JP2010053737A - 内燃機関の制御装置及び内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気筒間の筒内温度のばらつきを抑えることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】複数の気筒４の並び方向の一端側に設けられた冷却水入口２４から冷却水が供給される排気ポート側ウォータジャケット２２と、排気ポート側ウォータジャケット２２と複数の気筒４を挟んで反対側に設けられ、複数の気筒４の並び方向の他端側に設けられた冷却水出口２５から冷却水が排出される吸気ポート側ウォータジャケット２１と、気筒４毎に設けられ、かつ気筒４を横切るように排気ポート側ウォータジャケット２２と吸気ポート側ウォータジャケット２１とを結ぶ連絡通路２３とを有する冷却水通路２０を備えた内燃機関１に適用され、冷却水出口２５に最も近い＃４の気筒４の筒内温度を他の気筒４の筒内温度に近付けるべく＃４の気筒４の空燃比が他の気筒４の空燃比よりもリーンになるように各気筒４のインジェクタ１３がそれぞれ制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の気筒を有する内燃機関に適用される内燃機関の制御装置及び内燃機関の冷却装置に関する。

シリンダブロック及びシリンダヘッドの冷却水通路が排気ポート側と吸気ポート側とに分割されるとともに気筒の並び方向と直交する方向に延びてシリンダヘッドの排気ポート側の冷却水通路であるヘッド排気側通路とシリンダヘッドの吸気ポート側の冷却水通路であるヘッド吸気側通路とを連通する通路が気筒毎に設けられ、冷却水がブロック排気側通路、ヘッド排気側通路、ヘッド吸気側通路、及びブロック吸気側通路の順に流れるエンジンの冷却構造が知られている（特許文献１参照）。

実公平５−１７３７３号公報

特許文献１の冷却構造の冷却水通路においては、排気ポート側であり、かつ気筒の並び方向の一端に設けられた冷却水入口から冷却水が導入され、吸気ポート側であり、かつ気筒の並び方向の他端に設けられた冷却水入口から冷却水が排出される。このような冷却構造においては、冷却水通路に供給される冷却水の流量が低下すると気筒毎に設けられてヘッド排気側通路とヘッド吸気側通路とを連通する通路（以下、連絡通路と称することがある。）のうち冷却水出口に最も近い連絡通路には他の連絡通路と比較して冷却水が流入し難くなる。この場合、冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度が他の気筒の筒内温度よりも高くなり、各気筒の筒内温度にばらつきが発生する。

そこで、本発明は、気筒間の筒内温度のばらつきを抑えることが可能な内燃機関の制御装置及び内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の制御装置は、機関本体に設けられた複数の気筒の並び方向に延び、かつ前記複数の気筒の並び方向の一端側に設けられた冷却水入口から冷却水が供給される入口側冷却水通路と、前記複数の気筒を挟んで前記入口側冷却水通路の反対側に設けられるとともに前記複数の気筒の並び方向に延び、かつ前記複数の気筒の並び方向の他端側に設けられた冷却水出口から冷却水が排出される出口側冷却水通路と、気筒毎に設けられ、かつ気筒を横切るように前記入口側冷却水通路と前記出口側冷却水通路とを結ぶ連絡通路と、を有する冷却水通路を備えた内燃機関に適用され、気筒の筒内温度に影響を与える物理量を前記冷却水出口に最も近い気筒と他の気筒とで別々に操作可能な操作手段と、前記冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度が他の気筒の筒内温度に近付くように前記操作手段を制御して少なくとも前記冷却水出口に最も近い気筒の前記物理量を操作する制御手段と、を備えた（請求項１）。

本発明の制御装置が適用される内燃機関においては、冷却水がまず冷却水入口から入口側冷却水通路に流入する。冷却水は、次に入口側冷却水通路から各連絡通路を通過して出口側冷却水通路に移動し、その後出口側冷却水通路を通って冷却水出口から排出される。そして、この冷却水通路においては、冷却水入口が気筒の並び方向の一端側に設けられるとともに冷却水出口が気筒の並び方向の他端側に設けられているので、冷却水の流量が少ない場合には冷却水出口に最も近い気筒の連絡通路に他の連絡通路よりも冷却水が流入し難くなる。本発明の制御装置によれば、このように他の連絡通路と比較して冷却水出口に最も近い気筒の連絡通路に冷却水が流入し難くなっても、冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度が他の気筒の筒内温度に近付くように少なくとも冷却水出口に最も近い気筒の物理量が操作されるので、冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度と他の気筒の筒内温度との差を小さくすることができる。そのため、気筒間の筒内温度のばらつきを抑えることができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記物理量は、各気筒の空燃比、各気筒への燃料噴射量、点火タイミング、及び前記内燃機関の排気通路から各気筒に還流される排気の流量の少なくともいずれか一つであってもよい（請求項２）。周知のように気筒内で燃料混合気が燃焼した際の燃焼温度と空燃比とは相関関係を有している。そして、燃焼温度が高いほど筒内温度が高くなる。そのため、例えば、空燃比をリーン側に変化させて燃焼温度を低下させることにより、筒内温度を低下させることができる。なお、空燃比の操作は空気量を変化させて行ってもよいし、燃料量を変化させて行ってもよい。また、気筒内に燃料を直接噴射する場合は、燃料の気化熱を利用して筒内温度を下げることができる。この場合は、燃料の噴射量を増加させるほど筒内温度を下げることができる。燃焼温度は点火タイミングを遅角させるほど低くできるので、点火タイミングを遅角させるほど筒内温度を低くすることができる。この他、燃焼温度は、排気通路から気筒に還流する排気（以下、ＥＧＲガスと称することがある。）を増加させるほど低くすることができる。そこで、例えば冷却水の流量が低下して冷却水出口に最も近い気筒の連絡通路に冷却水が流入し難くなった場合には、冷却水出口に最も近い気筒の空燃比を他の気筒の空燃比よりもリーンにしたり、冷却水出口に最も近い気筒の燃料噴射量を他の気筒の燃料噴射量よりも増加させたり、冷却水出口に最も近い気筒の点火タイミングを他の気筒の点火タイミングよりも遅角させたり、冷却水出口に最も近い気筒に還流されるＥＧＲガスの流量を他の気筒に還流されるＥＧＲガスの流量よりも多くすることにより冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度を他の気筒の筒内温度に近付けることができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記物理量は空燃比であり、前記制御手段は、前記冷却水出口に最も近い気筒の空燃比が他の気筒の空燃比よりもリーンになるように前記操作手段を制御してもよい（請求項３）。このように冷却水出口に最も近い気筒の空燃比を他の気筒の空燃比よりもリーンにすることにより、冷却水出口に最も近い気筒の連絡通路に冷却水が流入し難くなった場合に冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度を他の気筒の筒内温度に近付けることができる。

この形態において、前記制御手段は、前記冷却水出口に最も近い気筒の空燃比が他の気筒の空燃比よりもリーンであり、かつ前記内燃機関の排気通路の空燃比が理論空燃比になるように前記操作手段を制御してもよい（請求項４）。このように排気通路の空燃比を理論空燃比に調整することにより、例えばこの排気通路に三元触媒が設けられている場合はこの三元触媒の排気浄化性能を確保することができる。

物理量が空燃比である本発明の制御装置の一形態においては、前記操作手段として、各気筒にそれぞれ設けられて気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁、各気筒にそれぞれ設けられて気筒に吸入される空気量を気筒毎に別々に変更可能なスロットル弁、及び各気筒の吸気弁及び排気弁の少なくともいずれか一方の動弁特性を変更可能な可変動弁機構の少なくともいずれか一つが設けられていてもよい（請求項５）。燃料噴射弁を制御することにより気筒内に噴射される燃料噴射量を変更できるので、空燃比を操作することができる。また、スロットル弁及び可変動弁機構を制御することにより気筒に吸入される空気量（吸入空気量）を変更できるので、空燃比を操作することができる。例えば、スロットル弁の場合、冷却水出口に最も近い気筒の吸入空気量が他の気筒の吸入空気量よりも多くなるようにスロットル弁を制御することにより、冷却水出口に最も近い気筒の空燃比を他の気筒の空燃比よりもリーンにすることができる。

可変動弁機構の場合、例えば冷却水出口に最も近い気筒に設けられている吸気弁のリフト量や開弁時間を他の気筒に設けられている吸気弁のリフト量や開弁時間よりも大きくすることにより、冷却水出口に最も近い気筒の吸入空気量を他の気筒の吸入空気量よりも多くすることができる。そのため、冷却水出口に最も近い気筒の空燃比を他の気筒の空燃比よりもリーンにすることができる。なお、可変動弁機構は、これらリフト量や開弁時間の他に作用角や開閉タイミングなどを動弁特性として変更可能であり、これら作用角や開閉タイミングを変更して冷却水出口に最も近い気筒の吸入空気量を他の気筒の吸入空気量よりも増加させてもよい。また、可変動弁機構は、排気弁の動弁特性を変更して各気筒の吸入空気量を変更してもよい。例えば、他の気筒に設けられている排気弁の閉弁タイミングを冷却水出口に最も近い気筒に設けられている排気弁の閉弁タイミングよりも遅くする。これにより、他の気筒においては気筒に吸入された吸気を排気通路に排出させることができるので、冷却水出口に最も近い気筒の吸入空気量を他の気筒よりも多くできる。なお、空燃比を操作する場合、これら燃料噴射弁、スロットル弁、及び可変動弁機構をそれぞれ別々に使用してもよいし、組み合わせて使用してもよい。

本発明の制御装置の一形態において、前記物理量は、前記内燃機関の排気通路から各気筒に還流される排気の流量であり、前記操作手段として、前記排気通路から各気筒に還流される排気の流量をそれぞれ別々に変更可能な排気還流装置が設けられていてもよい（請求項６）。上述したように気筒に還流されるＥＧＲガスの流量を増加させることにより筒内温度を下げることができる。そのため、冷却水出口に最も近い気筒に還流されるＥＧＲガスの流量を他の気筒に還流されるＥＧＲガスの流量よりも多くすることにより、冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度を他の気筒の筒内温度に近付けることができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記操作手段は、各気筒の前記物理量をそれぞれ別々に操作可能であり、前記機関本体の一端もしくは他端にチェーンカバーが取り付けられ、前記制御手段は、前記内燃機関の運転中に前記冷却水通路への冷却水の循環が停止される場合、前記複数の気筒のうち前記チェーンカバーに最も近い気筒の筒内温度の上昇が他の気筒の筒内温度の上昇よりも抑制されるように前記操作手段を制御してもよい（請求項７）。周知のように機関本体の温度が過度に上昇すると機関本体を形成するシリンダブロックとシリンダヘッドとの間のシールや機関本体とチェーンカバーとの間のシールなどが壊れることがある。そこで、このように冷却水通路への冷却水の循環が停止される場合は、チェーンカバーに最も近い気筒の筒内温度の上昇を抑制する。これにより、この気筒の筒内温度の過度の上昇を抑制することができるので、機関本体とチェーンカバーとの間のシール性を確保することができる。

本発明の内燃機関の冷却装置は、機関本体に設けられた複数の気筒の並び方向に延び、かつ前記複数の気筒の並び方向の一端側に設けられた冷却水入口から冷却水が供給される入口側冷却水通路と、前記複数の気筒を挟んで前記入口側冷却水通路の反対側に設けられるとともに前記複数の気筒の並び方向に延び、かつ前記複数の気筒の並び方向の他端側に設けられた冷却水出口から冷却水が排出される出口側冷却水通路と、気筒毎に設けられ、かつ気筒を横切るように前記入口側冷却水通路と前記出口側冷却水通路とを結ぶ連絡通路と、を有する冷却水通路を備えた内燃機関に適用され、気筒毎に設けられた複数の噴射ノズルを有し、各噴射ノズルから気筒内のピストンの裏面側に向けてそれぞれオイルを噴射するオイルジェット機構を備え、前記オイルジェット機構は、前記冷却水出口に最も近い気筒に設けられた噴射ノズルから噴射されるオイルの量を他の各噴射ノズルから噴射されるオイルの量よりも多くすることが可能なように構成されている（請求項８）。

本発明の冷却装置によれば、冷却水の流量が少なくなり、他の連絡通路と比較して冷却水出口に最も近い気筒の連絡通路に冷却水が流入し難くなった場合、冷却水出口に最も近い気筒に設けられた噴射ノズルから噴射されるオイルの量を他の噴射ノズルから噴射されるオイルの量より多くすることにより、冷却水出口に最も近い気筒のピストンの冷却効率を他の気筒のピストンの冷却効率より高めることができるので、冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度を他の気筒の筒内温度に近付けることができる。これにより冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度と他の気筒の筒内温度との差を小さくできるので、気筒間の筒内温度のばらつきを抑えることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度を他の気筒の筒内温度に近付けることができるので、冷却水の流量が減少して冷却水出口に最も近い気筒の連絡通路に他の気筒の連絡通路よりも冷却水が流入し難くなっても冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度と他の気筒の筒内温度との差を小さくすることができる。そのため、気筒間の筒内温度のばらつきを抑えることができる。

（第１の形態）
図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示している。図１の内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両の走行用動力源として搭載される火花点火式内燃機関であり、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３にて形成されて４つ（図２参照）の気筒４を有する機関本体５と、各気筒４にそれぞれ接続される吸気通路６及び排気通路７とを備えている。各気筒４には、それらの並び方向一端から他端側に向かって＃１〜＃４の気筒番号（図２参照）を付してこれらの気筒４を区別する。シリンダヘッド３には、吸気通路６の一部を形成する吸気ポート６ａ及び排気通路７の一部を形成する排気ポート７ａが気筒４毎に形成されている。吸気ポート６ａは、途中で２つに分岐し、２箇所で気筒４と接続している。排気ポート７ａも同様に途中で２つに分岐し、２箇所で気筒４と接続している。各気筒４には、それぞれピストン８が往復動自在に挿入され、ピストン８、気筒４の内周面、及びシリンダヘッド３にて燃焼室９がそれぞれ形成されている。また、各気筒４には、吸気ポート６ａに対応して吸気弁１０が設けられるとともに、排気ポート７ａに対応して排気弁１１が設けられる。各燃焼室９の上面略中央には点火プラグ１２がそれぞれ設けられ、吸気弁１０より外周側には気筒４内に燃料を噴射する燃料噴射弁としてのインジェクタ１３がそれぞれ設けられている。すなわち、エンジン１は、気筒４内に燃料を直接噴射するいわゆる直噴式の内燃機関である。排気通路７には、排気を浄化するための排気浄化装置１４が設けられている。排気浄化装置１４としては、例えば三元触媒が設けられる。機関本体５には、気筒４の並び方向の一端にクランク軸から動力を取り出すための不図示のチェーンが設けられるとともにそのチェーンを覆うチェーンカバー１５（図２参照）が取り付けられる。

機関本体５には、冷却水が流通する冷却水通路２０が設けられている。図２に概略を示したように冷却水通路２０は、吸気ポート６ａ側にある出口側冷却水通路としての吸気ポート側ウォータジャケット２１と、排気ポート７ａ側にある入口側冷却水通路としての排気ポート側ウォータジャケット２２と、吸気ポート側ウォータジャケット２１と排気ポート側ウォータジャケット２２とを結ぶ４つの連絡通路２３とを備えている。連絡通路２３は、シリンダヘッド３内にて吸気ポート側ウォータジャケット２１と排気ポート側ウォータジャケット２２とを結んでいる。また、図２に示したように各連絡通路２３は、それぞれ気筒４を横切るように気筒４毎に設けられる。以下、これら連絡通路２３には、対応する気筒４の気筒番号と同じ番号＃１〜＃４を付して区別することがある。吸気側ウォータジャケット２１は、シリンダブロック２に設けられているブロック側ジャケット部２１ａと、シリンダヘッド３に設けられ、かつブロック側ジャケット部２１ａと連通しているヘッド側ジャケット部２１ｂとを備えている。排気側ウォータジャケット２２も同様にシリンダブロック２に設けられているブロック側ジャケット部２２ａと、シリンダヘッド３に設けられ、かつブロック側ジャケット部２２ｂと連通しているヘッド側ジャケット部２２ｂとを備えている。なお、吸気側ウォータジャケット２１のブロック側ジャケット部２１ａと排気側ウォータジャケット２２のブロック側ジャケット部２２ａとは、シリンダブロック２において吸気側ウォータジャケット２１と排気側ウォータジャケット２２との間で冷却水の移動が不可能なように別々に形成されている。

図３は、吸気ポート側ウォータジャケット２１のヘッド側ジャケット部２１ｂ、排気ポート側ウォータジャケット２２のヘッド側ジャケット部２２ｂ、及び連絡通路２３をシリンダブロック２側から見た図を示している。図２及び図３に示したように排気ポート側ウォータジャケット２２は、４つの気筒４の一方の側方に配置され、気筒４の並び方向に延びている。排気ポート側ウォータジャケット２２には、冷却水入口２４が設けられている。図２及び図３に示したように冷却水入口２４は、４つの気筒４の並び方向において＃１の気筒４が配置されている一端側に設けられている。吸気ポート側ウォータジャケット２１は、４つの気筒４の他方の側方、すなわち４つの気筒４を挟んで排気ポート側ウォータジャケット２２と反対側に配置されて気筒４の並び方向に延びている。吸気側ウォータジャケット２１には、冷却水出口２５が設けられている。図２及び図３に示したように冷却水出口２５は、４つの気筒４の並び方向において＃４の気筒４が配置されている他端側に設けられている。言い換えると冷却水出口２５は、冷却水入口２４が設けられている端部とは反対の端部に設けられている。そのため、＃４の気筒４が本発明の冷却水出口２５に最も近い気筒である。

図４は、図３のIV−IV線における冷却水通路２０の断面を示している。図３及び図４に示したように連絡通路２３は、２つに分岐している吸気ポート６ａの周囲、点火プラグ１２が取り付けられるプラグ穴３ａの周囲、及び２つに分岐している排気ポート７ａの周囲を通過するように形成されている。

次に図２を参照して冷却水通路２０における冷却水の流れについて説明する。冷却水通路２０には、冷却水ポンプ２６から冷却水が供給される。冷却水ポンプ２６は、エンジン１のクランク軸にて駆動される周知のものでよいため、詳細な説明は省略する。冷却水ポンプ２６から吐出された冷却水は、図２に矢印Ｗ１で示したように冷却水入口２４を介して排気ポート側ウォータジャケット２２に供給される。排気ポート側ウォータジャケット２２内において冷却水は、図２に矢印Ｗ２で示したように気筒４の並び方向に沿って移動しつつ矢印Ｗ３で示したように各連絡通路２３を介して吸気ポート側ウォータジャケット２１に移動する。その後、冷却水は、図２に矢印Ｗ４で示したように吸気ポート側ウォータジャケット２１に設けられた冷却水出口２５から排出される。冷却水通路２０から排出された冷却水は、不図示のラジエータなどを経由した後冷却水ポンプ２６に戻されて再度冷却水通路２０に供給される。

点火プラグ１２及びインジェクタ１３の動作は、制御手段としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にてそれぞれ制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン１に設けられた各種センサからの出力信号に基づいてエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ３０は、例えばエンジン１の回転数及び負荷に応じて気筒２内に供給すべき燃料量を算出し、この算出した燃料量の燃料がインジェクタ１３から噴射されるように各インジェクタ１３の動作をそれぞれ制御する。以降、この制御を通常制御と称することがある。この他、ＥＣＵ３０は、燃焼室９内の燃料混合気が適切な時期に燃焼するように各点火プラグ１２の動作をそれぞれ制御する。ＥＣＵ３０には、エンジン１の運転状態及び車両の走行状態を検出するためのセンサとしてエンジン１の機関回転速度に対応する信号を出力するクランク角センサ３１、吸入空気量に対応する信号を出力するエアフローメータ３２などが接続されている。この他にもＥＣＵ３０には各種センサが接続されているが、それらの図示は省略した。

エンジン１においては、エンジン１の回転数が低下すると冷却水ポンプ２６から吐出される冷却水の流量が低下する。図２及び図３に示したように冷却水通路２０においては、冷却水入口２４が気筒４の並び方向の一端側に設けられ、冷却水出口２５が気筒４の並び方向の他端側に設けられている。そのため、エンジン１の回転数が低下して冷却水の流量が低下すると冷却水入口２４から流入した冷却水が排気ポート側ウォータジャケット２２を通過して冷却水出口２５に最も近い＃４の連絡通路２３まで到達し難くなる。そのため、このような場合には＃４の連絡通路２３に冷却水が流入し難くなる。この場合、＃４の連絡通路２３内において冷却水が滞留するので、＃４の気筒４が他の＃１〜＃３の気筒４と比較して冷却され難くなる。そして、この状態が維持されると＃４の気筒４の筒内温度が他の＃１〜＃３の気筒４の筒内温度よりも高くなる。

ＥＣＵ３０は、このように＃４の連絡通路２３に冷却水が流入し難くなった場合、＃４の気筒４の筒内温度が他の＃１〜＃３の気筒４の筒内温度に近付くように＃４の気筒４の空燃比を操作する。周知のように空燃比は、インジェクタ１３から噴射される燃料量を調整することにより操作できる。そして、空燃比をリーンにするほど燃焼温度が低下するので、筒内温度を低下させることができる。そこで、ＥＣＵ３０は、このように＃４の連絡通路２３に冷却水が流入し難くなった場合、＃４の気筒４の空燃比が他＃１〜＃３の気筒４の空燃比よりもリーンになるように各インジェクタ１３の動作を制御する。より具体的にはＥＣＵ３０は、＃４の連絡通路２３に冷却水が流入し難くなった場合、＃４の気筒４内に噴射される燃料量が他の＃１〜＃３の気筒４内に噴射される燃料量よりも少なくなるように各インジェクタ１３の動作を制御する。この場合、＃１〜＃３の気筒４の燃料噴射量には、例えば通常制御時に設定される燃料噴射量と同じ値が設定される。以下、この制御を温度低減制御と称することがある。なお、このように空燃比を操作することにより、各インジェクタ１３が本発明の操作手段として機能する。

また、エンジン１においては、エンジン１の運転中に冷却水通路２０への冷却水の循環が停止される場合がある。冷却水の循環の停止は、冷却水ポンプ２６の吸い込み口に開閉弁を設け、この開閉弁が全閉にされることにより行われる。また、冷却水の循環は、例えばエンジン１の温度を速やかに上昇させるべき暖機時などに停止される。このように冷却水の循環が停止される場合、ＥＣＵ３０は、チェーンカバー１５に最も近い＃１の気筒４の筒内温度の上昇が他の＃２〜＃４の気筒４の筒内温度の上昇よりも抑制されるように各気筒４の空燃比を操作する。具体的には、＃１の気筒４の空燃比を他の＃２〜＃４の気筒４の空燃比よりリーンにすべく＃１の気筒４内に噴射される燃料量が他の＃２〜＃４の気筒４内に噴射される燃料量よりも少なくなるように各インジェクタ１３の動作を制御する。この場合、＃２〜＃４の気筒４の燃料噴射量には、例えば通常制御時に設定される燃料噴射量と同じ値が設定される。以下、この制御を温度上昇抑制制御と称することがある。

図５は、ＥＣＵ３０がエンジン１の運転状態に応じて各気筒４に供給すべき燃料量を変更すべくエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する燃料噴射制御ルーチンを示している。図５の制御ルーチンを実行することによりＥＣＵ３０が本発明の制御手段として機能する。

図５の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数及び吸入空気量などが取得される。次のステップＳ１２においてＥＣＵ３０は、冷却水通路２０への冷却水の循環が停止される冷却水停止条件が成立しているか否か判断する。冷却水停止条件は、例えばエンジン１の暖機時などに成立していると判断される。冷却水停止条件が成立していると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０は上述した温度上昇抑制制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、冷却水停止条件が不成立と判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０は温度低減制御を実行すべき所定の温度低減条件が成立したか否か判断する。温度低減条件は、＃４の連絡通路２３に冷却水が流入し難くなった場合、例えばエンジン１の回転数が予め設定した所定回転数以下の場合などに成立したと判断される。この他、温度低減条件は、＃４の気筒４の筒内温度が上昇し、＃４の気筒４の筒内温度と他の＃１〜＃３の気筒４の筒内温度との差が予め設定した所定値以上になると推定される場合に成立したと判断してもよい。温度低減条件が成立していると判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ３０は上述した温度低減制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、温度低減条件が不成立と判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ３０は通常制御を実行する。すなわち、＃１〜＃４の気筒４には、エンジン１の回転数及び負荷に基づいて設定された量の燃料が供給される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、＃４の連絡通路２３に冷却水が流入し難くなった場合には、＃４の気筒４の空燃比を他の＃１〜＃３の気筒４の空燃比よりもリーンにするので、＃４の気筒４の筒内温度を＃１〜＃３の気筒４の筒内温度に近付けることができる。そのため、気筒４間の筒内温度のばらつきを抑えることができる。

また、冷却水通路２０への冷却水の循環が停止される場合は、チェーンカバー１５に最も近い＃１の気筒４の筒内温度の上昇が他の＃２〜＃４の気筒４の筒内温度の上昇よりも抑制されるので、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とチェーンカバー１５とが合わせられる部分である３面合わせ部付近の温度上昇を抑制できる。そのため、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間のシール及び機関本体５とチェーンカバー１５との間のシールが壊れることを抑制できる。これにより、機関本体５とチェーンカバー１５との間のシール性など３面合わせ部のシール性を確保することができる。

温度低減制御において空燃比を操作する手段は、インジェクタ１３に限定されない。例えば、各気筒４の吸気ポート６ａにそれぞれスロットル弁が設けられ、各気筒４の吸入空気量をそれぞれ別々に変更可能な場合は、これらスロットル弁の開度を調整して＃４の気筒４の空燃比を操作してもよい。具体的には、温度低減条件が成立した場合、＃４の気筒４の吸入空気量が他の＃１〜＃３の気筒４の吸入空気量よりも多くなるように各気筒４のスロットル弁を制御する。これにより、＃４の気筒４の空燃比を＃１〜＃３の気筒４の空燃比よりリーンにすることができる。

また、エンジン１が各気筒４の吸気弁１０及び排気弁１１のうちの少なくともいずれか一方の動弁特性（例えば、リフト量、開閉タイミング、作用角、開弁時間など）を気筒４毎に別々に変更可能な可変動弁機構を備えている場合は、＃４の気筒４の吸気弁１０及び排気弁１１の少なくともいずれか一方の動弁特性を変更することにより＃４の気筒の空燃比を操作してもよい。具体的には、例えば＃４の気筒４の吸気弁１０のリフト量を他の＃１〜＃３の気筒４の吸気弁１０のリフト量より大きくする。これにより＃４の気筒４の吸入空気量を他の＃１〜＃３の気筒４の吸入空気量より多くできるので、＃４の気筒４の空燃比を＃１〜＃３の気筒４の空燃比よりリーンにすることができる。また、＃４の気筒４の吸気弁１０が開弁状態に維持される時間である開弁時間を他の＃１〜＃３の気筒４の開弁時間よりも大きくしてもよい。この場合も＃４の気筒４の吸入空気量を他の＃１〜＃３の気筒４の吸入空気量より多くできるので、＃４の気筒４の空燃比を＃１〜＃３の気筒４の空燃比よりリーンにすることができる。この他、排気弁１１の動弁特性を変更して各気筒４の吸入空気量を変更してもよい。例えば、＃１〜＃３の気筒４の閉弁タイミングを＃４の気筒４の閉弁タイミングより遅くし、＃１〜＃３の気筒４においては気筒４内に吸入された吸気の一部を排気通路７に排出させる。これにより、＃４の気筒４の吸入空気量を他の＃１〜＃３の気筒４の吸入空気量より多くできるので、＃４の気筒４の空燃比を＃１〜＃３の気筒４の空燃比よりリーンにすることができる。

気筒４内に直接燃料を噴射する場合は、噴射した燃料の気化熱を利用して筒内温度を下げることができる。この場合、筒内温度は燃料量が増加するほど低くなる。そこで、例えば温度低減条件が成立した場合、＃４の気筒４の燃料噴射量を＃１〜＃４の気筒４の燃料噴射量より多くしてもよい。

この他にも筒内温度は、点火タイミング、及び気筒４に還流される排気（ＥＧＲガス）の流量の影響も受ける。点火タイミングを遅角させるほど燃焼温度が低くなるので、点火タイミングを遅角させるほど筒内温度が低くなる。そこで、例えば温度低減条件が成立した場合は、＃４の気筒４の点火タイミングを＃１〜＃４の気筒４の点火タイミングより遅角させてもよい。また、燃焼温度は気筒４に供給されるＥＧＲガスの流量が多いほど低くなるので、ＥＧＲガスの流量を多くするほど筒内温度が低くなる。そこで、排気通路７から各気筒４の吸気ポート６ａにそれぞれ排気を還流し、各気筒４に還流されるＥＧＲガスの流量をそれぞれ別々に変更可能な排気還流装置をエンジン１に設け、温度低減条件が成立した場合は＃４の気筒４に還流するＥＧＲガスの量を＃１〜＃３の気筒４に還流するＥＧＲガスの量より多くしてもよい。

なお、筒内温度の調整は、これら筒内温度に影響を与える空燃比、燃料噴射量、点火タイミング、及びＥＧＲガスの流量のいずれか一つのみを操作して行ってもよいし、これらのうちのいくつかを組み合わせて行ってもよい。

温度低減制御においては、＃４の気筒４の空燃比を他の＃１〜＃３の気筒４の空燃比よりリーンにするとともに、排気通路７の空燃比が理論空燃比になるように＃１〜＃３の気筒４の空燃比を操作してもよい。具体的には、＃４の気筒４の空燃比をリーンにするとともに、他の＃１〜＃３の気筒４のうちの少なくとも一つの気筒４の空燃比をリッチにする。この際、＃１〜＃３の気筒４の空燃比は、＃４の気筒４から排出された排気と＃１〜＃３の気筒４から排出された排気とが混合した際にこの排気の空燃比が理論空燃比になるようにリッチ側に変化させる。この場合、排気通路７の空燃比を理論空燃比に維持できるので、排気浄化装置１４として設けられている三元触媒の排気浄化性能を確保することができる。

上述した形態では、温度低減条件が成立した場合、＃４の気筒４の筒内温度が他の＃１〜＃３の気筒４の筒内温度に近付くように＃４の気筒４の空燃比を制御したが、冷却水の流量が低下した場合に各連絡通路２３に流入する冷却水の流量は冷却水入口２４から遠くなるほど漸次少なくなる。そこで、例えば温度低減条件が成立した場合、冷却水入口２４から遠い気筒４ほど空燃比がリーンになるように各気筒４の空燃比をそれぞれ操作してもよい。すなわち、各気筒４の空燃比が、＃１、＃２、＃３、＃４の順に漸次リーンになるように各気筒４の空燃比をそれぞれ操作する。このように各気筒４の空燃比をそれぞれ操作することにより、気筒４間の筒内温度のばらつきをさらに抑えることができる。なお、各気筒４の点火タイミング、ＥＧＲガスの流量、及び気筒４内に直接噴射する燃料量も同様に冷却水入口２４から遠い気筒ほど燃焼温度が低下するようにこれらの物理量を操作してもよい。

（第２の形態）
図６は、本発明の一形態に係る冷却装置が組み込まれた内燃機関の一例を示している。図６に示したようにこの形態のエンジン１は、ピストン８の裏面８ａ側に向けてオイルを噴射するオイルジェット機構４０を備えている。それ以外は第１の形態のエンジンと同じであるため、図６において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。オイルジェット機構４０は、気筒４毎に設けられる４つ（図６では１つのみを示す。）の噴射ノズル４１を備えている。各噴射ノズル４１には、エンジン１の不図示のオイルポンプからオイルが供給される。噴射ノズル４１は、供給されたオイルがピストン８の裏面８ａに当たるようにシリンダブロック３に設けられている。なお、以降では各噴射ノズル４１には、対応する気筒４の気筒番号と同じ番号＃１〜＃４を付して区別することがある。

このオイルジェット機構４０では、＃４の気筒４に設けられた＃４の噴射ノズル４１のオイルを噴射する部分の口径が、他の＃１〜＃３の気筒４に設けられた＃１〜＃３の噴射ノズル４１のオイルを噴射する部分の口径よりも大きい。なお、＃１〜＃３の各噴射ノズル４１の口径は同じである。そのため、＃４の噴射ノズル４１から噴射されるオイルの量は、他の＃１〜＃３の噴射ノズル４１から噴射されるオイルの量より多くなる。従って、このオイルジェット機構４０においては、＃４の気筒４のピストン８の冷却効率が＃１〜＃３の各気筒４のピストン８の冷却効率よりも高くなる。

このオイルジェット機構４０によれば、冷却水通路２０に供給される冷却水の流量が減少して＃４の連絡通路２３に冷却水が流入し難くなっても＃４の気筒４のピストン８の冷却効率が他の＃１〜＃３の各気筒４のピストン８の冷却効率よりも高いので、＃４の気筒４の筒内温度の上昇を抑制することができる。これにより＃４の気筒４の筒内温度と＃１〜＃３の気筒４の筒内温度との差を小さくできるので、気筒４間の筒内温度のばらつきを抑えることができる。

なお、オイルジェット機構４０において＃４の噴射ノズル４１から噴射されるオイルの量を他の＃１〜＃３の各噴射ノズル４１から噴射されるオイルの量より多くする方法は、上述した＃４の噴射ノズル４１と＃１〜＃３の噴射ノズル４１とでノズルの口径を異ならせる方法に限定されない。例えば、＃４の気筒４には噴射ノズル４１を２つ設け、これら２つの噴射ノズル４１から＃４の気筒４のピストン８にオイルを噴射してもよい。また、例えば、噴射ノズル４１に供給するオイルの流量を調整可能な流量調整バルブが各噴射ノズル４１にそれぞれ設け、＃４の連絡通路２３に冷却水が流入し難くなった場合にはこれら流量調整バルブの開度をそれぞれ調整して＃４の噴射ノズル４１から噴射されるオイルの量を他の＃１〜＃３の噴射ノズル４１から噴射されるオイルの量より多くしてもよい。なお、各噴射ノズル４１から噴射されるオイルの量をそれぞれ変更可能な場合は、冷却水入口４１から遠い気筒４の噴射ノズル４１ほど噴射するオイルの量が増加するように各噴射ノズル４１から噴射されるオイルの量を調整してもよい。これにより気筒４間の筒内温度のばらつきをさらに抑えることができる。さらに、この形態においては、各噴射ノズル４１から噴射されるオイルの量を調整するとともに第１の形態で示した温度低減制御を実行してもよい。すなわち、＃４の気筒４の筒内温度が＃１〜＃３の気筒４の筒内温度に近付くように各気筒４の空燃比、点火タイミング、燃料噴射量、ＥＧＲガス量、及び吸気弁１０の開弁時間などを操作してもよい。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関はディーゼル機関であってもよい。また、本発明が適用される内燃機関は４気筒の内燃機関に限定されず、一方向に並ぶ複数の気筒を備えた内燃機関に適用してよい。さらに本発明が適用される内燃機関は気筒内に直接燃料を噴射する直噴式内燃機関に限定されず、吸気ポートに燃料を噴射するいわゆるポート噴射式内燃機関に適用してもよい。

本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示す図。 冷却水通路の概略を示す図。 吸気ポート側ウォータジャケットのヘッド側ジャケット部、排気ポート側ウォータジャケットのヘッド側ジャケット部、及び連絡通路をシリンダブロック側から見た図。 図３のIV−IV線における冷却水通路の断面を示す図。 図１のＥＣＵが実行する燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の一形態に係る冷却装置が組み込まれた内燃機関を示す図。

符号の説明

１ 内燃機関
４ 気筒
５ 機関本体
７ 排気通路
８ ピストン
８ａ ピストンの裏面
１３ インジェクタ（燃料噴射弁、操作手段）
１５ チェーンカバー
２０ 冷却水通路
２１ 吸気ポート側ウォータジャケット（出口側冷却水通路）
２２ 排気ポート側ウォータジャケット（入口側冷却水通路）
２３ 連絡通路
２４ 冷却水入口
２５ 冷却水出口
３０ エンジンコントロールユニット（制御手段）
４０ オイルジェット機構
４１ 噴射ノズル

Claims (8)

1. 機関本体に設けられた複数の気筒の並び方向に延び、かつ前記複数の気筒の並び方向の一端側に設けられた冷却水入口から冷却水が供給される入口側冷却水通路と、前記複数の気筒を挟んで前記入口側冷却水通路の反対側に設けられるとともに前記複数の気筒の並び方向に延び、かつ前記複数の気筒の並び方向の他端側に設けられた冷却水出口から冷却水が排出される出口側冷却水通路と、気筒毎に設けられ、かつ気筒を横切るように前記入口側冷却水通路と前記出口側冷却水通路とを結ぶ連絡通路と、を有する冷却水通路を備えた内燃機関に適用され、
   気筒の筒内温度に影響を与える物理量を前記冷却水出口に最も近い気筒と他の気筒とで別々に操作可能な操作手段と、前記冷却水出口に最も近い気筒の筒内温度が他の気筒の筒内温度に近付くように前記操作手段を制御して少なくとも前記冷却水出口に最も近い気筒の前記物理量を操作する制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記物理量は、各気筒の空燃比、各気筒への燃料噴射量、点火タイミング、及び前記内燃機関の排気通路から各気筒に還流される排気の流量の少なくともいずれか一つである請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記物理量は空燃比であり、
   前記制御手段は、前記冷却水出口に最も近い気筒の空燃比が他の気筒の空燃比よりもリーンになるように前記操作手段を制御する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記冷却水出口に最も近い気筒の空燃比が他の気筒の空燃比よりもリーンであり、かつ前記内燃機関の排気通路の空燃比が理論空燃比になるように前記操作手段を制御する請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記操作手段として、各気筒にそれぞれ設けられて気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁、各気筒にそれぞれ設けられて気筒に吸入される空気量を気筒毎に別々に変更可能なスロットル弁、及び各気筒の吸気弁及び排気弁の少なくともいずれか一方の動弁特性を変更可能な可変動弁機構の少なくともいずれか一つが設けられている請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記物理量は、前記内燃機関の排気通路から各気筒に還流される排気の流量であり、
   前記操作手段として、前記排気通路から各気筒に還流される排気の流量をそれぞれ別々に変更可能な排気還流装置が設けられている請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記操作手段は、各気筒の前記物理量をそれぞれ別々に操作可能であり、
   前記機関本体の一端もしくは他端にチェーンカバーが取り付けられ、
   前記制御手段は、前記内燃機関の運転中に前記冷却水通路への冷却水の循環が停止される場合、前記複数の気筒のうち前記チェーンカバーに最も近い気筒の筒内温度の上昇が他の気筒の筒内温度の上昇よりも抑制されるように前記操作手段を制御する請求項１〜６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 機関本体に設けられた複数の気筒の並び方向に延び、かつ前記複数の気筒の並び方向の一端側に設けられた冷却水入口から冷却水が供給される入口側冷却水通路と、前記複数の気筒を挟んで前記入口側冷却水通路の反対側に設けられるとともに前記複数の気筒の並び方向に延び、かつ前記複数の気筒の並び方向の他端側に設けられた冷却水出口から冷却水が排出される出口側冷却水通路と、気筒毎に設けられ、かつ気筒を横切るように前記入口側冷却水通路と前記出口側冷却水通路とを結ぶ連絡通路と、を有する冷却水通路を備えた内燃機関に適用され、
   気筒毎に設けられた複数の噴射ノズルを有し、各噴射ノズルから気筒内のピストンの裏面側に向けてそれぞれオイルを噴射するオイルジェット機構を備え、
   前記オイルジェット機構は、前記冷却水出口に最も近い気筒に設けられた噴射ノズルから噴射されるオイルの量を他の各噴射ノズルから噴射されるオイルの量よりも多くすることが可能なように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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