專利名稱：發(fā)動機的冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機的冷卻裝置。
背景技術(shù)：
一直以來，發(fā)動機中通常進行利用冷卻水的冷卻。在進行這樣的冷卻時，通常例如在氣缸體的氣缸周邊部設(shè)置冷卻水通路來使冷卻水流通。相對于此，作為與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)，在專利文獻I中公開有一種四沖程內(nèi)燃機，其將形成燃燒室的缸膛壁局部地設(shè)為絕熱結(jié)構(gòu)。專利文獻I :日本特開2000-73770號公報

發(fā)明內(nèi)容
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如圖8所示，在發(fā)動機、尤其是火花點火式內(nèi)燃機中，多產(chǎn)生排氣損失、冷卻損失等不能用于有效功的熱。并且減少在能量損失整體中占較大比例的冷卻損失，對熱效率(燃耗)的提高而言是非常重要的要素。但是，減少冷卻損失、有效利用熱并不容易，這已成為提高熱效率的障礙。作為難以減少冷卻損失的理由，可以舉出例如通常的發(fā)動機不是使熱傳導的狀態(tài)局部可變的構(gòu)成。即可以舉出，通常的發(fā)動機在構(gòu)成上很難只將需要冷卻的部位冷卻需要的程度。具體而言，使發(fā)動機的熱傳導狀態(tài)可變時，通常，通過由發(fā)動機的輸出驅(qū)動的機械式水泵，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速來變更冷卻水的流量。但是，在整體性調(diào)節(jié)冷卻水的流量的水泵中，即使在使用使流量可變的可變水泵的情況下，也不能根據(jù)發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)使熱的傳遞狀態(tài)局部可變。另外，減少冷卻損失時，也考慮例如提高發(fā)動機的絕熱性。并且在該情況下如圖9所示，能夠期待大幅地減少冷卻損失。但是在該情況下，由于提高發(fā)動機的絕熱性，燃燒室的內(nèi)壁溫度同時上升。并且在該情況下，由于與此相伴混合氣的溫度上升，會出現(xiàn)誘發(fā)爆震的問題。另外，對于關(guān)于這一點，在上述的專利文獻I的公開技術(shù)中也擔心同樣的問題。因此本發(fā)明鑒于上述課題而進行，其目的在于提供一種發(fā)動機的冷卻裝置，其能夠減少摩擦損失并且抑制爆震的產(chǎn)生，從而能夠進一步減少冷卻損失，而且提供一種發(fā)動機的冷卻裝置，其能夠通過以合理的方式使發(fā)動機的熱傳導的狀態(tài)局部可變，來適宜地兼顧冷卻損失的減少和爆震性能。用于解決上述課題的本發(fā)明為一種發(fā)動機的冷卻裝置，具有設(shè)置有氣缸的發(fā)動機，由氣缸套形成所述氣缸,并且，由功能梯度材料構(gòu)成該氣缸套,所述功能梯度材料以上死點側(cè)的熱傳導率比下死點側(cè)的熱傳導率高的方式形成。另外，本發(fā)明優(yōu)選，所述發(fā)動機具有氣缸體和氣缸蓋，本發(fā)明的發(fā)動機的冷卻裝置還具有冷卻能力調(diào)整單元，能夠不抑制所述氣缸體的冷卻能力而抑制所述氣缸蓋的冷卻能力；以及控制單元，進行用于通過控制所述冷卻能力調(diào)整單元而抑制所述氣缸蓋的冷卻能力的控制。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，其能夠減少摩擦損失并且抑制爆震的產(chǎn)生，從而能夠進一步減少冷卻損失。另外根據(jù)本發(fā)明，能夠進一步通過以合理的方式使發(fā)動機的熱傳導的狀態(tài)局部可變，來適宜地兼顧冷卻損失的減少和爆震性能。


圖I為示意地表示發(fā)動機的冷卻裝置(以下簡稱為冷卻裝置)I的圖。圖2為對于一個氣缸以截面不意地表不發(fā)動機50的圖。圖3為示意地表示ECU70的圖。圖4為示意地表示發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)的分類的圖。
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圖5為用流程圖表示E⑶70的工作的圖。圖6為表不根據(jù)曲柄角度的燃燒室56的熱傳導率及表面積比例的圖。圖7為表示根據(jù)負荷的冷卻裝置I的熱效率的圖。另外，圖7中，也示出了除為了比較而不具有流量調(diào)節(jié)閥14這一點外實質(zhì)上與冷卻裝置I相同的冷卻裝置IX的情況。圖8為對于全負荷的情況和部分負荷的情況分別表示火花點火式內(nèi)燃機的一般的熱平衡細目的圖。圖9為對于通常的構(gòu)成的情況和提高絕熱性的情況分別表示氣缸的內(nèi)壁溫度及熱透過率的圖。另外，圖9中，作為提高絕熱性的情況，分別示出增加氣缸的壁厚并且變更材質(zhì)的情況、和進行了絕熱性更高的空氣絕熱的情況。另外，作為通常的構(gòu)成，示出設(shè)有一個系統(tǒng)的冷卻水循環(huán)路徑的一般的發(fā)動機的情況，所述一個系統(tǒng)的冷卻水循環(huán)路徑以從氣缸體下部向氣缸蓋逆著重力的方式使冷卻水流通。標號說明I冷卻裝置11 W/P12散熱器13恒溫器14流量調(diào)節(jié)閥50發(fā)動機51氣缸體511氣缸體側(cè)W/J52氣缸蓋521氣缸蓋側(cè)W/J53氣缸套55 墊圈70 ECU
具體實施例方式以下結(jié)合附圖詳細說明用于實施本發(fā)明的方式。實施例I
圖I所示的冷卻裝置I搭載于未圖示的車輛，具有水泵(以下稱為W/P)ll、散熱器12、恒溫器13、流量調(diào)節(jié)閥14和發(fā)動機50。W/P11為冷卻介質(zhì)壓送單元，作為壓送作為冷卻介質(zhì)的冷卻水并且使壓送的冷卻水的流量可變的可變W/P。W/P11壓送的冷卻水向發(fā)動機50供給。發(fā)動機50具有氣缸體51及氣缸蓋52。氣缸體51上形成有作為第一冷卻介質(zhì)通路的氣缸體側(cè)水套(以下稱為氣缸體側(cè)W/J)511。氣缸體側(cè)W/J511在氣缸體51形成一個系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)。另一方面，氣缸蓋52上形成有作為第二冷卻介質(zhì)通路的氣缸蓋側(cè)水套(以下稱為氣缸蓋側(cè)W/J) 521。氣缸蓋側(cè)W/J521在氣缸蓋52形成多個(在此為4個)不同的冷卻系統(tǒng)。具體而言，W/P11壓送的冷卻水向氣缸體側(cè)W/J511及氣缸蓋側(cè)W/J521供給。關(guān)于這一點，在冷卻裝置I中形成有多個冷卻水循環(huán)路徑。作為冷卻水循環(huán)路徑，有例如作為組入有氣缸體側(cè)W/J511的循環(huán)路徑的氣缸體側(cè)循環(huán)路徑Cl。流過該氣缸體側(cè)循環(huán)路徑Cl的冷卻水從W/P11排出后，流過氣缸體側(cè)W/·J511，然后通過恒溫器13，或通過散熱器12及恒溫器13回到W/P11。散熱器12為熱交換器，通過在流通的冷卻水和空氣之間進行熱交換來使冷卻水冷卻。恒溫器13切換從入口側(cè)連通至W/P11的流通路徑。具體而言，恒溫器13在冷卻水溫度低于規(guī)定值的情況下，將繞過散熱器12的流通路徑設(shè)為連通狀態(tài)，在冷卻水溫度處于規(guī)定值以上的情況下，恒溫器13將流過散熱器12的流通路徑設(shè)為連通狀態(tài)。另外，作為冷卻水循環(huán)路徑，有例如作為組入有氣缸蓋側(cè)W/J521的循環(huán)路徑的氣缸蓋側(cè)循環(huán)路徑C2。流過氣缸蓋側(cè)循環(huán)路徑C2的冷卻水從W/P11排出后，通過流量調(diào)節(jié)閥14流過氣缸蓋側(cè)W/J521，然后通過恒溫器13，或通過散熱器12及恒溫器13回到W/P11。流量調(diào)節(jié)閥14設(shè)置于氣缸蓋側(cè)循環(huán)路徑C2中的循環(huán)路徑C1、C2分支后的部分且比氣缸蓋52靠上游側(cè)的部分。流量調(diào)節(jié)閥14為能夠調(diào)整氣缸蓋52的冷卻能力的冷卻能力調(diào)整單元。關(guān)于這一點，具體而言，流量調(diào)節(jié)閥14作為能夠通過整體性調(diào)節(jié)流過氣缸蓋側(cè)W/J521的冷卻水的流量，而整體性調(diào)整氣缸蓋52的冷卻能力的冷卻能力調(diào)整單元。另外，以這種方式設(shè)置的流量調(diào)節(jié)閥14作為能夠不抑制氣缸體51的冷卻能力而抑制氣缸蓋52的冷卻能力的冷卻能力調(diào)整單元。具體而言，例如流量調(diào)節(jié)閥14作為在氣缸體51及氣缸蓋52均具有使冷卻水流通的高轉(zhuǎn)速高負荷時的氣缸體51的冷卻能力及氣缸蓋52的冷卻能力的情況下，對于這些冷卻能力能夠不抑制氣缸體51的冷卻能力而抑制氣缸蓋52的冷卻能力的冷卻能力調(diào)整單元。并且，以這種方式設(shè)置的流量調(diào)節(jié)閥14作為能夠在調(diào)節(jié)流過氣缸蓋側(cè)W/J521的冷卻水的流量以抑制氣缸蓋52的冷卻能力的情況下，調(diào)節(jié)流過氣缸體側(cè)W/J511的冷卻水的流量以提高氣缸體51的冷卻能力的冷卻能力調(diào)整單元。在冷卻裝置I中，流過氣缸體側(cè)循環(huán)路徑Cl的冷卻水由W/P11壓送后，在到循環(huán)一圈為止的期間，不流過氣缸蓋側(cè)W/J521。另外，在冷卻裝置I中，流過氣缸蓋側(cè)循環(huán)路徑C2的冷卻水由W/P11壓送后，在到循環(huán)一圈為止的期間，不流過氣缸體側(cè)W/J511。即在冷卻裝置I中，氣缸體側(cè)W/J511與氣缸蓋側(cè)W/J521被組入互不相同的冷卻介質(zhì)循環(huán)路徑。接下來，進一步對發(fā)動機50進行具體說明。如圖2所示，氣缸體51中設(shè)置有氣缸套53，氣缸53a由氣缸套53形成。氣缸53a中設(shè)置有活塞54。氣缸蓋52經(jīng)由墊圈55固定于氣缸體51。氣缸蓋52、氣缸53a及活塞54形成燃燒室56。氣缸蓋52上形成有向燃燒室56導入進氣的進氣口 52a和從燃燒室56排出燃燒氣體的排氣口 52b。氣缸蓋52上，以臨近燃燒室56的上部大致中央的方式設(shè)置有火花塞57。氣缸套53由以上死點側(cè)的熱傳導率比下死點側(cè)的熱傳導率高的方式形成的功能梯度材料構(gòu)成。具體而言，氣缸套53由以從缸膛上部至缸膛中央部的熱傳導率高于氣缸體51的熱傳導率、并且從內(nèi)壁中央部至缸膛下部的熱傳導率低于氣缸體51的熱傳導率的方式形成的功能梯度材料構(gòu)成。更具體而言，氣缸套53由以熱傳導率從上死點側(cè)向下死點側(cè)逐漸降低的方式形成的功能梯度材料構(gòu)成。作為這樣的功能梯度材料，具體而言能夠應(yīng)用例如以從上死點側(cè)向下死點側(cè)高熱傳導性金屬(例如銅)逐漸變?yōu)樘沾傻姆绞叫纬傻墓δ芴荻炔牧?。另一方面，墊圈55具有熱傳導性，能夠通過其高的熱傳導性允許氣缸體51與氣缸蓋52之間的熱移動。具體而言，氣缸體側(cè)W/J511具有作為第一部分冷卻介質(zhì)通路的部分W/J511a。具·體而言，部分W/J511a為設(shè)置于氣缸53a的周邊部的冷卻介質(zhì)通路,更具體而言，為抵接于氣缸套53而設(shè)置的冷卻介質(zhì)通路。從適宜地冷卻進氣的觀點考慮，部分W/J511a的上游部能夠與例如氣缸53a的壁面中流入到筒內(nèi)的進氣所接觸的部分對應(yīng)而設(shè)置。關(guān)于這一點，在本實施例中，發(fā)動機50為在筒內(nèi)生成正滾流的發(fā)動機，向筒內(nèi)流入的進氣所接觸的部分為氣缸53a的壁面上部且為排氣側(cè)的部分。具體而言，氣缸蓋側(cè)W/J521具有作為第二部分冷卻介質(zhì)通路的多個部分W/J521a、部分W/J521b、部分W/J521c及部分W/J521d。部分W/J521a為設(shè)置于進氣口 52a的周邊部的冷卻介質(zhì)通路，部分W/J521b為設(shè)置于排氣口 52b的周邊部的冷卻介質(zhì)通路，部分W/J521C為設(shè)置于火花塞57的周邊部的冷卻介質(zhì)通路。部分W/J521d為設(shè)置用于冷卻吸排氣口 52a、52b之間、及其它部分的冷卻介質(zhì)通路。具體而言，流量調(diào)節(jié)閥14與從部分W/J521a至521d對應(yīng)而設(shè)置。另外，冷卻裝置I具有圖3所示的ECU(Electronic Control Unit:電子控制裝置)70。ECU70具有由CPU71、R0M72、RAM73等組成的微計算機和輸入輸出電路75、76。這些構(gòu)成相互通過總線74連接。ECU70上電連接有用于檢測發(fā)動機50的轉(zhuǎn)速的曲柄角傳感器81、用于測量吸入空氣量的空氣流量計82、用于檢測油門開度的油門開度傳感器83、和檢測冷卻水的溫度的水溫傳感器84等各種傳感器/開關(guān)類。關(guān)于這一點，基于空氣流量計82及油門開度傳感器83的輸出用E⑶70檢測發(fā)動機50的負荷。另外，E⑶70上電連接有W/P11和流量調(diào)節(jié)閥14等各種控制對象。R0M72為用于容納描述CPU71所執(zhí)行的各種處理的程序及映射數(shù)據(jù)等的構(gòu)成。CPU71基于容納于R0M72中的程序，根據(jù)需要利用RAM73的臨時存儲區(qū)域并執(zhí)行處理，由此，在ECU70中，功能性地實現(xiàn)各種控制單元、判斷單元、檢測單元和計算單元等。關(guān)于這一點，在E⑶70中，例如功能性地實現(xiàn)執(zhí)行用于抑制氣缸蓋52的冷卻能力的控制的控制單元。具體而言，控制單元以在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為高負荷的情況下執(zhí)行用于抑制氣缸蓋52的冷卻能力的控制的方式實現(xiàn)。更具體而言，控制單元以在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為低轉(zhuǎn)速高負荷的情況下，執(zhí)行用于通過控制流量調(diào)節(jié)閥14來抑制基于氣缸蓋側(cè)W/J521發(fā)揮的冷卻能力的控制的方式實現(xiàn)。并且，控制單元以除發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為高負荷的情況外，在其它運轉(zhuǎn)狀態(tài)下也執(zhí)行用于使發(fā)動機50的運轉(zhuǎn)成立的控制的方式實現(xiàn)。關(guān)于這一點，具體而言，除發(fā)動機50的轉(zhuǎn)速及負荷外，還根據(jù)是否為冷機運轉(zhuǎn)時或是否為發(fā)動機起動時，來將發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)分類為圖4所示的6個類別Dl D6。并且控制單元進行控制時，具體而言，如以下所示，設(shè)定類別Dl至D6的每個類別應(yīng)滿足的要求，并且確定用于滿足設(shè)定的要求的控制準則。首先，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為與類別Dl相對應(yīng)的怠速狀態(tài)的情況下，設(shè)定進氣升溫引起的燃燒速度提高、及用于活化催化劑活性的排氣升溫這兩個要求。另外，確定與此對應(yīng)的進氣口 52a和氣缸53a上部的升溫及排氣口 52b的升溫這兩個控制準則。關(guān)于這一點，在實現(xiàn)進氣口 52a的升溫時，例如能夠關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14或以小開·度打開。另外，在實現(xiàn)氣缸53a上部的升溫時，例如能夠停止W/P11或以低排出量驅(qū)動。另外，在實現(xiàn)排氣口 52b的升溫時，例如能夠關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14或以小開度開閥。另外，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為與類別D2相對應(yīng)的輕負荷的情況下，設(shè)定熱效率提高(冷卻損失減少)及進氣升溫引起的燃燒速度提高這兩個要求。另外，確定與此對應(yīng)的氣缸蓋52的絕熱及進氣口 52a與氣缸53a上部的升溫這兩個控制準則。關(guān)于這一點，在實現(xiàn)氣缸蓋52的絕熱時，例如能夠關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14或以小開度打開。另外，在實現(xiàn)進氣口 52a的升溫時，例如能夠關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14或以小開度打開。另外，在實現(xiàn)氣缸53a上部的升溫時，例如能夠停止W/P11或以低排出量驅(qū)動。另外，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為與類別D3相對應(yīng)的低轉(zhuǎn)速高負荷的情況下，設(shè)定爆震的減少及熱效率提高(冷卻損失減少)這兩個要求。另外，確定與此對應(yīng)的進氣口 52a與氣缸53a上部的冷卻及氣缸蓋52的絕熱這兩個控制準則。關(guān)于這一點，在實現(xiàn)進氣口 52a的冷卻時，例如能夠完全打開流量調(diào)節(jié)閥14或以大開度打開。另外，在實現(xiàn)氣缸53a上部的冷卻時，例如能夠以發(fā)動機運轉(zhuǎn)時應(yīng)用的最大排出量或高排出量驅(qū)動W/P11。另外，在實現(xiàn)氣缸蓋52的絕熱時，例如能夠關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14或以小開度打開。另外，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為與類別D4相對應(yīng)的高轉(zhuǎn)速高負荷的情況下，設(shè)定可靠性確保及爆震的減少這兩個要求。另外，確定與此對應(yīng)的火花塞57周圍和吸排氣口 52a、52b之間以及排氣口 52b的冷卻、及進氣口 52a的冷卻這兩個控制準則。關(guān)于這一點，在實現(xiàn)火花塞57周圍和吸排氣口 52a、52b之間以及排氣口 52b的冷卻時，例如能夠完全打開流量調(diào)節(jié)閥14。另外，在實現(xiàn)進氣口 52a的冷卻時，例如能夠完全打開流量調(diào)節(jié)閥14。另一方面，對于爆震減少的要求，除進氣口 52a的冷卻外，還例如能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸53a上部的冷卻。對此，在實現(xiàn)氣缸53a上部的冷卻時，例如能夠以發(fā)動機運轉(zhuǎn)時應(yīng)用的最大排出量驅(qū)動W/P11。另外，在為與類別D5相對應(yīng)的發(fā)動機冷機時，設(shè)定發(fā)動機預熱促進、及進氣升溫引起的燃燒速度提高這兩個要求。另外，確定與此對應(yīng)的氣缸蓋52的熱傳導促進、及進氣口 52a與氣缸53a上部的升溫這兩個控制準則。關(guān)于這一點，在實現(xiàn)氣缸蓋52的熱傳導促進時，考慮到極大地有助于氣缸蓋52處的冷卻水的受熱，例如能夠打開流量調(diào)節(jié)閥14。另外，在實現(xiàn)進氣口 52a的升溫時，例如能夠關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14或以小開度打開。另外，在實現(xiàn)氣缸53a上部的升溫時，例如能夠停止W/P11或以低排出量驅(qū)動。另外，在與類別D6相對應(yīng)的發(fā)動機起動時，設(shè)定著火性提高、及燃料氣化促進這兩個要求。另外，確定與此對應(yīng)的進氣口 52a的升溫、及火花塞57周圍與氣缸53a上部的升溫這兩個控制準則。關(guān)于這一點，在實現(xiàn)進氣口 52a的升溫時，例如能夠關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14或以小開度打開。·另外，在實現(xiàn)火花塞57周圍的升溫時，例如能夠關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14或以小開度打開。另外，在實現(xiàn)氣缸53a上部的升溫時，例如能夠停止W/P11或以低排出量驅(qū)動。對此，在冷卻裝置I中，考慮到整體性控制的一致性或簡化等，控制單元以執(zhí)行下述目的的控制的方式實現(xiàn)，即，對于W/P11，基本上根據(jù)發(fā)動機50的轉(zhuǎn)速驅(qū)動W/P11，以使得轉(zhuǎn)速越高則排出量越多。另一方面，對于流量調(diào)節(jié)閥14，更具體而言，以執(zhí)行以下所示的控制的方式實現(xiàn)。即控制單元以執(zhí)行下述目的的控制的方式實現(xiàn)在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為與類別Dl相對應(yīng)的怠速狀態(tài)的情況下、在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為與類別D2相對應(yīng)的輕負荷的情況下、在為與類別D5相對應(yīng)的發(fā)動機冷機時、在為與類別D6相對應(yīng)的發(fā)動機起動時，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14。另外，控制單元以執(zhí)行下述目的的控制的方式實現(xiàn)在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為與類別D3相對應(yīng)的低轉(zhuǎn)速高負荷的情況下，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14，或以能夠抑制冷卻水流向氣缸蓋52并且抑制氣缸蓋52中的冷卻水沸騰的方式(以下稱為沸騰抑制方式)打開流量調(diào)節(jié)閥14。另外，控制單元以執(zhí)行下述目的的控制的方式實現(xiàn)在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為與類別D4相對應(yīng)的高轉(zhuǎn)速高負荷的情況下，完全打開流量調(diào)節(jié)閥14。關(guān)于這一點，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為與類別D3相對應(yīng)的低轉(zhuǎn)速高負荷的情況下，在執(zhí)行用于以沸騰抑制方式打開流量調(diào)節(jié)閥14的控制時，具體而言，控制單元例如能夠在所有條件下都以能夠抑制冷卻水沸騰的所需最小限度的開度打開流量調(diào)節(jié)閥14，也能夠檢測或推測流過氣缸蓋52的冷卻水的溫度并且基于該冷卻水的溫度間歇性地打開流量調(diào)節(jié)閥14，也能夠在規(guī)定的轉(zhuǎn)速以上打開流量調(diào)節(jié)閥14等。由此，在抑制氣缸蓋52的冷卻能力時，能夠抑制冷卻水沸騰并且抑制流量調(diào)節(jié)閥14被打開到需要程度以上。并且，在冷卻裝置I中，在控制單元的控制下，在類別D3中，流量調(diào)節(jié)閥14以這種方式使流過氣缸蓋52的冷卻水的流量下降，由此使流過發(fā)動機50的冷卻水的流量局部地下降。并且，在冷卻裝置I中，在流量調(diào)節(jié)閥14不完全打開的情況下，抑制冷卻水流向氣缸蓋52，由此抑制了氣缸蓋52的冷卻能力。關(guān)于這一點，更具體而言，在冷卻裝置I中，在關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14、或以沸騰抑制方式打開流量調(diào)節(jié)閥14的情況下，抑制了氣缸蓋52的冷卻能力。另外，在冷卻裝置I中，控制單元以執(zhí)行考慮到整體性控制的一致性或簡化等的控制的方式實現(xiàn)。但是并不限于此，控制單元也可以通過例如基于上述的控制準則來適當控制W/P11或流量調(diào)節(jié)閥14而執(zhí)行與考慮到整體性控制的一致性或簡化等的上述控制不同的控制的方式實現(xiàn)。由此，也能夠適宜地使發(fā)動機50的運轉(zhuǎn)成立。接下來，使用圖5所示的流程圖說明由E⑶70執(zhí)行的處理。E⑶70判斷是否為發(fā)動機起動時(步驟SI)。若為肯定判斷，則ECU70開始驅(qū)動W/P11 (步驟S3)。接著ECU70關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14(步驟S21)。另一方面，在步驟SI中若為否定判斷，則ECU70判斷是否為發(fā)動機冷機時(步驟S5)。能夠通過例如冷卻水溫度是否為規(guī)定值(例如75°C)以下來判斷是否為發(fā)動機冷機時。在步驟S5中若為肯定判斷，則進入步驟S21。另一方面，在步驟S5中若為否定判斷，則ECU70檢測發(fā)動機50的轉(zhuǎn)速及負荷(步驟Sll)。
·
接著E⑶70判斷與檢測出的轉(zhuǎn)速及負荷相對應(yīng)的類別(從步驟S12至步驟S14)。具體而言，若對應(yīng)的類別為類別D1，則從步驟S12的肯定判斷進入步驟S21，若對應(yīng)的類別為類別D2，則從步驟S13的肯定判斷進入步驟S21。另一方面，若對應(yīng)的類別為類別D3，則從步驟S14的肯定判斷進入步驟S31。此時，ECU70關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14，或以沸騰抑制方式打開流量調(diào)節(jié)閥14(步驟S31)。另外，若對應(yīng)的類別為類別D4，則從步驟S14的否定判斷進入步驟S41。此時，E⑶70完全打開流量調(diào)節(jié)閥14(步驟S41)。接下來，對冷卻裝置I的作用效果進行說明。在此，燃燒室56的根據(jù)發(fā)動機50的曲柄角度的熱傳導率及表面積比例如圖6所示。如圖6所示可知，熱傳導率在壓縮行程上死點附近增高。并且，關(guān)于表面積比例可知，在壓縮行程上死點附近氣缸蓋52與活塞54的表面積比例增大。因此，關(guān)于冷卻損失可知，氣缸蓋52的溫度的影響力較大。另一方面，關(guān)于爆震可知，其依賴于壓縮端溫度，而在影響壓縮端溫度的進氣壓縮行程中，氣缸53a的表面積比例較大。因此，關(guān)于爆震可知，氣缸53a的溫度的影響力較大。對此，在冷卻裝置I中基于該見解，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為低轉(zhuǎn)速高負荷的情況下，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14或以沸騰抑制方式打開流量調(diào)節(jié)閥14。并且由此，通過限制流過氣缸蓋側(cè)W/J521的冷卻水的流量，能夠抑制氣缸蓋52的冷卻能力，從而能夠減少冷卻損失。另一方面，在該情況下?lián)陌l(fā)生爆震。對此，在冷卻裝置I中，通過控制能夠不抑制氣缸體51的冷卻能力而抑制氣缸蓋52的冷卻能力的流量調(diào)節(jié)閥14，來限制流過氣缸蓋側(cè)W/J521的冷卻水的流量。因此在冷卻裝置I中，由此能夠維持氣缸53a的冷卻，從而也能夠抑制爆震的產(chǎn)生。即在冷卻裝置I中，以基于上述見解的合理的方式通過使熱傳導的狀態(tài)局部可變，能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸蓋52的絕熱(冷卻損失的減少)，同時通過實現(xiàn)氣缸體51的冷卻，也能夠抑制爆震的產(chǎn)生。并且，通過以這種方式兼顧冷卻損失的減少和爆震性能，如圖7所示，能夠提高熱效率。另外，在冷卻裝置I中，流量調(diào)節(jié)閥14在調(diào)節(jié)流過氣缸蓋側(cè)W/J521的冷卻水的流量以抑制氣缸蓋52的冷卻能力的情況下，能夠調(diào)節(jié)流過氣缸體側(cè)W/J511的冷卻水的流量以提高氣缸體51的冷卻能力。因此在冷卻裝置I中，能夠由此進一步冷卻進氣，并能夠進一步適宜地抑制爆震的產(chǎn)生。
另外，在冷卻裝置I中，由以在上死點側(cè)熱傳導率高的方式形成的功能梯度材料構(gòu)成氣缸套53，由此，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為高負荷的情況下，能夠適宜地利用流過部分W/J511a的冷卻水進行氣缸53a上部的冷卻。因此在冷卻裝置I中，由此能夠進一步適宜地抑制爆震的產(chǎn)生，從而能夠進一步減少冷卻損失。另外，由以在上死點側(cè)熱傳導率高的方式形成的功能梯度材料構(gòu)成氣缸套53，由此，在冷卻裝置I中在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為高轉(zhuǎn)速高負荷的情況下，也能夠進一步抑制缸膛的變形。另外，在冷卻裝置I中，由以在下死點側(cè)熱傳導率低的方式形成的功能梯度材料構(gòu)成氣缸套53，由此，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為高負荷的情況下，能夠抑制缸膛壁面溫度從缸膛中央部至缸膛下部下降。因此在冷卻裝置I中，由此也能夠同時實現(xiàn)摩擦損失的減少。另外，在冷卻裝置I中，由于墊圈55具有高的熱傳導率，因此在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為輕負荷的情況下，通過從氣缸蓋52向氣缸體51的熱傳導，也能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸53a上部的升溫。因此在冷卻裝置I中，由此也能夠?qū)崿F(xiàn)輕負荷時的燃燒速度提高。 另外，冷卻裝置I主要能夠在低轉(zhuǎn)速高負荷時實現(xiàn)熱效率的提高，另一方面，在其它運轉(zhuǎn)狀態(tài)下也能夠使發(fā)動機50的運轉(zhuǎn)成立。關(guān)于這一點，在冷卻裝置I中，除在高轉(zhuǎn)速高負荷時確保可靠性及減少爆震外，也能夠?qū)崿F(xiàn)例如排氣溫度的下降引起的催化劑的熱負荷減少。因此冷卻裝置I不僅在特定的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，作為通常進行的發(fā)動機50的運轉(zhuǎn)整體來看，也能夠?qū)崿F(xiàn)熱效率的提高。上述實施例為本發(fā)明優(yōu)選的實施例。但是并不限定于此，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，能夠?qū)嵤└鞣N變形。例如在上述的實施例中，在使發(fā)動機50的運轉(zhuǎn)成立時，從優(yōu)選的角度等出發(fā)，對W/P11為冷卻介質(zhì)壓送單元的情況進行了說明。但是在本發(fā)明中并不限于此，冷卻介質(zhì)壓送單元也可以是例如通過發(fā)動機的輸出而驅(qū)動的機械式W/P。另外，在上述的實施例中，在使發(fā)動機50的運轉(zhuǎn)成立時，對控制單元基于前述的控制準則執(zhí)行的控制的一個示例進行了說明。但是在本發(fā)明中并不限于此，控制單元在使發(fā)動機的運轉(zhuǎn)成立時，也可以執(zhí)行其它適當?shù)目刂?。關(guān)于這一點，例如在設(shè)置于氣缸體的第一冷卻介質(zhì)通路具有多個第一部分冷卻介質(zhì)通路，并且設(shè)置于氣缸蓋的第二冷卻介質(zhì)通路具有多個第二部分冷卻介質(zhì)通路的情況下，也可以具有分別與這些第一及第二部分冷卻介質(zhì)通路相對應(yīng)而能夠部分地調(diào)整氣缸體或氣缸蓋的冷卻能力的多個部分冷卻能力調(diào)整單元，并且基于前述的控制準則來適當控制冷卻介質(zhì)壓送單元、冷卻能力調(diào)整單元、部分冷卻能力調(diào)整單元。由此，也能夠更加適宜地使發(fā)動機的運轉(zhuǎn)成立。另外，在上述的實施例中對以下情況進行了說明在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為與類別D3相對應(yīng)的低轉(zhuǎn)速高負荷的情況下，控制單元執(zhí)行用于關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14或以沸騰抑制方式打開流量調(diào)節(jié)閥14的控制，由此，執(zhí)行用于抑制作為各氣缸蓋52的冷卻能力的、基于各氣缸蓋側(cè)W/J521發(fā)揮的冷卻能力的控制。但是在本發(fā)明中并不限于此，還可以是，冷卻裝置還具有例如貯存從第二冷卻介質(zhì)通路取出的冷卻介質(zhì)的貯存單元、和在該貯存單元與第二冷卻介質(zhì)通路之間輸送冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)壓送單元，并且，控制單元通過控制該冷卻介質(zhì)壓送單元，執(zhí)行用于在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為低轉(zhuǎn)速高負荷的情況下至少暫時從氣缸蓋取出冷卻介質(zhì)的控制。作為與上述貯存單元及冷卻介質(zhì)壓送單元相當?shù)臉?gòu)成，具體而言例如有日本特開2009-79505號公報所記載的蓄熱罐及電動泵。由此，能夠更加適宜地減少冷卻損失。另外，上述貯存單元、冷卻介質(zhì)壓送單元及控制單元也可以應(yīng)用于發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為怠速狀態(tài)或為輕負荷的情況、或發(fā)動機冷機時。另外，在該情況下也可以是，具有貯存從第一及第二冷卻介質(zhì)通路取出的冷卻介質(zhì)的第一及第二貯存單元作為貯存單元，并且具有在第一貯存單元與第一冷卻介質(zhì)通路之間輸送冷卻介質(zhì)的第一冷卻介質(zhì)壓送單元、和在第二貯存單元與第二冷卻介質(zhì)通路之間輸送冷卻介質(zhì)的第二冷卻介質(zhì)壓送單元作為冷卻介質(zhì)壓送單元。此時，在第一及第二的冷卻介質(zhì)通路中流過共同的冷卻介質(zhì)的情況下，也可以將第一及第二貯存單元設(shè)為一個貯存單元，并且將第一及第二冷卻介質(zhì)壓送單元設(shè)為一個冷卻介質(zhì)壓送單元。由此，能夠進一步實現(xiàn)燃燒速度的提高、冷卻損失的減少及發(fā)動機預熱促進等，從而能夠更加適宜地使發(fā)動機的運轉(zhuǎn)成立?！ち硗?，在上述的實施例中，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為怠速狀態(tài)的情況、發(fā)動機冷機時、發(fā)動機起動時，對控制單元以執(zhí)行用于關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥14的控制的方式實現(xiàn)的情況進行了說明。但是在本發(fā)明中并不限于此，也可以是，冷卻裝置還具有例如能夠向第一及第二冷卻介質(zhì)通路供給蓄熱冷卻介質(zhì)的蓄熱冷卻介質(zhì)供給單元，并且，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)為怠速狀態(tài)、發(fā)動機冷機時或發(fā)動機起動時，且蓄熱冷卻介質(zhì)的溫度高于冷卻介質(zhì)的溫度的情況下，控制單元執(zhí)行用于從該蓄熱冷卻介質(zhì)供給單元供給蓄熱冷卻介質(zhì)的控制。作為與這樣的蓄熱冷卻介質(zhì)供給單元相當?shù)臉?gòu)成，具體而言例如有日本特開2009-208569號公報所記載的熱交換部。另外，該情況下，控制單元也可以例如通過控制部分地調(diào)節(jié)氣缸蓋的冷卻能力的部分冷卻能力調(diào)整單元中的與火花塞、排氣口或進氣口相對應(yīng)而設(shè)置的部分冷卻能力調(diào)整單元，來執(zhí)行用于增大蓄熱冷卻介質(zhì)的流量的控制。由此，能夠更加適宜地實現(xiàn)發(fā)動機預熱促進、未燃HC的減少、發(fā)動機著火性的提高，其結(jié)果是，能夠更加適宜地使發(fā)動機的運轉(zhuǎn)成立。另外，雖然控制單元主要由控制發(fā)動機50的E⑶70實現(xiàn)是合理的，但是，也可以通過例如其它電子控制裝置或?qū)Ｓ玫碾娮与娐返扔布蛩鼈兊慕M合來實現(xiàn)。另外，控制單元也可以通過例如多個電子控制裝置、多個電子電路等硬件、電子控制裝置與電子電路等硬件的組合以分散控制的方式來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機的冷卻裝置，其中， 具有設(shè)置有氣缸的發(fā)動機， 由氣缸套形成所述氣缸，并且，由功能梯度材料構(gòu)成該氣缸套，所述功能梯度材料以上死點側(cè)的熱傳導率比下死點側(cè)的熱傳導率高的方式形成。
2.如權(quán)利要求I所述的發(fā)動機的冷卻裝置，其中， 所述發(fā)動機具有氣缸體和氣缸蓋， 所述發(fā)動機的冷卻裝置還具有 冷卻能力調(diào)整單元，能夠不抑制所述氣缸體的冷卻能力而抑制所述氣缸蓋的冷卻能 力；以及 控制單元，進行用于通過控制所述冷卻能力調(diào)整單元而抑制所述氣缸蓋的冷卻能力的控制。
全文摘要
冷卻裝置(1)具有發(fā)動機(50)，所述發(fā)動機(50)具有在氣缸(53a)的周邊部設(shè)置有使冷卻水流通的部分W/J(511a)的氣缸體(51)和氣缸蓋(52)。在冷卻裝置(1)中，由氣缸套(53)形成氣缸(53a)，并且，由以上死點側(cè)的熱傳導率比下死點側(cè)的熱傳導率高的方式形成的功能梯度材料構(gòu)成氣缸套(53)。
文檔編號F01P3/02GK102791999SQ200980125409
公開日2012年11月21日 申請日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者佐佐木望, 能川真一郎, 高橋大志 申請人:豐田自動車株式會社