JP5903917B2 - Cooling device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、ターボチャージャ付き内燃機関に適用される冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device applied to an internal combustion engine with a turbocharger.
内燃機関の冷却装置として、冷却水をシリンダヘッドの排気系、ターボチャージャ、ラジエータ及びシリンダブロックの順番に流す冷却系統を備えたものが知られている(特許文献1)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2〜4が存在する。
As a cooling device for an internal combustion engine, a cooling system including a cooling system for flowing cooling water in order of an exhaust system of a cylinder head, a turbocharger, a radiator, and a cylinder block is known (Patent Document 1). In addition, there are
特許文献1の冷却装置は、ターボチャージャを冷却した冷却水がシリンダブロックのウォータアウトレットに供給されるため暖機性はよい。しかし、暖機後におけるシリンダヘッドの吸気系に対する冷却が十分といえないから、冷却性能と暖機性との両立を図るには改善の余地がある。
The cooling device of
そこで、本発明は、冷却性能と暖機性との両立を図ることが可能な内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a cooling device for an internal combustion engine that can achieve both cooling performance and warm-up performance.
本発明の冷却装置は、吸気ポートが形成されたシリンダヘッドと、シリンダヘッドが接続されるシリンダブロックとを備えターボチャージャが取り付けられたターボチャージャ付き内燃機関に適用される内燃機関の冷却装置において、前記内燃機関を冷却し、設定温度が互いに異なりかつ独立した2つの冷却系統と、前記2つの冷却系統のいずれか一方の冷却系統に含まれ、前記吸気ポート、前記ターボチャージャ及び前記シリンダブロックの順序でこれらを冷却する冷却回路と、を備えたものである(請求項1)。 The cooling device of the present invention is a cooling device for an internal combustion engine applied to an internal combustion engine with a turbocharger having a cylinder head to which an intake port is formed and a cylinder block to which the cylinder head is connected, to which a turbocharger is attached. Two cooling systems that cool the internal combustion engine and have different set temperatures and are independent from each other, and included in any one of the two cooling systems, the order of the intake port, the turbocharger, and the cylinder block And a cooling circuit for cooling them (claim 1).
この冷却装置によれば、暖機完了後の通常運転時においては、一方の冷却系統によって吸気ポートが冷却されて内燃機関のノッキングを抑制できるとともに、この冷却系統と独立した他方の冷却系統によって内燃機関が冷却されるので通常運転時の冷却性能が高い。そして、内燃機関の暖機完了前の冷間時においては、ターボチャージャの冷却でターボチャージャから奪った熱をシリンダブロックへ移すことができるため暖機性が向上する。従って、冷却性能と暖機性との両立を図ることができる。 According to this cooling device, during normal operation after the completion of warm-up, the intake port is cooled by one cooling system and knocking of the internal combustion engine can be suppressed, and the other cooling system independent of this cooling system can Since the engine is cooled, the cooling performance during normal operation is high. When the internal combustion engine is warm before completion of warm-up, the heat taken from the turbocharger by the cooling of the turbocharger can be transferred to the cylinder block, so that the warm-up performance is improved. Therefore, both cooling performance and warm-up performance can be achieved.
本発明の冷却装置の一態様において、前記一方の冷却系統は、前記設定温度が他方の冷却系統に比べて低くてもよい(請求項2)。この態様によれば、他の冷却系統よりも低温域で吸気ポートを冷却できるため冷却性能が更に向上する。 In one aspect of the cooling device of the present invention, the one cooling system may have a lower set temperature than the other cooling system (Claim 2). According to this aspect, since the intake port can be cooled in a lower temperature region than other cooling systems, the cooling performance is further improved.
本発明の冷却装置の一態様において、前記一方の冷却系統は、冷却に用いる冷媒の流量が他方の冷却系統に比べて少なくてもよい(請求項3)。この場合は一方の冷却系統の熱容量が他方の冷却系統に比べて小さくなって冷媒が昇温し易くなるので暖機性が更に向上する。 In one aspect of the cooling device of the present invention, the one cooling system may have a smaller refrigerant flow rate for cooling than the other cooling system. In this case, the heat capacity of one cooling system is smaller than that of the other cooling system, and the temperature of the refrigerant is easily increased, so that the warm-up property is further improved.
本発明の冷却装置の一態様において、前記内燃機関には前記ターボチャージャに過給された空気を冷却するためのインタークーラが設けられており、前記冷却回路は、前記吸気ポートを冷却する前に前記インタークーラを冷却してもよい(請求項4)。この態様によれば、発熱量が高い吸気ポートの冷却の前にインタークーラが冷却されるため、インタークーラを低温に保つことが容易である。 In one aspect of the cooling device of the present invention, the internal combustion engine is provided with an intercooler for cooling the air supercharged to the turbocharger, and the cooling circuit is configured to cool the intake port before cooling it. The intercooler may be cooled (Claim 4). According to this aspect, since the intercooler is cooled before cooling the intake port having a high calorific value, it is easy to keep the intercooler at a low temperature.
本発明の冷却装置の一態様において、前記内燃機関はシリンダ内に燃料を直接噴射するインジェクタが設けられた筒内直接噴射式の内燃機関であり、前記冷却回路は、前記ターボチャージャを冷却する前に前記インジェクタを冷却してもよい(請求項5)。内燃機関の高温運転時においては、インジェクタが加熱されてインジェクタ内部に存在する燃料が気化することにより燃料噴射が上手くできずに、例えば内燃機関の再始動性を悪化させる。この態様によれば、インジェクタが冷却されることによって、インジェクタ内部に存在する燃料の気化を防止できるから再始動性の悪化を抑制できる。また、ターボチャージャの冷却によって冷媒が昇温する前にインジェクタが冷却されるのでインジェクタの冷却性が高い。 In one aspect of the cooling device of the present invention, the internal combustion engine is a direct injection type internal combustion engine provided with an injector that directly injects fuel into a cylinder, and the cooling circuit is configured to cool the turbocharger. Alternatively, the injector may be cooled. During high-temperature operation of the internal combustion engine, the injector is heated and the fuel existing inside the injector is vaporized, so that fuel injection cannot be performed well, and the restartability of the internal combustion engine is deteriorated, for example. According to this aspect, when the injector is cooled, the fuel existing inside the injector can be prevented from being vaporized, so that the restartability can be prevented from deteriorating. Further, since the injector is cooled before the temperature of the refrigerant rises due to the cooling of the turbocharger, the coolability of the injector is high.
以上説明したように、本発明の冷却装置によれば、暖機完了後の通常運転時においては、一方の冷却系統によって吸気ポートが冷却されて内燃機関のノッキングを抑制できるとともに、この冷却系統と独立した他方の冷却系統によって内燃機関が冷却されるので通常運転時の冷却性能が高い。そして、内燃機関の暖機完了前の冷間時においては、ターボチャージャの冷却でターボチャージャから奪った熱をシリンダブロックへ移すことができるため暖機性が向上する。従って、冷却性能と暖機性との両立を図ることができる。 As described above, according to the cooling device of the present invention, during normal operation after completion of warm-up, the intake port is cooled by one cooling system and knocking of the internal combustion engine can be suppressed. Since the internal combustion engine is cooled by the other independent cooling system, the cooling performance during normal operation is high. When the internal combustion engine is warm before completion of warm-up, the heat taken from the turbocharger by the cooling of the turbocharger can be transferred to the cylinder block, so that the warm-up performance is improved. Therefore, both cooling performance and warm-up performance can be achieved.
(第1の形態)
図1及び図2に示すように、内燃機関1は複数(図では一つ)のシリンダ2が設けられ、シリンダ2内にピストン3が往復動自在に設けられたレシプロ式の内燃機関として構成されている。内燃機関1は各シリンダ2が形成されたシリンダブロック6と、各シリンダ2の上部を塞ぐようにしてシリンダブロック6に接続されたシリンダヘッド7とを有する。シリンダブロック6にはインジェクタ8が先端部をシリンダ2内に臨ませるようにして取り付けられている。従って、内燃機関1はインジェクタ8にてシリンダ2内に燃料を直接噴射する筒内直接噴射式の内燃機関として構成される。
(First form)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
シリンダヘッド7にはシリンダ内に空気を流入させる吸気ポート10と、燃焼後の排気をシリンダ2から排出させる排気ポート11とがそれぞれ形成されている。吸気ポート10は吸気バルブ13にて、排気ポート11は排気バルブ14にてそれぞれ所定タイミングで開閉される。なお、図示を省略したが、シリンダヘッド7にはシリンダ2内に形成された混合気を着火する点火プラグが取り付けられている。内燃機関1には排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボチャージャ15が設けられており、そのターボチャージャ15にて圧縮された空気は吸気ポート10を介してシリンダ2内に取り込まれて燃焼に供される。また、内燃機関1にはターボチャージャ15により過給された空気を冷却するインタークーラ16が取り付けられている。
The cylinder head 7 is formed with an
図1に示すように、内燃機関1にはその各部を冷却するための冷却装置20が適用されている。冷却装置20は互いに独立した二つの冷却系統21、22備えている。エンジン冷却系統21は主としてシリンダヘッド7の排気ポート11周辺を冷却する。エンジン冷却系統21は破線で示した経路に沿って冷媒であるクーラントを循環させる冷却回路23を有している。冷却回路23には、冷却が終わったクーラントと外気との間で熱交換を行う熱交換器24が設けられており、その熱交換器24にて熱交換されたクーラントはポンプ25にて圧送される。シリンダヘッド7には排気ポート11を取り囲むように形成された冷媒通路26が形成されており、その冷媒通路26は冷却回路23の一部を構成する。シリンダヘッド7の下流の冷却回路30は熱交換器24に接続されている。図示のようにクーラントが冷却回路23に沿って循環するため、シリンダヘッド7の排気ポート11の周辺が冷却される。
As shown in FIG. 1, the
低温冷却系統22は、上述したエンジン冷却系統21よりも設定温度が低くなるように設定され、かつクーラントの流量がエンジン冷却系統21よりも少なくなるように設定されている。低温冷却系統22は実線で示した冷却回路30を備えており、クーラントは冷却回路30に沿って循環する。
The low-
冷却回路30には冷却後のクーラントと外気との間で熱交換を行う熱交換器31が設けられており、その熱交換器31にて熱交換されたクーラントはポンプ32にて圧送される。冷却回路30はポンプ32の下流側で二つに分岐され、一方の分岐路30aはシリンダヘッド7側に延びており、他方の分岐路30bはインタークーラ16に接続されている。シリンダヘッド7側に延びた分岐路30aは、吸気ポート10を取り囲むようにしてシリンダヘッド7に形成された冷媒通路35に通じており、その冷媒通路35は冷却回路30の一部を構成する。冷媒通路35にクーラントが導かれることにより、吸気ポート10が冷却される。冷却回路30は冷媒通路35を経てターボチャージャ15に接続され、クーラントはターボチャージャ15の内部に形成された不図示の通路に導かれてターボチャージャ15の各部を冷却する。
The
図1に示すように、ターボチャージャ15の下流の冷却回路30はシリンダブロック6に形成されたウォータジャケット36に接続されている。周知のようにウォータジャケット36は各シリンダ2を取り囲むように延びている通路である。ウォータジャケット36の下流において、インタークーラ16を冷却した他方の分岐路30bが合流している。冷却回路30はその合流位置よりも下流で熱交換器31に接続されている。このように、低温冷却系統22に含まれる冷却回路30は、吸気ポート10、ターボチャージャ15及びシリンダブロック6の順序でこれらを冷却する。
As shown in FIG. 1, the
冷却装置20は上記構成を有するため、内燃機関1の暖機完了後の通常運転時においては、低温冷却系統22によって吸気ポート10が冷却されて内燃機関1のノッキングを抑制できるとともに、この冷却系統と独立したエンジン冷却系統21によって内燃機関1が冷却されるので通常運転時の冷却性能が高い。そして、内燃機関1の暖機完了前の冷間時においては、ターボチャージャ15の冷却でターボチャージャ15から奪った熱をシリンダブロック6へ移すことができるため暖機性が向上する。従って、冷却装置20は冷却性能と暖機性との両立を図ることができる。
Since the
また、低温冷却系統22の設定温度がエンジン冷却系統21に比べて低いので、低温冷却系統22はエンジン冷却系統21よりも低温域で吸気ポート10を冷却できるため冷却性能が更に向上する。しかも、低温冷却系統22は、冷却に用いるクーラントの流量がエンジン冷却系統21に比べて少ないので、低温冷却系統22の熱容量がエンジン冷却系統21に比べて小さくなる。従って、低温冷却系統22のクーラントが昇温し易くなるので暖機性が更に向上する。本形態においては、低温冷却系統22が本発明に係る一方の冷却系統に、エンジン冷却系統21が本発明に係る他の冷却系統にそれぞれ相当する。
Further, since the set temperature of the low-
(第2の形態)
次に、本発明の第2の形態を、図3を参照しながら説明する。第2の形態は冷却装置の一部の形態を除いて第1の形態と共通するので、共通する部材には同一の参照符号を図面に付して説明を省略する。第2の形態に係る冷却装置40は互いに独立な二つの冷却系統41、42を有している。エンジン冷却系統41は第1の形態の冷却系統21と同一の構成である。低温冷却系統42はエンジン冷却系統41に比べて設定温度が低くかつクーラントの流量が少なくなるように設定されている。低温冷却系統42は冷却回路45を含んでおり、その冷却回路45には熱交換器46及びポンプ47が設けられている。ポンプ47の下流の冷却回路45は、第1の形態と異なり分岐せずにインタークーラ16に接続されている。従って、冷却回路45は吸気ポート10を冷却する前にインタークーラ16を冷却することになる。
(Second form)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since the second form is common to the first form except for some forms of the cooling device, the same reference numerals are assigned to the common members in the drawings, and the description is omitted. The
第2の形態によれば、第1の形態と同様に、吸気ポート10、ターボチャージャ15及びシリンダブロック6の順序で冷却されるから第1の形態と同一の効果を得ることができる。更に、第2の形態によれば、発熱量が高い吸気ポート10の冷却の前にインタークーラ16が冷却されるため、インタークーラ16を低温に保つことが容易である。本形態においては、低温冷却系統42が本発明に係る一方の冷却系統に、エンジン冷却系統41が本発明に係る他の冷却系統にそれぞれ相当する。
According to the second mode, similar to the first mode, cooling is performed in the order of the
(第3の形態)
次に、本発明の第3の形態を、図4及び図5を参照しながら説明する。第3の形態は冷却装置の一部の形態を除いて第1の形態と共通するので、共通する部材には同一の参照符号を図面に付して説明を省略する。第3の形態に係る冷却装置50は互い独立な二つの冷却系統51、52を有している。エンジン冷却系統51は第1の形態の冷却系統21と同一の構成である。低温冷却系統52はエンジン冷却系統51に比べて設定温度が低くかつクーラントの流量が少なくなるように設定されている。低温冷却系統52は冷却回路55を含んでおり、その冷却回路55には熱交換器56及びポンプ57が設けられている。冷却回路55はポンプ57の下流で二つに分岐し、一方の分岐路55aがシリンダヘッド7側へ延びており、他方の分岐路55bがインタークーラ16に接続されている。シリンダヘッド7には吸気ポート10を囲むようにして冷媒通路58が形成されており、その冷媒通路58はインジェクタ8を取り囲むようにしてシリンダブロック6に形成された冷媒通路59と繋がっている。各冷媒通路58、59は冷却回路55の一部を構成する。従って、シリンダヘッド7に導かれたクーラントは図5の矢印で示すように、各冷媒通路58、59にて吸気ポート10及びインジェクタ8の周囲に導かれてこれらを冷却し、ターボチャージャ15へ導かれる。つまり、冷却回路55はターボチャージャ15を冷却する前にインジェクタ8を冷却する。
(Third form)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the third form is common to the first form except for some forms of the cooling device, common members are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof is omitted. The
第3の形態によれば、第1の形態と同様に、吸気ポート10、ターボチャージャ15及びシリンダブロック6の順序でこれらが冷却されるから第1の形態と同一の効果を得ることができる。更に、第3の形態によれば、インジェクタ8が冷却されることによって、インジェクタ8内部に存在する燃料の気化を防止できるから、その気化によって燃料噴射がうまく行かずに内燃機関1の再始動性が悪化する事態を防止できる。また、ターボチャージャ15の冷却によってクーラントが昇温する前にインジェクタ8が冷却されるのでインジェクタ8の冷却性が高い。本形態においては、低温冷却系統52が本発明に係る一方の冷却系統に、エンジン冷却系統51が本発明に係る他の冷却系統にそれぞれ相当する。
According to the third mode, similar to the first mode, since the
本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記各形態では、冷却装置が適用される内燃機関として筒内直接噴射式の内燃機関が例示されているが、本発明の冷却装置は適用対象となる内燃機関の形式を問わない。例えば、吸気ポートにインジェクタが設けられたポート噴射式の内燃機関に本発明を適用できるし、点火プラグを要しない自着火型のディーゼル機関等の内燃機関にも本発明を適用できる。 This invention is not limited to the said form, It can implement with a various form within the range of the summary of this invention. In each of the above embodiments, an in-cylinder direct injection internal combustion engine is exemplified as the internal combustion engine to which the cooling device is applied. However, the cooling device of the present invention may be applied to any type of internal combustion engine. For example, the present invention can be applied to a port injection type internal combustion engine in which an injector is provided in an intake port, and the present invention can also be applied to an internal combustion engine such as a self-ignition type diesel engine that does not require a spark plug.
1 内燃機関
6 シリンダブロック
7 シリンダヘッド
8 インジェクタ
10 吸気ポート
15 ターボチャージャ
16 インタークーラ
20、40、50 冷却装置
21、41、51 エンジン冷却系統(他方の冷却系統)
22、42、52 低温冷却系統(一方の冷却系統)
30、45、55 冷却回路
DESCRIPTION OF
22, 42, 52 Low-temperature cooling system (one cooling system)
30, 45, 55 Cooling circuit
Claims (5)
前記内燃機関を冷却し、設定温度が互いに異なりかつ独立した2つの冷却系統と、
前記2つの冷却系統のいずれか一方の冷却系統に含まれ、前記吸気ポート、前記ターボチャージャ及び前記シリンダブロックの順序でこれらを冷却する冷却回路と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。 In a cooling device for an internal combustion engine applied to an internal combustion engine with a turbocharger that includes a cylinder head in which an intake port is formed, and a cylinder block to which the cylinder head is connected, to which a turbocharger is attached.
Two cooling systems for cooling the internal combustion engine and having different set temperatures and independent from each other;
A cooling circuit that is included in one of the two cooling systems and cools the intake port, the turbocharger, and the cylinder block in this order;
A cooling apparatus for an internal combustion engine, comprising:
前記冷却回路は、前記吸気ポートを冷却する前に前記インタークーラを冷却する請求項1〜3のいずれか一項に記載の冷却装置。 The internal combustion engine is provided with an intercooler for cooling the air supercharged to the turbocharger,
The cooling device according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling circuit cools the intercooler before cooling the intake port.
前記冷却回路は、前記ターボチャージャを冷却する前に前記インジェクタを冷却する請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷却装置。 The internal combustion engine is an in-cylinder direct injection internal combustion engine provided with an injector that directly injects fuel into a cylinder.
The cooling device according to claim 1, wherein the cooling circuit cools the injector before cooling the turbocharger.
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