JP2005120882A - エンジンの温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
エンジンのシリンダ内に供給される吸気の温度が適正な範囲内に維持されるように制御する。
【解決手段】
エンジンの吸気系に設けられているスロットルボディ３２にウォータジャケット３８を設けるとともに、このウォータジャケット３８に一対の電磁弁４３、４４を接続し、電磁弁４３が開かれた場合にはラジエタ３４で冷却された冷たい冷却水を上記ウォータジャケット３８に還流し、制御弁４４が開かれた場合にはエンジン３１のシリンダブロックで加温された温かい冷却水をスロットルボディ３２のウォータジャケット３８に供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明はエンジンの温度制御装置に係り、とくにエンジンに供給される吸気の温度あるいは燃料の温度を制御するエンジンの温度制御装置に関する。

ガソリンエンジンはシリンダ内に供給される燃料と吸気とを混合して混合気となし、ピストンがほぼ上死点に達するのに同期して点火プラグによって火花を発生して上記混合気を燃焼させ、ガス膨張による圧力をピストンで受け、このピストンのシリンダ内における摺動運動をコンロッドを介してクランクシャフトに伝達し、クランクシャフトによって出力トルクを取出すようにしている。従ってエンジンのシリンダ内に供給される燃料の量と吸気の量とによって、エンジンの出力が決定される。

筒内噴射型のガソリンエンジンの場合には、予めシリンダ内に導入された吸気を圧縮するとともに、シリンダヘッドに設けられているインジェクタによって吸気の圧縮にほぼ同期して燃料を噴射してシリンダ内に供給している。そして上記の燃料の噴射量は通常エンジンの負荷、すなわちアクセルペダルの踏込み量に連動するように電子制御されている。このような電子制御によって、エンジンが適正な出力を生ずることになる。

ところが実際にはエンジンのシリンダ内に導入される吸気の量は、その温度によって体積が変化するために、必ずしもシリンダに対する吸気の充填量を正しく制御することができない。またインジェクタによって噴射される燃料の量も、その温度によって比重が変化するために、燃料の温度変化に応じてインジェクタで噴射される燃料の量が変化する。従って吸気の温度や燃料の温度を正しく制御しないと、エンジンの出力が安定しない問題がある。

本願発明の課題は、エンジンのシリンダに充填される吸気の温度を適正な範囲内に維持することである。

本願発明の別の課題は、エンジンに供給される燃料の温度を適正な範囲になるように制御することである。

本願の上記の課題および別の課題は、以下に述べる発明の技術思想およびその実施の形態によって明らかにされる。

本願の主要な発明は、エンジンに供給される吸気の温度を制御する温度制御装置において、
吸気系に設けられたウォータジャケットと、
ラジエタによって冷却された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させる第１の制御弁と、
エンジン内を循環して加熱された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させる第２の制御弁と、
を具備し、吸気の温度に応じて前記第１の制御弁と前記第２の制御弁とを選択的に開いて前記吸気の温度を制御することを特徴とするエンジンの温度制御装置に関するものである。

ここで前記第１の制御弁は前記ラジエタの出口から取出された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させることが好ましい。また前記第２の制御弁は前記エンジンの出口から取出された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させることが好ましい。また電子制御装置と温度センサとを具備し、前記温度センサによって吸気の温度を検出するとともに、該検出に連動して前記電子制御装置が前記第１の制御弁と前記第２の制御弁の制御を行なうことが好ましい。

本願の別の主要な発明は、エンジンに供給される燃料の温度を制御する温度制御装置において、
燃料の供給系に設けられているウォータジャケットと、
ラジエタによって冷却された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させる第１の制御弁と、
エンジン内を循環して加熱された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させる第２の制御弁と、
を具備し、燃料の温度に応じて前記第１の制御弁と前記第２の制御弁とを選択的に開いて前記燃料の温度を制御することを特徴とするエンジンの温度制御装置に関するものである。

ここで前記第１の制御弁は前記ラジエタの出口から取出された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させることが好ましい。また前記第２の制御弁は前記エンジンの出口から取出された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させることが好ましい。また電子制御装置と温度センサとを具備し、前記温度センサによって燃料の温度を検出するとともに、該検出に連動して前記電子制御装置が前記第１の制御弁と前記第２の制御弁の制御を行なうことが好ましい。

また本願の上記の２つの主要な発明において、前記第１の制御弁および前記第２の制御弁がソレノイドコイルを具備する電磁開閉弁であることが好ましい。また前記第１の制御弁および前記第２の制御弁の弁体はバルブシートと接する部位の外周側に貫通穴を有し、前記弁体と前記案内部材との間に侵入した水の圧力を逃がすことが好ましい。また前記第１の制御弁および前記第２の制御弁の弁体と接して流路を閉じるバルブシートは放射状に延びる複数の脚部を有し、該脚部間が水の通路になることが好ましい。

本願の主要な発明は、エンジンに供給される吸気の温度を制御する温度制御装置において、吸気系に設けられたウォータジャケットと、ラジエタによって冷却された冷却水をウォータジャケットに還流させる第１の制御弁と、エンジン内を循環して加熱された冷却水をウォータジャケットに還流させる第２の制御弁と、を具備し、吸気の温度に応じて第１の制御弁と第２の制御弁とを選択的に開いて吸気の温度を制御するようにしたものである。

従ってこのようなエンジンの温度制御装置によれば、第１の制御弁を開くことによってラジエタで冷却された冷却水がウォータジャケットに還流され、第２の制御弁を開くとエンジン内を循環して加熱された冷却水がウォータジャケットに還流されることになり、これらの冷却水の還流によって吸気の温度を適正な値に維持することが可能になる。

本願の別の主要な発明は、エンジンに供給される燃料の温度を制御する温度制御装置において、燃料の供給系に設けられているウォータジャケットと、ラジエタによって冷却された冷却水をウォータジャケットに還流させる第１の制御弁と、エンジン内を循環して加熱された冷却水をウォータジャケットに還流させる第２の制御弁と、を具備し、燃料の温度に応じて第１の制御弁と第２の制御弁とを選択的に開いて燃料の温度を制御するようにしたものである。

従ってこのようなエンジンの温度制御装置によれば、第１の制御弁を開くとラジエタによって冷却された冷却水がウォータジャケットに還流されて冷却が行なわれ、第２の制御弁を開くとエンジン内を循環して加熱された冷却水がウォータジャケットに還流して加温が行なわれることになり、このような動作によってエンジンに供給される燃料の温度を適正な温度に制御できるようになる。

以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１は第１の実施の形態に係る吸気系の温度制御の全体のシステム構成を示すものであって、このシステムはエンジン３１に対して吸気を供給する吸気系の途中に設けられているスロットルボディ３２内を通過する吸気の温度を適正な温度に制御するための制御装置である。

この制御装置はエンジン１のウォータジャケット内の還流する冷却水の温度を制御する冷却水の温度制御装置と組合わされるようになっている。この冷却水の温度制御装置はラジエタ３４と、サーモスタット式切換え弁３５と、循環ポンプ３６と、冷却ファン３７とを備えている。

エンジン３１の冷却水の温度が高い場合には、エンジン３１の出口側から管路Ａ、Ｂを通してラジエタ３４に冷却水が導入され、ここで冷却水を冷却した後に管路Ｃ、サーモスタット式切換え弁３５、管路Ｅ、ポンプ３６、管路Ｆの順に還流してエンジン３１のウォータジャケットに戻される。

ここでエンジン３１の冷却水の温度が低い場合やエンジン３１の暖機を行なう場合には、上記ラジエタ３４を還流させることなく冷却水をバイパス管路Ｄを経由してエンジン３１に還流させる。この場合にはサーモスタット式切換え弁３５が切換えられ、エンジン３１の出口側からの冷却水は管路Ａ、バイパス管路Ｄを経て切換え弁３５内に入り、この後管路Ｅからポンプ３６を通して管路Ｆによってエンジン３１に還流される。従ってこの場合にはラジエタ３４による冷却が行なわれない。

なおサーモスタット式切換え弁３５は混合冷却をも行なうようになっており、この場合には一部の冷却水を管路Ａ、Ｂ、ラジエタ３４、管路Ｃ、切換え弁３５、管路Ｅ、ポンプ３６、管路Ｆの順に循環させるとともに、残りの冷却水を管路Ａ、バイパス管路Ｄ、切換え弁３５、管路Ｅ、ポンプ３６、管路Ｆの順に循環させ、エンジン３１に還流させる。従って冷却水の一部のみがラジエタ３４によって冷却される。

次にエンジン３１に供給される吸気の温度を制御する装置について説明すると、エンジン３１にはスロットルボディ３２が吸気管３３を介して接続され、これによってエンジンの吸気系が構成される。そして上記スロットルボディ３２のウォータジャケット３８に対してエンジン３１の冷却水を供給するための一対の制御弁４３、４４が接続される。

冷却用の制御弁４３はラジエタ３４の出口側とスロットルボディ３２のウォータジャケット３８とを接続する冷却用の管路Ｇに接続され、ラジエタ３４で冷却された冷却水をスロットルボディ３２のウォータジャケット３８に還流させる。これに対して加熱用の制御弁４４はエンジン３１の出口側とスロットルボディ３２のウォータジャケット３８を接続する加熱用配管Ｊに接続されており、エンジン３１内を循環して加温された冷却水をスロットルボディ３２のウォータジャケット３８に還流させるようになっている。

上記一対の電磁弁４３、４４は電子制御装置４０によってそのソレノイドコイルが制御される。そして電子制御装置４０はスロットルボディ３２の吸気の温度を検出する温度センサ３９の検出出力が入力されるようになっている。

次に上記制御弁４３、４４の構造を図２および図３によって説明する。これらの制御弁４３、４４はケーシング４６を備えるとともに、このケーシング４６内にソレノイドコイル４７を収納している。なおソレノイドコイル４７の外周囲にはヨーク５８が配される。またケーシング４６の一部にはハウジング４８が設けられ、このハウジング４８に端子４９が突設される。

上記ソレノイドコイル４９を貫通するように中心部に上下方向に延びるようにパイプ５０が挿入される。そしてパイプ５０の先端側の部分にはガイド５１が取付けられるとともに、このガイド５１によって弁体５２が軸線方向に移動自在に配される。弁体５２はその外周側の部分が筒状の案内部材５３によって案内されるとともに、先端側の部分がバルブシート５４の上面に装着されたシール部材５５に対接される。そして弁体５２は戻しばね５６によって下方に弾性的に押圧されるようになっている。また弁体５２の外周側であって案内部材５３と摺接する部分にはシールリング５７が介装される。

これらの制御弁４３、４４の重要部品である弁体５２は図４、図５に示すように中心孔６０を備え、この中心孔６０の部分が上記ガイド５１に嵌合される。またこの弁体５２にはその外周側に円周方向に沿って４個の小孔６１が形成される。これらの小孔６１はこの弁体５２の上下の空間内における冷却水の圧力によって弁体５２が移動できなくなることを防止するためのものである。

次に別の重要部品であるバルブシート５４について図６〜図９により説明する。バルブシート５４は外周側に突出するように１２０度間隔で３本の脚部６２を備えるとともに、これらの脚部６２の下面には突部６３が形成されている。これらの突部６３によってバルブシート５４はケーシング４６内の適正な位置に保持される。またこのバルブシート５４の上面であってその中央部に設けられている凹部６４に上記シール部材５５が取付けられる。

このような制御弁４３、４４はソレノイドコイル４７に対する電流を遮断した場合には、図２に示すように戻しばね５６が弁体５２を下方に押圧する。従って弁体５２はガイド５１によって案内されて下方に移動し、この弁体５２の下端側の部分がバルブシート５４のシール部材５５と接触し、これによって閉弁動作が行なわれる。

これに対してケーシング４６に付設されたハウジング４８の端子４９を通してソレノイドコイル４７に電流を通ずると図３に示すように、パイプ５０とヨーク５８とによって磁気回路が形成され、この磁気回路によって弁体５２が上方に吸引される。従って弁体５２は戻しばね５６に抗してガイド５１上を上方に移動する。従って弁体５２の下端の部分がバルブシート５４のシール部材５５から離れて開弁動作が行なわれる。

このような制御弁４３、４４を備えるエンジンの温度制御装置は、スロットルボディ３２を通過する吸気の温度に応じて、これらの制御弁４３、４４の開閉の制御を電子制御装置４０によって行なうようにしている。すなわち温度センサ３９によって検出される吸気の温度が高い場合には、電子制御装置４０は冷却用制御弁４３を開弁する。するとラジエタ３４で冷却されたエンジンの冷却水の一部が管路Ｇを通って制御弁４３からスロットルボディ３２のウォータジャケット３８に流入され、これによってこのスロットルボディ３２を通過する吸気の温度を下げる。

これに対してスロットルボディ３２を通過する吸気の温度が低いことが温度センサ３９によって検出された場合には、電子制御装置４０が制御弁４４を開く。するとエンジン３１のウォータジャケットを還流して加温された温水がこの制御弁４４を通してスロットルボディ３２のウォータジャケット３８を還流し、スロットルボディ３２内を通過する吸気の温度を上昇させる。

図１０はこのような電子制御装置４０の制御動作をフローチャートによって示したものであって、電子制御装置４０の内部に設けられているＣＰＵがスロットルボディ３２内の設定温度ＴＢと実際のスロットルボディ３２を通過する吸気の温度ＴＢ１とを比較する。そして吸気の温度ＴＢ１の方が高い場合には制御弁４３を開弁するとともに、制御弁４４を閉弁し、ラジエタ３４で冷却された冷水をスロットルボディ３２のウォータジャケット３８に導いて冷却を行なう。

これに対して設定温度ＴＢよりも実際のスロットルボディ３２の温度ＴＢ１の方が低い場合には、制御弁４４を開弁するとともに、制御弁４３を閉弁し、エンジン３１によって加温された温水をスロットルボディ３２のウォータジャケット３８に導いて吸気の昇温を行なう。

従ってこのような制御動作により、スロットルボディ３２を通してエンジン３１の燃焼室に供給される吸気の温度をほぼ一定の範囲内に設定することが可能になり、吸気の比重あるいは体積が温度によって変化する不具合が防止される。従ってこのことから、エンジン３１の出力が安定する。

次に第２の実施の形態を図１１および図１２によって説明する。この実施の形態は燃料タンクを通して燃料パイプ６８によってエンジン３１に供給される燃料の温度を適正な範囲内に制御する装置である。なおここで燃料とは、ガソリン、軽油、重油、アルコール、液化ガス等を含む概念である。そして燃料の温度を制御する温度制御装置は、エンジン３１の冷却水を利用する点において、上記第１の実施の形態と共通である。なおエンジン３１の冷却のためのサーモスタット式切換え弁３５による冷却水の切換えの構造については上記第１の実施の形態の説明を援用する。

燃料タンクから燃料を供給する燃料パイプ６８にはその所定の位置にウォータジャケット６９が設けられる。そしてこのウォータジャケット６９に対してエンジンの冷却水を供給するために一対の制御弁４３、４４が接続される。制御弁４３はラジエタ３４で冷却された冷却水を冷却用管路Ｇを通してウォータジャケット６９に導くものである。これに対して制御弁４４はエンジン３１のシリンダブロック内を還流して加温された温水を加熱用管路Ｊを通して燃料パイプ６８のウォータジャケット６９に導くためのものである。なお制御弁４３、４４の構造は上記第１の実施の形態のそれと同様である。

温度センサ３９が燃料タンクから供給される燃料の温度を検出するとともに、この燃料の温度が所定の値よりも高い場合には、電子制御装置４０が制御弁４３を開く。するとラジエタ３４で冷却された冷却水の一部が管路Ｇを通して制御弁４３から燃料パイプ６８のウォータジャケット６９に導かれ、ここで燃料の温度を下げる。

これに対して温度センサ３９で検出される燃料の温度が低い場合には、電子制御装置４０が制御弁４４を開く。するとエンジン３１のシリンダブロックのウォータジャケット内を還流して加温された冷却水が制御弁４４から燃料パイプ６８のウォータジャケット６９に導かれる。従ってこの場合には燃料の加温が行なわれる。なお温度センサ３９は燃料パイプ６８のウォータジャケット６９よりも上流側に取付けてオープンループで制御を行なってもよい。

図１２はこのような燃料の温度制御の動作をフローチャートによって示したものであって、設定温度ＴＦよりも実際の燃料の温度ＴＦ１が高い場合には、制御弁４３を開弁するとともに制御弁４４を閉弁する。これによってラジエタ３４で冷却された冷たい冷却水を制御弁４３からウォータジャケット６９に導き、燃料の温度を下げる。これに対して設定温度ＴＦよりも燃料の実際の温度ＴＦ１が低い場合には、制御弁４４を開弁するとともに制御弁４３を閉弁し、エンジン３１のシリンダブロック内を循環して加温された温水で燃料の昇温を行なう。

従ってこのような制御動作によって、例えばインジェクタによって筒内噴射等の方法によってシリンダ内に供給される燃料の温度を適正範囲内に維持することができる。従って燃料の温度変化に伴う燃料の供給量のバラツキを抑え、エンジンの出力の安定化を図ることが可能になる。

以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。

本願発明は自動車用エンジン、汎用エンジン等の各種のガソリンエンジンの吸気および燃料の温度制御に広く適用可能である。

エンジンの吸気の温度を制御するシステムのブロック図である。

閉弁時の制御弁の縦断面図である。

開弁時の制御弁の縦断面図である。

弁体の平面図である。

図４におけるＡ〜Ａ線断面図である。

バルブシートの平面図である。

図６におけるＢ〜Ｂ線断面図である。

バルブシートの底面図である。

バルブシートの斜視図である。

エンジンの吸気の温度を制御する動作を示すフローチャートである。

エンジンの燃料の温度を制御するシステムのブロック図である。

エンジンの温度の制御を行なうための制御装置のフローチャートである。

符号の説明

３１ エンジン
３２ スロットルボディ
３３ 吸気管
３４ ラジエタ
３５ サーモスタット式切換え弁
３６ 循環ポンプ
３７ 冷却ファン
３８ ウォータジャケット
３９ 温度センサ
４０ 電子制御装置
４３ 制御弁（冷却用）
４４ 制御弁（加熱用）
４６ ケーシング
４７ ソレノイドコイル
４８ ハウジング
４９ 端子
５０ パイプ
５１ ガイド
５２ 弁体
５３ 案内部材
５４ バルブシート
５５ シール部材
５６ 戻しばね
５７ シールリング
５８ ヨーク
５９ 入口ポート
６０ 中心孔
６１ 小孔
６２ 脚部
６３ 突部
６４ 凹部
６８ 燃料パイプ
６９ ウォータジャケット

Claims (11)

1. エンジンに供給される吸気の温度を制御する温度制御装置において、
   吸気系に設けられたウォータジャケットと、
   ラジエタによって冷却された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させる第１の制御弁と、
   エンジン内を循環して加熱された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させる第２の制御弁と、
   を具備し、吸気の温度に応じて前記第１の制御弁と前記第２の制御弁とを選択的に開いて前記吸気の温度を制御することを特徴とするエンジンの温度制御装置。
2. 前記第１の制御弁は前記ラジエタの出口から取出された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの温度制御装置。
3. 前記第２の制御弁は前記エンジンの出口から取出された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの温度制御装置。
4. 電子制御装置と温度センサとを具備し、前記温度センサによって吸気の温度を検出するとともに、該検出に連動して前記電子制御装置が前記第１の制御弁と前記第２の制御弁の制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの温度制御装置。
5. エンジンに供給される燃料の温度を制御する温度制御装置において、
   燃料の供給系に設けられているウォータジャケットと、
   ラジエタによって冷却された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させる第１の制御弁と、
   エンジン内を循環して加熱された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させる第２の制御弁と、
   を具備し、燃料の温度に応じて前記第１の制御弁と前記第２の制御弁とを選択的に開いて前記燃料の温度を制御することを特徴とするエンジンの温度制御装置。
6. 前記第１の制御弁は前記ラジエタの出口から取出された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの温度制御装置。
7. 前記第２の制御弁は前記エンジンの出口から取出された冷却水を前記ウォータジャケットに還流させることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの温度制御装置。
8. 電子制御装置と温度センサとを具備し、前記温度センサによって燃料の温度を検出するとともに、該検出に連動して前記電子制御装置が前記第１の制御弁と前記第２の制御弁の制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの温度制御装置。
9. 前記第１の制御弁および前記第２の制御弁がソレノイドコイルを具備する電磁開閉弁であることを特徴とする請求項１または請求項５に記載のエンジンの温度制御装置。
10. 前記第１の制御弁および前記第２の制御弁の弁体はバルブシートと接する部位の外周側に貫通穴を有し、前記弁体と前記案内部材との間に侵入した水の圧力を逃がすことを特徴とする請求項１または請求項５に記載のエンジンの温度制御装置。
11. 前記第１の制御弁および前記第２の制御弁の弁体と接して流路を閉じるバルブシートは放射状に延びる複数の脚部を有し、該脚部間が水の通路になることを特徴とする請求項１または請求項５に記載のエンジンの温度制御装置。

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