JP4163985B2 - エンジンの冷却系回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジン冷却水と空気との熱交換を行う暖房用ヒータコアを備えるエンジンの冷却系回路において、エンジンの冷却水を冷媒に利用するEGRクーラに原因する暖房性能の低下を防止するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
NOxの対策のひとつに排気環流(EGR)装置が知られている。NOxの低減効果を高める上から、エンジンの冷却水を冷媒にEGRガスの温度を下げる(ガス密度を高める)EGRクーラがよく採用される。EGRクーラにおいて、エンジンの冷却水は、EGRガスとの熱交換により温度が速やかに高められ、この温水を暖房用ヒータコアへ供給することにより、エンジンの暖機運転時においても、暖房の効きが早められるようにしたものが開示される(特許文献1,特許文献3)。また、エンジンの冷却系回路において、1つのケーシングにEGRクーラのコアとオイルクーラのコアを冷却水の流れ方向へ直列的に収装したものが開示される(特許文献2)。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−325368号
【特許文献2】
特開2001−280130号
【特許文献3】
特開平08−165925号
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
大型車両の場合、暖房負荷が大きくなり、暖房用ヒータコアの容量もEGRクーラよりも大きくなる。特許文献1または特許文献3の記載に係るエンジンの冷却系回路においては、EGRクーラの下流側に暖房用ヒータコアが直列に接続するので、暖房用ヒータコアへの流量がEGRクーラの容量に規制されてしまう。そのため、暖房用ヒータコアとEGRクーラを並列に接続することが考えられるが、EGRクーラへの流量分、暖房用ヒータコアへの流量が減らされるので、エンジンの暖機運転中においても、ヒータの性能(ヒータコアの容量)を十分に生かせない、という不具合が懸念される。この点は、これらの回路を別系統に構成するとともにウォータポンプもそれぞれ専用のものを付けると解消されるが、そうすると部品数(配管やウォータポンプ)が多くなり、コストの大幅なアップを招いてしまうのである。
【0005】
この発明は、このような課題の有効な解決手段の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、エンジンの冷却系回路において、エンジン冷却水と空気との熱交換を行う暖房用ヒータコアと、エンジン冷却水とEGRガスとの熱交換を行うEGRクーラと、エンジンウォータジャケットの出口側に暖房用ヒータコアの入口を接続する第1水路と、暖房用ヒータコアの出口をエンジンウォータジャケットの入口側に接続する第2水路と、第1水路の暖房用ヒータコア上流にEGRクーラの入口を接続する第3水路と、EGRクーラの出口に第2水路の暖房用ヒータコア下流を接続する第4水路と、第4水路を第1水路の第3水路との接続部下流に接続する第5水路と、第4水路と第5水路を選択的に開閉する流路切換用の電磁バルブと、暖機運転状態を検出する手段と、その検出信号に基づいて、暖機運転中は第5水路、暖機運転が終わると第4水路、を選択的に開くように流路切換用の電磁バルブを制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【0007】
第2の発明は、第1の発明に係るエンジンの冷却系回路において、第1水路と第3水路との接続部から第1水路と第5水路との接続部へ至る水路部分に介装される流量制御用の電磁弁と、暖機運転状態の検出信号に基づいて、暖気運転中は流量を絞る一方で暖機運転が終わると流量の絞りを解除するように流量制御用の電磁弁を制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【0010】
【発明の効果】
第1の発明においては、第4水路と第5水路を選択的に開閉する流路切換用の電磁バルブは、通常時(暖機以外の運転状態)に第4水路を開く(第5水路は閉じる)ように制御される。エンジンウォータジャケットの出口側からの冷却水は、第1水路から暖房用ヒータコアへ流れるが、第1水路から一部の冷却水が第3水路をEGRクーラへ流れる。その冷却水は、EGRクーラから第4水路を流れ、暖房用ヒータコアから第2水路を流れる冷却水と合流し、エンジンウォータジャケットの入口側へ戻される。暖機運転中は、流路切換用の電磁バルブにより、第5水路が開かれる(第4水路は閉じられる)のである。エンジンウォータジャケットの出口側からの冷却水は、第1水路から一部の冷却水が第3水路をEGRクーラへ流れる。その冷却水は第5水路を流れ、第1水路を暖房用ヒータコアへ流れる冷却水と合流し、暖房用ヒータコアを通過後に第2水路からエンジンウォータジャケットの入口側へ戻される。そのため、ウォータポンプにより、EGRクーラへ流れる分(暖房用ヒータコアへの流量が減る分)を補償すると、通常時においても、ヒータの性能(ヒータコアの容量)を活用しえるのである。また、暖機運転中は、EGRクーラを通過後の冷却水が暖房用ヒータコアへ流入するので、暖房の効きも早められる。つまり、暖房用ヒータコアの容量は、EGRクーラの容量に規制されないので、暖房負荷の高い大型車両においても、良好な暖房性能を廉価に確保できるのである。
【0011】
第2の発明においては、流量制御用の電磁弁により、暖機運転中は第1水路の第3水路との接続部から第5水路との接続部へ至る水路部分の流量が絞られ、EGRクーラから第5水路を通過暖房用ヒータコアへ流れる冷却水量が増えるため、暖房の効きをさらに早められる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1において、10は直列4気筒エンジンであり、シリンダブロックおよびシリンダヘッドの内部にウォータジャケットが形成される。11はエンジン10に駆動されるウォータポンプであり、ウォータジャケットの入口部に配置され、後述の第2水路bからの冷却水を吸い込み、ウォータジャケットへ送り込む(吐き出す)ようになっている。
【0015】
12は暖房装置のヒータコアであり、エンジン10の冷却系回路に介装され、チューブの内部を流れる冷却水とフィンの間を通過する空気との熱交換を行うものである。13はEGR通路に介装されるEGRクーラであり、その内部に冷媒通路が備えられ、冷媒通路を流れる冷却水と冷媒通路の周囲を通過するEGRガスとの熱交換を行うものである。
【0016】
エンジン10の冷却系回路において、ウォータジャケットの出口に暖房用ヒータコア12の入口を接続する第1水路aと、暖房用ヒータコア12の出口をウォータポンプ13の吸込側に接続する第2水路bと、第1水路aの途中にEGRクーラ13の入口を接続する第3水路cと、EGRクーラ13の出口を第2水路bの途中に接続する第4水路dと、第4水路dの途中を第1水路aの第3水路cとの接続部下流に接続する第5水路eと、が設けられる。
【0017】
第4水路dと第5水路eを選択的に開閉するのが流路切換用の電磁バルブ14であり、第4水路dと第5水路eとの接続部に介装される。第1水路aにおいては、第3水路cとの接続部から第5水路eとの接続部へ亘る水路部分a’に流量制御用の電磁バルブ15が介装され、ECU20(電子制御ユニット)により、流量切換用の電磁バルブ14と共に制御される。
【0018】
図2は制御系の構成を表すものであり、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ16と、エンジンの回転速度(回転数)を検出するエンジン回転センサ17と、アクセルペダルの踏み量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ19と、暖機運転を指示するためのウォームアップスイッチ18(W/UP・SW)と、が備えられ、これらの信号はECU20へ入力される。21はECU20の制御指令に基づいて、電磁バルブ14,15をON-OFFする手段(ドライバ)である。
【0019】
ECU20の制御内容を説明するのが図3のフローチャートであり、キースイッチのONにより起動される。S1においては、水温センサ16の検出信号を読み込み、冷却水温が所定レベルよりも低いかどうかを判定する。S2においては、W/UP・SW信号を読み込み、W/UP・SW18がON(暖機運転の指示操作時)かどうかを判定する。S3においては、アクセル開度センサ19の検出信号を読み込み、アクセル開度が全閉(ペダル解放)状態かどうかを判定する。S4においては、エンジン回転センサ17の検出信号を読み込み、エンジン回転がアイドル域かどうかを判定する。
【0020】
S1の判定〜S4の判定がすべてyesのときは、S5において、第5水路eを開く(第4水路dは閉じられる)ように流路切換用の電磁バルブ14を制御すると共に第1水路aの水路部分a’の流量を絞るように流量制御用の電磁バルブ15を制御する。S1の判定〜S4の判定がすべてyesでないときは、S6において、第4水路dを開く(第5水路eは閉じられる)ように流路切換用の電磁バルブ14を制御すると共に第1水路aの水路部分a’の絞りを解除するように流量制御用の電磁バルブ15を制御する。
【0021】
第4水路dと第5水路eを選択的に開閉する流路切換用の電磁バルブ14は、通常時(暖機以外の運転状態)に第4水路dを開くように制御される。エンジンウォータジャケットの出口側からの冷却水は、第1水路aから一部の冷却水が第3水路cをEGRクーラ13へ流れる。その冷却水は、EGRクーラ13から第4水路dを流れ、暖房用ヒータコア12から第2水路bを流れる冷却水と合流し、ウォータポンプ11の吸込側へ戻される。暖機運転中は、流路切換用の電磁バルブ14により、第5水路eが開かれる(第4水路dは閉じられる)のである。エンジンウォータジャケットの出口側からの冷却水は、第1水路aから一部の冷却水が第3水路cをEGRクーラ13へ流れ、第5水路eを第1水路aの水路部分a’へ流れ、暖房用ヒータコア12へ流入する冷却水と合流し、暖房用ヒータコア12を通過後に第2水路bからウォータポンプ11の吸込側へ戻される。
【0022】
そのため、ウォータポンプ11により、EGRクーラ13へ流れる分(暖房用ヒータコア12へ流れる冷却水量が減る分)を補償すると、通常時においても、ヒータの性能(ヒータコア12の容量)を活用しえるのである。暖機運転中は、EGRクーラ13を通過後の冷却水が暖房用ヒータコア12へ流入するので、暖房の効きも早められる。
【0023】
この実施形態においては、暖房用ヒータコア12の容量は、EGRクーラ13の容量に規制されないので、暖房負荷の高い大型車両においても、良好な暖房性能を廉価に確保できるのである。暖機運転中は、流量制御用の電磁バルブ15により、第1水路aの水路部分a’の流量が絞られ、EGRクーラ13から第5水路eを暖房用ヒータコア12へ流れる冷却水量が増加するため、暖房の効きを大いに早められる。
【0024】
図4は、別の実施形態を表すものであり、EGRクーラ13の入口側および出口側に温度応動型バルブ23a,23bが介装される。具体的には、第1水路aの途中にEGRクーラ13の入口を接続する第3水路cと、EGRクーラ13の出口を第2水路bの途中に接続する第4水路dと、のそれぞれに温度応動型バルブ23a,23bが備えられるのである。
【0025】
温度応動型バルブ23a,23bは、公知のワックスタイプが採用される。図示しないが、冷却水の流路を形成する弁室と、その内部に収容されるシリンダと、シリンダを摺動自由なピストンと、シリンダに封入されるワックスと、ワックスの膨張・収縮に伴うピストンの動き(摺動)により弁室の流路を開閉する弁体と、から構成されるものであり、ワックスの封入されるシリンダを冷却水の感温部に冷却水温が所定レベルを下回るときに閉弁する一方、冷却水温が所定レベル以上のときに開弁する動作特性に設定される。
【0026】
温度応動型バルブ23a,23bにより、冷却水温が所定レベルを下回るとき(暖機運転が必要な冷間時)は、EGRクーラ13への流量が遮断され、エンジンウォータジャケットの出口側からの冷却水は、全量が第1水路aから暖房用ヒータコア12を流れ、第2水路bからウォータポンプ11の吸込側へ戻される。冷却水温が所定レベル以上のとき(通常時)は、温度応動型バルブ23a,23bが開弁するため、第1水路aから一部の冷却水が第3水路cをEGRクーラ13へ流れる。その冷却水は、EGRクーラ13から第4水路dを流れ、暖房用ヒータコア12から第2水路bを流れる冷却水と合流し、ウォータポンプ11の吸込側へ戻されるのである。
【0027】
この実施形態においても、暖機運転時にエンジンウォータジャケットの出口側からの冷却水は、全量が第1水路aから暖房用ヒータコア12を流れるので、EGRクーラ13の追加に原因する暖房性能の低下を防げるようになる。暖房用ヒータコア12の容量は、EGRクーラ13の容量に規制されないので、暖房負荷の高い大型車両においても、良好な暖房性能を廉価に確保できるのである。
【0028】
温度応動型バルブ23a,23bは、2つでなく、第3水路cまたは第4水路dに1つのみ設けるよう、1つは削減してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態を表す概要構成図である。
【図2】同じく制御系の概要構成図である。
【図3】同じくECUの制御内容を説明するフローチャートである。
【図4】別の実施形態を表す概要構成図である。
【符号の説明】
10 エンジン
11 ウォータポンプ
12 暖房用ヒータコア
13 EGRクーラ
14 流路切換用の電磁バルブ
15 流量制御用の電磁バルブ
20 ECU(電子制御ユニット)
23a,23b 温度応動型バルブ
a 第1水路
b 第2水路
c 第3水路
d 第4水路
e 第5水路
Claims (2)
- エンジン冷却水と空気との熱交換を行う暖房用ヒータコアと、エンジン冷却水とEGRガスとの熱交換を行うEGRクーラと、エンジンウォータジャケットの出口側に暖房用ヒータコアの入口を接続する第1水路と、暖房用ヒータコアの出口をエンジンウォータジャケットの入口側に接続する第2水路と、第1水路の暖房用ヒータコア上流にEGRクーラの入口を接続する第3水路と、EGRクーラの出口に第2水路の暖房用ヒータコア下流を接続する第4水路と、第4水路を第1水路の第3水路との接続部下流に接続する第5水路と、第4水路と第5水路を選択的に開閉する流路切換用の電磁バルブと、暖機運転状態を検出する手段と、その検出信号に基づいて、暖機運転中は第5水路、暖機運転が終わると第4水路、を選択的に開くように流路切換用の電磁バルブを制御する手段と、を備えることを特徴とするエンジンの冷却系回路。
- 第1水路と第3水路との接続部から第1水路と第5水路との接続部へ至る水路部分に介装される流量制御用の電磁弁と、暖機運転状態の検出信号に基づいて、暖気運転中は流量を絞る一方で暖機運転が終わると流量の絞りを解除するように流量制御用の電磁弁を制御する手段と、を備えることを特徴とする請求項1の記載に係るエンジンの冷却系回路。
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