JP2015007398A - 内燃機関の排気冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気冷却用構成を有する内燃機関の排気冷却システムにおいて、内燃機関の機関始動時における排気浄化触媒の速やかな活性化を図る。【解決手段】排気通路に排気浄化触媒が配置された内燃機関の排気冷却システムであって、該触媒よりも上流側の排気通路を冷却する冷却部と、冷却部へ供給される熱媒体が流れる流路であって、該流路を流れる熱媒体によって内燃機関も冷却されるように構成され、且つ、該流路において該冷却部による冷却部位が該内燃機関の冷却部位の下流側に配置される、冷却流路と、電動ポンプと、内燃機関の機関始動要求があり、冷却流路における該内燃機関の冷却部位での熱媒体温度が冷却部による冷却部位での熱媒体温度よりも高い場合に、該内燃機関の機関始動前に、該内燃機関の冷却部位近傍に位置する熱媒体が該冷却部に到達するように所定量の熱媒体を電動ポンプにより圧送する、始動前圧送制御手段と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気冷却システムに関する。

内燃機関が特に高負荷で運転される場合に、排気からの熱ストレスにより排気浄化触媒が劣化するのを回避するために、排気を冷却する技術が知られている。例えば、排気中に含まれる燃料量を増量させ、その気化潜熱を利用する技術が存在するが、排気中の燃料量が増量することで一酸化炭素濃度が上昇しやすくなり、エミッションの観点から好ましくない。また、排気冷却を行う別の技術として、排気管に水冷の冷却アダプタを装着する技術が存在する（例えば、特許文献１を参照）。当該技術では、シリンダヘッドと排気マニホールドとの間に２つの系統の冷却水通路が形成され、これにより排気冷却が図られている。

実開昭６４−１５７１８号公報 特開２００８−２３２００４号公報 特開２００９−２５００３２号公報 特開平９−１８４４５９号公報

内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒においては、そこに流れ込む排気の温度に依存して触媒温度は大きく変動する。上述した排気冷却用の構成（例えば、冷却アダプタであり、以下「排気冷却用構成」という。）を備える内燃機関では、当該排気冷却用構成により冷却された排気が排気浄化触媒に流れ込むため、当該触媒が過度に昇温することを回避することができる。ここで、内燃機関が運転停止状態となると、それまで排気から受熱していた排気冷却用構成内の熱媒体は周囲雰囲気への放熱を行うようになるため、その熱媒体の温度は低下していく。したがって、次の内燃機関の始動直後には、内燃機関から排出され排気は、定常運転時よりも比較的大きな冷却能力（冷却代）を有する排気冷却構成によって冷却されることになり、排気の温度上昇が抑制される。これは、機関始動時の排気浄化触媒の速やかな活性化の観点に立てば、好ましい状況ではない。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、排気冷却用構成を有する内燃機関の排気冷却システムであって、内燃機関の機関始動時における排気浄化触媒の速やかな活性化を可能とする排気冷却システムを提供することを目的とする。

本発明において、上記課題を解決するために、排気冷却用構成による冷却部位での熱媒体温度と、熱媒体の流路として排気冷却用構成と繋がっている内燃機関の冷却部位での熱媒体温度との相関に着目した。内燃機関の機関始動時において、排気冷却用構成側の熱媒体は放熱が進み低温化している場合でも、内燃機関側の熱媒体は、内燃機関が有する熱により比較的高温状態を保っている場合があり、この高温状態にある熱媒体を排気浄化触媒の活性化に利用できるからである。

具体的には、本発明は、排気通路に排気浄化触媒が配置された内燃機関の冷却システムであって、前記排気浄化触媒よりも上流側の前記排気通路を冷却する冷却部と、前記冷却
部へ供給される熱媒体が流れる流路であって、該流路を流れる熱媒体によって前記内燃機関も冷却されるように構成され、且つ、該流路において該冷却部による冷却部位が該内燃機関の冷却部位の下流側に配置される、冷却流路と、前記冷却流路での熱媒体を圧送する電動ポンプと、前記内燃機関の機関始動要求があり、前記冷却流路における該内燃機関の冷却部位での熱媒体温度が前記冷却部による冷却部位での熱媒体温度よりも高い場合に、該内燃機関の機関始動前に、該内燃機関の冷却部位近傍に位置する熱媒体が該冷却部に到達するように所定量の熱媒体を前記電動ポンプにより圧送する、始動前圧送制御手段と、を備える。

上記内燃機関の排気冷却システムでは、上記冷却部により排気通路を流れる排気が冷却され、該冷却された排気が排気浄化触媒に流れ込むように構成される。この冷却部による冷却効果で、排気浄化触媒の高温化を抑制することができる。ここで、冷却部には、冷却流路を流れる熱媒体が供給されることで排気冷却が行われるが、この冷却流路は内燃機関側にも延びており、電動ポンプにより、内燃機関から冷却部に向けて熱媒体が圧送される。したがって、冷却流路を流れる熱媒体は、内燃機関の冷却を行った後に、冷却部での冷却を行うことになる。

このような冷却流路の構成を有する内燃機関が機関停止すると、電動ポンプによる圧送が停止され、冷却流路における熱媒体の流れも停止することとなる。ここで、冷却部による冷却部位は、その排気通路を流れる排気から受熱する部位であり、また、内燃機関の機関停止とともに排気が排気通路を流れていないため、冷却部による冷却部位に滞留している熱媒体は放熱が促進され、相対的に早期に温度が低下していく。一方で、内燃機関での冷却部位においては、機関停止時には内燃機関でも燃焼は行われてはいないものの、内燃機関自体が比較的大きな熱容量を有しているため、機関停止後も内燃機関自体が有する熱が熱媒体に移り、故に当該冷却部位に滞留している熱媒体の温度低下は相対的に緩やかなものとなる。

このように内燃機関が機関停止している間、冷却流路に存在する熱媒体は時間経過とともに温度低下していくが、その温度低下の程度は一様ではない。ここで、内燃機関が機関始動する場合、その機関始動直後は内燃機関から排出された排気が、上述の通り、低温化した熱媒体を有する冷却部、換言すれば、内燃機関が定常運転している状態よりも冷却能力（冷却代）が大きくなっている冷却部に供されることになるため、排気浄化触媒に流れ込む排気温度の上昇が緩やかになり、早期の排気浄化触媒の暖機が困難となる。そこで、上記内燃機関の排気冷却システムでは、始動前圧送制御手段による熱媒体の圧送処理が行われる。

詳細には、上記の通り、内燃機関の機関停止後においては冷却流路における熱媒体の温度低下の程度は一様ではなく、冷却部による冷却部位に存在する熱媒体温度が、内燃機関の冷却部位に存在する熱媒体温度よりも低くなる傾向がある。そこで、始動前圧送制御手段は、内燃機関の機関始動要求があったときに、その機関始動をする前に、内燃機関の冷却部位近傍に位置する熱媒体が冷却部に到達するように所定量の熱媒体を圧送する。これにより、冷却部に存在する熱媒体が、相対的に高温状態にある内燃機関の冷却部位に存在していた熱媒体と入れ替わることになるため、機関始動直後の排気に対する冷却部の冷却能力（冷却代）を低減させることができる。これにより、機関始動直後の排気浄化触媒の暖機を速やかに図ることができる。なお、機関始動後における冷却流路での熱媒体の圧送は、冷却部における熱媒体の温度維持と、内燃機関での燃焼による熱媒体の高温化を考慮して、適時に電動ポンプを駆動させればよい。

ここで、上記の内燃機関の排気冷却システムにおいて、前記所定量は、前記内燃機関の冷却部位と前記冷却部による冷却部位との間の前記冷却流路の容積に応じて設定される熱
媒体の圧送量であってもよい。このように所定量が設定されることで、上記冷却流路における熱媒体の温度低下を考慮し、冷却部の熱媒体を、可及的に高温の熱媒体に入れ替えることが可能となる。

また、上述までの内燃機関の排気冷却システムにおいて、前記冷却流路は、熱媒体が循環する循環流路であって、該冷却流路において前記内燃機関の冷却部位の上流側にラジエータが設けられてもよい。このように冷却流路にラジエータを配置することで、ラジエータによって冷却された熱媒体は、先ず内燃機関の冷却を行い、その後に冷却部を介して排気の冷却を行うことになる。そのため、始動前圧送制御手段が機関始動前に冷却部に送り込む熱媒体が、ラジエータによって冷却されるのを回避し、上記の通り比較的高温の熱媒体とすることができる。

ここで、上述までの内燃機関の排気冷却システムにおいて、前記始動前圧送制御手段は、前記内燃機関が運転停止した直後において前記冷却部による冷却部位の熱媒体温度よりも低温の該内燃機関の冷却部位の熱媒体の温度が、該運転停止後の時間経過に伴って、該冷却部による冷却部位の熱媒体温度を越えた状態となったときに、前記機関始動要求があると、前記所定量の熱媒体の圧送を行ってもよい。上記の通り、冷却流路において熱媒体が内燃機関での冷却を行った後に冷却部に流れ込むため、一般には、冷却部による冷却部位での熱媒体温度は、内燃機関の冷却部位での熱媒体温度よりも高くなる傾向がある。そのため、機関停止後において再び機関始動要求が出された場合には、冷却部による冷却部位での熱媒体温度は相対的に高い状態にある場合があり、このような場合には、始動前圧送制御手段による圧送処理を行う必要はない。そして、運転停止後の時間経過に伴って内燃機関の冷却部位での熱媒体温度が、冷却部による冷却部位の熱媒体温度を越えた状態となったときに機関始動要求があれば、始動前圧送制御手段による圧送処理が行われる。このように、各冷却部位での熱媒体温度に応じて始動前圧送制御手段による圧送処理実行の可否を決定することで、排気浄化触媒の速やかな活性化処理を好適に行うことができる。

ここで、上述までの内燃機関の排気冷却システムにおいて、前記排気浄化触媒は、前記内燃機関が有する複数の気筒に対応する複数の排気枝管の集合部より下流側の排気管に配置され、また、前記冷却部は、その排気枝管を冷却するように構成してもよい。なお、冷却部による排気通路の冷却構成は、この形態に限られず、その他の公知の冷却構成を採用することもできる。

また、本発明を、上記発明とは異なる側面から捉えることも可能である。すなわち、本発明は、排気通路に排気浄化触媒が配置された内燃機関の排気冷却システムであって、前記排気浄化触媒よりも上流側の前記排気通路を冷却する冷却部と、前記冷却部へ供給される熱媒体が流れる流路であって、該流路を流れる熱媒体によって前記内燃機関も冷却されるように構成され、且つ、該流路において該冷却部による冷却部位が該内燃機関の冷却部位の下流側に配置される、冷却流路と、前記冷却流路での熱媒体を圧送する電動ポンプと、前記内燃機関の機関始動要求があり、前記冷却流路を流れる熱媒体温度が所定温度以上である場合に、該内燃機関の機関始動時に前記電動ポンプによる圧送を行う始動時圧送制御手段と、を備える。

ここで、上記所定温度は、排気浄化触媒の活性化の観点から設定される温度であり、該所定温度を有する熱媒体温度が圧送されることで、排気浄化触媒に流れ込む排気温度を、冷却部を介して比較的高温とし得る温度である。そして、このように内燃機関の排気冷却システムが構成されることでも、内燃機関の機関始動時における排気浄化触媒の速やかな活性化を可能とすることができる。

本発明によれば、排気冷却用構成を有する内燃機関の排気冷却システムにおいて、内燃機関の機関始動時における排気浄化触媒の速やかな活性化が可能となる。

本発明に係る内燃機関の排冷却システムの概略構成を示す図である。 図１に示す内燃機関における冷却に関し、該内燃機関の冷却部位での熱媒体温度の推移と、冷却アダプタによる冷却部位での熱媒体温度の推移を示す図である。 図１に示す内燃機関の排気浄化触媒の温度と、排気中のＮ_２Ｏ濃度の相関を示す図である。 図１に示す内燃機関の機関停止時間（ソーク時間）と排気中のＮ_２Ｏ濃度との相関を示す図である。 図１に示す内燃機関の排気冷却システムにおいて実行される始動前圧送制御のフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

本発明に係る内燃機関の排気冷却システムの実施例について、本願明細書に添付された図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の排気冷却システムの概略構成、および当該システムを備える内燃機関の概略構成を示す図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１においては、内燃機関１の４つの気筒のうち、一つの気筒のみが図示されている。また、内燃機関１の各気筒２には、点火プラグ３が取り付けられている。内燃機関１は、吸気ポート４と排気ポート５を備えている。吸気ポート４は、内燃機関１の気筒２内へ空気や燃料を導く通路であり、吸気バルブ６によって開閉される。排気ポート５は、気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）を気筒２内から排出するための通路であり、排気バルブ７によって開閉される。

吸気ポート４は、図示しない吸気通路と接続され、大気中から新気（空気）が取り込まれる。そして、この吸気ポート４中に燃料噴射が行えるように、燃料噴射弁８が取り付けられている。また、各気筒２に対応する排気ポート５には、それぞれ排気枝管９が接続される。排気枝管９のそれぞれは、上流側の上流側排気枝管９ａと、その下流側に位置し、集合部までの排気通路を形成する下流側排気枝管９ｂで形成されている。そして、下流側排気枝管９ｂには、上流側排気枝管９ａ側に接続フランジ９ｃが設けられ、接続フランジ９ｃと上流側排気枝管９ａとの間にガスケット１１を挟んだ状態で、下流側排気枝管９ｂと上流側排気枝管９ａは接続される。そして、４つの気筒に対応する４つの下流側排気枝管９ｂは上記集合部で合流し、排気管１２に接続されている。この排気管１２には、排気浄化を行うための排気浄化触媒２０が設けられており、排気浄化触媒２０として、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒などを挙げることができる。

ここで、図１に示すように、内燃機関１には、排気枝管９を流れる排気を冷却するための冷却アダプタ１０が設けられている。具体的には、冷却アダプタ１０は、その内部に冷却水が流れる冷却流路１０ａを有しており、且つ、冷却アダプタ１０の冷却面が、排気ポート５の直下流の排気枝管９の一部である上流側排気枝管９ａの外周を覆うように配置されている。この上流側排気枝管９ａは、いわば冷却アダプタ１０によって直接に冷却される部位となる。

そして、冷却アダプタ１０の冷却流路１０ａは、内燃機関１の冷却を行うための冷却流路２３と接続される。冷却流路２３は、内燃機関１の冷却のために冷却水が循環する循環流路として形成され、その冷却水の流れにおいて、内燃機関の冷却部位（実際の冷却部位は、内燃機関１を構成するシリンダヘッド１ａや気筒２の周辺等、多くの部位にわたるが、本実施例では、これらの部位をまとめて参照番号１ｂで表わす）は、冷却アダプタ１０による冷却部位、すなわち上流側排気枝管９ａを冷却する箇所より上流側に配置される。そして、冷却アダプタ１０による冷却部位の下流側に、順に電動ポンプ２１、ラジエータ２２が配置され、ラジエータ２２によって冷やされた冷却水が、冷却流路２３を経て再び内燃機関１の冷却部位１ｂに供給される。なお、電動ポンプ２１は、その動力源となる電力を図示しないバッテリから供給され、内燃機関１の運転状態とは関係なく駆動することが可能である。

図１に示す内燃機関１の排気冷却システムには、内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ３０が設けられている。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。このＥＣＵ３０は、内燃機関１に関連する各種センサとも電気的に接続されている。例えば、ＥＣＵ３０は、クランクポジションセンサ３１、アクセルポジションセンサ３２、イグニッションスイッチ３３等と電気的に接続される。クランクポジションセンサ３１は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関した電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ３２は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。イグニッションスイッチ３３は、内燃機関１の始動、停止要求を発する装置である。したがって、ＥＣＵ３０は、これらのセンサからの出力に基づいて、内燃機関の機関回転速度、機関出力、内燃機関１の始動要求、停止要求等を把握することができる。

更に、ＥＣＵ３０は、水温センサ２４、２５とも電気的に接続されている。水温センサ２４は、冷却流路２３における内燃機関１の冷却部位１ｂの直下流に配置されており、当該冷却部位１ｂを出た冷却水の温度を検出するセンサである。また、水温センサ２５は、冷却流路２３における冷却アダプタ１０による冷却部位の直下流に配置されており、当該冷却部位を出た冷却水の温度を検出するセンサである。したがって、ＥＣＵ３０は、これらの水温センサ２４、２５の出力に基づいて、内燃機関１の冷却部位１ｂでの冷却水温度と、冷却アダプタ１０の冷却流路１０ａ内の冷却水温度を把握、推定することができる。また、ＥＣＵ３０は、点火プラグ３、燃料噴射弁８等の内燃機関１に搭載される各種機器や、冷却流路２３に配置される電動ポンプ２１等を制御する。

このように上流側排気枝管９ａを流れる排気を冷却する冷却アダプタ１０が備えられる内燃機関１では、内燃機関１から排出される排気温度を低下させることで、排気系に設置される部品等に掛かる熱負荷を軽減させて、部品寿命の長期化等を図ることができる。特に、排気浄化触媒２０に流れ込む排気温度の高温化を抑制することで、排気浄化触媒に含まれる貴金属の量を減量することも可能となる。なお、代替技術として排気中に含まれる燃料量を増量させて、その気化潜熱で排気温度を低下させることも可能であるが、燃費の悪化や燃料増量に起因するエミッションの悪化（例えば、一酸化炭素濃度の増加）が生じやすくなる。そのため、冷却アダプタ１０による排気冷却は、内燃機関１の排気浄化特性を向上する点からも有用である。

ここで、運転状態にある内燃機関１が停止すると、それに伴い電動ポンプ２１も停止し、冷却流路２３における冷却水の流れも止まることになる。この機関停止後の冷却流路２３における冷却水温度の推移を図２に示す。図２中、線Ｌ１で示されるのは内燃機関１の冷却部位１ｂでの冷却水温度の推移であり、線Ｌ２で示されるのは冷却アダプタ１０の冷
却流路１０ａでの冷却水温度の推移である。一般に、冷却アダプタ１０による冷却部位は、内燃機関１の冷却部位の下流に位置するため、内燃機関１の運転中は、冷却アダプタ１０での冷却水温度が、内燃機関１の冷却部位１ｂでの冷却水温度より高い。そして、機関停止以降については、いずれの冷却水温度も、機関停止直後に若干上昇した後、時間経過とともに低下していくが、その温度低下の程度は一様ではない。具体的には、上流側排気枝管９ａに排気が流れておらず、また冷却アダプタ１０には比較的表面積の大きい下流側排気枝管９ｂが接続されているため、冷却アダプタ１０の冷却流路１０ａ内の冷却水からの放熱は促進され、その温度低下は比較的早く進行する。一方で、機関停止状態にあっても内燃機関１の熱容量が比較的大きいため、内燃機関１の冷却部位１ｂでの冷却水の放熱は緩慢となり、その温度低下は比較的小さい。したがって、図２に示すように、機関停止直後は、冷却流路１０ａ内の冷却水温度よりも低かった冷却部位１ｂでの冷却水温度は、機関停止から所定時間（以下、「第一経過時間」という）αが経過した時点で温度関係が逆転し、冷却流路１０ａ内の冷却水温度を越えた状態となる。そして、更なる時間の経過とともに、冷却部位１ｂでの冷却水温度と冷却流路１０ａ内の冷却水温度との温度差がピークを迎え、その後、徐々に縮まっていく。図２に示す例では、機関停止から所定時間（以下、「第二経過時間」という）βが経過した時点で、両冷却水温度は同程度の温度に至ったとみなすことができる。

このような機関停止後の冷却水温度の推移を踏まえると、内燃機関１が機関停止し、その後内燃機関１が比較的暖かい状態で再び機関始動する温間始動の際、機関停止からの経過時間によっては、冷却アダプタ１０の冷却流路１０ａ内の冷却水温度が相対的に大きく低下した状態となっている。そのため、その際の冷却アダプタ１０の冷却能力は、内燃機関１の運転時の冷却能力（例えば、機関停止直前の際の冷却能力）よりも大きな状態となっている。

ここで、排気浄化触媒２０が選択還元型ＮＯｘ触媒である場合の触媒温度と、排気浄化触媒２０を経由して排出される排気中のＮ_２Ｏ濃度との相関を図３に示す。図３からも理解できるように、排気浄化触媒２０の触媒温度が約５００℃を下回ると、排気中のＮ_２Ｏ濃度が急激に上昇する。すなわち、触媒温度が数十度低下するだけでも排気中のＮ_２Ｏ濃度が急増するため、排気浄化触媒２０の温度を可及的に高く維持することが重要である。また、図４には、内燃機関１の機関停止から次の機関始動までの停止している時間（ソーク時間）と、排気浄化触媒２０を経由して排出される排気中のＮ_２Ｏ濃度との相関を示す。更に、図４中には、当該相関に従う４つの点を、そのソーク時間に対応する排気浄化触媒２０の触媒温度とともに表示している。このようにソーク時間が約１０分程度までは排気浄化触媒２０の触媒温度は比較的高く維持され、排気中のＮ_２Ｏ濃度も比較的低く維持されているが、それ以降は触媒温度の低下とともに排気中のＮ_２Ｏ濃度が急増していることが理解できる。

このように内燃機関１が温間始動を行う際の排気浄化触媒２０の触媒温度の低下は、排気中のＮ_２Ｏ濃度に大きく影響を及ぼすものである。排気中のＮ_２Ｏは、温暖化効果が極めて大きい物質であるため排気中のＮ_２Ｏ濃度は可及的に抑制するのが好ましい。そこで、温間始動に際しては、排気浄化触媒２０の触媒温度を、たとえ数十度であっても可及的に上昇させることが重要である。しかし、上記の通り、機関停止により冷却アダプタ１０の冷却能力が過大な状態になっていると、排気が冷却アダプタ１０の冷却能力により過度に冷却されて排気浄化触媒２０に流れ込むことになり、温間始動時の排気浄化触媒２０の速やかな昇温が難しくなる。そこで、温間始動時の排気浄化触媒２０の速やかな昇温を実現するために、ＥＣＵ３０に格納された制御プログラムの実行により始動前圧送制御が行われる。なお、当該始動前圧送制御は、内燃機関１が機関停止した直後に行われる制御である。以下、図５に基づいて当該始動前圧送制御について説明する。

先ず、内燃機関１の機関停止直後に、Ｓ１０１の処理が行われる。Ｓ１０１では、内燃機関１の機関停止時の機関水温度、すなわち内燃機関１の冷却部位１ｂでの冷却水温度Ｔ１が検出される。具体的には、内燃機関１の機関停止直後の水温センサ２４の検出値が、当該冷却水温度Ｔ１とされる。次に、Ｓ１０２では、同じように内燃機関１の機関停止時の冷却アダプタ１０の冷却流路１０ａでの冷却水温度、すなわち冷却アダプタ１０による冷却部位での冷却水温度Ｔ２が検出される。具体的には、内燃機関１の機関停止直後の水温センサ２５の検出値が、当該冷却水温度Ｔ２とされる。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、Ｓ１０１で検出された冷却水温度Ｔ１とＳ１０２で検出された冷却水温度Ｔ２に基づいて、第一経過時間αが算出される。上記の通り、第一経過時間αは、機関停止直後は相対的に高温だった冷却アダプタ１０による冷却部位での冷却水温度Ｔ２が、内燃機関１での冷却部位１ｂでの冷却水温度Ｔ１以下となる経過時間である。ここで、冷却水温度Ｔ１と冷却水温度Ｔ２との温度差が大きくなるほど、その温度関係が逆転するまでの第一経過時間αが長くなる。そこで、事前にこの温度差と第一経過時間αとの相関を実験で測定し、その結果を制御マップとしてＥＣＵ３０内のメモリに格納しておく。そして、Ｓ１０３の処理において、上記冷却水温度Ｔ１、Ｔ２をパラメータとしてメモリ内の当該制御マップにアクセスすることで、第一経過時間αが算出される。なお、機関停止時に、内燃機関１での冷却部位１ｂでの冷却水温度Ｔ１が、冷却アダプタ１０による冷却部位での冷却水温度Ｔ２より高い状態である場合には、第一経過時間αは零に設定される。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、イグニッションスイッチ３３からの信号に基づき、内燃機関１の機関始動要求があったか否かが判定される。Ｓ１０４で肯定判定されるとＳ１０５へ進み、否定判定されると再びＳ１０４の処理が行われる。そして、Ｓ１０５では、現時点での機関停止からの経過時間がＳ１０３で算出された第一経過時間αと、第二経過時間βとの間の範囲に含まれる時間であるか否かが判定される。ここで、第二経過時間βは、図２に示すように内燃機関１での冷却部位１ｂでの冷却水温度Ｔ１と、冷却アダプタ１０による冷却部位での冷却水温度Ｔ２が概ね同一程度の温度にまで低下したときの経過時間である。冷却水温度が十分に低下するまでには、比較的長い時間を要するため、第二経過時間βとして、機関停止時の冷却水温度Ｔ１とＴ２との温度差にかかわらず概ね一定の値を設定することができる。Ｓ１０５で肯定判定されるとＳ１０６へ進み、否定判定されるとＳ１０７へ進む。

Ｓ１０６では、内燃機関１が機関始動する前の状態で、電動ポンプ２１による所定量の冷却水が圧送される。Ｓ１０６での電動ポンプ２１の駆動は、この所定量の圧送のみであり、継続的な電動ポンプ２１の駆動は行われない。また、当該所定量は、図２に示すように経過時間が第一経過時間αと第二経過時間βとの間にある場合、すなわち、内燃機関１の冷却部位１ｂでの冷却水温度が冷却アダプタ１０による冷却部位での冷却水温度より高い場合に、内燃機関１の冷却部位１ｂでの冷却水が、冷却アダプタ１０に到達するための冷却水の圧送量である。そこで、当該所定量は、例えば、内燃機関１の冷却部位１ｂから冷却アダプタ１０による冷却部位までの冷却流路２３の一部２３ａの容積に基づいて決定することができる。このような所定量の冷却水圧送を行うことで、いわば、冷却アダプタ１０の冷却流路１０ａ内の冷却水を、機関停止時には内燃機関１の冷却部１ｂ内にあった冷却水に置換することが可能となる。この結果、冷却流路１０ａ内の冷却水温度が上昇し、冷却アダプタ１０の冷却能力を低下させることができる。

また、内燃機関１の冷却部位１ｂに含まれる冷却水量は比較的多量であるため、上記冷却流路２３の一部２３ａの容積に基づいて決定された量に、ある程度の余裕分の量を加えた値を、上記所定量としてもよい。これにより、冷却アダプタ１０の冷却流路１０ａ内の
冷却水温度を確実に高温の冷却水とすることができるとともに、冷却アダプタ１０の周辺の構造物、例えば、排気枝管９や排気ポート５を可及的に昇温でき、更なる速やかな排気浄化触媒２０の活性化が期待できる。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０７では、内燃機関１の機関始動が行われる。ここで、Ｓ１０６の処理を行った場合、内燃機関１の機関始動が行われた時点で、電動ポンプ２１は直ちに駆動させず、所定時間、停止させておくのが好ましい。これは、Ｓ１０６において所定量の冷却水圧送を行ったことで、冷却アダプタ１０が保持する冷却水温度を比較的高温な状態としている。したがって、機関始動と同時に、電動ポンプ２１も駆動してしまうと、内燃機関１の冷却部１ｂでの冷却水より更に上流側の冷却水、例えばラジエータ２２により冷やされた冷却水が冷却アダプタ１０に流れ込むことにもなるため、排気浄化触媒２０の活性化の観点から好ましくない。そこで、内燃機関１の冷却部１ｂにおいて過剰昇温等の問題が生じない範囲で、所定時間電動ポンプ２１を停止させた状態で、内燃機関１の運転が行われる。これにより、冷却アダプタ１０による過剰冷却を回避し、排気浄化触媒２０の速やかな活性化を実現することができる。

なお、仮にＳ１０７での機関始動と同時に、もしくは当該機関始動後、短時間で電動ポンプ２１を駆動させても、ある程度の排気浄化触媒２０の早期の活性化を期待することができる。これは、Ｓ１０６の処理で電動ポンプ２１内の冷却水を比較的高温の冷却水に一度置換し、冷却アダプタ１０自体の温度を上昇させているからである。なお、この場合、電動ポンプ２１の圧送量を、比較的少量とするのが好ましい。

以上より、図５に示す始動前圧送制御によれば、内燃機関１の温間始動時における冷却アダプタ１０の冷却能力を低くすることができ、その結果、排気浄化触媒２０に流れ込む排気温度の上昇を図ることができる。これにより、排気浄化触媒２０の速やかな活性化が実現される。

＜その他の実施例＞
また、上記実施例では、内燃機関１の期間停止からの経過時間に基づいて、電動ポンプ２１の始動前駆動が行われたが、本実施例では、機関始動要求があった際の冷却水温度、特に、冷却アダプタ１０による冷却部位より上流側に位置する内燃機関１での冷却部位１ｂでの冷却水温度Ｔ１が所定温度以上であるときに、内燃機関１の機関始動とともに、もしくは機関始動より早いタイミングで、電動ポンプ２１が駆動される。当該所定温度は、電動ポンプ２１が駆動することで冷却アダプタ１０に流れ込む冷却水の温度が、機関始動時における冷却アダプタ１０の冷却能力抑制に好適な温度であるかという観点、すなわち排気浄化触媒２０の速やかな活性化に好適な温度であるかという観点に立って決定される。一般には、内燃機関の機関始動時には機関暖機を促進させるために冷却水の循環は行われないが、本実施例のように冷却水温度に応じて電動ポンプ２１を駆動することで、冷却アダプタ１０の冷却能力を抑制し、結果として、排気浄化触媒２０の速やかな活性化を実現することが可能となる。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 点火プラグ
４ 吸気ポート
５ 排気ポート
８ 燃料噴射弁
９ 排気枝管
９ａ 上流側排気枝管
９ｂ 下流側排気枝管
９ｃ 接続フランジ
１０ 冷却アダプタ
１０ａ 冷却流路
１１ ガスケット
１２ 排気管
２０ 排気浄化触媒
２１ 電動ポンプ
２２ ラジエータ
２３ 冷却流路
２４、２５ 水温センサ
３０ ＥＣＵ
３３ イグニッションスイッチ

Claims (6)

1. 排気通路に排気浄化触媒が配置された内燃機関の排気冷却システムであって、
   前記排気浄化触媒よりも上流側の前記排気通路を冷却する冷却部と、
   前記冷却部へ供給される熱媒体が流れる流路であって、該流路を流れる熱媒体によって前記内燃機関も冷却されるように構成され、且つ、該流路において該冷却部による冷却部位が該内燃機関の冷却部位の下流側に配置される、冷却流路と、
   前記冷却流路での熱媒体を圧送する電動ポンプと、
   前記内燃機関の機関始動要求があり、前記冷却流路における該内燃機関の冷却部位での熱媒体温度が前記冷却部による冷却部位での熱媒体温度よりも高い場合に、該内燃機関の機関始動前に、該内燃機関の冷却部位近傍に位置する熱媒体が該冷却部に到達するように所定量の熱媒体を前記電動ポンプにより圧送する、始動前圧送制御手段と、
   を備える、内燃機関の排気冷却システム。
2. 前記所定量は、前記内燃機関の冷却部位と前記冷却部による冷却部位との間の前記冷却流路の容積に応じて設定される熱媒体の圧送量である、
   請求項１に記載の内燃機関の排気冷却システム。
3. 前記冷却流路は、熱媒体が循環する循環流路であって、該冷却流路において前記内燃機関の冷却部位の上流側にラジエータが設けられる、
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気冷却システム。
4. 前記始動前圧送制御手段は、前記内燃機関が運転停止した直後において前記冷却部による冷却部位の熱媒体温度よりも低温の該内燃機関の冷却部位の熱媒体の温度が、該運転停止後の時間経過に伴って、該冷却部による冷却部位の熱媒体温度を越えた状態となったときに、前記機関始動要求があると、前記所定量の熱媒体の圧送を行う、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の内燃機関の排気冷却システム。
5. 前記排気浄化触媒は、前記内燃機関が有する複数の気筒に対応する複数の排気枝管の集合部より下流側の排気管に配置され、
   前記冷却部は、前記排気枝管を冷却する、
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載の内燃機関の排気冷却システム。
6. 排気通路に排気浄化触媒が配置された内燃機関の排気冷却システムであって、
   前記排気浄化触媒よりも上流側の前記排気通路を冷却する冷却部と、
   前記冷却部へ供給される熱媒体が流れる流路であって、該流路を流れる熱媒体によって前記内燃機関も冷却されるように構成され、且つ、該流路において該冷却部による冷却部位が該内燃機関の冷却部位の下流側に配置される、冷却流路と、
   前記冷却流路での熱媒体を圧送する電動ポンプと、
   前記内燃機関の機関始動要求があり、前記冷却流路を流れる熱媒体温度が所定温度以上である場合に、該内燃機関の機関始動時に前記電動ポンプによる圧送を行う始動時圧送制御手段と、
   を備える、内燃機関の排気冷却システム。

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