(57)【要約】【課題】水冷インタークーラの冷媒温度を正確に検知して、出力特性および燃費を向上させる内燃機関を提供する。【解決手段】吸気を過給する過給機４と、過給機４によって過給された吸気を冷媒（Ｌ）によって冷却する水冷インタークーラ５と、水冷インタークーラ５の冷媒（Ｌ）を空気によって冷却するラジエータ（６）と、を有する内燃機関１であって、水冷インタークーラ５で熱交換されて加温された冷媒（Ｌ１）をラジエータ（６）へ供給する第１の冷媒流路８１と、ラジエータ（６）で熱交換されて冷却された冷媒（Ｌ２）を水冷インタークーラ５へ供給する第２の冷媒流路８２と、冷媒（Ｌ１）の温度を検知する温度センサ９と、を備え、水冷インタークーラ５は、第１の冷媒流路８１への冷媒出口８１ａが、第２の冷媒流路８２からの冷媒入口８２ａよりも重力方向で上側に配設され、温度センサ９は、第１の冷媒流路８１配設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体へ導く吸気を過給する過給機と、この過給機によって過給された吸気を冷媒によって冷却する水冷インタークーラと、この水冷インタークーラの冷媒を空気によって冷却するラジエータと、を有する内燃機関であって、
前記水冷インタークーラで熱交換されて加温された前記冷媒を前記ラジエータへ供給する第１の冷媒流路と、
前記ラジエータで熱交換されて冷却された前記冷媒を前記水冷インタークーラへ供給する第２の冷媒流路と、
前記冷媒の温度を検知する温度センサと、を備え、
前記水冷インタークーラは、前記第１の冷媒流路への冷媒出口が、前記第２の冷媒流路からの冷媒入口よりも重力方向で上側に配設され、
前記温度センサは、前記第１の冷媒流路に配設されていること、
を特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記温度センサは、前記第１の冷媒流路の最上部に配設されていること、
を特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
電動モータで駆動され前記機関本体を冷却する冷却水を循環させるウォーターポンプとは異なる循環ポンプによって前記冷媒を循環させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に係り、特に、水冷インタークーラの冷媒温度を検知する温度センサを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載される内燃機関において、環境保護の観点から排気量を小さくして小型化を図りながら出力を向上させるために過給機を搭載するとともに、吸気効率を向上させ燃焼温度を制御して有害物質を低減するために吸入空気（吸気）を冷却する水冷インタークーラを設ける技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載された内燃機関では、水冷インタークーラの冷媒（冷却水）を冷却するサブラジエータと、このサブラジエータに冷媒を圧送して循環させるウォーターポンプと、備えている。
【０００４】
サブラジエータは、エンジンを冷却するメインラジエータとは冷却水の適温が異なるため、独立して設けられている。エンジンの冷却水循環回路と吸気系の冷却水循環回路は、独立した別系統の冷却水循環回路で構成されている。
吸気系の冷却水を循環させるウォーターポンプは、エンジンによって駆動される吸気用カム軸で駆動される。
【０００５】
エンジンの冷却システムに関して、エンジンの燃焼温度を適切に管理ために、エンジンの冷却水の温度を検知する温度センサを設けて、冷却水の温度を管理する技術が開示されている（例えば、特許文献２）。
特許文献２に記載された内燃機関では、エンジンのシリンダヘッドに取り付けられるウォーターアウトレットの分岐部にエンジンの冷却水の温度を検知する温度センサを設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２４２８４号公報（特許請求の範囲、明細書の第３頁の左下、および右下欄）
【特許文献２】特開２００６−７０７６０号公報（特許請求の範囲、発明の効果、および図１，図２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された内燃機関では、水冷インタークーラの冷却水を循環させるウォーターポンプがエンジンの駆動力を利用して駆動されるため、エンジンの駆動力が消費されるため燃費が悪化するとともに、エンジンの回転数に依存するので冷却水の温度を適正に管理しにくいという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載された内燃機関では、エンジンの冷却水を循環させるウォーターポンプが、エンジンの駆動力を利用して回転させるので、エンジンが駆動している間は冷却水が循環するため的確に冷却水の温度を検知することができるが、エンジン冷却用のウォーターポンプとは別個に独立して制御できる水冷インタークーラの冷却水を循環させるウォーターポンプを設けた場合には、インタークーラ冷却用のウォーターポンプを停止させると冷却水が滞留するため正確な温度を検知することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、水冷インタークーラの冷媒温度を正確に検知して、出力特性および燃費を向上させる内燃機関を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、機関本体へ導く吸気を過給する過給機と、この過給機によって過給された吸気を冷媒によって冷却する水冷インタークーラと、この水冷インタークーラの冷媒を空気によって冷却するラジエータと、を有する内燃機関であって、前記水冷インタークーラで熱交換されて加温された前記冷媒を前記ラジエータへ供給する第１の冷媒流路と、前記ラジエータで熱交換されて冷却された前記冷媒を前記水冷インタークーラへ供給する第２の冷媒流路と、前記冷媒の温度を検知する温度センサと、を備え、前記水冷インタークーラは、前記第１の冷媒流路への冷媒出口が、前記第２の冷媒流路からの冷媒入口よりも重力方向で上側に配設され、前記温度センサは、前記第１の冷媒流路に配設されていること、を特徴とする。
【００１１】
本発明に係る内燃機関は、吸気を冷却する水冷インタークーラの冷媒（冷却水）の温度を正確に検知することができる温度センサを備えたことで、検知した冷媒の温度に基づいて内燃機関の吸気温度を適正に管理することができるため、内燃機関の出力特定および燃費を向上させることができる。
【００１２】
前記水冷インタークーラは、前記第１の冷媒流路への冷媒出口が、前記第２の冷媒流路からの冷媒入口よりも重力方向で上側に配設されていることで、下側に配設された冷媒入口から導入された冷媒を上側に配設された冷媒出口まで円滑に移動させて、冷媒を下側から上側に自然に対流を生じさせることができる。
【００１３】
このため、例えば冷媒を循環させる循環ポンプを停止させた場合であっても本発明に係る内燃機関は、前記温度センサが前記第１の冷媒流路に配設されていることで、前記水冷インタークーラによって熱交換され冷媒入口から冷媒出口まで加温されながら移動してきた冷媒温度を前記水冷インタークーラの下流側に配設された第１の冷媒流路で検知する。
【００１４】
このようにして、本発明に係る内燃機関は、水冷インタークーラによって冷媒を対流させ、対流によって移動する冷媒の温度を検知することで、冷媒温度の検知精度を向上させることができる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関であって、前記温度センサは、前記第１の冷媒流路の最上部に配設されていること、を特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る内燃機関は、前記温度センサを前記第１の冷媒流路の最上部に配設したことで、自然対流によって最も高温になる第１の冷媒流路の最上部で冷媒の温度を検知するため、安定したバラつきが少ない冷媒の温度を検知して検知精度をより向上させることができる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の内燃機関であって、電動モータで駆動され、前記機関本体を冷却する冷却水を循環させるウォーターポンプとは異なる循環ポンプによって前記冷媒を循環させることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る内燃機関は、電動モータで駆動され、前記機関本体を冷却する冷却水を循環させるウォーターポンプとは異なる循環ポンプを備えたことで、循環ポンプを停止させた場合であっても水冷インタークーラによって対流を生じさせて冷媒温度を正確に検知するとともに、冷媒温度が適正な範囲内である場合には電動モータを停止させることができるため、エネルギー損失を低減して効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、水冷インタークーラの冷媒温度を正確に検知して、出力特性および燃費を向上させることができる内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関を車両に搭載した状態を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る内燃機関における水冷インタークーラの冷却水の循環経路を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る内燃機関を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態に係る内燃機関１について、車両１００に搭載した状態を例として適宜図１から図３を参照しながら詳細に説明する。参照する図１は、車両の前部を側面から見た側面図であり、車両や内燃機関を仮想線で表した図である。図２は内燃機関の冷却水の循環経路を示すメインラジエータシステムと水冷インタークーラの冷却水の循環経路を示すサブラジエータシステムとを説明するための平面図である。図３は図１の内燃機関の斜視図である。
【００２２】
なお、図１と図３においては、説明の便宜上、機関本体や補機類等は、形状を簡略化したり省略したりして示す。図２においては、水冷インタークーラの冷却水の循環経路を示すものであるため、構成要素を省略したり、サイズや配置を変更したりして示す。
【００２３】
車両１００は、図１に示すように、前部に配置され内燃機関１を搭載するエンジンルームＥＧと、内燃機関１の前方に配設されたメインラジエータＭＲ（図２参照）と、を備えている。
図２に示すように、メインラジエータＭＲは、機関本体２を冷却するエンジン冷却システム１０を構成する要素であり、機関本体２によって加熱されたクーラントＣ２を外気によって冷却する熱交換器である。
【００２４】
エンジン冷却システム１０は、メインラジエータＭＲによって冷却されたクーラントＣ１を機関本体２へ供給するウォーターポンプ１１と、クーラントＣ２の温度を検知する温度センサ１２と、を備えている。
【００２５】
ウォーターポンプ１１は、内燃機関１のクランクシャフト（不図示）とタイミングベルト（不図示）等を介して連結され、クランクシャフト（不図示）の回転を利用して駆動される。このため、ウォーターポンプ１１は、内燃機関１が駆動されていれば駆動され、内燃機関１が停止されていれば停止されている。
また、ウォーターポンプ１１は、内燃機関１の回転速度が速い場合（高回転）にはクーラントＣ（Ｃ１，Ｃ２）の循環速度も速くなり（流量が増大）、内燃機関１の冷却効率を向上させるようになっている。一方、内燃機関１の回転速度が遅い場合（低回転）にはクーラントＣ（Ｃ１，Ｃ２）の循環速度も遅くなり（流量が減少）、内燃機関１の冷却効率を抑制するようになっている。
【００２６】
なお、本実施形態においては内燃機関１を車両１００に搭載して説明したが、車両１００に限定されるものではなく、船舶等であってもよい。
【００２７】
内燃機関１は、図２に示すように、機関本体２と、機関本体２へ吸気Ｋ（吸入空気）を導く吸気管３と、この吸気管３に配設され外気から導入した吸気Ｋ１を過給する過給機４と、過給機４によって過給された吸気Ｋ２を冷媒である冷却水Ｌによって冷却する水冷インタークーラ５と、冷却水Ｌを空気によって冷却するラジエータであるサブラジエータ６と、燃焼後の排気ガスＨを排出する排気管ＥＸと、を備えている。
【００２８】
なお、機関本体２の燃焼室（不図示）へ導入する吸気Ｋは、図２に示すように、外気から導入する吸気Ｋ１、過給機４で過給した吸気Ｋ２、および水冷インタークーラ５で冷却した吸気Ｋ３を総称して示すものとする。
【００２９】
機関本体２は、図１に示すように、クランクシャフトやピストン等（不図示）が装着されるシリンダブロック２１と、燃焼室および動弁室（不図示）が形成されたシリンダヘッド２２と、を備え、鋳鉄やアルミ合金等の剛性体で構成されている。
【００３０】
吸気管３は、シリンダヘッド２２の吸気（吸気ポート）側に連結され、各シリンダの燃焼室（不図示）にそれぞれ吸気Ｋ３を導くために多岐管３１（インテークマニホールド）を備えている。多岐管３１は、内燃機関１の特性に応じて種々の形態を採用することができる。
【００３１】
過給機４は、例えば内燃機関１の排気Ｈの排気圧力を利用してタービン４１を回転させるいわゆるターボチャージャーによって外気から導入した吸気Ｋ１（図２参照）を過給する装置であるが、特に限定されるものではなく、内燃機関１の駆動力を利用したいわゆるスーパーチャージャーであってもよい。
過給機４によって過給された吸気Ｋ２（図２参照）は、圧縮されて温度が上昇しているため、水冷インタークーラ５によって冷却され吸気密度を高めてから多岐管３１へ送られるようになっている。
【００３２】
水冷インタークーラ５は、図２に示すように、吸気Ｋ２を冷却する水冷インタークーラシステム５００を構成する要素であり、過給機４によって過給された吸気Ｋ２と冷却水Ｌ１とを熱交換して吸気Ｋ２を冷却して密度を高めた吸気Ｋ３を生成するための熱交換器である。水冷インタークーラ５は多岐管３１の上流側に接続されている。水冷インタークーラ５によって冷却された吸気Ｋ３が、過給機４によって多岐管３１に押し込まれるようになっている。
【００３３】
サブラジエータ６は、冷却水Ｌ２を冷却するための水冷インタークーラシステム５００を構成する要素であり、冷却水Ｌ１と吸気Ｋ２とを熱交換して加温された冷却水Ｌ２を外気と熱交換して冷却する。
サブラジエータ６は、車両１００のエンジンルームＥＧ内に配設されるが、ダクト等を設けて外気を導入できる場所であれば、特に限定されない。
【００３４】
水冷インタークーラシステム５００は、水冷インタークーラ５およびサブラジエータ６の他、さらに冷却水Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）を循環させる循環ポンプ５１と、水冷インタークーラ６で熱交換されて加温された冷却水Ｌ１をサブラジエータ６へ供給する第１の冷媒流路８１と、サブラジエータ６で熱交換されて冷却された冷却水Ｌ２を水冷インタークーラ５へ供給する第２の冷媒流路８２と、冷却水Ｌ２の温度を検知する温度センサ９と、を備えている。
【００３５】
図１と図３に示すように、水冷インタークーラ５は、第１の冷媒流路８１への冷媒出口８１ａが、第２の冷媒流路８２からの冷媒入口８２ａよりも重力方向で上側に配設されている。かかる構成により、サブラジエータ６によって冷却された冷却水Ｌ２が下側に配設された冷媒入口８２ａから導入され、この導入された冷却水Ｌ２と過給機４によって加熱された吸気Ｋ２（図２参照）とが熱交換される。
【００３６】
そして、加熱された吸気Ｋ２（図２参照）と熱交換された冷却水Ｌ１は、加温されて比重が低下し自然に上昇するので冷媒出口８１ａに向かって円滑に移動する。このため、例えば外気温等の条件によって循環ポンプ５１を停止させた場合であっても、水冷インタークーラ５は、下側に配設された冷媒入口８２ａから導入された冷却水Ｌ２を上側に配設された冷媒出口８１ａまで円滑に移動させることで、冷却水Ｌを下側から上側に自然に対流させることができる。
このようにして、水冷インタークーラ５は、低温の冷却水Ｌ２と過給機４によって過給された吸気Ｋ２（図２参照）との熱交換を効率よく行うことができる。
【００３７】
循環ポンプ５１は、電動モータ（不図示）で駆動され、機関本体２を冷却する冷却水Ｃ１，Ｃ２（図２参照）を循環させるウォーターポンプ１１（図２参照）とは異なるウォーターポンプによって冷却水Ｌを循環させる。
このため、内燃機関１の回転速度に連動して駆動されるウォーターポンプ１１（図２参照）とは別個独立に制御することができる。
【００３８】
かかる構成により、内燃機関１は、温度センサ９によって検知した冷却水温度に基づいて、電動モータを制御することができるため、冷却水温度を適正に管理することができる。また、冷却水温度が予め設定した適正な範囲内である場合には電動モータを適宜停止させることができるため、内燃機関１のエネルギー損失を低減して効率を向上させることができる。例えば、外気温が低下して冷媒を循環させる必要がない場合には循環ポンプ５１を停止させて、内燃機関１の駆動損失を低減して燃費を向上させることができる。
【００３９】
このようにして、本発明の実施形態に係る内燃機関１は、冷却水温度の検知誤差を防止する目的のみで冷却水Ｌを循環させるための循環ポンプ５１を駆動させる必要がないので、効率よくエネルギーロスを防止しながら冷却水温度を適正に管理することができる。
【００４０】
温度センサ９は、例えば、冷却水温度を感知して抵抗値が変化する半導体の性質を利用して電気的に冷却水Ｌ１の温度を検知するセンサであるが、種々の形態を採用することができ特に限定されるものではない。
【００４１】
温度センサ９は、図１に示すように、重力方向において第１の冷媒流路８１の最上部８１ｂに配設されている。第１の冷媒流路８１を流通する冷却水Ｌ１は、水冷インタークーラ５の上部に配設された冷媒出口８１ａから上方へ移動して第１の冷媒流路８１の最上部８１ｂに到達し、冷媒流路８１の最上部８１ｂから下降してサブラジエータ６に導入される。温度センサ９は、水冷インタークーラ５の冷媒出口８１ａから流出して第１の冷媒流路８１の最上部８１ｂに到達した冷却水Ｌ１の温度を検知する。
【００４２】
以上のように構成された本発明の実施形態に係る内燃機関１の動作について、主として図１と図３を参照しながら説明する。
内燃機関１は、吸気Ｋを冷却する水冷インタークーラ５の冷却水Ｌ２の温度を検知する温度センサ９を備えたことで、検知した冷却水Ｌ２の温度に基づいて内燃機関１の吸気温度を適正に管理することができるため、内燃機関１の燃焼温度を好適に制御して出力特定および燃費を向上させることができる。
【００４３】
内燃機関１は、温度センサ９を第１の冷媒流路８１に配設したことで、インタークーラ５によって熱交換され冷媒入口８２ａから冷媒出口８１ａまで加温されながら自然に対流して移動してきた冷却水温度を水冷インタークーラ５の下流側に配設された第１の冷媒流路８１で検知する。
【００４４】
このようにして、内燃機関１は、水冷インタークーラ５によって冷却水Ｌ１を移動させながら対流させ、対流によって移動する冷却水Ｌ１の温度を検知することで、冷却水温度の検知精度を向上させることができる。
【００４５】
また、内燃機関１は、第１の冷媒流路８１の最上部に温度センサ９を設けたことで、水冷インタークーラ５からサブラジエータ６へ循環される冷却水Ｌ１の第１の冷媒流路８１の最上部を流通する冷却水Ｌ１の温度を検知するため、循環ポンプ５１を停止させた場合であっても自然対流によって最も高温になる第１の冷媒流路の最上部で安定したバラつきが少ない冷却水Ｌ１の温度を検知して検知精度をより向上させることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されず、適宜変形して実施することが可能である。例えば、本実施形態においては、水冷インタークーラ５を機関本体２の後方に配置し、サブラジエータ６を機関本体の前方に配置したが、内燃機関１の用途や特性等に応じて適宜両者の位置関係を決定することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１      内燃機関
２      機関本体
３      吸気管
４      過給機
５      水冷インタークーラ
６      サブラジエータ（ラジエータ）
９      温度センサ
１０    エンジン冷却システム
１１    ウォーターポンプ
３１    多岐管（吸気管）
４１    タービン
５１    循環ポンプ
８１    第１の冷媒流路
８１ａ  冷媒出口
８２    第２の冷媒流路
８２ａ  冷媒入口
１００  車両
５００  水冷インタークーラシステム
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２    クーラント
ＥＧ    エンジンルーム
Ｋ      吸気
Ｋ１、Ｋ２，Ｋ３    吸気
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２      冷却水（冷媒）
ＭＲ    メインラジエータ
【図１】
2017008844.tif 000003
【図２】
2017008844.tif 000004
【図３】
2017008844.tif 000005