JP6156304B2 - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却装置、特に、水冷式のエンジンの冷却装置に関する。

水冷式のエンジンにおいては、エンジン冷却水は、ウォータポンプにより、シリンダブロック及びシリンダヘッドに設けられたウォータジャケットを含む複数の流路を経由して循環され、エンジンの冷却の他、補機の冷却や加温、あるいは空調装置による車内暖房用の熱源に用いられる。特許文献１には、車内の暖房性能向上のため、エンジンの暖機運転中は、シリンダヘッドの排気ポート側の部分を流れた高い温度の冷却水をヒータに供給することが記載される。

特開平１０−２１２９４６号公報（特に段落００１６〜００１７）

ところで、エンジンの暖機運転中や外気温が低いときに車内の暖房要求があるときは、燃焼室を保温するために燃焼室周りの冷却を抑えつつ、暖房用熱量を確保するために排気ポート周りのみ冷却水を循環させることが提案される。しかし、その場合、シリンダヘッドの排気ポート周りは奪熱可能な面積が比較的小さいため、水温の上昇が早期に鈍化し、外気温がより低いときは水温が低下するという不具合がある。

本発明は、エンジンの冷却装置における上記のような不具合に対処しようとするもので、水温上昇の鈍化や水温低下が解消され、エンジン暖機時や低外気温時の燃焼室の保温と暖房用熱量の確保との両立が確実に図られるエンジンの冷却装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明のエンジンの冷却装置は、冷却水を送り出すウォータポンプと、シリンダブロックを通過する第１流路と、シリンダヘッドの排気ポート側の部分を通過する第２流路と、空調装置のヒータコアを通過する第３流路と、補機及びラジエータの少なくとも一方を通過する第４流路と、エンジン温度を検出する検出手段と、上記検出手段で検出されるエンジン温度に応じて上記流路を切り換える制御手段とが備えられ、上記制御手段は、上記エンジン温度が第１閾値温度未満のときは、上記ウォータポンプから導出された冷却水が上記シリンダヘッドの排気ポート側の部分と上記ヒータコアとを通って上記ウォータポンプに戻るように、冷却水を上記第２流路及び第３流路を経由して循環させ、上記エンジン温度が上記第１閾値温度より高い第２閾値温度以上のときは、上記ウォータポンプから導出された冷却水が上記シリンダヘッドの排気ポート側の部分、上記ヒータコア、上記補機及びラジエータの少なくとも一方、上記シリンダブロックをそれぞれ通って上記ウォータポンプに戻るように、冷却水を上記第１乃至第４流路を経由して循環させ、上記エンジン温度が上記第１閾値温度以上かつ上記第２閾値温度未満のときは、上記ウォータポンプから導出された冷却水が上記シリンダヘッドの排気ポート側の部分、上記ヒータコア、及び上記シリンダブロックをそれぞれ通って上記ウォータポンプに戻るように、冷却水を上記第１乃至第３流路を経由して循環させることを特徴とするものである。

本発明によれば、エンジン温度が相対的に低い第１閾値温度未満のときは、エンジン冷却水がシリンダヘッドの排気ポート側の部分と空調装置のヒータコアとを流れるので、シリンダヘッドの排気ポート側の部分から奪った熱が車内暖房用の熱源に用いられる。このとき、シリンダヘッドの排気ポート側の部分が冷却されても、燃焼室が冷却水で大幅に冷却されることはない。つまり、燃焼室が保温される。

一方、エンジン温度が相対的に高い第２閾値温度以上に上昇すると、エンジン冷却水が上記に加えてさらにシリンダブロックと補機及びラジエータの少なくとも一方とを流れるので、シリンダヘッドの排気ポート側の部分及びシリンダブロックが冷却され、これらから奪った熱が車内暖房用の熱源に安定的に用いられる。また、補機が冷却水で冷却され、あるいは加温される。あるいは、冷却水の放熱がラジエータによって促進される。

その上で、エンジン温度が上記第１閾値温度以上に上昇したが、第２閾値温度未満のときは、エンジン冷却水がシリンダヘッドの排気ポート側の部分とシリンダブロックと空調装置のヒータコアとを流れるので、シリンダヘッドの排気ポート側の部分から奪った熱に加えてさらにシリンダブロックから奪った熱が車内暖房用の熱源に用いられる。そのため、たとえシリンダヘッドの排気ポート周りの奪熱可能な面積が比較的小さくても、奪熱可能面積の増大により、水温上昇の早期鈍化や水温低下が解消される。また、このとき、シリンダブロックが冷却されても、燃焼室が冷却水で大幅に冷却されることはない。つまり、燃焼室が保温される。

以上により、本発明によれば、燃焼室の大幅な冷却を回避しつつ奪熱可能面積を増大することにより、水温上昇の鈍化や水温低下が解消され、エンジン暖機時や低外気温時の燃焼室の保温と暖房用熱量の確保との両立が確実に図られるエンジンの冷却装置が提供される。

本発明においては、シリンダヘッドの排気ポート側の部分以外の部分を通過する第５流路がさらに備えられ、上記第２流路と第５流路とが相互に分離して形成されていることが好ましい。

この構成によれば、エンジン温度が第１閾値温度未満のときに、冷却水がシリンダヘッドの排気ポート側の部分を流れても、シリンダヘッドのそれ以外の部分が冷却されることがない。そのため、エンジン温度が第１閾値温度未満のときの燃焼室の保温と暖房用熱量の確保とがそれぞれ確実に達成される。

本発明においては、上記制御手段は、上記エンジン温度が上記第１閾値温度以上かつ上記第２閾値温度未満のときは、上記冷却水を上記第５流路を経由せずに循環させ、上記第２閾値温度以上のときは、上記第５流路を経由して循環させることが好ましい。

この構成によれば、エンジン温度が第１閾値温度以上に上昇したが、第２閾値温度未満のときは、冷却水がシリンダヘッドの排気ポート側の部分とシリンダブロックとを流れるけれども、シリンダヘッドの排気ポート側の部分以外の部分を流れないので、燃焼室の保温が続けられる。これに対し、エンジン温度が第２閾値温度以上に上昇すると、冷却水がシリンダヘッドの排気ポート側の部分以外の部分を流れるので、燃焼室の保温が終了し、燃焼室の冷却が開始される。

本発明においては、上記第５流路は上記第１流路の冷却水の流れの下流に設けられ、上記第１流路における上記第５流路よりも上流側の部分を上記第３流路に連絡する連絡流路が設けられ、上記制御手段は、上記エンジン温度が上記第１閾値温度以上かつ上記第２閾値温度未満のときは、上記第５流路を閉鎖すると共に上記連絡流路を開通し、上記第２閾値温度以上のときは、上記連絡流路を閉鎖すると共に上記第５流路を開通することが好ましい。

この構成によれば、エンジン温度が第１閾値温度以上に上昇したが、第２閾値温度未満のときは、第５流路が閉鎖されると共に連絡流路が開通されることにより、冷却水がシリンダヘッドの排気ポート側の部分以外の部分を確実に流れなくなり、かつシリンダブロックと空調装置のヒータコアとを確実に流れる。これに対し、エンジン温度が第２閾値温度以上に上昇すると、連絡流路が閉鎖されると共に第５流路が開通されることにより、冷却水がシリンダブロックとシリンダヘッドの排気ポート側の部分以外の部分とを確実に流れる。

本発明においては、上記第５流路は上記第４流路の上流に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、エンジン温度が第２閾値温度以上に上昇したときに第５流路が開通されるだけで、冷却水がシリンダブロックとシリンダヘッドの排気ポート側の部分以外の部分と補機及びラジエータの少なくとも一方とを確実に流れる。

本発明においては、上記エンジンは、上記第１閾値温度以上かつ上記第２閾値温度未満のときにＣＩ燃焼制御されるエンジンであることが好ましい。

この構成によれば、温度制約が厳しいＣＩ燃焼（圧縮自己着火燃焼）制御が実行されるときに、奪熱可能面積の増大により暖房用熱量が確保されつつ、燃焼室が保温されることにより良好なＣＩ燃焼の実現及び維持が図られる。

本発明によれば、燃焼室の大幅な冷却を回避しつつ奪熱可能面積を増大することにより、エンジン暖機時や低外気温時の燃焼室の保温と暖房用熱量の確保との両立が確実に図られるエンジンの冷却装置が提供される。

本発明の実施形態に係るエンジンの冷却装置の全体構成を示すブロック図である。 エンジン温度がＴ１未満のときの上記冷却装置の作動状態を示すブロック図である。 エンジン温度がＴ１以上Ｔ２未満のときの上記冷却装置の作動状態を示すブロック図である。 エンジン温度がＴ２以上Ｔ３未満のときの上記冷却装置の作動状態を示すブロック図である。 エンジン温度がＴ３以上Ｔ４未満のときの上記冷却装置の作動状態を示すブロック図である。 エンジン温度がＴ４以上のときの上記冷却装置の作動状態を示すブロック図である。 上記冷却装置のＥＣＵが行う制御動作のフローチャートである。 同じくタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態に係るエンジンの冷却装置１の全体構成を示すブロック図である。このエンジン２は、シリンダブロック３と、シリンダブロック３に結合されたシリンダヘッド４とを含み、４つの気筒♯１〜♯４がクランク軸方向（図１に関して左右方向）に１列に配置され、吸気系と排気系とが互いにシリンダブロック３及びシリンダヘッド４の反対側に配置されたクロスフロー型の直列４気筒ガソリンエンジンであって、ＳＩ燃焼（火花点火燃焼）制御とＣＩ燃焼（圧縮自己着火燃焼）制御との双方が実行可能に構成されている。

エンジン２は、車両前部に設けられたエンジンルーム（図示せず）内に、気筒列が車幅方向を向き、吸気側が車両前後方向の前方を向き、排気側が車両前後方向の後方を向き、各気筒のシリンダ軸が上下方向を向くように搭載される。

図１は、シリンダブロック３を吸気側から見たものとして表し、シリンダヘッド４を上方から見たものとして表す。

冷却装置１は、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）５と、第１〜第５バルブＶ１〜Ｖ５を有するロータリ式の流調弁６と、第１〜第３冷却流路２１，２３，３３と、第１〜第３放熱流路２４，３０，３２と、第１〜第６連絡流路２２，２５，２６，２８，２９，３１と、戻し流路２７と、ＥＣＵ５０とを備え、エンジン冷却水を、ウォータポンプ５により、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４に設けられたウォータジャケット（図示せず）を含む複数の流路を経由して循環させる水冷式の冷却装置である。

ウォータポンプ５は、エンジン２の回転によって受動的に駆動される機械式のウォータポンプであって、エンジン２の気筒列における第１気筒♯１側の一端部に配設される。

第１冷却流路（本発明の「第１流路」に相当する）２１は、シリンダボア壁を囲むように設けられたシリンダブロック３のウォータジャケットにより構成され、シリンダブロック３を第１気筒♯１側から第４気筒♯４側を回って第１気筒♯１側まで一巡するように通過する（図中の破線はシリンダボアより後ろ側（つまり排気側）にある部分を表す）。

第２冷却流路（本発明の「第２流路」に相当する）２３は、シリンダヘッド４のウォータジャケットで構成され、シリンダヘッド４の排気ポート側の部分（図１に関して上側の部分）を第１気筒♯１側から第４気筒♯４側まで気筒列方向に通過する。

第３冷却流路（本発明の「第５流路」に相当する）３３は、同じくシリンダヘッド４のウォータジャケットで構成され、シリンダヘッド４の排気ポート側の部分以外の部分、例えば吸気ポート側の部分（図１に関して下側の部分）や幅方向の中央部分（図１に関して上下方向の中央部分）等（以下、本実施形態において「吸気ポート側の部分等」という）を第１気筒♯１側から第４気筒♯４側まで気筒列方向に通過する。

第１冷却流路２１を流れる冷却水は、ピストン（図示せず）で画成される気筒の下部分を冷却する。そのため、ピストンが上死点近傍にあるときに形成される気筒の上部分の燃焼室が第１冷却流路２１を流れる冷却水で大幅に冷却されることはない。また、第２冷却流路２３を流れる冷却水は、シリンダヘッド４の排気ポート側の部分のみを冷却する。そのため、燃焼室が第２冷却流路２３を流れる冷却水で大幅に冷却されることはない。

第１放熱流路（本発明の「第３流路」に相当する）２４は、枝分かれして、空調装置８のヒータコア１１及び補機であるエレキスロットルボディ（ＥＴＢ）１２を通過する。第２放熱流路（本発明の「第４流路」に相当する）３０は、枝分かれして、補機であるオイルクーラ（Ｏ／Ｃ）１３、ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ／Ｃ）１４、ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ／Ｖ）１５、及びＡＴＦウォーマ（ＡＴＦ／Ｗ）１６を通過する。第３放熱流路（本発明の「第４流路」に相当する）３２は、ラジエータ（ＲＡＤ）７を通過する。

第１連絡流路２２は、流調弁６の内部で第３冷却流路３３の終端部近傍を第５バルブＶ５を介して第３放熱流路３２の始端部に連絡する。第２連絡流路２５は、流調弁６の内部で第１放熱流路２４の終端部を第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２を介して第３連絡流路２６の始端部に連絡する。第３連絡流路２６は第２連絡流路２５の終端部を第２バルブＶ２を介して戻し流路２７の始端部に連絡する。第４連絡流路（本発明の「連絡流路」に相当する）２８は第１冷却流路２１の中間部（より詳しくは第４気筒♯４の近傍の部分）を第３バルブＶ３を介して第５連絡流路２９の始端部に連絡する。第５連絡流路２９は流調弁６の内部で第４連絡流路２８の終端部を第３バルブＶ３を介して第２連絡流路２５の第１バルブＶ１寄りの部分に連絡する。第６連絡流路３１は流調弁６の内部で第２連絡流路２５の第２バルブＶ２寄りの部分を第３冷却流路３３の終端部近傍に連絡する。

戻し流路２７は、第２放熱流路３０の終端部及び第３連絡流路２６の終端部をウォータポンプ５に連絡する。

第１冷却流路２１は、ウォータポンプ５の導出部（図１に「ＯＵＴ」と記す）を始端部とし、シリンダヘッド４の第１気筒♯１側の端部を終端部とする。第３冷却流路３３は、第１冷却流路２１に連続して、シリンダヘッド４の第１気筒♯１側の端部を始端部とし、流調弁６の第４バルブＶ４を終端部とする。第２冷却流路２３は、ウォータポンプ５の他の導出部（図１に「ＯＵＴ」と記す）を始端部とし、シリンダヘッド４の第４気筒♯４側の端部に設けられた排出部４ｂを終端部とする。シリンダヘッド４において、第２冷却流路２３と第３冷却流路３３との間に隔壁４ａが設けられ、この隔壁４ａを介して第２冷却流路２３と第３冷却流路３３とは相互に分離して形成される。また、第１冷却流路２１と第３冷却流路３３との間に上下方向に延びる移動用流路がいくつか設けられる。

第１放熱流路２４は、第２冷却流路２３に連続して、上記排出部４ｂを始端部とし、流調弁６の第１バルブＶ１を終端部とする。第２放熱流路３０は、第３冷却流路３３に連続して、上記第４バルブＶ４を始端部とし、第３連絡流路２６と戻し流路２７との合流部を終端部とする。第３放熱流路３２は、第１連絡流路２２に連続して、上記第５バルブＶ５を始端部とし、第２放熱流路３０の補機１３〜１６より下流の終端部近傍を終端部とする。

戻し流路２７は、第３連絡流路２６と第２放熱流路３０との合流部を始端部とし、ウォータポンプ５の導入部（図１に「ＩＮ」と記す）を終端部とする。

第３冷却流路３３に第１水温センサ５３が配設され、第２放熱流路３０の始端部近傍に第２水温センサ５４が配設され、第３放熱流路３２のラジエータ７の下流に第３水温センサ５５が配設され、第１放熱流路２４のヒータコア１１の下流に第４水温センサ５６が配設される。これらの第１〜第４水温センサ５３〜５６は本発明の「検出手段」に相当する。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む周知の構成のマイクロプロセッサである。ＥＣＵ５０は、エンジン回転数を検知するエンジン回転数センサ５１、及び燃料噴射量を検知する燃料噴射量センサ５２から検知信号を入力し、エンジン回転数及び燃料噴射量から判定されるエンジン２の負荷状態に基いて、エンジン２のシリンダヘッド４側の燃焼室の壁面の温度（ヘッド燃焼室壁温）を算出し、算出したヘッド燃焼室壁温に応じて流調弁６を制御し、これにより、エンジン冷却水が流れる流路を切り換える。ＥＣＵ５０は本発明の「検出手段」及び「制御手段」に相当する。

以下、ＥＣＵ５０が行う制御動作の一例を、図２〜図６の各ブロック図、図７のフローチャート、及び図８のタイムチャートを参照して説明する。

図２は、エンジン温度がＴ１（例えば３０℃等）未満のとき（すなわち冷間時）の冷却装置１の作動状態（図７のステップＳ１でＹＥＳ）を示すブロック図である（図８の時刻ｔ１まで）。このとき、燃焼形態はＳＩ燃焼であり、ＥＣＵ５０は、全てのバルブＶ１〜Ｖ５が閉じるように流調弁６を制御する（ステップＳ２）。これにより、図中太線で示すように、全ての流路が閉鎖され、冷却水は、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４を流れず、エンジン２内に滞留する。そのため、エンジン温度が速やかに上昇し、エンジン２の暖機が促進される。

次に、図３は、エンジン温度がＴ１以上Ｔ２（例えば６０℃等）未満のとき（すなわち暖機中）の冷却装置１の作動状態（ステップＳ３でＹＥＳ）を示すブロック図である（時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）。このとき、燃焼形態はＳＩ燃焼であり、ＥＣＵ５０は、第１バルブＶ１と第２バルブＶ２とが開くように流調弁６を制御する（ステップＳ４）。これにより、図中太線で示すように、第２冷却流路２３、第１放熱流路２４、第２連絡流路２５、第３連絡流路２６、及び戻し流路２７が開通される。

その結果、ウォータポンプ５の導出部（ＯＵＴ）から第２冷却流路２３に導出された冷却水は、シリンダヘッド４の排気ポート側の部分を流れた後、ヒータコア１１及びエレキスロットルボディ１２を流れ、流調弁６内の第２連絡流路２５、第３連絡流路２６、及び戻し流路２７を経てウォータポンプ５に戻る。

そのため、昇温が早い排気ポート側の部分から奪った熱が車内暖房用の熱源に用いられる。また、エレキスロットルボディ１２が凍結している場合はそれが解凍される。さらに、排気ポート側の部分を流れる冷却水で燃焼室が大幅に冷却されることがないので、燃焼室が保温され、引き続きエンジン２の暖機が促進される。上記温度Ｔ２はＴ１より高い温度であり、本発明の「第１閾値温度」に相当する。

図８から分かるように、この期間中（ｔ１〜ｔ２）のバルブＶ１，Ｖ２の開度は比較的小さい値に設定される。そのため、冷却水の流量が低目に抑えられる。

次に、図４は、エンジン温度がＴ２以上Ｔ３（例えば７０℃等）未満のとき（すなわち暖機中の定常運転時）の冷却装置１の作動状態（ステップＳ５でＹＥＳ）を示すブロック図である（時刻ｔ２から時刻ｔ３まで）。このとき、燃焼形態はＣＩ燃焼に切り換えられ、ＥＣＵ５０は、第１バルブＶ１と第２バルブＶ２と第３バルブＶ３とが開くように流調弁６を制御する（ステップＳ６）。これにより、図中太線で示すように、第４連絡流路２８及び第５連絡流路２９が開通される。

その結果、ウォータポンプ５の導出部（ＯＵＴ）から第１冷却流路２１に導出されて第１冷却流路２１を第１気筒♯１側から第４気筒♯４側まで約半分流れた冷却水は、第４連絡流路２８及び第５連絡流路２９を介して上記流調弁６内の第２連絡流路２５に合流した後、ヒータコア１１及びエレキスロットルボディ１２に熱を奪われて第１放熱流路２４を戻ってきた冷却水と共に、第３連絡流路２６及び戻し流路２７を経てウォータポンプ５に戻る。

そのため、ウォータポンプ５の導出部（ＯＵＴ）から第２冷却流路２３に導出される冷却水の温度が上昇し、シリンダヘッド４の排気ポート側の部分から奪った熱に加えてさらにシリンダブロック３から奪った熱が車内暖房用の熱源に用いられる。また、シリンダブロック３を流れる冷却水で燃焼室が大幅に冷却されることがないので、燃焼室が保温され、引き続きエンジン２の暖機が促進される。その結果、温度制約が厳しいＣＩ燃焼が良好に実現され維持される。上記温度Ｔ３はＴ２より高い温度であり、本発明の「第２閾値温度」に相当する。

図８から分かるように、この期間中（ｔ２〜ｔ３）のバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３の開度も比較的小さい値に設定される。そのため、冷却水の流量が引き続き低目に抑えられる。

次に、図５は、エンジン温度がＴ３以上Ｔ４（例えば１１０℃等）未満のとき（すなわち暖機後の定常運転時）の冷却装置１の作動状態（ステップＳ７でＹＥＳ）を示すブロック図である（時刻ｔ３から時刻ｔ４まで）。このとき、燃焼形態はＳＩ燃焼に戻され、ＥＣＵ５０は、第１バルブＶ１と第４バルブＶ４とが開き、第２バルブＶ２と第３バルブＶ３とが閉じるように流調弁６を制御する（ステップＳ８）。これにより、図中太線で示すように、第４連絡流路２８及び第５連絡流路２９が再び閉鎖される共に、第２放熱流路３０及び第６連絡流路３１が開通される。

その結果、ウォータポンプ５の導出部（ＯＵＴ）から第１冷却流路２１に導出された冷却水は、シリンダブロック３を一巡した後、あるいは一巡する途中で、第３冷却流路３３に移動し、シリンダヘッド４の吸気ポート側の部分等を流れた後、オイルクーラ１３、ＥＧＲクーラ１４、ＥＧＲバルブ１５、及びＡＴＦウォーマ１６を流れ、戻し流路２７を経てウォータポンプ５に戻る。また、第１放熱流路２４を戻ってきた冷却水は、第６連絡流路３１を介して上記第３冷却流路３３に合流し、第３冷却流路３３を流れる冷却水と共に、第２放熱流路３０及び戻し流路２７を経てウォータポンプ５に戻る。

そのため、シリンダヘッド４の排気ポート側の部分、シリンダヘッド４の吸気ポート側の部分等（つまりシリンダヘッド４全体）、及びシリンダブロック３が冷却され、これらから奪った熱が車内暖房用の熱源に安定的に用いられる。また、オイルクーラ１３、ＥＧＲクーラ１４、及びＥＧＲバルブ１５が冷却水で冷却され、ＡＴＦウォーマ１６が加温される。上記温度Ｔ４はＴ３より高い温度である。

図８から分かるように、この期間中（ｔ３〜ｔ４）の第４バルブＶ４の開度は比較的大きい値に設定される。そのため、シリンダブロック３を一巡する冷却水の流量が高目に増大される。

次に、図６は、エンジン温度がＴ４以上のとき（すなわち暖機後の高負荷運転時）の冷却装置１の作動状態（ステップＳ９でＹＥＳ）を示すブロック図である（時刻ｔ４から時刻ｔ５まで）。このとき、燃焼形態はＳＩ燃焼であり、ＥＣＵ５０は、第１バルブＶ１と第４バルブＶ４と第５バルブＶ５とが開き、第２バルブＶ２と第３バルブＶ３とが閉じるように流調弁６を制御する（ステップＳ１０）。これにより、図中太線で示すように、第３放熱流路３２が開通される。

その結果、第３冷却流路３３を流れる冷却水及び第１放熱流路２４を戻ってきた冷却水は、それまでその全量が第２放熱流路３０に導入されていたものが、その一部が第３放熱流路３２に導入され、ラジエータ７を流れた後、第２放熱流路３０及び戻し流路２７を経てウォータポンプ５に戻る。

そのため、冷却水の放熱がラジエータ７によって促進され、高負荷運転時のエンジン２のオーバーヒートが抑制される。なお、第２放熱流路３０を流れる冷却水の流量と第３放熱流路３２を流れる冷却水の流量との割合は、目標エンジン温度に応じて設定され、第４バルブＶ４と第５バルブＶ５とのバルブ開度で調整される。

図８から分かるように、この期間中（ｔ４〜ｔ５）の第４バルブＶ４及び第５バルブＶ５の開度は双方共比較的大きい値に設定される。そのため、シリンダブロック３を一巡する冷却水の流量が引き続き高目に増大される。また、第４バルブＶ４及び第５バルブＶ５の開度は相互に略同じ値に設定される。そのため、第２放熱流路３０を流れる冷却水の流量と第３放熱流路３２を流れる冷却水の流量とは相互に略同じ値に調整される。

以上の構成により、本実施形態では次のような作用が得られる。

（１）シリンダブロック３を通過する第１冷却流路２１と、シリンダヘッド４の排気ポート側の部分を通過する第２冷却流路２３と、空調装置８のヒータコア１１を通過する第１放熱流路２４と、補機１３〜１６を通過する第２放熱流路３０と、ラジエータ７を通過する第３放熱流路３２と、エンジン温度を検出すると共に、検出したエンジン温度に応じて上記流路を切り換えるＥＣＵ５０とが備えられ、上記ＥＣＵ５０は、上記エンジン温度がＴ１以上Ｔ２未満のときは、エンジン冷却水を上記第２冷却流路２３及び第１放熱流路２４を経由して循環させ（図３）、Ｔ３以上のときは、上記第１冷却流路２１、第２冷却流路２３、第１放熱流路２４、第２放熱流路３０、及び第３放熱流路３２を経由して循環させ（図５及び図６）、Ｔ２以上Ｔ３未満のときは、上記第１冷却流路２１、第２冷却流路２３、及び第１放熱流路２４を経由して循環させる（図４）ことから、エンジン温度が相対的に低いＴ２未満のときは（図３）、エンジン冷却水がシリンダヘッド４の排気ポート側の部分と空調装置８のヒータコア１１とを流れるので、シリンダヘッド４の排気ポート側の部分から奪った熱が車内暖房用の熱源に用いられる。このとき、シリンダヘッド４の排気ポート側の部分が冷却されても、燃焼室が冷却水で大幅に冷却されることはない。つまり、燃焼室が保温される。

一方、エンジン温度が相対的に高いＴ３以上に上昇すると（図５及び図６）、エンジン冷却水が上記に加えてさらにシリンダブロック３と補機１３〜１６とラジエータ７とを流れるので、シリンダヘッド４の排気ポート側の部分及びシリンダブロック３が冷却され、これらから奪った熱が車内暖房用の熱源に安定的に用いられる。また、補機１３〜１６が冷却水で冷却され、あるいは加温される。あるいは、冷却水の放熱がラジエータ７によって促進される。

その上で、エンジン温度がＴ２以上に上昇したが、Ｔ３未満のときは（図４）、エンジン冷却水がシリンダヘッド４の排気ポート側の部分とシリンダブロック３と空調装置８のヒータコア１１とを流れるので、シリンダヘッド４の排気ポート側の部分から奪った熱に加えてさらにシリンダブロック３から奪った熱が車内暖房用の熱源に用いられる。そのため、たとえシリンダヘッド４の排気ポート周りの奪熱可能な面積が比較的小さくても、奪熱可能面積の増大により、水温上昇の早期鈍化や水温低下が解消される。また、このとき、シリンダブロック３が冷却されても、燃焼室が冷却水で大幅に冷却されることはない。つまり、燃焼室が保温される。

より詳しくは、図８に符号アで示すように、本実施形態では、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中、冷却水をシリンダブロック３にも流すことにより、奪熱可能面積が増大して、水温の上昇速度がそれまでの期間（ｔ１〜ｔ２）と比べてそれほど鈍化していない。そのため、暖房用熱量が確保される。これに対し、上記期間中（ｔ２〜ｔ３）、冷却水をシリンダブロック３に流さない場合は、シリンダヘッド４の排気ポート周りの奪熱可能面積が比較的小さいことにより、図８に符号イで示すように、水温の上昇速度が大幅に鈍化する。そのため、暖房用熱量の確保が困難になる。

以上により、本実施形態によれば、燃焼室の大幅な冷却を回避しつつ奪熱可能面積を増大することにより、水温上昇の鈍化や水温低下が解消され、エンジン暖機時や低外気温時の燃焼室の保温と暖房用熱量の確保との両立が確実に図られるエンジンの冷却装置が提供される。

（２）シリンダヘッド４の吸気ポート側の部分等を通過する第３冷却流路３３がさらに備えられ、上記第２冷却流路２３と第３冷却流路３３とが相互に分離して形成されていることから、エンジン温度がＴ２未満のときに、冷却水がシリンダヘッド４の排気ポート側の部分を流れても（図３）、シリンダヘッド４の吸気ポート側の部分等が冷却されることがない。そのため、エンジン温度がＴ２未満のときの燃焼室の保温と暖房用熱量の確保とがそれぞれ確実に達成される。

（３）上記ＥＣＵ５０は、上記エンジン温度がＴ２以上かつＴ３未満のときは（図４）、上記冷却水を上記第３冷却流路３３を経由せずに循環させ、上記Ｔ３以上のときは（図５及び図６）、上記第３冷却流路３３を経由して循環させることから、エンジン温度がＴ２以上に上昇したが、Ｔ３未満のときは（図４）、冷却水がシリンダヘッド４の排気ポート側の部分とシリンダブロック３とを流れるけれども、シリンダヘッド４の吸気ポート側の部分等を流れないので、燃焼室の保温が続けられる。これに対し、エンジン温度がＴ３以上に上昇すると（図５及び図６）、冷却水がシリンダヘッド４の吸気ポート側の部分等を流れるので、燃焼室の保温が終了し、燃焼室の冷却が開始される。

（４）上記第３冷却流路３３は上記第１冷却流路２１の冷却水の流れの下流に設けられ、上記第１冷却流路２１における上記第３冷却流路３３よりも上流側の部分を上記第１放熱流路２４に連絡する第４連絡流路２８が設けられ、上記ＥＣＵ５０は、上記エンジン温度が上記Ｔ２以上かつ上記Ｔ３未満のときは（図４）、上記第３冷却流路３３を閉鎖すると共に上記第４連絡流路２８を開通し、上記Ｔ３以上のときは（図５及び図６）、上記第４連絡流路２８を閉鎖すると共に上記第３冷却流路３３を開通することから、エンジン温度がＴ２以上に上昇したが、Ｔ３未満のときは（図４）、第３冷却流路３３が閉鎖されると共に第４連絡流路２８が開通されることにより、冷却水がシリンダヘッド４の吸気ポート側の部分等を確実に流れなくなり、かつシリンダブロック３と空調装置８のヒータコア１１とを確実に流れる。これに対し、エンジン温度がＴ３以上に上昇すると（図５及び図６）、第４連絡流路２８が閉鎖されると共に第３冷却流路３３が開通されることにより、冷却水がシリンダブロック３とシリンダヘッド４の吸気ポート側の部分等とを確実に流れる。

（５）上記第３冷却流路３３は上記第２放熱流路３０及び第３放熱流路３２の上流に設けられていることから、エンジン温度がＴ３以上に上昇したときに（図５及び図６）第３冷却流路３３が開通されるだけで、冷却水がシリンダブロック３とシリンダヘッド４の吸気ポート側の部分等と補機１３〜１６とラジエータ７とを確実に流れる。

（６）上記エンジン２は、上記Ｔ２以上かつ上記Ｔ３未満のときにＣＩ燃焼制御されるエンジンであることから、温度制約が厳しいＣＩ燃焼制御が実行されるとき（時刻ｔ２〜ｔ３）に、奪熱可能面積の増大により暖房用熱量が確保されつつ、燃焼室が保温されることにより良好なＣＩ燃焼の実現及び維持が図られる。

なお、上記実施形態では、エンジン温度としてヘッド燃焼室壁温を用いたが、これに代えて、第１〜第４水温センサ５３〜５６の少なくともいずれか１つで検出される冷却水温を用いてもよい。

また、上記実施形態では、エンジン２はＣＩ燃焼制御が可能なエンジンであったが、これに限らず、ＳＩ燃焼制御のみが可能なエンジンにも本発明は適用可能である。

また、上記実施形態では、流路の切換え用に複数のバルブＶ１〜Ｖ５を有するロータリ式の流調弁６を用いたが、これに限らず、単一のバルブを複数組み合わせて用いることもできる。

また、図５及び図６に符号Ａで示すように、エンジン２の暖機後は、シリンダヘッド４を通過した後の第２冷却流路２３と第３冷却流路３３とを相互に連絡しても構わない。

さらに、「第１乃至第４流路」や「第１乃至第３流路」との表現については、流路を流れる順番を特定するものではなく、順番を問わずその対象流路を流れている状態を表現したものである。

１ 冷却装置
２ エンジン
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
５ ウォーターポンプ
６ 流調弁
７ ラジエータ
８ 空調装置
１１ ヒータコア
１３ オイルクーラ（補機）
１４ ＥＧＲクーラ（補機）
１５ ＥＧＲバルブ（補機）
１６ ＡＴＦウォーマ（補機）
２１ 第１冷却流路（第１流路）
２３ 第２冷却流路（第２流路）
２４ 第１放熱流路（第３流路）
２８ 第４連絡流路（連絡流路）
３０ 第２放熱流路（第４流路）
３２ 第３放熱流路（第４流路）
３３ 第３冷却流路（第５流路）
５０ ＥＣＵ（検出手段、制御手段）
５１ エンジン回転数センサ
５２ 燃料噴射量センサ
５３〜５６ 第１〜第４水温センサ（検出手段）
Ｔ２，Ｔ３ 第１、第２閾値温度

Claims (6)

1. 冷却水を送り出すウォータポンプと、
   シリンダブロックを通過する第１流路と、
   シリンダヘッドの排気ポート側の部分を通過する第２流路と、
   空調装置のヒータコアを通過する第３流路と、
   補機及びラジエータの少なくとも一方を通過する第４流路と、
   エンジン温度を検出する検出手段と、
   上記検出手段で検出されるエンジン温度に応じて上記流路を切り換える制御手段とが備えられ、
   上記制御手段は、
   上記エンジン温度が第１閾値温度未満のときは、上記ウォータポンプから導出された冷却水が上記シリンダヘッドの排気ポート側の部分と上記ヒータコアとを通って上記ウォータポンプに戻るように、冷却水を上記第２流路及び第３流路を経由して循環させ、
   上記エンジン温度が上記第１閾値温度より高い第２閾値温度以上のときは、上記ウォータポンプから導出された冷却水が上記シリンダヘッドの排気ポート側の部分、上記ヒータコア、上記補機及びラジエータの少なくとも一方、上記シリンダブロックをそれぞれ通って上記ウォータポンプに戻るように、冷却水を上記第１乃至第４流路を経由して循環させ、
   上記エンジン温度が上記第１閾値温度以上かつ上記第２閾値温度未満のときは、上記ウォータポンプから導出された冷却水が上記シリンダヘッドの排気ポート側の部分、上記ヒータコア、及び上記シリンダブロックをそれぞれ通って上記ウォータポンプに戻るように、冷却水を上記第１乃至第３流路を経由して循環させることを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの冷却装置において、
   シリンダヘッドの排気ポート側の部分以外の部分を通過する第５流路がさらに備えられ、上記第２流路と第５流路とが相互に分離して形成されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
3. 請求項２に記載のエンジンの冷却装置において、
   上記制御手段は、
   上記エンジン温度が上記第１閾値温度以上かつ上記第２閾値温度未満のときは、上記冷却水を上記第５流路を経由せずに循環させ、
   上記第２閾値温度以上のときは、上記第５流路を経由して循環させることを特徴とするエンジンの冷却装置。
4. 請求項３に記載のエンジンの冷却装置において、
   上記第５流路は上記第１流路の冷却水の流れの下流に設けられ、
   上記第１流路における上記第５流路よりも上流側の部分を上記第３流路に連絡する連絡流路が設けられ、
   上記制御手段は、
   上記エンジン温度が上記第１閾値温度以上かつ上記第２閾値温度未満のときは、上記第５流路を閉鎖すると共に上記連絡流路を開通し、
   上記第２閾値温度以上のときは、上記連絡流路を閉鎖すると共に上記第５流路を開通することを特徴とするエンジンの冷却装置。
5. 請求項４に記載のエンジンの冷却装置において、
   上記第５流路は上記第４流路の上流に設けられていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のエンジンの冷却装置において、
   上記エンジンは、上記第１閾値温度以上かつ上記第２閾値温度未満のときにＣＩ燃焼制御されるエンジンであることを特徴とするエンジンの冷却装置。
   

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