JP4335665B2 - シリンダ冷却水温度制御装置付き内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、主としてディーゼル機関のシリンダ冷却装置に適用され、シリンダ冷却水をシリンダライナ外周に形成された水室のシリンダ軸線方向に沿って設けられた複数の冷却水入口から該水室内に導入するように構成された内燃機関であって、シリンダ冷却水温度制御装置を備えた内燃機関に関する。

中小型ディーゼル機関においては、シリンダ冷却水をシリンダライナ外周に形成された水室に、該水室の下部に設けられた冷却水入口から該水室内に導入し、該水室内を上方に流動させてシリンダライナを冷却し、該水室上部の冷却水出口からシリンダヘッドに導入して該シリンダヘッドを冷却した後、シリンダヘッド上部でエア抜きを行ってからエンジン出口に導出するようにしたシリンダ冷却システムが多く採用されている。

かかるシリンダ冷却システムの１つに、特許文献１（特開２００２−２６６６９４号公報）の技術がある。
かかる技術においては、シリンダライナ外周に形成された水室を上部水室と下部水室とに区画して、上部水室及び下部水室に冷却水入口をそれぞれ設け、冷却水入口管路を通ってきた冷却水を前記上部水室及び下部水室の冷却水入口に分流してそれぞれ導入し、該上部水室及び下部水室を通ってシリンダライナを冷却した冷却水を該上部水室及び下部水室にそれぞれ設けた冷却水出口から導出して冷却水出口管路に合流させている。
そして、かかる従来技術においては、前記シリンダライナの低温部を冷却する下部水室の冷却水入口に絞り機構を設けて該下部水室への冷却水量を、シリンダライナの高温部を冷却する上部水室への冷却水量よりも小さくして、シリンダライナの低温部の過冷却を防止するとともに、シリンダライナの高温部を十分に冷却するようにしている。

特開２００２−２６６６９４号公報

シリンダ冷却水をシリンダライナ外周に形成された水室の下部に設けられた冷却水入口から該水室内に導入して該水室内を上方に流動させることによりシリンダライナを冷却し、該水室上部の冷却水出口からシリンダヘッドに導入するようにしたシリンダ冷却システムにおいては、高温のシリンダライナ上部の冷却度を大きくするため、低温の冷却水をシリンダライナ下部外周の水室に導入してシリンダライナ上部外周の水室へと流動せしめているため、シリンダライナ下部が過冷却となって、冷却熱損失が大きくなるとともにピストンリングの摺動抵抗も大きくなる等の問題点を抱えている。

前記特許文献１の技術は、かかる問題点を解決するため、前記シリンダライナの低温部を冷却する下部水室の冷却水入口に絞り機構を設けて、該下部水室への冷却水量を、シリンダライナの高温部を冷却する上部水室への冷却水量よりも小さくして、シリンダライナの高温部を十分に冷却しつつ、シリンダライナの低温部の過冷却を防止している。
しかしながら、特許文献１の技術にあっては、シリンダライナの高温部を冷却する上部水室側とシリンダライナの低温部を冷却する下部水室側との冷却水量の割合を下部水室の冷却水入口に設けた絞り機構によって一義的に変えているにとどまり、シリンダライナの軸線方向における水温の分布を該シリンダライナの壁温度分布を考慮した適正な温度分布とする手段はなされていないため、シリンダライナの軸線方向において過冷却部分と冷却不足部分とが混在し易く、冷却損失の増大が抑制困難となる。
さらに、特許文献１の技術にあっては、エンジン負荷等のエンジンの運転条件に無関係に、上部水室側と下部水室側との冷却水量の割合を前記絞り機構によって一義的に変えているにとどまるため、エンジンの運転条件毎の適正な水温分布を得ることは不可能となり、殊にエンジンの部分負荷運転時における冷却損失の増大が著しくなる。

従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、シリンダライナの軸線方向において必要壁温度分布に最適の水温分布を得ることを可能とするとともに、エンジン運転条件の変化に応じてシリンダライナの軸線方向水温分布を変化可能として、エンジンの全運転域において冷却損失を最小限に低減することにより、正味熱効率を向上し得るシリンダ冷却水温度制御装置付き内燃機関を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、シリンダ冷却水をシリンダライナ外周に形成された水室のシリンダ軸線方向に沿って設けられた複数の冷却水入口から該水室内に導入するように構成されたシリンダ冷却水温度制御装置付き内燃機関において、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、該エンジン負荷検出手段から入力されるエンジン負荷の検出値に基づき該エンジン負荷の増大に従い前記複数の冷却水入口におけるシリンダ冷却水の目標水温を低下せしめるような水温調整量を算出するコントローラと、前記コントローラで算出された水温調整量に基づき前記各冷却水入口の水温を調整する水温調整手段とを有し、さらに、冷却水主管に設置された水圧ポンプと、該水圧ポンプによって加圧された冷却水を分岐して前記複数の冷却水入口へ供給する冷却水温度の異なる複数系統の冷却水管と、該冷却水管それぞれに熱媒流体と熱交換する前記水温調整手段である熱交換器を設置し、燃焼室に最も近い位置に設置される高温冷却水入口の目標水温において冷却水が沸騰を起こさないための必要圧力に調整して前記水圧ポンプを制御するポンプ制御装置とを備えたことを特徴とする。
エンジン回転数、エンジン負荷を含む前記エンジン運転条件と該エンジン運転条件に適合する前記各冷却水入口の目標水温との関係が予め設定されたマップ状設定手段にて構成するのがよい。

そして、好ましくは、前記複数の冷却水入口に対応するシリンダライナの壁温度を検出する壁温度センサを設け、前記コントローラは、前記目標水温に対応する目標壁温度を算出する目標壁温度算出手段を備えるとともに、前記壁温度センサからの前記複数の冷却水入口に対応する壁温度検出値と前記目標壁温度算出手段で算出された前記複数の冷却水入口に対応する目標壁温度との壁温度偏差及び該壁温度偏差に基づく水温偏差を算出するように構成する。

かかる発明によれば、エンジン負荷の検出値に基づき、シリンダライナの壁温度が高くなる高負荷運転時にはシリンダ冷却水の温度を低くしてシリンダライナの冷却度を増大させ、シリンダライナの熱応力の増大を抑制することができる。一方、シリンダライナの壁温度が低くなる低負荷運転時にはシリンダ冷却水の温度を高くしてシリンダライナの冷却度を小さくして該シリンダライナ温度を一定温度以上の温度に保持することにより、シリンダライナの過冷却による冷却熱損失の増大及びピストンリングの摺動抵抗の増大を回避できる。

そして、前記コントローラにおいて、前記各冷却水入口における目標水温をシリンダライナの壁温度に換算した目標壁温度を算出する。
一方、壁温度センサによって前記複数の冷却水入口に対応するシリンダライナの壁温度を検出して前記コントローラの水温調整量算出手段に入力する。該水温調整量算出手段においては、前記複数の冷却水入口に対応する前記壁温度センサからの壁温度検出値と前記目標壁温度算出手段で算出された目標壁温度との壁温度偏差を算出し、該壁温度偏差を水温偏差に換算して、前記各冷却水入口における水温偏差を算出する。
さらに、該水温調整量算出手段においては、前記各冷却水入口における水温偏差に基づき該水温偏差を０（ゼロ）にするつまり前記各冷却水入口の実水温（実際の冷却水入口温度）が前記目標水温に一致するような水温調整量を算出して、前記各冷却水入口への冷却水路毎に設けられた熱交換器等の水温調整手段に出力する。該水温調整手段においては、水温調整量算出手段で算出された水温調整量に基づき、前記各冷却水入口の水温を前記目標水温に調整する。

これにより、各冷却水入口の水温つまり水室のシリンダ軸線方向における水温の分布を、エンジン運転条件に適合する目標水温をシリンダライナの壁温度検出値で補正した修正目標水温に一致せしめてエンジンを運転することが可能となり、従って、シリンダ軸線方向における水温を、エンジンの運転条件に適合するように、かつ水室のシリンダ軸線方向において、過冷却あるいは冷却不足の無い適正な水温分布となるように容易に調整できる。
尚、本発明において、複数の冷却水入口に該冷却水温度を検出する冷却水温度センサを設け、前記コントローラは、前記冷却水温度センサからの前記複数の冷却水入口における冷却水温度検出値と前記目標水温算出手段で算出された前記複数の冷却水入口に対応する目標水温との水温偏差を算出するように構成することもできる。
このように構成すれば、シリンダ軸線方向における水温差が小さいので制御精度が低くなるが、壁温度のセンサが不要となり、また目標水温を目標壁温度に換算する必要がなくなり、冷却水温度制御が簡単化される。

また、本発明によれば、燃焼室に最も近い位置に設置される高温冷却水入口の目標水温において冷却水が沸騰を起こさないための必要圧力に調整して前記水圧ポンプを制御するポンプ制御装置を備える。
このように構成すれば、冷却水入口における最高水温に従いポンプ制御装置により水ポンプの吐出圧力を飽和圧力以上に保持することにより、冷却水の沸騰を回避できる。

また、本発明において好ましくは、前記熱媒流体が冷却水出口管を通って導入される高温冷却水またはエンジン排気通路から導入される排気ガスであり、前記高温冷却水または排気ガスをエンジン負荷もしくはエンジン回転数によって切換えて用いることを特徴とする。
このように構成すれば、各冷却水入口に接続される冷却水通路に夫々設けられた熱交換装置の熱交換量を調節することにより、各冷却水入口の水温を高精度で目標水温に調整できる。
また、エンジン出口の冷却水温度が低い起動後や低負荷運転時には、熱交換装置の熱媒流体として排気ガスを用いることにより、水温調整を迅速に行うことが可能となる。

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また、本発明において、好ましくは、前記コントローラは、前記エンジン負荷検出手段からのエンジン負荷（Ｌ）の検出値に基づき該エンジン負荷の時間変化率（ｄＬ／ｄｔ）を算出し、該エンジン負荷の時間変化率（ｄＬ／ｄｔ）の増大に従い前記複数の冷却水入口におけるシリンダ冷却水の目標水温を低下せしめるような水温調整量を算出するように構成される。
このように構成すれば、エンジンの負荷変動が大きくなって（ｄＬ／ｄｔが増大して）シリンダライナの熱負荷が増大するに従い、シリンダ冷却水の温度を低くすることにより、シリンダライナの冷却度を増大させ、負荷変動時におけるシリンダライナの熱応力の増大を抑制することができる。

本発明によれば、エンジンの高負荷運転時にはシリンダライナの冷却度を増大することによりシリンダライナの熱応力を抑制し、かつエンジンの低負荷運転時にはシリンダライナの冷却度を小さくしてシリンダライナ温度を一定温度以上の温度に保持することによりシリンダライナの過冷却による冷却熱損失の増大及びピストンリングの摺動抵抗の増大を回避できる。
これにより、エンジンの全運転域において冷却損失を最小限に低減できて、正味熱効率を向上することができる。

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以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の第１実施例に係るシリンダ冷却水温度制御装置を備えたディーゼル機関におけるシリンダ冷却装置の全体構成図、図２は制御ブロック図である。図３は前記第１実施例におけるシリンダ軸線方向の目標水温とエンジン回転数との関係線図、図４は負荷変化率と目標水温との関係線図、図５は水温と壁温度との関係線図である。図６は本発明の第２実施例におけるシリンダ冷却装置の全体構成図である。

本発明の第１実施例に係るシリンダ冷却装置の全体構成を示す図１において、１００はエンジン（ディーゼル機関）、１０１は該エンジンのシリンダライナ、１０２はジャケット、１０３はピストン、１０４はクランクケース、１０６はシリンダヘッド、１０５は前記ジャケット１０２内の前記シリンダライナ１０１外周に形成された水室である。
１、２及び３は各シリンダの前記水室１０５のシリンダ軸線方向に沿って複数（この
例では３個）設けられた冷却水入口（Ａ）、冷却水入口（Ｂ）、及び冷却水入口（Ｃ）である。７は高温の冷却水が通流する高温冷却水管、８は中温の冷却水が通流する中温冷却水管、９は低温の冷却水が通流する低温冷却水管、７００は冷却水主管である。
該冷却水主管７００には、水道水（水道水に限らず、エンジン１００を循環する清水でもよい）を水圧ポンプ３１によって後述するような圧力に加圧された冷却水が通流するようになっており、該冷却水主管７００から前記高温冷却水管７、中温冷却水管８及び低温冷却水管９の冷却水温度の異なる３系統の冷却水管が分岐されている。
そして、該高温冷却水管７は各シリンダの冷却水入口（Ａ）１、中温冷却水管８は各シリンダの冷却水入口（Ｂ）２、中温冷却水管８は各シリンダの冷却水入口（Ｃ）３に、それぞれ分岐して接続されている。

２１は前記高温冷却水管７に設けられた高温熱交換器、２２は前記中温冷却水管８に設けられた中温熱交換器、２３は前記低温冷却水管７に設けられた低温熱交換器である。
前記高温熱交換器２１は、前記冷却水主管７００からの入口冷却水（水道水）と前記シリンダヘッド１０６出口から冷却水出口管３０を通って導入された熱媒流体としての高温冷却水とを熱交換して、該入口冷却水の前記冷却水入口（Ａ）１における温度を所定の高温に保持せしめ、前記中温熱交換器２２は前記冷却水主管７００からの入口冷却水（水道水）と前記高温熱交換器２１にて熱交換後の前記高温冷却水とを熱交換して、前記冷却水入口（Ｂ）２における温度を所定の中温に保持せしめ、さらに前記低温熱交換器２３は前記冷却水主管７００からの入口冷却水（水道水）と前記中温熱交換器２２にて熱交換後の前記高温冷却水とを熱交換して、前記冷却水入口（Ｃ）３における温度を所定の低温に保持せしめるようになっている。

前記高温熱交換器２１、前記中温熱交換器２２、及び低温熱交換器２３における熱媒流体は、シリンダヘッド１０６出口から冷却水出口管３０を通って導入された高温冷却水の他に、エンジンの排気通路４３から導入された排気ガスを用いることもできる。
さらには、前記熱媒流体として、前記高温冷却水と排気ガスとをエンジン負荷（エンジン回転数でもよい）によって切換使用し、前記高温冷却水の温度が高くなる一定以上のエンジン負荷運転時には該高温冷却水を使用する一方、エンジン出口の冷却水温度が低い（つまり前記高温冷却水の温度が低い）起動後や低負荷運転時には、高温の排気ガスを用いることにより、前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３における水温調整を迅速に行うことが可能となる。

２７は前記高温熱交換器２１の入口と出口との間を該高温熱交換器２１をバイパスして接続する高温側バイパス管、２４は該高温側バイパス管２７の通路面積を調整する水温調整弁（Ａ）、２８は前記中温熱交換器２２の入口と出口との間を該中温熱交換器２２をバイパスして接続する中温側バイパス管、２５は該中温側バイパス管２８の通路面積を調整する水温調整弁（Ｂ）、２９は前記低温熱交換器２３の入口と出口との間を該低温熱交換器２３をバイパスして接続する低温側バイパス管、２６は該低温側バイパス管２９の通路面積を調整する水温調整弁（Ｃ）である。

前記水温調整弁（Ａ）２４、水温調整弁（Ｂ）２５、及び水温調整弁２６（Ｃ）は、詳細を後述するように、コントローラ１０からの制御操作信号を受けて開度が変化せしめられ、高温側バイパス管２７、中温側バイパス管２８、及び低温側バイパス管２９を通流する冷却水の流量を調整して前記高温熱交換器２１、中温熱交換器２２、及び低温熱交換器２３の熱交換量を変化させることにより、前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３の冷却水温度を調整するようになっている。

１０は後述する制御演算を行うコントローラである。４、５、６はシリンダライナの壁温度を検出する壁温度センサ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）で、該壁温度センサ（Ａ）４は前記冷却水入口（Ａ）１に対応するシリンダライナの壁温度を検出し、該壁温度センサ（Ｂ）５は前記冷却水入口（Ｂ）２に対応するシリンダライナの壁温度を検出し、該壁温度センサ（Ｃ）６は前記冷却水入口（Ｃ）３に対応するシリンダライナの壁温度を検出して前記コントローラ１０に入力するようになっている。
４１はエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器、４２はエンジン負荷を検出する負荷検出器であり、該エンジン回転数検出器４１及び負荷検出器４２の検出信号は前記コントローラ１０に入力するようになっている。
３１ａは前記コントローラ１０からの制御操作信号を受けて前記水圧ポンプ３１の吐出圧力を制御するポンプコントローラである。

尚、本実施例では水温調整手段を上記のように構成したが、水温調整弁は、バイパス管に設けるのではなく、各冷却水管のバイパス管分岐後の熱交換器入り口部に設けるようにしてもよい。このように構成すれば、冷却水を熱交換することなくシリンダに供給することもできる。また、排気通路の熱交換器入口に図示しない流量調整バルブを設けることで水温を調整しても良い。熱媒流量を制御することで、より幅広い温度調節が可能になるとともに、熱交換を必要としない場合には過熱を防止することもできる。

次に、図２に基づきかかるシリンダ冷却装置の動作を説明する。
前記エンジン回転数検出器４１からのエンジン回転数の検出信号４１及び負荷検出器４２からのエンジン負荷の検出信号は前記コントローラ１０の目標水温算出部１２に入力される。また前記負荷検出器４２からのエンジン負荷の検出信号は該コントローラ１０の負荷変化率算出部１８にも入力される。
１１は目標水温設定部である。該目標水温設定部１１には、図３に示すように、エンジン負荷Ｌ（エンジン回転数Ｎでもよい）に対応する前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３の目標水温つまり冷却水入口温度の目標値Ｔ_ｃ０が設定されている。かかる目標水温Ｔ_ｃ０は、エンジン負荷（あるいはエンジン回転数）と該エンジン負荷（あるいはエンジン回転数）に適合する目標水温Ｔ_ｃ０との関係を、予め算出してマップ状に設定している。

図３に示されるように、前記目標水温設定部１１においては、図３に（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）で示す前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３の目標水温Ｔ_ｃ０を、エンジン負荷Ｌ（あるいはエンジン回転数Ｎ）の増大に従い低下せしめるように設定している。
そして前記目標水温算出部１２においては、前記負荷検出器４２からのエンジン負荷Ｌの検出信号（エンジン回転数検出器４１からのエンジン回転数Ｎの検出信号でもよい）に相当する前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３の目標水温Ｔ_ｃ０を図３のマップから選出して目標壁温度算出部１３に入力する。
これにより、前記水室１０５（図１参照）のシリンダ軸線方向に設けられた複数の冷却水入口つまり前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３における目標水温Ｔ_ｃ０の分布を、エンジン負荷Ｌ（あるいはエンジン回転数Ｎ）に最適な水温分布とすることができる。

また、前記のように、目標水温設定部１１において、前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３の目標水温Ｔ_ｃ０をエンジン負荷Ｌ（あるいはエンジン回転数Ｎ）の増大に従い低下せしめるように設定しているので、目標壁温度算出部１３からはエンジン負荷Ｌ（あるいはエンジン回転数Ｎ）の検出値の増大に従い目標水温Ｔ_ｃ０が低下するような制御信号が出力されることとなる。
このように構成することにより、エンジン負荷Ｌの検出値に基づき、シリンダライナ１０１の壁温度が高くなる高負荷運転時には、前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３の目標水温Ｔ_ｃ０を低くすることにより、水室１０５内におけるシリンダ冷却水の温度を低くしてシリンダライナ１０１の冷却度を増大させ、該シリンダライナ１０１の熱応力の増大を抑制することができる。
一方、前記シリンダライナ１０１の壁温度が低くなる低負荷運転時には、前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３の目標水温Ｔ_ｃ０を高くすることにより前記シリンダ冷却水の温度を高くしてシリンダライナの冷却度を小さくし、該シリンダライナ１０１の温度を一定温度以上の高温に保持することにより、該シリンダライナの過冷却による冷却熱損失の増大、及びピストンリングの摺動抵抗の増大による摩擦損失の増大を回避できる。

また、前記目標水温算出部１２において、次の手法によって目標水温を算出することも可能である。
即ち、前記負荷検出器４２からのエンジン負荷Ｌの検出値は、前記コントローラ１０の負荷変化率算出部１８に入力される。該負荷変化率算出部１８においては該エンジン負荷Ｌの検出値に基づきエンジン負荷Ｌの時間変化率ｄＬ／ｄｔを算出する。
一方、前記負荷変化率算出部１８には、図４に示されるように、エンジン負荷Ｌの時間変化率ｄＬ／ｄｔと冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３の目標水温Ｔ_ｃ０との関係が設定されている。図４に明らかなように、負荷変化率算出部１８には、エンジン負荷Ｌの時間変化率ｄＬ／ｄｔの増大に伴ない目標水温Ｔ_ｃ０が低下するように設定されている。

そして、該負荷変化率算出部１８におけるエンジン負荷Ｌの時間変化率ｄＬ／ｄｔに対応する前記目標水温Ｔ_ｃ０の設定値は前記目標水温算出部１２に入力される。
該目標水温算出部１２においては、前記エンジン負荷Ｌの時間変化率ｄＬ／ｄｔの算出値に基づき、図４から前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３における目標水温Ｔ_ｃ０を算出する。
このように構成すれば、エンジンの負荷変動が大きくなって（ｄＬ／ｄｔが増大して）シリンダライナ１０１の熱負荷が増大するに従い、シリンダ冷却水の温度を低くすることにより、該シリンダライナ１０１の冷却度を増大させることにより、負荷変動時におけるシリンダライナ１０１の熱応力の増大を抑制することができる。

また、図５に示されるように、前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３相当位置における水温Ｔ_ｃと壁温度Ｔ_ｗとの関係がシミュレーションあるいは実験によって予め設定されており、 前記目標壁温度算出部１３においては、前記目標水温算出部１２からの前記目標水温Ｔ_ｃ０をシリンダライナ１０１の壁温度に換算して目標壁温度Ｔ_ｗ０として、壁温度偏差算出部１４に入力する。
該壁温度偏差算出部１４には、前記壁温度センサ（Ａ）４からの前記冷却水入口（Ａ）１に対応するシリンダライナの壁温度の検出値、壁温度センサ（Ｂ）５からの前記冷却水入口（Ｂ）２に対応するシリンダライナの壁温度の検出値、及び壁温度センサ（Ｃ）６からの前記冷却水入口（Ｃ）３に対応するシリンダライナの壁温度の検出値が入力されている。

そして、該壁温度偏差算出部１４においては、前記冷却水入口（Ａ）１に対応する壁温度の検出値、壁温度センサ（Ｂ）５からの前記冷却水入口（Ｂ）２に対応する壁温度の検出値、及び壁温度センサ（Ｃ）６からの前記冷却水入口（Ｃ）３に対応する壁温度の検出値Ｔ_ｗと、前記目標壁温度算出部１３からの前記冷却水入口（Ａ）１に対応する目標壁温度、前記冷却水入口（Ｂ）２に対応する目標壁温度、及び前記冷却水入口（Ｃ）３に対応する目標壁温度Ｔ_ｗ０との壁温度偏差ΔＴ_ｗを算出して水温偏差算出部１７に入力する。

該水温偏差算出部１７においては、前記冷却水入口（Ａ）１に対応する壁温度偏差、前記冷却水入口（Ｂ）２に対応する壁温度偏差、及び前記冷却水入口（Ｃ）３に対応する壁温度偏差ΔＴ_ｗを、図５に示される水温Ｔ_ｃと壁温度Ｔ_ｗとの関係線図から水温偏差ΔＴ_ｃに換算して、熱交換器水温調整弁開度算出部１９に入力する。
該熱交換器水温調整弁開度算出部１９においては、前記冷却水入口（Ａ）１に対応する水温偏差、前記冷却水入口（Ｂ）２に対応する水温偏差、及び前記冷却水入口（Ｃ）３に対応する水温偏差ΔＴ_ｃの算出値に基づき、前記各水温偏差ΔＴ_ｃを０（ゼロ）にするつまり前記冷却水入口（Ａ）１の実水温（実際の冷却水入口温度）Ｔ_ｃＡ、冷却水入口（Ｂ）２の実水温Ｔ_ｃＢ、及び冷却水入口（Ｃ）３の実水温Ｔ_ｃＣが、前記各冷却水入口（Ａ）１の目標水温Ｔ_ｃ０Ａ、冷却水入口（Ｂ２）の目標水温Ｔ_ｃ０Ｂ、及び冷却水入口（Ｃ）３の目標水温Ｔ_ｃ０Ｃに一致するような水温調整量ΔＴ_ｗＡ、ΔＴ_ｗＢ、及びΔＴ_ｗＣを算出する。

さらに該熱交換器水温調整弁開度算出部１９においては、前記冷却水入口（Ａ）１の水温調整量ΔＴ_ｗＡ、冷却水入口（Ｂ）２の水温調整量ΔＴ_ｗＢ、及び冷却水入口（Ｃ）３のΔＴ_ｗＣの算出値に基づき、前記冷却水入口（Ａ）１に接続される高温熱交換器２１用の水温調整弁（Ａ）２４の開度、前記冷却水入口（Ｂ）２に接続される中温熱交換器２２用の水温調整弁（Ｂ）２５の開度、及び前記冷却水入口（Ｃ）３に接続される低温熱交換器２３用の水温調整弁（Ｃ）２６の開度をそれぞれ算出し、前記水温調整弁（Ａ）２４、水温調整弁（Ｂ）２５、及び水温調整弁（Ｃ）２６に出力する。

これにより、前記前記水温調整弁（Ａ）２４、水温調整弁（Ｂ）２５、及び水温調整弁（Ｃ）２６は、前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３における実水温（実際の冷却水入口温度）Ｔ_ｃＡ、Ｔ_ｃＢ、及びＴ_ｃＣが、目標水温Ｔ_ｃＡ、Ｔ_ｃ０Ｂ、及びＴ_ｃ０Ｃになるように、これらの開度が調整される。
即ち、例えば前記高温熱交換器２１用の水温調整弁（Ａ）２４の開度を大きくすると、該高温熱交換器２１をバイパスしてバイパス管２７を流れる冷却水量が増加し、該高温熱交換器２１において熱媒流体としての高温冷却水と熱交換する冷却水量が減少することにより、該高温熱交換器２１における熱交換量つまり入口冷却水（水道水）の温度上昇量が小さくなり、冷却水入口（Ａ）１における実水温（実際の冷却水入口温度）Ｔ_ｃＡが低下する。逆に水温調整弁（Ａ）２４の開度を小さくすると、高温熱交換器２１における熱交換量つまり入口冷却水（水道水）の温度上昇量が大きくなり、冷却水入口（Ａ）１における実水温Ｔ_ｃＡが上昇する。
以上の動作によって、前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３における実水温（実際の冷却水入口温度）Ｔ_ｃＡ、Ｔ_ｃＢ、及びＴ_ｃＣは、前記目標水温Ｔ_ｃＡ、Ｔ_ｃ０Ｂ、及びＴ_ｃ０Ｃに常時保持される。

従って、かかる実施例によれば、前記各冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３における実水温（実際の冷却水入口温度）Ｔ_ｃＡ、Ｔ_ｃＢ、及びＴ_ｃＣ、つまり前記水室１０５のシリンダ軸線方向における水温の分布を、エンジン運転条件に適合する目標水温Ｔ_ｃ０Ａ、Ｔ_ｃ０Ｂ、及びＴ_ｃ０Ｃをシリンダライナ１０１の壁温度検出値Ｔ_ｗＡ、Ｔ_ｗＢ、及びＴ_ｗＣで補正した修正目標水温に一致せしめてエンジンを運転することが可能となり、従って、シリンダ軸線方向における水温Ｔ_ｃＡ、Ｔ_ｃＢ、及びＴ_ｃＣを、エンジンの運転条件に適合するように、かつ水室１０５のシリンダ軸線方向において、過冷却あるいは冷却不足の無い適正な水温分布となるように容易に調整できる。

また、前記目標水温算出部１２における前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３の目標水温Ｔ_ｃ０の算出値は、必要水圧算出部１６に入力される。１５は水温／必要水圧設定部で、前記目標水温が最高値となる冷却水入口（Ａ）１において最高水温に対応する飽和圧力が設定されている。
そして、前記必要水圧算出部１６においては、前記冷却水入口（Ａ）１の目標水温Ｔ_ｃ０に対応する飽和圧力つまり該目標水温Ｔ_ｃ０において冷却水が沸騰を起こさないための必要水圧Ｐ_０を算出してポンプコントローラ３１ａに入力する。該ポンプコントローラ３１ａにおいては、前記水圧ポンプ３１の吐出圧力を前記必要水圧Ｐ_０に調整して該水圧ポンプ３１を運転する。
このように構成すれば、冷却水入口（Ａ）１における最高水温に従い、ポンプコントローラ３１ａにより水ポンプの吐出圧力を飽和圧力以上に保持することにより、常時冷却水の沸騰を回避できる。

図６に示す第２実施例においては、前記第１実施例における壁温度センサ（Ａ）４、壁温度センサ（Ｂ）５、及び壁温度センサ（Ｃ）６に代えて、前記冷却水入口（Ａ）１、冷却水入口（Ｂ）２、及び冷却水入口（Ｃ）３における水温を検出する水温センサ（Ａ）４ａ、水温センサ（Ｂ）５ａ、及び水温センサ（Ｃ）６ａを設け、該水温センサ（Ａ）４ａ、水温センサ（Ｂ）５ａ、及び水温センサ（Ｃ）６ａからの水温検出信号を、前記コントローラ１０の水温偏差算出部１７（図２参照）に直接入力するように構成している。
その他の動作は、図２に示される第１実施例と同様である。

このように構成すれば、シリンダ軸線方向における水温の温度差が小さいので制御精度が低くなるが、前記第１実施例のような壁温度のセンサが不要となるとともに、目標水温を目標壁温度に換算する手段が不用となり、冷却水温度制御を簡単化できる。

本発明によれば、シリンダライナの軸線方向において必要壁温度分布に最適の水温分布を得ることが可能となるとともに、エンジン運転条件の変化に応じてシリンダライナの軸線方向水温分布を変化可能となり、これによってエンジンの全運転域において冷却損失を最小限に低減することができて、正味熱効率を向上し得るシリンダ冷却水温度制御装置付き内燃機関を提供することができる。

本発明の第１実施例に係るシリンダ冷却水温度制御装置を備えたディーゼル機関におけるシリンダ冷却装置の全体構成図である。 前記第１実施例における制御ブロック図である。 前記第１実施例におけるシリンダ軸線方向の目標水温とエンジン回転数との関係線図である。 負荷変化率と目標水温との関係線図である。 水温と壁温度との関係線図である。 本発明の第２実施例におけるシリンダ冷却装置の全体構成図である。

１ 冷却水入口（Ａ）
２ 冷却水入口（Ｂ）
３ 冷却水入口（Ｃ）
４ 壁温度センサ（Ａ）
５ 壁温度センサ（Ｂ）
６ 壁温度センサ（Ｃ）
７ 高温冷却水管
８ 中温冷却水管
９ 低温冷却水管
１０ コントローラ
２１ 高温熱交換器
２２ 中温熱交換器
２３ 低温熱交換器
２４ 水温調整弁（Ａ）
２５ 水温調整弁（Ｂ）
２６ 水温調整弁（Ｃ）
２７ 高温側バイパス管
２８ 中温側バイパス管
２９ 低温側バイパス管
３０ 冷却水出口管
３１ 水圧ポンプ
３１ａ ポンプコントローラ
４１ エンジン回転数検出器
４２ 負荷検出器
４３ 排気通路
１００ エンジン（ディーゼル機関）
１０１ シリンダライナ
１０３ ピストン
１０５ 水室
１０６ シリンダヘッド

Claims (5)

1. シリンダ冷却水をシリンダライナ外周に形成された水室のシリンダ軸線方向に沿って設けられた複数の冷却水入口から該水室内に導入するように構成されたシリンダ冷却水温度制御装置付き内燃機関において、
   エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、該エンジン負荷検出手段から入力されるエンジン負荷の検出値に基づき該エンジン負荷の増大に従い前記複数の冷却水入口におけるシリンダ冷却水の目標水温を低下せしめるような水温調整量を算出するコントローラと、前記コントローラで算出された水温調整量に基づき前記各冷却水入口の水温を調整する水温調整手段とを有し、
   さらに、冷却水主管に設置された水圧ポンプと、該水圧ポンプによって加圧された冷却水を分岐して前記複数の冷却水入口へ供給する冷却水温度の異なる複数系統の冷却水管と、該冷却水管それぞれに熱媒流体と熱交換する前記水温調整手段である熱交換器を設置し、燃焼室に最も近い位置に設置される高温冷却水入口の目標水温において冷却水が沸騰を起こさないための必要圧力に調整して前記水圧ポンプを制御するポンプ制御装置とを備えたことを特徴とするシリンダ冷却水温度制御装置付き内燃機関。
2. 前記複数の冷却水入口に対応するシリンダライナの壁温度を検出する壁温度センサを設け、前記コントローラは、前記目標水温に対応する目標壁温度を算出する目標壁温度算出手段を備えるとともに、前記壁温度センサからの前記複数の冷却水入口に対応する壁温度検出値と前記目標壁温度算出手段で算出された前記複数の冷却水入口に対応する目標壁温度との壁温度偏差及び該壁温度偏差に基づく水温偏差を算出するように構成してなることを特徴とする請求項１記載のシリンダ冷却水温度制御装置付き内燃機関。
3. 前記複数の冷却水入口に該冷却水温度を検出する冷却水温度センサを設け、前記コントローラは、前記冷却水温度センサからの前記複数の冷却水入口における冷却水温度検出値と前記複数の冷却水入口に対応する目標水温との水温偏差を算出するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載のシリンダ冷却水温度制御装置付き内燃機関。
4. 前記コントローラは、前記エンジン負荷検出手段からのエンジン負荷（Ｌ）の検出値に基づき該エンジン負荷の時間変化率（ｄＬ／ｄｔ）を算出し、該エンジン負荷の時間変化率（ｄＬ／ｄｔ）の増大に従い前記複数の冷却水入口におけるシリンダ冷却水の目標水温を低下せしめるような水温調整量を算出するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載のシリンダ冷却水温度制御装置付き内燃機関。
5. 前記熱媒流体が冷却水出口管を通って導入される高温冷却水またはエンジン排気通路から導入される排気ガスであり、前記高温冷却水または排気ガスをエンジン負荷もしくはエンジン回転数によって切換えて用いることを特徴とする請求項１記載のシリンダ冷却水温度制御装置付き内燃機関。

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