JP2014001703A - 内燃機関の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の冷却システムに関し、ターボ過給機を備える内燃機関を対象として、非過給領域における燃費を良好に改善することを目的とする。
【解決手段】排気エネルギーにより作動するタービン２２ｂを排気通路１４に備えるターボ過給機２２を備える内燃機関の冷却システムであって、メイン冷却水の循環により内燃機関１０の本体を冷却するための本体用冷却回路３０と、サブ冷却水の循環によりインタークーラー２４を冷却するためのクーラー用冷却回路３２とを備える。これらの冷却回路３０、３２の冷却水を選択的に排気マニホールド１４ｂの壁面に供給可能な構成を備える。内燃機関１０の運転領域が非過給領域である場合に、サブ冷却水を排気マニホールド１４ｂの壁面に供給する。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の冷却システムに係り、特に、ターボ過給機付きの内燃機関の冷却を担うものとして好適な内燃機関の冷却システムに関する。

従来、例えば特許文献１には、ターボ過給機を備える内燃機関が開示されている。この従来の内燃機関は、互いに独立した２系統の冷却回路として、内燃機関本体を冷却するための冷却回路（メイン冷却水通路）と、インタークーラーを含む機器を冷却するための冷却回路（サブ冷却水通路）とを備えている。

特開２０１１−１９０７４２号公報 特開２０１０−２６４８７６号公報 実開平４−２１７２４号公報 特開平１１−３６９０３号公報

ターボ過給機付き内燃機関は、過給が行われる高負荷領域では、可能な限り排気エネルギーを増やしてタービン効率を高めることが要求される。その一方で、軽負荷領域（非過給領域）では、可能な限り背圧を低減して燃費改善を図ることが要求される。この理由は、非過給領域（自然吸気領域）では、排気通路の途中に配置されるタービンの存在によって、自然吸気式の内燃機関と比べて背圧が高くなり、これが燃費悪化要因となるためである。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ターボ過給機を備える内燃機関を対象として、非過給領域における燃費を良好に改善することのできる内燃機関の冷却システムを提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関の冷却システムであって、
排気エネルギーにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機を備える内燃機関の冷却システムであって、
前記タービンよりも上流側のタービン上流側排気通路壁面を冷却可能な冷却装置と、
内燃機関の運転領域が非過給領域である場合に、過給領域である場合と比べ、前記タービン上流側排気通路壁面の冷却能力を高くする排気冷却調整手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記冷却装置は、冷却水の循環により前記タービン上流側排気通路壁面を冷却可能な装置であって、
前記タービン上流側排気通路壁面は、燃焼室に通じる排気ポートに接続される排気マニホールドの壁面を含み、
前記排気冷却調整手段は、前記内燃機関の運転領域が非過給領域である場合に、前記排気マニホールドの壁面に冷却水が供給されるように前記冷却装置を制御することを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記内燃機関は、前記ターボ過給機のコンプレッサにより圧縮された空気を冷却するインタークーラーを備え、
前記冷却装置は、
冷却水の循環により前記内燃機関の本体を冷却するための本体用冷却回路と、
前記本体用冷却回路とは別系統であり、冷却水の循環により前記インタークーラーを冷却するためのインタークーラー用冷却回路と、を含み、
前記本体用冷却回路および前記インタークーラー用冷却回路のうちの少なくとも前記インタークーラー用冷却回路は、前記排気マニホールドの壁面に冷却水を循環可能な回路であって、
前記排気冷却調整手段は、前記内燃機関の運転領域が非過給領域である場合に、前記インタークーラー用冷却回路を循環する冷却水が前記排気マニホールドの壁面に供給されるように前記冷却装置を制御することを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記排気冷却調整手段は、前記内燃機関の運転領域が非過給領域である場合であっても、ノックが検出された場合もしくはノックの発生が懸念される運転条件が成立する場合には、前記排気マニホールドの壁面への、前記インタークーラー用冷却回路を循環する冷却水の供給が中止されるように前記冷却装置を制御することを特徴とする。

また、第５の発明は、第３または第４の発明において、
前記インタークーラー用冷却回路は、前記排気冷却調整手段によって前記排気マニホールドの壁面に冷却水を供給する場合に、前記インタークーラーを通過した後の冷却水が前記排気マニホールドの壁面に供給されるように構成されていることを特徴とする。

また、第６の発明は、第３の発明において、
前記インタークーラー用冷却回路は、前記排気冷却調整手段によって前記排気マニホールドの壁面に冷却水を供給する場合に、前記インタークーラーをバイパスした冷却水が前記排気マニホールドの壁面に供給されるように構成されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関の運転領域が非過給領域である場合に、過給領域である場合と比べ、タービン上流側排気通路壁面の冷却能力が高められることにより、非過給領域の使用時に、できるだけ背圧を低減して燃費を良好に改善することが可能となる。

第２の発明によれば、非過給領域の使用時に排気マニホールドの壁面に冷却水が供給されるようにしたことで、非過給領域における燃費低減を実現できる具体的な手段が提供される。

第３の発明によれば、本体用冷却回路とインタークーラー用冷却回路とを備える水冷式の冷却装置を用いて、非過給領域における燃費低減を実現できる具体的な手段が提供される。

第４の発明によれば、非過給領域における排気マニホールドの壁面の冷却を実施しつつ、当該冷却の実施に伴うノック抑制を図れるようになる。

第５の発明によれば、インタークーラーに対して排気マニホールドの壁面に供給される冷却水よりも低温の冷却水を供給できるようになる。このため、逆の順序で冷却水が流通する場合と比べ、非過給領域において、インタークーラーによる吸気の冷却能力の低下を抑制しつつ、排気マニホールドの壁面の冷却を行えるようになる。

第６の発明によれば、インタークーラー用冷却回路の冷却水をインタークーラーの冷却に使用しない状態で、当該冷却水によって排気マニホールドの壁面の冷却が行われる。このため、非過給領域における排気マニホールドの壁面の冷却能力を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る冷却システムを備える内燃機関の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷却システムを備える内燃機関１０の構成を説明するための図である。ここでは、内燃機関１０は、一例として、火花点火式の直列４気筒型のガソリンエンジンであるものとする。図１に示すように、内燃機関１０は、筒内に空気を取り込むための吸気通路１２と、筒内から排出される排気ガスが流れる排気通路１４とを備えている。より具体的には、排気通路１４は、シリンダヘッド１６に形成されて各気筒の燃焼室１８に通じる排気ポート１４ａと、各排気ポート１４ａに接続されて各排気ポート１４ａを介して各気筒から排出される排気ガスを集合させる排気マニホールド１４ｂとを含んでいる。

吸気通路１２の入口近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。エアフローメータ２０の下流には、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａが配置されている。ターボ過給機２２は、更に、コンプレッサ２２ａと一体的に連結され、かつ排気ガスの排気エネルギーによって作動するように排気マニホールド１４ｂよりも下流側の排気通路１４に配置されたタービン２２ｂを備えている。コンプレッサ２２ａは、タービン２２ｂに入力される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動されるようになっている。

コンプレッサ２２ａの下流側の吸気通路１２には、コンプレッサ２２ａにより圧縮された空気を冷却するための水冷式のインタークーラー２４が配置されている。更に、インタークーラー２４の下流には、吸気通路１２を流れる空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ２６が配置されている。コンプレッサ２２ａの下流側であってスロットルバルブ２６の上流側の吸気通路１２には、この部位での吸気圧（過給圧）を検知するための過給圧センサ２８が配置されている。また、スロットルバルブ２６の下流側の吸気通路１２は、サージタンクとしての機能を含む吸気マニホールド１２ａを有している。スロットルバルブ２６を通過した空気は、吸気マニホールド１２ａによって各気筒に分配される。

本実施形態の内燃機関１０は、冷却水の循環による水冷式の２系統の冷却回路３０、３２を備えている。具体的には、主に内燃機関１０の本体を冷却するための本体用冷却回路３０と、主にインタークーラー２４を冷却するためのインタークーラー用冷却回路（以下、「クーラー用冷却回路」と略する場合がある）３２とが独立して備えられている。また、本実施形態では、本体用冷却回路３０およびクーラー用冷却回路３２の双方が排気マニホールド１４ｂの壁面に冷却水を供給可能に構成されている。以下、冷却回路３０、３２のそれぞれの具体的な構成について説明する。

本体用冷却回路３０の途中には、本体用冷却回路３０を流れる冷却水（以下、便宜上「メイン冷却水」と称する場合がある）を冷却するためのメインラジエータ３４が設置されている。本体用冷却回路３０は、メインラジエータ３４の出口と、内燃機関１０の本体内に形成された本体内冷却水通路３０ａの入口とを接続する第１メイン冷却水通路３０ｂを備えている。本体内冷却水通路３０ａは、内燃機関１０の本体（シリンダヘッド１６およびシリンダブロック（図示省略）等）内の各部（排気ポート１４ａの壁面を含む）を冷却できるように本体内に張り巡らされている。

また、本体用冷却回路３０は、本体内冷却水通路３０ａの出口とメインラジエータ３４の入口とを接続する第２メイン冷却水通路３０ｃを備えている。また、本体用冷却回路３０は、メインラジエータ３４をバイパスする通路として、第１メイン冷却水通路３０ｂの途中の部位と第２メイン冷却水通路３０ｃの途中の部位とを接続するメイン冷却水バイパス通路３０ｄを備えている。第１メイン冷却水通路３０ｂには、メイン冷却水バイパス通路３０ｄよりも本体内冷却水通路３０ａの入口に近い部位に、本体用冷却回路３０内でメイン冷却水を循環させるためのメインウォーターポンプ３６が設けられている。メインウォーターポンプ３６は、クランク軸（図示省略）から出力されるトルクによって駆動される。また、第１メイン冷却水通路３０ｂには、メイン冷却水バイパス通路３０ｄよりもメインラジエータ３４に近い側の部位に、メイン冷却水が所定温度に達した際に開くように構成されたサーモスタット３８が設けられている。

メイン冷却水の温度が上記所定温度よりも低いためにサーモスタット３８が閉じている場合には、メイン冷却水は、メインラジエータ３４を通らずに、本体用冷却回路３０を循環する。一方、メイン冷却水の温度が上記所定温度に達したことでサーモスタット３８が開いている場合には、メインラジエータ３４を介する経路にも、メイン冷却水が循環するようになる。その結果、メインラジエータ３４によりメイン冷却水が冷却される。

一方、クーラー用冷却回路３２の途中には、クーラー用冷却回路３２を流れる冷却水（以下、便宜上「サブ冷却水」と称する場合がある）を冷却するためのサブラジエータ４０が設置されている。クーラー用冷却回路３２は、サブラジエータ４０の出口と、インタークーラー２４（のクーラー内冷却水通路（図示省略））の入口とを接続する第１サブ冷却水通路３２ａを備えている。

また、クーラー用冷却回路３２は、上記クーラー内冷却水通路の一方の出口と、ターボ過給機２２のターボ内冷却水通路（図示省略）の入口とを接続する第２サブ冷却水通路３２ｂを備えている。更に、上記ターボ内冷却水通路の出口とサブラジエータ４０の入口とを接続する第３サブ冷却水通路３２ｃを備えている。第１サブ冷却水通路３２ａの途中の部位には、クーラー用冷却回路３２内でサブ冷却水を循環させるための電動式のサブウォーターポンプ４２が設けられている。

本実施形態の２系統の冷却回路３０、３２は、更に、排気マニホールド１４ｂの壁面にメイン冷却水およびサブ冷却水の何れかを選択的に供給可能な構成を備えている。具体的には、これらの冷却回路３０、３２のために共通で使用される構成として、排気マニホールド用冷却水通路４４と第１冷却水切替バルブ４６と第２冷却水切替バルブ４８とが備えられている。排気マニホールド用冷却水通路４４は、排気マニホールド１４ｂの壁面に形成された排気マニホールド内冷却水通路（図示省略）を含む通路であり、メイン冷却水またはサブ冷却水が排気マニホールド１４ｂの壁面を通過できるように構成された通路である。第１冷却水切替バルブ４６は、排気マニホールド用冷却水通路４４の入口側端部に設置されており、第２冷却水切替バルブ４８は、排気マニホールド用冷却水通路４４の出口側端部に設置されている。

本体用冷却回路３０は、排気マニホールド用冷却水通路４４を利用するために、図１に示すように、第１メイン冷却水通路３０ｂの途中の部位から分岐した第１メイン冷却水分岐通路３０ｂ１と、第２メイン冷却水通路３０ｃの途中の部位から分岐した第２メイン冷却水分岐通路３０ｃ１とを備えている。第１メイン冷却水分岐通路３０ｂ１の他端は、第１冷却水切替バルブ４６に接続されており、第２メイン冷却水分岐通路３０ｃ１の他端は、第２冷却水切替バルブ４８に接続されている。

一方、クーラー用冷却回路３２は、排気マニホールド用冷却水通路４４を利用するために、図１に示すように、第４サブ冷却水通路３２ｄと、サブ冷却水分岐通路３２ｂ１とを備えている。第４サブ冷却水通路３２ｄは、インタークーラー２４の上記クーラー内冷却水通路の他方の出口と第１冷却水切替バルブ４６とを接続する通路として構成されている。サブ冷却水分岐通路３２ｂ１は、第２サブ冷却水通路３２ｂの途中の部位から分岐した通路であり、その他端は、第２冷却水切替バルブ４８に接続されている。

第１冷却水切替バルブ４６は、第１メイン冷却水分岐通路３０ｂ１と排気マニホールド用冷却水通路４４とが連通する状態（以下、便宜上、この状態を第１冷却水切替バルブ４６の「ＯＦＦ状態」とも称する）と、第４サブ冷却水通路３２ｄと排気マニホールド用冷却水通路４４とが連通する状態（以下、便宜上、この状態を第１冷却水切替バルブ４６の「ＯＮ状態」とも称する）とを切り替え可能に構成されている。

一方、第２冷却水切替バルブ４８は、排気マニホールド用冷却水通路４４と第２メイン冷却水分岐通路３０ｃ１とが連通する状態（以下、便宜上、この状態を第２冷却水切替バルブ４８の「ＯＦＦ状態」とも称する）と、排気マニホールド用冷却水通路４４とサブ冷却水分岐通路３２ｂ１とが連通する状態（以下、便宜上、この状態を第２冷却水切替バルブ４８の「ＯＮ状態」とも称する）とを切り替え可能に構成されている。

また、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したエアフローメータ２０および過給圧センサ２８に加え、内燃機関１０のノック（異常燃焼）発生を検知するためのノックセンサ５２等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述したスロットルバルブ２６、サブウォーターポンプ４２、および、冷却水切替バルブ４６、４８に加え、内燃機関１０に燃料を供給するための燃料噴射弁５４、混合気に点火するための点火プラグ５６、および、吸気弁（図示省略）の開閉時期を可変とする吸気可変バルブタイミング機構５８等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサの出力と所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。

以上のように構成された２系統の冷却回路３０、３２によれば、一対の冷却水切替バルブ４６、４８のＯＮ、ＯＦＦを切り替えることにより、排気マニホールド１４ｂの壁面に供給される冷却水をメイン冷却水とサブ冷却水の間で切り替えることができる。尚、インタークーラー２４の冷却を担うサブ冷却水の温度は、通常、インタークーラー２４よりも熱負荷の高い内燃機関１０の本体の冷却を担うメイン冷却水の温度よりも低くなる。

より具体的には、一対の冷却水切替バルブ４６、４８をともにＯＦＦとした場合には、排気マニホールド用冷却水通路４４は、本体用冷却回路３０と連通する。この場合には、メイン冷却水が流れる経路として、内燃機関１０の本体を通る通常の経路とともに、第１メイン冷却水分岐通路３０ｂ１を介して排気マニホールド用冷却水通路４４を通る経路が成立する。これにより、この場合には、メイン冷却水が排気マニホールド１４ｂの壁面に供給される。尚、この場合のサブ冷却水の経路は、インタークーラー２４を通過した後に第２サブ冷却水通路３２ｂを通ってターボ過給機２２に向かう経路のみとなる。

一方、一対の冷却水切替バルブ４６、４８をともにＯＮとした場合には、排気マニホールド用冷却水通路４４は、クーラー用冷却回路３２と連通する。この場合には、サブ冷却水が流れる経路として、インタークーラー２４を通過した後に第２サブ冷却水通路３２ｂを通ってターボ過給機２２に向かう経路とともに、インタークーラー２４を通過した後に第４サブ冷却水通路３２ｄを介して排気マニホールド用冷却水通路４４を通る経路が成立する。これにより、この場合には、サブ冷却水が排気マニホールド１４ｂの壁面に供給される。尚、この場合のメイン冷却水の経路は、内燃機関１０の本体を通る通常の経路となる。

［実施の形態１における特徴的な制御］
内燃機関１０のようにターボ過給機付き内燃機関は、過給が行われる高負荷領域では、可能な限り排気エネルギーを増やしてタービン効率を高めることが要求される。その一方で、軽負荷領域（非過給領域）では、可能な限り背圧を低減して燃費改善を図ることが要求される。この理由は、非過給領域（自然吸気領域）では、排気通路の途中に配置されるタービンの存在によって、自然吸気式の内燃機関と比べて背圧が高くなり、これが燃費悪化要因となるためである。より具体的には、過給を利用して内燃機関の排気量のダウンサイジングを行う手法が知られている。このようなダウンサイジングが行われると、軽負荷領域（部分負荷領域）において同一のトルクを得るために要求されるスロットル開度が大きくなるので、ポンプ損失の低減を図ることができるが、軽負荷領域（非過給領域）では、上述したように自然吸気式の内燃機関と比べて背圧が高くなるため、ポンプ損失の低減による燃費改善代が小さくなってしまうという問題がある。このため、軽負荷領域（非過給領域）では、可能な限り背圧を低減して燃費改善代を大きく引き出すことが要求される。

そこで、本実施形態では、内燃機関１０の運転領域が非過給領域である場合には、過給領域である場合と比べ、タービン２２ｂの上流側の排気通路１４の壁面の冷却能力を高めるようにした。より具体的には、本実施形態では、運転領域が過給領域である場合には、相対的に高温となるメイン冷却水が排気マニホールド１４ｂの壁面に供給されるように一対の冷却水切替バルブ４６、４８をともにＯＦＦ状態に制御し、一方、運転領域が非過給領域である場合には、相対的に低温となるサブ冷却水が排気マニホールド１４ｂの壁面に供給されるように一対の冷却水切替バルブ４６、４８をともにＯＮ状態に制御するようにした。

図２は、本発明の実施の形態１における特徴的な制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

図２に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転領域が非過給領域であるか否かが判定される（ステップ１００）。本ステップ１００の判定は、例えば、過給圧センサ２８により検出される過給圧（コンプレッサ下流圧）が大気圧よりも低いか否かに基づいて判定することができる。尚、過給圧を利用するものに代え、サージタンク圧が大気圧よりも高いか否かに基づく判定などをステップ１００において用いるようにしてもよい。

ステップ１００の判定が不成立となる場合、すなわち、内燃機関１０の運転領域が過給領域であると判断できる場合には、一対の冷却水切替バルブ４６、４８がともにＯＦＦ状態に制御される（ステップ１０２）。

一方、ステップ１００の判定が成立する場合、すなわち、運転領域が非過給領域であると判断できる場合には、一対の冷却水切替バルブ４６、４８がともにＯＮ状態に制御される（ステップ１０４）。

以上説明した図２に示すルーチンによれば、運転領域が過給領域である場合には、相対的に高温となるメイン冷却水によって排気マニホールド１４ｂの壁面が冷却されるのに対し、運転領域が非過給領域である場合には、相対的に低温となるサブ冷却水によって排気マニホールド１４ｂの壁面が冷却されるようになる。これにより、過給領域の使用時には、高温のメイン冷却水による冷却によって排気マニホールド１４ｂの過熱を防止しながらタービン２２ｂに供給される排気エネルギーを極力高く確保し、一方、非過給領域（自然吸気領域）の使用時には、低温のサブ冷却水による冷却によって排気マニホールド１４ｂを効果的に冷却することができる。その結果、過給領域においてはできるだけタービン効率を高めつつ、非過給領域においてはできるだけ背圧を低減して燃料消費量を低減することが可能となる。

また、本実施形態の冷却回路３０、３２の構成によれば、一対の冷却水切替バルブ４６、４８をともにＯＮ状態に制御した状態では、インタークーラー２４を通過した後のサブ冷却水が排気マニホールド１４ｂの壁面に供給されるようになる。このような構成によれば、サブラジエータ４０によって冷却されたサブ冷却水を排気マニホールド１４ｂの壁面よりも先にインタークーラー２４に供給できるようになる。このため、逆の順序でサブ冷却水が流通する場合と比べ、インタークーラー２４による吸気の冷却能力の低下を抑制しつつ、排気マニホールド１４ｂの壁面の冷却を行えるようになる。

尚、上述した実施の形態１においては、排気ポート１４ａの壁面および排気マニホールド１４ｂの壁面が前記第１の発明における「タービン上流側排気通路壁面」に相当し、本体用冷却回路３０、インタークーラー用冷却回路３２、メインラジエータ３４、メインウォーターポンプ３６、サブラジエータ４０、サブウォーターポンプ４２、排気マニホールド用冷却水通路４４および冷却水切替バルブ４６、４８が前記第１の発明における「冷却装置」に相当している。また、ＥＣＵ５０が上記図２に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第１〜第３の発明における「排気冷却調整手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図３を主に参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に図２に示すルーチンに代えて後述の図３に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

内燃機関１０のように吸気弁の開閉時期を可変とする可変バルブタイミング機構が備えられている内燃機関においては、非過給領域かつ低エンジン回転数領域が使用されている際に、実圧縮比を高めるべく可変バルブタイミング機構が制御される場合がある。このような制御が行われると、非過給領域であってもノックが発生することが懸念される。その一方で、非過給領域において上述した実施の形態１の制御が行われると、排気マニホールド１４ｂの冷却に伴ってサブ冷却水の温度が上昇することになる。このサブ冷却水の温度上昇は、インタークーラー２４による吸気の冷却能力を下げてしまう結果となる。

そこで、本実施形態では、基本的には上述した実施の形態１の制御を実行するようにしたうえで、運転領域が非過給領域である場合であっても、ノックが検出された場合には、排気マニホールド１４ｂの壁面へのサブ冷却水の供給を中止（禁止）すべく、一対の冷却水切替バルブ４６、４８をＯＦＦ状態に制御するようにした。

図３は、本発明の実施の形態２における特徴的な制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図３において、実施の形態１における図２に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図３に示すルーチンでは、ステップ１００において運転領域が非過給領域であると判定された場合には、次いで、ノックセンサ５２を利用して、ノックが発生していないか否かが判定される（ステップ２００）。その結果、ステップ２００の判定が成立する場合、すなわち、ノックが検出されない場合には、一対の冷却水切替バルブ４６、４８がともにＯＮ状態に制御される（ステップ１０４）。

一方、ステップ２００の判定が不成立となる場合、すなわち、ノックが検出された場合には、一対の冷却水切替バルブ４６、４８がともにＯＦＦ状態に制御される（ステップ１０２）。

以上説明した図３に示すルーチンによれば、運転領域が非過給領域である場合であっても、ノックが検出された場合には、一対の冷却水切替バルブ４６、４８がＯＦＦ状態に制御されることによって、排気マニホールド１４ｂの壁面へのサブ冷却水の供給が中止（禁止）される。これにより、インタークーラー２４による吸気の冷却能力の確保が優先されるので、吸気温度の低下によってノック発生を抑制することができる。更に付け加えると、内燃機関１０が備える冷却回路３０、３２の構成によれば、非過給領域でのノックの検出を受けてサブ冷却水の排気マニホールド１４ｂの壁面への供給を中止した場合であっても、相対的に高温ではあるがメイン冷却水による排気マニホールド１４ｂの壁面の冷却が実施される。これにより、このようなメイン冷却水による冷却を行えない構成を用いている場合と比べ、非過給領域における排気マニホールド１４ｂの壁面の冷却を実施しつつ、ノック抑制を図れるようになる。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が上記図３に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第４の発明における「排気冷却調整手段」が実現されている。

ところで、上述した実施の形態１および２においては、本体用冷却回路３０とインタークーラー用冷却回路３２という２系統の冷却回路を備える内燃機関１０において、過給領域の使用時には本体用冷却回路３０側のメイン冷却水を用いて排気マニホールド１４ｂの壁面を冷却し、一方、非過給領域の使用時にはクーラー用冷却回路３２側のサブ冷却水を用いて排気マニホールド１４ｂの壁面を冷却することによって、非過給領域の使用時には過給領域の使用時と比べて、タービン２２ｂの上流側の排気通路１４の壁面の冷却能力を高めるようにした。しかしながら、本発明における排気冷却調整手段による制御の実施態様は、上記のものに限定されるものではなく、以下のようなものであってもよい。

すなわち、例えば、内燃機関１０のように本体用冷却回路とインタークーラー用冷却回路とを備えている場合であって、上述した実施の形態１とは異なり、過給領域の使用時に本体用冷却回路側の冷却水を用いたタービン上流側排気通路壁面の冷却を行わないものにおいて、非過給領域の使用時にインタークーラー用冷却回路側の冷却水を用いたタービン上流側排気通路壁面の冷却を実施するものであってもよい。
或いは、例えば、タービン上流側排気通路壁面の一部である排気ポートの壁面に対して本体用冷却回路だけでなくインタークーラー用冷却回路からも冷却水を冷却可能な構成を備えている場合において、非過給領域の使用時に、排気ポートの壁面に対して本体用冷却回路側の冷却水に加えてインタークーラー用冷却回路からの冷却水を供給するもの（すなわち、排気ポートの壁面への冷却水の供給流量を増やすもの）であってもよい。
或いは、例えば、本体用冷却回路のみを備えている場合において、過給領域の使用時には実施せずに、非過給領域の使用時にのみ、本体用冷却回路を流れる冷却水の排気マニホールドの壁面への供給を実施するものであってもよい。
或いは、例えば、本体用冷却回路とインタークーラー用冷却回路とを備えている場合において、非過給領域の使用時に、本体用冷却回路およびインタークーラー用冷却回路の双方の冷却水を用いた排気マニホールドの壁面の冷却を実施するものであってもよい。
或いは、例えば、インタークーラー以外の他の機器（例えば、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラー）を冷却するための冷却回路を本体用冷却回路とともに備えている場合において、非過給領域の使用時に、上記他の機器用の冷却回路側の冷却水を用いて、排気マニホールドの壁面の冷却を行ったり、もしくは排気ポートの壁面への冷却水の供給流量を増やすものであってもよい。

また、上述した実施の形態１および２においては、一対の冷却水切替バルブ４６、４８をともにＯＮ状態に制御された際にインタークーラー２４を通過した後のサブ冷却水が排気マニホールド１４ｂの壁面に供給されるように構成された冷却回路３０、３２を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明の対象となる冷却装置は、上記構成に限定されるものではない。すなわち、例えば、本体用冷却回路とインタークーラー用冷却回路とを備えている場合において、非過給領域の使用時に、インタークーラーをバイパスした冷却水が排気マニホールドの壁面に供給されるように構成されていてもよい。このような構成によれば、サブ冷却水がインタークーラーの冷却に使用されなくなるので、サブ冷却水による排気マニホールドの壁面の冷却能力を高めることができる。

また、上述した実施の形態２においては、低過給領域の使用時においてノック発生を実際に検出した場合に、サブ冷却水の排気マニホールド１４ｂの壁面への供給が中止される例について説明を行った。しかしながら、本発明は、上記の態様に限定されるものではなく、非過給領域の使用時においてノックの発生が懸念される運転条件が成立する場合に、排気マニホールドの壁面への、インタークーラー用冷却回路を循環する冷却水の供給を中止するものであってもよい。上記の「ノックの発生が懸念される運転条件」の具体例としては、例えば、吸気弁の開閉時期を可変とする可変バルブタイミング機構が備えられている場合において、非過給領域かつ低エンジン回転数領域が使用されている際に、実圧縮比を高めるべく可変バルブタイミング機構を制御する運転条件を挙げることができる。

また、上述した実施の形態１および２においては、冷却水の循環により排気マニホールドの壁面を冷却可能な冷却回路３０、３２を備える冷却装置を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における冷却装置は、必ずしも冷却水を熱媒体として利用するものに限られるものではなく、例えば、熱媒体として空気を利用するものであってもよい。

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１２ａ 吸気通路の吸気マニホールド
１４ 排気通路
１４ａ 排気通路の排気ポート
１４ｂ 排気通路の排気マニホールド
１６ シリンダヘッド
１８ 燃焼室
２０ エアフローメータ
２２ ターボ過給機
２２ａ ターボ過給機のコンプレッサ
２２ｂ ターボ過給機のタービン
２４ インタークーラー
２６ スロットルバルブ
２８ 過給圧センサ
３０ 本体用冷却回路
３０ａ 本体用冷却回路の本体内冷却水通路
３０ｂ 本体用冷却回路の第１メイン冷却水通路
３０ｂ１ 本体用冷却回路の第１メイン冷却水分岐通路
３０ｃ 本体用冷却回路の第２メイン冷却水通路
３０ｃ１ 本体用冷却回路の第２メイン冷却水分岐通路
３０ｄ 本体用冷却回路のメイン冷却水バイパス通路
３２ インタークーラー用冷却回路
３２ａ インタークーラー用冷却回路の第１サブ冷却水通路
３２ｂ インタークーラー用冷却回路の第２サブ冷却水通路
３２ｂ１ インタークーラー用冷却回路のサブ冷却水分岐通路
３２ｃ インタークーラー用冷却回路の第３サブ冷却水通路
３２ｄ インタークーラー用冷却回路の第４サブ冷却水通路
３４ メインラジエータ
３６ メインウォーターポンプ
３８ サーモスタット
４０ サブラジエータ
４２ サブウォーターポンプ
４４ 排気マニホールド用冷却水通路
４６ 第１冷却水切替バルブ
４８ 第２冷却水切替バルブ
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２ ノックセンサ
５４ 燃料噴射弁
５６ 点火プラグ
５８ 吸気可変バルブタイミング機構

Claims (6)

1. 排気エネルギーにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機を備える内燃機関の冷却システムであって、
   前記タービンよりも上流側のタービン上流側排気通路壁面を冷却可能な冷却装置と、
   内燃機関の運転領域が非過給領域である場合に、過給領域である場合と比べ、前記タービン上流側排気通路壁面の冷却能力を高くする排気冷却調整手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の冷却システム。
2. 前記冷却装置は、冷却水の循環により前記タービン上流側排気通路壁面を冷却可能な装置であって、
   前記タービン上流側排気通路壁面は、燃焼室に通じる排気ポートに接続される排気マニホールドの壁面を含み、
   前記排気冷却調整手段は、前記内燃機関の運転領域が非過給領域である場合に、前記排気マニホールドの壁面に冷却水が供給されるように前記冷却装置を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却システム。
3. 前記内燃機関は、前記ターボ過給機のコンプレッサにより圧縮された空気を冷却するインタークーラーを備え、
   前記冷却装置は、
   冷却水の循環により前記内燃機関の本体を冷却するための本体用冷却回路と、
   前記本体用冷却回路とは別系統であり、冷却水の循環により前記インタークーラーを冷却するためのインタークーラー用冷却回路と、を含み、
   前記本体用冷却回路および前記インタークーラー用冷却回路のうちの少なくとも前記インタークーラー用冷却回路は、前記排気マニホールドの壁面に冷却水を循環可能な回路であって、
   前記排気冷却調整手段は、前記内燃機関の運転領域が非過給領域である場合に、前記インタークーラー用冷却回路を循環する冷却水が前記排気マニホールドの壁面に供給されるように前記冷却装置を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却システム。
4. 前記排気冷却調整手段は、前記内燃機関の運転領域が非過給領域である場合であっても、ノックが検出された場合もしくはノックの発生が懸念される運転条件が成立する場合には、前記排気マニホールドの壁面への、前記インタークーラー用冷却回路を循環する冷却水の供給が中止されるように前記冷却装置を制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の冷却システム。
5. 前記インタークーラー用冷却回路は、前記排気冷却調整手段によって前記排気マニホールドの壁面に冷却水を供給する場合に、前記インタークーラーを通過した後の冷却水が前記排気マニホールドの壁面に供給されるように構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の冷却システム。
6. 前記インタークーラー用冷却回路は、前記排気冷却調整手段によって前記排気マニホールドの壁面に冷却水を供給する場合に、前記インタークーラーをバイパスした冷却水が前記排気マニホールドの壁面に供給されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の冷却システム。

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