CN103038476B - 发动机的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发动机的冷却装置，其特征在于，在冷却活塞的机油喷射装置中，具有：配设于机油喷油嘴（8）上游侧的机油冷却器（4）；配设于该机油冷却器（4）上游侧的机油泵（5）；配设于机油喷油嘴（8）与机油冷却器（4）之间、调节来自所述机油冷却器（4）的冷却用机油流向机油喷油嘴（8）侧与油底壳侧的分流比率的第一切换调节阀（6）；控制单元，该控制单元具有基于活塞温度计算图（20）来切换所述第一切换调节阀（6）的油量调节图（41）,所述活塞温度计算图（20）是利用冷却水温度传感器（35）、转速传感器（36）以及负载传感器（37）的各检测值计算所述活塞（11）的温度而得出的。

Description

发动机的冷却装置
技术领域
本发明涉及发动机的活塞冷却装置。
背景技术
通常在发动机中，对活塞施加大的热负载，所以，为了防止因其热负载、或活塞头的高温导致爆震等异常燃烧，使用向活塞的背面侧喷射冷却用机油、防止活塞头熔化损坏及异常燃烧的冷却装置。
图9表示普通的活塞冷却的主要部件的概况，在发动机的旋转中，通过发动机的驱动力驱动的机油泵5从发动机的油底壳（未图示）抽取机油，在机油冷却器4通过发动机的冷却水冷却机油。
已经利用了从机油喷油嘴8向活塞1的背面喷射在机油冷却器4中被冷却的机油、来冷却活塞1的装置。
而且，关于活塞的冷却装置，已经公开了日本特开2006-29127号公报（专利文献1）。
根据专利文献1，公开了一种技术，该技术的构成包括：由形成于活塞头部1a的内侧第一油路及外侧第二油路形成的双重结构的冷却通道、在机构冷却时向这些第一和第二油路中的至少一个油路提供温油的温油供给装置、在活塞高温时向这些第一和第二油路中的至少另一个油路提供冷却机油的所述温油供给装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：（日本）特开2006-29127号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，因为机油泵5通过齿轮系连结在发动机的曲轴（未图示）上，所以机油泵5在发动机的曲轴旋转的同时进行动作。
因此，在发动机起动时，机油泵被驱动，在油底壳处于冷状态的机油通过机油泵向活塞背面喷射，活塞继续被冷却。
因此，导致活塞头部的热量上升迟缓，需要大量时间使发动机达到最佳状态，并且，还具有使起动性恶化以及燃料消耗量增多的问题。
而且，根据专利文献1，该冷却装置设有在机构冷却时提供温油的温油供给装置，并且具有为提高油温的升温装置，增加了装置的成本，同时从燃料消耗方面来看也不理想。
本发明是为了解决上述问题而提出的，目的在于根据发动机起动时（发动机冷状态时）以及发动机的工作状况，调节冷却用机油从机油喷油嘴的喷射量以及冷却用机油的温度，促进发动机起动时活塞的升温，防止在进行中或小的输出时活塞被多度冷却，谋求发动机起动性的提高与升温期间的缩短以及在中或小的输出时燃烧效率的提高，谋求燃料消耗率的提高。
解决问题的技术方案
本发明为了解决上述问题，提供一种发动机的冷却装置，该发动机的冷却装置具有利用机油冷却活塞的机油喷射装置，其特征在于，具有：检测所述发动机温度的冷却水温度传感器；检测所述发动机转速的转速传感器；检测所述发动机负载的负载传感器；固定于所述发动机的缸体、向所述活塞的背面喷射冷却用机油的喷油嘴；在所述冷却用机油的流通路径上、配设于所述喷油嘴的上游侧的机油冷却器；在该机油冷却器的上游侧、向所述机油冷却器压送冷却用机油的机油泵；配设于所述喷油嘴与所述机油冷却器之间、调节来自所述机油冷却器的冷却用机油流向所述喷油嘴侧与油底壳侧的分流比率的第一切换调节阀；控制单元，该控制单元具有油量调节图，该油量调节图基于由所述温度传感器、所述转速传感器以及所述负载传感器的各检测值计算所述活塞温度的活塞温度计算图来切换所述第一切换调节阀。
通过这样的结构，计算出活塞温度，能够防止因活塞的过度冷却导致发动机的起动性以及燃料消耗率恶化。
而且，在本发明中优选在所述冷却用机油的所述流通路径上，所述机油冷却器与所述机油泵之间配设第二切换调节阀，确定来自所述机油泵的冷却用机油流向所述机油冷却器侧以及连接于所述机油冷却器与所述第一切换调节阀之间的旁通回路侧的分流比率，并基于对通过了所述旁通回路后的冷却用机油进行温度调节的油温调节图，由所述控制单元调节所述第二切换调节阀。
通过上述结构，调节流向机油冷却器的冷却用机油的量，由此能够对机油温度进行细致的控制，能够抑制机油温度过度升高，防止机油恶化。
而且，因为设有旁通回路，所以也能够防止对冷却用机油进行过分冷却，并且防止使活塞被过度冷却。
还有，本发明的特征在于，优选在所述发动机起动时或为中小负载时，将通过所述活塞温度计算图计算出的值与通过检测所述发动机的气缸温度的气缸温度传感器或/及检测气缸盖温度的气缸盖温度传感器检测出的检测值进行比较，在差值为阈值以上的情况下，使所述气缸温度传感器或/及所述气缸盖传感器的检测值优先。
通过上述结构，能够实时监视发动机运行时的气缸及/或气缸盖的温度，所以能够进行过渡运行时的细致的冷却控制，能够进行效率良好的运行。
进而，能够防止发动机起动初期活塞被过度冷却，从而提高初期时的燃料消耗率。
在发动机起动时（发动机处于冷状态时），通过使来自机油泵的机油在机油喷油嘴的近前迂回，中止活塞的冷却，促进活塞的升温，由此具有提高发动机的起动性、因缩短升温期间而提高燃料消耗率以及降低成本的效果。
附图说明
图1表示本发明第一实施方式的发动机冷却装置的结构概况图；
图2表示本发明第一实施方式的切换阀的控制流量图；
图3（A）表示本发明的油量调节图的结构图，（B）表示调节图中的流量比率；
图4表示本发明第二实施方式的发动机冷却装置的结构概况图；
图5表示本发明第二实施方式的切换阀的控制流量图；
图6（A）表示本发明的油温调节图的结构图，（B）表示调节图中的流量比率；
图7表示本发明第三实施方式的发动机冷却装置的结构概况图；
图8表示本发明第三实施方式的切换阀的控制流量图；
图9表示现有技术的说明图。
具体实施方式
下面使用图中所表示的实施例详细地说明本发明。
但是需要说明的是，在该实施例中所提及的构成部件的尺寸、材质、形状、及其相对配置等除非特别地进行了特定说明，否则不能仅将本发明的范围限定于此，只是单纯的说明例。
（第一实施方式）
如图1所示，在形成于发动机主体内的气缸2内设有上下滑动的活塞1。
在活塞1的上部安装气缸盖3，以阻塞气缸2。在气缸盖3安装向燃烧室34喷射燃料的燃料喷嘴31、向气缸中导入空气的吸入阀32以及排出燃烧气体的排气阀33。
在活塞1的下方，机油喷油嘴8朝向活塞1的背面，固定在发动机主体（未图示）上。
5是机油泵，经由齿轮系与发动机的曲轴（未图示）连结，在发动机起动的同时被驱动，从发动机的油底壳10抽取冷却用机油。
机油冷却器4通常安装在发动机主体的侧部，利用发动机的冷却水冷却冷却用机油。
6是第一切换调节阀，通过控制单元30控制从机油冷却器4中输出的冷却用机油流向机油喷油嘴8侧与油底壳10侧的量。
控制单元30基于负载传感器37（发动机扭矩）、转速传感器36、冷却水温度传感器35的各检测值控制第一切换调节阀6。
11是流通路径，如果起动发动机，则通过机油泵5，经由第一输油管111从油底壳10抽取冷却用机油。通过机油泵5抽取的冷却用机油经由第二输油管112向机油冷却器4内压送，利用发动机的冷却水进行冷却。
基于根据发动机的工作状态来确定冷却用机油流向机油喷油嘴8侧与油底壳10侧的流量比率的、配置于控制单元30的油量调节图41，并且通过配设于第三输油管113的中间部的第一切换调节阀6分流冷却后的冷却用机油。
分流后的冷却用机油的一支流流向机油喷油嘴8侧，向活塞1的背面侧喷射，从而冷却活塞1。
而另一支流则经由第四输油管114返回油底壳10。
第一切换调节阀6根据图2所示的第一切换调节阀6的阀门控制流量图进行油量调节。
基于由冷却水温度传感器35、转速传感器36、负载传感器37测得的发动机工作状况的检测值，通过活塞温度计算图20算出温度。活塞温度计算图20是通过实验值求出活塞1的温度，在横轴上以转速（rpm）、在纵轴上以扭矩（T）为基轴的活塞温度的特性曲线。
负载传感器37测量燃料的喷射量、或油门踏板的踩下量等。
根据由活塞温度计算图20算出的温度，通过油量调节图41确定第一切换调节阀6的流量比率。
如图3（A）所示，油量调节图41在横轴以发动机转速（rpm）、在纵轴以活塞温度（通过活塞温度计算图20计算出的温度）为基轴，被划分为方格形的区域。
各区域将第一切换调节阀的阀门开度（流量比率）划分为A0，A1，A2，A3及A4段。
然后，例如在活塞温度低、发动机刚起动之后等情况下选择为A0。
这样，如图3（B）所示，控制单元30调节第一切换调节阀6的阀门位置，使机油喷油嘴8侧的流量比率为0（零），使油底壳10侧的流量比率为4（总量）。
如果随着发动机的升温，活塞1的温度升高，发动机转速增加，那么阀门开度进入A1，A2区域，根据发动机的工作状况（根据各传感器的检测值进行判断），对机油喷油嘴8侧与油底壳10侧的流量实施调节。
在活塞温度高、发动机转速高即高负载运行状态的情况下选择为A4，调节第一切换调节阀6的阀门位置，使机油喷油嘴8侧的流量比率为4（总量），使油底壳10侧的流量比率为0（零）。
根据本实施方式，基于由冷却水温度传感器35、转速传感器36、负载传感器37所得到的发动机工作状况的检测值，通过活塞温度计算图20计算出活塞温度，根据计算结果，细致地控制冷却用机油向活塞1的喷射量，从而具有能够将因活塞1的过度冷却导致的发动机起动性以及燃料消耗的恶化抑制在最小程度的效果。
（第二实施方式）
根据图4所示第二实施方式的发动机冷却装置的结构概况图进行说明。
另外需要说明的是，与第一实施方式相同的部件使用相同的标记，省略说明。
在流通路径12上通过机油泵5经由第一输油管111从油底壳10抽取冷却用机油。在连接机油泵5与机油冷却器4的第二输油管112的中间部安装第二切换调节阀7。
在机油冷却器4的流通路径12的下游侧配设有在中间部具有第一切换调节阀6的第三输油管113。
进而在第三输油管113的下游侧配设机油喷油嘴8。
基于配置于控制单元40的、确定流向机油喷油嘴8侧与油底壳10侧的流量比率的油量调节图41来控制（分流）第一切换调节阀6。
被控制（分流）的冷却用机油的一支流流向机油喷油嘴8侧，向活塞1的背面侧喷射，来冷却活塞1。
而另一支流则经由第四输油管114返回油底壳10。
第二切换调节阀7的一端与第三输油管113的第一切换调节阀6和机油冷却器4之间连通，另一端与连通第二切换调节阀7的旁通回路9连接。
第二切换调节阀7的设置是为了调节温度，该温度是：通过冷却用机油向机油冷却器4与旁通回路9分流，在第三输油管113内使被机油冷却器4冷却的冷却用机油与通过了旁通回路9的冷却用机油再度混合时的温度。
基于由冷却水温度传感器35、转速传感器36、负载传感器37所得到的发动机工作状况的检测值，通过活塞温度计算图20计算出温度，并且根据计算结果，通过控制单元40所具备的油温调节图51，对第二切换调节阀7进行控制。
根据图5所示的第二切换调节阀7的阀门控制流量图对第二切换调节阀7的油量进行调节。
根据由冷却水温度传感器35、转速传感器36、负载传感器37测得的发动机工作状况的检测值，通过活塞温度计算图20算出温度。
根据通过活塞温度计算图20算出的温度，由油温调节图51确定第二切换调节阀7的流量比率。
如图6（A）所示，油温调节图51在横轴以发动机转速（rpm）、在纵轴以活塞温度（通过活塞温度计算图20计算出的温度）为基轴，被划分为方形区域。
各区域将第二切换调节阀的阀门开度（流量比率）划分为B0，B1，B2，B3及B4段。
然后，例如在活塞温度低、发动机刚起动之后等情况下，选择为B0。
这样，如图6（B）所示，控制单元40调节第二切换调节阀7的阀门位置，使机油冷却器侧的流量比率为0（零），使旁通回路9侧的流量比率为4（总量）。
如果随着发动机的升温，活塞1的温度升高，发动机转速增加，则阀门开度进入B1，B2区域，根据发动机的工作状况（根据各传感器的检测值进行判断），分别对流向机油冷却器4侧以及旁通回路9侧的流量比率进行调节。
在活塞温度高、发动机转速高即高负载运行状态的情况下，选择为B4，调节第二切换调节阀7的阀门位置，使机油冷却器4侧的流量比率为4（总量），使旁通回路9侧的流量比率为0（零）。
关于第一切换调节阀6的控制，因为与第一实施方式相同，所以省略说明。
根据本实施方式，设有机油冷却器4的旁通回路9，根据由冷却水温度传感器35、转速传感器36、负载传感器37所得到的发动机工作状况的检测值，通过活塞温度计算图20计算出活塞温度，根据所算出的活塞1的温度控制流向机油冷却器4的量与流向旁通回路9的量，由此，细致地控制冷却用机油的温度，提高活塞1的温度管理精度，从而能够防止燃料消耗恶化。
（第三实施方式）
参照图8说明第三实施方式的发动机冷却装置的结构概况图。
另外需要说明的是，与第一及第二实施方式相同的部件使用相同的标记，省略说明。
在流通路径12上通过机油泵5经由第一输油管111从油底壳10抽取冷却用机油。在连结机油泵5与机油冷却器4的第二输油管上安装第二切换调节阀7。
在机油冷却器4的流通路径12的下游侧配设有在中间部具有第一切换调节阀6的第三输油管113。进而在下游侧配设机油喷油嘴8。
第二切换调节阀7的一端与第三输油管113的第一切换调节阀6和机油冷却器4之间连通，另一端与连通第二切换调节阀7的旁通回路9连接。
控制单元50具有控制第一切换调节阀6的油量调节图41与控制第二切换调节阀7的油温调节图51。
而且，在控制单元50上，为了获得发动机的工作状况，导入了冷却水温度传感器35、转速传感器36、负载传感器37以及气缸温度传感器38（或/及气缸盖温度传感器39）所检测的检测值。
根据图8的第一切换调节阀6以及第二切换调节阀7的阀门控制流量图说明本实施方式的控制。
为了获得发动机的工作状况，基于从冷却水温度传感器35、转速传感器36以及负载传感器37的检测值，通过活塞温度计算图20计算出活塞1的温度。
另一方面，也可以配设安装于气缸2的气缸温度传感器38以及安装于气缸盖（未图示）的气缸盖温度传感器39，通过各传感器直接检测出温度。
将气缸温度传感器38的检测值与气缸盖温度传感器39的检测值进行比较，将温度较高一方的温度作为检测值K。
将检测值K与通过活塞温度计算图20计算出的活塞温度计算值进行比较，在其差值为阈值以上的情况下，使上述检测值K优先作为活塞1的温度，而作为油量调节图41以及油温调节图51的控制要素。
另一方面，在其差值为阈值以下的情况下，使用活塞温度计算值。
关于油量调节图41以及油温调节图51的控制方法，因为与第二实施方式相同，所以省略说明。
另外，在本实施方式中，将气缸温度传感器38的检测值与气缸盖温度传感器39的检测值进行比较，温度值较高的一方优先，但也可以只使用气缸温度传感器38的检测值和气缸盖温度传感器39的检测值中任一检测值。
在该情况下，能够降低成本。
根据本实施方式，因为也考虑到通过直接测量气缸温度传感器38以及气缸盖温度传感器39，在发动机的环境中（极寒区域、高地等）由活塞温度计算图20计算出的温度与实际情况不同，所以，将实际测量值作为油量调节图41以及油温调节图51的控制要素，实时监视发动机工作时的气缸2以及气缸盖的温度，能够在过渡运行时进行细致的冷却控制。
工业实用性
可以应用在防止具有活塞的冷却装置的发动机起动时活塞被过度冷却、对发动机的起动性以及燃料消耗进行改善的发动机的冷却装置中。

Claims (2)

1.一种发动机的冷却装置，该发动机的冷却装置具有利用机油冷却活塞的机油喷射装置，其特征在于，具有：检测所述发动机温度的冷却水温度传感器；检测所述发动机转速的转速传感器；检测所述发动机负载的负载传感器；固定于所述发动机的缸体、向所述活塞的背面喷射冷却用机油的喷油嘴；在所述冷却用机油的流通路径上、配设于所述喷油嘴的上游侧的机油冷却器；在该机油冷却器的上游侧、向所述机油冷却器压送冷却用机油的机油泵；配设于所述喷油嘴与所述机油冷却器之间、调节来自所述机油冷却器的冷却用机油流向所述喷油嘴侧与油底壳侧的分流比率的第一切换调节阀；控制单元，该控制单元具有基于活塞温度计算图来切换所述第一切换调节阀的油量调节图,所述活塞温度计算图利用所述温度传感器、所述转速传感器以及所述负载传感器的各检测值计算出所述活塞的温度，
在所述冷却用机油的所述流通路径上，在所述机油冷却器与所述机油泵之间配设第二切换调节阀，所述第二切换调节阀调节来自所述机油泵的冷却用机油流向所述机油冷却器侧和在所述机油冷却器与所述第一切换调节阀之间进行连结的旁通回路侧的分流比率，
所述控制单元还具有油温调节图，基于通过所述活塞温度计算图算出的所述活塞的温度来调节所述第二切换调节阀，从而调节在所述机油冷却器被冷却的冷却用机油和通过了所述旁通回路的冷却用机油再度混合时的温度。
2.如权利要求1所述的发动机的冷却装置，其特征在于，在所述发动机起动时或为中小负载时，将通过所述活塞温度计算图计算出的值与通过检测所述发动机气缸温度的气缸温度传感器或/及检测气缸盖温度的气缸盖温度传感器得到的检测值进行比较，在其差值为阈值以上的情况下，使所述气缸温度传感器或/及所述气缸盖传感器的检测值作为活塞的温度。
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