CN101302958A - 内燃机的冷却系装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机冷却系装置，其适于抑制变速器的油温度过度上升。设置桥接通路(15)，其将旁通通路(11)的中途部与冷却水循环通路(10)的散热器(4)下游彼此连接，而使所述旁通通路(11)与所述冷却水循环通路(10)的中途部彼此连通，所述旁通通路(11)将通过内燃机水套(1)的作为冷却介质的冷却水旁通到恒温器阀(3)及散热器4并返回水套(1)；所述冷却水循环通路(10)使通过内燃机水套(1)的冷却水经由散热器(4)返回水套(1)，并且在所述冷却水循环通路(10)与所述桥接通路(15)的连接部位的下游配置产生通路阻力的机构，例如配置节流口(17)，并配置有使通过所述桥接通路(15)的冷却水和变速器油之间进行热交换的油热交换器(16)。

Description

内燃机的冷却系装置

技术领域

本发明涉及内燃机冷却系装置，特别是涉及适于利用冷却内燃机的制冷剂进行变速器油的温度调节的内燃机冷却系装置。

背景技术

以往，提案有这样的技术，利用内燃机的冷却水对变速器油进行加热或冷却，从而进行温度调节(参照专利文献1)。

这是利用发动机的冷却水，通过一个油热交换器有效地进行变速器油的加热或冷却。水冷式的发动机冷却系装置，在散热器出口和水泵之间设有恒温器阀，采用所谓的入口水温控制方式。该冷却系装置构成为，具备：油热交换器，其在冷却水和变速器油之间进行热交换；冷却水流入路，其使水排出口侧的冷却水流入油热交换器中；第一冷却水流出路，其将从油热交换器流出的冷却水返回散热器和恒温器阀之间；第二冷却水流出路，其将从油热交换器流出的冷却水返回恒温器阀和水泵之间。

专利文献1：(日本国)特开2004-332583号公报

然而，在所述现有例中，设置恒温器，在从散热器流向油热交换器的冷却水通路的上游部分连接使在水套中循环的冷却水返回的旁通流路。在这种结构中，在油热交换器中流过温度较高的冷却水。因此，对发动机来说，在高负荷时，在需要通过油热交换器积极进行冷却的情况下，发生变速器的油温增高的不良情况。

发明内容

本发明是鉴于所述问题而提出的，其目的在于提供一种内燃机冷却系装置，其能够避免变速器的油温过度上升。

本发明构成为，设置桥接通路，其将旁通通路的中途部与冷却水循环通路的散热器下游彼此连接，将所述旁通通路和所述冷却水循环通路的中途部彼此连通，其中，所述旁通通路将通过内燃机水套的冷却介质旁通到恒温器阀以及散热器并返回水套；所述冷却水循环通路使通过内燃机水套的冷却介质经由散热器返回水套，在所述冷却水循环通路和所述桥接通路的连接部位下游，即在所述旁通通路和所述冷却水循环通路的合流部上游的所述冷却水循环通路中配置产生通路阻力的机构，并在所述桥接通路中配置使通过的冷却介质和变速器油之间进行热交换的油热交换器。

因此，在本发明中，当恒温器阀关闭的发动机预热时，通过使冷却介质从水套出口经由旁通通路返回水套，由此能够促进内燃机的预热。此时，对应通过配置在位于油热交换器下游的冷却水循环通路的通路阻力产生装置产生的通路阻力，使流过旁通通路的冷却介质的一部分从旁通通路分支，也流入桥接通路，然后由油热交换器进行热交换而返回发动机。因此，能够使大部分冷却介质原样地返回发动机侧，而且油热交换器侧的热交换也适度进行。因此，在恒温器阀关闭时也能够将冷却介质导入油热交换器，从而能够抑制因冷机条件下的急剧高负荷运转而导致油温过度上升。

进而，在打开恒温器阀的发动机预热后，从发动机流出的冷却介质向散热器流动，由散热器冷却的冷却介质的一部分从所述通路阻力产生机构的上游分流，向与所述发动机预热时相反方向流入桥接通路，为冷却自动变速器油，而直接流到油热交换器。因此，在打开恒温器阀时，能够使在散热器后流的系统内温度最低状态的冷却水导入油热交换器，由此可抑制因急剧的高负荷运转而导致的油温过度上升，并且能够实现油热交换器的尺寸小型化。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的内燃机冷却系装置的概略结构图；

图2是表示本发明一实施方式的预热过程中的冷却水流向的内燃机的冷却系装置的概略结构图；

图3是表示本发明一实施方式的预热结束后的冷却水流向的内燃机冷却系装置的概略结构图。

标记说明

1  水套

2  水泵

3  恒温器阀

4  散热器

5   EGR装置

5A  排气回流通路(EGR通路)

6   排气回流冷却装置(EGR冷却器)

7   排气回流冷却装置循环通路(EGR冷却器循环通路)

8   加热器部

9   加热器通路

10  冷却水循环通路

11  旁通通路

12  涡轮冷却器

13  电动水泵

14  节流口

15  桥接通路

16  油热交换器(AT冷却装器)

17  通路阻力产生部(作为产生通路阻力的机构的节流口)

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的内燃机冷却系装置的实施方式。

图1是表示适用本发明的内燃机冷却系装置的一实施方式的结构图。该冷却系装置是采用所谓的出口水温控制方式的水冷式内燃机冷却系装置。其结构如下。在水套1的上游侧具备输送流向设于发动机内的水套1的冷却水的水泵2。另外，在水套1下游侧具备使从水套1流出的冷却水流动的恒温器阀3。在恒温器阀3的下游侧还具备散热器4，作为被散热器4冷却的冷却介质的冷却水被返回水泵2。另外，具备从发动机(水套1)流出侧经由散热器返回发动机(水套1)流入侧的发动机冷却水循环通路10。恒温器阀3及散热器4设于发动机冷却水循环通路10中。所述水泵2为由未图示的内燃机曲轴驱动的泵，恒温器阀3设定成，当来自水套1的冷却水的温度比规定温度低时，阻断向散热器4流出，在该冷却水的温度为规定温度以上时，向散热器4开通。所述规定温度预先设定，以使得在低于内燃机可能过升温的温度下限值的温度(例如，90℃)向散热器4开通。

此外，具有在排气回流通路(以下记载为EGR通路)5A中流动的排气和冷却水之间进行热交换的排气回流冷却装置(以下记载为EGR冷却器)6。从水套1中排出的一部分冷却水通过用于EGR冷却器6或车内制暖用的加热器部8。这些流动的冷却水流路的结构为，从设于所述冷却水循环通路10即水套1和恒温器阀3之间的分支部分流，从EGR冷却器6或加热器部8通过，经由排气回流冷却装置循环通路(以下记载为EGR冷却器循环通路)7，返回水泵2的上游。

此外，具有旁通通路11，其构成为，从所述冷却水循环通路10的水套1和恒温器阀3之间分支，使一部分冷却水分流到散热器，并再次与冷却水循环通路合流。

所述EGR冷却器6设于排气回流装置(EGR装置)5，所述排气回流装置(EGR装置)5包括：将流过内燃机的排气通路的一部分排气导入进气通路的EGR通路5A和配置在该EGR通路5A的中途的EGR阀5B。在冷却水和流过EGR通路5A的排气之间进行热交换，由此，对导入进气通路的排气进行冷却。当通过打开所述EGR阀5B而开通EGR通路5A时，一部分排气通过该EGR通路5A流入进气通路，通过关闭EGR阀5B而阻断EGR通路5A。所述EGR装置5通过将一部分排气导入进气而降低由于燃烧生成的NO_x的生成量，在燃烧室的氧量不足或燃烧室内的温度过高的情况下，EGR阀5B被关闭，不实施排气回流。

作为车内制暖用的加热器部8使在加热器通路9中流通的空气和与空气相比较为高温的冷却水之间进行热交换，将该热交换加热后的空气用于车内制暖及空调器的调温。

在所述旁通通路11上设置涡轮冷却器12，并且，在涡轮冷却器12下游侧具有通过电动马达驱动而使冷却水流向旁通通路11的下游侧的电动水泵13，进而在下游侧具有节流口14。所述节流口14为设定流动在旁通通路11中的冷却水量而设置。

此外，具有从所述通通路11上的节流口14的下游且从旁通通路11分支构成的桥接通路15。桥接通路15从节流口14的下游分支，与从所述冷却水循环通路10的散热器4的下游侧，例如从散热器排出的冷却水流过的通路连接。在桥接通路15中配置而具备使冷却水和变速器油之间进行热交换的油热交换器(AT冷却器)16。此外，在所述冷却水循环通路10上的所述桥接通路15所连接的桥接通路连接点的下游，配置有作为产生通路阻力的机构的节流口(通路阻力产生部)17。该节流口17，如后面所述，用于设定流通桥接通路15的冷却水量。

此外，在所述桥接通路15中，在关闭恒温器阀3的发动机预热运转中，流入通过旁通通路11后的冷却水，并且，冷却水向流出所述冷却水循环通路10的方向流动，在打开恒温器阀3后的预热运转结束后，冷却水从冷却水循环通路10侧流入，冷却水向流出所述旁通通路11的方向流动。

在所述油热交换器(AT冷却器)16连接有未图示的在其与变速器之间可进行热交换的油配管。使来自变速器的变速器油在油热交换器16中循环，并且，使通过油热交换器16后的变速器油返回变速器中。根据该结构，油热交换器16使在桥接通路15中循环的冷却水与通过未图示的配管进行循环的变速器油之间进行热交换，从而进行变速器油的加热及冷却。

此外，在内燃机为柴油发动机的情况下，装备所述电动水泵13。即，通常柴油发动机中具备收集排气中含有的PM的DPF，在收集的PM量超过规定量的状态下，DPF不能更多地收集PM，因此，定期或在收集量超过规定量的时点，对DPF实施再生(PM燃烧)。在该再生中，由于内燃机停机，水泵2也停机，因此，为了能够抑制配置在旁通通路11中的中心冷却器等的温度过度上升，驱动所述电动水泵13，使所述中心冷却器的冷却所需要的冷却水量流过旁通通路11。

此外，也可以在所述冷却水循环通路10的水泵2与旁通通路11合流的合流点之间配置节流口18，并与该节流口18并列连接配置与发动机油进行热交换的油冷却器19。此外，在所述散热器4内蒸发的冷却水的水蒸气被导入储水箱20，从蒸气状态返回到液体状态的冷却水，返回所述冷却水循环通路10。

下面，对以上结构的内燃机的冷却系装置的动作进行说明。

在冷却水温度低的发动机预热时，关闭恒温器阀3，冷却水不会通过恒温器阀3流入下游，因此，如图2的箭头所示，由水泵2输送并在水套1内循环的冷却水被旁通到恒温器阀3以及散热器4，其总量(100％)在加热器通路9以及EGR冷却器循环通路7、和旁通通路11中并列循环。沿图中的各通路记载的数值(％)是为参考在特定的运转状态下，在设流入水泵2的冷却水液量为100(％)时的各通路中流动的冷却水量(％)而表示的。此外，该数值由于随发动机的运转状态(例如，发动机旋转速度)变化引起的各通路的通路阻力变化而变化，所以不是表示绝对的数值比例。

在所述加热器通路9以及EGR冷却器循环通路7中循环的冷却水通过加热器8的热交换，用于车内制暖而进行散热。其后，通过加热器8的冷却水再与没有被冷却的EGR冷却器循环通路7的冷却水混合，流入EGR冷却器6，并通过EGR冷却器6。流入EGR冷却器6的冷却水通过其热交换部进行加温，但由于预热中关闭EGR阀并没有进行排气回流，因此，所通过的冷却水被抑制散而而返回水泵2。

另一方面，流入所述旁通通路11的冷却水，在对涡轮冷却器12、电动水泵13预热后，经由节流口14，其一部分向桥接通路15分支流动，并且，剩余量经由旁通通路11的下游部分以及冷却水循环通路10返回水泵2。

向桥接通路15分支流入的冷却水，与通过所述油热交换器(AT冷却器)16而在变速器中循环的变速器油进行热交换。通过所述油热交换器(AT冷却器)16的冷却水流到冷却水循环通路10的散热器4下游，通过配置在冷却水循环通路10的节流口17，再与在旁通通路11的下游部分流动的冷却水合流，然后返回所述水泵2。在所述油热交换器16中，在变速器油的温度与冷却水温相比较低的情况下，能够对变速器油预热，在变速器油的温度与冷却水温相比较高的情况下，促进冷却水的温度上升，从而能够促进内燃机预热。因此，能够防止自动变速器的过度温度上升，并且，能够促进发动机和自动变速器的预热。由于能够促进发动机和自动变速器两方的预热，所以能够提前地降低低温起动时的发动机以及变速器的摩擦。

因此，例如，即使在冷机中发动机的预热未结束时因驾驶员操作加速踏板等而急剧向高负荷的运转请求变化的情况、以及成为变速器油温度急剧上升的状况的情况下，由于形成一部分冷却水能够在油热交换器16中进行循环的结构，因此，能够进行变速器油的冷却，从而能够避免急剧的油温的上升。

其结果是，在冷机起动时，由于水温低而存在限制EGR5使用的区域，但通过利用油热交换器16促进预热，由于即使在通常因低水温而限制EGR5使用的运转区域，也能够提前解除限制，故起动后，能够比较提前地成为导入EGR气体的燃烧状态。由此，能够实现排气改善、降低油耗。

向所述桥接通路15分流流动的冷却水量，能够通过根据配置在所述冷却水循环通路10和桥接通路15的分支点下游的节流口17的开口面积产生的流路阻力进行调整。当收缩节流口17以使流路阻力增大时，通过桥接通路15的冷却水量减少，当打开节流口17时，通过桥接通路15的冷却水量增加。在发动机预热中，由于发动机的旋转速度不是高速旋转，发动机旋转速度比较低，所以从水泵2排出的冷却水量也比较少。因此，在旁通通路11中循环的冷却水量也是比较少的量，配置在冷却水循环通路10的节流口17产生的通路阻力也比较小。因此，只要调整节流口17而使流过桥接通路15的冷却水量成为流入桥接通路11的冷却水量的一半至比一半稍少的程度即可。

另一方面，冷却水温度在高的高热负荷(高外气温、发动机负荷大、变速器负荷大等)时增高。此时，由于恒温器阀3成为全开，因此，如图3中的箭头所示，由水泵2输送的通过水套1的冷却水进行如下循环，即，并列通过经由散热器4的冷却水循环通路10、加热器通路9以及EGR冷却器循环通路7、和旁通通路11，然后返回水泵2。图中的沿各通路记载的数值(％)用于参考表示在特定的运转状态下，在设流入水泵2的冷却水量为100(％)时的各通路中流动的冷却水量(％)。此外，由于该数值是根据随发动机的运转状态(转数)变化导致的各通路的通路阻力变化而变化，所以不表示绝对的数值比例。

在所述加热器通路9以及EGR冷却器循环通路7中循环的冷却水，是通过发动机水套1后的高温的冷却水原样地流入。通过加热器部8的冷却水通过与加热器部8的热交换而用于车内的制暖，从而散热而温度下降。进而，通过加热器部8后的冷却水再次与不通过加热器部8而相比较温度不下降的EGR冷却器循环通路7的冷却水合流，流入EGR冷却器6。在预热后，EGR阀5B被开放，一部分排气经由EGR通路5A以及EGR冷却器6回流到进气系统。通过EGR冷却器6的冷却水利用其热交换部对EGR冷却器6进行冷却，从通过的排气回流气体中吸热，使冷却水温度上升并返回水泵2。

此外，流入所述旁通通路11的冷却水经由涡轮冷却器12、电动水泵13、节流口14，再经由旁通通路11和冷却水循环通路10的合流部直接返回水泵2。

进而，在冷却水循环通路10中，冷却水经由全开状态的恒温器阀3流入散热器4。由散热器4冷却的冷却水的大部分通过所述节流口17返回所述水泵2。从水泵2流过冷却水循环通路10并通过散热器4的冷却水的一部分由于由所述节流口17设定的流路阻力，而从与桥接通路15的分支点流向桥接通路15。此时的流过桥接通路15的冷却水的流向成为与在所述恒温器阀3关闭状态的预热运转时的流向相反的方向。流过该桥接通路15的冷却水，在通过所述油热交换器(AT冷却器)16后，通过与节流口14下游侧的旁通通路的合流部，流过旁通通路11。进而，与流过旁通通路11的冷却水合流，在设于节流口17下游侧的旁通通路11和冷却水循环通路10的合流部，再次与通过节流口17的冷却水合流，返回所述水泵2。

在这种情况下，向所述桥接通路15分流流动的冷却水量可通过根据设于所述冷却水循环通路10上并配置在向所述桥接通路15分支的分支点下游的节流口17的开口面积变化的流路阻力进行调整。

在该状态下，冷却水在所述旁通通路11和散热器4下游部双方流动，但利用设于散热器4下游的节流口17，使一部分冷却水经由桥接通路15流向油热交换器16。即，能够使通过散热器4之后且不通过温度上升的热交换部分的冷却水流向油热交换器16。因此，能够使系统内温度最低状态的低温度冷却水流过油热交换器16。因此，为冷却自动变速器油，冷却水直接流过油热交换器16，从而能够进行高效的热交换，即使在高负荷、高水温的条件下，也能够通过小型的油热交换器16进一步抑制油温。

在本实施方式中，能够获得如下记载的效果。

(一)设置桥接通路15，其将旁通通路11的中途部与冷却水循环通路10的散热器4下游彼此连接，并使旁通通路11与所述冷却水循环通路10的中途部彼此连通，其中，旁通通路11将作为通过内燃机水套1的冷却介质的冷却水旁通到恒温器阀3以及散热器4返回水套1；冷却水循环通路10使通过内燃机水套1的冷却水经由散热器4返回水套1，并且，在所述冷却水循环通路10的与所述桥接通路15的连接部位的下游，即在所述旁通通路与所述冷却水循环通路的合流部上游侧配置产生通路阻力的机构，例如配置节流口17，并配置有使通过所述桥接通路15的冷却水和变速器油之间进行热交换的油热交换器16。

因此，在发动机预热时，恒温器阀3被关闭，冷却介质从水套1出口经由旁通通路11返回水套1，由此能够促进内燃机的预热。此时，设定为，使作为配置在位于油热交换器16下游的冷却水循环通路10的通路阻力产生机构的节流口17产生通路阻力，从而使一部分流过旁通通路11的冷却介质从旁通通路11分支，也流入桥接通路15，由此，流过旁通通路11的冷却介质的一部分在油热交换器16进行热交换，返回发动机。因此，能够使大部分的冷却水原样地返回发动机侧，并且，也能够适度进行油热交换器16侧的热交换。因此，在恒温器阀3关闭时，也能够向油热交换器16导入冷却水，利用冷机条件下的急剧的高负荷运转，能够抑制油温过度上升。

进而，由于能够防止自动变速器过度的温度上升，促进发动机和自动变速器的预热，因此，能够促进发动机和自动变速器两方的预热，尤其是，能够提前降低低温起动时的发动机以及变速器的摩擦，实现起动时的油耗降低。此外，通过促进预热，能够允许提前随排气回流的燃烧，能够提高提前的排气效果。

进而，打开恒温器阀3的发动机预热后，从发动机流出的冷却水流向散热器4，由散热器4冷却的冷却介质的一部分从作为通路阻力产生机构的节流口17的上游分流，向与所述发动机预热时相反的方向流入桥接通路15，为了冷却自动变速器油，直接流入热交换器16。因此，在恒温器阀3打开时，在散热器4的下游系统内温度最低状态的冷却水导入热交换器16中，由此，能够抑制由于急剧的高负荷引起的油温过度上升，同时能够实现油热交换器16的尺寸小型化。

而且，由于根据恒温器阀3的打开关闭使冷却介质在油热交换器16中流动的冷却介质的流动方向逆转，因此，不需要增加新的阀类及复杂的冷却介质通路，从而能够以低成本实现所述的效果。

(二)通过在相对所述桥接通路15的连接部位的上游具有作为节流机构或产生通路阻力的机构的涡轮冷却器12、电动水泵13、节流口14等，由此，在打开恒温器阀3的发动机预热结束后，阻止流向桥接通路15的冷却水在旁通通路11内的逆流，并与流过旁通通路11的冷却水合流，并流向旁通通路11的下游侧。

(三)由于作为节流机构或产生通路阻力的机构是设于内燃机的涡轮冷却器12、电动水泵13等的辅机的冷却装置，故在发动机预热过程中，能够通过辅机冷却的吸热促进预热。

(四)具备EGR冷却器6，所述EGR冷却器6用于使流过一端连接在内燃机的排气系统而另一端连接在内燃机的进气系统的EGR通路5A的排气和冷却介质之间进行热交换，对流过所述EGR通路5A的排气进行冷却。所述EGR冷却器6与所述旁通通路11并列配置，配置在EGR冷却器循环通路7中，该EGR冷却器循环通路7使通过所述水套1的冷却介质旁通到所述恒温器阀3以及散热器4，然后返回到水套1中，由此，在发动机预热中，EGR阀5B被关闭，没有排气回流，所以，所通过的冷却水散热被抑制而返回到水泵2，促进发动机预热。

(五)EGR冷却器循环通路7，用以将冷却介质导入所述EGR冷却器6的上游，所述冷却介质经由经由加热器通路9流经制暖用加热器部8进行循环，所述制暖用加热器部8使通过所述水套1的冷却介质和空气之间进行热交换，由此，由于附加了通过加热器部8进行热交换并用于车内制暖而进行散热后温度下降的冷却水，因此，能够利用温度下降的冷却水对EGR冷却器6的回流排气有效地实施冷却。

(六)由于配置有产生冷却水循环通路10的通路阻力的结构，例如，使旁通通路11与配置有节流口17的下游合流，在其下游配置向发动机油的油冷却器19分流的分流路，因此，不管在预热中以及预热后，都能够进行发动机油的温度调节。

Claims (5)

1、一种内燃机冷却系装置，包括：

冷却水循环通路，所述冷却水循环通路使通过内燃机水套的冷却介质经由散热器返回到所述水套；

恒温器阀，所述恒温器阀配置在所述散热器入口与所述水套出口之间，当所述冷却介质的温度比规定温度低时，其阻断通向所述散热器的所述冷却水循环通路，而当所述冷却介质的温度为规定温度以上时，其开通通向所述散热器的所述冷却水循环通路；以及

旁通通路，所述旁通通路从所述水套流出侧和所述恒温器阀之间的所述冷却水循环通路分支出，将所述恒温器阀以及所述散热器旁通，再与所述散热器出口侧的所述冷却水循环通路连接，

其特征在于，所述内燃机冷却系装置还包括：

桥接通路，所述桥接通路将所述旁通通路的中途部、和所述散热器下游的所述旁通通路与所述冷却水循环通路的合流部上游侧的所述冷却水循环通路彼此连接，使所述旁通通路与所述冷却水循环通路的中途部彼此连通；

通路阻力产生部，所述通路阻力产生部设于所述冷却水循环通路和所述桥接通路的连接部位的下游，并设于所述旁通通路与所述冷却水循环通路的合流部上游的所述冷却水循环通路中；以及

油热交换器，所述油热交换器配置在所述桥接通路中，使通过的所述冷却介质与变速器油之间进行热交换。

2、如权利要求1所述的内燃机冷却系装置，其特征在于，

所述旁通通路在通向所述桥接通路的连接部位的上游具备节流机构或通路阻力产生机构中的至少一个机构。

3、如权利要求2所述的内燃机冷却系装置，其特征在于，

所述节流机构或所述通路阻力产生机构中的至少一个机构是设于内燃机的辅机的冷却装置。

4、如权利要求1所述的内燃机冷却系装置，其特征在于，

具有排气回流冷却装置，所述排气回流冷却装置使流过排气回流通路的排气与所述冷却介质之间进行热交换，从而对流过所述排气回流通路的排气进行冷却，其中，所述排气回流通路的一端连接于内燃机的排气系统，而另一端连接于内燃机的进气系统，

所述排气回流冷却装置与所述旁通通路并列设置，配置在将通过所述水套的所述冷却介质旁通过所述恒温器阀以及散热器并返回到所述水套的排气回流冷却装置循环通路中。

5、如权利要求4所述的内燃机冷却系装置，其特征在于，

所述排气回流冷却装置循环通路构成为，将所述冷却介质导入所述排气回流冷却装置的上游，使所述冷却介质经由加热器通路、流经制暖用加热器部进行循环，其中所述制暖用加热器部在通过所述水套的所述冷却介质与空气之间进行热交换。

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