WO2020100851A1 - 内燃機関の吸気冷却システム - Google Patents

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優介 木村
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to an intake air cooling system for an internal combustion engine.
  • a vehicle has a cooling system such as a radiator that cools the engine cooling water by exchanging heat between the engine cooling water and the cooling air (see, for example, Patent Document 1).
  • the vehicle may be equipped with an intake cooling system that has an intercooler that cools the intake air to the engine with a cooling medium as another cooling system.
  • This cooling medium circulates through the passage for the cooling medium that passes through the intercooler by obtaining power from the pump.
  • this pump fails, it may interfere with the circulation of the cooling medium, and the heat exchange performance between the intake air to the engine and the cooling medium may deteriorate.
  • the present disclosure provides an intake air cooling system for an internal combustion engine that can maintain the heat exchange performance between the intake air to the engine and the cooling medium even when the pump that supplies power to the cooling medium that passes through the intercooler fails. It is in.
  • An intake air cooling system for an internal combustion engine for achieving the above object includes an intercooler arranged in an intake passage of the internal combustion engine, a passage for a cooling medium passing through the intercooler, and the cooling medium.
  • a radiator disposed in the passage for the cooling medium, into which the cooling medium flowing out from the outlet of the intercooler flows, and a pump disposed in the passage for the cooling medium between the outlet of the radiator and the inlet of the intercooler.
  • an intake air cooling system of an internal combustion engine configured to include a bypass passage for bypassing the pump, which is connected to a passage for the cooling medium, and a bypass passage provided in the bypass passage from the inlet of the intercooler to the radiator.
  • a backflow prevention device for preventing backflow to the outlet.
  • the heat exchange performance between the intake air to the engine and the cooling medium can be maintained even when the pump that supplies power to the cooling medium passing through the intercooler fails.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an intake air cooling system for an internal combustion engine of the present embodiment.
  • the intake air cooling system 1 of the present embodiment cools intake air (fresh air) A flowing from the atmosphere into each cylinder (cylinder) 3 of an engine (internal combustion engine) 2 through an intake passage 4.
  • This is a system for cooling with a medium W.
  • This system is a system (engine cooling system) for cooling the engine 2 itself with engine cooling water cooled by exchanging heat with cooling air (traveling wind of a vehicle equipped with the engine 2) by a radiator for engine cooling water. It is an independent system. It should be noted that as the intake passage 4 becomes longer, the pressure loss of the intake air A increases, and when the turbo supercharging system is arranged in the intake passage 4, the turbo delay becomes larger. preferable.
  • the intake air cooling system 1 is configured to include an intercooler 5, a passage 6 for a cooling medium, a sub radiator (radiator) 7, and a pump 8.
  • the intercooler 5 is a device that is arranged in the intake passage 4 of the engine 2 and exchanges heat between the intake air A and the cooling medium W to cool the intake air A. It is preferable to dispose the intercooler 5 near the engine 2 because the intake air cooling system 1 and the engine cooling system are close to each other to save space.
  • the cooling medium W is retained in the intercooler 5 by the amount.
  • the cooling medium passage 6 is a passage that passes through the intercooler 5, and the cooling medium W circulates in this passage.
  • the sub radiator 7 is a device which is arranged in the cooling medium passage 6 and into which the cooling medium W flowing out from the outlet 5a of the intercooler 5 flows into the inlet 7b.
  • the cooling medium W is retained in the sub radiator 7 by an amount corresponding to the capacity.
  • the pump 8 is a device that is disposed in the cooling medium passage 6 between the outlet 7 a of the sub radiator 7 and the inlet 5 b of the intercooler 5 and supplies the cooling medium W with power for circulation.
  • the intake air cooling system 1 of the present embodiment is configured to include a bypass passage 9 and a check valve (backflow prevention device) 10.
  • the bypass passage 9 is a passage that is connected to the cooling medium passage 6 and bypasses the pump 8.
  • a rubber hose is exemplified as the bypass passage 9.
  • the check valve 10 is a device that is provided in the bypass passage 9 and prevents a reverse flow from the inlet 5b of the intercooler 5 to the outlet 7a of the sub radiator 7.
  • the pump 8 fails, the flow of the cooling medium W heated by the intercooler 5 by the check valve 10 is regulated in one direction, and the cooling medium W flows out while rising from the outlet 5a.
  • the three-way joint 11 is a hard tube made of a material having a strength capable of withstanding the temperature rise and volume expansion of the cooling medium W. Examples of this material include stainless steel having a relatively higher strength than rubber.
  • a passage 6c for a cooling medium is connected to one opening (first opening) of the other two openings of the three-way joint 11 via a pump 8 and another opening (different from the first opening).
  • a bypass passage 9 is connected to the opening (second opening) via a check valve 10.
  • a tank (storage device) 12 is provided in the passage 6 for the cooling medium between the outlet 5a of the intercooler 5 and the inlet 7b of the sub radiator 7.
  • the tank 12 is arranged at a position above the intercooler 5, and the cooling medium W is stored by the capacity thereof. More specifically, the tanks 12 are connected by a cooling medium passage 6a extending upward from the outlet 5a of the intercooler 5 toward the tank 12, and from the tank 12 toward the inlet 7b of the sub radiator 7. They are connected by a cooling medium passage 6b extending downward.
  • the cooling medium W flowing out from the outlet 5a of the intercooler 5 rises to the tank 12 via the cooling medium passage 6a extending upward, and then passes through the cooling medium passage 6b extending downward from the tank 12.
  • the cooling medium passage 6a extending upward is a passage extending vertically upward or a passage inclined upward.
  • the cooling medium passage 6b extending downward is a passage extending vertically downward or a passage inclined downward.
  • the extruded cooling medium W rises in the cooling medium passage 6a extending upward from the outlet 5a of the intercooler 5 by natural convection and flows into the tank 12. Since the cooling medium W is stored in the tank 12 in an amount corresponding to the capacity, when the cooling medium W flows into the tank 12, the same amount of the cooling medium W as the inflow flows into the cooling medium passage 6b extending downward. To be leaked.
  • the cooling medium W that has flowed out descends through the cooling medium passage 6b that extends downward due to gravity, and flows into the sub radiator 7. Since the cooling medium W is retained in the sub radiator 7 by that amount, when the cooling medium W flows into the sub radiator 7, the same amount of cooling medium W as this inflow is generated in the sub radiator 7 by the running wind and heat of the vehicle.
  • the cooling medium is generated by the energy obtained by gravity when descending the cooling medium passage 6b extending downward. W rises in the cooling medium passage 6c and flows into the inlet 5b of the intercooler 5.
  • the check valve 10 is arranged in the bypass passage 9 on the inlet 5b side of the intercooler 5 even when the pump 8 fails, so that the intercooler 5 can be used.
  • the cooling medium W which rises in temperature and expands in volume to form an ascending flow inside thereof, flows only in one direction to the upwardly extending cooling medium passage 6a.
  • the cooling medium W circulates in the cooling medium passage 6 by natural convection in the same direction as the flow direction during normal operation of the pump 8. Therefore, even when the pump 8 fails, the heat exchange performance of the intake air A to the engine 2 and the cooling medium W can be maintained.
  • the cooling medium W flows backward in the passage from the inlet 5b of the intercooler 5 to the pump 8 or the check valve 10.
  • the three-way joint 11 which is a hard pipe is arranged at this backflow location, damage to the cooling medium passage 6c and the bypass passage 9 due to the backflow of the cooling medium W can be prevented.
  • most of the bypass passage 9 can be configured by a rubber hose having a relatively low price, the cost can be reduced.
  • a tank 12 is provided in the passage 6 for the cooling medium between the outlet 5a of the intercooler 5 and the inlet 7b of the sub radiator 7, and the tank 12 is arranged above the intercooler 5.
  • natural convection requires a certain pressure or more in the cooling medium W circulating in the cooling medium passage 6.
  • a pressure sensor is provided in the cooling medium passage 6 and the control device 7 issues the above-mentioned alarm and the acquired value of this pressure sensor is less than the preset set pressure
  • the control may be performed by restricting the above and forcibly stopping the vehicle after a preset set time has elapsed.
  • the set pressure is a pressure set based on the lower limit pressure at which natural convection occurs.
  • the set time is a grace time until the vehicle is forcibly stopped.
  • a sub radiator is exemplified as the radiator arranged in the passage 6 for the cooling medium, but a radiator for engine cooling water may be used.
  • an intake air cooling system for an internal combustion engine capable of maintaining the heat exchange performance between the intake air to the engine and the cooling medium even when the pump that supplies power to the cooling medium passing through the intercooler fails. It is useful in that it can be done.

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Abstract

インタークーラ５を通過する冷却媒体用の通路６に接続される、ポンプ８をバイパスするバイパス通路９と、このバイパス通路９に設けられて、インタークーラ５の入口５ｂからラジエータ７の出口７ａへの逆流を防止する逆止弁１０を設ける。

Description

内燃機関の吸気冷却システム
　本開示は、内燃機関の吸気冷却システムに関する。
　車両には、エンジン冷却水と冷却空気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却するラジエータ等の冷却システムが配置されている（例えば、特許文献１参照）。
日本国特開平９―１９５７６８号公報
　車両には、その他の冷却システムとして、エンジンへの吸気を冷却媒体により冷却するインタークーラを有する吸気冷却システムが備わることがある。この冷却媒体は、インタークーラを通過する冷却媒体用の通路をポンプにより動力を得て循環する。
　しかしながら、このポンプの故障時には、冷却媒体の循環に支障をきたし、エンジンへの吸気と冷却媒体の熱交換性能が低下する懸念がある。
　本開示は、インタークーラを通過する冷却媒体に動力を供給するポンプが故障したときでも、エンジンへの吸気と冷却媒体の熱交換性能を維持することができる内燃機関の吸気冷却システムを提供することにある。
　上記の目的を達成するための本開示の態様の内燃機関の吸気冷却システムは、内燃機関の吸気通路に配置されるインタークーラと、このインタークーラを通過する冷却媒体用の通路と、この冷却媒体用の通路に配置されるとともに前記インタークーラの出口から流出した冷却媒体が流入するラジエータと、このラジエータの出口と前記インタークーラの入口との間の前記冷却媒体用の通路に配置されるポンプとを備えて構成される内燃機関の吸気冷却システムにおいて、前記冷却媒体用の通路に接続される、前記ポンプをバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられて、前記インタークーラの入口から前記ラジエータの出口への逆流を防止する逆流防止装置とを備えて構成される。
　本開示によれば、インタークーラを通過する冷却媒体に動力を供給するポンプが故障したときでも、エンジンへの吸気と冷却媒体の熱交換性能を維持することができる。
図１は、本実施形態の内燃機関の吸気冷却システムの構成を例示する図である。
　以下、本開示の内燃機関の吸気冷却システムについて、図面を参照しながら説明する。図１に例示するように、本実施形態の吸気冷却システム１は、大気よりエンジン（内燃機関）２の各気筒（シリンダ）３に吸気通路４を介して流入する吸気（新気）Ａを冷却媒体Ｗにより冷却するシステムである。このシステムは、エンジン冷却水用のラジエータにより冷却空気（エンジン２を備えた車両の走行風）と熱交換して冷却されたエンジン冷却水でエンジン２自体を冷却するシステム（エンジン冷却システム）とは独立したシステムである。なお、吸気通路４が長くなるにつれて、吸気Ａの圧損が増加したり、ターボ式過給システムを吸気通路４に配置する場合にはターボ遅れが大きくなるため、吸気通路４は短く形成することが好ましい。
　吸気冷却システム１は、インタークーラ５と、冷却媒体用の通路６と、サブラジエータ（ラジエータ）７と、ポンプ８と、を備えて構成される。インタークーラ５は、エンジン２の吸気通路４に配置されて、吸気Ａと冷却媒体Ｗを熱交換して吸気Ａを冷却する装置である。インタークーラ５をエンジン２の近くに配置すると、吸気冷却システム１とエンジン冷却システムが近くなり省スペースとなるので好ましい。インタークーラ５には、その容量分だけ冷却媒体Ｗが滞留している。冷却媒体用の通路６は、インタークーラ５を通過する通路で、この通路内を冷却媒体Ｗは循環する。サブラジエータ７は、冷却媒体用の通路６に配置されるとともにインタークーラ５の出口５ａから流出した冷却媒体Ｗがその入口７ｂに流入される装置である。サブラジエータ７には、その容量分だけ冷却媒体Ｗが滞留している。ポンプ８は、サブラジエータ７の出口７ａとインタークーラ５の入口５ｂとの間の冷却媒体用の通路６に配置されて、冷却媒体Ｗに循環用の動力を供給する装置である。
　本実施形態の吸気冷却システム１は、バイパス通路９と、逆止弁（逆流防止装置）１０と、を備えて構成される。バイパス通路９は、冷却媒体用の通路６に接続されて、ポンプ８をバイパスする通路である。バイパス通路９としてはゴムホースが例示される。逆止弁１０は、バイパス通路９に設けられて、インタークーラ５の入口５ｂからサブラジエータ７の出口７ａへの逆流を防止する装置である。ポンプ８の故障時に、逆止弁１０によりインタークーラ５で加熱された冷却媒体Ｗの流れは一方向に規定されて、冷却媒体Ｗはその出口５ａから上昇しながら流出する。
　インタークーラ５の入口５ｂには三方継手１１の開口の一つが接続されている。三方継手１１は、冷却媒体Ｗの温度上昇及び体積膨張に耐え得る強度を有する材質で構成される硬管である。この材質としては、ゴムよりも比較的強度の高いステンレス鋼等が例示される。三方継手１１の他の二つの開口の内の一つの開口（第１開口）にはポンプ８を介して冷却媒体用の通路６ｃが接続されるとともに、もう一つの開口（第１開口とは異なる開口、第２開口）には逆流防止弁１０を介してバイパス通路９が接続される。
　インタークーラ５の出口５ａとサブラジエータ７の入口７ｂとの間の冷却媒体用の通路６にはタンク（貯留装置）１２が設けられる。タンク１２は、インタークーラ５よりも上方の位置に配置されて、その容量分だけ冷却媒体Ｗが貯留される。より詳細には、タンク１２は、インタークーラ５の出口５ａからタンク１２に向かって上方に延在する冷却媒体用の通路６ａで接続されるとともに、タンク１２からサブラジエータ７の入口７ｂに向かって下方に延在する冷却媒体用の通路６ｂで接続される。インタークーラ５の出口５ａから流出した冷却媒体Ｗは、上方に延在する冷却媒体用の通路６ａを介してタンク１２まで上昇した後、タンク１２から下方に延在する冷却媒体用の通路６ｂを介してサブラジエータ７の入口７ｂまで下降して流入する。なお、上方に延在する冷却媒体用の通路６ａは、鉛直上方向に延在する通路、または、上方に向かって傾斜する通路である。また、下方に延在する冷却媒体用の通路６ｂは、鉛直下方向に延在する通路、または、下方に向かって傾斜する通路である。
　ポンプ８への異物の噛み込み、ポンプ８を駆動するモータの故障、モータを制御する制御装置とモータを接続する制御回路の断線等に起因して、ポンプ８は故障する。本実施形態の内燃機関の吸気冷却システム１では、ポンプ８が故障したときに、インタークーラ５に滞留した冷却媒体Ｗは、吸気Ａと熱交換することでその温度が上昇するとともにその体積が膨張する。インタークーラ５にはその容量分だけ冷却媒体Ｗが滞留しているので、この温度上昇及び体積膨張により、冷却媒体Ｗはインタークーラ５の出口５ａから上方に延在する冷却媒体用の通路６ａに押し出される。押し出された冷却媒体Ｗは自然対流により、インタークーラ５の出口５ａから上方に延在する冷却媒体用の通路６ａを上昇してタンク１２に流入する。タンク１２にはその容量分だけ冷却媒体Ｗが貯留されているので、タンク１２に冷却媒体Ｗが流入すると、この流入と同量の冷却媒体Ｗが下方に延在する冷却媒体用の通路６ｂに流出される。この流出した冷却媒体Ｗは重力により下方に延在する冷却媒体用の通路６ｂを下降してサブラジエータ７に流入する。サブラジエータ７にはその容量分だけ冷却媒体Ｗが滞留しているので、サブラジエータ７に冷却媒体Ｗが流入すると、この流入と同量の冷却媒体Ｗがサブラジエータ７で車両の走行風と熱交換した後、サブラジエータ７の出口７ａから流出する。サブラジエータ７の出口７ａから流出した冷却媒体Ｗは、重力により冷却媒体用の通路６ｃを下降して、その全量がバイパス通路９、逆止弁１０及び三方継手１１を介してインタークーラ５の入口５ｂに流入する。
　なお、本実施形態とは異なり、サブラジエータ７がインタークーラ５より下方の位置にある場合には、下方に延在する冷却媒体用の通路６ｂを下降するときに重力により得たエネルギーにより冷却媒体Ｗは冷却媒体用の通路６ｃを上昇してインタークーラ５の入口５ｂに流入する。
　以上より、本実施形態の内燃機関の吸気冷却システム１では、ポンプ８が故障したときでも、逆止弁１０をインタークーラ５の入口５ｂ側のバイパス通路９に配置しているので、インタークーラ５の内部で温度上昇及び体積膨張して上昇流れを形成する冷却媒体Ｗが上方に延在する冷却媒体用の通路６ａへの一方向のみに流れる。冷却媒体Ｗはポンプ８の正常動作時の流れ方向と同じ方向に冷却媒体用の通路６内を自然対流により循環する。したがって、ポンプ８が故障したときでも、エンジン２への吸気Ａと冷却媒体Ｗの熱交換性能を維持することができる。
　なお、インタークーラ５の入口５ｂ側ではなく、インタークーラ５の出口５ａ側の冷却媒体用の通路６ａに逆止弁１０を配置した場合は、インタークーラ５の出口５ａから入口５ｂへの逆流を防止することができず、インタークーラ５の熱交換性能に支障がでる虞がある。また、冷却媒体用の通路６内の冷却媒体Ｗの循環流れを一方向に規制することができない。
　冷却媒体Ｗは、厳密には、インタークーラ５の入口５ｂからポンプ８または逆止弁１０までの通路には逆流する。しかしながら、この逆流場所に硬管である三方継手１１を配置しているので、冷却媒体Ｗの逆流による冷却媒体用の通路６ｃ及びバイパス通路９の破損を防止できる。また、バイパス通路９の大半を比較的低価なゴムホースで構成することが可能となるので、低コスト化することができる。
　インタークーラ５の出口５ａとサブラジエータ７の入口７ｂとの間の冷却媒体用の通路６にタンク１２を設けるとともに、このタンク１２をインタークーラ５よりも上方の位置に配置する。これにより、ポンプ８の故障時に、自然対流または重力により冷却媒体Ｗは冷却媒体用の通路６を循環するので、この循環流れを良化することができる。
　なお、ポンプ８が故障すると、ポンプ８を駆動するモータへの入力電圧と吸気通路４を通過する吸気Ａの温度との関係が変化する。したがって、車両の運転席に警報装置を設けて、この関係がポンプ８の正常時の関係より大きく変化した場合に、制御装置７によりこの警報装置から運転者に対して警報を発する制御を行うようにしてもよい。
　また、自然対流には冷却媒体用の通路６を循環する冷却媒体Ｗに一定以上の圧力が必要となる。冷却媒体用の通路６に圧力センサを設けて、制御装置７が、上記の警報を発した場合に、この圧力センサの取得値が予め設定された設定圧力未満であるときは、エンジン２の運転を制限して、予め設定された設定時間経過後に車両を強制停止させる制御を行ってもよい。設定圧力は自然対流が発生する下限の圧力を基に設定される圧力である。設定時間は、車両の強制停止までの猶予時間である。このように制御することで、円滑な交通状況を確保しつつ、車両の２次的な故障を防止することができる。
　なお、本実施形態では、冷却媒体用の通路６に配置されるラジエータとして、サブラジエータを例示したが、エンジン冷却水用のラジエータでもよい。
　本出願は、2018年11月14日付で出願された日本国特許出願（特願2018-214089）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示によれば、インタークーラを通過する冷却媒体に動力を供給するポンプが故障したときでも、エンジンへの吸気と冷却媒体の熱交換性能を維持することができる内燃機関の吸気冷却システムを提供できるという点において有用である。
１　内燃機関の吸気冷却システム
２　エンジン（内燃機関）
３　気筒（シリンダ）
４　吸気通路
５　インタークーラ
５ａ　インタークーラの出口
５ｂ　インタークーラの入口
６、６ａ、６ｂ、６ｃ　冷却媒体用の通路
７　サブラジエータ
７ａ　サブラジエータの出口
７ｂ　サブラジエータの入口
８　ポンプ
９　バイパス通路
１０　逆止弁（逆流防止装置）
１１　三方継手
１２　タンク（貯留装置）

Claims (3)

  1. 　内燃機関の吸気通路に配置されるインタークーラと、このインタークーラを通過する冷却媒体用の通路と、この冷却媒体用の通路に配置されるとともに前記インタークーラの出口から流出した冷却媒体が流入するラジエータと、このラジエータの出口と前記インタークーラの入口との間の前記冷却媒体用の通路に配置されるポンプとを備えて構成される内燃機関の吸気冷却システムにおいて、
    　前記冷却媒体用の通路に接続される、前記ポンプをバイパスするバイパス通路と、
    　前記バイパス通路に設けられて、前記インタークーラの入口から前記ラジエータの出口への逆流を防止する逆流防止装置とを備えて構成される内燃機関の吸気冷却システム。
  2. 　前記インタークーラの入口に三方継手を接続して、
    　この三方継手の第１開口に前記ポンプを接続するとともに、前記第１開口とは異なる前記三方継手の第２開口に前記逆流防止装置を介して前記バイパス通路を接続して構成される請求項１に記載の内燃機関の吸気冷却システム。
  3. 　前記インタークーラの出口と前記ラジエータの入口との間の前記冷却媒体用の通路に貯留装置を設けるとともに、この貯留装置を前記インタークーラよりも上方の位置に配置して構成される請求項１または２に記載の内燃機関の吸気冷却システム。
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