CN103261616A - 发动机的冷却装置 - Google Patents

Abstract

冷却装置（1A）具备设有W/J（501、502）的发动机（50）的气缸体（51）、气缸盖（52）。第一W/J（501）使冷却水向气缸体（51）中的排气侧的部分流通。并且，使冷却水向气缸盖（52）中的包括火花塞（54）周边的规定区域在内的排气侧的部分流通。第二W/J（502）被组入与第一W/J501所组入的第一循环路径（C1）不同的第二循环路径（C2）。第二W/J（502）使冷却水向气缸体（51）中的进气侧的部分流通。并且，使冷却水向气缸盖（52）中的进气侧的部分流通。

Description

发动机的冷却装置

技术领域

本发明涉及发动机的冷却装置。

背景技术

在发动机中，一般利用冷却水进行冷却。并且，在发动机中气缸盖的热负荷会变高这一点也是公知的。在专利文献1中公开了一种多气缸发动机的冷却装置，能够提高气缸盖的冷却性能的同时，防止气缸体的过冷却。在专利文献2中公开了一种内燃机的冷却装置，其积极地冷却燃烧室的排气口侧的壁面，从而提高内燃机的冷却效率。

专利文件1：日本特开平08-177483号公报

专利文献2：日本特开2009-216029号公报

发明内容

图10是表示发动机的热平衡的具体情况的图。在图10中，分别针对全负荷的情况和部分负荷的情况表示火花点火式内燃机的一般的热平衡的详细内容。在火花点火式内燃机中，会较多产生排气损失或冷却损失等未用于有效功的热。并且，占能量损失整体的较大比例的冷却损失的减少，对于提高热效率（燃油经济性）来说是非常重要的要素。然而，降低冷却损失、有效地利用热这一点并不是容易的，这一点会成为提高热效率的障碍。

作为难以减少冷却损失的理由，可以列举出例如一般的发动机的结构并不能够局部地使热传递的状态可变。即，在一般的发动机中，从结构上来说，很难将需要进行冷却的部位仅以必需的程度进行冷却。具体来说，在使发动机的热传递的状态可变时，一般通过由发动机的输出驱动的机械式水泵，根据发动机转速来变更冷却水的流量。然而，在整体性地调节冷却水的流量的水泵中，即使在使用使流量可变的可变水泵的情况下，也无法根据发动机运转状态局部地使热的传递状态可变。

图11表示气缸的内壁温度以及热透过率。在图11中分别针对通常的结构的情况和提高了隔热性的情况进行表示。作为通常的结构的情况，表示设置有从气缸体下部向气缸盖以克服重力的方式使冷却水流通的单***的冷却水循环路径的一般的发动机的情况。并且，作为提高了隔热性的情况，分别表示气缸的壁厚增加并且进行了材质变更的情况以及进行了隔热性更高的空气隔热的情况。

在此，为了减少冷却损失，例如也可以考虑提高发动机的隔热性。并且在该情况下，如图11所示可以期待大幅的冷却损失的降低。然而在这种情况下，由于提高发动机的隔热性，同时燃烧室的内壁温度上升。另外在此情况下，伴随于此混合气体的温度上升，从而会引发爆震。

本发明鉴于以上问题，其目的在于提供一种发动机的冷却装置，能够同时实现冷却损失的减少和避免爆震性能。

本发明是一种发动机的冷却装置，具备设置有第一冷却介质通路和第二冷却介质通路的发动机的气缸体以及气缸盖，上述第一冷却介质通路使冷却介质向上述气缸体中的排气侧的部分流通，并且使冷却介质向上述气缸盖中的包括设置于上述气缸盖的火花塞周边的规定区域在内的排气侧的部分流通，上述第二冷却介质通路被组入与上述第一冷却介质通路所组入的冷却介质循环路径不同的冷却介质循环路径，使冷却介质向上述气缸体中的进气侧的部分流通，并且使冷却介质向上述气缸盖中的进气侧的部分流通。

另外，本发明的结构优选还具备冷却介质控制单元，在使冷却介质向上述发动机流通的情况下使冷却介质向上述第一冷却介质通路流通并且使冷却介质向上述第二冷却介质通路流通时，该冷却介质控制单元使在上述发动机的负荷为低中负荷的情况下向上述第二冷却介质通路流通的冷却介质的流量相比上述发动机的负荷为高负荷的情况下向上述第二冷却介质通路流通的冷却介质的流量减少。

另外，本发明的结构优选上述发动机是进行排气回流的发动机，上述发动机的冷却装置还具备：冷却器，能够通过与流通的冷却介质之间的热交换对回流到上述发动机的排气进行冷却；以及第一分支部，使在上述第一冷却介质通路流通的冷却介质分流并向上述冷却器流通。

另外，本发明的结构优选还具备：加热器，能够通过与流通的冷却介质之间的热交换来加热空气；以及第二分支部，使在上述第一冷却介质通路流通的冷却介质分流并向上述加热器流通。

发明效果

根据本发明，能够同时实现冷却损失的减少和避免爆震性能。

附图说明

图1是实施例1的发动机的冷却装置的概要结构图。

图2是表示水冷套的图。

图3是表示水冷套的冷却区域的图。

图4是水冷套的冷却区域的放大图。

图5是ECU的概要结构图。

图6是用流程图表示ECU的动作的图。

图7是表示对应于曲轴角度的燃烧室的热传导率以及表面积比例的图。

图8是实施例2的发动机的冷却装置的概要结构图。

图9是实施例3的发动机的冷却装置的概要结构图。

图10是表示发动机的热平衡的详细内容的图。

图11是表示气缸的内壁温度及热透过率的图。

具体实施方式

利用附图对本发明的实施例进行说明。

实施例1

图1是发动机的冷却装置（以下称为冷却装置）1A的概要结构图。冷却装置1A搭载于未图示的车辆。冷却装置1A具备水泵（以下称为W/P）11、散热器12、恒温器13、流量调节阀14以及发动机50。

W/P11是冷却介质压送单元，压送作为冷却介质的冷却水。具体来说，W/P11是使压送的冷却水的流量可变的可变W/P。W/P11也可以是利用发动机50的输出来进行驱动的机械式W/P。W/P11所压送的冷却水被提供给发动机50。在发动机50上设有第一水冷套（以下称为W/J）501和第二W/J502。具体来说，W/P11所压送的冷却水被提供给W/J501、502。

图2是表示W/J501、502的图。图3是表示W/J501、502的冷却区域R1、R2的图。图4是冷却区域R1、R2的放大图。图2以发动机50的立体图表示W/J501、502。图3以发动机50的俯视图表示冷却区域R1、R2。图4将图3所示的冷却区域R1、R2中的发动机50的每一气缸的冷却区域R1、R2放大表示。冷却区域R1表示气缸盖52中的第一W/J501的冷却区域，冷却区域R2表示气缸盖52中的第二W/J502的冷却区域。

发动机50具有气缸体51、气缸盖52、垫圈53、火花塞54。在气缸体51形成有气缸51a。在气缸体51，经由垫圈53设有气缸盖52。垫圈53具有高隔热性。在气缸盖52，对应于每个气缸51a设有火花塞54。气缸体51和气缸盖52与未图示的活塞一起形成燃烧室。

第一W/J501使冷却水向气缸体51中的排气侧的部分流通，并且使冷却介质向气缸盖52中的包括火花塞54周边的规定区域在内的排气侧的部分流通。规定区域是指，气缸盖52中能冷却火花塞54周边的部分的区域。因此，气缸盖52中，火花塞54周边的部分包含于冷却区域R1。

第二W/J502使冷却水向气缸体51中的进气侧的部分流通，并且使冷却水向气缸盖52中的进气侧的部分流通。

W/J501、502分别具备使冷却水从气缸体51流入并使冷却水从气缸盖52流出的纵向流动结构。并且，将取出发动机50的输出的一侧作为后侧，使冷却水从发动机50的前侧流入，并且使冷却水从后侧流出。

如图1所示，在冷却装置1A中形成有多个冷却水循环路径。作为冷却水循环路径，例如是第一W/J501所组入的循环路径即第一循环路径C1。在第一循环路径C1流通的冷却水在从W/P11被排出后，在第一W/J501流通，进而经由恒温器13、或经由散热器12及恒温器13返回W/P11。

散热器12是热交换器，通过在流通的冷却水和空气之间进行热交换对冷却水进行冷却。恒温器13对从入口侧向W/P11连通的连通路径进行切换。具体来说，恒温器13在冷却水温低于规定值的情况下，将绕过散热器12的流通路径置于连通状态，在冷却水温为规定值以上的情况下，将在散热器12流通的流通路径置于连通状态。

另外，作为冷却水循环路径，例如有第二W/J502所组入的循环路径即第二循环路径C2。在第二循环路径C2流通的冷却水从W/P11被排出后，在流量调节阀14流通，进而经由恒温器13、或者经由散热器12以及恒温器13返回W/P11。

流量调节阀14设置在第二循环路径C2中的循环路径C1、C2分支后的、且相比发动机50靠上游侧的部分。流量调节阀14作为通过调节在第二W/J502流通的冷却水的流量而能够调整第二W/J502的冷却能力的冷却能力调整单元。

另外，流量调节阀14是不抑制第一W/J501的冷却能力而能够抑制第二W/J502的冷却能力的冷却能力调整单元。具体来说，是如下的冷却能力调整单元：例如在冷却水均向W/J501、502流通的高旋转高负荷时的第一W/J501和第二W/J502的冷却能力存在的情况下，对于它们的冷却能力，不会抑制第一W/J501的冷却能力，但能够抑制第二W/J502的冷却能力。

进而，流量调节阀14是如下的冷却能力调整单元：在以抑制第二W/J502的冷却能力的方式对在第二W/J502流通的冷却水的流量进行调节的情况下，能够以提高第一W/J501的冷却能力的方式对在第一W/J501流通的冷却水的流量进行调节。

在冷却装置1A中，在第一循环路径C1流通的冷却水被W/P11压送后，在循环一周为止的期间内不在第二W/J502流通。另外，在第二循环路径C2流通的冷却水被W/P11压送后，在循环一周为止的期间内不在第一W/J501流通。即，在冷却装置1A中第一W/J501和第二W/J502被组入互不相同的冷却介质循环路径。第一W/J501相当于第一冷却介质通路，第二W/J502相当于第二冷却介质通路。

图5是ECU70的概要结构图。冷却装置1A还具备作为电子控制装置的ECU70。ECU70具备输入输出电路75、76以及由CPU71、ROM72、RAM73等构成的微计算机。这些结构相互之间经由总线74连接。

在ECU70上电连接有用于检测发动机50的转速的曲轴角传感器81、用于计测吸入空气量的空气流量计82、用于检测油门开度的油门开度传感器83、检测冷却水的温度的水温传感器84等各种传感器和开关类。关于这一点，发动机50的负荷可以基于空气流量计82、油门开度传感器83的输出由ECU70检测。ECU70上电连接有W/P11或流量调节阀14等各种控制对象。

ROM72是用于存储记载了CPU71所执行的各种处理的程序或映射数据等的结构。CPU71基于存储于ROM72的程序，根据需要利用RAM73的临时存储区域执行处理，从而在ECU70中功能性地实现各种控制单元、判定单元、检测单元、计算单元等。

例如，在ECU70中，功能性地实现控制W/P11和流量调节阀14的控制单元。控制单元在使冷却水向发动机50流通的情况下，进行驱动W/P11的控制。并且由此，在使冷却水向发动机50流通的情况下，使冷却水向W/J501流通。使冷却水向发动机50流通的情况例如是发动机运转过程中。使冷却水向发动机50流通的情况例如也可以是发动机冷启动后经过了规定时间的情况。

另外，在使冷却水向发动机50流通的情况下使冷却水向第二W/J502流通时，控制单元进行使在发动机50的负荷为低中负荷的情况下流量调节阀14的开度相比发动机50的负荷为高负荷的情况下流量调节阀14的开度减小的控制。并且由此，使在发动机50的负荷为低中负荷的情况下向第二W/J502流通的冷却水的流量相比发动机50的负荷为高负荷的情况下向第二W/J502流通的冷却水的流量减少。

在发动机50的负荷为高负荷的情况下，控制单元可以使流量调节阀14例如为全开。并且，在发动机50的负荷为低中负荷的情况下，可以使流量调节阀14例如为全闭，或者以能够抑制冷却水沸腾的方式使流量调节阀14开阀。在进行驱动W/P11的控制时，控制单元能够以例如发动机50的转速越高则排出量越多的方式进行控制。在冷却装置1A中，W/P11、流量调节阀14以及ECU70相当于冷却介质控制单元。

接着利用图6所示的流程图说明ECU70的动作。ECU70判断是否处于发动机运转过程中（步骤S1）。如果判定结果为否定则使W/P11停止（步骤S7）。接着临时结束本流程。另一方面，如果判定结果为肯定，ECU70驱动W/P11（步骤S2）。由此，在使冷却水向发动机50流通的情况下，冷却水始终向第一W/J501流通。

接着，ECU70检测发动机50的负荷（步骤S3）。并且，判定检测出的负荷是否为高负荷（步骤S4）。如果判定结果为肯定，则ECU70使流量调节阀14开阀（步骤S5）。如果判定结果为否定，则ECU70以比高负荷时小的开度使流量控制阀14开阀，包括使流量控制阀14闭阀（步骤S6）。由此，在发动机50的负荷为低中负荷的情况下，相比发动机的负荷为高负荷的情况，向第二W/J502流通的冷却水的流量减少。

接着说明冷却装置1A的作用效果。图7是表示对应于曲轴角度的燃烧室的热传导率以及表面积比例的图。如图7所示，可以明白热传导率在压缩行程上止点附近提高。并且，关于表面积比例，可以明白，在压缩行程上止点附近，气缸盖52和活塞的表面积比例变大。因此可知，对于冷却损失，气缸盖52的温度的影响力大。

另一方面，可以明白，爆震取决于压缩端温度，在对压缩端温度产生影响的进气压缩行程中，气缸51a的表面积比例大。因此可知，对于爆震，气缸51a的温度的影响力大。并且，关于爆震，从与流入燃烧室的进气的关系来看，气缸51a中，相比进气侧的部分，排气侧的部分的温度的影响力大。

对此，冷却装置1A通过使冷却水向第一W/J501流通，能够冷却发动机50的排气侧的部分。并且由此能够冷却气缸51a的排气侧的部分。并且，发动机50的排气侧的部分由于排气而成为容易变成高温的部分。因此，冷却装置1A使冷却水向第一W/J501流通，从而能够适当地抑制爆震的产生。并且，同时对火花塞54周边的部分进行冷却，由此也能够确保发动机50的可靠性。

另外，冷却装置1A通过对在第二W/J502流通的冷却水的流量进行限制，能够在发动机50的进气侧的部分减少冷却损失。并且由此，能够在气缸盖52的进气侧的部分减少冷却损失。进而，冷却装置1A通过在发动机50的排气侧设置第一W/J501并在发动机50的排气侧设置第二W/J502，能够具有相对来说容易制造的简便的纵向流动的结构。

因此，基于以上见解，冷却装置1A能够以简便的纵向流动的结构，局部地使热传递的状态可变。并且由此能够同时实现冷却损失的减少和避免爆震性能，从而能够提高热效率。

具体来说，冷却装置1A在使冷却水向发动机50流通的情况下，使冷却水始终向第一W/J501流通，从而能够适当地抑制爆震的产生。并且，同时也能够适当地确保发动机50的可靠性。另外，在使冷却水向第二W/J502流通时，在发动机50的负荷为低中负荷的情况下，使在第二W/J502流通的冷却水的流量相比发动机50的负荷为高负荷的情况下减少，从而能够在低中负荷时减少冷却损失。并且由此，能够适当地同时实现冷却损失的减少和避免爆震的性能。

另外，在冷却装置1A中，在流量调节阀14以抑制第二W/J502的冷却能力的方式调节在第二W/J502流通的冷却水的流量的情况下，以提高第一W/J501的冷却能力的方式，调节在第一W/J501流通的冷却水的流量。因此，冷却装置1A由此能够进一步冷却进气。结果能够更适当地抑制爆震的产生。

实施例2

图8是冷却装置1B的概要结构图。冷却装置1B和冷却装置1A相比还具备EGR装置21和第一分支部22。EGR装置21对于发动机50进行排气回流。换言之，发动机50是进行排气回流的发动机。

EGR装置21具备EGR配管211、EGR流量调节阀212以及EGR冷却器213。EGR配管211使排气回流到发动机50。EGR流量调节阀212对回流到发动机50的排气的流量进行调节。EGR冷却器312通过与冷却水的热交换来冷却回流到发动机50的排气。EGR冷却器312相当于冷却器。

第一分支部22对在第一W/J501流通的冷却水进行分流，使其向EGR冷却器213流通。在第一W/J501流通的冷却水是指在第一循环路径C1流通的冷却水。因此，通过使在第一循环路径C1中从循环路径C1、C2分支开始到合流为止之间的部分流通的冷却水分流，能够使在第一W/J501流通的冷却水分流。

关于这一点，具体来说，第一分支部22使在第一W/J501流通的冷却水在第一W/J501的下游侧分流，使其向EGR冷却器213流通。向EGR冷却器213流通的冷却水能够在第一循环路径C1中第一分支部22的下游侧且循环路径C1、C2的合流地点的上游侧的部分合流。

接着说明冷却装置1B的作用效果。在此，EGR冷却器213是为了在使高温的排气回流到发动机50时抑制爆震的产生而设置的。然而，假如在减少发动机50的冷却损失的同时，还降低向EGR冷却器213流通的冷却水的流量或者停止向EGR冷却器213流通冷却水，则会有回流的排气的温度上升或冷却水沸腾的危险。

对此，冷却装置1B使在第一W/J501流通的冷却水分流，使其向EGR冷却器213流通。因此，冷却装置1B可优选使用EGR装置21。并且由此能够进一步实现基于排气回流的燃油经济性的提高。另外，通过使在第一W/J501流通的冷却水在第一W/J501的下游侧分流，还能够防止对第一W/J501的冷却性能产生影响。

实施例3

图9是冷却装置1C的概要结构图。冷却装置1C与冷却装置1A相比还具备加热器芯31和第二分支部32。另外，例如也可以对冷却装置1B进行同样的变更。加热器芯31用于车辆的供暖，通过与流通的冷却水进行热交换对空气进行加热。加热器芯31相当于加热器。

第二分支部32使在第一W/J501流通的冷却水分流，使其向加热器芯31流通。具体来说，在第一W/J501流通的冷却水在第一W/J501的下游侧分流，向加热器芯31流通。向加热器芯31流通的冷却水能够在第一循环路径C1中第二分支部32的下游侧且循环路径C1、C2的合流地点的上游侧的部分合流。

接着说明冷却装置1C的作用效果。冷却装置1C使在第一W/J501流通的冷却水分流，使其向加热器芯31流通。因此，冷却装置1C在降低发动机50的冷却损失的同时，能够抑制车辆的供暖性能的降低。即，可以适当地使用供暖。另外，使在第一W/J501流通的冷却水在第一W/J501的下游侧分流，从而能够将受热量较多的冷却水用于供暖。结果，还能够适当地提高供暖性能。

以上针对本说明的实施例进行了详细说明，但本发明并不限定于特定的实施例，在权利要求书所记载的本发明的要旨的范围内可以进行各种变形、变更。

标号说明

冷却装置    1A、1B、1C

W/P         11

散热器      12

恒温器      13

流量调节阀  14

EGR装置     21

EGR冷却器   213

第一分支部  22

加热器芯    31

第二分支部  32

发动机      50

第一W/J     501

第二W/J     502

气缸体      51

气缸盖      52

垫圈        53

火花塞      54

ECU         70

Claims (4)

1.一种发动机的冷却装置，具备设置有第一冷却介质通路和第二冷却介质通路的发动机的气缸体以及气缸盖，

上述第一冷却介质通路使冷却介质向上述气缸体中的排气侧的部分流通，并且使冷却介质向上述气缸盖中的包括设置于上述气缸盖的火花塞周边的规定区域在内的排气侧的部分流通，

上述第二冷却介质通路被组入与上述第一冷却介质通路所组入的冷却介质循环路径不同的冷却介质循环路径，使冷却介质向上述气缸体中的进气侧的部分流通，并且使冷却介质向上述气缸盖中的进气侧的部分流通。

2.根据权利要求1所述的发动机的冷却装置，其中，

还具备冷却介质控制单元，

在使冷却介质向上述发动机流通的情况下使冷却介质向上述第一冷却介质通路流通并且使冷却介质向上述第二冷却介质通路流通时，该冷却介质控制单元使在上述发动机的负荷为低中负荷的情况下向上述第二冷却介质通路流通的冷却介质的流量相比上述发动机的负荷为高负荷的情况下向上述第二冷却介质通路流通的冷却介质的流量减少。

3.根据权利要求2所述的发动机的冷却装置，其中，

上述发动机是进行排气回流的发动机，

上述发动机的冷却装置还具备：

冷却器，能够通过与流通的冷却介质之间的热交换对回流到上述发动机的排气进行冷却；以及

第一分支部，使在上述第一冷却介质通路流通的冷却介质分流并向上述冷却器流通。

4.根据权利要求2或3所述的发动机的冷却装置，其中，还具备：

加热器，能够通过与流通的冷却介质之间的热交换来加热空气；以及

第二分支部，使在上述第一冷却介质通路流通的冷却介质分流并向上述加热器流通。

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