JP4125460B2 - Engine cylinder wall temperature controller - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンの摩擦抵抗を低減すべくエンジンのシリンダ壁に適切な温度分布を与えるエンジンのシリンダ壁温制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、エンジンの出力向上および燃費向上を図るべく、燃焼室周辺やシリンダライナー上部の冷却能力を高めてノッキングを抑制するとともに、シリンダライナー下部の過冷却を防止してピストンの摩擦抵抗を低減する冷却回路やウオータジャケットが提案されている。
【0003】
例えば、特開平1−227850号公報には、シリンダライナーの上部に冷却水が循環する溝状の循環室を形成して冷却能力を高めることによりピストンの焼き付きの防止、ガス漏れの防止、ノッキングの抑制を図るとともに、シリンダライナーの下部に冷却水が自然対流する対流室を設けて過冷却を防止することによりピストンの摩擦抵抗の低減を図るものが記載されている。
【0004】
また、特開平3−67052号公報には、シリンダライナーの上部を通常のウオータジャケットで冷却し、シリンダライナーの下部にクランク室と連通する空間を形成して過冷却を防止するものが記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダライナーとピストンとの摺動部に発生する摩擦損失は、ピストンリングの摺動に伴って発生する潤滑油の油膜の剪断による摩擦抵抗と、シリンダライナーに付着した余分な潤滑油の引きずり抵抗とによってもたらされる。従って、潤滑油粘度を油膜形成能力を保てる範囲でできるだけ低粘度にすれば摩擦損失が低減するため、摺動部の温度を高めて潤滑油粘度を低下させることが望ましい。このため、従来は冷却回路の構造やウオータジャケットの構造を工夫することでシリンダライナーの下部(中間部からピストン下死点にかけての位置)の過冷却を防止していたが、シリンダライナーの下部はシリンダ内圧が低いために潤滑条件は比較的に厳しくなく、シリンダライナーの下部を従来よりも更に高温化して摩擦損失を低減することが可能である。
【0006】
しかしながら、従来のものはシリンダライナーの下部の冷却能力を意図的に低下させているだけで、その部分を積極的に加熱していないために摩擦損失の低減効果を充分に発揮しているとは言い難い。
【0007】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、シリンダ壁に適切な温度分布を与えてピストンとの摺動部に発生する摩擦損失を最小限に抑えることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、ピストンを摺動自在に案内するシリンダ壁のピストン上死点側に臨む上部ウオータジャケットと、前記シリンダ壁のピストン下死点側に臨む下部ウオータジャケットと、ラジエータからの冷却水を前記上部ウオータジャケットとシリンダヘッドのウオータジャケットとを経てラジエータに戻すための上部冷却回路と、シリンダヘッドのウオータジャケットから出た冷却水を前記下部ウオータジャケットを経てラジエータに戻すための下部冷却回路と、前記上部冷却回路に設けられた第1冷却水流量制御バルブと、前記下部冷却回路に設けられた第2冷却水流量制御バルブと、前記シリンダ壁のピストン上死点側の上部シリンダ壁温を検出する上部シリンダ壁温検出手段と、前記シリンダ壁のピストン下死点側の下部シリンダ壁温を検出する下部シリンダ壁温検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジンの状態を表す複数のパラメータと上部シリンダ壁温及び下部シリンダ壁温との関係を示す複数のマップを有していて、それらマップならびに前記エンジン回転数及び前記エンジン負荷に基づいて目標上部シリンダ壁温と目標下部シリンダ壁温とを検索する電子制御ユニットと、を備え、前記電子制御ユニットは、上部シリンダ壁温検出手段で検出した上部シリンダ壁温と下部シリンダ壁温検出手段で検出した下部シリンダ壁温とを目標上部シリンダ壁温と目標下部シリンダ壁温とにそれぞれ収束させるべく、前記第1冷却水流量制御バルブと前記第2冷却水流量制御バルブとを、それぞれフィードバック制御することを特徴とするエンジンのシリンダ壁温制御装置が提案される。
【0009】
上記構成によれば、エンジンの状態を表す複数のパラメータと上部シリンダ壁温及び下部シリンダ壁温との関係を示す複数のマップを有していて、それらマップならびに前記エンジン回転数及び前記エンジン負荷に基づいて目標上部シリンダ壁温と目標下部シリンダ壁温とを検索する電子制御ユニットが、上部シリンダ壁温と下部シリンダ壁温とを目標上部シリンダ壁温と目標下部シリンダ壁温とにそれぞれ収束させるべく、ラジエータからの冷却水を前記上部ウオータジャケットとシリンダヘッドのウオータジャケットとを経てラジエータに戻すための上部冷却回路に設けられた第1冷却水流量制御バルブと、シリンダヘッドのウオータジャケットから出た冷却水を前記下部ウオータジャケットを経てラジエータに戻すための下部冷却回路に設けられた前記第2冷却水流量制御バルブとを、それぞれフィードバック制御して、シリンダ壁のピストン上死点側に臨む上部ウオータジャケットを通過して温度上昇した冷却水をピストン下死点側に臨む下部ウオータジャケットに供給するので、冷却水をシリンダブロックの下部から上部に向けて流す従来のものに比べて、下部シリンダ壁温を高めることができる。これにより、シリンダ壁のピストン下死点側の油膜温度をできるだけ高くして粘度を低下させ、摩擦力を減少させてエンジン出力の向上、燃料消費量の低減、潤滑油消費量の節減を図ることができる。
【0010】
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記エンジンの状態を表す複数のパラメータは、ピストン(14)およびシリンダ壁(12a)間の摩擦力、燃焼状態、ブローバイガス量であることを特徴とするエンジンのシリンダ壁温制御装置が提案される。
【0011】
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1又は2の構成に加えて、シリンダヘッドのウオータジャケットから出た冷却水は、ギャラリーを介して下部ウオータジャケットの下端部の各シリンダに対応する位置に供給されることを特徴とするエンジンのシリンダ壁温制御装置が提案される。
【0012】
上記構成によれば、上部ウオータジャケットからシリンダヘッドのウオータジャケットを経て下部ウオータジャケットに供給される冷却水がギャラリーを介して各シリンダ毎に独立して流入するので、各シリンダの壁温を均一化して燃焼変動やトルク変動を減少させることができる。しかもギャラリーは下部ウオータジャケットの下端部に連通するので、下部ウオータジャケットに冷却水を注入する際のエアー抜きが良好になる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【0014】
図1〜図8は本発明の一実施例を示すもので、図1はシリンダ壁温制御装置の全体構成を示す図、図2は図1の2方向矢視図、図3はシリンダ壁温と摩擦力との関係を示す図、図4は低エンジン回転数、高エンジン負荷時の目標上部シリンダ壁温を決定する手法を示すグラフ、図5は高エンジン回転数、低エンジン負荷時の目標上部シリンダ壁温を決定する手法を説明するグラフ、図6は低エンジン回転数、低エンジン負荷時、並びに高エンジン回転数、高エンジン負荷時の目標上部シリンダ壁温を決定する手法を説明するグラフ、図7は目標下部シリンダ壁温を決定する手法を説明するグラフ、図8はシリンダ壁温制御ルーチンのフローチャートである。
【0015】
図1および図2に示すように、エンジンEのシリンダブロック11の内部に固定されたシリンダライナー12に、コネクティングロッド13を介して図示せぬクランクシャフトに連接されたピストン14が摺動自在に支持される。シリンダブロック11の頂面に結合されたシリンダヘッド15に吸気通路16および排気通路17が接続されており、吸気通路16にスロットルバルブ18が設けられる。シリンダブロック11の上部、つまりピストン上死点寄りの位置にはシリンダライナー12の外周を囲むように上部ウオータジャケット19が形成され、またシリンダブロック11の下部、つまりピストン下死点寄りの位置にはシリンダライナー12の外周を囲むように下部ウオータジャケット20が形成される。
【0016】
ラジエータ21とシリンダブロック11の上部ウオータジャケット19とは第1冷却水供給通路22で接続されており、この第1冷却水供給通路22に冷却水を圧送する冷却水ポンプ23が設けられる。冷却水ポンプ23は、エンジンEのクランクシャフトにより駆動されるものでも、電気モータにより駆動されるものでも良い。シリンダブロック11の上部ウオータジャケット19の下流側に連なるシリンダヘッド15のウオータジャケット24は、第1冷却水流量制御バルブ25を設けた第1冷却水排出通路26を介してラジエータ21に接続される。
【0017】
シリンダヘッド15のウオータジャケット24の出口近傍が、第2冷却水流量制御バルブ27を備えた第2冷却水供給通路28を介して下部ウオータジャケット20に接続される。第2冷却水供給通路28はシリンダブロック11の側壁に沿って延びるギャラリー28aを備えており、このギャラリー28aが4本の分岐路28b…を介して4個のシリンダライナー12…の近傍における下部ウオータジャケット20の下端部に接続される。下部ウオータジャケット20の上端部は、第1冷却水排出通路26の前記第1冷却水流量制御バルブ25よりも上流位置に、第2冷却水排出通路29を介して接続される。
【0018】
このように、上部ウオータジャケット19から下部ウオータジャケット20に供給される冷却水がギャラリー28aおよび分岐路28b…を介して4個のシリンダライナー12…の近傍に配分されるので、4個のシリンダライナー12…の下部シリンダ壁温Tbを均一化して燃焼変動やトルク変動を減少させることができる。しかも冷却水は分岐路28b…を経て下部ウオータジャケット20の下端部に連通するので、冷却水の注入時に下部ウオータジャケット20のエアー抜きが良好になる。
【0019】
上部ウオータジャケット19、冷却水ポンプ23および第1冷却水流量制御バルブ25は本発明の上部冷却回路Chを構成し、下部ウオータジャケット20および第2冷却水流量制御バルブ27は本発明の下部冷却回路Cbを構成する。
【0020】
シリンダライナー12の上部(ピストン上死点近傍の位置)の上部シリンダ壁温Ttを検出する上部シリンダ壁温検出手段Saと、シリンダライナー12の下部(中間部からピストン下死点にかけての位置)の下部シリンダ壁温Tbを検出する下部シリンダ壁温検出手段Sbと、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転数検出手段Scと、エンジン負荷L(スロットル開度あるいは吸気管内絶対圧)を検出するエンジン負荷検出手段Sdとからの信号が入力される電子制御ユニットUは、上部冷却回路Ctの第1冷却水排出通路26に設けた第1冷却水流量制御バルブ25の開度と、下部冷却回路Cbの第2冷却水供給通路28に設けた第2冷却水流量制御バルブ27の開度とを制御する。
【0021】
次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用を説明する。
【0022】
図3には、シリンダ壁温Tt,Tb(シリンダ壁12aの温度)と、ピストン14およびシリンダ壁12a間の摩擦力との関係が示される。シリンダライナー12の上部ではピストンスピードは遅いが、燃焼圧力によるピストンスラスト荷重増大のために油膜の形成が困難となり、上部シリンダ壁温Ttが比較的に低温のところで摩擦力は最小になる。
【0023】
一方、シリンダライナー12の中間部ではピストンスピードが速いため、潤滑油の引きずり抵抗が増加して摩擦力が大きくなる。またシリンダライナー12の下部ではピストンスラスト荷重が小さいために、下部シリンダ壁温Tbが上死点側よりも高い壁温まで油膜形成が容易となり、そのために一層潤滑油粘度を低下させたところで摩擦力は最小となる。以上のことから、シリンダライナー12の中間部および下部では、下部シリンダ壁温Tbを高くするほど摩擦力が減少する。但し、下部シリンダ壁温Tbが高くなり過ぎると、油膜が切れて摺動部が損傷したり、シリンダライナー12が熱変形したりするため、摩擦力が最小になる下部シリンダ壁温Tbよりも高温側に上限が存在する。
【0024】
以上のことに鑑み、上部シリンダ壁温Ttの目標値である目標上部シリンダ壁温TtOBJと、下部シリンダ壁温Tbの目標値である目標下部シリンダ壁温TbOBJとは、エンジン回転数検出手段Scで検出したエンジン回転数Neおよびエンジン負荷検出手段Sdで検出したエンジン負荷Lとに基いて以下のようにマップ検索される。
【0025】
図4のグラフは、低エンジン回転数、高エンジン負荷時の目標上部シリンダ壁温TtOBJを検索するマップの基礎となるものであって、そのときのエンジン回転数Neおよびエンジン負荷Lにおいて燃焼状態が最良になる上部シリンダ壁温Ttが目標上部シリンダ壁温TtOBJとされる。
【0026】
図5のグラフは、高エンジン回転数、低エンジン負荷時の目標上部シリンダ壁温TtOBJを検索するマップの基礎となるものであって、そのときのエンジン回転数Neおよびエンジン負荷Lにおいて、上部シリンダ壁温Ttをそれ以上低下させてもブローバイガス量が減少しなくなる上部シリンダ壁温Ttが目標上部シリンダ壁温TtOBJとされる。
【0027】
図6のグラフは、低エンジン回転数、低エンジン負荷時、並びに高エンジン回転数、高エンジン負荷時の目標上部シリンダ壁温TtOBJを検索するマップの基礎となるものであって、そのときのエンジン回転数Neおよびエンジン負荷Lにおいてピストン14およびシリンダ壁12a間の摩擦力が最小になる上部シリンダ壁温Ttが目標上部シリンダ壁温TtOBJとされる。
【0028】
図7のグラフは、全てのエンジン回転数および全てのエンジン負荷において目標下部シリンダ壁温TbOBJを検索するマップの基礎となるものであって、ピストン14およびシリンダ壁12a間の摩擦力が最小になる下部シリンダ壁温Tbが目標下部シリンダ壁温TbOBJとされる。
【0029】
次に、図8のフローチャートに基づいてシリンダ壁温制御の具体的な内容を説明する。
【0030】
先ずステップS1でエンジンEが始動すると、続くステップS2において上部シリンダ壁温検出手段Saおよび下部シリンダ壁温検出手段Sbでそれぞれ上部シリンダ壁温Ttおよび下部シリンダ壁温Tbを検出する。続いて、ステップS3で上部冷却回路Ctの第1冷却水排出通路26に設けた第1冷却水流量制御バルブ25を全閉にし、下部冷却回路Cbの第2冷却水供給通路28に設けた第2冷却水流量制御バルブ27を全開にすることにより、燃焼熱を受け易いシリンダブロック11の上部ウオータジャケット19およびシリンダヘッド15のウオータジャケット24を通過して温度上昇した冷却水を下部ウオータジャケット20に供給してシリンダ壁12aの下部を加熱する。
【0031】
このように、エンジンEの始動と同時に上部ウオータジャケット19および下部ウオータジャケット20間で冷却水を循環させることにより、燃焼熱で下部シリンダ壁温Tbを速やかに上昇させてピストン14およびシリンダ壁12a間の摩擦力を低減することができる。
【0032】
続くステップS4で下部シリンダ壁温Tbがフィードバック制御開始初期値Tb0まで上昇すると、上部シリンダ壁温Ttおよび下部シリンダ壁温Tbのフィードバック制御を開始すべく、ステップS5においてエンジン回転数検出手段Scおよびエンジン負荷検出手段Sdでそれぞれエンジン回転数Neおよびエンジン負荷Lを検出した後に、ステップS6で目標上部シリンダ壁温TtOBJおよび目標下部シリンダ壁温TbOBJをマップ検索する(図4〜図7参照)。
【0033】
続くステップS7で上部シリンダ壁温Ttが目標上部シリンダ壁温TtOBJ未満であれば、ステップS8で上部冷却回路Ctの第1冷却水流量制御バルブ25の開度を減少させ、ラジエータ21を通過した低温の冷却水が上部ウオータジャケット19を通過し難くすることにより、上部シリンダ壁温Ttを目標上部シリンダ壁温TtOBJに向けて上昇させる。一方、前記ステップS7で、上部シリンダ壁温Ttが目標上部シリンダ壁温TtOBJ以上であれば、ステップS9で第1冷却水流量制御バルブ25の開度を増加させ、ラジエータ21を通過した低温の冷却水が上部ウオータジャケット19を通過し易くすることにより、上部シリンダ壁温Ttを目標上部シリンダ壁温TtOBJに向けて下降させる。
【0034】
而して、上部シリンダ壁温Ttをフィードバック制御して目標上部シリンダ壁温TtOBJに収束させることにより、エンジンEの過熱を防止して耐久性を高めながらシリンダ壁12aの上部(ピストン上死点近傍)の油膜の温度を適切に保持し、摩擦力を減少させて摩擦損失を低減することができる。しかも低エンジン回転数、高エンジン負荷時には燃焼状態を最良にするように目標上部シリンダ壁温TtOBJを決定するので、エンジンEの異常燃焼を効果的に防止することができ、また高エンジン回転数、低エンジン負荷時にはブローバイガス量が最小になるように目標上部シリンダ壁温TtOBJを決定するので、ブローバイガス量を最小限に抑えることができる。
【0035】
続くステップS10で下部シリンダ壁温Tbが目標下部シリンダ壁温TbOBJ未満であれば、ステップS11で下部冷却回路Cbの第2冷却水流量制御バルブ27の開度を増加させ、シリンダブロック11の上部ウオータジャケット19およびシリンダヘッド15のウオータジャケット24を通過して加熱された冷却水の下部ウオータジャケット20への供給量を増加させ、その熱でシリンダブロック11の下部を加熱して下部シリンダ壁温Tbを目標下部シリンダ壁温TbOBJに向けて上昇させる。一方、前記ステップS10で下部シリンダ壁温Tbが目標下部シリンダ壁温TbOBJ以上であれば、ステップS12で第2冷却水流量制御バルブ27の開度を減少させて高温の冷却水の下部ウオータジャケット20への供給を減少させることにより、シリンダブロック11の下部を冷却して下部シリンダ壁温Tbを目標下部シリンダ壁温TbOBJに向けて下降させる。
【0036】
而して、シリンダブロック11の上部ウオータジャケット19およびシリンダヘッド15のウオータジャケット24を通過して加熱された冷却水を下部ウオータジャケット20に供給して下部シリンダ壁温Tbを上昇させるので、特別の熱源を用いることなく下部シリンダ壁温Tbを速やかに上昇させることができる。また下部ウオータジャケット20を流れる冷却水の流量を第2冷却水流量制御バルブ27によって制御することにより、下部シリンダ壁温Tbを目標下部シリンダ壁温TbOBJに的確に収束させることができる。
【0037】
また下部シリンダ壁温Tbをフィードバック制御して目標下部シリンダ壁温TbOBJに収束させることにより、シリンダ壁12aの下部(中間部およびピストン下死点近傍)の温度を従来よりも高温にして油膜の粘度を低下させることができる。これにより、ピストン14およびシリンダ壁12aの摺動部の摩擦力を減少させて摩擦損失を低減し、出力の向上と燃料消費量の節減とを図ることができ、併せてシリンダ壁12aへの付着油膜を減少させて潤滑油消費量を節減することができる。
【0038】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0039】
例えば、実施例のエンジンEはシリンダライナー12を備えているが、本発明はシリンダライナー12を持たないエンジンEに対しても適用することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上のように請求項1に記載された発明によれば、エンジンの状態を表す複数のパラメータと上部シリンダ壁温及び下部シリンダ壁温との関係を示す複数のマップを有していて、それらマップならびに前記エンジン回転数及び前記エンジン負荷に基づいて目標上部シリンダ壁温と目標下部シリンダ壁温とを検索する電子制御ユニットが、上部シリンダ壁温と下部シリンダ壁温とを目標上部シリンダ壁温と目標下部シリンダ壁温とにそれぞれ収束させるべく、ラジエータからの冷却水を前記上部ウオータジャケットとシリンダヘッドのウオータジャケットとを経てラジエータに戻すための上部冷却回路に設けられた第1冷却水流量制御バルブと、シリンダヘッドのウオータジャケットから出た冷却水を前記下部ウオータジャケットを経てラジエータに戻すための下部冷却回路に設けられた前記第2冷却水流量制御バルブとを、それぞれフィードバック制御して、シリンダ壁のピストン上死点側に臨む上部ウオータジャケットを通過して温度上昇した冷却水をピストン下死点側に臨む下部ウオータジャケットに供給するので、冷却水をシリンダブロックの下部から上部に向けて流す従来のものに比べて、下部シリンダ壁温を高めることができる。これにより、シリンダ壁のピストン下死点側の油膜温度をできるだけ高くして粘度を低下させ、摩擦力を減少させてエンジン出力の向上、燃料消費量の低減、潤滑油消費量の節減を図ることができる。
【0041】
また請求項3に記載された発明によれば、上部ウオータジャケットからシリンダヘッドのウオータジャケットを経て下部ウオータジャケットに供給される冷却水がギャラリーを介して各シリンダ毎に独立して流入するので、各シリンダの壁温を均一化して燃焼変動やトルク変動を減少させることができる。しかもギャラリーは下部ウオータジャケットの下端部に連通するので、下部ウオータジャケットに冷却水を注入する際のエアー抜きが良好になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 シリンダ壁温制御装置の全体構成を示す図
【図2】 図1の2方向矢視図
【図3】 シリンダ壁温と摩擦力との関係を示す図
【図4】 低エンジン回転数、高エンジン負荷時の目標上部シリンダ壁温を決定する手法を説明する図
【図5】 高エンジン回転数、低エンジン負荷時の目標上部シリンダ壁温を決定する手法を説明するグラフ
【図6】 低エンジン回転数、低エンジン負荷時、並びに高エンジン回転数、高エンジン負荷時の目標上部シリンダ壁温を決定する手法を説明するグラフ
【図7】 目標下部シリンダ壁温を決定する手法を説明するグラフ
【図8】 シリンダ壁温制御ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
12 シリンダライナー(シリンダ)
12a シリンダ壁
14 ピストン
15 シリンダヘッド
19 上部ウオータジャケット
20 下部ウオータジャケット
21 ラジエータ
24 シリンダヘッドのウオータジャケット
25 第1冷却水流量制御バルブ
27 第2冷却水流量制御バルブ
28a ギャラリー
Ct 上部冷却回路
Cb 下部冷却回路
L エンジン負荷
Ne エンジン回転数
Sa 上部シリンダ壁温検出手段
Sb 下部シリンダ壁温検出手段
Sc エンジン回転数検出手段
Sd エンジン負荷検出手段
Tt 上部シリンダ壁温
Tb 下部シリンダ壁温
TtOBJ 目標上部シリンダ壁温
TbOBJ 目標下部シリンダ壁温
U 電子制御ユニット [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine cylinder wall temperature control device that provides an appropriate temperature distribution to an engine cylinder wall in order to reduce the frictional resistance of a piston.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to improve engine output and fuel efficiency, the cooling capacity around the combustion chamber and the upper part of the cylinder liner has been increased to suppress knocking, and at the same time, the piston liner can be prevented from being overcooled to reduce the frictional resistance of the piston. Circuits and water jackets have been proposed.
[0003]
For example, in JP-A-1-227850, a groove-like circulation chamber in which cooling water circulates is formed in the upper part of a cylinder liner to increase the cooling capacity, thereby preventing piston seizure, gas leakage, and knocking. It is described that the frictional resistance of the piston is reduced by suppressing the cooling by providing a convection chamber in which cooling water naturally convects at the lower part of the cylinder liner while preventing the overcooling.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-67052 describes that the upper part of the cylinder liner is cooled by a normal water jacket, and a space communicating with the crank chamber is formed at the lower part of the cylinder liner to prevent overcooling. Yes.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The friction loss that occurs in the sliding part between the cylinder liner and the piston includes frictional resistance caused by shearing of the oil film of the lubricating oil that occurs as the piston ring slides, and drag resistance of excess lubricating oil that has adhered to the cylinder liner. Brought about by. Accordingly, if the lubricating oil viscosity is made as low as possible within the range where the oil film forming ability can be maintained, the friction loss is reduced. Therefore, it is desirable to raise the temperature of the sliding portion to lower the lubricating oil viscosity. For this reason, in the past, the cooling circuit structure and water jacket structure were devised to prevent overcooling of the lower part of the cylinder liner (position from the middle part to the piston bottom dead center). Since the cylinder internal pressure is low, the lubrication conditions are not relatively strict, and the lower part of the cylinder liner can be heated to a higher temperature than before to reduce friction loss.
[0006]
However, the conventional one only intentionally decreases the cooling capacity of the lower part of the cylinder liner, and does not actively heat that part, so that it is fully effective in reducing friction loss. It's hard to say.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an appropriate temperature distribution on the cylinder wall to minimize friction loss generated in the sliding portion with the piston.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an upper water jacket facing the piston top dead center side of the cylinder wall for slidably guiding the piston, and a piston bottom dead center of the cylinder wall. A lower water jacket facing the point side, an upper cooling circuit for returning the cooling water from the radiator to the radiator via the upper water jacket and the water jacket of the cylinder head, and the cooling water discharged from the water jacket of the cylinder head A lower cooling circuit for returning to the radiator through the lower water jacket, a first cooling water flow rate control valve provided in the upper cooling circuit, a second cooling water flow rate control valve provided in the lower cooling circuit, Upper cylinder wall temperature detecting means for detecting the upper cylinder wall temperature on the piston top dead center side of the cylinder wall; A lower cylinder wall temperature detecting means for detecting the lower cylinder wall temperature on the piston bottom dead center side of the cylinder wall, an engine speed detecting means for detecting the engine speed, an engine load detecting means for detecting the engine load, A plurality of maps showing the relationship between the plurality of parameters representing the state and the upper cylinder wall temperature and the lower cylinder wall temperature, and the target upper cylinder wall temperature based on the maps, the engine speed and the engine load An electronic control unit that retrieves a target lower cylinder wall temperature, and the electronic control unit detects the upper cylinder wall temperature detected by the upper cylinder wall temperature detection means and the lower cylinder wall temperature detected by the lower cylinder wall temperature detection means. Are converged to the target upper cylinder wall temperature and the target lower cylinder wall temperature, respectively. A valve between the second coolant flow rate control valve, the cylinder wall temperature control system for an engine, characterized by a feedback control, respectively, are proposed.
[0009]
According to the above configuration, there are a plurality of maps showing the relationship between the plurality of parameters representing the state of the engine and the upper cylinder wall temperature and the lower cylinder wall temperature, and the maps, the engine speed, and the engine load An electronic control unit that searches the target upper cylinder wall temperature and the target lower cylinder wall temperature based on the target upper cylinder wall temperature and the lower cylinder wall temperature to converge to the target upper cylinder wall temperature and the target lower cylinder wall temperature, respectively. A first cooling water flow rate control valve provided in an upper cooling circuit for returning cooling water from the radiator to the radiator through the upper water jacket and the water jacket of the cylinder head, and cooling from the water jacket of the cylinder head Lower cooling circuit for returning water to the radiator through the lower water jacket And said second cooling water flow rate control valve provided, and feedback control, respectively, face the cooling water temperature rises through the upper water jacket facing the piston top dead center side of the cylinder wall to the piston bottom dead point side Since the cooling water is supplied to the lower water jacket, the lower cylinder wall temperature can be increased as compared with the conventional one in which the cooling water flows from the lower part of the cylinder block toward the upper part. As a result, the oil film temperature on the piston bottom dead center side of the cylinder wall is increased as much as possible to lower the viscosity, and the friction force is decreased to improve the engine output, reduce the fuel consumption, and reduce the lubricating oil consumption. Can do.
[0010]
According to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the plurality of parameters representing the state of the engine include the frictional force between the piston (14) and the cylinder wall (12a), and the combustion state. An engine cylinder wall temperature control device is proposed which is characterized by the amount of blow-by gas.
[0011]
According to the invention described in claim 3 , in addition to the structure of claim 1 or 2 , the cooling water discharged from the water jacket of the cylinder head is supplied to each cylinder at the lower end of the lower water jacket via the gallery. An engine cylinder wall temperature control device is proposed, characterized in that it is supplied to the corresponding position.
[0012]
According to the above configuration, the cooling water supplied from the upper water jacket to the lower water jacket through the cylinder head water jacket flows independently to each cylinder through the gallery, so that the wall temperature of each cylinder is made uniform. Combustion fluctuations and torque fluctuations can be reduced. Moreover, since the gallery communicates with the lower end portion of the lower water jacket, the air venting when cooling water is injected into the lower water jacket is improved.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
[0014]
1 to 8 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a cylinder wall temperature control device, FIG. 2 is a view taken in the direction of the arrow in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a graph showing a method for determining a target upper cylinder wall temperature at low engine speed and high engine load, and FIG. 5 is a target at high engine speed and low engine load. FIG. 6 is a graph illustrating a method for determining a target upper cylinder wall temperature at a low engine speed and a low engine load, and at a high engine speed and a high engine load. FIG. 7 is a graph illustrating a method for determining the target lower cylinder wall temperature, and FIG. 8 is a flowchart of a cylinder wall temperature control routine.
[0015]
As shown in FIGS. 1 and 2, a
[0016]
The
[0017]
The vicinity of the outlet of the
[0018]
In this way, the cooling water supplied from the
[0019]
The
[0020]
Upper cylinder wall temperature detecting means Sa for detecting the upper cylinder wall temperature Tt at the upper part of the cylinder liner 12 (position near the piston top dead center), and the lower part of the cylinder liner 12 (position from the intermediate part to the piston bottom dead center). Lower cylinder wall temperature detection means Sb for detecting lower cylinder wall temperature Tb, engine speed detection means Sc for detecting engine speed Ne, and engine load for detecting engine load L (throttle opening or intake pipe absolute pressure) The electronic control unit U to which a signal from the detection means Sd is input includes the opening degree of the first cooling water flow
[0021]
Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
[0022]
FIG. 3 shows the relationship between the cylinder wall temperatures Tt and Tb (temperature of the
[0023]
On the other hand, since the piston speed is high in the intermediate portion of the
[0024]
In view of the above, the target upper cylinder wall temperature TtOBJ, which is the target value of the upper cylinder wall temperature Tt, and the target lower cylinder wall temperature TbOBJ, which is the target value of the lower cylinder wall temperature Tb, are determined by the engine speed detection means Sc. A map search is performed as follows based on the detected engine speed Ne and the engine load L detected by the engine load detecting means Sd.
[0025]
The graph of FIG. 4 is the basis of a map for searching for the target upper cylinder wall temperature TtOBJ when the engine speed is low and the engine load is high, and the combustion state at the engine speed Ne and the engine load L at that time is shown. The best upper cylinder wall temperature Tt is set as the target upper cylinder wall temperature TtOBJ.
[0026]
The graph of FIG. 5 is the basis of a map for searching for the target upper cylinder wall temperature TtOBJ at high engine speed and low engine load, and the upper cylinder at the engine speed Ne and engine load L at that time. The upper cylinder wall temperature Tt at which the blow-by gas amount does not decrease even when the wall temperature Tt is further decreased is set as the target upper cylinder wall temperature TtOBJ.
[0027]
The graph of FIG. 6 is the basis of a map for searching for the target upper cylinder wall temperature TtOBJ at low engine speed and low engine load, and at high engine speed and high engine load. The upper cylinder wall temperature Tt at which the frictional force between the
[0028]
The graph of FIG. 7 is the basis of a map for searching for the target lower cylinder wall temperature TbOBJ at all engine speeds and all engine loads, and the frictional force between the
[0029]
Next, specific contents of the cylinder wall temperature control will be described based on the flowchart of FIG.
[0030]
First, when the engine E is started in step S1, the upper cylinder wall temperature detecting means Sa and the lower cylinder wall temperature detecting means Sb detect the upper cylinder wall temperature Tt and the lower cylinder wall temperature Tb in the following step S2. Subsequently, in step S3, the first cooling water flow
[0031]
As described above, the cooling water is circulated between the
[0032]
When the lower cylinder wall temperature Tb rises to the feedback control start initial value Tb0 in the subsequent step S4, in order to start feedback control of the upper cylinder wall temperature Tt and the lower cylinder wall temperature Tb, the engine speed detecting means Sc and engine After the engine speed Ne and the engine load L are detected by the load detecting means Sd, respectively, a map search is performed for the target upper cylinder wall temperature TtOBJ and the target lower cylinder wall temperature TbOBJ in step S6 (see FIGS. 4 to 7).
[0033]
If the upper cylinder wall temperature Tt is lower than the target upper cylinder wall temperature TtOBJ in the subsequent step S7, the opening degree of the first cooling water flow
[0034]
Thus, the upper cylinder wall temperature Tt is feedback-controlled to converge to the target upper cylinder wall temperature TtOBJ, thereby preventing the engine E from overheating and improving the durability while increasing the durability (near the piston top dead center). The temperature of the oil film) can be maintained appropriately, the frictional force can be reduced, and the friction loss can be reduced. Moreover, since the target upper cylinder wall temperature TtOBJ is determined so as to optimize the combustion state at low engine speed and high engine load, abnormal combustion of the engine E can be effectively prevented, and high engine speed, Since the target upper cylinder wall temperature TtOBJ is determined so as to minimize the blow-by gas amount when the engine load is low, the blow-by gas amount can be minimized.
[0035]
If the lower cylinder wall temperature Tb is lower than the target lower cylinder wall temperature TbOBJ in the subsequent step S10, the opening degree of the second cooling water flow
[0036]
Thus, the cooling water heated through the
[0037]
Further, the lower cylinder wall temperature Tb is feedback-controlled to converge to the target lower cylinder wall temperature TbOBJ, so that the temperature of the lower portion of the
[0038]
As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention can perform a various design change in the range which does not deviate from the summary.
[0039]
For example, although the engine E of the embodiment includes the
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a plurality of maps showing the relationship between the plurality of parameters representing the state of the engine and the upper cylinder wall temperature and the lower cylinder wall temperature are provided, and these maps are provided. And an electronic control unit that retrieves a target upper cylinder wall temperature and a target lower cylinder wall temperature based on the engine speed and the engine load, and calculates the upper cylinder wall temperature and the lower cylinder wall temperature as the target upper cylinder wall temperature and the target A first cooling water flow rate control valve provided in an upper cooling circuit for returning cooling water from the radiator to the radiator through the upper water jacket and the water jacket of the cylinder head in order to converge to the lower cylinder wall temperature; Cooling water from the water jacket of the cylinder head passes through the lower water jacket to the radiator. And said second cooling water flow rate control valve provided in the lower cooling circuit for returning the data, and the feedback control respectively, cooling and temperature rise through the upper water jacket facing the piston top dead center side of the cylinder wall Since water is supplied to the lower water jacket facing the bottom dead center side of the piston, the lower cylinder wall temperature can be increased as compared with the conventional one in which the cooling water flows from the lower part of the cylinder block toward the upper part. As a result, the oil film temperature on the piston bottom dead center side of the cylinder wall is increased as much as possible to lower the viscosity, and the friction force is decreased to improve the engine output, reduce the fuel consumption, and reduce the lubricating oil consumption. Can do.
[0041]
According to the invention described in claim 3 , since the cooling water supplied from the upper water jacket to the lower water jacket through the water jacket of the cylinder head independently flows into each cylinder through the gallery, The cylinder wall temperature can be made uniform to reduce combustion fluctuations and torque fluctuations. Moreover, since the gallery communicates with the lower end portion of the lower water jacket, the air venting when cooling water is injected into the lower water jacket is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a cylinder wall temperature control device. FIG. 2 is a view taken in the direction of the arrow in FIG. 1. FIG. 3 is a diagram showing a relationship between cylinder wall temperature and friction force. FIG. 5 is a graph illustrating a method for determining a target upper cylinder wall temperature when the engine load is high and a high engine load. FIG. 5 is a graph illustrating a method for determining a target upper cylinder wall temperature at a high engine speed and low engine load. ] A graph illustrating a method for determining a target upper cylinder wall temperature at low engine speed and low engine load, and at a high engine speed and high engine load. FIG. 7 illustrates a method for determining a target lower cylinder wall temperature. Graph [Figure 8] Cylinder wall temperature control routine flowchart [Explanation of symbols]
12 Cylinder liner (cylinder)
15
24 cylinder head water jacket
25 1st cooling water flow control valve
27 Second cooling water
L engine load
Ne engine speed
Sa upper cylinder wall temperature detection means
Sb lower cylinder wall temperature detecting means
Sc engine speed detection means
Sd engine load detection means
Tt upper cylinder wall temperature
Tb Lower cylinder wall temperature
TtOBJ target upper cylinder wall temperature
TbOBJ target lower cylinder wall temperature
U electronic control unit
Claims (3)
前記シリンダ壁(12a)のピストン下死点側に臨む下部ウオータジャケット(20)と、
ラジエータ(21)からの冷却水を前記上部ウオータジャケット(19)とシリンダヘッド(15)のウオータジャケット(24)とを経てラジエータ(21)に戻すための上部冷却回路(Ct)と、
シリンダヘッド(15)のウオータジャケット(24)から出た冷却水を前記下部ウオータジャケット(20)を経てラジエータ(21)に戻すための下部冷却回路(Cb)と、
前記上部冷却回路(Ct)に設けられた第1冷却水流量制御バルブ(25)と、
前記下部冷却回路(Cb)に設けられた第2冷却水流量制御バルブ(27)と、
前記シリンダ壁(12a)のピストン上死点側の上部シリンダ壁温(Tt)を検出する上部シリンダ壁温検出手段(Sa)と、
前記シリンダ壁(12a)のピストン下死点側の下部シリンダ壁温(Tb)を検出する下部シリンダ壁温検出手段(Sb)と、
エンジン回転数(Ne)を検出するエンジン回転数検出手段(Sc)と、
エンジン負荷(L)を検出するエンジン負荷検出手段(Sd)と、
エンジンの状態を表す複数のパラメータと上部シリンダ壁温及び下部シリンダ壁温との関係を示す複数のマップを有していて、それらマップならびに前記エンジン回転数(Ne)及び前記エンジン負荷(L)に基づいて目標上部シリンダ壁温(TtOBJ)と目標下部シリンダ壁温(TbOBJ)とを検索する電子制御ユニット(U)と、
を備え、
前記電子制御ユニット(U)は、上部シリンダ壁温検出手段(Sa)で検出した上部シリンダ壁温(Tt)と下部シリンダ壁温検出手段(Sb)で検出した下部シリンダ壁温(Tb)とを目標上部シリンダ壁温(TtOBJ)と目標下部シリンダ壁温(TbOBJ)とにそれぞれ収束させるべく、前記第1冷却水流量制御バルブ(25)と前記第2冷却水流量制御バルブ(27)とを、それぞれフィードバック制御することを特徴とするエンジンのシリンダ壁温制御装置。An upper water jacket (19) facing the piston top dead center side of the cylinder wall (12a) for slidably guiding the piston (14);
A lower water jacket (20) facing the piston bottom dead center side of the cylinder wall (12a);
An upper cooling circuit (Ct) for returning cooling water from the radiator (21) to the radiator (21) through the upper water jacket (19) and the water jacket (24) of the cylinder head (15);
A lower cooling circuit (Cb) for returning cooling water from the water jacket (24) of the cylinder head (15) to the radiator (21) through the lower water jacket (20);
A first coolant flow control valve (25) provided in the upper cooling circuit (Ct);
A second coolant flow control valve (27) provided in the lower cooling circuit (Cb);
Upper cylinder wall temperature detecting means (Sa) for detecting an upper cylinder wall temperature (Tt) on the piston top dead center side of the cylinder wall (12a);
Lower cylinder wall temperature detecting means (Sb) for detecting a lower cylinder wall temperature (Tb) on the piston bottom dead center side of the cylinder wall (12a);
Engine speed detecting means (Sc) for detecting the engine speed (Ne);
Engine load detecting means (Sd) for detecting engine load (L);
It has a plurality of maps showing the relationship between a plurality of parameters representing the state of the engine and the upper cylinder wall temperature and the lower cylinder wall temperature, and these maps, the engine speed (Ne) and the engine load (L) An electronic control unit (U) for retrieving a target upper cylinder wall temperature (TtOBJ) and a target lower cylinder wall temperature (TbOBJ) based on
With
The electronic control unit (U) uses the upper cylinder wall temperature (Tt) detected by the upper cylinder wall temperature detection means (Sa) and the lower cylinder wall temperature (Tb) detected by the lower cylinder wall temperature detection means (Sb). In order to converge the target upper cylinder wall temperature (TtOBJ) and the target lower cylinder wall temperature (TbOBJ), the first cooling water flow rate control valve (25) and the second cooling water flow rate control valve (27), An engine cylinder wall temperature control device that performs feedback control.
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