JP2012211536A - Engine-waste-heat-recovery engine-cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載されるエンジンの廃熱回収冷却装置に関する。 The present invention relates to a waste heat recovery and cooling device for an engine mounted on a vehicle.
自動車等の車両に搭載される水冷式の内燃エンジンは、燃焼室やシリンダの周囲に冷却水が循環する冷却水路が設けられ、これを通った冷却水をラジエータに循環させて走行風などとの熱交換によって冷却される。
この冷却水は、ヒータコアに通水されることによって、車室内の暖房にも利用される。
また、近年、冷却水によって回収されるエンジンの廃熱を利用して、車両の燃費性能等を向上することが提案されている。
A water-cooled internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile is provided with a cooling water passage through which cooling water circulates around combustion chambers and cylinders. It is cooled by heat exchange.
This cooling water is also used for heating the passenger compartment by passing water through the heater core.
In recent years, it has been proposed to improve the fuel efficiency of a vehicle by utilizing the waste heat of the engine recovered by cooling water.
特許文献1−3においては、シリンダブロック及びシリンダヘッドを通水して吸熱した冷却水をトランスミッションオイルとの熱交換器に循環させて、トランスミッションオイルを昇温させ、トランスミッションオイルの粘度を低下させることによりフリクションロスを低減して燃費及び切り換え操作性を向上する。 In Patent Documents 1-3, cooling water that has absorbed heat by passing through a cylinder block and a cylinder head is circulated through a heat exchanger with transmission oil to raise the temperature of the transmission oil and reduce the viscosity of the transmission oil. This reduces friction loss and improves fuel economy and switching operability.
しかしながら、特許文献1に記載の発明にあっては、エンジンを通水して吸熱した冷却水は、暖房用のヒータコアを通過した後に、トランスミッションオイルの熱交換器に導入される。
特許文献2,3に記載の発明にあっては、エンジンを通水して吸熱した冷却水は、トランスミッションオイルの熱交換器のみならず、ヒータコア等の他の水路にも分配される。
また、トランスミッションオイルの熱交換器からエンジンへの還流水路は、ヒータコア等の他の放熱要素を通過した冷却水路と合流して集合した水路に設けられた共通のウォーターポンプによって送出されて再びシリンダヘッドへ還流する。
したがって、シリンダヘッドの熱によりトランスミッションオイルを温める観点に立つと、他の熱交換器で利用されることは好ましくなく、他の熱交換器や、分岐路、合流路を通ることから、稼動する循環路が長くなり、循環させる水量が多く効率的でない。水量や循環路長に応じて加熱対象の熱容量が大きく、所望の温度までトランスミッションオイルを昇温するまでにより長い時間を要してしまう。
However, in the invention described in Patent Document 1, the cooling water that has absorbed heat by passing water through the engine passes through the heater core for heating and is then introduced into the heat exchanger for transmission oil.
In the inventions described in Patent Documents 2 and 3, the cooling water that has absorbed heat by passing through the engine is distributed not only to the heat exchanger for transmission oil but also to other water channels such as a heater core.
Also, the reflux water passage from the heat exchanger of the transmission oil to the engine is sent out by the common water pump provided in the water passage that is merged with the cooling water passage that has passed through other heat radiating elements such as the heater core, and is again returned to the cylinder head. To reflux.
Therefore, from the viewpoint of warming the transmission oil by the heat of the cylinder head, it is not preferable to use it in other heat exchangers, and since it passes through other heat exchangers, branch paths, and combined flow paths, it operates in circulation. The road becomes long and the amount of water to circulate is large and not efficient. Depending on the amount of water and the circulation path length, the heat capacity of the heating target is large, and it takes a longer time to raise the transmission oil to a desired temperature.
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、トランスミッション又はエンジンの潤滑油が理想的な温度域に対して低温状態にある時に、効率よく迅速に昇温することができるエンジンの廃熱回収冷却装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art. When the transmission or engine lubricating oil is in a low temperature state with respect to an ideal temperature range, the temperature can be increased efficiently and quickly. It is an object of the present invention to provide an engine waste heat recovery cooling device that can be used.
以上の課題を解決するための請求項1記載の発明は、冷却水をエンジンに送出するメインウォーターポンプと、
前記エンジンから出た冷却水が集合する水渡しパイプと、
前記水渡しパイプ内の冷却水を、ラジエータを介して前記ウォーターポンプに還流させるラジエータ水路と、
前記水渡しパイプ内の冷却水を、ラジエータを介さず前記ウォーターポンプに還流させるバイパス水路と、
前記エンジンと、トランスミッションオイル又はエンジンオイルの熱交換器との間に形成された水循環路と、
前記水循環路内の冷却水を前記エンジンと前記熱交換器との間で循環させるサブウォーターポンプとを備えるエンジンの廃熱回収冷却装置である。
The invention according to claim 1 for solving the above-described problems includes a main water pump for sending cooling water to the engine,
A water delivery pipe for collecting cooling water from the engine;
A radiator water channel for returning the cooling water in the water delivery pipe to the water pump via a radiator;
A bypass water channel that recirculates the cooling water in the water delivery pipe to the water pump without using a radiator;
A water circuit formed between the engine and a heat exchanger for transmission oil or engine oil;
An engine waste heat recovery and cooling device including a sub-water pump that circulates cooling water in the water circulation path between the engine and the heat exchanger.
請求項2記載の発明は、所定温度以下で前記エンジンと前記水渡しパイプとを繋ぐ水路を遮断するサーモスタットを備え、前記所定温度以下で前記サブウォーターポンプが稼動することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの廃熱回収冷却装置である。 The invention according to claim 2 is provided with a thermostat that cuts off a water passage connecting the engine and the water delivery pipe at a predetermined temperature or lower, and the sub-water pump is operated at the predetermined temperature or lower. It is a waste heat recovery cooling device of the engine described in 1.
本発明によれば、水渡しパイプやラジエータ水路はもちろんのこと、バイパス水路やメインウォーターポンプを介することなく、前記エンジンと、トランスミッションオイル又はエンジンオイルの熱交換器との間で冷却水を循環させることができる水循環路と、サブウォーターポンプとを備えるので、トランスミッション又はエンジンの潤滑油が理想的な温度域に対して低温状態にある時に、専ら又は優先的にこの水循環路で冷却水を循環させることにより、効率よく迅速に当該オイルを昇温することができるという効果がある。 According to the present invention, the cooling water is circulated between the engine and the transmission oil or the heat exchanger for engine oil without passing through the bypass water channel and the main water pump, as well as the water delivery pipe and the radiator water channel. Since the water circulation path and the sub water pump are provided, the cooling water is circulated exclusively or preferentially in this water circulation path when the transmission or engine lubricating oil is in a low temperature state with respect to an ideal temperature range. Thus, there is an effect that the temperature of the oil can be raised efficiently and quickly.
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention.
図1に本実施形態のエンジンの廃熱回収冷却装置の水回路図が示される。
本実施形態のエンジンの廃熱回収冷却装置は、例えば、乗用車等の自動車の走行用動力源として搭載されるディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の水冷式内燃エンジンに設けられるものである。
本実施形態においては、左右一対のシリンダ及びヘッドを備えた水平対向エンジンに適用する場合を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
FIG. 1 shows a water circuit diagram of the waste heat recovery and cooling device for an engine of the present embodiment.
The engine waste heat recovery and cooling device according to the present embodiment is provided in a water-cooled internal combustion engine such as a diesel engine or a gasoline engine that is mounted as a driving power source for an automobile such as a passenger car.
In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a horizontally opposed engine including a pair of left and right cylinders and a head will be described as an example, but the present invention is not limited to this.
エンジン本体で、冷却水路が構成される部分は、シリンダブロック4L,4Rと、シリンダヘッド5L,5Rである。
本廃熱回収冷却装置は、メインウォーターポンプ2、LH水分離室3L、RH水分離室3R、シリンダブロック4L、シリンダブロック4R、シリンダヘッド5L、シリンダヘッド5R、水渡しパイプ7、ラジエータ水路8、ラジエータ9、リザーブタンク10、バイパス水路11、サーモスタット12、CVTウォーマ14、ヒータコア15、バルブ16、サーマルリレー17、オイルクーラ18等を備えて構成される。
The parts of the engine body that constitute the cooling water channel are the
The waste heat recovery and cooling device includes a main water pump 2, an LH
さらに本廃熱回収冷却装置は、シリンダヘッド5RとCVTウォーマ14との間に形成された水循環路21、22を備え、水循環路21にはサブウォーターポンプ20が設けられている。また、本廃熱回収冷却装置は、シリンダヘッド5Lとオイルクーラ18との間に形成された水循環路31〜34を備え、水循環路31にはサブウォーターポンプ30が設けられている。さらに本廃熱回収冷却装置は、サーモスタット23,35,36を備える。
Furthermore, this waste heat recovery cooling device includes
メインウォーターポンプ2は、本エンジンの出力軸によって駆動され、冷却水を吐出するものである。冷却水として、例えば、ロングライフクーラント(LLC)等の不凍性を有する液体が用いられる。 The main water pump 2 is driven by the output shaft of the engine and discharges cooling water. As the cooling water, for example, a liquid having antifreeze properties such as a long life coolant (LLC) is used.
LH水分離室3L、RH水分離室3Rは、メインウォーターポンプ2から供給される冷却水を、それぞれ左右のシリンダブロック4L,4R及びシリンダヘッド5L,5Rに分配するものである。
The LH
左右のシリンダブロック4L,4Rには、それぞれ左右のピストンが挿入されるシリンダ及びシリンダを冷却する冷却水路等が形成されている。
左右のシリンダヘッド5L,5Rは、左右のシリンダブロック4L,4Rにそれぞれ設けられる。左右のシリンダヘッド5L,5Rには、燃焼室、吸排気ポート、動弁駆動機構及び燃料噴射装置などが備えられ、燃焼室及び排気ポートを冷却する冷却水路が形成されている。
これらのシリンダブロック4L,4R及びシリンダヘッド5L,5Rは、メインウォーターポンプ2が送出する冷却水が通水することによって冷却される。
The left and
The left and
The cylinder blocks 4L and 4R and the
水渡しパイプ7は、シリンダブロック4L,4R及びシリンダヘッド5L,5Rから出た冷却水が集合する部分であって、本エンジンの主冷却水路の一部を構成する。
The
ラジエータ水路8は、水渡しパイプ7から出た冷却水をラジエータ9に供給し、メインウォーターポンプ2に還流させる水路である。
ラジエータ9は、ラジエータ水路8から供給される冷却水を、走行風との熱交換等により冷却する熱交換器である。ラジエータ9において冷却された冷却水は、メインウォーターポンプ2に還流する。
リザーブタンク10は、ラジエータ9に接続され、余剰な冷却水が一時的に貯留される補助タンクである。
The radiator water channel 8 is a water channel that supplies the cooling water discharged from the
The
The
バイパス水路11は、水渡しパイプ7から出た冷却水をラジエータ9を通過させずにメインウォーターポンプ2に還流させる水路である。
サーモスタット12は、冷却水温が低温である場合にはラジエータ9からの水路を遮断する。このとき、水渡しパイプ7からの冷却水はバイパス水路11からメインウォーターポンプ2に戻される。また、サーモスタット12は、冷却水温が所定以上の高温である場合には、ラジエータ9からの水路を開き、ラジエータを通過した冷却水をメインウォーターポンプ2に戻す。
The
The
CVTウォーマ14は、シリンダヘッド5Rから出た冷却水と、本エンジンの出力を増減速する図示しない無段変速機(CVT)の潤滑油であるトランスミッションオイル(CVTフルード)との熱交換を行う熱交換器である。
The CVT warmer 14 performs heat exchange between the coolant discharged from the
ヒータコア15は、本エンジンの冷却水とブロアによる送風との熱交換を行い、車室内の暖房を行う熱交換器である。
ヒータコア15の入り側配管は、バルブ16を経由して水渡しパイプ7に接続されている。
ヒータコア15の出側配管は、サーモスタット12に接続され、ヒータコア15から出た冷却水はサーモスタット12を経由してメインウォーターポンプ2に戻される。
The
The inlet side piping of the
The outlet side piping of the
サーマルリレー17は、水渡しパイプ7と、ヒータコア15の出側配管との間を繋ぐ配管の途中に設けられ、冷却水温に応じてラジエータ9と対向する図示しない電動ファンをオン/オフさせる。
The
オイルクーラ18は、メインウォーターポンプ2が吐出する冷却水によって本エンジンの潤滑油であるエンジンオイルを冷却するものである。メインウォーターポンプ2の出側とオイルクーラ18の入り側とをシリンダブロック、ヘッドを介することなく繋ぐ水路にサーモスタット36が設けられる。オイルクーラ18から出た冷却水は、ヒータコア15の出側配管に導入される。
The
水循環路21、22は、シリンダヘッド5Rの出側とCVTウォーマ14の入り側を繋ぐ水路21と、CVTウォーマ14の出側とシリンダヘッド5Rの入り側とを繋ぐ水路22とから構成される。水路21及び水路22はそれぞれ、他の熱交換器や、分岐路、合流路に至ることなく直接にシリンダヘッド5RとCVTウォーマ14と繋ぐ水路である。
サブウォーターポンプ20は、水路21に設けられ、水循環路21、22を通してシリンダヘッド5RとCVTウォーマ14との間で冷却水を循環させる。サブウォーターポンプ20としては、メインウォーターポンプ2より能力の低い小型のものが適用される。
サーモスタット23は、シリンダブロック4R及びシリンダヘッド5Rから水渡しパイプ7への水路に設けられる。
The
The
The
水循環路31−34は、シリンダヘッド5Lの出側とオイルクーラ18の入り側を繋ぐ水路31と、オイルクーラ18の出側とヒータコア15の出側配管とを繋ぐ水路32と、水路32と、この水路32より下流でヒータコア15の出側配管から分岐し、シリンダヘッド5Lの入り側に繋がる水路34と、水路32との合流部から水路34との分岐部までの同出側配管の一部33とにより構成される。
サブウォーターポンプ30は、水路31に設けられ、水循環路31−34を通してシリンダヘッド5Lとオイルクーラ18との間で冷却水を循環させる。サブウォーターポンプ30としては、メインウォーターポンプ2より能力の低い小型のものが適用される。
サーモスタット35は、シリンダブロック4L及びシリンダヘッド5Lから水渡しパイプ7への水路に設けられる。
水路31のサブウォーターポンプ30のより下流の一部及び水路32は、サーモスタット36を経由してヒータコア15の出側配管に至る経路と共用である。
The water circulation path 31-34 includes a
The
The
A part of the
以上の構成を有する本廃熱回収冷却装置が、エンジン始動直後などにおいて、トランスミッションオイルやエンジンオイルを優先的に昇温する動作につき以下に説明する。 The operation of the waste heat recovery / cooling apparatus having the above-described configuration for preferentially raising the temperature of transmission oil or engine oil immediately after the engine is started will be described below.
エンジン始動後、トランスミッションオイルやエンジンオイルが所定の温度以下にある場合は、サーモスタット23,35,36が水路を閉じるとともに、エンジン制御装置は、サブウォーターポンプ20及びサブウォーターポンプ30を稼動させる。
サーモスタット23が閉じており、サブウォーターポンプ20が稼動することで、シリンダヘッド5Rから、水路21、CVTウォーマ14、水路22、再びシリンダヘッド5Rと、冷却水が循環する。従って冷却水を媒介としてシリンダヘッド5Rの熱によりCVTウォーマ14においてトランスミッションオイルが温められ昇温する。
また、サーモスタット35が閉じており、サブウォーターポンプ30が稼動することで、シリンダヘッド5Lから、水路31、オイルクーラ18、水路32、水路33、水路34、再びシリンダヘッド5Lと、冷却水が循環する。従って冷却水を媒介としてシリンダヘッド5Lの熱によりオイルクーラ18においてエンジンオイルが温められ昇温する。
When the transmission oil or engine oil is below a predetermined temperature after the engine is started, the
When the
Further, when the
以上のように水渡しパイプ7やラジエータ水路8はもちろんのこと、バイパス水路11やメインウォーターポンプ2を介することなく、エンジンのシリンダヘッドと、トランスミッションオイル又はエンジンオイルの熱交換器14,18との間で冷却水を循環させることができ、トランスミッション及びエンジンの潤滑油が理想的な温度域に対して低温状態にある時に、専ら又は優先的にこの水循環路で冷却水を循環させることにより、効率よく迅速に当該オイルを昇温することができる。メインウォーターポンプ2に戻る場合に比較して、循環させる水量が少なく循環路長が短いので、加熱対象の熱容量が小さく、所望の温度まで短時間でトランスミッションオイルやエンジンオイルを昇温することができる。
As described above, not only the
以上の実施形態においては、CVTウォーマ14及びオイルクーラ18に対してサブウォーターポンプによるオイル昇温のための水循環を実施したが、いずれか一方のみに実施してもよい。
また以上の実施形態においては、サブウォーターポンプによる水循環の経路にシリンダブロックを配置しながったが、同経路にシリンダブロックを含めるようにしてもよい。
In the above embodiment, the water circulation for the oil temperature increase by the sub water pump is performed on the CVT warmer 14 and the
In the above embodiment, the cylinder block is not arranged in the water circulation path by the sub-water pump. However, the cylinder block may be included in the same path.
2 メインウォーターポンプ
4L,4R シリンダブロック
5L,5R シリンダヘッド
8 ラジエータ水路
11 バイパス水路
20 サブウォーターポンプ
21,22 水循環路
30 サブウォーターポンプ
31-34 水循環路
2 Main water pumps 4L,
Claims (2)
前記エンジンから出た冷却水が集合する水渡しパイプと、
前記水渡しパイプ内の冷却水を、ラジエータを介して前記ウォーターポンプに還流させるラジエータ水路と、
前記水渡しパイプ内の冷却水を、ラジエータを介さず前記ウォーターポンプに還流させるバイパス水路と、
前記エンジンと、トランスミッションオイル又はエンジンオイルの熱交換器との間に形成された水循環路と、
前記水循環路内の冷却水を前記エンジンと前記熱交換器との間で循環させるサブウォーターポンプとを備えるエンジンの廃熱回収冷却装置。 A main water pump that delivers cooling water to the engine;
A water delivery pipe for collecting cooling water from the engine;
A radiator water channel for returning the cooling water in the water delivery pipe to the water pump via a radiator;
A bypass water channel that recirculates the cooling water in the water delivery pipe to the water pump without using a radiator;
A water circuit formed between the engine and a heat exchanger for transmission oil or engine oil;
A waste heat recovery and cooling device for an engine, comprising: a sub-water pump that circulates cooling water in the water circulation path between the engine and the heat exchanger.
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JP2011077090A JP2012211536A (en) | 2011-03-31 | 2011-03-31 | Engine-waste-heat-recovery engine-cooling device |
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