JP6984471B2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付き内燃機関に適用される内燃機関の冷却装置に関する。

特許文献１には、インタークーラと過給機とを冷却する内燃機関の冷却装置が開示されている。特許文献１に開示されている内燃機関の冷却装置では、ポンプから吐出された冷却水を分岐させてインタークーラと過給機の冷却流路との双方に供給するように構成されている。すなわち、この冷却装置の冷却回路では、インタークーラと過給機の冷却流路とが並列に設けられている。

また、特許文献２には、インタークーラを通過した冷却水を過給機の冷却流路に導入する内燃機関の冷却装置が開示されている。この冷却装置の冷却回路では、インタークーラと過給機の冷却流路とが直列に設けられている。

特開２０１３‐８３２２９号公報 特開２０１６‐１７６３４３号公報

インタークーラと過給機の冷却流路とでは、要求される冷却水の流量が異なる場合がある。特許文献１に開示されている冷却装置のように、冷却回路においてインタークーラと過給機の冷却流路とが並列に構成されている場合、インタークーラに導入する冷却水の流量と過給機の冷却流路に導入する冷却水の流量とを異ならせることもできる。しかし、冷却回路が並列な流路を有することになるため、流路の分岐部や合流部の増加が避けられない。

一方、特許文献２に開示されている冷却装置のように冷却回路が直列な流路を有して構成されている場合、冷却回路が並列な流路を有して構成されている場合と比較して冷却回路を簡潔にすることができる。しかし、例えばインタークーラに必要な流量の冷却水を導入すると、過給機の冷却流路に過剰な流量の冷却水が導入される虞がある。

このように、内燃機関の冷却装置には改善の余地があった。

上記課題を解決するための内燃機関の冷却装置は、過給機付き内燃機関に適用され、冷却回路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、前記冷却回路に、吸気通路において前記過給機の下流側に配置されており過給された吸気を冷却する水冷式のインタークーラと、前記過給機を冷却する過給機冷却流路と、冷却水を冷却するラジエータと、が設けられており、前記インタークーラは、冷却水を導入するＩＣ入口と、冷却水を排出するＩＣ第１出口及びＩＣ第２出口と、冷却水の流路であり当該インタークーラを通過する吸気が流れる方向と交差する方向に前記ＩＣ入口から延びる往路と、該往路と並設されている冷却水の流路であり前記ＩＣ第１出口に接続する復路と、前記往路と前記復路とを接続する折返し部と、該折返し部から分岐して前記ＩＣ第２出口に接続する分岐路と、を有し、前記過給機冷却流路は、冷却水を導入するＴＣ入口と、冷却水を排出するＴＣ出口と、を有し、前記冷却回路は、前記ＩＣ第２出口と前記ＴＣ入口とを接続する接続流路と、前記ＴＣ出口と前記ラジエータとを接続する第１排出流路と、前記ＩＣ第１出口と前記第１排出流路とを接続する第２排出流路と、を有していることをその要旨とする。

上記構成では、インタークーラ内において冷却水の流路を分岐させ、分岐路と過給機冷却流路とを直列に接続している。これによって、過給機冷却流路に導入する冷却水の流量をインタークーラに導入する冷却水の流量と異ならせるようにすることができる。さらに、インタークーラ内において冷却水の流路を分岐させているため、インタークーラと過給機冷却流路とを仮に並列に構成した場合の冷却回路と比較して部品点数を削減できる。これによって、冷却装置の小容量化に寄与することができる。

また、仮にインタークーラの往路と復路、さらには過給機冷却流路を直列に構成した冷却回路の場合には、インタークーラを通過して温度が上昇した冷却水が過給機冷却流路に導入されるため、過給機冷却流路の冷却効率が低下する虞がある。この点、上記構成によれば、往路と復路からなるインタークーラの冷却流路のうち往路のみを通過して分岐された冷却水が過給機冷却流路に導入される。これによって、温度の上昇が比較的少ない冷却水を過給機冷却流路に導入することができる。

内燃機関の冷却装置及び当該冷却装置が適用される内燃機関の一実施形態を示す模式図。

以下、内燃機関の冷却装置の一実施形態である冷却装置１０について、図１を参照して説明する。
図１には、冷却装置１０と、冷却装置１０が適用される内燃機関９０を示している。

内燃機関９０は、排気タービン式の第１過給機７１及び第２過給機７２を備える過給機付き内燃機関である。内燃機関９０の燃焼室に吸気を導入する吸気通路９１には、エアクリーナ９２が設けられている。吸気通路９１には、エアクリーナ９２よりも下流側において吸気分岐部９１Ａが設けられており、吸気通路９１が二本に分岐されている。

吸気通路９１において吸気分岐部９１Ａよりも下流側には、第１過給機７１の第１コンプレッサ７１Ａと、第２過給機７２の第２コンプレッサ７２Ａと、がそれぞれ設けられている。吸気通路９１には、第１コンプレッサ７１Ａを通過した吸気と、第２コンプレッサ７２Ａを通過した吸気とが合流する吸気合流部９１Ｂが設けられている。吸気合流部９１Ｂは、第１コンプレッサ７１Ａ及び第２コンプレッサ７２Ａの下流側に位置している。吸気合流部９１Ｂにおいて、吸気分岐部９１Ａよりも下流側から分岐していた通路が合流する。

吸気通路９１において吸気合流部９１Ｂよりも下流側には、冷却装置１０の一部をなすインタークーラ２０が設けられている。インタークーラ２０は、冷却水が通過する流路を備えている。インタークーラ２０を通過する吸気と冷却水との熱交換によって、第１過給機７１及び第２過給機７２によって過給された吸気が冷却される。インタークーラ２０よりも下流側には、スロットルバルブ９３が配設されている。スロットルバルブ９３を通過した吸気は、インテークマニホールドを通過して内燃機関９０のシリンダブロック９４に設けられている燃焼室に導入される。

シリンダブロック９４には、各燃焼室から排出された排気を集合させて排気通路９９に排出する第１エキゾーストマニホールド９５と第２エキゾーストマニホールド９６とが接続されている。

排気通路９９において第１エキゾーストマニホールド９５の下流側には、第１過給機７１の第１タービン７１Ｂが設けられている。第１タービン７１Ｂの下流側には、第１触媒９７が配設されている。排気通路９９には、第１タービン７１Ｂを迂回する第１ウェイストゲート７３が設けられている。第１ウェイストゲート７３は、第１エキゾーストマニホールド９５と第１タービン７１Ｂとの間と、第１タービン７１Ｂと第１触媒９７との間とを接続している。第１ウェイストゲート７３には、第１ウェイストゲートバルブ７４が設けられている。

排気通路９９において第２エキゾーストマニホールド９６の下流側には、第２過給機７２の第２タービン７２Ｂが設けられている。第２タービン７２Ｂの下流側には、第２触媒９８が配設されている。排気通路９９には、第２タービン７２Ｂを迂回する第２ウェイストゲート７５が設けられている。第２ウェイストゲート７５は、第２エキゾーストマニホールド９６と第２タービン７２Ｂとの間と、第２タービン７２Ｂと第２触媒９８との間とを接続している。第２ウェイストゲート７５には、第２ウェイストゲートバルブ７６が設けられている。

冷却装置１０は、冷却水を循環させる冷却回路３０を備えている。冷却装置１０は、空気との熱交換によって冷却水を冷却する第１ラジエータ１１と第２ラジエータ１２を備えている。冷却装置１０は、冷却水を圧送するポンプ１３を備えている。

冷却回路３０において、第１ラジエータ１１及び第２ラジエータ１２の上流側には、ラジエータ上流部３３が設けられている。第１ラジエータ１１と第２ラジエータ１２には、ラジエータ上流部３３から分岐した流路がそれぞれ接続されている。

冷却回路３０は、第１ラジエータ１１及び第２ラジエータ１２の下流側であるラジエータ下流部３１において、第１ラジエータ１１を通過した冷却水と第２ラジエータ１２を通過した冷却水とが合流するように構成されている。ラジエータ下流部３１よりも下流側には、ポンプ１３とインタークーラ２０とが順に配設されている。

インタークーラ２０は、ポンプ１３から吐出された冷却水が導入されるＩＣ入口２１と、冷却水の流路としての往路２２とを有している。往路２２は、インタークーラ２０を通過する吸気の流れ方向と直交する方向に、ＩＣ入口２１から延伸されている。インタークーラ２０は、往路２２と並設されている復路２３を備えている。往路２２と復路２３とは、往路２２における下流側の端部に設けられている折返し部２５によって接続されている。復路２３では、往路２２の冷却水流れ方向とは反対方向に冷却水が流れる。インタークーラ２０内では、往路２２は、復路２３よりもインタークーラ２０を通過する吸気の流れ方向における下流側に配置されている。復路２３の下流側の端部には、インタークーラ２０から冷却水が排出される第１ＩＣ出口２４が設けられている。

さらにインタークーラ２０は、折返し部２５から分岐して往路２２の延伸方向に延伸されている分岐路２６を備えている。分岐路２６の下流側の端部には、インタークーラ２０から冷却水が排出される第２ＩＣ出口２７が設けられている。

第１過給機７１には、冷却水の流路である第１過給機冷却流路１４が設けられている。第１過給機冷却流路１４を流れる冷却水との熱交換によって第１過給機７１が冷却される。第１過給機冷却流路１４では、第１ＴＣ入口１５から冷却水が導入され、第１ＴＣ出口１６から冷却水が排出される。図１に示した第１過給機７１において第１ＴＣ入口１５及び第１ＴＣ出口１６が設けられている位置は、模式的なものであり、第１ＴＣ入口１５及び第１ＴＣ出口１６の位置を限定するものではない。

第２過給機７２には、冷却水の流路である第２過給機冷却流路１７が設けられている。第２過給機冷却流路１７を流れる冷却水との熱交換によって第２過給機７２が冷却される。第２過給機冷却流路１７では、第２ＴＣ入口１８から冷却水が導入され、第２ＴＣ出口１９から冷却水が排出される。図１に示した第２過給機７２において第２ＴＣ入口１８及び第２ＴＣ出口１９が設けられている位置は、模式的なものであり、第２ＴＣ入口１８及び第２ＴＣ出口１９の位置を限定するものではない。

冷却回路３０は、ポンプ１３とＩＣ入口２１とを接続する導入流路３４を備えている。冷却回路３０は、第２ＩＣ出口２７と第１ＴＣ入口１５とを接続する接続流路３５を備えている。冷却回路３０は、第１ＴＣ出口１６と第２ＴＣ入口１８とを接続するＴＣ間流路３６を備えている。冷却回路３０は、第２ＴＣ出口１９とラジエータ上流部３３とを接続する第１排出流路３７を備えている。冷却回路３０は、一端が第１ＩＣ出口２４に接続され、他端が第１排出流路３７における合流部３２に接続されている第２排出流路３８を備えている。

冷却回路３０では、インタークーラ２０の往路２２から分岐した分岐路２６の下流側に第１過給機冷却流路１４が接続されている。さらに、第１過給機冷却流路１４の下流側には、第２過給機冷却流路１７が接続されている。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
冷却装置１０では、インタークーラ２０内において往路２２から分岐させた分岐路２６と、第１過給機冷却流路１４と、を直列に接続している。これによって、第１過給機冷却流路１４に導入する冷却水の流量をインタークーラ２０に導入する冷却水の流量と異ならせるようにすることができる。さらに、インタークーラ２０内において冷却水の流路を分岐させているため、インタークーラ２０と第１過給機冷却流路１４とを仮に並列に構成した場合の冷却回路と比較して部品点数を削減できる。これによって、冷却装置１０の小容量化に寄与することができる。

さらに、冷却装置１０では、第１過給機冷却流路１４と第２過給機冷却流路１７を直列に接続している。これによって、第１過給機冷却流路１４と第２過給機冷却流路１７とを並列に構成した場合の冷却回路と比較して、冷却回路を簡潔に構成することができる。

また、仮にインタークーラ２０の往路２２と復路２３、さらには第１過給機冷却流路１４を直列に構成した冷却回路の場合には、インタークーラ２０を通過して温度が上昇した冷却水が第１過給機冷却流路１４に導入されるため、インタークーラ２０よりも下流側における冷却効率が低下する虞がある。この点、冷却装置１０によれば、往路２２と復路２３からなるインタークーラ２０の冷却流路のうち往路２２のみを通過して分岐された分岐路２６から第１過給機冷却流路１４に冷却水が導入される。これによって、インタークーラ２０の冷却流路の一部と第１過給機冷却流路１４とを直列に構成しつつも、温度の上昇が比較的少ない冷却水を接続流路３５に供給することができる。

さらに、インタークーラ２０では、折返し部２５を備えていることによって、往路２２から復路２３を通過して第２排出流路３８へ排出される冷却水だけでなく、往路２２から分岐路２６を通過して第１過給機冷却流路１４に導入される冷却水も往路２２を流通することになる。したがって、往路２２から復路２３を通過する冷却水が単に流通するだけの流路構成を採用する場合に比べて、往路２２に流通する冷却水の流量をより多くすることができ、それだけ、インタークーラ２０において熱交換による吸気の冷却を効率よく行うことができる。

また、冷却装置１０では、例えば復路２３に対する分岐路２６の通路断面積を調節することで、第１過給機冷却流路１４に導入する冷却水の流量を調節することができる。すなわち、折返し部２５よりも下流側である復路２３側と、分岐路２６側とにおける流路の抵抗を変更することによって、インタークーラ２０に導入する冷却水の流量と第１過給機冷却流路１４に導入する冷却水の流量とを変化させることができる。

以下、上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係を記載する。
「過給機冷却流路」は、第１過給機冷却流路１４及びＴＣ間流路３６及び第２過給機冷却流路１７に対応する。「ＴＣ入口」は、第１ＴＣ入口１５に対応する。「ＴＣ出口」は、第２ＴＣ出口１９に対応する。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、第１過給機７１及び第２過給機７２を備える内燃機関９０に冷却装置１０を適用しているが、一基の過給機を備える内燃機関にも冷却装置を適用することができる。この場合、過給機の冷却流路の出口と、ラジエータ上流部３３と、を第１排出流路３７によって接続することで、上記実施形態と同様に、インタークーラ２０の往路２２と過給機の冷却流路とを直列に接続することができる。

・上記実施形態では、第１ラジエータ１１と第２ラジエータ１２とを備える冷却装置１０を例示しているが、冷却装置１０が備えるラジエータは一つでもよい。この場合、ラジエータの上流側に第１排出流路３７が接続するように構成すれば、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

１０…冷却装置、１１…第１ラジエータ、１２…第２ラジエータ、１３…ポンプ、１４…第１過給機冷却流路、１７…第２過給機冷却流路、２０…インタークーラ、２２…往路、２３…復路、２５…折返し部、２６…分岐路、３０…冷却回路、３４…導入流路、３５…接続流路、３６…ＴＣ間流路、３７…第１排出流路、３８…第２排出流路、７１…第１過給機、７１Ａ…第１コンプレッサ、７１Ｂ…第１タービン、７２…第２過給機、７２Ａ…第２コンプレッサ、７２Ｂ…第２タービン、９０…内燃機関、９１…吸気通路、９１Ａ…吸気分岐部、９１Ｂ…吸気合流部、９９…排気通路。

Claims (1)

1. 過給機付き内燃機関に適用され、冷却回路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、
   前記冷却回路に、吸気通路において前記過給機の下流側に配置されており過給された吸気を冷却する水冷式のインタークーラと、前記過給機を冷却する過給機冷却流路と、冷却水を冷却するラジエータと、が設けられており、
   前記インタークーラは、冷却水を導入するＩＣ入口と、冷却水を排出するＩＣ第１出口及びＩＣ第２出口と、冷却水の流路であり当該インタークーラを通過する吸気が流れる方向と交差する方向に前記ＩＣ入口から延びる往路と、該往路と並設されている冷却水の流路であり前記ＩＣ第１出口に接続する復路と、前記往路と前記復路とを接続する折返し部と、該折返し部から分岐して前記ＩＣ第２出口に接続する分岐路と、を有し、
   前記過給機冷却流路は、冷却水を導入するＴＣ入口と、冷却水を排出するＴＣ出口と、を有し、
   前記冷却回路は、前記ＩＣ第２出口と前記ＴＣ入口とを接続する接続流路と、前記ＴＣ出口と前記ラジエータとを接続する第１排出流路と、前記ＩＣ第１出口と前記第１排出流路とを接続する第２排出流路と、を有している内燃機関の冷却装置。

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