专利名称：内燃机的冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的冷却装置。
背景技术：
在具备涡轮增压器的内燃机中，已知有如下的内燃机针对每个汽缸设置多个排气门，仅从各汽缸的一个排气门排出的废气流入涡轮增压器(涡轮)，从其他排气门排出的废气不流入涡轮增压器(例如参照专利文献1)。专利文献1 日本特开2009-47005号公报专利文献2 日本特开2009-216008号公报在上述现有的内燃机的汽缸盖，形成有与涡轮增压器连通的涡轮侧的排气口，和不与涡轮增压器连通的旁通侧的排气口。涡轮侧的排气口内的压力与涡轮上游侧压力大致相同，旁通侧排气口内的压力与涡轮下游的压力大致相同。因此，涡轮侧排气口内的废气与旁通侧排气口内的废气相比为高压，所以温度也容易变高。因此，涡轮侧排气口的温度与旁通侧排气口的温度相比容易变高。结果，需要进行用于防止涡轮侧排气口及其下游侧涡轮壳体的温度的过度上升的燃料增量控制。由于该燃料增量而容易导致油耗增加、排放恶化。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而研发的，其目的在于提供一种内燃机的冷却装置， 在汽缸盖形成有与涡轮增压器的涡轮的入口连通的排气口和不与涡轮的入口连通的排气口，能够使两排气口的各自的冷却量优化。第一发明，为了达成上述目的，提供一种内燃机的冷却装置，其特征在于，具备涡轮增压器，其具有通过内燃机的废气进行动作的涡轮和对吸入空气进行压缩的压缩机；第一排气口，其形成于上述内燃机的汽缸盖，与上述涡轮的入口连通；第二排气口，其形成于上述汽缸盖，不与上述涡轮的入口连通；第一排气门，其设置于上述内燃机的各汽缸，与上述第一排气口连通；第二排气门，其设置于上述内燃机的各汽缸，与上述第二排气口连通；第一冷却水通路，其形成于上述汽缸盖，供用于冷却上述第一排气口的冷却水通过；和第二冷却水通路，其形成于上述汽缸盖，供用于冷却上述第二排气口的冷却水通过。此外，第二发明，其特征在于，在第一发明中，上述第一排气门和上述第二排气门的位置配置成在邻接的汽缸间呈相反位置，上述内燃机的冷却装置具备第一排气口合流部分和第二排气口合流部分，在上述第一排气门彼此相邻的两个汽缸之中，一个汽缸的上述第一排气门所连通的上述第一排气口、和另一个汽缸的上述第一排气门所连通的上述第一排气口在上述汽缸
4盖内合流，从而形成上述第一排气口合流部分；在上述第二排气门彼此相邻的两个汽缸之中，一个汽缸的上述第二排气门所连通的上述第二排气口、和另一个汽缸的上述第二排气门所连通的上述第二排气口在上述汽缸盖内合流，从而形成上述第二排气口合流部分。此外，第三发明，其特征在于，在第二发明中，上述第一冷却水通路至少形成在上述第一排气口合流部分的周围，上述第二冷却水通路至少形成在上述第二排气口合流部分的周围。此外，第四发明，其特征在于，在第一至第三的任一发明中，具备流量比率调节单元，其能够变更上述第一冷却水通路和上述第二冷却水通路的冷却水流量的比率；和流量比率控制单元，其基于上述第一排气口和上述第二排气口的废气流量的比率，对上述流量比率调节单元进行控制，由此对上述第一冷却水通路和上述第二冷却水通路的冷却水流量的比率进行控制。此外，第五发明，其特征在于，在第四发明中，上述流量比率控制单元具有相对于上述第一排气口和上述第二排气口的废气流量的比率而确定了上述第一冷却水通路和上述第二冷却水通路的冷却水流量的目标比率的映射，上述内燃机的冷却装置具备检测对上述内燃机的紧急加速的要求的单元；和限制单元，在检测到有上述紧急加速的要求的情况下，上述限制单元进行限制，以使上述第一冷却水通路的冷却水流量的比率暂时小于根据上述映射确定的值。此外，第六发明，其特征在于，在第五发明中，具有在利用上述限制单元限制上述第一冷却水通路的冷却水流量的比率的情况下，预测上述第一排气口或上述涡轮的温度是否有可能达到容许上限值的单元；以及在预测出有可能达到容许上限值的情况下，解除由上述限制单元进行的限制的单兀。此外，第七发明，其特征在于，在第四至第六的任一发明中，具备检测上述流量比率调节单元的故障的单元；和在检测出上述流量比率调节单元的故障的情况下，对上述第一排气口的废气流量进行限制的单元。此外，第八发明，其特征在于，在第一至第七的任一发明中，上述第二排气口以与上述第一排气口相比，在汽缸上的高度方向的位置不同的方式形成。根据第一发明，通过分开形成用于冷却与涡轮增压器的涡轮的入口连通的第一排气口的第一冷却水通路，和用于冷却不与涡轮的入口连通的第二排气口的第二冷却水通路，使第一排气口的冷却量和第二排气口的冷却量不同，从而能够供应与各排气口对应的冷却量。因此，能够防止流入涡轮的高压的废气所流通的第一排气口的温度过度上升，或者过度冷却第二排气口。根据第二发明，第一排气门和第二排气门的位置配置成在邻接的汽缸间呈相反位置，第一排气门彼此相邻的两个汽缸的第一排气口彼此在汽缸盖内合流，并且第二排气门彼此相邻的两个汽缸的第二排气口彼此在汽缸盖内合流，从而能够减少排气口内面的表面
5积。因此，由于能够抑制通过排气口时的废气的温度降低，所以能够增加向催化转换器、涡轮增压器的排气能量供给量。根据第三发明，第一冷却水通路至少形成在第一排气口合流部分的周围，第二冷却水通路至少形成在第二排气口合流部分的周围，从而能够不使第一冷却水通路和第二冷却水通路变得复杂，而整齐地划分第一冷却水通路和第二冷却水通路。因此，在第一排气口和第二排气口之间容易地控制冷却的强弱，也能够容易地进行汽缸盖的制造。根据第四发明，基于第一排气口和第二排气口的废气流量的比率，能够控制第一冷却水通路和第二冷却水通路的冷却水流量的比率。因此，根据内燃机的运转状态，能够分别最佳地控制第一排气口的冷却量和第二排气口的冷却量。根据第五发明，在检测出急加速的要求的情况下，限制单元进行限制，以使第一冷却水通路的冷却水流量的比率暂时小于根据映射确定的值。由此，能够在急加速时提高流入涡轮增压器的排气能量，并能够提高涡轮旋转上升的响应性。因此，能够提高加速性能。根据第六发明，在急加速时限制第一冷却水通路的冷却水流量的比率的情况下， 预测第一排气口或涡轮的温度是否有可能达到容许上限值，在预测出有可能达到容许上限值的情况下，能够解除冷却水流量比率的限制。因此，即使在急加速时限制第一冷却水通路的冷却水流量的比率的情况下，也能够更可靠地保护第一排气口和涡轮。根据第七发明，在检测出用于调节第一冷却水通路和第二冷却水通路的冷却水流量的比率的单元出现故障的情况下，能够限制第一排气口的废气流量。由此，在上述故障时，能够更可靠地保护第一排气口和涡轮。根据第八发明，通过以在汽缸上的高度方向的位置不同的方式形成第一排气口和第二排气口，能够分开形成第一冷却水通路和第二冷却水通路，并且制造变得容易。
图1是用于说明本发明的实施方式1的内燃机的排气系统的示意俯视图。图2是用与汽缸排列方向正交的平面切断图1所示的内燃机的汽缸盖的截面图。图3是本发明的实施方式1的内燃机的汽缸盖的截面图。图4是表示本发明的实施方式1的内燃机的汽缸盖的变形例的截面图。图5是本发明的实施方式2的内燃机的汽缸盖的截面图。图6是表示本发明的实施方式2的系统结构的框图。图7是表示发动机转速和发动机负载与涡轮侧废气比率之间的关系的映射。图8是表示涡轮侧废气比率与涡轮侧冷却水比率之间的关系的映射。图9是在本发明的实施方式3中执行的例程的流程图。图10是表示发动机转速和发动机负载与涡轮侧废气比率之间的关系的映射。图11是表示涡轮侧废气比率与涡轮侧冷却水比率之间的关系的映射。图12是表示急加速时的发动机负载的经时变化的图。图13是在本发明的实施方式4中执行的例程的流程图。图14是表示涡轮侧废气比率与涡轮侧冷却水比率之间的关系的映射。图15是表示急加速时的发动机负载的经时变化的图。图16是表示流量控制阀发生故障时的发动机负载限制范围的图。
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符号说明EXL···涡轮侧排气门；EX2…旁通侧排气门；10…内燃机；12…汽缸盖；14…涡轮增压器；Ha…涡轮；14b…压缩机；16…涡轮侧排气口 ；18…旁通侧排气口 ；20…排气歧管； 22…催化转换器；对…排气歧管邵…吸气口 ；28···进气门；34…第一冷却水通路；36…第二冷却水通路；38…隔壁；40…流量控制阀。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，对在各附图中共同的要素标注相同的符号并省略重复的说明。实施方式1图1是用于说明本发明的实施方式1的内燃机的排气系统的示意俯视图。另外， 在图1中，带#的数字表示汽缸编号。图1所示的本实施方式的内燃机10是V型8汽缸的内燃机，但在图1中仅示出由 1号、3号、5号和7号构成的单侧的系列。不过，在本发明中，内燃机10的汽缸数和汽缸配置并不限定于此。在内燃机10具备涡轮增压器14，该涡轮增压器14具有涡轮1 和压缩机14b。涡轮Ha通过废气的能量而动作。利用该涡轮Ha来驱动压缩机14b，从而能够压缩吸入空气。在内燃机10的汽缸盖12分别形成有与涡轮14a的入口连通的涡轮侧排气口(第一排气口)16，和不与涡轮14a的入口连通的旁通侧排气口(第二排气口)18。涡轮侧排气口 16借助排气歧管20与涡轮14a的入口连接。通过涡轮Ha后的废气流入用于净化有害成分的催化转换器22。旁通侧排气口 18，借助排气歧管M不通过涡轮1 而直接与催化转换器22连接。在内燃机10的各汽缸设置有两个排气门，即涡轮侧排气门(第一排气门)EX1和旁通侧排气门(第二排气门)EX2。涡轮侧排气门EXl与涡轮侧排气口 16连通，旁通侧排气门EX2与旁通侧排气口 18连通。在这样的内燃机10中，从各汽缸的涡轮侧排气门EXl排出的废气，通过涡轮增压器14的涡轮1 流入催化转换器22。另一方面，从各汽缸的旁通侧排气门EX2排出的废气不通过涡轮增压器14的涡轮1 而流入催化转换器22。在本实施方式的内燃机10中，涡轮侧排气门EXl和旁通侧排气门EX2的位置配置成在邻接的汽缸间呈相反位置。因此，如图1所示，在相互邻接的1号汽缸和3号汽缸之间， 上述旁通侧排气门EX2彼此相邻。而且，与1号汽缸的旁通侧排气门EX2连通的旁通侧排气口 18，和与3号汽缸的旁通侧排气门EX2连通的旁通侧排气口 18，在汽缸盖12内合流， 形成合流部分18a。该合流部分18a在汽缸盖12的侧面12a开口。同样地，与5号汽缸的旁通侧排气门EX2连通的旁通侧排气口 18，和与7号汽缸的旁通侧排气门EX2连通的旁通侧排气口 18，在汽缸盖12内合流，形成合流部分18a。此外，在相互邻接的3号汽缸和5号汽缸之间，上述涡轮侧排气门EXl彼此相邻。 而且，与3号汽缸的涡轮侧排气门EXl连通的涡轮侧排气口 16，和与5号汽缸的涡轮侧排气门EXl连通的涡轮侧排气口 16，在汽缸盖12内合流，形成合流部分16a。该合流部分16a
7在汽缸盖12的侧面12a开口。图2是用与汽缸排列方向正交的平面切断图1所示的内燃机10的汽缸盖12的截面图。如图2所示，以在汽缸的高度方向(轴向)上的位置不同的方式形成涡轮侧排气口 16和旁通侧排气口 18。即，涡轮侧排气口 16与旁通侧排气口 18相比形成在稍高的位置。此外，如图2所示，在汽缸盖12形成有吸气口 26。在各汽缸设置有用于开闭吸气口沈的进气门28、喷射燃料的燃料喷射器30、和火花塞32。图3是本发明的实施方式1的内燃机10的汽缸盖12的截面图。图3所示的截面图的切断位置在图1中用A-A线表示，在图2中用B-B线表示。S卩，图3是在包含涡轮侧排气口 16的合流部分16a和旁通侧排气口 18的合流部分18a在内的位置切断汽缸盖12时的截面图。如图3所示，在汽缸盖12的内部形成有第一冷却水通路34和第二冷却水通路36， 第一冷却水通路34供用于冷却涡轮侧排气口 16的冷却水通过，第二冷却水通路36供用于冷却旁通侧排气口 18的冷却水通过。沿着汽缸排列方向形成第一冷却水通路34，以使冷却水在形成涡轮侧排气口 16的管16b的周围流动。沿着汽缸排列方向形成第二冷却水通路 36，以使冷却水在形成排气侧排气口 18的管18b的周围流动。第一冷却水通路34和第二冷却水通路36被隔壁38隔开而独立。第一冷却水通路34的入口 3 的流路截面积形成得比第二冷却水通路36的入口 36a的流路截面积大。由此，第一冷却水通路34的冷却水流量比第二冷却水通路36的冷却水流量大。因此，能够使涡轮侧排气口 16的冷却量比旁通侧排气口 18的冷却量大。因而， 能够可靠地抑制涡轮侧排气口 16及其下游的涡轮1 的壳体的温度过度上升，并能够可靠地保护内燃机10以使其不受到熔损等危险。此外，由于能够减少需要进行用于防止涡轮侧排气口 16及涡轮壳体的温度的上升的燃料增量控制的频率，所以能够抑制油耗增加、排放的恶化。另外，使第一冷却水通路34的冷却水流量与第二冷却水通路36的冷却水流量之间产生差异的方法并不限定于上述方法，例如也可以在第二冷却水通路36侧节流阀。此外，在本实施方式中，通过在包含涡轮侧排气口 16的合流部分16a和旁通侧排气口 18的合流部分18a在内的位置形成有第一冷却水通路34和第二冷却水通路36，能够不使第一冷却水通路；34和第二冷却水通路36变得复杂，而整齐地划分第一冷却水通路34 和第二冷却水通路36。因此，在涡轮侧排气口 16和旁通侧排气口 18之间容易地控制冷却的强弱，也能够容易地进行汽缸盖12的制造。另外，在本发明中，也可以将第一冷却水通路34和第二冷却水通路36连续地形成至比包含涡轮侧排气口 16的合流部分16a和旁通侧排气口 18的合流部分18a在内的位置更靠内侧(接近汽缸的中心轴线的一侧)。此外，在本实施方式中，通过将涡轮侧排气口 16和旁通侧排气口 18形成在高度不同的位置，能够分开形成第一冷却水通路34和第二冷却水通路36，并且制造变得容易。图4是表示本发明的实施方式1的内燃机10的汽缸盖12的变形例的截面图。在本发明中，如图4所示，也可以将形成涡轮侧排气口 16的管16b和形成旁通侧排气口 18的管18b与隔壁38接触或一体地形成。实施方式2接着，参照图5至图8对本发明的实施方式2进行说明，但以与上述实施方式1不
8同的点为中心进行说明，对于同样的事项，简化或省略其说明。图5是本发明的实施方式2的内燃机10的汽缸盖12的截面图。如图5所示，在本实施方式中，在朝向第一冷却水通路；34的入口 3 的流路的中途设置有流量控制阀40。通过调节该流量控制阀40的开度，能够变更第一冷却水通路34和第二冷却水通路36的冷却水流量的比率，并能够调节成目标的比率。在以下的说明中，用第一冷却水通路34的冷却水流量占第一冷却水通路；34和第二冷却水通路36的总冷却水流量的比率(以下称作“涡轮侧冷却水比率”)表示该比率。另外，在本发明中，调节涡轮侧冷却水比率的单元并不限定于流量控制阀40。例如也可以通过控制冷却水泵来调节涡轮侧冷却水比率。图6是表示本发明的实施方式2的系统结构的框图。如该图6所示，本实施方式的系统具有用于检测内燃机10的曲轴(输出轴)的旋转角度的曲轴转角传感器42、用于检测搭载有内燃机10的车辆的油门踏板位置(以下称作“油门开度”)的油门位置传感器 44、用于检测内燃机10的吸入空气量的空气流量计46、旁通侧排气门作用角可变机构52、 排气门相位可变机构M、和涡轮侧排气门停止机构56。上述传感器和致动器与流量控制阀 40，跟 ECU (Electronic Control Unit) 50 电连接。E⑶50基于曲轴转角传感器42的信号能够计算发动机转速。此外，E⑶50基于吸入空气量、燃料喷射量等能够计算发动机负荷。旁通侧排气门作用角可变机构52构成为使旁通侧排气门EX2的作用角(开阀期间的长度)在预定的最大作用角和最小作用角之间连续或阶段地变化。此外，旁通侧排气门EX2的最小作用角并没有特别的限定，在本实施方式中实质上为零。S卩，在本实施方式中，能够使旁通侧排气门EX2在实质上关闭状态下停止。排气门相位可变机构M构成为通过使驱动涡轮侧排气门EXl和旁通侧排气门 EX2的凸轮轴的相位连续地变化，能够连续地延迟或者提前涡轮侧排气门EXl和旁通侧排气门EX2的气门开闭正时(开阀相位)。此外，涡轮侧排气门停止机构56构成如下的机构， 即、能够进行切换以将涡轮侧排气门EXl在关闭状态下停止。另外，作为上述旁通侧排气门作用角可变机构52、排气门相位可变机构M以及涡轮侧排气门停止机构56的具体结构，能够采用公知的各种机构，因此在本说明书中省略说明。在本实施方式中，ECU50基于内燃机10的运转状态对旁通侧排气门作用角可变机构52、排气门相位可变机构M和涡轮侧排气门停止机构56的动作进行控制，由此能够对涡轮侧排气口 16和旁通侧排气口 18之间的废气流量的比率进行控制。在以下的说明中，用所有的废气量之中流过涡轮侧排气口 16的废气量的比率(以下称作“涡轮侧废气比率”) 表示。即，涡轮侧废气比率是流入涡轮增压器14的涡轮1 的废气量相对于所有的废气量的比率。在本实施方式中，ECU50例如按照以下的方式对涡轮侧废气比率进行控制。(非增压区域)在低负载区域等的非增压区域中，利用涡轮侧排气门停止机构56使涡轮侧排气门EXl在关闭状态下停止，仅使旁通侧排气门EX2进行开闭。由此，能够使所有的废气在旁通侧排气口 18流动。即，能够将涡轮侧废气比率设为0%。另外，在冷起动时，通过涡轮侧废气比率设为0 %，也能够使所有的废气不通过涡轮1 而流入催化转换器22，存在能够使
9催化转换器22提前预热的优点。(低旋转高负载区域)低旋转高负载区域是最容易产生增压的响应滞后(所谓的增压滞后)的运转区域。因此，在低旋转高负载区域中，利用旁通侧排气门作用角可变机构52将旁通侧排气门 EX2的作用角设为零(或小作用角)，以仅使涡轮侧排气门EXl开闭的方式进行控制。结果， 能够使所有的废气流入涡轮增压器14的涡轮14a。即，能够将涡轮侧废气比率设为100%。 由此，能够使涡轮增压器14的转速迅速地上升，能够抑制增压的响应滞后。在上述以外的区域中，与发动机负载等对应地使旁通侧排气门EX2的作用角变化，由此能够进行控制以使涡轮侧废气比率连续或者阶段地变化，从而成为最佳的涡轮侧废气比率。例如，在高旋转高负载区域中，从排气行程的前半到中间阶段，通过打开涡轮侧排气门EXl而向涡轮Ha供给高能量的废气，并且在排气行程的最后阶段打开旁通侧排气门EX2而使其与进气门观重叠，从而能够得到对缸内的残留气体进行扫气的效果。另外，上述那样的可变动阀类的结构和开阀特性控制只是一例，本发明并不限定于此，只要是能够使涡轮侧废气比率变化的结构，就可以采用任何结构。如上所述，在本实施方式中，基于内燃机10的运转状态(发动机转速和发动机负载)，进行使涡轮侧废气比率变化的控制。图7是表示发动机转速和发动机负载与涡轮侧废气比率之间的关系的映射。图7中的多个曲线是将涡轮侧废气比率相等的发动机动作点连接起来的线。在本实施方式中，基于涡轮侧废气比率对涡轮侧冷却水比率进行控制。图8是涡轮侧废气比率和涡轮侧冷却水比率之间的关系的映射。在本实施方式中，ECU50首先基于发动机转速和发动机负载与图7的映射来计算涡轮侧废气比率。接着，将基于该计算出的涡轮侧废气比率和图8的映射计算的涡轮侧冷却水比率设为目标值，对流量控制阀40的开度进行控制以实现该目标值。根据本实施方式，如图8所示，能够控制成在涡轮侧废气比率低的情况下涡轮侧冷却水比率变低，在涡轮侧废气比率高的情况下涡轮侧冷却水比率变高。在涡轮侧废气比率变低的运转区域中，不用担心涡轮侧排气口 16、涡轮壳体的温度过度上升，因此不需要提高涡轮侧冷却水比率。提高涡轮侧冷却水比率会导致流入涡轮增压器14的废气的温度下降，从而导致利用涡轮增压器14进行的废气能量回收效率的降低。对此，根据本实施方式， 在涡轮侧废气比率变低的运转区域中，通过降低涡轮侧冷却水比率，能够较高地保持流入涡轮增压器14的废气的温度。因此，能够提高利用涡轮增压器14进行的排气能量回收效率。另外，在本实施方式中，说明了基于涡轮侧排气口 16和旁通侧排气口 18的废气流量的比率对涡轮侧冷却水比率进行控制的情况，但也可以基于涡轮侧排气口 16和旁通侧排气口 18的废气热量的比率对涡轮侧冷却水比率进行控制。在该情况下，只要基于涡轮侧排气口 16和旁通侧排气口 18的废气热量的比率作成与图7和图8相当的映射，基于这些映射进行控制即可。在上述实施方式2中，流量控制阀40相当于上述第四发明中的“流量比率调节单元”。此外，E⑶50，通过基于图7所示的映射和图8所示的映射对流量控制阀40的开度进行控制，从而实现上述第四发明中的“流量比率控制单元”。
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实施方式3接着，参照图9至图12对本发明的实施方式3进行说明，但以与上述实施方式不同的点为中心进行说明，对于同样的事项，简化或省略其说明。在上述实施方式2中，以涡轮侧废气比率越高，则涡轮侧冷却水比率越高的方式进行控制。因此，在涡轮侧废气比率变高的高负载区域中，也能够更加可靠地防止涡轮侧排气口 16、涡轮壳体的温度的过度上升。但是，在油门开度骤增的情况等、检测出预定限度以上的加速(以下称作“急加速”)的要求的情况下，为了提高加速性能，期望尽量提高流入涡轮增压器14的废气能量， 提高涡轮旋转上升的响应性。从该观点出发，在急加速期间，优选不提高涡轮侧冷却水比率，而抑制涡轮侧排气口 16的冷却。此外，只要在进行急加速的暂时期间，即使不与发动机负载的上升配合地提高涡轮侧冷却水比率，涡轮侧排气口 16、涡轮壳体的温度过度上升的可能性也很小。因此，在本实施方式中，在进行急加速的情况下，暂时控制涡轮侧冷却水比率的上升。图9是为了实现上述功能而在本实施方式中由ECU50执行的例程的流程图。根据图9所示的例程，首先，判定是否具有急加速的要求(步骤100)。急加速要求的判定方法并没有特别的限定，但例如在由油门位置传感器44检测的油门开度的增加量为预定值以上的情况下，判定出具有急加速的要求，在不是这样的情况下判定出没有急加速的要求。在上述步骤100中，在判定出没有急加速的要求的情况下，进行通常的冷却水控制(以下称作“通常控制”)(步骤10 。通常控制是与上述实施方式2中说明的控制同样的控制。即，首先，基于发动机转速和发动机负载与图7的映射来计算涡轮侧废气比率。 接着，将基于该计算出的涡轮侧废气比率和图8的映射计算的涡轮侧冷却水比率设为目标值，对流程控制阀40的开度进行控制以实现该目标值。另一方面，在上述步骤100中，在判定出具有急加速的要求的情况下，进行以下那样的控制。图10是与图7同样的映射。图11是与图8同样的映射。图12是表示急加速时的发动机负载的经时变化的图。在以下的说明中，将图10至图12中的X设为急加速开始时的动作点，将Y设为急加速结束时的动作点。在上述步骤100中判定出具有急加速的要求的情况下，首先，维持急加速开始时刻的涡轮侧冷却水比率(步骤104)。在通常控制的情况下，如图11中的箭头c所示，随着发动机负载的上升(即涡轮侧废气比率的上升)，使涡轮侧冷却水上升。对此，在执行上述步骤104的情况下，如图11中箭头a所示，即使发动机负载和涡轮侧废气比率上升，涡轮侧冷却水比率也维持在急加速开始时刻的值。在上述步骤104的处理之后，判定加速是否结束(步骤106)。判定加速结束的方法并没有特别的限定，但例如能够根据实际的发动机的负载是否到达按照油门开度计算的要求负载来进行判定。在上述步骤106中，在判定出加速尚未结束的情况下，再次进行上述步骤104以下的处理。即，将涡轮侧冷却水比率维持在急加速开始时刻的值。对此，在上述步骤106中，在判定出加速结束的情况下，进行上述步骤102的通常控制。通过进行该通常控制，如图11中的箭头b所示，涡轮侧冷却水比率提高至由映射确定的值。
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在图I2中，箭头a和b表示进行上述图9所示的控制时的发动机负载的经时变化，箭头c表示急加速时也进行通常控制时的发动机负载的经时变化。通过进行图9所示的控制，在急加速时，通过暂时限制涡轮侧冷却水比率的上升，能够提高流入涡轮增压器14 的排气能量，并能够提高涡轮旋转上升的响应性。因此，如图12所示，与在急加速时也进行通常控制的情况相比，能够提高加速性能。另外，在图9所示的控制中，将执行急加速中的涡轮侧冷却水比率维持在急加速开始时刻的值，但并不是一定要如此做。例如，也可以使执行急加速中的涡轮侧冷却水比率的上升斜度比图8、图11的映射的上升斜度缓和。即，只要将执行急加速中的涡轮侧冷却水比率比由图8、图11的映射确定的值低即可。在上述实施方式3中，图8或图11相当于上述第五发明中的“映射”。此外，E⑶50 通过进行上述步骤104的处理而实现上述第五发明中的“限制单元”。实施方式4接着，参照图13至图15对本发明的实施方式4进行说明，但以与上述实施方式不同的点为中心进行说明，对于同样的事项，简化或省略其说明。在上述实施方式3中，在进行急加速的情况下，暂时限制涡轮侧冷却水比率的上升，使涡轮侧冷却水比率为比通常低的值，从而提高流入涡轮增压器14的排气能量。在涡轮侧冷却水的上升被限制的期间，通过涡轮侧排气口 16的废气的温度暂时成为高温。因此，在涡轮侧冷却水比率的上升被限制的状态出乎意料地拖长的情况下，涡轮侧排气口 16 或者涡轮壳体的温度(以下总称为“涡轮温度”)上升至容许上限值的可能性并非没有。因此，在本实施方式中，在涡轮侧冷却水比率的上升被限制的情况下，判定涡轮温度是否达到容许上限值，在判定出有可能达到容许上限值的情况下，解除涡轮侧冷却水比率的上升的控制，并返回到通常控制。图13是为了实现上述功能而在本实施方式中由ECU50执行的例程的流程图。图 14是与图11同样的映射。图15是表示急加速时的发动机负载的经时变化的图。以下，在图13中，对与图9所示的例程的步骤同样的步骤标注相同的符号并省略或者简化其说明。图13的例程，除了在步骤104和步骤106之间插入步骤108和步骤110之外，都与图9的例程相同。根据图13所示的例程，在步骤100判定出具有急加速的请求，在步骤 104将涡轮侧冷却水比率维持在急加速开始时刻的值的情况下，接着，计算现在的推定涡轮温度(步骤108)。例如基于急加速开始时刻的推定涡轮温度和从急加速开始时刻到现在的涡轮通过热量，能够计算现在的推定涡轮温度。将预先调查发动机运转状态与涡轮温度之间的关系的映射存储于ECU50，将急加速开始时刻的发动机运转状态应用于该映射，由此计算急加速开始时刻的推定涡轮温度。此外，能够基于从急加速开始时刻起的发动机负载以及发动机转速的滞后来计算涡轮通过热量。接着，对在步骤108计算出的现在的推定涡轮温度与预定的判定值进行比较(步骤110)。在该步骤110中，在现在的推定涡轮温度低于上述判定值的情况下，能够判断迄今为止涡轮温度不会达到容许上限值。因此，在该情况下，进行步骤106以下的处理。步骤 106以下的处理，由于与在实施方式3中已经说明的处理相同，所以省略说明。另一方面，在上述步骤110中，在现在的推定涡轮温度为上述判定值以上的情况下，能够判断涡轮温度有可能达到容许上限值。在该情况下，进行上述步骤102的通常的控
12制。通过进行该通常的控制，如图14所示，涡轮侧冷却水比率的限制(箭头a)在急加速的中途被解除，涡轮侧冷却水比率提高至由映射确定的值(箭头d)。然后，涡轮侧冷却水比率沿着映射上升(箭头e)。图15中的箭头d和e与图14中的箭头d和e对应。根据上述图13所示的控制，即使在急加速时进行限制涡轮侧冷却水比率的上升的控制的情况下，也能够更可靠地防止涡轮温度超过容许上限值。此外，如图15所示，与急加速时从开始进行通常控制的情况(c)相比，能够提高加速性能。在上述实施方式4中，E⑶50，通过进行上述步骤108和步骤110的处理而实现上述第六发明中的“预测单元”，通过在上述步骤110的判断为肯定的情况下进行上述步骤 102的处理而实现上述第六发明中的“解除限制的单元”。实施方式5接着，参照图16对本发明的第五实施方式进行说明，但以与上述实施方式不同的点为中心进行说明，对于同样的事项，简化或省略其说明。在图5所示的流量控制阀40 (流量比率调节单元)万一发生故障，第一冷却水通路34的冷却水不足或不流动的情况下，有可能产生如下情况涡轮侧排气口 16、涡轮壳体的温度过度上升，涡轮侧排气16、涡轮壳体受到损伤。在本实施方式中，为了可靠地防止上述那样的事态，在检测出流量控制阀40的故障的情况下，限制涡轮侧排气口 16的废气流量。作为检测流量控制阀40的故障的方法并没有特别的限定，例如在发出使流量控制阀40的开度变化的指令后，在设置于比流量控制阀40更靠下游侧的流路的热电偶等温度传感器的检测值中没有呈现变化的情况下，能够判定流量控制阀40发生了故障。作为限制涡轮侧排气口 16的废气流量的方法，可举出限制发动机负载的方法。图 16是表示流量控制阀40发生了故障时的发动机负载限制范围。在检测出流量控制阀40的故障的情况下，例如以发动机负载仅上升至图16中的斜线所示的范围的方式进行限制吸入空气量的控制，从而能够使涡轮侧排气口 16的废气流量为零。因此，即使第一冷却水通路34的冷却水不足或不流动，也能够可靠地保护涡轮侧排气口 16、涡轮壳体。但是，在检测出流量控制阀40的故障的情况下，并不是一定要使涡轮侧排气口 16 的废气流量为零，只要以涡轮侧排气口 16的废气流量或者涡轮侧废气比率成为预定值以下的方式进行控制即可。
1权利要求
1.一种内燃机的冷却装置，其特征在于，具备涡轮增压器，其具有通过内燃机的废气进行动作的涡轮和对吸入空气进行压缩的压缩机；第一排气口，其形成于所述内燃机的汽缸盖，与所述涡轮的入口连通；第二排气口，其形成于所述汽缸盖，不与所述涡轮的入口连通；第一排气门，其设置于所述内燃机的各汽缸，与所述第一排气口连通；第二排气门，其设置于所述内燃机的各汽缸，与所述第二排气口连通；第一冷却水通路，其形成于所述汽缸盖，供用于冷却所述第一排气口的冷却水通过；和第二冷却水通路，其形成于所述汽缸盖，供用于冷却所述第二排气口的冷却水通过。
2.根据权利要求1所述的内燃机的冷却装置，其特征在于所述第一排气门和所述第二排气门的位置配置成在邻接的汽缸间呈相反位置， 所述内燃机的冷却装置具备第一排气口合流部分和第二排气口合流部分， 在所述第一排气门彼此相邻的两个汽缸之中，一个汽缸的所述第一排气门所连通的所述第一排气口、和另一个汽缸的所述第一排气门所连通的所述第一排气口在所述汽缸盖内合流，从而形成所述第一排气口合流部分；在所述第二排气门彼此相邻的两个汽缸之中，一个汽缸的所述第二排气门所连通的所述第二排气口、和另一个汽缸的所述第二排气门所连通的所述第二排气口在所述汽缸盖内合流，从而形成所述第二排气口合流部分。
3.根据权利要求2所述的内燃机的冷却装置，其特征在于所述第一冷却水通路至少形成在所述第一排气口合流部分的周围， 所述第二冷却水通路至少形成在所述第二排气口合流部分的周围。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机的冷却装置，其特征在于，具备流量比率调节单元，其能够变更所述第一冷却水通路和所述第二冷却水通路的冷却水流量的比率；和流量比率控制单元，其基于所述第一排气口和所述第二排气口的废气流量的比率，对所述流量比率调节单元进行控制，由此对所述第一冷却水通路和所述第二冷却水通路的冷却水流量的比率进行控制。
5.根据权利要求4所述的内燃机的冷却装置，其特征在于所述流量比率控制单元具有相对于所述第一排气口和所述第二排气口的废气流量的比率而确定了所述第一冷却水通路和所述第二冷却水通路的冷却水流量的目标比率的映射，所述内燃机的冷却装置具备 检测对所述内燃机的紧急加速的要求的单元；和限制单元，在检测到有所述紧急加速的要求的情况下，所述限制单元进行限制，以使所述第一冷却水通路的冷却水流量的比率暂时小于根据所述映射确定的值。
6.根据权利要求5所述的内燃机的冷却装置，其特征在于具有在利用所述限制单元限制所述第一冷却水通路的冷却水流量的比率的情况下， 预测所述第一排气口或所述涡轮的温度是否有可能达到容许上限值的单元；以及在预测出有可能达到容许上限值的情况下，解除由所述限制单元进行的限制的单元。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的内燃机的冷却装置，其特征在于，具备 检测所述流量比率调节单元的故障的单元；和在检测出所述流量比率调节单元的故障的情况下，对所述第一排气口的废气流量进行限制的单元。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的内燃机的冷却装置，其特征在于，所述第二排气口以与所述第一排气口相比，在汽缸上的高度方向的位置不同的方式形
全文摘要
本发明提供内燃机的冷却装置，其目的在于，在汽缸盖形成有与涡轮增压器的涡轮的入口连通的排气口和不与涡轮的入口连通的排气口，使两排气口的各自的冷却量最佳化。本发明的内燃机的冷却装置，具有形成于内燃机的汽缸盖的第一排气口和第二排气口。第一排气口与涡轮增压器的涡轮的入口连通。第二排气口不与涡轮的入口连通。在内燃机的各汽缸设置有与第一排气口连通的第一排气门和与第二排气口连通的第二排气门。在汽缸盖形成有供用于冷却第一排气口的冷却水通过的第一冷却水通路，和供用于冷却第二排气口的冷却水通过的第二冷却水通路。
文档编号F01P3/02GK102216584SQ200980125220
公开日2011年10月12日 申请日期2009年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者冈田吉弘 申请人:丰田自动车株式会社