CN110307073A

CN110307073A - 发动机的冷却设备

Info

Publication number: CN110307073A
Application number: CN201910125781.XA
Authority: CN
Inventors: 远藤庆
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2019-10-08
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: DE102019104844A1; JP2019163732A; CN110307073B; US10844771B2; US20190292977A1

Abstract

一种发动机的冷却设备包括：散热器，该散热器促进发动机的冷却水的散热；第一流路，该第一流路使从发动机排出的冷却水通过散热器循环到发动机；第二流路，该第二流路使从发动机排出的冷却水循环到发动机而不经过散热器；恒温器，该恒温器被附接到第一流路与第二流路的合流部中，当第二流路中的冷却水的温度低于阈值时关闭第一流路，并且当第二流路中的冷却水的温度等于或高于阈值时打开第一流路；和第三流路，该第三流路使第一流路的在发动机和散热器之间的部分与第一流路的在散热器和恒温器之间的部分连通。

Description

发动机的冷却设备

技术领域

本发明涉及发动机的冷却设备。

背景技术

传统上，已知一种发动机的冷却设备。该冷却设备设置有：散热器，该散热器促进从发动机排出的冷却水的散热；第一流路，该第一流路使冷却水通过散热器循环到发动机；第二流路，该第二流路使冷却水循环到发动机而不通过散热器；和恒温器，该恒温器被设置在第一流路与第二流路的合流部中。

当第二流路中的冷却水的温度低于阈值时，恒温器关闭第一流路。因此，当从发动机排出低温的冷却水时，限制冷却水通过散热器循环到发动机，这促进了发动机的暖机。此外，当第二流路中的冷却水的温度等于或高于阈值时，恒温器关闭第一流路。因此，当从发动机排出高温的冷却水时，一部分冷却水通过散热器循环到发动机，这促进了冷却水的散热，从而促进了发动机的散热(例如日本未审专利申请公布第2016-102456号)。

在恒温器的打开状态下，冷却水从第一流路和第二流路流入到恒温器中。从第二流路流入到恒温器中的冷却水已经从发动机接收了热量，使得这种冷却水的温度高。相比之下，散热器已经促进了从第一流路流入到恒温器中的冷却水的散热，使得这种冷却水的温度低。具有这样的温度差的冷却水在恒温器中合流。如果具有这样的温度差的冷却水在上述恒温器中未被充分混合，则恒温器中的冷却水的温度会变得不均匀。结果，恒温器可能会在短时间段内重复地打开和关闭，即，可能发生所谓的振荡。

因此，本发明的目的在于提供一种发动机的冷却设备，该发动机的冷却设备抑制恒温器的振荡的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机的冷却设备，该发动机的冷却设备包括：散热器，该散热器促进发动机的冷却水的散热；第一流路，该第一流路使从发动机排出的冷却水通过散热器循环到发动机；第二流路，该第二流路使从发动机排出的冷却水循环到发动机而不经过散热器；恒温器，该恒温器被附接到第一流路与第二流路的合流部中，当第二流路中的冷却水的温度低于阈值时，该恒温器关闭第一流路，并且当第二流路中的冷却水的温度等于或高于阈值时，该恒温器打开第一流路；和第三流路，该第三流路使第一流路的在发动机和散热器之间的部分与第一流路的在散热器和恒温器之间的部分连通。

在恒温器打开第一流路的状态下，流经第一流路的冷却水的一部分通过散热器流入到恒温器中，而流经第一流路的冷却水的另一部分流经第三流路、绕过散热器并通过第一流路再次流入到恒温器中。因此，从第一流路流入到恒温器中的冷却水的一部分流经散热器，而冷却水的另一部分不流经散热器。这抑制了从第一流路流入到恒温器中的冷却水的温度的过度降低。这也抑制了从第一流路流入到恒温器中的低温冷却水与从第二流路流入到恒温器中的高温冷却水之间的温度差，这抑制了恒温器中的冷却水的温度不均匀性。因此能够抑制恒温器的振荡的发生。

第三流路的流路截面积可以小于第一流路的流路截面积。

散热器可以包括引入箱、排出箱和散热器，散热器位于引入箱和排出箱之间并且使引入箱与排出箱连通，第一流路可以与引入箱连通，并且第三流路可以通过排出箱而与第一流路的位于散热器和恒温器之间的部分连通。

冷却设备可以包括注入部，该注入部被设置在发动机和散热器之间并被设置在第一流路与第三流路彼此连通的部分中，并且该注入部能够将冷却水供应到第一流路和第三流路，其中注入部在重力方向上可以被布置在发动机和散热器的上方。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种发动机的冷却设备，该发动机的冷却设备抑制恒温器的振荡的发生。

附图说明

图1A和图1B是发动机的冷却设备的示意图；

图2是根据比较例的冷却设备的示意性说明图；

图3是将冷却水注入到根据本实施例的冷却设备中的说明图；

图4是将冷却水注入到上述根据比较例的冷却设备中的说明图；并且

图5是根据变型例的冷却设备的示意性说明图。

具体实施方式

图1A和图1B是根据本实施例的发动机10的冷却设备1(下文中被称为冷却设备)的示意图。在本实施例中，冷却设备1和发动机10被安装到车辆，但不限于此。冷却设备1包括电子控制单元(ECU)3、散热器20、恒温器30、水泵40、注入部50和加热器70。冷却设备1设置有流路R1和R2，冷却水通过该流路R1和R2循环，并且冷却设备1设置有流路R3，该流路R3与流路1连通。水泵40的驱动使得冷却水至少循环通过流路R2，而冷却水在流路R1和R3中的流动响应于恒温器30的打开或关闭状态而改变。图1A示出了指示在恒温器30的关闭状态下的冷却水的流动的虚线箭头。图1B示出了指示在恒温器30的打开状态下的冷却水的流动的虚线箭头。稍后将详细描述恒温器30。水泵40是由电力供应所驱动并由ECU 30所控制的电动型，但不限于此，并且水泵40可以是通过接收发动机10的驱动力而被驱动的机械型。冷却水是例如长效冷却剂(LLC)。

将描述流路R2。流路R2是使从发动机10排出的冷却水循环到发动机10而不经过散热器20的第二流路的示例。流路R2包括流路R21、R22、R23和R24。流路R21使形成在发动机10的气缸盖中的水套与加热器70连通。流路R22使形成在发动机10的气缸体中的水套与流路R23连通。另外，形成在发动机10的气缸盖中的水套与形成在气缸体中的水套连通。流路R23使加热器70与流路R22连通。流路R24使流路R22和流路R23的合流部与恒温器30连通。无论恒温器30的打开或关闭状态如何，冷却水流经流路R2。具体地，如图1A和图1B中所示，从发动机10的气缸盖排出的冷却水通过流路R21流动到加热器70，然后从加热器70被排出到流路R23。此外，从发动机10的气缸体中的水套排出的冷却水流经流路R22。因此，通过加热器70的从发动机10排出的冷却水和不通过加热器70的从发动机10排出的冷却水都流经流路R24。流经流路R24的冷却水流入到恒温器30中，然后通过稍后描述的流路R14再次流入到发动机10的气缸体中的水套中，流路R14被包括在流路R1中。以此方式，通过流路R2循环并流入到恒温器30中的冷却水从发动机10排出而不流经散热器20。另外，流路R1的流路R14用作流路R2的一部分。

将描述流路R1。流路R1是使从发动机10排出的冷却水通过散热器20循环到发动机10的第一流路的示例。流路R1包括流路R11、R12、R13和R14。流路R11使形成在发动机10的气缸盖中的水套与流路R12连通。流路R12使流路R11与稍后描述的散热器20的引入箱22连通。稍后描述的流路R3与流路R11和流路R12的合流部连通，并且稍后描述的注入部50被设置在该合流部中。流路R13使散热器20的排出箱23与恒温器30连通。流路R14使恒温器30与发动机10的气缸体连通。水泵40被设置在流路R14上。

接下来，将描述散热器20。散热器20是所谓的侧流型散热器，并且散热器20包括引入箱22、排出箱23和使引入箱22与排出箱23连通的散热器芯21。具有大致管状形状的引入箱22和排出箱23中的每一个被布置成这样的姿势，该姿势使得其纵向方向沿着重力方向。散热器芯21包括：管，该管被布置成在重力方向上彼此平行，并且该管使引入箱22与排出箱23连通；和散热翅片，该散热翅片被设置在相邻的管之间。用于朝向散热器芯21吹送空气的风扇(未示出)被设置在散热器芯21的后侧上。热量在由风扇生成的风和驱动风与流经散热器芯21的冷却水之间交换，这促进了冷却水的散热。

接下来，将描述恒温器30。恒温器30被设置在流路R1和R2的合流部，当流路R2中的冷却水的温度低于阈值时，恒温器30关闭流路R1，并且当流路R2中的冷却水的温度等于或高于阈值时，恒温器30打开流路R1。具体地，当在流路R1的关闭状态下，从流路R2引入到恒温器30中的冷却水的温度等于或高于阈值时，由于内置在恒温器30中的蜡或双金属的热膨胀，所以恒温器30自动打开流路R1。例如，因为在启动发动机10时冷却水的温度低于阈值，所以恒温器30关闭流路R1，并且冷却水通过流路R2循环。这促进了发动机10的暖机。当通过流路R2循环的冷却水的温度等于或高于阈值时，恒温器30打开流路R1，假定完成了发动机10的暖机。因此，通过流路R1在散热器20中促进冷却水中的至少一部分的散热，并促进发动机10的冷却。

在恒温器30的打开状态下，冷却水从图1B中所示的流路R13和R24流入到恒温器30中。因此，内置在恒温器30中的蜡或双金属的热膨胀取决于从流路R13和R24流入到恒温器30中的冷却水的温度。即，在恒温器30的打开状态下，流路R1的打开和关闭状态取决于从流路R1和R2流入到恒温器30中的冷却水的温度。

注入部50被设置在流路R11、流路R12和流路R3彼此连通的位置处。盖被附接到注入部50，并且该盖被拆卸以将冷却水注入到流路R1至R3中。稍后将详细描述注入部50。加热器70是用于加热的热交换器，并且加热器70通过使用从发动机10排出的高温冷却水作为热源来加热车厢的内部。

接下来，将描述流路R3。如上所述，流路R3使在流路R11和R12之间的部分与散热器20的排出箱23连通。流路R3是使流路R1的在发动机10和散热器20之间的部分与流路R1的在散热器20和恒温器30之间的部分连通的第三流路的示例。在恒温器30的打开状态下，从发动机10排出的冷却水中的一部分通过流路R11流经流路R12或流路R3。流经流路R12的冷却水按如下顺序流经引入箱22、散热器芯21和排出箱23，以便促进散热，然后排出到流路R13。流经流路R3的冷却水绕过散热器芯21并流经排出箱23，然后排出到流路R13。因此，流经散热器芯21的低温冷却水和绕过散热器芯21的高温冷却水在流路R13中混合并流经流路R13。将参考以下比较例来描述本实施例中的流路R3的作用。

图2是根据比较例的冷却设备1x的示意性说明图。在比较例中，对与本实施例中的相同的构造给予相同的附图标记，并且省略重复的描述。与上述冷却设备1不同的是，在冷却设备1x中未设置流路R3和注入部50。此外，流路R1x的流路R11x使发动机10与散热器20x的引入箱22连通。此外，稍后将详细描述设置在散热器20x的引入箱22中的注入部24x。

在图2中所示的比较例中的恒温器30的打开状态下，在从发动机10排出的冷却水中，流经流路R11x的所有冷却水全都从流路R13通过散热器20x的散热器芯21流入到恒温器30中。另外地，如上所述，冷却水始终从流路R2的流路R24流入到恒温器30中。在此，如上所述，流经流路R13的冷却水流经散热器20x的散热器芯21并具有低的温度，而流经流路R24的冷却水不流经散热器20x并具有高的温度。

因此，在恒温器30的打开状态下，来自流路R13的低温冷却水和来自流路R24的高温冷却水同时流入到恒温器30中。在此，如果冷却水之间的温度差大，则恒温器30中的冷却水的温度可能会不均匀，并且内置在恒温器30中的蜡或双金属可能会在短时间段内交替重复热膨胀和热收缩。因此，可能发生所谓的振荡，在该振荡中，在短时间段内交替重复恒温器30的打开和关闭。例如，当水泵40的相对低速旋转导致低温冷却水和高温冷却水在恒温器30中未充分混合时，可能发生这样的振荡。

当恒温器30的振荡发生时，在短时间段内交替重复冷却水流经散热器20x的状态和冷却水不流经散热器20x的状态。因此，从发动机10排出的冷却水的温度可能在短时间段内波动。这可能会影响基于冷却水的温度而被控制的装置。例如，基于刚从发动机10排出的冷却水的温度来控制散热器20x的风扇的旋转速度。因此，如果冷却水的温度由于恒温器30的振荡而在短时间段内波动，则散热器20x的风扇的旋转速度可能也在短时间段内波动。此外，基于冷却水的温度来控制用于将一部分排气引入到发动机10的进气系统中的EGR阀的打开和关闭和用于将燃料箱中生成的蒸发燃料供应到进气系统的清除阀的打开和关闭。以此方式，如果恒温器30发生振荡，则基于冷却水的温度而被控制的装置的操作可能会变得不稳定。

相比之下，在根据本实施例的冷却设备1中，如图1B中所示，流经流路R11的冷却水的一部分流动到流路R3并绕过散热器20的散热器芯21。因此，在本实施例和比较例在冷却水从流路R13流入到恒温器30中的流量上相同的条件下，从流路R13流入到恒温器30中的冷却水的温度在本实施例中比在比较例中高。即，本发明减小了从流路R13流入到恒温器30中的冷却水与从流路R24流入到恒温器30中的冷却水之间的温度差。因此能够抑制恒温器30中的冷却水的温度不均匀性，并且抑制恒温器30的振荡的发生。这也使基于冷却水的温度而被控制的装置的操作稳定化。

另外，流路R3的流路截面积小于流路R12的流路截面积。换言之，流经流路R3的冷却水的流量小于流经流路R12的冷却水的流量。这抑制了由于流经流路R3并绕过散热器芯21的冷却水的流量的增加而导致的全部冷却水的散热性能的降低。这确保了冷却水对发动机10的冷却性能。以此方式，在抑制了恒温器30的振荡的同时确保了发动机10的冷却性能。

接下来，将描述将冷却水注入到冷却设备1中。图3是将冷却水注入到根据本实施例的冷却设备1中的说明图。因此，当未将冷却水供应到冷却设备1时，恒温器30处于关闭状态。从注入部50将冷却水注入到冷却设备1中。在此，注入部50被布置成在重力方向上在散热器20、发动机10和加热器70的上方。具体地，流路R11、R12和R3的其中设置有注入部50的合流部被布置成在重力方向上在散热器20、发动机10和加热器70的上方。因此，流路R11被设置成从发动机10向上延伸，并且流路R12和R3也被设置成分别从引入箱22和排出箱23向上延伸。

在冷却水被注入到注入部50之后，冷却水通过重力不仅流动到流路R12还流动到流路R11和R3。因此，冷却水通过流路R12和R3被供应到散热器20的引入箱22和排出箱23，并且同时通过流路R11被供应到发动机10。因此，能够大致同时地将冷却水供应到散热器20和发动机10。此外，将冷却水从发动机10供应到加热器70。

图4是将冷却水注入到上述比较例的冷却设备1x中的说明图。在比较例的冷却设备1x中，用于存储冷却水的储备箱(未示出)是向大气敞开的简单密封型。与储备箱与大气断开并组成冷却水的流路的一部分的完全密封型相比，简单密封型可以以低成本制造。然而，在简单密封型中，不能将冷却水直接注入到储备箱中，并且需要将冷却水注入到散热器20x中。具体地，需要将冷却水注入到设置在散热器20x的引入箱22的重力方向上的上方的注入部24x中。

在将冷却水注入到比较例中的注入部24x中之后，冷却水通过引入箱22被供应到散热器芯21。然而，流路R11x与引入箱22的在重力方向上的相对上侧连通。因此，冷却水未通过流路R11x被供应到发动机10，除非将引入箱22中的冷却水供应到流路R11x的高度。因此，在比较例中的冷却设备1x中，冷却水在被充分供应到散热器20x之后被供应到发动机10。因此，将冷却水充分供应到散热器20x和发动机10需要时间。特别地，冷却水不仅需要被供应到发动机10还需要被供应到加热器70，所以所需的冷却水的量增加。因此，如果冷却水的量以此方式增加，则需要时间来完成冷却水的注入。

在此，可以想到，通过将流路R11x和散热器20x的引入箱22的连通位置变到引入箱22的在重力方向上的下侧来通过引入箱22将冷却水大致同时供应到散热器20x和发动机10。然而，在这种情况下，流路R11x的改变后的连通位置在重力方向上位于发动机10的气缸盖的下方，使得几乎不可能将冷却水从引入箱22供应到发动机10的气缸盖。此外，在这种情况下，当发动机10驱动并且恒温器30处于打开状态时，冷却水可能流动到散热器21的下侧但可能不流动到散热器21的上侧，这可能会使冷却水的散热下降。

另一方面，在本实施例中，如上所述，注入部50被布置成在重力方向上在散热器20和发动机10的上方，所以冷却水被大致同时供应到散热器20和发动机10，这缩短了完成水注入的时间。此外，因为流路R12与引入箱22的在重力方向上的相对上侧连通，所以当发动机10驱动并且恒温器30处于打开状态时，冷却水流经整个散热器21。这确保了冷却水的散热。

另外，在本实施例中，冷却水分别通过流路R12和流路R3被大致同时供应到引入箱22和排出箱23。因此能够在短时间段内将冷却水供应到散热器芯21。

接下来，将描述变型例。图5是根据变型例的冷却设备的示意性说明图。在变型例中，对与上述实施例的构造相同的构造给予相同的附图标记，并且省略多余的解释。在冷却设备1a中，设置有流路R3a来替代流路R3。流路R3a使流路R13的排出箱23与恒温器30连通。此外在该状态中，在恒温器30的打开状态下，冷却水中的从发动机10排出并流经流路R11的部分流经流路R3a并绕过散热器20。与上述实施例一样，这抑制了恒温器30的振荡的发生。

与上述实施例不同的是，在注入冷却水时，难以从排出箱23将冷却水供应到散热器芯21。然而，能够从流路R12将冷却水供应到引入箱22并且从流路R11将冷却水供应到发动机10。因此，与比较例相比，在该变型例中也能够在短时间段内完成冷却水注入操作。

在上述实施例和变型例中，加热器70被布置在流路R2上。然而，除了加热器70以外，还可以在流路R2上在发动机10的排气通路附近设置用于冷却水与排气之间的热交换的排气热回收装置。这样的排气热回收装置在冷启动时提早对发动机10进行暖机。在这种情况下，例如，可以想到，将排气热回收装置设置成与加热器70并列。这种配备有排气热回收装置的冷却设备需要大量的冷却水。因此，像本实施例一样的能够在短时间段内完成水注入操作的构造适合于这种冷却设备。此外，除加热器70和排气回收装置以外，可以在流路R2上设置热交换器。

此外，在本实施例和变型例中，可以采用比较例中所示的散热器20x。即，可以采用其中在引入箱22中设置有注入部24x的散热器20x来替代上述散热器20。甚至在这种情况下，因为能够从注入部50注入冷却水，所以不需要使用注入部24x。这使得能够在采用低成本的简单密封型散热器20x的同时抑制恒温器30的振荡的发生。

尽管已经详细描述了本发明的一些实施例，但本发明不限于具体实施例，而是可以在本发明的所要求保护的范围内对本发明进行变型或修改。

Claims

1.一种发动机的冷却设备，包括：

散热器，所述散热器促进所述发动机的冷却水的散热；

第一流路，所述第一流路使从所述发动机排出的冷却水通过所述散热器循环到所述发动机；

第二流路，所述第二流路使从所述发动机排出的冷却水在不通过所述散热器的情况下循环到所述发动机；

恒温器，所述恒温器被附接在所述第一流路与所述第二流路的合流部中，当所述第二流路中的冷却水的温度低于阈值时关闭所述第一流路，并且当所述第二流路中的冷却水的温度等于或高于所述阈值时打开所述第一流路；和

第三流路，所述第三流路使所述第一流路的在所述发动机和所述散热器之间的部分与所述第一流路的在所述散热器和所述恒温器之间的部分连通。

2.根据权利要求1所述的发动机的冷却设备，其中所述第三流路的流路截面积小于所述第一流路的流路截面积。

3.根据权利要求1或2所述的发动机的冷却设备，其中

所述散热器包括引入箱、排出箱和散热器芯，所述散热器芯位于所述引入箱和所述排出箱之间并且使所述引入箱与所述排出箱连通，

所述第一流路与所述引入箱连通，并且

所述第三流路通过所述排出箱来与所述第一流路的位于所述散热器和所述恒温器之间的所述部分连通。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的发动机的冷却设备，进一步包括注入部，所述注入部被设置在所述发动机和所述散热器之间以及在所述第一流路与所述第三流路彼此连通的部分中，并且能够将冷却水供应到所述第一流路和所述第三流路，

其中所述注入部在重力方向上被布置在所述发动机和所述散热器的上方。