JP2016217244A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気を冷却するための冷却水の温度調整に頼ることなく、エンジン運転領域の変化に伴うスワール流の強化要求および吸気冷却要求の双方の変化について応答良く対処できるようにした内燃機関を提供する。【解決手段】ＬＴ冷却水流路２０,２２を含むＬＴ冷却水循環システム１６と、ＨＴ冷却水流路２４を含むＨＴ冷却水循環システム１８と、共通の燃焼室４０に接続される第１分岐ポート部２６ａと第２分岐ポート部２６ｂとを含む吸気ポート２６と、第１分岐ポート部２６ａから燃焼室４０への吸気の流入を制限することによって、シリンダ内に生成されるスワール流を強化可能に構成されたＳＣＶ３０とを備える。第１ＬＴ冷却水流路２０は、第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うウォータジャケット５０を含む。【選択図】図５

Description

この発明は、内燃機関に係り、特に、冷却水が流れる流路が形成されたシリンダヘッドを備えるとともにシリンダ内にスワール流が生成される内燃機関に関する。

内燃機関のシリンダヘッドには、冷却水が流れる流路が形成されている。特許文献１には、吸気ポート内の空気を十分に冷却するために、シリンダヘッド内の吸気ポート周辺を冷却する冷却水が循環する第１冷却水回路を、シリンダブロックおよびシリンダヘッド内の排気ポート周辺を冷却する冷却水が循環する第２冷却水回路とは独立して設けることが開示されている。

特開２０１３−１３３７４６号公報

内燃機関の運転領域は、エンジントルクとエンジン回転速度とによって特定することができる。良好な燃焼のために適切な吸気の温度（要求吸気温度）は運転領域によって異なる。これに伴い、吸気を冷却するための冷却水の温度についても、良好な燃焼のために要求される値は運転領域によって異なるものとなる。エンジン運転中には、運転領域が時々刻々と変化する。このため、運転領域の変化に伴って要求吸気温度が頻繁に変化し得る。しかしながら、冷却水の温度調整には時間を要するため、冷却水の温度調整によって要求吸気温度の変化に対処しようとすると、応答遅れが問題となる。

ところで、シリンダ内に生成されるスワール流を強化可能に構成されたスワール制御機構を備える内燃機関が知られている。スワール制御機構によってスワール流を強化する要求の有り無しについても、運転領域によって異なるものとなる。スワール流の強化要求が運転領域に応じて変化することに関しては、スワール制御機構の動作によって、冷却水の温度調整と比べると応答良く対処することができるといえる。しかしながら、運転領域の変化に伴うスワール流の強化要求および吸気冷却要求の双方の変化について応答良く対処できるようにすることを考えた場合、冷却水の温度調整によって吸気の温度を調整するという手法を採用することは、上述した理由から適切とはいえない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸気を冷却するための冷却水の温度調整に頼ることなく、エンジン運転領域の変化に伴うスワール流の強化要求および吸気冷却要求の双方の変化について応答良く対処できるようにした内燃機関を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関は、低温系冷却水循環システムと、高温系冷却水循環システムと、吸気ポートと、スワール制御機構とを備える。低温系冷却水循環システムは、冷却水の温度が異なる２系統の冷却水循環システムのうちの１つであって、内燃機関に形成された低温冷却水流路を含み、前記低温冷却水流路に低温の冷却水を循環させる。高温系冷却水循環システムは、前記２系統の冷却水循環システムのうちの１つであって、前記内燃機関に形成された高温冷却水流路を含み、前記高温冷却水流路に高温の冷却水を循環させる。吸気ポートは、共通の燃焼室に接続される第１分岐ポート部と第２分岐ポート部とを含む。スワール制御機構は、前記第１分岐ポート部から前記燃焼室への吸気の流入を制限することによって、シリンダ内に生成されるスワール流を強化可能に構成されている。前記低温冷却水流路は、前記吸気ポートの中心軌道と垂直な断面で前記吸気ポートを見た場合に前記吸気ポートの周囲の一部を覆うように設けられたウォータジャケットを含む。前記ウォータジャケットは、前記吸気ポートを前記断面で見た場合に、前記スワール制御機構によって前記第１分岐ポート部から前記燃焼室への吸気の流入が制限されたときに、前記吸気ポート内で吸気流量が相対的に少なくなる部位もしくは吸気が流れない部位の周囲を覆うように設けられている。

前記内燃機関は、排気通路から吸気通路に還流する再循環排気ガスが流れる排気ガス再循環通路をさらに備えるものであってもよい。前記排気ガス再循環通路は、前記第２分岐ポート部に接続されていることが好ましい。

前記内燃機関は、ブローバイガスを吸気通路に還流させるブローバイガス還流通路をさらに備えるものであってもよい。前記ブローバイガス還流通路は、前記第２分岐ポート部に接続されていることが好ましい。

前記ウォータジャケットは、前記第１分岐ポート部の周囲を覆うように形成されていてもよい。

本発明によれば、スワール流を強化するためにスワール制御機構によって第１分岐ポート部から燃焼室への吸気の流入が制限された場合には、ウォータジャケットの冷却対象となる吸気の流量を少なくすることができる。一方、スワール流を強化しない場合にはスワール制御機構によって第１分岐ポート部から燃焼室への吸気の流入が制限されないため、スワール流の強化時と比べて多くの吸気をウォータジャケットによって冷却できるようになる。このように、本発明によれば、スワール流を強化しつつ吸気冷却を積極的に利用しない第１制御状態と、スワール流を強化せずに吸気冷却を積極的に利用する第２制御状態とを、スワール制御機構の動作によって切り替え可能な内燃機関を提供することができる。このため、本発明によれば、第１制御状態と第２制御状態とをエンジン運転領域に応じて使い分ける場合に、吸気を冷却するための冷却水の温度調整に頼ることなく、エンジン運転領域の変化に伴うスワール流の強化要求および吸気冷却要求の双方の変化について応答良く対処できるようになる。

本発明の実施の形態１のエンジンのシステム構成を模式的に表した図である。 図１中に示すＡ−Ａ線で切断したシリンダヘッドの断面図である。 図１に示す吸気ポートおよび第１ＬＴ冷却水流路を吸気側上方から透視して描いた斜視図である。 図１に示す吸気ポートおよび第１ＬＴ冷却水流路を、吸気ポートの分岐ポート部内の吸気の流れの上流側から透視して描いた斜視図である。 実施の形態１における吸気ポート周りの構成を表した模式図である。 エンジンの各運転領域に対する要求を説明するための図である。 本発明の実施の形態２における吸気ポート周りの構成を説明するための模式図である。 第１分岐ポート部の周囲を覆うウォータジャケットの配置部位の他の例を説明するための図である。 第１分岐ポート部の周囲を覆うウォータジャケットの配置部位の他の例を説明するための図である。 第１分岐ポート部の周囲を覆うウォータジャケットの配置部位の他の例を説明するための図である。 本発明におけるＳＣＶの他の構成例を模式的に表した斜視図である。 図１１に示すエンジンにおいて吸気ポートの周囲を覆うウォータジャケットの配置部位を説明するための図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、特に明示する場合を除き、構成部品の構造や配置、処理の順序などを下記のものに限定する意図はない。本発明は以下に示す実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図１〜図６を用いて説明する。実施の形態１の前提として、内燃機関（以下、「エンジン」と略する）は火花点火式の水冷式直列３気筒エンジンであるとする。この前提は後述する実施の形態２等にも適用される。ただし、本発明におけるエンジンの気筒数、気筒配置および着火方式は特に限定されない。また、エンジンを冷却するための冷却水は、エンジンとラジエータとの間を循環システムによって循環させられる。冷却水の供給は、シリンダブロックとシリンダヘッドの両方に対して行われる。

［エンジンのシステム構成］
図１を参照して、本発明の実施の形態１のエンジン１０のシステム構成について説明する。図１に示すエンジン（内燃機関）１０は、シリンダブロック１２と、シリンダブロック１２上に図示しないガスケットを介して取り付けられるシリンダヘッド１４とを備える。

実施の形態１のエンジン冷却システムは、２系統の循環システム１６，１８を備える。２系統の冷却水循環システム１６,１８はともに独立した閉ループであり、循環する冷却水の温度を異ならせることができる。以下、相対的に低温の冷却水が循環する冷却水循環システム１６をＬＴ冷却水循環システムと称し、相対的に高温の冷却水が循環する冷却水循環システム１８をＨＴ冷却水循環システムと称する。ＨＴ冷却水循環システム１８は、シリンダブロック１２の主たる冷却を担当する。一方、ＬＴ冷却水循環システム１６は、シリンダブロック１２と比べて冷却負荷の小さな吸気ポート２６の冷却を主に担当する。なお、ＬＴはLow Temperatureの略であり、ＨＴはHigh Temperatureの略である。また、図示しない水温センサや水温調整のためのサーモスタットが備えられる場合がある。

ＬＴ冷却水循環システム１６は、シリンダヘッド１４の内部に形成された第１ＬＴ冷却水流路２０と、シリンダブロック１２の内部に形成された第２ＬＴ冷却水流路２２とを含む。シリンダヘッド１４には第１ＬＴ冷却水流路２０に連通する冷却水入口が形成されている。シリンダヘッド１４の第１ＬＴ冷却水流路２０とシリンダブロック１２の第２ＬＴ冷却水流路２２とは、シリンダヘッド１４とシリンダブロック１２との合わせ面３８（図２参照）に形成された開口を介して接続されている。第２ＬＴ冷却水流路２２の冷却水出口はシリンダブロック１２に形成されている。シリンダヘッド１４の冷却水入口はＬＴ冷却水導入管１６ｃによってＬＴラジエータ１６ａの冷却水出口に接続され、シリンダブロック１２の冷却水出口はＬＴ冷却水排出管１６ｄによってＬＴラジエータ１６ａの冷却水入口に接続されている。ＬＴ冷却水導入管１６ｃにはＬＴウォータポンプ１６ｂが設けられている。

ＨＴ冷却水循環システム１８は、シリンダブロック１２の内部に形成されたＨＴ冷却水流路２４を含む。シリンダブロック１２のＨＴ冷却水流路２４は各シリンダの周囲を覆うウォータジャケットを含む。また、シリンダブロック１２にはＨＴ冷却水流路２４につながる冷却水入口と冷却水出口とが形成されている。ＨＴ冷却水流路２４の冷却水入口はＨＴ冷却水導入管１８ｃによってＨＴラジエータ１８ａの冷却水出口に接続され、ＨＴ冷却水流路２４の冷却水出口はＨＴ冷却水排出管１８ｄによってＨＴラジエータ１８ａの冷却水入口に接続されている。ＨＴ冷却水導入管１８ｃにはＨＴウォータポンプ１８ｂが設けられている。

シリンダヘッド１４には、エンジン１０の吸気通路の一部である吸気ポート２６がシリンダ毎に形成されている。吸気ポート２６周りの第１ＬＴ冷却水流路２０の配置は、本実施形態の特徴部分であるため、図２〜５を参照して後で詳述する。

ＬＴウォータポンプ１６ｂは一例として電動式であり、ＨＴウォータポンプ１８ｂは一例としてクランク軸（図示省略）のトルクによって駆動されるものであるとする。ＬＴウォータポンプ１６ｂは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２８に電気的に接続されており、ＥＣＵ２８からの指令に従って駆動される。ＥＣＵ２８は、少なくとも入出力インターフェースとメモリと演算処理装置（ＣＰＵ）とを備え、上述した冷却システムだけでなく、エンジン１０のシステム全体の制御を行うものである。

ＥＣＵ２８には、シリンダ内にスワール流（横旋回流）の強さを制御するためのスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）３０を回転駆動するための電動モータ６４（図５参照）等のエンジン１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＳＣＶ３０に関しては、図５を参照して後に詳述する。さらに、ＥＣＵ２８には、吸入空気流量を計測するエアフローメータ（ＡＦＭ）３２、および、エンジン回転速度を取得するためのクランク角センサ（ＣＡ）３４等のエンジン１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。

［シリンダヘッドの内部構成］
図２は、図１中に示すＡ−Ａ線で切断したシリンダヘッド１４の断面図である。本明細書では、図１に示すように、クランク軸の軸方向をシリンダヘッド１４の長手方向と定義する。シリンダヘッド１４のＡ−Ａ断面は、シリンダヘッド１４の吸気バルブ挿入孔３６の中心軸を含み、かつ長手方向に垂直な断面である。図２中に示す符号Ｌ１は、吸気ポート２６の中心軌道を示している。

図２に示すように、シリンダヘッド１４の下面にあたるシリンダブロック合わせ面３８には、ペントルーフ形状を有する燃焼室４０が形成されている。燃焼室４０は、シリンダヘッド１４がシリンダブロック１２に組み付けられたときに、シリンダを上方から閉塞して閉空間を構成する。なお、エンジン１０は直列３気筒であるので、３気筒分の３つの燃焼室４０がシリンダヘッド１４の長手方向に等間隔に並んで形成されている。

燃焼室４０の一方の傾斜面（ルーフ）には、吸気ポート２６が開口している。吸気ポート２６と燃焼室４０との接続部分、つまり、吸気ポート２６の燃焼室側（出口側）の開口端は、吸気バルブ５８（図５参照）によって開閉される吸気口となっている。吸気バルブ５８は気筒毎に２つ設けられているため、燃焼室４０には吸気ポート２６の２つの吸気口が形成される。吸気ポート２６の入口は、シリンダヘッド１４の一方の側面に開口している。

吸気ポート２６内の吸気の流路は、途中で２つに分岐している。ここでは、分岐後の吸気ポート２６の部位を、第１分岐ポート部２６ａと第２分岐ポート部２６ｂと称する。第１分岐ポート部２６ａと第２分岐ポート部２６ｂとは、シリンダヘッド１４の長手方向に並んで配置されており、各分岐ポート部が共通の燃焼室４０に形成された吸気口にそれぞれつながっている。図２には、第１分岐ポート部２６ａが描かれている。上述したＳＣＶ３０（図５参照）は、第１分岐ポート部２６ａ内に配置されており、第１分岐ポート部２６ａ内の流路を開閉する。

シリンダヘッド１４には、吸気バルブ挿入孔３６が吸気バルブ５８のステムを通すために形成されている。シリンダヘッド１４の上面であって、ヘッドカバー取り付け面４２の内側には、吸気バルブ５８を動作させる動弁機構を収容する吸気側動弁機構室４４が設けられている。なお、燃焼室４０の他方の傾斜面（ルーフ）には、排気ポート４６が開口している。排気ポート４６と燃焼室４０との接続部分、つまり、排気ポート４６の燃焼室側の開口端は、排気バルブ６０（図５参照）によって開閉される排気口となっている。

［シリンダヘッド内のＬＴ冷却水流路の構成］
図３は、図１に示す吸気ポート２６および第１ＬＴ冷却水流路２０を吸気側上方から透視して描いた斜視図である。図４は、図１に示す吸気ポート２６および第１ＬＴ冷却水流路２０を、吸気ポート２６の分岐ポート部２６ａ，２６ｂ内の吸気の流れの上流側から透視して描いた斜視図である。図３および図４には、シリンダヘッド１４の内部を透明にして見たときの第１ＬＴ冷却水流路２０の形状と、第１ＬＴ冷却水流路２０と分岐ポート部２６ａ，２６ｂとの位置関係とが表されている。なお、これらの図中の矢印は冷却水の流れ方向を表している。

第１ＬＴ冷却水流路２０は、シリンダヘッド１４内において各気筒の第１分岐ポート部２６ａの周囲にＬＴ冷却水を供給可能に構成されている。より具体的には、第１ＬＴ冷却水流路２０は、主流路４８を備えている。主流路４８は、吸気ポート２６の列の上方において、吸気ポート２６の列の方向（つまり、シリンダヘッド１４の長手方向）に延びている。

主流路４８の一端は、シリンダヘッド１４の冷却水入口において開口している。また、図２に示すように、主流路４８は、シリンダヘッド１４をシリンダブロック１２に対して鉛直方向上側に位置させたと仮定した場合において、吸気ポート２６の上側に位置するように設けられている。すなわち、主流路４８は、シリンダブロック合わせ面３８から十分に離れた部位に配置されている。このため、シリンダブロック合わせ面３８から主流路４８内のＬＴ冷却水への受熱が抑制される。このことは、主流路４８から各吸気ポート２６のウォータジャケット５０に低温の冷却水を導入するうえで好ましい。

第１ＬＴ冷却水流路２０は、吸気ポート２６毎に単位構造を有している。図３において、点線で囲まれた部分の構造が第１ＬＴ冷却水流路２０の単位構造である。単位構造は、第１分岐ポート部２６ａの周囲に配置されたウォータジャケット５０を含む。図２中の符号Ｒは、吸気ポート２６の中心軌道Ｌ１に沿った方向（流路の延伸方向）においてウォータジャケット５０が形成された範囲を示している。範囲Ｒ内では、吸気ポート２６の中心軌道Ｌ１と垂直な断面（吸気ポート２６の流路の延伸方向と垂直な断面）で吸気ポート２６を見た場合に、ウォータジャケット５０は、第２分岐ポート部２６ｂの周囲は覆わずに第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うように形成されている。

各ウォータジャケット５０は、支流路５２を介して主流路４８につながっている。各ウォータジャケット５０には、シリンダブロック１２内に形成された第２ＬＴ冷却水流路２２に連通する連結路５４が接続されている。すなわち、各ウォータジャケット５０は、連結路５４を介してシリンダブロック合わせ面３８に開口している。

また、第１ＬＴ冷却水流路２０は、ウォータジャケット５０と主流路４８とを連通する補助流路５６を備えている。補助流路５６は、ウォータジャケット５０内の空気抜きとしての用途を兼ねた流路であり、ウォータジャケット５０の鉛直方向頂部から主流路４８へ向かって設けられている。なお、補助流路５６は、支流路５２よりも流路断面積が小さい流路として構成されている。

図３および図４に示す構成によれば、主流路４８にはＬＴラジエータ１６ａによって冷却されたＬＴ冷却水が導入される。主流路４８内に導入されたＬＴ冷却水は、支流路５２を介して各気筒のウォータジャケット５０に並列に導かれる。主流路４８からウォータジャケット５０に導入されたＬＴ冷却水は、第１分岐ポート部２６ａの周囲に沿って流通したうえで、連結路５４を通ってシリンダブロック１２の第２ＬＴ冷却水流路２２に排出される。本構成によれば、第２分岐ポート部２６ｂをＬＴ冷却水によって冷却しないようにしつつ、第１分岐ポート部２６ａをＬＴ冷却水によって冷却することができる。すなわち、本構成によれば、第１分岐ポート部２６ａと第２分岐ポート部２６ｂとの間で冷却に強弱をつけることができる。そして、ＬＴ冷却水によって第１分岐ポート部２６ａの壁面を冷却することで、第１分岐ポート部２６ａを流れる吸気を冷却することができる。

［吸気ポート周りの構成］
図５は、実施の形態１における吸気ポート２６周りの構成を表した模式図である。なお、図５において、符号５８は吸気バルブであり、符号６０は排気バルブであり、符号６２は点火プラグである。

ＳＣＶ３０は、第１分岐ポート部２６ａ内に配置されており、ＳＣＶ３０の回転軸３０ａは、電動モータ６４に接続されている。このような構成によれば、電動モータ６４によってＳＣＶ３０を回転駆動することができる。図５に示す一例では、ウォータジャケット５０は、ＳＣＶ３０よりも下流側において第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うように形成されている。

ＳＣＶ３０が閉じられると、第１分岐ポート部２６ａから燃焼室４０への吸気の流入が制限される。その結果、第１分岐ポート部２６ａと第２分岐ポート部２６ｂとの間で吸気流量（質量流量）に偏りが生成される。より具体的には、この偏りは、第２分岐ポート部２６ｂ内の吸気流量と比べて第１分岐ポート部２６ａ内の吸気流量が少なくなるという態様で生成される。したがって、吸気冷却用のウォータジャケット５０は、ＳＣＶ３０によって吸気ポート２６内に吸気流量の偏りが生成されたときに、吸気流量が相対的に多くなる部位に相当する第２分岐ポート部２６ｂには設けられず、吸気流量が相対的に少なくなる部位に相当する第１分岐ポート部２６ａに設けられているといえる。なお、単にＳＣＶ３０を閉じることとするとシリンダ内に流入する空気の流量が減少する。このため、ＳＣＶ３０を閉じる場合には、空気流量が減少しないようにするためにスロットル弁（図示省略）を開く動作が協調的に実行される。

ＳＣＶ３０を閉じることによって第１分岐ポート部２６ａと第２分岐ポート部２６ｂとの間で吸気流量に偏りが生成されることにより、シリンダ内に生成されるスワール流が強化される。本実施形態の構成によれば、スワール流の強化時に吸気の流入が制限される側の第１分岐ポート部２６ａに対してウォータジャケット５０が備えられている。このため、ＳＣＶ３０を閉じてスワール流が強化されるときには、燃焼室４０内に導入される吸気の多くを冷却しないようにすることができる。一方、ＳＣＶ３０が開かれるとき（すなわち、スワール流の強化が必要とされないとき）には、第１分岐ポート部２６ａから燃焼室４０への吸気の流入は制限されないため、ウォータジャケット５０を利用して冷却された吸気を燃焼室４０内に導入できるようになる。

なお、スワール流を強化するためにＳＣＶが全閉とされて第１分岐ポート部が完全に閉塞されるようになっている場合には、第１分岐ポート部から燃焼室への吸気の流入が停止されることになる。本発明におけるスワール流の強化は、このように第１分岐ポート部から燃焼室への吸気の流入を停止するという態様で、第１分岐ポート部から燃焼室への吸気の流入を制限することによって実現されるものであってもよい。この場合には、吸気流量の偏りが生成されたときの第１分岐ポート部内には、吸気の流れが生じない。したがって、この場合においてウォータジャケットが設けられる部位としては、吸気が流れない部位に相当する第１分岐ポート部が該当する。

［実施の形態１の構成の利点］
図６は、エンジン１０の各運転領域に対する要求を説明するための図である。図６中に示す運転領域は、エンジントルクとエンジン回転速度とで特定されている。以下に説明する要求があるエンジンとしては、例えば、エンジン１０を含めて理論空燃比の下で運転が行われるエンジンが該当する。

図６（Ａ）は、スワール流の強化要求の観点でエンジン運転領域を表したものである。図６（Ａ）中にハッチングを付して示す領域Ｒ１は、スワール流の強化要求（ＳＣＶ３０を閉じる要求）のある運転領域を示している。領域Ｒ１は、吸気流量が高くないために吸気の流速が十分に高くない低中回転かつ低中負荷領域である。このような領域Ｒ１では、シリンダ内のガスの乱れの強化による燃焼効率および燃焼安定性の改善のために、スワール流の強化が必要とされる。

一方、図６（Ａ）においてハッチングが付されていない領域Ｒ２は、領域Ｒ１と比べて高回転または高負荷側の運転領域である。領域Ｒ２では、領域Ｒ１と比べて空気流量が多くなるためにスワール流の強化は必要とされず、逆に、吸気抵抗低減のためにＳＣＶ３０を開くことが必要とされる。

図６（Ｂ）は、吸気冷却要求の観点でエンジン運転領域を表したものである。図６（Ｂ）中にハッチングを付して示す領域は、吸気冷却要求のある運転領域を示している。この領域は、領域Ｒ３と領域Ｒ４とを含む。領域Ｒ３は、ノックの発生が懸念される高負荷側の運転領域（特に低回転高負荷領域）であり、領域Ｒ３では、ノック発生の抑制のために吸気冷却が必要とされる。領域Ｒ４は、燃焼安定性の確保のために吸気冷却が不可となる運転領域に相当する。一方、図６（Ｂ）においてハッチングが付されていない領域Ｒ５は、非ノック領域であって、吸気冷却が不要な（より具体的には、吸気冷却の要否が不問とされる）運転領域である。

図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に示す各領域と図６（Ｂ）に示す各領域とを重ね合わせることによって得られたエンジン運転領域を表している。スワール流の強化要求と吸気冷却要求の双方を考慮すると、次のことが分かる。すなわち、まず、図６（Ｃ）に示すように、スワール流の強化要求のある領域Ｒ１と、燃焼安定性確保のために吸気冷却が不可となる領域Ｒ４とは、一部が重なっていることが分かる。これらの領域Ｒ１とＲ４については、本実施形態の構成によれば、ＳＣＶ３０を閉じることにより、スワール強化要求と、吸気冷却を不要もしくは不可とする要求の双方を満たせるようになる。

また、図６（Ｃ）から、上記のようにＳＣＶ３０を閉じることが好ましい領域Ｒ１およびＲ４と、スワール流の強化は不要であり（すなわち、ＳＣＶ３０は開いた方がよく）、かつ吸気冷却は必要な領域Ｒ３とが重複していないことが分かる。また、図６（Ｃ）に示す領域Ｒ６は、領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４以外の運転領域であり、スワール流の強化は不要であり（すなわち、ＳＣＶ３０は開いた方がよく）、かつ吸気冷却も不要な（より具体的には、吸気冷却の要否が不問とされる）運転領域である。

以上のことから、領域Ｒ１およびＲ４ではＳＣＶ３０を閉じ、かつ、領域Ｒ３およびＲ６ではＳＣＶ３０を開くことにより、図６（Ｃ）に示す各領域での要求を充足できるといえる。ＥＣＵ２８は、エンジン運転領域に基づいて、上記態様でＳＣＶ３０を開閉するように構成されている。なお、ＳＣＶ３０の制御位置を決定するための現在の運転領域の取得は、例えば、エアフローメータ３２により計測される吸入空気流量に基づいて算出されるエンジントルクと、クランク角センサ３４の検出値に基づいて算出されるエンジン回転速度とを用いて行うことができる。

ここで、エンジンの運転中には、エンジン運転領域が時々刻々と変化する。このため、運転中には、スワール流の強化要求の有り無し、および吸気冷却要求の有り無しが頻繁に変更され得る。スワール流の強化要求の有り無しの変更については、ＳＣＶ３０等のスワール制御機構の制御によって速やかに対処可能といえる。しかしながら、吸気冷却要求の有り無しの変更に関しては、冷却水の温度調整によって対処しようとすると、応答遅れが問題となる。より具体的には、冷却水の温度調整を利用して吸気の温度を制御する場合には、冷却水の温度が変化することで、吸気ポートの壁面温度が変化し、次いで、吸気の温度が変化するというプロセスを辿る。このプロセスの中では、冷却水の温度調整のための所定の動作に対する実際の冷却水温度の変化の応答性が良くない。以上の理由により、冷却水の温度調整では、運転領域が時々刻々と変化することに伴う吸気冷却要求の有り無しの変化に対して、吸気の温度を応答良く制御することは困難といえる。運転領域が過渡的に変化する際に吸気の温度を応答良く制御することができないと、例えば、ノックの発生を抑制するために点火時期を遅角側に設定することが必要とされる。このことは、エンジンの燃費の悪化要因になり、また、加速時のエンジントルクが低下し、加速に要する時間を長くする要因となる。

これに対し、本実施形態の構成によれば、ＳＣＶ３０を開いた状態では、スワール流を強化しないようにしつつ、ウォータジャケット５０によって冷却された第１分岐ポート部２６ａ内の吸気を燃焼室４０内に供給することができる。一方、ＳＣＶ３０を閉じた状態では、ウォータジャケット５０によって冷却されない第２分岐ポート部２６ｂ内の吸気を主に利用して、スワール流を強化することができ、また、吸気冷却を不可とする要求にも対応できるようになる。このように、本構成によれば、ＬＴ冷却水の温度調整に頼らないため、大きな時間的な遅れなしに吸気冷却要求の有り無しの頻繁な変化に対処することができる。その結果、運転領域が過渡的に変化する際においても、例えば、点火時期の遅角の抑制によって燃焼をより適切なものとすることができるので、燃費向上および加速時間の短縮を図ることができる。

また、エンジンによっては、可変バルブタイミング機構を用いて吸気バルブの開弁時もしくは閉弁時に吸気ポートへの吸気の吹き戻しが積極的に生じるように、吸気バルブのバルブタイミングを調整しつつ、スロットルバルブを開き側の開度に調整することで、ポンピングロスの低減を図る制御が行われることがある。このような制御は、低中負荷領域において効果的なものであり、したがって、本制御が行われる運転領域は、スワール流の強化要求がある領域Ｒ１と重なり得るものである。このような制御が本実施形態のエンジン１０に適用されたとした場合には、各分岐ポート部２６ａ，２６ｂに吹き戻される吸気の量は、スワール流の強化のためにＳＣＶ３０が閉じられている第１分岐ポート部２６ａよりも、ＳＣＶ３０によって流路が狭められていない第２分岐ポート部２６ｂの方が多くなる。吹き戻される吸気には、シリンダ内の残留ガス成分（既燃ガス成分）が含まれている。このため、吸気ポートにおいて通路壁面が冷却されている部位に吸気が吹き戻されると、デポジットが堆積し易くなる。上述した本実施形態の構成によれば、吹き戻される吸気の量は、ウォータジャケット５０による冷却の対象とされていない第２分岐ポート部２６ｂの方が第１分岐ポート部２６ａよりも多くなる。このため、本構成によれば、吸気の吹き戻しに起因するデポジットの堆積を抑制しつつ、スワール流を利用できるようになる。

なお、上述した実施の形態１においては、第１ＬＴ冷却水流路２０が本発明における「低温冷却水流路」に、ＬＴ冷却水循環システム１６が本発明における「低温系冷却水循環システム」に、ＨＴ冷却水流路２４が本発明における「高温冷却水流路」に、ＨＴ冷却水循環システム１８が本発明における「高温系冷却水循環システム」に、それぞれ相当している。

実施の形態２．
次に、図７を新たに参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態の内燃機関（エンジン）７０は、以下に図７を参照して説明する構成が追加されている点を除き、実施の形態１のエンジン１０と同様に構成されているものとする。なお、本実施形態の構成は、後述の図８〜図１２に示す構成と組み合わせて実施されてもよい。

図７は、本発明の実施の形態２における吸気ポート２６周りの構成を説明するための模式図である。図７に示すエンジン７０では、第２分岐ポート部２６ｂに、排気ガス再循環（ＥＧＲ）通路７２およびブローバイガス還流通路７４が接続されている。ＥＧＲ通路７２は、排気通路から吸気通路に還流する再循環排気ガス（ＥＧＲガス）が流れる通路であり、ブローバイガス還流通路７４は、ブローバイガスを吸気通路に還流させるための通路である。なお、ここでは、ＥＧＲ通路７２およびブローバイガス還流通路７４の双方が第２分岐ポート部２６ｂに接続されているエンジン７０を例に挙げて説明したが、第２分岐ポート部２６ｂに接続される通路は、ＥＧＲ通路７２およびブローバイガス還流通路７４のうちの何れか一方であってもよい。

ＥＧＲ通路７２およびブローバイガス還流通路７４が接続される部位である第２分岐ポート部２６ｂは、ＳＣＶ３０が設けられていない側の分岐ポート部、すなわち、ウォータジャケット５０により覆われていないために冷却の対象とされていない側の分岐ポート部に相当する。

ここで、吸気通路に導入されたＥＧＲガスもしくはブローバイガスが、壁面が冷却された部位を流れるようになっていると、冷却された通路壁面にデポジットが堆積し易くなる。その理由は、ＥＧＲガスもしくはブローバイガスに含まれる水分もしくは油分が、冷却された通路壁面に付着した際に蒸発しにくくなるためである。

これに対し、本実施形態のエンジン７０では、上述のように、ＥＧＲ通路７２およびブローバイガス還流通路７４は、ウォータジャケット５０による冷却の対象とされていない側の第２分岐ポート部２６ｂに接続されている。このため、吸気通路内に導入されたＥＧＲガスもしくはブローバイガスが通路壁面に付着してデポジットが堆積することを抑制することができる。

その他実施の形態．
ところで、上述した実施の形態１および２においては、吸気ポート２６の冷却用のウォータジャケット５０は、図５に示すように、ＳＣＶ３０よりも下流側において第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うように形成されている。しかしながら、第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うウォータジャケットの配置部位は、以下に図８〜図１０を参照して説明するようなものであってもよい。

図８は、第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うウォータジャケットの配置部位の他の例を説明するための図である。図８に示すエンジン８０が備えるウォータジャケット８２は、ＳＣＶ３０よりも上流側の部位と下流側の部位とに延在するという態様で（すなわち、ＳＣＶ３０を跨ぐような態様で）第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うように形成されている。

図９は、第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うウォータジャケットの配置部位の他の例を説明するための図である。図９に示すエンジン９０が備えるウォータジャケット９２は、ＳＣＶ３０よりも上流側において第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うように形成されている。実施の形態１において既述したように、スワール流の強化のためにＳＣＶ３０を閉じているときに吸気の吹き戻しが想定される場合には、本構成のウォータジャケット９２のようにウォータジャケットがＳＣＶ３０よりも上流側に設けられているとよい。ウォータジャケットがＳＣＶ３０よりも上流側に設けられていると、これがＳＣＶ３０よりも下流側に設けられている場合と比べて、第１分岐ポート部２６ａ内に吹き戻される吸気を冷やしにくくすることができ、第１分岐ポート部２６ａでのデポジットの堆積を抑制することができる。このことは、次の図１０に示す構成についても同様である。

図１０は、第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うウォータジャケットの配置部位の他の例を説明するための図である。図１０中の符号Ｐ１は、第１分岐ポート部２６ａと第２分岐ポート部２６ｂとの分岐点を示している。図１０に示すエンジン１００が備えるウォータジャケット１０２についても、図９に示すウォータジャケット９２と同様に、ＳＣＶ３０よりも上流側において第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うように形成されている。ウォータジャケット１０２とウォータジャケット９２との違いは、ウォータジャケット１０２が設けられている部位が分岐点Ｐ１よりも上流側の吸気ポート２６の部位を含んでいる点にある。この構成のように、ＳＣＶ３０が第１分岐ポート部２６ａ内に配置されている構成におけるウォータジャケットは、分岐点Ｐ１よりも上流側に及ぶように形成されていてもよい。ただし、当該ウォータジャケットを分岐点Ｐ１よりも上流側に長く延ばし過ぎると、ＳＣＶ３０を閉じたことに伴って第１分岐ポート部２６ａの上流から第２分岐ポート部２６ｂ内に向けて流れる吸気をウォータジャケットによって冷却してしまう。したがって、分岐点Ｐ１よりも上流側に延びるようにウォータジャケットを形成する場合には、ＳＣＶ３０の閉弁時に第１分岐ポート部２６ｂの上流から第２分岐ポート部２６ｂに向かう吸気を冷却しないように配慮する必要がある。

また、上述した実施の形態１および２においては、第１分岐ポート部２６ａ内にＳＣＶ３０が配置された構成を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明の対象となるＳＣＶの配置部位は、例えば、以下の図１１に示すものであってもよい。そして、図１１に示す構成を備える場合において吸気ポート２６の周囲の一部を冷却するウォータジャケットは、例えば、図１２に示すものであってもよい。

図１１は、本発明におけるＳＣＶの他の構成例を模式的に表した斜視図である。図１１に示すエンジン１１０が備えるＳＣＶ１１２は、第１分岐ポート部２６ａではなく、第１分岐ポート部２６ａと第２分岐ポート部２６ｂとの分岐点Ｐ１よりも上流側の吸気ポート２６に配置されている。図１１に示すように、ＳＣＶ１１２では、第２分岐ポート部２６ｂに対応する側の一部が切り欠かれている。このため、ＳＣＶ１１２が閉じられるときには、第１分岐ポート部２６ａから燃焼室４０への吸気の流入が制限される。その結果、ＳＣＶ１１２を備える場合においても、上述したＳＣＶ３０を備える場合と同様に、第１分岐ポート部２６ａと第２分岐ポート部２６ｂとの間で吸気流量に偏りを生成することができる。

図１２は、図１１に示すエンジン１１０において吸気ポート２６の周囲を覆うウォータジャケット１１４の配置部位を説明するための図である。ＳＣＶ１１２によっても、吸気流量の偏りが、第２分岐ポート部２６ｂ内の吸気流量と比べて第１分岐ポート部２６ａ内の吸気流量が少なくなるという態様で生成される。また、本構成では、吸気流量の偏りは、ＳＣＶ１１２が設けられた位置から分岐点Ｐ１までの区間の流路２６ｃにおいても生成される。したがって、ウォータジャケット１１４は、吸気ポート２６内の吸気の流れ方向（吸気ポート２６の延伸方向）においては、第１分岐ポート部２６ａを含めてＳＣＶ１１２よりも下流側の吸気ポート２６の周囲を覆うように形成されている。

ＳＣＶ１１２によって吸気ポート２６内で吸気流量に偏りが生成された状況（すなわち、図１２が示す状況）下において、ＳＣＶ１１２が設けられた位置から分岐点Ｐ１までの区間の流路２６ｃに関しては、第１分岐ポート部２６ａの上流に位置する部位２６ｃ１が吸気流量が、相対的に少なくなる部位に相当し、第２分岐ポート部２６ｂの上流に位置する部位２６ｃ２が、吸気流量が相対的に多くなる部位に相当する。また、上記状況下においては、分岐後の吸気ポート２６に関しては、第１分岐ポート部２６ａが、吸気流量が相対的に少なくなる部位に相当し、第２分岐ポート部２６ｂが、吸気流量が相対的に多くなる部位に相当する。したがって、ウォータジャケット１１４の配置部位は、吸気ポート２６の中心軌道と垂直な断面（吸気ポート２６の延伸方向と垂直な断面）で見た場合には、次のように特定される。すなわち、ウォータジャケット１１４は、上記偏りが生成された状況下において、吸気流量が相対的に少なくなる側の吸気ポート２６の部位に相当する上記部位２６ｃ１および第１分岐ポート部２６ａの周囲の一部を覆うように形成されている。

なお、図１２に示す構成では、ウォータジャケット１１４は、第１分岐ポート部２６ａおよびその上流に位置する部位２６ｃ１の双方に対して設けられている。しかしながら、ＳＣＶ１１２が分岐点Ｐ１よりも上流側に備えられるエンジン１１０におけるウォータジャケットの配置部位は、第１分岐ポート部２６ａおよび部位２６ｃ１のうちの何れか一方であってもよい。

また、上述した実施の形態１等においては、スワール制御機構として、ＳＣＶ３０または１１２を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明の対象となるスワール制御機構は、スワールコントロールバルブを利用するものに限らず、例えば、次のようなものであってもよい。すなわち、第１分岐ポート部を開閉する第１吸気バルブを閉弁状態で維持しつつ、第２分岐ポート部を開閉する第２吸気バルブが開閉動作を行えるようにした可変動弁機構が公知である。スワール流の強化は、このような可変動弁機構を用いて第１分岐ポート部から燃焼室への吸気の流入を停止（制限）することによって実現されるものであってもよい。

また、上述した実施の形態１等においては、図１に示すように、相対的に低温となるＬＴ冷却水が流れるＬＴ冷却水循環システム１６は、シリンダヘッド１４の内部に形成された第１ＬＴ冷却水流路２０とともに、シリンダブロック１２の内部に形成された第２ＬＴ冷却水流路２２を備えている。しかしながら、本発明における低温系冷却水循環システムの低温冷却水流路は、シリンダヘッド１４のみに形成されていてもよい。また、低温系冷却水循環システムにおけるエンジンへのＬＴ冷却水の導入は、シリンダヘッドが先ではなく、シリンダブロックが先であってもよい。

また、上述した実施の形態１等においては、共通の燃焼室４０に対して１つの第１分岐ポート部２６ａと１つの第２分岐ポート部２６ｂとが接続される吸気ポート２６を例に挙げた。しかしながら、本発明において共通の燃焼室に接続される第１分岐ポート部は複数であってもよく、同様に、第２分岐ポート部についても複数であってもよい。

１０,７０,８０,９０,１００,１１０ 内燃機関（エンジン）
１２ シリンダブロック
１４ シリンダヘッド
１６ ＬＴ冷却水循環システム
１６ａ ＬＴラジエータ
１６ｂ ＬＴウォータポンプ
１６ｃ ＬＴ冷却水導入管
１６ｄ ＬＴ冷却水排出管
１８ ＨＴ冷却水循環システム
１８ａ ＨＴラジエータ
１８ｂ ＨＴウォータポンプ
１８ｃ ＨＴ冷却水導入管
１８ｄ ＨＴ冷却水排出管
２０ 第１ＬＴ冷却水流路
２２ 第２ＬＴ冷却水流路
２４ ＨＴ冷却水流路
２６ 吸気ポート
２６ａ 第１分岐ポート部
２６ｂ 第２分岐ポート部
２６ｃ 吸気ポートの流路
２６ｃ１ 低吸気流量側の部位
２６ｃ２ 高吸気流量側の部位
２８ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３０,１１２ スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）
４０ 燃焼室
４８ 主流路
５０,８２,９２,１０２,１１４ ウォータジャケット
５２ 支流路
５４ 連結路
５６ 補助流路
５８ 吸気バルブ
６４ 電動モータ
７２ 排気ガス再循環（ＥＧＲ）通路
７４ ブローバイガス還流通路

実施の形態１のエンジン冷却システムは、２系統の冷却水循環システム１６，１８を備える。２系統の冷却水循環システム１６,１８はともに独立した閉ループであり、循環する冷却水の温度を異ならせることができる。以下、相対的に低温の冷却水が循環する冷却水循環システム１６をＬＴ冷却水循環システムと称し、相対的に高温の冷却水が循環する冷却水循環システム１８をＨＴ冷却水循環システムと称する。ＨＴ冷却水循環システム１８は、シリンダブロック１２の主たる冷却を担当する。一方、ＬＴ冷却水循環システム１６は、シリンダブロック１２と比べて冷却負荷の小さな吸気ポート２６の冷却を主に担当する。なお、ＬＴはLow Temperatureの略であり、ＨＴはHigh Temperatureの略である。また、図示しない水温センサや水温調整のためのサーモスタットが備えられる場合がある。

図６（Ｂ）は、吸気冷却要求の観点でエンジン運転領域を表したものである。図６（Ｂ）中にハッチングを付して示す領域は、領域Ｒ３と領域Ｒ４とを含む。領域Ｒ３は、ノックの発生が懸念される高負荷側の運転領域（特に低回転高負荷領域）であり、領域Ｒ３では、ノック発生の抑制のために吸気冷却が必要とされる。領域Ｒ４は、燃焼安定性の確保のために吸気冷却が不可となる運転領域に相当する。一方、図６（Ｂ）においてハッチングが付されていない領域Ｒ５は、非ノック領域であって、吸気冷却が不要な（より具体的には、吸気冷却の要否が不問とされる）運転領域である。

図１０は、第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うウォータジャケットの配置部位の他の例を説明するための図である。図１０中の符号Ｐ１は、第１分岐ポート部２６ａと第２分岐ポート部２６ｂとの分岐点を示している。図１０に示すエンジン１００が備えるウォータジャケット１０２についても、図９に示すウォータジャケット９２と同様に、ＳＣＶ３０よりも上流側において第１分岐ポート部２６ａの周囲を覆うように形成されている。ウォータジャケット１０２とウォータジャケット９２との違いは、ウォータジャケット１０２が設けられている部位が分岐点Ｐ１よりも上流側の吸気ポート２６の部位を含んでいる点にある。この構成のように、ＳＣＶ３０が第１分岐ポート部２６ａ内に配置されている構成におけるウォータジャケットは、分岐点Ｐ１よりも上流側に及ぶように形成されていてもよい。ただし、当該ウォータジャケットを分岐点Ｐ１よりも上流側に長く延ばし過ぎると、ＳＣＶ３０を閉じたことに伴って第１分岐ポート部２６ａの上流から第２分岐ポート部２６ｂ内に向けて流れる吸気をウォータジャケットによって冷却してしまう。したがって、分岐点Ｐ１よりも上流側に延びるようにウォータジャケットを形成する場合には、ＳＣＶ３０の閉弁時に第１分岐ポート部２６ａの上流から第２分岐ポート部２６ｂに向かう吸気を冷却しないように配慮する必要がある。

Claims (4)

1. 冷却水の温度が異なる２系統の冷却水循環システムのうちの１つであって、内燃機関に形成された低温冷却水流路を含み、前記低温冷却水流路に低温の冷却水を循環させる低温系冷却水循環システムと、
   前記２系統の冷却水循環システムのうちの１つであって、前記内燃機関に形成された高温冷却水流路を含み、前記高温冷却水流路に高温の冷却水を循環させる高温系冷却水循環システムと、
   共通の燃焼室に接続される第１分岐ポート部と第２分岐ポート部とを含む吸気ポートと、
   前記第１分岐ポート部から前記燃焼室への吸気の流入を制限することによって、シリンダ内に生成されるスワール流を強化可能に構成されたスワール制御機構と、
   を備え、
   前記低温冷却水流路は、前記吸気ポートの中心軌道と垂直な断面で前記吸気ポートを見た場合に前記吸気ポートの周囲の一部を覆うように設けられたウォータジャケットを含み、
   前記ウォータジャケットは、前記吸気ポートを前記断面で見た場合に、前記スワール制御機構によって前記第１分岐ポート部から前記燃焼室への吸気の流入が制限されたときに、前記吸気ポート内で吸気流量が相対的に少なくなる部位もしくは吸気が流れない部位の周囲を覆うように設けられていることを特徴とする内燃機関。
2. 前記内燃機関は、排気通路から吸気通路に還流する再循環排気ガスが流れる排気ガス再循環通路をさらに備え、
   前記排気ガス再循環通路は、前記第２分岐ポート部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記内燃機関は、ブローバイガスを吸気通路に還流させるブローバイガス還流通路をさらに備え、
   前記ブローバイガス還流通路は、前記第２分岐ポート部に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記ウォータジャケットは、前記第１分岐ポート部の周囲を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関。

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