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JP2018193963A - Cooling device for internal combustion engine - Google Patents

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JP2018193963A
JP2018193963A JP2017100144A JP2017100144A JP2018193963A JP 2018193963 A JP2018193963 A JP 2018193963A JP 2017100144 A JP2017100144 A JP 2017100144A JP 2017100144 A JP2017100144 A JP 2017100144A JP 2018193963 A JP2018193963 A JP 2018193963A
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JP
Japan
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flow path
internal combustion
combustion engine
cooling water
cylinder head
Prior art date
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Pending
Application number
JP2017100144A
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Japanese (ja)
Inventor
弓指 直人
Naoto Yumisashi
直人 弓指
吉田 雅澄
Masazumi Yoshida
雅澄 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

【課題】シリンダヘッドに対する所望の冷却性能を確保することでノッキングを確実に防止できる内燃機関の冷却装置を提供する。【解決手段】内燃機関の冷却装置Xは、内燃機関Eに冷却水を循環させるポンプPと、ポンプPの駆動力により冷却水がシリンダヘッドEaとラジエータ3とに循環する経路である第一流路11と、第一流路11に配置されたサーモスタット弁4と、第一流路11のうち、シリンダヘッドEaよりも下流側且つラジエータ3およびサーモスタット弁4よりも上流側と、ラジエータ3およびサーモスタット弁4よりも下流側と、をバイパスし、シリンダブロックEbを経由する第二流路12と、第二流路12に配置された電磁弁Vと、電磁弁Vを開閉制御する制御部5と、を備えている。【選択図】図1A cooling device for an internal combustion engine capable of reliably preventing knocking by ensuring a desired cooling performance for a cylinder head. An internal combustion engine cooling device X includes a pump P that circulates cooling water to the internal combustion engine E, and a first flow path that is a path through which cooling water circulates between a cylinder head Ea and a radiator 3 by a driving force of the pump P. 11, the thermostat valve 4 disposed in the first flow path 11, and the first flow path 11 downstream of the cylinder head Ea and upstream of the radiator 3 and the thermostat valve 4, and from the radiator 3 and the thermostat valve 4. A second flow path 12 that bypasses the downstream side and passes through the cylinder block Eb, an electromagnetic valve V disposed in the second flow path 12, and a control unit 5 that controls opening and closing of the electromagnetic valve V. ing. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、内燃機関を冷却水により冷却する内燃機関の冷却装置に関する。   The present invention relates to a cooling device for an internal combustion engine that cools the internal combustion engine with cooling water.

従来、内燃機関の回転数に応じて冷却水の吐出量が変化する機械式ウォータポンプの駆動力により、内燃機関に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a cooling device for an internal combustion engine that circulates cooling water through an internal combustion engine by a driving force of a mechanical water pump that changes the discharge amount of the cooling water according to the rotational speed of the internal combustion engine is known (for example, Patent Documents). 1).

特許文献1に記載の内燃機関の冷却装置は、シリンダヘッド,ラジエータ,サーモスタット弁,シリンダヘッドの順で冷却水が循環するラジエータ流路と、シリンダヘッド,シリンダブロック,サーモスタット弁,シリンダヘッドの順で冷却水が循環するブロック流路とを備えている。このサーモスタット弁は、冷却水の温度が第一の所定温度以上であるときにラジエータ流路を開放する弁体と、冷却水の温度が第一の所定温度よりも大きい第二の所定温度以上であるときにブロック流路をさらに開放する弁体とを備えている。これにより、冷却水が高温であるときにブロック流路が開放されるので、シリンダブロックの温度を急速に低下させることを防止できると記載されている。   A cooling device for an internal combustion engine described in Patent Document 1 includes a radiator passage through which cooling water circulates in the order of a cylinder head, a radiator, a thermostat valve, and a cylinder head, and a cylinder head, a cylinder block, a thermostat valve, and a cylinder head in this order. And a block channel through which cooling water circulates. The thermostat valve includes a valve body that opens the radiator flow path when the temperature of the cooling water is equal to or higher than a first predetermined temperature, and a temperature equal to or higher than a second predetermined temperature that is higher than the first predetermined temperature. And a valve body that further opens the block flow path. Accordingly, it is described that the block flow path is opened when the cooling water is at a high temperature, so that it is possible to prevent the temperature of the cylinder block from being rapidly lowered.

特開2012−184693号公報JP 2012-184893 A

特許文献1に記載の内燃機関の冷却装置は、ラジエータ流路が開放されるまでは、燃焼室に隣接するシリンダヘッドの温度が上昇し続けるため、燃料の異常燃焼によるノッキングが発生するおそれがある。また、自動車に用いられるラジエータは、限られた空間で周囲の空気等と熱交換する必要があるため、蛇行させたり複数の細管を分岐させたりして流路の表面積を確保している。このため、ラジエータの流路抵抗が大きく、ラジエータ流路が開放された場合においても、ノッキングの発生を防止するための所望の冷却水量がシリンダヘッドに流通しないおそれがある。   In the cooling device for an internal combustion engine described in Patent Document 1, since the temperature of the cylinder head adjacent to the combustion chamber continues to rise until the radiator flow path is opened, knocking due to abnormal combustion of fuel may occur. . In addition, since a radiator used in an automobile needs to exchange heat with ambient air in a limited space, the surface area of the flow path is secured by meandering or branching a plurality of thin tubes. For this reason, even when the flow path resistance of the radiator is large and the radiator flow path is opened, there is a possibility that a desired amount of cooling water for preventing the occurrence of knocking does not flow to the cylinder head.

さらに、ブロック流路を開放した後においては、シリンダブロックからの伝熱やラジエータ流路に流れる冷却水量の減少によって冷却水の温度が上昇するため、シリンダヘッドに対する所望の冷却性能を発揮し難く、ノッキングが発生するおそれがある。   Furthermore, after opening the block flow path, the temperature of the cooling water rises due to the heat transfer from the cylinder block and the amount of cooling water flowing through the radiator flow path, so it is difficult to exhibit the desired cooling performance for the cylinder head. There is a risk of knocking.

そこで、シリンダヘッドに対する所望の冷却性能を確保することでノッキングを確実に防止できる内燃機関の冷却装置が望まれている。   Thus, a cooling device for an internal combustion engine that can reliably prevent knocking by ensuring a desired cooling performance for the cylinder head is desired.

内燃機関の冷却装置の特徴構成は、内燃機関に冷却水を循環させるポンプと、前記ポンプの駆動力により前記冷却水がシリンダヘッドとラジエータとに循環する経路である第一流路と、前記第一流路に配置されたサーモスタット弁と、前記第一流路のうち、前記シリンダヘッドよりも下流側且つ前記ラジエータおよび前記サーモスタット弁よりも上流側と、前記ラジエータおよび前記サーモスタット弁よりも下流側と、をバイパスし、シリンダブロックを経由する第二流路と、前記第二流路に配置された電磁弁と、前記電磁弁を開閉制御する制御部と、を備えた点にある。   A characteristic configuration of the cooling device for the internal combustion engine includes a pump for circulating cooling water to the internal combustion engine, a first flow path that is a path for circulating the cooling water to the cylinder head and the radiator by the driving force of the pump, and the first flow Bypassing the thermostat valve arranged in the passage, the first flow path downstream of the cylinder head, upstream of the radiator and the thermostat valve, and downstream of the radiator and the thermostat valve In addition, a second flow path that passes through the cylinder block, an electromagnetic valve disposed in the second flow path, and a control unit that controls opening and closing of the electromagnetic valve are provided.

本構成では、冷却液がシリンダヘッドとラジエータとに循環する第一流路にサーモスタット弁を配置し、第一流路のバイパス流路として、ラジエータおよびサーモスタット弁を経由せずにシリンダブロックを経由する第二流路を設け、この第二流路に電磁弁を配置している。つまり、シリンダヘッドからシリンダブロックを経由する流路にはサーモスタット弁が存在しておらず、冷却水の温度に関係なく開閉制御可能な電磁弁が配置されている。   In this configuration, a thermostat valve is disposed in the first flow path through which the coolant circulates between the cylinder head and the radiator, and the second flow path passes through the cylinder block without passing through the radiator and the thermostat valve as the bypass flow path of the first flow path. A flow path is provided, and an electromagnetic valve is disposed in the second flow path. That is, no thermostat valve exists in the flow path from the cylinder head through the cylinder block, and an electromagnetic valve that can be controlled to open and close regardless of the temperature of the cooling water is disposed.

このため、冷却水が低温でサーモスタット弁が開弁していない状況において電磁弁を開弁させれば、第二流路を介してシリンダヘッドに流通する冷却水量を増大させることができる。その結果、エンジンの燃焼温度を低下させて、ノッキングを防止することができる。しかも、シリンダヘッドに加えてシリンダブロックにも冷却水を流通させることで、暖機を促進することができる。   For this reason, if the solenoid valve is opened in a situation where the cooling water is at a low temperature and the thermostat valve is not opened, the amount of cooling water flowing to the cylinder head via the second flow path can be increased. As a result, engine combustion temperature can be lowered to prevent knocking. Moreover, warm-up can be promoted by circulating cooling water through the cylinder block in addition to the cylinder head.

一方、サーモスタット弁が開弁した後、ラジエータの流路抵抗を受けてシリンダヘッドに対する冷却水量が十分に得られない場合でも、電磁弁を開弁すれば比較的流路抵抗の小さなシリンダブロックに冷却水を流すことが可能となるので、シリンダヘッドに対する冷却水量を増大させることができる。このように、シリンダヘッドに対する所望の冷却性能を確保することでノッキングを確実に防止できる内燃機関の冷却装置を提供できた。   On the other hand, after the thermostat valve is opened, even if the coolant flow rate of the radiator causes a sufficient amount of cooling water for the cylinder head, if the solenoid valve is opened, the cylinder block has a relatively low flow rate resistance. Since water can flow, the amount of cooling water for the cylinder head can be increased. Thus, the cooling device of the internal combustion engine which can prevent knocking reliably by ensuring the desired cooling performance for the cylinder head can be provided.

他の構成は、前記制御部は、前記内燃機関のノッキング条件が成立したとき、前記シリンダヘッドを流通する前記冷却水の流通量を増加させるように前記電磁弁の開度を調節する点にある。   Another configuration is that the control unit adjusts the opening degree of the electromagnetic valve so as to increase a flow rate of the cooling water flowing through the cylinder head when a knocking condition of the internal combustion engine is satisfied. .

本構成では、内燃機関のノッキング条件が成立したときに、電磁弁の開度を調節してシリンダヘッドに流通する冷却水量を増加させているので、ノッキングを防止することができる。しかも、電磁弁の開度を調整するといった応答性の高い構成により、ノッキング条件が成立したときに速やかに冷却水量を増加させることができる。   In this configuration, when the knocking condition of the internal combustion engine is satisfied, the opening of the electromagnetic valve is adjusted to increase the amount of cooling water flowing through the cylinder head, so that knocking can be prevented. In addition, the highly responsive configuration of adjusting the opening of the solenoid valve can quickly increase the amount of cooling water when the knocking condition is satisfied.

他の構成は、前記ノッキング条件が成立したときとは、前記サーモスタット弁が開弁する温度未満で、且つ前記内燃機関の高負荷条件が成立したときである点にある。   Another configuration is that the knocking condition is satisfied when the temperature is lower than the temperature at which the thermostat valve opens and the high load condition of the internal combustion engine is satisfied.

冷却水が低温時であってもシリンダヘッドに対する冷却水量が少ない状況下においては、例えば坂道発進のように高負荷条件でノッキングが発生することがある。そこで、本構成のように、サーモスタット弁が開弁する温度以下で、且つ内燃機関の高負荷条件が成立したときに、電磁弁の開度を調節してシリンダヘッドに対する冷却水の流通量を増加させれば、ノッキングを防止することができる。   Even when the cooling water is at a low temperature, knocking may occur under a high load condition, for example, starting on a slope, under a condition where the amount of cooling water with respect to the cylinder head is small. Therefore, as in this configuration, when the temperature of the thermostat valve is below the opening temperature and the high load condition of the internal combustion engine is satisfied, the amount of cooling water flowing to the cylinder head is increased by adjusting the opening of the solenoid valve. By doing so, knocking can be prevented.

他の構成は、前記ポンプは、前記内燃機関の回転数に比例して駆動力を発生させるように構成されており、前記ノッキング条件が成立したときとは、前記サーモスタット弁が開弁した後、前記内燃機関の回転数が所定値以下で、且つ前記内燃機関の高負荷条件が成立したときである点にある。   In another configuration, the pump is configured to generate a driving force in proportion to the rotational speed of the internal combustion engine, and when the knocking condition is satisfied, after the thermostat valve is opened, This is when the rotational speed of the internal combustion engine is not more than a predetermined value and the high load condition of the internal combustion engine is satisfied.

本構成では、ポンプを内燃機関の回転数に応じて駆動力を発生させる機械式のポンプで構成しているので、サーモスタット弁が開弁した後であっても回転数が低いときにはシリンダヘッドに対する冷却水量が少ない。この状態で内燃機関の負荷が高くなった場合には、エンジンの燃焼温度が高まってノッキングが発生し易い。そこで、本構成のように、サーモスタット弁が開弁した後、内燃機関の回転数が所定値以下で、且つ内燃機関の高負荷条件が成立した場合に、電磁弁の開度を調節してシリンダブロックに対する冷却水の流通量を増加させれば、ノッキングを防止することができる。   In this configuration, the pump is composed of a mechanical pump that generates a driving force in accordance with the rotational speed of the internal combustion engine. Therefore, even after the thermostat valve is opened, the cooling to the cylinder head is performed when the rotational speed is low. The amount of water is small. When the load of the internal combustion engine becomes high in this state, the combustion temperature of the engine increases and knocking is likely to occur. Therefore, as in this configuration, after the thermostat valve is opened, when the rotational speed of the internal combustion engine is not more than a predetermined value and the high load condition of the internal combustion engine is satisfied, the opening degree of the electromagnetic valve is adjusted to Knocking can be prevented by increasing the flow rate of the cooling water to the block.

内燃機関の冷却装置のブロック図である。It is a block diagram of the cooling device of an internal combustion engine. 電磁弁の制御フローチャートである。It is a control flowchart of a solenoid valve. 内燃機関の冷却装置の流量特性を示す図である。It is a figure which shows the flow volume characteristic of the cooling device of an internal combustion engine.

以下に、本発明に係る内燃機関の冷却装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。   Hereinafter, an embodiment of a cooling apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

[基本構成]
図1に示すように、内燃機関の冷却装置Xは、内燃機関としてのエンジンEと、エンジンEに冷却水(クーラント)を循環させるポンプPと、車内に温風を発生させるヒータコアHと、ATF等のオイルを冷却するオイルクーラ1と、EGRクーラ2と、ラジエータ3と、サーモスタット弁4と、電動モータの駆動力によって開度を調整可能な電磁弁Vと、電磁弁Vを開閉制御する制御部5とを備えている。
[Basic configuration]
As shown in FIG. 1, a cooling device X for an internal combustion engine includes an engine E as an internal combustion engine, a pump P that circulates cooling water (coolant) in the engine E, a heater core H that generates warm air in the vehicle, and an ATF. An oil cooler 1 that cools oil, an EGR cooler 2, a radiator 3, a thermostat valve 4, a solenoid valve V that can be adjusted by the driving force of an electric motor, and a control that controls opening and closing of the solenoid valve V Part 5.

エンジンEは、燃焼室(不図示)が隣接するシリンダヘッドEaと、ピストン(不図示)を収容するシリンダブロックEbとを有している。また、エンジンEのクランクシャフト(不図示)近傍位置には、エンジンEの回転数を検出するシャフトセンサSbが設けられている。さらに、エンジンEのインテークマニドールド(不図示)には、吸気温センサSc、吸気圧センサSdおよび吸気量を検出するエアフロメータSeが設けられている。   The engine E has a cylinder head Ea adjacent to a combustion chamber (not shown) and a cylinder block Eb that houses a piston (not shown). Further, a shaft sensor Sb for detecting the rotational speed of the engine E is provided in the vicinity of the crankshaft (not shown) of the engine E. Further, an intake manifold (not shown) of the engine E is provided with an intake air temperature sensor Sc, an intake pressure sensor Sd, and an air flow meter Se for detecting the intake air amount.

ポンプPは、エンジンEのクランクシャフトの回転に連動して回転する機械式のウォータポンプで構成されている。なお、ポンプPを電動モータの駆動力により回転する電動式のウォータポンプで構成しても良い。   The pump P is composed of a mechanical water pump that rotates in conjunction with the rotation of the crankshaft of the engine E. In addition, you may comprise the pump P with the electric water pump rotated by the driving force of an electric motor.

サーモスタット弁4は、冷却水の水温が設定温度(例えば、80〜90℃)未満にある場合に閉弁状態を維持し、該水温が設定温度以上である場合に開弁状態に切り換わる感温型の開閉弁である。以下、サーモスタット弁4を開弁させる冷却水の温度を「設定温度」と称する。   The thermostat valve 4 maintains a valve closed state when the coolant temperature is lower than a set temperature (for example, 80 to 90 ° C.), and switches to a valve open state when the water temperature is equal to or higher than the set temperature. It is a mold on-off valve. Hereinafter, the temperature of the cooling water that opens the thermostat valve 4 is referred to as “set temperature”.

制御部5は、ECU(エンジン制御ユニット)として構成されており、シャフトセンサSbから得られるエンジンEの回転数や、吸気温センサScで計測された吸気温度、吸気圧センサSdで計測された吸気圧力およびエアフロメータSeで計測された吸気量から算出されるエンジン負荷(充填効率等)に基づいて、電磁弁Vの開閉を制御する。   The control unit 5 is configured as an ECU (engine control unit), and the rotation speed of the engine E obtained from the shaft sensor Sb, the intake air temperature measured by the intake air temperature sensor Sc, and the intake air measured by the intake pressure sensor Sd. The opening and closing of the solenoid valve V is controlled based on the engine load (filling efficiency and the like) calculated from the pressure and the intake air amount measured by the air flow meter Se.

また、内燃機関の冷却装置Xは、ポンプPの駆動力により冷却水がシリンダヘッドEaとラジエータ3とに循環する第一流路11と、第一流路11のうちシリンダヘッドEaより下流側から分岐した第二流路12と、第一流路11のうち第二流路12よりも下流側から分岐した第三流路13および第四流路14とを備えている。   The cooling device X for the internal combustion engine branches from the downstream side of the cylinder head Ea of the first flow path 11 and the first flow path 11 in which the cooling water circulates to the cylinder head Ea and the radiator 3 by the driving force of the pump P. A second flow path 12 and a third flow path 13 and a fourth flow path 14 branched from the downstream side of the second flow path 12 in the first flow path 11 are provided.

第一流路11には、ポンプP,シリンダヘッドEa,ラジエータ3,およびサーモスタット弁4が冷却水の流通方向に沿って順に配置されている。また、第一流路11のシリンダヘッドEaの出口側には、冷却水の水温を測定する水温センサSaが設けられている。なお、ポンプPをシリンダヘッドEaの出口側に設けても良い。   In the first flow path 11, a pump P, a cylinder head Ea, a radiator 3, and a thermostat valve 4 are sequentially arranged along the flow direction of the cooling water. A water temperature sensor Sa for measuring the coolant temperature is provided on the outlet side of the cylinder head Ea in the first flow path 11. The pump P may be provided on the outlet side of the cylinder head Ea.

第二流路12には、電磁弁VおよびシリンダブロックEbが冷却水の流通方向に沿って順に配置されている。なお、電磁弁VをシリンダブロックEbの下流側に配置しても良い。この第二流路12は、第一流路11のうち、シリンダヘッドEaよりも下流側且つラジエータ3およびサーモスタット弁4よりも上流側と、ラジエータ3およびサーモスタット弁4よりも下流側とをバイパスして、シリンダブロックEbを経由するように構成されている。   In the second flow path 12, an electromagnetic valve V and a cylinder block Eb are sequentially arranged along the flow direction of the cooling water. Note that the solenoid valve V may be disposed on the downstream side of the cylinder block Eb. This second flow path 12 bypasses the first flow path 11 downstream of the cylinder head Ea, upstream of the radiator 3 and the thermostat valve 4, and downstream of the radiator 3 and the thermostat valve 4. Further, it is configured to pass through the cylinder block Eb.

第三流路13にはヒータコアHが配置されており、第四流路14にはオイルクーラ1およびEGRクーラ2が配置されており、第三流路13および第四流路14の合流路15がサーモスタット弁4の下流側に接続されている。なお、合流路15は、サーモスタット弁4の弁体をバイパスする形態でサーモスタット弁4に接続されていても良い。また、第三流路13や第四流路14に配置される熱交換器は、ヒータコアH,オイルクーラ1およびEGRクーラ2に限定されず、これらの何れか1つであっても良いし、他の熱交換器を配置しても良く、特に限定されない。   A heater core H is disposed in the third flow path 13, an oil cooler 1 and an EGR cooler 2 are disposed in the fourth flow path 14, and a combined flow path 15 of the third flow path 13 and the fourth flow path 14. Is connected to the downstream side of the thermostat valve 4. The combined flow path 15 may be connected to the thermostat valve 4 in a form that bypasses the valve body of the thermostat valve 4. Moreover, the heat exchanger arrange | positioned at the 3rd flow path 13 or the 4th flow path 14 is not limited to the heater core H, the oil cooler 1, and the EGR cooler 2, and any one of these may be sufficient, Other heat exchangers may be arranged and are not particularly limited.

このような流路構成により、第一流路11のシリンダヘッドEaの下流側から、シリンダブロックEbと、ヒータコアHと、オイルクーラ1およびEGRクーラ2と、ラジエータ3およびサーモスタット弁4とが、夫々並列配置されている。   With such a flow path configuration, the cylinder block Eb, the heater core H, the oil cooler 1 and the EGR cooler 2, the radiator 3 and the thermostat valve 4 are arranged in parallel from the downstream side of the cylinder head Ea of the first flow path 11, respectively. Has been placed.

[制御形態]
以下、図2を用いて、本実施形態に係る内燃機関の冷却装置Xの制御形態の一例を説明する。
[Control form]
Hereinafter, an example of the control mode of the cooling device X for the internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

エンジンEを始動したとき、エンジンEがクランキングを開始してポンプPが作動し、第一流路11に冷却水が循環し始める。このとき、電磁弁Vは通電されておらず、閉弁状態となっている(♯21)。また、エンジンEの始動時には冷却水の水温が低く、サーモスタット弁4が閉弁状態となっている。これにより、冷却水は、第一流路11から分岐した第三流路13および第四流路14を流通し、シリンダヘッドEaにより加熱される。エンジンEの回転数がアイドリング回転数に達した場合でも、冷却水の温度がサーモスタット弁4を開弁する温度に達していないことがある。この場合、坂道発進のようにエンジンEの負荷が高いときには、ラジエータ3に冷却水が循環していないことに起因してエンジンEの燃焼室の温度が上昇し、ノッキングが発生するおそれがある。   When the engine E is started, the engine E starts cranking, the pump P is activated, and the cooling water starts to circulate in the first flow path 11. At this time, the solenoid valve V is not energized and is in a closed state (# 21). Further, when the engine E is started, the coolant temperature is low and the thermostat valve 4 is closed. Thus, the cooling water flows through the third flow path 13 and the fourth flow path 14 branched from the first flow path 11 and is heated by the cylinder head Ea. Even when the rotational speed of the engine E reaches the idling rotational speed, the temperature of the cooling water may not reach the temperature at which the thermostat valve 4 is opened. In this case, when the load on the engine E is high, such as when starting on a slope, the temperature of the combustion chamber of the engine E rises due to the fact that the cooling water does not circulate through the radiator 3, and knocking may occur.

そこで、本実施形態では、水温センサSaで計測された冷却水の温度(以下、「冷却水の温度」と言う。)が設定温度以上となって、サーモスタット弁4が開弁したか否かを判定することとしている(♯22)。   Therefore, in the present embodiment, whether or not the temperature of the cooling water measured by the water temperature sensor Sa (hereinafter referred to as “cooling water temperature”) is equal to or higher than the set temperature and the thermostat valve 4 is opened. The determination is made (# 22).

冷却水の温度が設定温度未満でサーモスタット弁4が閉弁状態である場合(♯22Nо判定)、エンジンEの高負荷条件が成立するか否かが判定される(♯23)。本実施形態における高負荷条件が成立する場合とは、エンジンEの充填効率が所定値(例えば60%)以上である場合としている。この充填効率は、吸気温センサScで計測された吸気温度、吸気圧センサSdで計測された吸気圧力およびエアフロメータSeで計測された吸気量に基づいて算出される。なお、エンジン負荷は、充填効率に限定されず、例えばスロットルバルブの開度やクランクシャフトに作用するトルクに基づき算出しても良い。   When the temperature of the cooling water is lower than the set temperature and the thermostat valve 4 is closed (# 22 NO determination), it is determined whether the high load condition of the engine E is satisfied (# 23). The case where the high load condition is satisfied in the present embodiment is a case where the charging efficiency of the engine E is a predetermined value (for example, 60%) or more. The charging efficiency is calculated based on the intake air temperature measured by the intake air temperature sensor Sc, the intake air pressure measured by the intake air pressure sensor Sd, and the intake air amount measured by the air flow meter Se. The engine load is not limited to the charging efficiency, and may be calculated based on, for example, the throttle valve opening and the torque acting on the crankshaft.

ここで、内燃機関の冷却装置Xの流量特性について説明する。図3では、横軸に、シリンダヘッドEaを流通する冷却水の流量が示され、縦軸に、ポンプPの揚程圧力又は冷却水が各流路11〜14を通過することによる圧力損失が示されている。本実施形態におけるポンプPは機械式ウォータポンプで構成されているので、図3の実線で示すように、エンジンEの回転数が上昇するに従ってポンプPの揚程圧力が高くなる。また、エンジンEの回転数を一定とした場合、ポンプPの吐出流量が増加するに従って揚程圧力が減少する。   Here, the flow characteristics of the cooling device X for the internal combustion engine will be described. In FIG. 3, the horizontal axis shows the flow rate of the cooling water flowing through the cylinder head Ea, and the vertical axis shows the pressure loss due to the head pressure of the pump P or the cooling water passing through each flow path 11-14. Has been. Since the pump P in this embodiment is composed of a mechanical water pump, the head pressure of the pump P increases as the rotational speed of the engine E increases as shown by the solid line in FIG. Moreover, when the rotation speed of the engine E is made constant, the head pressure decreases as the discharge flow rate of the pump P increases.

一方、図3の点線で示す曲線は、冷却水が流通する各流路11〜14が変化した場合における冷却水の流量変化に対する圧力損失を示しており、流量が増加するに従って圧力損失が増大する。(1)は、サーモスタット弁4および電磁弁Vが閉弁状態であるケースであり、冷却水は、第三流路13および第四流路14に配置された熱交換器(ヒータコアH、オイルクーラ1、EGRクーラ2)を経由してシリンダヘッドEaに至る熱交換器経路を流通する。(2)は、サーモスタット弁4が全開状態で電磁弁Vが閉弁状態であるケースであり、冷却水は、(1)の熱交換器経路に加えて、第一流路11に配置されたラジエータ3を経由してシリンダヘッドEaに至るラジエータ経路を流通する。(3)は、電磁弁Vが全開状態でサーモスタット弁4が閉弁状態であるケースであり、冷却水は、(1)の熱交換器経路に加えて、第二流路12に配置されたシリンダブロックEbを経由してシリンダヘッドEaに至るブロック経路を流通する。(4)は、サーモスタット弁4および電磁弁Vが共に全開状態であるケースであり、冷却水は、第一流路11に配置されたラジエータ3、第二流路12に配置されたシリンダブロックEb、第三流路13および第四流路14に配置された熱交換器(ヒータコアH、オイルクーラ1、EGRクーラ2)を経由してシリンダヘッドEaに至る全経路を流通する。   On the other hand, the curve shown by the dotted line in FIG. 3 shows the pressure loss with respect to the change in the flow rate of the cooling water when the flow paths 11 to 14 through which the cooling water flows change, and the pressure loss increases as the flow rate increases. . (1) is a case where the thermostat valve 4 and the electromagnetic valve V are in a closed state, and the cooling water is a heat exchanger (heater core H, oil cooler) disposed in the third flow path 13 and the fourth flow path 14. 1. It circulates through the heat exchanger path leading to the cylinder head Ea via the EGR cooler 2). (2) is a case where the thermostat valve 4 is fully open and the solenoid valve V is closed. Cooling water is a radiator disposed in the first flow path 11 in addition to the heat exchanger path of (1). 3 circulates through the radiator path reaching the cylinder head Ea. (3) is a case where the electromagnetic valve V is fully open and the thermostat valve 4 is closed, and the cooling water is disposed in the second flow path 12 in addition to the heat exchanger path of (1). A block path is circulated through the cylinder block Eb to the cylinder head Ea. (4) is a case where both the thermostat valve 4 and the electromagnetic valve V are fully open, and the cooling water is the radiator 3 disposed in the first flow path 11, the cylinder block Eb disposed in the second flow path 12, The entire path from the heat exchanger (heater core H, oil cooler 1, EGR cooler 2) disposed in the third flow path 13 and the fourth flow path 14 to the cylinder head Ea is circulated.

(1)の熱交換器経路から(2)の熱交換経路+ラジエータ経路になった場合、ラジエータ3が配置された第一流路11にも冷却水が流通するので、流路総面積が増大して、流量に対する圧力損失の勾配が緩やかになる。また、(1)の熱交換器経路から(3)の熱交換経路+ブロック経路になった場合にも、シリンダブロックEbが配置された第二流路12にも冷却水が流通するので、流路総面積が増大して、流量に対する圧力損失の勾配が緩やかになる。特に、(2)の熱交換経路+ラジエータ経路に比べて(3)の熱交換経路+ブロック経路における勾配がより緩やかになっている。これは、ラジエータ3が限られた空間で周囲の空気等と熱交換する装置であるため、蛇行させたり複数の細管を分岐させたりして流路の表面積を確保しており、ラジエータ3の流路抵抗は、シリンダブロックEbの流路抵抗に比べて大きいためである。この点、(3)の熱交換経路+ブロック経路から(4)の全経路になってラジエータ3が開弁された場合に、勾配がそれほど変化しないことからも明らかである。   When the heat exchanger path (1) is changed to the heat exchange path + radiator path (2), the cooling water also flows through the first flow path 11 in which the radiator 3 is disposed, so that the total flow path area increases. Thus, the gradient of the pressure loss with respect to the flow rate becomes gentle. In addition, when the heat exchanger path of (1) is changed to the heat exchange path + block path of (3), the cooling water also flows through the second flow path 12 in which the cylinder block Eb is disposed. The total path area increases, and the gradient of pressure loss with respect to the flow rate becomes gentle. In particular, the gradient in the heat exchange path + block path in (3) is more gradual than in the heat exchange path + radiator path in (2). Since the radiator 3 is a device that exchanges heat with ambient air in a limited space, the surface area of the flow path is secured by meandering or branching a plurality of thin tubes, and the flow of the radiator 3 This is because the road resistance is larger than the flow path resistance of the cylinder block Eb. This is also clear from the fact that the gradient does not change so much when the radiator 3 is opened from the heat exchange path + block path of (3) to the entire path of (4).

図3の実線で示すポンプPの揚程圧力曲線と、図3の点線で示す冷却水の圧力損失曲線とが交わる点が、実際にポンプPが吐出する冷却水の流量、即ちシリンダヘッドEaに流れる冷却水の流量となる。図3の各交点に示されるように、エンジンEの回転数が一定の場合、(2)のサーモスタット弁4が全開状態であるよりも、(3)の電磁弁Vが全開状態である場合の方が、シリンダヘッドEaに流れる冷却水の流量を増加させることができる。しかも、(3)の電磁弁Vが全開状態である場合は、(4)のサーモスタット弁4および電磁弁Vが全開状態である場合とほぼ同程度の流量を確保することができる。つまり、ラジエータ3の流路抵抗を受けてシリンダヘッドEaに対する冷却水量が十分に得られない場合でも、電磁弁Vを開弁すれば比較的流路抵抗の小さいシリンダブロックEbに冷却水を流すことが可能となるので、シリンダヘッドEaを流通する冷却水量を大幅に増大させることができる。   The point where the lift pressure curve of the pump P indicated by the solid line in FIG. 3 and the pressure loss curve of the cooling water indicated by the dotted line in FIG. 3 flow into the flow rate of the cooling water actually discharged by the pump P, that is, the cylinder head Ea. It becomes the flow rate of cooling water. As shown at each intersection in FIG. 3, when the rotational speed of the engine E is constant, the electromagnetic valve V in (3) is in a fully open state rather than the thermostat valve 4 in (2) is in a fully open state. However, the flow rate of the cooling water flowing through the cylinder head Ea can be increased. In addition, when the electromagnetic valve V of (3) is in the fully open state, it is possible to ensure a flow rate substantially the same as when the thermostat valve 4 and the electromagnetic valve V of (4) are in the fully open state. That is, even when the cooling water amount for the cylinder head Ea is not sufficiently obtained due to the flow path resistance of the radiator 3, if the solenoid valve V is opened, the cooling water flows to the cylinder block Eb having a relatively small flow path resistance. Therefore, the amount of cooling water flowing through the cylinder head Ea can be significantly increased.

図2に戻って、冷却水の温度が設定温度未満でサーモスタット弁4が閉弁している状況下でエンジンEの高負荷条件が成立する場合(♯23Yes判定)に、電磁弁Vの開度を大きくして、シリンダブロックEbに対する冷却水の流通量を増加させることとしている(♯24)。電磁弁Vの開度は、充填効率や冷却水の温度に応じて調節しても良いし、常に全開にしても良い。充填効率や冷却水の温度に応じて電磁弁Vの開度を調節する場合は、充填効率が大きくなるほど、また冷却水の温度が高いほど開度を大きく設定する。   Returning to FIG. 2, when the high load condition of the engine E is satisfied under the condition that the temperature of the cooling water is lower than the set temperature and the thermostat valve 4 is closed (# 23 Yes determination), the opening degree of the solenoid valve V Is increased to increase the circulation amount of the cooling water to the cylinder block Eb (# 24). The opening degree of the solenoid valve V may be adjusted according to the charging efficiency and the temperature of the cooling water, or may be always fully opened. When the opening degree of the electromagnetic valve V is adjusted according to the charging efficiency or the cooling water temperature, the opening degree is set to be larger as the charging efficiency becomes higher or the cooling water temperature becomes higher.

次いで、冷却水の温度が設定温度以上になったときに、サーモスタット弁4が開弁し、ラジエータ3に冷却水が流通してシリンダヘッドEaが冷却される(♯22Yes判定)。このとき、電磁弁Vを開弁して第二流路12に冷却水を流通させ、シリンダヘッドEaに加えてシリンダブロックEbも冷却する(♯25)。このとき、電磁弁Vの開度は、♯24と同様に、充填効率や冷却水の温度に応じて調節しても良いし、常に全開にしても良い。なお、電磁弁Vを開弁するタイミングは、サーモスタット弁4が開弁してから所定時間経過後であっても良く、特に限定されない。   Next, when the temperature of the cooling water becomes equal to or higher than the set temperature, the thermostat valve 4 is opened, the cooling water flows through the radiator 3 and the cylinder head Ea is cooled (# 22 Yes determination). At this time, the electromagnetic valve V is opened to allow cooling water to flow through the second flow path 12, and the cylinder block Eb is cooled in addition to the cylinder head Ea (# 25). At this time, the opening degree of the solenoid valve V may be adjusted according to the charging efficiency and the temperature of the cooling water, as in # 24, or may be always fully opened. The timing for opening the electromagnetic valve V may be after a predetermined time has elapsed since the thermostat valve 4 opened, and is not particularly limited.

次いで、冷却水の温度が設定温度よりも大きい所定値(例えば、100℃)以上になったか否かが判定される(♯26)。冷却水の温度が所定値以上となった場合(♯26Yes判定)には、冷却水の冷却を優先して、電磁弁Vの開度を小さくする(♯27)。この電磁弁Vの開度は、ラジエータ3の放熱量に応じて調節される。具体的には、例えば環境温度が高く、ラジエータ3の放熱量が小さいほど、電磁弁Vの開度が小さくなるように設定する。これによって、冷却水が確実に冷却されるので、エンジンEの冷却効率を高めることができる。   Next, it is determined whether or not the temperature of the cooling water has become equal to or higher than a predetermined value (for example, 100 ° C.) greater than the set temperature (# 26). When the temperature of the cooling water is equal to or higher than the predetermined value (# 26 Yes determination), the cooling water is prioritized and the opening of the solenoid valve V is reduced (# 27). The opening degree of the electromagnetic valve V is adjusted according to the heat radiation amount of the radiator 3. Specifically, for example, the opening degree of the electromagnetic valve V is set to be smaller as the environmental temperature is higher and the heat radiation amount of the radiator 3 is smaller. As a result, the cooling water is reliably cooled, so that the cooling efficiency of the engine E can be increased.

次いで、エンジンEの回転数が所定値(例えば2000rpm)以下で、且つ高負荷条件が成立するか否かが判定される(♯28)。上述したように、本実施形態における高負荷条件が成立する場合とは、エンジンEの充填効率が所定値(例えば60%)以上である場合としている。   Next, it is determined whether the rotational speed of the engine E is a predetermined value (for example, 2000 rpm) or less and a high load condition is satisfied (# 28). As described above, the case where the high load condition is satisfied in the present embodiment is a case where the charging efficiency of the engine E is a predetermined value (for example, 60%) or more.

エンジンEの回転数が所定値以下で、且つ高負荷条件が成立する場合(♯28Yes判定)、電磁弁Vの開度を大きくして、シリンダブロックEbに対する冷却水の流通量を増加させる(♯29)。このとき、電磁弁Vの開度は、♯24と同様に、充填効率や冷却水の温度に応じて調節しても良いし、常に全開にしても良い。次いで、エンジンEが停止するまで、♯26〜♯29の判定を繰り返す(♯30Nо判定)。   When the rotational speed of the engine E is equal to or less than a predetermined value and a high load condition is satisfied (# 28 Yes determination), the opening of the solenoid valve V is increased to increase the flow rate of the cooling water to the cylinder block Eb (# 29). At this time, the opening degree of the solenoid valve V may be adjusted according to the charging efficiency and the temperature of the cooling water, as in # 24, or may be always fully opened. Next, the determinations of # 26 to # 29 are repeated until the engine E stops (# 30 Nо determination).

[作用効果]
本実施形態のように、冷却水が低温でサーモスタット弁4が閉弁している状況において、エンジンEの高負荷条件が成立すれば、電磁弁Vの開度を調節してシリンダヘッドEaに対する冷却水の流通量を大幅に増加させることができる。その結果、燃焼室の燃焼温度を低下させて、ノッキングを防止することができる。しかも、シリンダヘッドEaに加えてシリンダブロックEbにも冷却水を流通させることで、暖機を促進することができる。
[Function and effect]
As in this embodiment, in a situation where the cooling water is low and the thermostat valve 4 is closed, if the high load condition of the engine E is satisfied, the opening degree of the electromagnetic valve V is adjusted to cool the cylinder head Ea. Water circulation can be greatly increased. As a result, the combustion temperature in the combustion chamber can be lowered to prevent knocking. Moreover, warming-up can be promoted by circulating cooling water through the cylinder block Eb in addition to the cylinder head Ea.

また、本実施形態では、ポンプPをエンジンEの回転数に応じて駆動力を発生させる機械式のウォータポンプで構成しているので、サーモスタット弁4が開弁した後であってもエンジンEの回転数が低いときにはシリンダヘッドEaに対する冷却水量が少ない。この状態でエンジンEの負荷が高くなった場合には、燃焼室の燃焼温度が高まってノッキングが発生し易い。そこで、本実施形態のように、エンジンEの回転数が所定値以下で、且つエンジンEの高負荷条件が成立したときに、電磁弁Vの開度を調節してシリンダブロックEbに対する冷却水の流通量を増加させれば、ノッキングを防止することができる。   In this embodiment, the pump P is constituted by a mechanical water pump that generates a driving force in accordance with the rotational speed of the engine E. Therefore, even after the thermostat valve 4 is opened, When the rotational speed is low, the amount of cooling water for the cylinder head Ea is small. When the load on the engine E increases in this state, the combustion temperature in the combustion chamber increases and knocking is likely to occur. Therefore, as in the present embodiment, when the engine speed is equal to or lower than a predetermined value and the high load condition of the engine E is satisfied, the opening degree of the solenoid valve V is adjusted and the cooling water for the cylinder block Eb is adjusted. If the circulation amount is increased, knocking can be prevented.

本発明は、内燃機関を冷却水により冷却する内燃機関の冷却装置に利用可能である。   The present invention is applicable to a cooling device for an internal combustion engine that cools the internal combustion engine with cooling water.

3 ラジエータ
4 サーモスタット弁
5 制御部
11 第一流路
12 第二流路
28 電磁弁
E エンジン(内燃機関)
Ea シリンダヘッド
Eb シリンダブロック
P ポンプ
V 電磁弁
X 内燃機関の冷却装置
3 Radiator 4 Thermostat valve 5 Control unit 11 First flow path 12 Second flow path 28 Solenoid valve E Engine (internal combustion engine)
Ea Cylinder head Eb Cylinder block P Pump V Solenoid valve X Cooling device for internal combustion engine

Claims (4)

内燃機関に冷却水を循環させるポンプと、
前記ポンプの駆動力により前記冷却水がシリンダヘッドとラジエータとに循環する経路である第一流路と、
前記第一流路に配置されたサーモスタット弁と、
前記第一流路のうち、前記シリンダヘッドよりも下流側且つ前記ラジエータおよび前記サーモスタット弁よりも上流側と、前記ラジエータおよび前記サーモスタット弁よりも下流側と、をバイパスし、シリンダブロックを経由する第二流路と、
前記第二流路に配置された電磁弁と、
前記電磁弁を開閉制御する制御部と、を備えた内燃機関の冷却装置。
A pump for circulating cooling water to the internal combustion engine;
A first flow path that is a path through which the cooling water circulates between the cylinder head and the radiator by the driving force of the pump;
A thermostat valve disposed in the first flow path;
Of the first flow path, the second flow path bypasses the downstream side of the cylinder head, the upstream side of the radiator and the thermostat valve, and the downstream side of the radiator and the thermostat valve, and passes through the cylinder block. A flow path;
A solenoid valve disposed in the second flow path;
A cooling device for an internal combustion engine, comprising: a controller that controls opening and closing of the electromagnetic valve.
前記制御部は、前記内燃機関のノッキング条件が成立したとき、前記シリンダヘッドを流通する前記冷却水の流通量を増加させるように前記電磁弁の開度を調節する請求項1に記載の内燃機関の冷却装置。   2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the knocking condition for the internal combustion engine is satisfied, the control unit adjusts an opening degree of the electromagnetic valve so as to increase a flow amount of the cooling water flowing through the cylinder head. Cooling system. 前記ノッキング条件が成立したときとは、前記サーモスタット弁が開弁する温度未満で、且つ前記内燃機関の高負荷条件が成立したときである請求項2に記載の内燃機関の冷却装置。   The cooling apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the knocking condition is satisfied when the temperature is lower than a temperature at which the thermostat valve is opened and a high load condition of the internal combustion engine is satisfied. 前記ポンプは、前記内燃機関の回転数に比例して駆動力を発生させるように構成されており、
前記ノッキング条件が成立したときとは、前記サーモスタット弁が開弁した後、前記内燃機関の回転数が所定値以下で、且つ前記内燃機関の高負荷条件が成立したときである請求項2に記載の内燃機関の冷却装置。
The pump is configured to generate a driving force in proportion to the rotational speed of the internal combustion engine,
The time when the knocking condition is satisfied is when the number of revolutions of the internal combustion engine is equal to or less than a predetermined value after the thermostat valve is opened and a high load condition of the internal combustion engine is satisfied. Cooling device for internal combustion engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114961980B (en) * 2022-06-20 2023-11-17 中国第一汽车股份有限公司 Engine air inlet temperature cylinder separation control method and system

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