CN102562236B - 发动机的废热回收以及冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发动机的废热回收以及冷却装置，其通过简单的结构，利用发动机的废热改善车辆的燃料消耗。发动机的废热回收以及冷却装置的结构为，具有：水泵(2)，其喷出发动机的冷却水；EGR冷却器(13)，其利用从水泵喷出的冷却水的一部分，对从发动机的排气管路向进气管路中导入的EGR气体进行冷却；EGR阀(13b)，其对通过EGR冷却器中的EGR气体的流路进行开闭；变速器加热器(14)，其利用通过EGR冷却器中的冷却水，对变速器的润滑油进行加热；隔断单元，其将通过EGR冷却器以及变速器加热器的冷却水的水路隔断；以及控制单元，其对隔断单元以及EGR阀进行控制，所述控制单元，在发动机处于规定的暖机状态时，将EGR阀打开，且使隔断单元成为隔断状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种搭载在车辆上的发动机的废热回收以及冷却装置，特别涉及一种利用简单的结构，改善车辆的燃料消耗性能等的技术。
背景技术
搭载在汽车等车辆上的水冷式内燃发动机，在燃烧室和气缸的周围设置使冷却水循环的冷却水路，并且使冷却水在散热器中循环，通过与行驶风等的热交换，进行冷却。
该冷却水通过向加热芯中通入，从而还可以在车厢内的暖气中使用。
另外，近年来，提出通过利用冷却水回收的发动机的废热，提高车辆的燃料消耗性能等的技术。
例如，在专利文献1中记载了下述技术，即，通过利用发动机的冷却水的温度，使变速器油升温，使变速器油的粘度下降，从而降低摩擦损耗，改善燃料消耗以及提高切换操作性。
在专利文献1中记载的技术中，冷却水在通过发动机主体以及暖气用加热芯后，经由流路切换阀，向变速器油的油温调整单元导入。
另外，在专利文献2中记载了，以促进发动机的再起动时的暖机为目的，在作为蓄热容器的储存箱内对冷却水进行保温，并且利用旋转式的三向阀，对冷却水路进行切换。
专利文献1：日本特开2005-83225号公报
专利文献2：日本特开2004-301061号公报
发明内容
在上述专利文献1中所述的技术中，如果不是在发动机内、加热芯内以及将它们连结的冷却水路中循环的大容量的冷却水完全升温后，则无法对变速器油进行加热，从发动机开始起动至变速器油开始加热为止耗费时间，难以改善车辆刚运转开始之后的燃料消耗。
如果在上述油温控制装置中加装如专利文献2中所述的蓄热容器，则可以在车辆刚运转开始之后对变速器油进行加热，可以实现燃料消耗的改善，但在该情况下必须设置蓄热容器、切换阀和周边水路等，在搭载空间、成本和重量等方面产生问题。
本发明的课题在于，提供一种通过简单的结构，利用发动机的废热，改善车辆的燃料消耗的发动机的废热回收以及冷却装置。
本发明利用下述解决方法，解决上述课题。
技术方案1的发明为一种发动机的废热回收以及冷却装置，其特征在于，具有：水泵，其喷出发动机的冷却水；EGR冷却器，其利用从所述水泵喷出的所述冷却水的一部分，对从所述发动机的排气管路向进气管路中导入的EGR气体进行冷却；EGR阀，其对通过所述EGR冷却器的所述EGR气体的流路进行开闭；变速器加热器，其利用通过所述EGR冷却器的所述冷却水，对变速器的润滑油进行加热；隔断单元，其将通过所述EGR冷却器以及所述变速器加热器的所述冷却水的水路隔断；以及控制单元，其对所述隔断单元以及所述EGR阀进行控制，所述控制单元，在所述发动机处于规定的暖机状态时，将所述EGR阀打开，且使所述隔断单元成为隔断状态。
技术方案2的发明是技术方案1所述的发动机的废热回收以及冷却装置，其特征在于，所述控制单元，在所述发动机处于规定的暖机结束状态时，将所述EGR阀打开，且使所述隔断单元成为打开状态。
技术方案3的发明为技术方案1所述的发动机的废热回收以及冷却装置，其特征在于，所述控制单元，在所述变速器处于规定的高温状态时，将所述EGR阀关闭，且使所述隔断单元成为打开状态。
技术方案4的发明为技术方案2所述的发动机的废热回收以及冷却装置，其特征在于，所述控制单元，在所述变速器处于规定的高温状态时，将所述EGR阀关闭，且使所述隔断单元成为打开状态。
技术方案5的发明为技术方案1至技术方案4中任一项所述的发动机的废热回收以及冷却装置，其特征在于，所述隔断单元，是与所述变速器加热器的输出侧配管、所述发动机的主冷却水路、在车厢内的暖气中使用的加热芯的输入侧配管分别连接的三向阀，所述控制单元，在用户输入暖气请求时或者处于规定的低温状态时，将所述EGR阀关闭，且使得所述三向阀将所述发动机的主冷却水路和所述加热芯连通，且将通过所述EGR冷却器以及所述变速器加热器的所述冷却水的水路隔断。
发明的效果
根据本发明，可以得到下述效果。
(1)通过利用相对于发动机主体的温度，从刚起动后的比较早开始成为高温的排气(EGR气体)，对向变速器加热器供给的冷却水进行加热，从而可以尽快地使变速器的润滑油的油温升高，降低变速器中的摩擦损耗，可以提高车辆的燃料消耗性能。
另外，通过不设置例如对冷却水进行储存的蓄热容器等，利用从已有的EGR冷却器回收的废热，对冷却水进行加热，从而可以利用简单的结构，得到上述的效果。
通过具有将通过EGR冷却器以及变速器加热器的冷却水的水路隔断的隔断单元，使从EGR冷却器至变速器加热器中滞留的冷却水快速地升温，并对该高温的冷却水进行储存，从而可以尽快地使变速器的润滑油升温。
在发动机处于规定的暖机状态(冷却状态)时，通过将EGR阀打开且使隔断单元成为隔断状态，从而利用EGR气体，使从EGR冷却器至变速器加热器中滞留的冷却水快速地升温，并在高温状态下进行储存，从而可以在发动机暖机后的变速器暖机中使用。
另外，通过将实际冷却水容量降低，使发动机的快速暖机优先，降低发动机的摩擦损耗，实现燃料消耗的改善。
(2)在发动机处于规定的暖机结束状态(温热状态)时，通过将EGR阀打开且使隔断单元成为打开状态，从而将由EGR冷却器废热回收且升温后的冷却水向变速器加热器中通入，使润滑油的油温上升，可以提高变速器的暖机效果。
(3)在变速器处于规定的高温状态时，通过将EGR阀关闭且使隔断单元成为打开状态，从而不进行由EGR冷却器的废热回收，将水温较低的冷却水向变速器加热器中通入，将润滑油冷却，防止变速器的过热。
(4)在变速器处于规定的高温状态时，通过将EGR阀关闭且使隔断单元成为打开状态，从而不进行由EGR冷却器的废热回收，将水温较低的冷却水向变速器加热器中通入，将润滑油冷却，防止变速器的过热。
(5)隔断单元，是与变速器加热器的输出侧配管、发动机的主冷却水路、在车厢内的暖气中使用的加热芯的输入侧配管分别连接的三向阀，在用户输入暖气请求时或者处于规定的低温状态时，将EGR阀关闭，且使得三向阀将发动机的主冷却水路和加热芯连通，且将通过EGR冷却器以及变速器加热器的所述冷却水的水路隔断，从而防止从变速器加热器向变速器侧的热移动，且与从EGR冷却器至变速器加热器之间的容量对应地降低实际冷却水容量，并且，通过将EGR阀关闭，使充气效率下降，从而提高发动机的燃烧温度，将冷却水温保持得较高，可以得到良好的暖气效果。
附图说明
图1是表示使用了本发明的发动机的废热回收以及冷却装置的实施例的结构的图。
图2是表示实施例的发动机的废热回收以及冷却装置中的三向阀以及EGR阀的控制的流程图。
图3是表示实施例的发动机的废热回收以及冷却装置中的高负载时(CVT油温高温时)的EGR阀以及三向阀的状态的示意图。
图4是表示实施例的发动机的废热回收以及冷却装置中的取暖时的EGR阀以及三向阀的状态的示意图。
图5是表示实施例的发动机的废热回收以及冷却装置中的发动机暖机结束前的EGR阀以及三向阀的状态的示意图。
图6是表示实施例的发动机的废热回收以及冷却装置中的发动机暖机结束后的EGR阀以及三向阀的状态的示意图。
图7是表示使用本发明的发动机的废热回收以及冷却装置的变形例的图。
具体实施方式
本发明的课题为，提供一种通过简单的结构，利用发动机的废热，改善车辆的燃料消耗的发动机的废热回收以及冷却装置，其通过下述方法而解决，即，将由EGR冷却器进行废热回收并升温后的冷却水向CVT加热器导入，对变速器油进行加热，使粘度下降，降低变速器的机械损耗。
另外，本课题是通过在CVT加热器输出侧配管、加热芯输入侧配管、输水管之间配置三向阀，与行驶状态对应地对水路进行切换而解决。
【实施例】
下面，说明使用本发明的发动机的废热回收以及冷却装置的实施例。
图1是表示实施例的废热回收以及冷却装置的结构的图。实施例的废热回收以及冷却装置，例如设置在作为行驶用动力源而搭载在乘用车等汽车中的柴油发动机、汽油发动机等水冷式内燃发动机中。
在实施例中，发动机例如是在车辆上纵向搭载的水平对置发动机，具有左右一对气缸以及气缸盖。
发动机1具有水泵2、LH水分离室3L、RH水分离室3R、LH缸体4L、RH缸体4R、LH气缸盖5L、RH气缸盖5R、涡轮增压器6、输水管7、散热器水路8、散热器9、贮水箱10、旁路水路11、恒温器12、EGR冷却器13、CVT加热器14、加热芯15、三向阀16、热敏继电器17、以及油冷却器18等而构成。
水泵2由发动机1的未图示的输出轴驱动，喷出冷却水。作为冷却水，例如使用长效冷却剂(LLC)等具有不冻性的液体。
LH水分离室3L、RH水分离室3R，将从水泵2供给的冷却水分别向左右的缸体以及气缸盖分配。
LH缸体4L、RH缸体4R，分别形成左右活塞所插入的气缸以及对气缸进行冷却的冷却水路等。
LH气缸盖5L、RH气缸盖5R分别设置在LH缸体4L、RH缸体4R上，具有燃烧室、进气排气口、动阀驱动机构以及燃料喷射装置等，并形成有对燃烧室以及排气口进行冷却的冷却水路。
涡轮增压器6是利用由发动机1的排气驱动的叶轮机对压缩机进行驱动，从而对发动机1的进气进行压缩的增压器。
上述的LH缸体4L、RH缸体4R、LH气缸盖5L、RH气缸盖5R、以及涡轮增压器6，通过使水泵2喷出的冷却水通过而被冷却。
输水管7是使从LH缸体4L、RH缸体4R、LH气缸盖5L、RH气缸盖5R、涡轮增压器6输出的冷却水聚集的部分，构成发动机1的主冷却水路的一部分。
散热器水路8将从输水管7输出的冷却水向散热器9供给。
散热器9是通过与行驶风之间的热交换等，对从散热器水路8供给的冷却水进行冷却的散热器。在散热器9中冷却后的冷却水向水泵2回流。
贮水箱10与散热器9连接，是暂时储存剩余的冷却水的辅助水箱。
旁路水路11使来自输水管7的冷却水不通过散热器9，而是向水泵2回流。
恒温器12与冷却水温相对应，使来自散热器9的输出侧配管以及旁路水管11的冷却水选择地向水泵2导入。
恒温器12在冷却水温为低温的情况下，将来自散热器9的水路隔断。此时，使来自输水管7的冷却水从旁路水路11向水泵2返回。另外，恒温器12在冷却水温为大于或等于规定的高温的情况下，将来自散热器9的水路打开，使通过散热器9的冷却水向水泵2返回。
EGR冷却器13通过与水泵2喷出的冷却水之间的热交换，对将发动机1的排气的一部分抽出而向进气管路内导入的EGR气体进行冷却。
如图3至图6所示，EGR冷却器13具有EGR阀13b，其对内部的EGR气体流路13a进行开闭。另外，在EGR气体流路的周围设有冷却水路13c。在冷却水路13c中设有检测内部水温的未图示的水温传感器。
EGR阀13b利用对发动机1以及其辅助设备总体地进行控制的未图示的发动机控制装置，对其开闭进行控制。
CVT加热器14进行从EGR冷却器13输出的冷却水、和对发动机1的输出进行增减速的未图示的无级变速器(CVT)的润滑油即变速器油之间的热交换，对变速器油进行加热。另外，CVT加热器14是油温调节单元，其在由于高负载等引起的CVT过热时，还作为对变速器油进行冷却的冷却器起作用。
加热芯15进行发动机1的冷却水和鼓风机的送风之间的热交换，是进行车厢内的取暖的热交换器。
加热芯15的输入侧配管，经由三向阀16与输水管7连接。
加热芯15的输出侧配管与恒温器12连接，使从加热芯15输出的冷却水经由恒温器12向水泵2返回。
三向阀16与CVT加热器14的输出侧配管、加热芯15的输入侧配管、以及输水管7分别连结，是对它们之间的流路进行切换的旋转阀。
三向阀16利用上述发动机控制单元，对流路的选择动作进行控制。
热敏继电器17设置于在输水管7和加热芯15的输出侧配管之间所设置的配管的中途，与冷却水温相对应地，使与散热器9相对的未图示的电动风扇接通/断开。
油冷却器18利用水泵2喷出的冷却水，对作为发动机1的润滑油的发动机油进行冷却。从油冷却器18输出的冷却水向加热芯15的输出侧配管导入。
下面，说明上述发动机的废热回收以及冷却装置中的三向阀16以及EGR阀13b的控制。发动机控制装置基于检测冷却水水温的未图示的冷却传感器、检测变速器油油温的未图示的油温传感器、乘客对暖气的打开/关闭进行输入的未图示的暖气开关等的输出，对三向阀16以及EGR阀13b进行控制。发动机控制装置作为对废热回收以及冷却装置进行控制的控制单元起作用。
图2是表示该控制的流程图。
下面，按照顺序，对每个步骤进行说明。
<步骤S01：IGN接通时输入初始条件加热器侧关闭>
该流程的处理，在进行发动机1的起动、停止的未图示的点火开关接通时开始。
首先，向发动机控制单元输入各种初始条件。
三向阀16将CVT加热器14侧关闭，使从输水管7向三向阀16导入的冷却水向加热芯15侧流动。
进入步骤S02。
<步骤S02：CVT油温判断>
发动机控制单元对CVT的变速器油的油温进行检测，在油温大于或等于100℃的情况下，判断为例如由于上坡或牵引行驶等高负载而CVT有可能过热的状态，进入步骤S03。
<步骤S03：三向阀加热器侧打开·EGR阀关闭>
如图3所示，发动机控制单元使三向阀16成为下述状态：从CVT加热器14向输水管7流过冷却水，且将向加热芯15通入的水路隔断。
另外，发动机控制单元将EGR阀13b关闭。
由此，向CVT加热器14通入冷却水，变速器油被冷却水冷却，防止CVT过热。
此时，将EGR气体隔断，不由EGR冷却器13进行废热回收，从而将向CVT加热器14导入的冷却水的温度保持得较低，尽快地将变速器油的油温冷却至小于或等于规定的基准值。
然后，返回步骤S02，反复进行之后的处理。
<步骤S04：暖气开关接通判断>
发动机控制单元对暖气开关是否接通进行判定，在接通的情况下，认为存在来自乘客的暖气要求，进入步骤S05。
另一方面，在断开的情况下，进入步骤S06。
在这里，也可以取代暖气开关的接通/断开，例如根据外界气温等其他条件，判定有无暖气要求。例如，也可以在外界气温小于或等于10℃的情况下，进入步骤S05。
<步骤S05：三向阀加热器侧关闭·EGR阀关闭>
如图4所示，发动机控制单元使三向阀16成为下述状态：将CVT加热器14的输出侧配管隔断，且从输水管7向加热芯15通水。
另外，发动机控制单元将EGR阀13b关闭。
由此，防止经由CVT加热器14从发动机1侧向变速器油侧(CVT侧)的热传导，另外，通过不使从EGR冷却器13至CVT加热器14中储存的冷却水循环，从而循环的实际水容量下降。并且，通过将EGR阀13b关闭，使发动机1的充气效率下降，从而燃烧温度升高，将发动机1的冷却水温保持得较高，来自加热芯15的放出热量增加，使暖气性能提高。
然后，进入步骤S06。
<步骤S06：发动机冷却水温判断>
发动机控制单元对发动机1的冷却水的水温进行检测，在水温小于50℃的情况下，判断为通常运转中的发动机暖机前(未暖机)的状态(冷却状态)，进入步骤S07。
另一方面，在水温大于或等于50℃的情况下，判断为通常运转中的发动机暖机后的状态(温热状态)，进入步骤S08。
<步骤S07：三向阀加热器侧关闭·EGR阀打开>
如图5所示，发动机控制单元使三向阀16成为下述状态：将CVT加热器14的输出侧配管隔断，且从输水管7向加热芯15通水。
另外，发动机控制单元将EGR阀13b打开。
由此，使发动机1的快速暖机优先，通过使发动机1的摩擦降低而改善燃料消耗。
另外，从EGR冷却器13至CVT加热器14中滞留的冷却水，利用来自EGR气体的废热回收快速地被升温，并对高温的冷却水进行存储，在发动机1暖机后的CVT暖机中使用。
此时进行控制，以使得在EGR冷却器13内的冷却水刚要到达沸点之前，使EGR阀的开度减小，使得冷却水温小于或等于沸点。
然后，进入步骤S09。
<步骤S08：三向阀加热器侧打开·EGR阀打开>
如图6所示，使三向阀16成为下述状态：从CVT加热器14向输水管7流动冷却水，且将向加热芯15通入的水路隔断。
另外，发动机控制单元将EGR阀13b打开。
由此，在步骤S07中利用废热回收而被升温并储存的高温冷却水向CVT加热器14中通入，使加速器油的油温上升，使CVT的暖机效果最大化。
在CVT中，通过加速器油的升温而使其粘度下降，通过机械损耗下降而使车辆的燃料消耗性能提高。
然后，进入步骤S09。
<步骤S09：点火断开判断>
发动机控制单元对点火开关的接通/断开进行检测，在断开的情况下，结束一系列的处理。
另一方面，在接通的情况下，返回步骤S02，反复进行之后的处理。
如以上说明所示，根据本实施例，可以提供一种通过简单的结构，利用发动机的废热，改善车辆的燃料消耗的发动机的废热回收以及冷却装置。
(变形例)
本发明不由以上说明的实施例限定，可以进行各种变形和变更，它们也在本发明的技术范围内。
使用本发明的发动机不限于实施例所述的水平对置发动机，也可以是直列、V型等其它种类的发动机。
另外，冷却水的水路的结构不限于实施例的结构，可以适当地变更。
例如，在实施例中，EGR冷却器、CVT加热器的水路开闭以及加热芯的水路开闭，是利用单一的三向阀进行的，但例如也可以利用多个其它种类的阀实现上述功能。
另外，在本发明的效果中，只要可以利用由EGR冷却器的废热回收，实现变速器润滑油升温即可，在此情况下，例如如图7所示的本发明的变形例所示，只要简单地在EGR冷却器的下游侧配置CVT加热器即可，上述的变形例也在本发明的技术范围内。另外，在图7中，对于与上述的实施例实质性相同的部分，标注相同的标号。
Claims (5)
1.一种发动机的废热回收以及冷却装置，其特征在于，具有：
水泵，其喷出发动机的冷却水；
EGR冷却器，其利用从所述水泵喷出的所述冷却水的一部分，对从所述发动机的排气管路向进气管路中导入的EGR气体进行冷却；
EGR阀，其对通过所述EGR冷却器的所述EGR气体的流路进行开闭；
变速器加热器，其利用通过所述EGR冷却器的所述冷却水，对变速器的润滑油进行加热；
隔断单元，其将通过所述EGR冷却器以及所述变速器加热器的所述冷却水的水路隔断；以及
控制单元，其对所述隔断单元以及所述EGR阀进行控制，
所述控制单元，在所述发动机处于规定的暖机状态时，将所述EGR阀打开，且使所述隔断单元成为隔断状态。
2.根据权利要求1所述的发动机的废热回收以及冷却装置，其特征在于，
所述控制单元，在所述发动机处于规定的暖机结束状态时，将所述EGR阀打开，且使所述隔断单元成为打开状态。
3.根据权利要求1所述的发动机的废热回收以及冷却装置，其特征在于，
所述控制单元，在所述变速器处于规定的高温状态时，将所述EGR阀关闭，且使所述隔断单元成为打开状态。
4.根据权利要求2所述的发动机的废热回收以及冷却装置，其特征在于，
所述控制单元，在所述变速器处于规定的高温状态时，将所述EGR阀关闭，且使所述隔断单元成为打开状态。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发动机的废热回收以及冷却装置，其特征在于，
所述隔断单元，是与所述变速器加热器的输出侧配管、所述发动机的主冷却水路、在车厢内的暖气中使用的加热芯的输入侧配管分别连接的三向阀，
所述控制单元，在用户输入暖气请求时或者处于规定的低温状态时，将所述EGR阀关闭，且使得所述三向阀将所述发动机的主冷却水路和所述加热芯连通，且将通过所述EGR冷却器以及所述变速器加热器的所述冷却水的水路隔断。
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