JP5338703B2

JP5338703B2 - エンジンの冷却装置

Info

Publication number: JP5338703B2
Application number: JP2010029138A
Authority: JP
Inventors: 国明新美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: JP2011163288A

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おり、例えば特許文献１では、冷却水による冷却を行うライナ付きシリンダブロックが開示されている。

特開２００８−６３９９８号公報

ところで、エンジンを冷却するにあたり、高い熱効率を実現するためには、放熱性だけでなく断熱性も重要になってくる。この点、断熱性を考慮した最適な冷却態様は、例えばエンジンの運転状態によって異なってくる。また、最適な冷却態様を実現するにあたっては、例えばエンジンの各部位の冷却状態を最適化する必要もある。これに対して最適な冷却態様を実現するにあたっては、例えばエンジンの各部位を必要な度合いで可変的に部分冷却することが考えられる。そして、この場合には冷却水などの冷却媒体による冷却を行うことが考えられる。しかしながらこの場合でも、例えば冷却媒体による冷却能力には限界があることから、高い熱効率を実現すべく断熱性と放熱性とを両立させるにあたっては、未だ改善の余地が残ると考えられる点で問題があった。

そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、シリンダヘッドの断熱性の確保と両立可能な態様でシリンダブロックの放熱を促進でき、以って高い熱効率の実現に寄与することが可能な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、シリンダが形成されたシリンダブロック、エンジンブロックおよびシリンダヘッドを備えるエンジンと、前記シリンダブロックを前記エンジンブロックおよび前記シリンダヘッドから電気的に絶縁する絶縁体と、前記シリンダブロックの自由電子を移動させることで、前記シリンダブロックの電子密度を制御する電子密度制御手段と、を備え、前記電子密度制御手段が、前記エンジンの運転状態が低回転高負荷である場合に、前記シリンダブロックのうち、上方の部分の電子密度が高くなるように前記シリンダブロックの電子密度を制御するエンジンの冷却装置である。

また本発明は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、をさらに備えた構成であることが好ましい。

本発明によればシリンダヘッドの断熱性の確保と両立可能な態様でシリンダブロックの放熱を促進でき、以って高い熱効率の実現に寄与することができる。

実施例にかかるエンジンの冷却装置（以下、単に冷却装置と称す）の概略構成図である。冷却装置の要部の概略構成図である。ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）の概略構成図である。機関運転状態の分類を模式的に示す図である。ＥＣＵの動作をフローチャートで示す図である。モード１、２の制御についての説明図であり、（ａ）でモード１の制御を行った場合の状態を、（ｂ）でモード２の制御を行った場合の状態をそれぞれ示している。クランク角度に応じた燃焼室の熱伝達率および表面積割合を示す図である。第１の変形例にかかる冷却装置の要部の概略構成図である。第２の変形例にかかる冷却装置の要部の概略構成図を（ａ）で、対応する内側シリンダブロックの断面図を（ｂ）でそれぞれ示す図である。

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１Ａ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５０Ａと、第１から第４の部分流量調節弁６１から６４までを備えている。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５０Ａに供給される。

エンジン５０Ａは金属製（ここではアルミ合金製）のシリンダブロック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１Ａ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。このヘッド側循環経路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、第１から第４の部分流量調節弁６１から６４までのうち少なくともいずれか、およびヘッド側Ｗ／Ｊ５２１が形成する４系統の冷却系統のうち少なくともいずれかを流通し、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おり、さらに具体的には第１から第４の部分流量調節弁６１から６４まで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。

第１から第４の部分流量調節弁６１から６４までは、ヘッド側循環経路Ｃ２のうち、流量調節弁１４およびシリンダヘッド５２の間の部分に、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１が形成する４系統の冷却系統に対応させて設けられている。これら部分流量調節弁６１から６４までは、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おり、さらに具体的にはヘッド側Ｗ／Ｊ５２１を流通する冷却水の流量を部分的に調節することで、シリンダヘッド５２の冷却能力を部分的に調整可能な冷却能力調整手段となっている。

冷却装置１Ａ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１Ａ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１Ａ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５０Ａ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は具体的には内側に位置する内側シリンダブロック５１ａと、外側に位置する外側シリンダブロック５１ｂとを備えている。内側シリンダブロック５１ａにはシリンダ５１ａａが形成されている。この点、内側シリンダブロック５１ａが本発明におけるシリンダブロックに相当しており、本発明におけるシリンダブロックの土台となる構成である外側シリンダブロック５１ｂが、本発明におけるエンジンブロックに相当している。シリンダ５１ａａにはピストン５３が設けられている。シリンダブロック５１には断熱性の高いガスケット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はその高い断熱性でシリンダブロック５１からシリンダヘッド５２への熱伝達を抑制する。シリンダ５１ａａ、シリンダヘッド５２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５１ａａの径方向において、内側および外側シリンダブロック５１ａ、５１ｂ間に形成されることで、シリンダ５１ａａの周辺部に設けられている。
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ている。また、部分Ｗ／Ｊ５２１ｄは吸排気弁５２ａ、５２ｂ間や、その他の部分を冷却するために設けられている。部分Ｗ／Ｊ５２１ａから部分Ｗ／Ｊ５２４ｄまではヘッド側Ｗ／Ｊ５２１が形成する４系統の冷却系統に別個に組み込まれている。そして、第１の部分流量調節弁６１が部分Ｗ／Ｊ５２１ａに、第２の部分流量調節弁６２が部分Ｗ／Ｊ５２１ｂに、第３の部分流量調節弁６３が部分Ｗ／Ｊ５２１ｃに、第４の部分流量調節弁６４が、部分Ｗ／Ｊ５２１ｄにそれぞれ対応させて設けられている。

またエンジン５０Ａは、内側シリンダブロック５１ａを電気的に絶縁する絶縁体３１を備えている。絶縁体３１は具体的には内側シリンダブロック５１ａおよびシリンダヘッド５２間と、内側および外側シリンダブロック５１ａ、５１ｂ間とに設けられており、これによりシリンダヘッド５２および外側シリンダブロック５１ｂから内側シリンダブロック５１ａを電気的に絶縁している。またシリンダ５１ａａの径方向において内側および外側シリンダブロック５１ａ、５１ｂ間に設けられた絶縁体３１は、内側シリンダブロック５１ａに密接して設けられており、これによりさらに部分Ｗ／Ｊ５１１ａを流通する冷却水から内側シリンダブロック５１ａを電気的に絶縁している。絶縁体３１には例えばシリンダブロック５１と同等の熱伝導性を備えるセラミック等の材料を適用できる。
また冷却装置１Ａは第１の誘電分極３２を備えている。第１の誘電分極３２は内側シリンダブロック５１ａの自由電子を移動させることが可能な誘電手段となっており、内側シリンダブロック５１ａの下端に対応させて設けられている。

さらに冷却装置１Ａは図３に示すＥＣＵ７０Ａを備えている。ＥＣＵ７０Ａ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。ＥＣＵ７０Ａには、エンジン５０Ａ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５０Ａ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ＥＣＵ７０Ａで検出される。またＥＣＵ７０ＡにはＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や、第１から第４までの部分流量調節弁６１から６４や、第１の誘電分極３２における電荷の状態を変更する電荷状態変更手段である第１の電源回路６５などの各種の制御対象が電気的に接続されている。この点、第１の誘電分極３２は第１の電源回路６５に接続されており、第１の誘電分極３２における電荷の状態は、第１の電源回路６５の印加電圧を変更することで変更される。

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、ＥＣＵ７０Ａ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、ＥＣＵ７０Ａ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。
また制御手段は、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５０Ａ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５０Ａ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。そして冷却装置１Ａ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５０Ａ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とともに、各部分流量調節弁６１から６４までについては、基本的に全開に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１Ａ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５０Ａ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１Ａ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１Ａ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１Ａでは、全体的な制御の整合性や簡素化などを考慮した結果、区分Ｄ１、Ｄ２、Ｄ５およびＤ６において、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ている。但しこれに限られず、制御手段は区分Ｄ１、Ｄ２、Ｄ５およびＤ６において、Ｗ／Ｐ１１、流量調節弁１４および各部分流量調節弁６１から６４までを適宜制御することで互いに異なる制御を行うように実現されてもよい。これにより区分Ｄ１、Ｄ２、Ｄ５およびＤ６において、さらにエンジン５０Ａの運転を好適に成立させることもできる。
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、例えば流量調節弁１４を全開にするとともに、流量調節弁１４に代えて各部分流量調節弁６１から６４までを閉弁、或いは沸騰抑制態様で開弁するための制御を行うように実現することもできる。また制御手段は機関運転状態が低回転高負荷である場合に、例えば流量調節弁１４を全開にするとともに、各部分流量調節弁６１から６４までのうち、少なくともいずれかの開度（例えば熱負荷の大きい部分に対応する部分流量調節弁６２や部分流量調節弁６３）を間欠的な態様で全閉状態から小さい開度で開弁するように実現することもできる。これにより、区分Ｄ３においてシリンダヘッド５２の信頼性を好適に確保することもできる。

ＥＣＵ７０Ａでは、さらに例えば内側シリンダブロック５１ａの自由電子を移動させることで、内側シリンダブロック５１ａの電子密度を制御する電子密度制御手段が機能的に実現される。
具体的には電子密度制御手段は、第１の電源回路６５を制御対象として印加電圧を変更することで、第１の誘電分極３２の電荷を制御し、これにより内側シリンダブロック５１ａの自由電子を移動させることで、内側シリンダブロック５１ａの電子密度を制御するように実現される。
この点、さらに具体的には電子密度制御手段は、第１の誘電分極３２を正に帯電させるように第１の電源回路６５の印加電圧を変更することで、内側シリンダブロック５１ａのうち、下方の部分の電子密度が高くなるように内側シリンダブロック５１ａの電子密度を制御するモード１の制御を行うよう実現される。
また電子密度制御手段は、第１の誘電分極３２を負に帯電させるように第１の電源回路６５の印加電圧を変更することで、内側シリンダブロック５１ａのうち、上方の部分の電子密度が高くなるように内側シリンダブロック５１ａの電子密度を制御するモード２の制御を行うよう実現される。

また内側シリンダブロック５１ａの電子密度を制御するにあたり、電子密度制御手段は具体的には、エンジン５０Ａの回転数および負荷に応じて内側シリンダブロック５１ａの電子密度を制御するように実現される。
具体的には電子密度制御手段は機関運転状態が高負荷でない場合（区分Ｄ１、Ｄ２、Ｄ５およびＤ６に対応する運転状態である場合）には、モード１の制御を行うように実現される。
また電子密度制御手段は機関運転状態が低回転高負荷、および高回転高負荷である場合（区分Ｄ３およびＤ４に対応する運転状態である場合）には、モード２の制御を行うように実現される。

次にＥＣＵ７０Ａ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。ＥＣＵ７０Ａ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、ＥＣＵ７０ＡはＷ／Ｐ１１の駆動を開始するとともに（ステップＳ３）、流量調節弁１４を閉弁し（ステップＳ２１）、さらにモード１の制御を行う（ステップＳ２２）。これにより、図６（ａ）に示すように内側シリンダブロック５１ａでは、下方の部分の電子密度が高くなる。一方、ステップＳ１で否定判定であれば、ＥＣＵ７０Ａ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、ＥＣＵ７０Ａはエンジン５０Ａの回転数および負荷を検出する（ステップＳ１１）。

続いてＥＣＵ７０Ａ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ＥＣＵ７０Ａは流量調節弁１４を閉弁、或いは沸騰抑制態様で開弁するとともに（ステップＳ３１）、モード２の制御を行う（ステップＳ３２）。これにより、図６（ｂ）に示すように内側シリンダブロック５１ａでは、上方の部分の電子密度が高くなる。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に進み、ＥＣＵ７０Ａは流量調節弁１４を全開にするとともに（ステップＳ４１）、モード２の制御を行う（ステップＳ４２）。

次に冷却装置１Ａの作用効果について説明する。ここで、エンジン５０Ａ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７に示すようになっている。図７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５１ａａ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５１ａａ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１Ａ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、以ってエネルギー損失のうち、大きな割合を占める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１Ａ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１Ａではこれによりシリンダ５１ａａ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１Ａ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、冷却装置１Ａは熱効率を向上させることができる。

また冷却装置１Ａ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１Ａではこれによって吸気をより一層冷却でき、ノッキングの発生をさらに好適に抑制できる。
また冷却装置１Ａ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５０Ａの運転を成立させることができる。この点、高回転高負荷時には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１Ａは特定の運転状態だけでなく、通常行われるエンジン５０Ａ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。

さらに冷却装置１Ａでは、低回転高負荷時にモード２の制御を行うことで、内側シリンダブロック５１ａのうち、上方の部分の電子密度を高める。そしてこれにより、冷却装置１Ａは内側シリンダブロック５１ａのうち、燃焼により発生した熱を多く受熱する上方の部分の熱伝導性を高めることができ、以って内側シリンダブロック５１ａの放熱を促進することができる。また冷却装置１Ａはこのようにして内側シリンダブロック５１ａのみを対象とした放熱の促進を可能にするため、シリンダヘッド５２の断熱性の確保と両立させることもできる。
このため冷却装置１Ａは、高い熱効率を実現するにあたって、特にシリンダヘッド５２の断熱性を高めるとともに、シリンダブロック５１の冷却を図る必要がある低回転高負荷時に、シリンダヘッド５２の断熱性の確保と両立可能な態様で内側シリンダブロック５１ａの放熱を促進でき、以って高い熱効率の実現に寄与することができる。
また冷却装置１Ａは、例えば既に高圧のバッテリや可変昇圧システムを備えたハイブリッド車両に容易に適用でき、この場合に高い熱効率を実現することで、電圧印加によるエネルギーロスを差し引いても、車両全体としてのエネルギー効率の向上を図るようにすることもできる。

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、内側シリンダブロック５１ａの電子密度を制御するにあたり、第１の誘電分極３２および第１の電源回路６５を備える冷却装置１Ａの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、冷却装置は例えば以下に示す冷却装置１Ｂや冷却装置１Ｃのように構成されてもよい。

図８に示す冷却装置１Ｂは、第１の電源回路６５に接続されるとともに、内側シリンダブロック５１ａの自由電子を移動させることが可能なように内側シリンダブロック５１ａの上端に対応させて設けられた第２の誘電分極３３をさらに備えている点以外、冷却装置１Ａと実質的に同一のものとなっている。冷却装置１Ｂでは、第１および第２の誘電分極３２、３３の電荷が、第１の電源回路６５の印加電圧を変更することで制御され、このとき第１および第２の誘電分極３２、３３の極性それぞれは互いに反対になるようになっている。すなわち、第１の誘電分極３２が正に帯電する場合には第２の誘電分極３３が負に帯電し、第１の誘電分極３２が負に帯電する場合には第２の誘電分極３３が正に帯電するようになっている。冷却装置１Ｂによれば、冷却装置１Ａと比較して内側シリンダブロック５１ａの電子密度をより好適に制御することができる。

また図９に示す冷却装置１Ｃは、第２の電源回路６６をさらに備えている点と、第１の電源回路６５に接続される第１および第２の誘電分極３２、３３、および第２の電源回路６６に接続される第１および第２の誘電分極３２、３３を備えている点と、第１の電源回路６５に接続される第１および第２の誘電分極３２、３３を吸気側に設けるとともに、第２の電源回路６６に接続される第１および第２の誘電分極３２、３３を排気側に設けている点と、エンジン５０Ａの代わりにエンジン５０Ｂを備えている点と、ＥＣＵ７０Ａの代わりにＥＣＵ７０Ｂ（図示省略）を備えている点以外、冷却装置１Ａと実質的に同一のものとなっている。

エンジン５０Ｂは、シリンダブロック５１の代わりに、シリンダブロック５１ａに対してさらに全体が吸気側の部分と排気側の部分とに２分割された内側シリンダブロック５１ａ´を有するシリンダブロック５１´を備えている点と、内側シリンダブロック５１ａ´を吸気側の部分と排気側の部分とに２分割するようにして設けられた絶縁体３１をさらに備えている点以外、エンジン５０Ａと実質的に同一のものとなっている。

またＥＣＵ７０Ｂは、第２の電源回路６６が制御対象としてさらに電気的に接続される点と、電子密度制御手段がさらに以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ７０Ａと実質的に同一のものとなっている。
すなわちＥＣＵ７０Ｂでは、電子密度制御手段が、内側シリンダブロック５１ａの電子密度を制御するにあたって、第１の電源回路６５に加えてさらに第２の電源回路６６を制御対象として印加電圧を変更することで、内側シリンダブロック５１ａの電子密度を制御するように実現される。
またＥＣＵ７０Ｂでは、電子密度制御手段が、第１および第２の電源回路６５、６６を制御対象として、内側シリンダブロック５１ａのうち、上方或いは下方の部分の電子密度が高くなるように内側シリンダブロック５１ａの電子密度を制御する場合に、第２の電源回路６６のほうが第１の電源回路６５よりも印加電圧の大きさが相対的に高くなるように第１および第２の電源回路６５、６６をさらに制御することで、内側シリンダブロック５１ａのうち、上方或いは下方の部分において、排気側の部分のほうが吸気側の部分よりも相対的に電子密度が高まるように内側シリンダブロック５１ａの電子密度をさらに制御するように実現される。
冷却装置１Ｃによれば、排気側のほうが吸気側よりも温度が高まることに対し、さらにシリンダ５１ａａの冷却の均一性を高めることができる点で好適である。

また例えばＥＣＵ７０Ａなど上述した各ＥＣＵによって機能的に実現される各種の手段は、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。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ冷却装置
１１Ｗ／Ｐ
１４流量調節弁
３１絶縁体
３２第１の誘電分極
３３第２の誘電分極
５０Ａ、５０Ｂエンジン
５１、５１´ シリンダブロック
５１１ブロック側Ｗ／Ｊ
５１ａ、５１ａ´ 内側シリンダブロック
５１ａａシリンダ
５１ｂ外側シリンダブロック
５２シリンダヘッド
５２１ヘッド側Ｗ／Ｊ
６５第１の電源回路
６６第２の電源回路
７０Ａ，７０ＢＥＣＵ

Claims

シリンダが形成されたシリンダブロック、エンジンブロックおよびシリンダヘッドを備えるエンジンと、
前記シリンダブロックを前記エンジンブロックおよび前記シリンダヘッドから電気的に絶縁する絶縁体と、
前記シリンダブロックの自由電子を移動させることで、前記シリンダブロックの電子密度を制御する電子密度制御手段と、を備え、
前記電子密度制御手段が、前記エンジンの運転状態が低回転高負荷である場合に、前記シリンダブロックのうち、上方の部分の電子密度が高くなるように前記シリンダブロックの電子密度を制御する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、
前記シリンダブロックの冷却能力を抑制することなく、前記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、をさらに備えたエンジンの冷却装置。