JPWO2011067829A1 - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

冷却装置１Ａは、４つの異なる冷却系統に別個に組み込まれた部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡから５２１ｄＡまでを備えるヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａを形成するとともに、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第１の凹凸部Ｐ１をヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａに設けたシリンダヘッド５２Ａを備えるエンジン５０Ａと、機関運転状態に応じて、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａに流通させる冷却水の流速を変更するための制御を行う制御手段とを備える。

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。この点、冷却水を流通させるウォータジャケットに関する技術として、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または２で開示されている。特許文献１では、エンジン内部に形成されたウォータジャケットについて、その表面性状を部位毎に異ならせるようにしたエンジンのウォータジャケット構造が開示されている。特許文献２では、ウォータジャケットを形成するシリンダライナの外周面に環状のフィンが設けられたシリンダライナの冷却構造が開示されている。

特開２００２−２２１０８０号公報 特開２００５−３３７０３５号公報

ところで、図１２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や、冷却損失が多く発生する部位への熱伝達を抑制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。

この点、特許文献１の開示技術では、ウォータジャケットの表面性状を部位毎に異ならせることで、各部位をその冷却要求に合わせて冷却している。一方、熱効率の向上を図る観点からは、仮に冷却要求の高い部位であっても機関運転状態によってはその冷却度合いを抑制することが好ましいと考えられる。ところが、特許文献１の開示技術では、熱効率の向上を図る観点からは必ずしも各部位毎に適切な冷却を行うことができないと考えられる点で問題があった。

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１３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。

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冷却損失を低減でき、さらには冷却損失の低減とノック性能とを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、複数の異なる冷却系統に別個に組み込まれた複数の部分冷却媒体通路を備える第１の冷却媒体通路を形成するとともに、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第１の凹凸部を前記第１の冷却媒体通路に設けたシリンダヘッドを備えるエンジンと、機関運転状態に応じて、前記第１の冷却媒体通路に流通させる冷却媒体の流速を、前記複数の部分冷却媒体通路それぞれにおいて部分的に変更する場合を含めて変更するための制御を行う制御手段と、を備え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、機関運転状態が低回転高負荷である場合に、前記第１の冷却媒体通路に流通させる冷却媒体の流速を前記第１の凹凸部で冷却媒体の流れの剥離が発生する流速に変更するための制御を行う構成であることが好ましい。

また本発明は前記エンジンが、シリンダの周辺部に第２の冷却媒体通路を形成するとともに、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第２の凹凸部を前記第２の冷却媒体通路のうち、前記シリンダ側に位置する壁面に設けたシリンダブロックをさらに備え、前記制御手段が、機関運転状態が低回転高負荷である場合に、前記第２の冷却媒体通路に流通させる冷却媒体の流速を、前記第２の凹凸部で冷却媒体の流れの剥離が発生しない流速に変更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。

また本発明はシリンダの周辺部に冷却媒体通路を形成するとともに、冷却水の流通方向の変化に応じて、冷却水への熱伝導性を可変にする凹凸部を前記冷却媒体通路に設けたシリンダブロックを備えるエンジンと、前記シリンダヘッドの冷却能力を調整可能な冷却能力調整手段と、前記冷却媒体通路における冷却水の流通方向を第１の方向と、該第１の方向よりも前記凹凸部によって熱伝導性が高くなる第２の方向との間で変更可能な流通方向変更手段と、機関運転状態が低回転高負荷である場合に、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行うとともに、前記流通方向変更手段を制御することで、前記冷却媒体通路における冷却水の流通方向を前記第２の方向に変更するための制御を行う制御手段と、を備えるエンジンの冷却装置である。

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冷却損失を低減でき、さらには冷却損失の低減とノック性能とを両立できる。

エンジンの冷却装置（以下、単に冷却装置と称す）１Ａを模式的に示す図である。 エンジン５０Ａを１気筒につき断面で模式的に示す図である。 第１および第２の凹凸部Ｐ１、Ｐ２の具体的な形状の一例を示す図である。具体的には図３（ａ）は不均一なポーラス形状を、図３（ｂ）は均一なポーラス形状を一例としてそれぞれ示している。 ＥＣＵ７０Ａを模式的に示す図である。 機関運転状態の分類を模式的に示す図である。 ＥＣＵ７０Ａの動作をフローチャートで示す図である。 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を示す図である。 冷却装置１Ｂを模式的に示す図である。 エンジン５０Ｂを１気筒につき断面で模式的に示す図である。 第３の凹凸部Ｐ３の具体的な形状の一例を示す図である。具体的には図１０（ａ）は山となる部分を四角形状に屈曲した形状によって形成した場合の第３の凹凸部Ｐ３を、図１０（ｂ）は山となる部分を三角形状に屈曲した形状によって形成した場合の第３の凹凸部Ｐ３をそれぞれ一例として示している。 ＥＣＵ７０Ｂの動作をフローチャートで示す図である。 火花点火式内燃機関の一般的なヒートバランスの内訳を全負荷の場合と部分負荷の場合とについてそれぞれ示す図である。 シリンダの内壁温度および熱透過率を通常の構成の場合と断熱性を高めた場合とについてそれぞれ示す図である。なお、図１３では断熱性を高めた場合として、シリンダの壁厚増加とともに材質変更を行った場合と、より断熱性の高い空気断熱を行った場合とについてそれぞれ示している。また、通常の構成としては、シリンダブロック下部からシリンダヘッドへ向かって重力に逆らうようにして冷却水を流通させる１系統の冷却水循環経路が設けられた一般的なエンジンの場合を示している。

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。以下に説明するように、本発明の一側面によれば、冷却損失の低減にはヘッドの断熱が有効であり、ノックの改善にはブロックの冷却が有効であるという知見に基づき、従来にはないヘッド断熱、ブロック冷却という新しい概念を実現する手段を含むものである。

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、第１から第４の部分流量調節弁６１から６４までを備えている。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。またＷ／Ｐ１１はエンジン５０Ａにおける冷却水の流通状態を変更可能な第１の流通変更手段となっており、具体的にはエンジン５０Ａを流通する冷却水の流量を全体的に調整することで、エンジン５０Ａを流通する冷却水の流速を全体的に調整可能な流通変更手段となっている。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５１Ａ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５１Ａには、冷却媒体通路として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）５１１Ａが形成されている。ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａはシリンダブロック５１Ａ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、冷却媒体通路として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４つ）の異なる冷却系統を形成している。ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａは第１の冷却媒体通路に、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａは第２の冷却媒体通路にそれぞれ相当している。Ｗ／Ｐ１１が圧送する冷却水は具体的にはブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａ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／Ｊ５１１Ａ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／Ｊ５１１Ａ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。このヘッド側循環経路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、第１から第４の部分流量調節弁６１から６４までのうち少なくともいずれか、およびヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａが形成する４系統の冷却系統のうち少なくともいずれかを流通し、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はヘッド側循環経路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おり、さらに具体的には第１から第４の部分流量調節弁６１から６４までよりも上流側の部分に設けられている。

流量調節弁１４は、シリンダヘッド５２Ａにおける冷却水の流通状態を変更可能な第２の流通変更手段となっている。この点、流量調節弁１４は具体的には、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａを流通する冷却水の流量を全体的に調節することで、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａを流通する冷却水の流速を全体的に調節可能な流通変更手段となっている。
また流量調節弁１４は、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａを流通する冷却水の流速を調整することで、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａを流通する冷却水の流速を同時に調整することが可能な流通変更手段となっている。具体的には流量調節弁１４は、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａを流通する冷却水の流速を低下させるように調整した場合に、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａを流通する冷却水の流速を向上させるように調整することが可能な流通変更手段となっている。

第１から第４の部分流量調節弁６１から６４までは、ヘッド側循環経路Ｃ２のうち、流量調節弁１４およびシリンダヘッド５２Ａの間の部分に、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａが形成する４系統の冷却系統に対応させて設けられている。これら部分流量調節弁６１から６４までは、シリンダヘッド５２Ａにおける冷却水の流通状態を変更可能な第３の流通変更手段となっており、さらに具体的にはヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａを流通する冷却水の流量を部分的に調節することで、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａを流通する冷却水の流速を部分的に調節可能な流通変更手段となっている。

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／Ｊ５１１Ａ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／Ｊ５１１Ａ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５１Ａ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５１Ａには断熱性の高いガスケット５４を介してシリンダヘッド５２Ａが固定されている。ガスケット５４はその高い断熱性でシリンダブロック５１Ａからシリンダヘッド５２Ａへの熱伝達を抑制する。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。

ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａは、具体的には部分冷却媒体通路である部分Ｗ／Ｊ５１１ａＡを備えている。部分Ｗ／Ｊ５１１ａＡ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／Ｊ５１１ａＡ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、具体的には部分冷却媒体通路である複数の部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡ、部分Ｗ／Ｊ５２１ｂＡ、部分Ｗ／Ｊ５２１ｃＡおよび部分Ｗ／Ｊ５２１ｄＡを備えている。部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡは吸気ポート５２ａの周辺部に、部分Ｗ／Ｊ５２１ｂＡは排気ポート５２ｂの周辺部に、部分Ｗ／Ｊ５２１ｃＡ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。また、部分Ｗ／Ｊ５２１ｄＡ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／Ｊ５２１ａＡから部分Ｗ／Ｊ５２１ｄＡまではヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａが形成する４系統の異なる冷却系統に別個に組み込まれている。そして、第１の部分流量調節弁６１が部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡに、第２の部分流量調節弁６２が部分Ｗ／Ｊ５２１ｂＡに、第３の部分流量調節弁６３が部分Ｗ／Ｊ５２１ｃＡに、第４の部分流量調節弁６４が、部分Ｗ／Ｊ５２１ｄＡにそれぞれ対応させて設けられている。

部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡから５２１ｄＡまでそれぞれには、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第１の凹凸部Ｐ１が設けられている。この点、第１の凹凸部Ｐ１は具体的には部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡから５２１ｄＡまでそれぞれの内壁面全般に設けられている。また部分Ｗ／Ｊ５１１ａＡには、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第２の凹凸部Ｐ２が設けられている。この点、第２の凹凸部Ｐ２は具体的には部分Ｗ／Ｊ５１１ａＡのうち、シリンダ５１ａ側に位置する内側壁面Ｗ全般に設けられている。

これら第１および第２の凹凸部Ｐ１、Ｐ２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、第１および第２の凹凸部Ｐ１、Ｐ２の具体的な形状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。例えば第１および第２の凹凸部Ｐ１、Ｐ２の具体的な形状は、図３（ａ）に示すような不均一なポーラス形状であってもよく、図３（ｂ）に示すような均一なポーラス形状であってもよい。またポーラス形状の具体的な形状は、例えば複数の微細な柱状穴によって形成されたポーラス形状などであってもよい。

さらに冷却装置１Ａは図４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や部分流量調節弁６１から６４まで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。

例えばＥＣＵ７０Ａでは、シリンダヘッド５２Ａの冷却能力を調整するための制御を行う制御手段が実現される。
シリンダヘッド５２Ａの冷却能力を調整するための制御として、制御手段は具体的には機関運転状態が高負荷（さらに具体的には低回転高負荷）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。
またこのとき制御手段は、さらに具体的にはシリンダブロック５１Ａの冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２Ａの冷却能力を抑制するための制御を行うように実現される。

この点、シリンダヘッド５２Ａの冷却能力を調整するための制御を行うにあたり、制御手段は具体的にはシリンダヘッド５２Ａから冷却水への熱伝達の状態を変更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、機関運転状態に応じてヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａに流通させる冷却水の流速を、部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡから５２１ｄＡまでそれぞれにおいて部分的に変更する場合を含めて変更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、制御対象として具体的にはＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分流量調節弁６１から６４までを制御することで、シリンダヘッド５２Ａから冷却水への熱伝達の状態を変更するための制御を行うように実現される。

さらにシリンダヘッド５２Ａの冷却能力を抑制するための制御を行うにあたり、制御手段は、シリンダヘッド５２Ａから冷却水への熱伝達の状態を変更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が高負荷（さらに具体的には低回転高負荷）である場合に、シリンダヘッド５２Ａから冷却水への熱伝達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、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａに流通させる冷却水の流速を、第１の凹凸部Ｐ１で冷却水の流れの剥離が発生する流速に変更するための制御を行うように実現される。

またこのときシリンダブロック５１Ａの冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２Ａの冷却能力を抑制するための制御を行うにあたり、制御手段は、シリンダブロック５１Ａから冷却水への熱伝達を抑制することなく、シリンダヘッド５２Ａから冷却水への熱伝達を抑制するための制御を行うように実現される。具体的には、制御手段はヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａに流通させる冷却水の流速を第１の凹凸部Ｐ１で冷却水の流れの剥離が発生する流速に変更するとともに、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａに流通させる冷却水の流速を第２の凹凸部Ｐ２で冷却水の流れの剥離が発生しない流速に変更するための制御を行うように実現される。

一方、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５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、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で、または部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分流量調節弁６１を制御することができる。
また、シリンダ５１ａ上部の昇温を図るにあたっては、例えばブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４を制御することができる。
また、排気ポート５２ｂの昇温を図るにあたっては、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で、または部分Ｗ／Ｊ５２１ｂＡにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分流量調節弁６２を制御することができる。

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、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４を制御することができる。
また吸気ポート５２ａの昇温を図るにあたっては、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で、または５２１ａＡにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分流量調節弁６１を制御することができる。
またシリンダ５１ａ上部の昇温を図るにあたっては、例えばブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４を制御することができる。

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、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で、または部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生しない流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分流量調節弁６１を制御することができる。
またシリンダ５１ａ上部の冷却を図るにあたっては、例えばブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生しない流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４を制御することができる。
シリンダヘッド５２Ａの断熱を図るにあたっては、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４を制御することができる。

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、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で、または部分Ｗ／Ｊ５２１ｂＡ、５２１ｃＡおよび５２１ｄＡにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生しない流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分流量調節弁６２、６３および６４を制御することができる。
また吸気ポート５２ａの冷却を図るにあたっては、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で、または部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生しない流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分流量調節弁６１を制御することができる。
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、例えばブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生しない流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４を制御することができる。

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、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で、または熱負荷の大きい部分Ｗ／Ｊ５２１ｂＡ、５２１ｃＡにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生しない流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分流量調節弁６２、６３を制御することができる。
また吸気ポート５２ａの昇温を図るにあたっては、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で、または部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分流量調節弁６１を制御することができる。
またシリンダ５１ａ上部の昇温を図るにあたっては、例えばブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４を制御することができる。

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、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で、または部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分流量調節弁６１を制御することができる。
また点火プラグ５６周りの昇温を図るにあたっては、例えばヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で、または部分Ｗ／Ｊ５２１ｃＡにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分Ｗ／Ｊ５２１ｃＡを制御することができる。
またシリンダ５１ａ上部の昇温を図るにあたっては、例えばブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａにおいて、冷却水の流速が流れの剥離が発生する流速になるようにＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４を制御することができる。

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、制御手段が各部分流量調節弁６１から６４までについては、基本的に全開にするための制御を行うように実現されるとともに、Ｗ／Ｐ１１、流量調節弁１４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を半開にするとともに、この状態でブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａおよびヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａにおいて冷却水の流れの剥離を発生させることが可能な吐出量である第１の吐出量でＷ／Ｐ１１を駆動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を半開よりも大きな開度で開弁するとともに、この状態でブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａにおいて冷却水の流れの剥離を発生させず、且つヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａにおいて冷却水の流れの剥離を発生させることが可能な吐出量である第２の吐出量でＷ／Ｐ１１を駆動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を半開にするとともに、この状態でブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａおよびヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａにおいて冷却水の流れの剥離を発生させないことが可能な吐出量である第３の吐出量でＷ／Ｐ１１を駆動するための制御を行うよう実現される。

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Ｗ／Ｐ１１および流量調節弁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れの剥離を発生させることで、シリンダヘッド５２Ａから冷却水への熱伝達を抑制するとともに、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。また同時にこのとき、制御手段の制御のもと、Ｗ／Ｐ１１および流量調節弁１４がこのようにシリンダブロック５１Ａを流通する冷却水の流れの剥離を発生させないことで、シリンダブロック５１Ａから冷却水への熱伝達を抑制することなく、シリンダヘッド５２Ａから冷却水への熱伝達を抑制していることになる。すなわち、シリンダブロック５１Ａの冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２Ａの冷却能力を抑制していることになる。

この点、冷却装置１Ａでは、Ｗ／Ｐ１１、流量調節弁１４および第１の凹凸部Ｐ１がシリンダヘッド５２Ａの冷却能力を調整可能な冷却能力調整手段となっており、具体的にはヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で冷却水の流れの剥離を発生させることで、シリンダヘッド５２Ａの冷却能力を全体的に抑制可能な冷却能力調整手段となっている。
また冷却装置１Ａでは、Ｗ／Ｐ１１、流量調節弁１４、第１の凹凸部Ｐ１および第２の凹凸部Ｐ２が、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａで冷却水の流れの剥離を発生させることなく、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａ全般で冷却水の流れの剥離を発生させることで、シリンダブロック５１Ａの冷却能力を抑制することなくシリンダヘッド５２Ａの冷却能力を全体的に抑制可能な冷却能力調整手段となっている。
なお、流量調節弁１４に代えて部分流量調節弁６１から６４までを適用することで、Ｗ／Ｐ１１、部分流量調節弁６１から６４までおよび第１の凹凸部Ｐ１をシリンダヘッド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して機能させることも可能である。

また冷却装置１Ａでは、Ｗ／Ｐ１１と、流量調節弁１４または部分流量調節弁６１から６４までのうち少なくとも部分流量調節弁６１から６４までと、第１の凹凸部Ｐ１とが、シリンダヘッド５２Ａの冷却能力を部分的に調整可能な冷却能力調整手段となっており、具体的には部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡから５２１ｄＡまでにおいて冷却水の流れの剥離を部分的に発生させることで、シリンダヘッド５２Ａの冷却能力を部分的に抑制可能な冷却能力調整手段となっている。

なお、制御手段は例えば上述した制御指針に基づいてＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や部分流量調節弁６１から６４までを適宜制御することで、各区分Ｄ１からＤ６までにおいて、全体的な制御の整合性や簡素化などを考慮した上述の制御と異なる制御を行うように実現されてもよい。これにより各区分Ｄ１からＤ６までにおいて、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６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を半開にするとともに、第１の吐出量でＷ／Ｐ１１を駆動する（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Ｓ２１Ａ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Ｓ２１Ａ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を半開よりも大きな開度で開弁するとともに、第２の吐出量でＷ／Ｐ１１を駆動する（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を半開にするとともに、第３の吐出量でＷ／Ｐ１１を駆動する（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７に示すようになっている。図７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、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａにおいて冷却水の流れの剥離を発生させる。そしてこの場合には、第１の凹凸部Ｐ１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、シリンダヘッド５２Ａから冷却水への熱伝達が抑制される。そしてこれにより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、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａで冷却水の流れの剥離を発生させることなく、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ａにおいて冷却水の流れの剥離を発生させる。そしてこの場合には、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａにおいて第２の凹凸部Ｐ２の微細構造が冷却水と接触する表面積の増大に寄与することから、シリンダブロック５１Ａから冷却水への熱伝達が促進される。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５１Ａ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、熱効率を向上させることができる。

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の運転を好適に成立させることができる。この点、高回転高負荷時には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。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８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、入口側切替弁２１および出口側切替弁２２をさらに備えている点と、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。
エンジン５０Ｂは、シリンダブロック５１Ａの代わりにシリンダブロック５１Ｂを備えている点と、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／Ｊ５２１ａＡから５２１ｄＡまでの代わりに部分Ｗ／Ｊ５２１ａＢから５２１ｄＢまで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９参照）。この点、Ｗ／Ｊ５２１ａＢからＷ／Ｊ５２１ｄＢまでは、第１の凹凸部Ｐ１が設けられていない点以外、部分Ｗ／Ｊ５２１ａＡから５２１ｄＡまでと実質的に同一のものとなっている。

一方、これに関連し、本実施例では流量調節弁１４がシリンダヘッド５２Ｂ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。具体的には流量調節弁１４は、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ｂ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５２Ｂ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。なお、流量調節弁１４に代えて部分流量調節弁６１から６４までを、シリンダヘッド５２Ｂの冷却能力を全体的に調整可能な冷却能力調整手段として機能させることも可能である。

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５１Ｂの冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２Ｂ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５１Ｂおよびシリンダヘッド５２Ｂ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５１Ｂの冷却能力およびシリンダヘッド５２Ｂ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５１Ｂの冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２Ｂ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。
また本実施例では、部分流量調節弁６１から６４までがシリンダヘッド５２Ｂの冷却能力を調整可能な冷却能力調整手段となっており、さらに具体的にはヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ｂを流通する冷却水の流量を部分的に調節することで、シリンダヘッド５２Ｂの冷却能力を部分的に調整可能な冷却能力調整手段となっている。

シリンダブロック５１Ｂは、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａの代わりにブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ｂが設けられている点以外、シリンダブロック５１Ａと実質的に同一のものとなっている。ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ｂは、部分Ｗ／Ｊ５１１ａＡの代わりに後述する部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢを備えている点と、部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢに対する冷却水の導入部および流出部として、第１の導入部５１１ｂおよび第１の流出部５１１ｃと、第２の導入部５１１ｄおよび第２の流出部５１１ｅとを備えている点以外、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ａと実質的に同一のものとなっている。第１の導入部５１１ｂおよび流出部５１１ｃは、部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢに対して、シリンダ５１ａの軸線方向に沿って冷却水を流通させるように設けられている。第２の導入部５１１ｄおよび流出部５１１ｅは、部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢに対して、シリンダ５１ａの周方向に沿って冷却水を流通させるように設けられている。したがって、ブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ｂは、部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向をシリンダ５１ａの軸線方向と周方向との間で切替可能な構造となっている。

入口側切替弁２１はシリンダブロック５１Ｂの上流側、且つ第１および第２の冷却水循環経路Ｃ１、Ｃ２の分岐後の部分に設けられており、出口側切替弁２２はシリンダブロック５１Ｂの下流側、且つ第１および第２の冷却水循環経路Ｃ１、Ｃ２の合流前の部分に設けられている。入口側切替弁２１は第１の導入部５１１ｂと第２の導入部５１１ｄとの間で冷却水を流通させる経路を切り替えることが、出口側切替弁２２は第１の流出部５１１ｃと第２の流出部５１１ｅとの間で冷却水を流通させる経路を切り替えることが可能なようにそれぞれ設けられている。

次にエンジン５０Ｂについてさらに具体的に説明する。図９に示すように、シリンダブロック５１Ｂには部分Ｗ／Ｊ５１１ａＡの代わりに部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢが設けられている。部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢは、第２の凹凸部Ｐ２の代わりに第３の凹凸部Ｐ３が設けられている点と、冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの軸線方向と周方向との間で切り替わるようになっている点以外、部分Ｗ／Ｊ５１１ａＡと実質的に同一のものとなっている。第３の凹凸部Ｐ３は、冷却水の流通方向の変化に応じて、シリンダブロック５１Ｂから冷却水への熱伝導性を可変にする形状に形成されている。具体的には第３の凹凸部Ｐ３は、シリンダ５１ａの軸線方向に沿って波状に屈曲するとともに、山となる部分がシリンダ５１ａの周方向に沿って所定間隔毎に切除された板状部材により形成されている。

この点、かかる第３の凹凸部Ｐ３の具体的な形状は、例えば図１０（ａ）に示すように、山となる部分が四角形状に屈曲した形状によって形成することができる。また第３の凹凸部Ｐ３は、例えば図１０（ｂ）に示すように、山となる部分が三角形状に屈曲した形状によって形成することができる。そしてかかる第３の凹凸部Ｐ３は、これら図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、波状に屈曲した第１の方向Ｔ１に沿って見た場合に面が現れる一方で、これに直交する第２の方向Ｔ２に沿って見た場合には面が現れない形状となっており、この結果、第１の方向Ｔ１に沿って見た場合のほうが第２の方向Ｔ２に沿って見た場合よりも投影面積が大きくなる。

このため、冷却水が第１の方向Ｔ１に沿って流通する場合には、屈曲した部分で流れの剥離が発生したり、屈曲した部分が抵抗となって流量の低下が発生したりする。一方、冷却水が第２の方向Ｔ２に沿って流通する場合には、第１の方向Ｔ１に沿って流通する場合よりも、相対的に冷却水の流量を増大させることができる。また、冷却水が第２の方向Ｔ２に沿って流通する場合には、第１の方向Ｔ１に沿って流通する場合よりも、接触する表面積を相対的に大きくすることもできる。このため、冷却水を第２の方向Ｔ２に沿って流通させた場合には、第１の方向Ｔ１に沿って流通させた場合よりもシリンダブロック５１Ｂから冷却水への熱伝導性を相対的に高めることができる。

これに対して、第３の凹凸部Ｐ３は具体的には第１の方向Ｔ１がシリンダ５１ａの軸線方向に、第２の方向Ｔ２がシリンダ５１ａの周方向になるようにして、部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢのうち、内側壁面Ｗ全般に設けられている。そしてこれにより第３の凹凸部Ｐ３は、直交する２つの流通方向（具体的にはシリンダ５１ａの軸線方向および周方向）の間での冷却水の流通方向の変化に応じて、シリンダブロック５１Ｂから冷却水への熱伝導性を可変にする凹凸部として設けられている。またこれにより第３の凹凸部Ｐ３は、冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの周方向である場合に、シリンダ５１ａの軸線方向である場合よりも熱伝導性を相対的に高めることが可能な凹凸部として設けられている。またこのように第３の凹凸部Ｐ３が設けられることで、切替弁２１、２２は部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向を第１の方向Ｔ１と、第１の方向Ｔ１よりも第３の凹凸部Ｐ３によって熱伝導性が高くなる第２の方向Ｔ２との間で変更可能な流通方向変更手段となっている。

ＥＣＵ７０Ｂは、切替弁２１、２２が制御対象としてさらに電気的に接続される点と、以下に示す制御手段が機能的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でも、シリンダヘッド５２Ｂの冷却能力を調整するための制御を行う制御手段が機能的に実現される。そしてこの制御手段は、シリンダヘッド５２Ｂの冷却能力を抑制するための制御を行うにあたり、具体的には機関運転状態が高負荷（さらに具体的には低回転高負荷）である場合に、シリンダヘッド５２Ｂ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。この点、この制御手段はさらに具体的に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／Ｊ５２１Ｂ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。
さらにＥＣＵ７０Ｂでは、制御手段が、機関運転状態が低回転高負荷である場合に、シリンダブロック５１Ｂから冷却水への熱伝導性を高めるための制御を行うように実現される。熱伝導性を高めるための制御を行うにあたり、制御手段は具体的には部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの周方向になるように切替弁２１、２２を制御するように実現される。

また制御手段は、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５０Ｂ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、制御手段が制御を行うにあたっては、具体的には前述した制御指針に沿った制御を行うことができる。
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、前述の通り吸気ポート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または部分流量調節弁６１を閉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、例えば部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの軸線方向になるように切替弁２１、２２を制御することができる。
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または部分流量調節弁６２を閉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、前述の通りシリンダヘッド５２Ｂ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５２Ｂの断熱を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４または各部分流量調節弁６１から６４までを閉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または部分流量調節弁６１を閉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、例えば部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの軸線方向になるように切替弁２１、２２を制御することができる。

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、前述の通り吸気ポート５２ａとシリンダ５１ａ上部との冷却、およびシリンダヘッド５２Ｂ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または部分流量調節弁６１を全開にすることができる。またシリンダ５１ａ上部の冷却を図るにあたっては、例えば部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの周方向になるように切替弁２１、２２を制御することができる。またシリンダヘッド５２Ｂの断熱を図るにあたっては、例えば流量調節弁１４または各部分流量調節弁６１から６４までを閉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、前述の通り点火プラグ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、または部分流量調節弁６３、部分流量調節弁６４および部分流量調節弁６２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、または部分流量調節弁６１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、例えば部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの周方向になるように切替弁２１、２２を制御することができる。

また区分Ｄ５に対応する機関冷間時には、前述の通りシリンダヘッド５２Ｂ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。
そしてシリンダヘッド５２Ｂの熱伝達促進を図るにあたっては、シリンダヘッド５２Ｂでの冷却水の受熱の寄与が大きいことを考慮し、例えば熱負荷の大きい部分に対応する部分流量調節弁６２、６３を大き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、または部分流量調節弁６１を閉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、例えば部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの軸線方向になるように切替弁２１、２２を制御することができる。

また区分Ｄ６に対応する機関始動時には、前述の通り吸気ポート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、または部分流量調節弁６１を閉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、または部分流量調節弁６３を閉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、例えば部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの軸線方向になるように切替弁２１、２２を制御することや、Ｗ／Ｐ１１を停止、或いは低吐出量で駆動することができる。

これに対して冷却装置１Ｂ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とともに、各部分流量調節弁６１から６４までについては、基本的に全開に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および切替弁２１、２２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、部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの軸線方向になるように切替弁２１、２２を制御するよう実現される。
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を閉弁するための制御を行うとともに、部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの周方向になるように切替弁２１、２２を制御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とともに、部分Ｗ／Ｊ５１１ａＢにおける冷却水の流通方向がシリンダ５１ａの周方向になるように切替弁２１、２２を制御するように実現される。

そして冷却装置１Ｂ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５２Ｂを流通する冷却水の流量を低下させることで、エンジン５０Ｂ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１Ｂでは、流量調節弁１４が全開でない場合にシリンダヘッド５２Ｂへの冷却水の流通を抑制することで、シリンダヘッド５２Ｂの冷却能力を抑制していることになる。この点、冷却装置１Ｂではさらに具体的には、流量調節弁１４を閉弁している場合にシリンダヘッド５２Ｂの冷却能力を抑制していることになる。

なお、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、切替弁２１、２２および部分流量調節弁６１から６４までを適宜制御することで、各区分Ｄ１からＤ６までにおいて全体的な制御の整合性や簡素化などを考慮した上述の制御と異なる制御を行うように実現されてもよい。これにより各区分Ｄ１からＤ６までにおいて、さらにエンジン５０Ｂの運転を好適に成立させることもできる。

次にＥＣＵ７０Ｂで行われる処理を図１１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６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を閉弁するとともに、切替弁２１、２２をシリンダ５１ａの軸線方向側に制御する（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を閉弁するとともに、切替弁２１、２２をシリンダ５１ａの周方向側に制御する（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を全開にするとともに、切替弁２１、２２をシリンダ５１ａの周方向側に制御する（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、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を閉弁する。そしてこれにより、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ｂ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５２Ｂ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１Ｂではシリンダブロック５１Ｂの冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２Ｂ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／Ｊ５２１Ｂを流通する冷却水の流量を制限する。このため冷却装置１Ｂ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。
また冷却装置１Ｂでは、流量調節弁１４がシリンダヘッド５２Ｂの冷却能力を抑制するようにヘッド側Ｗ／Ｊ５２１Ｂ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５１Ｂの冷却能力を高めるようにブロック側Ｗ／Ｊ５１１Ｂ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１Ｂ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好適に抑制できる。

さらに冷却装置１Ｂでは、機関運転状態が低回転高負荷である場合に、切替弁２１、２２をシリンダ５１ａの周方向側に制御することで、シリンダブロック５１Ｂから冷却水への熱伝導性を高めることができる。このため冷却装置１Ｂではこれにより吸気をさらに冷却でき、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１Ｂ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５０Ｂの運転を好適に成立させることができる。このため冷却装置１Ｂは特定の運転状態だけでなく、通常行われるエンジン５０Ｂ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。

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。

また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行う制御は、本発明においては必ずしも上述した実施例に限られず、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或いは機関冷間時、また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冷却能力調整手段を制御することで、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冷却媒体通路に蓄熱冷却媒体を優先的に供給す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。

また上述した実施例２では、第３の凹凸部Ｐ３が冷却能力調整手段としての流量調節弁１４と組み合わされて適用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、冷却水の流通方向の変化に応じて、シリンダブロックから冷却水への熱伝導性を可変にする凹凸部は、シリンダヘッドの冷却能力を調整可能なその他の冷却能力調整手段（例えば実施例１で説明したＷ／Ｐ１１、流量調節弁１４および第１の凹凸部Ｐ１）と組み合わされて適用されてもよい。

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
２１ 入口側切替弁
２２ 出口側切替弁
５０Ａ、５０Ｂ エンジン
５１Ａ 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
６１、６２、６３、６４ 部分流量調節弁
７０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 複数の異なる冷却系統に別個に組み込まれた複数の部分冷却媒体通路を備える第１の冷却媒体通路を形成するとともに、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第１の凹凸部を前記第１の冷却媒体通路に設けたシリンダヘッドを備えるエンジンと、
   機関運転状態に応じて、前記第１の冷却媒体通路に流通させる冷却媒体の流速を、前記複数の部分冷却媒体通路それぞれにおいて部分的に変更する場合を含めて変更するための制御を行う制御手段と、を備えるエンジンの冷却装置。
2. 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、機関運転状態が低回転高負荷である場合に、前記第１の冷却媒体通路に流通させる冷却媒体の流速を前記第１の凹凸部で冷却媒体の流れの剥離が発生する流速に変更するための制御を行うエンジンの冷却装置。
3. 請求項２記載のエンジンの冷却装置であって、
   前記エンジンが、シリンダの周辺部に第２の冷却媒体通路を形成するとともに、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第２の凹凸部を前記第２の冷却媒体通路のうち、前記シリンダ側に位置する壁面に設けたシリンダブロックをさらに備え、
   前記制御手段が、機関運転状態が低回転高負荷である場合に、前記第２の冷却媒体通路に流通させる冷却媒体の流速を、前記第２の凹凸部で冷却媒体の流れの剥離が発生しない流速に変更するための制御をさらに行うエンジンの冷却装置。
4. シリンダの周辺部に冷却媒体通路を形成するとともに、冷却水の流通方向の変化に応じて、冷却水への熱伝導性を可変にする凹凸部を前記冷却媒体通路に設けたシリンダブロックを備えるエンジンと、
   前記シリンダヘッドの冷却能力を調整可能な冷却能力調整手段と、
   前記冷却媒体通路における冷却水の流通方向を第１の方向と、該第１の方向よりも前記凹凸部によって熱伝導性が高くなる第２の方向との間で変更可能な流通方向変更手段と、
   機関運転状態が低回転高負荷である場合に、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行うとともに、前記流通方向変更手段を制御することで、前記冷却媒体通路における冷却水の流通方向を前記第２の方向に変更するための制御を行う制御手段と、を備えるエンジンの冷却装置。

Images