JP2015086779A - エンジン冷却システム - Google Patents

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Abstract

【課題】ランキンサイクルの搭載による車量の増加を抑えつつ、ランキンサイクルの性能を向上することができるエンジン冷却システムを提供する。【解決手段】冷媒ポンプ２５、蒸発器２６、膨張器２８及び凝縮器２９を冷媒３０が順に循環してなるランキンサイクル３１と、吸気通路５にターボチャージャー６が介設されたエンジン本体１０と、エンジン本体用冷却水１８が循環するラジエータ３とを備えたエンジン冷却システムにおいて、ラジエータ３に並行してサブラジエータ２を設置し、ターボチャージャー６で圧縮された圧縮空気８を蒸発器２６の加熱源に用いるとともに、サブラジエータ２の出口側冷却水３２を凝縮器２９の冷却源に用いる。【選択図】図１

Description

本発明はエンジン冷却システムに関し、更に詳しくは、ランキンサイクルの搭載による車量の増加を抑えつつ、ランキンサイクルの性能を向上したエンジン冷却システムに関する。
従来より、エンジンの廃熱を回収して燃費を向上させることを目的として、ランキンサイクルを車両に搭載することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。例えば、エンジン本体で加熱されたエンジン本体用冷却水をランキンサイクルの加熱源とし、かつサブラジエータで冷却されたインタークーラ用冷却水を冷却源とすることで、それらの冷却水の温度差を圧縮機（タービン）において動力エネルギーとして回収することができる。
しかしながら、車両にランキンサイクルを搭載すると車重が増加してしまうため、燃費向上の効果が相殺されてしまうおそれがある。
また、エンジン本体用冷却水の温度は１００℃前後に過ぎないので、冷却水の温度差が比較的小さくならざるを得ないため、ランキンサイクルの性能を十分に発揮させて、更なる燃費の改善を図ることが困難であった。
特開平１１−５１５８２号公報
本発明の目的は、ランキンサイクルの搭載による車量の増加を抑えつつ、ランキンサイクルの性能を向上することができるエンジン冷却システムを提供することにある。
上記の目的を達成する本発明のエンジン冷却システムは、冷媒ポンプ、蒸発器、膨張器及び凝縮器を冷媒が順に循環してなるランキンサイクルと、吸気通路に過給機が介設されたエンジン本体と、前記エンジン本体用の冷却水が循環するラジエータとを備えたエンジン冷却システムにおいて、前記ラジエータに並行してサブラジエータを設置し、前記過給機で圧縮された圧縮空気を前記蒸発器の加熱源に用いるとともに、前記サブラジエータの出口側の冷却水を前記凝縮器の冷却源に用いることを特徴とするものである。
本発明のエンジン冷却システムによれば、ランキンサイクルにおける蒸発器の加熱源として、従来のエンジン本体用冷却水よりも温度の高い圧縮空気を用いるようにしたので、ランキンサイクルの性能の向上により燃費を向上させることができる。
また、ランキンサイクルの蒸発器を用いて圧縮空気を冷却するので、既存のインタークーラが不要となるため、車重の増加を抑えることができる。
本発明の実施の形態からなるエンジン冷却システムの構成図である。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるエンジン冷却システムを示す。
このエンジン冷却システムは、車両１の前面から順に配置されたサブラジエータ２及びラジエータ３を備えている。これらのサブラジエータ２及びラジエータ３は、車両１の走行時やアイドリング時において、車速風や冷却ファン（図示せず）の冷却風を利用した空冷により冷却を行う。
エンジン冷却システムの冷却対象となるディーゼルエンジン４では、吸気通路５へ吸入された空気Ａは、図示しないエアクリーナーを通過してからターボチャージャー６のコンプレッサー７により圧縮されて圧縮空気８となった後に、インテークマニホールド９を経てエンジン本体１０に供給される。
エンジン本体１０に供給された圧縮空気８は、燃料と混合されて燃焼して熱エネルギーを発生させた後に、燃焼ガス１１となってエキゾーストマニホールド１２から排気通路１３へ排気されるが、その一部はインテークマニホールド９の手前の吸気通路５に接続するＥＧＲ通路１４にＥＧＲガス１５となって分流する。ＥＧＲ通路１４には、水冷式のＥＧＲクーラー１６と、ＥＧＲガス１５の流量を調整するＥＧＲ弁１７とが、排気通路１３側から順に配置されている。
エンジン本体１０を冷却するエンジン本体用冷却水１８と、ＥＧＲクーラー１５での冷却に用いられるＥＧＲクーラー用冷却水１９とは、サーモスタット２０により流量を調節されつつ、ラジエータ３との間でウォータポンプ２１によりそれぞれ強制的に循環される。
一方、エンジン本体１０の暖機時などにサーモスタット１９から分流した冷却水２２は、ラジエータ３を経由することなく循環する。なお、ＥＧＲクーラー用冷却水１９には、通常はエンジン本体用冷却水１８の一部が流用される。
ＥＧＲ通路１５に分流しなかった燃焼ガス１１は、ターボチャージャー６のタービン２３を回転駆動させた後に、ＤＰＦやＳＣＲなどからなる排ガス浄化装置２４で有害物質が浄化されてから排ガスＧとなって大気中へ放出される。
このようなエンジン冷却システムにおいて、冷媒ポンプ２５、蒸発器２６、発電機２７に連結された膨張器２８及び凝縮器２９を冷媒３０が順に循環してなるランキンサイクル３１が設けられている。
このランキンサイクル３１における凝縮器２９の冷却側は、サブラジエーター２の出口側からウォータポンプ２１の入口側へ通じており、サブラジエータ２の出口側冷却水３２（冷却後のエンジン本体用冷却水１８及びＥＧＲクーラー用冷却水１９の一部）が流入するようになっている。
そして、ランキンサイクル３１の蒸発器２６の加熱側は、コンプレッサー７とＥＧＲ通路１４との間の吸気通路５に介設されており、コンプレッサー７により圧縮されて高温（例えば、約１６０℃）となった圧縮空気８が流入するようになっている。
ランキンサイクル３１を循環する冷媒３０は、冷媒ポンプ２５で圧縮され、蒸発器２６において高温の圧縮空気８により定圧的に加熱されて高圧の過熱蒸気となり、膨張器２８で断熱膨張しつつ発電機２７を回転駆動して発電した後に、凝縮器２９においてサブラジエータ２の出口側冷却水３２により定圧的に冷却されて液体に戻る。この発電機２７が発電した電力は、バッテリー（図示せず）に充電されて車両１の電装部品の電源となる。
このように、ランキンサイクル３１における蒸発器２６の加熱源として、従来のようにエンジン本体用冷却水１８ではなく、より温度の高い圧縮空気８を用いるようにしたので、ランキンサイクル３１における動力回収に係る性能が向上して燃費を向上させることができる。
例えば、ランキンサイクル３１における膨張器２８により回転駆動される発電機２７における発電量が増加するため、オルタネータによる発電が減少するので、エンジン本体１０への負荷が軽減して燃費が向上することになる。
また、ランキンサイクル３１の蒸発器２６を用いて圧縮空気８を冷却するので、既存のインタークーラが不要となるため、車重の増加を抑えることができる。
なお、本発明のエンジン冷却システムの冷却対象は、上述したようなディーゼルエンジン４に限られるものではなく、ガソリンエンジンも含まれることは言うまでもない。
１ 車両
２ サブラジエータ
３ ラジエータ
４ ディーゼルエンジン
８ 圧縮空気
１０ エンジン本体
１８ エンジン本体用冷却水
２５ 冷媒ポンプ
２６ 蒸発器
２７ 発電機
２８ 膨張器
２９ 凝縮器
３０ 冷媒
３１ ランキンサイクル
３２ （サブラジエータの）出口側冷却水

Claims (3)

  1. 冷媒ポンプ、蒸発器、膨張器及び凝縮器を冷媒が順に循環してなるランキンサイクルと、吸気通路に過給機が介設されたエンジン本体と、前記エンジン本体用の冷却水が循環するラジエータとを備えたエンジン冷却システムにおいて、
    前記ラジエータに並行してサブラジエータを設置し、
    前記過給機で圧縮された圧縮空気を前記蒸発器の加熱源に用いるとともに、前記サブラジエータの出口側の冷却水を前記凝縮器の冷却源に用いることを特徴とするエンジン冷却システム。
  2. 前記ラジエータの出口側の冷却水の一部を、前記凝縮器を通過して前記サブラジエータに戻る冷却水に合流させる請求項１に記載のエンジン冷却システム。
  3. 前記膨張器が発電機に連結する請求項１又は２に記載のエンジン冷却システム。
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