(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】P2022175443
(43)【公開日】2022-11-25
(54)【発明の名称】エンジンの冷却システム
(51)【国際特許分類】
F01P 7/16 20060101AFI20221117BHJP
【ＦＩ】
F01P7/16 503
F01P7/16 502P
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021081822
(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】漆原 友則
(57)【要約】
【課題】冷却水によるウォータジャケットの冷却を、高い応答性で、安定して制御できるようにする。
【解決手段】ラジエータ２７をバイパスして第１ジャケット２２ａへ冷却水を還流させるバイパス流路５３と、ラジエータ２７を経由して第１ジャケット２２ａへ冷却水を還流させる第１ラジエータ流路５１と、冷却水制御バルブ４と、冷却水制御バルブ４をバイパスして第１ラジエータ流路５１に接続される第２ラジエータ流路５２と、第２ラジエータ流路５２に設置されたサーモスタット弁５４を備える。冷却水制御バルブ４は、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水量を調整する水量制御を行う。サーモスタット弁５４が開くことで、冷却水が第２バイパス流路５２を通って第１ラジエータ流路５１に流入する。
【選択図】図１
【解決手段】ラジエータ２７をバイパスして第１ジャケット２２ａへ冷却水を還流させるバイパス流路５３と、ラジエータ２７を経由して第１ジャケット２２ａへ冷却水を還流させる第１ラジエータ流路５１と、冷却水制御バルブ４と、冷却水制御バルブ４をバイパスして第１ラジエータ流路５１に接続される第２ラジエータ流路５２と、第２ラジエータ流路５２に設置されたサーモスタット弁５４を備える。冷却水制御バルブ４は、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水量を調整する水量制御を行う。サーモスタット弁５４が開くことで、冷却水が第２バイパス流路５２を通って第１ラジエータ流路５１に流入する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンの冷却システムであって、
前記エンジンのシリンダヘッドに設けられていて冷却水が流れるウォータジャケットと、
前記冷却水を冷却する熱交換器と、
前記熱交換器をバイパスして前記ウォータジャケットへ前記冷却水を還流させるバイパス流路と、
前記熱交換器を経由して前記ウォータジャケットへ前記冷却水を還流させる第１ラジエータ流路と、
前記冷却水の流路における前記バイパス流路と前記第１ラジエータ流路とが分岐する部位に設置された流量調整装置と、
前記流量調整装置をバイパスして前記第１ラジエータ流路に接続される第２ラジエータ流路と、
前記第２ラジエータ流路に設置されたサーモスタット弁と、
を備え、
前記流量調整装置が、前記バイパス流路を流れる前記冷却水の水量を調整することによって、前記ウォータジャケットに流れる前記冷却水の水量を調整する水量制御を行い、
前記サーモスタット弁が開くことにより、前記冷却水が、前記第２ラジエータ流路を通って前記第１ラジエータ流路に流入する、エンジンの冷却システム。
前記エンジンのシリンダヘッドに設けられていて冷却水が流れるウォータジャケットと、
前記冷却水を冷却する熱交換器と、
前記熱交換器をバイパスして前記ウォータジャケットへ前記冷却水を還流させるバイパス流路と、
前記熱交換器を経由して前記ウォータジャケットへ前記冷却水を還流させる第１ラジエータ流路と、
前記冷却水の流路における前記バイパス流路と前記第１ラジエータ流路とが分岐する部位に設置された流量調整装置と、
前記流量調整装置をバイパスして前記第１ラジエータ流路に接続される第２ラジエータ流路と、
前記第２ラジエータ流路に設置されたサーモスタット弁と、
を備え、
前記流量調整装置が、前記バイパス流路を流れる前記冷却水の水量を調整することによって、前記ウォータジャケットに流れる前記冷却水の水量を調整する水量制御を行い、
前記サーモスタット弁が開くことにより、前記冷却水が、前記第２ラジエータ流路を通って前記第１ラジエータ流路に流入する、エンジンの冷却システム。
【請求項2】
請求項１に記載のエンジンの冷却システムにおいて、
前記流量調整装置が、前記第１ラジエータ流路を流れる前記冷却水の水量を調整することによって、前記ウォータジャケットに流れる前記冷却水の水温を調整する水温制御を行う、エンジンの冷却システム。
前記流量調整装置が、前記第１ラジエータ流路を流れる前記冷却水の水量を調整することによって、前記ウォータジャケットに流れる前記冷却水の水温を調整する水温制御を行う、エンジンの冷却システム。
【請求項3】
請求項２に記載のエンジンの冷却システムにおいて、
前記流量調整装置は、
前記冷却水が流入する流入口と、前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路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、前記流入口と前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々との間に介在し、第１通水開口および第２通水開口を通すことによって前記流入口に流入した前記冷却水を前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々に流入させる回転弁体と、
前記回転弁体を回転させるアクチュエータと、
を有し、
前記アクチュエータを制御して前記第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、前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々を流れる前記冷却水の水量を調整する、エンジンの冷却システム。
前記流量調整装置は、
前記冷却水が流入する流入口と、前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路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、前記流入口と前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々との間に介在し、第１通水開口および第２通水開口を通すことによって前記流入口に流入した前記冷却水を前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々に流入させる回転弁体と、
前記回転弁体を回転させるアクチュエータと、
を有し、
前記アクチュエータを制御して前記第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、前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々を流れる前記冷却水の水量を調整する、エンジンの冷却システム。
【請求項4】
請求項２に記載のエンジンの冷却システムにおいて、
前記流量調整装置は、前記冷却水の流路を開閉する第１電磁弁および第２電磁弁を有し、
前記第１電磁弁および前記第２電磁弁の各々を制御することにより、前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々を流れる前記冷却水の水量を調整する、エンジンの冷却システム。
前記流量調整装置は、前記冷却水の流路を開閉する第１電磁弁および第２電磁弁を有し、
前記第１電磁弁および前記第２電磁弁の各々を制御することにより、前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々を流れる前記冷却水の水量を調整する、エンジンの冷却システム。
【請求項5】
請求項２～４のいずれか１つに記載のエンジンの冷却システムにおいて、
前記水量制御が行われて前記水温制御が行われないときに前記ウォータジャケットを流れる前記冷却水の水温は、前記水量制御が行われないで前記水温制御が行われるときに前記ウォータジャケットを流れる前記冷却水の水温よりも高く設定されている、エンジンの冷却システム。
前記水量制御が行われて前記水温制御が行われないときに前記ウォータジャケットを流れる前記冷却水の水温は、前記水量制御が行われないで前記水温制御が行われるときに前記ウォータジャケットを流れる前記冷却水の水温よりも高く設定されている、エンジンの冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
開示する技術は、エンジンの冷却システムに関する。その中でも特に、エンジンの燃焼室の温度を高精度に制御する技術に関する。
【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。
【0003】
ラジエータバイパス経路（２４）は、熱交換の対象となる機器（３１，３２）が設置されている第１バイパス経路（２５）と、配管のみの第２バイパス経路（２６）とを有している。ラジエータ経路（２３）およびラジエータバイパス経路（２４）を流れた冷却水は、リターン経路（２７）を通ってウォータポンプ（２１）に戻される。
【0004】
第２バイパス経路（２６）の最大流量は、ラジエータ経路（２３）および第１バイパス経路（２５）の各々の最大流量に比べて、非常に小さい（同明細書の図７参照）。
【0005】
冷却装置はまた、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、そのハウジング内の流通路（７６）に設置された液温センサ（７７）の温度に応じて、回転弁体（５１）の回転位置を制御する。それにより、ラジエータ経路（２３）、第１バイパス経路（２５）、および、第２バイパス経路（２６）への冷却水の流れを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１６－１２８６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
エンジンの運転中、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（ＣＩ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（ＳＩ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。
【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。従来のように、燃焼室の過剰な温度上昇を抑制するために、ウォータジャケットに流す冷却水の温度を低く保持するだけでは、高度な燃焼制御は実現できない。燃焼室の壁温が制御できるように、冷却水による冷却を、高い応答性で、安定して制御することが要求される。
【0010】
それに対し、特許文献１の冷却装置では、ラジエータバイパス経路が、第１バイパス経路と第２バイパス経路とで構成されている。第１バイパス経路は、経路が長く、しかも、熱交換する機器が設置されている。それに対し、第２バイパス経路は、経路が短く、配管のみで構成されている。しかしながら、第２バイパス経路の最大流量は、第１バイパス経路の最大流量に比べて非常に小さい。
【0011】
従って、ラジエータをバイパスして冷却する場合、冷却水の多くは第１バイパス経路に流れる。第２バイパス経路へ流れる冷却水の量は少ない。そのため、環境温度などの外因、および、機器の影響を受けるので、ウォータジャケットに流れる冷却水の温度は安定しない。ウォータジャケットに流れる冷却水の水量も大きくは変化しない。従って、冷却水による冷却を、安定して制御することは難しい。
【0012】
ラジエータを経由して冷却する場合、冷却水が流れる経路は、更に長い。そのため、制御の応答性に欠けるうえに、環境温度などの影響も受け易い。従って、この場合も、冷却水による冷却を、高い応答性で、安定して制御することは難しい。
【0013】
そこで、開示する技術では、冷却水によるウォータジャケットの冷却を、高い応答性で、安定して制御できるようにする。そうすることにより、ＣＩ燃焼などの、高度な燃焼制御を実現させる。
【課題を解決するための手段】
【0014】
開示する技術は、エンジンの冷却システムに関する。前記冷却システムは、前記エンジンのシリンダヘッドに設けられていて冷却水が流れるウォータジャケットと、前記冷却水を冷却する熱交換器と、前記熱交換器をバイパスして前記ウォータジャケットへ前記冷却水を還流させるバイパス流路と、前記熱交換器を経由して前記ウォータジャケットへ前記冷却水を還流させる第１ラジエータ流路と、前記冷却水の流路における前記バイパス流路と前記第１ラジエータ流路とが分岐する部位に設置された流量調整装置と、前記流量調整装置をバイパスして前記第１ラジエータ流路に接続される第２ラジエータ流路と、前記第２ラジエータ流路に設けられたサーモスタット弁と、を備える。
【0015】
前記流量調整装置が、前記バイパス流路を流れる前記冷却水の水量を調整することによって、前記ウォータジャケットに流れる前記冷却水の水量を調整する水量制御を行う。
【0016】
そして、前記サーモスタット弁が開くことにより、前記冷却水が、前記第２ラジエータ流路および前記第１ラジエータ流路を通って前記ウォータジャケットに還流するように構成されている。
【0017】
このエンジンの冷却システムには、熱交換器をバイパスするバイパス流路と、熱交換器を経由する第１ラジエータ流路とが備えられている。従って、第１ラジエータ流路を流れる冷却水は熱交換器で冷却されるが、バイパス流路を流れる冷却水は熱交換器で冷却されない。
【0018】
そして、これらバイパス流路および第１ラジエータ流路の分岐部位に設置されている流量調装置は、バイパス流路を通って、エンジンのシリンダヘッドに設けられているウォータジャケット、つまり燃焼室の周辺部位を流れる冷却水の水量を調整する水量制御を行う。
【0019】
すなわち、水量制御が行われると、熱交換器で冷却されないでウォータジャケットを循環する冷却水の水量が調整される。具体的には、ウォータジャケットを流れる冷却水の水量が減少すれば、それに応じてウォータジャケットと燃焼室との間の熱伝達率も減少する。ウォータジャケットを流れる冷却水の水量が増加すれば、それに応じてウォータジャケットと燃焼室との間の熱伝達率も増加する。
【0020】
水量制御により、ウォータジャケットと燃焼室との間の熱伝達率を調整できる。その結果、燃焼室の壁温を一定に保持することができる。
【0021】
更に、このエンジンの冷却システムでは、流量調整装置をバイパスして第１ラジエータ流路に接続される第２ラジエータ流路が備えられている。そして、その第２ラジエータ流路には、サーモスタット弁が設けられている。サーモスタット弁が開くことにより、冷却水は、第２ラジエータ流路を通って第１ラジエータ流路に流入する。
【0022】
サーモスタット弁は、予め設定されている所定の高い温度で開閉する。従って、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度が高くなり過ぎた場合には、流量調整装置とは無関係に、冷却水を、自動的に第１ラジエータ流路に流すことができる。第１ラジエータ流路に流入した冷却水は冷却されるので、ウォータジャケットを循環する冷却水の温度を低下させることができる。その結果、循環する冷却水の温度を高く設定しながら、冷却水が高温になり過ぎることを抑制できる。
【0023】
このようなバイパス流路を用いた水量制御と、サーモスタット弁を用いた高温抑制制御との組み合わせにより、冷却水によるウォータジャケットの冷却を、高い応答性で、安定して制御することが可能になる。その結果、高度な燃焼制御を実現でき、燃費を向上できる。
【0024】
更に、サーモスタット弁は、流量調整装置をバイパスした部位に配置されている。従って、仮に流量調整装置で異常が発生して冷却水の水温が上昇しても、所定の温度になれば、サーモスタット弁が開いてラジエータで冷却水を冷却できる。エンジンのオーバーヒートを抑制できる。
【0025】
前記冷却システムはまた、前記流量調整装置が、前記第１ラジエータ流路を流れる前記冷却水の水量を調整することによって、前記ウォータジャケットに流れる前記冷却水の水温を調整する水温制御を行う、としてもよい。
【0026】
すなわち、水温制御が行われると、ウォータジャケットを循環する冷却水のうち、熱交換器で冷却される冷却水の水量が調整される。それにより、ウォータジャケットを流れる冷却水の水量が一定、つまり水量制御を行わなくても、燃焼室との熱交換量を増減できる。
【0027】
従って、水量制御に水温制御を組み合わせることにより、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を安定させることができる領域を拡大できる。その結果、高度な燃焼制御をより広範囲で実現でき、燃費を更に向上できる。
【0028】
前記冷却システムはまた、前記流量調整装置は、前記冷却水が流入する流入口と、前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路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、前記流入口と前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々との間に介在し、第１通水開口および第２通水開口を通すことによって前記流入口に流入した前記冷却水を前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々に流入させる回転弁体と、前記回転弁体を回転させるアクチュエータと、を有し、前記アクチュエータを制御して前記第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、前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々を流れる前記冷却水の水量を調整する、としてもよい。
【0029】
この冷却システムによれば、流量調整装置のアクチュエータを制御することで、２つの通水開口が形成されている回転弁体が回転する。その回転弁体が回転することで、バイパス流路および第１ラジエータ流路の各々と流入口との間の開度が変更され、バイパス流路および第１ラジエータ流路の各々を流れる冷却水の水量が調整される。
【0030】
従って、アクチュエータで回転弁体を回転させるだけで、バイパス流路および第１ラジエータ流路の各々を流れる冷却水の水量が調整できる。例えば、バイパス流路および第１ラジエータ流路の双方を流れる冷却水の水量をゼロにしたり、バイパス流路および第１ラジエータ流路のいずれか一方を流れる冷却水の水量のみをゼロにしたり、バイパス流路および第１ラジエータ流路の双方を流れる冷却水の水量を増減させたりできる。アクチュエータで回転弁体を回転させるだけでよいので、水量の調整が簡単に、しかも精度高く行える。
【0031】
前記冷却システムはまた、前記流量調整装置は、前記冷却水の流路を開閉する第１電磁弁および第２電磁弁を有し、前記第１電磁弁および前記第２電磁弁の各々を制御することにより、前記バイパス流路および前記第１ラジエータ流路の各々を流れる前記冷却水の水量を調整する、としてもよい。
【0032】
すなわち、この冷却システムでは、流量調整装置が、２つの電磁弁を用いて構成されている。例えば、バイパス流路および第１ラジエータ流路の各々に冷却水を流したり流さなくしたりする場合には、それに応じて第１電磁弁および第２電磁弁の各々を開閉すればよい。バイパス流路および第１ラジエータ流路の双方の水量を調整する場合には、その水量に応じて開閉のタイミングを調整すればよい。
【0033】
この冷却システムによれば、２つの電磁弁を用いて流量調整装置を構成するので、冷却システムの構成をコンパクトにできる。
【0034】
前記冷却システムはまた、前記水量制御が行われて前記水温制御が行われないときに前記ウォータジャケットを流れる前記冷却水の水温は、前記水量制御が行われないで前記水温制御が行われるときに前記ウォータジャケットを流れる前記冷却水の水温よりも高く設定されている、としてもよい。
【0035】
この冷却システムによれば、水量制御と水温制御との組み合わせにより、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を安定させることができる領域が拡大されている。そして、ウォータジャケットを流れる冷却水の水温が、水量制御が行われて水温制御が行われないときは相対的に高く設定されており、水量制御が行われないで水温制御が行われるときには相対的に低く設定されている。
【0036】
水温制御では、ラジエータで冷却した冷却水で熱交換量を調整する。それに対し、水量制御では、ラジエータをバイパスして循環する冷却水の水量を増減することで熱伝達率を調整する。従って、水量制御は、水温制御よりも応答性、安定性に優れるので、高い温度に設定しても、冷却水によるウォータジャケットの冷却を安定して制御できる。
【0037】
それにより、高い温度での精度高い冷却水の制御が可能になり、領域を拡大しながら、高度な燃焼制御を安定して行うことが可能になる。
【発明の効果】
【0038】
開示する技術を適用したエンジンの冷却システムによれば、冷却水によるウォータジャケットの冷却を、高い応答性で、安定して制御できる。その結果、そのエンジンは、ＣＩ燃焼などの、高度な燃焼制御を安定して行うことが可能になり、燃費を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【発明を実施するための形態】
【0040】
以下、開示する技術について説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎない。
【0041】
＜冷却システムの構成＞
図１に、開示する技術に基づいて構成したエンジンの冷却システムを例示する。この冷却システム２は、自動車（車両）に搭載されている。エンジンの駆動力により、自動車は走行する。なお、自動車は、エンジンとモータとを搭載したハイブリッド車でもよいが、以下の説明では、エンジンのみを搭載した自動車とする。
図１に、開示する技術に基づいて構成したエンジンの冷却システムを例示する。この冷却システム２は、自動車（車両）に搭載されている。エンジンの駆動力により、自動車は走行する。なお、自動車は、エンジンとモータとを搭載したハイブリッド車でもよいが、以下の説明では、エンジンのみを搭載した自動車とする。
【0042】
（エンジン、補機）
開示する技術は、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンのいずれにも適用できる。ただし、高度な燃焼制御の観点からはガソリンエンジンの方が好適である。従って、本実施形態のエンジン１は、ガソリンエンジンとする。
開示する技術は、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンのいずれにも適用できる。ただし、高度な燃焼制御の観点からはガソリンエンジンの方が好適である。従って、本実施形態のエンジン１は、ガソリンエンジンとする。
【0043】
エンジン１は、駆動軸（図示せず）が延びる方向に長いエンジン本体１０を有している。図２に、そのエンジン本体１０の上部の内部構造を簡略化して示す。エンジン本体１０は、シリンダブロック１０Ｂと、このシリンダブロック１０Ｂの上部に組み付けられたシリンダヘッド１０Ｈとで構成されている。エンジン本体１０の内部には、駆動軸に沿って直列に並ぶ複数の気筒（シリンダ１１）が形成されている。
【0044】
すなわち、シリンダブロック１０Ｂには、複数の円筒状のシリンダ１１が形成されている。各シリンダ１１には、ピストン１２が摺動自在に収容されている。そして、ピストン１２の上面と、シリンダ１１の上部を塞ぐシリンダヘッド１０Ｈの下面とで、各シリンダ１１が区画されることにより、燃焼室１３が形成されている。
【0045】
燃焼室１３の上面を構成しているシリンダヘッド１０Ｈの下面には、排気弁１４ａで開閉される２つの排気口１４，１４と、吸気弁１６ａで開閉される２つの吸気口１６，１６とが開口している。各排気口１４は排気ポート１５を通じて図外の排気装置と接続されている。各吸気口１６は吸気ポート１７を通じて図外の吸気装置と接続されている。そして、このエンジン１では、これら排気口１４と吸気口１６との間に、点火プラグ１８および燃料噴射弁１９が取り付けられている。
【0046】
エンジン１は、燃料噴射弁１９により、燃焼室１３の中にガソリンを噴射することができる。そして、エンジン１は、点火プラグ１８で、燃焼室１３の中に形成される混合気に着火して燃焼することができる（いわゆるＳＩ燃焼）。更にこのエンジン１は、ＳＩ燃焼のみを行うエンジンと比べて圧縮比（幾何学的圧縮比）が高く設計されている。このエンジン１は、圧縮着火による燃焼（いわゆるＣＩ燃焼）もできるように構成されている。
【0047】
エンジン本体１０の内部には、冷却水（クーラント）が流れるウォータジャケット２０が形成されている。ウォータジャケット２０は、冷却システム２が備える流路の一部を構成している。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、各シリンダの外周に沿って拡がるように、シリンダブロック１０Ｂに形成されている。
【0048】
ヘッド内ジャケット２２は、ブロック内ジャケット２１と連通するように、シリンダヘッド１０Ｈに形成されている。ヘッド内ジャケット２２は、第１ジャケット２２ａ（開示する技術における「ウォータジャケット」に相当）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、互いに独立した流路を構成している。
【0049】
第１ジャケット２２ａは、各シリンダ１１の上部、つまり燃焼室１３の周辺部位に沿って延びるように形成されている。それにより、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水は、主に、燃焼が行われる燃焼室１３と熱交換（主に冷却）する。
【0050】
詳細には、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水は、燃焼室１３の中の雰囲気と、燃焼室１３の壁面を介して熱交換する。すなわち、燃焼室１３の壁温は、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水によって冷却される。従って、燃焼室１３の壁温を安定して制御するためには、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水による冷却を、高い応答性で、精度高く制御することが鍵になる。
【0051】
一方、第２ジャケット２２ｂは、各シリンダ１１の排気ポート１５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１５と熱交換（主に冷却）する。
【0052】
【0053】
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１の駆動軸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１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１から独立して作動できる電動ポンプであってもよい。
【0054】
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。
【0055】
図１、図２に示すように、エンジン本体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１０Ｈには、冷却水制御バルブ４（ＣＣＶ、開示する技術における「流量調整装置」に相当）と、サーモスタット弁５４とが設置されている。冷却水制御バルブ４およびサーモスタット弁５４は、冷却システム２の一部を構成している。
【0056】
流出側端部１０ｂにおけるシリンダヘッド１０Ｈには、第１ジャケット２２ａに連通した一対の第１冷却水導出路２４，２４が形成されている。その一方の第１冷却水導出路２４（ＣＣＶ側第１冷却水導出路２４）は、冷却水制御バルブ４に接続されている。その他方の第１冷却水導出路２４（サーモ側第１冷却水導出路２４）は、サーモスタット弁５４を介して第２ラジエータ流路５２に接続されている。
【0057】
従って、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水は、ＣＣＶ側第１冷却水導出路２４を通ってエンジン本体１０から流出し、冷却水制御バルブ４に流入する。そして、サーモスタット弁５４が開いている時には、サーモ側第１冷却水導出路２４を通ってエンジン本体１０から流出し、第２ラジエータ流路５２に流入する。（サーモスタット弁５４、冷却水制御バルブ４の詳細は後述）。
【0058】
流出側端部１０ｂにおけるシリンダヘッド１０Ｈ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を通ってエンジン本体１０から流出し、後述する第２循環流路３１に流入する。
【0059】
流出側端部１０ｂにおけるシリンダブロック１０Ｂ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を通ってエンジン本体１０から流出し、後述する第３循環流路４１に流入する。
【0060】
自動車には、エンジン１に加え、冷却システム２に組み込まれる様々な補機が搭載されている。この自動車では、そのような補機として、ＥＧＲクーラー５、ＥＧＲ弁６、ヒーター７、オイルクーラー８、および、ＡＴＦ熱交換器９が搭載されている。
【0061】
このエンジン１には、図示しないが、ＥＧＲ（いわゆる排気再循環）システムが付設されている。ＥＧＲクーラー５およびＥＧＲ弁６は、そのＥＧＲシステムに設置されている。ヒーター７は、車室内の空気を調節する空調機に組み込まれている。
【0062】
オイルクーラー８は、エンジン１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９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。このエンジン１の冷却システム２では、エンジン１と共に、これら補機とも熱交換する。
【0063】
（冷却システム）
冷却システム２は、予混合圧縮着火燃焼（いわゆるＨＣＣＩ燃焼）のような、高度な燃焼制御がエンジン１で行えるように、構造および配置が工夫されている。
冷却システム２は、予混合圧縮着火燃焼（いわゆるＨＣＣＩ燃焼）のような、高度な燃焼制御がエンジン１で行えるように、構造および配置が工夫されている。
【0064】
具体的には、図１に示すように、冷却システム２は、上述したウォータポンプ３、冷却水制御バルブ４、および、サーモスタット弁５４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）を備える。そして、冷却システム２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。
【0065】
（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５およびヒーター７が配置されている。第２分岐流路３１ｂには、ＥＧＲ弁６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。
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５およびヒーター７が配置されている。第２分岐流路３１ｂには、ＥＧＲ弁６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。
【0066】
エンジン本体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。
【0067】
第２回路３０を流れる冷却水は、エンジン１の主に排気ポート１５と熱交換する。そして、ＥＧＲクーラー５、ヒーター７、および、ＥＧＲ弁６とも熱交換する。
【0068】
（第３回路）
第３回路４０は、オイルクーラー８およびＡＴＦ熱交換器９が設置された第３循環流路４１を有している。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。
第３回路４０は、オイルクーラー８およびＡＴＦ熱交換器９が設置された第３循環流路４１を有している。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。
【0069】
エンジン本体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に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８およびＡＴＦ熱交換器９と熱交換する。
【0070】
（第１回路）
第１回路５０は、バイパス流路５３、第１ラジエータ流路５１、および、第２ラジエータ流路５２を有している。エンジン本体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、一対の第１冷却水導出路２４，２４が、第１回路５０の流路を構成している。
第１回路５０は、バイパス流路５３、第１ラジエータ流路５１、および、第２ラジエータ流路５２を有している。エンジン本体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、一対の第１冷却水導出路２４，２４が、第１回路５０の流路を構成している。
【0071】
上述したように、第１回路５０の流路は、エンジン本体の内部において、２つの第１冷却水導出路２４，２４に分岐していて、その一方のＣＣＶ側第１冷却水導出路２４が冷却水制御バルブ４に接続され、その他方のサーモ側第１冷却水導出路２４がサーモスタット弁５４を介して第２ラジエータ流路５２に接続されている。
【0072】
ＣＣＶ側第１冷却水導出路２４を経由する流路は、冷却水制御バルブ４において、バイパス流路５３および第１ラジエータ流路５１に分岐している。バイパス流路５３および第１ラジエータ流路５１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。
【0073】
第１ラジエータ流路５１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、第１ラジエータ流路５１を流れることで放熱して冷却される。
【0074】
それにより、第１ラジエータ流路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。
【0075】
バイパス流路５３は、第１ラジエータ流路５１をバイパスする流路である。バイパス流路５３は、第１ラジエータ流路５１よりも短く、配管のみで構成されている。
【0076】
それにより、バイパス流路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を流れて熱交換した冷却水を、ラジエータ２７で冷却することなく、ほとんどそのままの状態で、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。
【0077】
サーモ側第１冷却水導出路２４を経由する流路は、第２ラジエータ流路５２の上流側の端部に接続されている。サーモスタット弁５４は、その第２ラジエータ流路５２の端部に設置されている。第２ラジエータ流路５２の下流側の端部は、第１ラジエータ流路５１におけるラジエータ２７よりも上流側の部位に接続されている。換言すれば、第２ラジエータ流路５２は、冷却水制御バルブ４をバイパスして、第１ラジエータ流路５１に接続されている。なお、サーモスタット弁５４は、第２ラジエータ流路５２の端部以外の部位に設置してあってもよい。
【0078】
サーモスタット弁５４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５４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５４は開閉する。
【0079】
サーモスタット弁５４が閉じている時は、サーモ側第１冷却水導出路２４は第２ラジエータ流路５２と連通しない（冷却水は流れない）。サーモスタット弁５４が開くことで、サーモ側第１冷却水導出路２４は、第２ラジエータ流路５２を介して、第１ラジエータ流路５１と連通する。従って、サーモスタット弁５４が開くと、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水は、第２ラジエータ流路５２を通って、第１ラジエータ流路５１に流入する。
【0080】
図４に、サーモスタット弁５４の開閉動作を例示する。サーモスタット弁５４は、サーモスタット弁５４を流れる冷却水の温度が、所定の温度（全開温度ｔｏ、例えば１００℃）以上になると、全開するように設定されている。
【0081】
そして、サーモスタット弁５４を流れる冷却水の温度が、全開温度ｔｏより低くなると、ワックスの収縮により、バネの弾性力の作用で、弁体が次第に閉じ方向に変位する。サーモスタット弁５４は、次第に閉じていく。そして、サーモスタット弁５４を流れる冷却水の温度が、所定の温度（全閉温度ｔｃ、例えば約９５℃）未満になることで、サーモスタット弁５４は、全閉になる。サーモスタット弁５４は、サーモスタット弁５４を流れる冷却水の温度に応じて、自動的に開閉する。
【0082】
（冷却水制御バルブ）
図３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。
図３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。
【0083】
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流路６３および第２流路６４が形成されている。ハウジング６０にはまた、バイパス流路５３と第１ジエータ流路５１とが設けられている。第１流路６３は、バイパス流路５３に接続されている。第２流路６４は、第１ラジエータ流路５１に接続されている。
【0084】
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流入口６５が構成されている。そして、その流入口６５がＣＣＶ側第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１０Ｈに取り付けられている。それにより、流入口６５と、第１流路６３およびバイパス流路５３、並びに、第２流路６４および第１ラジエータ流路５１の各々との間には、回転弁体６１の周壁が介在している。
【0085】
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、流入口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流路６３および第２流路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流路６３および第２流路６４の各々と流入口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。
【0086】
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。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。
【0087】
図１に示すように、冷却システム２には、入口水温センサＳ１とジャケット内水温センサＳ２とが設置されている。入口水温センサＳ１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。ジャケット内水温センサＳ２は、第１ジャケット２２ａに配置されている。入口水温センサＳ１は、冷却システム２を循環する冷却水全体の温度を計測する。ジャケット内水温センサＳ２は、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の温度を計測する。
【0088】
これらセンサＳ１，Ｓ２は、冷却水の制御および燃焼制御に利用される。例えば、ジャケット内水温センサＳ２は、高度な燃焼制御を行う際に、燃焼室１３の壁温の推定に利用される。ジャケット内水温センサＳ２はまた、アクチュエータ６２の制御に利用される。
【0089】
この冷却システム２では、ジャケット内水温センサＳ２の計測値に基づいて、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５３および第１ラジエータ流路５１に流れる冷却水の水量を調整する（第２ラジエータ流路５２の冷却水の流れはサーモスタット弁５４によって自動的に調整される）。
【0090】
冷却システム２を流れる冷却水は、主に、第１ラジエータ流路５１に設置されているラジエータ２７によって冷却される。それにより、この冷却システム２に流れる冷却水の温度が調整される。
【0091】
すなわち、この冷却システム２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。この冷却システム２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。
【0092】
＜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１３と熱交換し、燃焼室１３の壁温を冷却する。この冷却システム２では、エンジン１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（ジャケット内水温センサＳ２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。
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１３と熱交換し、燃焼室１３の壁温を冷却する。この冷却システム２では、エンジン１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（ジャケット内水温センサＳ２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。
【0093】
図５に、その通水パターンをまとめた表を示す。表の上段は、燃焼室１３の温度状態を示している。表の中段は、その温度状態に応じた第１回路５０の通水状態を示している。表の下段は、その温度状態に応じた冷却水制御バルブ４の状態を示している。また、図６に、図５の表に対応した冷却システム２における各回路の通水状態を示す。
【0094】
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流路６３および第２流路６４の双方に流れる冷却水の水量が調整される。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。
【0095】
「低温」は、エンジン１の始動直後など、いわゆる冷間時の状態である。「低温」は、例えば、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の温度（第１切替温度）が４０℃未満の状態である。「完全暖機」は、エンジン１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。
【0096】
「完全暖機」は、例えば、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の温度（第２切替温度）が８０℃以上の状態である。「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。「暖機」は、例えば、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の温度が４０℃から８０℃の状態（第１切替温度以上第２切替温度未満）である。
【0097】
「低温」の時における冷却システムの状態を、図６の左の図に示す。冷却水の温度は、全閉温度ｔｃより低い。従って、サーモスタット弁５４は全閉である。第２ラジエータ流路５２を通って、第１ラジエータ流路５１に冷却水が流入することはない。
【0098】
冷却水制御バルブ４では、バイパス流路５３および第１ラジエータ流路５１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流路６３および第２流路６４の双方が流入口６５と連通しない回転位置に設定される。
【0099】
第１ラジエータ流路５１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、冷却水は速やかに水温が上昇する。しかも、燃焼室１３は、冷却水の循環で冷却されない。燃焼室１３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１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。
【0100】
「暖機」の時における冷却システムの状態を、図６の中央の図に示す。「暖機」の時も、冷却水の温度は、全閉温度ｔｃより低い。従って、サーモスタット弁５４は全閉である。第２ラジエータ流路５２を通って、第１ラジエータ流路５１に冷却水が流入することはない。
【0101】
対して、「暖機」の時の冷却水制御バルブ４は、第１ラジエータ流路５１に冷却水は流さないが（第１ラジエータ流路５１の流量はゼロ）、バイパス流路５３には冷却水を流す。すなわち、第１回路５０では、バイパス流路５３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流路６３のみが流入口６５と連通する回転位置に設定される。第１流路６３と流入口６５との間の開度は、全開である。
【0102】
第１ラジエータ流路５１に冷却水は流れないので、冷却水は速やかに水温が上昇する。対して、バイパス流路５３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５３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５３および第１ジャケット２２ａを流れる。
【0103】
燃焼室１３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１３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１が早期に立ち上がるので、燃費を向上できる。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）。
【0104】
「完全暖機」の時における冷却システムの状態を、図６の右の図に示す。「完全暖機」の時は、エンジン１は、燃焼に適した温度状態に達している。
【0105】
従って、エンジン１の負荷が大小に変化することで、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の温度は、１００℃よりも高くなり得るし、９５℃よりも低くなり得る。従って、「完全暖機」では、サーモスタット弁５４は開いたり閉じたりする。
【0106】
エンジン１の負荷が高くなって燃焼室１３が高温になれば、エンジン１を燃焼に適した温度状態に保持するために、燃焼室１３の冷却が必要になる。そこで、「完全暖機」の時には、第１回路５０の全体を用いて冷却水の循環が行われる。
【0107】
例えば、バイパス流路５３および第１ラジエータ流路５１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流路６３および第２流路６４の双方が流入口６５と連通する回転位置に設定される。そして、「完全暖機」の時には、エンジン１の負荷に応じて、第１流路６３（バイパス流路５３）および第２流路６４（第１ラジエータ流路５１）の双方において、冷却水の流量が調整される。
【0108】
すなわち、ＨＣＣＩ燃焼のような高度な燃焼制御を可能にするため、エンジン１の負荷に応じて、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水量制御および水温制御を行う。それにより、燃焼室１３の壁温を、所定の高温で、精度高く保持できるようにする。
【0109】
【0110】
（Ａ）には、冷却水制御バルブ４を通過する冷却水の総量の変化Ｇ１、および、第１ラジエータ流路５１を通過する冷却水の水量の変化Ｇ２が表されている。（Ｂ）には、第１回路５０を流れる冷却水の水量の変化の内訳、つまり、冷却水制御バルブ４からバイパス流路５３へ流れる冷却水の水量の変化Ｇ３、第２ラジエータ流路５２を流れる冷却水の水量の変化Ｇ４、および、冷却水制御バルブ４から第１ラジエータ流路５１へ流れる冷却水の水量の変化Ｇ５が表されている。
【0111】
（Ｃ）には、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の水温の変化Ｇ６、および、ウォータポンプ３に流入する冷却水の水温の変化Ｇ７が表されている。換言すれば、ジャケット内水温センサＳ２および入口水温センサＳ１の計測値の変化が表されている。（Ｄ）には、燃焼室１３の壁温の変化Ｇ８が表されている。
【0112】
エンジン１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（低負荷領域）、第２負荷Ｌ２以上の領域（高負荷領域）、および、第１負荷Ｌ１以上第２負荷Ｌ２未満の領域（中負荷領域）からなる３つの領域に区画されている。第１負荷Ｌ１および第２負荷Ｌ２は、エンジン１および冷却システム２の仕様、外気温などの条件に応じて定まる値である。
【0113】
そして、この冷却システム２では、低負荷領域で水量制御が行われ、中負荷領域で水温制御が行われる。それにより、エンジン１の低負荷領域および中負荷領域において、ＨＣＣＩ燃焼のような、高度な燃焼制御が行えるようにしている。
【0114】
すなわち、そのような高度な燃焼制御を実現するためには、燃焼室１３の中の温度（筒内温度）を、一般的な火花点火燃焼（ＳＩ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。それに対し、エンジン１の負荷が小さくなると、燃焼熱が減少するので、適切な筒内温度を保持するためには、燃焼室１３の壁温を高くすることが求められる。一方、エンジン１の負荷が大きくなると、燃焼熱が増加するので、燃焼室１３の壁温を低くすることが求められる。
【0115】
これら双方の要求を、精度高く実現するためには、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水による熱交換量（冷却量）を、高い応答性で、安定して制御することが要求される。それに対し、従来は、冷却水をラジエータ２７で冷却し、冷却水の水温を制御することによって、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水による冷却量を制御することが行われている。
【0116】
しかし、冷却水は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。従って、冷却水の水温を制御する方法では、求める応答性が得られない。環境温度などの外因の影響も大きい。従って、この方法だけでは、安定した制御の実現は困難である。それに対し、冷却水の流量であれば、短時間で増減できる。高い応答性で熱伝達率を調整できる。そこで、この冷却システム２では、冷却水の水温制御だけではなく、冷却水の水量制御を行うことにより、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水による冷却を、高い応答性で、安定して制御できるようにしている。
【0117】
具体的には、冷却水制御バルブ４を用いて、第１流路６３を流れる冷却水の水量を制御する。そうすることによって、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水量を変化させ、第１ジャケット２２ａと燃焼室１３との間の熱伝達率を調整する。
【0118】
（低負荷領域）
図７に示すように、低負荷領域では、冷却水制御バルブ４により、第１ラジエータ流路５１には冷却水を流さないで、バイパス流路５３に流れる冷却水の水量を調整する（Ｇ３，Ｇ５参照）。具体的には、低負荷領域では、エンジン１の負荷が減るのに従って、バイパス流路５３に流れる冷却水の水量が減少するように、冷却水制御バルブ４で水量を調整する。
図７に示すように、低負荷領域では、冷却水制御バルブ４により、第１ラジエータ流路５１には冷却水を流さないで、バイパス流路５３に流れる冷却水の水量を調整する（Ｇ３，Ｇ５参照）。具体的には、低負荷領域では、エンジン１の負荷が減るのに従って、バイパス流路５３に流れる冷却水の水量が減少するように、冷却水制御バルブ４で水量を調整する。
【0119】
このとき、冷却水制御バルブ４では、流入口６５が第２流路６４と連通しない状態、かつ、流入口６５が第１流路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１の負荷に応じて、流入口６５と第１流路６３との間の開度が大小に調整される。
【0120】
冷却水制御バルブ４から流出する冷却水は、バイパス流路５３に流れて、第１ジャケット２２ａとの間で循環し、第１ラジエータ流路５１には流れない。第１ラジエータ流路５１に冷却水が流れないと、冷却水は、ラジエータ２７で冷却されない。第１ラジエータ流路５１に冷却水が流れるのは、サーモスタット弁２８が開いて、第２ラジエータ流路５２に冷却水が流入する場合のみである。
【0121】
すなわち、低負荷領域での冷却水の温度は、サーモスタット弁２８によって決定される。それに対し、サーモスタット弁２８が開閉する温度は比較的高い温度に設定されている。従って、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の温度は高くなる。冷却水の温度を高くすることにより、燃焼室１３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。尚、低負荷領域では、第１ラジエータ流路５１に冷却水がほとんど流れないので、エンジン１の負荷が増えるのに従って、冷却水全体の温度は次第に上昇していく（Ｇ７参照）。
【0122】
バイパス流路５３、つまり第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の水量が減少すれば、それに応じて第１ジャケット２２ａと燃焼室１３との間の熱伝達率も減少する。従って、負荷が低下して燃焼熱が減少しても、それに応じて冷却水の水量が減少することで、燃焼室１３の壁温を高く調整できる。第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の水量が増加すれば、それに応じて第１ジャケット２２ａと燃焼室１３との間の熱伝達率も増加する。従って、負荷が上昇して燃焼熱が増加しても、それに応じて冷却水の水量が増加することで、燃焼室１３の壁温を低く調整できる。
【0123】
その結果として、燃焼室１３の壁温を一定に保持できる（Ｇ８参照）。
【0124】
そして、このエンジン１では、高度な燃焼制御を可能にするため、目標とする燃焼室１３の壁温（目標壁温ｔｗ）は、従来よりも高く設定されている。それに応じて、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の第１目標水温ｔ１も、高く設定されている（例えば、１００℃）。なお、目標壁温ｔｗの上側の破線は冷却水の温度の信頼限界を示している。
【0125】
低負荷領域では、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の一部は、第２ラジエータ流路５２を通って第１ラジエータ流路５１に流入する（Ｇ４参照）。詳細には、第１ジャケット２２ａでは、ＣＣＶ側第１冷却水導出路２４を通って第１目標水温ｔ１の冷却水が流れている。そのため、サーモスタット弁５４が設置されている第２ラジエータ流路５２の端部の中の温度は、外気温、風速などの状況にもよるが、通常、全開温度ｔｏ未満全閉温度ｔｃ以上となる。
【0126】
その結果、サーモスタット弁５４は一部が開いた状態となり、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の一部は、第２ラジエータ流路５２に流入する。ただし、その水量は少ないので、冷却水全体の温度に与える影響は小さい。
【0127】
それに対し、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の温度が過度に高くなると、サーモスタット弁５４は全開になる。すなわち、サーモスタット弁５４を流れる冷却水の温度が全開温度ｔｏ以上になれば、サーモスタット弁５４は全開になる。第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の多くが、第２ラジエータ流路５２を通って第１ラジエータ流路５１に流入する。
【0128】
それにより、冷却水は冷却される。冷却水全体の温度は低下する。従って、冷却システム２を循環する冷却水の温度が過度に高くなることを抑制できる。更に、全開温度ｔｏと第１目標水温ｔ１とが、略同一の温度に設定されていれば、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水温を、第１目標水温ｔ１に、よりいっそう安定して制御することができる。
【0129】
（中負荷領域）
冷却水制御バルブ４に流れる冷却水の水量、つまり第１回路５０に流れる冷却水の水量は、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、水量制御は行えない。そこで、中負荷領域では、冷却水の冷却を開始する。バイパス流路５３に流れる冷却水を、徐々に第１ラジエータ流路５１に流して冷却することで、目標壁温ｔｗを保持する。
冷却水制御バルブ４に流れる冷却水の水量、つまり第１回路５０に流れる冷却水の水量は、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、水量制御は行えない。そこで、中負荷領域では、冷却水の冷却を開始する。バイパス流路５３に流れる冷却水を、徐々に第１ラジエータ流路５１に流して冷却することで、目標壁温ｔｗを保持する。
【0130】
具体的には、冷却水制御バルブ４により、第１回路５０に流れる冷却水の水量を最大に保持した状態で、第１流路６３に流れる冷却水の水量を徐々に減らしながら、第２流路６４に流れる冷却水の水量を徐々に増やしていく（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ５参照）。中負荷領域では、冷却水制御バルブ４において、第２流路６４を流れる冷却水の水量を調整することによって、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水温を調整する。
【0131】
このとき、冷却水制御バルブ４では、流入口６５が第１流路６３および第２流路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１の負荷に応じて、流入口６５と第１流路６３および第２流路６４の各々との間の開度が大小に調整される。
【0132】
それにより、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水を含めた、冷却水全体の温度は、徐々に低下していく（Ｇ６，Ｇ７参照）。第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の水量は一定でも、その温度が低下するので、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水による冷却量を保持することができる。その結果、中負荷領域においても、燃焼室１３の壁温を、目標壁温ｔｗに保持できる（Ｇ８参照）。
【0133】
燃焼室１３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に流れる冷却水の目標とする水温として、第１目標水温ｔ１よりも低い第２目標水温ｔ２（例えば、８８℃）が設定されている。水温制御は、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水温がこの第２目標水温ｔ２に達するまで行われる。
【0134】
このように、この冷却システム２では、水量制御が行えるときは、水温制御は行われない。そして、水量制御が行えないときに、水温制御が行われる。そして、前者、つまりエンジン１の負荷が低負荷領域にあるときの第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の水温は、後者、つまりエンジン１の負荷が中負荷領域にあるときに第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の水温よりも高く設定されている（Ｇ６参照）。
【0135】
水温制御では、ラジエータで冷却した冷却水で熱交換量を調整する。それに対し、水量制御では、ラジエータをバイパスして循環する冷却水の水量を増減することで熱交換量を調整する。従って、水量制御は、水温制御よりも応答性、安定性に優れる。水量制御であれば、高い温度に設定しても、水温を安定して制御できる。
【0136】
そして、水温制御では、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の水量を最大に保持した状態で、その水温を冷却してゆく。水温制御は水量制御よりも応答性は劣るが、熱交換は比較的穏やかに進むので、燃焼室の壁温を一定に保持できる。
【0137】
このように、この冷却システム２では、エンジン１の負荷の広い範囲において、燃焼室１３の壁温を高い温度で一定に保持することが可能になり、ＨＣＣＩ燃焼などの高度な燃焼制御が行える。従って、燃費に優れたエンジン１を実現できる。
【0138】
中負荷領域では、第２ラジエータ流路５２を通って第１ラジエータ流路５１に流入する冷却水は、エンジン１の負荷が増えるのに従って、次第に減少して流れなくなる（Ｇ４参照）。詳細には、第１ジャケット２２ａから第２ラジエータ流路５２に流入する冷却水の温度は、第１目標水温ｔ１から次第に低下していく。それに伴い、サーモスタット弁５４を流れる冷却水の温度も低下する。そして、第２目標水温ｔ２は、全閉温度ｔｃよりも低い。
【0139】
従って、中負荷領域の中で、サーモスタット弁５４は、次第に閉じて全閉になる。それにより、第２ラジエータ流路５２を通って第１ラジエータ流路５１に流入する冷却水は、次第に減少して流れなくなる。
【0140】
（高負荷領域）
高負荷領域では、ラジエータ２７による冷却水の冷却に基づく従来の制御が行われる。すなわち、燃焼室１３の過剰な温度上昇を抑制するために、第１ジャケット２２ａを含め、ウォータジャケット２０に流す冷却水全体の温度を低く保持する水温制御が行われる。
高負荷領域では、ラジエータ２７による冷却水の冷却に基づく従来の制御が行われる。すなわち、燃焼室１３の過剰な温度上昇を抑制するために、第１ジャケット２２ａを含め、ウォータジャケット２０に流す冷却水全体の温度を低く保持する水温制御が行われる。
【0141】
具体的には、中負荷領域における水温制御により、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水温が、第２目標水温ｔ２まで冷却されると、高負荷領域になる。そして、その高負荷領域では、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水温がその第２目標水温ｔ２に保持されるように、冷却水制御バルブ４で水量調整が行われる。冷却水全体の温度を下げるために、冷却水制御バルブ４では、第１ラジエータ流路５１に、冷却水がよりいっそう多く流れるように、水量が調整される。
【0142】
具体的には、アクチュエータ６２が制御され、エンジン１の負荷が増えるのに従って、流入口６５と第２流路６４との間の開度が大きくなるように、そして、流入口６５と第１流路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、第１ラジエータ流路５１に流れる冷却水は次第に増加し、そして、バイパス流路５３に流れる冷却水は次第に減少していく（Ｇ３，Ｇ５参照）。
【0143】
そうすることにより、第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水温を、第２目標水温ｔ２に保持することができ、冷却水全体の温度も低く保持することができる（Ｇ６，Ｇ７参照）。第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水温が第２目標水温ｔ２になるタイミングで、水温制御と、第２目標水温ｔ２に保持する制御とが切り替わるので、内容が異なる冷却水の制御を円滑に切り替えることができ、冷却水の制御の連続性を確保できる。
【0144】
一方、そのタイミングでは、制御の目標とする対象が燃焼室１３の壁温から第１ジャケット２２ａに流れる冷却水の水温に変わるので、冷却水制御バルブ４からバイパス流路５３へ流れる冷却水の水量、および、冷却水制御バルブ４から第１ラジエータ流路５１へ流れる冷却水の水量の変化の度合いは、そのタイミングで変化する（Ｇ３，Ｇ５参照）。
【0145】
高負荷領域では、燃焼室１３の壁温も、エンジン１の負荷が増えるのに従って、次第に増加していく（Ｇ８参照）。しかし、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の水温は第２目標水温ｔ２に保持されるので、過剰な温度上昇は抑制できる。
【0146】
なお、高負荷領域では、サーモスタット弁５４は全閉である。第２ラジエータ流路５２に冷却水は流れない。ただし、冷却水制御バルブ４において、回転弁体６１が固着するなどして、流量制御が適正に行えなくなる場合があり得る。そのような異常状態になると、第１ジャケット２２ａを流れる冷却水の温度が上昇し、燃焼室１３は過剰な高温になり得る（いわゆるオーバーヒート）。
【0147】
それに対し、この冷却システム２では、冷却水制御バルブ４をバイパスして第１ラジエータ流路５１に冷却水を流す第２ラジエータ流路５２が設けられている。そして、第１ジャケット２２ａの冷却水の温度が全閉温度ｔｃを越えると、サーモスタット弁５４が自動的に開いて、第１ジャケット２２ａの冷却水は、第２ラジエータ流路５２を通って第１ラジエータ流路５１に流入する。従って、この冷却システム２によれば、仮に冷却水制御バルブ４で異常が発生した場合でも、エンジン１がオーバーヒートするのを抑制できる。
【0148】
このように、この冷却システム２によれば、冷却水による燃焼室１３との熱交換（冷却）を、高い応答性で、安定して制御できる。その結果、エンジン１は、ＨＣＣＩ燃焼などの高度な燃焼制御であっても、安定して行うことが可能になり、燃費を向上できる。そして、冷却水制御バルブ４で異常が発生しても、エンジン１のオーバーヒートを抑制できる。
【0149】
＜冷却システムの変形例＞
図８に、別形態のエンジンの冷却システム２’（冷却システム２の変形例）を示す。この冷却システム２’では、流量調整装置が上述した冷却システム２と異なっている。
図８に、別形態のエンジンの冷却システム２’（冷却システム２の変形例）を示す。この冷却システム２’では、流量調整装置が上述した冷却システム２と異なっている。
【0150】
すなわち、上述した冷却システム２では、流量調整装置として、冷却水制御バルブ４を例示した。それに対し、この冷却システム２’では、流量調整装置が２つの電磁弁７１，７２を用いて構成されている。なお、その他の構成は上述した実施形態と同じであるため、同じ構成には同じ符号を用いることで、その説明は省略する。
【0151】
この冷却システム２’では、図８に簡略的に示すように、エンジン本体１０の流出側端部１０ｂにおけるシリンダヘッド１０Ｈの内部に、ＣＣＶ側第１冷却水導出路２４に代えて、第１ジャケット２２ａから分岐する２つの流出路（第１流出路７０ａおよび第２流出路７０ｂ）が形成されている。そして、第１流出路７０ａがバイパス流路５３に接続され、第２流出路７０ｂが第１ラジエータ流路５１に接続されている。
【0152】
そして、その第１流出路７０ａとバイパス流路５３との接続部位（第１流路６３を構成）に、第１電磁弁７１が設置されている。その第２流出路７０ｂと第１ラジエータ流路５１との接続部位（第２流路６４を構成）に、第２電磁弁７２が設置されている。第１電磁弁７１は第１流路６３を開閉する。第２電磁弁７２は第２流路６４を開閉する。
【0153】
この冷却システム２’では、これら第１電磁弁７１および第２電磁弁７２の各々を制御することにより、第１流路６３および第２流路６４の各々を流れる冷却水の水量を調整する。例えば、「低温」の時のように、バイパス流路５３および第１ラジエータ流路５１の双方に冷却水を流さない場合には、第１電磁弁７１および第２電磁弁７２の双方を閉じればよい。
【0154】
そして、「完全暖機」の時のように、バイパス流路５３および第１ラジエータ流路５１の双方に冷却水を流し、かつ、その水量を調整する場合には、その水量に応じて、第１電磁弁７１および第２電磁弁７２の各々の開閉のタイミングを調整すればよい。例えば、デューティ制御を行って開弁と閉弁とを繰り返し行えば、バイパス流路５３および第１ラジエータ流路５１の双方に流れる冷却水の水量を、精度高く調整することができる。
【0155】
変形例の冷却システム２’によれば、流量調整装置が２つの電磁弁７１，７２を用いて構成されているので、システムの構成をコンパクトにできる。
【0156】
なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。
【0157】
例えば、実施形態および変形例の冷却システム２，２’では、流量調整装置を第１ジャケット２２ａの出口に配置した。しかし、冷却水は第１回路５０を循環するので、流量調整装置は、第１ジャケット２２ａの出口以外の部位にも配置できる。例えば、ウォータポンプ３の吸込口３ｂの近傍に流量調整装置を配置し、バイパス流路５３および第１ラジエータ流路５１の双方から流量調整装置に冷却水が流入するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0158】
１ エンジン
２ 冷却システム
３ ウォータポンプ
４ 冷却水制御バルブ（流量調整装置）
１０ エンジン本体
１０Ｂ シリンダブロック
１０Ｈ シリンダヘッド
１３ 燃焼室
２２ａ 第１ジャケット（ウォータジャケット）
２２ｂ 第２ジャケット
２７ ラジエータ（熱交換器）
３０ 第２回路
３１ 第２循環流路
４０ 第３回路
４１ 第３循環流路
５０ 第１回路
５１ 第１ラジエータ流路
５２ 第２ラジエータ流路５２
５３ バイパス流路
５４ サーモスタット弁５４
６０ ハウジング
６１ 回転弁体
６２ アクチュエータ
６３ 第１流路
６４ 第２流路
６５ 流入口
Ｓ１ 入口水温センサ
Ｓ２ ジャケット内水温センサ
２ 冷却システム
３ ウォータポンプ
４ 冷却水制御バルブ（流量調整装置）
１０ エンジン本体
１０Ｂ シリンダブロック
１０Ｈ シリンダヘッド
１３ 燃焼室
２２ａ 第１ジャケット（ウォータジャケット）
２２ｂ 第２ジャケット
２７ ラジエータ（熱交換器）
３０ 第２回路
３１ 第２循環流路
４０ 第３回路
４１ 第３循環流路
５０ 第１回路
５１ 第１ラジエータ流路
５２ 第２ラジエータ流路５２
５３ バイパス流路
５４ サーモスタット弁５４
６０ ハウジング
６１ 回転弁体
６２ アクチュエータ
６３ 第１流路
６４ 第２流路
６５ 流入口
Ｓ１ 入口水温センサ
Ｓ２ ジャケット内水温センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】