JP2011094537A - Cooling device for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエンジンの冷却装置に関する。 The present invention relates to an engine cooling apparatus.
従来、エンジンでは一般に冷却水による冷却が行われている。また従来から、排気還流を行うエンジンが知られている。この点、特許文献1では、ウォータジャケットに近接し、且つエンジンの気筒列に沿うようにしてシリンダブロックに形成した内部通路を主要部分として有する排気還流路を備えたエンジンの排気還流装置が開示されている。このエンジンの排気還流装置は、これにより還流排気を効果的に冷却するとともに配管構造を簡素化している。
Conventionally, an engine is generally cooled by cooling water. Conventionally, an engine that performs exhaust gas recirculation is known. In this regard,
ところで、図10に示すように、エンジン、とりわけ火花点火式内燃機関では排気損失や冷却損失など正味仕事に使われない熱が多く発生する。そしてエネルギ損失全体の大きな割合を占める冷却損失の低減は、熱効率(燃費)の向上にとって非常に重要な要素である。ところが、冷却損失を低減し、熱を有効に利用することは必ずしも容易ではなく、このことが熱効率向上の妨げとなっている。 By the way, as shown in FIG. 10, an engine, particularly a spark ignition type internal combustion engine, generates a lot of heat not used for net work such as exhaust loss and cooling loss. The reduction of the cooling loss, which accounts for a large proportion of the total energy loss, is a very important factor for improving the thermal efficiency (fuel consumption). However, it is not always easy to reduce cooling loss and effectively use heat, which hinders improvement in thermal efficiency.
冷却損失の低減が困難である理由としては、例えば一般的なエンジンは、局部的に熱伝達の状態を可変にする構成にはなっていないことが挙げられる。すなわち、一般的なエンジンでは構成上、冷却が必要な部位を必要な度合いだけ冷却することや、冷却損失が多く発生する部位への熱伝達を抑制することが困難なことが挙げられる。具体的にはエンジンの熱伝達の状態を可変にするにあたっては、一般にはエンジンの出力で駆動する機械式ウォータポンプにより、エンジン回転数に応じて冷却水の流量を変更することが行われている。ところが、冷却水の流量を全体的に調節するウォータポンプでは、仮に流量を可変にする可変ウォータポンプを用いた場合であっても、機関運転状態に応じて局部的に熱の伝達状態を可変にすることはできない。 The reason why it is difficult to reduce the cooling loss is that, for example, a general engine is not configured to locally change the state of heat transfer. That is, in a general engine, it is difficult to cool a part that needs to be cooled to a necessary degree and to suppress heat transfer to a part where a lot of cooling loss occurs due to the configuration. Specifically, when changing the state of heat transfer of the engine, generally, the flow rate of the cooling water is changed according to the engine speed by a mechanical water pump driven by the output of the engine. . However, in the water pump that adjusts the flow rate of the cooling water as a whole, even if a variable water pump that makes the flow rate variable is used, the heat transfer state can be locally changed according to the engine operating state. I can't do it.
また冷却損失を低減するにあたっては、例えばエンジンの断熱性を高めることも考えられる。そしてこの場合には、図11に示すように大幅な冷却損失の低減を期待できる。ところがこの場合には、エンジンの断熱性を高めることで、同時に燃焼室の内壁温度の上昇する。そしてこの場合には、これに伴い混合気の温度が上昇することで、ノッキングが誘発されるという問題があった。この点、特許文献1が開示するエンジンの冷却装置では、還流排気を効果的に冷却できる一方で、冷却水が還流排気の冷却に用いられるほか、還流排気がシリンダブロックの断熱性を高めると考えられることから、熱効率の向上を図る観点からは、ノッキングをより誘発し易くなると考えられる点で問題があった。
In order to reduce the cooling loss, for example, it is conceivable to improve the heat insulation of the engine. In this case, a significant reduction in cooling loss can be expected as shown in FIG. However, in this case, by increasing the heat insulation of the engine, the temperature of the inner wall of the combustion chamber increases at the same time. In this case, there is a problem that knocking is induced when the temperature of the air-fuel mixture rises accordingly. In this regard, in the engine cooling device disclosed in
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、エンジンの熱伝達の状態を合理的な態様で局部的に可変することで、冷却損失の低減とノック性能とを両立できるエンジンの冷却装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an engine cooling apparatus that can achieve both reduction in cooling loss and knock performance by locally changing the heat transfer state of the engine in a rational manner. The purpose is to provide.
上記課題を解決するための本発明は冷却媒体通路が設けられたシリンダブロック、および該シリンダブロックからの熱伝達を抑制可能な位置にガス通路が設けられたシリンダヘッドを有するエンジンと、前記ガス通路におけるガスの流通状態を変更可能な流通変更手段と、前記エンジンの運転状態が低回転高負荷である場合に、前記冷却媒体通路に冷却媒体を流通させた状態で、前記ガス通路に第1のガスを流通させるように前記流通変更手段を制御する制御手段と、を備えたエンジンの冷却装置である。 In order to solve the above problems, the present invention provides a cylinder block provided with a cooling medium passage, an engine having a cylinder head provided with a gas passage at a position where heat transfer from the cylinder block can be suppressed, and the gas passage. A flow changing means capable of changing a gas flow state in the engine, and when the operating state of the engine is a low rotation and high load, in a state in which a cooling medium is circulated through the cooling medium passage, And a control means for controlling the flow changing means so as to circulate the gas.
また本発明は前記流通変更手段が、前記第1のガスと、該第1のガスよりも低温の第2のガスとの間で前記ガス通路に流通させるガスを切替可能に構成されており、前記制御手段が、前記エンジンの運転状態が高回転高負荷である場合に、前記ガス通路に前記第2のガスを流通させるように前記流通変更手段をさらに制御する構成であることが好ましい。 Further, the present invention is configured such that the flow changing means is capable of switching a gas that flows through the gas passage between the first gas and a second gas having a temperature lower than the first gas, It is preferable that the control means further controls the flow changing means so that the second gas flows through the gas passage when the engine is operating at a high rotation speed and a high load.
また本発明は前記ガス通路を前記シリンダヘッドのうち、吸気ポートの周辺部に設けた構成であることが好ましい。 In the present invention, the gas passage is preferably provided in the periphery of the intake port in the cylinder head.
また本発明は前記第1のガスが、前記エンジンに還流される排気である構成であることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the first gas is an exhaust gas recirculated to the engine.
また本発明は前記ガス通路における第1のガスの流通を停止可能な流通停止手段をさらに備え、前記制御手段が、大量の排気還流を行う場合に、前記ガス通路における第1のガスの流通を停止するように前記流通停止手段をさらに制御する構成であることが好ましい。 The present invention further includes a flow stopping means capable of stopping the flow of the first gas in the gas passage, and when the control means performs a large amount of exhaust gas recirculation, the flow of the first gas in the gas passage is reduced. It is preferable that the distribution stop means is further controlled to stop.
また本発明は前記第2のガスが、貯気槽に蓄圧されるガスである構成であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that this invention is the structure whose said 2nd gas is the gas accumulate | stored in an air storage tank.
本発明によれば、エンジンの熱伝達の状態を合理的な態様で局部的に可変することで、冷却損失の低減とノック性能とを両立できる。 According to the present invention, it is possible to achieve both reduction in cooling loss and knock performance by locally changing the state of heat transfer of the engine in a rational manner.
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示す冷却装置1Aは図示しない車両に搭載されており、ウォータポンプ(以下、W/Pと称す)11と、ラジエータ12と、サーモスタット13と、流量調節弁14と、開閉弁21と、排気還流装置30と、排気管40と、エンジン50とを備えている。W/P11は冷却媒体圧送手段であり、冷却媒体である冷却水を圧送するとともに、圧送する冷却水の流量を可変にする可変W/Pとなっている。W/P11が圧送する冷却水はエンジン50に供給される。
A
エンジン50はシリンダブロック51およびシリンダヘッド52を備えている。シリンダブロック51には第1の冷却媒体通路であるブロック側ウォータジャケット(以下、ブロック側W/Jと称す)511が形成されている。ブロック側W/J511はシリンダブロック51に複数(ここでは2つ)の冷却系統を形成している。一方、シリンダヘッド52には第2の冷却媒体通路であるヘッド側ウォータジャケット(以下、ヘッド側W/Jと称す)521が形成されている。ヘッド側W/J521はシリンダヘッド52に複数(ここでは4つ)の冷却系統を形成している。W/P11が圧送する冷却水は具体的にはブロック側W/J511およびヘッド側W/J521に供給される。
The
この点、冷却装置1Aでは複数の冷却水循環経路が形成されている。
冷却水循環経路としては、例えばブロック側W/J511が組み込まれた循環経路であるブロック側循環経路C1がある。このブロック側循環経路C1を流通する冷却水は、W/P11から吐出された後、ブロック側W/J511を流通し、さらにサーモスタット13を介するか、或いはラジエータ12およびサーモスタット13を介してW/P11に戻るようになっている。ラジエータ12は熱交換器であり、流通する冷却水と空気との間で熱交換を行うことで冷却水を冷却する。サーモスタット13はW/P11に入口側から連通する流通経路を切り替える。具体的にはサーモスタット13は、冷却水温が所定値未満の場合にラジエータ12をバイパスする流通経路を連通状態にし、所定値以上の場合にラジエータ12を流通する流通する流通経路を連通状態にする。
In this regard, the
As the cooling water circulation path, for example, there is a block side circulation path C1 which is a circulation path in which the block side W /
また冷却水循環経路としては、例えばヘッド側W/J521が組み込まれた循環経路であるヘッド側循環経路C2がある。このヘッド側循環経路C2を流通する冷却水は、W/P11から吐出された後、流量調節弁14およびヘッド側W/J521を流通し、さらにサーモスタット13を介するか、或いはラジエータ12およびサーモスタット13を介してW/P11に戻るようになっている。流量調節弁14はヘッド側循環経路C2のうち、循環経路C1、C2が分岐した後の部分、且つシリンダヘッド52よりも上流側の部分に設けられている。
Further, as the cooling water circulation path, for example, there is a head side circulation path C2 which is a circulation path in which the head side W /
流量調節弁14はシリンダヘッド52の冷却能力を調整可能な冷却能力調整手段となっている。この点、流量調節弁14は具体的には、ヘッド側W/J521を流通する冷却水の流量を全体的に調節することで、シリンダヘッド52の冷却能力を全体的に調整可能な冷却能力調整手段となっている。
またこのように設けられた流量調節弁14は、シリンダブロック51の冷却能力を抑制することなく、シリンダヘッド52の冷却能力を抑制可能な冷却能力調整手段となっている。さらにこのように設けられた流量調節弁14は、シリンダヘッド52の冷却能力を抑制するようにヘッド側W/J521を流通する冷却水の流量を調節した場合に、シリンダブロック51の冷却能力を高めるようにブロック側W/J511を流通する冷却水の流量を調節可能な冷却能力調整手段となっている。
The flow
Further, the flow
冷却装置1Aでは、ブロック側循環経路C1を流通する冷却水が、W/P11によって圧送された後、一巡するまでの間にヘッド側W/J521を流通することがないようになっている。また、冷却装置1Aではヘッド側循環経路C2を流通する冷却水が、W/P11によって圧送された後、一巡するまでの間にブロック側W/J511を流通することがないようになっている。すなわち冷却装置1Aでは、ブロック側W/J511とヘッド側W/J521とが互いに異なる冷却媒体循環経路に組み込まれている。
In the
排気還流装置30は、EGR配管31とEGR流量調節弁32とを備えており、エンジン50に排気を還流させる。EGR配管31は排気管40とエンジン50の吸気系(図示省略)とを連通しており、排気還流経路C3を形成している。EGR流量調節弁32はエンジン50に還流される排気(以下、EGRガスと称す)の流量を調節する。排気還流経路C3には、分岐経路としてEGR分岐経路C4が設けられている。この点、シリンダヘッド52にはガス通路525が設けられており、EGR分岐経路C4にはガス通路525が組み込まれている。すなわちEGR分岐経路C4は、第1のガスであるEGRガスをガス通路525に分岐して導入する経路となっている。また、EGR分岐経路C4には開閉弁21が設けられている。開閉弁21は、ガス通路525におけるガスの流通状態を変更可能な流通変更手段であり、さらに具体的には具体的にはガス通路525におけるガスの流通を許可、或いは禁止することで、ガス通路525におけるガス流通状態を変更可能な流通変更手段となっている。
The exhaust
次にエンジン50についてさらに具体的に説明する。図2に示すように、シリンダブロック51にはシリンダ51aが形成されている。シリンダ51aにはピストン53が設けられている。シリンダブロック51には断熱性の高いガスケット54を介してシリンダヘッド52が固定されている。ガスケット54はその高い断熱性でシリンダブロック51からシリンダヘッド52への熱伝達を抑制する。シリンダ51a、シリンダヘッド52およびピストン53は、燃焼室55を形成している。シリンダヘッド52には燃焼室55に吸気を導く吸気ポート52aと、燃焼室55から燃焼ガスを排出する排気ポート52bが形成されている。シリンダヘッド52には、燃焼室55の上部略中央に臨むようにして点火プラグ56が設けられている。
Next, the
ブロック側W/J511は、具体的には第1の部分冷却媒体通路である複数の部分W/J511a、部分W/J511bを備えている。部分W/J511aはシリンダ51aの周辺部、且つ上部に設けられている。そして部分W/J511aはシリンダ51aの壁面のうち、筒内に流入した吸気が当たる部分に対応させて設けられている。この点、エンジン50は本実施例では筒内に正タンブル流を生成するエンジンとなっており、筒内に流入した吸気が当たる部分は、さらに具体的にはシリンダ51aの壁面上部、且つ排気側の部分となっている。部分W/J511bはシリンダ51aの周辺部、且つ下部に設けられている。部分W/J511a、511bは例えばシリンダ51aの周辺部に円筒状の空間を形成するとともに、当該空間にコの字状の内溝が形成されたスリーブ57、58をそれぞれ挿入することで形成できる。部分W/J511a、511bはブロック側W/J511が形成する2系統の冷却系統に別個に組み込まれている。
Specifically, the block side W /
ヘッド側W/J521は、具体的には第2の部分冷却媒体通路である複数の部分W/J521a、部分W/J521b、部分W/J521cおよび部分W/J521dを備えている。部分W/J521aは吸気ポート52aの周辺部に、部分W/J521bは排気ポート52bの周辺部に、部分W/J521cは点火プラグ56の周辺部にそれぞれ設けられている。また、部分W/J521dは吸排気弁52a、52b間や、その他の部分を冷却するために設けられている。部分W/J521aから部分W/J524dまではヘッド側W/J521が形成する4系統の冷却系統に別個に組み込まれている。
Specifically, the head side W /
ガス通路525は、シリンダブロック51からの熱伝達を抑制可能な位置に設けられている。具体的にはガス通路525はシリンダヘッド52のうち、吸気ポート52aの周辺部に設けられており、さらに具体的にはシリンダヘッド52のうち、吸気ポート52aとシリンダブロック51との間の部分に設けられている。この点、ガス通路525は熱負荷の高い排気ポート52bの周辺部や点火プラグ56の周辺部を避けるべく、吸気ポート52aの周辺部に設けられている。
The
さらに冷却装置1Aは図3に示すECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)70Aを備えている。ECU70AはCPU71、ROM72、RAM73等からなるマイクロコンピュータと入出力回路75、76とを備えている。これらの構成は互いにバス74を介して接続されている。ECU70Aには、エンジン50の回転数を検出するためのクランク角センサ81や、吸入空気量を計測するためのエアフロメータ82や、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ83や、冷却水の温度を検知する水温センサ84などの各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されている。この点、エンジン50の負荷はエアフロメータ82やアクセル開度センサ83の出力に基づきECU70Aで検出される。またECU70AにはW/P11や流量調節弁14や開閉弁21やEGR流量調節弁32などの各種の制御対象が電気的に接続されている。
Further, the
ROM72はCPU71が実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。CPU71がROM72に格納されたプログラムに基づき、必要に応じてRAM73の一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ECU70Aでは各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。
The
この点、ECU70Aでは具体的には例えば、シリンダブロック51からシリンダヘッド52への熱伝達を抑制するための制御である熱伝達抑制制御を行う制御手段が機能的に実現される。制御手段は、具体的には機関運転状態が高負荷である場合に熱伝達抑制制御を行うように実現され、さらに具体的には機関運転状態が低回転高負荷である場合に熱伝達抑制制御を行うように実現される。また制御手段は、EGRガスの流通を許可するように開閉弁21を制御することで(すなわち開閉弁21を開弁することで)熱伝達抑制制御を行うように実現される。
また、制御手段は基本的にEGRガスの流通を許可するようにEGR流量調節弁32を制御するよう実現される。
このほか制御手段はW/P11や流量調節弁14も制御するとともに、機関運転状態が高負荷である場合だけでなく、他の運転状態においてもエンジン50の運転を成立させるための制御を行うように実現される。
In this regard, in the
The control means is basically realized to control the EGR flow
In addition, the control means controls the W /
この点、機関運転状態は具体的にはエンジン50の回転数および負荷のほか、冷間運転時であるか否か、または機関始動時であるか否かに応じて図4に示す6つの区分D1からD6までに分類されている。そして制御手段が制御を行うにあたっては、具体的には以下に示すように区分D1からD6まで毎に満たすべき要求を設定するとともに、設定した要求を満たすための制御指針を定めている。
In this respect, the engine operation state is specifically classified into six categories shown in FIG. 4 depending on whether the
まず、機関運転状態が区分D1に対応するアイドル状態である場合には、吸気昇温による燃焼速度向上、および触媒活性のための排気昇温という2つの要求を設定している。またこれに応じた吸気ポート52aとシリンダ51a上部との昇温、および排気ポート52bの昇温という2つの制御指針を定めている。
この点、吸気ポート52aの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁14を閉弁、或いは小さな開度で開弁することや、開閉弁21を開弁することができる。また、シリンダ51a上部の昇温を図るにあたっては、例えばW/P11を停止、或いは低吐出量で駆動することができる。また、排気ポート52bの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁14を閉弁、或いは小さな開度で開弁することができる。
First, when the engine operating state is an idle state corresponding to the section D1, two requirements are set, namely, a combustion speed improvement by intake air temperature increase and an exhaust temperature increase for catalyst activity. In accordance with this, two control guidelines are set, namely, the temperature rise of the
In this regard, in order to increase the temperature of the
また機関運転状態が、区分D2に対応する軽負荷である場合には、熱効率向上(冷却損失低減)、および吸気昇温による燃焼速度向上という2つの要求を設定している。またこれに応じたシリンダヘッド52の断熱、および吸気ポート52aとシリンダ51a上部との昇温という2つの制御指針を定めている。
この点、シリンダヘッド52の断熱を図るにあたっては、例えば流量調節弁14を閉弁、或いは小さな開度で開弁することや、開閉弁21を開弁することができる。また吸気ポート52aの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁14を閉弁、或いは小さな開度で開弁することや、開閉弁21を開弁することができる。またシリンダヘッド52上部の昇温を図るにあたっては、例えばW/P11を停止、或いは低吐出量で駆動することができる。
In addition, when the engine operating state is a light load corresponding to the category D2, two requirements are set: improvement in thermal efficiency (reduction of cooling loss) and improvement in combustion speed due to intake air temperature rise. In accordance with this, two control guidelines are defined: heat insulation of the
In this regard, in order to insulate the
また機関運転状態が、区分D3に対応する低回転高負荷である場合には、ノッキングの低減、および熱効率向上(冷却損失低減)という要求を設定している。またこれに応じた吸気ポート52aとシリンダ51a上部との冷却、およびシリンダヘッド52の断熱という制御指針を定めている。
この点、吸気ポート52aの冷却を図るにあたっては、例えば流量調節弁14を全開、或いは大きな開度で開弁することや、開閉弁21を閉弁することができる。またシリンダ51a上部の冷却を図るにあたっては、例えばW/P11を機関運転時に適用される最大吐出量、或いは高吐出量で駆動することができる。またシリンダヘッド52の断熱を図るにあたっては、例えば流量調節弁14を閉弁、或いは小さな開度で開弁することや、開閉弁21を開弁することができる。
Further, when the engine operating state is a low rotation and high load corresponding to the section D3, a request for reducing knocking and improving thermal efficiency (reducing cooling loss) is set. Further, control guidelines for cooling the
In this regard, in order to cool the
また機関運転状態が、区分D4に対応する高回転高負荷である場合には、信頼性確保、およびノッキングの低減という2つの要求を設定している。またこれに応じた点火プラグ56周りと吸排気弁52a、52b間と排気ポート52bとの冷却、および吸気ポート52aの冷却という2つの制御指針を定めている。
この点、点火プラグ56周りと吸排気弁52a、52b間と排気ポート52bとの冷却を図るにあたっては、例えば流量調節弁14を全開にすることができる。また吸気ポート52aの冷却を図るにあたっては、例えば流量調節弁14を全開にすることや、開閉弁21を閉弁することができる。またW/P11については、例えば機関運転時に適用される最大吐出量で駆動することができる。
Further, when the engine operating state is a high rotation and high load corresponding to the section D4, two requirements of ensuring reliability and reducing knocking are set. In accordance with this, two control guidelines for cooling the periphery of the
In this regard, in order to cool the periphery of the
また区分D5に対応する機関冷間時には、機関暖機促進、および吸気昇温による燃焼速度向上という2つの要求を設定している。またこれに応じたシリンダヘッド52の熱伝達促進、および吸気ポート52aとシリンダ51a上部との昇温という2つの制御指針を定めている。
この点、シリンダヘッド52の熱伝達促進を図るにあたっては、シリンダヘッド52での冷却水の受熱の寄与が大きいことを考慮して、例えば流量調節弁14を開弁することができる。また吸気ポート52aの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁14を閉弁、或いは小さな開度で開弁することや、開閉弁21を開弁することができる。またシリンダ51a上部の昇温を図るにあたっては、例えばW/P11を停止、或いは低吐出量で駆動することができる。
Further, when the engine corresponding to the section D5 is cold, two requirements are set, namely, acceleration of engine warm-up and improvement of the combustion speed by intake air temperature rise. In response to this, two control guidelines are set for promoting heat transfer of the
In this regard, in order to promote heat transfer of the
また区分D6に対応する機関始動時には、着火性向上、および燃料気化促進という2つの要求を設定している。またこれに応じた吸気ポート52aの昇温、および点火プラグ56周りとシリンダ51a上部との昇温という2つの制御指針を定めている。
この点、吸気ポート52aの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁14、を閉弁、或いは小さな開度で開弁することや、開閉弁21を開弁することができる。また点火プラグ56周りの昇温を図るにあたっては、例えば流量調節弁14、を閉弁、或いは小さな開度で開弁することができる。またシリンダ51a上部の昇温を図るにあたっては、例えばW/P11を停止、或いは低吐出量で駆動することができる。
At the time of starting the engine corresponding to the category D6, two requirements are set for improving ignitability and promoting fuel vaporization. In accordance with this, two control guidelines are set, namely, the temperature rise of the
In this regard, in order to increase the temperature of the
これに対して冷却装置1Aでは、全体的な制御の整合性や簡素化などを考慮し、制御手段がさらに具体的にはW/P11、流量調節弁14および開閉弁21について以下に示す制御を行うよう実現される。
すなわち制御手段は、機関運転状態が区分D1に対応するアイドル状態である場合と、機関運転状態が区分D2に対応する軽負荷である場合と、区分D5に対応する機関冷間時と、区分D6に対応する機関始動時においては、W/P11を停止するための制御を行うとともに、流量調節弁14を閉弁するための制御を行い、さらにガス通路525にEGRガスを流通させるように開閉弁21を制御するよう実現される。
また制御手段は、機関運転状態が区分D3に対応する低回転高負荷である場合には、W/P11を高吐出量で駆動するための制御を行うとともに、流量調節弁14を閉弁、或いはシリンダヘッド52への冷却水の流通を抑制しつつ、シリンダヘッド52における冷却水の沸騰を抑制可能な態様(以下、沸騰抑制態様と称す)で開弁するための制御を行い、さらにガス通路525にEGRガスを流通させるように開閉弁21を制御するよう実現される。
また制御手段は、機関運転状態が区分D4に対応する高回転高負荷である場合は、機関運転時に適用される最大吐出量でW/P11を駆動するための制御を行うとともに、流量調節弁14を全開にするための制御を行い、さらにガス通路525のEGRガスの流通を停止するように開閉弁21を制御するよう実現される。
On the other hand, in the
In other words, the control means includes a case where the engine operating state is an idle state corresponding to the section D1, a case where the engine operating state is a light load corresponding to the section D2, a time when the engine is cold corresponding to the section D5, and a section D6. At the time of starting the engine corresponding to the above, the control for stopping the W /
The control means performs control for driving the W /
In addition, when the engine operating state is a high rotation and high load corresponding to the section D4, the control means performs control for driving the W /
この点、機関運転状態が区分D3に対応する低回転高負荷である場合に、流量調節弁14を沸騰抑制態様で開弁するための制御を行うにあたっては、制御手段は具体的には例えばあらゆる条件において冷却水の沸騰を抑制できる必要最小限の開度で流量調節弁14を開弁することや、シリンダヘッド52を流通する冷却水の温度を検出或いは推定するとともに、当該冷却水の温度に基づいて流量調節弁14を間欠的に開弁することや、所定の回転数以上で流量調節弁14を開弁することなどができる。これによりシリンダヘッド52の冷却能力を抑制するにあたり、冷却水の沸騰を抑制しつつ、流量調節弁14が必要以上に開弁されることを抑制できる。
In this regard, when the engine operating state is a low rotation and high load corresponding to the section D3, in performing the control for opening the flow
そして冷却装置1Aでは、制御手段の制御のもと、区分D3において流量調節弁14がこのようにシリンダヘッド52を流通する冷却水の流量を低下させることで、エンジン50を流通する冷却水の流量を局部的に低下させる。
そして冷却装置1Aでは、流量調節弁14が全開でない場合にシリンダヘッド52への冷却水の流通を抑制することで、シリンダヘッド52の冷却能力を抑制していることになる。この点、冷却装置1Aではさらに具体的には、流量調節弁14を閉弁するか、或いは沸騰抑制態様で流量調節弁14を開弁している場合にシリンダヘッド52の冷却能力を抑制していることになる。
またこの場合には、シリンダブロック51の冷却能力を高めるようにブロック側W/J511を流通する冷却水の流量が調整されるところ、冷却装置1Aでは、区分D3においてこのようにしてブロック側W/J511に冷却水を流通させた状態で、制御手段がガス通路525にEGRガスを流通させるように開閉弁21を制御するよう実現されることになる。
In the
In the
In this case, the flow rate of the cooling water flowing through the block side W /
次にECU70Aで行われる処理を図5に示すフローチャートを用いて説明する。ECU70Aは機関始動時であるか否かを判定する(ステップS1)。肯定判定であれば、ECU70Aは開閉弁21を開弁するとともに(ステップS21A)、W/P11を停止する(ステップS22)。なお、EGR流量調節弁32は基本的にEGRガスの流通を許可する状態に制御されている。一方、ステップS1で否定判定であれば、ECU70Aは機関冷間時であるか否かを判定する(ステップS5)。機関冷間時であるか否かは、例えば冷却水温が所定値(例えば75℃)以下であるか否かで判定できる。ステップS5で肯定判定であれば、ステップS21Aに進む。一方、ステップS5で否定判定であれば、ECU70Aはエンジン50の回転数および負荷を検出する(ステップS11)。
Next, processing performed by the
続いてECU70Aは検出した回転数および負荷に対応する区分を判定する(ステップS12からS14まで)。具体的には対応する区分が区分1であれば、ステップS12の肯定判定からステップS21Aに進み、対応する区分が区分2であれば、ステップS13の肯定判定からステップS21Aに進む。一方、対応する区分が区分3であれば、ステップS14の肯定判定からステップS31Aに進む。このときECU70Aは、開閉弁21を開弁するとともに(ステップS31A)、W/P11を高吐出量で駆動し(ステップS32)、さらに流量調節弁14を閉弁する(ステップS33)。また対応する区分が区分4であれば、ステップS14の否定判定からステップS41Aに進む。このときECU70Aは開閉弁21を閉弁するとともに(ステップS41A)、W/P11を機関運転時に適用される最大吐出量で駆動し(ステップS42)、さらに流量調節弁14を開弁する(ステップS43)。
Subsequently, the
次に冷却装置1Aの作用効果について説明する。ここで、エンジン50のクランク角度に応じた燃焼室55の熱伝達率および表面積割合は、図6に示すようになっている。図6に示すように熱伝達率は、圧縮行程上死点付近で高まることがわかる。そして表面積割合については、圧縮行程上死点付近でシリンダヘッド52とピストン53の表面積割合が大きくなることがわかる。したがって冷却損失については、シリンダヘッド52の温度の影響力が大きいことがわかる。一方、ノッキングについては圧縮端温度に依存するところ、圧縮端温度に影響する吸気圧縮行程ではシリンダ51aの表面積割合が大きいことがわかる。したがってノッキングについてはシリンダ51aの温度の影響力が大きいことがわかる。
Next, the effect of the
これに対して、冷却装置1Aではかかる知見に基づき、エンジン50の運転状態が低回転高負荷である場合に、開閉弁21を開弁することで、ガス通路525にEGRガスを流通させる。そしてこれにより、シリンダブロック51からシリンダヘッド52への熱伝達を抑制することで、シリンダヘッド52でより多くの冷却損失が発生することを抑制でき、以って冷却損失を低減できる。
また冷却装置1Aでは、エンジン50の運転状態が低回転高負荷である場合に、さらにW/P11を駆動するとともに流量調節弁14を閉弁することで、ブロック側W/J511に冷却水を流通させた状態で開閉弁21を開弁する。そしてこれにより吸気を冷却できることから、ノッキングの発生も抑制できる。
On the other hand, in the
Further, in the
すなわち冷却装置1Aでは、上述した知見に基づく合理的な態様で熱伝達の状態を局部的に可変することでシリンダヘッド52の断熱(冷却損失の低減)を図るとともに、シリンダブロック51の冷却を図ることでノッキングの発生も抑制できる。そして、このようにして冷却損失の低減とノック性能とを両立させることで、熱効率を向上させることができる。
That is, in the
また冷却装置1Aでは、エンジン50の運転状態が低回転高負荷である場合に、流量調節弁14を閉弁することで、冷却水によるシリンダヘッド52の冷却を停止する。そしてこれによっても、冷却損失の低減を図ることができる。この点、冷却装置1Aでは、ガス通路525にEGRガスを流通させることで、エンジン50の断熱効果を高めることができ、これによりガス通路525を設けることなく、ヘッド側W/J521の冷却水の流通を停止した場合と比較して、熱効率の向上代を大きくすることができる。
Further, in the
また冷却装置1Aでは、エンジン50の運転状態がアイドル状態である場合に、開閉弁21を開弁するとともにW/P11の駆動を停止することで、吸気の温度を高めるとともに、エンジン50の冷却を停止する。そしてこれにより、燃焼速度向上による未燃損失の低減と冷却損失の低減を図ることができる。またこれにより排気ポート52bの冷却を停止できることから、排気温度を高温に保ち、触媒の活性状態を維持することもできる。
Further, in the
また冷却装置1Aでは、エンジン50の運転状態が軽負荷である場合に、開閉弁21を開弁するとともに、W/P11の駆動を停止する。そしてこれにより、未燃損失の低減と冷却損失の低減を図ることができる。またこれにより燃焼改善を図り、以ってEGR運転領域やリーンバーン運転領域を拡大することもできる。
Further, in the
また冷却装置1Aでは、エンジン50の運転状態が高回転高負荷である場合には、開閉弁21を閉弁するとともに、W/P11を駆動し、さらに流量調節弁14を開弁することで、ガス通路525のEGRガスの流通を停止するとともに、ブロック側W/J511およびヘッド側W/J521に冷却水を流通させる。そしてこれにより、機関各部を冷却できることから信頼性を確保できるとともに、ノッキングの発生を抑制することができる。
In the
また冷却装置1Aでは、機関冷間時に開閉弁21を開弁するとともにW/P11の駆動を停止することで、未燃損失の低減と冷却損失の低減を図ることができ、これにより機関暖機を促進することができる。
また冷却装置1Aでは、機関始動時に開閉弁21を開弁するとともにW/P11の駆動を停止することで、着火性向上や燃料の気化促進を図ることができる。
Further, in the
Further, in the
すなわち冷却装置1Aは、主に低回転高負荷時に熱効率の向上を図ることができる一方で、他の運転状態においてもエンジン50の運転を成立させることができ、この結果、特定の運転状態だけでなく、通常行われるエンジン50の運転全体として見ても熱効率の向上を図ることができる。
That is, the
また冷却装置1Aでは、ガス通路525に流通させるガスとしてEGRガスを用いることで、排気還流装置30と部品(例えばEGR配管31)を共用することも可能になる。このため冷却装置1Aでは、ガス通路525に流通させるガスとして他のガスを用いる場合と比較して、部品点数を削減でき、以ってコストの低減を図ることもできる。また冷却装置1Aでは、比較的熱負荷の低い吸気ポート525の周辺部に設けたガス通路525にEGRガスを流通させることで、エンジン50の信頼性を確保できるとともにEGRガスの冷却を図ることもできる。
Further, in the
図7に示すように本実施例にかかる冷却装置1Bは、開閉弁21の代わりに切替弁22Aを備えている点と、貯気槽25をさらに備えている点と、ECU70Aの代わりにECU70Bを備えている点以外、冷却装置1Aと実質的に同一のものとなっている。またECU70Bは、制御手段が以下に示すように実現される点と、開閉弁21の代わりに切替弁22Aが制御対象として電気的に接続されている点以外、ECU70Aと実質的に同一のものとなっている。このためECU70Bについては図示省略する。
As shown in FIG. 7, the
貯気槽25は蓄圧タンクであり、具体的には図示しないエアコンプレッサによって圧縮空気が蓄圧される。貯気槽25に蓄圧される圧縮空気はEGRガスよりも低温の第2のガスとなっている。
切替弁22AはEGR分岐経路C4に設けられており、切替弁22Aには貯気槽25が接続されている。切替弁22Aはガス通路525におけるガスの流通状態を変更するにあたり、EGRガスと圧縮空気との間でガス通路525に流通させるガスを切替可能に構成された流通変更手段となっている。
The
The switching
ECU70Bでは、ガス通路525におけるガスの流通状態を変更するにあたり、制御手段が開閉弁21の代わりに切替弁22Aを制御するように実現される。この点、ECU70Bでは制御手段が、機関運転状態が高回転高負荷以外である場合に、ガス通路525にEGRガスを流通させるように切替弁22Aを制御するよう実現される。一方、ECU70Bでは制御手段が、エンジン50の運転状態が高回転高負荷である場合には、ガス通路525に圧縮空気を流通させるように切替弁22Aを制御するように実現される。
The ECU 70 </ b> B is realized such that the control means controls the switching
次にECU70Bの動作を図8に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートはステップS21A、S31AおよびS41Aの代わりにステップS21B、S31BおよびS41Bが設けられている点以外、図5に示すフローチャートと同一のものとなっている。さらにステップS21B、S31Bについては、切替弁22Aを制御対象とするものの、ガス通路525にEGRガスを流通させる点ではECU70Aと同様である。このためここでは特にステップS41Bについて説明する。機関運転状態が高回転高負荷である場合、ECU70Bは切替弁22Aを圧縮空気側に切り替えるとともに(ステップS41B)、W/P11を駆動し(ステップS42)、さらに流量調節弁14を開弁する(ステップS43)。
Next, the operation of the ECU 70B will be described using the flowchart shown in FIG. This flowchart is the same as the flowchart shown in FIG. 5 except that steps S21B, S31B, and S41B are provided instead of steps S21A, S31A, and S41A. Further, steps S21B and S31B are the same as the
次に冷却装置1Bの作用効果について説明する。冷却装置1Bでは、機関運転状態が高回転高負荷である場合に、切替弁22Aを圧縮空気側に切り替えることで、EGRガスよりも低温の圧縮空気をガス通路525に供給できる。このため冷却装置1Bでは機関各部の冷却を促進でき、この結果、信頼性をさらに好適に確保することができる。またこれにより、冷却装置1Bでは吸気温度の低下を図ることもでき、以ってノッキングの発生もさらに好適に抑制できる。さらに冷却装置1Bでは、貯気槽25から圧縮空気を供給するようにしたことで、圧縮空気を素早くガス通路525に供給することができる点で、ガス通路525にガスを好適に供給できる。このように冷却装置1Bは、主に低回転高負荷時に熱効率の向上を図ることができるとともに、他の運転状態として特に信頼性の低下やノッキングの発生が懸念される高回転高負荷時においてさらに信頼性およびノック性能を高めることができる点で、エンジン50の運転を好適に成立させることもできる。
Next, the effect of the
本実施例にかかる冷却装置1Cは、切替弁22Aの代わりに切替弁22Bを備えるとともに、ECU70Bの代わりにECU70Cを備えている点以外、冷却装置1Bと実質的に同一のものとなっている。切替弁22Bは、さらにガス通路525におけるガスの流通を許可、或いは禁止するように構成されている点以外、切替弁22Aと実質的に同一のものとなっている。またECU70Cは制御手段が以下に示すように実現される点以外、ECU70Bと実質的に同一のものとなっている。このため冷却装置1CおよびECU70Cについては図示省略する。
The cooling device 1C according to the present embodiment is substantially the same as the
ECU70Cでは制御手段が、大量の排気還流を行う場合(以下、大量EGRを行う場合と称す)に、ガス通路525におけるEGRガスの流通を停止するように切替弁22Bを制御するようさらに機能的に実現される。この点、本実施例では切替弁22Bが流通変更手段であると同時に、ガス通路525のEGRガスの流通を停止可能な流通停止手段となっている。なお、例えば切替弁22Aを切替弁22Bに変更することなく、ガス通路525におけるガスの流通を許可、或いは禁止する流通停止手段をさらに備えることも可能である。また、実施例1で前述した冷却装置1Aにおいて、開閉弁21を流通停止手段とした上で制御手段に同様の変更を適用することも可能である。
In the ECU 70C, when the control means performs a large amount of exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as a large amount of EGR), the ECU 70C further functions to control the switching valve 22B so as to stop the flow of the EGR gas in the
次にECU70Cの動作を図9に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートはステップS2、S3およびS4が追加されている点と、ステップS21B、S31BおよびS41Bの代わりにステップS21C、S31CおよびS41Cが設けられている点以外、図8に示すフローチャートと同一のものとなっている。またステップS21C、S31CおよびS41Cについては、切替弁22Bを制御対象とする点以外、実質的な変更がないため、ここでは特にステップS2、S3およびS4について説明する。ステップS1の否定判定に続いて、ECU70Cは大量EGRを行う条件(大量EGR条件)が成立しているか否かを判定する(ステップS2)。否定判定であれば切替弁22Bを開弁し(ステップS4)、その後ステップS5に進む。一方、ステップS2で肯定判定であれば、ECU70Cは切替弁22Bを閉弁し(ステップS3)、その後ステップS5に進む。 Next, the operation of the ECU 70C will be described using the flowchart shown in FIG. This flowchart is the same as the flowchart shown in FIG. 8 except that steps S2, S3 and S4 are added and that steps S21C, S31C and S41C are provided instead of steps S21B, S31B and S41B. It has become a thing. Steps S21C, S31C, and S41C are not substantially changed except that the switching valve 22B is a control target, and therefore, here, steps S2, S3, and S4 will be particularly described. Following the negative determination in step S1, the ECU 70C determines whether or not a condition for performing a large amount of EGR (a large amount of EGR condition) is satisfied (step S2). If the determination is negative, the switching valve 22B is opened (step S4), and then the process proceeds to step S5. On the other hand, if the determination in step S2 is affirmative, the ECU 70C closes the switching valve 22B (step S3), and then proceeds to step S5.
次に冷却装置1Cの作用効果について説明する。ここで、大量EGR(例えばEGR率60%以上の場合)は、例えば近年の深刻な環境問題に鑑み、高い次元で排気エミッションを改善するために行われる。これに対して冷却装置1Cでは、大量EGR条件が成立している場合には切替弁22Bを閉弁することで、大量EGRに必要なEGRガス量を確保することができる。このため冷却装置1Cでは、必要なEGRガス量が確保できなかった場合に発生し得る排気エミッションの悪化をさらに抑制できる点で、エンジン50の運転をさらに好適に成立させることができる。
Next, the effect of the cooling device 1C will be described. Here, a large amount of EGR (for example, when the EGR rate is 60% or more) is performed in order to improve exhaust emission at a high level in view of, for example, recent serious environmental problems. On the other hand, in the cooling device 1C, when the mass EGR condition is satisfied, the switching valve 22B is closed to ensure the amount of EGR gas necessary for the mass EGR. For this reason, in the cooling device 1C, the operation of the
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例では、エンジン50の運転を成立させるにあたって好適であることなどから、W/P11が冷却媒体圧送手段である場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、冷却媒体圧送手段は例えばエンジンの出力で駆動する機械式W/Pであってもよい。
The embodiment described above is a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the case where W /
また上述した実施例では、エンジン50の運転を成立させるにあたって、前述の制御指針に基づいて制御手段が行う制御の一例について説明した。
しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、制御手段はエンジンの運転を成立させるにあたってその他の適宜の制御を行ってもよい。この点、例えばシリンダブロックに設けられた第1の冷却媒体通路が複数の第1の部分冷却媒体通路を備えるとともに、シリンダヘッドに設けられた第2の冷却媒体通路が第2の部分冷却媒体通路を備える場合に、これら第1および第2の部分冷却媒体通路それぞれに対応させて複数の部分冷却能力調整手段を備えるとともに、前述の制御指針に基づいて、冷却媒体圧送手段や、冷却能力調整手段や、流量変更手段や、部分冷却能力調整手段を適宜制御してもよい。これにより、エンジンの運転をさらに好適に成立させることもできる。
In the above-described embodiment, an example of control performed by the control unit based on the above-described control guideline when the operation of the
However, the present invention is not necessarily limited to this, and the control means may perform other appropriate control in establishing the engine operation. In this regard, for example, the first cooling medium passage provided in the cylinder block includes a plurality of first partial cooling medium passages, and the second cooling medium passage provided in the cylinder head is the second partial cooling medium passage. A plurality of partial cooling capacity adjusting means corresponding to each of the first and second partial cooling medium passages, and based on the above control guidelines, the cooling medium pressure feeding means and the cooling capacity adjusting means Alternatively, the flow rate changing means and the partial cooling capacity adjusting means may be appropriately controlled. Thereby, the operation of the engine can be more preferably established.
また、制御手段は主にエンジン50を制御する各ECU70で実現することが合理的であるが、例えばその他の電子制御装置や専用の電子回路などのハードウェアやこれらの組み合わせによって実現されてもよい。また制御手段は、例えば複数の電子制御装置や複数の電子回路等のハードウェアや電子制御装置と電子回路等のハードウェアとの組み合わせによって分散制御的に実現されてもよい。
In addition, it is reasonable to realize the control means mainly by each ECU 70 that controls the
1 冷却装置
11 W/P
12 ラジエータ
13 サーモスタット
14 流量調節弁
21 開閉弁
22 切替弁
30 排気還流装置
40 排気管
50 エンジン
51 シリンダブロック
511 ブロック側W/J
52 シリンダヘッド
521 ヘッド側W/J
525 ガス通路
70 ECU
1 Cooling device 11 W / P
12
52
525 Gas passage 70 ECU
Claims (6)
前記ガス通路におけるガスの流通状態を変更可能な流通変更手段と、
前記エンジンの運転状態が低回転高負荷である場合に、前記冷却媒体通路に冷却媒体を流通させた状態で、前記ガス通路に第1のガスを流通させるように前記流通変更手段を制御する制御手段と、を備えたエンジンの冷却装置。 An engine having a cylinder block provided with a cooling medium passage, and a cylinder head provided with a gas passage at a position where heat transfer from the cylinder block can be suppressed;
A flow changing means capable of changing a flow state of the gas in the gas passage;
Control for controlling the flow changing means to flow the first gas through the gas passage while the cooling medium is passed through the cooling medium passage when the engine is operating at a low rotation and high load. And an engine cooling device.
前記流通変更手段が、前記第1のガスと、該第1のガスよりも低温の第2のガスとの間で前記ガス通路に流通させるガスを切替可能に構成されており、
前記制御手段が、前記エンジンの運転状態が高回転高負荷である場合に、前記ガス通路に前記第2のガスを流通させるように前記流通変更手段をさらに制御するエンジンの冷却装置。 The engine cooling device according to claim 1,
The flow changing means is configured to be able to switch a gas to flow through the gas passage between the first gas and a second gas having a temperature lower than that of the first gas,
An engine cooling apparatus, wherein the control means further controls the flow changing means to flow the second gas through the gas passage when the operating state of the engine is a high rotation and high load.
前記ガス通路を前記シリンダヘッドのうち、吸気ポートの周辺部に設けたエンジンの冷却装置。 The engine cooling device according to claim 2,
An engine cooling apparatus in which the gas passage is provided in the periphery of the intake port in the cylinder head.
前記第1のガスが、前記エンジンに還流される排気であるエンジンの冷却装置。 The engine cooling device according to any one of claims 1 to 3,
An engine cooling apparatus, wherein the first gas is exhaust gas recirculated to the engine.
前記ガス通路における第1のガスの流通を停止可能な流通停止手段をさらに備え、
前記制御手段が、大量の排気還流を行う場合に、前記ガス通路における第1のガスの流通を停止するように前記流通停止手段をさらに制御するエンジンの冷却装置。 The engine cooling device according to claim 4,
Further comprising a flow stopping means capable of stopping the flow of the first gas in the gas passage,
An engine cooling apparatus that further controls the flow stopping means to stop the flow of the first gas in the gas passage when the control means performs a large amount of exhaust gas recirculation.
前記第2のガスが、貯気槽に蓄圧されるガスであるエンジンの冷却装置。 The engine cooling device according to any one of claims 2 to 5,
The engine cooling device, wherein the second gas is a gas stored in an air storage tank.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2017501325A (en) * | 2013-11-08 | 2017-01-12 | アカーテース パワー,インク. | Cold start method for opposed piston engine. |
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-
2009
- 2009-10-29 JP JP2009249274A patent/JP2011094537A/en active Pending
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