JP6210040B2 - エンジンの冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却システムに関する。

従来、エンジン本体（シリンダヘッドやシリンダブロック）や補機（ヒータコアやＥＧＲ装置など）を経由する複数の冷却水流路を形成するとともに、各冷却水流路の冷却水流量を制御可能な流量制御バルブを設けた車両用の冷却システムが知られている（特許文献１）。この冷却システムにおいては、流量制御バルブを用いて、エンジンの冷間始動後の暖機中（冷間時）にエンジン本体への冷却水の通水を制限してエンジン本体の昇温を促進するとともに、エンジン本体の温度が高くなれば（温間時）エンジン本体への通水制限を解除してエンジン本体を冷却する。

また、特許文献１の冷却システムにおいては、ＥＧＲクーラによってＥＧＲガスを冷却することにより、エンジン本体に導入される空気の温度を下げて窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を効果的に行っている。エンジンの冷間始動後の暖機中には、シリンダヘッドおよびＥＧＲクーラを経由する冷却水流路の通水が制限され、エンジン本体の温度が高くなるとその通水制限が解除される。

特開２０１３−２２４６４３号公報

しかしながら、特許文献１の冷却システムエンジンにおいては、冷間時にはＥＧＲクーラに冷却水が通水されないため、エンジンの冷間時にＥＧＲクーラにＥＧＲガスが導入されると、ＥＧＲクーラの冷却水の温度が上昇して沸騰し、ＥＧＲクーラが破損する虞がある。この問題を解決するために、ＥＧＲガスが導入されるときには、ＥＧＲクーラを経由する冷却水流路に通水することが考えられるが、そのようにすると、ＥＧＲクーラとともにシリンダヘッドも冷却されてしまい、シリンダヘッドの昇温を促進することができなくなる。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたもので、エンジンの冷間始動後において、冷却水の通水制限によるシリンダヘッドの昇温促進と、ＥＧＲクーラの破損防止とを両立させることができる、エンジンの冷却システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、エンジンから排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ通路、当該ＥＧＲ通路を還流する排気ガスの流量を制御するＥＧＲバルブ、および当該ＥＧＲ通路を還流する排気ガスを冷却するＥＧＲクーラを有するＥＧＲ装置と、前記ＥＧＲバルブを制御するＥＧＲバルブ制御手段と、エンジンのシリンダヘッドを経由する第１流路および当該第１流路から分岐して前記ＥＧＲクーラを経由する第２流路を含み、かつ冷却水が循環する冷却水流路と、前記冷却水流路内の冷却水を循環させる冷却水ポンプと、前記第２流路における冷却水の流量を制御する流量制御バルブと、前記第１流路における冷却水の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された温度に基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するバルブ制御手段とを備え、前記冷却水流路は、前記第２流路を通過した冷却水が前記シリンダヘッドに導入される構成を有し、前記バルブ制御手段は、（ｉ）前記温度検出手段で検出された温度が予め定められた温度閾値未満であり、かつ前記ＥＧＲバルブ制御手段により前記ＥＧＲバルブを開く制御が行われないときには前記流量制御バルブの開度を第２流路の流量が最小流量となる所定開度とし、（ｉｉ）前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値未満であり、かつ前記ＥＧＲバルブ制御手段により前記ＥＧＲバルブを開く制御が行われたときには前記流量制御バルブを前記所定開度よりも大きい開度で開き、（ｉｉｉ）前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値以上であるときには前記流量制御バルブを開き、前記（ｉｉ）の制御時の流量制御バルブの開度は、前記（ｉｉｉ）の制御時の流量制御バルブの開度よりも小さい開度であることを特徴とする、エンジンの冷却システムを提供する。

本発明によれば、温度検出手段で検出された温度が予め定められた温度閾値未満であり、かつＥＧＲバルブ制御手段によりＥＧＲバルブを開く制御が行われないとき、つまりシリンダヘッドを流れる冷却水が低温であり、かつＥＧＲ通路に排気ガス（ＥＧＲガス）が流れていないときには、流量制御バルブの開度を第２流路の流量が最小流量となる所定開度とするので、シリンダヘッドを流れる冷却水の流量は制限され、シリンダヘッドの昇温が促進される。

一方、温度検出手段で検出された温度が温度閾値未満であり、かつＥＧＲバルブ制御手段によりＥＧＲバルブを開く制御が行われたとき、つまりシリンダヘッドを流れる冷却水が低温であり、かつＥＧＲ通路に排気ガスが流れたときには、流量制御バルブを開くので、冷却水がＥＧＲクーラを流れる。従って、ＥＧＲクーラを流れる冷却水の過度の昇温を抑制することができ、ＥＧＲクーラの破損を防止することができる。

このように、エンジンの冷間時においては、ＥＧＲクーラにＥＧＲガスが流れた場合にのみＥＧＲクーラに冷却水を流すので、エンジンの冷間始動後において、冷却水の通水制限によるシリンダヘッドの昇温促進と、ＥＧＲクーラの破損防止とを両立させることができる。

本発明においては、前記（ｉｉ）の制御が行われたときに、前記バルブ制御手段は、前記第２流路における冷却水の流量が予め定められた流量以下となるように前記流量制御バルブの開度を制御することが好ましい。

この構成によれば、シリンダヘッドを流れる冷却水が低温であり、かつＥＧＲ通路に排気ガスが流れるときに、ＥＧＲクーラを流れる冷却水の流量を予め定められた流量以下に制限するので、ＥＧＲクーラを流れた後の冷却水は比較的高温となる。従って、ＥＧＲクーラを流れた後の冷却水がシリンダヘッドに流入しても、シリンダヘッドの昇温を阻害することがない。

本発明においては、前記第１流路は、前記ＥＧＲクーラを経由しないことが好ましい。

この構成によれば、第１流路がＥＧＲクーラを経由しない分、第１流路の長さを短くすることができる。これにより、第１流路の壁面から冷却水の熱が自然に放熱する量を少なくすることができ、シリンダヘッドの昇温を促進することができる。

本発明においては、前記第１流路は、当該第１流路から前記第２流路が分岐する分岐点の下流側に下流側流路を有し、前記流量制御バルブは、前記第２流路における冷却水の流量および前記下流側流路における冷却水の流量を制御し、前記下流側流路に対するバルブの開度を常時ゼロ近傍の予め定められた小開度に保つことが好ましい。

この構成によれば、流量制御バルブは、第１流路における下流側流路に対するバルブの開度を常時ゼロ近傍の予め定められた小開度に保つので、下流側流路には常時冷却水が流れている。従って、常時冷却水によって冷却する必要がある種類の補機（例えば、高圧ＥＧＲバルブなど）を下流側流路に配置しておけば、当該補機の過熱を防止することができる。

本発明においては、排気通路を通過する排気ガスのエネルギーにより駆動されるタービンと、当該タービンにより駆動されて前記吸気通路内の空気を加圧するコンプレッサとを有するターボ過給機が備えられ、前記ＥＧＲ通路は、前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを連通し、前記ＥＧＲバルブ制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が予め定められた温度閾値未満であり、かつ前記エンジンの作動状態が低負荷領域にあるときには、前記ＥＧＲ装置によって排気ガスを還流させず、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値未満であり、かつ前記エンジンの作動状態が高負荷領域にあるときには、前記ＥＧＲ装置によって排気ガスを還流させるように、前記ＥＧＲバルブを制御することが好ましい。

この構成によれば、シリンダヘッドを流れる冷却水の温度が低い状態においてエンジンにかかる負荷が低いときには、ＥＧＲ装置（低圧ＥＧＲ装置）によって排気ガスを還流させないので、第２流路に冷却水は流れず、シリンダヘッドを流れる冷却水の流量が制限され、シリンダヘッドの過冷却が抑制される。また、シリンダヘッドを流れる冷却水の温度が低い状態においてエンジンにかかる負荷が高いときには、ＥＧＲ装置によって排気ガスを還流させるので、第２流路に冷却水が流れ、シリンダヘッドを流れる冷却水の流量が増加する。

従って、エンジンの冷間始動直後に急加速してエンジンが高負荷に突入する場合を除いて、冷間始動後の暖機時には低圧ＥＧＲ装置によって排気ガスを還流させないので、シリンダヘッドを流れる冷却水の流量が制限され、シリンダヘッドの昇温とＥＧＲクーラの破損防止を両立させることができる。

本発明においては、前記流量制御バルブは、開度が大きくなるほど冷却水流量が大きくなるロータリーバルブであることが好ましい。

この構成によれば、開度が大きくなるほど冷却水流量が大きくなるロータリーバルブを用いるので、容易に流量の制御を行うことができる。

本発明によれば、エンジンの冷間始動後において、冷却水の通水制限によるシリンダヘッドの昇温促進と、ＥＧＲクーラの破損防止とを両立させることができる。

本発明の実施形態におけるエンジンおよび吸排気システムを示す図である。 本発明の実施形態におけるＰＣＭ、入力装置、および出力装置を示す図である。 本発明の実施形態におけるエンジンの吸排気系統の制御を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるエンジンの冷却システムを示すブロック図である。 本発明の実施形態における流量制御バルブの回転角度と開度（連通面積）の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態における冷却水流路の通水切替動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における流量制御バルブの段階的な開弁制御を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における流量制御バルブの開度増加のタイミングを示すグラフである。 本発明の実施形態における冷却水の温度変化（上段）および各流路に対する流量制御バルブの開度の和の変化（下段）を示すグラフである。 本発明の実施形態の変形例における車速、流量制御バルブの開度、冷却水温度、低圧ＥＧＲ量の関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。

まず、本発明の実施形態に係るエンジン９およびその吸排気システムについて説明する。

エンジン９は、車両駆動用のディーゼルエンジンである。

エンジン９は、複数の気筒（図１では一つのみを図示）が設けられたシリンダブロック９ａと、シリンダブロック９ａの上側に配設されたシリンダヘッド９ｂと、シリンダブロック９ａの下側に配設されたオイルパン９ｃとを有している。

各気筒内には、コンロッド９ｄを介してクランクシャフト９ｅと連結されたピストン９ｆが往復可能に嵌挿されている。

シリンダヘッド９ｂには、吸気ポート９ｇおよび排気ポート９ｈが各気筒にそれぞれ形成されている。これら吸気ポート９ｇおよび排気ポート９ｈには、吸気バルブ９ｊおよび排気バルブ９ｋがそれぞれ配設されている。

また、シリンダヘッド９ｂには、各気筒内に燃料を噴射する電磁式の直噴インジェクタ９ｍが設けられている。直噴インジェクタ９ｍには、燃料タンクから燃料ポンプおよびコモンレール（いずれも図示略）を介して燃料が供給される。コモンレールには、燃料の圧力を検出する燃圧センサ３６（図２参照）が設けられている。

エンジン９の吸排気システムは、吸入空気を吸気ポート９ｇを介して気筒内に導く吸気通路２０と、気筒内で発生した排気ガスを大気中に排出する排気通路２１とを備えている。

吸気通路２０には、上流側から順に、吸入空気中に含まれる塵や埃を除去するエアクリーナ２２、ターボチャージャ（ターボ過給機）のコンプレッサ２４、吸気通路２０を遮断する吸気シャッタバルブ１１ｂおよび吸気シャッタバルブ１１ｂを駆動する吸気シャッタバルブアクチュエータ３８、コンプレッサ２４によって圧縮されて高圧高温になった吸入空気を強制冷却するインタークーラ２５、インタークーラ２５に冷却水を送るインタークーラ用冷却水ポンプ２６などが設けられている。

排気通路２１には、上流側から順に、ターボチャージャの排気タービン２７、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）２８、排気ガス中の排気微粒子を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２９などが設けられている。

また、この吸排気システムは、高圧ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置３０と、低圧ＥＧＲ装置３１とを備えている。

高圧ＥＧＲ装置３０は、吸気通路２０における吸気ポート９ｇの上流側と排気通路２１における排気ポート９ｈの下流側とを接続する高圧ＥＧＲ通路３０ａと、高圧ＥＧＲ通路３０ａにおける高圧ＥＧＲガスの流量を調節する高圧ＥＧＲバルブ１１ａと、高圧ＥＧＲバルブ１１ａを駆動する高圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３０ｂとを有している。

低圧ＥＧＲ装置３１は、排気通路２１におけるＤＰＦ２９の下流側と吸気通路２０におけるコンプレッサ２４の上流側とを接続する低圧ＥＧＲ通路３１ａと、低圧ＥＧＲ通路３１ａにおける低圧ＥＧＲガスの流量を調節する低圧ＥＧＲバルブ１１ｄと、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄを駆動する低圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３１ｂと、低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ１１ｃとを有している。

このように構成されたエンジン９および吸排気システムは、ＰＣＭ（Powertrain Control Module）８によって制御される。ＰＣＭ８は、ＣＰＵ、メモリ、インタフェイス等により構成されている。

ＰＣＭ８には、図２に示されるように、各種のセンサの検出信号が入力される。この各種のセンサには、吸気ポート９ｇに取り付けられて気筒内に流入する直前の吸入空気の温度を検出する吸気ポート温度センサ３３と、吸気ポート９ｇ近傍におけるエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ７と、クランクシャフト９ｅの回転角を検出するクランク角センサ３４と、車両のアクセルペダル（図示略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３５と、直噴インジェクタ９ｍに供給する燃料圧力を検出する燃圧センサ３６と、ＤＰＦ２９の下流側における排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３２等が含まれる。

ＰＣＭ８は、各センサの検出信号に基づいて種々の演算を行うことにより、エンジン９、吸排気システム等の状態を判断し、これに応じて直噴インジェクタ９ｍおよび各種バルブのアクチュエータ（吸気シャッタバルブアクチュエータ３８、高圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３０ｂ、低圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３１ｂ）へ制御信号を出力する。

次に、ＰＣＭ８が行う制御について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、ＰＣＭ８は、各種センサの検出値を読み込む（ステップＳ３１）。

次いで、ＰＣＭ８は、クランク角センサ３４によって検出された回転角に基づいてエンジン回転数を算出し、そのエンジン回転数とアクセル開度センサ３５によって検出されたアクセル開度とに基づき、目標トルクを設定する（ステップＳ３２）。

次いで、ＰＣＭ８は、エンジン回転数と目標トルクに基づいて、燃料の要求噴射量を設定する（ステップＳ３３）。

次いで、ＰＣＭ８は、メモリに予め記憶されている複数の燃料噴射パターンの中から、要求噴射量およびエンジン回転数に応じた燃料噴射パターンを選択する（ステップＳ３４）。

次いで、ＰＣＭ８は、要求噴射量とエンジン回転数に基づいて、直噴インジェクタ９ｍに供給する燃料の圧力（燃圧）を設定する（ステップＳ３５）。

次いで、ＰＣＭ８は、要求噴射量とエンジン回転数に基づいて、目標酸素濃度を設定する（ステップＳ３６）。目標酸素濃度は、気筒内に流入する直前の混合空気の酸素濃度の目標値である。

次いで、ＰＣＭ８は、要求噴射量とエンジン回転数に基づいて、目標吸気温度を設定する（ステップＳ３７）。目標吸気温度は、気筒内に流入する直前の混合空気の温度の目標値である。

次いで、ＰＣＭ８は、メモリに予め記憶されている複数のＥＧＲ制御モードの中から、要求噴射量およびエンジン回転数に応じたＥＧＲ制御モードを選択する（ステップＳ３８）。ＥＧＲ制御モードは、高圧ＥＧＲ装置３０および低圧ＥＧＲ装置３１についてそれぞれ選択される。

次いで、ＰＣＭ８は、目標酸素濃度および目標吸気温度を実現する状態量（高圧ＥＧＲ量、低圧ＥＧＲ量、および過給圧）を設定する（ステップＳ３９）。

次いで、ＰＣＭ８は、各状態量の制限範囲をメモリから読み出す（ステップＳ４０）。制限範囲は、エンジン９および吸排気システムが適切に作動するために各状態量が満たすべき範囲であり、メモリに予め記憶されている。

次いで、ＰＣＭ８は、ステップＳ３９において設定された状態量が制限範囲内に収まっているかどうかを判断する（ステップＳ４１）。

状態量が制限範囲内に収まっていると判断された場合（ステップＳ４１でＹＥＳ）には、ステップＳ４３に移行する。ステップＳ４３では、ＰＣＭ８は、ステップＳ３９で設定された状態量に基づいて、直噴インジェクタ９ｍ、吸気シャッタバルブアクチュエータ３８、高圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３０ｂ、および低圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３１ｂの制御量を設定する。

次いで、ＰＣＭ８は、設定された制御量に基づいて、直噴インジェクタ９ｍ、吸気シャッタバルブアクチュエータ３８、高圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３０ｂ、および低圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３１ｂを制御する（ステップＳ４４）。

ステップＳ４１において、制限範囲内に収まっていない状態量があると判断された場合には、ＰＣＭ８は、当該状態量が制限範囲に収まるように補正する（ステップＳ４２）。例えば、制限範囲内において、ステップＳ３９で設定された状態量に最も近い制限値に、状態量を補正する。ステップＳ４２の後、ＰＣＭ８は、補正後の状態量に基づいて、直噴インジェクタ９ｍ、吸気シャッタバルブアクチュエータ３８、高圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３０ｂ、および低圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３１ｂを制御する（ステップＳ４４）。

次に、本発明の実施形態に係るエンジン９の冷却システムについて説明する。

図４に示されるように、エンジン９の冷却システム１は、第１流路２、第２流路３、および第３流路４を含む冷却水流路と、冷却水ポンプ５と、流量制御バルブ６と、水温センサ７と、低圧ＥＧＲ装置３１と、高圧ＥＧＲ装置３０と、ＰＣＭ８とを備えている。冷却水流路内では冷却水が循環する。

第１流路２は、エンジン９のシリンダヘッド９ｂを経由する冷却水流路である。第１流路２は、シリンダヘッド９ｂの下流側に、第２流路３が分岐する分岐点Ｐ１を有している。第１流路２は、分岐点Ｐ１の下流側に、第１補機用流路２ａ（経路（１））を有している。第１補機用流路２ａは、高圧ＥＧＲバルブ１１ａおよび吸気シャッタバルブ１１ｂを経由する。

第２流路３は、エンジン９の補機１１を経由する冷却水流路である。第２流路３は、分岐点Ｐ１の下流側に分岐点Ｐ２を有している。第２流路３は、分岐点Ｐ２に接続された第２補機用流路３ａ（経路（２））および第３補機用流路３ｂ（経路（４））を有している。第２補機用流路３ａと第３補機用流路３ｂは、分岐点Ｐ２において互いに並列に接続されている。

第２補機用流路３ａは、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄ、低圧ＥＧＲクーラ１１ｃ、およびヒータコア１１ｅを経由する。

第３補機用流路３ｂは、ラジエータ１１ｆを経由する。

第３流路４（経路（３））は、エンジン９のシリンダブロック９ａ、オイルクーラ１１ｇ、およびＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）クーラ１１ｈを経由する。

冷却水ポンプ５は、ターボ型ポンプであり、インペラがエンジン９のクランクシャフト９ｅに間接的に連結された構造を有している。冷却水ポンプ５の入力ポート５ａは、流量制御バルブ６を介して、第１補機用流路２ａの下流端、第２補機用流路３ａの下流端、第３補機用流路３ｂの下流端、および第３流路４の下流端に接続されている。冷却水ポンプ５の出力ポート５ｂは、第１流路２の上流端および第３流路４の上流端に接続されている。

冷却水ポンプ５は、入力ポート５ａを介して第１補機用流路２ａ、第２補機用流路３ａ、第３補機用流路３ｂ、および第３流路４内の冷却水を、エンジントルクの一部を利用したインペラの回転動作に伴うポンプ作用により吸引し、出力ポート５ｂを介して第１流路２および第３流路４に吐出するように構成されている。冷却水ポンプ５内に吸引された冷却水は、冷却水ポンプ５内で撹拌された後、吐出される。

流量制御バルブ６は、単一のロータリーバルブである。流量制御バルブ６は、筒状のケーシングと、当該ケーシング内に回転可能に収容された筒状の弁体と、当該弁体を回転駆動するアクチュエータとを有している。アクチュエータは、ＰＣＭ８から入力される制御信号（駆動電圧）に応じて弁体を回転駆動する。ケーシングの側面には、４個の入力ポートおよび４個の出力ポートが形成されている。４個の入力ポートは、第１補機用流路２ａの下流端、第２補機用流路３ａの下流端、第３補機用流路３ｂの下流端、および第３流路４の下流端に接続されている。また、４個の出力ポートは、冷却水ポンプ５の入力ポート５ａに接続されている。

弁体の側面には、切欠き部が形成されている。当該切欠き部とケーシングに形成された出力ポートの連通面積Ｓは、第１補機用流路２ａ、第２補機用流路３ａ、第３補機用流路３ｂ、および第３流路４に対して個別に設定される。以下の説明では、第１補機用流路２ａに対する連通面積を「連通面積Ｓ２ａ」と称し、第２補機用流路３ａに対する連通面積を「連通面積Ｓ３ａ」と称し、第３補機用流路３ｂに対する連通面積を「連通面積Ｓ３ｂ」と称し、第３流路４に対する連通面積を「連通面積Ｓ４」と称する。

連通面積Ｓ２ａは、弁体の回転角度に拘わらずゼロ近傍の小面積で一定であり（図５参照）、冷却水の流量をゼロ近傍の少量に抑えてシリンダヘッド９ｂを過冷却しないようになっているが、高圧ＥＧＲバルブ１１ａおよび吸気シャッタバルブ１１ｂの冷却に必要な流量は確保できる面積とされている。

一方、連通面積Ｓ３ａ、連通面積Ｓ３ｂ、および連通面積Ｓ４は、弁体の回転角度に応じて連続的に変化するようになっている（図５参照）。

すなわち、連通面積Ｓ３ａ（以下、「第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度」と称する）の変化に応じて、第２補機用流路３ａにおける冷却水の流量が変化する。

また、連通面積Ｓ３ｂ（以下、「第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度」と称する）の変化に応じて、第３補機用流路３ｂにおける冷却水の流量が変化する。

また、連通面積Ｓ４（以下、「第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度」と称する）の変化に応じて、第３流路４における冷却水の流量が変化する。

水温センサ７は、第１流路２におけるシリンダヘッド９ｂ近傍の冷却水の温度を検出する。水温センサ７で検出された温度の情報は、ＰＣＭ８へ送信される。

ＰＣＭ８は、水温センサ７で検出された温度に基づいて流量制御バルブ６の開度を制御するバルブ制御機能を有する。

以下、ＰＣＭ８による冷却システムの制御について、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。

なお、以下の説明では、第２補機用流路３ａ、第３補機用流路３ｂ、および第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度がゼロ（閉じている）の状態から制御が開始されるものとする。

まず、ＰＣＭ８は、水温センサ７からシリンダヘッド９ｂにおける冷却水の温度Ｔを入力する（ステップＳ５１）。

次いで、ＰＣＭ８は、入力した温度Ｔが第１温度閾値Ｔ１未満であるかどうかを判断する（ステップＳ５２）。ここで、第１温度閾値Ｔ１は、エンジン９の冷間始動後にエンジン９が冷間状態から温間状態に遷移するときの温度（例えば、概ね８０℃）未満の温度、すなわちエンジン暖機中（暖機完了前）の温度であり、例えば５０℃（図８参照）である。

温度Ｔが第１温度閾値Ｔ１未満であると判断された場合（ステップＳ５２でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄを開く制御（図３のステップＳ４４参照）が開始されたかどうかを判断する（ステップＳ５３）。

ステップＳ５３において、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄを開く制御が開始されない（図９のＡ４参照）と判断された場合（ステップＳ５３でＮＯ）には、ＰＣＭ８は、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度、および第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度をゼロに維持することにより（図８のＡ０参照）、第１流路２における分岐点Ｐ１の上流側（以下、「第１流路２における上流側流路２ｂ」と称する）を流れる冷却水の流量（シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の流量）を制限する制御を行う（ステップＳ５４）。これにより、第１流路２における上流側流路２ｂを流れる冷却水の流量は、第１補機用流路２ａ（経路（１））を流れる冷却水の流量と等しくなり、ゼロ近傍の少量に抑えられる（図９のＡ２参照）。従って、シリンダヘッド９ｂの温度低下が抑制され、シリンダヘッド９ｂの温度は次第に上昇する（図９の第１通水状態）。なお、ステップＳ５３において、ＰＣＭ８は、第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度もゼロに制御する。これにより、シリンダブロック９ａの温度低下が抑制され、シリンダブロック９ａの温度は次第に上昇する。ステップＳ５４の後、ステップＳ５１に戻る。

一方、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄを開く制御が開始された（図９のＡ５参照）と判断された場合（ステップＳ５３でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度を増加させる（流量制御バルブ６を開く）ことにより（図８のＡ１、図９のＡ３参照）、第１流路２における冷却水の流量制限を解除する制御を行う（ステップＳ５５）。

ステップＳ５５では、ＰＣＭ８は、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度が目標開度未満の予め定められた開度（例えば、目標開度の１／３程度の開度）となるように流量制御バルブ６を制御する。なお、ここに言う「目標開度」は、温間時の目標開度であり、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の最大開度（全開）を意味する。

これにより、第２補機用流路３ａに冷却水が少し流れ始め、第２補機用流路３ａを流れた冷却水は冷却水ポンプ５を介して第１流路２に流入する。つまり、第１流路２における上流側流路２ｂを流れる冷却水の流量は、第１補機用流路２ａ（経路（１））を流れる冷却水の流量と、第２補機用流路３ａ（経路（２））を流れる冷却水の流量の和となり、ステップＳ５４のときよりも流量が増加する。しかしながら、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度をいきなり全開にするのではなく、例えば全開の１／３程度の開度とするので、第１流路２における冷却水の流量制限の解除が緩やかに開始され、シリンダヘッド９ｂの過冷却を防止することができる。

また、第２補機用流路３ａに冷却水が流れることにより、低圧ＥＧＲクーラ１１ｃにおける冷却水の過度な温度上昇が抑制され、低圧ＥＧＲクーラ１１ｃの破損を防止することができる。

ステップＳ５５の後、ステップＳ５１に戻る。ステップＳ５１に戻った後に再びステップＳ５４へ進んだ場合（図９のＡ６に示すように低圧ＥＧＲバルブ１１ｄが閉じられた場合）には、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度をゼロに戻す（図８のＡ７、図９のＡ８参照）。

ステップＳ５２において、温度Ｔが第１温度閾値Ｔ１以上であると判断された場合（ステップＳ５２でＮＯ）には、ＰＣＭ８は、温度Ｔが第２温度閾値Ｔ２（例えば８０℃。図８参照）未満であるかどうかを判断する（ステップＳ５６）。なお、第２温度閾値Ｔ２は、第１温度閾値Ｔ１より高い値である。

温度Ｔが第２温度閾値Ｔ２未満であると判断された場合（ステップＳ５６でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度を増加させる（流量制御バルブ６を開く）ことにより、第１流路２における冷却水の流量制限を解除する制御を行う（ステップＳ５７）。ステップＳ５７の後、ステップＳ５１に戻る。

ここで、ステップＳ５７において行われる制御について、図７のフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。まず、ＰＣＭ８は、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度が目標開度未満の予め定められた開度（例えば、目標開度の１／３程度の開度。図８のＡ９参照）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６１）。なお、ここに言う「目標開度」は、温間時の目標開度であり、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の最大開度（全開）を意味する。

これにより、第２補機用流路３ａに冷却水が少し流れ始め、第２補機用流路３ａを流れた冷却水は冷却水ポンプ５を介して第１流路２に流入する。つまり、第１流路２における上流側流路２ｂを流れる冷却水の流量は、第１補機用流路２ａ（経路（１））を流れる冷却水の流量と、第２補機用流路３ａ（経路（２））を流れる冷却水の流量の和となり、ステップＳ５３のときよりも流量が増加する（図９のＡ１０参照）。しかしながら、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度をいきなり全開にするのではなく、例えば全開の１／３程度の開度とするので、第１流路２における冷却水の流量制限の解除が緩やかに開始される。

次いで、ＰＣＭ８は、水温センサ７で検出された温度Ｔが第１温度閾値Ｔ１より高く第２温度閾値Ｔ２より低い第３温度閾値Ｔ３（例えば７５℃。図８参照）以上となったかどうかを判断する（ステップＳ６２）。

温度Ｔが第３温度閾値Ｔ３以上であると判断された場合（ステップＳ６２でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度が温間時の目標開度（図８のＡ１１参照）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６３）。これにより、第２補機用流路３ａ（経路（２））を流れる冷却水の流量が温間時の目標流量（第２補機用流路３ａにおける最大流量）まで増加し、その増加分だけ第１流路２における上流側流路２ｂを流れる冷却水の流量も増加する（図９のＡ１２参照）。従って、ステップＳ６１、Ｓ６３の２段階で流量が徐々に増加するので、第１流路２における流量制限の解除が緩やかに行われる（図９の第２通水状態）。

図６に戻って、ステップＳ５６において、温度Ｔが第２温度閾値Ｔ２以上であると判断された場合（ステップＳ５６でＮＯ）には、ＰＣＭ８は、温度Ｔが第４温度閾値Ｔ４（例えば９５℃。図８参照）未満であるかどうかを判断する（ステップＳ５８）。なお、第４温度閾値Ｔ４は、第３温度閾値Ｔ３より高い値である。

温度Ｔが第４温度閾値Ｔ４未満であると判断された場合（ステップＳ５８でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度を増加させる（流量制御バルブ６を開く）制御を行う（ステップＳ５９）。ステップＳ５９の後、ステップＳ５１に戻る。

ここで、ステップＳ５９において行われる制御について、図７のフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。まず、ＰＣＭ８は、第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度が目標開度未満の予め定められた開度（例えば、目標開度の１／２程度の開度.。図８のＡ１３、図９のＡ１４参照）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６１）。これにより、第３流路４に冷却水が少し流れ始め、第３流路４を流れた冷却水は冷却水ポンプ５を介して第１流路２および第３流路４に流入する。なお、ここに言う「目標開度」は、温間時の目標開度であり、第３流路４に対する流量制御バルブ６の最大開度（全開）を意味する。

次いで、ＰＣＭ８は、水温センサ７で検出された温度Ｔが第２温度閾値Ｔ２より高く第４温度閾値Ｔ４より低い第５温度閾値Ｔ５（例えば８５℃。図８参照）以上となったかどうかを判断する（ステップＳ６２）。

温度Ｔが第５温度閾値Ｔ５以上であると判断された場合（ステップＳ６２でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度が目標開度（図８のＡ１５、図９のＡ１６参照）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６３）。これにより、第３流路４（経路（３））を流れる冷却水の流量が温間時の目標流量（第３流路４における最大流量）まで増加する。つまり、第３流路４から流出する冷却水の流量は、ステップＳ６１、Ｓ６３の２段階で徐々に増加する（図９の第３通水状態）。

図６に戻って、ステップＳ５８において、温度Ｔが第４温度閾値Ｔ４以上であると判断された場合（ステップＳ５８でＮＯ）には、ＰＣＭ８は、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度を増加させる（流量制御バルブ６を開く）制御を行う（ステップＳ６０）。ステップＳ６０の後、ステップＳ５１に戻る。

ここで、ステップＳ６０において行われる制御について、図７のフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。まず、ＰＣＭ８は、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度が目標開度未満の予め定められた開度（例えば、目標開度の１／２程度の開度。図８のＡ１７参照）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６１）。なお、ここに言う「目標開度」は、温間時の目標開度であり、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の最大開度（全開）を意味する。

これにより、第１流路２における上流側流路２ｂを流れる冷却水の流量は、ステップＳ５７のときよりも流量が増加する（図９のＡ１８参照）。しかしながら、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度をいきなり全開にするのではなく、例えば全開の１／２程度の開度とするので、第１流路２における冷却水の流量制限の解除が緩やかに行われる。

次いで、ＰＣＭ８は、水温センサ７で検出された温度Ｔが第４温度閾値Ｔ４より高い第６温度閾値Ｔ６（例えば１００℃。図８参照）以上となったかどうかを判断する（ステップＳ６２）。

温度Ｔが第６温度閾値Ｔ６以上であると判断された場合（ステップＳ６２でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度が温間時の目標開度（図８のＡ１９参照）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６３）。これにより、第３補機用流路３ｂ（経路（４））を流れる冷却水の流量が温間時の目標流量（第３補機用流路３ｂにおける最大流量）まで増加し、その増加分だけ第１流路２における上流側流路２ｂを流れる冷却水の流量も増加する（図９のＡ２０参照）。つまり、ステップＳ６１、Ｓ６３の２段階で流量が徐々に増加するので、第１流路２における流量制限の解除が緩やかに行われる（図９の第４通水状態）。

以上説明したように、本実施形態によれば、水温センサ７で検出された温度が第１温度閾値Ｔ１未満であり、かつＰＣＭ８により低圧ＥＧＲバルブ１１ｄを開く制御が開始されないとき、つまりシリンダヘッド９ｂを流れる冷却水が低温であり、かつＥＧＲ通路３１ａに排気ガスが流れていないときには、第２補機用流路３ａおよび第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度をゼロとするので、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の流量は制限され、シリンダヘッド９ｂの昇温が促進される。

一方、水温センサ７で検出された温度が第１温度閾値Ｔ１未満であり、かつＰＣＭ８により低圧ＥＧＲバルブ１１ｄを開く制御が開始されたとき、つまりシリンダヘッド９ｂを流れる冷却水が低温であり、かつ低圧ＥＧＲ通路３１ａに排気ガスが流れるときには、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６を増加させる（流量制御バルブ６を開く）ので、冷却水が低圧ＥＧＲクーラ１１ｃを流れる。これにより、低圧ＥＧＲクーラ１１ｃを流れる冷却水の過度の昇温を抑制することができ、低圧ＥＧＲクーラ１１ｃの破損を防止することができる。

従って、エンジン９の冷間始動後において、冷却水の通水制限によるシリンダヘッド９ｂの昇温促進と、低圧ＥＧＲクーラ１１ｃの破損防止とを両立させることができる。

また、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の温度が第１温度閾値Ｔ１以上であるときには、第２補機用流路３ａおよび第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度が予め定められた目標開度まで段階的に増加するように制御されるので、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の流量制限が徐々に解除され、シリンダヘッド９ｂの温度低下（過冷却）を抑制することができる。

また、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水が低温であり、かつ低圧ＥＧＲ通路３１ａに排気ガスが流れるときに、低圧ＥＧＲクーラ１１ｃを流れる冷却水の流量を例えば最大流量の１／３程度に制限するので、低圧ＥＧＲクーラ１１ｃを流れた後の冷却水は比較的高温となる。従って、低圧ＥＧＲクーラ１１ｃを流れた後の冷却水がシリンダヘッド９ｂに流入しても、シリンダヘッド９ｂの昇温を阻害することがない。

また、第１流路２は低圧ＥＧＲクーラ１１ｃを経由しないので、その分、第１流路２の長さを短くすることができる。これにより、第１流路２ａの壁面から冷却水の熱が自然に放熱する量を少なくすることができ、シリンダヘッド９ｂの昇温を促進することができる。

また、流量制御バルブ６は、第１補機用流路２ａに対するバルブ開度を常時ゼロ近傍の予め定められた小開度に保つので、第１補機用流路２ａには常時冷却水が流れている。従って、常時冷却水によって冷却する必要がある種類の補機（例えば、高圧ＥＧＲバルブ１１ａなど）を第１補機用流路２ａに配置しておけば、当該補機の過熱を防止することができる。

また、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の温度が低い状態（第１温度閾値Ｔ１未満）においてエンジン９にかかる負荷が低いときには、低圧ＥＧＲ装置３１によって排気ガスを還流させず、高圧ＥＧＲ装置３０によって排気ガスを還流させるので、第２補機用流路３ａに冷却水は流れず、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の流量が制限され、シリンダヘッド９ｂの過冷却が抑制される。また、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の温度が低い状態においてエンジン９にかかる負荷が高いときには、低圧ＥＧＲ装置３１によって排気ガスを還流させるので、第２補機用流路３ａに冷却水が流れ、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の流量が増加する。

つまり、エンジン９の冷間始動直後に急加速するなどしてエンジン９が高負荷状態に突入する場合を除いて、冷間始動後の暖機時には低圧ＥＧＲ装置３１によって排気ガスを還流させないので、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の流量が制限され、シリンダヘッド９ｂの昇温促進と低圧ＥＧＲクーラ１１ｄの破損防止とを両立させることができる。

また、流量制御バルブ６として、開度が大きくなるほど冷却水流量が大きくなるロータリーバルブを用いるので、容易に流量の制御を行うことができる。

なお、上記実施形態においては、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄを開く制御が開始されたと判断された場合に、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度を増加させ（バルブを開き）、その後、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄが閉じていると判断された場合には、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度をゼロに戻している（図８，９参照）が、これに限られない。例えば、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度を増加させた後（バルブを開いた後）は、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄが閉じているか否かに拘わらず、流量制御バルブ６を開いている状態を維持してもよい（図１０のＡ７参照）。このようにすることで、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄの開閉に合わせて流量制御バルブ６の開閉が繰り返されるのを防止することができる。

また、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄの開度が予め定められた開度以上となっている状態が予め定められた時間以上継続していると判断された場合に、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度を増加させてもよい（バルブを開いてもよい）。このようにすることで、極短時間の間のみ低圧ＥＧＲバルブ１１ｄが開弁した場合において、流量制御バルブ６の開度が増加させることが無いため、シリンダヘッド９ｂの温度を不必要に低下させることを抑制することができる。

１ エンジンの冷却システム
２ 第１流路
２ａ 第１補機用流路
３ 第２流路
３ａ 第２補機用流路
３ｂ 第３補機用流路
４ 第３流路
５ 冷却水ポンプ
５ａ 冷却水ポンプの入口ポート
５ｂ 冷却水ポンプの出口ポート
６ 流量制御バルブ
７ 水温センサ
８ ＰＣＭ
９ エンジン
９ａ シリンダブロック
９ｂ シリンダヘッド
１１ 補機
１１ａ 高圧ＥＧＲバルブ
１１ｂ 吸気シャッタバルブ
１１ｃ 低圧ＥＧＲクーラ
１１ｄ 低圧ＥＧＲバルブ
１１ｅ ヒータコア
１１ｆ ラジエータ
１１ｇ オイルクーラ
１１ｈ ＡＴＦクーラ
３０ 高圧ＥＧＲ装置
３１ 低圧ＥＧＲ装置

Claims (6)

1. エンジンから排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ通路、当該ＥＧＲ通路を還流する排気ガスの流量を制御するＥＧＲバルブ、および当該ＥＧＲ通路を還流する排気ガスを冷却するＥＧＲクーラを有するＥＧＲ装置と、
   前記ＥＧＲバルブを制御するＥＧＲバルブ制御手段と、
   エンジンのシリンダヘッドを経由する第１流路および当該第１流路から分岐して前記ＥＧＲクーラを経由する第２流路を含み、かつ冷却水が循環する冷却水流路と、
   前記冷却水流路内の冷却水を循環させる冷却水ポンプと、
   前記第２流路における冷却水の流量を制御する流量制御バルブと、
   前記第１流路における冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段で検出された温度に基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するバルブ制御手段とを備え、
   前記冷却水流路は、前記第２流路を通過した冷却水が前記シリンダヘッドに導入される構成を有し、
   前記バルブ制御手段は、（ｉ）前記温度検出手段で検出された温度が予め定められた温度閾値未満であり、かつ前記ＥＧＲバルブ制御手段により前記ＥＧＲバルブを開く制御が行われないときには前記流量制御バルブの開度を第２流路の流量が最小流量となる所定開度とし、（ｉｉ）前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値未満であり、かつ前記ＥＧＲバルブ制御手段により前記ＥＧＲバルブを開く制御が行われたときには前記流量制御バルブを前記所定開度よりも大きい開度で開き、（ｉｉｉ）前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値以上であるときには前記流量制御バルブを開き、
   前記（ｉｉ）の制御時の流量制御バルブの開度は、前記（ｉｉｉ）の制御時の流量制御バルブの開度よりも小さい開度であることを特徴とする、エンジンの冷却システム。
2. 前記（ｉｉ）の制御を行っているときに、前記バルブ制御手段は、前記第２流路における冷却水の流量が予め定められた流量以下となるように前記流量制御バルブの開度を制御することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの冷却システム。
3. 前記第１流路は、前記ＥＧＲクーラを経由しないことを特徴とする、請求項１または２に記載のエンジンの冷却システム。
4. 前記第１流路は、当該第１流路から前記第２流路が分岐する分岐点の下流側に下流側流路を有し、
   前記流量制御バルブは、前記第２流路における冷却水の流量および前記下流側流路における冷却水の流量を制御し、前記下流側流路に対するバルブの開度を常時ゼロ近傍の予め定められた小開度に保つことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジンの冷却システム。
5. 排気通路を通過する排気ガスのエネルギーにより駆動されるタービンと、当該タービンにより駆動されて前記吸気通路内の空気を加圧するコンプレッサとを有するターボ過給機が備えられ、
   前記ＥＧＲ通路は、前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを連通し、
   前記ＥＧＲバルブ制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が予め定められた温度閾値未満であり、かつ前記エンジンの作動状態が低負荷領域にあるときには、前記ＥＧＲ装置によって排気ガスを還流させず、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値未満であり、かつ前記エンジンの作動状態が高負荷領域にあるときには、前記ＥＧＲ装置によって排気ガスを還流させるように、前記ＥＧＲバルブを制御することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジンの冷却システム。
6. 前記流量制御バルブは、開度が大きくなるほど冷却水流量が大きくなるロータリーバルブであ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エンジンの冷却システム。

Images