CN105051333A - 内燃机和热电联产装置 - Google Patents

Abstract

提供能够实现全年能耗效率提高的内燃机。在具备油冷却器(11)的燃气发动机(1)中，油冷却器(11)具有在内燃机冷却水与润滑油之间进行热交换的路径，燃气发动机(1)具备控制部(12)，所述控制部(12)将内燃机冷却水温度控制为恒定温度，在高负荷的运转时，对润滑油进行冷却，且在中低负荷的运转时，对润滑油进行加热。与高负荷的运转时相比，控制部(12)在中低负荷的运转时，增高内燃机冷却水温度。具备向活塞(17)的背面喷射润滑油的喷油件(18a)。

Description

内燃机和热电联产装置

技术领域

本发明涉及具有油冷却器的内燃机。

背景技术

一直以来，在内燃机中，公知有构成为对润滑油进行冷却或加热的润滑油温度控制装置。

该润滑油温度控制装置构成为，通过将润滑油的温度迅速冷却到适当温度，得到内燃机的冷却效果。此外，不仅如此，还构成为，将润滑油的温度迅速加热到适当温度，从而能够实现内燃机的预热运转的时间缩短(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-218502号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，上述以往的内燃机的润滑油温度控制装置仅在预热运转时对润滑油进行加热，而没有考虑到全年能耗效率。

即，在将这样的内燃机例如用作制冷制热装置的驱动源的情况下，高速旋转高负荷地进行运转的期间仅是夏季和冬季的一小部分期间，剩余的大部分期间内，大多低速旋转中等负荷、低速旋转低负荷地进行运转。因此，作为内燃机，即使高速旋转高负荷时的能耗效率稍微下降，如果低速旋转中等负荷和低速旋转低负荷时的能耗效率上升，则能够认为实现了全年能耗效率的提高。迄今为止，还没有为了这样的低速旋转中等负荷和低速旋转低负荷的能耗效率提高而构成的、润滑油温度控制装置这样的装置。

本发明就是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供一种能够实现全年能耗效率提高的内燃机。

用于解决课题的手段

用于解决上述课题的本发明的内燃机是具备油冷却器的内燃机，其中，油冷却器具有在内燃机冷却水与润滑油之间进行热交换的路径，所述内燃机具备控制部，所述控制部将内燃机冷却水温度控制为恒定温度，在高负荷的运转时，对润滑油进行冷却，且在中低负荷的运转时，对润滑油进行加热。

在上述内燃机中，也可以是，在内燃机冷却水与润滑油之间进行热交换的路径中，设置对内燃机冷却水进行冷却的热交换器、和使内燃机冷却水通过该热交换器的冷却水泵而形成循环路径，在该循环路径中，设置有不通过热交换器和冷却水泵而进行短路并旁通的旁通路径，控制部构成为，通过调整冷却水泵的工作力来调整通过热交换器而被冷却的内燃机冷却水的通过量、和通过旁通路径而不被冷却的内燃机冷却水的通过量，由此将内燃机冷却水温度控制为恒定温度。

在上述内燃机中，也可以是，循环路径构成为，内燃机冷却水通过内燃机主体和/或排气路径。

在上述内燃机中，也可以是，控制部构成为，与高负荷的运转时相比，在中低负荷的运转时，增高内燃机冷却水温度。

在上述内燃机中，也可以是，具备向活塞背面喷射润滑油的喷油件。

上述内燃机可以是热电联产装置用的燃气发动机，所述热电联产装置在通常运转时进行中低负荷的运转，在热主运转时进行高负荷的运转。

用于解决上述课题的本发明的热电联产装置使用了上述内燃机作为驱动源。

发明的效果

根据本发明，能够实现全年能耗效率的提高。

附图说明

图1是示出本发明的内燃机的整体结构概略的概略图。

图2是示出本发明的内燃机中的内燃机冷却水温度以及润滑油温度与输出负荷之间的关系的图表。

图3中，(a)是示出100％输出时的润滑油温度与热效率之间的关系的图表，(b)是示出50％输出时的润滑油温度与热效率之间的关系的图表。

图4是示出本发明的另一实施方式的内燃机的润滑油温度与输出负荷之间的关系的图表。

图5中，(a)是本发明的又一实施方式的内燃机的活塞部分的局部分解立体图，(b)是该图中的活塞和喷油件的立体图。

图6是示出图5所示的内燃机中的润滑油温度与输出负荷之间的关系的图表。

图7的(a)至(d)是示出本发明的内燃机的循环路径的另一实施方式的示意图。

图8是示出使用了本发明的内燃机的热电联产装置的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

图1示出了本发明的燃气发动机1的整体结构的概略，图2示出了该燃气发动机1的内燃机冷却水温度以及润滑油温度与输出负荷之间的关系。

该燃气发动机1具备油冷却器11，并具备控制部12，控制部12将内燃机冷却水的温度控制为恒定温度，能够在高负荷的运转时进行冷却，能够在中低负荷的运转时进行加热。

首先，说明燃气发动机1的结构概略。

来自调节器21的燃气通过燃气供给路径2而被供给到混合器31。在混合器31中，将经由空气过滤器32供给的空气和所述燃气混合，将与节气门33的开度对应的量的混合气从进气路径3供给到燃气发动机主体10。

在燃气发动机主体10中，火花塞13对混合气的点火由控制部12经由点火线圈13a而被控制。此时，点火正时通过由凸轮传感器15a检测使进排气门14工作的凸轮15的运动而被执行。此外，转速通过由曲轴传感器16a检测与活塞17联动的曲轴16的运动而被检测出。

来自燃气发动机主体10的废气在从排气路径4通过催化剂41而被净化后，经由消声器(省略图示)被排出。

在燃气发动机主体10中设置有内燃机冷却水的循环路径5。对于该循环路径5，在循环路径5的从燃气发动机主体10伸出的下游设置有恒温器51。恒温器51的下游侧被分支为：设置有通过冷却介质对内燃机冷却水进行冷却的热交换器52并且在热交换器52的下游侧设置有冷却水泵53的循环路径5；和将这些热交换器52和冷却水泵53短路而合流到循环路径5的短路路径5a。合流后的循环路径5构成为，在通过了油冷却器11后，再次流入燃气发动机主体10的内部。

内燃机冷却水构成为，通过与燃气发动机的旋转联动的燃气发动机主体10内的加压输送泵50，在循环路径5中循环。此时，在通过恒温器51检测的温度较低的情况下，内燃机冷却水通过短路路径5a，并经过油冷却器11而再次流入到燃气发动机主体10的内部，在通过恒温器51检测的温度较高的情况下，借助于冷却水泵53的工作而通过热交换器52，在被冷却后，经过油冷却器11而再次流入到燃气发动机主体10的内部。此时，对于内燃机冷却水，能够通过调整冷却水泵53的工作力，调整通过循环路径5的通过量、和通过短路路径5a的通过量。

油冷却器11构成为对燃气发动机主体10底部的集油盘10a所存留的润滑油、和内燃机冷却水进行热交换，能够通过内燃机冷却水对润滑油进行冷却或加热。在该油冷却器11中被冷却或加热后的润滑油构成为，借助于与燃气发动机1的旋转联动的油泵18，对燃气发动机主体10内进行润滑。

控制部12由曲轴传感器16a检测燃气发动机1的转速，从而检测燃气发动机1的输出状况。此外，控制部12控制恒温器51的工作温度，使得内燃机冷却水始终以规定的温度进行循环。

如图2所示，该内燃机冷却水的温度A被设定为如下温度：与不使用油冷却器11时的集油盘10a的润滑油的温度B相比，在燃气发动机1的100％输出时，比集油盘10a的润滑油的温度低，在50％输出时，比集油盘10a的润滑油的温度高。

由此，使用了油冷却器11的情况下的集油盘10a所存留的润滑油的温度C在润滑油为高温的100％输出时，被通过油冷却器11的内燃机冷却水冷却，而在润滑油比内燃机冷却水温度低的50％输出时、或30％输出时，被通过油冷却器11的内燃机冷却水加热。此时，如图3(a)所示，在100％输出的情况下，相对于集油盘10a所存留的润滑油的温度变化的燃气发动机1的热效率变化较小，而如图3(b)所示，在50％输出的情况下，相对于该润滑油的温度变化的燃气发动机1的热效率变化较大。即，在50％输出、或其以下的输出的情况下，如果通过内燃机冷却水过度冷却润滑油，则燃气发动机1的热效率过度下降，因此相反，通过油冷却器11提高润滑油的温度能够实现燃气发动机1的中低输出范围的热效率提高。

因此，通过将内燃机冷却水的温度设定得比100％输出时的集油盘10a的润滑油的温度低、且比50％输出时的集油盘10a的润滑油的温度高，使得在100％输出时冷却润滑油，在50％以下的输出时加热润滑油，能够将高输出范围的热效率的下降抑制到最小限度，并且能够实现中低输出范围的热效率的提高。

而且，在使用这样的燃气发动机1作为制冷制热装置的驱动源的情况下，50％输出时或30％输出时的运转期间远比100％输出时的运转期间长，因此实现了这样的50％输出、或其以下的中低输出范围的热效率提高的燃气发动机1的使用实现了燃气发动机1的全年能耗效率提高。

另外，在本实施方式中，将内燃机冷却水的温度设为了恒定，但也可以构成为在中低输出时进行加热，使得内燃机冷却水的温度增高，由此如图4所示，进一步增高中低输出范围内的集油盘10a的润滑油的温度C，而设为了改善后的润滑油的温度C1。该情况下，在30％、50％的中低输出范围内，润滑油温度和内燃机冷却水温度上升，因此燃气发动机1的燃烧稳定，能够实现机械损耗的降低，所以能够实现燃气发动机1的热效率的进一步提高。另外，作为加热源，能够利用在燃气发动机主体10和排气路径4中产生的热。

此外，在本实施方式中，集油盘10a所存留的润滑油构成为在通过了油冷却器11后，借助油泵18对燃气发动机主体10的内部进行润滑，但如图5所示，也可以构成为在该油泵18的前端安装喷嘴状的喷油件18a，通过该喷油件18a将润滑油喷射到燃气发动机主体10的活塞17的背面。喷油件18a从油泵18延伸设置为到达活塞17的背面。活塞17在喷油件18a附近的部分设置有缺口17a，以免与该喷油件18a碰撞。

该喷油件18a向在燃气发动机主体10中为最高温的活塞17的背面喷射润滑油，因此从活塞17吸收热，从而如图6所示，进一步提高集油盘10a的润滑油的温度C，而成为另一改善后的润滑油的温度D。由喷油件18a对活塞17的背面进行冷却，因此润滑油温度上升，机械损耗降低，而活塞17的顶环槽底温度降低，防止了顶环的粘连，因此防止润滑油消耗量的增大。其结果，能够同时实现燃气发动机1的热效率的进一步提高并防止润滑油增多。

该图5所示的喷油件18a的结构也可以与图4所示的在中低输出时对内燃机冷却水进行加热的结构组合。

另外，在本实施方式中，如图7(a)所示，在油冷却器11中对润滑油进行冷却或加热的内燃机冷却水以被燃气发动机主体10加热并被热交换器52冷却的方式构成了循环路径5，但可以如图7(b)所示，以在燃气发动机主体10和高温的废气通过的排气路径4中被加热并在热交换器52中被冷却的方式构成循环路径5，也可以如图7(c)所示，以在排气路径4中被加热并在热交换器52中被冷却的方式构成循环路径5，还可以如图7(d)所示，以在热交换器52中被冷却的方式构成循环路径5。在图7(c)和图7(d)所示的循环路径5的情况下，燃气发动机主体10也可以通过其它冷却介质进行冷却。

关于采取哪一个循环路径5的结构，根据使用燃气发动机1的场所和环境，使用容易得到规定的冷却水温度的结构。在本发明中，在30％～100％的输出范围中，将冷却水温度控制为收敛在75℃～95℃、更优选收敛在80℃～90℃的范围内。此外，在30％～100％的输出范围中，将由此被冷却或加热的集油盘10a的润滑油的温度控制为收敛在73℃～93℃、更优选收敛在80℃～90℃的范围内。

这样构成的燃气发动机1适用于制冷制热。特别如图8所示，适合用作热电联产装置6的驱动源。即，热电联产装置6在通常运转时以低输出进行运转，在切换为高负荷的热主运转时，以高输出进行运转，由此能够实现节能化。此外，在热电联产装置6中进行废热回收的情况下，燃气发动机1可以构成为以与循环路径5不同的路径进行废热回收，也可以构成为在循环路径5中的恒温器51的上流侧进行废热回收。

另外，在本实施方式中，关于燃气发动机1的具体结构，不特别限定于图1所示的结构，例如也可以是附加了涡轮增压器或中冷器等的结构。

此外，在本实施方式中，针对燃气发动机1进行了叙述，但关于内燃机的形式，不限于燃气发动机1，例如也可以是柴油发动机、汽油发动机及其它各种发动机。

另外，本发明能够在不脱离其精神或主要特征的情况下，以其他各种形式实施。因此，上述实施例在所有方面只是例示，不应该进行限定性的解释。本发明的范围通过权利要求书示出，不受说明书正文的任何约束。并且，属于权利要求书的同等范围的变形和变更全部处于本发明的范围内。

标号说明

1：燃气发动机；10：燃气发动机主体；11：油冷却器；12：控制部；17：活塞；18a：喷油件。

Claims (10)

1.一种内燃机，其具备油冷却器，所述内燃机的特征在于，

油冷却器具有在内燃机冷却水与润滑油之间进行热交换的路径，所述内燃机具备控制部，所述控制部将内燃机冷却水温度控制为恒定温度，在高负荷的运转时，对润滑油进行冷却，且在中低负荷的运转时，对润滑油进行加热。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其中，

在内燃机冷却水与润滑油之间进行热交换的路径中，设置对内燃机冷却水进行冷却的热交换器、和使内燃机冷却水通过该热交换器的冷却水泵而形成循环路径，在该循环路径中，设置有不通过热交换器和冷却水泵而进行短路并旁通的旁通路径，

控制部构成为，通过调整冷却水泵的工作力来调整通过热交换器而被冷却的内燃机冷却水的通过量、和通过旁通路径而不被冷却的内燃机冷却水的通过量，由此将内燃机冷却水温度控制为恒定温度。

3.根据权利要求2所述的内燃机，其中，

循环路径构成为，内燃机冷却水通过内燃机主体和/或排气路径。

4.根据权利要求1所述的内燃机，其中，

控制部构成为，与高负荷的运转时相比，在中低负荷的运转时，增高内燃机冷却水温度。

5.根据权利要求2所述的内燃机，其中，

控制部构成为，与高负荷的运转时相比，在中低负荷的运转时，增高内燃机冷却水温度。

6.根据权利要求3所述的内燃机，其中，

控制部构成为，与高负荷的运转时相比，在中低负荷的运转时，增高内燃机冷却水温度。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的内燃机，其特征在于，

所述内燃机具备向活塞背面喷射润滑油的喷油件。

8.根据权利要求1～6中的任一项所述的内燃机，其中，

所述内燃机是热电联产装置用的燃气发动机，所述热电联产装置在通常运转时进行中低负荷的运转，在热主运转时进行高负荷的运转。

9.根据权利要求7所述的内燃机，其中，

所述内燃机是热电联产装置用的燃气发动机，所述热电联产装置在通常运转时进行中低负荷的运转，在热主运转时进行高负荷的运转。

10.一种热电联产装置，其特征在于，所述热电联产装置使用了权利要求7所述的内燃机作为驱动源。