JP2014156800A - エンジンシステム及びその冷却機構 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンシステムの冷却機構において、適切な放熱方式の放熱部を採用することで、エンジンシステム全体の性能の最適化を図り、省エネルギ、低コスト、及びコンパクト化を達成することができる技術を提供する。
【解決手段】放熱部Ｙで放熱した冷却液Ｃを水ジャケット１１及びインタークーラ１３に通流させて冷却を行うエンジンシステム１の冷却機構２であって、放熱部Ｙとして、冷却液Ｃを外気Ａとの顕熱交換により放熱させる空気冷却式放熱部３０と、冷却液Ｃを散布された上水Ｗの気化熱交換により放熱させる気化冷却式放熱部３５とを備え、水ジャケット１１を通流する冷却液Ｃを空気冷却式放熱部３０との間で循環させる水ジャケット空気冷却式回路５と、インタークーラ１３を通流する冷却液Ｃを気化冷却式放熱部３５との間で循環させるインタークーラ気化冷却式回路４Ａとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、新気を吸気路から燃焼室に吸気して燃焼させて回転動力を出力するエンジン本体を備えると共に、前記エンジン本体に水ジャケットが設けられ、前記吸気路にインタークーラが設けられたエンジンシステムに設けられて、
放熱部で放熱した冷却液を前記水ジャケット及び前記インタークーラに通流させて冷却を行うエンジンシステムの冷却機構及びそれを備えたエンジンシステムに関する。

エンジンシステムでは、通常、シリンダブロックやシリンダヘッド等からなるエンジン本体や当該エンジン本体に形成された燃焼室に吸気される新気などのように、エンジンシステム全体の性能を維持するために冷却すべき複数の冷却対象が存在している。
このようなエンジンシステムにおける冷却対象を冷却するための冷却機構は、放熱部で放熱した冷却液を冷却部に通流させ、当該冷却部において冷却対象と冷却液との熱交換を行う形態で、当該冷却対象を冷却する。
具体的に、エンジン本体については、当該エンジン本体に設けられた水ジャケットに放熱部で放熱した冷却液を通流させて、当該エンジン本体を比較的高めの温度に冷却することで、ピストンの焼き付き等が防止されている。
また、新気については、新気が通流する吸気路に設けられたインタークーラに、放熱部で放熱した冷却液を通流させて、当該新気を比較的低めの温度まで冷却することで、吸気行程において燃焼室に充填される新気の密度を増加させ、それにより燃焼行程における平均有効圧力を上昇させて、全体としてエンジン効率が向上されている。

かかるエンジンシステムの冷却機構に設けられる放熱部としては、冷却液に対する放熱方式で分類して、空気冷却式放熱部と気化冷却式放熱部とがある。
空気冷却式放熱部は、所謂ラジエータ等で代表されるものであり、例えば、フィン付き銅管内の流路に冷却液を通流させると共に、その銅管の外表面にファンにより送風される外気を通流させることで、冷却液の顕熱が外気の顕熱として奪われて、当該冷却液を冷却するように構成される。かかる空気冷却式放熱部は、水の消費が無いために構造が簡単でランニングコストが低いなどの長所があるが、冷却能力が低く外気温度以下には冷却できないなどの短所もある。
一方、気化冷却式放熱部は、所謂冷却塔で代表されるものであり、例えば、銅管内の流路に冷却液を通流させると共に、その銅管の外表面に水を散布しながらファンにより送風される外気を通流させることで、冷却液の顕熱が水及び外気の顕熱並びに水の気化熱として奪われて、当該冷却液を冷却するように構成される。かかる気化冷却式放熱部は、冷却能力が高く外気温度以下に冷却できるなどの長所があるが、気化により水を消費するために、水の補給が無ければ運転を継続できず、またランニングコストが高いなどの短所もある。

特開２０１１−１０６３０２号公報（段落００５１、図２）

従来のエンジンシステムの冷却機構は、冷却液を放熱させる放熱部の放熱方式として空気冷却式と気化冷却式との何れか一方を採用するものであり、それらを併用するものではなかった。
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、エンジンシステムの冷却機構において、適切な放熱方式の放熱部を採用することで、エンジンシステム全体の性能の最適化を図り、省エネルギ、低コスト、及びコンパクト化を達成することができる技術を提供する点にある。

この目的を達成するための本発明に係るエンジンシステムの冷却機構は、
新気を吸気路から燃焼室に吸気して燃焼させて回転動力を出力するエンジン本体を備えると共に、前記エンジン本体に水ジャケットが設けられ、前記吸気路にインタークーラが設けられたエンジンシステムに設けられて、
放熱部で放熱した冷却液を前記水ジャケット及び前記インタークーラに通流させて冷却を行うエンジンシステムの冷却機構であって、
その第１特徴構成は、
前記放熱部として、冷却液を外気との顕熱交換により放熱させる空気冷却式放熱部と、冷却液を散布された水の気化熱交換により放熱させる気化冷却式放熱部とを備え、
前記水ジャケットを通流する冷却液を前記空気冷却式放熱部との間で循環させる水ジャケット空気冷却式回路と、前記インタークーラを通流する冷却液を前記気化冷却式放熱部との間で循環させるインタークーラ気化冷却式回路とを備えた点にある。

また、この目的を達成するための本発明に係るエンジンシステムは、
新気を吸気路から燃焼室に吸気して燃焼させて回転動力を出力するエンジン本体を備えると共に、前記エンジン本体に水ジャケットが設けられ、前記吸気路にインタークーラが設けられたエンジンシステムであって、
その特徴構成は、
放熱部で放熱した冷却液を前記水ジャケット及び前記インタークーラに通流させて冷却を行う冷却機構として、本発明に係る冷却機構を備えた点にある。

上記エンジンシステムの冷却機構の第１特徴構成及びエンジンシステムの特徴構成によれば、エンジン本体を空気冷却式放熱部により冷却し、一方、インタークーラを気化冷却式放熱部により冷却する形態で、放熱部の放熱方式として空気冷却式と気化冷却式とが併用される。
即ち、エンジン本体の冷却については、ピストンの焼き付き等を防止するために、外気温度よりも高めの温度に維持されていても問題がないことから、上記水ジャケット空気冷却式回路に冷却液を循環させて、そのエンジン本体に設けられた水ジャケットに空気冷却式放熱部で放熱した冷却液を通流させる形態で、空気冷却式の放熱方式を採用してエンジン本体を冷却することができる。また、エンジン本体を冷却するにあたり、簡単且つコンパクトな構造を採用しランニングコストを節約することができる。
一方、吸気路を通流する新気の冷却については、エンジン効率を向上するために、外気温度よりも低くなり得る温度まで十分に冷却する必要があることから、上記インタークーラ気化冷却式回路に冷却液を循環させて、その吸気路に設けられたインタークーラに気化冷却式放熱部で放熱した冷却液を通流させる形態で、気化冷却式の放熱方式を採用して新気を冷却することができる。また、吸気路を通流する新気を冷却するにあたり、気化冷却式放熱部への水の補給が必要となるが、その気化冷却式の放熱方式により冷却される冷却対象からエンジン本体が省かれていることから、その水の補給も最小限に抑えることができ、ランニングコストの上昇を極力抑制できる。
従って、本発明により、適切な放熱方式の放熱部を採用することで、エンジンシステム全体の性能の最適化を図り、省エネルギ、低コスト、及びコンパクト化を達成することができるエンジンシステムの冷却機構を実現することができる。

本発明に係るエンジンシステムの冷却機構の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記水ジャケットから流出し前記空気冷却式放熱部に流入する前の冷却液との熱交換により上水を加熱する排熱回収用熱交換器を備えた点にある。

上記エンジンシステムの冷却機構の第２特徴構成によれば、エンジン本体が比較的高温に維持されていることから、当該エンジン本体に設けられた水ジャケットから流出した直後の冷却液は比較的高温となる。そこで、上記排熱回収用熱交換器を設けることで、この水ジャケットから流出した直後の高温の冷却液が有する熱の全てを、空気冷却式放熱部で放出するのではなく、適宜上水の加熱用に利用して当該加熱後の上水を給湯又は暖房に利用する形態で、エンジン本体の排熱を有効利用することができる。

本発明に係るエンジンシステムの冷却機構の第３特徴構成は、上記第１乃至第２特徴構成の何れかに加えて、
前記インタークーラから流出し前記放熱部に流入する前の冷却液との熱交換によりエンジンオイルを冷却するオイルクーラを備えた点にある。

上記エンジンシステムの冷却機構の第３特徴構成によれば、インタークーラが比較的低温に維持されていることから、当該インタークーラから流出した直後の冷却液は未だ比較的低温に維持されている。そこで、上記オイルクーラを設けてエンジンオイルの冷却を行う場合には、そのインタークーラから流出した直後の比較的低温の冷熱媒体をオイルクーラに通流させる形態で、エンジンオイルの冷却を行うことができる。

本発明の実施形態のエンジンシステム及びその冷却構造の概略構成、並びに気化冷却式放熱状態の冷却液の流れを示す図 本発明の実施形態のエンジンシステム及びその冷却構造の概略構成、並びに空気冷却式放熱状態の冷却液の流れを示す図 別の実施形態のエンジンシステム及びその冷却構造の概略構成示す図

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すエンジンシステム１は、図示しないシリンダブロックやシリンダヘッド等からなるエンジン本体１０と、詳細については後述する冷却機構２と、運転を制御するコンピュータ等からなる制御部６０とを備える。
エンジン本体１０は、新気としての混合気Ｍを吸気路１２から燃焼室１０ａに吸気して燃焼させて発電機２０を駆動するための回転動力を出力する通常の４サイクルエンジンとして構成されている。即ち、詳細な説明は省略するが、吸気行程において燃焼室１０ａの容積の拡大に伴って吸気路１２から燃焼室１０ａへの混合気Ｍの吸気が行われ、次の圧縮行程において燃焼室１０ａの容積の縮小に伴ってその混合気Ｍの圧縮が行われ、燃焼・膨張行程において圧縮された混合気Ｍが適切な点火時期に点火されて燃焼して燃焼室１０ａの容積を拡大させ、排気行程において燃焼室１０ａの容積の縮小に伴って燃焼室１０ａから排気路（図示省略）への排ガスの排気が行われる。

エンジン本体１０には水ジャケット１１が設けられており、この水ジャケット１１に後述する放熱部Ｙで放熱した冷却液Ｃが通流することで、当該エンジン本体１０の冷却が行われる。このことで、エンジン本体１０の温度は、例えば外気温度よりも高めの温度（例えば９０℃）に維持されて、ピストンの焼き付き等が防止される。
尚、この水ジャケット１１は、冷却目標温度が高めであることから、高温冷却部Ｘｈと呼ぶ場合がある。

吸気路１２には、空気Ａに対して天然ガスなどの燃料Ｇを燃料供給弁１６を通じて混合して混合気Ｍを形成するミキサ１５と、当該形成された混合気Ｍを排ガスの運動エネルギ等を利用して圧縮する過給機１４と、当該圧縮された混合気Ｍを冷却するインタークーラ１３と、燃焼室１０ａへの混合気Ｍの吸気量調整によりエンジン出力を調整可能なスロットルバルブ１８とが、上流側より順に配置されており、このインタークーラ１３を通過した後の混合気Ｍが燃焼室１０ａに吸気される。
燃料供給弁１６は、制御部６０により図示しない排気路に設けられた酸素センサの出力等に基づいてその開度が制御されることで、吸気路１２に形成される混合気Ｍの空燃比が所望の目標空燃比に調整される。
また、スロットルバルブ１８についても、制御部６０によりその開度が制御されることで、燃焼室１０ａへの混合気Ｍの吸気量が調整されて、エンジン出力が所望の目標出力に調整される。

このインタークーラ１３に後述する放熱部Ｙで放熱した冷却液Ｃが通流することで、当該インタークーラ１３を通流する混合気Ｍの冷却が行われる。このことで、燃焼室１０ａに吸気される混合気Ｍの温度は、例えば外気温度よりも低くなり得る温度（例えば４０℃）に維持されて、吸気行程において燃焼室１０ａに充填される混合気Ｍの密度が増加し、それにより燃焼行程における平均有効圧力が上昇して、エンジン効率が向上される。
尚、このインタークーラ１３は、冷却目標温度が上記水ジャケット１１よりも低めであることから、低温冷却部Ｘｌと呼ぶ場合がある。
更に、エンジン本体１０には、上記水ジャケット１１及び上記インタークーラ１３に加えて、冷却部Ｘとしてオイルクーラ１７が設けられており、このオイルクーラ１７には、後述する放熱部Ｙで放熱した冷却液Ｃが通流することで、エンジンオイルの冷却が行われる。

以上のように構成されたエンジンシステム１には、放熱部Ｙで放熱した冷却液Ｃを上記水ジャケット１１及び上記インタークーラ１３に通流させて冷却を行う冷却機構２が設けられており、その冷却機構２の基本構成について、以下に説明する。

エンジンシステム１の冷却機構２には、放熱部Ｙとして、空気冷却式放熱部としてのラジエータ３０と気化冷却式放熱部としての冷却塔３５とが設けられている。
上記ラジエータ３０は、フィン付き銅管内の管路３０ａ、３０ｂに冷却液Ｃを通流させると共に、その管路３０ａ、３０ｂの外表面にファン３０ｃにより送風される外気Ａを通流させることで、冷却液Ｃの顕熱が外気Ａの顕熱として奪われて、当該冷却液Ｃを冷却するように構成される。
更に、このラジエータ３０は、外気Ａが通流する通路に２つのフィン付き銅管で構成された管路３０ａ、３０ｂを並列配置する形態で、冷却液Ｃが通流する管路として、第１管路３０ａ（第１流路の一例）と第２管路３０ｂ（第２流路の一例）との２つの流路を各別に配置してなる２回路式に構成されている。即ち、第１管路３０ａを通流する冷却液Ｃと第２管路３０ｂを通流する冷却液Ｃとの２種類の冷却液Ｃを、共通のラジエータ３０で放熱させることができる。
このようなラジエータ３０は、上水Ｗの消費が無いために構造が簡単でランニングコストが低いなどの長所があるが、顕熱の熱交換を行うだけの構成であるので冷却能力が低く外気温度以下には冷却できないなどの短所もある。

上記冷却塔３５は、銅管で構成された管路３５ａに冷却液Ｃを通流させると共に、その管路３５ａの上部に設けられた散水部３５ｂからその管路３５ａの外表面に上水Ｗを散布しながらファン３５ｃにより送風される外気Ａを通流させることで、冷却液Ｃの顕熱が上水Ｗ及び外気Ａの顕熱並びに上水Ｗの気化熱として奪われて、当該冷却液Ｃを冷却するように構成される。
また、管路３５ａの外表面を通過して下方に滴下した上水Ｗは、筐体の底部に設けられた水槽部３５ｄに一時的に貯留され、再度ポンプ３５ｅにより散水部３５ｂに送られる。更に、気化による上水Ｗの消費を補うために、この水槽部３５ｄに上水Ｗを補給する給水弁３５ｆが設けられており、この給水弁３５ｆは水槽部３５ｄの水位が低下した場合に所定の水位まで上水Ｗを供給する形態で自動的に開閉する。
このような冷却塔３５は、気化熱をも利用する構成であるので冷却能力が高く外気温度以下に冷却できるなどの長所があるが、気化により上水Ｗを消費するために、上水Ｗの補給が無ければ運転を継続できず、またランニングコストが高いなどの短所もある。

本実施形態のエンジンシステム１の冷却機構２では、高温冷却部Ｘｈである上記水ジャケット１１及び低温冷却部Ｘｌである上記インタークーラ１３等の各種冷却部Ｘ，Ｘｈ，Ｘｌに対して、適切な放熱方式の放熱部Ｙを採用することで、エンジンシステム全体の性能の最適化を図り、省エネルギ、低コスト、及びコンパクト化を達成するように構成されており、その詳細構成について、以下に説明する。
上記エンジンシステム１の冷却機構２には、各種冷却部Ｘ，Ｘｈ，Ｘｌと各種放熱部Ｙとの間で冷却液Ｃを循環させるための回路として、水ジャケット１１を通流する冷却液Ｃをラジエータ３０との間で循環させる水ジャケット空気冷却式回路５と、インタークーラ１３を通流する冷却液Ｃを冷却塔３５との間で循環させるインタークーラ気化冷却式回路４Ａとが設けられている。

上記水ジャケット空気冷却式回路５は、ラジエータ３０の第１管路３０ａの出口側と水ジャケット１１の入口側とを接続する往き管路５０と、水ジャケット１１の出口側とラジエータ３０の第１管路３０ａの出口側とを接続する戻り管路５１と、当該戻り管路５１に設けられ冷却液Ｃを水ジャケット１１の出口側からラジエータ３０の第１管路３０ａの入口側に向けて送出する循環ポンプ５２とからなる。
そして、図１及び図２に示すように、この循環ポンプ５２を作動させてこの水ジャケット空気冷却式回路５に冷却液Ｃを循環させることで、ラジエータ３０の第１管路３０ａを通流して外気Ａに対して放熱することで比較的低温（例えば８７℃）となった冷却液Ｃが往き管路５０を介して水ジャケット１１に供給され、同時に水ジャケット１１を通流してエンジン本体１０から吸熱することで比較的高温（例えば９２℃）となった冷却液Ｃが戻り管路５１を介してラジエータ３０の第１管路３０ａに供給される形態で、冷却液Ｃが水ジャケット空気冷却式回路５を循環することになる。
そして、水ジャケット空気冷却式回路５に冷却液Ｃを循環させることで、ラジエータ３０における空気冷却式の放熱方式を採用してエンジン本体１０のシリンダブロックやシリンダヘッドが冷却されることになり、ピストンの焼き付き等が防止される。
尚、この水ジャケット空気冷却式回路５は、高温冷却部Ｘｈである水ジャケット１１を通流する冷却液Ｃをラジエータ３０との間で循環させることから、高温冷却部空気冷却式回路５と呼ぶ場合がある。

この水ジャケット空気冷却式回路５の戻り管路５１の循環ポンプ５２の下流側には、水ジャケット１１を通流することで高温に加熱された冷却液Ｃとの熱交換により上水Ｗを加熱する排熱回収用熱交換器５５が配置されており、この加熱された上水Ｗは給湯や暖房に利用される。
また、戻り管路５１における排熱回収用熱交換器５５の下流側と往き管路５０とを接続するバイパス管路５３が設けられており、バイパス管路５３と往き管路５０との接続部には三方弁５４が設けられている。この三方弁５４は、水ジャケット空気冷却式回路５における冷却液Ｃの循環状態を、ラジエータ３０の第１管路３０ａに冷却液Ｃを通流させて放熱させる状態と、バイパス管路５３に冷却液Ｃを通流させて放熱をさせない状態との間で切替可能に構成されている。そして、制御部６０は、上記三方弁５４の作動を制御して、水ジャケット空気冷却式回路５における冷却液Ｃの循環状態を切り替えることで、水ジャケット１１に供給される冷却液Ｃの温度が所望の温度に維持するように構成されている。

上記インタークーラ気化冷却式回路４Ａは、冷却塔３５の管路３５ａの出口側とインタークーラ１３の入口側とを接続する往き管路４４、４０と、インタークーラ１３の出口側と冷却塔３５の管路３５ａの出口側とを接続する戻り管路４１、４５と、当該戻り管路４１に設けられ冷却液Ｃをインタークーラ１３の出口側から冷却塔３５の管路３５ａの入口側に向けて送出する循環ポンプ４３とからなる。
そして、図１に示すように、この循環ポンプ４３を作動させてこのインタークーラ気化冷却式回路４Ａに冷却液Ｃを循環させることで、冷却塔３５の管路３５ａを通流して外気Ａに対して放熱することで比較的低温（例えば３４℃）となった冷却液Ｃが往き管路４４、４０を介してインタークーラ１３に供給され、同時にインタークーラ１３を通流して圧縮された混合気Ｍから吸熱し更にはオイルクーラ１７を通流してエンジンオイルから吸熱することで比較的高温（例えば４１℃）となった冷却液Ｃが戻り管路４１、４５を介して冷却塔３５の管路３５ａに供給される形態で、冷却液Ｃがインタークーラ気化冷却式回路４Ａを循環することになる。
そして、インタークーラ気化冷却式回路４Ａに冷却液Ｃを循環させることで、冷却塔３５における気化冷却式の放熱方式を採用して吸気路１２を通流する混合気Ｍが十分に冷却されることになり、結果、エンジン効率が向上される。
尚、このインタークーラ気化冷却式回路４Ａは、低温冷却部Ｘｌであるインタークーラ１３を通流する冷却液Ｃを冷却塔３５との間で循環させることから、低温冷却部気化冷却式回路４Ａと呼ぶ場合がある。

このようなインタークーラ１３では冷却液Ｃはあまり高温でない混合気Ｍから吸熱を行うために、そのインタークーラ１３から戻り管路４１に排出された冷却液Ｃの温度は、水ジャケット１１から排出された冷却液Ｃと比較して低温に維持されている。そこで、この戻り管路４１におけるインタークーラ１３の下流側には、オイルクーラ１７が配置されており、かかるオイルクーラ１７では、その比較的低温に維持されている冷却液Ｃが通流することでエンジンオイルが冷却される。
また、往き管路４０には、インタークーラ１３に供給される冷却液Ｃの温度を、インタークーラ気化冷却式回路４Ａを通流する冷却液Ｃの温度状態として検出して制御部６０に出力する温度センサ１９が設けられている。

以上のように水ジャケット空気冷却式回路５とインタークーラ気化冷却式回路４Ａとが設けられているので、ラジエータ３０における空気冷却式の放熱方式を採用してエンジン本体１０が冷却されると共に、冷却塔３５における気化冷却式の放熱方式を採用して混合気Ｍが冷却されるというように、適切な放熱方式の放熱部Ｙが採用されて、エンジンシステム１全体の性能の最適化が図られ、省エネルギ、低コスト、及びコンパクト化が達成される。

更に、本実施形態のエンジンシステム１の冷却機構２では、上述したようにラジエータ３０と冷却塔３５とを併用することでエンジンシステム１全体の性能の最適化を図りながら、夫々の放熱方式の短所を補って長所による最大限の効果を享受するべく、断水等により気化冷却式放熱部での放熱に不都合が生じた場合でも運転が継続できるように構成されており、その詳細構成について、以下に説明する。
上記エンジンシステム１の冷却機構２には、インタークーラ１３と放熱部Ｙとの間で冷却液Ｃを循環させる回路として、上述したようなインタークーラ気化冷却式回路４Ａに加えて、インタークーラ１３を通流する冷却液Ｃをラジエータ３０との間で循環させるインタークーラ空気冷却式回路４Ｂが設けられている。

上記インタークーラ空気冷却式回路４Ｂは、ラジエータ３０の第２管路３０ｂの出口側とインタークーラ１３の入口側とを接続する往き管路４７、４０と、インタークーラ１３の出口側とラジエータ３０の第２管路３０ｂの出口側とを接続する戻り管路４１、４８と、当該戻り管路４１に設けられ冷却液Ｃをインタークーラ１３の出口側からラジエータ３０の第２管路３０ｂの入口側に向けて送出する循環ポンプ４３とからなる。
そして、図２に示すように、この循環ポンプ４３を作動させてこのインタークーラ空気冷却式回路４Ｂに冷却液Ｃを循環させることで、ラジエータ３０の第２管路３０ｂを通流して外気Ａに対して放熱することで比較的低温（例えば５５℃）となった冷却液Ｃが往き管路４７、４０を介してインタークーラ１３に供給され、同時にインタークーラ１３を通流して圧縮された混合気Ｍから吸熱し更にはオイルクーラ１７を通流してエンジンオイルから吸熱することで比較的高温（例えば６１℃）となった冷却液Ｃが戻り管路４１、４８を介してラジエータ３０の第２管路３０ｂに供給される形態で、冷却液Ｃがインタークーラ空気冷却式回路４Ｂを循環することになる。
そして、インタークーラ空気冷却式回路４Ｂに冷却液Ｃを循環させることで、インタークーラ１３を介して吸気路１２を通流する混合気Ｍが、ラジエータ３０によりある程度冷却された冷却液Ｃとの熱交換により、冷却されることになる。
尚、このインタークーラ空気冷却式回路４Ｂは、低温冷却部Ｘｌであるインタークーラ１３を通流する冷却液Ｃをラジエータ３０との間で循環させることから、低温冷却部空気冷却式回路４Ｂと呼ぶ場合がある。

また、このインタークーラ空気冷却式回路４Ｂは、インタークーラ気化冷却式回路４Ａに対して、往き管路４０、戻り管路４１、循環ポンプ４３を共有する形態で、当該インタークーラ気化冷却式回路４Ａから分岐する回路として構成されており、夫々の回路４Ａ、４Ｂにおける冷却液Ｃの循環状態の切替は、往き管路４７の戻り管路４１に対する接続部に配置された三方弁４６により切替可能となっている。
即ち、三方弁４６は、インタークーラ気化冷却式回路４Ａに冷却液Ｃを循環させる気化冷却式放熱状態（図１に示す状態）と、インタークーラ気化冷却式回路４Ａに冷却液Ｃを循環させる空気冷却式放熱状態（図２に示す状態）との間で、インタークーラ１３を通流する冷却液Ｃの循環状態を択一的に切替可能な放熱状態切替手段として機能する。

更に、制御部６０は、冷却塔３５への上水Ｗの補給が停止される断水状態を検出する断水状態検出手段６１として機能すると共に、断水状態検出手段６１で断水状態を検出する前の通常運転時では、三方弁４６を切り替えることにより冷却液Ｃの循環状態を上記気化冷却式放熱状態（図１に示す状態）とし、一方、断水状態検出手段６１で断水状態を検出した後の断水運転時では、三方弁４６を切り替えることにより冷却液Ｃの循環状態を上記空気冷却式放熱状態（図２に示す状態）とする断水制御手段６２として機能するように構成されている。
即ち、断水運転時以外の通常運転時では、図１に示すように、上記インタークーラ気化冷却式回路４Ａに冷却液Ｃが循環する気化冷却式放熱状態となるので、吸気路１２に設けられたインタークーラ１３に冷却塔３５で放熱して十分に低温の冷却液Ｃを通流させる形態で、気化冷却式の放熱方式を採用して混合気Ｍが冷却されることになり、エンジン効率の向上が図られる。
一方、断水状態となって冷却塔３５での放熱に不都合が生じる断水運転時では、図２に示すように、上記インタークーラ空気冷却式回路４Ｂに冷却液Ｃが循環する空気冷却式放熱状態となるので、吸気路１２に設けられたインタークーラ１３にラジエータ３０で放熱した冷却液Ｃを通流させる形態で、空気冷却式の放熱方式を採用して混合気Ｍが継続して冷却されることになり、冷却塔３５への水の補給を必要とすることなく運転の継続が図られる。

上記断水状態検出手段６１は、インタークーラ気化冷却式回路４Ａを通流する冷却液Ｃの温度状態、具体的には温度センサ１９で検出される冷却液Ｃの温度に基づいて、断水状態を検出するように構成されている。
即ち、断水状態検出手段６１は、インタークーラ１３に供給される冷却液Ｃの温度が温度センサ１９により検出され、その温度センサ１９で検出された冷却液Ｃの温度が正常な温度に維持されている場合には、断水状態ではなく、冷却塔３５への上水Ｗの補給が滞りなく行われており、冷却液の放熱が正常に行われていると判断する。
逆に、断水状態検出手段６１は、温度センサ１９で検出された冷却液Ｃの温度が正常な温度に対して上昇傾向にある場合には、断水状態となって、冷却塔３５への水の補給が停止して、冷却液Ｃの放熱に不都合が生じていると判断する。

更に、本実施形態のエンジンシステム１の冷却機構２では、上述したようにラジエータ３０と冷却塔３５とを併用することでエンジンシステム１全体の性能の最適化を図りながら、上述したように断水等により冷却塔３５での放熱に不都合が生じた場合に放熱方式を冷却能力が劣る空気冷却式に切り替えた場合でも、安定した運転状態を維持することができるように構成されており、その詳細構成について、以下に説明する。

即ち、上記三方弁４６により冷却液Ｃの循環状態を上記気化冷却式放熱状態からそれよりも冷却能力が劣る上記空気冷却式放熱状態に切り替えた場合には、低温冷却部Ｘｌとしてのインタークーラ１３の温度上昇に伴い不都合が生じる可能性があり、具体的には、混合気Ｍの温度上昇に伴うノッキングの発生やＮＯｘの増加等が懸念される。
そこで、制御部６０は、三方弁４６により冷却液Ｃの放熱状態を気化冷却式放熱状態から冷却能力が劣る空気冷却式放熱状態へ切り替えた場合に、インタークーラ１３の温度上昇に伴って発生するノッキングなどの異常燃焼の発生やＮＯｘの排出量増加などの異常運転状態を回避する最適運転制御手段６３として機能する。
具体的に、この最適運転制御手段６３は、燃料供給弁１６の開度を調整することで、燃焼室１０ａに吸気される混合気Ｍの空燃比を増加させる、言い換えれば当該混合気Ｍを燃料希薄状態とすることで、インタークーラ１３の温度上昇に伴う早期着火によるノッキングの発生等を回避するように構成されている。
そして、この最適運転制御手段６３によりノッキングの発生が回避されて、安定した運転状態が維持されることになる。

〔別実施形態〕
最後に、別の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記実施形態では、水ジャケット１１から流出してラジエータ３０に流入する前の冷却液Ｃとの熱交換により上水Ｗを加熱する排熱回収用熱交換器５５を設けたが、これを省略して、冷却液Ｃが保有する熱の全てのラジエータ３０で放熱させるように構成しても構わない。

（２）上記実施形態では、戻り管路４１に冷却液Ｃとの熱交換によりエンジンオイルを冷却するオイルクーラ１７を設けたが、このオイルクーラ１７を冷却液Ｃが通流する別の管路に配置しても構わない。

（３）上記実施形態では、最適運転制御手段６３を、燃焼室１０ａに吸気される混合気Ｍの空燃比を増加させることで、ノッキングの発生を回避するように構成したが、別に、最適運転制御手段６３を、エンジン出力の増加を制限する、又は、燃焼室１０ａにおける点火時期を遅角化させることで、インタークーラ１３の温度上昇に伴う燃焼室１０ａにおけるノッキングの発生やＮＯｘの排出量増加などの異常運転状態を回避するように構成しても構わない。
例えば、最適運転制御手段６３を、エンジン出力の増加を制限するように構成する場合には、エンジン出力が所定の上限出力を超えて増加しないようにスロットルバルブ１８の開度の最大調整幅に制限を設けるように構成することができる。
また、最適運転制御手段６３を、燃焼室１０ａにおける点火時期を遅角化させるように構成する場合には、燃焼室１０ａにおける点火時期を最大トルクを発生させる最適な点火時期（ＭＢＴ）に対してリタードさせるように構成することができる。

（４）上記実施形態では、三方弁４６により冷却液Ｃの放熱状態を気化冷却式放熱状態から冷却能力が劣る空気冷却式放熱状態へ切り替えた場合に、ノッキングの発生やＮＯｘの排出量増加などの異常運転状態を回避する最適運転制御手段６３を備えたが、この状態切替に伴うノッキングの発生やＮＯｘの増加等が問題にならない場合には、この最適運転制御手段６３を省略しても構わない。

（５）上記実施形態では、図１及び図２に示すように、インタークーラ気化冷却式回路４Ａに加えてインタークーラ空気冷却式回路４Ｂを設けて、三方弁４６の切替により、インタークーラ１３を通流する冷却液Ｃの循環状態を気化冷却式放熱状態（図１に示す状態）と空気冷却式放熱状態（図２に示す状態）との間で択一的に切替可能に構成したが、図３に示すように、インタークーラ空気冷却式回路４Ｂ及び三方弁４６を省略して、インタークーラ１３と放熱部Ｙとの間で冷却液Ｃを循環させる回路としてインタークーラ気化冷却式回路４Ａのみを設けるように構成しても構わない。

本発明は、新気を吸気路から燃焼室に吸気して燃焼させて回転動力を出力するエンジン本体を備えると共に、前記エンジン本体に水ジャケットが設けられ、前記吸気路にインタークーラが設けられたエンジンシステム、及び、そのエンジンシステムに設けられて、放熱部で放熱した冷却液を前記水ジャケット及び前記インタークーラに通流させて冷却を行うエンジンシステムの冷却機構として好適に利用可能である。

１ ：エンジンシステム
２ ：冷却機構
４Ａ ：インタークーラ気化冷却式回路４Ｂ ：インタークーラ空気冷却式回路
５ ：水ジャケット空気冷却式回路
１０ ：エンジン本体
１０ａ ：燃焼室
１１ ：水ジャケット
１２ ：吸気路
１３ ：インタークーラ
１７ ：オイルクーラ
３０ ：ラジエータ（空気冷却式放熱部）
３５ ：冷却塔（気化冷却式放熱部）
５５ ：排熱回収用熱交換器
Ａ ：空気、外気
Ｃ ：冷却液
Ｍ ：混合気（新気）
Ｗ ：上水
Ｙ ：放熱部

Claims (4)

1. 新気を吸気路から燃焼室に吸気して燃焼させて回転動力を出力するエンジン本体を備えると共に、前記エンジン本体に水ジャケットが設けられ、前記吸気路にインタークーラが設けられたエンジンシステムに設けられて、
   放熱部で放熱した冷却液を前記水ジャケット及び前記インタークーラに通流させて冷却を行うエンジンシステムの冷却機構であって、
   前記放熱部として、冷却液を外気との顕熱交換により放熱させる空気冷却式放熱部と、冷却液を散布された水の気化熱交換により放熱させる気化冷却式放熱部とを備え、
   前記水ジャケットを通流する冷却液を前記空気冷却式放熱部との間で循環させる水ジャケット空気冷却式回路と、前記インタークーラを通流する冷却液を前記気化冷却式放熱部との間で循環させるインタークーラ気化冷却式回路とを備えたエンジンシステムの冷却機構。
2. 前記水ジャケットから流出し前記空気冷却式放熱部に流入する前の冷却液との熱交換により上水を加熱する排熱回収用熱交換器を備えた請求項１に記載のエンジンシステムの冷却機構。
3. 前記インタークーラから流出し前記放熱部に流入する前の冷却液との熱交換によりエンジンオイルを冷却するオイルクーラを備えた請求項１又は２に記載のエンジンシステムの冷却機構。
4. 新気を吸気路から燃焼室に吸気して燃焼させて回転動力を出力するエンジン本体を備えると共に、前記エンジン本体に水ジャケットが設けられ、前記吸気路にインタークーラが設けられたエンジンシステムであって、
   放熱部で放熱した冷却液を前記水ジャケット及び前記インタークーラに通流させて冷却を行う冷却機構として、請求項１〜３の何れか１項に記載の冷却機構を備えたエンジンシステム。

Images