(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートが形成されたシリンダヘッドと、シリンダヘッドが接続されるシリンダブロックとを備えターボチャージャが取り付けられたターボチャージャ付き内燃機関に適用される内燃機関の冷却装置において、
前記内燃機関を冷却し、設定温度が互いに異なりかつ独立した２つの冷却系統と、
前記２つの冷却系統のいずれか一方の冷却系統に含まれ、前記吸気ポート、前記ターボチャージャ及び前記シリンダブロックの順序でこれらを冷却する冷却回路と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記一方の冷却系統は、前記設定温度が他方の冷却系統に比べて低い請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記一方の冷却系統は、冷却に用いる冷媒の流量が他方の冷却系統に比べて少ない請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記内燃機関には前記ターボチャージャに過給された空気を冷却するためのインタークーラが設けられており、
前記冷却回路は、前記吸気ポートを冷却する前に前記インタークーラを冷却する請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記内燃機関はシリンダ内に燃料を直接噴射するインジェクタが設けられた筒内直接噴射式の内燃機関であり、
前記冷却回路は、前記ターボチャージャを冷却する前に前記インジェクタを冷却する請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ付き内燃機関に適用される冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷却装置として、冷却水をシリンダヘッドの排気系、ターボチャージャ、ラジエータ及びシリンダブロックの順番に流す冷却系統を備えたものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５７１０２号公報
【特許文献２】特開昭５９−２２４４１４号公報
【特許文献３】特開２００１−１５２９６１号公報
【特許文献４】特開２００１−１０７７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の冷却装置は、ターボチャージャを冷却した冷却水がシリンダブロックのウォータアウトレットに供給されるため暖機性はよい。しかし、暖機後におけるシリンダヘッドの吸気系に対する冷却が十分といえないから、冷却性能と暖機性との両立を図るには改善の余地がある。
【０００５】
そこで、本発明は、冷却性能と暖機性との両立を図ることが可能な内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の冷却装置は、吸気ポートが形成されたシリンダヘッドと、シリンダヘッドが接続されるシリンダブロックとを備えターボチャージャが取り付けられたターボチャージャ付き内燃機関に適用される内燃機関の冷却装置において、前記内燃機関を冷却し、設定温度が互いに異なりかつ独立した２つの冷却系統と、前記２つの冷却系統のいずれか一方の冷却系統に含まれ、前記吸気ポート、前記ターボチャージャ及び前記シリンダブロックの順序でこれらを冷却する冷却回路と、を備えたものである（請求項１）。
【０００７】
この冷却装置によれば、暖機完了後の通常運転時においては、一方の冷却系統によって吸気ポートが冷却されて内燃機関のノッキングを抑制できるとともに、この冷却系統と独立した他方の冷却系統によって内燃機関が冷却されるので通常運転時の冷却性能が高い。そして、内燃機関の暖機完了前の冷間時においては、ターボチャージャの冷却でターボチャージャから奪った熱をシリンダブロックへ移すことができるため暖機性が向上する。従って、冷却性能と暖機性との両立を図ることができる。
【０００８】
本発明の冷却装置の一態様において、前記一方の冷却系統は、前記設定温度が他方の冷却系統に比べて低くてもよい（請求項２）。この態様によれば、他の冷却系統よりも低温域で吸気ポートを冷却できるため冷却性能が更に向上する。
【０００９】
本発明の冷却装置の一態様において、前記一方の冷却系統は、冷却に用いる冷媒の流量が他方の冷却系統に比べて少なくてもよい（請求項３）。この場合は一方の冷却系統の熱容量が他方の冷却系統に比べて小さくなって冷媒が昇温し易くなるので暖機性が更に向上する。
【００１０】
本発明の冷却装置の一態様において、前記内燃機関には前記ターボチャージャに過給された空気を冷却するためのインタークーラが設けられており、前記冷却回路は、前記吸気ポートを冷却する前に前記インタークーラを冷却してもよい（請求項４）。この態様によれば、発熱量が高い吸気ポートの冷却の前にインタークーラが冷却されるため、インタークーラを低温に保つことが容易である。
【００１１】
本発明の冷却装置の一態様において、前記内燃機関はシリンダ内に燃料を直接噴射するインジェクタが設けられた筒内直接噴射式の内燃機関であり、前記冷却回路は、前記ターボチャージャを冷却する前に前記インジェクタを冷却してもよい（請求項５）。内燃機関の高温運転時においては、インジェクタが加熱されてインジェクタ内部に存在する燃料が気化することにより燃料噴射が上手くできずに、例えば内燃機関の再始動性を悪化させる。この態様によれば、インジェクタが冷却されることによって、インジェクタ内部に存在する燃料の気化を防止できるから再始動性の悪化を抑制できる。また、ターボチャージャの冷却によって冷媒が昇温する前にインジェクタが冷却されるのでインジェクタの冷却性が高い。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明の冷却装置によれば、暖機完了後の通常運転時においては、一方の冷却系統によって吸気ポートが冷却されて内燃機関のノッキングを抑制できるとともに、この冷却系統と独立した他方の冷却系統によって内燃機関が冷却されるので通常運転時の冷却性能が高い。そして、内燃機関の暖機完了前の冷間時においては、ターボチャージャの冷却でターボチャージャから奪った熱をシリンダブロックへ移すことができるため暖機性が向上する。従って、冷却性能と暖機性との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の形態に係る冷却装置が適用された内燃機関の全体構成を模式的に示した図。
【図２】図１の内燃機関の一部を模式的に示した図。
【図３】第２の形態に係る冷却装置が適用された内燃機関の全体構成を模式的に示した図。
【図４】第３の形態に係る冷却装置が適用された内燃機関の全体構成を模式的に示した図。
【図５】図４の内燃機関の一部を模式的に示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の形態）
図１及び図２に示すように、内燃機関１は複数（図では一つ）のシリンダ２が設けられ、シリンダ２内にピストン３が往復動自在に設けられたレシプロ式の内燃機関として構成されている。内燃機関１は各シリンダ２が形成されたシリンダブロック６と、各シリンダ２の上部を塞ぐようにしてシリンダブロック６に接続されたシリンダヘッド７とを有する。シリンダブロック６にはインジェクタ８が先端部をシリンダ２内に臨ませるようにして取り付けられている。従って、内燃機関１はインジェクタ８にてシリンダ２内に燃料を直接噴射する筒内直接噴射式の内燃機関として構成される。
【００１５】
シリンダヘッド７にはシリンダ内に空気を流入させる吸気ポート１０と、燃焼後の排気をシリンダ２から排出させる排気ポート１１とがそれぞれ形成されている。吸気ポート１０は吸気バルブ１３にて、排気ポート１１は排気バルブ１４にてそれぞれ所定タイミングで開閉される。なお、図示を省略したが、シリンダヘッド７にはシリンダ２内に形成された混合気を着火する点火プラグが取り付けられている。内燃機関１には排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボチャージャ１５が設けられており、そのターボチャージャ１５にて圧縮された空気は吸気ポート１０を介してシリンダ２内に取り込まれて燃焼に供される。また、内燃機関１にはターボチャージャ１５により過給された空気を冷却するインタークーラ１６が取り付けられている。
【００１６】
図１に示すように、内燃機関１にはその各部を冷却するための冷却装置２０が適用されている。冷却装置２０は互いに独立した二つの冷却系統２１、２２備えている。エンジン冷却系統２１は主としてシリンダヘッド７の排気ポート１１周辺を冷却する。エンジン冷却系統２１は破線で示した経路に沿って冷媒であるクーラントを循環させる冷却回路２３を有している。冷却回路２３には、冷却が終わったクーラントと外気との間で熱交換を行う熱交換器２４が設けられており、その熱交換器２４にて熱交換されたクーラントはポンプ２５にて圧送される。シリンダヘッド７には排気ポート１１を取り囲むように形成された冷媒通路２６が形成されており、その冷媒通路２６は冷却回路２３の一部を構成する。シリンダヘッド７の下流の冷却回路３０は熱交換器２４に接続されている。図示のようにクーラントが冷却回路２３に沿って循環するため、シリンダヘッド７の排気ポート１１の周辺が冷却される。
【００１７】
低温冷却系統２２は、上述したエンジン冷却系統２１よりも設定温度が低くなるように設定され、かつクーラントの流量がエンジン冷却系統２１よりも少なくなるように設定されている。低温冷却系統２２は実線で示した冷却回路３０を備えており、クーラントは冷却回路３０に沿って循環する。
【００１８】
冷却回路３０には冷却後のクーラントと外気との間で熱交換を行う熱交換器３１が設けられており、その熱交換器３１にて熱交換されたクーラントはポンプ３２にて圧送される。冷却回路３０はポンプ３２の下流側で二つに分岐され、一方の分岐路３０ａはシリンダヘッド７側に延びており、他方の分岐路３０ｂはインタークーラ１６に接続されている。シリンダヘッド７側に延びた分岐路３０ａは、吸気ポート１０を取り囲むようにしてシリンダヘッド７に形成された冷媒通路３５に通じており、その冷媒通路３５は冷却回路３０の一部を構成する。冷媒通路３５にクーラントが導かれることにより、吸気ポート１０が冷却される。冷却回路３０は冷媒通路３５を経てターボチャージャ１５に接続され、クーラントはターボチャージャ１５の内部に形成された不図示の通路に導かれてターボチャージャ１５の各部を冷却する。
【００１９】
図１に示すように、ターボチャージャ１５の下流の冷却回路３０はシリンダブロック６に形成されたウォータジャケット３６に接続されている。周知のようにウォータジャケット３６は各シリンダ２を取り囲むように延びている通路である。ウォータジャケット３６の下流において、インタークーラ１６を冷却した他方の分岐路３０ｂが合流している。冷却回路３０はその合流位置よりも下流で熱交換器３１に接続されている。このように、低温冷却系統２２に含まれる冷却回路３０は、吸気ポート１０、ターボチャージャ１５及びシリンダブロック６の順序でこれらを冷却する。
【００２０】
冷却装置２０は上記構成を有するため、内燃機関１の暖機完了後の通常運転時においては、低温冷却系統２２によって吸気ポート１０が冷却されて内燃機関１のノッキングを抑制できるとともに、この冷却系統と独立したエンジン冷却系統２１によって内燃機関１が冷却されるので通常運転時の冷却性能が高い。そして、内燃機関１の暖機完了前の冷間時においては、ターボチャージャ１５の冷却でターボチャージャ１５から奪った熱をシリンダブロック６へ移すことができるため暖機性が向上する。従って、冷却装置２０は冷却性能と暖機性との両立を図ることができる。
【００２１】
また、低温冷却系統２２の設定温度がエンジン冷却系統２１に比べて低いので、低温冷却系統２２はエンジン冷却系統２１よりも低温域で吸気ポート１０を冷却できるため冷却性能が更に向上する。しかも、低温冷却系統２２は、冷却に用いるクーラントの流量がエンジン冷却系統２１に比べて少ないので、低温冷却系統２２の熱容量がエンジン冷却系統２１に比べて小さくなる。従って、低温冷却系統２２のクーラントが昇温し易くなるので暖機性が更に向上する。本形態においては、低温冷却系統２２が本発明に係る一方の冷却系統に、エンジン冷却系統２１が本発明に係る他の冷却系統にそれぞれ相当する。
【００２２】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を、図３を参照しながら説明する。第２の形態は冷却装置の一部の形態を除いて第１の形態と共通するので、共通する部材には同一の参照符号を図面に付して説明を省略する。第２の形態に係る冷却装置４０は互いに独立な二つの冷却系統４１、４２を有している。エンジン冷却系統４１は第１の形態の冷却系統２１と同一の構成である。低温冷却系統４２はエンジン冷却系統４１に比べて設定温度が低くかつクーラントの流量が少なくなるように設定されている。低温冷却系統４２は冷却回路４５を含んでおり、その冷却回路４５には熱交換器４６及びポンプ４７が設けられている。ポンプ４７の下流の冷却回路４５は、第１の形態と異なり分岐せずにインタークーラ１６に接続されている。従って、冷却回路４５は吸気ポート１０を冷却する前にインタークーラ１６を冷却することになる。
【００２３】
第２の形態によれば、第１の形態と同様に、吸気ポート１０、ターボチャージャ１５及びシリンダブロック６の順序で冷却されるから第１の形態と同一の効果を得ることができる。更に、第２の形態によれば、発熱量が高い吸気ポート１０の冷却の前にインタークーラ１６が冷却されるため、インタークーラ１６を低温に保つことが容易である。本形態においては、低温冷却系統４２が本発明に係る一方の冷却系統に、エンジン冷却系統４１が本発明に係る他の冷却系統にそれぞれ相当する。
【００２４】
（第３の形態）
次に、本発明の第３の形態を、図４及び図５を参照しながら説明する。第３の形態は冷却装置の一部の形態を除いて第１の形態と共通するので、共通する部材には同一の参照符号を図面に付して説明を省略する。第３の形態に係る冷却装置５０は互い独立な二つの冷却系統５１、５２を有している。エンジン冷却系統５１は第１の形態の冷却系統２１と同一の構成である。低温冷却系統５２はエンジン冷却系統５１に比べて設定温度が低くかつクーラントの流量が少なくなるように設定されている。低温冷却系統５２は冷却回路５５を含んでおり、その冷却回路５５には熱交換器５６及びポンプ５７が設けられている。冷却回路５５はポンプ５７の下流で二つに分岐し、一方の分岐路５５ａがシリンダヘッド７側へ延びており、他方の分岐路５５ｂがインタークーラ１６に接続されている。シリンダヘッド７には吸気ポート１０を囲むようにして冷媒通路５８が形成されており、その冷媒通路５８はインジェクタ８を取り囲むようにしてシリンダブロック６に形成された冷媒通路５９と繋がっている。各冷媒通路５８、５９は冷却回路５５の一部を構成する。従って、シリンダヘッド７に導かれたクーラントは図５の矢印で示すように、各冷媒通路５８、５９にて吸気ポート１０及びインジェクタ８の周囲に導かれてこれらを冷却し、ターボチャージャ１５へ導かれる。つまり、冷却回路５５はターボチャージャ１５を冷却する前にインジェクタ８を冷却する。
【００２５】
第３の形態によれば、第１の形態と同様に、吸気ポート１０、ターボチャージャ１５及びシリンダブロック６の順序でこれらが冷却されるから第１の形態と同一の効果を得ることができる。更に、第３の形態によれば、インジェクタ８が冷却されることによって、インジェクタ８内部に存在する燃料の気化を防止できるから、その気化によって燃料噴射がうまく行かずに内燃機関１の再始動性が悪化する事態を防止できる。また、ターボチャージャ１５の冷却によってクーラントが昇温する前にインジェクタ８が冷却されるのでインジェクタ８の冷却性が高い。本形態においては、低温冷却系統５２が本発明に係る一方の冷却系統に、エンジン冷却系統５１が本発明に係る他の冷却系統にそれぞれ相当する。
【００２６】
本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記各形態では、冷却装置が適用される内燃機関として筒内直接噴射式の内燃機関が例示されているが、本発明の冷却装置は適用対象となる内燃機関の形式を問わない。例えば、吸気ポートにインジェクタが設けられたポート噴射式の内燃機関に本発明を適用できるし、点火プラグを要しない自着火型のディーゼル機関等の内燃機関にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００２７】
１  内燃機関
６  シリンダブロック
７  シリンダヘッド
８  インジェクタ
１０  吸気ポート
１５  ターボチャージャ
１６  インタークーラ
２０、４０、５０  冷却装置
２１、４１、５１  エンジン冷却系統（他方の冷却系統）
２２、４２、５２  低温冷却系統（一方の冷却系統）
３０、４５、５５  冷却回路
【図１】
0005903917.tif 000002
【図２】
0005903917.tif 000003
【図３】
0005903917.tif 000004
【図４】
0005903917.tif 000005
【図５】
0005903917.tif 000006