JP2018017222A - エンジン冷却システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ヘッダタンクによる機能を発揮させつつ冷却液温度が低下し過ぎることを抑制するエンジン冷却システムを提供すること。
【解決手段】ラジエータ4と、冷却液に水頭圧を発生させると共に、気泡を気液分離するヘッダタンク7と、冷却液温度が規定値以下である場合に、ラジエータ4に流入する冷却液の流れを抑制するサーモスタット6と、エンジン2と熱交換した冷却液をヘッダタンク7に流入させる配管L4,L5と、冷却液をヘッダタンク7からエンジン2に返送する配管L6と、ラジエータ4の上部とヘッダタンク7とを接続する配管L7と、配管L7に設けられたバルブV1と、エンジン2の運転状態に応じてバルブの開閉を制御する制御部23と、を備える。制御部23は、エンジン2の停止中にバルブV1を開とし、エンジン2の運転中に、バルブV1を閉とする。
【選択図】図1
【解決手段】ラジエータ4と、冷却液に水頭圧を発生させると共に、気泡を気液分離するヘッダタンク7と、冷却液温度が規定値以下である場合に、ラジエータ4に流入する冷却液の流れを抑制するサーモスタット6と、エンジン2と熱交換した冷却液をヘッダタンク7に流入させる配管L4,L5と、冷却液をヘッダタンク7からエンジン2に返送する配管L6と、ラジエータ4の上部とヘッダタンク7とを接続する配管L7と、配管L7に設けられたバルブV1と、エンジン2の運転状態に応じてバルブの開閉を制御する制御部23と、を備える。制御部23は、エンジン2の停止中にバルブV1を開とし、エンジン2の運転中に、バルブV1を閉とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、エンジン冷却システムに関する。
エンジンを冷却する冷却液が流れる循環経路には、冷却水の放熱を行うラジエータが接続されている(例えば、特許文献1参照)。このような循環経路には、冷却液を補給する際にラジエータ上部から空気を排出するための配管(エア抜きライン)が設けられている。また、このような循環経路には、サーモスタットが設けられており、冷却液が規定温度以下である場合に、サーモスタットが作動して流路が閉鎖され、ラジエータに冷却液が流入しないようになっている。
しかしながら、上記の従来技術では、温度が規定値以下である冷却液がエア抜きラインを通じてラジエータに流入していまい、冷却液の温度が低下し過ぎるおそれがある。また、冷却液に同伴する気泡を気液分離するヘッダタンクを備える構成において、ヘッダタンクによる機能を損なうことなく、冷却液の温度を制御することが求められている。
本発明は、ヘッダタンクによる機能を発揮させつつ、冷却液の温度が低下し過ぎることを抑制することが可能なエンジン冷却システムを提供することを目的とする。
本発明のエンジン冷却システムは、冷却液を循環させてエンジンを冷却するエンジン冷却システムであって、エンジンと熱交換した冷却液を冷却するラジエータと、冷却液に水頭圧を発生させると共に、冷却液に同伴する気泡を気液分離するヘッダタンクと、エンジンと熱交換した冷却液の温度が規定値以下である場合に、ラジエータに流入する冷却液の流れを抑制する流量調整部と、エンジンと熱交換した冷却液をヘッダタンクに流入させる第1の配管と、ヘッダタンクとエンジンとを接続し、ヘッダタンクに貯留された冷却液をエンジンに返送する戻り配管と、ラジエータの上部とヘッダタンクとを接続する第2の配管と、第2の配管内の冷却液の流れを閉止可能なバルブと、エンジンの運転状態に応じてバルブの開閉を制御するバルブ制御部と、を備え、バルブ制御部は、エンジンの停止中にバルブを開状態とし、エンジンの運転中にバルブを閉状態とする。
このようなエンジン冷却システムでは、ラジエータの上部とヘッダタンクとを接続する第2の配管を備え、エンジンが停止中である場合に、第2の配管に設けられたバルブを開状態とするので、冷却液を補給する際に、ラジエータの内部の空気を第2の配管を通じて、ヘッダタンクに排出することができる。一方、第2の配管のバルブは、エンジンが運転中に閉状態となるので、これにより、温度が低い状態の冷却液がヘッダタンクから第2の配管を通じて冷却液がラジエータに流入することが防止される。このため、ヘッダタンクに貯留されて温度が低下した冷却液のラジエータへの流入が防止され、温度が低い状態の冷却液がラジエータで更に冷却されることが防止される。また、このエンジン冷却システムでは、第1の配管が設けられているので、エンジンと熱交換した冷却液を、ヘッダタンクに流入させることができる。これにより、ヘッダタンクにおいて冷却液に同伴する気泡を気液分離する機能を発揮することが可能となる。なお、「エンジンの運転中に、バルブを閉状態とする」とは、エンジンの運転開始前にバルブを閉状態とすること、エンジンの運転開始に合わせてバルブを閉状態とすること、エンジンの運転開始後にバルブを閉状態とすることを含む。また、エンジンの運転中においてバルブが開状態となる場合があってもよい。
このエンジン冷却システムは、エンジンの運転状態が基準より高い高負荷状態であるか否かを判定する判定部を備え、バルブ制御部は、エンジンが高負荷状態である場合に、バルブを開状態に切り替える構成でもよい。この構成によれば、エンジンの負荷が高い状態において、第2の配管に設けられたバルブを開状態とすることができ、エンジンで熱交換した冷却液のうち、ヘッダタンクに流入したものを、ラジエータを経由して、エンジンに戻すことができる。これにより、ラジエータを経由する冷却液の流量を増やすことができ、エンジンが高負荷状態である場合において、冷却性能を向上させることができる。
また、このエンジン冷却システムは、ヘッダタンクの底部とラジエータとを連通し、ヘッダタンクに貯留された冷却液をラジエータに流入させる連絡配管と、連絡配管を通過してラジエータに流入する冷却液の流れを制御する調節弁と、を備える構成でもよい。これにより、ヘッダタンクに貯留された冷却液を、連絡配管を通じてラジエータに流入させたい場合には、調節弁を用いて冷却液の流れを制御して、ラジエータに流入させることができる。このため、ヘッダタンクからラジエータを経由せずにエンジンに戻る冷却液を減らし、ラジエータに流入する冷却液を増やすことができるので、エンジン冷却システムによる冷却性能を向上させることができる。
また、連絡配管は、戻り配管から分岐されており、調節弁は、戻り配管と連絡配管との分岐部に設けられた切替弁である構成でもよい。これにより、ヘッダタンクの底部に接続される接続部を共通化することができるので、配管系を簡素にすることができる。また、戻り配管と、連絡配管とが別々にヘッダタンクに接続されている場合には、それぞれの配管に調節弁を設ける必要が生じ配管系が複雑となるが、ヘッダタンクへの接続部を共通化して切替弁を用いることで、配管系を簡素化することができる。なお、「配管系」は、配管と当該配管に接続されたバルブとを含む。
本発明によれば、ヘッダタンクによる機能を発揮させつつ、冷却液の温度が低下し過ぎることを抑制することが可能なエンジン冷却システムを提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(第1実施形態)
図1に示されるエンジン冷却システム1は、車両に搭載され、冷却水を循環させてエンジン2を冷却するものである。エンジン2は、例えばディーゼルエンジンであり、過給機付きエンジンである。また、エンジン2は、エンジン本体の燃焼室から排出された排気ガスの少なくとも一部のエンジン2の吸気側へ還流させるEGR[Exhaust Gas Recirculation]システムを有する。なお、エンジン2は、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンであってもよい。また、適用される車両は限定されるものではなく、例えばトラック、バスもしくは重機等の大型車両や中型車両、普通乗用車、小型車両又は軽車両等であってもよい。また、エンジン2は、例えば船舶等に適用されるものでもよい。
図1に示されるエンジン冷却システム1は、車両に搭載され、冷却水を循環させてエンジン2を冷却するものである。エンジン2は、例えばディーゼルエンジンであり、過給機付きエンジンである。また、エンジン2は、エンジン本体の燃焼室から排出された排気ガスの少なくとも一部のエンジン2の吸気側へ還流させるEGR[Exhaust Gas Recirculation]システムを有する。なお、エンジン2は、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンであってもよい。また、適用される車両は限定されるものではなく、例えばトラック、バスもしくは重機等の大型車両や中型車両、普通乗用車、小型車両又は軽車両等であってもよい。また、エンジン2は、例えば船舶等に適用されるものでもよい。
EGRシステムは、エンジン本体の燃焼室から排出された排ガスの一部(EGRガス)が流れるEGR配管を有する。このEGR配管には、EGRクーラ3が設けられている。EGRクーラ3で冷却されたEGRガスは、エンジン本体の吸気側に合流し、ターボチャージャで昇圧された空気と共にエンジン本体の燃焼室に流入する。
エンジン冷却システム1は、ラジエータ4、ウォータポンプ5、サーモスタット6、ヘッダタンク7及び配管L1〜L8を備える。
ラジエータ4は、冷却水の放熱を行うものである。ラジエータ4は、外気との熱交換を行うコア4aと、コア4aの上部に設けられたアッパータンク4bと、コア4aの下部に設けられたロアータンク4cとを有する。ラジエータ4に供給された冷却水は、アッパータンク4bを経由してコア4aに供給される。コア4aで外気と熱交換して冷却された冷却水は、ロアータンク4cを経由してラジエータ4から排出される。
配管L1は、ラジエータ4から排出された冷却水が流れる配管である。配管L1は、ラジエータ4のロアータンク4cとエンジン2とを接続する。ウォータポンプ5は、冷却水を循環させるポンプである。ウォータポンプ5は、配管L1に接続され、冷却水をエンジン2に送る。
エンジン2に供給された冷却水は、例えばオイルクーラ、シリンダブロック、シリンダヘッド、エアコンプレッサ、EGRバルブ、EGRクーラ3などの各機器に供給されて、これらの各機器を冷却する。オイルクーラは、エンジンオイルを冷却する冷却器である。シリンダブロックは、ピストン、クランク軸を保持するものである。シリンダヘッドは、燃焼室、吸排気ポート、動弁系ハウジングを含む。エアコンプレッサは、燃焼室に供給される空気を圧縮する。EGRバルブは、吸気管に流入するEGRガスの流量を制御するバルブである。EGRクーラ3は、EGRガスを冷却する冷却器である。エンジン2の各機器で熱交換して加熱された冷却水は、エンジン2から排出されて、サーモスタット6に供給される。なお、冷却水が供給される各機器は、これらに限定されず、例えばリターダ等その他の機器でもよい。
配管L2は、エンジン2とラジエータ4のアッパータンク4bとを接続する。配管L2は、エンジン2で熱交換して加熱された冷却水が流れる配管である。配管L2には、サーモスタット6が接続されている。配管L3は、サーモスタット6とウォータポンプ5とを接続する配管であり、ラジエータ4を経由しない冷却水が流れるバイパス配管である。
サーモスタット6は、ラジエータ4に流入する冷却水の流れを制御する流量調整部である。サーモスタット6は、温度変化によって体積が変化するワックスを内蔵しており、冷却水の温度が高くなるとバルブが開く。サーモスタット6では、冷却水が80℃前後になるとバルブが開きはじめ、95℃に達するとバルブが全開になる。サーモスタット6のバルブが開くと、エンジン2から排出された冷却水は配管L2を通り、ラジエータ4のアッパータンク4bに供給される。
サーモスタット6のバルブの開度が大きくなるにつれて、ラジエータ4に供給される冷却水の流量が増大する。サーモスタット6のバルブが閉じている場合には、エンジン2から排出された冷却水は、配管L3を通り、ラジエータ4を迂回してウォータポンプ5を経由し、エンジン2に供給される。これにより、エンジン2と熱交換した冷却水の温度が規定値以下である場合に、冷却水のラジエータ4への流入が抑制される。
また、エンジン2で加熱された冷却水の一部は、サーモスタット6から配管L81内を流れてヒータ8に供給され、車内を暖房するヒータ8の熱源として利用される。ヒータ8から排出された冷却水は、配管L82内を流れて配管L3に流入する。
ヘッダタンク7は、エンジン2より上方に配置されて冷却水を貯留するものであり、当該エンジン冷却システム1内で循環する冷却水に水頭圧を発生させる。ヘッダタンク7には、配管(第1の配管)L4,L5が接続されている。配管L4は、エンジン2とヘッダタンク7とを接続している。配管L5は、サーモスタット6とヘッダタンク7とを接続している。エンジン2内(例えばシリンダライナ、EGRクーラ3)で流れる冷却水中で発生した気泡は、冷却水に同伴し配管L4,L5を通りヘッダタンク7に流入する。なお、エンジン2で発生した気泡をヘッダタンク7に流入させる配管は、1本(L4又はL5)でもよく複数でもよい。
ヘッダタンク7の底部(図2参照)には、配管L6が接続されている。配管L6はヘッダタンク7に貯留された冷却水をエンジン2に返送する戻り配管である。この配管L6は、ヘッダタンク7の底部と配管L1とを接続する。配管L6を流れた冷却水は、配管L1に導入され、ウォータポンプ5に流入する。
また、ヘッダタンク7には、配管L7が接続されている。配管L7はラジエータ4内の空気をヘッダタンク7に排出するためのエア抜きラインである。配管L7は、ラジエータ4のアッパータンク4bとヘッダタンク7とを接続する。
また、ヘッダタンク7は、配管L8を介してリザーブタンク9と接続されている。リザーブタンク9は、冷却水を貯留する補助タンクである。配管L8は、ヘッダタンク7の設けられたキャップ7aに接続されている。冷却水の温度が上昇すると、ヘッダタンク7内の圧力が上昇してキャップ7aの圧力調整弁が開弁して、冷却水の一部が配管L8を通りリザーブタンク9に流入する。冷却水の温度が下がり、ヘッダタンク7の圧力が大気圧以下になると、キャップ7aの負圧弁が作動して、リザーブタンク9内の冷却水が配管L8を通り、ヘッダタンク7に流入する。
図2に示されるように、ヘッダタンク7は箱形成し、冷却水を貯留するタンク部10と、タンク部10を覆うカバー11とを有する。ヘッダタンク7は、冷却水を貯留すると共に冷却水に同伴する気泡を気液分離する。タンク部10及びカバー11には、複数の仕切板12〜14で区切られた複数の部屋が設けられている。複数の仕切板12〜14は、タンク部10及びカバー11にそれぞれ設けられ、複数の部屋は、タンク部及びカバー11においてそれぞれ共通する。複数の部屋は、第1の部屋15、第2の部屋16、第3の部屋17及び第4の部屋18を含む。また、仕切板12〜14には開口が設けられ、隣接する部屋同士で流体の移動が可能となっている。冷却水は、タンク部10の仕切板12〜14の開口を通って移動し、冷却水から分離された気体は、カバー11の仕切板12〜14の開口を通って移動する。
第1の部屋15には、配管L4、L5が接続されている。第1の部屋15は、配管L4、L5から流入した冷却水を受け入れる受入槽として機能する。第1の部屋15に隣接する第2の部屋16には、配管(第2の配管)L7が接続されている。第2の部屋16は、配管L7から流入した空気を受け入れる。
第2の部屋16に隣接する第3の部屋17は、中間槽(バッファ槽)として機能する。また、この第3の部屋17には、第3の部屋17に貯留された冷却水の水位を検出する水位警報スイッチ19が設けられている。また、第3の部屋17に隣接する第4の部屋18は、ヘッダタンク7から排出される冷却水が貯留される供給槽として機能する。また、ヘッダタンク7の底板は、傾斜して配置され、複数の部屋の深さは、第1の部屋15から第4の部屋18に向かうにつれて深くなっている。これにより、複数の部屋の容積は、第1の部屋15が最も小さく、第4の部屋18が最も大きくなっている。
そして、ヘッダタンク7に流入した冷却水は、タンク部10の仕切板12〜14に設けられた開口を通過して、第1の部屋15から順に第4の部屋18まで流れる。また、冷却水に同伴する気泡は、水中を上昇して冷却水から気液分離される。冷却水から分離された気体は、カバー11の仕切板12〜14に設けられた開口を通過して、第1の部屋15から順に第4の部屋18まで流れる。第4の部屋18に到達した冷却水は、底部に接続された配管L6を通り、エンジン2に戻る。
ここで、エンジン冷却システム1では、エア抜きラインである配管L7に、冷却水の逆流を閉止可能なバルブV1が設けられている。バルブV1として、例えばゲートバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、グローブバルブなどを用いることができる。バルブV1は、例えば、冷却水をヘッダタンク7に供給(補給)する際に開状態とされ、ラジエータ4からヘッダタンク7への空気の流れを許容し、エンジンの運転時に閉状態とされる。バルブV1は、例えばエンジンの始動時に閉状態となる。
また、エンジン冷却システム1は、バルブV1の開閉制御を行うECU[Electronic Control Unit]20を有する。ECU20は、演算処理を行うCPU[Central Processing Unit]、記憶部21となるROM[Read Only Memory]及びRAM[Random Access Memory]、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。ECU20は、判定部22及び制御部(バルブ制御部)23を含む。ECU20には、エンジン2の冷却水の水温を検出する水温センサ24が接続されている。エンジン2の冷却水の水温とは、エンジン2にと熱交換して加熱された冷却水の温度であり、エンジン2の温度またはエンジン2の負荷を判別可能なところを流れた冷却水の水温を含む。
判定部22は、エンジン2が運転状態であるか否かを判定する。判定部22は、例えば水温センサ24から出力されたエンジン2の水温に関する情報に基づいて、エンジン2が運転状態であるか否かを判定する。判定部22は、エンジン2の水温が判定閾値(運転判定用閾値)T1以上である場合に、エンジン2が運転状態であると判定する。判定部22は、エンジン2の水温が判定閾値T1未満である場合に、エンジン2が停止状態であると判定する。判定閾値T1は、例えば50℃である。なお、判定部22は、エンジンECUなどその他のECUから信号を受信して、エンジン2の水温に関する情報を取得してもよい。また、判定部22は、その他の情報(例えばエンジン回転数)に基づいて、エンジン2が運転状態であるか否かを判定してもよい。
制御部23は、判定部22による判定結果に基づいてバルブV1に対して指令信号を送信して、バルブV1を開閉させる。制御部23は、エンジン2が停止状態である場合にバルブV1を開弁させ、エンジン2が運転状態である場合にバルブV1を閉弁させる。制御部23は、例えばエンジン2の始動時にバルブV1を閉弁してもよい。
また、判定部22は、エンジン2の運転状態が基準より高い高負荷状態であるか否かを判定する。判定部22は、例えば水温センサ24から出力されたエンジン2の水温に関する情報に基づいて、エンジン2の運転状態が高負荷状態であるか否かを判定する。判定部22は、エンジン2の水温が判定閾値(高負荷状態判定用閾値)T2以上である場合に、エンジン2の運転状態が高負荷状態であると判定する。また、判定部22は、エンジン2の水温が判定閾値T2未満である場合に、エンジン2の運転状態は高負荷状態ではないと判定する。なお、判定閾値T2は、例えば95℃である。
また、制御部23は、エンジンの運転状態が高負荷状態である場合にバルブV1を開弁させ、エンジン2の運転状態が高負荷状態ではない場合にバルブV1を閉弁させる。
このようなエンジン冷却システム1では、エンジン2が停止状態である場合に、配管L7に設けられたバルブV1が開弁状態となる。作業者がヘッダタンク7に冷却水を供給する際には、エンジン2が停止状態である場合に冷却水を給水するので、バルブV1が開弁状態となっている。冷却水を給水時において、ラジエータ4内の空気は、配管L7を通りヘッダタンク7に移動するので、循環経路内の空気を外部に排出することができる。このようにして、冷却水の給水を行うことができる。
また、エンジン冷却システム1では、エンジン2が始動され運転状態となると、配管L7のバルブV1が閉状態となる。これにより、ヘッダタンク7内の冷却水が配管L7を逆流して、ラジエータ4内に流入することが防止される。このため、エンジン始動時であり、暖機運転時において、ヘッダタンク7に貯留されて温度が低下した冷却水が、配管L7を逆流してラジエータ4に流入しない。低温の冷却水がラジエータ4に流入して更に冷却されることが防止されるので、冷却水が冷却され過ぎるおそれがない。この結果、温度が低下し過ぎた冷却水の循環が回避されて、エンジン2の暖機が好適に行われ、エンジン2の温度上昇を早めることができる。エンジン2の冷却水の温度低下による燃費悪化及びエンジンオイルの温度低下による燃費悪化を抑制することができる。
また、このとき、冷却水の温度低下が抑制されるので、ヒータ8に供給される冷却水の温度も好適に維持され、ヒータ8を用いて運転室内の温度を早く上昇させることができる。
また、このエンジン冷却システム1では、エンジン2と熱交換した冷却液を配管L4、L5を通じて、ヘッダタンク7に流入させることができる。ヘッダタンク7では、流入した冷却水に同伴する気泡を気液分離することができ、ヘッダタンク7において冷却水に同伴する気泡を気液分離する機能を発揮することができる。気泡が分離されて後の冷却水は、ヘッダタンク7の底部から配管L6を通り、配管L1に合流されて、ウォータポンプ5及びエンジン2に供給される。このため、ウォータポンプ5におけるキャビテーションの発生が抑制され、エンジン2のシリンダライナ廻りのキャビテーションの発生が抑制されるので、エンジン2の信頼性の向上を図ることができる。
また、エンジン冷却システム1では、エンジン2が基準より高い高負荷状態であるか否かを判定し、エンジン2が高負荷状態である場合に、配管L7のバルブV1を閉状態から開状態とすることができる。これにより、エンジン2で熱交換して加熱された冷却水の一部であり、ヘッダタンク7に流入したものを、配管L7を介してラジエータ4を流入させて放熱させた後に、配管L1を介してエンジン2に戻すことができる。これにより、ラジエータ4に流入する冷却水の流量を増やすことができ、エンジン2が高負荷状態である場合において冷却性能を向上させることができる。
そして、このエンジン冷却システム1では、ヘッダタンク7において、冷却水を流入させて冷却水に同伴する気泡を気液分離させる機能、エンジン2より上方で冷却水を貯留して、冷却水に水頭圧を発生させる機能を発揮することができる。また、ヘッダタンク7には、水位警報スイッチ19が設けられ、冷却水の水位の低下を検出することができ、水位が低下した場合に警報を発することができるので、運転者に対して冷却水不足を報知することができる。また、エンジン冷却システム1では、ヘッダタンク7のキャップ7aが圧力調整弁であり、系統内を高圧に維持して冷却水の沸点を上げることができる。このように、エンジン冷却システム1では、ヘッダタンク7による機能を発揮させつつ、冷却水の温度が低下し過ぎることが抑制される。
(第2実施形態)
次に図3を参照して第2実施形態に係るエンジン冷却システム1Bについて説明する。第2実施形態に係るエンジン冷却システム1Bが、第1実施形態に係るエンジン冷却システム1と違う点は、配管L6から分岐された配管(連絡配管)L9を備える点である。なお、第2実施形態のエンジン冷却システム1Bの説明において、第1実施形態と同様の説明は省略する。
次に図3を参照して第2実施形態に係るエンジン冷却システム1Bについて説明する。第2実施形態に係るエンジン冷却システム1Bが、第1実施形態に係るエンジン冷却システム1と違う点は、配管L6から分岐された配管(連絡配管)L9を備える点である。なお、第2実施形態のエンジン冷却システム1Bの説明において、第1実施形態と同様の説明は省略する。
配管L9は、ヘッダタンク7とラジエータ4とを接続する。配管L6の分岐部には、切替弁V2が設けられており、配管L9は、切替弁V2とラジエータ4のアッパータンク4bとを接続している。切替弁V2は、ECU20の制御部23から出力された指令信号に従って駆動され、冷却水の流入先をエンジン2又はラジエータ4に切り替える。冷却水の流入先がエンジン2である場合には、ヘッダタンク7の底部から排出された冷却水は、配管L6を通り、ラジエータ4を通らずに、配管L1に流入して、エンジン2に供給される。一方、冷却水の流入先がラジエータ4である場合には、ヘッダタンク7の底部から排出された冷却水は、配管L6から配管L9を通り、ラジエータ4のアッパータンク4bに流入する。
また、ECU20の制御部23は、エンジン2の運転状態が基準より高い高負荷状態であるか否かを判定する。判定部22は、例えば水温センサ24から出力されたエンジン2の水温に関する情報に基づいて、エンジン2の運転状態が高負荷状態であるか否かを判定する。判定部22は、エンジン2の水温が判定閾値(高負荷状態判定用閾値)T3以上である場合に、エンジン2の運転状態が高負荷状態であると判定する。また、判定部22は、エンジン2の水温が判定閾値T3未満である場合に、エンジン2の運転状態は高負荷状態ではないと判定する。なお、判定閾値T3は、例えば95℃である。
また、制御部23は、エンジン2の運転状態が高負荷状態である場合に切替弁V2によって冷却水の流入先を、配管L9を通りラジエータ4に流入する流路に切り替える。制御部23は、エンジン2の運転状態が高負荷状態でない場合には、冷却水の流入先を、配管L6を通り、配管L1、ウォータポンプ5、エンジン2に流入する流路にする。
このようなエンジン冷却システム1Bでは、エンジン2の負荷が基準より低く、高負荷状態ではない場合には、ヘッダタンク7に貯留された冷却水は、ラジエータ4を経由せずにエンジン2に戻される。これにより、エンジン2の負荷が低く、水温が比較的低い冷却水がラジエータ4に流入して、冷却水が冷やされ過ぎることが抑制される。
この状態からエンジン2の負荷が増大して高負荷状態となると、切替弁V2によって冷却水の流入先が切り替えられ、冷却水は配管L9を通り、ラジエータ4のアッパータンク4bに流入する。これにより、エンジン2が高負荷状態である場合において、エンジン2と熱交換して水温が上昇した冷却液を、ヘッダタンク7の底部から、ラジエータ4に流入させることができる。このため、従来通りエンジン2から配管L2を通りラジエータ4に流入する冷却水に加えて、配管L4,L5を通りヘッダタンク7に流入した冷却水についても、配管L9を通じてラジエータ4に流入させることで、ラジエータ4に供給される冷却水の流量を増加させることができる。換言すれば、ヘッダタンク7からラジエータ4を経由せずに、エンジン2に供給される冷却水の削減することができる。この結果、エンジン2が高負荷状態である場合において、エンジン冷却システム1Bによる冷却性能を向上させることができ、エンジン2のオーバーヒートを抑制できる。
そして、エンジン2の負荷が減り、エンジン2が高負荷状態でなくなると、再び、切替弁V2が駆動されて、流路が切り替えられる。これにより、配管L6を通り、ラジエータ4を経由せずにエンジン2に流入する流路とすることができる。このように、エンジン冷却システム1Bでは、エンジン2の負荷状態に応じて、ラジエータ4に供給される冷却水の流量を変更して、エンジン2の温度を制御することができる。
(第3実施形態)
次に図4を参照して第3実施形態に係るエンジン冷却システム1Cについて説明する。第3実施形態に係るエンジン冷却システム1Cが、第2実施形態に係るエンジン冷却システム1Bと違う点は、ヘッダタンク7の底部とラジエータ4とを接続する配管(連絡配管)L10を備える点、配管L6,L10に調節弁V3、V4がそれぞれ設けられている点である。なお、第3実施形態のエンジン冷却システム1Cの説明において、第1、第2実施形態と同様の説明は省略する。
次に図4を参照して第3実施形態に係るエンジン冷却システム1Cについて説明する。第3実施形態に係るエンジン冷却システム1Cが、第2実施形態に係るエンジン冷却システム1Bと違う点は、ヘッダタンク7の底部とラジエータ4とを接続する配管(連絡配管)L10を備える点、配管L6,L10に調節弁V3、V4がそれぞれ設けられている点である。なお、第3実施形態のエンジン冷却システム1Cの説明において、第1、第2実施形態と同様の説明は省略する。
配管L10は、ヘッダタンク7の底部とラジエータ4のアッパータンク4bとに接続されている。調節弁V4は、配管L10のヘッダタンク7側に設けられ、調節弁V3は、配管L6のヘッダタンク7側に設けられている。調節弁V3,V4は、ECU20と電気的に接続され、制御部23から出力された指令信号に従って駆動される。
制御部23は、エンジン2の運転状態が高負荷状態である場合に調節弁V3を閉状態とすると共に、調節弁V4を開状態とする。また、制御部23は、エンジン2の運転状態が高負荷状態ではない場合に調節弁V3を開状態とする共に、調節弁V4を閉状態とする。
このようなエンジン冷却システム1Cにおいても第2実施形態のエンジン冷却システム1Bと同様に、エンジン2の負荷状態に応じて、ヘッダタンク7から排出される冷却水の流れを制御して、ラジエータ4に供給される冷却水の流量を変更することができる。この結果、エンジン2の温度を好適に制御することができる。
本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。
上記実施形態では、バルブV1が配管L7に設けられている構成としているが、バルブV1は、例えばヘッダタンク7の内部に設置されて、配管L7に流入する冷却水の流れを閉止/開放するものでもよい。バルブV1がヘッダタンク7内に配置されている場合には、ヘッダタンク7の外部にバルブV1を配置するスペースを確保する必要がなくなる。バルブV1がヘッダタンク7の外部に配置されている場合には、バルブV1の保守、点検などを容易に行うことができる。同様に、切替弁V2、調節弁V3,V4についても、ヘッダタンク7の内部に設置されていてもよい。
また、バルブV1、調節弁V3,V4は、配管L7、配管L6、配管L10のうちのヘッダタンク7に近い方に配置されていてもよく、ラジエータ4又は配管L1に近い方に配置されていてもよく、中間付近に配置されていてもよい。
また、上記の実施形態では、エンジンの運転状態が基準より高い高負荷状態である場合に、バルブV1を開状態とする制御を行っているが、エンジンの負荷によらず、バルブV1を閉状態のままとしてもよい。
また、冷却水が循環する循環経路は、上記の実施形態に記載の内容に限定されず、例えばサーモスタット6、ウォータポンプ5、及び配管L1〜L3の接続関係については、その他の配置でもよい。
1,1B,1C…エンジン冷却システム、2…エンジン、4…ラジエータ、6…サーモスタット(流量調整部)、7…ヘッダタンク、20…ECU、22…判定部、23…制御部(バルブ制御部)、L4,L5…配管(第1の配管)、L6…配管(戻り配管)、L7…配管(第2の配管)、L9,L10…配管(連絡配管)、V1…バルブ、V2…切替弁(調節弁)、V4…調節弁。
Claims (4)
- 冷却液を循環させてエンジンを冷却するエンジン冷却システムであって、
前記エンジンと熱交換した前記冷却液を冷却するラジエータと、
前記冷却液に水頭圧を発生させると共に、前記冷却液に同伴する気泡を気液分離するヘッダタンクと、
前記エンジンと熱交換した前記冷却液の温度が規定値以下である場合に、前記ラジエータに流入する前記冷却液の流れを抑制する流量調整部と、
前記エンジンと熱交換した前記冷却液を前記ヘッダタンクに流入させる第1の配管と、
前記ヘッダタンクと前記エンジンとを接続し、前記ヘッダタンクに貯留された前記冷却液を前記エンジンに返送する戻り配管と、
前記ラジエータの上部と前記ヘッダタンクとを接続する第2の配管と、
前記第2の配管内の前記冷却液の流れを閉止可能なバルブと、
前記エンジンの運転状態に応じて前記バルブの開閉を制御するバルブ制御部と、を備え、
前記バルブ制御部は、前記エンジンの停止中に前記バルブを開状態とし、前記エンジンの運転中に前記バルブを閉状態とするエンジン冷却システム。 - 前記エンジンの運転状態が基準より高い高負荷状態であるか否かを判定する判定部を備え、
前記バルブ制御部は、前記エンジンが高負荷状態である場合に、前記バルブを開状態に切り替える請求項1に記載のエンジン冷却システム。 - 前記ヘッダタンクの底部と前記ラジエータとを連通し、前記ヘッダタンクに貯留された前記冷却液を前記ラジエータに流入させる連絡配管と、
前記連絡配管を通過して前記ラジエータに流入する前記冷却液の流れを制御する調節弁と、を備える請求項1又は2に記載のエンジン冷却システム。 - 前記連絡配管は、前記戻り配管から分岐されており、
前記調節弁は、前記戻り配管と前記連絡配管との分岐部に設けられた切替弁である請求項3に記載のエンジン冷却システム。
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-
2016
- 2016-07-29 JP JP2016150528A patent/JP2018017222A/ja active Pending
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