(57)【要約】【課題】本発明は、エンジンが停止された後に、エンジンを冷却するとともに、エンジンの廃熱を回収するエンジンの冷却装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明のエンジン２の冷却装置１は、冷媒が蒸発するウォータジャケット６と、このウォータジャケット６内へ冷媒を噴射する第一噴射ノズル１０ａ乃至第五噴射ノズル１０ｅと、ウォータジャケット６で蒸発した冷媒を介してエンジン２の廃熱から得られるエネルギーを回収する動力回収機２２と、ウォータジャケット６を形成する壁面６ａの温度を計測する温度センサ１３を備え、エンジン２停止後に、温度センサ１３によって計測される壁面６ａの温度情報に基づいて、ウォータジャケット６内への冷媒の噴射を制御する。【選択図】図１
2008286024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が蒸発するウォータジャケットと、
当該ウォータジャケット内へ冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、
前記ウォータジャケットで蒸発した冷媒を介してエンジンの廃熱を回収する動力回収機と、
を備え、
前記冷媒噴射手段は、エンジン停止後において冷媒を噴射することを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
前記ウォータジャケットを形成する壁面の温度を計測する温度計測手段と、
当該温度計測手段によって計測される温度情報に基づいて、前記冷媒噴射手段による前記ウォータジャケット内への冷媒の噴射を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、エンジン停止後に前記温度計測手段から取得される温度情報に基づいて、前記冷媒噴射手段による冷媒の噴射を実行させることを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項３】
請求項２記載のエンジンの冷却装置において、
前記制御手段は、前記温度計測手段によって計測された温度情報が基準温度に達している場合には、前記冷媒噴射手段による冷媒の噴射を実行させ、前記温度情報が基準温度に達していない場合には、前記冷媒噴射手段による冷媒の噴射を停止させることを特徴としたエンジンの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を噴射してエンジンを冷却するとともに、噴射された冷媒を介してエンジンの廃熱を回収するエンジンの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの稼動に伴って発生する廃熱をランキンサイクルを利用して回収する廃熱回収装置が知られている。このような廃熱回収装置には、例えば、エンジンの水冷冷却系統を密閉構造とし、エンジンを冷却して蒸発した、すなわち、エンジンにおける廃熱を吸収して蒸発した冷媒を、さらに、エンジンから排出される排気により過熱して高温化するものがある。このような廃熱回収手段によれば、高温化した蒸気により膨張機を駆動して、蒸気の持つエネルギーを電気エネルギー等に変換して、エンジンにおける廃熱を回収することができる。このような廃熱回収装置を改良したものが、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、従来のエンジンの冷却装置では、ラジエータで冷却された液体の冷媒がウォータポンプにより圧送され、ウォータジャケット内を循環してエンジン各部を冷却する強制循環方式が採用されている。このような冷却装置を改良したものが、特許文献２に開示されている。特許文献２の冷却装置は、エンジン停止後においてもエンジンへの冷却水の供給を継続している。これにより、エンジン停止後の冷却水の沸騰を抑止し、エンジンのオーバーヒートを防止している。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４５８３５号公報
【特許文献２】特開２００５−９０２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、エンジンは運転停止直後においても、冷却を必要としている。このため、特許文献２の冷却装置では、冷却水がエンジンの熱を奪って、エンジンを冷却している。ところが、このようにエンジンの熱を奪った冷却水はラジエータにおいて冷却されてしまい、冷却水がエンジンから得た熱エネルギーは大気放出されている。
【０００６】
そこで、本発明は、エンジンが停止された後に、エンジンを冷却するとともに、エンジンの廃熱を動力や電気エネルギーとして回収するエンジンの冷却装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決する本発明のエンジンの冷却装置は、冷媒が蒸発するウォータジャケットと、当該ウォータジャケット内へ冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、前記ウォータジャケットで蒸発した冷媒を介してエンジンの廃熱を回収する動力回収機と、を備え、前記冷媒噴射手段は、エンジン停止後において冷媒を噴射することを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、冷媒が蒸発する際の気化熱を利用してエンジンを冷却することができる。さらに、このように蒸発した冷媒によって動力回収機を駆動して、停止後のエンジンから得られた廃熱を回収することができる。
【０００８】
本発明のエンジンの冷却装置が行う冷媒を噴射する冷却方式は、冷媒が蒸発する際の潜熱を利用するので、冷却部位と冷媒との間の熱交換量が強制循環方式に比べて極めて多く、より少ない冷媒量で同等の冷却効果を得ることができる。さらに、本発明のエンジンの冷却装置は、エンジン停止後においても、冷媒の噴射を続けることができるので、停止後のエンジンを冷却することができる。特に、高速走行等の高負荷運転の直後に、許容される温度を越えて高温となるシリンダボア壁やシリンダヘッドを冷却して、エンジンの破損を抑制することができる。
【０００９】
さらに、本発明のエンジンの冷却装置は、前記ウォータジャケットを形成する壁面の温度を計測する温度計測手段と、当該温度計測手段によって計測される温度情報に基づいて、前記冷媒噴射手段による前記ウォータジャケット内への冷媒の噴射を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、エンジン停止後に前記温度計測手段から取得される温度情報に基づいて、前記冷媒噴射手段による冷媒の噴射を実行させる構成とすることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、冷媒の噴射部位であるウォータジャケットの壁面の温度情報に基づいて、燃料の噴射が実行され、又は、停止される。このように、ウォータジャケットの壁面の温度情報に応じて、冷却するか否かを決定できる。さらに、このようなエンジンの冷却装置における具体的な構成として、前記制御手段は、前記温度計測手段によって計測された温度情報が基準温度に達している場合には、前記冷媒噴射手段による冷媒の噴射を実行させ、前記温度情報が基準温度に達していない場合には、前記冷媒噴射手段による冷媒の噴射を停止させる構成とすることができる（請求項３）。ここで示す基準温度は、エンジンの正常な稼動が可能であると許容される温度よりも低い温度に設定される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のエンジンの冷却装置は、エンジンの停止後において、冷媒をウォータジャケットへ噴射し、噴射した冷媒が蒸発する際の気化熱を利用してエンジンを冷却するとともに、この蒸発した冷媒によって動力回収機を駆動して、停止後のエンジンから得られた廃熱を回収する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例の冷却装置１を組み込んだエンジン２の概略構成を示した説明図である。エンジン２は冷却装置１とともに、ピストン３、シリンダブロック４、シリンダヘッド５を備えている。シリンダブロック４及びシリンダヘッド５には冷媒が蒸発するウォータジャケット６が形成されている。シリンダヘッド５側のウォータジャケット６はシリンダヘッド５に組み付けられる吸気弁７及び排気弁８の周囲に形成されている。
【００１３】
冷却装置１は第一噴射ノズル１０ａ乃至第五噴射ノズル１０ｅ、液体経路１１、ウォータポンプ１２、温度センサ１３、圧力センサ１４、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１５を備えている。第一噴射ノズル１０ａ乃至第五噴射ノズル１０ｅ、液体経路１１、ウォータポンプ１２は、本発明の冷媒噴射手段に相当する。また、冷却装置１は、冷媒タンク１６、蒸気経路１７、凝縮器１８及び圧力調整弁１９を備えている。さらに、冷却装置１は、過熱器２１とウォータジャケット６内で蒸発した冷媒を介してエンジン２の廃熱を回収する動力回収機２２を備えている。
【００１４】
第一噴射ノズル１０ａ乃至第五噴射ノズル１０ｅは、ウォータジャケット６内のそれぞれ異なる冷却部位へ冷媒を噴射する。これらの噴射ノズルは、電気的に接続されたＥＣＵ１５から送信される噴射指令に応じて冷媒を噴射する。
【００１５】
第一噴射ノズル１０ａ及び第二噴射ノズル１０ｂは、噴射口をシリンダブロック４側のウォータジャケット６内に露出させてシリンダブロック４に装着されている。この第一噴射ノズル１０ａの噴射口及び第二噴射ノズル１０ｂの噴射口は、ウォータジャケット６内の壁面６ａへ向けて冷媒を噴射するように配置されている。
【００１６】
第三噴射ノズル１０ｃ、第四噴射ノズル１０ｄ、第五噴射ノズル１０ｅは、噴射口をシリンダヘッド５側のウォータジャケット６内に露出させてシリンダヘッド５に装着されている。第三噴射ノズル１０ｃの噴射口は、吸気弁７側へ向けて冷媒を噴射するように配置され、第四噴射ノズル１０ｄの噴射口は、排気弁８側へ向けて冷媒を噴射するように配置されている。また、第五噴射ノズル１０ｅの噴射口は、燃焼室上部へ向けて冷媒を噴射するように配置されている。
【００１７】
液体経路１１は一端がウォータポンプ１２と接続している。液体経路１１は経路の途中で分岐しており、分岐した先の各端部は第一噴射ノズル１０ａ乃至第五噴射ノズル１０ｅにそれぞれ接続されている。この液体経路１１内のウォータポンプ１２から各噴射ノズルへ冷媒が流通する。
【００１８】
ウォータポンプ１２は、各噴射ノズルにおける噴射圧力を制御するポンプである。ウォータポンプ１２は、ＥＣＵ１５と電気的に接続されており、ＥＣＵ１５から送信される信号に基づいて、冷媒タンク１６から冷媒を汲みあげ、冷媒を加圧して各噴射ノズルへ圧送する。
【００１９】
温度センサ１３と圧力センサ１４は、シリンダブロック４側のウォータジャケット６の壁面６ａに配置されている。この温度センサ１３は本発明の温度計測手段に相当する。
【００２０】
ＥＣＵ１５は、第一噴射ノズル１０ａ乃至第五噴射ノズル１０ｅ、ウォータポンプ１２と電気的に接続されており、各噴射ノズルとウォータポンプ１２とを制御して噴射を実行させる。また、ＥＣＵ１５は、温度センサ１３、圧力センサ１４、圧力調整弁１９のそれぞれと電気的に接続されている。このＥＣＵ１５は、温度センサ１３から取得される温度情報に基づいて、第一噴射ノズル１０ａ乃至第五噴射ノズル１０ｅによるウォータジャケット６内への冷媒の噴射を実行させる。すなわち、ＥＣＵ１５は、温度センサ１３から取得される温度情報に基づいて、各噴射ノズルに噴射指令を発信する。このように冷媒の噴射を制御するＥＣＵ１５は本発明の制御手段に相当する。
【００２１】
蒸気経路１７は一端がウォータジャケット６のシリンダヘッド５側に接続され、他端が凝縮器１８に接続されている。ウォータジャケット６内で蒸発した冷媒がこの蒸気経路１７へ流入する。
【００２２】
圧力調整弁１９は、蒸気経路１７のウォータジャケット６と凝縮器１８との間に配置されている。この圧力調整弁１９はＥＣＵ１５と電気的に接続されており、ＥＣＵ１５から指令信号を受け、蒸気経路１７を流通する冷媒量を増減する。
【００２３】
過熱器２１は、蒸気経路１７の圧力調整弁１９の下流側に配置されている。また、過熱器２１は、エンジン２の燃焼によって発生する排気ガスを外部へ排出する排気管２３と接触するように配置されており、排気管２３を通じる排気ガスから蒸気経路１７を通じる蒸気の冷媒へ熱を伝達し、蒸気の冷媒を高温にする。
【００２４】
動力回収機２２は、蒸気経路１７の過熱器２１の下流側であって、凝縮器１８の上流側に配置されている。動力回収機２２は、過熱器２１にて高温となった冷媒によって駆動され、冷媒が有する熱エネルギーを動力として回収する。
【００２５】
凝縮器１８は、動力回収機２２を通り抜けた蒸気の冷媒を冷却して、凝縮し、液状へ戻す。凝縮器１８で液状とされた冷媒は、冷媒タンク１６に送られ、再びウォータポンプ１２によって圧送されて、系内を循環する。
【００２６】
次に、このように構成された冷却装置１に封入された冷媒の流れについて説明する。本実施例の冷却装置１は、ウォータポンプ１２によって圧送された冷媒を第一噴射ノズル１０ａ乃至第五噴射ノズル１０ｅから、ウォータジャケット６の壁面６ａ及びシリンダヘッド５へ吹きつける。冷却装置１は、この吹きつけられた冷媒が蒸発する時の気化熱を利用して冷媒の噴射された部位を冷却している。このように蒸発し、熱を吸収した冷媒は、蒸気経路１７を通じて過熱器２１へ流入する。過熱器２１へ流入した冷媒は、排気ガスの廃熱によって高温化されて、動力回収機２２へ流入する。動力回収機２２は、高温化された蒸気冷媒が有する熱エネルギーを動力に変換して回収する。動力回収機２２を通過した冷媒は冷媒タンク１６へ送られ、再び噴射ノズルから噴射され、各部の冷却に利用される。
【００２７】
上記のように、冷却装置１は、エンジン２の運転時において、冷媒を噴射して噴射部位を冷却するとともに、廃熱から得られるエネルギーを動力回収機２２で動力に変換し回収している。さらに、冷却装置１は、エンジン２停止後においても、各噴射ノズルから冷媒を噴射して、エンジン２の冷却とエンジン２の廃熱の回収を行う。
【００２８】
このようなエンジン２の停止後にＥＣＵ１５が行う制御の処理を説明する。図２はＥＣＵ１５が行う制御のフローチャートを示している。図２に示すＥＣＵ１５の処理は、イグニションスイッチがＯＦＦにされると開始される。まず、ＥＣＵ１５は、ステップＳ１で燃料の供給を止めてエンジン２を停止する。ＥＣＵ１５は、このステップＳ１の処理を終えると、次にステップＳ２へ進む。
【００２９】
ＥＣＵ１５は、ステップＳ２で壁温Ｔを取得する。壁温Ｔは、温度センサ１３で計測されるウォータジャケット６の壁面６ａの温度である。このステップＳ２の処理を終えると、次に、ステップＳ３へ進む。
【００３０】
ＥＣＵ１５は、ステップＳ３で壁温Ｔと基準温度Ｔａとを比較し、計測温度Ｔが基準温度Ｔａ以上であるかどうかを判断する。基準温度Ｔａは、ウォータジャケット６を形成する部材の熱変形を考慮して許容される温度であって、予めＥＣＵ１５に設定されている。ステップＳ２の判断結果がＹＥＳである場合、すなわち、壁温Ｔが基準温度Ｔａ以上である場合は、ステップＳ４へ進む。
【００３１】
ステップＳ４へ進む場合は、ウォータジャケット６の壁面６ａの温度が許容される温度以上となっている。このため、冷媒を噴射して冷却する必要がある。すなわち、ＥＣＵ１５はステップＳ４で、エンジン停止前より実行されている冷媒の噴射を継続させる。これにより、ウォータジャケット６の壁面６ａが冷却される。ステップＳ４の処理を終えると、ＥＣＵ１５はステップＳ２へ進み、再び、ステップＳ２からステップＳ３の処理を行う。すなわち、ウォータジャケット６の壁面６ａの温度を計測し、噴射の必要があるか否かの判断を行う。
【００３２】
一方、ＥＣＵ１５がステップＳ２でＮＯと判断する場合、すなわち、壁温Ｔが基準温度Ｔａよりも小さい場合は、ステップＳ５へ進む。
【００３３】
ステップＳ５へ進む場合は、ウォータジャケット６の壁面６ａの温度が許容される温度よりも低いので、冷却の必要がない。このため、ＥＣＵ１５は、ステップＳ５で冷媒の噴射を停止させる。ステップＳ５の処理を終えると、ＥＣＵ１５はリターンする。
【００３４】
以上のようにＥＣＵ１５は、ウォータジャケット６の壁面６ａの温度を計測し、部材の熱変形の許容される温度を超えている場合に、冷媒を噴射して、壁面６ａを冷却する。これによって、壁面６ａの熱変形による破損が抑制されるとともに、冷媒が蒸発して得られる廃熱を回収して動力とすることができる。
【００３５】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【００３６】
例えば、本発明のエンジンの冷却装置は温度計測手段を複数の部位に備えることができる。特に、温度計測手段は各噴射ノズルから冷媒が噴射される部位に、備えることができる。図３はこのような冷却装置を示した説明図である。図３に示した冷却装置５１は温度センサ１３ａ乃至１３ｅを備えている点で、実施例１の冷却装置１と相違している。温度センサ１３ａは第一噴射ノズル１０ａから冷媒が噴射される部位に対応して配置され、温度センサ１３ｂは第二噴射ノズル１０ｂから冷媒が噴射される部位に対応して配置されている。同様に、温度センサ１３ｃ、温度センサ１３ｄ、温度センサ１３ｅは、それぞれ、第三噴射ノズル１０ｃ、第四噴射ノズル１０ｄ、第五噴射ノズル１０ｅから冷媒が噴射される部位に対応して配置されている。これらの温度センサ１３ａ乃至温度センサ１３ｅはＥＣＵ１５と電気的に接続されており、ＥＣＵ１５は、温度センサ１３ａ乃至温度センサ１３ｅから計測された各部位の温度情報に基づいて、対応する噴射ノズルの噴射の実行を決定することができる。なお、その他の構成は実施例と同一であるため、実施例の冷却装置１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
また、本発明の冷却装置は、温度センサから得られる壁温の実測温度情報に代えて、エンジン停止直前のエンジン負荷や燃料噴射状態から予測される冷却部位の予測温度に基づいて、燃料の噴射の実行を判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例の冷却装置が組み込まれたエンジンの概略構成を示した説明図である。
【図２】ＥＣＵが行う制御のフローチャートである。
【図３】本発明の他の冷却装置が組み込まれたエンジンの概略構成を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、５１  冷却装置
２  エンジン
４  シリンダブロック
５  シリンダヘッド
６  ウォータジャケット
６ａ  壁面
１０ａ  第一噴射ノズル
１０ｂ  第二噴射ノズル
１０ｃ  第三噴射ノズル
１０ｄ  第四噴射ノズル
１０ｅ  第五噴射ノズル
１１  液体経路
１２  ウォータポンプ
１３  温度センサ
１４  圧力センサ
１５  ＥＣＵ
１７  蒸気経路
１８  凝縮器
１９  圧力調整弁
２１  過熱器
２２  動力回収機
２３  排気管
【図１】
2008286024.tif 000003
【図２】
2008286024.tif 000004
【図３】
2008286024.tif 000005