(57)【要約】【課題】多気筒エンジンの冷却装置では、一部の気筒を休止させた場合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が形成されたエンジン本体１１を冷却する多気筒エンジン冷却装置２０は、エンジン本体１１においてシリンダ１２毎に独立して設けられる複数の個別冷却路２４と、個別冷却路２４への冷却水の流入を切り替えることができる複数のバルブ２３と、エンジン本体１１の冷却を制御する制御部２５と、を有する。制御部２５は、複数のシリンダ１２の中に休止するものがある場合、燃焼するシリンダ１２または休止するシリンダ１２を、複数のシリンダ１２の間で切り替えて交代させるとともに、シリンダ１２の切り替えによる交代に対応させて、複数のバルブ２３の開閉状態も切り替える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダが形成されたエンジン本体を冷却する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前記シリンダ毎に独立して設けられる複数の個別冷却路と、
前記個別冷却路への冷却水の流入を切り替えることができる複数のバルブと、
前記エンジン本体の冷却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中に休止するものがある場合、
燃焼するシリンダまたは休止する前記シリンダを、複数の前記シリンダの間で切り替えて交代させるとともに、
前記シリンダの切り替えによる交代に対応させて、複数の前記バルブの開閉状態も切り替える、
多気筒エンジン冷却装置。
【請求項２】
前記制御部は、
交代により燃焼を開始する前記シリンダに対応する前記バルブを開き、
交代により燃焼を休止する前記シリンダに対応する前記バルブを閉じる、
請求項１記載の多気筒エンジン冷却装置。
【請求項３】
前記制御部は、
交代により休止を開始してからの休止期間、休止している前記シリンダの温度およびこれと燃焼している前記シリンダとの温度差、閉じている前記個別冷却路の冷却水の温度およびこれと開いている前記個別冷却路の冷却水との温度差、並びに、エンジン出力の増減、の中の少なくとも１つに基づいて、燃焼する前記シリンダまたは休止する前記シリンダを、複数の前記シリンダの間で切り替えて交代させる、
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】
前記制御部は、
前記シリンダの交代制御と同時にまたはその前後に、複数の前記バルブの開閉状態を切り替える、
請求項１から３の中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、休止可能気筒のみを必要に応じて停止させた場合、多気筒エンジンの劣化を招く可能性がある。
たとえば、休止し続けるシリンダと、連続稼働し続けるシリンダとの間では、劣化の進行に差が生じ得る。複数のシリンダの間で劣化の進行に差が生じると、エンジン動作にアンバランスが生じ、エンジンの振動が大きくなる可能性がある。
また、休止期間が長くなると、休止し続けるシリンダの温度と、連続稼働し続けるシリンダの温度との間に、大きな温度差が生じ得る。長期に渡り休止し続けたシリンダにおいて燃焼を再開した場合、シリンダが冷却されていることに起因してピストンとの摩擦が大きくまたは小さくなる。その結果、シリンダ間でロスのアンバランスが生じる。燃焼再開前と比べて燃焼再開後のエンジンの振動が大きくなる。また、エンジン寿命も短くなる可能性がある。
【０００５】
このように多気筒エンジンの冷却装置では、一部の気筒を休止させた場合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、複数のシリンダが形成されたエンジン本体を冷却する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前記シリンダ毎に独立して設けられる複数の個別冷却路と、前記個別冷却路への冷却水の流入を切り替えることができる複数のバルブと、前記エンジン本体の冷却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中に休止するものがある場合、燃焼するシリンダまたは休止する前記シリンダを、複数の前記シリンダの間で切り替えて交代させるとともに、前記シリンダの切り替えによる交代に対応させて、複数の前記バルブの開閉状態も切り替える。
【０００７】
好適には、前記制御部は、交代により燃焼を開始する前記シリンダに対応する前記バルブを開き、交代により燃焼を休止する前記シリンダに対応する前記バルブを閉じる、とよい。
【０００８】
好適には、前記制御部は、交代により休止を開始してからの休止期間、休止している前記シリンダの温度およびこれと燃焼している前記シリンダとの温度差、閉じている前記個別冷却路の冷却水の温度およびこれと開いている前記個別冷却路の冷却水との温度差、並びに、エンジン出力の増減、の中の少なくとも１つに基づいて、燃焼する前記シリンダまたは休止する前記シリンダを、複数の前記シリンダの間で切り替えて交代させる、とよい。
【０００９】
好適には、前記制御部は、前記シリンダの交代制御と同時にまたはその前後に、複数の前記バルブの開閉状態を切り替える、とよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、複数のシリンダの中に休止するものがある場合、燃焼するシリンダまたは休止するシリンダを、複数のシリンダの間で切り替えて交代させるとともに、シリンダの切り替えによる交代に対応させて、複数のバルブの開閉状態も切り替える。よって、複数のシリンダの一部が固定的に休止し続けたり、固定的に燃焼し続けたりしなくなる。その結果、気筒休止による燃費性能の向上とともに、複数のシリンダに対して固定的にこれらを振り分けた場合に生じ得る多気筒エンジンの劣化、たとえば動作アンバランス、振動、燃焼再開後のロスのアンバランスなどを効果的に抑制できる。
【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、本発明の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４】図４は、複数のシリンダの交代制御の一例の説明図である。
【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】
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２０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２１、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３１の生成経路などに基づく自動運転装置３２による自動運転制御により走行する。また、手動運手中には、自動運転装置３２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２には、この他にもエンジン制御部１８が図示されている。
【００１６】
図２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の頭部の燃焼室には、インジェクタ１７が配置される。各シリンダ１２では、インジェクタ１７が噴射した燃料と空気との混合気をピストン１３の上昇で圧縮し、図示外のプラグで燃焼させ、燃焼気体の圧力によりピストン１３を押し下げる。このピストン１３を押し下げる力は、コンロッド１６およびフライホイール１４を通じて出力軸１５を回転させる。そして、基本的には、インジェクタ１７から噴射する燃料の量を増やすと出力軸１５の回転トルクおよび回転速度が上昇し、減らすと出力軸１５の回転トルクおよび回転速度が降下する。
【００１７】
エンジン制御部１８は、インジェクタ１７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。
また、エンジン制御部１８は、４つのインジェクタ１７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１７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１７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１７からの燃料噴射を休止させる。これにより、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１７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１７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、このように多気筒エンジン４の複数のシリンダ１２の中の一部を休止させて動作させた場合、休止状態のシリンダ１２が発生することに起因して、多気筒エンジン４の劣化を招く可能性がある。
たとえば、複数のシリンダ１２が設けられる多気筒エンジン４では、一般的に、図２に点線で示すように、シリンダ１２の配列方向に沿って冷却経路が設けられる。そして、この冷却経路に冷却水を循環させることで、エンジンを冷却している。
しかしながら、この場合、多気筒エンジン４に設けられる複数のシリンダ１２は、連続稼働状態または休止状態にかかわらず冷却され続けることなる。その結果、休止状態にあるシリンダ１２では冷却が進み、燃焼を再開する際にはエンジンの熱効率が低下してしまう。また、このような休止状態が特定のシリンダ１２で固定的に繰り返された場合、他のシリンダ１２との間で劣化の進行に差が生じる。複数のシリンダ１２の間で劣化の進行に差が生じると、エンジン動作にアンバランスが生じる可能性がある。
この他にもたとえば、シリンダ１２間で休止状態にあるシリンダ１２が燃焼を再開する際に、稼働状態にあるシリンダ１２と熱膨張の度合いが異なることから、摩擦も大きく異なることとなる可能性があり、そのようなアンバランスが生じた場合には、燃焼再開前と比べて燃焼再開後のエンジンの振動が大きくなる。また、エンジン寿命も短くなる可能性がある。
【００１９】
このように多気筒エンジン４では、気筒休止に関連した多気筒エンジン４の劣化を抑制することが求められる。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジン冷却装置２０の構成図である。
【００２１】
図３の多気筒エンジン冷却装置２０は、複数のシリンダ１２が形成されたエンジン本体１１を冷却するものであり、ラジエタ２１、ポンプ２２、複数のバルブ２３、複数の個別冷却路２４、冷却系制御部２５、を有する。
【００２２】
複数の個別冷却路２４は、エンジン本体１１においてシリンダ１２毎に独立して分けて設けられる。
【００２３】
複数のバルブ２３は、複数の個別冷却路２４と１対１対応で接続される。バルブ２３は、個別冷却路２４への冷却水の流入を全開と全閉との間で切り替えることができる。
【００２４】
ラジエタ２１は、図１に示すように、車体２の最前部に配置される。ラジエタ２１は、外気により冷却水を冷却する。気化している冷却水は、ラジエタ２１において液化する。
【００２５】
ラジエタ２１、ポンプ２２、複数のバルブ２３、および複数の個別冷却路２４は、冷却管によりその順番で接続される。冷却水は、ポンプ２２の動作により、その循環経路内を循環する。
液化している冷却水は、ポンプ２２の動力により、ラジエタ２１から複数のバルブ２３へ供給される。複数のバルブ２３が開いている場合、冷却水は、個別冷却路２４へ供給される。エンジン本体１１のシリンダ１２は、液化している冷却水により冷却される。
エンジン本体１１を冷却した冷却水は、エンジンの熱を吸収して気化する。気化した冷却水は、循環経路を通じてラジエタ２１へ供給される。これにより、冷却水は再び液化する。
【００２６】
冷却系制御部２５は、エンジン制御部１８、ナビゲーション装置３１、自動運転装置３２、シリンダ別温度センサ３３、冷却路別温度センサ３４、タイマ３５、が接続される。
そして、冷却系制御部２５は、これら各部からの情報に基づいて、エンジン本体１１の冷却を制御する。
【００２７】
シリンダ別温度センサ３３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３３は、シリンダ１２毎の温度を検出する。
【００２８】
冷却路別温度センサ３４は、個別冷却路２４に設けられる。これにより、冷却路別温度センサ３４は、各々の個別冷却路２４に流れる冷却水の温度を検出する。
【００２９】
タイマ３５は、たとえば経過期間などの時間を計測する。
【００３０】
図４は、複数のシリンダ１２の交代制御の一例の説明図である。
【００３１】
冷却系制御部２５は、エンジン制御部１８からシリンダ１２の休止制御を示す信号が入力されると、複数のシリンダ１２の中に休止するものがあると判断する。冷却系制御部２５は、すべての個別冷却路２４へ冷却水を供給する通常冷却制御を終了し、個別冷却路２４への冷却水供給を個別に制御する個別冷却制御を開始する。
【００３２】
個別冷却制御において、冷却系制御部２５は、まず、複数のバルブ２３の開閉を個別に制御し、休止中のシリンダ１２に対応するバルブ２３を閉じて個別冷却路２４への冷却水供給を停止し、連続稼働中のシリンダ１２に対応するバルブ２３を開状態に維持して個別冷却路２４への冷却水供給を継続する。
【００３３】
図４（Ａ）では、エンジン本体１１に一列に配列された４つのシリンダ１２の中、図左側から一番目のシリンダ１２と三番目のシリンダ１２とが稼働状態にある。二番目のシリンダ１２と四番目のシリンダ１２とは休止状態にある。この場合、冷却系制御部２５は、エンジン制御部１８の情報に基づいて、図左側から一番目のバルブ２３および三番目のバルブ２３を開き、これに対応する個別冷却路２４へ冷却水を供給する。これにより、燃焼するシリンダ１２は、冷却水により冷却される。これに対し、図左側から二番目のバルブ２３および四番目のバルブ２３を閉じ、これに対応する個別冷却路２４への冷却水供給を停止する。これにより、休止するシリンダ１２は、冷却水により冷却されなくなる。
また、冷却系制御部２５は、タイマ３５に経過時間の計測を開始させる。
【００３４】
次に、冷却系制御部２５は、エンジン本体１１の冷却状態について監視する。
冷却系制御部２５は、たとえばタイマ３５の経過時間が、交代までの所定の休止期間を経過したか否かを判断する。そして、休止期間を経過している場合、冷却系制御部２５は、休止しているシリンダ１２の交代制御を実行する。
また、シリンダ別温度センサ３３により計測されるシリンダ１２毎の温度に基づいて、休止しているシリンダ１２の温度と、これと燃焼している前記シリンダ１２との温度差と、を判断する。そして、休止しているシリンダ１２の温度が所定の最低温度を低下している場合、または所定値以上の温度差が生じている場合、冷却系制御部２５は、休止しているシリンダ１２の交代制御を実行する。
また、冷却路別温度センサ３４により計測される個別冷却路２４毎の温度に基づいて、休止しているシリンダ１２に対応する個別冷却路２４の冷却水の温度と、これと燃焼している前記シリンダ１２に対応する個別冷却路２４の冷却水の温度との温度差と、を判断する。そして、休止している冷却水の温度が所定の最低温度を低下している場合、または所定値以上の温度差が生じている場合、冷却系制御部２５は、休止しているシリンダ１２の交代制御を実行する。
また、ナビゲーション装置３１の経路情報および自動運転装置３２の制御情報に基づいて、今後に必要となるエンジン出力を判断する。そして、今後のエンジン出力がたとえば増加する予想である場合、冷却系制御部２５は、休止しているシリンダ１２の交代制御を実行する。
【００３５】
休止しているシリンダ１２の交代制御では、冷却系制御部２５は、まず、エンジン本体１１に一列に配列された４つのシリンダ１２の中から、交代により可動させるシリンダ１２と休止させるシリンダ１２とを選択する。
そして、冷却系制御部２５は、シリンダ１２の選択情報を示す信号をエンジン制御部１８へ出力する。エンジン制御部１８は、情報に基づいて、稼働するシリンダ１２と休止するシリンダ１２とを、複数のシリンダ１２の間で切り替える。図４（Ｂ）では、図４（Ａ）において休止していた図左側から一番目のシリンダ１２と三番目のシリンダ１２とを休止状態に切り替える。また、二番目のシリンダ１２と四番目のシリンダ１２とを稼働状態に切り替える。
また、冷却系制御部２５は、選択に基づいて、複数のバルブ２３の開閉状態を切り替える。図４（Ｂ）では、図４（Ａ）において開いていた図左側から一番目のバルブ２３と三番目のバルブ２３とを閉じる。また、二番目のバルブ２３と四番目のバルブ２３とを開く。これにより、交代により燃焼を開始するシリンダ１２に対応するバルブ２３を開き、交代により燃焼を休止するシリンダ１２に対応するバルブ２３を閉じることができる。
【００３６】
また、休止しているシリンダ１２の交代制御を実行した後、冷却系制御部２５は、再びエンジン本体１１の冷却状態の監視を実行する。冷却系制御部２５は、エンジン制御部１８からの休止解除を示す信号が入力されるまで、上述した監視と交代制御とを繰り返し実行する。
これにより、気筒休止中において実際に休止するシリンダ１２を交替させて、一部のシリンダ１２をその間連続的に休止させた場合と比べて、エンジン本体１１の熱バランスを改善できる。
【００３７】
なお、エンジン制御部１８による休止しているシリンダ１２の切り替えタイミングと、冷却系制御部２５によるバルブ２３の切り替えタイミングとは、同時であっても、前後にずれていてもよい。
たとえば自動運転情報やナビ情報の先読みに基づいてエンジン負荷が増減することを事前に予測した場合には、冷却系制御部２５は、負荷の増減に応じて、休止させるシリンダ１２の個数または可動させるシリンダ１２の個数を増減させてもよい。これにより、エンジンの稼働状態を車両の走行状態が変化する前に予め制御でき、滑らかに走行させることができる。
たとえば自動運転制御やナビ情報を先読みすることにより、エンジン負荷が低くなる可能性がある場合には、休止するシリンダ１２を増やすように多気筒エンジン４を制御できる。
この他にもたとえば、自動運転制御やナビ情報を先読みすることにより、気筒休止中にエンジン負荷が高くなる可能性がある場合には、休止するシリンダ１２を減らすように多気筒エンジン４を制御できる。
また、休止しているシリンダ１２を稼働状態に切り替えた場合、該シリンダ１２の温度は少し時間が経過してから上昇する。このため、休止しているシリンダ１２を稼働状態に切り替えた後にバルブ２３を切り替えても、特段の問題は生じない。
また、稼働しているシリンダ１２を休止状態に切り替えた場合、該シリンダ１２の温度はある程度の時間が経過するまで温度が上昇し続けて高い温度を維持する。このため、稼働しているシリンダ１２を休止状態に切り替えた場合、バルブ２３は遅らせて切り替えるのが望ましい。
【００３８】
以上のように、本実施形態では、複数のシリンダ１２の中に休止するものがある場合、燃焼するシリンダ１２または休止するシリンダ１２を、複数のシリンダ１２の間で切り替えて交代させるとともに、シリンダ１２の切り替えによる交代に対応させて、複数のバルブ２３の開閉状態も切り替える。よって、複数のシリンダ１２の一部が固定的に休止し続けたり、固定的に燃焼し続けたりしなくなる。その結果、気筒休止による燃費性能の向上とともに、複数のシリンダ１２に対して固定的にこれらを振り分けた場合に生じ得る多気筒エンジン４の劣化、たとえば動作アンバランス、振動、気筒復帰後のエンジンの熱効率低下、燃焼再開後のロスのアンバランスなどを効果的に抑制できる。
【００３９】
本実施形態では、交代により燃焼を開始するシリンダ１２に対応するバルブ２３を開き、交代により燃焼を休止するシリンダ１２に対応するバルブ２３を閉じる。よって、エンジン本体１１において、燃焼するシリンダ１２を冷却し続けるとともに、休止するシリンダ１２を冷却しないようにすることができる。エンジン本体１１の温度分布の悪化を抑制できる。
【００４０】
本実施形態では、交代により休止を開始してからの休止期間、休止しているシリンダ１２の温度およびこれと燃焼しているシリンダ１２との温度差、閉じている個別冷却路２４の冷却水の温度およびこれと開いている個別冷却路２４の冷却水との温度差、並びに、エンジン出力の増減、の中の少なくとも１つに基づいて、燃焼するシリンダ１２または休止するシリンダ１２を、複数のシリンダ１２の間で切り替えて交代させる。よって、たとえばエンジン本体１１の温度分布を、所定の温度差に抑えることができる。
【００４１】
本実施形態では、シリンダ１２の交代制御と同時にまたはその前後に、複数のバルブ２３の開閉状態を切り替える。このようにシリンダ１２の交代タイミングを基準としてバルブ２３を開閉することにより、バルブ２３の開閉状態は、複数のシリンダ１２の間での燃焼交代または休止交代に対応する上体を好適に維持することができる。
【００４２】
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】
【００４３】
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…インジェクタ
１８…エンジン制御部
２０…多気筒エンジン冷却装置
２１…ラジエタ
２２…ポンプ
２３…バルブ
２４…個別冷却路
２５…冷却系制御部
３１…ナビゲーション装置
３２…自動運転装置
３３…シリンダ別温度センサ
３４…冷却路別温度センサ
３５…タイマ
【図１】
2018053867.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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