JP2004036525A

JP2004036525A - Cooling device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004036525A
Application number: JP2002195842A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kano; 加納　雅彦
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-02-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling device for an internal combustion engine with a reserving tank in which cooling water is circulated and various kinds of heat exchangers to which the cooling water is supplied for utilizing heat generated in the internal combustion engine, suitably suppressing the lowering of warming-up performance of the engine and the lowering of heat exchanging efficiency of the heat exchangers. <P>SOLUTION: The cooling device for a gasoline engine 1 comprises three cooling systems consisting of a main cooling pipe system 10 for cooling the gasoline engine 1, a subsidiary cooling pipe system 20 to which equipment is connected for utilizing heat generated in the gasoline engine 1 and a heater pipe system 30 to which a heater core 31 to be used for heating a vehicle room is connected. In the subsidiary cooling pipe system 20 among these, a throttle heater 21, the reserving tank 22 and an oil cooler 23 are connected in series via subsidiary cooling pipes 20b, 20c, 20d. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水冷式の内燃機関に採用されて好適な内燃機関の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、その内部に形成される燃焼室で混合気を燃焼させているために、機関本体から大量の熱が発生する。そこで、車載用内燃機関では、冷却水を内燃機関と放熱器（ラジエータ）との間に循環させる水冷式の冷却装置を備えることで、同機関の冷却を行うようにしている。
【０００３】
一方、近年は、スロットル弁の凍結を防止するためのスロットル加熱器や車室内を暖房するためのヒータコア、あるいは内燃機関や変速機に注入された潤滑油の温度を好適に調温するためのオイルクーラ等といった様々な熱交換器が内燃機関に配設されるようになってきている。そして、これらの熱交換器には、内燃機関を循環した冷却水が冷却配管を通じて供給されるようになっており、これにより、同機関で発生した熱エネルギーが有効利用される。
【０００４】
また、冷却配管に冷却水を注入する際には、同冷却配管内に気泡が混入してしまうことがある。その他にも、圧縮比がガソリン機関よりも高く設定されるディーゼル機関では、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間から圧縮された空気が吹き抜け、この吹き抜けた空気が冷却水の通路であるウォータジャケット内に侵入してしまうこともある。このように冷却配管内に気泡が混入してしまうと、次のような不具合が生じる。まず、冷却水と冷却配管の内壁との接触面積が小さくなり、両者間における熱伝導の効率が低下してしまうようになる。また、近年の内燃機関の冷却装置では、冷却水を加圧してその沸点を高めることにより、冷却効率を高めるようにしているが、冷却配管内に気泡が混入すると、同配管内の圧力上昇が妨げられて冷却効率が低下してしまう。
【０００５】
そこで、近年の内燃機関には、冷却配管内の気泡を除去することのできるリザーブタンクも冷却装置の一部として配設されるようになってきている。このリザーブタンクはその内部に空気層を有しており、更に冷却水がその内部を循環できるように冷却配管が接続されている。このようなリザーブタンク内を冷却水が通過することで、気泡が前記空気層に捕集され、冷却配管内から気泡が除去されるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、近年の内燃機関は、冷却水が供給される機器を種々備えるようになってきており、これに伴って冷却配管も複雑化し、同配管としての全長も長くなる傾向にある。例えば、図５に示す特開平９−１３９６４号公報に記載の冷却装置のように、吸気熱交換器や暖房用ヒータといった複数の熱交換器にそれぞれ独立した冷却配管が接続される場合には、熱交換器の個数が多くなるにつれて冷却配管の全長も長くなってしまう。このように冷却配管の全長が長くなると、それに伴って冷却水の必要量も増大することから、冷却水の温度上昇も自ずと鈍くなり、結果として、内燃機関の暖機性や熱交換器における熱交換効率の低下を招くようになる。
【０００７】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものである。そしてその目的は、冷却水が循環するリザーブタンクや内燃機関で発生した熱を利用すべく冷却水が供給される各種の熱交換器を備えながらも、同機関の暖機性の低下やそれら熱交換器での熱交換効率の低下を好適に抑制することのできる内燃機関の冷却装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の冷却水が流れる冷却配管と、内部に空気層及び冷却水の循環経路を有して該経路での前記冷却水の循環に伴い前記冷却配管内の気泡を除去するリザーブタンクと、前記内燃機関で発生した熱を利用するために前記冷却水が供給される複数の熱交換器とを備える内燃機関の冷却装置において、前記リザーブタンクと前記複数の熱交換器の少なくとも２つとを前記冷却配管にて直列に接続したことをその要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、まず、リザーブタンクが設けられることによって、その内部を通過する冷却水に含まれる気泡が空気層に捕集され、冷却配管内から気泡が除去される。そして、上記の構成では、このように内部を冷却水が循環するリザーブタンクと上記複数の熱交換器の少なくとも２つとが、冷却配管にて直列に接続される。すなわちこのことは、リザーブタンクと隣り合う熱交換器、あるいは隣り合う熱交換器同士で冷却配管を供用することができることを意味する。従って、上記リザーブタンクや上記複数の熱交換器が設けられる場合であっても、冷却配管の全長が長くなることを抑えることができ、ひいては冷却水の必要量が増大することを抑制することができるようになる。そしてこれにより、内燃機関の暖機性の低下や上記各熱交換器での熱交換効率の低下も好適に抑制されるようになる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の冷却装置において、前記複数の熱交換器が、前記内燃機関のスロットル弁周辺を加熱するスロットル加熱器、及び任意の作動油についてその調温を行うためのオイルクーラ、及び前記内燃機関が搭載される車両の車室内の暖房に用いられるヒータコアの少なくとも２つを含むことをその要旨とする。
【００１１】
同構成によれば、上記スロットル加熱器、及びオイルクーラ、及びヒータコアのうちの少なくとも２つの熱交換器と上記リザーブタンクとが冷却配管にて直列に接続され、隣り合う機器同士で同冷却配管を供用することができるようになる。このため、冷却配管の全長が長くなることが抑えられるとともに、冷却水の必要量が増大することも抑制され、ひいては内燃機関の暖機性の低下や上記各熱交換器での熱交換効率の低下等も好適に抑制される。なお、上記オイルクーラとしては、例えば内燃機関に連結される変速機の作動油についてその温度の調温に用いられるオイルクーラなどがある。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の冷却装置において、前記複数の熱交換器が、前記内燃機関のスロットル弁周辺を加熱するスロットル加熱器、及び任意の作動油についてその調温を行うためのオイルクーラ、及び前記内燃機関が搭載される車両の車室内の暖房に用いられるヒータコアを含み、このうちの前記スロットル加熱器と前記オイルクーラとは前記冷却配管にて前記リザーブタンクに直列に接続されてなり、前記ヒータコアは適宜に分岐された他の冷却配管に接続されてなることをその要旨とする。
【００１３】
同構成によれば、上記スロットル加熱器及びオイルクーラと上記リザーブタンクとが冷却配管にて直列に接続され、それら機器同士で同冷却配管を供用することができるようになる。そしてこれにより、上述同様、内燃機関の暖機性の低下や上記各熱交換器での熱交換効率の低下等も好適に抑制される。また一般に、車室内の暖房に用いられるヒータコアが必要とする冷却水流量は、上記スロットル加熱器やオイルクーラがそれぞれ必要とする冷却水流量よりも多い。そこで上記の構成では、これらスロットル加熱器やオイルクーラに接続される冷却配管とは別に、適宜に分岐された冷却配管にこのヒータコアを接続するようにしている。このため、上記スロットル加熱器やオイルクーラに冷却水を供給する冷却配管と、ヒータコアに冷却水を供給する冷却配管とで、それぞれ最適な配管を用いることができるようになる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の冷却装置において、前記複数の熱交換器が、前記内燃機関のスロットル弁周辺を加熱するスロットル加熱器、及び任意の作動油についてその調温を行うためのオイルクーラ、及び前記内燃機関が搭載される車両の車室内の暖房に用いられるヒータコアを含み、これらスロットル加熱器及びオイルクーラ及びヒータコアが前記冷却配管にて前記リザーブタンクに直列に接続されてなることをその要旨とする。
【００１５】
同構成によれば、上記スロットル加熱器及びオイルクーラ及びヒータコアの全てとリザーブタンクとが冷却配管に直列に接続される。従って、この場合には、冷却配管の全長を短く抑える上で、より望ましい構成となる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置において、前記熱交換器が接続される冷却配管として、前記内燃機関の運転中に常に冷却水が流通する配管が選ばれることをその要旨とする。
【００１７】
同構成によれば、内燃機関で発生した熱により加熱された冷却水が、同機関の始動直後から冷却配管を流れるようになる。従って、冷却配管に接続された上記各熱交換器が内燃機関の始動直後から昇温され、その機能が速やかに実現される。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置において、前記リザーブタンクは、前記冷却配管のうちの重力方向に最も高い位置に対応して設けられてなることをその要旨とする。
【００１９】
同構成によれば、冷却配管内の気泡が最も集まりやすい同冷却配管の重力方向最上部に上記気泡除去機能を有するリザーブタンクが設けられる。従って、このリザーブタンクが接続された冷却配管内の気泡をより確実に除去することができるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる内燃機関の冷却装置を具体化した一実施形態について、図１、図２に基づき詳細に説明する。
【００２１】
図１は、例えば車載ガソリン機関１に適用された本実施の形態にかかる冷却装置の概略構成を示す模式図である。
この図１に示されるように、本実施の形態にかかる冷却装置は、ガソリン機関１を冷却するための主冷却配管系１０、ガソリン機関１で発生した熱を利用する機器が接続された副冷却配管系２０、車室内の暖房に用いられるヒータコア３１が接続されたヒータ用配管系３０といった３系統の冷却系から構成されている。
【００２２】
はじめに上記主冷却配管系１０の配管構造について説明する。
まず、上記ガソリン機関１のシリンダブロック及びシリンダヘッドの内部には、ガソリン機関１の冷却水が循環する通路であるウォータジャケットが設けられている。そしてこのガソリン機関１には、上記ウォータジャケットに冷却水を導入する冷却水入口１ａと、同ウォータジャケットに導入された冷却水の出口となる第１の冷却水出口１ｂ及び第２の冷却水出口１ｃとが設けられている。このうち、第１の冷却水出口１ｂは、主冷却配管１０ａを介して放熱器であるラジエータ１１の冷却水入口に接続されている。また、ラジエータ１１の冷却水出口は、主冷却配管１０ｂを介してサーモスタット１２の入力ポートに接続されている。このサーモスタット１２は、冷却水の温度に応じて内部の弁が開閉されるようになっている。具体的には、機関温間時などのように冷却水温度が高い場合には開弁されて、入力ポートと出力ポートとが連通する。一方、機関冷間時などのように冷却水温度が低い場合には閉弁されて、入力ポートと出力ポートとの連通が遮断される。このサーモスタット１２の出力ポートは、主冷却配管１０ｃを介してウォータポンプ１３の吸入口に接続されており、同ウォータポンプ１３の吐出口は、主冷却配管１０ｄを介してガソリン機関１の上記冷却水入口１ａに接続されている。
【００２３】
次に、上記副冷却配管系２０の配管構造について説明する。
この副冷却配管系２０には、スロットル加熱器２１とリザーブタンク２２とオイルクーラ２３とが設けられている。このうち、スロットル加熱器２１は、ガソリン機関１のスロットル弁周辺を加熱することで同スロットル弁の凍結を防止する機器であり、熱源としてガソリン機関１の冷却水が供給される。また、オイルクーラ２３は、ガソリン機関１に連結されている変速機の作動油温度を調温する機器であり、これにも熱源としてガソリン機関１の冷却水が供給される。
【００２４】
一方、リザーブタンク２２はその内部に空気層を有しており、更に冷却水がその内部を循環するようになっている。また、このリザーブタンク２２は圧力調整弁を備えており、圧力調整弁を介してのみタンク内部と大気とが連通する、いわゆる完全密閉式のリザーブタンクとなっている。このリザーブタンク２２内を冷却水が通過することで、その中に含まれる気泡が前記空気層に捕集され、冷却配管内から気泡が除去される。なお、この気泡の捕集量が増大すると前記空気層の圧力が高くなるが、この圧力が所定の圧力以上になると上記圧力調整弁が開弁されて、リザーブタンク２２内の過剰な圧力上昇が防止される構造となっている。
【００２５】
このような各機器に冷却水を循環させるために、副冷却配管系２０は次のように配管がなされている。
まず、上記スロットル加熱器２１に冷却水を導入するために、ガソリン機関１の前記第１の冷却水出口１ｂ近傍の主冷却配管１０ａとスロットル加熱器２１の冷却水入口とが副冷却配管２０ａによって接続されている。このスロットル加熱器２１の冷却水出口は、副冷却配管２０ｂを介してリザーブタンク２２の冷却水入口に接続されている。このリザーブタンク２２の冷却水出口は、副冷却配管２０ｃを介してオイルクーラ２３の冷却水入口に接続されている。このオイルクーラ２３の冷却水出口は、副冷却配管２０ｄを介して前記ウォータポンプ１３の吸入口に接続されている。
【００２６】
本実施の形態においてはこのように、スロットル加熱器２１、リザーブタンク２２、及びオイルクーラ２３は、副冷却配管系２０において直列に接続されている。すなわち、スロットル加熱器２１の冷却水出口に接続される副冷却配管及びリザーブタンクの冷却水入口に接続される副冷却配管は副冷却配管２０ｂを供用している。また、リザーブタンク２２の冷却水出口に接続される副冷却配管及びオイルクーラ２３の冷却水入口に接続される副冷却配管は副冷却配管２０ｃを供用している。従って、これらのスロットル加熱器２１、リザーブタンク２２、及びオイルクーラ２３にそれぞれ独立した副冷却配管が接続される場合と比較して、本実施の形態にかかる冷却装置では、副冷却配管系２０の全長が短くなっている。そしてこれにより、冷却水の必要量も少なくなっている。なお、前記副冷却配管系２０の管径は、スロットル加熱器２１、リザーブタンク２２、及びオイルクーラ２３が必要とする冷却水流量に合わせて設定されている。
【００２７】
そして次に、上記ヒータ用配管系３０の配管構造について説明する。
まず、ガソリン機関１に設けられた前記の第２の冷却水出口１ｃは、ヒータ用配管３０ａを介してヒータコア３１の冷却水入口に接続されている。このヒータコア３１の冷却水出口は、ヒータ用配管３０ｂを介して前記オイルクーラ２３の下流側に接続された前記副冷却配管２０ｄに接続されている。また、このヒータ用配管系３０の管径は、ヒータコア３１が必要とする冷却水流量に合わせて設定されており、上記の副冷却配管系２０の管径よりも大きくなっている。
【００２８】
以下、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本実施の形態の冷却装置の動作を説明する。
まず、図１（ａ）は、この冷却装置において、ガソリン機関１が冷間状態にあるときの冷却水の流れを模式的に表している。この場合には、冷却水の温度が低くサーモスタット１２が閉弁しているため、前記主冷却配管１０ａ〜１０ｃには冷却水が循環されず、副冷却配管系２０及びヒータ用配管系３０のみに冷却水が循環されるようになる。従って、ガソリン機関１の始動直後等の機関冷間時には、全冷却水のうちで、主に副冷却配管系２０とヒータ用配管系３０とを循環する冷却水がガソリン機関１で発生した熱により加熱される。これにより、スロットル加熱器２１、オイルクーラ２３、及びヒータコア３１を循環する冷却水の温度が速やかに上昇するようになり、機関始動直後から速やかにこれらの機器を機能させることができる。
【００２９】
他方、図１（ｂ）は、この冷却装置において、ガソリン機関１が温間状態にあるときの冷却水の流れを模式的に表している。この場合には、冷却水の温度が高くサーモスタット１２が開弁状態となるため、前記主冷却配管系１０、副冷却配管系２０、及びヒータ用配管系３０のそれぞれに冷却水が循環されるようになる。すなわち、図１（ａ）に示した機関冷間時とは異なり、ラジエータ１１によって冷却された冷却水がガソリン機関１のウォータジャケットに導入されるため、ガソリン機関１の過剰な温度上昇が抑制される。
【００３０】
なお、図２は、図１に示した本実施の形態にかかる冷却装置の配管構造を等価な回路図として示したものである。この図２においても、先の図１に示した要素と同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示している。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態にかかる内燃機関の冷却装置によれば、次のような効果が得られるようになる。
（１）スロットル加熱器２１、リザーブタンク２２、及びオイルクーラ２３を副冷却配管２０ｂ、２０ｃによって直列に接続することとした。このため、冷却水が供給される機器を複数備えるガソリン機関１の冷却装置にあって、冷却配管の全長が長くなることを好適に抑えることができ、ひいては冷却水の必要量が増大することを抑制することができる。そしてこれにより、ガソリン機関１で発生する熱による冷却水の昇温も速やかになされるようになる。従って、冷却水が供給される機器を複数備える場合であっても、ガソリン機関１の暖機性の低下を好適に抑制することができるようになる。また、スロットル加熱器２１、オイルクーラ２３及びヒータコア３１といったガソリン機関１から発生した熱を利用する熱交換器の熱交換効率の低下も好適に抑制することもできるようになる。
【００３２】
（２）スロットル加熱器２１とリザーブタンク２２とオイルクーラ２３とが接続される副冷却配管系２０及びヒータコア３１が接続されるヒータ用配管系３０には、機関の暖機状態に拘わらず、常に冷却水が循環されるようにした。このため、副冷却配管系２０及びヒータ用配管系３０には、ガソリン機関１の始動直後からガソリン機関１で発生した熱で昇温された冷却水が流れ、スロットル加熱器２１、オイルクーラ２３及びヒータコア３１といったガソリン機関１から発生した熱を利用する機器の機能も速やかに確保することができるようになる。
【００３３】
（３）一般に、車室内の暖房に用いられるヒータコア３１が必要とする冷却水流量は、上記スロットル加熱器２１やオイルクーラ２３がそれぞれ必要とする冷却水流量よりも多い。そこで、スロットル加熱器２１やオイルクーラ２３が接続される副冷却配管系２０とは別の冷却配管系であるヒータ用配管系３０にヒータコア３１が接続されるようにした。このため、スロットル加熱器２１やオイルクーラ２３に冷却水を供給する副冷却配管系２０と、ヒータコア３１に冷却水を供給するヒータ用配管系３０とで、それぞれ最適な配管を用いることができるようになる。
【００３４】
なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態の冷却装置では、主冷却配管系１０、副冷却配管系２０、及びヒータ用配管系３０といった３系統の冷却配管系を備えることとした。これに代えて、例えば図３に配管構造を、また図４にその等価な回路図を示すように、副冷却配管系２０にヒータコア３１を備える構造としてもよい。すなわち、主冷却配管系１０及び副冷却配管系２０といった２系統の冷却配管系を備える構造としてもよい。この場合には、上記（３）の効果は得られにくいものの、冷却配管系がより少なくなる分、更に冷却配管の全長が短くなり、冷却水の必要量も少なくて済むようになる。また、この配管構造が採用される場合には、副冷却配管系２０に設けられるスロットル加熱器２１、リザーブタンク２２、オイルクーラ２３及びヒータコア３１の配置順序を適宜変更してもよい。また、副冷却配管系２０には、スロットル加熱器２１、オイルクーラ２３及びヒータコア３１のうちの少なくとも２つの熱交換器とリザーブタンク２２とを直列に接続する構造としてもよい。
【００３５】
・上記実施の形態においては、副冷却配管系２０を流れる冷却水の流れ方向において、上流側から順にスロットル加熱器２１、リザーブタンク２２、オイルクーラ２３を設けたが、この配置順序は適宜変更してもよい。
【００３６】
・上記実施の形態においては特に言及しなかったが、前記リザーブタンク２２についてはこれを、少なくとも副冷却配管系２０においてその重力方向に最も高い位置に対応して設けるようにしてもよい。この場合には、副冷却配管系２０内の気泡が最も集まりやすい部分にリザーブタンク２２が設けられることとなり、副冷却配管系２０内の気泡をより確実に除去することができるようになる。
【００３７】
・上記実施の形態においては、オイルクーラ２３として、ガソリン機関１に連結される変速機の作動油温度を調温する機器を対象としたが、同オイルクーラとしてはこの他にも、ガソリン機関１自身の潤滑油や作動油についてその温度を調温する機器を対象としてもよい。要は、内燃機関の冷却水を利用して作動油等の温度を調温するオイルクーラであれば、その対象は任意である。
【００３８】
・上記実施の形態においては、リザーブタンク２２が完全密閉式のものであるとしたが、その形式等は任意である。例えば、常に大気開放されているタイプのリザーブタンクを用いる場合であっても、本発明にかかる冷却装置は同様に適用することができ、この場合にも上記実施の形態に準ずる効果を得ることができる。
【００３９】
・上記実施の形態では、ガソリン機関１に本発明にかかる冷却装置を適用する場合について例示した。しかしながら、適用対象となる内燃機関はこのガソリン機関１に何ら限定されるものではない。ディーゼル機関やその他の内燃機関にも本発明は同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる内燃機関の冷却装置の一実施の形態についてその配管構造を模式的に示す略図。
【図２】同実施の形態の配管構造を等価回路として示す配管回路図。
【図３】上記実施の形態の変形例についてその配管構造を模式的に示す略図。
【図４】同変形例の配管構造を等価回路として示す配管回路図。
【図５】従来の内燃機関の冷却装置についてその一例を示す略図。
【符号の説明】
１…ガソリン機関、１ａ…冷却水入口、１ｂ…第１の冷却水出口、１ｃ…第２の冷却水出口、１０…主冷却配管系、１０ａ〜１０ｄ…主冷却配管、１１…ラジエータ、１２…サーモスタット、１３…ウォータポンプ、２０…副冷却配管系、２０ａ〜２０ｄ…副冷却配管、２１…スロットル加熱器、２２…リザーブタンク、２３…オイルクーラ、３０…ヒータ用配管系、３０ａ、３０ｂ…ヒータ用配管、３１…ヒータコア。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling device for an internal combustion engine that is suitable for use in a water-cooled internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine, a large amount of heat is generated from the engine body because an air-fuel mixture is burned in a combustion chamber formed therein. Therefore, the vehicle-mounted internal combustion engine is provided with a water-cooled cooling device that circulates cooling water between the internal combustion engine and a radiator (radiator), thereby cooling the engine.
[0003]
On the other hand, in recent years, a throttle heater for preventing freezing of a throttle valve, a heater core for heating a vehicle interior, or an oil for suitably controlling the temperature of lubricating oil injected into an internal combustion engine or a transmission. Various heat exchangers such as coolers have been provided in internal combustion engines. Cooling water circulated through the internal combustion engine is supplied to these heat exchangers through cooling pipes, whereby heat energy generated by the engine is effectively used.
[0004]
Further, when cooling water is injected into the cooling pipe, bubbles may be mixed in the cooling pipe. In addition, in a diesel engine in which the compression ratio is set higher than that of a gasoline engine, compressed air blows from between the cylinder block and the cylinder head, and the blown air flows into a water jacket, which is a passage for cooling water. It can also break in. When air bubbles are mixed in the cooling pipe in this way, the following problems occur. First, the contact area between the cooling water and the inner wall of the cooling pipe is reduced, and the efficiency of heat conduction between the two is reduced. In recent years, cooling devices for internal combustion engines increase the cooling efficiency by increasing the boiling point by pressurizing the cooling water.However, if air bubbles enter the cooling pipe, the pressure in the pipe increases. This hinders cooling efficiency.
[0005]
Therefore, in recent years, a reserve tank capable of removing air bubbles in a cooling pipe has been provided as a part of a cooling device in an internal combustion engine. This reserve tank has an air space inside, and a cooling pipe is connected so that cooling water can circulate inside the reserve tank. When the cooling water passes through such a reserve tank, bubbles are trapped in the air layer, and the bubbles are removed from the cooling pipe.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the internal combustion engine in recent years has been provided with various devices to which the cooling water is supplied, and accordingly, the cooling pipes are complicated, and the total length of the pipes tends to be long. For example, when independent cooling pipes are connected to a plurality of heat exchangers such as an intake heat exchanger and a heater for heating, as in the cooling device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-13964 shown in FIG. As the number of heat exchangers increases, the total length of the cooling pipe also increases. As the total length of the cooling pipe increases, the required amount of the cooling water increases accordingly, and the temperature rise of the cooling water naturally slows down. As a result, the warming property of the internal combustion engine and the heat in the heat exchanger are reduced. This leads to a reduction in exchange efficiency.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances. The purpose is to provide a reserve tank for circulating cooling water and various heat exchangers to supply cooling water to use heat generated in the internal combustion engine, but also to reduce the warm-up property of the engine and reduce the heat An object of the present invention is to provide a cooling device for an internal combustion engine that can appropriately suppress a decrease in heat exchange efficiency in an exchanger.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The means for achieving the above object and the effects thereof will be described below.
The invention according to claim 1 has a cooling pipe through which the cooling water of the internal combustion engine flows, and a circulation path for the air space and the cooling water therein, and the cooling water in the cooling pipe along with the circulation of the cooling water in the path. In a cooling apparatus for an internal combustion engine, comprising: a reserve tank that removes air bubbles; and a plurality of heat exchangers to which the cooling water is supplied to use heat generated in the internal combustion engine. The point is that at least two of the exchangers are connected in series by the cooling pipe.
[0009]
According to the above configuration, first, by providing the reserve tank, bubbles contained in the cooling water passing through the inside are collected in the air layer, and the bubbles are removed from the cooling pipe. In the above configuration, the reserve tank in which the cooling water circulates and the at least two of the plurality of heat exchangers are connected in series by the cooling pipe. That is, this means that the cooling pipe can be used between the heat exchanger adjacent to the reserve tank or the adjacent heat exchangers. Therefore, even when the reserve tank and the plurality of heat exchangers are provided, it is possible to suppress an increase in the total length of the cooling pipe, and to thereby suppress an increase in the required amount of the cooling water. become able to. Thus, a decrease in the warm-up property of the internal combustion engine and a decrease in the heat exchange efficiency in each of the heat exchangers can be suitably suppressed.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the cooling device for an internal combustion engine according to the first aspect, the plurality of heat exchangers include a throttle heater that heats around a throttle valve of the internal combustion engine, and an optional hydraulic oil. The gist of the invention is to include at least two of an oil cooler for performing the temperature control and a heater core used for heating the cabin of a vehicle in which the internal combustion engine is mounted.
[0011]
According to the configuration, at least two heat exchangers of the throttle heater, the oil cooler, and the heater core and the reserve tank are connected in series by the cooling pipe, and the same equipment is connected to the cooling pipe by the cooling pipe. It can be put into service. For this reason, the total length of the cooling pipe is suppressed from increasing, and the increase in the required amount of cooling water is also suppressed. Reduction and the like are also suitably suppressed. As the oil cooler, for example, there is an oil cooler used for controlling the temperature of hydraulic oil for a transmission connected to an internal combustion engine.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the cooling device for an internal combustion engine according to the first aspect, the plurality of heat exchangers may include a throttle heater that heats around a throttle valve of the internal combustion engine, and an optional hydraulic oil. An oil cooler for controlling the temperature, and a heater core used for heating the interior of a vehicle compartment of a vehicle on which the internal combustion engine is mounted, wherein the throttle heater and the oil cooler are connected to the cooling pipe through the cooling pipe. The gist is that the heater core is connected in series to a reserve tank, and the heater core is connected to another cooling pipe branched appropriately.
[0013]
According to this configuration, the throttle heater and the oil cooler and the reserve tank are connected in series by the cooling pipe, and the equipment can use the same cooling pipe. As a result, similarly to the above, a decrease in the warm-up property of the internal combustion engine, a decrease in the heat exchange efficiency in each of the heat exchangers, and the like are suitably suppressed. In general, the flow rate of the cooling water required by the heater core used for heating the vehicle interior is larger than the flow rates of the cooling water required by the throttle heater and the oil cooler. Therefore, in the above configuration, this heater core is connected to an appropriately branched cooling pipe separately from the cooling pipe connected to the throttle heater and the oil cooler. Therefore, it is possible to use optimal piping for the cooling pipe for supplying the cooling water to the throttle heater and the oil cooler and for the cooling pipe for supplying the cooling water to the heater core.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the cooling device for an internal combustion engine according to the first aspect, the plurality of heat exchangers heat a portion around a throttle valve of the internal combustion engine, and an optional hydraulic oil. An oil cooler for performing the temperature control, and a heater core used for heating the interior of a vehicle equipped with the internal combustion engine.The throttle heater, the oil cooler, and the heater core are connected to the reserve tank through the cooling pipe. The gist is that they are connected in series.
[0015]
According to this configuration, all of the throttle heater, the oil cooler, and the heater core and the reserve tank are connected in series to the cooling pipe. Therefore, in this case, a more desirable configuration is obtained in order to keep the total length of the cooling pipe short.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in the cooling device for an internal combustion engine according to any one of the first to fourth aspects, cooling water is always supplied during operation of the internal combustion engine as a cooling pipe to which the heat exchanger is connected. The point is that the piping to be distributed is selected.
[0017]
According to this configuration, the cooling water heated by the heat generated in the internal combustion engine flows through the cooling pipe immediately after the start of the engine. Therefore, each of the heat exchangers connected to the cooling pipe is heated immediately after the start of the internal combustion engine, and the function is quickly realized.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, in the cooling device for an internal combustion engine according to any one of the first to fifth aspects, the reserve tank is provided corresponding to a highest position of the cooling pipe in the direction of gravity. The main point is that
[0019]
According to this configuration, the reserve tank having the bubble removing function is provided at the uppermost part in the direction of gravity of the cooling pipe in which bubbles in the cooling pipe are most likely to collect. Therefore, the air bubbles in the cooling pipe connected to the reserve tank can be more reliably removed.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a cooling device for an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0021]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a cooling device according to the present embodiment applied to, for example, a gasoline engine 1 mounted on a vehicle.
As shown in FIG. 1, the cooling device according to the present embodiment includes a main cooling piping system 10 for cooling a gasoline engine 1, and a sub-cooling system to which devices utilizing heat generated in the gasoline engine 1 are connected. The cooling system includes three cooling systems including a piping system 20 and a heater piping system 30 to which a heater core 31 used for heating the vehicle interior is connected.
[0022]
First, the piping structure of the main cooling piping system 10 will be described.
First, a water jacket, which is a passage through which cooling water of the gasoline engine 1 circulates, is provided inside the cylinder block and the cylinder head of the gasoline engine 1. The gasoline engine 1 has a cooling water inlet 1a for introducing cooling water into the water jacket, a first cooling water outlet 1b and a second cooling water outlet serving as outlets for the cooling water introduced into the water jacket. 1c is provided. Among them, the first cooling water outlet 1b is connected to a cooling water inlet of a radiator 11, which is a radiator, via a main cooling pipe 10a. The cooling water outlet of the radiator 11 is connected to the input port of the thermostat 12 via the main cooling pipe 10b. The thermostat 12 has an internal valve that opens and closes according to the temperature of the cooling water. Specifically, when the temperature of the cooling water is high, such as when the engine is warm, the valve is opened, and the input port communicates with the output port. On the other hand, when the temperature of the cooling water is low, such as when the engine is cold, the valve is closed and the communication between the input port and the output port is cut off. An output port of the thermostat 12 is connected to a suction port of a water pump 13 through a main cooling pipe 10c, and a discharge port of the water pump 13 is connected to the cooling water of the gasoline engine 1 through a main cooling pipe 10d. It is connected to the inlet 1a.
[0023]
Next, the piping structure of the sub cooling piping system 20 will be described.
The sub-cooling piping system 20 is provided with a throttle heater 21, a reserve tank 22, and an oil cooler 23. Among them, the throttle heater 21 is a device for heating the periphery of the throttle valve of the gasoline engine 1 to prevent the throttle valve from freezing, and the cooling water of the gasoline engine 1 is supplied as a heat source. The oil cooler 23 is a device that adjusts the operating oil temperature of the transmission connected to the gasoline engine 1, and the cooling water of the gasoline engine 1 is supplied to the oil cooler 23 as a heat source.
[0024]
On the other hand, the reserve tank 22 has an air layer inside, and the cooling water circulates through the inside. Further, the reserve tank 22 is provided with a pressure regulating valve, and is a so-called completely sealed reserve tank in which the inside of the tank and the atmosphere communicate only through the pressure regulating valve. When the cooling water passes through the reserve tank 22, the air bubbles contained therein are collected in the air layer, and the air bubbles are removed from the cooling pipe. When the amount of trapped bubbles increases, the pressure in the air layer increases. However, when the pressure becomes equal to or higher than a predetermined pressure, the pressure regulating valve is opened, and an excessive pressure increase in the reserve tank 22 occurs. The structure is prevented.
[0025]
In order to circulate the cooling water through such devices, the sub-cooling piping system 20 is provided with the following piping.
First, in order to introduce cooling water into the throttle heater 21, the main cooling pipe 10a near the first cooling water outlet 1b of the gasoline engine 1 and the cooling water inlet of the throttle heater 21 are connected by the sub cooling pipe 20a. It is connected. The cooling water outlet of the throttle heater 21 is connected to the cooling water inlet of the reserve tank 22 via the auxiliary cooling pipe 20b. The cooling water outlet of the reserve tank 22 is connected to the cooling water inlet of the oil cooler 23 via the auxiliary cooling pipe 20c. The cooling water outlet of the oil cooler 23 is connected to the suction port of the water pump 13 via a sub cooling pipe 20d.
[0026]
Thus, in the present embodiment, the throttle heater 21, the reserve tank 22, and the oil cooler 23 are connected in series in the sub-cooling piping system 20. That is, the sub cooling pipe connected to the cooling water outlet of the throttle heater 21 and the sub cooling pipe connected to the cooling water inlet of the reserve tank use the sub cooling pipe 20b. The sub cooling pipe connected to the cooling water outlet of the reserve tank 22 and the sub cooling pipe connected to the cooling water inlet of the oil cooler 23 use the sub cooling pipe 20c. Therefore, in the cooling device according to the present embodiment, compared with the case where independent sub-cooling pipes are connected to the throttle heater 21, the reserve tank 22, and the oil cooler 23, respectively, The overall length is shorter. As a result, the required amount of cooling water is also reduced. The pipe diameter of the sub cooling piping system 20 is set in accordance with the cooling water flow rate required by the throttle heater 21, the reserve tank 22, and the oil cooler 23.
[0027]
Next, the piping structure of the heater piping system 30 will be described.
First, the second cooling water outlet 1c provided in the gasoline engine 1 is connected to the cooling water inlet of the heater core 31 via the heater pipe 30a. The cooling water outlet of the heater core 31 is connected to the sub-cooling pipe 20d connected downstream of the oil cooler 23 via a heater pipe 30b. The pipe diameter of the heater piping system 30 is set in accordance with the cooling water flow rate required by the heater core 31 and is larger than the pipe diameter of the sub cooling piping system 20.
[0028]
Hereinafter, the operation of the cooling device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, FIG. 1A schematically shows the flow of cooling water when the gasoline engine 1 is in a cold state in this cooling device. In this case, since the temperature of the cooling water is low and the thermostat 12 is closed, the cooling water is not circulated through the main cooling pipes 10a to 10c, and only the sub cooling pipe system 20 and the heater piping system 30 are provided. Cooling water is circulated. Therefore, when the engine is cold, such as immediately after the start of the gasoline engine 1, of the total cooling water, the cooling water mainly circulating through the sub-cooling piping system 20 and the heater piping system 30 is generated by the heat generated in the gasoline engine 1. Heated. As a result, the temperature of the cooling water circulating through the throttle heater 21, the oil cooler 23, and the heater core 31 quickly rises, and these devices can be operated immediately after the engine is started.
[0029]
On the other hand, FIG. 1B schematically shows the flow of cooling water when the gasoline engine 1 is in a warm state in this cooling device. In this case, since the temperature of the cooling water is high and the thermostat 12 is opened, the cooling water is circulated through each of the main cooling piping system 10, the sub cooling piping system 20, and the heater piping system 30. become. That is, unlike the case where the engine is cold as shown in FIG. 1A, since the cooling water cooled by the radiator 11 is introduced into the water jacket of the gasoline engine 1, an excessive rise in temperature of the gasoline engine 1 is suppressed. You.
[0030]
FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of the piping structure of the cooling device according to the present embodiment shown in FIG. 2, the same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0031]
As described above, according to the cooling device for an internal combustion engine according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The throttle heater 21, the reserve tank 22, and the oil cooler 23 are connected in series by the auxiliary cooling pipes 20b and 20c. For this reason, in the cooling device of the gasoline engine 1 including a plurality of devices to which the cooling water is supplied, it is possible to preferably suppress the length of the cooling pipe from being lengthened, and to increase the required amount of the cooling water. Can be suppressed. Thus, the temperature of the cooling water is quickly raised by the heat generated in the gasoline engine 1. Therefore, even in a case where a plurality of devices to which the cooling water is supplied are provided, it is possible to preferably suppress the deterioration of the warm-up property of the gasoline engine 1. In addition, a decrease in the heat exchange efficiency of a heat exchanger utilizing heat generated from the gasoline engine 1, such as the throttle heater 21, the oil cooler 23, and the heater core 31, can be suitably suppressed.
[0032]
(2) The sub-cooling piping system 20 to which the throttle heater 21, the reserve tank 22, and the oil cooler 23 are connected, and the heater piping system 30 to which the heater core 31 is connected are always provided regardless of the warm-up state of the engine. Cooling water was circulated. Therefore, the cooling water heated by the heat generated in the gasoline engine 1 immediately after the start of the gasoline engine 1 flows through the sub-cooling piping system 20 and the heater piping system 30, and the throttle heater 21, the oil cooler 23, The function of a device utilizing the heat generated from the gasoline engine 1 such as the heater core 31 can also be secured promptly.
[0033]
(3) In general, the cooling water flow rate required by the heater core 31 used for heating the vehicle interior is larger than the cooling water flow rates required by the throttle heater 21 and the oil cooler 23, respectively. Therefore, the heater core 31 is connected to a heater piping system 30 which is a cooling piping system different from the sub-cooling piping system 20 to which the throttle heater 21 and the oil cooler 23 are connected. For this reason, the sub-cooling piping system 20 that supplies cooling water to the throttle heater 21 and the oil cooler 23 and the heater piping system 30 that supplies cooling water to the heater core 31 can use optimal piping. become.
[0034]
The above embodiment can be modified and implemented as follows.
-In the cooling device of the above-described embodiment, three cooling piping systems including the main cooling piping system 10, the sub cooling piping system 20, and the heating piping system 30 are provided. Instead of this, for example, as shown in a piping structure in FIG. 3 and an equivalent circuit diagram in FIG. 4, a structure having a heater core 31 in the sub-cooling piping system 20 may be adopted. That is, a structure having two cooling piping systems, such as the main cooling piping system 10 and the sub cooling piping system 20, may be employed. In this case, although the effect of the above (3) is hardly obtained, the total length of the cooling pipe is further shortened and the required amount of cooling water is reduced because the cooling pipe system is further reduced. When this piping structure is adopted, the arrangement order of the throttle heater 21, the reserve tank 22, the oil cooler 23, and the heater core 31 provided in the sub-cooling piping system 20 may be appropriately changed. Further, the auxiliary cooling piping system 20 may have a structure in which at least two heat exchangers of the throttle heater 21, the oil cooler 23, and the heater core 31 and the reserve tank 22 are connected in series.
[0035]
In the above-described embodiment, the throttle heater 21, the reserve tank 22, and the oil cooler 23 are provided in order from the upstream side in the flow direction of the cooling water flowing through the sub-cooling piping system 20, but the arrangement order may be changed as appropriate. You may.
[0036]
Although not particularly mentioned in the above embodiment, the reserve tank 22 may be provided at least in the sub-cooling piping system 20 corresponding to the highest position in the direction of gravity. In this case, the reserve tank 22 is provided in a portion where the bubbles in the sub-cooling piping system 20 are most likely to collect, so that the bubbles in the sub-cooling piping system 20 can be more reliably removed.
[0037]
In the above-described embodiment, the oil cooler 23 is a device that adjusts the temperature of the hydraulic oil of the transmission connected to the gasoline engine 1. A device that controls the temperature of its own lubricating oil or hydraulic oil may be used. The point is that any object can be used as long as it is an oil cooler that adjusts the temperature of hydraulic oil or the like using the cooling water of the internal combustion engine.
[0038]
In the above embodiment, the reserve tank 22 is of a completely sealed type, but the type is arbitrary. For example, even when a reserve tank of a type that is always open to the atmosphere is used, the cooling device according to the present invention can be similarly applied, and in this case, an effect equivalent to the above embodiment can be obtained. it can.
[0039]
-In the said embodiment, the case where the cooling device concerning this invention is applied to the gasoline engine 1 was illustrated. However, the target internal combustion engine is not limited to this gasoline engine 1 at all. The invention is equally applicable to diesel engines and other internal combustion engines.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a piping structure of an embodiment of a cooling device for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a piping circuit diagram showing the piping structure of the embodiment as an equivalent circuit.
FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing a piping structure of a modification of the embodiment.
FIG. 4 is a piping circuit diagram showing a piping structure of the modified example as an equivalent circuit.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a conventional cooling device for an internal combustion engine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gasoline engine, 1a ... Cooling water inlet, 1b ... 1st cooling water outlet, 1c ... 2nd cooling water outlet, 10 ... Main cooling piping system, 10a-10d ... Main cooling piping, 11 ... Radiator, 12 ... Thermostat, 13: water pump, 20: sub cooling piping system, 20a to 20d: sub cooling piping, 21: throttle heater, 22: reserve tank, 23: oil cooler, 30: heater piping system, 30a, 30b: heater Piping, 31 ... heater core.

Claims

A cooling pipe through which the cooling water of the internal combustion engine flows, a reserve tank having an air layer and a cooling water circulation path therein and removing bubbles in the cooling pipe with the circulation of the cooling water in the path; In a cooling device for an internal combustion engine including a plurality of heat exchangers to which the cooling water is supplied to use heat generated in the internal combustion engine,
A cooling device for an internal combustion engine, wherein the reserve tank and at least two of the plurality of heat exchangers are connected in series by the cooling pipe.

A plurality of heat exchangers, a throttle heater for heating the vicinity of a throttle valve of the internal combustion engine, an oil cooler for controlling the temperature of any hydraulic oil, and a cabin of a vehicle on which the internal combustion engine is mounted The cooling device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising at least two heater cores used for heating of the internal combustion engine.

A plurality of heat exchangers, a throttle heater for heating the vicinity of a throttle valve of the internal combustion engine, an oil cooler for controlling the temperature of any hydraulic oil, and a cabin of a vehicle on which the internal combustion engine is mounted The throttle heater and the oil cooler are connected in series to the reserve tank by the cooling pipe, and the heater core is another cooling pipe appropriately branched. 2. The cooling device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the cooling device is connected to the cooling device.

A plurality of heat exchangers, a throttle heater for heating the vicinity of a throttle valve of the internal combustion engine, an oil cooler for controlling the temperature of any hydraulic oil, and a cabin of a vehicle on which the internal combustion engine is mounted 2. The cooling device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising a heater core used for heating of the engine, wherein the throttle heater, the oil cooler, and the heater core are connected in series to the reserve tank through the cooling pipe.

The cooling device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein a piping through which cooling water constantly flows during operation of the internal combustion engine is selected as a cooling pipe to which the heat exchanger is connected.

The cooling device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the reserve tank is provided at a position highest in the direction of gravity of the cooling pipe.