JP4379297B2 - Cylinder head of internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、シリンダヘッドの燃焼室壁の温度を調整する内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine that adjusts the temperature of a combustion chamber wall of a cylinder head.
従来の内燃機関のシリンダヘッドには、シリンダブロックに形成されたシリンダ列を構成する各シリンダにそれぞれ対応する燃焼室が形成されている。また、このシリンダヘッドには、燃焼室周りを冷却する燃焼室冷却手段として、冷却水が通過するウォータージャケットが形成されている。このウォータージャケットは、一般的には、点火プラグ近傍とバルブシート近傍にそれぞれ形成されており、このウォータージャケット内を通過する冷却水が燃焼室周りの熱、すなわち燃焼室から燃焼室壁を介して燃焼室周りに伝達された熱を受け、燃焼室壁の温度を低下、すなわち調整する。 A cylinder head of a conventional internal combustion engine is formed with a combustion chamber corresponding to each cylinder constituting a cylinder row formed in a cylinder block. The cylinder head is formed with a water jacket through which cooling water passes as a combustion chamber cooling means for cooling the periphery of the combustion chamber. This water jacket is generally formed in the vicinity of the spark plug and the valve seat, respectively, and the cooling water passing through the water jacket is heated around the combustion chamber, that is, from the combustion chamber through the combustion chamber wall. Receiving heat transferred around the combustion chamber, the temperature of the combustion chamber wall is lowered, that is, adjusted.
ここで、シリンダヘッドには、吸排気経路と燃焼室との連通を行う吸排気バルブが往復運動自在に配置されている。この吸排気バルブは、吸気バルブが吸気経路と燃焼室との連通を行い、排気バルブが燃焼室と排気経路との連通を行うものであり、この吸排気バルブの一部は燃焼室に常に露出した状態となるものである。従って、燃焼室の熱は、燃焼室壁を介して燃焼室周りに伝達されるのみではなく、吸排気バルブを介してこの吸排気バルブ周りに伝達される。 Here, in the cylinder head, an intake / exhaust valve that communicates between the intake / exhaust passage and the combustion chamber is disposed so as to freely reciprocate. In this intake / exhaust valve, the intake valve communicates between the intake passage and the combustion chamber, and the exhaust valve communicates between the combustion chamber and the exhaust passage. A part of this intake / exhaust valve is always exposed to the combustion chamber. It will be in the state. Therefore, the heat of the combustion chamber is not only transmitted around the combustion chamber via the combustion chamber wall, but also transmitted around the intake / exhaust valve via the intake / exhaust valve.
そこで、特許文献1に示すように、吸排気バルブの傘部の熱をバルブステムに向かって移動させ易くし、熱をこの吸排気バルブ周りに伝達させ易くする吸排気バルブ(中空エンジンバルブ)が提案されている。この特許文献1に示す吸排気バルブは、中空部を備えており、この中空部にナトリウムとゲッター剤とを封入したものである。この従来の吸排気バルブは、ゲッター剤により、中空部に封入されているナトリウムの純度の低下を抑制することで、吸排気バルブの傘部からバルブステムまでの熱の伝導性の低下を抑制するものである。 Therefore, as shown in Patent Document 1, there is an intake / exhaust valve (hollow engine valve) that makes it easy to move the heat of the umbrella portion of the intake / exhaust valve toward the valve stem and easily transfers the heat around the intake / exhaust valve. Proposed. The intake / exhaust valve shown in Patent Document 1 includes a hollow portion, and sodium and a getter agent are sealed in the hollow portion. This conventional intake / exhaust valve suppresses a decrease in the thermal conductivity from the umbrella part of the intake / exhaust valve to the valve stem by suppressing a decrease in the purity of sodium sealed in the hollow portion by the getter agent. Is.
ところで、吸気バルブの傘部が燃焼室に露出する面積は、シリンダヘッドに形成される燃焼室の表面積の大部分(例えば、60%程度)を占めるものである。従って、燃焼室壁の温度を調整する方法として、燃焼室の熱が伝達される吸排気バルブの温度を調整することも有効である。しかしながら、上記従来の内燃機関では、ウォータージャケットにより燃焼室壁の温度を調整し、吸排気バルブに伝達された熱をこの吸排気バルブ周りに伝達するのみであった。つまり、吸排気バルブの温度を積極的に調整することで、燃焼室壁の温度を調整するものではなかった。 By the way, the area where the umbrella portion of the intake valve is exposed to the combustion chamber occupies most of the surface area (for example, about 60%) of the combustion chamber formed in the cylinder head. Therefore, as a method for adjusting the temperature of the combustion chamber wall, it is also effective to adjust the temperature of the intake and exhaust valves to which the heat of the combustion chamber is transmitted. However, in the conventional internal combustion engine, the temperature of the combustion chamber wall is adjusted by a water jacket, and the heat transmitted to the intake / exhaust valve is only transmitted around the intake / exhaust valve. In other words, the temperature of the combustion chamber wall is not adjusted by positively adjusting the temperature of the intake and exhaust valves.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吸排気バルブの温度を調整することで、燃焼室壁の温度を調整することができる内燃機関のシリンダヘッドを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a cylinder head of an internal combustion engine that can adjust the temperature of the combustion chamber wall by adjusting the temperature of the intake and exhaust valves. Is.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、吸排気経路と燃焼室との連通を行う吸気バルブおよび排気バルブを有する内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記吸気バルブおよび前記排気バルブの温度を調整する温度調整装置を備え、前記温度調整装置は、燃焼室壁の温度に応じて前記吸気バルブおよび前記排気バルブを加熱するバルブ加熱手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸気バルブおよび前記排気バルブを冷却するバルブ冷却手段とを有することを特徴とする。
また、この発明では、前記バルブ加熱手段は、前記内燃機関の冷間始動時に前記吸気バルブおよび前記排気バルブを加熱することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, in the cylinder head of an internal combustion engine having an intake valve and an exhaust valve that communicate the intake and exhaust passages with the combustion chamber, the intake valve and the exhaust valve A temperature adjusting device for adjusting the temperature of the engine, the temperature adjusting device comprising: valve heating means for heating the intake valve and the exhaust valve according to the temperature of the combustion chamber wall; and the temperature adjusting device according to the operating state of the internal combustion engine. And a valve cooling means for cooling the intake valve and the exhaust valve .
In the present invention, the valve heating means heats the intake valve and the exhaust valve when the internal combustion engine is cold-started.
この発明によれば、温度調整装置により、燃焼室との間における熱の受け渡しが大きい吸気バルブおよび排気バルブの温度を積極的に調整し、燃焼室壁の温度を調整することができる。従って、従来の燃焼室周りに形成されるウォータージャケットにより、燃焼室との間における熱の受け渡しが小さい燃焼室周りの温度を調整するのみの場合と比較して、燃焼室壁の温度を十分に調整することができる。
また、この発明によれば、内燃機関の運転状態、例えば冷間始動時において、バルブ加熱手段により、吸気バルブおよび排気バルブを加熱することで、この吸気バルブおよび排気バルブの温度を積極的に調整し、燃焼室壁の温度を上昇させることができる。また、吸気バルブおよび排気バルブを介して燃焼室壁の温度を上昇させるため、シリンダヘッドが高温強度の低い材料(例えば、アルミニウムを含む材料)で形成されていても、この燃焼室壁の温度を所望温度まで上昇させることができる。これらにより、内燃機関の始動性を向上することができる。
また、この発明によれば、内燃機関の運転状態、例えば高負荷時において、バルブ冷却手段により、吸排気バルブを冷却することで、この吸排気バルブの温度を積極的に調整し、燃焼室壁の温度上昇を抑制することができる。従って、燃焼室内の混合ガスの圧縮端温度の上昇を抑制することができるので、燃焼の不安定化やノックの発生などを抑制することができる。
According to the present invention, the temperature adjustment device can positively adjust the temperatures of the intake valve and the exhaust valve, which transfer large heat to and from the combustion chamber, and adjust the temperature of the combustion chamber wall. Therefore, the water jacket formed around the conventional combustion chamber sufficiently reduces the temperature of the combustion chamber wall as compared with the case where only the temperature around the combustion chamber where the transfer of heat to and from the combustion chamber is small is adjusted. Can be adjusted.
Further, according to the present invention, the temperature of the intake valve and the exhaust valve is positively adjusted by heating the intake valve and the exhaust valve by the valve heating means in the operating state of the internal combustion engine, for example, during cold start. Thus, the temperature of the combustion chamber wall can be raised. Further, since the temperature of the combustion chamber wall is raised via the intake valve and the exhaust valve, even if the cylinder head is formed of a material having a low high-temperature strength (for example, a material containing aluminum), the temperature of the combustion chamber wall is reduced. The temperature can be raised to the desired temperature. As a result, the startability of the internal combustion engine can be improved.
Further, according to the present invention, in the operating state of the internal combustion engine, for example, when the load is high, the intake and exhaust valves are actively adjusted by cooling the intake and exhaust valves by the valve cooling means, so that the combustion chamber wall Temperature rise can be suppressed. Accordingly, an increase in the compression end temperature of the mixed gas in the combustion chamber can be suppressed, so that instability of combustion and occurrence of knocking can be suppressed.
また、この発明では、上記内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記吸排気バルブは、前記燃焼室と前記吸排気バルブとの間に配置されるバルブシートよりも熱の伝導性が高いことを特徴とする。 According to the present invention, in the cylinder head of the internal combustion engine, the intake / exhaust valve has higher heat conductivity than a valve seat disposed between the combustion chamber and the intake / exhaust valve. .
この発明によれば、燃焼室内の熱は、バルブシートを介してシリンダヘッドに伝達されるよりも、吸排気バルブに伝達されやすくなる。また、吸排気バルブの熱は、バルブシートを介して燃焼室周りに伝達され難くなる。従って、吸排気バルブの温度を積極的に調整することで、吸排気バルブの温度の変化に応じて燃焼室壁の温度が変化しやすくなり、燃焼室壁の温度を容易に調整することができる。 According to this invention, the heat in the combustion chamber is more easily transmitted to the intake / exhaust valve than to the cylinder head via the valve seat. In addition, the heat of the intake / exhaust valve becomes difficult to be transmitted around the combustion chamber via the valve seat. Therefore, by positively adjusting the temperature of the intake / exhaust valve, the temperature of the combustion chamber wall is likely to change according to the change in the temperature of the intake / exhaust valve, and the temperature of the combustion chamber wall can be easily adjusted. .
また、この発明では、上記内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記吸排気バルブは、中空部を備え、前記中空部には、冷媒が封入されていることを特徴とする。 According to the present invention, in the cylinder head of the internal combustion engine, the intake / exhaust valve includes a hollow portion, and a refrigerant is sealed in the hollow portion.
この発明によれば、吸排気バルブに熱の伝導性が高い冷媒、例えばナトリウム、ナトリウム化合物が封入されている。従って、吸排気バルブの熱の伝導性が向上し、吸排気バルブにおける熱の移動を容易とすることができる。これにより、燃焼室や吸排気バルブ周りとの間における熱の受け渡しを容易に行うことができ、燃焼室壁の温度を容易に調整することができる。 According to this invention, the refrigerant having high heat conductivity, for example, sodium or sodium compound is sealed in the intake / exhaust valve. Accordingly, the heat conductivity of the intake / exhaust valve is improved, and the heat transfer in the intake / exhaust valve can be facilitated. Thus, heat can be easily transferred between the combustion chamber and the intake and exhaust valves, and the temperature of the combustion chamber wall can be easily adjusted.
また、この発明では、上記内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記冷媒には、粉粒体が混入していることを特徴とする。 According to the present invention, in the cylinder head of the internal combustion engine, powder particles are mixed in the refrigerant.
この発明によれば、吸排気バルブがシリンダヘッドに対して往復運動をすることで、粉粒体が冷媒内を移動する。従って、吸排気バルブの中空部に封入された冷媒に強制対流が生じ、吸排気バルブにおける熱の移動をさらに容易とすることができる。これにより、燃焼室や吸排気バルブ周りとの間における熱の受け渡しを容易に行うことができ、燃焼室壁の温度をさらに容易に調整することができる。 According to this invention, the granular material moves in the refrigerant by the reciprocating motion of the intake / exhaust valve with respect to the cylinder head. Therefore, forced convection occurs in the refrigerant sealed in the hollow portion of the intake / exhaust valve, and heat transfer in the intake / exhaust valve can be further facilitated. Thus, heat can be easily transferred between the combustion chamber and the intake and exhaust valves, and the temperature of the combustion chamber wall can be adjusted more easily.
この発明にかかる内燃機関のシリンダヘッドは、吸排気バルブの温度を調整する温度調整装置により、燃焼室壁の温度を調整するので、燃焼の不安定化、ノックの発生の抑制することができるという効果を奏する。また、始動性を向上することができるという効果を奏する。 In the cylinder head of the internal combustion engine according to the present invention, the temperature of the combustion chamber wall is adjusted by a temperature adjusting device that adjusts the temperature of the intake and exhaust valves, so that combustion instability and knocking can be suppressed. There is an effect. Moreover, there exists an effect that startability can be improved.
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。ここで、以下の実施例における内燃機関とは、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、水素エンジン、天然ガスエンジンなどが含まれるものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same. Here, the internal combustion engine in the following embodiments includes a gasoline engine, a diesel engine, a hydrogen engine, a natural gas engine, and the like mounted on a vehicle such as a passenger car and a truck.
図1は、この発明にかかる内燃機関のシリンダヘッドの構成例を示す図である。図2は、吸排気バルブの要部拡大断面図である。図1に示すように、この発明にかかる内燃機関のシリンダヘッド1は、複数の燃焼室2(同図においては、紙面鉛直方向に形成されている)と、吸気ポート3と、排気ポート4と、動弁室5と、吸気側の吸排気バルブ6と、排気側の吸排気バルブ7と、バルブ冷却手段であるバルブウォータージャケット8と、バルブ加熱手段であるバルブ加熱ヒータ9とにより構成されている。つまり、この発明にかかる内燃機関のシリンダヘッド1は、吸排気バルブ6,7の温度を調整する温度調整装置として、バルブウォータージャケット8と、バルブ加熱ヒータ9とを有する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a cylinder head of an internal combustion engine according to the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the intake / exhaust valve. As shown in FIG. 1, a cylinder head 1 of an internal combustion engine according to the present invention includes a plurality of combustion chambers 2 (formed in the vertical direction in the drawing in the figure), an intake port 3, an exhaust port 4, and the like. The
なお、10は、図示しない点火プラグ近傍に形成され、シリンダヘッド1に流入する冷却水が通過する点火プラグ周りウォータージャケットである。また、11は、その内部に冷媒である冷却水を通過させ、この冷却水の熱を外気に放熱するラジエターである。また、12は、内燃機関の図示しないクランクシャフトの回転力により作動し、冷媒である冷却水をシリンダヘッド1および図示しないシリンダブロックなどに循環させるウォーターポンプである。また、13は、内燃機関の運転制御を行うECU(Engine Control Unit)である。また、14は、シリンダヘッド1に流入する冷却水の流量を調整する流量調整弁である。
燃焼室2は、図示しないシリンダブロックに形成される複数の図示しないシリンダのそれぞれに対応してシリンダヘッド1の下面1aに形成されている。この燃焼室2と吸排気バルブ6,7との間には、それぞれバルブシート15,16が配置されている。
The
吸気ポート3は、各燃焼室2にそれぞれ対応して形成されており、図示しない吸気経路と各燃焼室2との間に形成されるものである。この吸気ポート3は、燃焼室2からシリンダヘッド1の図示しない一方の側面まで連通しており、例えば吸気経路の図示しないインテークマニホールドと連結されている。つまり、図示しない吸気経路内の空気は、吸気ポート3を介して各燃焼室2に吸気される。
The intake port 3 is formed corresponding to each
排気ポート4は、各燃焼室2にそれぞれ対応して形成されており、図示しない排気経路と各燃焼室2との間に形成されるものである。この排気ポート4は、燃焼室2からシリンダヘッド1の図示しない他方の側面まで連通しており、例えば排気経路の図示しないエキゾースト間にホールドと連結されている。つまり、各燃焼室2から排気ポート4に排気される排気ガスは、排気ポート4を介して、排気経路に排気される。
The exhaust port 4 is formed corresponding to each
動弁室5は、シリンダヘッド1の上部に形成されており、上記吸排気バルブ6,7、図示しないインテークカムシャフトおよびエキゾーストカムシャフトなどが配置される。この動弁室5には、吸排気バルブ6,7のそれぞれに対応するバルブガイド17,18が配置されている。吸排気バルブ6,7は、このバルブガイド17,18に対して往復運動可能に支持されている。
The
吸排気バルブ6は、吸気側の吸排気バルブ、すなわち吸気バルブであり、バルブガイド17を往復運動することで、図示しない吸気経路と各燃焼室2との連通を行うものである。一方、吸排気バルブ7は、排気側の吸排気バルブ、すなわち排気バルブであり、バルブガイド18を往復運動することで、各燃焼室2と図示しない排気経路との連通を行うものである。つまり、吸排気バルブ6,7は、吸排気経路と各燃焼室2との連通を行うものである。
The intake / exhaust valve 6 is an intake / exhaust valve on the intake side, that is, an intake valve. The intake / exhaust valve 6 communicates between an intake path (not shown) and each
これら吸排気バルブ6,7は、各燃焼室2に対してそれぞれ1以上配置されている。この吸排気バルブ6,7は、同図および図2に示すように、傘部6a,7aと、バルブステム6b,7bとにより構成されている。この吸排気バルブ6,7の一部、すなわち傘部6a、7aの表面6f,7fは、常に燃焼室2に露出している。また、吸排気バルブ6,7は、中空部6c,7cが形成されている。この中空部6c,7cには、冷媒6d,7dとして熱伝達率の高いナトリウム化合物、例えばナトリウムカリウムが封入されている。このナトリウム化合物の封入量は、ナトリウム化合物が吸排気バルブ6,7の往復運動によりこの中空部6c,7c内を移動できるように、中空部6c,7cの容量よりも少ない量であることが好ましい。また、中空部6c、7cに封入されるものは、ナトリウム化合物に限定されず、ナトリウムとこのナトリウムの純度の低下を抑制、すなわちナトリウムの熱伝達率の低下を抑制して吸排気バルブ6,7における熱の伝導性の低下を抑制するゲッター剤(例えば、Zr(ジルコニウム)、Ti(チタン)、Zr2Ni金属間化合物など)とを封入しても良い。なお、このゲッター剤は、水素吸蔵能力を有するものが好ましい。
One or more of these intake / exhaust valves 6, 7 are arranged for each
このように、吸排気バルブ6,7に熱伝達率の高い、すなわち熱の伝導性が高い冷媒6d,7dを封入すると、吸排気バルブ6,7の熱の伝導性が向上し、吸排気バルブ6,7における熱の移動を容易とすることができる。これにより、吸排気バルブ6,7と燃焼室2や吸排気バルブ周りとの間における熱の受け渡しを容易に行うことができる。
As described above, when the
また、この中空部6c,7cに封入されている冷媒6d,7dには、粉粒体6e,7eが混入されている。この粉粒体6e,7eは、その比重が冷媒の比重よりも重いもの、例えばセラミックや金属(冷媒であるナトリウムと反応しないあるいは反応し難い吸排気バルブ6,7と同一材料である鉄)などにより構成されている。また、粉粒体6e,7eは、その最も大きい粉粒体の直径が中空部の軸方向断面における直径よりも小さくなるように形成されている。なお、粉粒体6e,7eは、直径の異なる複数の大きさの粉粒体により構成されていることが好ましい。
Moreover, the
このように、吸排気バルブ6,7の中空部6c,7cに封入される冷媒6d,7dに、粉粒体6e,7eを混入すると、吸排気バルブ6,7がシリンダヘッド1に対して往復運動をすることで、粉粒体6e,7eが冷媒6d,7d内を移動する。従って、吸排気バルブ6,7の中空部6c,7cに封入された冷媒6d,7dに強制対流が生じ、冷媒6d、7dの温度の均質化を測ることができる。また、粉粒体6e,7eが中空部6c、7cの図示しない壁面に衝突することで、この壁面の熱境界層が崩れ、吸排気バルブ6,7と冷媒6d,7dとの間における熱の受け渡しを容易に行うことができる。これらにより、吸排気バルブ6,7における熱の移動をさらに容易とすることができ、この吸排気バルブ6,7と、燃焼室2や吸排気バルブ周りとの間における熱の受け渡しがさらに容易に行うことができる。
Thus, if the
また、この吸排気バルブ6,7は、燃焼室2とこの吸排気バルブ6,7との間に配置されている上記バルブシート15,16よりも熱伝達率の高くなるように形成されている。例えば、吸排気バルブ6,7を形成する材料として、バルブシート15,16を形成する材料の熱伝達率よりも高いものを用いる。具体的には、例えば、吸排気バルブ6,7が銅合金で形成されている場合は、バルブシート13,14を例えばアルミニウム、アルミニウム合金などにより形成する。
The intake and exhaust valves 6 and 7 are formed to have a higher heat transfer coefficient than the valve seats 15 and 16 disposed between the
このように、吸排気バルブ6,7の熱の伝導性がバルブシート15,16の熱の伝導性よりも高いと、燃焼室2内の熱は、バルブシート15,16を介してバルブシート周り、すなわちシリンダヘッド1に伝達されるよりも、吸排気バルブ6,7に伝達されやすくなる。また、吸排気バルブ6,7の熱は、バルブシート15,16を介して燃焼室周りに伝達され難くなる。従って、吸排気バルブ6,7の温度を積極的に調整することで、吸排気バルブ6,7の温度の変化に応じて燃焼室壁の温度が変化し易くすることができる。
As described above, when the heat conductivity of the intake and exhaust valves 6 and 7 is higher than the heat conductivity of the valve seats 15 and 16, the heat in the
この吸排気バルブ6,7の温度を調整する温度調整装置は、この実施例においてバルブ冷却手段であるバルブウォータージャケット8と、バルブ加熱手段であるバルブ加熱ヒータ9とにより構成される。
In this embodiment, the temperature adjusting device for adjusting the temperature of the intake and exhaust valves 6 and 7 includes a
バルブウォータージャケット8は、内燃機関の運転状態に応じて吸排気バルブ6,7を冷却するバルブ冷却手段であり、各吸排気バルブ6,7に対応して設けられている。ここで、バルブウォータージャケット8は、バルブステム6b、7bを支持するバルブガイド17,18に接するように配置されている。この実施例では、バルブウォータージャケット8内の冷却水が直接バルブガイド17,18に接するように配置されている。このバルブウォータージャケット8には、シリンダヘッド1に流入する冷却水が通過し、この冷却水が通過する際に、冷却水にバルブガイド17,18を介して、吸排気バルブ6,7の熱が伝達され、この吸排気バルブ6,7が冷却される。なお、このバルブウォータージャケット8を通過する冷却水の流量は、ECU13が流量調整弁14の弁開度制御を行うことで調整される。
The
バルブ加熱ヒータ9は、内燃機関の運転状態に応じて吸排気バルブ6,7を加熱するバルブ加熱手段であり、各吸排気バルブ6,7に対応して設けられている。ここで、バルブ加熱ヒータ9は、バルブステム6b、7bを支持するバルブガイド17,18に接するように配置されている。この実施例では、バルブ加熱ヒータ9内の冷却水が直接バルブガイド17,18に接するように配置されている。このバルブ加熱ヒータ9は、バルブガイド17,18を介して、吸排気バルブ6,7に熱を伝達し、この吸排気バルブ6,7が加熱される。ここで、バルブ加熱ヒータ9による吸排気バルブ6,7の加熱は、ECU13がこのバルブ加熱ヒータ9への電力供給を制御することで行われる。
The valve heater 9 is a valve heating means for heating the intake / exhaust valves 6, 7 according to the operating state of the internal combustion engine, and is provided corresponding to each of the intake / exhaust valves 6, 7. Here, the valve heater 9 is disposed so as to contact the valve guides 17 and 18 that support the valve stems 6b and 7b. In this embodiment, the cooling water in the valve heater 9 is arranged so as to be in direct contact with the valve guides 17 and 18. The valve heater 9 transmits heat to the intake / exhaust valves 6 and 7 via the valve guides 17 and 18 so that the intake / exhaust valves 6 and 7 are heated. Here, heating of the intake / exhaust valves 6 and 7 by the valve heater 9 is performed by the
ECU13は、この発明にかかる内燃機関の制御装置であり、この内燃機関を運転制御するものである。このECU13は、内燃機関が搭載された図示しない車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。例えば、内燃機関の図示しないクランクシャフトに取り付けられた角度センサにより検出された機関回転数、図示しない吸気経路に取り付けられたエアフロメータにより検出された吸入空気量、アクセルペダルセンサにより検出されたアクセル開度、燃焼室2の近傍あるいは燃焼室2内に取り付けられた燃焼室壁温度センサにより検出された燃焼室壁の温度などがある。ECU13は、これら入力信号および記憶部に記憶されている各種マップに基づいて内燃機関を運転制御する。例えば、図示しない吸気経路に取り付けられたスロットルバルブのバルブ開弁制御を行い、図示しない燃料噴射弁の噴射制御を行い、流量調整弁14の流量調整弁開度制御を行い、バルブ加熱ヒータ9への電力供給制御を行う。
The
このECU13は、具体的には、上記入力信号や内燃機関を運転制御するのに必要な出力信号の入出力を行う入出力ポート(I/O)と、処理部と、各種マップなどを格納する記憶部とにより構成されている。処理部は、メモリおよびCPU(Central Processing Unit)により構成され、内燃機関の運転制御などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、内燃機関の運転制御方法などを実現させるものであっても良い。また、記憶部は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ROM(Read Only Memory)のような読み出しのみが可能な揮発性のメモリあるいはRAM(Random Access Memory)のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
Specifically, the
次に、温度調整手段であるバルブウォータージャケット8およびバルブ加熱ヒータ9により、吸排気バルブ6,7の温度を調整する方法について説明する。このバルブウォータージャケット8およびバルブ加熱ヒータ9は、内燃機関の運転状態に応じて動作するものである。
Next, a method for adjusting the temperatures of the intake and exhaust valves 6 and 7 using the
まず、温度調整手段であるバルブウォータージャケット8により、吸排気バルブ6,7の温度を調整する方法について説明する。バルブウォータージャケット8に流入する冷媒である冷却水の流量は、流量調整弁14の流量調整弁開度制御を行うことで調整される。ECU13の記憶部は、内燃機関の機関回転数と内燃機関の負荷とに基づいて流量調整弁14の弁開度を決定するための弁開度マップを有している。従って、ECU13の処理部は、入力された機関回転数と入力されたアクセル開度あるいは吸入空気量などに応じた負荷と、弁開度マップとにより、流量調整弁の弁開度を算出し、流量調整弁14が算出された弁開度となるように制御する。基本的には、内燃機関の負荷の増加に伴い、流量調整弁14の弁開度も増加し、バルブウォータージャケット8内に流入する冷却水の流量を増加させ、内燃機関の高負荷時において、バルブウォータージャケット8内に流入する冷却水の流量が最大となるようにする。
First, a method for adjusting the temperatures of the intake and exhaust valves 6 and 7 using the
ここで、この発明にかかる内燃機関の冷却水の通過経路について説明する。図1に示すように、図示しないクランクシャフトの回転力により作動するウォーターポンプ12から吐出された冷媒である冷却水は、ECU13に制御される流量調整弁14で流量を調整され、シリンダヘッド1に流入する。具体的に、ウォーターポンプ12から吐出された冷却水は、吸気側の吸排気バルブ6に対応する吸気側のバルブウォータージャケット8に流入する。この吸気側のバルブウォータージャケット8内に流入した冷却水は、バルブガイド17を介して吸気側の吸排気バルブ6の熱が伝達される。これにより、吸気側の吸排気バルブ6が冷却され、吸気側の吸排気バルブ6の温度が低下する。
Here, the passage of the cooling water of the internal combustion engine according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the flow rate of cooling water, which is a refrigerant discharged from a
次に、吸気側のバルブウォータージャケット8内を通過した冷却水は、点火プラグ周りウォータージャケット10に流入する。この点火プラグ周りウォータージャケット10内に流入した冷却水は、各燃焼室周りの一部、特に図示しない点火プラグ周りの熱が伝達される。これにより、燃焼室周りの一部が冷却され、図示しない燃焼室壁の一部の温度が低下する。
Next, the cooling water that has passed through the
次に、点火プラグ周りウォータージャケット10内を通過した冷却水は、排気側の吸排気バルブ7に対応する排気側のバルブウォータージャケット8内に流入する。この排気側のバルブウォータージャケット8内に流入した冷却水は、バルブガイド18を介して排気側の吸排気バルブ7の熱が伝達される。これにより、排気側の吸排気バルブ7が冷却され、排気側の吸排気バルブ7の温度が低下する。
Next, the cooling water that has passed through the
吸気側のバルブウォータージャケット8内を通過し、シリンダヘッド1から流出した冷却水は、図示しない冷却水配管を介して、ラジエター11に流入する。このラジエター11は、この冷却水が通過する配管と、この配管周りに形成される複数のフィンとにより構成されている。従って、吸排気バルブ6,7の熱および各燃焼室周りの一部の熱が伝達されて加温した状態で、このラジエター11に流入した冷却水は、ラジエター11の配管を通過する際に、フィンを介して外気にこの伝達された熱を伝達、すなわち放熱する。つまり、ラジエター11を通過する冷却水は、外気と熱交換を行い冷却される。
The cooling water that has passed through the intake-side
ラジエター11により冷却された冷却水は、図示しない冷却水配管を介して、ウォーターポンプ12に吸引される。この吸引された冷却水は、再びシリンダヘッド1に流入する。以上により、冷媒である冷却水は、シリンダヘッド1を循環する。
The cooling water cooled by the radiator 11 is sucked into the
以上のように、温度調整装置であるバルブウォータージャケット8は、内燃機関の運転状態、例えば高負荷時において、吸排気バルブ6,7を冷却することで、この吸排気バルブ6,7の温度を積極的に調整する。これにより、燃焼室壁の温度上昇を抑制することができ、燃焼室2内の混合ガスの圧縮端温度の上昇を抑制することができるので、燃焼の不安定化やノックの発生などを抑制することができる。
As described above, the
次に、温度調整手段であるバルブ加熱ヒータ9により、吸排気バルブ6,7の温度を調整する方法について説明する。バルブ加熱ヒータ9は、ECU13により電力供給制御、すなわちこのバルブ加熱ヒータ9に電力が供給されると発熱する。ECU13の処理部は、入力された機関回転数と、入力された燃焼室壁の温度とにより、バルブ加熱ヒータ9への電力の供給を決定する。基本的には、ECU13は、内燃機関の運転状態が例えば燃焼室壁の温度が低い冷間始動時に、バルブ加熱ヒータ9への電力の供給を行う。バルブ加熱ヒータ9は、電力が供給されると発熱する。このバルブ加熱ヒータ9の熱は、バルブガイド17,18を介して、吸排気バルブ6,7に伝達される。これにより、吸排気バルブ6,7が加熱され、吸排気バルブ6,7の温度が上昇する。
Next, a method for adjusting the temperature of the intake / exhaust valves 6 and 7 by the valve heater 9 as temperature adjusting means will be described. The valve heater 9 generates heat when the
以上のように、温度調整装置であるバルブ加熱ヒータ9は、内燃機関の運転状態、例えば冷間始動時において、吸排気バルブ6,7を加熱することで、この吸排気バルブ6,7の温度を積極的に調整する。これにより、燃焼室壁の温度を上昇させることができる。ここで、シリンダヘッド1が高温強度の低い材料、例えば、アルミニウムを含む材料で形成されている場合がある。この場合は、シリンダヘッド1の高温強度が低いため、燃焼室周りに加熱ヒータを設けることは困難であった。これは、燃焼室壁の温度を所望の温度、例えば200度まで上昇させるためには、燃焼室周りの温度を200度以上とする必要があり、シリンダヘッド1に変形、亀裂などが発生する虞があるためである。しかし、バルブ加熱ヒータ9が高温強度の高い吸排気バルブ6,7を介して燃焼室壁の温度を上昇させるため、シリンダヘッド1の高温強度が低くても、この燃焼室壁の温度を所望温度まで上昇させることができる。これらにより、内燃機関の始動性を向上することができる。 As described above, the valve heater 9 which is a temperature adjusting device heats the intake / exhaust valves 6 and 7 in the operating state of the internal combustion engine, for example, during cold start, so that the temperature of the intake / exhaust valves 6 and 7 is increased. Actively adjust. Thereby, the temperature of a combustion chamber wall can be raised. Here, the cylinder head 1 may be formed of a material having low high-temperature strength, for example, a material containing aluminum. In this case, since the high-temperature strength of the cylinder head 1 is low, it is difficult to provide a heater around the combustion chamber. In order to raise the temperature of the combustion chamber wall to a desired temperature, for example, 200 degrees, the temperature around the combustion chamber needs to be 200 degrees or more, and the cylinder head 1 may be deformed or cracked. Because there is. However, since the valve heater 9 raises the temperature of the combustion chamber wall via the intake / exhaust valves 6 and 7 having high high-temperature strength, even if the high-temperature strength of the cylinder head 1 is low, the temperature of the combustion chamber wall is set to the desired temperature. Can be raised. As a result, the startability of the internal combustion engine can be improved.
このように、温度調整装置であるバルブウォータージャケット8およびバルブ加熱ヒータ9は、燃焼室2との間における熱の受け渡しが大きい吸排気バルブ6,7の温度を積極的に調整し、燃焼室壁の温度を調整することができる。従って、従来の燃焼室周りに形成されるウォータージャケット、例えば点火プラグ周りウォータージャケット10およびバルブシート17,18近傍に形成されるバルブシート周りウォータージャケットにより、燃焼室2との間における熱の受け渡しが小さい燃焼室周りの温度を調整するのみの場合と比較して、燃焼室壁の温度を十分に調整することができる。また、実施例に示すように、バルブウォータージャケット8を従来のバルブシート周りウォータージャケットの代わりとする場合は、吸排気バルブ6,7と燃焼室2との間における熱の受け渡しが大きいため、冷却水が一定の流量で通過する場合における冷却効率は、バルブウォータージャケット8の方がバルブシート周りウォータージャケットよりも高くなる。従って、バルブウォータージャケット8の容量を従来のバルブシート周りウォータージャケットよりも小さくすることができ、シリンダヘッド1および内燃機関の小型化を図ることができる。
As described above, the
なお、上記実施例では、バルブウォータージャケット8内を通過する冷却水の流量を流量調整弁14で調整することで、燃焼室壁の温度を調整するが、この発明はこれに限定されるものではなく。ラジエター11を冷却するクーリングファンの動作を制御し、ラジエター11を通過する冷却水と外気と温度差を調整することで、燃焼室壁の温度を調整しても良い。
In the above embodiment, the temperature of the combustion chamber wall is adjusted by adjusting the flow rate of the cooling water passing through the
また、上記実施例では、点火プラグ周りウォータージャケット10を設け、燃焼室周りの一部を冷却するがこの発明はこれに限定されるものではない。例えば、吸排気バルブ6,7のそれぞれに対応するバルブウォータージャケット8により、この吸排気バルブ6,7を冷却することのみで、内燃機関が高負荷時における燃焼室壁の温度の上昇を抑制することができる場合は、点火プラグ周りウォータージャケット10を設ける必要はない。
In the above embodiment, the spark plug surrounding
以上のように、この発明にかかる内燃機関のシリンダヘッドは、燃焼室壁の温度を調整する内燃機関のシリンダヘッドに有用であり、特に、吸排気バルブの温度を調整することで、燃焼室壁の温度を調整するのに適している。 As described above, the cylinder head of the internal combustion engine according to the present invention is useful for the cylinder head of the internal combustion engine that adjusts the temperature of the combustion chamber wall, and in particular, by adjusting the temperature of the intake and exhaust valves, Suitable for adjusting the temperature.
1 シリンダヘッド
2 燃焼室
3 吸気ポート
4 排気ポート
5 動弁室
6,7 吸排気バルブ
6a,7a 傘部
6b,7b バルブステム
6c,7c 中空部
6d,7d 冷媒
6e,7e 紛粒体
6f,7f 表面
8 バルブウォータージャケット
9 バルブ加熱ヒータ
10 点火プラグ周りウォータージャケット
11 ラジエター
12 ウォーターポンプ
13 ECU
14 流量調整弁
15,16 バルブシート
17,18 バルブガイド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
14
Claims (5)
前記吸気バルブおよび前記排気バルブの温度を調整する温度調整装置を備え、
前記温度調整装置は、燃焼室壁の温度に応じて前記吸気バルブおよび前記排気バルブを加熱するバルブ加熱手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸気バルブおよび前記排気バルブを冷却するバルブ冷却手段とを有することを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。 In a cylinder head of an internal combustion engine having an intake valve and an exhaust valve that communicate between the intake and exhaust passage and the combustion chamber,
A temperature adjusting device for adjusting the temperature of the intake valve and the exhaust valve;
The temperature adjusting device includes valve heating means for heating the intake valve and the exhaust valve according to the temperature of the combustion chamber wall, and valve cooling for cooling the intake valve and the exhaust valve according to the operating state of the internal combustion engine. And a cylinder head for an internal combustion engine.
前記中空部には、冷媒が封入されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の内燃機関のシリンダヘッド。 The intake valve and the exhaust valve include a hollow portion,
The cylinder head of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein a refrigerant is sealed in the hollow portion .
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