JP2009002346A - Method for thermally managing engine and engine system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの熱管理方法に関連する。より具体的には、冷却液流路をその中に備えたエンジン・ブロックと、エンジン・ブロックに固定され、冷却液流路をその中に備えたシリンダー・ヘッドと、そしてそれら冷却液流路を備えた第一冷却液回路を有し、その第一冷却液回路に接続されて、冷却液から熱を取り出す熱交換器と、冷却液回路内に冷媒流を生成する冷媒ポンプと、温度検出手段と、バルブ手段とを備える第二冷却液回路が設けられるエンジンの熱管理方法に関連する。更に、本発明は、上述のエンジン、及び、そのような方法を実行するように構成される少なくとも一つのエンジン制御ユニットを備えるエンジン・システムに関連する。 The present invention relates to an engine thermal management method. More specifically, an engine block having a coolant passage therein, a cylinder head fixed to the engine block and having a coolant passage therein, and the coolant passages A heat exchanger connected to the first coolant circuit for extracting heat from the coolant, a refrigerant pump for generating a refrigerant flow in the coolant circuit, and temperature detection means And a thermal management method for an engine provided with a second coolant circuit comprising valve means. The present invention further relates to an engine system comprising the above-described engine and at least one engine control unit configured to perform such a method.
本発明に先立って、種々のエンジン冷却システム又は熱管理システムが、乗員室用ヒーター及びウィンドウ・ガラス・デフロスタのような付随ユニットの動作のみならず、エンジンの動作を改善すべく、種々の冷媒回路の構成とともに、考え出されてきた。とりわけ、寒冷時におけるエンジン冷間始動時には、エンジンでの摩擦増加のために、燃料消費量が増大し、その結果としてエンジン排出物質も増大する。 Prior to the present invention, various engine cooling systems or thermal management systems have developed various refrigerant circuits to improve the operation of the engine as well as the operation of associated units such as passenger compartment heaters and window glass defrosters. It has been conceived with the composition of In particular, when the engine is cold during cold start, fuel consumption increases due to increased friction in the engine, resulting in increased engine emissions.
温度は、摩擦を低減するために重要な要因であり、それ故、エンジンの熱を、最も効果的な方法で使用することが望ましい。暖機フェーズ中(暖機完了前)には、主にエンジン・ブロックにて、熱が吸収される。寒冷時に乗員室を迅速に暖めることは、自動車メーカーにとって永遠の課題となっている。 Temperature is an important factor for reducing friction and it is therefore desirable to use engine heat in the most effective manner. During the warm-up phase (before completion of warm-up), heat is absorbed mainly by the engine block. Rapidly warming the passenger compartment in cold weather has become an eternal challenge for automakers.
しかしながら、今日における多くの解決策は、高価な追加装置を必要とする。 However, many solutions today require expensive additional equipment.
特許文献1は、エンジン暖機を促進する加熱促進回路を設けたエンジンの熱管理システムを開示している。 Patent Document 1 discloses an engine thermal management system provided with a heating acceleration circuit that promotes engine warm-up.
暖機フェーズ中に、冷却液回路は、冷媒ポンプ、シリンダー・ヘッドの排気側に位置する冷媒流路、及び乗員室を暖めるための熱交換器のみを含む。 During the warm-up phase, the coolant circuit only includes a refrigerant pump, a refrigerant flow path located on the exhaust side of the cylinder head, and a heat exchanger for warming the passenger compartment.
特許文献2は、エンジンの冷却システムを記述している。それは、冷媒ポンプから延びて、シリンダーヘッド内の冷却通路を通って、乗員室を暖めるのに使用される熱交換器を通って、そして冷媒ポンプに戻る、エンジン暖機初期用の流路を備える。それによって、暖機フェーズ中には、温度応答型の流量制御バルブ、又は、サーモスタットが、シリンダー・ヘッドからエンジン・ブロック内の冷却通路に冷却液が流れるのを禁止する。
特許文献3は、ラジエータ、潜熱蓄積部(latent heat store)、ポンプ、及び平衡容器(balancing container)を備えた熱分配回路を有するエンジンを開示している。 冷間始動時に、バルブは、冷却液がクランクケースに流れるのを停止するように構成され、平衡容器及び潜熱蓄積部は、シリンダー・ヘッドとポンプの間に直列接続される。その目的は、冷間始動時のシリンダー・ヘッドの暖機を、可能な限り迅速化することを確かなものにすることである。
Patent Document 2 describes an engine cooling system. It includes an initial engine warm-up channel that extends from the refrigerant pump, through a cooling passage in the cylinder head, through a heat exchanger used to warm the passenger compartment, and back to the refrigerant pump. . Thereby, during the warm-up phase, a temperature responsive flow control valve or thermostat inhibits coolant from flowing from the cylinder head to the cooling passage in the engine block.
U.S. Pat. No. 6,089,077 discloses an engine having a heat distribution circuit comprising a radiator, a latent heat store, a pump, and a balancing container. During cold start, the valve is configured to stop the coolant from flowing into the crankcase, and the balance vessel and latent heat storage are connected in series between the cylinder head and the pump. The aim is to ensure that the cylinder head warm-up during cold start is as quick as possible.
特許文献4は、そこにおいて主冷却回路が、熱交換器から冷媒を受けて、最初にエンジン・ブロックを通り、その後シリンダー・ヘッドを通って、そして熱交換器に戻るように冷媒をポンプ輸送する主ポンプを有するエンジンを記述する。迅速な暖機のために、暖機フェーズ中には、主冷媒回路は遮断され、冷媒は、シリンダー・ヘッドのみを通る副冷却回路を介して電動ポンプによってポンプ輸送される。副冷却回路は、蓄熱器、熱交換器、及び、室内用ヒーターを有する。 U.S. Patent No. 6,057,836 where the main cooling circuit receives the refrigerant from the heat exchanger and pumps the refrigerant first through the engine block, then through the cylinder head and back to the heat exchanger. An engine having a main pump is described. For quick warm-up, during the warm-up phase, the main refrigerant circuit is shut off and the refrigerant is pumped by an electric pump through a sub-cooling circuit that passes only through the cylinder head. The sub-cooling circuit has a heat accumulator, a heat exchanger, and a room heater.
特許文献5は、シリンダー・ブロック及びシリンダー・ヘッドに冷媒室を有する液冷式エンジンを開示している。その冷媒室は、温度に応じて制御される調節装置を介して、冷媒循環ポンプに接続されている。冷媒が所定温度よりも高いときには、シリンダーヘッドとシリンダーブロックの両方を通って冷却液が循環する一方で、所定温度よりも低いときには、シリンダーヘッドのみを通って冷却液が循環するように構成される。 Patent Document 5 discloses a liquid-cooled engine having a refrigerant chamber in a cylinder block and a cylinder head. The refrigerant chamber is connected to a refrigerant circulation pump via an adjusting device controlled according to temperature. When the coolant is higher than the predetermined temperature, the coolant is circulated through both the cylinder head and the cylinder block, while when lower than the predetermined temperature, the coolant is circulated only through the cylinder head. .
特許文献6は、シリンダー・ヘッドを冷却する冷却水、及び、シリンダー・ブロックを冷却する潤滑油を使用することで、寒冷時のエンジン暖機時間を短縮して、シリンダーを十分に冷却する方法を記述している。冷却水通路は、冷却水がポンプによって循環されるように、シリンダー・ヘッドとラジエータとの間を循環する。 Patent Document 6 discloses a method for sufficiently cooling a cylinder by shortening the engine warm-up time in cold by using cooling water for cooling the cylinder head and lubricating oil for cooling the cylinder block. It is described. The cooling water passage circulates between the cylinder head and the radiator so that the cooling water is circulated by the pump.
非特許文献1は、電動ウォーター・ポンプ・システムを開示しており、そこにおいて、冷媒及び油の暖機性能を高めるように、電動ウォーター・ポンプが極めて短時間停止されている。
しかしながら、上述の解決策の多くは、追加ポンプ又は追加冷却液のような、追加装置の準備が必要となり、それはエンジンの組立てに悪影響を及ぼし、コスト・アップとなる。 However, many of the above solutions require the provision of additional equipment, such as additional pumps or additional coolant, which adversely affects engine assembly and increases costs.
従って、本発明の目的は、エンジンの熱管理を改善し、上述の欠点を克服することにある。 Accordingly, it is an object of the present invention to improve engine thermal management and overcome the above-mentioned drawbacks.
上述の目的は、特許請求の範囲の請求項1にて規定されるような、暖機完了状態におけるエンジンの熱管理方法を提供することによって、達成される。 The above objective is accomplished by providing a method for thermal management of an engine in a warm-up completion state as defined in claim 1 of the claims.
従来のエンジンにおいては、第一冷却液回路から第二冷却液回路に排出される冷却液の温度Toutは約90℃であり、第二冷却液回路から第一冷却液回路に供給される冷却液の温度Tinは約85℃であったので、第二冷却液回路から第一冷却液回路に供給される冷却液の温度Tinと、第一冷却液回路から第二冷却液回路に排出される冷却液の温度Toutとの差分ΔTは約5℃であった。 In the conventional engine, the temperature T out of the coolant discharged from the first coolant circuit to the second coolant circuit is about 90 ° C., and the cooling supplied from the second coolant circuit to the first coolant circuit since the temperature T in the liquid was about 85 ° C., and the temperature T in the cooling liquid from the second liquid coolant circuits are supplied to the first coolant circuit, the discharge from the first coolant circuit to the second coolant circuit The difference ΔT with respect to the temperature T out of the coolant was about 5 ° C.
本発明によれば、ΔTは少なくとも10℃であり、それは、シリンダー・ヘッドにおける冷却液の温度が、従来エンジンよりも高い90℃を上回るように保持されるような小流量の冷却液を表す。 According to the present invention, ΔT is at least 10 ° C., which represents a small flow rate of coolant such that the temperature of the coolant in the cylinder head is maintained above 90 ° C., which is higher than in conventional engines.
シリンダー・ヘッドにおける冷却液の温度を90℃を上回るように保持することによって、エンジンにおける摩擦、とりわけピストンとシリンダー壁の間の摩擦が更に低減され、燃料消費量の低下をもたらす。 By keeping the temperature of the coolant in the cylinder head above 90 ° C., the friction in the engine, in particular the friction between the piston and the cylinder wall, is further reduced, resulting in lower fuel consumption.
更に、油の劣化は熱によって高められるので、熱はエンジン・オイルの消耗を増進する。ΔT≧10℃によって規定される小流量の冷却液のために、従来技術と比較して、低温の冷却液がエンジンに入る。 In addition, heat increases engine oil consumption because oil degradation is enhanced by heat. Due to the small flow rate of coolant defined by ΔT ≧ 10 ° C., cooler coolant enters the engine compared to the prior art.
低温の冷却液がエンジンに入るため、油溜め(オイルサンプ)内のエンジン・オイルは、従来技術と比較して低温に保持され、それはエンジン・オイルの低温化をもたらし、それによって、エンジン・オイルの耐久性が高められ、オイル消費量がそれ故低減される。好適には、第二冷却液回路から第一冷却液回路への冷却液の入口は、エンジン・ブロックに設置され、すなわち、エンジンに入るときに、冷却液は最初にエンジン・ブロックに、その後にシリンダー・ヘッドに案内される。 As cold coolant enters the engine, the engine oil in the oil sump is kept cool compared to the prior art, which results in a lower temperature of the engine oil, thereby reducing the engine oil. Durability is increased and oil consumption is therefore reduced. Preferably, the coolant inlet from the second coolant circuit to the first coolant circuit is installed in the engine block, i.e., when entering the engine, the coolant first enters the engine block and then Guided by the cylinder head.
本発明に従う方法の有利な実施形態によれば、冷媒ポンプは、シリンダーヘッドにおける冷却液の温度が100℃を上回るような冷媒流を生成するように、制御される。 According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the refrigerant pump is controlled so as to produce a refrigerant stream such that the temperature of the coolant in the cylinder head is above 100 ° C.
実験によれば、エンジンにおける摩擦は、この温度レベルよりも上にて更に低減され、燃料消費量の低下をもたらす。 Experiments have shown that friction in the engine is further reduced above this temperature level, resulting in lower fuel consumption.
本発明に従う方法の別の有利な実施形態によれば、冷媒ポンプは、シリンダーヘッドにおける冷却液の温度が105℃を上回るような冷媒流を生成するように、制御される。 According to another advantageous embodiment of the method according to the invention, the refrigerant pump is controlled so as to produce a refrigerant stream such that the temperature of the coolant in the cylinder head is above 105 ° C.
実験によれば、エンジンにおける摩擦は、この温度レベルよりも上にて更に低減され、燃料消費量の更なる低下をもたらす。 Experiments have shown that friction in the engine is further reduced above this temperature level, resulting in a further reduction in fuel consumption.
本発明に従う方法の更なる有利な実施形態によれば、冷媒ポンプは、シリンダーヘッドにおける冷却液の温度が110℃と120℃の間となるような冷媒流を生成するように、制御される。 実験によれば、エンジンにおける摩擦は、この温度範囲内で更に低減され、燃料消費量の更なる低下をもたらす。 According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the refrigerant pump is controlled so as to produce a refrigerant stream such that the temperature of the coolant in the cylinder head is between 110 ° C. and 120 ° C. Experiments have shown that friction in the engine is further reduced within this temperature range, leading to further reductions in fuel consumption.
本発明に従う方法の別の有利な実施形態によれば、冷媒ポンプは、第二冷却液回路から第一冷却液回路に供給される冷却液の温度(Tin)が85℃を下回るような冷媒流を生成するように、制御される。 According to another advantageous embodiment of the method according to the invention, the refrigerant pump is a refrigerant whose temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit to the first coolant circuit is below 85 ° C. Controlled to generate a flow.
この温度レベルを下回る温度の冷却液がエンジン内に入ることは、エンジン・オイルの耐久性を更に高め、オイル消費量が更に低減される。 The coolant having a temperature below this temperature level entering the engine further increases the durability of the engine oil and further reduces the oil consumption.
本発明に従う方法の更に別の有利な実施形態によれば、冷媒ポンプは、第二冷却液回路から第一冷却液回路に供給される冷却液の温度(Tin)が75℃を下回るような、好適には70℃を下回るような、又は、更には65℃を下回るような冷媒流を生成するように、制御される。 According to yet another advantageous embodiment of the method according to the invention, the refrigerant pump is such that the temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit to the first coolant circuit is below 75 ° C. It is controlled to produce a refrigerant stream, preferably below 70 ° C, or even below 65 ° C.
これらの温度レベルを下回る温度の冷却液がエンジン内に入ることは、エンジン・オイルの耐久性の更なる増加が達成され、オイル消費量が更に低減されるので、とりわけ好適である。 The entry of coolant at temperatures below these temperature levels into the engine is particularly preferred because a further increase in engine oil durability is achieved and oil consumption is further reduced.
本発明に従う方法の有利な実施形態によれば、冷媒ポンプは、ノッキングが起こるとき(例えば、その恐れがあるとき、或いは、それが実際に検出されたとき)に、冷却液の流量が急速に増加するように制御され、それによって、シリンダー・ヘッドは、本発明によって供給される低温の冷却液によって急速に冷却され、そして迅速なノック制御が行われてノッキングが防止される。 According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the refrigerant pump has a coolant flow rate rapidly when knocking occurs (e.g. when there is a risk or when it is actually detected). It is controlled to increase, whereby the cylinder head is rapidly cooled by the cold coolant supplied by the present invention, and rapid knock control is performed to prevent knocking.
この効率的なノック制御の結果として、如何なるノッキングの問題も有することなく、シリンダー・ヘッドの温度は上述の高温レベルよりも上にて保持され得る。ノッキングが起こることは、既知の方法で検出及び/又は判定される。 As a result of this efficient knock control, the temperature of the cylinder head can be maintained above the high temperature level described above without having any knock problems. The occurrence of knocking is detected and / or determined in a known manner.
更に、上述の目的は、特許請求の範囲の請求項10にて規定されるような、暖機完了前のエンジンの熱管理方法を提供することによって、達成される。 Furthermore, the above object is achieved by providing a method for thermal management of an engine before completion of warm-up as defined in claim 10 of the claims.
従来は、エンジンでの燃焼による熱の大部分はシリンダーヘッドに入り、シリンダー・ヘッドからエンジン・ブロックに伝達される熱の大部分は、冷却液によって伝達される。しかし、本発明の方法に従う冷媒流の制御によって、熱はシリンダー・ヘッド内に保持されて、シリンダー・ヘッドからエンジン・ブロックへの、冷却液を介した熱移動は大幅に低減される。 Conventionally, most of the heat from combustion in the engine enters the cylinder head, and most of the heat transferred from the cylinder head to the engine block is transferred by the coolant. However, by controlling the refrigerant flow according to the method of the present invention, heat is retained in the cylinder head, and heat transfer through the coolant from the cylinder head to the engine block is greatly reduced.
ΔT≧10℃によって規定される小流量の冷却液のために、より小さいΔTによって規定される大流量の冷却液の場合と比較して、低温の冷却液がエンジン及び第一冷却液回路に入り、それによって冷却液の単位質量流量あたり、より少ない熱が、エンジン・ブロックに伝達される。 エンジンに、シリンダー・ヘッドからエンジン・ブロックへの冷却液の内部流を許容する第一冷却液回路が設けられるならば、エンジン内部での冷却液を介した熱移動はまた、上述の小流量の冷媒流のために、大幅に低減される。 Due to the small flow rate of coolant defined by ΔT ≧ 10 ° C, cooler coolant enters the engine and the first coolant circuit compared to the case of a large flow rate coolant defined by a smaller ΔT. , Thereby transferring less heat to the engine block per unit mass flow rate of the coolant. If the engine is provided with a first coolant circuit that allows the internal flow of coolant from the cylinder head to the engine block, heat transfer through the coolant within the engine will also be Due to the refrigerant flow, it is greatly reduced.
第二冷却液回路が冷媒ポンプのみを含み、熱交換器を含まないならば、第二冷却液回路内を流れる冷却液から熱を取り出すのは、主に第二冷却液回路のパイプ又はチューブである。 If the second coolant circuit includes only the refrigerant pump and does not include the heat exchanger, heat is extracted from the coolant flowing in the second coolant circuit mainly by the pipe or tube of the second coolant circuit. is there.
第二冷却液回路における冷却液の流量(流速)が小さいとき、冷却液がパイプ又はチューブ内に長時間とどまるので、冷却液からパイプ又はチューブを通る熱移動の、冷却液の単位質量流量あたりの大きさが大きくなり、それ故、より大きな冷却液の温度低下、すなわちより大きなΔTを提供する。 When the coolant flow rate (flow velocity) in the second coolant circuit is small, the coolant stays in the pipe or tube for a long time, so the heat transfer from the coolant through the pipe or tube per unit mass flow rate of the coolant The size is increased, thus providing a greater coolant temperature drop, ie, a greater ΔT.
第二冷却液回路における冷却液の流量(流速)が大きいときは、冷却液がパイプ又はチューブ内に短時間しかとどまらないので、パイプ又はチューブ内に存在する冷却液からの、冷却液の単位質量流量あたりの熱移動は小さくなり、それ故、より小さな冷却液の温度低下、すなわちより小さなΔTを提供する。これは、第二冷却液回路が一つ又は複数の熱交換器を含む場合でも言えることであり、その場合は、これら熱交換器も冷却液から熱を取り出す。
一方、冷却液の流量が大きいときには、第二冷却液回路を通る冷却液の、単位時間あたりの総量が大きいので、第二冷却液回路からの熱移動の総量は大きい。
When the coolant flow rate (flow velocity) in the second coolant circuit is large, the coolant stays in the pipe or tube for a short time, so the unit mass of the coolant from the coolant existing in the pipe or tube The heat transfer per flow rate is reduced, thus providing a smaller coolant temperature drop, ie, a smaller ΔT. This is true even when the second coolant circuit includes one or more heat exchangers, in which case these heat exchangers also extract heat from the coolant.
On the other hand, when the flow rate of the coolant is large, the total amount of heat transferred from the second coolant circuit is large because the total amount of the coolant passing through the second coolant circuit per unit time is large.
本発明はその代わりに、シリンダー・ヘッドの迅速な暖機が、冷却液、シリンダー・ヘッド、ピストン、及びシリンダーの迅速な暖機をもたらして達成され、それによって、特に寒冷時における冷間始動時に、追加ポンプ又は副冷却液回路のような追加装置を何ら設けることなく、摩擦及び燃料消費量が低減される。 The present invention is instead achieved by rapid warm-up of the cylinder head resulting in rapid warm-up of the coolant, cylinder head, piston, and cylinder, thereby providing a cold start, especially during cold weather. Friction and fuel consumption are reduced without any additional devices such as additional pumps or sub-coolant circuits.
このようにして、この方法は、実質的な機器の交換又は追加をすることなく、既存のエンジンに適用され得る。 In this way, the method can be applied to existing engines without substantial equipment replacement or addition.
実験によれば、この方法は、新気を加熱してスロットル損失を低減するだけではなく、バルブ・トレイン及びピストン・リングにおける摩擦を低減し、燃料効率が4%改善され、そして、冷却液の暖機フェーズの早期化が可能となる。 Experiments have shown that this method not only heats fresh air and reduces throttle loss, but also reduces friction in the valve train and piston ring, improving fuel efficiency by 4%, and reducing coolant The warm-up phase can be accelerated.
実験によれば、冷却液温度の大幅な増加が発生するものの、エンジン・オイルの温度の低下は少量に限られる。 Experiments have shown that a significant increase in the coolant temperature occurs, but the decrease in engine oil temperature is limited to a small amount.
それは、エンジン・オイルが、はるかに高温のシリンダーヘッド内で暖期フェーズ中に加熱されるからである。 This is because engine oil is heated during the warm phase in a much hotter cylinder head.
好適には、活発な加熱のために、移動するエンジン・オイルの加熱が暖機プロセス中に含まれ得る。 Preferably, for active heating, heating of the moving engine oil can be included in the warm-up process.
本発明に従う方法の有利な実施形態によれば、冷媒ポンプは、少なくともシリンダーヘッドにおける冷却液の温度が100℃に到達するまで、冷却液をポンプ輸送するのが妨げられ、或いは、前述の小流量の冷媒流を生成するように冷媒ポンプを制御する。 According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the refrigerant pump is prevented from pumping the coolant until at least the temperature of the coolant in the cylinder head reaches 100 ° C. The refrigerant pump is controlled so as to generate the refrigerant flow.
実験によれば、エンジンにおける摩擦は、この温度レベルよりも上にて更に低減され、燃料消費量の低下をもたらす。 Experiments have shown that friction in the engine is further reduced above this temperature level, resulting in lower fuel consumption.
本発明に従う方法の更に有利な実施形態によれば、冷媒ポンプは、少なくともシリンダーヘッドにおける冷却液の温度が105℃に到達するまで、冷却液をポンプ輸送するのが妨げられ、或いは、前述の小流量の冷媒流を生成するように冷媒ポンプを制御する。 According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the refrigerant pump is prevented from pumping coolant until at least the temperature of the coolant in the cylinder head reaches 105 ° C. The refrigerant pump is controlled to generate a flow rate of refrigerant flow.
実験によれば、エンジンにおける摩擦は、この温度レベルよりも上にて更に低減され、燃料消費量の更なる低下をもたらす。 Experiments have shown that friction in the engine is further reduced above this temperature level, resulting in a further reduction in fuel consumption.
本発明に従う方法の別の有利な実施形態によれば、冷媒ポンプは、少なくともシリンダーヘッドにおける冷却液の温度が110℃に到達するまで、冷却液をポンプ輸送するのが妨げられ、或いは、前述の小流量の冷媒流を生成するように冷媒ポンプを制御する。 According to another advantageous embodiment of the method according to the invention, the refrigerant pump is prevented from pumping coolant until at least the temperature of the coolant in the cylinder head reaches 110 ° C. The refrigerant pump is controlled to generate a small flow rate of refrigerant flow.
実験によれば、エンジンにおける摩擦は、この温度レベルよりも上にて更に低減され、燃料消費量の更なる低下をもたらす。 Experiments have shown that friction in the engine is further reduced above this temperature level, resulting in a further reduction in fuel consumption.
本発明に従う方法の更に有利な実施形態によれば、冷却液は、エンジンから駆動的に切り離し可能なポンプを用いて、ポンプ輸送される。 According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the coolant is pumped using a pump that is drivably decoupled from the engine.
このポンプは、電動冷媒ポンプ、或いは、例えば可変容量型ポンプ(displacement pump)のような、エンジンから駆動的に切り離し可能な、機械的に駆動される冷媒ポンプであり得る。 しかしながら、エンジンから切り離されて動作し得る他の冷媒ポンプもまた可能である。例えば、「短絡されて」構成される、すなわちポンプの出口とポンプの入口を接続する追加回路が設けられる、機械的に駆動される冷媒ポンプが用いられる場合がある。 This pump can be an electric refrigerant pump or a mechanically driven refrigerant pump, such as, for example, a variable displacement pump, which can be drivably disconnected from the engine. However, other refrigerant pumps that can operate off the engine are also possible. For example, a mechanically driven refrigerant pump may be used that is configured “short-circuited”, ie, provided with an additional circuit connecting the pump outlet and the pump inlet.
上述の目的は、特許請求の範囲の請求項16にて規定されるような、暖機完了前のエンジンの熱管理方法を提供することによっても、達成される。 The above object is also achieved by providing a method for thermal management of an engine prior to completion of warm-up as defined in claim 16 of the claims.
冷間始動時の寒い室内においては、本発明の狙い(目的)は、エンジン暖機を早期化することではなく、迅速に乗員室を暖めることにあり得る。 In a cold room at the time of cold start, the aim (object) of the present invention may be to quickly warm up the passenger compartment, not to accelerate engine warm-up.
第二冷却液回路が、冷却液から熱を取り出して乗員室を暖める熱交換器を備えるとき、シリンダー・ヘッドにて生成される熱は、可能な限り多くの熱をシリンダー・ヘッド内に保持することを目指すのではなく、乗員室を暖めるために熱交換器において冷却液から取り出される。 しかしながら、ΔT≧10℃によって規定される冷却液の流量は、ここにおいても、従来技術における冷却液の流量より小さいので、上述の通り、エンジン・ブロックに伝達されるエネルギー又は熱は少なくなり、その代わりに乗員室に伝達される。 When the second coolant circuit is equipped with a heat exchanger that extracts heat from the coolant and warms the passenger compartment, the heat generated in the cylinder head retains as much heat as possible in the cylinder head Rather than aiming for it, it is removed from the coolant in a heat exchanger to warm the passenger compartment. However, since the coolant flow rate defined by ΔT ≧ 10 ° C. is again smaller than the coolant flow rate in the prior art, as described above, less energy or heat is transferred to the engine block, Instead, it is transmitted to the passenger compartment.
このようにして、エンジン・ブロックから大気に伝達されるであろう熱の全てが、その代わりに、乗員室を暖めるのに利用可能であるため、ディーゼル・エンジンにおける外部ヒーターは取り除かれ得る。 In this way, all of the heat that would be transferred from the engine block to the atmosphere is instead available to warm the passenger compartment, so that the external heater in the diesel engine can be removed.
本発明に従う方法の更に有利な実施形態によれば、シリンダー・ヘッドの冷却液流路から排出される冷却液は、乗員室を暖めるための熱交換器に案内される。 According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the coolant discharged from the coolant flow path of the cylinder head is guided to a heat exchanger for warming the passenger compartment.
このようにして、(シリンダー・ヘッドにて加熱された冷却液がエンジン・ブロックを経由することなく熱交換器に直接入るので)第一冷却液流路の出口における、冷却液からエンジン・ブロックへの熱移動を抑制し、より多くの熱が冷却液から乗員室用の熱交換器内に取り出されるのを可能とする。 In this way, the coolant from the coolant to the engine block at the outlet of the first coolant flow path (since the coolant heated by the cylinder head enters the heat exchanger directly without going through the engine block) Heat transfer, and more heat can be extracted from the coolant into the passenger compartment heat exchanger.
本発明に従う方法の更なる有利な実施形態及び観点は、好ましい実施形態の詳細な説明から明らかとなるであろう。 Further advantageous embodiments and aspects of the method according to the invention will become apparent from the detailed description of the preferred embodiments.
本発明の方法の概略的な発明概念は、上述したように、エンジン暖機完了前(暖機フェーズ中)に、又は、暖機完了後(定常状態)において、従来技術と比較して著しく小流量の冷却液を供給することであり、或いは、エンジンの暖機フェーズのかなりの部分、又は、暖機フェーズ全体の間において、エンジン内にて冷却液を実質的に停滞させることである。 As described above, the general inventive concept of the method of the present invention is significantly smaller than the prior art before the engine warm-up is completed (during the warm-up phase) or after the warm-up is completed (steady state). Supplying a flow rate of coolant or substantially stagnation of coolant in the engine during a significant portion of the engine warm-up phase or during the entire warm-up phase.
本発明に従う上述の方法の有利な実施形態によれば、冷媒ポンプは、第二冷却液回路から第一冷却液回路に供給される冷却液の温度(Tin)が、第一冷却液回路から第二冷却液回路に排出される冷却液の温度(Tout)より少なくとも20℃低くなるような冷媒流を生成するように、制御される。 According to an advantageous embodiment of the above-described method according to the present invention, the refrigerant pump has a temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit to the first coolant circuit from the first coolant circuit. Control is performed to generate a refrigerant flow that is at least 20 ° C. lower than the temperature (T out ) of the coolant discharged to the second coolant circuit.
実験によれば、このレベルにおける冷却液の流量は、エンジン・ブロックへの熱移動が更に低減され、より多くの熱がシリンダー・ヘッド内に保持される、或いは、乗員室に移動される結果となる。 Experiments have shown that the coolant flow rate at this level results in further reduced heat transfer to the engine block, with more heat being retained in the cylinder head or transferred to the passenger compartment. Become.
本発明に従う上述の方法の更なる有利な実施形態によれば、冷媒ポンプは、第二冷却液回路から第一冷却液回路に供給される冷却液の温度(Tin)が、第一冷却液回路から第二冷却液回路に排出される冷却液の温度(Tout)より少なくとも30℃低くなるような冷媒流を生成するように、制御される。 According to a further advantageous embodiment of the above-described method according to the invention, the refrigerant pump has a temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit to the first coolant circuit so that the first coolant Control is performed to produce a refrigerant flow that is at least 30 ° C. lower than the temperature (T out ) of the coolant discharged from the circuit to the second coolant circuit.
実験によれば、このレベルにおける冷却液の流量は、エンジン・ブロックへの熱移動が更に低減され、更に多くの熱がシリンダー・ヘッド内に保持される、或いは、乗員室に移動される結果となる。 Experiments have shown that the coolant flow rate at this level results in a further reduction in heat transfer to the engine block and more heat is retained in the cylinder head or transferred to the passenger compartment. Become.
本発明の方法は、異なる種別の冷却液回路の構成に適用可能である。例えば、暖機フェーズにおいて、エンジン・ブロックに入ることなく、冷却液をシリンダーヘッドにおいてのみ循環させる副冷却液回路に適用される場合がある。 The method of the present invention is applicable to different types of coolant circuit configurations. For example, the warm-up phase may be applied to a sub-coolant circuit that circulates coolant only in the cylinder head without entering the engine block.
また、シリンダー・ヘッド及び/又はエンジン・ブロックに設けられる冷却液のための入口、及び/又は、シリンダー・ヘッド及び/又はエンジン・ブロックに設けられる冷却液のための出口を有する第一冷却液回路を備える冷却液回路に適用される場合があり、そこにおいて、冷却液はエンジン・ブロックからシリンダー・ヘッドに、或いは、その反対方向にポンプ輸送され得る。 Also, a first coolant circuit having an inlet for coolant provided in the cylinder head and / or engine block and / or an outlet for coolant provided in the cylinder head and / or engine block. The coolant may be pumped from the engine block to the cylinder head or vice versa.
更には、第二冷却液回路又は第一冷却液回路内に含まれる追加装置を備えた冷却液回路に適用される場合もある。 Furthermore, it may be applied to a second coolant circuit or a coolant circuit including an additional device included in the first coolant circuit.
本発明の方法は、ガソリン・エンジン、及び、ディーゼル・エンジンの両方にとって好適であるが、特にディーゼル・エンジンの暖機フェーズ中においては、燃焼室が高温であるため、及び、触媒コンバータが迅速に暖機されやすいために、CO及びHCの排出物が低減されるので、とりわけ好適である。 The method of the present invention is suitable for both gasoline and diesel engines, but especially during the warm-up phase of the diesel engine, because the combustion chamber is hot and the catalytic converter is quicker. It is particularly preferred because it is easily warmed up and thus reduces CO and HC emissions.
本発明は、特許請求の範囲の請求項21にて規定されるような、エンジン・システムもまた、提供する。 The present invention also provides an engine system as defined in claim 21 of the claims.
図1は、本発明の方法を適用可能なエンジン(内燃機関)101を備えるエンジン・システムを、概略的に表す。 FIG. 1 schematically shows an engine system including an engine (internal combustion engine) 101 to which the method of the present invention can be applied.
エンジン101は、冷却液流路104をその中に備えたエンジン・ブロック102と、エンジン・ブロック102に固定され、冷却液流路108がその中に設けられるシリンダー・ヘッド106と、そして冷却液流路104、108を備える第一冷却液回路109を有する。第一冷却液回路109に接続される第二冷却液回路111が設けられる。第二冷却液回路111は、冷却液から熱を取り出すために入口及び出口を備えたラジエータ形式の熱交換器110、冷却液回路内に冷媒流を生成するために入口および出口を備えた電動冷媒ポンプ112、エンジン・オイルから熱を取り出すオイル・クーラー116、及び、サーモスタット118内に含まれる温度検出手段115及びバルブ手段117を備える。
The
電動冷媒ポンプ112は、エンジンの運転状態とは独立して作動することが出来るポンプであり、言わば、エンジンから駆動的に切り離し可能に構成され得る。
The electric
温度検出手段115は、とりわけ、シリンダー・ヘッド106における冷却液温度を測定するように構成される。シリンダー・ヘッド106における冷却液温度は、例えばシリンダー・ヘッドから冷却液の漏洩流を供給し、その漏洩流の温度を計測することによって、測定される場合がある。
The temperature detection means 115 is configured to measure, among other things, the coolant temperature in the
サーモスタット118は、その二つの入口を介して、ラジエータ110、エンジン101、及び、オイル・クーラー116から冷却液を受け、そしてバルブ手段117を用いて、冷媒流を制御するように構成される。
なお、冷却液を循環させる冷却液回路の中で、シリンダー・ヘッド又はエンジン・ブロックの内部に存在する部分を第一冷却液回路109と定義し、外部に存在する部分を第二冷却液回路111と定義する場合がある。
In the coolant circuit for circulating the coolant, a portion existing inside the cylinder head or the engine block is defined as the
更に、エンジン・システムは、エンジン制御ユニット(ECU)120も備えている。エンジン制御ユニット120は、一つのユニットであってもよいし、論理的に相互接続された複数の物理的なユニットであってもよい。エンジン制御ユニット120は、データを受けて、電動冷媒ポンプ112、ラジエータ110、オイル・クーラー116、及び、サーモスタット118を制御するように構成される。
The engine system further includes an engine control unit (ECU) 120. The
図2は、本発明に従う、冷間始動時のエンジン101の熱管理方法の第一実施形態のフローチャートを概略的に表す。図2において、ステップ202乃至204及び221を第一観点、ステップ205乃至207及び222を第二観点、ステップ208乃至213及び223乃至224を第三観点として後述する。 なお、この図2の各ステップは、エンジンが始動される度に(ステップ201より)毎回開始され、エンジン運転中はこれらステップが常に実行され得る。
FIG. 2 schematically represents a flowchart of a first embodiment of a thermal management method for the
エンジン始動時には、ステップ201において、暖機フェーズ中に、ラジエータ110を通る冷媒流は、サーモスタット118のバルブ手段117によって、従来のやり方で停止される。
At engine start-up, in
まず、第一観点を説明すると、ステップ202において、ECU120は、電動冷媒ポンプ112を停止するように制御し、そして電動冷媒ポンプ112が冷却液をポンプ輸送するのを妨げ、ひいては、第一冷却液回路109内にて冷却液を実質的に停滞させる。
First, the first aspect will be described. In
ステップ203において、シリンダー・ヘッド106における冷却液温度が、サーモスタット118の温度検出手段115によって検出され、ECU120はこの温度データを受ける。
In
ステップ221において、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度が110℃を下回るならば、ECU120は、ステップ202において、電動冷媒ポンプ112を引き続き停止するように制御し、ひいては、冷却液をポンプ輸送するのを妨げる。
In
その反対に、ステップ221において、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度が、110℃を上回る、或いは、110℃と等しいならば、ECU120は、ステップ204において、シリンダーヘッド106における冷却液温度を110℃に保持する程度の冷媒流を冷却液回路にて生成するように、電動冷媒ポンプ112を制御する。
Conversely, if in
次に(第一観点と択一的に選択され得る)第二観点を説明すると、ステップ205において、ECU120は、第二冷却液回路111から第一冷却液回路109に供給される冷却液の温度Tinが、第一冷却液回路109から第二冷却液回路111に排出される冷却液の温度Toutよりも約30℃低くなる、すなわちΔT=Tout−Tin≒30℃となるような流量にて、冷却液をポンプ輸送するように、電動冷媒ポンプ112を制御する。
Next, the second aspect (which may be selected alternatively to the first aspect) will be described. In
ステップ206において、シリンダー・ヘッド106における冷却液温度が、サーモスタット118の温度検出手段115によって検出され、ECU120はこの温度データを受ける。
In
ステップ222において、シリンダー・ヘッド106における冷却液温度が110℃を下回るならば、ECU120は、ステップ205において、既に設定された流量(ΔT=Tout−Tin≒30℃となるような流量)にて冷却液をポンプ輸送し続けるように、電動冷媒ポンプ112を制御する。
In
その反対に、ステップ222において、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度が、110℃を上回る、或いは、110℃と等しいならば、ECU120は、ステップ207において、シリンダー・ヘッド106における冷却液温度を約110℃(ステップ222にて判断された数値)に保持する程度の流量にて冷却液をポンプ輸送するように、電動冷媒ポンプ112を制御し、それは少なくとも最初に流量の増大をもたらす。
Conversely, if, at
ステップ221及びステップ222において、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度は110℃を下回るか否かが判断されているが、この値は変更することが可能である。
In
例の一つとして、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度が105℃を下回るか否かが判断される場合がある。 As one example, it may be determined whether the coolant temperature at the cylinder head is below 105 ° C.
別の例として、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度が100℃を下回るか否かが判断される場合がある。 As another example, it may be determined whether the coolant temperature at the cylinder head is below 100 ° C.
更なる例の一つとして、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度が90℃を下回るか否かが判断される場合もある。 As a further example, it may be determined whether the coolant temperature at the cylinder head is below 90 ° C.
従来のエンジンにおいては、Toutは慣習的に90℃であり、Tinは慣習的に85℃であり、ToutとTinの差分は5℃しか設定されていなかった。本発明の第一実施形態によれば、第一冷却液回路109の出口がシリンダー・ヘッド106に設けられるとき、Toutはシリンダー・ヘッド106における冷却液温度と一致し、そして、シリンダー・ヘッド106における冷却液温度が110℃に到達するとき、Toutは約110℃である。
In a conventional engine, T out is conventionally 90 ° C., T in is conventionally 85 ° C., the difference between the T out and T in was not only 5 ° C. is set. According to the first embodiment of the present invention, when the outlet of the
図2において、エンジン暖機フェーズ中におけるエンジン101の熱管理方法の第一及び第二観点のステップ204及び207は、本発明に従う、エンジンが暖機された状態、すなわち定常状態(換言すれば暖機完了状態)におけるエンジン101の熱管理方法の第三観点の最初のステップ208に進む。
In FIG. 2,
ステップ208において、暖機完了状態にて、ラジエータ110を通る冷媒流は、サーモスタット118のバルブ手段117によって、必要な場合には、従来のやり方で許容される。
In
ステップ209において、ECU120は、シリンダーヘッド106における冷却液温度を110℃に保持し、そして、第二冷却液回路111から第一冷却液回路109に供給される冷却液の温度Tinが約80℃になるような流量の冷媒流を生成するため、ΔT=Tout−Tin≒30℃となるような流量にて、冷却液をポンプ輸送するように、電動冷媒ポンプ112を制御する。
In
この、ステップ209における第二冷却液回路111から第一冷却液回路109に供給される冷却液の温度Tinが80℃となるように制御されているが、この値は変更することが可能である。
This, although the temperature T in the cooling liquid from the second
例の一つとして、温度Tinが約90℃を下回るような流量の冷媒流を生成するように、電動冷媒ポンプ112を制御する場合がある。
As an example, to produce a flow refrigerant flow in which the temperature T in is below about 90 ° C., there is a case of controlling the
別の例として、温度Tinが約85℃を下回るような流量の冷媒流を生成するように、電動冷媒ポンプ112を制御する場合がある。
As another example, to produce a flow refrigerant flow in which the temperature T in is below about 85 ° C., there is a case of controlling the
更なる例の一つとして、温度Tinが約75℃を下回るような流量の冷媒流を生成するように、電動冷媒ポンプ112を制御する場合もある。
As one further example, to produce a flow refrigerant flow in which the temperature T in is below about 75 ° C., in some cases to control the
また、このステップ209におけるΔTの値は、任意に変更され得る。例えば、ステップ205におけるΔT(例えば30℃)の値よりも小さい値(例えば20℃)に設定される場合がある。
Further, the value of ΔT in
ステップ223において、エンジンのノッキングが起こらないならば、ステップ210において、シリンダー・ヘッド106における冷却液温度が、サーモスタット118の温度検出手段115によって検出され、ECU120はこの温度データを受ける。
If engine knocking does not occur in
ステップ224において、シリンダー・ヘッド106における冷却液温度が110℃から120℃の範囲内であるならば、ステップ211において、ECU120は、同じ流量にて冷却液をポンプ輸送し続けるように、電動冷媒ポンプ112を制御する。
In
その反対に、ステップ224において、シリンダー・ヘッド106における冷却液温度がその範囲外(すなわち110℃未満、或いは、120℃以上)であるならば、ECU120は、ステップ212において、冷却液の流量を調整するように、電動冷媒ポンプ112を制御する。
Conversely, if the coolant temperature at the
例えば、ステップ212において、冷却液温度が110℃未満の場合には冷却液の流量を少なくし、冷却液温度が120℃以上の場合には冷却液の流量を多くする場合があり、それによって冷却液温度が110℃から120℃の範囲内に戻るように制御が行なわれ得る。
For example, in
ステップ223において、エンジンのノッキングが起こるならば、ECU120は、ステップ213において、冷却液の流量が急速に増加するように、電動冷媒ポンプ112を制御し、それによって、シリンダー・ヘッド106は、低温の冷却液によって急速に冷却され、迅速なノック制御が行なわれる。
In
ステップ223におけるノッキングが起こるかどうかの判定は、実際にノッキングの発生が検出されているか否かに基づく場合があり、又は、ノッキングの発生の恐れ(すなわちノッキング可能性)を演算することで、その演算結果に基づく場合もある。
The determination of whether or not knocking occurs in
図3は、本発明に従う方法の第二実施形態のフローチャートを表す。図2に開示されるように、エンジン暖機フェーズ中に、第一観点の各ステップ(ステップ202乃至204及び221)、或いは、第二観点の各ステップ(ステップ205乃至207及び222)を実行する代わりに、最初に第一観点の各ステップ(ステップ202乃至204及び221)が実行され、次に第二観点の各ステップ(ステップ205乃至207及び222)が実行され、その後に図2に開示されるような第三観点の各ステップ(ステップ208乃至213及び223乃至224)が実行される。
FIG. 3 represents a flowchart of a second embodiment of the method according to the invention. As disclosed in FIG. 2, the steps of the first aspect (
本発明の別の実施形態において、ステップ201乃至204及び221(第一観点の各ステップ)、及び/又は、ステップ201及び205乃至207及び222(第二観点の各ステップ)は、ステップ208乃至213及び223乃至224(第三観点の各ステップ)が行なわれることなく実行される場合がある。
In another embodiment of the present invention, steps 201 to 204 and 221 (steps of the first aspect) and / or
この場合、暖機完了状態においては、ΔT=Tout−Tinは10℃未満(または20℃未満、或いは30℃未満)の値を取り得るように構成され得る。 In this case, in the warm-up completion state, ΔT = T out −T in can be configured to take a value of less than 10 ° C. (or less than 20 ° C., or less than 30 ° C.).
本発明の更なる別の実施形態において、ステップ208乃至213及び223乃至224(第三観点の各ステップ)は、ステップ201乃至204及び221(第一観点の各ステップ)、及び/又は、ステップ201及び205乃至207及び222(第二観点の各ステップ)を実行することなく実行される場合もある。
In still another embodiment of the present invention, steps 208 to 213 and 223 to 224 (steps of the third aspect) are
この場合、暖機フェーズ中においては、ΔT=Tout−Tinは10℃未満(または20℃未満、或いは30℃未満)の値を取り得るように構成され得る。 In this case, during the warm-up phase, ΔT = T out −T in can be configured to take a value of less than 10 ° C. (or less than 20 ° C., or less than 30 ° C.).
更に、本発明に従う方法の第一観点及び第二観点は、交互に、又は、図3に開示されるように引き続いて、同一のエンジン・システムに適用され、或いは、本発明に従う方法の第一観点及び第二観点の一つのみを適用するように選択され得る。 Furthermore, the first and second aspects of the method according to the present invention are applied to the same engine system alternately or subsequently as disclosed in FIG. 3, or the first aspect of the method according to the present invention. One may choose to apply only one of the aspects and the second aspect.
例の一つとして、暖機フェーズ中における第一観点の各ステップと、暖機完了状態における第三観点の各ステップとを組み合わせることが可能である。 As one example, it is possible to combine each step of the first viewpoint during the warm-up phase and each step of the third viewpoint in the warm-up completion state.
別の例として、暖機フェーズ中における第二観点の各ステップと、暖機完了状態における第三観点の各ステップとを組み合わせることも可能である。 As another example, it is possible to combine each step of the second viewpoint during the warm-up phase and each step of the third viewpoint in the warm-up completion state.
更なる例の一つとして、自動車の運転状態に応じて、暖機フェーズ中における第一観点と第二観点の一方のみを選択して、その各ステップと暖機完了状態における第三観点の各ステップとを組み合わせることが可能である。 As a further example, depending on the driving state of the car, select only one of the first viewpoint and the second viewpoint during the warm-up phase, and each step and each of the third viewpoint in the warm-up completed state. Steps can be combined.
例えば、エンジン始動時の冷却液温度が所定温度(例えば70℃)未満のときに第一観点が選択され、エンジン始動時の冷却液温度が所定温度(例えば70℃)以上のときに第二観点が選択される場合がある。好適には、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度は、定常状態(暖機完了状態)において、110℃と120℃との間である。それ故、ステップ224において、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度は110℃と120℃の間であるか否かが判断されているが、この値は変更することが可能である。
For example, the first viewpoint is selected when the coolant temperature at engine startup is less than a predetermined temperature (for example, 70 ° C.), and the second viewpoint when the coolant temperature at engine startup is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 70 ° C.). May be selected. Preferably, the coolant temperature at the cylinder head is between 110 ° C. and 120 ° C. in a steady state (warm-up complete state). Therefore, in
例の一つとして、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度が105℃を上回るか否かが判断される場合がある。 As one example, it may be determined whether the coolant temperature at the cylinder head exceeds 105 ° C.
別の例として、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度が100℃を上回るか否かが判断される場合がある。 As another example, it may be determined whether the coolant temperature at the cylinder head exceeds 100 ° C.
更なる例の一つとして、シリンダー・ヘッドにおける冷却液温度が90℃を上回るか否かが判断される場合もある。 As a further example, it may be determined whether the coolant temperature at the cylinder head exceeds 90 ° C.
図4は、本発明の方法を適用可能なエンジン(内燃機関)401を備える第二のエンジン・システムを、概略的に表す。 FIG. 4 schematically represents a second engine system comprising an engine (internal combustion engine) 401 to which the method of the invention can be applied.
エンジン401は、冷却液流路404をその中に備えたエンジン・ブロック402と、エンジン・ブロック402に固定され、冷却液流路408がその中に設けられるシリンダー・ヘッド406と、そして冷却液流路404、408を備える第一冷却液回路409を有する。このエンジン・システムにおいて、第一冷却液回路409は、エンジン内部においてシリンダー・ヘッド406からエンジン・ブロック402に冷却液を案内するように構成される複数の流路(下向きの矢印)を有する。
The
更に、エンジン・システムは、冷却液から熱を取り出し、乗員室を暖めるための第二熱交換器412を備える。
The engine system further includes a
第二熱交換器412は、シリンダーヘッド406の冷却液流路から排出された冷却液を(第二冷却液通路111によって案内されることによって)受ける。
The
このエンジン・システムの他の構成要素は、図1のエンジン・システムの構成要素に対応しており、図2において同じ参照符号にて表されている。 The other components of this engine system correspond to the components of the engine system of FIG. 1, and are denoted by the same reference numerals in FIG.
無論、第二熱交換器412は、図2及び図3に開示される観点を適用するときに、それらと関連付けて示される場合もあれば、無関係とされる場合も有る。
Of course, the
本発明の更なる実施形態によれば、本発明における狙い(目的)が、エンジン暖機の早期化ではなく、冷間始動時の寒い室内においてとりわけ重大な問題である、乗員室を迅速に暖めることにあるときに、冷媒ポンプ112は、第二冷却液回路111から第一冷却液回路409に供給される冷却液の温度Tinが、第一冷却液回路409から第二冷却液回路111に排出される冷却液の温度Toutよりも約25℃低くなるような冷媒流を生成するように、制御される。第二熱交換器412における冷却液の流量は少ないため、冷却液は、第二熱交換器412において大幅に温度が低下する。
According to a further embodiment of the present invention, the aim (objective) in the present invention is not to accelerate engine warm-up, but to warm the passenger compartment quickly, which is a particularly serious problem in cold rooms during cold start. In particular, the
この実施形態における冷却液の流量は、図2及び図3の実施形態と比較すると高いものの、乗員室を暖める熱交換器を含む従来のエンジン・システムと比較すると、それでも大幅に低い。 Although the coolant flow rate in this embodiment is high compared to the embodiment of FIGS. 2 and 3, it is still significantly lower than a conventional engine system that includes a heat exchanger that warms the passenger compartment.
本発明の好適な実施形態によれば、本発明の全ての方法について、(少なくともステップ205及び209における)ΔTは、少なくとも20℃であり、好適には少なくとも25℃であり、又は、更には少なくとも30℃であり得る。
According to preferred embodiments of the invention, for all methods of the invention, ΔT (at least in
本発明は、上述された実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の修正が可能であることが明らかになるであろう。 The present invention is not limited to the embodiment described above. It will be apparent that various modifications can be made without departing from the scope of the claims.
101、401 エンジン
102、402 エンジン・ブロック
104、404 冷却液流路
106、406 シリンダー・ヘッド
108、408 冷却液流路
109、409 第一冷却液回路
110、116、412 熱交換器
111 第二冷却液回路
112 冷媒ポンプ
115 温度検出手段
117 バルブ手段
118 サーモスタット
120 エンジン制御ユニット
101, 401 engine
102, 402 engine block
104, 404 Coolant flow path
106, 406 cylinder head
108, 408 Coolant flow path
109, 409 First coolant circuit
110, 116, 412 heat exchanger
111 Second coolant circuit
112 Refrigerant pump
115 Temperature detection means
117 Valve means
118 Thermostat
120 Engine control unit
Claims (21)
上記エンジン(101、401)は、
冷却液流路(104、404)を内部に有するエンジン・ブロック(102、402)と、
上記エンジン・ブロック(102、402)に固定され、冷却液流路(108、408)を内部に有するシリンダー・ヘッド(106、406)と、
上記各冷却液流路(104、108、404、408)を有する第一冷却液回路(109、409)とを備えており、
上記第一冷却液回路(109、409)には、冷却液から熱を取り出す少なくとも一つの熱交換器(110、116、412)と上記第一冷却液回路(109、409)内に冷媒流を生成する冷媒ポンプ(112)と温度検出手段(115)とバルブ手段(117)とを有する第二冷却液回路(111)が接続されており、
上記第二冷却液回路(111)から上記第一冷却液回路(109、409)に供給される冷却液の温度(Tin)が、上記第一冷却液回路(109、409)から上記第二冷却液回路(111)に排出される冷却液の温度(Tout)より少なくとも10℃低くなるように、かつ、上記シリンダーヘッド(106、406)における冷却液の温度が90℃を上回るような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程(209)を備えることを特徴とするエンジンの熱管理方法。 A thermal management method for engines (101, 401),
The engine (101, 401)
An engine block (102, 402) having a coolant flow path (104, 404) therein;
A cylinder head (106, 406) fixed to the engine block (102, 402) and having a coolant flow path (108, 408) therein;
A first coolant circuit (109, 409) having each of the coolant channels (104, 108, 404, 408),
The first coolant circuit (109, 409) has a refrigerant flow in at least one heat exchanger (110, 116, 412) for extracting heat from the coolant and in the first coolant circuit (109, 409). A second coolant circuit (111) having a refrigerant pump (112) to be generated, a temperature detection means (115), and a valve means (117) is connected,
The temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit (111) to the first coolant circuit (109, 409) is changed from the first coolant circuit (109, 409) to the second coolant circuit (109, 409). A refrigerant that is at least 10 ° C. lower than the temperature (T out ) of the coolant discharged to the coolant circuit (111), and that the temperature of the coolant in the cylinder head (106, 406) exceeds 90 ° C. An engine heat management method comprising a step (209) of controlling the refrigerant pump (112) so as to generate a flow.
上記第二冷却液回路(111)から上記第一冷却液回路(109、409)に供給される冷却液の温度(Tin)が、上記第一冷却液回路(109、409)から上記第二冷却液回路(111)に排出される冷却液の温度(Tout)より少なくとも20℃低くなるような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程であることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの熱管理方法。 The step (209) of controlling the refrigerant pump (112) includes:
The temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit (111) to the first coolant circuit (109, 409) is changed from the first coolant circuit (109, 409) to the second coolant circuit (109, 409). It is a step of controlling the refrigerant pump (112) so as to generate a refrigerant flow that is at least 20 ° C. lower than the temperature (T out ) of the coolant discharged to the coolant circuit (111). The engine thermal management method according to claim 1.
上記第二冷却液回路(111)から上記第一冷却液回路(109、409)に供給される冷却液の温度(Tin)が、上記第一冷却液回路(109、409)から上記第二冷却液回路(111)に排出される冷却液の温度(Tout)より少なくとも30℃低くなるような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程であることを特徴とする請求項2に記載のエンジンの熱管理方法。 The step (209) of controlling the refrigerant pump (112) includes:
The temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit (111) to the first coolant circuit (109, 409) is changed from the first coolant circuit (109, 409) to the second coolant circuit (109, 409). It is a step of controlling the refrigerant pump (112) so as to generate a refrigerant flow that is at least 30 ° C. lower than the temperature (T out ) of the coolant discharged to the coolant circuit (111). The engine thermal management method according to claim 2.
上記シリンダーヘッド(106、406)における冷却液の温度が100℃を上回るような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のエンジンの熱管理方法。 The step (209) of controlling the refrigerant pump (112) includes:
4. The step of controlling the refrigerant pump (112) so as to generate a refrigerant flow in which the temperature of the coolant in the cylinder head (106, 406) exceeds 100 ° C. The engine thermal management method according to any one of the above.
上記シリンダーヘッド(106、406)における冷却液の温度が105℃を上回るような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程であることを特徴とする請求項4に記載のエンジンの熱管理方法。 The step (209) of controlling the refrigerant pump (112) includes:
5. The step of controlling the refrigerant pump (112) so as to generate a refrigerant flow such that a temperature of a coolant in the cylinder head (106, 406) exceeds 105 ° C. Engine thermal management method.
上記シリンダーヘッド(106、406)における冷却液の温度が110℃と120℃の間となるような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程であることを特徴とする請求項5に記載のエンジンの熱管理方法。 The step (209) of controlling the refrigerant pump (112) includes:
It is a step of controlling the refrigerant pump (112) so as to generate a refrigerant flow such that the temperature of the coolant in the cylinder head (106, 406) is between 110 ° C and 120 ° C. The engine thermal management method according to claim 5.
上記第二冷却液回路(111)から上記第一冷却液回路(109、409)に供給される冷却液の温度(Tin)が85℃を下回るような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のエンジンの熱管理方法。 The step (209) of controlling the refrigerant pump (112) includes:
The refrigerant is generated in such a way that a refrigerant flow having a temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit (111) to the first coolant circuit (109, 409) is lower than 85 ° C. The engine thermal management method according to any one of claims 1 to 6, wherein the engine is a step of controlling the pump (112).
上記第二冷却液回路(111)から上記第一冷却液回路(109、409)に供給される冷却液の温度(Tin)が75℃を下回るような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程であることを特徴とする請求項7に記載のエンジンの熱管理方法。 The step (209) of controlling the refrigerant pump (112) includes:
The refrigerant is generated so as to generate a refrigerant flow in which the temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit (111) to the first coolant circuit (109, 409) is less than 75 ° C. 8. The engine thermal management method according to claim 7, wherein the engine thermal management method is a step of controlling the pump (112).
上記エンジン(101、401)は、
冷却液流路(104、404)を内部に有するエンジン・ブロック(102、402)と、
上記エンジン・ブロック(102、402)に固定され、冷却液流路(108、408)を内部に有するシリンダー・ヘッド(106、406)と、
上記各冷却液流路(104、108、404、408)を有する第一冷却液回路(109、409)とを備えており、
上記第一冷却液回路(109、409)には、上記第一冷却液回路(109、409)内に冷媒流を生成する冷媒ポンプ(112)と温度検出手段(115)とバルブ手段(117)とを有する第二冷却液回路(111)が接続されており、
少なくとも上記シリンダーヘッド(106、406)における冷却液の温度が90℃に到達するまで、上記冷媒ポンプ(112)が、冷却液をポンプ輸送するのを妨げることで、上記第一冷却液回路(109)内にて冷却液を実質的に停滞させる工程(202)と、上記第二冷却液回路(111)から上記第一冷却液回路(109、409)に供給される冷却液の温度(Tin)が、上記第一冷却液回路(109、409)から上記第二冷却液回路(111)に排出される冷却液の温度(Tout)より少なくとも10℃低くなるような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程(205)との少なくとも一方を備えることを特徴とするエンジンの熱管理方法。 A thermal management method for engines (101, 401),
The engine (101, 401)
An engine block (102, 402) having a coolant flow path (104, 404) therein;
A cylinder head (106, 406) fixed to the engine block (102, 402) and having a coolant flow path (108, 408) therein;
A first coolant circuit (109, 409) having each of the coolant channels (104, 108, 404, 408),
The first coolant circuit (109, 409) includes a refrigerant pump (112), a temperature detection means (115), and a valve means (117) that generate a refrigerant flow in the first coolant circuit (109, 409). A second coolant circuit (111) having
The refrigerant pump (112) is prevented from pumping the coolant until at least the temperature of the coolant in the cylinder head (106, 406) reaches 90 ° C., whereby the first coolant circuit (109 ) Substantially stagnation of the cooling liquid in (202), and the temperature of the cooling liquid supplied from the second cooling liquid circuit (111) to the first cooling liquid circuit (109, 409) (T in ) Is generated at least 10 ° C. lower than the temperature (T out ) of the coolant discharged from the first coolant circuit (109, 409) to the second coolant circuit (111). The engine heat management method further comprises at least one of a step (205) for controlling the refrigerant pump (112).
上記第二冷却液回路(111)から上記第一冷却液回路(109、409)に供給される冷却液の温度(Tin)が、上記第一冷却液回路(109、409)から上記第二冷却液回路(111)に排出される冷却液の温度(Tout)より少なくとも20℃低くなるような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程であることを特徴とする請求項10に記載のエンジンの熱管理方法。 The step (205) of controlling the refrigerant pump (112) includes:
The temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit (111) to the first coolant circuit (109, 409) is changed from the first coolant circuit (109, 409) to the second coolant circuit (109, 409). It is a step of controlling the refrigerant pump (112) so as to generate a refrigerant flow that is at least 20 ° C. lower than the temperature (T out ) of the coolant discharged to the coolant circuit (111). The engine thermal management method according to claim 10.
上記第二冷却液回路(111)から上記第一冷却液回路(109、409)に供給される冷却液の温度(Tin)が、上記第一冷却液回路(109、409)から上記第二冷却液回路(111)に排出される冷却液の温度(Tout)より少なくとも30℃低くなるような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程であることを特徴とする請求項11に記載のエンジンの熱管理方法。 The step (205) of controlling the refrigerant pump (112) includes:
The temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit (111) to the first coolant circuit (109, 409) is changed from the first coolant circuit (109, 409) to the second coolant circuit (109, 409). It is a step of controlling the refrigerant pump (112) so as to generate a refrigerant flow that is at least 30 ° C. lower than the temperature (T out ) of the coolant discharged to the coolant circuit (111). The engine thermal management method according to claim 11.
上記エンジン(101、401)は、
冷却液流路(104、404)を内部に有するエンジン・ブロック(102、402)と、
上記エンジン・ブロック(102、402)に固定され、冷却液流路(108、408)を内部に有するシリンダー・ヘッド(106、406)と、
上記各冷却液流路(104、108、404、408)を有する第一冷却液回路(109、409)とを備えており、
上記第一冷却液回路(109、409)には、冷却液から熱を取り出して乗員室を暖めるための熱交換器(412)と上記第一冷却液回路(109、409)内に冷媒流を生成する冷媒ポンプ(112)と温度検出手段(115)とバルブ手段(117)とを有する第二冷却液回路(111)が接続され、
上記第二冷却液回路(111)から上記第一冷却液回路(109、409)に供給される冷却液の温度(Tin)が、上記第一冷却液回路(109、409)から上記第二冷却液回路(111)に排出される冷却液の温度(Tout)より少なくとも10℃低くなるような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程(205)を備えることを特徴とするエンジンの熱管理方法。 A thermal management method for engines (101, 401),
The engine (101, 401)
An engine block (102, 402) having a coolant flow path (104, 404) therein;
A cylinder head (106, 406) fixed to the engine block (102, 402) and having a coolant flow path (108, 408) therein;
A first coolant circuit (109, 409) having each of the coolant channels (104, 108, 404, 408),
In the first coolant circuit (109, 409), a refrigerant flow is passed through the heat exchanger (412) for extracting heat from the coolant and warming the passenger compartment and the first coolant circuit (109, 409). A second coolant circuit (111) having a refrigerant pump (112) to be generated, a temperature detecting means (115), and a valve means (117) is connected,
The temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit (111) to the first coolant circuit (109, 409) is changed from the first coolant circuit (109, 409) to the second coolant circuit (109, 409). A step (205) for controlling the refrigerant pump (112) so as to generate a refrigerant flow that is at least 10 ° C. lower than the temperature (T out ) of the coolant discharged to the coolant circuit (111). An engine thermal management method.
上記第二冷却液回路(111)から上記第一冷却液回路(109、409)に供給される冷却液の温度(Tin)が、上記第一冷却液回路(109、409)から上記第二冷却液回路(111)に排出される冷却液の温度(Tout)より少なくとも20℃低くなるような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程であることを特徴とする請求項16に記載のエンジンの熱管理方法。 The step (205) of controlling the refrigerant pump (112) includes:
The temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit (111) to the first coolant circuit (109, 409) is changed from the first coolant circuit (109, 409) to the second coolant circuit (109, 409). It is a step of controlling the refrigerant pump (112) so as to generate a refrigerant flow that is at least 20 ° C. lower than the temperature (T out ) of the coolant discharged to the coolant circuit (111). The engine thermal management method according to claim 16.
上記第二冷却液回路(111)から上記第一冷却液回路(109、409)に供給される冷却液の温度(Tin)が、上記第一冷却液回路(109、409)から上記第二冷却液回路(111)に排出される冷却液の温度(Tout)より少なくとも30℃低くなるような冷媒流を生成するように、上記冷媒ポンプ(112)を制御する工程であることを特徴とする請求項17に記載のエンジンの熱管理方法。 The step (205) of controlling the refrigerant pump (112) includes:
The temperature (T in ) of the coolant supplied from the second coolant circuit (111) to the first coolant circuit (109, 409) is changed from the first coolant circuit (109, 409) to the second coolant circuit (109, 409). It is a step of controlling the refrigerant pump (112) so as to generate a refrigerant flow that is at least 30 ° C. lower than the temperature (T out ) of the coolant discharged to the coolant circuit (111). The engine thermal management method according to claim 17.
上記エンジン(101、401)は、
冷却液流路(104、404)を内部に有するエンジン・ブロック(102、402)と、
上記エンジン・ブロック(102、402)に固定され、冷却液流路(108、408)を内部に有するシリンダー・ヘッド(106、406)と、
上記各冷却液流路(104、108、404、408)を有する第一冷却液回路(109、409)とを備えており、
上記第一冷却液回路(109、409)に接続され、冷却液から熱を取り出す少なくとも一つの熱交換器(110、116、412)と上記第一冷却液回路(109、409)内に冷媒流を生成する冷媒ポンプ(112)と温度検出手段(115)とバルブ手段(117)とを有する第二冷却液回路(111)と、
請求項1乃至20のいずれか一項に記載の工程を実行するように構成された少なくとも一つのエンジン制御ユニット(120)と、を備えたエンジン・システム。 An engine system equipped with engines (101, 401),
The engine (101, 401)
An engine block (102, 402) having a coolant flow path (104, 404) therein;
A cylinder head (106, 406) fixed to the engine block (102, 402) and having a coolant flow path (108, 408) therein;
A first coolant circuit (109, 409) having each of the coolant channels (104, 108, 404, 408),
The first coolant circuit (109, 409) is connected to the at least one heat exchanger (110, 116, 412) for extracting heat from the coolant and the refrigerant flow in the first coolant circuit (109, 409). A second coolant circuit (111) having a refrigerant pump (112), temperature detecting means (115) and valve means (117) for generating
21. An engine system comprising: at least one engine control unit (120) configured to perform the process according to any one of the preceding claims.
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