JP5024302B2 - 内燃機関および内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関および内燃機関の制御装置に関し、特にシリンダライナを備えた内燃機関、および当該内燃機関について制御をする内燃機関の制御装置に関する。

従来、シリンダライナを備えた内燃機関が知られている。このシリンダライナには、例えばシリンダブロックに鋳込む場合に製造上の問題があることや、機関運転時に変形する問題があることが知られている。そしてこれらの問題に起因して、シリンダライナがピストンの摺動摩擦の大きさ（さらには内燃機関の燃費）やオイル消費量やブローバイガス量などを左右することが知られている。これに対して例えば特許文献１では、以下に示すシリンダライナの構造が開示されている。特許文献１が開示するシリンダライナの構造は、シリンダライナの外周面に中間部から上下の両端部に向かって滑らかな曲面部を形成することで、シリンダライナの肉厚を中間部から上下の両端部に向かって次第に大きくしている。特許文献１の開示技術によれば、シリンダライナの変形を抑制しつつ軽量化を図ることができる。

また本発明に係る中空部に関連すると考えられる技術が例えば特許文献２または３で開示されている。特許文献２の開示技術は、シリンダライナに密閉空隙を設けるとともに、密閉空隙に低融点金属を封入している。特許文献３の開示技術は、シリンダライナとシリンダブロック本体との間に、シリンダライナのクランクケース側から、ウォータジャケットのクランクケース側端部を越える位置まで空隙を形成している。なお、特許文献２の開示技術は、密閉空隙に封入した低融点金属の作用に基づき、冷却水の冷却性能と両立させる形で内燃機関の暖機性向上を図る技術となっている。また特許文献３の開示技術は、空隙によってシリンダライナの歪みを抑制する技術となっている。このほかシリンダライナに関する技術は例えば特許文献４で開示されている。

特開平１０−１５９６４４号公報 特開２００２−２５６９６４号公報 特開２００７−１９６２４２号公報 実開平６−１７４９号公報

ところで、シリンダライナを備えた内燃機関では例えば以下に示す問題もある。図６は一般的な内燃機関１０Ｘの要部を断面で模式的に示す図である。内燃機関１０Ｘはシリンダブロック１１Ｘと、シリンダライナ１２Ｘと、クランクケース１３Ｘとを備えている。シリンダブロック１１Ｘにはシリンダ１１１Ｘが設けられており、さらにシリンダ１１１Ｘに隣接してウォータジャケット１１２Ｘが設けられている。そしてシリンダブロック１１Ｘは、ウォータジャケット１１２Ｘの下方に下方部分１１３Ｘを有している。ところが、この下方部分１１３Ｘは金属部分であり、また剛性を確保するために厚肉とされていることから熱容量が大きくなっている。このため内燃機関１０Ｘでは、下方部分１１３Ｘを介して内部から外部への放熱が行われ、この結果、内燃機関の暖機性が損なわれているという問題があった。

そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、シリンダに隣接して設けられたウォータジャケットとクランクケースとの間において行われる放熱を抑制し、以って内燃機関の暖機性を向上させることができる内燃機関、および当該内燃機関について制御をする内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の内燃機関は、シリンダに隣接して設けられたウォータジャケットを有するシリンダブロックと、前記ウォータジャケットよりも下方に延伸するとともに外部に露出し、さらに中空部が設けられた延伸部を有するシリンダライナと、を備える。

また本発明は前記中空部を前記延伸部のみに設けた構成であってもよい。

また本発明は前記中空部を前記延伸部から、シリンダ軸線方向において前記ウォータジャケットと所定の長さ重なる位置にかけて設けた構成であることが好ましい。

また本発明は前記中空部に排気ガスを供給する供給装置がさらに設けられた構成であることが好ましい。

また本発明の内燃機関の制御装置は、請求項４記載の内燃機関について制御をする内燃機関の制御装置であって、機関冷間時に前記中空部に排気ガスを供給するように前記供給装置を制御する制御手段を備える。

本発明によればシリンダに隣接して設けられたウォータジャケットとクランクケースとの間において行われる放熱を抑制し、以って内燃機関の暖機性を向上させることができる。

内燃機関１０Ａの要部を断面で模式的に示す図である。 内燃機関１０Ｂの要部を断面で模式的に示す図である。 ＥＣＵ１Ａとともに、供給装置３０が設けられた内燃機関１０Ｃの要部を断面で模式的に示す図である。 ＥＣＵ１Ａの動作をフローチャートで示す図である。 ＥＣＵ１Ｂとともに、供給装置４０が設けられた内燃機関１０Ｃの要部を断面で模式的に示す図である。 一般的な内燃機関１０Ｘの要部を断面で模式的に示す図である。

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。

図１は本実施例に係る内燃機関１０Ａの要部を断面で模式的に示す図である。内燃機関１０Ａはシリンダブロック１１Ａと、シリンダライナ１２Ａと、クランクケース１３Ａとを備えている。シリンダブロック１１Ａには、シリンダ１１１Ａとウォータジャケット１１２Ａとが設けられている。ウォータジャケット１１２Ａはシリンダ１１１Ａに隣接して設けられている。ウォータジャケット１１２Ａは、シリンダブロック１１Ａの上面からクランクケース１３Ａに向かって、シリンダ軸線に沿って延伸するとともに、シリンダ１１１Ａの周囲を囲むようにして設けられている。シリンダブロック１１Ａは、ウォータジャケット１１２Ａの下方に下方部分１１３Ａを有している。

シリンダライナ１２Ａはシリンダブロック１１Ａに組み込まれている。シリンダライナ１２Ａはシリンダ部１２１Ａと延伸部１２２Ａとを有している。シリンダ部１２１Ａはシリンダ１１１Ａに収容されており、延伸部１２２Ａはウォータジャケット１１２Ａよりも下方に延伸した部分となっている。シリンダ部１２１Ａおよび延伸部１２２Ａはともに円筒状に形成されている。延伸部１２２Ａの内径は、シリンダ部１２１Ａの内径を加工する都合上、シリンダ部１２１Ａの内径よりも大きく設定されている。延伸部１２２Ａは外部に露出しており、さらに延伸部１２２Ａには中空部１２３Ａが設けられている。このため延伸部１２２Ａはシリンダ部１２１Ａよりも厚く設定されている。中空部１２３Ａは周方向に沿って一周に亘って設けられており、中空部１２３Ａには気体（ここでは空気）が存在している。クランクケース１３Ａは、延伸部１２２Ａに連結されている。シリンダブロック１１Ａおよびクランクケース１３Ａの材質はアルミ合金となっており、シリンダライナ１２Ａの材質は鉄となっている。

次に内燃機関１０Ａの作用効果について説明する。内燃機関１０Ａでは、前述した一般的な内燃機関１０Ｘの下方部分１１３Ｘに対応する部分のうち、相当の部分が、中空部１２３Ａが設けられた延伸部１２２Ａによって構成されている。そして中空部１２３Ａ内にある空気は断熱層として機能する。このため内燃機関１０Ａでは、ウォータジャケット１１２Ａとクランクケース１１３Ａとの間において放熱が行われることを抑制できる。また内燃機関１０Ａでは、延伸部１２２Ａに中空部１２３Ａを設けたことで、厚肉とした鋳造の下方部分１１３Ｘと同等の剛性を確保した場合であっても質量を軽減でき、これにより熱容量を低減できる。そしてこれらにより、内燃機関１０Ａの暖機性を向上させることができる。

また機関冷間時には一般に暖機性向上のために燃料噴射量が増量されるところ、内燃機関１０Ａの暖機性を向上させることで、燃料噴射量増量期間を短縮することも可能になり、この結果、燃費を向上させることも可能になる。
また内燃機関１０Ａの暖機性を向上させることで、車両に用いられる図示しないヒータの作動の早期化を図ることもでき、特に冬季に有効となる。
また内燃機関１０Ａでは、下方部分１１３Ｘに対応する部分のうち、相当の部分を延伸部１２２Ａで構成したことで、スラスト側・反スラスト側の剛性をより均等にすることもできる。そしてこれにより、ボアの変形が少なくなることから、ピストンの摺動摩擦を低減でき、以って燃費や信頼性を向上させることもできる。
また内燃機関１０Ａでは、下方部分１１３Ｘに対応する部分のうち、相当の部分を延伸部１２２Ａで構成したことで、ヘッドボルト軸力のシリンダブロック１１Ａ下面デッキへの伝達性を向上させることもできる。
このように内燃機関１０Ａは、シリンダ１１１Ａに隣接して設けられたウォータジャケット１１２Ａとクランクケース１１３Ａとの間において行われる放熱を抑制し、以って内燃機関１０Ａの暖機性を向上させることなどができる。

図２は本実施例に係る内燃機関１０Ｂの要部を断面で模式的に示す図である。内燃機関１０Ｂは、シリンダブロック１１Ａの代わりにシリンダブロック１１Ｂを備えている点と、シリンダライナ１２Ａの代わりにシリンダライナ１２Ｂを備えている点以外、内燃機関１０Ａと実質的に同一のものとなっている。シリンダライナ１２Ｂは、中空部１２３Ａの代わりに中空部１２３Ｂを備えており、またこれに伴いシリンダ部１２１Ａの代わりにシリンダ部１２１Ｂを、延伸部１２２Ａの代わりに延伸部１２２Ｂをそれぞれ備えている。中空部１２３Ｂは、延伸部１２２Ｂのみならず、延伸部１２２Ｂからさらにシリンダ部１２１Ｂにかけて設けられている。このためシリンダ部１２１Ｂ下部の外径は、他の部分と比較して大きく設定されている。そしてシリンダ部１２１Ｂ下部と同じ幅で連続するように延伸部１２２Ｂが設けられている。

また、このように構成されたシリンダライナ１２Ｂに適合させるため、シリンダブロック１１Ｂはシリンダ１１１Ａの代わりにシリンダ１１１Ｂを、ウォータジャケット１１２Ａの代わりにウォータジャケット１１２Ｂを、下方部分１１３Ａの代わりに下方部分１１３Ｂをそれぞれ備えている。シリンダ１１１Ｂは、下部の内径が他の部分と比較して大きく設定されている。またウォータジャケット１１２Ｂの下部の幅は、他の部分と比較して小さく設定されている。また下方部分１１３Ｂはこれらに適合する形で設けられている。

中空部１２３Ｂは、さらに具体的には延伸部１２２Ｂから、シリンダ軸線方向においてウォータジャケット１１２Ｂと所定の長さ重なる位置にかけて設けられている。この所定の長さはすくなくともゼロ以上であればよく、ウォータジャケット１１２Ｂを流通する冷却水の冷却性能との両立を考慮した上で、適宜の長さに設定することができる。この点、所定の長さ重なる位置は図示しないピストンの摺動部に含まれ、且つ燃焼室から十分離れた位置であることが好ましい。
次に内燃機関１０Ｂの作用効果について説明する。内燃機関１０Ｂでは、中空部１２３Ｂがシリンダ軸線方向においてウォータジャケット１１２Ｂと所定の長さ重なっていることから、さらに下方部分１１３Ｂを介した放熱を抑制できる。
このように内燃機関１０Ｂは内燃機関１０Ａと比較してさらに放熱を抑制することができる。

図３は内燃機関の制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１Ａとともに、供給装置３０が設けられた本実施例に係る内燃機関１０Ｃの要部を断面で模式的に示す図である。内燃機関１０Ｃは、シリンダライナ１２Ｂの代わりにシリンダライナ１２Ｃを備えている点と、供給装置３０がさらに設けられている点以外、内燃機関１０Ｂと実質的に同一のものとなっている。シリンダライナ１２Ｃは、延伸部１２２Ｂの代わりに延伸部１２２Ｃを備えるとともに、中空部１２３Ｂの代わりに中空部１２３Ｃを備えている。延伸部１２２Ｃはシリンダ部１２１Ｂ下部と内外径がともに等しく設定されており、中空部１２３Ｃはシリンダ軸線方向に沿って幅が等しく設定されている。すなわち、実施例２で前述したシリンダライナ１２Ｂの代わりに、例えばこのように延伸部１２２Ｂおよび中空部１２３Ｃを設けたシリンダライナ１２Ｃを適用することもできる。またシリンダライナ１２Ｃには、さらに排気ガス導入部１２４および排気ガス排出部１２５が設けられている。そしてこれらの点以外、シリンダライナ１２Ｃはシリンダライナ１２Ｂと実質的に同一のものとなっている。

供給装置３０はＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ配管３１（３１ａ、３１ｂおよび３１ｃ）と、ＥＧＲ配管３１ａおよび３１ｂの間に設けられたＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲクーラ３２をバイパスする形でＥＧＲ配管３１に接続されたバイパス配管３３（３３ａおよび３３ｂ）と、ＥＧＲ配管３１ｂの終端、バイパス配管３３ｂの終端およびＥＧＲ配管３１ｃの基端を接続するバルブ３４とを備えている。供給装置３０は、中空部１２３Ｃに排気ガスを供給するための構成であり、バイパス配管３３ａの終端は排気ガス導入部１２４に、バイパス配管３３ｂの基端は排気ガス排出部１２５にそれぞれ接続されている。バルブ３４は電磁弁であり、ＥＧＲ配管３１ｂとＥＧＲ配管３１ｃとを連通する場合と、バイパス配管３３ｂとＥＧＲ配管３１ｃとを連通する場合とを切替可能な三方弁となっている。

ＥＣＵ１ＡはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータ（図示省略）を備えている。ＥＣＵ１Ａは主に内燃機関１０Ｃを制御するように構成されている。この点、ＥＣＵ１Ａは具体的には例えば図示しない燃料噴射弁を制御するように構成されている。このほかＥＣＵ１Ａは、例えばバルブ３４を制御するように構成されている。バルブ３４は制御対象としてＥＣＵ１Ａに電気的に接続されている。またＥＣＵ１Ａには水温センサ５１などの各種のＳＷ・センサ類が接続されている。内燃機関１０Ｃの冷却水の水温ＴＨＷは水温センサ５１の出力に基づき検出される。

ＲＯＭはＣＰＵ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。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１Ａ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。この点、本実施例では機関冷間時に中空部１２３Ｃに排気ガスを供給するように供給装置３０（より具体的にはバルブ３４）を制御する制御手段がＥＣＵ１Ａで機能的に実現される。

次にＥＣＵ１Ａの動作を図４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内燃機関１０Ｃが始動した際に開始され、ごく短い間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ１Ａは、機関冷間時であるか否かを判定する（ステップＳ１）。機関冷間時であるか否かは例えば水温ＴＨＷが所定値（例えば７５℃）以下であるか否かを判定することで判定できる。ステップＳ１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ａは中空部１２３Ｃに排気ガスを供給するように（バイパス配管３３ｂとＥＧＲ配管３１ｃとを連通するように）バルブ３４を制御する（ステップＳ２）。これにより中空部１２３Ｃに排気ガスが供給される。一方、ステップＳ１で肯定判定であれば、機関温間時であると判断される。このときＥＣＵ１Ａは中空部１２３Ｃに排気ガスが供給されないように（ＥＧＲ配管３１ｂとＥＧＲ配管３１ｃとを連通するように）バルブ３４を制御する（ステップＳ３）。

次に供給装置３０が設けられた内燃機関１０ＣおよびＥＣＵ１Ａの作用効果について説明する。内燃機関１０ＣおよびＥＣＵ１Ａでは、機関冷間時に排気ガスを中空部１２３Ｃに供給することから、排気熱でボアを温めることができる。このため内燃機関１０ＣおよびＥＣＵ１Ａでは、これによりボア面のオイル粘度を低下させることができ、以ってピストンの摺動摩擦低減を図ることができる。またオイルを温めることができることから、内燃機関１０ＣおよびＥＣＵ１Ａではオイルよって潤滑される内燃機関１０Ｃ各部の摺動摩擦も低減することができる。そして内燃機関１０ＣおよびＥＣＵ１Ａでは、これら摺動摩擦の低減に基づき燃費を向上できる。
このように、供給装置３０が設けられた内燃機関１０ＣおよびＥＣＵ１Ａは、内燃機関１０Ｂと比較してさらに機関冷間時に内燃機関１０Ｃの摺動摩擦を低減できるとともに、これに基づく燃費の向上を図ることができる。

なお、供給装置３０の代わりに例えば次に示すように構成された供給装置４０を設けることもできる。図５はＥＣＵ１Ｂとともに、供給装置４０が設けられた内燃機関１０Ｃの要部を断面で模式的に示す図である。
供給装置４０は排気管４１と、分岐管４２（４２ａおよび４２ｂ）と、バルブ４３とを備えている。分岐管４２ａは基端が排気管４１に接続されるとともに、終端が排気ガス導入部１２４に接続されている。分岐管４２ｂは基端が排気ガス排出部１２５に接続されるとともに、終端が排気管４１のうち、分岐管４２ａが接続されている部分よりも下流側の部分に接続されている。バルブ４３は分岐管４２ｂに設けられており、分岐管４２ｂを連通、遮断可能な電磁弁となっている。
ＥＣＵ１Ｂはバルブ３４の代わりにバルブ４３が制御対象として電気的に接続されるとともに、制御手段が機関冷間時に中空部１２３Ｃに排気ガスを供給するよう、供給装置３０の代わりに供給装置４０（より具体的にはバルブ４３）を制御するように実現される点以外、ＥＣＵ１Ａと実質的に同一のものとなっている。
そしてかかる供給装置４０が設けられた内燃機関５０ＣおよびＥＣＵ１Ｂでも、機関冷間時にオイルを温めることができることから、供給装置３０が設けられた内燃機関５０ＣおよびＥＣＵ１Ａと同様の効果を得ることができる。

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１および２では、断熱効果が高いことから中空部１２３に空気が存在する場合について詳述した。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、中空部には例えば空気以外の気体が存在していてもよく、またグラスウールや発泡樹脂などを設けてもよい。
また例えば上述した実施例３では、高い昇温効果が得られることから、ＥＧＲ配管３１を流通する排気ガスの全部を中空部１２３Ｃに供給する排気ガスとした場合について詳述した。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、中空部に供給する排気ガスは例えば流通する排気ガスの一部であってもよい。
また例えば上述した実施例３では、供給装置３０が設けられた内燃機関１０Ｃに対してＥＣＵ１Ａを適用した場合について詳述した。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、供給装置が設けられた内燃機関は本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、ＥＣＵ１Ａが行う制御以外の適宜の制御が行われてもよい。

また制御手段は、主に内燃機関１０を制御するＥＣＵ１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。この点、本発明の内燃機関の制御装置は、例えば複数の電子制御装置や、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で実現されてもよい。同様に本発明の内燃機関の制御装置で機能的に実現される各種の手段も複数の電子制御装置や、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で実現されてもよい。

１ ＥＣＵ
１０ 内燃機関
１１ シリンダブロック
１１１ シリンダ
１１２ ウォータジャケット
１２ シリンダライナ
１２１ シリンダ部
１２２ 延伸部
１２３ 中空部
３０、４０ 供給装置
３４、４３ バルブ

Claims (5)

1. シリンダに隣接して設けられたウォータジャケットを有するシリンダブロックと、
   前記ウォータジャケットよりも下方に延伸するとともに外部に露出し、さらに中空部が設けられた延伸部を有するシリンダライナと、を備えた内燃機関。
2. 請求項１記載の内燃機関であって、
   前記中空部を前記延伸部のみに設けた内燃機関。
3. 請求項１記載の内燃機関であって、
   前記中空部を前記延伸部から、シリンダ軸線方向において前記ウォータジャケットと所定の長さ重なる位置にかけて設けた内燃機関。
4. 請求項３記載の内燃機関であって、
   前記中空部に排気ガスを供給する供給装置がさらに設けられた内燃機関。
5. 請求項４記載の内燃機関について制御をする内燃機関の制御装置であって、
   機関冷間時に、前記中空部に排気ガスを供給するように前記供給装置を制御する制御手段を備えた内燃機関の制御装置。

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