JP2011202580A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの冷却性を考慮しつつ燃料の気化を促進することで、ノッキングの発生を抑制しつつ、シリンダ上部、且つ排気側の部分に向かって筒内に直接噴射される燃料の気化を促進可能な、さらには両立可能な態様で冷却損失を好適に低減可能なエンジンの冷却装置を提供する。
【解決手段】 冷却装置１Ａは、シリンダ５１ａの上部、且つ排気側の所定部分に向かって燃料を直接噴射可能に設けられた燃料噴射弁５８を備えたエンジン５０Ａにつき、シリンダライナ５４Ａに熱伝導部５４ａＡ、５４ｂＡを構成することで、シリンダ５１ａの上部であり、且つ当該所定部分以外の部分である主要上部を介して行われる熱の伝導性を高めつつ、当該所定部分を介して行われる熱の伝導性を低下させる冷却構造を備える。
【選択図】 図２

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。また従来、筒内に燃料を直接噴射できるように燃料噴射弁を設けたエンジンが知られている。
この点、本発明と構成上、関連性があると考えられる技術として、例えば特許文献１ではインジェクタから噴射された燃料が当たる位置にセラミック膜を形成した直噴式エンジン用のピストンが開示されている。また本発明と構成上、関連性があると考えられる技術として、例えば特許文献２では高熱伝導皮膜を軸方向の上部の外周面に形成したシリンダライナが開示されている。

特開２０００−８８５７号公報 特開２００７−１６７３５号公報

ところで、筒内に直接燃料を噴射可能に燃料噴射弁を設けた場合、噴射された燃料が衝突する部分は、高温であるほうが燃料の気化を促進できるため好ましい。しかしながら、エンジンにおいては冷却の要求があるところ、例えば燃料の気化を促進すべく、当該部分の冷却性のみを低下させるのでは、逆に当該部分でノッキングを誘発する虞がある。この点、シリンダ上部、且つ排気側の部分は吸気側の部分と比較して高温になることから、燃料の気化を促進すべく燃料を噴射するにあたって好適な部分であるところ、かかる部分では特にノッキングを誘発する虞が高くなると考えられる。
一方、エンジンを冷却するにあたっては、高い熱効率を実現できることが望まれる。そしてそのためにはノッキングの発生を抑制しつつ、エネルギ損失全体の大きな割合を占める冷却損失を低減することで、熱効率の向上を図ることが望ましいと考えられる。

そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、エンジンの冷却性を考慮しつつ燃料の気化を促進することで、ノッキングの発生を抑制しつつ、シリンダ上部、且つ排気側の部分に向かって筒内に直接噴射される燃料の気化を促進可能な、さらには両立可能な態様で冷却損失を好適に低減可能な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シリンダが形成されたシリンダブロック、シリンダヘッドおよび前記シリンダの上部、且つ排気側の所定部分に向かって燃料を直接噴射可能に設けられた燃料噴射弁を備えたエンジンにつき、前記シリンダの上部であり、且つ前記所定部分以外の部分である主要上部を介して行われる熱の伝導性を高めつつ、前記所定部分を介して行われる熱の伝導性を少なくとも前記主要上部よりも低下させる冷却構造を備えたエンジンの冷却装置である。

また本発明は前記シリンダブロックの冷却能力を抑制することなく、前記シリンダヘッドの冷却能力を抑制可能な冷却能力調整手段と、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制御手段と、をさらに備えた構成であることが好ましい。

本発明によれば、エンジンの冷却性を考慮しつつ燃料の気化を促進することで、ノッキングの発生を抑制しつつ、シリンダ上部、且つ排気側の部分に向かって筒内に直接噴射される燃料の気化を促進できる。また本発明によれば、さらには両立可能な態様で冷却損失を好適に低減できる。

実施例１にかかるエンジンの冷却装置（以下、単に冷却装置と称す）の概略構成図である。 実施例１にかかるエンジンの概略構成図である。 ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）の概略構成図である。 機関運転状態の分類を模式的に示す図である。 ＥＣＵの動作をフローチャートで示す図である。 実施例１にかかる冷却構造とともに熱伝導の様子を示す図である。 クランク角度に応じた燃焼室の熱伝達率および表面積割合を示す図である。 実施例２にかかるエンジンの概略構成図である。 実施例２にかかる冷却構造とともに熱伝導の様子を示す図である。 実施例３にかかるエンジンの概略構成図である。 実施例３にかかる冷却構造と共に熱伝導の様子を示す図である。

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。

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。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は金属製（ここではアルミ合金製）のシリンダブロック５１およびシリンダヘッド５２を備えている。シリンダブロック５１には第１の冷却媒体通路である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）５１１が形成されている。ブロック側Ｗ／Ｊ５１１はシリンダブロック５１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５２には第２の冷却媒体通路であるヘッド側ウォータジャケット（以下、ヘッド側Ｗ／Ｊと称す）５２１が形成されている。ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１はシリンダヘッド５２に複数（ここでは４つ）の冷却系統を形成している。Ｗ／Ｐ１１が圧送する冷却水は具体的にはブロック側Ｗ／Ｊ５１１およびヘッド側Ｗ／Ｊ５２１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／Ｊ５１１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／Ｊ５１１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／Ｊ５２１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／Ｊ５２１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５２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５２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。この点、流量調節弁１４は具体的には、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１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５２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。

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５１の冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２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５１およびシリンダヘッド５２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５１の冷却能力およびシリンダヘッド５２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５１の冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２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。
さらにこのように設けられた流量調節弁１４は、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制するようにヘッド側Ｗ／Ｊ５２１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５１の冷却能力を高めるようにブロック側Ｗ／Ｊ５１１を流通する冷却水の流量を調節可能な冷却能力調整手段となっている。

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５２の間の部分に、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１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５２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／Ｊ５２１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５２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。

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／Ｊ５２１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／Ｊ５１１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／Ｊ５１１とヘッド側Ｗ／Ｊ５２１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５１にはシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａにはシリンダライナ５４Ａを介してピストン５３が設けられている。シリンダブロック５１には断熱性の高いガスケット５５を介してシリンダヘッド５２が固定されている。ガスケット５５はその高い断熱性でシリンダブロック５１からシリンダヘッド５２への熱伝達を抑制する。シリンダ５１ａ、シリンダヘッド５２およびピストン５３は、燃焼室５６を形成している。シリンダヘッド５２には燃焼室５６に吸気を導く吸気ポート５２ａと、燃焼室５６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５２には、燃焼室５６の上部略中央に臨むようにして点火プラグ５７が設けられている。

さらにシリンダヘッド５２には、燃料噴射弁５８が設けられている。燃料噴射弁５８は筒内に燃料を直接噴射できるように設けられており、具体的にはシリンダヘッド５２の吸気側、且つ吸気ポート５２ａよりもシリンダブロック５１側の部分に設けられている。このように設けられた燃料噴射弁５８はシリンダ５１ａの上部、且つ排気側の所定部分に向かって燃料を直接噴射可能に設けられている。
これに対してシリンダライナ５４Ａはシリンダ５１ａの上部であり、且つ当該所定部分以外の部分である主要上部に対応する部分を高熱伝導部５４ａＡとするとともに、当該所定部分に対応する部分を低熱伝導部５４ｂＡとする熱伝導構造を備えている。

熱伝導部５４ａＡ、５４ｂＡは、具体的には例えばシリンダライナ５４Ａの外周面のうち、主要部分に対応する部分に高熱伝導皮膜を形成するとともに、所定部分に対応する部分に低熱伝導皮膜を形成することで構成することができる。
この点、高熱伝導皮膜は高熱伝導皮膜を特段形成しない場合と比較して、主要部分を介して行われる熱の伝導性を高めることができる皮膜となっており、低熱伝導皮膜は低熱伝導皮膜を特段形成しない場合と比較して、所定部分を介して行われる熱の伝導性を低下させることができる皮膜となっている。
そして熱伝導部５４ａＡ、５４ｂＡを構成するシリンダライナ５４Ａの熱伝導構造は、高熱伝導部５４ａＡを特段構成しない場合と比較して、主要上部を介して行われる熱の伝導性を高めつつ、所定部分を介して行われる熱の伝導性を少なくとも主要部分よりも低下させる冷却構造となっている。

ブロック側Ｗ／Ｊ５１１は、具体的には第１の部分冷却媒体通路である部分Ｗ／Ｊ５１１ａを備えている。部分Ｗ／Ｊ５１１ａはシリンダ５１ａの周辺部に設けられている。
ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１は、具体的には第２の部分冷却媒体通路である複数の部分Ｗ／Ｊ５２１ａ、部分Ｗ／Ｊ５２１ｂ、部分Ｗ／Ｊ５２１ｃおよび部分Ｗ／Ｊ５２１ｄを備えている。部分Ｗ／Ｊ５２１ａは吸気ポート５２ａの周辺部に、部分Ｗ／Ｊ５２１ｂは排気ポート５２ｂの周辺部に、部分Ｗ／Ｊ５２１ｃは点火プラグ５７の周辺部にそれぞれ設けられている。また、部分Ｗ／Ｊ５２１ｄは吸排気弁５２ａ、５２ｂ間や、その他の部分を冷却するために設けられている。部分Ｗ／Ｊ５２１ａから部分Ｗ／Ｊ５２４ｄまではヘッド側Ｗ／Ｊ５２１が形成する４系統の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／Ｊ５２１ａに、第２の部分流量調節弁６２が部分Ｗ／Ｊ５２１ｂに、第３の部分流量調節弁６３が部分Ｗ／Ｊ５２１ｃに、第４の部分流量調節弁６４が、部分Ｗ／Ｊ５２１ｄにそれぞれ対応させて設けられている。

さらに冷却装置１Ａは図３に示すＥＣＵ７０を備えている。ＥＣＵ７０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。ＥＣＵ７０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ＥＣＵ７０で検出される。またＥＣＵ７０にはＷ／Ｐ１１や流量調節弁１４や、第１から第４までの部分流量調節弁６１から６４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、ＥＣＵ７０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。

この点、ＥＣＵ７０では例えば、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制するための制御を行う制御手段が機能的に実現される。
制御手段は、具体的には機関運転状態が高負荷である場合に、シリンダヘッド５２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。
さらに具体的には、制御手段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／Ｊ５２１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。
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４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Ｗ／Ｐ１１については、基本的にエンジン５０Ａ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を閉弁、或いはシリンダヘッド５２への冷却水の流通を抑制しつつ、シリンダヘッド５２における冷却水の沸騰を抑制可能な態様（以下、沸騰抑制態様と称す）で開弁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を全開にするための制御を行うように実現される。

この点、機関運転状態が区分Ｄ３に対応する低回転高負荷である場合に、流量調節弁１４を沸騰抑制態様で開弁するための制御を行うにあたっては、制御手段は具体的には例えばあらゆる条件において冷却水の沸騰を抑制できる必要最小限の開度で流量調節弁１４を開弁することや、シリンダヘッド５２を流通する冷却水の温度を検出或いは推定するとともに、当該冷却水の温度に基づいて流量調節弁１４を間欠的に開弁することや、所定の回転数以上で流量調節弁１４を開弁することなどができる。これによりシリンダヘッド５２の冷却能力を抑制するにあたり、冷却水の沸騰を抑制しつつ、流量調節弁１４が必要以上に開弁されることを抑制できる。

そして冷却装置１Ａでは、制御手段の制御のもと、区分Ｄ３において流量調節弁１４がこのようにシリンダヘッド５２を流通する冷却水の流量を低下させることで、エンジン５０Ａ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１Ａでは、流量調節弁１４が全開でない場合にシリンダヘッド５２への冷却水の流通を抑制することで、シリンダヘッド５２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ではさらに具体的には、流量調節弁１４を閉弁するか、或いは沸騰抑制態様で流量調節弁１４を開弁している場合にシリンダヘッド５２の冷却能力を抑制していることになる。

なお、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た結果、区分Ｄ１、Ｄ２、Ｄ５およびＤ６において、制御手段が流量調節弁１４を閉弁するための制御を行うように実現されている。但しこれに限られず、制御手段は区分Ｄ１、Ｄ２、Ｄ５およびＤ６において、Ｗ／Ｐ１１、流量調節弁１４および各部分流量調節弁６１から６４までを適宜制御することで互いに異なる制御を行うように実現されてもよい。これにより区分Ｄ１、Ｄ２、Ｄ５およびＤ６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。
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、例えば流量調節弁１４を全開にするとともに、流量調節弁１４に代えて各部分流量調節弁６１から６４までを閉弁、或いは沸騰抑制態様で開弁するための制御を行うように実現することもできる。また制御手段は機関運転状態が低回転高負荷である場合に、例えば流量調節弁１４を全開にするとともに、各部分流量調節弁６１から６４までのうち、少なくともいずれかの開度（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や部分流量調節弁６３）を間欠的な態様で全閉状態から小さい開度で開弁するように実現することもできる。これにより、区分Ｄ３においてシリンダヘッド５２の信頼性を好適に確保することもできる。

次にＥＣＵ７０で行われる処理を図５に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０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、ＥＣＵ７０はＷ／Ｐ１１の駆動を開始するとともに（ステップＳ３）、流量調節弁１４を閉弁する（ステップＳ２１）。一方、ステップＳ１で否定判定であれば、ＥＣＵ７０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Ｓ２１に進む。一方、ステップＳ５で否定判定であれば、ＥＣＵ７０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ＥＣＵ７０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Ｓ２１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Ｓ２１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Ｓ３１に進む。このときＥＣＵ７０は流量調節弁１４を閉弁、或いは沸騰抑制態様で開弁する（ステップＳ３１）。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Ｓ４１に進み、ＥＣＵ７０は流量調節弁１４を全開にする（ステップＳ４１）。

次に冷却装置１Ａの作用効果について説明する。冷却装置１Ａでは、図６に示すように、熱伝導部５４ａＡ、５４ｂＡを構成するシリンダライナ５４Ａの冷却構造が、主要上部を介して行われる熱の伝導性を高めつつ、排気側の所定部分を介して行われる熱の伝導性を低下させる。
このため冷却装置１Ａは、主要上部を介した熱の伝導性を高めることでエンジン５０Ａの冷却性を高めつつ、所定部分に向かって噴射される燃料の気化を促進できる。そして、このようにしてエンジン５０Ａの冷却性を高める冷却装置１Ａは、燃料の気化を促進するにあたり、ノッキングが誘発されることを抑制できる。このため冷却装置１Ａは、エンジン５０Ａの冷却性を考慮しつつ燃料の気化を促進することで、ノッキングの発生を抑制しつつ所定部分に向かって筒内に直接噴射される燃料の気化を促進できる。
またこのようにして燃料の気化を促進する冷却装置１Ａは、所定部分を介して行われる熱の伝導性を設定可能な構造となっているため、最適或いはより好適な条件で燃料の気化を促進することもできる。

一方、エンジン５０Ａでは高い熱効率を実現することが望まれる。この点、エンジン５０Ａのクランク角度に応じた燃焼室５６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５２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５２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壁部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壁部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、流量調節弁１４を閉弁、或いは沸騰抑制態様で開弁する。そしてこれにより、ヘッド側Ｗ／Ｊ５２１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５２の冷却能力を抑制でき、以ってエネルギー損失のうち、大きな割合を占める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、シリンダブロック５１の冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド５２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／Ｊ５２１を流通する冷却水の流量を制限する。このため冷却装置１Ａではこれによりシリンダ壁部の冷却を維持でき、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５２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５１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、冷却装置１Ａは熱効率を向上させることができる。また冷却装置１Ａは、このようにして冷却損失を低減することで、上述の冷却構造と両立可能な態様で冷却損失を好適に低減できる。換言すれば、上述の冷却構造はこのようにして行う冷却損失の低減と好適に両立させることができる。

また冷却装置１Ａでは、流量調節弁１４が、シリンダヘッド５２の冷却能力を抑制するようにヘッド側Ｗ／Ｊ５２１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５１の冷却能力を高めるようにブロック側Ｗ／Ｊ５１１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１Ａではこれによって吸気をより一層冷却でき、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。

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を備えている点以外、冷却装置１Ａと実質的に同一のものとなっている。またエンジン５０Ｂは、次に示すようにシリンダライナ５４Ａの代わりにシリンダライナ５４Ｂを備えている点と、流通阻止部５９をさらに備えている点以外、エンジン５０Ａと実質的に同一のものとなっている。このため冷却装置１Ｂ全体の概略構成については図示省略する。

図８に示すように、シリンダライナ５４Ｂはシリンダ５１ａの上部に対応する部分を高熱伝導部５４ａＢとする熱伝導構造を備えている。高熱伝導部５４ａＢは例えばシリンダライナ５４Ｂの外周面のうち、シリンダ５１ａの上部に対応する部分に高熱伝導皮膜を形成することで構成することができる。
流通阻止部５９は部分Ｗ／Ｊ５１１ａを流通する冷却水の流通を部分的に阻止するための構成であり、部分Ｗ／Ｊ５１１ａのうち、所定部分に対応する部分に設けられている。そしてこのように設けられた流通阻止部５９は、部分Ｗ／Ｊ５１１ａを流通する冷却水が、部分Ｗ／Ｊ５１１ａのうち、所定部分に対応する部分を流通することを阻止できるようになっている。
本実施例では、シリンダライナ５４Ｂと流通阻止部５９とで冷却構造が実現されている。

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でも、図９に示すようにシリンダライナ５４Ｂと流通阻止部５９とで実現される冷却構造により、主要上部を介した熱の伝導性を高めることでエンジン５０Ｂの冷却性を高めつつ、排気側の所定部分に向かって噴射される燃料の気化を促進でき、これにより燃料の気化を促進するにあたり、ノックングが誘発されることも抑制できる。
また冷却装置１Ｂは、冷却構造を構成するにあたり、冷却装置１Ａと比較して簡素なシリンダライナ５４Ｂを備えることで、製作容易化を図ることもできる。
また冷却装置１Ｂも、かかる冷却構造と両立可能な態様で冷却装置１Ａと同様にして冷却損失を好適に低減できる。

本実施例にかかる冷却装置１Ｃは、エンジン５０Ｂの代わりにエンジン５０Ｃ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。またエンジン５０Ｃは、流通阻止部５９を備えていない点と、次に示すように密着性低下部６０をさらに備える点以外、エンジン５０Ｂと実質的に同一のものとなっている。このため冷却装置１Ｃ全体の概略構成については図示省略する。

図１０に示すように、エンジン５０Ｃでは排気側の所定部分につき、シリンダ５１ａとシリンダライナ５４Ｂとの密着性を低下させる密着性低下部６０が設けられる。密着性低下部６０は具体的には例えば、排気側の所定部分につき、シリンダ５１ａおよびシリンダライナ５４Ｂそれぞれのうち、少なくとも一方をシリンダ５１ａおよびシリンダライナ５４Ｂ間に隙間を形成可能な形状に形成することで実現できる。この点、かかる形状は排気側の所定部分につき、範囲全体に亘って隙間を形成するものであってもよく、排気側の所定部分につき、複数の凹凸や溝によって範囲全体に亘って分布される隙間を形成するものであってもよい。
本実施例では、シリンダライナ５４Ｂと密着性低下部６０とで冷却構造が実現される。

次に冷却装置１Ｃの作用効果について説明する。冷却装置１Ｃでも、図１１に示すようにシリンダライナ５４Ｂと密着性低下部６０とで実現される冷却構造により、主要上部を介した熱の伝導性を高めることでエンジン５０Ｃの冷却性を高めつつ、排気側の所定部分に向かって噴射される燃料の気化を促進でき、これにより燃料の気化を促進するにあたり、ノッキングが誘発されることも抑制できる。
また冷却装置１Ｃは、冷却構造を構成するにあたり、冷却装置１Ｂと比較して流通阻止部５９を必要としない点で、部品点数の削減を図ることもできる。
また冷却装置１Ｃも、上述の冷却構造と両立可能な態様で冷却装置１Ａと同様にして冷却損失を好適に低減できる。

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１では熱伝導部５４ａＡ、５４ｂＡを構成するシリンダライナ５４Ａが冷却構造を備え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、例えばシリンダが同様の冷却構造を備えてもよい。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 冷却装置
１１ Ｗ／Ｐ
１４ 流量調節弁
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ エンジン
５１ シリンダブロック
５１ａ シリンダ
５１１ ブロック側Ｗ／Ｊ
５２ シリンダヘッド
５２１ ヘッド側Ｗ／Ｊ
５４Ａ、５４Ｂ シリンダライナ
５９ 流通阻止部
６０ 密着性低下部
７０ ＥＣＵ

Claims (2)

1. シリンダが形成されたシリンダブロック、シリンダヘッドおよび前記シリンダの上部、且つ排気側の所定部分に向かって燃料を直接噴射可能に設けられた燃料噴射弁を備えたエンジンにつき、
   前記シリンダの上部であり、且つ前記所定部分以外の部分である主要上部を介して行われる熱の伝導性を高めつつ、前記所定部分を介して行われる熱の伝導性を少なくとも前記主要上部よりも低下させる冷却構造を備えた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、
   前記シリンダブロックの冷却能力を抑制することなく、前記シリンダヘッドの冷却能力を抑制可能な冷却能力調整手段と、
   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制御手段と、をさらに備えたエンジンの冷却装置。
   

Images