(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022175421
(43)【公開日】2022-11-25
(54)【発明の名称】エンジンシステム
(51)【国際特許分類】
F01P 7/14 20060101AFI20221117BHJP
F01P 7/16 20060101ALI20221117BHJP
F02B 23/10 20060101ALI20221117BHJP
【FI】
F01P7/14 N
F01P7/16 502A
F02B23/10 320
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021081789
(22)【出願日】2021-05-13
(71)【出願人】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】三角 春樹
(72)【発明者】
【氏名】山垣 拓馬
【テーマコード(参考)】
3G023
【Fターム(参考)】
3G023AA02
3G023AB06
3G023AC04
(57)【要約】
【課題】エンジンの負荷に応じて、燃焼室の壁温を高い応答性で調整する。
【解決手段】エンジンシステム1は、エンジン10と、ウォータジャケット20に冷却水を循環させる循環装置91と、制御器(ECU100)と、を備え、循環装置は、熱交換器(ラジエータ27)を含むラジエータ流路53と、バイパス流路51と、流量調整装置(冷却水制御バルブ4)と、サーモスタット弁28と、を有する。制御器は、エンジンの負荷が第1負荷よりも低い場合に、ラジエータ流路を閉じかつ、バイパス流路を流れる冷却水の流量を調整することによって、ウォータジャケットを流れる冷却水の流量が、負荷に応じて調整されるよう、流量調整装置を制御しかつ、負荷が第1負荷以上の場合に、冷却水がラジエータ流路及びバイパス流路のそれぞれを流れるよう、流量調整装置を制御する。
【選択図】
図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃焼室の周囲に設けられたウォータジャケットを有するエンジンと、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記ウォータジャケットに冷却水を循環させる循環装置と、
前記エンジンの運転状態に応じて前記循環装置を制御する制御器と、を備え、
前記循環装置は、
熱交換器を含むラジエータ流路と、
前記熱交換器をバイパスするバイパス流路と、
前記ラジエータ流路及び前記バイパス流路のそれぞれを流れる冷却水の流量を調整することによって、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を調整する流量調整装置と、
前記ラジエータ流路に接続されかつ、冷却水が前記熱交換器を通過するよう開弁するサーモスタット弁と、を有し、
前記制御器は、前記流量調整装置に電気的に接続されると共に、
前記エンジンの負荷が第1負荷よりも低い場合に、前記ラジエータ流路を閉じかつ、前記バイパス流路を流れる冷却水の流量を調整することによって、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を、前記負荷に応じて調整するよう、前記流量調整装置を制御しかつ、
前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、冷却水が前記ラジエータ流路及び前記バイパス流路のそれぞれを流れるよう、前記流量調整装置を制御する、
エンジンシステム。
【請求項2】
請求項1に記載のエンジンシステムにおいて、
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷よりも低い場合において、前記負荷が高い場合は、低い場合よりも、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を増やす、
エンジンシステム。
【請求項3】
請求項1又は2に記載のエンジンシステムにおいて、
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、前記バイパス流路を流れる冷却水の流量及び前記ラジエータ流路を流れる冷却水の流量を調整することによって、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を、前記負荷に応じて調整する、
エンジンシステム。
【請求項4】
請求項3に記載のエンジンシステムにおいて、
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、前記負荷が高い場合は、低い場合よりも、前記バイパス流路を流れる冷却水の流量を減らしかつ、前記ラジエータ流路を流れる冷却水の流量を増やす、
エンジンシステム。
【請求項5】
請求項1~4のいずれか1項に記載のエンジンシステムにおいて、
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を最大流量にする、
エンジンシステム。
【請求項6】
請求項1~5のいずれか1項に記載のエンジンシステムにおいて、
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷よりも低い場合、及び、前記第1負荷以上の場合に、前記燃焼室の壁温を一定温度にする、
エンジンシステム。
【請求項7】
請求項6に記載のエンジンシステムにおいて、
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を、前記サーモスタット弁の開弁温度よりも下げる、
エンジンシステム。
【請求項8】
請求項4に記載のエンジンシステムにおいて、
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷以上でかつ、第2負荷よりも低い場合、前記負荷の上昇に対して前記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度が下がるように、前記ラジエータ流路を流れる冷却水の流量を増やし、前記負荷が前記第2負荷以上の場合、前記負荷の上昇に対して前記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度が一定になるように、前記ラジエータ流路を流れる冷却水の流量を増やす、
エンジンシステム。
【請求項9】
請求項1~8のいずれか1項に記載のエンジンシステムにおいて、
前記エンジンは、混合気を強制点火する点火装置を有しかつ、前記負荷が前記第1負荷よりも低い場合に、前記燃焼室内の混合気を、前記点火装置の強制点火無しに燃焼させ、前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、前記燃焼室内の混合気を、前記点火装置の強制点火によって燃焼させる、
エンジンシステム。
【請求項10】
請求項1~9のいずれか1項に記載のエンジンシステムにおいて、
前記流量調整装置は、前記バイパス流路と前記ラジエータ流路とが分流する部位、又は、前記バイパス流路と前記ラジエータ流路とが合流する部位に設置され、
前記循環装置は、前記バイパス流路と前記ラジエータ流路とを連絡する連絡流路をさらに有し、
前記サーモスタット弁は、前記連絡流路を開閉する、
エンジンシステム。
【請求項11】
請求項1~9のいずれか1項に記載のエンジンシステムにおいて、
前記流量調整装置は、前記バイパス流路と前記ラジエータ流路とが分流する部位、又は、前記バイパス流路と前記ラジエータ流路とが合流する部位に設置され、
前記循環装置は、前記流量調整装置をバイパスして前記ウォータジャケットと前記ラジエータ流路とを連絡する連絡流路をさらに有し、
前記サーモスタット弁は、前記連絡流路を開閉する、
エンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ここに開示する技術は、エンジンシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、エンジンの冷却装置が開示されている。この冷却装置は、エンジンとラジエータとの間で冷却水を循環させるラジエータ経路(23、同明細書で示す符号。以下同様)と、ラジエータをバイパスして冷却水を循環させるラジエータバイパス経路(24)とを有している。ラジエータバイパス経路(24)には、空調装置のヒータコア(31)及び自動変速機の潤滑オイルを温めるATFウォーマー(32)が配設されている。
【0003】
冷却装置は、ロータリ式流量制御弁(50)を有している。ロータリ式流量制御弁(50)は、回転弁体(51)の回転位置に応じて、ラジエータ経路(23)及びラジエータバイパス経路(24)を開閉させる。ロータリ式流量制御弁(50)はまた、ラジエータ経路接続路(71)と、サーモスタット弁配設路(72)とを有している。ラジエータ経路接続路(71)は、ラジエータ経路(23)に接続される。サーモスタット弁配設路(72)には、サーモスタット弁(40)が設けられている。サーモスタット弁40の開弁時に、冷却液は、サーモスタット弁配設路(72)からラジエータ経路(23)へ流れる。
【0004】
冷却水の温度が所定温度以上になったエンジンの温間時に、ロータリ式流量制御弁(50)は、回転弁体(51)の回転位置を、ラジエータバイパス経路(24)及びサーモスタット弁配設路(72)のそれぞれに冷却水を流すような回転位置にする。エンジンの温間時には、サーモスタット弁(40)が開弁するため、サーモスタット弁配設路(72)からラジエータ経路(23)へ冷却水が流れる。
【0005】
冷却水の温度がさらに上昇した場合、ロータリ式流量制御弁(50)は、回転弁体(51)の回転位置を、ラジエータバイパス経路(24)、サーモスタット弁配設路(72)及びラジエータ経路接続路(71)の全てに冷却水を流すような回転位置にする。また、冷却水の温度、エンジン負荷、及び/又はエンジン回転数が高いほど、ラジエータ経路(23)への冷却液の流量が多くなるよう、回転弁体(51)の回転位置が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
エンジンが完全暖機した後、燃焼室は高温になる。その燃焼室を冷却するため、特許文献1の冷却装置にもあるように、エンジンの本体を構成しているシリンダボア、シリンダヘッドなどにおける燃焼室の周囲の部分には、ラジエータで冷却した冷却水が流れる流路、いわゆるウォータジャケットが設けられている。
【0008】
ところで、エンジンの燃焼制御において、燃焼室の中の温度(筒内温度)は、重要な因子の1つである。燃焼制御が高度になればなるほど、筒内温度は、緻密な制御が要求される。例えば、圧縮着火燃焼を安定して制御するためには、筒内温度を、火花点火燃焼よりも高温で、しかも精度高く制御することが必要になる。また、エンジンの負荷に応じて燃焼室の中で発生する熱量が変化するため、筒内温度も変化する。
【0009】
その筒内温度の制御においては、燃焼室の壁温は、重要な因子の1つである。エンジンの負荷が変わることに対して応答性良く、燃焼室の壁温を調整することが求められる。
【0010】
この点に関して特許文献1の冷却装置は、冷却水の温度が高くなると、ラジエータ経路を流れる冷却水の流量を増やすことによって冷却水の温度を下げる。冷却水の温度が変わると、冷却水と燃焼室との間の熱交換量が変わる。燃焼室の中で発生する熱量に応じて熱交換量を変えれば、燃焼室の壁温を調整することができる。
【0011】
しかしながら、冷却水の熱容量が大きいため、冷却水の温度を変えるには長い時間が必要である。冷却水の温度調整によって、エンジンの負荷が変わることに対して応答性良く、燃焼室の壁温を調整することは難しい。
【0012】
ここに開示する技術は、エンジンの負荷に応じて、燃焼室の壁温を高い応答性で調整する。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本願発明者らは、冷却水の温度を変えるのではなく、ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を変えることにより、冷却水と燃焼室との間の熱伝達率を変えて燃焼室の壁温を調整する点に着目し、ここに開示する技術を完成させた。
【0014】
ここに開示する技術は、エンジンシステムに係り、このエンジンシステムは、
燃焼室の周囲に設けられたウォータジャケットを有するエンジンと、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記ウォータジャケットに冷却水を循環させる循環装置と、
前記エンジンの運転状態に応じて前記循環装置を制御する制御器と、を備え、
前記循環装置は、
熱交換器を含むラジエータ流路と、
前記熱交換器をバイパスするバイパス流路と、
前記ラジエータ流路及び前記バイパス流路のそれぞれを流れる冷却水の流量を調整することによって、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を調整する流量調整装置と、
前記ラジエータ流路に接続されかつ、冷却水が前記熱交換器を通過するよう開弁するサーモスタット弁と、を有し、
前記制御器は、前記流量調整装置に電気的に接続されると共に、
前記エンジンの負荷が第1負荷よりも低い場合に、前記ラジエータ流路を閉じかつ、前記バイパス流路を流れる冷却水の流量を調整することによって、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を、前記負荷に応じて調整するよう、前記流量調整装置を制御しかつ、
前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、冷却水が前記ラジエータ流路及び前記バイパス流路のそれぞれを流れるよう、前記流量調整装置を制御する。
【0015】
この構成によると、エンジンのウォータジャケットを通過する冷却水は、燃焼室との間で熱交換を行う。冷却水は、循環装置によって、ウォータジャケットに循環する。
【0016】
循環装置はサーモスタット弁を有している。サーモスタット弁は、冷却水が所定温度の場合に開弁する。サーモスタット弁が開弁すると、冷却水の一部が熱交換器を通過するため、冷却水の温度が下がる。サーモスタット弁は、冷却水の温度を、サーモスタット弁の開弁温度に対応する特定の温度に維持させる。
【0017】
エンジンの負荷が第1負荷よりも低い場合、流量調整装置は、ラジエータ流路を閉じる。冷却水は、バイパス流路を流れる。流量調整装置はまた、冷却水の流量を調整する。これにより、ウォータジャケットを流れる冷却水の流量が変わる。冷却水の流量は、流量調整装置によって、冷却水の温度に比べて速やかに変更できるから、流量調整装置は、ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を、負荷の変化に対して高い応答性で調整できる。
【0018】
ウォータジャケットを流れる冷却水の流量が下がると熱伝達率が下がり、ウォータジャケットを流れる冷却水の流量が上がると熱伝達率が上がる。エンジンの負荷に応じて、燃焼室の中で発生する熱量は変わる。従って、前記のエンジンシステムは、エンジンの負荷に応じて、制御器が、流量調整装置を通じてウォータジャケットを流れる冷却水の流量を変えるから、燃焼室の壁温を高い応答性で調整することができる。
【0019】
エンジンの負荷が第1負荷以上の場合、燃焼室の中で発生する熱量が相対的に増える。制御器は、流量調整装置を通じて、ラジエータ流路及びバイパス流路のそれぞれを冷却水が流れるようにする。例えばラジエータ流路を流れる冷却水の流量を増やすことによって、冷却水の温度が下がる。エンジンの負荷が第1負荷以上の場合に、燃焼室の壁温が適切な温度になる。
【0020】
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷よりも低い場合において、前記負荷が高い場合は、低い場合よりも、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を増やす、としてもよい。
【0021】
エンジンの負荷が高くなると燃焼室の中で発生する熱量が増大する。負荷が高い場合は、低い場合よりも、ウォータジャケットを流れる冷却水の流量が増えることにより、熱伝達率が上がる。燃焼室の壁温が、適切な温度に維持される。
【0022】
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、前記バイパス流路を流れる冷却水の流量及び前記ラジエータ流路を流れる冷却水の流量を調整することによって、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を、前記負荷に応じて調整する、としてもよい。
【0023】
ラジエータ流路を流れる冷却水の流量が増えると、冷却水の温度が下がる。負荷が高くなると燃焼室の中に発生する熱量が増えるが、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度が負荷に応じて調整されることによって、燃焼室の壁温が適切な温度になる。
【0024】
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、前記負荷が高い場合は、低い場合よりも、前記バイパス流路を流れる冷却水の流量を減らしかつ、前記ラジエータ流路を流れる冷却水の流量を増やす、としてもよい。
【0025】
ラジエータ流路を流れる冷却水の流量が増えると、冷却水の温度が下がる。負荷が高くかつ、燃焼室の中で発生する熱量が高い場合に冷却水の温度が下がることによって、燃焼室の壁温が適切な温度になる。逆に、ラジエータ流路を流れる冷却水の流量が減ると、冷却水の温度が上がる。負荷が低くかつ、燃焼室の中で発生する熱量が低い場合に冷却水の温度が上がることによって、燃焼室の壁温が適切な温度になる。
【0026】
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を最大流量にする、としてもよい。
【0027】
負荷が第1負荷以上になると、燃焼室の中で発生する熱量が増える。ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を最大流量にすることによって、燃焼室の中で発生する熱量が高い場合に、燃焼室の壁温が適切な温度になる。
【0028】
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷よりも低い場合、及び、前記第1負荷以上の場合に、前記燃焼室の壁温を一定温度にする、としてもよい。
【0029】
エンジンの負荷が低い場合において理想とされる燃焼室の壁温と、エンジンの負荷が高い場合において理想とされる燃焼室の壁温とは必ずしも一致しない。負荷の高低に応じて燃焼室の壁温を変更することが理想的である。しかしながら、燃焼室の壁部は熱容量が大きいため、燃焼室の壁部の温度を、短時間で上げたり下げたりすることは難しい。
【0030】
そこで、前記の構成は、燃焼室の壁温を、負荷が第1負荷よりも低い場合、及び、第1負荷以上の場合のそれぞれにおいて許容できる特定温度に維持する。具体的に負荷が第1負荷よりも低い場合は、サーモスタット弁を用いて冷却水を一定の温度にしながら、ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を、負荷に応じて調整することによって、燃焼室の壁温を特定温度に維持する。負荷が第1負荷以上の場合は、バイパス流路を流れる冷却水の流量及びラジエータ流路を流れる冷却水の流量を調整することによって、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を負荷に応じて調整し、燃焼室の壁温を、同じ特定温度に維持する。その結果、エンジンの負荷が第1負荷よりも低くなったり、第1負荷以上になったりしても、燃焼室の壁温は適切な温度になる。
【0031】
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を、前記サーモスタット弁の開弁温度よりも下げる、としてもよい。
【0032】
エンジンの負荷が高いと、燃焼室の中で発生する熱量が多い。ウォータジャケットを流れる冷却水の温度が相対的に下がることによって、燃焼室の壁温を適切な温度にできる。
【0033】
エンジンの負荷が低い場合、燃焼室の中で発生する熱量が少ない。負荷が第1負荷よりも低い場合、冷却水の温度は、前述したようにサーモスタット弁の開弁温度によって定まる。サーモスタット弁の開弁温度を相対的に高い温度に設定することにより、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度が相対的に上がるから、燃焼室の壁温を適切な温度にできる。
【0034】
前記制御器は、前記負荷が前記第1負荷以上でかつ、第2負荷よりも低い場合、前記負荷の上昇に対して前記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度が下がるように、前記ラジエータ流路を流れる冷却水の流量を増やし、前記負荷が前記第2負荷以上の場合、前記負荷の上昇に対して前記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度が一定になるように、前記ラジエータ流路を流れる冷却水の流量を増やす、としてもよい。
【0035】
負荷が第1負荷以上でかつ第2負荷よりも低い場合、つまり中負荷の場合、負荷が上がると、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度が下がる。燃焼室の壁温を、負荷の上昇に対して一定の温度に維持できる。負荷が第2負荷以上である場合、つまり高負荷の場合、負荷の上昇に対し、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度が一定になる。燃焼室の壁温を適切な温度にできる。
【0036】
前記エンジンは、混合気を強制点火する点火装置を有しかつ、前記負荷が前記第1負荷よりも低い場合に、前記燃焼室内の混合気を、前記点火装置の強制点火無しに燃焼させ、前記負荷が前記第1負荷以上の場合に、前記燃焼室内の混合気を、前記点火装置の強制点火によって燃焼させる、としてもよい。
【0037】
燃焼室内の混合気が、強制点火なしで燃焼する場合、つまり、自着火により燃焼する場合、エンジンの熱効率が向上するから燃焼室の壁温は低くなりがちであるのに対し、燃焼安定化の観点からは、燃焼室の壁温は相対的に高い温度に維持することが好ましい。前述したように、サーモスタット弁の開弁温度を相対的に高い温度に設定することにより、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を相対的に上げかつ、燃焼室の壁温を高くしてもよい。
【0038】
ウォータジャケットを流れる冷却水の流量は、前述したように、負荷に応じて調整される。このことによって、燃焼室の中で発生する熱量に応じて熱伝達率が変わり、燃焼室の壁温が適切な温度に維持される。
【0039】
燃焼室内の混合気が、強制点火によって燃焼する場合、熱効率の低下により燃焼室の壁温は相対的に高くなると共に、燃焼室の壁温が高くなりすぎることは、ノッキングといった異常燃焼を招く恐れがある。そのため、燃焼室内の混合気が、強制点火によって燃焼する場合、冷却水がラジエータ流路及びバイパス流路のそれぞれを流れるよう、制御器が流量調整装置を制御する。このことにより、冷却水の温度が相対的に低下するから、燃焼室の壁温を適切な温度にできる。
【0040】
前記流量調整装置は、前記バイパス流路と前記ラジエータ流路とが分流する部位、又は、前記バイパス流路と前記ラジエータ流路とが合流する部位に設置され、
前記循環装置は、前記バイパス流路と前記ラジエータ流路とを連絡する連絡流路をさらに有し、
前記サーモスタット弁は、前記連絡流路を開閉する、としてもよい。
【0041】
この構成によると、ラジエータ通路が閉じられた状態において、冷却水の温度が上がってサーモスタット弁が開弁すると、冷却水はバイパス流路からラジエータ流路へ流れる。冷却水の温度が低下する。サーモスタット弁は、冷却水を所定の温度に維持できる。
【0042】
前記流量調整装置は、前記バイパス流路と前記ラジエータ流路とが分流する部位、又は、前記バイパス流路と前記ラジエータ流路とが合流する部位に設置され、
前記循環装置は、前記流量調整装置をバイパスして前記ウォータジャケットと前記ラジエータ流路とを連絡する連絡流路をさらに有し、
前記サーモスタット弁は、前記連絡流路を開閉する、としてもよい。
【0043】
この構成によると、流量調整装置によってラジエータ通路が閉じられた状態において、冷却水の温度が上がってサーモスタット弁が開弁すると、冷却水は、流量調整装置をバイパスして、ラジエータ流路へ流れる。冷却水の温度が低下する。この場合も、サーモスタット弁は、冷却水を所定の温度に維持できる。
【0044】
前記流量調整装置は、
前記バイパス流路に接続される第1ポートと、前記ラジエータ流路に接続される第2ポートと、前記第1ポート及び前記第2ポートの各々につながる第3ポートと、が設けられたハウジングと、
前記ハウジングに回転可能な状態で収容され、前記第1ポートと前記第2ポートと前記第3ポートとの間に介在し、前記第1ポートにつながる第1通水開口および前記第2ポートにつながる第2通水開口を有する回転弁体と、
前記回転弁体を回転させて前記第1通水開口および前記第2通水開口の各々の開度を変更することにより、前記第1ポートおよび前記第2ポートの各々を流れる冷却水の流量を調整するアクチュエータと、
を有している、としてもよい。
【0045】
回転弁体を有する流量調整装置は、バイパス流路及び/又はラジエータ流路を選択的に閉じることができると共に、バイパス流路の流量、及び、ラジエータ流路の流量を調整できる。流量調整装置を備えたエンジンシステムは、前述したウォータジャケットの流量調整を簡易な構成で実現できる。
【発明の効果】
【0046】
以上説明したように、前記のエンジンシステムによると、エンジンの負荷に応じて、燃焼室の壁温を高い応答性で調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【
図2】
図2は、例示的なエンジンシステムのブロック図である。
【
図3】
図3は、エンジンシステムの例示的な制御マップを示す。
【
図8】
図8は、循環装置の例示的な制御手順を示す。
【
図9】
図9は、循環装置の例示的な制御手順を示す。
【発明を実施するための形態】
【0048】
以下、エンジンシステムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するエンジンシステムは例示である。
【0049】
(エンジンシステムの構成例)
図1及び
図2は、エンジンシステム1の構成例を示している。エンジンシステム1は、自動車に搭載されている。エンジンシステム1は、内燃機関であるエンジン10を備えている。エンジン10が運転すると、自動車は走行する。尚、自動車は、走行の動力源としてエンジン10のみが搭載された自動車であってもよいし、エンジン10及び電気モータが搭載されたハイブリッド自動車であってもよい。
【0050】
エンジン10は、シリンダブロック11と、シリンダヘッド12とを備えている。シリンダブロック11には、複数のシリンダ13が形成されている。エンジン10は、多気筒エンジンである。
【0051】
複数のシリンダ13は、クランクシャフト14に沿って一列に並んでいる(
図4も参照)。各シリンダ13には、ピストン15が内挿されている。ピストン15は、コネクティングロッド151を介してクランクシャフト14に連結されている。ピストン15、シリンダ13及びシリンダヘッド12は、燃焼室16を形成する。
【0052】
シリンダヘッド12には、各シリンダ13に連通する吸気ポート121が形成されている。吸気ポート121に配設された吸気弁122は、吸気ポート121を開閉する。吸気動弁装置123(
図2参照)は、吸気弁122を所定のタイミングで開閉する。吸気動弁装置123は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁装置である。
【0053】
シリンダヘッド12には、各シリンダ13に連通する排気ポート124が形成されている。排気ポート124に配設された排気弁125は、排気ポート124を開閉する。排気動弁装置126は、排気弁125を所定のタイミングで開閉する。排気動弁装置126は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁装置である。
【0054】
シリンダヘッド12には、シリンダ13毎に、インジェクタ131が取り付けられている。インジェクタ131は、シリンダ13の中に燃料を直接噴射する。シリンダヘッド12には、シリンダ13毎に、点火プラグ132が取り付けられている。点火プラグ132は、シリンダ13の中の混合気に強制的に点火をする。
【0055】
エンジン10の一側面には吸気通路17が接続されている。吸気通路17は、吸気ポート121に連通している。吸気通路17には、スロットル弁171が配設されている。スロットル弁171は、シリンダ13の中への空気の導入量を調節する。エンジン10の他側面には、排気通路18が接続されている。排気通路18は排気ポート124に連通している。
【0056】
吸気通路17と排気通路18との間には、EGR通路19が接続されている。EGR通路19は、排気ガスの一部を吸気通路17に還流させる。EGR通路19には、EGRクーラー191が配設されている。EGRクーラー191は、排気ガスを冷却する。EGR通路19にはまた、EGR弁192が配設されている。EGR弁192は、EGR通路19を流れる排気ガスの流量を調節する。
【0057】
エンジンシステム1は、エンジン10を運転するためのECU(Engine Control Unit)100を備えている。ECU100は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、中央演算処理装置(Central Processing Unit: CPU)101と、メモリ102と、I/F回路103と、を備えている。CPU101は、プログラムを実行する。メモリ102は、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納する。I/F回路103は、電気信号の入出力をする。ECU100は、制御器の一例である。
【0058】
ECU100には、各種のセンサSN1~SN5が接続されている。センサSN1~SN5は、信号をECU100に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
第1水温センサSN1:後述する冷却水の循環装置91において、エンジン10に流入する冷却水の温度に対応する信号を出力する。
第2水温センサSN2:エンジン10に取り付けられ、エンジン10内を流れる冷却水の温度に対応する信号を出力する。
筒内圧センサSN3:シリンダヘッド12に取り付けられかつ、各シリンダ13内の圧力に対応する信号を出力する。
クランク角センサSN4:エンジン10に取り付けられかつ、クランクシャフト14の回転角に対応する信号を出力する。
アクセル開度センサSN5:アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応した信号を出力する。
【0059】
ECU100は、これらのセンサSN1~SN5の信号に基づいて、エンジン10の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ102に記憶されている。制御ロジックは、メモリ102に記憶しているマップを用いて、目標量及び/又は制御量を演算することを含む。ECU100は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ131、点火プラグ132、吸気動弁装置123、排気動弁装置126、スロットル弁171、EGR弁192、及び、後述する冷却水制御バルブ4に出力する。
【0060】
より詳細に、ECU100は、機能ブロックとして、負荷演算部104、燃焼形態判定部105、水温判定部106、及び、CCV制御部107を有している。
【0061】
負荷演算部104は、アクセル開度センサSN5の出力信号に基づいて、エンジン10の目標負荷を演算する。燃焼形態判定部105は、エンジン10の負荷と、クランク角センサSN4の出力信号に基づいて、後述するベースマップ301(
図3参照)におけるエンジン10の運転領域を判定し、運転領域に対応する燃焼形態を判定する。水温判定部106は、第2水温センサSN2の出力信号に基づいて、燃焼室16の周囲のウォータジャケット20(
図4参照)を流れる冷却水の温度を判定する。CCV制御部107は、エンジン10の運転状態に応じて冷却水制御バルブ4を制御することにより、エンジン10を冷却する。
【0062】
(エンジンの運転制御マップ)
図3は、エンジン10の制御に係るベースマップ301を例示している。ベースマップ301は、ECU100のメモリ102に記憶されている。図示しているベースマップ301は、エンジン10が完全暖機の場合のベースマップ301である。
【0063】
ベースマップ301は、エンジン10の負荷及び回転数によって規定されている。ベースマップ301は、負荷の高低及び回転数の高低に対して大別して、四つの領域に分かれる。より詳細に、第1領域311は、高回転における低負荷から高負荷までの領域と、低回転及び中回転における高負荷の領域とを含む。第2領域312は、低回転及び中回転における低負荷の領域である。第3領域313は、低回転及び中回転における負荷が低から中程度の領域である。第4領域314は、低回転及び中回転における負荷が中から高程度の領域である。尚、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン10の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分したときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域としてもよい。
【0064】
次に、各領域におけるエンジン10の運転について簡単に説明をする。ECU100は、エンジン10に対する目標負荷、及び、エンジン10の回転数に応じて、運転領域を判定し、判定した運転領域に応じて、ECU100は、吸気弁122及び排気弁125の開閉動作、燃料の噴射タイミング、及び、強制点火の有無を変える。それによって、エンジン10の燃焼形態は、SI(Spark Ignition)燃焼、HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)燃焼、MPCI(Multiple Premixed fuel injection Compression Ignition)燃焼、及び、SPCCI(Spark Controlled Compression Ignition)燃焼に変わる。
【0065】
(SI燃焼)
エンジン10の運転状態が第1領域311にある場合に、ECU100は、シリンダ13内の混合気を火炎伝播燃焼させる。吸気動弁装置123は、吸気弁122を所定のタイミング及び/又は所定のリフト量で開弁し、排気動弁装置126は、排気弁125を所定のタイミング及び/又は所定のリフト量で開弁する。インジェクタ131は、吸気行程及び/又は圧縮行程の期間中に、シリンダ13の中に燃料を噴射する。点火プラグ132は、圧縮上死点の付近において、混合気に点火する。
【0066】
(HCCI燃焼)
エンジン10の運転状態が第2領域312にある場合に、ECU100は、シリンダ13内の混合気を圧縮着火燃焼させる。吸気動弁装置123は、吸気弁122を所定のタイミング及び/又は所定のリフト量で開弁し、排気動弁装置126は、排気弁125を所定のタイミング及び/又は所定のリフト量で開弁する。インジェクタ131は、吸気行程の期間中に、シリンダ13の中に燃料を噴射する。点火プラグ132は、混合気への点火を行わない。混合気は、圧縮上死点の付近において、圧縮自着火し、燃焼する。
【0067】
(MPCI燃焼)
エンジン10の運転状態が第3領域313にある場合に、ECU100は、シリンダ13内の混合気を圧縮着火燃焼させる。吸気動弁装置123は、吸気弁122を所定のタイミング及び/又は所定のリフト量で開弁し、排気動弁装置126は、排気弁125を所定のタイミング及び/又は所定のリフト量で開弁する。インジェクタ131は、吸気行程の期間内と、圧縮行程の期間内とのそれぞれにおいて、シリンダ13内に燃料を噴射する。インジェクタ131は、分割噴射を行う。点火プラグ132は、混合気への点火を行わない。混合気は、圧縮上死点の付近において、圧縮自着火し、燃焼する。
【0068】
分割噴射によって、シリンダ13内の混合気が不均質になる。この点で、MPCI燃焼は、均質な混合気が形成されるHCCI燃焼とは異なる。MPCI燃焼は、エンジン10の負荷が、相対的に高い場合において、圧縮自着火のタイミングをコントロール可能にする。
【0069】
(SPCCI燃焼)
エンジン10の運転状態が第4領域314にある場合に、ECU100は、シリンダ13内の混合気の一部を火炎伝播燃焼させ、残りを圧縮着火燃焼させる。吸気動弁装置123は、吸気弁122を所定のタイミング及び/又は所定のリフト量で開弁し、排気動弁装置126は、排気弁125を所定のタイミング及び/又は所定のリフト量で開弁する。インジェクタ131は、圧縮行程の期間中に、シリンダ13の中に燃料を噴射する。点火プラグ132は、圧縮上死点の付近において、混合気に点火する。混合気は火炎伝播燃焼を開始する。燃焼の発熱によりシリンダ13の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播によりシリンダ13の中の圧力が上昇する。このことによって、未燃混合気が、例えば圧縮上死点後に圧縮自着火し、燃焼を開始する。圧縮着火燃焼の開始後、火炎伝播燃焼と圧縮着火燃焼とは並行して進行する。
【0070】
(循環装置の構成)
次に、
図4を参照しながら、エンジンシステム1が有する循環装置91の構成を説明する。循環装置91は、エンジン10に取り付けられかつ、ウォータジャケット20に冷却水を循環させる装置である。
【0071】
ウォータジャケット20は、エンジン10の内部に形成されている。ウォータジャケット20は、循環装置91に接続されかつ、循環装置91と共に、冷却水が循環する回路を構成する。ウォータジャケット20は、ブロック内ジャケット21、および、ヘッド内ジャケット22を有している。ブロック内ジャケット21は、各シリンダ13の外周に沿って拡がるように、シリンダブロック11に形成されている。
【0072】
ヘッド内ジャケット22は、シリンダヘッド12に形成されている。ヘッド内ジャケット22は、ブロック内ジャケット21と連通する(
図4の点線参照)。ヘッド内ジャケット22は、第1ジャケット22aと第2ジャケット22bとを有している。第1ジャケット22aおよび第2ジャケット22bは、互いに独立している。
【0073】
第1ジャケット22aは、一列に並んだ複数の燃焼室16の上部に沿って延びるように形成されている。第1ジャケット22aを流れる冷却水は、主に、燃焼室16と熱交換(主に冷却)する。詳細には、第1ジャケット22aを流れる冷却水は、燃焼室16の中の雰囲気と、燃焼室16の壁面を介して熱交換する。
【0074】
第2ジャケット22bは、一列に並んだ複数のシリンダ13の排気ポート124の周辺部位に沿って延びるように形成されている。第2ジャケット22bを流れる冷却水は、主に、高温の排気ガスが流れる排気ポート124と熱交換(主に冷却)する。
【0075】
エンジン10の端部(流入側端部10a)におけるシリンダブロック11には、ウォータポンプ3が設置されている。ウォータポンプ3は、循環装置91の一部を構成している。
【0076】
ウォータポンプ3は、プーリ、ベルトなどを介して、エンジン10のクランクシャフト14にポンプの回転軸が連結されている機械式ポンプである。ウォータポンプ3は、エンジン10の駆動力によって作動する。なお、ウォータポンプ3は、エンジン10から独立して作動できる電動ポンプであってもよい。
【0077】
ブロック内ジャケット21は、冷却水導入路23を介してウォータポンプ3の吐出口3aと接続されている。従って、ウォータポンプ3が吐出する冷却水は、冷却水導入路23を通ってブロック内ジャケット21に流入する。ブロック内ジャケット21に流入した冷却水は、ヘッド内ジャケット22に流入する。詳細には、第1ジャケット22aと第2ジャケット22bとに分かれて流入する。
【0078】
エンジン10の流入側端部10aとは反対側の端部(流出側端部10b)におけるシリンダヘッド12には、冷却水制御バルブ4(Coolant Control Valve:CCV、開示する技術における「流量調整装置」に相当)が設置されている。冷却水制御バルブ4は、循環装置91の一部を構成している。
【0079】
冷却水制御バルブ4の第3ポート65(
図5参照)は、第1冷却水導出路24を介して第1ジャケット22aと接続されている。従って、第1ジャケット22aを流れる冷却水は、第1冷却水導出路24を通ってエンジン10から流出し、冷却水制御バルブ4に流入する(冷却水制御バルブ4の詳細は後述)。
【0080】
流出側端部10bにおけるシリンダヘッド12の排気側の部位には、第2ジャケット22bに連通した第2冷却水導出路25が形成されている。従って、第2ジャケット22bを流れる冷却水は、第2冷却水導出路25を通ってエンジン10から流出し、後述する第2循環流路31に流入する。
【0081】
流出側端部10bにおけるシリンダブロック11の吸気側の部位には、ブロック内ジャケット21に連通した第3冷却水導出路26が形成されている。従って、ブロック内ジャケット21を流れる冷却水の一部は、第3冷却水導出路26を通ってエンジン10から流出し、後述する第3循環流路41に流入する。
【0082】
循環装置91は、上述したウォータポンプ3および冷却水制御バルブ4に加え、ラジエータ27(開示する技術における「熱交換器」に相当)、および、サーモスタット弁28を備える。そして、循環装置91を含むエンジンシステム1は、大別すると、冷却水が循環する流路として、第2回路30、第3回路40、および、第1回路50を備える。
【0083】
(第2回路)
第2回路30は、2つに分岐した流路(第1分岐流路31aおよび第2分岐流路31b)が設けられた第2循環流路31を有している。第1分岐流路31aには、EGRクーラー191およびヒーター71が配置されている。ヒーター71は、車室内の空気を調節する空調機に組み込まれている。第2分岐流路31bには、スロットル弁(Electric Throttle Body:ETB)171およびEGR弁192が配置されている。第2循環流路31の上流側の端部は、第2冷却水導出路25に接続されている。第2循環流路31の下流側の端部は、第1回路50および第3回路40と合流した状態で、ウォータポンプ3の吸込口3bに接続されている。
【0084】
エンジン10の内部では、ブロック内ジャケット21、第2ジャケット22b、および、第2冷却水導出路25が、第2回路30の流路を構成している。従って、第2回路30では、ウォータポンプ3から吐出された冷却水のうち、ブロック内ジャケット21および第2ジャケット22bを流れた冷却水が、第1分岐流路31aおよび第2分岐流路31bの各々に分流して流れる。そして、合流した後、ウォータポンプ3に戻るように構成されている。
【0085】
第2回路30を流れる冷却水は、エンジン10の主に排気ポート124と熱交換する。そして、EGRクーラー191、ヒーター71、スロットル弁171、および、EGR弁192とも熱交換する。
【0086】
(第3回路)
第3回路40は、オイルクーラー72およびATF熱交換器73が設置された第3循環流路41を有している。オイルクーラー72は、エンジン10に潤滑油を循環供給するシステムに設置されている。ATF熱交換器73は、自動変速機の作動油を循環供給するシステムに設置されている。第3循環流路41の上流側の端部は、第3冷却水導出路26に接続されている。第3循環流路41の下流側の端部は、第1回路50および第2回路30と合流した状態で、ウォータポンプ3の吸込口3bに接続されている。
【0087】
エンジン10の内部では、ブロック内ジャケット21および第3冷却水導出路26が、第3回路40の流路を構成している。従って、第3回路40では、ウォータポンプ3から吐出された冷却水のうち、ブロック内ジャケット21を流れる冷却水の一部が、第3循環流路41を流れてウォータポンプ3に戻るように構成されている。第3回路40を流れる冷却水は、オイルクーラー72およびATF熱交換器73と熱交換する。
【0088】
(第1回路)
第1回路50は、バイパス流路51、連絡流路52、および、ラジエータ流路53を有している。エンジン10の内部では、ブロック内ジャケット21、第1ジャケット22a、および、第1冷却水導出路24が、第1回路50の流路を構成している。
【0089】
第1回路50の流路は、冷却水制御バルブ4において、バイパス流路51およびラジエータ流路53に分岐している。バイパス流路51およびラジエータ流路53の各々の下流側の端部は、第2回路30および第3回路40と合流した状態で、ウォータポンプ3の吸込口3bに接続されている。
【0090】
ラジエータ流路53には、ラジエータ27が設けられている。ラジエータ27は、自動車のフロントグリルの後方に設置されている。ラジエータ27を流れる冷却水は、主に走行風による外気との間で熱交換する。冷却水は、ラジエータ流路53を流れることで放熱して冷却される。
【0091】
それにより、ラジエータ流路53は、ウォータポンプ3から吐出されて、ブロック内ジャケット21および第1ジャケット22aを流れて熱交換して加熱された冷却水を、ラジエータ27で冷却して、ブロック内ジャケット21および第1ジャケット22aに還流させる。
【0092】
バイパス流路51は、ラジエータ流路53をバイパスする流路である。バイパス流路51は、ラジエータ流路53よりも短い。バイパス流路51には、サーモスタット弁28のみが設けられている。サーモスタット弁28は、バイパス流路51の上流側と下流側とを常時連通させた状態で、連絡流路52を介して、ラジエータ流路53と接続されている。
【0093】
それにより、バイパス流路51は、ウォータポンプ3から吐出されて、ブロック内ジャケット21および第1ジャケット22aを流れて熱交換した冷却水を、ラジエータ27で冷却することなく、ブロック内ジャケット21および第1ジャケット22aに還流させる。
【0094】
サーモスタット弁28は、予め設定された高い温度で開閉する公知の装置である。サーモスタット弁28は、バネの弾性力で閉じ方向に付勢された弁体を有している。その弁体が、ワックスの作用によって変位することで、サーモスタット弁28は開閉する。このエンジンシステム1のサーモスタット弁28は、その開弁温度が、従来のサーモスタット弁の開弁温度に比べて高く設定されている。
【0095】
サーモスタット弁28が開くことで、バイパス流路51は、連絡流路52を介して、ラジエータ流路53と連通する。従って、サーモスタット弁28が開くと、バイパス流路51を流れる冷却水の一部は、連絡流路52を通って、ラジエータ流路53に流入する。
【0096】
(冷却水制御バルブ)
図5に、冷却水制御バルブ4を示す。冷却水制御バルブ4は、冷却水の流量調整が可能なバルブであり、ハウジング60、回転弁体61、アクチュエータ62などで構成されている。
【0097】
ハウジング60の内部には、円筒状の分流室60aが設けられている。分流室60aには、円筒状の回転弁体61が、回転可能な状態で収容されている。ハウジング60には、分流室60aの外周における所定の位置から径方向外側に延びるように、第1ポート63および第2ポート64が形成されている。第1ポート63は、バイパス流路51に接続されている。第2ポート64は、ラジエータ流路53に接続されている。
【0098】
分流室60aの一端は、開口している。その開口により、分流室60aに冷却水が流入する第3ポート65が構成されている。そして、その第3ポート65が第1冷却水導出路24と中心を一致させた状態で接続されるように、ハウジング60がシリンダヘッド12に取り付けられている。それにより、第3ポート65と、第1ポート63および第2ポート64の各々との間には、回転弁体61の周壁が介在している。
【0099】
回転弁体61の周壁の所定位置には、第1通水開口61aと第2通水開口61bとが形成されている。第1通水開口61aは、第2通水開口61bよりも周方向の長さが長く、相対的に大きな開口面積を有している。回転弁体61の回転位置により、第3ポート65は、第1通水開口61aおよび第2通水開口61bの各々を介して、第1ポート63および第2ポート64の各々と連通したり連通しなかったりする。また、連通する場合においても、第1ポート63および第2ポート64の各々と第3ポート65との間の開度が、回転弁体61の回転位置によって大小に変化する。
【0100】
分流室60aの他端は、封止壁66で密閉されている。ハウジング60の内部における封止壁66を挟んだ分流室60aの反対側には、アクチュエータ62が収容されている。そのアクチュエータ62の回転軸62aが、封止壁66の中心に開口した軸穴を通って分流室60aの内部に突出している。分流室60aに突出した回転軸62aに、支持アーム62bを介して回転弁体61が取り付けられている。ECU100は、アクチュエータ62に制御信号を出力する。ECU100がアクチュエータ62を制御することにより、回転弁体61は回転する。
【0101】
図4に戻り、第1水温センサSN1は、第1回路50、第2回路30、および、第3回路40が合流してウォータポンプ3に流入する流路に配置されている。第2水温センサSN2は、第1ジャケット22aに配置されている。第1水温センサSN1は、エンジン10に流入する冷却水の温度を計測する。第2水温センサSN2は、ウォータジャケット20、より正確には第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度を計測する。これらセンサSN1、SN2は、冷却水の制御および燃焼制御に利用される。例えば、第2水温センサSN2は、高度な燃焼制御を行う際に、燃焼室16の壁温の推定に利用される。第2水温センサSN2はまた、アクチュエータ62の制御に利用される。
【0102】
この循環装置91では、第2水温センサSN2の計測値に基づいて、ECU100が冷却水制御バルブ4を制御する。それにより、第1回路50、つまり、バイパス流路51およびラジエータ流路53を流れる冷却水の流量を調整する(連絡流路52の冷却水の流れはサーモスタット弁28によって自動的に調整される)。
【0103】
循環装置91を流れる冷却水は、主に、ラジエータ流路53に設置されているラジエータ27によって冷却される。冷却水の温度が調整される。
【0104】
すなわち、この循環装置91の主体は第1回路50である。第2回路30および第3回路40の各々における冷却水の流量および温度は、第1回路50での冷却水の流量および温度の調整に応じて変化する。この循環装置91において、第1回路50は必須であるが、第2回路30および第3回路40は必須でない。
【0105】
(冷却水の流し方)
上述したように、第1ジャケット22aを流れる冷却水は、主に、燃焼室16の壁部と熱交換し、燃焼室16の壁部を冷却する。このエンジンシステム1では、エンジン10の燃焼制御を安定的かつ効率的に行うために、第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度(第2水温センサSN2の計測値)に応じて、冷却水の流し方が複数設定されている。
図6は、冷却水の温度に応じたエンジンシステム1における各回路の通水状態を示す。
【0106】
冷却水制御バルブ4では、アクチュエータ62が制御され、第1ポート63および第2ポート64の双方を流れる冷却水の流量が調整される。すなわち、回転弁体61が所定の回転位置となるように、第1通水開口61aおよび第2通水開口61bの各々の開度が変更される。
【0107】
「低温」は、エンジン10の始動直後など、いわゆる冷間時の状態である。「低温」は、第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度tが、第1切替温度t11(例えば、40℃)未満の状態である。「完全暖機」は、エンジン10が運転に適した温度に暖まった状態であり、いわゆる温間時の状態である。「完全暖機」は、第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度tが、第2切替温度t12(例えば、80℃)以上の状態である。「半暖機」は、「低温」と「完全暖機」との間の状態、つまり過渡期の状態である。「半暖機」は、第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度tが第1切替温度t11以上でかつ、第2切替温度t12未満の状態であり、冷却水の温度tが例えば40℃から80℃の状態である。
【0108】
「低温」の時には、
図6の左に示す状態81のように、バイパス流路51およびラジエータ流路53のいずれにも、冷却水は流さない(これら双方の流量はゼロ)。すなわち、第1回路50では、冷却水の循環は行わない。このとき、冷却水制御バルブ4では、回転弁体61が、第1ポート63および第2ポート64の双方が第3ポート65と連通しない回転位置に設定される。
【0109】
ラジエータ流路53に冷却水は流れないので、冷却水がラジエータ27で冷却されることはない。従って、冷却水は速やかに温度が上昇する。しかも、燃焼室16は、冷却水の循環で冷却されない。燃焼室16を、燃焼熱で速やかに暖めることができる。燃焼に適した温度状態にエンジン10が早期に立ち上がるので、燃費を向上できる。このとき、ウォータポンプ3で吐出される冷却水は第2回路30および第3回路40を循環する。
【0110】
「半暖機」の時には、
図6の中央に示す状態82のように、バイパス流路51に冷却水は流すが、ラジエータ流路53に冷却水は流さない(ラジエータ流路53の流量はゼロ)。すなわち、第1回路50では、バイパス流路51においてのみ冷却水の循環を行う。このとき、冷却水制御バルブ4では、回転弁体61が、第1ポート63のみが第3ポート65と連通する回転位置に設定される。第1通水開口61aの開度は、例えば全開である。
【0111】
ラジエータ流路53に冷却水は流れないので、冷却水は速やかに温度が上昇する。対して、バイパス流路51に冷却水が流れるので、第1ジャケット22aに冷却水が流れる。バイパス流路51は短い。そして、冷却水制御バルブ4は全開に設定されているので、冷却水の多くがバイパス流路51および第1ジャケット22aを流れる。
【0112】
燃焼室16を、循環する冷却水で速やかに暖めることができる。冷却水が循環するので、燃焼室16およびその周辺を、偏ることなく暖めることができる。燃焼に適した温度状態にエンジン10が早期に立ち上がるので、燃費を向上できる。
【0113】
なお、このとき、ウォータポンプ3で吐出される冷却水の残部は第2回路30および第3回路40を循環する(「完全暖機」の時も同様)。また、「半暖機」の時の冷却水の温度は、サーモスタット弁28の開弁温度よりも低い。従って、サーモスタット弁28は全閉の状態である。ラジエータ流路53に、バイパス流路51から冷却水の一部が流入することはない。
【0114】
「完全暖機」の時は、エンジン10は、燃焼に適した温度状態に達している。完全暖機後のエンジン10は、前述したように、負荷の高低、及び、回転数の高低に応じて、燃焼形態を切り替える。このエンジンシステム1は、燃焼室16の壁温を、燃焼形態に適した温度になるよう、循環装置91を制御する。「完全暖機」の時には、
図6の中央に示す状態82と、
図6の右に示す状態83とを、エンジン10の運転状態に応じて切り替える。状態82は、前述の通り、バイパス流路51を開けて、ラジエータ流路53を閉じる状態である。但し、「完全暖機」の時には、冷却水の温度が上昇しているため、後述するようにサーモスタット弁28が開弁することにより、冷却水がラジエータ流路53を流れる場合がある。状態83は、バイパス流路51及びラジエータ流路53の両方を開けることによって、第1回路50の全体を用いて冷却水の循環が行われる状態である。
【0115】
より詳細に、「完全暖機」の場合であって、中央に示す状態82では、冷却水制御バルブ4では、回転弁体61が、第1ポート63が第3ポート65と連通し、第2ポート64が第3ポート65と連通しない回転位置に設定される。そしてエンジン10の負荷に応じて、第1ポート63(バイパス流路51)において、冷却水の流量が調整される。
【0116】
「完全暖機」の場合であって、右に示す状態83では、バイパス流路51およびラジエータ流路53の双方に冷却水が流される。その場合、冷却水制御バルブ4では、回転弁体61が、第1ポート63および第2ポート64の双方が第3ポート65と連通する回転位置に設定される。そしてエンジン10の負荷に応じて、第1ポート63(バイパス流路51)および第2ポート64(ラジエータ流路53)の双方において、冷却水の流量が調整される。
【0117】
(完全暖機時における冷却水の流し方)
図7に、完全暖機時における冷却水の流し方の具体例を示す。
図7には、エンジン10の負荷の大小に応じた主な諸元の変化が、(A)~(D)の各チャートに表してある。
【0118】
(A)には、冷却水制御バルブ4を通過する冷却水の流量の変化G1、および、ラジエータ流路53を通過する冷却水の流量の変化G2が表されている。(B)には、第1回路50を流れる冷却水の流量の変化の内訳、つまり、冷却水制御バルブ4からバイパス流路51へ流れる冷却水の流量の変化G3、連絡流路52を流れる冷却水の流量の変化G4、および、冷却水制御バルブ4からラジエータ流路53へ流れる冷却水の流量の変化G5が表されている。
【0119】
(C)には、第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度の変化G6、および、ウォータポンプ3に流入する冷却水の温度の変化G7が表されている。換言すれば、第2水温センサSN2および第1水温センサSN1の計測値の変化が表されている。(D)には、燃焼室16の壁温の変化G8が表されている。
【0120】
エンジン10の負荷の領域は、冷却水の制御に関連して、第1負荷L1未満の領域、第2負荷L2以上の領域、および、第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域からなる3つの領域に区画されている。
図7の各チャートは、エンジン10の回転数が低回転又は中回転の場合に対応する。第1負荷L1未満の領域は、エンジン10が、HCCI燃焼またはMPCI燃焼を行う領域に、概ね対応する。第2負荷L2以上の領域は、エンジン10が、SI燃焼を行う領域に、概ね対応する。第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域は、エンジン10が、SPCCI燃焼を行う領域に、概ね対応する。尚、第1負荷L1、及び、第2負荷はそれぞれ、燃焼形態が切り替わる負荷とは、一致する場合、及び、一致しない場合の両方があり得る。
【0121】
そして、このエンジンシステム1では、第1負荷L1未満の領域で冷却水の流量制御が行われ、第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域で冷却水の温度制御が行われる。それにより、エンジン10の負荷が低い領域および負荷が中程度の領域において、燃焼室16の壁温を、特定の一定温度に維持している(G8参照)。
【0122】
すなわち、HCCI燃焼またはMPCI燃焼のような、強制点火を伴わない圧縮自着火燃焼を実現するためには、燃焼室16の中の温度(筒内温度)を、SI燃焼時よりも高温で、しかも精度高く制御することが必要になる。一方、SPCCI燃焼は、一部の混合気が圧縮着火により燃焼するものの、強制点火を伴う燃焼であり、燃焼室16の中の温度は、HCCI燃焼またはMPCI燃焼の場合よりも、低いことが許容される。逆に、燃焼室16の中の温度が高過ぎると、強制点火を行う前に混合気が自着火したり、火炎伝播燃焼と自着火燃焼とが組み合わさったSPCCI燃焼において、自着火燃焼の割合が大きくなりすぎたりする。つまり、燃焼室16の中の温度が高過ぎると、安定したSPCCI燃焼が実現しない。
【0123】
従って、燃焼形態の切り替えに応じて、燃焼室16の壁温を高くしたり低くしたりすることが理想である。しかしながら、燃焼室16の壁部の熱容量が大きいため、燃焼室16の壁温を、燃焼形態の切り替え、又は、負荷の変化に対して、応答性良く変更することは難しい。そこで、このエンジンシステム1では、低負荷から中負荷にかけての領域では、燃焼室16の壁温を、特定の一定温度に維持する。この特定の温度は、HCCI燃焼またはMPCI燃焼に最適な温度と、SPCCI燃焼に最適な温度との中間の温度であり、HCCI燃焼またはMPCI燃焼の実行において許容できる温度であると共に、SPCCI燃焼の実行においても許容できる温度である。燃焼室16の壁温を一定温度に維持することによって、燃焼形態が切り替わったり、負荷が変化したりしても、燃焼室16の壁温が適切な温度になる。
【0124】
ところが、エンジン10の負荷が低いと、一般的に燃焼熱が減少する一方、エンジン10の負荷が高くなると、一般的に燃焼熱が増加する。エンジン10の負荷の高低にかかわらずに、燃焼室16の壁温を一定に維持するためには、発生する燃焼熱に対して、冷却水による熱交換量を高い応答性で調整する必要がある。
【0125】
熱交換量を調整するために、例えば冷却水の温度を、エンジン10の負荷に応じて調整することが考えられる。しかしながら、冷却水の熱容量が大きいため、冷却水の温度を上げたり下げたりするには長い時間が必要である。冷却水の温度を、エンジン10の負荷の変化に対して高応答で調整することは難しい。
【0126】
そこでこのエンジンシステム1は、冷却水の温度を所定の温度で一定に保ちつつ、冷却水制御バルブ4を用いて、第1ポート63および第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量を、エンジン10の負荷の高低に応じて調整する。流量の調整は、高応答に変更できるため、発生する燃焼熱に対して、冷却水による熱伝達率を高い応答性で調整することができ、その結果、燃焼室16の壁温を一定に維持することができる。
【0127】
(第1負荷L1未満の領域)
図7に示すように、第1負荷L1未満の領域では、冷却水制御バルブ4により、ラジエータ流路53には冷却水を流さないで、バイパス流路51を流れる冷却水の流量を調整する(G3,G5参照)。
【0128】
ラジエータ流路53が閉じているため、冷却水の温度は、サーモスタット弁28の開弁温度によって決定される。サーモスタット弁28の開弁温度は比較的高い温度に設定されている。第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度は、負荷の高低にかかわらず、第1目標温度t21で一定である(G6参照)。第1目標温度t21は、エンジン10の信頼性限界に係る温度に近い温度である。冷却水の温度を比較的高い温度にすることによって、第1負荷L1未満の領域において、燃焼室16の壁温を比較的高い温度(つまり、目標温度tw)に維持することが可能になる。燃焼室16の壁温が高いと、HCCI燃焼またはMPCI燃焼のような、強制点火を伴わない圧縮自着火燃焼の安定化に有利である。尚、図例において、第1負荷L1未満の領域では、エンジン10の負荷が上がるに従って、エンジン10に流入する冷却水の温度は次第に上昇している(G7参照)。
【0129】
第1負荷L1未満の領域では、エンジン10の負荷が低いと、バイパス流路51を流れる冷却水の流量が少なく、エンジン10の負荷が高いと、バイパス流路51を流れる冷却水の流量が多くなるように、冷却水制御バルブ4で流量を調整する。
【0130】
このとき、冷却水制御バルブ4では、第3ポート65が第2ポート64と連通しない状態、かつ、第3ポート65が第1ポート63と連通する状態となる回転位置に回転弁体61が位置するように、アクチュエータ62が制御される。そして、エンジン10の負荷に応じて、第3ポート65と第1ポート63との間の開度が大小に調整される。
【0131】
尚、第1負荷L1未満の領域では、サーモスタット弁28の開弁に伴い連絡流路52を流れる冷却水の流量は、バイパス流路51を流れる冷却水の流量の変化に対応するように変化する(G4参照)。
【0132】
ここで、図例では、エンジン10の負荷と冷却水の流量とは、線形の関係を有しているが、線形の関係に限定されない。
【0133】
第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量は、バイパス流路51を流れる冷却水の流量に対応する。従って、エンジン10の負荷が低いと、第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量が少なく、エンジン10の負荷が高いと、第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量が多い。
図7の例において、エンジン10の負荷が第1負荷L1である場合に、第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量は、最大流量になる(G1参照)。但し、エンジン10の負荷が第1負荷L1である場合に、第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量は、最大流量よりも低い流量にしてもよい。
【0134】
第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量が少ないと、燃焼室16との熱伝達率が下がる。従って、燃焼熱が減少しても、燃焼室16の壁温を高く調整できる。第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量が多いと、燃焼室16との熱伝達率が上がる。従って、燃焼熱が増加しても、燃焼室16の壁温を低く調整できる。
【0135】
こうして、サーモスタット弁28を用いて冷却水の温度を一定に維持しながら(G6参照)、冷却水制御バルブ4を使って、第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量を、エンジン10の負荷の高低に応じて高応答に増減することにより(G1、G3参照)、燃焼室16の壁温を、目標温度twで一定に保持できる(G8参照)。
【0136】
(第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域)
冷却水制御バルブ4を流れる冷却水の流量、つまり第1回路50を流れる冷却水の流量は、第1負荷L1において上限に達している(G1参照)。すなわち、第1負荷L1以上の負荷では、流量制御は行えない。そこで、第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域では、冷却水の温度制御を行う。バイパス流路51を流れる冷却水を、エンジン10の負荷が高くなるに従い徐々にラジエータ流路53に流して冷却することで、燃焼室16の壁温を目標温度twに保持する。
【0137】
具体的には、冷却水制御バルブ4により、第1回路50を流れる冷却水の流量を最大に保持した状態で、エンジン10の負荷が高くなるに従い、バイパス流路51を流れる冷却水の流量を徐々に減らしながら、ラジエータ流路53を流れる冷却水の流量を徐々に増やしていく(G1,G2,G3,G5参照)。第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域では、冷却水制御バルブ4において、ラジエータ流路53を流れる冷却水の流量を調整することによって、第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度を調整する。尚、エンジン10の負荷が第1負荷L1以上である場合に、ラジエータ流路53を流れる冷却水の流量が、バイパス流路51を流れる冷却水の流量を超える。流量が逆転するエンジン10の負荷は、エンジン10の運転環境(例えば、外気温、走行風の風量等)に依って変化する。
【0138】
冷却水制御バルブ4では、第3ポート65が第1ポート63および第2ポート64の双方と連通する状態となる回転位置に回転弁体61が位置するように、アクチュエータ62が制御される。そして、エンジン10の負荷に応じて、第3ポート65と第1ポート63および第2ポート64の各々との間の開度が大小に調整される。
【0139】
それにより、第1ジャケット22aを流れる冷却水、及び、エンジン10に流入する冷却水の温度は、エンジン10の負荷が高いほど低い(G6,G7参照)。エンジン10の負荷が高くなって燃焼熱が増大した場合に、第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量は一定でも、その温度が低いので、第1ジャケット22aを流れる冷却水による冷却量を保持することができる。また、第1回路50を流れる冷却水の流量が最大流量であるから、燃焼室16の冷却に有利である。その結果、第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域においても、燃焼室16の壁温を、目標温度twに保持できる(G8参照)。
【0140】
燃焼室16の過剰な温度上昇を抑制するために、この冷却システム2では、第1ジャケット22aを流れる冷却水の目標とする温度として、第1目標温度t21よりも低い第2目標温度t22(例えば、88℃)が設定されている。温度制御は、第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度がこの第2目標温度t22に達するまで行われる。
【0141】
尚、
図7のG5に例示するように、冷却水の温度が第2目標温度t22に達する場合に、ラジエータ流路53を流れる冷却水の流量は、最大流量よりも少ない。ラジエータ流路53を流れる冷却水の流量をさらに増やすと、冷却水の温度をさらに低下させることができる。つまり、エンジン10の負荷がL2を超えても、燃焼室16の壁温を目標壁温twに維持することは可能である。
【0142】
このように、このエンジンシステム1では、流量制御と温度制御との組み合わせによって、エンジンシステム1は、エンジン10の低負荷から中負荷までの広い範囲にわたって、燃焼室16の壁温を一定に維持することができる。エンジン10の負荷が変わることに対応して、燃焼形態が、HCCI燃焼、MPCI燃焼、及び、SPCCI燃焼の間で切り替わっても、燃焼室16の壁温が適切な温度に維持されているから、各燃焼が安定して実行される。
【0143】
回転弁体61を有する冷却水制御バルブ4は、バイパス流路51及び/又はラジエータ流路53を選択的に閉じることができると共に、バイパス流路51の流量、及び、ラジエータ流路53の流量を調整できる。冷却水制御バルブ4を備えたエンジンシステム1は、前述したウォータジャケット20の流量調整を簡易な構成で実現できる。
【0144】
尚、第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域では、連絡流路52を通ってラジエータ流路53に流入する冷却水は、エンジン10の負荷が上がるのに従って、次第に減少して流れなくなる(G4参照)。詳細には、冷却水制御バルブ4からバイパス流路51に流入する冷却水の温度は、第1目標温度t21から次第に低下していく。それに伴い、サーモスタット弁28を流れる冷却水の温度も低下する。従って、第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域の中で、サーモスタット弁28は、次第に閉じて全閉になる。それにより、連絡流路52を通ってラジエータ流路53に流入する冷却水は、次第に減少して流れなくなる。
【0145】
また、
図7の例では、バイパス流路51を流れる冷却水の流量減少と、ラジエータ流路53を流れる冷却水の流量増加との間に比例関係が存在しているが、比例関係である必要性はない。第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域において、冷却水制御バルブ4を流れる冷却水の流量は上限以下であってもよい。
【0146】
(第2負荷L2以上の領域)
第2負荷L2以上の領域では、第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度が第2目標温度t22に保持されるように、冷却水制御バルブ4で調整が行われる。具体的には、アクチュエータ62が制御され、エンジン10の負荷が上がるのに従って、第3ポート65と第2ポート64との間の開度が大きくなるように、そして、第3ポート65と第1ポート63との間の開度が小さくなるように調整される。それにより、ラジエータ流路53を流れる冷却水は次第に増加し、そして、バイパス流路51を流れる冷却水は次第に減少していく(G3,G5参照)。そうすることにより、第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度を、第2目標温度t22に保持することができる(G6参照)。
【0147】
SI燃焼を行う領域において、冷却水の温度を相対的に低くすることにより、ノッキングといった異常燃焼を抑制することが可能になる。
【0148】
前述した第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域では、燃焼室16の壁温を一定に保つために、第1ジャケット22aを流れる冷却水の温度を、エンジン10の負荷が高くなるに従い積極的に下げるべく、エンジン10の負荷が高くなることに対する、冷却水制御バルブ4からバイパス流路51へ流れる冷却水の流量、および、冷却水制御バルブ4からラジエータ流路53へ流れる冷却水の流量の変化の度合いを相対的に大きくしている。つまり、G3及びG5の傾きが大きい。
【0149】
一方で、第2負荷L2以上の領域では、冷却水の温度を第2目標温度t22に保持するため、エンジン10の負荷が高くなることに対する、冷却水制御バルブ4からバイパス流路51へ流れる冷却水の流量、および、冷却水制御バルブ4からラジエータ流路53へ流れる冷却水の流量の変化の度合いは相対的に小さい。つまり、G3及びG5の傾きが小さく、G3及びG5の傾きは、第2負荷L2を境に変わる。
【0150】
尚、第2負荷L2以上の領域においても、バイパス流路51を流れる冷却水の流量減少と、ラジエータ流路53を流れる冷却水の流量増加との間の比例関係は、必須ではない。第2負荷L2以上の領域において、冷却水制御バルブ4を流れる冷却水の流量は上限以下であってもよい。
【0151】
第2負荷L2以上の領域では、第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量が最大でかつ、冷却水の温度を第2目標温度t22に保持している。エンジン10の負荷が高まるに従い、燃焼室16の中で発生する熱量が増えるため、燃焼室16の壁温は、エンジン10の負荷が高まるに従って、次第に上昇する(G8参照)。
【0152】
なお、第2負荷L2以上の領域では、冷却水の温度を第2目標温度t22に維持しているため、サーモスタット弁28は全閉である。連絡流路52に冷却水は流れない。バイパス流路51およびラジエータ流路53は、互いに独立した流路を構成している。
【0153】
次に、
図8及び
図9を参照しながら、エンジン10の冷却に関して、ECU100が実行する制御を説明する。
【0154】
図8は、エンジン10の低温状態、半暖機状態、及び、完全暖機状態の切り替えに関するフローチャートである。先ず、スタート後のステップS81において、ECU100は、各種のセンサSN1~SN5が出力した信号値を取得する。続くステップS82において、ECU100は、第2水温センサSN2の信号に基づいて、冷却水の温度tが、第2切替温度t12以上であるか否かを判断する。冷却水の温度tが、第2切替温度t12以上である場合、プロセスはステップS82からステップS83に進む。ステップS83においてECU100は、完全暖機制御を実行する。完全暖機制御の詳細は、
図9を参照しながら説明する。
【0155】
冷却水の温度が、第2切替温度t12未満である場合、プロセスはステップS82からステップS84に進む。ステップS84において、ECU100は、冷却水の温度tが、第1切替温度t11以上であるか否かを判断する。冷却水の温度tが第1切替温度t11以上である場合、プロセスはステップS84からステップS85に進む。ステップS85においてECU100は、半暖機制御を実行する。前述したように、ECU100は、冷却水制御バルブ4を通じて、バイパス流路51を開きかつ、ラジエータ流路53を閉じる。
【0156】
冷却水の温度tが第1切替温度t11未満である場合、プロセスはステップS84からステップS86に進む。ステップS86においてECU100は、低温制御を実行する。前述したように、ECU100は、冷却水制御バルブ4を通じて、バイパス流路51を閉じかつ、ラジエータ流路53を閉じる。
【0157】
図9は、ステップS83の完全暖機制御のフローを示している。スタート後のステップS91において、ECU100は、センサSN1~SN5が出力した信号値に基づいて、エンジン10の目標負荷を演算する。続くステップS92において、目標負荷Lが第1負荷L1未満であるか否かを判定する。目標負荷Lが第1負荷L1未満であれば、プロセスはステップS92からステップS93に進む。ステップS93においてECU100は、流量制御を行う。つまり、ECU100は、冷却水制御バルブ4を通じて、ラジエータ流路53を閉じかつ、バイパス流路51の流量を、エンジン10の負荷に応じて調整する。
【0158】
目標負荷Lが第1負荷L1以上である場合、プロセスはステップS92からステップS94に進む。ステップS94においてECU100は、目標負荷Lが第2負荷L2未満であるか否かを判定する。目標負荷Lが第2負荷L2未満であれば、プロセスはステップS94からステップS95に進む。ステップS95においてECU100は、温度制御を行う。つまり、ECU100は、燃焼室16の壁温が一定になるよう、冷却水制御バルブ4を通じて、ラジエータ流路53及びバイパス流路51の流量を、エンジン10の負荷に応じて調整する。
【0159】
目標負荷Lが第2負荷L2以上であれば、プロセスはステップS94からステップS96に進む。ステップS96においてECU100は、冷却水の温度が一定になるよう、冷却水制御バルブ4を通じて、ラジエータ流路53及びバイパス流路51の流量を、エンジン10の負荷に応じて調整する。
【0160】
(循環装置の変形例)
図10は、変形例に係る循環装置92を示している。この循環装置92は、サーモスタット弁28の位置が、
図4の循環装置91とは異なる。
【0161】
具体的にサーモスタット弁28は、バイパス流路51ではなく、エンジン10の流出側端部10bに取り付けられている。シリンダヘッド12に設けられた第1ジャケット22aの下流端は、二つに分岐している。冷却水制御バルブ4およびサーモスタット弁28はそれぞれ、第1ジャケット22aに接続されている。
【0162】
サーモスタット弁28はまた、連絡流路52を介して、ラジエータ流路53に接続されている。より詳細に、連絡流路52は、ラジエータ流路53における、ラジエータ27の上流に接続されている。
【0163】
尚、
図4の循環装置91におけるバイパス流路51とラジエータ流路53とを接続する連絡流路を、この循環装置92は有していない。
【0164】
循環装置92における、冷却水の流し方は、
図4の循環装置91と同じである。つまり、冷却水の温度tが第1切替温度t11未満の「低温」の時には、バイパス流路51およびラジエータ流路53のいずれにも、冷却水は流さない(これら双方の流量はゼロ)。このとき、冷却水制御バルブ4では、回転弁体61が、第1ポート63および第2ポート64の双方が第3ポート65と連通しない回転位置に設定される。また、サーモスタット弁28は閉じている。そのため、第1回路50では、冷却水の循環は行わない。
【0165】
冷却水の温度tが第1切替温度t11以上でかつ、第2切替温度t12未満の「半暖機」の時には、バイパス流路51に冷却水は流すが、ラジエータ流路53に冷却水は流さない(ラジエータ流路53の流量はゼロ)。このとき、冷却水制御バルブ4では、回転弁体61が、第1ポート63のみが第3ポート65と連通する回転位置に設定される。第1通水開口61aの開度は、例えば全開である。また、冷却水の温度が低いため、サーモスタット弁28は閉じている。第1回路50では、バイパス流路51においてのみ冷却水の循環を行う。
【0166】
冷却水の温度tが第2切替温度t12以上の「完全暖機」の時は、負荷の高低に応じて循環装置92が制御される。
【0167】
具体的に、エンジン10の運転状態が第1負荷L1未満の領域にある場合、流量制御が実行される。サーモスタット弁28によって冷却水の温度が一定に保たれる。冷却水制御バルブ4は、バイパス流路51を開けて、ラジエータ流路53を閉じる。但し、サーモスタット弁28が開弁することによって、冷却水がラジエータ27を通過する場合がある。冷却水制御バルブ4は、エンジン10の負荷の高低に応じて、バイパス流路51を流れる冷却水の流量を調整する。それによって、燃焼室16の壁温を、目標温度twに維持する。
【0168】
エンジン10の運転状態が第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域にある場合、温度制御が実行される。冷却水制御バルブ4は、バイパス流路51及びラジエータ流路53を共に開ける。より詳細に、冷却水制御バルブ4は、エンジン10の負荷が高くなるに従い、バイパス流路51を流れる冷却水の流量を減らし、ラジエータ流路53を流れる冷却水の流量を増やす。それによって、燃焼室16の壁温を、目標温度twに維持する。
【0169】
エンジン10の運転状態が第2負荷L2以上の領域にある場合、冷却水制御バルブ4は、冷却水の温度tが第2目標温度t22で一定となるように、バイパス流路51及びラジエータ流路53を流れる冷却水の流量を調整する。より詳細に、冷却水制御バルブ4は、エンジン10の負荷が高くなるに従い、バイパス流路51を流れる冷却水の流量を減らし、ラジエータ流路53を流れる冷却水の流量を増やす。サーモスタット弁28は閉じている。
【0170】
循環装置92を備えたエンジンシステム1も、第1負荷L1未満の領域において流量制御を行うため、エンジン10の負荷が変化することに対して、第1ジャケット22aを流れる冷却水の流量を高応答で変更することができ、燃焼室16の壁温を一定に保つことができる。
【0171】
また、第1負荷L1以上第2負荷L2未満の領域において温度制御を行うことによって、燃焼室16の壁温を、目標温度twに維持できるから、エンジン10の負荷が、第1負荷L1から第2負荷L2までの間において変化しても、燃焼室16の壁温が変化しない。強制点火を伴わないHCCI燃焼及びMPCI燃焼を安定的に実行させることができると共に、強制点火を伴うSPCCI燃焼も、安定的に実行させることができる。
【0172】
循環装置92は、サーモスタット弁28を、冷却水制御バルブ4の下流に設けていない。連絡流路52は、冷却水制御バルブ4をバイパスする流路である。このため、仮に冷却水制御バルブ4が固着する等のフェイル時であっても、冷却水の温度がサーモスタット弁28の開弁温度に到達すれば、サーモスタット弁28が開弁することによって、冷却水をラジエータ27によって冷却できる。循環装置92は、冷却水の温度が過剰に高くなることを抑制できるから、エンジンシステム1の信頼性の向上に有利である。
【0173】
(他の実施形態)
尚、
図4の循環装置91において、冷却水制御バルブ4の位置を変更してもよい。具体的には、冷却水制御バルブ4を、バイパス流路51とラジエータ流路53とが合流する箇所(
図4の一点鎖線で囲んだ箇所)に設けてもよい。この構成の場合、バイパス流路51の上流端とラジエータ流路53の上流端とは、互いに独立して第1ジャケット22aに接続される。また、連絡流路52は、バイパス流路51と、ラジエータ流路53におけるラジエータ27の下流とを連絡し、サーモスタット弁28は、その連絡流路52を開閉するように設ければよい。
【0174】
同様に、
図10の循環装置92において、冷却水制御バルブ4の位置を変更してもよい。具体的には、冷却水制御バルブ4を、バイパス流路51とラジエータ流路53とが合流する箇所(
図10の一点鎖線で囲んだ箇所)に設けてもよい。この構成の場合、バイパス流路51の上流端とラジエータ流路53の上流端とは、互いに独立して第1ジャケット22aに接続される。また、連絡流路52は、冷却水制御バルブ4をバイパスするように、ラジエータ流路53におけるラジエータ27の下流とウォータポンプ3の上流とを連絡し、サーモスタット弁28は、その連絡流路52を開閉するように設ければよい。
【0175】
また、流量調整装置は、回転弁体61を有する冷却水制御バルブ4によって構成することに限らない。流量調整装置は、、バイパス流路51を流れる冷却水の流量を調整する第1の流量調整バルブと、ラジエータ流路53を流れる冷却水の流量を調整する、第1の流量調整バルブから独立した第2の流量調整バルブとによって構成してもよい。
【0176】
また、
図3はエンジンシステム1の制御の一例を示している。エンジンシステム1は、燃焼形態を切り替えなくてもよい。また、エンジンシステム1が燃焼形態の切り替えを行う場合であっても、その切り替えは、
図3の例に限定されない。
【符号の説明】
【0177】
1 エンジンシステム
10 エンジン
16 燃焼室
100 ECU(制御器)
22a 第1ジャケット(ウォータジャケット)
27 ラジエータ(熱交換器)
28 サーモスタット弁
4 冷却水制御バルブ(流量調整装置)
51 バイパス流路
52 連絡流路
53 ラジエータ流路
91 循環装置
92 循環装置