(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッドの温度を互いに独立に制御できる仕組みを、簡易かつ低コストで実現する。【解決手段】内燃機関０の内部を流通する冷却水を複数の流れＬ１、Ｌ２に分流し、一方の流れＬ１を気筒を内包するシリンダブロック１に供給し、他方の流れＬ２を燃焼室の天井部及び吸気ポートを構成するシリンダヘッド２に供給するとともに、冷却水Ｌ３をラジエータ４に流入させることで冷却水の温度を降下させ、シリンダブロック１に供給する冷却水Ｌ１が流れる流路上に当該流路を開閉する第一の制御弁６を設け、かつラジエータ４に流入する冷却水Ｌ３が流れる流路上に第二の制御弁７を設けており、内燃機関０の出力の高低に応じて、第一の制御弁６及び第二の制御弁７をともに閉弁する状態と、第一の制御弁６を閉弁し第二の制御弁７を開弁する状態と、第一の制御弁６及び第二の制御弁７をともに開弁する状態とを切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の内部を流通する冷却水を複数の流れに分流した上で、その一方の流れを気筒を内包するシリンダブロックに供給し、他方の流れを燃焼室の天井部及び吸気ポートを構成するシリンダヘッドに供給するとともに、冷却水をラジエータに流入させることで冷却水の温度を降下させる冷却水系統を備えたものであって、
シリンダブロックに供給する冷却水が流れる流路上に当該流路を開閉する第一の制御弁を設け、かつラジエータに流入する冷却水が流れる流路上に当該流路を開閉する第二の制御弁を設けており、
現在の内燃機関の出力の高低に応じて、第一の制御弁及び第二の制御弁をともに閉弁する状態と、第一の制御弁を閉弁しつつ第二の制御弁を開弁する状態と、第一の制御弁及び第二の制御弁をともに開弁する状態とを切り替える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される水冷（または、液冷）式の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の水冷式内燃機関では、ウォータポンプが吐出する冷却水（または、冷却液）を、気筒を内包するシリンダブロック、並びに燃焼室の天井部及び吸気ポートを構成するシリンダヘッドに順次流入させて、これらを冷却する。そして、昇温した冷却水をラジエータにおいて放熱させた後、再度ウォータポンプにより吸引し吐出させてシリンダブロックに送り込むというように、冷却水を循環させる。
【０００３】
ラジエータに流入する冷却水が流れる流路上には、当該流路を開閉する制御弁であるサーモスタットが付設されている。このサーモスタットは、冷却水の温度が所定以上の高温に達したときに開弁して、冷却水がラジエータに向かって流れることを許容する。翻って、冷却水の温度が所定未満であるときには、サーモスタットが閉弁して、冷却水のラジエータへの流入を阻止し、冷却水ひいては内燃機関が過剰に冷却されることを防止する（以上、例えば下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９６６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シリンダブロックの温度が不当に低下すると、気筒のシリンダボアとピストンリングとの間の摩擦損失や、膨脹行程中に燃焼ガスが冷却されることに起因する冷却損失が増大して、内燃機関の効率が悪化する。他方、シリンダヘッドの温度が不当に上昇すると、吸気ポートを通じて気筒に吸引される吸気の密度が低下し、気筒に充填される吸気量が減少して、内燃機関の出力が低減する。
【０００６】
しかしながら、従来の内燃機関の冷却水系統では、シリンダブロックをシリンダヘッドから独立して保温する、あるいはシリンダヘッドをシリンダブロックから独立して冷却することが困難であった。
【０００７】
本発明は、内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッドの温度を互いに独立に制御できる仕組みを、簡易かつ低コストで実現することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するべく、本発明では、内燃機関の内部を流通する冷却水を複数の流れに分流した上で、その一方の流れを気筒を内包するシリンダブロックに供給し、他方の流れを燃焼室の天井部及び吸気ポートを構成するシリンダヘッドに供給するとともに、冷却水をラジエータに流入させることで冷却水の温度を降下させる冷却水系統を備えたものであって、シリンダブロックに供給する冷却水が流れる流路上に当該流路を開閉する第一の制御弁を設け、かつラジエータに流入する冷却水が流れる流路上に当該流路を開閉する第二の制御弁を設けており、現在の内燃機関の出力の高低に応じて、第一の制御弁及び第二の制御弁をともに閉弁する状態と、第一の制御弁を閉弁しつつ第二の制御弁を開弁する状態と、第一の制御弁及び第二の制御弁をともに開弁する状態とを切り替える内燃機関を構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッドの温度を互いに独立に制御できる仕組みを、簡易かつ低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の内燃機関の冷却水系統の回路構成を模式的に示す図。
【図２】同実施形態における内燃機関の運転領域を示す図。
【図３】同実施形態における内燃機関の運転領域及び冷却水温と各制御弁の開弁／閉弁との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態の内燃機関０の冷却水系統の構成を示す。なお、図中、内燃機関０の内部を流通する冷却水の流れを矢印で表している。
【００１２】
冷却水を吸引して吐出するウォータポンプ３は、内燃機関０の出力軸であるクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受ける機械式のポンプであることもあれば、電動機により駆動される電動式のポンプであることもあるが、基本的にはエンジン回転数が高くなるほど冷却水の吐出量及び吐出圧力を増大させるものである。言うまでもなく、機械式のウォータポンプ３は、内燃機関０のクランクシャフトに従動し、その回転数はエンジン回転数に比例する。
【００１３】
ウォータポンプ３が圧送する冷却水は、複数の流れＬ１、Ｌ２に分岐し、その一方の流れＬ１は内燃機関０の各気筒を内包するシリンダブロック１に流入する。この冷却水Ｌ１は、シリンダブロック１と熱交換してこれを冷却しながら、シリンダブロック１内を上昇して、各気筒の燃焼室の天井部及び同気筒に連なる吸排気ポートを構成するシリンダヘッド２に流入する。
【００１４】
もう一方の冷却水の流れＬ２は、シリンダブロック１を迂回して、即ちシリンダブロック１には流入せずに、直接シリンダヘッド２に流入する。しかして、双方の流れＬ１、Ｌ２は、シリンダヘッド２内で合流する。
【００１５】
シリンダヘッド２に流入した冷却水Ｌ１、Ｌ２は、シリンダヘッド２と熱交換してこれを冷却した後、内燃機関０外にある別の熱交換器５へと向かう。熱交換器５は、車室内の空気を暖めるエアコンディショナのヒータコアであったり、内燃機関０の排気通路から吸気通路に還流して吸気に混交するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスを冷却するＥＧＲクーラであったり、車両に搭載された自動変速機の作動流体（トランスミッションフルード）を暖めるＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）フルードウォーマ若しくはＡＴ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）フルードウォーマであったりする。熱交換器５にて車室内空気やＥＧＲガス、変速機の作動流体等と熱交換した冷却水Ｌ０は、再びウォータポンプ３に吸い込まれる。
【００１６】
内燃機関０の内部で高温となった冷却水は、ラジエータ４により空冷する。通常、ラジエータ４には、これを強制空冷するファンが付帯している。車両の走行に伴いエンジンルームに吹き込む走行風のみでラジエータ４内の冷却水Ｌ３を十分冷却できないときには、ラジエータファンを回転させてラジエータ４に向けて送風し、以て冷却水Ｌ３と外気との熱交換を促進する。ラジエータ４にて冷却された冷却水Ｌ３もまた、再びウォータポンプ３に吸い込まれる。
【００１７】
シリンダブロック１に供給される冷却水Ｌ１が流れる流路上には、当該流路を開閉する第一の制御弁６を設置する。これに対し、シリンダブロック１を迂回してシリンダヘッド２に供給される冷却水Ｌ２が流れる流路上には、当該流路を開閉する制御弁を設置しない。
【００１８】
第一の制御弁６を閉じると、ウォータポンプ３が吐出する冷却水の全量Ｌ２がシリンダヘッド２に流入する状態となる。このとき、シリンダブロック１内では、冷却水Ｌ１の流動が起こらない。
【００１９】
第一の制御弁６を開くと、ウォータポンプ３が吐出する冷却水の一部Ｌ１がシリンダブロック１に流入し、残りＬ２がシリンダヘッド２に流入する状態となる。そして、シリンダブロック１内で、冷却水Ｌ１の流動が起こる。
【００２０】
さらに、ラジエータ４により冷却される冷却水Ｌ３が流れる流路上にも、当該流路を開閉する第二の制御弁７を設置する。
【００２１】
第二の制御弁７を閉じると、シリンダヘッド２から流出する冷却水の全量Ｌ０が熱交換器５に流入する状態となる。このとき、ラジエータ４内では、冷却水Ｌ３の流動が起こらない。
【００２２】
第二の制御弁７を開くと、シリンダヘッド２から流出する冷却水の一部Ｌ３がラジエータ４に流入し、残りＬ０が熱交換器５に流入する状態となる。そして、ラジエータ４内で、冷却水Ｌ３の流動が起こる。
【００２３】
本実施形態において、第一の制御弁６、第二の制御弁７はそれぞれ、内燃機関０の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）により開閉操作することが可能な電動サーモスタット（または、電磁制御弁）である。ＥＣＵは、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。
【００２４】
その上で、ＥＣＵ０は、現在の内燃機関０の運転領域［エンジン回転数，エンジントルク（または、エンジン負荷率、アクセル開度、気筒に充填される吸気圧、気筒に充填される吸気量若しくは燃料噴射量）］及び冷却水（特に、シリンダブロック１内の冷却水Ｌ１）の温度に基づき、第一の制御弁６及び第二の制御弁７を各々開閉し、以て内燃機関０のシリンダブロック１及びシリンダヘッド２のそれぞれの温度を個別に制御する。
【００２５】
図２及び図３に、内燃機関０の運転領域及び冷却水温と、第一の制御弁６及び第二の制御弁７の開弁／閉弁との関係を示している。
【００２６】
まず、冷間始動した内燃機関０の暖機が完了する前、即ち冷却水温が未だ閾値（例えば、８０℃）まで上昇していない時期には、内燃機関０の運転領域如何によらず、第一の制御弁６及び第二の制御弁７をともに閉弁する。
【００２７】
第一の制御弁６を閉弁すれば、冷却水Ｌ２が内燃機関０のシリンダヘッド２のみを流通して循環する状態となり、シリンダブロック１の内部を満たす冷却水Ｌ１はシリンダブロック１内で滞留する。並びに、第二の制御弁７を閉弁すれば、ラジエータ４に冷却水Ｌ３が流入しなくなる。従って、内燃機関０及び冷却水の温度上昇を早めることができる。
【００２８】
その後、内燃機関０の暖機が完了した、即ち冷却水温が閾値以上に上昇したならば、内燃機関０の運転領域及び冷却水温に応じて、第一の制御弁６及び第二の制御弁７をそれぞれ開弁するか閉弁するかを決定する。
【００２９】
具体的に述べると、内燃機関０の現在の運転領域が低出力（または、低負荷）域にある、換言すれば現在のエンジン回転数並びにエンジントルク（または、エンジン負荷率等）が何れも低いときには、第一の制御弁６及び第二の制御弁７をともに閉弁し、内燃機関０及び冷却水の温度降下を抑制して、摩擦損失及び冷却損失の増大を抑止する。
【００３０】
内燃機関０の現在の運転領域が中出力（中負荷）域にある、換言すれば現在のエンジン回転数またはエンジントルクの何れか少なくとも一方がある程度以上に（上記の低出力域よりも）高いときには、第一の制御弁６を閉弁しつつ、第二の制御弁７のみを開弁する。
【００３１】
さすれば、冷却水Ｌ３がラジエータ４に流入するようになり、内燃機関０及び冷却水の過剰な温度上昇を防止することができる。しかも、ウォータポンプ３が吐出する冷却水Ｌ２を、シリンダブロック１を迂回して直接シリンダヘッド２に流入させ、シリンダヘッド２内の吸気ポートの温度降下を促すことができる。結果、吸気ポートを通じて気筒に吸引される吸気の温度が不当に高くならず、ノッキングに代表される異常燃焼の発生リスクが低下するとともに、内燃機関０の体積効率が向上し、気筒に充填される吸気量が増加して、内燃機関０の出力性能が高められる。また、異常燃焼が発生しなければ、混合気への点火タイミングをより進角することが許容され、内燃機関０の熱機械変換効率が向上する。
【００３２】
のみならず、第一の制御弁６を閉弁していることで、シリンダブロック１の内部を満たす冷却水Ｌ１がシリンダブロック１内で流動せずに滞留し、シリンダブロック１が保温されて、摩擦損失及び冷却損失の増大を回避することができる。
【００３３】
そして、内燃機関０の現在の運転領域が高出力（高負荷）域にある、換言すれば現在のエンジン回転数またはエンジントルクの何れか少なくとも一方がさらに（上記の中出力域よりも）高いときには、第一の制御弁６及び第二の制御弁７をともに開弁する。これにより、冷却水Ｌ３がラジエータ４に流入し、かつ冷却水Ｌ１がシリンダブロック１を流通する状態となり、内燃機関０の特にシリンダブロック１の温度降下が促進されて、異常燃焼の発生の防止、及び内燃機関０の構成部材の保護を図ることができる。
【００３４】
但し、冷却水温が所定値（この値は当然、暖機判定の閾値よりも高い。例えば、９５℃）を超えて高温となった場合には、たとえ内燃機関０の現在の運転領域が低出力域または中出力域にある（高出力域にない）としても、第一の制御弁６及び第二の制御弁７をともに開弁する。
【００３５】
本実施形態では、内燃機関０の内部を流通する冷却水を複数の流れＬ１、Ｌ２に分流した上で、その一方の流れＬ１を気筒を内包するシリンダブロック１に供給し、他方の流れＬ２を燃焼室の天井部及び吸気ポートを構成するシリンダヘッド２に供給するとともに、冷却水Ｌ３をラジエータ４に流入させることで冷却水の温度を降下させる冷却水系統を備えたものであって、シリンダブロック１に供給する冷却水Ｌ１が流れる流路上に当該流路を開閉する第一の制御弁６を設け、かつラジエータ４に流入する冷却水Ｌ３が流れる流路上に当該流路を開閉する第二の制御弁７を設けており、現在の内燃機関０の出力の高低に応じて、第一の制御弁６及び第二の制御弁７をともに閉弁する状態と、第一の制御弁６を閉弁しつつ第二の制御弁７を開弁する状態と、第一の制御弁６及び第二の制御弁７をともに開弁する状態とを切り替える内燃機関０を構成した。
【００３６】
本実施形態によれば、内燃機関０のシリンダブロック１及びシリンダヘッド２のそれぞれの温度を互いに独立に制御できる仕組みを、簡易かつ低コストで実現することができる。
【００３７】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
０…内燃機関
１…シリンダブロック
２…シリンダヘッド
４…ラジエータ
６…第一の制御弁
７…第二の制御弁
Ｌ１…シリンダブロックに供給する冷却水
Ｌ２…シリンダブロックを迂回してシリンダヘッドに供給する冷却水
Ｌ３…ラジエータに流入する冷却水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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