JP4210401B2

JP4210401B2 - Engine cylinder wall temperature controller

Info

Publication number: JP4210401B2
Application number: JP33359599A
Authority: JP
Inventors: 和裕山本; 充杉本; 政雄小峯; 正勝宮尾
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: JP2001152960A

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を加熱・冷却す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少なくともピストン下死点近傍を加熱する加熱手段と、前記シリンダ壁の少なくともピストン下死点近傍を冷却する冷却手段と、前記シリンダ壁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、検出した下部シリンダ壁温に基づいて該下部シリンダ壁温が目標下部シリンダ壁温になるように前記加熱手段および前記冷却手段を制御する制御手段とを備えてなり、前記加熱手段は、シリンダブロックに形成したガスジャケットを流れる排気ガスでシリンダ壁を加熱し、前記冷却手段は、シリンダブロックに形成したガスジャケットを流れる新気でシリンダ壁を冷却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、また請求項２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少なくともピストン下死点近傍を加熱する加熱手段と、前記シリンダ壁の少なくともピストン下死点近傍を冷却する冷却手段と、前記シリンダ壁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、検出した下部シリンダ壁温に基づいて該下部シリンダ壁温が目標下部シリンダ壁温になるように前記加熱手段および前記冷却手段を制御する制御手段とを備えてなり、前記加熱手段は、排気ガスの熱をシリンダブロックに伝達する伝熱部材で構成され、前記冷却手段は、前記伝熱部材の内部に形成されたウオータジャケットを流れる冷却水で該伝熱部材を冷却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。そして本発明において、「下部シリンダ壁温」とは、シリンダ壁の下部のシリンダ壁温をいう。
【０００９】
上記構成によれば、シリンダ壁の少なくともピストン下死点近傍を加熱・冷却する加熱手段および冷却手段を設け、これら加熱手段および冷却手段により、下部シリンダ壁温が目標下部シリンダ壁温になるように制御するので、前記ピストン下死点近傍の温度を潤滑油の油膜を確保できる範囲内で充分に高温にし、潤滑油粘度を低下させてシリンダ壁およびピストン間の摺動部の摩擦損失を最小限に抑え、エンジン出力の向上、燃料消費量の節減および潤滑油消費量の節減を図ることができる。
【００１０】
また特に請求項１の上記構成によれば、ガスジャケットに排気ガスを流すことによりシリンダ壁を加熱し、またガスジャケットに新気を流すことによりシリンダ壁を冷却するので、下部シリンダ壁温を速やかに上昇させるとともに該下部シリンダ壁温を所望の温度に的確に制御することができる。
【００１１】
また特に請求項２の上記構成によれば、排気ガスの熱を伝熱部材を介してシリンダブロックに伝達してシリンダ壁を加熱し、また伝熱部材の内部に形成したウオータジャケットに冷却水を流して伝熱部材を冷却することによりシリンダ壁を冷却するので、下部シリンダ壁温を速やかに上昇させるとともに該下部シリンダ壁温を所望の温度に的確に制御することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図７は本発明の第１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はシリンダ壁温と摩擦力との関係を示す図、図３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４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５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６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７はシリンダ壁温制御ルーチンのフローチャートである。
【００１４】
図１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ガスジャケット２０が形成される。
【００１５】
ラジエータ２１とシリンダブロック１１のウオータジャケット１９とは冷却水供給通路２２で接続されており、この冷却水供給通路２２に電磁バルブよりなる冷却水流路切換バルブ２３と、冷却水を圧送する冷却水ポンプ２４とが設けられる。冷却水ポンプ２４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（図示せず）は、冷却水排出通路２５を介してラジエータ２１に接続される。そして冷却水排出通路２５と冷却水流路切換バルブ２３とがバイパス通路２６を介して接続される。
【００１６】
スロットルバルブ１８の上流側の吸気通路１６と下流側の吸気通路１６とがそれぞれ新気供給通路２７および新気・排気ガス排出通路２８を介してガスジャケット２０に接続されており、新気供給通路２７に電磁バルブよりなる新気供給バルブ２９が設けられる。また排気通路１７が排気ガス供給通路３０を介してガスジャケット２０に接続されており、この排気ガス供給通路３０に電磁バルブよりなる排気ガス供給バルブ３１が設けられる。
【００１７】
ガスジャケット２０、排気ガス供給通路３０および排気ガス供給バルブ３１は本発明の加熱手段Ｍｈを構成し、ガスジャケット２０、新気供給通路２７および新気供給バルブ２９は本発明の冷却手段Ｍｃを構成する。
【００１８】
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、冷却水供給通路２２に設けた冷却水流路切換バルブ２３、新気供給通路２７に設けた新気供給バルブ２９および排気ガス供給通路３０に設けた排気ガス供給バルブ３１の作動を制御する。
【００１９】
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。
【００２０】
図２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室からの熱負荷が極めて大きいため、上部シリンダ壁温Ｔｔが低くても潤滑油の粘度が速やかに低下し、摩擦力が最小になる上部シリンダ壁温Ｔｔは比較的に低くなる。
【００２１】
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、潤滑油の剪断力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の下部では燃焼室からの熱負荷が小さいために下部シリンダ壁温Ｔｂが上昇し難く、そのために潤滑油の粘度が高くなって摩擦力が大きくなる。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。
【００２２】
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。
【００２３】
図３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。
【００２４】
図４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。
【００２５】
図５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。
【００２６】
図６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。
【００２７】
次に、図７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。
【００２８】
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で新気供給通路２７に設けた新気供給バルブ２９を閉弁して排気ガス供給通路３０に設けた排気ガス供給バルブ３１を開弁することにより、排気通路１７を流れる排気ガスをシリンダブロック１１の下部に設けたガスジャケット２０に供給する。その結果、排気通路１７から排気ガス供給通路３０を経てガスジャケット２０に供給された排気ガスは、ガスジャケット２０から新気・排気ガス排出通路２８を経て吸気通路１６に供給される。吸気通路１６に供給された排気ガスはＥＧＲガスとして利用されるので、特別のＥＧＲ通路を設ける必要がなくなって部品点数の削減や信頼性の向上に寄与することができる。
【００２９】
このように、エンジンＥの始動と同時に排気ガスをガスジャケット２０に供給することにより、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。
【００３０】
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３〜図６参照）。
【００３１】
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で冷却水流路切換バルブ２３を開弁してバイパス通路２６を冷却水供給通路２２に接続し、エンジンＥのウオータジャケット１９を通過した冷却水をラジエータ２１を迂回して循環させることにより、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で冷却水流路切換バルブ２３を閉弁してバイパス通路２６を冷却水供給通路２２から遮断し、エンジンＥのウオータジャケット１９を通過した冷却水をラジエータ２１に供給することにより、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。
【００３２】
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に抑えることができる。
【００３３】
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で新気供給バルブ２９を閉弁して排気ガス供給バルブ３１を開弁し、排気通路１７を流れる排気ガスをシリンダブロック１１の下部に設けたガスジャケット２０に供給し、その排気ガス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で新気供給バルブ２９を開弁して排気ガス供給バルブ３１を閉弁し、吸気通路１６を流れる新気をシリンダブロック１１の下部に設けたガスジャケット２０に供給し、その新気でシリンダブロック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。
【００３４】
而して、ガスジャケット２０に排気ガスを流してシリンダ壁１２ａを加熱するので下部シリンダ壁温Ｔｂを速やかに上昇させることができ、またガスジャケット２０に新気を流してシリンダ壁１２ａを冷却するので、下部シリンダ壁温Ｔｂを所望の温度に的確に制御することができる。
【００３５】
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。また新気供給通路２７および新気・排気ガス排出通路２８がスロットルバルブ１８を迂回する通路を構成するので、新気供給バルブ２９を適宜開弁して前記新気供給通路２７および新気・排気ガス排出通路２８をスロットルバルブ１８をアイドルポートとして利用することができる。
【００３６】
次に、図８および図９に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００３７】
第２実施例は下部シリンダ壁温Ｔｂの制御手法において前記第１実施例と異なっている。即ち、エンジンＥの排気通路１７とシリンダブロック１１の下部とが伝熱部材４１で接続される。伝熱部材４１はシリンダブロック１１の外周を囲む加熱・冷却部４１ａと、排気通路１７を加熱・冷却部４１ａに接続する伝熱部４１ｂ…，４１ｃ…とから構成される。伝熱部材４１の加熱・冷却部４１ａにはウオータジャケット４２が設けられており、電子制御ユニットＵにより制御される電動冷却水ポンプ４３および専用のラジエータ４４を通過した冷却水が前記ウオータジャケット４２の内部を循環する。
【００３８】
伝熱部材４１は本発明の加熱手段Ｍｈを構成し、またウオータジャケット４２、電動冷却水ポンプ４３およびラジエータ４４は本発明の冷却手段Ｍｃを構成する。
【００３９】
而して、下部シリンダ壁温Ｔｂが目標下部シリンダ壁温ＴｂＯＢＪ未満である場合には、電動冷却水ポンプ４３を停止させて高温の排気ガスが流れる排気通路１７の熱を伝熱部材４１を介してシリンダブロック１１の下部に伝達し、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。逆に、下部シリンダ壁温Ｔｂが目標下部シリンダ壁温ＴｂＯＢＪ以上である場合には、冷却水ポンプ４３を駆動して伝熱部材４１のウオータジャケット４２内に冷却水を供給することにより、下部シリンダ壁温Ｔｂを目標下部シリンダ壁温ＴｂＯＢＪに向けて下降させる。
【００４０】
以上のようにして、本第２実施例によっても、前述した第１実施例と同様の作用効果を達成することができる。
【００４１】
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。
【００４２】
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可能である。
【００４３】
また第１実施例では、共通のガスジャケット２０に排気ガスおよび新気を供給しているが、排気ガス用のガスジェケットおよび新気用のガスジャケットを別個に設けても良い。
【００４４】
また第２実施例では、冷却手段Ｍｃのウオータジャケット４２を伝熱部材４１に設けているが、それをシリンダブロック１１に設けても良い。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、シリンダ壁の少なくともピストン下死点近傍を加熱・冷却する加熱手段および冷却手段を設け、これら加熱手段および冷却手段により、シリンダ壁下部のシリンダ壁温、即ち下部シリンダ壁温が目標下部シリンダ壁温になるように制御するので、前記ピストン下死点近傍の温度を潤滑油の油膜を確保できる範囲内で充分に高温にし、潤滑油粘度を低下させてシリンダ壁およびピストン間の摺動部の摩擦損失を最小限に抑え、エンジン出力の向上、燃料消費量の節減および潤滑油消費量の節減を図ることができる。
【００４６】
また特に請求項１の発明によれば、ガスジャケットに排気ガスを流すことによりシリンダ壁を加熱し、またガスジャケットに新気を流すことによりシリンダ壁を冷却するので、下部シリンダ壁温を速やかに上昇させるとともに該下部シリンダ壁温を所望の温度に的確に制御することができる。
【００４７】
また特に請求項２の発明によれば、排気ガスの熱を伝熱部材を介してシリンダブロックに伝達してシリンダ壁を加熱し、また伝熱部材の内部に形成したウオータジャケットに冷却水を流して伝熱部材を冷却することによりシリンダ壁を冷却するので、下部シリンダ壁温を速やかに上昇させるとともに該下部シリンダ壁温を所望の温度に的確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るシリンダ壁温制御装置の全体構成を示す図
【図２】シリンダ壁温と摩擦力との関係を示す図
【図３】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４】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５】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６】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７】シリンダ壁温制御ルーチンのフローチャート
【図８】本発明の第２実施例に係るシリンダ壁温制御装置の全体構成を示す図
【図９】図８の９−９線断面図
【符号の説明】
１１シリンダブロック
１２ａシリンダ壁
１４ピストン
２０ガスジャケット
４１伝熱部材
４２ウオータジャケット
Ｍｈ加熱手段
Ｍｃ冷却手段
Ｓｂ下部シリンダ壁温検出手段
Ｔｂ下部シリンダ壁温
ＴｂＯＢＪ目標下部シリンダ壁温
Ｕ電子制御ユニット（制御手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine cylinder wall temperature control device for heating and cooling an engine cylinder wall 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]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a heating means for heating at least the vicinity of the bottom dead center of the cylinder wall for slidably guiding the piston, and at least the piston of the cylinder wall. cooling means for cooling the vicinity of the bottom dead center, the the lower cylinder wall temperature detecting means for detecting a lower cylinder wall temperature of the cylinder wall, said lower cylinder wall temperature on the basis of the lower cylinder wall temperature detected is the target lower cylinder wall temperature and control means for controlling the heating means and the cooling means such that said heating means heats the cylinder wall by an exhaust gas flowing through the gas jacket formed in the cylinder block, said cooling means, characterized by cooling the cylinder wall in the fresh air flowing through the gas jacket defined in the cylinder block, the cylinder wall temperature control instrumentation of the engine There are proposed, and in accordance with the invention described in claim 2, and heating means for heating at least the piston bottom dead center near the cylinder wall of the piston slidably guided, at least the piston bottom dead center of the cylinder wall Cooling means for cooling the vicinity, lower cylinder wall temperature detecting means for detecting the lower cylinder wall temperature of the cylinder wall, and based on the detected lower cylinder wall temperature, the lower cylinder wall temperature becomes the target lower cylinder wall temperature Control means for controlling the heating means and the cooling means, and the heating means is constituted by a heat transfer member for transferring the heat of the exhaust gas to the cylinder block, and the cooling means is the heat transfer member. A cylinder wall temperature control device for an engine is proposed in which the heat transfer member is cooled with cooling water flowing through a water jacket formed inside the engine. In the present invention, the “lower cylinder wall temperature” refers to the cylinder wall temperature at the lower part of the cylinder wall.
[0009]
According to the above configuration, the heating means and the cooling means for heating / cooling at least the vicinity of the piston bottom dead center of the cylinder wall are provided, and the lower cylinder wall temperature becomes the target lower cylinder wall temperature by these heating means and cooling means. Therefore, the temperature in the vicinity of the bottom dead center of the piston is set to a sufficiently high temperature within a range that can ensure the oil film of the lubricating oil, and the lubricating oil viscosity is lowered to minimize the friction loss of the sliding portion between the cylinder wall and the piston. The engine output can be improved, the fuel consumption can be reduced, and the lubricant consumption can be reduced.
[0010]
According particularly to the arrangement of claim 1, since heat the cylinder wall by flowing the exhaust gas to the gas jacket, also cools the cylinder wall by flowing fresh air to the gas jacket, promptly lower cylinder wall temperature the lower cylinder wall temperature with increasing can be accurately controlled to a desired temperature.
[0011]
In particular , according to the above configuration of claim 2 , the heat of the exhaust gas is transmitted to the cylinder block through the heat transfer member to heat the cylinder wall, and the cooling water is supplied to the water jacket formed inside the heat transfer member. since the cylinder wall is cooled by cooling the heat transfer member by flowing, it can be accurately controlled to a desired temperature the lower cylinder wall temperature causes rapidly increasing the lower cylinder wall temperature.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below based on the embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings.
[0013]
1 to 7 show a first 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 diagram showing the relationship between cylinder wall temperature and frictional force. 3 is a graph showing a method for determining a target upper cylinder wall temperature at low engine speed and high engine load, and FIG. 4 explains a method for determining a target upper cylinder wall temperature at high engine speed and low engine load. Graph, FIG. 5 is a graph illustrating a method for determining a target upper cylinder wall temperature at low engine speed and low engine load, and at high engine speed and high engine load, and FIG. FIG. 7 is a flowchart illustrating a cylinder wall temperature control routine.
[0014]
As shown in FIG. 1, a piston 14 connected to a crankshaft (not shown) via a connecting rod 13 is slidably supported on a cylinder liner 12 fixed inside a cylinder block 11 of the engine E. An intake passage 16 and an exhaust passage 17 are connected to a cylinder head 15 coupled to the top surface of the cylinder block 11, and a throttle valve 18 is provided in the intake passage 16. A water jacket 19 is formed so as to surround the outer periphery of the cylinder liner 12 at an upper portion of the cylinder block 11, that is, near the piston top dead center, and a cylinder is disposed at the lower portion of the cylinder block 11, that is, near the piston bottom dead center. A gas jacket 20 is formed so as to surround the outer periphery of the liner 12.
[0015]
The radiator 21 and the water jacket 19 of the cylinder block 11 are connected by a cooling water supply passage 22, a cooling water flow path switching valve 23 formed of an electromagnetic valve, and a cooling water pump that pumps the cooling water to the cooling water supply passage 22. 24 are provided. The cooling water pump 24 may be driven by a crankshaft of the engine E or may be driven by an electric motor. A water jacket (not shown) of the cylinder head 15 connected to the downstream side of the water jacket 19 of the cylinder block 11 is connected to the radiator 21 via the cooling water discharge passage 25. The cooling water discharge passage 25 and the cooling water passage switching valve 23 are connected via a bypass passage 26.
[0016]
An intake passage 16 on the upstream side and an intake passage 16 on the downstream side of the throttle valve 18 are connected to the gas jacket 20 via a fresh air supply passage 27 and a fresh air / exhaust gas discharge passage 28, respectively. 27 is provided with a fresh air supply valve 29 made of an electromagnetic valve. The exhaust passage 17 is connected to the gas jacket 20 via an exhaust gas supply passage 30, and an exhaust gas supply valve 31 including an electromagnetic valve is provided in the exhaust gas supply passage 30.
[0017]
The gas jacket 20, the exhaust gas supply passage 30 and the exhaust gas supply valve 31 constitute the heating means Mh of the present invention, and the gas jacket 20, the fresh air supply passage 27 and the fresh air supply valve 29 constitute the cooling means Mc of the present invention. To do.
[0018]
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 a cooling water flow path switching valve 23 provided in the cooling water supply path 22, a fresh air supply valve 29 provided in the fresh air supply path 27, and an exhaust gas supply path. The operation of the exhaust gas supply valve 31 provided at 30 is controlled.
[0019]
Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
[0020]
FIG. 2 shows the relationship between the cylinder wall temperatures Tt and Tb (temperature of the cylinder wall 12a) and the frictional force between the piston 14 and the cylinder wall 12a. At the upper part of the cylinder liner 12, the piston speed is slow, but the heat load from the combustion chamber is extremely large. Therefore, even if the upper cylinder wall temperature Tt is low, the viscosity of the lubricating oil quickly decreases and the upper cylinder wall at which the frictional force is minimized. The temperature Tt is relatively low.
[0021]
On the other hand, since the piston speed is high in the intermediate portion of the cylinder liner 12, the shearing force of the lubricating oil increases and the frictional force increases. Further, at the lower part of the cylinder liner 12, since the heat load from the combustion chamber is small, the lower cylinder wall temperature Tb hardly rises, so that the viscosity of the lubricating oil increases and the frictional force increases. From the above, the frictional force decreases as the lower cylinder wall temperature Tb increases at the middle and lower portions of the cylinder liner 12. However, if the lower cylinder wall temperature Tb becomes too high, the oil film is cut and the sliding portion is damaged or the cylinder liner 12 is thermally deformed, so that the temperature is higher than the lower cylinder wall temperature Tb at which the frictional force is minimized. There is an upper limit on the side.
[0022]
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.
[0023]
The graph of FIG. 3 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.
[0024]
The graph of FIG. 4 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.
[0025]
The graph of FIG. 5 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 piston 14 and the cylinder wall 12a is minimized at the rotational speed Ne and the engine load L is set as the target upper cylinder wall temperature TtOBJ.
[0026]
The graph of FIG. 6 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 piston 14 and the cylinder wall 12a is minimized. The lower cylinder wall temperature Tb is set as the target lower cylinder wall temperature TbOBJ.
[0027]
Next, specific contents of the cylinder wall temperature control will be described based on the flowchart of FIG.
[0028]
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, the exhaust gas flowing through the exhaust passage 17 is closed by closing the fresh air supply valve 29 provided in the fresh air supply passage 27 and opening the exhaust gas supply valve 31 provided in the exhaust gas supply passage 30 in step S3. Gas is supplied to a gas jacket 20 provided in the lower part of the cylinder block 11. As a result, the exhaust gas supplied from the exhaust passage 17 through the exhaust gas supply passage 30 to the gas jacket 20 is supplied from the gas jacket 20 through the fresh air / exhaust gas discharge passage 28 to the intake passage 16. Since the exhaust gas supplied to the intake passage 16 is used as EGR gas, it is not necessary to provide a special EGR passage, which can contribute to reduction in the number of parts and improvement in reliability.
[0029]
In this way, by supplying exhaust gas to the gas jacket 20 simultaneously with the start of the engine E, the lower cylinder wall temperature Tb can be quickly raised, and the frictional force between the piston 14 and the cylinder wall 12a can be reduced.
[0030]
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, in step S5, the engine speed detecting means Sc and the engine After the engine speed Ne and the engine load L are respectively detected by the load detection means Sd, 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. 3 to 6).
[0031]
If the upper cylinder wall temperature Tt is lower than the target upper cylinder wall temperature TtOBJ in the subsequent step S7, the cooling water flow path switching valve 23 is opened in step S8, the bypass passage 26 is connected to the cooling water supply passage 22, and the engine E The coolant passing through the water jacket 19 is circulated around the radiator 21 to increase the upper cylinder wall temperature Tt toward the target upper cylinder wall temperature TtOBJ. On the other hand, if the upper cylinder wall temperature Tt is equal to or higher than the target upper cylinder wall temperature TtOBJ in step S7, the cooling water flow path switching valve 23 is closed in step S9 to shut off the bypass passage 26 from the cooling water supply path 22. Then, by supplying the cooling water that has passed through the water jacket 19 of the engine E to the radiator 21, the upper cylinder wall temperature Tt is lowered toward the target upper cylinder wall temperature TtOBJ.
[0032]
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.
[0033]
If the lower cylinder wall temperature Tb is lower than the target lower cylinder wall temperature TbOBJ in the subsequent step S10, the fresh air supply valve 29 is closed and the exhaust gas supply valve 31 is opened in step S11. Gas is supplied to the gas jacket 20 provided at the lower part of the cylinder block 11, and the lower part of the cylinder block 11 is heated with the exhaust gas to raise the lower cylinder wall temperature Tb toward the target lower cylinder wall temperature TbOBJ. On the other hand, if the lower cylinder wall temperature Tb is equal to or higher than the target lower cylinder wall temperature TbOBJ in step S10, the fresh air supply valve 29 is opened and the exhaust gas supply valve 31 is closed in step S12. The flowing fresh air is supplied to the gas jacket 20 provided at the lower part of the cylinder block 11, the lower part of the cylinder block 11 is cooled by the fresh air, and the lower cylinder wall temperature Tb is lowered toward the target lower cylinder wall temperature TbOBJ.
[0034]
Thus, the exhaust gas is supplied to the gas jacket 20 to heat the cylinder wall 12a, so that the lower cylinder wall temperature Tb can be quickly raised, and the fresh air is supplied to the gas jacket 20 to cool the cylinder wall 12a. Therefore, the lower cylinder wall temperature Tb can be accurately controlled to a desired temperature.
[0035]
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 cylinder wall 12a (in the vicinity of the intermediate portion and the piston bottom dead center) is made higher than before, and the viscosity of the oil film Can be reduced. As a result, the frictional force of the sliding portion of the piston 14 and the cylinder wall 12a can be reduced to reduce the friction loss, and the output can be improved and the fuel consumption can be reduced. Lubricating oil consumption can be reduced by reducing the oil film. Further, since the fresh air supply passage 27 and the fresh air / exhaust gas discharge passage 28 constitute a passage that bypasses the throttle valve 18, the fresh air supply valve 29 is opened as appropriate to open the fresh air supply passage 27 and the fresh air / exhaust gas. The gas discharge passage 28 can be used with the throttle valve 18 as an idle port.
[0036]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0037]
The second embodiment differs from the first embodiment in the control method of the lower cylinder wall temperature Tb. That is, the exhaust passage 17 of the engine E and the lower part of the cylinder block 11 are connected by the heat transfer member 41. The heat transfer member 41 includes a heating / cooling unit 41a that surrounds the outer periphery of the cylinder block 11, and heat transfer units 41b... 41c. A water jacket 42 is provided in the heating / cooling section 41 a of the heat transfer member 41, and the cooling water that has passed through the electric cooling water pump 43 and the dedicated radiator 44 controlled by the electronic control unit U is supplied to the water jacket 42. Circulate inside.
[0038]
The heat transfer member 41 constitutes the heating means Mh of the present invention, and the water jacket 42, the electric cooling water pump 43 and the radiator 44 constitute the cooling means Mc of the present invention.
[0039]
Thus, when the lower cylinder wall temperature Tb is lower than the target lower cylinder wall temperature TbOBJ, the electric cooling water pump 43 is stopped and the heat of the exhaust passage 17 through which the high-temperature exhaust gas flows is transmitted through the heat transfer member 41. The lower cylinder wall temperature Tb is raised toward the target lower cylinder wall temperature TbOBJ. On the contrary, when the lower cylinder wall temperature Tb is equal to or higher than the target lower cylinder wall temperature TbOBJ, the cooling water pump 43 is driven to supply cooling water into the water jacket 42 of the heat transfer member 41, thereby The wall temperature Tb is lowered toward the target lower cylinder wall temperature TbOBJ.
[0040]
As described above, according to the second embodiment, it is possible to achieve the same function and effect as those of the first embodiment described above.
[0041]
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.
[0042]
For example, although the engine E of the embodiment includes the cylinder liner 12, the present invention can also be applied to the engine E that does not have the cylinder liner 12.
[0043]
In the first embodiment, exhaust gas and fresh air are supplied to the common gas jacket 20, but a gas jacket for exhaust gas and a gas jacket for fresh air may be provided separately.
[0044]
In the second embodiment, the water jacket 42 of the cooling means Mc is provided on the heat transfer member 41, but it may be provided on the cylinder block 11.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above, the heating and cooling means for heating and cooling at least a piston bottom near dead center of the cylinder wall is provided, these heating means and cooling means, cylinder wall lower portion of the cylinder wall temperature, i.e. lower Since the cylinder wall temperature is controlled so as to become the target lower cylinder wall temperature , the temperature near the bottom dead center of the piston is set to a sufficiently high temperature within a range where an oil film of the lubricating oil can be secured, and the lubricating oil viscosity is lowered to reduce the cylinder wall. In addition, friction loss of the sliding portion between the pistons can be minimized, and engine output can be improved, fuel consumption can be reduced, and lubricant consumption can be reduced.
[0046]
According particularly to the invention of claim 1, heating the cylinder wall by flowing the exhaust gas to the gas jacket, and since cooling the cylinder wall by flowing fresh air to the gas jacket, quickly the lower cylinder wall temperature with increasing the lower cylinder wall temperature can be accurately controlled to a desired temperature.
[0047]
According particularly to the second aspect of the present invention, to heat the cylinder wall is transmitted to the cylinder block the heat of the exhaust gas through the heat transfer member, also the cooling water water jacket formed inside the heat transfer member since the cylinder wall is cooled by cooling the heat transfer member by flowing, it can be accurately controlled to a desired temperature the lower cylinder wall temperature causes rapidly increasing the lower cylinder wall temperature.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a cylinder wall temperature control device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between cylinder wall temperature and frictional force. A graph showing a method for determining a target upper cylinder wall temperature at the time of engine load [FIG. 4] A graph for explaining a method for determining a target upper cylinder wall temperature at a high engine speed and a low engine load [FIG. 5] Low engine speed A graph explaining a method for determining a target upper cylinder wall temperature at a low engine load, a high engine speed, and a high engine load. FIG. 6 A graph explaining a method for determining a target lower cylinder wall temperature. 7] Flowchart of cylinder wall temperature control routine [FIG. 8] A diagram showing an overall configuration of a cylinder wall temperature control device according to a second embodiment of the present invention [FIG. 9] A cross-sectional view taken along line 9-9 in FIG. ]
11 a cylinder block 12a cylinder wall 14 the piston 20 gas jacket 41 the heat transfer member 42 water jacket Mh heating means Mc cooling means Sb lower cylinder wall temperature detecting hand stage Tb lower cylinder wall temperature TbOBJ target lower cylinder wall temperature U electronic control unit (control means )

Claims

Heating means (Mh) for heating at least the vicinity of the piston bottom dead center of the cylinder wall (12a) for slidably guiding the piston (14), and cooling for cooling at least the vicinity of the piston bottom dead center of the cylinder wall (12a). means a (Mc), a lower cylinder wall temperature (Tb) and the lower cylinder wall temperature detecting means for detecting (Sb), the detected lower cylinder wall temperature (Tb) said lower cylinder wall based on the cylinder wall (12a) temperature (Tb) is provided with said heating means (Mh) and the control means for controlling the cooling means (Mc) so that the target lower cylinder wall temperature (TbOBJ) (U),
The heating means (Mh) heats the cylinder wall (12a) with exhaust gas flowing through a gas jacket (20) formed in the cylinder block (11), and the cooling means (Mc) is formed in the cylinder block (11). A cylinder wall temperature control device for an engine , wherein the cylinder wall (12a) is cooled with fresh air flowing through the gas jacket (20) .

Heating means (Mh) for heating at least the vicinity of the piston bottom dead center of the cylinder wall (12a) for slidably guiding the piston (14), and cooling for cooling at least the vicinity of the piston bottom dead center of the cylinder wall (12a). Means (Mc), lower cylinder wall temperature detecting means (Sb) for detecting the lower cylinder wall temperature (Tb) of the cylinder wall (12a), and the lower cylinder wall based on the detected lower cylinder wall temperature (Tb) Control means (U) for controlling the heating means (Mh) and the cooling means (Mc) so that the temperature (Tb) becomes the target lower cylinder wall temperature (TbOBJ),
The heating means (Mh) is composed of a heat transfer member (41) that transfers the heat of the exhaust gas to the cylinder block (11), and the cooling means (Mc) is formed inside the heat transfer member (41). A cylinder wall temperature control device for an engine, wherein the heat transfer member (41) is cooled with cooling water flowing through the water jacket (42) .