(57)【要約】【課題】エンジンの冷却性能及び車両の燃費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】インタークーラー用冷却水１３が流れるサブラジエータ２と、エンジン本体用冷却水２３及びＥＧＲクーラー用冷却水２４が流れるラジエータ３と、冷却ファン４とからなるエンジン冷却システム１Ａにランキンサイクル３４を設け、ラジエータ３の入口側冷却水３５の一部をランキンサイクル３４の蒸発器２９の加熱源に、サブラジエータ２の出口側冷却水３８の一部を凝縮器３２の冷却源に、それぞれ用いるとともに、蒸発器２９を通過した冷却水３６と凝縮器３２を通過した冷却水３９とをラジエータ３の出口側冷却水３７に合流させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インタークーラー用の冷却水が流れるサブラジエータと、エンジン本体用の冷却水及びＥＧＲクーラー用の冷却水が流れるラジエータと、冷却ファンとを車両の前面から順に配置してなるエンジン冷却システムにおいて、
冷媒ポンプ、蒸発器、発電機に連結された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を設け、
前記ラジエータの入口側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冷却水の一部を前記凝縮器の冷却源に、それぞれ用いることで前記ランキンサイクルを運転して前記発電機に電力を発電させるとともに、
前記蒸発器を通過した冷却水と前記凝縮器を通過した冷却水とを前記ラジエータの出口側冷却水に合流させることを特徴とするエンジン冷却システム。
【請求項２】
前記ラジエータへ流入する冷却水の流量を調節するサーモスタットと、前記サーモスタットを通過する冷却水の温度を測定する水温計と、前記蒸発器を通過した冷却水及び前記凝縮器を通過した冷却水が前記ラジエータの出口側冷却水に合流する流量を調節する電磁弁と、制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記水温計の測定値が前記サーモスタットの開弁が開始される温度Ｔ１以上であるときは前記電磁弁を開弁する一方で、前記水温計の測定値が前記温度Ｔ１未満であるときは、該測定値が該温度Ｔ１以上になるまで前記電磁弁を閉弁する請求項１に記載のエンジン冷却システム。
【請求項３】
前記ラジエータへ流入する冷却水の流量を調節するサーモスタットと、前記サーモスタットを通過する冷却水の温度を測定する水温計と、前記ラジエータから流出する冷却水の流量を調節する電磁弁と、制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記水温計の測定値が前記サーモスタットの開弁が開始される温度Ｔ１以上、かつ該サーモスタットが全開する温度Ｔ２未満であるときは前記電磁弁を閉弁する一方で、前記水温計の測定値が前記温度Ｔ２以上であるときは前記電磁弁を開弁する請求項１に記載のエンジン冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジン冷却システムに関し、更に詳しくはエンジンの冷却性能及び車両の燃費を向上することができるエンジン冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
登坂中や高積載量下で車両を加速すると、エンジンが高負荷状態になるので、そのエンジンを冷却するために、ラジエータにおける車速風と冷却ファンによる冷却風とを用いて熱を大気中へ放出するようになっている（例えば、特許文献１を参照）。現在の車両には、排ガス低減を目的とするＥＧＲシステムなどのように、エンジンでの燃焼で発生した熱エネルギーを冷却水で吸収する部品が多く備えられているが、従来から設置されている高流量ラジエータ及びインタークーラー用の低水温サブラジエータは、車載レイアウトの制限から大型化することが困難である。その故、エンジンの高負荷時には、オーバーヒートプロテクション（ＯＨＰ）によるエンジンの出力制限とそれによる発熱量の制限とを行っている状況であるため、エンジンの冷却性能の向上が求められている。
【０００３】
また、車両の各部で発生した熱エネルギーを冷却水で回収しているにもかかわらず、上述したように大気中に放出している状況であるため、その回収した熱エネルギーを有効利用することで車両の燃費を向上することも求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１８８９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、エンジンの冷却性能及び車両の燃費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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、インタークーラー用の冷却水が流れるサブラジエータと、エンジン本体用の冷却水及びＥＧＲクーラー用の冷却水が流れるラジエータと、冷却ファンとを車両の前面から順に配置してなるエンジン冷却システムにおいて、冷媒ポンプ、蒸発器、発電機に連結された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を設け、前記ラジエータの入口側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冷却水の一部を前記凝縮器の冷却源に、それぞれ用いることで前記ランキンサイクルを運転して前記発電機に電力を発電させるとともに、前記蒸発器を通過した冷却水と前記凝縮器を通過した冷却水とを前記ラジエータの出口側冷却水に合流させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のエンジン冷却システムによれば、ラジエータを循環する高温の冷却水と、サブラジエータを循環する低温の冷却水との温度差を利用して運転されるランキンサイクルを設置したので、エンジン本体用及びＥＧＲクーラー用の冷却水の一部が、空冷よりも熱効率が高いランキンサイクルにより冷却されるので、エンジンの冷却性能が向上する。
【０００８】
また、ランキンサイクルにおいて冷却水から回収された熱を電力に変換することで熱エネルギーを有効利用し、かつ冷却ファンやウォーターポンプの負荷を低減するので、車両の燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態からなるエンジン冷却システムの構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態からなるエンジン冷却システムの構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における制御内容を説明するフロー図である。
【図４】本発明の第３の実施形態からなるエンジン冷却システムの構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態における制御内容を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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、本発明の第１の実施形態からなるエンジン冷却システムを示す。
【００１１】
このエンジン冷却システム１Ａは、車両の前面から順に配置されたサブラジエータ２、ラジエータ３及び冷却ファン４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、車速風や冷却ファンの冷却風を利用した空冷により冷却水を冷却する。
【００１２】
エンジン冷却システム１Ａの冷却対象となるディーゼルエンジン５では、吸気通路６へ吸入された空気Ａは、吸入空気７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８のコンプレッサー９により圧縮され、水冷式のインタークーラー１０で冷却された後にインテークマニホールド１１を経てエンジン本体１２に供給される。
【００１３】
インタークーラー１０での冷却に用いられるインタークーラー用冷却水１３は、インタークーラー用サーモスタット１４で温度を調整されつつ、サブラジエータ２との間でウォータポンプ１５により強制的に循環される。
【００１４】
エンジン本体１２に供給された吸入空気７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１６となってエキゾーストマニホールド１７から排気通路１８へ排気されるが、その一部はインタークーラー１０の下流側の吸気通路６に接続するＥＧＲ通路１９にＥＧＲガス２０となって分流する。ＥＧＲ通路１９には、水冷式のＥＧＲクーラー２１と、ＥＧＲガス２０の流量を調整するＥＧＲ弁２２とが、排気通路１８側から順に配置されている。
【００１５】
エンジン本体１２を冷却するエンジン本体用冷却水２３と、ＥＧＲクーラー２１での冷却に用いられるＥＧＲクーラー用冷却水２４とは、サーモスタット２５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１５によりそれぞれ強制的に循環される。一方、サーモスタット２５から分流した冷却水２６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２４には、通常はエンジン本体用冷却水２３の一部が流用される。
【００１６】
ＥＧＲ通路１９に分流しなかった燃焼ガス１６は、ターボチャージャー８のタービン２７を回転駆動させた後に、排ガスＧとなって大気中へ放出される。
【００１７】
このようなエンジン冷却システム１Ａにおいて、冷媒ポンプ２８、蒸発器２９、発電機３０に連結された膨張器３１（タービン）及び凝縮器３２を冷媒３３が順に循環してなるランキンサイクル３４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。
【００１８】
具体的には、ランキンサイクル３４における蒸発器２９の加熱側には、ラジエータ３の入口側冷却水３５（加熱後のエンジン本体用冷却水２３及びＥＧＲクーラー用冷却水２４）の一部がサーモスタット２５の上流側から分流しており、蒸発器２９を通過後の冷却水３６はラジエータ３の出口側冷却水３７（冷却後のエンジン本体用冷却水２３及びＥＧＲクーラー用冷却水２４）へ合流する。
【００１９】
また、凝縮器３２の冷却側には、サブラジエーター２の出口側冷却水３８（冷却後のインタークーラー用冷却水１３）の一部がインタークーラー１０の入口近傍から分流しており、凝縮器３２を通過後の冷却水３９はラジエータ３の出口側冷却水３７へ合流する。
【００２０】
ランキンサイクル３４を循環する冷媒３３は、冷媒ポンプ２８で圧縮され、蒸発器２９においてラジエータ３の入口側冷却水３５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３１で断熱膨張しつつ発電機３０を回転駆動して発電した後に、凝縮器３２においてサブラジエータ２の出口側冷却水３８により定圧的に冷却されて液体に戻る。
【００２１】
このように、ラジエータ３を循環する高温の冷却水と、サブラジエータ２を循環する低温の冷却水との温度差を利用して運転されるランキンサイクル３４を設置するようにしたので、エンジン本体用冷却水２３及びＥＧＲクーラー用冷却水２４の一部が、空冷よりも熱効率が高いランキンサイクル３４により冷却されるので冷却性能が向上する。また、ランキンサイクル３４において冷却水から回収された熱を電力に変換することで、オルタネータによる発電を減少するなどして熱エネルギーを有効利用し、かつ冷却ファン４やウォーターポンプ１５の負荷を低減するので、車両の燃費を向上することができる。
【００２２】
図２は、本発明の第２の実施形態からなるエンジン冷却システムを示す。なお、図１と同じ部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２３】
このエンジン冷却システム１Ｂは、ランキンサイクル３４における蒸発器２９を通過後の冷却水３６と凝縮器３２を通過後の冷却水３９とを、電磁弁４０を介してラジエータ３の出口側冷却水３７へ合流させるようにしている。また、ラジエータ３の入口側冷却水３５の温度を測定する水温計４１を設置している。それらの電磁弁４０及び水温計４１は、冷媒ポンプ２８とともに、制御手段であるＥＣＵ４２に信号線（一点鎖線で示す）を通じて接続されている。
【００２４】
このＥＣＵ４２による制御内容を、図３に基づいて以下に説明する。
【００２５】
ＥＣＵ４２は、水温計４１の測定値を入力し（Ｓ１０）、その測定値がサーモスタット２５の開弁が開始される温度Ｔ１以上であるかを判定する（Ｓ１１）。なお、温度Ｔ１は、車両の仕様により予め設定されており、例えば約８０℃の値が例示される。
【００２６】
そして、測定値が温度Ｔ１以上である場合には冷却水３５の冷却が必要であると判断し、電磁弁４０を開弁し（Ｓ１２）、かつ冷媒ポンプ２８を起動する（Ｓ１３）ことによりランキンサイクル３４の運転を開始する（Ｓ１４）。
【００２７】
このような制御により、適切なタイミングでランキンサイクル３４による冷却水３５の冷却を実施することができるため、エンジン冷却システム１Ｂの冷却性能を効率化することができる。
【００２８】
一方で、水温計４１の測定値が温度Ｔ１未満である場合には、エンジン本体１２が暖機運転時であると判断し、その測定値が温度Ｔ１以上になるまで、電磁弁４１を閉弁し（Ｓ１５）、かつ冷媒ポンプ２８を停止する（Ｓ１６）ことによりランキンサイクル３４の運転を停止する（Ｓ１７）。
【００２９】
このような制御により、ランキンサイクル３４によってエンジン本体１２の暖機運転が妨げられなくなるため、エンジン本体１２の暖機を早期に完了させることができる。
【００３０】
図４は、本発明の第３の実施形態からなるエンジン冷却システムを示す。なお、図１、２と同じ部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
このエンジン冷却システム１Ｃは、ランキンサイクル３４における蒸発器２９の加熱側に、ラジエータ３の入口側冷却水３５の一部をサーモスタット２５の下流側から分流させている。また、ラジエータ３の出口に電磁弁４３を設けるともに、制御手段であるＥＣＵ４２に信号線（一点鎖線で示す）を通じて接続させている。
【００３２】
このＥＣＵ４２による制御内容を、図５に基づいて以下に説明する。
【００３３】
ＥＣＵ４２は、水温計４１の測定値を入力し（Ｓ２０）、その測定値がサーモスタット２５の開弁が開始される温度Ｔ１以上であるかを判定する（Ｓ２１）。そして、測定値が温度Ｔ１以上である場合には、冷媒ポンプ２８を起動して（Ｓ２２）ランキンサイクル３４の運転を開始する（Ｓ２３）。
【００３４】
一方、水温計４１の測定値が温度Ｔ１未満である場合には、電磁弁４３を閉弁して（Ｓ２４）、制御の開始へ戻る。
【００３５】
次に、水温計４１の測定値がサーモスタット２５が全開となる温度Ｔ２以上であるかを判定する（Ｓ２５）。なお、温度Ｔ２は、車両の仕様により予め設定されており、例えば約１００℃の値が例示される。
【００３６】
そして、測定値が温度Ｔ２以上である場合には、電磁弁４３を開弁して（Ｓ２６）、ラジエータ３に冷却水３５の一部を分流させる（Ｓ２７）。
【００３７】
一方、水温計４１の測定値が温度Ｔ１以上かつ温度Ｔ２未満である場合には、電磁弁４３を閉弁して（Ｓ２４）、制御の開始へ戻る。
【００３８】
このような制御により、エンジン本体１２の熱負荷が比較的低い場合には、熱効率が高いランキンサイクル３４のみにて冷却水３５を冷却する一方で、エンジン本体１２の熱負荷が比較的高くなると、ラジエータ３による空冷でも冷却水３５を冷却するので、エンジン冷却システム１Ｃの冷却性能を更に効率化することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  エンジン冷却システム
２  サブラジエータ
３  ラジエータ
４  冷却ファン
１０  インタークーラー
１２  エンジン本体
１３  インタークーラー用冷却水
２１  ＥＧＲクーラー
２３  エンジン本体用冷却水
２４  ＥＧＲクーラー用冷却水
２５  サーモスタット
２８  冷媒ポンプ
２９  蒸発器
３０  発電機
３１  膨張器
３２  凝縮器
３３  冷媒
３４  ランキンサイクル
３５  （ラジエータの）入口側冷却水
３７  （ラジエータの）出口側冷却水
３８  （サブラジエータの）出口側冷却水
４０、４３  電磁弁
４１  水温計
４２  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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