JP2014001646A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲクーラ内における凝縮水の発生を抑制できる内燃機関の冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却装置１は、内燃機関１００を経由した冷却水がＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２を経てからヒータコア５１に流れる第１状態と、内燃機関１００を経由した冷却水がヒータコア５１を経てからＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２へ流れる第２状態との間で冷却水の流通状態を切り替え可能なクーラントコントロールバルブ１５を有し、内燃機関１００の暖機完了前は第１状態で冷却水が流通し、内燃機関１００の暖機完了後は第２状態で冷却水が流通するように、クーラントコントロールバルブ１５を制御する。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、車両に搭載された内燃機関に適用され、内燃機関の冷却水と車載空調ユニットのヒータコアとの間で熱交換を行う内燃機関の冷却装置に関する。

内燃機関からの冷却水をヒータコア及びＥＧＲクーラの順番で流し、これらを流れた冷却水を再び内燃機関に戻す経路を備えた内燃機関の冷却装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。

特開２０１１−２１４５６６号公報 特開２００４−２１１６４３号公報 特開２００８−２７４９００号公報 特開２００８−１８０１８０号公報

特許文献１の冷却装置は、内燃機関からの冷却水とヒータコアとの間で熱交換が行われて温度が低下した状態の冷却水がＥＧＲクーラに導かれる。そのため、特に内燃機関の暖機完了前の状況ではＥＧＲクーラに導かれる冷却水温が過剰に低下してＥＧＲクーラに導かれた排気中の水分が凝縮する可能性がある。

そこで、本発明は、ＥＧＲクーラ内における凝縮水の発生を抑制できる内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の冷却装置は、車両に搭載され、かつ排気をＥＧＲクーラで冷却して吸気系に供給するＥＧＲシステムが設けられた内燃機関に適用され、前記内燃機関の冷却水と車載空調ユニットに含まれるヒータコアとの間で熱交換を行うことが可能な内燃機関の冷却装置であって、前記内燃機関を経由した冷却水が前記ＥＧＲクーラを経てから前記ヒータコアに流れる第１状態と、前記内燃機関を経由した冷却水が前記ヒータコアを経てから前記ＥＧＲクーラへ流れる第２状態との間で冷却水の流通状態を切り替え可能な切替手段と、前記内燃機関の暖機完了前は前記第１状態で冷却水が流通し、前記内燃機関の暖機完了後は前記第２状態で冷却水が流通するように、前記切替手段を制御する切替制御手段と、を備えたものである（請求項１）。

この冷却装置によれば、内燃機関の暖機完了前は内燃機関を経由した冷却水がＥＧＲクーラを経てからヒータコアに流れる第１状態で流通する。このため、暖機完了前に内燃機関で暖められた冷却水がＥＧＲクーラに先に流れるからＥＧＲクーラ内で凝縮水が発生することを抑制しながらＥＧＲクーラ自体を暖めることができる。そのため、早期のＥＧＲの実行が可能となる。そして、ＥＧＲクーラでの凝縮水の発生を抑制しつつ、ＥＧＲクーラを流れる排気によって暖められた冷却水がヒータコアに流れるから車載空調ユニットの暖房性能も向上する。一方、内燃機関の暖機完了後はヒータコアとの熱交換で冷却水温が低下した状態で、冷却水がＥＧＲクーラに流れる第２の経路で冷却水が流通するため、ＥＧＲクーラによって排気（ＥＧＲガス）を効果的に冷却できる。

本発明の冷却装置の一態様として、前記内燃機関には、排気を導く排気通路が設けられており、前記排気通路には、通過した排気を温度低下させる排気系装置が設けられており、前記ＥＧＲシステムは、前記排気系装置の下流から排気を取り出して吸気系に供給するＥＧＲ装置を含み、前記切替手段は、前記内燃機関を経由し、前記ＥＧＲクーラへ向かう冷却水の流れを制限する制限状態に切り替え可能であり、前記切替制御手段は、前記内燃機関の暖機完了前において、冷却水温が前記ＥＧＲクーラを通る排気の露点に達するまで前記制限状態を維持し、冷却水温が前記露点以上となったことを条件として、前記制限状態を解除して前記第１状態に切り替えるてもよい（請求項２）。この態様によれば、冷却水温が排気の露点未満の場合はＥＧＲクーラへの冷却水の流れが制限されるため、ＥＧＲクーラでの凝縮水の発生を防止しつつ内燃機関の暖機を促進できる。なお、制限するとはＥＧＲクーラへ向かう冷却水の流れを完全に止める遮断だけでなく、上限値よりも低い流量でその流れを許容する場合も含む。この態様においては、前記排気系装置として、ターボチャージャのタービン及び排気を浄化する排気浄化装置の少なくとも一つが設けられてもよい（請求項３）。ターボチャージャのタービンや排気浄化装置は相応の熱容量を有しているため、これらを排気が流れることによりその温度が低下する。

本発明の冷却装置の一態様として、前記車載空調ユニットは、車室内に通じる車室内経路と、車室外に通じる車室外経路と、前記ヒータコアと熱交換した空気を前記車室内経路と前記車室外経路とに配分する割合を変化させることが可能な空気分配手段とを更に含んでもよい（請求項４）。この態様によれば、ヒータコアと熱交換した空気の状態に応じてその空気を車室内に導く配分と車室外に導く配分とを変化させることができる。

上記態様において、前記車載空調ユニットは、外気を取り込んで前記ヒータコアに導くためのブロアモータと、前記内燃機関の冷却水温が所定の基準を超えて高温の場合又は前記内燃機関の排気温度が所定の基準を超えて高温の場合において暖房要求がないときに、前記ヒータコアと熱交換した空気が前記車室外経路に導かれるように前記ブロアモータを作動させるとともに前記空気配分手段を操作する空調制御手段と、を更に備えてもよい（請求項５）。冷却水温又は排気温度が高温の場合には暖房要求が無い場合でも空気をヒータコアと熱交換させて車外に排出させることにより、ヒータコアの熱を排熱できる。これにより、ヒータコアによる冷却水の冷却能力の低下を抑えることができる。

本発明の冷却装置の一態様として、前記ＥＧＲシステムは、前記内燃機関の吸気系に供給すべき排気の量である要求ＥＧＲ量を、前記ＥＧＲクーラと前記ヒータコアとの間の冷却水温に応じて変化させてもよい（請求項６）。この態様によれば、冷却水温の変化に従って変化するＥＧＲクーラによる排気の冷却効率の変化に合わせて要求ＥＧＲ量を増減できる。したがって、可能な限り要求ＥＧＲ量を増加させることによってエミッションの低下を実現できる。

以上説明したように、本発明の冷却装置によれば、内燃機関の暖機完了前は内燃機関を経由した冷却水がＥＧＲクーラを経てからヒータコアに流れ、暖機完了前に内燃機関で暖められた冷却水がＥＧＲクーラに先に流れるからＥＧＲクーラ内で凝縮水が発生することを抑制しながらＥＧＲクーラ自体を暖めることができる。そのため、早期のＥＧＲの実行が可能となる。そして、ＥＧＲクーラでの凝縮水の発生を抑制しつつ、ＥＧＲクーラを流れる排気によって暖められた冷却水がヒータコアに流れるから車載空調ユニットの暖房性能も向上する。一方、内燃機関の暖機完了後はヒータコアとの熱交換で冷却水温が低下した状態で、冷却水がＥＧＲクーラに流れため、ＥＧＲクーラによって排気を効果的に冷却できる。

本発明の一形態に係る内燃機関の要部を示した図。 本発明の一形態に係る内燃機関の冷却装置の全体構成を示した図。 クーラントコントロールバルブの概要を模式的に示した分解斜視図。 図２のクーラントコントロールバルブのアウター及びインナーのそれぞれを周方向に展開して複数の動作モードを説明する図。 車載空調ユニットの要部を示した図。 冷却装置の制御系を示したブロック図。 暖機制御の一例を示した説明図。 暖機制御の第１の変形例を示した説明図。 暖機制御の第２の変形例を示した説明図。 ＥＧＲシステム及び車載空調ユニットに対して行う第１の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 ヒータコア冷却制御の内容を示した説明図。 要求ＥＧＲ量の補正に用いる補正マップを視覚的に示した概念図。 ＥＧＲシステム及び車載空調ユニットに対して行う第２の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 ヒータコア冷却制御（高温用）の内容を示した説明図。

（第１の形態）
図１Ａに示すように、内燃機関１００は不図示の車両に搭載される。内燃機関１００は、直列４気筒型のディーゼルエンジンとして構成されており、エンジン本体１０１と、エンジン本体１０１に適用されたＥＧＲシステム１０３とを含む。エンジン本体１０１は、シリンダ１０５が形成されたシリンダブロック１０４と、シリンダ１０５の開口部を塞ぐようにしてシリンダブロック１０４に取り付けられたシリンダヘッド１０６（図１Ｂ参照）とを備える。エンジン本体１０１への燃料供給は、シリンダ１０５毎に設けられたインジェクタ１０２ａを含む燃料供給装置１０２にて行われる。

エンジン本体１０１には吸気通路１０７と排気通路１０８とが接続されている。吸気通路１０７には、エアクリーナ１０９、ターボチャージャ１１０のコンプレッサＣ、インタークーラ１１１、及びディーゼルスロットル１１２がそれぞれ設けられている。吸気通路１０７に取り込まれた空気は、ディーゼルスロットル１１２の下流に配置されたインテークマニホルド１１３によって各シリンダ１０５に分配される。排気通路１０８には、ターボチャージャ１１０のタービンＴ、排気浄化装置１１５、及び排気絞り弁１１６がそれぞれ設けられている。排気浄化装置１１５は酸化触媒１１７及びディーゼルパティキュレートフィルタ１１８を含む。各シリンダ１０５から排出された排気はエキゾーストマニホルド１１９にて集合されて、ターボチャージャ１１０のタービンＴに導かれる。

ＥＧＲシステム１０３は、ハイプレッシャーループ型のＥＧＲ装置１０３Ｈと、ロープレッシャーループ型のＥＧＲ装置１０３Ｌとを含む２系統のシステムとして構成されている。ＥＧＲ装置１０３Ｈは、エキゾーストマニホルド１１９とインテークマニホルド１１３とを接続するＨＰＬ−ＥＧＲ通路１２１と、このＨＰＬ−ＥＧＲ通路１２１に設けられてＥＧＲガス量を調整するＨＰＬ−ＥＧＲバルブ１２２とを含んでいる。なお、ＨＰＬ−ＥＧＲ通路１２１には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ（不図示）を設けることもできる。一方、ＥＧＲ装置１０３Ｌは、排気浄化装置１１５と排気絞り弁１１６との間の排気取出口１３１ａと、エアクリーナ１０９とターボチャージャ１１０のコンプレッサＣとの間の排気導入口１３１ｂとを接続するＬＰＬ−ＥＧＲ通路１３１と、このＬＰＬ−ＥＧＲ通路１３１に設けられＥＧＲガスを冷却するＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２と、排気導入口１３１ｂに隣接して設けられたＬＰＬ−ＥＧＲバルブ１３３とを備える。ＥＧＲ装置１０３Ｌが供給するＥＧＲガス量の調整は、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ１３３及び排気絞り弁１１６のそれぞれの開度を協調して操作することによって実施される。

ターボチャージャ１１０のタービンＴや排気浄化装置１１５を排気が通過すると、これらに排気の熱が奪われて排気の温度が低下する。そのため、ターボチャージャ１１０のタービンＴ及び排気浄化装置１１５の少なくとも一つは本発明に係る排気系装置に相当する。ＥＧＲ装置１０３Ｌは、その排気取出口１３１ａをタービンＴと排気浄化装置１１５との間に変更し、これらの間から排気を取り出すこともできる。また、ターボチャージャ１１０を搭載しない形態に内燃機関１００を変更した場合、ＥＧＲ装置１０３Ｌに相当するＥＧＲ装置はハイプレッシャー型又はロープレッシャー型の区別がされないが、このＥＧＲ装置によって排気浄化装置１１５の下流から排気が取り出される。さらに、排気浄化装置１１５の下流にタービンＴが設けられた形態に内燃機関１００を変更した場合、ＥＧＲ装置１０３Ｌは、排気取出口１３１ａをタービンＴの下流に設けて実施することができる。また、ＥＧＲ装置１０３の排気取出口１３１ａを排気浄化装置１１５とタービンＴとの間に設けて実施した場合、ＥＧＲ装置１０３はハイプレッシャー型のＥＧＲ装置として機能する。

図１Ｂに示すように、冷却装置１は内燃機関１００に適用されている。冷却装置１はシリンダブロック１０４及びシリンダヘッド１０５のエンジン本体１０１の各所に冷却水を供給するとともに、ＥＧＲシステム１０３の各種要素やオイルクーラ１４０等の補機類や車両に搭載された車載空調ユニット５０に含まれるヒータコア５１等に冷却水を供給して、これらの装置と冷却水とを熱交換させる。なお、車載空調ユニット５０の詳細は後述する。

図１Ｂに矢印線によって模式的に示したが、冷却装置１には、シリンダブロック１０４を経由してシリンダヘッド１０６から排出された冷却水を再びシリンダブロック１０４へ供給するための複数の経路１３Ａ〜１３Ｄが設けられている。冷却装置１には各経路１３Ａ〜１３Ｄを流れる冷却水の流通状態を切り替えるため、シリンダヘッド１０６に形成された冷却通路１０６ａの出口側に設けられ、各経路１３Ａ〜１３Ｄが接続された切替手段としてのクーラントコントロールバルブ（ＣＣＶ）１５が設けられている。ＣＣＶ１５の詳細な構成は後述する。ＣＣＶ１５とシリンダヘッド１０６との間にはこれらの間を流れる冷却水の冷却水温に応じた信号を出力する第１水温センサ１６Ａが設けられている。

第１経路１３Ａにはラジエータ１８、サーモスタット１９及びウォータポンプ２０が設けられており、第１経路１３Ａの出口側の一端はシリンダブロック１０４に接続されている。第２経路１３Ｂはその出口側の一端が第１経路１３Ａのサーモスタット１９とウォータポンプ２０との間に接続されている。第３経路１３Ｃはその両端がＣＣＶ１５に接続されＣＣＶ１５を起点としたループ状の経路であり、この第３経路１３ＣにはＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２とヒータコア５１とが設けられている。第３経路１３ＣのＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２とヒータコア５１との間にはこれらの間を流れる冷却水の冷却水温に応じた信号を出力する第２水温センサ１６Ｂが設けられている。第３経路１３Ｃには図１のａ方向又はｂ方向のいずれかの方向に冷却水が流れる。第４経路１３ＤにはＨＰＬ−ＥＧＲバルブ１２２及びオイルクーラ１４０が設けられており、第４経路１３Ｄの出口側の一端は第１経路１３Ａのサーモスタット１９とウォータポンプ２０との間に接続されている。

第３経路１３Ｃを流れる冷却水の流通方向の切り替えはＣＣＶ１５の操作によって実施される。すなわち、ＣＣＶ１５は、第３経路１３Ｃのａ方向に冷却水が流れることによって内燃機関１００を経由した冷却水がＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２を経てからヒータコア５１に流れ、第２経路１３Ｂの入口側に至る第１状態と、第３経路１３Ｃのｂ方向に冷却水が流れることによって内燃機関１００を経由した冷却水がヒータコア５１を経てからＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２に流れ、第２経路１３Ｂの入口側に至る第２状態との間で冷却水の流通状態を切り替えることができる。なお、上述したように、ＥＧＲ装置１０３ＨのＨＰＬ−ＥＧＲ通路１２１にＨＰＬ−ＥＧＲクーラを設けた場合、第３経路１３Ｃには、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２とともに、又はＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２の代わりに、ＨＰＬ−ＥＧＲクーラを設けることもできる。第３経路１３ＣにＨＰＬ−ＥＧＲクーラを設けた場合には、ＨＰＬ−ＥＧＲクーラを通るＥＧＲガスで暖められた冷却水をヒータコア５１に導くことができるので、車載空調ユニット５０の暖房性能を向上させることができる。

図２及び図３に示したように、ＣＣＶ１５は円筒状のアウター２５と、中心線ＣＬの回りに回転可能な状態でアウター２５の内周に嵌め合わされるインナー２６とを有している。アウター２５にはシリンダヘッド５から排出された冷却水が導かれる導入ポート３０と、上述した各経路１３Ａ〜１３Ｄが接続される複数のポート３１ａ〜３１ｅと、その他のポート３２ａ、３２ｂとがそれぞれ形成されている。ポート３２ａ及びポート３２ｂは接続路２１にて互いに連結されている。アウター２５の内周面の所定位置には、半径方向外側に向かって内周面から後退し、かつ中心線ＣＬ方向に延びるアウター溝３３が形成されている。インナー２６はアウター２５の内周面と密着してポート３１ａ等を閉鎖できる円筒面状の遮蔽面３４を有している。また、インナー２６には遮蔽面３４よりも半径方向内側に後退し、それぞれ独立した３つのインナー溝３５Ａ〜３５Ｃが形成されている。なお、各インナー溝３５Ａ〜３５Ｃの上方は円板状の仕切部３６が残存するとともに遮蔽面３４が半円筒状に残存する状態で削り込まれている。インナー２６がこのように削り込まれていることによって、アウター２５の中心線ＣＬ上に位置する導入ポート３０はインナー２６がアウター２５に嵌め合わされた状態で常時開放される。

図３に示したように、第１インナー溝３５Ａはアウター２５のポート３２ｂ、３１ｃの両方と同時に重なることが可能となるようにその寸法及び位置がそれぞれ設定されている。同様に、第２インナー溝３５Ｂは第１インナー溝３５Ａの下方に位置し、アウター２５のポート３１ｂ、３１ｄの両者と同時に重なることが可能となるようにその寸法及び位置がそれぞれ設定されている。また、第３インナー溝３５Ｃはアウター２５のポート３１ｃ、３１ｂと同時に重なることが可能となるようにその寸法及び位置がそれぞれ設定されている。

図３に示すように、ＣＣＶ１５はアウター２５に対してインナー２６が矢印線で示すように回転移動することによって、５つのモード１〜モード５が選択的に成立し得る。本形態ではモード間を移行するために必要な回転移動量θ［ｄｅｇ］は図示のθ１〜θ４に設定されている。

モード１は、アウター２５の上部に設けられた３つのポート３１ａ、３１ｅ、３２ａがインナー２６の遮蔽面３４にてそれぞれ閉鎖された状態である。したがって、ＣＣＶ１５がモード１の場合は、導入ポート３０から流入した冷却水の流通がＣＣＶ１５にて遮断される。

モード２は、アウター２５の上部のポート３１ａ、３１ｅが遮蔽面３４にて閉鎖される一方で、ポート３２ａが開放される。そして、アウター２５のポート３２ｂ、３１ｃの両者と第１インナー溝３５Ａとが重なることにより、これらのポート３２ｂ、３１ｃが第１インナー溝３５Ａを介して接続され、かつアウター２５のポート３１ｂ、３１ｄの両者と第２インナー溝３５Ｂとが重なることにより、これらのポート３１ｂ、３１ｄが第２インナー溝３５Ｂを介して接続される。これにより、導入ポート３０から流入した冷却水はポート３２ａ及びポート３２ｂを経由してポート３１ｃから第３経路１３Ｃに導かれる。そして、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２→ヒータコア５１→ポート３１ｄ→ポート３１ｂ→第２経路１３Ｂの順序で冷却水が流通する。モード２の場合は導入ポート３０から流入した冷却水がＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２を経てからヒータコア５１に流れるので、ＣＣＶ１５がモード２に操作された状態は上述した第１状態に相当する。モード１からモード２へ移行する過渡は、図３の二点鎖線で示すように、アウター２５のポート３２ａがインナー２６の遮蔽面３４によって一部が遮蔽され、残りが開放された中間開度状態となる。このため、第３経路１３Ｃに沿ってＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２に向かう冷却水の流れはモード２の上限値よりも低い流量に制限された状態となる。過渡時におけるその流量はインナー２６の回転移動量θを徐々に変化させることにより連続的に変化する。

モード３は、アウター２５の上部のポート３１ｅが開放されることを除いてモード２と同じ状態である。そのため、導入ポート３０から流入した冷却水の一部がポート３１ｅを経由して第４経路１３Ｄに導かれて、ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ１２２及びオイルクーラ１４０の順序で冷却水が流通する。冷却水の残りは、モード２の場合と同じ状態で流通する。すなわち、その残りの冷却水はポート３２ａ及びポート３２ｂを経由してポート３１ｃから第３経路１３Ｃに導かれる。そして、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２→ヒータコア５１→ポート３１ｄ→ポート３１ｂ→第２経路１３Ｂの順序で冷却水が流通する。モード３の場合もモード２の場合と同様に導入ポート３０から流入した冷却水がＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２を経てからヒータコア５１に流れるので、ＣＣＶ１５がモード３に操作された状態は上述した第１状態に相当する。モード２からモード３へ移行する過渡は、図３の二点鎖線で示すように、アウター２５のポート３１ｅがインナー２６の遮蔽面３４によって一部が遮蔽され、残りが開放された中間開度状態となる。このため、第４経路１３Ｄに沿ってＨＰＬ−ＥＧＲバルブ１２２及びオイルクーラ１４０に向かう冷却水の流れはモード３の上限値よりも低い流量に制限された状態となる。過渡時におけるその流量はインナー２６の回転移動量θを徐々に変化させることにより連続的に変化する。

モード４は、アウター２５の上部のポート３１ａが遮蔽面３４にて閉鎖される一方でポート３２ａ、３１ｅが開放される。そして、アウター２５のポート３１ｃ、３１ｂの両者とインナー２６の第３インナー溝３５Ｃとが重なることにより、これらのポート３１ｃ、３１ｂが第３インナー溝３１Ｃを介して接続される。さらに、アウター２５のポート３２ｂ及びアウター溝３３の両者がインナー２６の第１インナー溝３５Ａと重なるとともに、アウター２５のポート３１ｄ及びアウター溝３３の両者がインナー２６の第２インナー溝３５Ｂとが重なる。そのため、ポート３２ｂとポート３１ｄとは、第１インナー溝３５Ａ、アウター溝３３及び第２インナー溝３５Ｂを介して接続される。以上により、導入ポート３０から流入した冷却水の一部は、ポート３１ｅを経由して第４経路１３Ｄに導かれて、ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ１２２及びオイルクーラ１４０の順序で冷却水が流通する。冷却水の残りはポート３２ａ及びポート３２ｂを経由してポート３１ｄから第３経路１３Ｃに導かれる。そして、ヒータコア５１→ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２→ポート３１ｃ→ポート３１ｂ→第２経路１３Ｂの順序で冷却水が流通する。モード４の場合は導入ポート３０から流入した冷却水がヒータコア５１を経てからＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２に流れるので、ＣＣＶ１５がモード４に操作された状態は上述した第２状態に相当する。

モード５は、アウター２５の上部のポート３１ａが開放されることを除いてモード４と同じ状態である。そのため、導入ポート３０から流入した冷却水の一部がポート３１ａを経由して第１経路１３Ａに導かれて、ラジエータ１８及びサーモスタット１９の順序で冷却水が流通する。冷却水の残りは、モード４の場合と同じ状態で流通する。すなわち、その残りは、ポート３１ｅを経由して第４経路１３Ｄに導かれて、ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ１２２及びオイルクーラ１４０の順序で冷却水が流通し、かつポート３２ａ及びポート３２ｂを経由してポート３１ｄから第３経路１３Ｃに導かれ、そして、ヒータコア５１→ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２→ポート３１ｃ→ポート３１ｂ→第２経路１３Ｂの順序で冷却水が流通する。モード５の場合も導入ポート３０から流入した冷却水がヒータコア５１を経てからＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２に流れるので、ＣＣＶ１５がモード５に操作された状態は上述した第２状態に相当する。

次に、図４を参照しながら車載空調ユニット５０の詳細を説明する。車載空調ユニット５０はヒータコア５１と、車室内の空気である内気又は車室外の空気である外気との間で熱交換を行うことにより車室内を暖房するとともに、外気又は内気とエバポレータ５２との間で熱交換を行うことにより車室内を冷房する装置である。車載空調ユニット５０はヒータコア５１及びエバポレータ５２が搭載される通路状のユニット本体５３を有している。ユニット本体５３には外気を取り込む外気吸入路５４と、内気を取り込む内気吸入路５５とが接続されている。外気吸入路５４と内気吸入路５５との合流位置には、外気導入状態と内気導入状態とを切り替えるための第１ドア５６Ａが設けられている。第１ドア５６Ａは位置ａと位置ｂとの間で回転軸線Ａｘ１の回りに回転できる。第１ドア５６Ａが位置ｂに操作された場合は外気吸入路５４が開放されると同時に内気吸入路５５が閉鎖されて外気導入状態に切り替えられる。反対に、第１ドア５６Ａが位置ａに操作された場合は内気吸入路５５が開放されると同時に外気吸入路５４が閉鎖されて内気導入状態に切り替えられる。

第１ドア５６Ａの下流側には外気又は内気をユニット本体５３に取り込むためのブロアモータ５７が設けられている。ブロアモータ５７にはインペラ５７ａが取り付けられている。ブロアモータ５７の下流側にはエバポレータ５２とヒータコア５１とがそれぞれ配置されている。エバポレータ５２とヒータコア５１との間にはブロアモータ５７にて取り込まれエバポレータ５２を通過した空気がヒータコア５１に導かれる配分を調整する第２ドア５６Ｂが設けられている。第２ドア５６Ｂは位置ｃから位置ｄまでの間で連続的に、回転軸線Ａｘ２の回りに回転でき、これらの位置間の任意の位置でホールドできる。第２ドア５６Ｂが位置ｃに操作されると、ヒータコア５１に導かれる空気が遮断される。一方、第２ドアＢが位置ｄに操作されると、空気の全量がヒータコア５１に導かれる。第２ドア５６Ｂが中間位置ｃ′から位置ｄのいずれかの位置に操作されることにより、ヒータコア５１に導かれる空気の配分を調整できる。これにより、車室内に供給する空気の温度を調整することができる。

ヒータコア５１の下流には車室内に通じる車室内経路５８と、車室外に通じる車室外経路５９とが配置されており、これらの経路５８、５９は互いに合流するようにしてユニット本体５３に接続されている。車室内経路５８と車室外経路５９との合流位置には第３ドア５６Ｃが設けられている。第３ドア５６Ｃは位置ｅから位置ｆまでの間で連続的に、回転軸線Ａｘ３の回りに回転でき、これらの位置間の任意の位置でホールドできる。第３ドア５６Ｃが位置ｅに操作されると、車室内経路５８が開放されると同時に車室外経路５９が閉鎖されるため、ヒータコア５１等で熱交換された空気の全量が車室内に導かれる。反対に、第３ドア５６Ｃが位置ｆに操作されると車室内経路５８が閉鎖されると同時に車室外経路５９が開放されるため、その空気の全量が車室外に導かれる。したがって、第３ドア５６Ｃが位置ｅから位置ｆの間のいずれかの位置に操作されることにより車室内に導かれる空気の量を調整できる。つまり、第３ドア５６Ｃの操作によって車室内に導かれる暖気又は冷気の風量を調整することができる。第３ドア５６Ｃは、ヒータコア５１と熱交換した空気を車室内経路５８と車室外経路５９とに配分する割合を変化させることができるので、本発明に係る空気分配手段として機能する。

図５に示すように、冷却装置１、ＥＧＲシステム１０３及び車載空調ユニット５０のそれぞれは電子制御装置（ＥＣＵ）６０にて制御される。ＥＣＵ６０は各種のセンサから運転パラメータを取得して内燃機関１００の運転制御を行うことができるコンピュータとして構成されている。以下、ＥＣＵ６０が行う制御のうち、本発明に関連する制御を主に説明する。

ＥＣＵ６０は内燃機関１００の暖機完了前にＣＣＶ１５を操作して以下の暖機制御を行う。図６は第１水温センサ１６Ａの検出値（第１冷却水温）と、ＣＣＶ１５の作動状態（インナー２６の回転移動量）とが対応付けられている。ＥＣＵ６０は図６に示した対応関係に基づいて、第１冷却水温の変化に合わせてＣＣＶ１５を制御する。

まず、第１冷却水温が４０°Ｃ未満の場合、ＥＣＵ６０はＣＣＶ１５を上述のモード１に操作して冷却水の流通を制限する。第１冷却水温が４０°Ｃ以上５０°Ｃ未満の場合、ＥＣＵ６０は第１冷却水温の温度上昇に従ってモード１の状態から徐々にＣＣＶ１５の回転移動量を増加させ、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２へ向かう冷却水の流量を増加させる。５０°ＣはＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２に導かれる排気の露点に相当する。したがって、第１冷却水温が露点に達するまでＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２へ供給される冷却水の流量が制限された状態に維持される。このため、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２での凝縮水の発生を防止しつつ内燃機関１００の暖機を促進できる。第１冷却水温が５０°Ｃに達した場合、ＥＣＵ６０はＣＣＶ１５をモード１から完全にモード２に切り替える。つまり、第１冷却水温が露点以上となったことを条件としてＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２へ向かう冷却水の流れが制限された制限状態が解除され、冷却水がＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２へ上限値の流量で供給される。

図１に示した第４経路１３Ｄには、暖機完了前において冷却要求度が比較的低い要素であるＨＰＬ−ＥＧＲバルブ１２２及びオイルクーラ１４０が設けられている。そのため、ＥＣＵ６０は第１冷却水温が７０°Ｃに達する前においてＣＣＶ１５をモード２に維持して第４経路１３Ｄへの冷却水の流通を遮断する。そして、ＥＣＵ６０は第１冷却水温が７０°Ｃに達してから、ＣＣＶ１５の回転移動量をモード２の状態から第１冷却水温の温度上昇に従って徐々に増加させて、第１冷却水温が８０°Ｃに達した場合にモード２からモード３へ完全に移行させ、第４経路１３Ｄへの冷却水の流通を完全に解放する。

第１冷却水温が８０°Ｃに達してモード３への移行が完了したら直ちにＣＣＶ１５をモード３からモード４に移行させる。ＣＣＶ１５がモード３からモード４へ移行すると、上述したように第３経路１３Ｃの流れが反対向きとなり、第３経路１３Ｃを流れる冷却水はヒータコア５１からＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２に向かう。

第１冷却水温が８０°Ｃ以上８２°Ｃ未満の場合、ＥＣＵ６０はＣＣＶ１５の回転移動量をモード４の状態から第１冷却水温の温度上昇に従って徐々に増加させて第１経路１３Ａに向かう冷却水の流量を増加させる。８２°Ｃはサーモスタット１９の開弁温度に相当し、第１冷却水温が当該温度に達した場合に暖機が完了したと見なされる。第１冷却水温が８２°Ｃに達した場合、つまり内燃機関１００の暖機が完了した場合は、ＣＣＶ１５をモード５へ完全に移行し、第１経路１３Ａに向かう冷却水の流通制限を解除し、上限値の流量の冷却水が第１経路１３Ａに流れるようにしてラジエータ１８と熱交換させる。

このように、ＥＣＵ６０が第１冷却水温に応じてＣＣＶ１５を制御することで、内燃機関１００の暖機完了前は冷却水がＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２を経てからヒータコア５１に流れ、内燃機関１００で暖められた冷却水がＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２へ先に流れるからＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２内で凝縮水が発生することを抑制しながらＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２自体を暖めることができる。そのため、早期のＥＧＲの実行が可能となる。そして、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２での凝縮水の発生を抑制しつつ、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２を流れる排気によって暖められた冷却水がヒータコア５１に流れるから車載空調ユニットの暖房性能も向上する。一方、内燃機関１００の暖機完了後は、ヒータコア５１を経てからＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２に流れ、ヒータコア５１との熱交換で冷却水温が低下した状態で、冷却水がＥＧＲクーラに流れるため、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２による排気（ＥＧＲガス）を効果的に冷却できる。

図６に示したＣＣＶ１５の操作手順は一例であり、暖機完了の前後で第３経路１３Ｃを流れる冷却水の流通方向が切り替わることを限度として、例えば図７及び図８に示すように適宜変更できる。図７の手順では、ＥＣＵ６０は第１冷却水温が７０°Ｃになったことを条件としてモード１からモード２へ完全に移行させる。図７の場合は第１冷却水温が露点（５０°Ｃ）以上となってもＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２への冷却水の流通が制限されているので、内燃機関１００の暖機促進効果は図６の場合に比べて高くなる利点がある。

また、図８の手順では、ＥＣＵ６０は第１冷却水温が５５°Ｃ以上６５°Ｃ未満の範囲で、ＣＣＶ１５をモード２から再度モード１に戻す。そして、ＥＣＵ６０は第１冷却水温が６５°Ｃ以上となってからＣＣＶ１５の回転移動量を第１冷却水温の温度上昇に従って徐々に増加させて第１冷却水温が７０°Ｃに達した時点でモード２に完全に切り替えられ、続いて第１冷却水温が８０°Ｃに達した時点でモード３に完全に切り替えられるようにする。図８の場合は、ＣＣＶ１５を上記範囲で再度モード１に戻すことにより、冷却水とＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２の排気との熱交換が制限されるから、内燃機関１００の暖機促進効果は図６の場合に比べて高くなる利点がある。図６〜図８にそれぞれ示された暖機制御をＥＣＵ６０が実行することにより、ＥＣＵ６０は本発明に係る切替制御手段として機能する。

次に、図９及び図１０を参照しながら、ＥＣＵ６０がＥＧＲシステム１０３及び車載空調ユニット５０に対して行う制御について説明する。図９の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ６０に保持されており適時に読み出されて実行される。ステップＳ１１において、ＥＣＵ６０は第１水温センサ１６Ａの検出値（第１冷却水温）Ｔ１が８０°Ｃを超えているか否かを判定する。第１冷却水温Ｔ１が８０°Ｃを超えていない場合は処理を保留し、第１冷却水温Ｔ１が８０°Ｃを超えた場合はステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ６０は車載空調ユニット５０のヒータコア５１を冷却するためのヒータコア冷却制御を実行する。

ヒータコア冷却制御は、図１０に示したようにユーザによる暖房要求の有無と、車載空調ユニット５０のブロアモータ５７、第１ドア５６Ａ、第２ドア５６Ｂ及び第３ドア５６Ｃの各作動状態とが対応付けられた制御となる。ユーザによる暖房要求の有無は、車室内に設けられた不図示のスイッチの作動状態により判定される。なお、設定温度に応じて空調装置５０が自ら暖房要求を発生させる場合もあり得る。

暖房要求がなく、ブロアモータ５７がＯＦＦで、かつ第１ドア５６Ａの現在位置が位置ａの場合は、第１ドア５６Ａを位置ａから位置ｂに切り替える（図４も参照）。そして、第２ドア５６Ｂを位置ｄに操作してユニット本体５３に取り込まれた外気の全量がヒータコア５１に導かれるようにし、かつ第３ドア５６Ｃを位置ｆに操作してヒータコア５１を通過した空気が車外に排出されるようにする。また、暖房要求がなく、ブロアモータ５７がＯＦＦで、かつ第１ドア５６Ａの現在位置が位置ｂの場合は、第１ドア５６Ａを位置ｂに維持する。そして、第２ドア５６Ｂを位置ｄに操作してユニット本体５３に取り込まれた外気の全量がヒータコア５１に導かれるようにし、かつ第３ドア５６Ｃを位置ｅから位置ｆの間の適宜の位置に操作して風量調整する。このように、暖房要求がない場合においてもユニット本体５３に外気を取り込み、その全量をヒータコア５１に導いているので、車両走行中にヒータコア５１が冷却される。これにより、冷却水の温度を下げることができるので、内燃機関１００の冷却効率が向上する。

一方、暖房要求がある場合の制御は一般的な空調制御と同じである。すなわち、内気導入又は外気導入の選択に応じて第１ドア５６Ａが位置ａ又は位置ｂ（図４参照）に操作され、設定温度及び設定風量に応じて第２ドア５６Ｂが位置Ｃ′から位置ｄまでの間の適宜の位置に、第３ドア５６Ｃが位置ｅから位置ｆまでの間の適宜の位置にそれぞれ操作される。

図９に戻り、ステップＳ１３において、ＥＣＵ６０は内燃機関１００の吸気系に供給すべき排気（ＥＧＲガス）の量である要求ＥＧＲ量を、第２水温センサ１６Ｂの検出値（第２冷却水温）に応じて変化させ、これによって要求ＥＧＲ量を補正する。そして、ＥＣＵ６０は補正された要求ＥＧＲ量の排気が内燃機関１００の吸気系に供給されるように、ＥＧＲシステム１０３に含まれるＨＰＬ−ＥＧＲバルブ１２２、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ１３３、及び排気絞り弁１１６の各開度を制御する。この補正は、図１１に示した補正マップをＥＣＵ６０が参照して現在の第２冷却水温に対応した補正係数を特定し、その補正係数を内燃機関１００の運転状態に基づいて別ルーチンで演算された要求ＥＧＲ量に乗じることにより実施される。図１１から明らかなように、この補正係数は第２冷却水温が高くなるほど小さくなるように補正マップにて定義されている。このように、第２冷却水温に応じて要求ＥＧＲ量が補正されるため、第２冷却水温の変化に従って変化するＬＰＬ−ＥＧＲクーラ１３２による排気の冷却効率の変化に合わせて要求ＥＧＲ量を増減できる。したがって、可能な限り要求ＥＧＲ量を増加させることによってエミッションの低下を実現できる。

（第２の形態）
次に、図１２及び図１３を参照しながら本発明の第２の形態を説明する。第２の形態はＥＧＲシステム１０３及び車載空調ユニット５０に対する制御を除き、第１の形態と共通する。したがって、第２の形態において、冷却装置１、ＥＧＲシステム１０３及び車載空調ユニット５０の各物理構成に関しては図１及び図４に示された構成がそれぞれ適用され、暖機制御に関しては図６〜図８に示された制御内容がそれぞれ適用される。

図１２の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ６０に保持されており適時に読み出されて実行される。ステップＳ２１〜ステップＳ２３の制御は図９の制御ルーチンの制御と同じであるから説明を省略する。ステップＳ２４において、ＥＣＵ６０は高温対応要求の有無を判定する。高温対応要求は内燃機関１００の第１冷却水温が所定の基準を超えて高温である場合又は内燃機関１００の排気温度が所定の基準を超えて高温の場合に成立する。例えば、図１Ａに示した排気浄化装置１１５の酸化触媒１１７に燃料を供給してディーゼルパティキュレートフィルタ１１８の堆積物を燃焼させて、ディーゼルパティキュレートフィルタ１１８の浄化性能を再生する再生処理の実施時などは、排気浄化装置１１５で発生した熱によって排気温度が高温となる。このような場合に高温対応要求が成立する。高温対応要求がある場合はステップＳ２５に進み、高温対応要求がない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。

ステップＳ２５において、ＥＣＵ６０はヒータコア５１を冷却するヒータコア冷却制御の制御内容を、図１０から図１３の高温用に切り替える。その後、ステップＳ２３に処理を戻して第１の形態と同様に要求ＥＧＲ量を補正する。図１３に示したように、ステップＳ２５で実行される高温用のヒータコア冷却制御は、ユーザによる暖房要求の有無と、車載空調ユニット５０のブロアモータ５７、第１ドア５６Ａ、第２ドア５６Ｂ及び第３ドア５６Ｃの各作動状態とが対応付けられた制御となる。ＥＣＵ６０は、図１３のステップＳ２５を実行することにより、本発明に係る空調制御手段として機能する。

暖房要求がなく、ブロアモータ５７がＯＦＦで、かつ第１ドア５６Ａの現在位置が位置ａの場合は、ブロアモータ５７をＯＦＦからＯＮに切り替えるとともに第１ドア５６Ａを位置ａから位置ｂに切り替える。そして、第２ドア５６Ｂを位置ｄに操作してユニット本体５３に取り込まれた外気の全量がヒータコア５１に導かれるようにし、かつ第３ドア５６Ｃを位置ｆに操作してヒータコア５１を通過した空気が車外に排出されるようにする。また、暖房要求がなく、ブロアモータ５７がＯＦＦで、かつ第１ドア５６Ａの現在位置が位置ｂの場合は、ブロアモータ５７をＯＦＦからＯＮに切り替えるとともに第１ドア５６Ａを位置ｂに維持する。そして、第２ドア５６Ｂを位置ｄに操作してユニット本体５３に取り込まれた外気の全量がヒータコア５１に導かれるようにし、かつ第３ドア５６Ｃを位置ｅから位置ｆの間の適宜の位置に操作して風量調整する。このように、冷却水温又は排気温度が高温で高温対応要求がある場合は、ユーザによる暖房要求がない場合でもブロアモータ５７を作動させることにより、外気を取り込んでヒータコア５１と熱交換させ、ヒータコア５１と熱交換を行った空気を車外に排出させることができる。これにより、ヒータコア５１の熱が排熱される。そのため、ヒータコア５１による冷却水の冷却能力の低下を抑えることができる。

一方、暖房要求がある場合の制御は、ブロアモータ５７の出力を通常運転時よりも強める。その他の要素に対する制御は通常の空調制御と同様である。ブロアモータ５７の出力を通常よりも強めることにより、ヒータコア５１と熱交換する空気の流量を強め、ヒータコア５１の排熱効果を高めることができる。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態のＣＣＶ１５は部品点数が少なく小型化が容易で、かつ制御パラメータも回転移動量だけである利点があるが、本発明に係る切替手段の構成は上記形態のＣＣＶ１５に限らない。複数のバルブや配管を組み合わせて、冷却水の流通状態を第１状態と第２状態との間で切り替え可能な装置を構成し、当該装置を本発明に係る切替手段として機能させることもできる。

上記形態では冷却水温を水温センサの検出値から特定しているが、センサを用いることは一例にすぎない。例えば、内燃機関の運転状態や冷却水の流量、冷却装置の構成要素の熱容量等の各種のパラメータに基づいて演算することにより、任意の位置における冷却水温を推定により特定することも可能である。

本発明が対象とするＥＧＲクーラは、上記各形態のロープレッシャーループ型のＥＧＲ装置に含まれるＬＰＬ−ＥＧＲクーラだけではない。ハイプレッシャーループ型のＥＧＲ装置にＨＰＬ−ＥＧＲクーラを搭載した場合には、このＨＰＬ−ＥＧＲクーラを本発明の対象とすることもできる。さらに、これらのＥＧＲクーラを本発明の対象とすることもできる。また、本発明を適用できるＥＧＲシステムは上記各形態のような２系統の装置構成のシステムに限らず、ハイプレッシャーループ型のＥＧＲ装置又はロープレッシャーループ型のＥＧＲ装置のいずれか一方を備えたＥＧＲシステムに対しても本発明を適用することができる。さらに、ターボチャージャが搭載されない内燃機関の場合、それに適用されるＥＧＲ装置は、ハイプレッシャーループ型又はロープレッシャーループ型の区別がなくなるが、このようなＥＧＲ装置に含まれるＥＧＲクーラも本発明の対象となり得る。

１ 冷却装置
１５ ＣＣＶ（切替手段）
５０ 車載空調ユニット
５１ ヒータコア
５６Ｃ 第３ドア（空気分配手段）
５７ ブロアモータ
５８ 車室内経路
５９ 車室外経路
６０ ＥＣＵ（切替制御手段、空調制御手段）
１００ 内燃機関
１０３ ＥＧＲシステム
１１５ 排気浄化装置（排気系装置）
１３２ ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ（ＥＧＲクーラ）
Ｔ ターボチャージャのタービン（排気系装置）

Claims (6)

1. 車両に搭載され、かつ排気をＥＧＲクーラで冷却して吸気系に供給するＥＧＲシステムが設けられた内燃機関に適用され、前記内燃機関の冷却水と車載空調ユニットに含まれるヒータコアとの間で熱交換を行うことが可能な内燃機関の冷却装置であって、
   前記内燃機関を経由した冷却水が前記ＥＧＲクーラを経てから前記ヒータコアに流れる第１状態と、前記内燃機関を経由した冷却水が前記ヒータコアを経てから前記ＥＧＲクーラへ流れる第２状態との間で冷却水の流通状態を切り替え可能な切替手段と、
   前記内燃機関の暖機完了前は前記第１状態で冷却水が流通し、前記内燃機関の暖機完了後は前記第２状態で冷却水が流通するように、前記切替手段を制御する切替制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記内燃機関には、排気を導く排気通路が設けられており、
   前記排気通路には、通過した排気を温度低下させる排気系装置が設けられており、
   前記ＥＧＲシステムは、前記排気系装置の下流から排気を取り出して吸気系に供給するＥＧＲ装置を含み、
   前記切替手段は、前記内燃機関を経由し、前記ＥＧＲクーラへ向かう冷却水の流れを制限する制限状態に切り替え可能であり、
   前記切替制御手段は、前記内燃機関の暖機完了前において、冷却水温が前記ＥＧＲクーラを通る排気の露点に達するまで前記制限状態を維持し、冷却水温が前記露点以上となったことを条件として、前記制限状態を解除して前記第１状態に切り替える請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記排気系装置として、ターボチャージャのタービン及び排気を浄化する排気浄化装置の少なくとも一つが設けられている請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記車載空調ユニットは、車室内に通じる車室内経路と、車室外に通じる車室外経路と、前記ヒータコアと熱交換した空気を前記車室内経路と前記車室外経路とに配分する割合を変化させることが可能な空気分配手段とを更に含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却装置。
5. 前記車載空調ユニットは、外気を取り込んで前記ヒータコアに導くためのブロアモータと、前記内燃機関の冷却水温が所定の基準を超えて高温の場合又は前記内燃機関の排気温度が所定の基準を超えて高温の場合において暖房要求がないときに、前記ヒータコアと熱交換した空気が前記車室外経路に導かれるように前記ブロアモータを作動させるとともに前記空気配分手段を操作する空調制御手段と、を更に備える請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記ＥＧＲシステムは、前記内燃機関の吸気系に供給すべき排気の量である要求ＥＧＲ量を、前記ＥＧＲクーラと前記ヒータコアとの間の冷却水温に応じて変化させる請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却装置。

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