JP4089380B2

JP4089380B2 - Engine coolant circuit

Info

Publication number: JP4089380B2
Application number: JP2002294416A
Authority: JP
Inventors: 浩生山口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: JP2004132180A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＧＲ（排気再循環）用排気通路を備えたエンジンのエンジン冷却水回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気中に含まれている窒素酸化物（ＮＯx ）の量を低減させるための手段としてＥＧＲがある。これは、エンジンの排気通路から排気の一部を取り出して吸気通路へ還流させることにより、シリンダ内の燃焼ガス温度を低下させて、ＮＯx の生成を抑制するものである。ＥＧＲによりＮＯx の生成が抑制される理由として、シリンダ内の空気の一部が、排気中のＣＯ_２、Ｈ_２Ｏなどと置き換わることにより気体の熱容量が増大し、これにより燃焼ガスの温度上昇が抑えられること、および空気過剰率が低下する、つまり吸気中の酸素濃度が低下することによりＮＯ_Ｘ生成が抑制されることが挙げられる。
【０００３】
また、ＥＧＲによるＮＯx低減効果を高めるために、再循環される排気（以降、ＥＧＲガスと書く）を自動車の走行風、または冷却ファンにより強制的に流される空気流によって冷却し、ＥＧＲガスの充填率を高める技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
ＥＧＲを行うことによって排気ガス中のＮＯx は確実に低減するし、ＥＧＲガスを予め冷却してから再循環させてＥＧＲガスの充填率を高めることによりその作用を高めることができるが、エンジンの運転条件によっては排気微粒子（パティキュレート・マター、以下ＰＭと呼ぶ）の排出量が増大するという別の問題を生じる。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、ＥＧＲガス温度を、エンジンの運転条件に応じて制御することが考えられる。たとえば、エンジンの冷却水によりＥＧＲガスを冷却する冷却手段を設けると共に、この冷却手段を通過する冷却水の量を調整する調整手段を設けて、ＥＧＲガス温度を、エンジンの運転条件に応じて最適となるように制御する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−４７１５６号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−１１７８１５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＥＧＲガスを予め冷却してから再循環させる方式では、新たに、ＥＧＲガス冷却用の冷却装置およびその配管が必要であるが、車両上において、これらを搭載するスペースを確保するのは困難である。
【０００９】
また、ＥＧＲガス温度をエンジンの運転条件に応じて最適となるように制御する方式では、冷却手段を通過する冷却水の量を調整する調整手段、たとえば電動式の開度調整弁およびその駆動回路等が必要となり、部品点数およびコストが増大するという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、ＥＧＲガス用冷却手段を単純化することのできるエンジン冷却水回路を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のエンジン冷却水回路は、エンジン内に冷却水を供給する水ポンプと、エンジンとラジエータの入り口とを接続する第１水路と、ラジエータの出口とサーモスタットとを接続する第２水路と、サーモスタットと水ポンプを接続する第３水路と、第１水路とサーモスタットを接続するバイパス水路とを備え、サーモスタットにより、バイパス水路の連通および第２水路の遮断とバイパス水路の遮断および第２水路の連通とが切り替えられるエンジン冷却水回路であって、エンジンの排気通路から所定量の排気をエンジンの吸気通路へ還流させるＥＧＲ（排気再循環）通路途中に設けられ排気と冷却水とを熱交換させる熱交換器と、第２水路と並列に設置され熱交換器とラジエータの出口側を接続する第４水路と、第３水路と並列に設置され熱交換器と水ポンプを接続する第５水路とを備え、サーモスタットにおける圧力損失は、サーモスタットがバイパス水路を連通し且つ第２水路を遮断している場合は大きく、バイパス水路を遮断し且つ第２水路を連通している場合は小さく設定されている構成としている。つまり、本発明の請求項１によるエンジン冷却水回路では、ＥＧＲガス冷却用の熱交換器を、ラジエータの出口側と水ポンプの間においてサーモスタットと並列に配置している。エンジン冷却水回路をこのように構成したことにより、エンジン冷却水の流れは以下のようになる。
【００１２】
（１）エンジンの運転状態が低・中負荷域の場合。
【００１３】
この場合、エンジンから冷却水に伝えられる熱量が少ないので冷却水温度は低くなっている。このため、サーモスタットは、バイパス水路を連通し且つ第２水路を遮断しており、エンジンから出た冷却水が水ポンプに到る経路は、第１水路→バイパス水路→サーモスタット→第３水路を経て水ポンプに到る経路と、第１水路→ラジエータ→第４水路→熱交換器→第５水路を経て水ポンプに到る経路の２系統となっている。これにより、ラジエータを通過する冷却水流量を減少させて冷却水温度が過剰に低くなることを防止し、エンジン各部の温度を適正に維持している。すなわち、ラジエータからの放熱量（熱負荷）は小さい。このとき、熱交換器には、ラジエータで冷却された低温の冷却水が、サーモスタットにおける圧力損失と熱交換器の圧力損失との比に応じて定まる流量だけ流れる。
【００１４】
（２）エンジンの運転状態が高負荷域の場合。
【００１５】
この場合、エンジンから冷却水に伝えられる熱量は多く冷却水温度は高くなっているので、サーモスタットは、バイパス水路を遮断し且つ第２水路を連通している。エンジンから出た冷却水は、第１水路→ラジエータ→第３水路を経て水ポンプに到り再びエンジン内に供給される。さらに、ラジエータで冷却された冷却水の一部は、第４水路→熱交換器→第５水路を経て水ポンプに到る。これにより、ラジエータを通過する流量を増加させて冷却水温度を下げ、エンジン各部の温度を適正に維持している。すなわち、ラジエータからの放熱量（熱負荷）はエンジンの低・中負荷域の場合と比べて大きくなる。このとき、熱交換器には、ラジエータで冷却された低温の冷却水が、サーモスタットにおける圧力損失と熱交換器の圧力損失との比に応じて定まる流量だけ流れる。
【００１６】
一般に、サーモスタットにおける圧力損失は、サーモスタットがバイパス水路を連通し且つ第２水路を遮断している時、すなわち冷却水温度が低いエンジン低・中負荷時には大きく、サーモスタットがバイパス水路を遮断し且つ第２水路を連通している時、すなわち冷却水温度が高いエンジン高負荷時は小さく設定されている。これにより、冷却水温度が低いエンジンの低・中負荷時においてはエンジン冷却水回路１を循環する冷却水量を低減して冷却水温度の過冷却を抑制しエンジン２各部の温度を適正に維持すると共に、冷却水温度が高いエンジンの高負荷時においてはラジエータ３を通過する冷却水流量を増大させてラジエータ３の十分な放熱量を確保している。一方、熱交換器における圧力損失は、エンジンの運転状態にかかわらずほぼ一定である。このため、熱交換器を通過する冷却水流量は、エンジンが低・中負荷時には多く、高負荷時には少なくなる。したがって、熱交換器の交換熱量も、エンジンが低・中負荷時には多く、高負荷時には少なくなる。
【００１７】
一方、エンジンの運転条件とＥＧＲガス流量との関係について考える。エンジンの低負荷域および中負荷域、すなわちシリンダ内で燃焼される燃料量がそれほど多くない領域においては、ＥＧＲを実施しても燃焼の悪化がほとんどないため、ＥＧＲガス量を多くしてＮＯｘ発生を抑制することができる。しかし、エンジンの高負荷域、すなわちシリンダ内で燃焼される燃料量が最大に近い領域では、ＥＧＲにより吸気中の酸素濃度が低下してシリンダ内の燃焼が悪化し、エンジン出力低下や黒煙の排出量増加という問題が生じる。したがって、一般にエンジンの高負荷域では、ＥＧＲのデメリットが増大するためＥＧＲガス量は極わずか又は０となっている。すなわち、ＥＧＲガス流量は、エンジンの低・中負荷域では多く、エンジンの高負荷域では極わずか又は０となっている。
【００１８】
以上をまとめると、エンジンの低・中負荷域では、ＥＧＲガス流量は多く且つ熱交換器を通過する冷却水流量も多いが、ラジエータの熱負荷は小さいので、熱交換器における熱交換がエンジン冷却水温度上昇に及ぼす影響はほとんどない。一方、エンジンの高負荷域では、ラジエータの熱負荷は増大するが、ＥＧＲガス流量は極わずか又は０であり且つ熱交換器を通過する冷却水流量は少ないので、熱交換器における熱交換がエンジン冷却水温度上昇に及ぼす影響は、低・中負荷域と同様にほとんどない。
【００１９】
したがって、従来のエンジン冷却水回路が備えている、熱交換器を通過する冷却水流量を調整する調整手段やその駆動回路等を用いずに、熱交換器によりＥＧＲガス温度を下げることができるので、熱交換器であるＥＧＲガス用冷却手段を必要最小限度に単純化することのできるエンジン冷却水回路を実現できる。
【００２０】
本発明の請求項２に記載のエンジン冷却水回路は、サーモスタットに替えて二方弁あるいは三方弁を設ける構成としている。これにより、バイパス水路の連通・遮断と第２水路の連通・遮断をそれぞれ独立して制御できるので、エンジン冷却水温度およびＥＧＲガス温度をよりきめ細かく制御できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態によるエンジン冷却水回路を、自動車用エンジンに適用した場合を例に図に基づいて説明する。
【００２２】
図１に、本発明の一実施形態によるエンジン冷却水回路１の全体回路図を示す。
【００２３】
エンジン冷却水回路１は、図１に示すように、エンジン２と、エンジン２内のウォータジャケット（図示せず）を流れることによって加熱される冷却水を走行風や冷却ファン（図示せず）等によって冷却するためのラジエータ３と、ラジエータ３で冷却された冷却水を再びエンジン２のウォータジャケットへ供給する水ポンプ４と、冷却水温度に応じてラジエータを通さずに冷却水を循環させるために冷却水回路を切り替えるサーモスタット５とを備えている。そして、エンジン２、ラジエータ３、水ポンプ４およびサーモスタット５が互いに冷却水通路によって接続されている。この冷却水通路は、図１に示すように、エンジン２とラジエータ３の入り口３ａを接続する第１水路７と、ラジエータ３の出口３ｂとサーモスタット５を接続する第２水路８と、サーモスタット５と水ポンプ４を接続する第３水路９と、第１水路７とサーモスタット５を接続するバイパス水路１０とから構成されている。
【００２４】
サーモスタット５は、たとえば、ワックスタイプのものが用いられ、冷却水温度に応じてサーモスタット５の弁部に封入されるワックスが膨張あるいは収縮することによって弁の開閉を行うものである。つまり、サーモスタット５によってバイパス水路１０の連通および第２水路８の遮断と、バイパス水路１０の遮断および第２水路８の連通とが切り替えられる。
【００２５】
さらに、エンジン冷却回路には、熱交換器であるＥＧＲガスクーラ６が設けられている。ＥＧＲガスクーラ６は、第２水路８と並列に設けられる第４水路１１によりラジエータ３の出口３ｂに接続され、且つ第３水路９と並列に設けられる第５水路１２により水ポンプ４に接続されている。つまり、ラジエータ３により冷却された冷却水は、第４水路１１を経由してＥＧＲガスクーラ６へ導入され、ＥＧＲガスクーラ６内を流れ、そして第５水路１２を経由して水ポンプ４によりエンジン２に供給される。
【００２６】
エンジン２の排気通路（図示せず）からは、ＥＧＲガスを取り出すためのＥＧＲガス通路１３が分岐し、図１に示すように、ＥＧＲガス通路１３はＥＧＲガスクーラ６に接続されている。また、ＥＧＲガスクーラ６は、ＥＧＲガス通路１４を介してエンジン２の吸気通路（図示せず）にＥＧＲガスを供給可能に接続されている。ＥＧＲガス通路１３を経てＥＧＲガスクーラ６に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲガスクーラ内で冷却水と熱交換する、つまり冷却水により冷却されて、ＥＧＲガス通路１４を経てエンジン２に供給される。また、ＥＧＲガス通路１３の途中には、エンジン２に供給されるＥＧＲガス流量を調節するためのＥＧＲ制御弁１５が設けられている。そして、制御装置（図示せず）、あるいは、それに代わるものによって、エンジン２の色々な運転条件に応じてＥＧＲを行うかどうか、ＥＧＲを行う場合にどれだけのＥＧＲガスを供給するかということが決定されてＥＧＲ制御弁１５を開閉制御するようになっている。
【００２７】
次に、本発明の一実施形態によるエンジン冷却水回路１におけるＥＧＲガス冷却に関する作用、効果について説明する。
【００２８】
先ず、エンジン２の運転状態毎のエンジン冷却水回路1における冷却水が流れる経路について説明する。
【００２９】
図２に、エンジン２の運転状態が低・中負荷域におけるエンジン冷却水回路1の全体回路図を示す。図３に、エンジン２の運転状態が高負荷域におけるエンジン冷却水回路1の全体回路図を示す。図２および図３において、破線は、その水路が遮断されていることを示し、矢印は冷却水の流れる方向を示す。
【００３０】
（１）エンジンの運転状態が低・中負荷域の場合。
【００３１】
この場合、エンジン２から冷却水に伝えられる熱量が少ないので冷却水温度は低くなっている。このため、サーモスタット５は、バイパス水路１０を連通し且つ第２水路８を遮断している。したがって、エンジン２から出た冷却水は、図２において矢印で示すように流れる。すなわち、第１水路７→バイパス水路１０→サーモスタット５→第３水路９を経て水ポンプ４に到る経路と、第１水路７→ラジエータ３→第４水路１１→ＥＧＲガスクーラ６→第５水路１２を経て水ポンプ４に到る経路の２系統となっている。これにより、バイパス水路１０を連通させてラジエータ２を通過する冷却水流量を減少させて冷却水温度が過剰に低くなることを防止し、エンジン２各部の温度を適正に維持している。また、ラジエータ３を通って冷却された冷却水はＥＧＲガスクーラ６内を流れてＥＧＲガスを冷却する。
【００３２】
（２）エンジンの運転状態が高負荷域の場合。
【００３３】
この場合、エンジン２から冷却水に伝えられる熱量は多く冷却水温度は高くなっているので、サーモスタット５は、バイパス水路１０を遮断し且つ第２水路８を連通している。したがって、エンジン２から出た冷却水は、第１水路７→ラジエータ３→第３水路８を経て水ポンプ４に到り再びエンジン２内に供給される。さらに、ラジエータ３で冷却された冷却水の一部は、第４水路１１→ＥＧＲガスクーラ６→第５水路１２を経て水ポンプ４に到る。これにより、ラジエータ３を通過する冷却水流量を増加させて冷却水温度を下げ、エンジン２各部の温度を適正に維持している。また、ラジエータ３を通って冷却された冷却水の一部はＥＧＲガスクーラ６内を流れる。
【００３４】
次に、エンジン２の運転状態毎のＥＧＲガスクーラ６内を流れる冷却水流量について説明する。
【００３５】
本発明の一実施形態によるエンジン冷却水回路１において、ＥＧＲガスクーラ６内は、サーモスタット５と並列に配置されている。したがって、ＥＧＲガスクーラ６を通過する冷却水流量とサーモスタット５を通過する冷却水流量は、ＥＧＲガスクーラ６の圧力損失とサーモスタット５における圧力損失との比に応じて定まる。
【００３６】
ここで、サーモスタット５における圧力損失は、エンジンの低・中負荷時のようにバイパス水路１０を連通し且つ第２水路８を遮断している場合は大きく、エンジンの高負荷時のようにバイパス水路１０を遮断し且つ第２水路８を連通している場合は小さく設定されているので、冷却水温度が低いエンジンの低・中負荷時においてはエンジン冷却水回路１を循環する冷却水量を低減して冷却水温度の過冷却を抑制しエンジン２各部の温度を適正に維持すると共に、冷却水温度が高いエンジンの高負荷時においてはラジエータ３を通過する冷却水流量を増大させてラジエータ３の十分な放熱量を確保している。
【００３７】
また、ＥＧＲガスクーラ６の圧力損失は、エンジン２の運転条件に関わらずほぼ一定である。
【００３８】
このため、ＥＧＲガスクーラ６を通過する冷却水流量は、エンジン２の低・中負荷時には多くなり、エンジン２の高負荷時には少なくなる。
【００３９】
一方、エンジン２の運転条件とＥＧＲガス流量、つまりＥＧＲガスクーラ６を通過するＥＧＲガス流量との関係について考える。エンジン２の低負荷域および中負荷域、すなわちシリンダ内で燃焼される燃料量がそれほど多くない領域においては、ＥＧＲによる燃焼の悪化がほとんどないため、ＥＧＲガス量を多くしてＮＯｘ発生を抑制することができる。これに対し、エンジン２の高負荷域、すなわちシリンダ内で燃焼される燃料量が最大に近い領域では、ＥＧＲにより吸気中の酸素濃度が低下してシリンダ内の燃焼が悪化し、エンジン出力低下や黒煙の排出量増加という問題が生じる。したがって、エンジン２の高負荷域では、ＥＧＲガス量は極わずか又は０となっている。つまり、ＥＧＲガス流量は、エンジン２の低・中負荷域では多く、エンジン２の高負荷域では極わずか又は０となっている。したがって、ＥＧＲガスクーラ６におけるＥＧＲガスの放熱量は、エンジン２の低・中負荷域においては多く、エンジン２の高負荷域では極わずか又は０となっている。
【００４０】
すなわち、本発明の一実施形態によるエンジン冷却水回路１では、ＥＧＲガスクーラ６におけるＥＧＲガスの放熱量が多いエンジン２の低・中負荷域において、ＥＧＲガスクーラ６を通過する冷却水流量を増加させ、ＥＧＲガス温度を低下させてＥＧＲガスの充填率を高めてＥＧＲによる排気ガス中のＮＯx 低減作用を高めると共に、ＥＧＲガスクーラ６におけるＥＧＲガスの放熱量が極わずか又は０であるエンジン２の低・中負荷域において、ＥＧＲガスクーラ６を通過する冷却水流量を少なくして、ラジエータ３における冷却作用を阻害すること無しに、ＥＧＲガス温度を確実に低下させることを、ＥＧＲガスクーラ６をラジエータ３の出口３ｂと水ポンプ４の間にサーモスタット３と並列に配置する、という単純な構成を採ることで、自動的に行うことができる。
【００４１】
なお、サーモスタット５の圧力損失特性を適宜設定することにより、エンジン冷却水回路１が適用されるエンジンにおける必要ＥＧＲガス流量に対応して、ＥＧＲガスクーラ６を通過する冷却水流量を調整することができる。
【００４２】
以上説明した、本発明の一実施形態によるエンジン冷却水回路１においては、ＥＧＲガスクーラ６を、ラジエータ３の出口３ｂと水ポンプ４の間において、サーモスタット３と並列に配置している。これにより、従来のエンジン冷却水回路が備えているＥＧＲガスクーラを通過する冷却水流量を調整するための調整手段やその駆動回路等を用いることなく、さらにはラジエータ３における冷却作用を阻害すること無しに、ＥＧＲガスクーラのみによりＥＧＲガス温度を下げることができるので、ＥＧＲガス冷却手段を必要最小限度に単純化することのできるエンジン冷却水回路１を実現できる。
【００４３】
なお、以上説明した、本発明の一実施形態によるエンジン冷却水回路１において、サーモスタット５に替えて、アクチュエータ駆動式の二方弁あるいは三方弁を設けてもよい。この場合、検出した冷却水温度に基づいてアクチュエータを作動させて二方弁あるいは三方弁の開度を制御すれば、ラジエータ３、ＥＧＲガスクーラ６、バイパス水路１０それぞれを流れる冷却水量を、エンジン負荷に応じて最適な値とすることができる。
【００４４】
また、以上説明した、本発明の一実施形態によるエンジン冷却水回路１が適用されるエンジンは水冷式であれば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのどちらでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるエンジン冷却水回路１の全体回路図である。
【図２】エンジン２の低・中負荷時におけるエンジン冷却水回路1の全体回路図を示す。
【図３】エンジン２の高負荷時におけるエンジン冷却水回路1の全体回路図を示す。
【符号の説明】
１エンジン冷却水回路
２エンジン
３ラジエータ
３ａ入り口
３ｂ出口
４水ポンプ
５サーモスタット
６ＥＧＲガスクーラ（熱交換器）
７第１水路
８第２水路
９第３水路
１０バイパス水路
１１第４水路
１２第５水路
１３ＥＧＲ通路
１４ＥＧＲ通路
１５ＥＧＲバルブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine coolant circuit for an engine having an exhaust passage for EGR (exhaust gas recirculation).
[0002]
[Prior art]
There is EGR as a means for reducing the amount of nitrogen oxides (NOx) contained in engine exhaust. This takes out part of the exhaust from the exhaust passage of the engine and returns it to the intake passage, thereby lowering the combustion gas temperature in the cylinder and suppressing the generation of NOx. The reason why the generation of NOx is suppressed by EGR is that a part of the air in the cylinder is replaced with CO ₂ , H ₂ O, etc. in the exhaust gas, thereby increasing the heat capacity of the gas, thereby increasing the temperature of the combustion gas. can be suppressed, and the air excess ratio is decreased, i.e. the oxygen concentration in the intake include the NO _X generation is suppressed by lowering.
[0003]
In order to increase the NOx reduction effect by EGR, the recirculated exhaust gas (hereinafter referred to as EGR gas) is cooled by the driving air of the automobile or the air flow forced by a cooling fan, and filled with EGR gas. A technique for increasing the rate has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
By performing the EGR, the NOx in the exhaust gas is surely reduced, and the EGR gas can be precooled and then recirculated to increase the EGR gas filling rate. Depending on the conditions, another problem arises in that the amount of exhaust particulate matter (particulate matter, hereinafter referred to as PM) increases.
[0005]
Therefore, in order to solve this problem, it is conceivable to control the EGR gas temperature according to the operating conditions of the engine. For example, a cooling means for cooling the EGR gas with the cooling water of the engine is provided, and an adjusting means for adjusting the amount of the cooling water passing through the cooling means is provided to optimize the EGR gas temperature according to the engine operating conditions. A technique for controlling so as to be satisfied is proposed (see, for example, Patent Document 2).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-47156
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-117815
[Problems to be solved by the invention]
However, in the system in which the EGR gas is cooled in advance and recirculated, a cooling device for cooling the EGR gas and its piping are newly required, but it is difficult to secure a space for mounting these on the vehicle. It is.
[0009]
Further, in the system for controlling the EGR gas temperature so as to be optimal according to the operating conditions of the engine, adjusting means for adjusting the amount of cooling water passing through the cooling means, for example, an electric opening degree adjusting valve and its drive circuit Etc. are required, and there is a problem that the number of parts and the cost increase.
[0010]
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an engine coolant circuit that can simplify the cooling means for EGR gas.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The engine cooling water circuit according to claim 1 of the present invention connects a water pump that supplies cooling water into the engine, a first water passage that connects the engine and an inlet of the radiator, an outlet of the radiator, and a thermostat. A second water channel, a third water channel connecting the thermostat and the water pump, and a bypass water channel connecting the first water channel and the thermostat. The thermostat allows communication of the bypass water channel and blocking of the second water channel and blocking of the bypass water channel and An engine cooling water circuit that is switched between communication with the second water channel, and is provided in the middle of an EGR (exhaust gas recirculation) passage that recirculates a predetermined amount of exhaust gas from the exhaust passage of the engine to the intake passage of the engine. A heat exchanger for exchanging heat, a fourth water channel installed in parallel with the second water channel and connecting the heat exchanger and the outlet side of the radiator, and a third water And a fifth water passage connecting the installed heat exchanger and water pump in parallel, the pressure loss in the thermostat, when the thermostat is cut off and the second water passage communicating the bypass passage increases, the bypass passage If in communication with a shut-off and and the second water passage is a structure that is set smaller. That is, in the engine coolant circuit according to claim 1 of the present invention, the heat exchanger for cooling the EGR gas is arranged in parallel with the thermostat between the outlet side of the radiator and the water pump. By configuring the engine coolant circuit in this way, the flow of engine coolant is as follows.
[0012]
(1) When the engine is operating in a low / medium load range.
[0013]
In this case, since the amount of heat transferred from the engine to the cooling water is small, the cooling water temperature is low. For this reason, the thermostat communicates the bypass water channel and blocks the second water channel, and the route through which the cooling water from the engine reaches the water pump passes through the first water channel → the bypass water channel → the thermostat → the third water channel. There are two systems: a route to the water pump and a route to the water pump via the first water channel → the radiator → the fourth water channel → the heat exchanger → the fifth water channel. Thus, the flow rate of the cooling water passing through the radiator is reduced to prevent the cooling water temperature from becoming excessively low, and the temperature of each part of the engine is properly maintained. That is, the amount of heat released from the radiator (heat load) is small. At this time, low-temperature cooling water cooled by the radiator flows through the heat exchanger by a flow rate determined according to the ratio between the pressure loss in the thermostat and the pressure loss in the heat exchanger.
[0014]
(2) When the operating state of the engine is in a high load range.
[0015]
In this case, since the amount of heat transferred from the engine to the cooling water is large and the cooling water temperature is high, the thermostat blocks the bypass water channel and communicates the second water channel. The cooling water discharged from the engine passes through the first water passage → the radiator → the third water passage, reaches the water pump, and is supplied again into the engine. Furthermore, a part of the cooling water cooled by the radiator reaches the water pump through the fourth water channel → the heat exchanger → the fifth water channel. As a result, the flow rate passing through the radiator is increased to lower the coolant temperature, and the temperature of each part of the engine is maintained appropriately. That is, the amount of heat released from the radiator (heat load) is larger than that in the low / medium load region of the engine. At this time, low-temperature cooling water cooled by the radiator flows through the heat exchanger by a flow rate determined according to the ratio between the pressure loss in the thermostat and the pressure loss in the heat exchanger.
[0016]
In general, the pressure loss in the thermostat is large when the thermostat communicates with the bypass channel and shuts off the second channel, that is, when the engine temperature is low and the engine is low and the load is low, the thermostat blocks the bypass channel and the second channel. It is set small when the water channel is in communication, that is, when the engine temperature is high and the coolant temperature is high. This reduces the amount of cooling water circulating through the engine cooling water circuit 1 at the time of low / medium load of the engine having a low cooling water temperature, suppresses overcooling of the cooling water temperature, and appropriately maintains the temperature of each part of the engine 2. At the same time, when the engine having a high cooling water temperature is at a high load, the flow rate of the cooling water passing through the radiator 3 is increased to ensure a sufficient heat dissipation amount of the radiator 3. On the other hand, the pressure loss in the heat exchanger is almost constant regardless of the operating state of the engine. For this reason, the flow rate of the cooling water passing through the heat exchanger is large when the engine is low / medium, and is small when the engine is high. Therefore, the amount of heat exchanged by the heat exchanger is large when the engine is low and medium load, and is small when the engine is high load.
[0017]
On the other hand, consider the relationship between engine operating conditions and EGR gas flow rate. In the low-load and medium-load regions of the engine, that is, in the region where the amount of fuel burned in the cylinder is not so large, there is almost no deterioration of combustion even if EGR is performed, so NOx is generated by increasing the amount of EGR gas Can be suppressed. However, in the high engine load range, that is, in the region where the amount of fuel burned in the cylinder is near the maximum, the oxygen concentration in the intake air decreases due to EGR and the combustion in the cylinder deteriorates, resulting in a decrease in engine output and black smoke. The problem of increased emissions arises. Therefore, generally, in the high load region of the engine, the disadvantage of EGR increases, so the amount of EGR gas is extremely small or zero. That is, the EGR gas flow rate is large in the low / medium load region of the engine, and is extremely small or zero in the high load region of the engine.
[0018]
In summary, in the low / medium load range of the engine, the EGR gas flow rate is large and the cooling water flow rate passing through the heat exchanger is large, but the heat load of the radiator is small. There is almost no effect on water temperature rise. On the other hand, in the high load region of the engine, the heat load of the radiator increases, but the EGR gas flow rate is negligible or 0, and the cooling water flow rate passing through the heat exchanger is small. There is almost no effect on the cooling water temperature rise, as in the low / medium load range.
[0019]
Therefore, the EGR gas temperature can be lowered by the heat exchanger without using the adjusting means for adjusting the flow rate of the cooling water passing through the heat exchanger, the drive circuit, etc., which the conventional engine cooling water circuit has. An engine coolant circuit that can simplify the cooling means for EGR gas, which is a heat exchanger, to the minimum necessary level can be realized.
[0020]
The engine coolant circuit according to claim 2 of the present invention has a configuration in which a two-way valve or a three-way valve is provided in place of the thermostat. As a result, the communication / blocking of the bypass channel and the communication / blocking of the second channel can be controlled independently, so that the engine coolant temperature and the EGR gas temperature can be controlled more finely.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example in which an engine coolant circuit according to an embodiment of the present invention is applied to an automobile engine will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 shows an overall circuit diagram of an engine coolant circuit 1 according to an embodiment of the present invention.
[0023]
As shown in FIG. 1, the engine coolant circuit 1 uses cooling air heated by flowing through an engine 2 and a water jacket (not shown) in the engine 2 as traveling wind, a cooling fan (not shown), and the like. A radiator 3 for cooling by means of water, a water pump 4 for supplying the cooling water cooled by the radiator 3 to the water jacket of the engine 2 again, and for circulating the cooling water without passing through the radiator according to the cooling water temperature And a thermostat 5 for switching the cooling water circuit. And the engine 2, the radiator 3, the water pump 4, and the thermostat 5 are mutually connected by the cooling water channel | path. As shown in FIG. 1, the cooling water passage includes a first water passage 7 connecting the engine 2 and the inlet 3 a of the radiator 3, a second water passage 8 connecting the outlet 3 b of the radiator 3 and the thermostat 5, and the thermostat 5. A third water passage 9 connecting the water pump 4 and a bypass water passage 10 connecting the first water passage 7 and the thermostat 5 are configured.
[0024]
The thermostat 5 is, for example, a wax type, and opens and closes the valve by expansion or contraction of wax sealed in the valve portion of the thermostat 5 according to the cooling water temperature. That is, the thermostat 5 switches the communication of the bypass water channel 10 and the second water channel 8, and the switching of the bypass water channel 10 and the communication of the second water channel 8.
[0025]
Further, the engine cooling circuit is provided with an EGR gas cooler 6 that is a heat exchanger. The EGR gas cooler 6 is connected to the outlet 3b of the radiator 3 by a fourth water passage 11 provided in parallel with the second water passage 8, and connected to the water pump 4 by a fifth water passage 12 provided in parallel with the third water passage 9. Yes. That is, the cooling water cooled by the radiator 3 is introduced into the EGR gas cooler 6 through the fourth water passage 11, flows through the EGR gas cooler 6, and passes through the fifth water passage 12 to the engine 2 by the water pump 4. Supplied.
[0026]
An EGR gas passage 13 for taking out EGR gas branches from an exhaust passage (not shown) of the engine 2, and the EGR gas passage 13 is connected to the EGR gas cooler 6 as shown in FIG. 1. The EGR gas cooler 6 is connected to an intake passage (not shown) of the engine 2 via an EGR gas passage 14 so as to be able to supply EGR gas. The EGR gas that has flowed into the EGR gas cooler 6 through the EGR gas passage 13 exchanges heat with cooling water in the EGR gas cooler, that is, is cooled by the cooling water, and is supplied to the engine 2 through the EGR gas passage 14. Further, an EGR control valve 15 for adjusting the flow rate of the EGR gas supplied to the engine 2 is provided in the middle of the EGR gas passage 13. Then, whether the EGR is performed according to various operating conditions of the engine 2 or how much EGR gas is supplied when the EGR is performed by a control device (not shown) or an alternative. Thus, the EGR control valve 15 is controlled to open and close.
[0027]
Next, operations and effects relating to EGR gas cooling in the engine coolant circuit 1 according to the embodiment of the present invention will be described.
[0028]
First, a path through which cooling water flows in the engine cooling water circuit 1 for each operation state of the engine 2 will be described.
[0029]
FIG. 2 shows an overall circuit diagram of the engine coolant circuit 1 when the operating state of the engine 2 is in a low / medium load range. FIG. 3 shows an overall circuit diagram of the engine coolant circuit 1 when the operating state of the engine 2 is in a high load region. 2 and 3, the broken line indicates that the water channel is blocked, and the arrow indicates the direction in which the cooling water flows.
[0030]
(1) When the engine is operating in a low / medium load range.
[0031]
In this case, since the amount of heat transferred from the engine 2 to the cooling water is small, the cooling water temperature is low. For this reason, the thermostat 5 communicates the bypass water channel 10 and blocks the second water channel 8. Therefore, the cooling water discharged from the engine 2 flows as shown by arrows in FIG. That is, a route that reaches the water pump 4 through the first water passage 7 → the bypass water passage 10 → the thermostat 5 → the third water passage 9, and the first water passage 7 → the radiator 3 → the fourth water passage 11 → the EGR gas cooler 6 → the fifth water passage 12. It becomes two systems of the path | route which reaches the water pump 4 through this. As a result, the flow rate of the cooling water passing through the radiator 2 is reduced by communicating the bypass water channel 10 to prevent the cooling water temperature from becoming excessively low, and the temperature of each part of the engine 2 is maintained appropriately. Further, the cooling water cooled through the radiator 3 flows through the EGR gas cooler 6 to cool the EGR gas.
[0032]
(2) When the operating state of the engine is in a high load range.
[0033]
In this case, since the amount of heat transferred from the engine 2 to the cooling water is large and the cooling water temperature is high, the thermostat 5 blocks the bypass water channel 10 and communicates the second water channel 8. Therefore, the cooling water discharged from the engine 2 reaches the water pump 4 through the first water passage 7 → the radiator 3 → the third water passage 8 and is supplied again into the engine 2. Further, a part of the cooling water cooled by the radiator 3 reaches the water pump 4 through the fourth water passage 11 → the EGR gas cooler 6 → the fifth water passage 12. Thereby, the cooling water flow rate which passes the radiator 3 is increased, the cooling water temperature is lowered, and the temperature of each part of the engine 2 is maintained appropriately. Further, a part of the cooling water cooled through the radiator 3 flows in the EGR gas cooler 6.
[0034]
Next, the flow rate of the cooling water flowing through the EGR gas cooler 6 for each operating state of the engine 2 will be described.
[0035]
In the engine coolant circuit 1 according to the embodiment of the present invention, the EGR gas cooler 6 is arranged in parallel with the thermostat 5. Accordingly, the flow rate of the coolant passing through the EGR gas cooler 6 and the flow rate of the coolant passing through the thermostat 5 are determined according to the ratio of the pressure loss of the EGR gas cooler 6 and the pressure loss in the thermostat 5.
[0036]
Here, the pressure loss in the thermostat 5 is large when the bypass water passage 10 is communicated and the second water passage 8 is shut off as in the case of low / medium load of the engine, and the bypass water passage is high as in the case of high load of the engine. 10 is cut off and the second water passage 8 is communicated, so that the amount of cooling water circulating through the engine cooling water circuit 1 is reduced at low and medium loads of the engine having a low cooling water temperature. In order to prevent the cooling water temperature from being overcooled and maintain the temperature of each part of the engine 2 appropriately, the flow rate of the cooling water passing through the radiator 3 is increased when the engine having a high cooling water temperature is at a high load. Ensures a sufficient amount of heat dissipation.
[0037]
Further, the pressure loss of the EGR gas cooler 6 is substantially constant regardless of the operating conditions of the engine 2.
[0038]
For this reason, the flow rate of the cooling water passing through the EGR gas cooler 6 increases when the engine 2 is low / medium, and decreases when the engine 2 is high.
[0039]
On the other hand, consider the relationship between the operating conditions of the engine 2 and the EGR gas flow rate, that is, the EGR gas flow rate passing through the EGR gas cooler 6. In the low load range and the medium load range of the engine 2, that is, in a region where the amount of fuel burned in the cylinder is not so large, there is almost no deterioration of combustion due to EGR, so the amount of EGR gas is increased to suppress NOx generation. be able to. On the other hand, in the high load region of the engine 2, that is, the region where the amount of fuel combusted in the cylinder is close to the maximum, the oxygen concentration in the intake air is reduced by EGR, the combustion in the cylinder deteriorates, and the engine output decreases. The problem of increased black smoke emissions arises. Therefore, in the high load region of the engine 2, the EGR gas amount is very small or zero. That is, the EGR gas flow rate is large in the low / medium load region of the engine 2 and is extremely small or zero in the high load region of the engine 2. Therefore, the amount of heat released from the EGR gas in the EGR gas cooler 6 is large in the low / medium load region of the engine 2 and is extremely small or zero in the high load region of the engine 2.
[0040]
That is, in the engine coolant circuit 1 according to the embodiment of the present invention, the flow rate of the coolant passing through the EGR gas cooler 6 is increased in the low / medium load region of the engine 2 where the heat release amount of the EGR gas in the EGR gas cooler 6 is large. The EGR gas temperature is lowered to increase the filling rate of the EGR gas to increase the NOx reduction effect in the exhaust gas by the EGR, and the heat release amount of the EGR gas in the EGR gas cooler 6 is extremely low or low. In the load region, the flow rate of the cooling water passing through the EGR gas cooler 6 is reduced, and the EGR gas temperature is reliably reduced without obstructing the cooling action in the radiator 3, and the EGR gas cooler 6 is connected to the outlet 3b of the radiator 3. By adopting a simple configuration of arranging the thermostat 3 in parallel between the water pump 4 and the water pump 4, It can be performed dynamically.
[0041]
In addition, by appropriately setting the pressure loss characteristic of the thermostat 5, the flow rate of the coolant passing through the EGR gas cooler 6 can be adjusted in accordance with the required EGR gas flow rate in the engine to which the engine coolant circuit 1 is applied. .
[0042]
In the engine coolant circuit 1 according to the embodiment of the present invention described above, the EGR gas cooler 6 is arranged in parallel with the thermostat 3 between the outlet 3b of the radiator 3 and the water pump 4. Thereby, without using the adjusting means for adjusting the flow rate of the cooling water passing through the EGR gas cooler provided in the conventional engine cooling water circuit, the driving circuit thereof, etc., and further, the cooling action in the radiator 3 is not hindered. In addition, since the EGR gas temperature can be lowered only by the EGR gas cooler, the engine cooling water circuit 1 that can simplify the EGR gas cooling means to the minimum necessary level can be realized.
[0043]
In the engine coolant circuit 1 according to the embodiment of the present invention described above, an actuator-driven two-way valve or a three-way valve may be provided instead of the thermostat 5. In this case, if the actuator is operated based on the detected cooling water temperature to control the opening degree of the two-way valve or the three-way valve, the amount of cooling water flowing through each of the radiator 3, the EGR gas cooler 6, and the bypass water channel 10 is set to the engine load. The optimum value can be set accordingly.
[0044]
The engine to which the engine coolant circuit 1 according to the embodiment of the present invention described above is applied may be either a gasoline engine or a diesel engine as long as it is a water-cooled type.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall circuit diagram of an engine coolant circuit 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall circuit diagram of an engine coolant circuit 1 when the engine 2 is at low and medium loads.
FIG. 3 is an overall circuit diagram of an engine coolant circuit 1 when the engine 2 is at a high load.
[Explanation of symbols]
1 Engine cooling water circuit 2 Engine 3 Radiator 3a Inlet 3b Outlet 4 Water pump 5 Thermostat 6 EGR gas cooler (heat exchanger)
7 First water channel 8 Second water channel 9 Third water channel 10 Bypass water channel 11 Fourth water channel 12 Fifth water channel 13 EGR passage 14 EGR passage 15 EGR valve

Claims

A water pump for supplying cooling water into the engine;
A first water channel connecting the engine and the entrance of the radiator;
A second water channel connecting the outlet of the radiator and the thermostat;
A third water channel connecting the thermostat and the water pump;
A bypass water channel connecting the first water channel and the thermostat;
An engine coolant circuit that is switched by the thermostat between communication of the bypass water channel and blocking of the second water channel and blocking of the bypass water channel and communication of the second water channel,
A heat exchanger provided in the middle of an EGR (exhaust gas recirculation) passage for returning a predetermined amount of exhaust gas from the exhaust passage of the engine to the intake passage of the engine, and exchanging heat between the exhaust and the cooling water;
A fourth water channel installed in parallel with the second water channel and connecting the heat exchanger and the outlet of the radiator;
A fifth water channel installed in parallel with the third water channel and connecting the heat exchanger and the water pump ;
The pressure loss in the thermostat is set large when the thermostat communicates with the bypass channel and blocks the second channel, and decreases when the thermostat blocks the bypass channel and communicates with the second channel. engine coolant circuit, characterized that you have been.

The engine coolant circuit according to claim 1, wherein a two-way valve or a three-way valve is provided in place of the thermostat.