内燃機関の制御装置
【課題】内燃機関が暖機運転の場合においては燃料の燃焼室の壁面への付着を抑制し、内燃機関が暖機運転終了後においてはノッキングの発生を抑制しつつ冷却損失の低減を図ることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の制御装置（１００）は、燃焼室（１４）に流入する混合気の流動方向を調整する気流調整弁（２１）と、シリンダブロック（１１）の燃焼室に面した壁面の一部分である局所壁面（２２）を冷却または加熱する局所冷却加熱手段（３０）と、を備える火花点火式の内燃機関（１０）の制御装置であって、内燃機関が暖機運転の場合に局所壁面が加熱され、暖機運転が終了後に局所壁面が冷却されるように局所冷却加熱手段を制御し、暖機運転が終了後に燃焼室に流入した混合気が局所壁面に衝突するように気流調整弁の開度を制御する制御部（１０４）を備えることを特徴とする。
【解決手段】内燃機関の制御装置（１００）は、燃焼室（１４）に流入する混合気の流動方向を調整する気流調整弁（２１）と、シリンダブロック（１１）の燃焼室に面した壁面の一部分である局所壁面（２２）を冷却または加熱する局所冷却加熱手段（３０）と、を備える火花点火式の内燃機関（１０）の制御装置であって、内燃機関が暖機運転の場合に局所壁面が加熱され、暖機運転が終了後に局所壁面が冷却されるように局所冷却加熱手段を制御し、暖機運転が終了後に燃焼室に流入した混合気が局所壁面に衝突するように気流調整弁の開度を制御する制御部（１０４）を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置、特に火花点火式の内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火花点火式の内燃機関の正味仕事に用いられない損失として、ポンプ損失、排気損失、冷却損失、機械損失等がある。これらの損失のうち冷却損失は大きなウエイトを占めることから、冷却損失を低減させて燃費向上を図るための技術が考案されている。例えば特許文献１は、内燃機関のピストン冠面の最外径部に断熱部材を配置することで、燃焼室とシリンダブロックとの断熱化を図り、以って冷却損失の低減を図る技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３０４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の暖機運転が終了後において、冷却損失の低減を図るために、特許文献１の技術を応用して燃焼室とシリンダブロックとの断熱化を図った場合、燃焼室内の混合気の温度が上昇し易くなる。その結果、ノッキングが発生するおそれがある。一方、内燃機関が暖機運転の場合においては、燃焼室とシリンダブロックとの断熱化を図る技術を応用するだけでは、混合気の温度を十分に上昇させることは困難である。その結果、内燃機関が暖機運転の場合において、混合気に含まれる燃料が燃焼室に付着するおそれがある。
【０００５】
本発明は、内燃機関が暖機運転の場合においては燃料の燃焼室の壁面への付着を抑制し、内燃機関が暖機運転終了後においてはノッキングの発生を抑制しつつ冷却損失の低減を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室に流入する混合気の流動方向を調整する気流調整弁と、シリンダブロックの前記燃焼室に面した壁面の一部分である局所壁面を冷却または加熱する局所冷却加熱手段と、を備える火花点火式の内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関が暖機運転の場合に前記局所壁面が加熱され、前記暖機運転が終了後に前記局所壁面が冷却されるように前記局所冷却加熱手段を制御し、前記暖機運転が終了後に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記局所壁面に衝突するように前記気流調整弁の開度を制御する制御部を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、暖機運転の場合に局所壁面が加熱されることで、燃焼室における混合気を加熱して燃料の気化を促進することができる。それにより、燃料の燃焼室の壁面への付着を抑制することができる。また、暖機運転が終了後に局所壁面が冷却され且つ燃焼室に流入した混合気が局所壁面に衝突することで、混合気を冷却することができる。それにより、ノッキングの発生を抑制することができる。また、局所冷却加熱手段がシリンダブロックの燃焼室に面した壁面の一部分を冷却していることから、局所冷却加熱手段がシリンダブロックの壁面全体を冷却する場合に比較して、シリンダブロックにおける冷却損失の発生が抑制されている。以上のように本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関が暖機運転の場合においては燃料の燃焼室の壁面への付着を抑制し、暖機運転が終了後においてはノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関の冷却損失を低減することができる。
【０００８】
上記構成において、前記制御部は、さらに前記暖機運転の場合において、前記シリンダヘッドの温度が所定温度以下の場合に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記局所壁面に衝突するように前記気流調整弁を制御し、前記シリンダヘッドの温度が前記所定温度より高い場合に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記燃焼室における前記局所壁面よりも前記シリンダヘッドに近い箇所に衝突するように前記気流調整弁を制御してもよい。
【０００９】
この構成によれば、シリンダヘッドの温度が所定温度以下の場合には、混合気を局所壁面の熱で効率的に加熱することができる。また、シリンダヘッドの温度が所定温度より高い場合には、混合気をシリンダヘッドの熱で効率的に加熱することができる。
【００１０】
上記構成において、前記内燃機関は、前記暖機運転が終了後における前記シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が前記シリンダヘッドの断熱によって抑制可能な構造を有していてもよい。前記構造は、前記暖機運転が終了後における前記シリンダヘッドを冷却する流体の流量を、前記局所壁面を冷却する流体の流量よりも小さくする構造であってもよい。
【００１１】
上記構成において、前記局所冷却加熱手段は、前記シリンダブロックにおける前記局所壁面に対応した部分に限定して形成された流路と、前記制御部に制御されることで、前記暖機運転の場合には前記局所壁面の温度よりも高い温度の流体を前記流路に流通させ、前記暖機運転が終了後には前記局所壁面の温度よりも低い温度の流体を前記流路に流通させる流体供給手段と、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内燃機関が暖機運転の場合においては燃料の燃焼室の壁面への付着を抑制し、内燃機関が暖機運転終了後においてはノッキングの発生を抑制しつつ冷却損失の低減を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）は、実施例１に係る制御装置および内燃機関を備える内燃機関システムの模式図である。図１（ｂ）は制御装置の機能ブロック図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、局所壁面および局所流路を説明するための図である。
【図３】図３は、局所冷却加熱装置および内燃機関の冷却構造を説明するための図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、シリンダブロックの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造による効果を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）は、暖機運転終了後における内燃機関を示す模式図である。図５（ｂ）および図５（ｃ）は、暖機運転の場合における内燃機関を示す模式図である。
【図６】図６は、制御部が気流調整弁および局所冷却加熱装置を制御するときのフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例１に係る内燃機関１０の制御装置１００（以下、制御装置１００と略称する）について説明する。図１（ａ）は、本実施例に係る制御装置１００および内燃機関１０を備える内燃機関システム５の模式図である。なお、図１（ａ）の内燃機関１０は、内燃機関１０のクランク軸の軸線方向に垂直な方向から内燃機関１０を見た模式図となっている。
【００１６】
内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上方に配置されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１内に配置されたピストン１３と、を備えている。シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１３とによって囲まれた領域に、燃焼室１４が形成されている。なお、本実施例において上方および下方は、必ずしも重力方向における上方および下方と一致している必要はない。例えば、本実施例における上方および下方は水平方向であってもよい。
【００１７】
シリンダヘッド１２は、燃焼室１４に吸気を導くための吸気通路１５と燃焼室１４から排気を排出するための排気通路１６とを備えている。シリンダヘッド１２には、ヘッド流路１７が形成されている。ヘッド流路１７は、シリンダヘッド１２を冷却するための流体が流通する流路である。
【００１８】
内燃機関１０は、吸気通路１５を開閉する吸気弁１８と、排気通路１６を開閉する排気弁１９と、燃焼室１４の混合気に火花を点火する点火プラグ２０と、を備えている。すなわち、本実施例に係る内燃機関１０は、火花点火式の内燃機関である。点火プラグ２０は、燃焼室１４の天井部における吸気通路１５と排気通路１６との間の部分に配置されている。但し、点火プラグ２０の配置箇所は、これに限定されるものではない。
【００１９】
内燃機関１０は、吸気通路１５に気流調整弁２１を備えている。気流調整弁２１は制御装置１００に制御されて、燃焼室１４に流入する混合気の流動方向を調整する。気流調整弁２１としては、タンブルコントロールバルブ、スワールコントロールバルブ等を用いることができる。本実施例においては、吸気行程において燃焼室１４にタンブルが生成されるため、気流調整弁２１としてタンブルコントロールバルブを用いる。なお、吸気行程において燃焼室１４にスワールが生成させる内燃機関の場合、気流調整弁２１としてスワールコントロールバルブを用いればよい。
【００２０】
内燃機関１０は、局所冷却加熱装置３０を備えている。局所冷却加熱装置３０は、シリンダブロック１１の燃焼室１４に面した壁面（以下、シリンダブロック１１の壁面と略称する）の一部分である局所壁面２２を冷却または加熱する装置である。局所冷却加熱装置３０は、局所流路３１を備えている。局所冷却加熱装置３０は、制御装置１００によって制御される。なお、図１（ａ）において、シリンダブロック１１の局所壁面２２と局所流路３１とによって挟まれた領域には、水平方向に対して＋側に傾斜した線と−側に傾斜した線とによってハッチングが施されている。局所壁面２２および局所冷却加熱装置３０の詳細は後述する。
【００２１】
内燃機関１０は、制御装置１００の動作に必要な情報を検出するための各種センサを備えている。具体的には内燃機関１０は、温度センサ４０ａおよび温度センサ４０ｂを備えている。温度センサ４０ａは、シリンダヘッド１２の温度を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。温度センサ４０ｂは、局所流路３１を通過後の流体の温度を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。制御装置１００は、温度センサ４０ｂの検出結果に基づいて、内燃機関１０が暖機運転であるか否かを判定する。但し、制御部１０４が内燃機関１０が暖機運転であるか否かを判定するための指標は、温度センサ４０ｂの検出する流体の温度に限定されるものではない。例えば制御部１０４は、シリンダブロック１１の温度に基づいて内燃機関１０が暖機運転であるか否かを判定してもよい。
【００２２】
制御装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３を備える電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。
【００２３】
図１（ｂ）は制御装置１００の機能ブロック図である。制御装置１００の機能は、制御部１０４および記憶部１０５によって実現することができる。制御部１０４は、各種センサの検出結果を受けて内燃機関１０の気流調整弁２１および局所冷却加熱装置３０を制御する機能を有している。記憶部１０５は、制御部１０４の制御に必要なデータ等を記憶する機能を有している。制御部１０４は、記憶部１０５の記憶したデータ等を適宜参照しながら、各種制御を行う。制御部１０４の機能はＣＰＵ１０１によって実行され、記憶部１０５の機能はＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３によって実行される。
【００２４】
続いて局所壁面２２および局所流路３１について説明する。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、局所壁面２２および局所流路３１を説明するための図である。図２（ａ）は、気流調整弁２１の開度がゼロの場合における内燃機関１０を示し、図２（ｂ）は気流調整弁２１の開度が所定の開度の場合における内燃機関１０を示している。図２（ｃ）は、局所流路３１を上方側から見た図である。なお、図２（ｃ）において、吸気弁１８および排気弁１９も想像線によって図示されている。
【００２５】
図２（ｃ）に示すように、本実施例に係る吸気弁１８はクランク軸線２３を挟んで一方の側に２つ配置され、排気弁１９はクランク軸線２３を挟んで他方の側に２つ配置されている。但し、吸気弁１８および排気弁１９の個数は、これに限定されるものではない。
【００２６】
内燃機関１０において、燃焼室１４に流入した混合気がシリンダブロック１１の壁面に衝突する箇所は、気流調整弁２１の開度に応じて変化する。気流調整弁２１および局所壁面２２は、気流調整弁２１の開度に応じて、燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突しない状態と、燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突する状態と、が得られるように設定されている。具体的には、図２（ａ）に示すように、気流調整弁２１の開度がゼロの場合、燃焼室１４に流入した直後の混合気は、局所壁面２２に衝突せず、燃焼室１４における局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い箇所に衝突する。図２（ｂ）に示すように、気流調整弁２１の開度が所定の開度の場合、燃焼室１４に流入した直後の混合気は、局所壁面２２に衝突する。
【００２７】
本実施例に係る局所壁面２２は、気流調整弁２１の開度が所定の開度のときに燃焼室１４に流入した混合気が衝突するシリンダブロック１１の壁面部分である。具体的には、局所壁面２２とシリンダヘッド１２との間には所定の距離が設けられている。またピストン１３が下死点に位置した場合、ピストン１３の冠面と局所壁面２２との間にも所定の距離が設けられている。なお、気流調整弁２１の所定の開度は、記憶部１０５が記憶しておく。
【００２８】
図２（ａ）のときに混合気が衝突する箇所は、燃焼室１４における局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い箇所であれば特に限定されるものではない。例えば、図２（ａ）のときに混合気が衝突する箇所は、シリンダブロック１１の壁面のうち局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い部分でもよく、シリンダヘッド１２の燃焼室１４に面した壁面部分であってもよい。
【００２９】
本実施例に係る局所流路３１は、シリンダブロック１１における局所壁面２２に対応した部分に限定して形成された流路である。図２（ａ）および図２（ｂ）において、局所流路３１の高さと局所壁面２２の高さとは等しい。図２（ｃ）に示すように局所流路３１は、シリンダブロック１１のクランク軸線２３よりも排気弁１９側に形成されている。なお、図２（ｃ）において局所壁面２２は、シリンダブロック１１の壁面のうちクランク軸線２３よりも排気弁１９側の部分である。
【００３０】
後述するように、局所流路３１には局所壁面２２よりも低温の流体または高温の流体が流動する。それにより局所流路３１は、局所壁面２２を冷却または加熱する。局所流路３１は、局所壁面２２を冷却または加熱できる態様であれば、その形状は特に限定されるものではない。例えば、図２（ａ）および図２（ｂ）において、局所流路３１の高さは局所壁面２２の高さと同じでなくてもよい。また、図２（ｃ）において局所流路３１は、シリンダブロック１１の壁面のうち、クランク軸線２３よりも排気弁１９側の箇所のさらに一部分に限定して形成されていてもよい。なお、局所流路３１の体積は小さい方が好ましい。冷却時または加熱時のエネルギー損失が少なくて済むからである。
【００３１】
続いて局所冷却加熱装置３０および内燃機関１０の冷却構造について説明する。図３は、局所冷却加熱装置３０および内燃機関１０の冷却構造を説明するための図である。局所冷却加熱装置３０は、前述した局所流路３１の他に、ポンプ３２と、冷却装置３３と、加熱装置３４と、３方弁３５ａおよび３方弁３５ｂと、循環流路３６と、を備えている。
【００３２】
局所流路３１とポンプ３２とは、循環流路３６によって連通されている。循環流路３６におけるポンプ３２と局所流路３１の入口（ＩＮ）との間の一部は２つに分岐して、分岐流路３７ａおよび分岐流路３７ｂになっている。冷却装置３３は分岐流路３７ａに配置されている。加熱装置３４は分岐流路３７ｂに配置されている。３方弁３５ａは、分岐流路３７ａの冷却装置３３よりも上流側と分岐流路３７ｂの加熱装置３４よりも上流側との合流点に配置されている。３方弁３５ｂは、分岐流路３７ａの冷却装置３３よりも下流側と分岐流路３７ｂの加熱装置３４よりも下流側との合流点に配置されている。
【００３３】
ポンプ３２は、制御部１０４によって制御されて流体を圧送する。流体としては特に限定されないが、例えば水、不凍液等を用いることができる。冷却装置３３は、制御部１０４に制御されることで、局所流路３１に供給される流体を局所壁面２２の温度よりも低い温度に冷却する装置である。加熱装置３４は、制御部１０４に制御されることで、局所流路３１に供給される流体を局所壁面２２の温度よりも高い温度に加熱する装置である。加熱装置３４は、特に限定されるものではないが、一例として蓄熱装置を備えた装置を用いることができる。
【００３４】
３方弁３５ａは、ポンプ３２と冷却装置３３とを連通する流路と、ポンプ３２と加熱装置３４とを連通する流路と、を切り替える流路切替弁である。３方弁３５ｂは、冷却装置３３と局所流路３１とを連通する流路と、加熱装置３４と局所流路３１とを連通する流路と、を切り替える流路切替弁である。３方弁３５ａおよび３方弁３５ｂは、制御部１０４によって制御される。
【００３５】
内燃機関１０が暖機運転の場合、制御部１０４は、加熱装置３４を作動させ、冷却装置３３を停止させる。また制御部１０４は、ポンプ３２から圧送された流体が循環流路３６、分岐流路３７ｂおよび循環流路３６を通過して局所流路３１に流入するように、３方弁３５ａおよび３方弁３５ｂを制御する。それにより、局所流路３１には加熱装置３４によって加熱された流体が供給される。その結果、局所壁面２２が集中的に加熱される。
【００３６】
内燃機関１０が暖機運転終了後において、制御部１０４は、加熱装置３４を停止させ、冷却装置３３を作動させる。また制御部１０４は、ポンプ３２から圧送された流体が循環流路３６、分岐流路３７ａおよび循環流路３６を通過して局所流路３１に流入するように、３方弁３５ａおよび３方弁３５ｂを制御する。それにより、局所流路３１には冷却装置３３によって冷却された流体が供給される。その結果、局所壁面２２が集中的に冷却される。
【００３７】
以上のように、本実施例に係る局所冷却加熱装置３０は、局所流路３１と、制御部１０４に制御されることで暖機運転時には局所壁面２２の温度よりも高い温度の流体を局所流路３１に流通させ、暖機運転が終了後には局所壁面２２の温度よりも低い温度の流体を局所流路３１に流通させる流体供給手段（ポンプ３２、冷却装置３３、加熱装置３４、３方弁３５ａおよび３方弁３５ｂ）を備えている。
【００３８】
なお、局所冷却加熱装置３０の構成は図３の構成に限定されるものではない。例えば局所冷却加熱装置３０は、冷却装置３３を備えていなくてもよい。この場合、制御部１０４は、暖機運転終了後には、暖機運転時において局所流路３１に流入していた流体の流量よりも多い流量の流体が局所流路３１に流入するようにポンプ３２を制御してもよい。この場合においても、暖機運転終了後において、局所流路３１を流動する流体によって局所壁面２２を冷却することができる。
【００３９】
続いて内燃機関１０の冷却構造について説明する。内燃機関１０の冷却構造は、前述したポンプ３２、局所流路３１、冷却装置３３および循環流路３６に加えて、循環流路５０と流量調整弁５１とを備えている。循環流路５０は、ヘッド流路１７とポンプ３２とを連通するための流路である。なお、図３において循環流路５０の一部および循環流路３６の一部は、合流しているが、これに限定されるものではない。
【００４０】
流量調整弁５１は、制御部１０４に制御されて循環流路５０における流量を調整する。本実施例において流量調整弁５１は、循環流路５０のヘッド流路１７よりも上流側に配置されている。但し、流量調整弁５１の配置箇所はこれに限定されるものではない。例えば流量調整弁５１は、循環流路５０のヘッド流路１７よりも下流側に配置されていてもよい。
【００４１】
制御部１０４は暖機運転終了後において、例えば内燃機関１０の負荷に応じて流量調整弁５１を制御することで、循環流路５０における流体の流量を循環流路３６における流体の流量よりも小さく制御する。この場合、暖機運転終了後においてヘッド流路１７における流体の流量（すなわち、シリンダヘッド１２を冷却する流体の流量）は、局所流路３１における流体の流量よりも小さく制御される。その結果、暖機運転終了後においてシリンダヘッド１２と流体との熱伝導は、シリンダブロック１１と流体との熱伝導に比較して低く制御される。それにより、本実施例に係る冷却構造は、シリンダヘッド１２が流体から断熱された構造となっている。
【００４２】
内燃機関１０がこのような冷却構造を有することで、暖機運転終了後においてシリンダヘッド１２における冷却損失をシリンダブロック１１における冷却損失よりも低く抑えることができる。すなわち、本実施例に係る冷却構造は、暖機運転終了後において、シリンダブロック１１の冷却を確保しつつシリンダヘッド１２における冷却損失の発生がシリンダヘッド１２の断熱によって抑制可能な構造となっている。
【００４３】
なお内燃機関１０は、上述した冷却構造に代えてまたは冷却構造とともに、断熱部材を有する構造を備えていてもよい。具体的には、内燃機関１０は、シリンダヘッド１２を燃焼室１４から断熱する断熱部材を備えた構造を有していてもよい。この構造の一例として、シリンダヘッド１２の燃焼室１４に露出した部分に断熱部材を配置する構造を用いることができる。断熱部材としては、例えば、シリンダヘッド１２を構成する材料である金属よりも熱伝導率の小さい部材を用いることができる。この場合、断熱部材によって燃焼室１４からシリンダヘッド１２への熱伝導を抑制することができる。それにより、シリンダブロック１１の冷却を確保しつつシリンダヘッド１２が燃焼室１４から断熱された構造が得られる。この場合においても、シリンダヘッド１２が燃焼室１４から断熱されることで、シリンダヘッド１２における冷却損失の発生が抑制されている。
【００４４】
あるいは内燃機関１０は、上記断熱部材を有する構造に代えてまたは上記断熱部材を有する構造とともに、シリンダヘッド１２をシリンダブロック１１から断熱する断熱部材を備える構造を有していてもよい。この構造として、例えばシリンダヘッド１２のシリンダブロック１１側の界面に断熱部材を配置する構造を用いることができる。この場合、シリンダブロック１１からシリンダヘッド１２への熱伝導が抑制されることで、シリンダヘッド１２がシリンダブロック１１から断熱された構造が得られる。この場合においても、シリンダヘッド１２がシリンダブロック１１から断熱されることで、シリンダヘッド１２における冷却損失の発生が抑制されている。
【００４５】
上述したように内燃機関１０が暖機運転終了後においてシリンダブロック１１の冷却を確保しつつシリンダヘッド１２における冷却損失の発生が抑制可能な構造を有することで、以下の効果が得られる。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、シリンダブロック１１の冷却を確保しつつシリンダヘッド１２における冷却損失の発生が抑制可能な構造による効果を説明するための図である。まず、図４（ａ）に示すように、内燃機関１０の正味仕事に用いられない損失として、ポンプ損失、排気損失、冷却損失、機械損失がある。これらの損失のうち冷却損失が占めるウエイトは大きい。そのため、冷却損失の低減は内燃機関１０の燃費改善に効果的である。
【００４６】
図４（ｃ）に示すように、冷却損失の低減のためには、空気を断熱することが効果的である。しかしながら、例えばシリンダブロック１１の壁面に断熱部材を配置する、ピストン１３の冠面とシリンダブロック１１との間に断熱部材を配置する等の方法でシリンダブロック１１が燃焼室１４から断熱された場合、図４（ｂ）に示すように、シリンダブロック１１の温度が上昇して燃焼室１４内の混合気が加熱されてしまい、ノッキングが生じる可能性が高くなる。
【００４７】
これに対して本実施例のようにシリンダブロック１１の冷却を確保しつつシリンダヘッド１２における冷却損失の発生がシリンダヘッド１２の断熱によって抑制可能な構造の場合、シリンダブロック１１の冷却が確保されていることから、シリンダブロック１１の温度の上昇が抑制されている。それにより、シリンダヘッド１２における冷却損失の発生を抑止しつつ、燃焼室１４内の混合気の加熱を抑制してノッキングの発生を抑制することができる。
【００４８】
続いて、制御装置１００による気流調整弁２１および局所冷却加熱装置３０の制御について説明する。図５（ａ）は、暖機運転終了後における内燃機関１０を示す模式図である。制御装置１００の制御部１０４は、内燃機関１０が暖機運転終了後において、局所壁面２２が冷却されるように局所冷却加熱装置３０を制御するとともに、燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１の開度を、図２（ｂ）において前述した記憶部１０５が記憶している所定の角度に制御する。
【００４９】
この場合、燃焼室１４に流入した混合気を局所壁面２２によって冷却することができる。それにより、ノッキングの発生を抑制することができる。また、局所冷却加熱装置３０がシリンダブロック１１の燃焼室１４に面した壁面の一部分を冷却していることから、局所冷却加熱装置３０がシリンダブロック１１の壁面全体を冷却する場合に比較して、シリンダブロック１１における冷却損失の発生が抑制されている。このように、本実施例に係る制御装置１００によれば、暖機運転が終了後においてノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関１０の冷却損失を低減することができる。
【００５０】
図５（ｂ）および図５（ｃ）は、暖機運転の場合における内燃機関１０を示す模式図である。制御部１０４は、内燃機関１０が暖機運転の場合、局所壁面２２が加熱されるように局所冷却加熱装置３０を制御する。それにより、燃焼室１４における混合気を加熱して燃料の気化を促進することができる。その結果、内燃機関１０が暖機運転の場合において、混合気に含まれる燃料が燃焼室１４の壁面に付着することが抑制されている。
【００５１】
また制御部１０４は、さらに暖機運転の場合において、シリンダヘッド１２の温度に基づいて気流調整弁２１の開度を制御している。具体的には、図５（ｂ）に示すように、シリンダヘッド１２の温度が局所壁面２２の温度よりも低いと考えられる場合には、制御部１０４は、燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１の開度を、記憶部１０５が記憶している所定の角度に制御する。この場合、混合気を局所壁面２２の熱で効率的に加熱することができる。
【００５２】
一方、図５（ｃ）に示すように、シリンダヘッド１２の温度が局所壁面２２の温度よりも高いと考えられる場合には、制御部１０４は、燃焼室１４に流入した混合気が燃焼室１４における局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い箇所に衝突するように気流調整弁２１の開度を制御する。この場合、混合気をシリンダヘッド１２の熱で効率的に加熱することができる。
【００５３】
図６は、制御部１０４が気流調整弁２１および局所冷却加熱装置３０を制御するときのフローチャートの一例を示す図である。制御部１０４は図６のフローチャートを所定の周期で繰り返し実行する。まず制御部１０４は、内燃機関１０が暖機運転であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的には制御部１０４は、温度センサ４０ｂの検出した流体の温度が所定温度以下の場合、内燃機関１０が暖機運転であると判定し、温度センサ４０ｂの検出した流体の温度が所定温度より高い場合、内燃機関１０が暖機運転でない（つまり暖機運転終了後である）と判定する。この所定温度は、記憶部１０５が記憶しておく。制御部１０４は、温度センサ４０ｂの検出結果に基づいて記憶部１０５の所定温度を参照しながら、ステップＳ１０を実行する。
【００５４】
ステップＳ１０において内燃機関１０が暖機運転であると判定された場合、制御部１０４は局所壁面２２が加熱されるように局所冷却加熱装置３０を制御する（ステップＳ２０）。
【００５５】
次いで制御部１０４は、温度センサ４０ａの検出結果に基づいて、シリンダヘッド１２の温度が所定温度以下か否かを判定する（ステップＳ３０）。所定温度としては、シリンダヘッド１２の温度が所定温度以下の場合にシリンダヘッド１２の温度が局所壁面２２の温度以下であると判定でき、シリンダヘッド１２の温度が所定温度より高い場合にシリンダヘッド１２の温度が局所壁面２２の温度より高いと判定できるような温度であれば、特に限定されるものではない。この所定温度は、記憶部１０５が記憶しておく。制御部１０４は、温度センサ４０ａの検出結果に基づいて記憶部１０５の所定温度を参照しながら、ステップＳ３０を実行する。
【００５６】
ステップＳ３０においてシリンダヘッド１２の温度が所定温度以下であると判定された場合、制御部１０４は燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１を制御する（ステップＳ４０）。次いで制御部１０４はフローチャートの実行を終了する。
【００５７】
ステップＳ３０においてシリンダヘッド１２の温度が所定温度以下であると判定されなかった場合、制御部１０４は燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い箇所に衝突するように気流調整弁２１を制御する（ステップＳ５０）。次いで制御部１０４はフローチャートの実行を終了する。
【００５８】
ステップＳ１０において内燃機関１０が暖機運転であると判定されなかった場合、制御部１０４は局所壁面２２が冷却されるように局所冷却加熱装置３０を制御する（ステップＳ６０）。
【００５９】
次いで制御部１０４は、燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１を制御する（ステップＳ７０）。次いで制御部１０４はフローチャートの実行を終了する。
【００６０】
以上のように本実施例に係る制御装置１００の制御部１０４は、内燃機関１０が暖機運転の場合に局所壁面２２が加熱され、暖機運転が終了後に局所壁面２２が冷却されるように局所冷却加熱装置３０を制御し、暖機運転が終了後に燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１の開度を制御している。制御装置１００によれば、暖機運転の場合に局所壁面２２が加熱されることで、燃焼室１４における混合気を加熱して燃料の気化を促進することができる。それにより、燃料の燃焼室１４の壁面への付着を抑制することができる。その結果、内燃機関１０の燃焼を安定化させることができる。
【００６１】
また、暖機運転が終了後に局所壁面２２が冷却され且つ燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突することで、混合気を冷却することができる。それにより、ノッキングの発生を抑制することができる。図３、図４等において説明したように、本実施例に係る内燃機関１０は、暖機運転が終了後におけるシリンダヘッド１２における冷却損失の発生がシリンダヘッド１２の断熱によって抑制可能な構造を有している。この場合、シリンダヘッド１２がシリンダブロック１１に比較して高温になり易い。その結果、シリンダヘッド１２の熱によって混合気が加熱され易くなる。しかしながら、制御装置１００によれば、混合気を局所壁面２２によって効率的に冷却できるので、ノッキングの発生が効率的に抑制されている。
【００６２】
また、暖機運転終了後において、局所冷却加熱装置３０はシリンダブロック１１の燃焼室１４に面した壁面の一部分を冷却していることから、局所冷却加熱装置３０がシリンダブロック１１の壁面全体を冷却する場合に比較して、シリンダブロック１１における冷却損失の発生が抑制されている。
【００６３】
以上のように本実施例に係る制御装置１００によれば、内燃機関１０が暖機運転の場合においては燃料の燃焼室１４の壁面への付着を抑制し、暖機運転終了後においてはノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関１０の冷却損失を低減することができる。
【００６４】
また、制御部１０４は、さらに暖機運転の場合において、シリンダヘッド１２の温度が所定温度以下の場合に燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１を制御し、シリンダヘッド１２の温度が所定温度より高い場合に燃焼室１４に流入した混合気が燃焼室１４における局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い箇所に衝突するように気流調整弁２１を制御している。この構成によれば、シリンダヘッド１２の温度が所定温度以下の場合には、混合気を局所壁面２２の熱で効率的に加熱することができる。また、シリンダヘッド１２の温度が所定温度より高い場合には、混合気をシリンダヘッド１２の熱で効率的に加熱することができる。この結果、燃料の燃焼室１４の壁面への付着を効率的に抑制できる。
【００６５】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
５ 内燃機関システム
１０ 内燃機関
１１ シリンダブロック
１４ 燃焼室
２１ 気流調整弁
２２ 局所壁面
３０ 局所冷却加熱装置
３１ 局所流路
１００ 制御装置
１０４ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置、特に火花点火式の内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火花点火式の内燃機関の正味仕事に用いられない損失として、ポンプ損失、排気損失、冷却損失、機械損失等がある。これらの損失のうち冷却損失は大きなウエイトを占めることから、冷却損失を低減させて燃費向上を図るための技術が考案されている。例えば特許文献１は、内燃機関のピストン冠面の最外径部に断熱部材を配置することで、燃焼室とシリンダブロックとの断熱化を図り、以って冷却損失の低減を図る技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３０４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の暖機運転が終了後において、冷却損失の低減を図るために、特許文献１の技術を応用して燃焼室とシリンダブロックとの断熱化を図った場合、燃焼室内の混合気の温度が上昇し易くなる。その結果、ノッキングが発生するおそれがある。一方、内燃機関が暖機運転の場合においては、燃焼室とシリンダブロックとの断熱化を図る技術を応用するだけでは、混合気の温度を十分に上昇させることは困難である。その結果、内燃機関が暖機運転の場合において、混合気に含まれる燃料が燃焼室に付着するおそれがある。
【０００５】
本発明は、内燃機関が暖機運転の場合においては燃料の燃焼室の壁面への付着を抑制し、内燃機関が暖機運転終了後においてはノッキングの発生を抑制しつつ冷却損失の低減を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室に流入する混合気の流動方向を調整する気流調整弁と、シリンダブロックの前記燃焼室に面した壁面の一部分である局所壁面を冷却または加熱する局所冷却加熱手段と、を備える火花点火式の内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関が暖機運転の場合に前記局所壁面が加熱され、前記暖機運転が終了後に前記局所壁面が冷却されるように前記局所冷却加熱手段を制御し、前記暖機運転が終了後に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記局所壁面に衝突するように前記気流調整弁の開度を制御する制御部を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、暖機運転の場合に局所壁面が加熱されることで、燃焼室における混合気を加熱して燃料の気化を促進することができる。それにより、燃料の燃焼室の壁面への付着を抑制することができる。また、暖機運転が終了後に局所壁面が冷却され且つ燃焼室に流入した混合気が局所壁面に衝突することで、混合気を冷却することができる。それにより、ノッキングの発生を抑制することができる。また、局所冷却加熱手段がシリンダブロックの燃焼室に面した壁面の一部分を冷却していることから、局所冷却加熱手段がシリンダブロックの壁面全体を冷却する場合に比較して、シリンダブロックにおける冷却損失の発生が抑制されている。以上のように本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関が暖機運転の場合においては燃料の燃焼室の壁面への付着を抑制し、暖機運転が終了後においてはノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関の冷却損失を低減することができる。
【０００８】
上記構成において、前記制御部は、さらに前記暖機運転の場合において、前記シリンダヘッドの温度が所定温度以下の場合に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記局所壁面に衝突するように前記気流調整弁を制御し、前記シリンダヘッドの温度が前記所定温度より高い場合に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記燃焼室における前記局所壁面よりも前記シリンダヘッドに近い箇所に衝突するように前記気流調整弁を制御してもよい。
【０００９】
この構成によれば、シリンダヘッドの温度が所定温度以下の場合には、混合気を局所壁面の熱で効率的に加熱することができる。また、シリンダヘッドの温度が所定温度より高い場合には、混合気をシリンダヘッドの熱で効率的に加熱することができる。
【００１０】
上記構成において、前記内燃機関は、前記暖機運転が終了後における前記シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が前記シリンダヘッドの断熱によって抑制可能な構造を有していてもよい。前記構造は、前記暖機運転が終了後における前記シリンダヘッドを冷却する流体の流量を、前記局所壁面を冷却する流体の流量よりも小さくする構造であってもよい。
【００１１】
上記構成において、前記局所冷却加熱手段は、前記シリンダブロックにおける前記局所壁面に対応した部分に限定して形成された流路と、前記制御部に制御されることで、前記暖機運転の場合には前記局所壁面の温度よりも高い温度の流体を前記流路に流通させ、前記暖機運転が終了後には前記局所壁面の温度よりも低い温度の流体を前記流路に流通させる流体供給手段と、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内燃機関が暖機運転の場合においては燃料の燃焼室の壁面への付着を抑制し、内燃機関が暖機運転終了後においてはノッキングの発生を抑制しつつ冷却損失の低減を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）は、実施例１に係る制御装置および内燃機関を備える内燃機関システムの模式図である。図１（ｂ）は制御装置の機能ブロック図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、局所壁面および局所流路を説明するための図である。
【図３】図３は、局所冷却加熱装置および内燃機関の冷却構造を説明するための図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、シリンダブロックの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制可能な構造による効果を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）は、暖機運転終了後における内燃機関を示す模式図である。図５（ｂ）および図５（ｃ）は、暖機運転の場合における内燃機関を示す模式図である。
【図６】図６は、制御部が気流調整弁および局所冷却加熱装置を制御するときのフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例１に係る内燃機関１０の制御装置１００（以下、制御装置１００と略称する）について説明する。図１（ａ）は、本実施例に係る制御装置１００および内燃機関１０を備える内燃機関システム５の模式図である。なお、図１（ａ）の内燃機関１０は、内燃機関１０のクランク軸の軸線方向に垂直な方向から内燃機関１０を見た模式図となっている。
【００１６】
内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上方に配置されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１内に配置されたピストン１３と、を備えている。シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１３とによって囲まれた領域に、燃焼室１４が形成されている。なお、本実施例において上方および下方は、必ずしも重力方向における上方および下方と一致している必要はない。例えば、本実施例における上方および下方は水平方向であってもよい。
【００１７】
シリンダヘッド１２は、燃焼室１４に吸気を導くための吸気通路１５と燃焼室１４から排気を排出するための排気通路１６とを備えている。シリンダヘッド１２には、ヘッド流路１７が形成されている。ヘッド流路１７は、シリンダヘッド１２を冷却するための流体が流通する流路である。
【００１８】
内燃機関１０は、吸気通路１５を開閉する吸気弁１８と、排気通路１６を開閉する排気弁１９と、燃焼室１４の混合気に火花を点火する点火プラグ２０と、を備えている。すなわち、本実施例に係る内燃機関１０は、火花点火式の内燃機関である。点火プラグ２０は、燃焼室１４の天井部における吸気通路１５と排気通路１６との間の部分に配置されている。但し、点火プラグ２０の配置箇所は、これに限定されるものではない。
【００１９】
内燃機関１０は、吸気通路１５に気流調整弁２１を備えている。気流調整弁２１は制御装置１００に制御されて、燃焼室１４に流入する混合気の流動方向を調整する。気流調整弁２１としては、タンブルコントロールバルブ、スワールコントロールバルブ等を用いることができる。本実施例においては、吸気行程において燃焼室１４にタンブルが生成されるため、気流調整弁２１としてタンブルコントロールバルブを用いる。なお、吸気行程において燃焼室１４にスワールが生成させる内燃機関の場合、気流調整弁２１としてスワールコントロールバルブを用いればよい。
【００２０】
内燃機関１０は、局所冷却加熱装置３０を備えている。局所冷却加熱装置３０は、シリンダブロック１１の燃焼室１４に面した壁面（以下、シリンダブロック１１の壁面と略称する）の一部分である局所壁面２２を冷却または加熱する装置である。局所冷却加熱装置３０は、局所流路３１を備えている。局所冷却加熱装置３０は、制御装置１００によって制御される。なお、図１（ａ）において、シリンダブロック１１の局所壁面２２と局所流路３１とによって挟まれた領域には、水平方向に対して＋側に傾斜した線と−側に傾斜した線とによってハッチングが施されている。局所壁面２２および局所冷却加熱装置３０の詳細は後述する。
【００２１】
内燃機関１０は、制御装置１００の動作に必要な情報を検出するための各種センサを備えている。具体的には内燃機関１０は、温度センサ４０ａおよび温度センサ４０ｂを備えている。温度センサ４０ａは、シリンダヘッド１２の温度を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。温度センサ４０ｂは、局所流路３１を通過後の流体の温度を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。制御装置１００は、温度センサ４０ｂの検出結果に基づいて、内燃機関１０が暖機運転であるか否かを判定する。但し、制御部１０４が内燃機関１０が暖機運転であるか否かを判定するための指標は、温度センサ４０ｂの検出する流体の温度に限定されるものではない。例えば制御部１０４は、シリンダブロック１１の温度に基づいて内燃機関１０が暖機運転であるか否かを判定してもよい。
【００２２】
制御装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３を備える電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。
【００２３】
図１（ｂ）は制御装置１００の機能ブロック図である。制御装置１００の機能は、制御部１０４および記憶部１０５によって実現することができる。制御部１０４は、各種センサの検出結果を受けて内燃機関１０の気流調整弁２１および局所冷却加熱装置３０を制御する機能を有している。記憶部１０５は、制御部１０４の制御に必要なデータ等を記憶する機能を有している。制御部１０４は、記憶部１０５の記憶したデータ等を適宜参照しながら、各種制御を行う。制御部１０４の機能はＣＰＵ１０１によって実行され、記憶部１０５の機能はＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３によって実行される。
【００２４】
続いて局所壁面２２および局所流路３１について説明する。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、局所壁面２２および局所流路３１を説明するための図である。図２（ａ）は、気流調整弁２１の開度がゼロの場合における内燃機関１０を示し、図２（ｂ）は気流調整弁２１の開度が所定の開度の場合における内燃機関１０を示している。図２（ｃ）は、局所流路３１を上方側から見た図である。なお、図２（ｃ）において、吸気弁１８および排気弁１９も想像線によって図示されている。
【００２５】
図２（ｃ）に示すように、本実施例に係る吸気弁１８はクランク軸線２３を挟んで一方の側に２つ配置され、排気弁１９はクランク軸線２３を挟んで他方の側に２つ配置されている。但し、吸気弁１８および排気弁１９の個数は、これに限定されるものではない。
【００２６】
内燃機関１０において、燃焼室１４に流入した混合気がシリンダブロック１１の壁面に衝突する箇所は、気流調整弁２１の開度に応じて変化する。気流調整弁２１および局所壁面２２は、気流調整弁２１の開度に応じて、燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突しない状態と、燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突する状態と、が得られるように設定されている。具体的には、図２（ａ）に示すように、気流調整弁２１の開度がゼロの場合、燃焼室１４に流入した直後の混合気は、局所壁面２２に衝突せず、燃焼室１４における局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い箇所に衝突する。図２（ｂ）に示すように、気流調整弁２１の開度が所定の開度の場合、燃焼室１４に流入した直後の混合気は、局所壁面２２に衝突する。
【００２７】
本実施例に係る局所壁面２２は、気流調整弁２１の開度が所定の開度のときに燃焼室１４に流入した混合気が衝突するシリンダブロック１１の壁面部分である。具体的には、局所壁面２２とシリンダヘッド１２との間には所定の距離が設けられている。またピストン１３が下死点に位置した場合、ピストン１３の冠面と局所壁面２２との間にも所定の距離が設けられている。なお、気流調整弁２１の所定の開度は、記憶部１０５が記憶しておく。
【００２８】
図２（ａ）のときに混合気が衝突する箇所は、燃焼室１４における局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い箇所であれば特に限定されるものではない。例えば、図２（ａ）のときに混合気が衝突する箇所は、シリンダブロック１１の壁面のうち局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い部分でもよく、シリンダヘッド１２の燃焼室１４に面した壁面部分であってもよい。
【００２９】
本実施例に係る局所流路３１は、シリンダブロック１１における局所壁面２２に対応した部分に限定して形成された流路である。図２（ａ）および図２（ｂ）において、局所流路３１の高さと局所壁面２２の高さとは等しい。図２（ｃ）に示すように局所流路３１は、シリンダブロック１１のクランク軸線２３よりも排気弁１９側に形成されている。なお、図２（ｃ）において局所壁面２２は、シリンダブロック１１の壁面のうちクランク軸線２３よりも排気弁１９側の部分である。
【００３０】
後述するように、局所流路３１には局所壁面２２よりも低温の流体または高温の流体が流動する。それにより局所流路３１は、局所壁面２２を冷却または加熱する。局所流路３１は、局所壁面２２を冷却または加熱できる態様であれば、その形状は特に限定されるものではない。例えば、図２（ａ）および図２（ｂ）において、局所流路３１の高さは局所壁面２２の高さと同じでなくてもよい。また、図２（ｃ）において局所流路３１は、シリンダブロック１１の壁面のうち、クランク軸線２３よりも排気弁１９側の箇所のさらに一部分に限定して形成されていてもよい。なお、局所流路３１の体積は小さい方が好ましい。冷却時または加熱時のエネルギー損失が少なくて済むからである。
【００３１】
続いて局所冷却加熱装置３０および内燃機関１０の冷却構造について説明する。図３は、局所冷却加熱装置３０および内燃機関１０の冷却構造を説明するための図である。局所冷却加熱装置３０は、前述した局所流路３１の他に、ポンプ３２と、冷却装置３３と、加熱装置３４と、３方弁３５ａおよび３方弁３５ｂと、循環流路３６と、を備えている。
【００３２】
局所流路３１とポンプ３２とは、循環流路３６によって連通されている。循環流路３６におけるポンプ３２と局所流路３１の入口（ＩＮ）との間の一部は２つに分岐して、分岐流路３７ａおよび分岐流路３７ｂになっている。冷却装置３３は分岐流路３７ａに配置されている。加熱装置３４は分岐流路３７ｂに配置されている。３方弁３５ａは、分岐流路３７ａの冷却装置３３よりも上流側と分岐流路３７ｂの加熱装置３４よりも上流側との合流点に配置されている。３方弁３５ｂは、分岐流路３７ａの冷却装置３３よりも下流側と分岐流路３７ｂの加熱装置３４よりも下流側との合流点に配置されている。
【００３３】
ポンプ３２は、制御部１０４によって制御されて流体を圧送する。流体としては特に限定されないが、例えば水、不凍液等を用いることができる。冷却装置３３は、制御部１０４に制御されることで、局所流路３１に供給される流体を局所壁面２２の温度よりも低い温度に冷却する装置である。加熱装置３４は、制御部１０４に制御されることで、局所流路３１に供給される流体を局所壁面２２の温度よりも高い温度に加熱する装置である。加熱装置３４は、特に限定されるものではないが、一例として蓄熱装置を備えた装置を用いることができる。
【００３４】
３方弁３５ａは、ポンプ３２と冷却装置３３とを連通する流路と、ポンプ３２と加熱装置３４とを連通する流路と、を切り替える流路切替弁である。３方弁３５ｂは、冷却装置３３と局所流路３１とを連通する流路と、加熱装置３４と局所流路３１とを連通する流路と、を切り替える流路切替弁である。３方弁３５ａおよび３方弁３５ｂは、制御部１０４によって制御される。
【００３５】
内燃機関１０が暖機運転の場合、制御部１０４は、加熱装置３４を作動させ、冷却装置３３を停止させる。また制御部１０４は、ポンプ３２から圧送された流体が循環流路３６、分岐流路３７ｂおよび循環流路３６を通過して局所流路３１に流入するように、３方弁３５ａおよび３方弁３５ｂを制御する。それにより、局所流路３１には加熱装置３４によって加熱された流体が供給される。その結果、局所壁面２２が集中的に加熱される。
【００３６】
内燃機関１０が暖機運転終了後において、制御部１０４は、加熱装置３４を停止させ、冷却装置３３を作動させる。また制御部１０４は、ポンプ３２から圧送された流体が循環流路３６、分岐流路３７ａおよび循環流路３６を通過して局所流路３１に流入するように、３方弁３５ａおよび３方弁３５ｂを制御する。それにより、局所流路３１には冷却装置３３によって冷却された流体が供給される。その結果、局所壁面２２が集中的に冷却される。
【００３７】
以上のように、本実施例に係る局所冷却加熱装置３０は、局所流路３１と、制御部１０４に制御されることで暖機運転時には局所壁面２２の温度よりも高い温度の流体を局所流路３１に流通させ、暖機運転が終了後には局所壁面２２の温度よりも低い温度の流体を局所流路３１に流通させる流体供給手段（ポンプ３２、冷却装置３３、加熱装置３４、３方弁３５ａおよび３方弁３５ｂ）を備えている。
【００３８】
なお、局所冷却加熱装置３０の構成は図３の構成に限定されるものではない。例えば局所冷却加熱装置３０は、冷却装置３３を備えていなくてもよい。この場合、制御部１０４は、暖機運転終了後には、暖機運転時において局所流路３１に流入していた流体の流量よりも多い流量の流体が局所流路３１に流入するようにポンプ３２を制御してもよい。この場合においても、暖機運転終了後において、局所流路３１を流動する流体によって局所壁面２２を冷却することができる。
【００３９】
続いて内燃機関１０の冷却構造について説明する。内燃機関１０の冷却構造は、前述したポンプ３２、局所流路３１、冷却装置３３および循環流路３６に加えて、循環流路５０と流量調整弁５１とを備えている。循環流路５０は、ヘッド流路１７とポンプ３２とを連通するための流路である。なお、図３において循環流路５０の一部および循環流路３６の一部は、合流しているが、これに限定されるものではない。
【００４０】
流量調整弁５１は、制御部１０４に制御されて循環流路５０における流量を調整する。本実施例において流量調整弁５１は、循環流路５０のヘッド流路１７よりも上流側に配置されている。但し、流量調整弁５１の配置箇所はこれに限定されるものではない。例えば流量調整弁５１は、循環流路５０のヘッド流路１７よりも下流側に配置されていてもよい。
【００４１】
制御部１０４は暖機運転終了後において、例えば内燃機関１０の負荷に応じて流量調整弁５１を制御することで、循環流路５０における流体の流量を循環流路３６における流体の流量よりも小さく制御する。この場合、暖機運転終了後においてヘッド流路１７における流体の流量（すなわち、シリンダヘッド１２を冷却する流体の流量）は、局所流路３１における流体の流量よりも小さく制御される。その結果、暖機運転終了後においてシリンダヘッド１２と流体との熱伝導は、シリンダブロック１１と流体との熱伝導に比較して低く制御される。それにより、本実施例に係る冷却構造は、シリンダヘッド１２が流体から断熱された構造となっている。
【００４２】
内燃機関１０がこのような冷却構造を有することで、暖機運転終了後においてシリンダヘッド１２における冷却損失をシリンダブロック１１における冷却損失よりも低く抑えることができる。すなわち、本実施例に係る冷却構造は、暖機運転終了後において、シリンダブロック１１の冷却を確保しつつシリンダヘッド１２における冷却損失の発生がシリンダヘッド１２の断熱によって抑制可能な構造となっている。
【００４３】
なお内燃機関１０は、上述した冷却構造に代えてまたは冷却構造とともに、断熱部材を有する構造を備えていてもよい。具体的には、内燃機関１０は、シリンダヘッド１２を燃焼室１４から断熱する断熱部材を備えた構造を有していてもよい。この構造の一例として、シリンダヘッド１２の燃焼室１４に露出した部分に断熱部材を配置する構造を用いることができる。断熱部材としては、例えば、シリンダヘッド１２を構成する材料である金属よりも熱伝導率の小さい部材を用いることができる。この場合、断熱部材によって燃焼室１４からシリンダヘッド１２への熱伝導を抑制することができる。それにより、シリンダブロック１１の冷却を確保しつつシリンダヘッド１２が燃焼室１４から断熱された構造が得られる。この場合においても、シリンダヘッド１２が燃焼室１４から断熱されることで、シリンダヘッド１２における冷却損失の発生が抑制されている。
【００４４】
あるいは内燃機関１０は、上記断熱部材を有する構造に代えてまたは上記断熱部材を有する構造とともに、シリンダヘッド１２をシリンダブロック１１から断熱する断熱部材を備える構造を有していてもよい。この構造として、例えばシリンダヘッド１２のシリンダブロック１１側の界面に断熱部材を配置する構造を用いることができる。この場合、シリンダブロック１１からシリンダヘッド１２への熱伝導が抑制されることで、シリンダヘッド１２がシリンダブロック１１から断熱された構造が得られる。この場合においても、シリンダヘッド１２がシリンダブロック１１から断熱されることで、シリンダヘッド１２における冷却損失の発生が抑制されている。
【００４５】
上述したように内燃機関１０が暖機運転終了後においてシリンダブロック１１の冷却を確保しつつシリンダヘッド１２における冷却損失の発生が抑制可能な構造を有することで、以下の効果が得られる。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、シリンダブロック１１の冷却を確保しつつシリンダヘッド１２における冷却損失の発生が抑制可能な構造による効果を説明するための図である。まず、図４（ａ）に示すように、内燃機関１０の正味仕事に用いられない損失として、ポンプ損失、排気損失、冷却損失、機械損失がある。これらの損失のうち冷却損失が占めるウエイトは大きい。そのため、冷却損失の低減は内燃機関１０の燃費改善に効果的である。
【００４６】
図４（ｃ）に示すように、冷却損失の低減のためには、空気を断熱することが効果的である。しかしながら、例えばシリンダブロック１１の壁面に断熱部材を配置する、ピストン１３の冠面とシリンダブロック１１との間に断熱部材を配置する等の方法でシリンダブロック１１が燃焼室１４から断熱された場合、図４（ｂ）に示すように、シリンダブロック１１の温度が上昇して燃焼室１４内の混合気が加熱されてしまい、ノッキングが生じる可能性が高くなる。
【００４７】
これに対して本実施例のようにシリンダブロック１１の冷却を確保しつつシリンダヘッド１２における冷却損失の発生がシリンダヘッド１２の断熱によって抑制可能な構造の場合、シリンダブロック１１の冷却が確保されていることから、シリンダブロック１１の温度の上昇が抑制されている。それにより、シリンダヘッド１２における冷却損失の発生を抑止しつつ、燃焼室１４内の混合気の加熱を抑制してノッキングの発生を抑制することができる。
【００４８】
続いて、制御装置１００による気流調整弁２１および局所冷却加熱装置３０の制御について説明する。図５（ａ）は、暖機運転終了後における内燃機関１０を示す模式図である。制御装置１００の制御部１０４は、内燃機関１０が暖機運転終了後において、局所壁面２２が冷却されるように局所冷却加熱装置３０を制御するとともに、燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１の開度を、図２（ｂ）において前述した記憶部１０５が記憶している所定の角度に制御する。
【００４９】
この場合、燃焼室１４に流入した混合気を局所壁面２２によって冷却することができる。それにより、ノッキングの発生を抑制することができる。また、局所冷却加熱装置３０がシリンダブロック１１の燃焼室１４に面した壁面の一部分を冷却していることから、局所冷却加熱装置３０がシリンダブロック１１の壁面全体を冷却する場合に比較して、シリンダブロック１１における冷却損失の発生が抑制されている。このように、本実施例に係る制御装置１００によれば、暖機運転が終了後においてノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関１０の冷却損失を低減することができる。
【００５０】
図５（ｂ）および図５（ｃ）は、暖機運転の場合における内燃機関１０を示す模式図である。制御部１０４は、内燃機関１０が暖機運転の場合、局所壁面２２が加熱されるように局所冷却加熱装置３０を制御する。それにより、燃焼室１４における混合気を加熱して燃料の気化を促進することができる。その結果、内燃機関１０が暖機運転の場合において、混合気に含まれる燃料が燃焼室１４の壁面に付着することが抑制されている。
【００５１】
また制御部１０４は、さらに暖機運転の場合において、シリンダヘッド１２の温度に基づいて気流調整弁２１の開度を制御している。具体的には、図５（ｂ）に示すように、シリンダヘッド１２の温度が局所壁面２２の温度よりも低いと考えられる場合には、制御部１０４は、燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１の開度を、記憶部１０５が記憶している所定の角度に制御する。この場合、混合気を局所壁面２２の熱で効率的に加熱することができる。
【００５２】
一方、図５（ｃ）に示すように、シリンダヘッド１２の温度が局所壁面２２の温度よりも高いと考えられる場合には、制御部１０４は、燃焼室１４に流入した混合気が燃焼室１４における局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い箇所に衝突するように気流調整弁２１の開度を制御する。この場合、混合気をシリンダヘッド１２の熱で効率的に加熱することができる。
【００５３】
図６は、制御部１０４が気流調整弁２１および局所冷却加熱装置３０を制御するときのフローチャートの一例を示す図である。制御部１０４は図６のフローチャートを所定の周期で繰り返し実行する。まず制御部１０４は、内燃機関１０が暖機運転であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的には制御部１０４は、温度センサ４０ｂの検出した流体の温度が所定温度以下の場合、内燃機関１０が暖機運転であると判定し、温度センサ４０ｂの検出した流体の温度が所定温度より高い場合、内燃機関１０が暖機運転でない（つまり暖機運転終了後である）と判定する。この所定温度は、記憶部１０５が記憶しておく。制御部１０４は、温度センサ４０ｂの検出結果に基づいて記憶部１０５の所定温度を参照しながら、ステップＳ１０を実行する。
【００５４】
ステップＳ１０において内燃機関１０が暖機運転であると判定された場合、制御部１０４は局所壁面２２が加熱されるように局所冷却加熱装置３０を制御する（ステップＳ２０）。
【００５５】
次いで制御部１０４は、温度センサ４０ａの検出結果に基づいて、シリンダヘッド１２の温度が所定温度以下か否かを判定する（ステップＳ３０）。所定温度としては、シリンダヘッド１２の温度が所定温度以下の場合にシリンダヘッド１２の温度が局所壁面２２の温度以下であると判定でき、シリンダヘッド１２の温度が所定温度より高い場合にシリンダヘッド１２の温度が局所壁面２２の温度より高いと判定できるような温度であれば、特に限定されるものではない。この所定温度は、記憶部１０５が記憶しておく。制御部１０４は、温度センサ４０ａの検出結果に基づいて記憶部１０５の所定温度を参照しながら、ステップＳ３０を実行する。
【００５６】
ステップＳ３０においてシリンダヘッド１２の温度が所定温度以下であると判定された場合、制御部１０４は燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１を制御する（ステップＳ４０）。次いで制御部１０４はフローチャートの実行を終了する。
【００５７】
ステップＳ３０においてシリンダヘッド１２の温度が所定温度以下であると判定されなかった場合、制御部１０４は燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い箇所に衝突するように気流調整弁２１を制御する（ステップＳ５０）。次いで制御部１０４はフローチャートの実行を終了する。
【００５８】
ステップＳ１０において内燃機関１０が暖機運転であると判定されなかった場合、制御部１０４は局所壁面２２が冷却されるように局所冷却加熱装置３０を制御する（ステップＳ６０）。
【００５９】
次いで制御部１０４は、燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１を制御する（ステップＳ７０）。次いで制御部１０４はフローチャートの実行を終了する。
【００６０】
以上のように本実施例に係る制御装置１００の制御部１０４は、内燃機関１０が暖機運転の場合に局所壁面２２が加熱され、暖機運転が終了後に局所壁面２２が冷却されるように局所冷却加熱装置３０を制御し、暖機運転が終了後に燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１の開度を制御している。制御装置１００によれば、暖機運転の場合に局所壁面２２が加熱されることで、燃焼室１４における混合気を加熱して燃料の気化を促進することができる。それにより、燃料の燃焼室１４の壁面への付着を抑制することができる。その結果、内燃機関１０の燃焼を安定化させることができる。
【００６１】
また、暖機運転が終了後に局所壁面２２が冷却され且つ燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突することで、混合気を冷却することができる。それにより、ノッキングの発生を抑制することができる。図３、図４等において説明したように、本実施例に係る内燃機関１０は、暖機運転が終了後におけるシリンダヘッド１２における冷却損失の発生がシリンダヘッド１２の断熱によって抑制可能な構造を有している。この場合、シリンダヘッド１２がシリンダブロック１１に比較して高温になり易い。その結果、シリンダヘッド１２の熱によって混合気が加熱され易くなる。しかしながら、制御装置１００によれば、混合気を局所壁面２２によって効率的に冷却できるので、ノッキングの発生が効率的に抑制されている。
【００６２】
また、暖機運転終了後において、局所冷却加熱装置３０はシリンダブロック１１の燃焼室１４に面した壁面の一部分を冷却していることから、局所冷却加熱装置３０がシリンダブロック１１の壁面全体を冷却する場合に比較して、シリンダブロック１１における冷却損失の発生が抑制されている。
【００６３】
以上のように本実施例に係る制御装置１００によれば、内燃機関１０が暖機運転の場合においては燃料の燃焼室１４の壁面への付着を抑制し、暖機運転終了後においてはノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関１０の冷却損失を低減することができる。
【００６４】
また、制御部１０４は、さらに暖機運転の場合において、シリンダヘッド１２の温度が所定温度以下の場合に燃焼室１４に流入した混合気が局所壁面２２に衝突するように気流調整弁２１を制御し、シリンダヘッド１２の温度が所定温度より高い場合に燃焼室１４に流入した混合気が燃焼室１４における局所壁面２２よりもシリンダヘッド１２に近い箇所に衝突するように気流調整弁２１を制御している。この構成によれば、シリンダヘッド１２の温度が所定温度以下の場合には、混合気を局所壁面２２の熱で効率的に加熱することができる。また、シリンダヘッド１２の温度が所定温度より高い場合には、混合気をシリンダヘッド１２の熱で効率的に加熱することができる。この結果、燃料の燃焼室１４の壁面への付着を効率的に抑制できる。
【００６５】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
５ 内燃機関システム
１０ 内燃機関
１１ シリンダブロック
１４ 燃焼室
２１ 気流調整弁
２２ 局所壁面
３０ 局所冷却加熱装置
３１ 局所流路
１００ 制御装置
１０４ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に流入する混合気の流動方向を調整する気流調整弁と、シリンダブロックの前記燃焼室に面した壁面の一部分である局所壁面を冷却または加熱する局所冷却加熱手段と、を備える火花点火式の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関が暖機運転の場合に前記局所壁面が加熱され、前記暖機運転が終了後に前記局所壁面が冷却されるように前記局所冷却加熱手段を制御し、前記暖機運転が終了後に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記局所壁面に衝突するように前記気流調整弁の開度を制御する制御部を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、さらに前記暖機運転の場合において、前記シリンダヘッドの温度が所定温度以下の場合に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記局所壁面に衝突するように前記気流調整弁を制御し、前記シリンダヘッドの温度が前記所定温度より高い場合に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記燃焼室における前記局所壁面よりも前記シリンダヘッドに近い箇所に衝突するように前記気流調整弁を制御する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、前記暖機運転が終了後における前記シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が前記シリンダヘッドの断熱によって抑制可能な構造を有している請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記構造は、前記暖機運転が終了後における前記シリンダヘッドを冷却する流体の流量を、前記局所壁面を冷却する流体の流量よりも小さくする構造である請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記局所冷却加熱手段は、前記シリンダブロックにおける前記局所壁面に対応した部分に限定して形成された流路と、前記制御部に制御されることで、前記暖機運転の場合には前記局所壁面の温度よりも高い温度の流体を前記流路に流通させ、前記暖機運転が終了後には前記局所壁面の温度よりも低い温度の流体を前記流路に流通させる流体供給手段と、を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
燃焼室に流入する混合気の流動方向を調整する気流調整弁と、シリンダブロックの前記燃焼室に面した壁面の一部分である局所壁面を冷却または加熱する局所冷却加熱手段と、を備える火花点火式の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関が暖機運転の場合に前記局所壁面が加熱され、前記暖機運転が終了後に前記局所壁面が冷却されるように前記局所冷却加熱手段を制御し、前記暖機運転が終了後に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記局所壁面に衝突するように前記気流調整弁の開度を制御する制御部を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、さらに前記暖機運転の場合において、前記シリンダヘッドの温度が所定温度以下の場合に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記局所壁面に衝突するように前記気流調整弁を制御し、前記シリンダヘッドの温度が前記所定温度より高い場合に前記燃焼室に流入した前記混合気が前記燃焼室における前記局所壁面よりも前記シリンダヘッドに近い箇所に衝突するように前記気流調整弁を制御する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、前記暖機運転が終了後における前記シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が前記シリンダヘッドの断熱によって抑制可能な構造を有している請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記構造は、前記暖機運転が終了後における前記シリンダヘッドを冷却する流体の流量を、前記局所壁面を冷却する流体の流量よりも小さくする構造である請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記局所冷却加熱手段は、前記シリンダブロックにおける前記局所壁面に対応した部分に限定して形成された流路と、前記制御部に制御されることで、前記暖機運転の場合には前記局所壁面の温度よりも高い温度の流体を前記流路に流通させ、前記暖機運転が終了後には前記局所壁面の温度よりも低い温度の流体を前記流路に流通させる流体供給手段と、を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１１５１８（Ｐ２０１２−２１１５１８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６５８７（Ｐ２０１１−７６５８７）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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