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JP2015086778A - エンジン冷却システム - Google Patents

エンジン冷却システム Download PDF

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拓 本田
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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】ラジエータ３の入口側冷却水３３の一部を第１蒸発器２８の加熱源に、サブラジエータ２の出口側冷却水３４の一部を第１凝縮器３０の冷却源に、それぞれ用いるランキンサイクル３２を搭載した車両１において、エアコン用冷却サイクル４１における第２膨張器３７、第２蒸発器３８及び圧縮機３９を通過して気化した第２冷媒４０を、ランキンサイクル３２の第１凝縮器３０の被冷却側を通過させることで冷却して液化する。
【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。
一方で、上記のエンジン本体用冷却水及びインタークーラ用冷却水は、車両の前面に配置されたラジエータ及びサブラジエータにおいて、それぞれ空冷により冷却されるが、それらのラジエータ及びサブラジエータよりも前方にはエアコン用の凝集器（コンデンサ）が配置されているため、車速風の通過が妨げられて、ランキンサイクルに十分な温度差を有する冷却水を提供できないおそれもある。
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第１の冷媒が順に循環してなるランキンサイクルと、液体状の第２の冷媒の気化を利用して車両を冷房するエアコン用の冷却サイクルと、車両の前面に配置されたエンジン本体用の冷却水が流れるラジエータ、及びインタークーラ用の冷却水が流れるサブラジエータとを備え、前記ラジエータの入口側の冷却水の一部を前記蒸発器の加熱源に、前記サブラジエータの出口側の冷却水の一部を前記凝縮器の冷却源に、それぞれ用いるエンジン冷却システムにおいて、前記気化した第２の冷媒を、前記凝縮器における前記サブラジエータの出口側の冷却水の一部を用いて冷却することで再び液化させ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、エアコン用の冷却サイクルにおいて気化した冷媒の液化を、従来のように車両の前面に配置された空冷式の凝縮器ではなく、ランキンサイクルの蒸発器においてサブラジエータの出口側の冷却水の一部を利用して行うようにしたので、そのような空冷式の凝縮器を車両を設ける必要がなく、かつエアコン用の冷却サイクルを水冷化して全体を小型化できるため、ランキンサイクルの搭載に伴う車重の増加を抑えることができる。
また、車両の前面からエアコン用の空冷式の凝縮器が撤去されるため、サブラジエータ及びラジエータの通気抵抗が減少するので、ランキンサイクルに十分な温度差を有する冷却水を提供して、ランキンサイクルの性能を向上することができる。
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、吸入空気６となって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７のコンプレッサー８により圧縮され、水冷式のインタークーラー９で冷却された後にインテークマニホールド１０を経てエンジン本体１１に供給される。
インタークーラー９での冷却に用いられるインタークーラー用冷却水１２は、サブラジエータ２との間でウォータポンプ１３により強制的に循環される。
エンジン本体１１に供給された吸入空気６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１４となってエキゾーストマニホールド１５から排気通路１６へ排気されるが、その一部はインタークーラー９の下流側の吸気通路５に接続するＥＧＲ通路１７にＥＧＲガス１８となって分流する。ＥＧＲ通路１７には、水冷式のＥＧＲクーラー１９と、ＥＧＲガス１８の流量を調整するＥＧＲ弁２０とが、排気通路１６側から順に配置されている。
エンジン本体１１を冷却するエンジン本体用冷却水２１と、ＥＧＲクーラー１９での冷却に用いられるＥＧＲクーラー用冷却水２２とは、サーモスタット２３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１３によりそれぞれ強制的に循環される。
一方、エンジン本体１１の暖機時などにサーモスタット２３から分流した冷却水２４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２２には、通常はエンジン本体用冷却水２１の一部が流用される。
ＥＧＲ通路１７に分流しなかった燃焼ガス１４は、ターボチャージャー７のタービン２５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２６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。
また、このエンジン冷却システムには、冷媒ポンプ２７、第１蒸発器２８、第１膨張器２９及び第１凝縮器３０を第１冷媒３１が順に循環してなるランキンサイクル３２が、サブラジエータ２及びラジエータ３からなる従来のエンジン冷却系と並列になるように設けられている。
このランキンサイクル３２における第１蒸発器２８の加熱側には、ラジエータ３の入口側冷却水３３（加熱後のエンジン本体用冷却水２１及びＥＧＲクーラー用冷却水２２）の一部がサーモスタット２３の上流側においてバイパスして流れるようになっている。
また、第１凝縮器３０の冷却側には、サブラジエーター２の出口側冷却水３４（空冷後のインタークーラー用冷却水１２）の一部がインタークーラー９の入口近傍から分流しており、第１凝縮器３０を通過後には冷却水３５となって、第１蒸発器２８を通過後の冷却水３６と合流するようになっている。
ランキンサイクル３２を流れる冷媒３１は、冷媒ポンプ２７において液体の状態で圧縮され、第１蒸発器２８においてラジエータ３の入口側冷却水３３の一部により定圧的に加熱されて高圧の過熱蒸気となり、第１膨張器２９で断熱膨張した後に、第１凝縮器３０においてサブラジエータ２の出口側冷却水３４の一部により定圧的に冷却されて再び液体に戻る。
このようなエンジン冷却システムにおいて、第２膨張器３７、第２蒸発器３８、圧縮機（コンプレッサー）３９及びランキンサイクル３２の第１凝縮器３０の被冷却側を、第２冷媒４０が順に循環してなるエアコン用冷却サイクル４１が備えられている。
このエアコン用冷却サイクル４１は、気体状の第２冷媒４０を圧縮機３９で圧縮して高温高圧の半液体とし、第１凝縮器３０においてサブラジエータ２の出口側冷却水３４の一部により冷却して更に液化し、第２膨張器３７で低圧低温の霧状の液体にした後に、第２蒸発器３８において空気との熱交換により再び気化させることで冷風を生成して車両１の冷房を行う。
このように、エアコン用冷却サイクル４１の第２冷媒４０の液化を、従来のように車両１の前面に配置されたエアコン用の空冷式の凝縮器ではなく、ランキンサイクル３２の第１蒸発器３０においてサブラジエータ２で空冷された出口側冷却水３４の一部を用いて行うようにしたので、空冷式の凝縮器を車両１を設ける必要がなく、かつエアコン用冷却サイクル４１を水冷化して全体を小型化できるため、ランキンサイクル３２の搭載に伴う車重の増加を抑えることができる。
また、車両１の前面からエアコン用の空冷式の凝縮器が撤去されるため、サブラジエータ２及びラジエータ３の通気抵抗が減少するので、ランキンサイクル３２に十分な温度差を有する冷却水３３、３４を提供して、ランキンサイクル３２の性能を向上することができる。
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
９ インタークーラ
１１ エンジン本体
１２ インタークーラ用冷却水
２１ エンジン本体用冷却水
２７ 冷媒ポンプ
２８ 第１蒸発器
２９ 第１膨張器
３０ 第１凝縮器
３１ 第１冷媒
３２ ランキンサイクル
３３ （ラジエータの）入口側冷却水
３４ （サブラジエータの）出口側冷却水
４１ エアコン用冷却サイクル

Claims (3)

  1. 冷媒ポンプ、蒸発器、膨張器及び凝縮器を第１の冷媒が順に循環してなるランキンサイクルと、液体状の第２の冷媒の気化を利用して車両を冷房するエアコン用の冷却サイクルと、車両の前面に配置されたエンジン本体用の冷却水が流れるラジエータ、及びインタークーラ用の冷却水が流れるサブラジエータとを備え、
    前記ラジエータの入口側の冷却水の一部を前記蒸発器の加熱源に、前記サブラジエータの出口側の冷却水の一部を前記凝縮器の冷却源に、それぞれ用いるエンジン冷却システムにおいて、
    前記気化した第２の冷媒を、前記凝縮器における前記サブラジエータの出口側の冷却水の一部を用いて冷却することで再び液化させることを特徴とするエンジン冷却システム。
  2. 前記エアコン用の冷却サイクルが、第２膨張器、第２蒸発器、圧縮機及び前記凝縮器の被冷却側を前記第２の冷媒が順に循環してなる請求項１に記載のエンジン冷却システム。
  3. 前記蒸発器を通過した前記ラジエータの入口側の冷却水と、前記凝縮器を通過した前記サブラジエータの出口側の冷却水とを合流させた後に前記ラジエータへ供給する請求項１又は２に記載のエンジン冷却システム。
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