JP2017008751A - インタークーラの温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インタークーラ温度制御弁が故障しても、インタークーラ内に凝縮水の発生を防ぐこと。【解決手段】高温系冷却水通路１と、インタークーラ２１を備えた低温系冷却水通路２と、高温系冷却水通路と低温系冷却水通路とを連通し、高温系冷却水通路から冷温系冷却水通路に向かって冷却水が流れる連通路３と、連通路に設けられた多機能弁５と、低温系冷却水通路設けられ、インタークーラに冷却水を供給する電動ウォータポンプ２３とを備え、多機能弁の故障を判定した場合に電動ウォータポンプを停止する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路を流通するガスと冷却水との間で熱交換を行うインタークーラの温度を制御するインタークーラの温度制御装置に関する。

内燃機関（以下、エンジンともいう）の冷却装置として、内燃機関を冷却する高温系冷却水通路及びインタークーラを冷却する低温系冷却水通路を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような冷却装置にあっては、高温系冷却水通路と低温系冷却水通路とを連通する連通路が設けられており、高温系冷却水通路の高温の冷却水（内燃機関の内部を通過した高温の冷却水）を、低温系冷却水通路を流れる低温の冷却水に混合してインタークーラに流すことが可能である。上記連通路には制御弁が設けられており、その制御弁の開度を調整することにより、上記低温の冷却水に混合する高温の冷却水の量つまりインタークーラに流れる冷却水の温度を制御することができ、その温度制御によりインタークーラにおいて凝縮水が発生することを防ぐことができる。

特開２０１４−１５６８０４号公報

上記したインタークーラの温度制御において、連通路に設けた制御弁が故障した場合、低温系冷却水通路の低温の冷却水に混合する高温の冷却水の量を調節できなくなる。こうした状況になると、インタークーラを流れる冷却水の温度が低下する場合があり、インタークーラにおいて凝縮水が発生しやすくなる。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、制御弁の故障時にインタークーラにおいて凝縮水が発生することを防ぐことが可能なインタークーラの温度制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、排気通路に配置されたタービン及び吸気通路に配置されたコンプレッサを備えたターボチャージャと、前記コンプレッサの下流側の吸気通路に配置され、当該吸気通路を流通するガスと冷却水との間で熱交換を行うインタークーラとを備えた内燃機関に適用され、前記インタークーラの温度を制御する温度制御装置であって、高温の冷却水が流通する高温系冷却水通路と、前記インタークーラを備え前記高温系冷却水通路よりも低温の冷却水が流通する低温系冷却水通路と、前記低温系冷却水通路に設けられ、前記インタークーラに冷却水を供給するウォータポンプと、前記高温系冷却水通路と前記低温系冷却水通路とを連通し、前記高温系冷却水通路から前記冷温系冷却水通路に向かって冷却水が流れる連通路と、前記連通路に設けられた制御弁と、前記制御弁の故障を判定する弁故障判定部と、前記故障判定部が制御弁の故障を判定した場合に、前記低温系冷却水通路のウォータポンプを停止するウォータポンプ制御部と、を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、制御弁が故障した場合にはインタークーラを有する低温系冷却水通路のウォータポンプを停止している。このような制御により、制御弁故障時においても、低温の冷却水が過剰にインタークーラに供給されなくなる。これにより、インタークーラの温度が低下することがなくなり、インタークーラにおいて凝縮水が発生することを防ぐことができる。

本発明によれば、制御弁の故障時にインタークーラにおいて凝縮水が発生することを防ぐことができる。

エンジンの概略構成を示す図である。 エンジン冷却系の回路構成を示す図である。 多機能弁故障時の制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−エンジン−
まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）について図１を参照して説明する。

エンジン１０１には、各気筒に吸入空気を分配するためのインテークマニホールド１０２が接続されている。インテークマニホールド１０２の入口には吸気通路１０４が接続されている。インテークマニホールド１０２の上流（吸気流れの上流）には、エンジンの吸入空気量を調整するスロットルバルブ１０６が配置されている。また、エンジン１０１には、各気筒から排出される排気ガスを集合するエキゾーストマニホールド１０３が接続されている。エキゾーストマニホールド１０３の出口には排気通路１０５が接続されている。なお、エンジン１０１は、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。

エンジン１０１にはターボチャージャ１１０及びＥＧＲ装置（排気還流装置）１２０が装備されている。

ターボチャージャ１１０は、排気通路１０５に配置されたタービン１１１、吸気通路１０４に配置されたコンプレッサ１１２を備えている。コンプレッサ１１２の下流側（吸気流れの下流側）の吸気通路１０４には、コンプレッサ１１２によって過給された空気を冷却するインタークーラ２１が設けられている。

ＥＧＲ装置１２０はＥＧＲ通路１２１を備えている。ＥＧＲ通路１２１の一端部はインテークマニホールド１０２とスロットルバルブ１０６との間の吸気通路１０４に接続されている。ＥＧＲ通路１２１の他端部はエキゾーストマニホールド１０３に接続されており、排気ガス（ＥＧＲガス）の一部がＥＧＲ通路１２１を通って吸気通路１０４に導入される。ＥＧＲガスを吸気通路１０４に導入することで、筒内の燃焼温度を低下させてＮＯｘの生成量を低減させることができる。

ＥＧＲ通路１２１の途中には、当該ＥＧＲ通路１２１を開閉するＥＧＲバルブ１２２が設けられている。ＥＧＲ通路１２１におけるＥＧＲバルブ１２２の上流（排気側）には、ＥＧＲ通路１２１を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１２３が設けられている。

−エンジン冷却系−
次に、エンジン冷却系について図２を参照して説明する。

本実施形態のエンジン冷却系は、高温系冷却水通路１及び低温系冷却水通路２を備えている。

−高温系冷却水通路−
高温系冷却水通路１は、エンジン冷却水通路であって、高温の冷却水（例えば７０℃）が流通する。高温系冷却水通路１は高温水回路１１を備えている。高温水回路１１には、エンジン１０１のウォータジャケット、ヒータコア（図示せず）、高温水ラジエータ（図示せず）、サーモスタット（図示せず）、及び、機械式ウォータポンプ（メカＷＰ）１２などが設けられている。機械式ウォータポンプ１２は、エンジン１０１の作動時に、その出力軸であるクランクシャフト（図示せず）の回転力を受けて作動する。

機械式ウォータポンプ１２が作動した場合、機械式ウォータポンプ１２から吐出した冷却水（ＬＬＣ）が、エンジン１０１のウォータジャケットを流れた後、ヒータコアと高温水ラジエータとに分流され、その後、機械式ウォータポンプ１２の吸入側に戻されるといった循環を行う。この際、高温水ラジエータを流れる冷却水の流通量はサーモスタットによって調整される。なお、高温系冷却水通路１には、エンジン１０１の制御に用いる高温系の水温センサ（図示せず）が設けられている。

−低温系冷却水通路−
低温系冷却水通路２は、インタークーラ冷却水通路であって、低温の冷却水（例えば３０℃）が流通する。低温系冷却水通路２は、インタークーラ（Ｉ／Ｃ）２１、低温水ラジエータ（ＬＴラジエータ）２２、電動ウォータポンプ（電動ＷＰ）２３、及び、逆止弁２４を備えている。また、低温系冷却水通路２には、インタークーラ２１の入口水温を検出する水温センサ２５が設けられている。水温センサ２５の出力信号はＥＣＵ（Electronic Control Unit）６に入力される。

インタークーラ２１の流入側と電動ウォータポンプ２３の吐出側とは第１通路２ａによって連通されている。また、インタークーラ２１の流出側と低温水ラジエータ２２の流入側とは第２通路２ｂによって連通されている。さらに、低温水ラジエータ２２の流出側と電動ウォータポンプ２３の吸入側とは第３通路２ｃによって連通されている。

インタークーラ２１は、上記したように、エンジン１０１の吸気通路１０４に設けられたコンプレッサ１１２によって圧縮された吸気を冷却するための熱交換器であり、吸気通路１０４を流れるガス（吸気）と、第１通路２ａを経て流入した冷却水との間で熱交換を行う。

低温水ラジエータ２２は、低温系冷却水通路２を循環する冷却水を冷却するための熱交換器であり、第２通路２ｂを経て流入した冷却水と大気との間で熱交換を行う。

逆止弁２４は、第１通路２ａにおける連通路３（後述）の接続位置と電動ウォータポンプ２３との間に設けられており、連通路３から第１通路２ａへ流れた冷却水（高温系冷却水通路１からの高温の冷却水）が低温水ラジエータ２２に流れることを阻止する。

電動ウォータポンプ２３は、冷却水を低温系冷却水通路２内で循環させてインタークーラ２１に冷却水を供給するものである。電動ウォータポンプ２３の作動はＥＣＵ６によって制御される。

電動ウォータポンプ２３が作動した場合、冷却水が、［電動ウォータポンプ２３］→［第１通路２ａ］→［インタークーラ２１］→［第２通路２ｂ］→［低温水ラジエータ２２］→［第３通路２ｃ］→［電動ウォータポンプ２３］の順で低温系冷却水通路２内を循環する。そして、このようにして循環する冷却水によって、インタークーラ２１を流れる吸気を冷却し、回収した熱を低温水ラジエータ２２により大気に放出する。

−連通路及び還流路−
上記した高温系冷却水通路１と低温系冷却水通路２とは連通路３及び還流路４によって連通している。

連通路３は、高温系冷却水通路１から低温系冷却水通路２へ冷却水を流すための通路である。この連通路３の上流端は高温系冷却水通路１の高温水回路１１に接続されており、下流端は低温系冷却水通路２の第１通路２ａに接続されている。

還流路４は、低温系冷却水通路２から高温系冷却水通路１へ冷却水を戻すための流路である。この還流路４の上流端は低温系冷却水通路２の第２通路２ｂ（電動ウォータポンプ２３の吸入側）に接続されており、下流端は高温系冷却水通路１の高温水回路１１（機械式ウォータポンプ１２の吸入側）に接続されている。

そして、連通路３には、開閉自在な多機能弁（制御弁）５が設けられている。多機能弁５は、弁開度（弁位置）を検出するポジションセンサ５ａを備えており、このポジションセンサ５ａの検出出力はＥＣＵ６に入力される。

多機能弁５の弁開度（弁位置）は、ＥＣＵ６が出力する弁開度指示値によって制御される。多機能弁５が開状態になると、高温系冷却水通路１の高温の冷却水（エンジン１０１の内部を通過した高温の冷却水）の一部が、連通路３を通じて低温系冷却水通路２に流入し、当該低温系冷却水通路２を流れる低温の冷却水と混合する。その混合後の冷却水（温水）が第１通路２ａを通じてインタークーラ２１に流れる。インタークーラ２１に流れる冷却水の温度は、多機能弁５の弁開度を調整することによって制御することができる。多機能弁５が閉じた状態（全閉状態）になると、高温系冷却水通路１から低温系冷却水通路２への供給が止まる。なお、多機能弁５が本発明の「制御弁」の一例である。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、バックアップＲＡＭなどを備えている。

ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各種センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはイグニッションＯＦＦ時などにおいて保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

そして、ＥＣＵ６は、高温系の水温センサなどの各種センサの出力信号に基づいて、吸入空気量制御、燃料噴射量制御などを含むエンジン１０１の各種制御を実行する。

また、ＥＣＵ６は、低温系冷却水通路２の電動ウォータポンプ２３の作動制御、及び、多機能弁５の開度制御を行う。具体的には、ＥＣＵ６は、例えば、水温センサ２５にて検出されるインタークーラ２１の入口水温（インタークーラ２１の温度）が、インタークーラ２１において凝縮水が発生しないような温度となるように多機能弁５の弁開度を調節する。

−多機能弁の故障時制御−
まず、多機能弁５が故障した場合（多機能弁５が作動しなくなった場合）、その故障時の弁開度は全閉〜全開の間のいずれの場合も想定される。多機能弁５が全開のときに作動しなくなった場合は、高温系冷却水通路１から低温系冷却水通路２に高温の冷却水が流れるので、インタークーラ２１に流れる冷却水の温度が下がりすぎることはない。しかしながら、多機能弁５が全閉のときに作動しなくなった場合には、低温系冷却水通路２を流れる低温の冷却水に高温の冷却水を混合することができなくなることがある。このため、インタークーラ２１に流れる冷却水の温度が下がりすぎてしまい、インタークーラ２１において凝縮水が発生する場合がある。

このような問題を解消するため、本実施形態では、多機能弁５が故障した場合には電動ウォータポンプ２３を停止する。その制御の一例について図３のフローチャートを参照して説明する。図３の制御ルーチンはＥＣＵ６において所定時間ごとに繰り返して実行される。

図３の制御ルーチンが開始されると、ステップＳＴ１０１において多機能弁５が故障しているか否かを判定する。具体的に、ＥＣＵ６は、多機能弁５のポジションセンサ５ａのセンサ出力から得られる弁位置（弁開度）の検出値と、当該ＥＣＵ６が多機能弁５に与える弁開度の指示値と差（絶対値）が所定値（許容値）よりも大きいか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合は、多機能弁５が正常であると判定してリターンする。

ステップＳＴ１０１の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合は、多機能弁５が故障していると判定してステップＳＴ１０２に進む。

ステップＳＴ１０２では、低温系冷却水通路２の電動ウォータポンプ２３を停止する。このとき、多機能弁５が全閉である場合にはインタークーラ２１への冷却水の供給が止まる。一方、多機能弁５が全閉以外である場合には、高温系冷却水通路１の高温の冷却水の一部が低温系冷却水通路２に流入する。したがって、いずれの場合もインタークーラ２１の温度が低下することがなくなるので、インタークーラ２１での凝縮水の発生を防ぐことができる。

なお、以上の高温系冷却水通路１、低温系冷却水通路２、連通路３、多機能弁５、及びＥＣＵ６によって本発明のインタークーラの温度制御装置が構成される。また、ＥＣＵ６が実行する上記ステップＳＴ１０１が本発明の「弁故障判定部」としての処理に相当し、ＥＣＵ６が実行する上記ステップＳＴ１０２が本発明の「ウォータポンプ制御部」としての処理に相当する。

本発明は、内燃機関の吸気通路を流通するガスと冷却水との間で熱交換を行うインタークーラの温度を制御する温度制御装置に有効に利用することができる。

１ 高温系冷却水通路
１１ 高温水回路
１２ 機械式ウォータポンプ
２ 低温系冷却水通路
２１ インタークーラ
２２ 低温水ラジエータ
２３ 電動ウォータポンプ
２４ 逆止弁
２５ 水温センサ
３ 連通路
４ 還流路
５ 多機能弁（制御弁）
５ａ ポジションセンサ
６ ＥＣＵ
１０１ エンジン（内燃機関）
１０４ 吸気通路
１０５ 排気通路
１１０ ターボチャージ
１１１ タービン
１１２ コンプレッサ

Claims (1)

1. 排気通路に配置されたタービン及び吸気通路に配置されたコンプレッサを備えたターボチャージャと、前記コンプレッサの下流側の吸気通路に配置され、当該吸気通路を流通するガスと冷却水との間で熱交換を行うインタークーラとを備えた内燃機関に適用され、前記インタークーラの温度を制御する温度制御装置であって、
   高温の冷却水が流通する高温系冷却水通路と、
   前記インタークーラを備え、前記高温系冷却水通路よりも低温の冷却水が流通する低温系冷却水通路と、
   前記低温系冷却水通路に設けられ、前記インタークーラに冷却水を供給するウォータポンプと、
   前記高温系冷却水通路と前記低温系冷却水通路とを連通し、前記高温系冷却水通路から前記冷温系冷却水通路に向かって冷却水が流れる連通路と、
   前記連通路に設けられた制御弁と、
   前記制御弁の故障を判定する弁故障判定部と、
   前記故障判定部が制御弁の故障を判定した場合に、前記低温系冷却水通路のウォータポンプを停止するウォータポンプ制御部と、
   を備えていることを特徴とするインタークーラの温度制御装置。

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