(57)【要約】【課題】異常な温度上昇を回避させ得る内燃機関用冷却システムを提供する。【解決手段】内燃機関用冷却システム１００は、ラジエータ１１０，内燃機関１２０，スターリング機関１３０，冷媒調節手段１５１〜１５２，第１の冷媒経路を形成する配管（Ｐ４，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３），第２の冷媒経路を形成する配管（Ｐ６，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ５），温度センサ１８０，及び，制御装置１９０を有して構成される。同冷却システム１００によると、冷媒の温度情報に基づいてラジエータ１１０の機能低下に関する症状を把握し、仮に機能低下が発覚した場合、スターリング機関１３０によって冷媒冷却作用をアシスト的に与えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、ラジエータと、前記内燃機関の出力トルクに応じて吸熱部及び放熱部の機能を生じさせるスターリング機関と、前記ラジエータによって冷却された冷媒が循環する第１の冷媒経路と、前記スターリング機関の吸熱部によって冷却された冷媒が循環する第２の冷媒経路と、前記第１の冷媒経路及び前記第２の冷媒経路に流れる冷媒の循環状態を調節する冷媒調節手段と、前記冷媒の温度情報に基づいて前記冷媒の循環状態を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする内燃機関用冷却システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記冷媒の温度情報が属する温度域に応じて、前記冷媒の循環状態を制御する請求項１に記載の内燃機関用冷却システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第２の冷媒経路での冷媒循環を停止させ且つ第１の冷媒経路での冷媒循環を許可する第１の指令信号と、前記第１の冷媒経路での冷媒循環を停止させ且つ第２の冷媒経路での冷媒循環を許可する第２の指令信号と、を選択的に切換える請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用冷却システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第２の冷媒経路での冷媒循環を停止させ且つ第１の冷媒経路での冷媒循環を許可する第１の指令信号と、前記第１の冷媒経路での冷媒循環を停止させ且つ第２の冷媒経路での冷媒循環を許可する第２の指令信号と、前記第１の冷媒経路及び前記第２の冷媒経路の双方での冷媒循環を許可する第３の指令信号と、を選択的に切換える請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用冷却システムに関し、特に、複数の冷却装置を混成させたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、実開昭５９−０２４９３３号公報（特許文献１）では、インタークーラ式の内燃機関が紹介されている。かかる内燃機関では、自身とラジエータとの間に冷媒を循環させることで、機関で発生した熱量が外部へ放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５９−０２４９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に係る技術では、ラジエータに機能低下・故障が生じると冷媒温度が高くなり、内燃機関の温度上昇を招く。この場合、内燃機関では、所望の温度差が得られず、熱機関としての出力効率を低下させ、温度上昇が進行するとオーバーヒートの原因にも繋がる。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、異常な温度上昇を回避させ得る内燃機関用冷却システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明では次のような内燃機関用冷却システムの構成とする。即ち、内燃機関と、ラジエータと、前記内燃機関の出力トルクに応じて吸熱部及び放熱部の機能を生じさせるスターリング機関と、前記ラジエータによって冷却された冷媒が循環する第１の冷媒経路と、前記スターリング機関の吸熱部によって冷却された冷媒が循環する第２の冷媒経路と、前記第１の冷媒経路及び前記第２の冷媒経路に流れる冷媒の循環状態を調節する冷媒調節手段と、前記冷媒の温度情報に基づいて前記冷媒の循環状態を制御する制御装置とを備えることとする。
【０００７】
好ましくは、前記制御装置は、前記冷媒の温度情報が属する温度域に応じて、前記冷媒の循環状態を制御することとする。
【０００８】
好ましくは、前記制御装置は、前記第２の冷媒経路での冷媒循環を停止させ且つ第１の冷媒経路での冷媒循環を許可する第１の指令信号と、前記第１の冷媒経路での冷媒循環を停止させ且つ第２の冷媒経路での冷媒循環を許可する第２の指令信号と、を選択的に切換えることとする。より好ましくは、前記第１の冷媒経路及び前記第２の冷媒経路の双方での冷媒循環を許可する第３の指令信号を追加させ、前記第１の指令信号，前記第２の指令信号，及び，前記第３の指令信号を選択的に切換えると良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る内燃機関用冷却システムによると、冷媒の温度情報に基づいてラジエータの機能低下に関する症状を把握し、仮に機能低下が発覚した場合、スターリング機関によって冷媒冷却作用をアシスト的に与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る内燃機関用冷却システムの構成を示す図。
【図２】実施の形態に係るスターリング機関の構成を示す図。
【図３】実施の形態に係る冷媒循環状態の設定ルーチンを説明するフローチャート。
【図４】実施の形態に係る冷媒の循環状態を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関用冷却システムの構成が示されている。図示の如く、内燃機関用冷却システム１００は、ラジエータ１１０，内燃機関１２０，スターリング機関１３０，冷媒調節手段１５１〜１５２，第１の冷媒経路を形成する配管（Ｐ４，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３），第２の冷媒経路を形成する配管（Ｐ６，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ５），温度センサ１８０，及び，制御装置１９０を有して構成される。
【００１２】
ラジエータ１１０は、細管の外表面に熱交換フィンが設けられており、流入側に配管Ｐ３が接続され、排出側に配管Ｐ４が接続されている。また、ラジエータ１１０の近傍には、内燃機関１２０によって駆動される送風ファンが設けられている。ラジエータ１１０では、冷媒が「配管Ｐ３→細管→配管Ｐ４」の経路で通過し、細管を通過する際、冷媒の熱量が吸熱される。
【００１３】
内燃機関１２０は、シリンダ、このシリンダ内を摺動するピストン、ピストンの運動を回転トルクへ変換するクランクシャフト、シリンダに混合気を供給するインテークパイプ１６０、シリンダ内の混合気を燃焼させる点火プラグ、シリンダ内から燃焼ガスを排気させるエキゾーストパイプ１７０を備える。内燃機関１２０は、機関内部にウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットの双方の端部に配管Ｐ１，Ｐ２が接続される。従って、内燃機関１２０は、冷媒の循環が行われると、ウォータジャケットで熱交換が行われ機関構造部が冷却されることとなる。
【００１４】
周知の如く、内燃機関１２０は、シリンダ内の混合気を適宜のタイミングで燃焼させることで、クランクシャフトに回転トルクを発生させる。クランクシャフトの主たる回転トルクは、ミッションボックス（図示なし）を介し適宜のギヤ比でドライブシャフトへと伝達される。
【００１５】
但し、本実施の形態では、クランクシャフトにおける回転トルクの残りの部分（外燃機関駆動用トルク）が、動力伝達手段１４０を介してスターリング機関１３０へ伝達される。本実施の形態に係る動力伝達手段１４０は、加減速歯車を介してクランクシャフトに接続されており、これにより、スターリング機関１３０の運転サイクルが適宜に調整されている。
【００１６】
スターリング機関（Stirling Engine）は、一種の外燃機関であって、本実施の形態にあってはこれを逆サイクルとして利用する。図２に示す如く、スターリング機関１３０は、第１の機関部Ｘ１と第２の機関部Ｘ２とが設けられ、ディスプレーサ（細管構造）を介して双方の機関部が連通している。
【００１７】
各々の機関部Ｘ１，Ｘ２では、シリンダ内にピストン３１，３２が摺動自在に収容されている。ピストン３１，３２の一方では、ピストンロッド２１，２２を介してクランク部１１，１２に取付けられる。また、ピストン３１，３２の他方では、シリンダ４１，４２の上端で配管５１，５２が設けられ、当該ピストンの内部の気体（例えば、ヘリウムガス）がディスプレーサを介して移動可能とされている。
【００１８】
先に説明したクランク部１１，１２は、動力伝達手段１４０を介して外燃機関駆動用トルクＴｏｒｑｅが印加される。このとき、双方の機関Ｘ１，Ｘ２では、適宜の位相差を形成させつつピストン３１，３２がシリンダ軸方向に往復運動する。これが連続的に行なわれると、第１の機関部Ｘ１では、気体の圧縮に伴う熱量が増加し放熱を行い、第２の機関部Ｘ２では、気体の膨張に伴う吸熱作用が生じる。このように、機関のシリンダヘッド部では、かかる動作によって熱分離が行われ、一方の機関Ｘ１では放熱作用が生じ他方の機関Ｘ２では吸熱作用が生じる。以下、機関Ｘ１で放熱作用を受ける部位を発熱部位１３１と呼び、機関Ｘ２で吸熱作用を受ける部位を吸熱部位１３２と呼ぶ。
【００１９】
特に、吸熱部位１３２にあっては、内燃機関に接触するようレイアウトされると良い。これにより、内燃機関の冷却作用が向上する。また、このようにレイアウトを工夫する他、内燃機関と吸熱部位１３２とを同一の構造体によって構成させても良い。
【００２０】
図示の如く、本実施の形態に係るスターリング機関１３０は、吸熱部位１３２に熱的に接触するよう、配管Ｐ５から配管Ｐ６に亘る区間が配置されている（Ａ参照）。ここで、熱的な接触とは、単なる構造的接触状態を問うものでなく、直接的に接触していることは勿論のこと、同一構造とされる場合も含み、この他、熱伝達静性能の高い部材を介して間接的に接触する場合も含む。
【００２１】
従って、スターリング機関１３０は、外燃機関駆動用トルクが印加されると、配管Ｐ５〜Ｐ６に流れる冷媒を冷却させることとなる。特に、本実施の形態では、内燃機関１２０の出力トルクの一部を利用して外燃機関駆動用トルクを産み出しているので、スターリング機関１３０を逆サイクルとして運転させるに、別途の機関・発動機を設けることなくシステムの簡素化が図られる。
【００２２】
図１に戻り、内燃機関用冷却システム１００の説明を続ける。冷媒調節手段は、複数の三方位弁を配備させている。三方位弁は、弁体をスライドさせることで、全方位を連通させる状態，全方位を遮断させる状態，所定の方位を遮断させ残りの方位を連通させる状態，の各状態を形成させるバルブである。特に、本実施の形態では、この弁体を電磁的制御が可能なバルブが用いられる。
【００２３】
このうち、三方位弁１５１は、配管Ｐ２，配管Ｐ３，及び，配管Ｐ５に接続されており、配管Ｐ３と配管Ｐ２とのみを連通させる状態（連通状態１），配管Ｐ５と配管Ｐ２とのみを連通させる状態（連通状態２），及び，全ての配管（Ｐ２，Ｐ３，Ｐ５）を連通させる状態（連通状態３），を形成させる。また、三方位弁１５２は、配管Ｐ１，配管Ｐ４，及び，配管Ｐ６に接続されており、配管Ｐ４と配管Ｐ１とのみを連通させる状態（連通状態１），配管Ｐ６と配管Ｐ１とのみを連通させる状態（連通状態２），及び，全ての配管（Ｐ１，Ｐ４，Ｐ６）を連通させる状態（連通状態３），を形成させる。尚、図示されていないが、上述した三方位弁１５１，１５２の他、ラジエータ１１０を迂回させるよう冷媒経路を形成する為の三方位弁１５３，１５４等が設けられている。
【００２４】
第１の冷媒経路は、「配管Ｐ４→三方位弁１５２→配管Ｐ１→内燃機関１２０→配管Ｐ２→三方位弁１５１→配管Ｐ３→ラジエータ１１０」を冷媒が通過する環状経路、即ち、ラジエータによって冷却された冷媒が循環する経路を指す。三方位弁１５１，１５２は、各々が連通状態１に設定されることで、第１の冷媒経路のみに冷媒が循環するようになる。
【００２５】
第２の冷媒経路は、「配管Ｐ６→三方位弁１５２→配管Ｐ１→内燃機関１２０→配管Ｐ２→三方位弁１５１→配管Ｐ５→スターリング機関１３０」を冷媒が通過する環状経路、即ち、スターリング機関１３０の吸熱部位１３２によって冷却された冷媒が循環する経路を指す。三方位弁１５１，１５２は、各々が連通状態２に設定されることで、第２の冷媒経路のみに冷媒が循環するようになる。
【００２６】
また、第１の冷媒経路及び第２の冷媒経路の双方に冷媒を循環させたい場合、三方位弁１５１，１５２を連通状態３に設定させると良い。このように、三方位弁１５１，１５２は、弁体の開口状態が制御されることで、所望の循環状態を選択的に設定・調節できる。尚、本実施の形態に係る冷媒調節手段は、信号制御可能な三方位弁を利用しているが、これに限らず、所定温度に応じて弁開度を制御するサーモスタッドを利用しても良い。
【００２７】
本実施の形態では、温度センサ１８０が配管Ｐ４に配備され、ラジエータ１１０から吐出された直後の冷媒温度が監視される。かかる温度センサ１８０は、ここで検出された冷媒の温度情報を電圧信号として出力する。このように、温度センサ１８０は、ラジエータ１１０の直後の冷媒温度を監視することで、ラジエータの故障状態に関する情報を提供することになる。
【００２８】
制御装置１９０は、ＣＰＵ，ＡＤ変換回路，メモリ回路，クロック回路等が適宜配備された装置であって、所定のプログラムの指令に応じて演算結果を順次算出していくものである。例えば、メモリ回路には、冷媒の温度情報に基づいてラジエータ１１０の状態（例えば、機能低下に関する症状）を判定するプログラム，この判定結果に基づいて種々の指令信号を選択するプログラム等が組込まれている。従って、制御装置１９０では、これらのプログラムに従い、当該温度情報に基づいて指令信号を設定・出力し、三方位弁の連通状態（即ち、冷媒の循環状態）を制御する。尚、同図における１９１はＡＤ変換機能部を指し、１９２は指令信号設定機能部を指す。
【００２９】
上述の如く、本実施の形態に係る内燃機関用冷却システム１００によると、冷媒の温度情報に基づいてラジエータ１１０の機能低下に関する症状を把握し、仮に機能低下が発覚した場合、スターリング機関１３０によって冷媒冷却作用をアシスト的に与えることができる。これによると、内燃機関での運転サイクルにおける温度差が十分に確保され、当該内燃機関の出力効率を好適に維持できる。また、内燃機関の異常な温度上昇を回避させることで、機関のオーバーヒートを未然に防ぐことが可能となる。
【００３０】
以下、図３及び図４を参照し、制御装置１９０で行われる冷媒の循環状態設定について説明する。先ず、内燃機関が駆動されると、図３の処理ルーチンが起動し、ポンプの始動によって冷媒の循環が開始される（Ｓ０１）。
【００３１】
その後、処理ルーチンは、複数の温度判定処理Ｓ０２〜Ｓ０４によって、冷媒の温度情報Ｔｉが属する温度領域を判定する。本実施の形態では、其の温度領域が以下のように設定されている。
〔始動時温度領域：Ｔｉ＜Ｔ１〕
この領域は、エンジンの始動直後である旨の温度を示すものであり、例えば、閾値温度Ｔ１は５０℃程度に設定される。
〔定常時温度領域：Ｔ１≦Ｔｉ＜Ｔ２〕
この領域は、ラジエータが正常に機能しており、ラジエータの冷却作用のみで内燃機関を十分に冷却できている様子を指す。閾値温度Ｔ２は、冷媒の蒸発温度によるが、例えば１００℃〜１２０℃程度に設定されるものである。
〔要急冷温度領域：Ｔ２≦Ｔｉ＜Ｔ３〕
この領域は、ラジエータの不具合による機能低下が認められ、ラジエータの冷却作用以外に別途の冷却作用が必要な様子を指す。
〔異常時温度領域：Ｔ３≦Ｔｉ〕
この領域は、ラジエータ又は其の前後における配管の損傷が認められ、第１の冷媒経路に冷媒を循環させても冷却作用を受けることができない様子を指す。ここでの閾値温度Ｔ３は、左記の閾値温度Ｔ２よりも更に高い温度に設定されるものである。
【００３２】
そして、図３の処理ルーチンでは、上述した温度情報Ｔｉの属性が判定されると、この判定結果に基づいて三方位弁１５１，１５３の切換処理が行われ、これによって、冷媒の循環状態の制御が行われることとなる。かかるバルブ切換制御は以下のように行われる。
【００３３】
冷媒の温度情報Ｔｉが始動時温度領域に属するとき、制御装置１３０は、第１のバルブ切換処理Ｓ０５が実施され、ラジエータを迂回して第１の冷媒経路を循環させる信号（第１の指令信号）を出力する。即ち、冷却システム１００では、ラジエータ及びスターリングエンジンを経由することはないので、主たる冷却作用を受けることなく冷媒の循環が行われる。かかる場面では、エンジン始動直後につき内燃機関を暖機させ、ピストンとシリンダ間のクリアランスを適正化させる必要がある。このため、本実施の形態では、内燃機関冷媒の温度を強制的に冷却させることを避けている（図４（ａ）参照）。
【００３４】
尚、図４では、図４（ａ）のみについて三方位弁１５３，１５４が図示されているが、図４（ｂ）〜図４（ｄ）についてもこれが配備されているに変わりなく、描写上の都合からこれらを図示省略しているに過ぎない。但し、図４（ｂ）〜図４（ｄ）については、バイパス管Ｐｂを経由しないように三方位弁１５３，１５４の各弁体が制御されていることとする。
【００３５】
冷媒の温度情報Ｔｉが定常時温度領域に属するとき、制御装置１３０は、第２のバルブ切換処理Ｓ０６が実施され、第２の冷媒経路での冷媒循環を停止させ且つ第１の冷媒経路での冷媒循環を許可する信号（第１の指令信号）を出力する。即ち、冷却システム１００では、ラジエータが正常に機能しているので、これによる冷却作用を活用して冷媒温度の制御が行われる（図４（ｂ）参照）。
【００３６】
冷媒の温度情報Ｔｉが要急冷温度領域に属するとき、制御装置１３０は、第３のバルブ切換処理Ｓ０７が実施され、第１の冷媒経路及び第２の冷媒経路の双方での冷媒循環を許可する信号（第３の指令信号）を出力する。即ち、冷却システム１００では、ラジエータによる冷却作用が不足している事態を受け、スターリング機関１３０による冷却作用のアシストが行われる。これにより、内燃機関では、出力効率の低下が回避されると供に、当該機関の異常な温度上昇も避けられる（図４（ｃ）参照）。
【００３７】
冷媒の温度情報Ｔｉが異常時温度領域に属するとき、制御装置１３０は、第４のバルブ切換処理Ｓ０８が実施され、第１の冷媒経路での冷媒循環を停止させ且つ第２の冷媒経路での冷媒循環を許可する信号（第２の指令信号）を出力する。即ち、冷却システム１００では、ラジエータが故障して第１の冷媒経路から冷却作用を全く抽出できない事態を受け、スターリング機関１３０のみに対し冷却作用を委ねることとなる（図４（ｄ）参照）。
【００３８】
上述の如く、本実施の形態に係る内燃機関用冷却システム１００によると、冷媒の温度情報Ｔｉが属する温度域に応じて、冷媒の循環状態を制御させることとなる。これによれば、ラジエータの故障症状に応じて冷媒経路が選択され、其の故障症状に合致した冷媒の循環状態が形成されることとなる。
【００３９】
特に、制御装置１９０では、第１の指令信号と第２の指令信号とを選択的に与えることで、ラジエータの機能低下に即応した冷媒経路の設定が可能となる。また、第３の指令信号を選択することで、ラジエータの更なる故障に対応した冷媒経路の設定が可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
１００  内燃機関用冷却システム，    １１０  ラジエータ，    １２０  内燃機関，１３０  スターリング機関，    １５１〜１５２  冷媒調節手段，    １９０  制御装置。
【図１】
2015215108.tif 000003
【図２】
2015215108.tif 000004
【図３】
2015215108.tif 000005
【図４】
2015215108.tif 000006