JP2004285952A

JP2004285952A - Engine cooling device

Info

Publication number: JP2004285952A
Application number: JP2003080785A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Nishino; 知樹西野; Nobuaki Murakami; 信明村上
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine cooling device capable of enhancing engine cooling capability, restraining increases in engine driving loss, and facilitating mounting. <P>SOLUTION: This engine cooling device, cooling an engine body 2 by circulating cooling water in a cooling water passage Rc formed along a combustion chamber opposing wall 20 in the engine body 2, is provided with an ultrasonic oscillator 17 provided on peripheral walls fa, fb forming the cooling water passage, and a controller 29 for selectively driving the ultrasonic oscillator 17 corresponding to an engine running range (a driving range map m1). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン冷却装置に関し、特に、エンジン本体内の冷却水路に冷却水を循環させることでエンジン本体を冷却するエンジン冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンはそのエンジン本体内にウォーターポンプ駆動の冷却水循環経路を設け、この冷却水循環経路の冷却水がエンジン本体内の熱を受け取り、ラジエータに達した際に外気に放熱するという冷却サイクルを行なえるようになっている。
【０００３】
従来、エンジン冷却装置でエンジン冷却能力の強弱を変える場合、冷却水の流量を増減調整することで行なっているが、これは冷却水流量を増加すると、燃焼室対向壁と冷却水との間の熱伝達率γが向上するためである。
【０００４】
このように冷却水流量の増減調整はウォーターポンプのポンプ容量の増減調整により比較的容易に成されている。
なお、実開平４−１２３３４８号公報（特許文献１）に開示のエンジン冷却装置では、ピストン上壁面を内壁側よりオイル冷却するにあたり、超音波振動子を駆動してオイル冷却特性を向上させるという技術が開示される。
【０００５】
【特許文献１】
実開平４−１２３３４８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、冷却水循環経路を形成する内壁面ｆ０の熱伝達率γは、図７に示すように、流速ｖの約０、８乗（γ∝ｖ^０ ^、 ^８）の関係にある。このため、流速ｖを増大しつづけても得られる冷却能力は頭打ちとなる。
更に、ポンプ容量の増減調整はウォーターポンプの大型化を招くことより、ポンプスペース確保に問題を生じ、しかも、ポンプ駆動損失の増加を招くことより、ポンプ容量の増調整には限度がある。
【０００７】
また、特許文献１の技術はピストン部分のオイル冷却特性を改善するもので、エンジン本体の冷却に使用されるものではなく、エンジン冷却能力の強化を図れるものとはなっていない。
そこで、冷却水流量の増減調整に代えて、エンジン冷却能力の強化を図れ、装着が容易化され、エンジン駆動損失の増加を抑制できるエンジン冷却装置が望まれている。
【０００８】
本発明は上述の課題に基づき、エンジン冷却能力の強化を図れる上に、エンジン駆動損失の増加を抑制でき、装着が容易化されるエンジン冷却装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、エンジン本体内の燃焼室対向壁に沿って形成された冷却水路に冷却水を循環させることで上記エンジン本体を冷却するエンジン冷却装置において、上記冷却水路を形成する周壁に超音波加振装置を取り付け、同超音波加振装置をエンジン運転域に応じて選択駆動する制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
このように、エンジン運転域の内、冷却能力の強化を必要とする運転域でのみ超音波加振装置を駆動するので、エンジン出力ロスを低減でき、しかも、冷却能力の強化を必要とする運転域でウォーターポンプの大型化による流量増を図ることなく冷却能力の強化を図れる。更に、超音波加振装置を連続駆動しないので、同装置の耐久性を確保できる。
好ましくは、制御手段は暖気完了前は上記超音波加振装置の駆動を停止させるように制御してもよい。この場合、暖気完了前の超音波加振装置の無駄な駆動を排除でき、エンジン出力ロスを低減できる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載のエンジン冷却装置において、上記制御手段は高負荷運転域で上記超音波加振装置を駆動することを特徴とする。
エンジン発熱量の多い高負荷運転域で冷却能力の強化を図れ、他の運転域では停止するので、エンジン出力を有効利用でき、ロスを低減できる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載のエンジン冷却装置において、上記超音波加振装置は上記冷却水路の鋳造用の中子支え穴を取付穴としたことを特徴とする。
鋳造用の中子支え穴を取付穴として超音波加振装置を取付けるので、エンジンへの超音波加振装置の組込みを容易化でき、装置組込みコストを低減でき、しかも、冷却水路の比較的広い範囲の冷却水に超音波照射を行なえる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３には本発明の一実施形態としてのエンジン冷却装置を示した。このエンジン冷却装置Ａは図示しない自動車に搭載された水冷式のエンジン１に設けられている。エンジン１はその本体２内部に上下ウォータジャケット３Ｌ、３Ｈ（図３参照）を形成し、エンジン本体２の外側の近傍にラジエータ４を配し、ラジエータ４を冷却循環経路により連結している。ここでの冷却循環経路は定常運転時に冷却水が流動する主循環路Ｃ１と暖機時に冷却水が流動する暖気循環路Ｃ２とから成り、両循環路はサーモスタット１４で切換えできる。
【００１４】
主循環路Ｃ１に配備されるラジエータ４は不図示の車体前壁に支持され、前方から後方に向かう冷却風ｗｃを受け、しかも、不図示のファン駆動回路を介して適時に駆動されるファンの冷却風ｗｃｆを受けることで、冷却水を冷却するように形成される。なお、主循環路Ｃ１には分岐されて並列状にヒータ循環路Ｃ３が接続される。このヒータ循環路Ｃ３はヒータ５の駆動時に冷却水を循環供給するように形成される。
【００１５】
エンジン本体２は同本体２を成すシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２の内部に下ウォータジャケット３Ｌ、上ウォータジャケット３Ｈが形成される。エンジン本体２は、エンジン長手方向Ｘ（図１、図３（ｂ）で紙面左右方向）の一端側（紙面右側）のシリンダブロック１１の右側壁ｆ１に冷却水の流入口６が形成され、ここにウォーターポンプ８から冷却水が流入される。一方、シリンダヘッド１２には後側壁ｆｒ（図１の紙面上側）上で他端側（紙面左側）の左側壁ｆｂに接近する位置に冷却水の流出口７が形成され、ここよりサーモスタット１４に冷却水が流出される。
【００１６】
図１、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンダブロック１１は、エンジン長手方向Ｘに直列配置される複数気筒を備え、その外周左右面に沿って概略直状に冷却水を流動させる下ウォータジャケット３Ｌを形成され、しかも、シリンダブロック１１の上壁には全域にわたり、上向きの連通穴１０が複数箇所に形成される。
【００１７】
シリンダブロック１１の側壁ｆ１にはウォーターポンプ８が一体的に装着され、同ウォーターポンプ８は主循環路Ｃ１及び暖気循環路Ｃ２から冷却水を吸い込み、流入口６より冷却通路を成す下ウォータジャケット３Ｌに向け流入させる。なお、ウォーターポンプ８は不図示のクランク軸の回転をベルト式回転伝達系を介して受けて駆動する。
【００１８】
シリンダヘッド１２はシリンダブロック１１の上壁に重合される低壁２０（図３（ａ）、（ｂ）参照）と、その周縁より上方に延出する左右側壁ｆｂ、ｆａ及び前後側壁ｆｆ、ｆｂ（周側壁）と、低壁２０の上側に所定間隔を保って対向して形成される上壁３０とを備える。ここで低壁２０は各気筒の燃焼室ｃの上部を成し、燃焼室対向壁として機能する。
【００１９】
なお、周側壁（ｆｂ、ｆａ、ｆｆ、ｆｂ）の上端縁にはヘッドカバー１５（図３（ｂ）参照）が重合され、ボルト止めされ、これにより上壁３０との間に不図示の動弁系を収容する室１６が形成される。更に、シリンダヘッド１２の左右側壁ｆｂ、ｆａの略中央位置に後述の超音波加振装置１７がそれぞれ取付けられる。ここで、図３（ａ）、（ｂ）、図５に示すように、低壁２０、上壁３０及び周側壁の下側部分との間にエンジン長手方向Ｘに沿って略直状に連続して冷却通路を成す上ウォータジャケット３Ｈが形成される。
【００２０】
図２に示すように、上ウォータジャケット３Ｈ内には複数気筒の各湾曲筒状の吸気ポートｐｉ、各湾曲筒状の排気ポートｐｅ及び直筒状のプラグカバーｐｋがエンジン長手方向Ｘに沿って順次突出し形成される。このため、複数の連通穴１０を通して下ウォータジャケット３Ｌより上ウォータジャケット３Ｈに流入した冷却水は、エンジン長手方向Ｘに沿った中央路Ｒｃと、左右の吸排気ポートｐｉ、ｐｅの下側空間を連続して結ぶ左右側路Ｒｓと、これら両路を結ぶ複数の枝路Ｒｄとからなる冷却水路を流動し、その上で後側壁ｆｒの流出口７に達することとなる。
【００２１】
図１に示すように、流出口７はサーモスタット１４の入口１４１に連通するよう形成される。
サーモスタット１４は主循環路Ｃ１に連通する第１出口１４２、暖気循環路Ｃ２に連通する第２出口１４３を備え、その切換えを不図示の感温アクチュエータに駆動される切換え弁１４０で行なう。
【００２２】
即ち、入口１４１の内部に設けた不図示の感温アクチュエータは冷却水の温度が所定暖気水温値Ｔｗｈ（例えば、８０℃）以下であると、入口１４１を暖気循環路Ｃ２と連通する第２出口１４３に、所定暖気水温値Ｔｗｈを上回ると主循環路Ｃ１と連通する第１出口１４２に連通するように切換え弁１４０を駆動する。
図３に示すように、シリンダヘッド１２はその左右側壁ｆｂ、ｆａの各中央位置の取付穴ｈに超音波加振装置１７を装着する。
【００２３】
ここで取付穴ｈはシリンダヘッド１２の鋳造時に上ウォータジャケット３Ｈの鋳造用中子の中子支え穴として用いられていたものをそのまま利用する。
即ち、中子支え穴は本来鋳造後にはめくら蓋（不図示）により密閉処理されており、不使用状態にあったが、ここでは、この中子支え穴を超音波加振装置１７を装着するための取付穴ｈとして転用する。このため、別途、取付穴ｈを加工する必要が無い。
【００２４】
特に、各取付穴ｈは上ウォータジャケット３Ｈのエンジン長手方向Ｘに沿った中央路Ｒｃのほぼ全域に直接対向する位置にあり、超音波加振装置１７が発生する超音波ｗｂを比較的広い範囲の冷却水に照射する上で最適な位置にある。このような鋳造用の中子支え穴を取付穴ｈとして超音波加振装置１７を取付けるので、エンジンへの超音波加振装置の組込みを容易化でき、装置組込みコストを低減でき、しかも、冷却水路の比較的広い範囲の冷却水に超音波照射を行なえる。
【００２５】
ここで超音波加振装置１７は、超音波、例えば、２５ＫＨＺから４５ＫＨＺ程度の超音波ｗｂの照射により、冷却水路の冷却水を加振して、冷却水路を形成する内壁の壁面近傍の流体層に乱流を生じさせる。これにより、内壁面よりその近傍の流体に対する伝熱特性を強化でき、冷却水への放熱特性を改善できる。
超音波加振装置１７は超音波駆動回路１８を介して制御手段としてのコントローラ２９に接続される。コントローラ２９は、同超音波加振装置１７をエンジン運転域に応じて選択駆動するもので、ここでは図４の駆動域マップｍ１に沿って駆動、駆動停止の切換え制御を行なう。
【００２６】
駆動域マップｍ１はエンジンの運転域を高負荷運転域ｅ１と低負荷運転域ｅ２とに区分けしており、高負荷運転域ｅ１ではエンジンの発熱量が急増し、エンジン本体の冷却を強化する必要性が高いことより、この運転域で超音波加振装置１７を駆動させ、低負荷運転域ｅ２では超音波加振装置１７を停止させるという制御特性を設定する。このような制御をすることでエンジン発熱量の多い高負荷運転域ｅ１で冷却能力の強化を図れ、他の運転域では停止するので、エンジン出力を有効利用でき、エンジン出力ロスを低減できる。しかも、車両用のエンジンの場合、出力変動が頻繁に発生することが多いため、超音波加振装置１７の駆動が断続的となり、超音波加振装置１７が超音波照射駆動を連続することによる同装置の早期劣化を抑え、所定の耐久性を確保できる。
【００２７】
コントローラ２９はエンジン１のウォータジャケット３Ｈの冷却水温度Ｔｗを水温センサ３１で検出し、更に、エンジン回転センサ３２やアクセル開度センサ３３により検出したエンジン回転数Ｎｅや負荷としてのアクセル開度θａを取り込み、最新値に書き換える。更に、コントローラ２９はこれらの運転情報や図の駆動域マップｍ１に基づき、図６の超音波加振制御ルーチンに沿って、超音波加振装置１７を選択的に駆動制御する。
【００２８】
以下、図６の超音波加振制御ルーチンに沿ってエンジン冷却装置Ａの駆動を説明する。
コントローラ２９はステップｓ１で水温Ｔｗ、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度θａを取り込み、ステップｓ２で現在の水温が暖気水温値Ｔｗｈ（たとえば８０℃）を下回っていると、暖機促進時と判断し、サーモスタット１４は主循環路Ｃ１を閉じ（第１出口１４２閉鎖）、暖気循環路Ｃ２を開く（第２出口１４３開放）運転域と見徴し、ここでの冷却強化処理はありえないため、ステップｓ３で超音波加振装置１７のオフ処理を行ない、この回の制御を終了してリターンする。
【００２９】
ここで、暖気中のウォーターポンプ８の回転による冷却水は暖気循環路Ｃ２に沿って循環するのみで、冷却水の放熱は抑制される。特に、暖気完了前の超音波加振装置１７の無駄な駆動を排除するので、エンジン出力ロスを低減できる。ステップｓ２で現在の水温が暖気水温値Ｔｗｈ（たとえば８０℃）を上回る暖気完了後は、ステップｓ４に進む。ここではサーモスタット１４は主循環路Ｃ１を開き（第１出口１４２開放）、暖気循環路Ｃ２を閉じ（第２出口１４３閉鎖）の運転域と見徴し、ステップｓ４に進む。
【００３０】
ステップｓ４では現在の負荷情報であるアクセル開度θａ及びエンジン回転数Ｎｅ相当の運転域が駆動域マップｍ１において低負荷域ｅ２か、高負荷域ｅ１か判断し、低負荷域ｅ２ではステップｓ３に進んで超音波加振装置１７のオフ処理を行ない、この回の制御を終了してリターンする。この暖気完了後の低負荷運転域ｅ２でエンジン本体２は比較的熱量が低い状態にあり、ウォーターポンプ８により主循環路Ｃ１を循環する冷却水が十分に受け取ることができる比較的低レベルの発熱状態にある。このため、冷却水が両ウォータジャケット３Ｌ、３Ｈを循環する際に各順還流路内壁面から放熱されてくる熱量を受け取り、これをラジエータ４において放熱することで十分にエンジン本体２の冷却処理を達成できる。
【００３１】
ステップｓ４で、現在の運転域が高負荷運転域ｅ１と判断すると、ステップｓ５に進む。ここでは暖気完了後で、高負荷運転域ｅ１であり、エンジン１の放熱量が比較的急増していると見做され、エンジン本体２の放熱を強化すべく、超音波加振装置１７の駆動処理を行ない、この回の制御を終了してリターンする。この暖気完了後の高負荷運転域ｅ１ではエンジン本体２は比較的高レベルの発熱状態にあり、ウォーターポンプ８により主循環路Ｃ１を循環する冷却水が定常状態の流れにある場合に受け取ることができる所定熱量を上回る発熱状態にある。
【００３２】
そこで、ここでは超音波加振装置１７の駆動処理によって、高負荷運転時に最も高温化し易いシリンダヘッド１２の上ウォータジャケット３Ｈの冷却水を加振して、特に、低壁２０の内壁面近傍の冷却水を加振して、内壁面近傍の流体層に乱流を生じさせ、内壁面近傍の流体に対する伝熱特性を強化し、冷却水路の冷却水への放熱特性を大幅に高めることができる。このため、冷却水が上ウォータジャケット３Ｈを定常状態のまま循環する場合と比較し、同一流量にもかかわらず、冷却水が各順還流路内壁面から放熱されてくる熱量を受け取る熱量が上昇する。この結果、低負荷時と比べてより昇温した冷却水はラジエータ４に達した際に放熱処理される。このように超音波加振装置１７の駆動処理によってエンジン冷却能力の強化を図れ、エンジン本体２の冷却処理は高負荷運転時において、ウォーターポンプの大型化による流量増を図ることなく、確実に達成することができる。
【００３３】
このように、エンジン運転域の内、冷却能力の強化を必要とする高負荷運転域でのみ超音波加振装置１７を駆動するので、エンジン出力ロスを低減でき、しかも、冷却能力の強化を必要とする高負荷運転域でウォーターポンプ８の大型化による流量増を図ることなく冷却能力の強化を図れる。更に、超音波加振装置１７を連続駆動しないので、同装置の耐久性を確保できる。
【００３４】
上述のところにおいて、超音波加振装置１７はシリンダヘッドのエンジン長手方向Ｘの両端に装着されていたが、場合により一方端にのみ取付けてもよく、これらに加え、あるいは、これらに代えて、シリンダブロック１１の下ウォータジャケット３Ｌと対向する不図示の鋳造用中子の中子支え穴として用いられていたものをそのまま利用し、そこに超音波加振装置１７を装着し、同様の作用効果を得てもよい。
【００３５】
更に、超音波加振装置１７はその取付孔ｈを、シリンダヘッド鋳造用中子の中子支え穴として用いられていたものをそのまま利用したが、これに代えて、放熱特性を強化したい個所に対して超音波加振装置１７を対向配備できるような最適個所に取付孔（不図示）を別途形成してもよい。この場合、より効率よく温度境界層を崩壊させることができ、冷却水路の冷却水への放熱特性を大幅に高めることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、エンジン運転域の内、冷却能力の強化を必要とする運転域でのみ超音波加振装置を駆動するので、エンジン出力ロスを低減でき、しかも、冷却能力の強化を必要とする運転域でウォーターポンプの大型化による流量増を図ることなく冷却能力の強化を図れる。更に、超音波加振装置を連続駆動しないので、同装置の耐久性を確保できる。
【００３７】
請求項２の発明は、エンジン発熱量の多い高負荷運転域で冷却能力の強化を図れ、他の運転域では停止するので、エンジン出力を有効利用でき、ロスを低減できる。
【００３８】
請求項３の発明は、鋳造用の中子支え穴を取付穴として超音波加振装置を取付けるので、エンジンへの超音波加振装置の組込みを容易化でき、装置組込みコストを低減でき、しかも、冷却水路の比較的広い範囲の冷却水に超音波照射を行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのエンジン冷却装置が適用されたエンジンの概略平面図である。
【図２】図１のエンジンの部分切欠拡大断面図である。
【図３】図１のシリンダヘッドの平面視での冷却流路説明図である。
【図４】図１のシリンダヘッドの側面視での冷却流路の説明図である。
【図５】図１のエンジン冷却装置のコントローラで用いる駆動域マップの特性線図である。
【図６】図１の超音波加振制御ルーチンのフローチヤートである。
【図７】冷却水循環経路を形成する内壁面の熱伝達率−流速特性説明図である。
【符号の説明】
１エンジン
１７超音波加振装置
２０低壁（燃焼室対向壁）
２９コントローラ
３１水温センサ
３２エンジン回転センサ
３３アクセル開度センサ
θａ負荷としてのアクセル開度
ｆａ、ｆｂ左右側壁（冷却水路を形成する周壁）
ｍ１駆動域マップ
Ｃ１主循環路（冷却水循環経路）
Ｃ２暖気循環路（冷却水循環経路）
Ｎｅエンジン回転数
Ｒｃ中央路
Ｒｓ左右側路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine cooling device, and more particularly to an engine cooling device that cools an engine body by circulating cooling water in a cooling water passage in the engine body.
[0002]
[Prior art]
The engine is provided with a cooling water circulation path driven by a water pump in the engine body, so that the cooling water in the cooling water circulation path can receive a heat in the engine body and perform a cooling cycle in which when the cooling water reaches the radiator, it radiates heat to the outside air. It has become.
[0003]
Conventionally, when the strength of the engine cooling capacity is changed by the engine cooling device, the flow rate of the cooling water is increased or decreased.However, when the cooling water flow rate is increased, the gap between the combustion chamber facing wall and the cooling water is reduced. This is because the heat transfer coefficient γ is improved.
[0004]
As described above, the adjustment of the flow rate of the cooling water is relatively easily performed by adjusting the pump capacity of the water pump.
In the engine cooling device disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 4-123348 (patent document 1), when cooling the oil on the piston upper wall surface from the inner wall side, a technique of driving an ultrasonic vibrator to improve oil cooling characteristics. Is disclosed.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 4-123348 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the heat transfer coefficient γ of the inner wall surface f0 forming the cooling water circulation path has a relationship of about ⁰ ^, ^8th power of the flow velocity v (γ∝v ⁰ ^, ⁸ ) as shown in FIG. For this reason, even if the flow velocity v is continuously increased, the obtained cooling capacity reaches a plateau.
Further, the increase and decrease of the pump capacity causes a problem in securing a pump space due to an increase in the size of the water pump, and furthermore, there is a limit to the increase and adjustment of the pump capacity due to an increase in pump drive loss.
[0007]
Further, the technique disclosed in Patent Document 1 is for improving oil cooling characteristics of a piston portion, and is not used for cooling an engine body, but does not improve engine cooling capacity.
Therefore, there is a demand for an engine cooling device that can enhance the engine cooling capacity, can be easily mounted, and can suppress an increase in engine drive loss, instead of increasing or decreasing the cooling water flow rate.
[0008]
An object of the present invention is to provide an engine cooling device that can enhance engine cooling capacity, suppress an increase in engine drive loss, and facilitate installation, based on the above-described problems.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided an engine cooling apparatus for cooling the engine main body by circulating cooling water through a cooling water passage formed along a combustion chamber facing wall in the engine main body. An ultrasonic vibration device is attached to a peripheral wall forming the cooling water passage, and a control means for selectively driving the ultrasonic vibration device according to an engine operating range is provided.
[0010]
As described above, since the ultrasonic vibration device is driven only in the operating range where the cooling capacity needs to be enhanced in the engine operating range, the engine output loss can be reduced, and the operation requiring the cooling capacity to be enhanced can be performed. The cooling capacity can be enhanced without increasing the flow rate by increasing the size of the water pump in the area. Furthermore, since the ultrasonic vibration device is not driven continuously, the durability of the device can be ensured.
Preferably, the control means may control so as to stop driving the ultrasonic vibration device before the completion of warm-up. In this case, useless driving of the ultrasonic vibration device before the completion of warming can be eliminated, and engine output loss can be reduced.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the engine cooling device according to the first aspect, the control means drives the ultrasonic vibration device in a high load operation range.
The cooling capacity can be enhanced in the high-load operation range where the engine generates a large amount of heat and stopped in other operation ranges, so that the engine output can be used effectively and the loss can be reduced.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the engine cooling device according to the first or second aspect, the ultrasonic vibration device has a mounting core support hole for casting in the cooling water passage.
Since the ultrasonic vibrator is mounted with the core support hole for casting as a mounting hole, it is easy to install the ultrasonic vibrator in the engine, the cost of installing the ultrasonic vibrator can be reduced, and the cooling water channel is relatively wide. Ultrasonic irradiation can be performed on the cooling water in the range.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 to 3 show an engine cooling device according to an embodiment of the present invention. The engine cooling device A is provided in a water-cooled engine 1 mounted on an automobile (not shown). The engine 1 has upper and lower water jackets 3L and 3H (see FIG. 3) formed inside the body 2, a radiator 4 is arranged near the outside of the engine body 2, and the radiator 4 is connected by a cooling circulation path. The cooling circulation path here comprises a main circulation path C1 through which cooling water flows during steady operation and a warm air circulation path C2 through which cooling water flows during warm-up, and both circulation paths can be switched by the thermostat 14.
[0014]
The radiator 4 provided in the main circulation path C1 is supported by a front wall of the vehicle body (not shown), receives a cooling wind wc from the front to the rear, and has a fan driven at an appropriate time via a fan driving circuit (not shown). By receiving the cooling air wcf, the cooling water is cooled. The main circuit C1 is branched and connected in parallel to the heater circuit C3. The heater circulation path C3 is formed so as to circulate and supply the cooling water when the heater 5 is driven.
[0015]
The engine body 2 has a lower water jacket 3L and an upper water jacket 3H formed inside a cylinder block 11 and a cylinder head 12, which form the body 2. In the engine body 2, a cooling water inlet 6 is formed in a right side wall f1 of a cylinder block 11 at one end side (right side in the drawing) of the engine longitudinal direction X (right and left directions in the drawing in FIGS. 1 and 3B). The cooling water flows from the water pump 8 into the water. On the other hand, in the cylinder head 12, a cooling water outlet 7 is formed on the rear side wall fr (upper side in FIG. 1) at a position close to the left side wall fb on the other end side (left side in FIG. 1). Cooling water is drained.
[0016]
As shown in FIGS. 1, 3 (a) and 3 (b), the cylinder block 11 includes a plurality of cylinders arranged in series in the engine longitudinal direction X, and supplies cooling water substantially straight along the outer peripheral left and right surfaces. A lower water jacket 3L for flowing is formed, and furthermore, an upward communication hole 10 is formed at a plurality of locations on the entire upper wall of the cylinder block 11.
[0017]
A water pump 8 is integrally mounted on the side wall f1 of the cylinder block 11, and the water pump 8 sucks cooling water from the main circulation path C1 and the warm air circulation path C2, and forms a cooling passage from the inflow port 6 to form a lower water jacket 3L. Inflow toward. The water pump 8 is driven by receiving rotation of a crankshaft (not shown) via a belt-type rotation transmission system.
[0018]
The cylinder head 12 has a low wall 20 (see FIGS. 3A and 3B) overlapped on the upper wall of the cylinder block 11, and left and right side walls fb, fa and front and rear side walls ff, fb extending above the peripheral edge thereof. (Peripheral side wall), and an upper wall 30 formed on the upper side of the low wall 20 so as to face the predetermined distance. Here, the low wall 20 forms an upper portion of the combustion chamber c of each cylinder and functions as a wall facing the combustion chamber.
[0019]
A head cover 15 (see FIG. 3B) is superimposed on the upper end edge of the peripheral side wall (fb, fa, ff, fb) and bolted. A chamber 16 containing the system is formed. Further, ultrasonic vibration devices 17 to be described later are respectively attached to substantially right and left side walls fb and fa of the cylinder head 12. Here, as shown in FIGS. 3 (a), (b), and FIG. 5, the lower wall 20, the upper wall 30, and the lower part of the peripheral side wall are substantially continuous in a straight line along the engine longitudinal direction X. Thus, an upper water jacket 3H that forms a cooling passage is formed.
[0020]
As shown in FIG. 2, in the upper water jacket 3H, each curved cylindrical intake port pi, each curved cylindrical exhaust port pe, and a straight cylindrical plug cover pk of a plurality of cylinders are sequentially arranged along the engine longitudinal direction X. A protrusion is formed. For this reason, the cooling water flowing into the upper water jacket 3H from the lower water jacket 3L through the plurality of communication holes 10 passes through the central path Rc along the engine longitudinal direction X and the lower spaces of the left and right intake and exhaust ports pi and pe. The cooling water flows through the left and right side paths Rs that are continuously connected and the plurality of branch paths Rd that connect these paths, and reaches the outlet 7 on the rear wall fr.
[0021]
As shown in FIG. 1, the outlet 7 is formed so as to communicate with the inlet 141 of the thermostat 14.
The thermostat 14 has a first outlet 142 communicating with the main circuit C1 and a second outlet 143 communicating with the warm air circuit C2, and the switching is performed by a switching valve 140 driven by a temperature-sensitive actuator (not shown).
[0022]
That is, a temperature-sensitive actuator (not shown) provided inside the inlet 141 connects the inlet 141 to the warm-air circulation path C2 when the temperature of the cooling water is equal to or lower than a predetermined warm-water temperature Twh (for example, 80 ° C.). At 143, the switching valve 140 is driven so as to communicate with the first outlet 142 which communicates with the main circulation path C1 when the temperature exceeds the predetermined warm air water temperature value Twh.
As shown in FIG. 3, the cylinder head 12 has an ultrasonic vibration device 17 mounted in a mounting hole h at each central position of the left and right side walls fb and fa.
[0023]
Here, the mounting hole h used as the core support hole of the casting core of the upper water jacket 3H at the time of casting the cylinder head 12 is used as it is.
That is, the core support hole was originally sealed with a blind cover (not shown) after casting, and was in an unused state. Here, the core support hole is mounted with the ultrasonic vibration device 17. As a mounting hole h. Therefore, there is no need to separately process the mounting hole h.
[0024]
In particular, each mounting hole h is located at a position directly facing almost the entire area of the central path Rc along the engine longitudinal direction X of the upper water jacket 3H, and the ultrasonic wave wb generated by the ultrasonic vibration device 17 can cover a relatively wide area. At the optimal position for irradiating the cooling water. Since the ultrasonic vibrating device 17 is mounted using the core supporting hole for casting as the mounting hole h, it is possible to easily incorporate the ultrasonic vibrating device into the engine, reduce the cost of assembling the device, and further reduce the cooling. Ultrasonic irradiation can be applied to cooling water in a relatively wide area of the water channel.
[0025]
Here, the ultrasonic vibration device 17 irradiates ultrasonic waves, for example, ultrasonic waves wb of about 25 KHZ to 45 KHZ to vibrate the cooling water in the cooling water channel, and forms a fluid layer near the wall surface of the inner wall forming the cooling water channel. Causes turbulence. As a result, the heat transfer characteristics for the fluid near the inner wall surface can be enhanced, and the heat radiation characteristics for the cooling water can be improved.
The ultrasonic vibration device 17 is connected to a controller 29 as control means via an ultrasonic drive circuit 18. The controller 29 selectively drives the ultrasonic vibration device 17 in accordance with the engine operating range. Here, the controller 29 performs drive / stop switching control in accordance with the drive range map m1 in FIG.
[0026]
The driving range map m1 divides the operating range of the engine into a high-load operating range e1 and a low-load operating range e2. In the high-load operating range e1, the calorific value of the engine rapidly increases, and it is necessary to enhance the cooling of the engine body. Due to the high performance, the control characteristics are set such that the ultrasonic vibration device 17 is driven in this operation region and the ultrasonic vibration device 17 is stopped in the low load operation region e2. By performing such control, the cooling capacity can be enhanced in the high-load operation range e1 where the amount of heat generated by the engine is large, and the operation is stopped in other operation ranges, so that the engine output can be used effectively and the engine output loss can be reduced. In addition, in the case of a vehicle engine, output fluctuations often occur frequently, so that the driving of the ultrasonic vibration device 17 becomes intermittent, and the ultrasonic vibration device 17 continuously drives ultrasonic irradiation. Premature deterioration of the device can be suppressed and predetermined durability can be ensured.
[0027]
The controller 29 detects the cooling water temperature Tw of the water jacket 3H of the engine 1 with the water temperature sensor 31, and further calculates the engine speed Ne detected by the engine rotation sensor 32 and the accelerator opening sensor 33 and the accelerator opening θa as a load. Import and rewrite to the latest value. Further, the controller 29 selectively drives and controls the ultrasonic vibration device 17 according to the ultrasonic vibration control routine shown in FIG. 6 based on the driving information and the driving range map m1 in FIG.
[0028]
Hereinafter, the driving of the engine cooling device A will be described in accordance with the ultrasonic vibration control routine of FIG.
The controller 29 takes in the water temperature Tw, the engine speed Ne, and the accelerator opening degree θa in step s1. If the current water temperature is lower than the warm-up water temperature value Twh (for example, 80 ° C.) in step s2, it is determined that the warm-up is to be promoted. The thermostat 14 closes the main circulation path C1 (closes the first outlet 142) and opens the warm air circulation path C2 (opens the second outlet 143), which is considered to be an operation range. The ultrasonic vibration device 17 is turned off, the control is terminated, and the process returns.
[0029]
Here, the cooling water generated by the rotation of the water pump 8 during the warm air only circulates along the warm air circulation path C2, and the radiation of the cooling water is suppressed. In particular, since unnecessary driving of the ultrasonic vibration device 17 before the completion of warming is eliminated, engine output loss can be reduced. After the completion of warm-up in which the current water temperature exceeds the warm-air water temperature value Twh (for example, 80 ° C.) in step s2, the process proceeds to step s4. Here, the thermostat 14 opens the main circuit C1 (opens the first outlet 142), closes the warm air circuit C2 (closes the second outlet 143), and proceeds to step s4.
[0030]
In step s4, it is determined whether the operating range corresponding to the accelerator opening θa and the engine speed Ne, which is the current load information, is the low load range e2 or the high load range e1 in the drive range map m1, and in the low load range e2, the process proceeds to step s3. Then, the ultrasonic vibration device 17 is turned off, the control is terminated, and the process returns. In the low-load operation range e2 after the completion of the warm-up, the engine body 2 has a relatively low heat quantity, and the water pump 8 generates a relatively low level of heat that can sufficiently receive the cooling water circulating in the main circuit C1. In state. Therefore, when the cooling water circulates through the water jackets 3L and 3H, the cooling water receives the amount of heat radiated from the inner wall surfaces of the forward return passages and radiates the heat in the radiator 4, thereby sufficiently cooling the engine body 2. Can be achieved.
[0031]
If it is determined in step s4 that the current operation range is the high load operation range e1, the process proceeds to step s5. Here, after the completion of the warm-up, the high load operation range e1 is considered, and the heat radiation amount of the engine 1 is considered to have increased relatively sharply, and the drive of the ultrasonic vibration device 17 is performed in order to enhance the heat radiation of the engine body 2. The processing is performed, the control of this time is finished, and the process returns. In the high-load operation range e1 after the completion of the warm-up, the engine body 2 is in a relatively high-level heat generation state, and may be received when the cooling water circulating in the main circuit C1 by the water pump 8 is in a steady state flow. It is in a heat generation state exceeding a predetermined heat quantity.
[0032]
Therefore, here, the cooling water of the upper water jacket 3H of the cylinder head 12 which is most likely to be heated at the time of high load operation is vibrated by the drive processing of the ultrasonic vibration device 17, and particularly, the vicinities of the inner wall surface near the low wall 20 are increased. By exciting the cooling water, a turbulent flow is generated in the fluid layer near the inner wall surface, the heat transfer characteristics for the fluid near the inner wall surface are enhanced, and the heat radiation characteristics of the cooling water passage to the cooling water can be greatly increased. . Therefore, as compared with the case where the cooling water circulates in the upper water jacket 3H in a steady state, the amount of heat received by the cooling water from the inner wall surface of each forward return passage increases despite the same flow rate. . As a result, the cooling water that has been heated more than when the load is low is radiated when it reaches the radiator 4. As described above, the engine cooling capacity can be enhanced by the driving process of the ultrasonic vibration device 17, and the cooling process of the engine main body 2 can be surely achieved during the high-load operation without increasing the flow rate due to the increase in the size of the water pump. can do.
[0033]
As described above, since the ultrasonic vibration device 17 is driven only in the high-load operation range where the cooling capacity needs to be enhanced, the engine output loss can be reduced, and the cooling capacity needs to be enhanced. The cooling capacity can be enhanced without increasing the flow rate by increasing the size of the water pump 8 in the high-load operation range. Furthermore, since the ultrasonic vibration device 17 is not continuously driven, the durability of the device can be ensured.
[0034]
In the above description, the ultrasonic vibrating device 17 is mounted on both ends of the cylinder head in the engine longitudinal direction X, but may be mounted on only one end in some cases. In addition, or instead of these, The same thing as that used for the core support hole (not shown) for the casting core (not shown) facing the lower water jacket 3L of the cylinder block 11 is used as it is, and the ultrasonic vibration device 17 is attached thereto. May be obtained.
[0035]
Further, the ultrasonic vibration device 17 uses the mounting hole h, which has been used as the core support hole for the core for casting the cylinder head, as it is, but instead at a place where it is desired to enhance the heat radiation characteristics. On the other hand, a mounting hole (not shown) may be separately formed at an optimum position where the ultrasonic vibration device 17 can be disposed facing the ultrasonic vibration device 17. In this case, the temperature boundary layer can be more efficiently collapsed, and the heat radiation characteristic of the cooling water channel to the cooling water can be greatly improved.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the ultrasonic vibration device is driven only in the operating range where the cooling capacity needs to be enhanced, the engine output loss can be reduced, and the cooling capacity can be enhanced. The cooling capacity can be enhanced without increasing the flow rate due to an increase in the size of the water pump in an operation range that requires cooling. Furthermore, since the ultrasonic vibration device is not driven continuously, the durability of the device can be ensured.
[0037]
According to the second aspect of the present invention, the cooling capacity can be enhanced in a high-load operation range where the amount of heat generated by the engine is large, and the operation is stopped in other operation ranges, so that the engine output can be used effectively and loss can be reduced.
[0038]
According to the third aspect of the present invention, since the ultrasonic vibrating device is mounted using the casting core support hole as the mounting hole, the ultrasonic vibrating device can be easily incorporated into the engine, and the cost for assembling the device can be reduced. Ultrasonic irradiation can be performed on the cooling water in a relatively wide range of the cooling water passage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of an engine to which an engine cooling device as one embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a partially cut-away enlarged sectional view of the engine of FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory view of a cooling flow path in a plan view of the cylinder head of FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory view of a cooling flow path in a side view of the cylinder head of FIG. 1;
FIG. 5 is a characteristic diagram of a drive range map used by a controller of the engine cooling device of FIG. 1;
FIG. 6 is a flowchart of the ultrasonic vibration control routine of FIG. 1;
FIG. 7 is an explanatory diagram of a heat transfer coefficient-flow velocity characteristic of an inner wall surface forming a cooling water circulation path.
[Explanation of symbols]
1 engine 17 ultrasonic vibration device 20 low wall (combustion chamber facing wall)
29 Controller 31 Water temperature sensor 32 Engine rotation sensor 33 Accelerator opening sensor θa Accelerator opening fa, fb as load Left and right side walls (peripheral wall forming cooling water passage)
m1 Drive area map C1 Main circulation path (cooling water circulation path)
C2 Warm air circulation path (cooling water circulation path)
Ne Engine speed Rc Central road Rs Left right road

Claims

エンジン本体内の燃焼室対向壁に沿って形成された冷却水路に冷却水を循環させることで上記エンジン本体を冷却するエンジン冷却装置において、
上記冷却水路を形成する周壁に超音波加振装置を取り付け、同超音波加振装置をエンジン運転域に応じて選択駆動する制御手段を設けたことを特徴とするエンジン冷却装置。An engine cooling device that cools the engine main body by circulating cooling water through a cooling water passage formed along a combustion chamber facing wall in the engine main body,
An engine cooling device, comprising: an ultrasonic vibration device attached to a peripheral wall forming the cooling water passage; and control means for selectively driving the ultrasonic vibration device according to an engine operating range.

請求項１記載のエンジン冷却装置において、
上記制御手段は高負荷運転域で上記超音波加振装置を駆動することを特徴とするエンジン冷却装置。The engine cooling device according to claim 1,
The engine cooling device according to claim 1, wherein the control means drives the ultrasonic vibration device in a high load operation range.

請求項１又は２記載のエンジン冷却装置において、
上記超音波加振装置は上記冷却水路の鋳造用の中子支え穴を取付穴としたことを特徴とするエンジン冷却装置。The engine cooling device according to claim 1 or 2,
An engine cooling device as set forth in claim 1, wherein said ultrasonic vibration device has a casting core support hole in said cooling water passage as a mounting hole.