JP2018071392A

JP2018071392A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2018071392A
Application number: JP2016209892A
Authority: JP
Inventors: 伸匡大橋; Nobumasa Ohashi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-10-26
Also published as: JP6790723B2

Abstract

【課題】内燃機関のＥＧＲガスの更なる低温化を達成して、車両の燃費性能及び排ガス性能を良化させることができる内燃機関を提供する。
【解決手段】エンジン１０の冷却を行う高温側冷却水ＨＷが流通する高温側冷却水用流路に高水温用ラジエータ１１と高水温用送水装置１２を備えるとともに、エンジン１０の吸気通路を通過する吸気ガスの冷却を行う低温側冷却水ＬＷが流通する低温側冷却水用流路に低水温用ラジエータ２１と低水温用送水装置２２を備えて、さらに、低温側冷却水用流路にＥＧＲクーラ２４を備えるとともに、このＥＧＲクーラ２４より上流側の低温側冷却水用流路に、高温側冷却水用流路より分岐した分岐流路３０を接続して、低温側冷却水用流路を通過する低温側冷却水ＬＷと分岐流路３０を通過する高温側冷却水ＨＷが混合された混合冷却水ＭＷをＥＧＲクーラ２４に流通させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に関する。

エンジン冷却水が流通する高温側冷却水路にメインラジエータと高温側冷却水用のポンプを備えるとともに、水冷インタークーラを冷却した後の冷却水が流通する低温側冷却水路にサブラジエータと低温側冷却水用のポンプとを備えて構成される内燃機関の冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１８９０６３号公報

ところで、車両の燃費性能及び排ガス性能の良化の観点から、排気通路から吸気通路に還流される排気ガス（ＥＧＲガス）の低温化が検討されている。しかしながら、従来のように、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラの冷却媒体として、内燃機関の冷却により比較的高温となるエンジン冷却水を使用していたのでは、ＥＧＲガスの更なる低温化を達成するのは困難であった。

本発明の目的は、ＥＧＲガスの更なる低温化を達成して、車両の燃費性能及び排ガス性能を良化させることができる内燃機関を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、内燃機関の冷却を行う高温側冷却水が流通する高温側冷却水用流路に高水温用ラジエータと高水温用送水装置を備えるとともに、前記内燃機関の吸気通路を通過する吸気ガスの冷却を行う低温側冷却水が流通する低温側冷却水用流路に低水温用ラジエータと低水温用送水装置を備えて構成される内燃機関において、前記低温側冷却水用流路にＥＧＲクーラを備えるとともに、該ＥＧＲクーラより上流側の前記低温側冷却水用流路に、前記高温側冷却水用流路より分岐した分岐流路を接続して、前記低温側冷却水用流路を通過する低温側冷却水と前記分岐流路を通過する高温側冷却水が混合された混合冷却水を前記ＥＧＲクーラに流通させるように構成される。

本発明の内燃機関によれば、エンジン冷却水（高温側冷却水）と吸気ガス冷却用の低温側冷却水を混合して、エンジン冷却水より低温の混合冷却水を冷却媒体としてＥＧＲクーラに流通させるので、エンジン冷却水を冷却媒体とする従来技術と比較して、ＥＧＲガスを更に低温化することができる。その結果、気筒内に流入される吸気とＥＧＲガスの混合気を低体積化して車両の燃費性能を良化させることができるとともに、混合気を低温化して排ガス性能を良化させることができる。

また、ＥＧＲクーラの冷却媒体として低温側冷却水を用いることなく、低温側冷却水より高温の混合冷却水を用いるので、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気の凝縮化による凝縮水（腐食水）の生成を抑制することができる。その結果、凝縮水による各種配管及びバルブ等の腐食や劣化を抑制することができる。

本発明の内燃機関の構成を模式的に示す図である。第１逆止弁及び第２逆止弁を備えた場合における、図１のＡ点及びＢ点の水温及び水量の推移等を示す図である。高温側冷却水が低温側冷却水用流路に流入した場合における、図１のＡ点及びＢ点の水温及び水量の推移等を示す図である。低温側冷却水が高温側冷却水用流路に流入した場合における、図１のＡ点及びＢ点の水温及び水量の推移等を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の内燃機関には高温側冷却水用流路（太線）と低温側冷却水用流路（細線）が備わる。

高温側冷却水用流路は、エンジン（内燃機関）１０の冷却を行う高温側冷却水（エンジン冷却水）ＨＷが流通する流路で、上流側より順に、エンジン１０、サーモスタット１３、高水温用ラジエータ１１、高水温用ウォーターポンプ（高水温用送水装置）１２が備わる。高水温用ラジエータ１１は、エンジン１０を通過後の高温側冷却水ＨＷを車両の内部に流入する空気により冷却する装置である。高水温用ウォーターポンプ１２は、高温側冷却水用流路を循環させるためのエネルギーを高温側冷却水ＨＷに供給する装置である。この高水温用ウォーターポンプ１２の駆動源は、エンジン１０の動力でもよいし、車両の内部にバッテリ（図示しない）を備えて、このバッテリの電力でもよい。サーモスタット１３は、エンジン１０を通過後の高温側冷却水ＨＷの温度に応じて、高温側冷却水ＨＷを高水温用ラジエータ１１で冷却するか否かを設定することで、高温側冷却水ＨＷの温度を調整する開閉弁装置である。より詳細には、サーモスタット１３を通過する高温側冷却水ＨＷの温度が予め設定された設定温度未満のときには、サーモスタット１３は閉弁状態となって、エンジン１０を通過後の高温側冷却水ＨＷが高水温用ラジエータ１１を経由することなくバイパス通路（図示しない）を経由して再びエンジン１０に流入するようにして、エンジン１０の暖機を促進する。一方、高温側冷却水ＨＷの温度が設定温度以上のときには、サーモスタット１３は開弁状態となって、エンジン１０を通過後の高温側冷却水ＨＷが高水温用ラジエータ１１を経由して再びエンジン１０に流入するようにして、高温側冷却水ＨＷの温度を一定の範囲内に維持しながら、エンジン１０を冷却する。なお、サーモスタット１３の開弁度は、通常、サーモスタット１３の温度と設定温度の差（＝サーモスタット１３の温度−設定温度）が大きくなるにつれて、大きくなるように設定する。

低温側冷却水用流路は、エンジン１０の吸気通路を通過する吸気ガスの冷却を行う低温側冷却水ＬＷが流通する流路で、上流側より順に、低水温用ラジエータ２１、低水温用ウォーターポンプ（低水温用送水装置）２２、インタークーラ（チャージエアクーラ）２３が備わる。低水温用ラジエータ２１は、インタークーラ２３を通過後の低温側冷却水ＬＷを車両の内部に流入する空気により冷却する装置である。低水温用ウォーターポンプ２２は、低温側冷却水用流路を循環させるためのエネルギーを低温側冷却水ＬＷに供給する装置である。この低水温用ウォーターポンプ２２の駆動源は、エンジン１０の動力でもよいし、車両の内部にバッテリ（図示しない）を備えて、このバッテリの電力でもよい。インタークーラ２３は、吸気通路に備わり、吸気通路を通過する吸気ガスの冷却を低温側冷却水用流路を通過する低温側冷却水ＬＷを冷却媒体として行う装置である。なお、上記した各装置１１、１２、１３、２１、２２、２３、２４に対する冷却水の流入出口にはホースが接続され、このホースに例えば鋼製の配管を接続して、冷却水回路を構成している。図１では、一例として、低水温用ラジエータ２１の流出口に接続されるホース２１ａのみを図示し、その他のホースは省略している。

また、本発明の内燃機関には、制御装置４０が備わる。制御装置４０は、サーモスタット１３による温度の検出値に応じて、高水温用ウォーターポンプ１２を制御したり、エンジン回転数や気筒内への燃料噴射量等のエンジン運転状態を表すパラメータの検出値または推定値に応じて、低水温用ウォーターポンプ２２を制御したりする装置である。

本発明の内燃機関では、排気通路から吸気通路に還流される排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラ２４をＥＧＲ通路（図示しない）に備えて、このＥＧＲクーラ２４を低温側冷却水用流路が通過するように構成するとともに、ＥＧＲクーラ２４より上流側の低温側冷却水用流路に、高温側冷却水用流路より分岐した分岐流路３０を接続する。そして、低温側冷却水用流路と分岐流路３０の接続点ＣＰとＥＧＲクーラ２４との間の流路を通過する冷却水を、低温側冷却水用流路を通過する低温側冷却水ＬＷと分岐流路３０を通過する高温側冷却水ＨＷが混合された混合冷却水ＭＷとして、この混合冷却水ＭＷがＥＧＲクーラ２４に流通するように構成する。図１では、混合冷却水ＭＷが流通する混合冷却水用流路を極太線で示している。なお、ＥＧＲクーラ２４を通過後の混合冷却水ＭＷは、高温側冷却水用流路と低温側冷却水用流路の各々を通過する冷却水量を維持するために、低水温用ラジエータ２１と、高水温用ラジエータ１１と高水温用ウォーターポンプ１２の間の高温側冷却水用流路の両方に還流する。また、高温側冷却水ＨＷの温度は約８０℃〜１００℃、混合冷却水ＭＷの温度は約５０℃〜７０℃、低温側冷却水ＬＷの温度は約３０℃〜４０℃である。

本発明の内燃機関によれば、エンジン冷却水（高温側冷却水）ＨＷと吸気ガス冷却用の低温側冷却水ＬＷを混合して、エンジン冷却水ＨＷより低温の混合冷却水ＭＷを冷却媒体としてＥＧＲクーラ２４に流通させるので、エンジン冷却水ＨＷを冷却媒体とする従来技術と比較して、ＥＧＲガスを更に低温化することができる。その結果、気筒内に流入される吸気とＥＧＲガスの混合気を低体積化して車両の燃費性能を良化させることができるとともに、混合気を低温化して排ガス性能を良化させることができる。

また、ＥＧＲクーラ２４の冷却媒体として低温側冷却水ＬＷを用いることなく、低温側冷却水ＬＷより高温の混合冷却水ＭＷを用いるので、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気の凝縮化による凝縮水（腐食水）の生成を抑制することができる。その結果、凝縮水による各種配管及びバルブ等の腐食や劣化を抑制することができる。

また、図１に示すように、インタークーラ２３とＥＧＲクーラ２４の間の低温側冷却水用流路に接続点ＣＰを配置して、インタークーラ２３の下流側で混合冷却水ＭＷを生成するように構成すると、インタークーラ２３の上流側の低温側冷却水より下流側の低温側冷却水の方が水温が高いので、インタークーラ２３の上流側で混合冷却水ＭＷを生成する場合よりも、ＥＧＲクーラ２４に流入する混合冷却水ＭＷの温度範囲をより高温とすることができる。その結果、凝縮水の生成をより確実に抑制することができる。

また、図１に示すように、接続点ＣＰより上流側の分岐流路３０及び低温側冷却水用流路のそれぞれに、第１逆止弁３１Ａ、第２逆止弁３１Ｂを備えて構成すると、高温側冷却水ＨＷが接続点ＣＰを経由してインタークーラ２３に流入したり、あるいは、混合冷却水ＭＷ及び低温側冷却水ＬＷが接続点ＣＰ及び分岐流路３０を経由して高温側冷却水用流路に流入したりするのを防止することができる。その結果、各冷却水用流路に適正な温度の冷却水が確実に流れるので、エンジン１０の過剰冷却やインタークーラ２３の冷却性能低下等の不具合を防止することができる。

また、各冷却水用流路を構成する配管またはホースを通過する冷却水に、この冷却水と温度差のある別の冷却水が瞬間的に大量に流入するのを防止することができるので、各冷却水用流路を構成する配管またはホースの急膨張または急収縮の発生を防止することができる。なお、接続点（混合部）ＣＰの極力近くに逆止弁３１Ａ、３１Ｂを配置すると、接続点（混合部）ＣＰより上流側かつ逆止弁３１Ａ、３１Ｂの下流での配管またはホースの急膨張または急収縮の発生を防止することができるので、好ましい。

より詳細には、第１逆止弁３１Ａ及び第２逆止弁３１Ｂを備える場合では、図２に示すように、イグニッションキーのオフ時（エンジン１０の停止時）等で、各ウォーターポンプ１２、２２が停止して回転速度がゼロとなるが、慣性により各冷却水が瞬時に停止しないときでも、各冷却水用流路における冷却水の温度を維持することができる。例えば、分岐流路３０のＡ点を通過する冷却水量（Ａ点水量）やインタークーラ２３より下流側の低温側冷却水用流路のＢ点を通過する冷却水量（Ｂ点水量）が瞬時に低下しないときでも、Ａ点における高温側冷却水ＨＷの温度（Ａ点水温）を高温に、Ｂ点における低温側冷却水ＬＷの温度（Ｂ点水温）を低温に維持することができる。

これに対して、第１逆止弁３１Ａ及び第２逆止弁３１Ｂを備えない場合では、図３に示すように、Ａ点を通過する高温側冷却水ＨＷがＢ点まで逆流して、Ｂ点を通過する低温側冷却水ＬＷの温度が高温側冷却水ＨＷの温度に近い値まで上昇したり、あるいは、図４に示すように、Ｂ点を通過する低温側冷却水ＬＷがＡ点まで逆流して、Ａ点を通過する高温側冷却水ＨＷの温度が低温側冷却水ＬＷの温度に近い値まで下降したりする虞がある。なお、図２〜図４では、高水温用ウォーターポンプ１２の回転速度の推移は図示せず、低水温用ウォーターポンプ２２の回転速度の推移のみを図示している。

１０エンジン（内燃機関）
１１高水温用ラジエータ
１２高水温用ウォーターポンプ（高水温用送水装置）
２１低水温用ラジエータ
２２低水温用ウォーターポンプ（低水温用送水装置）
２３インタークーラ
２４ＥＧＲクーラ
３０分岐流路
３１Ａ第１逆止弁
３１Ｂ第２逆止弁
ＣＰ接続点
ＨＷ高温側冷却水（エンジン冷却水）
ＭＷ混合冷却水
ＬＷ低温側冷却水

Claims

内燃機関の冷却を行う高温側冷却水が流通する高温側冷却水用流路に高水温用ラジエータと高水温用送水装置を備えるとともに、前記内燃機関の吸気通路を通過する吸気ガスの冷却を行う低温側冷却水が流通する低温側冷却水用流路に低水温用ラジエータと低水温用送水装置を備えて構成される内燃機関において、
前記低温側冷却水用流路にＥＧＲクーラを備えるとともに、該ＥＧＲクーラより上流側の前記低温側冷却水用流路に、前記高温側冷却水用流路より分岐した分岐流路を接続して、前記低温側冷却水用流路を通過する低温側冷却水と前記分岐流路を通過する高温側冷却水が混合された混合冷却水を前記ＥＧＲクーラに流通させるように構成される内燃機関。
吸気ガスの冷却を低温側冷却水にて行うインタークーラを前記吸気通路及び前記低温側冷却水用流路に備えて、前記インタークーラと前記ＥＧＲクーラの間の前記低温側冷却水用流路に、前記低温側冷却水用流路と前記分岐流路の接続点を配置して構成される請求項１に記載の内燃機関。
前記低温側冷却水用流路と前記分岐流路の接続点より上流側の前記分岐流路及び前記低温側冷却水用流路のそれぞれに、第１逆止弁、第２逆止弁を備えて構成される請求項１または２に記載の内燃機関。