WO2012160648A1 - 過給機付き内燃機関の冷却装置 - Google Patents

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WO2012160648A1
WO2012160648A1 PCT/JP2011/061851 JP2011061851W WO2012160648A1 WO 2012160648 A1 WO2012160648 A1 WO 2012160648A1 JP 2011061851 W JP2011061851 W JP 2011061851W WO 2012160648 A1 WO2012160648 A1 WO 2012160648A1
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cooling water
internal combustion
combustion engine
cooling
turbocharger
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Inventor
知之 磯谷
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トヨタ自動車株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/165—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control characterised by systems with two or more loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/005—Cooling of pump drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/16—Other safety measures for, or other control of, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/12—Turbo charger

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device for an internal combustion engine with a supercharger.
  • the present invention relates to a measure for improving the cooling performance of the supercharger when the internal combustion engine is stopped.
  • a cooling system of an automobile engine is provided with a cooling water circulation circuit.
  • this cooling water circulation circuit operates by receiving a rotational driving force from a water jacket, a radiator, or an engine crankshaft formed in the engine body. It consists of a mechanical water pump. The engine is cooled by circulating the cooling water through the cooling water circulation circuit by the operation of the mechanical water pump accompanying the driving of the engine.
  • a cooling water passage is provided in a bearing housing (also referred to as a center housing) of the turbocharger, The cooling water discharged from the mechanical water pump is diverted from the cooling water circulation circuit to the cooling water passage to cool the turbocharger.
  • the pump of the cooling water circulation circuit is electrically operated, and the electric water pump is driven in the cooling water circulation circuit at the time of dead soak. It is conceivable to cool the turbocharger by circulating the cooling water and flowing the cooling water through the cooling water passage of the turbocharger.
  • the cost may increase or power may be consumed when the engine is stopped, so that the next engine startability may be adversely affected with a decrease in the amount of stored battery.
  • the cooling water passage inside the turbocharger is connected to the upper tank of the radiator via the first turbocharger cooling pipe, and the heater return pipe (from the heater core to the pump) is connected via the second turbocharger cooling pipe.
  • the first turbocharger cooling pipe is disposed toward the upper tank of the radiator
  • the second turbocharger cooling pipe is disposed toward the turbocharger with a continuous upward gradient.
  • this Patent Document 2 is a technique that can be applied only to a front exhaust type in which an exhaust system including a turbocharger is disposed on the front side of an engine.
  • an exhaust system including a turbocharger is disposed on the rear side of the engine for the purpose of increasing the temperature rise performance of the exhaust catalyst after a cold start or reducing the amount of noble metal used for the exhaust catalyst.
  • the side exhaust type it is necessary to extend the first turbocharger cooling pipe to the upper tank of the radiator, bypassing the side and upper side of the engine, and this first turbocharger cooling pipe is connected to the radiator. It is difficult to dispose with a continuous upward slope toward the upper tank. For this reason, it cannot be applied to the rear exhaust type.
  • the present invention has been made in view of this point, and the object of the present invention is to stop the engine regardless of the layout of the exhaust system with respect to the engine (internal combustion engine) (even if it is of the rear exhaust type).
  • An object of the present invention is to provide a cooling device for an internal combustion engine with a supercharger capable of sufficiently ensuring the cooling performance of a turbocharger (supercharger) at the time.
  • the solution principle of the present invention taken to achieve the above object is that the cooling water passage inside the turbocharger (supercharger) and the cooling water passage inside the engine body (internal combustion engine body) are subject to engine stoppage. If the engine is in a dead soak state when the engine is stopped, the bubbles generated in the cooling water passage inside the turbocharger and the cooling water present in the engine body are By using buoyancy for replacement, cooling water is introduced into the cooling water passage inside the turbocharger so that the turbocharger can be cooled.
  • a cooling water passage is formed in each of the internal combustion engine main body and the supercharger, and the internal combustion engine main body and the supercharger are cooled by flowing the cooling water through these cooling water passages. It is assumed that the cooling device for the internal combustion engine.
  • the cooling water passage inside the supercharger and the cooling water passage inside the main body of the internal combustion engine communicate with the cooling device for the internal combustion engine by a supercharger cooling water passage provided with an openable / closable valve.
  • the on-off valve is configured to be closed when the internal combustion engine is in a driving state and opened on condition that the internal combustion engine has changed from a driving state to a stopped state.
  • the on / off valve is closed when the internal combustion engine is in a driving state, so that the supercharger cooling water passage provided with the on / off valve is blocked. That is, for example, by the operation of the mechanical pump accompanying the driving of the internal combustion engine, the cooling water is caused to flow through the cooling water passages of the internal combustion engine main body and the supercharger by the existing cooling water circulation circuit, and cooling by this circulating cooling water is performed .
  • the on-off valve since the on-off valve is opened on condition that the internal combustion engine is changed from the driving state to the stop state, the on-off valve is provided between the cooling water passage inside the supercharger and the cooling water passage inside the internal combustion engine body. It will be connected by the supercharger cooling water passage currently provided.
  • the shape of the supercharger cooling water passage include the following. That is, when the on-off valve is opened, the supercharger cooling water passage is connected to the supercharger so that bubbles generated in the cooling water passage inside the supercharger flow into the cooling water passage inside the internal combustion engine body.
  • the structure is arranged with an upward gradient from the connection position with respect to the internal coolant passage toward the connection position with respect to the coolant passage in the internal combustion engine body.
  • connection location of the supercharger cooling water passage include the following. That is, the height position of the cooling water passage inside the supercharger is set to a position lower than the height position of the water jacket formed inside the cylinder head of the internal combustion engine body, and the supercharger cooling water passage The connection position with respect to the cooling water passage inside the internal combustion engine body is set to a position corresponding to a water jacket formed inside the cylinder head.
  • the supercharger is arranged behind the internal combustion engine body.
  • the cooling water passage inside the supercharger is connected to the upper tank of the radiator, etc.
  • the configuration that enables the introduction of cooling water into the cooling water passage inside the supercharger after stopping was relatively easy to realize.
  • the exhaust catalyst is easily cooled by the traveling wind, it is difficult to increase the temperature rise performance of the exhaust catalyst after the cold start, and the amount of noble metal used for the exhaust catalyst is reduced. It was difficult.
  • the cooling water passage inside the supercharger and the cooling water passage inside the internal combustion engine body are connected by a supercharger cooling water passage provided with an on-off valve that can be opened and closed.
  • a supercharger cooling water passage provided with an on-off valve that can be opened and closed.
  • the internal cooling of the supercharger estimated from the operating state of the internal combustion engine before the internal combustion engine is stopped. It is good also as a condition that the cooling water temperature of a water passage is more than predetermined temperature.
  • the cooling water passage inside the supercharger and the cooling water passage inside the internal combustion engine body are communicated with each other by a supercharger cooling water passage provided with an openable / closable valve so that the internal combustion engine is in a drive state.
  • the on-off valve is opened on condition that the vehicle is stopped. For this reason, the supercharger can be cooled by the cooling water when the internal combustion engine is stopped, and the occurrence of oil coking can be avoided.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a layout of an engine, a turbocharger, a radiator, and the like in the vehicle according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a cooling water circulation circuit.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the turbocharger cooling operation in the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram (viewed from the side of a vehicle) showing a layout of an engine main body (internal combustion engine main body) 1, a turbocharger (supercharger) 2, a radiator 3 and the like in the vehicle according to the present embodiment. .
  • the vehicle according to the present embodiment has an engine body 1 mounted horizontally in an engine room R.
  • the engine body 1 has a known configuration in which a cylinder block 11, a cylinder head 12, and a head cover 13 are assembled together.
  • An oil pan 14 serving as an oil reservoir is attached to the lower side of the cylinder block 11.
  • the engine body 1 has an intake system (not shown) connected to the front side of the vehicle and an exhaust system EX connected to the rear side of the vehicle, and the turbocharger is connected to the exhaust manifold 4 constituting the exhaust system EX. 2 is connected. That is, the turbocharger 2 receives the exhaust flow (exhaust pressure) of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 4, and transmits the rotation of the turbine wheel to the compressor wheel via the turbine shaft. A so-called supercharging operation in which the intake air is supercharged to increase the intake pressure is performed.
  • the turbine shaft (not shown) of the turbocharger 2 is rotatably supported by a bearing housing. Inside this bearing housing, a cooling water passage is formed through which cooling water diverted from a cooling water circulation circuit 5 described later flows. Since the configuration of the turbocharger 2 is well known, the description thereof is omitted here.
  • the engine body 1 is inclined so that the upper side (the head cover 13 side) is inclined toward the rear side.
  • the turbocharger 2 is arranged on the rear side of the engine body 1 at a height position substantially the same as the lower end of the cylinder head 12 or a position lower than the lower end of the cylinder head 12. Yes.
  • the cooling water passage formed inside the turbine housing is disposed at a lower position than the water jacket (cooling water passage) formed inside the cylinder head 12. .
  • a radiator 3 constituting a cooling water circulation circuit 5 described later, and a reserve tank 31 connected to the radiator 3 are disposed.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a cooling water circulation circuit 5 through which cooling water for cooling the engine main body 1 flows.
  • the cooling water circulation circuit 5 includes a radiator 3, a thermostat 51, a mechanical water pump (hereinafter simply referred to as a water pump) 52, and a cooling water passage of the turbocharger 2.
  • a water pump hereinafter simply referred to as a water pump
  • Various heat exchangers 91 to 96 and pipes H1 to H7 for connecting these devices are provided.
  • the lower tank 32 of the radiator 3 and the first inlet 51a of the thermostat 51 are connected by the lower pipe H1, and the outlet 51c of the thermostat 51 and the suction side of the water pump 52 are connected to the pump suction pipe. Connected by H2.
  • the discharge side of the water pump 52 communicates with a water jacket (cooling water flow path) formed in the engine body 1.
  • the water jacket includes a cylinder block-side water jacket 11a formed inside the cylinder block 11, and a cylinder head-side water jacket (inside the cylinder block 12) that is formed inside the cylinder head 12 and connected to the downstream side of the cylinder block-side water jacket 11a. (Cooling water passage) 12a. For this reason, in this water jacket, the cooling water discharged from the water pump 52 is introduced into the cylinder head side water jacket 12a after passing through the cylinder block side water jacket 11a.
  • the cooling water that has flowed through the cylinder head side water jacket 12a is taken out from the engine body 1 by the take-out pipe H3.
  • the take-out pipe H3 is branched, and one is connected to the upper tank 33 of the radiator 3 by an upper pipe H4.
  • the other of the extraction pipes H3 is connected to the cooling water passage of the turbocharger 2 and various heat exchangers 91 to 96 by a heat exchange pipe H5.
  • a bypass pipe H6 is connected to the upper pipe H4, and a downstream end of the bypass pipe H6 is connected to a second inlet 51b of the thermostat 51. Further, the cooling water passage of the turbocharger 2 and the various heat exchangers 91 to 96 are connected to the suction side of the water pump 52 (the pump suction pipe H2) by a heat exchange return pipe H7.
  • the above is the basic circuit configuration of the coolant circulation circuit 5. Other circuit configurations (circuit configurations characterized in this embodiment) will be described later.
  • the radiator 3 is of a down flow type, and a radiator core 34 is provided between the upper tank 33 and the lower tank 32.
  • a radiator core 34 is provided between the upper tank 33 and the lower tank 32.
  • the thermostat 51 adjusts the temperature of the cooling water by switching the water channel of the cooling water circulation circuit 5.
  • the thermostat 51 uses the thermal expansion of the wax sealed inside, and the valve provided in accordance with the cooling water temperature. It has a mechanism that can be opened and closed.
  • the first inlet 51a of the thermostat 51 is closed and the second inlet 51b is opened, and the water pump 52 At the time of driving, the flow of cooling water from the lower tank 32 of the radiator 3 toward the water pump 52 is stopped and the cooling water flows from the bypass pipe H6 toward the water pump 52. That is, the cooling water circulation operation that does not use the radiator 3 is performed.
  • the second inlet 51b of the thermostat 51 is closed and the first inlet 51a is opened, and the bypass pipe The flow of the cooling water from H6 toward the water pump 52 is stopped, and the cooling water flows from the lower tank 32 of the radiator 3 toward the water pump 52. That is, by performing a cooling water circulation operation in which the cooling water flows through the radiator 3, the heat recovered by the cooling water is released to the atmosphere by the radiator 3.
  • the water pump 52 is for generating a water flow in the cooling water circulation circuit 5, and is constituted by a mechanical water pump that is driven by receiving a rotational driving force of a crankshaft that is an output shaft of the engine body 1. .
  • the turbocharger 2 performs a supercharging operation for supercharging the intake air to increase the intake pressure.
  • the cooling water passing through the heat exchange pipe H5 is used. Is introduced (flows through the cooling water passage) so as to be cooled.
  • the various heat exchangers include a throttle body 91 that contains a throttle valve that adjusts the intake air amount to the engine body 1, an oil ruler 92 that cools engine oil, and an EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas recirculation amount.
  • EGR valve 93 for adjusting the EGR
  • EGR cooler 94 for cooling the EGR gas
  • heater core 95 for obtaining heat for cooling the vehicle interior from the cooling water
  • ATF Automatic Transmission Fluid
  • the cooling water temperature (the temperature of the cooling water existing inside the thermostat 51) is Since the thermostat 51 is still low, the first inflow port 51a is closed and the second inflow port 51b is opened, and the cooling water circulation operation without using the radiator 3 is started as described above. That is, the cooling water discharged from the water pump 52 is taken out from the take-out pipe H3 through the cylinder block side water jacket 11a and the cylinder head side water jacket 12a. A part of the cooling water taken out from the take-out pipe H3 returns to the water pump 52 through the upper pipe H4, the bypass pipe H6, the thermostat 51, and the pump suction pipe H2.
  • the other cooling water taken out from the take-out pipe H3 flows through the heat exchange pipe H5, the cooling water passage of the turbocharger 2 and various heat exchangers 91 to 96, and then the heat exchange return pipe. It returns to the water pump 52 through H7 and the pump suction pipe H2. As a result, cooling of the turbocharger 2 and heat exchange by the various heat exchangers 91 to 96 are performed.
  • the second inlet 51b of the thermostat 51 is closed and the first inlet 51a is opened, and a cooling water circulation operation for flowing cooling water to the radiator 3 is started.
  • the cooling water discharged from the water pump 52 is taken out from the take-out pipe H3 through the cylinder block side water jacket 11a and the cylinder head side water jacket 12a.
  • a part of the cooling water taken out from the take-out pipe H3 returns to the water pump 52 through the upper pipe H4, the radiator 3, the lower pipe H1, the thermostat 51, and the pump suction pipe H2.
  • the other cooling water taken out from the take-out pipe H3 flows through the heat exchange pipe H5, the cooling water passage of the turbocharger 2 and various heat exchangers 91 to 96, and then the heat exchange return pipe. It returns to the water pump 52 through H7 and the pump suction pipe H2. As a result, cooling of the turbocharger 2 and heat exchange by the various heat exchangers 91 to 96 are performed.
  • a turbo cooling water pipe (supercharger cooling water path) is provided between the cooling water passage of the turbocharger 2 and the cylinder head side water jacket 12a separately from the heat exchange pipe H5. 6 is connected.
  • the turbocharger 2 in the turbo cooling water pipe 6 is disposed.
  • the connecting position to the cooling water passage is also arranged below the connecting position of the turbo cooling water pipe 6 to the cylinder head side water jacket 12a.
  • the turbo cooling water pipe 6 is disposed with a continuous upward gradient from a connection position to the cooling water passage of the turbocharger 2 to a connection position to the cylinder head side water jacket 12a.
  • the turbo cooling water pipe 6 may be provided with a horizontal portion in part, but when bubbles (bubbles due to boiling of the cooling water) are generated in the cooling water passage of the turbocharger 2, It is necessary that the air bubbles flow into the cylinder head side water jacket 12a through the turbo cooling water pipe 6 due to their buoyancy.
  • a turbo cooling valve (open / close valve) 7 comprising an electromagnetic valve that can be opened and closed is provided.
  • the turbo cooling valve 7 is controlled to be opened and closed by a control signal from an ECU (Electronic Control Unit) 8.
  • the ECU 8 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a backup RAM, and the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the ROM stores various control programs (for example, a control program for a turbo cooling valve 7 to be described later), a map that is referred to when the various control programs are executed, and the like.
  • the CPU executes arithmetic processing based on various control programs and maps stored in the ROM.
  • the RAM is a memory that temporarily stores calculation results of the CPU, data input from each sensor, and the like.
  • the backup RAM is a non-volatile memory that stores data to be saved when the engine body 1 is stopped.
  • output signals from various sensors provided in the engine body 1 are input to the ECU 8.
  • a water temperature sensor that detects the coolant temperature (for example, the temperature of the coolant in the cylinder block-side water jacket 11a), a crank position sensor that detects the rotational position of the crankshaft, and an accelerator opening sensor that detects the opening of the accelerator pedal Etc. (both not shown) are connected.
  • the turbocharger cooling operation is to open the turbo cooling valve 7 for a predetermined time on condition that the engine body 1 is changed from the driving state to the stopped state. That is, when the engine main body 1 is driven, the turbo cooling valve 7 is closed, and no cooling water flows through the turbo cooling water pipe 6, and the cooling water that has passed through the heat exchange pipe H 5 is supplied to the turbo charger 2. The overheating of the turbocharger 2 is prevented by flowing through the cooling water passage.
  • the turbo cooling valve 7 is closed after a predetermined time (for example, 5 seconds), so that the cooling water does not flow into the turbo cooling water pipe 6 when the engine body 1 is operated next time. That is, the cooling water flowing into the cooling water passage of the turbocharger 2 during the next operation of the engine body 1 is only the cooling water that has passed through the heat exchange pipe H5, thereby stabilizing the cooling performance of the turbocharger 2. I am doing so.
  • the predetermined time is not limited to the above, and is set as appropriate.
  • the opening condition of the turbo cooling valve 7 is different from that of the first embodiment described above. Since other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, differences from the first embodiment will be described here.
  • the opening condition of the turbo cooling valve 7 in the present embodiment is to estimate the temperature after dead soak of the cooling water existing in the cooling water passage of the turbocharger 2 in addition to the stop of the engine body 1, and the estimated temperature is The condition is that the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature. This will be specifically described below.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the turbocharger cooling operation in the present embodiment. This flowchart is executed every several msec or every predetermined rotation angle of the crankshaft after the engine body 1 is started.
  • step ST1 the engine speed and the engine load are calculated.
  • the engine speed is calculated based on an output signal from the crank position sensor.
  • the engine load is determined based on a load factor indicating a current load ratio with respect to the maximum engine load of the engine body 1, and is calculated from a parameter corresponding to the intake air amount and the engine speed.
  • the exhaust temperature integrated value is obtained according to an exhaust temperature integrated map stored in advance in the ROM.
  • This exhaust temperature integration map is used to determine the amount of heat stored in the exhaust system using the engine speed and engine load as parameters, and accumulates in the exhaust system as the engine speed increases and as the engine load increases. The amount of heat that is being used is determined as a large value. From this exhaust temperature integrated value, the amount of heat given from the exhaust system EX to the cooling water passage of the turbocharger 2 is obtained. Further, this exhaust temperature integrated value is obtained, for example, as an integrated value of the exhaust temperature in the engine operating state from 5 minutes before the current time. This integration period is not limited to this, and can be arbitrarily set.
  • step ST3 the coolant temperature in the turbocharger after dead soak is estimated.
  • the estimation operation of the cooling water temperature in the turbocharger for example, it is estimated based on the exhaust temperature integrated value calculated in step ST2 and the cooling water temperature detected by the water temperature sensor.
  • a cooling water temperature estimation map for estimating the cooling water temperature in the turbocharger using the exhaust temperature integrated value and the cooling water temperature as parameters is stored in the ROM in advance, and the cooling water temperature in the turbocharger is estimated by reading the map value. .
  • This cooling water temperature estimation map obtains the estimated value of the cooling water temperature in the turbocharger as a higher value as the exhaust gas integrated value is higher and as the cooling water temperature is higher.
  • the cooling water temperature in the turbocharger after dead soak may be estimated by an arithmetic expression using the exhaust temperature integrated value and the cooling water temperature.
  • step ST4 it is determined whether or not the engine main body 1 has been stopped by an operation of turning off the ignition switch by the driver.
  • step ST4 If the engine body 1 is not stopped and NO is determined in step ST4, the turbocharger 2 is cooled by the operation of the water pump 52 accompanying the operation of the engine body 1, and the turbo cooling water pipe 6 is cooled. Assuming that there is no need to flow water, the process returns without opening the turbo cooling valve 7.
  • step ST4 the process proceeds to step ST5, and whether or not the cooling water temperature in the turbocharger after dead soak estimated in step ST3 is equal to or higher than a predetermined value ⁇ .
  • the predetermined value ⁇ is set to 100 ° C., for example. This value is not limited to this and can be set as appropriate.
  • step ST5 If the estimated cooling water temperature in the turbocharger is less than the predetermined value ⁇ and NO is determined in step ST5, the engine body 1 is stopped, but the cooling water temperature in the turbocharger is relatively low and the oil coking is performed. Assuming that the situation does not occur, the process returns without opening the turbo cooling valve 7.
  • step ST5 if the estimated cooling water temperature in the turbocharger is equal to or higher than the predetermined value ⁇ , that is, in the dead soak state and YES is determined in step ST5, the process proceeds to step ST6, and the turbo cooling valve 7 is opened. Is done. Thereby, the turbo cooling water in which bubbles generated as the water in the cooling water passage of the turbocharger 2 boils in the dead soak state is arranged with a continuous upward gradient from the cooling water passage due to its buoyancy. It flows into the water jacket of the cylinder head 12 through the pipe 6.
  • the turbocharger 2 As the bubbles are discharged from the cooling water passage of the turbocharger 2, a part of the cooling water existing in the water jacket of the cylinder head 12 passes through the turbo cooling water pipe 6 in the cooling water passage. After that, it flows into the cooling water passage of the turbocharger 2.
  • the turbocharger 2 is cooled by the introduction of the cooling water. By introducing such cooling water, occurrence of oil coking inside the turbocharger 2 can be avoided.
  • step ST7 it is determined whether or not a predetermined time (for example, 5 sec) has elapsed, and waits for the predetermined time to elapse.
  • a predetermined time for example, 5 sec
  • step ST7 When a predetermined time elapses after the turbo cooling valve 7 is opened and YES is determined in step ST7, the process proceeds to step ST8, and the turbo cooling valve 7 is closed. This prevents the cooling water from flowing into the turbo cooling water pipe 6 during the next operation of the engine body 1. That is, the cooling water flowing into the cooling water passage of the turbocharger 2 during the next operation of the engine body 1 is only the cooling water that has passed through the heat exchange pipe H5, thereby stabilizing the cooling performance of the turbocharger 2. I am doing so.
  • the closed state of the turbo cooling valve 7 is maintained in a situation where the cooling water temperature in the turbocharger is relatively low. Accordingly, it is possible to prevent useless opening / closing operation of the turbo cooling valve 7 and to suppress power consumption when the engine is stopped.
  • the present invention is applied to a rear exhaust type vehicle in which the exhaust system EX including the turbocharger 2 is disposed on the rear side of the engine body 1 has been described.
  • the present invention is not limited to this, and can also be applied to a front exhaust type vehicle in which an exhaust system is disposed on the front side of the engine body.
  • the height position of the upper tank 33 of the radiator 3 is low.
  • one end of the turbo cooling water pipe 6 is connected to the cylinder head side water jacket 12a.
  • the present invention is not limited to this, and when the height position of the cooling water passage of the turbocharger 2 is lower than the height position of the cylinder block side water jacket 11a, one end of the turbo cooling water pipe 6 is connected to the cylinder block side. You may make it connect with the water jacket 11a.
  • the present invention is applicable to a vehicular engine cooling apparatus equipped with a turbocharger.

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Abstract

　エンジン本体１の後方にターボチャージャ２が配設され、シリンダヘッド１２に形成されているウォータジャケット１２ａとターボチャージャ２の冷却水通路とをターボ冷却水配管６によって接続する。ターボ冷却水配管６は、ターボチャージャ２からシリンダヘッド１２に向かって連続した上り勾配をもって配置されている。このターボ冷却水配管６に電磁弁で成るターボ冷却用バルブ７を設ける。エンジンの駆動時にはターボ冷却用バルブ７を閉鎖し、エンジンが停止した時点でターボ冷却用バルブ７を開放する。これにより、デッドソーク状態でターボチャージャ２の冷却水通路で発生した気泡がその浮力によりターボ冷却水配管６を経てウォータジャケット１２ａに流れ込むのに伴い、ウォータジャケット１２ａの冷却水の一部がターボ冷却水配管６を経てターボチャージャ２の冷却水通路に流れ込むことでターボチャージャ２が冷却される。

Description

過給機付き内燃機関の冷却装置
　本発明は、過給機付き内燃機関の冷却装置に係る。特に、本発明は、内燃機関停止時における過給機の冷却性能を向上するための対策に関する。
　従来より、自動車用エンジン（内燃機関）の冷却系には冷却水循環回路が備えられている。この冷却水循環回路は、例えば下記の特許文献１や特許文献２に開示されているように、エンジン本体に形成されたウォータジャケットや、ラジエータや、エンジンのクランクシャフトから回転駆動力を受けて作動する機械式ウォータポンプ等から構成されている。そして、エンジンの駆動に伴う上記機械式ウォータポンプの作動により、冷却水循環回路に冷却水を循環させることでエンジンを冷却するようになっている。
　また、自動車用エンジンとして過給機（以下、ターボチャージャと呼ぶ場合もある）を搭載したものにあっては、このターボチャージャのベアリングハウジング（センタハウジングとも呼ばれる）に冷却水通路を設けておき、上記機械式ウォータポンプから吐出された冷却水を、上記冷却水循環回路から冷却水通路に分流することでターボチャージャの冷却を行うようになっている。
特開２０１０－１８０７７９号公報 特開２００８－３１８６５号公報 特開平９－８８５９９号公報
　ところが、上述したような冷却水循環回路を備えたターボチャージャ付きエンジンにあっては、エンジンが高負荷運転状態から停止されたデッドソーク時等において、高温となっている排気マニホールドやターボチャージャのタービンハウジングの熱の影響によりオイルコーキング（ターボチャージャ内部のオイル（潤滑油）が熱で炭化して固着する現象）を招き、次回のエンジン運転時にターボチャージャの過給効率の低下を招いてしまう可能性がある。
　このような不具合を回避するために、例えば特許文献３に開示されているように、上記冷却水循環回路のポンプを電動式とし、デッドソーク時に、この電動ウォータポンプを駆動することで冷却水循環回路内で冷却水を循環させ、上記ターボチャージャの冷却水通路に冷却水を流すことでターボチャージャを冷却することが考えられる。
　しかし、この場合、コストの高騰を招いたり、エンジン停止状態で電力を消費することになるためバッテリの蓄電量の減少に伴って次回のエンジン始動性に悪影響を与えてしまう可能性がある。
　尚、上記特許文献２では、ターボチャージャ内部の冷却水通路を、第１ターボチャージャ冷却配管を介してラジエータのアッパタンクに接続し、第２ターボチャージャ冷却配管を介してヒータリターン配管（ヒータコアからポンプに向けて冷却水を戻す配管）に接続している。そして、第１ターボチャージャ冷却配管をラジエータのアッパタンクに向けて、また、第２ターボチャージャ冷却配管をターボチャージャに向けてそれぞれ連続した上り勾配をもって配設している。これにより、エンジンのデッドソーク時には、エンジン停止後の余熱によって発生した蒸気が第１のターボチャージャ冷却配管を介してアッパタンクに排出され、エンジンからの冷却水が第２のターボチャージャ冷却配管を介して供給されることにより、ターボチャージャの温度上昇が抑制されるようになっている。
　しかしながら、この特許文献２は、ターボチャージャを含む排気系がエンジンの前側に配設された前側排気タイプのものにしか適用できにくい技術である。つまり、例えば冷間始動後の排気触媒の昇温性を高めたり排気触媒に使用する貴金属の量を削減することなどを目的として、ターボチャージャを含む排気系をエンジンの後側に配設する後側排気タイプのものに適用しようとすると、上記第１ターボチャージャ冷却配管を、エンジンの側方や上方を迂回してラジエータのアッパタンクにまで延ばす必要があり、この第１ターボチャージャ冷却配管をラジエータのアッパタンクに向けて連続した上り勾配をもって配設することが困難である。このため、後側排気タイプのものに適用することは不可能である。特に、エンジンフードが前方に向かって下方に大きく傾斜（スラント）するようデザインされた車両にあっては、ラジエータのアッパタンクの高さ位置が低くなっているため、特許文献２の技術を後側排気タイプのものに適用して上記第１ターボチャージャ冷却配管をアッパタンクに向けて連続した上り勾配をもって配設することは不可能である。また、このようなエンジンフードがスラントする車両の場合、前側排気タイプであったとしても、ターボチャージャ内部の冷却水通路の高さ位置よりもラジエータのアッパタンクの高さ位置が低くなるものに対してはこの特許文献２の技術を適用することができない。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジン（内燃機関）に対する排気系のレイアウトに関わらず（後側排気タイプのものであっても）、エンジン停止時におけるターボチャージャ（過給機）の冷却性能を十分に確保することが可能な過給機付き内燃機関の冷却装置を提供することにある。
　－課題の解決原理－
　上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、ターボチャージャ（過給機）内部の冷却水通路とエンジン本体（内燃機関本体）内部の冷却水通路とを、エンジン停止を条件として連通される冷却水通路によって接続し、エンジン停止時にデッドソーク状態であった場合には、ターボチャージャ内部の冷却水通路で発生した気泡と、エンジン本体内部に存在する冷却水とを、上記気泡の浮力を利用して入れ換えることで、ターボチャージャ内部の冷却水通路に冷却水を導入し、これによってターボチャージャが冷却できるようにしている。
　－解決手段－
　具体的に、本発明は、内燃機関本体及び過給機の内部に冷却水通路がそれぞれ形成され、これら冷却水通路に冷却水が流されることによって内燃機関本体及び過給機が冷却される構成とされた内燃機関の冷却装置を前提とする。この内燃機関の冷却装置に対し、上記過給機内部の冷却水通路と内燃機関本体内部の冷却水通路とを、開閉可能な開閉弁が設けられた過給機冷却水通路によって互いに連通する。そして、上記開閉弁を、上記内燃機関が駆動状態にある際には閉鎖し、内燃機関が駆動状態から停止状態になったことを条件として開放する構成としている。
　この特定事項により、内燃機関が駆動状態にある際には開閉弁が閉鎖されるため、この開閉弁が設けられている過給機冷却水通路は遮断される。つまり、例えば内燃機関の駆動に伴う機械式ポンプの作動によって内燃機関本体及び過給機の冷却水通路にそれぞれ既存の冷却水循環回路によって冷却水が流され、この循環する冷却水による冷却が行われる。一方、内燃機関が駆動状態から停止状態になったことを条件として開閉弁が開放されるため、過給機内部の冷却水通路と内燃機関本体内部の冷却水通路とは、この開閉弁が設けられている過給機冷却水通路によって連通されることになる。この場合、内燃機関がデッドソーク状態であれば、過給機内部の冷却水通路の水が沸騰することに伴って発生した気泡が、その浮力により、過給機冷却水通路を経て内燃機関本体内部の冷却水通路に流れ込むことになる。これに伴い、過給機内部の冷却水通路には、内燃機関本体内部の冷却水通路に存在していた冷却水の一部が過給機冷却水通路を経て導入されることになる。この冷却水の導入によって過給機は冷却されることになる。このため、過給機の内部におけるオイルコーキングの発生を回避することができる。
　上記過給機冷却水通路の形状として具体的には以下のものが挙げられる。つまり、開閉弁が開放された場合に、上記過給機内部の冷却水通路において発生した気泡が内燃機関本体内部の冷却水通路に流れ込むように、この過給機冷却水通路を、過給機内部の冷却水通路に対する接続位置から内燃機関本体内部の冷却水通路に対する接続位置に向かって上り勾配をもって配置した構成としている。
　上記過給機冷却水通路の接続箇所として具体的には以下のものが挙げられる。つまり、上記過給機内部の冷却水通路の高さ位置を、内燃機関本体のシリンダヘッド内部に形成されたウォータジャケットの高さ位置よりも低い位置に設定し、上記過給機冷却水通路における内燃機関本体内部の冷却水通路に対する接続位置を、シリンダヘッド内部に形成されたウォータジャケットに対応する位置に設定している。
　これらの構成により、内燃機関がデッドソーク状態であって過給機内部の冷却水通路に気泡が発生している場合、開閉弁が開放されると略同時に、この気泡を、過給機冷却水通路を経て内燃機関本体内部の冷却水通路に確実に流れ込ませることができる。その結果、内燃機関本体内部の冷却水通路に存在していた冷却水の一部を、確実に過給機冷却水通路を経て過給機の冷却水通路に導入させることが可能になり、過給機の冷却動作の信頼性を高めることができる。
　また、上記過給機を内燃機関本体の後方に配設している。
　過給機が内燃機関本体の前方に配設されている場合（上述した特許文献２の構成の場合）、過給機内部の冷却水通路をラジエータのアッパタンクに接続するなどして、内燃機関の停止後に過給機内部の冷却水通路へ冷却水を導入可能とする構成は比較的容易に実現可能であった。しかしながら、このような前側排気タイプのものでは、走行風によって排気触媒が冷却されやすいため、冷間始動後の排気触媒の昇温性を高めることが難しく排気触媒に使用する貴金属の量を削減することが困難であった。このように排気触媒の昇温性を高めるためには、過給機を内燃機関本体の後方に配設する後側排気タイプのものが好ましいが、この場合、過給機からラジエータのアッパタンクに向けて連続した上り勾配をもって配管することが困難であるため、内燃機関停止後に過給機を冷却する構造を後側排気タイプのものへ適用することは難しいとされていた。つまり、従来では、冷間始動後の排気触媒の昇温性を高めることと、内燃機関がデッドソーク状態である場合の過給機の冷却とを、電動ウォータポンプを使用することなしに両立することは困難であるとされていた。
　本発明では、上記過給機内部の冷却水通路と内燃機関本体内部の冷却水通路とを、開閉可能な開閉弁が設けられた過給機冷却水通路によって接続し、この開閉弁を、内燃機関が駆動状態から停止状態になったことを条件として開放するようにしたことで、過給機を内燃機関本体の後方に配設した場合であっても、内燃機関がデッドソーク状態である場合の過給機の冷却を可能にしている。これにより、冷間始動後の排気触媒の昇温性を高めることと、内燃機関がデッドソーク状態である場合の過給機の冷却とを、電動ウォータポンプを使用することなしに両立することが可能である。
　上記開閉弁を開放させる条件として、上記内燃機関が駆動状態から停止状態になったことに加えて、内燃機関が停止状態となる前の内燃機関運転状態から推定される上記過給機内部の冷却水通路の冷却水温度が所定温度以上となっていることを条件としてもよい。
　この場合、内燃機関が停止した場合であっても、過給機内部の冷却水通路の冷却水温度が比較的低い状況では開閉弁の閉鎖状態を維持することになる。このため、無駄な開閉弁の開閉動作を防止し、内燃機関停止状態での消費電力の抑制を図ることができる。
　本発明では、過給機内部の冷却水通路と内燃機関本体内部の冷却水通路とを、開閉可能な開閉弁が設けられた過給機冷却水通路によって互いに連通し、内燃機関が駆動状態から停止状態になったことを条件として開閉弁を開放している。このため、内燃機関の停止状態において冷却水による過給機の冷却が可能となり、オイルコーキングの発生を回避することができる。
図１は、実施形態に係る車両におけるエンジン、ターボチャージャ、ラジエータ等のレイアウトを示す概略構成図である。 図２は、冷却水循環回路を模式的に示す図である。 図３は、第２実施形態におけるターボチャージャ冷却動作の手順を示すフローチャート図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車両に搭載された多気筒ガソリンエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
　（第１実施形態）
　－エンジン本体及びターボチャージャ等のレイアウト－
　図１は、本実施形態に係る車両におけるエンジン本体（内燃機関本体）１、ターボチャージャ（過給機）２、ラジエータ３等のレイアウトを示す概略構成図（車両側方から見た図）である。
　この図１に示すように、本実施形態に係る車両は、エンジンルームＲ内に横置き型にエンジン本体１が搭載されている。また、エンジン本体１は、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２及びヘッドカバー１３が一体的に組み付けられた周知の構成となっている。また、シリンダブロック１１の下側にはオイル貯留部となるオイルパン１４が取り付けられている。
　更に、本実施形態に係るエンジン本体１は、車両前方側に吸気系（図示省略）が、車両後方側に排気系ＥＸがそれぞれ接続されており、排気系ＥＸを構成する排気マニホールド４にターボチャージャ２が接続されている。つまり、このターボチャージャ２は、上記排気マニホールド４を経て流れ込んだ排気ガスの排気流（排気圧）をタービンホイールが受け、このタービンホイールの回転をタービンシャフトを介してコンプレッサホイールに伝達することにより、吸気を過給して吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。また、このターボチャージャ２の図示しない上記タービンシャフトはベアリングハウジングによって回転自在に支持されている。このベアリングハウジングの内部には、後述する冷却水循環回路５から分流された冷却水が流れる冷却水通路が形成されている。尚、ターボチャージャ２の構成は周知であるため、ここでの説明は省略する。
　本実施形態におけるエンジン本体１の配置形態としては、上側（ヘッドカバー１３側）が後側に向かって傾斜するように傾斜配置されている。また、ターボチャージャ２のレイアウトとしては、エンジン本体１の後方側であって、上記シリンダヘッド１２の下端と略同じ高さ位置、または、このシリンダヘッド１２の下端よりも低い位置に配設されている。このため、上記タービンハウジングの内部に形成されている冷却水通路は、上記シリンダヘッド１２の内部に形成されているウォータジャケット（冷却水通路）よりも下側位置に配設されていることになる。
　また、エンジンルームＲ内における車両前端位置には、後述する冷却水循環回路５を構成するラジエータ３、及び、このラジエータ３に接続されるリザーブタンク３１が配設されている。
　－冷却水循環回路－
　図２は、上記エンジン本体１を冷却するための冷却水が流れる冷却水循環回路５を模式的に示す図である。
　この図２に示すように、本実施形態に係る冷却水循環回路５には、上記ラジエータ３、サーモスタット５１、機械式ウォータポンプ（以下、単にウォータポンプと呼ぶ）５２、上記ターボチャージャ２の冷却水通路、各種熱交換器類９１～９６、これら各機器を接続する配管Ｈ１～Ｈ７が備えられている。
　具体的には、ラジエータ３のロアタンク３２とサーモスタット５１の第１の流入口５１ａとがロア配管Ｈ１によって接続されており、このサーモスタット５１の流出口５１ｃとウォータポンプ５２の吸入側とがポンプ吸入配管Ｈ２によって接続されている。
　また、ウォータポンプ５２の吐出側はエンジン本体１に形成されたウォータジャケット（冷却水流路）に連通している。
　このウォータジャケットは、シリンダブロック１１の内部に形成されたシリンダブロック側ウォータジャケット１１ａ、及び、シリンダヘッド１２の内部に形成され且つ上記シリンダブロック側ウォータジャケット１１ａの下流側に繋がるシリンダヘッド側ウォータジャケット（冷却水通路）１２ａを備えている。このため、このウォータジャケットでは、ウォータポンプ５２から吐出された冷却水がシリンダブロック側ウォータジャケット１１ａを経た後、シリンダヘッド側ウォータジャケット１２ａに導入されるようになっている。
　また、このシリンダヘッド側ウォータジャケット１２ａを流れた冷却水は、取り出し管Ｈ３によってエンジン本体１から取り出されるようになっている。この取り出し管Ｈ３は分岐され、一方はアッパ配管Ｈ４によってラジエータ３のアッパタンク３３に接続されている。取り出し管Ｈ３の他方は熱交換用配管Ｈ５によって上記ターボチャージャ２の冷却水通路や各種熱交換器類９１～９６に接続されている。
　また、上記アッパ配管Ｈ４には、バイパス配管Ｈ６が接続されており、このバイパス配管Ｈ６の下流端は上記サーモスタット５１の第２の流入口５１ｂに接続されている。更に、上記ターボチャージャ２の冷却水通路や各種熱交換器類９１～９６とウォータポンプ５２の吸入側（上記ポンプ吸入配管Ｈ２）とは熱交換用リターン配管Ｈ７によって接続されている。以上が、冷却水循環回路５の基本回路構成である。その他の回路構成（本実施形態において特徴とする回路構成）については後述する。
　以下、この冷却水循環回路５を構成している各機器の構成及び機能について簡単に説明する。
　上記ラジエータ３は、ダウンフロータイプのものであり、アッパタンク３３とロアタンク３２との間にラジエータコア３４が備えられている。これにより、エンジン本体１からアッパ配管Ｈ４を経てアッパタンク３３に回収された冷却水がロアタンク３２に向けてラジエータコア３４の内部を流下する際に外気（走行風や冷却ファン３５の駆動による送風）との間で熱交換を行い、外気に放熱することで冷却水が冷却されるようになっている。また、アッパタンク３３にはリザーブタンク３１が接続されている。このリザーブタンク３１は、冷却水循環回路５内の経路内圧力の調整（冷却水温度の変化に伴う圧力変化の調整）などを行う。
　サーモスタット５１は、冷却水循環回路５の水路を切り換えることによって冷却水の温度を調整するものであって、例えば内部に封入されたワックスの熱膨張を利用し、内装されたバルブが冷却水温度に応じて開閉される機構を備えている。
　そして、エンジン本体１の冷間時、つまり冷却水温度が比較的低い場合には、サーモスタット５１の第１の流入口５１ａが閉鎖されると共に第２の流入口５１ｂが開放され、ウォータポンプ５２の駆動時には、ラジエータ３のロアタンク３２からウォータポンプ５２へ向かう冷却水の流れが停止されると共に上記バイパス配管Ｈ６からウォータポンプ５２に向かって冷却水が流れることになる。つまり、ラジエータ３を使用しない冷却水循環動作が行われる。
　一方、エンジン本体１の暖機完了後、つまり冷却水温度が比較的高い場合には、サーモスタット５１の第２の流入口５１ｂが閉鎖されると共に第１の流入口５１ａが開放され、上記バイパス配管Ｈ６からウォータポンプ５２へ向かう冷却水の流れが停止されると共にラジエータ３のロアタンク３２からウォータポンプ５２に向かって冷却水が流れることになる。つまり、ラジエータ３に冷却水を流す冷却水循環動作を行うことで、冷却水が回収した熱をラジエータ３によって大気に放出する。
　ウォータポンプ５２は、冷却水循環回路５内に水流を発生させるためのものであって、エンジン本体１の出力軸であるクランクシャフトの回転駆動力を受けて駆動する機械式ウォータポンプで構成されている。
　上記ターボチャージャ２は、上述した如く、吸気を過給して吸気圧を高める過給動作を行うものであって、エンジン本体１の運転時にあっては、上記熱交換用配管Ｈ５を経た冷却水が導入される（上記冷却水通路を流れる）ことで、冷却されるようになっている。
　上記各種熱交換器類としては、エンジン本体１への吸入空気量を調整するスロットルバルブを収容したスロットルボディ９１、エンジンオイルを冷却するためのオイルルーラ９２、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ９３、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ９４、車室内を暖房するための熱を冷却水から得るためのヒータコア９５、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｆｌｕｉｄ）を加温または冷却するためのＡＴＦウォーマ９６等が配設されている。
　また、本実施形態に係る冷却水循環回路５における冷却水の循環動作として、エンジン本体１の冷間始動時にあっては、冷却水温度（サーモスタット５１の内部に存在している冷却水の温度）は未だ低いため、サーモスタット５１は、第１の流入口５１ａが閉鎖されると共に第２の流入口５１ｂが開放されており、上述したようにラジエータ３を使用しない冷却水循環動作が開始される。つまり、ウォータポンプ５２から吐出された冷却水は、シリンダブロック側ウォータジャケット１１ａ、シリンダヘッド側ウォータジャケット１２ａを経て、取り出し管Ｈ３から取り出される。この取り出し管Ｈ３から取り出された冷却水の一部は、アッパ配管Ｈ４、バイパス配管Ｈ６、サーモスタット５１及びポンプ吸入配管Ｈ２を経てウォータポンプ５２に戻る。また、上記取り出し管Ｈ３から取り出された他の冷却水は、熱交換用配管Ｈ５を経て、ターボチャージャ２の冷却水通路や各種熱交換器類９１～９６を流れた後、熱交換用リターン配管Ｈ７及びポンプ吸入配管Ｈ２を経てウォータポンプ５２に戻る。これにより、ターボチャージャ２の冷却及び各種熱交換器類９１～９６での熱交換が行われる。
　その後、エンジン本体１の暖機運転が完了すると、サーモスタット５１の第２の流入口５１ｂが閉鎖されると共に第１の流入口５１ａが開放され、ラジエータ３に冷却水を流す冷却水循環動作が開始されることになる。つまり、ウォータポンプ５２から吐出された冷却水は、シリンダブロック側ウォータジャケット１１ａ、シリンダヘッド側ウォータジャケット１２ａを経て、取り出し管Ｈ３から取り出される。この取り出し管Ｈ３から取り出された冷却水の一部は、アッパ配管Ｈ４、ラジエータ３、ロア配管Ｈ１、サーモスタット５１及びポンプ吸入配管Ｈ２を経てウォータポンプ５２に戻る。また、上記取り出し管Ｈ３から取り出された他の冷却水は、熱交換用配管Ｈ５を経て、ターボチャージャ２の冷却水通路や各種熱交換器類９１～９６を流れた後、熱交換用リターン配管Ｈ７及びポンプ吸入配管Ｈ２を経てウォータポンプ５２に戻る。これにより、ターボチャージャ２の冷却及び各種熱交換器類９１～９６での熱交換が行われる。
　－ターボ冷却水配管－
　本実施形態の特徴として、上記ターボチャージャ２の冷却水通路と上記シリンダヘッド側ウォータジャケット１２ａとの間は、上記熱交換用配管Ｈ５とは別に、ターボ冷却水配管（過給機冷却水通路）６によって接続されている。上述した如く、ターボチャージャ２の冷却水通路の高さ位置は、上記シリンダヘッド側ウォータジャケット１２ａの高さ位置よりも下側に配設されているため、上記ターボ冷却水配管６におけるターボチャージャ２の冷却水通路に対する接続位置も、このターボ冷却水配管６の上記シリンダヘッド側ウォータジャケット１２ａに対する接続位置よりも下側に配設されている。そして、このターボ冷却水配管６は、ターボチャージャ２の冷却水通路に対する接続位置から上記シリンダヘッド側ウォータジャケット１２ａに対する接続位置に向けて連続した上り勾配をもって配置されている。尚、このターボ冷却水配管６としては、一部分に水平部が設けられていてもよいが、上記ターボチャージャ２の冷却水通路で気泡（冷却水が沸騰することによる気泡）が発生した場合に、その気泡が自身の浮力によってターボ冷却水配管６を経てシリンダヘッド側ウォータジャケット１２ａに流れ込むような形状である必要がある。
　そして、上記ターボ冷却水配管６の途中には、開閉可能な電磁バルブで成るターボ冷却用バルブ（開閉弁）７が設けられている。このターボ冷却用バルブ７はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）８からの制御信号によって開閉制御されるようになっている。
　上記ＥＣＵ８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は、各種制御プログラム（例えば後述するターボ冷却用バルブ７の制御プログラム等）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。ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各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る。バックアップＲＡＭは、エンジン本体１の停止時にその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。
　また、ＥＣＵ８には、エンジン本体１に備えられた各種センサからの出力信号が入力されるようになっている。例えば、冷却水温度（例えばシリンダブロック側ウォータジャケット１１ａ内の冷却水の温度）を検出する水温センサ、クランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジションセンサ、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ等（何れも図示省略）が接続されている。
　－ターボチャージャ冷却動作－
　次に、ターボチャージャ冷却動作について説明する。
　エンジン本体１が高負荷運転状態から停止されたデッドソーク時等において、高温となっている排気マニホールド４やターボチャージャ２のタービンハウジングの熱の影響によりターボチャージャ２の内部でオイルコーキングを招いてしまう可能性がある。本実施形態は、このエンジン本体１の停止時におけるオイルコーキングを回避するためのターボチャージャ冷却動作が実行されるようになっている。
　具体的に、このターボチャージャ冷却動作は、エンジン本体１が駆動状態から停止状態になったことを条件として、所定時間だけ上記ターボ冷却用バルブ７を開放するものである。つまり、エンジン本体１の駆動時には、ターボ冷却用バルブ７は閉鎖されており、ターボ冷却水配管６には冷却水は流れておらず、上記熱交換用配管Ｈ５を経た冷却水がターボチャージャ２の冷却水通路を流れることでターボチャージャ２の過熱を防止している。
　そして、運転者によるイグニッションスイッチのＯＦＦ操作などに応じてエンジン本体１が停止すると、それを条件として上記ターボ冷却用バルブ７が開放される。
　このようにしてターボ冷却用バルブ７が開放されると、上記デッドソーク状態においてターボチャージャ２の冷却水通路の水が沸騰することに伴って発生した気泡が、その浮力により、上記冷却水通路から、連続した上り勾配をもって配置されている上記ターボ冷却水配管６を経てシリンダヘッド１２のウォータジャケットに流れ込むことになる。
　そして、上記気泡がターボチャージャ２の冷却水通路から排出されたことに伴い、この冷却水通路には、シリンダヘッド側ウォータジャケット１２ａに存在していた冷却水の一部がターボ冷却水配管６を経て（流下して）ターボチャージャ２の冷却水通路に流れ込むことになる。この冷却水の導入によってターボチャージャ２は冷却されることになる。
　このため、ターボチャージャ２の内部におけるオイルコーキングの発生を回避することができ、次回のエンジン運転時におけるターボチャージャ２の過給効率を良好に維持することができる。また、エンジン本体１の停止後にターボチャージャ２の冷却水通路に冷却水を流す手段として電動ウォータポンプを適用する必要がないため、コストの低廉化を図ることもできる。
　また、このターボ冷却用バルブ７は、所定時間（例えば５ｓｅｃ）経過後に閉鎖され、次回のエンジン本体１の運転時に、ターボ冷却水配管６に冷却水が流れ込まないようにしている。つまり、次回のエンジン本体１の運転時にターボチャージャ２の冷却水通路に流れ込む冷却水は、上記熱交換用配管Ｈ５を経た冷却水のみとすることで、ターボチャージャ２の冷却性能の安定化を図るようにしている。尚、上記所定時間は上記のものに限らず適宜設定される。
　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態について説明する。本実施形態は、上記ターボ冷却用バルブ７の開放条件が上述した第１実施形態のものと異なっている。その他の構成及び動作は上記第１実施形態のものと同様であるので、ここでは、第１実施形態との相違点について説明する。本実施形態におけるターボ冷却用バルブ７の開放条件は、エンジン本体１の停止に加えて、ターボチャージャ２の冷却水通路に存在している冷却水のデッドソーク後の温度を推定し、その推定温度が所定温度以上であることを条件としている。以下、具体的に説明する。
　図３は、本実施形態におけるターボチャージャ冷却動作の手順を示すフローチャート図である。このフローチャートは、エンジン本体１の始動後、数ｍｓｅｃ毎またはクランクシャフトの所定回転角度毎に実行される。
　先ず、ステップＳＴ１において、エンジン回転数及びエンジン負荷の算出を行う。エンジン回転数の算出は、上記クランクポジションセンサからの出力信号に基づいて行われる。上記エンジン負荷は、エンジン本体１の最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す負荷率に基づいて決定され、吸入空気量に対応するパラメータとエンジン回転数とから算出される。
　その後、ステップＳＴ２に移り直近の排気温積算値が算出される。この排気温積算値は、上記ＲＯＭに予め記憶された排気温積算マップに従って求められる。この排気温積算マップは、上記エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとして排気系に蓄積されている熱量を求めるものであって、エンジン回転数が高いほど、また、エンジン負荷が高いほど排気系に蓄積されている熱量を大きい値として求める。この排気温積算値より、排気系ＥＸからターボチャージャ２の冷却水通路に与えられる熱量が求められることになる。また、この排気温積算値は、例えば現時点から５分前までのエンジン運転状態における排気温の積算値として求められる。この積算期間はこれに限定されるものではなく任意に設定可能である。
　その後、ステップＳＴ３に移り、デッドソーク後のターボチャージャ内冷却水温の推定を行う。このターボチャージャ内冷却水温の推定動作としては、例えば上記ステップＳＴ２で算出された排気温積算値と、上記水温センサによって検出された冷却水温度とに基づいて推定される。例えば排気温積算値と冷却水温度とをパラメータとしてターボチャージャ内冷却水温を推定する冷却水温推定マップを上記ＲＯＭに予め記憶させておき、そのマップ値を読み出すことでターボチャージャ内冷却水温を推定する。この冷却水温推定マップは、排気温積算値が高いほど、また、冷却水温度が高いほどターボチャージャ内冷却水温の推定値を高い値として求める。また、排気温積算値と冷却水温度とを用いる演算式によってデッドソーク後のターボチャージャ内冷却水温を推定するようにしてもよい。
　このようにしてターボチャージャ内冷却水温を推定した後、ステップＳＴ４に移り、運転者によるイグニッションスイッチのＯＦＦ操作などによってエンジン本体１が停止したか否かを判定する。
　エンジン本体１が停止されず、ステップＳＴ４でＮＯ判定された場合には、エンジン本体１の運転に伴うウォータポンプ５２の作動によるターボチャージャ２の冷却が行われており、ターボ冷却水配管６に冷却水を流す必要がないとして、ターボ冷却用バルブ７を開放することなくそのままリターンされる。
　一方、エンジン本体１が停止し、ステップＳＴ４でＹＥＳ判定された場合にはステップＳＴ５に移り、上記ステップＳＴ３で推定されたデッドソーク後のターボチャージャ内冷却水温が所定値α以上となっているか否かを判定する。この所定値αとしては、例えば１００℃に設定されている。この値はこれに限らず適宜設定可能である。
　推定されたターボチャージャ内冷却水温が所定値α未満であって、ステップＳＴ５でＮＯ判定された場合には、エンジン本体１は停止されたものの、ターボチャージャ内冷却水温は比較的低く、オイルコーキングが発生する状況にはないとして、ターボ冷却用バルブ７を開放することなくそのままリターンされる。
　一方、推定されたターボチャージャ内冷却水温が所定値α以上であって、つまり、デッドソーク状態であって、ステップＳＴ５でＹＥＳ判定された場合にはステップＳＴ６に移り、上記ターボ冷却用バルブ７が開放される。これにより、デッドソーク状態においてターボチャージャ２の冷却水通路の水が沸騰することに伴って発生した気泡が、その浮力により、上記冷却水通路から、連続した上り勾配をもって配置されている上記ターボ冷却水配管６を経てシリンダヘッド１２のウォータジャケットに流れ込むことになる。
　そして、上記気泡がターボチャージャ２の冷却水通路から排出されたことに伴い、この冷却水通路には、シリンダヘッド１２のウォータジャケットに存在していた冷却水の一部がターボ冷却水配管６を経てターボチャージャ２の冷却水通路に流れ込むことになる。この冷却水の導入によってターボチャージャ２は冷却されることになる。このような冷却水の導入により、ターボチャージャ２内部におけるオイルコーキングの発生を回避することができる。
　その後、ステップＳＴ７に移り、所定時間（例えば５ｓｅｃ）が経過したか否かが判定され、この所定時間が経過するのを待つ。この所定時間は、ターボチャージャ２の冷却水通路の水が沸騰することに伴って発生した気泡の排出と、この気泡の排出に伴うターボチャージャ２の冷却水通路への冷却水の導入とが十分に行える時間に設定されている。
　上記ターボ冷却用バルブ７が開放されてから所定時間が経過し、ステップＳＴ７でＹＥＳ判定されると、ステップＳＴ８に移り、ターボ冷却用バルブ７が閉鎖される。これにより、次回のエンジン本体１の運転時に、ターボ冷却水配管６に冷却水が流れ込まないようにしている。つまり、次回のエンジン本体１の運転時にターボチャージャ２の冷却水通路に流れ込む冷却水は、上記熱交換用配管Ｈ５を経た冷却水のみとすることで、ターボチャージャ２の冷却性能の安定化を図るようにしている。
　以上の動作により、エンジン本体１のデッドソーク時におけるターボチャージャ２内でのオイルコーキングの発生を回避することができ、次回のエンジン運転時におけるターボチャージャ２の過給効率を良好に維持することができる。また、エンジン本体１の停止後にターボチャージャ２の冷却水通路に冷却水を流す手段として電動ウォータポンプを適用する必要がないため、コストの低廉化を図ることもできる。
　また、本実施形態では、エンジン本体１が停止した場合であっても、ターボチャージャ内冷却水温が比較的低い状況ではターボ冷却用バルブ７の閉鎖状態を維持するようにしている。これにより無駄なターボ冷却用バルブ７の開閉動作を防止し、エンジン停止状態での消費電力の抑制を図ることができる。
　－他の実施形態－
　以上説明した各実施形態は、エンジンルームＲ内に横置き型に搭載されたエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、エンジンルームＲ内に縦置き型に搭載されたエンジンにも適用可能である。また、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンに対しても本発明は適用可能である。更には、ＦＦ車両に限らずＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）車両に対しても本発明は適用可能である。
　また、上記各実施形態では、ターボチャージャ２を含む排気系ＥＸがエンジン本体１の後側に配設された後側排気タイプの車両に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、排気系がエンジン本体の前側に配設された前側排気タイプの車両に対しても適用が可能である。特に、エンジンフードが前方に向かって下方に大きく傾斜（スラント）するようデザインされた車両にあっては、ラジエータ３のアッパタンク３３の高さ位置が低くなっているが、このような車両であっても、ターボチャージャ２の冷却水通路に冷却水を流すことが可能であり、ターボチャージャ２内でのオイルコーキングの発生を回避することができる。
　また、上記各実施形態では、ターボ冷却水配管６の一端をシリンダヘッド側ウォータジャケット１２ａに接続していた。本発明は、これに限らず、ターボチャージャ２の冷却水通路の高さ位置がシリンダブロック側ウォータジャケット１１ａの高さ位置よりも低い場合には、上記ターボ冷却水配管６の一端をシリンダブロック側ウォータジャケット１１ａに接続するようにしてもよい。
　本発明は、ターボチャージャを備えた車両用エンジンの冷却装置に適用可能である。
１　　　　エンジン本体（内燃機関本体）
１１ａ　　シリンダブロック側ウォータジャケット（冷却水通路）
１２ａ　　シリンダヘッド側ウォータジャケット（冷却水通路）
２　　　　ターボチャージャ（過給機）
５　　　　冷却水循環回路
６　　　　ターボ冷却水配管（過給機冷却水通路）
７　　　　ターボ冷却用バルブ（開閉弁）

Claims (5)

  1. 　内燃機関本体及び過給機の内部に冷却水通路がそれぞれ形成され、これら冷却水通路に冷却水が流されることによって内燃機関本体及び過給機が冷却される構成とされた内燃機関の冷却装置において、
    　上記過給機内部の冷却水通路と内燃機関本体内部の冷却水通路とは、開閉可能な開閉弁が設けられた過給機冷却水通路によって互いに連通されており、
    　上記開閉弁は、上記内燃機関が駆動状態にある際には閉鎖され、内燃機関が駆動状態から停止状態になったことを条件として開放されるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
  2. 　請求項１記載の内燃機関の冷却装置において、
    　上記過給機冷却水通路は、開閉弁が開放された場合に、上記過給機内部の冷却水通路において発生した気泡が内燃機関本体内部の冷却水通路に流れ込むように、過給機内部の冷却水通路に対する接続位置から内燃機関本体内部の冷却水通路に対する接続位置に向かって上り勾配をもって配置されていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
  3. 　請求項２記載の内燃機関の冷却装置において、
    　上記過給機内部の冷却水通路の高さ位置は、内燃機関本体のシリンダヘッド内部に形成されたウォータジャケットの高さ位置よりも低い位置にあり、上記過給機冷却水通路における内燃機関本体内部の冷却水通路に対する接続位置は、シリンダヘッド内部に形成されたウォータジャケットに対応する位置となっていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
  4. 　請求項１記載の内燃機関の冷却装置において、
    　上記過給機は、内燃機関本体の後方に配設されていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
  5. 　請求項１記載の内燃機関の冷却装置において、
    　上記開閉弁は、内燃機関が駆動状態から停止状態になったことに加えて、内燃機関が停止状態となる前の内燃機関運転状態から推定される上記過給機内部の冷却水通路の冷却水温度が所定温度以上となっていることを条件として開放されるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
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