CN104948291B - 发动机的冷却装置 - Google Patents

Abstract

提供一种发动机的冷却装置，能通过简易的结构有效地冷却冷却对象设备。冷却装置(1A)具备第一冷却路(17a)，从下游侧连接路(15)分支，冷却气缸盖(3a)；第二冷却路(17b)，从下游侧连接路(15)分支，与第一冷却路(17a)并列设置；中间冷却路(18)，连接第一冷却路(17a)和第二冷却路(17b)，设置了EGR冷却器(4)；第三冷却路(17c)，从中间冷却路(18)和第一冷却路(17a)的连接位置(c1)到达上游侧连接路(16)；第四冷却路(17d)，从中间冷却路(18)和第二冷却路(17b)的连接位置(c2)到达上游侧连接路(16)；切换阀(21)，设置于第二冷却路(17b)，能调整流路阻力，通过操作切换阀(21)切换在中间冷却路(18)流过的冷却路的方向。

Description

发动机的冷却装置

技术领域

本发明涉及利用使冷却水循环的冷却路径对发动机主体以及冷却对象设备进行冷却的发动机的冷却装置。

背景技术

已知如下发动机的冷却装置：具备对气缸体和气缸盖分别进行冷却、与EGR冷却器连通的2个冷却路，通过操作针对每个冷却路设置了的阀门来切换在EGR冷却器的冷却中使用的冷却路径(专利文献1)。另外，作为与本发明关联的现有技术文献，存在专利文献2(专利文献2)。

专利文献1：日本特开2013-87761号公报

专利文献2：日本特开2013-127224号公报

发明内容

专利文献1的冷却装置为了切换2个冷却路而针对这些流路的每一个设置了阀门，所以零件数量增加，并且需要在各阀门的故障时应对，在管理中花费工夫。

因此，本发明的目的在于提供一种能够通过简易的结构对冷却对象设备有效地进行冷却的发动机的冷却装置。

本发明提供一种发动机的冷却装置，利用通过水泵使冷却水循环的冷却路径，对发动机主体以及冷却对象设备进行冷却，该冷却装置的特征在于，所述冷却路径包括：下游侧连接路，与所述水泵的下游侧连接；上游侧连接路，与所述水泵的上游侧连接；第一冷却路，从所述下游侧连接路分支，对所述发动机主体进行冷却；第二冷却路，从所述下游侧连接路分支，与所述第一冷却路并列地设置；中间冷却路，连接所述第一冷却路和所述第二冷却路，设置有所述冷却对象设备；第三冷却路，从所述中间冷却路与所述第一冷却路的连接位置到达所述上游侧连接路；以及第四冷却路，从所述中间冷却路与所述第二冷却路的连接位置到达所述上游侧连接路，所述冷却装置具备流路阻力调整单元，该流路阻力调整单元被设置在所述第一冷却路、所述第二冷却路、所述第三冷却路以及所述第四冷却路中的任一个中，能够调整流路阻力，通过所述流路阻力调整单元的动作，在第一方向和第二方向之间切换在所述中间冷却路中流过的冷却水的方向，所述第一方向是从所述第一冷却路侧朝向所述第二冷却路侧的方向，所述第二方向是从所述第二冷却路侧朝向所述第一冷却路侧的方向(方案1)。

根据该冷却装置，能够通过在与向冷却对象设备导入冷却水的中间冷却路连接的第一～第四冷却路中的任一个中设置了的流路阻力调整单元的动作，使各冷却路的流路阻力的平衡变化。因此，能够在从第一冷却路侧朝向第二冷却路侧的第一方向和从第二冷却路侧朝向第一冷却路侧的第二方向之间，切换在中间冷却路中流过的冷却水的方向。由此，能够通过简易的结构对冷却对象设备有效地进行冷却。

在本发明的冷却装置的一个方式中，可以设置有切换阀来作为所述流路阻力调整单元，所述第一冷却路、所述第二冷却路、所述第三冷却路以及所述第四冷却路的流路阻力被设定成使得：在所述第一冷却路或者所述第四冷却路中设置了所述切换阀的情况下，在所述切换阀是开阀位置时，冷却水沿所述第一方向在所述中间冷却路中流过、并且在所述第二冷却路或者所述第三冷却路中设置了所述切换阀的情况下，在所述切换阀是开阀位置时，冷却水沿所述第二方向在所述中间冷却路中流过(方案2)。根据该方式，在切换阀设置于第一冷却路或者第四冷却路的情况下，通过将切换阀从开阀位置切换为闭阀位置，第一冷却路或者第四冷却路的流路阻力增加而流路阻力的平衡发生变化，能够将在中间冷却路中流过的冷却水的方向从第一方向切换为第二方向。同样地，在切换阀设置于第二冷却路或者第三冷却路的情况下，通过将切换阀从开阀位置切换为闭阀位置，第二冷却路或者第三冷却路的流路阻力增加而流路阻力的平衡发生变化，能够将在中间冷却路中流过的冷却水的方向从第二方向切换为第一方向。

在本发明的冷却装置的一个方式中，还可以具备操作所述流路阻力调整单元的操作单元，根据针对所述流路阻力调整单元的操作与所述中间冷却路内的温度或者压力的变化之间的关联性，判断所述流路阻力调整单元的异常(方案3)。如果在流路阻力调整单元中有异常，则在该操作的前后在中间冷却路内的压力或者温度中不产生变化。根据该方式，即使不检测流路阻力调整单元的动作自身，也能够根据与针对流路阻力调整单元的操作的中间冷却路内的压力或者温度的变化的关联性，判断流路阻力调整单元的异常。

在本发明的冷却装置的一个方式中，可以所述发动机主体包括气缸盖以及气缸体，所述冷却对象设备是EGR冷却器，所述第一冷却路对所述气缸盖进行冷却，所述第二冷却路对所述气缸体进行冷却(方案4)。根据该方式，通过切换对作为冷却对象设备的EGR冷却器流入的冷却水的方向，能够切换将通过了气缸盖的比较高温的冷却水供给给EGR冷却器的状态、和将通过了气缸体的比较低温的冷却水供给给EGR冷却器的状态。

如以上说明，根据本发明，能够通过在与向冷却对象设备导入冷却水的中间冷却路连接的第一～第四冷却路中的某一个中设置了的流路阻力调整单元的动作，使各冷却路的流路阻力的平衡变化。因此，能够在从第一冷却路侧朝向第二冷却路侧的第一方向和从第二冷却路侧朝向第一冷却路侧的第二方向之间，切换在中间冷却路中流过的冷却水的方向。由此，能够通过简易的结构对冷却对象设备有效地进行冷却。

附图说明

图1是示意地示出本发明的第一方式的发动机的冷却装置的图。

图2是示出在图1的冷却装置中切换了在中间冷却路中流过的冷却水的方向的状态的图。

图3是示出第一方式的控制例程的一个例子的流程图。

图4是示出用于判断切换阀的异常的控制例程的一个例子的流程图。

图5是示意地示出第二方式的发动机的冷却装置的图。

图6是示出在图5的冷却装置切换了在中间冷却路中流过的冷却水的方向的状态的图。

图7是使冷却路径简单化的说明图。

图8是整理示出切换阀的状态和在中间冷却路中流过的冷却水的方向的对应关系的图。

图9是示出流路阻力调整单元的其他方式的图。

符号说明

1A、1B：冷却装置；2：发动机；3：发动机主体；3a：气缸盖；3b：气缸体；4：EGR冷却器(冷却对象设备)；10、40：冷却路径；11：水泵；15、41：下游侧连接路；16、42：上游侧连接路；17a、43a：第一冷却路；17b、43b：第二冷却路；17c、43c：第三冷却路；17d、43d：第四冷却路；18、44：中间冷却路；21：切换阀(流路阻力调整单元)；30：ECU(操作单元)。

具体实施方式

(第一方式)

如图1所示，冷却装置1A被嵌入到构成为往复式内燃机的发动机2中。冷却装置1A对发动机主体3以及作为发动机2的附属装置的EGR冷却器4、涡轮机5以及EGR阀门6等进行冷却。另外，冷却装置1A还被用于在搭载发动机2的车辆(未图示)的空调中使用的加热器芯7的加热。冷却装置1A具备：冷却水循环的冷却路径10；水泵11，用于使冷却水在冷却路径10中循环；散热器12，在冷却水与外部气体之间进行热交换；以及温控器13，用于切换向散热器12的冷却水的导入和停止。

冷却路径10包括与水泵11的下游侧连接的下游侧连接路15、和与水泵11的上游侧连接的上游侧连接路16。进而，冷却路径10包括：第一冷却路17a，从下游侧连接路15分支而对发动机主体3的气缸盖3a进行冷却；第二冷却路17b，从下游侧连接路15分支并与第一冷却路17a并列地设置而对发动机主体3的气缸体3b进行冷却；中间冷却路18，连接第一冷却路17a和第二冷却路17b，设置了作为冷却对象设备的EGR冷却器4；第三冷却路17c，从中间冷却路18和第一冷却路17a的连接位置c1到达上游侧连接路16；以及第四冷却路17d，从中间冷却路18和第二冷却路17b的连接位置c2到达上游侧连接路16。第一冷却路17a通过气缸盖3a，第二冷却路17b通过气缸体3b，所以第一冷却路17a可以说是冷却水的受热比第二冷却路17b的情况多的冷却路。

散热器路径19从第一冷却路17a分支，散热器路径19与上游侧连接路16合流。在散热器路径19和上游侧连接路16的合流位置中，设置了温控器13。在冷却水的温度是温控器13的设定温度以下的情况下，温控器13被维持为闭阀状态，散热器路径19被封闭，并且上游侧连接路16开通。在中间冷却路18中设置了输出与冷却水的温度对应的信号的温度传感器20。

在第二冷却路17b中设置了作为流路阻力调整单元的切换阀21。切换阀21构成为二位置式的电磁阀，能够在图1所示的封闭第二冷却路17b的闭阀位置、和图2所示的开放第二冷却路17b的开阀位置之间动作。如图1所示，如果切换阀21被操作到闭阀位置，则在第一冷却路17a开通的同时第二冷却路17b被封闭，从而在连接这些冷却路17a、17b的中间冷却路18中流过的冷却水的方向成为从第一冷却路17a侧朝向第二冷却路17b侧的第一方向。另一方面，如图2所示，如果切换阀21被操作到开阀位置，则依照预先设定了的流路阻力的平衡，在中间冷却路18中流过的冷却水的方向成为从第二冷却路17b侧朝向第一冷却路17a侧的第二方向。因此，通过在闭阀位置与开阀位置之间操作切换阀21的状态，能够在第一方向与第二方向之间切换在中间冷却路18中流过的冷却水的方向。

通过构成为控制发动机2的各部分的计算机的发动机控制部件(ECU)30，实施针对切换阀21的操作。由此，ECU30作为本发明的操作单元发挥功能。除了向ECU30输入上述温度传感器20的信号以外，还输入来自各种传感器的信号。ECU30执行图3所示的控制例程作为与本发明关联的控制。图3的控制例程的程序被保持于ECU30，按照规定的间隔反复执行。

在步骤S1中，ECU30参照温度传感器20的信号，取得冷却水温Tw。接下来，在步骤S2中，判定冷却水温Tw是否低于阈值Twt。阈值Twt被设定为低于温控器13的设定温度、且向EGR冷却器4供给的冷却水的温度为适当的。即，根据基于发动机2的运转状态而应向EGR冷却器4供给高温的冷却水、或者应供给低温的冷却水这样观点，设定阈值Twt。例如，在发动机2的热机完成前的冷期间时，不实施EGR，所以为了抑制冷凝水的生成，期望将尽可能高温的冷却水供给给EGR冷却器4。另一方面，在实施EGR后，为了提高EGR的效率，期望将尽可能低温的冷却水供给给EGR冷却器4。以尽可能符合这些要求的方式，设定阈值Twt。

在冷却水温Tw低于阈值Twt的情况下，进入到步骤S3。在步骤S3中，ECU30将切换阀21控制为闭阀位置。由此，在中间冷却路18中流过的冷却水的方向成为第一方向(参照图1)，通过了气缸盖3a的比较高温的冷却水被供给给EGR冷却器4。因此，在发动机2的起动后，直至冷却水温Tw成为阈值Twt以上为止，能够将尽可能高温的冷却水供给给EGR冷却器4，所以能够抑制EGR冷却器4中的冷凝水的生成。

另一方面，在冷却水温Tw是阈值Twt以上的情况下，进入到步骤S4。在步骤S4中，ECU30将切换阀21控制为开阀位置。由此，在中间冷却路18中流过的冷却水的方向成为第二方向(参照图2)，通过了气缸体3b的比较低温的冷却水被供给给EGR冷却器4。因此，在冷却水温Tw成为阈值Twt以上的情况下，能够供给尽可能低温的冷却水，所以能够使EGR的效率提高。

在切换阀21中未设置确认提升器传感器等的动作的单元，无法利用这样的单元来判断切换阀21的异常。因此，ECU30作为通过执行图4的控制例程来判断切换阀21有无异常的诊断单元发挥功能。图4的控制例程的程序被保持于ECU30，按照规定的间隔反复执行。

在步骤S11中，ECU30判定有无应判断切换阀21有无异常这样的要求(异常诊断要求)。例如，在从上次的实施起的发动机2的累计运转时间超过了规定时间的情况等规定条件成立了的情况下，发生异常诊断要求。在有异常诊断要求的情况下，进入到步骤S12，否则跳过以后的处理而结束本次的例程。

在步骤S12中，ECU30在切换阀21的当前位置是开阀位置的情况下操作到闭阀位置，在当前位置是闭阀位置的情况下操作到开阀位置。在接着的步骤S13中，ECU30判定在步骤S12中实施的切换阀21的操作的前后，冷却水温Tw是否超过规定的基准地变化。如果切换阀21的位置发生变化，则如上所述在中间冷却路18中流过的冷却水的方向发生变化、并且在中间冷却路18中流过的冷却水的温度发生变化。因此，能够根据针对切换阀21的操作、和中间冷却路18内的温度的变化的关联性，判断切换阀21有无异常。作为用于判断切换阀21的异常的基准，例如根据切换阀21正常地动作了的情况下的冷却水温Tw的变化量的下限值来设定。

在步骤S13中，在冷却水温Tw超过规定的基准地变化了的情况下，可以说切换阀21正常地动作了，所以结束本次的例程。另一方面，在冷却水温Tw的变化小于规定的基准的情况下，不能说切换阀21正常地动作了，所以ECU30在步骤S14中，使例如警告灯点亮而对操作者通知异常的发生。这样，通过图4的控制例程，即使不检测切换阀21的动作自身，也能够判断有无异常。

(第二方式)

接下来，参照图5以及图6，说明本发明的第二方式。第二方式的冷却装置1B除了冷却路径的结构以外都与第一方式相同。以下，对与第一方式共同的结构附加同一参照符号而省略说明。

冷却装置1B具有通过水泵11使冷却水循环的冷却路径40。冷却路径40包括与水泵11的下游侧连接的下游侧连接路41、和与水泵11的上游侧连接的上游侧连接路42。进而，冷却路径40包括：第一冷却路43a，从下游侧连接路41分支而对发动机主体3的气缸盖3a以及气缸体3b进行冷却；第二冷却路43b，从下游侧连接路41分支并绕过发动机主体3而与第一冷却路43a并列地设置；中间冷却路44，连接第一冷却路43a和第二冷却路43b，设置了作为冷却对象设备的EGR冷却器4；第三冷却路43c，从中间冷却路44和第一冷却路43a的连接位置c1到达上游侧连接路42；以及第四冷却路43d，从中间冷却路44和第二冷却路43b的连接位置c2到达上游侧连接路42。第一冷却路43a通过气缸盖3a以及气缸体3b，第二冷却路43b绕过发动机主体3，所以第一冷却路43a可以说是冷却水的受热比第二冷却路43b的情况更多的冷却路。散热器路径45从第一冷却路43a分支，散热器路径45与上游侧连接路42合流。

冷却装置1B与第一方式同样地具有在第二冷却路43b中设置的切换阀21，通过在闭阀位置与开阀位置之间操作切换阀21，能够在第一方向(图5)与第二方向(图6)之间切换在中间冷却路44中流过的冷却水的方向。通过ECU30进行切换阀21的操作。ECU30通过与第一方式同样地执行图3以及图4的各控制例程，能够实施与第一方式同样的控制，能够得到与第一方式同样的效果。

本发明不限于上述各方式，能够在本发明的要旨的范围内按照各种方式来实现。在上述各方式中，作为冷却对象设备，设置了EGR冷却器，但其仅为一个例子，能够在中间冷却路中将各种设备设置为冷却对象设备。另外，在上述各方式中，作为流路阻力调整单元的切换阀被设置于第二冷却路，但只不过是一个例子。能够在流路阻力调整单元被设置于第一冷却路、第二冷却路、第三冷却路以及第四冷却路中的任意一个中的方式中实施本发明。即使在第二冷却路以外设置了流路阻力调整单元的情况下，也能够通过操作流路阻力调整单元来切换在中间冷却路中流过的冷却水的方向。参照图7等，说明其理由。

如图7所示，使冷却路径简单化，将第一冷却路的区域设为A、将第二冷却路的区域设为B、将第三冷却路的区域设为C、将第四冷却路的区域设为D、将在中间冷却路中设置了的冷却对象设备设为X。而且，将在中间冷却路中流过的冷却水的方向设为从第一冷却路侧朝向第二冷却路侧的第一方向(1)、和从第二冷却路侧朝向第一冷却路侧的第二方向(2)。各区域A～D的流路阻力的平衡发生变化，从而在中间冷却路中流过的冷却水的方向在第一方向与第二方向之间变化。即，在将对区域A以及区域D的各流路阻力进行相乘而得到的结果定义为A×D，将对区域B以及区域C的各流路阻力进行相乘而得到的结果定义为B×C的情况下，如果A×D<B×C成立，则中间冷却路的流动方向成为第一方向(1)，如果A×D>B×C成立，则中间冷却路的流动方向成为第二方向(2)。另外，如果A×D＝B×C成立，则还能够停止中间冷却路的冷却水的流动。

因此，通过使各区域A～D的流路阻力的至少某一个变化而使上述大小关系中的某一个选择性地成立，能够在第一方向与第二方向之间切换在中间冷却路中流过的冷却水的方向。例如，在将与第一方式或者第二方式中使用的结构同样的切换阀设置于各区域A～D中的某一个的情况下，切换阀的状态与在中间冷却路中流过的冷却水的方向的对应关系如图8所示。其中，各区域A～D的流路阻力被设定为在切换阀被设置于区域A或者区域D的情况下在切换阀是开阀位置时在中间冷却路中流过的冷却水的方向成为第一方向、并且在切换阀被设置于区域B或者区域C的情况下在切换阀是开阀位置时在中间冷却路中流过的冷却水的方向成为第二方向。在区域B中设置了切换阀的情况下，相当于第一方式或者第二方式。例如，在区域D中设置了切换阀的情况下，在中间冷却路中流过的冷却水的方向在切换阀是开阀位置的情况下成为第一方向(1)，在切换阀是闭阀位置的情况下成为第二方向(2)。

通过与以上说明了的各区域A～D的冷却水的温度、流量状态符合地适当配置优选的设备，能够尽可能满足针对在中间冷却路中设置的冷却对象设备的冷却要求。

切换阀可以设置在各区域A～D中的任意一个中，但还能够设置多个切换阀，例如在区域A以及区域B的各自中逐个设置切换阀等。作为流路阻力调整单元，除了上述二位置式的切换阀以外，还能够使用在从全闭位置至全开位置之间能够连续地调整开度的电磁阀等阀单元。另外，还能够如图9所示，针对配置了某个设备Dx的冷却路CP，设置绕过设备Dx的旁通路BP、并且将上述切换阀、电磁阀等阀单元V设置于旁通路BP。在这样与设备Dx并列地设置了阀单元V的情况下，组合旁通路BP和阀单元V而得到的结构相当于本发明的流路阻力调整单元。

在上述各方式中，通过设置于中间流路的温度传感器，根据在中间流路中流过的冷却水的温度，判断作为流路阻力调整单元的切换阀的异常，但还能够着眼于由于流路阻力调整单元的操作而在中间冷却路中流过的冷却水的流量发生变化这一情况，根据针对流路阻力调整单元的操作、与中间冷却路内的压力的关联性，判断流路阻力调整单元的异常。关于中间流路内的温度或者压力的变化，不限于通过温度传感器、压力传感器直接测定的方式，还能够根据温度或者压力以外的参数推测它们来取得。

在上述各方式中，电气地操作了作为流路阻力调整单元的切换阀，但还能够通过将根据冷却水的温度而实施开闭动作的热控阀设置为流路阻力调整单元并且适宜地设定热控阀开阀的设定温度，在不进行针对流路阻力调整单元的电气的操作的方式下实施本发明。

Claims (5)

1.一种发动机的冷却装置，利用通过水泵使冷却水循环的冷却路径，对发动机主体以及冷却对象设备进行冷却，该冷却装置的特征在于，

所述冷却路径包括：

下游侧连接路，与所述水泵的下游侧连接；

上游侧连接路，与所述水泵的上游侧连接；

第一冷却路，从所述下游侧连接路分支，对所述发动机主体进行冷却；

第二冷却路，从所述下游侧连接路分支，与所述第一冷却路并列地设置；

中间冷却路，连接所述第一冷却路和所述第二冷却路，设置有所述冷却对象设备；

第三冷却路，从所述中间冷却路与所述第一冷却路的连接位置到达所述上游侧连接路；以及

第四冷却路，从所述中间冷却路与所述第二冷却路的连接位置到达所述上游侧连接路，

所述冷却装置具备流路阻力调整单元，该流路阻力调整单元被设置在所述第一冷却路、所述第二冷却路、所述第三冷却路以及所述第四冷却路中的任一个中，能够调整流路阻力，

通过所述流路阻力调整单元的动作，在第一方向和第二方向之间切换在所述中间冷却路中流过的冷却水的方向，所述第一方向是从所述第一冷却路侧朝向所述第二冷却路侧的方向，所述第二方向是从所述第二冷却路侧朝向所述第一冷却路侧的方向。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，

设置有切换阀来作为所述流路阻力调整单元，

所述第一冷却路、所述第二冷却路、所述第三冷却路以及所述第四冷却路的流路阻力被设定成使得：在所述第一冷却路或者所述第四冷却路中设置了所述切换阀的情况下，在所述切换阀是开阀位置时，冷却水沿所述第一方向在所述中间冷却路中流过，并且在所述第二冷却路或者所述第三冷却路中设置了所述切换阀的情况下，在所述切换阀是开阀位置时，冷却水沿所述第二方向在所述中间冷却路中流过。

3.根据权利要求1或者2所述的冷却装置，其特征在于，

还具备操作所述流路阻力调整单元的操作单元，

根据针对所述流路阻力调整单元的操作与所述中间冷却路内的温度或者压力的变化之间的关联性，判断所述流路阻力调整单元的异常。

4.根据权利要求1或者2所述的冷却装置，其特征在于，

所述发动机主体包括气缸盖以及气缸体，

所述冷却对象设备是EGR冷却器，

所述第一冷却路对所述气缸盖进行冷却，所述第二冷却路对所述气缸体进行冷却。

5.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，

所述发动机主体包括气缸盖以及气缸体，

所述冷却对象设备是EGR冷却器，

所述第一冷却路对所述气缸盖进行冷却，所述第二冷却路对所述气缸体进行冷却。