JP2000073753A - 内燃機関の廃熱回収装置 - Google Patents
内燃機関の廃熱回収装置Info
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- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 タービン効率を高めてより多くの廃熱回収を
図る。 【解決手段】 第１ポンプ（１３）により冷却媒体を循
環させる経路に、燃焼熱で加熱された冷却媒体の飽和蒸
気を排気で加熱する過熱器（１６）と、この過熱器（１
６）で加熱された冷却媒体の有する熱エネルギを機械的
エネルギに変換するタービン（１７）とを備える。この
場合に、過熱器（１６）に流入する飽和蒸気を加圧する
第２ポンプ（２１）を設けた。
図る。 【解決手段】 第１ポンプ（１３）により冷却媒体を循
環させる経路に、燃焼熱で加熱された冷却媒体の飽和蒸
気を排気で加熱する過熱器（１６）と、この過熱器（１
６）で加熱された冷却媒体の有する熱エネルギを機械的
エネルギに変換するタービン（１７）とを備える。この
場合に、過熱器（１６）に流入する飽和蒸気を加圧する
第２ポンプ（２１）を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は内燃機関の廃熱回
収装置の改良に関する。
収装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】冷却媒体の機関本体内の循環路を、吸気
ポートの周辺のみを冷却する第１循環路と、吸気ポート
の周辺を除いた残りの部位を冷却する第２循環路の２つ
に分離して構成し、第２循環路の出口側に過熱器および
タービンを備えさせる一方で、第１循環路の出口側は過
熱器およびタービンをバイパスさせるとともに、第１循
環路の内圧を第２循環路よりも低圧に設定したものが提
案されている（特開平６−８８５２３号公報参照）。
ポートの周辺のみを冷却する第１循環路と、吸気ポート
の周辺を除いた残りの部位を冷却する第２循環路の２つ
に分離して構成し、第２循環路の出口側に過熱器および
タービンを備えさせる一方で、第１循環路の出口側は過
熱器およびタービンをバイパスさせるとともに、第１循
環路の内圧を第２循環路よりも低圧に設定したものが提
案されている（特開平６−８８５２３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記タービ
ンに流入する過熱蒸気の圧力を上昇させるほどタービン
効率が上昇し、これによって廃熱回収がより効率的に行
われるので、上記の第２循環路の冷却媒体圧力を高くす
るのが望ましい。
ンに流入する過熱蒸気の圧力を上昇させるほどタービン
効率が上昇し、これによって廃熱回収がより効率的に行
われるので、上記の第２循環路の冷却媒体圧力を高くす
るのが望ましい。
【０００４】しかしながら、従来装置のように、第２循
環路が吸気ポートの周辺を除いた残りの部位を冷却する
のでは、第２循環路の冷却媒体圧力を十分に高くするこ
とが難しいため、廃熱回収を効率よく行うことができな
い。
環路が吸気ポートの周辺を除いた残りの部位を冷却する
のでは、第２循環路の冷却媒体圧力を十分に高くするこ
とが難しいため、廃熱回収を効率よく行うことができな
い。
【０００５】そこで本発明は、過熱器に流入する飽和蒸
気を加圧するポンプ（第２ポンプ）を追加して設けるこ
とにより、または冷却媒体の機関本体内の循環路を、従
来装置とは逆に、排気ポートの周辺のみを冷却する第１
循環路と、排気ポートの周辺を除いた残りの部位を冷却
する第２循環路の２つに分離して構成し、第１循環路の
出口側に過熱器およびタービンを備えさせる一方で、第
２循環路の出口側は過熱器およびタービンをバイパスさ
せ、前記第１循環路の圧力を高めることにより、タービ
ン効率を高めることを目的とする。
気を加圧するポンプ（第２ポンプ）を追加して設けるこ
とにより、または冷却媒体の機関本体内の循環路を、従
来装置とは逆に、排気ポートの周辺のみを冷却する第１
循環路と、排気ポートの周辺を除いた残りの部位を冷却
する第２循環路の２つに分離して構成し、第１循環路の
出口側に過熱器およびタービンを備えさせる一方で、第
２循環路の出口側は過熱器およびタービンをバイパスさ
せ、前記第１循環路の圧力を高めることにより、タービ
ン効率を高めることを目的とする。
【０００６】一方、従来装置では、冷却媒体を循環させ
るためのポンプ（第１ポンプ）を、機関の始動時に駆動
し、機関の停止時に非駆動とするので、機関本体が過熱
状態となっていないときにもポンプが駆動されている。
機関本体が過熱状態となっていないときには、ポンプを
駆動させる必要がないのであるから、このときまでポン
プを駆動させたのでは、ポンプの駆動損失が生じる。ま
た、機関停止後に廃熱回収が行われることもない。
るためのポンプ（第１ポンプ）を、機関の始動時に駆動
し、機関の停止時に非駆動とするので、機関本体が過熱
状態となっていないときにもポンプが駆動されている。
機関本体が過熱状態となっていないときには、ポンプを
駆動させる必要がないのであるから、このときまでポン
プを駆動させたのでは、ポンプの駆動損失が生じる。ま
た、機関停止後に廃熱回収が行われることもない。
【０００７】そこで本発明は、冷却媒体温度を検出し、
この冷却媒体温度が所定値以上のときだけポンプを駆動
させることにより、ポンプの駆動損失を低下させること
をも目的とする。
この冷却媒体温度が所定値以上のときだけポンプを駆動
させることにより、ポンプの駆動損失を低下させること
をも目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、第１ポン
プにより冷却媒体を循環させる経路に、燃焼熱で加熱さ
れた冷却媒体の飽和蒸気を排気で加熱する過熱器と、こ
の過熱器で加熱された冷却媒体の有する熱エネルギを機
械的エネルギに変換するタービンとを備える内燃機関の
廃熱回収装置において、前記過熱器に流入する飽和蒸気
を加圧する第２ポンプを設けた。
プにより冷却媒体を循環させる経路に、燃焼熱で加熱さ
れた冷却媒体の飽和蒸気を排気で加熱する過熱器と、こ
の過熱器で加熱された冷却媒体の有する熱エネルギを機
械的エネルギに変換するタービンとを備える内燃機関の
廃熱回収装置において、前記過熱器に流入する飽和蒸気
を加圧する第２ポンプを設けた。
【０００９】第２の発明では、第１の発明において前記
第２ポンプを前記タービンで駆動する。
第２ポンプを前記タービンで駆動する。
【００１０】第３の発明では、第１の発明において機関
本体内の冷却媒体温度が所定値以上のときだけ前記第１
ポンプおよび前記第２ポンプを駆動する。
本体内の冷却媒体温度が所定値以上のときだけ前記第１
ポンプおよび前記第２ポンプを駆動する。
【００１１】第４の発明は、第１ポンプにより冷却媒体
を循環させる経路に、燃焼熱で加熱された冷却媒体の飽
和蒸気を排気で加熱する過熱器と、この過熱器で加熱さ
れた冷却媒体の有する熱エネルギを機械的エネルギに変
換するタービンとを備える内燃機関の廃熱回収装置にお
いて、冷却媒体の機関本体内の前記循環路を、機関本体
の排気ポートの周辺のみを冷却する第１循環路と、排気
ポートの周辺を除いた残りの部位を冷却する第２循環路
の２つに分離して構成し、第１循環路の出口側に前記過
熱器および前記タービンを備えさせる一方で、第２循環
路の出口側は前記過熱器および前記タービンをバイパス
させる。
を循環させる経路に、燃焼熱で加熱された冷却媒体の飽
和蒸気を排気で加熱する過熱器と、この過熱器で加熱さ
れた冷却媒体の有する熱エネルギを機械的エネルギに変
換するタービンとを備える内燃機関の廃熱回収装置にお
いて、冷却媒体の機関本体内の前記循環路を、機関本体
の排気ポートの周辺のみを冷却する第１循環路と、排気
ポートの周辺を除いた残りの部位を冷却する第２循環路
の２つに分離して構成し、第１循環路の出口側に前記過
熱器および前記タービンを備えさせる一方で、第２循環
路の出口側は前記過熱器および前記タービンをバイパス
させる。
【００１２】第５の発明では、第３または第４の発明に
おいて機関本体内の冷却媒体温度が所定値以上のときだ
け前記第１ポンプを駆動する。
おいて機関本体内の冷却媒体温度が所定値以上のときだ
け前記第１ポンプを駆動する。
【００１３】第６の発明では、第４または第５の発明に
おいて潤滑油の循環路に復水器を設ける。
おいて潤滑油の循環路に復水器を設ける。
【００１４】第７の発明は、ポンプにより冷却媒体を循
環させる経路に、燃焼熱で加熱された冷却媒体の飽和蒸
気を排気で加熱する過熱器と、この過熱器で加熱された
冷却媒体の有する熱エネルギを機械的エネルギに変換す
るタービンとを備える内燃機関の廃熱回収装置におい
て、機関本体内の冷却媒体温度が所定値以上のときだけ
前記ポンプを駆動する。
環させる経路に、燃焼熱で加熱された冷却媒体の飽和蒸
気を排気で加熱する過熱器と、この過熱器で加熱された
冷却媒体の有する熱エネルギを機械的エネルギに変換す
るタービンとを備える内燃機関の廃熱回収装置におい
て、機関本体内の冷却媒体温度が所定値以上のときだけ
前記ポンプを駆動する。
【００１５】
【発明の効果】第１の発明によれば、第２ポンプがある
ときのタービン仕事が、第１ポンプのみのときのタービ
ン仕事よりずっと大きくなり、これによって、第２ポン
プの駆動損失をタービン仕事から差し引いても、従来装
置より多い廃熱回収が可能となった。
ときのタービン仕事が、第１ポンプのみのときのタービ
ン仕事よりずっと大きくなり、これによって、第２ポン
プの駆動損失をタービン仕事から差し引いても、従来装
置より多い廃熱回収が可能となった。
【００１６】第２の発明によれば、第２ポンプ専用の駆
動装置（たとえばモータ）が不要となるので、コンパク
ト化、コスト低減が図れる。
動装置（たとえばモータ）が不要となるので、コンパク
ト化、コスト低減が図れる。
【００１７】第４の発明では、第１循環路の冷却媒体圧
力を従来装置より高めることが可能となり、そのぶんタ
ービン効率が向上する。これによって、さらに効率良く
廃熱回収を行うことができる。
力を従来装置より高めることが可能となり、そのぶんタ
ービン効率が向上する。これによって、さらに効率良く
廃熱回収を行うことができる。
【００１８】第４、第５の各発明によれば、第１循環路
の内圧を従来装置より高圧にするため、そのぶんだけ潤
滑油の温度が上昇し、潤滑の耐熱性能の確保が難しくな
るのであるが、第６の発明では、潤滑油を復水器に循環
させることで、潤滑油温度を低下させることができ、こ
れによって、温度低下した潤滑油を機関本体内の主運動
各部に給油することが可能となるので、耐熱信頼性が向
上する。
の内圧を従来装置より高圧にするため、そのぶんだけ潤
滑油の温度が上昇し、潤滑の耐熱性能の確保が難しくな
るのであるが、第６の発明では、潤滑油を復水器に循環
させることで、潤滑油温度を低下させることができ、こ
れによって、温度低下した潤滑油を機関本体内の主運動
各部に給油することが可能となるので、耐熱信頼性が向
上する。
【００１９】第７、第３、第５の各発明によれば、機関
運転中には不要なポンプ駆動損失を低減することがで
き、またエンジン停止後も廃熱回収を行うことができ
る。
運転中には不要なポンプ駆動損失を低減することがで
き、またエンジン停止後も廃熱回収を行うことができ
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は第１実施形態の構成図、図
２は冷却水（冷却媒体）の循環系統図である。
２は冷却水（冷却媒体）の循環系統図である。
【００２１】図１において、１は機関本体、２および３
は機関本体１の吸気ポートおよび排気ポートで、燃焼室
に通じている。４は吸気弁、５は排気弁である。
は機関本体１の吸気ポートおよび排気ポートで、燃焼室
に通じている。４は吸気弁、５は排気弁である。
【００２２】シリンダブロック６Ａとシリンダヘッド６
Ｂには、冷却水を循環させて機関本体１が過熱するのを
防止するためウォータジャケット（機関本体内の循環
路）を備える。このウォータジャケットは、排気ポート
３の周辺のみを被覆するウォータジャケット８（第１循
環路）と排気ポート３を除く残りの部位（吸気ポート２
および燃焼室の各周辺）を被覆するウォータジャケット
７（第２循環路）とからなる。
Ｂには、冷却水を循環させて機関本体１が過熱するのを
防止するためウォータジャケット（機関本体内の循環
路）を備える。このウォータジャケットは、排気ポート
３の周辺のみを被覆するウォータジャケット８（第１循
環路）と排気ポート３を除く残りの部位（吸気ポート２
および燃焼室の各周辺）を被覆するウォータジャケット
７（第２循環路）とからなる。
【００２３】これら２つのウォータジャケット８、７
は、完全に分離され、一方のジャケット８には供給ポン
プ１３（第１ポンプ）の出口通路１４から分岐する一方
の流入路１１を介して、また他方のジャケット７には、
供給ポンプ１３の出口通路１４から分岐する他方の通路
９を介して供給ポンプ１３からの冷却水が供給される。
１５は圧力調整用のバルブである。
は、完全に分離され、一方のジャケット８には供給ポン
プ１３（第１ポンプ）の出口通路１４から分岐する一方
の流入路１１を介して、また他方のジャケット７には、
供給ポンプ１３の出口通路１４から分岐する他方の通路
９を介して供給ポンプ１３からの冷却水が供給される。
１５は圧力調整用のバルブである。
【００２４】ウォータジャケット８の流出路１２には、
燃焼熱で加熱され気体となった飽和蒸気を加圧する第２
ポンプ２１が設けられ、第２ポンプ２１の出口は、排気
ポート３から排出されるガスの熱を熱源とする過熱器１
６と連通し、過熱器１６はさらにタービン１７の蒸気流
入口に連通している。このタービン１７は、過熱蒸気の
膨張エネルギを機械的エネルギに変換する機能を有して
いる。
燃焼熱で加熱され気体となった飽和蒸気を加圧する第２
ポンプ２１が設けられ、第２ポンプ２１の出口は、排気
ポート３から排出されるガスの熱を熱源とする過熱器１
６と連通し、過熱器１６はさらにタービン１７の蒸気流
入口に連通している。このタービン１７は、過熱蒸気の
膨張エネルギを機械的エネルギに変換する機能を有して
いる。
【００２５】タービン１７の蒸気流出口は、ウォータジ
ャケット７の流出路１０とともに復水器（コンデンサ）
２０の入口通路１８に連通し、復水器２０の出口通路１
９は供給ポンプ１３の入口と連通する。復水器２０は蒸
気を冷却凝縮させて液体にするものである。
ャケット７の流出路１０とともに復水器（コンデンサ）
２０の入口通路１８に連通し、復水器２０の出口通路１
９は供給ポンプ１３の入口と連通する。復水器２０は蒸
気を冷却凝縮させて液体にするものである。
【００２６】上記の供給ポンプ１３、ウォータジャケッ
ト８、第２ポンプ２１、過熱器１６、タービン１７およ
び復水器２０は、熱エネルギを機械的エネルギに変換す
る装置として知られているランキンサイクルシステムを
構成している。
ト８、第２ポンプ２１、過熱器１６、タービン１７およ
び復水器２０は、熱エネルギを機械的エネルギに変換す
る装置として知られているランキンサイクルシステムを
構成している。
【００２７】上記２つのポンプ１３、２１を駆動制御す
るため、図２に示したようにＥＣＭ２２を備える。イグ
ニッションスイッチ２４およびスタータスイッチ２５か
らのＯＮ、ＯＦＦ信号ならびにクランク角センサ２６か
らの機関回転数信号が入力されるＥＣＭ２２では、これ
らの信号に基づいて２つのポンプ１３、２１の駆動と停
止をコントロールする。
るため、図２に示したようにＥＣＭ２２を備える。イグ
ニッションスイッチ２４およびスタータスイッチ２５か
らのＯＮ、ＯＦＦ信号ならびにクランク角センサ２６か
らの機関回転数信号が入力されるＥＣＭ２２では、これ
らの信号に基づいて２つのポンプ１３、２１の駆動と停
止をコントロールする。
【００２８】以下、冷却水の流れに沿って本実施形態の
動作について説明する。
動作について説明する。
【００２９】復水器２０で冷却され、供給ポンプ１３で
流速を与えられた冷却水は、出口通路１４を通って流入
路９、１１へと進行する。ついで、流入路９に分流され
た冷却水は、圧力調整用のバルブ１５を経てウォータジ
ャケット７に、また流入路１１に分流された冷却水は、
直接ウォータジャケット８へ進入する。
流速を与えられた冷却水は、出口通路１４を通って流入
路９、１１へと進行する。ついで、流入路９に分流され
た冷却水は、圧力調整用のバルブ１５を経てウォータジ
ャケット７に、また流入路１１に分流された冷却水は、
直接ウォータジャケット８へ進入する。
【００３０】このとき、ウォータジャケット７の内圧
は、ウォータジャケット８の内圧に比べて常に低く維持
される。なお、供給ポンプ１３は、廃熱回収装置が付い
ていない通常の機関に設置されるポンプに比べて高い出
力を有しており、調整バルブ１５は、ウォータジャケッ
ト７の内圧が、通常の機関におけるウォータジャケット
の内圧と同一レベルになるように設定されている。
は、ウォータジャケット８の内圧に比べて常に低く維持
される。なお、供給ポンプ１３は、廃熱回収装置が付い
ていない通常の機関に設置されるポンプに比べて高い出
力を有しており、調整バルブ１５は、ウォータジャケッ
ト７の内圧が、通常の機関におけるウォータジャケット
の内圧と同一レベルになるように設定されている。
【００３１】したがって、ウォータジャケット８は、通
常の機関における内圧に比べて高い内圧を有することに
なり、内部を循環する冷却水の沸点が上昇する。
常の機関における内圧に比べて高い内圧を有することに
なり、内部を循環する冷却水の沸点が上昇する。
【００３２】しかも、従来装置のウォータジャケット８
が吸気ポート２を除く残りの部位を冷却するのに対し
て、本実施形態のウォータジャケット８は排気ポート８
の周辺のみを冷却する構成であるため、本実施形態のウ
ォータジャケット８のほうが、従来装置のウォータジャ
ケット８よりも内圧が上昇することから、ウォータジャ
ケット８を循環する冷却水の温度が従来装置よりも上昇
し、そこで発生する蒸気は、高温かつ高圧の高エネルギ
蒸気となる。
が吸気ポート２を除く残りの部位を冷却するのに対し
て、本実施形態のウォータジャケット８は排気ポート８
の周辺のみを冷却する構成であるため、本実施形態のウ
ォータジャケット８のほうが、従来装置のウォータジャ
ケット８よりも内圧が上昇することから、ウォータジャ
ケット８を循環する冷却水の温度が従来装置よりも上昇
し、そこで発生する蒸気は、高温かつ高圧の高エネルギ
蒸気となる。
【００３３】一方、ウォータジャケット７の内圧は、廃
熱回収装置のついていない機関の場合とほぼ同レベルで
ある。このため、ウォータジャケット７を循環する冷却
水の温度は、機関本体の冷却を適切に行うことができる
レベルに保持される。なお、このため、ウォータジャケ
ット７から流出する蒸気は、低温かつ低圧の蒸気とな
る。
熱回収装置のついていない機関の場合とほぼ同レベルで
ある。このため、ウォータジャケット７を循環する冷却
水の温度は、機関本体の冷却を適切に行うことができる
レベルに保持される。なお、このため、ウォータジャケ
ット７から流出する蒸気は、低温かつ低圧の蒸気とな
る。
【００３４】ウォータジャケット８から流出した上記の
高エネルギ飽和蒸気は、過熱器１６でさらに加熱され、
より高いエネルギを保った過熱蒸気となってタービン１
７に供給されると、タービン１７の蒸気流入口と蒸気出
口の間に高い圧力差が生じて、タービン１７が勢い良く
回転し、大きな機械的エネルギが発生する。
高エネルギ飽和蒸気は、過熱器１６でさらに加熱され、
より高いエネルギを保った過熱蒸気となってタービン１
７に供給されると、タービン１７の蒸気流入口と蒸気出
口の間に高い圧力差が生じて、タービン１７が勢い良く
回転し、大きな機械的エネルギが発生する。
【００３５】この場合、本実施形態では、ウォータジャ
ケット８から流出した飽和蒸気が第２ポンプ２１により
さらに加圧されるので、そのぶんタービン１７に流入す
る過熱蒸気の圧力が上昇し、これによってタービン仕事
が増大する。
ケット８から流出した飽和蒸気が第２ポンプ２１により
さらに加圧されるので、そのぶんタービン１７に流入す
る過熱蒸気の圧力が上昇し、これによってタービン仕事
が増大する。
【００３６】そして、タービン仕事によりエネルギを失
った蒸気は低圧となり、ウォータジャケット７から流出
した低圧蒸気とともに、復水器２０に流入する。復水器
２０に流入した低圧蒸気は、ここで再び冷却凝縮された
後、供給ポンプ１３へと進む。
った蒸気は低圧となり、ウォータジャケット７から流出
した低圧蒸気とともに、復水器２０に流入する。復水器
２０に流入した低圧蒸気は、ここで再び冷却凝縮された
後、供給ポンプ１３へと進む。
【００３７】以後、冷却水は上記の循環を繰り返し、機
関本体を冷却しながら、タービン１７に高圧の過熱蒸気
を供給し続ける。
関本体を冷却しながら、タービン１７に高圧の過熱蒸気
を供給し続ける。
【００３８】このように、本実施形態では、ウォータジ
ャケット８から流出する飽和蒸気を第２ポンプ２１で加
圧した後で過熱器１６に導入するようにしたので、第２
ポンプ２１の駆動損失をタービン１７の仕事から差し引
いても、より多くの廃熱回収が可能となった。
ャケット８から流出する飽和蒸気を第２ポンプ２１で加
圧した後で過熱器１６に導入するようにしたので、第２
ポンプ２１の駆動損失をタービン１７の仕事から差し引
いても、より多くの廃熱回収が可能となった。
【００３９】これをさらに図３のｉｓ線図を用いて説明
すると、供給ポンプ１３（図ではポンプ１で表示）のみ
のときの過熱蒸気の状態変化は１→５→６であり、図示
のλ３がタービン仕事となるのに対して、第２ポンプ２
１（図ではポンプ２で表示）が追加されたときは、過熱
蒸気の状態変化が１→２→３→４となる。つまり、第２
ポンプ２１があるときは、ポンプの駆動損失λ１が生じ
るので、全体の仕事はタービン仕事λ２からポンプ駆動
損失λ１を差し引いた値になるものの、第２ポンプ２１
があるときのタービン仕事λ２が、供給ポンプ１３のみ
のときのタービン仕事λ３よりずっと大きくなるので、
λ２−λ１≧λ３となるのである。
すると、供給ポンプ１３（図ではポンプ１で表示）のみ
のときの過熱蒸気の状態変化は１→５→６であり、図示
のλ３がタービン仕事となるのに対して、第２ポンプ２
１（図ではポンプ２で表示）が追加されたときは、過熱
蒸気の状態変化が１→２→３→４となる。つまり、第２
ポンプ２１があるときは、ポンプの駆動損失λ１が生じ
るので、全体の仕事はタービン仕事λ２からポンプ駆動
損失λ１を差し引いた値になるものの、第２ポンプ２１
があるときのタービン仕事λ２が、供給ポンプ１３のみ
のときのタービン仕事λ３よりずっと大きくなるので、
λ２−λ１≧λ３となるのである。
【００４０】また、ウォータジャケット８の冷却部位
が、排気ポート３の周辺に限られているため、供給ポン
プ１３によりウォータジャケット８内圧の十分な加圧が
可能となり、そのぶんタービン効率が向上する。これに
よって、さらに効率良く廃熱回収が行われる。
が、排気ポート３の周辺に限られているため、供給ポン
プ１３によりウォータジャケット８内圧の十分な加圧が
可能となり、そのぶんタービン効率が向上する。これに
よって、さらに効率良く廃熱回収が行われる。
【００４１】従来装置のようにウォータジャケット８の
冷却部位が燃焼室およびエンジンブロックのシリンダラ
イナ周辺に及ぶ場合にまで、このウォータジャケット８
内圧を上昇させたときは、飽和蒸気温度が高くなりす
ぎ、かえって潤滑信頼性能の悪化（主運動部品の焼き付
き等）や充填効率の低下を引き起こすのであるが、排気
ポートの周辺のみにウォータジャケット８の冷却部位を
限定することにより、このような問題を生じさせること
なく、ウォータジャケット８内圧の高圧化が可能とな
り、タービン効率の向上が可能となるのである。
冷却部位が燃焼室およびエンジンブロックのシリンダラ
イナ周辺に及ぶ場合にまで、このウォータジャケット８
内圧を上昇させたときは、飽和蒸気温度が高くなりす
ぎ、かえって潤滑信頼性能の悪化（主運動部品の焼き付
き等）や充填効率の低下を引き起こすのであるが、排気
ポートの周辺のみにウォータジャケット８の冷却部位を
限定することにより、このような問題を生じさせること
なく、ウォータジャケット８内圧の高圧化が可能とな
り、タービン効率の向上が可能となるのである。
【００４２】ところで、従来装置と同様に、機関の始動
時にポンプ１３、２１を駆動し、機関の停止時にポンプ
１３、２１を非駆動とするのでは、機関本体が過熱状態
となっていないときにもポンプ１３、２１が駆動される
ので、ポンプの駆動損失が生じる。また、機関停止後に
廃熱回収が行われることもない。
時にポンプ１３、２１を駆動し、機関の停止時にポンプ
１３、２１を非駆動とするのでは、機関本体が過熱状態
となっていないときにもポンプ１３、２１が駆動される
ので、ポンプの駆動損失が生じる。また、機関停止後に
廃熱回収が行われることもない。
【００４３】これに対処するためＥＣＭ２２では、温度
センサ２７（図２参照）によりウォータジャケットの８
の冷却水温度ＴＷを検出し、この温度ＴＷが所定値以上
のときだけポンプ１３、２１を駆動する。
センサ２７（図２参照）によりウォータジャケットの８
の冷却水温度ＴＷを検出し、この温度ＴＷが所定値以上
のときだけポンプ１３、２１を駆動する。
【００４４】ＥＣＭ２２で実行されるこの制御の内容
を、図４のフローチャートにしたがって説明すると、同
図は一定時間毎に実行する。
を、図４のフローチャートにしたがって説明すると、同
図は一定時間毎に実行する。
【００４５】ステップ１ではイグニッションスイッチ２
４をみて、イグニッションスイッチ２４がＯＮのときは
ステップ２、３に進む。ステップ２、３ではスタータス
イッチ２５と機関回転数をみて、スタータスイッチ２５
がＯＦＦかつ機関回転数が所定値以上（つまり機関の始
動後）であれば、ステップ４以降に進んで２つのポンプ
１３、２１を駆動し、それ以外のときはステップ７に進
んでポンプ１３、２１を停止させる。
４をみて、イグニッションスイッチ２４がＯＮのときは
ステップ２、３に進む。ステップ２、３ではスタータス
イッチ２５と機関回転数をみて、スタータスイッチ２５
がＯＦＦかつ機関回転数が所定値以上（つまり機関の始
動後）であれば、ステップ４以降に進んで２つのポンプ
１３、２１を駆動し、それ以外のときはステップ７に進
んでポンプ１３、２１を停止させる。
【００４６】ただし、機関始動後であっても、ステップ
４、５で冷却水温度ＴＷを読み込み、これと所定値Ｔ０
を比較し、ＴＷ＜Ｔ０のときは、ステップ５よりステッ
プ７に進んで、ポンプ１３、２１を停止する。ここで、
Ｔ０は、ウォータジャケット８内の冷却水に対して設定
した圧力下でその冷却水が飽和蒸気となるときの温度近
傍の値である。冷却水温度がＴ０未満のときは機関本体
を冷却する必要がなく、冷却水温度がＴ０未満のときま
でポンプ１３、２１を駆動したのでは、かえって電力の
無駄になる。そこで、冷却水温度がＴ０未満のときはポ
ンプ１３、２１を停止することで、電力の無駄をなくす
ようにしたのである。
４、５で冷却水温度ＴＷを読み込み、これと所定値Ｔ０
を比較し、ＴＷ＜Ｔ０のときは、ステップ５よりステッ
プ７に進んで、ポンプ１３、２１を停止する。ここで、
Ｔ０は、ウォータジャケット８内の冷却水に対して設定
した圧力下でその冷却水が飽和蒸気となるときの温度近
傍の値である。冷却水温度がＴ０未満のときは機関本体
を冷却する必要がなく、冷却水温度がＴ０未満のときま
でポンプ１３、２１を駆動したのでは、かえって電力の
無駄になる。そこで、冷却水温度がＴ０未満のときはポ
ンプ１３、２１を停止することで、電力の無駄をなくす
ようにしたのである。
【００４７】一方、イグニッションスイッチ２４がＯＦ
Ｆのとき（つまり機関停止時）は、ステップ１よりステ
ップ８以降に進む。ステップ８、９ではステップ４、５
と同じに冷却水温度ＴＷと所定値Ｔ０を比較する。ＴＷ
≧Ｔ０のときは、ステップ６の操作を行わせ、ＴＷ＜Ｔ
０となったタイミングで、ステップ９よりステップ１
０、１１に進んで、ポンプ１３、２１を停止するととも
に、システムをも停止する。つまり、機関停止後であっ
ても、ＴＷ≧Ｔ０である間はポンプ１３、２１を駆動
し、タービン１７を働かせることで、廃熱が効率よく回
収される。
Ｆのとき（つまり機関停止時）は、ステップ１よりステ
ップ８以降に進む。ステップ８、９ではステップ４、５
と同じに冷却水温度ＴＷと所定値Ｔ０を比較する。ＴＷ
≧Ｔ０のときは、ステップ６の操作を行わせ、ＴＷ＜Ｔ
０となったタイミングで、ステップ９よりステップ１
０、１１に進んで、ポンプ１３、２１を停止するととも
に、システムをも停止する。つまり、機関停止後であっ
ても、ＴＷ≧Ｔ０である間はポンプ１３、２１を駆動
し、タービン１７を働かせることで、廃熱が効率よく回
収される。
【００４８】このように本実施形態では、機関始動後に
機関本体内の冷却水温度が所定値以上になったときだけ
（つまり機関本体の冷却が必要なときだけ）、ポンプ１
３、２１を駆動するようにしたので、不要なポンプ駆動
損失を低減することができる。
機関本体内の冷却水温度が所定値以上になったときだけ
（つまり機関本体の冷却が必要なときだけ）、ポンプ１
３、２１を駆動するようにしたので、不要なポンプ駆動
損失を低減することができる。
【００４９】また、エンジン停止時に、機関本体内の冷
却水温度が所定値以上になっているときは、機関本体内
の冷却水温度が所定値未満となるまでポンプ１３、２１
を停止することなく駆動するので、エンジン停止後も廃
熱回収を行うことができる。このエンジン停止後の廃熱
回収により、システムの効率向上が図れる。
却水温度が所定値以上になっているときは、機関本体内
の冷却水温度が所定値未満となるまでポンプ１３、２１
を停止することなく駆動するので、エンジン停止後も廃
熱回収を行うことができる。このエンジン停止後の廃熱
回収により、システムの効率向上が図れる。
【００５０】図５、図６は第２、第３の各実施形態で、
第１実施形態の図２に対応する。なお、図５、図６では
図２の一部を省略して示している。
第１実施形態の図２に対応する。なお、図５、図６では
図２の一部を省略して示している。
【００５１】まず図５の第２実施形態は、第１実施形態
を前提として、潤滑油の循環路３１に復水器２０を設
け、この復水器２０により潤滑油温度を低下させるよう
にしたものである。
を前提として、潤滑油の循環路３１に復水器２０を設
け、この復水器２０により潤滑油温度を低下させるよう
にしたものである。
【００５２】第１実施形態によれば、ウォータジャケッ
ト８の内圧を従来装置より高圧にするため、そのぶんだ
け潤滑油の温度が上昇し、潤滑の耐熱性能の確保が難し
くなるのであるが、第２実施形態では、潤滑油を機関本
体外の復水器２０に循環させることで、潤滑油温度を低
下させることができ、これによって、温度低下した潤滑
油を機関本体内に導いて主運動各部に給油することが可
能となるので、耐熱信頼性が向上する。
ト８の内圧を従来装置より高圧にするため、そのぶんだ
け潤滑油の温度が上昇し、潤滑の耐熱性能の確保が難し
くなるのであるが、第２実施形態では、潤滑油を機関本
体外の復水器２０に循環させることで、潤滑油温度を低
下させることができ、これによって、温度低下した潤滑
油を機関本体内に導いて主運動各部に給油することが可
能となるので、耐熱信頼性が向上する。
【００５３】なお、図５に示したものは、第１実施形態
の復水器２０を共用するものであるが、第１実施形態の
復水器２０とは別の復水器を設け、この別の復水器に潤
滑油を循環させるようにしてもかまわない。
の復水器２０を共用するものであるが、第１実施形態の
復水器２０とは別の復水器を設け、この別の復水器に潤
滑油を循環させるようにしてもかまわない。
【００５４】次に、図６の第３実施形態は、第１実施形
態の第２ポンプ２１をタービン１７と同軸で駆動するよ
うにしたものである。この実施形態では、第２ポンプ専
用の駆動装置（たとえばモータ）が不要となるので、第
１実施形態よりもコンパクト化、コスト低減が図れる。
態の第２ポンプ２１をタービン１７と同軸で駆動するよ
うにしたものである。この実施形態では、第２ポンプ専
用の駆動装置（たとえばモータ）が不要となるので、第
１実施形態よりもコンパクト化、コスト低減が図れる。
【００５５】第１実施形態では、第２ポンプ２１を追
加して設け、ウォータジャケット８の冷却部位を排気
ポート３の周辺に限りかつ機関本体内の冷却水温度が
所定値以上のときだけポンプを駆動する場合で説明した
が、〜のいずれか１つだけの場合も他の実施形態と
して考えられる。
加して設け、ウォータジャケット８の冷却部位を排気
ポート３の周辺に限りかつ機関本体内の冷却水温度が
所定値以上のときだけポンプを駆動する場合で説明した
が、〜のいずれか１つだけの場合も他の実施形態と
して考えられる。
【図１】第１実施形態の構成図。
【図２】冷却水の循環系統図。
【図３】ｉｓ線図。
【図４】ポンプ１３、２１の駆動制御を説明するための
フローチャート。
フローチャート。
【図５】第２実施形態の循環系統図。
【図６】第３実施形態の循環系統図。
３ 排気ポート ７ ウォータジャケット（第２循環路） ８ ウォータジャケット（第１循環路） １３ 供給ポンプ（第１ポンプ） １６ 過熱器 １７ タービン ２１ 第２ポンプ ２２ ＥＣＭ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｐ 7/16 Ｆ０１Ｐ 7/16 Ｚ
Claims (7)
- 【請求項１】第１ポンプにより冷却媒体を循環させる経
路に、燃焼熱で加熱された冷却媒体の飽和蒸気を排気で
加熱する過熱器と、この過熱器で加熱された冷却媒体の
有する熱エネルギを機械的エネルギに変換するタービン
とを備える内燃機関の廃熱回収装置において、 前記過熱器に流入する飽和蒸気を加圧する第２ポンプを
設けたことを特徴とする内燃機関の廃熱回収装置。 - 【請求項２】前記第２ポンプを前記タービンで駆動する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の廃熱回収
装置。 - 【請求項３】機関本体内の冷却媒体温度が所定値以上の
ときだけ前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを駆動す
ることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の廃熱回
収装置。 - 【請求項４】第１ポンプにより冷却媒体を循環させる経
路に、燃焼熱で加熱された冷却媒体の飽和蒸気を排気で
加熱する過熱器と、この過熱器で加熱された冷却媒体の
有する熱エネルギを機械的エネルギに変換するタービン
とを備える内燃機関の廃熱回収装置において、 冷却媒体の機関本体内の前記循環路を、機関本体の排気
ポートの周辺のみを冷却する第１循環路と、排気ポート
の周辺を除いた残りの部位を冷却する第２循環路の２つ
に分離して構成し、第１循環路の出口側に前記過熱器お
よび前記タービンを備えさせる一方で、第２循環路の出
口側は前記過熱器および前記タービンをバイパスさせる
ことを特徴とする内燃機関の廃熱回収装置。 - 【請求項５】機関本体内の冷却媒体温度が所定値以上の
ときだけ前記第１ポンプを駆動することを特徴とする請
求項３または４に記載の内燃機関の廃熱回収装置。 - 【請求項６】潤滑油の循環路に復水器を設けることを特
徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の廃熱回収
装置。 - 【請求項７】ポンプにより冷却媒体を循環させる経路
に、燃焼熱で加熱された冷却媒体の飽和蒸気を排気で加
熱する過熱器と、この過熱器で加熱された冷却媒体の有
する熱エネルギを機械的エネルギに変換するタービンと
を備える内燃機関の廃熱回収装置において、 機関本体内の冷却媒体温度が所定値以上のときだけ前記
ポンプを駆動することを特徴とする内燃機関の廃熱回収
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10246818A JP2000073753A (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | 内燃機関の廃熱回収装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10246818A JP2000073753A (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | 内燃機関の廃熱回収装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000073753A true JP2000073753A (ja) | 2000-03-07 |
Family
ID=17154158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10246818A Pending JP2000073753A (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | 内燃機関の廃熱回収装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000073753A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002025069A1 (fr) * | 2000-09-25 | 2002-03-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Moteur thermique |
| WO2002025077A1 (fr) * | 2000-09-25 | 2002-03-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Dispositif de recuperation de la chaleur perdue d'un moteur thermique |
| KR20020038419A (ko) * | 2000-11-17 | 2002-05-23 | 박선만 | 폐열 증기 동력기 |
| WO2003029619A1 (fr) * | 2001-09-28 | 2003-04-10 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Dispositif de commande thermique d'un evaporateur |
| WO2003031775A1 (fr) * | 2001-10-09 | 2003-04-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Dispositif a circuit rankine |
| WO2003033881A1 (fr) * | 2001-10-10 | 2003-04-24 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Vehicule presentant un dispositif a cycle de rankine |
| JP2008121615A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Toyota Motor Corp | エンジン |
| JP2008196379A (ja) * | 2007-02-13 | 2008-08-28 | Toyota Motor Corp | 廃熱回収装置及びエンジン |
| JP2008248703A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Toyota Motor Corp | エンジン廃熱回収システム |
| US7475541B2 (en) | 2001-10-09 | 2009-01-13 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Rankine cycle system and vehicle therewith |
| CN103982259A (zh) * | 2014-04-22 | 2014-08-13 | 浙江银轮机械股份有限公司 | 一种基于orc系统的柴油发电机废热发电装置 |
| CN103982255A (zh) * | 2014-04-22 | 2014-08-13 | 浙江银轮机械股份有限公司 | 一种用于船舶主机废热发电orc系统 |
| CN104165102A (zh) * | 2014-04-22 | 2014-11-26 | 浙江银轮机械股份有限公司 | 一种基于有机郎肯循环的发动机废热回收系统 |
| CN104763510A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-07-08 | 宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 | 一种回收排气歧管热量实现发动机增压的系统 |
| FR3042538A1 (fr) * | 2015-10-20 | 2017-04-21 | Soc De Motorisations Aeronautiques | Ensemble moteur a circuit de refroidissement optimise |
-
1998
- 1998-09-01 JP JP10246818A patent/JP2000073753A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6971344B2 (en) | 2000-09-25 | 2005-12-06 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
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| JP2008248703A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Toyota Motor Corp | エンジン廃熱回収システム |
| JP4683002B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2011-05-11 | トヨタ自動車株式会社 | エンジン廃熱回収システム |
| CN103982259A (zh) * | 2014-04-22 | 2014-08-13 | 浙江银轮机械股份有限公司 | 一种基于orc系统的柴油发电机废热发电装置 |
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