JP2016211408A - 内燃機関の低水温冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インタークーラとＥＧＲクーラに冷却水を循環させる冷却システムにおいて、外気環境に左右されずに吸入ガスの冷却と凝縮水の発生抑制を両立できるようにする。【解決手段】インタークーラ流路３７とＥＧＲクーラ流路３８とを並列に接続し、その分岐部に流量制御弁４１を設ける。外気温度が低温領域となる低温時には、外気温度が低いほどＥＧＲクーラ２５に流れる冷却水の流量比率を増加させるように流量制御弁４１を制御する。また、外気温度が高温領域で外気湿度が低湿領域となる高温低湿時には、外気温度が高いほどインタークーラ２１に流れる冷却水の流量比率を増加させるように流量制御弁４１を制御する。更に、外気温度が高温領域で外気湿度が高湿領域となる高温高湿時には、高温低湿時よりもインタークーラ２１に流れる冷却水の流量比率を小さくするように流量制御弁４１を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、インタークーラとＥＧＲクーラに冷却水を循環させる低水温冷却水回路を備えた内燃機関の低水温冷却装置に関する発明である。

車両に搭載される内燃機関においては、燃費向上、ノッキングや排気エミッションの低減等を目的として、排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置を搭載するようにしたものがある。しかし、吸気通路へ還流されるＥＧＲガス中の水分が多いと、ＥＧＲガスと吸入空気（新気）が混合した吸入ガスがインタークーラで冷却されたときに凝縮水が発生することがあり、この凝縮水により金属部品の腐食等が発生する可能性がある。

そこで、インタークーラでの凝縮水の発生を抑制する技術として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。このものは、インタークーラとＥＧＲクーラに冷却水を循環させる冷却水回路を設け、ＥＧＲクーラでＥＧＲガスを冷却して強制的に凝縮水を発生させて、その凝縮水をトラップ手段で捕集して除湿した後、ＥＧＲヒータでＥＧＲガスを暖めて相対湿度を低下させた状態でＥＧＲガスを吸気通路へ還流させるようにしている。

特開２００９−１７４４４４号公報

本出願人は、インタークーラとＥＧＲクーラに冷却水を循環させる低水温冷却水回路を備えたシステムを研究しているが、その研究過程で次のような新たな課題が判明した。

外気温度が低い低温時に、ＥＧＲクーラに流れる冷却水の流量が少ないと、ＥＧＲクーラでＥＧＲガスを十分に冷却できず、ＥＧＲガスを十分に除湿できない可能性がある。しかも、外気温度が低い低温時には、冷却水の温度も低くなるため、インタークーラに流れる冷却水の流量が多いと、インタークーラで吸入ガスを露点温度（凝縮水が発生する温度）以下まで冷却してしまう過冷却になって凝縮水が発生する可能性がある。

一方、外気温度が高い高温時には、冷却水の温度も高くなるため、インタークーラに流れる冷却水の流量が少ないと、インタークーラで吸入ガスを十分に冷却できず、吸入ガスの筒内充填効率が低下して内燃機関の出力低下を招く可能性がある。また、外気温度が高くても外気湿度が高い高温高湿時には、吸入ガスの露点温度が高くなるため、インタークーラに流れる冷却水の流量が多過ぎると、インタークーラで吸入ガスを露点温度以下まで冷却してしまう過冷却になって凝縮水が発生する可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、外気環境に左右されずに吸入ガスの冷却と凝縮水の発生抑制を両立することができる内燃機関の低水温冷却装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関（１１）の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路（１２）へ還流させるＥＧＲ装置（２２）と、内燃機関の吸入ガスを冷却するインタークーラ（２１）とＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ（２５）とに冷却水を循環させる低水温冷却水回路（３９）とを備えた内燃機関の低水温冷却装置において、インタークーラに流れる冷却水とＥＧＲクーラに流れる冷却水の流量比率を調節する流量制御弁（４１）と、外気環境と内燃機関の運転状態とに応じて流量制御弁を制御してインタークーラに流れる冷却水とＥＧＲクーラに流れる冷却水の流量比率を変化させる制御ユニット（３３）とを備えた構成としたものである。

この構成では、外気環境と内燃機関の運転状態とに応じて流量制御弁を制御してインタークーラに流れる冷却水とＥＧＲクーラに流れる冷却水の流量比率を変化させることで、外気環境や内燃機関の運転状態に応じてインタークーラに流れる冷却水の流量やＥＧＲクーラに流れる冷却水の流量を変化させることができる。これにより、インタークーラに流れる冷却水の流量やＥＧＲクーラに流れる冷却水の流量を、そのときの外気環境に対応した適正な流量に制御することが可能となり、外気環境に左右されずに吸入ガスの冷却と凝縮水の発生抑制を両立することができる。

図１は本発明の実施例１におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２は実施例１の低水温冷却システムの概略構成を示す図である。 図３は外気環境と適正流量との関係を説明する図である。 図４は実施例１の流量制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その１）である。 図５は実施例１の流量制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その２）である。 図６はフェイルセーフ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図７は実施例２の流量制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図８はＥＧＲクーラの流量比率のマップの一例を概念的に示す図である。 図９は実施例３の低水温冷却システムの概略構成（その１）を示す図である。 図１０は実施例３の低水温冷却システムの概略構成（その２）を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図６に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システムの概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられている。このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。一方、エンジン１１の排気管１５には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_X 等を浄化する三元触媒等の触媒１６が設置されている。

このエンジン１１には、吸入ガスを過給する排気タービン駆動式の過給機１７が搭載されている。ここで、吸入ガスは、吸入空気（新気）のみの場合もあるが、吸入空気と後述するＥＧＲガスとの混合ガスの場合もある。過給機１７は、排気管１５のうちの触媒１６の上流側に排気タービン１８が配置され、吸気管１２のうちのエアフローメータ１４の下流側にコンプレッサ１９が配置されている。この過給機１７は、排気タービン１８とコンプレッサ１９とが一体的に回転するように連結され、排出ガスの運動エネルギで排気タービン１８を回転駆動することでコンプレッサ１９を回転駆動して吸入ガスを過給するようになっている。

吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の下流側には、モータ（図示せず）によって開度調節されるスロットルバルブ２０が設けられている。このスロットルバルブ２０の下流側に、吸入ガスを冷却する水冷式のインタークーラ２１がサージタンク（図示せず）と一体的に設けられている。このインタークーラ２１は、過給機１７で過給されて昇温した吸入ガスを冷却水で冷却する。これにより、吸入ガスの筒内充填効率を高めて、エンジン１１の出力を高めることができる。

また、エンジン１１の各気筒毎に筒内噴射又は吸気ポート噴射を行う燃料噴射弁（図示せず）が取り付けられている。更にエンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ（図示せず）が取り付けられ、各点火プラグの火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。

このエンジン１１には、排気管１５から排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管１２へ還流させるＬＰＬ方式（低圧ループ方式）のＥＧＲ装置２２が搭載されている。このＥＧＲ装置２２は、排気管１５のうちの排気タービン１８の下流側（例えば触媒１６の下流側）と吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の上流側との間にＥＧＲ配管２３が接続されている。このＥＧＲ配管２３に、ＥＧＲガス流量を調節するＥＧＲ弁２４が設けられている。更に、ＥＧＲ配管２３には、ＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラ２５と、このＥＧＲクーラ２５を通過したＥＧＲガス中の凝縮水を分離して捕集するセパレータ２６と、このセパレータ２６を通過したＥＧＲガスを暖めるＥＧＲヒータ２７とが設けられている。

ＥＧＲクーラ２５は、インタークーラ２１の冷却水である低水温系の冷却水でＥＧＲガスを冷却して強制的に凝縮水を発生させる。セパレータ２６は、ＥＧＲガス中の凝縮水を分離して捕集する。セパレータ２６で捕集された凝縮水は、配管２８を通して排気管１５へ排出される。ＥＧＲヒータ２７は、エンジン１１の冷却水である高水温系の冷却水でＥＧＲガスを暖めてＥＧＲガスの相対湿度を低下させる。

また、吸気管１２の上流部又は吸気管１２の外部等のエンジン１１の熱の影響を受け難い場所に、外気温度を検出する外気温度センサ２９と外気湿度を検出する外気湿度センサ３０が設けられている。更に、インタークーラ２１の下流側（例えばサージタンク又は吸気マニホールド）には、インタークーラ２１を通過した吸入ガスの温度を検出する吸入ガス温度センサ３１が設けられている。ＥＧＲクーラ２５の下流側（例えばＥＧＲクーラ２５とセパレータ２６との間又はセパレータ２６とＥＧＲヒータ２７との間）には、ＥＧＲクーラ２５を通過したＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温度センサ３２が設けられている。

これら各種センサの出力は、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」と表記する）３３に入力される。このＥＣＵ３３は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

その際、ＥＣＵ３３は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度とエンジン負荷等）に応じて目標ＥＧＲ率を算出し、この目標ＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲ弁２４の開度を制御する。

次に、図２に基づいて低水温冷却システムの概略構成を説明する。
低水温ラジエータ３４の入口に接続された入口流路３５と、低水温ラジエータ３４の出口に接続された出口流路３６との間には、インタークーラ２１を介して冷却水を循環させるインタークーラ流路３７と、ＥＧＲクーラ２５を介して冷却水を循環させるＥＧＲクーラ流路３８とが並列に接続されている。これにより、低水温ラジエータ３４で冷却された冷却水をインタークーラ２１とＥＧＲクーラ２５とに循環させる低水温冷却水回路３９が形成されている。

この低水温冷却水回路３９は、出口流路３６に、電動式のウォータポンプ４０が設けられ、インタークーラ流路３７とＥＧＲクーラ流路３８との分岐部に、流量制御弁４１が設けられている。この流量制御弁４１は、モータ等を駆動源とし、弁体の動作位置に応じてインタークーラ２１に流れる冷却水とＥＧＲクーラ２５に流れる冷却水の流量比率を調節するように構成されている。また、流量制御弁４１は、弁体が初期位置（インタークーラ２１に流れる冷却水の流量比率が最大になる位置）の方向に付勢され、通電停止時に弁体が初期位置に戻ってインタークーラ２１に流れる冷却水の流量比率が最大（例えば１００％）になる状態に戻る自戻り機能を備えている。

インタークーラ流路３７には、インタークーラ２１を通過した冷却水の温度を検出する冷却水温センサ４２が設けられている。ＥＣＵ３３は、冷却水温センサ４２で検出した冷却水温と目標水温との偏差を小さくするように流量制御弁４１やウォータポンプ４０を制御してインタークーラ２１に流れる冷却水の流量をフィードバック制御する。

ところで、吸気管１２へ還流されるＥＧＲガス中の水分が多いと、ＥＧＲガスと吸入空気（新気）が混合した吸入ガスがインタークーラ２１で冷却されたときに凝縮水が発生することがあり、この凝縮水により金属部品の腐食等が発生する可能性がある。

この対策として、ＥＧＲクーラ２５でＥＧＲガスを冷却して強制的に凝縮水を発生させ、セパレータ２６でＥＧＲガス中の凝縮水を分離して捕集することで、ＥＧＲガスの除湿を行う。この後、ＥＧＲヒータ２７でＥＧＲガスを暖めて相対湿度を低下させた状態でＥＧＲガスを吸気管１２へ還流させるようにしている。

しかし、図３に示すように、外気環境（例えば外気温度と外気湿度）に応じて、インタークーラ２１に流れる冷却水の適正な流量（インタークーラ２１を適正に機能させる流量）やＥＧＲクーラ２５に流れる冷却水の適正な流量（ＥＧＲクーラ２５を適正に機能させる流量）が変化する。

以下の説明では、「インタークーラ２１に流れる冷却水とＥＧＲクーラ２５に流れる冷却水の流量比率」を「インタークーラ２１とＥＧＲクーラ２５の流量比率」と簡略化して表記することもある。また、「インタークーラ２１に流れる冷却水の流量比率」を「インタークーラ２１の流量比率」と簡略化して表記し、「ＥＧＲクーラ２５に流れる冷却水の流量比率」を「ＥＧＲクーラ２５の流量比率」と簡略化して表記することもある。更に、「インタークーラ２１に流れる冷却水の流量」を「インタークーラ２１の流量」と簡略化して表記し、「ＥＧＲクーラ２５に流れる冷却水の流量」を「ＥＧＲクーラ２５の流量」と簡略化して表記することもある。

外気温度が低い低温時に、ＥＧＲクーラ２５の流量が少ないと、ＥＧＲクーラ２５でＥＧＲガスを十分に冷却できず、ＥＧＲガスを十分に除湿できない可能性がある。しかも、外気温度が低い低温時には、冷却水の温度も低くなるため、インタークーラ２１の流量が多いと、インタークーラ２１で吸入ガスを露点温度（凝縮水が発生する温度）以下まで冷却してしまう過冷却になって凝縮水が発生する可能性がある。

一方、外気温度が高い高温時には、冷却水の温度も高くなるため、インタークーラ２１の流量が少ないと、インタークーラ２１で吸入ガスを十分に冷却できず、吸入ガスの筒内充填効率が低下してエンジン１１の出力低下を招く可能性がある。また、外気温度が高くても外気湿度が高い高温高湿時には、吸入ガスの露点温度が高くなるため、インタークーラ２１の流量が多過ぎると、インタークーラ２１で吸入ガスを露点温度以下まで冷却してしまう過冷却になって凝縮水が発生する可能性がある。

そこで、本実施例１では、ＥＣＵ３３により後述する図４及び図５の流量制御ルーチンを実行することで、外気環境（例えば外気温度と外気湿度）とエンジン運転状態とに応じて流量制御弁４１を制御してインタークーラ２１とＥＧＲクーラ２５の流量比率を変化させるようにしている。

外気環境とエンジン運転状態に応じて流量制御弁４１を制御してインタークーラ２１とＥＧＲクーラ２５の流量比率を変化させることで、外気環境やエンジン運転状態に応じてインタークーラ２１の流量やＥＧＲクーラ２５の流量を変化させることができる。これにより、インタークーラ２１の流量やＥＧＲクーラ２５の流量を、そのときの外気環境に対応した適正な流量に制御することが可能となり、外気環境（例えば外気温度や外気湿度）に左右されずに吸入ガスの冷却と凝縮水の発生抑制を両立することができる。

具体的には、ＥＣＵ３３は、外気温度が所定の低温領域（例えば外気温度が閾値ａ1 以下の領域）となる低温時には、外気温度が低いほどＥＧＲクーラ２５の流量比率を増加させる（つまりインタークーラ２１の流量比率を減少させる）ように流量制御弁４１を制御する。これにより、低温時に、ＥＧＲクーラ２５の流量を増加させて、ＥＧＲクーラ２５でＥＧＲガスを十分に冷却して凝縮水を発生させて、ＥＧＲガスを十分に除湿する。更に、低温時には、冷却水の温度が低くなるが、インタークーラ２１の流量を減少させて、インタークーラ２１で吸入ガスを露点温度以下まで冷却してしまう過冷却を防止して、吸入ガスを露点温度よりも高い所定温度範囲まで冷却する。

また、ＥＣＵ３３は、外気温度が所定の高温領域（例えば外気温度が閾値ａ2 以上の領域）で外気湿度が所定の低湿領域（例えば外気湿度が閾値ｂ以下の領域）となる高温低湿時には、外気温度が高いほどインタークーラ２１の流量比率を増加させるように流量制御弁４１を制御する。これにより、高温低湿時には、冷却水の温度が高くなるが、インタークーラ２１の流量を増加させて、インタークーラ２１で吸入ガスを露点温度よりも高い所定温度範囲まで冷却する。

更に、ＥＣＵ３３は、外気温度が高温領域で外気湿度が所定の高湿領域（例えば外気湿度が閾値ｂよりも高い領域）となる高温高湿時には、高温低湿時よりもインタークーラ２１の流量比率を小さくするように流量制御弁４１を制御する。これにより、高温高湿時には、吸入ガスの露点温度が高くなるが、高温低湿時よりもインタークーラ２１の流量を少なくして、インタークーラ２１で吸入ガスを露点温度以下まで冷却してしまう過冷却を防止して、吸入ガスを露点温度よりも高い所定温度範囲まで冷却する。

また、冷却水温センサ４２の出力に基づいてインタークーラ２１の流量をフィードバック制御するシステムでは、エンジン１１の減速時に吸入ガスの流量が低下したときに、吸入ガスの流量に対してインタークーラ２１に流れる冷却水の流量が一時的に多い状態になって、インタークーラ２１で吸入ガスを過冷却してしまう可能性がある。

そこで、ＥＣＵ３３は、エンジン運転状態に応じてインタークーラ２１の流量比率をフィードフォワード制御する。具体的には、エンジン１１の減速時にインタークーラ２１の流量比率を減少させるように流量制御弁４１をフィードフォワード制御する。これにより、エンジン１１の減速時に吸入ガスの流量が低下したときに、インタークーラ２１に流れる冷却水の流量を速やかに減少させる。

以下、本実施例１でＥＣＵ３３が実行する図４及び図５の流量制御ルーチンの処理内容を説明する。
図４及び図５に示す流量制御ルーチンは、ＥＣＵ３３の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう制御ユニットとしての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン運転状態（例えばエンジン負荷やエンジン回転速度等）、外気温度センサ２９で検出した外気温度、外気湿度センサ３０で検出した外気湿度を取得する。

この後、ステップ１０２に進み、エンジン１１が定常運転中であるか否かを、例えば、エンジン負荷やエンジン回転速度の所定時間当りの変化量の絶対値が所定値以下であるか否か等によって判定する。

このステップ１０２で、定常運転中と判定された場合には、ステップ１０３に進み、外気温度が閾値ａ1 以下の低温領域であるか否かを判定する。ここで、閾値ａ1 は、予め設定した固定値としても良いが、エンジン運転状態（例えばエンジン負荷やエンジン回転速度等）に応じて変化させるようにしても良い。

このステップ１０３で、外気温度が閾値ａ1 以下の低温領域であると判定された場合には、低温時であると判断して、ステップ１０４に進み、外気温度が前回値（前回の外気温度）よりも低いか否かを判定する。

このステップ１０４で、外気温度が前回値よりも低いと判定された場合には、ステップ１０５に進み、ＥＧＲクーラ２５の流量比率を所定値だけ増加させるように流量制御弁４１を制御する。これにより、低温時に、外気温度が低いほどＥＧＲクーラ２５の流量比率を増加させる（つまりインタークーラ２１の流量比率を減少させる）ように流量制御弁４１を制御する。

これに対して、上記ステップ１０４で、外気温度が前回値以上と判定された場合には、ステップ１０６に進み、外気温度が前回値よりも高いか否かを判定する。このステップ１０６で、外気温度が前回値よりも高いと判定された場合には、ステップ１０７に進み、インタークーラ２１の流量比率を所定値だけ増加させるように流量制御弁４１を制御する。

一方、上記ステップ１０３で、外気温度が閾値ａ1 よりも高いと判定された場合には、図５のステップ１０８に進み、外気温度が閾値ａ2 以上の高温領域であるか否かを判定する。ここで、閾値ａ2 は、閾値ａ1 よりも高い値であり、予め設定した固定値としても良いが、エンジン運転状態（例えばエンジン負荷やエンジン回転速度等）に応じて変化させるようにしても良い。

このステップ１０８で、外気温度が閾値ａ2 以上の高温領域であると判定された場合には、高温時であると判断して、ステップ１０９に進み、外気湿度が閾値ｂ以下の低湿領域であるか否かを判定する。ここで、閾値ｂは、予め設定した固定値としても良いが、エンジン運転状態（例えばエンジン負荷やエンジン回転速度等）に応じて変化させるようにしても良い。

このステップ１０９で、外気湿度が閾値ｂ以下の低湿領域であると判定された場合には、高温低湿時であると判断して、ステップ１１０に進み、外気温度が前回値よりも高いか否かを判定する。

このステップ１１０で、外気温度が前回値よりも高いと判定された場合には、ステップ１１１に進み、インタークーラ２１の流量比率を所定値だけ増加させるように流量制御弁４１を制御する。これにより、高温低湿時に、外気温度が高いほどインタークーラ２１の流量比率を増加させる（つまりＥＧＲクーラ２５の流量比率を減少させる）ように流量制御弁４１を制御する。

これに対して、上記ステップ１１０で、外気温度が前回値以下と判定された場合には、ステップ１１２に進み、外気温度が前回値よりも低いか否かを判定する。このステップ１１２で、外気温度が前回値よりも低いと判定された場合には、ステップ１１３に進み、ＥＧＲクーラ２５の流量比率を所定値だけ増加させるように流量制御弁４１を制御する。

一方、上記ステップ１０９で、外気湿度が閾値ｂよりも高い高湿領域であると判定された場合には、高温高湿時であると判断して、ステップ１１４に進み、外気温度が前回値よりも高いか否かを判定する。

このステップ１１４で、外気温度が前回値よりも高いと判定された場合には、ステップ１１５に進み、ＥＧＲクーラ２５の流量比率を所定値だけ増加させるように流量制御弁４１を制御する。これにより、高温高湿時に、外気温度が高いほどＥＧＲクーラ２５の流量比率を増加させる（つまりインタークーラ２１の流量比率を減少させる）ように流量制御弁４１を制御して、高温低湿時よりもインタークーラ２１の流量比率を小さくするように流量制御弁４１を制御する。

これに対して、上記ステップ１１４で、外気温度が前回値以下と判定された場合には、ステップ１１６に進み、外気温度が前回値よりも低いか否かを判定する。このステップ１１６で、外気温度が前回値よりも低いと判定された場合には、ステップ１１７に進み、インタークーラ２１の流量比率を所定値だけ増加させるように流量制御弁４１を制御する。

一方、図４のステップ１０２で、定常運転中ではないと判定された場合には、ステップ１１８に進み、エンジン１１の減速中であるか否かを、例えば、エンジン負荷やエンジン回転速度の所定時間当りの減少量が所定値以上であるか否か等によって判定する。

このステップ１１８で、減速中と判定された場合には、ステップ１１９に進み、ＥＧＲクーラ２５の流量比率を所定値だけ増加させるように流量制御弁４１を制御する。これにより、エンジン１１の減速時に、インタークーラ２１の流量比率を減少させるように流量制御弁４１をフィードフォワード制御する。

これに対して、上記ステップ１１８で、減速中ではないと判定された場合には、ステップ１２０に進み、インタークーラ２１の流量比率を所定値だけ増加させるように流量制御弁４１を制御する。

次に、本実施例１でＥＣＵ３３が実行する図６のフェイルセーフ制御ルーチンの処理内容を説明する。
図６に示すフェイルセーフ制御ルーチンは、ＥＣＵ３３の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいうフェイルセーフ制御ユニットとしての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、吸入ガス温度センサ３１で検出したインタークーラ通過後ガス温度（つまりインタークーラ２１を通過した吸入ガスの温度）が所定の正常範囲外であるか否かを判定する。

このステップ２０１で、インタークーラ通過後ガス温度が正常範囲外であると判定された場合には、低水温冷却水回路３９の異常と判定して、ステップ２０５に進み、ＥＧＲ制御を禁止して、ＥＧＲ弁２４を閉弁状態に維持して、ＥＧＲガスの還流を禁止する。ここで、低水温冷却水回路３９は、インタークーラ２１、ＥＧＲクーラ２５、低水温ラジエータ３４、流路３５〜３８、ウォータポンプ４０、流量制御弁４１等を含むものとする。

一方、上記ステップ２０１で、インタークーラ通過後ガス温度が正常範囲内であると判定された場合には、ステップ２０２に進み、ＥＧＲガス温度センサ３２で検出したＥＧＲクーラ通過後ガス温度（つまりＥＧＲクーラ２５を通過したＥＧＲガスの温度）が所定の正常範囲外であるか否かを判定する。

このステップ２０２で、ＥＧＲクーラ通過後ガス温度が正常範囲外であると判定された場合には、低水温冷却水回路３９の異常と判定して、ステップ２０５に進み、ＥＧＲ制御を禁止して、ＥＧＲ弁２４を閉弁状態に維持して、ＥＧＲガスの還流を禁止する。

一方、上記ステップ２０２で、ＥＧＲクーラ通過後ガス温度が正常範囲内であると判定された場合には、ステップ２０３に進み、流量制御弁４１の電気系異常であるか否かを判定する。

このステップ２０３で、流量制御弁４１の電気系異常と判定された場合には、ステップ２０４に進み、流量制御弁４１への通電を停止する。これにより、流量制御弁４１の弁体が初期位置に戻ってインタークーラ２１の流量比率が最大（例えば１００％）になる。
この後、ステップ２０５に進み、ＥＧＲ制御を禁止して、ＥＧＲ弁２４を閉弁状態に維持して、ＥＧＲガスの還流を禁止する。

以上説明した本実施例１では、外気温度が所定の低温領域となる低温時に、外気温度が低いほどＥＧＲクーラ２５の流量比率を増加させる（つまりインタークーラ２１の流量比率を減少させる）ように流量制御弁４１を制御するようにしている。このようにすれば、低温時に、ＥＧＲクーラ２５の流量を増加させて、ＥＧＲクーラ２５でＥＧＲガスを十分に冷却して凝縮水を発生させることができ、ＥＧＲガスを十分に除湿することができる。更に、低温時には、冷却水の温度が低くなるが、インタークーラ２１の流量を減少させて、インタークーラ２１で吸入ガスを露点温度以下まで冷却してしまう過冷却を防止して、吸入ガスを露点温度よりも高い所定温度範囲まで冷却することができる。これにより、低温時に、インタークーラ２１での凝縮水の発生を抑制しながら、吸入ガスを適度に冷却して筒内充填効率の低下（エンジン１１の出力低下）を防止することができる。

また、本実施例１では、外気温度が所定の高温領域で外気湿度が所定の低湿領域となる高温低湿時に、外気温度が高いほどインタークーラ２１の流量比率を増加させるように流量制御弁４１を制御するようにしている。このようにすれば、高温低湿時には、冷却水の温度が高くなるが、インタークーラ２１の流量を増加させて、インタークーラ２１で吸入ガスを露点温度よりも高い所定温度範囲まで冷却することができ、高温低湿時に、インタークーラ２１での凝縮水の発生を抑制しながら、吸入ガスを適度に冷却して筒内充填効率の低下（エンジン１１の出力低下）を防止することができる。

更に、本実施例１では、外気温度が所定の高温領域で外気湿度が所定の高湿領域となる高温高湿時に、高温低湿時よりもインタークーラ２１の流量比率を小さくするように流量制御弁４１を制御するようにしている。このようにすれば、高温高湿時には、吸入ガスの露点温度が高くなるが、高温低湿時よりもインタークーラ２１の流量を少なくして、インタークーラ２１で吸入ガスを露点温度以下まで冷却してしまう過冷却を防止して、吸入ガスを露点温度よりも高い所定温度範囲まで冷却することができる。これにより、高温高湿時に、インタークーラ２１での凝縮水の発生を抑制しながら、吸入ガスを適度に冷却して筒内充填効率の低下（エンジン１１の出力低下）を防止することができる。

また、本実施例１では、エンジン１１の減速時に、インタークーラ２１の流量比率を減少させるように流量制御弁４１をフィードフォワード制御するようにしている。このようにすれば、エンジン１１の減速時に、吸入ガスの流量が低下したときに、インタークーラ２１に流れる冷却水の流量を速やかに減少させることができ、インタークーラ２１での吸入ガスの過冷却を防止することができる。

また、本実施例１では、インタークーラ流路３７とＥＧＲクーラ流路３８とを並列に接続し、インタークーラ流路３７とＥＧＲクーラ流路３８との分岐部に流量制御弁４１を設けるようにしている。これにより、流量制御弁４１でインタークーラ２１とＥＧＲクーラ２５の流量比率を確実に変化させることができる。

ところで、インタークーラ流路とＥＧＲクーラ流路とを直列に接続した場合には、インタークーラとＥＧＲクーラのうちの上流側を流れる冷却水の温度よりも下流側を流れる冷却水の温度の方が高くなってしまう。これに対して、本実施例１では、インタークーラ流路３７とＥＧＲクーラ流路３８とを並列に接続しているため、インタークーラ２１とＥＧＲクーラ２５にほぼ同じ温度の冷却水を流すことができる。

また、本実施例１では、インタークーラ通過後ガス温度が所定の正常範囲外になった場合や、ＥＧＲクーラ通過後ガス温度が所定の正常範囲外になった場合に、低水温冷却水回路３９の異常と判定して、ＥＧＲガスの還流を禁止するようにしている。このようにすれば、低水温冷却水回路３９の異常時に、ＥＧＲガスの還流を禁止して、インタークーラ２１での凝縮水の発生を抑制することができる。

更に、本実施例１では、流量制御弁４１は、通電停止時にインタークーラ２１の流量比率が最大になる状態に戻る自戻り機能を備え、流量制御弁４１の電気系異常と判定された場合に、流量制御弁４１への通電を停止する共にＥＧＲガスの還流を禁止するようにしている。このようにすれば、流量制御弁４１の電気系異常時に、ＥＧＲガスの還流を禁止して、インタークーラ２１での凝縮水の発生を抑制しつつ、インタークーラ２１の流量比率を最大にして、吸入ガスの冷却性能を確保することができる。

また、本実施例１では、ＥＧＲクーラ２５を通過したＥＧＲガス中の凝縮水を分離して捕集するセパレータ２６と、このセパレータ２６を通過したＥＧＲガスを暖めるＥＧＲヒータ２７とを備えた構成としているため、インタークーラ２１での凝縮水の発生抑制効果を高めることができる。

次に、図７及び図８を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例２では、ＥＣＵ３３により後述する図７の流量制御ルーチンを実行することで、外気環境とエンジン運転状態とに応じて流量制御弁４１を制御してインタークーラ２１とＥＧＲクーラ２５の流量比率を変化させるようにしている。

図７の流量制御ルーチンでは、まず、ステップ３０１で、エンジン運転状態、外気温度、外気湿度を取得した後、ステップ３０２に進み、エンジン１１が定常運転中であるか否かを判定する。

このステップ３０２で、定常運転中と判定された場合には、ステップ３０３に進み、図８に示すＥＧＲクーラ２５の流量比率のマップを参照して、外気温度と外気湿度とに応じたＥＧＲクーラ２５の流量比率を算出する。このＥＧＲクーラ２５の流量比率のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３３のＲＯＭに記憶されている。

ＥＧＲクーラ２５の流量比率のマップは、例えば、外気温度が閾値ａ以下の低温領域では、外気温度が低くなるほどＥＧＲクーラ２５の流量比率が増加する（つまりインタークーラ２１の流量比率が減少する）ように設定されている。また、外気温度が閾値ａよりも高い高温領域で且つ外気湿度が閾値ｂ以下の低湿領域では、外気温度が高く且つ外気湿度が低くなるほどＥＧＲクーラ２５の流量比率が減少する（つまりインタークーラ２１の流量比率が増加する）ように設定されている。更に、外気温度が閾値ａよりも高い高温領域で且つ外気湿度が閾値ｂよりも高い高湿領域では、外気温度が高く且つ外気湿度が高くなるほどＥＧＲクーラ２５の流量比率が増加する（つまりインタークーラ２１の流量比率が減少する）ように設定され、高温低湿時よりもインタークーラ２１の流量比率を小さくするようになっている。尚、ＥＧＲクーラ２５の流量比率のマップは、エンジン運転状態（例えばエンジン負荷やエンジン回転速度等）に応じて変更するようにしても良い。
この後、ステップ３０４に進み、上記ステップ３０３で算出したＥＧＲクーラ２５の流量比率に変更するように流量制御弁４１を制御する。

一方、上記ステップ３０２で、定常運転中ではないと判定された場合には、ステップ３０５に進み、エンジン１１の減速中であるか否かを判定する。このステップ３０５で、減速中と判定された場合には、ステップ３０６に進み、ＥＧＲクーラ２５の流量比率を所定値だけ増加させるように流量制御弁４１を制御する。これにより、エンジン１１の減速時に、インタークーラ２１の流量比率を減少させるように流量制御弁４１をフィードフォワード制御する。

これに対して、上記ステップ３０５で、減速中ではないと判定された場合には、ステップ３０７に進み、インタークーラ２１の流量比率を所定値だけ増加させるように流量制御弁４１を制御する。
以上説明した本実施例２においても、前記実施例１とほぼ同様の効果を得ることができる。

次に、図９及び図１０を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例３では、図９に示すように、インタークーラ流路３７に流量制御弁４１を設けた構成とし、この流量制御弁４１でインタークーラ２１の流量を調節することで、インタークーラ２１とＥＧＲクーラ２５の流量比率を調節するようにしている。或は、図１０に示すように、ＥＧＲクーラ流路３８に流量制御弁４１を設けた構成とし、この流量制御弁４１でＥＧＲクーラ２５の流量を調節することで、インタークーラ２１とＥＧＲクーラ２５の流量比率を調節するようにしても良い。いずれも場合も、流量制御弁４１でインタークーラ２１とＥＧＲクーラ２５の流量比率を確実に変化させることができる。尚、インタークーラ流路３７とＥＧＲクーラ流路３８の両方に、それぞれに流量制御弁４１を設けた構成としても良い。

また、上記各実施例１〜３において、ＥＣＵ３３が実行する機能（例えば制御ユニットとしての機能やフェイルセーフ制御ユニットとしての機能）の一部又は全部を、一つ或は複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成しても良い。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、２１…インタークーラ、２２…ＥＧＲ装置、２５…ＥＧＲクーラ、３３…ＥＣＵ（制御ユニット，フェイルセーフ制御ユニット）、３９…低水温冷却水回路、４１…流量制御弁

Claims (11)

1. 内燃機関（１１）の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路（１２）へ還流させるＥＧＲ装置（２２）と、前記内燃機関の吸入ガスを冷却するインタークーラ（２１）と前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ（２５）とに冷却水を循環させる低水温冷却水回路（３９）とを備えた内燃機関の低水温冷却装置において、
   前記インタークーラに流れる冷却水と前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水の流量比率を調節する流量制御弁（４１）と、
   外気環境と前記内燃機関の運転状態とに応じて前記流量制御弁を制御して前記インタークーラに流れる冷却水と前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水の流量比率を変化させる制御ユニット（３３）と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の低水温冷却装置。
2. 前記制御ユニットは、前記外気環境として外気温度と外気湿度を用いることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の低水温冷却装置。
3. 前記制御ユニットは、前記外気温度が所定の低温領域となる低温時に、前記外気温度が低いほど前記ＥＧＲクーラに流れる冷却水の流量比率を増加させるように前記流量制御弁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低水温冷却装置。
4. 前記制御ユニットは、前記外気温度が所定の高温領域で前記外気湿度が所定の低湿領域となる高温低湿時に、前記外気温度が高いほど前記インタークーラに流れる冷却水の流量比率を増加させるように前記流量制御弁を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の低水温冷却装置。
5. 前記制御ユニットは、前記外気温度が前記高温領域で前記外気湿度が所定の高湿領域となる高温高湿時に、前記高温低湿時よりも前記インタークーラに流れる冷却水の流量比率を小さくするように前記流量制御弁を制御することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の低水温冷却装置。
6. 前記制御ユニットは、前記内燃機関の運転状態に応じて前記インタークーラに流れる冷却水の流量比率をフィードフォワード制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の低水温冷却装置。
7. 前記低水温冷却水回路は、前記インタークーラを介して冷却水を循環させるインタークーラ流路（３７）と前記ＥＧＲクーラを介して冷却水を循環させるＥＧＲクーラ流路（３８）とが並列に接続され、前記インタークーラ流路と前記ＥＧＲクーラ流路との分岐部に前記流量制御弁が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の低水温冷却装置。
8. 前記低水温冷却水回路は、前記インタークーラを介して冷却水を循環させるインタークーラ流路と前記ＥＧＲクーラを介して冷却水を循環させるＥＧＲクーラ流路とが並列に接続され、前記インタークーラ流路と前記ＥＧＲクーラ流路のうちの少なくとも一方に前記流量制御弁が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の低水温冷却装置。
9. 前記インタークーラを通過した吸入ガスの温度と前記ＥＧＲクーラを通過したＥＧＲガスの温度のうちの少なくとも一方が所定の正常範囲外になった場合に、前記低水温冷却水回路の異常と判定して前記ＥＧＲガスの還流を禁止するフェイルセーフ制御ユニット（３３）を備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の内燃機関の低水温冷却装置。
10. 前記流量制御弁は、通電停止時に前記インタークーラに流れる冷却水の流量比率が最大になる状態に戻る機能を備え、
    前記流量制御弁の電気系異常と判定された場合に、前記流量制御弁への通電を停止すると共に前記ＥＧＲガスの還流を禁止するフェイルセーフ制御ユニット（３３）を備えていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の内燃機関の低水温冷却装置。
11. 前記ＥＧＲクーラを通過したＥＧＲガス中の凝縮水を分離して捕集するセパレータ（２６）と、該セパレータを通過したＥＧＲガスを暖めるＥＧＲヒータ（２７）とを備えていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の内燃機関の低水温冷却装置。

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