JP6604540B2 - エンジン冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、入口制御方式のエンジン冷却装置に関する。

車両に搭載されているエンジン冷却装置における冷却水温度の制御には、いわゆる入口制御方式と出口制御方式とがある（例えば、特許文献１、２を参照）。

前者の入口制御方式のエンジン冷却装置の例を図５に示す。このエンジン冷却装置では、エンジン５０を通過した冷却水は、メインラジエータ５２及び／又はバイパス通路５３を流れた後に、サーモスタット５４で流量を調整されてから、ウォータポンプ５５を通じてエンジン５０へ再び供給されるようになっている。また、ウォータポンプ５５により送出された冷却水の一部は、メインラジエータ５２に対向して配置されたサブラジエータ５６を通過した後に、低水温用熱交換器であるインタークーラー５７へ供給される。なお、低水温用熱交換器としては、インタークーラー５７の他に、ＥＧＲクーラーやエアコンコンデンサなどを例示することができる。

特開２０１２−１８８９８８号公報 特開２００７−２６３０３４号公報

しかしながら、近年のエンジンの高出力化に伴い、エンジンのみならず、インタークーラー等の低水温用熱交換器も更に高温化する傾向があるため、上記エンジン冷却装置では冷却性能が不足して、車両の燃費の低下や排ガスの悪化などを招くおそれがある。一方、エンジン冷却装置の冷却性能を向上させて低水温用熱交換器へ流通する冷却水を低温化するほど、エンジンの暖機時に暖機の完了が遅くなってしまうおそれがある。

そこで、本発明は、冷却能力を向上させるとともに、エンジンの暖機を促進させることが可能な入口制御方式のエンジン冷却装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のエンジン冷却装置は、主冷却回路と流路切替弁とウォータポンプと副冷却回路と接続流路と第１開閉弁と第２開閉弁とを備える。主冷却回路は、エンジンの冷却水出口とメインラジエータの冷却水入口とを連通する第１流路と、メインラジエータの冷却水出口とエンジンの冷却水入口とを連通する第２流路と、第１流路の第１分岐部から分岐して第２流路の第１合流部に接続するバイパス流路とを有する。流路切替弁は、第２流路の第１合流部に配置され、第２流路のうちの第１合流部よりもエンジン側のエンジン側流路を、エンジンの暖機中にはバイパス流路と連通し、エンジンの暖機が完了した通常運転時には第２流路のうちの第１合流部よりもメインラジエータ側のメインラジエータ側流路と連通するように冷却水の流路を切り替える。ウォータポンプは、第２流路のエンジン側流路に配置され、冷却水をエンジンの冷却水入口側へ圧送する。副冷却回路は、第２流路のエンジン側流路のウォータポンプよりも下流側の第２分岐部から分岐してサブラジエータの冷却水入口へ連通する第３流路と、サブラジエータの冷却水出口と冷却水によって気体又は液体を冷却する熱交換器の冷却水入口とを連通する第４流路と、熱交換器の冷却水出口と第２流路のエンジン側流路のウォータポンプよりも上流側の第２合流部とを接続する第５流路とを有する。接続流路は、副冷却回路の第３流路の第３分岐部と主冷却回路の第２流路のメインラジエータ側流路の第３合流部とを接続する。第１開閉弁は、接続流路に配置される。第２開閉弁は、主冷却回路の第２流路の第２分岐部又は第２分岐部よりもエンジンの冷却水入口側に配置され、エンジンの冷却水入口側への流路を開閉する。エンジンの通常運転時に流路切替弁が第２流路のラジエータ側流路とエンジン側流路とを連通しているときには、第１開閉弁が閉止して第２開閉弁が開放し、エンジンの暖機中に流路切替弁がバイパス流路と第２流路のエンジン側流路とを連通しているときには、第１開閉弁が開放して第２開閉弁が閉止する。

上記構成では、暖機が完了したエンジンの通常運転中には、流路切替弁が第２流路のメインラジエータ側流路とエンジン側流路とを連通するので、エンジンに加熱された冷却水は、メインラジエータへ流入し、メインラジエータによって冷却される。また、エンジンの通常運転時に流路切替弁が第２流路のラジエータ側流路とエンジン側流路とを連通しているときには、第２開閉弁が開放するので、メインラジエータによって冷却された冷却水は、エンジンへ流入してエンジンを冷却する。

また、エンジンの通常運転時に流路切替弁が第２流路のラジエータ側流路とエンジン側流路とを連通しているときには、第１開閉弁が閉止するので、主冷却回路の第２流路の第２分岐部から副冷却回路へ流入した冷却水は、接続流路から主冷却回路へ流入することなくサブラジエータへ流入し、サブラジエータによってさらに冷却されて熱交換器で気体又は液体を冷却する。

また、エンジンの暖機中に流路切替弁がバイパス流路と第２流路のエンジン側流路とを連通しているときには、第２開閉弁が閉止するので、ウォータポンプに圧送された冷却水は、エンジンへ流入することなく副冷却回路へ流入する。このように、エンジンの暖機中には、エンジンに冷却水が流入しないので、エンジンの暖機を促進することができる。

また、エンジンの暖機中に流路切替弁がバイパス流路と第２流路のエンジン側流路とを連通しているときには、第１開閉弁が開放するので、副冷却回路へ流入した冷却水は、第３分岐部でサブラジエータ側と接続流路側とに分岐して流れる。第３分岐部でサブラジエータ側へ流れた冷却水は、サブラジエータへ流入して冷却され、熱交換器で気体又は液体を冷却する。また、第３分岐部で接続流路側へ流れた冷却水は、第２流路のメインラジエータ側流路へ流入してメインラジエータで冷却される。このように、２つのラジエータ（メインラジエータ及びサブラジエータ）を用いて冷却水を冷却できるので、例えば、サブラジエータのみで冷却水を冷却する場合に比べて、冷却水を低温にすることができ、エンジン冷却装置の冷却性能を向上させることができる。

本発明によれば、冷却能力を向上させるとともに、エンジンの暖機を促進させることができる。

本発明の一実施形態に係るエンジン冷却装置の構成図である。 通常運転中のエンジン冷却装置における冷却水の流れを説明する構成図である。 暖機中のエンジン冷却装置における冷却水の流れを説明する構成図である。 本発明の他の実施形態に係るエンジン冷却装置の構成図である。 従来の入口制御方式のエンジン冷却装置の例を示す構成図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図中における冷却回路上の矢印は冷却水の流れ方向を、一点鎖線は冷却水の流れがないことをそれぞれ示している。また、弁記号における白抜きは開放状態を、黒塗りは閉止状態をそれぞれ示す。

図１に示すように、このエンジン冷却装置１０は、車両に搭載されたエンジン１を冷却するものであり、冷却水の温度制御に入口制御方式を用いている。車両には、冷却水を冷却するために２つのラジエータ（メインラジエータ２及びサブラジエータ６）が搭載される。

車両の走行時などにおいて吸気通路３へ吸入された空気Ａは、ターボチャージャー（図示省略）のコンプレッサー（図示省略）により圧縮されて高温になり、水冷式のインタークーラー（熱交換器）４で冷却された後に、吸入空気としてインテークマニホールド５を経てエンジン１に供給される。エンジン１に供給された吸入空気は、燃料と混合されて燃焼して熱エネルギーを発生させた後に、燃焼ガスとなってエキゾーストマニホールド７から排気通路８へ排気されてから排ガスＧとなって大気中へ放出される。

エンジン冷却装置１０は、主冷却回路１１とウォータポンプ１２と副冷却回路１３と接続流路１４と第１〜第３の電磁バルブ１５〜１７と水温センサ１８とコントローラ１９とを備える。

主冷却回路１１は、第１流路２０と第２流路２１とバイパス流路２２とを有する。第１流路２０は、冷却水が流出するエンジン１の冷却水出口１ｂと、冷却水が流入するメインラジエータ２の冷却水入口２ａとを連通する。第２流路２１は、冷却水が流出するメインラジエータ２の冷却水出口２ｂと、冷却水が流入するエンジン１の冷却水入口１ａとを連通する。バイパス流路２２は、第１流路２０に設けられる第１分岐部２３から分岐して第２流路２１に設けられる第１合流部２４に接続する。主冷却回路１１の第２流路２１の第１合流部２４には、第１の電磁バルブ（流路切替弁）１５が配置される。なお、メインラジエータ２の冷却水入口２ａとは、メインラジエータ２の複数の開口のうち、後述するエンジン１の暖機が完了した通常運転中に冷却水が流入する開口をいう。

第１の電磁バルブ１５は、第１合流部２４のメインラジエータ２側の開口を閉開するとともに、第１合流部２４のバイパス流路２２側の開口を開閉し、バイパス状態と非バイパス状態とに設定可能である。第１の電磁バルブ１５は、バイパス状態では、第１合流部２４のメインラジエータ２側の開口を閉止するとともに、バイパス流路２２側の開口を開放することによって、第２流路２１のうち第１合流部２４よりもメインラジエータ２の冷却水出口２ｂ側のメインラジエータ側流路２５から、第１合流部２４よりもエンジン１（冷却水入口１ａ）側のエンジン側流路２６への冷却水の流通を遮断して、バイパス流路２２からエンジン側流路２６への冷却水の流通を許容する（図３参照）。非バイパス状態では、第１合流部２４のメインラジエータ２側の開口を開放するとともに、バイパス流路２２側の開口を閉止することによって、バイパス流路２２からエンジン側流路２６への冷却水の流通を遮断して、メインラジエータ側流路２５からエンジン側流路２６への冷却水の流通を許容する（図２参照）。第１の電磁バルブ１５は、後述するようにコントローラ１９に制御されてバイパス状態と非バイパス状態とを切り替えることにより、エンジン側流路２６に連通する冷却水の流路を切り替える。

ウォータポンプ１２は、主冷却回路１１の第２流路２１のエンジン側流路２６に設けられ、エンジン１の動力または電動モータによって駆動されて冷却水を圧送する。

副冷却回路１３は、第３流路２７と第４流路２８と第５流路２９とを有する。第３流路２７は、主冷却回路１１の第２流路２１のエンジン側流路２６のうちウォータポンプ１２とエンジン１の冷却水入口１ａとの間に設けられる第２分岐部３０から分岐してサブラジエータ６の冷却水入口６ａへ連通する。第４流路２８は、サブラジエータ６の冷却水出口６ｂとインタークーラー４の冷却水入口４ａとを連通する。第５流路２９は、インタークーラー４の冷却水出口４ｂと、主冷却回路１１の第２流路２１のエンジン側流路２６のうち第１合流部２４とウォータポンプ１２との間に設けられる第２合流部３１とを接続する。主冷却回路１１の第２流路２１の第２分岐部３０には、第２の電磁バルブ（第２開閉弁）１６が配置される。

第２の電磁バルブ１６は、第２分岐部３０のエンジン１の冷却水入口１ａ側の開口を開閉する。第２の電磁バルブ１６は、第２分岐部３０のエンジン１の冷却水入口１ａ側の開口を閉止する閉状態では、ウォータポンプ１２側からエンジン１の冷却水入口１ａ側への冷却水の流通を遮断し（図３参照）、第２分岐部３０のエンジン１の冷却水入口１ａ側の開口を開放する開状態では、ウォータポンプ１２側からエンジン１の冷却水入口１ａ側への冷却水の流通を許容する（図２参照）。

接続流路１４は、副冷却回路１３の第３流路２７に設けられる第３分岐部３２と、主冷却回路１１の第２流路２１のメインラジエータ側流路２５に設けられる第３合流部３３とを接続する。接続流路１４には、第３の電磁バルブ（第１開閉弁）１７が配置される。

第３の電磁バルブ１７は、接続流路１４を開閉する。第３の電磁バルブ１７は、接続流路１４を開放する開状態では、副冷却回路１３の第３分岐部３２と主冷却回路１１の第３合流部３３との間の冷却水の流通を許容し（図３参照）、接続流路１４を閉止する閉状態では、副冷却回路１３の第３分岐部３２と主冷却回路１１の第３合流部３３との間の冷却水の流通を遮断する（図２参照）。

水温センサ１８は、エンジン１の冷却水出口１ｂの近傍に配置され、エンジン１に近い位置でエンジン１の冷却水の温度を逐次検出し、検出した冷却水温をコントローラ１９へ出力する。なお、本実施形態では、水温センサ１８を設けたが、エンジン１の暖機状態（暖機する必要があるか否か）を判定できる情報を取得可能であれば、他のセンサであってもよい。

コントローラ１９は、ＣＰＵ、メモリ等（図示省略）で構成され、暖機完了判定部３４と、バルブ制御部３５とを有する。暖機完了判定部３４は、水温センサ１８に検出された冷却水温が予め設定された所定の温度未満であるときは、エンジン１の暖機中（以下、単に暖機中という）であると判定し、冷却水温が上記所定の温度以上であるときは、エンジン１の暖機が完了した通常運転中（以下、単に通常運転中という）であると判定する。すなわち、水温センサ１８と暖機完了判定部３４とは、エンジン１の暖機が完了したか否かを判定する暖機完了判定手段として機能する。バルブ制御部３５は、暖機完了判定部３４が暖機中であると判定しているときは、第１の電磁バルブ１５をバイパス状態に設定し、第２の電磁バルブ１６を閉状態に設定し、第３の電磁バルブ１７を開状態に設定する。一方、バルブ制御部３５は、暖機完了判定部３４が通常運転中であると判定しているときは、第１の電磁バルブ１５を非バイパス状態に設定し、第２の電磁バルブ１６を開状態に設定し、第３の電磁バルブ１７を閉状態に設定する。

次に、通常運転中と暖機中の冷却水の流れを図２及び図３を用いて説明する。

通常運転中は、図２に示すように、コントローラ１９のバルブ制御部３５に制御され、第１の電磁バルブ１５が非バイパス状態であり、第２の電磁バルブ１６が開状態であり、第３の電磁バルブ１７が閉状態である。ウォータポンプ１２に圧送された冷却水は、第２流路２１の第２分岐部３０で分岐する。第２分岐部３０でエンジン１側へ流れた冷却水は、エンジン１の冷却水入口１ａからエンジン１に流入してエンジン１を冷却する。エンジン１を冷却して高温化した冷却水は、エンジン１の冷却水出口１ｂから流出してメインラジエータ２に流入し、メインラジエータ２で冷却されてウォータポンプ１２へ戻って循環する。一方、第２分岐部３０で副冷却回路１３の第３流路２７へ流れた冷却水は、サブラジエータ６へ流入してさらに冷却されてインタークーラー４へ流入し、ターボチャージャーにより圧縮されて高温化した空気Ａを冷却した後、主冷却回路１１のウォータポンプ１２よりも上流側の第２合流部３１に戻って循環する。

一方、暖機中は、図３に示すように、コントローラ１９のバルブ制御部３５に制御され、第１の電磁バルブ１５がバイパス状態であり、第２の電磁バルブ１６が閉状態であり、第３の電磁バルブ１７が開状態である。ウォータポンプ１２に圧送された冷却水は、第２流路２１の第２分岐部３０で副冷却回路１３の第３流路２７へ流れ、第３流路２７の第３分岐部３２で分岐する。第３分岐部３２で接続流路１４側へ流れた冷却水は、通常走行中には冷却水の出口である冷却水出口２ｂからメインラジエータ２へ流入し、メインラジエータ２で冷却されて通常走行中には冷却水の入口である冷却水入口２ａから流出する。メインラジエータ２から流出した冷却水は、第１流路２０の第１分岐部２３からバイパス流路２２を流通してウォータポンプ１２へ戻って循環する。一方、第３分岐部３２でサブラジエータ６側へ流れた冷却水は、上記通常運転中と同様に、サブラジエータ６へ流入してさらに冷却されてインタークーラー４へ流入し、ターボチャージャーにより圧縮されて高温化した空気Ａを冷却した後、主冷却回路１１のウォータポンプ１２よりも上流側の第２合流部３１に戻って循環する。

上記のように構成されたエンジン冷却装置１０では、暖機中は、第２の電磁バルブ１６が閉状態となり、ウォータポンプ１２に圧送された冷却水が、エンジン１に流入しないので、エンジン１の暖機を促進することができる。

また、暖機中は、サブラジエータ６に加えてメインラジエータ２もインタークーラー４の冷却に利用するので、サブラジエータ６のみをインタークーラー４の冷却に利用する場合に比べ、エンジン冷却装置１０の冷却性能（特に副冷却回路１３側の冷却性能）を向上させることができる。

従って、本実施形態によれば、冷却能力を向上させるとともに、エンジン１の暖機を促進させることができる。

また、暖機中は、冷却水がエンジン１に流入しないので、その分だけウォータポンプ１２の仕事量を抑えることができ、損失馬力を低減して燃費を向上させることができる。

なお、副冷却回路１３の冷却対象となる熱交換器は、インタークーラー４に限るものではなく、ＥＧＲクーラーやエアコンコンデンサなどであってもよい。

また、第２流路２１の第１合流部２４、第２流路２１の第２分岐部３０、及び接続流路１４に配置される弁は、電磁弁１５〜１７に限定されるものではなく、例えば、モータで駆動する電動弁等であってもよい。

また、暖機時にエンジン１への冷却水の流入を遮断する弁は、第２流路２１の第２分岐部３０に配置される第２の電磁バルブ１６に限定されない。

例えば、図４に示すように、第２流路２１の第２分岐部３０に第２の電磁バルブ１６を備えずに、第２流路２１の第２分岐部３０とエンジン１の冷却水入口１ａとの間にサーモスタット４０を備えてもよい。サーモスタット４０は、冷却水の温度に応じて膨張または収縮するワックスによって開閉する弁を有し、第２分岐部３０とエンジン１の冷却水流入口１ａとの間の流路を開閉する。すなわち、サーモスタット４０は、コントローラ１９に制御されることなく、第２分岐部３０とエンジン１の冷却水流入口１ａとの間の流路を開閉する。ワックスの特性は、ウォータポンプ１２側（第２分岐部３０側）から流れてくる冷却水の温度が後述する目標開弁温度のときに溶解して膨張するように予め設定される。サーモスタット４０は、ウォータポンプ１２側から流れてくる冷却水の温度が目標開弁温度よりも低いときには閉弁して、第２分岐部３０側からエンジン１の冷却水流入口１ａ側への冷却水の流通を遮断する。一方、サーモスタット４０は、ウォータポンプ１２側から流れてくる冷却水の温度が上昇して目標開弁温度に達すると、ワックスが徐々に膨張して開弁し、第２分岐部３０側からエンジン１の冷却水流入口１ａ側への冷却水の流通を許容する。コントローラ１９は、暖機完了判定部３４が通常運転中であると判定すると、バルブ制御部３５が第１の電磁バルブ１５を非バイパス状態に設定し、第２の電磁バルブ１６を開状態に設定する。サーモスタット４０が開弁する目標開弁温度は、暖機完了判定部３４が通常運転中であると判定して、バルブ制御部３５が第１の電磁バルブ１５を非バイパス状態に設定し、第２の電磁バルブ１６を開状態に設定した後、早期にサーモスタット４０を開弁可能な温度に設定される。例えば、バルブ制御部３５が第１の電磁バルブ１５を非バイパス状態に設定し、第２の電磁バルブ１６を開状態に設定した後にウォータポンプ１２側から流れてくる冷却水の温度を、実験やシミュレーション等によって算出し、算出した温度に基づいて目標開弁温度を設定する。なお、図４中の２点鎖線で示すように、サーモスタット４０は、通電時に発熱してワックスを溶解して膨張させるヒータを有し、上記実施形態と同様に該ヒータがコントローラ１９に制御される電子制御サーモスタットであってもよい。

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、当然に本発明を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

１：エンジン
１ａ：エンジンの冷却水流入口
１ｂ：エンジンの冷却水流出口
２：メインラジエータ
２ａ：メインラジエータの冷却水流入口
２ｂ：メインラジエータの冷却水流出口
４：インタークーラー（熱交換器）
６：サブラジエータ
６ａ：サブラジエータの冷却水流入口
６ｂ：サブラジエータの冷却水流出口
１０：エンジン冷却装置
１１：主冷却回路
１２：ウォータポンプ
１３：副冷却回路
１４：接続流路
１５：第１の電磁バルブ（流路切替弁）
１６：第２の電磁バルブ（第２開閉弁）
１７：第３の電磁バルブ（第１開閉弁）
２０：第１流路
２１：第２流路
２２：バイパス流路
２３：第１分岐部
２４：第１合流部
２５：メインラジエータ側流路
２６：エンジン側流路
２７：第３流路
２８：第４流路
２９：第５流路
３０：第２分岐部
３１：第２合流部
３２：第３分岐部
３３：第３合流部
４０：サーモスタット

Claims (1)

1. エンジンの冷却水出口とメインラジエータの冷却水入口とを連通する第１流路と、前記メインラジエータの冷却水出口と前記エンジンの冷却水入口とを連通する第２流路と、前記第１流路の第１分岐部から分岐して前記第２流路の第１合流部に接続するバイパス流路とを有する主冷却回路と、
   前記第２流路の前記第１合流部に配置され、前記第２流路のうちの前記第１合流部よりも前記エンジン側のエンジン側流路を、前記エンジンの暖機中には前記バイパス流路と連通し、前記エンジンの暖機が完了した通常運転時には前記第２流路のうちの前記第１合流部よりも前記メインラジエータ側のメインラジエータ側流路と連通するように冷却水の流路を切り替える流路切替弁と、
   前記第２流路の前記エンジン側流路に配置され、冷却水を前記エンジンの前記冷却水入口側へ圧送するウォータポンプと、
   前記第２流路の前記エンジン側流路の前記ウォータポンプよりも下流側の第２分岐部から分岐してサブラジエータの冷却水入口へ連通する第３流路と、前記サブラジエータの冷却水出口と冷却水によって気体又は液体を冷却する熱交換器の冷却水入口とを連通する第４流路と、前記熱交換器の冷却水出口と前記第２流路の前記エンジン側流路の前記ウォータポンプよりも上流側の第２合流部とを接続する第５流路とを有する副冷却回路と、
   前記副冷却回路の前記第３流路の第３分岐部と前記主冷却回路の前記第２流路の前記メインラジエータ側流路の第３合流部とを接続する接続流路と、
   前記接続流路に配置される第１開閉弁と、
   前記主冷却回路の前記第２流路の前記第２分岐部又は前記第２分岐部よりも前記エンジンの前記冷却水入口側に配置され、前記エンジンの前記冷却水入口側への流路を開閉する第２開閉弁と、を備え、
   前記エンジンの前記通常運転時に前記流路切替弁が前記第２流路の前記ラジエータ側流路と前記エンジン側流路とを連通しているときには、前記第１開閉弁が閉止して前記第２開閉弁が開放し、前記エンジンの前記暖機中に前記流路切替弁が前記バイパス流路と前記第２流路の前記エンジン側流路とを連通しているときには、前記第１開閉弁が開放して前記第２開閉弁が閉止する
   ことを特徴とするエンジン冷却装置。

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