JP6201886B2 - Intake air cooling system - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの吸気を冷却する吸気冷却装置に関する。 The present invention relates to an intake air cooling device that cools intake air of an engine.
従来、特許文献1には、熱交換流体を2つの温度レベルに冷却する熱交換器を備える冷却装置が記載されている。この熱交換器は、1つの流入ノズルと2つの流出ノズルと3つの流路とを有しており、1つの流入ノズルから熱交換流体が流入し、3つの流路のうち1つの流路のみを通過した熱交換流体が一方の流出ノズルから流出し、3つの流路を全て通過した熱媒体が他方の流出ノズルから流出する。 Conventionally, Patent Document 1 describes a cooling device including a heat exchanger that cools a heat exchange fluid to two temperature levels. This heat exchanger has one inflow nozzle, two outflow nozzles, and three flow paths, and heat exchange fluid flows from one inflow nozzle and only one of the three flow paths. The heat exchange fluid that has passed through one of the outflow nozzles flows out, and the heat medium that has passed through all three flow paths flows out of the other outflow nozzle.
一方の流出ノズルから流出した熱交換流体は、他方の流出ノズルから流出した熱交換流体よりも高温となっている。 The heat exchange fluid flowing out from one outflow nozzle has a higher temperature than the heat exchange fluid flowing out from the other outflow nozzle.
近年、ターボ過給した小排気量エンジンを採用することによって燃費を向上させる過給ダウンサイジング車が増えつつある。過給ダウンサイジング車では、過給気を冷却するインタークーラを水冷式にするのが好ましい。インタークーラを水冷式にした場合、インタークーラを空冷式にした場合と比較して吸気系の容量を減らすことができるので、エンジンレスポンスを向上できるからである。 In recent years, supercharged downsizing vehicles that improve fuel efficiency by adopting turbocharged small displacement engines are increasing. In the supercharged downsizing vehicle, it is preferable that the intercooler that cools the supercharged air is a water-cooled type. This is because when the intercooler is water-cooled, the capacity of the intake system can be reduced as compared with the case where the intercooler is air-cooled, so that the engine response can be improved.
インタークーラは、過給気を外気温度よりも10℃程度高い温度まで冷却する。そのため、水冷式インタークーラを採用する場合、既存のエンジン冷却回路を循環する冷却水(80℃程度)よりも低温の冷却水を水冷式インタークーラに流通させる必要がある。 The intercooler cools the supercharged air to a temperature that is about 10 ° C. higher than the outside air temperature. Therefore, when adopting a water-cooled intercooler, it is necessary to circulate cooling water having a temperature lower than that of the circulating water (about 80 ° C.) circulating in the existing engine cooling circuit to the water-cooled intercooler.
そこで、エンジン冷却回路を循環する冷却水をさらに冷却してから水冷式インタークーラに流通させる構成が考えられる。具体的には、エンジン冷却回路に設けられた既存のラジエータで冷却された冷却水の一部をインタークーラ用ラジエータでさらに冷却してからインタークーラに流通させる構成が考えられる。 Therefore, a configuration in which the cooling water circulating in the engine cooling circuit is further cooled and then distributed to the water-cooled intercooler can be considered. Specifically, a configuration in which a part of the cooling water cooled by an existing radiator provided in the engine cooling circuit is further cooled by an intercooler radiator and then distributed to the intercooler can be considered.
この構成によると、エンジン冷却回路に設けられた既存のポンプを利用して水冷式インタークーラに冷却水を流通させることができるので、水冷式インタークーラ用の冷却水回路をエンジン冷却回路とは独立に設ける構成と比較してポンプの個数を削減できる。 According to this configuration, since the cooling water can be circulated through the water-cooled intercooler using the existing pump provided in the engine cooling circuit, the cooling water circuit for the water-cooled intercooler is independent of the engine cooling circuit. The number of pumps can be reduced as compared with the configuration provided in FIG.
しかしながら、この構成によると、エンジン冷却回路の冷却水が常にインタークーラ用ラジエータを流通して冷却されるので、暖機性能が損なわれるという問題がある。すなわち、エンジンを始動した直後の暖機時に冷却水が適切な温度(80℃程度)まで昇温するのに時間がかかり、エンジンの燃費を悪化させてしまうという問題がある(後述する図3を参照)。 However, according to this configuration, the cooling water of the engine cooling circuit is always circulated through the intercooler radiator to be cooled, so that there is a problem that the warm-up performance is impaired. That is, it takes time for the cooling water to rise to an appropriate temperature (about 80 ° C.) at the time of warming up immediately after starting the engine, resulting in a problem that the fuel consumption of the engine is deteriorated (see FIG. 3 described later). reference).
この対策として、暖機時にエンジン冷却回路の冷却水がインタークーラ用ラジエータに流通しないようにして暖機性能を確保することが考えられるが、この対策によると暖機時に吸気を冷却できないという問題が発生する。 As a countermeasure, it is conceivable to ensure warm-up performance by preventing cooling water from the engine cooling circuit from flowing to the intercooler radiator during warm-up. However, this measure has the problem that the intake air cannot be cooled during warm-up. Occur.
本発明は上記点に鑑みて、エンジン吸気の冷却性能を確保しつつ、エンジン暖機性能が損なわれることを抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to prevent the engine warm-up performance from being impaired while ensuring the cooling performance of the engine intake air.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、
エンジン(11)から流出した冷却用流体と外気とを熱交換させて冷却用流体を冷却する第1ラジエータ(13)と、
第1ラジエータ(13)で冷却された冷却用流体と外気とを熱交換させて冷却用流体を冷却する第2ラジエータ(14)と、
第2ラジエータ(14)で冷却された冷却用流体とエンジン(11)の吸気とを熱交換して吸気を冷却する第1吸気冷却器(15)と、
第1ラジエータ(13)および第2ラジエータ(14)をバイパスして流れる冷却用流体とエンジン(11)の吸気とを熱交換して吸気を冷却する第2吸気冷却器(16)と、
冷却用流体の流れを、第1ラジエータ(13)に向かう第1ラジエータ側流れ(FR)と、第2吸気冷却器(16)に向かう第2吸気冷却器側流れ(FI)とに分岐させる分岐部(23)と、
第1ラジエータ側流れ(FR)を断続する断続手段(17)とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1,
A first radiator (13) that cools the cooling fluid by exchanging heat between the cooling fluid flowing out of the engine (11) and the outside air;
A second radiator (14) that cools the cooling fluid by exchanging heat between the cooling fluid cooled by the first radiator (13) and the outside air;
A first intake air cooler (15) for exchanging heat between the cooling fluid cooled by the second radiator (14) and the intake air of the engine (11) to cool the intake air;
A second intake air cooler (16) that cools the intake air by exchanging heat between the cooling fluid that flows bypassing the first radiator (13) and the second radiator (14) and the intake air of the engine (11);
A branch that branches the flow of the cooling fluid into a first radiator side flow (FR) toward the first radiator (13) and a second intake cooler side flow (FI) toward the second intake cooler (16). Part (23);
And an intermittent means (17) for interrupting the first radiator side flow (FR).
これによると、断続手段(17)が第1ラジエータ側流れ(FR)を遮断すると冷却用流体が第1ラジエータ(13)および第2ラジエータ(14)を流れなくなるので、冷却用流体から外気に放熱されることを抑制でき、ひいてはエンジン(11)の暖機性能が損なわれることを抑制できる。 According to this, since the cooling fluid does not flow through the first radiator (13) and the second radiator (14) when the intermittent means (17) interrupts the first radiator side flow (FR), heat is radiated from the cooling fluid to the outside air. It can be suppressed, and as a result, the warm-up performance of the engine (11) can be prevented from being impaired.
しかも、断続手段(17)が第1ラジエータ側流れ(FR)を遮断しても第2吸気冷却器側流れ(FI)の冷却用流体が第2吸気冷却器(16)を流れるので、エンジン(11)の吸気を冷却できる。 Moreover, even if the intermittent means (17) interrupts the first radiator side flow (FR), the cooling fluid in the second intake air cooler side flow (FI) flows through the second intake air cooler (16). 11) The intake air can be cooled.
したがって、エンジン(11)の吸気の冷却性能を確保しつつ、エンジン(11)の暖機性能が損なわれることを抑制できる。 Accordingly, it is possible to prevent the warm-up performance of the engine (11) from being impaired while ensuring the cooling performance of the intake air of the engine (11).
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
吸気冷却装置を構成するエンジン冷却回路10を図1に示す。エンジン冷却回路10は、エンジン11を冷却するための冷却水(冷却用流体)が循環する回路である。エンジン11は、車両の走行用動力を発生する内燃機関である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an
エンジン11の内部には、冷却水が流れる冷却水流路が形成されている。本実施形態では、冷却水は、エチレングリコール系の不凍液(LLC)である。エンジン11の吸入空気(吸気)は、過給機(図示せず)によって過給されるようになっている。
A cooling water passage through which cooling water flows is formed inside the
エンジン冷却回路10は、ポンプ12、第1ラジエータ13、第2ラジエータ14、第1インタークーラ15、第2インタークーラ16および循環流路開閉弁17を備えている。ポンプ12、エンジン11、循環流路開閉弁17、第1ラジエータ13は、冷却水が循環する循環流路18に、この順番で配置されている。
The
ポンプ12は、冷却水を吸入して吐出する流体機械である。本実施形態では、ポンプ12は、エンジン11から出力される動力によって駆動される機械式ポンプである。ポンプ12は、電動モータによって駆動される電動ポンプであってもよい。
The
第1ラジエータ13は、エンジン11から流出した冷却水と外気とを熱交換させて冷却水を冷却する熱交換器である。換言すれば、第1ラジエータ13は、冷却水の持つ熱を外気に放熱させる放熱器である。
The
第2ラジエータ14および第1インタークーラ15は、第1吸気冷却用流路19に配置されている。第1吸気冷却用流路19は、循環流路18から分岐して循環流路18に合流する流路である。
The
循環流路18から第1吸気冷却用流路19が分岐する第1分岐部20、および循環流路18に第1吸気冷却用流路19が合流する第1合流部21は、第1ラジエータ13の冷却水出口側かつポンプ12の冷却水吸入側に設けられている。
A
第2ラジエータ14は、冷却水と外気とを熱交換させて冷却水を冷却する熱交換器である。換言すれば、第2ラジエータ14は、冷却水の持つ熱を外気に放熱させる放熱器である。
The
図1の例では、第2ラジエータ14は第1ラジエータ13と一体化されているが、第1ラジエータ13と別体に構成されていてもよい。第2ラジエータ14が第1ラジエータ13と一体化されている場合、第1分岐部20は、第1ラジエータ13の冷却水出口側タンク内に設けられていてもよい。
In the example of FIG. 1, the
第1インタークーラ15は、過給機(ターボチャージャ)で圧縮されて高温になった過給吸気と冷却水とを熱交換して過給吸気を冷却する吸気冷却器(第1吸気冷却器)である。吸気系の容量を極力小さくするために、第1インタークーラ15はエンジン11に隣接配置されている。
The
第1インタークーラ15の冷却水入口側は、第2ラジエータ14の冷却水出口側に接続されている。第1インタークーラ15の冷却水出口側は、ポンプ12の冷却水吸入側に接続されている。
The cooling water inlet side of the
第2インタークーラ16は、第2吸気冷却用流路22に配置されている。第2吸気冷却用流路22は、循環流路18から分岐して循環流路18に合流する流路である。
The
循環流路18から第2吸気冷却用流路22が分岐する第2分岐部23は、エンジン11の冷却水出口側かつ第1ラジエータ13の冷却水出口側の冷却水入口側に設けられている。第2吸気冷却用流路22は、第1吸気冷却用流路19に第2合流部24にて合流し、第1吸気冷却用流路19の一部を介して第1合流部21にて循環流路18に合流する。
A
第2インタークーラ16は、過給機(ターボチャージャ)で圧縮されて高温になった過給吸気と冷却水とを熱交換して過給吸気を冷却する吸気冷却器(第2吸気冷却器)である。吸気系の容量を極力小さくするために、第2インタークーラ16は第1インタークーラ15と一体化されている。第2インタークーラ16は第1インタークーラ15と別体に構成されていてもよい。
The
第2インタークーラ16の冷却水入口側は、ポンプ12の冷却水吐出側に接続されている。第2インタークーラ16の冷却水出口側は、ポンプ12の冷却水吸入側に接続されている。
The cooling water inlet side of the
第2インタークーラ16は、第1インタークーラ15に対して、過給吸気流れ方向の上流側に配置されている。したがって、過給吸気は、第2インタークーラ16→第1インタークーラ15の順に流れる。
The
循環流路開閉弁17は、循環流路18の冷却水流れを断続する断続手段であり、冷却水の温度Tw(冷却用流体温度)に応じて循環流路18を開閉する。循環流路開閉弁17は、機械的機構で弁体を開閉する機械式弁である。
The circulation flow path opening / closing
例えば、循環流路開閉弁17は機械式サーモスタット弁である。機械式サーモスタットは、温度によって体積変化するサーモワックス(感温部材)によって弁体を変位させて冷却水流路を開閉する機械的機構で構成される冷却水温度応動弁である。循環流路開閉弁17は、電子制御弁であってもよい。
For example, the circulation flow path opening / closing
循環流路開閉弁17は、冷却水温度Twが所定温度Tw1未満である場合に閉弁し、冷却水温度Twが所定温度Tw1以上である場合に開弁する。本実施形態では、所定温度Tw1は80℃以上90℃以下に設定されている。
The circulation flow path opening / closing
図1の例では、循環流路開閉弁17は、第1ラジエータ13の冷却水入口側に配置されているが、第1ラジエータ13の冷却水出口側に配置されていてもよい。循環流路開閉弁17は、第1ラジエータ13の冷却水入口側タンクまたは冷却水出口側タンクに内蔵されていてもよい。図1の例では、循環流路開閉弁17の内部に第2分岐部23が形成されている。
In the example of FIG. 1, the circulation flow path opening / closing
次に、図2、図3を用いて、第1インタークーラ15および第2インタークーラ16の詳細構成を説明する。
Next, the detailed structure of the
本実施形態の第1インタークーラ15および第2インタークーラ16は、それぞれ冷却水を流通させる複数本のチューブ、この複数本のチューブの両端側に配置されてそれぞれのチューブを流通する冷却水の集合あるいは分配を行う一対の集合分配用タンク26等を有する、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器として構成されている。
The
図3に示すように、第1インタークーラ15は、内部に冷却水を流通させる複数本のチューブ15aを有している。チューブ15aは、長手方向垂直断面形状が扁平形状の扁平チューブである。各チューブ15aは、その外表面のうち平坦面同士が互いに平行に、かつ対向するように所定の間隔を開けて積層配置されている。
As shown in FIG. 3, the
これにより、チューブ15aの周囲、すなわち隣り合うチューブ15aの間には、過給吸気を流通させる過給吸気通路15bが形成されている。
Thereby, the supercharging
第2インタークーラ16は、内部に冷却水を流通させる複数本のチューブ16aを有している。チューブ16aは、長手方向垂直断面形状が扁平形状の扁平チューブである。第2インタークーラ16のチューブ16aは、第1インタークーラ15のチューブ15aと同様に、その外表面のうち平坦面同士が互いに平行に、かつ対向するように所定の間隔を開けて積層配置されている。
The
これにより、チューブ16aの周囲、すなわち隣り合うチューブ16aの間には、過給吸気を流通させる過給吸気通路16bが形成されている。
As a result, a
過給吸気通路15bおよび過給吸気通路16bには、同一部材で形成されたアウターフィン27が配置されている。アウターフィン27は双方のチューブ15a、16aに接合されている。これにより、第1インタークーラ15および第2インタークーラ16は一体化されている。
アウターフィン27としては、伝熱性に優れる金属の薄板を波状に曲げ成形したコルゲートフィンが採用されている。アウターフィン27は、冷却水と過給吸気との熱交換を促進する機能を果たす伝熱フィンである。
As the
第1インタークーラ15のチューブ15a、第2インタークーラ16のチューブ16a、集合分配用タンク26、アウターフィン27等はいずれもアルミニウム合金で形成されており、ろう付け接合されることにより一体化されている。第2インタークーラ16は、第1インタークーラ15に対して、過給吸気流れ方向の下流側に配置されている。
The
第1インタークーラ15のチューブ15aおよびアウターフィン27は、熱交換コア部15cを構成している。第2インタークーラ16のチューブ16aおよびアウターフィン27は、熱交換コア部16cを構成している。熱交換コア部15c、16cは、各インタークーラ15、16のうち冷媒と空気と熱交換させる部位のことである。
The
次に、第1ラジエータ13および第2ラジエータ14の詳細構成について説明する。第1ラジエータ13および第2ラジエータ14の構成は、基本的に第1インタークーラ15および第2インタークーラ16の構成と同様であるので、図2、図3の括弧内に第1ラジエータ13および第2ラジエータ14に対応する符号を付して第1ラジエータ13および第2ラジエータ14の図示を省略している。
Next, the detailed structure of the
本実施形態の第1ラジエータ13および第2ラジエータ14は、それぞれ冷却水を流通させる複数本のチューブ、この複数本のチューブの両端側に配置されてそれぞれのチューブを流通する冷却水の集合あるいは分配を行う一対の集合分配用タンク28等を有する、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器として構成されている。
The
第1ラジエータ13は、内部に冷却水を流通させる複数本のチューブ13aを有している。チューブ13aは、長手方向垂直断面形状が扁平形状の扁平チューブである。各チューブ13aは、その外表面のうち平坦面同士が互いに平行に、かつ対向するように所定の間隔を開けて積層配置されている。
The
これにより、チューブ13aの周囲、すなわち隣り合うチューブ13aの間には、外気を流通させる外気通路13bが形成されている。
Thereby, the
第2ラジエータ14は、内部に冷却水を流通させる複数本のチューブ14aを有している。チューブ14aは、長手方向垂直断面形状が扁平形状の扁平チューブである。第2ラジエータ14のチューブ14aは、第1ラジエータ13のチューブ13aと同様に、その外表面のうち平坦面同士が互いに平行に、かつ対向するように所定の間隔を開けて積層配置されている。
The
これにより、チューブ14aの周囲、すなわち隣り合うチューブ14aの間には、外気を流通させる外気通路14bが形成されている。
Thus, an
外気通路13bおよび外気通路14bには、同一部材で形成されたアウターフィン29が配置されている。アウターフィン29は双方のチューブ13a、14aに接合されている。これにより、第1ラジエータ13および第2ラジエータ14は一体化されている。
アウターフィン29としては、伝熱性に優れる金属の薄板を波状に曲げ成形したコルゲートフィンが採用されている。アウターフィン29は冷却水と過給吸気との熱交換を促進する機能を果たす。
As the
第1ラジエータ13のチューブ13a、第2ラジエータ14のチューブ14a、集合分配用タンク28、アウターフィン29等はいずれもアルミニウム合金で形成されており、ろう付け接合されることにより一体化されている。第1ラジエータ13は、第2ラジエータ14に対して、外気流れ方向の下流側に配置されている。
The
図4に示すように、循環流路開閉弁17は、1つの冷却水入口17a、2つの冷却水出口17b、17c、循環流路側弁体17dおよび冷却水温度検出部17eを有している。
As shown in FIG. 4, the circulation flow path opening / closing
冷却水入口17a(冷却用流体入口)は、エンジン11の冷却水出口側に接続されている。第1冷却水出口17b(第1冷却用流体出口)は、冷却水入口17aと連通しており、第1ラジエータ13の冷却水入口側に接続されている。第2冷却水出口17cは、冷却水入口17aと連通しており、第2インタークーラ16の冷却水入口側に接続されている。したがって、循環流路開閉弁17の内部に、第2分岐部23が形成されている。
The cooling
循環流路側弁体17dは、第1冷却水出口17bを開閉することによって循環流路18の冷却水流れを断続する弁部材である。
The circulation flow path
冷却水温度検出部17eは、冷却水の温度Twを検出する温度検出手段である。例えば、冷却水温度検出部17eは、温度によって体積変化するサーモワックス(感温部材)である。冷却水温度検出部17eが体積変化することによって、循環流路側弁体17dを変位させて冷却水流路を開閉する。冷却水温度検出部17eは、バイメタルや形状記憶合金であってもよい。
The cooling water
次に、上記構成における作動を説明する。エンジン11が停止している状態(以下、エンジン停止状態と言う。)では、エンジン11が駆動力を発生しないので、ポンプ12が停止して冷却水が循環しない。
Next, the operation in the above configuration will be described. In a state where the
エンジン停止状態では、エンジン11が熱を発生しないので、冷却水温度Twは外気温度と同じになっている。すなわち、エンジン停止状態では、冷却水温度Twが所定温度Tw1(本実施形態では50℃以上80℃)以下であるので、循環流路開閉弁17が閉弁している。
Since the
エンジン11が始動すると、エンジン11が駆動力および熱を発生するので、ポンプ12が作動して冷却水を吸入・吐出するとともに、冷却水温度Twが徐々に上昇する。
When the
冷却水温度Twが所定温度Tw1(本実施形態では50℃以上80℃)に到達するまでは循環流路開閉弁17が閉弁しているので、図5の太実線に示すように、ポンプ12から吐出された冷却水は、エンジン11および第2インタークーラ16を流通してポンプ12に吸入されるが、第1ラジエータ13、第2ラジエータ14および第1インタークーラ15には流通しない。
Since the circulation flow path opening / closing
このように、エンジン11が始動して間もない場合、第1ラジエータ13、第2ラジエータ14および第1インタークーラ15に冷却水が流通しないので、冷却水から外気に放熱されることがなく、暖機を促進できる。一方、第2インタークーラ16には冷却水が流通するので、過給吸気を冷却または加熱できる。
As described above, when the
例えば加速時のようにエンジン11の負荷が高い場合(高負荷時)、過給吸気が高温になる。過給吸気の温度が冷却水の温度よりも高い場合、第2インタークーラ16で過給吸気が冷却される。
For example, when the load on the
エンジン11の負荷が低い場合(低負荷時)、過給吸気は低温になる。過給吸気の温度が冷却水の温度よりも低い場合、第2インタークーラ16で過給吸気が加熱される。但し、負荷が低いので、冷却水が失う熱量は少なく、暖機を損なうレベルではない。
When the load of the
第2インタークーラ16で加熱された過給吸気によってエンジン11を暖機できるとともに、排気ガスのエミッション低減効果を得ることができる。
The
冷却水温度Twがさらに上昇して所定温度Tw1(本実施形態では50℃以上80℃)に到達した場合、循環流路開閉弁17が開弁するので、ポンプ12から吐出された冷却水はエンジン11を流通したのち、図1に示すように第1ラジエータ側流れFRと第2インタークーラ側流れFIとに分岐する。
When the cooling water temperature Tw further rises and reaches a predetermined temperature Tw1 (in this embodiment, 50 ° C. or higher and 80 ° C.), the circulation flow path opening / closing
第1ラジエータ側流れFRは、第2分岐部23から第1ラジエータ13に向かう冷却水の流れである。第2インタークーラ側流れFIは、第2分岐部23から第2インタークーラ16に向かう冷却水の流れである。
The first radiator side flow FR is a flow of cooling water from the
第1インタークーラ15を流通する冷却水は、第1ラジエータ13および第2ラジエータ14で冷却されている。したがって、第1インタークーラ15を流通する冷却水は、第2インタークーラ16を流通する冷却水よりも温度が低くなる。
The cooling water flowing through the
第1ラジエータ側流れFRは、第1ラジエータ13を流通したのち、さらに分岐する。具体的には、そのままポンプ12に吸入される流れFR1と、第2ラジエータ14および第1インタークーラ15を流通してポンプ12に吸入される流れFR2とに分岐する。
The first radiator side flow FR further branches after flowing through the
過給吸気が高温になる高負荷時においては、過給吸気は第2インタークーラ16→第1インタークーラ15の順に2段冷却されるので、冷却性能が向上する。
When the supercharged intake air is at a high load, the supercharged intake air is cooled in two stages in the order of the
過給吸気が低温になる低負荷時においては、過給吸気は第2インタークーラ16で一旦暖められて第1インタークーラ15で冷やされる。低負荷時では過給吸気の流量が少ないので、第2インタークーラ16で過給吸気が一旦暖められても、第1インタークーラ15で過給吸気を十分冷却できる。
At a low load when the supercharged intake air is low in temperature, the supercharged intake air is once warmed by the
本実施形態は、エンジン11から流出した冷却水の流れを、第1ラジエータ13に向かう第1ラジエータ側流れFRと、第2インタークーラ16に向かう第2インタークーラ側流れFIとに分岐させる分岐部23と、第1ラジエータ側流れFRを断続する循環流路開閉弁17とを備える。
In the present embodiment, a branching portion that branches the flow of cooling water flowing out from the
これによると、循環流路開閉弁17が第1ラジエータ側流れFRを遮断すると冷却水が第1ラジエータ13および第2ラジエータ14を流れなくなるので、冷却水から外気に放熱されることを抑制でき、ひいてはエンジン11の暖機性能が損なわれることを抑制できる。
According to this, since the cooling water does not flow through the
しかも、循環流路開閉弁17が第1ラジエータ側流れFRを遮断しても冷却水が第2インタークーラ16を流れるので、エンジン11の吸気を冷却できる。
Moreover, since the cooling water flows through the
したがって、エンジン11の吸気を冷却性能を確保しつつエンジン11の暖機性能が損なわれることを抑制できる。
Therefore, it is possible to suppress the warm-up performance of the
本実施形態の第2インタークーラ16および第1インタークーラ15はそれぞれ、冷却水が流れるチューブ15a、16aを有しており、第2インタークーラ16のチューブ16aおよび第1インタークーラ15のチューブ15aは、薄板材に形成された伝熱フィン27で互いに接合されている。
The
これによると、第2インタークーラ16の熱交換コア部16cと第1インタークーラ15の熱交換コア部15cとが互いに一体化されているので、両熱交換コア部16c、15cが互いに別体で形成されている場合と比較して構成を簡素化できる。
According to this, since the heat
また、第2インタークーラ16および第1インタークーラ15が互いに隣接配置されているので、第2インタークーラ16および第1インタークーラ15が互いに離間配置されている場合と比較して過給吸気の圧力損失を低減できる。
Moreover, since the
本実施形態の第1ラジエータ13および第2ラジエータ14はそれぞれ、冷却水が流れるチューブ13a、14aを有しており、第1ラジエータ13のチューブ13aおよび第2ラジエータ14のチューブ14aは、薄板材に形成された伝熱フィン27で互いに接合されている。
The
これによると、第1ラジエータ13の熱交換コア部13cと第2ラジエータ14の熱交換コア部14cとが互いに一体化されているので、両熱交換コア部13c、14cが互いに別体で形成されている場合と比較して構成を簡素化できる。
According to this, since the heat
また、第1ラジエータ13および第2ラジエータ14が互いに隣接配置されているので、第1ラジエータ13および第2ラジエータ14が互いに離間配置されている場合と比較して外気の圧力損失を低減できる。
Moreover, since the
本実施形態の循環流路開閉弁17は、冷却水温度検出部17eが検出した冷却水の温度Twに応じて第1ラジエータ側流れFRを断続する。
The circulation flow path opening / closing
具体的には、循環流路開閉弁17は、冷却水の温度Twが所定温度Tw1未満である場合、第1ラジエータ側流れFRを遮断し、冷却水の温度Twが所定温度Tw1以上である場合、第1ラジエータ側流れFRを流通させるようになっており、所定温度Tw1は80℃以上90℃以下である。これにより、エンジン11の暖機性能が損なわれることを適切に抑制できる。
Specifically, when the temperature Tw of the cooling water is lower than the predetermined temperature Tw1, the circulation flow path opening / closing
(第2実施形態)
本実施形態では、図6に示すように、第2吸気冷却用流路22にヒータコア30が配置されている。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
ヒータコア30は、エンジン11から流出した冷却水と車室内への送風空気とを熱交換させて送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。ヒータコア30で加熱された送風空気は、車室内の空調に利用される。
The
ヒータコア30は、第2インタークーラ16に対して冷却水流れ方向の上流側に配置されている。
The
迂回流路31は、ヒータコア30から流出した冷却水が第2インタークーラ16を迂回して流れる流路である。迂回流路31は、第2吸気冷却用流路22のうちヒータコア30と第2インタークーラ16との間の部位から分岐して、第2吸気冷却用流路22のうち第2インタークーラ16の冷却水流れ下流側部位に合流する。迂回流路31は、第2インタークーラ16を流れる冷却水の流量を調整する役割を果たす。
The
本実施形態では、第2インタークーラ16は、ヒータコア30に対して冷却水流れ方向の下流側に配置されている。したがって、第2インタークーラ16には、ヒータコア30で熱交換された冷却水が流通する。
In the present embodiment, the
ヒータコア30では冷却水が送風空気に放熱するので、第2インタークーラ16に流通する冷却水の温度が低くなる。そのため、第2インタークーラ16における過給吸気の冷却性能を向上できる。
Since the cooling water dissipates heat to the blown air in the
本実施形態は、ヒータコア30から流出した冷却水が第2インタークーラ16を迂回して流れる迂回流路31を備える。これにより、第2インタークーラ16における冷却水流量をヒータコア30における冷却水流量よりも少なくできるので、第2インタークーラ16における過給吸気の冷却性能を適切に調整できる。
The present embodiment includes a
(第3実施形態)
本実施形態では、図7に示すように、第3インタークーラ32を備えている。第3インタークーラ32は、第1インタークーラ15および第2インタークーラ16と同様に、過給機(ターボチャージャ)で圧縮されて高温になった過給吸気と冷却水とを熱交換して過給吸気を冷却する吸気冷却器である。吸気系の容量を極力小さくするために、第3インタークーラ32は、第1インタークーラ15および第2インタークーラ16と一体化されている。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a
第3インタークーラ32は、第3吸気冷却用流路33に配置されている。第3吸気冷却用流路33は、循環流路18から分岐して循環流路18に合流する流路である。
The
循環流路18から第3吸気冷却用流路33が分岐する第3分岐部34は、第1ラジエータ13の冷却水出口側かつポンプ12の冷却水吸入側に設けられている。第3吸気冷却用流路33は、第2吸気冷却用流路22に第3合流部35にて合流し、第2吸気冷却用流路22の一部を介して第1吸気冷却用流路19に合流し、さらに第1吸気冷却用流路19の一部を介して第1合流部21にて循環流路18に合流する。
A
第3インタークーラ32の冷却水入口側は、第1ラジエータ13の冷却水出口側に接続されている。第3インタークーラ32の冷却水出口側は、ポンプ12の冷却水吸入側に接続されている。
The cooling water inlet side of the
第3インタークーラ32は、過給吸気の流れ方向において、第1インタークーラ15と第2インタークーラ16との間に配置されている。したがって、過給吸気は、第2インタークーラ16→第3インタークーラ32→第1インタークーラ15の順に流れる。
The
第3インタークーラ32を流通する冷却水は、第1ラジエータ13で冷却されている。したがって、第3インタークーラ32を流通する冷却水は、第2インタークーラ16を流通する冷却水よりも温度が低くなり且つ第1インタークーラ15を流通する冷却水よりも温度が高くなる。
The cooling water flowing through the
過給吸気が高温になる高負荷時においては、過給吸気は第2インタークーラ16→第3インタークーラ32→第1インタークーラ15の順に3段冷却されるので、冷却性能が向上する。
When the supercharged intake air is at a high load, the supercharged intake air is cooled in three stages in the order of the
過給吸気が低温になる低負荷時においては、過給吸気は第2インタークーラ16で一旦暖められて第3インタークーラ32→第1インタークーラ15の順に2段冷却される。低負荷時では過給吸気の流量が少ないので、第2インタークーラ16で過給吸気が一旦暖められても、第3インタークーラ32および第1インタークーラ15で過給吸気を十分冷却できる。
At a low load when the supercharged intake air is at a low temperature, the supercharged intake air is once warmed by the
(第4実施形態)
上記実施形態では、循環流路18から第2吸気冷却用流路22が分岐する第2分岐部23は、エンジン11の冷却水出口側かつ第1ラジエータ13の冷却水出口側の冷却水入口側に設けられているが、本実施形態では、図8に示すように、第2分岐部23は、ポンプ12の冷却水吐出側かつエンジン11の冷却水入口側に設けられている。
(Fourth embodiment)
In the above embodiment, the
エンジン冷却回路10は、ラジエータバイパス流路40を備えている。ラジエータバイパス流路40は、冷却水が第1ラジエータ13および第2ラジエータ14をバイパスして流れる流路である。
The
ラジエータバイパス流路40は、第3分岐部41で循環流路18から分岐して、第3合流部42で循環流路18に合流する。第3分岐部41は、エンジン11の冷却水出口側かつ循環流路開閉弁17の冷却水入口側に設けられている。第3合流部42は、第1ラジエータ13の冷却水出口側かつポンプ12の冷却水吸入側に設けられている。
The radiator
循環流路開閉弁17が開弁している場合にラジエータバイパス流路40を流れる冷却水の流量が多くなり過ぎて第1ラジエータ13および第2ラジエータ14を流れる冷却水の流量が少なくなり過ぎることがないように、ラジエータバイパス流路40の流路抵抗が大きく設定されている。
When the circulation flow path opening / closing
次に、上記構成における作動を説明する。エンジン11の始動後、冷却水温度Twが所定温度Tw1(本実施形態では50℃以上80℃)に到達するまでは循環流路開閉弁17が閉弁しているので、図9の太実線に示すように、ポンプ12から吐出された冷却水は、第2分岐部23および第3分岐部41で第2インタークーラ16を流通する流れとエンジン11を流通する流れとに分岐した後、第2合流部21および第3合流部42で合流してポンプ12に吸入される。一方、ポンプ12から吐出された冷却水は、第1ラジエータ13、第2ラジエータ14および第1インタークーラ15には流通しない。
Next, the operation in the above configuration will be described. After the
このように、エンジン11が始動して間もない場合、第1ラジエータ13、第2ラジエータ14および第1インタークーラ15に冷却水が流通しないので、冷却水から外気に放熱されることがなく、暖機を促進できる。一方、第2インタークーラ16には冷却水が流通するので、過給吸気を冷却または加熱できる。
As described above, when the
冷却水温度Twがさらに上昇して所定温度Tw1(本実施形態では50℃以上80℃)に到達した場合、循環流路開閉弁17が開弁するので、ポンプ12から吐出された冷却水はエンジン11を流通したのち、図8に示すように第1ラジエータ側流れFRと第2インタークーラ側流れFIとに分岐する。
When the cooling water temperature Tw further rises and reaches a predetermined temperature Tw1 (in this embodiment, 50 ° C. or higher and 80 ° C.), the circulation flow path opening / closing
第1ラジエータ側流れFRは、第2分岐部23からエンジン11および第1ラジエータ13に向かう冷却水の流れである。第2インタークーラ側流れFIは、第2分岐部23から第2インタークーラ16に向かう冷却水の流れである。
The first radiator side flow FR is a flow of cooling water from the
第1インタークーラ15を流通する冷却水は、第1ラジエータ13および第2ラジエータ14で冷却されている。したがって、第1インタークーラ15を流通する冷却水は、第2インタークーラ16を流通する冷却水よりも温度が低くなる。
The cooling water flowing through the
第1ラジエータ側流れFRは、第1ラジエータ13を流通したのち、さらに分岐する。具体的には、そのままポンプ12に吸入される流れFR1と、第2ラジエータ14および第1インタークーラ15を流通してポンプ12に吸入される流れFR2とに分岐する。
The first radiator side flow FR further branches after flowing through the
過給吸気が高温になる高負荷時においては、過給吸気は第2インタークーラ16→第1インタークーラ15の順に2段冷却されるので、冷却性能が向上する。
When the supercharged intake air is at a high load, the supercharged intake air is cooled in two stages in the order of the
過給吸気が低温になる低負荷時においては、過給吸気は第2インタークーラ16で一旦暖められて第1インタークーラ15で冷やされる。低負荷時では過給吸気の流量が少ないので、第2インタークーラ16で過給吸気が一旦暖められても、第1インタークーラ15で過給吸気を十分冷却できる。
At a low load when the supercharged intake air is low in temperature, the supercharged intake air is once warmed by the
第2インタークーラ16には、エンジン11通過前の比較的低温の冷却水(例えば70〜80℃程度)が流れる。そのため、上記実施形態のようにエンジン11通過後の高温の冷却水(例えば90℃程度)が第2インタークーラ16を流れる場合と比較して第2インタークーラ16に流入する冷却水の温度を低く抑えることができる。
A relatively low temperature cooling water (for example, about 70 to 80 ° C.) before passing through the
その結果、第2インタークーラ16で高温の吸気(例えば150〜180℃程度)と熱交換した冷却水が沸騰することを抑制できる。
As a result, it is possible to suppress boiling of the cooling water heat-exchanged with the high-temperature intake air (for example, about 150 to 180 ° C.) by the
本実施形態では、第2インタークーラ16は、第1ラジエータ13および第2ラジエータ14をバイパスして流れる冷却水とエンジン11の吸気とを熱交換して吸気を冷却し、第1分岐部23は、冷却水の流れを、第1ラジエータ13に向かう第1ラジエータ側流れFRと、第2インタークーラ16に向かう第2インタークーラ側流れFIとに分岐させる。循環流路開閉弁17は、第1ラジエータ側流れFRを断続する。
In the present embodiment, the
これによると、上記実施形態と同様に、エンジン11の吸気を冷却性能を確保しつつエンジン11の暖機性能が損なわれることを抑制できる。
According to this, similarly to the above-described embodiment, it is possible to suppress the warm-up performance of the
本実施形態では、第1分岐部23は、第1ラジエータ13および第2ラジエータ14の冷却水出口側かつエンジン11の冷却水入口側における冷却水の流れを第1ラジエータ側流れFRと第2インタークーラ側流れFIとに分岐させる。
In the present embodiment, the first branching
これによると、エンジン11通過前の冷却水の流れを第1ラジエータ側流れFRと第2インタークーラ側流れFIとに分岐させることができるので、エンジン11通過後の冷却水の流れを第1ラジエータ側流れFRと第2インタークーラ側流れFIとに分岐させる場合と比較して第2インタークーラ16に流入する冷却水の温度を低く抑えることができる。したがって、第2インタークーラ16で冷却水が沸騰することを抑制できる。
According to this, since the flow of the cooling water before passing through the
(他の実施形態)
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。
(Other embodiments)
The above embodiments can be combined as appropriate. The above embodiment can be variously modified as follows, for example.
(1)上記実施形態では、冷却用流体はエチレングリコール系の不凍液(LLC)であるが、冷却用流体は種々の流体であってもよい。 (1) In the above embodiment, the cooling fluid is an ethylene glycol antifreeze (LLC), but the cooling fluid may be various fluids.
(2)上記実施形態では、車両の走行用動力を発生するエンジン11の吸気を冷却する吸気冷却装置について説明したが、これに限定されるものではなく、種々のエンジン(内燃機関)の吸気を冷却する吸気冷却装置に広く適用可能である。
(2) In the above embodiment, the intake air cooling device that cools the intake air of the
(3)上記実施形態では、循環流路開閉弁17の開弁温度Tw1が80℃以上90℃以下に設定されているが、循環流路開閉弁17の開弁温度Tw1を種々変更可能である。
(3) In the above embodiment, the valve opening temperature Tw1 of the circulation flow path opening / closing
例えば、循環流路開閉弁17の開弁温度Tw1が50℃以上80℃以下に設定されていれば、上記実施形態と比較して低い冷却水温度Twで循環流路開閉弁17が開弁して第1インタークーラ15に冷却水が流通する。したがって、上記実施形態と比較して、エンジン11の暖機よりも吸気冷却性能を優先した作動を実現できる。
For example, if the opening temperature Tw1 of the circulation flow path opening / closing
(4)上記実施形態では、第1インタークーラ15および第2インタークーラ16はタンクアンドチューブ型の熱交換器として構成されているが、第1インタークーラ15および第2インタークーラ16はプレート積層型の熱交換器として構成されていてもよい。
(4) In the above embodiment, the
プレート積層型の熱交換器は、複数の略平板状の伝熱プレートが間隔をおいて重ね合わされていて、伝熱プレート間に熱交換流体の流路が形成されている熱交換器である。 The plate-stacked heat exchanger is a heat exchanger in which a plurality of substantially flat plate heat transfer plates are overlapped at intervals, and a heat exchange fluid channel is formed between the heat transfer plates.
上記実施形態では、第1ラジエータおよび第2ラジエータもタンクアンドチューブ型の熱交換器として構成されているが、第1ラジエータおよび第2ラジエータもプレート積層型の熱交換器として構成されていてもよい。 In the above embodiment, the first radiator and the second radiator are also configured as a tank-and-tube heat exchanger, but the first radiator and the second radiator may also be configured as a plate-stacked heat exchanger. .
(5)上記実施形態では、第2インタークーラ16の熱交換コア部16cと第1インタークーラ15の熱交換コア部15cとが一体化されているが、第2インタークーラ16および第1インタークーラ15は、互いに別体に形成されていて、且つ吸気の流れ方向に互いに離間して配置されていてもよい。
(5) In the above embodiment, the heat
これによると、第2インタークーラ16および第1インタークーラ15の配置の自由度を高めることができる。
According to this, the freedom degree of arrangement | positioning of the
(6)上記実施形態では、第1ラジエータ13の熱交換コア部13cと第2ラジエータ14の熱交換コア部14cとが一体化されているが、第1ラジエータ13および第2ラジエータ14は、互いに別体に形成されていて、且つ吸気の流れ方向に互いに離間して配置されていてもよい。
(6) In the above embodiment, the heat
これによると、第1ラジエータ13および第2ラジエータ14の配置の自由度を高めることができる。
According to this, the freedom degree of arrangement | positioning of the
11 エンジン
13 第1ラジエータ
14 第2ラジエータ
15 第1インタークーラ(第1吸気冷却器)
16 第2インタークーラ(第2吸気冷却器)
17 循環流路開閉弁(断続手段)
23 第2分岐部(分岐部)
FI 第2インタークーラ側流れ(第2吸気冷却器側流れ)
FR 第1ラジエータ側流れ
11
16 Second intercooler (second intake air cooler)
17 Circulation channel on-off valve (intermittent means)
23 Second branch (branch)
FI 2nd intercooler side flow (2nd intake air cooler side flow)
FR 1st radiator side flow
Claims (11)
前記第1ラジエータ(13)で冷却された前記冷却用流体と前記外気とを熱交換させて前記冷却用流体を冷却する第2ラジエータ(14)と、
前記第2ラジエータ(14)で冷却された前記冷却用流体と前記エンジン(11)の吸気とを熱交換して前記吸気を冷却する第1吸気冷却器(15)と、
前記第1ラジエータ(13)および前記第2ラジエータ(14)をバイパスして流れる前記冷却用流体と前記エンジン(11)の吸気とを熱交換して前記吸気を冷却する第2吸気冷却器(16)と、
前記冷却用流体の流れを、前記第1ラジエータ(13)に向かう第1ラジエータ側流れ(FR)と、前記第2吸気冷却器(16)に向かう第2吸気冷却器側流れ(FI)とに分岐させる分岐部(23)と、
前記第1ラジエータ側流れ(FR)を断続する断続手段(17)とを備えることを特徴とする吸気冷却装置。 A first radiator (13) that cools the cooling fluid by exchanging heat between the cooling fluid flowing out of the engine (11) and the outside air;
A second radiator (14) for cooling the cooling fluid by exchanging heat between the cooling fluid cooled by the first radiator (13) and the outside air;
A first intake air cooler (15) for exchanging heat between the cooling fluid cooled by the second radiator (14) and the intake air of the engine (11) to cool the intake air;
A second intake air cooler (16) that cools the intake air by exchanging heat between the cooling fluid flowing by bypassing the first radiator (13) and the second radiator (14) and the intake air of the engine (11). )When,
The flow of the cooling fluid is divided into a first radiator side flow (FR) toward the first radiator (13) and a second intake air cooler side flow (FI) toward the second intake air cooler (16). A branching section (23) for branching;
An intake air cooling apparatus comprising: an intermittent means (17) for interrupting the first radiator side flow (FR).
前記第2吸気冷却器(16)は、前記ヒータコア(30)に対して、前記冷却用流体の流れ方向の下流側に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の吸気冷却装置。 A heater core (30) that heats the blown air by exchanging heat between the cooling fluid that has flowed out of the engine (11) and the blown air into the vehicle interior;
The intake air cooling according to claim 1 or 2 , wherein the second intake air cooler (16) is disposed downstream of the heater core (30) in the flow direction of the cooling fluid. apparatus.
前記第2吸気冷却器(16)のチューブ(16a)および前記第1吸気冷却器(15)のチューブ(15a)は、薄板材に形成された伝熱フィン(27)で互いに接合されてい
ることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の吸気冷却装置。 The second intake air cooler (16) and the first intake air cooler (15) each have tubes (15a, 16a) through which cooling fluid flows,
The tube (16a) of the second intake air cooler (16) and the tube (15a) of the first intake air cooler (15) are joined together by heat transfer fins (27) formed in a thin plate material. The intake air cooling device according to any one of claims 1 to 4 , wherein
前記第1ラジエータ(13)のチューブ(13a)および前記第2ラジエータ(14)のチューブ(14a)は、薄板材に形成された伝熱フィン(27)で互いに接合されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の吸気冷却装置。 The first radiator (13) and the second radiator (14) each have tubes (13a, 14a) through which a cooling fluid flows,
The tube (13a) of the first radiator (13) and the tube (14a) of the second radiator (14) are joined together by heat transfer fins (27) formed in a thin plate material. The intake air cooling device according to any one of claims 1 to 4 .
前記断続手段(17)は、前記検出手段(17e)が検出した温度(Tw)に応じて前記第1ラジエータ側流れ(FR)を断続することを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の吸気冷却装置。 Detection means (17e) for detecting the temperature (Tw) of the cooling fluid;
The said intermittent means (17) interrupts the said 1st radiator side flow (FR) according to the temperature (Tw) which the said detection means (17e) detected, The any one of Claim 1 thru | or 8 characterized by the above-mentioned. The intake air cooling device described in 1.
前記所定温度(Tw1)は80℃以上90℃以下であることを特徴とする請求項9に記載の吸気冷却装置。 When the temperature (Tw) detected by the detection means (17e) is lower than a predetermined temperature (Tw1), the intermittent means (17) shuts off the first radiator side flow (FR), and the detection means (17e ) Detected (Tw) is equal to or higher than a predetermined temperature (Tw1), the first radiator side flow (FR) is circulated,
The intake air cooling device according to claim 9 , wherein the predetermined temperature (Tw1) is 80 ° C or higher and 90 ° C or lower.
前記所定温度(Tw1)は50℃以上80℃以下であることを特徴とする請求項9に記載の吸気冷却装置。 When the temperature (Tw) detected by the detection means (17e) is lower than a predetermined temperature (Tw1), the intermittent means (17) shuts off the first radiator side flow (FR), and the detection means (17e ) Detected (Tw) is equal to or higher than a predetermined temperature (Tw1), the first radiator side flow (FR) is circulated,
The intake air cooling device according to claim 9 , wherein the predetermined temperature (Tw1) is 50 ° C or higher and 80 ° C or lower.
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