(57)【要約】【課題】内燃機関の冷却回路において、内燃機関の操作材料を冷却するための熱交換器を、省スペースで配置できるようにするとともに、できるだけ効率的に動作させることができるようにする。【解決手段】シリンダブロック４と少なくとも１つのシリンダヘッド３とを有する内燃機関２と、冷却水ポンプ５と、主熱交換器６と、内燃機関の操作材料のための熱交換器７とを備える。冷却回路１は、冷却水ポンプ５よりも下流側における分岐点Ａと接続点Ｂの間で分岐している。少なくとも１つのシリンダヘッド３が、シリンダヘッド分岐回路８内に組み入れられている。シリンダブロック４が、シリンダブロック分岐回路９内に組み入れられている。操作材料のための熱交換器７は、シリンダヘッド分岐回路８内で、少なくとも１つのシリンダヘッド３よりも下流側に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２）のための冷却回路（１）であって、
シリンダブロック（４）と少なくとも１つのシリンダヘッド（３）とを有する前記内燃機関（２）と、冷却水ポンプ（５）と、主熱交換器（６）と、内燃機関（２）の操作材料のための熱交換器（７）とを備え、
冷却回路（１）が、冷却水ポンプ（５）よりも下流側において、分岐点（Ａ）と接続点（Ｂ）の間で分岐しており、
少なくとも１つのシリンダヘッド（３）が、シリンダヘッド分岐回路（８）内に組み入れられており、
シリンダブロック（４）がシリンダブロック分岐回路（９）内に組み入れられており、
操作材料のための熱交換器（７）が、シリンダヘッド分岐回路（８）内で、少なくとも１つのシリンダヘッド（３）よりも下流側に配置されていることを特徴とする内燃機関の冷却回路。
【請求項２】
遮断弁（１０）が、シリンダブロック分岐回路（９）内でシリンダブロック（４）よりも下流側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の冷却回路。
【請求項３】
主熱交換器（６）が接続点（Ｂ）よりも下流側に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の冷却回路。
【請求項４】
主熱交換器（６）と冷却水ポンプ（５）との間に制御弁（１１）が配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関の冷却回路。
【請求項５】
接続点（Ｂ）と主熱交換器（６）との間からバイパス路（１２）が分岐しており、このバイパス路（１２）が制御弁（１１）に接続されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関の冷却回路。
【請求項６】
制御弁（１１）が作動特性マップ式のサーモスタットにて構成されていることを特徴とする請求項４または５記載の内燃機関の冷却回路。
【請求項７】
シリンダヘッド分岐回路（８）内で並列に２つ以上のシリンダヘッド（３）に冷却水が流され、操作材料のための熱交換器（７）は、シリンダヘッド（３）の下流に配置されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関の冷却回路。
【請求項８】
操作材料のための熱交換器（７）がインタークーラであることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項記載の内燃機関の冷却回路。
【請求項９】
操作材料のための熱交換器（７）が排気冷却器であることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項記載の内燃機関の冷却回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の冷却回路に関し、特にシリンダヘッドとシリンダブロックとのための別々の冷却水供給路を備えるとともに、内燃機関のための操作材料を冷却するための熱交換器を備えた、内燃機関の冷却回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の冷却回路は、自動車工学の分野において、内燃機関の排熱を利用することを目的として、内燃機関用の操作材料の冷却のために、例えば排気、給気、または潤滑剤の冷却のために、使用されている。これにより、内燃機関の効率および／または排気組成に影響を及ぼすことができる。
【０００３】
特許文献１（ドイツ公開公報第１０２００４０５２１３７号明細書）には、シリンダブロックおよびシリンダヘッドを備える内燃機関のための２回路式の冷却装置が示されている。ここでは、シリンダブロックは、シリンダブロック冷却水回路に組み込まれている。一方、シリンダヘッドは、それとは別の、シリンダヘッド冷却水回路に組み込まれている。どちらの冷却水回路にも、共通の冷却水ポンプから冷却水が供給される。シリンダブロック冷却水回路は調整要素によって閉じることができ、それにより、内燃機関の冷間始動後にシリンダブロックがより急速に温度上昇する。さらに、それぞれの冷却水回路を、異なる温度レベルで動作させることができる。
【０００４】
特許文献２（ドイツ公開公報第１０３３２９４７号明細書）にも、同様に２回路式の冷却装置を備えた、自動車用の内燃機関が記載されている。ここでは、シリンダヘッドとシリンダブロックが別々の冷却水分岐路を使用することができる。それらの分岐路には、共通の流入口を通して冷却水ポンプから冷却水が供給される。シリンダヘッドおよびシリンブロックを流れた冷却水は、対応する構成部品から流出した後に再び合流されて、冷却水ポンプに循環される。その際、選択的に、排気冷却器、加熱用の熱交換器、および潤滑油冷却器を備える分岐路を通して冷却水を冷却水ポンプに送ることができる。または第２の分岐路を通して選択的に主熱交換器に送る、もしくは主熱交換器を迂回して冷却水ポンプに直接送ることができる。
【０００５】
しかし、公知の冷却水回路においては、冷却水は既に内燃機関全体を流れたものであり、すなわちシリンダヘッドもシリンダブロックも流れたものであり、そのために温度上昇している冷却水しか排気冷却器に送り込まれないことが欠点である。それにより、排気を冷却する際の効率が低下する。さらに、冷却水ポンプに冷却水を返流させるために２つの異なる分岐路を一体化するには、大きな設置スペースが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ドイツ公開公報第１０２００４０５２１３７号明細書
【特許文献２】ドイツ公開公報第１０３３２９４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、内燃機関の冷却回路であって、内燃機関の操作材料を冷却するための熱交換器を、省スペースで配置できるようにするとともに、できるだけ効率的に動作させることができる冷却回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１の特徴部分によって解決される。
すなわち、本発明の内燃機関の冷却回路は、少なくとも１つのシリンダヘッドおよびシリンダブロックを有する内燃機関と、冷却水ポンプと、主熱交換器と、内燃機関の操作材料のための熱交換器とを備え、冷却回路が、冷却水ポンプの下流における分岐点と接続点の間で分岐しており、少なくとも１つのシリンダヘッドがシリンダヘッド分岐回路内に組み入れられ、シリンダブロックがシリンダブロック分岐回路内に組み入れられた冷却回路において、操作材料のための熱交換器が、シリンダヘッド分岐回路内で、少なくとも１つのシリンダヘッドの下流に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
内燃機関の操作材料のための熱交換器をシリンダヘッドの下流かつ接続点の上流におけるシリンダヘッド分岐回路内に組み入れることにより、その熱交換器には、シリンダブロック分岐回路に比べて冷たい、シリンダヘッド分岐路回路の冷却水が流れる。それにより、熱交換器内で操作材料をより良く冷却することができる。これは、内燃機関の効率および／または排気組成に良い影響を及ぼす。当然、上記の冷却回路の構成部品の他に、必要に応じて加熱用熱交換器などさらなる要素を組み込むこともできる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態では、シリンダブロック分岐回路内におけるシリンダブロックの下流に遮断弁が配置される。この遮断弁によって、シリンダブロック分岐回路内の冷却水の流量を調整することができる。したがって、好ましくはシリンダブロック分岐回路を遮断することにより、内燃機関の始動後に内燃機関をより急速に温度上昇させることができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、主熱交換器（冷却水のための熱交換器）が、接続点の下流に配置される。主熱交換器は、最大の冷却力を有し、シリンダヘッドおよびクランクケースからの冷却水をこの主熱交換器に送り込むことができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態では、主熱交換器と冷却水ポンプとの間に制御弁が配置される。制御弁は、冷却水ポンプに供給すべき冷却水の流量を調整する。
本発明の好ましい実施形態では、接続点と主熱交換器との間からバイパス路が分岐し、このバイパス路が制御弁に接続される。バイパス路は、シリンダヘッドおよびシリンダブロックからの冷却水を接続点の下流で分岐させて制御弁に送ることによって、必要に応じて主熱交換器を迂回させるためのものである。制御弁は、温度に依存して、バイパス路と主熱交換器のどちらに冷却水を流すかを切り替える。そのために、制御弁は、作動特性マップ式のサーモスタットとして構成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、シリンダヘッド分岐回路内で並列に２つ以上のシリンダヘッドに冷却水が流され、操作材料のための熱交換器が、シリンダヘッドの下流に配置される。Ｖ形またはＷ形構成のシリンダバンクを備えた内燃機関は、複数のシリンダヘッドを有する。これらのシリンダヘッドはシリンダヘッド分岐回路内において並列に組み入れられる。これらのシリンダヘッドからの冷却水は、再び集められてから操作材料のための熱交換器に供給される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態では、操作材料のための熱交換器は、インタークーラとして構成される。インタークーラは、過給機によって圧縮された給気を冷却するためのものである。これにより効率を高めることができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態では、操作材料のための熱交換器は、排気冷却器として構成される。排気冷却器では、内燃機関からの排気の少なくとも一部が冷却され、不活性気体として内燃機関の燃焼プロセスに供給される（排気再循環）。その結果生じる燃焼温度の低下により、排気中の窒素酸化物の割合が減少する。
【００１６】
本発明のさらなる詳細、特徴、および利点は、図面を参照して、以下の好ましい例示的な実施形態の説明から明らかになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内燃機関の操作材料のための熱交換器をシリンダヘッドの下流かつ接続点の上流におけるシリンダヘッド分岐回路内に組み入れることにより、その熱交換器には、シリンダブロック分岐回路に比べて冷たい、シリンダヘッド分岐路回路の冷却水を流すことができる。それにより、熱交換器内で操作材料をより良く冷却することができる。これは、内燃機関の効率および／または排気組成に良い影響を及ぼす。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】内燃機関の冷却回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１において、内燃機関２は、個々のシリンダの燃焼室を含むシリンダブロック４と、燃焼室のガス交換のために必要な装置を備えたシリンダヘッド３とを有する。内燃機関２は、その動作時に、化学エネルギーを電気エネルギーおよび熱エネルギーに変換する。そのため、内燃機関２は排熱用の冷却回路１内に組み入れられる。図示した２回路式の冷却機構では、冷却水ポンプ５が内燃機関２に冷却水を送る。冷却水の流れは、分岐点Ａで２つの並列の分岐回路８、９に分岐する。シリンダヘッド３はシリンダヘッド分岐回路８内に組み入れられ、シリンダブロック４はシリンダブロック分岐回路９内に組み入れられる。内燃機関２の動作時には、シリンダブロック４の燃焼室内で主に行われるエネルギーの変換により、シリンダブロック４は、シリンダヘッド３よりも急速かつ急激に温度上昇する。分岐回路８、９は、それぞれシリンダヘッド３およびシリンダブロック４の下流において接続点Ｂで再び合流される。シリンダヘッド分岐回路８内には、シリンダヘッド３と接続点Ｂとの間に、内燃機関２の操作材料のための熱交換器７が配置される。これに関連して、操作材料とは、内燃機関２の機能に必要とされる気体または流体であり、例えば排気、給気、または潤滑油である。シリンダブロック分岐回路９内には、シリンダブロック４と接続点Ｂとの間に遮断弁１０が配置される。この遮断弁１０によって、内燃機関２、特に内燃機関２の始動の際のシリンダブロック４の急速な温度上昇を目的として、必要時にはシリンダブロック分岐回路９を遮断することができる。
【００２０】
遮断弁１０は、好ましくは、低圧作動式の回転弁として設計することができる。冷却水は、接続点Ｂから主熱交換器６に達し、さらにそこから制御弁１１に達する。制御弁１１の出口は、冷却水ポンプ５の吸入側に接続されている。接続点Ｂと主熱交換器６の間におけるバイパス分岐点Ｃからバイパス路１２が分岐している。このバイパス路１２を通って、冷却水は、内燃機関２から、主熱交換器（主水冷器）６を迂回して制御弁１１に、したがって冷却水ポンプ５に、達することができる。この目的のためには、制御弁１１は、２つの流入口および１つの流出口を有する、作動特性マップ式のサーモスタット、またはロータリーバルブとして設計されることが好ましい。当然、本発明による冷却回路１は、図示した要素に限定されない。追加の加熱用熱交換器、オイルクーラー、水冷却器などを、冷却回路１またはその部分回路に組み込むことができる。
【符号の説明】
【００２１】
１  冷却回路
２  内燃機関
３  シリンダヘッド
４  シリンダブロック
５  冷却水ポンプ
６  主熱交換器
７  操作材料のための熱交換器
８  シリンダヘッド分岐回路
９  シリンダブロック分岐回路
１０  遮断弁
１１  制御弁
１２  バイパス路
Ａ  分岐点
Ｂ  接続点
Ｃ  バイパス分岐点
【図１】
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