JP2022055990A - Ｅｇｒクーラの温度調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮水によるＥＧＲクーラ内部の腐食を抑制する。【解決手段】内燃機関１に設けられた水冷式ＥＧＲクーラ６の温度調節装置は、ＥＧＲクーラを加熱するためのヒータ２４と、ＥＧＲクーラ内に堆積した凝縮水の水量を検出するための水量センサ２６と、ＥＧＲクーラ内の冷却水の流量を調節するためのバルブ２３と、ヒータおよびバルブを制御するように構成された制御ユニット１００とを備える。制御ユニットは、水量センサにより検出された水量が所定量を超えたときヒータを作動させ、ヒータ作動時に、水量センサの検出値に基づき、水量の減少速度を算出し、減少速度が所定値未満のとき、バルブの開度を減少してＥＧＲクーラ内の冷却水流量を減少させる。【選択図】図１

Description

本開示はＥＧＲクーラの温度調節装置に係り、特に、内燃機関に設けられた水冷式ＥＧＲクーラの温度を調節するための装置に関する。ここでＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）とは排気再循環の略称であり、内燃機関の排気ガスの一部（ＥＧＲガスという）を取り出して吸気系に環流させることをいう。

水冷式ＥＧＲクーラでは一般的に、ＥＧＲクーラ内にＥＧＲガスと冷却水を導入すると共に、ＥＧＲガスを冷却水により冷却させて排出する。これによりＥＧＲガスの高密度化を図り、高いＥＧＲ率でＥＧＲが実行可能となる。

特開２０２０－７６３６９号公報

ところで、ＥＧＲガスに含まれた水分が低温時等に凝縮して凝縮水となり、ＥＧＲクーラ内に堆積することがある。凝縮水は硫酸等を含む酸性水である。このため凝縮水がＥＧＲクーラ内に堆積すると、ＥＧＲクーラの内部の壁面を腐食させる虞がある。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、凝縮水によるＥＧＲクーラ内部の腐食を抑制することができるＥＧＲクーラの温度調節装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
内燃機関に設けられた水冷式ＥＧＲクーラの温度調節装置であって、
前記ＥＧＲクーラを加熱するためのヒータと、
前記ＥＧＲクーラ内に堆積した凝縮水の水量を検出するための水量センサと、
前記ＥＧＲクーラ内の冷却水の流量を調節するためのバルブと、
前記ヒータおよび前記バルブを制御するように構成された制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、
前記水量センサにより検出された水量が所定量を超えたとき前記ヒータを作動させ、
前記ヒータ作動時に、前記水量センサの検出値に基づき、水量の減少速度を算出し、
減少速度が所定値未満のとき、前記バルブの開度を減少して前記ＥＧＲクーラ内の冷却水流量を減少させる
ことを特徴とするＥＧＲクーラの温度調節装置が提供される。

好ましくは、前記温度調節装置は、前記ＥＧＲクーラ内の冷却水の温度を検出するための水温センサを備え、
前記制御ユニットは、前記ＥＧＲクーラ内の冷却水流量を減少させる際、前記水温センサにより検出された水温が所定の目標温度に近づくよう、前記バルブの開度をフィードバック制御する。

好ましくは、前記目標温度は、水の沸点以上で冷却水の沸点より低い温度に設定される。

好ましくは、前記温度調節装置は、前記ＥＧＲクーラ内のＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁を備え、
前記制御ユニットは、前記ＥＧＲクーラ内の冷却水流量を減少させる際、前記水温センサにより検出された水温が前記目標温度より低い場合には、前記ＥＧＲ弁の開度を増加させる。

好ましくは、前記温度調節装置は、前記内燃機関のエンジンブロックの温度を検出するための温度センサを備え、
前記制御ユニットは、減少速度が所定値未満であり、かつ前記温度センサにより検出された温度が所定値未満のとき、前記バルブの開度を減少して前記ＥＧＲクーラ内の冷却水流量を減少させる。

本開示によれば、凝縮水によるＥＧＲクーラ内部の腐食を抑制することができる。

本実施形態の内燃機関を示す概略構成図である。 ＥＧＲクーラの構造を示す断面図である。 水センサの先端部の構造を示す概略図である。 第１の水センサにより取得された撮像データの一例を示す図である。 第２の水センサにより取得された撮像データの一例を示す図である。 本実施形態の制御ルーチンを示すフローチャートである。 凝縮水量とヒータ供給電力との関係を示すグラフである。 ＥＧＲクーラ内の水温とクーラ入口バルブの開度との関係を示す図である。 第１変形例の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１は本実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。内燃機関（エンジンともいう）１は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関（例えばディーゼルエンジン）である。車両はトラック等の大型車両である。但し車両および内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンは火花点火式内燃機関（例えば天然ガスエンジンまたはガソリンエンジン）であってもよい。なおエンジンは、車両以外の移動体、例えば船舶、建設機械、または産業機械に搭載されたものであってもよい。またエンジンは、移動体に搭載されたものでなくてもよく、定置式のものであってもよい。

図中、太実線矢印で冷却水の流れを示し、実線矢印で排気の流れを示し、破線矢印でＥＧＲガスの流れを示し、一点鎖線矢印で吸気の流れを示す。

エンジン１は、エンジンブロックを構成するシリンダブロック２およびシリンダヘッド３と、ラジエータ４と、ターボチャージャ５と、ＥＧＲクーラ６とを備える。シリンダブロック２とシリンダヘッド３は一体的に組み付けられている。シリンダヘッド３には吸気マニホールド７と排気マニホールド８が取り付けられている。

図示しないエアクリーナから吸い込まれた吸気は、吸気通路９を流れ、ターボチャージャ５のコンプレッサで圧縮された後、吸気マニホールド７に供給される。またシリンダヘッド３から排出された排気は、排気マニホールド８を経て排気通路１０を流れ、ターボチャージャ５のタービンで圧縮仕事をした後、図示しない後処理ユニットに供給される。

また排気マニホールド８から取り出されたＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路１１を流れ、ＥＧＲクーラ６で冷却され、ＥＧＲ弁１２で流量を調節された後、吸気マニホールド７に供給される。ＥＧＲクーラ６は水冷式であり、導入した冷却水をＥＧＲガスと熱交換させてＥＧＲガスを冷却する。冷却水には、エンジン１を冷却するための冷却水（具体的にはＬＬＣ（Long Life Coolant））が使用される。

冷却水は、シリンダブロック２に取り付けられたウォータポンプ１３により循環駆動される。本実施形態のウォータポンプ１３は電動式であり、シリンダブロック２の前壁下端部に取り付けられ、シリンダブロック２のウォータジャケット内に冷却水を直接吐出する。その後冷却水は、シリンダブロック２およびシリンダヘッド３のウォータジャケット内を通過し、外部の送り通路１４に送られる。

冷却水は、送り通路１４を通じてシリンダヘッド３からラジエータ４に供給される。そしてラジエータ４で冷却された後、戻り通路１５を通じてウォータポンプ１３に戻される。ラジエータ４をバイパスするバイパス通路１６が送り通路１４と戻り通路１５を連絡する。冷却水温度に応じて開閉する感温式サーモスタットバルブ１７が、送り通路１４とバイパス通路１６の分岐点に設けられる。

冷却水温度が所定の開弁温度より低いとき、サーモスタットバルブ１７は閉弁し、上流側から送られてきた冷却水をバイパス通路１６に流し、ラジエータ４には流さない。他方、冷却水温度が開弁温度以上のとき、サーモスタットバルブ１７は開弁し、上流側から送られてきた冷却水をラジエータ４に流し、バイパス通路１６には流さない。

送り通路１４におけるサーモスタットバルブ１７の上流側には、冷却水温度を検出するための水温センサ（メイン水温センサという）１８が設けられる。

他方、ウォータポンプ１３から吐出された直後の比較的低温の冷却水が、シリンダブロック２を一旦通過した後、ターボチャージャ５およびＥＧＲクーラ６に送られる。

シリンダブロック２の冷却水出口とターボチャージャ５の冷却水入口とは、配管により画成されたターボ入口通路１９により互いに連結される。同様に、シリンダブロック２の冷却水出口とＥＧＲクーラ６の冷却水入口とは、配管により画成されたクーラ入口通路２０により互いに連結される。図ではこれら通路１９，２０の上流側部分が共通とされているが、別体とされていてもよい。

また、ターボチャージャ５の冷却水出口と、メイン水温センサ１８の上流側に位置する送り通路１４とは、配管により画成されたターボ出口通路２１により互いに連結される。同様に、ＥＧＲクーラ６の冷却水出口と、メイン水温センサ１８の上流側に位置する送り通路１４とは、配管により画成されたクーラ出口通路２２により互いに連結される。図ではこれら通路２１，２２の下流側部分が共通とされているが、別体とされていてもよい。

このように冷却水系統に関し、ターボチャージャ５とＥＧＲクーラ６は互いに並列の関係で設けられる。

ＥＧＲクーラ６内の冷却水の流量を調節するためのバルブが設けられる。本実施形態の場合、バルブは、クーラ入口通路２０に設けられたクーラ入口バルブ２３によって形成される。クーラ入口バルブ２３は、その開度を変化させることにより、ＥＧＲクーラ６に供給される冷却水の流量を変化させ、ＥＧＲクーラ６内の冷却水の流量を変化させる。

ＥＧＲクーラ６には、これを加熱するためのヒータ２４と、ＥＧＲクーラ６内の冷却水の温度を検出するための水温センサ（クーラ水温センサという）２５と、ＥＧＲクーラ６内に堆積した凝縮水を検知する水センサ２６とが設けられる。ヒータ２４は電気ヒータにより形成される。

また、シリンダブロック２には、その温度（ブロック温度という）を検出するための温度センサ（ブロック温度センサという）２７が設けられ、シリンダヘッド３には、その温度（ヘッド温度という）を検出するための温度センサ（ヘッド温度センサという）２８が設けられる。

制御ユニット、回路要素（circuitry）もしくはコントローラをなす電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）１００が設けられる。ＥＣＵ１００は、車両に通常装備されているエンジン制御用ＥＣＵもしくは車両制御用ＥＣＵにより構成されることができる。

ＥＣＵ１００は、前述のＥＧＲ弁１２、ウォータポンプ１３、クーラ入口バルブ２３およびヒータ２４を制御するように構成されている。またＥＣＵ１００には、前述のメイン水温センサ１８、クーラ水温センサ２５、水センサ２６、ブロック温度センサ２７およびヘッド温度センサ２８が電気的に接続されている。

本実施形態における温度調節装置は、ＥＧＲクーラ６の温度を調節するためのものであり、前述のヒータ２４、水センサ２６、クーラ入口バルブ２３およびＥＣＵ１００を備える。また温度調節装置は、クーラ水温センサ２５、ＥＧＲ弁１２、ブロック温度センサ２７およびヘッド温度センサ２８を備える。

図２には、ＥＧＲクーラ６の断面構造を示す。ＥＧＲクーラ６は、その中心軸Ｃの方向に延びる筒状のケーシング３１と、ケーシング３１の軸方向両端の位置に同軸に配置された小径のガス入口３２およびガス出口３３とを備える。またＥＧＲクーラ６は、ケーシング３１のガス入口側の一端とガス入口３２とを結ぶ入口側端壁３４と、ケーシング３１のガス出口側の他端とガス出口３３とを結ぶ出口側端壁３５とを備える。入口側端壁３４と出口側端壁３５はテーパ状に形成される。

ケーシング３１内には、軸方向に互いに離間された入口側エンドプレート３６および出口側エンドプレート３７と、これら入口側エンドプレート３６および出口側エンドプレート３７に両端が固定された複数のヒートパイプ３８とが設けられる。

入口側エンドプレート３６および出口側エンドプレート３７は、軸方向に垂直に配置されてケーシング３１内を気密かつ液密に仕切る。入口側エンドプレート３６のガス上流側には入口側ガス室４２が形成され、出口側エンドプレート３７のガス下流側には出口側ガス室４３が形成される。

入口側エンドプレート３６および出口側エンドプレート３７の間には、冷却水が流れる水室３９が形成される。水室３９の上端かつガス入口側端部に冷却水入口４０が設けられ、水室３９の下端かつガス出口側端部に冷却水出口４１が設けられる。これら冷却水入口４０および冷却水出口４１にはそれぞれ、前述のクーラ入口通路２０およびクーラ出口通路２２が接続される。水室３９内では冷却水が冷却水入口４０から冷却水出口４１に向かって対角状に流れる。図示しないが、前述のクーラ水温センサ２５はケーシング３１に取り付けられ、水室３９内の冷却水の温度を検出する。

ヒートパイプ３８は水室３９内で軸方向に延びる。このヒートパイプ３８内を流れるＥＧＲガスが、水室３９内を流れる冷却水と熱交換され、冷却水により冷却される。

ヒータ２４は、第１ヒータ２４Ａと第２ヒータ２４Ｂを備える。第１ヒータ２４Ａは、ケーシング３１の外周部を周方向に取り囲むように配置される。本実施形態の場合、第１ヒータ２４Ａは、軸方向における冷却水入口４０と冷却水出口４１の間の位置において、水室３９の外周側に位置されるケーシング３１の外周部を取り囲む。

第２ヒータ２４Ｂは、出口側ガス室４３の底部付近を加熱するような位置に配置される。すなわち、第２ヒータ２４Ｂは、出口側エンドプレート３７よりもガス出口側に位置するケーシング３１および出口側端壁３５の下端部外周面を覆うように配置される。こうした位置に設置する理由は、図２および図４に符号Ｗ２で示すように、出口側ガス室４３の底部に凝縮水が溜まり易いからである。ヒータ２４の制御方法については後に詳述する。なお第１ヒータ２４Ａと第２ヒータ２４Ｂは同時にオンオフされる。

水センサ２６は、本実施形態においては光学式センサとされ、ＥＧＲクーラ６内のガスが流れる部分を撮影すると共に、このときの撮像データをＥＣＵ１００に送るようになっている。ＥＣＵ１００は、この撮像データに基づいて、ＥＧＲクーラ６内に堆積した凝縮水の水量を推定する。このように本実施形態の温度調節装置は、ＥＧＲクーラ６内に堆積した凝縮水の水量を検出するための水量センサを備え、水量センサは、水センサ２６とＥＣＵ１００により構成される。ここでいう検出には推定が含まれる。

図３に示すように、水センサ２６はその先端部に発光部５１と受光部５２を備える。発光部５１はＬＥＤ等の光源を含み、検知部位に向かって光を照射する。受光部５２はＣＭＯＳ等の撮像素子を含み、検知部位から反射した光を受け取る。検知部位に存在する物質の種類によって反射光の波長は異なる。よってＥＣＵ１００は、受光部５２から受け取った撮像データに対してスペクトル分析を行い、撮像データ中の各部の波長の違いから水すなわち凝縮水を検知する。受光部５２がＣＭＯＳ等の撮像素子を含むので、カメラで写真を撮るように広範囲の凝縮水の反射光を捉えることができる。なお、水センサ２６の先端部には発光部５１と受光部５２を覆って保護する透明なカバーが設けられる。カバーは例えばガラスにより形成される。

本実施形態の場合、複数（具体的には３本）の水センサ２６が、出口側エンドプレート３７よりもガス出口側に位置するケーシング３１と出口側端壁３５に取り付けられる。ケーシング３１の上端に取り付けられた第１の水センサ２６Ａは、その先端部を下向きにして主に出口側ガス室４３の底部付近を撮影するよう配置される。この第１の水センサ２６Ａにより取得された撮像データの一例を図４に示す。

また第２および第３の水センサ２６Ｂ，２６Ｃが、出口側端壁３５の上下にそれぞれ取り付けられる。これら水センサ２６Ｂ，２６Ｃは、その先端部をガス入口側に向け、主に複数のヒートパイプ３８内を撮影するよう配置される。第２の水センサ２６Ｂにより取得された撮像データの一例を図５に示す。

例えば、低温環境下（例えば外気温が０℃以下）でエンジンが冷間始動されたとき、低温状態にあるＥＧＲクーラ６内に、比較的高温のＥＧＲガスが導入される。その後ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ６内で徐々に冷却され、凝縮される。ヒートパイプ３８内で生成されその内面に付着した凝縮水は、重力でその底面に流下すると共に、ＥＧＲガスの流れによって下流側すなわちガス出口側に押し流される。そしてヒートパイプ３８から出ると、出口側エンドプレート３７を伝わって流下し、出口側ガス室４３の底部に溜まる。ヒートパイプ３８内に付着した凝縮水を符号Ｗ１で示し、出口側ガス室４３の底部に溜まった凝縮水を符号Ｗ２で示す。凝縮水は、軸方向においてはガス出口側、上下方向においては下側に溜まる傾向にある。

一方、第１の水センサ２６Ａからは図４に示すような撮像データが取得され、第２および第３の水センサ２６Ｂ，２６Ｃからは図５に示すような撮像データが取得される。ＥＣＵ１００は、これら撮像データから凝縮水Ｗ１，Ｗ２を検知し、凝縮水Ｗ１，Ｗ２を示す部分の面積を計算する。実際の凝縮水Ｗ１，Ｗ２の量が増えるほど面積が増大し、両者は相関関係にある。そこでＥＣＵ１００は、計算した面積に基づいて、ＥＧＲクーラ６内に堆積した凝縮水Ｗ１，Ｗ２の量を推定する。

この際、ＥＣＵ１００は、第１～第３の水センサ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにより取得された撮像データの凝縮水部分の合計面積を計算し、予め作成されたマップ（関数でもよい）を用いて、合計面積に対応した凝縮水の水量（凝縮水量という）を計算する。

代替的に、ＥＣＵ１００は、合計面積をそのまま凝縮水量として計算してもよいし、第１の水センサ２６Ａの撮像データにおける凝縮水部分の面積のみに基づいて凝縮水量を計算してもよい。第２および第３の水センサ２６Ｂ，２６Ｃの撮像データにおける凝縮水部分の合計面積に基づいて凝縮水量を計算してもよい。第２および第３の水センサ２６Ｂ，２６Ｃの一方の撮像データにおける凝縮水部分の面積に基づいて凝縮水量を計算してもよい。

このようにＥＣＵ１００は、光学式の水センサ２６により取得された撮像データから凝縮水部分の面積を計算し、この面積に基づいて凝縮水量を計算ないし推定する。よって大掛かりな装置を用いることなく、簡便な装置で凝縮水量を検出することができ、コストおよびレイアウト面で有利である。

但し、凝縮水量の推定方法および検出方法は任意であり、上記以外の方法も可能である。

出口側端壁３５がテーパ状なので、出口側ガス室４３の底部に溜まった凝縮水Ｗ２の量が増えるほど、第１の水センサ２６Ａの撮像データにおける凝縮水部分の面積（図４の凝縮水Ｗ２の面積）は顕著に増加する。よって当該面積によって凝縮水量を精度良く推定可能である。

さて、ＥＧＲガスに含まれた水分の凝縮によりＥＧＲクーラ６内には凝縮水が生成される。この凝縮水は硫酸等を含む酸性水である。そのため凝縮水がＥＧＲクーラ６内に堆積すると、ＥＧＲクーラ６の内部の壁面を腐食させる虞がある。

そこで本実施形態の温度調節装置は、ヒータ２４によりＥＧＲクーラ６を加熱することによりＥＧＲクーラ６の内部の凝縮水を加熱し、蒸発させ、消失させるようにしている。これにより凝縮水によるＥＧＲクーラ内部の壁面腐食を抑制することができる。

一方、ＥＧＲクーラ６内に凝縮水が発生するような状況下（例えば低温環境下での冷間始動後）では、ＥＧＲクーラ６内に低温の冷却水が導入される。このためヒータ２４によりＥＧＲクーラ６を加熱しても、加熱が不十分で、凝縮水を早期に消失できない可能性がある。

そこで本実施形態の温度調節装置は、以下の制御を行うことにより、凝縮水の蒸発を促進するようにしている。

図６は、本実施形態の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示するルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓ）毎に繰り返し実行される。

初回のルーチンは、エンジンを始動させるためのエンジンスイッチがオン（ＯＮ）された時に開始される。この開始時の初期状態について、ヒータ２４はオフ（ＯＦＦ）、クーラ入口バルブ２３は開である。特にクーラ入口バルブ２３の開度は所定の初期開度（本実施形態では全開）に制御される。ＥＧＲ弁１２は通常、エンジン運転状態（例えばエンジン回転数と燃料噴射量）に応じた開度に制御される。なおエンジン回転数は図示しない回転センサにより検出される。燃料噴射量は、エンジン回転数と、図示しないアクセル開度センサにより検出されたアクセル開度とに基づき、ＥＣＵ１００により計算される。

まずステップＳ１０１において、ＥＣＵ１００は、推定した凝縮水量Ｍ（ＥＧＲクーラ６内に堆積した凝縮水の量）が所定のしきい値Ｍｓを超えているか否かを判断する。超えてない場合は、凝縮水の加熱蒸発が不要なほどに凝縮水量Ｍが少ない（ゼロを含む）ので、ＥＣＵ１００はルーチンを終える。他方、超えている場合はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、ヒータ２４をオン（ＯＮ）し、ヒータ２４を作動させる。これによりＥＧＲクーラ６が加熱され、その内部の凝縮水も加熱される。

この加熱の際、ＥＣＵ１００は、凝縮水量Ｍがしきい値Ｍｓより多いほど、ヒータ２４に供給する電力Ｐを増大する。凝縮水量Ｍとヒータ供給電力Ｐとの関係を図７に示す。凝縮水量Ｍがしきい値Ｍｓ以下のときヒータ供給電力Ｐはゼロである。凝縮水量Ｍがしきい値Ｍｓより大きいとき、ヒータ供給電力Ｐは、凝縮水量Ｍの増加に対して比例的に増加される。図７に示すような関係をマップまたは関数の形で予めＥＣＵ１００に記憶し、この関係に従って供給電力Ｐを制御してもよい。

このようにヒータ２４を制御することにより、凝縮水量Ｍが多いほど凝縮水に与える熱エネルギを増大させ、制御を行わない場合よりも短時間で凝縮水を蒸発させることができる。

次にステップＳ１０３において、ＥＣＵ１００は、推定した凝縮水量Ｍに基づき、凝縮水の減少速度Ｖを計算する。そしてこの減少速度Ｖが、所定のしきい値Ｖｓ未満か否かを判断する。

例えば、今回（ｎ）の減少速度Ｖ_nは、今回計算された凝縮水量Ｍ_nを、前回（ｎ－１）計算された凝縮水量Ｍ_n-1から減じて計算される（Ｖ_n＝Ｍ_n-1－Ｍ_n）。なお前回計算された凝縮水量Ｍ_n-1に代わって、前回より前の所定回（ｍ）に計算された凝縮水量Ｍ_mを用いてもよい。

減少速度Ｖがしきい値Ｖｓ以上の場合、凝縮水は十分な速度で蒸発していると考えられるので、ＥＣＵ１００はルーチンを終える。他方、しきい値Ｖｓ未満の場合は、凝縮水の蒸発速度が遅いと考えられるので、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１００は、クーラ入口バルブ２３の開度を初期開度（全開＝１００％）よりも減少させ、ＥＧＲクーラ６内の冷却水流量を減少させる。この際、ＥＣＵ１００は、クーラ水温センサ２５により検出された水温Ｔｃが所定の目標温度Ｔｃｔに近づくよう、クーラ入口バルブ２３の開度をフィードバック制御する。

図８に示すように、目標温度Ｔｃｔは、水の沸点ＴｃＬ以上で冷却水の沸点ＴｃＨより低い温度に設定される（ＴｃＬ≦Ｔｃｔ＜ＴｃＨ）。水の沸点ＴｃＬは１００℃であり、冷却水の沸点ＴｃＨは例えば１２０～１３０℃の範囲内の値である。目標温度Ｔｃｔは、例えば１００℃以上で１２０℃未満の値、好ましくは１００℃以上で１０５℃以下の値、例えば１０５℃に設定される。

ＥＣＵ１００は、クーラ水温センサ２５により検出された水温Ｔｃが目標温度Ｔｃｔ以下のとき、クーラ入口バルブ２３の開度を初期開度より小さい開度、例えば全閉（＝０％）に制御する。これによりクーラ入口通路２０が遮断され、ＥＧＲクーラ６に冷却水が供給されなくなり、ＥＧＲクーラ６内に滞留した冷却水がＥＧＲガスにより迅速に加熱される。これにより、冷却水によるＥＧＲクーラ６の冷却を抑制し、ＥＧＲクーラ６および凝縮水の加熱を促進できる。

また、ＥＧＲクーラ６内の水温Ｔｃを目標温度Ｔｃｔに近づけるよう、クーラ入口バルブ２３の開度をフィードバック制御するので、その水温Ｔｃを目標温度Ｔｃｔに速やかに近づけることができる。目標温度Ｔｃｔが、水の沸点ＴｃＬ以上に設定されているので、ＥＧＲクーラ６内の冷却水に接触するヒートパイプ３８、さらにはその内面に付着する凝縮水の温度を、水の沸点ＴｃＬ以上に上昇させることができ、凝縮水の蒸発を速やかになすことができる。

なお、クーラ入口バルブ２３の開度は必ずしも全閉でなくてもよく、初期開度より小さい任意の開度であってよい。例えば、全閉より大きく半開（＝５０％）より小さい開度、例えば２０％の開度としてもよい。

他方、ＥＣＵ１００は、検出された水温Ｔｃが目標温度Ｔｃｔより高いとき、クーラ入口バルブ２３の開度を、目標温度Ｔｃｔ以下のときより大きい初期開度（全開）に制御する。これによりＥＧＲクーラ６に冷却水が流され、ＥＧＲクーラ６内の冷却水の過度の温度上昇を抑制できる。

目標温度Ｔｃｔが、冷却水の沸点ＴｃＨより低い温度に設定されているので、ＥＧＲクーラ６内の冷却水の温度がその沸点ＴｃＨ以上に上昇するのを抑制し、冷却水の沸騰を確実に抑制することができる。

クーラ入口バルブ２３の開度は必ずしも全開でなくてもよく、水温Ｔｃが目標温度Ｔｃｔ以下のときの開度より大きい任意の開度であってよい。例えば、全開より小さく半開（＝５０％）より大きい開度、例えば８０％の開度としてもよい。

クーラ入口バルブ２３の制御方法については代替方法が可能である。例えば、検出された水温Ｔｃと目標温度Ｔｃｔの差に基づきクーラ入口バルブ２３の開度をフィードバック制御してもよい。この場合、公知のＰＩＤ制御を行うのが好ましい。

次にステップＳ１０５において、ＥＣＵ１００は、クーラ水温センサ２５により検出された水温Ｔｃが目標温度Ｔｃｔより低いか否かを判断する。低くない場合、すなわち目標温度Ｔｃｔ以上の場合はルーチンを終え、目標温度Ｔｃｔより低い場合はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ弁１２の開度を増加する。すなわち、エンジン運転状態に基づいて定まる通常開度よりも大きい開度に、ＥＧＲ弁１２の開度を制御する。

こうすると、ＥＧＲクーラ６内を流れるＥＧＲガスの流量が増大されるので、ＥＧＲガスからＥＧＲクーラ６および凝縮水に伝達される熱量を増やし、凝縮水の蒸発を促進することができる。

なお、水温Ｔｃが目標温度Ｔｃｔ以上の場合、ステップＳ１０５がノーとなり、ＥＧＲ弁１２は通常開度に制御される。この場合、ステップＳ１０５がイエスのときよりも開度が減少されるので、水分を含むＥＧＲガスのクーラ内への流入を抑制し、凝縮水の発生を抑制できる。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０６を実行した後、ルーチンを終える。

以上述べたように、本実施形態によれば、ＥＧＲクーラ内の凝縮水の加熱および蒸発を促進して凝縮水によるＥＧＲクーラ内部の腐食を抑制することができる。

次に、変形例を説明する。なお前記基本実施形態と同様の部分には図中同一符号を付して説明を割愛し、以下、基本実施形態との相違点を主に説明する。

［第１変形例］
基本実施形態においては、ステップＳ１０４においてクーラ入口バルブ２３の開度を減少し、特にフィードバック制御することで、ＥＧＲクーラ６内の冷却水の温度を上昇させた。またステップＳ１０５においてＥＧＲ弁１２の開度を増加することで、ＥＧＲガス流量を増加し、凝縮水の加熱量を増加した。これらの制御は、ヒータ２４による加熱に追加して実行されるので、これらを纏めて便宜上、追加昇温制御という。

この追加昇温制御を実行すると、ＥＧＲクーラ６の出口側における冷却水の温度が上昇するので、これに伴ってエンジンブロック（シリンダブロック２およびシリンダヘッド３を含む）の冷却が不十分となり、最悪オーバーヒートでエンジンブロックが破損する虞がある。

よって本変形例では、こうした事態を避けるべく、制御の内容を変更している。本変形例の制御ルーチンのフローチャートを図９に示す。

本変形例のルーチンのステップＳ２０１～Ｓ２０６は、図６に示した基本実施形態のルーチンのステップＳ１０１～Ｓ１０６と同様である。本変形例は、ステップＳ２０３とＳ２０４の間にステップＳ２０３ＡとステップＳ２０３Ｂが追加されている点が、基本実施形態と異なる。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０３において凝縮水の減少速度Ｖをがしきい値Ｖｓ未満と判断したとき、ステップＳ２０３Ａに進んで、ヘッド温度センサ２８により検出されたヘッド温度Ｔｈが所定のしきい値Ｔｈｓより低いか否かを判断する。しきい値Ｔｈｓは、事前の耐久試験等を通じて設定されたシリンダヘッド３の許容上限温度より僅かに低い値に設定されている。

ヘッド温度Ｔｈがしきい値Ｔｈｓ以上の場合、仮に追加昇温制御を実行すると実際のヘッド温度Ｔｈが許容上限温度を上回りシリンダヘッド３が破損する虞がある。そこでこの場合には追加昇温制御を中止すべく、ルーチンを直ちに終了する。

他方、ヘッド温度Ｔｈがしきい値Ｔｈｓより低い場合にはステップＳ２０３Ｂに進む。ステップＳ２０３ＢにおいてＥＣＵ１００は、ブロック温度センサ２７により検出されたブロック温度Ｔｂが所定のしきい値Ｔｂｓより低いか否かを判断する。しきい値Ｔｂｓは、事前の耐久試験等を通じて設定されたシリンダブロック２の許容上限温度より僅かに低い値に設定されている。

ブロック温度Ｔｂがしきい値Ｔｂｓ以上の場合、仮に追加昇温制御を実行すると実際のブロック温度Ｔｂが許容上限温度を上回りシリンダブロック２が破損する虞がある。そこでこの場合には追加昇温制御を中止すべく、ルーチンを直ちに終了する。

他方、ブロック温度Ｔｂがしきい値Ｔｂｓより低い場合には、ステップＳ２０４に進み、追加昇温制御を開始する。

このように本変形例においては、エンジンブロックの温度、すなわちヘッド温度Ｔｈおよびブロック温度Ｔｂがしきい値Ｔｈｓ、Ｔｂｓ以上のとき、追加昇温制御を行わないので、追加昇温制御を行うことによるエンジンブロックの冷却不足および破損を未然に防止することができる。また、ヘッド温度Ｔｈおよびブロック温度Ｔｂがしきい値Ｔｈｓ、Ｔｂｓ未満のときに限って追加昇温制御を行うので、エンジンブロックの安全性を担保した上で追加昇温制御を行うことができ、追加昇温制御による効果を最大限得ることができる。

なお本変形例では、ヘッド温度Ｔｈおよびブロック温度Ｔｂの両方に基づいて追加昇温制御の実行可否を判断したが、いずれか一方に基づいて実行可否を判断してもよい。

［第２変形例］
前記ステップＳ１０４、Ｓ２０４においては、クーラ入口バルブ２３の開度を減少することでＥＧＲクーラ６内の冷却水の温度を上昇させた。

これに対し、本変形例では、クーラ入口バルブ２３の開度を減少することに代えてまたはこれに加えて、電動ウォータポンプ１３の回転数を減少し、ＥＧＲクーラ６内の冷却水の流量を減らすことで、ＥＧＲクーラ６内の冷却水の温度を上昇させる。こうしても前記同様の作用効果が得られる。

なお、ウォータポンプ１３の回転数を減少させるとシリンダブロック２およびシリンダヘッド３への冷却水流量も減少するが、これに起因するヘッド温度Ｔｈおよびブロック温度Ｔｂの過剰上昇は、図９に示した第１変形例の制御により回避可能である。

［第３変形例］
水量センサに関しても変形が可能である。前記基本実施形態においては３本の水センサ２６Ａ～２６Ｂを用いたが、これらのうち１本または２本を用いてもよいし、追加の水センサを用いることもできる。水センサ２６の設置位置も適宜変更可能である。

光学式の水センサ２６を用いる代わりに、可能であれば、重量計を用いて凝縮水の重量を直接検出してもよい。

［第４変形例］
クーラ入口通路２０に配置されたクーラ入口バルブ２３に代えてまたはこれに加えて、クーラ出口通路２２に配置されたクーラ出口バルブを設けてもよい。そして、ＥＧＲクーラ６の冷却水の流量を調節するためのバルブを、これらクーラ入口バルブ２３とクーラ出口バルブの一方または両方により形成してもよい。クーラ出口バルブの制御方法は、クーラ入口バルブ２３と同様とすることができる。

［第５変形例］
冷却水系統において、ターボチャージャ５とは異なる機器をＥＧＲクーラ６と並列に設けてもよい。

［第６変形例］
ウォータポンプ１３は、クランクシャフトで駆動される機械式としてもよい。

前述の実施形態および各変形例の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関（エンジン）
６ ＥＧＲクーラ
１２ ＥＧＲ弁
２３ クーラ入口バルブ
２４ ヒータ
２５ 水温センサ
２６ 水センサ
２７，２８ 温度センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (5)

1. 内燃機関に設けられた水冷式ＥＧＲクーラの温度調節装置であって、
   前記ＥＧＲクーラを加熱するためのヒータと、
   前記ＥＧＲクーラ内に堆積した凝縮水の水量を検出するための水量センサと、
   前記ＥＧＲクーラ内の冷却水の流量を調節するためのバルブと、
   前記ヒータおよび前記バルブを制御するように構成された制御ユニットと、
   を備え、
   前記制御ユニットは、
   前記水量センサにより検出された水量が所定量を超えたとき前記ヒータを作動させ、
   前記ヒータ作動時に、前記水量センサの検出値に基づき、水量の減少速度を算出し、
   減少速度が所定値未満のとき、前記バルブの開度を減少して前記ＥＧＲクーラ内の冷却水流量を減少させる
   ことを特徴とするＥＧＲクーラの温度調節装置。
2. 前記ＥＧＲクーラ内の冷却水の温度を検出するための水温センサを備え、
   前記制御ユニットは、前記ＥＧＲクーラ内の冷却水流量を減少させる際、前記水温センサにより検出された水温が所定の目標温度に近づくよう、前記バルブの開度をフィードバック制御する
   請求項１に記載のＥＧＲクーラの温度調節装置。
3. 前記目標温度は、水の沸点以上で冷却水の沸点より低い温度に設定される
   請求項２に記載のＥＧＲクーラの温度調節装置。
4. 前記ＥＧＲクーラ内のＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁を備え、
   前記制御ユニットは、前記ＥＧＲクーラ内の冷却水流量を減少させる際、前記水温センサにより検出された水温が前記目標温度より低い場合には、前記ＥＧＲ弁の開度を増加させる
   請求項２または３に記載のＥＧＲクーラの温度調節装置。
5. 前記内燃機関のエンジンブロックの温度を検出するための温度センサを備え、
   前記制御ユニットは、減少速度が所定値未満であり、かつ前記温度センサにより検出された温度が所定値未満のとき、前記バルブの開度を減少して前記ＥＧＲクーラ内の冷却水流量を減少させる
   請求項１～４のいずれか一項に記載のＥＧＲクーラの温度調節装置。

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