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JP2014181654A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジン冷間時の暖機促進を図ると共に、ＥＧＲクーラの信頼性を向上させることを課題とする。
【解決手段】
本発明は、排気通路と吸気通路との間を接続して排気ガスの一部を環流させるＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路上に配置された排気ガスと冷却液との間で熱交換するＥＧＲクーラとを備え、シリンダブロック及びシリンダヘッドにウォータポンプからの冷却液を流すウォータジャケットがそれぞれ設けられたエンジンの冷却装置において、ウォータポンプ、シリンダヘッドのウォータジャケット及びＥＧＲクーラを環状に接続して冷却液を循環させるヘッド側循環経路と、ウォータポンプとシリンダブロックのウォータジャケットとを環状に接続して冷却液を循環させるブロック側循環経路と、を備え、ウォータポンプからの冷却液を、エンジンの冷間時にヘッド側循環経路に流し、エンジンの温度が所定値まで上昇するとブロック側循環経路にも流すことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等のエンジンの冷却装置に関し、特に循環する冷却液によって冷却されるエンジンの技術分野に属する。
従来、自動車等において、燃費性能や排気浄化性能の向上のため、エンジンの冷間時にエンジンを早期に暖機する技術が採用されている。
例えば、特許文献１には、エンジン冷間時に、シリンダブロックへの冷却液の流れを遮断する一方、シリンダヘッドへは気筒列の一端側から他端側へ少量の冷却液を流し、冷却液の温度上昇に伴って、シリンダブロックへ気筒列の一端側から他端側へ冷却液を流し、シリンダヘッドへの循環させる冷却液の流量を増やすことで、暖機の早期完了を図る技術が開示されている。
しかし、更なる低燃費化を実現するには、上記の従来技術では暖機促進において十分とは言えない。
そこで、排気通路を流れる排気ガスの熱を利用して冷却液を昇温することで暖機促進を行うことも考えられるが、これによって排気ガスの温度が下がるため、この排気ガスの熱を利用して活性化を行っている排気浄化装置の触媒は活性温度に到達するまでの時間が長くなり、この排気浄化装置の早期活性化にとって不利となる。
一方で、主として排出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）低減や部分負荷時の燃費向上を目的として、燃焼後の排気ガスの一部を取り出し、吸気側へ導いて再度吸気させる、いわゆるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）が従来から行われている。
ここで、燃焼室内の燃焼温度が所定値を超えると急激に窒素酸化物の量が増えるため、ＥＧＲクーラによって排気ガスと冷却液との熱交換を行うことで排気ガスを冷却することが、特にディーゼルエンジンにおいて有利である。
しかし、従来は、エンジン冷間時はＥＧＲクーラ内にある冷却液が流れずに滞留しているため、排気ガスの熱によって冷却液が徐々に昇温し、終には沸騰してＥＧＲクーラが破損する可能性があった。
特開２０１０−１６３９２０号公報
そこで、本発明は、エンジン冷間時の暖機促進を図ると共に、ＥＧＲクーラの信頼性を向上させることを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明に係るエンジンの冷却装置は、次のように構成したことを特徴とする。
まず、本願の請求項１に係る発明は、
排気通路と吸気通路との間を接続して排気ガスの一部を環流させるＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路上に配置された排気ガスと冷却液との間で熱交換するＥＧＲクーラとを備え、シリンダブロック及びシリンダヘッドにウォータポンプからの冷却液を流すウォータジャケットがそれぞれ設けられたエンジンの冷却装置において、
前記ウォータポンプ、前記シリンダヘッドのウォータジャケット及び前記ＥＧＲクーラを環状に接続して冷却液を循環させるヘッド側循環経路と、
前記ウォータポンプと前記シリンダブロックのウォータジャケットとを環状に接続して冷却液を循環させるブロック側循環経路と、
を備え、
前記ウォータポンプからの冷却液を、前記エンジンの冷間時に前記ヘッド側循環経路に流し、前記エンジンの温度が所定値まで上昇すると前記ブロック側循環経路にも流す
ことを特徴とする。
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、
前記排気通路の排気ガス流により回転して前記吸気通路の吸気を過給する過給機を備え、
前記ヘッド側循環経路は、
前記排気通路の前記過給機の上流側と吸気通路の前記過給機の下流側とを接続する第１ＥＧＲ通路に配置された第１ＥＧＲクーラに冷却液を流通させる第１経路と、
前記排気通路の前記過給機の下流側と吸気通路の前記過給機の上流側とを接続する第２ＥＧＲ通路に配置された第２ＥＧＲクーラに冷却液を流通させる第２経路とを備え、
前記ウォータポンプからの冷却液を、前記エンジンの冷間時の当初は前記第１経路に流し、前記エンジンの昇温につれて前記第２経路にも流す
ことを特徴とする。
また、本願の請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、
前記第１経路は、前記第２経路より少量の冷却液を常時、循環させる経路に構成され、 前記第２経路と前記ブロック側循環経路は、前記エンジンの暖機状態に応じて各径路の開口面積を変化させる第１及び第２制御弁をそれぞれ備える
ことを特徴とする。
さらに、本願の請求項４に係る発明は、請求項２または請求項３に係る発明において、
前記第２経路は、冷却液と熱交換する空調用ヒータコアをさらに接続する
ことを特徴とする。
以上の構成により、本願の各請求項に係る発明によれば、次の効果が得られる。
請求項１に係る発明によれば、シリンダヘッドとシリンダブロックの２系統冷却を達成しつつ、エンジンの冷間時にシリンダヘッドのウォータジャケットとＥＧＲクーラに冷却液を流すため、ＥＧＲ作動時のＥＧＲクーラによって回収された排気ガス熱を利用して冷間時のエンジンの燃焼室周りを昇温させることでより早期に暖機できる。また、エンジン冷間時にもＥＧＲクーラに冷却液を流すため、ＥＧＲクーラの内部の冷却液が沸騰してＥＧＲクーラが破損するのを防止でき、ＥＧＲクーラの信頼性を確保できる。
さらに、排気通路を流れる排気ガスではなく、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの熱を利用して暖機を行うため、排気通路に排気浄化装置が配置されている場合、この暖機によって排気浄化装置の触媒が活性温度に到達するまでの時間は直接影響を受けない。すなわち、エンジンの早期暖機と排気浄化装置の早期活性化を共に実現できる。
請求項２に係る発明において、第１ＥＧＲ通路は、過給機によって過給圧がかけられる排気通路及び吸気通路の部分に接続されているため、エンジンが低負荷時（冷間時）は、この第１ＥＧＲ通路に排気ガスがスムーズに流れるが、エンジンが中高負荷時は過給圧が上がるため、この第１ＥＧＲ通路にＥＧＲガスが流れにくくなる。一方、第２ＥＧＲ通路は、過給機によって過給圧がかけられていない排気または吸気が流れる排気通路及び吸気通路に接続されているため、エンジンが中高負荷時であっても、この第２ＥＧＲ通路にＥＧＲガスがスムーズに流れる。
したがって、請求項２に係る発明によれば、エンジンが低負荷時（冷間時）は、第１ＥＧＲ通路にＥＧＲガスを流し、この第１ＥＧＲ通路にある第１ＥＧＲクーラの作動によって排気ガス熱を回収し、また、エンジンが中高負荷時は、第２ＥＧＲ通路にＥＧＲガスを流し、この第２ＥＧＲ通路にある第２ＥＧＲクーラの作動によって排気ガス熱を回収するようにできるため、エンジンの運転状態によらず排気ガス熱を回収して暖機に利用でき、暖機性能をより向上できる。
請求項３に係る発明によれば、常時少量の冷却液を循環させる第１経路、エンジンの暖機状態に応じて冷却液の流量が制御可能な第２経路及びブロック側循環経路を備えているため、エンジンの暖機促進を効果的に高めることができる。また、エンジン冷間時に第１ＥＧＲ通路のＥＧＲガスの熱により吸気温度を高めることができるため、特に圧縮着火を行うディーゼルエンジンにおいて燃焼安定性を向上できる。
請求項４に係る発明によれば、冷却液との熱交換によって空調用ヒータコアが暖められるため、この空調用ヒータコアを内蔵した空調装置の暖房性能を暖機途中から確保できる。
本発明の一実施形態であるエンジンの冷却装置の概略構成を示す図である。 同エンジンの吸排気通路の概略を示す図である。 制御システムの概略構成を示すブロック図である。 同冷却装置の冷却回路制御部による制御方法を示すフローチャートである。 エンジン冷間時（１）の冷却液の流れを示す図である。 エンジン暖機中（２）の冷却液の流れを示す図である。 エンジン暖機中（３）の冷却液の流れを示す図である。 エンジン暖機完了時（４）の冷却液の流れを示す図である。
以下、本発明に係るエンジンの冷却装置の実施形態について、図１から図８を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの冷却装置１の概略構成を示している。本実施形態の多気筒エンジン２（以下、単に「エンジン」という）は、４つのシリンダがクランク軸方向に直列に配設され、吸気通路と排気通路とが互いにシリンダヘッド４の反対側に配置された所謂クロスフロー型の直列４気筒ディーゼルエンジンである。当該エンジン２は、車両前部に設けられたエンジンルーム（図示しない）内に、気筒列が車幅方向を向き、その排気通路が車両前後方向における後方側に位置し、各気筒のシリンダ軸が上下方向を向くように搭載されている。
エンジン２は、シリンダブロック３と、このシリンダブロック３の上側に設けられたシリンダヘッド４で主に構成されている。
なお、図１では、シリンダブロック３は上方から見たもの、シリンダヘッド４は下方から見たものとして記載しているため、シリンダブロック３とシリンダヘッド４の吸気側（「ＩＮ」と図示）及び排気側（「ＥＸ」と図示）の位置関係が逆になっている。
シリンダブロック３には、後述するブロック側ウォータジャケット３ｂの内部に冷却水Ｗを導入する導入孔３ａ、燃焼室の周囲に配設された冷却水Ｗの流路であるブロック側ウォータジャケット３ｂ、このブロック側ウォータジャケット３ｂから外部に冷却水Ｗを排出するブロック側排出孔３ｃが設けられている。
また、シリンダヘッド４には、燃焼室の周囲に配設され、シリンダヘッド４の一端側から他端側へ冷却水Ｗを流す流路であるヘッド側ウォータジャケット４ａ、このヘッド側ウォータジャケット４ａから外部に冷却水Ｗを排出するヘッド側排出孔４ｂが設けられている。
さらに、シリンダヘッド４には、これらウォータジャケット３ｂ、４ａ間を接続する連通孔４ｃが設けられており、この連通孔４ｃを介して、シリンダブロック３の導入孔３ａからブロック側ウォータジャケット３ｂ内部に導入された冷却水Ｗをヘッド側ウォータジャケット４ａへ流すことができる。
この導入孔３ａには、これらウォータジャケット３ｂ、４ａ内に冷却水Ｗを供給するためのウォータポンプ５が設けられている。なお、このウォータポンプ５は、エンジン２の回転によって受動的に駆動されるポンプであり、このウォータポンプ５による冷却水Ｗの流量はエンジン２の回転数にほぼ比例する。
当該冷却装置１は、これらウォータジャケット３ｂ、４ａに適宜ラジエータ７等を経由して冷却水Ｗを循環させるための冷却回路を備える。この冷却回路は、４つの第１〜４経路１１〜１４で構成されており、各第１〜４経路１１〜１４には、サーモスタット弁６ａ及び第１〜第３制御弁６ｂ〜６ｄがそれぞれ接続されている。これらサーモスタット弁６ａ及び第１〜第３制御弁６ｂ〜６ｄは、冷却回路切替バルブユニット６として一体的に構成されている。この冷却回路切替バルブユニット６は冷却回路制御部１０１によって制御され、サーモスタット弁６ａ及び第１〜第３制御弁６ｂ〜６ｄを所望のタイミングで各々開閉して第１〜４経路１１〜１４の中で冷却水Ｗを循環させる経路を切り替える。次に、図１を参照しながら、第１〜４経路１１〜１４について詳細に説明する。
第１経路１１は、ヘッド側排出孔４ｂと導入孔３ａ（ウォータポンプ５）とを連結している。この第１経路１１は、ラジエータ７を迂回する一方、冷却水Ｗの温度を測定する水温センサ３１、高圧用ＥＧＲクーラ２１、高圧用ＥＧＲバルブ２２、エレキスロットル弁（ＥＴＢ：Electronic Throttle Body）２３及びサーモスタット弁６ａを順に経由している。なお、水温センサ３１は、ヘッド側排出孔４ｂの近傍に設けられている。
なお、サーモスタット弁６ａは制御弁６ｂ〜６ｄが故障して冷却水Ｗの水温が所定値以上になると開く弁であり、このサーモスタット弁６ａによれば、正常時は第１経路１１のみに冷却水Ｗが循環し、異常時は後述する第２経路１２も冷却水Ｗが循環する状態になり、エンジン２を保護することができる。
第２経路１２は、ヘッド側排出孔４ｂと導入孔３ａ（ウォータポンプ５）とを連結している。この第２経路１２は、ラジエータ７を迂回する一方、アイドリングストップ用ウォータポンプ２４、空調用ヒータコア２５、低圧用ＥＧＲクーラ２６及び低圧用ＥＧＲバルブ２７、第１制御弁６ｂを順に経由している。
なお、アイドリングストップ用ウォータポンプ２４は、アイドリング時にエンジン２を一時停止している際に空調用ヒータコア２５へ冷却水Ｗを流すためのポンプである。また、低圧用ＥＧＲクーラ２６と低圧用ＥＧＲバルブ２７は互いに並列になるように第２経路１２上に設けられている。
第３経路１３は、ブロック側排出孔３ｃと導入孔３ａ（ウォータポンプ５）とを連結している。この第３経路１３は、ラジエータ７を迂回する一方、エンジンオイルクーラ２８、自動変速機のオイル熱交換器２９、第２制御弁６ｃを順に経由している。なお、エンジンオイルクーラ２８は、ブロック側排出孔３ｃに設けられている。
第４経路１４は、ヘッド側排出孔４ｂと導入孔３ａ（ウォータポンプ５）とを連結している。この第４経路１４は、温度センサ３１、ラジエータ７、第３制御弁６ｄを順に経由している。
図２は、エンジン２の吸排気通路の概略を示す図である。
図２に示すように、エンジン２は、シリンダブロック３、シリンダヘッド４及びピストン４１によって画成された燃焼室４２内に、シリンダヘッド４に設けられた燃料噴射弁４３から噴射された燃料を、圧縮着火により燃焼させて駆動するようになっている。なお、この燃料噴射弁４３は電子制御式であり、その燃焼供給方式はコモンレール式である。
また、エンジン２の燃焼室４２には、吸気弁４４により開閉される吸気ポート４５、排気弁４６により開閉される排気ポート４７がそれぞれ開口しており、これら吸気ポート４５及び排気ポート４７には、吸気通路６０及び排気通路７０がそれぞれ接続している。
吸気通路６０には、その上流側から下流側へ順次、エアフィルタ６１、吸気量を検出する吸気量センサ６２、排気ターボ式過給機７２（以下、単に「過給機７２」という）のコンプレッサ７２ａ、排気ガスを冷却するインタークーラ６３、排気量を調整するエレキスロットル弁（ＥＴＢ）２３及びサージタンク６４が配設されている。そして、サージタンク６４と各気筒の吸気ポート４５との間は、個々に独立した独立吸気管（符号を付与しない）で接続されている。また、このサージタンク６４には、吸気温度を検出する吸気温度センサ６５と、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ６６が配設されている。
排気通路７０には、その上流側から下流側へ順次、ウェイストゲートバルブ７１ａ、バイパスツール７１ｂ、排気ガス流によって回転させられる過給機７２のタービン７２ｂ、排気中のＣＯ、ＨＣ等を低減する効果がある酸化触媒７３、排気中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）７４及び排気音を低減するマフラー７５が配設されている。
このウェイストゲートバルブ７１ａは、過給機７２本体から独立して設置される、いわゆる外付型ウェイストゲートバルブであり、排気の一部をバイパスツール７１ｂに分流させることにより、タービン７２ｂへの流入量を調節することができるため、これにより過給機７２の回転数を制御することで、安定した過給圧（ブースト圧）が得られると共に、エンジン２や過給機７２の損傷を防止できる。
また、吸気通路６０と排気通路７０は、エンジン２が低負荷時に主に使用される高圧用ＥＧＲ通路８０と、エンジン２が中高負荷時に主に使用される低圧用ＥＧＲ通路９０によって互いに接続されている。
この高圧用ＥＧＲ通路８０は、その上流端８０ａがタービン７２ｂの上流側において排気通路７０に接続され、その下流端８０ｂがエレキスロットル弁２３の下流側でかつサージタンク６４の上流側において吸気通路６０に接続されている。この高圧用ＥＧＲ通路８０には、その上流側から下流側へ順次、ＥＧＲガスを冷却する高圧用ＥＧＲクーラ２１と、ＥＧＲガスの還流量を調節する高圧用ＥＧＲバルブ２２とが接続されている。
この低圧用ＥＧＲ通路９０は、その上流端９０ａがパティキュレートフィルタ７４の下流側において排気通路７０に接続され、その下流端９０ｂが吸気量センサ６２の下流側でかつコンプレッサ７２ａの上流側において吸気通路６０に接続されている。この低圧用ＥＧＲ通路９０は途中で分岐し、ＥＧＲガスを冷却する低圧用ＥＧＲクーラ２６と、ＥＧＲガスの還流量を調節する低圧用ＥＧＲバルブ２７とにそれぞれ並列に接続されてから、また合流している。
なお、低圧用ＥＧＲ通路９０は、パティキュレートフィルタ７４の下流側に接続されているため、排気微粒子が低圧用ＥＧＲ通路９０内に入り込んで低圧用ＥＧＲバルブ２７が劣化するのを防止できる。
また、低圧用ＥＧＲ通路９０は、低圧用ＥＧＲクーラ２６と低圧用ＥＧＲバルブ２７を互いに並列に接続するが、これは、高圧用ＥＧＲ通路８０に比べて、低圧用ＥＧＲ通路９０を流れるＥＧＲガスの流量は比較的大きく、これらを直列に接続するとＥＧＲガスの流れの大きな抵抗となるため、できるだけこの抵抗を小さくするように並列に接続する。
次に、図２を参照しながら、エンジン２を駆動した際の吸気及び排気の流れについて概略を説明する。
エアフィルタ６１を通って吸気通路６０に供給された吸気は、吸気量センサ６２によって吸気量（新気）が検出されてからコンプレッサ７２ａによって圧縮され、この圧縮により昇温した吸気はインタークーラ６３によって冷却された後、サージタンク６４に供給される。サージタンク６４内に供給された吸気は、吸気温度センサ６５と吸気圧力センサ６６によってその温度及び圧力が検出されてから燃焼室４２内に導入される。エンジン２は導入された吸気を用いて燃料噴射弁４３が噴射した燃料を燃焼させる。
燃焼後に燃焼室４２から排出される排気は、ウェイストゲートバルブ７１ａによってその流量を調整され、過給機７２のタービン７２ｂを回転させ、酸化触媒７３によってＣＯやＨＣ等が低減され、パティキュレートフィルタ７４によって微粒子が捕集されると、マフラー７５を介して車両外部に排気される。
ここで、高圧用ＥＧＲバルブ２２、エレキスロットル弁２３及び低圧用ＥＧＲバルブ２７は、後述するＥＣＵ１００のガス回路制御部１０２によって制御され、エンジン２のＥＧＲ率を変更したり、または、エンジン２の負荷に応じて、排気の還流通路を高圧用ＥＧＲ通路８０または低圧用ＥＧＲ通路９０に切り替える。なお、エレキスロットル弁２３は通常は開いた状態である。
当初、エンジン２が所定負荷未満の低負荷で運転されているとき（エンジン冷間時）は、高圧用ＥＧＲバルブ２２を開き、低圧用ＥＧＲバルブ２７を閉じて、矢印Ａで示すように、高圧用ＥＧＲ通路８０に排気を環流させる。すなわち、排気通路７０から高圧用ＥＧＲ通路８０に一部流入した排気は、ＥＧＲガスとして、高圧用ＥＧＲクーラ２１によって冷却され、高圧用ＥＧＲバルブ２２を介して吸気通路６０に再び供給される。
そして、エンジン２の負荷が徐々に増加するにつれて、過給機７２による過給圧が高くなり、高圧用ＥＧＲ通路８０から吸気通路６０へＥＧＲガスが環流しにくくなるため、吸気通路６０上のエレキスロットル弁２３を徐々に絞ることで、吸気通路６０におけるエレキスロットル弁２３より下流側にある部分の吸気圧力が低下させて、高圧用ＥＧＲ通路８０から吸気通路６０へＥＧＲガスを環流し易くする。
その後、エンジン２が所定負荷以上の中高負荷で運転されるようになると、過給圧が更に高くなり、エレキスロットル弁２３の調整では高圧用ＥＧＲ通路８０から吸気通路６０へＥＧＲガスを環流できなくなる。そのため、エレキスロットル弁２３を再び開く共に高圧用ＥＧＲバルブ２２を閉じ、低圧用ＥＧＲバルブ２７を開いて、矢印Ｂで示すように、過給圧がかからない低圧用ＥＧＲ通路９０に排気を環流させる。すなわち、排気通路７０から低圧用ＥＧＲ通路９０に一部流入した排気は、ＥＧＲガスとして、低圧用ＥＧＲクーラ２６によって冷却され、低圧用ＥＧＲバルブ２７を介して吸気通路６０に再び供給される。
なお、エンジン２の負荷が低負荷から中負荷に増加する際に、高圧用ＥＧＲ通路８０と低圧用ＥＧＲ通路９０に同時にＥＧＲガスが流れるように制御してもよい。
また、パティキュレートフィルタ７４と酸化触媒７３は、一つの耐熱ケーシング内に配設されており、必要に応じて酸化触媒７３を用いてパティキュレートフィルタ７４の再生を行う。具体的には、パティキュレートフィルタ７４の上流側と下流側の差圧を検出する差圧センサ（図示しない）の検出結果に基づいて、ＥＣＵ１００がパティキュレートフィルタ７４に捕集されている微粒子の量を算出し、所定量以上の微粒子が捕集されていると判定すると、エンジン２の膨張行程で燃料噴射弁４３から燃料を噴射して未燃燃料を酸化触媒７３に供給し、この未燃燃料を酸化触媒７３によって酸化して、酸化触媒７３の排気通路下流側の温度を急上昇させる。これによりパティキュレートフィルタ７４によって捕集されている微粒子が燃焼し、パティキュレートフィルタ７４が再生される。ただし、この再生制御と前述のＥＧＲガスの環流は、同時には実行されない。
図３は、エンジン２の制御システムの概略構成を示すブロック図である。
図３に示すように、エンジン２を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）１００は、マイクロコンピュータを利用して構成された制御ユニットであり、後述する冷却回路制御部１０１とガス回路制御部１０２を備える。
この冷却回路制御部１０１は、冷却水Ｗの温度を検知する水温センサ３１、エンジン回転数センサ３２及び燃料噴射量センサ３３に基づいて、エンジン２のヘッド燃焼室壁面温度を予測し、予測されたヘッド燃焼室壁面温度に基づいて冷却回路切替バルブユニット６を後述する制御方法で制御する。これによって、図１で説明した冷却水Ｗが流れる冷却回路が切り替えられる。
一方、ガス回路制御部１０２は、アクセル開度センサ３４、吸気量センサ６２、吸気温度センサ６５及び吸気圧力センサ６６に基づいて、高圧用ＥＧＲバルブ２２、低圧用ＥＧＲバルブ２７及びエレキスロットル弁２３等を制御しているため、これにより上述のＥＧＲ率やＥＧＲ経路等が制御される。また、このガス回路制御部１０２は、燃料噴射弁４３を制御しているため、これにより燃料の噴射量、噴射のタイミング等が制御される。
図４は、図３に示した冷却回路制御部１０１の制御方法を示すフローチャートであり、図５〜図８は、エンジン温度に応じた冷却方法を示すブロック図である。図４のフローチャートに従って、冷却回路制御部１０１による冷却装置１の制御方法について、図５〜図８を参照しながら以下に説明する。
まず、エンジン冷間時は第１〜３制御弁６ｂ〜６ｄを全て閉弁する（ステップＳ１）。
このとき、図５に示すように、第１経路１１のみに冷却水Ｗが循環され、この第１経路１１上にある高圧用ＥＧＲクーラ２１、高圧用ＥＧＲバルブ２２及びエレキスロットル弁２３に冷却水Ｗが流される。この第１経路１１に流される冷却水Ｗは比較的少量で良く、その量はシリンダヘッド４内の冷却水Ｗが局所的に加熱されて沸騰しない程度であればよい。また、第１経路１１にはエンジン温度によらず常時冷却水Ｗが流される。
次に、ヘッド燃焼室壁面温度Ｔが所定の温度Ｔ１（例えば１５０℃）以上であるか判定する（ステップＳ２）。なお、この判定は、冷却水Ｗの温度が所定の温度ｔ１（例えば２０℃）以上である否かで行ってもよい。
ステップＳ２で、ヘッド燃焼室壁面温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上であると判定されると、第１制御弁６ｂを開弁する（ステップＳ３）。
このとき、図６に示すように、第１経路１１と第２経路１２に冷却水Ｗが循環され、第２経路１２上にある低圧用ＥＧＲクーラ２６、低圧用ＥＧＲバルブ２７にも冷却水Ｗが流される。
次に、ヘッド燃焼室壁面温度Ｔが所定の温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）以上であるか判定する（ステップＳ４）。なお、この判定は、冷却水Ｗの温度が所定の温度ｔ２（例えば６０℃）以上である否かで行ってもよい。
ステップＳ４で、ヘッド燃焼室壁面温度Ｔが所定の温度Ｔ２以上であると判定されると、第２制御弁６ｃを開弁する（ステップＳ５）。
このとき、図７に示すように、第１経路から第３経路１１〜１３に冷却水Ｗが循環され、第３経路１３上にあるエンジンオイルクーラ２８、自動変速機のオイル熱交換器２９にも冷却水Ｗが流される。
次に、エンジン２の暖機が完了したか判定する（ステップＳ６）。なお、この判定は、ヘッド燃焼室壁面温度Ｔが所定の温度Ｔ３（Ｔ３＞Ｔ2）以上であるか否かで行ってもよい。なお、この判定は、冷却水Ｗの温度が所定の温度ｔ３（例えば７０℃）以上である否かで行ってもよい。
最後に、ステップＳ６で、エンジン２の暖機が完了したと判定されると、第３制御弁６ｄを開弁する（ステップＳ７）。なお、この判定は、冷却水Ｗの温度が所定の温度ｔ４（例えば８０℃）以上である否かで行ってもよい。
このとき、図８に示すように、第１〜４経路１１〜１４の全てに冷却水Ｗが循環され、第４経路１４上にあるラジエータ７にも冷却水Ｗが流される。
以上により、本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
エンジン冷間時に高圧用ＥＧＲ通路８０にＥＧＲガスが流れるように、ガス回路制御部１０２により高圧用ＥＧＲバルブ２２及びエレキスロットル弁２３を制御することで、高圧用ＥＧＲクーラ２１によってＥＧＲガス熱が回収されるため、エンジン冷間時に第１経路１１を流れる比較的少量の冷却水Ｗは、この回収されたＥＧＲガス熱によって暖められるが、第１経路１１はラジエータ７を迂回しているため積極的に冷やされず、よって、エンジン２の稼働中、シリンダヘッド４は徐々に昇温する。
また、ブロック側ウォータジャケット３ｂ内部を冷却水Ｗはほとんど流れないため、エンジン２の稼働中、シリンダブロック３は徐々に昇温する。したがって、シリンダヘッド４とシリンダブロック３の２系統冷却を達成しつつ、ＥＧＲガス熱を利用して冷間時のエンジン２の燃焼室４２周りを昇温させることでより早期に暖機できる。
また、エンジン冷間時にも高圧用ＥＧＲクーラ２１にウォータポンプ５によって冷却水Ｗを流すため、高圧用ＥＧＲクーラ２１の内部の冷却水Ｗが沸騰して高圧用ＥＧＲクーラ２１が破損するのを防止でき、高圧用ＥＧＲクーラ２１の信頼性を確保できる。
また、エンジン冷間時にＥＧＲガス熱により吸気温度を高めることができるため、圧縮着火を行う当該ディーゼルエンジン２において燃焼安定性を向上できる。
さらに、冷却水Ｗは常時循環しているため、エレキスロットル弁２３のアイシング（管内の水蒸気が結露し、動きが鈍くなること）を防止できる。
次に、エンジン暖機中に低圧用ＥＧＲ通路９０にＥＧＲガスが流れるように、ガス回路制御部１０２により低圧用ＥＧＲバルブ２７を制御することで、低圧用ＥＧＲクーラ２６によってＥＧＲガス熱が回収されるため、エンジン暖機中に第１制御弁６ｂの開弁によって第２経路１２を流れる冷却水Ｗは、この回収されたＥＧＲガス熱によって暖められるが、第２経路１２はラジエータ７を迂回しているため積極的に冷やされず、よってエンジン２の稼働中、シリンダヘッド４は徐々に昇温する。
また、エンジン冷間時と同様に、このときもブロック側ウォータジャケット３ｂ内部を冷却水Ｗはほとんど流れないため、エンジン２の稼働中、シリンダブロック３は徐々に昇温する。したがって、エンジン２の暖機が進む。
さらに、第２経路１２上の空調用ヒータコア２５にも冷却水Ｗを循環させるため、冷却水Ｗとの熱交換によって空調用ヒータコア２５が暖められ、この空調用ヒータコア２５を内蔵した空調装置の暖房性能を暖機途中から確保できる。
次に、エンジン暖機中に第２制御弁６ｃの開弁によって第３経路１３に冷却水Ｗが流れることで、この第３経路１３上にあるシリンダブロック３は、ある程度冷却されるが、第３経路１３はラジエータ７を迂回しているため、積極的には冷やされず、よってエンジン２の暖機が進む。
また、この第３経路１３はエンジンオイルクーラ２８と自動変速機のオイル熱交換器２９を経由しているため、エンジンオイルを冷却できると共に、変速機オイルを適正に加熱して、粘度の早期低下により、摺動抵抗が早期に低減して燃費を向上させることができる。
また、暖機完了時に第３制御弁６ｄの開弁によって第４経路１４にも冷却水Ｗが循環するが、この第４経路１４はラジエータ７に接続されているため、このラジエータ７によって冷却水Ｗが冷却され、暖機後のエンジン２を所定温度に保つことができる。
さらに、上述の暖機は、排気通路７０を流れる排気ガスではなく、ＥＧＲ通路８０，９０を流れるＥＧＲガスの熱を利用して行うため、暖機によって排気通路７０に配置された酸化触媒７３が活性温度に到達するまでの時間は直接影響を受けない。すなわち、エンジン２の早期暖機と酸化触媒７３の早期活性化を共に実現できる。
以上のように、エンジン２の温度の上昇に伴って冷却回路切替バルブユニット６を冷却回路制御部１０１によって制御すると共に、ガス回路制御部１０２によってエンジン２の負荷状態に応じてＥＧＲガスの環流を制御することで、エンジン２を適正に冷却しながら暖機を促進できる。
なお、本発明は例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、本実施形態では、直列４気筒ディーゼルエンジンに適用したが、気筒数は複数あれば何気筒であっても良く、また、本発明は、ディーゼルエンジンに限るものでないため、ガソリンエンジンに適用しても良い。
以上のように、本発明によれば、自動車等のエンジンにおいて、エンジン冷間時の暖機を促進できると共に、ＥＧＲクーラの信頼性を向上できるので、この種のエンジンの製造産業分野において好適に利用される。
１ 冷却装置
２ エンジン
３ シリンダブロック
３ｂ ブロック側ウォータジャケット（シリンダブロックのウォータジャケット）
４ シリンダヘッド
４ａ ヘッド側ウォータジャケット（シリンダヘッドのウォータジャケット）
５ ウォータポンプ
６ｂ 第１制御弁
６ｃ 第２制御弁
１１ 第１経路（ヘッド側循環経路）
１２ 第２経路（ヘッド側循環経路）
１３ 第３経路（ブロック側循環経路）
２１ 高圧用ＥＧＲクーラ（第１ＥＧＲクーラ）
２５ 空調用ヒータコア
２６ 低圧用ＥＧＲクーラ（第２ＥＧＲクーラ）
６０ 吸気通路
７０ 排気通路
７２ ターボ過給機（過給機）
８０ 高圧用ＥＧＲ通路（第１ＥＧＲ通路）
９０ 低圧用ＥＧＲ通路（第２ＥＧＲ通路）

Claims (4)

  1. 排気通路と吸気通路との間を接続して排気ガスの一部を環流させるＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路上に配置された排気ガスと冷却液との間で熱交換するＥＧＲクーラとを備え、シリンダブロック及びシリンダヘッドにウォータポンプからの冷却液を流すウォータジャケットがそれぞれ設けられたエンジンの冷却装置において、
    前記ウォータポンプ、前記シリンダヘッドのウォータジャケット及び前記ＥＧＲクーラを環状に接続して冷却液を循環させるヘッド側循環経路と、
    前記ウォータポンプと前記シリンダブロックのウォータジャケットとを環状に接続して冷却液を循環させるブロック側循環経路と、
    を備え、
    前記ウォータポンプからの冷却液を、前記エンジンの冷間時に前記ヘッド側循環経路に流し、前記エンジンの温度が所定値まで上昇すると前記ブロック側循環経路にも流す
    ことを特徴とするエンジンの冷却装置。
  2. 前記排気通路の排気ガス流により回転して前記吸気通路の吸気を過給する過給機を備え、
    前記ヘッド側循環経路は、
    前記排気通路の前記過給機の上流側と吸気通路の前記過給機の下流側とを接続する第１ＥＧＲ通路に配置された第１ＥＧＲクーラに冷却液を流通させる第１経路と、
    前記排気通路の前記過給機の下流側と吸気通路の前記過給機の上流側とを接続する第２ＥＧＲ通路に配置された第２ＥＧＲクーラに冷却液を流通させる第２経路とを備え、
    前記ウォータポンプからの冷却液を、前記エンジンの冷間時の当初は前記第１経路に流し、前記エンジンの昇温につれて前記第２経路にも流す
    ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
  3. 前記第１経路は、前記第２経路より少量の冷却液を常時、循環させる経路に構成され、 前記第２経路と前記ブロック側循環経路は、前記エンジンの暖機状態に応じて各径路の開口面積を変化させる第１及び第２制御弁をそれぞれ備える
    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装置。
  4. 前記第２経路は、冷却液と熱交換する空調用ヒータコアをさらに接続する
    ことを特徴とする請求項３に記載のエンジンの冷却装置。
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