JP5338916B2 - エンジンの冷却装置 - Google Patents
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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。また従来、エンジン、とりわけ火花点火式内燃機関では燃焼室の外周部(エンドガス領域)でノッキングが発生し易いことが知られている。この点、ノッキングの発生を抑制するための技術として、例えば特許文献1ではシリンダライナ上部と、該シリンダライナ上部よりも温度が低い部位との間にシリンダブロックよりも熱伝導率の高い材質でなる伝熱部材を配置した内燃機関の冷却装置が開示されている。また例えば特許文献2では、シリンダ上面とシリンダヘッド下面との間にシリンダと同心状をなし、且つ内周面が燃焼室に露出するとともに、熱伝導率がヘッドガスケットよりも高いリング状部材を介装した内燃機関の冷却構造が開示されている。
ところで、図13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14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の上昇する。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という問題があった。
一方、上述した特許文献1、2の開示技術では、エンドガス領域の熱をシリンダヘッド等に逃がすことでノッキングの発生を抑制している。しかしながら、これらの開示技術では、熱の伝達が成り行きに任されている。すなわちこれらの開示技術では、熱効率の向上を図りつつノッキングの発生を抑制する観点からは、必ずしも適切な熱伝達を行うことができない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、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ノッキングの発生を抑制でき、さらには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、シリンダブロックと、シリンダヘッドと、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間に設けられた断熱性を有する断熱部と、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間に設けられ、前記断熱部よりも高い熱伝導率を有し、前記シリンダブロックのシリンダ上部および前記シリンダヘッド間の熱移動を許容可能な熱移動許容部と、前記シリンダヘッドのうち、前記熱移動許容部の周辺部に設けられた冷却媒体通路と、を備えたエンジンと、機関運転状態に応じて、前記冷却媒体通路に流通させる冷却媒体の流通状態を変更するための制御を行う制御手段と、を備え、前記熱移動許容部は、前記断熱部のうち、前記シリンダヘッドに対面し、且つ前記エンジンの燃焼室側に位置する部分を断面L字状の形状で囲うようにして設けられているエンジンの冷却装置である。
また本発明は前記制御手段が、前記機関運転状態が低回転高負荷および高回転高負荷のうち、少なくとも前記低回転高負荷である場合に、前記冷却媒体通路に流通させる冷却媒体の流通状態を変更することで、前記熱移動許容部を介して行われる前記シリンダ上部から前記シリンダヘッドへの熱伝達を促進するための制御を行う構成であることが好ましい。
また本発明は前記熱移動許容部が、前記断熱部と別体の部材として設けられている構成であることが好ましい。
また本発明は前記冷却媒体通路のうち、前記シリンダブロック側に位置する通路壁面に、冷却媒体の最大流速の範囲内において、流速の変化に応じて冷却媒体の流れの剥離を発生させることが可能な凹凸部を設けた構成であることが好ましい。
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をさらに備え、前記制御手段が、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さらに行う構成であることが好ましい。
本発明によれば、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ノッキングの発生を抑制でき、さらには冷却損失の低減とノック性能とを好適に両立できる。
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、追加流量調節弁60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50Aに供給される。
エンジン50Aはシリンダブロック51およびシリンダヘッド52A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52A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)521Aが形成されている。ヘッド側W/J521Aはシリンダヘッド52Aに複数(ここでは5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/J521A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。
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/J521A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を介するか、或いは追加流量調節弁60を介してヘッド側W/J521A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および追加流量調節弁60はともにヘッド側循環経路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52Aよりも上流側の部分に設けられている。この点、さらに具体的には流量調節弁14はヘッド側W/J521Aが形成する5系統の冷却系統のうち、シリンダヘッド52Aを冷却するために設けられた4系統の冷却系統に対応させるようにして、追加流量調節弁60はヘッド側W/J521Aが形成する5系統の冷却系統のうち、エンジン50Aにおける熱伝達の状態を可変にするために設けられた1系統の冷却系統に対応させるようにして、互いに並列に設けられている。
流量調節弁14は、シリンダヘッド52A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/J521A(さらに具体的にはシリンダヘッド52Aを冷却するために設けられた4系統の冷却系統)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52A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52A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52A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52A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52A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52Aの冷却能力を抑制するようにヘッド側W/J521A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。
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52A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52A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52A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52A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52Aの冷却能力を抑制するようにヘッド側W/J521A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/J521A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/J521A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にはシリンダ51aが形成されている。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52Aが固定されている。シリンダ51a、シリンダヘッド52A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52A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52A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。
ガスケット54は断熱性を有しており、その高い断熱性でシリンダブロック51、シリンダヘッド52A間で行われる熱伝達を抑制可能な断熱部材となっている。ガスケット54は他の部分よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導部54aを備えている。高熱伝導部54aの材質には例えば銅を適用することができる。高熱伝導部54aはシリンダ51a上部に設けられている。そして高熱伝導部54aは、ガスケット54のうち、シリンダヘッド52Aに対面し、且つエンジン50Aの燃焼室55側に位置する部分を断面L字状の形状で囲うようにして設けられている。この点、高熱伝導部54aに囲われた部分は、高い断熱性を有する部分となっている。このように設けられた高熱伝導部54aは、燃焼室55に露出するとともに、シリンダヘッド52Aの下面に接触している。そしてこのように高熱伝導部54aを設けることで、シリンダブロック51、シリンダヘッド52A間で熱伝達を好適に行うことができる。
高熱伝導部54aと、高熱伝導部54aに囲まれた部分と、その他の部分とはガスケット54を一体的に形成している。但しこれに限られず、高熱伝導部54aはガスケット54とは別体の部材として設けられてもよい。この点、高熱伝導部54aは例えばガスケット54を貫通するようにしてシリンダ51a上部およびシリンダヘッド52A間の熱移動を許容可能に設けられた別体の部材(例えば複数のピン状の部材)であってもよい。このように設けた場合であっても、シリンダブロック51、シリンダヘッド52A間で熱伝達を行うことができる。高熱伝導部54aは、シリンダ51a上部およびシリンダヘッド52A間の熱移動を許容可能な熱移動許容部となっている。
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50A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。
ヘッド側W/J521A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、部分W/J521dおよび部分W/J521eA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。部分W/J521eAは、高熱伝導部54a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/J521aから521eAまではヘッド側W/J521Aが形成する5系統の冷却系統に別個に組み込まれている。そして、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、追加流量調節弁60は具体的には部分W/J521eAに対応させてそれぞれ設けられている。
さらに冷却装置1Aは図3に示すECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)70A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や追加流量調節弁60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、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52A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52A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/J521A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。
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52A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/J521A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、機関運転状態に応じて、エンジン50Aにおける熱伝達の状態を局部的に可変にするための制御を行うように実現される。
具体的には制御手段は、機関運転状態に応じて、高熱伝導部54aを介して行われるシリンダ51a上部、シリンダヘッド52A間の熱伝達の状態を可変にするための制御を行うように実現される。
この点、制御手段は具体的には、機関運転状態が高負荷(具体的には低回転高負荷および高回転高負荷)である場合に、高熱伝導部54aを介して行われるシリンダ51a上部からシリンダヘッド52Aへの熱伝達を促進するための制御を行うように実現される。
また機関運転状態に応じて、高熱伝導部54aを介して行われるシリンダ51a上部、シリンダヘッド52A間の熱伝達の状態を可変にするための制御を行うにあたり、制御手段は具体的には、W/P11や追加流量調節弁60を制御することで、部分W/J521eAに流通させる冷却水の流通状態を変更するための制御を行うように実現される。
この点、制御手段は、機関運転状態が高回転高負荷である場合に、機関運転状態が低回転高負荷である場合よりも、部分W/J521eAに流通させる冷却水の流量を増大させるための制御を行うように実現される。
具体的には制御手段は、機関運転状態に応じて、高熱伝導部54aを介して行われるシリンダ51a上部、シリンダヘッド52A間の熱伝達の状態を可変にするための制御を行うように実現される。
この点、制御手段は具体的には、機関運転状態が高負荷(具体的には低回転高負荷および高回転高負荷)である場合に、高熱伝導部54aを介して行われるシリンダ51a上部からシリンダヘッド52Aへの熱伝達を促進するための制御を行うように実現される。
また機関運転状態に応じて、高熱伝導部54aを介して行われるシリンダ51a上部、シリンダヘッド52A間の熱伝達の状態を可変にするための制御を行うにあたり、制御手段は具体的には、W/P11や追加流量調節弁60を制御することで、部分W/J521eAに流通させる冷却水の流通状態を変更するための制御を行うように実現される。
この点、制御手段は、機関運転状態が高回転高負荷である場合に、機関運転状態が低回転高負荷である場合よりも、部分W/J521eAに流通させる冷却水の流量を増大させ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。
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や、追加流量調節弁60を閉弁することができる。
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。
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や、追加流量調節弁60を閉弁することができる。
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52A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52A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や、追加流量調節弁60を閉弁することができる。
この点、シリンダヘッド52A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や、追加流量調節弁60を閉弁することができる。
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52A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。さらにシリンダ51a上部の冷却を図るにあたっては、例えば追加流量調節弁60を開弁することができる。
またシリンダヘッド52A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。
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。さらにシリンダ51a上部の冷却を図るにあたっては、例えば追加流量調節弁60を開弁することができる。
またシリンダヘッド52A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、例えば追加流量調節弁60を全開にすることができる。
またW/P11については、例えば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。
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、例えば追加流量調節弁60を全開にすることができる。
またW/P11については、例えば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52A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52Aの熱伝達促進を図るにあたっては、シリンダヘッド52A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や、追加流量調節弁60を閉弁することができる。
この点、シリンダヘッド52Aの熱伝達促進を図るにあたっては、シリンダヘッド52A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や、追加流量調節弁60を閉弁することができる。
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、または追加流量調節弁60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、または追加流量調節弁60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や、追加流量調節弁60を閉弁することができる。
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、または追加流量調節弁60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、または追加流量調節弁60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や、追加流量調節弁60を閉弁することができる。
これに対して冷却装置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ように実現される。一方、流量調節弁14および追加流量調節弁60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とともに、追加流量調節弁60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52Aへの冷却水の流通を抑制しつつ、シリンダヘッド52A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とともに、追加流量調節弁60を開弁するための制御(ここでは具体的には半開にするための制御)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とともに、追加流量調節弁60を開弁するための制御(ここでは具体的には全開にするための制御)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52Aへの冷却水の流通を抑制しつつ、シリンダヘッド52A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とともに、追加流量調節弁60を開弁するための制御(ここでは具体的には半開にするための制御)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とともに、追加流量調節弁60を開弁するための制御(ここでは具体的には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52A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52A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52A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52Aへの冷却水の流通を抑制することで、シリンダヘッド52A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52Aの冷却能力を抑制していることになる。
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52Aへの冷却水の流通を抑制することで、シリンダヘッド52A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52Aの冷却能力を抑制していることになる。
また冷却装置1Aでは制御手段の制御のもと、W/P11および追加流量調節弁60がこのように部分W/J521eAを流通する冷却水の流量を変更することで、シリンダ51a上部とシリンダヘッド52Aとの間で行われる熱伝達の状態を可変にし、これによりエンジン50Aの熱伝達の状態を局部的に可変にする。
この点、冷却装置1Aでは部分W/J521eAを流通する冷却水の流量を調節可能なW/P11と追加流量調節弁60それぞれが、シリンダ51a上部とシリンダヘッド52Aとの間で行われる熱伝達の状態を可変にすることで、エンジン50Aの熱伝達の状態を局部的に可変にする熱伝達状態可変手段となっている。
この点、冷却装置1Aでは部分W/J521eAを流通する冷却水の流量を調節可能なW/P11と追加流量調節弁60それぞれが、シリンダ51a上部とシリンダヘッド52Aとの間で行われる熱伝達の状態を可変にすることで、エンジン50Aの熱伝達の状態を局部的に可変にする熱伝達状態可変手段となっている。
そして冷却装置1Aでは、制御手段が、区分D3および区分D4において追加流量調節弁60を開弁するための制御を行っている場合(すなわち高熱伝導部54aを介してシリンダ51a上部からシリンダヘッド52Aへ熱伝達が行われるように、部分W/J521eAの冷却水の流通を許可するための制御を行っている場合)に、部分W/J521eAの周辺部の温度をシリンダ51a上部の温度よりも低下させることになる。そしてこの場合に、図5に矢印F1で示すように高熱伝導部54aを介したシリンダ51a上部からシリンダヘッド52Aへの熱伝達を促進していることになる。
一方、冷却装置1Aでは、制御手段が、区分D1、D2、D5およびD6において追加流量調節弁60を閉弁するための制御を行っている場合(すなわち部分W/J521eAの冷却水の流通を停止するための制御を行っている場合)に、部分W/J521eAの周辺部とシリンダ51a上部との間でこれらの温度差に応じた熱伝達が行われることになる。この点、この場合には例えば機関冷間時に、流量調節弁14を閉弁することでシリンダヘッド52Aが多くの熱を受熱した状態になる結果、部分W/J521eAの周辺部の温度がシリンダ51a上部の温度よりも高くなる場合に、図6に矢印F2で示すように特に排気側で高熱伝導部54aを介したシリンダヘッド52Aからシリンダ51a上部への熱伝達を促進することになる。
またこの場合には、制御手段が、例えば追加流量調節弁60を小さな開度で開弁したり、間欠的に開閉したりすることによって、部分W/J521eAの周辺部の温度とシリンダ51a上部の温度とが同等になるように追加流量調節弁60を制御することで、部分W/J521eAの周辺部とシリンダ51aとを熱的に平衡な状態し、これによりこれらの間で熱伝達が行われないようにするか、或いはこれらの間で行われる熱伝達を抑制することもできる。一方、部分W/J521eA、シリンダ51a間で熱伝達が行われないようにするか、或いはこれらの間で行われる熱伝達を抑制するにあたっては、例えば部分W/J521eA、シリンダ51a間で断熱作用を発生させることもできる。この場合には、例えば高熱伝導部54aを介したシリンダ51a上部からシリンダヘッド52Aへの熱伝達を促進しないことによるシリンダ51a上部の昇温を図ることができる。
なお、冷却装置1A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、流量調節弁14および追加流量調節弁60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50Aの運転を好適に成立させることもできる。
次にECU70Aで行われる処理を図7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(ステップS3)。続いてECU70Aは、流量調節弁14を閉弁するとともに追加流量調節弁60を閉弁する(ステップS21A)。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S21A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S31A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、追加流量調節弁60を半開にする(ステップS31A)。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S41Aに進む。このときECU70Aは流量調節弁14を全開にするとともに、追加流量調節弁60を全開にする(ステップS41A)。
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8に示すようになっている。図8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52A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52A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/J521A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52A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52A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/J521A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。
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52A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/J521A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52A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9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1Aでは、流量調節弁14が、シリンダヘッド52Aの冷却能力を抑制するようにヘッド側W/J521A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1Aでは、機関運転状態が高負荷である場合に追加流量調節弁60を開弁することで、高熱伝導部54aを介したシリンダ51a上部からシリンダヘッド52Aへの熱伝達を促進することができる。このため冷却装置1Aではこれによってシリンダ51a上部の冷却をさらに促進でき、以ってノッキングの発生をさらに好適に抑制できる。
さらに冷却装置1Aでは、機関運転状態が高負荷である場合に追加流量調節弁60を開弁することで、高熱伝導部54aを介したシリンダ51a上部からシリンダヘッド52Aへの熱伝達を促進することができる。このため冷却装置1Aではこれによってシリンダ51a上部の冷却をさらに促進でき、以って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、冷却装置1A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。また高回転高負荷時には、低回転高負荷時よりも部分W/J521eAを流通する冷却水の流量を増大させることで、ノッキングの低減のほか、例えばボア間温度の低下による信頼性向上を図ることもできる。また例えば追加流量調節弁60を閉弁する機関冷間時には、高熱伝導部54aを介したシリンダヘッド52Aからシリンダ51a上部への熱伝達を促進することで、シリンダ51aの壁面温度向上による未燃損失の低減やフリクションロスの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。
図10に示すように、本実施例にかかる冷却装置1Bはエンジン50Aの代わりにエンジン50Bを備えている点と、追加流量調節弁60を備えていない点と、後述するようにECU70Aの代わりにECU70B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。なお、冷却装置1Bは冷却装置1Aと同様に追加流量調節弁60を備えることも可能である。エンジン50Bはシリンダヘッド52Aの代わりにシリンダヘッド52Bを備えている点以外、エンジン50Aと実質的に同一のものとなっている。シリンダヘッド52Bは、ヘッド側W/J521Aの代わりにヘッド側W/J521Bが設けられている点以外、シリンダヘッド52Aと実質的に同一のものとなっている。ヘッド側W/J521Bは、部分W/J521eAの代わりに次に説明する部分W/J521eBを備えている点以外、ヘッド側W/J521Aと実質的に同一のものとなっている。
図11に示すように、エンジン50Bでは、部分W/J521eAの代わりに部分W/J521eBが設けられている。部分W/J521eBは、流速の変化に応じて冷却水の流れの剥離を発生させることが可能な凹凸部Pが設けられている点以外、部分W/J521eAと実質的に同一のものとなっている。凹凸部Pは具体的には部分W/J521eBの内壁面のうち、高熱伝導部54a側に位置する面に設けられている。また凹凸部Pは具体的には多孔質状の形状(ポーラス形状)によって形成されている。
この点、凹凸部Pの具体的な形状は、機関運転状態に応じて部分W/J521eBを流通する冷却水の流速を変更可能な流速変更手段として例えば実施例1で前述した追加流量調節弁60を備えている場合には、機関運転時に適用可能な冷却水の最大流速の範囲内において、流速の変化に応じて冷却水の流れの剥離を発生させることが可能な(すなわち、機関運転時に適用可能な冷却水の最大流速の範囲内において、所定の流速以下では冷却水の流れの剥離を発生させない一方で、所定の流速よりも流速が高い場合には冷却水の流れの剥離を発生させることが可能な)凹凸、或いは表面粗さを備えた形状であれば特に限定されない。
一方、冷却装置1Bでは、凹凸部Pの具体的な形状は、機関運転状態が低回転である場合に、低回転である場合に対応するW/P11および流量調節弁14の状態に応じて冷却水の流れの剥離を発生させない一方で、機関運転状態が高回転である場合に、高回転である場合に対応するW/P11および流量調節弁14の状態に応じて冷却水の流れの剥離を発生させることが可能な凹凸、或いは表面粗さを備えた形状となっている。
ECU70Bは制御対象として追加流量調節弁60が電気的に接続されていない点と、制御手段が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。このためECU70Bについては図示省略する。
ECU70B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50B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、ECU70Bでは、制御手段が流量調節弁14については以下に示す制御を行うよう実現される。
ECU70B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50B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、ECU70Bでは、制御手段が流量調節弁14について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を沸騰抑制態様で開弁するための制御を行うように実現される。この点、流量調節弁14を沸騰抑制態様で開弁するにあたって、流量調節弁14は具体的には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。
なお、冷却装置1Aと同様に追加流量調節弁60を備えている場合には、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を閉弁或いは沸騰抑制態様で開弁するとともに、追加流量調節弁60をW/J521eBで冷却水の流れの剥離が発生しない開度に開弁するように実現することもできる。この場合にはシリンダヘッド52Bの冷却損失をより低減し得る点で好適である。
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を沸騰抑制態様で開弁するための制御を行うように実現される。この点、流量調節弁14を沸騰抑制態様で開弁するにあたって、流量調節弁14は具体的には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。
なお、冷却装置1Aと同様に追加流量調節弁60を備えている場合には、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を閉弁或いは沸騰抑制態様で開弁するとともに、追加流量調節弁60をW/J521eBで冷却水の流れの剥離が発生しない開度に開弁するように実現することもできる。この場合にはシリンダヘッド52Bの冷却損失をより低減し得る点で好適である。
次にECU70Bで行われる処理を図12に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートは、ステップS21Aの代わりにステップS21Bが、ステップS31Aの代わりにステップS31Bが、ステップS41Aの代わりにステップS41Bが設けられている点以外、図7に示すフローチャートと同一のものとなっている。このためここで特にこれらのステップについて説明する。ステップS3に続き、或いはステップS5、S12、S13で肯定判定であった場合には、ECU70Bは流量調節弁14を閉弁する(ステップS21B)。またステップS14で肯定判定であった場合には、ECU70Bは流量調節弁14を沸騰抑制態様で開弁する(ステップS31B)。またステップS14で否定判定であった場合には、ECU70Bは流量調節弁14を全開にする(ステップS41B)。
次に冷却装置1Bの作用効果について説明する。冷却装置1Bでは、W/P11の吐出量が、基本的にエンジン50Bの回転数に応じて、回転数が高くなるほど多くなるようになっている。また冷却装置1Bでは、機関運転状態が低回転である場合に、流量調節弁14を沸騰抑制態様で開弁する。このため冷却装置1Bでは、機関運転状態が低回転高負荷である場合には、部分W/J521eBを流通する冷却水の流量が相対的に小さくなる。そしてこれにより、部分W/J521eBを流通する冷却水の流速が、凹凸部Pで冷却水の流れの剥離が発生しない流速になる。
このため冷却装置1Bでは、機関運転状態が低回転高負荷である場合に、凹凸部Pの微細構造が冷却水と接触する表面積の増大に寄与し、この結果、高熱伝導部54aを介したシリンダ51a上部からシリンダヘッド52Bへの熱伝達を促進することができる。そしてこれにより、冷却装置1BではW/P11の吐出量が相対的に小さくなる低回転高負荷時に好適にノッキングの発生を抑制できる。
一方、冷却装置1Bでは、機関運転状態が高回転高負荷である場合には、W/P11の吐出量が相対的に大きくなるとともに、流量調節弁14が全開になる。このため冷却装置1Bでは、機関運転状態が高回転高負荷である場合に、部分W/J521eBを流通する冷却水の流量が相対的に大きくなる。そしてこれにより、部分W/J521eBを流通する冷却水の流速が、凹凸部Pで冷却水の流れの剥離が発生する流速になる。
このため冷却装置1Bでは機関運転状態が高回転高負荷である場合に、凹凸部Pの微細構造内にある冷却水の交換が滞ること、さらには核沸騰を起こすことで、高熱伝導部54aを介したシリンダ51a上部からシリンダヘッド52Bへの熱伝達が抑制されることになる。すなわち冷却装置1Bでは制御手段が、機関運転状態が高回転高負荷である場合に、凹凸部Pにおける冷却水の流れの剥離による断熱作用を発生させることで、少なくともその分、部分W/J521eB、シリンダ51a間で熱伝達が行われないようにするか、或いはこれらの間で行われる熱伝達を抑制するための制御を行っていることになる。しかしながらこの場合には、W/P11の吐出量が大きく、また部分W/J511aや部分W/J521bを流通する冷却水の冷却効果もあることから、ノッキングの発生を抑制できる。
したがって冷却装置1Bは、W/P11の吐出量が、基本的にエンジン50Bの回転数に応じて、回転数が高くなるほど多くなるように設定されている場合に、W/P11の吐出量が低吐出量である低回転高負荷時と、W/P11の吐出量が高吐出量である高回転高負荷時とで、ノッキングの発生をバランス良く抑制することができる点で好適である。
また、冷却装置1Bではこのようにしてノッキングの発生を抑制できることから、ノッキングの発生を抑制するにあたって追加流量調節弁60を不要化することもできる。すなわち冷却装置1Bでは、追加流量調節弁60を不要化した場合であっても、エンジン50Bの回転数に応じたW/P11の吐出量の変化によって、凹凸部Pにおける冷却水の流れを適切にコントロールすることができる。このため冷却装置1Bでは、これにより構成の簡素化を図ることもできる。
なお、冷却装置1Bが、冷却装置1Aと同様に追加流量調節弁60を備えている場合には、制御手段は機関運転状態が高回転高負荷である場合に、流量調節弁14を全開にするとともに、追加流量調節弁60をW/J521eBで冷却水の流れの剥離が発生しない開度に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。そしてこの場合には、高回転高負荷時のノッキングの発生もより好適に抑制できる。
また、冷却装置1Bではこのようにしてノッキングの発生を抑制できることから、ノッキングの発生を抑制するにあたって追加流量調節弁60を不要化することもできる。すなわち冷却装置1Bでは、追加流量調節弁60を不要化した場合であっても、エンジン50Bの回転数に応じたW/P11の吐出量の変化によって、凹凸部Pにおける冷却水の流れを適切にコントロールすることができる。このため冷却装置1Bでは、これにより構成の簡素化を図ることもできる。
なお、冷却装置1Bが、冷却装置1Aと同様に追加流量調節弁60を備えている場合には、制御手段は機関運転状態が高回転高負荷である場合に、流量調節弁14を全開にするとともに、追加流量調節弁60をW/J521eBで冷却水の流れの剥離が発生しない開度に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。そしてこの場合には、高回転高負荷時のノッキングの発生もより好適に抑制できる。
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、各エンジン50A、50B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。
例えば上述した実施例では、各エンジン50A、50B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、各エンジン50A、50B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、流量変更手段や、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。
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、流量変更手段や、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52A、52B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。
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。
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1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。
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、制御手段は主に各エンジン50A、50Bを制御する各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
11 W/P
12 ラジエータ
13 サーモスタット
14 流量調節弁
50A、50B エンジン
51 シリンダブロック
51a シリンダ
511 ブロック側W/J
52A、52B シリンダヘッド
52a 吸気ポート
52b 排気ポート
521 ヘッド側W/J
54 ガスケット
54a 高熱伝導部
60 追加流量調節弁
70 ECU
11 W/P
12 ラジエータ
13 サーモスタット
14 流量調節弁
50A、50B エンジン
51 シリンダブロック
51a シリンダ
511 ブロック側W/J
52A、52B シリンダヘッド
52a 吸気ポート
52b 排気ポート
521 ヘッド側W/J
54 ガスケット
54a 高熱伝導部
60 追加流量調節弁
70 ECU
Claims (5)
- シリンダブロックと、シリンダヘッドと、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間に設けられた断熱性を有する断熱部と、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間に設けられ、前記断熱部よりも高い熱伝導率を有し、前記シリンダブロックのシリンダ上部および前記シリンダヘッド間の熱移動を許容可能な熱移動許容部と、前記シリンダヘッドのうち、前記熱移動許容部の周辺部に設けられた冷却媒体通路と、を備えたエンジンと、
機関運転状態に応じて、前記冷却媒体通路に流通させる冷却媒体の流通状態を変更するための制御を行う制御手段と、を備え、
前記熱移動許容部は、前記断熱部のうち、前記シリンダヘッドに対面し、且つ前記エンジンの燃焼室側に位置する部分を断面L字状の形状で囲うようにして設けられてい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、
前記制御手段が、前記機関運転状態が低回転高負荷および高回転高負荷のうち、少なくとも前記低回転高負荷である場合に、前記冷却媒体通路に流通させる冷却媒体の流通状態を変更することで、前記熱移動許容部を介して行われる前記シリンダ上部から前記シリンダヘッドへの熱伝達を促進するための制御を行うエンジンの冷却装置。 - 請求項1または2記載のエンジンの冷却装置であって、
前記熱移動許容部が、前記断熱部と別体の部材として設けられているエンジンの冷却装置。 - 請求項1から3いずれか1項記載のエンジンの冷却装置であって、
前記冷却媒体通路のうち、前記シリンダブロック側に位置する通路壁面に、冷却媒体の最大流速の範囲内において、流速の変化に応じて冷却媒体の流れの剥離を発生させることが可能な凹凸部を設けたエンジンの冷却装置。 - 請求項1から4いずれか1項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をさらに備え、
前記制御手段が、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さらに行うエンジンの冷却装置。
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