CN102971518B

CN102971518B - 冷却系统

Info

Publication number: CN102971518B
Application number: CN201180032080.3A
Authority: CN
Inventors: 片山正章; 泽田大作; 小森聪
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: WO2012108030A1; DE112011104871T5; DE112011104871B4; JPWO2012108030A1; JP5333679B2; CN102971518A; US8978597B2; US20130306004A1

Abstract

本发明提供一种冷却系统，该冷却系统（1A）具备：内燃机（10）；泵（31）；散热器（32）；主通道部（41）；斯特林发动机（20）；分支通道部（43），其于第一连接地点（P1）处从主通道部（41）分支，且经由斯特林发动机（20），而于第二连接地点（P2）处与主通道部（41）中的、与第一连接地点（P1）相比靠下游侧的部分汇合；温度自动调节器（33），并且，在主通道部（41）中的、散热器（32）与泵（31）之间的部分处设置第一连接地点（P1）和第二连接地点（P2），且以使温度自动调节器（33）存在于主通道部（41）中的、第一连接地点（P1）和第二连接地点（P2）之间的部分处的方式，来设置温度自动调节器（33）。

Description

冷却系统

技术领域

本发明涉及一种冷却系统，尤其涉及一种具备内燃机和斯特林发动机的冷却系统。

背景技术

已知一种在内燃机及斯特林发动机中流通有共同的冷却介质的技术。在专利文献1中公开了如下的动力装置，其具备：水冷式内燃机，其具备冷却回路；斯特林内燃机，其具备通过在冷却回路中进行循环的冷却水而对工作气体进行冷却的冷却器。除此以外，例如在专利文献2至4中公开了在结构上被认为与本发明存在相关性的技术。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-90376号公报

专利文献2：日本特开2007-120312号公报

专利文献3：日本特开2005-248932号公报

专利文献4：日本特开2000-73763号公报

发明内容

发明所要解决的课题

当在内燃机及斯特林发动机中流通有共同的冷却介质时，能够使压送冷却介质的泵、和对冷却介质进行冷却的散热器共同化。而且，由此，能够设定为对成本而言有利的结构。为了使共同的冷却介质流通，而设置相对于使冷却介质于内燃机中流通的主通道部而分支、之后再汇合的分支通道部，且能够以使斯特林发动机存在于分支通道部中的方式来设置该斯特林发动机。

然而在该种情况下，当流通于主通道部中的与分支通道部进行分支的部分相比靠后的部分、且与分支通道部进行汇合的部分相比靠前的部分中的冷却水的流通阻力较小时，冷却介质将难以在分支通道部中流通。其结果为，有时会无法确保对斯特林发动机的实效性的冷却。此外，在斯特林发动机中低温热源与高温热源的温度差越大则越能够得到较大的输出，然而提取较大的输出并不容易。因此，在确保实效性的冷却时，优选为，尽量使温度较低的冷却介质在斯特林发动机中流通。而且，例如从如上这些方面出发，期望获得能够使共同的冷却介质理想地在内燃机及斯特林发动机中流通的技术。

本发明鉴于上述课题，其目的在于，提供一种能够使共同的冷却介质理想地在内燃机以及斯特林发动机中流通的冷却系统。

用于解决课题的方法

本发明为一种冷却系统，具备：内燃机，其流通有冷却介质；泵，其向所述内燃机压送冷却介质；散热器，其对流通过所述内燃机的冷却介质进行冷却；主通道部，其使冷却介质从所述散热器经由所述泵而向所述内燃机流通；斯特林发动机，其流通有冷却介质；分支通道部，其于第一连接地点处从所述主通道部分支，且经由所述斯特林发动机，而于第二连接地点处与所述主通道部中的、与所述第一连接地点相比靠下游侧的部分汇合；阻力部，其作为在所述主通道部中流通的冷却介质的流通阻力而发挥作用，在所述主通道部中的、所述散热器与所述泵之间的部分处设置所述第一连接地点和所述第二连接地点，且以使所述阻力部存在于所述主通道部中的、所述第一连接地点和所述第二连接地点之间的部分处的方式，来设置该阻力部。

此外，本发明可以采用如下的结构，即，还具备旁通通道部，所述旁通通道部用于使流通过所述内燃机的冷却介质流通，从而对所述散热器进行旁通，所述阻力部为如下的附带旁通阀的温度自动调节器，即，通过在使冷却介质于所述散热器中流通的情况、和使冷却介质于所述旁通通道部中流通的情况之间，对冷却介质的流量的比例进行调节，从而能够对在所述内燃机中流通的冷却介质的温度进行调节。

此外，本发明可以采用如下的结构，即，所述阻力部为，能够对所流通的冷却介质的流量的节流程度进行变更的可变节流阀。

此外，本发明可以采用如下的结构，即，所述分支通道部所形成的通道的截面面积被设定为，小于所述主通道部所形成的通道的截面面积。

此外，本发明可以采用如下的结构，即，还具备流量比例变更部，所述流量比例变更部包括所述阻力部，并能够根据所述内燃机的运行状态，而对流通于所述内燃机中的冷却介质的流量、和流通于所述斯特林发动机中的冷却介质的流量的比例进行变更。

发明效果

根据本发明，能够使共同的冷却介质理想地在内燃机及斯特林发动机中流通。

附图说明

图1为实施例1的冷却系统的概要结构图。

图2为实施例2的冷却系统的概要结构图。

图3为实施例3的冷却系统的概要结构图。

图4为表示冷却水的第一流通状态的图。

图5为表示冷却水的第二流通状态的图。

图6为表示冷却水的第三流通状态的图。

图7为表示斯特林发动机入口的冷却水的温度与内燃机的负载之间的关系的图。

具体实施方式

利用附图对本发明的实施例进行说明。

实施例1

图1为冷却系统1A的概要结构图。冷却系统1A具备：内燃机10、斯特林发动机20、泵31、散热器32、温度自动调节器33。此外，具备主通道部41、旁通通道部42、分支通道部43。上述通道部41、42、43为配管，且形成了使作为冷却介质的冷却水流通的通道。沿着通道部41、42、43的箭头标记表示冷却水的流通方向。

内燃机10为水冷式的内燃机，并流通有冷却水。泵31压送冷却水。散热器32在所流通的冷却水与空气之间进行热交换，从而对冷却水进行冷却。温度自动调节器33对在内燃机10中流通的冷却水的温度进行调节。温度自动调节器33为根据冷却水的温度而进行动作的机械式的阀。

内燃机10、泵31、散热器32以及温度自动调节器33被设置为，存在于主通道部41上。主通道部41形成了如下的循环路径，即，使泵31所压送的冷却水按照内燃机10、散热器32以及温度自动调节器33的顺序流通，之后返回至泵31的循环路径。

因此，泵31向内燃机10压送冷却水。此外，散热器32对流通过内燃机10的冷却水进行冷却。然后，主通道部41使冷却水从散热器32经由泵31而向内燃机10流通。泵31被设置于内燃机10上，且为通过内燃机10的动力而进行驱动的机械式的泵。泵31也可以为电动泵。

旁通通道部42相对于主通道部41而设置。旁通通道部42形成了对散热器32进行旁通的路径。因此，旁通通道部42用于使流通过内燃机10的冷却水流通，从而对散热器32进行旁通。

温度自动调节器33被设置于主通道部41与旁通通道部42的汇合地点处。具体而言，温度自动调节器33为如下的附带旁通阀的温度自动调节器，即，通过在使冷却水于散热器32中流通的情况、和使冷却水于旁通通道部42中流通的情况之间，对冷却水的流量的比例进行调节，从而能够对在内燃机10中流通的冷却水的温度进行调节。

在对冷却水的流量的比例进行调节时，温度自动调节器33以如下方式工作，即，在内燃机10的冷启动后至暖机结束为止的期间内、即冷却水温度达到合适温度（例如80℃）为止的期间内，使冷却水不向散热器32流通。此外，在暖机结束后，以如下的方式工作，即，当于内燃机10中流通的冷却水的温度越升高时（例如当内燃机10的负载越高时），则越增大于散热器32中流通的冷却水的流量的比例。温度自动调节器33也可以以如下的方式工作，即，在内燃机10的冷启动后至暖机结束为止的期间内，使少量的冷却水流通于散热器32中。

分支通道部43相对于主通道部41而设置。并以使斯特林发动机20存在于分支通道部43中的方式来设置该斯特林发动机20。分支通道部43所形成的通道的截面面积被设定为，小于主通道部41所形成的通道的截面面积。具体而言，分支通道部43所形成的通道的直径被设定为，小于主通道部41所形成的通道的直径。

分支通道部43于第一连接地点P1处从主通道部41分支，且经由斯特林发动机20，而于第二连接地点P2处与主通道部41中的、与第一连接地点P1相比靠下游侧的部分汇合。通过使分支通道部43于第一连接地点P1处分支，从而通过散热器32而被冷却的冷却水直接流通于该分支通道部43中。

连接地点P1、P2被设置于主通道部41中的、散热器32与泵31之间的部分处。与此相对，温度自动调节器33以存在于主通道部41中的连接地点P1、P2之间的部分处的方式而被设置。以这种方式设置的温度自动调节器33相当于，作为在主通道部41中流通的冷却水的流通阻力而发挥作用的阻力部。

斯特林发动机20具备冷却器20a和加热器20b。在斯特林发动机20中流通有冷却水。具体而言，于冷却器20a中流通有冷却水。冷却器20a在冷却水与工作流体之间进行热交换，从而对工作流体进行冷却。另一方面，加热器20b在工作流体与内燃机10的废气之间进行热交换，从而对工作流体进行加热。

在斯特林发动机20中，冷却水构成斯特林发动机20的低温热源，而废气构成斯特林发动机20的高温热源。因此，越使在冷却器20a中流通的冷却水的温度降低，越能够扩大低温热源与高温热源之间的温度差。因此，通过降低在冷却器20a中流通的冷却水的温度，从而能够提高斯特林发动机20的输出。

接下来，对冷却系统1A的作用效果进行说明。冷却系统1A在主通道部41中的、散热器32与泵31之间的部分处设置有连接地点P1、P2。此外，以使作为流通阻力而发挥作用的温度自动调节器33存在于主通道部41中的、连接地点P1、P2之间的部分处的方式，来设置该温度自动调节器33。此外，使分支通道部43在第一连接地点P1处分支。

因此，冷却系统1A能够仅通过泵31的工作而使连接地点P1、P2之间产生压力差。而且，由此，能够使冷却水于分支通道部43中流通。此外，冷却系统1A能够使流通于冷却系统1A中的冷却水中、温度成为最低的状态的冷却水于斯特林发动机20中流通。因此，冷却系统1A通过能够确保对斯特林发动机20的实效性的冷却这一点，从而能够使共同的冷却水理想地流通于内燃机10及斯特林发动机20中。

冷却系统1A将一般用于对流通于内燃机10中的冷却水的温度进行调节的温度自动调节器33作为阻力部。因此，冷却系统1A从能够实现对成本而言有利的结构这一点出发，也能够使冷却水理想地流通。

在冷却系统1A中，温度自动调节器33在使冷却水于散热器32中流通的情况、和对于散热器32中流通的冷却水进行旁通的情况之间，对冷却水的流量的比例进行调节。对此，温度自动调节器33在内燃机10的暖机结束为止的期间内，不使冷却水于散热器32中流通。因此，冷却系统1A从能够确保对斯特林发动机20的实效性的冷却，且能够实现内燃机10的暖机促进这一点出发，也能够使冷却水理想地流通。

在冷却系统1A中，温度自动调节器33在暖机结束后于内燃机10中流通的冷却水的温度越增高时，越增大于散热器32中流通的冷却水的流量的比例。并且，由此，温度自动调节器33作为相对较小的流通阻力而发挥作用。

因此，冷却系统1A能够在对内燃机10进行冷却的必要性较高时，理想地对内燃机10进行冷却。然后，同时能够利用其余力而对斯特林发动机20进行冷却。因此，冷却系统1A从能够在对内燃机10进行冷却的必要性较高时确保对内燃机10的冷却，且对斯特林发动机20进行冷却这一点出发，也能够使冷却水理想地流通。

在冷却系统1A中，分支通道部43所形成的通道的截面面积被设定为，小于主通道部41所形成的通道的截面面积。因此，冷却系统1A能够在使共同的冷却水流通于内燃机10及斯特林发动机20中的同时，使冷却水优先地流通于内燃机10中。其结果为，由此，从能够在对内燃机10进行冷却的必要性较高时确保内燃机10的冷却这一点出发，也能够使冷却水理想地流通。

温度自动调节器33可以为电子控制阀。在该种情况下，通过进一步具备例如电子控制装置，也能够起到同样的作用效果，所述电子控制装置根据内燃机10的冷却水温度和负载，而以与上述相同的方式对温度自动调节器33的工作进行控制。这一点在以下的实施例中也相同。

实施例2

图2为冷却系统1B的概要结构图。冷却系统1B除了还具备节流阀34这一点以外，实质上与冷却系统1A相同。节流阀34以存在于分支通道部43中的方式而被设置。具体而言，节流阀34以存在于分支通道部43中的、与斯特林发动机20相比靠上流侧的部分处的方式而被设置。节流阀34通过减少所流通的冷却水的流量，从而与未设置节流阀34的情况相比，减少了流通于分支通道部43中的冷却水的流量。

接下来，对冷却系统1B的作用效果进行说明。此处，可以进行如下考虑，即，例如在暖机结束后内燃机10的负载较小时，通过将温度自动调节器33作为相对较大的流通阻力而发挥作用，从而可以按照以下的方式而适当地进行内燃机10的冷却。即，可以进行如下考虑，通过相对减少于散热器32中流通的冷却水的流量的比例，并且由此混合经由散热器32而流通的冷却水、和经由旁通通道部42而流通的冷却水并向内燃机10进行供给，从而能够适当地进行对内燃机10的冷却。

然而，在该种情况下，存在如下的可能性，即，当分支通道部43的流通阻力较小时，流量超过欲由温度自动调节器33进行限制的流量的冷却水将在散热器32中流通，之后，流入到分支通道部43中。其结果为，存在如下的可能性，即，由于流入到分支通道部43中的冷却水之后到达内燃机10，从而内燃机10被过度冷却。

与此相对，冷却系统1B利用节流阀34来减小于分支通道部43中流通的冷却水的流量。而且，由此，即使当温度自动调节器33作为相对较大的流通阻力而发挥作用时，也能够防止内燃机10被过度冷却的情况。因此，冷却系统1B与冷却系统1A相比，从能够在温度自动调节器33作为相对较大的流通阻力而发挥作用时适当地对内燃机10进行冷却这一点出发，能够使冷却水理想地流通于内燃机10及斯特林发动机20中。

实施例3

图3为冷却系统1C的概要结构图。冷却系统1C除了具备可变节流阀35以取代节流阀34这一点以外，实质上与冷却系统1B相同。可变节流阀35与节流阀34同样被设置于分支通道部43中。可变节流阀35对所流通的冷却水的流量的节流程度进行变更。关于这一点，可变节流阀35成为根据冷却水的压力而工作的机械式的阀。可变节流阀35也可以为根据冷却水的温度而工作的机械式的阀。

可变节流阀35以如下的方式进行工作，即，通过当温度自动调节器33越作为相对较小的流通阻力而发挥作用时，越以较大的程度进行开阀，从而对所流通的冷却水的流量的节流程度进行变更。

图4为表示冷却水的第一流通状态的图。图5为表示冷却水的第二流通状态的图。图6为表示冷却水的第三流通状态的图。图4为内燃机冷态时的流通状态，图5为内燃机10的负载为轻中负载时的流通状态，图6表示内燃机10的负载为高负载时的流通状态。在图4、图5、图6中，以与主通道部41、旁通通道部42或分支通道部43重合的方式所示的箭头标记，表示冷却水的流通状态。此外，箭头标记的粗细表示流量的大小。另一方面，由虚线表示的主通道部41、旁通通道部42或分支通道部43表示未流通有冷却水的状态。

如图4所示，在内燃机冷态时从泵31被喷出的冷却水在流通过内燃机10之后，在主通道部41中流通。然后，在主通道部41中流通的全部的冷却水在中途流入到旁通通道部42中。流入到旁通通道部42中的冷却水经由温度自动调节器33而再次流入到主通道部41中，并返回至泵31。因此，此时在散热器32中未流通有冷却水。同时在分支通道部43及斯特林发动机20中也未流通有冷却水。此时，如上文所述，也可以于散热器32中流通有少量的冷却水。

如图5所示，当内燃机10的负载为轻中负载时，在从泵31被喷出的冷却水流通过内燃机10之后，于主通道部41中流通。然后，在主通道部41中流通的冷却水的一部分在中途分流到旁通通道部42中。分流至旁通通道部42中的冷却水经由温度自动调节器33而再次流入到主通道部41中并返回至泵31。

另一方面，未分流的冷却水于散热器32中流通。并且，之后，该冷却水的一部分分流至分支通道部43中。未分流至分支通道部43中的冷却水经由温度自动调节器33而返回至泵31。另一方面，分流至分支通道部43中的冷却水在流通过可变节流阀35及斯特林发动机20之后，再次流入到主通道部41中，并返回至泵31。此时，可变节流阀35以相对较小的程度开阀，从而不会使所需以上的冷却水在斯特林发动机20中流通。

如图6所示，例如在全负载运行时等内燃机10的负载为高负载时，从泵31被喷出的冷却水在流通过内燃机10之后，于主通道部41中流通。然后，全部的冷却水在未分流至旁通通道部42中的条件下流入到散热器32中。在流通过散热器32之后，冷却水分流至分支通道部43中，并经由温度自动调节器33或分支通道部43而返回至泵31。此时，可变节流阀35以相对较大的程度（例如全开）开阀。

温度自动调节器33和可变节流阀35相当于流量比例变更部，所述流量比例变更部能够根据内燃机10的运行状态，而对在内燃机10中流通的冷却水的流量、与在斯特林发动机20中流通的冷却水的流量的比例进行变更。

接下来，对冷却系统1C的作用效果进行说明。图7为表示斯特林发动机20入口的冷却水的温度Ts_in与内燃机10的负载之间的关系的图。在图7中，温度T1表示散热器32入口的冷却水温度，温度T2表示内燃机10入口的冷却水温度，温度T3表示外气温度。温度T1例如为100℃，温度T2例如为80℃，温度T3例如为40℃。

在冷却系统1C中，当内燃机10的负载为轻中负载时，温度自动调节器33通过使冷却水的一部分分流到旁通通道部42中，从而减少在散热器32中流通的冷却水的流量。而且，此时，即使温度自动调节器33作为相对较大的流通阻力而发挥作用，可变节流阀35也以相对较小的程度开阀。

因此，冷却系统1C在内燃机10的负载为轻中负载时，能够以对内燃机10的冷却具有较大的余力的方式对冷却水进行冷却。此外，能够使通过散热器32而被冷却的冷却水于内燃机10与斯特林发动机20中流通。

并且，由此，通过将被散热器32冷却的冷却水、和旁通过散热器32的冷却水混合，并于内燃机10中流通，从而能够将温度T2设定为适当温度。此外，通过使以对内燃机10的冷却具有较大的余力的方式而冷却的冷却水于斯特林发动机20中流通，从而能够使温度Ts_in与温度T2相比大幅度下降。

在冷却系统1C中，当内燃机10的负载为高负载时，温度自动调节器33使全部的冷却水于散热器32中流通。此外，此时，即使温度自动调节器33作为相对较小的流通阻力而发挥作用，可变节流阀35也以相对较大的程度开阀。

因此，冷却系统1C即使在内燃机10的负载为高负载时，也能够使被散热器32冷却了的冷却水优先在内燃机10中流通，且以与内燃机10的负载为轻中负载时相比较大的流量使冷却水也于斯特林发动机20中流通。并且，由此，也能够在以内燃机10的冷却为优先的同时，对斯特林发动机20进行冷却。

如此，冷却系统1C从根据内燃机10的运行状态而适当地使冷却水在内燃机10及斯特林发动机20中流通这一点出发，与冷却系统1B相比能够更加理想地使冷却水流通。

可变节流阀35可以为电子控制阀。在该种情况下，通过还具备例如根据内燃机10的冷却水温度和负载，而以与上述相同的方式对可变节流阀35的工作进行控制的电子控制装置，从而能够起到相同的作用效果。

虽然在上文中对本发明的实施例进行了详细说明，然而本发明并不限定于所涉及的特定的实施例，在专利的权利要求书中所记载的本发明的主旨的范围内，可以进行各种变形、变更。

例如，阻力部也可以为可变节流阀。在该种情况下，也能够确保对斯特林发动机的实效性的冷却。此外，通过以当在内燃机中流通的冷却介质的温度越增高时，越增大所流通的冷却介质的流量的方式，对节流的程度进行变更，从而能够在对内燃机进行冷却的必要性较高时确保内燃机的冷却，且对斯特林发动机进行冷却。

符号说明

1A、1B、1C…冷却系统

31…泵

32…散热器

33…温度自动调节器

41…主通道部

42…旁通通道部

43…分支通道部

Claims

1.一种冷却系统，具备：

内燃机，其流通有冷却介质；

泵，其向所述内燃机压送冷却介质；

散热器，其对流通过所述内燃机的冷却介质进行冷却；

主通道部，其使冷却介质从所述散热器经由所述泵而向所述内燃机流通；

斯特林发动机，其流通有冷却介质；

分支通道部，其于第一连接地点处从所述主通道部分支，且经由所述斯特林发动机，而于第二连接地点处与所述主通道部中的、与所述第一连接地点相比靠下游侧的部分汇合；

阻力部，其作为在所述主通道部中流通的冷却介质的流通阻力而发挥作用，

所述冷却系统的特征在于，

在所述主通道部中的、所述散热器与所述泵之间的部分处设置所述第一连接地点和所述第二连接地点，且以使所述阻力部存在于所述主通道部中的、所述第一连接地点和所述第二连接地点之间的部分处的方式，来设置该阻力部。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其中，

还具备旁通通道部，所述旁通通道部用于使流通过所述内燃机的冷却介质流通，从而对所述散热器进行旁通，

所述阻力部为如下的附带旁通阀的温度自动调节器，即，通过在使冷却介质于所述散热器中流通的情况、使冷却介质于所述旁通通道部中流通的情况之间，对冷却介质的流量的比例进行调节，从而能够对在所述内燃机中流通的冷却介质的温度进行调节。

3.如权利要求1所述的冷却系统，其中，

所述阻力部为，能够对所流通的冷却介质的流量的节流程度进行变更的可变节流阀。

4.如权利要求1至3中的任意一项所述的冷却系统，其中，

所述分支通道部所形成的通道的截面面积被设定为，小于所述主通道部所形成的通道的截面面积。

5.如权利要求1所述的冷却系统，其中，

还具备流量比例变更部，所述流量比例变更部包括所述阻力部，并能够根据所述内燃机的运行状态，而对流通于所述内燃机中的冷却介质的流量、流通于所述斯特林发动机中的冷却介质的流量的比例进行变更。