JP6582848B2 - エンジン冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、二つのラジエータで冷却水を冷却するエンジン冷却システムに関する。

近年、エンジンのダウンサイジングや排ガス規制への適合方策として、ターボチャージャで圧縮されてエンジンへ吸入される吸気を冷却するために、冷却水を大気温近くまで冷やすサブラジエータとインタークーラとを有するエンジン冷却システムが開発されている。
例えば、下記の特許文献１には、メインラジエータで冷却した冷却水の一部をサブラジエータでさらに冷却した後に、インタークーラに導入させて、インタークーラを流通する吸気と熱交換させる冷却システムが開示されている。

特開２００８−３８８９１号公報

しかし、上記の冷却システムにおいては、第１ラジエータであるメインラジエータが設けられた第１冷却経路から第２ラジエータであるサブラジエータが設けられた第２冷却経路へ冷却水を分岐させ、また第２冷却経路から第１冷却経路へ冷却水を戻すことになる。かかる場合には、第２冷却経路を流れる冷却水の流量は、第１冷却経路の冷却水の流量に依存するため、第２冷却経路を流れる冷却水の流量を安定化させることが困難であった。この結果、第２冷却経路の冷却水の温度制御も困難であった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、第２冷却経路を流れる冷却水の流量を安定化させることを目的とする。

本発明の第１の態様においては、エンジンの冷却水が循環する第１冷却経路と、前記第１冷却経路に設けられ、前記エンジンを通過した前記冷却水を冷却する第１ラジエータと、前記第１冷却経路に設けられ、前記冷却水を循環させる第１ポンプと、前記第１冷却経路の循環方向において前記第１ポンプの上流側の分岐点で前記第１冷却経路から分岐すると共に、前記循環方向において前記第１ポンプの上流側の合流点で前記第１冷却経路へ合流する第２冷却経路と、前記第２冷却経路に設けられ、前記第１ラジエータによって冷却された前記冷却水の一部を更に冷却する第２ラジエータと、前記第２冷却経路に設けられ、前記第２冷却経路における前記冷却水の流量を制御する第２ポンプと、を備える、エンジン冷却システムを提供する。
かかるエンジン冷却システムによれば、第１ポンプの上流側の分岐点及び合流点で冷却水の分岐及び合流が行われるので、第１ポンプの上流側と下流側にそれぞれ分岐点と合流点を設ける場合に比べて、第１ポンプの回転による冷却水の流れへの影響を抑制できる。また、第２ポンプは、例えば間欠運転、連続運転、可変運転等が可能なため、第２冷却経路の冷却水の流量を調整しやすくなるので、第２冷却経路における冷却水の流量を安定化できる。

また、前記第１冷却経路には、前記分岐点及び前記合流点が同じ位置となるように、四方に直交するように分岐した分岐合流部が設けられていることとしてもよい。

また、前記分岐合流部内には、前記第２冷却経路を流れて前記合流点に至った冷却水が前記第２ラジエータ側へ流れることを規制するために、軸方向に沿った隔壁が設けられていることとしてもよい。

また、前記分岐合流部は、前記第２冷却経路を流れて前記合流点に至った冷却水が前記第２ラジエータ側へ流れることを規制するために、二重管になっていることとしてもよい。

また、前記エンジン冷却システムは、前記第２冷却経路の循環方向において前記分岐点よりも下流側に設けられ、前記冷却水が逆流することを防止する逆止弁を更に備えることとしてもよい。

また、前記エンジン冷却システムは、前記第１冷却経路の循環方向において、前記分岐点と、前記分岐点よりも下流側に位置する前記合流点との間に設けられ、前記第２冷却経路を流れて前記合流点に至った冷却水が前記分岐点へ逆流することを防止する逆止弁を更に備えることとしてもよい。

本発明によれば、第２冷却経路を流れる冷却水の流量を安定化させることができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係るエンジン冷却システムＳの構成を示す模式図である。 分岐合流部３０の構成を説明するための図である。 分岐合流部３０の第１変形例の構成を説明するための模式図である。 分岐合流部３０の第２変形例の構成を説明するための模式図である。 第２の実施形態に係るエンジン冷却システムＳの構成を示す模式図である。 逆止弁６０の構成を示す模式図である。 第３の実施形態に係るエンジン冷却システムＳの構成を示す模式図である。 分岐点３４、合流点３５及び逆止弁７０の構成を示す模式図である。

＜第１の実施形態＞
図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係るエンジン冷却システムＳの構成について説明する。
図１は、第１の実施形態に係るエンジン冷却システムＳの構成を示す模式図である。

エンジン冷却システムＳは、内燃機関であるエンジンを有する車両に搭載されている。例えば、エンジン冷却システムＳは、エンジンとメインラジエータの間で循環される冷却水を用いて、エンジンを冷却する。また、エンジン冷却システムＳは、サブラジエータにより低温に冷却された冷却水によって、エンジンに吸入される吸気を冷却する。

図１に示すように、エンジン冷却システムＳは、エンジン１０と、メイン冷却経路２０と、メインラジエータ２２と、メインポンプ２４と、流量調整弁２６と、ヒータコア２８と、サブ冷却経路４０と、サブラジエータ４２と、サブポンプ４４と、インタークーラ４６と、他水冷式熱交換器４８と、制御部９０とを有する。なお、本実施形態では、メイン冷却経路２０が第１冷却経路に該当し、サブ冷却経路４０が第２冷却経路に該当し、メインラジエータ２２が第１ラジエータに該当し、サブラジエータ４２が第２ラジエータに該当し、メインポンプ２４が第１ポンプに該当し、サブポンプ４４が第２ポンプに該当する。

エンジン１０は、例えばディーゼルエンジンであり、複数の気筒を含む。エンジン１０は、気筒内で燃料と吸気（空気）の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる。吸気は、不図示の吸気通路によりエンジン１０の気筒に吸入されている。なお、吸気は、吸気通路に設けられた過給機のコンプレッサによって圧縮されている。また、エンジン１０は、燃焼後の排気（排気ガス）を排気通路を介して排出する。

メイン冷却経路２０は、エンジン１０とメインラジエータ２２との間で、エンジン１０の冷却水を循環させる通路である。メイン冷却経路２０は、図１において太線で示されている。メイン冷却経路２０は、エンジン１０内を冷却水が通過するように設けられており、冷却水がエンジン１０の熱を奪うことでエンジン１０の温度を下げる。

メインラジエータ２２は、メイン冷却経路２０の冷却水の循環方向においてエンジン１０の下流側に設けられており、エンジン１０を通過した冷却水を冷却する。メインラジエータ２２は、例えば冷却水を冷却するファンを有する。また、メインラジエータ２２は、車両前方からの風によって冷却水を冷却してもよい。

メインポンプ２４は、メイン冷却経路２０の冷却水の循環方向においてメインラジエータ２２の下流側に設けられており、冷却水をメイン冷却経路２０内で循環させる。メインポンプ２４が回転することで、冷却水がメイン冷却経路２０を循環する。

流量調整弁２６は、エンジン１０とメインラジエータ２２の間にてメイン冷却経路２０を分岐するように設けられ、エンジン１０を通過した冷却水がメインラジエータ２２へ流れる流量を調整する。これにより、メインラジエータ２２で冷却される冷却水の流量を調整できるので、メイン冷却経路２０内の冷却水の温度も調整できる。

ヒータコア２８は、エンジン１０を通過した冷却水と空気とを熱交換させる。これにより、エンジン１０を通過した高温の冷却水と熱交換した空気が暖まり、車内を暖房できる。ヒータコア２８は、例えば内部にチューブを有し、チューブを流れる冷却水と空気とを熱交換させる。

サブ冷却経路４０は、メイン冷却経路２０から分岐点で分岐すると共に、メイン冷却経路２０へ合流点で合流する通路であり、メイン冷却経路２０の冷却水の一部を循環させる。本実施形態では、サブ冷却経路４０は、分岐点と合流点が同じ位置となっている分岐合流部３０でメイン冷却経路２０から分岐すると共に、分岐合流部３０でメイン冷却経路２０へ合流する。分岐合流部３０は、メイン冷却経路２０においてメインポンプ２４の上流側に位置している。サブ冷却経路４０は、メイン冷却経路２０よりも少量の冷却水が流れるように、管の径が小さくなっている。

図２は、分岐合流部３０の構成を説明するための図である。図２に示す矢印が、冷却水の流れを示す。分岐合流部３０は、図２に示すように、四方に直交するように分岐している。具体的には、分岐合流部３０は、メイン冷却経路２０の接続管２１ａ及び接続管２１ｂと、サブ冷却経路４０の接続管４１ａ及び接続管４１ｂとが連結した部分である。接続管４１ａ及び接続管４１ｂは、接続管２１ａ及び接続管２１ｂと直交している。なお、作図の便宜上、模式図である図１の接続管２１ａ、２１ｂ、４１ａ、４１ｂの向きは、図２の接続管２１ａ、２１ｂ、４１ａ、４１ｂの向きと異なっている。

メインラジエータ２２を通過し接続管２１ａを介して分岐合流部３０に至った冷却水は、図２に示すように、分岐合流部３０で分岐して、接続管２１ｂを介してエンジン１０に送られ、又は接続管４１ｂを介してサブラジエータ４２へ送られる。また、サブ冷却経路４０の接続管４１ａから分岐合流部３０に至った冷却水は、図２に示すように、分岐合流部３０で接続管２１ａから流れてきた冷却水と合流して、接続管２１ｂを介してエンジン１０へ送られる。

本実施形態のように分岐点と合流点とが同じ位置となっている場合には、分岐点と合流点が離れる場合に生じる分岐点と合流点の間の抵抗による圧力損失が発生せず、ポンプ負荷の変動も抑制できるので、分岐合流部３０における冷却水の分岐や合流が適切に行われる。また、メインポンプ２４が設けられている接続管２１ｂが、サブ冷却経路４０の接続管４１ａ、４１ｂと直交しているので、メインポンプ２４の回転によって接続管４１ａ、４１ｂ内の冷却水の流れが変動することを抑制できる。

図１に戻り、サブラジエータ４２は、サブ冷却経路４０に設けられており、冷却水を低温に冷却する。例えば、サブラジエータ４２は、メインラジエータ２２によって冷却された冷却水の一部を更に冷却する。

サブポンプ４４は、サブ冷却経路４０においてサブラジエータ４２の下流側に設けられており、冷却水をサブ冷却経路４０内で循環させる。本実施形態において、サブポンプ４４は、サブ冷却経路４０における冷却水の流量を制御する機能を有する。例えば、サブポンプ４４は、回転数を変えることで冷却水の流量を制御する。また、サブポンプ４４は、例えば電動ポンプである。このため、サブポンプ４４は、停止、間欠運転、連続運転、可変運転等を行うことで、きめ細かく冷却水の流量を制御できる。この結果、サブ冷却経路４０を流れる冷却水の流量を安定化させやすくなる。

なお、冷却水の流量を調整するために、冷却水の温度に応じて流量を調整するサーモスタットをサブ冷却経路４０に設ける方策もありうるが、サーモスタットは閉じていても冷却水が流れてしまう。また、サーモスタットの場合には、上記の電動ポンプに比べてきめ細かく冷却水の流量を制御できないため、冷却水の流量を安定させ難い。

インタークーラ４６は、サブポンプ４４の下流側に設けられており、吸気通路（不図示）を流れる吸気を、サブラジエータ４２を通過した冷却水によって冷却する。これにより、吸気通路において過給機のコンプレッサで高温に圧縮された吸気を冷却して、エンジン１０に供給できる。なお、インタークーラ４６の下流側には、サーモスタット４７が設けられており、インタークーラ４６を通過した冷却水の温度に応じて、インタークーラ４６を通過する冷却水の流量を制御している。

他水冷式熱交換器４８は、例えば冷媒によって車内の冷房を行うカーエアコンのコンデンサ（凝縮器）であり、サブラジエータ４２を通過した冷却水によって冷媒を凝縮させる。なお、本実施形態では、他水冷式熱交換器４８がサブ冷却経路４０に設けられていることとしたが、これに限定されず、他水冷式熱交換器４８を設けなくてもよい。

制御部９０は、例えばＣＰＵにより構成され、エンジン冷却システムＳの動作を制御する。例えば、制御部９０は、メインポンプ２４やサブポンプ４４の動作を制御して、メイン冷却経路２０及びサブ冷却経路４０を流れる冷却水の流量を制御する。

（分岐合流部３０の変形例）
上述したエンジン冷却システムＳにおいては、分岐合流部３０がメインポンプ２４に近接することで、圧力変動や流量の脈動によって、サブ冷却経路４０の接続管４１ａから分岐合流部３０に至った冷却水が、接続管２１ｂへ流れずに、接続管４１ｂへ流れる恐れがある。本実施形態では、冷却水が接続管４１ｂへ流れることを防止するために、分岐合流部３０は図３や図４に示す構成であってもよい。

図３は、分岐合流部３０の第１変形例の構成を説明するための模式図である。図３に示すように、第１変形例においては、分岐合流部３０を構成する接続管２１ａ、２１ｂの内部に、軸方向に沿った隔壁３２が設けられている。隔壁３２は、サブ冷却経路４０の接続管４１ａ、４１ｂの配管方向と直交している。隔壁３２は、接続管４１ａを流れて分岐合流部３０に至った冷却水が接続管４１ｂへ流れることを規制している。これにより、接続管４１ａから接続管４１ｂへ冷却水が流れることを阻止できる。

図４は、分岐合流部３０の第２変形例の構成を説明するための模式図である。図４に示すように、第２変形例においては、分岐合流部３０を構成する接続管２１ａ、２１ｂが二重管となっている。具体的には、接続管２１ａ、２１ｂが外管となり、接続管２１ａ、２１ｂの内部に内管３３が設けられている。サブ冷却経路４０の接続管４１ａは内管３３に連結されており、接続管４１ｂは外管である接続管２１ａ、２１ｂに連結されている。これにより、接続管４１ａを流れて分岐合流部３０に至った冷却水が接続管４１ｂへ流れることを規制できる。

（第１の実施形態における効果）
上述した第１の実施形態のエンジン冷却システムＳにおいては、サブ冷却経路４０のメイン冷却経路２０からの分岐点及び合流点が、メインポンプ２４の上流側の分岐合流部３０に位置している。また、サブ冷却経路４０には、サブ冷却経路４０における冷却水の流量を制御するサブポンプ４４が設けられている。
かかる場合には、分岐合流部３０で冷却水の分岐及び合流が行われるので、メインポンプ２４の上流側と下流側にそれぞれ分岐点と合流点を設ける場合に比べて、メインポンプ２４の回転による冷却水の流れへの影響を抑制できる。また、サブポンプ４４は、例えば間欠運転、連続運転、可変運転等が可能なため、サブ冷却経路４０の冷却水の流量を調整しやすくなるので、サブ冷却経路４０における冷却水の流量を安定化できる。

＜第２の実施形態＞
図５及び図６を参照しながら、第２の実施形態に係るエンジン冷却システムＳの構成について説明する。

図５は、第２の実施形態に係るエンジン冷却システムＳの構成を示す模式図である。第２の実施形態では、図５に示すようにサブ冷却経路４０の接続管４１ｂに逆止弁６０が設けられている点で、第１の実施形態とは異なる。その他の構成は、第１の実施形態とは同一である。分岐合流部３０がメインポンプ２４に近接することで、圧力変動や流量の脈動によって、本来の分岐合流部３０から接続管４１ｂへの流れとは逆の流れが発生する恐れがある。そこで、第２の実施形態では、冷却水の逆流を防止するために、逆止弁６０が設けられている。

図６は、逆止弁６０の構成を示す模式図である。逆止弁６０は、内部に球体６２と係止部６４を有する。接続管４１ｂにおいて分岐合流部３０からサブラジエータ４２へ向かって冷却水が流れる場合には、図６（ａ）に示すように球体６２が係止部６４へ係止していることで、冷却水の流れを阻止しない。一方で、接続管４１ｂにおいてサブラジエータ４２から分岐合流部へ向かう逆流が発生した場合には、図６（ｂ）に示すように球体６２が係止部６４の反対側へ移動して接続管４１ｂ内の流路を閉塞することで、その後の冷却水の逆流を防止できる。

＜第３の実施形態＞
図７及び図８を参照しながら、第３の実施形態に係るエンジン冷却システムＳの構成について説明する。

図７は、第３の実施形態に係るエンジン冷却システムＳの構成を示す模式図である。第３の実施形態では、メインポンプ２４の上流側の分岐点及び合流点が分岐合流部３０に位置する第１の実施形態とは異なり、図７に示すように、合流点３５が分岐点３４よりも下流側に位置し、分岐点３４と合流点３５との間に逆止弁７０が設けられている。逆止弁７０も、第２の実施形態の逆止弁６０と同様に冷却水の逆流を防止する。具体的には、逆止弁７０は、メインポンプ２４が停止してサブポンプ４４が回転している際に、接続管４１ａを流れて合流点３５に至った冷却水が分岐点３４へ逆流することを防止する。

図８は、分岐点３４、合流点３５及び逆止弁７０の構成を示す模式図である。逆止弁７０は、図８に示すように接続管２１ａと接続管２１ｂの間の接続管２１ｃに設けられており、図６の逆止弁６０と同様に球体６２及び係止部６４を有する。そして、分岐点３４から合流点３５へ冷却水が流れる場合には、図８（ａ）に示すように球体６２が係止部６４に係止していることで、冷却水の流れを阻止しない。一方で、合流点３５から分岐点３４へ向かう逆流が発生した場合には、図８（ｂ）に示すように球体６２が係止部６４の反対側へ移動して流路を閉塞することで、その後の冷却水の逆流を防止できる。

また、第３の実施形態によれば、メインポンプ２４が停止して冷却水を循環させない場合でも、サブポンプ４４が回転することでサブ冷却経路４０からメイン冷却経路２０へ冷却水が流れるので、過給機等が発生する熱を奪うことができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ エンジン
２０ メイン冷却経路
２２ メインラジエータ
２４ メインポンプ
３０ 分岐合流部
３２ 隔壁
４０ サブ冷却経路
４２ サブラジエータ
４４ サブポンプ
６０、７０ 逆止弁
Ｓ エンジン冷却システム

Claims (4)

1. エンジンの冷却水が循環する第１冷却経路と、
   前記第１冷却経路に設けられ、前記エンジンを通過した前記冷却水を冷却する第１ラジエータと、
   前記第１冷却経路に設けられ、前記冷却水を循環させる第１ポンプと、
   前記第１冷却経路の循環方向において前記第１ポンプの上流側の分岐点で前記第１冷却経路から分岐すると共に、前記循環方向において前記第１ポンプの上流側の合流点で前記第１冷却経路へ合流する第２冷却経路と、
   前記第２冷却経路に設けられ、前記第１ラジエータによって冷却された前記冷却水の一部を更に冷却する第２ラジエータと、
   前記第２冷却経路に設けられ、前記第２冷却経路における前記冷却水の流量を制御する第２ポンプと、
   を備え、
   前記第１冷却経路には、前記分岐点及び前記合流点が同じ位置となるように、四方に直交するように分岐した分岐合流部が設けられており、
   前記分岐合流部内には、前記第２冷却経路を流れて前記合流点に至った冷却水が前記第２ラジエータ側へ流れることを規制するために、軸方向に沿った隔壁が設けられている、
   エンジン冷却システム。
2. エンジンの冷却水が循環する第１冷却経路と、
   前記第１冷却経路に設けられ、前記エンジンを通過した前記冷却水を冷却する第１ラジエータと、
   前記第１冷却経路に設けられ、前記冷却水を循環させる第１ポンプと、
   前記第１冷却経路の循環方向において前記第１ポンプの上流側の分岐点で前記第１冷却経路から分岐すると共に、前記循環方向において前記第１ポンプの上流側の合流点で前記第１冷却経路へ合流する第２冷却経路と、
   前記第２冷却経路に設けられ、前記第１ラジエータによって冷却された前記冷却水の一部を更に冷却する第２ラジエータと、
   前記第２冷却経路に設けられ、前記第２冷却経路における前記冷却水の流量を制御する第２ポンプと、
   を備え、
   前記第１冷却経路には、前記分岐点及び前記合流点が同じ位置となるように、四方に直交するように分岐した分岐合流部が設けられており、
   前記分岐合流部は、前記第２冷却経路を流れて前記合流点に至った冷却水が前記第２ラジエータ側へ流れることを規制するために、二重管になっている、
   エンジン冷却システム。
3. エンジンの冷却水が循環する第１冷却経路と、
   前記第１冷却経路に設けられ、前記エンジンを通過した前記冷却水を冷却する第１ラジエータと、
   前記第１冷却経路に設けられ、前記冷却水を循環させる第１ポンプと、
   前記第１冷却経路の循環方向において前記第１ポンプの上流側の分岐点で前記第１冷却経路から分岐すると共に、前記循環方向において前記第１ポンプの上流側の合流点で前記第１冷却経路へ合流する第２冷却経路と、
   前記第２冷却経路に設けられ、前記第１ラジエータによって冷却された前記冷却水の一部を更に冷却する第２ラジエータと、
   前記第２冷却経路に設けられ、前記第２冷却経路における前記冷却水の流量を制御する第２ポンプと、
   を備え、
   前記第１冷却経路には、前記分岐点及び前記合流点が同じ位置となるように、四方に直交するように分岐した分岐合流部が設けられており、
   前記第２冷却経路の循環方向において前記分岐点よりも下流側に設けられ、前記冷却水が逆流することを防止する逆止弁を更に備える、
   エンジン冷却システム。
4. エンジンの冷却水が循環する第１冷却経路と、
   前記第１冷却経路に設けられ、前記エンジンを通過した前記冷却水を冷却する第１ラジエータと、
   前記第１冷却経路に設けられ、前記冷却水を循環させる第１ポンプと、
   前記第１冷却経路の循環方向において前記第１ポンプの上流側の分岐点で前記第１冷却経路から分岐すると共に、前記循環方向において前記第１ポンプの上流側の合流点で前記第１冷却経路へ合流する第２冷却経路と、
   前記第２冷却経路に設けられ、前記第１ラジエータによって冷却された前記冷却水の一部を更に冷却する第２ラジエータと、
   前記第２冷却経路に設けられ、前記第２冷却経路における前記冷却水の流量を制御する第２ポンプと、
   前記第１冷却経路の循環方向において、前記分岐点と、前記分岐点よりも下流側に位置する前記合流点との間に設けられ、前記第２冷却経路を流れて前記合流点に至った冷却水が前記分岐点へ逆流することを防止する逆止弁と、
   を備える、
   エンジン冷却システム。
   

Images