JP2013241857A - 排熱回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷間始動時にエンジン及び排熱回収器の暖機時間が長くなることを抑制する。
【解決手段】排熱回収システム１００は、エンジン１１の冷却水通路１０と、冷却水通路１０と並列に設けられる排熱回収通路３０と、排熱回収通路３０に設けられエンジン１１の排気ガスの熱を回収して冷却水へ伝達する排熱回収器３１と、排熱回収通路３０に設けられ冷却水の温度がエンジン１１の冷間時の温度である場合に排熱回収通路３０を流れる冷却水の流量を制限する流量制限手段３２、３３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、排熱回収システムに関する。

エンジンの排気ガスから熱エネルギーを回収する排熱回収器が知られている。排熱回収器は、エンジンの排気通路及び冷却水通路の途中に設けられ、排気ガスとエンジンの冷却水との間で熱交換を行って排気ガスの熱を冷却水に伝達させる。

特許文献１には、ヒータコアを経由する冷却水通路の途中に排熱回収器及び流量制御弁を設け、冷却水温度が所定温度より高くなると流量制御弁を閉塞して排熱回収器を流れる流量を低減させることが記載されている。

特開２００８−２３１９４２号公報

冷却水通路の途中に排熱回収器を設けると、排熱回収器及びこれを接続する配管の分だけ冷却水通路全体の冷却水量が増大するので、熱容量が増大する。これにより、冷却水の昇温速度が緩慢になるので、エンジンが冷間始動してから暖機が終了するまでに要する時間が長くなる。

上記従来の技術では、ヒータコアを経由する冷却水通路の途中に流量制御弁を設けているが、エンジンの冷間時には排熱回収器を流れる流量が制限されないので、排熱回収器において十分に昇温されていない冷却水が冷却水通路内へ流れ込み、エンジンの暖機に要する時間が長くなるとともに、排熱回収機自体の暖機に要する時間も長くなる。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、冷間始動時にエンジン及び排熱回収器の暖機時間が長くなることを抑制可能な排熱回収システムを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、エンジンの冷却水通路と、冷却水通路と並列に設けられる排熱回収通路と、排熱回収通路に設けられエンジンの排気ガスの熱を回収して冷却水へ伝達する排熱回収器と、排熱回収通路に設けられ冷却水の温度がエンジンの冷間時の温度である場合に排熱回収通路を流れる冷却水の流量を制限する流量制限手段と、を備えることを特徴とする排熱回収システムが提供される。

上記態様によれば、冷却水の温度がエンジンの冷間時の温度である場合には排熱回収通路を流れる冷却水の流量が制限されるので、排熱回収器において十分に昇温されていない冷却水が冷却水通路へ流れることが防止される。よって、エンジン及び排熱回収器の暖機時間が長くなることを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る排熱回収システムの全体構成を示している。 別実施形態に係る排熱回収システムの全体構成を示している。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における排熱回収システム１００の全体構成を示している。

排熱回収システム１００は、車両に搭載されたエンジン１１の冷却水通路１０と、冷却水通路１０と並列に設けられるラジエータ通路２０と、冷却水通路１０と並列に設けられる排熱回収通路３０と、を備える。なお、すべての通路は、エンジン１１の冷却水、例えばＬＬＣで満たされている。

冷却水通路１０は、エンジン１１と、トランスミッションオイルウォーマ１２と、ヒータコア１３と、ウォータポンプ１４とを、この順に接続している。

ウォータポンプ１４は、エンジン１１の図示しないクランクシャフトにベルトを介して連結されており、エンジン１１の駆動力によって回転駆動される。ウォータポンプ１４が回転すると、冷却水通路１０内の冷却水がエンジン１１へ供給される。

ヒータコア１３は、冷却水の熱を車室内への送風空気へ伝達する熱交換器であり、車両の空調ユニット内に設けられる。つまり、車両の暖房性能は、ヒータコア１３を通過する冷却水の温度が高いほど向上する。

トランスミッションオイルウォーマ１２は、冷却水と図示しない変速機のオイルとの間で熱交換を行う熱交換器である。トランスミッションオイルウォーマ１２は、エンジン１１の冷間時は、冷却水の熱を変速機のオイルへと伝達することで変速機のフリクションロスを迅速に低減させ、エンジン１１の暖機終了後は、変速機のオイルから冷却水へと熱を伝達させることでオイルを冷却するオイルクーラとして機能する。

ラジエータ通路２０は、エンジン１１と、ラジエータ２１と、サーモスタット２２と、ウォータポンプ１４とを、この順に接続している。

サーモスタット２２は、冷却水の温度が予め設定された設定温度（例えば８０℃）に達するまではラジエータ通路２０を閉塞し、冷却水の温度が設定温度に達するとラジエータ通路２０を開放するように作動する開閉バルブである。したがって、サーモスタット２２が閉じている場合、ウォータポンプ１４から供給された冷却水はラジエータ通路２０には流れず、サーモスタット２２が開いた場合、冷却水がラジエータ通路２０に流れる。

ラジエータ２１は、冷却水の熱を外気へ放熱する熱交換器である。ラジエータ２１は、車両の前方に設けられ、車両の走行風及びラジエータ２１の近傍に設けられた電動ファン２３によって生成された風、の少なくとも一方によって冷却される。

排熱回収通路３０は、冷却水通路１０と並列に設けられ、エンジン１１と、排熱回収器３１と、流量調整サーモスタット３２とを、この順に接続している。排熱回収通路３０の下流端は、冷却水通路１０の途中であってエンジン１１とトランスミッションオイルウォーマ１２との間に合流している。

排熱回収器３１は、エンジン１１の排気管の近傍に設けられ、エンジン１１の排気ガスの熱を冷却水へ伝達する熱交換器である。エンジン１１の排気ガスは大気放出されるので、この排気ガスから熱エネルギーを回収してエンジン１１の暖機に利用することで、エンジン１１の熱効率を向上させることができる。

流量調整サーモスタット３２は、排熱回収通路３０の冷却水の温度が予め設定された設定温度に達すると排熱回収通路３０を開放するように作動する開閉バルブである。流量調整サーモスタット３２を開放する設定温度は、エンジン１１の冷間始動時の燃料増量制御を切り換える温度（例えば４０℃）に設定される。

流量調整サーモスタット３２の上流及び下流には、流量調整サーモスタット３２をバイパスするバイパス通路３３が接続される。バイパス通路３３の管径は、排熱回収通路３０の管径より小さく設定される。バイパス通路３３の管径は、例えば、車両が４０ｋｍ／ｈで走行中におけるバイパス通路３３の流量が、アイドル運転時における排熱回収通路３０の流量に相当する程度の管径に設定される。

したがって、流量調整サーモスタット３２が閉じている場合、排熱回収通路３０の冷却水はバイパス通路３３を流れ、流量調整サーモスタット３２が開くと、冷却水は主に流量調整サーモスタット３２を介して流れる。バイパス通路３３の管径は排熱回収通路３０の管径より小さいので、流量調整サーモスタット３２が閉じている場合には、排熱回収通路３０の流量が絞られて流量が低減する。

次に、本実施形態における排熱回収システム１００の作用について説明する。

冷却水が外気温とほぼ等しい温度となっている冷間時に、エンジン１１を始動させると、ウォータポンプ１４の回転によって冷却水が冷却水通路１０及び排熱回収通路３０を循環する。

この時、冷却水温度が流量調整サーモスタット３２の設定温度より低いので、冷却水はバイパス通路３３を流れ、排熱回収通路３０の流量は制限される。これにより、排熱回収通路３０内から冷却水通路１０へと流入する低温の冷却水の流量が制限され、冷却水通路１０内の冷却水の昇温速度が向上する。

よって、エンジン１１の暖機が促進されるとともに、冷却水通路１０に接続されるヒータコア１３及びトランスミッションオイルウォーマ１２の昇温速度も向上するので、低温の冷却水がこれらの機器に与える影響、例えば暖房の立ち上がりの遅れや変速機におけるフリクションロスの増大、を抑制することができる。

さらに、排熱回収通路３０の流量が制限されることで排熱回収器３１における冷却水の昇温速度が向上するので、排熱回収器３１自体の暖機が促進され、十分に昇温させた冷却水を冷却水通路１０に送ることができる。

その後、排熱回収通路３０内の冷却水温度が流量調整サーモスタット３２の設定温度に達すると、流量調整サーモスタット３２が開弁して排熱回収通路３０を流れる冷却水量が増大する。これにより、排熱回収器３１で昇温されて冷却水通路１０へ送られる冷却水量が増加するので、エンジン１１の暖機がさらに促進される。

その後、冷却水温度がサーモスタット２２の設定温度に達すると、サーモスタット２２が開弁してラジエータ通路２０に冷却水が流れ、冷却水の熱はラジエータ２１において放熱される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

冷却水の温度がエンジン１１の冷間時の温度である設定温度より低い場合、流量調整サーモスタット３２が閉弁して冷却水がバイパス通路３３を流れることにより、排熱回収通路３０の冷却水の流れが制限される。これにより、排熱回収通路３０内から冷却水通路１０へと流入する低温の冷却水の流量が制限されるので、冷却水通路１０内の冷却水の昇温速度が向上する。さらに、排熱回収通路３０の流量が制限されることで排熱回収器３１における冷却水の昇温速度が向上する。よって、エンジン１１及び排熱回収器３１の暖機時間が長くなることを抑制することができる。

さらに、排熱回収通路３０の流量は流量調整サーモスタット３２及びバイパス通路３３によって制限されるので、温度センサ、流量制御バルブ、及びバルブ駆動手段などを設けて流量を制限する場合と比べてコストを低減することができる。

さらに、冷却水通路１０にヒータコア１３が設けられるので、エンジン１１の冷間時であって流量調整サーモスタット３２が閉弁している場合、冷却水通路１０内の冷却水の昇温に伴って暖房能力を発揮することができる。よって、冷間時の暖房能力の立ち上がりを促進することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、流量調整サーモスタット３２及びバイパス通路３３を設けることで排熱回収通路３０の流量を制限しているが、これに代えて又はこれに加えて、図２に示すように排熱回収通路３０の途中に電動ウォータポンプ３４を設けてもよい。

この場合、冷却水温度が閾値より低い場合、電動ウォータポンプ３４を停止させ、冷却水温度が閾値以上である場合、電動ウォータポンプ３４を作動させる。閾値は、エンジン１１の冷間始動時の燃料増量制御を切り換える温度（例えば４０℃）に設定される。これにより、電動ウォータポンプ３４が停止している場合には、電動ウォータポンプ３４が排熱回収通路３０の流れに対して抵抗になるので、排熱回収通路３０を流れる冷却水量が低下する。よって、上記実施形態と同様に、冷却水温度が低い場合に排熱回収通路３０を流れる冷却水の流量を低下させることができる。

これにより、冷間時にエンジン１１及び排熱回収器３１の暖機時間が長くなることを抑制することができるとともに、冷却水温度が閾値以上となった場合に排熱回収通路３０を流れる冷却水量を電動ウォータポンプ３４の出力によって制御することができるので、排熱回収通路３０の流量をより精度よく制御することができる。

１０ 冷却水通路
１１ エンジン
３０ 排熱回収通路
３１ 排熱回収器
３２ 流量調整サーモスタット（流量制限手段、サーモスタット）
３３ バイパス通路（流量制限手段）
３４ 電動ウォータポンプ（流量制限手段）

Claims (4)

1. エンジンの冷却水通路と、
   前記冷却水通路と並列に設けられる排熱回収通路と、
   前記排熱回収通路に設けられ前記エンジンの排気ガスの熱を回収して冷却水へ伝達する排熱回収器と、
   前記排熱回収通路に設けられ冷却水の温度が前記エンジンの冷間時の温度である場合に前記排熱回収通路を流れる冷却水の流量を制限する流量制限手段と、
   を備えることを特徴とする排熱回収システム。
2. 請求項１に記載の排熱回収システムであって、
   前記流量制限手段は、冷却水の温度が前記エンジンの冷間時の温度である設定温度以下である場合に前記排熱回収通路を閉塞するサーモスタットと、前記サーモスタットをバイパスする、前記排熱回収通路より内径が小さいバイパス通路と、を有する、
   ことを特徴とする排熱回収システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排熱回収システムであって、
   前記流量制限手段は、前記排熱回収通路に設けられる電動ウォータポンプである、
   ことを特徴とする排熱回収システム。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の排熱回収システムであって、
   前記冷却水通路に設けられ冷却水の熱を車室内への送風空気に伝達させるヒータコアをさらに備える、
   ことを特徴とする排熱回収システム。

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