JP6090138B2

JP6090138B2 - エンジンの冷却装置

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Publication number: JP6090138B2
Application number: JP2013252926A
Authority: JP
Inventors: 祐介丸谷; 智弘小口
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-12-06
Also published as: JP2015110919A

Description

本発明は、エンジンのシリンダヘッドのウォータジャケットとの間でウォータポンプからの冷却液を循環させるエンジンの冷却装置に関するものである。

エンジンとの間で冷却水を循環させるエンジン冷却装置が従来技術として知られている。

特許文献１のエンジン冷却装置では、暖機初期段階に、ウォータポンプが停止され、冷却水の流通が停止される一方、暖機中盤段階に、ウォータポンプが作動され、このウォータポンプからの冷却水がエキマニ上部を流通した後に、ＥＧＲクーラ及びヒータに流れ、暖機終了段階に、エンジン回転数及び空気充填率に基づいて、本体部に流れる冷却水の流量とエキマニ上部に流れる冷却水の流量が制御される。このエンジン冷却装置によれば、暖機初期段階に、冷却水の流通が停止され、暖機中盤段階に、ウォータポンプからの冷却水がエキマニ上部を流通するため、エンジンの燃焼室壁温の上昇が促進される。

また、特許文献２のエンジン冷却装置では、エンジンからの冷却水がＥＧＲクーラを通過した後に、スロットルボディを流通してこのスロットルボディを加熱する。

特許第５２２３３８９号公報特開平８−１６５９２５号公報

ところで、燃費等の点で、エンジン冷間時にエンジン燃焼が早期に安定化することが望ましい。これは特に、低負荷時に圧縮自己着火運転を行うエンジンにおいて顕著である。

しかしながら、上記エンジン冷却装置のいずれでも、エンジン燃焼の早期安定化を十分に図ることができないという課題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、エンジン冷間時にエンジン燃焼の早期安定化を図ることにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、エンジン冷間時に、シリンダヘッドのウォータジャケットにおける燃焼室の周囲の部分において冷却液の流通を抑制する一方、エンジン冷間時であって、燃焼室壁温が所定温度以上になったときに、シリンダヘッドのウォータジャケットにおける燃焼室の周囲の部分と吸気加熱装置との間で冷却液を循環させることを特徴とする。

具体的には、本発明は、エンジンのシリンダヘッドのウォータジャケットとの間でウォータポンプからの冷却液を循環させるエンジンの冷却装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、上記エンジンの吸気通路には、吸気加熱装置が設けられており、エンジン冷間時に、上記シリンダヘッドのウォータジャケットにおける燃焼室の周囲の部分において冷却液の流通を抑制する一方、エンジン冷間時であって、燃焼室壁温が所定温度以上になったときに、上記シリンダヘッドのウォータジャケットにおける上記燃焼室の周囲の部分と上記吸気加熱装置との間で冷却液を循環させる循環手段を備えており、上記シリンダヘッドのウォータジャケットは、上記燃焼室の周囲の部分としてのジャケット本体と、排気ポートの反燃焼室側に設けられた排気側ジャケットとを有しており、上記循環手段は、エンジン冷間時に、上記排気側ジャケットとの間で冷却液を循環させる第１循環手段と、エンジン冷間時であって、燃焼室壁温が上記所定温度以上になったときに、上記ジャケット本体と上記吸気加熱装置との間で冷却液を循環させる第２循環手段とを有しており、上記第２循環手段は、上記ジャケット本体と上記吸気加熱装置との間で冷却液を循環させるための第２冷却液回路と、該第２冷却液回路に上流側から順に設けられたＥＧＲクーラ及び上記吸気加熱装置とを有していることを特徴とするものである。

これによれば、エンジン冷間時には、シリンダヘッドのウォータジャケットにおける燃焼室の周囲の部分において冷却液の流通を抑制するので、エンジンの燃焼室壁温の早期上昇が促進される。一方、エンジン冷間時であって、燃焼室壁温が所定温度以上になったときには、シリンダヘッドのウォータジャケットにおける燃焼室の周囲の部分と吸気加熱装置との間で冷却液を循環させるので、吸気加熱装置においてシリンダヘッドのウォータジャケットにおける燃焼室の周囲の部分を流通した比較的高温の冷却液が吸気を効果的に加熱する。以上により、エンジン冷間時にエンジン燃焼の早期安定化を図ることができる。

また、エンジン冷間時には、排気側ジャケットとの間で冷却液を循環させるので、シリンダブロックのウォータジャケットのうち殆ど排気側ジャケットのみを冷却液が流通し、シリンダヘッドのウォータジャケットのジャケット本体において冷却液の流通が抑制される。このため、エンジンの燃焼室壁温の早期上昇が効果的に促進される。このため、エンジン冷間時にエンジン燃焼の早期安定化をより一層図ることができる。

また、第２冷却液回路には、ＥＧＲクーラ及び吸気加熱装置が上流側から順に設けられているので、エンジン冷間時であって、燃焼室壁温が所定温度以上になったときには、吸気加熱装置においてＥＧＲクーラを流通したより一層高温の冷却液が吸気を効果的に加熱する。このため、エンジン冷間時にエンジン燃焼の早期安定化をより一層図ることができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記第１循環手段は、上記排気側ジャケットとの間で冷却液を循環させるための第１冷却液回路と、該第１冷却液回路に設けられたヒータ用熱交換器とを有していて、エンジン冷間時であって、暖房要求時に、上記第１冷却液回路において冷却液を循環させるように構成されていることを特徴とするものである。

これによれば、第１冷却液回路には、ヒータ用熱交換器が設けられているので、エンジン冷間時であって、暖房要求時には、ヒータ用熱交換器において第１冷却液回路を流通する冷却液が車内の空気を加熱する。このため、エンジン冷間時に、暖房性能を確保しながらエンジン燃焼の早期安定化を図ることができる。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記エンジンは、低負荷時に圧縮自己着火運転を行う一方、高負荷時に火花着火運転を行う火花着火式エンジンであることを特徴とするものである。

これによれば、エンジンが、低負荷時に圧縮自己着火運転を行う一方、高負荷時に火花着火運転を行う火花着火式エンジンであるので、エンジン冷間時に圧縮自己着火燃焼の早期安定化が図れる。このため、圧縮自己着火燃焼による低負荷運転領域を拡大することができ、燃費向上を図ることができる。

本発明によれば、エンジン冷間時には、シリンダヘッドのウォータジャケットにおける燃焼室の周囲の部分において冷却液の流通を抑制するので、エンジンの燃焼室壁温の早期上昇が促進される一方、エンジン冷間時であって、燃焼室壁温が所定温度以上になったときには、シリンダヘッドのウォータジャケットにおける燃焼室の周囲の部分と吸気加熱装置との間で冷却液を循環させるので、吸気加熱装置においてシリンダヘッドのウォータジャケットにおける燃焼室の周囲の部分を流通した比較的高温の冷却液が吸気を効果的に加熱し、以上により、エンジン冷間時にエンジン燃焼の早期安定化を図ることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るエンジン冷却装置の概略構成を示す模式図である。図２は、エンジンのシリンダヘッドの概略構成を示す断面図である。図３は、シリンダヘッドのウォータジャケットを示す斜視図である。図４は、エンジンコントロールユニットの構成を示すブロック図である。図５は、電動ウォータポンプが作動するとともに、流調弁が第２〜第４冷却水通路を閉じて、流路切換弁が第１冷却水通路を開いているときの冷却水の流れを示す模式図である。図６は、電動ウォータポンプの作動が停止するとともに、流調弁が第３冷却水通路を開き且つ第２及び第４冷却水通路を閉じて、流路切換弁が分岐通路を開いているときの冷却水の流れを示す模式図である。図７は、電動ウォータポンプの作動が停止するとともに、流調弁が第２及び第３冷却水通路を開き且つ第４冷却水通路を閉じて、流路切換弁が分岐通路を開いているときの冷却水の流れを示す模式図である。図８は、電動ウォータポンプの作動が停止するとともに、流調弁が第２〜第４冷却水通路を開いて、流路切換弁が分岐通路を開いているときの冷却水の流れを示す模式図である。図９は、冷却水の状態を示すタイムチャート図であり、（ａ）は冷却水の温度状態、（ｂ）は冷却水の流量状態を示す。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係るエンジン冷却装置１の構成を模式的に示す。このエンジン冷却装置１は、エンジン２の本体部２０を構成するシリンダブロック２１及びシリンダヘッド２２にそれぞれ形成されたウォータジャケット２３，２４と、冷却水（冷却液）によって車内を暖房する（車内の空気を加熱する）ために図示しないダッシュボードの内部等に配設された空調ユニットのヒータコア３０（循環手段、第１循環手段、ヒータ用熱交換器）と、オイルを冷却水と熱交換するためのオイルクーラ３１と、冷却水によって図示しないトランスミッションフルードを加熱又は冷却するためのＡＴＦウォーマ３２と、冷却水によって図示しないＥＧＲ通路を流通する排気を冷却するためにＥＧＲ通路に配設されたＥＧＲクーラ３３（循環手段、第２循環手段）と、ＥＧＲ通路を流通する排気流量を調整するためにＥＧＲ通路に配設されたコールド用の第１ＥＧＲバルブ３４と、冷却水によって吸気を加熱するために図示しないインテークマニホールド（吸気通路）に配設されたインテークウォーマ３５（吸気加熱装置、循環手段、第２循環手段）と、ＥＧＲ通路を流通する排気流量を調整するためにＥＧＲ通路に配設されたホット用の第２ＥＧＲバルブ３６と、外気によって冷却水を冷却するために車両の前部等に配設されたラジエータ３７と、ヒータコア３０とシリンダヘッド２２のウォータジャケット２３の後述のヒータ用ジャケット２４ｂとの間で冷却水を循環させるための第１冷却水通路（ヒータ独立通路）４０と、オイルクーラ３１及びＡＴＦウォーマ３２とエンジン本体部２０との間で冷却水を循環させるための第２冷却水通路４１と、ＥＧＲクーラ３３、第１ＥＧＲバルブ３４、インテークウォーマ３５及び第２ＥＧＲバルブ３６とエンジン本体部２０との間で冷却水を循環させるための第３冷却水通路４２と、ラジエータ３７とエンジン本体部２０との間で冷却水を循環させるための第４冷却水通路４３と、ヒータコア３０に冷却水を送給する電動ウォータポンプ（循環手段。以下、電動ポンプという）５０と、シリンダブロック２１のウォータジャケット２４に冷却水を送給する機械式ウォータポンプ（循環手段。以下、機械式ポンプという）５１とを備えている。

エンジン２は、低負荷時に圧縮自己着火運転（ＣＩ運転）を行う一方、エンジンのＣＩ運転の燃焼不安定時や高負荷時に火花着火運転（ＳＩ運転）を行う火花着火式エンジンである。エンジン２は、例えば、直列４気筒エンジンである。

シリンダブロック２１のウォータジャケット２３は、４つのシリンダ２５の外周を囲むようにしてシリンダブロック２１の長手方向（シリンダ列方向であり、以下、エンジン前後方向ともいう）全体に亘って形成され、その前端部に開口する図示しない導入路を介して機械式ポンプ５１の吐出側に連通している。また、シリンダブロック２１のウォータジャケット２３は、シリンダブロック２１の前端側のトップデッキに形成された主要な孔部と、シリンダヘッド２２の前端側のボトムデッキに形成された主要な孔部とを介して、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４にも連通しており、これにより、シリンダブロック２１のウォータジャケット２３を流れる冷却水は、順次、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４に流通するようになっている。

シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４は、図２及び図３にも示すように、各シリンダ２５の燃焼室２６の周囲に設けられたジャケット本体２４ａ（シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４における燃焼室２６の周囲の部分）と、各シリンダ２５の排気ポート２２ｂの反燃焼室側に設けられたヒータ用ジャケット２４ｂ（排気側ジャケット）とを有している。

ジャケット本体２４ａは、各シリンダ２５の燃焼室２６の周囲近傍において各シリンダ２５の吸排気ポート２２ａ，２２ｂやプラグホールの外周を包み込むようにしてシリンダヘッド２２の長手方向全体に亘って形成され、その後端部に開口する導出路４４に連通している。また、ジャケット本体２４ａは、長手方向両端部に形成された孔部を介して、ヒータ用ジャケット２４ｂの長手方向両端部にも連通しており、これにより、ジャケット本体２４ａを流れる冷却水は、順次、ヒータ用ジャケット２４ｂに流通するようになっている。

ヒータ用ジャケット２４ｂは、各シリンダ２５の排気ポート２２ｂの上側近傍においてシリンダヘッド２２の長手方向全体に亘って形成されている。ヒータ用ジャケット２４ｂのうち吸気側とは反対側（短手方向外側）の端部及び後端部は、他の部分よりも肉厚である（以下、この肉厚の部分を肉厚部２４ｃという）。

以上のように、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４は、排気ポート２２ｂ側において、下側にジャケット本体２４ａを、上側にヒータ用ジャケット２４ｂを配設した上下二段構造となっている。

導出路４４には、冷却水の温度を検出するための第１水温センサ７０が配設されている。導出路４４には、第２〜第４冷却水通路４１〜４３が連通している。

導出路４４と第２〜第４冷却水通路４１〜４３との連通部には、導出路４４からの冷却水が流通する通路を切り換える流調弁６０が設けられている。すなわち、流調弁６０が第３冷却水通路４２を開き且つ第２及び第４冷却水通路４１，４３を閉じているときには、導出路４４からの冷却水は、第３冷却水通路４２を流通する一方、流調弁６０が第２及び第３冷却水通路４１，４２を開き且つ第４冷却水通路４３を閉じているときには、第２及び第３冷却水通路４１，４２を流通し、流調弁６０が第２〜第４冷却水通路４１〜４３を開けば、導出路４４からの冷却水は、第２〜第４冷却水通路４１〜４３を流通するようになっている。

流調弁６０は、例えば従来周知の流量調整バルブやサーモスタットであり、その作動が、エンジンコントロールユニット（循環手段。以下、ＥＣＵという。図４を参照）７の流調弁制御部７ａによって制御されるようになっている。

以上により、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４を流通した比較的高温の冷却水は、導出路４４から第２〜第４冷却水通路４１〜４３に流出するようになる。

第１冷却水通路４０の上流端部は、ヒータ用ジャケット２４ｂの肉厚部２４ｃの前端部に連通する一方、その下流端部は、その肉厚部２４ｃの後端部に導出路４４及び流調弁６０を介して連通している。尚、流調弁６０は、第１冷却水通路４０を開閉しないようになっている。第１冷却水通路４０には、ヒータコア３０と冷却水の温度を検出するための第２水温センサ７１と電動ポンプ５０とが上流側から順に設けられている。第１冷却水通路４０を流通する冷却水は、ヒータコア３０において車内の空気と熱交換してこの空気を加熱した後に、電動ポンプ５０に流入する。

電動ポンプ５０は、例えばインペラの回転によって冷却水を送り出す従来周知の遠心式のものであり、そのインペラのシャフトに接続された電動モータの作動が、ＥＣＵ７のポンプ制御部７ｂによって制御されるようになっている。

第１冷却水通路４０の電動ポンプ５０の下流側には、第１冷却水通路４０から分岐する分岐通路４５が設けられている。分岐通路４５の下流端部は、第２及び第４冷却水通路４１，４３の合流部の下流側で第４冷却水通路４３に合流している。

第１冷却水通路４０と分岐通路４５との分岐部には、電動ポンプ５０からの冷却水が流通する通路を切り換える流路切換弁６１が設けられている。すなわち、流路切換弁６１が第１冷却水通路４０を開き且つ分岐通路４５を閉じているときには、電動ポンプ５０からの冷却水は、第１冷却水通路４０を流通した後に、流調弁６０及び導出路４４を介してシリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のヒータ用ジャケット２４ｂに流入する一方、流路切換弁６１が分岐通路４５を開き且つ第１冷却水通路４０を閉じれば、電動ポンプ５０からの冷却水は、分岐通路４５を流通した後に、第２〜第４冷却水通路４１〜４３に流出するようになっている。

流路切換弁６１は、例えば従来周知の切換弁であり、その作動が、ＥＣＵ７の切換弁制御部７ｃによって制御されるようになっている。

第２冷却水通路４１は、ラジエータ３７の下流側で第４冷却水通路４３に合流している。第２冷却水通路４１の下流端部は、機械式ポンプ５１の吸入側に連通している。第２冷却水通路４１における第４冷却水通路４３との合流部の上流側には、オイルクーラ３１とＡＴＦウォーマ３２とが上流側から順に設けられている。第２冷却水通路４１を流通する比較的高温の冷却水は、オイルクーラ３１においてオイルと熱交換した後に、ＡＴＦウォーマ３２においてＡＴＦと熱交換して、機械式ポンプ５１の吸入側に戻される。

第３冷却水通路４２は、ラジエータ３７の下流側で且つ第２及び第４冷却水通路４１，４３の合流部の上流側で第４冷却水通路４３に合流している。第３冷却水通路４２の下流端部は、機械式ポンプ５１の吸入側に連通している。第３冷却水通路４２における第４冷却水通路４３との合流部の上流側には、ＥＧＲクーラ３３及び第１ＥＧＲバルブ３４とインテークウォーマ３５及び第２ＥＧＲバルブ３６とが上流側から順に設けられている。ＥＧＲクーラ３３と第１ＥＧＲバルブ３４とは、第３冷却水通路４２において並列に設けられている。インテークウォーマ３５と第２ＥＧＲバルブ３６とは、第３冷却水通路４２において並列に設けられている。第３冷却水通路４２を流通する比較的高温の冷却水は、ＥＧＲクーラ３３において排気と熱交換してこの排気を冷却し且つ第１ＥＧＲバルブ３４において第１ＥＧＲバルブ３４と熱交換した後に、インテークウォーマ３５において吸気と熱交換してこの吸気を加熱し且つ第２ＥＧＲバルブ３６において第２ＥＧＲバルブ３６と熱交換して、機械式ポンプ５１の吸入側に戻される。

第４冷却水通路４３の下流端部は、機械式ポンプ５１の吸入側に連通している。第４冷却水通路４３には、ラジエータ３７が設けられている。第４冷却水通路４３を流通する比較的高温の冷却水は、ラジエータ３７において外気と熱交換して冷却された後に、機械式ポンプ５１の吸入側に戻される。

機械式ポンプ５１は、例えばインペラの回転によって冷却水を送り出す従来周知の遠心式のものであり、そのインペラのシャフトがエンジン本体部２０のクランク軸の回転によって駆動されるようになっている。

尚、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のヒータ用ジャケット２４ｂ、第１冷却水通路４０及び導出路４４が第１冷却液回路（循環手段、第１循環手段）を構成している。また、導入路、シリンダブロック２１のウォータジャケット２３、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のジャケット本体２４ａ、導出路４４及び第３冷却水通路４２が第２冷却液回路（循環手段、第２循環手段）を構成している。

ＥＣＵ７は、周知の如くＣＰＵやメモリ、Ｉ／Ｏインターフェース回路、ドライバ回路等を備えて、エンジン２の運転制御のために各シリンダ２５毎の燃料噴射制御や点火時期制御を行うものであるが、これに加えて、エンジン２の燃焼室壁温や暖房運転の状態等に応じて、電動ポンプ５０や流調弁６０、流路切換弁６１の作動を制御するようになっている。

すなわち、ＥＣＵ７は、図４に示すように、少なくとも、エンジン２の負荷状態を検出するための負荷状態センサ７２（例えば車両のアクセル開度センサやエアフローセンサ等である）からの信号を入力して、これによりエンジン２の負荷状態を判定し、低負荷時にはエンジン２の圧縮自己着火運転を行う一方、高負荷時にはエンジン２の火花着火運転を行うようになっている。

また、ＥＣＵ７は、少なくとも、第１水温センサ７０からの信号と、暖房運転の状態を検出するための暖房運転状態センサ７３（例えば暖房スイッチのオン・オフ状態を検出するセンサ等である）からの信号を入力して、これによりエンジン２の燃焼室壁温と暖房運転の状態を判定し、これに応じて電動ポンプ５０や流調弁６０、流路切換弁６１の作動を制御するようになっている。

以上のように構成されたエンジン冷却装置１における冷却水の全体的な流れは、図１に模式的に示すようになる。同図は、電動ポンプ５０の作動が停止するとともに、流調弁６０が第２〜第４冷却水通路４１〜４３を閉じて、流路切換弁６１が第１冷却水通路４０を開き且つ分岐通路４５を閉じているときの流れを示し、エンジン本体部２０内のウォータジャケット２３，２４において冷却水の流れは殆ど起きず、対流による流れを除いて冷却水は略停止することになる。

一方、電動ポンプ５０が作動するとともに、流調弁６０が第２〜第４冷却水通路４１〜４３を閉じて、流路切換弁６１が第１冷却水通路４０を開き且つ分岐通路４５を閉じているときには、図５に示すように、電動ポンプ５０によってシリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のヒータ用ジャケット２４ｂに送られた冷却水は、そのヒータ用ジャケット２４ｂのうち主に肉厚部２４ｃを後端側から前端側に流通した後に、第１冷却水通路４０を流通して、電動ポンプ５０の吸入側に戻される。すなわち、電動ポンプ５０によってシリンダヘッド２２のウォータジャケット２４に送られた冷却水は、そのウォータジャケット２３のうち殆どヒータ用ジャケット２４ｂのみを流通する。このとき、ヒータコア３０との間で冷却水は流れる。さらに、シリンダブロック２１のウォータジャケット２３及びシリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のジャケット本体２４ａにおいて冷却水の流れは殆ど起きず、対流による流れを除いて冷却水は略停止することになる。

また、電動ポンプ５０の作動が停止するとともに、流調弁６０が第３冷却水通路４２を開き且つ第２及び第４冷却水通路４１，４３を閉じて、流路切換弁６１が分岐通路４５を開き且つ第１冷却水通路４０を閉じているときには、図６に示すように、機械式ポンプ５１によってシリンダブロック２１のウォータジャケット２３に送られた冷却水は、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のジャケット本体２４ａに流れ、ジャケット本体２４ａを前端側から後端側に流通した後に、第３冷却水通路４２を流通して、機械式ポンプ５１の吸入側に戻される。このとき、ＥＧＲクーラ３３、第１ＥＧＲバルブ３４、インテークウォーマ３５及び第２ＥＧＲバルブ３６との間で冷却水は流れる一方、オイルクーラ３１、ＡＴＦウォーマ３２及びラジエータ３７との間では冷却水は流れない。さらに、ジャケット本体２４ａを流通した冷却水の一部は、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のヒータ用ジャケット２４ｂに流れ、その一部が、ヒータ用ジャケット２４ｂの前端部を流通した後に、第１冷却水通路４０及び分岐通路４５を流通して、第３冷却水通路４２の下流側に流入する。このとき、ヒータコア３０との間で冷却水は流れる。

また、電動ポンプ５０の作動が停止するとともに、流調弁６０が第２及び第３冷却水通路４１，４２を開き且つ第４冷却水通路４３を閉じて、流路切換弁６１が分岐通路４５を開き且つ第１冷却水通路４０を閉じているときには、図７に示すように、機械式ポンプ５１によってシリンダブロック２１のウォータジャケット２３に送られた冷却水は、上述と同様にシリンダヘッド２２のウォータジャケット２４に流れ、第２及び第３冷却水通路４１，４２を流通した後に、機械式ポンプ５１の吸入側に戻される。このとき、ＥＧＲクーラ３３、第１ＥＧＲバルブ３４、インテークウォーマ３５、第２ＥＧＲバルブ３６、オイルクーラ３１及びＡＴＦウォーマ３２との間で冷却水は流れる一方、ラジエータ３７との間では冷却水は流れない。さらに、上述と同様にヒータコア３０との間で冷却水は流れる。

また、電動ポンプ５０の作動が停止するとともに、流調弁６０が第２〜第４冷却水通路４１〜４３を開いて、流路切換弁６１が分岐通路４５を開き且つ第１冷却水通路４０を閉じているときには、図８に示すように、機械式ポンプ５１によってシリンダブロック２１のウォータジャケット２３に送られた冷却水は、上述と同様にシリンダヘッド２２のウォータジャケット２４に流れ、第２〜第４冷却水通路４１〜４３を流通した後に、機械式ポンプ５１の吸入側に戻される。このとき、オイルクーラ３１、ＡＴＦウォーマ３２、ＥＧＲクーラ３３、第１ＥＧＲバルブ３４、インテークウォーマ３５、第２ＥＧＲバルブ３６及びラジエータ３７との間で冷却水は流れる。さらに、上述と同様にヒータコア３０との間で冷却水は流れる。

以上のように、流調弁６０は、冷却水の温度上昇に従って、第３冷却水通路４２、第２冷却水通路４１、第４冷却水通路４３の順に開くようになっている。

−電動ポンプ、流調弁及び流路切換弁の作動制御−
次に、エンジン始動後におけるＥＣＵ７の流調弁制御部７ａ、ポンプ制御部７ｂ及び切換弁制御部７ｃによるエンジン２、電動ポンプ５０、流調弁６０及び流路切換弁６１の作動制御について説明する。

エンジン冷間時（エンジン暖機中）で且つ冷却水温度が第１目標水温（例えば８０℃）未満であって、暖房運転の停止時（暖房要求がないとき）には、図１に示すように、エンジン２の火花着火運転を行うとともに、電動ポンプ５０の作動を停止させ、流調弁６０を、第２〜第４冷却水通路４１〜４３を閉じるように作動させて、流路切換弁６１を、第１冷却水通路４０を開き且つ分岐通路４５を閉じるように作動させる。こうすると、エンジン本体部２０内のウォータジャケット２３，２４における冷却水の流通は殆ど停止に近い状態になり、エンジン２の燃焼室壁温の早期上昇が促進される。

一方、エンジン冷間時で且つ冷却水温度が第１目標水温未満であって、暖房運転時（暖房要求時）には、図５に示すように、エンジン２の火花着火運転を行うとともに、電動ポンプ５０を作動させ、流調弁６０を、第２〜第４冷却水通路４１〜４３を閉じるように作動させて、流路切換弁６１を、第１冷却水通路４０を開き且つ分岐通路４５を閉じるように作動させる。こうすると、シリンダブロック２１のウォータジャケット２３のうち殆どヒータ用ジャケット２４ｂのみを冷却水は流通し、シリンダブロック２１のウォータジャケット２３及びシリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のジャケット本体２４ａにおける冷却水の流通は殆ど停止に近い状態になり、エンジン２の燃焼室壁温の早期上昇が促進される。さらに、ヒータコア３０との間で冷却水は流通し、車内が暖房される。

また、エンジン冷間時であって、冷却水温度が第１目標水温以上になったときには、エンジン２の燃焼室壁温が目標壁温（所定温度）以上になったとして、図６に示すように、エンジン２の運転状態を火花着火運転から圧縮自己着火運転に切り替えるとともに、電動ポンプ５０の作動を停止させ、流調弁６０を、第３冷却水通路４２を開き且つ第２及び第４冷却水通路４１，４３を閉じるように作動させて、流路切換弁６１を、分岐通路４５を開き且つ第１冷却水通路４０を閉じるように作動させる。こうすると、エンジン本体部２０内のウォータジャケット２３，２４において冷却水は流通する。さらに、ＥＧＲクーラ３３、第１ＥＧＲバルブ３４、インテークウォーマ３５及び第２ＥＧＲバルブ３６との間で冷却水は流通し、ＥＧＲクーラ３３において排気と熱交換してこの排気を冷却し且つ第１ＥＧＲバルブ３４において第１ＥＧＲバルブ３４と熱交換した後に、インテークウォーマ３５において吸気と熱交換してこの吸気を加熱し且つ第２ＥＧＲバルブ３６において第２ＥＧＲバルブ３６と熱交換する。その上、ヒータコア３０との間で冷却水は流通し、暖房運転時には車内が暖房される。

また、エンジン２の暖機完了後であって、冷却水温度が第１目標水温よりも高い第２目標水温（例えば９０℃）未満のときには、図７に示すように、電動ポンプ５０の作動を停止させるとともに、流調弁６０を、第２及び第３冷却水通路４１，４２を開き且つ第４冷却水通路４３を閉じるように作動させて、流路切換弁６１を、分岐通路４５を開き且つ第１冷却水通路４０を閉じるように作動させる。こうすると、上述と同様にエンジン本体部２０内のウォータジャケット２３，２４において冷却水は流通する。さらに、上述と同様にＥＧＲクーラ３３、第１ＥＧＲバルブ３４、インテークウォーマ３５及び第２ＥＧＲバルブ３６との間で冷却水は流通する。その上、オイルクーラ３１及びＡＴＦウォーマ３２との間で冷却水は流通し、オイルクーラ３１においてオイルと熱交換した後に、ＡＴＦウォーマ３２においてＡＴＦと熱交換する。加えて、上述と同様にヒータコア３０との間で冷却水は流通する。

また、エンジン２の暖機完了後であって、冷却水温度が第２目標水温以上になったときには、エンジン２からの放熱要求があるとして、図８に示すように、電動ポンプ５０の作動を停止させるとともに、流調弁６０を、第２〜第４冷却水通路４１〜４３を開くように作動させて、流路切換弁６１を、分岐通路４５を開き且つ第１冷却水通路４０を閉じるように作動させる。こうすると、上述と同様にエンジン本体部２０内のウォータジャケット２３，２４において冷却水は流通する。さらに、上述と同様にＥＧＲクーラ３３、第１ＥＧＲバルブ３４、インテークウォーマ３５、第２ＥＧＲバルブ３６、オイルクーラ３１及びＡＴＦウォーマ３２との間で冷却水は流通する。その上、ラジエータ３７との間で冷却水は流通し、ラジエータ３７において冷却水が外気と熱交換して冷却される。加えて、上述と同様にヒータコア３０との間で冷却水は流通する。

図９は、エンジン始動後における冷却水の状態を示すタイムチャート図であり、（ａ）は冷却水の温度状態、（ｂ）は冷却水の流量状態を示す。同図の実線は、暖房要求がない場合、その破線は、エンジン暖機中に暖房要求があった場合を示す。

図９（ａ）に示すように、暖房要求がない場合、エンジン暖機中に暖房要求があった場合よりも早く、冷却水温度は第１及び第２目標水温に到達する。同図（ｂ）に示すように、暖房要求がない場合、冷却水温度が第１目標水温に到達するまで冷却水水量は略０である。また、同図（ｂ）に示すように、暖房要求がない場合、エンジン暖機中に暖房要求があった場合よりも冷却水流量は少ない。

−効果−
以上より、本実施形態によれば、エンジン冷間時には、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のジャケット本体２４ａにおいて冷却水の流通を抑制するので、エンジン２の燃焼室壁温の早期上昇が促進される。一方、エンジン冷間時であって、燃焼室壁温が目標壁温以上になったときには、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のジャケット本体２４ａとインテークウォーマ３５との間で冷却水を循環させるので、インテークウォーマ３５においてシリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のジャケット本体２４ａを流通した比較的高温の冷却水が吸気を効果的に加熱する。以上により、エンジン冷間時にエンジン燃焼の早期安定化を図ることができる。

また、エンジン冷間時には、ヒータ用ジャケット２４ｂとの間で冷却水を循環させるので、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のうち殆どヒータ用ジャケット２４ｂのみを冷却水が流通し、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のジャケット本体２４ａにおいて冷却水の流通が抑制される。このため、エンジン２の燃焼室壁温の早期上昇が効果的に促進される。このため、エンジン冷間時にエンジン燃焼の早期安定化をより一層図ることができる。

また、第３冷却水通路４２には、ＥＧＲクーラ３３及びインテークウォーマ３５が上流側から順に設けられているので、エンジン冷間時であって、燃焼室壁温が目標壁温以上になったときには、インテークウォーマ３５においてＥＧＲクーラ３３を流通したより一層高温の冷却水が吸気を効果的に加熱する。このため、エンジン冷間時にエンジン燃焼の早期安定化をより一層図ることができる。

また、第１冷却水通路４０には、ヒータコア３０が設けられているので、エンジン冷間時であって、暖房要求時には、ヒータコア３０において第１冷却水通路４０を流通する冷却水が車内の空気を加熱する。このため、エンジン冷間時に、暖房性能を確保しながらエンジン燃焼の早期安定化を図ることができる。

また、エンジン２が、低負荷時に圧縮自己着火運転を行う一方、高負荷時に火花着火運転を行う火花着火式エンジンであるので、エンジン冷間時に圧縮自己着火燃焼の早期安定化が図れる。このため、圧縮自己着火燃焼による低負荷運転領域を拡大することができ、燃費向上を図ることができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、エンジン２を、低負荷時に圧縮自己着火運転を行う一方、高負荷時に火花着火運転を行う火花着火式エンジンで構成したが、これ以外のエンジンで構成してもよい。

また、上記実施形態では、シリンダブロック２１のウォータジャケット２３とシリンダヘッド２２のウォータジャケット２４とを互いに連通させたが、これらを連通させず、それぞれ独立して別々に設けてもよい。

また、上記実施形態では、エンジン冷間時に、シリンダヘッド２２のウォータジャケット２４のジャケット本体２４ａにおいて冷却水を殆ど流通させていないが、冷却水を極く僅かながら流通させてもよい。

また、上記実施形態では、流調弁６０が、冷却水の温度上昇に従って、第３冷却水通路４２、第２冷却水通路４１の順に開くが、これに限らず、例えば、これらを同時に開いてもよい。さらに、流調弁６０が、冷却水の温度情報に加えてエンジンの負荷情報も取り込んで各冷却水通路を切換えるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明に係るエンジンの冷却装置は、エンジン燃焼の早期安定化を図ることが必要な用途等に適用することができる。

１エンジン冷却装置
２エンジン
２１シリンダブロック
２２シリンダヘッド
２２ｂ排気ポート
２３シリンダブロックのウォータジャケット（第２冷却液回路、循環手段、第２循環手段）
２４シリンダヘッドのウォータジャケット
２４ａジャケット本体（シリンダヘッドのウォータジャケットにおける燃焼室の周囲の部分、第２冷却液回路、循環手段、第２循環手段）
２４ｂヒータ用ジャケット（排気側ジャケット、第１冷却液回路、循環手段、第１循環手段）
２６燃焼室
３０ヒータコア（循環手段、第１循環手段、ヒータ用熱交換器）
３３ＥＧＲクーラ（循環手段、第２循環手段）
３５インマニウォーマ（吸気加熱装置、循環手段、第２循環手段）
４０第１冷却水通路（第１冷却液回路、循環手段、第１循環手段）
４２第３冷却水通路（第２冷却液回路、循環手段、第２循環手段）
４４導出路（第１冷却液回路、第２冷却液回路、循環手段、第１循環手段、第２循環手段）

Claims

エンジンのシリンダヘッドのウォータジャケットとの間でウォータポンプからの冷却液を循環させるエンジンの冷却装置であって、
上記エンジンの吸気通路には、吸気加熱装置が設けられており、
エンジン冷間時に、上記シリンダヘッドのウォータジャケットにおける燃焼室の周囲の部分において冷却液の流通を抑制する一方、エンジン冷間時であって、燃焼室壁温が所定温度以上になったときに、上記シリンダヘッドのウォータジャケットにおける上記燃焼室の周囲の部分と上記吸気加熱装置との間で冷却液を循環させる循環手段を備えており、
上記シリンダヘッドのウォータジャケットは、上記燃焼室の周囲の部分としてのジャケット本体と、排気ポートの反燃焼室側に設けられた排気側ジャケットとを有しており、
上記循環手段は、エンジン冷間時に、上記排気側ジャケットとの間で冷却液を循環させる第１循環手段と、エンジン冷間時であって、燃焼室壁温が上記所定温度以上になったときに、上記ジャケット本体と上記吸気加熱装置との間で冷却液を循環させる第２循環手段とを有しており、
上記第２循環手段は、上記ジャケット本体と上記吸気加熱装置との間で冷却液を循環させるための第２冷却液回路と、該第２冷却液回路に上流側から順に設けられたＥＧＲクーラ及び上記吸気加熱装置とを有していることを特徴と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において、
上記第１循環手段は、上記排気側ジャケットとの間で冷却液を循環させるための第１冷却液回路と、該第１冷却液回路に設けられたヒータ用熱交換器とを有していて、エンジン冷間時であって、暖房要求時に、上記第１冷却液回路において冷却液を循環させるように構成されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
請求項１又は２記載のエンジンの冷却装置において、
上記エンジンは、低負荷時に圧縮自己着火運転を行う一方、高負荷時に火花着火運転を行う火花着火式エンジンであることを特徴とするエンジンの冷却装置。