JP2015048809A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気還流を早期に開始することを可能にする内燃機関の冷却装置を提供する。【解決手段】内燃機関の冷却装置１は、機関本体を通過する本体冷却通路１１を有している。内燃機関の冷却装置１は、本体冷却通路１１と接続され、過給機のタービンハウジングを通過する過給機冷却通路２１と、排気還流用クーラを通過する還流路冷却通路２３とを有している。内燃機関の冷却装置１は、過給機冷却通路２１の出口と還流路冷却通路２３の入口とを互いに接続する連通冷却通路と、連通冷却通路上に配置された通路制御弁４０とを有している。内燃機関の冷却装置１は、機関本体の冷却水の温度が所定温度未満のとき、連通冷却通路を連通させるための指令信号を通路制御弁４０に出力する制御装置５０を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置に関する。

特許文献１の排気還流装置は、排気還流路、排気還流用クーラ、および、還流路制御弁を有している。排気還流路は、排気通路と吸気通路とを互いに接続している。排気還流用クーラは、排気還流路に配置されている。還流路制御弁は、排気還流路のうちの排気還流用クーラよりも下流側の部分に配置されている。還流路制御弁は、内燃機関の冷却水の温度が閾値水温未満のとき、全閉状態に保持されることがある。

特開２０１２−２４６７９１号公報

上記排気還流装置によれば、内燃機関の冷却水の温度が所定温度未満であって、還流路制御弁が全閉状態に保持されているとき、排気還流が行われない。このため、排気還流に基づく効果が得られない。

本発明は、排気還流を早期に開始することを可能にする内燃機関の冷却装置を提供することを目的としている。

本内燃機関の冷却装置の独立した一形態は、次の事項を有している。前記内燃機関の冷却装置は、機関本体を通過する本体冷却通路と、前記本体冷却通路と接続され、過給機のタービンハウジングを通過する過給機冷却通路と、排気還流用クーラを通過する還流路冷却通路と、前記過給機冷却通路の出口と前記還流路冷却通路の入口とを互いに接続する連通冷却通路と、前記連通冷却通路上に配置された通路制御弁と、前記機関本体の冷却水の温度が所定温度未満のとき、前記連通冷却通路を連通させるための指令信号を前記通路制御弁に出力する制御装置とを有する。

本内燃機関によれば、冷却水の温度が所定温度未満のとき、過給機冷却通路を通過した冷却水が、連通冷却通路を介して還流路冷却通路に流れ込む。過給機冷却通路を流れる冷却水は、過給機との熱交換により温度が上昇する。このため、排気還流用クーラが還流路冷却通路を流れる冷却水から受ける熱量が多くなる。このため、排気還流用クーラの温度が上昇しやすくなる。このため、排気還流装置が、凝縮水または氷が発生しにくい状態に遷移するタイミングが早められる。このため、排気還流を早期に開始することが可能になる。

（ａ）実施形態の冷却装置において冷却水温度が所定温度未満のときの冷却水の流れを示す模式図。（ｂ）冷却水温度が所定温度以上のときの冷却水の流れを示す模式図。 始動後時間および冷却水温度の関係の一例を示すグラフ。

図１を参照して、内燃機関の冷却装置１の構成について説明する。
冷却装置１は、冷却通路１０、通路制御弁４０、制御装置５０、水温センサ６０、および、電動ポンプ（図示略）を有している。電動ポンプは、冷却通路１０内の冷却水を循環させる。冷却装置１は、過給機のタービンハウジング（図示略）を冷却水により冷却し、排気還流装置の排気還流用クーラ（図示略）を冷却水により暖機または冷却する。

冷却通路１０は、本体冷却通路１１、本体下流冷却通路１２、本体上流冷却通路１３、過給機冷却通路２１、過給機迂回通路２２、還流路冷却通路２３、還流装置迂回通路２４、上流連通冷却通路３１、および、下流連通冷却通路３２を有している。

本体冷却通路１１は、機関本体（図示略）の内部に形成されている。本体下流冷却通路１２は、本体冷却通路１１の出口と過給機冷却通路２１の入口とを互いに接続している。本体上流冷却通路１３は、還流路冷却通路２３の出口と本体冷却通路１１の入口とを互いに接続している。

過給機冷却通路２１は、過給機のタービンハウジングの内部に形成されている。過給機迂回通路２２は、本体下流冷却通路１２と通路制御弁４０の入口ポートの１つとを互いに接続している。還流路冷却通路２３は、排気管流用クーラの内部に形成されている。還流装置迂回通路２４は、通路制御弁４０の出口ポートの１つと本体上流冷却通路１３とを互いに接続している。

上流連通冷却通路３１は、過給機冷却通路２１の出口と通路制御弁４０の入口ポートの別の１つとを互いに接続している。下流連通冷却通路３２は、通路制御弁４０の出口ポートの別の１つと還流路冷却通路２３とを互いに接続している。

通路制御弁４０は、制御装置５０と電気的に接続されている。通路制御弁４０は、一例として、ロータリー式４方弁の形態を有している。通路制御弁４０は、制御装置５０の指令信号に基づいて、弁体（図示略）の回転位置を変化させる。通路制御弁４０は、弁体の回転位置を変化させることにより、過給機迂回通路２２および上流連通冷却通路３１と、還流装置迂回通路２４および下流連通冷却通路３２との接続関係を変化させる。

上流連通冷却通路３１および下流連通冷却通路３２は、過給機冷却通路２１と還流路冷却通路２３とを互いに連通する連通冷却通路を構成している。通路制御弁４０により上流連通冷却通路３１および下流連通冷却通路３２が互いに接続されるとき、連通冷却通路が開放される。通路制御弁４０により上流連通冷却通路３１および下流連通冷却通路３２が互いに切断されるとき、連通冷却通路が閉鎖される。

水温センサ６０は、制御装置５０と電気的に接続されている。水温センサ６０は、冷却通路１０を流れる冷却水の温度（以下、「冷却水温度」）に応じて変化する検知信号を制御装置５０に出力する。水温センサ６０は、一例として、本体冷却通路１１の出口に取り付けられる。なお、水温センサ６０は、冷却通路１０における別の部位に取り付けることができる。

制御装置５０は、冷却装置１の電気駆動装置に関する各種の制御を実行する。制御装置５０は、各種の制御の一例として、還流装置暖機制御を実行する。制御装置５０は、水温センサ６０の検知信号に基づいて、冷却水温度の推定値を算出する。

水温センサ６０が本体冷却通路１１の出口に取り付けられる場合、冷却水温度の推定値は、本体冷却通路１１の出口を通過する冷却水温度を反映した値を取る。なお、図１の一点鎖線は、通路制御弁４０および水温センサ６０と制御装置５０との電気的な接続を示している。

還流装置暖機制御は、以下の内容を有している。
制御装置５０は、冷却水温度の推定値に基づいて、暖機終了条件が成立しているか否かを判定する。暖機終了条件の成立は、排気還流にともない排気還流路（図示略）において凝縮水または氷が発生する可能性が低いことを示している。制御装置５０は、暖機終了条件の成否に基づいて、通路制御弁４０に指令信号を出力する。すなわち、制御装置５０は、水温センサ６０の検知信号に基づいて、通路制御弁４０の弁体の回転位置を制御する。なお、制御装置５０は、冷却水温度の推定値、および、凝縮水または氷の発生と相関を有するパラメータに基づいて、暖機終了条件の成否を判定することもできる。

制御装置５０は、暖機終了条件が成立していないと判定したとき、通路制御弁４０の弁体に第１回転位置を取らせる指令信号を通路制御弁４０に出力する。制御装置５０は、一例として、冷却水温度の推定値が所定温度未満の大きさを取ることに基づいて、暖機終了条件が成立していないと判定する。

制御装置５０は、暖機終了条件が成立していると判定したとき、通路制御弁４０の弁体に第２回転位置を取らせる指令信号を通路制御弁４０に出力する。制御装置５０は、一例として、冷却水温度の推定値が所定温度以上の大きさを取ることに基づいて、暖機終了条件が成立していると判定する。

通路制御弁４０は、弁体が第１回転位置を取るとき、上流連通冷却通路３１と下流連通冷却通路３２とを互いに接続し、過給機迂回通路２２と下流連通冷却通路３２および還流装置迂回通路２４とを接続しない。このため、冷却通路１０が第１循環路を形成する（図１（ａ）参照）。第１循環路は、本体冷却通路１１、本体下流冷却通路１２、過給機冷却通路２１、上流連通冷却通路３１、下流連通冷却通路３２、還流路冷却通路２３、および、本体上流冷却通路１３により構成される。

通路制御弁４０は、弁体が第２回転位置を取るとき、上流連通冷却通路３１と還流装置迂回通路２４とを互いに接続し、過給機迂回通路２２と下流連通冷却通路３２とを互いに接続する。このため、冷却通路１０が第２循環路および第３循環路を形成する（図１（ｂ）参照）。第２循環路は、本体冷却通路１１、本体下流冷却通路１２、過給機冷却通路２１、上流連通冷却通路３１、還流装置迂回通路２４、および、本体上流冷却通路１３により構成される。第３循環路は、本体冷却通路１１、本体下流冷却通路１２、過給機迂回通路２２、下流連通冷却通路３２、還流路冷却通路２３、および、本体上流冷却通路１３により構成される。

図２は、冷却装置１の始動が開始されてからの経過時間（以下、「始動後時間」）、および、冷却水温度の関係の一例を示している。図２の実線は、第１循環路（図１（ａ）参照）において過給機冷却通路２１の出口を通過する冷却水の温度（以下、「過給機出口水温ＴＴ」）の変化を示している。図２の一点鎖線は、第１循環路（図１（ａ）参照）において本体冷却通路１１の出口を通過する冷却水の温度（以下、「本体出口水温ＴＥ」）の変化を示している。本体出口水温ＴＥおよび過給機出口水温ＴＴは、始動後時間の増加にともない上昇する。過給機出口水温ＴＴは、冷却装置１の始動直後から本体出口水温ＴＥよりも高い。

図１および図２を参照して、冷却装置１の作用について説明する。
制御装置５０は、還流装置暖機制御を実行することにより、通路制御弁４０に第１循環路を形成させる（図１（ａ）参照）。第１循環路を循環する冷却水は、本体冷却通路１１および本体下流冷却通路１２を通過した後、過給機冷却通路２１に流れ込む。過給機冷却通路２１の冷却水は、タービンハウジング内を流れる排気との熱交換により温度が上昇する。

過給機冷却通路２１を通過した冷却水は、上流連通冷却通路３１および下流連通冷却通路３２を通過して還流路冷却通路２３に流れ込む。還流路冷却通路２３の冷却水は、排気還流用クーラのハウジングと熱交換する。このため、排気還流用クーラのハウジングの温度が上昇する。このため、排気還流用クーラにおいて排気還流路を形成する壁面の温度が上昇する。このため、排気還流路において凝縮水または氷が発生しにくくなる。

図２に示されるとおり、過給機出口水温ＴＴは、本体出口水温ＴＥよりも高い。このため、排気還流路を形成する壁面の温度の上昇速度は、過給機冷却通路２１を通過した冷却水が還流路冷却通路２３に流れ込まない場合と比較して高くなる。このため、冷却装置１によれば、凝縮水または氷が発生する可能性が高い状態から低い状態に遷移するタイミングが早くなる。

冷却装置１は、以下の効果を奏する。
冷却水温度の推定値が所定温度未満のとき、過給機冷却通路２１を通過した冷却水が還流路冷却通路２３に流れ込む。このため、排気還流装置において凝縮水または氷が発生しにくくなる。このため、凝縮水または氷がコンプレッサインペラ（図示略）に衝突するおそれが低減される。また、排気還流用クーラが過給機冷却通路２１を通過した冷却水の熱を受けるため、凝縮水または氷が発生する可能性が低い状態に遷移しやすくなる。このため、排気還流装置により排気還流を開始するタイミングを早めることが可能になる。すなわち、冷却装置１は、排気還流を早期に開始することを可能にする。

１…冷却装置、１１…本体冷却通路、２１…過給機冷却通路、２３…還流路冷却通路、４０…通路制御弁、５０…制御装置。

Claims (1)

1. 機関本体を通過する本体冷却通路と、
   前記本体冷却通路と接続され、過給機のタービンハウジングを通過する過給機冷却通路と、
   排気還流用クーラを通過する還流路冷却通路と、
   前記過給機冷却通路の出口と前記還流路冷却通路の入口とを互いに接続する連通冷却通路と、
   前記連通冷却通路上に配置された通路制御弁と、
   前記機関本体の冷却水の温度が所定温度未満のとき、前記連通冷却通路を連通させるための指令信号を前記通路制御弁に出力する制御装置と
   を有する内燃機関の冷却装置。