JP2004143948A - 蓄熱システムおよびその作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関に備わる蓄熱システムにおいて、温水を効率的に回収できないことがある。
【解決手段】ＥＣＵは、アクセル開度の履歴を参照し、アクセル開度が小さいと判定した場合（Ｓ１０のａ）、内燃機関の冷却水の温度のピーク値および平均値が低いと推測し、温水回収開始温度を初期値から下げ（Ｓ１２）、アクセル開度が平均的であると推定した場合（Ｓ１０のｂ）、回収開始温度は初期値のままとし（Ｓ１４）、アクセル開度が大きいと判定した場合（Ｓ１０のｃ）、温水回収開始温度を初期値から上げる（Ｓ１６）。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排熱を回収する技術に関する。本発明は、特に内燃機関の冷却水を蓄熱タンクに回収する蓄熱システムおよびその作動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排熱を利用する技術として、内燃機関の冷却水を蓄熱タンクに回収し、車両の暖房や内燃機関の始動時の予熱に利用する蓄熱システムが知られている。
【０００３】
そのような蓄熱システムにおいて、効率よく冷却水を回収する技術として、内燃機関の負荷に応じて温水を回収する温度を変更する技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術において、蓄熱タンクに温水を回収する際に、その蓄熱タンクから流出する温水の温度に応じて、その温水を回収する経路を選択し、ラジエタを備える経路、もしくはその経路を迂回させる経路とのいずれかに流れる冷却水を蓄熱タンクに回収する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−７１８３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蓄熱タンクに温水を回収する条件は、内燃機関の冷却水の温度によって定められているため、常に一定の制御が行われ、温水の回収の最適化に改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、こうした状況に鑑みなされたものであって、その目的は、内燃機関が発生する熱を効率よく回収する技術を提供することにある。また別の目的は、内燃機関の冷却水を蓄熱タンクに回収する条件の設定を改善する技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は内燃機関の蓄熱システムに関する。この蓄熱システムは、内燃機関が搭載される車両の走行履歴または走行状態の履歴を取得する走行履歴取得部と、内燃機関の排熱を熱エネルギとして蓄える蓄熱器へ、その熱エネルギを蓄えるための制御をなす制御部と、走行履歴または走行状態の履歴に応じて熱エネルギを蓄熱器へ蓄える際の条件を設定する回収条件設定部と、を有する。
【０００８】
ここで走行状態の履歴とは、内燃機関の冷却水の温度、または冷却水の温度上昇に影響を与える要素、例えばアクセルの操作、内燃機関の回転速度など車両に依存する物理量と、外気温や傾斜など車両が走行する環境を示す物理量がある。これら要素の履歴を一つもしくは複数を記録し、温水を回収開始する温度（以下、単に「温水回収開始温度」とも言う）に反映させる。
【０００９】
本発明の別の態様は、内燃機関の蓄熱システムの作動方法に関する。この作動方法は、車両の走行中に当該車両に搭載された内燃機関を冷却する流体の温度上昇に関連する走行パラメータを算出して記録し、記録された走行パラメータをもとに、次回の走行時を目的として、内燃機関が備える蓄熱器へ前述の流体を回収するための条件を設定する。
【００１０】
以上、装置を方法またはプログラムとして、また方法を装置またはプログラムとして表現したものも本発明として有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、内燃機関の冷却水を温水として蓄熱タンクに回収する条件を車両の走行状態の履歴に応じて変更する。特に運転者のアクセル開度や、冷却水の温度履歴、内燃機関の回転数の履歴を記録し、その記録をもとに温水回収開始温度を変更する。これにより、内燃機関に対する負荷が小さく冷却水の温度があまり上昇しない運転がなされる場合、温水回収開始温度を低く設定し、確実に温水の回収を行う。また、内燃機関に対する負荷が大きく冷却水の温度が比較的高くなる運転がなされる場合、温水回収開始温度を高く設定することでより温かい温水の回収が実現できる。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る蓄熱システムが備わる内燃機関１とその冷却水循環系の概略構成を示す。この内燃機関１は車両に設けられ、電動機と組み合わされてハイブリッド駆動装置を構成してもよい。冷却水循環系は、内燃機関１を冷却する機関冷却システムとして機能するだけでなく、内燃機関１により温められた冷却水を蓄える蓄熱システム、および車内を暖房するヒータシステムとしても機能する。冷却水の流路は、電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と表記する）３０により制御される。ＥＣＵ３０は、図示のごとく単一の構成であってもよいが、空調装置などの用途にそれぞれ特化した複数の構成として存在してもよい。
【００１３】
内燃機関１はその内部に冷却水通路２を有し、冷却水通路２の上流側は循環ポンプ３の吐出口に接続される。一般に循環ポンプ３は機械式で、内燃機関１のクランクシャフト（図示せず）によって駆動される。なお、循環ポンプ３の構造は任意に定めることができ、冷却水の循環効率の観点から電動式に構成されてもよい。
【００１４】
機関冷却システムは、循環ポンプ３およびラジエタ５を含んで構成される。サーモスタット弁８は、冷却水温度に応じて循環ポンプ３の吸込み口の接続先を切り換える。冷却水温度が所定値以上のとき、サーモスタット弁８は循環ポンプ３の吸込み口をラジエタ戻し管路６に接続する。このとき冷却水は、循環ポンプ３から冷却水通路２、ラジエタ導入管路４、ラジエタ５、ラジエタ戻し管路６およびポンプ導入管路７を通る流路を循環する。なお、吸気絞り弁２１のハウジングが分岐管路２０に設けられており、高温の冷却水により温められる。一方、冷却水温度が低いときは、サーモスタット弁８が循環ポンプ３の吸込み口をバイパス管路９に接続し、冷却水が循環ポンプ３から冷却水通路２、バイパス管路９およびポンプ導入管路７を通る流路を循環する。
【００１５】
蓄熱システムは、蓄熱タンク１７および蓄熱用ポンプ１８を含んで構成される。蓄熱タンク１７の入口が、温水回収管路２３、第１共通管路１６を経て内燃機関１側に連結し、また出口が温水排出管路２２、三方向切換弁１３、第２共通管路１２を経て内燃機関１側に連結する。機関水温センサ１０が冷却水通路２の冷却水温度を検出し、蓄熱水温センサ１９が蓄熱タンク１７の出口付近の冷却水温度を検出する。検出結果はＥＣＵ３０に伝達される。
【００１６】
冷却水通路２の冷却水温度が所定値、例えば８０℃を超えると、ＥＣＵ３０は三方向切換弁１３を制御して第２共通管路１２、ヒータ用管路１４および温水排出管路２２を連通させ、蓄熱用ポンプ１８を作動する。冷却水通路２で温められた冷却水は、ラジエタ導入管路４、ラジエタ５、ラジエタ戻し管路６、第１共通管路１６および温水回収管路２３を通って蓄熱タンク１７に貯留される。温水の回収流路は、これに限定するものではなく、例えばラジエタ５を通らない流路を新たに設けてもよい。
【００１７】
内燃機関１の冷温始動時、内燃機関１を温めるために、蓄熱タンク１７に貯留する温水を、温水排出管路２２および第２共通管路１２を経て内燃機関１に供給する。このときＥＣＵ３０は、三方向切換弁１３を制御して温水排出管路２２および第２共通管路１２を連通させ、蓄熱用ポンプ１８を作動する。この温水は、内燃機関１のシリンダヘッド部に供給されて、吸気ポートまたは燃焼室を優先的に暖機することが好ましい。
【００１８】
ヒータシステムは、ヒータ１１およびヒータ用ポンプ１５を含んで構成される。車内の暖房時、冷却水通路２において温められた冷却水を第２共通管路１２およびヒータ用管路１４を経てヒータ１１に供給する。このときＥＣＵ３０が、三方向切換弁１３を制御して第２共通管路１２およびヒータ用管路１４を連通させ、ヒータ用ポンプ１５を作動する。この冷却水は第１共通管路１６およびポンプ導入管路７を経て冷却水通路２に戻される。なお、内燃機関１の冷温時に車内を暖房する場合、ＥＣＵ３０が三方向切換弁１３を制御して温水排出管路２２とヒータ用管路１４を連通させ、蓄熱タンク１７に貯留された温水をヒータ１１に供給してもよい。ヒータ用ポンプ１５は、内燃機関１が自律的に一時停止するような車両に搭載される場合、電動式として設けられるのが望ましい。
【００１９】
クランクポジションセンサ４４はクランクシャフト近傍に設けられ、信号歯を備えクランクシャフトに設けらたロータを計測し、クランク回転信号を検出しＥＣＵ３０に伝達する。ＥＣＵ３０は、伝達されたクランク回転信号をもとに内燃機関の回転速度を算出する。また車速センサ４０がドライブシャフト（図示せず）近傍に設けられ、信号歯を備えドライブシャフトの外周部に設けられたロータを計測し、車輪の回転数を検出し、その結果をＥＣＵ３０に伝達する。ＥＣＵ３０は、伝達された車輪の回転数をもとに車輪速度を算出し、車両速度を推定する。また、アクセルポジションセンサ４２は、アクセルペダルの踏み加減、つまりアクセル開度を電気信号に変更しＥＣＵ３０に伝達する。
【００２０】
ＥＣＵ３０は、さらに取得したアクセル開度、冷却水の温度、内燃機関１の回転速度、車両速度の履歴を記録し、その履歴を次回以降の車両走行時における温水回収開始温度の設定に反映させる。ここでＥＣＵ３０が温水回収開始温度の設定に反映させるアクセル操作は、アクセル開速度であってもよいし、アクセル開度とアクセル開速度の組み合わせであってもよい。同様に、ＥＣＵ３０が温水回収開始温度の設定に反映させる回転速度および車両速は、それらの加速度であってもよいし、それら速度と加速度の組み合わせであってもよい。
【００２１】
例えば、アクセル操作が丁寧な運転者によって運転されている場合、一般にアクセルポジションセンサ４２が検出するアクセル開度およびアクセル開速度は小さい。その結果、消費燃料が少なくなり内燃機関１の冷却水の温度は上昇しづらい傾向がある。この場合、温水を回収開始する温度を低くめに設定し、あまり高い温度の冷却水が期待できない状況下においてもある程度満足できる程度の温水の回収を行う。一方、アクセル操作が粗い場合、一般には燃料消費が多くなり内燃機関１の冷却水の温度は高くなる傾向がある。そこで、より温度の高い温水を回収するために、温水回収開始温度を高く設定する。これにより、何回も回収動作を行うことなく、可能な限りの高い温度の冷却水を回収できる。
【００２２】
また、ＥＣＵ３０は前回の走行時の履歴のみを参照してもよいし、過去に蓄積した履歴を参照してもよい。さらにまた、蓄積した履歴を参照し温水回収開始温度の設定に利用する場合、対象とする履歴を例えば「過去１ヶ月」や、「過去１０回の走行」のように期間を限定してもよい。さらにまた、一回の走行で複数回、例えば３回の温水回収が設定されている場合、最初の温水回収開始温度のみを変更してもよいし、全ての温水回収の開始温度を変更してもよい。例えば温水回収開始温度を５℃下げる場合、初期値が８０℃であれば、全て７５℃に設定してもよいし、温水回収開始温度を順に、７５℃、８０℃、８０℃のように１回目の温水回収開始温度のみを下げてもよい。
【００２３】
図２は、温水回収開始温度をアクセル操作の履歴に応じて設定する手順を示す。ここでは、温水回収開始温度の初期値は８０℃に設定されていると仮定する。ＥＣＵ３０は、アクセル開度の履歴を参照し、アクセル開度が小さいと判定した場合（Ｓ１０のａ）、内燃機関１の冷却水の温度のピーク値および平均値が低いと推測し、温水回収開始温度を初期値の８０℃から例えば５℃下げて７５℃に設定する（Ｓ１２）。ＥＣＵ３０がアクセル開度が中程度、つまり平均的であると推定した場合（Ｓ１０のｂ）、回収開始温度は変更せずに初期値のままとする（Ｓ１４）。ＥＣＵ３０が、アクセル開度が大きいと判定した場合（Ｓ１０のｃ）、内燃機関１の冷却水の温度のピーク値および平均値が高いと推測し温水回収開始温度を初期値の８０℃から５℃だけ上げ８５℃に設定する（Ｓ１６）。
【００２４】
同様に、温水回収開始温度を内燃機関１の回転速度の履歴に応じて設定するケースでは、ＥＣＵ３０は、内燃機関１の回転速度の履歴を参照し、回転速度が低いと判定した場合、温水回収開始温度を初期値から下げ、回転速度が平均的であると判定した場合、回収開始温度を初期値のままとし、さらに、回転速度が高いと判定した場合、温水回収開始温度を初期値から上げる。
【００２５】
同様に、温水回収温度を車両速度の履歴に応じて設定するケースでは、ＥＣＵ３０は、車両速度の履歴を参照し、車両速度が低いと判定した場合、温水回収開始温度を初期値から下げ、車両速度が平均的であると判定した場合、回収開始温度を初期値のままとし、車両速度が高いと判定した場合、温水回収開始温度を初期値から上げる。
【００２６】
温水回収開始温度を内燃機関１の冷却水の温度履歴に応じて設定するケースも同様に、ＥＣＵ３０は、内燃機関１の冷却水の温度履歴を参照し、内燃機関１の冷却水の温度のピーク値および平均値が低いと判定した場合、温水回収開始温度の初期値を下げる。内燃機関１の冷却水の温度のピーク値および平均値が中程度であると判定した場合、温水回収開始温度は初期値とする。さらに、内燃機関１の冷却水の温度のピーク値および平均値が高いと判定した場合、温水回収開始温度の初期値を上げる。
【００２７】
ＥＣＵ３０は複数の履歴を組み合わせて温水回収開始温度の設定に反映させてもよい。例えば、アクセル開度の履歴と内燃機関１の回転速度の履歴を参照する。その際、それぞれの履歴に応じて上下させる温度の変更幅を異なる設定としてもよい。例えば、アクセル開度の履歴を参照することにより決定される温度の変更幅を５℃とし、内燃機関１の回転速度の履歴を参照することにより決定される温度の変更幅は２℃にする。
【００２８】
この場合、温水回収開始温度はアクセル開度が小さいと判定された場合、５℃下げられ、さらに内燃機関１の回転速度が低いと判定された場合、さらに２℃下げられ、計７℃下がり初期値が８０℃であれば７３℃になる。
【００２９】
ＥＣＵ３０が温水回収開始温度を設定する際に参照する履歴として、例えば、外気温センサを有する車両であれば外気温の状況変化の履歴がある。つまり、車両の運転中に内燃機関１の冷却水の温度変化が推定できる物理量であれば、その種類は問わない。
【００３０】
以上、実施の形態によれば、走行状態や走行環境の履歴に応じて学習制御ができるため内燃機関の冷却水を効率よく回収できる。内燃機関の冷却水の温度があまり上昇しない運転がなされる車両であれば、ある程度満足できる程度の温水の回収が実現できる。また、冷却水の温度が高くなる運転がなされる車両であれば、より高い温度の温水を回収できる。
【００３１】
さらに、基準加速度と車速センサから算出した実際の加速度とを比較することで登坂路および降坂路の判定を行い変速機の変速制御を行う車両がある。このような車両であれば、その登坂路および降坂路の判定の履歴を利用して温水回収開始温度を変更してもよい。このように、運転者の操作履歴から温水回収開始温度を設定するだけでなく、車両の走行環境を推定し、温水の回収開始温度が設定されてもよい。また、ナビゲーションシステムを有する車両では、走行履歴、つまりナビゲーションシステムにおいて取得された走行ルート、設定された目的地や出発地などの情報に応じて過去の履歴とあわせて、回収開始温度を設定することもできる。
【００３２】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、機関が発生する熱を効率よく回収できる。また別の観点では、内燃機関の冷却水を蓄熱タンクに回収する条件を適切に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る蓄熱システムが備わる内燃機関とその冷却水循環系の概略構成を示す図である。
【図２】温水回収開始温度をアクセル操作の履歴に応じて設定する制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　内燃機関、　２　冷却水通路、　１０　機関水温度センサ、　１１　ヒータ、　１３　三方向切替弁、　１７　蓄熱タンク、　１９　蓄熱水温センサ、　３０　電子制御装置、　４０　車速センサ、　４２　アクセルポジションセンサ、　４４　クランクポジションセンサ。

Claims (8)

1. 内燃機関が搭載される車両の走行履歴または走行状態の履歴を取得する走行履歴取得部と、
   前記内燃機関の排熱を熱エネルギとして蓄える蓄熱器へ、前記熱エネルギを蓄えるための制御をなす制御部と、
   前記走行履歴または走行状態の履歴に応じて前記熱エネルギを前記蓄熱器へ蓄える際の条件を設定する条件設定部と、
   を有することを特徴とする内燃機関の蓄熱システム。
2. 前記車両のアクセル開度を算出するアクセル開度算出手段をさらに有し、
   前記走行履歴取得部は前記アクセル開度を前記走行状態の履歴として取得することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の蓄熱システム。
3. 前記内燃機関の回転速度を算出する回転速度算出手段をさらに有し、
   前記走行履歴取得部は前記回転速度を前記走行状態の履歴として取得することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の蓄熱システム。
4. 前記流体の温度を算出する温度算出手段をさらに有し、
   前記走行履歴取得部は前記流体の温度を前記走行状態の履歴として取得することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の蓄熱システム。
5. 内燃機関が搭載される車両に対する運転者の操作履歴を取得し、前記操作履歴に応じて、前記内燃機関が備える蓄熱器へ前記内燃機関の排熱を回収する条件を変更することを特徴とする内燃機関の蓄熱システムの作動方法。
6. 内燃機関が搭載される車両の走行環境を所定のセンサの出力をもとに検出し、前記走行環境に応じて、前記内燃機関が備える蓄熱器へ前記内燃機関の排熱を熱エネルギとして蓄えるための制御を変更することを特徴とする内燃機関の蓄熱システムの作動方法。
7. 車両の走行中に当該車両に搭載された内燃機関を冷却する流体の温度上昇に関連する走行パラメータを算出して記録し、
   記録された前記走行パラメータをもとに、次回の走行時を目的として、前記内燃機関が備える蓄熱器へ前記流体を回収するための条件を設定することを特徴とする内燃機関の蓄熱システムの作動方法。
8. 前記流体の回収を開始するための条件として当該流体の温度を採用するとともに、前記走行パラメータが、前記温度上昇が遅いことを示す場合には、前記流体の温度が比較的低いときに回収を開始するよう条件を設定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の蓄熱システムの作動方法。

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