JP2008274867A - Engine cooling device and engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒を噴射してエンジンを冷却するスプレー冷却を用いたエンジンの冷却装置に関する。 The present invention relates to an engine cooling apparatus using spray cooling that cools an engine by injecting a refrigerant.
従来、エンジンの冷却装置では、ラジエータで冷却された液体冷媒がウォータポンプにより圧送され、ウォータジャケット内を循環してエンジン各部を冷却する強制循環方式が採用されている。このような冷却方式とは異なる冷却方式として、燃焼によって高温となる部位へ冷媒を噴射し、噴射された冷媒の蒸発により冷却部位を冷却するものが特許文献1に開示されている。このような冷媒を噴射する冷却方式は冷媒が蒸発する際の潜熱を利用するので、冷却部位と冷媒との間の熱交換量が強制循環方式に比べて極めて多く、より少ない冷媒量で同等の冷却効果が得られる。 2. Description of the Related Art Conventionally, an engine cooling device employs a forced circulation system in which liquid refrigerant cooled by a radiator is pumped by a water pump and circulated in a water jacket to cool each part of the engine. As a cooling method different from such a cooling method, Patent Document 1 discloses a method in which a refrigerant is injected to a part that becomes high temperature by combustion and the cooling part is cooled by evaporation of the injected refrigerant. Since the cooling method for injecting such a refrigerant uses latent heat when the refrigerant evaporates, the amount of heat exchange between the cooling site and the refrigerant is much larger than that in the forced circulation method, and the same amount is obtained with a smaller amount of refrigerant. A cooling effect is obtained.
このような冷媒を噴射する冷却方式を改良した発明が特許文献2に開示されている。特許文献2のエンジンの冷却装置では、冷却室空間(ウォータジャケット)に噴射口を向けた冷媒噴射ノズルを備え、エンジン温度が所定温度以上のときに、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて冷媒噴射ノズルから冷却室空間に冷媒を噴射することが行われている。このエンジンの冷却装置に備えられた制御装置は、シリンダブロックに埋設された温度センサからエンジン温度を検出し、エンジン温度が所定温度以上と判定するとエンジンが暖機を完了しているとして、噴射ノズルの冷媒の噴射量を制御する給水ポンプを駆動する。
An invention in which a cooling system for injecting such a refrigerant is improved is disclosed in
ところで、このようなエンジンを冷却する冷媒の蒸発する温度、いわゆる、冷媒の飽和温度は、冷媒の圧力が高いほど高温となり、冷媒の圧力が低いほど低温となることが知られている。すなわち、冷媒の飽和温度は、冷媒が蒸発するウォータジャケット内の圧力によって変化する。このように、冷媒の飽和温度が変化すると、冷媒の蒸発量が変化する。冷媒の蒸発量が変化すると、冷媒の蒸発によるエンジンの冷却効果が影響を受けることとなる。すなわち、ウォータジャケット内が高圧になると、冷媒の飽和温度が上昇する。飽和温度が上昇すると、冷媒の蒸発量が減少する。このような冷媒の蒸発量が不足することにより、冷却部位の冷却が不足し、エンジンがオーバーヒートとなることが考えられる。また、ウォータジャケット内が低圧になると、冷媒の飽和温度が低下する。飽和温度が低下すると、冷媒の蒸発量が増加する。このように冷媒の蒸発過多により、冷却部位が過冷却となり、潤滑油の粘性が増大し、フリクションが増大することが考えられる。しかしながら、特許文献1や特許文献2のエンジンの冷却装置は、このようなウォータジャケット内の圧力の変化や冷媒の残留を考慮した冷媒の噴射を行っていない。
By the way, it is known that the temperature at which the refrigerant for cooling the engine evaporates, so-called the saturation temperature of the refrigerant, becomes higher as the pressure of the refrigerant is higher, and becomes lower as the pressure of the refrigerant is lower. That is, the saturation temperature of the refrigerant changes depending on the pressure in the water jacket at which the refrigerant evaporates. Thus, when the saturation temperature of the refrigerant changes, the evaporation amount of the refrigerant changes. When the evaporation amount of the refrigerant changes, the engine cooling effect due to the evaporation of the refrigerant is affected. That is, when the pressure in the water jacket becomes high, the saturation temperature of the refrigerant increases. When the saturation temperature rises, the amount of refrigerant evaporated decreases. It is conceivable that such an insufficient amount of refrigerant evaporates results in insufficient cooling of the cooling site and overheating of the engine. Further, when the pressure in the water jacket becomes low, the saturation temperature of the refrigerant decreases. When the saturation temperature decreases, the amount of refrigerant evaporated increases. As described above, it is conceivable that due to excessive evaporation of the refrigerant, the cooling part is supercooled, the viscosity of the lubricating oil is increased, and the friction is increased. However, the engine cooling devices of Patent Document 1 and
そこで、本発明は、冷媒の噴射によって冷却を行うエンジンを適切に冷却することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to cool appropriately the engine which cools by injection of a refrigerant | coolant.
かかる課題を解決する本発明のエンジンの冷却装置は、冷媒が蒸発するウォータジャケットと、当該ウォータジャケット内へ冷媒を噴射する冷媒噴射手段とを備え、前記冷媒噴射手段は、冷媒の噴射圧力により前記ウォータジャケット内の圧力を制御することを特徴とする(請求項1)。このような構成とすることにより、ウォータジャケット内の圧力を変化させることで、ウォータジャケット内部、すなわち、ウォータジャケットを形成するシリンダヘッドやシリンダ壁面における冷媒の蒸発量を変化させて、シリンダヘッドやシリンダ壁面の温度を調整することができる。このような冷媒が蒸発するシリンダヘッドやシリンダ壁面を以下において「蒸発部」と称する。冷却装置は、ウォータジャケット内の圧力を変化させ、冷媒の飽和温度を変化させる。これにより、冷却装置はウォータジャケット内の冷媒の蒸発量を増減することができる。冷媒は蒸発時に潜熱を吸収して蒸発部を冷却するので、冷媒の蒸発量が増減されると、蒸発部における冷却状態が変化する。このように、ウォータジャケット内の圧力を変化させて、冷媒の蒸発部の冷却及び昇温を行うことができる。 An engine cooling device of the present invention that solves such a problem includes a water jacket in which refrigerant evaporates, and refrigerant injection means that injects the refrigerant into the water jacket. The pressure in the water jacket is controlled (claim 1). By adopting such a configuration, by changing the pressure in the water jacket, the amount of refrigerant evaporated inside the water jacket, that is, the cylinder head forming the water jacket and the cylinder wall surface is changed. The temperature of the wall surface can be adjusted. Hereinafter, the cylinder head and the cylinder wall surface where the refrigerant evaporates are referred to as an “evaporating portion”. The cooling device changes the pressure in the water jacket and changes the saturation temperature of the refrigerant. Thereby, the cooling device can increase or decrease the evaporation amount of the refrigerant in the water jacket. Since the refrigerant absorbs latent heat at the time of evaporation and cools the evaporation part, when the amount of evaporation of the refrigerant increases or decreases, the cooling state in the evaporation part changes. In this manner, the pressure in the water jacket can be changed to cool and raise the temperature of the refrigerant evaporation section.
このようなエンジンの冷却装置において、前記冷媒噴射手段は、ウォータジャケット内へ冷媒を噴射する噴射弁と、当該噴射弁における噴射圧力を制御する加圧ポンプと、前記噴射弁と前記加圧ポンプとを制御して噴射を実行させる制御手段とを備えた構成とすることができる(請求項2)。 In such an engine cooling apparatus, the refrigerant injection means includes an injection valve that injects refrigerant into the water jacket, a pressurization pump that controls an injection pressure in the injection valve, the injection valve, and the pressurization pump. It is possible to adopt a configuration including control means for controlling the fuel injection and executing injection (claim 2).
このようなエンジンの冷却装置において、前記冷媒噴射手段は、エンジン冷却の要請に応じてウォータジャケット内の圧力を低下させ、エンジン暖機の要請に応じてウォータジャケット内の圧力を上昇させることができる(請求項3)。これにより、冷媒の蒸発部の冷却及び昇温を行うことができる。すなわち、ウォータジャケット内の圧力を低下させると、冷媒の飽和温度が低下して冷媒の蒸発量が増加する。このように冷媒の蒸発が増加すると、蒸発時の冷媒の吸収する潜熱が増加するため、冷媒の蒸発部の冷却が促進される。一方、ウォータジャケット内の圧力が上昇すると、冷媒の飽和温度が上昇して冷媒の蒸発量が減少する。このように冷媒の蒸発量が減少すると、蒸発時の冷媒の吸収する潜熱が減少するため、冷媒の蒸発部の冷却効果が減少し、温度が上昇する。 In such an engine cooling device, the refrigerant injection means can reduce the pressure in the water jacket in response to a request for engine cooling, and increase the pressure in the water jacket in response to a request for engine warm-up. (Claim 3). Thereby, cooling and temperature rising of the evaporation part of a refrigerant | coolant can be performed. That is, when the pressure in the water jacket is lowered, the saturation temperature of the refrigerant is lowered and the evaporation amount of the refrigerant is increased. When the evaporation of the refrigerant increases in this way, the latent heat absorbed by the refrigerant at the time of evaporation increases, so that the cooling of the refrigerant evaporation part is promoted. On the other hand, when the pressure in the water jacket rises, the saturation temperature of the refrigerant rises and the evaporation amount of the refrigerant decreases. When the amount of refrigerant evaporated in this way decreases, the latent heat absorbed by the refrigerant during evaporation decreases, so the cooling effect of the refrigerant evaporating portion decreases and the temperature rises.
このようなエンジンの冷却装置において、前記冷媒噴射手段は、ウォータジャケット内における冷媒の蒸発量を参照して、ウォータジャケットへの冷媒の噴射量を設定することができる(請求項4)。これにより、ウォータジャケットに噴射する冷媒の不足や過多を抑制することができる。このように、噴射される冷媒の不足が抑制されて、冷媒の蒸発部の冷却不足が抑えられる。また、冷媒の噴射量の過多が抑制されるので、冷媒が蒸発せずにウォータジャケット内に残留することが抑制される。このようにウォータジャケット内における冷媒の残留が抑制されると、冷却を必要としない状態における冷媒の不要な蒸発が抑制されるので、エンジンの過冷却が抑制される。このように、冷却装置は冷却部を継続して適温に維持することができる。 In such an engine cooling apparatus, the refrigerant injection means can set the amount of refrigerant injected into the water jacket by referring to the amount of refrigerant evaporated in the water jacket. Thereby, the shortage and excess of the refrigerant | coolant injected to a water jacket can be suppressed. In this way, the shortage of the injected refrigerant is suppressed, and the cooling shortage of the evaporation part of the refrigerant is suppressed. Moreover, since the excessive injection amount of the refrigerant is suppressed, the refrigerant is prevented from remaining in the water jacket without being evaporated. When the refrigerant remaining in the water jacket is suppressed in this way, unnecessary evaporation of the refrigerant in a state where cooling is not required is suppressed, so that overcooling of the engine is suppressed. In this way, the cooling device can keep the cooling unit at an appropriate temperature.
さらに、このようなエンジンの冷却装置は、前記ウォータジャケット内の温度を計測する温度計測手段と、前記ウォータジャケット内の圧力を計測する圧力計測手段と、前記温度計測手段から取得される温度情報と、前記圧力計測手段から取得される圧力情報とに基づいて、前記冷媒噴射手段による前記ウォータジャケット内への冷媒の噴射圧力及び/又は噴射量を決定する噴射制御手段とを備えた構成とすることができる(請求項5)。このような構成とすることにより、冷却装置はウォータジャケット内の温度情報と圧力情報から冷媒の飽和蒸気量や蒸発による冷却能力を決定する要素に関する情報を算出して、冷媒の噴射圧力及び/又は噴射量を決定できる。このように決定された噴射圧力、噴射量の冷媒が噴射制御手段から噴射される。 Further, the engine cooling apparatus includes a temperature measuring unit that measures the temperature in the water jacket, a pressure measuring unit that measures the pressure in the water jacket, and temperature information acquired from the temperature measuring unit. And an injection control means for determining an injection pressure and / or an injection amount of the refrigerant into the water jacket by the refrigerant injection means based on the pressure information acquired from the pressure measuring means. (Claim 5). By adopting such a configuration, the cooling device calculates information on factors determining the amount of saturated vapor of the refrigerant and the cooling capacity by evaporation from the temperature information and pressure information in the water jacket, and the refrigerant injection pressure and / or The injection amount can be determined. The injection pressure and the injection amount of refrigerant thus determined are injected from the injection control means.
また、このようなエンジンの冷却装置において、前記ウォータジャケット内で蒸発した冷媒を凝縮する凝縮器と、前記ウォータジャケットと前記凝縮器との間に配置された圧力調整弁と、当該圧力調整弁を制御する圧力弁制御手段とを備えた構成とすることができる(請求項6)。このような構成とすることにより、ウォータジャケット内の冷媒量を増減させて、ウォータジャケット内の圧力を制御することができる。これにより、ウォータジャケット内における冷媒の蒸発量を増減させて、冷媒の蒸発部の冷却及び昇温を行うことができる。 Further, in such an engine cooling device, a condenser that condenses the refrigerant evaporated in the water jacket, a pressure regulating valve that is disposed between the water jacket and the condenser, and the pressure regulating valve include It can be set as the structure provided with the pressure valve control means to control (Claim 6). By setting it as such a structure, the refrigerant | coolant amount in a water jacket can be increased / decreased and the pressure in a water jacket can be controlled. Thereby, the evaporation amount of the refrigerant in the water jacket can be increased or decreased to cool and elevate the temperature of the refrigerant evaporating part.
このような冷却装置を組み込んだ本発明のエンジンは、冷媒が蒸発するウォータジャケットと、当該ウォータジャケット内へ冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、前記ウォータジャケットで蒸発した冷媒を介してエンジンの廃熱を回収する動力回収機とを備え、前記冷媒噴射手段は、冷媒の噴射圧力により前記ウォータジャケット内の圧力を制御することを特徴とする(請求項7)。このような構成とすることにより、ウォータジャケット内で、冷媒が蒸発して得たエンジンの廃熱を動力回収機で電気エネルギーなどに変換して回収することができる。 The engine of the present invention incorporating such a cooling device includes a water jacket in which refrigerant evaporates, refrigerant injection means for injecting refrigerant into the water jacket, and waste heat of the engine via the refrigerant evaporated in the water jacket. And the refrigerant injection means controls the pressure in the water jacket by the injection pressure of the refrigerant (Claim 7). With such a configuration, the waste heat of the engine obtained by evaporation of the refrigerant in the water jacket can be recovered by converting it into electric energy or the like with a power recovery machine.
さらに、このようなエンジンの前記冷媒噴射手段は、冷媒の噴射圧力により前記ウォータジャケット内の圧力を制御するとともに、ウォータジャケット内における冷媒の蒸発量を参照して、ウォータジャケットへの冷媒の噴射量を設定する構成とすることができる(請求項8)。これにより、冷媒の噴射時におけるウォータジャケット内の圧力、温度の条件で蒸発可能な最大量に応じた冷媒量を噴射するように設定することができる。これにより、この圧力、温度の条件において回収できる蒸気の冷媒量を増加することができる。すなわち、エンジンの廃熱から回収できるエネルギーを増加することができる。このため、廃熱回収効率を向上することができる。 Further, the refrigerant injection means of such an engine controls the pressure in the water jacket by the injection pressure of the refrigerant, and refers to the evaporation amount of the refrigerant in the water jacket, thereby injecting the refrigerant into the water jacket. Can be configured (claim 8). Thereby, it can set so that the refrigerant | coolant amount according to the maximum amount which can be evaporated on the conditions of the pressure in the water jacket at the time of the injection of a refrigerant | coolant, and temperature will be injected. As a result, the amount of vapor refrigerant that can be recovered under the pressure and temperature conditions can be increased. That is, the energy that can be recovered from the waste heat of the engine can be increased. For this reason, waste heat recovery efficiency can be improved.
本発明のエンジンの冷却装置は、冷媒が蒸発するウォータジャケットと、ウォータジャケット内へ冷媒を噴射して冷媒の噴射圧力により前記ウォータジャケット内の圧力を制御する冷媒噴射手段とを備えたことにより、ウォータジャケット内の圧力を変化させて、冷媒の蒸発による吸熱量を変化させて、エンジンを適切な温度に冷却及び暖機することができる。 The engine cooling device of the present invention includes a water jacket in which the refrigerant evaporates, and a refrigerant injection unit that injects the refrigerant into the water jacket and controls the pressure in the water jacket by the injection pressure of the refrigerant. The engine can be cooled and warmed up to an appropriate temperature by changing the pressure in the water jacket and changing the amount of heat absorbed by the evaporation of the refrigerant.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施例の冷却装置1を組み込んだエンジン2の概略構成を示した説明図である。エンジン2は冷却装置1とともに、ピストン3、シリンダブロック4、シリンダヘッド5を備えている。シリンダブロック4及びシリンダヘッド5には冷媒の通じるウォータジャケット6が形成されている。シリンダヘッド5側のウォータジャケット6はシリンダヘッド5に組み付けられる吸気弁7及び排気弁8の周囲に形成されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an
冷却装置1は第一噴射ノズル10a乃至第五噴射ノズル10e、液体経路11、加圧ポンプ12、温度センサ13、圧力センサ14、ECU(Electronic Control Unit)15を備えている。第一噴射ノズル10a乃至第五噴射ノズル10e、液体経路11、加圧ポンプ12、ECU15は、本発明の冷媒噴射手段に相当する。また、冷却装置1は、冷媒タンク16、蒸気経路17、凝縮器18及び圧力調整弁19を備えている。
The cooling device 1 includes a
第一噴射ノズル10a乃至第五噴射ノズル10eは、ウォータジャケット6内のそれぞれ異なる冷却部位へ冷媒を噴射する。これらの噴射ノズルは、電気的に接続されたECU15から送信される噴射指令に応じた冷媒量の冷媒を噴射する。
The
第一噴射ノズル10a及び第二噴射ノズル10bは、噴射口をシリンダブロック4側のウォータジャケット6内に露出させてシリンダブロック4に装着されている。この第一噴射ノズル10aの噴射口及び第二噴射ノズル10bの噴射口は、ウォータジャケット6内のシリンダボア壁6a側の側面へ向けて冷媒を噴射するように配置されている。
The
第三噴射ノズル10c、第四噴射ノズル10d、第五噴射ノズル10eは、噴射口をシリンダヘッド5側のウォータジャケット6内に露出させてシリンダヘッド5に装着されている。第三噴射ノズル10cの噴射口は、吸気弁7側へ向けて冷媒を噴射するように配置され、第四噴射ノズル10dの噴射口は、排気弁8側へ向けて冷媒を噴射するように配置されている。また、第五噴射ノズル10eの噴射口は、燃焼室上部へ向けて冷媒を噴射するように配置されている。
The
液体経路11は一端が加圧ポンプ12と接続している。液体経路11は経路の途中で分岐しており、分岐した先の各端部は第一噴射ノズル10a乃至第五噴射ノズル10eにそれぞれ接続されている。この液体経路11内の加圧ポンプ12から各噴射ノズルへ冷媒が流通する。
One end of the
加圧ポンプ12は、各噴射ノズルにおける噴射圧力を制御するポンプである。加圧ポンプ12は、ECU15と電気的に接続されており、ECU15から送信される信号に基づいて、冷媒タンク16から冷媒を汲みあげ、冷媒を加圧して各噴射ノズルへ圧送する。
The pressurizing
温度センサ13と圧力センサ14は、シリンダブロック4側のウォータジャケット6内に配置されており、温度センサ13は本発明の温度計測手段に相当し、圧力センサ14は本発明の圧力計測手段に相当する。
The
ECU15は、第一噴射ノズル10a乃至第五噴射ノズル10e、加圧ポンプ12と電気的に接続されており、各噴射ノズルと加圧ポンプ12とを制御して噴射を実行させる。また、温度センサ13、圧力センサ14、圧力調整弁19のそれぞれと電気的に接続されている。このECU15は、温度センサ13から取得される温度情報と、圧力センサ14から取得される圧力情報とに基づいて、第一噴射ノズル10a乃至第五噴射ノズル10eによるウォータジャケット6内への冷媒の噴射圧力及び噴射量を決定する。ECU15は、決定した噴射圧力に応じた信号を加圧ポンプ12に発信し、決定した噴射量に応じて各噴射ノズルに噴射指令を発信する。このように、冷媒の噴射を制御するECU15は本発明の噴射制御手段に相当する。
The
蒸気経路17は一端がウォータジャケット6のシリンダヘッド5側に接続され、他端が凝縮器18に接続されている。ウォータジャケット6内で蒸発した冷媒は、蒸気経路17を通じて凝縮器18へ流入する。
One end of the
凝縮器18は、ウォータジャケット6内で蒸発した冷媒を冷却して、凝縮し、液状へ戻す。凝縮器18で液状とされた冷媒は、冷媒タンク16に送られる。
The
圧力調整弁19は、蒸気経路17のウォータジャケット6と凝縮器18との間に配置されている。この圧力調整弁19は、本発明の圧力弁制御手段に相当するECU15と電気的に接続されており、ECU15から指令信号を受け、蒸気経路17を流通する冷媒量を増減する。
The
さらに、エンジン2には、過熱器21と動力回収機22が備えられている。過熱器21及び動力回収機22は、圧力調整弁19と凝縮器18との間で蒸気経路17に接触するように配置されている。これらは、圧力調整弁19に近い側から過熱器21、動力回収機22の順に配置されている。
Further, the
過熱器21は、エンジン2の燃焼によって発生する排気ガスを外部へ排出する排気管23と接触するように配置されており、排気管23を通じる排気ガスから蒸気経路17を通じる蒸気の冷媒へ熱を伝達し、蒸気の冷媒を高温にする。
The
動力回収機22は、ウォータジャケット6内で蒸発した冷媒を介してエンジンの廃熱を回収するものである。動力回収機22は、過熱器21にて高温となった冷媒によって駆動され、冷媒が有する熱エネルギーを電気エネルギーに変換して、エネルギーを回収する。
The
次に、このように構成された本実施例の冷却装置1の動作について説明する。本実施例の冷却装置1は、加圧ポンプ12によって加圧された冷媒を第一噴射ノズル10a乃至第五噴射ノズル10eから、シリンダボア壁6a及びシリンダヘッド5、すなわち、蒸発部へ吹きつける。冷却装置1は、この吹きつけられた冷媒が蒸発する時に蒸発部の潜熱を吸収することを利用して蒸発部を冷却している。このように蒸発部から蒸発し、熱を吸収した冷媒は、蒸気経路17を通じて過熱器21へ流入する。過熱器21で蒸発した冷媒は、排気ガスの廃熱によって高温化されて、動力回収機22へ流入する。動力回収機22は、高温化された蒸気冷媒が有する熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する。動力回収機22を通過した冷媒は冷媒タンク16へ送られ、再び加圧ポンプ12によって圧送されて、系内を循環する。このように、冷却装置1は、噴射する冷媒の蒸発によってエンジン2を冷却している。また、この冷却によって回収したエンジン2の廃熱を回収している。
Next, operation | movement of the cooling device 1 of the present Example comprised in this way is demonstrated. The cooling device 1 of the present embodiment blows the refrigerant pressurized by the pressure pump 12 from the
次に、このように冷却され、廃熱の回収を行うエンジン2の冷却を要する運転状態における冷却装置1の動作について説明する。例えば、高負荷運転時のように、エンジン2が高温となる場合には、より冷却の必要性が高くなる。このような場合に、冷却装置1のECU15は、加圧ポンプ12による冷媒の噴射圧力を低下させる。これにより、各噴射ノズルから噴射される冷媒の圧力が低下する。このように、噴射される冷媒の圧力が低下することにより、ウォータジャケット6内の圧力が低下する。
Next, the operation of the cooling device 1 in an operating state that requires cooling of the
また、同時に、ECU15は、圧力調整弁19を通じる冷媒量を増加させて、蒸気経路17を流通する冷媒を増加させる。これにより、ウォータジャケット6内の冷媒が凝縮器18へ流れ出るので、ウォータジャケット6内の圧力が低下する。
At the same time, the
このように、エンジン2の冷却の必要性が高くなる場合には、ウォータジャケット6内の圧力を低下させる。これにより、ウォータジャケット6内の冷媒の蒸発する温度が低下する。このように冷媒の蒸発する温度が低下すると、冷媒の蒸発量が増加する。冷媒の蒸発量が増加すると、冷媒が蒸発する際に潜熱として吸収する熱量が増加し、蒸発部における冷却効果が向上する。これにより、冷却装置1は、エンジン2の過熱を抑え、オーバーヒートを抑制している。
As described above, when the necessity for cooling the
次に、エンジン2が暖機を要する運転状態における冷却装置1の動作について説明する。例えば、エンジン2の低負荷運転時のような場合には、エンジン2の運転に最適な温度を維持するために、暖機を要することがある。このようなエンジン2の暖機要請の際には、冷却装置1のECU15は、加圧ポンプ12による冷媒の噴射圧力を上昇させる。これにより、各噴射ノズルから噴射される冷媒の圧力が上昇する。このように、噴射される冷媒の圧力が上昇することにより、ウォータジャケット6内の圧力が上昇する。
Next, the operation of the cooling device 1 in an operation state where the
また、ECU15は、圧力調整弁19を通じる冷媒量を減少させて、蒸気経路17を流通する冷媒を減少させる。これにより、冷媒がウォータジャケット6内に残留するので、ウォータジャケット6内の圧力が上昇する。
In addition, the
このように、エンジン2が暖機を要する場合には、ウォータジャケット6内の圧力を上昇させる。これにより、ウォータジャケット6内の冷媒の蒸発する温度が上昇する。このように冷媒の蒸発する温度が上昇すると、冷媒の蒸発量が減少する。冷媒の蒸発量が減少すると、冷媒が蒸発する際に潜熱として吸収する熱量が減少するので、蒸発部における冷却が抑制される。これにより、エンジン2の燃焼によって発生する熱による暖機が促進される。
Thus, when the
このように、冷却装置1は、ウォータジャケット6内へ噴射する冷媒の噴射圧力を変化させて、エンジン2の冷却及び暖機を制御している。次に、冷却装置1による効果を説明する。図2は温度とエンジン負荷に対する飽和水蒸気温度及びエンジンの壁温の関係の概略を示した説明図である。図2の説明図の縦軸は温度を、横軸はエンジン負荷を示しており、図中の実線は、本実施例のエンジン2の壁温を示し、点線は、従来からのエンジンの壁温を示している。また、図中の破線は、本実施例のエンジン2のウォータジャケット6内の冷媒の飽和水蒸気温度を示している。
Thus, the cooling device 1 controls the cooling and warm-up of the
飽和水蒸気温度は、エンジン2の負荷の上昇に伴って低下している。冷却装置1は、エンジン2が高負荷になる程、ウォータジャケット6内への冷媒の噴射圧力を低下させる。このため、ウォータジャケット6内の飽和水蒸気温度はエンジン2の負荷の上昇に伴い、低下する。このように飽和水蒸気温度を低下させることで、冷媒の蒸発を促し、蒸発量を増加させている。冷媒の蒸発量が増加すると、蒸発の際に冷媒の吸収する熱量が増加するため、エンジン2の壁温の冷却効果が上昇する。このため、高負荷時の本実施例のエンジン2の壁温は、従来のエンジンの壁温と比較して低下する。一方、冷却装置1は、エンジン2が低負荷になる程、ウォータジャケット6内への冷媒の噴射圧力を上昇させる。このため、ウォータジャケット6内の飽和水蒸気温度はエンジン2の負荷の低下に伴い、上昇する。このように飽和水蒸気温度を上昇させることで、冷媒の蒸発量を減少させている。冷媒の蒸発量が減少すると、蒸発の際に冷媒の吸収する熱量が減少するため、エンジン2の壁温の冷却効果が減少する。これにより、エンジン2の燃焼による暖機が促進されて、低負荷時の本実施例のエンジン2の壁温は、従来のエンジンの壁温と比較して上昇する。
The saturated water vapor temperature decreases as the load on the
このように、本発明のエンジン2の冷却装置1は、高負荷時のエンジンの壁温を低下し、低負荷時のエンジンの壁温を上昇させて、一定に近づける。これにより、シリンダボア壁6aの熱膨張によるピストン3との摺動状態の変化を減少することができ、低温時に高粘度となる潤滑油によるフリクションを減少することができる。また、壁温の変化が減少するため、冷却と過熱の繰り返しによる金属の熱疲労を減少させて、部品の寿命を延ばすことができる。
As described above, the cooling device 1 for the
さらに、冷却装置1のECU15は、温度センサ13、圧力センサ14から取得するウォータジャケット6内の温度情報、圧力情報からウォータジャケット6内における冷媒の蒸発量を算出させ、この蒸発量を参照して冷媒の噴射量を設定している。すなわち、ECU15は、ウォータジャケット6内の冷媒の温度、蒸気圧において蒸発可能な冷媒の最大量を算出している。ECU15は、このようにして算出した量の冷媒を噴射量として決定し、各噴射ノズルで噴射を実行させる。
Further, the
このように、冷却装置1は、ウォータジャケット6内に噴射する冷媒量の不足や過多を抑制している。これにより、冷媒の噴射量の不足が抑制されるので、蒸発部の冷却不足が抑えられる。また、冷媒の噴射量の過多が抑制されるので、冷媒が蒸発せずにウォータジャケット6内に残留することが抑制される。このように冷媒の残留が抑制されると、エンジン2が暖気を要する場合において、冷媒の不要な蒸発が抑制されるので、エンジン2の過冷却が抑制される。
As described above, the cooling device 1 suppresses the shortage or excess of the amount of refrigerant injected into the
また、冷却装置1は、ウォータジャケット6内の冷媒の温度、蒸気圧において蒸発可能な最大量の冷媒の量を噴射量とするため、その条件において可能な限り多くの熱量をエンジン2から取得することになる。このようにして、エンジン2は取得された熱量を動力回収機22によって、可能な限り多くの熱量を回収して廃熱回収効率を上昇させている。
Moreover, since the cooling device 1 uses the maximum amount of refrigerant that can be evaporated at the temperature and vapor pressure of the refrigerant in the
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。 The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.
1 冷却装置
2 エンジン
4 シリンダブロック
5 シリンダヘッド
6 ウォータジャケット
10a 第一噴射ノズル
10b 第二噴射ノズル
10c 第三噴射ノズル
10d 第四噴射ノズル
10e 第五噴射ノズル
11 液体経路
12 加圧ポンプ
13 温度センサ
14 圧力センサ
15 ECU
17 蒸気経路
18 凝縮器
19 圧力調整弁
21 過熱器
22 動力回収機
23 排気管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
17
Claims (8)
当該ウォータジャケット内へ冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、
を備え、
前記冷媒噴射手段は、冷媒の噴射圧力により前記ウォータジャケット内の圧力を制御することを特徴とするエンジンの冷却装置。 A water jacket where the refrigerant evaporates;
Refrigerant injection means for injecting refrigerant into the water jacket;
With
The engine cooling device according to claim 1, wherein the refrigerant injection means controls a pressure in the water jacket by an injection pressure of the refrigerant.
前記冷媒噴射手段は、ウォータジャケット内へ冷媒を噴射する噴射弁と、
当該噴射弁における噴射圧力を制御する加圧ポンプと、
前記噴射弁と前記加圧ポンプとを制御して噴射を実行させる制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。 The engine cooling device according to claim 1,
The refrigerant injection means, an injection valve for injecting refrigerant into the water jacket;
A pressurizing pump for controlling the injection pressure in the injection valve;
Control means for controlling the injection valve and the pressurizing pump to execute injection;
An engine cooling system comprising:
前記冷媒噴射手段は、エンジン冷却の要請に応じてウォータジャケット内の圧力を低下させ、
エンジン暖機の要請に応じてウォータジャケット内の圧力を上昇させることを特徴とするエンジンの冷却装置。 The engine cooling device according to claim 1,
The refrigerant injection means reduces the pressure in the water jacket in response to a request for engine cooling,
An engine cooling device that increases the pressure in the water jacket in response to a request for engine warm-up.
前記冷媒噴射手段は、ウォータジャケット内における冷媒の蒸発量を参照して、ウォータジャケットへの冷媒の噴射量を設定することを特徴とするエンジンの冷却装置。 The engine cooling device according to claim 1,
The cooling device for an engine, wherein the refrigerant injection means sets an injection amount of the refrigerant to the water jacket with reference to an evaporation amount of the refrigerant in the water jacket.
前記ウォータジャケット内の温度を計測する温度計測手段と、
前記ウォータジャケット内の圧力を計測する圧力計測手段と、
前記温度計測手段から取得される温度情報と、前記圧力計測手段から取得される圧力情報とに基づいて、前記冷媒噴射手段による前記ウォータジャケット内への冷媒の噴射圧力及び/又は噴射量を決定する噴射制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。 The engine cooling device according to claim 1.
Temperature measuring means for measuring the temperature in the water jacket;
Pressure measuring means for measuring the pressure in the water jacket;
Based on the temperature information acquired from the temperature measuring means and the pressure information acquired from the pressure measuring means, an injection pressure and / or an injection amount of the refrigerant into the water jacket by the refrigerant injection means is determined. Injection control means;
An engine cooling system comprising:
前記ウォータジャケット内で蒸発した冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記ウォータジャケットと前記凝縮器との間に配置された圧力調整弁と、
当該圧力調整弁を制御する圧力弁制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。 The engine cooling device according to claim 1,
A condenser for condensing the refrigerant evaporated in the water jacket;
A pressure regulating valve disposed between the water jacket and the condenser;
Pressure valve control means for controlling the pressure regulating valve;
An engine cooling system comprising:
当該ウォータジャケット内へ冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、
前記ウォータジャケットで蒸発した冷媒を介してエンジンの廃熱を回収する動力回収機と、
を備え、
前記冷媒噴射手段は、冷媒の噴射圧力により前記ウォータジャケット内の圧力を制御することを特徴とするエンジン。 A water jacket where the refrigerant evaporates;
Refrigerant injection means for injecting refrigerant into the water jacket;
A power recovery machine that recovers waste heat of the engine through the refrigerant evaporated in the water jacket;
With
The engine, wherein the refrigerant injection means controls a pressure in the water jacket by an injection pressure of the refrigerant.
当該ウォータジャケット内へ冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、
前記ウォータジャケットで蒸発した冷媒を介してエンジンの廃熱を回収する動力回収機と、
を備え、
前記冷媒噴射手段は、冷媒の噴射圧力により前記ウォータジャケット内の圧力を制御するとともに、ウォータジャケット内における冷媒の蒸発量を参照して、ウォータジャケットへの冷媒の噴射量を設定することを特徴とするエンジン。 A water jacket where the refrigerant evaporates;
Refrigerant injection means for injecting refrigerant into the water jacket;
A power recovery machine that recovers waste heat of the engine through the refrigerant evaporated in the water jacket;
With
The refrigerant injection means controls the pressure in the water jacket by the injection pressure of the refrigerant, and sets the injection amount of the refrigerant to the water jacket with reference to the evaporation amount of the refrigerant in the water jacket. To engine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007120220A JP2008274867A (en) | 2007-04-27 | 2007-04-27 | Engine cooling device and engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007120220A JP2008274867A (en) | 2007-04-27 | 2007-04-27 | Engine cooling device and engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008274867A true JP2008274867A (en) | 2008-11-13 |
Family
ID=40053127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007120220A Pending JP2008274867A (en) | 2007-04-27 | 2007-04-27 | Engine cooling device and engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008274867A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010285896A (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Toyota Motor Corp | Evaporative cooling device |
JP2013543575A (en) * | 2010-10-06 | 2013-12-05 | ベール ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | Heat exchanger |
-
2007
- 2007-04-27 JP JP2007120220A patent/JP2008274867A/en active Pending
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