JP2013238121A

JP2013238121A - エンジン冷却装置

Info

Publication number: JP2013238121A
Application number: JP2012109730A
Authority: JP
Inventors: Taro Furukoshi; 太郎古越
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-28

Abstract

【課題】デッドソーク時に過給機の内部流路内の冷却液が沸騰することに伴い低温冷却液循環路の内圧が高温冷却液循環路の内圧よりも高くなったときに、前記沸騰を比較的早期段階で停止可能とする。
【解決手段】過給機２付きエンジン１の冷却液を外部に取り出してから戻すための高温冷却液循環路２０と、過給機２からの圧縮吸気を冷却するための水冷式のインタークーラ３１および過給機２の内部流路２ａにそれぞれに供給する冷却液が循環される低温冷却液循環路３０とでそれぞれ独立して冷却液を循環可能にしたエンジン冷却装置において、低温冷却液循環路３０の内圧が高温冷却液循環路２０の内圧よりも高くなったときに、低温冷却液循環路３０と高温冷却液循環路２０とを連通する通路４１が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機付きエンジンの冷却液を外部に取り出してから戻すための高温冷却液循環路と、前記過給機からの圧縮吸気を冷却するための水冷式のインタークーラおよび前記過給機の内部流路にそれぞれ供給する冷却液が循環される低温冷却液循環路とでそれぞれ独立して冷却液が循環可能とされるエンジン冷却装置に関する。

例えば特許文献１には、過給機を冷却水で冷却可能とする構成において、ソーク時に過給機ハウジングの冷却水流路で生じた水蒸気をアッパタンク戻し流路からラジエータのアッパタンクに逃がすことを可能にする構成が開示されている。

また、特許文献２には、ターボチャージャの冷却装置において、内燃機関の停止後にターボチャージャのベアリングハウジングに設けられている冷却水室で冷却水が沸騰したときに、当該沸騰により発生する蒸気をオリフィスおよび蒸気逃がし管を通じて室外に逃がすことを可能とする構成が開示されている。

特開２０１０−１５１１０６号公報実開昭６１−１０３５２９号公報

上記特許文献１は、過給機の冷却水流路で発生した水蒸気をラジエータのアッパタンクに移送しているものの、前記冷却水流路の冷却水を流動させるようになっていないので、所定期間については当該冷却水流路での冷却水の沸騰を止めることはできない。

また、上記特許文献２も、前記特許文献１と同様、ターボチャージャの冷却水室で発生する蒸気を室外に逃がすことができるものの、この冷却水室の冷却水を流動させるようになっていないので、所定期間については当該冷却水室での冷却水の沸騰を止めることはできない。

このような事情に鑑み、本発明は、過給機付きエンジンの冷却液を外部に取り出してから戻すための高温冷却液循環路と、前記過給機からの圧縮吸気を冷却するための水冷式のインタークーラおよび前記過給機の内部流路にそれぞれ供給する冷却液が循環される低温冷却液循環路とでそれぞれ独立して冷却液が循環可能とされるエンジン冷却装置において、デッドソーク時に前記過給機の内部流路内の冷却液が沸騰することに伴い当該低温冷却液循環路の内圧が前記高温冷却液循環路の内圧よりも高くなったときに、前記沸騰を比較的早期段階で停止可能とすることを目的としている。

本発明に係るエンジン冷却装置は、過給機付きエンジンの冷却液を外部に取り出してから戻すための高温冷却液循環路と、前記過給機からの圧縮吸気を冷却するための水冷式のインタークーラおよび前記過給機の内部流路にそれぞれ供給する冷却液が循環される低温冷却液循環路とでそれぞれ独立して冷却液が循環可能とされ、前記低温冷却液循環路の内圧が前記高温冷却液循環路の内圧よりも高くなったときに、前記低温冷却液循環路と前記高温冷却液循環路とを連通する通路が設けられている、ことを特徴としている。

この構成では、エンジンの通常運転時には、高温冷却液循環路および低温冷却液循環路でそれぞれ冷却液が循環される。仮に、エンジンを高負荷運転した後で比較的早く停止した状態（デッドソーク）では、冷却液の循環が停止することにより過給機から発する熱を移動させることができなくなるので、この過給機から発する熱によって当該過給機の内部流路の冷却液が沸騰することになる。

この沸騰に伴い前記低温冷却液循環路の内圧が前記高温冷却液循環路の内圧よりも高くなると、前記通路によって前記低温冷却液循環路と前記高温冷却液循環路とが連通されることになる。

これにより、前記低温冷却液循環路内の冷却液の熱が前記高温冷却液循環路内の冷却液に伝達されることになるので、前記低温冷却液循環路内の冷却液の容量と前記高温冷却液循環路内の冷却液の容量とを合算した大容量の冷却液でもって前記過給機の熱が速やかに吸収されるようになるなど、過給機の冷却が促進されることになる。その結果、前記過給機の内部流路で発生していた沸騰を比較的早期段階で止めることが可能になる。

好ましくは、前記通路には、前記低温冷却液循環路の内圧が前記高温冷却液循環路の内圧よりも高くなったときに開く差圧弁が設けられている、構成とすることができる。

この構成では、例えば前記したデッドソーク時に前記過給機の内部流路の冷却液が沸騰することに伴い前記低温冷却液循環路の内圧が前記高温冷却液循環路の内圧よりも高くなると、前記差圧弁が開弁して前記通路を開くので、当該通路によって前記低温冷却液循環路と前記高温冷却液循環路とが連通されることになる。

好ましくは、前記低温冷却液循環路は、前記高温冷却液循環路よりも鉛直方向下側に配置され、当該低温冷却液循環路において前記過給機の内部流路よりも冷却液流通方向の下流側には、前記過給機の内部流路を通過した冷却液と外気との間で熱交換するためのラジエータが設置され、前記通路は、前記低温冷却液循環路において前記過給機の内部流路と前記ラジエータとの間に接続され、前記低温冷却液循環路において前記通路との接続位置から前記ラジエータに至るまでの領域は、下り傾斜とされる、構成とすることができる。

この構成では、例えば前記したデッドソーク時に前記過給機の内部流路の冷却液が沸騰すると、それにより発生する蒸気が上昇して前記通路から前記高温冷却液循環路に移動するようになる。

これにより、前記低温冷却液循環路内の冷却液の容量と前記高温冷却液循環路内の冷却液の容量とを合算した大容量の冷却液でもって前記過給機の熱が速やかに吸収されるようになるなど、過給機の冷却が促進されることになる。その結果、前記過給機の内部流路で発生していた沸騰を比較的早期段階で止めることが可能になる。

ところで、前記構成のように低温冷却液循環路を高温冷却液循環路よりも鉛直方向下側に配置していると、エンジンの通常運転中のように高温冷却液循環路内と低温冷却液循環路内とにそれぞれ充填されている冷却液が循環している場合、前記低温冷却液循環路内において過給機の内部流路を通過した冷却液は前記通路側へ流れ込むことがなく低温冷却液循環路のラジエータ側へ向けて流れやすくなる。

本発明は、過給機付きエンジンの冷却液を外部に取り出してから戻すための高温冷却液循環路と、前記過給機からの圧縮吸気を冷却するための水冷式のインタークーラおよび前記過給機の内部流路にそれぞれ供給する冷却液が循環される低温冷却液循環路とでそれぞれ独立して冷却液が循環可能とされるエンジン冷却装置において、デッドソーク時に前記過給機の内部流路内の冷却液が沸騰することに伴い当該低温冷却液循環路の内圧が前記高温冷却液循環路の内圧よりも高くなったときに、前記沸騰を比較的早期段階で停止させることが可能になる。

本発明に係るエンジン冷却装置の一実施形態の概略構成を示す図である。本発明に係るエンジン冷却装置の他の実施形態の概略構成を示す図である。図２の一部を拡大して示す図である。本発明に係るエンジン冷却装置のさらに他実施形態で、図３に対応する図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１に本発明の一実施形態を示している。この実施形態のエンジン１には、ターボチャージャと呼ばれる過給機２が付設されている。

この過給機２は、図示していないが、エンジン１から排出される排気によってタービンが回転されると、このタービンと一体的に回転されるコンプレッサによってエンジン１の吸気通路に吸入される吸気を圧縮（過給）して、エンジン１に送り込む。

このエンジン１に導入する圧縮吸気は、その密度が高められるとともに温度が上昇するので、この圧縮吸気を冷却するために、水冷式のインタークーラ３が設けられる。

このインタークーラ３は、前記コンプレッサからの圧縮吸気と冷却液との間で熱交換するための熱交換器からなる。

また、過給機２のタービンシャフト（図示省略）を回転自在に支持するためのベアリング（図示省略）は、例えばフローティングブッシュ（図示省略）などとされるが、このベアリングは潤滑油で潤滑、冷却されるようになっている。

このような過給機２の冷却性能をさらに高めるために、過給機２のベアリングハウジング（図示省略）の内部に冷却液を流通可能とするための内部流路２ａが設けられている。

このエンジン１の冷却装置としては、高温冷却液循環路２０と、低温冷却液循環路３０とが設けられている。高温冷却液循環路２０および低温冷却液循環路３０は、共に閉ループとされている。高温冷却液循環路２０に充填される冷却液および低温冷却液循環路３０に充填される冷却液は、共に一般的なエチレングリコールの水溶液などの不凍液とされる。

まず、高温冷却液循環路２０は、エンジン１のウォータジャケット１ａの冷却液を一旦外部に取り出してから戻すものであり、ウォータジャケット１ａの取り出し口と戻し口とに接続されている。

この高温冷却液循環路２０には、ラジエータ２１、ウォータポンプ２２などが設けられている。この高温冷却液循環路２０において、エンジン１のウォータジャケット１ａから取り出される冷却液をラジエータ２１に導く領域を往路２３とし、ラジエータ２１からエンジン１のウォータジャケット１ａに冷却液を導く領域を復路２４とする。

ラジエータ２１は、高温冷却液循環路２０を循環する冷却液と外気との間で熱交換する熱交換器とされている。

ウォータポンプ２２は、高温冷却液循環路２０内で冷却液を流動させるものであって、エンジン１のクランクシャフト（図示省略）により駆動される機械式とされている。このウォータポンプ２２は、復路２４においてエンジン１への戻し口近傍に設置されている。

そして、高温冷却液循環路２０には、ラジエータ２２をバイパスするためのラジエータバイパス路２５が設けられている。このラジエータバイパス路２５には、車室内に設置される暖房用熱交換器（ヒータコア）２６が設置されている。

復路２４においてラジエータバイパス路２５との接続位置寄りには、サーモスタット２７が設置されている。

このサーモスタット２７は、公知の構成であるので詳細に図示していないが、当該サーモスタット２７の設置場所の冷却液温度が暖機完了温度未満のときにサーモワックスが凝固収縮して自動的に閉弁状態になるので、復路２４からエンジン１のウォータジャケット１ａへの冷却液流入が遮断される。このとき、ラジエータバイパス路２５のみからエンジン１のウォータジャケット１ａに冷却液が流入するようになっている。

そして、サーモスタット２７の設置場所の冷却液温度が前記暖機完了温度以上になると、サーモワックスが溶融膨張して自動的に開弁状態になるので、復路２４からエンジン１のウォータジャケット１ａへの冷却液流入が許容される。このときも、ラジエータバイパス路２５のみからエンジン１のウォータジャケット１ａに冷却液が流入するようになっている。

この実施形態では、説明を判りやすくするために、高温冷却液循環路２０に設置すべき要素を割愛した例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図示しないが、前記要素としてエンジン１のオイルクーラや電子制御式スロットルバルブなどを冷却可能に設置することが可能である。

エンジン１の通常運転時においてエンジン１により駆動される機械式のウォータポンプ２２により高温冷却液循環路２０内で冷却液が循環されるようになり、この循環する冷却液がエンジン１の熱を回収し、この冷却液の熱がラジエータ２１で大気に放出されるようになる。

次に、低温冷却液循環路３０は、過給機２および水冷式のインタークーラ３を冷却するための冷却液が循環されるように閉ループとされており、その途中には、ラジエータ３１、ウォータポンプ３２などが設けられている。

この低温冷却液循環路３０は前記高温冷却液循環路２０とは切り離された状態で設けられている。また、低温冷却液循環路３０において、過給機２からラジエータ３１に冷却液を導く領域を第１往路３３とし、インタークーラ３からラジエータ３１に冷却液を導く領域を第２往路３４とし、ラジエータ３１から過給機２およびインタークーラ３に冷却液を導く領域を復路３５とする。

ラジエータ３１は、低温冷却液循環路３０内を循環する冷却液を外気と熱交換する熱交換器とされている。

ウォータポンプ３２は、低温冷却液循環路３０内で冷却液を流動させるものであって、電動式とされている。このウォータポンプ３２の図示していないポンプモータは図示していない制御装置により制御される。このウォータポンプ３２は、復路３５に設置されている。

第１往路３３と第２往路３４とは、並列とされており、それらの各上流側と各下流側とがそれぞれ合流するように接続されている。第１往路３３の途中に過給機２の内部流路２ａが直列に挿入されており、第１往路３３を流れる冷却液で過給機２の熱を回収するようになっている。第２往路３４の途中にインタークーラ３が挿入されており、第２往路３４を流れる冷却液でインタークーラ３の熱を回収するようになっている。

そして、電動式のウォータポンプ３２を作動させると、低温冷却液循環路３０内で冷却液が循環されるようになり、この循環する冷却液がインタークーラ３および過給機２の熱を回収し、この冷却液の熱がラジエータ３１で大気に放出されるようになる。

この実施形態では、仮に、エンジン１の停止後において過給機２の内部流路２ａで冷却液が沸騰したときに、当該沸騰を比較的早期段階で止めることを可能にしている。

具体的には、高温冷却液循環路２０の往路２３と低温冷却液循環路３０の第１往路３３とに通路４１が接続されている。

この通路４１の途中には、制御弁４２が設けられている。この制御弁４２は、低温冷却液循環路３０の内圧が高温冷却液循環路２０の内圧よりも高くなったときに、それを感知して自動的に開くノーマリークローズタイプの差圧弁（差圧感知式作動弁とも言う）とされる。

そして、制御弁４２が閉弁している場合には高温冷却液循環路２０と低温冷却液循環路３０とが切り離された状態になるが、制御弁４２が開弁している場合には高温冷却液循環路２０と低温冷却液循環路３０とが通路４１を介して連通された状態になる。

このような構成において、例えばエンジン１の通常運転中には、高温冷却液循環路２０側の機械式ウォータポンプ２２が駆動されているので、高温冷却液循環路２０内の冷却液が循環されることになり、当該冷却液がエンジン１の熱を回収し、この冷却液の熱がラジエータ２１で大気に放出されるようになる。

一方、エンジン１の通常運転中において、低温冷却液循環路３０側の電動式ウォータポンプ３２を駆動すると、低温冷却液循環路３０内の冷却液が循環されるので、当該冷却液が過給機２およびインタークーラ３の熱を回収し、この冷却液の熱がラジエータ３１で大気に放出されるようになる。

ところで、例えばエンジン１を高負荷運転した後で比較的早くエンジン１を停止した状態（デッドソーク）では、機械式ウォータポンプ２２および電動式ウォータポンプ３２が作動停止されるので、高温冷却液循環路２０および低温冷却液循環路３０における冷却液の流れが停止することになる。その場合、特に、低温冷却液循環路３０では、過給機２から発する熱をラジエータ３１へ移動させることができなくなるので、この過給機２から発する熱によって当該過給機２の内部流路２ａ内の冷却液が沸騰しやすくなる。

ここで、仮に、図示していないが、低温冷却液循環路３０のラジエータ３１にリリーフ弁を設け、前記沸騰により発生する蒸気を前記リリーフ弁から外部に逃がすようにしていると、次のような不具合の発生が懸念される。

この実施形態では、低温冷却液循環路３０内の冷却液の沸点を上げるために内部圧力を高めるように加圧しているが、前記のように沸騰時に発生する蒸気を前記リリーフ弁から外部に逃がした場合、低温冷却液循環路３０内の圧力が低下して、その内部の冷却液の沸点が下がることになり、過給機２やインタークーラ３の冷却性能が低下することになるなど、好ましくない。

しかしながら、この実施形態では、前記沸騰に伴い低温冷却液循環路３０の内圧が高温冷却液循環路２０の内圧よりも高くなると、制御弁４２が開弁して通路４１を開くことになって、当該通路４１によって低温冷却液循環路３０と高温冷却液循環路２０とが連通されることになる。

これにより、低温冷却液循環路３０内の冷却液の熱が高温冷却液循環路２０内の冷却液に伝達されることになるので、低温冷却液循環路３０内の冷却液の容量と高温冷却液循環路２０内の冷却液の容量とを合算した大容量の冷却液でもって過給機２の熱が速やかに吸収されるようになるなど、過給機２の冷却が促進されることになる。その結果、過給機２の内部流路２ａで発生していた沸騰を比較的早期段階で止めることが可能になる。

以上説明したように、本発明を適用したエンジン冷却装置では、例えばデッドソーク時のように冷却液の循環を停止させることによって過給機２の内部流路２ａで冷却液が沸騰したとしても、その沸騰を比較的早期段階で止めることが可能になる。その結果、前記したようにリリーフ弁で蒸気を逃がす場合に懸念される不具合の発生を回避することが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

（１）上記実施形態では、高温冷却液循環路２０に設置されるウォータポンプ２２を機械式ウォータポンプとした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば電動式のウォータポンプとすることも可能である。

（２）上記実施形態では、制御弁４２について差圧を感知して自動的に開閉する差圧弁とした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば上記実施形態で示した制御弁４２は、電磁式または電動式とすることが可能である。この制御弁４２の動作は図示していない制御装置（エレクトロニックコントロールユニット）により制御される。

この場合、前記制御装置は、例えば低温冷却液循環路３０において通路４１との接続位置付近の内圧が高温冷却液循環路２０において通路４１との接続位置付近の内圧よりも高くなったことを適宜のセンサなどにより検知すると、前記電磁式または電動式の制御弁４２を開弁させるように制御することが考えられる。

（３）上記実施形態では、通路４１に制御弁４２を設置した例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば図１の構成において制御弁４２については、図２に示すように排除することができる。但し、その場合、図３に示すように、低温冷却液循環路３０を高温冷却液循環路２０よりも鉛直方向下側に配置するとともに、過給機２の内部流路２ａから低温冷却液循環路３０の第１往路３３において通路４１の接続位置に至るまでの領域３６を「上り傾斜」とし、さらに低温冷却液循環路３０において通路４１の接続位置からラジエータ３１に至るまでの領域３７を「下り傾斜」とする。

なお、前記通路４１の内径寸法については、前記蒸気の気泡のみを選択的に通過可能とするサイズに可及的に小さく設定するのが好ましい。このように設定すれば、エンジン１の通常運転時において、高温冷却液循環路２０内で循環する冷却液と低温冷却液循環路３０内で循環する冷却液とが相互に移動しにくくなる。

ところで、前記構成のように低温冷却液循環路３０を高温冷却液循環路２０よりも鉛直方向下側に配置していると、エンジン１の通常運転中のように高温冷却液循環路２０内と低温冷却液循環路３０内とにそれぞれ充填されている冷却液が循環している場合、低温冷却液循環路３０内において過給機２の内部流路２ａを通過した冷却液は、前記上り傾斜領域３６から前記下り傾斜領域３７に向かう過程で、通路４１側へ鉛直方向上向きに流れ込むことがなく、前記下り傾斜領域３７へ向けて抵抗少なく流れるようになる。

これにより、エンジン１の通常運転時において電動式ウォータポンプ３１を作動させている状態では、低温冷却液循環路３０内で冷却液が円滑に循環するようになる。

そして、デッドソーク時において過給機２の内部流路２ａの冷却液が沸騰すると、それにより発生する蒸気が上り傾斜領域３６の最上部に向けて上昇移動し、この最上部から通路４１に入って高温冷却液循環路２０にスムースに上昇移動するようになる。

このような構成を採用した実施形態では、例えば過給機２の内部流路２ａの冷却液が沸騰すると、それにより発生する蒸気が上昇して通路４１から高温冷却液循環路２０に移動するようになる。

これにより、低温冷却液循環路３０内の冷却液の容量と高温冷却液循環路２０内の冷却液の容量とを合算した大容量の冷却液でもって過給機２の熱が速やかに吸収されるようになるなど、過給機２の冷却が促進されることになる。その結果、過給機２の内部流路２ａで発生していた沸騰を比較的早期段階で止めることが可能になる。

（４）図３に示した通路４１については、図４に示すように、低温冷却液循環路３０において前記下り傾斜領域３７と同じ傾斜姿勢となるように設置することが可能である。

具体的に、通路４１の中心線１００が前記下り傾斜領域３７の中心線２００とほぼ平行となるように設定されている。そして、通路４１が低温冷却液循環路３０において前記上り傾斜領域３６の最上位置に接続されている。

このようにすると、過給機２の内部流路２ａを通過した冷却液は、前記上り傾斜領域３６から前記下り傾斜領域３７に向かう過程で、図３に示す場合に比べて、さらに通路４１に上向きに流れ込みにくくなるので、この冷却液のほぼすべてが前記下り傾斜領域３７へ向けてさらに抵抗少なく流れるようになる。

そして、デッドソーク時において過給機２の内部流路２ａの冷却液が沸騰すると、それにより発生する蒸気が上り傾斜領域３６の最上部に向けて上昇移動し、この最上部から斜め姿勢の通路４１に入って高温冷却液循環路２０にスムースに上昇移動するようになる。

本発明は、過給機付きエンジンの冷却液を外部に取り出してから戻すための高温冷却液循環路と、前記過給機コンプレッサからの圧縮吸気を冷却するための水冷式のインタークーラおよび前記過給機の内部流路にそれぞれ供給する冷却液が循環される低温冷却液循環路とでそれぞれ独立して冷却液が循環可能とされるエンジン冷却装置に好適に利用することが可能である。

１エンジン
１ａエンジンのウォータジャケット
２過給機
２ａ過給機の内部流路
３インタークーラ
２０高温冷却液循環路
２１高温側ラジエータ
２２高温側ウォータポンプ
２３高温冷却液循環路の往路
３０低温冷却液循環路
３１低温側ラジエータ
３２低温側ウォータポンプ
３３低温冷却液循環路の第１往路
４１通路
４２制御弁

Claims

過給機付きエンジンの冷却液を外部に取り出してから戻すための高温冷却液循環路と、前記過給機からの圧縮吸気を冷却するための水冷式のインタークーラおよび前記過給機の内部流路にそれぞれ供給する冷却液が循環される低温冷却液循環路とでそれぞれ独立して冷却液が循環可能とされ、
前記低温冷却液循環路の内圧が前記高温冷却液循環路の内圧よりも高くなったときに、前記低温冷却液循環路と前記高温冷却液循環路とを連通する通路が設けられている、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
請求項１に記載のエンジン冷却装置において、
前記通路には、前記低温冷却液循環路の内圧が前記高温冷却液循環路の内圧よりも高くなったときに開く差圧弁が設けられている、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
請求項１または２に記載のエンジン冷却装置において、
前記低温冷却液循環路は、前記高温冷却液循環路よりも鉛直方向下側に配置され、
当該低温冷却液循環路において前記過給機の内部流路よりも冷却液流通方向の下流側には、前記過給機の内部流路を通過した冷却液と外気との間で熱交換するためのラジエータが設置され、
前記通路は、前記低温冷却液循環路において前記過給機の内部流路と前記ラジエータとの間に接続され、
前記低温冷却液循環路において前記通路との接続位置から前記ラジエータに至るまでの領域は、下り傾斜とされる、ことを特徴とするエンジン冷却装置。