JP7505297B2 - 車両の吸気冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン本体およびラジエータが搭載された車両の吸気冷却装置に関するものである。

エンジン本体に導入される吸気を冷却するためのインタークーラが、車両に設けられる場合がある。インタークーラは、外部から供給される冷却水と吸気とを熱交換させることによって吸気を冷却する。

ここで、インタークーラによって吸気が過度に冷却されると吸気中に凝縮水が発生する。凝縮水がエンジン本体に導入されると失火等を招き好ましくない。吸気の過度な冷却を抑制するためには、インタークーラに導入される冷却水の量を少なくすればよい。しかし、インタークーラに導入される冷却水の量を過度に低減すると、今度は、少流量の冷却水が高温の吸気に晒されることでインタークーラ内で冷却水が沸騰し、インタークーラが損傷するおそれがある。具体的には、インタークーラ内で冷却水が沸騰して気泡が生じると、気泡が生じた部分のインタークーラコアが非常に高い温度になり、これにより熱劣化が生じたり、その後に低温の冷却水が流入することに伴う温度差に伴って前記部分が損傷するおそれがある。

これに対して、特許文献１には、冷媒が沸騰すると予想されるときに、インタークーラに導入される冷媒の量を多くしつつ、ＥＧＲ率つまり吸気に含まれるＥＧＲガス（吸気に還流された排気ガス）の割合を低くするようにしたエンジンシステムが開示されている。このエンジンシステムによれば、インタークーラ内の冷媒の量が多くされることで冷媒の沸騰が抑制されるとともに、ＥＧＲ率が少なくされることで、排気ガス中の水の吸気への還流量が少なくなり吸気内での凝縮水の発生が抑制されると考えられる。

特開２０１７－１１５８２８号公報

特許文献１のシステムでは、吸気内での凝縮水の発生を抑制するためにＥＧＲ率を少なくしているため、エンジン本体に十分な量のＥＧＲガスつまり不活性ガスが導入されずエンジン本体から排出されるＮＯｘの量が増大する等して排気ガスの性能が悪化するおそれがある。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、排ガス性能の悪化を抑制しながら、冷却水の沸騰と吸気中での凝縮水の発生とを抑制できる車両の吸気冷却装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、フロントグリルと、前記フロントグリルの後方に配設されたエンジン本体と、冷却水を冷却するために前記フロントグリルと前記エンジン本体との間に配設されたラジエータとを備えた車両に適用される吸気冷却装置において、前記ラジエータから供給される前記冷却水によって前記エンジン本体に導入される吸気を冷却するインタークーラと、前記フロントグリルと前記ラジエータとの間に設けられたグ
リルシャッターと、前記ラジエータから前記インタークーラに供給される前記冷却水の流量である冷却水供給流量を調整可能な冷却水量調整手段と、前記グリルシャッターおよび前記冷却水量調整手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記インタークーラから導出される前記吸気の温度を所定の目標吸気温度にするために必要な前記冷却水供給流量である第１冷却水流量を算出する第１算出部と、前記インタークーラ内の前記冷却水の温度を所定の冷却水上限温度未満にするために必要な前記冷却水供給流量の最小値である第２冷却水流量を算出する第２算出部とを備え、算出された前記第１冷却水流量と前記第２冷却水流量とを比較して、前記第１冷却水流量が前記第２冷却水流量以上の場合は、前記第１冷却水流量に基づいて前記冷却水量調整手段を制御し、前記第１冷却水流量が前記第２冷却水流量未満の場合は、前記第２冷却水流量に基づいて前記冷却水量調整手段を制御するとともに、前記ラジエータから導出される前記冷却水の温度が所定の判定水温未満で、且つ、前記第１冷却水流量が前記第２冷却水流量未満のときに、前記グリルシャッターを閉じる、ことを特徴とする（請求項１）。

本発明によれば、第１冷却水流量が第２冷却水流量以上である場合、つまり、インタークーラに導入される冷却水の流量を第１冷却水流量としても、インタークーラ内の冷却水の温度が冷却水上限温度未満になると考えられる場合は、第１冷却水流量に基づいて冷却水量調整手段が制御される。そのため、冷却水の温度を冷却水上限温度未満にしてインタークーラ内での冷却水の沸騰を抑制しつつ、インタークーラから導出される吸気の温度を目標吸気温度に制御できる。また、第１冷却水流量が第２冷却水流量未満であって、インタークーラに導入される冷却水の流量を第１冷却水流量にするとインタークーラ内の冷却水の温度が冷却水上限温度以上になると考えられる場合には、第２冷却水流量に基づいて冷却水量調整手段が制御される。そのため、この場合においても、インタークーラ内の温度が冷却水上限温度を超えるのを抑制してインタークーラ内での冷却水の沸騰を抑制できる。これより、インタークーラ内での冷却水の沸騰を確実に抑制でき、インタークーラの損傷を防止できる。

ここで、単に、第２冷却水流量に基づいて冷却水量調整手段を制御しただけでは、インタークーラから導出される吸気の温度が目標吸気温度よりも低くなり、吸気内に凝縮水が発生するおそれがある。これに対して、本発明では、ラジエータから導出される冷却水の温度が所定の判定水温未満であって低温の冷却水によって吸気が過度に冷却されて凝縮水が生成される可能性の高いときに、グリルシャッターが閉じられる。グリルシャッターが閉じられると、走行風によるラジエータの冷却が抑制されることでインタークーラに導入される冷却水の温度は高くなる。これより、第２冷却水流量に基づいて冷却水量調整手段を制御した場合であっても、冷却水による吸気の過度な冷却および凝縮水の発生を抑制できる。

このように、本発明では、インタークーラに導入される冷却水の流量の調整によってインタークーラ内での冷却水の沸騰を抑制し、グリルシャッターを閉じることによって凝縮水の発生を抑制している。従って、吸気に導入されるＥＧＲガスの割合を低減することなく、あるいは、この低減量を少なくして排ガス性能の悪化を抑制しながら、インタークーラ内での冷却水の沸騰と吸気中での凝縮水の発生とを抑制できる。

しかも、ラジエータから導出される前記冷却水の温度が判定水温未満で、且つ、第２冷却水流量に基づいて冷却水量調整手段が制御されるときという吸気内に凝縮水が発生する可能性がより高いときに、グリルシャッターが閉じられる。そのため、吸気中に凝縮水が発生するのをより確実に抑制できるとともに、グリルシャッターの閉弁機会を少なく抑えてグリルシャッターが長期間にわたって閉弁されることに伴う冷却水の過度な昇温を抑制できる。

前記制御手段による前記第１冷却水流量および前記第２冷却水流量の算出構成としては、前記インタークーラに供給される前記冷却水の温度、前記インタークーラに導入される前記吸気の温度、および、前記インタークーラを通過する前記吸気の流量に基づいて、前記第１冷却水流量および前記第２冷却水流量を算出する、構成が挙げられる（請求項２）。

以上のように、本発明によれば、排ガス性能の悪化を抑制しながら、冷却水の沸騰と吸気中での凝縮水の発生とを抑制できる車両の吸気冷却装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る車両の吸気冷却装置を示したシステム図である。 車両前部を示した概略図である。 インタークーラの概略構成図である。 第１実施形態に係る吸気冷却装置の制御ブロックである。 第１実施形態に係る冷却水流量の制御手順を示したフローチャートである。 （ａ）は入ガス温度と第１冷却水流量との関係を、（ｂ）は冷却水温と第１冷却水流量との関係を、（ｃ）吸気量と第１冷却水流量との関係を示したグラフである。 （ａ）は入ガス温度と第２冷却水流量との関係を、（ｂ）は冷却水温と第２冷却水流量との関係を、（ｃ）吸気量と第２冷却水流量との関係を示したグラフである。 第１実施形態の変形例に係る冷却水流量の制御手順を示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る車両の吸気冷却装置を示したシステム図である。 第２実施形態に係る吸気冷却装置の制御ブロックである。 第２実施形態に係る冷却水流量の制御手順を示したフローチャートである。 第２実施形態の変形例に係る冷却水流量の制御手順を示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る車両の吸気冷却装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両の吸気冷却装置が搭載された車両における吸気冷却システムＡ１およびエンジンシステムＡ２を示した概略構成図である。

図１に示すように、エンジンシステムＡ２は、気筒が形成されたエンジン本体１と、エンジン本体１に吸気を導入する吸気通路２と、エンジン本体１から排気ガスが導出される排気通路３と、ＥＧＲ装置４とを有する。本実施形態では、吸気冷却システムＡ１およびエンジンシステムＡ２が搭載される車両Ｖは、ハイブリッド車両であって、車両Ｖの駆動源としてエンジン本体１に加えて電動モータ（不図示）を有する。

吸気通路２には、吸気を過給する過給機５のコンプレッサ５ａと、吸気通路２のうちコンプレッサ５ａよりも下流側に設けられて吸気を冷却するためのインタークーラ１０とが設けられている。また、吸気通路２には、吸気の流量を検出するためのエアフローセンサＳＮ１と、吸気の温度を検出するための吸気温センサＳＮ２とが設けられている。エアフローセンサＳＮ１は、吸気通路２のうちのコンプレッサ５ａおよび後述するＥＧＲ通路４ａの接続部分よりも上流側の部分に設けられている。吸気温センサＳＮ２は、吸気通路２のうちのコンプレッサ５ａとインタークーラ１０との間に設けられており、インタークーラ１０に導入される前の吸気の温度を検出する。

排気通路３には、過給機５のタービン５ｂが設けられている。過給機５は、排気のエネルギーを受けてタービン５ｂが回転し、これによってコンプレッサ５ａが回転駆動されることで、吸気を過給する。排気通路３には、タービン５ｂよりも下流側の部分に排気ガスを浄化するための浄化装置６が設けられている。

ＥＧＲ装置４は、排気通路３と吸気通路２とを連通して排気ガスを吸気通路２に還流させるＥＧＲ通路４ａと、ＥＧＲ通路４ａを流通する排気ガスであるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー４ｂと、ＥＧＲ通路４ａを開閉可能なＥＧＲバルブ４ｃとを有する。ＥＧＲ通路４ａは、排気通路３のうちのタービン５ｂよりも下流側の部分と、吸気通路２のうちのコンプレッサ５ａよりも上流側の部分とを連通している。

吸気冷却システムＡ１は、内側を冷却水が流通（循環）する冷却水回路２０と、グリルシャッター５０と、冷却水回路２０上に設けられたラジエータ３１、ウォーターポンプ３２、流量調整バルブ３３、ＨＥＶ機器４０およびＡＴＦクーラ（ＡＴＦ／Ｃ）４１を有する。冷却水回路２０上には前記のインタークーラ１０も設けられており、インタークーラ１０は吸気冷却システムＡ１の構成要素でもある。つまり、インタークーラ１０には冷却水回路２０を流通する冷却水が供給されるようになっており、インタークーラ１０はこの冷却水と吸気との熱交換によって吸気を冷却する。また、冷却水回路２０には、これを流通する冷却水の温度を検出する水温センサＳＮ３が設けられている。水温センサＳＮ３は、冷却水回路２０のうちのラジエータ３１とウォーターポンプ３２との間に設けられており、ラジエータ３１から導出された直後の冷却水の温度を検出する。

ラジエータ３１は冷却水回路２０を流通する冷却水を冷却するための装置である。図２に示すように、ラジエータ３１は車両Ｖの前部でエンジン本体１よりも前方に設けられており、走行風を受けて冷却水を冷却する。ウォーターポンプ３２は、冷却水を圧送するためのポンプである。ウォーターポンプ３２は、冷却水回路２０のうちのラジエータ３１よりも下流側の部分に設けられている。ＨＥＶ機器４０は、ハイブリッド車両であることに伴って車両Ｖに搭載される電気機器であり、電動モータやコンバータ等を含む。ＡＴＦクーラ４１は、車両に設けられた変速機に供給されるＡＴオイルを冷却するための装置である。

冷却水回路２０は、ウォーターポンプ３２よりも下流側の分岐部２０ａで第１冷却水通路２１と第２冷却水通路２２とに分岐している。第１冷却水通路２１には、インタークーラ１０が配設されている。第２冷却水通路２２には、ＨＥＶ機器４０とＡＴＦクーラ４１とが、この順で上流側から順に設けられている。第１冷却水通路２１の下流端と第２冷却水通路２２の下流端とは、冷却水回路２０のうちのラジエータ３１よりも上流側の合流部２０ｂで合流している。これより、冷却水回路２０での冷却水の基本的な流れは次のようになる。ラジエータ３１から導出された冷却水は、まず、分岐部２０ａにおいて第１冷却水通路２１と第２冷却水通路２２とに分岐する。第１冷却水通路２１に流入した冷却水はインタークーラ１０において吸気を冷却する。一方、第２冷却水通路２２に流入した冷却水はＡＴＦクーラ４１においてＡＴオイルを冷却した後、ＨＥＶ機器４０を冷却する。インタークーラ１０を通過した後の冷却水と、ＡＴＦクーラ４１およびＨＥＶ機器４０を通過した後の冷却水とは、合流部２０ｂにて合流し、再びラジエータ３１に導入されてラジエータ３１により冷却される。

第１冷却水通路２１には、第１冷却水通路２１を開閉する流量調整バルブ３３が設けられている。流量調整バルブ３３が閉弁されると、第１冷却水通路２１およびインタークーラ１０への冷却水の流入は停止される。

図３は、インタークーラ１０の概略断面図である。インタークーラ１０は、吸気が導入される吸気導入部１１と、吸気が導出される吸気導出部１２と、冷却水が導入される冷却水導入部１５と、冷却水が導出される冷却水導出部１６とを備える。図２に示すように、本実施形態では、インタークーラ１０は対流式であり、吸気の流れ方向（図２の矢印Ｙ１の方向）について上流側の部分に冷却水導出部１６が設けられ、下流側の部分に冷却水導入部１５が設けられている。矢印Ｙ２に示すように、インタークーラ１０内で、冷却水は、吸気の流れ方向について下流側から上流側に流れている。インタークーラ１０に供給される冷却水の流量である冷却水供給流量は、ウォーターポンプ３２の回転数および流量調整バルブ３３の開度によって変更される。このように、本実施形態では、ウォーターポンプ３２の回転数および流量調整バルブ３３の開度によって、ラジエータ３１からインタークーラ１０に供給される冷却水の流量である冷却水供給流量が変更されるようになっており、ウォーターポンプ３２と流量調整バルブ３３とが、請求項の「冷却水量調整手段」に相当する。

図２に示すように、グリルシャッター５０は、車両Ｖの前部に設けられたフロントグリル３０１とラジエータ３１との間に設けられている。グリルシャッター５０は、上下方向に並設された複数のフラップ５１と、これを回動させる駆動装置（不図示）とを有する。グリルシャッター５０は、駆動装置によってフラップ５１が回動されることで、図２の実線に示すように開いた状態と、図２の鎖線に示すように閉じた状態とに切り替えられる。グリルシャッター５０が閉じられると、前方からラジエータ３１に向かう風の流れが遮断され、走行風によるラジエータ３１の冷却力ひいてはラジエータ３１による冷却水の冷却力が弱められる。

ここで、本発明の車両の吸気冷却装置６０は、少なくとも前記の吸気冷却システムＡ１とグリルシャッター５０と後述するＥＣＵ９０とを含む。

（制御構成）
図４は、吸気冷却システムＡ１およびエンジンシステムＡ２の制御構成を示したブロック図である。車両Ｖには、車両Ｖの各部を制御するための制御手段であるＥＣＵ（エンジン・コントロール・モジュール）９０が搭載されている。ＥＣＵ９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。

ＥＣＵ９０には、前記のエアフローセンサＳＮ１、吸気温センサＳＮ２、水温センサＳＮ３等の車両Ｖに搭載された各種センサからの検出信号が入力される。ＥＣＵ９０はこれらのセンサＳＮ１～ＳＮ３等からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、車両１００の各部を制御する。ＥＣＵ９０は、ウォーターポンプ３２、流量調整バルブ３３、グリルシャッター５０、ＥＧＲバルブ４ｃ等と電気的に接続されており、前記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。例えば、ＥＣＵ９０は、エンジン本体１の全運転領域において、ＥＧＲガスを吸気通路２に還流するべくＥＧＲバルブ４ｃを開弁させる。

ＥＣＵ９０には、機能的に、後述する第１冷却水流量を算出する第１算出部９１と、後述する第２冷却水流量を算出する第２算出部９２とが設けられている。

（冷却水の流量制御）
ＥＣＵ９０により実施される冷却水の流量制御について、図５のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１にて、ＥＣＵ９０は、各センサの検出値等を読み込む。ＥＣＵ９０は、エアフローセンサＳＮ１、吸気温センサＳＮ２および水温センサＳＮ３の検出値を少なくとも読み込む。以下では、エアフローセンサＳＮ１により検出された吸気の流量を吸気量といい、吸気温センサＳＮ２により検出された吸気の温度であってインタークーラ１０に導入される前の吸気の温度を入ガス温度といい、水温センサＳＮ３により検出された冷却水の温度であってラジエータ３１から導出された直後の冷却水の温度を冷却水温という。

次に、ステップＳ２にて、ＥＣＵ９０は、第１冷却水流量を算出する。第１冷却水流量は、インタークーラ１０の吸気導出部１２における吸気の温度であってインタークーラ１０で冷却された後の吸気の温度（以下、適宜、出ガス温度という）を、これの目標値である目標吸気温度にするために必要な冷却水供給流量である。つまり、第１冷却水流量は、コンプレッサ５ａによって過給されて高温となった吸気の温度を、インタークーラ１０によって目標吸気温度まで下げるためにインタークーラ１０に供給するべく冷却水の流量である。目標吸気温度は予め設定されてＥＣＵ９０に記憶されている。本実施形態では、目標吸気温度が５０℃と比較的高い値に設定されている。

ＥＣＵ９０は、ステップＳ１で読み込んだ入ガス温度、冷却水温および吸気量に基づいて第１冷却水流量を算出する。出ガス温度を目標吸気温度まで下げるためには、入ガス温度が高いほどインタークーラ１０に導入する冷却水の流量を多くする必要がある。これに対応して、ＥＣＵ９０は、図６（ａ）に示すように、入ガス温度が高いほど第１冷却水流量を大きい値に算出する。また、出ガス温度を目標吸気温度まで下げるためには、冷却水温が高いほどインタークーラ１０に導入する冷却水の流量を多くする必要がある。これに対応して、ＥＣＵ９０は、図６（ｂ）に示すように、冷却水温が高いほど第１冷却水流量を大きい値に算出する。また、出ガス温度を目標吸気温度まで下げるためには、吸気量が多いほど、インタークーラ１０に導入する冷却水の流量を多くする必要がある。これに対応して、ＥＣＵ９０は、図６（ｃ）に示すように、吸気量が多いほど第１冷却水流量を大きい値に算出する。

次に、ステップＳ３にて、ＥＣＵ９０は、第２冷却水流量を算出する。第２冷却水流量は、インタークーラ１０内の冷却水の温度（以下、適宜、インタークーラ内水温という）を所定の冷却水上限温度未満にするために必要な冷却水供給流量（インタークーラ１０導入するべき冷却水の流量）の最小値である。詳細には、インタークーラ１０内において、吸気の温度は上流側（吸気の流れ方向について）ほど高い。これより、インタークーラ１０内の冷却水の温度は、インタークーラ１０の吸気の流れ方向についての上流端つまり冷却水導出部１６において最も高くなる。第２冷却水流量は、この冷却水導出部１６における冷却水の温度であってインタークーラ１０内の冷却水の温度を冷却水上限温度未満にするために必要な冷却水供給流量の最小値である。なお、インタークーラ１０を流通する冷却水の流量が多いほど、吸気からの受熱による冷却水の温度上昇は小さくなる。

冷却水上限温度は予め設定されてＥＣＵ９０に記憶されている。冷却水上限温度は、冷却水の沸点とほぼ同じ温度（１００℃等）に設定されており、第２冷却水流量は、インタークーラ１０内の冷却水の温度を沸点以下に抑えるために必要な冷却水供給流量の最小値である。

ＥＣＵ９０は、ステップＳ１で読み込んだ入ガス温度、冷却水温および吸気量に基づいて第２冷却水流量を算出する。入ガス温度が高いほどインタークーラ１０内の冷却水の温度は高温になりやすいことから、インタークーラ内水温を冷却水上限温度以下にするためには、入ガス温度が高いほどインタークーラ１０に導入する冷却水の流量を多くする必要がある。これに対応して、ＥＣＵ９０は、図７（ａ）に示すように、入ガス温度が高いほど第２冷却水流量を大きい値に算出する。また、インタークーラ内水温を冷却水上限温度以下にするためには、冷却水温が高いほどインタークーラ１０に導入する冷却水の流量を多くする必要がある。これに対応して、ＥＣＵ９０は、図７（ｂ）に示すように、冷却水温が高いほど第２冷却水流量を大きい値に算出する。また、インタークーラ内水温を冷却水上限温度以下にするためには、吸気量が多く吸気から冷却水への放熱量が多いほど、インタークーラ１０に導入する冷却水の流量を多くする必要がある。これに対応して、ＥＣＵ９０は、図７（ｃ）に示すように、吸気量が多いほど第２冷却水流量を大きい値に算出する。

ステップＳ３の後は、ＥＣＵ９０は、ステップＳ４にて、第２目標冷却水量を算出する。第２目標冷却水量は、第２冷却水通路２２を流通させてＨＥＶ機器４０およびＡＴＦクーラ４１に供給する冷却水の流量の目標値である。ＥＣＵ９０は、ＡＴオイルの温度やＨＥＶ機器４０の温度等に基づいて第２目標冷却水量を算出する。

ステップＳ４の後はステップＳ５にて、ＥＣＵ９０は、ステップＳ２で算出した第１冷却水流量がステップＳ３で算出した第２冷却水流量以上であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳであって第１冷却水流量が第２冷却水流量以上の場合、ＥＣＵ９０はステップＳ６の処理を行う。ステップＳ６にて、ＥＣＵ９０は、第１目標冷却水量を第１冷却水流量に設定する。第１目標冷却水量は、第１冷却水通路２１を流通させる冷却水の流量の目標値である。

すなわち、第１冷却水流量が第２冷却水流量以上であって、出ガス温度を目標吸気温度にするのに必要な冷却水供給流量が、インタークーラ内水温を冷却水上限温度以下にするのに必要な冷却水供給流量以上であり、冷却水供給流量を第１冷却水流量としてもインタークーラ内水温を冷却水上限温度以下にできる場合は、第１冷却水流量が第１目標冷却水量に設定される。

一方、ステップＳ５の判定がＮＯであって第１冷却水流量が第２冷却水流量未満の場合、ステップＳ７にて、ＥＣＵ９０は、第２冷却水流量を第１目標冷却水量に設定する。すなわち、第１冷却水流量が第２冷却水流量未満であって、出ガス温度を目標吸気温度にするのに必要な冷却水供給流量がインタークーラ内水温を冷却水上限温度以下にするのに必要な冷却水供給流量未満であり、冷却水供給流量を第１冷却水流量としてもインタークーラ内水温を冷却水上限温度未満にできない場合は、第２冷却水流量が第１目標冷却水量に設定される。

ステップＳ６あるいはステップＳ７の後はステップＳ８に進む。ＥＣＵ９０は、ステップＳ８にて、設定した第１目標冷却水量および第２目標冷却水量に基づいて、ウォーターポンプ３２の回転数と流量調整バルブ３３の開度を決定する。すなわち、ＥＣＵ９０は、第１冷却水通路２１を流通する冷却水の流量が第１目標冷却水量になり、且つ、第２冷却水通路２２を流通してインタークーラ１０に供給される冷却水の流量が第２目標冷却水量になるように、ウォーターポンプ３２の回転数と流量調整バルブ３３の開度を決定する。そして、これらの回転数および開度が実現されるようにＥＣＵ９０はウォーターポンプ３２と流量調整バルブ３３とを制御する。

このように、本実施形態では、第１冷却水流量が第２冷却水流量以上の場合は、インタークーラ１０に供給される冷却水の流量が第１冷却水流量とされ、第１冷却水流量が第２冷却水流量未満の場合は、インタークーラ１０に供給される冷却水の流量が第２冷却水流量とされる。ただし、第１冷却水流量が第２冷却水流量未満の場合に、インタークーラ１０に供給される冷却水の流量を単に第２冷却水流量としただけでは、出ガス温度が目標吸気温度よりも低くなって吸気中に凝縮水が生成されやすくなる。具体的には、吸気中には、空気中あるいはＥＧＲガス中の水蒸気が含まれており、これらが凝縮するおそれがある。

ここで、吸気中に凝縮水が生じやすいのは、主としてインタークーラ１０に供給される冷却水の温度が低いときである。これより、ＥＣＵ９０は、冷却水温が低い場合には、ＥＣＵ９０は、インタークーラ１０に供給される冷却水を昇温するべくグリルシャッター５０を閉じる。前記のように、グリルシャッター５０が閉じられると、ラジエータ３１の冷却力が弱くなることで冷却水の温度が昇温される。

具体的には、ステップＳ８の後に進むステップＳ９において、ＥＣＵ９０は、冷却水温が所定の判定水温以上であるか否かを判定する。判定水温は、吸気中に凝縮水が生じやすい冷却水温であり予め設定されてＥＣＵ９０に記憶されている。判定水温は、例えば、４０℃程度に設定されている。

ステップＳ９の判定がＹＥＳであって、冷却水温が判定水温以上の場合は、ＥＣＵ９０は、ステップＳ１０にてグリルシャッター５０を開く（既に開いている場合は継続してグリルシャッター５０を開く）。一方、ステップＳ９の判定がＮＯであって、冷却水温が判定水温未満の場合は、ＥＣＵ９０は、ステップＳ１１にてグリルシャッター５０を閉じる（既に開いている場合は継続してグリルシャッター５０を開く）。ステップＳ１０あるいはステップＳ１１の後はステップＳ１に戻る。

（作用等）
以上のように、本第１実施形態では、インタークーラ１０から導出される吸気の温度を目標吸気温度にするために必要な冷却水供給流量である第１冷却水流量と、インタークーラ１０内の冷却水の温度を所定の冷却水上限温度以下にするために必要な前記冷却水供給流量の最小値である第２冷却水流量とが算出される。そして、第１冷却水流量が第２冷却水流量以上であって、インタークーラ１０に導入される冷却水の流量を第２冷却水流量としても、インタークーラ１０内の冷却水の温度が冷却水上限温度未満に抑えられると考えられる場合には、第１冷却水流量が第１目標冷却水量に設定される。また、インタークーラ１０に供給される冷却水の流量が第１冷却水流量になるように、ウォーターポンプ３２と流量調整バルブ３３とが制御される。そのため、第１冷却水流量が第２冷却水流量以上の場合に、インタークーラ内水温（インタークーラ１０内の冷却水の温度）を冷却水上限温度未満にしてインタークーラ１０内での冷却水の沸騰を抑制しつつ、インタークーラ１０から導出される吸気の温度を目標吸気温度に制御できる。

また、第１冷却水流量が第２冷却水流量未満であって、インタークーラ１０に導入される冷却水の流量を第１冷却水流量にするとインタークーラ内水温が冷却水上限温度以上になると考えられる場合には、インタークーラ１０に供給される冷却水の流量が第２冷却水流量になるように、ウォーターポンプ３２と流量調整バルブ３３とが制御される。そのため、この場合においても、インタークーラ内水温が冷却水上限温度を超えるのを抑制してインタークーラ１０内での冷却水の沸騰を抑制できる。これより、インタークーラ１０内での冷却水の沸騰を確実に抑制でき、インタークーラ１０の損傷を防止できる。

しかも、冷却水温が判定水温未満であってインタークーラ１０内で冷却水によって吸気が過度に冷却されて吸気中に凝縮水が発生する可能性の高いときに、グリルシャッター５０が閉じられて、冷却水が昇温される。従って、第２冷却水流量に基づいて冷却水量調整手段を制御した場合であっても、冷却水による吸気の過度な冷却および凝縮水の発生を抑制できる。

特に、第１実施形態では、インタークーラ１０に導入される冷却水の流量の調整によってインタークーラ１０内での冷却水の沸騰を抑制しつつ、この冷却水の沸騰抑制に伴う吸気内での凝縮水の発生をグリルシャッター５０の閉弁によって抑制している。これより、冷却水の沸騰を抑制しながら吸気内での凝縮水の発生を抑制するために吸気に導入されるＥＧＲガスの割合を低減する必要がなく、あるいは、この低減量を少なくできる。従って、第１実施形態によれば、排ガス性能の悪化を抑制しながら、インタークーラ１０内での冷却水の沸騰と吸気内での凝縮水の発生とを抑止できる。

（変形例）
前記実施形態では、冷却水温が判定水温以上であるか否かに応じてグリルシャッター５０を開閉するか否かを決定した場合を説明したが、この判定に加えて第１冷却水流量が第２冷却水流量未満であるか否かに基づいてグリルシャッター５０の開閉を行ってもよい。

具体的には、図５のフローチャートに変えて図６のフローチャートに示す制御を実施し、前記実施形態におけるステップＳ９の判定を、冷却水温が判定水温以上である、または、第１冷却水流量が第２冷却水流量以上であるか否かの判定（図６のステップＳ１９）に変えてもよい。そして、ステップＳ１９の判定がＹＥＳであって、冷却水温が判定水温以上である、または、第１冷却水流量が第２冷却水流量以上の場合に、グリルシャッター５０を開き（ステップＳ１０を実施し）、ステップＳ１９の判定がＮＯであって冷却水温が判定水温未満であり、且つ、第１冷却水流量が第２冷却水流量未満の場合に、グリルシャッター５０を開く（ステップＳ１１を実施する）ようにしてもよい。なお、図６のフローチャートにおいてステップＳ１９を除く他のステップＳ１～８、Ｓ１０およびＳ１１は、図５のフローチャートと同様のステップである。

このようにすれば、冷却水温が判定水温未満で、且つ、出ガスの温度が目標吸気温度未満であって、吸気中に凝縮水が発生する可能性がより高いときにのみグリルシャッター５０が閉じられることになる。そのため、吸気中に凝縮水が発生するのを確実に抑制しつつ、グリルシャッター５０が閉じられることに伴って冷却水が過度に昇温されるのを防止できる。

（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態に係る車両の吸気冷却装置が搭載された車両における吸気冷却システムＡ１およびエンジンシステムＡ２を示した概略構成図である。第２実施形態は、第１実施形態と異なり、冷却水回路２０に、ラジエータ３１をバイパスするバイパス通路２３と、バイパス通路２３を開閉するバイパスバルブ２４が設けられている。また、第２実施形態では、第１実施形態と異なり、グリルシャッター５０の開閉制御が実施されないようになっている。この相違点を除く他の構成は第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図９の例では、バイパス通路２３は、第２冷却水通路２２のうちＡＴＦクーラ４１よりも下流側且つ合流部２０ｂよりも上流側の部分と、冷却水回路２０のうちラジエータ３１よりも下流側且つウォーターポンプ３２よりも上流側の部分とをつないでおり、第２冷却水通路２２内の冷却水がバイパス通路２３に流入するようになっている。

第１冷却水通路２１を通過した冷却水は第１実施形態と同様にラジエータ３１を通り冷却される。一方、バイパスバルブ２４が開弁しているとき、第２冷却水通路２２内の冷却水であってＨＥＶ機器４０およびＡＴＦクーラ４１において昇温された冷却水は、バイパス通路２３に流入し、ラジエータ３１を迂回する。第１冷却水通路２１を通過した冷却水と、バイパス通路２３を通過した冷却水とは、冷却水回路２０のうちのウォーターポンプ３２よりも上流側の部分で合流する。前記のように、バイパス通路２３を通過した冷却水はラジエータ３１を迂回しており高温に維持される。これより、バイパスバルブ２４が開弁したときは、バイパスバルブ２４が閉弁してすべての冷却水がラジエータ３１により冷却される場合よりも、冷却水回路２０を流れる冷却水は高温になる。

図１０に示すように、バイパスバルブ２４はＥＣＵ９０によって制御される。具体的には、ＥＣＵ９０は、バイパスバルブ２４を全閉と全開とに切り替える。

第２実施形態では、このようにバイパスバルブ２４を開弁させることで冷却水の温度を高くし、これより、吸気中での凝縮水の生成を抑制する。

具体的には、図１１のフローチャートに示すように、第２実施形態でも、第１実施形態と同じステップＳ１～ステップＳ９を実施する。すなわち、第２実施形態でも、ＥＣＵ９０は、入ガス温度、冷却水温および吸気量に基づいて第１冷却水流量および第２冷却水流量を算出するとともに第２目標冷却水流量を算出する。そして、ＥＣＵ９０は、第１冷却水量が第２冷却水量以上の場合は第１冷却水流量を第１目標冷却水量に設定し、第１冷却水量が第２冷却水量未満の場合は第２冷却水流量を第１目標冷却水量に設定する。

一方、第２実施形態では、ステップＳ９の判定がＹＥＳであって冷却水温が判定水温以上の場合は、ＥＣＵ９０はステップＳ２０にてバイパスバルブ２４を閉弁させ、ステップＳ９の判定がＮＯであって冷却水温が判定水温未満の場合は、ステップＳ２２にてバイパスバルブ２４を開弁させる。ステップＳ２０、Ｓ２１の後は、ステップＳ１に戻る。

（作用等）
以上のように、第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、第１冷却水流量が第２冷却水流量以上の場合に、インタークーラ１０に供給される冷却水の流量が第１冷却水流量になるようにウォーターポンプ３２と流量調整バルブ３３とが制御される。そのため、インタークーラ内水温を冷却水上限温度未満にしてインタークーラ１０内での冷却水の沸騰を抑制しつつ、インタークーラ１０から導出される吸気の温度を目標吸気温度に制御できる。また、第１冷却水流量が第２冷却水流量未満の場合には、インタークーラ１０に供給される冷却水の流量が第２冷却水流量になるようにウォーターポンプ３２と流量調整バルブ３３とが制御される。そのため、この場合においても、インタークーラ内水温が冷却水上限温度以上になるのを抑制してインタークーラ１０内での冷却水の沸騰を抑制できる。これより、インタークーラ１０内での冷却水の沸騰を確実に抑制でき、インタークーラ１０の損傷を防止できる。

また、冷却水温が判定水温未満であってインタークーラ１０内で冷却水によって吸気が過度に冷却されて吸気中に凝縮水が発生する可能性の高いときに、バイパスバルブ２４が開弁されて、冷却水回路２０中の冷却水が昇温される。従って、第２冷却水流量に基づいて冷却水量調整手段を制御した場合であっても、冷却水による吸気の過度な冷却および凝縮水の発生を抑制できる。

このように、第２実施形態では、インタークーラ１０に導入される冷却水の流量の調整によってインタークーラ１０内での冷却水の沸騰を抑制しつつ、この冷却水の沸騰抑制に伴う吸気内での凝縮水の発生をバイパスバルブ２４の開弁よって抑制している。これより、第１実施形態と同様に、第２実施形態においても、吸気内での凝縮水の発生を抑制するために吸気に導入されるＥＧＲガスの割合を低減する必要がなく、あるいは、この低減量を少なくでき、排ガス性能の悪化を抑制しながら、インタークーラ１０内での冷却水の沸騰と吸気内での凝縮水の発生とを抑止できる。

（変形例）
前記第２実施形態では、冷却水温が判定水温以上であるか否かに応じてバイパスバルブ２４を開閉するか否かを決定した場合を説明したが、この判定に加えて第１冷却水流量が第２冷却水流量未満であるか否かに基づいてバイパスバルブ２４の開閉を行ってもよい。

具体的には、図１１のフローチャートに変えて図１２のフローチャートに示す制御を実施し、前記実施形態におけるステップＳ９の判定を、冷却水温が判定水温以上である、または、第１冷却水流量が第２冷却水流量以上であるか否かの判定（図１２のステップＳ３９）に変えてもよい。そして、ステップＳ３９の判定がＹＥＳであって、冷却水温が判定水温以上である、または、第１冷却水流量が第２冷却水流量以上の場合に、バイパスバルブ２４を閉じ（ステップＳ２０を実施し）、ステップＳ３９の判定がＮＯであって冷却水温が判定水温未満であり、且つ、第１冷却水流量が第２冷却水流量未満の場合に、バイパスバルブ２４を閉じる（ステップＳ２１を実施する）ようにしてもよい。なお、図１２のフローチャートにおいてステップＳ３９を除く他のステップＳ１～８、Ｓ２０およびＳ２１は、図１１のフローチャートと同様のステップである。

このようにすれば、冷却水温が判定水温未満で、且つ、出ガスの温度が目標吸気温度未満であって、吸気中に凝縮水が発生する可能性がより高いときにのみバイパスバルブ２４が閉じられることになる。そのため、吸気中に凝縮水が発生するのを確実に抑制しつつ、バイパスバルブ２４が閉じられることに伴って冷却水が過度に昇温されるのを防止できる。

前記第２実施形態では、バイパス通路２３が、第２冷却水通路２２のＡＴＦクーラ４１の下流側の部分と、冷却水回路２０のラジエータ３１とウォーターポンプ３２の間の部分とを連通する場合を説明したが、バイパス通路２３はラジエータ３１をバイパスする通路であればよく、その配置は前記に限らない。例えば、冷却水回路２０のうち前記の合流部２０ｂとラジエータ３１の間の部分と、ラジエータ３１とウォーターポンプ３２の間の部分とを連通するようにバイパス通路２３を設けてもよい。

（第１実施形態および第２実施形態の変形例）
前記各実施形態では、冷却水回路２０にインタークーラ１０に加えてＨＥＶ機器４０とＡＴＦクーラ４１とが設けられた場合を説明したが、冷却水回路２０にインタークーラ１０以外に設けられる機器はこれに限らない。例えば、排気通路３に尿素を噴射する尿素インジェクタが設けられるエンジンシステムにおいてこの尿素インジェクタを冷却水回路２０上に設けて、冷却水によって尿素インジェクタが冷却されるように構成してもよい。また、ＨＥＶ機器４０とＡＴＦクーラ４１とを省略してもよい。

１ エンジン本体
２ 吸気通路
１０ インタークーラ
２０ 冷却水回路
２３ バイパス通路（第２実施形態）
２４ バイパスバルブ（第２実施形態）
３１ ラジエータ
３２ ウォーターポンプ（流量調整手段）
３３ 流量制御バルブ（流量調整手段）
５０ グリルシャッター（第１実施形態）
９０ ＥＣＵ（制御手段）
９１ 第１算出部
９２ 第２算出部

Claims (2)

1. フロントグリルと、前記フロントグリルの後方に配設されたエンジン本体と、冷却水を冷却するために前記フロントグリルと前記エンジン本体との間に配設されたラジエータとを備えた車両に適用される吸気冷却装置において、
   前記ラジエータから供給される前記冷却水によって前記エンジン本体に導入される吸気を冷却するインタークーラと、
   前記フロントグリルと前記ラジエータとの間に設けられたグリルシャッターと、
   前記ラジエータから前記インタークーラに供給される前記冷却水の流量である冷却水供給流量を調整可能な冷却水量調整手段と、
   前記グリルシャッターおよび前記冷却水量調整手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記インタークーラから導出される前記吸気の温度を所定の目標吸気温度にするために必要な前記冷却水供給流量である第１冷却水流量を算出する第１算出部と、
   前記インタークーラ内の前記冷却水の温度を所定の冷却水上限温度未満にするために必要な前記冷却水供給流量の最小値である第２冷却水流量を算出する第２算出部とを備え、
   算出された前記第１冷却水流量と前記第２冷却水流量とを比較して、前記第１冷却水流量が前記第２冷却水流量以上の場合は、前記第１冷却水流量に基づいて前記冷却水量調整手段を制御し、前記第１冷却水流量が前記第２冷却水流量未満の場合は、前記第２冷却水流量に基づいて前記冷却水量調整手段を制御するとともに、
   前記ラジエータから導出される前記冷却水の温度が所定の判定水温未満で、且つ、前記第１冷却水流量が前記第２冷却水流量未満のときに、前記グリルシャッターを閉じる、ことを特徴とする車両の吸気冷却装置。
2. 請求項１に記載の車両の吸気冷却装置において、
   前記制御手段は、前記インタークーラに供給される前記冷却水の温度、前記インタークーラに導入される前記吸気の温度、および、前記インタークーラを通過する前記吸気の流量に基づいて、前記第１冷却水流量および前記第２冷却水流量を算出する、ことを特徴とする車両の吸気冷却装置。

Images