JP2008223615A - 内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】リーンバーン運転時においてボア壁面近傍での燃焼性を高めて未燃燃料を低減し燃費を向上できる内燃機関を提供する。
【解決手段】リーンバーン運転が可能な内燃機関であって、リーンバーン運転時の燃焼室内のボア壁面近傍の混合気の温度が低下するのを抑制するために、シリンダヘッド20とシリンダブロック10とをそれぞれ独立に冷却水で冷却する冷却機構、冷却機構のシリンダブロック10側の冷却水の温度を選択的に高める温度制御手段としてのECU100とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】リーンバーン運転が可能な内燃機関であって、リーンバーン運転時の燃焼室内のボア壁面近傍の混合気の温度が低下するのを抑制するために、シリンダヘッド20とシリンダブロック10とをそれぞれ独立に冷却水で冷却する冷却機構、冷却機構のシリンダブロック10側の冷却水の温度を選択的に高める温度制御手段としてのECU100とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関に関する。
燃費性能の向上とエミッション性能の向上を図るために、所定の運転領域、例えば、低負荷領域では、混合気の空燃比を理論空燃比よりはリーンにして希薄燃焼(リーンバーン)を行うようにしたエンジン、いわゆるリーンバーンエンジンが知られている。リーンバーンは着火性・燃焼性がストイキ燃焼時と比べて悪化する。リーンバーンにおける着火性・燃焼性を向上させる技術は、例えば、特許文献1等に開示されている。
ところで、混合気中の燃料がほぼ均一に分散される、いわゆる均質燃焼のリーンバーン運転では、火炎伝播が遅く、燃焼後期では、ボア壁面近傍で混合気が冷やされ、火炎伝播しきらずに火炎が消炎しやすい。このため、未燃燃料が多く残りやすく、そのため、本来向上すべき燃費性能を得るのが難しいという問題がある。
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、リーンバーン運転時においてボア壁面近傍での燃焼性を高めて未燃燃料を低減し燃費を向上できる内燃機関を提供することにある。
本発明に係る内燃機関は、リーンバーン運転が可能な内燃機関であって、リーンバーン運転時の燃焼室内のボア壁面近傍の混合気の温度が低下するのを抑制する保温手段を有する、ことを特徴としている。
この構成によれば、ボア壁面近傍において混合気が冷やされにくく、火炎が消炎しにくくなり、その結果、未燃燃料を低減し燃費を向上できる。
この構成によれば、ボア壁面近傍において混合気が冷やされにくく、火炎が消炎しにくくなり、その結果、未燃燃料を低減し燃費を向上できる。
上記構成において、前記保温手段は、前記リーンバーン運転時の前記燃焼室内のボア壁面近傍の混合気の温度が、ストイキ運転時と比較して低下するのを抑制する、構成を採用できる。
上記構成において、前記保温手段は、シリンダヘッドとシリンダブロックとをそれぞれ独立に冷却水で冷却する冷却機構と、前記冷却機構の前記シリンダブロック側の冷却水の温度を選択的に高める温度制御手段とを有する、構成を採用できる。
この構成によれば、シリンダブロック側の冷却水の温度が上昇し、ボア壁面の温度が上昇して、ボア壁面近傍での燃焼性を高めることができる。
この構成によれば、シリンダブロック側の冷却水の温度が上昇し、ボア壁面の温度が上昇して、ボア壁面近傍での燃焼性を高めることができる。
上記構成において、前記保温手段は、既燃ガスを前記燃焼室内に導入して前記ボア壁面上に断熱層を形成する既燃ガス導入機構を有する、構成を採用できる。
この構成によれば、ボア壁面近傍に断熱層が形成されるので、混合気がボア壁面近傍で冷やされるのを抑制でき、混合気のボア壁面近傍での燃焼性を高めることができる。
この構成によれば、ボア壁面近傍に断熱層が形成されるので、混合気がボア壁面近傍で冷やされるのを抑制でき、混合気のボア壁面近傍での燃焼性を高めることができる。
本発明によれば、リーンバーン運転時においてボア壁面近傍部での燃焼性を高めて未燃燃料を低減し燃費を向上できる内燃機関が得られる。
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。
この内燃機関は、シリンダブロック10及びシリンダヘッド20により形成される図示しない燃焼室の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。また、車両用多気筒エンジン(例えば4気筒エンジン)であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。
この内燃機関は、シリンダブロック10及びシリンダヘッド20により形成される図示しない燃焼室の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。また、車両用多気筒エンジン(例えば4気筒エンジン)であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
この内燃機関は、シリンダブロック10及びシリンダヘッド20をそれぞれ独立に冷却する冷却機構として、ラジエタ30、図示しないクランクシャフトに連結されたウォータポンプ31、ラジエタ30からウォータポンプ31へ冷却水を送る配管32、ウォータポンプ31から供給される冷却水をシリンダブロック10及びシリンダヘッド20へそれぞれ供給する配管33、シリンダブロック10及びシリンダヘッド20内に形成された図示しないウォータジャケットを通過した冷却水をラジエタ30へ帰還させる配管34、シリンダブロック10及びシリンダヘッド20へ供給される冷却水の流量をそれぞれ調整するための電磁弁40,41等を備える。尚、この冷却機構と温度制御手段としてのECU100とにより、保温手段が実現される。
電磁弁40,41は、ECU(電子制御ユニット)100によりデューティ制御される。
シリンダブロック10及びシリンダヘッド20の冷却水の温度は、シリンダブロック10及びシリンダヘッド20にそれぞれ設けられた水温センサ11,21により検出され、ECU100にフィードバックされる。
シリンダブロック10及びシリンダヘッド20の冷却水の温度は、シリンダブロック10及びシリンダヘッド20にそれぞれ設けられた水温センサ11,21により検出され、ECU100にフィードバックされる。
次に、ECU100による温度制御の一例について図2のフローチャートを参照して説明する。
ECU100は、先ず、内燃機関の暖機が終了したかを判断する(ステップS1)。この判断は、水温センサ11,21により検出される冷却水の温度が例えば80℃以上であるかで行う。冷却水の温度が80℃未満の場合には、冷却水の温度制御は行わず、電磁弁40,41は全開状態にある。
ECU100は、先ず、内燃機関の暖機が終了したかを判断する(ステップS1)。この判断は、水温センサ11,21により検出される冷却水の温度が例えば80℃以上であるかで行う。冷却水の温度が80℃未満の場合には、冷却水の温度制御は行わず、電磁弁40,41は全開状態にある。
次いで、暖機が終了した場合には、現在の運転領域がリーンバーン運転領域かを判断する(ステップS2)。この判断は、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷、冷却水の温度等から判断する。例えば、低回転、低負荷領域で冷却水の温度が80℃以上の領域をリーンバーン運転領域とし、それ以外をストイキ運転領域と判断する。尚、リーンバーン運転は、本実施形態では、いわゆる均質燃焼のリーンバーン運転である。
ストイキ運転領域の場合には、シリンダブロック10を流れる冷却水の温度が略80℃となるように電磁弁40の制御により冷却水の流量を制御すると共に(ステップS3)、シリンダヘッド20を流れる冷却水の温度も80℃程度となるように電磁弁41の制御により冷却水の流量を制御する(ステップS5)。
ステップS2において、リーンバーン運転領域の場合には、シリンダブロック10側の電磁弁40を制御してシリンダブロック10を流れる冷却水の流量を制限し、冷却水の温度が120℃程度となるようにする。一方、シリンダヘッド20を流れる冷却水の温度が80℃程度となるように電磁弁41の制御により冷却水の流量を制御する(ステップS5)。
これにより、シリンダブロック10側の冷却水の温度を選択的に高めることができる。この結果、リーンバーン運転時の燃焼室内のボア壁面の温度がストイキ運転時よりも高くなり、ボア壁面近傍の混合気の温度がストイキ運転時のように低下することがなく、ストイキ運転時と比べて混合気が逆に加熱される。このため、混合気の燃焼性が高まり、ボア壁面近傍で消炎しにくくなり、未燃燃料を低減し燃費を向上できる。
これにより、シリンダブロック10側の冷却水の温度を選択的に高めることができる。この結果、リーンバーン運転時の燃焼室内のボア壁面の温度がストイキ運転時よりも高くなり、ボア壁面近傍の混合気の温度がストイキ運転時のように低下することがなく、ストイキ運転時と比べて混合気が逆に加熱される。このため、混合気の燃焼性が高まり、ボア壁面近傍で消炎しにくくなり、未燃燃料を低減し燃費を向上できる。
図3は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の変形例を示す概略構成図である。
図3に示す内燃機関の冷却機構と図1に示した冷却機構とで異なる点は、図3に示す冷却機構は、ウォータポンプ31の代わりに電動式ウォータポンプ31A,31Bがシリンダブロック10及びシリンダヘッド20にそれぞれ設けられており、ラジエタ30から配管35により冷却水が電動式ウォータポンプ31A,31Bに供給される点である。尚、電動式ウォータポンプ31A,31Bは、ECU100により制御される。
図3に示す内燃機関の冷却機構と図1に示した冷却機構とで異なる点は、図3に示す冷却機構は、ウォータポンプ31の代わりに電動式ウォータポンプ31A,31Bがシリンダブロック10及びシリンダヘッド20にそれぞれ設けられており、ラジエタ30から配管35により冷却水が電動式ウォータポンプ31A,31Bに供給される点である。尚、電動式ウォータポンプ31A,31Bは、ECU100により制御される。
電動式ウォータポンプ31A,31Bを用いることにより、必要に応じて電動式ウォータポンプ31A,31Bの速度制御により冷却水の流量を可変でき、ウォータポンプ31を使用する場合に比べて流体損失が少なくなる。
図4は、本発明の他の実施形態に係る内燃機関の概略構造図であって、(A)は垂直方向の断面図、及び(B)は水平方向の断面図である。
内燃機関のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁130と、排気ポートを開閉する排気弁140とが気筒ごとに配設されている。各吸気弁130および各排気弁140は図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室110内の混合気に点火するための点火プラグ150が気筒ごとに取り付けられている。尚、燃焼室110は、ピストン120の冠面、ボア壁面111及びシリンダヘッドにより画定される。
内燃機関のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁130と、排気ポートを開閉する排気弁140とが気筒ごとに配設されている。各吸気弁130および各排気弁140は図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室110内の混合気に点火するための点火プラグ150が気筒ごとに取り付けられている。尚、燃焼室110は、ピストン120の冠面、ボア壁面111及びシリンダヘッドにより画定される。
また、内燃機関は、複数のチャンバ200、チャンバ200を燃焼室110に連通させる連通路210、連通路210を開閉する電磁弁220を備えており、これらは既燃ガス導入機構を構成している。尚、この既燃ガス導入機構により保温手段が実現される。
チャンバ200は、その内部に燃焼室110内で燃焼した既燃ガスGSを蓄積する。
連通路210は、ピストン120が下死点付近に移動したときに燃焼室110に連通する位置に形成されており、ボア壁面111の接線方向に既燃ガスGSを吐出するように配置されている。
電磁弁220は、図示しないECUにより開閉制御される。
連通路210は、ピストン120が下死点付近に移動したときに燃焼室110に連通する位置に形成されており、ボア壁面111の接線方向に既燃ガスGSを吐出するように配置されている。
電磁弁220は、図示しないECUにより開閉制御される。
図5は、電磁弁220の開閉タイミングを説明するためのタイミングチャートである。
図5に示すように、排気下死点付近おいて電磁弁220を開き、燃焼室110内の正圧の既燃ガスを連通路210を通じてチャンバ200内に蓄積する。既燃ガスGSをチャンバ200内に蓄積した後、電磁弁220を閉じる。
そして、吸気下死点付近において電磁弁220を再び開き、燃焼室110(シリンダ)へ既燃ガスGSを吐出させる。このとき、燃焼室110内は負圧となっている。連通路210を通じて既燃ガスGSを燃焼室110に吐出することにより、ボア壁面111上に断熱層BLが略均等に形成される。既燃ガスGSを吐出したのち、電磁弁220を閉じる。
図5に示すように、排気下死点付近おいて電磁弁220を開き、燃焼室110内の正圧の既燃ガスを連通路210を通じてチャンバ200内に蓄積する。既燃ガスGSをチャンバ200内に蓄積した後、電磁弁220を閉じる。
そして、吸気下死点付近において電磁弁220を再び開き、燃焼室110(シリンダ)へ既燃ガスGSを吐出させる。このとき、燃焼室110内は負圧となっている。連通路210を通じて既燃ガスGSを燃焼室110に吐出することにより、ボア壁面111上に断熱層BLが略均等に形成される。既燃ガスGSを吐出したのち、電磁弁220を閉じる。
ボア壁面111上に断熱層BLが形成されると、燃焼室110内に吸気された混合気がボア壁面111によって冷却することが抑制され、ボア壁面111近傍の混合気の温度が低下しにくくなる。これにより、燃焼行程においてボア壁面111近傍での混合気の燃焼性が高まり、ボア壁面111近傍で消炎しにくくなり、未燃燃料を低減し燃費を向上できる。
尚、本実施形態では、連通路210をピストン120が下死点付近に移動したときに燃焼室110に連通する位置に形成した場合について説明したが、この位置に限定されるわけではなく、燃焼室110の上端側に配置することも可能である。
尚、本実施形態では、連通路210をピストン120が下死点付近に移動したときに燃焼室110に連通する位置に形成した場合について説明したが、この位置に限定されるわけではなく、燃焼室110の上端側に配置することも可能である。
図6は本発明のさらに他の実施形態に係る内燃機関の概略構造図であって、(A)は垂直方向の断面図、及び(B)は水平方向の断面図である。尚、図4の内燃機関と同一構成部分については同一の符号を使用している。
図6に示す内燃機関は、上記したチャンバ200を備えておらず、代わりに、
排気マニホールドから既燃ガスGSを再循環させるための循環路300が電磁弁220を介して連通路210に接続されている。また、連通路210は燃焼室の上端部に設けられ、ボア壁面111の接線方向に配置されている。
このように、本実施形態では、排気ガスからなる既燃ガスGSを燃焼室110内に導入してボア壁面111に断熱層BLを形成する。
図6に示す内燃機関は、上記したチャンバ200を備えておらず、代わりに、
排気マニホールドから既燃ガスGSを再循環させるための循環路300が電磁弁220を介して連通路210に接続されている。また、連通路210は燃焼室の上端部に設けられ、ボア壁面111の接線方向に配置されている。
このように、本実施形態では、排気ガスからなる既燃ガスGSを燃焼室110内に導入してボア壁面111に断熱層BLを形成する。
図7は、図6に示す内燃機関における電磁弁220の開閉タイミングを説明するためのタイミングチャートである。
図7に示すように、吸気弁140を閉じた直後に電磁弁220を開いて燃焼室110(シリンダ)へ既燃ガスGSを吐出させる。これにより、上記したのと同様に、ボア壁面111上に断熱層BLが略均等に形成される。
このように、燃焼室110へ吐出する既燃ガスGSとして排気ガスを使用することにより、図4の構成と比べて、電磁弁220の作動回数を半減できると共に、吸気弁140を閉じた後からでも既燃ガスGSを吐出することができるので、混合気が既燃ガスGSからなる断熱層へ拡散する量を低減することができ、さらに断熱効果を高めることができる。
図7に示すように、吸気弁140を閉じた直後に電磁弁220を開いて燃焼室110(シリンダ)へ既燃ガスGSを吐出させる。これにより、上記したのと同様に、ボア壁面111上に断熱層BLが略均等に形成される。
このように、燃焼室110へ吐出する既燃ガスGSとして排気ガスを使用することにより、図4の構成と比べて、電磁弁220の作動回数を半減できると共に、吸気弁140を閉じた後からでも既燃ガスGSを吐出することができるので、混合気が既燃ガスGSからなる断熱層へ拡散する量を低減することができ、さらに断熱効果を高めることができる。
10…シリンダブロック
11…水温センサ
20…シリンダヘッド
21…水温センサ
30…ラジエタ
31…ウォータポンプ
31A,31B…電動式ウォータポンプ
32〜34…配管
40,41…電磁弁
100…ECU
110…燃焼室
111…ボア壁面
130…排気弁
140…吸気弁
200…チャンバ
210…連通路
GS…既燃ガス
BL…断熱層
11…水温センサ
20…シリンダヘッド
21…水温センサ
30…ラジエタ
31…ウォータポンプ
31A,31B…電動式ウォータポンプ
32〜34…配管
40,41…電磁弁
100…ECU
110…燃焼室
111…ボア壁面
130…排気弁
140…吸気弁
200…チャンバ
210…連通路
GS…既燃ガス
BL…断熱層
Claims (4)
- リーンバーン運転が可能な内燃機関であって、
リーンバーン運転時の燃焼室内のボア壁面近傍の混合気の温度が低下するのを抑制する保温手段を有する、ことを特徴とする内燃機関。 - 前記保温手段は、前記リーンバーン運転時の前記燃焼室内のボア壁面近傍の混合気の温度が、ストイキ運転時と比較して低下するのを抑制する、ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
- 前記保温手段は、シリンダヘッドとシリンダブロックとをそれぞれ独立に冷却水で冷却する冷却機構と、
前記冷却機構の前記シリンダブロック側の冷却水の温度を選択的に高める温度制御手段と、を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。 - 前記保温手段は、既燃ガスを前記燃焼室内に導入して前記ボア壁面上に断熱層を形成する既燃ガス導入機構を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007063486A JP2008223615A (ja) | 2007-03-13 | 2007-03-13 | 内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007063486A JP2008223615A (ja) | 2007-03-13 | 2007-03-13 | 内燃機関 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008223615A true JP2008223615A (ja) | 2008-09-25 |
Family
ID=39842516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007063486A Withdrawn JP2008223615A (ja) | 2007-03-13 | 2007-03-13 | 内燃機関 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008223615A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012117389A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Mitsubishi Motors Corp | エンジンの冷却制御装置 |
JP2013024186A (ja) * | 2011-07-25 | 2013-02-04 | Toyota Motor Corp | 電磁弁ならびにエンジン冷却装置 |
JP2013113241A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Mitsubishi Electric Corp | 内燃機関の制御装置 |
JP5527427B2 (ja) * | 2010-11-26 | 2014-06-18 | トヨタ自動車株式会社 | エンジンの冷却装置 |
-
2007
- 2007-03-13 JP JP2007063486A patent/JP2008223615A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP5527427B2 (ja) * | 2010-11-26 | 2014-06-18 | トヨタ自動車株式会社 | エンジンの冷却装置 |
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Legal Events
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