WO2015064302A1 - エンジン冷却システム - Google Patents

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    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the present invention relates to an engine cooling system, and more particularly to an engine cooling system that improves the performance of the Rankine cycle while suppressing an increase in the amount of vehicles due to the Rankine cycle.
  • a Rankine cycle is mounted on a vehicle as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-51582 (Patent Document 1) for the purpose of recovering engine waste heat and improving fuel efficiency. It has been proposed to do.
  • the engine body cooling water heated by the engine body is used as the Rankine cycle heating source, and the intercooler cooling water cooled by the sub-radiator is used as the cooling source, thereby compressing the temperature difference between these cooling waters. It can be recovered as motive energy in the machine (turbine).
  • the temperature difference of the cooling water has to be relatively small, so that the performance of Rankine cycle can be fully exerted to further improve fuel efficiency. It was difficult to plan.
  • An object of the present invention is to provide an engine cooling system capable of improving the performance of the Rankine cycle while suppressing an increase in the amount of vehicles due to the mounting of the Rankine cycle.
  • the engine cooling system of the present invention that achieves the above object includes a Rankine cycle in which refrigerant is circulated in order through a refrigerant pump, an evaporator, an expander, and a condenser, and an engine body in which a supercharger is interposed in an intake passage. And a radiator through which cooling water for the engine body circulates, a sub-radiator is installed in parallel with the radiator, and the compressed air compressed by the supercharger is heated by the evaporator In addition to being used as a source, cooling water on the outlet side of the sub-radiator is used as a cooling source for the condenser.
  • compressed air having a temperature higher than that of conventional engine main body cooling water is used as a heating source of the evaporator in the Rankine cycle. Can be improved.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an engine cooling system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an engine cooling system according to an embodiment of the present invention.
  • This engine cooling system includes a sub-radiator 2 and a radiator 3 arranged in order from the front of the vehicle 1.
  • the sub-radiator 2 and the radiator 3 perform cooling by air cooling using vehicle speed air or cooling air from a cooling fan (not shown) when the vehicle 1 is traveling or idling.
  • the compressed air 8 supplied to the engine body 10 is mixed with fuel and combusted to generate thermal energy, and then becomes combustion gas 11 and is exhausted from the exhaust manifold 12 to the exhaust passage 13. Is diverted as EGR gas 15 to the EGR passage 14 connected to the intake passage 5 in front of the intake manifold 9.
  • a water-cooled EGR cooler 16 and an EGR valve 17 that adjusts the flow rate of the EGR gas 15 are arranged in this order from the exhaust passage 13 side.
  • the engine main body cooling water 18 that cools the engine main body 10 and the EGR cooler cooling water 19 that is used for cooling in the EGR cooler 15 are water pump 21 between the radiator 3 and the flow rate of which is adjusted by the thermostat 20. Each is forced to circulate.
  • the cooling water 22 diverted from the thermostat 19 when the engine body 10 is warmed up circulates without passing through the radiator 3.
  • a part of the engine main body cooling water 18 is usually used as the EGR cooler cooling water 19.
  • the combustion gas 11 that has not been split into the EGR passage 15 is rotated to drive the turbine 23 of the turbocharger 6, and then the exhaust gas G is purified by the exhaust gas purification device 24 made of DPF, SCR, etc., and becomes exhaust gas G. Released into.
  • a Rankine cycle 31 is provided in which a refrigerant 30 is circulated in order through a refrigerant pump 25, an evaporator 26, an expander 28 connected to a generator 27, and a condenser 29.
  • the cooling side of the condenser 29 in the Rankine cycle 31 leads from the outlet side of the sub radiator 2 to the inlet side of the water pump 21, and the outlet side cooling water 32 of the sub radiator 2 (cooled engine main body cooling water 18 after cooling). And a part of the EGR cooler cooling water 19).
  • the heating side of the evaporator 26 of the Rankine cycle 31 is interposed in the intake passage 5 between the compressor 7 and the EGR passage 14 and is compressed by the compressor 7 to a high temperature (for example, about 160 ° C.). Compressed air 8 flows in.
  • the refrigerant 30 circulating in the Rankine cycle 31 is compressed by the refrigerant pump 25, is heated at a constant pressure by the high-temperature compressed air 8 in the evaporator 26, becomes high-pressure superheated steam, is adiabatically expanded by the expander 28, and the generator 27. After being driven to rotate and generate electric power, the condenser 29 is cooled at a constant pressure by the outlet side cooling water 32 of the sub-radiator 2 and returns to the liquid. The electric power generated by the generator 27 is charged in a battery (not shown) and becomes a power source for electrical components of the vehicle 1.
  • the compressed air 8 having a higher temperature is used instead of the engine main body cooling water 18 as in the prior art.
  • Such performance can be improved and fuel consumption can be improved.
  • the cooling target of the engine cooling system of the present invention is not limited to the diesel engine 4 as described above, but also includes a gasoline engine.

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Abstract

　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は、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）の冷却源に用いて構成する。

Description

エンジン冷却システム
　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、例えば日本出願の特開平１１－５１５８２号公報（特許文献１）に記載されているように、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、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。
日本出願の特開平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。
図１は、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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