(57)【要約】【課題】燃焼室に露出して設置されたアクチュエータの過熱を抑制することのできるエンジン冷却装置を提供する。【解決手段】燃焼室に露出して設置された筒内インジェクタを備えるエンジンに適用されるエンジン冷却装置は、流量調整弁２１の開度制御を通じて、エンジンの内部を通って循環する冷却水の流量を制御する流量制御部３０を備える。流量制御部３０は、エンジンの運転状況に応じて流量調整弁の目標開度Ｖｔｒｇを設定する目標開度設定部３１と、筒内インジェクタの推定温度Ｔｉｎｊを取得し、その推定温度Ｔｉｎｊが規定の保護温度Ｔｐｒｏ以上となっている場合、目標開度Ｖｔｒｇに関わらず、流量調整弁２１の開度を最大開度Ｖｍａｘとする保護制御部３３と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に露出して設置されたアクチュエータを備えるエンジンに適用されるエンジン冷却装置において、
前記エンジンの内部を通って循環する冷却水の流量を調整する弁であって、同弁の開度の増大に応じて前記冷却水の流量を増加させる流量調整弁と、
前記エンジンの運転状況に応じて前記流量調整弁の目標開度を設定する目標開度設定部と、
前記アクチュエータの温度を取得するとともに、同アクチュエータの温度が規定の保護温度以上となっているときには、前記目標開度設定部が設定した目標開度よりも前記流量調整弁の開度を大きくする保護制御部と、
を備えるエンジン冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの内部を通って循環する冷却水により同エンジンを冷却するエンジン冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、点火プラグ及び筒内インジェクタが気筒上部中央に設置された、いわゆるセンタ噴射式のエンジンが記載されている。一方、特許文献２には、エンジンの内部を通って循環する冷却水の流量を調整する流量調整弁を備え、上記冷却水の流量をエンジンの運転状況に応じて制御するエンジン冷却装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０５８７７号公報
【特許文献２】特開２０００−０１８０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記センタ噴射式のエンジンにおける点火プラグや筒内インジェクタのような、燃焼室に露出して設置されたアクチュエータは、燃焼室内の燃焼に曝されるため、高温となり易い。こうしたアクチュエータを備えるエンジンに、上記のような冷却水の流量制御を行うエンジン冷却装置を適用した場合、エンジンの運転状況に応じて冷却水の流量が増減されるため、状況によっては、エンジンにおける上記アクチュエータの周辺部分の冷却が不十分となってアクチュエータの過熱が生じる虞がある。特に、上記センタ噴射式のエンジンでは、筒内インジェクタと点火プラグとが近接して配置されており、筒内インジェクタのノズルに近い位置で燃焼が起きるため、筒内インジェクタが高温になり易くなっている。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、燃焼室に露出して設置されたアクチュエータの過熱を抑制することのできるエンジン冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するエンジン冷却装置は、燃焼室に突出して設置されたアクチュエータを備えるエンジンに適用される。そして、同エンジン冷却装置は、上記エンジンの内部を通って循環する冷却水の流量を調整する弁であって、同弁の開度の増大に応じて前記冷却水の流量を増加させる流量調整弁と、エンジンの運転状況に応じて前記流量調整弁の目標開度を設定する目標開度設定部と、上記アクチュエータの温度を取得するとともに、同アクチュエータの温度が規定の保護温度以上となっているときには、目標開度設定部が設定した目標開度よりも流量調整弁の開度を大きくする保護制御部と、を備える。
【０００７】
上記エンジン冷却装置では、エンジンの内部を通って循環する冷却水により同エンジンを冷却する。そして、エンジン効率を向上すべく、目標開度設定部による流量調整弁の目標開度の設定を通じて、エンジンの運転状況に応じて上記冷却水の流量を制御している。
【０００８】
一方、上記エンジン冷却装置が適用されるエンジンは、燃焼室に露出して設置された筒内インジェクタや点火プラグなどのアクチュエータを備えている。こうしたアクチュエータは、燃焼室内での燃焼により受けた熱を、エンジンにおける同アクチュエータの周囲の部分（以下、アクチュエータ周辺部と記載する）に逃がしている。しかしながら、上記のようなエンジンの運転状況に応じた冷却水の流量制御の結果、エンジンの内部におけるアクチュエータ周辺部分を流れる冷却水の流量が不十分となると、アクチュエータの過熱が生じる虞がある。
【０００９】
これに対して上記エンジン冷却装置では、アクチュエータの温度が規定の保護温度以上となると、保護制御部が、目標開度設定部が設定した目標開度よりも流量調整弁の開度を大きくして、冷却水の流量を増加させる。これにより、アクチュエータ周辺部の冷却性が高まって、更なるアクチュエータの温度上昇が抑えられる。したがって、上記エンジン冷却装置によれば、燃焼室に露出して設置されたアクチュエータの過熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンジン冷却装置の一実施形態の構成を模式的に示す図。
【図２】同エンジン冷却装置に設けられた流量制御部の制御構造を示すブロック図。
【図３】同エンジン冷却装置の制御態様の一例を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、エンジン冷却装置の一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のエンジン冷却装置が適用されるエンジン１０は、気筒１１が形成されたシリンダブロック１２と、その上部に組み付けられたシリンダヘッド１３と、を備えている。気筒１１内には、往復動可能にピストン１４が配設されている。気筒１１におけるピストン１４よりもシリンダヘッド１３側の部分には、混合気の燃焼が行われる燃焼室１５が区画形成されている。そして、シリンダヘッド１３における気筒１１の上部中央にあたる部分には、燃焼室１５内の混合気を点火する点火プラグ１６と、燃焼室１５内に燃料を噴射する筒内インジェクタ１７とが組み付けられている。なお、筒内インジェクタ１７は、燃料を噴射するアクチュエータであり、ノズル部分を燃焼室１５に露出した状態で設置されている。
【００１２】
シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の内部には、ウォータジャケット１８が形成されている。本実施形態のエンジン冷却装置は、こうしたウォータジャケット１８を通って冷却水を循環する冷却水回路１９を備えている。
【００１３】
冷却水回路１９には、ウォータジャケット１８に冷却水を吐出するウォータポンプ２０が設けられている。また、冷却水回路１９におけるウォータジャケット１８よりも下流側の部分には、流量調整弁２１が設けられている。冷却水回路１９は、流量調整弁２１において、ラジエータ２２を通るラジエータ水路２３、スロットルボディやＥＧＲクーラなどのエンジン１０の各デバイス２４を通るデバイス水路２５、及びヒータコア２６を通るヒータ水路２７の３つの水路に分岐されている。そして、冷却水回路１９は、それら３つの水路の合流後、ウォータポンプ２０に戻るように構成されている。
【００１４】
流量調整弁２１には、冷却水を吐出する吐出ポートとして、ヒータ水路２７に繋がるラジエータポートＰ１、デバイス水路２５に繋がるデバイスポートＰ２、及びヒータ水路２７に繋がるヒータポートＰ３の３つのポートを備えている。そして、流量調整弁２１は、内蔵する弁体の動作位置により、各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口面積が変化するように構成されている。
【００１５】
なお、流量調整弁２１の弁体の動作位置と各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口面積との関係は、次の通りとなっている。ここでは、３つの吐出ポートＰ１〜Ｐ３のすべてが全閉となる弁体の動作位置を、開度Ｖが０の動作位置とし、その開度Ｖが０の動作位置からの弁体の動作量として、流量調整弁２１の開度Ｖを表す。流量調整弁２１の開度Ｖを０から増加させていくと、まずデバイスポートＰ２が開き始め、その後の開度Ｖの増加と共にデバイスポートＰ２の開口面積が増加し、やがてデバイスポートＰ２は全開となる。デバイスポートＰ２が全開となる開度から更に開度を増加させていくと、ラジエータポートＰ１が開き始め、その後の開度の増加と共にラジエータポートＰ１の開口面積が増加していくようになる。そして、弁体の許容動作範囲によって決まる流量調整弁２１の最大開度Ｖｍａｘよりも少し手前の開度Ｖにて、ラジエータポートＰ１は全開となる。なお、車室の暖房時には、流量調整弁２１の開度Ｖを０から増加させていったときに、デバイスポートＰ２と共にヒータポートＰ３が開かれるようになっている。ちなみに、こうした流量調整弁２１の開度Ｖを大きくすると、各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口面積の合計が大きくなり、エンジン１０の内部（ウォータジャケット１８）を通って冷却水回路１９を循環する冷却水の流量が増加するようになる。
【００１６】
さらに、本実施形態のエンジン冷却装置は、流量調整弁２１の開度制御を通じて冷却水回路１９を循環する冷却水の流量を制御する流量制御部３０を備える。流量制御部３０には、エンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、燃料噴射量Ｑ、吸入空気量ＧＡ、冷却水温ＴＨＷといったエンジン１０の運転状況を示す各種パラメータが入力されている。
【００１７】
図２に、流量制御部３０の制御構造を示す。同図に示すように、流量制御部３０は、流量調整弁２１の開度制御のための制御構造として、目標開度設定部３１、温度推定部３２、及び保護制御部３３を備える。
【００１８】
（目標開度設定部）
目標開度設定部３１は、エンジン１０の運転状況に応じて、流量調整弁２１の目標開度Ｖｔｒｇを設定して出力する。目標開度設定部３１による目標開度Ｖｔｒｇの値の設定は、例えば下記の態様で行われる。
【００１９】
エンジン１０の冷間始動後の暖機期間における目標開度Ｖｔｒｇの値は、冷却水温ＴＨＷに応じて設定される。具体的には、冷却水温ＴＨＷが規定の水停止解除温度Ｔ１未満の場合、冷却水回路１９の冷却水の循環を停止すべく、目標開度Ｖｔｒｇの値に０が設定される。また、冷却水温ＴＨＷが水停止解除温度Ｔ１以上、且つ同水停止解除温度Ｔ１よりも高い規定の微流量解除温度Ｔ２未満の場合、デバイスポートＰ２が少しだけ開いた状態となる流量調整弁２１の開度Ｖ（以下、微流量開度と記載する）が目標開度Ｖｔｒｇの値に設定される。さらに、冷却水温ＴＨＷが微流量解除温度Ｔ２以上、且つ、エンジン１０の暖機が完了したと判定する暖機完了温度Ｔ３以下の場合には、目標開度Ｖｔｒｇの値は、次のように設定される。すなわち、目標開度Ｖｔｒｇの値は、冷却水温ＴＨＷが微流量解除温度Ｔ２のときには上記微流量開度とされ、冷却水温ＴＨＷが暖機完了温度Ｔ３のときの値をラジエータポートＰ１が開く直前の状態となる流量調整弁２１の開度Ｖ（ラジエータ開開度）とされる。そして、冷却水温ＴＨＷが微流量解除温度Ｔ２から暖機完了温度Ｔ３に向かって上昇するに従って、微流量開度からラジエータ開度へと値が増加するように目標開度Ｖｔｒｇの値が設定される。
【００２０】
一方、暖機完了後には、エンジン回転数ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬに応じて設定される目標水温Ｔｔｒｇに冷却水温ＴＨＷを調整すべく、冷却水温ＴＨＷと目標水温との差に応じて目標開度Ｖｔｒｇの値が設定される。具体的には、エンジン回転数ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬにより規定されるエンジン１０の動作点が、ノッキングが発生し難いエンジン１０の運転領域から外れているときには、暖機完了温度Ｔ３よりも高い規定の低温側目標水温Ｔｌｏが目標水温Ｔｔｒｇの値として設定される。また、上記動作点が、ノッキングが発生し難いエンジン１０の運転領域内にあるときには、低温側目標水温Ｔｌｏよりも高い規定の高温側目標水温Ｔｈｉが目標水温Ｔｔｒｇの値として設定される。そして、目標開度設定部３１は、冷却水温ＴＨＷが目標水温Ｔｔｒｇよりも高い場合には値が徐々に小さくなり、冷却水温ＴＨＷが目標水温Ｔｔｒｇよりも低い場合には値が徐々に大きくなるように、冷却水温ＴＨＷと目標水温Ｔｔｒｇの差に応じて目標開度Ｖｔｒｇの値を調整している。
【００２１】
（温度推定部）
上記流量制御部３０に設けられた温度推定部３２は、上記エンジン１０の筒内インジェクタ１７の温度（以下、インジェクタ温度Ｔｉｎｊと記載する）を推定する。そして、温度推定部３２は、推定したインジェクタ温度Ｔｉｎｊの値を保護制御部３３に出力している。
【００２２】
なお、温度推定部３２は、吸入空気量ＧＡ、燃料噴射量Ｑ、冷却水温ＴＨＷ等からインジェクタ温度Ｔｉｎｊの推定値を算出している。このときのインジェクタ温度Ｔｉｎｊの推定値の算出は、シリンダヘッド１３や噴射する燃料への伝熱、噴射した燃料の気化熱、燃焼室１５内での燃焼熱などを考慮した筒内インジェクタ１７の熱収支モデルに従って行われる。
【００２３】
（保護制御部）
保護制御部３３は、温度推定部３２が出力したインジェクタ温度Ｔｉｎｊの推定値を取得するとともに、そのインジェクタ温度Ｔｉｎｊの推定値を規定の保護温度Ｔｐｒｏと比較する。保護温度Ｔｐｒｏの値には、筒内インジェクタ１７の正常動作が保証されるインジェクタ温度Ｔｉｎｊの範囲である許容温度範囲の上限よりも若干低い温度が設定されている。そして、保護制御部３３は、インジェクタ温度Ｔｉｎｊの値が保護温度Ｔｐｒｏ未満である場合には０を出力し、インジェクタ温度Ｔｉｎｊの値が保護温度Ｔｐｒｏ以上である場合には、流量調整弁２１の最大開度Ｖｍａｘを出力する。
【００２４】
以上説明した目標開度設定部３１、温度推定部３２、及び保護制御部３３を備える流量制御部３０は、目標開度設定部３１が設定した目標開度Ｖｔｒｇの値と保護制御部３３の出力値とを比較し、より大きい方の値となるように流量調整弁２１の開度を制御する。目標開度設定部３１が設定する目標開度Ｖｔｒｇの値は、０以上、最大開度Ｖｍａｘ以下である。そのため、保護制御部３３の出力値が０のときには、流量調整弁２１の開度Ｖは、目標開度設定部３１が設定した目標開度Ｖｔｒｇの値に制御される。これに対して、保護制御部３３の出力値が最大開度Ｖｍａｘのときには、流量調整弁２１の開度Ｖは、最大開度Ｖｍａｘに制御される。すなわち、保護制御部３３は、インジェクタ温度Ｔｉｎｊが保護温度Ｔｐｒｏ以上となっているときには、最大開度Ｖｍａｘを出力することで、目標開度設定部３１が設定した目標開度Ｖｔｒｇよりも流量調整弁２１の開度Ｖを大きくしている。
【００２５】
（作用効果）
続いて、以上のように構成された本実施形態のエンジン冷却装置の作用、並びに効果を記載する。
【００２６】
上述のように、本実施形態のエンジン冷却装置が適用されるエンジン１０には、ノズル部分が燃焼室１５に露出した状態で筒内インジェクタ１７が設置されている。そのため、筒内インジェクタ１７は、燃焼室１５内の燃焼熱を受けて、高温となり易くなっている。また、上記エンジン１０では、筒内インジェクタ１７は、点火プラグ１６に近接して設置されており、ノズルに近い位置で燃焼が起きることも、筒内インジェクタ１７が高温になり易い要因となっている。
【００２７】
一方、本実施形態のエンジン冷却装置では、エンジン１０の運転状況に応じて冷却水の流量を制御している。そのため、状況によっては、ウォータジャケット１８における筒内インジェクタ１７の周辺部分における冷却水の流量が、インジェクタ温度Ｔｉｎｊの上昇を抑えるには不十分な流量となることがある。そして、その結果、インジェクタ温度Ｔｉｎｊが許容温度範囲の上限を超えて筒内インジェクタ１７の過熱が生じる虞がある。
【００２８】
これに対して本実施形態のエンジン冷却装置では、インジェクタ温度Ｔｉｎｊが規定の保護温度Ｔｐｒｏ以上となると、保護制御部３３によって流量調整弁２１の開度Ｖが最大開度Ｖｍａｘとされる。そのため、それまでは目標開度設定部３１が設定した目標開度Ｖｔｒｇの値に制御されていた流量調整弁２１の開度Ｖが増大され、冷却水回路１９を循環する冷却水の流量が、ひいてはウォータジャケット１８における筒内インジェクタ１７の周辺部分を流れる冷却水の流量が増加する。そして、筒内インジェクタ１７の周辺部分の冷却性が高まって、更なるインジェクタ温度Ｔｉｎｊの上昇が抑えられるようになる。
【００２９】
図３に、こうした本実施形態のエンジン冷却装置の制御態様の一例を示す。なお、同図に示される期間には、目標開度設定部３１により設定された目標開度Ｖｔｒｇの値は、一定の値Ｖ１となっている。なお、このときの状況では、こうした目標開度Ｖｔｒｇの値Ｖ１は、ウォータジャケット１８における筒内インジェクタ１７の周辺部分に、インジェクタ温度Ｔｉｎｊの上昇を抑えるために必要な流量の冷却水を流すには不十分な値となっている。そのため、流量調整弁２１の開度Ｖを目標開度Ｖｔｒｇの値Ｖ１のままに維持すれば、同図に破線で示すように、インジェクタ温度Ｔｉｎｊは上がり続けていってしまう。
【００３０】
これに対して、本実施形態のエンジン冷却装置では、この時刻ｔ１において、インジェクタ温度Ｔｉｎｊの推定値が保護温度Ｔｐｒｏに達すると、保護制御部３３により、流量調整弁２１の開度Ｖが最大開度Ｖｍａｘに増大される。その結果、この時刻ｔ１以降、ウォータジャケット１８の冷却水の流量が増加して、筒内インジェクタ１７の周辺部分の冷却が進むため、インジェクタ温度Ｔｉｎｊの上昇が留められる。なお、その後の時刻ｔ２において、インジェクタ温度Ｔｉｎｊが保護温度Ｔｐｒｏ未満に低下すると、流量調整弁２１の開度Ｖは、目標開度設定部３１が設定した目標開度Ｖｔｒｇの値Ｖ１に戻される。
【００３１】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態のエンジン冷却装置が適用されたエンジン１０では、筒内インジェクタ１７が気筒１１の上部中央の部分に設置されていた。これに対して、気筒１１の上部側方に筒内インジェクタが設置されている場合にも、燃焼室１５の燃焼熱に曝されて筒内インジェクタが高温となる虞がある。そのため、そうした位置に筒内インジェクタが設置されたエンジンにも、本実施形態のエンジン冷却装置の適用は効果的である。
【００３２】
・上記実施形態において保護制御部３３は、温度推定部３２による推定値をインジェクタ温度Ｔｉｎｊとして取得していた。これに対して、筒内インジェクタ１７、或いはその周辺部分の温度を検出する温度センサをエンジン１０に設置し、その温度センサの検出値をインジェクタ温度Ｔｉｎｊとして取得するように保護制御部３３を構成してもよい。
【００３３】
・上記実施形態において保護制御部３３は、インジェクタ温度Ｔｉｎｊが保護温度Ｔｐｒｏ以上となったときの流量調整弁２１の開度Ｖを、最大開度Ｖｍａｘとしていた。このときの流量調整弁２１の開度Ｖを、目標開度Ｖｔｒｇの値よりも大きい、最大開度Ｖｍａｘ以外の開度としてもよい。例えば、インジェクタ温度Ｔｉｎｊが保護温度Ｔｐｒｏ以上となったときに、それらの温度差に基づき、インジェクタ温度Ｔｉｎｊを保護温度Ｔｐｒｏ未満に低下するために必要な冷却水流量が得られる流量調整弁２１の開度を求め、流量調整弁２１の開度Ｖをその開度とするように保護制御部３３を構成する。
【００３４】
・上記実施形態において保護制御部３３は、インジェクタ温度Ｔｉｎｊが保護温度Ｔｐｒｏ以上となったときに流量調整弁２１の開度Ｖを、目標開度Ｖｔｒｇの値よりも大きくしていた。これに対して、保護制御部３３を、燃料を点火するアクチュエータである点火プラグ１６の温度を取得し、その温度が、点火プラグ１６についての保護温度以上のときには、流量調整弁２１の開度Ｖを目標開度Ｖｔｒｇの値よりも大きくするものとすれば、点火プラグ１６の過熱を抑制するものとしてエンジン冷却装置を構成できる。
【符号の説明】
【００３５】
１０…エンジン、１１…気筒、１２…シリンダブロック、１３…シリンダヘッド、１４…ピストン、１５…燃焼室、１６…点火プラグ、１７…筒内インジェクタ、１８…ウォータジェケット、１９…冷却水回路、２０…ウォータポンプ、２１…流量調整弁、２２…ラジエータ、２３…ラジエータ水路、２４…デバイス、２５…デバイス水路、２６…ヒータコア、２７…ヒータ水路、３０…流量制御部、３１…目標開度設定部、３２…温度推定部、３３…保護制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018091311.tif 000005