CN111434904A - 内燃机的蓄热散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的蓄热散热装置，既能紧凑地构成蓄热器，又能够提前对内燃机进行预热，而且既能避免内燃机爆震的发生，又能在蓄热器中贮留高温的冷却水。内燃机(2)的蓄热散热装置(1)在使用于冷却内燃机(2)的冷却水循环的冷却回路(3)中包括：蓄热器(7)，贮留冷却水；以及排热回收器(9)，经由冷却水来回收废气的热，在内燃机(2)的启动时，通过将蓄热器(7)的冷却水送出至内燃机(2)而进行散热，其中，冷却回路(3)具备蓄热散热回路(8)，所述蓄热散热回路(8)用于一边使冷却水在内燃机(2)与蓄热器(7)之间循环，一边进行蓄热及散热，排热回收器(9)配置在蓄热散热回路(8)的蓄热器(7)的上游侧。

Description

内燃机的蓄热散热装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的蓄热散热装置，其在用于对搭载于车辆的内燃机进行冷却的冷却回路中包括：蓄热器，贮留冷却水以贮蓄其热；以及排热回收器，经由冷却水来回收从内燃机排出的废气的热，在内燃机的启动时，通过将蓄热器的冷却水送出至内燃机而进行散热。
背景技术
以往，作为此种蓄热散热装置，例如已知有一种装置，其在专利文献1中有所记载，用于提前对发动机(engine)进行预热。所述装置的冷却回路中，在发动机的下游侧，依序配置有蓄热器、排热回收器、加热器芯(heater core)及水泵(water pump)。而且，蓄热器的正下游侧的位置与水泵的正上游侧的位置通过旁通(bypass)管而连接。
在发动机的启动时，从蓄热器放出高温的冷却水，所述冷却水通过旁通管而供给至发动机。由此，与未将来自蓄热器的冷却水供给至发动机的情况相比，能够加快发动机的温度上升。但是，在因大气温度低等而发动机的温度非常低的情况下，即使将蓄热器内的高温冷却水全部供给至发动机，有时也无法使发动机的温度充分上升。当然，若加大蓄热器的容量，则能将更多的高温冷却水供给至发动机。但是，若加大蓄热器的容量，则蓄热器自身的尺寸也将变大，从而难以搭载到车辆中。
而且，所述装置的冷却回路中，在发动机的启动时，从发动机流出的冷却水直接流入蓄热器，因此蓄热器内的冷却水的温度将逐渐下降，若将此种低温的冷却水供给至发动机，则会抑制启动时的发动机的温度上升。为了避免此现象，在所述装置中，当伴随发动机启动的进行而上升且从发动机流出的冷却水的温度达到规定温度以上时，切换流经旁通管的冷却水的流路，使冷却水通过排热回收器，由此来使冷却水的温度上升。具体而言，从发动机流出的冷却水以下述方式循环，即，暂时流入蓄热器后流出，随后，依序通过排热回收器及加热器芯后流入发动机。如上所述，在冷却回路中循环的冷却水通过排热回收器，由此，所述冷却水的温度通过废气的热而上升。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2008-38827号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
但是，所述装置的冷却回路中，在即使将蓄热器内的高温冷却水全部供给至发动机，但从发动机流出的冷却水的温度仍低于所述的规定温度，即，低于用于使冷却水通过排热回收器的切换条件的温度，而发动机未得到充分加热的情况下，若在此种状态下使发动机运转，则有时会导致燃耗下降，或者排气特性发生恶化。而且，优选的是，在蓄热器中贮留更高温度的冷却水，以尽可能加大蓄热器所具有的热能量。但是，若为了使更高温度的冷却水贮留于蓄热器而在冷却回路中使高温的冷却水循环，则发动机的温度也将变高，由此，容易发生爆震(knocking)，从而导致燃耗的恶化。
本发明是为了解决如上所述的问题而完成，其目的在于提供一种内燃机的蓄热散热装置，既能紧凑地构成蓄热器，又能在内燃机的启动时，对所述内燃机持续供给高温的冷却水，由此，能够提前对内燃机进行预热，而且，既能避免内燃机爆震的发生，又能在蓄热器中贮留高温的冷却水。
[解决问题的技术手段]
为了达成所述目的，技术方案1的发明是一种内燃机的蓄热散热装置(实施方式中的(以下，在本项中相同)冷却装置1)，其在使用于冷却内燃机2的冷却水循环的冷却回路3中包括：蓄热器7，贮留冷却水以贮蓄其热；以及排热回收器9，经由冷却水来回收从内燃机排出的废气的热，在内燃机的启动时，通过将蓄热器的冷却水送出至内燃机而进行散热，在所述内燃机的蓄热散热装置中，冷却回路包括：主回路4，能供冷却水始终循环；以及蓄热散热回路8，具有蓄热器，用于一边使冷却水在内燃机与蓄热器之间循环，一边进行蓄热及散热，排热回收器配置在蓄热散热回路的蓄热器的上游侧。
根据所述结构，内燃机的蓄热散热装置在所述冷却回路中具备所述主回路及蓄热散热回路，在所述蓄热散热回路中，一边使冷却水在内燃机与蓄热器之间循环，一边进行蓄热及散热。例如，在蓄热器中贮留有高温冷却水的情况下，在内燃机的启动时，从蓄热器将高温冷却水送出至内燃机(散热)，由此，内燃机受到升温。此时，尽管从内燃机流出且温度比蓄热器的冷却水低的冷却水流向蓄热器侧，但由于排热回收器配置在蓄热散热回路的蓄热器的上游侧，因此经所述排热回收器加热的冷却水流入蓄热器。作为其结果，即使贮留冷却水的蓄热器的容量少，但在借助蓄热器的散热时，仍能够从蓄热器向内燃机持续供给高温的冷却水，因此，既能紧凑地构成蓄热器，又能提前对启动时的内燃机进行预热。
另一方面，在内燃机的运转时，从内燃机流出的冷却水始终由排热回收器进行加热，所述冷却水流入蓄热器。作为其结果，在借助蓄热器的蓄热时，能够将高温的冷却水贮留到蓄热器中。
技术方案2的发明是根据技术方案1所述的内燃机的蓄热散热装置，其中主回路具有将蓄热散热回路与冷却水的流路局部地共用的共用流路(主回路4的第一流路4a及第二流路4b)，排热回收器配置在共用流路。
根据所述结构，在冷却回路中，主回路与蓄热散热回路具有共用流路，排热回收器配置在所述共用流路。由此，既能确保蓄热散热回路中的前述蓄热及散热，而且与蓄热散热回路包含相对于主回路而独立的循环流路的情况相比，还能缩短作为冷却回路整体的流路，并且能够使冷却水效率良好地循环。
技术方案3的发明是根据技术方案1或技术方案2所述的内燃机的蓄热散热装置，其中蓄热散热回路还包括：泵(蓄热器用泵16)，用于将冷却水送往蓄热器；以及流量调整阀15，用于调整朝向蓄热器的冷却水的流量，并且，还包括对泵及流量调整阀进行控制的控制部件(电控单元(Electronic Control Unit，ECU)20a)。
根据所述结构，通过驱动所述泵且将流量调整阀控制为开放，从而能够在蓄热散热回路中，使冷却水在内燃机与蓄热器之间顺畅地循环。而且，通过控制部件来控制泵及流量调整阀，由此，能够调整在蓄热散热回路中循环的冷却水的流速或流量，其结果，能够根据内燃机的运转状态等来适当调整借助蓄热器的蓄热及散热。
技术方案4的发明是根据技术方案3所述的内燃机的蓄热散热装置，其中还包括：冷却水温度检测部件(流入水温传感器18)，对流入内燃机的冷却水的温度进行检测，控制部件在所检测出的冷却水的温度(流入水温TWI)为规定温度以上时，控制泵及流量调整阀的至少一者，以减少从蓄热器流出的冷却水的流量。
根据所述结构，当流入内燃机的冷却水的温度为规定温度以上时，控制泵及流量调整阀的至少一者，以减少从蓄热器流出的冷却水的流量。如前所述，当内燃机的温度变高时，容易发生爆震，因此为了避免此现象，当流入内燃机的冷却水的温度为规定温度以上时，降低从蓄热器送出至内燃机的高温冷却水的流量。由此，能够抑制内燃机的温度上升，由此，能够避免爆震的发生，防止燃耗的恶化。
附图说明
图1是示意性地表示适用了本发明的一实施方式的蓄热散热装置的内燃机的冷却装置的图。
图2是表示图1的冷却装置中的控制部的框图。
图3是用于说明冷却装置的冷却回路中的冷却水的流动的说明图，表示冷却水仅流向冷却回路的主回路的状态。
图4是与图3同样的说明图，表示了冷却水除了流向主回路以外，还流向蓄热散热回路的状态。
图5是与图3同样的说明图，表示了打开恒温器，从而冷却水除了流向主回路及蓄热散热回路以外，还流向散热器回路的状态。
[符号的说明]
1：冷却装置(蓄热散热装置)
2：内燃机
3：冷却回路
4：主回路
4a：主回路的第一流路(共用流路)
4b：主回路的第二流路(共用流路)
5：散热器
6：散热器回路
7：蓄热器
8：蓄热散热回路
9：排热回收器
15：流量调整阀
16：蓄热器用泵(泵)
17：流出水温传感器
18：流入水温传感器(冷却水温度检测部件)
20：控制部
20a：ECU(控制部件)
TWO：流出水温
TWI：流入水温
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边详细说明本发明的优选实施方式。图1示意性地表示适用了本发明的一实施方式的蓄热散热装置的内燃机的冷却装置。所述冷却装置1适用于搭载有内燃机2作为驱动源的车辆，除了冷却所述内燃机2以外，还能经由冷却水来进行蓄热及散热。
如图1所示，冷却装置1具备使用于冷却内燃机2(以下称作“发动机”)的冷却水(例如长效冷却剂(Long Life Coolant，LLC))循环的冷却回路3。冷却回路3包括下述等部分，即：主回路4，可供冷却水始终循环；散热器回路6，具有用于通过向外部的散热来对冷却水进行冷却的散热器5，使冷却水在发动机2与散热器5之间循环；蓄热散热回路8，具有贮留冷却水以贮蓄其热的蓄热器7，使冷却水在发动机2与蓄热器7之间循环；排热回收器9，配置在主回路4及蓄热散热回路8的后述的共用流路中；以及加热器芯10，设在主回路4中。
主回路4具有第一流路4a、第二流路4b、第三流路4c、第四流路4d及第五流路4e来作为供冷却水流动的流路。具体而言，第一流路4a以连接发动机2与排热回收器9的方式而设，第二流路4b以连接排热回收器9与加热器芯10的方式而设，第三流路4c以连接加热器芯10与第四流路4d的规定位置的方式而设，第四流路4d以连接恒温器11与水泵12的方式而设，进而，第五流路4e以连接水泵12与发动机2的方式而设。
所述第一流路4a连接于发动机2的未图示的水冷套的冷却水流出口，并且连接于排热回收器9的冷却水流入口。所述排热回收器9设在发动机2的未图示的排气管中，具有供从运转中的发动机2排出的废气流动的废气流路、及供冷却水流动的冷却水流路(均未图示)，且构成为经由冷却水来回收废气的热。即，当高温的废气在废气流路中流动时，所述废气的热移动(加热)至流经冷却水流路的冷却水，所述冷却水得到升温。
而且，所述第二流路4b连接于排热回收器9的冷却水流出口，并且连接于加热器芯10的冷却水流入口。所述加热器芯10具有多个鳍片(fin)，通过冷却水流经内部而产生的暖气用于车辆内的制暖。而且，所述第三流路4c连接于加热器芯10的冷却水流出口，并且连接于第四流路4d中途的规定位置(以下称作“连接位置P”)。
所述第四流路4d连接于恒温器11，并且连接于水泵12的冷却水抽吸口。所述水泵12包含电动泵。而且，所述第五流路4e连接于水泵12的冷却水喷出口，并且连接于发动机2的水冷套的冷却水流入口。
以上述方式构成的主回路4中，当水泵12受到驱动时，从发动机2流出的冷却水以下述方式循环，即，依序流经第一流路4a、排热回收器9、第二流路4b、加热器芯10、第三流路4c、第四流路4d及第五流路4e，并流入发动机2(参照图3)。
而且，如图1所示，散热器回路6具有第一流路6a及第二流路6b，并且共用所述主回路4的第四流路4d及第五流路4e，来作为供冷却水流动的流路。具体而言，第一流路6a以连接发动机2与散热器5的方式而设，第二流路6b以连接散热器5与恒温器11的方式而设。
所述第一流路6a连接于发动机2的水冷套的冷却水流出口，并且连接于散热器5的冷却水流入口。所述散热器5具有多个鳍片，通过冷却水流经内部，从而利用向外部的散热来对冷却水进行冷却。而且，所述第二流路6b连接于散热器5的冷却水流出口，并且连接于恒温器11，当冷却水达到规定温度(例如90℃)以上时，打开恒温器11，第二流路6b与主回路4的第四流路4d连通。
以上述方式构成的散热器回路6中，当水泵12受到驱动并且恒温器11打开时，从发动机2流出的冷却水以下述方式循环，即，依序流经第一流路6a、散热器5、第二流路6b、恒温器11与主回路4的第四流路4d及第五流路4e，并流入发动机2(参照图5)。另外，在因冷却水低于规定温度而恒温器11关闭的情况下，在所述路径中无冷却水循环。
而且，如图1所示，蓄热散热回路8具有第一流路8a、第二流路8b、第三流路8c及第四流路8d，并且共用所述主回路4的第一流路4a、第二流路4b及第五流路4e，来作为供冷却水流动的流路。具体而言，第一流路8a以连接主回路4的第二流路4b的规定位置与流量调整阀15的方式而设，第二流路8b以连接流量调整阀15与蓄热器用泵16的方式而设，第三流路8c以连接蓄热器用泵16与蓄热器7的方式而设，进而，第四流路8d以连接蓄热器7与主回路4的第五流路4e的规定位置的方式而设。
所述的第一流路8a连接于主回路4的第二流路4b中途的规定位置(以下称作“连接位置Q”)，并且连接于流量调整阀15。所述流量调整阀15构成为，开度在全闭与全开之间可变，通过变更所述开度，对流向蓄热器7侧的冷却水的流量进行调整。
所述第二流路8b连接于流量调整阀15，并且连接于蓄热器用泵16的冷却水抽吸口。所述蓄热器用泵16与所述水泵12同样，包含电动泵。
而且，所述第三流路8c连接于蓄热器用泵16的冷却水喷出口，并且连接于蓄热器7的冷却水流入口。所述蓄热器7形成为具有相对较少的规定容量的槽罐(tank)状，在内外层之间具有真空层。以此方式构成的蓄热器7的保温性非常高，能够长时间对所贮留的冷却水进行保温。
所述第四流路8d连接于蓄热器7的冷却水流出口，并且连接于主回路4的第五流路4e中途的规定位置(以下称作“连接位置R”)。
以上述方式构成的蓄热散热回路8中，当蓄热器用泵16受到驱动并且流量调整阀15开放时，从发动机2流出的冷却水以下述方式循环，即，依序流经主回路4的第一流路4a、排热回收器9、主回路4的第二流路4b、蓄热散热回路8的第一流路8a至第三流路8c、蓄热器7、蓄热散热回路8的第四流路8d及主回路4的第五流路4e，并流入发动机2(参照图4)。
而且，在发动机2，设有流出水温传感器17及流入水温传感器18(冷却水温度检测部件)，所述流出水温传感器17对从所述水冷套流出的冷却水的温度(以下称作“流出水温TWO”)进行检测，所述流入水温传感器18对流入水冷套的冷却水的温度(以下称作“流入水温TWI”)进行检测。
图2表示冷却装置1中的控制部20。控制部20具备ECU20a，所述ECU20a包含微计算机(micro computer)，所述微计算机包含中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)及输入/输出接口(Input/Output interface)(均未图示)等。由前述的流出水温传感器17及流入水温传感器18分别检测出的流出水温TWO及流入水温TWI输出至ECU20a。并且，ECU20a根据它们的检测信号等，来控制前述的水泵12、流量调整阀15及蓄热器用泵16等。
接下来，参照图3～图5，对冷却装置1的冷却回路3中的冷却水的流动与借助蓄热器7的蓄热及散热进行说明。另外，以下说明的图3～图5的冷却回路图中，用箭头来表示冷却水流动的方向，并且用粗线来表示有冷却水流动的流路，用细线来表示无冷却水流动的流路。
图3表示冷却水仅在主回路4中流动的状态。如前所述，通过驱动主回路4的水泵12，由此，从发动机2流出的冷却水以下述方式循环，即：沿图4的顺时针方向流动，即，依序流经第一流路4a、排热回收器9、第二流路4b、加热器芯10、第三流路4c、第四流路4d及第五流路4e，并流入发动机2。
图4表示冷却水除了流向所述图3的主回路4以外，还流向蓄热散热回路8，表示发动机2的启动时的状态。另外，在此情况下，假设在发动机2的启动前，在蓄热散热回路8的蓄热器7中贮留有高温的冷却水。
在发动机2的启动时，当蓄热器用泵16受到驱动，并且流量调整阀15开放时，如图4所示，在蓄热散热回路8中，冷却水沿逆时针方向流动。此时，蓄热器7内的高温冷却水经由蓄热散热回路8的第四流路8d及主回路4的第五流路4e送出，而供给至发动机2。即，贮蓄在蓄热器7中的热散发至发动机2，由此，发动机2得到升温。
而且，此时，从发动机2流出且温度比蓄热器7的冷却水低的冷却水经由主回路4的第一流路4a送出至排热回收器9，并流经其内部的冷却水流路，由此，由流经废气流路的废气的热来进行加热。并且，从排热回收器9流出的冷却水在主回路4的第二流路4b的连接位置Q处分支，并经由蓄热散热回路8的第一流路8a至第三流路8c而流入蓄热器7。如上所述，在排热回收器9中经加热的高温冷却水流入至蓄热器7，因此可防止蓄热器7内的冷却水的温度下降。因此，在借助蓄热器7的散热时，能够从所述蓄热器7对发动机2持续供给高温的冷却水，由此，能够提前对发动机2进行预热。
图5表示因冷却水的温度变高而恒温器11打开，冷却水除了流向所述图4的主回路4及蓄热散热回路8以外，还流向散热器回路6，表示预热后的发动机2的运转中的状态。
如前所述，在水泵12受到驱动的状态下，当恒温器11打开时，从发动机2流出的冷却水以下述方式循环，即，依序流经散热器回路6的第一流路6a、散热器5、第二流路6b、恒温器11与主回路4的第四流路4d及第五流路4e，并流入发动机2。此时，通过恒温器11的冷却水在主回路4的连接位置P处，汇流至流经第三流路4c的冷却水。而且，从水泵12喷出的冷却水在主回路4的连接位置R处，汇流至从蓄热器7流出的高温冷却水而流入发动机2。
而且，在蓄热散热回路8中，冷却水如前所述那样循环，由此，经排热回收器9加热的冷却水贮留在蓄热器7中，且送出至发动机2。由此，在蓄热器7中贮留高温的冷却水而蓄热。
而且，冷却装置1中，根据由流入水温传感器18所检测的流入水温TWI，以下述方式来控制蓄热散热回路8的流量调整阀15及蓄热器用泵16。例如，当流入水温TWI为规定温度以上时，控制流量调整阀15及蓄热器用泵16的至少一者，以减少从蓄热器7流出的冷却水的流量。具体而言，对流量调整阀15进行控制，以使其开度变小，对蓄热器用泵16进行控制，以使其转速变慢。通过像这样控制流量调整阀15及蓄热器用泵16，流入发动机2的冷却水的升温得到抑制，能够避免因发动机2的温度变高引起的爆震的发生。
如以上所详述的，根据本实施方式，在用于一边使冷却水在发动机2与蓄热器7之间循环，一边进行蓄热及散热的蓄热散热回路8中，将排热回收器9配置在蓄热器7的上游侧，因此即使贮留冷却水的蓄热器7的容量少，在借助蓄热器7的散热时，仍能够从蓄热器7对发动机2持续供给高温的冷却水，因此，既能紧凑地构成蓄热器7，又能提前对启动时的发动机2进行预热。另一方面，在发动机2的运转时，从发动机2流出的冷却水始终由排热回收器9进行加热，且所述冷却水流入蓄热器7，因此在借助蓄热器7的蓄热时，能够将高温的冷却水贮留在蓄热器7中。
而且，排热回收器9配置在主回路4与蓄热散热回路8的共用流路(主回路4的第一流路4a及第二流路4b)，因此与蓄热散热回路8包含相对于主回路4而独立的循环流路的情况相比，能够缩短作为冷却回路整体的流路，并且能够使冷却水效率良好地循环。
进而，通过控制蓄热散热回路8的蓄热器用泵16及流量调整阀15，能够调整在蓄热散热回路8中循环的冷却水的流速或流量，其结果，能够根据发动机2的运转状态等来适当调整借助蓄热器7的蓄热及散热。尤其，当流入水温TWI为规定温度以上时，通过减少从蓄热器7流出并供给至发动机2的高温冷却水的流量，能够抑制发动机2的温度上升，由此，能够避免爆震的发生，防止燃耗的恶化。
另外，本发明并不限定于所说明的所述实施方式，能够以各种形态来实施。例如，实施方式中，对将本发明的蓄热散热装置适用于搭载有发动机2作为驱动源的车辆的冷却装置1的情况进行了说明，但当然也能够适用于除了发动机2以外还搭载有马达作为驱动源的混合动力车辆的冷却装置。而且，实施方式中所示的冷却回路3的主回路4、散热器回路6及蓄热散热回路8或蓄热器7及排热回收器9的细节结构等不过是例示，能够在本发明的主旨范围内进行适当变更。

Claims (4)

1.一种内燃机的蓄热散热装置，其在使用于冷却内燃机的冷却水循环的冷却回路中包括：蓄热器，贮留冷却水以贮蓄其热；以及排热回收器，经由冷却水来回收从所述内燃机排出的废气的热，在所述内燃机的启动时，通过将所述蓄热器的冷却水送出至所述内燃机而进行散热，所述内燃机的蓄热散热装置的特征在于，
所述冷却回路包括：
主回路，能供所述冷却水始终循环；以及
蓄热散热回路，具有所述蓄热器，用于一边使冷却水在所述内燃机与所述蓄热器之间循环，一边进行蓄热及散热，
所述排热回收器配置在所述蓄热散热回路的所述蓄热器的上游侧。
2.根据权利要求1所述的内燃机的蓄热散热装置，其特征在于，
所述主回路具有将所述蓄热散热回路与冷却水的流路局部地共用的共用流路，
所述排热回收器配置在所述共用流路。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的蓄热散热装置，其特征在于，
所述蓄热散热回路还包括：
泵，用于将冷却水送往所述蓄热器；以及
流量调整阀，用于调整朝向所述蓄热器的冷却水的流量，并且，
还包括对所述泵及所述流量调整阀进行控制的控制部件。
4.根据权利要求3所述的内燃机的蓄热散热装置，其特征在于，还包括：
冷却水温度检测部件，对流入所述内燃机的冷却水的温度进行检测，
所述控制部件在检测出的所述冷却水的温度为规定温度以上时，控制所述泵及所述流量调整阀的至少一者，以减少从所述蓄热器流出的冷却水的流量。
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