特許 6597478 エンジンの冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6597478

(24)【登録日】2019年10月11日

(45)【発行日】2019年10月30日

(54)【発明の名称】エンジンの冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 53/04 20060101AFI20191021BHJP

   F02M 51/00 20060101ALI20191021BHJP

   F02M 61/16 20060101ALI20191021BHJP

   F01P 3/16 20060101ALI20191021BHJP

   F01P 9/02 20060101ALI20191021BHJP

   F01P 3/22 20060101ALI20191021BHJP

【ＦＩ】

   F02M53/04 A

   F02M51/00 A

   F02M61/16 V

   F01P3/16

   F01P9/02 Z

   F01P3/22 J

   F01P3/22 P

   F01P3/22 E

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-103211(P2016-103211)

(22)【出願日】2016年5月24日

(65)【公開番号】特開2017-210893(P2017-210893A)

(43)【公開日】2017年11月30日

【審査請求日】2018年8月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 誠也

(72)【発明者】

【氏名】前嶋 秀明

【審査官】 櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５４−０２９２１５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６１−０８３４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５２６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２０９８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１０６４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０３３７６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ５３／０４

Ｆ０２Ｍ ５１／００

Ｆ０２Ｍ ６１／１６

Ｆ０１Ｐ ３／１６

Ｆ０１Ｐ ３／２２

Ｆ０１Ｐ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸気通路の一方端に接続される気筒内に燃料を噴射するインジェクタを搭載するエンジンの冷却装置であって、
前記インジェクタ内に設けられ、前記インジェクタの先端部を冷却するための冷却液が流通する冷却液通路と、
前記冷却液を貯留するタンクと、
前記冷却液通路内の前記冷却液のボイド率を検出する検出装置と、
前記タンク内の気相部分の圧力を調整するための圧力調整装置と、
前記ボイド率に基づいて前記圧力調整装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記ボイド率が予め定められた範囲内になるように前記圧力調整装置を用いて前記冷却液の沸点を変化させ、
前記制御装置は、前記エンジンの状態に基づいて前記インジェクタの先端部の温度の推定値を算出し、前記推定値がしきい値以上の場合に、前記ボイド率に基づいて前記圧力調整装置を制御する、エンジンの冷却装置。

【請求項2】

前記予め定められた範囲は、熱伝達係数が予め定められた値よりも高い沸騰状態に対応する前記ボイド率の範囲を含む、請求項１に記載のエンジンの冷却装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記ボイド率が前記予め定められた範囲よりも大きい場合には、前記タンク内の前記気相部分を加圧することによって前記沸点を上昇させる、請求項１または２に記載のエンジンの冷却装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記ボイド率が前記予め定められた範囲よりも小さい場合には、前記タンク内の前記気相部分を減圧することによって前記沸点を低下させる、請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンの冷却装置に関し、特に、エンジンの気筒内に燃料を噴射するインジェクタを冷却する冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば、ディーゼルエンジンなどの気筒内に直接燃料を噴射するエンジンが公知である。このようなエンジンにおいては、インジェクタの先端部が気筒内に露出して設けられる。そのため、インジェクタの先端部は燃料の燃焼時などにおいて高温に晒されることとなる。高温に晒されるインジェクタの先端部はデポジットの生成を抑制するために、冷却装置を用いて冷却される。

【0003】

たとえば、特開２００４−２８０２０号公報（特許文献１）には、ノズル先端周辺に配置された冷却水通路に冷却水を流通させることによってノズル先端周辺が冷却される構成が開示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−２８０２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、インジェクタからの燃料噴射量が少ない場合には、燃料噴射量が多い場合と比較して、燃料がインジェクタ先端を通過することによる冷却効果が小さくなるので、インジェクタの先端部がより高温になる。そのため、単にエンジン冷却水をインジェクタ先端の冷却水路に導入するという通常の冷却方式では、冷却水通路内の冷却水が周囲の熱により熱伝達係数の低い沸騰状態（たとえば、膜沸騰状態）となって、インジェクタの先端部を適切に冷却することができないという虞がある。

【0006】

特に、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas）等の気体燃料を主燃料とし、軽油等の液体燃料を副燃料とする二元燃料エンジンにおいては、副燃料である液体燃料は着火用に少量だけ気筒内に噴射される構成のため、気筒内の温度が高温となる高負荷時においてもインジェクタから噴射される液体燃料の噴射量は少量であり、インジェクタの先端部がより高温になりやすい。

【0007】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、燃料噴射量が少量になる場合でもインジェクタを適切に冷却するエンジンの冷却装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明のある局面に係るエンジンの冷却装置は、吸気通路の一方端に接続される気筒内に燃料を噴射するインジェクタを搭載するエンジンの冷却装置である。冷却装置は、インジェクタ内に設けられ、インジェクタの先端部を冷却するための冷却液が流通する冷却液通路と、冷却液を貯留するタンクと、冷却液通路内の冷却液のボイド率を検出する検出装置と、タンク内の気相部分の圧力を調整するための圧力調整装置と、ボイド率に基づいて圧力調整装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、ボイド率が予め定められた範囲内になるように圧力調整装置を用いて冷却液の沸点を変化させる。

【0009】

このようにすると、ボイド率が予め定められた範囲内になるように沸点を変化させることによって、冷却液通路内の冷却液の沸騰状態を、熱伝達係数の高い沸騰状態にすることができる。そのため、冷却能力の低下を抑制することができる。

【0010】

好ましくは、予め定められた範囲は、熱伝達係数が予め定められた値よりも高い沸騰状態に対応するボイド率の範囲を含む。

【0011】

このようにすると、冷却液通路内の冷却液の沸騰状態を、熱伝達係数の高い沸騰状態にすることができる。そのため、冷却能力の低下を抑制することができる。

【0012】

さらに好ましくは、制御装置は、ボイド率が予め定められた範囲よりも大きい場合には、タンク内の気相部分を加圧することによって沸点を上昇させる。

【0013】

このようにすると、ボイド率が予め定められた範囲よりも大きい場合には、タンク内の気相部分を加圧することによって沸点を上昇させることができる。そのため、ボイド率を予め定められた範囲内になるように沸点を変化させることができる。これにより、冷却液通路内の冷却液の沸騰状態を熱伝達係数の高い沸騰状態にすることができる。

【0014】

さらに好ましくは、制御装置は、ボイド率が予め定められた範囲よりも小さい場合には、タンク内の気相部分を減圧することによって沸点を低下させる。

【0015】

このようにすると、ボイド率が予め定められた範囲よりも小さい場合には、タンク内の気相部分を減圧することによって沸点を低下させることができる。そのため、ボイド率を予め定められた範囲内になるように沸点を変化させることができる。これにより、冷却液通路内の冷却液の沸騰状態を熱伝達係数の高い沸騰状態にすることができる。

【0016】

さらに好ましくは、制御装置は、エンジンの状態に基づいてインジェクタの先端部の温度の推定値を算出し、推定値がしきい値以上の場合に、ボイド率に基づいて圧力調整装置を制御する。

【0017】

このようにすると、インジェクタの先端部の温度がしきい値よりも高い場合、冷却液通路内の冷却液が沸騰状態であるため、ボイド率に基づいて圧力調整装置を適切に制御することによって、沸騰状態を熱伝達係数の高い沸騰状態にすることができる。

【発明の効果】

【0018】

この発明によると、燃料噴射量が少量になる場合でもインジェクタを適切に冷却するエンジンの冷却装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施の形態に係るエンジンの冷却装置の概略構成を示す図である。

【図2】インジェクタの先端部の概略構成を示す図である。

【図3】制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。

【図4】ボイド率と熱伝達量と温度差ΔＴｅとの関係を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

【0021】

図１は、本実施の形態に係るエンジンの冷却装置の概略構成を示す図である。本実施の形態において、エンジン１００は、ＣＮＧやＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）等の天然ガスの気体燃料と、軽油等の液体燃料とを用いて動作する二元燃料エンジンである。

【0022】

エンジン１００は、冷却装置１と、インジェクタ１０１〜１０４と、インテークマニホールド１１０と、複数の気筒１１１〜１１４と、吸気通路１１６と、制御装置２００と、燃料供給装置２１２とを含む。

【0023】

吸気通路１１６の一方端にはエアクリーナ（図示せず）が接続される。吸気通路１１６の他方端は、インテークマニホールド１１０に接続される。インテークマニホールド１１０は、４本に分岐した枝管を有し、４本の枝管は、気筒１１１〜１１４にそれぞれ接続される。さらに、気筒１１１〜１１４には、エキゾーストマニホールドの４本の枝管（いずれも図示せず）にそれぞれ接続される。

【0024】

インジェクタ１０１〜１０４は、気筒１１１〜１１４の上部にそれぞれ設けられる。インジェクタ１０１〜１０４は、制御装置２００からの制御信号に基づいて動作し、気筒１１１〜１１４に燃料を噴射する。インジェクタ１０１〜１０４は、たとえば、予め定められた順序で、かつ、エンジン１００の動作状態に応じたタイミングで、エンジン１００の動作状態に応じた期間だけ燃料を噴射する。

【0025】

燃料供給装置２１２は、吸気通路１１６に設けられ、吸気通路１１６内に気体燃料を供給する。具体的には、燃料供給装置２１２は、燃料ボンベと、レギュレータと、供給量調整装置（いずれも図示せず）とを含む。燃料ボンベは、液化された気体燃料を貯蔵する。レギュレータは、燃料ボンベから燃料配管等を経由して供給される液化された気体燃料を減圧することによって液化された気体燃料を気化する。供給量調整装置は、制御装置２００の制御信号に基づいて、気化された燃料が流通する流路の断面積（開度）を調整することによって燃料の供給量を調整する。供給量調整装置としては、たとえば、ステップモータを用いて開度を変更可能な制御弁が用いられる。

【0026】

気筒１１１〜１１４の各々には、ピストン（図示せず）が収納される。各気筒内での燃焼によってピストンが押し下げられることによって、クランク機構を介して連結されたクランクシャフト（いずれも図示せず）が回転させられる。これによりエンジン１００が動作する。

【0027】

制御装置２００は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力バッファ等とを含んで構成される。制御装置２００は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１００が所望の運転状態となるように各種機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。

【0028】

制御装置２００は、たとえば、エンジン１００に対する要求トルクに基づいて燃料供給装置２１２による燃料の供給量と、インジェクタ１０１〜１０４による燃料の供給量とを設定し、設定された各供給量にしたがって燃料供給装置２１２およびインジェクタ１０１〜１０４を制御する。たとえば、エンジン１００が車両に搭載される場合、制御装置２００は、アクセル開度等に基づいてエンジン１００に対する要求トルクを算出する。

【0029】

冷却装置１は、エンジン１００に設けられるインジェクタ１０１〜１０４の各々を冷却する。冷却装置１は、ポンプ１０と、タンク２０と、圧力調整装置３０と、循環通路６０〜６５と、ラジエータ７０とを含む。

【0030】

ポンプ１０は、制御装置２００の制御信号に基づいて動作する電動ポンプである。ポンプ１０は、循環通路６０〜６５によって冷却液を循環させる。

【0031】

タンク２０は、冷却液を貯留する。循環通路６０〜６５は、タンク２０とインジェクタ１０１〜１０４内の冷却液通路との間で冷却液を循環する通路を構成する。

【0032】

循環通路６０〜６５は、以下のように構成される。すなわち、循環通路６０の一方端は、ラジエータ７０に接続され、循環通路６０の他方端は、ポンプ１０に接続される。循環通路６１の一方端は、ポンプ１０に接続され、循環通路６１の他方端は、エンジン１００の内部に設けられる循環通路６２の一方端に接続される。循環通路６２は、途中で４本の枝通路に分岐して、インジェクタ１０１〜１０４にそれぞれ接続される。

【0033】

インジェクタ１０１〜１０４の各々には、循環通路６２から導入される冷却液を先端部の周囲に流通させるための冷却液通路（図２参照）が形成される。

【0034】

循環通路６３は、エンジン１００の内部に設けられ、インジェクタ１０１〜１０４に形成された冷却液通路にそれぞれ接続された４本の枝通路を有する。循環通路６３の４本の枝通路は、途中で１本の通路に集約され、循環通路６４の一方端に接続される。循環通路６４の他方端は、タンク２０に接続される。循環通路６５の一方端は、タンク２０に接続され、循環通路６５の他方端は、ラジエータ７０に接続される。

【0035】

ラジエータ７０は、冷却液を流通する管と、管の周囲に設けられた放熱フィンとを含む熱交換器であって、内部を流通する冷却液とラジエータ７０の外部の空気との間で熱交換を行なうことによって、冷却液を冷却する。

【0036】

圧力調整装置３０は、制御装置２００からの制御信号に基づいて動作し、タンク２０の気相部分の圧力を増減する。圧力調整装置３０は、減圧弁４０と、コンプレッサ５０とを含む。

【0037】

減圧弁４０を介してタンク２０内の気体がタンク２０の外に放出されることによってタンク２０の気相部分の圧力が減少する。減圧弁４０は、たとえば、制御装置２００からの制御信号に基づいて開弁状態と閉弁状態とのうちのいずれかに制御される開閉弁である。

【0038】

コンプレッサ５０によりタンク２０の外からタンク２０内に空気等の気体が導入されることによってタンク２０の気相部分の圧力が増加する。コンプレッサ５０は、たとえば、制御装置２００からの制御信号に基づいて動作する電動コンプレッサである。

【0039】

また、インジェクタ１０１内の冷却液通路には、ボイドセンサ２０１が設けられる。ボイドセンサ２０１は、流通する通路内の冷却液のボイド率を検出する。ボイド率とは、冷却液の単位体積当たりの気泡の容積の割合を示す。ボイドセンサ２０１は、検出結果を示す信号Ｖｒを制御装置２００に送信する。ボイドセンサ２０１が設けられる詳細な位置については後述する。

【0040】

図２は、インジェクタ１０１の先端部の内部構造を概略的に示した図である。インジェクタ１０１は、ノズルニードル１０１ａと、噴孔１０１ｂと、ノズルボディ１０１ｃとを含む。

【0041】

ノズルニードル１０１ａは、棒状に形成される。ノズルボディ１０１ｃの内部には、ノズルニードル１０１ａを収納する空間が形成される。ノズルニードル１０１ａは、図２の上下方向に摺動可能にノズルボディ１０１ｃ内に収納される。ノズルニードル１０１ａが収納される空間には燃料が充填され所定の圧力が付与されている。図２に示すノズルニードル１０１ａの位置は、噴孔１０１ｂとノズルニードル１０１ａを収納する空間とを遮断する位置であって、燃料噴射が停止される位置である。

【0042】

ノズルボディ１０１ｃの下端部には、２つの噴孔１０１ｂが図２において左右対称の位置に形成される。なお、噴孔１０１ｂが設けられる個数は、特に２つに限定されるものではなく、たとえば、１つであってもよいし、３つ以上であってもよいものとする。

【0043】

ノズルニードル１０１ａの上部には図示しない駆動部が設けられており、駆動部は、制御装置２００の制御信号に基づいてノズルニードル１０１ａを紙面上下方向に移動させる力を発生させる。駆動部は、たとえば、電磁力によって作動するソレノイドバルブ等を用いてノズルニードル１０１ａを上下方向に移動させる機構であるが、公知の技術を用いればよく、その詳細な説明は行なわない。

【0044】

駆動部の動作によってノズルニードル１０１ａに紙面上方向に移動させる力が作用して、ノズルニードル１０１ａが紙面上方向に移動する。これにより、噴孔１０１ｂとノズルニードル１０１ａを収納する空間とが連通状態になり、当該空間内の燃料が噴孔１０１ｂからインジェクタ１０１の外部に噴射される。そして、駆動部の動作によってノズルニードル１０１ａに紙面下方向に移動させる力が作用して、ノズルニードル１０１ａが紙面した方向に移動する。これにより、再び噴孔１０１ｂとノズルボディ１０１ｃの内部とが遮断状態になり、燃料噴射が停止される。

【0045】

ノズルボディ１０１ｃ内には、ノズルニードル１０１ａが収納される空間とは別に冷却液を流通させるための空間が冷却液通路６６として設けられる。冷却液通路６６の一方端は、循環通路６２の枝通路の一つに接続される。冷却液通路６６の他方端は、循環通路６３の枝通路の一つに接続される。

【0046】

冷却液通路６６は、ノズルボディ１０１ｃ内をノズルニードル１０１ａの長手方向に沿って形成され、循環通路６２から冷却液を導入するための第１通路６６ａと、ノズルニードル１０１ａの下方側の部位の外周を囲むように形成される第２通路６６ｂと、ノズルボディ１０１内をノズルニードル１０１ａの長手方向に沿って形成され、循環通路６３に冷却液を導出するための第３通路６６ｃとを含む。第２通路６６ｂには、ボイドセンサ２０１が設けられる。好ましくは、ボイドセンサ２０１は、第１通路６６ａ、第２通路６６ｂおよび第３通路６６ｃのうちの最も高温になる位置に設けられることが望ましい。

【0047】

以上のような構成を有する冷却装置１を搭載したエンジン１００においては、インジェクタ１０１〜１０４の先端部が気筒１１１〜１１４内にそれぞれ露出して設けられる。そのため、インジェクタ１０１〜１０４の先端部は燃料の燃焼時などにおいて高温に晒されることとなる。高温に晒されるインジェクタ１０１〜１０４の先端部はデポジットの生成を抑制するために、冷却装置１を用いて冷却される。

【0048】

ところで、インジェクタ１０１〜１０４からの燃料噴射量が少ない場合には、燃料噴射量が多い場合と比較して、燃料がインジェクタ先端を通過することによる冷却効果が小さくなるので、インジェクタ１０１〜１０４の先端部がより高温になる。そのため、単に冷却液をインジェクタ先端の冷却液通路６６に導入するという通常の冷却方式では、冷却液通路６６内の冷却液が周囲の熱により熱伝達係数の低い沸騰状態（たとえば、膜沸騰状態）となって、インジェクタ１０１〜１０４の先端部を適切に冷却することができないという虞がある。

【0049】

特に、上述したような二元燃料エンジンにおいては、副燃料である液体燃料は着火用に少量だけ気筒内に噴射される構成のため、気筒内の温度が高温となる高負荷時においてもインジェクタ１０１〜１０４から噴射される液体燃料の噴射量は少量であり、インジェクタ１０１〜１０４の先端部がより高温になりやすい。

【0050】

そこで、本実施の形態においては、制御装置２００は、ボイドセンサ２０１により検出されたボイド率が予め定められた範囲内になるように圧力調整装置３０を用いて冷却液の沸点を変化させることを特徴とする。

【0051】

このようにすると、ボイド率が予め定められた範囲内になるように沸点を変化させることによって、冷却液通路内の冷却液の沸騰状態を、熱伝達係数の高い沸騰状態にすることができる。そのため、冷却能力の低下を抑制することができる。

【0052】

以下に、図３を参照して、インジェクタ１０１の冷却液通路６６内の冷却液のボイド率に基づいて圧力調整装置３０を制御する制御処理について説明する。

【0053】

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置２００は、インジェクタ１０１の先端部の温度の推定値を取得する。制御装置２００は、たとえば、エンジン１００の負荷、燃料噴射量あるいは燃料噴射時期に基づいてインジェクタ１０１の先端部の温度の推定値を算出する。制御装置２００は、たとえば、負荷と、燃料噴射量と、燃料噴射時期と、インジェクタ１０１の先端部の温度との関係を示すマップ等を用いてインジェクタ１０１の先端部の温度の推定値を算出する。

【0054】

Ｓ１０２にて、制御装置２００は、インジェクタ１０１の先端部の温度の推定値がしきい値Ａ以上であるか否かを判定する。しきい値Ａは、たとえば、冷却液が沸騰状態であると判定できる値であれば特に限定されるものではなく、たとえば、１気圧における冷却液の沸点よりも高い予め定められた値である。インジェクタ１０１の先端部の温度の推定値がしきい値Ａ以上であると判定される場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。

【0055】

Ｓ１０４にて、制御装置２００は、ボイドセンサ２０１の検出結果に基づいてボイド率を取得する。Ｓ１０６にて、制御装置２００は、取得したボイド率が目標範囲内であるか否かを判定する。目標範囲は、予め定められた範囲であって、熱伝達係数が予め定められた値よりも高い沸騰状態に対応するボイド率を含む範囲である。

【0056】

以下に、図４を用いて熱伝達係数と沸騰状態とボイド率との関係を説明する。図４は、冷却液として水を用いた場合を一例とした、熱伝達係数と沸騰状態とボイド率との関係を説明するための図である。

【0057】

図４の横軸は、冷却液通路６６の壁面の温度から沸点を減算した値ΔＴｅ（以下、温度差ΔＴｅとも記載する）の対数値を示す。すなわち、図４の横軸は、壁面の温度が沸点に対してどの程度高いかを示している。

【0058】

図４の縦軸は、ボイド率と、単位面積当たりの熱伝達量ｑの対数値とを示す。図４のラインＬＮ１は、温度差ΔＴｅとボイド率との関係を示すボイド率の変化曲線である。図４のラインＬＮ２は、温度差ΔＴｅと単位面積当たりの熱伝達量ｑとの関係を示す沸騰曲線である。なお、熱伝達係数は、単位面積当たりの熱伝達量ｑを温度差ΔＴｅで除算した値である。

【0059】

温度差ΔＴｅが５以下である場合（Ａ点までの領域である場合）、冷却液の沸騰状態は、自然対流状態となる。この場合、気泡が生じないため、ボイド率はゼロとなる。温度差ΔＴｅが５よりも大きく、かつ、３０以下である場合（Ａ点からＣ点までの領域である場合）、冷却液の沸騰状態は、核沸騰状態となる。核沸騰状態においては気泡が生じるため、ボイド率はゼロよりも大きい値となる。また、核沸騰状態における単位当たりの熱伝達量ｑ（すなわち、熱伝達係数）は、沸騰状態が自然対流状態であるときよりも高い値になる。なお、温度差ΔＴｅが５よりも大きく、かつ、１０以下である場合（Ａ点からＢ点までの領域である場合）には、冷却液中の冷却液通路の６６の壁面付近において気泡が生じ始めるサブクール沸騰状態になる。

【0060】

温度差ΔＴｅが３０よりも大きく、かつ、１２０以下である場合、冷却液の沸騰状態は、遷移沸騰状態となる。このとき、気泡の発生量がさらに増大するため、ボイド率は、核沸騰状態に対応するボイド率よりも大きい値となる。さらに、温度差ΔＴｅが１２０よりも大きい場合、冷却液の沸騰状態は、膜沸騰状態となる。このときのボイド率は、遷移沸騰状態に対応するボイド率よりも大きい値となる。

【0061】

本実施の形態においては、熱伝達係数がＡ点における熱伝達係数よりも高い核沸騰状態に対応するボイド率の範囲が目標範囲として設定される。すなわち、ボイド率の目標範囲は、ゼロよりも大きく、かつ、核沸騰状態と遷移沸騰状態との境界となるＣ点に対応するボイド率Ｖｒ（１）以下の範囲である。なお、冷却液として水以外の冷媒が用いられる場合には、用いられる冷媒に対応したボイド率の変化曲線と沸騰曲線とを用いて核沸騰状態に対応するボイド率の範囲が目標範囲として設定される。

【0062】

図３に戻って、取得したボイド率が目標範囲内であると判定される場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、この処理は終了する。一方、取得したボイド率が目標範囲内でないと判定される場合（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１０８に移される。

【0063】

Ｓ１０８にて、制御装置２００は、取得したボイド率が目標範囲よりも大きいか否かを判定する。取得したボイド率が目標範囲よりも大きいと判定される場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。

【0064】

Ｓ１１０にて、制御装置２００は、圧力調整装置３０を用いてタンク２０内の気相部分を加圧することによって沸点を上昇させる。制御装置２００は、たとえば、現在のボイド率と目標範囲の上限値であるＶｒ（１）との差分に応じて加圧量を設定するフィードバック制御を行なう。

【0065】

一方、取得したボイド率が目標範囲よりも小さいと判定される場合（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。

【0066】

Ｓ１１２にて、制御装置２００は、圧力調整装置３０を用いてタンク２０内の気相部分を減圧することによって沸点を低下させる。制御装置２００は、たとえば、ボイド率がゼロよりも大きくなるまで沸点を低下させるようにしてもよいし、あるいは、現在のボイド率と目標範囲の上限値であるＶｒ（１）との差分に応じて減圧量を設定するフィードバック制御を行なってもよい。

【0067】

なお、ノズル温度の推定値がしきい値Ａよりも小さい場合には（Ｓ１０２にてＮＯ）、この処理は終了される。

【0068】

以上のような構造およびフローチャートに基づく制御装置２００の動作について説明する。

【0069】

たとえば、インジェクタ１０１の先端部の温度の推定値が取得され（Ｓ１００）、取得されたインジェクタ１０１の先端部の温度の推定値がしきい値Ａ以上である場合には（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、ボイド率が取得される（Ｓ１０４）。

【0070】

冷却液の沸騰状態が、自然対流状態である場合には、取得されるボイド率はゼロとなる。そのため、ボイド率が目標範囲内でなく（Ｓ１０６にてＮＯ）、かつ、ボイド率が目標範囲よりも小さいため（Ｓ１０８にてＮＯ）、ボイド率が目標範囲内になるように冷却液の沸点が低下させられる（Ｓ１１２）。すなわち、減圧弁４０が開弁状態になることによって、タンク２０内の気相部分が減圧され、ボイド率が０よりも大きくなるように冷却液の沸点が低下させられる。ボイド率が目標範囲内になるように沸点が低下させられることによって、冷却液通路６６の壁面の温度と沸点との温度差ΔＴｅが大きくなり、冷却液の沸騰状態が自然対流状態から核沸騰状態に変化する。このとき、単位面積当たりの熱伝達量（すなわち、熱伝達係数）が増加する。

【0071】

一方、冷却液の沸騰状態が、遷移沸騰状態である場合には、取得されるボイド率が目標範囲よりも高い値となる。そのため、ボイド率が目標範囲内でなく（Ｓ１０６にてＮＯ）、かつ、ボイド率が目標範囲よりも大きいため（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、ボイド率が目標範囲内になるように沸点が上昇させられる（Ｓ１１０）。すなわち、コンプレッサ５０が作動することによって、タンク２０内の気相部分が加圧され、ボイド率が目標範囲内になるまで沸点が上昇させられる。ボイド率が目標範囲内になるように沸点が上昇させられることによって、冷却液通路６６の壁面の温度と沸点との温度差ΔＴｅが小さくなり、冷却液の沸騰状態が遷移沸騰状態から核沸騰状態に変化する。このとき、単位面積当たりの熱伝達量（すなわち、熱伝達係数）が増加する。

【0072】

以上のようにして、本実施の形態に係る冷却装置によると、圧力調整装置３０を用いてボイド率が目標範囲内になるように沸点を変化させることによって、冷却液通路６６内の冷却液の沸騰状態を、熱伝達係数の高い核沸騰状態にすることができる。たとえば、ボイド率が目標範囲よりも大きい場合には、コンプレッサ５０を用いてタンク２０内の気相部分を加圧することによって沸点を上昇させることができる。沸点の上昇によって、冷却液通路６６の壁面の温度と沸点との温度差ΔＴｅを小さくすることができる。これにより、冷却液の沸騰状態を核沸騰状態に変化させることができる。また、ボイド率が目標範囲よりも小さい場合に、減圧弁４０を用いてタンク２０内の気相部分を減圧することによって沸点を低下させることができる。沸点の低下によって、冷却液通路６６の壁面の温度と沸点との温度差ΔＴを大きくすることができる。これにより、冷却液の沸騰状態を核沸騰状態に変化させることができる。そのため、沸騰状態を核沸騰状態にすることによって、沸騰状態が自然対流状態あるいは遷移沸騰状態である場合よりも熱伝達係数を増加させることができるため、冷却能力の低下を抑制することができる。したがって、燃料噴射量が少量である場合でもインジェクタを適切に冷却するエンジンの冷却装置を提供することができる。

【0073】

さらに、本実施の形態において、制御装置２００は、インジェクタ１０１の先端部の温度の推定値がしきい値Ａ以上である場合に、ボイド率に基づいて圧力調整装置３０を制御する。これにより、冷却液通路６６内の冷却液が沸騰状態であるときに、ボイド率に基づいて圧力調整装置を適切に制御することができる。

【0074】

以下、変形例について説明する。
本実施の形態においては、エンジン１００は、二元燃料エンジンを前提として説明したが、少なくとも気筒内に燃料を噴射するインジェクタが搭載されるエンジンであればよく、特に二元燃料エンジンに限定されるものではない。すなわち、エンジン１００は、たとえば、図１において燃料供給装置２１２を省略した構成であってもよい。

【0075】

本実施の形態においては、冷却液としては、たとえば、水を一例として説明したが、冷却液としては、好ましくは高負荷時のインジェクタの先端部の温度の最大値に基づいて設定することが望ましい。より具体的には、冷却液としては、高負荷時のインジェクタの先端部の温度の最大値から１０℃〜３０℃程度低い温度を沸点とする冷却液を用いることが望ましい。たとえば、高負荷時のインジェクタの先端部の温度の最大値が２７０℃程度である場合には、冷却液として、エチレングリコールモノフェチルエーテル（沸点：２４５℃）、トリエチレングリコールモノメチルエーテル（沸点：２４９℃）、ジエチレングリコールジブチルエーテル（沸点：２５６℃）等を用いることができる。

【0076】

本実施の形態においては、インジェクタ１０１における冷却液通路６６内の冷却液のボイド率を各インジェクタ１０１〜１０４の冷却液通路内の冷却液のボイド率の代表値として取得するものとして説明したが、たとえば、インジェクタ１０１〜１０４の各々にボイドセンサを設けて、各ボイドセンサの検出結果に基づいて圧力調整装置３０を制御してもよい。

【0077】

制御装置２００は、たとえば、各ボイドセンサのボイド率の平均値を算出し、算出された平均値が目標範囲になるように圧力調整装置３０を制御してもよいし、あるいは、各ボイドセンサのボイド率のうちの最小値が目標範囲よりも小さいか否かに基づいて圧力調整装置３０を制御してもよいし、各ボイドセンサのボイド率のうちの最大値が目標範囲よりも大きいか否かに基づいて圧力調整装置３０を制御してもよい。

【0078】

本実施の形態においては、冷却液の沸騰状態が核沸騰状態である場合のボイド率の範囲を目標範囲として設定するものとして説明したが、目標範囲は、核沸騰状態である場合のボイド率に加えて遷移沸騰状態である場合のボイド率の範囲の一部（たとえば、図４の点Ｃから点Ｂ’までの領域に対応するボイド率の範囲）を含むようにしてもよい。なお、点Ｂ’は、温度差ΔＴｅとして許容できる上限値を考慮して設定することが望ましい。

【0079】

なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0080】

１ 冷却装置、１０ ポンプ、２０ タンク、３０ 圧力調整装置、４０ 減圧弁、５０ コンプレッサ、６０，６１，６２，６３，６４，６５ 循環通路、６６ 冷却液通路、６６ａ 第１通路、６６ｂ 第２通路、６６ｃ 第３通路、７０ ラジエータ、１００ エンジン、１０１，１０２，１０３，１０４ インジェクタ、１０１ａ ノズルニードル、１０１ｂ 噴孔、１０１ｃ ノズルボディ、１１０ インテークマニホールド、１１１，１１２，１１３，１１４ 気筒、１１６ 吸気通路、２００ 制御装置、２０１ ボイドセンサ、２１２ 燃料供給装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】