(57)【要約】【課題】多気筒エンジンでは、一部の気筒を休止させた場合の特性の劣化を抑制することが求められている。【解決手段】複数のシリンダ１２の一部を休止状態にしながら残部を稼動し続けることで稼働可能なエンジン本体１１を冷却する車両の多気筒エンジン冷却装置３０は、休止可能な一部のシリンダ１２に設けられる第一冷却路３４に冷却水を循環させる第一循環経路３１と、第一循環経路３１に設けられる第一熱交換器３５と、稼動状態に維持される残部のシリンダ１２に設けられる第二冷却路３９に冷却水を循環させる第二循環経路３６と、第二循環経路３６に設けられる第二熱交換器４０と、冷却系制御部４１と、を有する。冷却系制御部４１は、複数のシリンダ１２の一部を休止させながら残部を稼動させて自動車１が巡航する場合、第一循環経路３１および第二循環経路３６の双方に冷却水を循環させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダの一部を休止状態にしながら残部を稼動し続けることで稼働可能なエンジン本体を冷却する車両の多気筒エンジン冷却装置であって、
前記エンジン本体において休止可能な前記一部のシリンダの周囲に個別に設けられる第一冷却路に冷却水を循環させる第一循環経路と、
前記第一循環経路に設けられ、前記一部のシリンダにおいて加熱された冷却水から熱を回収する第一熱交換器と、
前記エンジン本体において稼動状態に維持される前記残部のシリンダの周囲に個別に設けられる第二冷却路に冷却水を循環させる第二循環経路と、
前記第二循環経路に設けられ、前記残部のシリンダにおいて加熱された冷却水から熱を回収する第二熱交換器と、
前記第一循環経路および前記第二循環経路の冷却水の循環を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
複数の前記シリンダの前記一部のシリンダを休止させながら前記残部のシリンダを稼動させて車両が巡航する場合、前記第一循環経路および前記第二循環経路の双方に冷却水を循環させる、
多気筒エンジン冷却装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記第一循環経路での冷却水の流速または流量を、前記第二循環経路での冷却水の流速または流量より小さくする、
請求項１記載の多気筒エンジン冷却装置。
【請求項３】
休止する前記シリンダでは、ピストンの下死点近くで給排気弁を閉じ、上死点近くで前記給排気弁を開く、
請求項１または２記載の多気筒エンジン冷却装置。
【請求項４】
前記第一循環経路および前記第二循環経路は、エンジン本体から前記第一熱交換器または前記第二熱交換器までの区間の外側において、共通のラジエタに接続される、
請求項１から３のいずれか一項記載の多気筒エンジン冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒エンジンを冷却する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒エンジンは、複数のシリンダが形成されたエンジン本体を有する。そして、たとえば自動車といった車両において動力源として用いられる。多気筒エンジンでは、シリンダに燃料および空気を供給し、この混合気を圧縮燃焼させることによりピストンを押し下げ、動力を得る。シリンダに供給する燃料（または混合気）の量を増減することにより、エンジン出力を増減することができる。
ところで、近年、燃費性能の向上などを目的として、多気筒エンジンにおいて、複数のシリンダの中の一部を休止させて動作させる気筒停止技術が研究されている（特許文献１）。
また、特許文献１では、複数のシリンダを、休止可能気筒と連続作動気筒とに分けて、休止している休止可能気筒に対して冷却水を循環させないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０８７７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このように予め複数のシリンダを休止可能気筒と連続作動気筒とに分けると、多気筒エンジンの特性の劣化を招く可能性がある。
たとえば休止しているシリンダの熱と稼動しているシリンダの熱とを共通の冷却水で冷却した場合、休止しているシリンダで暖められた低い温度の冷却水の熱は、稼動しているシリンダで高い温度に暖められた冷却水の温度を下げるために使用される。その結果、熱交換器において効率よく熱を回収することができなくなる。
【０００５】
このように多気筒エンジンでは、一部の気筒を休止させた場合の特性の劣化を抑制することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る多気筒エンジン冷却装置は、複数のシリンダの一部を休止状態にしながら残部を稼動し続けることで稼働可能なエンジン本体を冷却する車両の多気筒エンジン冷却装置であって、前記エンジン本体において休止可能な前記一部のシリンダの周囲に個別に設けられる第一冷却路に冷却水を循環させる第一循環経路と、前記第一循環経路に設けられ、前記一部のシリンダにおいて加熱された冷却水から熱を回収する第一熱交換器と、前記エンジン本体において稼動状態に維持される前記残部のシリンダの周囲に個別に設けられる第二冷却路に冷却水を循環させる第二循環経路と、前記第二循環経路に設けられ、前記残部のシリンダにおいて加熱された冷却水から熱を回収する第二熱交換器と、前記第一循環経路および前記第二循環経路の冷却水の循環を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、複数の前記シリンダの前記一部のシリンダを休止させながら前記残部のシリンダを稼動させて車両が巡航する場合、前記第一循環経路および前記第二循環経路の双方に冷却水を循環させる。
【０００７】
好適には、前記制御部は、前記第一循環経路での冷却水の流速または流量を、前記第二循環経路での冷却水の流速または流量より小さくする、とよい。
【０００８】
好適には、休止する前記シリンダでは、ピストンの下死点近くで給排気弁を閉じ、上死点近くで前記給排気弁を開く、とよい。
【０００９】
好適には、前記第一循環経路および前記第二循環経路は、エンジン本体から前記第一熱交換器または前記第二熱交換器までの区間の外側において、共通のラジエタに接続される、とよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、複数のシリンダを有する多気筒エンジンに対して、エンジン本体に設けられる複数のシリンダの中の一部である第一グループのシリンダの周囲に個別に設けられる第一冷却路に冷却水を循環させる第一循環経路と、稼動状態に維持される残部のシリンダの周囲に個別に設けられる第二冷却路に冷却水を循環させる第二循環経路と、の複数の冷却水の循環経路を用いる。そして、循環経路毎に個別に第一熱交換器および第二熱交換器を設ける。よって、一部のシリンダを休止させながら残部のシリンダを稼動させて車両が巡航する場合に、第一循環経路および第二循環経路の双方に冷却水を循環させることにより、第二熱交換器は、稼動している第二循環経路での高い温度の冷却水から熱を回収し、第一熱交換器は、休止している第一循環経路での低い温度の冷却水から熱を回収することができる。異なる温度の冷却水から個別に熱を回収することにより、高い熱回収効率を得ることができる。
これに対して、仮にたとえば休止しているシリンダの熱と稼動しているシリンダの熱とを共通の冷却水で冷却した場合、休止しているシリンダで暖められた低い温度の冷却水の熱は、稼動しているシリンダで高い温度に暖められた冷却水の温度を下げるために使用される。その結果、休止している第一循環経路での低い温度の冷却水から効率よく熱を回収することができない。また、熱交換器には、稼動している第二循環経路による高い温度の冷却水よりも低い温度の冷却水しか供給することができない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジン冷却装置を用いた自動車の説明図である。
【図２】図２は、図１の多気筒エンジンの模式的な縦断面図である。
【図３】図３は、図２の１つのシリンダの構造の説明図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係る多気筒エンジン冷却装置の構成図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係る多気筒エンジン冷却装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジン冷却装置３０を用いた自動車１の説明図である。
【００１４】
図１の自動車１は、車体２を有する。車体２の車幅方向両側には、車輪３が配置される。また、車体２の前部には、多気筒エンジン４、ラジエタ、などが配置される。
自動車１は、乗員室のシート６に着座した運転手による手動運転操作により、またはナビゲーション装置５１の生成経路などに基づく自動運転装置５２による自動運転制御により走行する。また、手動運転中には、自動運転装置５２は、運転支援制御を実施する。
【００１５】
図２は、図１の多気筒エンジン４の模式的な縦断面図である。
図３は、図２の１つのシリンダ１２の構造の説明図である。
【００１６】
図２および図３の多気筒エンジン４は、エンジン本体１１、エンジン本体１１に一列に並べて形成される４つのシリンダ１２、各シリンダ１２内に配置される４つのピストン１３、４つのフライホイール１４を有する出力軸１５、各ピストン１３とフライホイール１４とを連結する４つのコンロッド１６、を有する。また、各シリンダ１２では、シリンダ１２の上の燃焼室に、吸気路１７および排気路１８が連通する。吸気路１７と排気路１８との間には、インジェクタ１９が配置される。吸気路１７には吸気弁２０が開閉可能に設けられる。排気路１８には排気弁２１が開閉可能に設けられる。
そして、各シリンダ１２では、ピストン１３が上死点から下死点へ下がる際に排気弁２１が閉じた状態で吸気弁２０が開き、外気がシリンダ１２内へ流入する。この際、インジェクタ１９から燃料を噴射し、混合気が生成される。その後、吸気弁２０を閉じ、ピストン１３が下死点から上死点へ上昇することにより、混合気が圧縮される。ピストン１３が上死点付近にある時に、図示外のプラグが点火され、圧縮された混合気が燃焼される。燃焼された圧縮混合気の膨張圧力によりピストン１３が押し下げられる。その後、たとえばピストン１３が下死点から上死点へ再び上昇する際に排気弁２１が開かれ、燃焼ガスが排気路１８を通じて外へ排出される。このようなピストン１３の上下動により、コンロッド１６を通じてフライホイール１４および出力軸１５が回転する。
【００１７】
エンジン制御部２２は、インジェクタ１９から噴射する燃料の量を制御することにより、エンジン出力を制御する。インジェクタ１９から噴射する燃料の量を増やすことにより、出力軸１５の回転トルクおよび回転速度を上げることができる。逆に、燃料の量を減らすことにより、出力軸１５の回転トルクおよび回転速度を下げることができる。
また、エンジン制御部２２は、４つのインジェクタ１９から同じ量の燃料を噴射させるのではなく、４つのインジェクタ１９から異なる量の燃料を噴射させることもできる。具体的にはたとえば、４つのインジェクタ１９の一部から燃料を噴射させるとともに、残りのインジェクタ１９からの燃料噴射を休止させる。このように複数のシリンダ１２の一部を休止状態にしながら稼働することで、燃料の総噴出量を抑えて、燃費を向上させることができる。燃料を噴出しないインジェクタ１９が設けられたシリンダ１２は、燃焼をしない休止状態となる。これに対し、燃料が噴出されるインジェクタ１９が設けられたシリンダ１２は、燃焼をする連続稼働状態となる。
【００１８】
しかしながら、このように予め複数のシリンダ１２を休止可能気筒と連続作動気筒とに分けると、多気筒エンジン４の特性の劣化を招く可能性がある。
たとえば休止しているシリンダ１２の熱と稼動しているシリンダ１２の熱とを共通の冷却水で冷却した場合、休止しているシリンダ１２で暖められた低い温度の冷却水の熱は、稼動しているシリンダ１２で高い温度に暖められた冷却水の温度を下げるために使用される。その結果、熱交換器において効率よく熱を回収することができなくなる。
このように多気筒エンジン４では、一部の気筒を休止させた場合の特性の劣化を抑制することが求められている。
【００１９】
図４は、本発明の第１実施形態に係る多気筒エンジン冷却装置３０の構成図である。
【００２０】
図４の多気筒エンジン冷却装置３０は、複数のシリンダ１２の一部を休止状態にしながら残部を稼動し続けることで稼働可能なエンジン本体１１と、熱交換器およびラジエタとの間で冷却水を循環させることにより、エンジン本体１１を冷却する。
また、図４のエンジン本体１１において、図示左側から一番目のシリンダ１２と三番目のシリンダ１２は、休止せずに連続的に稼動できる。二番目のシリンダ１２および四番目のシリンダ１２は、休止可能である。以下、休止可能な複数のシリンダ１２を第一グループとし、連続稼働される複数のシリンダ１２を第二グループとする。
【００２１】
そして、多気筒エンジン冷却装置３０は、エンジン本体１１において休止可能な第一グループの複数のシリンダ１２に冷却水を循環させる第一循環経路３１と、連続稼働される第二グループの複数のシリンダ１２に冷却水を循環させる第二循環経路３６と、を有する。
第一循環経路３１では、第一ラジエタ３２、第一ポンプ３３、各シリンダ１２の周囲に冷却水を流す複数の第一冷却路３４、第一熱交換器３５、がその順番で環状に連結される。
第二循環経路３６では、第二ラジエタ３７、第二ポンプ３８、各シリンダ１２の周囲に冷却水を流す複数の第二冷却路３９、第二熱交換器４０、がその順番で環状に連結される。
【００２２】
複数の第一冷却路３４および複数の第二冷却路３９は、エンジン本体１１においてシリンダ１２毎に設けられ、エンジン本体１１の内部に形成される。
【００２３】
第一ポンプ３３および第二ポンプ３８は、各々の循環経路において冷却水を循環させる。
【００２４】
第一ラジエタ３２および第二ラジエタ３７は、図１に示すように、車体２の前部に配置される。第一ラジエタ３２および第二ラジエタ３７は、エンジン本体１１を冷却することにより暖められた冷却水を外気で冷却する。
【００２５】
第一熱交換器３５および第二熱交換器４０は、エンジン本体１１を冷却することにより暖められた冷却水から熱を回収する。回収された熱は、たとえば乗員室の加熱、バッテリの保温に用いられる。
【００２６】
また、図４には、第一循環経路３１および第二循環経路３６での冷却水の循環を制御する冷却系制御部４１が図示されている。
冷却系制御部４１は、エンジン制御部２２、ナビゲーション装置５１、自動運転装置５２、空調装置５３、シリンダ別温度センサ５４、冷却路別温度センサ５５、タイマ５６が接続される。
そして、冷却系制御部４１は、これら各部からの情報に基づいて、第一循環経路３１および第二循環経路３６での冷却水の流れを制御し、エンジン本体１１の冷却を制御する。
【００２７】
空調装置５３は、乗員室を加熱または冷却する。
【００２８】
シリンダ別温度センサ５４は、多気筒エンジン４のエンジン本体１１において、各シリンダ１２の近くに配置される。これにより、シリンダ別温度センサ５４は、シリンダ１２毎の温度を検出する。
【００２９】
冷却路別温度センサ５５は、第一冷却路３４または第二冷却路３９に設けられる。これにより、冷却路別温度センサ５５は、各第一冷却路３４または各第二冷却路３９に流れる冷却水の温度を検出する。
【００３０】
タイマ５６は、たとえば経過期間などの時間を計測する。
【００３１】
次に、図４の多気筒エンジン冷却装置３０の動作について説明する。
【００３２】
エンジンを始動し、冷却水およびエンジン本体１１の温度が安定すると、冷却系制御部４１は、エンジン負荷などに応じた冷却水の循環制御を開始する。
たとえば略一定の低いエンジン負荷で車両が巡航している場合、冷却系制御部４１は、エンジン制御部２２により第一グループのシリンダ１２を休止させる。
【００３３】
この状態で空調装置５３が熱を必要としている場合、冷却系制御部４１は、第二ポンプ３８により、稼動する第二グループに対応する第二循環経路３６での冷却水の循環だけでなく、第一ポンプ３３により、休止させた第一グループに対応する第一循環経路３１での冷却水の循環を継続する。第一循環経路３１および第二循環経路３６の双方において冷却水が循環する。
これにより、第二循環経路３６の冷却水は、継続して稼働されることにより高い温度にある第二グループのシリンダ１２から熱を吸収する。その結果、第二熱交換器４０は、稼動状態にあるシリンダ１２において暖められた冷却水から、熱を効率よく回収できる。
また、第一循環経路３１の冷却水は、休止しているもののある程度の温度にある第一グループのシリンダ１２から熱を吸収する。その結果、第一熱交換器３５は、休止状態にあるシリンダ１２において暖められた冷却水から、熱を効率よく回収できる。
【００３４】
なお、冷却系制御部４１は、さらに、第一循環経路３１での冷却水の流速または流量を、第二循環経路３６での冷却水の流速または流量より小さくしてよい。
【００３５】
また、冷却系制御部４１は、さらに、休止するシリンダ１２においては、稼動するシリンダ１２の駆動力によりピストン１３が上下動するが、ピストン１３の下死点近くで給気弁および排気弁２１を閉じるとともに上死点近くで給気弁および排気弁２１を開いてもよい。
【００３６】
これに対して、気筒停止した巡航状態において空調装置５３が熱を必要としていない場合、冷却系制御部４１は、第二ポンプ３８により、稼動する第二グループに対応する第二循環経路３６の冷却水の循環を継続する一方で、第一ポンプ３３により、休止させた第一グループに対応する第一循環経路３１での冷却水の循環を停止する。
これにより、休止させた第一グループのシリンダ１２が、過剰な冷却水の循環により過度に冷却されてしまわないようにできる。第一ポンプ３３で冷却水を循環させるための無駄なエネルギも削減できる。
【００３７】
また、たとえばエンジンの出力増加が必要になると予想される場合、空調装置５３が熱を必要とする稼動を始めると予想される場合、冷却系制御部４１は、休止している第一グループのシリンダ１２が稼働し始める前に、第一循環経路３１での冷却水の循環を開始する。
このため、たとえばエンジンの出力増加のために第一グループのシリンダ１２および第二グループのシリンダ１２を含むすべてのシリンダ１２が稼働する時には、第一循環経路３１および第二循環経路３６の全体において、冷却水が循環する。エンジン本体１１で発生する熱は、冷却水によりラジエタおよび熱交換器へ伝達され、外部へ放出される。エンジンがフル稼働している場合でも、好適な温度範囲に収まるように、エンジン本体１１の全体を冷却できる。
【００３８】
以上のように、本実施形態では、複数のシリンダ１２を有する多気筒エンジン４に対して、エンジン本体１１に設けられる複数のシリンダ１２の中の一部である第一グループのシリンダ１２の周囲に個別に設けられる第一冷却路３４に冷却水を循環させる第一循環経路３１と、稼動状態に維持される残部のシリンダ１２の周囲に個別に設けられる第二冷却路３９に冷却水を循環させる第二循環経路３６と、の複数の冷却水の循環経路を用いる。そして、循環経路毎に個別に第一熱交換器３５および第二熱交換器４０を設ける。よって、一部のシリンダ１２を休止させながら残部のシリンダ１２を稼動させて車両が巡航する場合に、第一循環経路３１および第二循環経路３６の双方に冷却水を循環させることにより、第二熱交換器４０は、稼動している第二循環経路３６での高い温度の冷却水から熱を回収し、第一熱交換器３５は、休止している第一循環経路３１での低い温度の冷却水から熱を回収することができる。異なる温度の冷却水から個別に熱を回収することにより、高い熱回収効率を得ることができる。
これに対して、仮にたとえば休止しているシリンダ１２の熱と稼動しているシリンダ１２の熱とを共通の冷却水で冷却した場合、休止しているシリンダ１２で暖められた低い温度の冷却水の熱は、稼動しているシリンダ１２で高い温度に暖められた冷却水の温度を下げるために使用される。その結果、休止している第一循環経路３１での低い温度の冷却水から効率よく熱を回収することができない。また、熱交換器には、稼動している第二循環経路３６による高い温度の冷却水よりも低い温度の冷却水しか供給することができない。
【００３９】
本実施形態では、休止しているシリンダ１２の熱で暖められる第一循環経路３１での冷却水の流速または流量を、稼動しているシリンダ１２の熱で暖められる第二循環経路３６での冷却水の流速または流量より小さくする。よって、第一循環経路３１の冷却水は、休止しているシリンダ１２において第二循環経路３６の冷却水より長い時間で加熱される。その結果、第一循環経路３１の冷却水の温度を高め、第一熱交換器３５での熱回収効率を高めることができる。
【００４０】
本実施形態において休止するシリンダ１２では、ピストン１３の下死点近くで吸気弁２０および排気弁２１を閉じ、上死点近くで吸気弁２０および排気弁２１を開く。よって、休止するシリンダ１２では、下死点近くで弁を閉じてから上死点近くで弁が開くまでの期間においてピストン１３の上昇により燃焼空気を圧縮できる。その結果、休止するシリンダ１２において圧縮熱を発生させることができ、第一循環経路３１の冷却水の温度を高め、第一熱交換器３５での熱回収効率を高めることができる。
【００４１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る多気筒エンジン冷却装置３０について説明する。以下、同様の構成については第１実施形態と同一の符号を使用し、主に第１実施形態との相違点について説明する。
【００４２】
図５は、本発明の第２実施形態に係る多気筒エンジン冷却装置３０の構成図である。
【００４３】
図５において、第一循環経路３１と第二循環経路３６とは、エンジン本体１１から第一熱交換器３５または第二熱交換器４０までの区間の外側において、共通ラジエタ６１および共通ポンプ６２に接続される。また、共通ポンプ６２と第一循環経路３１との間には、第一開閉バルブ６３が設けられる。共通ポンプ６２と第二循環経路３６との間には、第二開閉バルブ６４が設けられる。
【００４４】
第一開閉バルブ６３および第二開閉バルブ６４は、開閉動作により冷却水の流れを許可したり止めたりする。また、第一開閉バルブ６３および第二開閉バルブ６４は、冷却水の流量を、全開と全閉の間で制御することもできる。
【００４５】
冷却系制御部４１は、共通ポンプ６２を動作させたままで、第一開閉バルブ６３および第二開閉バルブ６４の開閉を制御する。
これにより、たとえば略一定の低いエンジン負荷で車両が巡航している場合に空調装置５３が熱を必要としているときには、冷却系制御部４１は、第二開閉バルブ６４を開いて、稼動する第二グループに対応する第二循環経路３６において冷却水を循環させ、第一開閉バルブ６３を開いて、休止させた第一グループに対応する第一循環経路３１において冷却水を循環させる。
また、気筒停止した巡航状態において空調装置５３が熱を必要としていない場合、冷却系制御部４１は、第二開閉バルブ６４を開いて、稼動する第二グループに対応する第二循環経路３６において冷却水を循環させる一方で、第一開閉バルブ６３を閉じる。
【００４６】
以上のように、本実施形態では、第一循環経路３１と第二循環経路３６とは、エンジン本体１１から第一熱交換器３５までの区間またはエンジン本体１１から第二熱交換器４０までの区間の外側において、共通ラジエタ６１および共通ポンプ６２に接続される。よって、ラジエタおよびポンプの個数を１つずつに減らすことができる。
【００４７】
以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１…自動車（車両）
２…車体
３…車輪
４…多気筒エンジン
６…シート
１１…エンジン本体
１２…シリンダ
１３…ピストン
１４…フライホイール
１５…出力軸
１６…コンロッド
１７…吸気路
１８…排気路
１９…インジェクタ
２０…吸気弁
２１…排気弁
２２…エンジン制御部
３０…多気筒エンジン冷却装置
３１…第一循環経路
３２…第一ラジエタ
３３…第一ポンプ
３４…第一冷却路
３５…第一熱交換器
３６…第二循環経路
３７…第二ラジエタ
３８…第二ポンプ
３９…第二冷却路
４０…第二熱交換器
４１…冷却系制御部
５１…ナビゲーション装置
５２…自動運転装置
５３…空調装置
５４…シリンダ別温度センサ
５５…冷却路別温度センサ
５６…タイマ
６１…共通ラジエタ
６２…共通ポンプ
６３…第一開閉バルブ
６４…第二開閉バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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