JP2002115801A - 蒸発器の蒸気温度制御装置 - Google Patents

蒸発器の蒸気温度制御装置

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Nobuyuki Nagatani
修志 永谷
Susumu Maeda
進 前田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの排気ガスで作動する蒸発器が発生
する蒸気の温度を、エンジンの過渡状態においても高精
度で制御する。 【解決手段】 制御装置１１は、エンジン１の排気ガス
で水を加熱する蒸発器３が発生する蒸気の実蒸気温度
を、給水量制御インジェクタ７からの給水量を変化させ
ることで目標蒸気温度に制御すべく、エンジン回転数お
よび吸気負圧に応じて給水量をフィードフォワード制御
するとともに、実蒸気温度と目標蒸気温度との偏差に基
づいて給水量をフィードバック制御する。エンジン１の
燃焼状態を表すパラメータであるフュエルカット制御信
号、イグニッションリタード制御信号、ＥＧＲ制御信号
および空燃比制御信号の少なくとも一つを用いて、フィ
ードフォワード制御値を補正することにより、蒸発器３
が発生する蒸気の実蒸気温度をエンジン１の過渡状態に
おいても高精度で目標蒸気温度に制御することが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気ガ
スで液相作動媒体を加熱する蒸発器が発生する蒸気の実
蒸気温度を目標蒸気温度に制御するための蒸発器の蒸気
温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの排気ガスの熱エネルギーを回
収する廃熱回収ボイラに対する給水量を変化させて実蒸
気温度を目標蒸気温度に制御すべく、エンジンのスロッ
トル開度に基づいてフィードフォワード制御値を算出す
るとともに、実蒸気温度および目標蒸気温度の偏差に基
づいてフィードバック制御値を算出し、フィードフォワ
ード制御値およびフィードバック制御値の加算値によっ
て廃熱回収ボイラに対する給水量を制御するものが、特
開平２−３８１６１号公報、特開平２−３８１６２号公
報により公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば自動
車用のエンジンではフュエルカット制御、イグニッショ
ンリタード制御、ＥＧＲ制御、空燃比制御等の種々の制
御が行われており、これらの制御はエンジンの燃焼状態
を変化させるものであるため、排気ガスの温度に直接的
な影響を与えてしまう。従って、上記各種の制御を行う
エンジンでは、その過渡状態において蒸気の温度を応答
性良く、かつ精密に制御することが困難であった。
【０００４】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、エンジンの排気ガスで作動する蒸発器が発生する蒸
気温度を、エンジンの過渡状態においても高精度で制御
することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明によれば、エンジンの排
気ガスで液相作動媒体を加熱する蒸発器が発生する蒸気
の実蒸気温度を目標蒸気温度に制御するための蒸発器の
蒸気温度制御装置において、蒸発器に対する液相作動媒
体の供給量を変化させる液相作動媒体供給量可変手段
と、エンジンの燃焼状態を表すパラメータに基づいて液
相作動媒体供給量可変手段による液相作動媒体の供給量
を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする蒸発器
の蒸気温度制御装置が提案される。
【０００６】上記構成によれば、エンジンの排気ガスで
作動する蒸発器に液相作動媒体を供給する際に、排気ガ
スの温度に直接的に影響を与えるエンジンの燃焼状態を
表すパラメータに基づいて液相作動媒体の供給量を制御
するので、蒸発器が発生する蒸気の実蒸気温度をエンジ
ンの過渡状態においても高精度で目標蒸気温度に制御す
ることが可能となる。
【０００７】また請求項２に記載された発明によれば、
請求項１の構成に加えて、前記エンジンの燃焼状態を表
すパラメータは、フュエルカット制御信号、イグニッシ
ョンリタード制御信号、ＥＧＲ制御信号および空燃比制
御信号の少なくとも一つであることを特徴とする蒸発器
の蒸気温度制御装置が提案される。
【０００８】上記構成によれば、フュエルカット制御信
号、イグニッションリタード制御信号、ＥＧＲ制御信号
および空燃比制御信号の少なくとも一つに基づいて液相
作動媒体の供給量を制御するので、エンジンの燃焼状態
を的確に反映して実蒸気温度を高精度で制御することが
可能となる。
【０００９】また請求項３に記載された発明によれば、
請求項１または請求項２の構成に加えて、前記制御手段
は、エンジン回転数およびエンジン負荷に応じて液相作
動媒体の供給量を制御するフィードフォワード制御手段
と、実蒸気温度および目標蒸気温度の偏差に基づいて液
相作動媒体の供給量を制御するフィードバック制御手段
とを備えたことを特徴とする蒸発器の蒸気温度制御装置
が提案される。
【００１０】上記構成によれば、エンジン回転数および
エンジン負荷に応じて液相作動媒体の供給量を制御する
フィードフォワード制御と、実蒸気温度および目標蒸気
温度の偏差に基づいて液相作動媒体の供給量を制御する
フィードバック制御とを併用するので、実蒸気温度を目
標蒸気温度に一致させる制御の応答性および収束性を両
立させることができる。
【００１１】尚、実施例の給水量制御インジェクタ７は
本発明の液相作動媒体供給量可変手段に対応し、実施例
の蒸気温度制御装置１１は本発明の制御手段に対応し、
実施例のフィードフォワード制御手段１７は本発明のフ
ィードフォワード制御部に対応し、実施例のフィードバ
ック制御手段１８は本発明のフィードバック制御部に対
応し、実施例の吸気負圧ＰＢは本発明のエンジン負荷に
対応する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１３】図１〜図８は本発明の一実施例を示すもの
で、図１は車両に搭載されたランキンサイクル装置の蒸
気温度制御装置の全体構成を示す図、図２は蒸気温度制
御装置の制御系のブロック図、図３は蒸気温度制御のフ
ローチャート、図４はエンジン回転数および吸気負圧か
ら排気ガスエネルギーを検索するマップを示す図、図５
はフュエルカット後経過時間から排気ガスエネルギーを
検索するマップを示す図、図６はイグニッションリター
ド制御信号から排気ガス温度を検索するマップを示す
図、図７はＥＧＲ制御信号から排気ガス温度を検索する
マップを示す図、図８は空燃比制御信号から排気ガス温
度を検索するマップを示す図である。
【００１４】図１に示すように、車両に搭載されたエン
ジン１で作動するランキンサイクル装置２は公知の構造
を有するもので、エンジン１の廃熱、例えば排気ガスを
熱源として高温高圧蒸気を発生する蒸発器３と、その高
温高圧蒸気の膨脹によって軸出力を発生する膨張機４
と、膨張機４から排出される降温降圧蒸気を凝縮させて
水に戻す凝縮器５、凝縮器５からの水を加圧する給水ポ
ンプ６と、給水ポンプ６から蒸発器３に供給される水量
を制御する給水量制御インジェクタ７とを有する。マイ
クロコンピュータよりなる蒸気温度制御装置１１には、
蒸発器３に設けられて実蒸気温度Ｔｓを検出する蒸気温
度センサ１２と、エンジン１に設けられてエンジン回転
数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ１３と、エンジ
ン１に設けられて吸気負圧ＰＢを検出する吸気負圧セン
サ１４とからの信号が入力され、更にエンジン１の運転
状態を制御するエンジン制御装置１６からの燃焼状態を
表す信号、つまりフュエルカット制御信号、イグニッシ
ョンリタード制御信号、ＥＧＲ制御信号および空燃比制
御信号が入力される。
【００１５】図２に示すように、蒸気温度制御装置１１
はフィードフォワード制御部１７およびフィードバック
制御部１８を備える。フィードフォワード制御部１７で
は、エンジン回転数センサ１３で検出したエンジン回転
数ＮＥと、吸気負圧センサ１４で検出した吸気負圧ＰＢ
と、エンジン制御装置１６からのフュエルカット制御信
号とに基づいて、排気ガスのエネルギー、即ち排気ガス
の温度Ｔｇおよび排気ガスの流量Ｑｇを検索する。また
エンジン１の燃焼状態を表す信号であるイグニッション
リタード制御信号、ＥＧＲ制御信号および空燃比制御信
号の各々に対応する排気ガス温度低下量ΔＴｇ１，ΔＴ
ｇ２，ΔＴｇ３をマップ検索し、エンジン回転数ＮＥ、
吸気負圧ＰＢおよびフュエルカット制御信号から検索し
た排気ガスの温度Ｔｇに、イグニッションリタード制御
信号、ＥＧＲ制御信号および空燃比制御信号から検索し
た３つの排気ガス温度低下量ΔＴｇ１，ΔＴｇ２，ΔＴ
ｇ３を加算して補正する（Ｔｇ←Ｔｇ＋ΔＴｇ１＋ΔＴ
ｇ２＋ΔＴｇ３）。そしてエンジン回転数ＮＥおよび吸
気負圧ＰＢから検索した排気ガスの流量Ｑｇと前記補正
後の排気ガスの温度Ｔｇとに基づいて、蒸発器３におい
て発生する蒸気の実蒸気温度Ｔｓを目標蒸気温度Ｔｓｔ
に一致させるための給水量Ｑｗを検索した後に、その給
水量Ｑｗをエンジン１および蒸発器３の熱容量を考慮し
た二次遅れフィルターでフィルタリングしてフィードフ
ォワード制御値を算出する。
【００１６】一方、蒸気温度センサ１２で検出した実蒸
気温度Ｔｓと、予め設定した目標蒸気温度Ｔｓｔとの偏
差Ｔｓ−Ｔｓｔを算出し、その偏差Ｔｓ−ＴｓｔをＰＩ
Ｄ処理してフィードバック制御値を算出し、前記フィー
ドフォワード制御値およびフィードバック制御値の加算
値に基づいて給水量制御インジェクタ７が蒸発器３に供
給する水量を制御する。而して、蒸発器３への給水量Ｑ
ｗが減少すると発生する蒸気の実蒸気温度Ｔｓが増加
し、蒸発器３への給水量Ｑｗが増加すると発生する蒸気
の実蒸気温度Ｔｓが減少する。
【００１７】上記作用を図３のフローチャートに基づい
て更に説明する。
【００１８】先ず、ステップＳ１でエンジン回転数セン
サ１３によりエンジン回転数ＮＥを検出するとともに吸
気負圧センサ１４により吸気負圧ＰＢを検出し、続くス
テップＳ２で図４のマップから排気ガスエネルギーを検
索する。図４のマップから明らかなように、排気ガスエ
ネルギーはエンジン回転数ＮＥが増加するほど増加し、
また吸気負圧ＰＢが小さくなるほど増加する。続くステ
ップＳ３でエンジン１がフュエルカット中であれば、ス
テップＳ４でフュエルカット開始からの経過時間に応じ
て排気ガスエネルギーを補正する。図５から明らかよう
に、排気ガスエネルギーはフュエルカット開始からの経
過時間が増加するに応じて急激に減少する。
【００１９】続くステップＳ５でエンジン１の燃焼状態
に影響を及ぼすイグニッションリタード制御中であれ
ば、ステップＳ６で図６に示すマップに基づいてイグニ
ッションリタード量に応じた排気ガスエネルギー（排気
ガス温度Ｔｇ）の変化量ΔＴｇを検索する。排気ガス温
度Ｔｇは、点火時期が最適点火時期（ＭＢＴ）のときに
最小になり、点火時期の最適点火時期からの遅角量ある
いは進角量が増加するのに応じて変化量ΔＴｇだけ増加
する。続くステップＳ７でエンジン１の燃焼状態に影響
を及ぼすＥＧＲ制御中であれば、ステップＳ８で図７の
マップに基づいてＥＧＲ制御量に応じた排気ガスエネル
ギー（排気ガス温度Ｔｇ）の変化量ΔＴｇを検索する。
排気ガス温度Ｔｇは、ＥＧＲ量が０から増加するのに応
じて変化量ΔＴｇだけ減少する。続くステップＳ９でエ
ンジン１の燃焼状態に影響を及ぼす空燃比制御中であれ
ば、ステップＳ１０で図８のマップに基づいて空燃比制
御量に応じた排気ガスエネルギー（排気ガス温度Ｔｇ）
の変化量ΔＴｇを検索する。排気ガス温度Ｔｇは、空燃
比がストイキ（理論空燃比）からリーン側あるいはリッ
チ側に変化するのに応じて変化量ΔＴｇだけ減少する。
【００２０】尚、前記ステップＳ３でエンジン１がフュ
エルカット中であれば、前記ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ１
０における排気ガス温度Ｔｇの変化量ΔＴｇは全て０に
設定される。
【００２１】続くステップＳ１１で、前記ステップＳ４
で算出した排気ガスのエネルギーのうちの排気ガス温度
を、ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ１０で算出した排気ガス温
度Ｔｇの変化量ΔＴｇを用いて補正して補正後の排気ガ
スのエネルギーを算出し、この排気ガスのエネルギーに
基づいて蒸発器３において発生する実蒸気温度Ｔｓを目
標蒸気温度Ｔｓｔに一致させるための給水量Ｑｗ（フィ
ードフォワード制御値）を算出する。そしてステップＳ
１２でエンジン１および蒸発器３の応答遅れを考慮して
給水量Ｑｗをフィルタリング処理する。続くステップＳ
１３で実蒸気温度Ｔｓと目標蒸気温度Ｔｓｔとの偏差Ｔ
ｓ−ＴｓｔをＰＩＤ処理して実蒸気温度Ｔｓを目標蒸気
温度Ｔｓｔに一致させるための給水量Ｑｗ（フィードバ
ック制御値）を算出する。そしてステップＳ１４で前記
フィードフォワード制御値およびフィードバック制御値
の加算値を算出し、ステップＳ１５で前記加算値に基づ
いて給水量制御インジェクタ７から蒸発器３への給水量
Ｑｗを制御する。
【００２２】以上のように、エンジン回転数ＮＥおよび
エンジン負荷ＰＢに基づいて蒸発器３に対する給水量Ｑ
ｗを制御するフィードフォワード制御と、蒸発器３で発
生した蒸気の実蒸気温度Ｔｓと目標蒸気温度Ｔｓｔとの
偏差に基づいて給水量Ｑｗを制御するフィードバック制
御とを併用するので、応答性および収束性を両立させな
がら実蒸気温度Ｔｓを目標蒸気温度Ｔｓｔに一致させる
ことができる。しかもフィードフォワード制御値をエン
ジン１の排気ガス温度Ｔｇに直接的に影響を与えるエン
ジン１の燃焼状態を表すパラメータ、即ちフュエルカッ
ト制御信号、イグニッションリタード制御信号、ＥＧＲ
制御信号および空燃比制御信号に基づいて補正するの
で、蒸発器３が発生する蒸気の実蒸気温度Ｔｓをエンジ
ン１の過渡状態においても高精度で目標蒸気温度Ｔｓｔ
に制御することが可能となる。
【００２３】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の設計変
更を行うことが可能である。
【００２４】例えば、実施例ではエンジン１の燃焼状態
を表すパラメータとして、フュエルカット制御信号、イ
グニッションリタード制御信号、ＥＧＲ制御信号および
空燃比制御信号を用いているが、必ずしもそれらの全て
を用いる必要はなく、それらうちの少なくとも一つを用
いれば良い。また実施例ではエンジン負荷として吸気負
圧ＰＢを用いているが、スロットル開度等の他のパラメ
ータを用いることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、エンジンの排気ガスで作動する蒸発器に液相
作動媒体を供給する際に、排気ガスの温度に直接的に影
響を与えるエンジンの燃焼状態を表すパラメータに基づ
いて液相作動媒体の供給量を制御するので、蒸発器が発
生する蒸気の実蒸気温度をエンジンの過渡状態において
も高精度で目標蒸気温度に制御することが可能となる。
【００２６】また請求項２に記載された発明によれば、
フュエルカット制御信号、イグニッションリタード制御
信号、ＥＧＲ制御信号および空燃比制御信号の少なくと
も一つに基づいて液相作動媒体の供給量を制御するの
で、エンジンの燃焼状態を的確に反映して実蒸気温度を
高精度で制御することが可能となる。
【００２７】また請求項３に記載された発明によれば、
エンジン回転数およびエンジン負荷に応じて液相作動媒
体の供給量を制御するフィードフォワード制御と、実蒸
気温度および目標蒸気温度の偏差に基づいて液相作動媒
体の供給量を制御するフィードバック制御とを併用する
ので、実蒸気温度を目標蒸気温度に一致させる制御の応
答性および収束性を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載されたランキンサイクル装置の蒸気
温度制御装置の全体構成を示す図
【図２】蒸気温度制御装置の制御系のブロック図
【図３】蒸気温度制御のフローチャート
【図４】エンジン回転数および吸気負圧から排気ガスエ
ネルギーを検索するマップを示す図
【図５】フュエルカット後経過時間から排気ガスエネル
ギーを検索するマップを示す図
【図６】イグニッションリタード制御信号から排気ガス
温度を検索するマップを示す図
【図７】ＥＧＲ制御信号から排気ガス温度を検索するマ
ップを示す図
【図８】空燃比制御信号から排気ガス温度を検索するマ
ップを示す図
【符号の説明】
１ エンジン ３ 蒸発器 ７ 給水量制御インジェクタ（液相作動媒体供
給量可変手段） １１ 蒸気温度制御装置（制御手段） １７ フィードフォワード制御手段（フィードフ
ォワード制御部） １８ フィードバック制御手段（フィードバック
制御部） ＮＥ エンジン回転数 ＰＢ 吸気負圧（エンジン負荷） Ｔｓ 実蒸気温度 Ｔｓｔ 目標蒸気温度

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジン（１）の排気ガスで液相作動媒
    体を加熱する蒸発器（３）が発生する蒸気の実蒸気温度
    （Ｔｓ）を目標蒸気温度（Ｔｓｔ）に制御するための蒸
    発器の蒸気温度制御装置において、 蒸発器（３）に対する液相作動媒体の供給量を変化させ
    る液相作動媒体供給量可変手段（７）と、 エンジン（１）の燃焼状態を表すパラメータに基づいて
    液相作動媒体供給量可変手段（７）による液相作動媒体
    の供給量を制御する制御手段（１１）と、を備えたこと
    を特徴とする蒸発器の蒸気温度制御装置。
  2. 【請求項２】 前記エンジン（１）の燃焼状態を表すパ
    ラメータは、フュエルカット制御信号、イグニッション
    リタード制御信号、ＥＧＲ制御信号および空燃比制御信
    号の少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１
    に記載の蒸発器の蒸気温度制御装置。
  3. 【請求項３】 前記制御手段（１１）は、エンジン回転
    数（ＮＥ）およびエンジン負荷（ＰＢ）に応じて液相作
    動媒体の供給量を制御するフィードフォワード制御手段
    （１７）と、実蒸気温度（Ｔｓ）および目標蒸気温度
    （Ｔｓｔ）の偏差に基づいて液相作動媒体の供給量を制
    御するフィードバック制御手段（１８）とを備えたこと
    を特徴とする、請求項１または請求項２に記載の蒸発器
    の蒸気温度制御装置。
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