JP2022054789A

JP2022054789A - 冷却装置およびその制御方法

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Publication number: JP2022054789A
Application number: JP2020161998A
Authority: JP
Inventors: 由宣渡部; Yoshinobu Watabe
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2022-04-07

Abstract

【課題】燃料消費率を低くする冷却装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】複数のウォータジャケット１３ａ、１３ｂを備え、シリンダライナ３がＸ方向の上下に分割されてなる上部３ａおよび下部３ｂを有し、複数のウォータジャケット１３ａ、１３ｂは上部３ａおよび下部３ｂのそれぞれに対応させて配置されて、互いに独立して各々の内部を冷却水が流れる構成である冷却装置１０において、下部３ｂの温度を上昇させる加熱装置２５と、ピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得する判定パラメータ取得装置２２と、制御装置２６と、を備え、制御装置２６は、判定パラメータ取得装置２２が取得した判定パラメータに基づいてピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定したときに、加熱装置２５により下部３ｂの温度を上昇させる制御を行う構成である。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置およびその制御方法に関し、より詳細には、シリンダライナを冷却する冷却装置およびその制御方法に関する。

シリンダライナを冷却する冷却装置として、互いに独立した第１の冷却回路および第２の冷却回路を備えて、底部側に設けた第２の冷却回路の冷却水温を頂部側に設けた第１の冷却回路の冷却水温よりも低くしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８－１０５１４８号公報

ところで、ピストンとシリンダライナとの間は潤滑油によって潤滑されており、ピストンとシリンダライナとの間の潤滑状態が流体潤滑状態の場合に生じるフリクションは潤滑油の粘性抵抗に依存する。潤滑油の粘性抵抗は温度に対して負の相関となり、温度が低くなるにつれて大きくなる。つまり、特許文献１に記載の冷却装置ではピストンとシリンダライナとの間の潤滑状態が流体潤滑状態の場合に第２の冷却回路により冷却される底部側の粘性抵抗が大きくなる。このように、流体潤滑状態において潤滑油の粘性抵抗が大きくなることは、ピストンとシリンダライナとの間のフリクションが大きくなり、低燃料消費率を妨げる要因となっている。

本開示の目的は、燃料消費率を低くする冷却装置およびその制御方法を提供することである。

上記の目的を達成する本発明の一態様の冷却装置は、往復直動するピストンが内部を摺動するように筒状を成したシリンダライナを冷却する複数のウォータジャケットを備え、前記シリンダライナが前記シリンダライナの筒軸方向の上下に分割されてなる複数の部位を有し、前記複数のウォータジャケットが前記複数の部位のそれぞれに対応させて配置されて、互いに独立して各々の内部を冷却水が流れる構成である冷却装置において、前記複数の部位のうちの下側に配置された下部の温度を上昇させる加熱装置と、前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得する判定パラメータ取得装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記判定パラメータ取得装置が取得した前記判定パラメータに基づいて前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定したときに、前記加熱装置により前記下部の温度を上昇させる制御を行う構成であることを特徴とする。

上記の目的を達成する本発明の一態様の冷却装置の制御方法は、内部をピストンが摺動するように筒状を成したシリンダライナがその筒軸方向の上下に分割された複数の部位を有してなり、それらの複数の部位のそれぞれに対応させて配置されて互いに独立した複数のウォータジャケットの各々の内部に冷却水を流して前記シリンダライナを冷却する冷却装置の制御方法において、前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得し、取得したその判定パラメータに基づいて前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であるか否かを判定し、流体潤滑状態であると判定したときに、加熱装置により前記複数の部位のうちの下側に配置された下部の温度を上昇させることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、ピストンとシリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態のときに加熱装置によってシリンダライナの下部の温度を上昇させることで、下部の潤滑油の粘性抵抗を小さくできる。これにより、ピストンとシリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態におけるフリクションの低減には有利になり、燃料消費率を低くすることができる。

第一実施形態の冷却装置を例示する構成図である。図１の複数の冷却通路とシリンダライナとの位置関係を例示する断面図である。図２のシリンダライナの温度とシリンダライナの筒軸方向の距離との関係を例示し、実線が上昇させる制御を行った場合の関係を示し、一点鎖線が上昇させる制御を行っていない場合の関係を示す関係図である。図１のエンジンの運転状態とピストンおよびシリンダライナの間の潤滑状態との関係を例示する関係図である。図１の下部用ウォータジャケットを流れる冷却水の温度と時間との関係を例示する関係図である。第一実施形態の冷却装置の制御方法を例示するフロー図である。第二実施形態の冷却装置を例示する構成図である。図７の複数の冷却通路とシリンダライナとの位置関係を例示する断面図である。

以下に、本開示における冷却装置およびその制御方法の実施形態について説明する。図中において、エンジン１のピストン２が往復直動する方向で、シリンダライナ３の筒軸方向をＸ方向とし、エンジン１のクランク軸４の軸方向をＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに直交する方向をＺ方向とする。また、冷却装置１０の冷却水の流れを塗り潰しの矢印で示し、車速風などの冷却風を白抜きの矢印で示す。加えて、信号線や電線を一点鎖線で示す。なお、図中では、構成が分かり易いように寸法を変化させており、必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。

図１に例示するように、第一実施形態の冷却装置１０はエンジン１に搭載され、内部をピストン２が摺動するように筒状を成したシリンダライナ３を冷却する装置である。本実施形態のエンジン１としては四気筒のディーゼルエンジンを例示するが、エンジン１の気筒数および配置位置は特に限定されるものではなく、また、燃料は軽油に限定されるものではない。

冷却装置１０は、冷却水が循環する冷却回路１１を備え、冷却回路１１がウォータポンプ１２、ウォータジャケット１３ａ、１３ｂ、サーモスタット１４、ラジエータ１５が介設された冷却路１６、および、その冷却路１６を迂回する迂回路１７を有する。冷却回路１１において、冷却水は、ウォータポンプ１２、ウォータジャケット１３ａ、１３ｂ、サーモスタット１４、冷却路１６および迂回路１７の順に循環するように構成される。また、冷却装置１０は冷却ファン１８を備える。

ウォータポンプ１２は機械式であって、エンジン１のクランク軸４からの回転動力が無端状のベルトやギア機構などの動力伝達機構５を介して伝達され、その回転動力により駆動される。ウォータポンプ１２の回転速度はエンジン１の回転速度に依存するが、動力伝達機構５を制御することでその回転速度を調節することが可能な構成にしてもよい。また、ウォータポンプ１２は電動モータからの回転動力により駆動される電動式のウォータポンプで構成してもよい。

ウォータジャケット１３ａ、１３ｂはシリンダライナ３の周囲に設けられた冷却水の通路であり、その通路が複数のシリンダライナ３を取り巻くように形成されている。本実施形態のウォータジャケットは上部用ウォータジャケット１３ａと下部用ウォータジャケット１３ｂとの二つに分割されており、上部用ウォータジャケット１３ａおよび下部用ウォータジャケット１３ｂは互いに独立して各々の内部を冷却水が流れる構造である。本開示において、互いに独立した構造のウォータジャケットとはウォータジャケットどうしの間で冷却水の行き来がなく、それぞれを流れる冷却水がウォータジャケットの中途位置で混ざり合わないものとする。

図２に例示するように、シリンダライナ３は上部３ａと下部３ｂとを有し、上部用ウォータジャケット１３ａは上部３ａに対応してその上部３ａを冷却する構成であり、下部用ウォータジャケット１３ｂは下部３ｂに対応してその下部３ｂを冷却する構成である。

上部３ａおよび下部３ｂは、シリンダライナ３がＸ方向の上下に分割されて成る。上部３ａおよび下部３ｂの境界位置Ｐ４は、ピストン２が上死点に位置したときの冠面のである上死点位置Ｐ１とピストン２が下死点に位置したときの冠面の位置である下死点位置Ｐ２との中間の位置Ｐ３よりも上死点位置Ｐ１の側に寄った位置である。

図３に例示するように、境界位置Ｐ４は、シリンダライナ３の内部で燃料の燃焼が生じた際に、上部用ウォータジャケット１３ａおよび下部用ウォータジャケット１３ｂのそれぞれを流れる冷却水の温度を同一とした場合に、シリンダライナ３に生じる温度分布に基づいて設定される。この温度分布は、上死点位置Ｐ１で最も高い温度になり、上死点位置Ｐ１から境界位置Ｐ４に向かって温度が下降し、境界位置Ｐ４から下死点位置Ｐ２まで略同一の温度となる分布である。つまり、境界位置Ｐ４は温度分布において高温となる領域とそれ以外との境界を示す位置に設定される。

図１に例示するように、サーモスタット１４はそれぞれのウォータジャケットを通過後であって、冷却路１６および迂回路１７の分岐点に配置される。サーモスタット１４は冷却水の温度上昇に伴って膨張し、冷却水の温度低下に伴って収縮する性質を有する熱膨張体により伸縮動作するリフタ（図示しない）を有して、冷却水の温度に応じてそのリフタが伸縮することで、冷却路１６および迂回路１７に流れる冷却水の流量を調節する。サーモスタット１４は全開状態で冷却水を冷却路１６のみに流し、全閉状態で冷却水を迂回路１７のみに流すように構成される。なお、サーモスタット１４はリフトを電熱により強制的に伸縮動作させる電熱式サーモスタットで構成してもよい。

本実施形態の冷却回路１１はそれぞれのウォータジャケットを通過後で、かつ、ラジエータ１５が介在する冷却路１６および迂回路１７を通過前の流路にサーモスタット１４が配置された出口制御式である。出口制御式の冷却回路１１は、エア抜き性を向上でき、かつキャビテーションの発生を抑制できるので耐久性の向上に有利になり、特に、トラックなどの大型車両には好適である。なお、冷却回路１１としては、出口制御式に代えて、ラジエータ１５を通過後でそれぞれのウォータジャケットを通過する前の流路にサーモスタット１４が配置された入口制御式でもよい。入口制御式の冷却回路は出口制御式の冷却回路１１と比較して冷却水の温度調整の面で有利になる。

ラジエータ１５はエンジン１が搭載された車両の前方側（図１の左側）に配置されて、ラジエータ１５の後方側には冷却ファン１８が配置される。ラジエータ１５は車速風と後続の冷却ファン１８による冷却風とを利用して内部を通過する冷却水を冷却する熱交換器である。ラジエータ１５としては冷却水が鉛直方向に流れるダウンフロー式のラジエータや冷却水が水平方向に流れるクロスフロー式のラジエータが例示される。

冷却路１６はその中途位置にラジエータ１５が設けられて冷却水がラジエータ１５により冷却される流路である。迂回路１７は冷却路１６を迂回して冷却水がラジエータ１５により冷却されない流路である。

冷却ファン１８は機械式であって、エンジン１のクランク軸４からの回転動力がファンクラッチ１９を介して伝達され、その回転動力により駆動される。冷却ファン１８はファンクラッチ１９により駆動する温度帯が調節される。例えば、エンジン１の暖機時にファンクラッチ１９により冷却ファン１８の駆動が停止される。冷却ファン１８の回転速度はエンジン１の回転速度に依存するが、ファンクラッチを制御することでその回転速度を調節することが可能な構成にしてもよい。

上記の構成に加えて、冷却装置１０は、水温取得装置２１、判定パラメータ取得装置２２（回転数取得装置２２ａ、開度取得装置２２ｂの総称であり、符号は図示しない）、補正パラメータ取得装置２３、下部温度取得装置２４、加熱装置２５、および、制御装置２６を備えて構成される。冷却装置１０は、制御装置２６がピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定したときに、加熱装置２５によりシリンダライナ３の下部の温度を上昇させる制御を行う構成である。

水温取得装置２１はそれぞれのウォータジャケットを通過後で、かつ、サーモスタット１４を通過前の冷却水の温度を取得する装置である。なお、水温取得装置２１が取得する冷却水の温度は上部用ウォータジャケット１３ａおよび下部用ウォータジャケット１３ｂのそれぞれを流れた冷却水が混合した状態の温度である。

判定パラメータ取得装置２２はピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得する装置である。本開示において、判定パラメータとはピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態か否かを判定可能なパラメータである。判定パラメータとしては潤滑の状態を示すストライベック曲線で用いるパラメータであるピストン２の摺動速度や潤滑油の粘度、あるいは、それらのパラメータを推定可能なエンジン１の運転状態を示すパラメータが例示される。本実施形態において判定パラメータ取得装置２２はエンジン１の運転状態を示すパラメータを取得する装置であり、エンジン１のエンジン回転数Ｎｘを取得する回転数取得装置２２ａと、アクセルペダル６のアクセル開度Ａｘを取得する開度取得装置２２ｂとで構成される。エンジン回転数Ｎｘはピストン２の摺動速度と正の相関にある。また、アクセル開度Ａｘはエンジン１の負荷と正の相関にあり、ひいては、潤滑油の温度および潤滑油の粘度と正の相関にある。

補正パラメータ取得装置２３はシリンダライナ３に付着した潤滑油の粘度および温度に関する補正パラメータを取得する装置である。本開示において、シリンダライナ３に付着した潤滑油の粘度および温度は、燃料の燃焼や冷却装置１０による冷却により変動するものであり、エンジン１のオイルパンに溜まった潤滑油の粘度および温度とは区別するものとする。補正パラメータとはピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態か否かの判定に用いる閾値を補正するパラメータである。補正パラメータとしては潤滑油の粘度の大小に関わるパラメータであり、潤滑油の温度の高低に関わるパラメータでもある。補正パラメータとしては、外気温や大気圧の環境を示すパラメータや、オイルパンに溜まった潤滑油の温度や粘度を示すパラメータが例示される。本実施形態において補正パラメータ取得装置２３はエンジン１のオイルパンに溜まった潤滑油の温度を取得する装置で構成される。

下部温度取得装置２４は下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水の温度Ｔｘを直接的にあるいは間接的に取得する装置である。本実施形態の下部温度取得装置２４は下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水の温度Ｔｘを直に取得する温度センサで構成される。下部温度取得装置２４はエンジン１の運転状態や水温取得装置２１が取得する冷却水の温度に基づいて下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水の温度Ｔｘを推定する装置で構成されてもよい。

加熱装置２５は下部３ｂの温度を上昇させる装置である。第一実施形態の加熱装置２５は下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水量を調節する調節弁で構成される。加熱装置２５は下部用ウォータジャケット１３ｂに流入する冷却水の流路または下部用ウォータジャケット１３ｂから流出した冷却水の流路に配置されて、開閉の開度を調節することで下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水量を調節可能な構成である。加熱装置２５は、下部３ｂの温度Ｔｘを上昇させる制御において、下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水量を少なくするように閉側の開度に調節される。

制御装置２６は、各種情報処理を行う中央演算装置（ＣＰＵ）、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置２６は、水温取得装置２１、判定パラメータ取得装置２２、補正パラメータ取得装置２３、下部温度取得装置２４、および、加熱装置２５に電気的に接続されている。なお、水温取得装置２１が取得した冷却水の温度に基づいてウォータポンプ１２の回転数や冷却ファン１８の回転数を制御する場合に、制御装置２６はそれらを制御可能に構成されてもよい。

制御装置２６は、機能要素として判定部２７および制御部２８を有する。各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、中央演算装置により実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能するプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）や電気回路で構成されてもよい。

判定部２７は判定パラメータ取得装置２２および補正パラメータ取得装置２３が取得した取得値に基づいて、ピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態か否かを判定する機能要素である。

図４に例示するように、判定部２７は、判定パラメータ取得装置２２である回転数取得装置２２ａが取得したエンジン回転数Ｎｘが予め設定された回転数閾値Ｎａ以上の場合にピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する。回転数閾値Ｎａは予め実験、試験、あるいはシミュレーションにより設定される。具体的に、回転数閾値Ｎａは、実験、試験、あるいはシミュレーションにより、エンジン回転数Ｎｘごとの潤滑油の粘度、ピストン２の摺動速度、ピストン２からシリンダライナ３が受ける荷重を数値化し、粘度と摺動速度とを乗算した値を荷重で除算して得られる摩擦係数が流体潤滑状態の範囲に収まる領域と外れる領域との境界値として設定される。

また、判定部２７は、判定パラメータ取得装置２２および補正パラメータ取得装置２３が取得した取得値に基づいて、冷却水やシリンダライナ３に付着した潤滑油が熱平衡になったか否かを判定する機能要素でもある。

潤滑油や冷却水は熱容量を有しており、熱平衡になるまでに安定時間が必要であり、単純にエンジン回転数Ｎｘと回転数閾値Ｎａとの比較では潤滑状態が流体潤滑状態になっていない場合がある。そこで、判定部２７はエンジン回転数Ｎｘが回転数閾値Ｎａ以上になってから経過した回転数経過時間ｔｘが予め設定された回転数時間閾値ｔａ以上になったか否かを判定する。

また、エンジン回転数Ｎｘが同一の回転数であっても燃焼温度が異なると潤滑油の温度が異なり、例えば、エンジン１の負荷が小さい場合に燃焼起因の発熱量が少なくなり、シリンダライナ３に付着する潤滑油の温度も低下する。つまり、シリンダライナ３に付着した潤滑油の温度を推定する必要がある。そこで、判定部２７は判定パラメータ取得装置２２である開度取得装置２２ｂが取得したアクセル開度Ａｘが予め設定した開度閾値Ａａ以上になってから経過した開度経過時間ｔｙが予め設定された開度時間閾値ｔｂ以上になった否かを判定する。

開度閾値Ａａ、回転数時間閾値ｔａおよび開度時間閾値ｔｂのそれぞれは回転数閾値Ｎａと同様に予め実験、試験、あるいはシミュレーションにより設定される。具体的に、回転数時間閾値ｔａは潤滑油の温度が流体潤滑状態になる温度に安定するまでに要する時間に設定される。開度閾値Ａａおよび開度時間閾値ｔｂは燃料の燃焼によりシリンダライナ３に付着した潤滑油の温度が上昇したときの温度が流体潤滑状態になる温度に安定するように設定される。

加えて、判定部２７は補正パラメータ取得装置２３が取得した取得値に基づいて潤滑状態の判定で用いる閾値を補正する機能要素でもある。例えば、補正パラメータ取得装置２３が取得した潤滑油の温度が低くなるにつれてシリンダライナ３に付着した潤滑油の温度も低くなるため、回転数閾値Ｎａが大きくなるように補正する。また、外気温が低くなるにつれてシリンダライナ３に付着した潤滑油の温度も低くなるため、回転数閾値Ｎａが大きくなるように補正する。

制御部２８は、判定部２７の判定結果が入力されて、その判定結果がピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態である場合に、加熱装置２５により下部３ｂの温度を上昇させる制御を行う機能要素である。また、制御部２８は、その判定結果がピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態以外の状態である場合に、加熱装置２５による下部３ｂの温度を上昇させる制御を停止する機能要素である。

図５に例示するように、上昇させる制御は、下部温度取得装置２４が取得した下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水の温度Ｔｘを昇温用の範囲Ｔｂ～Ｔｄに収めるフィードバック制御である。

上昇させる制御が停止中の場合に、下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水の温度Ｔｘは予め設定された冷却用の範囲Ｔａ～Ｔｂに収められている。冷却用の範囲Ｔａ～Ｔｂとしては８０℃～９０℃の範囲が例示される。また、冷却水の温度にはオーバーヒート温度Ｔｃが設定されている。このオーバーヒート温度Ｔｃとしては１２０℃が例示される。なお、上部用ウォータジャケット１３ａを流れる冷却水の温度も同様である。

昇温用の範囲Ｔｂ～Ｔｄは、冷却用の範囲Ｔａ～Ｔｂの上限値Ｔｂよりも高く、オーバーヒート温度Ｔｃよりも低く設定された限界温度Ｔｄよりも低い範囲である。限界温度Ｔｄはシリンダライナ３の表面温度上昇に伴う潤滑油の蒸発の増加による潤滑不良が生じない温度として、予め実験、試験、あるいはシミュレーションにより設定される。

本実施形態の制御部２８は潤滑状態が流体潤滑状態である場合に、加熱装置２５の開度を閉側にして下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水量を小さくすることで、下部３ｃの温度を昇温させる。また、制御部２８は潤滑状態が流体潤滑状態以外の状態である場合に加熱装置２５の開度を全開にして下部ウォータジャケット１３を流れる冷却水量を元に戻すことで、下部３ｃの温度を昇温させる制御を終了する。

図６に例示するように、第一実施形態の冷却装置１０の制御方法は、エンジン１の運転中に所定の周期ごとに繰り返し行われる方法である。本開示で、所定の周期とは各取得装置が取得値を取得する周期とする。なお、フロー図における一周期の経過は「リターン」で示す。

補正パラメータ取得装置２３が補正パラメータを取得すると（Ｓ１１０）、判定部２７が判定で用いる閾値を補正する（Ｓ１２０）。ステップＳ１２０において、判定部２７は補正パラメータがシリンダライナ３に付着した潤滑油の温度が低い状態を示す場合に判定で用いる閾値を大きくし、潤滑油の温度が高い状態を示す場合に判定で用いる閾値を小さくする。

次いで、判定パラメータ取得装置２２が判定パラメータを取得すると（Ｓ１３０）、判定部２７がピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態であるか否かを判定する（Ｓ１４０）。本実施形態のステップＳ１４０は、回転数取得装置２２ａが取得したエンジン回転数Ｎｘが回転数閾値Ｎａ以上になってから経過した回転数経過時間ｔｘが回転数時間閾値ｔａ以上になり、かつ、開度取得装置２２ｂが取得したアクセル開度Ａｘが開度閾値Ａａ以上になってから経過した開度経過時間ｔｙが開度時間閾値ｔｂ以上になったときにピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する。それ以外のときに潤滑状態が流体潤滑状態以外の状態であると判定する。

流体潤滑状態であると判定すると（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、制御部２８が加熱装置２５により下部３ｂの温度を上昇させる制御を行う（Ｓ１５０）。一方、流体潤滑状態以外の状態であると判定すると（Ｓ１４０：ＮＯ）、制御部２８が上昇させる制御を停止する制御を行う（Ｓ１６０）。なお、既に上昇させる制御が行われている場合にステップＳ１５０は上昇させる制御を継続するステップであり、上昇させる制御が停止している場合にステッＳ１６０はその停止を継続するステップである。以上のステップが繰り返し行われる。

第一実施形態の冷却装置１０によれば、ピストン２とシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態のときに加熱装置２５によってシリンダライナ３の下部３ｂの温度を上昇させる。それ故、ピストン２とシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態のときの下部３ｂに付着した潤滑油の粘性抵抗を小さくできる。それ故、ピストン２とシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態のときのフリクションの低減には有利になり、燃料消費率を低くすることができる。

判定部２７は判定パラメータとしてエンジン回転数Ｎｘのみを用いて、エンジン回転数Nｘが回転数閾値Ｎａ以上になったときにピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する構成にしてもよい。また、判定部２７はエンジン回転数Nｘが回転数閾値Ｎａ以上になってから経過した回転数経過時間ｔｘが回転数時間閾値ｔａ以上になったときにピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する構成にしてもよい。ただし、第一実施形態の判定部２７のように、判定パラメータ取得装置２２が取得した取得値と閾値との比較のみではなく、取得値が閾値以上になってから経過した時間に基づいて潤滑状態を判定することで、冷却水や潤滑油の熱容量を考慮した判定が可能となる。さらに、第一実施形態の判定部２７のように、判定パラメータとしてエンジン回転数Ｎｘおよびアクセル開度Ａｘの二つのパラメータを用いることで、エンジン１の状態に応じたより詳細な潤滑状態を判定することが可能となる。それ故、判定部２７は、判定パラメータとしてエンジン回転数Ｎｘおよびアクセル開度Ａｘの二つのパラメータをそれぞれの閾値と比較し、さらに、それらのパラメータが閾値を超えた経過時間を用いて潤滑状態を判定する構成であることが望ましい。この構成により、ピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態を高精度に判定することが可能となる。

判定部２７は補正パラメータを用いて潤滑状態の判定に用いる閾値を補正しない構成にしてもよい。ただし、第一実施形態の判定部２７のように、補正パラメータ取得装置２３が取得した取得値に基づいて閾値を補正する構成であることが望ましく、ピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態を高精度に判定することが可能となる。なお、第一実施形態の補正パラメータはオイルパンに溜まった潤滑油の温度を用いたが、補正パラメータとしては、オイルパンに溜まった潤滑油の温度の他に、外気温や大気圧の環境を示すパラメータや、オイルパンに溜まった潤滑油の粘度を示すパラメータが例示さる。補正パラメータは、それらのいずれか一つ、あるいは、いくつかの組み合わせ、あるいは、全部を用いてもよい。また、補正パラメータにより補正される閾値としては、回転数閾値Nａが例示されるが、判定部２７における潤滑状態の判定に用いる閾値のすべての閾値を補正してもよい。

制御部２８は加熱装置２５の開度と冷却水の温度Ｔｘとの相関に基づいたフィードフォワード制御でもよい。ただし、第一実施形態の制御部２８のように、下部温度取得装置２４が取得した下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水の温度Ｔｘを昇温用の範囲Ｔｂ～Ｔｄに収めるフィードバック制御を行うことで、高精度の温度制御には有利になる。

下部温度取得装置２４は下部３ｂの温度を直接的にまたは間接的に取得する装置で構成してもよい。この場合に、制御部２８は下部３ｂの温度と下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水の温度Ｔｘとの相関に基づいて冷却水の温度Ｔｘを昇温用の範囲Ｔｂ～Ｔｄに収める制御を行う。

加熱装置２５は下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水の流量を調節する調節弁に変えて、下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水をラジエータ１５を通過前の冷却水とラジエータ１５を通過後の冷却水とに切り替える切替弁で構成されてもよい。また、加熱装置２５は調節弁と切替弁とを併用してもよい。

図７および図８に例示するように、第二実施形態の冷却装置１０は上記の第一実施形態に対して加熱装置２５の代わりに加熱装置２９を備え、下部用ウォータジャケット１３ｂ、１３ｃの二つに分割されている点が異なる。

下部用ウォータジャケット１３ｂ、１３ｃのように、シリンダライナ３の下部３ｂに対応するウォータジャケットは複数に分割されてもよい。下部用ウォータジャケット１３ｂ、１３ｃのように下部３ｂに対応するウォータジャケットを複数に分割することで、それぞれの内部を流れる冷却水の流量が少なくなり、下部３ｂの温度を上昇させる制御における応答速度の向上には有利になる。

加熱装置２９は下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水または下部３ｂを直に加熱するヒータで構成される。第二実施形態の加熱装置２９は下部用ウォータジャケット１３ｂ、１３ｃのそれぞれのシリンダライナ３に接する側の内壁に沿って設置されて、電力を供給することで下部３ｂを加熱可能な構成である。加熱装置２９はシリンダライナ３の下部３ｂの内部に設置されてもよく、下部用ウォータジャケット１３ｂ、１３ｃに流れ込む前の冷却水を加熱し、加熱した状態の冷却水を下部用ウォータジャケット１３ｂ、１３ｃに流入させる構成にしてもよい。

既述した実施形態の冷却装置１０はピストン２およびシリンダライナ３の間の潤滑状態が流体潤滑状態の場合に上昇させる制御を行うものであるが、上昇させる制御をエンジン１が冷間始動してから暖機完了するまでの間で行うように構成してもよい。これにより、エンジン１が冷間始動してから暖機完了に要する時間を短縮することができる。また、その間のフリクションを低減することも可能となる。

また、第一実施形態の冷却装置１０は上昇させる制御を行わない場合の加熱装置２５の開度を全開から閉側の開度に設定しておくことで、冷却水の温度がオーバーヒート温度Ｔｃに到達すると予測した場合に、開度を全開にして冷却水の流量を増やして冷却能力を向上させて、オーバーヒートを回避する構成にしてもよい。

冷却装置１０は、第一実施形態の調節弁で構成された加熱装置２５と、第二実施形態のヒータで構成された加熱装置２９との両方の加熱装置を併用した構成としてもよい。この両方の加熱装置を併用した冷却装置１０の制御装置２６は、上昇させる制御として、加熱装置２５により下部用ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水量を少なくする制御と、加熱装置２９により下部ウォータジャケット１３ｂを流れる冷却水または下部３ｂを加熱する制御との両方の制御を行う構成である。

１エンジン
２ピストン
３シリンダライナ
３ａ上部
３ｃ下部
１０冷却装置
１３ａ上部用ウォータジャケット
１３ｂ、１３ｃ下部用ウォータジャケット
２２ａ、２２ｂ（２２）判定パラメータ取得装置
２５、２９加熱装置
２６制御装置

Claims

往復直動するピストンが内部を摺動するように筒状を成したシリンダライナを冷却する複数のウォータジャケットを備え、前記シリンダライナが前記シリンダライナの筒軸方向の上下に分割されてなる複数の部位を有し、前記複数のウォータジャケットが前記複数の部位のそれぞれに対応させて配置されて、互いに独立して各々の内部を冷却水が流れる構成である冷却装置において、
前記複数の部位のうちの下側に配置された下部の温度を上昇させる加熱装置と、前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得する判定パラメータ取得装置と、制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記判定パラメータ取得装置が取得した前記判定パラメータに基づいて前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定したときに、前記加熱装置により前記下部の温度を上昇させる制御を行う構成であることを特徴とする冷却装置。
前記下部は前記ピストンが上死点に位置した場合の前記ピストンの冠面の位置である上死点位置と前記ピストンが下死点に位置した場合の前記ピストンの冠面の位置である下死点位置との中間の位置よりも前記上死点位置の側に寄った位置から前記下死点位置までの部位である請求項１に記載の冷却装置。
前記加熱装置は、前記複数のウォータジャケットのうちの前記下部に対応させて配置された下部用ウォータジャケットを流れる冷却水量を調節する調節弁で構成され、前記上昇させる制御は前記調節弁により前記下部用ウォータジャケットを流れる冷却水量を少なくする制御である請求項１または２に記載の冷却装置。
前記加熱装置は、前記複数のウォータジャケットのうちの前記下部に対応させて配置された下部用ウォータジャケットを流れる冷却水または前記下部を直に加熱するヒータで構成され、前記上昇させる制御は前記ヒータにより前記下部ウォータジャケットを流れる冷却水または前記下部を加熱する制御である請求項１または２に記載の冷却装置。
前記加熱装置は、前記複数のウォータジャケットのうちの前記下部に対応させて配置された下部用ウォータジャケットを流れる冷却水量を調節する調節弁と、前記複数のウォータジャケットのうちの前記下部に対応させて配置された下部用ウォータジャケットを流れる冷却水または前記下部を直に加熱するヒータと、で構成され、前記上昇させる制御は、前記調節弁により前記下部用ウォータジャケットを流れる冷却水量を少なくする制御と、前記ヒータにより前記下部ウォータジャケットを流れる冷却水または前記下部を加熱する制御との二つの制御である請求項１または２に記載の冷却装置。
前記判定パラメータ取得装置は前記判定パラメータとしてエンジン回転数を取得する回転数取得装置を有し、前記制御装置は前記回転数取得装置が取得した前記エンジン回転数が予め設定された回転数閾値以上の場合に前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する構成である請求項１～５のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記制御装置は前記回転数取得装置が取得した前記エンジン回転数が前記回転数閾値以上になってから経過した回転数経過時間が予め設定された回転数時間閾値以上になったときに前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する構成である請求項６に記載の冷却装置。
前記判定パラメータ取得装置はアクセル開度を取得する開度取得装置を有し、前記制御装置は前記回転数経過時間が前記回転数時間閾値以上になり、かつ、前記開度取得装置が取得した前記アクセル開度が予め設定された開度閾値以上になってから経過した開度経過時間が予め設定した開度時間閾値以上になったときに前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する構成である請求項７に記載の冷却装置。
前記シリンダライナに付着する潤滑油の粘度および温度に関する補正パラメータを取得する補正パラメータ取得装置を備え、
前記制御装置は、前記補正パラメータ取得装置が取得した前記補正パラメータに基づいて前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であるか否かの判定に用いる閾値を補正する構成である請求項６～８のいずれか１項に記載に冷却装置。
前記上昇させる制御が停止中の前記複数のウォータジャケットのうちの前記下部に対応させて配置された下部用ウォータジャケットを流れる冷却水の温度は予め設定された冷却用の範囲内に収められており、前記制御装置は前記上昇させる制御として前記下部用ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を前記冷却用の範囲の上限値よりも高く、予め設定された限界温度よりも低い昇温用の範囲に収める制御を行う構成である請求項１～９のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記下部用ウォータジャケットを流れる冷却水の温度または前記下部の温度を取得する下部温度取得装置を備え、前記上昇させる制御は前記下部温度取得装置が取得した温度に基づいて前記下部用ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を前記昇温用の範囲に収めるフィードバック制御である請求項１０に記載の冷却装置。
内部をピストンが摺動するように筒状を成したシリンダライナがその筒軸方向の上下に分割された複数の部位を有してなり、それらの複数の部位のそれぞれに対応させて配置されて互いに独立した複数のウォータジャケットの各々の内部に冷却水を流して前記シリンダライナを冷却する冷却装置の制御方法において、
前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得し、
取得したその判定パラメータに基づいて前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であるか否かを判定し、
流体潤滑状態であると判定したときに、加熱装置により前記複数の部位のうちの下側に配置された下部の温度を上昇させることを特徴とする冷却装置の制御方法。