JP5699906B2 - エンジンの冷却制御装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジンの冷却制御装置に関する。

エンジンの冷却制御装置に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で開示されている。特許文献１では冷却水の温度が所定温度以下である場合に、冷却水を循環させる電動ウォーターポンプを停止させる電動ウォーターポンプの制御装置が開示されている。このほか、シリンダボア間の隔壁にボア間冷却通路を有するシリンダブロックを開示している点で構成上、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２で開示されている。また、シリンダブロックとシリンダヘッドとに個別に冷却水を流通させることが可能な構成を開示している点で構成上、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献３で開示されている。

特開２００８−１６９７５０号公報 特開２００７−１８７１３７号公報 特開２０１０−２５５６１３号公報

エンジンでは冷却水の流通を制限することで暖機促進を図ることができる。ところが、機関暖機時に冷却水の流通を完全に停止すると、シリンダボア壁部のうち、隣り合うシリンダボア同士に挟まれたボア間壁部で特に温度が上昇し易いことに起因してシリンダボアが大きく熱変形する結果、ピストン打音が生じる虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、ピストン打音の発生防止と暖機促進とを好適に図ることが可能なエンジンの冷却制御装置を提供することを目的とする。

本発明はシリンダブロックおよびシリンダヘッドを備えるエンジンのうち、前記シリンダヘッドに冷却水を流入させるヘッド側入口部と、前記シリンダブロックに冷却水を流入させるブロック側入口部と、前記シリンダヘッドから冷却水を流出させるヘッド側出口部と、前記シリンダブロックから冷却水を流出させるブロック側出口部と、前記ヘッド側入口部への冷却水の流入を制御可能な第１の制御弁と、前記ブロック側入口部への冷却水の流入を制御可能な第２の制御弁と、前記ヘッド側出口部からの冷却水の流出を制御可能な第３の制御弁と、前記ブロック側出口部からの冷却水の流出を制御可能な第４の制御弁と、を備えるとともに、前記ヘッド側入口部から冷却水を流入させるとともに、前記ヘッド側出口部から冷却水を流出させる第１の流通経路と、前記ブロック側入口部から冷却水を流入させるとともに、前記ヘッド側出口部から冷却水を流出させる第２の流通経路と、前記ヘッド側入口部から冷却水を流入させるとともに、前記シリンダブロックのボア間壁部を介して前記ブロック側出口部から冷却水を流出させる第３の流通経路と、を形成する通路部を備え、前記エンジンの暖機時に前記第２および第３の制御弁を閉弁するとともに前記第４の制御弁を開弁することで、前記第１、第２および第３の流通経路のうち、第３の流通経路に冷却水を流通させるエンジンの冷却制御装置である。

本発明は前記エンジンの暖機後に前記第１、第２および第３の制御弁を開弁するとともに前記第４の制御弁を閉弁する構成とすることができる。

本発明によれば、ピストン打音の発生防止と暖機促進とを好適に図ることができる。

エンジンの冷却回路を示す図である。 ブロック側入口部および出口部を示す図である。 第３の流通経路をエンジンの側面図で示す図である。 ボア間通路部を示す図である。 制御弁の開閉状態を示す図である。 ＥＣＵの制御動作を示す図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１はエンジンの冷却回路（以下、冷却回路と称す）１００を示す図である。図２はブロック側入口部２２およびブロック側出口部２４を示す図である。図３は第３の流通経路Ｐ３をエンジン２の側面図で示す図である。図４はボア間通路部２５ａを示す図である。図２（ａ）はシリンダブロック２ｂの斜視図でブロック側入口部２２およびブロック側出口部２４を示す。図２（ｂ）はシリンダブロック２ｂの側面図でブロック側入口部２２およびブロック側出口部２４を示す。図４（ａ）はシリンダブロック２ｂの上面図でボア間通路部２５ａを示す。図４（ｂ）はボア間壁部Ｗの断面図でボア間通路部２５ａを示す。

図１に示すように、冷却回路１００はウォーターポンプ（以下、Ｗ／Ｐと称す）１と、エンジン２と、オイルクーラ３と、ヒータコア４と、サーモスタット５と、ラジエータ６と、制御弁１１、１２、１３および１４と、バイパス通路部３０と、ＥＣＵ５０とを備えている。冷却回路１００は図示しない車両に搭載されている。

Ｗ／Ｐ１はエンジン２の冷却水を循環させる。Ｗ／Ｐ１はエンジン２の出力で駆動する機械式のポンプとなっている。Ｗ／Ｐ１は電気駆動式のポンプであってもよい。Ｗ／Ｐ１が吐出する冷却水はエンジン２とオイルクーラ３とに供給される。オイルクーラ３に供給された冷却水はオイルクーラ３を流通した後、さらにヒータコア４に供給される。オイルクーラ３はエンジン２の潤滑油と冷却水との間で熱交換を行い、潤滑油を冷却する。ヒータコア４は空気と冷却水との間で熱交換を行い、空気を加熱する。

エンジン２はシリンダヘッド２ａおよびシリンダブロック２ｂを備えている。この点、Ｗ／Ｐ１は具体的にはシリンダヘッド２ａとシリンダブロック２ｂとに冷却水を供給する。シリンダヘッド２ａにはシリンダヘッド２ａに冷却水を流入させるヘッド側入口部２１と、シリンダヘッド２ａから冷却水を流出させるヘッド側出口部２３とが設けられている。シリンダブロック２ｂにはシリンダブロック２ｂに冷却水を流入させるブロック側入口部２２と、シリンダブロック２ｂから冷却水を流出させるブロック側出口部２４とが設けられている。

ヘッド側入口部２１に対してはヘッド側入口部２１への冷却水の流入を制御可能な第１の制御弁１１が設けられている。ブロック側入口部２２に対してはブロック側入口部２２への冷却水の流入を制御可能な第２の制御弁１２が設けられている。この点、Ｗ／Ｐ１はさらに具体的には第１の制御弁１１を介してヘッド側入口部２１に接続されることで、シリンダヘッド２ａに冷却水を供給可能に接続されている。また、第２の制御弁１２を介してブロック側入口部２２に接続されることで、シリンダブロック２ｂに冷却水を供給可能に接続されている。

第１の制御弁１１に対しては第１の制御弁１１をバイパスするバイパス通路部３０が設けられている。このため、Ｗ／Ｐ１はさらにバイパス通路部３０を介してヘッド側入口部２１に接続されることで、シリンダヘッド２ａに冷却水を供給可能に接続されている。バイパス通路部３０は第１の制御弁１１を介して供給可能な流量よりも少量の冷却水をシリンダヘッド２ａに供給可能に設けられている。

エンジン２には通路部２５が設けられている。通路部２５は流通経路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を形成している。第１の流通経路Ｐ１はヘッド側入口部２１から冷却水を流入させるとともに、ヘッド側出口部２３から冷却水を流出させる流通経路となっている。第２の流通経路Ｐ２はブロック側入口部２２から冷却水を流入させるとともに、ヘッド側出口部２３から冷却水を流出させる流通経路となっている。第３の流通経路Ｐ３はヘッド側入口部２１から冷却水を流入させるとともに、ブロック側出口部２４から冷却水を流出させる流通経路となっている。

この点、エンジン２ではシリンダヘッド２ａを冷却可能な第１の流通経路Ｐ１と、シリンダヘッド２ａおよびシリンダブロック２ｂをシリンダブロック２ｂ、シリンダヘッド２ａの順で冷却可能な第２の流通経路Ｐ２とを形成するためにヘッド側入口部２１、ブロック側入口部２２およびヘッド側出口部２３が設けられている。そして、第３の流通経路Ｐ３を形成するためにブロック側出口部２４がさらに設けられている。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、シリンダブロック２ｂにはブロック側入口部２２に加えてブロック側出口部２４が設けられている。ブロック側入口部２２は具体的にはシリンダブロック２ｂのうち、複数（ここでは４つ）のシリンダボアＢの配列方向に沿った側壁部の下部に設けられている。ブロック側出口部２４は具体的にはシリンダブロック２ｂのうち、複数のシリンダボアＢの配列方向と直交する方向に沿った側壁部の上部に設けられている。

図３に示すように、第３流通経路Ｐ３は具体的にはヘッド側入口部２１から冷却水を流入させるとともに、シリンダブロック２ｂのボア間壁部Ｗを介してブロック側出口部２４から冷却水を流出させる流通経路となっている。そしてこれにより、ボア間壁部Ｗを冷却可能な流通経路となっている。第３流通経路Ｐ３は具体的にはヘッド側入口部２１から冷却水を流入させるとともに、流入させた冷却水を複数のボア間壁部Ｗそれぞれに対して分流し、分流した冷却水それぞれを対応するボア間壁部Ｗを介して下流側で合流させた後にブロック側出口部２４から流出させるように形成されている。

図４（ａ）に示すようにボア間壁部Ｗは具体的にはシリンダボアＢの壁部のうち、隣り合うシリンダボアＢ同士に挟まれた部分となっており、ボア間壁部Ｗにはボア間通路部２５ａが設けられている。図４（ｂ）に示すように、ボア間通路部２５ａは具体的にはボア間壁部Ｗの上部に設けられており、シリンダヘッド２ａから冷却水を流入させるとともに、流入させた冷却水を複数のシリンダボアＢの周囲に設けられたウォータジャケットＷＪに流出させるように設けられている。

ボア間通路部２５ａは通路部２５のうち、第３の流通経路Ｐ３を形成する部分の一部となっている。一方、ウォータジャケットＷＪは通路部２５の一部であって、第２の流通経路Ｐ２と第３の流通経路Ｐ３とに共有されている。この点、通路部２５は例えばボア間通路部２５ａそれぞれとブロック側出口部２４とを直結するパイプを備えることで、第２の流通経路Ｐ２と第３の流通経路Ｐ３とを独立して形成することができる。

図１に戻り、ヘッド側出口部２３に対してはヘッド側出口部２３からの冷却水の流出を制御可能な第３の制御弁１３が設けられている。ブロック側出口部２４に対してはブロック側出口部２４からの冷却水の流出を制御可能な第４の制御弁１４が設けられている。そして、ヘッド側出口部２３から流出した冷却水は第３の制御弁１３を流通後、ブロック側出口部２４から流出した冷却水は第４の制御弁１４を流通後、オイルクーラ３およびヒータコア４を流通した冷却水とそれぞれ合流するようになっている。

合流した冷却水はそのままＷ／Ｐ１に戻ることができる。また、サーモスタット５およびラジエータ６を介してＷ／Ｐ１に戻ることができる。この点、サーモスタット５は冷却水の温度に応じて、ラジエータ６を介した冷却水の流通制限、流通制限の解除を行う。具体的にはサーモスタット５は冷却水温が所定値αよりも低い場合に、ラジエータ６を介した冷却水の流通を制限（ここでは禁止）するとともに、冷却水温が所定値αよりも高い場合（具体的にはここでは所定値α以上である場合）に、ラジエータ６を介した冷却水の流通制限の解除（ここでは許可）を行う。

したがって、合流した冷却水は冷却水温が所定値αよりも低い場合にはそのままＷ／Ｐ１に戻る。一方、冷却水温が所定値αよりも高い場合には、サーモスタット５およびラジエータ６を介してＷ／Ｐ１に戻る。冷却水温が所定値αよりも高い場合、合流した冷却水の一部はそのままＷ／Ｐ１に戻ることができる。ラジエータ６は空気と冷却水との間で熱交換を行い、冷却水を冷却する。

ＥＣＵ５０は電子制御装置であり、ＥＣＵ５０には制御弁１１、１２、１３、１４が制御対象として電気的に接続されている。また、エンジン２の運転状態を検出するためのセンサ群４０が電気的に接続されている。センサ群４０は例えばエンジン２に対する加速要求をするためのアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出可能なアクセル開度センサや、エンジン２の回転数ＮＥを検出可能なクランク角センサや、エンジン２の冷却水温を検出可能な水温センサや、エンジン２を始動するためのイグニッションＳＷを含む。

ＥＣＵ５０ではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、各種の機能部が実現される。この点、ＥＣＵ５０では例えば以下に示す制御部や制御モード設定部が機能的に実現される。

制御部は水止めモードとブロック淀みモードと水循環モードとの間でエンジン２の冷却制御を切り替える。水止めモードは流通経路Ｐ１、Ｐ２を介した冷却水の流通を禁止する制御モードである。ブロック淀みモードは第１の流通経路Ｐ１を介した冷却水の流通を許可するとともに、第２の流通経路Ｐ２を介した冷却水の流通を禁止する制御モードである。水循環モードは流通経路Ｐ１、Ｐ２を介した冷却水の流通を許可する制御モードである。

水止めモードでは、流通経路Ｐ１、Ｐ２を介した冷却水の流通を禁止することで、エンジン２の暖機を促進することができる。ブロック淀みモードでは、第１の流通経路Ｐ１を介した冷却水の流通を許可するとともに、第２の流通経路Ｐ２を介した冷却水の流通を禁止することで、エンジン２の信頼性を確保しつつ、暖機を促進することができる。水循環モードでは、流通経路Ｐ１、Ｐ２を介した冷却水の流通を許可することで、エンジン２の冷却性を高めることができる。

各制御モード間でエンジン２の冷却制御を切り替えるにあたり、制御部は具体的には次のように制御弁１１、１２、１３、１４を制御する。図５は各制御モードに応じた制御弁１１、１２、１３、１４の開閉状態を示す図である。制御部は水止めモードでは第１、第２および第３の制御弁１１、１２、１３を閉弁するとともに、第４の制御弁１４を開弁する。そしてこれにより、流通経路Ｐ１、Ｐ２を介した冷却水の流通を禁止する。また、第３の流通経路Ｐ３を介した冷却水の流通を許可する。すなわち、流通経路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のうち、第３の流通経路Ｐ３に冷却水を流通させる。

制御部はブロック淀みモードでは、第１および第３の制御弁１１、１３を開弁するとともに、第２および第４の制御弁１２、１４を閉弁する。そしてこれにより、第１の流通経路Ｐ１を介した冷却水の流通を許可するとともに、第２の流通経路Ｐ２を介した冷却水の流通を禁止する。また、第３の流通経路Ｐ３を介した冷却水の流通を禁止する。制御部は水循環モードでは、第１、第２および第３の制御弁１１、１２、１３を開弁するとともに、第４の制御弁１４を閉弁する。そしてこれにより、流通経路Ｐ１、Ｐ２を介した冷却水の流通を許可する。また、第３の流通経路Ｐ３を介した冷却水の流通を禁止する。

制御モード設定部はエンジン２の始動時から水止めモードの解除条件が成立するまでの間、制御モードを水止めモードに設定する。また、水止めモードが解除されてからブロック淀みモードの解除条件が成立するまでの間、制御モードをブロック淀みモードに設定する。そして、ブロック淀みモードの解除条件が成立した場合に制御モードを水循環モードに設定する。水止めモードやブロック淀みモードの解除条件は冷却水の沸騰防止を含むエンジン２の信頼性確保の観点から設定することができる。この点、水止めモードからブロック淀みモードへの移行は例えばシリンダヘッド２ａのうち、排気側の部分において冷却水が１００℃を上回った場合に行うことができる。

制御モード設定部はこのように水止めモードを設定することで、エンジン２の暖機時に水止めモードを設定できる。また、このように水循環モードを設定することで、エンジン２の暖機後に水循環モードを設定できる。そしてこれにより、制御モード設定部は制御部がエンジン２の暖機時に第２および第３の制御弁１２、１３を閉弁するとともに、第４の制御弁１４を開弁するようにしている。また、制御部がエンジン２の暖機後に第１、第２および第３の制御弁１１、１２、１３を開弁するとともに、第４の制御弁１４を閉弁するようにしている。

本実施例では制御弁１１、１２、１３、１４とヘッド側入口部２１とブロック側入口部２２とヘッド側出口部２３とブロック側出口部２４と通路部２５とバイパス通路部３０とＥＣＵ５０とを備えるエンジンの冷却制御装置（以下、冷却制御装置と称す）が実現されている。

次にＥＣＵ５０によって行われる本実施例の冷却制御装置の制御動作を図６に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ５０はエンジン２が始動したか否かを判定する（ステップＳ１）。エンジン２が始動したか否かは例えばイグニッションＳＷがＯＮになったか否かで判定できる。否定判定であればステップＳ１に戻る。肯定判定であれば、ＥＣＵ５０は制御モードを水止めモードに設定する（ステップＳ２）。また、第１、第２および第３の制御弁１１、１２、１３を閉弁するとともに、第４の制御弁１４を開弁する（ステップＳ３）。

ステップＳ３に続き、ＥＣＵ５０は水止めモードの解除条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ４）。否定判定であればステップＳ２に戻る。肯定判定であれば、ＥＣＵ５０は制御モードをブロック淀みモードに設定する（ステップＳ５）。また、第１および第３の制御弁１１、１３を開弁するとともに、第２および第４の制御弁１２、１４を閉弁する（ステップＳ６）。

ステップＳ６に続き、ＥＣＵ５０はブロック淀みモードの解除条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ７）。否定判定であればステップＳ５に戻る。肯定判定であれば、ＥＣＵ５０は制御モードを水循環モードに設定する（ステップＳ８）。また、第１、第２および第３の制御弁１１、１２、１３を開弁するとともに、第４の制御弁１４を閉弁する（ステップＳ９）。ステップＳ９の後には本フローチャートを終了する。

次に本実施例の冷却制御装置の作用効果について説明する。ここで、エンジン２の暖機時にピストン打音の発生を防止するには、例えば第２の流通経路Ｐ２に少量の冷却水を流通させることでボア間壁部Ｗを冷却することができる。ところがこの場合には、同時にエンジン２全体を冷却せざるを得なくなることから、その分暖機性も低下せざるを得なくなる。

これに対し、冷却制御装置はエンジン２の暖機時に第２および第３の制御弁１２、１３を閉弁するとともに、第４の制御弁１４を開弁することで、流通経路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のうち、第３の流通経路Ｐ３に冷却水を流通させる。そしてこれにより、より局所的な態様でボア間壁部Ｗを冷却しつつ暖機を促進する。このため、冷却制御装置はピストン打音の発生防止と暖機促進とを好適に図ることができる。

この点、冷却制御装置はより局所的な態様でボア間壁部Ｗを冷却することで、例えば第２の流通経路Ｐ２に冷却水を流通させる場合と比較してより少ない流量で効率良くボア間壁部Ｗを冷却することができる点でも、ピストン打音の発生防止と暖機促進とを好適に図ることができる。また、エンジン２の暖機を促進することで具体的には燃費向上を図ることができるところ、冷却制御装置はボア間壁部Ｗを冷却することでボア真円度を確保でき、これによりボアＢで発生する摺動フリクションを低減することで燃費向上を図ることもできる。

冷却制御装置はエンジン２の暖機後に第１、第２および第３の制御弁１１、１２、１３を開弁するとともに、第４の制御弁１４を閉弁する。そしてこれにより、流通経路Ｐ１、Ｐ２を介した冷却水の流通を許可するとともに、第３の流通経路Ｐ３を介した冷却水の流通を禁止する。この点、エンジン２の暖機後にはボア間壁部ＷとシリンダボアＢのその他の壁部との間で温度差が小さくなることから、ピストン打音の発生を防止する必要性が低くなる。

これに対し、冷却制御装置は流通経路Ｐ１、Ｐ２に冷却水を流通させることで、例えば通路断面積の関係上、冷却水が流通し難いボア間通路部２５ａを介した冷却水の流通を抑制することができる。このため、冷却制御装置はエンジン２の暖機後にはエンジン２全体を冷却しつつ、ボア間壁部Ｗにおいて発生する冷却損失を低減することもできる。この点、冷却制御装置はさらに第２の流通経路Ｐ２と第３の流通経路Ｐ３とを独立して形成することで、エンジン２の暖機後にエンジン２全体を冷却しつつ、ボア間通路部２５ａを介した冷却水の流通を禁止することもできる。そしてこれにより、さらに冷却損失を低減することもできる。

冷却制御装置は具体的にはバイパス通路部３０を備えるとともに、エンジン２の暖機時に第３の流通経路Ｐ３に冷却水を流通させるにあたってさらに第１の制御弁１１を閉弁することで、ピストン打音の発生防止に必要な最小限の冷却水を第３の流通経路Ｐ３に流通させることを可能にすることができる。そしてこれにより、さらにエンジン２の暖機性を高めることもできる。またこの場合には、冷却制御装置は制御弁１２、１３、１４とともに第１の制御弁１１を単純に開閉を切り替える切替弁で構成することができる点でも好適である。

冷却制御装置はバイパス通路部３０を備える代わりに例えば第１の制御弁１１を流量調節弁とすることで、エンジン２の暖機時に第３の流通経路Ｐ３に冷却水を流通させるにあたり、さらに第３の流通経路Ｐ３を流通する冷却水の流量を制限するように第１の制御弁１１を制御してもよい。この場合でも、ピストン打音の発生防止に必要な最小限の冷却水を流通させることでエンジン２の暖機性をさらに高めることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば上述した実施例では各制御モードに応じて冷却制御を行うことで、エンジン２の暖機時やエンジン２の暖機後に制御弁１１、１２、１３、１４を制御す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、例えばエンジンの冷却水温に応じて各制御弁を制御することで、エンジンの暖機時やエンジンの暖機後に各制御弁を制御してもよい。

Ｗ／Ｐ １
内燃機関 ２
シリンダヘッド ２ａ
シリンダブロック ２ｂ
第１の制御弁 １１
第２の制御弁 １２
第３の制御弁 １３
第４の制御弁 １４
ヘッド側入口部 ２１
ブロック側入口部 ２２
ヘッド側出口部 ２３
ブロック側出口部 ２４
通路部 ２５

Claims (2)

1. シリンダブロックおよびシリンダヘッドを備えるエンジンのうち、前記シリンダヘッドに冷却水を流入させるヘッド側入口部と、
   前記シリンダブロックに冷却水を流入させるブロック側入口部と、
   前記シリンダヘッドから冷却水を流出させるヘッド側出口部と、
   前記シリンダブロックから冷却水を流出させるブロック側出口部と、
   前記ヘッド側入口部への冷却水の流入を制御可能な第１の制御弁と、
   前記ブロック側入口部への冷却水の流入を制御可能な第２の制御弁と、
   前記ヘッド側出口部からの冷却水の流出を制御可能な第３の制御弁と、
   前記ブロック側出口部からの冷却水の流出を制御可能な第４の制御弁と、を備えるとともに、
   前記ヘッド側入口部から冷却水を流入させるとともに、前記ヘッド側出口部から冷却水を流出させる第１の流通経路と、
   前記ブロック側入口部から冷却水を流入させるとともに、前記ヘッド側出口部から冷却水を流出させる第２の流通経路と、
   前記ヘッド側入口部から冷却水を流入させるとともに、前記シリンダブロックのボア間壁部を介して前記ブロック側出口部から冷却水を流出させる第３の流通経路と、を形成する通路部を備え、
   前記エンジンの暖機時に前記第２および第３の制御弁を閉弁するとともに前記第４の制御弁を開弁することで、前記第１、第２および第３の流通経路のうち、第３の流通経路に冷却水を流通させるエンジンの冷却制御装置。
2. 請求項１記載のエンジンの冷却制御装置であって、
   前記エンジンの暖機後に前記第１、第２および第３の制御弁を開弁するとともに前記第４の制御弁を閉弁するエンジンの冷却制御装置。

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