(57)【要約】【課題】  冷間時におけるターボチャージャの冷却やエンジン停止後におけるターボチャージャからの蒸気の排出等を実現した内燃機関の冷却システムを提供する。【解決手段】ターボチャージャ４は、第１ターボチャージャ冷却配管４１を介してラジエータ５のアッパタンク７に接続され、第２ターボチャージャ冷却配管４２を介してヒータリターン配管３７に接続されている。第１ターボチャージャ冷却配管４１は、ターボチャージャ４からアッパタンク７に向けて、連続した上り勾配をもって配管されている。また、第２ターボチャージャ冷却配管４２も、ヒータリターン配管３７からターボチャージャ４に向けて、連続した上り勾配をもって配管されている。【選択図】図１
2008031865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の冷却水出口とラジエータのアッパタンクとを連通させるアッパ配管と、
前記ラジエータのロアタンクと内燃機関の冷却水入口とを連通させるロア配管と、
前記冷却水入口と前記ロア配管との間に介装され、前記内燃機関の冷間時において前記ロアタンクから前記内燃機関への冷却水の流れを阻止または抑制するサーモスタットと、
前記内燃機関に設置され、前記冷却水の圧送に供されるウォータポンプと、
前記内燃機関の排気システムに設置された水冷式のターボチャージャと
を有する内燃機関の冷却システムであって、
前記アッパタンクと前記ターボチャージャとを連通させる第１のターボチャージャ冷却配管と、
前記ウォータポンプの吸込側に常時連通される吸込側冷却水通路と前記ターボチャージャとを連通させる第２のターボチャージャ冷却配管と
を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却システム。
【請求項２】
前記第１のターボチャージャ冷却配管は、前記ターボチャージャから前記アッパタンクに向けて常に上り勾配あるいは水平をなすことを特徴とする、請求項１に記載された内燃機関の冷却システム。
【請求項３】
前記アッパタンクにエキスパンション配管を介して連通されるエキスパンションタンクを更に備え、
前記エキスパンション配管は、前記アッパタンクから前記エキスパンションタンクに向けて常に上り勾配あるいは水平をなすことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された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、水冷式のターボチャージャを備えた内燃機関の冷却システムに係り、詳しくは、冷間時におけるターボチャージャの冷却やターボチャージャからの蒸気の排出等を効果的に行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの自動車には、エンジンの運転温度を適正な範囲に保つべく、ラジエータや、冷却ファン、ウォータポンプ、サーモスタット、各種配管類等から構成された水冷式の冷却システム（以下、単に冷却システムと記す）が採用されている。冷却システムでは、冷機時にサーモスタットが閉弁することでエンジン側だけで冷却水（クーラント）が循環して暖機の促進が図られ、暖機完了後には、サーモスタットが適切な開弁量で開弁することで冷却水がラジエータにも循環し、エンジンの熱がラジエータから大気中に放出されて運転温度が略一定の範囲に維持される。冷却システムとしては、サーモスタットをエンジンの出口側に設置したもの（出口制御式）も存在するが、冷却水温度のハンチングが少ないこと等から、サーモスタットをエンジンの入口側に設置したもの（入口制御式）が採用されることが多い。なお、冷却システム内の冷却水は、その一部が空調装置のヒータコアに供給され、車室の暖房にも供される。
【０００３】
ターボチャージャを備えたエンジンでは、高温となるタービンシャフト軸受部の冷却もエンジン用の冷却システムによって行われることが一般的であり、エンジン本体からヒータコアに供給される冷却水の一部をターボチャージャに導入し、ターボチャージャによって加熱された冷却水をヒータのリターン配管に還流させるものが公知となっている（特許文献１参照）。特許文献１の冷却システムでは、ラジエータのアッパタンクに連通するエア抜き配管がリターン配管から分岐しており、エンジン停止後のターボチャージャの余熱によって発生した蒸気をリターン配管とエア抜き配管とを介してアッパタンクに排出させることでターボチャージャの温度上昇を抑制している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４９２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のエンジンは、後方排気システムを採用した横置きエンジンであることからターボチャージャの搭載位置が低く、ターボチャージャ冷却用の配管を比較的容易にレイアウトできる。ところが、前方排気システムを採用した横置きディーゼルエンジンでは、排気マニホールド直下にＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等が装着されることもあってターボチャージャの位置が高くなるため、特許文献１の配管方法ではターボチャージャ内で発生した蒸気をアッパタンクに排出させることができなかった。
【０００６】
そこで、本発明者等は、ターボチャージャとエキスパンションタンクとを連通させるエア抜き配管を設けることも試みたが、この場合、配管が複雑となって部品点数や組立工数が増加する他、ターボチャージャからの流出路が２つとなるために冷却水の循環バランスが取り難くなることが避けられなかった。また、エキスパンションタンクは、内容量を容易に確認できるように透過性を高める必要があることから、比較的耐熱性の低い樹脂素材を用いて成形されることが一般的であり、ターボチャージャからの高温の蒸気を直接流入させた場合には熱疲労によってその耐久性が低下する問題もあった。そこで、ウォータポンプの吐出側（例えば、シリンダブロック）とターボチャージャとを接続し、ターボチャージャとラジエータのアッパタンクとを接続することも試みたが、入口制御式の冷却システムを備えたエンジンでは、サーモスタットの閉弁時にターボチャージャに冷却水が循環せず、冷間時に急加速等の高負荷走行が行われるとターボチャージャの冷却が十分に行われなくなる虞があった。
【０００７】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、冷間時におけるターボチャージャの冷却やエンジン停止後におけるターボチャージャからの蒸気の排出等を実現した内燃機関の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】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の冷却水出口とラジエータのアッパタンクとを連通させるアッパ配管と、前記ラジエータのロアタンクと内燃機関の冷却水入口とを連通させるロア配管と、前記冷却水入口と前記ロア配管との間に介装され、前記内燃機関の冷間時において前記ロアタンクから前記内燃機関への冷却水の流れを阻止または抑制するサーモスタットと、前記内燃機関に設置され、前記冷却水の圧送に供されるウォータポンプと、前記内燃機関の排気システムに設置された水冷式のターボチャージャとを有する内燃機関の冷却システムであって、前記アッパタンクと前記ターボチャージャとを連通させる第１のターボチャージャ冷却配管と、前記ウォータポンプの吸込側に常時連通される吸込側冷却水通路と前記ターボチャージャとを連通させる第２のターボチャージャ冷却配管とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る内燃機関の冷却システムにおいて、前記第１のターボチャージャ冷却配管は、前記ターボチャージャから前記アッパタンクに向けて常に上り勾配あるいは水平をなすことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る内燃機関の冷却システムにおいて、前記アッパタンクにエキスパンション配管を介して連通されるエキスパンションタンクを更に備え、前記エキスパンション配管は、前記アッパタンクから前記エキスパンションタンクに向けて常に上り勾配あるいは水平をなすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、エンジンからアッパタンクに圧送された冷却水は、サーモスタットの開閉状態に拘わらず、第１のターボチャージャ冷却配管を介してターボチャージャに流入した後、ターボチャージャからウォータポンプの吸込側に第２のターボチャージャ冷却配管を介して流出するため、エンジンの冷間時においてもターボチャージャが円滑に冷却される。また、エンジン停止後の余熱によって発生した蒸気が第１のターボチャージャ冷却配管を介してアッパタンクに排出され、エンジンからの冷却水が第２のターボチャージャ冷却配管を介して供給されることにより、ターボチャージャの温度上昇が抑制される。また、請求項２の発明によれば、第１のターボチャージャ冷却配管内に蒸気溜まりができないため、ターボチャージャからアッパタンクへの蒸気の排出が円滑に行われる。また、請求項３の発明によれば、ターボチャージャからの蒸気は、アッパタンクに一旦流入した後、エキスパンション配管を介してエキスパンションタンクに流入するため、エキスパンションタンクが樹脂製品であっても熱疲労等が起こり難くなるとともに、エキスパンション配管内に蒸気溜まりができないため、アッパタンクからエキスパンションタンクへの蒸気の排出が円滑に行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を乗用車用のエンジンに適用した一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態に係るディーゼルエンジンの側面図であり、図２は実施形態に係るエンジン温間時における冷却水の流れを示す概念図である。
【００１３】
≪実施形態の構成≫
図１に示すエンジン１は、ターボチャージャ付きの直列４気筒ディーゼルエンジンであり、乗用車のエンジンルーム内に横置きに搭載されている。エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に締結されたシリンダヘッド３とを備えるとともに、排気系に水冷式のターボチャージャ４が装着されている。なお、ターボチャージャ４は、シリンダヘッド３に締結された排気マニホールドと排気管の上流側に連結されたＤＰＦとの間に介装されているが、図が煩雑になることを避けるべく、図１中におけるこれらの図示は省略する。
【００１４】
図２にも示すように、冷却システムは、エンジン１の前方（図１中の左方）に設置されたラジエータ５や、ラジエータ５の後面に配置された２基の電動ファン９ａ，９ｂ、冷却水を圧送するウォータポンプ１１、冷却水温を制御するサーモスタット１２、冷却システム内の気体（蒸気や空気）を冷却水から分離するエキスパンションタンク１３、車室内の空調に供されるヒータコア１４、これら各装置を接続する配管類等から構成されている。
【００１５】
ラジエータ５は、ラジエータコア６の上方から下方に冷却水を流通させるダウンフロー型であり、その上端にはアッパタンク７が設置され、下端にはロアタンク８が設置されている。アッパタンク７にはシリンダブロック２からの高温の冷却水がアッパホース（アッパ配管）３１を経由して流入し、ロアタンク８からはラジエータコア６によって冷却された冷却水がロアホース（ロア配管）３２を経由してシリンダブロック２に還流する。なお、ロアタンク８には水温センサ１０が取り付けられており、この水温センサ１０の検出信号に基づいて電動ファン９ａ，９ｂが回転駆動される。
【００１６】
ウォータポンプ１１は、ベルトを介してエンジン１のクランクシャフト（図示せず）によって駆動され、冷却水をシリンダブロック２やシリンダヘッド３へ圧送する。サーモスタット１２は、ウォータポンプ１１の吸込側に設置されたサーモスタットケース２１に収納されており、エンジン１の冷間時（例えば、冷却水温度が７８℃未満）に閉弁し、ロアホース３２からウォータポンプ１１への冷却水の流入を阻止する一方で、バイパス通路３３を介してシリンダブロック２からウォータポンプ１１に冷却水を流入させる。図２中に符号５１で示す部材は、エンジンオイルの冷却に供されるオイルクーラである。
【００１７】
エキスパンションタンク１３は、その上部がエキスパンション配管３４を介してアッパタンク７に連通され、その下部がリターン配管３５を介してロアタンク８に連通されている。エキスパンションタンク１３内には所定の水位をもって冷却水が貯留されており、エキスパンションタンク１３内では、アッパタンク７から流入した冷却水から気体（蒸気や空気）が分離される。
【００１８】
ヒータコア１４は、ヒータフィード配管３６を介してシリンダヘッド３に接続され、ヒータリターン配管（吸込側冷却水通路）３７を介してサーモスタットケース２１に接続されている。エンジン１の運転時において、ヒータリターン配管３７からサーモスタットケース２１に流入した冷却水は、サーモスタット１２の開閉状態に拘わらずウォータポンプ１１の吸込側に流入する。なお、ヒータリターン配管３７にはＥＧＲクーラ５２やＥＧＲバルブ５３、ＥＧＲバイパスバルブ５４等の冷却に供された冷却水がＥＧＲ冷却配管３８を経由して流入する。
【００１９】
ターボチャージャ４は、第１ターボチャージャ冷却配管４１を介してラジエータ５のアッパタンク７に接続され、第２ターボチャージャ冷却配管４２を介してヒータリターン配管３７に接続されている。なお、図２中に符号４３で示す部材は、シリンダヘッド３とアッパタンク７とを連通させるエア抜き配管であり、シリンダヘッド３からアッパタンク７に向けて上り勾配と水平とをもって配管されている。
【００２０】
本実施形態では、図１に示すように、第１ターボチャージャ冷却配管４１は、ターボチャージャ４からアッパタンク７に向けて、連続した上り勾配をもって配管されている。また、第２ターボチャージャ冷却配管４２も、ヒータリターン配管３７からターボチャージャ４に向けて、連続した上り勾配をもって配管されている。また、エキスパンション配管３４も、アッパタンク７からエキスパンションタンク１３に向けて、連続した上り勾配をもって配管されている。
【００２１】
≪実施形態の作用≫
以下、図面を参照して本実施形態の作用を説明する。
図３は実施形態に係るエンジン冷間時における冷却水の流れを示す概念図であり、図４は実施形態に係る温間状態でのエンジン停止時における冷却水の流れを示す概念図である。
【００２２】
＜エンジン冷間時＞
エンジン１の長時間にわたる停止によって冷却水の温度が低下すると、図３に示すようにサーモスタット１２が閉弁し、ロアホース３２からウォータポンプ１１への冷却水の流路が閉鎖される一方、シリンダブロック２とウォータポンプ１１とを連通させるバイパス通路３３が開放される。
【００２３】
この状態でエンジン１が始動されると、ウォータポンプ１１によってシリンダヘッド３に圧送された冷却水は、その大部分がシリンダブロック２からバイパス通路３３を経由してウォータポンプ１１に還流する他、一部がヒータコア１４やＥＧＲクーラ５２に供給される。これにより、冷却水がラジエータコア６によって冷却されなくなり、エンジン１の暖機が促進されるとともに、冬季における車室の暖房が速やかに開始されるようになる。
【００２４】
そして、本実施形態では、ラジエータ５のアッパタンク７とターボチャージャ４とが第１ターボチャージャ冷却配管４１により接続され、ターボチャージャ４とヒータリターン配管３７とが第２ターボチャージャ冷却配管４２により接続されているため、エンジン１の冷間時においても冷却水によるターボチャージャ４の冷却が行われる。すなわち、アッパタンク７には、シリンダブロック２からアッパホース３１を経由して流入した冷却水や、シリンダヘッド３からエア抜き配管４３を経由して流入した冷却水が所定の圧力をもって貯留されるため、これらの冷却水が第１ターボチャージャ冷却配管４１や、ターボチャージャ４、第２ターボチャージャ冷却配管４２、ヒータリターン配管３７を経由してウォータポンプ１１に還流し、その際にターボチャージャ４が冷却水によって冷却される。
【００２５】
これにより、エンジン１の暖機が完了していない状態で急加速走行等が行われても、ターボチャージャ４の温度上昇が効果的に抑制されることになる。なお、本実施形態の場合、冷間時にターボチャージャ４を冷却しないものや、冷間時にラジエータ５側に冷却水を一切循環させないもの（出口制御式のもの）に較べ、冷間時に冷却システム内を循環する冷却水の量が増加するが、その増加量は無視し得る程度であり、エンジン１の暖機に要する時間は従来の冷却システムを備えたものと較べて殆ど変わらない。
【００２６】
＜エンジン温間時＞
エンジン１の運転に伴って冷却水の温度が上昇すると、図２に示すようにサーモスタット１２が開弁し、バイパス通路３３が閉鎖される一方で、ロアホース３２からウォータポンプ１１への流路が開放されるようになる。すると、ウォータポンプ１１によってシリンダヘッド３に圧送された冷却水は、その大部分がシリンダブロック２からアッパホース３１を経由してアッパタンク７に流入し、ラジエータコア６内を上方から下方に流れながら熱を大気中に放出してロアタンク８に流入した後、ロアタンク８からロアホース３２やサーモスタットケース２１を経由してウォータポンプ１１に還流する。また、冷却システム内に存在する気体や冷却システム内で発生する気体を含んだ冷却水は、エキスパンション配管３４を経由してエキスパンションタンク１３に流入し、エキスパンションタンク１３内で気液分離された後にリターン配管３５を経由してロアタンク８に流入する。
【００２７】
本実施形態の場合、エンジン１の温間時においても、冷間時と同様に、アッパタンク７内の冷却水が第１ターボチャージャ冷却配管４１や、ターボチャージャ４、第２ターボチャージャ冷却配管４２、ヒータリターン配管３７を経由してウォータポンプ１１に還流し、その際にターボチャージャ４が冷却水によって冷却される。
【００２８】
＜エンジン停止時＞
エンジン１が高負荷運転後等に停止すると、冷却システムでは、ウォータポンプ１１が停止することによって冷却水の流れがなくなり、ターボチャージャ４内では、その余熱によって冷却水が沸騰して多量の蒸気が発生することがある。
【００２９】
本実施形態の場合、ターボチャージャ４で発生した蒸気は、図１，図３中に破線の矢印で示すように、連続した上り勾配をもって配管された第１ターボチャージャ冷却配管４１を経由してアッパタンク７に流入した後、これも連続した上り勾配をもって配管されたエキスパンション配管３４を経由してアッパタンク７からエキスパンションタンク１３に流入する。そして、ターボチャージャ４には、蒸気となってアッパタンク７側に流出した分の冷却水が第２ターボチャージャ冷却配管４２を経由してヒータリターン配管３７側から供給され、その冷却水によってターボチャージャ４が冷却される。
【００３０】
本実施形態では、このような構成を採ったことにより、サーモスタット１２が閉弁する冷間時や高負荷運転後のエンジン停止時においても、ターボチャージャ４を効果的に冷却することができるようになった。また、ターボチャージャ４で発生した蒸気をアッパタンク７に一旦流入させた後に、エキスパンションタンク１３に流入させるようにしたため、エキスパンションタンク１３が比較的耐熱性の低い樹脂素材を用いて成形されたものであってもその熱疲労を抑制することができた。更に、第１ターボチャージャ冷却配管４１をはじめ、第２ターボチャージャ冷却配管４２やエキスパンション配管３４がアッパタンク７やエキスパンションタンク１３に向けて上り勾配をもって配管されているため、冷却システム内で発生した蒸気や冷却水交換時に冷却システム内に残留したエアの排出がスムーズに行えるようになった。
【００３１】
以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用したものであるが、Ｖ型エンジンやガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。また、上記実施形態では吸込側冷却水通路としてヒータリターン配管を採用したが、サーモスタットケース等を採用してもよい。また、上記実施形態はエキスパンションタンクを備えた冷却システムに本発明を適用したものであるが、エキスパンションタンクの無い冷却システムにも適用可能である。その他、冷却システムの具体的機器構成や配管方法等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態に係るディーゼルエンジンの側面図である。
【図２】実施形態に係るエンジン温間時における冷却水の流れを示す概念図である。
【図３】実施形態に係るエンジン冷間時における冷却水の流れを示す概念図である。
【図４】実施形態に係る温間状態でのエンジン停止時における冷却水の流れを示す概念図である。
【符号の説明】
【００３３】
１      エンジン
４      ターボチャージャ
５      ラジエータ
７      アッパタンク
８      ロアタンク
１１    ウォータポンプ
１２    サーモスタット
１３    エキスパンションタンク
３１    アッパホース（アッパ配管）
３２    ロアホース（ロア配管）
３４    エキスパンション配管
３７    ヒータリターン配管（吸込側冷却水通路）
４１    第１ターボチャージャ冷却配管
４２    第２ターボチャージャ冷却配管
【図１】
2008031865.tif 000003
【図２】
2008031865.tif 000004
【図３】
2008031865.tif 000005
【図４】
2008031865.tif 000006