JP5040816B2 - Internal combustion engine cooling circuit - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の冷却系に関し、より具体的には、内燃機関と変速機とを効率よく暖機や、昇温・冷却ができる内燃機関の冷却回路に関する。 The present invention relates to a cooling system for an internal combustion engine, and more specifically to a cooling circuit for an internal combustion engine capable of efficiently warming up and heating / cooling the internal combustion engine and a transmission.
車両に搭載される内燃機関(エンジン)は、ポンプ等によって冷却水を循環することで、発生する熱を循環する冷却回路を備えている。この冷却回路は、内燃機関によって冷却水を加熱し、ラジエタによって大気と熱交換を行うことで冷却水の温度が下がるよう構成されている。また、内燃機関の冷却回路は変速機に連通され、加熱された冷却水によって変速機の作動油を適切な温度に昇温する。また、変速機の作動油の過加熱を防止するために、内燃機関の冷却水回路とは別に冷却経路を変速機に備えているものもある。 An internal combustion engine (engine) mounted on a vehicle includes a cooling circuit that circulates generated heat by circulating cooling water using a pump or the like. This cooling circuit is configured such that the temperature of the cooling water is lowered by heating the cooling water by the internal combustion engine and exchanging heat with the atmosphere by the radiator. The cooling circuit of the internal combustion engine is communicated with the transmission, and the hydraulic fluid of the transmission is heated to an appropriate temperature by the heated cooling water. Some transmissions are provided with a cooling path in addition to the cooling water circuit of the internal combustion engine in order to prevent overheating of the hydraulic fluid of the transmission.
このような内燃機関では、シリンダブロックとシリンダヘッドとは、理想的な機関温度が異なる。これに対して、シリンダブロック側冷却系とシリンダヘッド側冷却系とを独立して備える内燃機関の二系統冷却装置(特許文献1、参照。)が開示されている。
(特許文献1参照)。
(See Patent Document 1).
前述の特許文献1に記載の構成では、内燃機関の発熱は変速機の熱交換器によって消費されるため、暖機に時間がかかるという問題があった。また、内燃機関と変速機とでは理想的な機関温度が異なるが、両者ともに冷却水によって同一温度に管理されるので、内燃機関と変速機とが必ずしも十分な性能を発揮できないという問題があった。
In the configuration described in
また、変速機は自己発熱が小さく、冷却水によってオイルウォーマー(オイルクーラー)としか熱交換しないので、暖機時には、作動油が温まり難く、摺動部のフリクションが低くならないためトルク伝達効率が下がり、燃費が悪化するという問題もあった。 In addition, since the transmission has little self-heating and only exchanges heat with the oil warmer (oil cooler) by the cooling water, the hydraulic oil is difficult to warm up during warm-up, and the friction of the sliding part does not become low, resulting in lower torque transmission efficiency. There was also a problem that fuel consumption deteriorated.
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、内燃機関と変速機とを効率よく暖機したり、効率よく運転中の昇温・冷却ができる内燃機関の冷却回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and it is possible to efficiently warm up the internal combustion engine and the transmission, and to cool the internal combustion engine that can efficiently raise and cool the temperature during operation. An object is to provide a circuit.
本発明の一実施態様によると、内燃機関のシリンダヘッドに冷却水を循環する第1の冷却水経路と、内燃機関のシリンダブロックに冷却水を循環する第2の冷却水経路と、内燃機関のシリンダヘッドの温度を計測する第1の温度計測手段と、内燃機関のシリンダブロックの温度を計測する第2の温度計測手段と、変速機の作動油の温度を計測する第3の温度計測手段と、第1及び第2の冷却水経路の少なくとも一方に冷却水を循環させる切換弁と、第1、第2及び第3の温度計測手段の計測結果に基づいて、切換弁を切り換え制御すると共に、前記サーモスタットの開度を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、第1の温度計測手段によって計測された温度が第1の所定値未満である場合は、切換弁を、第2の冷却水経路のみに流通させるよう切り換え制御し、第1の温度計測手段によって計測された温度が第1の所定値以上である場合は、切換弁を、第1の冷却水経路のみに流通させるよう切り換え制御し、第2の温度計測手段によって計測された温度が第2の所定値以上である場合は、切換弁を、第1及び第2の冷却水経路に流通させるよう切り換え制御し、第3の温度計測手段によって計測された温度が第3の所定値以上である場合は、切換弁を、第1及び前記第2の冷却水経路に流通させるよう切り換え制御することを特徴とする。 According to one embodiment of the present invention, a first cooling water path for circulating cooling water to a cylinder head of an internal combustion engine, a second cooling water path for circulating cooling water to a cylinder block of the internal combustion engine, and an internal combustion engine First temperature measuring means for measuring the temperature of the cylinder head, second temperature measuring means for measuring the temperature of the cylinder block of the internal combustion engine, and third temperature measuring means for measuring the temperature of the hydraulic fluid of the transmission And a switching valve that circulates the cooling water in at least one of the first and second cooling water paths, and the switching control of the switching valve based on the measurement results of the first, second, and third temperature measuring means, Control means for controlling the opening degree of the thermostat, and when the temperature measured by the first temperature measurement means is less than the first predetermined value, the control means sets the switching valve to the second cooling Distribute only to the water channel When the temperature measured by the first temperature measuring means is equal to or higher than the first predetermined value, the switching control is performed so that the switching valve is circulated only in the first cooling water path, and the second When the temperature measured by the temperature measuring means is equal to or higher than the second predetermined value, the switching valve is controlled to flow through the first and second cooling water paths, and is measured by the third temperature measuring means. When the temperature is equal to or higher than the third predetermined value, the switching valve is controlled to be switched so as to flow through the first and second cooling water paths .
本発明によると、シリンダヘッドの温度と、シリンダブロックの温度と、変速機の作動油温度とに基づいて切換弁を制御するので、これらの温度を独立して制御することができ、シリンダヘッド、シリンダブロック及び変速機の暖機を早めることができると共に、燃費効率、トルク伝達効率、機械寿命等を向上することができる。 According to the present invention, since the switching valve is controlled based on the temperature of the cylinder head, the temperature of the cylinder block, and the hydraulic oil temperature of the transmission, these temperatures can be controlled independently. The warm-up of the cylinder block and the transmission can be accelerated, and fuel efficiency, torque transmission efficiency, machine life, etc. can be improved.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態の内燃機関の冷却回路1を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a
冷却回路1は、内燃機関(エンジン)10と、変速機20の作動油と冷却水とで熱交換を行う熱交換器21と、大気と冷却水とで熱交換を行うラジエタ30と、の間を冷却水が循環する冷却水経路40によって構成される。
The
この冷却水経路40は、冷却水を循環するポンプ50と、ラジエタ30側への冷却水経路の連通を制御してバイパス経路41のみに冷却水を流通するか、ラジエタ30にも冷却水を流通するかを、所定温度で切り換えるサーモスタット60とを備えている。
This
また、冷却水経路40は、エンジン10において、シリンダヘッド11のウォータージャケットに冷却水を流通させるシリンダヘッド側経路(第1の冷却水経路)42と、シリンダブロック12のウォータージャケットに冷却水を流通させるシリンダブロック側経路(第2の冷却水経路)43とによって構成されている。そして、これらシリンダヘッド側経路42とシリンダブロック側経路43とのいずれか一方に連通して冷却水を流通させる切換弁70とを備える。
Further, in the
シリンダヘッド11にはシリンダヘッド11の温度を測定する温度センサ(第1の温度センサ)11aが、シリンダブロック12にはシリンダブロック12の温度を測定する温度センサ(第2の温度センサ)12aが、それぞれ備えられている。
The
また、熱交換器21には、熱交換器21における変速機20の作動油温度を計測する温度センサ(第3の温度センサ)21aが備えられている。
Further, the
制御装置100は、これら温度センサ11a、12a及び21aが測定した各温度に基づいて、切換弁70の切り換えを制御するほか、サーモスタット60の切り換えを制御する。
The
ポンプ50によって循環される冷却水は、エンジン10のシリンダヘッド側経路42及びシリンダブロック側経路43の少なくとも一方を流通する。切換弁70は、例えば三方弁によって構成され、シリンダヘッド側経路42及びシリンダブロック側経路43の少なくとも一方(または両方)に冷却水を流路可能に切り換える。
The cooling water circulated by the
シリンダブロック側経路43は、シリンダブロック12の燃焼によって冷却水が過熱され、冷却水によるシリンダブロック12の暖機及び冷却が行われる。また、シリンダヘッド側経路42では、冷却水によるシリンダヘッド11の暖機及び冷却が行われる。
In the cylinder
切換弁70を通過した冷却水は、熱交換器21において、冷却水による作動油の暖機及び冷却が行われる。
The cooling water that has passed through the
これらエンジン10及び変速機20を経由した冷却水は、ラジエタ30によって大気と熱交換を行うことで冷却される。なお冷却水温度が所定温度以下である場合は、サーモスタット60が切り換え制御されて、ラジエタ30への経路をキャンセルしてバイパス経路41のみに流通させることで、エンジン10の暖機を促進する。
The cooling water passing through the
サーモスタット60を通過した冷却水は、再びポンプ50によって、冷却水経路40内を循環する。
The cooling water that has passed through the
サーモスタット60は、開度を可変として流量を制御可能に構成したいわゆる電制サーモスタットを用いる。制御装置100は、予め設定した冷却水の目標温度(例えば90[℃])に基づいて、冷却水温度が該目標温度となるようにサーモスタット60の弁開度を制御する。例えば、冷却水温度が目標温度よりも高い場合には弁開度を大きくしてラジエタ30への冷却水流量を小さくする。また、冷却水温度が目標温度よりも低い場合には弁開度を小さくして、ラジエタ30への冷却水流量を大きくする。
The
次に、このように構成された冷却回路1の動作を説明する。
Next, the operation of the
本願発明の冷却回路1は、制御装置100が、シリンダヘッド11の温度と、シリンダブロック12の温度と、変速機20の熱交換器21における作動油の温度と、に基づいて、切換弁70及びサーモスタット60を制御する。これにより、エンジン10によって加熱された冷却水が熱交換器21において変速機20を暖機する。また、暖機後は、ラジエタ30によって冷却水の大気と熱交換されて冷却され、この冷却された冷却水が熱交換器21において変速機20を冷却する。
In the
より具体的には以下のような処理を実行する。 More specifically, the following processing is executed.
まず、制御装置100は、シリンダヘッド11の温度が所定温度T1[℃]以上となったか否かを判定して、以下の処理を実行する(処理A)。
First, the
シリンダヘッド11の温度が所定温度T1[℃]に満たない場合は、制御装置100は、切換弁70を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路42を遮断して冷却水を流入させず、シリンダブロック側経路43のみに冷却水が流通する状態とする。
When the temperature of the
この状態では、図2に示すように、エンジン10においては、最も加熱するシリンダブロック12のみに冷却水が流通する。また、この状態ではサーモスタット60はバイパス経路41側に制御される。従って、冷却水はシリンダブロック側経路43及び熱交換器21のみを循環するので、エンジン10と変速機20との暖機を促進する。
In this state, as shown in FIG. 2, in the
一方、シリンダヘッド11の温度が所定温度T1[℃]以上となった場合は、制御装置100は、切換弁70を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路42に冷却水を流通させ、シリンダブロック側経路43を遮断して冷却水が流入しない状態とする。
On the other hand, when the temperature of the
この状態では、図3に示すように、エンジン10においては、シリンダブロック12の冷却水の流通が遮断され、シリンダヘッド11のみ冷却水が流通する状態となる。従って、シリンダブロック側経路43内の冷却水は循環しないので、エンジン10の暖機をより早めることができる。また、冷却水の温度は、既に前述のT1[℃]以上となっているため、シリンダヘッド11及び変速機20の暖機は維持されている。
In this state, as shown in FIG. 3, in the
ここで、シリンダブロック12において冷却水が循環しない場合は、シリンダブロック12の温度が急激に上昇する。そこで、制御装置100は、シリンダブロック12の温度が所定温度T2[℃]以上となったか否かを判定して、以下の処理を実行する(処理B)。なお、T2>T1とする。
Here, when the cooling water does not circulate in the
シリンダヘッド11の温度が所定温度T2[℃]に満たない場合は、制御装置100は、切換弁70を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路42に冷却水を流通させ、シリンダブロック側経路43を遮断して冷却水が流入しない状態とする(前述の図3の状態)。
When the temperature of the
一方、シリンダヘッド11の温度が所定温度T2[℃]に以上となった場合は、制御装置100は、切換弁70を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路42とシリンダブロック側経路43との双方に冷却水が流通する状態とする。
On the other hand, when the temperature of the
この状態では、図4に示すように、エンジン10においては、シリンダヘッド側経路42とシリンダブロック側経路43とに冷却水が流通する。従って、シリンダブロック12によって加熱された冷却水は、熱交換器21及びシリンダブロック12を循環して暖機を行うと共に、シリンダブロック側経路43を循環してシリンダブロック12の過加熱を抑制する。
In this state, as shown in FIG. 4, in the
また、制御装置100は、変速機20の熱交換器21の温度がT3[℃]以上となったか否かを判定して、以下の処理を実行する(処理C)。なお、T3>T1とする。
Further, the
熱交換器21の温度がT3[℃]に満たない場合は、制御装置100は、切換弁70を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路42に冷却水を流通させ、シリンダブロック側経路43に冷却水が流入しない状態とする(前述の図2の状態)。
When the temperature of the
熱交換器21の温度が所定温度T3[℃]に以上となった場合は、制御装置100は、切換弁70を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路42と、シリンダブロック側経路43との双方に冷却水が流通する状態とする。
When the temperature of the
なお、この処理Cは、前述の処理A及び処理Bと並列して実行される。すなわち、シリンダヘッド11の温度がT1[℃]以上となった場合であり、かつ、シリンダブロック12の温度がT2[℃]以上となった場合、又は、熱交換器21の温度がT3[℃]以上となった場合に、制御装置100は、シリンダヘッド側経路42と、シリンダブロック側経路43との双方に冷却水が流通する状態とする。
The process C is executed in parallel with the process A and the process B described above. That is, when the temperature of the
この状態では、前述の図4と同様に、エンジン10においては、シリンダヘッド11とシリンダブロック12とに冷却水が流通する。従って、シリンダブロック12によって加熱された冷却水は、熱交換器21及びシリンダブロック12を循環して暖機を行うと共に、シリンダブロック12を循環してシリンダブロック12を冷却する。
In this state, the cooling water flows through the
また、制御装置100は、シリンダヘッド11の温度が所定温度T1[℃]以上となった場合、シリンダブロック12の温度が所定温度T2[℃]以上となった場合、又は、熱交換器21の温度が所定温度T3[℃]以上となった場合には、サーモスタット60を、ラジエタ30側に冷却水が流通するように切り換え制御する(処理D)。
Further, the
この状態では、図5に示すように、冷却水がラジエタ30に循環する。これにより、ラジエタ30において冷却水と大気とで熱交換が行われるので、冷却水温度が下がり、エンジン10のシリンダヘッド11、シリンダブロック12及び変速機20の温度上昇を抑制することができる。
In this state, the cooling water circulates in the
なお、この処理Dは、前述の処理A、処理B及び処理Cと並列して実行される。すなわち、サーモスタット60を切り換え制御する処理と並列して、前述の処理A、処理B及び処理Cにおいて、切換弁70が切り換え制御される。
Note that the process D is executed in parallel with the process A, the process B, and the process C described above. That is, in parallel with the process for controlling the switching of the
例えば、サーモスタット60の切り換えによりラジエタ30に冷却水が循環した結果、冷却水温度がT2[℃]以下となった場合は、エンジン10が過冷却状態となるが、前述の処理Bにより、制御装置100が、切換弁70を切り換え制御してシリンダヘッド側経路42に冷却水を流通させ、シリンダブロック側経路43に冷却水が流入しない状態とする。これにより、シリンダブロック12側の過冷却を防ぎ、フリクションロスの悪化を抑えることができる。また、シリンダヘッド11では、冷却が促進されるので、ノックを抑えることができる。なお、このとき、冷却水温度がT1[℃]を超えていれば、サーモスタット60がバイパス経路41側に切り換わることはない。
For example, when the cooling water temperature becomes T2 [° C.] or less as a result of the circulation of the cooling water to the
このように、冷却水温度が上昇して、サーモスタット60がラジエタ30側に切り換わった場合に、冷却水温度が急激に低下したとしても、エンジンの燃費や発生トルクを低下させることがないように制御される。
Thus, when the cooling water temperature rises and the
なお、前述の制御では、T1、T2及びT3[℃]を、制御を切り換える閾値としたが、制御のハンチングを抑えるためにヒステリシスを設定してもよい。 In the above-described control, T1, T2, and T3 [° C.] are set as threshold values for switching control, but hysteresis may be set to suppress control hunting.
以上のように、本発明の実施の形態の内燃機関の冷却回路1は、エンジンのシリンダヘッド11、シリンダブロック12及び変速機20の各温度に基づいて、切換弁70を切り換え制御する。より具体的には、シリンダヘッド11の温度に基づいてシリンダヘッド11に冷却水を流通させるか否かを制御し、シリンダブロック12の温度に基づいてシリンダブロック12に冷却水を流通させるか否かを制御し、変速機20の温度に基づいてシリンダブロック12に冷却水を流通させるか否かを制御する。そしてさらに、サーモスタット60がラジエタ30側に開成した場合は、サーモスタット60の開度を制御して、循環する冷却水の温度を制御する。
As described above, the
このように制御することによって、エンジン10のシリンダヘッド11の温度、シリンダブロック12の温度及び変速機20の温度を、それぞれ個別に制御することができる。例えば、シリンダブロック12は、所定温度(例えば90℃以上)において最も燃費が良くなるが、シリンダヘッド11は、この所定温度以下とすることで、ノック防止が図れる。また、変速機20を所定温度以下とすることで、摩耗防止等、機能信頼性を向上することができる。
By controlling in this way, the temperature of the
このように、シリンダヘッド11、シリンダブロック12及び変速機の温度をそれぞれ制御することにより、エンジン始動時に効率よく暖機でき、燃費効率を向上できると共に、フリクションロスやノックを低減でき、エンジン10の出力の伝達効率が高まる。
In this way, by controlling the temperatures of the
1 冷却回路
10 エンジン
11 シリンダヘッド
11a 温度センサ
12 シリンダブロック
12a 温度センサ
20 変速機
21 熱交換器
21a 温度センサ
30 ラジエタ
40 冷却水経路
41 バイパス経路
42 シリンダヘッド側経路
43 シリンダブロック側経路
50 ポンプ
60 サーモスタット
70 切換弁
100 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
開度によって通過する冷却水の流量を調節可能に構成され、前記ラジエタへの経路を遮断してバイパス経路に切り換え可能なサーモスタットと、
前記内燃機関のシリンダヘッドに冷却水を循環する第1の冷却水経路と、
前記内燃機関のシリンダブロックに冷却水を循環する第2の冷却水経路と、
前記内燃機関のシリンダヘッドの温度を計測する第1の温度計測手段と、
前記内燃機関のシリンダブロックの温度を計測する第2の温度計測手段と、
前記変速機の作動油の温度を計測する第3の温度計測手段と、
前記第1及び第2の冷却水経路の少なくとも一方に冷却水を循環させる切換弁と、
前記第1、第2及び第3の温度計測手段の計測結果に基づいて、前記切換弁を切り換え制御すると共に、前記サーモスタットの開度を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記第1の温度計測手段によって計測された温度が第1の所定値未満である場合は、前記切換弁を、前記第2の冷却水経路のみに流通させるよう切り換え制御し、
前記第1の温度計測手段によって計測された温度が第1の所定値以上である場合は、前記切換弁を、前記第1の冷却水経路のみに流通させるよう切り換え制御し、
前記第2の温度計測手段によって計測された温度が第2の所定値以上である場合は、前記切換弁を、前記第1及び前記第2の冷却水経路に流通させるよう切り換え制御し、
前記第3の温度計測手段によって計測された温度が第3の所定値以上である場合は、前記切換弁を、前記第1及び前記第2の冷却水経路に流通させるよう切り換え制御する
ことを特徴とする内燃機関の冷却回路。 In a cooling circuit for an internal combustion engine in which cooling water is circulated by a pump between the internal combustion engine, a transmission, and a radiator,
A thermostat configured to be able to adjust the flow rate of the cooling water passing through the opening, and capable of switching to the bypass path by blocking the path to the radiator;
A first cooling water path for circulating cooling water to a cylinder head of the internal combustion engine;
A second cooling water path for circulating cooling water to a cylinder block of the internal combustion engine;
First temperature measuring means for measuring the temperature of the cylinder head of the internal combustion engine;
Second temperature measuring means for measuring the temperature of the cylinder block of the internal combustion engine;
Third temperature measuring means for measuring the temperature of hydraulic oil of the transmission;
A switching valve for circulating cooling water in at least one of the first and second cooling water paths;
Based on the measurement results of the first, second and third temperature measuring means, the switching valve is controlled to switch, and the control means for controlling the opening of the thermostat;
Equipped with a,
The control means includes
When the temperature measured by the first temperature measuring means is less than a first predetermined value, the switching valve is controlled to flow only in the second cooling water path,
When the temperature measured by the first temperature measuring means is equal to or higher than a first predetermined value, the switching valve is controlled to flow only through the first cooling water path,
If the temperature measured by the second temperature measuring means is equal to or higher than a second predetermined value, the switching valve is controlled to flow through the first and second cooling water paths,
When the temperature measured by the third temperature measuring means is equal to or higher than a third predetermined value, the switching valve is controlled to flow through the first and second cooling water paths. > A cooling circuit for an internal combustion engine.
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