JP5879946B2 - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジンの冷却装置に関する。

エンジンでは、吸気弁や排気弁にデポジットが付着することが知られている。この点、吸気弁や排気弁へのデポジットの付着を抑制する技術を開示している点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１または２で開示されている。このほかオイルや冷却水を利用した冷却の態様上、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献３から６で開示されている。また、温度を考慮して吸気弁のバルブ特性を変化させる点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献７または８で開示されている。

実開平１−１４９５０１号公報 特開２００６−３４８８６７号公報 特開２００７−３２３０６号公報 特開昭６３−１０８５１２号公報 特開２００６−２４２０７８号公報 実開平２−１９８０７号公報 特開２００２−２３５５９３号公報 特開２００６−２８３６３２号公報

図９は温度に応じたデポジット堆積量の一例を示す図である。縦軸はデポジットの堆積量、横軸はバルブ傘部の温度を示す。図９に示すように、この例ではデポジットの堆積量が２００℃付近で急激に増加し始めるとともに２５０℃付近で最大となり、その後減少していることがわかる。この点、吸気弁はデポジットの堆積量が最大となる温度付近で使用され得る。このため吸気弁では、デポジットの堆積量が最大となる温度よりも温度を高めることでデポジットの付着を抑制できる。しかしながら、吸気弁の温度上昇は吸気温度の上昇も招くことになる。このため、吸気弁の温度をデポジットの堆積量が最大となる温度よりも高めると、エンジン性能の低下を招く虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、デポジットの堆積量が最大となる温度よりも吸気弁の温度を高める場合でもエンジン性能の低下を抑制可能なエンジンの冷却装置を提供することを目的とする。

本発明はデポジットの堆積量が最大となる温度よりも温度を高めることが可能な吸気弁を備えるエンジンに設けられ、前記エンジンに対する出力要求の度合いが所定の度合いよりも大きい場合に前記吸気弁の温度を低下させるエンジンの冷却装置である。

本発明は前記吸気弁のステムガイドに対応させて設けられ、冷却水を流通させる通路部を備え、前記エンジンに対する出力要求の度合いが所定の度合いよりも大きい場合に前記通路部に冷却水を流通させる構成とすることができる。

本発明は前記吸気弁が着座するシート部に対応させて設けられ、冷却水を流通させる通路部を備え、前記エンジンに対する出力要求の度合いが所定の度合いよりも大きい場合に前記通路部に冷却水を流通させる構成とすることができる。

本発明は前記吸気弁のステムガイド或いは前記吸気弁の傘部にオイルを供給可能なオイル供給部を備え、前記エンジンに対する出力要求の度合いが所定の度合いよりも大きい場合に前記オイル供給部からオイルを供給する構成とすることができる。

本発明は前記吸気弁のリフト量を変更可能な可変動弁機構を備え、前記エンジンに対する出力要求の度合いが所定の度合いよりも大きい場合に前記吸気弁のリフト量を増大させる構成とすることができる。

本発明によれば、デポジットの堆積量が最大となる温度よりも吸気弁の温度を高める場合でもエンジン性能の低下を抑制できる。

実施例１のエンジンの要部を示す図である。 吸気弁の傘部を示す図である。 実施例１の制御動作を示す図である。 実施例２のエンジンの要部を示す図である。 実施例３のエンジンの要部を示す図である。 実施例３の制御動作を示す図である。 実施例４のエンジンの要部を示す図である。 実施例４の制御動作を示す図である。 温度に応じたデポジット堆積量の一例を示す図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１はエンジン５０Ａの要部を示す図である。エンジン５０Ａはシリンダヘッド５１Ａと、吸気弁５２と、排気弁５３と、ステムガイド５４、５５と、シート部５６、５７とを備えている。また、エンジン５０Ａにはウォータポンプ（以下、Ｗ／Ｐと称す）１と、制御弁２と、ラジエータ３と、ＥＣＵ７０Ａとが設けられている。

シリンダヘッド５１Ａは図示しないシリンダブロックおよびピストンとともに燃焼室Ｅを形成する。シリンダヘッド５１Ａには吸気ポート５１ａと排気ポート５１ｂとが形成されている。吸気ポート５１ａは燃焼室Ｅに吸気を導入し、排気ポート５１ｂは燃焼室Ｅからガスを排出する。吸気弁５２、排気弁５３、ステムガイド５４、５５およびシート部５６、５７はシリンダヘッド５１Ａに設けられている。

吸気弁５２は吸気ポート５１ａを開閉し、排気弁５３は排気ポート５１ｂを開閉する。ステムガイド５４は吸気弁５２のステム部に対して、ステムガイド５５は排気弁５３のステム部に対してそれぞれ設けられている。ステムガイド５４、５５は対応する吸排気弁５２、５３をガイドする。シート部５６は吸気弁５２に対して設けられており、シート部５７は排気弁５３に対して設けられている。シート部５６、５７には対応する吸排気弁５２、５３が閉弁時に当接する。

シリンダヘッド５１Ａには通路部ＷＪ１、ＷＪ２が設けられている。通路部ＷＪ１、ＷＪ２はウォータジャケットであり、冷却水を流通させる。通路部ＷＪ１は図示しない点火プラグに対応させて設けられている。通路部ＷＪ２はステムガイド５４に対応させて設けられている。通路部ＷＪ２は具体的にはステムガイド５４、５５の周囲に設けられている部分を含む通路部となっており、これによりステムガイド５４に対応させて設けられている。通路部ＷＪ２は他の通路部である通路部ＷＪ１とは独立して冷却水の流通を制御可能に設けられている。

Ｗ／Ｐ１はエンジン５０Ａに冷却水を圧送する。Ｗ／Ｐ１はエンジン５０Ａの出力で駆動する機械式のＷ／Ｐとなっている。Ｗ／Ｐ１は電動式のＷ／Ｐであってもよい。Ｗ／Ｐ１が圧送する冷却水は制御弁２を介して通路部ＷＪ２に供給される。なお、Ｗ／Ｐ１が圧送する冷却水は通路部ＷＪ１にも供給される。制御弁２は通路部ＷＪ２における冷却水の流通を許可、禁止する。通路部ＷＪ２に供給された冷却水は通路部ＷＪ２を流通した後、ラジエータ３を介してＷ／Ｐ１に戻る。ラジエータ３は流通する冷却水と空気との間で熱交換を行い、冷却水を冷却する。制御弁２には具体的には例えば流量調節弁や切替弁を適用できる。

図２は吸気弁５２の傘部５２ａを示す図である。傘部５２ａは燃焼室Ｅに曝される傘裏部を斜面部に応じて凹状に設けることで、斜面部を形成する壁部を薄肉化した形状を備えている。そして、吸気弁５２はかかる傘部５２ａを備えることで、傘部５２ａの斜面部においてデポジットの堆積量が最大となる温度（例えば２５０℃）よりも温度を高めることが可能な構造が設けられた吸気弁となっている。また、かかる構造が設けられることで、デポジットの堆積量が最大となる温度よりも温度を高めることが可能な吸気弁となっている。吸気弁５２は傘部５２ａの斜面部においてデポジットの堆積量が最大となる温度よりも温度が高められることで、傘部５２ａの斜面部へのデポジットの付着を抑制できるようになっている。

図１に示すＥＣＵ７０Ａは電子制御装置であり、ＥＣＵ７０Ａには制御弁２が制御対象として電気的に接続されている。また、エンジン５０Ａの運転状態を検出するためのセンサ群６０が電気的に接続されている。センサ群６０は例えばエンジン５０Ａの排気温を検出可能な排気温センサや、排気空燃比を検出可能な空燃比センサや、エンジン５０Ａの回転数ＮＥを検出可能なクランク角センサや、エンジン５０Ａに対する加速要求をするためのアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出可能なアクセル開度センサや、エンジン５０Ａの冷却水温を検出可能な水温センサを含む。

ＥＣＵ７０Ａでは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、各種の機能部が実現される。この点、ＥＣＵ７０Ａでは例えば以下に示す制御部が機能的に実現される。

制御部は所定の条件が成立した場合に吸気弁５２の温度を低下させる。所定の条件は排気温が所定値αよりも高いか否かとなっている。但しこれに限られず、所定の条件は例えば燃料噴射量が所定値よりも大きいか否かであったり、排気空燃比が所定値よりも小さいか否かであったり、エンジン５０Ａの負荷が所定値よりも大きいか否かであったりしてもよい。この点、所定の条件はエンジン５０Ａに対する出力要求の度合いが所定の度合いよりも大きいか否かを判定可能な条件とすることができる。これにより、高出力が要求される場合に吸気弁５２の温度を低下させることができる。

制御部は具体的には所定の条件が成立した場合に通路部ＷＪ２に冷却水を流通させる。通路部ＷＪ２に冷却水を流通させるにあたって、制御部は具体的には通路部ＷＪ２における冷却水の流通を許可するように制御弁２を制御する（すなわち、制御弁２を開弁する）。本実施例では制御弁２と通路部ＷＪ２とＥＣＵ７０Ａとを備えるエンジンの冷却装置（以下、冷却装置と称す）が実現されている。

次にＥＣＵ７０Ａによって行われる本実施例の冷却装置の制御動作を図３に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０Ａはセンサ群６０が出力する各種の信号を検出する（ステップＳ１）。そして、排気温が所定値αよりも高いか否かを判定する（ステップＳ２）。否定判定であればステップＳ１に戻る。肯定判定であればＥＣＵ７０Ａは制御弁２を開弁する（ステップＳ３）。そしてこれにより、通路部ＷＪ２に冷却水を流通させる。ステップＳ３の後にはステップＳ１に戻る。

次に本実施例の冷却装置の作用効果について説明する。本実施例の冷却装置は所定の条件が成立した場合に吸気弁５２の温度を低下させる。そしてこれにより、デポジットの堆積量が最大となる温度よりも吸気弁５２の温度を高める結果、吸気温度の上昇を招いても、所定の条件が成立した場合には吸気温度を低下させることができる。このため、本実施例の冷却装置はデポジットの堆積量が最大となる温度よりも吸気弁５２の温度を高める場合にエンジン性能の低下を抑制できる。

本実施例の冷却装置は具体的には所定の条件が成立した場合に通路部ＷＪ２に冷却水を流通させることで、ステムガイド５４を介して吸気弁５２のステム部の温度を低下させることができる。そしてこれにより、傘部５２ａからステム部への熱の移動を促進することで、デポジットの付着を抑制するにあたって温度が高められる傘部５２ａの斜面部の温度も低下させることができる。

本実施例の冷却装置は他の通路部とは独立して冷却水の流通を制御可能に通路部ＷＪ２を設けることで、所定の条件が成立した場合に通路部ＷＪ２に個別に冷却水を流通させることを可能にしている。この点、本実施例の冷却装置はエンジン５０Ａの暖機時には通路部ＷＪ２における冷却水の流通を禁止してもよい。これにより、デポジットの堆積量が最大となる温度よりも吸気弁５２の温度を高める場合であっても、燃費向上の観点から早期の完了が望まれるエンジン５０Ａの暖機時には暖機の促進を優先することもできる。またこの場合には、燃料の霧化を向上させることで未燃ＨＣの排出を低減することもできる。

図４はエンジン５０Ｂの要部を示す図である。エンジン５０Ｂはシリンダヘッド５１Ａの代わりにシリンダヘッド５１Ｂを備える点以外、エンジン５０Ａと実質的に同一になっている。シリンダヘッド５１Ｂは通路部ＷＪ２の代わりに通路部ＷＪ３が設けられている点以外、シリンダヘッド５１Ａと実質的に同一となっている。

通路部ＷＪ３は冷却水を流通させるウォータジャケットであり、シート部５６に対応させて設けられている。通路部ＷＪ３は具体的にはシリンダヘッド５１Ｂのうち、吸気ポート５１ａよりもシリンダブロック側の部分でシート部５６に近接して設けられることで、シート部５６に対応させて設けられている。通路部ＷＪ３は他の通路部である通路部ＷＪ１とは独立して冷却水の流通を制御可能に設けられている。

エンジン５０ＢにはＷ／Ｐ１、制御弁２、ラジエータ３およびＥＣＵ７０Ｂが設けられている。エンジン５０Ｂでは、Ｗ／Ｐ１が圧送する冷却水が制御弁２を介して通路部ＷＪ３に供給され、通路部ＷＪ３を流通した後、ラジエータ３を介してＷ／Ｐ１に戻るようになっている。したがって、エンジン５０Ｂでは制御弁２が通路部ＷＪ３における冷却水の流通を許可、禁止するように設けられている。

ＥＣＵ７０Ｂは所定の条件が成立した場合に制御部が通路部ＷＪ３に冷却水を流通させるように実現される点以外、ＥＣＵ７０Ａと実質的に同一となっている。本実施例では制御弁２と通路部ＷＪ３とＥＣＵ７０Ｂとを備える冷却装置が実現されている。なお、本実施例の冷却装置の制御動作自体は実施例１の冷却装置の制御動作と同じとなるためここでは省略する。

次に本実施例の冷却装置の作用効果について説明する。本実施例の冷却装置は所定の条件が成立した場合に通路部ＷＪ３に冷却水を流通させることで、シート部５６を介して吸気弁５２の温度を低下させることができる。そしてこれにより吸気温度を低下させることで、デポジットの堆積量が最大となる温度よりも吸気弁５２の温度を高める場合にエンジン性能の低下を抑制できる。

この点、本実施例の冷却装置はシート部５６を介して吸気弁５２の温度を低下させることで、傘部５２ａの斜面部の温度を直接的に低下させることができる。このため、本実施例の冷却装置は傘部５２ａの斜面部においてデポジットの堆積量が最大となる温度よりも温度を高める場合に好適である。

図５はエンジン５０Ｃの要部を示す図である。エンジン５０Ｃはシリンダヘッド５１Ａの代わりにシリンダヘッド５１Ｃを備えている点と、オイルジェット５８をさらに備えている点以外、エンジン５０Ａと実質的に同一となっている。シリンダヘッド５１Ｃはオイルジェット５８が設けられている点以外、シリンダヘッド５１Ｂと実質的に同一となっている。エンジン５０Ｃには電動ポンプ５とＥＣＵ７０Ｃとが設けられている。

電動ポンプ５はシリンダヘッド５１Ｃに形成されている図示しない油路にオイルを供給する。オイルジェット５８は当該油路に接続されており、ステムガイド５４に向けてオイルを噴射することで、ステムガイド５４にオイルを供給する。オイルジェット５８はオイル供給部に相当する。オイル供給部は例えばステムガイド５４にオイルを供給可能なシャワーパイプや、吸気弁５２の傘部５２ａにオイルを供給可能な多孔質材料からなるシート部であってもよい。

ＥＣＵ７０Ｃは制御弁２の代わりに電動ポンプ５が制御対象として電気的に接続されている点と、制御部が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ７０Ａと実質的に同一となっている。ＥＣＵ７０Ｃでは、所定の条件が成立した場合に制御部がオイルジェット５８からオイルを供給する。制御部は具体的には電動ポンプ５を作動させることで、オイルジェット５８からオイルを供給する。本実施例では電動ポンプ５とオイルジェット５８とＥＣＵ７０Ｃとを備える冷却装置が実現されている。

次にＥＣＵ７０Ｃによって行われる本実施例の冷却装置の制御動作を図６に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０Ｃはセンサ群６０が出力する各種の信号を検出する（ステップＳ１１）。そして、排気温が所定値αよりも高いか否かを判定する（ステップＳ１２）。否定判定であればステップＳ１１に戻る。肯定判定であれば、ＥＣＵ７０Ｃは電動ポンプ５を作動する（ステップＳ１３）。そしてこれにより、オイルジェット５８からステムガイド５４にオイルを供給する。ステップＳ１３の後にはステップＳ１１に戻る。

次に本実施例の冷却装置の作用効果について説明する。本実施例の冷却装置は所定の条件が成立した場合にオイルジェット５８からステムガイド５４にオイルを供給することで、ステムガイド５４を介して吸気弁５２の温度を低下させることができる。そしてこれにより吸気温度を低下させることで、デポジットの堆積量が最大となる温度よりも吸気弁５２の温度を高める場合にエンジン性能の低下を抑制できる。

本実施例の冷却装置はオイルジェット５８の代わりに吸気弁５２の傘部５２ａにオイルを供給するオイル供給部を備えることもできる。この場合、傘部５２ａの斜面部の温度を直接的に低下させることができることから、傘部５２ａの斜面部においてデポジットの堆積量が最大となる温度よりも温度を高める場合に好適である。

図７はエンジン５０Ｄの要部を示す図である。エンジン５０Ｄは可変動弁機構５９をさらに備えている点と、シリンダヘッド５１Ａの代わりにシリンダヘッド５１Ｄを備える点以外、エンジン５０Ａと実質的に同一となっている。シリンダヘッド５１Ｄは可変動弁機構５９が設けられている点以外、シリンダヘッド５１Ｂと実質的に同一となっている。

可変動弁機構５９は吸気弁５２のバルブ特性を可変にする。可変動弁機構５９は具体的には吸気弁５２のリフト量を変更可能な可変リフト機構となっている。可変動弁機構５９は例えば吸気弁５２のバルブタイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構と可変リフト機構とが組み合わされた機構であってもよい。可変バルブタイミング機構は例えば吸気弁５２に対して設けられた互いに異なるカムプロフィールを有する複数のカムのうちから、吸気弁５２を駆動するカムを選択可能なカムシフト機構とすることができる。

エンジン５０Ｄに対してはＥＣＵ７０Ｄが設けられている。ＥＣＵ７０Ｄは制御弁２の代わりに可変動弁機構５９が制御対象として電気的に接続される点と、制御部が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ７０Ａと実質的に同一となっている。ＥＣＵ７０Ｄでは所定の条件が成立した場合に制御部が吸気弁５２のリフト量を増大させる。制御部は具体的には可変動弁機構５９を制御することで、吸気弁５２のリフト量を増大させる。本実施例では可変動弁機構５９とＥＣＵ７０Ｄとで冷却装置が実現されている。

次にＥＣＵ７０Ｄによって行われる本実施例の冷却装置の制御動作を図８に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０Ｄはセンサ群６０が出力する各種の信号を検出する（ステップＳ２１）。そして、燃料噴射量が所定値βよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２２）。すなわち、本実施例では燃料噴射量が所定値βよりも大きいか否かを所定の条件としている。否定判定であればステップＳ２１に戻る。肯定判定であれば、ＥＣＵ７０Ｄはリフト量を増大させるように可変動弁機構５９を制御する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３の後にはステップＳ２１に戻る。

次に本実施例の冷却装置の作用効果について説明する。本実施例の冷却装置は所定の条件が成立した場合に吸気弁５２のリフト量を増大させる。そしてこれにより、吸気弁５２が吸気の流通抵抗になることを抑制することで、吸気弁５２からの受熱による吸気温の上昇を抑制できる。このため本実施例の冷却装置はデポジットの堆積量が最大となる温度よりも吸気弁５２の温度を高める場合にエンジン性能の低下を抑制できる。

可変動弁機構５９が可変リフト機構と可変バルブタイミング機構とが組み合わされた機構である場合、冷却装置は所定の条件が成立した場合にエンジン５０Ｄの体積効率が高まるように吸気弁５２のバルブタイミングを変更することで、エンジン性能の低下を抑制することもできる。これは、可変動弁機構５９が吸気弁５２のバルブタイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構である場合でも同様である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば吸気弁はステムガイドを介して発熱体によって加熱されることで、すなわちデポジットの堆積量が最大となる温度よりも温度を高めることが可能な構成が設けられることで、デポジットの堆積量が最大となる温度よりも温度を高めることが可能になっていてもよい。

Ｗ／Ｐ １
制御弁 ２
エンジン ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ
吸気弁 ５２
ステムガイド ５４、５５
シート部 ５６、５７
オイルジェット ５８
可変動弁機構 ５９
ＥＣＵ ７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ

Claims (5)

1. デポジットの堆積量が最大となる温度よりも温度を高めることが可能な吸気弁を備えるエンジンに設けられ、
   前記エンジンに対する出力要求の度合いが所定の度合いよりも大きい場合に前記吸気弁の温度を低下させるエンジンの冷却装置。
2. 請求項１記載のエンジンの冷却装置であって、
   前記吸気弁のステムガイドに対応させて設けられ、冷却水を流通させる通路部を備え、
   前記エンジンに対する出力要求の度合いが所定の度合いよりも大きい場合に前記通路部に冷却水を流通させるエンジンの冷却装置。
3. 請求項１記載のエンジンの冷却装置であって、
   前記吸気弁が着座するシート部に対応させて設けられ、冷却水を流通させる通路部を備え、
   前記エンジンに対する出力要求の度合いが所定の度合いよりも大きい場合に前記通路部に冷却水を流通させるエンジンの冷却装置。
4. 請求項１記載のエンジンの冷却装置であって、
   前記吸気弁のステムガイド或いは前記吸気弁の傘部にオイルを供給可能なオイル供給部を備え、
   前記エンジンに対する出力要求の度合いが所定の度合いよりも大きい場合に前記オイル供給部からオイルを供給するエンジンの冷却装置。
5. 請求項１記載のエンジンの冷却装置であって、
   前記吸気弁のリフト量を変更可能な可変動弁機構を備え、
   前記エンジンに対する出力要求の度合いが所定の度合いよりも大きい場合に前記吸気弁のリフト量を増大させるエンジンの冷却装置。

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