JP7226032B2 - エンジンの冷却システム - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、エンジンの冷却システムに関する技術分野に属する。

従来より、空燃比が理論空燃比よりもリーンな混合気を燃焼させるリーン燃焼と、空燃比が該理論空燃比近傍の混合気を燃焼させるストイキ燃焼とを実行するエンジンに設けられる冷却システムが知られている。

例えば、特許文献１には、エンジンヘッドの排気側を流れる冷却水の温度を調整するエンジン水温調整装置と、エンジン水温調整装置を操作する制御装置とを備え、制御装置は、内燃機関がリーン燃焼を実行する場合は、エンジンヘッドを通過した冷却水の温度が第１温度域に入るようにエンジン水温調整装置を操作し、内燃機関がストイキモードで運転する場合は、エンジンヘッドを通過した冷却水の温度が第１温度域よりも低温の第２温度域に入るようにエンジン水温調整装置を操作するように構成されている、冷却システムが開示されている。

特開２０１７－１８０１１０号公報

ところで、リーン燃焼とストイキ燃焼とを切り替え可能なエンジンでは、エンジン負荷に基づいてリーン燃焼とストイキ燃焼とが切り替えられるものがある。このような、エンジンでは、エンジン負荷が相対的に低い運転領域においてリーン燃焼を実行し、加速時などエンジン負荷が相対的に高い運転領域においてストイキ燃焼を実行する。

ここで、リーン燃焼は、一般に、燃焼室の壁温を高い状態で実行される。このため、車両の加速時などの過渡応答によりリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替えられると、燃焼室の壁温が高い状態でストイキ燃焼に切り替えられる。ストイキ燃焼は燃焼温度が高いため燃焼室の壁温が上昇しやすい。燃焼室の壁温が高すぎると、ストイキ燃焼を実行した際に、ノッキングなどの異常燃焼が発生するおそれがある。

これを抑制するには、特許文献１記載の冷却システムのように、ストイキ燃焼時のエンジン冷却液の温度の目標値を、リーン燃焼時のエンジン冷却液の温度の目標値に比べて低く設定して、ストイキ燃焼時の燃焼室の壁温を、リーン燃焼時の燃焼室の壁温に比べて低くすることが考えられる。

しかしながら、ストイキ燃焼時に燃焼室の壁温を低くすると、車両の加速が終了して、エンジン負荷が低下したときに、リーン燃焼を実行できない状態となってしまうおそれがある。リーン燃焼を実行できないと燃費の悪化を招いてしまう。

ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジン負荷が高負荷のときにおけるストイキ燃焼時の異常燃焼を抑制しつつ、エンジン負荷が低下したときにリーン燃焼を早期に実行可能な冷却システムを提供することにある。

前記課題を解決するために、ここに開示された技術では、空燃比が理論空燃比よりもリーンな混合気を燃焼させるリーン燃焼と、空燃比が該理論空燃比の混合気を燃焼させるストイキ燃焼とを切り替え可能なエンジンの冷却システムを対象として、エンジン冷却液を供給するポンプと、前記エンジンのシリンダボアを冷却するためにエンジン冷却液が流通するボア通路と、前記エンジンのシリンダヘッドに設けられ、該シリンダヘッドの燃焼室近傍の壁部を冷却するためにエンジン冷却液が流通するヘッド通路と、前記ボア通路を通って、前記ヘッド通路を通った後、エンジン冷却液を冷却させるラジエータを経由して、前記ポンプにエンジン冷却液を流入させる第１通路と、前記ボア通路を通って、前記ヘッド通路を通った後、前記ラジエータを迂回して前記ポンプにエンジン冷却液を流入させる第２通路と、エンジン冷却液の液温を取得する液温取得部と、前記第１通路に設けられ、エンジン冷却液の液温が所定液温以上のときに開弁して、該第１通路を通って前記ポンプに還流するエンジン冷却液の流量を調整するサーモスタット弁と、前記第２通路に設けられ、該第２通路を通って前記ポンプに還流するエンジン冷却液の流量を調整する流量調整装置と、前記流量調整装置を作動制御する制御部とを備え、前記エンジンは、検出又は推定される前記燃焼室の壁部の温度、及びエンジン負荷に基づいて、前記リーン燃焼と前記ストイキ燃焼とが切り替えられるエンジンであり、さらに前記エンジンは、前記燃焼室の壁部の温度が前記所定液温よりも低い所定壁温以上でありかつエンジン負荷が所定負荷よりも低い低負荷のときに前記リーン燃焼を実行するエンジンであり、前記制御部は、前記リーン燃焼と前記ストイキ燃焼とで、前記燃焼室の壁部の目標温度を同じ温度に設定するとともに、前記ストイキ燃焼時の方が、前記リーン燃焼時に比べて前記第２通路を通ってエンジン冷却液の流量が多くなるように前記流量調整装置を制御信号を出力し、さらに前記制御部は、前記ストイキ燃焼の実行時において、エンジン負荷が高いときは、エンジン負荷が低いときと比較して、前記第２通路を通って前記ポンプに還流するエンジン冷却水の流量が大きくなるように、前記流量調整装置に制御信号を出力し、前記目標温度は前記所定液温よりも高い温度に設定されている、という構成とした。

この構成によると、制御部は、リーン燃焼とストイキ燃焼とで同じ目標温度を設定するため、エンジン負荷が高くなってリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替えられたときでも、燃焼室の壁部を高温の状態に保つことができる。これにより、エンジン負荷が低下したときには、ストイキ燃焼からリーン燃焼に即座に切り替えることができる。

また、ストイキ燃焼時には、エンジン負荷が高いときは、エンジン負荷が低いときと比較して、ポンプに還流するエンジン冷却水の流量が大きくなる。これにより、エンジン負荷が高く、燃焼室の壁部の温度（以下、壁温という）が上昇しやすいときほど、ポンプから吐出されるエンジン冷却水の流量が多くなる。これにより、エンジン負荷が高いときに、燃焼室の壁温が目標温度を超えることを抑制することができる。この結果、ストイキ燃焼時に異常燃焼が発生するのを抑制することができる。

したがって、エンジン負荷が高負荷のときにおけるストイキ燃焼時の異常燃焼を抑制しつつ、エンジン負荷が低下したときにリーン燃焼を早期に実行することができる。

前記エンジンの冷却システムにおいて、前記液温取得部は、前記ヘッド通路を流通するエンジン冷却液の液温を取得するように配設されている、という構成でもよい。

すなわち、シリンダヘッドの燃焼室側の壁部は、ピストンが圧縮上死点に位置しているときでも燃焼室を形成する部分であるため、ヘッド通路のエンジン冷却液の液温は燃焼室の壁温を精度良く反映している。このため、目標温度に到達するまでの流量調整弁の制御を精度良く行うことができる。これにより、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切り換えをより安定的に行うことができる。

前記エンジンの冷却システムにおいて、前記制御部は、前記ストイキ燃焼の実行時において、エンジン負荷が高いほど、前記ポンプに還流するエンジン冷却水の流量が大きくなるように、前記流量調整装置に制御信号を出力する、という構成でもよい。

この構成によると、ストイキ燃焼時には燃焼室の壁温が過剰に上昇するのとより効果的に抑制することができる。このため、エンジン負荷が高負荷のときにおけるストイキ燃焼時の異常燃焼をより効果的に抑制することができる。

前記エンジンの冷却システムにおいて、前記流量調整装置は、開き状態と閉じ状態とが切り替えられるオン／オフ式の弁であり、前記制御部は、前記ストイキ燃焼の実行時において、エンジン負荷が高いほど、単位時間当たりの開き状態の時間が長くなるように前記流量調整装置に制御信号を出力する、という構成でもよい。

この構成によると、流量調整装置はオン／オフ式の弁であるため応答性が高い。これにより、特に過渡応答時において、燃焼室の壁温が過剰に上昇するのとより効果的に抑制することができる。この結果、エンジン負荷が高負荷のときにおけるストイキ燃焼時の異常燃焼をより効果的に抑制することができる。

前記エンジンの冷却システムにおいて、前記エンジンは、前記燃焼室に臨みかつ該燃焼室内の混合気に点火する点火プラグを有し、前記リーン燃焼及び前記ストイキ燃焼における前記エンジンの燃焼方式は、燃料と吸気との混合気を前記点火プラグにより火花点火させた後、燃料と吸気との混合気を圧縮自着火させる部分圧縮自己着火方式である、という構成でもよい。

この構成によると、部分圧縮自己着火方式を採用することで、リーン燃焼とストイキ燃焼とをどちらも安定させることができる。これにより、燃焼室の壁部への伝熱を安定させることができ、リーン燃焼時には、燃焼室の壁温を出来る限り高い状態に保つことができる一方、ストイキ燃焼時には、燃焼室の壁温を早期に上昇させることができる。

以上説明したように、ここに開示された技術によると、リーン燃焼とストイキ燃焼とで同じ目標温度を設定するため、燃焼室の壁温が高い状態を保つことができる。これにより、エンジン負荷が高くなって、リーン燃焼からストイキ燃焼に切り替わった後、エンジン負荷が再度低くなったときに、即座にリーン燃焼に切り替えることができる。また、ストイキ燃焼時において、エンジン負荷が高い方が、エンジン負荷が低いときと比較して、ポンプへのエンジン冷却液の還流量が多くなるため、ストイキ燃焼時に、燃焼室の壁温が上がり過ぎることを抑制することができる。これにより、ストイキ燃焼時における異常燃焼を抑制することができる。したがって、エンジン負荷が高負荷のときにおけるストイキ燃焼時の異常燃焼を抑制しつつ、エンジン負荷が低下したときにリーン燃焼を早期に実行することができる。

例示的な実施形態に係る冷却システムが採用されたエンジンの構成を示す概略図である。 エンジン本体のシリンダヘッドにおける燃焼室を形成する部分を示す断面図である。 冷却システムの概略図である。 エンジン及び冷却システムの制御系を示すブロック図である。 エンジンのマップを例示する図であって、上図は温間時のマップ、中図は半暖機時のマップ、下図は冷間時のマップである。 エンジンのマップのレイヤ構造を示す図である。 マップのレイヤ選択時におけるＥＣＵの処理動作を示すフローチャートである。 流量調整弁の、リーン燃焼時における開弁期間とストイキ燃焼時における開弁期間とを示すタイムチャートである。 目標温度と第２検出液温との差分と、ラジエータ迂回通路のエンジン冷却液の流量との関係を示すグラフである。 燃焼室の壁温の温度制御時のＥＣＵの処理動作を示すフローチャートである。

以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１には、本実施形態に係る冷却システム６０（図３参照）が適用された過給機付エンジン１（以下、単にエンジン１という）の構成を示す。エンジン１は、燃焼室１７が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の車両（ここでは、自動車）に搭載される。エンジン１が運転することによって、車両は走行する。エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンを主成分とする液体燃料である。

（エンジンの構成）
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを有するエンジン本体１０を備えている。エンジン本体１０は、シリンダブロック１２の内部に複数の気筒１１（シリンダボア）が形成された多気筒エンジンである。図１では、一つの気筒１１のみを示す。エンジン本体１０の他の気筒１１は、図１の紙面に垂直な方向に並んでいる。

各気筒１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、気筒１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。具体的には、ピストン３は燃焼室１７の底壁部を構成し、気筒１１は燃焼室１７の側壁部を構成し、シリンダヘッド１３の気筒１１側の壁部１３ａ（以下、ヘッド壁部１３ａという）は、燃焼室１７の天井部を構成する。尚、「燃焼室」は、ピストン３が圧縮上死点に至ったときの空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、気筒１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。

シリンダブロック１２における各気筒１１の周囲には、ブロック側ウォータジャケットが設けられている。ブロック側ウォータジャケットには、気筒１１を冷却するエンジン冷却液が流通している。つまり、ブロック側ウォータジャケットは、気筒１１（シリンダボア）を冷却するためにエンジン冷却液が流通するボア通路６３を構成する。本実施形態では、図２に示すように、ボア通路６３には、ウォータジャケットスペーサ１２ａが配置されている。ウォータジャケットスペーサ１２ａにより、エンジン冷却液を、気筒１１に出来る限り近い領域に流通させることができるとともに、エンジン冷却液を不図示のヒータコア等に送るための通路に適宜分岐させることができるようになっている。

エンジン冷却液は、ボア通路６３を通った後、シリンダヘッド１３内に設けられたヘッド側ウォータジャケットに流入する。図２に示すように、ヘッド側ウォータジャケットは、燃焼室１７の直上及び後述の排気ポート１９の周囲に形成されている。つまり、ヘッド側ウォータジャケットは、シリンダヘッド１２の燃焼室１７近傍の部分、特に、ヘッド壁部１３ａを冷却するためにエンジン冷却液が流通するヘッド通路６４を構成する。詳しくは後述するが、ヘッド通路６４を通過したエンジン冷却液は、ラジエータ通路６５及びラジエータ迂回通路６６に分岐する。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、燃焼室１７と吸気ポート１８との間を開閉する。吸気弁２１は、動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。本実施形態では、可変動弁機構は、吸気電動Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３（図４参照）を有している。吸気電動Ｓ－ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁２１の開時期及び閉時期は、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有していてもよい。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。本実施形態では、可変動弁機構は、排気電動Ｓ－ＶＴ２４（図４参照）を有している。排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁２２の開時期及び閉時期は、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有していてもよい。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、気筒１１内に燃料を直接噴射するインジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、その噴口が燃焼室１７の天井部の中央部分（厳密には、中央よりも僅かに排気側の部分）から、その燃焼室１７内に臨むように配設されている。インジェクタ６は、エンジン本体１０の運転状態に応じた量の燃料を、エンジン本体１０の運転状態に応じて設定された噴射タイミングで燃焼室１７内に直接噴射する。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、本実施形態では、吸気側に配設されている。点火プラグ２５の電極は、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井部の付近に位置している。尚、点火プラグ２５は、排気側に配置されていてもよい。また、点火プラグ２５を気筒１１の中心軸上に配置する一方、インジェクタ６を、気筒１１の中心軸よりも吸気側又は排気側に配設してよい。

本実施形態において、エンジン本体１０の幾何学的圧縮比は、１３以上３０以下に設定されている。後述するようにエンジン１は、該エンジン１の暖機後の全運転領域において、燃料と吸気との混合気を点火プラグ２５により火花点火させるＳＩ（Spark Ignition）燃焼と、燃料と吸気との混合気を圧縮自着火させるＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ（Spark Controlled Compression Ignition）燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼をコントロールする。エンジン１の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度）においては、１４～１７とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度）においては、１５～１８としてもよい。

エンジン本体１０の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各気筒１１の吸気ポート１８に連通している。吸気通路４０は、燃焼室１７に導入する吸気が流れる通路である。

吸気通路４０の上流端近傍には、新気を濾過するエアクリーナー４１が配設されている。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、気筒１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各気筒１１の吸気ポート１８に接続されている。

吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度を調整することによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調整するよう構成されている。

吸気通路４０には、スロットル弁４３の下流に、機械式過給機４４（以下、単に過給機４４という）のコンプレッサが配設された過給側通路４０ａが設けられている。過給機４４は、燃焼室１７に導入する吸気を過給するよう構成されている。本実施形態において、過給機４４は、エンジン本体１０によって駆動される過給機である。過給機４４は、例えばリショルム式としてもよい。過給機４４の構成は特に限定されない。過給機４４は、ルーツ式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。

過給機４４とエンジン本体１０との間には、電磁クラッチ４５が介設している。電磁クラッチ４５は、過給機４４とエンジン本体１０との間で、エンジン本体１０から過給機４４へ駆動力を伝達したり、該駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ＥＣＵ１００が電磁クラッチ４５の遮断及び接続を切り替えることによって、過給機４４は駆動状態と非駆動状態とが切り替わる。つまり、電磁クラッチ４５は、過給機４４の駆動と非駆動とを切り換えるクラッチである。このエンジン１は、過給機４４が、燃焼室１７に導入する吸気を過給することと、過給機４４が、燃焼室１７に導入する吸気を過給しないこととを切り替えることができるよう構成されている。

過給側通路４０ａにおける過給機４４の直下流には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４において圧縮された吸気を冷却するよう構成されている。本実施形態において、インタークーラー４６は液冷式である。図示は省略しているが、本実施形態では、インタークーラー４６には、エンジン冷却液とは別のインタークーラー冷却液が流通する独立した冷却通路が接続されている。該冷却通路には電動ポンプが設けられており、該電動ポンプによりインタークーラー冷却液が当該冷却通路を循環する。

吸気通路４０には、バイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスするよう、吸気通路４０における過給機４４の上流側の部分とインタークーラー４６の下流側の部分とを接続する。バイパス通路４７には、該バイパス通路４７を開閉するエアバイパス弁４８が配設されている。

過給機４４を非駆動状態にしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を遮断したとき）には、エアバイパス弁４８を開き状態（オン状態）にする。これにより、吸気通路４０を流れるガスは、過給機４４をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に導入される。エンジン１は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。

過給機４４をオン状態（すなわち、電磁クラッチ４５を接続状態）にすると、エンジン１は過給状態で運転する。ＥＣＵ１００は、過給機４４がオン状態のときに、エアバイパス弁４８の開度を調整する、過給機４４を通過したガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流に逆流する。ＥＣＵ１００がエアバイパス弁４８の開度を調整すると、燃焼室１７に導入するガスの過給圧が変わる。尚、過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。

エンジン本体１０の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各気筒１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、燃焼室１７から排出された排気が流れる通路である。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、気筒１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各気筒１１の排気ポート１９に接続されている。

排気通路５０には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、エンジンルーム外に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。

吸気通路４０と排気通路５０との間には、外部ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、排気の一部を吸気通路４０に還流させるための通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０における過給機４４の上流に接続されている。ＥＧＲ通路５２を流れる排気（以下、ＥＧＲガスという）は、吸気通路４０に導入される時には、バイパス通路４７のエアバイパス弁４８を通らずに、吸気通路４０における過給機４４の上流に入る。

ＥＧＲ通路５２には、液冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、ＥＧＲ通路５２を通るＥＧＲガスを冷却する。図示は省略しているが、本実施形態では、ＥＧＲクーラー５３には、ボア通路６３から分岐した通路を通ったエンジン冷却液が流入する。ＥＧＲ通路５２には、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れるＥＧＲガスの流量を調整するよう構成されている。ＥＧＲ弁５４の開度を調整することによって、冷却したＥＧＲガスの還流量を調整することができる。ＥＧＲ弁５４は、オン／オフ式弁で構成されていてもよく、開度を連続的に変化させることが可能な弁で構成されていてもよい。

（エンジンの冷却システム）
次に、エンジン１の冷却システム６０について説明する。図３に示すように、エンジン１の冷却システム６０は、エンジン冷却液を供給するポンプ６１と、ポンプ６１からエンジン本体１０のボア通路６３に流入させる入口通路６２と、ボア通路６３及びヘッド通路６４と、ボア通路６３を通って、ヘッド通路６４を通った後、エンジン冷却液を冷却させるラジエータ７０を経由してポンプ６１に流入するラジエータ通路６５（第１通路）と、ボア通路６３を通って、ヘッド通路６４を通った後、ラジエータ７０を迂回してポンプ６１にエンジン冷却液を流入させるラジエータ迂回通路６６（第２通路）とを有する。

ポンプ６１は、エンジン本体１０のクランクシャフト１５に連動して駆動される機械式のポンプである。第１ポンプ６１の吐出口は、入口通路６２に接続されている。ポンプ６１には、入口通路６２に吐出するエンジン冷却液の液温を検出する第１液温センサＳＷ４が設けられている。ポンプ６１からのエンジン冷却液の吐出量は、エンジン回転数とポンプ６１へのエンジン冷却液の還流量とにより変動する。尚、第１液温センサＳＷ４は、入口通路６２を流通するエンジン冷却液の液温を検出するように配置されていてもよい。

入口通路６２は、ポンプ６１の吐出口とボア通路６３の入口とを連通する。ポンプ６１から吐出されたエンジン冷却液が、ボア通路６３全体を流通するように、入口通路６２は、ボア通路６３のうち、気筒列方向における一端側でかつ気筒１１の筒軸方向におけるシリンダヘッド１３とは反対側の端部と接続されている。

ボア通路６３は、前述したように、各気筒１１の周囲を囲むように設けられている。ボア通路６３の出口は、ボア通路６３のうち、気筒列方向における他端側でかつ前記筒軸方向におけるシリンダヘッド１３側の端部に設けられている。

ヘッド通路６４は、前述したように、燃焼室１７の直上及び排気ポート１９の周囲に形成されている。ヘッド通路６４の入口は、ボア通路６３の出口と同様に、気筒列方向における他端側に設けられる一方、ヘッド通路６４の出口は気筒列方向における一端側に設けられている。ヘッド通路６４の出口近傍には、該ヘッド通路６４を流通するエンジン冷却液の液温を検出する第２液温センサＳＷ５が侵入している。第２液温センサＳＷ５は、エンジン本体１０と熱交換した直後のエンジン冷却液の液温を取得するセンサであり、第２液温センサＳＷ５の検出結果は、基本的には、エンジン冷却液の液温が最も高くなる位置における、該エンジン冷却液の液温を示す。

ラジエータ通路６５は、ヘッド通路６４の下流端から分岐している。ラジエータ通路６５におけるラジエータ７０とポンプ６１との間には、サーモスタット弁８０が配置されている。サーモスタット弁８０は、電気式のサーモスタット弁で構成されている。具体的には、サーモスタット弁８０は、一般的なサーモスタット弁に電熱線を内蔵させた弁である。サーモスタット弁８０は、無通電時には、エンジン冷却液の液温が、所定液温以上であるときに、その温度に応じて開くように構成されているが、電熱線に電流を流すことで、エンジン冷却液の液温が所定液温未満のときでも開くことができるようになっている。つまり、無通電時には、所定液温でサーモスタット弁８０が開くことにより、ラジエータ通路６５内のエンジン冷却液の液温を所定液温付近にすることができる一方、通電時には、所定液温未満の所望の液温でサーモスタット弁８０が開くことにより、ラジエータ通路６５内のエンジン冷却液の液温を所望の液温にすることができる。尚、本実施形態において、所定液温は後述する第１所定壁温よりも高い９５℃程度に設定されている。

ラジエータ迂回通路６６も、ラジエータ通路６５と同様に、ヘッド通路６４の下流端から分岐している。ラジエータ迂回通路６６の途中には、流量調整弁９０が配置されている。流量調整弁９０は、一定開度の開き状態と、全閉の閉じ状態との間で切り替えられるオン／オフ式の弁である。流量調整弁９０は、オン状態のときに一定開度の開き状態となり、オフ状態のときに全閉の閉じ状態となる。流量調整弁９０は、開き状態の時間及び閉じ状態の時間を調整することで、より詳しくは、単位時間当たりの開き状態及び閉じ状態の割合（以下、デューティ比という）を調整することで、ラジエータ迂回通路６６を通って、ポンプ６１に還流するエンジン冷却液の流量を調整する。尚、流量調整弁９０は、オン状態のときに閉じ状態となり、オフ状態のときに開き状態となる弁でもよい。流量調整弁９０は、ポンプ６１に還流するエンジン冷却液の流量を調整する流量調整装置に相当する。

詳しくは後述するが、流量調整弁９０のデューティ比は、第２液温センサＳＷ５の検出結果、エンジン１の燃焼形式、及びエンジン負荷に基づいて制御される。

（エンジンの制御系）
エンジン１の制御装置は、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）１００を備えている。ＥＣＵ１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図４に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０２と、電気信号の入出力をする入出力バス１０３と、を備えている。ＥＣＵ１００は、制御部の一例である。

ＥＣＵ１００には、図１、図３、及び図４に示すように、各種のセンサＳＷ１～ＳＷ７が接続されている。センサＳＷ１～ＳＷ７は、検知信号をＥＣＵ１００に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。

すなわち、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ吸気通路４０を流れる新気の流量を検知するエアフローセンサＳＷ１、サージタンク４２に取り付けられかつ燃焼室１７に供給される吸気の温度を検知する吸気温度センサＳＷ２、排気通路５０に配置されかつ燃焼室１７から排出した排気ガスの温度を検知する排気温度センサＳＷ３、ポンプ６１に取り付けられかつボア通路６３に流入するエンジン冷却液の液温を検出する第１液温センサＳＷ４、エンジン本体１０のシリンダヘッド１３に取り付けられかつヘッド通路６４を流通するエンジン冷却液の液温を検出する第２液温センサＳＷ５、エンジン本体１０に取り付けられかつクランクシャフト１５の回転角を検知するクランク角センサＳＷ６、アクセルペダル機構に取り付けられかつアクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検知するアクセル開度センサＳＷ７である。

ＥＣＵ１００は、これらの検出信号に基づいて、エンジン本体１０の運転状態を判断するとともに、各デバイスの制御量を計算する。ＥＣＵ１００は、計算をした制御量に係る制御信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３、排気電動Ｓ－ＶＴ２４、スロットル弁４３、過給機４４の電磁クラッチ４５、エアバイパス弁４８、ＥＧＲ弁５４、サーモスタット弁８０、及び流量調整弁９０に出力する。

例えば、ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＷ６の検出信号に基づいてエンジン本体１０のエンジン回転数を算出する。ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサＳＷ７の検出信号に基づいてエンジン本体１０のエンジン負荷を算出する。

また、ＥＣＵ１００は、算出されたエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいてエンジン１の運転領域を読み込んだ後、燃焼室１７の壁部の目標温度を設定する。

また、ＥＣＵ１００は、設定された目標温度に基づいて、入口通路６１に吐出すべきエンジン冷却液の液温である入口目標液温を設定する。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン本体１０の運転状態（主に、エンジン負荷及びエンジン回転数）と予め設定したマップとに基づいて目標ＥＧＲ率（つまり、燃焼室１７の中の全ガスに対するＥＧＲガスの比率）を設定する。そして、ＥＣＵ１００は、目標ＥＧＲ率とアクセル開度センサＳＷ７の検知信号に基づく吸入空気量とに基づき目標ＥＧＲガス量を決定するとともに、ＥＧＲ弁５４の開度を調整することにより、燃焼室１７の中に導入する外部ＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量となるようにフィードバック制御を行う。

（エンジンの運転領域）
図５は、エンジン１の制御に係るマップを例示している。マップは、ＥＣＵ１００のメモリ１０２に予め記憶されている。マップは、三種類のマップ５０１、マップ５０２、及びマップ５０３を含んでいる。ＥＣＵ１００は、燃焼室１７の壁温に応じて、三種類のマップ５０１，５０２，５０３の中から選択したマップを、エンジン１の制御に用いる。三種類のマップ５０１，５０２，５０３の選択については後述する。

第１マップ５０１は、エンジン１の温間時のマップである。第２マップ５０２は、エンジン１の、いわば半暖機時のマップである。第３マップ５０３は、エンジン１の冷間時のマップである。エンジン１の暖機状態は、第２液温センサＳＷ２の検出結果に基づいて判断される。

各マップ５０１、５０２、５０３は、エンジン１のエンジン負荷及びエンジン回転数によって規定されている。第１マップ５０１は、エンジン負荷の高低及びエンジン回転数の高低に対し、大別して三つの領域に分かれる。具体的には、三つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域Ａ１、低負荷領域Ａ１よりもエンジン負荷が高い中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４、及び低負荷領域Ａ１、中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４よりもエンジン回転数の高い高回転領域Ａ５である。中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４は、中負荷領域Ａ２と、中負荷領域Ａ２よりもエンジン負荷が高い高負荷中回転領域Ａ３と、高負荷中回転領域Ａ３よりもエンジン回転数の低い高負荷低回転領域Ａ４とに分かれる。

第２マップ５０２は、大別して二つの領域に分かれる。具体的に、二つの領域は、低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、及び低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３よりも回転数の高い高回転領域Ｂ４である。低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、前記低負荷領域Ａ１及び中負荷領域Ａ２に相当する低中負荷領域Ｂ１と、高負荷中回転領域Ｂ２と、高負荷低回転領域Ｂ３とに分かれる。

第３マップ５０３は、複数の領域に分かれておらず、一つの領域Ｃ１のみを有している。

ここで、低回転領域、中回転領域、及び高回転領域はそれぞれ、エンジン１の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域、及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び高回転領域としてもよい。図５の例では、第１回転数Ｎ１未満を低回転、第２回転数Ｎ２以上を高回転、第１回転数Ｎ１以上かつ第２回転数Ｎ２未満を中回転としている。第１回転数Ｎ１は、例えば１２００ｒｐｍ程度、第２回転数Ｎ２は、例えば４０００ｒｐｍ程度としてもよい。

また、低負荷領域は、軽負荷の運転状態を含む領域、高負荷領域は、全開負荷の運転状態を含む領域、中負荷は、低負荷領域と高負荷領域との間の領域としてもよい。また、低負荷領域、中負荷領域、及び高負荷領域はそれぞれ、エンジン１の全運転領域を負荷方向に、低負荷領域、中負荷領域、及び高負荷領域の略三等分にしたときの、低負荷領域、中負荷領域、及び高負荷領域としてもよい。

図５のマップ５０１，５０２，５０３は、それぞれ、各領域における混合気の状態及び燃焼形態を示している。エンジン１は、低負荷領域Ａ１、中負荷領域Ａ２、高負荷中回転領域Ａ３、及び高負荷低回転領域Ａ４、並びに、低中負荷領域Ｂ１、高負荷中回転領域Ｂ２、及び高負荷低回転領域Ｂ３において、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。エンジン１は、それ以外の領域、具体的には、高回転領域Ａ５、高回転領域Ｂ４、及び領域Ｃ１においては、ＳＩ燃焼を行う。

本実施形態に係るエンジン１は、図５に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、空燃比が理論空燃比よりも大きい（空気過剰率λ＞１）混合気を燃焼させるリーン燃焼と、空燃比が該理論空燃比近傍（空気過剰率λ≦１）の混合気を燃焼させるストイキ燃焼とを実行するように構成されている。具体的には、エンジン１は、低負荷領域Ａ１において、リーン燃焼を実行する一方、中負荷領域Ａ２、高負荷中回転領域Ａ３、及び高負荷低回転領域Ａ４、並びに、低中負荷領域Ｂ１、高負荷中回転領域Ｂ２、及び高負荷低回転領域Ｂ３において、ストイキ燃焼を行う。以下、リーン燃焼とストイキ燃焼について詳細に説明する。

（リーン燃焼）
ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転領域が低負荷領域Ａ１であるときには、リーン燃焼を実行させるよう、各種デバイスに制御信号を出力する。

ＥＣＵ１００は、エンジン１の燃費性能を向上させるために、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入させる。具体的には、ＥＣＵ１００は、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４を制御して、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。燃焼室１７から吸気ポート１８及び排気ポート１９に排出した排気ガスの一部は、燃焼室１７の中に再導入される。燃焼室１７の中に熱い排気ガスを導入するため、燃焼室１７の中の温度が高くなる。ＳＰＣＣＩ燃焼の安定化に有利になる。尚、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４を、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けるように制御してもよい。

ＥＣＵ１００は、吸気行程中に、燃料を複数回、燃焼室１７内に噴射するようにインジェクタ６を制御する。複数回の燃料噴射と、燃焼室１７内のスワール流とによって、混合気は成層化する。

燃焼室１７の中央部における混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気のＡ／Ｆは、２０以上３０以下であり、外周部の混合気のＡ／Ｆは、３５以上である。尚、空燃比の値は、点火時における空燃比の値であり、以下の説明においても同じである。点火プラグ２５に近い混合気のＡ／Ｆを２０以上３０以下にすることにより、ＳＩ燃焼時のＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができる。また、外周部の混合気のＡ／Ｆを３５以上にすることで、ＣＩ燃焼が安定化する。

燃焼室１７内に形成される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）よりもリーンである。具体的には、燃焼室１７の全体において、混合気のＡ／Ｆは２５～３１である。これにより、ＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。

ＥＣＵ１００は、燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をするように、点火プラグ２５を制御する。点火タイミングは、圧縮行程の終期としてもよい。圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期、及び終期に三等分したときの終期としてもよい。

前述したように、中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上するとともに、火炎伝播によるＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、ＣＩ燃焼が開始する。ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼のコントロール性が向上する。また、混合気のＡ／Ｆを理論空燃比よりもリーンにしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことによって、エンジン１の燃費性能を向上させることができる。尚、低負荷領域Ａ１は、後述のレイヤ３に対応する。レイヤ３は、低負荷運転領域まで広がっているとともに、最低負荷運転状態を含んでいる。

（ストイキ燃焼）
ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転領域が、温間時の中高負荷領域Ａ２～Ａ４、並びに、半暖機時の低中回転領域Ｂ１～Ｂ３であるときには、ストイキ燃焼を実行させるよう、各種デバイスに制御信号を出力する。

ＥＣＵ１００は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入させる。具体的には、ＥＣＵ１００は、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４を制御して、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。内部ＥＧＲガスが、燃焼室１７の中に導入される。また、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ通路５２を通じて、ＥＧＲクーラー５３によって冷却した排気ガスを、燃焼室１７の中に導入するように、ＥＧＲ弁５４の開度を調整する。つまり、内部ＥＧＲガスに比べて温度が低い外部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入する。ＥＣＵ１００は、エンジン１の負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らすように、ＥＧＲ弁５４の開度を調整する。ＥＣＵ１００は、全開負荷において、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスを含むＥＧＲガスを、ゼロにしてもよい。

ストイキ燃焼時には、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。このときは、三元触媒５１１、５１３が、燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン１の排出ガス性能は良好になる。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２としてもよい。尚、エンジン１が、全開負荷（つまり、最高負荷）を含む高負荷中回転領域Ａ３において運転しているときには、混合気のＡ／Ｆは、燃焼室１７の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにしてもよい（つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦１）。

燃焼室１７内にＥＧＲガスを導入しているため、燃焼室１７の中の全ガスと燃料との重量比であるＧ／Ｆは理論空燃比よりもリーンになる。混合気のＧ／Ｆは１８以上にしてもよい。こうすることで、いわゆるノッキングの発生を回避するようにしている。Ｇ／Ｆは１８以上３０以下において設定してもよい。

ＥＣＵ１００は、エンジン１の負荷が中負荷であるときには、吸気行程中に、複数回の燃料噴射を行うように、インジェクタ６を制御する。インジェクタ６による燃料噴射は、第一噴射を吸気行程の前半に行い、第二噴射を吸気行程の後半に行うようにしてもよい。

ＥＣＵ１００は、エンジン１の負荷が高負荷であるときには、吸気行程において燃料を噴射するように、インジェクタ６を制御する。

ＥＣＵ１００は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近の所定のタイミングで混合気に点火をするように、点火プラグ２５を制御する。点火プラグ２５による点火は、エンジン１の負荷が中負荷であるときには、圧縮上死点前に点火を行ってもよい。点火プラグ２５による点火は、エンジン１の負荷が高負荷であるときには、圧縮上死点後に点火を行ってもよい。

混合気のＡ／Ｆを理論空燃比にしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことによって、三元触媒５１１、５１３を利用して、燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することができる。また、ＥＧＲガスを燃焼室１７に導入して混合気を希釈化することによって、エンジン１の燃費性能が向上する。尚、エンジン１の温間時の中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４、並びに、エンジン１の半暖機時の低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、後述するレイヤ２に対応する。レイヤ２は、高負荷領域まで広がっているとともに、最高負荷運転状態を含んでいる。

（マップのレイヤの選択）
図５に示すエンジン１のマップ５０１、５０２、５０３は、図６に示すように、レイヤ１、レイヤ２及びレイヤ３の三つのレイヤの組み合わせによって構成されている。

レイヤ１は、ベースとなるレイヤである。レイヤ１は、エンジン１の運転領域の全体に広がる。レイヤ１は、第三マップ５０３の全体に相当する。

レイヤ２は、レイヤ１の上に重なるレイヤである。レイヤ２は、エンジン１の運転領域の一部に相当する。具体的にレイヤ２は、第二マップ５０２の低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に相当する。

レイヤ３は、レイヤ２の上に重なるレイヤである。レイヤ３は、第一マップ５０１の低負荷領域Ａ１に相当する。

レイヤ１、レイヤ２及びレイヤ３は、主に、燃焼室１７の壁温（特にヘッド壁部１３ａの壁温）に応じて選択される。

具体的には、燃焼室１７の壁温が第１所定壁温（例えば８０℃）以上でありかつ吸気温が第１所定吸気温（例えば５０℃）以上であるときには、レイヤ１とレイヤ２とレイヤ３とが選択され、これらレイヤ１、レイヤ２及びレイヤ３を重ねることにより第一マップ５０１が構成される。第一マップ５０１における低負荷領域Ａ１は、そこにおいて最上位のレイヤ３が有効になり、中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４は、そこにおいて最上位のレイヤ２が有効になり、高回転領域Ａ５は、レイヤ１が有効になる。このように、本実施形態では、リーン燃焼領域（低負荷領域Ａ１）におけるエンジン負荷の範囲及びエンジン回転数の範囲と、ストイキ燃焼領域（低中負荷領域Ｂ１）におけるエンジン負荷の範囲及びエンジン回転数の範囲とは重複している。

燃焼室１７の壁温が第１所定壁温未満でかつ第２所定壁温（例えば３０℃）以上であるとともに、吸気温が第１所定吸気温未満でかつ第２所定吸気温（例えば２５℃）以上であるときには、ときには、レイヤ１とレイヤ２とが選択される。これらレイヤ１及びレイヤ２を重ねることにより第二マップ５０２が構成される。第二マップ５０２における低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、そこにおいて最上位のレイヤ２が有効になり、高回転領域Ｂ４は、レイヤ１が有効になる。

燃焼室１７の壁温が第２所定壁温未満でありかつ吸気温が第２所定吸気温未満であるときには、レイヤ１のみが選択されて、第三マップ５０３が構成される。

尚、燃焼室１７の壁温は、例えば、第２液温センサＳＷ５によって計測されるエンジン冷却液の液温によって代用してもよい。また、エンジン冷却液の液温や、その他の計測信号に基づいて、燃焼室１７の壁温を推定してもよい。また、吸気温は、例えば、サージタンク４２内の温度を計測する吸気温度センサＳＷ２によって計測することができる。また、各種の計測信号に基づいて、燃焼室１７の中に導入される吸気温を推定してもよい。

ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼は、燃焼室１７の外周部から中央部において行われるため、燃焼室１７の中央部の温度の影響を受ける。燃焼室１７の中央部の温度が低いと、ＣＩ燃焼が不安定になってしまう。燃焼室１７の中央部の温度は、燃焼室１７に導入される吸気の温度に依存する。つまり、吸気温度が高いときに、燃焼室１７の中央部の温度は高くなり、吸気温度が低いときに、燃焼室１７の中央部の温度は低くなる。

燃焼室１７の壁温が第２所定壁温未満でかつ吸気温度が第２所定吸気温未満のときには、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定して行うことができない。そこで、ＳＩ燃焼を実行するレイヤ１のみが選択され、ＥＣＵ１００は、第三マップ５０３に基づいて、エンジン１を運転する。全ての運転領域において、エンジン１がＳＩ燃焼を行うことにより、燃焼安定性を確保することができる。

燃焼室１７の壁温が第２所定壁温以上でかつ、吸気温度が第２所定吸気温以上のときには、略理論空燃比（つまり、λ≒１）の混合気を、安定してＳＰＣＣＩ燃焼させることができる。そこで、レイヤ１に加えて、レイヤ２が選択され、ＥＣＵ１００は、第二マップ５０２に基づいて、エンジン１を運転する。エンジン１が、一部の運転領域においてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことにより、エンジン１の燃費性能が向上する。

燃焼室１７の壁温が第１所定壁温以上でかつ、吸気温度が第１所定吸気温以上のときには、理論空燃比よりもリーンな混合気を、安定してＳＰＣＣＩ燃焼させることができる。そこで、レイヤ１及びレイヤ２に加えて、レイヤ３が選択され、ＥＣＵ１０は、第一マップ５０１に基づいて、エンジン１を運転する。エンジン１が、一部の運転領域においてリーン混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させることにより、エンジン１の燃費性能が、さらに向上する。

図７は、ＥＣＵ１００によりレイヤが選択される処理動作に関するフローチャートを示す。

まず、ステップＳ１１において、ＥＣＵ１００は、各センサＳＷ１～ＳＷ７からの検出信号を読み込む。

次のステップＳ１２では、ＥＣＵ１００は、燃焼室１７の壁温が第２所定温度以上でかつ吸気温が第２所定吸気温以上であるか否かを判定する。ＥＣＵ１００は、燃焼室１７の壁温が第２所定温度以上でかつ吸気温が第２所定吸気温以上であるＹＥＳのときには、ステップＳ１３に進む一方で、燃焼室１７の壁温が第２所定温度未満であるか、又は吸気温が第２所定吸気温未満であるであるＮＯのときには、ステップＳ１４に進む。

次のステップＳ１３では、ＥＣＵ１００は、燃焼室１７の壁温が第１所定温度以上でかつ吸気温が第１所定吸気温以上であるか否かを判定する。ＥＣＵ１００は、燃焼室１７の壁温が第１所定温度以上でかつ吸気温が第１所定吸気温以上であるＹＥＳのときには、ステップＳ１６に進む一方で、燃焼室１７の壁温が第１所定温度未満であるか、又は吸気温が第１所定吸気温未満であるであるＮＯのときには、ステップＳ１５に進む。

前記ステップＳ１４では、ＥＣＵ１００はレイヤ１のみを選択する。ＥＣＵ１００は、第三マップ５０３に基づいてエンジン１を運転する。ステップＳ１４の後は、リターンする。

前記ステップＳ１５では、ＥＣＵ１００は、レイヤ１とレイヤ２とを選択する。ＥＣＵ１００は、第二マップ５０２に基づいてエンジン１を運転する。ステップＳ１５の後は、リターンする。

前記ステップＳ１６では、ＥＣＵ１００は、レイヤ１とレイヤ２とレイヤ３とを選択する。ＥＣＵ１００は、第一マップ５０１に基づいて、エンジン１を運転する。ステップＳ１６の後は、リターンする。

（冷却システムの制御）
前述のように、本実施形態に係るエンジン１では、エンジン負荷に基づいてリーン燃焼とストイキ燃焼とが切り替えられる。前述のように、リーン燃焼は、燃焼室１７の壁温を高い状態で実行される。このため、車両の加速時などの過渡応答によりリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替えられると、燃焼室１７の壁温が高い状態でストイキ燃焼に切り替えられる。ストイキ燃焼は燃焼温度が高いため燃焼室１７の壁温が上昇しやすい。燃焼室１７の壁温が高くなりすぎると、ストイキ燃焼を実行した際に、ノッキングなどの異常燃焼が発生するおそれがある。

これを抑制するには、ストイキ燃焼時には、リーン燃焼時よりも燃焼室１７の壁温が低くなるように、冷却システム６０を作動させることが考えられる。しかしながら、ストイキ燃焼時に燃焼室１７の壁温を低くすると、車両の加速が終了して、エンジン負荷が低下したときに、リーン燃焼を実行できない状態となってしまうおそれがある。リーン燃焼を実行できないと燃費の悪化を招いてしまう。

そこで、本実施形態では、ＥＣＵ１００は、燃焼室１７の壁温の目標温度を、リーン燃焼とストイキ燃焼とで同じ温度、具体的には、第１所定壁温よりも高い温度である特定温度に設定するようにした。また、ＥＣＵ１００は、ストイキ燃焼時の方が、リーン燃焼時に比べて、ラジエータ迂回通路６６を通ってポンプ６１に還流するエンジン冷却液の流量が多くなるように、流量調整弁９０に制御信号を出力するようにした。また、ＥＣＵ１００は、ストイキ燃焼時において、エンジン負荷が高い方が、エンジン負荷が低い場合と比較して、ラジエータ迂回通路６６を通ってポンプ６１に還流するエンジン冷却液の流量が多くなるように、流量調整弁９０に制御信号を出力するようにした。尚、特定温度は、例えば、１０５℃である。特定温度は、エンジン１の仕様により適宜変更される。

これによると、リーン燃焼とストイキ燃焼とで目標温度が同じ特定温度に設定されるため、エンジン負荷が上昇して、リーン燃焼からストイキ燃焼に切り替わったとしても、燃焼室１７の壁温を特定温度に保つことができる。これにより、エンジン負荷が低下したときには、即座にリーン燃焼に切り替えることができる。

また、ストイキ燃焼時の方が、リーン燃焼時に比べて、ラジエータ迂回通路６６を通ってポンプ６１に還流するエンジン冷却液の流量が多いため、ストイキ燃焼時には、リーン燃焼時と比較して、燃焼室１７の壁温が上昇しにくくなる。これにより、ストイキ燃焼時において、燃焼室１７の壁温が高くなりすぎることを抑制することができる。特に、ストイキ燃焼時には、エンジン負荷が高い方が、エンジン負荷が低い場合と比較して、ラジエータ迂回通路６６を通ってポンプ６１に還流するエンジン冷却液の流量が多いため、燃焼室１７の壁温が上昇しやすい高負荷時にも、燃焼室１７の壁温が高くなりすぎることを抑制することができる。

図８には、流量調整弁９０の、リーン燃焼時における開弁期間とストイキ燃焼時における開弁期間とを示す。上図はリーン燃焼時における流量調整弁９０の制御モード（以下、第１モードという）の開弁期間を示し、中図と下図は、ストイキ燃焼時における流量調整弁９０の制御モード（以下、第２モードという）の開弁期間を示す。中図は、第２モードにおける低負荷時の開弁期間を示し、下図は、第２モードにおける高負荷時の開弁期間を示し、
図８に示すように、ストイキ燃焼時における単位時間Ｔ当たりのオン状態の時間ｔ２、ｔ３は、リーン燃焼時における単位時間Ｔ当たりのオン状態の時間ｔ１に比べて長いことが分かる。つまり、ＥＣＵ１００は、ストイキ燃焼時の方が、リーン燃焼時と比べて、デューティ比が大きくなるように、流量調整弁９０に制御信号を出力する。これにより、ストイキ燃焼時には、リーン燃焼時に比べて、単位時間Ｔ当たりにおけるラジエータ迂回通路６６のエンジン冷却液の流量が増加する。この結果、ストイキ燃焼時には、燃焼室１７の壁温が過剰に上昇するのを抑制することができる一方、リーン燃焼時には、燃焼室１７の壁温を出来る限り高い状態に保つことができる。尚、第２検出液温（すなわち燃焼室１７の壁温）がリーン燃焼可能な温度であるにも関わらず、ストイキ燃焼である状態とは、吸気温度が第１所定吸気温以上になっていない場合などをいう。

また、図８に示すように、第２モードにおいて、高負荷時におけるオン状態の時間ｔ３の方が、低負荷時におけるオン状態の時間ｔ２と比較して長いことが分かる。つまり、ＥＣＵ１００は、第２モードにおいて、高負荷時の方が低負荷時と比べて、デューティ比が大きくなるように、流量調整弁９０に制御信号を出力する。これにより、ストイキ燃焼時において、エンジン負荷が高いときは、エンジン負荷が低いときと比較して、単位時間Ｔ当たりにおけるラジエータ迂回通路６６のエンジン冷却液の流量が増加する。この結果、燃焼室１７の壁温が上昇しやすい高負荷時であっても、燃焼室１７の壁温が過剰に上昇するのを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、ＥＣＵ１００は、リーン燃焼時及びストイキ燃焼時の両方で、目標温度と第２検出液温との温度差が小さいほど、ラジエータ迂回通路６６を通ってポンプ６１に還流する冷却液の流量が多くなるように、流量調整弁９０に制御信号を出力する。目標温度と第２検出液温との温度差が小さいときには、エンジン冷却液はボア通路６３やヘッド通路６４に留まりにくくなる。これにより、燃焼室１７の壁温が上昇にくくなる。この結果、燃焼室１７の壁温が目標温度に近い状態であっても、燃焼室１７の壁温が目標温度を超えることを適切に抑制することができる。

図９には、リーン燃焼時（すなわち第１モード）におけるラジエータ迂回通路６６のエンジン冷却液の流量と、ストイキ燃焼時（すなわち第２モード）におけるラジエータ迂回通路６６のエンジン冷却液の流量とを示す。横軸は、目標温度（特定温度）と第２検出液温との温度差であり、縦軸は、ラジエータ迂回通路６６のエンジン冷却液の流量である。

図９に示すように、目標温度と第２検出液温との温度差が小さいほど、ラジエータ迂回通路６６の流量が多くなる。これにより、燃焼室１７の壁温が目標温度を超えることを適切に抑制することができる。

また、図９に示すように、本実施形態では、第２モードにおいて、目標温度と第２検出液温との温度差が小さいほど、高負荷時のエンジン冷却液の流量と低負荷時のエンジン冷却液の流量との差が大きくなる。これは、目標温度と第２検出液温との温度差が小さいときには、燃焼室１７の壁温が上昇しやすい高負荷時ほど、燃焼室１７の壁温が目標温度を超えないように、ボア通路６３及びヘッド通路６４を通るエンジン冷却液の流量を多くする必要があるためである。一方で、目標温度と第２検出液温との温度差が大きいときには、燃焼室１７の壁温を出来る限り早期に目標温度に近付けるために、ボア通路６３及びヘッド通路６４にエンジン冷却液を留めることが望ましいためである。

尚、本実施形態では、目標温度と第２検出液温との温度差が大きいほど、ラジエータ迂回通路６６を通るエンジン冷却液の流量を連続的に小さくしているが、例えば、ラジエータ迂回通路６６の流量を３段階に分けて、目標温度と第２検出液温との温度差が大きい方が、該温度差が小さいときと比較して、ラジエータ迂回通路６６の流量が小さくなるようにしてもよい。また、ストイキ燃焼時において、エンジン負荷が高いほど、ラジエータ迂回通路６６を通るエンジン冷却液の流量を連続的に大きくしてもよいし、該流量をステップ状に大きくしてもよい。また、ＥＣＵ１００のメモリ１０２に、目標温度と第２検出液温との温度差とエンジン負荷とに基づいて流量調整弁９０のデューティ比を決定するためのマップを格納させておき、ＥＣＵ１００が該マップを読み込んで流量調整弁９０のデューティ比を決定するようにしてもよい。

図１０のフローチャートは、流量制御時におけるＥＣＵ１００の処理動作を示す。

まず、ステップＳ２１において、ＥＣＵ１００は、各センサＳＷ１～ＳＷ７からの検出信号を読み込む。

次のステップＳ２２では、ＥＣＵ１００は目標温度を設定する。このステップＳ２２において、ＥＣＵ１００は特定温度を目標温度に設定する。

次のステップＳ２３では、ＥＣＵ１００は、サーモスタット弁８０を無通電状態にする。

次のステップＳ２４では、ＥＣＵ１００は、リーン燃焼領域であるか否かを判定する。より具体的には、ＥＣＵ１００は、燃焼室１７の壁温（第２検出液温）が第１所定壁温以上でかつ吸気温が第１所定吸気温以上であるか否かを判定する。ＥＣＵ１００は、リーン燃焼領域に属しているＹＥＳのときにはステップＳ２５に進む一方で、リーン燃焼領域に属していない、より具体的には、レイヤ２のストイキ燃焼領域であるＮＯときにはステップＳ２９に進む。

前記ステップＳ２５では、ＥＣＵ１００は流量制御弁９０を第１モードで作動させる。ステップＳ２５の後はステップＳ２６に進む。

前記ステップＳ２６では、ＥＣＵ１００は、目標温度と第２液温センサＳＷ５により検出された第２検出液温との温度差ΔＴａを算出する。

次のステップＳ２７では、ＥＣＵ１００は、前記ステップＳ２６で算出した温度差ΔＴａに基づいて、ラジエータ迂回通路のエンジン冷却液の流量を算出する。

続くステップＳ２８では、ＥＣＵ１００は、ラジエータ迂回通路のエンジン冷却液の流量が、前記ステップＳ２７で算出した流量になるように、流量調整弁９０のデューティ比を設定して、流量調整弁９０に制御信号を出力する。ステップＳ２８の後はリターンする。

前記ステップＳ２９では、ＥＣＵ１００は流量制御弁９０を第２モードで作動させる。

次のステップＳ３０では、ＥＣＵ１００は、目標温度と第２液温センサＳＷ５により検出された第２検出液温との温度差ΔＴａを算出する。

続くステップＳ３１では、ＥＣＵ１００は、前記ステップＳ３０で算出した温度差ΔＴａとエンジン負荷とに基づいて、ラジエータ迂回通路のエンジン冷却液の流量を算出する。

ステップＳ３１の後はステップＳ２８に進み、ＥＣＵ１００は、ラジエータ迂回通路のエンジン冷却液の流量が、前記ステップＳ３１で算出した流量になるように、流量調整弁９０のデューティ比を設定して、流量調整弁９０に制御信号を出力する。ステップＳ２８の後はリターンする。

したがって、本実施形態によると、エンジン冷却液を供給するポンプ６１と、エンジン１の気筒１１を冷却するためにエンジン冷却液が流通するボア通路６３と、エンジン１のシリンダヘッド１３に設けられ、該シリンダヘッド１３のヘッド壁部１３ａを冷却するためにエンジン冷却液が流通するヘッド通路６４と、ボア通路６３を通って、ヘッド通路６４を通った後、エンジン冷却液を冷却させるラジエータ７０を経由して、ポンプ６１にエンジン冷却液を流入させるラジエータ通路６５と、ボア通路６３を通って、ヘッド通路６４を通った後、ラジエータ７０を迂回してポンプ６１にエンジン冷却液を流入させるラジエータ迂回通路６６と、エンジン冷却液の液温を取得する液温取得部（第２液温センサＳＷ５）と、ポンプ６１に還流するエンジン冷却液の流量を調整する流量調整弁９０と、流量調整弁９０を作動制御するＥＣＵ１００とを備え、エンジン１は、検出又は推定される燃焼室１７の壁部の温度に基づいて、リーン燃焼とストイキ燃焼とが切り替えられるエンジンであり、ＥＣＵ１００は、リーン燃焼とストイキ燃焼とで同じ目標温度を設定するとともに、ストイキ燃焼時の方が、リーン燃焼時に比べてエンジン冷却液の流量が多くなるように流量調整弁９０に制御信号を出力し、さらにＥＣＵ１００は、ストイキ燃焼の実行時において、エンジン負荷が高いときは、エンジン負荷が低いときと比較して、ポンプ６１に還流するエンジン冷却水の流量が大きくなるように、流量調整弁９０に制御信号を出力する。これによると、ＥＣＵ１００は、リーン燃焼とストイキ燃焼とで同じ目標温度を設定するため、エンジン負荷が高くなってリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替えられたときでも、燃焼室１７の壁温の状態に保つことができる。これにより、エンジン負荷が低下したときには、ストイキ燃焼からリーン燃焼に即座に切り替えることができる。

また、ストイキ燃焼時には、エンジン負荷が高いときは、エンジン負荷が低いときと比較して、ポンプ６１に還流するエンジン冷却水の流量が大きくなる。これにより、エンジン負荷が高く、燃焼室１７の壁温が上昇しやすいときほど、ポンプ６１から吐出されるエンジン冷却水の流量が多くなる。これにより、エンジン負荷が高いときに、燃焼室１７の壁温が目標温度を超えることを抑制することができる。この結果、ストイキ燃焼時に異常燃焼が発生するのを抑制することができる。

したがって、エンジン負荷が高負荷のときにおけるストイキ燃焼時の異常燃焼を抑制しつつ、エンジン負荷が低下したときにリーン燃焼を早期に実行することができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１００は、ストイキ燃焼の実行時において、エンジン負荷が高いほど、ポンプ６１に還流するエンジン冷却水の流量が大きくなるように、流量調整弁９０に制御信号を出力する。これにより、ストイキ燃焼時には燃焼室１７の壁温が過剰に上昇するのとより効果的に抑制することができる。このため、エンジン負荷が高負荷のときにおけるストイキ燃焼時の異常燃焼をより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１００は、目標温度と液温取得部（第２液温センサＳＷ５）の検出結果との差分が小さいほど、ポンプ６１に還流するエンジン冷却液の流量が大きくなるように、流量調整弁９０に制御信号を出力する。これにより、燃焼室１７の壁温が目標温度に近いときには、燃焼室１７の壁温を上昇しにくくすることができる。これにより、燃焼室１７の壁温が目標温度を超えることを効果的に抑制することができる。この結果、エンジン負荷が高負荷のときにおけるストイキ燃焼時の異常燃焼を一層効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１００は、ストイキ燃焼の実行時において、目標温度と液温取得部（第２液温センサＳＷ５）の検出結果との差分が小さいほど、高負荷時のエンジン冷却液の流量と低負荷時のエンジン冷却液の流量との差が大きくなるように流量調整弁９０に制御信号を出力する。これにより、目標温度と第２検出液温との温度差が小さいときには、燃焼室１７の壁温が上昇しやすい高負荷時ほど、燃焼室１７の壁温が目標温度を超えないように、ボア通路６３及びヘッド通路６４を通るエンジン冷却液の流量を多くすることができる。一方で、目標温度と第２検出液温との温度差が大きいときには、ボア通路６３及びヘッド通路６４にエンジン冷却液を留めて、燃焼室１７の壁温を出来る限り早期に目標温度に近付けることができる。

また、本実施形態では、冷却システム６０による冷却効果に加えて、ストイキ燃焼時にＥＧＲガスを導入することで、燃焼を緩慢にすることができる。これにより、ストイキ燃焼時におけるノッキング等の異常燃焼の発生をさらに効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、冷却システム６０による冷却効果に加えて、リーン燃焼時に内部ＥＧＲガスを燃焼室１７に導入することで、燃焼室１７の壁温を出来る限り高い状態に保つことができる。これにより、リーン燃焼可能なエンジン負荷及びエンジン回転数の時には、出来る限りリーン燃焼を実行することができ、燃費を向上させることができる。

ここに開示された技術は、前記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、前述の実施形態では、ラジエータ通路６５に配置する温調装置は電気式のサーモスタット弁８０であったが、これに限らず、電磁式の弁で構成してもよい。

また、前述の実施形態では、燃焼室１７の壁部の温度を第２液温センサＳＷ５の検出結果から推定していた。これに限らず、燃焼室１７の壁部の温度を直接検出するセンサを設けてもよい。

また、前述の実施形態では、第２液温センサＳＷ５はヘッド通路６４のエンジン冷却液の液温を検出していたが、これに限らず、ボア通路６３のエンジン冷却液の液温を検出するように構成されていてもよい。気筒１１も燃焼室１７の壁部を構成しているため、ボア通路６３のエンジン冷却液の液温も燃焼室１７の壁部の温度を反映していると言える。このため、ボア通路６３のエンジン冷却液の液温に基づいて、流量調整弁９０を作動制御しても、燃焼室の壁温を早期に上昇させて、早期にストイキ燃焼からリーン燃焼への切り換えを可能にすることができる。

前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

ここに開示された技術は、空燃比が理論空燃比よりも大きい混合気を燃焼させるリーン燃焼と、空燃比が該理論空燃比近傍の混合気を燃焼させるストイキ燃焼とを切り替え可能なエンジンの冷却システムとして有用である。

１ エンジン
１１ 気筒（シリンダボア）
１３ シリンダヘッド
１３ａ ヘッド壁部（シリンダヘッドの燃焼室近傍の部分、燃焼室の壁部）
６０ 冷却システム
６１ ポンプ
６３ ボア通路
６４ ヘッド通路
６５ ラジエータ通路（第１通路）
６６ ラジエータ迂回通路（第２通路）
７０ ラジエータ
９０ 流量調整弁（流量調整装置）
１００ ＥＣＵ（制御部）
ＳＷ５ 第２液温センサ（液温取得部）

Claims (5)

1. 空燃比が理論空燃比よりもリーンな混合気を燃焼させるリーン燃焼と、空燃比が該理論空燃比の混合気を燃焼させるストイキ燃焼とを切り替え可能なエンジンの冷却システムであって、
   エンジン冷却液を供給するポンプと、
   前記エンジンのシリンダボアを冷却するためにエンジン冷却液が流通するボア通路と、
   前記エンジンのシリンダヘッドに設けられ、該シリンダヘッドの燃焼室近傍の壁部を冷却するためにエンジン冷却液が流通するヘッド通路と、
   前記ボア通路を通って、前記ヘッド通路を通った後、エンジン冷却液を冷却させるラジエータを経由して、前記ポンプにエンジン冷却液を流入させる第１通路と、
   前記ボア通路を通って、前記ヘッド通路を通った後、前記ラジエータを迂回して前記ポンプにエンジン冷却液を流入させる第２通路と、
   エンジン冷却液の液温を取得する液温取得部と、
   前記第１通路に設けられ、エンジン冷却液の液温が所定液温以上のときに開弁して、該第１通路を通って前記ポンプに還流するエンジン冷却液の流量を調整するサーモスタット弁と、
   前記第２通路に設けられ、該第２通路を通って前記ポンプに還流するエンジン冷却液の流量を調整する流量調整装置と、
   前記流量調整装置を作動制御する制御部とを備え、
   前記エンジンは、検出又は推定される前記燃焼室の壁部の温度、及びエンジン負荷に基づいて、前記リーン燃焼と前記ストイキ燃焼とが切り替えられるエンジンであり、
   さらに前記エンジンは、前記燃焼室の壁部の温度が前記所定液温よりも低い所定壁温以上でありかつエンジン負荷が所定負荷よりも低い低負荷のときに前記リーン燃焼を実行するエンジンであり、
   前記制御部は、前記リーン燃焼と前記ストイキ燃焼とで、前記燃焼室の壁部の目標温度を同じ温度に設定するとともに、前記ストイキ燃焼時の方が、前記リーン燃焼時に比べて前記第２通路を通ってエンジン冷却液の流量が多くなるように前記流量調整装置を制御信号を出力し、
   さらに前記制御部は、前記ストイキ燃焼の実行時において、エンジン負荷が高いときは、エンジン負荷が低いときと比較して、前記第２通路を通って前記ポンプに還流するエンジン冷却水の流量が大きくなるように、前記流量調整装置に制御信号を出力し、
   前記目標温度は前記所定液温よりも高い温度に設定されていることを特徴とするエンジンの冷却システム。
2. 請求項１に記載のエンジンの冷却システムにおいて、
   前記液温取得部は、前記ヘッド通路を流通するエンジン冷却液の液温を取得するように配設されていることを特徴とするエンジンの冷却システム。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの冷却システムにおいて、
   前記制御部は、前記ストイキ燃焼の実行時において、エンジン負荷が高いほど、前記ポンプに還流するエンジン冷却水の流量が大きくなるように、前記流量調整装置に制御信号を出力することを特徴とするエンジンの冷却システム。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載のエンジンの冷却システムにおいて、
   前記流量調整装置は、開き状態と閉じ状態とが切り替えられるオン／オフ式の弁であり、
   前記制御部は、前記ストイキ燃焼の実行時において、エンジン負荷が高いほど、単位時間当たりのオン状態の時間が長くなるように前記流量調整装置に制御信号を出力することを特徴とするエンジンの冷却システム。
5. 請求項１～４のいずれか１つに記載のエンジンの冷却システムにおいて、
   前記エンジンは、前記燃焼室に臨みかつ該燃焼室内の混合気に点火する点火プラグを有し、
   前記リーン燃焼及び前記ストイキ燃焼における前記エンジンの燃焼方式は、燃料と吸気との混合気を前記点火プラグにより火花点火させた後、燃料と吸気との混合気を圧縮自着火させる部分圧縮自己着火方式であることを特徴とするエンジンの冷却システム。

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