DE60020800T2

DE60020800T2 - System zur Steuerung der Temperatur einer Motorzylinderwand

Info

Publication number: DE60020800T2
Application number: DE60020800T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Wako-shi Yamamoto; Masao Wako-shi Komine; Mitsuru Wako-shi Sugimoto; Masakatsu Wako-shi Miyao
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2020-11-18
Also published as: EP1103705B1; US6688263B1; DE60020800D1; EP1103705A2; EP1103705A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Steuern/Regeln der Temperatur einer Zylinderwand in einem Motor, um die Zylinderwand des Motors zu heizen und zu kühlen, oder um die Zylinderwand des Motors mit einem geeigneten Temperaturprofil zu versehen, um den Reibwiderstand eines Kolbens zu senken.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
In den letzten Jahren ist ein Kühlkreislauf oder ein Wassermantel zur Verwendung in einem Motor vorgeschlagen worden, der so ausgestaltet ist, dass seine Fähigkeit, einen Abschnitt um eine Brennkammer um einen oberen Abschnitt einer Zylinderlaufbuchse herum zu kühlen, erhöht ist, um das Klopfen zu unterbinden. Zusätzlich wird eine Überkühlung des unteren Abschnitts der Zylinderlaufbuchse verhindert, um den Reibwiderstand des Kolbens zu senken. Beide Effekte erlauben eine Erhöhung der Motorausgangsleistung und eine Verbesserung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs.
Zum Beispiel beschreibt die japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 1-227850 einen Motor, in dem eine nutförmige Zirkulationskammer für den Kühlwasserkreislauf vorgesehen ist, die in einem oberen Abschnitt einer Zylinderlaufbuchse definiert ist, um die Kühlleistung zu verbessern. Dies verhindert das Fressen des Kolbens, verhindert den Durchtritt von Gas und unterbindet Klopfen. Die japanische Patentanmeldung offenbart auch eine Konvektionskammer zur natürlichen Konvektion des Kühlwassers, wobei die Kammer in einem unteren Abschnitt der Zylinderlaufbuchse vorgesehen ist, um die Überkühlung zu verhindern, um hierdurch für eine Minderung des Reibwiderstands des Kolbens zu sorgen.
Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 3-67052 beschreibt einen Motor, der derart ausgestaltet ist, dass ein oberer Abschnitt einer Zylinderlaufbuchse mittels eines Wassermantels gekühlt wird, und einen Raum enthält, der in einem unteren Abschnitt der Zylinderlaufbuchse definiert ist, um mit einer Kurbelkammer in Verbindung zu sehen, um hierdurch die Überkühlung zu verhindern.
Reibverluste an Gleitabschnitten der Zylinderlaufbuchse und des Kolbens werden erzeugt durch (1) einen Reibwiderstand aufgrund des Abscherens eines Ölfilms von Schmieröl, das durch die Gleitbewegung des Kolbenrings erzeugt wird, und (2) den Sogwiderstand einer überschüssigen Schmierölmenge, die an der Zylinderlaufbuchse anhaftet. Wenn daher die Viskosität des Schmieröls auf einen so niedrigen Wert wie möglich in einem Bereich reduziert wird, der ausreicht, um eine Ölfilmbildungsfähigkeit beizubehalten, wird der Reibverlust gesenkt. Daher ist es erwünscht, dass die Temperatur der Gleitabschnitte erhöht wird, um die Viskosität des Schmieröls zu reduzieren. Zu diesem Zweck ist es eine herkömmliche Praxis, die Überkühlung des unteren Abschnitts der Zylinderlaufbuchse (die Position zwischen einem Zwischenabschnitt und einem unteren Totpunkt des Kolbens) zu verhindern, indem die Struktur des Kühlkreislaufs oder die Struktur des Wassermantels verändert wird. Der Innendruck des unteren Abschnitts der Zylinderlaufbuchse ist niedrig, und daher sind die Schmierbedingungen nicht streng und kann der untere Abschnitt der Zylinderlaufbuchse auf eine höhere Temperatur eingestellt werden als jener im Stand der Technik, um die Reibverluste zu senken. Jedoch ist im Stand der Technik die Fähigkeit, den unteren Abschnitt der Zylinderlaufbuchse zu kühlen, lediglich reduziert, und der untere Abschnitt wird nicht aktiv erhitzt. Daher werden die Reibverluste nicht ausreichend reduziert.
Die JP 03-067052 A offenbart ein System gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, an der Zylinderwand ein geeignetes Temperaturprofil vorzusehen, um den Reibverlust zu minimieren, der an den Gleitabschnitten der Zylinderwand und des Kolbens erzeugt wird.
Zur Lösung der obigen Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein System zum Steuern/Regeln der Temperatur einer Zylinderwand eines Motors angegeben, umfassend: ein Heizmittel zum Heizen zumindest eines Abschnitts einer Zylinderwand in einer Nähe eines unteren Totpunkts eines Kolbens, der in der Zylinderwand gleitend geführt ist; ein Kühlmittel zum Kühlen zumindest eines Abschnitts der Zylinderwand in der Nähe des oberen Totpunkts des Kolbens; Temperatur-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Temperatur der Zylinderwand; und ein Steuermittel zum Steuern/Regeln des Kühlmittels auf der Basis der erfassten Temperatur der Zylinderwand, so dass die erfasste Temperatur der Zylinderwand auf eine Solltemperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel auch das Heizmittel steuert/regelt.
Mit der obigen Anordnung werden jeweils das Heizmittel und das Kühlmittel zum Heizen und Kühlen zumindest des Abschnitts der Zylinderwand in der Nähe des unteren und oberen Totpunkts des Kolbens durch das Steuermittel gesteuert/geregelt, so dass die Temperatur der Zylinderwand auf die Solltemperatur gebracht wird. Daher kann die Temperatur des Abschnitts der Zylinderwand in der Nähe des unteren Totpunkts des Kolbens auf eine ausreichend hohe Temperatur in einem solchen Bereich gebracht werden, der ermöglicht, dass ein Ölfilm aus Schmieröl sichergestellt wird, und kann die Viskosität des Schmieröls gesenkt werden, um den Reibverlust zwischen Gleitabschnitten der Zylinderwand und dem Kolben zu minimieren, um hier für eine erhöhte Motorausgangsleistung, eine Minderung der verbrauchten Kraftstoffmenge und eine Minderung der verbrauchten Schmierölmenge zu sorgen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung heizt das Heizmittel die Zylinderwand durch Abgas, das durch einen in einem Zylinderblock definierten Gasmantel fließt, und wobei das Kühlmittel die Zylinderwand durch Frischluft kühlt, die durch den in dem Zylinderblock definierten Gasmantel fließt.
Mit der obigen Anordnung wird die Zylinderwand erhitzt, indem man das Abgas durch des Gasmantel strömen lässt, und gekühlt, indem man Frischluft durch den Gasmantel fließen lässt. Daher kann die Temperatur der Zylinderwand rasch auf eine gewünschte Temperatur erhöht und geeignet gesteuert/geregelt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Heizmittel ein Wärmeübertragungselement, um Wärme von Abgas auf einen Zylinderblock zu übertragen, und das Kühlmittel kühlt das Wärmeübertragungselement durch Kühlwasser, das durch einen in dem Wärmeübertragungselement definierten Wassermantel fließt.
Mit der obigen Anordnung wird die Abgaswärme auf den Zylinderblock durch das Wärmeübertragungselement übertragen, um die Zylinderwand zu heizen, und Kühlwasser wird durch den in dem Wärmeübertragungselement definierten Wassermantel fließen gelassen, um das Wärmeübertragungselement zu kühlen, um hierdurch die Zylinderwand zu kühlen. Daher kann die Temperatur der Zylinderwand rasch auf eine gewünschte Temperatur erhöht und geeignet gesteuert/geregelt werden.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Kühlmittel einen oberen Wassermantel, der zu einem Abschnitt der Zylinderwand weist, die dem oberen Totpunkt des Kolbens benachbart ist; worin das Heizmittel einen unteren Wassermantel umfasst, der zu dem Abschnitt der Zylinderwand weist, der dem unteren Totpunkt des Kolbens benachbart ist; worin das Temperatur-Erfassungsmittel ein oberes Zylinderabschnitttemperatur-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Temperatur des oberen Abschnitts der Zylinderwand benachbart dem oberen Totpunkt des Kolbens sowie ein unteres Zylinderabschnitttemperatur-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Temperatur des unteren Abschnitts der Zylinderwand benachbart dem unteren Totpunkt des Kolbens umfasst; und worin das Steuermittel umfasst: einen oberen Kühlkreislauf zum Steuern/Regeln des Kühlwassers, das durch den oberen Wassermantel fließt, um die von dem oberen Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel erfasste Temperatur des oberen Abschnitts der Zylinderwand auf eine Solltemperatur für den oberen Abschnitt der Zylinderwand zu konvergieren, und einen unteren Kühlkreislauf zum Steuern/Regeln des Kühlwassers, das durch den unteren Wassermantel fließt, um die von dem unteren Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel erfasste Temperatur des unteren Abschnitts der Zylinderwand auf eine Solltemperatur für den unteren Abschnitt der Zylinderwand zu konvergieren.
Mit der obigen Anordnung wird das Kühlwasser, das durch den oberen Wassermantel fließt, der zu dem Abschnitt der Zylinderwand benachbart dem oberen Totpunkt des Kolbens weist, durch den oberen Kühlkreislauf gesteuert, und das Kühlwasser, das durch den unteren Wassermantel fließt, der zu dem Abschnitt der Zylinderwand benachbart dem unteren Totpunkt des Kolbens weist, wird durch den unteren Kühlkreislauf gesteuert. Daher besteht die Tendenz, dass die Temperatur des oberen Abschnitts der Zylinderwand einer durch die Verbrennung erzeugten Wärmelast unterzogen wird, und die Temperatur des unteren Abschnitts der Zylinderwand, die der von der Verbrennung erzeugten Wärmelast ausgesetzt werden kann, aber nicht braucht, kann individuell gesteuert/geregelt werden. Somit kann an einem Abschnitt der Zylinderwand benachbart dem oberen Totpunkt des Kolbens das Überhitzen des Motors verhindert werden, um die Temperatur eines Ölfilms an einem geeigneten Punkt beizubehalten, während eine abnormale Verbrennung verhindert wird, um hierdurch die Reibkraft zu senken, um den Reibverlust zu senken. Zusätzlich kann an dem Abschnitt der Zylinderwand benachbart dem unteren Totpunkt des Kolbens die Temperatur des Ölfilms auf einen so hoch wie möglich liegenden Punkt angehoben werden, in einen solchen Bereich, dass der Riss des Ölfilms nicht stattfindet, um hierdurch die Viskosität zu reduzieren, um für eine erhöhte Motorausgangsleistung, eine Minderung der verbrauchten Kraftstoffmenge und eine Minderung der verbrauchten Schmierölmenge zu sorgen.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält der untere Kühl kreislauf einen Wärmetauscher zum Erhitzen des Kühlwassers durch die Abgaswärme.
Mit der obigen Anordnung ist der Wärmetauscher zum Erhitzen des Kühlwassers durch die Abgaswärme in dem unteren Kühlkreislauf vorgesehen. Daher ist es möglich, das Kühlwasser unter Nutzung der Abgaswärme zu erhitzen, ohne eine besondere Wärmequelle vorzusehen, als Beitrag zur Kostenminderung.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält der untere Kühlkreislauf einen Wärmetauscher zum Erhitzen des Kühlwassers durch die Wärme eines elektrischen Heizers.
Mit der obigen Anordnung ist der Wärmetauscher zum Erhitzen des Kühlwassers durch die Wärme des elektrischen Heizers in dem unteren Kühlkreislauf vorgesehen. Daher ist es möglich, das Kühlwasser vor dem Start des Motors zu erhitzen, um die Temperatur der unteren Zylinderwand anzuheben, um hierdurch zu einer Minderung des Reibverlustes und zu einer Emissionsverbesserung beizutragen.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Kühlmittel einen oberen Wassermantel, der zu einem Abschnitt der Zylinderwand weist, der dem oberen Totpunkt des Kolbens benachbart ist; worin das Heizmittel einen unteren Wassermantel umfasst, der zu dem Abschnitt der Zylinderwand weist, der dem unteren Totpunkt des Kolbens benachbart ist; und worin das Steuermittel den einen Kühler verlassenden Kühlwasserfluss durch den oberen Wassermantel und dann durch den unteren Wassermantel zurück zum Kühler steuert/regelt.
Mit der obigen Anordnung wird das Kühlwasser, das durch den oberen Wassermantel durchgetreten ist, der zu dem Abschnitt der Zylinderwand benachbart dem oberen Totpunkt des Kolbens weist und eine erhöhte Temperatur hat, dem unteren Wassermantel zugeführt, der zu dem Abschnitt der Zylinderwand benachbart dem unteren Totpunkt des Kolbens weist. Daher ist die Temperatur der unteren Zylinderwand auf einen höheren Punkt angehoben worden als jenem im Stand der Technik, worin das Kühlwasser von einem unteren Abschnitt eines Zylinder blocks zu einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks fließen gelassen wird. Somit kann die Temperatur eines Ölfilms an jenem Abschnitt der Zylinderwand benachbart dem unteren Totpunkt des Kolbens auf einen so hoch wie möglich liegenden Punkt gebracht werden, um die Viskosität zu reduzieren, und die Reibkraft kann verringert werden, um für eine erhöhte Motorausgangsleistung, eine Minderung der verbrauchten Kraftstoffmenge und eine Minderung der verbrauchten Schmierölmenge zu sorgen.
Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung wird das Kühlwasser, das durch den oberen Wassermantel hindurchgetreten ist, einer Stelle entsprechend jedem Zylinder an einem unteren Ende des unteren Wassermantels durch einen Verteiler zugeführt.
Mit der obigen Anordnung fließt das Kühlwasser, das von dem oberen Wassermantel dem unteren Wassermantel zugeführt wird, durch den Verteiler unabhängig in jeden der Zylinder. Daher können die Temperaturen der Wände der Zylinder angeglichen werden, um die Fluktuation in der Verbrennung und die Drehmomentschwankung zu senken. Darüber hinaus steht der Verteiler mit dem unteren Ende des unteren Wassermantels in Verbindung, und wenn daher das Kühlwasser in den unteren Wassermantel fließt, wird der Luftabzug verbessert.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 bis 7 zeigen eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung, worin:
1 ist eine Ansicht mit Darstellung der Gesamtanordnung eines Zylinderwandtemperatur-Steuersystems;
2 ist eine Grafik mit Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur einer Zylinderwand und der Reibkraft;
3 ist eine Grafik zur Erläuterung einer Technik zur Bestimmung einer Solltemperatur für eine obere Zylinderwand bei einer niedrigen Drehzahl eines Motors und bei einer hohen Motorlast;
4 ist eine Grafik zur Erläuterung einer Technik zur Bestimmung einer Solltemperatur für die obere Zylinderwand bei hoher Drehzahl eines Motors und niedriger Motorlast;
5 ist eine Grafik zur Erläuterung einer Technik zur Bestimmung einer Solltemperatur für die obere Zylinderwand bei einer niedrigen Drehzahl eines Motors und bei niedriger Motorlast, sowie bei hoher Drehzahl eines Motors und hoher Motorlast;
6 ist eine Grafik zur Erläuterung einer Technik zur Bestimmung einer Solltemperatur für eine untere Zylinderwand;
7 ist ein Flussdiagramm einer Zylinderwandtemperatur-Steuerroutine;
8 und 9 zeigen eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung, worin
8 ist eine Ansicht mit Darstellung der Gesamtanordnung eines Zylinderwandtemperatur-Steuersystems;
9 ist eine Schnittansicht entlang Linie 9-9 in 8;
10 bis 12 zeigen eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung, worin:
10 ist eine Ansicht mit Darstellung der Gesamtanordnung eines Zylinderwandtemperatur-Steuersystems;
11 ist eine Ansicht in Richtung von Pfeil 11 in 10;
12 ist ein Flussdiagramm einer Zylinderwandtemperatur-Steuerroutine;
13 ist eine Ansicht mit Darstellung der Gesamtanordnung eines Zylinderwandtemperatur-Steuersystems gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
14 bis 16 zeigen eine fünfte Ausführung der vorliegenden Erfindung, worin:
14 ist eine Ansicht mit Darstellung der Gesamtanordnung eines Zylinderwandtemperatur-Steuersystems;
15 ist eine Ansicht in Richtung von Pfeil 15 in 14; und
16 ist ein Flussdiagramm einer Zylinderwandtemperatur-Steuerroutine.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Nun wird eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die 1 bis 7 beschrieben.
In Bezug auf 1 ist ein Kolben 14, der durch eine Pleuelstange 13 mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden ist, an einer Zylinderlaufbuchse 12, die in einem Zylinderblock 11 eines Motors E befestigt ist, gleitend gelagert. Eine Ansaugleitung 16 und eine Auslassleitung 17 sind mit einem Zylinderkopf 15 verbunden, der mit einer Deckfläche des Zylinderblocks 11 gekoppelt ist, und ein Drosselventil 18 ist in der Ansaugleitung 16 angebracht. Ein Wassermantel 19 ist in einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 11 definiert, nämlich an einem Ort, der einem oberen Totpunkt des Kolbens näher ist, um einen Außenumfang der Zylinderlaufbuchse 12 zu umgeben, und ein Gasmantel 20 ist in einem unteren Abschnitt des Zylinderblocks 11 definiert, nämlich an einem Ort, der dem unteren Totpunkt des Kolbens näher ist, um den Außenumfang der Zylinderlaufbuchse 12 zu umgeben.
Ein Kühler 21 und der Wassermantel 19 in dem Zylinderblock 11 sind durch eine Kühlwasserzuführleitung 22 verbunden, und ein Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 23, das ein elektromagnetisches Ventil aufweist, und eine Kühlwasserpumpe 24 zum Pumpen des Kühlwassers sind in der Kühlwasserzuführleitung 22 angebracht. Die Kühlwasserpumpe 24 kann durch die Kurbelwelle des Motors E oder durch einen Elektromotor angetrieben sein. Ein Wassermantel (nicht gezeigt), der in dem Zylinderkopf 15 vorgesehen und mit einem stromabwärtigen Abschnitt des Wassermantels 19 in dem Zylinderblock 11 vorgesehen ist, ist mit dem Kühler 21 durch eine Kühlwasserabführleitung 25 verbunden. Die Kühlwasserabführleitung 25 und das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 23 sind durch eine Bypassleitung 26 miteinander verbunden.
Ein stromauf des Drosselventils 18 gelegener Abschnitt der Ansaugleitung 16 und ein stromab des Drosselventils 18 gelegener Abschnitt der Ansaugleitung 16 sind mit dem Gasmantel 20 durch eine Frischluftzuführleitung 27 und eine Frischluft- und Abgasabführleitung 28 verbunden, und ein Frischluftzuführventil 29, das ein elektromagnetisches Ventil aufweist, ist in der Frischluftzuführleitung 27 angebracht. Die Abführleitung 17 ist mit dem Gasmantel 20 durch eine Abgaszuführleitung 30 verbunden, und ein Abgaszuführventil 31, das ein elektromagnetisches Ventil aufweist, ist in der Abgaszuführleitung 30 angebracht.
Der Gasmantel 20, die Abgaszuführleitung 30 und das Abgaszuführventil 31 bilden ein Heizmittel Mh der vorliegenden Erfindung, und der Gasmantel 20, die Frischluftzuführleitung 27 und das Frischluftzuführventil 20 bilden ein Kühlmittel Mc der vorliegenden Erfindung.
Eine elektronische Steuereinheit U erhält Signale von einem oberen Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sa zum Erfassen der Temperatur Tt einer oberen Zylinderwand an einem oberen Abschnitt (einem Ort, der dem oberen Totpunkt des Kolbens näher ist) der Zylinderlaufbuchse 12, ein unteres Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sb zum Erfassen der Temperatur Tb einer unteren Zylinderwand an einem unteren Abschnitt (dem Ort zwischen einem Zwi schenabschnitt und dem unteren Totpunkt des Kolbens) der Zylinderlaufbuchse 12, ein Motordrehzahl-Erfassungsmittel Sc zum Erfassen einer Drehzahl Ne des Motors sowie ein Motorlast-Erfassungsmittel Sd zum Erfassen einer Motorlast L (einen Drosselöffnungsgrad oder einen Absolutdruck in dem Ansaugrohr). Die elektronische Steuereinheit U steuert/regelt die Funktionen des Kühlwasserfließweg-Umschaltventils 23, das in der Kühlwasserzuführleitung 22 angebracht ist, des Frischluftzuführventils 29, das in der Frischluftzuführleitung 27 angebracht ist, und des Abgaszuführventils 31, das in der Abgaszuführleitung 30 angebracht ist.
Nachfolgend wird der Betrieb der Ausführung der vorliegenden Erfindung mit der oben beschriebenen Anordnung beschrieben.
2 zeigt die Beziehung zwischen den Temperaturen Tt und Tb der Zylinderwände (die Temperatur einer Zylinderwand 12a) sowie die Reibkraft zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderwand 12a. In dem unteren Abschnitt der Zylinderlaufbuchse 12 ist die Geschwindigkeit des Kolbens gering, wobei aber die Wärmelast von einer Brennkammer extrem groß ist. Selbst wenn die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand niedrig ist, sinkt daher die Viskosität von Schmieröl rasch, und die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand, an der die Reibkraft am geringsten ist, ist relativ niedrig.
Andererseits ist in dem Zwischenabschnitt der Zylinderlaufbuchse 12 die Geschwindigkeit des Kolbens hoch, und daher ist die Scherkraft des Schmieröls erhöht, was zu einem erhöhten Reibwiderstand führt. In dem unteren Abschnitt der Zylinderlaufbuchse 12 ist die Wärmelast von der Brennkammer klein. Daher ist es schwierig, dass die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand ansteigt, und aus diesem Grund wird die Viskosität des Schmieröls erhöht, was zu einer erhöhten Reibkraft führt. Aus dem Vorstehenden wird in den zwischenliegenden und unteren Abschnitten der Zylinderlaufbuchse 12 die Reibkraft verringert, während die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand erhöht wird. Wenn jedoch die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu hoch ist, reißt der Ölfilm, wodurch ein Gleitabschnitt beschädigt wird oder die Zylinderlaufbuchse 12 thermisch verformt wird. Daher gibt es eine Obergrenze auf einem höheren Pegel als der Temperatur Tb der unteren Zylinderwand, bei der die Reibkraft minimal ist.
Im Hinblick auf das Vorstehende werden eine Solltemperatur TtOBJ, die ein Sollwert für die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand ist, und eine Solltemperatur TbOBJ, die ein Sollwert für die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand ist, aus einem Kennfeld in der folgenden Weise auf der Basis einer vom Motordrehzahl-Erfassungsmittel Sc erfassten Motordrehzahl Ne und einer von dem Motorlast-Erfassungsmittel Sd erfassten Motorlast L gesucht.
Die in 3 gezeigte Grafik ist eine Basis für ein Kennfeld zum Suchen einer Solltemperatur TtOBJ der oberen Zylinderwand bei niedriger Drehzahl des Motors und bei hoher Motorlast. Eine Temperatur Tt der oberen Zylinderwand, bei der der Verbrennungszustand bei einer Motordrehzahl Ne und bei einer Motorlast L zu dieser Zeit am besten ist, ist als eine Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand definiert.
Die in 4 gezeigte Grafik ist eine Basis für ein Kennfeld zum Suchen einer Solltemperatur TtOBJ der oberen Zylinderwand bei einer hohen Drehzahl des Motors und bei niedriger Motorlast. Eine Temperatur Tt der oberen Zylinderwand, bei der die Durchblasgasmenge auch dann nicht verringert wird, wenn die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand bei einer Drehzahl Ne des Motors und einer Motorlast L zu dieser Zeit weiter abgesenkt wird, ist als eine Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand definiert.
Die in 5 gezeigte Grafik ist eine Basis für ein Kennfeld zum Suchen einer Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand bei einer niedrigen Drehzahl des Motors und niedriger Motorlast sowie bei hoher Drehzahl des Motors und bei hoher Motorlast. Eine Temperatur Tt der oberen Zylinderwand, bei der die Reibkraft zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderwand 12a bei einer Drehzahl Ne des Motors und bei einer Motorlast L zu dieser Zeit minimal ist, ist als eine Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand definiert.
Die in 6 gezeigte Grafik ist eine Basis für ein Kennfeld zum Suchen einer Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand bei allen Drehzahlen des Motors und bei allen Motorlasten. Eine Temperatur Tb der unteren Zylinderwand, bei der die Reibkraft zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderwand 12a minimal ist, ist als eine Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand definiert.
Die jeweiligen Inhalte der Steuerung der Temperatur der Zylinderwand werden unten in Bezug auf ein Flussdiagramm in 7 beschrieben.
Zuerst werden, wenn der Motor E in Schritt S1 startet, eine Temperatur Tt der oberen Zylinderwand und eine Temperatur Tb der unteren Zylinderwand durch das obere Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sa und das untere Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sb jeweils in Schritt S2 erfasst. Dann wird in Schritt S3 das in der Frischluftzuführleitung 27 angebrachte Frischluftzuführventil 29 geschlossen, und gleichzeitig wird das in der Abgaszuführleitung 30 angebrachte Abgaszuführventil 31 geöffnet, um hierdurch zu erlauben, dass ein durch die Auslassleitung 17 fließendes Abgas dem Gasmantel 20 zugeführt wird, der in dem unteren Abschnitt des Zylinderblocks 11 vorgesehen ist. Im Ergebnis wird das Abgas, das von der Auslassleitung 17 durch die Abgaszuführleitung 30 dem Gasmantel 20 zugeführt wird, von dem Gasmantel 20 durch die Frischluft- und Abgasabführleitung 28 der Ansaugleitung 16 zugeführt. Das der Ansaugleitung 16 zugeführte Abgas wird als AGR-Gas genutzt, und es ist daher nicht notwendig, eine spzielle AGR-Leitung vorzusehen, was dazu beitragen kann, die Teilezahl zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu erhöhen.
Indem gleichzeitig mit dem Start des Motors E in der obigen Weise das Abgas dem Gasmantel 20 zugeführt wird, kann die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand rasch angehoben werden, um die Reibkraft zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderwand 12a zu reduzieren.
Wenn dann im anschließenden Schritt S4 die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand bis zu einem Rückkopplungsregelstart-Anfangswert Tb0 angestiegen ist, werden in Schritt S5 eine Motordrehzahl Ne und eine Motorlast L durch das Motordrehzahl-Erfassungsmittel Sc bzw. das Motorlast-Erfassungsmittel Sd erfasst, um die Rückkopplungsregelung der Temperatur Tt der oberen Zylinderwand der Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu starten. Danach werden in Schrift S6 eine Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand und eine Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand aus den Kennfeldern gesucht (siehe 3 bis 6).
Wenn im anschließenden Schritt S7 die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand niedriger ist als die Solltemperatur TbOBJ für die obere Zylinderwand, wird in Schritt S8 das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 23 geöffnet, um die Bypassleitung 26 mit der Kühlwasserzuführleitung 22 zu verbinden, so dass das Kühlwasser, das durch den Wassermantel 19 in den Motor E hindurchgeflossen ist, um den Kühler 21 herum zirkuliert, um hierdurch die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand zu der Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand zu erhöhen. Wenn andererseits in Schritt S7 die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand gleich oder höher als die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand ist, wird in Schritt S9 das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 23 geschlossen, um die Bypassleitung 26 von der Kühlwasserzuführleitung 22 zu trennen, so dass das Kühlwasser, das durch den Wassermantel 19 in den Motor E hindurchgeflossen ist, dem Kühler 21 zugeführt wird, um hierdurch die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand zu der Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand hin zu senken.
Auf diese Weise wird die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand in rückkoppelnder Weise geregelt, so dass sie auf die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand konvergiert wird. Somit kann das Überhitzen des Motors E verhindert werden, um die Temperatur des Ölfilms an dem oberen Abschnitt der Zylinderwand 12a (in der Nähe des oberen Totpunkts des Kolbens) auf einem geeigneten Punkt zu halten, während die Haltbarkeit verbessert wird, und die Reibkraft gesenkt werden kann, um den Reibungsverlust zu reduzieren. Darüber hinaus wird die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand bei einer niedrigen Motordrehzahl und bei hoher Motorlast bestimmt, um für einen besten Verbrennungszustand zu sorgen, und daher kann eine abnormale Verbrennung des Motors E effizient verhindert werden. Andererseits wird die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand bei hoher Motordrehzahl und bei niedriger Motorlast bestimmt, so dass die Durchblasgasmenge am geringsten ist und daher die Durchblasgasmenge auf das Minimum gesenkt werden kann.
Wenn im anschließenden Schritt S10 die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand niedriger ist als die Solltemperatur TtOBJ für die untere Zylinderwand, wird in Schritt S11 das Frischluftzuführventil 29 geschlossen und wird gleichzeitig das Abgaszuführventil 31 geöffnet, so dass durch die Abgasleitung 17 fließendes Abgas dem Gasmantel 20 zugeführt wird, der in dem unteren Abschnitt des Zylinderblocks 11 vorgesehen ist. Somit heizt das Abgas den unteren Abschnitt des Zylinderblocks 11, wodurch die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu der Solltemperatur TtOBJ für die untere Zylinderwand hin erhöht wird. Wenn andererseits in Schritt S10 die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand gleich oder höher als die Solltemperatur TtOBJ für die untere Zylinderwand ist, wird in Schritt S12 das Frischluftzuführventil 29 geöffnet und wird gleichzeitig das Abgaszuführventil 31 geschlossen, so dass die Frischluft, die durch die Frischluftleitung 16 fließt, dem Gasmantel 20 zugeführt wird, der in dem unteren Abschnitt des Zylinderblocks 11 vorgesehen ist. Somit kühlt die Frischluft den unteren Abschnitt des Zylinderblocks 11, wodurch die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu der Solltemperatur TtOBJ für die untere Zylinderwand hin gesenkt wird.
Auf diese Weise wird das Abgas zu dem Gasmantel 20 fließen gelassen, um die Zylinderwand 12a zu erwärmen, und daher kann die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand rasch angehoben werden. Zusätzlich wird die Frischluft zu dem Gasmantel 20 fließen gelassen, um die Zylinderwand 12a zu kühlen, und daher kann die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand präzise auf eine Solltemperatur gesteuert/geregelt werden.
Zusätzlich kann der untere Abschnitt (der Abschnitt zwischen dem Zwischenabschnitt und dem unteren Totpunkt des Kolbens) der Zylinderwand 12a auf eine höhere Temperatur gebracht werden als jener im Stand der Technik, um die Viskosität des Ölfilms durch die Rückkopplungsregelung der Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu reduzieren, um die Temperatur Tb auf die Solltemperatur TtOBJ für die untere Zylinderwand zu konvergieren. Somit ist es möglich, die Reibkraft zwischen den Gleitabschnitten des Kolbens 14 und der Zylinderwand 12a zu reduzieren, um den Reibungsverlust zu reduzieren, um hierdurch für eine erhöhte Ausgangsleistung und eine Minderung der verbrauchten Kraftstoffmenge zu sorgen. Zusätzlich ist es möglich, den an der Zylinderwand 12a anhaftenden Ölfilm zu reduzieren, um die verbrauchte Schmierölmenge zu reduzieren. Da ferner die Frischluftzuführleitung 27 und die Frischluft- und Abgasabführleitung 28 eine Leitung bilden, die sich um das Drosselventil 18 herum erstrecken, kann das Frischluftzuführventil 29 geeignet geöffnet werden und kann das Drosselventil 18 als Leerlaufdurchgang zwischen der Frischluftzuführleitung 27 und der Frischluftund Abgasabführleitung 28 genutzt werden.
Nun wird eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die 8 und 9 beschrieben.
Die zweite Ausführung unterscheidet sich von der ersten Ausführung in Bezug auf eine Technik zum Steuern/Regeln der Temperatur Tb des unteren Zylinderabschnitts. Insbesondere verbindet ein Wärmeübertragungselement 41 eine Auslassleitung 17 in dem Motor E mit einem unteren Abschnitt eines Zylinderblocks 11. Das Wärmeübertragungselement umfasst einen Heiz- und Kühlabschnitt 41a, der einen Außenumfang des Zylinderblocks 11 umgibt, und Wärmeübertragungsabschnitte 41b und 41c, die die Auslassleitung 17 mit dem Heiz- und Kühlabschnitt 41a verbinden. Ein Wassermantel 42 ist in dem Heiz- und Kühlabschnitt 41a des Wärmeübertragungselements 41 vorgesehen, und Wasser, das durch eine elektrische Kühlwasserpumpe 43 und einen durch die Steuereinheit U gesteuerten gesonderten Kühler 44 hindurchgetreten ist, zirkuliert in dem Wassermantel 42.
Das Wärmeübertragungselement 41 bildet ein Heizmittel Mh der vorliegenden Erfindung, und der Wassermantel 42, die elektrische Kühlwasserpumpe 43 und der Kühler 44 bilden ein Kühlmittel Mc der vorliegenden Erfindung.
Wenn die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand niedriger ist als die Solltempe ratur TtOBJ für die untere Zylinderwand, wird die elektrische Kühlwasserpumpe 43 gestoppt, so dass die Wärme der Auslassleitung 17, durch die Abgas mit hoher Temperatur hindurchfließt, auf den unteren Abschnitt des Zylinderblocks 11 durch das Wärmeübertragungselement 41 übertragen wird, um hierdurch die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu der Solltemperatur TtOBJ der unteren Zylinderwand hin zu erhöhen. Wenn andererseits die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand gleich oder höher als die Solltemperatur TtOBJ für die untere Zylinderwand ist, wird die elektrische Kühlwasserpumpe 43 betrieben, um das Kühlwasser in dem Wassermantel 42 dem Wärmeübertragungselement 41 zuzuführen, um hierdurch die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu der Solltemperatur TtOBJ der unteren Zylinderwand hin zu senken.
In der obigen Weise können eine Funktion und ein Effekt ähnlich jenen in der ersten Ausführung auch in der zweiten Ausführung erreicht werden.
Nun wird eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die 10 bis 12 beschrieben.
Wie in den 10 und 11 gezeigt, ist ein Kolben 14, der durch eine Pleuelstange 13 mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden ist, an einer in einem Zylinderblock 11 eines Motors E befestigten Zylinderlaufbuchse 12 gleitend gelagert. Eine Ansaugleitung 16 und eine Auslassleitung 17 sind mit einem Zylinderkopf 15 verbunden, der mit einer Deckfläche des Zylinderblocks 11 gekoppelt ist, und ein Drosselventil 18 ist in der Ansaugleitung 16 angebracht. Ein oberer Wassermantel 119 ist in einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 11 definiert, nämlich an einem Ort, der einem oberen Totpunkt des Kolbens näher ist, um einen Außenumfang der Zylinderlaufbuchse 12 zu umgeben, und ein unterer Wassermantel 120 ist in einem unteren Abschnitt des Zylinderblocks 11 definiert, nämlich an einem Ort, der einem unteren Totpunkt des Kolbens näher ist, um den Außenumfang der Zylinderlaufbuchse 12 zu umgeben.
Ein Kühler 21 und der obere Wassermantel 119 in dem Zylinderblock 11 sind durch eine Kühlwasserzuführleitung 22 miteinander verbunden, und ein Kühl wasserfließweg-Umschaltventil 23, das ein elektromagnetisches Ventil aufweist, und eine Kühlwasserpumpe 24 zum Pumpen des Kühlwassers sind in der Kühlwasserzuführleitung 22 angebracht. Die Kühlwasserpumpe 24 kann durch die Kurbelwelle des Motors E oder durch einen Elektromotor angetrieben sein. Ein Wassermantel (nicht gezeigt), der in dem Zylinderkopf 15 vorgesehen und mit einem stromabwärtigen Abschnitt des oberen Wassermantels 19 in dem Zylinderblock 11 verbunden ist, ist mit dem Kühler 21 durch eine Kühlwasserabführleitung 25 verbunden. Die Kühlwasserleitung 22 und das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 23 sind durch eine Bypassleitung 26 miteinander verbunden.
Ein Wärmetauscher 127 zum Wärmeaustausch des Kühlwassers und des Abgases in der Abgasleitung 17 miteinander ist so vorgesehen, dass er einen Außenumfang der Abgasleitung 17 umgibt. Eine elektrisch betriebene Kühlwasserpumpe 129 ist in einer Kühlwasserzuführleitung 128 angebracht, die sich von dem Wärmetauscher 127 zu dem unteren Wassermantel 120 erstreckt, und ein Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 131 ist in einer Kühlwasserabführleitung 130 angebracht, die sich von dem unteren Wassermantel 120 zum Wärmetauscher 127 erstreckt. Das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 131 und die Kühlwasserzuführleitung 128 sind durch eine Bypassleitung 132 miteinander verbunden.
Der obere Wassermantel 119, die Kühlwasserpumpe 24 und das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 23 bilden einen oberen Kühlkreislauf Ch der vorliegenden Erfindung, und der untere Wassermantel 120, die Kühlwasserpumpe 129 und das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 131 bilden einen unteren Kühlkreislauf Cb der vorliegenden Erfindung.
Eine elektronische Steuereinheit U erhält Signale von einem oberen Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sa zum Erfassen der Temperatur Tt einer oberen Zylinderwand an dem oberen Abschnitt (dem Ort, der dem oberen Totpunkt des Kolbens näher ist) der Zylinderlaufbuchse 12, einem unteren Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sb zum Erfassen der Temperatur Tb einer unteren Zylinderwand an dem unteren Abschnitt (dem Ort zwischen einem Zwischenabschnitt und dem unteren Totpunkt des Kolbens) der Zylinderlaufbuchse 12, einem Motordrehzahl-Erfassungsmittel Sc zum Erfassen einer Drehzahl Ne des Motors sowie einem Motorlast-Erfassungsmittel Sd zum Erfassen einer Motorlast L (einen Drosselöffnungsgrad oder einen Absolutdruck in einem Ansaugrohr). Die elektronische Steuereinheit U steuert/regelt den Betrieb des Kühlwasserfließweg-Umschaltventils 23, das in der Kühlwasserzuführleitung 22 in dem oberen Kühlkreislauf Ct angebracht ist, sowie den Betrieb des Kühlwasserfließweg-Umschaltventils 131, das in der Kühlwasserabführleitung 130 in dem unteren Kreislauf Cb angebracht ist.
Die jeweiligen Inhalte der Steuerung der Temperatur der Zylinderwand werden unten in Bezug auf ein Flussdiagramm in 12 beschrieben.
Zuerst werden, wenn der Motor E in Schritt S1 startet, eine Temperatur Tt der oberen Zylinderwand und eine Temperatur Tb der unteren Zylinderwand durch das obere Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sa bzw. das untere Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sb in Schritt S2 erfasst. Dann wird in Schritt S3a das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 131, das in der Kühlwasserabführleitung 130 in dem unteren Kühlkreislauf Cb angebracht ist, geschlossen, und gleichzeitig wird die Bypassleitung 132 geschlossen, um hierdurch zu erlauben, dass das Kühlwasser, das durch Wärmeaustausch mit durch die Auslassleitung 17 fließendem Abgas erwärmt ist, dem unteren Gasmantel 120 zugeführt wird, um den unteren Abschnitt der Zylinderwand 12 zu heizen.
Indem gleichzeitig mit dem Start des Motors E in der obigen Weise das Kühlwasser, das durch die Wärme des Abgases erhitzt ist, dem unteren Gasmantel 12 zugeführt wird, kann die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand rasch erhöht werden, um die Reibkraft zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderwand 12a zu senken.
Wenn im anschließenden Schritt S4 die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand bis zu einem Rückkopplungregelstart-Anfangswert Tb0 erhöht ist, werden in Schritt S5 eine Motordrehzahl Ne und eine Motorlast L durch das Motordrehzahl-Erfassungsmittel Sc bzw. das Motorlast-Erfassungsmittel Sd erfasst, um die Rück kopplungsregelung der Temperatur Tt der oberen Zylinderwand und der Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu starten. Danach werden in Schritt S6 eine Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand und eine Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand aus den Kennfeldern gesucht (siehe 3 bis 6).
Wenn im anschließenden Schritt S7 die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand niedriger ist als die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand, wird in Schritt S8 das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 23 geöffnet, um die Bypassleitung 26 mit der Kühlwasserzuführleitung 22 zu verbinden, und das Kühlwasser, das durch den oberen Wassermantel 119 in dem Motor E hindurchgetreten ist, wird um den Kühler 21 herum zirkuliert, um hierdurch die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand zu der Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand hin zu erhöhen. Wenn andererseits in Schritt S7 die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand gleich oder höher als die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand ist, wird in Schritt S9 das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 23 geschlossen, um die Bypassleitung 26 von der Kühlwasserzuführleitung 22 zu trennen, und das Kühlwasser, das durch den oberen Wassermantel 119 in den Motor E hindurchgetreten ist, wird dem Kühler 21 zugeführt, um hierdurch die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand zu der Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand hin zu senken.
Auf diese Weise wird die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand in rückkoppelnder Weise geregelt, so dass sie auf die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand konvergiert wird. Somit kann das Überhitzen des Motors E verhindert werden, um die Temperatur des Ölfilms an dem oberen Abschnitt der Zylinderwand 12a (in der Nähe des oberen Totpunkts des Kolbens) auf einem geeigneten Punkt zu halten, während die Haltbarkeit verbessert wird, und die Reibkraft kann gesenkt werden, um den Reibverlust zu reduzieren. Darüber hinaus wird die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand bei einer niedrigen Motordrehzahl und hoher Motorlast bestimmt, um für einen besten Verbrennungszustand zu sorgen, und daher kann eine abnormale Verbrennung in dem Motor E effizient verhindert werden. Andererseits wird die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand bei einer hohen Motordrehzahl und niedriger Motorlast bestimmt, so dass die Durchblasgasmenge am geringsten ist, und daher kann die Durchblasgasmenge auf das Minimum gedrückt werden.
Wenn im anschließenden Schritt S10 die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand niedriger als die Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand ist, wird in Schritt S11a das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 131 in dem unteren Kühlkreislauf Cb geschlossen, und das Kühlwasser, das durch den Wärmetauscher 127 zum Erhöhen der Temperatur hindurchgetreten ist, wird dem unteren Wassermantel 120 zugeführt, und der untere Abschnitt des Zylinderblocks 11 wird durch die Wärme des Kühlwassers erhitzt, wodurch die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu der Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand hin erhöht wird. Wenn andererseits in Schritt S10 die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand gleich oder höher als die Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand ist, wird das Kühlwasserfließweg-Umschaltventil 131 geöffnet, und das um den Wärmetauscher 127 herum fließende Kühlwasser wird dem unteren Gasmantel 120 zugeführt, um hierdurch den unteren Abschnitt des Zylinderblocks 11 zu kühlen, um die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu der Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand hin zu senken.
Auf diese Weise wird das Kühlwasser, das mit dem Abgas in dem Wärmetauscher 127 zur Erhöhung der Temperatur einem Wärmeaustausch unterzogen wurde, dem unteren Wassermantel 120 zugeführt, um die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu erhöhen. Daher kann die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand rasch erhöht werden, ohne eine gesonderte Wärmequelle zu benötigen. Zusätzlich kann die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand rasch auf die Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand konvergiert werden, indem das Kühlwasser, das durch den unteren Wassermantel 120 fließt, mittels des Kühlwasserfließweg-Umschaltventils 131 um den Wärmetauscher 127 herum fließen gelassen wird, so dass das Kühlwasser nicht durch den Wärmetauscher 127 hindurchtritt.
Zusätzlich kann die Temperatur Tb des unteren Abschnitts der Zylinderwand 12a (zwischen dem Zwischenabschnitt und dem unteren Totpunkt des Kolbens) auf eine Temperatur gebracht werden, die höher ist als jene im Stand der Technik, um die Viskosität des Ölfilms durch die Rückkopplungsregelung der Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu reduzieren, um die Temperatur Tb auf die Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand zu konvergieren. Daher ist es möglich, die Reibkraft zwischen den Gleitabschnitten des Kolbens 14 und der Zylinderwand 12a zu reduzieren, um den Reibungsverlust zu reduzieren, um hierdurch für eine erhöhte Ausgangsleistung und eine Minderung der verbrauchten Kraftstoffmenge zu sorgen. Zusätzlich ist es möglich, den an der Zylinderwand 12a anhaftenden Ölfilm zu reduzieren, um die verbrauchte Schmierölmenge zu reduzieren.
Eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf 13 beschrieben.
In der oben beschriebenen dritten Ausführung führt der Wärmetauscher 127 den Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und dem Kühlwasser durch, wobei ein Wärmetauscher 141 in der vierten Ausführung dazu ausgelegt ist, den Wärmeaustausch zwischen einem elektrischen Heizer 142 und dem Kühlwasser durchzuführen.
Auch in der vierten Ausführung können eine Funktion und ein Effekt ähnlich jenen in der dritten Ausführung erreicht werden, und darüber hinaus kann das Kühlwasser durch den elektrischen Heizer 142 vor dem Start des Motors E erhitzt werden, um die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu erhöhen. Daher ist es möglich, die Reibkraft zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderwand 12a beim Start des Motors effizient zu reduzieren und zu einer Emissionsverbesserung beim Start des Motors beizutragen.
Eine fünfte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird unten in Bezug auf die 14 bis 16 beschrieben.
Wie in den 14 und 15 gezeigt, ist ein durch eine Pleuelstange 13 mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbundener Kolben 14 an einer Zylinderlaufbuchse 12, die in einem Zylinderblock 11 eines Motors E befestigt ist, verschiebbar gelagert. Eine Ansaugleitung 16 und eine Auslassleitung 17 sind mit einem Zylinderkopf 15 verbunden, der mit einer Deckfläche des Zylinderblocks 11 gekoppelt ist, und ein Drosselventil 18 ist in der Ansaugleitung angebracht. Ein oberer Wassermantel 19 ist in einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 11 definiert, nämlich an einem Ort, der dem oberen Totpunkt des Kolbens näher ist, um einen Außenumfang der Zylinderlaufbuchse 12 zu umgeben, und ein unterer Wassermantel 20 ist in einem unteren Abschnitt des Zylinderblocks 11 definiert, nämlich an einem Ort, der einem unteren Totpunkt des Kolbens näher ist, um den Außenumfang der Zylinderlaufbuchse 12 zu umgeben.
Ein Kühler 21 und der obere Wassermantel 19 in dem Zylinderblock 11 sind miteinander durch eine erste Kühlwasserzuführleitung 222 verbunden, und eine Kühlwasserpumpe 223 zum Pumpen von Kühlwasser ist in de ersten Kühlwasserzuführleitung 222 angebracht. Die Kühlwasserpumpe 223 kann durch die Kurbelwelle des Motors E oder durch einen Elektromotor angetrieben sein. Ein Wassermantel 224, der in dem Zylinderkopf 15 vorgesehen und mit einem stromabwärtigen Abschnitt des oberen Wassermantels 19 in dem Zylinderblock 11 verbunden ist, ist mit dem Kühler 21 durch eine erste Kühlwasserabführleitung 226 verbunden, die mit einem ersten Kühlwasserfließraten-Steuerventil 225 versehen ist.
Ein Abschnitt des Zylinderkopfs 15 in der Nähe eines Auslasses des Wassermantels 224 ist mit dem unteren Wassermantel 20 durch eine zweite Kühlwasserzuführleitung 228 verbunden, die mit einem zweiten Kühlwasserfließraten-Steuerventil 227 versehen ist. Die zweite Kühlwasserzuführleitung 228 enthält einen Verteiler 228a, der sich entlang einer Seitenwand des Zylinderblocks 11 erstreckt. Der Verteiler 228a ist mit einem unteren Ende des unteren Wassermantels 20 in der Nähe von vier Zylinderlaufbuchsen 12 durch vier Zweigleitungen 228b verbunden. Der untere Wassermantel 20 ist an seinem Oberende mit der ersten Kühlwasserabführleitung 226 an einem Ort stromauf des ersten Kühlwasserfließraten-Steuerventils 225 durch eine zweite Kühlwasserabführleitung 229 verbunden.
Auf diese Weise wird das Kühlwasser, das von dem oberen Wassermantel 19 dem unteren Wassermantel 20 zugeführt wird, durch den Verteiler 228a und die Zweigleitungen 228b in die Nähen der vier Zylinderlaufbuchsen 12 ausgegeben. Daher können die unteren Zylinderwandtemperaturen Tb der vier Zylinderlaufbuchsen 12 angeglichen werden, um hierdurch die Verbrennungsfluktuation und die Drehmomentschwankung zu verringern. Darüber hinaus fließt das Kühlwasser durch die Zweigleitungen 228b, um das Unterende des unteren Wassermantels 20 zu erreichen, und daher wird, wenn das Kühlwasser in den unteren Wassermantel 20 fließt, der Luftabzug aus dem unteren Wassermantel 20 verbessert.
Der obere Wassermantel 19, die Kühlwasserpumpe 223 und das erste Kühlwasserfließraten-Steuerventil 225 bilden einen oberen Kühlkreislauf Ch, und der untere Wassermantel 20 und das zweite Kühlwasserfließraten-Steuerventil 227 bilden einen unteren Kühlkreislauf Cb.
Eine elektronische Steuereinheit U erhält Signale von einem oberen Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sa zum Erfassen der Temperatur Tt der oberen Zylinderwand an dem oberen Abschnitt (dem Ort, der dem oberen Totpunkt des Kolbens näher ist) der Zylinderlaufbuchse 12, einem unteren Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sb zum Erfassen der Temperatur Tb einer unteren Zylinderwand an einem unteren Abschnitt (dem Ort zwischen einem Zwischenabschnitt und dem unteren Totpunkt des Kolbens) der Zylinderlaufbuchse 12, ein Motordrehzahl-Erfassungsmittel Sc zum Erfassen einer Drehzahl Ne des Motors sowie einem Motorlast-Erfassungsmittel Sd zum Erfassen einer Motorlast L (einen Drosselöffnungsgrad oder einen Absolutdruck in einem Ansaugrohr). Die elektronische Steuereinheit U steuert/regeit den Öffnungsgrad des ersten Kühlwasserfließraten-Steuerventils 225, das in der ersten Kühlwasserabführleitung 226 in dem oberen Kühlkreislauf Ct vorgesehen ist, sowie den Öffnungsgrad des zweiten Kühlwasserfließraten-Steuerventils 225, das in der zweiten Kühlwasserabführleitung 228 in dem unteren Kühlkreislauf Cb vorgesehen ist.
Die jeweiligen Inhalte der Steuerung der Temperatur der Zylinderwand werden unten in Bezug auf ein Flussdiagramm in 16 beschrieben.
Zuerst werden, wenn der Motor E in Schritt S1 startet, eine Temperatur Tt der oberen Zylinderwand und eine Temperatur Tb der unteren Zylinderwand durch das obere Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sa bzw. das untere Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel Sb in Schritt S2 erfasst. Dann wird in Schritt S3 das erste Kühlwasserfließraten-Steuerventil 225, das in der ersten Kühlwasserabführleitung 226 in dem oberen Kühlkreislauf Ct vorgesehen ist, vollständig geschlossen, und gleichzeitig wird das zweite Kühlwasserfließraten-Steuerventil 227, das in der zweiten Kühlwasserabführleitung 228 in dem unteren Kühlkreislauf Cb vorgesehen ist, vollständig geöffnet, wodurch das Kühlwasser, das durch den oberen Wassermantel 19 in dem Zylinderblock 11, der tendenziell eine Verbrennungswärme erhält, und den Wassermantel 224 in dem Zylinderkopf 15 hindurchgetreten ist, um eine erhöhte Temperatur zu haben, dem unteren Wassermantel 20 zugeführt wird, um den unteren Abschnitt der Zylinderwand 12a zu heizen.
Durch Zirkulieren des Kühlwassers zwischen dem oberen Wassermantel 19 und dem unteren Wassermantel 20 gleichzeitig mit dem Start des Motors E in der obigen Weise kann die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand rasch durch die Verbrennungswärme erhöht werden, um die Reibkraft zwischen dem Kolben 14 und der Zylinderwand 12a zu senken.
Wenn im anschließenden Schritt S4 die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand bis zu einem Rückkopplungsregelstart-Anfangswert Tb0 erhöht ist, werden in Schritt S5 eine Motordrehzahl Ne und eine Motorlast L durch das Motordrehzahl-Erfassungsmittel Sc bzw. das Motorlast-Erfassungsmittel Sd erfasst, um die Rückkopplungsregelung und die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand und der Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu starten. Danach werden in Schritt S6 eine Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand und eine Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand aus den Kennfeldern gesucht (siehe 3 bis 6).
Wenn im anschließenden Schritt S7 die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand niedriger ist als die Solltemperatur TbOBJ für die obere Zylinderwand, wird in Schritt S8a der Öffnungsgrad des Kühlwasserfließraten-Steuerventils 225 in dem oberen Kühlkreislauf Ct veningert, so dass es schwierig wird, dass das Temperatur-niedrige Kühlwasser, das durch den Kühler 21 hindurchgetreten ist, durch den oberen Wassermantel 19 hindurchtritt, um hierdurch die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand zu der Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand hin zu erhöhen. Wenn andererseits in Schritt S7 die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand gleich oder höher als die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand ist, wird in Schritt S9a der Öffnungsgrad des ersten Kühlwasserfließraten-Steuerventils 225 erhöht, so dass es leicht wird, dass das Temperatur-niedrige Kühlwasser, das durch den Kühler 21 hindurchgetreten ist, durch den oberen Wassermantel 19 hindurchtritt, um hierdurch die Temperatur Tt der oberen Zylinderwand zu der Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand hin zu senken.
Durch die Rückkopplungsregelung der Temperatur Tt der oberen Zylinderwand, um die Temperatur Tt auf die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand in der obigen Weise zu konvergieren, kann das Überhitzen des Motors E verhindert werden, um die Temperatur des Ölfilms an dem oberen Abschnitt der Zylinderwand 12a (in der Nähe des oberen Totpunkts des Kolbens) auf einem geeigneten Punkt zu halten, während die Haltbarkeit verbessert wird, und kann die Reibkraft verringert werden, um den Reibungsverlust zu reduzieren. Darüber hinaus wird die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand bei niedriger Motordrehzahl und bei hoher Motorlast bestimmt, um für den besten Verbrennungszustand zu sorgen, und daher kann eine abnormale Verbrennung in dem Motor E effizient verhindert werden. Andererseits wird die Solltemperatur TtOBJ für die obere Zylinderwand bei hoher Motordrehzahl und niedriger Motorlast bestimmt, so dass die Durchblasgasmenge am geringsten ist und daher die Durchblasgasmenge auf das Minimum gedrückt werden kann.
Wenn im anschließenden Schritt S10 die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand niedriger ist als die Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand, wird in Schritt S11b der Öffnungsgrad des zweiten Kühlwasserfließraten-Steuerventils 227 in dem unteren Kühlkreislauf Cb vergrößert, so dass die Zuführmenge des Kühlwassers, das durch den oberen Wassermantel 19 in dem Zylinderblock 11 und den Wassermantel 224 in dem Zylinderkopf 15 hindurchgetreten und somit erhitzt ist, in den unteren Wassermantel 20 vergrößert wird. Daher wird der untere Abschnitt des Zylinderblocks 11 durch die Wärme dieses Kühlwassers erhitzt, wodurch die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu der Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand hin erhöht wird. Wenn andererseits in Schritt S10 die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand gleich oder höher als die Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand ist, wird der Öffnungsgrad des zweiten Kühlwasserfließraten-Steuerventils 227 verringert, so dass die Menge des Temperatur-hohen Kühlwassers, das in den unteren Wassermantel 2C geleitet wird, verringert wird, um hierdurch den unteren Abschnitt des Zylinderblocks 11 zu kühlen, um die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu der Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand zu senken.
Auf diese Weise wird das Kühlwasser, das durch den oberen Wassermantel 19 in dem Zylinderblock 11 und den Wassermantel 224 in dem Zylinderkopf 15 hindurchgetreten und somit erhitzt ist, dem unteren Wassermantel 20 zugeführt, um die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu erhöhen. Daher kann die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand rasch angehoben werden, ohne eine spezielle Wärmequelle zu benötigen. Darüberhinaus kann die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand rasch auf die Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand konvergiert werden, indem die Fließrate des Kühlwassers, das durch den unteren Wassermantel 2O fließt, durch das zweite Kühlwasserfließraten-Steuerventil 227 gesteuert/geregelt wird.
Zusätzlich kann die Temperatur Tb der unteren Zylinderwand 12a (zwischen dem Zwischenabschnitt und dem unteren Totpunkt des Kolbens) auf eine höhere Temperatur gebracht werden als jene im Stand der Technik, um die Viskosität des Ölfilms durch die Rückkopplungsregelung der Temperatur Tb der unteren Zylinderwand zu reduzieren, um die Temperatur Tb zu der Solltemperatur TbOBJ für die untere Zylinderwand zu konvergieren. Somit ist es möglich, die Reibkraft zwischen den Gleitabschnitten des Kolbens 14 und der Zylinderwand 12a zu reduzieren, um den Reibungsverlust zu senken, um hierdurch für eine erhöhte Ausgangsleistung und eine Minderung der verbrauchten Kraftstoffmenge zu sorgen. Zusätzlich ist es möglich, den an der Zylinderwand 12a anhaftenden Ölfilm zu re duzieren, um die verbrauchte Schmierölmenge zu senken.
Obwohl spezifische Ausführungen beschrieben worden sind, sind auch Varianten dieser Ausführungen möglich. Zum Beispiel enthält der Motor E in jeder der Ausführungen die Zylinderlaufbuchse 12, wobei aber die Erfindung auch auf einen Motor E anwendbar ist, der keine Zylinderlaufbuchse 12 aufweist.
In der ersten Ausführung werden das Abgas und die Frischluft dem gemeinsamen Gasmantel 20 zugeführt, wobei aber ein Gasmantel für Abgas und ein Gasmantel für Frischluft separat vorgesehen sein können.
In der zweiten Ausführung ist der Wassermantel 42 des Kühlmittels Mc in dem Wärmeübertragungselement 41 vorgesehen, kann aber auch in dem Zylinderblock 11 vorgesehen sein.
Obwohl die Ausführung der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt ist, und es können verschiedene konstruktive Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der in den Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.
Ein Gasmantel ist in einem unteren Abschnitt eines Zylinderblocks vorgesehen, so dass Abgas in einer Abgasleitung dem Gasmantel durch eine Abgaszuführleitung zugeführt wird, die ein Abgaszuführventil aufweist. Frischluft in einer Ansaugleitung wird einer Ansaugleitung durch eine Frischluftzuführleitung zugeführt, die ein Frischluftzuführventil aufweist. Die Temperatur der unteren Zylinderwand wird in rückkoppelnder Weise auf eine Solltemperatur für die untere Zylinderwand geregelt. Die Solltemperatur für die untere Zylinderwand wird auf eine ausreichend hohe Temperatur in einem Bereich gelegt, in dem ein Ölfilm aus Schmieröl, der sich von einem Zwischenabschnitt der Zylinderwand zu einem unteren Totpunkt eines Kolbens erstreckt, sichergestellt werden kann. Daher kann die Viskosität des Schmieröls gesenkt werden, um den Reibungsverlust an Gleitabschnitten der Zylinderwand und des Kolbens zu minimieren, um hierdurch für eine ver größerte Motorleistung, eine Minderung der verbrauchten Kraftstoffmenge und eine Minderung des verbrauchten Schmieröls zu sorgen.

Claims

System zum Steuern/Regeln einer Temperatur einer Zylinderwand in einem Motor, umfassend: ein Heizmittel (Mh) zum Heizen zumindest eines Abschnitts einer Zylinderwand (12a) in einer Nähe eines unteren Totpunkts eines Kolbens (14), der in der Zylinderwand (12a) gleitend geführt ist; ein Kühlmittel (19, 119, 11c) zum Kühlen zumindest eines Abschnitts der Zylinderwand (12a) in der Nähe des oberen Totpunkts des Kolbens (14); Temperatur-Erfassungsmittel (Sa, Sb) zum Erfassen einer Temperatur der Zylinderwand (12a); und ein Steuermittel (U) zum Steuern/Regeln des Kühlmittels auf der Basis der erfassten Temperatur der Zylinderwand (12a), so dass die erfasste Temperatur der Zylinderwand (12a) auf eine Solltemperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (U) auch das Heizmittel (Mh) steuert/regelt.
System zum Steuern/Regeln einer Temperatur einer Zylinderwand in einem Motor gemäß Anspruch 1, worin das Heizmittel (Mh) die Zylinderwand (12a) durch Abgas heizt, das durch einen in einem Zylinderblock (11) definierten Gasmantel (12) fließt, und das Kühlmittel (Mc) die Zylinderwand (12a) durch Frischluft kühlt, die durch den in dem Zylinderblock (11) definierten Gasmantel (20) fließt.
System zum Steuern/Regeln einer Temperatur einer Zylinderwand in einem Motor gemäß Anspruch 1, worin das Heizmittel (Mh) ein Wärmeübertragungselement (41) aufweist, um Wärme von Abgas auf einen Zylinderblock (11) zu übertragen, und das Kühlmittel (Mc) das Wärmeübertragungselement (41) durch Kühlwasser kühlt, das durch einen in dem Wärmeübertragungselement (41) definierten Wassermantel (42) fließt.
System zum Steuern/Regeln einer Temperatur einer Zylinderwand in einem Motor gemäß Anspruch 1, worin das Kühlmittel einen oberen Wassermantel (119) umfasst, der zu einem Abschnitt der Zylinderwand (12a) weist, die dem oberen Totpunkt des Kolbens (14) benachbart ist; worin das Heizmittel einen unteren Wassermantel (120) umfasst, der zu dem Abschnitt der Zylinderwand (12a) weist, der dem unteren Totpunkt des Kolbens (14) benachbart ist; worin das Temperatur-Erfassungsmittel ein oberes Zylinderabschnitttemperatur-Erfassungsmittel (Sa) zum Erfassen einer Temperatur des oberen Abschnitts der Zylinderwand (12a) benachbart dem oberen Totpunkt des Kolbens (14) sowie ein unteres Zylinderabschnitttemperatur-Erfassungsmittel (Sb) zum Erfassen einer Temperatur des unteren Abschnitts der Zylinderwand (12a) benachbart dem unteren Totpunkt des Kolbens (14) umfasst; und worin das Steuermittel umfasst: einen oberen Kühlkreislauf (Ct) zum Steuern/Regeln des Kühlwassers, das durch den oberen Wassermantel (119) fließt, um die von dem oberen Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel (Sa) erfasste Temperatur des oberen Abschnitts der Zylinderwand (12a) auf eine Solltemperatur für den oberen Abschnitt der Zylinderwand (12a) zu konvergieren, und einen unteren Kühlkreislauf (Cb) zum Steuern/Regeln des Kühlwassers, das durch den unteren Wassermantel (120) fließt, um die von dem unteren Zylinderwandtemperatur-Erfassungsmittel (Sb) erfasste Temperatur des unteren Abschnitts der Zylinderwand (12a) auf eine Solltemperatur für den unteren Abschnitt der Zylinderwand (12a) zu konvergieren.
System zum Steuern/Regeln einer Temperatur einer Zylinderwand in einem Motor gemäß Anspruch 4, worin der untere Kühlkreislauf (Cb) einen Wärmetauscher (131) enthält, um das durch den unteren Wassermantel (120) flie ßende Kühlwasser durch die Wärme von Abgas zu heizen.
System zum Steuern/Regeln einer Temperatur einer Zylinderwand in einem Motor gemäß Anspruch 4, worin der untere Kühlkreislauf (Cb) einen Wärmetauscher (131) enthält, um das durch den unteren Wassermantel (120) fließende Kühlwasser durch die Wärme eines elektrischen Heizers (142) zu heizen.
System zum Steuern/Regeln einer Temperatur einer Zylinderwand in einem Motor gemäß Anspruch 1, worin das Kühlmittel umfasst: einen oberen Wassermantel (19), der zu einem Abschnitt der Zylinderwand (12a) weist, der dem oberen Totpunkt des Kolbens (14) benachbart ist; worin das Heizmittel einen unteren Wassermantel (20) umfasst, der zu dem Abschnitt der Zylinderwand (12a) weist, der dem unteren Totpunkt des Kolbens (14) benachbart ist; und worin das Steuermittel den einen Kühler (21) verlassenden Kühlwasserfluss durch den oberen Wassermantel (19) und dann durch den unteren Wassermantel (20) zurück zum Kühler (21) steuert/regelt.
System zum Steuern/Regeln einer Temperatur einer Zylinderwand in einem Motor gemäß Anspruch 7, worin das Kühlwasser, das durch den oberen Wassermantel (19) hindurchgetreten ist, einer Stelle entsprechend jedem Zylinder an einem unteren Ende des unteren Wassermantels (20) durch einen Verteiler (228a) zugeführt wird.