JP2011047305A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の暖機を促進すると共に、内燃機関の運転状態に応じて内燃機関各部を適切な温度状態にすることのできる冷却装置を備えた内燃機関を提供する。
【解決手段】内燃機関１に冷却水が導入される複数の冷却水通路を有し、この冷却水通路のうち、シリンダブロック３に接続される第１の冷却水通路１０を流れる冷却水が、ＥＧＲクーラー２０において排気と熱交換するようにした。同冷却水は、排気によって昇温されるのでシリンダブロック３の暖機が促進されるとともに、内燃機関１のその他の部位とで温度差を設け、各部を適切な温度状態にすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に関する。

周知のように、内燃機関の内部には冷却水通路が設けられ、この冷却水通路に冷却水を流すことで、運転中の内燃機関を適切な温度に保つようにしている。なお、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッドとでは、最適な温度がそれぞれ異なっている。そのため、シリンダブロックとシリンダヘッドとでは、冷却の態様を異ならせることが望ましい。

そこで、従来、特許文献１には、シリンダヘッド、シリンダブロックへの冷却水の供給態様を異ならせるようにした内燃機関が提案されている。この内燃機関では、内燃機関の始動時において、シリンダブロックへの冷却水の導入量を制限して、冷却水によるシリンダブロックの冷却を抑制することで、シリンダブロックの昇温を促進するようにしている。こうした内燃機関では、機関始動時にシリンダブロックをより早期に昇温することが可能であり、ピストン等の摺動部材のフリクションの低下により、燃費を向上することが可能となる。

特開２００７−２１１５９４号公報

こうした従来の内燃機関によれば、機関始動時におけるシリンダブロックの昇温を早期化することは、確かに可能となる。しかしながら、機関始動時においてシリンダブロックに導入される冷却水自体の水温は低温であることから、同冷却水がシリンダブロックから多くの熱を受熱し、シリンダブロックの昇温は遅れてしまう。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、シリンダブロックを流れる冷却水に係り、同冷却水がシリンダブロックから受ける熱量を少なくすることのできる冷却装置を備えた内燃機関を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の内部を通じて冷却水を循環させることで前記内燃機関の冷却を行う冷却装置と、冷却水を昇温する昇温手段と、を備える内燃機関において、前記冷却装置には、前記昇温手段により昇温された冷却水を前記内燃機関のシリンダブロックの内部に導入する第１の冷却水通路と、前記昇温手段により昇温されない冷却水を前記内燃機関の他の部位に導入する第２の冷却水通路と、が設けられてなることを要旨とする。

同構成では、内燃機関のシリンダブロックの内部には、昇温手段によって暖められた冷却水が導入され、同内燃機関の他の部位には、昇温手段を通過せず、故に冷たいままの冷却水が導入されるようになる。シリンダボアの形成されるシリンダブロックの温度が低いと、ピストン摺動部のフリクションが高くなり、燃費が顕著に悪化する。そのため、シリンダブロックは、内燃機関にあって、最も昇温要求の高い部位となっている。その点、上記構成では、シリンダブロックに導入される冷却水のみを昇温手段で暖めるようにしており、シリンダブロックの昇温を優先しておこなうことができるようになる。また、同冷却水はシリンダブロックに導入される前に昇温手段によって昇温されていることから、同冷却水がシリンダブロックから受ける熱量は、昇温されていない場合に比べて少なくなる。したがって、シリンダブロックの昇温を促進することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、同内燃機関は、排気通路を流れる排気の一部を取り出して吸気通路に還流する排気再循環装置と、冷却水と前記排気通路から取り出された排気の一部との間で熱交換を行う熱交換器と、を備え、前記昇温手段が前記熱交換器であることを要旨とする。

同構成では、第１の冷却水通路を通りシリンダブロックに導入される冷却水は、排気再循環装置によって排気通路から取り出された排気の一部によって、熱交換器において昇温される。一般的な排気再循環装置は、内燃機関の高負荷領域では、新気の量を増やすために排気の取り入れを制限するようにしている。そのため、熱交換器に排気が導入されないので、上記熱交換器において排気とシリンダブロックに導入される冷却水との熱交換が行われず、同冷却水は昇温されないようになる。一方、内燃機関の高負荷領域では、シリンダブロック内のシリンダボア付近が非常に高温となっているため、同シリンダボア付近が適切に冷却されなければ、ノッキングが生じる虞がある。すなわち、内燃機関の高負荷領域においては、シリンダブロックに導入される冷却水は、低温であることが望ましい。その点、一般的な排気浄化装置では、高負荷運転時には、上述のように排気の取り入れが制限されているので、熱交換器において同冷却水は昇温されないようになる。したがって、排気再循環装置による排気の還流制御によって、シリンダブロックに導入される冷却水の昇温も適切に制限することができるようになり、格別な部品を追加せずとも、機関運転状態に応じた冷却水の昇温制御を行うことが可能となる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関において、前記第２の冷却水通路は、前記内燃機関のシリンダヘッドの内部に前記昇温手段を通過しない冷却水を導入するように構成されることを要旨とする。

同構成では、シリンダヘッドの内部には、昇温手段を通過してシリンダブロックに導入される冷却水よりも低温の冷却水が導入される。シリンダヘッドは、低温であるほど吸気の充填効率が向上するところ、上記構成によれば、シリンダヘッドには昇温されていない冷却水が導入されるため、シリンダヘッドを良好に冷却することができ、吸気の充填効率の低下を抑制することができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関において、前記排気再循環装置には、当該排気再循環装置の排気取入口よりも排気下流側における前記排気通路に前記熱交換器を通過後の排気を戻す排気戻し通路と、前記排気通路から取り出した排気を前記吸気通路に還流するか、前記排気戻し通路を通じて前記排気通路に戻すかを切り替える切替手段と、が設けられることを要旨とする。

内燃機関の暖機中は燃焼が不安定であり、このとき排気が吸気通路に再循環されると、燃焼がいっそう不安定なものとなってしまう。その点、上記構成では、排気通路から取り出した排気を吸気通路に還流することなく、排気通路に再び戻すことが可能である。そのため、シリンダブロックに導入される冷却水を排気の熱で暖めつつも、同排気を吸気通路に還流しないようにすることができるようになる。したがって、上記構成によれば、燃焼状態の不安定化を招くことなく、機関始動時のシリンダブロックの昇温を促進することができるようになる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関において、前記切替手段は、前記内燃機関の暖機中に前記排気戻し通路を通じて前記排気通路に前記排気を戻し、前記内燃機関の暖機完了後に前記吸気通路に前記排気を還流するように構成されてなることを要旨とする。

同構成では、排気通路から取り出された排気は、内燃機関の暖機中には、排気戻し通路を通じて排気通路に戻され、内燃機関の暖機後は、吸気通路に還流されるようになる。そのため、シリンダブロックの昇温を促進しつつも、排気が吸気通路に再循環されて燃焼状態が不安定となることを回避することができるようになる。

また、請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の内燃機関において、前記排気戻し通路は、前記内燃機関のオイルパンを通過するように形成されてなることを要旨とする。

同構成では、排気戻し通路を通じて排気通路に戻される排気の熱で、オイルパン内のエンジンオイルを昇温することができる。エンジンオイルが昇温されるとその粘度が低下して、内燃機関の摺動部品のフリクションが低下されることから、燃費が向上するようになる。こうした燃費向上の効果が顕著なのは、エンジンオイルが低温であり粘度が高い状態にある内燃機関の始動時である。したがって、排気通路から取り入れられた排気を機関始動時に排気戻し通路を通じて排気通路に戻すようにすれば、エンジンオイルの過度な粘度低下による、摺動部品の接触による焼き付き等の不具合を抑制することができるようになる。

本発明にかかる内燃機関の一実施形態について、これが適用される内燃機関の冷却系及び吸排気系の構成を示す模式図。 本実施形態における、内燃機関の機関運転状態と再循環排気量との関係を示す略図。 本実施形態において、内燃機関の暖機時における冷却水及び吸排気の流れを示す模式図。 本実施形態において、内燃機関の暖機後であって機関負荷が低・中負荷時における冷却水及び吸排気の流れを示す模式図。 本実施形態において、内燃機関の暖機後であって機関負荷が高負荷時における冷却水及び吸排気の流れを示す模式図。

以下、この発明にかかる内燃機関の冷却装置を具体化した一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に、本実施形態における内燃機関の冷却系及び吸排気系の構成を示す。

この図１に示すように、冷却水循環用のウォーターポンプ６の吐出口と、内燃機関１のシリンダヘッド２における冷却水導入口とは、第２の冷却水通路１１によって接続されている。また、この第２の冷却水通路１１は途中で分岐され、上記昇温手段を構成するＥＧＲクーラー２０の冷却水導入口にも接続されている。そして、ＥＧＲクーラー２０の冷却水排出口と内燃機関１のシリンダブロック３における冷却水導入口とは、第１の冷却水通路１０によって接続されている。したがって、内燃機関１に導入される冷却水は、シリンダヘッド２の冷却水導入口とシリンダブロック３の冷却水導入口との２箇所から導入されている。そしてシリンダブロック３には、ＥＧＲクーラー２０を通過した冷却水が、シリンダヘッド２には、ＥＧＲクーラー２０を通過しない冷却水が、それぞれ導入されるようになっている。

内燃機関１内の冷却水通路(ウォータージャケット)のうち、シリンダヘッド２内の冷却水通路は、シリンダヘッド２の冷却水導入口に導入された冷却水が、シリンダヘッド２内を冷却した後、シリンダヘッド２の冷却水排出口から排出されるように構成されてなる。同様に、シリンダブロック３内の冷却水通路は、シリンダブロック３の冷却水導入口に導入された冷却水が、シリンダブロック３内を冷却した後、シリンダブロック３の冷却水排出口から排出されるように構成されてなる。このとき、本実施例においては、シリンダヘッド２内の冷却水通路とシリンダブロック３内の冷却水通路は分離されている。すなわち、両冷却水通路を流れる冷却水は、内燃機関１内において混合されないようになっている。

シリンダヘッド２の冷却水排出口及びシリンダブロック３の冷却水排出口には、第３の冷却水通路１２が接続されている。こうした第３の冷却水通路１２の下流側は、ラジエータ７の冷却水導入口に接続されている。また、同ラジエータ７の冷却水排出口とサーモスタット８のラジエータ側ポートとは、第４の冷却水通路１３によって接続されている。このサーモスタット８は、上記のラジエータ側ポートの他に、バイパスポート及び出口ポートを備えている。こうしたサーモスタット８のバイパスポートには、第３の冷却水通路１２から分岐しラジエータ７をバイパスするバイパス通路１５が接続されている。また、同サーモスタット８の出口ポートは、第５の冷却水通路１４を通じてウォーターポンプ６の吸入口に接続されている。

なお、このサーモスタット８は、内燃機関１の暖機が完了するまでは、バイパスポートと出口ポートとを連通するようにしている。またこのときのラジエータ側ポートは閉鎖され、バイパス通路１５と第５の冷却水通路１４とが連通されるようになっている。一方、内燃機関１の暖機が完了すると、ラジエータ７側ポート及び出口ポートが連通されるとともに、バイパスポートが閉鎖されて、第４の冷却水通路１３と第５の冷却水通路１４とが連通されるようになっている。

次に、本実施形態における内燃機関の吸排気系について説明する。この図１に示すように、内燃機関１には排気通路３０が接続され、同排気通路３０の途中には排気を浄化する触媒３１が設けられている。また、同排気通路３０の途中であって、内燃機関１と触媒３１との間には、排気絞り弁３２が設けられている。この内燃機関１では、吸気通路３５を通過した新気と燃料噴射弁から噴射された燃料との混合気が内燃機関１内の燃焼室で燃焼され、燃焼によって生じた排気が、排気通路３０及び触媒３１を通過した後、大気へと排出される。

内燃機関１には、排気の一部を再循環排気として吸気通路３５に還流する排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が設けられている。このＥＧＲ装置には、排気通路３０にあって排気絞り弁３２の排気上流側から分岐されたＥＧＲ通路２１が設けられており、このＥＧＲ通路２１は、吸気通路３５に設けられたサージタンク３６に接続されている。ＥＧＲ通路２１の途中には、シリンダブロック３に導入される冷却水が内部を通る、上記ＥＧＲクーラー２０が配設されている。また、ＥＧＲ通路２１にあって、ＥＧＲクーラー２０とサージタンク３６との間には、吸気側に還流される排気の量を調整するＥＧＲ制御弁２２が設けられている。このＥＧＲ制御弁２２は、弁の開度を調節することによって、排気通路３０から取り出される排気の量を調節するものとなっている。

排気通路３０を通る排気の一部は再循環排気としてＥＧＲ通路２１に導入され、ＥＧＲクーラー２０にて冷却水と熱交換された後、吸気通路３５へ還流されて新気とともに再び内燃機関１の燃焼室に導入される。このように排気を再循環させることにより、混合気の燃焼温度が低下してＮＯｘの排出量が低減されるようになる。また、排気が吸気通路３５に再循環されると、燃焼室への新気の導入量が減少するため、そうした新気の導入量の減少を補うためにスロットルバルブの開度は大きくされ、これにより内燃機関１のポンプ損失が低減されるようになる。

なおＥＧＲ通路２１にあって、ＥＧＲクーラー２０とＥＧＲ制御弁２２との間には、上記切替手段を構成する排気切替弁２５が設けられており、同排気切替弁２５において排気戻し通路２６がＥＧＲ通路２１から分岐されている。すなわち、排気切替弁２５は、３方弁として構成されている。

この排気切替弁２５の内部には弁体が設けられ、同弁体は全開状態または全閉状態に切り替えられる。それにより、ＥＧＲ通路２１を通り排気切替弁２５に至った再循環排気が、ＥＧＲ制御弁２２に流れ吸気通路３５に還流されうる状態と排気戻し通路２６に流れる状態とが切り替えられるようになっている。

なお、排気戻し通路２６は、排気通路３０の排気絞り弁３２と触媒３１との間に接続されている。また、排気戻し通路２６は、オイルパン４に設けられた円筒状の孔５を通るように配設されている。

また、内燃機関１の機関運転状態等は各種センサによって検出されるようになっている。例えば、エアフロメータ４０により、内燃機関１に吸入される空気の量（吸入空気量ＧＡ）が検出されている。また、クランクポジションセンサ４１により、内燃機関１のクランクシャフトの回転角度、すなわちクランク角度が検出され、その検出信号に基づいて機関回転速度ＮＥが算出されている。また、水温センサ４２により、内燃機関１の冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）が検出されている。

内燃機関１の各種制御は、電子制御装置９によって行われる。この電子制御装置９は、各種制御にかかる演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。電子制御装置９は、各種センサにて検出された機関運転状態に応じて、内燃機関１の燃料噴射制御、点火時期制御、スロットルバルブの開度制御等を行うとともに、上記ＥＧＲ制御弁２２の開度制御を通じて排気還流制御を行う。

図２に、本実施形態における、内燃機関１の機関運転状態と再循環排気量との対応を示す。この図に示されるように、ＥＧＲ制御は、基本的に機関負荷が高いときほど、再循環排気量が少なくなるように行われている。すなわち、ＥＧＲ制御弁２２の開度は、機関負荷が高いときほど、小さくなるように制御されている。そして、機関運転状態が一定の高負荷領域にあるときには、ＥＧＲ制御弁２２は閉じられて排気の再循環が停止されるようになっている。その結果、還流されていた再循環排気量に相当する分だけ新気の量が増大し、機関出力の増大を図ることができるようになる。なお、各種センサにて機関運転状態がアイドル状態であると検出された場合にも、燃焼の悪化を防ぐために、排気の再循環を停止すべく、ＥＧＲ制御弁２２は閉じられる。

さて、次に、内燃機関の運転状況に応じて変化する、冷却水及び吸排気の流れについて、図３〜図５を用いて説明する。なお、以下の図では電子制御装置９の図示は省略されている。また図３〜図５において、実線矢印は冷却水の流れを、点線矢印は吸排気の流れをそれぞれ示している。

（内燃機関が暖機中のとき）
図３に、内燃機関１の暖機中における冷却水及び吸排気の流れを示す。内燃機関の暖機中においては、ウォーターポンプ６のバイパスポートと出口ポートとが連通されるとともに、ラジエータ側ポートは閉鎖され、バイパス通路１５と第５の冷却水通路１４とが連通されている。したがって、冷却水はラジエータ７を通過することなく、バイパス通路１５を通ってウォーターポンプ６に吸入される。このときの冷却水は、ラジエータ７において空冷されないため、昇温が促進されるようになる。また、ウォーターポンプ６から吐出された冷却水は、シリンダヘッド２に導入されるものと、ＥＧＲクーラー２０を通過しシリンダブロック３に導入されるものと、に分流されるようになっている。

一方、内燃機関１の暖機中には、排気絞り弁３２はある程度に絞り制御されており、排気通路３０において、排気絞り弁３２の上流側に対して下流側には負圧が発生するようになっている。また、このときの排気切替弁２５は、全閉状態に維持されており、ＥＧＲ通路２１と排気戻し通路２６とは連通されている。したがって、上記負圧により、排気通路３０の排気絞り弁３２上流側からＥＧＲ通路２１に排気の一部が取り出されるとともに、取り出された排気はＥＧＲクーラー２０及び排気戻し通路２６を通って排気通路３０の排気絞り弁３２下流側に戻される。なお、このときのＥＧＲ制御弁２２は、全閉状態に維持されている。そしてＥＧＲ制御弁２２が全閉状態に維持されることによって、ＥＧＲクーラー２０を通過した再循環排気が、吸気通路３５に還流されることが防がれるようになっている。

ところで、内燃機関１の暖機中にあっては、燃焼は不安定な状態となっている。そしてまた、ＥＧＲクーラー２０に導入される冷却水の温度は低温となっているため、排気通路３０から取り出された排気がＥＧＲクーラー２０を通過すると、排気はＥＧＲクーラー２０において過冷却されてしまうようになる。この過冷却された排気が吸気通路３５に還流されて新気と共に燃焼室に導入されると、燃焼状態が更に不安定になる虞がある。

その点、上記排気切替弁２５の制御によれば、ＥＧＲクーラー２０を通過した排気が吸気通路３５に還流されることが防がれる。すなわち、内燃機関１の暖機中であっても、燃焼状態の更なる不安定化を抑制する一方、ＥＧＲクーラー２０内を流れる冷却水は排気の一部によって昇温され、ひいては内燃機関１の暖機が促進される。さらに、本実施形態においては、ＥＧＲクーラー２０内で昇温された冷却水は、第１の冷却水通路１０を通ってシリンダブロック３に導入される。したがって、シリンダボアの形成されるシリンダブロックの昇温が優先的に促進されることにより、ピストン摺動部のフリクションを低下させ、燃費を向上させることができる。

他方、シリンダヘッド２にはＥＧＲクーラー２０において昇温されていない冷却水が導入されることから、シリンダヘッド２は低温の状態に維持され、吸気の充填効率の低下が抑制される。

また、排気戻し通路２６のうち、オイルパン４に設けられた孔５を貫通する箇所において、排気戻し通路２６を通過する排気とオイルパン４内のエンジンオイルとは熱交換する。その結果、エンジンオイルの昇温が促進されるため、ピストン摺動部等の摺動部におけるフリクションがより早期に低下され、燃費が向上する効果が得られる。

（内燃機関が暖機後であって機関負荷が低・中負荷のとき）
図４に、内燃機関１の暖機後であって機関負荷が低・中負荷のときにおける冷却水及び吸排気の流れを示す。内燃機関１の暖機後においては、ウォーターポンプ６のラジエータ側ポートと出口ポートとが連通されるとともに、バイパスポートが閉鎖されることにより、第４の冷却水通路１３と第５の冷却水通路１４とが連通される。したがって、第３の冷却水通路１２を流れる冷却水は、ラジエータ７を通過し空冷された後、第４の冷却水通路１３及び第５の冷却水通路１４を通ってウォーターポンプ６に吸入される。なお、ウォーターポンプ６から吐出された冷却水は、上述した内燃機関１が暖機中の場合と同様に、シリンダヘッド２に導入されるものとＥＧＲクーラー２０を通過しシリンダブロック３に導入されるものとに分流される。

一方、内燃機関の暖機後においては、排気切替弁２５は全開状態に維持され、排気戻し通路２６への通路が閉鎖されるとともに、ＥＧＲ通路２１が排気切替弁２５の上流及び下流で連通される。また、機関の低・中負荷時では、ＥＧＲ制御弁２２は、図２に示した機関運転状態と再循環排気量との対応マップに基づく開度で開弁される。すなわち、このときのＥＧＲ通路２１は、排気通路３０とサージタンク３６とを連通するようになる。また、このときのサージタンク３６には、スロットルバルブ(図示略)の絞りにより負圧が発生しており、排気通路３０内に比べて低圧となっている。したがって、この圧力差に基づき、排気通路３０を流れる排気の一部は、ＥＧＲ通路２１に取り出され、ＥＧＲクーラー２０を通りサージタンク３６へと再循環されるようになる。

以上のように、内燃機関の暖機完了後にあって機関負荷が低・中負荷のときには、ＥＧＲクーラー２０での熱交換を通じて昇温された冷却水がシリンダブロック３に導入されるようになる。このときの内燃機関の発熱量は、余り大きくないため、昇温した冷却水でも、シリンダブロック３を適度な温度に維持することが可能である。

またこのときの再循環排気は、ＥＧＲクーラー２０における冷却水との熱交換により冷却されることになる。これにより、再循環された排気によって吸気の温度が過度の高温状態にされることが抑制されるので、吸気の密度の減少による機関出力の低下が抑制されるようになる。

また、このときの排気切替弁２５は全開状態に維持されているので、再循環排気は排気戻し通路２６に流入しないようになる。そのため、排気戻し通路２６のうちオイルパン４に設けられた孔を貫通する部分において、すでに高温状態にあるエンジンオイルと再循環排気とが熱交換されないので、エンジンオイルの過度な昇温による摺動部品の接触といった不具合が抑制されるようになる。

（内燃機関が暖機後であって機関負荷が高負荷のとき）
図５に、内燃機関１の暖機後であって機関負荷が高負荷のときにおける冷却水及び吸排気の流れを示す。なお、冷却水の流れについては、上述の、内燃機関が暖機後であって機関負荷が低・中負荷の場合と同様である。

上述の通り、内燃機関１の暖機後には、排気切替弁２５は全開状態に維持され、排気戻し通路２６への通路が閉鎖されるとともに、ＥＧＲ通路２１が排気切替弁２５の上流及び下流で連通されている。さらに、機関の高負荷時においては、新気の導入量を増加させるために、ＥＧＲ制御弁２２は全閉状態に維持され、図２に示したように排気の再循環は停止される。したがって、内燃機関１から排出された排気は、ＥＧＲ通路２１にその一部が取り出されることなく触媒３１を通過し車外に排出される。

このように、機関の高負荷時には排気が再循環されないことから、ＥＧＲクーラー２０内を排気が通過せず、シリンダブロック３に導入される冷却水は同ＥＧＲクーラー２０において昇温されないようになる。その結果、すでに高温状態にある冷却水が、ＥＧＲクーラー２０においてさらに昇温されることが抑制されるようになり、シリンダブロック３は同冷却水によって冷却され、吸入空気の充填効率の向上、及びノッキングの抑制が図られるようになる。すなわち、内燃機関の発熱量の大きい高負荷時には、再循環排気による冷却水の昇温が行われないようになり、冷たいままの冷却水をシリンダブロック３に導入することができる。そのため、内燃機関の発熱量の大きい高負荷時にも、シリンダブロック３を適度な温度に維持することができるようになる。

またこのように、シリンダブロック３に導入される冷却水は、機関の高負荷時には排気の再循環が停止されることによって昇温が制限される一方、機関の低・中負荷時には排気が再循環されることによって昇温が促進されることになる。すなわち、そのときの機関の負荷状況に応じたＥＧＲ制御弁２２の開閉による再循環排気量の制御によって、シリンダブロック３に導入される冷却水の、機関の負荷状態に応じた昇温制御が併せ行われるようになる。ちなみに、シリンダブロック３に導入される冷却水の昇温制御を、別途個別に行うとすれば、冷却水の昇温要求の感知及び昇温制御等をするための新たな部品を設ける必要があり、部品点数の増加を招く。その点、本実施形態では、再循環排気の制御に応じて冷却水の昇温制御が併せ行われるため、部品点数を増加させずに冷却水の昇温制御を行うことが可能である。

以上説明したように、本実施形態の内燃機関１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）内燃機関１は、シリンダブロック３の冷却水導入口に接続される第１の冷却水通路１０とシリンダヘッド２の冷却水導入口に接続される第２の冷却水通路１１との、２経路から冷却水が導入される。そして、第１の冷却水通路１０には、ＥＧＲクーラー２０において排気と熱交換されうる冷却水が通るようにしている。したがって、ＥＧＲクーラー２０によって昇温された冷却水がシリンダブロックに導入されるようになっていることから、シリンダブロックに至った同冷却水がシリンダブロックから吸熱する熱量は、同冷却水が昇温されていない場合に比べて少ない。そのため、シリンダブロックの昇温が促進される。一方、シリンダヘッド２には昇温されていない、低温の冷却水を導入するようにしていることから、シリンダヘッドを良好に冷却することができ、吸気の充填効率の低下を抑制することができる。

（２）内燃機関１の暖機後の再循環排気の還流は、ＥＧＲ制御弁２２によって機関負荷状態に応じて制御されている。すなわち、機関負荷が低・中負荷状態のときには、ＥＧＲクーラー２０を通過して排気が再循環され、機関負荷が高負荷状態のときには、排気の再循環が停止される。すなわち、高負荷状態のときには、ＥＧＲクーラー２０には、排気が通過しないようになる。一方、ＥＧＲクーラー２０での排気との熱交換を通じて昇温された冷却水をシリンダブロック３に常に導入するようにすれば、内燃機関の発熱量の小さい低・中負荷時には、シリンダブロック３を十分に冷却できたとしても、発熱量の大きい高負荷時には、シリンダブロック３の冷却を十分に行えなくなってしまう。その点、本実施形態では、高負荷時には、ＥＧＲクーラー２０への排気の供給が停止され、冷却水の昇温が行われなくなるため、高負荷時にも、シリンダブロック３を十分に冷却することができるようになる。しかも、こうした機関負荷に応じた冷却水の昇温の有無の切り替えは、ＥＧＲ制御に応じて自動的に行われる。そのため、冷却水の昇温態様を切り替えるための格別な制御機構の追加は必要ないことになる。したがって、格別な制御機構を追加せずとも、機関負荷に応じた冷却水の昇温態様の切り替えを行うことができるようになる。

（３）ＥＧＲ通路２１におけるＥＧＲクーラー２０とＥＧＲ制御弁２２との間には、排気切替弁２５が設けられており、同排気切替弁２５によって、ＥＧＲ通路２１を通る排気を排気戻し通路２６を通じて排気通路３０に戻すか、吸気通路３５に還流するかを切り替えている。そして、内燃機関１の暖機中は、ＥＧＲクーラー２０を通過した排気が排気戻し通路２６に流れるように、排気切替弁２５を制御するようにしている。したがって、内燃機関１の始動時であっても、燃焼状態の更なる不安定化を抑制しつつ、排気をＥＧＲ通路２１に取り出して、ＥＧＲクーラー２０においてシリンダブロック３に導入される冷却水と熱交換させることができる。よって、内燃機関１の始動時から、シリンダブロック３に導入される冷却水及び冷却水全体を昇温させることができる。

（４）排気戻し通路２６は、オイルパン４に設けられた筒状の孔５を通るように配設されている。したがって、内燃機関１の暖機時において低温状態にあるエンジンオイルを、排気戻し通路２６を通る再循環排気によって昇温させることができ、内燃機関１の摺動部品のフリクションを低下して燃費の向上を図ることができるようになる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、熱交換器であるＥＧＲクーラー２０を通過した冷却水を内燃機関のシリンダブロック３の内部に導入する第１の冷却水通路１０と、ＥＧＲクーラー２０を通過しない冷却水を内燃機関のシリンダヘッド２に導入する第２の冷却水通路１１とを設けるようにしていた。すなわち、上記構成では、内燃機関を通過する冷却水の流路を、シリンダブロック３を通過するものと、シリンダヘッド２を通過するものとの２つに分流するようにしていた。こうした内燃機関を通過する冷却水の流路を３つ以上に分流するようにしても良い。その場合にも、分流された流路の一つがＥＧＲクーラー２０及びシリンダブロック３を通るように形成されており、他の流路がＥＧＲクーラー２０を通らないように形成されていれば、上記（１）および（３）、（４）の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、排気切替弁２５は３方弁としたが、２方弁としてもよい。例えば、ＥＧＲ通路２１のＥＧＲクーラー２０とＥＧＲ制御弁２２との間の部分に、排気戻し通路２６に分岐する分岐部を設け、２方弁として構成された排気切替弁をこの排気戻し通路２６上に設けるようにすることができる。この場合、内燃機関１の暖機時には上記排気切替弁を開弁するとともにＥＧＲ制御弁２２を閉弁し、内燃機関１の暖機後には上記排気切替弁を閉弁するとともにＥＧＲ制御弁２２の開度制御を行うことによって、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、同様の効果が得られるのであれば、排気切替弁２５及びＥＧＲ制御弁２２を適宜に配置、及び他の構成と一体化等させてもよい。

・上記実施形態における排気絞り弁３２の機能を、触媒に持たせるようにしても良い。すなわち、触媒の通過に際しての排気の流れ抵抗が一定以上あれば、触媒の上流側と下流側とで圧力差が生じるようになる。そのため、内燃機関１の暖機時には、その圧力差によって、再循環排気をＥＧＲクーラー２０に導入し、排気戻し通路２６から排気通路３０に戻すことができる。また、その他排気の抵抗となり、その上流側と下流側との間に十分な圧力差を発生させ得るものであれば、排気絞り弁３２の代りとして用いることが可能である。

・上記実施形態では、オイルパン４に設けた筒状の孔５を通るように排気戻し通路２６を配設していた。ただし、排気戻し通路２６からの放射熱によってオイルパン４内のエンジンオイルが昇温されるのであれば、排気戻し通路２６は、オイルパン４に近接する領域を通過すればよく、オイルパン４に上記孔５を設けなくてもよい。

・上記実施形態では、排気戻し通路２６をオイルパン４の近傍を通過するように設けることで、排気の熱によりオイルを昇温させるようにしていた。そうしたオイルの昇温が特に必要でない場合、或いはオイルパン４近傍への排気戻し通路２６の設置が困難な場合などには、オイルパン４の近傍を通らずに排気戻し通路２６を設置するようにしても良い。

・上記実施形態において、排気戻し通路２６を設けたが、内燃機関１の暖機速度が十分である場合や、排気戻し通路２６を配設するスペースが確保できないといった場合には、これを設けなくてもよい。この場合も、ＥＧＲクーラー２０において、シリンダブロック３に導入される冷却水が昇温されることから、上記（１）及び（２）の効果を得ることができる。なお、このとき、排気切替弁２５及び排気絞り弁３２は省略することができる。

・内燃機関１内において、シリンダヘッド２内の冷却水通路とシリンダブロック３内の冷却水通路とが分離されていなくてもよい。すなわち、内燃機関１内で、シリンダヘッド２に導入された冷却水とＥＧＲクーラー２０によって昇温されシリンダブロック３に導入された冷却水とが混合してもよい。この場合も、シリンダブロック３側の冷却水の方がある程度高温の状態となり、シリンダブロック３とシリンダヘッド２とを異なる温度状態とすることができ、上記（１）〜（４）の効果を得ることができる。

・排気切替弁２５は全開状態と全閉状態とを切り替えるようにしたが、弁開度を中間状態にも切り替えられるようにしてもよい。例えば、エンジンオイルの油温が十分に高くなく、また再循環排気の全量を吸気通路３５に還流させる必要がない場合、再循環排気の一部を排気戻し通路２６に流すことで、オイルパン４内のエンジンオイルの昇温を促進することができるからである。

・シリンダブロック３に導入される冷却水の流量を調節する、冷却水通路絞り弁等の手段を設けてもよい。この場合でも、上記（１）〜（４）の効果を得ることができる。
・昇温手段としては、上記ＥＧＲクーラー２０でなくとも、各種ヒーターや、潤滑油または冷却水等との熱交換器であってもよい。

・本発明は、ガソリン機関であれ、ディーゼル機関であれ、任意のタイプの内燃機関に適用することができる。

１…内燃機関、２…シリンダヘッド、３…シリンダブロック、４…オイルパン、５…孔、６…ウォーターポンプ、７…ラジエータ、８…サーモスタット、９…電子制御装置、１０…第１の冷却水通路、１１…第２の冷却水通路、１２…第３の冷却水通路、１３…第４の冷却水通路、１４…第５の冷却水通路、１５…バイパス通路、２０…ＥＧＲクーラー、２１…ＥＧＲ通路、２２…ＥＧＲ制御弁、２５…排気切替弁、２６…排気戻し通路、３０…排気通路、３１…触媒、３２…排気絞り弁、３５…吸気通路、３６…サージタンク、４０…エアフロメータ、４１…クランクポジションセンサ、４２…水温センサ。

Claims (6)

1. 内燃機関の内部を通じて冷却水を循環させることで前記内燃機関の冷却を行う冷却装置と、冷却水を昇温する昇温手段と、を備える内燃機関において、
   前記冷却装置には、前記昇温手段により昇温された冷却水を前記内燃機関のシリンダブロックの内部に導入する第１の冷却水通路と、前記昇温手段により昇温されない冷却水を前記内燃機関の他の部位に導入する第２の冷却水通路と、が設けられてなる
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 前記内燃機関は、排気通路を流れる排気の一部を取り出して吸気通路に還流する排気再循環装置と、前記冷却水と前記排気通路から取り出された排気の一部との間で熱交換を行う熱交換器と、を備え、
   前記昇温手段が前記熱交換器である
   請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記第２の冷却水通路は、前記昇温手段を通過しない冷却水を前記内燃機関のシリンダヘッドの内部に導入するように構成される
   請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 前記排気再循環装置には、当該排気再循環装置の排気取入口よりも排気下流側における前記排気通路に前記熱交換器を通過後の排気を戻す排気戻し通路と、前記排気通路から取り出した排気を前記吸気通路に還流するか、前記排気戻し通路を通じて前記排気通路に戻すかを切り替える切替手段と、が設けられる
   請求項２に記載の内燃機関。
5. 前記切替手段は、前記内燃機関の暖機中に前記排気戻し通路を通じて前記排気通路に前記排気を戻し、前記内燃機関の暖機完了後に前記吸気通路に前記排気を還流するように構成されてなる
   請求項４に記載の内燃機関。
6. 前記排気戻し通路は、前記内燃機関のオイルパンを通過するように形成されてなる
   請求項４又は５に記載の内燃機関。

Images