JP2008240614A - Engine waste heat recovery system - Google Patents

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JP2008240614A JP2007081408A JP2007081408A JP2008240614A JP 2008240614 A JP2008240614 A JP 2008240614A JP 2007081408 A JP2007081408 A JP 2007081408A JP 2007081408 A JP2007081408 A JP 2007081408A JP 2008240614 A JP2008240614 A JP 2008240614A
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Katsuhiko Arisawa
克彦 蟻沢
Hideo Kobayashi
日出夫 小林
Yoshio Yamashita
芳雄 山下
Kenichi Yamada
賢一 山田
Kunihiko Hayashi
邦彦 林
Akira Michikawauchi
亮 道川内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine waste heat recovery system for further properly controlling a supply state of a cooling medium in response to an operation state of an engine. <P>SOLUTION: This engine waste heat recovery system 100 has a cooling water supply pump 146 and a cooling water injection part 150. The cooling water supply pump 146 is constituted for supplying cooling water to the cooling water injection part 150 in response to the operation state of the engine. The cooling water injection part 150 is constituted for injecting the liquid cooling water toward an engine block 110. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、エンジンの廃熱から機械的エネルギーを回収し得るように構成された、エンジン廃熱回収システムに関する。   The present invention relates to an engine waste heat recovery system configured to recover mechanical energy from engine waste heat.

この種のエンジン廃熱回収システムとして、例えば、特開平6−88523号公報、特開2000−73753号公報、特開2000−345835号公報、等に記載されたものが知られている。これらのエンジン廃熱回収システムは、燃焼熱や摩擦熱等の廃熱によって冷却水(冷却媒体)から蒸気を発生させ、この蒸気の膨張エネルギーを機械的エネルギーに変換することで、廃熱からエネルギーを回収し得るように構成されている。   As this type of engine waste heat recovery system, for example, those described in JP-A-6-88523, JP-A-2000-73753, JP-A-2000-345835 and the like are known. These engine waste heat recovery systems generate steam from cooling water (cooling medium) by waste heat such as combustion heat and friction heat, and convert the expansion energy of this steam into mechanical energy, thereby converting energy from waste heat. It is comprised so that it can collect | recover.

具体的には、この種のエンジン廃熱回収システムは、一般に、シリンダブロックと、供給ポンプと、流入路と、流出路と、加熱器(過熱器)と、エキスパンダ(タービン)と、コンデンサと、を備えている。   Specifically, this type of engine waste heat recovery system generally includes a cylinder block, a supply pump, an inflow path, an outflow path, a heater (superheater), an expander (turbine), a condenser, It is equipped with.

前記シリンダブロックには、ウォータージャケットが設けられている。前記供給ポンプは、前記流入路を介して、前記ウォータージャケットに前記冷却水を供給するように構成されている。   The cylinder block is provided with a water jacket. The supply pump is configured to supply the cooling water to the water jacket via the inflow passage.

前記流出路は、前記加熱器と連通している。この加熱器は、比較的高温の排気ガスと、前記ウォータージャケットから流出した蒸気と、の間での熱交換により、当該蒸気をさらに加熱(過熱)するように構成されている。   The outflow passage communicates with the heater. This heater is configured to further heat (overheat) the steam by heat exchange between the relatively high temperature exhaust gas and the steam flowing out of the water jacket.

前記エキスパンダは、過熱蒸気の膨張エネルギーを機械的エネルギーに変換するように構成されている。   The expander is configured to convert the expansion energy of superheated steam into mechanical energy.

前記コンデンサは、エネルギーを失って低圧となった蒸気を冷却することで、当該蒸気を液体に凝縮するように構成されている。   The condenser is configured to condense the vapor into a liquid by cooling the vapor that has lost its energy and has become low pressure.

かかる構成のエンジン廃熱回収システムにおいては、前記冷却水が、前記流入路から前記ウォータージャケットに供給される。このウォータージャケット内にて、前記冷却水から蒸気が発生する。この蒸気が、前記加熱器により、排気ガスとの熱交換でさらに加熱(過熱)される。   In the engine waste heat recovery system having such a configuration, the cooling water is supplied from the inflow path to the water jacket. Within the water jacket, steam is generated from the cooling water. The steam is further heated (overheated) by heat exchange with the exhaust gas by the heater.

そして、前記エキスパンダにて、加熱(過熱)された蒸気が膨張する。これにより、機械的エネルギーが回収される。その後、エネルギーを失った低圧蒸気は、前記コンデンサに流入し、凝縮されて液体となる。このようにコンデンサにて凝縮されることで液体となった前記冷却水は、再び前記供給ポンプによって前記ウォータージャケットに供給される。
特開平6−88523号公報 特開2000−73753号公報 特開2000−345835号公報
Then, the heated (overheated) steam expands in the expander. Thereby, mechanical energy is recovered. Thereafter, the low-pressure vapor that has lost energy flows into the condenser and is condensed into a liquid. The cooling water that has become liquid by being condensed in the condenser in this manner is supplied again to the water jacket by the supply pump.
JP-A-6-88523 JP 2000-73753 A JP 2000-345835 A

この種のエンジン廃熱回収システムにおいて、前記冷却媒体は、(1)オーバーヒート防止のためのエンジンの冷却、及び(2)廃熱の吸収及び膨張による機械的エネルギーの回収(冷却損失の低減及び燃費向上)、という、2つの機能を有する。   In this type of engine waste heat recovery system, the cooling medium includes (1) engine cooling to prevent overheating, and (2) mechanical energy recovery by absorption and expansion of waste heat (reduction of cooling loss and fuel consumption). Improvement).

この点、従来のこの種のエンジン廃熱回収システムにおいては、前記冷却媒体の供給状態に改良の余地があった。   In this regard, the conventional engine waste heat recovery system of this type has room for improvement in the supply state of the cooling medium.

本発明は、前記エンジンの運転状態に応じて前記冷却媒体の供給状態がより適切に制御され得る、エンジン廃熱回収システムを提供するものである。   The present invention provides an engine waste heat recovery system in which the supply state of the cooling medium can be more appropriately controlled in accordance with the operating state of the engine.

本発明のエンジン廃熱回収システムは、エンジンブロックと、冷却媒体噴射部と、蒸気導出路と、蒸気加熱器と、膨張器(expander)と、凝縮器(condenser)と、冷却媒体供給ポンプと、を備えている。   The engine waste heat recovery system of the present invention includes an engine block, a cooling medium injection section, a steam outlet, a steam heater, an expander, a condenser, a cooling medium supply pump, It has.

前記エンジンブロックには、シリンダと、燃焼室と、排気通路と、冷却媒体ジャケットと、が形成されている。前記排気通路は、前記燃焼室と連通するように設けられている。前記冷却媒体ジャケットは、前記シリンダ、前記燃焼室、及び前記排気通路に隣接するように設けられている。   The engine block is formed with a cylinder, a combustion chamber, an exhaust passage, and a cooling medium jacket. The exhaust passage is provided so as to communicate with the combustion chamber. The cooling medium jacket is provided adjacent to the cylinder, the combustion chamber, and the exhaust passage.

前記冷却媒体噴射部は、液体状の冷却媒体を前記冷却媒体ジャケットの内壁面に向けて噴射するように構成されている。   The cooling medium injection unit is configured to inject a liquid cooling medium toward an inner wall surface of the cooling medium jacket.

前記蒸気導出路は、前記冷却媒体ジャケットと接続されている。この蒸気導出路は、前記冷却媒体噴射部によって噴射された後に気化した前記冷却媒体の蒸気を、前記冷却媒体ジャケットの外に導出するように構成されている。   The steam outlet path is connected to the cooling medium jacket. The steam lead-out path is configured to lead out the steam of the cooling medium vaporized after being injected by the cooling medium injection unit to the outside of the cooling medium jacket.

前記蒸気加熱器は、前記蒸気導出路に介装されている。この蒸気加熱器は、前記排気通路内を通過する前記排気ガスと前記蒸気との熱交換によって、当該蒸気を加熱するように構成されている。   The steam heater is interposed in the steam lead-out path. The steam heater is configured to heat the steam by heat exchange between the exhaust gas passing through the exhaust passage and the steam.

前記膨張器は、前記蒸気導出路に介装されている。この膨張器は、前記蒸気加熱器を経た前記蒸気から機械的エネルギーを回収するように構成されている。この膨張器としては、例えば、タービン又はピストンを備えた構成が用いられ得る。   The expander is interposed in the steam outlet path. The expander is configured to recover mechanical energy from the steam that has passed through the steam heater. As this expander, the structure provided with the turbine or the piston may be used, for example.

前記凝縮器は、前記膨張器を経た前記蒸気を凝縮するように構成されている。すなわち、前記膨張器を経た前記蒸気が前記凝縮器を通過することで、当該蒸気から液体状の前記冷却媒体が生じるように、当該凝縮器が構成されている。   The condenser is configured to condense the vapor that has passed through the expander. That is, the condenser is configured such that the vapor that has passed through the expander passes through the condenser, so that the liquid cooling medium is generated from the vapor.

前記冷却媒体供給ポンプは、前記凝縮器を経て凝縮された液体状の前記冷却媒体を、前記エンジンの運転状態に応じて前記冷却媒体噴射部に供給するように構成されている。   The cooling medium supply pump is configured to supply the liquid cooling medium condensed through the condenser to the cooling medium injection unit according to the operating state of the engine.

かかる構成を有する本発明のエンジン廃熱回収システムにおいては、前記冷却媒体供給ポンプによって、液体状の前記冷却媒体が、前記エンジンの運転状態に応じて、前記冷却媒体噴射部に供給される。すると、前記冷却媒体噴射部によって、液体状の前記冷却媒体が、前記冷却媒体ジャケットの内壁面に向けて噴射される。これにより、前記エンジンブロックが冷却される。また、当該エンジンブロックの冷却に伴い、前記冷却媒体が吸熱し、前記冷却媒体の蒸気が発生する。   In the engine waste heat recovery system of the present invention having such a configuration, the cooling medium supply pump supplies the liquid cooling medium to the cooling medium injection unit according to the operating state of the engine. Then, the liquid cooling medium is injected toward the inner wall surface of the cooling medium jacket by the cooling medium injection unit. Thereby, the engine block is cooled. Further, as the engine block is cooled, the cooling medium absorbs heat and steam of the cooling medium is generated.

この蒸気は、前記蒸気導出路に導出され、前記蒸気加熱器に達する。この蒸気加熱器において、前記蒸気は、前記排気通路内を通過する前記排気ガスと前記蒸気との熱交換によって加熱(過熱)される。   This steam is led out to the steam lead-out path and reaches the steam heater. In this steam heater, the steam is heated (overheated) by heat exchange between the exhaust gas passing through the exhaust passage and the steam.

加熱された前記蒸気は、前記膨張器にて膨張する。これにより、前記蒸気から機械的エネルギーが回収される。この膨張器を経た前記蒸気は、前記凝縮器に達する。この凝縮器にて、前記蒸気が凝縮される。すなわち、当該凝縮器にて、前記冷却媒体が液体となる。液体となった前記冷却媒体は、再度前記冷却媒体噴射部に供給され得る。   The heated steam expands in the expander. Thereby, mechanical energy is recovered from the steam. The steam passing through the expander reaches the condenser. In this condenser, the steam is condensed. That is, the cooling medium becomes a liquid in the condenser. The cooling medium that has become liquid can be supplied again to the cooling medium ejection unit.

本発明のエンジン廃熱回収システムによれば、液体状の前記冷却媒体の前記冷却媒体噴射部及び前記冷却媒体ジャケットへの供給状態が、前記エンジンの運転状態に応じて、より適切に制御され得る。したがって、前記冷却媒体の吸熱によるエネルギー回収、及び前記エンジンブロックの冷却が、適切に行われ得る。   According to the engine waste heat recovery system of the present invention, the supply state of the liquid cooling medium to the cooling medium injection unit and the cooling medium jacket can be more appropriately controlled according to the operating state of the engine. . Therefore, energy recovery by heat absorption of the cooling medium and cooling of the engine block can be appropriately performed.

・前記冷却媒体噴射部は、前記冷却媒体を(細かい)液滴状にして、前記エンジンブロックに向けて噴射するように構成され得る。   The cooling medium injection unit may be configured to inject the cooling medium into a (fine) droplet shape and inject it toward the engine block.

かかる構成によれば、前記冷却媒体が噴射された前記冷却媒体ジャケットの内壁面における、膜沸騰現象の発生が、緩和又は抑制され得る。よって、前記エンジンブロックの冷却効率、及び廃熱からのエネルギー回収効率が、いずれも、より高くされ得る。   According to such a configuration, the occurrence of the film boiling phenomenon on the inner wall surface of the cooling medium jacket to which the cooling medium is injected can be reduced or suppressed. Therefore, the cooling efficiency of the engine block and the energy recovery efficiency from waste heat can both be made higher.

・前記エンジン廃熱回収システムは、ブロック温度センサをさらに備えていてもよい。このブロック温度センサは、前記エンジンブロックの温度に応じた出力を生じるように構成されている。この場合、前記冷却媒体供給ポンプは、前記エンジンブロックの温度が所定の噴射開始温度以上である場合の前記ブロック温度センサの前記出力に基づいて、液体状の前記冷却媒体を、前記冷却媒体噴射部に供給するように構成されている。   The engine waste heat recovery system may further include a block temperature sensor. The block temperature sensor is configured to generate an output corresponding to the temperature of the engine block. In this case, the coolant supply pump supplies the liquid coolant to the coolant injection unit based on the output of the block temperature sensor when the temperature of the engine block is equal to or higher than a predetermined injection start temperature. It is comprised so that it may supply.

かかる構成においては、前記ブロック温度センサにて、前記エンジンブロックの温度に応じた出力が生じる。この出力に応じて、前記冷却媒体ポンプの作動が制御される。すなわち、前記エンジンブロックの温度が所定の噴射開始温度以上となった場合に、前記ブロック温度センサの出力に基づいて、前記冷却媒体ポンプが駆動される。これにより、液体状の前記冷却媒体が、前記冷却媒体噴射部に供給され、前記冷却媒体ジャケットの内壁面に向けて噴射される。   In such a configuration, the block temperature sensor generates an output corresponding to the temperature of the engine block. The operation of the cooling medium pump is controlled according to this output. That is, when the temperature of the engine block becomes equal to or higher than a predetermined injection start temperature, the cooling medium pump is driven based on the output of the block temperature sensor. As a result, the liquid cooling medium is supplied to the cooling medium injection unit and is injected toward the inner wall surface of the cooling medium jacket.

・前記冷却媒体噴射部は、前記エンジンブロックにおける複数の位置に対応して設けられた複数のノズルを備えていて、前記エンジンの運転状態に応じて、複数の前記ノズルにおける前記冷却媒体の噴射状態を変更し得るように構成されていてもよい。   The cooling medium injection unit includes a plurality of nozzles provided corresponding to a plurality of positions in the engine block, and the cooling medium injection state at the plurality of nozzles according to the operating state of the engine You may be comprised so that it can change.

かかる構成においては、前記エンジンの運転状態に応じて、複数の前記ノズルにおける前記冷却媒体の噴射状態が変更される。したがって、前記冷却媒体の吸熱によるエネルギー回収、及び前記エンジンブロックの冷却が、より適切に行われ得る。   In such a configuration, the injection state of the cooling medium in the plurality of nozzles is changed according to the operating state of the engine. Therefore, energy recovery by heat absorption of the cooling medium and cooling of the engine block can be performed more appropriately.

・前記エンジン廃熱回収システムは、熱交換部をさらに備えていてもよい。この熱交換部は、前記冷却媒体噴射部に向かって送出される前記冷却媒体(例えば前記凝縮器を経て凝縮された液体状の前記冷却媒体)と、前記膨張器を経た前記蒸気と、の間で熱交換を行うように構成されている。   The engine waste heat recovery system may further include a heat exchange unit. This heat exchanging section is between the cooling medium sent out toward the cooling medium injection section (for example, the liquid cooling medium condensed through the condenser) and the steam through the expander. It is comprised so that heat exchange may be performed.

かかる構成においては、前記冷却媒体噴射部に向かって送出される液体状の前記冷却媒体が、前記膨張器を経た前記蒸気によって加温される。この加温された前記冷却媒体は、前記冷却媒体供給ポンプの作動によって、前記冷却媒体噴射部に再度供給される。一方、前記膨張器を経た前記蒸気は、前記冷却媒体との熱交換によって冷却される。   In this configuration, the liquid cooling medium delivered toward the cooling medium ejecting unit is heated by the steam that has passed through the expander. The heated cooling medium is supplied again to the cooling medium injection unit by the operation of the cooling medium supply pump. On the other hand, the steam that has passed through the expander is cooled by heat exchange with the cooling medium.

かかる構成によれば、前記膨張器を経た前記蒸気の熱のうちの一部が、前記凝縮器によって外部に捨てられることなく、前記冷却媒体噴射部に向かって送出される前記冷却媒体に再度取り込まれる。よって、冷却損失がよりいっそう低減され得る。   According to this configuration, a part of the heat of the steam that has passed through the expander is re-taken into the cooling medium that is sent out toward the cooling medium injection unit without being discarded outside by the condenser. It is. Therefore, the cooling loss can be further reduced.

また、かかる構成によれば、前記冷却媒体噴射部に向かって送出される液体状の前記冷却媒体が加温されることで、前記冷却媒体噴射部による前記冷却媒体の噴射の際の前記エンジンブロックに対する熱衝撃が緩和され得る。   In addition, according to this configuration, the engine block at the time of the injection of the cooling medium by the cooling medium injection unit is heated by heating the liquid cooling medium delivered toward the cooling medium injection unit The thermal shock to can be reduced.

・前記エンジン廃熱回収システムは、蒸気温度センサと、蒸気圧センサと、異常判断部と、異常報知部と、をさらに備えていてもよい。   The engine waste heat recovery system may further include a steam temperature sensor, a steam pressure sensor, an abnormality determination unit, and an abnormality notification unit.

ここで、前記蒸気温度センサは、前記蒸気導出路に介装されていて、前記蒸気の温度に応じた出力を生じるように構成されている。前記蒸気圧センサは、前記蒸気導出路に介装されていて、前記蒸気の圧力に応じた出力を生じるように構成されている。前記異常判断部は、前記蒸気温度センサ及び前記蒸気圧センサの出力に基づいて、異常の発生の有無を判断するように構成されている。前記異常報知部は、前記異常判断部によって異常の発生が判断された場合に、異常発生を報知するように構成されている。   Here, the steam temperature sensor is interposed in the steam lead-out path, and is configured to generate an output corresponding to the temperature of the steam. The steam pressure sensor is interposed in the steam lead-out path, and is configured to generate an output corresponding to the pressure of the steam. The abnormality determination unit is configured to determine whether or not an abnormality has occurred based on outputs of the steam temperature sensor and the vapor pressure sensor. The abnormality notifying unit is configured to notify the occurrence of an abnormality when the abnormality determining unit determines that an abnormality has occurred.

かかる構成においては、前記蒸気温度センサにて、前記蒸気の温度に応じた出力が生じる。また、前記蒸気圧センサにて、前記蒸気の圧力に応じた出力が生じる。これらの出力に基づいて、前記異常判断部により、本システムにおける異常の発生の有無が判断される。そして、本システムにおける異常の発生が判断された場合に、前記異常報知部により、当該異常の発生が報知される。   In such a configuration, the steam temperature sensor generates an output corresponding to the steam temperature. The vapor pressure sensor generates an output corresponding to the vapor pressure. Based on these outputs, the abnormality determination unit determines whether an abnormality has occurred in the system. When the occurrence of an abnormality in the system is determined, the abnormality notification unit notifies the occurrence of the abnormality.

・前記エンジン廃熱回収システムは、異常時運転制御部をさらに備えていてもよい。この異常時運転制御部は、前記異常判断部によって異常の発生が判断された場合に、前記エンジンの運転状態を所定の異常時運転モードに制御するように構成されている。   The engine waste heat recovery system may further include an abnormal operation control unit. The abnormal-time operation control unit is configured to control the operation state of the engine to a predetermined abnormal-time operation mode when occurrence of an abnormality is determined by the abnormality determination unit.

かかる構成においては、前記異常判断部によって本システムにおける異常の発生が判断された場合に、前記異常時運転制御部によって、前記エンジンの運転状態が、所定の異常時運転モードに制御される。   In such a configuration, when the occurrence of an abnormality in the system is determined by the abnormality determination unit, the operation state of the engine is controlled to a predetermined abnormality operation mode by the abnormality operation control unit.

以下、本発明の実施形態(本願の出願時点において取り敢えず出願人が最良と考えている実施形態)について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention (embodiments that the applicant considers best at the time of filing of the present application) will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係るエンジン廃熱回収システム100の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine waste heat recovery system 100 according to an embodiment of the present invention.

<エンジンブロックの構成>
図1を参照すると、エンジン廃熱回収システム100は、直列多気筒型のガソリンエンジンの本体を構成するエンジンブロック110を備えている。このエンジンブロック110は、シリンダブロック120と、シリンダヘッド130と、から構成されている。シリンダヘッド130の下端面は、シリンダブロック120の上端面と接合されている。
<Engine block configuration>
Referring to FIG. 1, an engine waste heat recovery system 100 includes an engine block 110 that constitutes a main body of an in-line multi-cylinder gasoline engine. The engine block 110 includes a cylinder block 120 and a cylinder head 130. The lower end surface of the cylinder head 130 is joined to the upper end surface of the cylinder block 120.

シリンダブロック120には、略円筒形状の貫通孔であるシリンダ121が形成されている。シリンダ121は、その上端部が燃焼室CCと連通するように設けられている。このシリンダ121内には、ピストン122が、シリンダ121の高さ方向(図中上下方向)に沿って往復運動可能に収容されている。   The cylinder block 120 is formed with a cylinder 121 that is a substantially cylindrical through hole. The cylinder 121 is provided such that its upper end communicates with the combustion chamber CC. A piston 122 is accommodated in the cylinder 121 so as to be capable of reciprocating along the height direction (vertical direction in the drawing) of the cylinder 121.

また、シリンダブロック120には、本発明の冷却媒体ジャケットを構成するロアジャケット123が形成されている。ロアジャケット123は、シリンダ121を囲むように設けられている。すなわち、ロアジャケット123は、シリンダ121に隣接するように設けられている。このロアジャケット123は、平面視にて略リング状の空間であって、その内部を冷却水及びその蒸気が通過し得るように構成されている。   Further, the cylinder block 120 is formed with a lower jacket 123 that constitutes the cooling medium jacket of the present invention. The lower jacket 123 is provided so as to surround the cylinder 121. That is, the lower jacket 123 is provided adjacent to the cylinder 121. The lower jacket 123 is a substantially ring-shaped space in plan view, and is configured so that cooling water and steam can pass through the space.

シリンダヘッド130には、吸気ポート131と、排気ポート132と、が形成されている。吸気ポート131と排気ポート132は、シリンダ121の上端部及び燃焼室CCと連通するように設けられている。また、排気ポート132は、排気通路133と接続されている。すなわち、排気通路133は、燃焼室CCと連通するように設けられている。   An intake port 131 and an exhaust port 132 are formed in the cylinder head 130. The intake port 131 and the exhaust port 132 are provided so as to communicate with the upper end portion of the cylinder 121 and the combustion chamber CC. The exhaust port 132 is connected to the exhaust passage 133. That is, the exhaust passage 133 is provided so as to communicate with the combustion chamber CC.

本実施形態においては、吸気ポート131は、気筒配列方向に沿って2つ設けられている。そして、一対の吸気ポート131は、シリンダ121の軸中心を通る平面を挟んで、ほぼ対称に形成されている。同様に、排気ポート132も、気筒配列方向に沿って2つ設けられている。   In the present embodiment, two intake ports 131 are provided along the cylinder arrangement direction. The pair of intake ports 131 are formed substantially symmetrically across a plane passing through the axial center of the cylinder 121. Similarly, two exhaust ports 132 are provided along the cylinder arrangement direction.

シリンダヘッド130の内部には、本発明の冷却媒体ジャケットを構成するアッパージャケット134が形成されている。   An upper jacket 134 constituting the cooling medium jacket of the present invention is formed inside the cylinder head 130.

アッパージャケット134は、その内部を、液体状の冷却水及びその蒸気が通過し得るように構成された空間である。このアッパージャケット134は、吸気ポート131、排気ポート132、及び燃焼室CCに隣接するように設けられている。すなわち、アッパージャケット134は、一対の吸気ポート131の間、一対の排気ポート132の間、及び吸気ポート131と排気ポート132との間、に設けられている。また、アッパージャケット134は、ロアジャケット123の上端部と連通するように設けられている。   The upper jacket 134 is a space configured such that liquid cooling water and its vapor can pass through the upper jacket 134. The upper jacket 134 is provided adjacent to the intake port 131, the exhaust port 132, and the combustion chamber CC. That is, the upper jacket 134 is provided between the pair of intake ports 131, between the pair of exhaust ports 132, and between the intake port 131 and the exhaust port 132. Further, the upper jacket 134 is provided so as to communicate with the upper end portion of the lower jacket 123.

シリンダヘッド130の上部には、蒸気排出口135が形成されている。具体的には、蒸気排出口135は、アッパージャケット134の最上部から上方に延びるように設けられている。蒸気排出口135は、アッパージャケット134の最上部と接続されている。この蒸気排出口135は、アッパージャケット134内の蒸気を、当該アッパージャケット134の外に排出し得るように構成されている。   A steam discharge port 135 is formed in the upper part of the cylinder head 130. Specifically, the steam outlet 135 is provided so as to extend upward from the uppermost portion of the upper jacket 134. The steam outlet 135 is connected to the uppermost part of the upper jacket 134. The steam discharge port 135 is configured to discharge the steam in the upper jacket 134 to the outside of the upper jacket 134.

<廃熱回収部の構成>
エンジン廃熱回収システム100は、廃熱回収部140を備えている。廃熱回収部140は、アッパージャケット134から蒸気排出口135を介して排出された蒸気、及び排気ポート132を介して排気通路133に排出された排気ガスの熱を機械的エネルギーに変換して回収し得るように、以下の構成を備えている。
<Configuration of waste heat recovery unit>
The engine waste heat recovery system 100 includes a waste heat recovery unit 140. The waste heat recovery unit 140 converts the steam discharged from the upper jacket 134 through the steam outlet 135 and the heat of the exhaust gas discharged to the exhaust passage 133 through the exhaust port 132 into mechanical energy for recovery. As described above, the following configuration is provided.

蒸気導出路141は、蒸気排出口135を介して、アッパージャケット134と接続されている。この蒸気導出路141は、蒸気排出口135から排出された蒸気の通路であって、ロアジャケット123及びアッパージャケット134にて発生した冷却水の蒸気をエンジンブロック110(ロアジャケット123及びアッパージャケット134)の外に導出するように構成されている。   The steam lead-out path 141 is connected to the upper jacket 134 via the steam discharge port 135. The steam lead-out path 141 is a path for steam discharged from the steam discharge port 135, and the steam of the cooling water generated in the lower jacket 123 and the upper jacket 134 is sent to the engine block 110 (lower jacket 123 and upper jacket 134). It is configured to lead out.

蒸気導出路141には、本発明の蒸気加熱器としての過熱器142が介装されている。また、過熱器142は、排気通路133と接続されている。この過熱器142は、排気ガスと蒸気との熱交換によって、蒸気を加熱し得るように構成されている。すなわち、過熱器142は、蒸気排出口135から排出された蒸気を排気ガスで加熱することで、過熱蒸気を生成し得るように構成されている。   A superheater 142 as a steam heater according to the present invention is interposed in the steam outlet path 141. The superheater 142 is connected to the exhaust passage 133. The superheater 142 is configured to heat the steam by heat exchange between the exhaust gas and the steam. That is, the superheater 142 is configured to generate superheated steam by heating the steam discharged from the steam discharge port 135 with the exhaust gas.

蒸気導出路141の、過熱器142よりも蒸気の流動方向における下流側には、本発明の膨張器としてのタービン143が介装されている。このタービン143は、過熱器142を経て生成された過熱蒸気から、機械的エネルギーを回収し得るように構成されている。すなわち、タービン143は、回転羽根を備えていて、過熱器142から導入された過熱蒸気の膨張によって当該回転羽根が回転するように構成されている。   A turbine 143 as an expander of the present invention is interposed on the downstream side of the steam outlet path 141 in the steam flow direction from the superheater 142. The turbine 143 is configured to recover mechanical energy from superheated steam generated via the superheater 142. In other words, the turbine 143 includes rotating blades, and the rotating blades are configured to rotate by the expansion of superheated steam introduced from the superheater 142.

蒸気導出路141の、タービン143よりも蒸気の流動方向における下流側には、本発明の凝縮器としてのコンデンサ144が介装されている。このコンデンサ144は、タービン143を経た蒸気を、外気との熱交換によって冷却することで、凝縮し得るように構成されている。このコンデンサ144は、ラジエータと同様の構成を有している。   A condenser 144 as a condenser according to the present invention is interposed on the downstream side of the steam outlet path 141 in the steam flow direction from the turbine 143. The condenser 144 is configured to be able to condense by cooling the steam that has passed through the turbine 143 by heat exchange with the outside air. The capacitor 144 has a configuration similar to that of the radiator.

コンデンサ144には、冷却水流路145が接続されている。冷却水流路145は、コンデンサ144によって凝縮されて液体となった冷却水の通路であって、その始端部にコンデンサ144が接続され、前記始端部と反対側の末端部に冷却水供給ポンプ146が接続されている。   A cooling water flow path 145 is connected to the capacitor 144. The cooling water passage 145 is a passage of cooling water condensed by the condenser 144 to become a liquid. The condenser 144 is connected to the start end thereof, and the cooling water supply pump 146 is connected to the end opposite to the start end. It is connected.

本発明の冷却媒体供給ポンプとしての冷却水供給ポンプ146は、電動ポンプであって、コンデンサ144を経て凝縮された液体状の冷却水を、エンジンの運転状態に応じて、後述する冷却水噴射部150に供給するように構成されている。   The cooling water supply pump 146 as the cooling medium supply pump according to the present invention is an electric pump, and the liquid cooling water condensed through the condenser 144 is converted into a cooling water injection unit to be described later according to the operating state of the engine. 150 is provided.

冷却水流路145の中途から分岐するように、分岐路147が設けられている。分岐路147は、熱交換器148に向けて冷却水を供給し、熱交換器148を経た冷却水を冷却水流路145に戻すように構成されている。   A branch passage 147 is provided so as to branch from the middle of the cooling water passage 145. The branch path 147 is configured to supply cooling water toward the heat exchanger 148 and return the cooling water that has passed through the heat exchanger 148 to the cooling water flow path 145.

本発明の熱交換部としての熱交換器148は、蒸気導出路141におけるタービン143とコンデンサ144との間の位置に介装されている。この熱交換器148は、コンデンサ144を経て凝縮された液体状の冷却水と、タービン143を経た蒸気と、の間での熱交換により、分岐路147内の冷却水を加温し得るように構成されている。   The heat exchanger 148 as a heat exchanging portion of the present invention is interposed at a position between the turbine 143 and the condenser 144 in the steam outlet path 141. The heat exchanger 148 can heat the cooling water in the branch path 147 by heat exchange between the liquid cooling water condensed through the condenser 144 and the steam through the turbine 143. It is configured.

冷却水流路145と分岐路147との分岐箇所には、三方弁149が介装されている。   A three-way valve 149 is interposed at a branch point between the cooling water passage 145 and the branch passage 147.

<冷却水噴射部の構成>
上述のように、冷却水噴射部150は、冷却水供給ポンプ146と接続されている。この冷却水噴射部150は、エンジンの運転状態に応じて、液体状の冷却水を、ロアジャケット123及びアッパージャケット134の内壁面に向けて噴射し得るように、以下の構成を備えている。
<Configuration of cooling water injection unit>
As described above, the cooling water injection unit 150 is connected to the cooling water supply pump 146. The cooling water injection unit 150 has the following configuration so that liquid cooling water can be injected toward the inner wall surfaces of the lower jacket 123 and the upper jacket 134 in accordance with the operating state of the engine.

エンジンブロック110には、複数のノズル151(151Aないし151E)が装着されている。これら複数のノズル151は、エンジンブロック110における異なる位置に対応して設けられていて、ロアジャケット123やアッパージャケット134の内壁面に液体状の冷却水を噴射するように構成されている。   The engine block 110 is equipped with a plurality of nozzles 151 (151A to 151E). The plurality of nozzles 151 are provided corresponding to different positions in the engine block 110 and configured to inject liquid cooling water onto the inner wall surfaces of the lower jacket 123 and the upper jacket 134.

具体的には、ノズル151は、燃料噴射用ノズルと同様の構造を有していて、冷却水を微小液滴状にして勢いよく噴射し得るように構成されている。   Specifically, the nozzle 151 has the same structure as that of the fuel injection nozzle, and is configured so that the cooling water can be jetted vigorously in the form of fine droplets.

ノズル151Aは、シリンダヘッド130に装着されている。このノズル151Aは、アッパージャケット134の内壁面における、隣り合う排気ポート132の間であって且つ燃焼室CCの近傍の位置に対応するように設けられている。   The nozzle 151 </ b> A is attached to the cylinder head 130. The nozzle 151 </ b> A is provided on the inner wall surface of the upper jacket 134 between the adjacent exhaust ports 132 and corresponding to a position near the combustion chamber CC.

ノズル151Bは、シリンダブロック120に装着されている。このノズル151Bは、ロアジャケット123のシリンダ121側の内壁面における上端部であって、燃焼室CCの近傍の位置に対応するように設けられている。   The nozzle 151B is mounted on the cylinder block 120. The nozzle 151B is an upper end portion of the inner wall surface of the lower jacket 123 on the cylinder 121 side, and is provided so as to correspond to a position in the vicinity of the combustion chamber CC.

ノズル151Cは、シリンダヘッド130に装着されている。このノズル151Cは、アッパージャケット134の内壁面における、隣り合う燃焼室CCの間の位置に対応するように設けられている。   The nozzle 151C is attached to the cylinder head 130. The nozzle 151 </ b> C is provided so as to correspond to a position between adjacent combustion chambers CC on the inner wall surface of the upper jacket 134.

ノズル151Dは、シリンダヘッド130に装着されている。このノズル151Dは、アッパージャケット134の内壁面の、気筒配列方向における両端部(例えば直列4気筒エンジンであればNo.1シリンダのフロント側の端部及びNo.4シリンダのリヤ側の端部)であって、燃焼室CCの近傍の位置に対応するように設けられている。   The nozzle 151D is attached to the cylinder head 130. The nozzle 151D has both end portions in the cylinder arrangement direction of the inner wall surface of the upper jacket 134 (for example, in the case of an in-line four-cylinder engine, the front end portion of the No. 1 cylinder and the rear end portion of the No. 4 cylinder). However, it is provided so as to correspond to a position in the vicinity of the combustion chamber CC.

ノズル151Eは、シリンダブロック120に装着されている。このノズル151Eは、ロアジャケット123のシリンダ121側の内壁面における上端部よりもやや下方の位置に対応するように設けられている。   The nozzle 151E is attached to the cylinder block 120. The nozzle 151E is provided so as to correspond to a position slightly below the upper end portion of the inner wall surface of the lower jacket 123 on the cylinder 121 side.

ノズル151A、151B、151C、151D、及び151Eは、冷却水供給路152を介して、冷却水供給ポンプ146と接続されている。   The nozzles 151A, 151B, 151C, 151D, and 151E are connected to the cooling water supply pump 146 via the cooling water supply path 152.

冷却水供給路152には、複数のノズル制御弁153が介装されている。このノズル制御弁153は、開閉弁からなり、ノズル151における冷却水の噴射の有無を切り換えるように構成されている。すなわち、ノズル制御弁153A、153B、153C、153D、及び153Eは、それぞれ、ノズル151A、151B、151C、151D、及び151Eにおける冷却水の噴射の有無を切り換えるように、構成及び配置されている。   A plurality of nozzle control valves 153 are interposed in the cooling water supply path 152. The nozzle control valve 153 includes an on-off valve, and is configured to switch whether or not the cooling water is injected from the nozzle 151. That is, the nozzle control valves 153A, 153B, 153C, 153D, and 153E are configured and arranged so as to switch the presence / absence of cooling water injection in the nozzles 151A, 151B, 151C, 151D, and 151E, respectively.

冷却水噴射部150は、エンジンの運転状態に応じて、電子制御ユニット(ECU)160の制御下でノズル制御弁153A、153B、153C、153D、及び153Eの開閉状態を変更することで、ノズル151A、151B、151C、151D、及び151Eにおける冷却水の噴射状態を変更し得るように構成されている。   The cooling water injection unit 150 changes the open / close state of the nozzle control valves 153A, 153B, 153C, 153D, and 153E under the control of the electronic control unit (ECU) 160 according to the operating state of the engine, so that the nozzle 151A , 151B, 151C, 151D, and 151E, the cooling water injection state can be changed.

<制御部の構成>
エンジン廃熱回収システム100は、電子制御ユニット(ECU)160と、ブロック壁温センサ161と、ヘッド壁温センサ162と、蒸気温度センサ163と、蒸気圧センサ164と、を備えている。
<Configuration of control unit>
The engine waste heat recovery system 100 includes an electronic control unit (ECU) 160, a block wall temperature sensor 161, a head wall temperature sensor 162, a steam temperature sensor 163, and a steam pressure sensor 164.

ECU160は、CPU、ROM、RAM、インタフェース等を備えている。ROMには、CPUによって実行されるルーチン(プログラム)や、ルーチン実行の際に参照されるテーブル(ルックアップテーブル、マップ)及びパラメータ等が予め記憶されている。RAMは、CPUによるルーチン実行の際に、必要に応じてデータを一時的に格納し得るようになっている。ECU160は、インタフェースを介して、冷却水供給ポンプ146、三方弁149、ノズル制御弁153、ブロック壁温センサ161、ヘッド壁温センサ162、蒸気温度センサ163、及び蒸気圧センサ164と電気的に接続されている。   The ECU 160 includes a CPU, a ROM, a RAM, an interface, and the like. The ROM stores in advance a routine (program) executed by the CPU, a table (lookup table, map), parameters, and the like that are referred to when the routine is executed. The RAM can temporarily store data as needed during routine execution by the CPU. The ECU 160 is electrically connected to the cooling water supply pump 146, the three-way valve 149, the nozzle control valve 153, the block wall temperature sensor 161, the head wall temperature sensor 162, the steam temperature sensor 163, and the steam pressure sensor 164 via an interface. Has been.

本発明のブロック温度センサとしてのブロック壁温センサ161は、シリンダブロック120の温度に応じた出力を生じるように構成されている。このブロック壁温センサ161は、シリンダブロック120の上端部における、最も高温となるような位置に設けられている。具体的には、ブロック壁温センサ161は、気筒配列方向における中央寄りの隣り合うシリンダ121の間(例えば直列4気筒エンジンであればNo.2シリンダとNo.3シリンダとの間)であって、燃焼室CCの近傍の位置に設けられている。   The block wall temperature sensor 161 as the block temperature sensor of the present invention is configured to generate an output corresponding to the temperature of the cylinder block 120. The block wall temperature sensor 161 is provided at a position at the highest temperature at the upper end of the cylinder block 120. Specifically, the block wall temperature sensor 161 is between adjacent cylinders 121 closer to the center in the cylinder arrangement direction (for example, between the No. 2 cylinder and the No. 3 cylinder in the case of an in-line four-cylinder engine). , Provided in the vicinity of the combustion chamber CC.

本発明のブロック温度センサとしてのヘッド壁温センサ162は、シリンダヘッド130の温度に応じた出力を生じるように構成されている。このヘッド壁温センサ162は、シリンダヘッド130における、最も高温となるような位置に設けられている。具体的には、ヘッド壁温センサ162は、気筒配列方向における最も中央寄りのシリンダ121(例えば直列4気筒エンジンであればNo.2シリンダ及びNo.3シリンダ)に対応する排気ポート132の近傍位置(隣り合う排気ポート132の間)に設けられている。   The head wall temperature sensor 162 as the block temperature sensor of the present invention is configured to generate an output corresponding to the temperature of the cylinder head 130. The head wall temperature sensor 162 is provided at a position in the cylinder head 130 where the temperature is highest. Specifically, the head wall temperature sensor 162 is located near the exhaust port 132 corresponding to the cylinder 121 closest to the center in the cylinder arrangement direction (for example, No. 2 cylinder and No. 3 cylinder in the case of an in-line four-cylinder engine). (Between adjacent exhaust ports 132).

蒸気温度センサ163及び蒸気圧センサ164は、蒸気導出路141に介装されている。蒸気温度センサ163は、蒸気導出路141内の蒸気の温度に応じた出力を生じるように構成されている。蒸気圧センサ164は、蒸気導出路141内の蒸気の圧力に応じた出力を生じるように構成されている。   The steam temperature sensor 163 and the steam pressure sensor 164 are interposed in the steam outlet path 141. The steam temperature sensor 163 is configured to generate an output corresponding to the temperature of the steam in the steam outlet path 141. The vapor pressure sensor 164 is configured to generate an output corresponding to the vapor pressure in the vapor outlet path 141.

本発明の異常判断部、異常報知部、及び異常時運転制御部を構成するECU160は、上述の各センサからの出力信号に基づいて、エンジンやエンジン廃熱回収システム100の各部の動作を制御するように構成されている。   ECU160 which comprises the abnormality determination part of this invention, the abnormality alerting | reporting part, and the abnormality time operation control part controls operation | movement of each part of an engine or the engine waste heat recovery system 100 based on the output signal from each above-mentioned sensor. It is configured as follows.

すなわち、ECU160は、シリンダブロック120又はシリンダヘッド130の温度が所定の噴射開始温度以上である場合の、ブロック壁温センサ161又はヘッド壁温センサ162の出力に基づいて、冷却水供給ポンプ146を駆動させつつノズル制御弁153Aないし153Eの開閉状態を制御することで、ノズル151Aないし151Eに液体状の冷却水をロアジャケット123やアッパージャケット134の内壁面に向けて噴射させるように構成されている。   That is, ECU 160 drives cooling water supply pump 146 based on the output of block wall temperature sensor 161 or head wall temperature sensor 162 when the temperature of cylinder block 120 or cylinder head 130 is equal to or higher than a predetermined injection start temperature. By controlling the open / closed state of the nozzle control valves 153A to 153E, the liquid cooling water is jetted toward the inner wall surfaces of the lower jacket 123 and the upper jacket 134 by the nozzles 151A to 151E.

また、ECU160は、蒸気温度センサ163及び蒸気圧センサ164の出力に基づいて、異常の発生の有無を判断し、異常の発生が判断された場合に、図示しないウォーニングランプ等によって異常発生を運転者に報知するように構成されている。   The ECU 160 determines whether or not an abnormality has occurred based on the outputs of the steam temperature sensor 163 and the steam pressure sensor 164, and if an abnormality has been determined, the ECU 160 detects the occurrence of the abnormality by a warning lamp (not shown). It is comprised so that it may alert | report.

また、ECU160は、異常の発生が判断された場合に、エンジンの運転状態を所定の異常時運転モード(デフォルトモード)に制御するように構成されている。   Further, ECU 160 is configured to control the engine operating state to a predetermined abnormal operation mode (default mode) when occurrence of abnormality is determined.

<実施形態のエンジン廃熱回収システムの動作>
以下、上述の構成を有する本実施形態のエンジン廃熱回収システム100の動作について、図1の符号を適宜参照しつつ説明する。
<Operation of Engine Waste Heat Recovery System of Embodiment>
Hereinafter, the operation of the engine waste heat recovery system 100 of the present embodiment having the above-described configuration will be described with reference to the reference numerals in FIG.

<<廃熱回収動作>>
図2は、図1に示されている冷却水噴射部150の、シリンダブロック120の温度(ブロック壁温)に応じた動作の様子を示す表である。図3は、図2に対応して、冷却水噴射部150の動作の様子を時系列で示すグラフである。なお、図2の表は、冷却水温や運転履歴(積算燃料噴射量等)に応じて複数用意されている。
<< Waste heat recovery operation >>
FIG. 2 is a table showing how the cooling water injection unit 150 shown in FIG. 1 operates in accordance with the temperature of the cylinder block 120 (block wall temperature). FIG. 3 is a graph showing the operation of the cooling water injection unit 150 in time series corresponding to FIG. A plurality of tables in FIG. 2 are prepared according to the coolant temperature and the operation history (accumulated fuel injection amount, etc.).

図2及び図3を参照すると、エンジン始動直後からブロック壁温がTAに達するまでは、冷却水供給ポンプ146は停止していて、ノズル制御弁153Aないし153Eはすべて閉弁している。よって、ノズル151による冷却水の噴射は行われない。   Referring to FIGS. 2 and 3, the cooling water supply pump 146 is stopped and the nozzle control valves 153A to 153E are all closed until the block wall temperature reaches TA immediately after the engine is started. Therefore, the cooling water is not jetted by the nozzle 151.

ブロック壁温がTA以上に達すると、冷却水供給ポンプ146が作動し、ノズル制御弁153Aないし153Eの開閉状態が制御される。すると、ノズル151から、ロアジャケット123やアッパージャケット134の内壁面の特定の部分に向けて冷却水が噴射される(スプレー冷却)。これにより、当該部分が冷却されるとともに、冷却水が蒸発して飽和蒸気が発生する。   When the block wall temperature reaches TA or higher, the cooling water supply pump 146 operates and the open / close state of the nozzle control valves 153A to 153E is controlled. Then, cooling water is sprayed from the nozzle 151 toward specific portions of the inner wall surfaces of the lower jacket 123 and the upper jacket 134 (spray cooling). As a result, the portion is cooled, and the cooling water evaporates to generate saturated steam.

ブロック壁温がTA以上TB未満の場合、冷却水供給ポンプ146の作動電圧がVAとされ、ノズル制御弁153Aないし153Eのうちの153Aのみが開弁される(それ以外は閉弁される:以下同様)。すると、ノズル151Aから冷却水が噴射される(スプレー冷却1)。これにより、ノズル151Aに対向する冷却部位A(アッパージャケット134の内壁面における、隣り合う排気ポート132の間であって且つ燃焼室CCの近傍の部分)が冷却されるとともに、アッパージャケット134内にて飽和蒸気が発生する。   When the block wall temperature is TA or more and less than TB, the operating voltage of the cooling water supply pump 146 is set to VA, and only 153A of the nozzle control valves 153A to 153E is opened (the others are closed: The same). Then, cooling water is jetted from the nozzle 151A (spray cooling 1). As a result, the cooling portion A (the portion between the adjacent exhaust ports 132 on the inner wall surface of the upper jacket 134 and in the vicinity of the combustion chamber CC) facing the nozzle 151A is cooled, and the cooling portion A is placed in the upper jacket 134. Saturated steam is generated.

なお、この場合、冷却水温は低い。そこで、この場合、三方弁149によって、冷却水流路145における最上流部(コンデンサ144と三方弁149との間の部分)と分岐路147とが連通され、当該最上流部と冷却水流路145における三方弁149よりも下流側との直接的な連通が遮断される。   In this case, the cooling water temperature is low. Therefore, in this case, the three-way valve 149 causes the most upstream portion (portion between the condenser 144 and the three-way valve 149) in the cooling water passage 145 and the branch passage 147 to communicate with each other, and the most upstream portion and the cooling water passage 145 Direct communication with the downstream side of the three-way valve 149 is blocked.

すると、コンデンサ144を経た冷却水が、分岐路147を介して熱交換器148に流される。この熱交換器148にて、冷却水噴射部150に向かう冷却水が、蒸気との熱交換により加温される。これにより、冷却水の噴射によるシリンダヘッド130に対する熱衝撃が緩和されるとともに、冷却水の飽和蒸気化が促進される。   Then, the cooling water that has passed through the condenser 144 flows to the heat exchanger 148 via the branch path 147. In this heat exchanger 148, the cooling water heading for the cooling water injection unit 150 is heated by heat exchange with steam. Thereby, the thermal shock to the cylinder head 130 due to the injection of the cooling water is mitigated, and the saturated vaporization of the cooling water is accelerated.

ブロック壁温がTB以上TC未満の場合、冷却水供給ポンプ146の作動電圧がVAよりも高いVBとされ、ノズル制御弁153Aないし153Eのうちの153A及び153Bが開弁される。すると、ノズル151A及びノズル151Bから冷却水が噴射される(スプレー冷却2)。これにより、冷却部位Aに加えて、ノズル151Bに対向する冷却部位B(ロアジャケット123のシリンダ121側の内壁面における上端部であって、燃焼室CCの近傍の部分)が冷却されるとともに、ロアジャケット123及びアッパージャケット134内にて飽和蒸気が発生する。   When the block wall temperature is equal to or higher than TB and lower than TC, the operating voltage of the cooling water supply pump 146 is set to VB higher than VA, and the nozzle control valves 153A to 153E 153A and 153B are opened. Then, cooling water is jetted from the nozzles 151A and 151B (spray cooling 2). Thereby, in addition to the cooling portion A, the cooling portion B (the upper end portion of the inner wall surface on the cylinder 121 side of the lower jacket 123 and in the vicinity of the combustion chamber CC) facing the nozzle 151B is cooled, Saturated steam is generated in the lower jacket 123 and the upper jacket 134.

ブロック壁温がTC以上TD未満の場合、冷却水供給ポンプ146の作動電圧がVBよりも高いVCとされ、ノズル制御弁153Aないし153Eのうちの153Aないし153Cが開弁される。すると、ノズル151Aないしノズル151Cから冷却水が噴射される(スプレー冷却3)。これにより、冷却部位A及びBに加えて、ノズル151Cに対向する冷却部位C(アッパージャケット134の内壁面における、隣り合う燃焼室CCの間の部分)が冷却されるとともに、ロアジャケット123及びアッパージャケット134内にて飽和蒸気が発生する。   When the block wall temperature is equal to or higher than TC and lower than TD, the operating voltage of the cooling water supply pump 146 is set to VC higher than VB, and the nozzle control valves 153A to 153E 153A to 153C are opened. Then, cooling water is jetted from the nozzles 151A to 151C (spray cooling 3). Thereby, in addition to the cooling portions A and B, the cooling portion C (the portion between the adjacent combustion chambers CC on the inner wall surface of the upper jacket 134) facing the nozzle 151C is cooled, and the lower jacket 123 and the upper Saturated steam is generated in the jacket 134.

なお、この場合、三方弁149によって、冷却水流路145における前記最上流部と分岐路147との連通が遮断され、当該最上流部と冷却水流路145における三方弁149よりも下流側とが直接的に連通される。すなわち、熱交換器148はバイパスされる。これにより、冷却効率が良好になる。   In this case, the three-way valve 149 blocks communication between the most upstream part and the branch path 147 in the cooling water flow path 145, and the most upstream part and the downstream side of the cooling water flow path 145 from the three-way valve 149 are directly connected. Communicated. That is, the heat exchanger 148 is bypassed. Thereby, cooling efficiency becomes favorable.

ブロック壁温がTD以上TE未満の場合、冷却水供給ポンプ146の作動電圧がVCよりも高いVDとされ、ノズル制御弁153Aないし153Eのうちの153Aないし153Dが開弁される。すると、ノズル151Aないしノズル151Dから冷却水が噴射される(スプレー冷却4)。これにより、冷却部位AないしCに加えて、ノズル151Dに対向する冷却部位D(アッパージャケット134の内壁面の気筒配列方向における両端部であって、燃焼室CCの近傍の部分)が冷却されるとともに、ロアジャケット123及びアッパージャケット134内にて飽和蒸気が発生する。   When the block wall temperature is equal to or higher than TD and lower than TE, the operating voltage of the cooling water supply pump 146 is set to VD higher than VC, and the nozzle control valves 153A to 153E 153A to 153D are opened. Then, cooling water is jetted from the nozzles 151A to 151D (spray cooling 4). As a result, in addition to the cooling portions A to C, the cooling portion D that faces the nozzle 151D (both ends of the inner wall surface of the upper jacket 134 in the cylinder arrangement direction and in the vicinity of the combustion chamber CC) is cooled. At the same time, saturated steam is generated in the lower jacket 123 and the upper jacket 134.

ブロック壁温がTE以上の場合、冷却水供給ポンプ146の作動電圧がVDよりも高いVEとされ、ノズル制御弁153Aないし153Eのすべてが開弁される。すると、ノズル151Aないしノズル151Eから冷却水が噴射される(スプレー冷却5)。これにより、冷却部位AないしDに加えて、ノズル151Eに対向する冷却部位E(ロアジャケット123のシリンダ121側の内壁面における上端部よりもやや下方の部分:すなわち冷却部位Bよりやや下方の部分)が冷却されるとともに、ロアジャケット123及びアッパージャケット134内にて飽和蒸気が発生する。   When the block wall temperature is equal to or higher than TE, the operating voltage of the cooling water supply pump 146 is set to VE higher than VD, and all of the nozzle control valves 153A to 153E are opened. Then, cooling water is jetted from the nozzles 151A to 151E (spray cooling 5). Thereby, in addition to the cooling parts A to D, the cooling part E facing the nozzle 151E (the part slightly below the upper end of the inner wall surface on the cylinder 121 side of the lower jacket 123: that is, the part slightly below the cooling part B) ) Is cooled, and saturated steam is generated in the lower jacket 123 and the upper jacket 134.

このようにしてロアジャケット123及びアッパージャケット134内にて発生した飽和蒸気は、アッパージャケット134の最上部に設けられた蒸気排出口135を介して、蒸気導出路141に導出される。   The saturated steam generated in the lower jacket 123 and the upper jacket 134 in this way is led out to the steam lead-out path 141 through the steam outlet 135 provided at the uppermost part of the upper jacket 134.

蒸気導出路141に導出された蒸気は、過熱器142にて、排気ガスとの熱交換によって加熱され、過熱蒸気となる。過熱器142にて発生した過熱蒸気は、タービン143にて、膨張により、前記回転羽根を回転させる。これにより、過熱蒸気の有する熱エネルギーが、タービン143の前記回転羽根の運動(回転)のエネルギーに変換される。すなわち、過熱蒸気から機械的エネルギーが回収される。   The steam led out to the steam lead-out path 141 is heated by the heat exchange with the exhaust gas in the superheater 142 to become superheated steam. The superheated steam generated in the superheater 142 rotates the rotating blades by expansion in the turbine 143. As a result, the thermal energy of the superheated steam is converted into the movement (rotation) energy of the rotating blades of the turbine 143. That is, mechanical energy is recovered from the superheated steam.

タービン143を経て低エネルギーとなった蒸気は、コンデンサ144にて冷却されることで、凝縮される。コンデンサ144にて液体状となった冷却水は、冷却水流路145を介して再び冷却水供給ポンプ146に供給される。   The steam that has become low energy through the turbine 143 is condensed by being cooled by the condenser 144. The cooling water that has become liquid in the condenser 144 is supplied again to the cooling water supply pump 146 via the cooling water flow path 145.

<<異常検知・異常時運転制御動作>>
図4は、図1に示されているECU160によって実行される異常検知ルーチン400を示すフローチャートである。以下、図4及び必要に応じて図1の符号を参照しつつ、本実施形態のエンジン廃熱回収システム100の異常検知及び異常時運転制御動作について説明する。
<< Abnormality detection / operation control during abnormality >>
FIG. 4 is a flowchart showing an abnormality detection routine 400 executed by ECU 160 shown in FIG. Hereinafter, the abnormality detection and the abnormal operation control operation of the engine waste heat recovery system 100 of the present embodiment will be described with reference to FIG. 4 and the reference numerals of FIG. 1 as necessary.

なお、本動作例においては、上述の動作例とは異なり、以下の条件で冷却水供給ポンプ146が作動する:(1)ブロック壁温Teが所定温度TA(例えば105℃)未満である場合、冷却水供給ポンプ146が停止される。(2)ブロック壁温TeがTA以上である場合であって、エンジン回転数Neが所定値Ne1以上且つ現在のサイクルの燃料噴射量Gが所定値G1以上であるときには、冷却水供給ポンプ146が駆動電圧V1で駆動される。(3)ブロック壁温TeがTA以上である場合であっても、エンジン回転数NeがNe1未満又は燃料噴射量GがG1未満のときには、冷却水供給ポンプ146が停止される。   In this operation example, unlike the above-described operation example, the cooling water supply pump 146 operates under the following conditions: (1) When the block wall temperature Te is lower than a predetermined temperature TA (for example, 105 ° C.), The cooling water supply pump 146 is stopped. (2) When the block wall temperature Te is equal to or higher than TA, when the engine speed Ne is equal to or higher than the predetermined value Ne1 and the fuel injection amount G in the current cycle is equal to or higher than the predetermined value G1, the cooling water supply pump 146 Driven by the drive voltage V1. (3) Even when the block wall temperature Te is equal to or higher than TA, the cooling water supply pump 146 is stopped when the engine speed Ne is less than Ne1 or the fuel injection amount G is less than G1.

また、本動作例においては、蒸気温度と蒸気圧との関係を表すアントワン式
LogP=X−(Y/(T+Z))
(Pは水蒸気圧[mmHg]、Tは水蒸気温度[℃]、XないしZは定数で、
X=8.02754、Y=1705.616、Z=231.505)
に基づいて、蒸気温度と蒸気圧が以下の関係を満たさない場合に、蒸気温度センサ163や蒸気圧センサ164の異常、あるいは蒸気漏れ等の、エンジン廃熱回収システム100の異常が検知されるようになっている。
P=(10α)±β
(α=X−(Y/(T+Z)、
βは蒸気圧のばらつきを考慮した定数でβ=50)
Moreover, in this operation example, the Antoine formula representing the relationship between the steam temperature and the steam pressure.
LogP = X− (Y / (T + Z))
(P is the water vapor pressure [mmHg], T is the water vapor temperature [° C.], X to Z are constants,
X = 8.002754, Y = 1705.616, Z = 231.505)
On the basis of the above, when the steam temperature and the steam pressure do not satisfy the following relationship, an abnormality of the steam temperature sensor 163 and the steam pressure sensor 164 or an abnormality of the engine waste heat recovery system 100 such as a steam leak is detected. It has become.
P = (10 α ) ± β
(Α = X− (Y / (T + Z),
β is a constant that takes into account variations in vapor pressure, β = 50)

本ルーチン400は、所定のタイミング毎(例えば所定時間毎)に繰り返し実行される。また、以下のフローチャートにおいて、ブロック壁温Teはブロック壁温センサ161の出力に基づくブロック壁温の検出値であり、蒸気温度Tvは蒸気温度センサ163の出力に基づく蒸気温度の検出値であり、蒸気圧Pvは蒸気圧センサ164の出力に基づく蒸気圧の検出値である。   This routine 400 is repeatedly executed at every predetermined timing (for example, every predetermined time). In the following flowchart, the block wall temperature Te is a detected value of the block wall temperature based on the output of the block wall temperature sensor 161, and the steam temperature Tv is a detected value of the steam temperature based on the output of the steam temperature sensor 163, The vapor pressure Pv is a detected value of the vapor pressure based on the output of the vapor pressure sensor 164.

本ルーチン400が起動されると、まず、ステップ405(以下、ステップを「S」と略記する。)にて、ブロック壁温TeがTA以上であるか否かが判定される。ブロック壁温TeがTA未満である場合(S405=No)、処理がS410に進み、冷却水供給ポンプ146が停止され、本ルーチンがいったん終了する。ブロック壁温TeがTA以上である場合(S405=Yes)、処理がS415に進む。   When the routine 400 is started, first, at step 405 (hereinafter, step is abbreviated as “S”), it is determined whether or not the block wall temperature Te is equal to or higher than TA. When the block wall temperature Te is less than TA (S405 = No), the process proceeds to S410, the cooling water supply pump 146 is stopped, and this routine is once ended. When the block wall temperature Te is equal to or higher than TA (S405 = Yes), the process proceeds to S415.

S415にて、エンジン回転数NeがNe1以上であるか否かが判定される。エンジン回転数NeがNe1未満である場合(S415=No)、処理がS410に進み、冷却水供給ポンプ146が停止され、本ルーチンがいったん終了する。エンジン回転数Neが所定値Ne1以上である場合(S415=Yes)、処理がS420に進む。   In S415, it is determined whether or not the engine speed Ne is Ne1 or more. When the engine speed Ne is less than Ne1 (S415 = No), the process proceeds to S410, the cooling water supply pump 146 is stopped, and this routine is once ended. If the engine speed Ne is equal to or greater than the predetermined value Ne1 (S415 = Yes), the process proceeds to S420.

S420にて、燃料噴射量GがG1以上であるか否かが判定される。燃料噴射量GがG1未満である場合(S420=No)、処理がS410に進み、冷却水供給ポンプ146が停止され、本ルーチンがいったん終了する。燃料噴射量GがG1以上である場合(S420=Yes)、処理がS425に進む。   In S420, it is determined whether or not the fuel injection amount G is G1 or more. When the fuel injection amount G is less than G1 (S420 = No), the process proceeds to S410, the cooling water supply pump 146 is stopped, and this routine is once ended. When the fuel injection amount G is G1 or more (S420 = Yes), the process proceeds to S425.

S425にて、冷却水供給ポンプ146が通常時の作動電圧V1で駆動開始されるとともに、ノズル151における冷却水噴射が開始される。その後、S430にて、冷却水供給ポンプ146の駆動開始から所定時間t1が経過するまで待機される。   In S425, the cooling water supply pump 146 starts to be driven with the normal operating voltage V1, and the cooling water injection in the nozzle 151 is started. After that, in S430, the system waits until a predetermined time t1 has elapsed from the start of driving of the cooling water supply pump 146.

冷却水供給ポンプ146の駆動開始から所定時間t1が経過すると(S430=Yes)、S440にて、蒸気温度Tvが所定温度Tb(例えば240℃)と所定温度Tc(例えば325℃)との間にあるか否かが判定される。   When the predetermined time t1 has elapsed from the start of driving of the cooling water supply pump 146 (S430 = Yes), in S440, the steam temperature Tv is between a predetermined temperature Tb (for example, 240 ° C.) and a predetermined temperature Tc (for example, 325 ° C.). It is determined whether or not there is.

蒸気温度TvがTbとTcとの間にある場合(S440=Yes)、処理がS445に進み、蒸気圧PvがPd−50(Pdはアントワン式にT=Tbを代入した場合のPの値)とPe+50(Peはアントワン式にT=Tcを代入した場合のPの値)との間にあるか否かが判定される。PvがPd−50とPe+50との間にある場合(S445=Yes)、本ルーチンがいったん終了する。   When the steam temperature Tv is between Tb and Tc (S440 = Yes), the process proceeds to S445, and the steam pressure Pv is Pd-50 (Pd is the value of P when T = Tb is substituted into the Antoine equation). And Pe + 50 (Pe is the value of P when T = Tc is substituted into the Antoine equation). When Pv is between Pd−50 and Pe + 50 (S445 = Yes), this routine is once ended.

蒸気温度TvがTbとTcとの間でない場合(S440=No)、処理がS450に進む。S450においては、蒸気温度TvがTbより低いか否かが判定される。   When the steam temperature Tv is not between Tb and Tc (S440 = No), the process proceeds to S450. In S450, it is determined whether or not the steam temperature Tv is lower than Tb.

蒸気温度TvがTbより低い場合(S450=Yes)、処理がS455に進む。S445においては、蒸気圧PvがPd+50より低いか否かが判定される。蒸気圧PvがPd+50より低い場合(S455=Yes)、処理がS410に進み、冷却水供給ポンプ146が停止され、本ルーチンがいったん終了する。   When the steam temperature Tv is lower than Tb (S450 = Yes), the process proceeds to S455. In S445, it is determined whether or not the vapor pressure Pv is lower than Pd + 50. When the vapor pressure Pv is lower than Pd + 50 (S455 = Yes), the process proceeds to S410, the cooling water supply pump 146 is stopped, and this routine is once ended.

蒸気温度TvがTbより低くない場合(S450=No)、処理がS460に進む。S460においては、蒸気温度TvがTcより高いか否かが判定される。蒸気温度TvがTcより高い場合(S460=Yes)、蒸気温度センサ163による蒸気温度Tvの検出温度が、正常運転時における蒸気の最高到達温度よりも高いこととなる。   When the steam temperature Tv is not lower than Tb (S450 = No), the process proceeds to S460. In S460, it is determined whether or not the steam temperature Tv is higher than Tc. When the steam temperature Tv is higher than Tc (S460 = Yes), the detected temperature of the steam temperature Tv by the steam temperature sensor 163 is higher than the maximum temperature of steam during normal operation.

よって、この場合、エンジン廃熱回収システム100の異常(蒸気温度センサ163の異常や冷却水不足等)が生じていると考えられる。そこで、処理がS465に進み、冷却水供給ポンプ146が、通常時の駆動電圧V1よりも高い電圧V2で所定時間駆動された後、さらに高い電圧V3で所定時間駆動される。その後、処理がS470に進み、エンジンの運転モードがデフォルトモード(アクセル開度にかかわらず一定の低負荷運転のみが可能となるモード)に設定され、本ルーチンがいったん終了する。   Therefore, in this case, it is considered that an abnormality of the engine waste heat recovery system 100 (an abnormality of the steam temperature sensor 163, a lack of cooling water, etc.) has occurred. Therefore, the process proceeds to S465, and the cooling water supply pump 146 is driven at a voltage V2 higher than the normal driving voltage V1 for a predetermined time, and then driven at a higher voltage V3 for a predetermined time. Thereafter, the process proceeds to S470, where the engine operation mode is set to a default mode (a mode in which only a constant low load operation is possible regardless of the accelerator opening), and this routine is once ended.

蒸気温度Tvが、TbとTcとの間になく、Tbより低くなく、且つTcより高くない場合(S440=No→S450=No→S460=No)は、論理的には通常あり得ない。よって、この場合、エンジン廃熱回収システム100の異常、特に、蒸気温度センサ163が故障していて当該蒸気温度センサ163からの出力がないか異常値となっていることが想定される。そこで、この場合、処理がS470に進み、エンジンの運転モードがデフォルトモードに設定され、本ルーチンがいったん終了する。   When the steam temperature Tv is not between Tb and Tc, is not lower than Tb, and is not higher than Tc (S440 = No → S450 = No → S460 = No), it is logically impossible. Therefore, in this case, it is assumed that the engine waste heat recovery system 100 is abnormal, in particular, the steam temperature sensor 163 has failed and there is no output from the steam temperature sensor 163 or an abnormal value. Therefore, in this case, the process proceeds to S470, the engine operation mode is set to the default mode, and this routine is once ended.

蒸気温度TvがTbより低いにもかかわらず、蒸気圧Pvが、Pd+50(Pdはアントワン式にT=Tbを代入した場合の蒸気圧。Pd+50は、ばらつきを考慮した、蒸気温度がTbである場合に対応する蒸気圧。)より低くない場合(S450=Yes→S455=No)、蒸気圧センサ164による蒸気圧の検出値が、本来の蒸気圧よりも高めに出ていることになる。すなわち、エンジン廃熱回収システム100の異常(蒸気圧センサ164の異常等)が生じていることが想定される。そこで、この場合、処理がS470に進み、エンジンの運転モードがデフォルトモードに設定され、本ルーチンがいったん終了する。   Despite the vapor temperature Tv being lower than Tb, the vapor pressure Pv is Pd + 50 (Pd is the vapor pressure when T = Tb is substituted into the Antoine equation. Pd + 50 is the case where the vapor temperature is Tb considering variation (S450 = Yes → S455 = No), the detected value of the vapor pressure by the vapor pressure sensor 164 is higher than the original vapor pressure. That is, it is assumed that an abnormality of the engine waste heat recovery system 100 (an abnormality of the vapor pressure sensor 164 or the like) has occurred. Therefore, in this case, the process proceeds to S470, the engine operation mode is set to the default mode, and this routine is once ended.

蒸気温度TvがTbとTcとの間にあるにもかかわらず、PvがPd−50とPe+50との間(Pdはアントワン式にT=Tbを代入した場合のPの値、Peはアントワン式にT=Tcを代入した場合のPの値)にない場合(S440=Yes→S445=No)、蒸気温度センサ163の出力と蒸気圧センサ164の出力とに食い違いが生じていることとなる。すなわち、エンジン廃熱回収システム100の異常(蒸気温度センサ163の異常、蒸気圧センサ164の異常、等)が生じていることが想定される。そこで、この場合、この場合、処理がS470に進み、エンジンの運転モードがデフォルトモードに設定され、本ルーチンがいったん終了する。   Despite the steam temperature Tv between Tb and Tc, Pv is between Pd−50 and Pe + 50 (Pd is the value of P when T = Tb is substituted for the Antoine equation, Pe is the Antoine equation) If T = the value of P when Tc is substituted) (S440 = Yes → S445 = No), there is a discrepancy between the output of the steam temperature sensor 163 and the output of the steam pressure sensor 164. That is, it is assumed that an abnormality of the engine waste heat recovery system 100 (an abnormality of the steam temperature sensor 163, an abnormality of the steam pressure sensor 164, etc.) has occurred. Therefore, in this case, in this case, the process proceeds to S470, the engine operation mode is set to the default mode, and this routine is once ended.

<実施形態の構成による効果>
以下、上述のような本実施形態の構成による効果について説明する。
<Effects of Configuration of Embodiment>
Hereinafter, effects of the configuration of the present embodiment as described above will be described.

・本実施形態の構成によれば、冷却水供給ポンプ146、ノズル151、及びノズル制御弁153の動作状態が、エンジンの運転状態に応じて制御されることで、ノズル151(151Aないし151E)による冷却水の噴射状態(噴射タイミング、噴射圧力、噴射水量、及び噴射部位)が、エンジンの運転状態に応じて適切に制御される。したがって、エンジンブロック110の冷却及び廃熱回収が、より適切に行われ得る。   -According to the configuration of the present embodiment, the operating states of the cooling water supply pump 146, the nozzle 151, and the nozzle control valve 153 are controlled according to the operating state of the engine, so that the nozzle 151 (151A to 151E) The injection state (injection timing, injection pressure, injection water amount, and injection part) of the cooling water is appropriately controlled according to the engine operating state. Therefore, cooling of the engine block 110 and waste heat recovery can be performed more appropriately.

・本実施形態の構成においては、微小液滴状の冷却水が、冷却水噴射部150によって、ロアジャケット123及びアッパージャケット134の内壁面に、勢いよく噴射される。すなわち、当該内壁面に対して、液体状の冷却水が、勢いよく衝突する。   In the configuration of the present embodiment, the cooling water in the form of fine droplets is jetted vigorously on the inner wall surfaces of the lower jacket 123 and the upper jacket 134 by the cooling water jet unit 150. That is, liquid cooling water collides with the inner wall surface vigorously.

これにより、当該内壁面に付着している、冷却水の蒸気による気泡が、良好に弾き飛ばされる。よって、高負荷運転等により、エンジンブロック110(特にシリンダヘッド130における排気ポート132付近)が高温になって、当該内壁面にて大量の気泡が発生した場合であっても、膜沸騰現象の発生が、緩和又は抑制され得る。   Thereby, the bubble by the vapor | steam of the cooling water adhering to the said inner wall surface is blown off favorably. Therefore, even when the engine block 110 (particularly near the exhaust port 132 in the cylinder head 130) becomes hot due to high load operation or the like and a large amount of bubbles are generated on the inner wall surface, the film boiling phenomenon occurs. Can be mitigated or suppressed.

したがって、かかる構成によれば、エンジンブロック110(特にシリンダヘッド130における排気ポート132付近)の冷却が、良好に行われる。   Therefore, according to this configuration, the engine block 110 (particularly, the vicinity of the exhaust port 132 in the cylinder head 130) is cooled well.

また、エンジンブロック110にて発生している廃熱による冷却水の昇温及び気化が、効率的に行われる。よって、廃熱からの機械的エネルギーの回収効率が良好となる。   Further, the temperature rise and vaporization of the cooling water by the waste heat generated in the engine block 110 is efficiently performed. Therefore, the recovery efficiency of mechanical energy from waste heat becomes good.

・本実施形態の構成によれば、コンデンサ144を経た冷却水が、熱交換器148にて、タービン143を経た蒸気との熱交換により加温される。これにより、タービン143を経た蒸気の熱のうちの一部が、コンデンサ144によって外部に捨てられることなく、冷却水噴射部150に向かって送出される冷却水に再度取り込まれる。よって、本エンジン廃熱回収システム100における冷却損失が、よりいっそう低減され得る。   According to the configuration of the present embodiment, the cooling water that has passed through the condenser 144 is heated in the heat exchanger 148 by heat exchange with the steam that has passed through the turbine 143. As a result, a part of the heat of the steam that has passed through the turbine 143 is again taken into the cooling water sent toward the cooling water injection unit 150 without being discarded outside by the condenser 144. Therefore, the cooling loss in the engine waste heat recovery system 100 can be further reduced.

また、かかる構成によれば、冷却水噴射部150に向かって送出される冷却水が加温されることで、ノズル151からの冷却水の噴射による、シリンダヘッド130における熱衝撃が緩和されるとともに、冷却水の飽和蒸気化が促進される。   In addition, according to this configuration, the cooling water delivered toward the cooling water injection unit 150 is heated, so that the thermal shock in the cylinder head 130 due to the injection of the cooling water from the nozzle 151 is alleviated. In addition, saturated vaporization of the cooling water is promoted.

<変形例の例示列挙>
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。
<List of examples of modification>
Note that, as described above, the above-described embodiments are merely examples of typical embodiments of the present invention that the applicant has considered to be the best at the time of filing of the present application. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment. Therefore, it goes without saying that various modifications can be made to the above-described embodiment without departing from the essential part of the present invention.

以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部材に対しては、上述の実施形態と同様の符号が付されているものとする。また、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が援用され得るものとする。   Hereinafter, some typical modifications will be exemplified. In the following description of modifications, members having the same configuration and function as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above-described embodiment. Moreover, within the range which is not technically contradictory, description in the above-mentioned embodiment shall be used.

もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたもの限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。   However, it goes without saying that the modifications are not limited to those listed below. In addition, a plurality of modified examples can be applied in a composite manner as appropriate within a technically consistent range.

本発明(特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの)は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、(先願主義の下で出願を急ぐ)出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。   The present invention (especially those expressed functionally and functionally in the constituent elements constituting the means for solving the problems of the present invention) is based on the above-described embodiment and the description of the following modifications. Should not be construed as limited. Such a limited interpretation is unacceptable and improper for imitators, while improperly harming the applicant's interests (rushing to file under a prior application principle).

(A)本発明の適用対象は、直列型エンジンに限定されない。例えば、本発明は、V型、W型、水平対向型のいずれにも好適に適用され得る。   (A) The application target of the present invention is not limited to an inline engine. For example, the present invention can be suitably applied to any of V type, W type, and horizontally opposed type.

また、本発明の適用対象は、ガソリンエンジンに限定されない。例えば、本発明は、ディーゼルエンジンにも適用され得る。   Moreover, the application object of this invention is not limited to a gasoline engine. For example, the present invention can be applied to a diesel engine.

(B)本発明において、バルブ数に限定はない。すなわち、吸気ポート131及び排気ポート132の数に限定はない。   (B) In the present invention, the number of valves is not limited. That is, the number of intake ports 131 and exhaust ports 132 is not limited.

(C)タービン143に備えられた前記回転羽根の回転エネルギーは、電気に変換されてもよいし、他の回転駆動系の動力源として用いられてもよい。   (C) The rotational energy of the rotary blades provided in the turbine 143 may be converted into electricity, or may be used as a power source for other rotational drive systems.

また、タービン143に代えて、ピストンを備えた機構が用いられてもよい。   Moreover, it replaces with the turbine 143 and the mechanism provided with the piston may be used.

(D)冷却水供給ポンプ146の構成や駆動方式に限定はない。   (D) There is no limitation on the configuration and driving method of the cooling water supply pump 146.

例えば、冷却水供給ポンプ146は、エンジンの出力軸にて発生した駆動力を、クラッチを含む動力伝達機構を介して受け取るように構成されていてもよい。   For example, the cooling water supply pump 146 may be configured to receive a driving force generated at the output shaft of the engine via a power transmission mechanism including a clutch.

あるいは、冷却水供給ポンプ146は、タービン143の前記回転羽根にて発生した駆動力を、動力伝達機構を介して受け取るように構成されていてもよい。   Alternatively, the cooling water supply pump 146 may be configured to receive the driving force generated by the rotating blades of the turbine 143 via a power transmission mechanism.

あるいは、冷却水供給ポンプ146は、タービン143を介して回収された電気エネルギーによって回転駆動されるように構成されていてもよい。   Alternatively, the cooling water supply pump 146 may be configured to be rotationally driven by electrical energy recovered via the turbine 143.

(E)異常検知及び異常時の処理の動作も、図4のフローチャートにて示された態様以外に、様々な態様が用いられ得る。   (E) Various aspects other than the aspect shown in the flowchart of FIG. 4 may be used for the operation of abnormality detection and processing at the time of abnormality.

例えば、ブロック壁温Teは、ヘッド壁温センサ162の出力に基づくものであってもよい。   For example, the block wall temperature Te may be based on the output of the head wall temperature sensor 162.

また、異常検知のために用いられる、蒸気温度と蒸気圧との関係としては、アントワン式に限定されない。例えば、クラウジウス−クラペイロンの式等も用いられ得る。   Further, the relationship between the steam temperature and the steam pressure used for abnormality detection is not limited to the Antoine type. For example, the Clausius-Clapeyron equation may be used.

(F)センサによる温度や圧力の取得に代えて、エンジン運転履歴に基づく温度や圧力の推定が行われてもよい。   (F) Instead of acquiring temperature and pressure by a sensor, estimation of temperature and pressure based on the engine operation history may be performed.

(G)デフォルトモードも、上述の実施形態に記載の態様に限定されない。あるいは、本エンジン廃熱回収システム100がハイブリッド車に搭載される場合、「デフォルトモード」は、エンジンによる運転を禁止してモータによる運転のみを許可するモードとされてもよい。   (G) The default mode is not limited to the aspect described in the above embodiment. Alternatively, when the engine waste heat recovery system 100 is mounted on a hybrid vehicle, the “default mode” may be a mode that prohibits the operation by the engine and permits only the operation by the motor.

(H)その他、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能な、いかなる構造をも含む。   (H) Other elements that are functionally expressed in the elements constituting the means for solving the problems of the present invention are the specific structures disclosed in the above-described embodiments and modifications. In addition, any structure capable of realizing the operation / function is included.

本発明の一実施形態に係るエンジン廃熱回収システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine waste heat recovery system according to an embodiment of the present invention. 図1に示されている冷却水噴射部の、ブロック壁温に応じた動作の様子を示す表である。It is a table | surface which shows the mode of operation | movement according to block wall temperature of the cooling water injection part shown by FIG. 図2に対応して、冷却水噴射部の動作の様子を時系列で示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the state of operation of the cooling water injection unit in time series corresponding to FIG. 2. 図1に示されている電子制御ユニット(ECU)によって実行される異常検知ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the abnormality detection routine performed by the electronic control unit (ECU) shown by FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100…エンジン廃熱回収システム 110…エンジンブロック
120…シリンダブロック 123…ロアジャケット
130…シリンダヘッド 132…排気ポート
133…排気通路 134…アッパージャケット
135…蒸気排出口 140…廃熱回収部
141…蒸気導出路 142…過熱器
143…タービン 144…コンデンサ
145…冷却水流路 146…冷却水供給ポンプ
147…分岐路 148…熱交換器
150…冷却水噴射部 151…ノズル
152…冷却水供給路 153…ノズル制御弁
160…電子制御ユニット(ECU) 161…ブロック壁温センサ
162…ヘッド壁温センサ 163…蒸気温度センサ
164…蒸気圧センサ CC…燃焼室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Engine waste heat recovery system 110 ... Engine block 120 ... Cylinder block 123 ... Lower jacket 130 ... Cylinder head 132 ... Exhaust port 133 ... Exhaust passage 134 ... Upper jacket 135 ... Steam exhaust port 140 ... Waste heat recovery part 141 ... Steam extraction Path 142 ... Superheater 143 ... Turbine 144 ... Condenser 145 ... Cooling water flow path 146 ... Cooling water supply pump 147 ... Branching path 148 ... Heat exchanger 150 ... Cooling water injection section 151 ... Nozzle 152 ... Cooling water supply path 153 ... Nozzle control Valve 160 ... Electronic control unit (ECU) 161 ... Block wall temperature sensor 162 ... Head wall temperature sensor 163 ... Steam temperature sensor 164 ... Steam pressure sensor CC ... Combustion chamber

Claims (6)

エンジンの廃熱から機械的エネルギーを回収し得るように構成されたエンジン廃熱回収システムにおいて、
シリンダと、燃焼室と、前記燃焼室と連通する排気通路と、前記シリンダ、前記燃焼室、及び前記排気通路に隣接するように設けられた冷却媒体ジャケットと、が形成された、エンジンブロックと、
液体状の冷却媒体を前記冷却媒体ジャケットの内壁面に向けて噴射するように構成された、冷却媒体噴射部と、
前記冷却媒体ジャケットと接続されていて、前記冷却媒体噴射部によって噴射された後に気化した前記冷却媒体の蒸気を、前記冷却媒体ジャケットの外に導出するように構成された、蒸気導出路と、
前記蒸気導出路に介装されていて、前記排気通路内を通過する前記排気ガスと前記蒸気との熱交換によって当該蒸気を加熱するように構成された、蒸気加熱器と、
前記蒸気導出路に介装されていて、前記蒸気加熱器を経た前記蒸気から機械的エネルギーを回収するように構成された、膨張器と、
前記蒸気導出路に介装されていて、前記膨張器を経た前記蒸気を凝縮するように構成された、凝縮器と、
前記凝縮器を経て凝縮された液体状の前記冷却媒体を、前記エンジンの運転状態に応じて前記冷却媒体噴射部に供給するように構成された、冷却媒体供給ポンプと、
を備えたことを特徴とする、エンジン廃熱回収システム。
In an engine waste heat recovery system configured to recover mechanical energy from engine waste heat,
An engine block formed with a cylinder, a combustion chamber, an exhaust passage communicating with the combustion chamber, and a coolant jacket provided adjacent to the cylinder, the combustion chamber, and the exhaust passage;
A cooling medium injection unit configured to inject a liquid cooling medium toward the inner wall surface of the cooling medium jacket;
A vapor outlet path connected to the cooling medium jacket and configured to extract the vapor of the cooling medium vaporized after being injected by the cooling medium injection unit to the outside of the cooling medium jacket;
A steam heater that is interposed in the steam lead-out path and configured to heat the steam by heat exchange between the exhaust gas passing through the exhaust passage and the steam;
An expander interposed in the steam outlet and configured to recover mechanical energy from the steam that has passed through the steam heater;
A condenser interposed in the steam outlet path and configured to condense the steam that has passed through the expander;
A cooling medium supply pump configured to supply the liquid cooling medium condensed through the condenser to the cooling medium injection unit according to an operating state of the engine;
An engine waste heat recovery system characterized by comprising:
請求項1に記載のエンジン廃熱回収システムにおいて、
前記エンジンブロックの温度に応じた出力を生じるように構成されたブロック温度センサを、さらに備えていて、
前記冷却媒体供給ポンプは、前記エンジンブロックの温度が所定の噴射開始温度以上である場合の前記ブロック温度センサの前記出力に基づいて、液体状の前記冷却媒体を、前記冷却媒体噴射部に供給するように構成されたことを特徴とする、エンジン廃熱回収システム。
The engine waste heat recovery system according to claim 1,
A block temperature sensor configured to generate an output corresponding to the temperature of the engine block;
The cooling medium supply pump supplies the liquid cooling medium to the cooling medium injection unit based on the output of the block temperature sensor when the temperature of the engine block is equal to or higher than a predetermined injection start temperature. An engine waste heat recovery system characterized by being configured as described above.
請求項1又は請求項2に記載のエンジン廃熱回収システムであって、
前記冷却媒体噴射部は、
前記エンジンブロックにおける複数の位置に対応して設けられた複数のノズルを備えていて、
前記エンジンの運転状態に応じて、複数の前記ノズルにおける前記冷却媒体の噴射状態を変更し得るように構成されたことを特徴とする、エンジン廃熱回収システム。
The engine waste heat recovery system according to claim 1 or 2,
The cooling medium injection unit is
Comprising a plurality of nozzles provided corresponding to a plurality of positions in the engine block;
An engine waste heat recovery system configured to change an injection state of the cooling medium in the plurality of nozzles according to an operating state of the engine.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のエンジン廃熱回収システムにおいて、
前記冷却媒体噴射部に向かって送出される液体状の前記冷却媒体と、前記膨張器を経た前記蒸気と、の間で熱交換を行う、熱交換部をさらに備えたことを特徴とする、エンジン廃熱回収システム。
The engine waste heat recovery system according to any one of claims 1 to 3,
The engine further comprising a heat exchanging unit for exchanging heat between the liquid cooling medium delivered toward the cooling medium ejecting unit and the steam having passed through the expander. Waste heat recovery system.
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のエンジン廃熱回収システムにおいて、
前記蒸気導出路に介装されていて、前記蒸気の温度に応じた出力を生じるように構成された、蒸気温度センサと、
前記蒸気導出路に介装されていて、前記蒸気の圧力に応じた出力を生じるように構成された、蒸気圧センサと、
前記蒸気温度センサ及び前記蒸気圧センサの出力に基づいて、異常の発生の有無を判断する、異常判断部と、
前記異常判断部によって異常の発生が判断された場合に、異常発生を報知する、異常報知部と、
をさらに備えたことを特徴とする、エンジン廃熱回収システム。
The engine waste heat recovery system according to any one of claims 1 to 4,
A steam temperature sensor interposed in the steam lead-out path and configured to generate an output corresponding to the temperature of the steam;
A vapor pressure sensor interposed in the vapor outlet path and configured to generate an output corresponding to the pressure of the vapor;
An abnormality determination unit that determines whether or not an abnormality has occurred based on outputs of the steam temperature sensor and the vapor pressure sensor;
An abnormality notifying unit for notifying the occurrence of an abnormality when the occurrence of an abnormality is determined by the abnormality determining unit;
An engine waste heat recovery system, further comprising:
請求項5に記載のエンジン廃熱回収システムにおいて、
前記異常判断部によって異常の発生が判断された場合に、前記エンジンの運転状態を所定の異常時運転モードに制御する、異常時運転制御部を、さらに備えたことを特徴とする、エンジン廃熱回収システム。
The engine waste heat recovery system according to claim 5,
The engine waste heat, further comprising: an abnormal operation control unit that controls the operation state of the engine to a predetermined abnormal operation mode when occurrence of an abnormality is determined by the abnormality determination unit. Collection system.
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