(57)【要約】【課題】  多気筒エンジンの気筒間の燃焼室内温度の均一化を効果的に図るための多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構を提供する。【解決手段】  多気筒エンジンのシリンダヘッド２５を冷却液により冷却するシリンダヘッド温度制御機構において、各気筒上部の上記シリンダヘッド２５の温度を各々計測する複数の温度計測手段１と、上記各気筒上部の上記シリンダヘッド２５へ上記冷却液を各々噴出する複数の冷却液噴出機構２と、上記各温度計測手段１の検出値に基づいて、上記各冷却液噴出機構２を上記気筒別にコントロールする制御手段４（および５）とを備えたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒エンジンのシリンダヘッドを冷却液により冷却するシリンダヘッド温度制御機構において、各気筒上部の上記シリンダヘッドの温度を各々計測する複数の温度計測手段と、上記各気筒上部の上記シリンダヘッドへ上記冷却液を各々噴出する複数の冷却液噴出機構と、上記各温度計測手段の検出値に基づいて、上記各冷却液噴出機構を上記気筒別にコントロールする制御手段とを備えたことを特徴とする多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構。
【請求項２】
上記制御手段は、上記各温度計測手段の検出値に基づいて、上記各冷却液噴出機構の上記冷却液ジェット時期および／または上記冷却液量をコントロールして、上記気筒間で、上記各気筒上部の上記シリンダヘッドの温度の均一化を図る請求項１記載の多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構。
【請求項３】
上記多気筒エンジンは、上記各気筒上部の上記シリンダヘッドに形成された副室を備えた遮熱型ガスエンジンであって、上記各温度計測手段は、少なくとも上記副室近傍における上記各気筒上部の上記シリンダヘッドの温度を各々計測し、上記各冷却液噴出機構は、少なくとも上記副室近傍の上記各気筒上部の上記シリンダヘッドへ冷却液を各々噴出する請求項１または請求項２記載の多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構。
【請求項４】
上記制御手段は、上記各冷却液噴出機構への上記冷却液の供給を調整するための調整手段と、上記各温度計測手段からの検出値に基づいて、上記調整手段をコントロールするエンジンコントロールユニットとを備える請求項１〜３いずれかに記載の多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構。
【請求項５】
上記冷却液として、エンジン潤滑用オイルを共用する請求項１〜４いずれかに記載の多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒エンジンのシリンダヘッド温度を気筒別に制御する多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対応する内燃機関の燃焼方式として、ＮＯｘとＰＭとを同時に低減できる予混合圧縮着火方式の研究開発が盛んである。この燃焼方式の問題点の一つとして、燃料量を増加した場合に起こる過早着火がある。エンジンが高負荷で運転される場合、エンジンへ供給される燃料量が増加し、過早着火、ノッキングが発生しやすくなる。そこで、過早着火、ノッキングを抑制するためにエンジンのＥＧＲ率を大きくすると失火現象が発生する。このように、予混合圧縮着火方式において、ノッキングと失火との両者を伴わず、安定燃焼を得るような運転領域は、エンジンの負荷を上げるに従い狭くなる。従って、高負荷運転領域では、予混合圧縮着火方式を使用することができなかった。特に、多気筒エンジンでは、気筒ごとに燃焼条件が異なるため、全気筒で安定燃焼を得ることが困難である。従って、エンジンが安定燃焼を得るように燃焼速度や着火時期などを制御することは、困難を伴う。一般に燃焼速度の重要な制御因子として、燃料濃度、酸素濃度、そして温度が挙げられる。このうち、燃料濃度や酸素濃度に関しては、燃料供給装置、ＥＧＲ装置、大容量マニホールドなどにより、気筒間における分配ばらつきが制御、補正される。一方、温度に関して、燃焼室を形成するシリンダヘッド下面などの温度は各気筒で異なり、気筒間に温度差が生じるが、この温度差を効果的に減少させる手段がない。特に、副室制御バルブを有する遮熱型エンジンを予混合圧縮着火方式により燃焼させた場合、遮熱型エンジンは燃焼室内の温度が高いために、燃焼室内の温度差が大きくなる。加えて、多気筒エンジンでは、端に配置される気筒と、他の気筒に挟まれ配置される気筒との間で、各燃焼室間の温度差が大きくなる。そこで、気筒間の温度差をなくすような温度制御機構が望まれる。
【０００３】
従来、シリンダヘッドを冷却するための温度制御機構として、空冷式冷却機構や、水冷式冷却機構がある。さらに、遮熱型エンジンなどに用いられる温度制御機構として、オイルジェット冷却機構がある。特許文献１には、オイル噴射ノズルから噴射されるオイルによりシリンダヘッドの吸気ポートと排気ポートを各々冷却させることが開示されており、特許文献２には、シリンダヘッド上面に向け配置されるオイル噴射ノズルよりオイルを噴射し、シリンダヘッドを冷却させることが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特公平７−１１６９３７号公報
【特許文献２】特公平６−３７８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の温度制御機構は、温度を低減させるものの、多気筒エンジンの全気筒を一斉に冷却する温度制御機構であるため、気筒間の温度差をなくすことができなかった。従って、この温度制御機構を用いても、上述した予混合圧縮着火方式により燃焼する多気筒エンジンにおいて、高負荷側の安全運転領域を拡大することができなかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、多気筒エンジンの気筒間の燃焼室内の温度の均一化を効果的に図るための多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１に係る発明は、多気筒エンジンのシリンダヘッドを冷却液により冷却するシリンダヘッド温度制御機構において、各気筒上部の上記シリンダヘッドの温度を各々計測する複数の温度計測手段と、上記各気筒上部の上記シリンダヘッドへ上記冷却液を各々噴出する複数の冷却液噴出機構と、上記各温度計測手段の検出値に基づいて、上記各冷却液噴出機構を上記気筒別にコントロールする制御手段とを備えたものである。
【０００８】
上記目的を達成するための請求項２に係る発明は、上記制御手段は、上記各温度計測手段の検出値に基づいて、上記各冷却液噴出機構の上記冷却液ジェット時期および／または上記冷却液量をコントロールして、上記気筒間で、上記各気筒上部の上記シリンダヘッドの温度の均一化を図るものである。
【０００９】
上記目的を達成するための請求項３に係る発明は、上記多気筒エンジンは、上記各気筒上部の上記シリンダヘッドに形成された副室を備えた遮熱型ガスエンジンであって、上記各温度計測手段は、少なくとも上記副室近傍における上記各気筒上部の上記シリンダヘッドの温度を各々計測し、上記各冷却液噴出機構は、少なくとも上記副室近傍の上記各気筒上部の上記シリンダヘッドへ冷却液を各々噴出するものである。
【００１０】
上記目的を達成するための請求項４に係る発明は、上記制御手段は、上記各冷却液噴出機構への上記冷却液の供給を調整するための調整手段と、上記各温度計測手段からの検出値に基づいて、上記調整手段をコントロールするエンジンコントロールユニットとを備えるものである。
【００１１】
上記目的を達成するための請求項５に係る発明は、上記冷却液として、エンジン潤滑用オイルを共用するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮するものである。
【００１３】
（１）多気筒エンジンの各気筒上部のシリンダヘッドに、各温度計測手段と、各シリンダヘッドの放熱量を増加させるための各冷却液噴出機構とを各々設け、その各冷却液噴出機構を気筒別に制御することで、気筒間の燃焼室内の温度差をなくすことができる。
【００１４】
（２）多気筒エンジンの気筒間の燃焼室内の温度を均一にすることで、予混合圧縮着火燃焼方式において、高負荷時の安定運動領域を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１（ａ）はシリンダヘッド２５の上面模式図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ詳細断面図を示す。図２はシリンダヘッド２５の上面図を示す。図３（ａ）はシリンダヘッド２５の部分上面図で、図２のＩＩＩａ部分を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ断面を変位図示したものである。
【００１７】
本実施の形態は、４気筒で予混合圧縮着火燃焼を行う制御弁付副室遮熱型ＣＮＧエンジンに、本発明の多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構を適用するものである。
【００１８】
先ず、図２、３に基づき本実施の形態が適用される、予混合圧縮着火燃焼方式の制御弁付副室遮熱型ＣＮＧエンジンについて説明する。
【００１９】
予混合圧縮着火燃焼方式の制御弁付副室遮熱型ＣＮＧエンジンは、ディーゼルエンジンと同等レベルの熱効率となるようなディーゼルサイクルであり、図３（ｂ）に示すように、シリンダヘッド２５内の燃焼室３１上部に、副室２６と、その開閉用の制御バルブ２８とを備える。
【００２０】
予混合圧縮着火燃焼方式では、吸入行程において、制御バルブ２８を閉じ、吸気ポート２９より予混合気およびＥＧＲガスを燃焼室３１（主室）に吸入し、副室２６に燃料のみを供給する。圧縮行程において、制御バルブ２８を開き、燃料を副室２６内で自己着火させる。この副室２６での着火により燃焼室３１の予混合気を着火・燃焼させる。排気行程において、排気ガスを排気ポート３０より排気する。
【００２１】
従って、シリンダヘッド２５において、燃料が自己着火する副室２６近傍の領域と、燃焼した排気ガスが排気される排気ポート３０近傍の領域とが高温領域になる。
【００２２】
また、本実施の形態が適用されるエンジンは、副室２６を設ける遮熱型エンジンであるため、燃焼室３１内の温度が高温であり、過早着火、ノッキングなどが発生しやすい。これを抑制するためには、燃焼室３１内の温度をコントロールする必要がある。
【００２３】
特に、本実施の形態が適用されるエンジンは４気筒であり、図２に示すように、気筒が＃１から＃４まで直列に並ぶ。＃１および＃４の気筒は、端に配置されており、外部と接触する表面積が広く放熱量が多い。一方、＃２および＃３の気筒の各々は、他の気筒により挟まれるよう配置されるため、放熱量が少ない。このことから、＃２および＃３の気筒は、＃１および＃４の気筒に比べて高温になりやすい。このような気筒間の温度差は、エンジンの燃焼を不安定にする原因となる。
【００２４】
そこで、気筒別に燃焼室３１内の温度を制御することで、気筒間の温度差をなくす温度制御機構として、本実施の形態の多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構が用いられる。
【００２５】
図１、図２および図３に基づき本実施の形態の多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構の構成を説明する。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構は、各気筒上部のシリンダヘッド２５の温度を各々計測するための温度計測手段である温度センサー１と、各気筒上部のシリンダヘッド２５にオイルを各々噴出する冷却液噴出機構であるオイルジェット機構２と、各オイルジェット機構２へのオイルの供給を調整するための調整手段である電動モータ弁４とを、＃１から＃４までの気筒ごとに備える。さらに、本実施の形態の多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構は、各気筒の温度センサー１の検出値が入力されると共に、各気筒の電動モータ弁４を制御する、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵとする）５を備える。このＥＣＵ５と各気筒の電動モータ弁４とにより、オイルジェット機構２をコントロールする制御手段が構成される。
【００２７】
ＥＣＵ５には、各気筒の温度センサー１と、燃料流量センサー６と、エンジン回転速度センサー８とが接続され、これらセンサー１、６、８の検出値が入力される。また、ＥＣＵ５は、各気筒の電動モータ弁４の各々に接続され、これら電動モータ弁４を個別に制御する（図１（ａ）参照）。
【００２８】
このような構成により、温度センサー１で検出された気筒別の温度を基に、ＥＣＵ５が必要に応じ各気筒の電動モータ弁４を各々作動させ、さらに、電動モータ弁４の作動により、各オイルジェット機構２へオイルが供給されることで、気筒別にシリンダヘッド２５の温度が均一となるよう制御される。これにより、気筒間の燃焼室３１内温度の均一化が図れる。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、オイルジェット機構２は、オイルジェットパイプ９と、これらオイルジェットパイプ９にオイルを分配するディストリビュータ１０と、このディストリビュータ１０にオイルを供給する油路１１ａ、１１ｂとを備える。油路１１ａは、シリンダヘッド２５内に、エンジン潤滑用オイルの供給路であるシリンダヘッド２５内のオイルギャラリ１２と連通するよう形成され、油路１１ｂは、シリンダヘッド２５内に、ディストリビュータ１０と連通するよう形成される。また、この油路１１ａと１１ｂとの間に、油路１１ａ、１１ｂ内を流れるオイルの流量を調整するための電動モータ弁４が設けられる。
【００３０】
電動モータ弁４は、油路１１ａと１１ｂとが各々接続される弁部１８と、この弁部１８を回転させる電動モータ１９とを備える。弁部１８は、円筒形状を有し、その軸を中心に回転自在に、シリンダヘッド２５内へ密接させ、設けられる。弁部１８の上面中心部には、油路１１ｂと連通する流出口２１が形成され、側面には、油路１１ａと連通するよう流入口２０が形成され、さらに、これら流入口２０と流出口２１とを連通するオイル通路２２が弁部１８内に形成される。
【００３１】
電動モータ１９が弁部１８を回動させることにより、油路１１ａと流入口２０とが重なり合う面積が変化し、これにより、油路１１ａ、１１ｂ内を流れるオイルの流量が調整される。
【００３２】
電動モータ弁４が作動し、油路１１ａと油路１１ｂとを連通すると、オイルギャラリ１２のエンジン潤滑用オイルが油路１１ａ、１１ｂを経て、ディストリビュータ１０に流入する。流入したエンジン潤滑用オイルは、ディストリビュータ１０で各オイルジェットパイプ９に分配された後、それら各オイルジェットパイプ９より、各気筒のシリンダヘッド２５に向かい、噴出する。その後、エンジン潤滑用オイルは、シリンダヘッド２５およびシリンダブロックに形成される潤滑用オイル通路（図示せず）などを経て、オイルパン（図示せず）などにより回収される。
【００３３】
つまり、本実施の形態の多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッド温度制御機構は、冷却液として、エンジン潤滑用オイルを共用する。
【００３４】
図１（ｂ）および、図３に示すように、ディストリビュータ１０は、シリンダヘッド２５上部に固定されており、エンジン潤滑用オイルが流入する流入部１４と、エンジン潤滑用オイルを各オイルジェットパイプ９へと分配する分配部１５とを備える。流入部１４は、シリンダヘッド２５内に配置され、シリンダヘッド２５内の油路１１ｂと連通するよう形成される。分配部１５は、シリンダヘッド２５上部から突出するよう配置され、オイルジェットパイプ９を接続可能なように形成される。
【００３５】
オイルジェット機構２のオイルジェットパイプ９は各々、その一端が、ディストリビュータ１０と接続される。他端部は、先端に近づくに従い細くなるよう形成され、その先端にはオイル噴出口１６が形成される。また、各オイルジェットパイプ９は、シリンダヘッド２５に形成された温度の高い副室２６および排気ポート３０に極力近接する縦壁面（図示せず）に隣接し、かつそのオイル噴出口１６がシリンダヘッド２５（図２斜線部）の横壁面３４に各々対向するように、配置される。この横壁面３４はシリンダヘッド２５下面から所定厚さを有する。
【００３６】
なお、図３に示すように、本実施の形態では、各気筒に設けるオイルジェットパイプ９の本数を３本としたが、これに限らず、オイルジェットパイプ９の本数を、シリンダヘッド２５の冷却箇所などにあわせ増減させてもよい。
【００３７】
このように、各気筒上部のシリンダヘッド２５に対し、燃焼室３１上部の副室２６近傍と排気ポート３０近傍とにのみオイルジェットが噴出するよう、オイルジェットパイプ９を配置することで、冷却に必要とされるオイル量が比較的少量となる。また、必要以上に燃焼室３１を冷却することがなく、冷却損失の増加を抑制することができる。
【００３８】
また、オイルジェットパイプ９を、シリンダヘッド２５内に埋置せず、シリンダヘッド２５から突出するディストリビュータ１０を介し配置することで、オイルジェットパイプ９が冷却する箇所の変更や、その本数の変更を、容易になし得る構成となる。
【００３９】
温度センサー１は、その先端の検知部２８が温度の高い副室２６、排気ポート３０の外壁に近接する箇所を測定するよう、シリンダヘッド２５内に配置される。
【００４０】
次に、本実施形態に係る多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッドの温度制御機構の動作について説明する。
【００４１】
エンジンが高負荷で運転する場合、エンジンの燃料量が増加し、＃１から＃４までの気筒の燃焼室３１内の温度が高くなる。この際、＃２の気筒および＃３の気筒は、＃１の気筒と＃４の気筒に挟まれており、放熱量が少なく高温になりやすい。そこで以下において、＃２、＃３の気筒の燃焼室３１内の温度が＃１、＃４の気筒の燃焼室３１内の温度より高温となり、気筒間で温度差が生じたとし、本実施形態に係る多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッドの温度制御機構の動作を説明する。
【００４２】
エンジンが始動すると、ＥＣＵ５には、各気筒の温度センサー１の検出値や、燃料流量センサー６、およびエンジン回転速度センサー８の検出値が入力される。気筒間の温度差が所定値以下の場合、ＥＣＵ５は、油路１１ａと油路１１ｂと間を閉鎖するよう電動モータ弁４を制御しており、各気筒のオイルジェットパイプ９からのオイルの噴出はない。従って、各気筒の燃焼室３１が必要以上に冷却されず、エンジンの冷却損失を低く抑えることができる。
【００４３】
ＥＣＵ５が、気筒間の温度差が所定値以上になったことを察知すると、ＥＣＵ５は、気筒間の温度差をなくすよう、気筒＃２、＃３に設けられた電動モータ弁４を作動させる。この際、ＥＣＵ５は、温度センサー１の検出値の他に、燃料流量センサー６、およびエンジン回転速度センサー８の検出値を基に、電動モータ弁４を、作動させるか否かを判断する。電動モータ弁４が作動すると、油路１１ａと油路１１ｂとが連通され、各オイルジェットパイプ９にオイルが供給される。各オイルジェットパイプ９に供給されたオイルは、オイルジェットパイプ９先端で流速を増し、シリンダヘッド２５の横壁面３４に向かい噴出する。この際の、オイル量は、ＥＣＵ５が温度センサー１、燃料流量センサー６、およびエンジン回転速度センサー８の検出値に基づき、電動モータ弁４の弁部１８の回転角を調整することで、制御される。噴出したオイルと接触したシリンダヘッド２５の横壁面３４は、オイルと熱交換をすることで、その温度が低下する。すると、横壁面３４の裏面であるシリンダヘッド２５下面からの放熱量が増加する。これにより、＃２の気筒と＃３の気筒の燃焼室３１内の温度が下がり、気筒間の温度差がなくなる。
【００４４】
このように本実施形態に係る多気筒エンジンの気筒別シリンダヘッドの温度制御機構は、４気筒エンジンの各気筒上部に各オイルジェット機構２と、各温度センサー１とを各々設け、各温度センサー１の検出値に基づき、ＥＣＵ５と各電動モータ弁４とにより、各オイルジェット機構２のオイルジェット時期とオイルジェット量とを制御することで、各気筒のシリンダヘッド２５下面からの放熱量を増加させ、気筒間の燃焼室３１内の温度差を効果的に減少することができるという効果がある。
【００４５】
従って、予混合圧縮着火燃焼において、高負荷側の安定燃焼を得ることができ、その運動領域を拡大することができるという効果がある。
【００４６】
さらに、冷却液としてエンジン潤滑用オイルを共用することで、エンジン潤滑用オイルの循環機構などを共用でき、構造が簡素になるという効果がある。
【００４７】
なお、これまで、オイルジェット機構２へのオイルの供給を調整するための調整手段として、油路１１ａと油路１１ｂとの間に電動モータ弁４を設ける形態を説明したが、本発明はこの形態に限定されず、例えば、電磁ソレノイドなどを油路１１ａと油路１１ｂとの間に設け、オイルの供給を調整するするようにしてもよい。
【００４８】
また、これまで、冷却液にエンジン潤滑用オイルを共用する形態を説明したが、本発明はこの形態に限定されず、例えば、冷却液に水を用いる水冷式エンジンに本発明を適用してもよい。この場合、シリンダヘッド２５の各気筒の高温領域に向かい水ジェットが噴出するように、各気筒に対し、水ジャケット内に水路を各々設け、それら水路の途中に調整手段を各々設けることで、上述の形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】（ａ）はシリンダヘッドの上面模式図を示し、（ｂ）は（ａ）Ｉｂ−Ｉｂ詳細断面図を示す。
【図２】シリンダヘッドの上面図を示す。
【図３】（ａ）はシリンダヘッドの部分上面図で図２のＩＩＩａ部分を示し、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ断面を変位図示したものである。
【符号の説明】
【００５０】
１  温度センサー（温度計測手段）
２  オイルジェット機構（冷却液噴出機構）
４  電動モータ弁（調整手段）
５  ＥＣＵ
２５  シリンダヘッド
２６  副室
【図１】
2005214020.tif 000003
【図２】
2005214020.tif 000004
【図３】
2005214020.tif 000005