JP2012145008A - Internal combustion engine control device - Google Patents

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Toshiaki Miyake
利明 三宅
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine control device capable of suppressing local rise in temperature of cooling water in a cooling water passage of an internal combustion engine.SOLUTION: A heat exchanger 4 is installed at an upper part of an engine. A cooling water passage 4a and a gas passage 4b are provided inside the heat exchanger 4. The cooling water passage 4a is in communication with a water jacket 15. One side of the gas passage 4b is connected to an exhaust system 3, and the other side is switchably connected a secondary air supply device 6 and an EGR device 7 by a switching valve 53 comprising a three-way valve. During a warm-up operation of the engine E, the secondary air supply device 6 and the heat exchanger 4 are connected, the cooling water in the heat exchanger 4 is cooled by secondary air, and the convection of the cooling water is generated between the heat exchanger 4 and the water jacket 15. After the completion of the warm-up operation of the engine E, the EGR device 7 and the heat exchanger 4 are connected, and EGR gas is cooled by the cooling water and supplied to an intake system 2.

Description

本発明は、自動車用エンジン等に代表される内燃機関の制御装置に係る。特に、本発明は、暖機運転時に、冷却水流路の少なくとも一部分に対する冷却水の流れを停止させる冷却系を備えた内燃機関の改良に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine represented by an automobile engine or the like. In particular, the present invention relates to an improvement of an internal combustion engine provided with a cooling system that stops the flow of cooling water to at least a part of a cooling water flow path during warm-up operation.

従来より、自動車用エンジンに搭載される冷却装置としては、ラジエータ、サーモスタット、ウォータポンプ等が備えられている。そして、エンジンのコールドスタート時(冷間始動時)に、ウォータポンプを停止させておき、エンジン内部の冷却水流路(ウォータジャケット)における冷却水の流れを停止させるようにしたものが知られている(例えば、下記の特許文献1を参照)。これによって、エンジン本体の温度を早急に高めることができ、エンジン始動後の短期間のうちにエンジン内各所でのフリクションロスの低減が図れ、燃料消費率の改善を図ることができる。   Conventionally, as a cooling device mounted on an automobile engine, a radiator, a thermostat, a water pump, and the like are provided. Further, it is known that the water pump is stopped at the time of cold start (cold start) of the engine, and the flow of the cooling water in the cooling water flow path (water jacket) inside the engine is stopped. (See, for example, Patent Document 1 below). As a result, the temperature of the engine body can be quickly raised, and friction loss at various locations in the engine can be reduced within a short period of time after the engine is started, so that the fuel consumption rate can be improved.

特開2010−84649号公報JP 2010-84649 A 特開2008−133772号公報JP 2008-133772 A 特開昭58−88418号公報JP 58-88418 A

ところで、上述したようにエンジンの冷間始動時にウォータポンプを停止させるものにあっては、ウォータジャケット内の一部分の冷却水が特に高温になる可能性がある。具体的には、燃焼室周囲に存在する冷却水は、燃焼ガスからの受熱量が多くなることで、他の領域に存在する冷却水よりも温度が著しく高くなってしまう。   By the way, in the case of stopping the water pump when the engine is cold-started as described above, a part of the cooling water in the water jacket may be particularly hot. Specifically, the cooling water existing around the combustion chamber has a significantly higher temperature than the cooling water existing in other regions due to an increase in the amount of heat received from the combustion gas.

このような状況では、以下に述べるような不具合を招いてしまう可能性がある。
・ウォータジャケット内の一部分の冷却水のみが沸騰し、冷却水漏れ(例えばシリンダブロックとシリンダヘッドとの合わせ部分からの冷却水漏れ)が発生してしまう可能性がある。
・シリンダブロックにおける燃焼室周囲の熱膨張量が特に大きくなってボア径が大きくなることにより、所謂ピストンの首振り現象に伴う打音(ピストンの側部がボア内壁面に衝突することによる打音)が発生してしまう可能性がある。
・エンジンの暖機運転が完了することに伴うウォータポンプの駆動開始時に、高温の冷却水がウォータジャケットから冷却水循環回路へ流出することに伴う各種部品への悪影響(急速な熱膨張の発生等による悪影響)や、ウォータジャケット出口側に水温センサが配設されている場合に、その水温センサの検出温度が急速に高くなることに起因するエンジン運転状態への悪影響(各種エンジン制御に対する悪影響等)が懸念される。
In such a situation, the following problems may occur.
There is a possibility that only a part of the cooling water in the water jacket will boil and a cooling water leak (for example, a cooling water leak from the mating part of the cylinder block and the cylinder head) may occur.
・ Since the amount of thermal expansion around the combustion chamber in the cylinder block is particularly large and the bore diameter is large, the impact sound caused by the so-called piston swinging phenomenon (the impact sound caused by the piston side colliding with the bore inner wall surface) ) May occur.
・ At the start of water pump operation due to completion of engine warm-up operation, adverse effects on various parts due to high temperature cooling water flowing out of the water jacket to the cooling water circulation circuit (due to rapid thermal expansion, etc.) Adverse effects), and when a water temperature sensor is installed on the water jacket outlet side, adverse effects on engine operating conditions (such as adverse effects on various engine controls) caused by the rapid increase in the temperature detected by the water temperature sensor Concerned.

尚、エンジンの冷却系としては、ウォータポンプに対して、シリンダヘッドのウォータジャケット(以下「ヘッド側ウォータジャケット」と呼ぶ場合もある)とシリンダブロックのウォータジャケット(以下「ブロック側ウォータジャケット」と呼ぶ場合もある)とを並列に接続したもの(一般に「二系統冷却装置」と呼ばれている;例えば上記特許文献2を参照)も知られている。そして、この二系統冷却装置において、エンジンの冷間始動時に、ブロック側ウォータジャケットへの冷却水の供給を停止させたまま、ヘッド側ウォータジャケットへ冷却水を供給する(ウォータポンプの駆動により冷却水をヘッド側ウォータジャケットのみに供給する)場合にあっても、ブロック側ウォータジャケット内の冷却水の温度が著しく高くなってしまうことにより上述の場合と同様の不具合を招いてしまう可能性がある。   As a cooling system for the engine, a water jacket for a cylinder head (hereinafter sometimes referred to as “head-side water jacket”) and a water jacket for a cylinder block (hereinafter referred to as “block-side water jacket”) are used for the water pump. In some cases, the two are connected in parallel to each other (generally referred to as “two-system cooling device”; see, for example, Patent Document 2 above). In this dual cooling system, when the engine is cold started, the cooling water is supplied to the head side water jacket while the cooling water supply to the block side water jacket is stopped (the cooling water is driven by driving the water pump). Even if the water is supplied only to the head side water jacket), the temperature of the cooling water in the block side water jacket becomes extremely high, which may cause the same problem as described above.

また、上記特許文献3には、エンジンの上方に熱交換器を配設しておき、温度上昇した冷却水と、外部から導入した低温の2次流体との間で熱交換を行って冷却水を冷却することが開示されている。しかしながら、この特許文献3に開示されている熱交換器は、冷却水を2次流体で冷却するための専用の熱交換器として配設されたものであるため、車体重量を増加させてしまうことになり、エンジンの燃料消費率を悪化させるものであった。また、製造コストの面でも実用性に欠けるものであった。   In Patent Document 3, a heat exchanger is provided above the engine, and heat is exchanged between the cooling water whose temperature has increased and the low-temperature secondary fluid introduced from the outside. Is disclosed. However, since the heat exchanger disclosed in Patent Document 3 is arranged as a dedicated heat exchanger for cooling the cooling water with the secondary fluid, the weight of the vehicle body is increased. As a result, the fuel consumption rate of the engine deteriorated. In addition, the production cost is not practical.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の冷却水流路における局部的な冷却水温度の上昇を、車体重量の大幅な増加を招くことなしに抑制可能とする内燃機関の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such points, and the object of the present invention is to cause a local increase in the coolant temperature in the coolant flow path of the internal combustion engine without causing a significant increase in the weight of the vehicle body. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can be suppressed.

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、内燃機関の暖機運転時に局部的に温度が高くなる冷却水と、排気系に供給される二次空気との間で熱交換を行うことにより、その冷却水の温度を低下させ、内燃機関の内部で冷却水の対流を生じさせて、冷却水温度の均一化を図るようにする。また、上記冷却水と二次空気との間で熱交換を行う熱交換器を、内燃機関の暖機完了後にはEGRガスを冷却水によって冷却するEGRクーラとして機能させるようにしている。
-Principle of solving the problem-
The solution principle of the present invention taken to achieve the above object is that heat is generated between the cooling water whose temperature is locally increased during the warm-up operation of the internal combustion engine and the secondary air supplied to the exhaust system. By performing the replacement, the temperature of the cooling water is lowered and convection of the cooling water is generated inside the internal combustion engine so that the cooling water temperature is made uniform. Further, the heat exchanger that exchanges heat between the cooling water and the secondary air is made to function as an EGR cooler that cools the EGR gas with the cooling water after the warm-up of the internal combustion engine is completed.

−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の暖機運転中に、内燃機関本体に形成されている冷却水流路のうちの少なくとも一部分に対する冷却水の圧送を停止させる冷却水停止動作を実行する冷却水循環回路を備えた内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、熱交換器及び経路切り換え制御手段を備えさせる。熱交換器は、上記冷却水停止動作が実行されている際に冷却水の圧送が停止されている冷却水流路の上方に配設され且つ、この冷却水の圧送が停止されている冷却水流路との間で冷却水の相互流通が可能に構成されている。また、経路切り換え制御手段は、上記内燃機関の暖機運転中に、内燃機関の排気系に二次空気を供給する二次空気供給装置からの二次空気と上記熱交換器内部の冷却水との間で熱交換を行う一方、上記内燃機関の暖機運転完了後に、排気ガスを内燃機関の吸気系に還流する排気還流装置からのEGRガスと上記熱交換器内部の冷却水との間で熱交換を可能とするように、上記熱交換器に対する二次空気の供給経路とEGRガスの還流経路との接続状態を切り換える構成とされている。
-Solution-
Specifically, the present invention relates to a cooling water circulation that performs a cooling water stop operation for stopping the pumping of the cooling water to at least a part of the cooling water flow path formed in the internal combustion engine body during the warm-up operation of the internal combustion engine. A control apparatus for an internal combustion engine having a circuit is assumed. The control device for the internal combustion engine is provided with a heat exchanger and a path switching control means. The heat exchanger is disposed above the cooling water passage where the pumping of the cooling water is stopped when the cooling water stopping operation is being performed, and the cooling water passage where the pumping of the cooling water is stopped The cooling water is allowed to flow between the two. Further, the path switching control means includes a secondary air from a secondary air supply device that supplies secondary air to the exhaust system of the internal combustion engine and a cooling water inside the heat exchanger during the warm-up operation of the internal combustion engine. Between the EGR gas from the exhaust gas recirculation device that recirculates the exhaust gas to the intake system of the internal combustion engine and the cooling water inside the heat exchanger after the warm-up operation of the internal combustion engine is completed. In order to enable heat exchange, the connection state between the supply path of secondary air to the heat exchanger and the reflux path of EGR gas is switched.

この特定事項により、内燃機関の暖機運転中には、経路切り換え制御手段によって上記熱交換器に対して二次空気の供給経路が接続するように切り換えられる。これにより、上記二次空気供給装置からの二次空気と熱交換器内部の冷却水との間で熱交換が行われる。つまり、二次空気によって冷却水が冷却される。この熱交換器内部の冷却水の冷却に伴い、冷却水停止動作が実行されている際に冷却水の圧送が停止されている冷却水流路と熱交換器との間で冷却水の温度差に起因する対流が発生する。この対流により、上記冷却水流路及び熱交換器それぞれにおける冷却水温度が均一化され、局部的に高温度の冷却水が存在するといったことが解消される。   Due to this specific matter, during the warm-up operation of the internal combustion engine, the path switching control means switches so that the secondary air supply path is connected to the heat exchanger. Thereby, heat exchange is performed between the secondary air from the said secondary air supply apparatus, and the cooling water inside a heat exchanger. That is, the cooling water is cooled by the secondary air. Along with the cooling of the cooling water inside the heat exchanger, the temperature difference between the cooling water flow path and the heat exchanger, where the cooling water pumping is stopped when the cooling water stop operation is being executed, is changed. Caused convection occurs. By this convection, the cooling water temperature in each of the cooling water flow path and the heat exchanger is made uniform, and the fact that locally high-temperature cooling water exists is eliminated.

一方、内燃機関の暖機運転完了後には、経路切り換え制御手段によって上記熱交換器に対してEGRガスの還流経路が接続するように切り換えられる。これにより、上記排気還流装置からのEGRガスと熱交換器内部の冷却水との間で熱交換が行われる。つまり、冷却水によってEGRガスが冷却される。このEGRガスの冷却に伴い、EGRガスの密度を高めることができ、EGRガスを還流させることによる燃焼温度の抑制効果を確実に得ることが可能となる。   On the other hand, after the warm-up operation of the internal combustion engine is completed, switching is performed so that the EGR gas recirculation path is connected to the heat exchanger by the path switching control means. Thereby, heat exchange is performed between the EGR gas from the exhaust gas recirculation device and the cooling water inside the heat exchanger. That is, the EGR gas is cooled by the cooling water. As the EGR gas is cooled, the density of the EGR gas can be increased, and the effect of suppressing the combustion temperature by recirculating the EGR gas can be reliably obtained.

このように、本解決手段では、上記熱交換器が、内燃機関の暖機運転中には、二次空気によって冷却水を冷却して上記冷却水に対流を生じさせる機能を備えながらも、内燃機関の暖機運転完了後には、EGRガスを冷却するためのEGRクーラとして機能するようにしている。このため、従来の内燃機関に備えられていたEGRクーラを廃することができ、上記熱交換器を設けたことによる車体重量の大幅な増加や製造コストの大幅な高騰を招くことなしに、上記効果を奏することが可能である。   Thus, in the present solution, the heat exchanger has a function of cooling the cooling water with the secondary air and causing convection in the cooling water during the warm-up operation of the internal combustion engine. After the warm-up operation of the engine is completed, the engine functions as an EGR cooler for cooling the EGR gas. For this reason, the EGR cooler provided in the conventional internal combustion engine can be eliminated, and the above-mentioned heat exchanger is provided without significantly increasing the weight of the vehicle body and greatly increasing the manufacturing cost. It is possible to produce an effect.

上記解決手段が適用可能な冷却水循環回路として具体的には、以下の複数の回路構成が挙げられる。   Specific examples of the cooling water circulation circuit to which the above solution can be applied include the following plurality of circuit configurations.

先ず、冷却水循環回路に、内燃機関本体のシリンダブロック側ウォータジャケットからシリンダヘッド側ウォータジャケットに亘って冷却水を圧送するウォータポンプを備えさせる。そして、上記冷却水停止動作では、このウォータポンプを停止することで、シリンダブロック側ウォータジャケット及びシリンダヘッド側ウォータジャケットの両方に対して冷却水の圧送を停止するものである。   First, the cooling water circulation circuit is provided with a water pump that pumps cooling water from the cylinder block side water jacket of the internal combustion engine body to the cylinder head side water jacket. In the cooling water stop operation, the water pump is stopped to stop the pumping of the cooling water to both the cylinder block side water jacket and the cylinder head side water jacket.

また、冷却水循環回路に、内燃機関本体のシリンダブロック側ウォータジャケットからシリンダヘッド側ウォータジャケットに亘って冷却水を圧送するウォータポンプを備えさせる。そして、上記冷却水停止動作では、このウォータポンプからシリンダブロック側ウォータジャケットへの冷却水供給経路を遮断することで、シリンダブロック側ウォータジャケット及びシリンダヘッド側ウォータジャケットの両方に対して冷却水の圧送を停止するものである。   The cooling water circulation circuit is provided with a water pump that pumps the cooling water from the cylinder block side water jacket of the internal combustion engine body to the cylinder head side water jacket. In the cooling water stopping operation, the cooling water supply path from the water pump to the cylinder block side water jacket is shut off, so that the cooling water is pumped to both the cylinder block side water jacket and the cylinder head side water jacket. Is to stop.

また、冷却水循環回路を、内燃機関本体のシリンダブロック側ウォータジャケット及びシリンダヘッド側ウォータジャケットそれぞれに対して個別に冷却水を圧送可能な構成とする。そして、上記冷却水停止動作では、シリンダブロック側ウォータジャケットへの冷却水の圧送を停止し、シリンダヘッド側ウォータジャケットへ冷却水を圧送するようにし、上記熱交換器を、上記シリンダブロック側ウォータジャケットの上方に配設し且つ、このシリンダブロック側ウォータジャケットとの間で冷却水の相互流通を可能な構成とするものである。   Further, the cooling water circulation circuit is configured such that the cooling water can be individually pumped to the cylinder block side water jacket and the cylinder head side water jacket of the internal combustion engine body. In the cooling water stop operation, the pumping of the cooling water to the cylinder block side water jacket is stopped, the cooling water is pumped to the cylinder head side water jacket, and the heat exchanger is connected to the cylinder block side water jacket. The cooling water is arranged between the cylinder block water jacket and the cylinder block water jacket.

これら何れの冷却水循環回路にあっても、上記熱交換器を設けたことによる車体重量の大幅な増加や製造コストの大幅な高騰を招くことなしに、上記効果(暖機運転中における冷却水温度の均一化、暖機運転完了後におけるEGRガスの冷却効果)を奏することが可能である。また、冷却水停止動作時に、シリンダブロック側ウォータジャケットへの冷却水の圧送を停止し、シリンダヘッド側ウォータジャケットへ冷却水を圧送するようにしたものにあっては、熱交換器の取り付け箇所としてはシリンダブロック側ウォータジャケットの上方であればよく、例えばシリンダヘッドの側面等に取り付けることも可能であり、その設置箇所の自由度が高いものである。   In any of these cooling water circulation circuits, the above-mentioned effect (cooling water temperature during warm-up operation) can be achieved without causing a significant increase in the weight of the vehicle body and a significant increase in manufacturing cost due to the provision of the heat exchanger. And cooling effect of EGR gas after completion of warm-up operation). In addition, when cooling water is stopped, the pumping of cooling water to the cylinder block side water jacket is stopped and the cooling water is pumped to the cylinder head side water jacket. May be provided above the water jacket on the cylinder block side, and can be attached, for example, to the side surface of the cylinder head or the like.

また、上記熱交換器はシリンダヘッドの上面に取り付けられている。   The heat exchanger is attached to the upper surface of the cylinder head.

また、冷却水を圧送するウォータポンプは、内燃機関の駆動に依存することなく駆動及び停止が切り換え可能な構成とされている。   The water pump that pumps the cooling water is configured to be able to switch between driving and stopping without depending on the driving of the internal combustion engine.

また、上記熱交換器内部の冷却水通路から延びる配管、上記二次空気の供給経路を構成する二次空気供給配管、上記EGRガスの還流経路を構成する排気還流配管がそれぞれ接続される三方弁を設ける。そして、上記経路切り換え制御手段が、内燃機関の暖機運転中には、熱交換器内部の冷却水通路から延びる配管と二次空気供給配管とを連通させるように三方弁を切り換え、内燃機関の暖機運転完了後には、熱交換器内部の冷却水通路から延びる配管と排気還流配管とを連通させるように三方弁を切り換える構成としている。   Also, a three-way valve to which a pipe extending from the cooling water passage inside the heat exchanger, a secondary air supply pipe constituting the secondary air supply path, and an exhaust recirculation pipe constituting the EGR gas reflux path are respectively connected. Is provided. The path switching control means switches the three-way valve so that the pipe extending from the cooling water passage inside the heat exchanger and the secondary air supply pipe communicate with each other during the warm-up operation of the internal combustion engine. After the warm-up operation is completed, the three-way valve is switched so that the pipe extending from the cooling water passage inside the heat exchanger and the exhaust gas recirculation pipe are communicated with each other.

本発明では、冷却水と二次空気またはEGRガスとの間で熱交換を行う熱交換器を設けたことによる車体重量の大幅な増加や製造コストの大幅な高騰を招くことなしに、暖機運転中における冷却水の冷却効果、暖機運転完了後におけるEGRガスの冷却効果を奏することが可能である。   In the present invention, warm-up can be performed without causing a significant increase in the weight of the vehicle body or a significant increase in manufacturing cost due to the provision of a heat exchanger that performs heat exchange between the cooling water and the secondary air or EGR gas. It is possible to achieve the cooling effect of cooling water during operation and the effect of cooling EGR gas after completion of the warm-up operation.

実施形態に係る冷却水循環回路及びエンジンの吸排気系を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cooling water circulation circuit and engine intake / exhaust system which concern on embodiment. 熱交換器の一部を破断した底面図である。It is the bottom view which fractured | ruptured a part of heat exchanger. 図2におけるIII−III線に対応した位置での熱交換器の断面図である。It is sectional drawing of the heat exchanger in the position corresponding to the III-III line in FIG. ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of control systems, such as ECU. 熱交換切り換え動作の手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the procedure of heat exchange switching operation | movement. エンジンの暖機運転中における冷却水の状態及び二次空気の供給状態を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the state of the cooling water during the engine warming-up operation, and the supply state of secondary air. エンジンの暖機完了後における冷却水の状態及びEGRガスの供給状態を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the state of the cooling water after the engine warm-up completion, and the supply state of EGR gas. 第1の変形例における冷却水循環回路及びエンジンの吸排気系を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cooling water circulation circuit and the intake / exhaust system of an engine in a 1st modification. 第2の変形例における冷却水循環回路及びエンジンの吸排気系を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cooling water circulation circuit and the intake / exhaust system of an engine in a 2nd modification.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車に搭載された多気筒ガソリンエンジン(内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a multi-cylinder gasoline engine (internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.

図1は、本実施形態に係る冷却水循環回路1及びエンジンの吸排気系2,3を模式的に示す図である。以下、これら冷却水循環回路1及び吸排気系2,3の構成について具体的に説明する。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a cooling water circulation circuit 1 and an intake / exhaust system 2 and 3 of an engine according to the present embodiment. Hereinafter, the configuration of the cooling water circulation circuit 1 and the intake and exhaust systems 2 and 3 will be specifically described.

−冷却水循環回路1−
図1に示すように、本実施形態に係る冷却水循環回路1には、ラジエータ11、サーモスタット12、ウォータポンプ13、ヒータコア14、これら各機器11,12,13,14を接続する配管H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7が備えられている。
-Cooling water circulation circuit-
As shown in FIG. 1, the cooling water circulation circuit 1 according to this embodiment includes a radiator 11, a thermostat 12, a water pump 13, a heater core 14, and pipes H <b> 1, H <b> 2 that connect these devices 11, 12, 13, 14. H3, H4, H5, H6, and H7 are provided.

具体的には、ラジエータ11のロアタンク11aとサーモスタット12の第1の流入口12aとがロア配管H1によって接続されており、このサーモスタット12の流出口12cとウォータポンプ13の吸入側とがポンプ吸入配管H2によって接続されている。   Specifically, the lower tank 11a of the radiator 11 and the first inlet 12a of the thermostat 12 are connected by the lower pipe H1, and the outlet 12c of the thermostat 12 and the suction side of the water pump 13 are connected to the pump suction pipe. Connected by H2.

また、ウォータポンプ13の吐出側はエンジン本体(以下、単に「エンジン」と呼ぶ場合もある)Eに形成されたウォータジャケット(冷却水流路)15に連通している。   Further, the discharge side of the water pump 13 communicates with a water jacket (cooling water flow path) 15 formed in an engine body (hereinafter also referred to simply as “engine”) E.

このウォータジャケット15は、シリンダブロックE1の内部に形成されたシリンダブロック側ウォータジャケット15a、及び、シリンダヘッドE2の内部に形成され且つ上記シリンダブロック側ウォータジャケット15aの下流側に繋がるシリンダヘッド側ウォータジャケット15bを備えている。このため、このウォータジャケット15では、ウォータポンプ13から吐出された冷却水(熱回収媒体)がシリンダブロック側ウォータジャケット15aを経た後、シリンダヘッド側ウォータジャケット15bに導入されるようになっている。   The water jacket 15 includes a cylinder block side water jacket 15a formed inside the cylinder block E1, and a cylinder head side water jacket formed inside the cylinder head E2 and connected to the downstream side of the cylinder block side water jacket 15a. 15b. Therefore, in this water jacket 15, the cooling water (heat recovery medium) discharged from the water pump 13 passes through the cylinder block side water jacket 15a and is then introduced into the cylinder head side water jacket 15b.

また、このシリンダヘッド側ウォータジャケット15bを流れた冷却水は、取り出し管H3によってエンジン本体(内燃機関本体)Eから取り出されるようになっている。この取り出し管H3は分岐され、一方はアッパ配管H4によってラジエータ11のアッパタンク11bに接続されている。取り出し管H3の他方はヒータ配管H5によって上記ヒータコア14に接続されている。   Further, the cooling water flowing through the cylinder head side water jacket 15b is taken out from the engine body (internal combustion engine body) E through the take-out pipe H3. The take-out pipe H3 is branched, and one is connected to the upper tank 11b of the radiator 11 by an upper pipe H4. The other of the extraction pipes H3 is connected to the heater core 14 by a heater pipe H5.

また、上記アッパ配管H4には、バイパス配管H6が接続されており、このバイパス配管H6の下流端は上記サーモスタット12の第2の流入口12bに接続されている。更に、上記ヒータコア14とウォータポンプ13の吸入側(上記ポンプ吸入配管H2)とはヒータ出口配管H7によって接続されている。以上が、冷却水循環回路1の基本回路構成である。その他の回路構成(本実施形態において特徴とする回路構成)については後述する。   A bypass pipe H6 is connected to the upper pipe H4, and a downstream end of the bypass pipe H6 is connected to the second inlet 12b of the thermostat 12. Further, the heater core 14 and the suction side of the water pump 13 (the pump suction pipe H2) are connected by a heater outlet pipe H7. The above is the basic circuit configuration of the coolant circulation circuit 1. Other circuit configurations (circuit configurations characterized in this embodiment) will be described later.

以下、この冷却水循環回路1を構成している各機器の構成及び機能について簡単に説明する。   Hereinafter, the configuration and function of each device constituting the cooling water circulation circuit 1 will be briefly described.

上記ラジエータ11は、ダウンフロータイプのものであり、アッパタンク11bとロアタンク11aとの間にラジエータコア11cが備えられている。これにより、エンジン本体Eからアッパ配管H4を経てアッパタンク11bに回収された冷却水がロアタンク11aに向けてラジエータコア11cの内部を流下する際に外気(走行風や冷却ファンの駆動による送風)との間で熱交換を行い、外気に放熱することで冷却水が冷却されるようになっている。   The radiator 11 is of a down flow type, and a radiator core 11c is provided between the upper tank 11b and the lower tank 11a. As a result, when cooling water recovered from the engine body E through the upper pipe H4 to the upper tank 11b flows down into the radiator core 11c toward the lower tank 11a, the outside air (air flow by driving air or driving of the cooling fan) is reduced. The cooling water is cooled by exchanging heat between them and dissipating heat to the outside air.

サーモスタット12は、冷却水循環回路1の水路を切り換えることによって冷却水の温度を調整するものであって、例えば内部に封入されたワックスの熱膨張を利用し、内装されたバルブが冷却水温度に応じて開閉される機構を備えている。   The thermostat 12 adjusts the temperature of the cooling water by switching the water channel of the cooling water circulation circuit 1. For example, the thermostat 12 uses the thermal expansion of the wax sealed inside, and the valve provided in accordance with the cooling water temperature. It has a mechanism that can be opened and closed.

そして、エンジン本体Eの冷間時、つまり冷却水温度が比較的低い場合には、サーモスタット12の第1の流入口12aが閉鎖されると共に第2の流入口12bが開放され、ウォータポンプ13の駆動時には、ラジエータ11のロアタンク11aからウォータポンプ13へ向かう冷却水の流れが停止されると共に上記バイパス配管H6からウォータポンプ13に向かって冷却水が流れることになる。つまり、ラジエータ11を使用しない冷却水循環動作が行われる。   When the engine body E is cold, that is, when the coolant temperature is relatively low, the first inlet 12a of the thermostat 12 is closed and the second inlet 12b is opened, so that the water pump 13 At the time of driving, the flow of the cooling water from the lower tank 11a of the radiator 11 toward the water pump 13 is stopped and the cooling water flows from the bypass pipe H6 toward the water pump 13. That is, the cooling water circulation operation without using the radiator 11 is performed.

一方、エンジン本体Eの暖機完了後、つまり冷却水温度が比較的高い場合には、サーモスタット12の第2の流入口12bが閉鎖されると共に第1の流入口12aが開放され、上記バイパス配管H6からウォータポンプ13へ向かう冷却水の流れが停止されると共にラジエータ11のロアタンク11aからウォータポンプ13に向かって冷却水が流れることになる。つまり、ラジエータ11に冷却水を流す冷却水循環動作を行うことで、冷却水が回収した熱をラジエータ11によって大気に放出する。   On the other hand, after the engine body E has been warmed up, that is, when the coolant temperature is relatively high, the second inlet 12b of the thermostat 12 is closed and the first inlet 12a is opened, and the bypass pipe The flow of the cooling water from H6 toward the water pump 13 is stopped and the cooling water flows from the lower tank 11a of the radiator 11 toward the water pump 13. That is, by performing a cooling water circulation operation in which the cooling water flows through the radiator 11, the heat recovered by the cooling water is released to the atmosphere by the radiator 11.

ウォータポンプ13は、冷却水循環回路1内に水流を発生させるためのものであって、エンジンEの駆動とは独立して駆動・停止が切り換えられる電動ウォータポンプで構成されている。このウォータポンプ13としては、電動式のものに限らず、エンジンEの出力軸であるクランクシャフトの回転駆動力を受けて駆動するものであってもよい。この場合、ウォータポンプ13の駆動軸とクランクシャフトとの間にはクラッチ機構が介在され、エンジンEの駆動状態において、クラッチ機構が係合状態にあるときにウォータポンプ13が駆動し、クラッチ機構が解放状態であるときにウォータポンプ13が停止する構成とされる。   The water pump 13 is for generating a water flow in the cooling water circulation circuit 1 and is constituted by an electric water pump that can be switched between driving and stopping independently of driving of the engine E. The water pump 13 is not limited to an electric type, and may be driven by receiving a rotational driving force of a crankshaft that is an output shaft of the engine E. In this case, a clutch mechanism is interposed between the drive shaft of the water pump 13 and the crankshaft. When the engine E is in a driving state, the water pump 13 is driven when the clutch mechanism is in an engaged state, and the clutch mechanism is The water pump 13 is configured to stop when in the released state.

上記ヒータコア14は、冷却水の熱を利用して車室内を暖房するためのものであって、図示しないエアコンディショナの送風ダクトに臨んでいる。つまり、車室内の暖房時には送風ダクト内を流れる空調風をヒータコア14に通過させて温風として車室内に供給する一方、それ以外(例えば冷房時)では空調風がヒータコア14をバイパスするようになっている。   The heater core 14 is for heating the passenger compartment using the heat of the cooling water, and faces the air duct of an air conditioner (not shown). In other words, the air-conditioned air flowing through the air duct is passed through the heater core 14 when the vehicle interior is heated and supplied to the vehicle interior as warm air, while the air-conditioned air bypasses the heater core 14 in other cases (for example, during cooling). ing.

また、本実施形態に係る冷却水循環回路1における冷却水の循環動作として、エンジンEの冷間始動時にあってはウォータポンプ13が停止される。つまり、ウォータポンプ13を停止させて、冷却水循環回路1内での冷却水の循環を行わせないことで、シリンダブロックE1及びシリンダヘッドE2の温度を早急に高めるようにしている(本発明における冷却水流路に対する冷却水の圧送を停止させる冷却水停止動作の実行)。これにより、エンジン始動後の短期間のうちにエンジン内各所でのフリクションロスの低減を図って燃料消費率の改善を図るようにしている。以下、この運転状態を「冷間始動初期運転」と呼ぶこととする。   Further, as the cooling water circulation operation in the cooling water circulation circuit 1 according to the present embodiment, the water pump 13 is stopped when the engine E is cold started. That is, the temperature of the cylinder block E1 and the cylinder head E2 is quickly increased by stopping the water pump 13 and not circulating the cooling water in the cooling water circulation circuit 1 (cooling in the present invention). (Execution of cooling water stop operation for stopping pumping of cooling water to the water flow path). As a result, the fuel consumption rate is improved by reducing the friction loss at various locations in the engine within a short period after the engine is started. Hereinafter, this operation state is referred to as “cold start initial operation”.

そして、エンジンEの暖機運転が所定期間実行されると、ウォータポンプ13を駆動する。この際、冷却水温度(サーモスタット12の内部に存在している冷却水の温度)は未だ低いため、サーモスタット12は、第1の流入口12aが閉鎖されると共に第2の流入口12bが開放されており、上述したようにラジエータ11を使用しない冷却水循環動作が開始される。つまり、ウォータポンプ13から吐出された冷却水は、シリンダブロック側ウォータジャケット15a、シリンダヘッド側ウォータジャケット15bを経て、取り出し管H3から取り出される。この取り出し管H3から取り出された冷却水の一部は、アッパ配管H4、バイパス配管H6、サーモスタット12及びポンプ吸入配管H2を経てウォータポンプ13に戻る。また、上記取り出し管H3から取り出された他の冷却水は、ヒータ配管H5、ヒータコア14、ヒータ出口配管H7及びポンプ吸入配管H2を経てウォータポンプ13に戻る。以下、この運転状態を「半暖機運転」と呼ぶこととする。   Then, when the warm-up operation of the engine E is executed for a predetermined period, the water pump 13 is driven. At this time, since the cooling water temperature (the temperature of the cooling water existing in the thermostat 12) is still low, the thermostat 12 has the first inlet 12a closed and the second inlet 12b opened. As described above, the cooling water circulation operation that does not use the radiator 11 is started. That is, the cooling water discharged from the water pump 13 is taken out from the take-out pipe H3 through the cylinder block side water jacket 15a and the cylinder head side water jacket 15b. A part of the cooling water taken out from the take-out pipe H3 returns to the water pump 13 through the upper pipe H4, the bypass pipe H6, the thermostat 12 and the pump suction pipe H2. The other cooling water taken out from the take-out pipe H3 returns to the water pump 13 through the heater pipe H5, the heater core 14, the heater outlet pipe H7, and the pump suction pipe H2. Hereinafter, this operation state is referred to as “semi-warm-up operation”.

その後、エンジンEの暖機運転が完了すると、サーモスタット12の第2の流入口12bが閉鎖されると共に第1の流入口12aが開放され、ラジエータ11に冷却水を流す冷却水循環動作が開始されることになる。つまり、ウォータポンプ13から吐出された冷却水は、シリンダブロック側ウォータジャケット15a、シリンダヘッド側ウォータジャケット15bを経て、取り出し管H3から取り出される。この取り出し管H3から取り出された冷却水の一部は、アッパ配管H4、ラジエータ11、ロア配管H1、サーモスタット12及びポンプ吸入配管H2を経てウォータポンプ13に戻る。また、上記取り出し管H3から取り出された他の冷却水は、ヒータ配管H5、ヒータコア14、ヒータ出口配管H7及びポンプ吸入配管H2を経てウォータポンプ13に戻る。以下、この運転状態を「暖機完了後運転」と呼ぶこととする。   Thereafter, when the warm-up operation of the engine E is completed, the second inlet 12b of the thermostat 12 is closed and the first inlet 12a is opened, and a cooling water circulation operation for flowing cooling water to the radiator 11 is started. It will be. That is, the cooling water discharged from the water pump 13 is taken out from the take-out pipe H3 through the cylinder block side water jacket 15a and the cylinder head side water jacket 15b. A part of the cooling water taken out from the take-out pipe H3 returns to the water pump 13 through the upper pipe H4, the radiator 11, the lower pipe H1, the thermostat 12, and the pump suction pipe H2. The other cooling water taken out from the take-out pipe H3 returns to the water pump 13 through the heater pipe H5, the heater core 14, the heater outlet pipe H7, and the pump suction pipe H2. Hereinafter, this operation state is referred to as “operation after completion of warm-up”.

−エンジンEの吸排気系2,3−
次に、エンジンEの吸排気系2,3について説明する。本実施形態に係るエンジンEは、吸気系2から供給される空気と図示しない燃料供給系から供給される燃料とを適宜の空燃比で混合して成る混合気を燃焼室に供給して燃焼させた後、その燃焼に伴って発生する排気ガスを排気系3から大気に放出するようになっている。
-Engine E intake and exhaust systems 2,3-
Next, the intake and exhaust systems 2 and 3 of the engine E will be described. The engine E according to the present embodiment supplies an air-fuel mixture obtained by mixing air supplied from the intake system 2 and fuel supplied from a fuel supply system (not shown) at an appropriate air-fuel ratio to the combustion chamber for combustion. After that, the exhaust gas generated by the combustion is discharged from the exhaust system 3 to the atmosphere.

吸気系2は、吸気管21を備え、この吸気管21上に、吸気流れの上流側から下流側に亘って、エアクリーナ22、スロットルボディ23、サージタンク24が設けられている。また、吸気管21の下流端にはインテークマニホールド25が接続されており、このインテークマニホールド25によってエンジン本体Eの各気筒内に向けて吸気が分流されるようになっている。そして、これら各部材の内部空間により、エンジン本体Eの各気筒内に吸入空気を導入するための吸気通路が構成されている。   The intake system 2 includes an intake pipe 21, and an air cleaner 22, a throttle body 23, and a surge tank 24 are provided on the intake pipe 21 from the upstream side to the downstream side of the intake flow. An intake manifold 25 is connected to the downstream end of the intake pipe 21, and intake air is diverted into each cylinder of the engine body E by the intake manifold 25. The internal space of each member constitutes an intake passage for introducing intake air into each cylinder of the engine body E.

一方、排気系3は、エンジン本体Eに取り付けられたエキゾーストマニホールド31と、このエキゾーストマニホールド31に接続された排気管32とを備えており、上記エキゾーストマニホールド31と排気管32との内部空間によって排気ガスを排出するための排気通路が構成されている。   On the other hand, the exhaust system 3 includes an exhaust manifold 31 attached to the engine body E, and an exhaust pipe 32 connected to the exhaust manifold 31, and exhaust gas is exhausted by an internal space between the exhaust manifold 31 and the exhaust pipe 32. An exhaust passage for discharging gas is configured.

上記排気管32には、2つの触媒33,34が直列に設置されており、この2つの触媒33,34により排気ガスが浄化される。   Two catalysts 33 and 34 are installed in the exhaust pipe 32 in series, and the exhaust gas is purified by the two catalysts 33 and 34.

これらの触媒33,34のうち、排気管32において排気ガスの流れ方向の上流側に設置される触媒33は、いわゆるスタートキャタリスタ(S/C)と呼ばれるものである。一方、排気管32において排気ガスの流れ方向の下流側に設置される触媒34は、いわゆるメインキャタリスタ(M/C)またはアンダーフロアキャタリスタ(U/F)と呼ばれるものである。   Of these catalysts 33, 34, the catalyst 33 installed upstream of the exhaust gas flow direction in the exhaust pipe 32 is a so-called start catalyst (S / C). On the other hand, the catalyst 34 installed on the downstream side in the exhaust gas flow direction in the exhaust pipe 32 is a so-called main catalyst (M / C) or underfloor catalyst (U / F).

これらの触媒33,34は、共に、例えば三元触媒により構成されている。この三元触媒は、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)を一括して化学反応により無害な成分に変化させるといった浄化作用を発揮する。   These catalysts 33 and 34 are both constituted by, for example, a three-way catalyst. This three-way catalyst exhibits a purifying action in which carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), and nitrogen oxide (NOx) are collectively changed to harmless components by a chemical reaction.

−熱交換構造−
次に、本実施形態の特徴とする構成について説明する。
-Heat exchange structure-
Next, a configuration that characterizes the present embodiment will be described.

本実施形態におけるエンジンEは、シリンダヘッドE2の上部に熱交換器4が配設されている。この熱交換器4は、上記冷却水循環回路1内の冷却水と、空気またはEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスとの間で熱交換を行うためのものである。つまり、上記熱交換器4の内部には冷却水通路4aと気体通路4bとが設けられており、この冷却水通路4aに存在する(または、この冷却水通路4aを流れる)冷却水と、気体通路4bを流れる気体(後述する二次空気またはEGRガス)との間で熱交換が行われるようになっている。以下、具体的に説明する。   In the engine E in the present embodiment, the heat exchanger 4 is disposed on the upper part of the cylinder head E2. The heat exchanger 4 is for exchanging heat between the cooling water in the cooling water circulation circuit 1 and air or EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas. That is, a cooling water passage 4a and a gas passage 4b are provided in the heat exchanger 4, and the cooling water existing in the cooling water passage 4a (or flowing through the cooling water passage 4a) and gas Heat exchange is performed with a gas (secondary air or EGR gas described later) flowing through the passage 4b. This will be specifically described below.

(熱交換器4)
上記熱交換器4の内部に設けられている冷却水通路4aは、上記シリンダヘッド側ウォータジャケット15bから分岐されている。つまり、冷却水通路4aはシリンダヘッド側ウォータジャケット15bとの間で冷却水の相互流通が可能となっている。また、ウォータポンプ13の駆動時には、シリンダヘッド側ウォータジャケット15bを流れる冷却水の一部が熱交換器4の冷却水通路4aに流れ込み、上記気体通路4bを流れる気体との間で熱交換を行った後、シリンダヘッド側ウォータジャケット15bを流れる冷却水に合流するようになっている。この合流した冷却水は上記取り出し管H3によってエンジン本体Eから取り出されることになる。
(Heat exchanger 4)
The cooling water passage 4a provided in the heat exchanger 4 is branched from the cylinder head side water jacket 15b. In other words, the cooling water passage 4a is capable of mutual circulation of cooling water with the cylinder head side water jacket 15b. Further, when the water pump 13 is driven, a part of the cooling water flowing through the cylinder head side water jacket 15b flows into the cooling water passage 4a of the heat exchanger 4 and exchanges heat with the gas flowing through the gas passage 4b. After that, it joins the cooling water flowing through the cylinder head side water jacket 15b. The combined cooling water is taken out from the engine body E through the take-out pipe H3.

一方、熱交換器4の内部に設けられている気体通路4bは、一端側が低温側配管51を介して三方弁で成る切り換え弁(経路切り換え弁)53に接続されている一方、他端側が高温側配管52を介して上記エキゾーストマニホールド31に接続されている。   On the other hand, the gas passage 4b provided inside the heat exchanger 4 has one end connected to a switching valve (path switching valve) 53 formed of a three-way valve via a low temperature side pipe 51, while the other end is hot. The exhaust manifold 31 is connected via a side pipe 52.

ここで、上記熱交換器4の構造について具体的に説明する。図2は熱交換器4の一部を破断した底面図である(図2の手前側の面がシリンダヘッドE2の上面に取り付けられる)。また、図3は図2におけるIII−III線に対応した位置での熱交換器4の断面図である。これらの図に示すように、熱交換器4は、シェルアンドチューブ型で構成されており、筒型の熱交換器ケーシング41と、この熱交換器ケーシング41の内部に配設された複数本の偏平形状の配管42,42,…と、熱交換器ケーシング41の両側に配設された低温側及び高温側の各ヘッダ(集合管)43,44とを備えている。   Here, the structure of the heat exchanger 4 will be specifically described. FIG. 2 is a bottom view in which a part of the heat exchanger 4 is broken (the front surface in FIG. 2 is attached to the upper surface of the cylinder head E2). 3 is a sectional view of the heat exchanger 4 at a position corresponding to the line III-III in FIG. As shown in these drawings, the heat exchanger 4 is configured as a shell and tube type, and includes a cylindrical heat exchanger casing 41 and a plurality of pieces disposed inside the heat exchanger casing 41. Are provided with flat pipes 42, 42,..., And headers (collecting pipes) 43, 44 on the low temperature side and the high temperature side disposed on both sides of the heat exchanger casing 41.

熱交換器ケーシング41は、断面が矩形状の筒体で形成されており、その長手方向の中央部分に位置するケーシング本体部45と、このケーシング本体部45の長手方向の両端部に設けられた流入側及び流出側の拡大部46,47とを有している。これらケーシング本体部45及び各拡大部46,47は共に断面矩形状であり、ケーシング本体部45の断面形状に対して各拡大部46,47の断面形状の方が大きく設定されている。図中左側に位置する流入側拡大部46には、上記シリンダヘッド側ウォータジャケット15bから冷却水を流入するための冷却水流入口46aが形成されている。一方、図中右側に位置する流出側拡大部47には、シリンダヘッド側ウォータジャケット15bに向けて冷却水を流出するための冷却水流出口47aが形成されている。これら、冷却水流入口46a、冷却水流出口47a及び熱交換器ケーシング41の内部空間(上記配管42,42,…の外側空間)によって上記冷却水通路4aが構成されている。   The heat exchanger casing 41 is formed of a cylindrical body having a rectangular cross section, and is provided at a casing main body portion 45 located at a central portion in the longitudinal direction and both ends of the casing main body portion 45 in the longitudinal direction. Inflow and outflow side enlarged portions 46 and 47 are provided. The casing main body 45 and the enlarged portions 46 and 47 are both rectangular in cross section, and the cross sectional shape of the enlarged portions 46 and 47 is set larger than the cross sectional shape of the casing main body 45. A cooling water inlet 46a for inflowing cooling water from the cylinder head side water jacket 15b is formed in the inflow side enlarged portion 46 located on the left side in the drawing. On the other hand, the outflow side enlarged portion 47 located on the right side in the figure is formed with a cooling water outlet 47a for flowing out the cooling water toward the cylinder head side water jacket 15b. The cooling water passage 4a is configured by the cooling water inlet 46a, the cooling water outlet 47a, and the internal space of the heat exchanger casing 41 (the outer space of the pipes 42, 42,...).

上記各配管42,42,…は、両端が各拡大部46,47の隔壁46b,47bを貫通して各ヘッダ43,44の内部に連通している。具体的には、各配管42,42,…の図中左側端が流入側拡大部46の隔壁46bを貫通して低温側ヘッダ43の内部空間に連通している一方、各配管42,42,…の図中右側端が流出側拡大部47の隔壁47bを貫通して高温側ヘッダ44の内部空間に連通している。   Each end of the pipes 42, 42,... Penetrates through the partition walls 46b, 47b of the enlarged portions 46, 47 and communicates with the inside of the headers 43, 44. Specifically, the left end of each pipe 42, 42,... In the drawing passes through the partition wall 46 b of the inflow side enlarged portion 46 and communicates with the internal space of the low temperature side header 43, while each pipe 42, 42,. The right end in the figure passes through the partition wall 47 b of the outflow side enlarged portion 47 and communicates with the internal space of the high temperature side header 44.

上記低温側ヘッダ43には上記低温側配管51が接続されている。一方、上記高温側ヘッダ44には上記高温側配管52が接続されている。これら各ヘッダ43,44の内部空間、上記配管42,42,…の内部空間によって上記気体通路4bが構成されている。   The low temperature side pipe 43 is connected to the low temperature side header 43. On the other hand, the high temperature side pipe 52 is connected to the high temperature side header 44. The gas passage 4b is constituted by the internal space of each of the headers 43, 44 and the internal space of the pipes 42, 42,.

尚、熱交換器4の構成としては上述したものには限定されず、冷却水と気体(二次空気またはEGRガス)との間で熱交換が可能な構成であればよい。   In addition, as a structure of the heat exchanger 4, it is not limited to what was mentioned above, What is necessary is just a structure in which heat exchange is possible between cooling water and gas (secondary air or EGR gas).

(二次空気供給装置及びEGR装置)
上記切り換え弁53には、二次空気供給装置6及びEGR(排気還流)装置7が接続され、この切り換え弁53の切り換え動作により、二次空気供給装置6が低温側配管51を介して熱交換器4の気体通路4bに接続(連通)する状態と、EGR装置7が低温側配管51を介して熱交換器4の気体通路4bに接続(連通)する状態とが切り換えられる構成となっている。以下、二次空気供給装置6及びEGR装置7について説明する。
(Secondary air supply device and EGR device)
A secondary air supply device 6 and an EGR (exhaust gas recirculation) device 7 are connected to the switching valve 53, and the switching operation of the switching valve 53 causes the secondary air supply device 6 to exchange heat via the low temperature side pipe 51. The state in which the EGR device 7 is connected (communication) to the gas passage 4b of the heat exchanger 4 and the state in which the EGR device 7 is connected (communication) to the gas passage 4b of the heat exchanger 4 via the low temperature side pipe 51 are switched. . Hereinafter, the secondary air supply device 6 and the EGR device 7 will be described.

二次空気供給装置6は、上記切り換え弁53に接続される二次空気供給配管61を備え、この二次空気供給配管61上において、外気吸入側から切り換え弁53側(熱交換器4側)に向けて、エアフィルタ62、エアポンプ63、エアスイッチングバルブ64が順に配設されている。   The secondary air supply device 6 includes a secondary air supply pipe 61 connected to the switching valve 53. On the secondary air supply pipe 61, the switching valve 53 side (heat exchanger 4 side) from the outside air intake side. An air filter 62, an air pump 63, and an air switching valve 64 are arranged in this order.

上記エアフィルタ62は、エアポンプ63の駆動に伴って二次空気供給配管61に導入される外気を浄化する。   The air filter 62 purifies the outside air introduced into the secondary air supply pipe 61 as the air pump 63 is driven.

上記エアポンプ63は、外気を吸引し、二次空気供給配管61を通じ、切り換え弁53、低温側配管51、熱交換器4、高温側配管52を経てエンジンEの排気系3(具体的にはエキゾーストマニホールド31)に、この外気を二次空気として供給する。具体的に、このエアポンプ63は、電動式エアポンプであって、後述するECU8(図4を参照)からの駆動指令信号に従って図示しないバッテリ(蓄電池)からの給電によりインペラが回転し、二次空気供給配管61に空気(二次空気)を圧送するようになっている。また、上記高温側配管52は各気筒(4気筒)に対応するように分岐されてエキゾーストマニホールド31に接続されているため、上記圧送された二次空気はエキゾーストマニホールド31の各枝管に分流されることになる。   The air pump 63 sucks outside air, passes through the switching valve 53, the low temperature side pipe 51, the heat exchanger 4, and the high temperature side pipe 52 through the secondary air supply pipe 61, and then the exhaust system 3 (specifically, the exhaust gas) of the engine E. This outside air is supplied as secondary air to the manifold 31). Specifically, the air pump 63 is an electric air pump, and the impeller is rotated by power supplied from a battery (storage battery) (not shown) in accordance with a drive command signal from an ECU 8 (see FIG. 4) described later, thereby supplying secondary air. Air (secondary air) is pumped to the pipe 61. Further, since the high temperature side pipe 52 is branched so as to correspond to each cylinder (four cylinders) and connected to the exhaust manifold 31, the pressurized secondary air is diverted to each branch pipe of the exhaust manifold 31. Will be.

上記エアスイッチングバルブ64は、電磁駆動式の開閉弁で構成されており、二次空気供給配管61を開閉する機能を有している。このエアスイッチングバルブ64が開状態にある場合には二次空気供給配管61における二次空気の流通を許容する。一方、このエアスイッチングバルブ64が閉状態にある場合には二次空気供給配管61における二次空気の流通を禁止する。尚、このエアスイッチングバルブ64は、通常状態では閉弁状態となっており、ECU8からの開放指令信号に従って開弁状態となる常閉型電磁開閉弁である。   The air switching valve 64 is composed of an electromagnetically driven on / off valve and has a function of opening / closing the secondary air supply pipe 61. When the air switching valve 64 is in the open state, the secondary air is allowed to flow through the secondary air supply pipe 61. On the other hand, when the air switching valve 64 is in the closed state, the circulation of the secondary air in the secondary air supply pipe 61 is prohibited. The air switching valve 64 is a normally closed electromagnetic on-off valve that is closed in a normal state and is opened in accordance with an open command signal from the ECU 8.

上記EGR装置7は、排気系3の排気ガスの一部を吸気系2に還流させることにより、燃焼室内での燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるためのものである。具体的に、このEGR装置7は、一端(上流端)が上記切り換え弁53に接続され且つ他端(下流端)が上記サージタンク24に接続されたEGR配管(排気還流配管)71を備え、このEGR配管71上にEGRバルブ72が配設されている。このEGRバルブ72は、電子制御によって無段階に開度調整され、EGR配管71を流れる排気還流量を自在に調整することが可能となっている。   The EGR device 7 is for reducing a combustion temperature in the combustion chamber by recirculating a part of the exhaust gas of the exhaust system 3 to the intake system 2, thereby reducing the amount of NOx generated. Specifically, the EGR device 7 includes an EGR pipe (exhaust gas recirculation pipe) 71 having one end (upstream end) connected to the switching valve 53 and the other end (downstream end) connected to the surge tank 24. An EGR valve 72 is disposed on the EGR pipe 71. The opening degree of the EGR valve 72 is steplessly adjusted by electronic control, and the exhaust gas recirculation amount flowing through the EGR pipe 71 can be freely adjusted.

−制御系−
上記エンジンEの運転状態、二次空気供給装置6及びEGR装置7の作動状態、上記切り換え弁53の切り換え動作はECU(Electronic Control Unit)8によって制御される。このECU8は、図4に示すように、CPU(Central Processing Unit)81、ROM(Read Only Memory)82、RAM(Random Access Memory)83及びバックアップRAM84などを備えている。
-Control system-
The operating state of the engine E, the operating state of the secondary air supply device 6 and the EGR device 7, and the switching operation of the switching valve 53 are controlled by an ECU (Electronic Control Unit) 8. As shown in FIG. 4, the ECU 8 includes a CPU (Central Processing Unit) 81, a ROM (Read Only Memory) 82, a RAM (Random Access Memory) 83, a backup RAM 84, and the like.

ROM82は、各種制御プログラム(例えば二次空気供給装置6におけるエアポンプ63及びエアスイッチングバルブ64の制御プログラム等)や、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU81は、ROM82に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。RAM83は、CPU81での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップRAM84は、エンジンEの停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。   The ROM 82 stores various control programs (for example, a control program for the air pump 63 and the air switching valve 64 in the secondary air supply device 6), a map that is referred to when these various control programs are executed, and the like. The CPU 81 executes arithmetic processing based on various control programs and maps stored in the ROM 82. The RAM 83 is a memory that temporarily stores calculation results in the CPU 81, data input from each sensor, and the like. The backup RAM 84 is a non-volatile memory that stores data to be saved when the engine E is stopped.

これらROM82、CPU81、RAM83及びバックアップRAM84は、バス87を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路85及び外部出力回路86と接続されている。   The ROM 82, CPU 81, RAM 83, and backup RAM 84 are connected to each other via a bus 87, and are connected to an external input circuit 85 and an external output circuit 86.

外部入力回路85には、吸入空気量を検出するエアフローメータ91、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ92、冷却水温度を検出する水温センサ93、クランクシャフトが所定回転角度だけ回転する毎にパルス信号を発信するクランクポジションセンサ94、上記エアフローメータ91に内蔵され吸入空気の温度を検出する吸気温センサ95、スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサ96、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ97等が接続されている。各センサの構成及び機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。   The external input circuit 85 includes an air flow meter 91 that detects the intake air amount, an air-fuel ratio sensor 92 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas, a water temperature sensor 93 that detects the coolant temperature, and a crankshaft that rotates by a predetermined rotation angle. A crank position sensor 94 for transmitting a pulse signal to the engine, an intake air temperature sensor 95 for detecting the temperature of the intake air built in the air flow meter 91, a throttle opening sensor 96 for detecting the opening of the throttle valve, and the opening of the accelerator pedal. An accelerator opening sensor 97 to be detected is connected. Since the configuration and function of each sensor are well known, description thereof is omitted here.

一方、外部出力回路86には、上記スロットルバルブを駆動するスロットルモータ9A、エンジンEの気筒内に向けて燃料を噴射するインジェクタ9B、図示しない点火プラグの点火タイミングを調整するイグナイタ9C、上記ウォータポンプ13、上記エアポンプ63、上記エアスイッチングバルブ64、上記EGRバルブ72、上記切り換え弁53等が接続されている。   On the other hand, the external output circuit 86 includes a throttle motor 9A for driving the throttle valve, an injector 9B for injecting fuel into the cylinder of the engine E, an igniter 9C for adjusting the ignition timing of a spark plug (not shown), and the water pump. 13, the air pump 63, the air switching valve 64, the EGR valve 72, the switching valve 53 and the like are connected.

−熱交換動作−
次に、上記熱交換器4を利用した熱交換動作について説明する。この熱交換動作の概略について説明すると、エンジンEの暖機運転中には、上記二次空気供給装置6と熱交換器4とを連通させるように切り換え弁53が切り換えられ(図1に実線で示す切り換え状態を参照)、この二次空気供給装置6から圧送される二次空気が、熱交換器4に導入され、この熱交換器4の内部において冷却水との間で熱交換を行った後に、エキゾーストマニホールド31に導入される。つまり、熱交換器4の内部の冷却水から熱を奪って、この冷却水の温度を低下させた後、排気系3に供給されることで、排気中の酸素濃度を上昇させ、排気管32内でのHC、COの二次燃焼を促進させるようにしている。また、熱交換器4とウォータジャケット15との間においては、熱交換器4において冷却水が二次空気によって冷却されていることで、後述する冷却水の対流が生じている(本発明でいう経路切り換え制御手段による内燃機関の暖機運転中の動作)。この動作が、上記「冷間始動初期運転」及び「半暖機運転」において実行される。
-Heat exchange operation-
Next, the heat exchange operation using the heat exchanger 4 will be described. The outline of this heat exchange operation will be described. During the warm-up operation of the engine E, the switching valve 53 is switched so that the secondary air supply device 6 and the heat exchanger 4 communicate with each other (the solid line in FIG. 1). Secondary air pumped from the secondary air supply device 6 is introduced into the heat exchanger 4 and heat exchange is performed between the heat exchanger 4 and the cooling water inside the heat exchanger 4. Later, it is introduced into the exhaust manifold 31. That is, heat is taken from the cooling water inside the heat exchanger 4 and the temperature of the cooling water is lowered, and then supplied to the exhaust system 3 to increase the oxygen concentration in the exhaust, and the exhaust pipe 32. The secondary combustion of HC and CO is promoted. In addition, between the heat exchanger 4 and the water jacket 15, the cooling water is cooled by the secondary air in the heat exchanger 4, thereby causing convection of cooling water described later (referred to in the present invention). Operation during warm-up operation of internal combustion engine by path switching control means). This operation is performed in the “cold start initial operation” and the “semi-warm-up operation”.

一方、エンジンEの暖機完了後には(上記「暖機完了後運転」では)、上記EGR装置7と熱交換器4とを連通させるように切り換え弁53が切り換えられ(図1に破線で示す切り換え状態を参照)、エキゾーストマニホールド31を流れる排気ガスの一部が、熱交換器4に導入され、この熱交換器4の内部において冷却水との間で熱交換を行った後に、サージタンク24に導入される。つまり、還流される排気ガス(EGRガス)を熱交換器4の内部の冷却水によって冷却した後に吸気系2に導入することで、排気ガスの密度を高めて吸気系2を流れる吸気に合流させるようにしている(本発明でいう経路切り換え制御手段による内燃機関の暖機運転完了後の動作)。以下、これら熱交換状態を切り換える動作について具体的に説明する。   On the other hand, after the warm-up of the engine E is completed (in the “operation after the completion of warm-up”), the switching valve 53 is switched so as to connect the EGR device 7 and the heat exchanger 4 (shown by a broken line in FIG. 1). A part of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 31 is introduced into the heat exchanger 4, and after exchanging heat with the cooling water inside the heat exchanger 4, the surge tank 24 To be introduced. In other words, the exhaust gas to be recirculated (EGR gas) is cooled by the cooling water inside the heat exchanger 4 and then introduced into the intake system 2 to increase the density of the exhaust gas and join the intake air flowing through the intake system 2. (Operation after completion of warm-up operation of the internal combustion engine by the path switching control means in the present invention). Hereinafter, the operation for switching between these heat exchange states will be described in detail.

図5は、熱交換切り換え動作の手順を示すフローチャート図である。このフローチャートは、エンジンEの始動後、数msec毎またはクランクシャフトの所定回転角度毎に実行される。   FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of the heat exchange switching operation. This flowchart is executed every several milliseconds after the engine E is started or every predetermined rotation angle of the crankshaft.

先ず、ステップST1において、エンジンEが暖機運転中であるか否かを判定する。この判定は、エンジン始動直前に上記水温センサ93によって検出された冷却水温度と、エンジン始動後の経過時間とに基づいて行われる。つまり、エンジン始動直前の冷却水温度が既に暖機完了温度(例えば80℃)に達している場合(例えばエンジンEの停止直後に再始動された場合)にはエンジンEは暖機運転中ではないとして、ステップST1でNO判定される。一方、エンジン始動直前の冷却水温度が暖機完了温度に達していない場合には、その冷却水温度と暖機完了温度との偏差に基づいて、エンジンEの暖機運転が完了するまでの時間を予め算出しておく。つまり、上記偏差が大きいほどエンジンEの暖機運転が完了するまでの時間を長く設定しておく。そして、エンジンEの始動後、その算出した時間(暖機運転が完了したと判定する時間)が経過するまではエンジンEは暖機運転中であるとして、ステップST1でYES判定される一方、その時間が経過すると、エンジンEの暖機運転は完了したとして、ステップST1でNO判定される。   First, in step ST1, it is determined whether or not the engine E is warming up. This determination is made based on the coolant temperature detected by the water temperature sensor 93 immediately before the engine is started and the elapsed time after the engine is started. That is, when the coolant temperature immediately before starting the engine has already reached the warm-up completion temperature (for example, 80 ° C.) (for example, when restarted immediately after the engine E is stopped), the engine E is not warming up. As a result, NO is determined in step ST1. On the other hand, if the coolant temperature immediately before the engine start has not reached the warm-up completion temperature, the time until the engine E warm-up operation is completed based on the deviation between the coolant temperature and the warm-up completion temperature. Is calculated in advance. That is, the larger the deviation is, the longer the time until the warm-up operation of the engine E is completed. Then, after the engine E is started, the engine E is in the warming-up operation until the calculated time (the time for determining that the warming-up operation has been completed) is determined as YES in step ST1, while that When time elapses, it is determined that the warm-up operation of the engine E has been completed, and NO is determined in step ST1.

上記エンジンEの暖機運転が完了するまでの時間の算出動作としては、上記エンジン始動直前の冷却水温度及びエンジン始動後の経過時間をパラメータとする演算式を上記ROM82に記憶させることで算出するようにしている。また、上記エンジン始動直前の冷却水温度及びエンジン始動後の経過時間から、暖機運転が完了するまでの時間を求めるマップを上記ROM82に記憶させ、このマップを参照することで暖機運転が完了するまでの時間を求めるようにしてもよい。また、図示しない油温センサによって潤滑油温度を検出し、この潤滑油温度に基づいてエンジンEが暖機運転中であるか否かを判定するようにしてもよい。   The operation for calculating the time until the warm-up operation of the engine E is completed is calculated by storing an arithmetic expression using the cooling water temperature just before the engine start and the elapsed time after the engine start as parameters in the ROM 82. I am doing so. Further, a map for determining the time until the warm-up operation is completed from the coolant temperature immediately before the engine start and the elapsed time after the engine start is stored in the ROM 82, and the warm-up operation is completed by referring to this map. You may make it obtain | require time until. Further, the lubricating oil temperature may be detected by an oil temperature sensor (not shown), and it may be determined whether or not the engine E is warming up based on the lubricating oil temperature.

エンジンEが暖機運転中である場合には、ステップST1でYES判定され、ステップST2に移る。このステップST2では、上記切り換え弁53を二次空気供給装置6側に切り換える(図1に実線で示す切り換え状態)。つまり、二次空気供給装置6の二次空気供給配管61が低温側配管51を介して熱交換器4の気体通路4bに接続(連通)する状態にする。また、ステップST3において、エアスイッチングバルブ64を開放すると共にエアポンプ63を駆動する。より具体的には、エアポンプ63を駆動して二次空気供給配管61の内部圧力を排気管32の内部圧力よりも高めた状態でエアスイッチングバルブ64を開放する。つまり、エアポンプ63を駆動した後に、エアスイッチングバルブ64を開放する。これにより、排気ガスの二次空気供給配管61への流れ込みを防止した状態で、エアフィルタ62を通過した外気を二次空気として二次空気供給配管61を介し、熱交換器4を経てエキゾーストマニホールド31に導く。つまり、排気系3への二次空気供給動作が開始されることになる。図6は、このエンジンEの暖機運転中における冷却水の状態及び二次空気の供給状態を示す模式図である。この図6において実線で示す矢印は二次空気の流れを示しており、破線で示す矢印はウォータジャケット15と熱交換器4との間での冷却水の対流(この対流については後述する)を示している。   If the engine E is in the warm-up operation, YES is determined in step ST1, and the process proceeds to step ST2. In step ST2, the switching valve 53 is switched to the secondary air supply device 6 side (switching state indicated by a solid line in FIG. 1). That is, the secondary air supply pipe 61 of the secondary air supply device 6 is connected (communicated) to the gas passage 4 b of the heat exchanger 4 via the low temperature side pipe 51. In step ST3, the air switching valve 64 is opened and the air pump 63 is driven. More specifically, the air pump 63 is driven to open the air switching valve 64 in a state where the internal pressure of the secondary air supply pipe 61 is higher than the internal pressure of the exhaust pipe 32. That is, after driving the air pump 63, the air switching valve 64 is opened. As a result, in a state in which the exhaust gas is prevented from flowing into the secondary air supply pipe 61, the outside air that has passed through the air filter 62 is converted into secondary air through the secondary air supply pipe 61 through the heat exchanger 4 and the exhaust manifold. Lead to 31. That is, the secondary air supply operation to the exhaust system 3 is started. FIG. 6 is a schematic diagram showing a state of cooling water and a supply state of secondary air during the warm-up operation of the engine E. In FIG. 6, an arrow indicated by a solid line indicates the flow of secondary air, and an arrow indicated by a broken line indicates convection of cooling water between the water jacket 15 and the heat exchanger 4 (this convection will be described later). Show.

この二次空気の供給により、排気中の酸素濃度が上昇し、排気管32内でのHC、COの二次燃焼が促進される。その結果、排気温度を上昇させることで触媒33,34の昇温を促進することができ、排気ガスの浄化率の向上を図ることができる。   By supplying the secondary air, the oxygen concentration in the exhaust gas increases, and secondary combustion of HC and CO in the exhaust pipe 32 is promoted. As a result, by raising the exhaust gas temperature, it is possible to promote the temperature rise of the catalysts 33 and 34 and to improve the exhaust gas purification rate.

このような運転状態(エンジンEの暖機運転)にあっては、上述した如くウォータポンプ13が停止しており、冷却水循環回路1にあっては冷却水は循環していない。このため、特に、燃焼室周囲に存在する冷却水は、燃焼ガスからの受熱量が多くなることで、他の領域に存在する冷却水よりも温度が高くなっている。このように高温となった冷却水は、他の領域の冷却水との間の温度差による密度差に起因し、シリンダヘッド側ウォータジャケット15bから熱交換器4の冷却水通路4aに流れ込むことになる。   In such an operation state (warm-up operation of the engine E), the water pump 13 is stopped as described above, and the cooling water is not circulated in the cooling water circulation circuit 1. For this reason, in particular, the cooling water existing around the combustion chamber has a higher temperature than the cooling water existing in other regions due to the increased amount of heat received from the combustion gas. The cooling water that has reached a high temperature as described above flows into the cooling water passage 4a of the heat exchanger 4 from the cylinder head side water jacket 15b due to a density difference due to a temperature difference from the cooling water in other regions. Become.

そして、この熱交換器4にあっては、二次空気供給装置6から導入された外気(二次空気)が熱交換器4の気体通路4bを流れる際に、この外気と冷却水(冷却水通路4aに流れ込んだ高温の冷却水)との間で熱交換が行われる。この熱交換により、冷却水は二次空気によって冷却されて温度が低下し、二次空気は冷却水により加熱されて温度が上昇する。   In the heat exchanger 4, when the outside air (secondary air) introduced from the secondary air supply device 6 flows through the gas passage 4 b of the heat exchanger 4, the outside air and cooling water (cooling water) Heat exchange with the high-temperature cooling water flowing into the passage 4a is performed. By this heat exchange, the cooling water is cooled by the secondary air and the temperature is lowered, and the secondary air is heated by the cooling water and the temperature is raised.

このため、熱交換器4の冷却水通路4aに存在する冷却水の温度が、他の領域(例えばシリンダブロック側ウォータジャケット15a内)の冷却水の温度よりも低くなり、この温度差(密度差)によってエンジンEと熱交換器4との間で冷却水が対流することになる。つまり、熱交換器4の冷却水通路4aに存在していた冷却水がシリンダヘッド側ウォータジャケット15bやシリンダブロック側ウォータジャケット15aに流れ込むことになる一方、シリンダヘッド側ウォータジャケット15bやシリンダブロック側ウォータジャケット15aに存在していた冷却水が熱交換器4の冷却水通路4aに流れ込むことになる。   For this reason, the temperature of the cooling water existing in the cooling water passage 4a of the heat exchanger 4 becomes lower than the temperature of the cooling water in other regions (for example, in the cylinder block side water jacket 15a), and this temperature difference (density difference). ) Causes the cooling water to flow between the engine E and the heat exchanger 4. That is, the cooling water existing in the cooling water passage 4a of the heat exchanger 4 flows into the cylinder head side water jacket 15b and the cylinder block side water jacket 15a, while the cylinder head side water jacket 15b and the cylinder block side water jacket 15a. The cooling water existing in the jacket 15 a flows into the cooling water passage 4 a of the heat exchanger 4.

このように、ウォータポンプ13を停止した状態でありながらも、上記対流によって冷却水が循環されることになるため、熱交換器4の冷却水通路4a、シリンダヘッド側ウォータジャケット15b、シリンダブロック側ウォータジャケット15aそれぞれにおける冷却水温度が均一化され、局部的に高温度の冷却水が存在するといったことが解消されることになる。   Thus, since the cooling water is circulated by the convection while the water pump 13 is stopped, the cooling water passage 4a of the heat exchanger 4, the cylinder head side water jacket 15b, the cylinder block side The cooling water temperature in each of the water jackets 15a is made uniform, and the fact that locally high-temperature cooling water exists is eliminated.

また、この状態では、二次空気は冷却水によって加熱されて温度上昇しているため、排気管32内でのHC、COの二次燃焼がよりいっそう促進されることになり、触媒33,34の昇温を大幅に促進することができる。   In this state, since the secondary air is heated by the cooling water and the temperature rises, secondary combustion of HC and CO in the exhaust pipe 32 is further promoted, and the catalysts 33 and 34 It is possible to greatly promote the temperature rise of the.

このようなエンジンEの暖機運転が継続された状態から、エンジンEの暖機運転が完了すると(上記時間が経過すると)、ステップST4でYES判定され、ステップST5に移って、上記切り換え弁53をEGR装置7側に切り換える(図1に破線で示す切り換え状態)。つまり、EGR装置7が低温側配管51を介して熱交換器4の気体通路4bに接続(連通)する状態にする。また、ステップST6において、上記二次空気供給装置6のエアスイッチングバルブ64を閉鎖すると共に、エアポンプ63を停止する。これにより、上記EGRバルブ72が開放されれば、排気系3から吸気系2へ向けてのEGRガスの供給が行える状態となる。   When the warm-up operation of the engine E is completed (when the time has elapsed) from the state where the warm-up operation of the engine E is continued, YES is determined in step ST4, the process proceeds to step ST5, and the switching valve 53 is moved. Is switched to the EGR device 7 side (switching state indicated by a broken line in FIG. 1). That is, the EGR device 7 is connected (communicated) to the gas passage 4 b of the heat exchanger 4 through the low temperature side pipe 51. In step ST6, the air switching valve 64 of the secondary air supply device 6 is closed and the air pump 63 is stopped. Thus, when the EGR valve 72 is opened, the EGR gas can be supplied from the exhaust system 3 to the intake system 2.

ステップST7では、EGRバルブ72の制御が実行される。つまり、エンジンEの運転状態に応じたEGRガス還流量が得られるようにEGRバルブ72の開度が制御される。図7は、このエンジンEの暖機完了後における冷却水の状態及びERGガスの供給状態を示す模式図である。この図7において実線で示す矢印はEGRガスの流れ及びエンジンEと熱交換器4との間での冷却水の流れを示している。   In step ST7, control of the EGR valve 72 is executed. That is, the opening degree of the EGR valve 72 is controlled so that an EGR gas recirculation amount corresponding to the operating state of the engine E is obtained. FIG. 7 is a schematic diagram showing the state of cooling water and the state of supply of ERG gas after the completion of warming up of the engine E. In FIG. 7, arrows indicated by solid lines indicate the flow of EGR gas and the flow of cooling water between the engine E and the heat exchanger 4.

EGRバルブ72の開度制御は、例えば上記ROM82に記憶されたEGRバルブ開度マップに従って行われる。このEGRバルブ開度マップは、例えばエンジン負荷及びエンジン回転数をパラメータとしてEGR率を決定するものであり、このEGR率が得られるように、上記エアフローメータ91によって検出された吸入空気量に応じてEGRバルブ72の開度を調整することになる。   The opening degree control of the EGR valve 72 is performed according to an EGR valve opening degree map stored in the ROM 82, for example. This EGR valve opening map determines the EGR rate using, for example, the engine load and the engine speed as parameters, and according to the intake air amount detected by the air flow meter 91 so as to obtain this EGR rate. The opening degree of the EGR valve 72 is adjusted.

そして、EGRバルブ72が開放されて排気還流動作が開始されると、燃焼室内における燃焼温度が低下し、これによってNOx発生量が低減されることになる。また、この状態では、EGRガスは冷却水によって冷却されて温度低下しているため、還流されるEGRガスの密度を高めることができ、EGRガスを還流させることの効果(燃焼温度の抑制効果)を確実に得ることが可能となる。   When the EGR valve 72 is opened and the exhaust gas recirculation operation is started, the combustion temperature in the combustion chamber is lowered, thereby reducing the amount of NOx generated. In this state, since the EGR gas is cooled by cooling water and the temperature is lowered, the density of the EGR gas to be recirculated can be increased, and the effect of recirculating the EGR gas (combustion temperature suppressing effect) Can be obtained reliably.

また、上記ステップST1においてエンジンEが暖機運転中でないと判定された場合には、上記二次空気供給動作を実行することなく、ステップST7に移って上記EGRバルブ72の制御を実行する。例えば、エンジンEが暖機運転完了状態から停止され、その直後に再始動された場合には、ステップST1でNO判定され、二次空気供給動作を実行することなく、EGRバルブ72の制御を実行することになる。   On the other hand, if it is determined in step ST1 that the engine E is not warming up, the process proceeds to step ST7 and the control of the EGR valve 72 is executed without executing the secondary air supply operation. For example, when the engine E is stopped from the warm-up operation complete state and restarted immediately thereafter, NO is determined in step ST1, and the control of the EGR valve 72 is executed without executing the secondary air supply operation. Will do.

また、上記ステップST4においてNO判定された場合には、ステップST8に移り、イグニッションOFF操作等によってエンジンEが停止されたか否かを判定する。つまり、エンジンEの暖機運転が完了する前にエンジンEが停止されたか否かを判定する。エンジンEが停止されておらず、ステップST8でNO判定された場合には、そのままリターンされ、上述した二次空気供給動作が継続される。   If NO is determined in step ST4, the process proceeds to step ST8, and it is determined whether or not the engine E is stopped by an ignition OFF operation or the like. That is, it is determined whether or not the engine E has been stopped before the warm-up operation of the engine E is completed. If the engine E is not stopped and NO is determined in step ST8, the process returns as it is, and the secondary air supply operation described above is continued.

一方、エンジンEが停止され、ステップST8でYES判定された場合には、ステップST9に移り、上記二次空気供給装置6のエアスイッチングバルブ64を閉鎖すると共に、エアポンプ63を停止してリターンされる。つまり、二次空気供給装置6のエアスイッチングバルブ64及びエアポンプ63を初期状態に戻しておく。ここでエアスイッチングバルブ64を閉鎖する理由は、排気系3から二次空気供給配管61への排気ガスの流入を阻止し、この排気ガス中に含まれる水分が二次空気供給配管61内で結露してしまうことによる不具合を防止(低外気時に水分が凍結したり、二次空気供給配管61が腐食したりすることを防止)するためである。   On the other hand, if the engine E is stopped and YES is determined in step ST8, the process proceeds to step ST9 where the air switching valve 64 of the secondary air supply device 6 is closed and the air pump 63 is stopped and returned. . That is, the air switching valve 64 and the air pump 63 of the secondary air supply device 6 are returned to the initial state. Here, the reason for closing the air switching valve 64 is to prevent the exhaust gas from flowing into the secondary air supply pipe 61 from the exhaust system 3, and moisture contained in the exhaust gas is condensed in the secondary air supply pipe 61. This is to prevent problems due to the occurrence of moisture (preventing that water freezes or the secondary air supply pipe 61 is corroded during low outside air).

以上説明したように、本実施形態では、エンジンEの暖機運転時にあっては、二次空気供給装置6と熱交換器4とを連通させるように切り換え弁53を切り換え、二次空気と冷却水との間で熱交換を行わせて、エンジンEと熱交換器4との間で冷却水が対流するようにしている。このため、ウォータポンプ13を停止した状態でありながらも、この対流によって冷却水が循環されることになり、局部的に高温度の冷却水が存在するといったことが解消される。その結果、一部の冷却水のみが沸騰して冷却水漏れが発生してしまうことを防止でき、また、シリンダブロックE1における燃焼室周囲の熱膨張量が特に大きくなってボア径が大きくなることに伴う打音の発生を防止することができる。また、ウォータポンプ13の駆動開始時にウォータジャケット15から流出される冷却水の温度が比較的低く抑えられるため、冷却水循環回路1の各種部品への悪影響やエンジン運転状態への悪影響も回避することができる。   As described above, in the present embodiment, during the warm-up operation of the engine E, the switching valve 53 is switched so that the secondary air supply device 6 and the heat exchanger 4 communicate with each other, thereby cooling the secondary air and the cooling air. Heat is exchanged with water so that cooling water convects between the engine E and the heat exchanger 4. For this reason, while the water pump 13 is in a stopped state, the cooling water is circulated by this convection, so that the high temperature cooling water is locally present. As a result, it is possible to prevent only a part of the cooling water from boiling and causing a cooling water leak, and the amount of thermal expansion around the combustion chamber in the cylinder block E1 is particularly large, resulting in an increase in bore diameter. It is possible to prevent the occurrence of a hitting sound associated with. Further, since the temperature of the cooling water flowing out from the water jacket 15 at the start of driving the water pump 13 is kept relatively low, adverse effects on various parts of the cooling water circulation circuit 1 and adverse effects on the engine operating state can be avoided. it can.

また、上記二次空気は冷却水によって加熱されて温度上昇しているため、排気管32内でのHC、COの二次燃焼がよりいっそう促進されることになり、触媒33,34の昇温を大幅に促進することができて、排気ガスの浄化率の向上を図ることができる。   Further, since the secondary air is heated by the cooling water and the temperature rises, secondary combustion of HC and CO in the exhaust pipe 32 is further promoted, and the temperature of the catalysts 33 and 34 is increased. The exhaust gas purification rate can be improved.

また、エンジンEの暖機完了後にあっては、EGR装置7と熱交換器4とを連通させるように切り換え弁53を切り換え、二次空気とEGRガスとの間で熱交換を行わせるようにしている。このため、還流されるEGRガスの密度を高めることができ、EGRガスを還流させることの効果(燃焼温度の抑制効果)を確実に得ることが可能である。   Further, after the warm-up of the engine E is completed, the switching valve 53 is switched so that the EGR device 7 and the heat exchanger 4 are communicated, and heat exchange is performed between the secondary air and the EGR gas. ing. For this reason, the density of the recirculated EGR gas can be increased, and the effect of recirculating the EGR gas (combustion temperature suppressing effect) can be reliably obtained.

このように、上記熱交換器4は、エンジンEの暖機運転時には、二次空気によって冷却水を冷却してエンジンEと熱交換器4との間で冷却水を対流させる機能を備えながらも、エンジンEの暖機完了後には、EGRガスを冷却するためのEGRクーラとして機能するようになっている。このため、従来のエンジンに備えられていたEGRクーラを廃することができる。その結果、上記熱交換器4を設けたことによる車体重量の大幅な増加や製造コストの大幅な高騰を招くことなしに、上記効果を奏することが可能である。   Thus, the heat exchanger 4 has a function of cooling the cooling water with the secondary air and convection the cooling water between the engine E and the heat exchanger 4 during the warm-up operation of the engine E. After the engine E is warmed up, the engine E functions as an EGR cooler for cooling the EGR gas. For this reason, the EGR cooler with which the conventional engine was equipped can be abolished. As a result, the above effects can be achieved without causing a significant increase in the weight of the vehicle body or a significant increase in manufacturing cost due to the provision of the heat exchanger 4.

−第1の変形例−
上述した実施形態における冷却水循環回路1は、エンジンEの暖機運転時にウォータポンプ13を停止させるものであった。本変形例は、エンジンEの暖機運転時に、ウォータポンプ13を駆動させながらも、シリンダブロック側ウォータジャケット15a及びシリンダヘッド側ウォータジャケット15bへの冷却水の供給を停止させるようにしたものである。ここでは上記実施形態との相違点について主に説明する。
-First modification-
The cooling water circulation circuit 1 in the above-described embodiment stops the water pump 13 during the warm-up operation of the engine E. In the present modification, the supply of cooling water to the cylinder block side water jacket 15a and the cylinder head side water jacket 15b is stopped while driving the water pump 13 during the warm-up operation of the engine E. . Here, differences from the above embodiment will be mainly described.

図8は、本変形例における冷却水循環回路1及びエンジンEの吸排気系2,3を模式的に示す図である。   FIG. 8 is a diagram schematically showing the cooling water circulation circuit 1 and the intake and exhaust systems 2 and 3 of the engine E in the present modification.

この図8に示すように、本変形例における冷却水循環回路1は、ウォータポンプ13の吐出側にもサーモスタット16を備えている。また、ヒータ配管H5には、排気ガスの排熱を回収する(排気ガスの排熱を冷却水に付与する)ための排熱回収器17が設けられている。この排熱回収器17の構成は周知であるため、ここでの説明は省略する。また、上記サーモスタット16における第2の流出口16bとヒータ配管H5における排熱回収器17の上流側との間は排熱回収配管H8によって接続されている。   As shown in FIG. 8, the cooling water circulation circuit 1 in the present modification also includes a thermostat 16 on the discharge side of the water pump 13. The heater pipe H5 is provided with an exhaust heat recovery unit 17 for recovering exhaust heat of exhaust gas (applying exhaust gas exhaust heat to cooling water). Since the configuration of the exhaust heat recovery unit 17 is well known, a description thereof is omitted here. In addition, the second outlet 16b in the thermostat 16 and the upstream side of the exhaust heat recovery unit 17 in the heater pipe H5 are connected by an exhaust heat recovery pipe H8.

上記サーモスタット16は、エンジン本体Eの冷間時、つまり冷却水温度が比較的低い場合には、第1の流出口16aが閉鎖されると共に第2の流出口16bが開放され、ウォータポンプ13から吐出された冷却水が、サーモスタット16を介し、排熱回収配管H8、排熱回収器17、ヒータコア14及びヒータ出口配管H7を経てウォータポンプ13に戻るようになっている。これにより、排熱回収器17によって回収された排気ガスの排熱がヒータコア14によって送風ダクト内を流れる空調風に与えられて車室内の暖房に寄与するようになっている。この際の冷却水循環回路1における冷却水の循環経路を、図8では太線で示している。   When the engine body E is cold, that is, when the coolant temperature is relatively low, the thermostat 16 closes the first outlet 16a and opens the second outlet 16b. The discharged cooling water returns to the water pump 13 via the thermostat 16 through the exhaust heat recovery pipe H8, the exhaust heat recovery unit 17, the heater core 14, and the heater outlet pipe H7. Thereby, the exhaust heat of the exhaust gas recovered by the exhaust heat recovery device 17 is given to the conditioned air flowing in the air duct by the heater core 14 and contributes to the heating of the vehicle interior. The cooling water circulation path in the cooling water circulation circuit 1 at this time is indicated by a thick line in FIG.

一方、上記サーモスタット16は、エンジン本体Eの暖機完了後、つまり冷却水温度が比較的高い場合には、第2の流出口16bが閉鎖されると共に第1の流出口16aが開放され、ウォータポンプ13から吐出された冷却水が、サーモスタット16を介し、ウォータジャケット15a,15bを経て取り出し管H3から取り出されるようになっている。この取り出し管H3から取り出された後の冷却水の流れは上述した実施形態における暖機完了後のものと同様である。   On the other hand, after the warm-up of the engine body E is completed, that is, when the coolant temperature is relatively high, the thermostat 16 closes the second outlet 16b and opens the first outlet 16a. Cooling water discharged from the pump 13 is taken out from the take-out pipe H3 through the water jackets 15a and 15b via the thermostat 16. The flow of the cooling water after being taken out from the take-out pipe H3 is the same as that after the warm-up is completed in the above-described embodiment.

その他の構成及び動作(熱交換切り換え動作等)は上述した実施形態の場合と同様である。   Other configurations and operations (such as heat exchange switching operation) are the same as those in the above-described embodiment.

このように、本実施形態のものは、エンジンEの暖機運転時に、ウォータポンプ13を駆動させながらも、シリンダブロック側ウォータジャケット15a及びシリンダヘッド側ウォータジャケット15bへの冷却水の供給を停止させることで、シリンダブロックE1及びシリンダヘッドE2の温度を早急に高めて、エンジン始動後の短期間のうちにエンジン内各所でのフリクションロスの低減を図るようにしている(本発明における冷却水流路に対する冷却水の圧送を停止させる冷却水停止動作の実行)。   As described above, in the present embodiment, during the warm-up operation of the engine E, the water pump 13 is driven, but the supply of the cooling water to the cylinder block side water jacket 15a and the cylinder head side water jacket 15b is stopped. As a result, the temperatures of the cylinder block E1 and the cylinder head E2 are rapidly increased to reduce the friction loss at various locations in the engine within a short period after the engine is started (for the cooling water flow path in the present invention). Execution of cooling water stop operation to stop pumping of cooling water).

このような構成とされた冷却水循環回路1を有するものにおいても、上記実施形態の場合と同様に、エンジンEの暖機運転中には、上記二次空気供給装置6と熱交換器4とを連通させるように切り換え弁53が切り換えられ(図8に実線で示す切り換え状態を参照)、この二次空気供給装置6から圧送される二次空気が、熱交換器4に導入され、この熱交換器4の内部において冷却水との間で熱交換を行った後に、エキゾーストマニホールド31に導入される。つまり、熱交換器4の内部の冷却水から熱を奪って、この冷却水の温度を低下させた後、排気系3に供給されることで、排気中の酸素濃度を上昇させ、排気管32内でのHC、COの二次燃焼を促進させるようにしている。また、熱交換器4にあっては、冷却水が二次空気によって冷却されることにより、エンジンEと熱交換器4との間で冷却水が対流することになる。この対流によって冷却水が循環されるため、局部的に高温度の冷却水が存在するといったことが解消される。   Even in the configuration having the cooling water circulation circuit 1 configured as described above, the secondary air supply device 6 and the heat exchanger 4 are connected to each other during the warm-up operation of the engine E, as in the case of the above embodiment. The switching valve 53 is switched so as to communicate (see the switching state indicated by the solid line in FIG. 8), and the secondary air pumped from the secondary air supply device 6 is introduced into the heat exchanger 4 and this heat exchange is performed. After exchanging heat with the cooling water inside the vessel 4, the heat is introduced into the exhaust manifold 31. That is, heat is taken from the cooling water inside the heat exchanger 4 and the temperature of the cooling water is lowered, and then supplied to the exhaust system 3 to increase the oxygen concentration in the exhaust, and the exhaust pipe 32. The secondary combustion of HC and CO is promoted. Further, in the heat exchanger 4, the cooling water is convected between the engine E and the heat exchanger 4 by being cooled by the secondary air. Since the cooling water is circulated by this convection, the existence of locally high-temperature cooling water is eliminated.

一方、エンジンEの暖機完了後には、上記EGR装置7と熱交換器4とを連通させるように切り換え弁53が切り換えられ(図8に破線で示す切り換え状態を参照)、エキゾーストマニホールド31を流れる排気ガスの一部が、熱交換器4に導入され、この熱交換器4の内部において冷却水との間で熱交換を行った後に、サージタンク24に導入される。つまり、還流されるEGRガスを熱交換器4の内部の冷却水によって冷却した後に吸気系2に導入することで、排気ガスの密度を高めることができ、EGRガスを還流させることの効果(燃焼温度の抑制効果)を確実に得ることが可能である。   On the other hand, after the warm-up of the engine E is completed, the switching valve 53 is switched so that the EGR device 7 and the heat exchanger 4 communicate with each other (see the switching state indicated by the broken line in FIG. 8), and flows through the exhaust manifold 31. Part of the exhaust gas is introduced into the heat exchanger 4, and heat exchange is performed between the heat exchanger 4 and the cooling water inside the heat exchanger 4, and then introduced into the surge tank 24. In other words, the EGR gas to be recirculated is cooled by the cooling water inside the heat exchanger 4 and then introduced into the intake system 2, whereby the density of the exhaust gas can be increased and the effect of recirculating the EGR gas (combustion) It is possible to reliably obtain the temperature suppression effect.

そして、このエンジンEの暖機完了後には、熱交換器4を、EGRガスを冷却するためのEGRクーラとして機能させるようにしているので、従来のエンジンに備えられていたEGRクーラを廃することができる。このため、上記熱交換器4を設けたことによる車体重量の大幅な増加や製造コストの大幅な高騰を招くことなしに、上記効果を奏することが可能である。   After the engine E is warmed up, the heat exchanger 4 is made to function as an EGR cooler for cooling the EGR gas, so that the EGR cooler provided in the conventional engine is discarded. Can do. For this reason, the above-described effects can be achieved without causing a significant increase in the weight of the vehicle body or a significant increase in manufacturing cost due to the provision of the heat exchanger 4.

−第2の変形例−
上述した実施形態における冷却水循環回路1は、エンジンEの暖機運転時にウォータポンプ13を停止させるものであった。本変形例は、エンジンEの暖機運転時に、ウォータポンプ13を駆動させ、シリンダブロック側ウォータジャケット15aへの冷却水の供給を停止させる一方、シリンダヘッド側ウォータジャケット15bへ冷却水を供給するようにしたものである。つまり、上記「二系統冷却装置」として構成されたものである。ここでも上記実施形態との相違点について主に説明する。
-Second modification-
The cooling water circulation circuit 1 in the above-described embodiment stops the water pump 13 during the warm-up operation of the engine E. In this modification, during the warm-up operation of the engine E, the water pump 13 is driven to stop the supply of the cooling water to the cylinder block side water jacket 15a, while the cooling water is supplied to the cylinder head side water jacket 15b. It is a thing. That is, it is configured as the “dual system cooling device”. Again, differences from the above embodiment will be mainly described.

図9は、本変形例における冷却水循環回路1及びエンジンEの吸排気系2,3を模式的に示す図である。   FIG. 9 is a diagram schematically showing the coolant circulation circuit 1 and the intake and exhaust systems 2 and 3 of the engine E in the present modification.

この図9に示すように、本変形例における冷却水循環回路1は、ウォータポンプ13の吐出側に配設されたサーモスタット16、ヒータ配管H5に配設された排熱回収器17を備えている点では上記第1の変形例と同様である。   As shown in FIG. 9, the cooling water circulation circuit 1 in this modification includes a thermostat 16 disposed on the discharge side of the water pump 13 and an exhaust heat recovery unit 17 disposed in the heater pipe H5. Then, it is the same as that of the said 1st modification.

また、本変形例では、シリンダブロック側ウォータジャケット15aとシリンダヘッド側ウォータジャケット15bとがウォータポンプ13に対して互いに並列に接続されている。   In this modification, the cylinder block side water jacket 15 a and the cylinder head side water jacket 15 b are connected to the water pump 13 in parallel with each other.

そして、シリンダブロック側ウォータジャケット15aはサーモスタット16の第1の流出口16aに、シリンダヘッド側ウォータジャケット15bはサーモスタット16の第2の流出口16bにそれぞれ接続されている。これにより、シリンダブロック側ウォータジャケット15a及びシリンダヘッド側ウォータジャケット15bそれぞれに対して個別に冷却水を圧送可能となっている。   The cylinder block side water jacket 15 a is connected to the first outlet 16 a of the thermostat 16, and the cylinder head side water jacket 15 b is connected to the second outlet 16 b of the thermostat 16. Thereby, the cooling water can be individually pumped to the cylinder block side water jacket 15a and the cylinder head side water jacket 15b.

そして、本変形例における熱交換器4はシリンダブロックE1の上方(シリンダヘッドE2の側方)に配設されている。本実施形態における熱交換器4も冷却水循環回路1内の冷却水と、空気またはEGRガスとの間で熱交換を行うためのものである。つまり、上記熱交換器4の内部には冷却水通路4aと気体通路4bとが設けられており、この冷却水通路4aに存在する(または、この冷却水通路4aを流れる)冷却水と、気体通路4bを流れる気体(二次空気またはEGRガス)との間で熱交換が行われるようになっている。冷却水通路4aは、上記シリンダブロック側ウォータジャケット15aに連通しており、このシリンダブロック側ウォータジャケット15aとの間で冷却水の相互流通が可能となっている。つまり、この冷却水通路4aはシリンダブロック側ウォータジャケット15aとの間で冷却水の対流が可能となっている。また、シリンダブロック側ウォータジャケット15aは取り出し管H9によってヒータ配管H5に接続されている。   And the heat exchanger 4 in this modification is arrange | positioned above the cylinder block E1 (side of the cylinder head E2). The heat exchanger 4 in the present embodiment is also for exchanging heat between the cooling water in the cooling water circulation circuit 1 and air or EGR gas. That is, a cooling water passage 4a and a gas passage 4b are provided in the heat exchanger 4, and the cooling water existing in the cooling water passage 4a (or flowing through the cooling water passage 4a) and gas Heat exchange is performed with the gas (secondary air or EGR gas) flowing through the passage 4b. The cooling water passage 4a communicates with the cylinder block side water jacket 15a, and the cooling water can mutually flow with the cylinder block side water jacket 15a. That is, the cooling water passage 4a can convect the cooling water with the cylinder block side water jacket 15a. The cylinder block-side water jacket 15a is connected to the heater pipe H5 by a take-out pipe H9.

一方、熱交換器4の内部に設けられている気体通路4bは、一端側が低温側配管51を介して三方弁で成る切り換え弁53に接続されている一方、他端側が高温側配管52を介して上記エキゾーストマニホールド31に接続されている。   On the other hand, the gas passage 4 b provided inside the heat exchanger 4 is connected to a switching valve 53 formed of a three-way valve on one end side via a low temperature side pipe 51, while the other end side is connected to a high temperature side pipe 52. Are connected to the exhaust manifold 31.

また、上記シリンダヘッド側ウォータジャケット15bは、熱交換器4の冷却水通路4aとは連通しておらず、上記取り出し管H3によってアッパ配管H4及びヒータ配管H5にそれぞれ接続されている。   The cylinder head side water jacket 15b does not communicate with the cooling water passage 4a of the heat exchanger 4, and is connected to the upper pipe H4 and the heater pipe H5 by the take-out pipe H3.

エンジン本体Eの冷間時、つまり冷却水温度が比較的低い場合には、サーモスタット16の第1の流出口16aが閉鎖されると共に第2の流出口16bが開放され、ウォータポンプ13から吐出された冷却水が、サーモスタット16を介し、シリンダヘッド側ウォータジャケット15bへ供給される。この際、シリンダブロック側ウォータジャケット15aへは冷却水が供給されないため、シリンダブロックE1の温度を早急に高めることができる(本発明における冷却水流路の一部分に対する冷却水の圧送を停止させる冷却水停止動作の実行)。   When the engine body E is cold, that is, when the coolant temperature is relatively low, the first outlet 16a of the thermostat 16 is closed and the second outlet 16b is opened and discharged from the water pump 13. The cooled water is supplied to the cylinder head side water jacket 15b through the thermostat 16. At this time, since the cooling water is not supplied to the cylinder block-side water jacket 15a, the temperature of the cylinder block E1 can be quickly increased (the cooling water stop for stopping the pumping of the cooling water to a part of the cooling water flow path in the present invention). Execution of action).

このような状況において上記切り換え弁53を二次空気供給装置6側に切り換え、エアスイッチングバルブ64を開放すると共にエアポンプ63を駆動する。これにより、二次空気供給装置6から圧送される二次空気が、熱交換器4に導入され、この熱交換器4の内部において冷却水との間で熱交換を行った後に、エキゾーストマニホールド31に導入される。つまり、熱交換器4の内部の冷却水から熱を奪って、この冷却水の温度を低下させた後、排気系3に供給されることで、排気中の酸素濃度を上昇させ、排気管32内でのHC、COの二次燃焼を促進させるようにしている。また、熱交換器4にあっては、冷却水が二次空気によって冷却されることで熱交換器4の冷却水通路4aとシリンダブロック側ウォータジャケット15aとの間で対流が生じている。   In such a situation, the switching valve 53 is switched to the secondary air supply device 6 side, the air switching valve 64 is opened, and the air pump 63 is driven. Thereby, the secondary air pumped from the secondary air supply device 6 is introduced into the heat exchanger 4, and after exchanging heat with the cooling water inside the heat exchanger 4, the exhaust manifold 31. To be introduced. That is, heat is taken from the cooling water inside the heat exchanger 4 and the temperature of the cooling water is lowered, and then supplied to the exhaust system 3 to increase the oxygen concentration in the exhaust, and the exhaust pipe 32. The secondary combustion of HC and CO is promoted. Further, in the heat exchanger 4, convection is generated between the cooling water passage 4 a of the heat exchanger 4 and the cylinder block side water jacket 15 a by cooling the cooling water with the secondary air.

また、エンジン本体Eの暖機完了後、つまり冷却水温度が比較的高い場合には、サーモスタット16の第1の流出口16a及び第2の流出口16bが共に開放され、ウォータポンプ13から吐出された冷却水が、サーモスタット16を介し、各ウォータジャケット15a,15bに供給されることになる。   Further, after the engine body E has been warmed up, that is, when the coolant temperature is relatively high, both the first outlet 16a and the second outlet 16b of the thermostat 16 are opened and discharged from the water pump 13. The cooled water is supplied to the water jackets 15a and 15b via the thermostat 16.

このような状況において上記切り換え弁53をEGR装置7側に切り換える。これにより、上記EGRバルブ72が開放されれば、排気系3から吸気系2へ向けてのEGRガスが還流され、エキゾーストマニホールド31を流れる排気ガスの一部が、熱交換器4に導入され、この熱交換器4の内部において冷却水との間で熱交換を行った後に、サージタンク24に導入される。つまり、還流されるEGRガスを熱交換器4の内部の冷却水によって冷却した後に吸気系2に導入することで、排気ガスの密度を高めて吸気系2を流れる吸気に合流されることになる。   In such a situation, the switching valve 53 is switched to the EGR device 7 side. Thus, when the EGR valve 72 is opened, the EGR gas from the exhaust system 3 toward the intake system 2 is recirculated, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 31 is introduced into the heat exchanger 4. The heat exchanger 4 is introduced into the surge tank 24 after exchanging heat with the cooling water. In other words, the recirculated EGR gas is cooled by the cooling water inside the heat exchanger 4 and then introduced into the intake system 2, thereby increasing the density of the exhaust gas and joining the intake air flowing through the intake system 2. .

その他の構成及び動作(熱交換切り換え動作等)は上述した実施形態及び第1の変形例の場合と同様である。   Other configurations and operations (heat exchange switching operation and the like) are the same as those of the above-described embodiment and the first modification.

以上の構成及び動作により、本変形例においても、上記実施形態及び第1の変形例の場合と同様の効果を奏することができる。   With the above configuration and operation, the present modification can also achieve the same effects as those of the above-described embodiment and the first modification.

−他の実施形態−
以上説明した実施形態及び各変形例は、自動車用エンジンEに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車以外に使用されるエンジンに対しても適用可能である。
-Other embodiments-
In the embodiment and each modification described above, the case where the present invention is applied to the automobile engine E has been described. The present invention is not limited to this, and can also be applied to engines used other than automobiles.

また、上記第2の変形例にあっては、熱交換器4をシリンダブロックE1の上方(シリンダヘッドE2の側方)に配設していたが、上記実施形態の場合と同様に、シリンダヘッドE2の上面に熱交換器4を取り付けるようにしてもよい。   In the second modification, the heat exchanger 4 is disposed above the cylinder block E1 (on the side of the cylinder head E2). However, as in the case of the above embodiment, the cylinder head You may make it attach the heat exchanger 4 to the upper surface of E2.

また、上述した実施形態及び各変形例におけるウォータポンプ13は、エンジンEの駆動とは独立して駆動・停止が切り換えられるもの(例えば電動ウォータポンプ)であった。上記第1及び第2の変形例では、エンジンEの冷間始動時にもウォータポンプ13は駆動しているため、エンジンEの駆動に連動する(クランクシャフトに直結された)ウォータポンプ13であってもよい。   Further, the water pump 13 in the above-described embodiment and each modified example is one that can be switched between driving and stopping independently of driving of the engine E (for example, an electric water pump). In the first and second modified examples, since the water pump 13 is driven even when the engine E is cold started, the water pump 13 is linked to the drive of the engine E (directly connected to the crankshaft). Also good.

本発明は、暖機運転時に冷却水の循環を停止する冷却水循環回路を備え、局部的に冷却水の温度が上昇することを回避可能なエンジンに適用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to an engine that includes a cooling water circulation circuit that stops circulation of cooling water during a warm-up operation and that can avoid a local rise in the temperature of the cooling water.

1 冷却水循環回路
13 ウォータポンプ
15 ウォータジャケット(冷却水流路)
15a シリンダブロック側ウォータジャケット
15b シリンダヘッド側ウォータジャケット
2 吸気系
3 排気系
4 熱交換器
4a 冷却水通路
4b 気体通路
51 低温側配管
52 高温側配管
53 切り換え弁
6 二次空気供給装置
61 二次空気供給配管
7 EGR装置(排気還流装置)
71 EGR配管(排気還流配管)
E エンジン本体(内燃機関本体)
E1 シリンダブロック
E2 シリンダヘッド
1 Cooling Water Circulation Circuit 13 Water Pump 15 Water Jacket (Cooling Water Channel)
15a Cylinder block side water jacket 15b Cylinder head side water jacket 2 Intake system 3 Exhaust system 4 Heat exchanger 4a Cooling water passage 4b Gas passage 51 Low temperature side piping 52 High temperature side piping 53 Switching valve 6 Secondary air supply device 61 Secondary air Supply piping 7 EGR device (exhaust gas recirculation device)
71 EGR piping (exhaust gas recirculation piping)
E Engine body (Internal combustion engine body)
E1 Cylinder block E2 Cylinder head

Claims (7)

内燃機関の暖機運転中に、内燃機関本体に形成されている冷却水流路のうちの少なくとも一部分に対する冷却水の圧送を停止させる冷却水停止動作を実行する冷却水循環回路を備えた内燃機関の制御装置において、
上記冷却水停止動作が実行されている際に冷却水の圧送が停止されている冷却水流路の上方に配設され且つ、この冷却水の圧送が停止されている冷却水流路との間で冷却水の相互流通が可能に構成された熱交換器と、
上記内燃機関の暖機運転中に、内燃機関の排気系に二次空気を供給する二次空気供給装置からの二次空気と上記熱交換器内部の冷却水との間で熱交換を行う一方、上記内燃機関の暖機運転完了後に、排気ガスを内燃機関の吸気系に還流する排気還流装置からのEGRガスと上記熱交換器内部の冷却水との間で熱交換を可能とするように、上記熱交換器に対する二次空気の供給経路とEGRガスの還流経路との接続状態を切り換える経路切り換え制御手段とが設けられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
Control of an internal combustion engine having a cooling water circulation circuit for executing a cooling water stop operation for stopping the pumping of the cooling water to at least a part of the cooling water flow path formed in the internal combustion engine body during the warm-up operation of the internal combustion engine In the device
Cooling is performed between the cooling water flow path which is disposed above the cooling water flow path where the cooling water pumping is stopped and the cooling water pumping is stopped when the cooling water stopping operation is being performed. A heat exchanger configured to allow mutual flow of water;
While warming up the internal combustion engine, while exchanging heat between secondary air from a secondary air supply device that supplies secondary air to the exhaust system of the internal combustion engine and cooling water inside the heat exchanger After the warm-up operation of the internal combustion engine is completed, heat exchange can be performed between the EGR gas from the exhaust gas recirculation device that recirculates the exhaust gas to the intake system of the internal combustion engine and the cooling water inside the heat exchanger. A control device for an internal combustion engine, comprising: path switching control means for switching a connection state between a secondary air supply path and an EGR gas recirculation path to the heat exchanger.
請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
冷却水循環回路には、内燃機関本体のシリンダブロック側ウォータジャケットからシリンダヘッド側ウォータジャケットに亘って冷却水を圧送するウォータポンプが備えられており、冷却水停止動作では、このウォータポンプが停止されることで、シリンダブロック側ウォータジャケット及びシリンダヘッド側ウォータジャケットの両方に対して冷却水の圧送を停止する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The cooling water circulation circuit is provided with a water pump that pumps cooling water from the cylinder block side water jacket of the internal combustion engine body to the cylinder head side water jacket, and this water pump is stopped in the cooling water stop operation. Thus, the control device for the internal combustion engine is configured to stop the pumping of the cooling water to both the cylinder block side water jacket and the cylinder head side water jacket.
請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
冷却水循環回路には、内燃機関本体のシリンダブロック側ウォータジャケットからシリンダヘッド側ウォータジャケットに亘って冷却水を圧送するウォータポンプが備えられており、冷却水停止動作では、このウォータポンプからシリンダブロック側ウォータジャケットへの冷却水供給経路を遮断することで、シリンダブロック側ウォータジャケット及びシリンダヘッド側ウォータジャケットの両方に対して冷却水の圧送を停止する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The cooling water circulation circuit is provided with a water pump that pumps the cooling water from the cylinder block side water jacket of the internal combustion engine body to the cylinder head side water jacket. In the cooling water stop operation, the water pump is connected to the cylinder block side. An internal combustion engine characterized in that the cooling water supply path to the water jacket is cut off to stop the pumping of the cooling water to both the cylinder block side water jacket and the cylinder head side water jacket. Control device.
請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
冷却水循環回路は、内燃機関本体のシリンダブロック側ウォータジャケット及びシリンダヘッド側ウォータジャケットそれぞれに対して個別に冷却水を圧送可能となっており、冷却水停止動作では、シリンダブロック側ウォータジャケットへの冷却水の圧送を停止し、シリンダヘッド側ウォータジャケットへ冷却水を圧送するようになっており、上記熱交換器は、上記シリンダブロック側ウォータジャケットの上方に配設され且つ、このシリンダブロック側ウォータジャケットとの間で冷却水の相互流通が可能に構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The cooling water circulation circuit can individually pump cooling water to each of the cylinder block side water jacket and the cylinder head side water jacket of the internal combustion engine body, and in the cooling water stop operation, cooling to the cylinder block side water jacket is possible. Water pumping is stopped, and cooling water is pumped to the cylinder head side water jacket, and the heat exchanger is disposed above the cylinder block side water jacket and the cylinder block side water jacket. A control device for an internal combustion engine, characterized in that the coolant can mutually flow between the two.
請求項1〜3のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記熱交換器はシリンダヘッドの上面に取り付けられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
The control device for an internal combustion engine, wherein the heat exchanger is attached to an upper surface of a cylinder head.
請求項1〜5のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
冷却水を圧送するウォータポンプは、内燃機関の駆動に依存することなく駆動及び停止が切り換え可能な構成とされたものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
In the control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5,
An internal combustion engine control apparatus characterized in that a water pump for pumping cooling water is configured to be switchable between driving and stopping without depending on the driving of the internal combustion engine.
請求項1〜6のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記熱交換器内部の冷却水通路から延びる配管、上記二次空気の供給経路を構成する二次空気供給配管、上記EGRガスの還流経路を構成する排気還流配管がそれぞれ接続される三方弁が設けられ、
上記経路切り換え制御手段は、内燃機関の暖機運転中には、熱交換器内部の冷却水通路から延びる配管と二次空気供給配管とを連通させるように三方弁を切り換え、内燃機関の暖機運転完了後には、熱交換器内部の冷却水通路から延びる配管と排気還流配管とを連通させるように三方弁を切り換えるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6,
A three-way valve to which a pipe extending from a cooling water passage inside the heat exchanger, a secondary air supply pipe constituting the secondary air supply path, and an exhaust recirculation pipe constituting the EGR gas recirculation path is provided. And
The path switching control means switches the three-way valve so that the pipe extending from the cooling water passage inside the heat exchanger and the secondary air supply pipe communicate with each other during the warm-up operation of the internal combustion engine. A control device for an internal combustion engine configured to switch a three-way valve so that a pipe extending from a cooling water passage inside a heat exchanger and an exhaust gas recirculation pipe communicate with each other after the operation is completed.
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