JP2018053720A - 内燃機関の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン運転状態に応じて、可変冷却水ポンプに要求される冷却水の吐出量を抑制できる内燃機関の冷却システムを提供する。【解決手段】エンジン本体１とＥＧＲクーラ３とに冷却水Ｗを可変冷却水ポンプ１２で循環させる内燃機関の冷却システム１０において、ＥＧＲクーラに循環する冷却水Ｗが流れるＥＧＲクーラ水路３１、３２に、このＥＧＲクーラ水路を流れる冷却水の流量を調整するＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４を設けて構成すると共に、この流量調整部によってエンジン運転状態に応じてこの冷却水の流量を増減して、可変冷却水ポンプで吐出させる流量を増減させる。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に冷却水を送るための可変冷却水ポンプを備えた内燃機関の冷却システムに関する。

従来、アイドル運転状態と減速運転状態と加速運転状態とそれ以外の運転状態で、可変冷却水ポンプの運転制御を行う内燃機関の冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には特許文献１には、エンジンの運転状態をモニターして、制御ロジックにより、可変冷却水ポンプを最適化させて作動させる内燃機関の冷却装置が開示されている。一般に、このような内燃機関の冷却システムにおいては、エンジンが軽負荷運転状態などで、特定のデバイスにおいて冷却が不要な状態があっても、冷却水が流れてしまうため、エンジン本体などへ供給する冷却水の水量を大幅に減少できず、可変冷却水ポンプで無駄な仕事をしている。

特開２０１３−１００７２４号公報

この内燃機関の低負荷運転などで、エンジン運転状態に応じて被冷却装置の冷却水の流量を調整できれば、エンジン全体の冷却水流量を大きな範囲で増減でき、可変冷却水ポンプに要求される冷却水流量を大幅に変更できるので、被冷却装置の冷却が不要な場合は可変冷却水ポンプの無駄な仕事を削減し、エンジン燃費の改善効果を向上できる。しかしながら、上述したような従来技術では、エンジン運転状態に応じて被冷却装置の冷却水の流量を調整することは困難である。

本発明の目的は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン運転状態に応じて可変冷却水ポンプに要求される冷却水の吐出量を抑制できる内燃機関の冷却システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の冷却システムは、エンジン本体とエンジン本体とは別体の被冷却装置に冷却水を可変冷却水ポンプで循環させる内燃機関の冷却システムにおいて、前記被冷却装置に循環する冷却水が流れる被冷却装置水路に、この被冷却装置水路を流れる冷却水の流量を調整する被冷却装置の流量調整部を設けて構成すると共に、この流量調整部によってエンジン運転状態に応じて冷却水の流量を増減して、前記可変冷却水ポンプで吐出させる流量を増減させる。つまり、可変冷却水ポンプに加えて、その燃費効果を高めるため、ＥＧＲクーラへの冷却水の流量を同時に変更するシステムを取り付けることで、改善効果を大きくすることができる。

本発明によれば、エンジン運転状態に応じて可変冷却水ポンプに要求される冷却水の吐出量を抑制でき、これにより、エンジン本体などへの冷却水の流量を確保しつつ、可変冷却水ポンプの無駄な仕事を削減して、エンジン燃費の改善効果を向上させることができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却システムの構成を示す図である。 流量調整部の構成を示す図である。 流量調整部の別の構成を示す図である。 流量調整部に電磁バルブを用いた場合の構成を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の実施の形態の内燃機関は、以下の内燃機関の冷却システムを備えて構成され、この内燃機関の冷却システムと同様に効果を奏することができる。なお、ここでは、被冷却装置としてＥＧＲクーラを例にして説明するが、本発明は、ＥＧＲクーラに限定されることなく、水冷式のインタークーラなどの水冷式で冷却する装置に対しても適用できる。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却システム１０は、エンジン本体１やＥＧＲクーラ３（被冷却装置）を冷却するために、冷却水タンク１１、可変冷却水ポンプ１２、ラジエータ冷却用の流量調整部１３、ＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４、主循環系水路２０の第１〜第６水路（２１〜２６）、副循環系水路３０の第１〜第３副水路（３１〜３３）、及び、エア抜き配管（２７，３４）を備えている。

この冷却水タンク１１は、可変冷却水ポンプ１２経由でエンジン本体１やＥＧＲクーラ３に送る冷却水Ｗを補充するタンクである。また、可変冷却水ポンプ１２は、一般にエンジンに採用されている機械式水ポンプでみられる、回転数によってポンプ回転数が決定される仕様の水ポンプとは異なり、エンジン回転数によらずに冷却水の吐出量を変化できる水ポンプである。

この可変冷却水ポンプ１２としては、例えば、電力を動力としてモータを回転させ、その先に冷却水ポンプを取り付けて羽を回転させる電気式冷却水ポンプ、通常の冷却水ポンプの先端に電磁クラッチを取り付けた電磁クラッチ式冷却水ポンプ、内燃機関の駆動軸と冷却水ポンプとの間に変速機を設けた機械式可変冷却水ポンプ等がある。
また、ラジエータ冷却用の流量調整部１３は、電気式制御可変システム、または内部の冷却水Ｗの温度Ｔｗが設定温度Ｔｃを超えると開弁するワックス式サーモスタットなどで構成されるが、サーモスタット以外の電磁バルブ、エアーバルブなどで構成してもよい。

このワックス式サーモスタットは、サーモアクチュエータの内部のワックスなどが温度上昇して固体の状態から溶け始めて体積膨張すると、この体積膨張したワックスによりサーモアクチュエータのピストンが押し出されて、流量調整部１３の内部の流路を開口し、さらにワックスの体積膨張に従ってその開口面積を変化させる構造となっており、この内部に充填するワックスの特性により、冷却水Ｗの温度Ｔｗと開口面積（流量）との関係（温度に対する開弁特性）を変化させることができる。なお、ＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４については、後述する。

この内燃機関の冷却システム１０の主循環系水路２０として、第１〜第６水路（２１〜２６）が設けられている。より詳細には、第１水路２１で冷却水タンク１１と可変冷却水ポンプ１２の間を、第２水路２２で可変冷却水ポンプ１２とエンジン本体１の間を接続している。また、第３水路２３でエンジン本体１とラジエータ冷却用の流量調整部１３との間を、第４水路２４でラジエータ冷却用の流量調整部１３とラジエータ２との間を、第５水路２５でラジエータ２と第１水路２１をそれぞれ接続している。また、第６水路２６でラジエータ冷却用の流量調整部１３と第１水路２１の間を接続している。この第６水路２６は、ラジエータ２をバイパスする水路となっている。この第１〜第６水路（２１〜２６）と、エンジン本体１と、可変冷却水ポンプ１２と、ラジエータ２と、ラジエータ冷却用の流量調整部１３とで、エンジンの冷却水Ｗの主循環系水路２０を構成している。また、エア抜き配管２７が、可変冷却水ポンプ１２の入口側の第６水路２６と冷却水タンク１１の間を接続して設けられている。

この主循環系水路２０により、可変冷却水ポンプ１２の作動と流量調整部１３の開度により、可変冷却水ポンプ１２はエンジン本体１またはラジエータ２より水を吸引すると同時に、可変冷却水ポンプ１２から吐出された冷却水Ｗは、第２水路２２経由でエンジン本体１に入り、エンジン本体１を冷却すると共に、その冷却で吸収した熱により温度が上昇する。この温度上昇した冷却水Ｗは第３水路２３経由でラジエータ冷却用の流量調整部１３に入る。

そして、ラジエータ冷却用の流量調整部１３に予め設定された第１設定温度Ｔｃ１より、冷却水Ｗの温度Ｔｗが超えているときには、冷却水Ｗをラジエータ２で冷却する必要があるとして、第４水路２４経由でラジエータ２に送られて冷却されて、第５水路２５経由で可変冷却水ポンプ１２に送られる。一方、エンジンの始動の暖機のとき等で、冷却水Ｗの温度Ｔｗがこの第１設定温度Ｔｃ１以下のときは、ラジエータ２で冷却する必要はないとして、ラジエータ２をバイパスして第６水路２６経由で可変冷却水ポンプ１２に送られる。

そして、本発明の内燃機関の冷却システム１０においては、ＥＧＲクーラ３に冷却水Ｗを循環させる副循環系水路３０として、第１〜第３副水路（３１〜３３）とＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４を設けている。より詳細には、第１副水路３１でエンジン本体１とＥＧＲクーラ３の間を、第２副水路３２でＥＧＲクーラ３とＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４の間を、第３副水路３３でＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４と第１水路２１の間を接続している。そして、この第１〜第３副水路（３１〜３３）とエンジン本体１と可変冷却水ポンプ１２とＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４で、エンジンの冷却水Ｗの副循環系水路３０を構成している。また、エア抜き配管３４が、ＥＧＲクーラ３と冷却水タンク１１の間を接続して設けられている。

そして、このＥＧＲクーラ３を冷却する冷却水Ｗは、エンジン本体１から分岐され、第１副水路３１を経由してＥＧＲクーラ３に入り、ＥＧＲクーラ３からは第２副水路３２経由でＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４に入り、その流量を調整されて、ＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４からは第３副水路３３と第１水路２１を経由して可変冷却水ポンプ１２に送られる。つまり、ＥＧＲクーラへの流路を２つに分離し、一方の流路の流路断面積を可変にすることで、不意のトラブルでＥＧＲやエンジンの破損を防ぐ。

なお、図１の構成では、ＥＧＲクーラ３への冷却水Ｗは、第１副水路３１により、エンジン本体１から分岐されているが、特に、これに限定されず、主循環系水路２０（例えば、第２水路２２等）から分岐されていてもよい。また、ここでは、エンジン本体１を冷却する冷却水ＷはＥＧＲクーラ３を冷却する冷却水Ｗとは別系統ではなく、互いに混合されており、兼用されている。

さらに、この内燃機関の冷却システム１０では、エンジン本体１とＥＧＲクーラ３とに冷却水Ｗを可変冷却水ポンプ１２で循環させると共に、ＥＧＲクーラ３に循環する冷却水Ｗが流れる第２副水路３２と第３副水路３３とで形成されるＥＧＲクーラ水路３２、３３の間に、冷却水Ｗの流量を調整するＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４を設けている。このＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４では、ＥＧＲクーラ３に送られる冷却水Ｗの流量を調整するが、冷却水Ｗの温度Ｔｗが低いときにはＥＧＲクーラ３に送られる冷却水Ｗの流量を少ない流量とし、冷却水Ｗの温度Ｔｗが高いときには多い流量とする。

つまり、このＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４によって、エンジン運転状態に応じて、より詳細には、ＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４を流れる冷却水Ｗの温度の高低によって、冷却水Ｗの流量を増減して、可変冷却水ポンプ１２で吐出させる冷却水Ｗの流量を増減させる。

より具体的には、図２〜図４に示すように、このＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４は、ＥＧＲクーラ３に循環する冷却水Ｗが流れるＥＧＲクーラ水路３２、３３に接続して、かつ、並列に設けられた第１流路１４ａと、第２流路１４ｂで構成される。それとともに、この第２流路１４ｂを流れる冷却水Ｗの流量を調整する流量調整機構１４ｃを設けている。

この構成により、この第１流路１４ａは、従来の冷却配管の径よりも絞った径で常時最小限の水量を確保し、また、小径に絞ったことで、ＥＧＲガスが少ないエンジン軽負荷時に、他のデバイスへの水量や供給圧力を下げずに、可変冷却水ポンプ１２の吐出量を低減することができるようになる。他方、高負荷時でＥＧＲガスの流量が増加して、ＥＧＲクーラ３を通過した冷却水Ｗの温度が上昇すると、第２流路１４ｂの流量調整機構１４ｃが開弁し、ＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４を通過する冷却水Ｗの流量が増加する。この構成により、簡単な構成で、ＥＧＲクーラ３へ供給する冷却水Ｗの流量を調整することができるようになる。

この場合に、第１流路１４ａの流路断面積Ａａを第２流路１４ｂの流路断面積Ａｂよりも小さくしていると冷却水Ｗの調整を広い範囲で行えるようになるのでより好ましい。
また、流量調整部１４の流量調整機構１４ｃを、ラジエータ冷却用の流量調整部１３を構成するワックス式サーモスタット等と同様に、内部の冷却水の温度が設定温度を超えると開弁するサーモスタットで構成する。この場合は、開弁作動時の設定温度を適切な温度に設定するのみで、ＥＧＲクーラ３への冷却水Ｗの流量を適切な量に調整できる。

なお、この流量調整機構１４ｃのサーモスタットは、ワックス式のサーモスタットに限らず、冷却水Ｗの温度Ｔｗを検出する温度センサ（図示しない）の信号に基づいて、電気モータで開閉弁動作する電磁バルブやエアー駆動で開閉弁動作するエアーバルブ等を用いて構成してもよいが、ワックス式サーモスタットを使用するとコスト低減を図ることができる。図２及び図３では、冷却水Ｗの温度Ｔｗによって自動的に流量整するワックス式サーモスタットを用いた例を示しているが、図４では、電磁バルブを用いた例を示している。この流量調整機構１４ｃの電磁バルブは、温度センサ（図示しない）の信号に基づいて、エンジン全般を制御する制御装置（ＥＣＵ）４０により制御される。

さらに、このＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部１４のサーモスタットの開弁温度Ｔｃ２を、エンジン本体１とラジエータ２との間の第３水路２３と第４水路２４に接続して設けているラジエータ冷却用の流量調整部１３のサーモスタットの開弁温度Ｔｃ１より高く設定していると、エンジンの冷却水Ｗの温度ＴｗがＥＧＲクーラ３の冷却により上昇し過ぎるのを防止できるようになる。

上記の構成の内燃機関の冷却システム１０によれば、エンジン運転状態に応じてＥＧＲクーラ３の冷却水Ｗの流量を調整して、可変冷却水ポンプ１２に要求される冷却水Ｗの吐出量を抑制でき、これにより、エンジン本体１などへの冷却水Ｗの流量を確保しつつ、可変冷却水ポンプ１２の無駄な仕事を削減して、エンジン燃費の改善効果を向上させることができる。

１ エンジン本体
２ ラジエータ
３ ＥＧＲクーラ
１０ 内燃機関の冷却システム
１２ 可変冷却水ポンプ
１３ ラジエータ冷却用の流量調整部
１４ ＥＧＲクーラ冷却用の流量調整部
１４ａ 第１流路
１４ｂ 第２流路
１４ｃ 流量調整機構（サーモスタット、電磁バルブ）
３１ 第１副水路（ＥＧＲクーラ水路）
３２ 第２副水路（ＥＧＲクーラ水路）
３３ 第３副水路（ＥＧＲクーラ水路）
Ｗ 冷却水

Claims (7)

1. エンジン本体とエンジン本体とは別体の被冷却装置に冷却水を可変冷却水ポンプで循環させる内燃機関の冷却システムにおいて、前記被冷却装置に循環する冷却水が流れる被冷却装置水路に、この被冷却装置水路を流れる冷却水の流量を調整する被冷却装置の流量調整部を設けて構成すると共に、この流量調整部によってエンジン運転状態に応じて冷却水の流量を増減して、前記可変冷却水ポンプで吐出させる流量を増減させることを特徴とする内燃機関の冷却システム。
2. 前記被冷却装置がＥＧＲクーラであり、前記流量調整部で、前記ＥＧＲクーラに循環する冷却水の流量を、この冷却水の温度が予め設定した温度より高いときに、前記ＥＧＲクーラに循環する冷却水の流量を増加し、この冷却水の温度が予め設定した温度以下のときに、前記ＥＧＲクーラに循環する冷却水の流量を減少する調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却システム。
3. 前記流量調整部を前記ＥＧＲクーラの出口側のＥＧＲクーラ水路に設けている請求項２に記載の内燃機関の冷却システム。
4. 前記流量調整部を、前記被冷却装置に循環する冷却水が流れる前記被冷却装置水路に接続して、かつ、並列に設けられた第１流路と、第２流路で構成するとともに、この第２流路を流れる冷却水の流量を調整する流量調整機構を設けて構成している請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却システム。
5. 前記第１流路の流路断面積を前記第２流路の流路断面積よりも小さく形成している請求項４に記載の内燃機関の冷却システム。
6. 前記流量調整機構を内部の冷却水の温度が設定温度を超えると開弁するサーモスタットで構成している請求項４または５に記載の内燃機関の冷却システム。
7. 前記流量調整機構の前記サーモスタットの開弁温度を、エンジン本体とラジエータとの間の水路に設けているサーモスタットの開弁温度より高く設定している請求項６に記載の内燃機関の冷却システム。