(57)【要約】【課題】二系統の冷却系統が設けられた冷却システムにおいて、簡易な構成により好適に内燃機関の性能を向上させる冷却システムを提供することを目的とする。【解決手段】内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサよりも下流に設けられたインタークーラと、内燃機関に接続され、該内燃機関を冷却する冷却系統である第一冷却系統と、インタークーラに接続され、該インタークーラを通過する吸気を冷却する冷却系統である第二冷却系統と、を有する内燃機関の冷却システムにおいて、作動液が相変化することにより熱を移動させるヒートパイプであって、該ヒートパイプの蒸発部側が、コンプレッサよりも下流でインタークーラよりも上流の吸気通路における所定区間に設けられ、該ヒートパイプの凝縮部側が、第一冷却系統に設けられたヒートパイプを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサよりも下流の前記吸気通路に設けられたインタークーラと、
前記内燃機関に接続され、該内燃機関を冷却する冷却系統である第一冷却系統と、
前記インタークーラに接続され、該インタークーラを通過する吸気を冷却する冷却系統である第二冷却系統と、を有する内燃機関の冷却システムにおいて、
ケーシングと、該ケーシングの内部に封入された作動液と、該作動液が蒸発する部分である蒸発部と、該作動液の蒸気が凝縮する部分である凝縮部と、を有し、該作動液が相変化することにより熱を移動させるヒートパイプであって、該ヒートパイプの前記蒸発部側が、前記コンプレッサよりも下流で前記インタークーラよりも上流の前記吸気通路における所定区間に設けられ、該ヒートパイプの前記凝縮部側が、前記第一冷却系統に設けられたヒートパイプを備える、内燃機関の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に接続される冷却系統（以下、「内燃機関の冷却系」と称する場合もある。）と、水冷インタークーラに接続される冷却系統（以下、「水冷インタークーラの冷却系」と称する場合もある。）と、の二系統の冷却系統が設けられた冷却システムが知られている。そして、特許文献１には、このような冷却システムにおいて、各冷却系統が有する放熱部へ何れの冷却系統からも冷却水を流すことができるように、流水経路の切替手段を備える技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４２２０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の冷却系と水冷インタークーラの冷却系の二系統の冷却系統が設けられた冷却システムにおいて、内燃機関の冷却系の冷却能力に余剰が生じた場合、該余剰分の冷却能力を水冷インタークーラの冷却系に利用することによって、吸気の冷却を促進し、以て内燃機関の性能向上を図ることができる。そして、従来、冷却水の流水経路を切換えることによって、前記余剰分の冷却能力を水冷インタークーラの冷却系に利用していた。しかしながら、冷却水の流水経路を切換える場合には、該切換えに伴う制御が必要となる。
【０００５】
本発明は、二系統の冷却系統が設けられた冷却システムにおいて、簡易な構成により好適に内燃機関の性能を向上させる冷却システム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】
上記課題を解決するために本発明に係る内燃機関の冷却システムは、内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサよりも下流の前記吸気通路に設けられたインタークーラと、前記内燃機関に接続され、該内燃機関を冷却する冷却系統である第一冷却系統と、前記インタークーラに接続され、該インタークーラを通過する吸気を冷却する冷却系統である第二冷却系統と、を有するシステムにおいて、ケーシングと、該ケーシングの内部に封入された作動液と、該作動液が蒸発する部分である蒸発部と、該作動液の蒸気が凝縮する部分である凝縮部と、を有し、該作動液が相変化することにより熱を移動させるヒートパイプであって、該ヒートパイプの前記蒸発部側が、前記コンプレッサよりも下流で前記インタークーラよりも上流の前記吸気通路における所定区間に設けられ、該ヒートパイプの前記凝縮部側が、前記第一冷却系統に設けられたヒートパイプを備える。
【０００７】
ここで、ヒートパイプは、作動液が相変化することにより蒸発部から凝縮部へ熱を移動させる。詳しくは、ヒートパイプの蒸発部側の雰囲気温度が凝縮部側の雰囲気温度よりも高い場合に、蒸発部において作動液が蒸発し凝縮部において該作動液の蒸気が凝縮することによって、蒸発部側の雰囲気の熱を凝縮部側の雰囲気へ移動させる。したがって、上記冷却システムにおいては、ヒートパイプの蒸発部側が設けられた吸気通路における所定区間の温度が、ヒートパイプの凝縮部側が設けられた第一冷却系統の温度よりも高い場合に、該吸気通路における所定区間を流れる吸気の熱が該第一冷却系統に移動することになる。一方、ヒートパイプの蒸発部側が設けられた吸気通路における所定区間の温度が、ヒー
トパイプの凝縮部側が設けられた第一冷却系統の温度よりも低い場合には、ヒートパイプは、該第一冷却系統から該吸気通路における所定区間を流れる吸気へ熱を移動させない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、二系統の冷却系統が設けられた冷却システムにおいて、簡易な構成により好適に内燃機関の性能を向上させる冷却システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の冷却システムの概略構成を示す図である。
【図２】ヒートパイプの概念を示す図である。
【図３】本発明の実施形態におけるヒートパイプの作用を説明するための図であって、高水温冷却系統および低水温冷却系統における熱の流れと、吸気温度の変化と、を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１１】
＜システム構成＞
図１は、本実施形態に係る内燃機関の冷却システムの概略構成を示す図である。図１には、内燃機関の冷却システムとともに該内燃機関の吸排気系を示している。図１に示す内燃機関１は、水冷式の内燃機関である。
【００１２】
先ず、内燃機関１の吸排気系について説明する。内燃機関１は吸気通路４と接続されている。吸気通路４には吸気の流れに従って順に、エアクリーナ４１、排気のエネルギを駆動源として作動する過給機６のコンプレッサ６１、後述するヒートパイプ３の蒸発部３３側、および水冷インタークーラ２が設けられている。外気が導入されるエアクリーナ４１には、図示しないエアフローメータが設けられていて、該エアフローメータが、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力し、それが図示しないＥＣＵに入力される。コンプレッサ６１は、エアクリーナ４１からの吸気を過給することができる。コンプレッサ６１よりも下流で水冷インタークーラ２よりも上流の吸気通路４（以下、「吸気通路４ａ」と称する場合もある。）における所定区間に後述する蒸発部３３側が設けられたヒートパイプ３は、該吸気通路４ａにおける所定区間を流れる吸気の熱を後述する高水温冷却系統７に移動させることができる。なお、ヒートパイプ３についての詳細は、後述する。水冷インタークーラ２は、後述する低水温冷却系統８の冷却水を用いて吸気を冷却する。そして、水冷インタークーラ２を通過した吸気が内燃機関１に吸入される。なお、水冷インタークーラ２と内燃機関１との間の吸気通路４には、図示しないスロットル弁が設けられていて、該スロットル弁が吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。
【００１３】
内燃機関１は排気通路５と接続されている。排気通路５の途中には過給機６のタービン６２が設けられている。そして、排気通路５は、図示しない触媒や消音器を経由して大気中に開放されている。
【００１４】
次に、本実施形態に係る内燃機関の冷却システムについて、説明する。内燃機関１には、該内燃機関１を冷却する高水温冷却系統７が接続されている。なお、本実施形態においては高水温冷却系統７が、本発明における第一冷却系統に相当する。高水温冷却系統７は
、第一冷却回路７１、第一ラジエータ７２、サーモスタット７３、および第一ウォーターポンプ７４を含み、該高水温冷却系統７の冷却水は、その温度が後述する低水温冷却系統８の冷却水温度よりも高くされている。高水温冷却系統７では、第一ウォーターポンプ７４が第一冷却回路７１の冷却水を汲み上げる。詳しくは、サーモスタット７３と第一ウォーターポンプ７４との間の第一冷却回路７１（図１において、流路７１ａとして表される。）から冷却水を汲み上げる。そして、第一ウォーターポンプ７４がその冷却水を内燃機関１のウォータージャケットに吐出することによって、内燃機関１のウォータージャケットに冷却水が供給される。
【００１５】
内燃機関１のウォータージャケット出口には、第一冷却回路７１が接続されていて（図１において、流路７１ｂとして表される。）、第一ウォーターポンプ７４によって供給されウォータージャケットを流通した冷却水が、該第一冷却回路７１に戻る。そして、流路７１ｂの冷却水は、第一ラジエータ７２に流入する。第一ラジエータ７２は、冷却水と外気とで熱交換を行うことによって、冷却水から熱を奪う。そして、第一ウォーターポンプ７４が、第一冷却回路７１を介して第一ラジエータ７２の冷却水を汲み上げることによって、冷却水が第一冷却回路７１を循環する。その結果、第一ラジエータ７２により冷却された冷却水によって、内燃機関１が冷却される。また、第一ラジエータ７２により冷却された冷却水が流通する、第一ラジエータ７２と第一ウォーターポンプ７４との間の第一冷却回路７１には、後述するヒートパイプ３の凝縮部３４側が設けられている。なお、ヒートパイプ３についての詳細は、後述する。
【００１６】
そして、サーモスタット７３には、流路７１ｂから分岐した流路７１ｃが接続されていて、サーモスタット７３は、該流路７１ｃの導通または遮断を切換える。詳しくは、サーモスタット７３は、冷却水の温度が所定温度（例えば、９０℃）よりも低いときは、流路７１ｃを導通させる。更に、このとき、サーモスタット７３は、ヒートパイプ３とサーモスタット７３との間の第一冷却回路７１（図１において、流路７１ｄとして表される。）を遮断する。これにより、内燃機関１を早期に暖機することができる。一方、冷却水の温度が前記所定温度以上のときは、サーモスタット７３は、流路７１ｃを遮断し流路７１ｄを導通させる。ただし、上記は一例であって、サーモスタット７３は、流路７１ｃと流路７１ｄの両方を同時に導通させることもできる。この場合は、サーモスタット７３により、流路７１ｃ側の流量と流路７１ｄ側の流量とが調整される。
【００１７】
また、水冷インタークーラ２には、該水冷インタークーラ２を通過する吸気を冷却する低水温冷却系統８が接続されている。なお、本実施形態においては低水温冷却系統８が、本発明における第二冷却系統に相当する。低水温冷却系統８は、第二冷却回路８１、第二ラジエータ８２、および第二ウォーターポンプ８３を含む。低水温冷却系統８では、第二ウォーターポンプ８３により第二ラジエータ８２から冷却水が汲み上げられる。なお、第二ラジエータ８２は、冷却水と外気とで熱交換を行うことによって、冷却水から熱を奪う。そして、第二ラジエータ８２により冷却された冷却水が、第二冷却回路８１を介して（この流路は、図１において、流路８１ａとして表される。）水冷インタークーラ２に流入する。そして、水冷インタークーラ２は、その冷却水を用いて吸気を冷却する。そして、水冷インタークーラ２の冷却水が第二冷却回路８１を介して（この流路は、図１において、流路８１ｂとして表される。）第二ラジエータ８２に戻されることによって、第二冷却回路８１を冷却水が循環する。なお、第二ウォーターポンプ８３には、例えば電動ポンプが用いられる。
【００１８】
ここで、内燃機関１の運転状態が過給領域に属する場合には、コンプレッサ６１により吸気が過給され、内燃機関１に吸入される吸入空気温度が高くなり易い。そして、内燃機関１の吸入空気温度が高くなると、例えば内燃機関１がガソリンエンジンである場合には、気筒内でノッキングやプレイグニッションといった異常燃焼が起こり易くなる。また、
内燃機関１の吸入空気温度が高いときは低いときよりも充填効率が低下し、内燃機関１の出力が低下する傾向にある。そこで、水冷インタークーラ２を用いて、コンプレッサ６１により過給された吸気を冷却する。ここで、水冷インタークーラ２を流通する冷却水の温度が低いほど吸気を冷却し易くなる。したがって、水冷インタークーラ２に接続される低水温冷却系統８の冷却水は、その温度が可及的に低くされることが望ましい。また、水冷インタークーラ２に流入する吸気の温度が低いほど、水冷インタークーラ２から流出する吸気の温度、すなわち内燃機関１の吸入空気温度が低くなる傾向にある。したがって、水冷インタークーラ２に流入する吸気の温度は、可及的に低くされることが望ましい。
【００１９】
＜ヒートパイプ＞
図２は、ヒートパイプ３の概念を示す図である。図２に示すように、ヒートパイプ３は、作動液を内部に封入するケーシング３１を有している。そして、ヒートパイプ３は、作動液の相変化を利用して熱を移動させる。ここで、図２において、ヒートパイプ３における作動液が蒸発する部分を蒸発部３３とし、ヒートパイプ３における作動液蒸気が凝縮する部分を凝縮部３４とする。また、ヒートパイプ３の蒸発部３３側の雰囲気が凝縮部３４側の雰囲気よりも高温となっているとする。このようなヒートパイプ３では、高温側の雰囲気の熱を蒸発部３３の作動液が吸収する。そして、熱を吸収した作動液は蒸発し、作動液蒸気が凝縮部３４へ移動する。そして、凝縮部３４へ移動した作動液蒸気は、低温側の雰囲気へ熱を放出して凝縮する。つまり、高温側の雰囲気の熱が低温側の雰囲気へ移動することになる。凝縮した作動液は、例えば重力の作用により蒸発部３３へ還流される。
【００２０】
そして、ヒートパイプ３は、蒸発部３３側から凝縮部３４側へのみ熱を移動させる。つまり、ヒートパイプ３の蒸発部３３側の温度が凝縮部３４側の温度よりも高い場合に、蒸発部３３側から凝縮部３４側へ熱を移動させ、ヒートパイプ３の蒸発部３３側の温度が凝縮部３４側の温度よりも低い場合には熱を移動させない。
【００２１】
そして、本実施形態に係る内燃機関の冷却システムでは、上記の図１に示したように、ヒートパイプ３の蒸発部３３側が、吸気通路４ａにおける所定区間に設けられ、ヒートパイプ３の凝縮部３４側が、第一ラジエータ７２とサーモスタット７３との間の第一冷却回路７１に設けられる。以下、本実施形態に係る内燃機関の冷却システムによる作用について、説明する。
【００２２】
＜作用＞
図３は、ヒートパイプ３の作用を説明するための図であって、高水温冷却系統７および低水温冷却系統８における熱の流れと、吸気温度の変化と、を示す図である。図３における内燃機関１の運転状態は過給領域に属していて、大気温の吸気がコンプレッサ６１によって過給される。そして、コンプレッサ６１によって過給された吸気は高温となる。ここで、コンプレッサ６１によって過給された吸気の温度は、高水温冷却系統７の冷却水の温度よりも高くなる傾向にある。そして、コンプレッサ６１によって過給された吸気の温度が高水温冷却系統７の冷却水の温度よりも高くなると、ヒートパイプ３の蒸発部３３によって吸気の熱が吸収され、その熱がヒートパイプ３の凝縮部３４によって高水温冷却系統７へ放出される。その結果、図３に示すように、吸気通路４ａにおける所定区間を流れる吸気（以下、「所定区間の吸気」と称する場合もある。）の熱が高水温冷却系統７に移動することになり、該吸気が冷却される。ここで、所定区間の吸気の熱が、上記の図１に示したように、第一ラジエータ７２とサーモスタット７３との間の第一冷却回路７１へ放出される場合には、該吸気の熱は、それを受熱した冷却水が内燃機関１のウォータージャケットを通って第一ラジエータ７２に流入することによって、最終的に第一ラジエータ７２により放熱される。
【００２３】
なお、所定区間の吸気の熱は、第一冷却回路７１を介さず直接第一ラジエータ７２に放
出されてもよい。この場合、例えば、ヒートパイプ３の凝縮部３４側が第一ラジエータ７２に設けられる。そして、このように、所定区間の吸気の熱が直接第一ラジエータ７２に放出される場合、例えば第一冷却回路７１を循環する冷却水の流量が少ないときであっても、可及的に多くの熱を高水温冷却系統７に移動させることができる。
【００２４】
このようにしてヒートパイプ３によって冷却された吸気が水冷インタークーラ２に流入する。そして、水冷インタークーラ２を通過する吸気の熱が、第二ラジエータ８２に移動することで、該吸気が冷却される。その結果、内燃機関１の吸入空気温度が比較的低温となる。
【００２５】
ここで、本実施形態に係る内燃機関の冷却システムは、ヒートパイプ３を備えることによって、ヒートパイプ３を備えないシステムと比較して、内燃機関１の運転状態が過給領域に属する場合において、水冷インタークーラ２に流入する吸気の温度を低下させることができる。これにより、ヒートパイプ３を備えないシステムよりも、内燃機関１の吸入空気温度を低下させることができる。そして、内燃機関１の吸入空気温度が低くなると、例えば内燃機関１がガソリンエンジンである場合には、気筒内でノッキングやプレイグニッションといった異常燃焼が起こり難くなるため、点火時期を進角することができる。つまり、本実施形態に係る内燃機関の冷却システムは、該冷却システムが適用されるガソリンエンジンの運転状態が過給領域に属する場合において、点火時期の進角を可能とし、以て該ガソリンエンジンにおける燃料消費を低減させることができる。また、内燃機関１の吸入空気温度が低くなると、内燃機関１の充填効率が高くなり、内燃機関１の出力を増加させ易くなる。
【００２６】
一方、内燃機関１の運転状態が過給領域に属していない場合には、吸気がコンプレッサ６１によって過給されることがないため、コンプレッサ６１を通過した後の吸気の温度は大気温のままになり易い。この場合、所定区間の吸気の温度は、高水温冷却系統７の冷却水の温度よりも低くなる傾向にある。ここで、本実施形態に係る内燃機関の冷却システムにおいては、ヒートパイプ３が所定区間の吸気から高水温冷却系統７へのみ熱を移動させるように、そのシステムが構成されているので、高水温冷却系統７の冷却水の熱は所定区間の吸気へ移動し難くなる。
【００２７】
仮に、吸気通路４ａの所定区間において、本発明の構成によらない手段によって該所定区間を流れる吸気の熱を高水温冷却系統７に移動させようとした場合、所定区間の吸気と高水温冷却系統７との間で両方向に熱が移動し得ることになる。この場合、所定区間の吸気の温度が高水温冷却系統７の冷却水の温度よりも低いときには、高水温冷却系統７の冷却水の熱は所定区間の吸気へ移動し易くなる。そして、このように移動した熱は、それを受熱した吸気が水冷インタークーラ２に流入することによって、低水温冷却系統８へ放熱されることになる。つまり、高水温冷却系統７から所定区間の吸気へ熱が移動することによって、結果的に高水温冷却系統７から低水温冷却系統８へ熱が移動することになる。その結果、低水温冷却系統８の冷却水の温度が上昇する。そして、低水温冷却系統８の冷却水の温度が上昇すると、次の過給運転において、内燃機関１の吸入空気温度が高くなり易い。
【００２８】
本実施形態では、ヒートパイプ３が所定区間の吸気から高水温冷却系統７へのみ熱を移動させるので、内燃機関１の運転状態が過給領域に属していない場合において、高水温冷却系統７から低水温冷却系統８へ熱が移動し難くなる。つまり、本実施形態に係る内燃機関の冷却システムは、内燃機関１の運転状態が過給領域に属していない場合、低水温冷却系統８の冷却水の温度の上昇を抑制することができる。その結果、次の過給運転における内燃機関１の吸入空気温度の上昇を抑制することができ、内燃機関１における燃料消費の低減や内燃機関１の出力の増加に貢献する。
【００２９】
以上に述べたように、本実施形態に係る内燃機関の冷却システムは、ヒートパイプ３という簡易な構成により好適に内燃機関１の性能を向上させることを可能とする。
【符号の説明】
【００３０】
１・・・内燃機関
２・・・水冷インタークーラ
３・・・ヒートパイプ
４・・・吸気通路
５・・・排気通路
６・・・過給機
７・・・高水温冷却系統
８・・・低水温冷却系統
３１・・ケーシング
３３・・蒸発部
３４・・凝縮部
６１・・コンプレッサ
７１・・第一冷却回路
８１・・第二冷却回路
【図１】
2018123724.tif 000003
【図２】
2018123724.tif 000004
【図３】
2018123724.tif 000005