JP2007154818A - Cooling device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for an internal combustion engine.
機関始動時には、機関本体が暖機されていないために、気筒内での燃料気化が不十分となり、排気ガス中には比較的多くの未燃燃料等が含まれる。それに加えて、機関排気系の触媒装置も暖機されていないために、このような比較的多くの未燃燃料等を含む排気ガスを十分に浄化することができず、排気エミッションが非常に悪化する。 When the engine is started, since the engine body is not warmed up, fuel vaporization in the cylinder becomes insufficient, and the exhaust gas contains a relatively large amount of unburned fuel. In addition, since the engine exhaust system catalyst device is not warmed up, the exhaust gas containing such a relatively large amount of unburned fuel cannot be sufficiently purified, and the exhaust emission is greatly deteriorated. To do.
それにより、機関始動時には、多気筒内燃機関の一部気筒だけを運転して排気ガス量を低減することにより、排気エミッションの悪化を改善することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Accordingly, it has been proposed to improve the deterioration of exhaust emission by operating only some cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine and reducing the amount of exhaust gas when starting the engine (see, for example, Patent Document 1). .
前述の技術によれば、確かに、機関始動時に全気筒運転を実施する場合に比較して、機関始動時の未燃燃料等の多く含む排気ガス量は低減され、排気エミッションの悪化を改善することができる。しかしながら、内燃機関の冷却装置を工夫することにより、さらに排気エミッションの悪化を改善することができる。 According to the above-described technique, it is true that the amount of exhaust gas including a large amount of unburned fuel at the time of starting the engine is reduced and the deterioration of exhaust emission is improved as compared with the case where all cylinders are operated at the time of starting the engine. be able to. However, by devising a cooling device for an internal combustion engine, it is possible to further improve the deterioration of exhaust emission.
従って、本発明の目的は、多気筒内燃機関における機関始動時の排気エミッションの悪化をさらに改善するための内燃機関の冷却装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a cooling device for an internal combustion engine for further improving deterioration of exhaust emission at the time of engine start in a multi-cylinder internal combustion engine.
本発明による請求項1に記載の内燃機関の冷却装置は、機関始動時には一部気筒だけを運転する多気筒内燃機関の冷却装置であって、機関始動時において前記一部気筒だけが運転されている時には、一定量の冷却水が、前記一部気筒回りを循環し、前記一部気筒以外の気筒回りを循環しないようになっていることを特徴とする。 The cooling device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention is a cooling device for a multi-cylinder internal combustion engine that operates only a part of the cylinders when the engine is started, and only the part of the cylinders is operated when the engine is started. When the engine is in operation, a certain amount of cooling water circulates around the partial cylinders and does not circulate around cylinders other than the partial cylinders.
本発明による請求項2に記載の内燃機関の冷却装置は、請求項1に記載の内燃機関の冷却装置において、前記一部気筒回りの冷却水循環通路と、前記一部気筒以外の気筒回りの冷却水循環通路とは、互いに独立して形成されていることを特徴とする。 A cooling device for an internal combustion engine according to a second aspect of the present invention is the cooling device for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the cooling water circulation passage around the partial cylinder and the cooling around the cylinders other than the partial cylinder are provided. The water circulation passages are formed independently of each other.
本発明による請求項3に記載の内燃機関の冷却装置は、請求項1に記載の内燃機関の冷却装置において、前記一部気筒回りの冷却水循環通路と、前記一部気筒以外の気筒回りの冷却水循環通路とは、開閉弁を介して互いに連通しており、機関始動時において前記一部気筒だけが運転されている時には、前記開閉弁を閉弁することにより、前記一定量の冷却水が、前記一部気筒回りを循環し、前記一部気筒以外の気筒回りを循環しないようになっていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a cooling device for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the cooling water circulation passage around the partial cylinder and the cooling around the cylinders other than the partial cylinder are provided. The water circulation passage communicates with each other via an on-off valve.When only the part of the cylinders is in operation at the time of engine start, by closing the on-off valve, the fixed amount of cooling water is It circulates around the partial cylinders and does not circulate around cylinders other than the partial cylinders.
本発明による請求項1に記載の内燃機関の冷却装置によれば、機関始動時において一部気筒だけが運転されている時には、一定量の冷却水が、一部気筒回りを循環し、一部気筒以外の気筒回りを循環しないようになっている。それにより、一定量の冷却水は、運転している一部気筒回りだけを循環するために早期に温度上昇し、一部気筒は早期に暖機される。こうして、機関始動時において、運転中の一部気筒における気筒内での燃料気化が早期に良好となって、排気ガス中に含まれる未燃燃料量が低減するために、機関排気系の触媒装置の暖機が不十分であっても大気中へ放出される未燃燃料が少なくなり、機関始動時の排気エミッションを改善することができる。 According to the cooling device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention, when only a part of the cylinders is operated at the time of starting the engine, a certain amount of cooling water circulates around the part of the cylinders, It is designed not to circulate around cylinders other than cylinders. Thereby, a certain amount of cooling water circulates only around some of the operating cylinders, so that the temperature rises early, and some cylinders are warmed up early. In this way, when the engine is started, the fuel vaporization in the cylinders of some of the operating cylinders becomes good early and the amount of unburned fuel contained in the exhaust gas is reduced. Even if the warm-up of the engine is insufficient, the amount of unburned fuel released into the atmosphere is reduced, and the exhaust emission at the start of the engine can be improved.
本発明による請求項2に記載の内燃機関の冷却装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の冷却装置において、一部気筒回りの冷却水循環通路と、一部気筒以外の気筒回りの冷却水循環通路とは、互いに独立して形成されている。それにより、特に制御を必要とせずに、機関始動時において、一定量の冷却水が、一部気筒回りの冷却水循環通路を通って、運転している一部気筒回りだけを循環するために、請求項1に記載の内燃機関の冷却装置と同様な効果を得ることができる。もし、必要ならば、一部気筒以外の気筒回りの冷却水循環通路においては、冷却水の循環を停止しても良い。
According to the cooling device for an internal combustion engine according to
本発明による請求項3に記載の内燃機関の冷却装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の冷却装置において、一部気筒回りの冷却水循環通路と、一部気筒以外の気筒回りの冷却水循環通路とは、開閉弁を介して互いに連通しており、機関始動時において一部気筒だけが運転されている時には、開閉弁を閉弁するようになっている。それにより、機関始動時において、一定量の冷却水が、一部気筒回りの冷却水循環通路を通って、運転している一部気筒回りだけを循環するために、請求項1に記載の内燃機関の冷却装置と同様な効果を得ることができる。また、機関始動時の一部気筒運転が終了して全気筒運転が開始される時には、開閉弁を開弁すれば、一部気筒回りの冷却水循環通路と、一部気筒以外の気筒回りの冷却水循環通路とが連通される。それにより、この時には、一部気筒回りの冷却水循環通路において既に温度上昇している一定量の冷却水が一部気筒以外の気筒回りの冷却水循環通路も循環するようになり、運転を開始する一部気筒以外の気筒の暖機を早めることができる。 According to the cooling device for an internal combustion engine according to claim 3 of the present invention, in the cooling device for the internal combustion engine according to claim 1, cooling water circulation passages around some cylinders and cooling around cylinders other than some cylinders The water circulation passage communicates with each other via an on-off valve, and closes the on-off valve when only a part of the cylinders is operated at the time of engine start. Accordingly, at the time of starting the engine, a certain amount of cooling water circulates only around the operating part of the cylinders through the cooling water circulation passage around the part of the cylinders. The same effect as that of the cooling device can be obtained. In addition, when the partial cylinder operation at the start of the engine is finished and the full cylinder operation is started, if the on-off valve is opened, the cooling water circulation passage around some cylinders and the cooling around the cylinders other than some cylinders are cooled. The water circulation passage is communicated. Accordingly, at this time, a certain amount of cooling water whose temperature has already increased in the cooling water circulation passages around some cylinders also circulates in the cooling water circulation passages around the cylinders other than some cylinders. The warm-up of cylinders other than the partial cylinders can be accelerated.
図1は本発明による内燃機関の冷却装置の第一実施形態を示す概略図である。本実施形態において、内燃機関はV型内燃機関である。図1において、1aはV型内燃機関の第一バンクであり、1bは第二バンクである。2aは第一バンク1aの第一吸気マニホルドであり、2bは第二バンク1bの第二吸気マニホルドである。第一吸気マニホルド2aには第一吸気通路3aが接続され、第一吸気マニホルド2bには第二吸気通路3bが接続される。第一吸気通路3a及び第二吸気通路3bには、それぞれスロットル弁4a,4bが配置され、第一バンク1a及び第二バンク1bの吸気量を互いに独立して制御可能となっている。
FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a cooling device for an internal combustion engine according to the present invention. In the present embodiment, the internal combustion engine is a V-type internal combustion engine. In FIG. 1, 1a is a first bank of a V-type internal combustion engine, and 1b is a second bank. 2a is a first intake manifold of the
5aは第一バンク1aの第一排気マニホルドであり、5bは第二バンク1bの第二排気マニホルドである。第一排気マニホルド5aには第一排気通路6aが接続され、第二排気マニホルド5bには第二排気通路6bが接続される。第一排気通路6a及び第二排気通路6bは排気合流部7において合流し、排気合流部7の下流側には主触媒装置8が配置されている。
5a is a first exhaust manifold of the
本V型内燃機関は、主に理論空燃比での運転を実施するものであり、主触媒装置8としては三元触媒装置が選択される。主触媒装置8は、比較的大型化されるが、車両床下に配置されるために車両搭載性の問題はない。こうして、機関高負荷時に各気筒から排出される多量の排気ガスは主触媒装置8によって良好に浄化することができる。しかしながら、機関低負荷時に各気筒から排出される排気ガスは、比較的低温度であり、これが主触媒装置8へ流入する時には、さらに温度低下するために、主触媒装置8を触媒活性化温度に維持することができなくなって、排気ガスの浄化が不十分となる。 The present V-type internal combustion engine mainly operates at a stoichiometric air-fuel ratio, and a three-way catalyst device is selected as the main catalyst device 8. Although the main catalyst device 8 is relatively large, there is no problem of vehicle mountability because it is disposed under the vehicle floor. Thus, a large amount of exhaust gas discharged from each cylinder at the time of high engine load can be purified well by the main catalyst device 8. However, the exhaust gas discharged from each cylinder when the engine is under a low load has a relatively low temperature. When the exhaust gas flows into the main catalyst device 8, the temperature further decreases, so that the main catalyst device 8 is brought to the catalyst activation temperature. It cannot be maintained, and exhaust gas purification becomes insufficient.
そのために、本実施形態では、第一排気通路4aには三元触媒装置として第一副触媒装置9aが配置され、第二排気通路4bには三元触媒装置として第二副触媒装置9bが配置されている。それにより、第一バンク1a及び第二バンク1bにおいて機関低負荷時の運転が実施されても、比較的低温度の排気ガスはそれほど温度低下することなく第一副触媒装置9a及び第二副触媒装置9bへ流入するために、それぞれに担持された触媒は活性化温度に維持され、この時の排気ガスを十分に浄化することができる。
Therefore, in the present embodiment, the first
10aは第一バンク1aのシリンダブロックに形成された第一冷却水循環通路であり、10bは第二バンク1bのシリンダブロックに形成された第二冷却水循環通路である。第一冷却水循環通路10aには入口管11a及び出口管12aが接続され、循環ポンプ(図示せず)を介して入口管11aから供給された冷却水が第一冷却水循環通路10aを通って出口管12aから排出される際に、第一バンク1aの各気筒が冷却される。また、第二冷却水循環通路10bには入口管11b及び出口管12bが接続され、循環ポンプ(図示せず)を介して入口管11bから供給された冷却水が第二冷却水循環通路10bを通って出口管12bから排出される際に、第二バンク1bの各気筒が冷却される。
10a is a first cooling water circulation passage formed in the cylinder block of the
ところで、機関始動時において、機関温度が低いために、燃料が気筒内で気化し難く、排気ガス中には比較的多くの未燃燃料が含まれる。各バンクの近くには、それぞれ副触媒装置9a,9bが配置されているが、これらの副触媒装置9a,9bもクランキング開始後直ぐに触媒活性化温度まで昇温することはなく、未燃燃料を多く含む排気ガスは副触媒装置によって十分に浄化されずに大気中へ放出され、排気エミッションが非常に悪化する。
By the way, since the engine temperature is low when the engine is started, the fuel is difficult to vaporize in the cylinder, and the exhaust gas contains a relatively large amount of unburned fuel.
本実施形態において、機関始動時、例えば、クランキングの開始から始動完了した後の設定時期までの間、又は、クランキングの開始から車両走行等により要求機関負荷が設定負荷以上となるまでの間は、第一バンク1aの気筒だけを運転し、第二バンク1bの気筒への燃料噴射を停止する一部気筒運転が実施される。それにより、機関始動時の未燃燃料を多く含む排気ガスは、第一バンク1aの気筒だけからしか排出されず、機関始動時の排気ガス量を低減(半減)することができ、副触媒装置による浄化が不十分であっても、排気エミッションを改善することができる。
In this embodiment, at the time of engine start, for example, from the start of cranking to a set time after the start is completed, or from the start of cranking until the required engine load becomes equal to or higher than the set load due to vehicle running, etc. Is a partial cylinder operation in which only the cylinders of the
本実施形態においては、前述したような第一冷却水循環通路10a及び第二冷却水循環通路10bを有する冷却装置によって、機関始動時の排気エミッションをさらに改善することができる。第一冷却水循環通路10aと第二冷却水循環通路10bとは、循環ポンプを含めて互いに独立しているために、機関始動時において、第一冷却水循環通路10a側の循環ポンプを作動することにより、第一冷却水循環通路10aを循環する一定量の冷却水は、一般的なサーモスタット構造によりラジエタを通過することなく、運転している第一バンク1aの気筒回りだけを循環するために早期に温度上昇し、第一バンク1aの気筒は早期に暖機される。こうして、機関始動時において、運転中の第一バンク1aの気筒における気筒内での燃料気化が早期に良好となって、排気ガス中に含まれる未燃燃料量が低減するために、第一副触媒装置の暖機が不十分であっても大気中へ放出される未燃燃料が少なくなり、機関始動時の排気エミッションをさらに改善することができる。
In the present embodiment, the exhaust emission at the time of starting the engine can be further improved by the cooling device having the first cooling
本実施形態においては、第一冷却水循環通路10aと第二冷却水循環通路10bとは、循環ポンプを含めて互いに独立しているために、機関始動時において、第二冷却水循環通路10b側の循環ポンプは、作動させても停止させても、前述同様な効果を得ることができる。しかしながら、機関始動時に運転していない第二バンク1bの第二冷却水循環通路10bに冷却水を循環させても意味はなく、例えば、第一冷却水循環通路10a側の循環ポンプと第二冷却水循環通路10b側の循環ポンプとが、同一モータにより駆動されるような場合を除き、機関始動時には、第二冷却水循環通路10b側の循環ポンプだけを停止させて電力消費を低減することが好ましい。
In the present embodiment, since the first cooling
機関始動時が完了して第二バンク1bの運転を開始する際には、第二冷却水循環通路10b側の循環ポンプが停止されていれば、これを作動する。第二バンク1bに関しては、この時から機関始動が開始されることとなるが、排気合流部7の下流側の主触媒装置8は、この時までに第一バンク1aの各気筒から排出された排気ガスが通過して、ある程度の触媒活性が実現されており、また、この時までに第一バンク1aの各気筒の運転により発生した熱の一部が第二バンク1bへ伝達されて、第二バンク1bの機関温度は第一バンク1aの機関始動開始時より高められている。それにより、第二バンク1bの各気筒から排出される排気ガス中にはそれほど多くの未燃燃料が含まれることはなく、また、第二バンク1bの各気筒から排出される排気ガスは、主触媒装置8によって、ある程度は浄化されるために、第二バンク1bの各気筒の運転開始に際して、それほど排気エミッションが悪化することはない。
When the start of the engine is completed and the operation of the second bank 1b is started, if the circulation pump on the second cooling
図2は本発明による内燃機関の冷却装置の第二実施形態を示す概略図である。第一実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態において、第一冷却水循環通路10aと第二冷却水循環通路10bとは、開閉弁14が配置された連通管13により連通され、循環ポンプからの単一の入口管15が連通管13の開閉弁14より第一冷却水循環通路10a側に接続されている。
FIG. 2 is a schematic view showing a second embodiment of the cooling device for an internal combustion engine according to the present invention. Only differences from the first embodiment will be described below. In the present embodiment, the first cooling
本実施形態においては、一つの循環ポンプしか設けられておらず、第一バンク1aによる一部気筒運転に際して、各気筒の始動開始と同時に、循環ポンプを作動すると共に連通管13の開閉弁14を閉弁する。それにより、機関始動開時において、一定量の冷却水が、一般的なサーモスタット構造によりラジエタを通過することなく、第一冷却水循環通路10aを通り、運転している第一バンク1aの気筒回りだけを循環するために早期に温度上昇し、第一バンク1aの気筒は早期に暖機される。こうして、機関始動時において、運転中の第一バンク1aの気筒における気筒内での燃料気化が早期に良好となって、排気ガス中に含まれる未燃燃料量が低減するために、第一副触媒装置の暖機が不十分であっても大気中へ放出される未燃燃料が少なくなり、機関始動時の排気エミッションをさらに改善することができる。
In the present embodiment, only one circulation pump is provided. When the
また、機関始動時が完了して第二バンク1bの運転を開始する際には、連通管14の開閉弁14を開弁する。第二バンク1bに関しては、この時から機関始動が開始されることとなるが、排気合流部7の下流側の主触媒装置8は、この時までに第一バンク1aの各気筒から排出された排気ガスが通過して、ある程度の触媒活性が実現されており、また、この時までに第一バンク1aの各気筒の運転により発生した熱の一部が第二バンク1bへ伝達されて、第二バンク1bの機関温度は第一バンク1aの機関始動開始時より高められている。また、第一バンク1aの各気筒を冷却して温度上昇した一定量の冷却水は、開閉弁14の開弁により連通管13を介して、第二冷却水循環通路10bにも循環するようになり、第二バンク1bの暖機を早めることができる。
Further, when the start of the engine is completed and the operation of the second bank 1b is started, the on-off
それにより、第二バンク1bの各気筒から排出される排気ガス中には、第一実施形態と比較してさらに少ない未燃燃料しか含まれておらず、また、第二バンク1bの各気筒から排出される排気ガスは、主触媒装置8によって、ある程度は浄化されるために、第二バンク1bの各気筒の運転開始に際して、それほど排気エミッションが悪化することはない。 As a result, the exhaust gas discharged from each cylinder of the second bank 1b contains less unburned fuel than the first embodiment, and from each cylinder of the second bank 1b. Since the exhaust gas discharged is purified to some extent by the main catalyst device 8, the exhaust emission does not deteriorate so much at the start of operation of each cylinder of the second bank 1b.
前述した二つの実施形態において、主触媒装置8は三元触媒装置としたが、内燃機関がリーンバーン運転を実施するものである場合には、NOX触媒装置としても良い。また、内燃機関は、機関始動時に一部気筒運転を実施するものとしたが、もちろん、機関始動時以外の例えば低負荷時にも一部気筒運転を実施しても良い。この機関始動以外の一部気筒運転は、第二バンク1bを運転気筒群としても良い。 In the two embodiments described above, the main catalytic converter 8 has been a three-way catalytic converter, when one in which the internal combustion engine carrying out the lean burn operation may be a NO X catalyst device. In addition, the internal combustion engine performs the partial cylinder operation at the time of starting the engine, but, of course, the partial cylinder operation may be performed even at a low load other than at the time of starting the engine. For the partial cylinder operation other than the engine start, the second bank 1b may be used as the operating cylinder group.
内燃機関はV型としたが、これは本発明を限定するものではなく、複数気筒が直列配置されるものでも、複数気筒が、機関始動時に運転させる気筒群と、機関始動時に停止させる気筒群とに分けられて、一定量の冷却水を、機関始動時に運転させる気筒群の回りを循環させ、機関始動時に運転させない気筒群の回りを循環させないことを可能とする冷却装置であれば、本発明を適用可能である。 Although the internal combustion engine is V-shaped, this is not a limitation of the present invention. Even if a plurality of cylinders are arranged in series, a plurality of cylinders are operated when the engine is started and a cylinder group is stopped when the engine is started. If the cooling device enables a certain amount of cooling water to circulate around the cylinder group that is operated when the engine is started and not circulate around the cylinder group that is not operated when the engine is started, The invention can be applied.
1a 第一バンク
1b 第二バンク
7 排気合流部
8 主触媒装置
9a 第一副触媒装置
9b 第二副触媒装置
10a 第一冷却水循環通路
10b 第二冷却水循環通路
13 連通管
14 開閉弁
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CN105888807A (en) * | 2015-01-26 | 2016-08-24 | 福特环球技术公司 | Method for operating combustion engine having split cooling system and deactivatable cylinder |
JP2018053869A (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 株式会社Subaru | Multi-cylinder engine cooling device |
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