JPH0988596A - 自動車用エンジンの水冷装置 - Google Patents

自動車用エンジンの水冷装置

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JPH0988596A
JPH0988596A JP7276919A JP27691995A JPH0988596A JP H0988596 A JPH0988596 A JP H0988596A JP 7276919 A JP7276919 A JP 7276919A JP 27691995 A JP27691995 A JP 27691995A JP H0988596 A JPH0988596 A JP H0988596A
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JP
Japan
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steam
water
steam turbine
engine
water pump
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JP7276919A
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English (en)
Inventor
Takatsugu Nakamura
隆次 中村
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギー効率が良好で,設置の自由度が大
きく且つウォーターポンプと駆動装置との間のシールが
簡便な自動車エンジンの水冷装置の提供。 【解決手段】 蒸気タービンシステム20は,冷却水6
1の一部を取り入れてエンジン排気ガスの余熱によって
蒸気62を発生させる蒸気発生器21と,蒸気の供給を
受けて羽根車231を回転させる蒸気タービン23と,
蒸気を復水し冷却水61として還元する復水器24とを
有し,蒸気タービン23の回転軸19はウォーターポン
プ10の回転軸19に連結されている。蒸気タービンの
回転軸とウォーターポンプの回転軸とを一体的に連結
し,水潤滑軸受けによって支持することが好ましい。蒸
気タービンシステムには,蒸気の圧力を調整する調圧手
段と,冷却水の温度を検知する温度センサと,制御手段
とを設けることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は,車両用エンジンの水冷装置に関
するものであり,特に,エネルギー効率が良好で,且つ
ウォーターポンプと駆動装置との間のシールが簡便な水
冷装置に関する。
【0002】
【従来技術】自動車用エンジンの冷却方式には,熱をエ
ンジンの燃焼室の表面から液体に伝達し,放熱器(ラジ
エータ)を介して外気に放出する水冷式があり,冷却媒
体として水,LLC(Long Life Coola
nt)等(以下単に冷却水という)が用いられている。
冷却水は,ウォーターポンプによって循環されており,
ウォーターポンプ9は,図2に示すように,ベルト99
1とプーリ992を介してエンジン8によって駆動され
ている。即ち,プーリ992の回転軸993は,ウォー
ターポンプ9の回転軸91に一体的に連結されており,
回転軸91には冷却水61に遠心力を与えて循環させる
インペラ92が固定されている。
【0003】同図において符号90はウォーターポンプ
9のボディ,符号93は回転軸993,91を支持する
ベアリングである。そして,ベアリング93のある大気
室901内に冷却水61が浸入するのを防止する為にメ
カニカルシール94が設けられている。メカニカルシー
ル94は一般に,図3に示すように,インペラ92に当
接するフローティングシート941,カーボンシールリ
ング942,スプリング943,シャフトシール944
等によって構成されており,その慴動する面には,水潤
滑性に優れた材質が用いられている。そして,大気室9
01には,蒸気が軸受部に凝結するのを防止するために
蒸気抜きの穴902が設けられている。
【0004】
【解決しようとする課題】しかしながら,従来の上記ウ
ォーターポンプ9には,次のような問題点がある。第一
点は,ウォーターポンプ9をエンジン8の動力によって
駆動するため,ウォーターポンプ9がエンジン8の負荷
となりエネルギー効率(燃費)を低下させることであ
る。第二点は,メカニカルシール94から摺動音が発生
し,時に耳障りとなる。また微量の水漏れは避けがたい
ことである。即ち,回転数の変化幅が大きい自動車用の
エンジンでは,回転数が低下しシールの慴動速度が低下
すると,潤滑膜が薄くなりスティックスリップ現象によ
る摺動音が発生し易い。これを低減するために,通常の
回転速度において慴動面から僅かな蒸気漏れを許容する
よう構成されており,そのために微量ながら水漏れを生
ずることになる。
【0005】また,ウォーターポンプは,エンジンのク
ランクシャフトから直接に動力の供給を受けており,そ
のため設置場所の制約が大きくなり,限られたスペース
に設置しなければならないという問題がある。本発明
は,かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり,
エネルギー効率が良好で,且つ設置場所の自由度が大き
く,またウォーターポンプと駆動装置との間のシールを
簡便に行うことのできる自動車エンジンの水冷装置を提
供しようとするものである。
【0006】
【課題の解決手段】本発明は,冷却水を循環させる渦巻
式ウォーターポンプと,ウォーターポンプを駆動する蒸
気タービンシステムとを有する自動車用エンジンの水冷
装置であって,上記蒸気タービンシステムは,冷却水の
一部を取り入れてエンジン排気ガスの余熱によって蒸気
を発生させる蒸気発生器と,この蒸気発生器で発生した
蒸気の供給を受けて羽根車を回転する蒸気タービンと,
蒸気タービンから排出された蒸気を復水し冷却水として
還元する復水器とを有しており,上記蒸気タービンの回
転軸はウォーターポンプの回転軸に連結されていること
を特徴とする自動車用エンジンの水冷装置にある。
【0007】本発明において最も注目すべきことは,ウ
ォーターポンプが蒸気タービンシステムによって駆動さ
れており,この蒸気タービンシステムは,エンジンの余
熱を利用しており,また,冷却水系統から冷却水を取り
入れて蒸気を発生させ,復水後は再度冷却水に還元す
る,いわゆる冷却水の閉鎖循環サイクルを確立している
ことである。
【0008】その結果,第一に,エンジンの余熱を利用
することからエンジンの負荷を軽減し,エネルギーの利
用効率を向上させ,また同時に好ましからざる排気ガス
の熱放散を低下させることが出来る。また,蒸気を発生
させることを通してエンジンを冷却することが出来る。
第二に,蒸気タービンシステムが冷却水の循環サイクル
であることから,ウォーターポンプとの間のシール性が
低くても問題が無くなることである。
【0009】即ち,冷却水やその蒸気がウォーターポン
プと蒸気タービンとの間に漏洩しても,これによって両
者に対して不具合を生ずることは殆どない。また,蒸気
タービンシステムは,配管等によって蒸気を任意の位置
に導入することが出来るから,設置場所に関する制約が
少なく,設置の自由度が大きいという利点がある。
【0010】なお,更に,請求項2記載のように,蒸気
タービンの回転軸とウォーターポンプの回転軸とを一体
的に連結し,この連結軸を水潤滑軸受けによって支持す
ると好適である。回転軸を一体にすることにより動力を
伝達する部分の構成が簡素となり,また,この回転軸の
両側は水または蒸気によって満たされているから,回転
軸の軸受を水潤滑軸受けとすることにより潤滑材を別個
に備える必要がなくなり軸受け構造が簡素になるからで
ある。
【0011】また,請求項3記載のように,更に,上記
蒸気タービンシステムに対して,蒸気発生器によって発
生された蒸気の圧力を調整する調圧手段と,冷却水の温
度を検知する温度センサと,制御手段とを設け,上記制
御手段が上記温度センサの出力に基づいて上記調圧手段
を操作し蒸気タービンの出力を制御するようにすると好
適である。
【0012】調圧手段を操作することにより蒸気の圧力
を変更し,これによって蒸気タービンの出力を調整する
ことが可能となる。その結果,冷却水の温度が低い場合
には,蒸気タービンの出力を抑制又は停止し,冷却水の
温度が高い場合には,蒸気タービンの出力を増大させて
冷却水の循環を強化するといったように臨機応変の対応
が可能になる。上記調圧手段には,圧力制御弁や安全弁
(リリーフ弁)などがある。また,上記温度センサは他
の用途に用いられるものと共用することができる。
【0013】また,請求項4記載のように,上記蒸気発
生器は,エンジンヘッドと一体的に,または近接して配
置することが好ましい。このように構成することによ
り,蒸気タービンシステムは,排気余熱の他にエンジン
ヘッドの余熱をも利用可能となり,エネルギーの利用効
率が一段と向上し,同時にエンジンの冷却にも寄与する
ことが出来るからである。
【0014】
【発明の実施の形態】 実施形態例 本例は,図1に示すように,冷却水61を循環させる渦
巻式ウォーターポンプ10と,ウォーターポンプ10を
駆動する蒸気タービンシステム20とを有する自動車用
エンジン8の水冷装置1である。蒸気タービンシステム
20は,冷却水61の一部611を取り入れてエンジン
排気ガスの余熱によって蒸気62を発生させる蒸気発生
器21と,蒸気発生器21によって発生した蒸気62の
圧力を調整する調圧弁22と,調圧弁22で調圧された
蒸気62の供給を受けて羽根車231を回転する蒸気タ
ービン23と,蒸気タービン23から排出された蒸気6
2を復水し冷却水61として還元する復水器24と,冷
却水61の温度を検知する温度センサ25と,図示しな
い制御手段とを有している。
【0015】同図において,符号26は,蒸気タービン
23に供給する蒸気62をプールする蒸気室である。そ
して,蒸気タービン23の回転軸19とウォーターポン
プ10の回転軸19とは一体に連結されており,この連
結軸19は,水潤滑軸受け18によって支持されてい
る。そして,制御手段は,温度センサ25の出力に基づ
いて調圧弁22を操作し蒸気タービン23の出力を制御
する。
【0016】以下,それぞれについて説明を補足する。
ウォーターポンプ10は,インペラ11を回転させて遠
心力により冷却水61を圧送する渦巻きポンプである。
ウォーターポンプ10から送出される冷却水61は,エ
ンジン8に流入するが,このとき水量制御弁89を用い
てエンジンブロック81に流入する水量とエンジンーヘ
ッド82に流入する水量が調整されている。エンジン8
を冷却して温度の上昇した冷却水61は,ラジエータ8
3で冷却され,再びウォーターポンプ10に流入する。
このとき,エンジン8で暖められた冷却水61の一部6
11は,分岐管から蒸気発生器21に供給される。
【0017】一方,エンジン8の排気63は,エキゾー
ストマニホールド85から排気管861及びマフラー8
6を経て排出される。そして,エキゾーストマニホール
ド85近傍の排気管861に蒸気発生器21が装着され
いてる。同図において,符号88は,排気浄化装置であ
る。そして,エンジン8で予熱された冷却水61は,蒸
気発生器21において高熱の排気管861によって熱せ
られ,高温の蒸気に転換される。
【0018】蒸気発生器21において生じた蒸気62
は,調圧弁22を経て蒸気室26に送られるが,調圧に
よって生ずる余分の蒸気62は,バイパス流路201を
経て直接復水器24に送られる。復水器24は,蒸気タ
ービン23から排出された蒸気62をバイパス流路21
0からの蒸気62と共に冷却して液化する。制御手段
は,温度センサ25の出力に基づいて調圧弁22を操作
し,蒸気タービン23の出力を制御する。即ち,冷却水
の温度が低い場合には,蒸気タービン23の出力を抑制
又は停止し,冷却水61の温度が高い場合には,蒸気タ
ービン23の出力を増大させて冷却水61の循環を強化
する
【0019】そして,本例の水冷装置1は,エンジン8
の余熱(排気ガス余熱及びエンジンヘッド82の余熱)
を利用することからエンジン8の負荷を軽減し,エネル
ギーの利用効率を向上させ,また排気の熱放散を低下さ
せることが出来る。また,蒸気タービンシステム20が
冷却水61による循環サイクルであることから,ウォー
ターポンプ10との間のシール性が弱くても特に問題が
無い。
【0020】即ち,冷却水や蒸気がウォーターポンプと
蒸気タービンとの間を漏洩しても,両者に対して不具合
を生ずることがない。また,蒸気タービンシステムは,
配管等によって蒸気を任意の位置に導入することが出来
るから,設置場所に関する制約が少なく,水冷装置1に
対する設置の自由度が大きい。
【0021】
【発明の効果】上記のように,本発明によれば,エネル
ギー効率が良好で,設置の自由度が大きく且つウォータ
ーポンプと駆動装置との間のシールを簡便に行うことの
できる自動車エンジンの水冷装置を提供することが出来
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例の水冷装置のシステム構成図。
【図2】従来のエンジン水冷装置のシステム構成図。
【図3】図2のウォーターポンプのメカニカルシール部
の拡大断面図。
【符号の説明】
10...ウォーターポンプ, 19...回転軸, 20...蒸気タービンシステム, 21...蒸気発生器, 23...蒸気タービン, 24...復水器, 61...冷却水, 62...蒸気,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02G 5/02 F02G 5/02 A

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷却水を循環させる渦巻式ウォーターポ
    ンプと,ウォーターポンプを駆動する蒸気タービンシス
    テムとを有する自動車用エンジンの水冷装置であって,
    上記蒸気タービンシステムは,冷却水の一部を取り入れ
    てエンジン排気ガスの余熱によって蒸気を発生させる蒸
    気発生器と,この蒸気発生器で発生した蒸気の供給を受
    けて羽根車を回転する蒸気タービンと,蒸気タービンか
    ら排出された蒸気を復水し冷却水として還元する復水器
    とを有しており,上記蒸気タービンの回転軸はウォータ
    ーポンプの回転軸に連結されていることを特徴とする自
    動車用エンジンの水冷装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において,前記蒸気タービンの
    回転軸とウォーターポンプの回転軸とは一体的に連結さ
    れており,この連結軸は,水潤滑軸受けによって支持さ
    れていることを特徴とする自動車用エンジンの水冷装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2において,前記
    蒸気タービンシステムには,前記蒸気発生器によって発
    生された蒸気の圧力を調整する調圧手段と,冷却水の温
    度を検知する温度センサと,制御手段とを有しており,
    上記制御手段は,上記温度センサの出力に基づいて上記
    調圧手段を操作し蒸気タービンの出力を制御することを
    特徴とする自動車用エンジンの水冷装置。
  4. 【請求項4】 請求項1から請求項3のいずれか1項に
    おいて,前記蒸気発生器は,エンジンヘッドと一体的に
    又はエンジンヘッドに近接して配置されていることを特
    徴とする自動車用エンジンの水冷装置。
JP7276919A 1995-09-28 1995-09-28 自動車用エンジンの水冷装置 Pending JPH0988596A (ja)

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