JP5299517B2

JP5299517B2 - エンジンの冷却装置

Info

Publication number: JP5299517B2
Application number: JP2011539213A
Authority: JP
Inventors: 望佐々木; 真一郎能川; 大志 ▲高▼橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: WO2011055424A1; US20120210956A1; EP2497930A4; CN102639849A; EP2497930A1; JPWO2011055424A1

Description

本発明はエンジンの冷却装置に関する。

従来、エンジンでは一般に冷却水による冷却が行われている。かかる冷却を行うにあたっては、例えばシリンダブロックのシリンダ周辺部に冷却水通路を設けて冷却水を流通させることが一般に行われている。これに対して、本発明と関連性があると考えられる技術として、燃焼室を形成するシリンダボア壁を部分的に断熱構造とした４サイクル内燃機関が特許文献１で開示されている。

特開２０００−７３７７０号公報

ところで、図８に示すように、エンジン、とりわけ火花点火式内燃機関では排気損失や冷却損失など正味仕事に使われない熱が多く発生する。そしてエネルギ損失全体の大きな割合を占める冷却損失の低減は、熱効率（燃費）の向上にとって非常に重要な要素である。ところが、冷却損失を低減し、熱を有効に利用することは必ずしも容易ではなく、このことが熱効率向上の妨げとなっている。

冷却損失の低減が困難である理由としては、例えば一般的なエンジンは、局部的に熱伝達の状態を可変にする構成にはなっていないことが挙げられる。すなわち、一般的なエンジンでは構成上、冷却が必要な部位を必要な度合いだけ冷却することが困難なことが挙げられる。具体的にはエンジンの熱伝達の状態を可変にするにあたっては、一般にはエンジンの出力で駆動する機械式ウォータポンプにより、エンジン回転数に応じて冷却水の流量を変更することが行われている。ところが、冷却水の流量を全体的に調節するウォータポンプでは、仮に流量を可変にする可変ウォータポンプを用いた場合であっても、機関運転状態に応じて局部的に熱の伝達状態を可変にすることはできない。

また冷却損失を低減するにあたっては、例えばエンジンの断熱性を高めることも考えられる。そしてこの場合には、図９に示すように大幅な冷却損失の低減を期待できる。ところがこの場合には、エンジンの断熱性を高めることで、同時に燃焼室の内壁温度が上昇する。そしてこの場合には、これに伴い混合気の温度が上昇することで、ノッキングが誘発される点で問題があった。なお、この点について、上述した特許文献１の開示技術でも同様の問題が懸念される。

そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、エンジン外部への放熱を抑制するとともにノッキングの発生を抑制でき、以って機関暖機の促進と冷却損失の低減とを両立することができるエンジンの冷却装置、さらにはエンジンの熱伝達の状態を合理的な態様で局部的に可変することで冷却損失の低減とノック性能とを好適に両立できるエンジンの冷却装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、エンジンのシリンダブロックに設けられ、シリンダ側に位置する内側壁部と、前記内側壁部に対向し前記内側壁部よりも低い熱伝導率を有する外側壁部と、を有する冷却媒体通路と、前記シリンダブロックの冷却能力を抑制することなく、前記エンジンのシリンダヘッドの冷却能力を抑制可能な冷却能力調整手段と、前記エンジンの機関運転状態が機関冷間時でない場合かつ所定負荷より高い負荷で所定回転数より低い回転数の場合に、前記冷却能力調整手段を制御することで、前記シリンダヘッドの冷却能力を抑制するための制御を行う制御手段と、を備えたエンジンの冷却装置である。

上記構成において、前記冷却能力調整手段は、冷却媒体圧送手段から圧送された冷却媒体を前記シリンダブロックを経由させずに前記シリンダヘッドを経由させて前記冷却媒体圧送手段に戻す冷却媒体循環経路に配置された流量調節弁であってもよい。

本発明によれば、エンジン外部への放熱を抑制するとともにノッキングの発生を抑制でき、以って機関暖機の促進と冷却損失の低減とを両立することができる。また本発明によれば、さらにエンジンの熱伝達の状態を合理的な態様で局部的に可変することで冷却損失の低減とノック性能とを好適に両立できる。

エンジンの冷却装置（以下、単に冷却装置と称す）１を模式的に示す図である。エンジン５０を１気筒につき断面で模式的に示す図である。ＥＣＵ７０を模式的に示す図である。機関運転状態の分類を模式的に示す図である。ＥＣＵ７０の動作をフローチャートで示す図である。クランク角度に応じた燃焼室５５の熱伝達率および表面積割合を示す図である。負荷に応じた冷却装置１の熱効率を示す図である。なお、図７では比較のため流量調節弁１４を備えていない点以外、冷却装置１と実質的に同一である冷却装置１Ｘの場合についても示している。火花点火式内燃機関の一般的なヒートバランスの内訳を全負荷の場合と部分負荷の場合とについてそれぞれ示す図である。シリンダの内壁温度および熱透過率を通常の構成の場合と断熱性を高めた場合とについてそれぞれ示す図である。なお、図９では断熱性を高めた場合として、シリンダの壁厚増加とともに材質変更を行った場合と、より断熱性の高い空気断熱を行った場合とについてそれぞれ示している。また、通常の構成としては、シリンダブロック下部からシリンダヘッドへ向かって重力に逆らうようにして冷却水を流通させる１系統の冷却水循環経路が設けられた一般的なエンジンの場合を示している。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

図１に示す冷却装置１は図示しない車両に搭載されており、ウォータポンプ（以下、Ｗ／Ｐと称す）１１と、ラジエータ１２と、サーモスタット１３と、流量調節弁１４と、エンジン５０とを備えている。Ｗ／Ｐ１１は冷却媒体圧送手段であり、冷却媒体である冷却水を圧送するとともに、圧送する冷却水の流量を可変にする可変Ｗ／Ｐとなっている。Ｗ／Ｐ１１が圧送する冷却水はエンジン５０に供給される。

エンジン５０はシリンダブロック５１およびシリンダヘッド５２を備えている。シリンダブロック５１には第１の冷却媒体通路であるブロック側ウォータジャケット（以下、ブロック側Ｗ／Ｊと称す）５１１が形成されている。ブロック側Ｗ／Ｊ５１１はシリンダブロック５１に１系統の冷却系統を形成している。一方、シリンダヘッド５２には第２の冷却媒体通路であるヘッド側ウォータジャケット（以下、ヘッド側Ｗ／Ｊと称す）５２１が形成されている。ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１はシリンダヘッド５２に複数（ここでは４つ）の異なる冷却系統を形成している。Ｗ／Ｐ１１が圧送する冷却水は具体的にはブロック側Ｗ／Ｊ５１１およびヘッド側Ｗ／Ｊ５２１に供給される。

この点、冷却装置１では複数の冷却水循環経路が形成されている。
冷却水循環経路としては、例えばブロック側Ｗ／Ｊ５１１が組み込まれた循環経路であるブロック側循環経路Ｃ１がある。このブロック側循環経路Ｃ１を流通する冷却水は、Ｗ／Ｐ１１から吐出された後、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１を流通し、さらにサーモスタット１３を介するか、或いはラジエータ１２およびサーモスタット１３を介してＷ／Ｐ１１に戻るようになっている。ラジエータ１２は熱交換器であり、流通する冷却水と空気との間で熱交換を行うことで冷却水を冷却する。サーモスタット１３はＷ／Ｐ１１に入口側から連通する流通経路を切り替える。具体的にはサーモスタット１３は、冷却水温が所定値未満の場合にラジエータ１２をバイパスする流通経路を連通状態にし、所定値以上の場合にラジエータ１２を流通する流通する流通経路を連通状態にする。

また冷却水循環経路としては、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１が組み込まれた循環経路であるヘッド側循環経路Ｃ２がある。ヘッド側循環経路Ｃ２を流通する冷却水は、Ｗ／Ｐ１１から吐出された後、流量調節弁１４を介してヘッド側Ｗ／Ｊ５２１を流通し、さらにサーモスタット１３を介するか、或いはラジエータ１２およびサーモスタット１３を介してＷ／Ｐ１１に戻るようになっている。流量調節弁１４はヘッド側循環経路Ｃ２のうち、循環経路Ｃ１、Ｃ２が分岐した後の部分、且つシリンダヘッド５２よりも上流側の部分に設けられている。

流量調節弁１４は、シリンダヘッド５２の冷却能力を調整可能な冷却能力調整手段となっている。この点、流量調節弁１４は具体的には、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１を流通する冷却水の流量を全体的に調節することで、シリンダヘッド５２の冷却能力を全体的に調整可能な冷却能力調整手段となっている。
またこのように設けられた流量調節弁１４は、シリンダブロック５１の冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制可能な冷却能力調整手段となっている。具体的には例えば流量調節弁１４は、シリンダブロック５１およびシリンダヘッド５２にともに冷却水を流通させる高回転高負荷時のシリンダブロック５１の冷却能力およびシリンダヘッド５２の冷却能力がある場合に、これらの冷却能力に対してシリンダブロック５１の冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制可能な冷却能力調整手段となっている。
さらにこのように設けられた流量調節弁１４は、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制するようにヘッド側Ｗ／Ｊ５２１を流通する冷却水の流量を調節した場合に、シリンダブロック５１の冷却能力を高めるようにブロック側Ｗ／Ｊ５１１を流通する冷却水の流量を調節可能な冷却能力調整手段となっている。

冷却装置１では、ブロック側循環経路Ｃ１を流通する冷却水が、Ｗ／Ｐ１１によって圧送された後、一巡するまでの間にヘッド側Ｗ／Ｊ５２１を流通することがないようになっている。また、冷却装置１ではヘッド側循環経路Ｃ２を流通する冷却水が、Ｗ／Ｐ１１によって圧送された後、一巡するまでの間にブロック側Ｗ／Ｊ５１１を流通することがないようになっている。すなわち冷却装置１では、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１とヘッド側Ｗ／Ｊ５２１とが互いに異なる冷却媒体循環経路に組み込まれている。

次にエンジン５０についてさらに具体的に説明する。図２に示すように、シリンダブロック５１にはシリンダ５１ａが設けられており、シリンダ５１ａにはピストン５３が設けられている。シリンダブロック５１にはガスケット５４を介してシリンダヘッド５２が固定されている。ガスケット５４は熱伝導性を有しており、その高い熱伝導性でシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２間の熱移動を許容できるようになっている。シリンダヘッド５２、シリンダ５１ａおよびピストン５３は、燃焼室５５を形成している。シリンダヘッド５２には燃焼室５５に吸気を導く吸気ポート５２ａと、燃焼室５５から燃焼ガスを排出する排気ポート５２ｂが形成されている。シリンダヘッド５２には、燃焼室５５の上部略中央に臨むようにして点火プラグ５６が設けられている。

ブロック側Ｗ／Ｊ５１１は、具体的には第１の部分冷却媒体通路である部分Ｗ／Ｊ５１１ａを備えている。部分Ｗ／Ｊ５１１ａは具体的にはシリンダ５１ａの周辺部に設けられた冷却媒体通路となっている。部分Ｗ／Ｊ５１１ａの上流部は吸気を好適に冷却する観点から、例えばシリンダ５１ａの壁面のうち、筒内に流入した吸気が当たる部分に対応させて設けることができる。この点、エンジン５０は本実施例では筒内に正タンブル流を生成するエンジンとなっており、筒内に流入した吸気が当たる部分はシリンダ５１ａの壁面上部、且つ排気側の部分となっている。

内側壁部Ｗ１と外側壁部Ｗ２とは部分Ｗ／Ｊ５１１ａを形成している。内側壁部Ｗ１はシリンダ５１ａ側に位置しており、外側壁部Ｗ２は内側壁部Ｗ１に対向している。外側壁部Ｗ２は内側壁部Ｗ１と比較して熱伝導率が低い材料で構成されている。具体的には内側壁部Ｗ１は高熱伝導性材料で、外側壁部Ｗ２は低熱伝導性材料でそれぞれ構成されている。この点、高熱伝導性材料としては具体的には例えばアルミ合金や銅を適用することができる。一方、低熱伝導性材料としては具体的には例えばＳＵＳやＴｉや樹脂を適用することができる。内側壁部Ｗ１は例えばシリンダブロック５１の一部やシリンダライナで構成することができる。一方、外側壁部Ｗ２は例えば圧入や塗布によって設けることができる。

ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１は、具体的には第２の部分冷却媒体通路である複数の部分Ｗ／Ｊ５２１ａ、部分Ｗ／Ｊ５２１ｂ、部分Ｗ／Ｊ５２１ｃおよび部分Ｗ／Ｊ５２１ｄを備えている。部分Ｗ／Ｊ５２１ａは吸気ポート５２ａの周辺部に、部分Ｗ／Ｊ５２１ｂは排気ポート５２ｂの周辺部に、部分Ｗ／Ｊ５２１ｃは点火プラグ５６の周辺部にそれぞれ設けられた冷却媒体通路となっている。部分Ｗ／Ｊ５２１ｄは吸排気ポート５２ａ、５２ｂ間や、その他の部分を冷却するために設けられた冷却媒体通路となっている。流量調節弁１４は具体的には部分Ｗ／Ｊ５２１ａから５２１ｄまでに対応させて設けられている。

さらに冷却装置１は図３に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）７０を備えている。ＥＣＵ７０はＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３等からなるマイクロコンピュータと入出力回路７５、７６とを備えている。これらの構成は互いにバス７４を介して接続されている。ＥＣＵ７０には、エンジン５０の回転数を検出するためのクランク角センサ８１や、吸入空気量を計測するためのエアフロメータ８２や、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ８３や、冷却水の温度を検知する水温センサ８４などの各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されている。この点、エンジン５０の負荷はエアフロメータ８２やアクセル開度センサ８３の出力に基づきＥＣＵ７０で検出される。またＥＣＵ７０にはＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４などの各種の制御対象が電気的に接続されている。

ＲＯＭ７２はＣＰＵ７１が実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵ７１がＲＯＭ７２に格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭ７３の一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ７０では各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。

この点、ＥＣＵ７０では例えば、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制するための制御を行う制御手段が機能的に実現される。
制御手段は、具体的には機関運転状態が高負荷である場合に、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制するための制御を行うように実現される。
さらに具体的には、制御手段は機関運転状態が低回転高負荷である場合に、流量調節弁１４を制御することで、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１に基づき発揮される冷却能力を抑制するための制御を行うように実現される。

さらに制御手段は、機関運転状態が高負荷である場合のほか、他の運転状態においてもエンジン５０の運転を成立させるための制御を行うように実現される。
この点、機関運転状態は具体的にはエンジン５０の回転数および負荷のほか、冷間運転時であるか否か、または機関始動時であるか否かに応じて図４に示す６つの区分Ｄ１からＤ６までに分類されている。そして制御手段が制御を行うにあたっては、具体的には以下に示すように区分Ｄ１からＤ６まで毎に満たすべき要求を設定するとともに、設定した要求を満たすための制御指針を定めている。

まず、機関運転状態が区分Ｄ１に対応するアイドル状態である場合には、吸気昇温による燃焼速度向上、および触媒活性のための排気昇温という２つの要求を設定している。またこれに応じた吸気ポート５２ａとシリンダ５１ａ上部との昇温、および排気ポート５２ｂの昇温という２つの制御指針を定めている。
この点、吸気ポート５２ａの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４を閉弁、或いは小さな開度で開弁することができる。
またシリンダ５１ａ上部の昇温を図るにあたっては、例えばＷ／Ｐ１１を停止、或いは低吐出量で駆動することができる。
また排気ポート５２ｂの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４を閉弁、或いは小さな開度で開弁することができる。

また機関運転状態が、区分Ｄ２に対応する軽負荷である場合には、熱効率向上（冷却損失低減）、および吸気昇温による燃焼速度向上という２つの要求を設定している。またこれに応じたシリンダヘッド５２の断熱、および吸気ポート５２ａとシリンダ５１ａ上部との昇温という２つの制御指針を定めている。
この点、シリンダヘッド５２の断熱を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４を閉弁、或いは小さな開度で開弁することができる。
また吸気ポート５２ａの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４を閉弁、或いは小さな開度で開弁することができる。
またシリンダ５１ａ上部の昇温を図るにあたっては、例えばＷ／Ｐ１１を停止、或いは低吐出量で駆動することができる。

また機関運転状態が、区分Ｄ３に対応する低回転高負荷である場合には、ノッキングの低減、および熱効率向上（冷却損失低減）という要求を設定している。またこれに応じた吸気ポート５２ａとシリンダ５１ａ上部との冷却、およびシリンダヘッド５２の断熱という制御指針を定めている。
この点、吸気ポート５２ａの冷却を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４を全開、或いは大きな開度で開弁することができる。
またシリンダ５１ａ上部の冷却を図るにあたっては、例えばＷ／Ｐ１１を機関運転時に適用される最大吐出量、或いは高吐出量で駆動することができる。
またシリンダヘッド５２の断熱を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４を閉弁、或いは小さな開度で開弁することができる。

また機関運転状態が、区分Ｄ４に対応する高回転高負荷である場合には、信頼性確保、およびノッキングの低減という２つの要求を設定している。またこれに応じた点火プラグ５６周りと吸排気ポート５２ａ、５２ｂ間と排気ポート５２ｂとの冷却、および吸気ポート５２ａの冷却という２つの制御指針を定めている。
この点、点火プラグ５６周りと吸排気ポート５２ａ、５２ｂ間と排気ポート５２ｂとの冷却を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４を全開にすることができる。
また吸気ポート５２ａの冷却を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４を全開にすることができる。
一方、ノッキングの低減という要求に対しては、吸気ポート５２ａの冷却のほか、例えばシリンダ５１ａ上部の冷却を図ることもできる。これに対してシリンダ５１ａ上部の冷却を図るにあたっては、例えばＷ／Ｐ１１を機関運転時に適用される最大吐出量で駆動することができる。

また区分Ｄ５に対応する機関冷間時には、機関暖機促進、および吸気昇温による燃焼速度向上という２つの要求を設定している。またこれに応じたシリンダヘッド５２の熱伝達促進、および吸気ポート５２ａとシリンダ５１ａ上部との昇温という２つの制御指針を定めている。
この点、シリンダヘッド５２の熱伝達促進を図るにあたっては、シリンダヘッド５２での冷却水の受熱の寄与が大きいことを考慮して、例えば流量調節弁１４を開弁することができる。
また吸気ポート５２ａの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４を閉弁、或いは小さな開度で開弁することができる。
またシリンダ５１ａ上部の昇温を図るにあたっては、例えばＷ／Ｐ１１を停止、或いは低吐出量で駆動することができる。

また区分Ｄ６に対応する機関始動時には、着火性向上、および燃料気化促進という２つの要求を設定している。またこれに応じた吸気ポート５２ａの昇温、および点火プラグ５６周りとシリンダ５１ａ上部との昇温という２つの制御指針を定めている。
この点、吸気ポート５２ａの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４を閉弁、或いは小さな開度で開弁することができる。
また点火プラグ５６周りの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４を閉弁、或いは小さな開度で開弁することができる。
またシリンダ５１ａ上部の昇温を図るにあたっては、例えばＷ／Ｐ１１を停止、或いは低吐出量で駆動することができる。

これに対して冷却装置１では、全体的な制御の整合性や簡素化などを考慮し、制御手段がＷ／Ｐ１１については、基本的にエンジン５０の回転数に応じて、回転数が高くなるほど吐出量が多くなるようにＷ／Ｐ１１を駆動するための制御を行うように実現される。一方、流量調節弁１４については、さらに具体的には以下に示す制御を行うよう実現される。

すなわち制御手段は、機関運転状態が区分Ｄ１に対応するアイドル状態である場合と、機関運転状態が区分Ｄ２に対応する軽負荷である場合と、区分Ｄ５に対応する機関冷間時と、区分Ｄ６に対応する機関始動時においては、流量調節弁１４を閉弁するための制御を行うように実現される。
また制御手段は、機関運転状態が区分Ｄ３に対応する低回転高負荷である場合には、流量調節弁１４を閉弁、或いはシリンダヘッド５２への冷却水の流通を抑制しつつ、シリンダヘッド５２における冷却水の沸騰を抑制可能な態様（以下、沸騰抑制態様と称す）で開弁するための制御を行うように実現される。
また制御手段は、機関運転状態が区分Ｄ４に対応する高回転高負荷である場合には、流量調節弁１４を全開にするための制御を行うように実現される。

この点、機関運転状態が区分Ｄ３に対応する低回転高負荷である場合に、流量調節弁１４を沸騰抑制態様で開弁するための制御を行うにあたっては、制御手段は具体的には例えばあらゆる条件において冷却水の沸騰を抑制できる必要最小限の開度で流量調節弁１４を開弁することや、シリンダヘッド５２を流通する冷却水の温度を検出或いは推定するとともに、当該冷却水の温度に基づいて流量調節弁１４を間欠的に開弁することや、所定の回転数以上で流量調節弁１４を開弁することなどができる。これによりシリンダヘッド５２の冷却能力を抑制するにあたり、冷却水の沸騰を抑制しつつ、流量調節弁１４が必要以上に開弁されることを抑制できる。

そして冷却装置１では、制御手段の制御のもと、区分Ｄ３において流量調節弁１４がこのようにシリンダヘッド５２を流通する冷却水の流量を低下させることで、エンジン５０を流通する冷却水の流量を局部的に低下させる。
そして冷却装置１では、流量調節弁１４が全開でない場合にシリンダヘッド５２への冷却水の流通を抑制することで、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制していることになる。この点、冷却装置１ではさらに具体的には、流量調節弁１４を閉弁するか、或いは沸騰抑制態様で流量調節弁１４を開弁している場合にシリンダヘッド５２の冷却能力を抑制していることになる。

なお、冷却装置１では、制御手段が全体的な制御の整合性や簡素化などを考慮した制御を行うように実現されている。但しこれに限られず、制御手段は例えば上述した制御指針に基づいてＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４を適宜制御することで、全体的な制御の整合性や簡素化などを考慮した上述した制御と異なる制御を行うように実現されてもよい。これにより、さらにエンジン５０の運転を好適に成立させることもできる。

次にＥＣＵ７０で行われる処理を図５に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０は機関始動時であるか否かを判定する（ステップＳ１）。肯定判定であれば、ＥＣＵ７０はＷ／Ｐ１１の駆動を開始する（ステップＳ３）。続いてＥＣＵ７０は、流量調節弁１４を閉弁する（ステップＳ２１）。一方、ステップＳ１で否定判定であれば、ＥＣＵ７０は機関冷間時であるか否かを判定する（ステップＳ５）。機関冷間時であるか否かは、例えば冷却水温が所定値（例えば７５℃）以下であるか否かで判定できる。ステップＳ５で肯定判定であれば、ステップＳ２１に進む。一方、ステップＳ５で否定判定であれば、ＥＣＵ７０はエンジン５０の回転数および負荷を検出する（ステップＳ１１）。

続いてＥＣＵ７０は検出した回転数および負荷に対応する区分を判定する（ステップＳ１２からＳ１４まで）。具体的には対応する区分が区分Ｄ１であれば、ステップＳ１２の肯定判定からステップＳ２１に進み、対応する区分が区分Ｄ２であれば、ステップＳ１３の肯定判定からステップＳ２１に進む。一方、対応する区分が区分Ｄ３であれば、ステップＳ１４の肯定判定からステップＳ３１に進む。このときＥＣＵ７０は流量調節弁１４を閉弁、或いは沸騰抑制態様で開弁する（ステップＳ３１）。また対応する区分が区分Ｄ４であれば、ステップＳ１４の否定判定からステップＳ４１に進む。このときＥＣＵ７０は流量調節弁１４を全開にする（ステップＳ４１）。

次に冷却装置１の作用効果について説明する。ここで、エンジン５０のクランク角度に応じた燃焼室５５の熱伝達率および表面積割合は、図６に示すようになっている。図６に示すように熱伝達率は、圧縮行程上死点付近で高まることがわかる。そして表面積割合については、圧縮行程上死点付近でシリンダヘッド５２とピストン５３の表面積割合が大きくなることがわかる。したがって冷却損失については、シリンダヘッド５２の温度の影響力が大きいことがわかる。一方、ノッキングについては圧縮端温度に依存するところ、圧縮端温度に影響する吸気圧縮行程ではシリンダ５１ａの表面積割合が大きいことがわかる。したがってノッキングについてはシリンダ５１ａの温度の影響力が大きいことがわかる。

これに対して冷却装置１ではかかる知見に基づき、機関運転状態が低回転高負荷である場合に、流量調節弁１４を閉弁或いは沸騰抑制態様で開弁する。そしてこれにより、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１を流通する冷却水の流量を制限することで、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制でき、以って冷却損失を低減できる。
一方、この場合にはノッキングの発生が懸念される。これに対して冷却装置１では、シリンダブロック５１の冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制可能な流量調節弁１４を制御することで、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１を流通する冷却水の流量を制限する。このため冷却装置１ではこれによりシリンダ５１ａの冷却を維持でき、以ってノッキングの発生も抑制できる。

すなわち冷却装置１では、上述した知見に基づく合理的な態様で熱伝達の状態を局部的に可変することでシリンダヘッド５２の断熱（冷却損失の低減）を図ることができ、同時にシリンダブロック５１の冷却を図ることで、ノッキングの発生も抑制できる。そして、このようにして冷却損失の低減とノック性能とを両立させることで、図７に示すように熱効率を向上させることができる。

また冷却装置１では、流量調節弁１４が、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制するようにヘッド側Ｗ／Ｊ５２１を流通する冷却水の流量を調節した場合に、シリンダブロック５１の冷却能力を高めるようにブロック側Ｗ／Ｊ５１１を流通する冷却水の流量を調節可能になっている。このため冷却装置１ではこれによって吸気をより冷却でき、ノッキングの発生をより好適に抑制できる。

さらに冷却装置１では、外側壁部Ｗ２を低熱伝導性材料で構成したことで、機関冷間時に部分Ｗ／Ｊ５１１ａを流通する冷却水からエンジン５０外部への放熱を抑制できる。このため冷却装置１では、機関暖機をさらに好適に促進できる。
また冷却装置１では、内側壁部Ｗ１を高熱伝導性材料で構成したことで、機関運転状態が高負荷である場合に、部分Ｗ／Ｊ５１１ａを流通する冷却水でシリンダ５１ａの冷却を行うことができる。このため冷却装置１では、これによりノッキングの発生を抑制でき、以って機関暖機の促進と冷却損失の低減とを両立することができる。また、これによりボアの変形を抑制することもできる。
また冷却装置１では、ガスケット５４が高い熱伝導率を有していることから、機関運転状態が軽負荷である場合に、シリンダヘッド５２からシリンダブロック５１への熱伝達によってシリンダ５１ａ上部の昇温を図ることもできる。このため冷却装置１では、これにより軽負荷時の燃焼速度向上を図ることもできる。

また冷却装置１は、主に低回転高負荷時に熱効率の向上を図ることができる一方で、他の運転状態においてもエンジン５０の運転を成立させることができる。この点、冷却装置１では、高回転高負荷時に信頼性確保やノッキングの低減のほか、例えば排気温度の低下による触媒の熱負荷低減を図ることもできる。このため冷却装置１は特定の運転状態だけでなく、通常行われるエンジン５０の運転全体として見ても熱効率の向上を図ることができる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これ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内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例では、エンジン５０の運転を成立させるにあたって好適であることなどから、Ｗ／Ｐ１１が冷却媒体圧送手段である場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、冷却媒体圧送手段は例えばエンジンの出力で駆動する機械式Ｗ／Ｐであってもよい。

また上述した実施例では、エンジン５０の運転を成立させるにあたって、前述の制御指針に基づいて制御手段が行う制御の一例について説明した。
しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、制御手段はエンジンの運転を成立させるにあたってその他の適宜の制御を行ってもよい。この点、例えばシリンダブロックに設けられた第１の冷却媒体通路が複数の第１の部分冷却媒体通路を備えるとともに、シリンダヘッドに設けられた第２の冷却媒体通路が複数の第２の部分冷却媒体通路を備える場合に、これら第１および第２の部分冷却媒体通路それぞれに対応させてシリンダブロックまたはシリンダヘッドの冷却能力を部分的に調整可能な複数の部分冷却能力調整手段を備えるとともに、前述の制御指針に基づいて、冷却媒体圧送手段や、冷却能力調整手段や、部分冷却能力調整手段を適宜制御してもよい。これにより、エンジンの運転をさらに好適に成立させることもできる。

また上述した実施例では、機関運転状態が区分Ｄ３に対応する低回転高負荷である場合に、制御手段が、流量調節弁１４を閉弁、或いは沸騰抑制態様で開弁するための制御を行うことで、各シリンダヘッド５２の冷却能力として、各ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１に基づき発揮される冷却能力を抑制するための制御を行う場合について説明した。
しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、冷却装置が例えば第２の冷却媒体通路から抜き取った冷却媒体を貯留する貯留手段と、この貯留手段と第２の冷却媒体通路との間で冷却媒体を移送する冷却媒体圧送手段とをさらに備えるとともに、制御手段が、当該冷却媒体圧送手段を制御することで、機関運転状態が低回転高負荷である場合に、少なくとも一時的にシリンダヘッドから冷却媒体を抜き取るための制御を行うようにしてもよい。かかる貯留手段および冷却媒体圧送手段に相当する構成としては、具体的には例えば特開２００９−７９５０５号公報に記載の蓄熱タンクおよび電動ポンプがある。これにより冷却損失をさらに好適に低減させることができる。

またかかる貯留手段、冷却媒体圧送手段および制御手段は、機関運転状態がアイドル状態、または軽負荷である場合や、機関冷間時にも適用されてもよい。さらにこの場合、貯留手段として第１および第２の冷却媒体通路から抜き取った冷却媒体を貯留する第１および第２の貯留手段を備えるとともに、冷却媒体圧送手段として、第１の貯留手段と第１の冷却媒体通路との間で冷却媒体を移送する第１の冷却媒体圧送手段と、第２の貯留手段と第２の冷却媒体通路との間で冷却媒体を移送する第２の冷却媒体圧送手段とを備えてもよい。このとき、第１および第２の冷却媒体通路に共通の冷却媒体を流通させる場合には、第１および第２の貯留手段を１つの貯留手段とするとともに、第１および第２の冷却媒体圧送手段を１つの冷却媒体圧送手段としてもよい。
これにより、燃焼速度の向上や冷却損失の低減や機関暖機促進などをさらに図ることができ、以ってエンジンの運転をさらに好適に成立させることができる。

また上述した実施例では、機関運転状態がアイドル状態である場合や機関冷間時や機関始動時に、制御手段が流量調節弁１４を閉弁するための制御を行うように実現される場合について説明した。
しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、冷却装置が例えば第１および第２の冷却媒体通路に蓄熱冷却媒体を供給可能な蓄熱冷却媒体供給手段をさらに備えるとともに、機関運転状態がアイドル状態であるか、機関冷間時或いは機関始動時であり、且つ蓄熱冷却媒体の温度が冷却媒体の温度よりも高い場合に、制御手段が当該蓄熱冷却媒体供給手段から蓄熱冷却媒体を供給するための制御を行ってもよい。かかる蓄熱冷却媒体供給手段に相当する構成としては、具体的には例えば特開２００９−２０８５６９号公報に記載の熱交換部がある。
さらにこの場合、制御手段は例えばシリンダヘッドの冷却能力を部分的に調整する部分冷却能力調整手段のうち、点火プラグや排気ポートや吸気ポートに対応させて設けられた部分冷却能力調整手段を制御することで、蓄熱冷却媒体の流量を増大させるための制御を行ってもよい。
これにより、機関暖機促進や未燃ＨＣの低減やエンジン着火性の向上をさらに好適に図ることなどができ、この結果、エンジンの運転をさらに好適に成立させることができる。

また、制御手段は主にエンジン５０を制御するＥＣＵ７０で実現することが合理的であるが、例えばその他の電子制御装置や専用の電子回路などのハードウェアやこれらの組み合わせによって実現されてもよい。また制御手段は、例えば複数の電子制御装置や複数の電子回路等のハードウェアや電子制御装置と電子回路等のハードウェアとの組み合わせによって分散制御的に実現されてもよい。

１冷却装置
１１Ｗ／Ｐ
１２ラジエータ
１３サーモスタット
１４流量調節弁
５０エンジン
５１シリンダブロック
５２シリンダヘッド
７０ＥＣＵ

Claims

エンジンのシリンダブロックに設けられ、シリンダ側に位置する内側壁部と、前記内側壁部に対向し前記内側壁部よりも低い熱伝導率を有する外側壁部と、を有する冷却媒体通路と、
前記シリンダブロックの冷却能力を抑制することなく、前記エンジンのシリンダヘッドの冷却能力を抑制可能な冷却能力調整手段と、
前記エンジンの機関運転状態が機関冷間時でない場合かつ所定負荷より高い負荷で所定回転数より低い回転数の場合に、前記冷却能力調整手段を制御することで、前記シリンダヘッドの冷却能力を抑制するための制御を行う制御手段と、を備えたエンジンの冷却装置。
請求項１記載のエンジンの冷却装置であって、
前記冷却能力調整手段は、冷却媒体圧送手段から圧送された冷却媒体を前記シリンダブロックを経由させずに前記シリンダヘッドを経由させて前記冷却媒体圧送手段に戻す冷却媒体循環経路に配置された流量調節弁であるエンジンの冷却装置。