ３２の開固着時におけるノッキング抑制効果をより大きくすることができる。

なお、本実施例において、シリンダヘッド側冷却水路１２ａはシリンダヘッド冷却装置を構成する。また、シリンダブロック側冷却水路１２ｂはシリンダブロック冷却装置を構成する。

また、本実施例においては、ＥＧＲバルブ３２の開固着が検出された場合に調節されるべき、ブロック側冷却水流量制御バルブ４２の目標開度は、予め実験などによって定められた一定値であってもよい。あるいは、ブロック側冷却水流量制御バルブ４２の目標開度は、ＥＧＲバルブ３２の固着開度が大きい程、小さくなるように調節してもよい。

その際の、ＥＧＲバルブ３２の固着開度と、ブロック側冷却水流量制御バルブ４２の目標開度との関係は、リニアな関係であってもよいし、ＥＧＲバルブ３２の固着開度が大きくなるにつれて多段階あるいは２段階に増加するような関係であってもよい。

ところで、本実施例においては、ＥＧＲバルブ３２の開固着に起因して生じると考えられる不都合に応じて、シリンダブロック１ａにおいてさらに集中的に冷却する部分を変更してもよい。図７には、その場合のシリンダブロック１ａ及び、シリンダブロック側冷却水路１２ａの平面図を示す。本実施例においてラジエータ流出冷却水路２０ａは、ウォータポンプ２３を通過した後、シリンダヘッド側冷却水路１２ａに接続される。

シリンダヘッド側冷却水路１２ａは、吸気ポート冷却水路１２０ａ、気筒冷却水路１２１ａ、排気ポート冷却水路１２２ａに分岐する。吸気ポート冷却水路１２０ａには、吸気
冷却水流量制御バルブ４３が備えられ、排気ポート冷却水路１２２ａには、排気冷却水流量制御バルブ４４が備えられ、各々に流入する冷却水の流量を制御可能となっている。

そして、前述のように、ＥＧＲバルブ３２が開固着した場合にはシリンダヘッド側冷却水路１２ａに流入する冷却水流量を増加させる。そして、例えば運転状態との関係でノッキングが発生する可能性が大きいと判断された場合には、排気冷却水流量制御バルブ４４を閉弁側に制御するとともに吸気冷却水流量制御バルブ４３を開弁側に制御し、吸気ポート冷却水路１２０ａ及び気筒冷却水路１２１ａに流入する冷却水量を増加させて吸気ポートを重点的に冷却する。一方、ＥＧＲクーラ３１の劣化が生じる可能性が高いと判断された場合には、吸気冷却水流量制御バルブ４３を閉弁側に制御するとともに排気冷却水流量制御バルブ４４を開弁側に制御し、排気ポート冷却水路１２２ａ及び気筒冷却水路１２１ａに流入する冷却水流量を増加させて排気ポートを重点的に冷却する。

このような制御により、ＥＧＲバルブ３２の開固着時に生じうる不都合に応じて、吸気ポートまたは排気ポートのいずれかを集中的に冷却することが可能となり、ノッキングの発生、燃費の悪化や、ＥＧＲクーラの劣化をより確実に抑制することが可能となる。

次に、本発明の実施例４について説明する。本実施例においては、ＥＧＲバルブが開固着した場合に、内燃機関の排気を冷却する冷却能力を上昇させるとともに、ＥＧＲクーラの冷却能力を低下させる例について説明する。

図８には、本実施例における内燃機関と吸排気系、冷却システムについての概略構成を示す。以下、本実施例と実施例１との相違点についてのみ説明する。本実施例と図１に示した構成との相違点は、本実施例においては、ＥＧＲ冷却水路３３にＥＧＲ冷却水流量制御バルブ３８を備えた点である。そして、本実施例においては、ＥＧＲバルブ３２の開固着が検出された場合には、冷却水流量制御バルブ１４を閉弁側に制御するとともに、ＥＧＲ冷却水流量制御バルブ３８を閉弁側に制御する。

そうすると、右排気冷却装置１３及び、ＥＧＲクーラ３１に流入する冷却水の流量を低減させ、左排気冷却装置６３に流入する冷却水の流量を大幅に増加させることができる。これにより、ＥＧＲバルブ３２の開固着時には、ＥＧＲクーラ３１の冷却能力を低下させてでも、左排気冷却装置６３における排気の冷却能力を上昇させることができる。

従って、少なくともＥＧＲクーラ３１に流入するＥＧＲガスの温度を可及的に低くすることができ、ＥＧＲクーラ３１に容量を超えるＥＧＲガスが流入することによるＥＧＲクーラ３１の過昇温及び熱劣化を抑制することができる。

上記の実施例１〜４においては、内燃機関が２つのバンクを有するＶ型内燃機関であることを前提とした説明を行った。しかしながら、本発明が適用される内燃機関はＶ型内燃機関に限られない。３つ以上のバンクを有する内燃機関または、単独のバンクを有する内燃機関にも、本発明を、その趣旨を逸脱しない範囲で適用することが可能である。

また、上記の実施例１〜４においては、ＥＧＲバルブ３２の開固着時に、内燃機関、吸気及び排気（ＥＧＲガスを含む）のうち少なくとも一以上を冷却することにより、ノッキングの発生を抑制した。本発明においては、上記の実施例で説明した制御に加え、ＥＧＲバルブ３２の開固着時に、内燃機関における点火時期の進角制御を行ってもよい。

また、その際、ＥＧＲバルブ３２の固着開度に応じて内燃機関における点火時期の進角制御を行ってもよい。より具体的には、ＥＧＲバルブ３２の固着開度がより大きい場合に
、点火時期をより進角させる制御を行う。そうすれば、ＥＧＲバルブ３２の固着開度がより大きい場合に、実際の燃焼から燃焼ガスの排出までの時間をより長くすることができ、より確実に内燃機関から排出される排気の温度を低下させることが可能である。

また、本発明では、上記の実施例で説明した制御に加え、燃料噴射量の低減制御を行ってもよい。これによっても、より確実に内燃機関から排出される排気の温度を低下させることが可能である。

また、その際、ＥＧＲバルブ３２の固着開度に応じて内燃機関における燃料噴射量の低減制御を行ってもよい。より具体的には、ＥＧＲバルブ３２の固着開度がより大きい場合に、内燃機関の燃料噴射量を運転状態からの要求値に対してより少なくする制御を行う。そうすれば、ＥＧＲバルブ３２の固着開度がより大きい場合に、燃料の燃焼による燃焼ガスの温度上昇をより低下させることができ、より確実に内燃機関から排出される排気の温度を低下させることが可能である。

１・・・右バンク
１ａ・・・シリンダヘッド
１ｂ・・・シリンダブロック
２・・・気筒
３・・・吸気マニホルド
４・・・右排気マニホルド
５・・・共通吸気管
１２・・・右バンク冷却水路
１２ａ・・・シリンダヘッド側冷却水路
１２ｂ・・・シリンダブロック側冷却水路
１３・・・右排気冷却装置
１４・・・冷却水流量制御バルブ
２０・・・冷却水路
２０ａ・・・ラジエータ流出水路
２０ｂ・・・ラジエータ流入水路
２１・・・ラジエータ
２５・・・ＥＣＵ
３０・・・ＥＧＲ通路
３１・・・ＥＧＲクーラ
３２・・・ＥＧＲバルブ
３３・・・ＥＧＲ冷却水路
３４・・・ＥＧＲ冷却水路
３５・・・電動ウォータポンプ
３６・・・ＥＧＲ冷却用ラジエータ
３７・・・電動ファン
３８・・・ＥＧＲ冷却水流量制御バルブ
４２・・・ブロック側冷却水流量制御バルブ
５１・・・左バンク
５２・・・気筒
５４・・・左排気マニホルド
５５・・・左排気管
６２・・・左バンク冷却水路
６３・・・左排気冷却装置
１２０ａ・・・吸気ポート冷却水路
１２１ａ・・・気筒冷却水路
１２２ａ・・・排気ポート冷却水路

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路及び、該ＥＧＲ通路を通過する排気の量を制御するＥＧＲ弁を有するとともに、前記排気通路を通過する排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に再循環させるＥＧＲ手段と、
   内燃機関及び該内燃機関の吸気及び排気の少なくとも一を冷却する冷却手段と、
   前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことを検出する固着検出手段と、を備え、
   前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記冷却手段の冷却能力を上昇させることを特徴とする内燃機関の冷却システム。
2. 前記冷却手段は、前記ＥＧＲ通路に設置され該ＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを有し、
   前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記冷却手段における前記内燃機関の排気を冷却する冷却能力を上昇させるとともに前記ＥＧＲクーラの冷却能力を低下させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却システム。
3. 前記冷却手段は、前記内燃機関における排気マニホルドを冷却するマニホルド冷却装置を有することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の冷却システム。
4. 前記冷却手段は、前記内燃機関のシリンダブロックを冷却するシリンダブロック冷却装置と、前記内燃機関のシリンダヘッドを冷却するシリンダヘッド冷却装置と、を有し、
   前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記シリンダブロック冷却装置と前記シリンダヘッド冷却装置のうち、前記シリンダヘッド冷却装置の冷却能力を上昇させ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システム。
5. 前記内燃機関は、複数のバンクを有する複数バンク内燃機関であり、
   前記ＥＧＲ手段は、前記複数のバンクのうちの一部のバンクに接続された排気通路を通過する排気をＥＧＲガスとして吸気通路に再循環し、
   前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記冷却手段は、前記一部のバンクおよび／または該一部のバンクの排気に対する冷却能力を上昇させ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システム。
6. 前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記内燃機関における点火時期を進角させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却システム。
7. 前記固着検出手段によって前記ＥＧＲ弁が開弁した状態で固着したことが検出された場合に、前記内燃機関における燃料噴射量を低減する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システム。

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