JP6378675B2 - 冷却流体回路ためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示される発明の主題の実施形態は、エンジンシステムの冷却回路に関する。

規制された排出物を減らすために、エンジンは、エンジン排気システムからエンジン吸気システムまでの排気ガスの再循環、すなわち排気ガス再循環（ＥＧＲ）と呼ばれるプロセスを用いることができる。ＥＧＲシステムは、排気ガスが吸気システムに入る前に排気ガスを冷却するためのＥＧＲ冷却器を含むことができる。いくつかの例では、ＥＧＲ冷却器およびエンジンは、冷却流体回路において並列に結合することができる。しかし、このような例では、例えば冷却流体の同程度の流量がエンジンおよびＥＧＲ冷却器に送られるので、冷却流体の量が増加する可能性があり、および／または冷却流体の流量も２倍になり得る。他の例では、ＥＧＲ冷却器は、冷却回路においてエンジンの下流に配置することができる。したがって、エンジンを流れるより冷たい冷却流体により、エンジン動作温度が低下するおそれがあり、それによって、エンジンの熱効率が低下する。さらに、冷却回路は、冷却流体を沸点未満に維持するために加圧される場合がある。この場合には、圧力キャップの劣化によって、エンジンまたはＥＧＲ冷却器の故障が発生するおそれがある。

国際公開第２０１２／１２５１５４号

したがって、一実施形態では、例示するシステムは、排気ガス再循環冷却器を含む。システムは、排気ガス再循環冷却器およびエンジンが、排気ガス再循環冷却器がエンジンの上流に配置されるように直列に位置決め可能である冷却流体回路をさらに含む。

このような例では、冷却流体は、エンジンを流れる前に、ＥＧＲ冷却器を流れる。この方法では、冷却流体がエンジンに入るときの冷却流体の温度は、ＥＧＲ冷却器がエンジンの下流に配置される場合よりも温かくなる可能性がある。このように、エンジン温度をより高い温度に維持することができ、熱効率を維持することができる。さらに、冷却流体がＥＧＲ冷却器を流れ、それからエンジンを流れるので、ＥＧＲ冷却器およびエンジンが並列に結合されるシステムと比較して、より少ない量の冷却流体および／またはより低い流量でもよい可能性がある。

いくつかの例では、システムは、船舶に配置することができる。このような例では、冷却流体を冷却するために、船舶が位置する周囲の海水を用いることができる。したがって、海水の比較的冷たい温度および海水の多量の供給により、冷却流体のさらなる冷却が発生する場合がある。

詳細な説明においてさらに説明される概念の選択を簡略な形式で導入するために、上記の簡単な説明が提供されることを理解すべきである。それは請求する発明の主題の鍵となるまたは本質的な特徴を特定するものではなく、発明の主題の範囲は詳細な説明に続く請求項によって独自に定義される。さらにまた、請求する発明の主題は、上述した不利な点、またはこの開示の任意の部分で述べる任意の不利な点を解決する実施に限定されない。

以下の添付の図面を参照しつつ、非限定的な実施形態についての以下の説明を読むことで、本発明がより良く理解されよう。

船舶の排気ガス再循環システムを有するエンジンの概略図を示す。 エンジンおよび排気ガス再循環冷却器を含む冷却流体回路の概略図を示す。 冷却流体回路のための方法を示すフローチャートを示す。

以下の説明は、エンジンシステムを冷却するための方法およびシステムの様々な実施形態に関する。一例示的実施形態では、システムは排気ガス再循環（ＥＧＲ）冷却器およびエンジンを含む。システムは、ＥＧＲ冷却器およびエンジンが直列に配置され、ＥＧＲがエンジンの上流に配置される冷却流体回路を含む。このような実施形態では、冷却流体は、エンジンを冷却する前に、ＥＧＲ冷却器を介して排気ガスを冷却する。このように、エンジンの温度をより高い温度に維持することができ、その結果、熱効率が改善される。いくつかの実施形態では、システムは、冷却流体回路においてＥＧＲ冷却器の上流に配置されるポンプをさらに含むことができる。このような構成では、冷却流体が沸点未満に維持されるように、ポンプはＥＧＲ冷却器に高圧冷却流体を供給する。したがって、圧力キャップの必要性は減少し、圧力キャップの劣化によるシステムの構成要素の劣化は低減され得る。

一実施形態では、冷却流体回路は、乗り物に配置されるエンジンシステムの一部であってもよい。いくつかの実施形態では、冷却流体回路が冷却することができるエンジンシステムを有する乗り物のタイプの一例を挙げるために、船舶を用いることができる。他のタイプの乗り物は、機関車、ハイウェイ上の車両、および例えば採鉱機器などの機関車もしくは他の鉄道車両以外のオフハイウェイ車両を含んでもよい。本発明の他の実施形態は、定置エンジンに結合されるエンジンシステムのために用いることができる。エンジンは、ディーゼルエンジンであってもよく、あるいは別の燃料または燃料の組み合わせを燃焼させてもよい。このような代替的燃料は、ガソリン、灯油、バイオディーゼル、天然ガスおよびエタノールを含んでもよい。好適なエンジンは、圧縮点火および／またはスパーク点火を用いてもよい。

図１は、本明細書では例えば船などの船舶１００として示される、水体１０１において動作するように構成されるシステムの例示的実施形態のブロック図を示す。船舶１００は、エンジン１０４を有する、例えば推進システムなどのエンジンシステム１０２を含む。しかし、他の実施例では、エンジン１０４は、例えば発電所用途などの定置エンジン、または鉄道車両推進システムのエンジンであってもよい。図１の例示的実施形態では、プロペラ１０６は、エンジン１０４によって回転するようにエンジン１０４に機械的に結合される。他の実施例では、エンジンシステム１０２は、エンジンによって駆動される発電機を含んでもよく、それは、例えばプロペラを回転させるモーターを次に駆動する。

エンジン１０４は、例えば吸気マニホールド１１５などの吸気装置から、燃焼のための吸気を受け取る。吸気装置は、ガスが流れてエンジンに入るための任意の好適な１つまたは複数の導管であってもよい。例えば、吸気装置は、吸気マニホールド１１５および吸気流路１１４などを含んでもよい。吸気流路１１４は、エンジン１０４が配置される乗り物の外部からの空気を濾過するエアフィルタ（図示せず）から、周囲の空気を受け取る。エンジン１０４の燃焼により生じる排気ガスは、例えば排気流路１１６などの排気装置に供給される。排気装置は、ガスがエンジンから流れるための任意の好適な導管であってもよい。例えば、排気装置は、排気マニホールド１１７および排気流路１１６などを含んでもよい。排気ガスは、排気流路１１６を流れる。

図１に示す例示的実施形態では、エンジン１０４は、１２のシリンダを有するＶ−１２エンジンである。他の実施例では、エンジンはＶ−６、Ｖ−８、Ｖ−１０、Ｖ−１６、Ｉ−４、Ｉ−６、Ｉ−８、対向４、または別のエンジン形式であってもよい。図示するように、エンジン１０４は、非ドナーシリンダ排気マニホールド１１７だけに排気ガスを供給する６つのシリンダを含む非ドナーシリンダ１０５のサブセット、および、ドナーシリンダ排気マニホールド１１９だけに排気ガスを供給する６つのシリンダを含むドナーシリンダ１０７のサブセットを含む。他の実施形態では、エンジンは、少なくとも１つのドナーシリンダおよび少なくとも１つの非ドナーシリンダを含むことができる。例えば、エンジンは、４つのドナーシリンダおよび８つの非ドナーシリンダ、あるいは３つのドナーシリンダおよび９つの非ドナーシリンダを有してもよい。エンジンは、任意の所望の数のドナーシリンダおよび非ドナーシリンダを有してもよいが、通常はドナーシリンダの数が非ドナーシリンダの数より少ないことを理解すべきである。

図１に示すように、非ドナーシリンダ１０５は、排気ガスをエンジンから環境まで（それが排気ガス処理システム１３０およびターボチャージャ１２０を通過した後に）送るために、排気流路１１６に結合される。エンジン排ガス再循環（ＥＧＲ）を提供するドナーシリンダ１０７は、ドナーシリンダ１０７からの排気ガスを、環境ではなくエンジン１０４の吸気流路１１４に送る、ＥＧＲシステム１６０のＥＧＲ流路１６２だけに結合される。冷却された排気ガスをエンジン１０４に導入することによって、燃焼のための利用できる酸素の量は減少し、それによって、燃焼火炎温度を低下させて、窒素酸化物（例えばＮＯ_x）の形成を低減させる。

図１に示す例示的実施形態では、第２のバルブ１７０が開いている場合には、ドナーシリンダ１０７から吸気流路１１４へ流れる排気ガスは、排気ガスが吸気流路に戻る前に、排気ガスの温度を低下させる（例えば、冷却する）ためにＥＧＲ冷却器１６６などの熱交換器を通過する。ＥＧＲ冷却器１６６は、例えば空気液体熱交換器であってもよい。このような例では、吸気流路１１４（例えば、再循環する排気ガスが入るＥＧＲ入口の上流）に配置された１つまたは複数の給気冷却器１３４は、給気および排気ガスの混合気の温度が所望の温度に維持されるように、給気の冷却をさらに増加させるように調整することができる。他の実施例では、ＥＧＲシステム１６０は、ＥＧＲ冷却器バイパスを含むことができる。

さらに、ＥＧＲシステム１６０は、排気流路１１６とＥＧＲ流路１６２との間に配置される第１のバルブ１６４を含む。第２のバルブ１７０は、例えば、（ＥＧＲの流れをオンまたはオフにするための）コントローラ１８０により制御されるオン／オフバルブであってもよし、あるいは、ＥＧＲの可変量を制御してもよい。いくつかの実施例では、第１のバルブ１６４は、ＥＧＲ量が減少する（排気ガスがＥＧＲ流路１６２から排気流路１１６へ流れる）ように、作動することができる。他の実施例では、第１のバルブ１６４は、ＥＧＲ量が増加する（例えば、排気ガスが排気流路１１６からＥＧＲ流路１６２へ流れる）ように、作動することができる。いくつかの実施形態では、ＥＧＲシステム１６０は、複数のＥＧＲバルブまたはＥＧＲ量を制御するための他の流量制御要素を含むことができる。

図１に示すように、エンジンシステム１０２は、排気ガスが給気と排気ガスとの混合気の中で均一に分布できるように、再循環される排気ガスと給気を混合するＥＧＲミキサー１７２をさらに含む。図１に示す例示的実施形態では、ＥＧＲシステム１６０は、排気流路１１６のターボチャージャ１２０のタービンの上流の位置から、吸気流路１１４のターボチャージャ１２０のコンプレッサの下流の位置へ、排気ガスを送る高圧ＥＧＲシステムである。他の実施形態では、エンジンシステム１０２は、排気流路１１６のターボチャージャ１２０で下流から、吸気流路１１４のターボチャージャ１２０の上流の位置へ、排気ガスを送る低圧ＥＧＲシステムをさらに、または、代わりに含むことができる。高圧ＥＧＲシステムの吸気マニホールド１１５に分配される排気ガスがターボチャージャ１２０のタービン１２１を通過していないので、高圧ＥＧＲシステムは、低圧ＥＧＲシステムよりも比較的高い圧力の排気ガスを吸気流路１１４に提供することを理解すべきである。

図１の例示的実施形態では、ターボチャージャ１２０は、吸気流路１１４と排気流路１１６との間に配置される。ターボチャージャ１２０は、パワー出力および／またはエンジン動作効率を増加させるように、燃焼中により大きな給気密度を提供するために、吸気流路１１４に吸い込まれる周囲空気の給気を増加させる。ターボチャージャ１２０は、吸気流路１１４に沿って配置されるコンプレッサ１２２を含む。コンプレッサ１２２は、排気流路１１６に配置されるタービン１２１によって（例えば、シャフト１２３を通して）少なくとも部分的に駆動される。この場合には、単一のターボチャージャが示されているが、システムは複数のタービンおよび／またはコンプレッサ段を含んでもよい。図１に示す実施例では、ターボチャージャ１２０には、排気ガスがターボチャージャ１２０を迂回することができるウェイストゲート１２８が設けられる。例えば、ウェイストゲート１２８は、排気ガスがタービン１２１から離れて流れるように開くことができる。このようにして、コンプレッサ１２２の回転数、およびこのようにしてターボチャージャ１２０によってエンジン１０４に提供されるブーストは、定常状態条件の間に調整することができる。

エンジンシステム１０２は、規制された排出物を減らすために、排気流路において結合される排気ガス処理システム１３０をさらに含む。図１に示すように、排気ガス処理システム１３０は、ターボチャージャ１２０のタービン１２１の下流に配置される。他の実施形態では、排気ガス処理システムは、さらに、または、代わりに、ターボチャージャ１２０の上流に配置されてもよい。排気ガス処理システム１３０は、１つまたは複数の構成要素を含むことができる。例えば、排気ガス処理システム１３０は、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、選択接触還元（ＳＣＲ）触媒、三元触媒、ＮＯ_xトラップのうちの１つまたは複数、および／または様々な他の排出物制御装置もしくはこれらの組み合わせを含むことができる。

エンジンシステム１０２は、コントローラ１８０をさらに含み、それはエンジンシステム１０２に関連する様々な構成要素を制御するように提供され構成される。一実施例では、コントローラ１８０は、コンピュータ制御システムを含む。コントローラ１８０は、船内でエンジン動作の監視および制御を可能にするためのコードを含む非一時的なコンピュータ可読記憶媒体（図示せず）をさらに含む。コントローラ１８０は、エンジンシステム１０２の制御および管理を監視すると共に、さらに本明細書で詳述するように、動作パラメータおよび動作条件を決定し、それに応じてエンジンシステム１０２の動作を制御する様々なエンジンアクチュエータを調整するために、様々なエンジンセンサーから信号を受け取るように構成することができる。例えば、コントローラ１８０は、エンジン回転数、エンジン負荷、ブースト圧力、周囲圧力、排気温度、排気圧などを含むが、これらに限定されない様々なエンジンセンサーから信号を受け取ることができる。それに応じて、コントローラ１８０は、例えば交流発電機、シリンダバルブ、スロットル、熱交換器、ウェイストゲート、または他のバルブもしくは流量制御要素などの様々な構成要素にコマンドを送信することによって、エンジンシステム１０２を制御することができる。

別の実施例として、コントローラ１８０は、エンジンシステムの全体にわたって様々な位置に配置された様々な温度センサーおよび圧力センサーから信号を受け取ることができる。他の実施例では、第１のバルブ１６４および第２のバルブ１７０は、マニホールドの空気温度を制御するために、またはＥＧＲの吸気マニホールドに所望量の排気を送るために、ＥＧＲ冷却器を流れる排気ガス量を調整するように調整することができる。別の実施例として、コントローラ１８０は、例えば図２を参照して後述する冷却流体回路２１６などの冷却流体回路の様々な位置における冷却流体の温度および／または圧力を示す温度および／または圧力センサーから信号を受け取ることができる。例えば、コントローラは、エンジンから放出される冷却流体の温度に基づいて、サーモスタットにより冷却流体の流れを制御することができる。

船舶１００はビルジシステム１９０をさらに含み、それは、少なくとも部分的には、船舶１００の船体から水を除去する。ビルジシステム１９０は、ポンプ、ポンプを動かすモーター、および制御システムを含むことができる。例えば、コントローラ１８０は、ビルジシステム１９０と通信することができる。図１に示すように、ビルジシステムは、水体１０１から船舶上に周囲海水を汲み上げる第１のポンプ「Ａ」１９２を含む。周囲海水は、船舶１００を取り囲む空気の温度より低い温度を有することができる。したがって、図２を参照して後で詳しく述べるように、周囲海水は、冷却流体回路にさらなる冷却を提供することができる。ビルジシステムは、船舶１００から水体１０１に水を汲み出すポンプ「Ｂ」１９４をさらに含む。例えば、ビルジシステム１９０は、水が水体１０１にポンプで汲み出される前に水から汚染物質を除去するための濾過システム（図示せず）を含むことができる。

図２は、例えば図１を参照して上述したエンジン１０４などのエンジン２０２を有するシステム２００を示す。図示するように、空気（図２では実線で示す）は、吸気流路２０８を経由してエンジン２０２に入る前に、例えばインタークーラーなどの給気冷却器２０６を流れる。例えば、吸気は、給気冷却器２０６を通過した後に、約４３°Ｃの温度になり得る。エンジン２０２から排出されるいくらかの排気ガスは、排気流路２１０を経由して排出される。例えば、上述したように、排気流路２１０を介して排出される排気ガスは、エンジン２０２の非ドナーシリンダから来たものであり得る。例えば、排気ガスは、排気ガス再循環のための排気流路２１２を経由して排出され得る。上述したように、排気流路２１２を経由して排出される排気ガスは、エンジン２０２のドナーシリンダから来たものであり得る。例えば、ドナーシリンダまたは非ドナーシリンダを経由してエンジンから排出される排気ガスは、約５９３°Ｃの温度であり得る。

排気流路２１２に沿って導かれる排気ガスは、それがエンジン２０２の吸気流路２０８に入る前に、ＥＧＲ冷却器２１４を流れる。ＥＧＲ冷却器２１４は、例えば、液体冷却流体などの冷却流体へ熱を伝達することによって排気ガスを冷却する液冷式気体熱交換器であってもよい。ＥＧＲ冷却器を通過した後に、排気ガスの温度は、例えば、約１１０°Ｃに減少することができる。一旦、排気ガスが吸気流路２０８に入り、冷却された吸気と混合されると、給気温度は約６５°Ｃになり得る。給気温度は、例えば、給気冷却器２０６およびＥＧＲ冷却器２１４によって実行されるＥＧＲ量および冷却量に応じて変化することができる。

図２に示すように、システム２００は、冷却流体回路２１６をさらに含む。冷却流体回路２１６は、ＥＧＲ冷却器２１４およびエンジン２０２を冷却するために、冷却流体（図２では破線で示す）がＥＧＲ冷却器２１４およびエンジン２０２を流れるように導く。冷却流体回路２１６を流れる冷却流体は、例えば、エンジンオイルもしくは水、または別の好適な流体であってもよい。図２の例示的実施形態に示す冷却流体回路２１６では、ポンプ２１８はＥＧＲ冷却器２１４の上流に配置される。このような構成では、ポンプ２１８は、所望の圧力でＥＧＲ冷却器２１４に冷却流体を供給することができる。例えば、冷却流体の圧力は、冷却流体の沸点、ならびにＥＧＲ冷却器２１４における排気ガスとの熱交換およびエンジン２０２との熱交換により発生する冷却流体の温度上昇に基づいて、決定され得る。一実施例では、ポンプ２１８を出る冷却流体の圧力は約２６２，００１Ｐａ（３８ｐｓｉ）であり、流量は毎分約１７０３リットル（毎分４５０ガロン）であり、温度は約６８°Ｃであり得る。ポンプ２１８により加圧された冷却流体をＥＧＲ冷却器２１４に供給することによって、冷却流体の沸騰を低減することができる。さらに、冷却流体がポンプ２１８によって加圧されるので、システムにおける圧力キャップの必要性が減少し、圧力キャップの劣化による、例えばエンジン２０２およびＥＧＲ冷却器２１４などの様々な構成要素の劣化が低減され得る。いくつかの実施形態では、ポンプ２１８は、クランクシャフトと共に回転するようにエンジンのクランクシャフトに機械的に結合されてもよく、そのようにしてポンプ２１８はクランクシャフトによって駆動される。他の実施形態では、ポンプ２１８は、例えば、エンジンシステムの交流発電機によって駆動される電気駆動ポンプであってもよい。

図２に示す例示的実施形態では、冷却流体回路は、例えば図１を参照して上述した高圧ＥＧＲシステム１６０などの高圧ＥＧＲシステムのＥＧＲ冷却器２１４を冷却する。他の実施形態では、冷却流体回路は、さらに、または、代わりに、低圧ＥＧＲシステムのＥＧＲ冷却器に冷却を提供することができる。

図示するように、冷却流体は、ポンプ２１８からＥＧＲ冷却器２１４へ流れる。ＥＧＲ冷却器２１４を通過する排気ガスは、排気ガスがエンジン２０２の吸気流路２０８に入る前に冷却されるように、冷却流体へ熱を伝達する。図２に示す例示的実施形態では、ＥＧＲ冷却器２１４およびエンジン２０２は、直列に配置される。したがって、ＥＧＲ冷却器２１４において排気ガスを冷却した後に、冷却流体はＥＧＲ冷却器２１４を出て、エンジン２０２に入り、エンジンを冷却する。エンジン２０２がＥＧＲ冷却器２１４の下流に配置されるので、エンジン２０２に入る冷却流体は、ＥＧＲ冷却器２１４に入る冷却流体より高い温度を有する。例えば、ＥＧＲ冷却器２１４を出る冷却流体の温度は約８４°Ｃであり得るが、それがＥＧＲ冷却器２１４に入る前の冷却流体温度、およびＥＧＲ冷却器２１４を通過するＥＧＲ量などに応じて変化する場合がある。このようにして、冷却流体温度がより高く、冷却がより少ないので、エンジンをより高い温度に維持することができる。したがって、エンジンの熱効率を高めることができる。

システム２００は、冷却流体回路においてエンジンの下流に配置されるサーモスタット２２０をさらに含む。サーモスタット２２０は、例えば、冷却流体のエンジン放出温度（例えば、エンジンを出るときの冷却流体の温度）を維持するように調整することができる。いくつかの実施例では、サーモスタット２２０は、電子的温度調整弁であってもよいし、他の実施例では、サーモスタット２２０は機械的温度調整弁であってもよい。いくつかの実施形態では、例えば図１を参照して上述したコントローラ１８０などのコントローラ２０４を含む制御システムは、エンジンから放出される冷却流体の温度に基づいてサーモスタット２２０の位置を制御することができる。例えば、エンジンから放出される冷却流体の温度は、約９３°Ｃであり得る。一実施例として、例えば、例えばエンジンのウォームアップ中などに、冷却流体がエンジンから離れないように（例えば、冷却流体はエンジンに停滞している）、サーモスタットを調整することができる。別の実施例として、エンジン２０２によって温められた冷却流体を、船舶冷却器２２２により冷却せずにＥＧＲ冷却器２１４に導くように、サーモスタット２２０を調整することができる。このような実施例では、ＥＧＲ冷却器２１４に入る冷却流体の温度が比較的より温かくなるように、温められた冷却流体は、船舶冷却器２２２によって冷却された冷却流体と混合することができる。このようにして、例えば、排ガス再循環の量が比較的小さく、ＥＧＲ冷却器２１４によって伝達される熱がより少ない場合に、エンジン２０２の熱効率を維持することができる。さらに別の実施例として、エンジン２０２を出る冷却流体の実質的に全てを船舶冷却器２２２に導くように、サーモスタット２２０を調整することができる。このようにして、サーモスタット２２０は、エンジンから放出される冷却流体の温度を維持するように動作可能である。

船舶冷却器２２２は、例えば液冷式液体熱交換器であってもよい。図２に示すように、エンジン２０２からの冷却流体は、それがポンプ２１８に導かれる前に熱交換器を通過する。船舶冷却器２２２を通過する冷却流体は、周囲海水（例えば、船舶が位置する水体からの水）への熱伝達により冷却される。例えば、船舶冷却器は、例えば図１を参照して上述したビルジシステム１９０などの船舶のビルジシステムに流動的に結合することができる。このような構成ではポンプＡ２２４は、周囲海水を外部から船舶へ、船舶冷却器２２２を通して汲み上げることができる（図２では破線および点線で示す）。冷却流体により熱交換を介して温められた海水は、船舶冷却器２２２を離れて、例えば、ポンプＢ２２６を経由して船舶から排出される。周囲海水は船舶を取り囲む空気の温度より低い温度を有することがあるので、より大きな熱交換が冷却流体と海水との間に発生する場合がある。さらに、船舶冷却器２２２が液冷式液体熱交換器であって、液冷式液体熱交換器が液冷式空気熱交換器より高い熱伝達率を提供するので、冷却流体のさらに大きな冷却が発生する。さらに、大量の海水があって、海水を冷却する必要がないので、冷却流体の低温を維持することができる。しかし、他の実施形態では、例えば機関車、オフハイウェイ車両、または固定した実施形態などでは、船舶冷却器は液冷式空気熱交換器であってもよい。

このように、周囲海水の比較的低い温度および液体間熱伝達により、海水は、空気に基づく冷却システムと比較して、冷却流体のさらなる冷却を提供することができる。したがって、より小さいＥＧＲ冷却器を用いることができ、それによって、例えば、冷却システムのサイズおよびコストを低減することができる。さらに、ＥＧＲ冷却器２１４がエンジン２０２と直列に配置されるので、冷却流体回路を流れる冷却流体の量を減らすことができる。例えば、ＥＧＲ冷却器およびエンジンが並列に配置される場合には、ＥＧＲ冷却器およびエンジンに冷却流体の同程度の流れを供給するために、より大きな量の冷却流体が必要である。

実施形態は、方法（例えば、冷却流体回路のための方法）に関する。本方法は、ポンプを用いて冷却流体を加圧するステップと、エンジンから再循環された排気ガスを冷却するために、ポンプにより加圧された冷却流体を排気ガス再循環冷却器に導くステップと、を含む。本方法は、排気ガス再循環冷却器から出る冷却流体を、それをポンプに戻す前にエンジンに導くことによって、エンジンを冷却するステップをさらに含む。方法（冷却流体回路のための）の別の実施形態の実施例を、図３のフローチャートに示す。具体的には、方法３００は、例えば図２を参照して上述した冷却流体回路２１６などの船舶に配置される冷却流体回路を通るように冷却流体を導く。

本方法のステップ３０２で、ポンプに冷却流体を供給する。冷却流体は、例えば、船舶冷却器からの冷却された冷却流体であってもよい。いくつかの実施例では、冷却流体の温度が上昇するように、船舶冷却器からの冷却された冷却流体をエンジンから出る冷却流体と混合することができる。

ステップ３０４で、ポンプにより冷却流体を加圧する。ポンプの出力圧力は、冷却流体の沸点、ならびにＥＧＲ冷却器および／またはエンジンによる冷却流体への予想される熱伝達量に基づくことができる。例えば、冷却流体がその沸点を越えないように、冷却流体を加圧することができる。

排気ガス再循環のためのＥＧＲ冷却器を通過する排気ガスを冷却するために、ステップ３０６で、加圧された冷却流体をポンプからＥＧＲ冷却器に導く。例えば、排気ガスが冷却され、冷却流体が温められるように、排気ガスから冷却流体へ熱が伝達される。ステップ３０８で、エンジンを冷却するために、ＥＧＲ冷却器から出た冷却流体をＥＧＲ冷却器と直列に配置されたエンジンに導く。例えば、冷却流体の温度が上昇し、エンジンが冷却されるように、エンジンの様々な構成要素から冷却流体へ熱が伝達される。

ステップ３１０で、冷却流体のエンジン放出温度を決定する。例えば、冷却流体回路は、エンジン冷却流体出口にある温度センサーを含むことができる。別の実施例として、冷却流体の温度は、サーモスタットで決定することができる。

ステップ３１２で、エンジンから放出される冷却流体の温度が第１のしきい値温度より低いか否かを決定する。冷却流体温度が第１のしきい値温度より低いと決定された場合には、本方法はステップ３１４に進み、エンジンを流れる冷却流体の流れが減少するようにサーモスタットを閉じる。一方、エンジンから放出される冷却流体の温度が第１のしきい値温度より高い場合には、本方法はステップ３１６に進み、温度が第２のしきい値温度より低いか否かを決定する。ここで、第２のしきい値温度は第１のしきい値温度より高い。

エンジンから放出される冷却流体の温度が第２のしきい値温度より低いと決定された場合には、本方法はステップ３１８に進み、冷却流体の少なくとも一部が船舶冷却器を迂回するように、サーモスタットを調整する。このように、例えば、ＥＧＲ量が減少してＥＧＲ冷却器の排気ガスから冷却流体への熱伝達が減少する場合であっても、エンジンの温度は高い温度に維持されて、エンジン効率を維持することができる。逆に、エンジンから放出される冷却流体の温度が第２のしきい値温度より高い場合には、本方法はステップ３２０に進み、冷却流体の全てを船舶冷却器に導く。

このように、冷却流体回路においてＥＧＲ冷却器およびエンジンを直列に配置することによって、冷却流体がＥＧＲ冷却器を流れ、それからエンジンを流れるので、冷却流体回路を流れる冷却流体の量を少なくすることができる。冷却流体がエンジンに入る前に冷却流体がＥＧＲ冷却器によって温められるので、エンジンにおける熱交換をより少なくすることができ、結果としてエンジン動作温度をより高くしてエンジンの熱効率をより高くすることができる。さらに、冷却流体がＥＧＲ冷却器に入る前に冷却流体がポンプによって加圧されるので、冷却流体を沸騰させる可能性を少なくすることができる。

別の実施形態は、システム、例えば、船舶または他の車両のためのシステムに関する。システムは、冷却流体を保持するための貯蔵部と、排気ガス再循環冷却器と、エンジンと、冷却流体回路と、を含む。（貯蔵部はタンクであってもよいが、戻り管路または他の導管であってもよい。すなわち、必ずしも貯蔵部が大量の冷却流体を保持する必要があるというわけではない。図２の符号２１６で示すように、貯蔵部を一般的に示す。）冷却流体回路は、貯蔵部、排気ガス再循環冷却器、およびエンジンを相互接続する。冷却流体回路は、貯蔵部から排気ガス再循環冷却器へ、さらにエンジンへ、そして貯蔵部に戻るように直列に冷却流体を導くように構成される。例えば、動作中には、冷却流体は上流から下流へと順番に流れていく。すなわち、冷却流体回路の第１の導管を通って、貯蔵部の出口から排気ガス再循環冷却器の入口へと流れ、排気ガス再循環冷却器を通り、冷却流体回路の第２の導管を通って、排気ガス再循環冷却器の出口からエンジンの冷却システム（例えば、冷却ジャケット）の入口へと流れ、エンジンの冷却システムを通り、そして、冷却流体回路の第３の導管を通って、エンジン冷却システムの出口から貯蔵部の入口へと流れる。別の実施形態では、システムは、貯蔵部および冷却流体回路と動作可能に結合されるポンプをさらに含み、ポンプは、冷却流体回路を通って導かれる冷却流体に加圧するように構成される。

別の実施形態は、システム、例えば、船舶または他の車両のためのシステムに関する。システムは、ポンプ、排気ガス再循環冷却器、エンジン、および冷却流体回路を含む。冷却流体回路は、ポンプ、排気ガス再循環冷却器、およびエンジンを相互接続する。冷却流体回路は、ポンプによって加圧された冷却流体を、ポンプから排気ガス再循環冷却器へ、さらにエンジンへ、そしてポンプに戻る（または、ポンプが冷却流体を受け取るために動作可能に結合される戻り管路または他の貯蔵部に戻る）ように直列に導くように構成される。例えば、動作中には、ポンプによって加圧された冷却流体は上流から下流へと順番に流れていく。すなわち、冷却流体回路の第１の導管を通って、ポンプの出口から排気ガス再循環冷却器の入口へと流れ、排気ガス再循環冷却器を通り、冷却流体回路の第２の導管を通って、排気ガス再循環冷却器の出口からエンジンの冷却システム（例えば、冷却ジャケット）の入口へと流れ、エンジンの冷却システムを通り、そして、冷却流体回路の第３の導管を通って、エンジン冷却システムの出口からポンプ（または貯蔵部）の入口へと流れる。

本明細書において、単数で述べられた要素またはステップは、これらの複数を除外すると明示的に述べない限り、前記要素またはステップの複数を除外しないものとして理解すべきである。さらにまた、本発明の「一実施形態」の参照は、述べた特徴を組み込む付加的な実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図しない。さらに、そうではないと明示的に述べられない限り、特定の特性を有する１つまたは複数の要素を「備える」、「含む」、または「有する」実施形態は、その特性をもたない付加的なこのような要素を含んでもよい。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「そこにおいて（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、それぞれ「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこにおいて（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語の平易な英語に相当するものとして用いられる。さらに、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などの用語は、単にラベルとして用いており、それらの対象物に対して数の要件または特定の位置の順序を課すことを意図するものではない。

この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、当業者が本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。

１００ 船舶
１０１ 水体
１０２ エンジンシステム
１０４ エンジン
１０５ 非ドナーシリンダ
１０６ プロペラ
１０７ ドナーシリンダ
１１４ 吸気流路
１１５ 吸気マニホールド
１１６ 排気流路
１１７ 非ドナーシリンダ排気マニホールド
１１９ ドナーシリンダ排気マニホールド
１２０ ターボチャージャ
１２１ タービン
１２２ コンプレッサ
１２３ シャフト
１２８ ウェイストゲート
１３０ 排気ガス処理システム
１３４ 給気冷却器
１６０ ＥＧＲシステム
１６２ ＥＧＲ流路
１６４ 第１のバルブ
１６６ ＥＧＲ冷却器
１７０ 第２のバルブ
１７２ ＥＧＲミキサー
１８０ コントローラ
１９０ ビルジシステム
１９２ 第１のポンプ「Ａ」
１９４ ポンプ「Ｂ」
２００ システム
２０２ エンジン
２０４ コントローラ
２０６ 給気冷却器
２０８ 吸気流路
２１０、２１２ 排気流路
２１４ ＥＧＲ冷却器
２１６ 冷却流体回路
２１８ ポンプ
２２０ サーモスタット
２２２ 船舶冷却器
２２４ ポンプＡ
２２６ ポンプＢ
３００ 方法
３０２〜３２０ ステップ

Claims (18)

1. 排気ガス再循環冷却器（１６６、２１４）と、
   前記排気ガス再循環冷却器（１６６、２１４）およびエンジン（１０４、２０２）が、前記排気ガス再循環冷却器（１６６、２１４）が前記エンジン（１０４、２０２）の上流に配置されるように直列に位置決め可能である冷却流体回路（２１６）と、
   前記冷却流体回路（２１６）に配置される船舶冷却器（２２２）と、
   を含み、
   前記船舶冷却器（２２２）は、前記冷却流体回路（２１６）の冷却流体を冷却するために、周囲の海水を注入するビルジ水システム（１９０）に結合される、
   システム（２００）。
2. 前記船舶冷却器（２２２）は、液冷式液体熱交換器である、請求項１に記載のシステム（２００）。
3. 前記冷却流体回路（２１６）に配置され、前記排気ガス再循環冷却器（１６６、２１４）の上流に配置されるポンプ（２１８）をさらに含み、前記ポンプ（２１８）は、前記排気ガス再循環冷却器（１６６、２１４）に加圧冷却流体を供給するように動作可能である、請求項１または２に記載のシステム（２００）。
4. 前記ポンプ（２１８）は、前記エンジン（１０４、２０２）のクランクシャフトと共に回転するように、前記クランクシャフトに機械的に結合される、請求項３に記載のシステム（２００）。
5. 前記エンジン（１０４、２０２）と結合される高圧排気ガス再循環システム（１６０）をさらに含み、前記排気ガス再循環冷却器（１６６、２１４）は、前記高圧排気ガス再循環システム（１６０）において結合される、請求項１から４のいずれかに記載のシステム（２００）。
6. 前記エンジン（１０４、２０２）は、前記排気ガス再循環システム（１６０）に排気ガスを供給するように構成されるドナーシリンダ（１０７）をさらに含む、請求項５に記載のシステム（２００）。
7. 前記システム（２００）は船舶（１００）に配置される、請求項１から６のいずれかに記載のシステム（２００）。
8. 前記冷却流体回路（２１６）に配置され、前記エンジン（１０４、２０２）の下流に配置されるサーモスタット（２２０）をさらに含み、前記サーモスタット（２２０）は、エンジン（１０４、２０２）から放出される冷却流体の温度を保持するように動作可能である、請求項１から７のいずれかに記載のシステム（２００）。
9. ポンプ（２１８）により冷却流体を加圧するステップ（３０４）と、
   前記ポンプ（２１８）によって加圧された前記冷却流体を、エンジン（１０４、２０２）から再循環された排気ガスを冷却するための排気ガス再循環冷却器（１６６、２１４）に導くステップ（３０６）と、
   前記排気ガス再循環冷却器（１６６、２１４）から出る冷却流体を、それを前記ポンプ（２１８）に戻す前に前記エンジン（１０４、２０２）に導くことによって、前記エンジン（１０４、２０２）を冷却するステップ（３０８）と、
   冷却流体を、前記エンジン（１０４、２０２）から、ビルジ水システム（１９０）を介して前記冷却流体を冷却するように動作可能な船舶冷却器（２２２）を通り、それから前記船舶冷却器（２２２）から前記ポンプ（２１８）へ導くことによって、前記冷却流体を冷却するステップ（３２０）と、
   を含む方法（３００）。
10. 前記船舶冷却器（２２２）は船舶（１００）に配置される、請求項９に記載の方法（３００）。
11. 外部から前記船舶（１００）へ海水を引き込むステップと、
    前記船舶冷却器（２２２）の前記冷却流体を冷却した後に前記船舶（１００）から前記海水を排出するステップと、をさらに含む、請求項１０に記載の方法（３００）。
12. サーモスタット（２２０）により前記エンジン（１０４、２０２）から出る冷却流体の温度を保持するステップをさらに含む、請求項９から１１のいずれかに記載の方法（３００）。
13. 前記エンジン（１０４、２０２）のドナーシリンダ（１０７）から前記排気ガス再循環冷却器（１６６、２１４）に排気ガスを供給するステップをさらに含む、請求項９から１２のいずれかに記載の方法（３００）。
14. 船舶（１００）のためのシステム（２００）であって、
    エンジン（１０４、２０２）と、
    冷却流体回路（２１６）において前記エンジン（１０４、２０２）の上流に配置される排気ガス再循環冷却器（１６６、２１４）を有する排気ガス再循環システム（１６０）と、
    前記排気ガス再循環冷却器（１６６、２１４）に高圧冷却流体を提供するように動作可能なポンプ（２１８）と、
    前記冷却流体回路（２１６）において前記ポンプ（２１８）の上流に配置され、前記船舶（１００）のビルジ水システム（１９０）を介して前記冷却流体を冷却するように動作可能な船舶冷却器（２２２）と、
    を含む、システム（２００）。
15. 前記ビルジ水システム（１９０）は、前記冷却流体を冷却するために、前記船舶冷却器（２２２）を通して周囲の海水を注入するように動作可能である、請求項１４に記載のシステム（２００）。
16. 前記排気ガス再循環システム（１６０）は、ドナーシリンダ排気ガス再循環システムである、請求項１４または１５に記載のシステム（２００）。
17. ターボチャージャ（１２０）をさらに含み、前記排気ガス再循環システム（１６０）の排気ガス再循環入口は、前記エンジン（１０４、２０２）の吸気流路（１１４）にある前記ターボチャージャ（１２０）の下流に配置される、請求項１４から１６のいずれかに記載のシステム（２００）。
18. 前記船舶冷却器（２２２）は液冷式液体熱交換器であり、前記船舶冷却器（２２２）は外部から前記船舶（１００）への周囲の海水により前記冷却流体を冷却するように構成される、請求項１４から１７のいずれかに記載のシステム（２００）。