JP2010007500A - 蓄熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの状態に応じて効率よく蓄熱と放熱とを行い、システム内の効率的な熱利用が可能となる蓄熱システムを提供することを課題とする。
【解決手段】ＥＣＵ５０は、蓄熱−暖機制御を行う。ＥＣＵ５０は、蓄熱槽内油温がエンジン内部油温よりも高いときに、潜熱蓄熱材６中を通過する油量がバイパス経路９を通過する油量よりも多くなるようにする。蓄熱槽内油温がエンジン内部油温よりも低いときに、潜熱蓄熱材６中を通過する油量がバイパス経路９を通過する油量よりも少なくなるようにする。ＥＣＵ５０は、油循環経路３を流通する油の温度が油の過加熱を判断する閾値を越え、かつ、冷却水温がオーバーヒート判定温度に対して余裕を有するときに、冷却水排気熱回収器１６、油排気熱回収器１９の双方で排気熱回収を行うように排気熱回収制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱システム、特にエンジンの発する熱を有効に利用することができる蓄熱システムに関する。

従来、熱交換媒体が、固体と液体との状態変化により蓄熱する蓄熱体と直接接触することで、両者の熱交換を行う蓄熱式熱供給装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００６−２６６６０５号公報

上記蓄熱式熱供給装置は、熱交換媒体と蓄熱体とが、例えば、配管壁を介する間接的な熱交換を行うのではなく、熱交換媒体と蓄熱体とが直接接触して熱交換を行う。このため、効率的な蓄熱、放熱を行うことができる。
このような装置は、エンジンに搭載し、潤滑材である油を熱交換媒体としてエンジンの暖機に供する蓄熱システムに応用することが考えられる。この場合、エンジン自体が熱源となり、その一方で、エンジン自体が被加熱体となる。このため、油が十分に温まらず、蓄熱体が蓄熱する熱量が少ない状態でエンジンが停止することも想定される。この場合、次回エンジン始動時の暖機が迅速に行われない。
このような事情を考慮すると、上記蓄熱式熱供給装置は、当該装置をエンジンに搭載する蓄熱システムに適用するために、改良の余地がある。

そこで、本発明は、エンジンの状態に応じて効率よく蓄熱と放熱とを行い、システム内の効率的な熱利用が可能となる蓄熱システムを提供することを課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書開示の蓄熱システムは、エンジンの内部の潤滑に供される油が循環する油循環経路に組み込まれ、前記油及び固体と液体との状態変化により蓄熱する蓄熱体を内部に収容する蓄熱槽と、当該蓄熱槽の内部に収容した前記蓄熱体をバイパスするバイパス経路と、前記油循環経路及び前記バイパス経路に油を循環させるフィードポンプと、前記蓄熱体中を通過する油量と前記バイパス経路を通過する油量とを調節する調節弁と、エンジン温度を測定する測温手段と、前記蓄熱槽内に存在する油の温度である蓄熱槽内油温を測定する測温手段と、前記蓄熱槽内油温が前記エンジン温度よりも高いときに、前記蓄熱体中を通過する油量が前記バイパス経路を通過する油量よりも多くなるように前記調節弁を制御し、前記蓄熱槽内油温が前記エンジン温度よりも低いときに、前記蓄熱体中を通過する油量が前記バイパス経路を通過する油量よりも少なくなるように前記調節弁を制御する制御手段と、を、備えている。

前記制御手段は、前記蓄熱槽内油温が前記エンジン温度よりも低く、かつ、エンジンの暖機が完了したと判断したときに、前記蓄熱体中を通過する油量が前記バイパス経路を通過する油量よりも多くなるように前記調節弁を制御することができる。

このような蓄熱システムにおいて、蓄熱体は、比重が油と異なるものが選択され、採用される。これにより、油と蓄熱体とは蓄熱槽内で上下に分離する。本明細書開示の蓄熱システムでは、エンジンの状態に応じ、蓄熱体中を通過する油量とバイパス経路を通過する油量とが調節される。蓄熱システムは、蓄熱体が蓄えた熱をエンジンの暖機に利用したい場合、蓄熱体に通過させる油量を増加させる。蓄熱システムは、また、エンジンの燃焼熱を蓄熱体に蓄えたい場合にも蓄熱体に通過させる油を増加させる。一方、エンジン暖機時に蓄熱体が蓄えていた熱を利用した後は、油は蓄熱体をバイパスする。すなわち、蓄熱システムは、バイパス流路を通過する油量を増加させる。これにより、油が循環する系内の熱容量を低減することができ、エンジンの早期暖機を図ることができる。バイパス経路は、蓄熱槽全体をバイパスすることによって蓄熱体をバイパスする経路とすることもできる。

このような蓄熱システムでは、さらに、前記エンジンの排気流と前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行う冷却水排気熱回収器と、前記エンジンの排気流と前記油循環経路を循環する前記油との間で熱交換を行い、前記排気流に対し、前記冷却水排気熱回収器よりも下流側に配置される油排気熱回収器と、前記冷却水排気熱回収器において排気熱回収を行うか否かの切り替えを行う冷却水排気熱回収切替手段と、前記油排気熱回収器において排気熱回収を行うか否かの切り替えを行う油排気熱回収切替手段と、前記油循環経路を流通する油の温度を測定する測温手段と、冷却水温を測定する測温手段と、を備えた構成とすることができる。そして、前記制御手段は、前記油循環経路を流通する油の温度が油の過加熱を回避する閾値を越え、かつ、前記冷却水温がオーバーヒート判定温度に対して余裕を有するときに、前記冷却水排気熱回収器において排気熱回収を行うように前記冷却水排気熱回収切替手段を制御すると共に、前記油排気熱回収器において排気熱回収を行うように前記油排気熱回収切替手段を制御する。

冷却水排気熱回収器及び油排気熱回収器により、エンジンの排気熱を効率よく利用することができる。油排気熱回収器は、排気熱を利用して油循環経路を循環する油を温める。温められた油は蓄熱槽に供給される。これにより、蓄熱槽に蓄熱することができる。排気熱を利用することで、エンジン始動直後から油温を上昇させることができ、蓄熱量を維持することができる。

排気熱を油に付与する場合、油の劣化の抑制、発火防止のために、油の過加熱を防止することが求められる。そこで、油循環経路を流通する油の温度が油の過加熱を回避する閾値を越え、かつ、冷却水温がオーバーヒート判定温度に対して余裕を有するときには、冷却水排気熱回収器において排気熱回収を行う。これにより、後に油排気熱回収器に供給される排気流の温度を低下させることができる。油排気熱回収器では、油は、温度が低下した排気流から熱を得る。この結果、油の過加熱を防止しつつ、排気流と油とを熱交換させ、高い蓄熱量を維持することができる。

また、前記エンジンの排気流と前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行う冷却水排気熱回収器と、当該冷却水排気熱回収器で熱交換を行った冷却水と前記油循環経路を循環する前記油との間で熱交換を行う油排気熱回収器と、を備えた蓄熱システムとすることもできる。油循環経路を循環する油が、冷却水との熱交換によって排気熱を得る構成である。すなわち、冷却水を媒体として排気熱回収を行う。これにより、冷却水の沸点以上で熱交換されることが回避される。この結果、油の過加熱が防止される。このため、油排気熱回収器で熱交換した油の温度を監視し、油の温度を制御することを省略することができる。

本明細書開示の蓄熱システムでは、エンジンの潤滑油として油循環経路を循環する油が熱交換媒体となる。そして、蓄熱槽内で蓄熱体と直接接触することにより両者間で効率よい熱交換が行われる。また、排気流の熱を蓄熱に利用することにより、蓄熱体の高い蓄熱量を維持することができる。蓄熱体に蓄熱された熱は効率的に放熱され、エンジンの暖機に利用される。

エンジン温度は、エンジンの状態、特に、暖機状態を把握することができる温度であればよい。例えば、冷却水温や、シリンダブロックやシリンダヘッド内を流通する油の温度を採用することができる。また、シリンダブロックやシリンダヘッドの温度をエンジン温度として採用することもできる。

このエンジン温度と蓄熱槽内の油温とを比較し、その結果に基づいて、蓄熱体中を通過する油量とバイパス経路を通過する油量とを調節する。

蓄熱体中を通過する油量とバイパス経路を通過する油量とを調節する調節弁は、三方弁を用いることができる。制御手段は、この三方弁の開度を調節することによって各経路を通過する油量を調節する。

本明細書開示の蓄熱システムでは、蓄熱体として、例えば、エリスリトールや、酢酸ナトリウム３水和物等、従来、公知の潜熱蓄熱材を用いることができる。潜熱蓄熱材は、蓄熱システムの構成によって適宜選択することができる。

本明細書開示の蓄熱システムによれば、エンジン温度と蓄熱槽内油温とを比較し、その結果に基づいて、蓄熱体中を通過する油量とバイパス経路を通過する油量とを調節するようにしたので、エンジンの状態に応じて効率よく蓄熱と放熱とを行い、システム内の効率的な熱利用が可能となる。

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。

図１、図２は、エンジン２に組み込んだ蓄熱システム１の概略構成を模式的に示した説明図である。図１と図２とでは三方弁である調節弁１２の開弁状態が異なっている。

蓄熱システム１は、エンジン２の内部の潤滑に供される油が循環する油循環経路３に組み込まれる蓄熱槽４を備える。

蓄熱槽４は、内部空間４ａを有しており、外周部分に気泡発泡樹脂からなる断熱材４ｂが付設されている。内部空間４ａには、油５と蓄熱体である潜熱蓄熱材６が収容される。内部空間４ａは、油５と潜熱蓄熱材６の比重差により、油５を貯留する上層部４ａ１と潜熱蓄熱材６を貯留する下層部４ａ２とに分けられる。

蓄熱槽４の下層部４ａ２には、油供給パイプ７が設けられている。油供給パイプ７は、油循環経路３に接続され、上層部４ａ１に開口している。また、油供給パイプ７には、油を下層部４ａ２へ供給する多数の油供給孔７ａが形成されている。さらに、油供給パイプ７には開閉弁７ｂが設けられている。下層部４ａ２内には潜熱蓄熱材６の温度を測定する温度センサ８が装着されており、開閉弁７ｂは、この温度センサ８の測定値に応じて開閉制御される。油供給パイプ７は、潜熱蓄熱材６が固体状態となっているときに蓄熱槽４内に油５を供給できるようにするものである。潜熱蓄熱材６が固体状態であると、油５は、潜熱蓄熱材６内を通過することができない。温度センサ８の測定値から潜熱蓄熱材６が固体状態であると判断したときは、開閉弁７ｂを開弁し、直接上層部４ａ１に油５を供給するようにする。このとき、油供給孔７ａは固体状態の潜熱蓄熱材６によって閉塞されている。潜熱蓄熱材６の温度が上昇して潜熱蓄熱材６が溶け始めると、油５は油供給孔７ａを通じて潜熱蓄熱材６側へ供給されるようになる。温度センサ８の測定値に基づいて潜熱蓄熱材６が溶け始めと判断したら開閉弁７ｂは閉弁状態とする。

蓄熱システム１は、蓄熱槽４の内部に収容した潜熱蓄熱材６をバイパスするバイパス経路９を備えている。バイパス経路９は、蓄熱槽４の上流と下流とを接続することによって潜熱蓄熱材６をバイパスしている。すなわち、バイパス経路９は、蓄熱槽４の上流で油循環経路３から分岐し、蓄熱槽４の下流で油循環経路３に合流している。この分岐点１１には、調節弁１２が設けられている。調節弁１２は、三方弁となっており、蓄熱槽４内の潜熱蓄熱材６を通過する油量とバイパス経路９を通過する油量とを調節する。

蓄熱システム１は、油循環経路３上に電動式のフィードポンプ１０を備えている。フィードポンプ１０は、図中、矢示１０ａで示す方向に油を吐出し、循環させる。蓄熱槽４は、このフィードポンプ１０の下流に組み込まれている。油循環経路３は、蓄熱槽４の下流側で再びエンジン２内に戻る。

蓄熱システム１は、エンジン２内部で油温を測定する温度センサ１３を備えている。エンジン２内部の油温は、エンジン温度の一例である。蓄熱システム１は、蓄熱槽４内に存在する油の温度である蓄熱槽油温を測定する温度センサ１４を蓄熱槽４内に備えている。

蓄熱システム１は、さらに、エンジン２内部を循環する冷却水の温度（冷却水温）を測定する温度センサ２２を備えている。また、蓄熱システム１は、エンジン２内部に冷却水を循環させる電動式のウォータポンプ２３を備えている。さらに、油循環経路３上に油の吐出量センサ２４を備えている。

さらに、蓄熱システム１は、本発明における制御手段として機能するＥＣＵ５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等からなる算術論理回路である。ＥＣＵ５０には、開閉弁７ｂ、フィードポンプ１０、調節弁１２、温度センサ８，１３，１４，２２、ウォータポンプ２３、吐出量センサ２４とそれぞれ電気的に接続されている。また、以下で説明する制御を行うためのプログラムを格納している。

以下、ＥＣＵ５０が行う制御につき説明する。ＥＣＵ５０は、潜熱蓄熱材６への蓄熱状態とエンジン２の暖機状態とを切り替える蓄熱−暖機制御、油の過加熱を防止しつつ排気熱を油に付与するための排気熱回収制御、油循環経路３の潜熱蓄熱材６による詰まりを解消する詰まり解消制御を行う。

まず、蓄熱−暖機制御の一例につき、図５に示したフロー図を参照しつつ説明する。
蓄熱−暖機制御の基本的な方針は、以下の如くである。
（１）温度センサ１４によって測定した蓄熱槽内油温が、温度センサ１３によって測定したエンジン２内部における油温（以下、「エンジン内部油温」という。）よりも高いときに、潜熱蓄熱材６中を通過する油量がバイパス経路９を通過する油量よりも多くなるように調節弁１２を制御する。これにより、エンジン２の暖機を促進する。
（２）温度センサ１４によって測定した蓄熱槽内油温が、温度センサ１３によって測定したエンジン内部油温よりも低いときに、潜熱蓄熱材６中を通過する油量がバイパス経路９を通過する油量よりも少なくなるように調節弁１２を制御する。これにより、油循環経路３中の熱容量を減らし、エンジン２の燃焼熱による暖機の妨げとならないようにする。
（３）温度センサ１４によって測定した蓄熱槽内油温が、温度センサ１３によって測定したエンジン内部油温よりも低く、かつ、エンジン２の暖機が完了したと判断したときに、潜熱蓄熱材６中を通過する油量がバイパス経路９を通過する油量よりも多くなるように調節弁１２を制御する。これにより、エンジン２が発する熱を潜熱蓄熱材６に蓄熱する。

まず、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１で、油温センサ１４により測定した蓄熱槽内油温と温度センサ１３により測定したエンジン内部油温との差分が、温度Ｔ１よりも大きいか否かの判断を行う。温度Ｔ１は、潜熱蓄熱材６の蓄熱を利用して有効にエンジン２の暖機を行うことができる温度差として予め規定されたものである。蓄熱槽内油温とエンジン内部油温との差分が温度Ｔ１よりも大きく、蓄熱槽内油温がエンジン内部油温よりも高いときはＹＥＳと判断してステップＳ２へ進む。一方、ＮＯと判断したときはステップＳ３へ進む。

ステップＳ２では、潜熱蓄熱材６側への油の流量を増量するように調節弁１２に指令を出す。これにより、調節弁１２は、図１に示すように蓄熱槽４側へ油を流通させる状態となる。この結果、潜熱蓄熱材６内を油が通過し、蓄熱された熱によって油温を上昇させることができる。これによりエンジン２の暖機が促進される。

ステップＳ３では、エンジン内部油温が温度Ｔ２よりも高いか否かを判断する。この温度Ｔ２は、エンジン２の暖機が完了したか否かの判断基準となる値で、予め規定されている。エンジン内部油温が温度Ｔ２よりも高ければエンジン２の暖機は完了していると判断する。ステップＳ３でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ４へ進む。一方、ステップＳ３でＮＯと判断したときはステップＳ５へ進む。

ステップＳ４では、ステップＳ２における処理と同様に潜熱蓄熱材６側への油の流量を増量するように調節弁１２に指令を出す。これにより、調節弁１２は、図１に示すように蓄熱槽４側、すなわち、潜熱蓄熱材６側へ油を流通させる状態となる。この結果、エンジン２で発生した熱を潜熱蓄熱材６に蓄熱することができる。潜熱蓄熱材６の蓄熱は、次回のエンジン２の始動時に、暖機促進に利用される。

ステップＳ５では、バイパス経路９側への油の流量を増量するように調節弁１２に指令を出す。これにより、調節弁１２は、図２に示すようにバイパス経路９側へ油を流通させる状態となる。この結果、油循環経路３中の熱容量を減らし、エンジン２の燃焼熱による暖機の妨げとならないようにする。エンジン２の始動後、初期の暖機は、潜熱蓄熱材６の蓄熱を利用して進行する。ただし、潜熱蓄熱材６の蓄熱が消費された後、エンジン２の暖機は、自らの燃焼熱によって進行することになる。この場合、潜熱蓄熱材６に油を流通させると、エンジン２の燃焼熱が潜熱蓄熱材６に奪われてしまい、却ってエンジン２の暖機を遅らせてしまう。そこで、この場合は、バイパス経路９を通過させる。

以上の説明が、蓄熱−暖機制御の一例の説明である。なお、温度センサ２２により測定される冷却水温に基づいて暖機状態を判断する構成とすることもできる。また、調節弁１２は、流通する油の全量を、潜熱蓄熱材６側かバイパス経路１０側のいずれかへ分配するだけでなく、エンジン２の状態に応じて潜熱蓄熱材６側とバイパス経路９側とに所望の割合で分配するようにしてもよい。

次に、詰まり解消制御につき、図４乃至図６を参照しつつ説明する。蓄熱システム１は、蓄熱槽４内で油５と潜熱蓄熱材６とが接触する。潜熱蓄熱材６は、温度が上昇し、融解すると油５と混ざることがある。油５と混ざった潜熱蓄熱材６は、油循環経路３中に流出することがある。油循環経路３中に流出した潜熱蓄熱材６が固体に状態変化すると、油循環経路３の詰まりの原因となる。そこで、このような事態に対処するための詰まり解消制御を行う。

図４は、詰まり解消制御の一例を示すフロー図である。図５は、詰まり解消制御の他の例を示すフロー図である。図６は、詰まり解消制御のさらに他の例を示すフロー図である。

まず、図４に示したフロー図に基づく詰まり解消制御について説明する。
まず、ステップＳ１１では、フィードポンプ１０油吐出量を確認する。油吐出量の確認は、吐出量センサ２４により取得したデータに基づいて行う。この確認は、フィードポンプ１０が通常の負荷で稼動しているタイミングで行う。ステップＳ１１の処理を終えた後はステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、ステップＳ１１で確認した油吐出量が予め定めた吐出量Ｑ１を下回っているか否かの判断を行う。吐出量Ｑ１は、油循環経路３に詰まりがなく、異常が認められない状態でフィードポンプ１０を通常負荷で稼動させたときの吐出量を基準に決定された値である。フィードポンプ１０は電動式であるので、その負荷は電流値によって制御する。フィードポンプ１０を通常負荷で稼動しているときに吐出量Ｑ１を下回るときは油循環経路３に固体化した潜熱蓄熱材６の詰まりが有ると仮定する。このステップＳ１２でＹＥＳと判断したときはステップＳ１３へ進む。一方、ステップＳ１２でＮＯと判断したときは、ステップＳ１９へ進み、潜熱蓄熱材６の詰まりは無いと判断し、処理を終了する。

ステップＳ１３では、ウォータポンプ１３をｔ１秒間停止させる。ウォータポンプ１３が停止すると、エンジン２内の冷却水の循環が停止する。これにより、エンジン２の温度が上昇する。エンジン２の温度が上昇すると油の温度も上昇する。油の温度が上昇すると油循環経路３内で詰まっている潜熱蓄熱材６が融解する。潜熱蓄熱材６が融解して液体となれば油と共に流通可能となり、詰まりは解消される。

ステップＳ１３の処理に引き続き行われるステップＳ１４では、フィードポンプ１０が通常負荷となるように指令を出す。その後、ステップＳ１５では、ステップＳ１１と同じ要領で、再び油吐出量の確認を行う。さらに、ステップＳ１５に引き続き、ステップＳ１６の処理を行う。ステップＳ１６では、ステップＳ１２と同じ要領で油吐出量が吐出量Ｑ１を下回っているか否かの判断を行う。このステップＳ１６でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ１７へ進み、潜熱蓄熱材６の詰まりが解消しておらず、潜熱蓄熱材１６の詰まりが有るとの判定を行って処理を終了する。この場合、警告ランプを点灯させる等の措置を採ることができる。

一方、ステップＳ１６でＮＯと判断したときは、ステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、潜熱蓄熱材６の詰まりは解消したと判断して処理を終了する。

このような制御を行うことにより、油循環経路３の詰まりを解消することができる。ひいては、エンジン２の暖機を促進し、潜熱蓄熱材６の蓄熱の効率を向上させることができる。

なお、フィードポンプ１０の負荷は、電流値に代えてポンプ回転数から把握するようにしてもよい。油吐出量の低下は、油流量低下、エンジン内油圧低下、エンジン内部油温と油温センサ２１により取得した油循環経路３における油温との差が予め取得した適合値よりも大きいか否か等に基づいて判断する構成とすることができる。

次に、詰まり解消制御の他の例について図５に示したフロー図を参照しつつ説明する。

図５に示したフロー図が、図４に示したフロー図と異なる点は、図４に示したフロー図におけるステップＳ１３の処理と図５に示したフロー図におけるステップＳ２３の処理である。他の処理は、双方の制御に共通している。すなわち、図５に示したフロー図におけるステップＳ２１、ステップＳ２２の処理は、図４に示したフロー図におけるステップＳ１１とステップＳ１２と共通である。また、ステップＳ２４乃至ステップＳ２９の処理は、ステップＳ１４乃至ステップＳ１９の処理と共通する。共通する処理については、その詳細な説明は省略する。

ステップＳ２３では、フィードポンプ１０の負荷を上昇させる。フィードポンプ１０の負荷を増大させ、油流量を増大させて、詰まりを押し流すことを試みる。このようにフィードポンプ１０の負荷を増大させることによっても潜熱蓄熱材６による詰まりを解消することができる。

次に、詰まり解消制御のさらに他の例について図６に示したフロー図を参照しつつ説明する。

図６にフロー図を示した詰まり解消制御は、図３にフロー図を示した蓄熱−暖機制御に、新たにステップＳ３−１、ステップＳ３−２の処理を加えたものとなっている。すなわち、ステップＳ３の処理の後にステップＳ３−１、ステップＳ３−２の処理を行う。図３にフロー図を示した蓄熱−暖機制御では、ステップＳ３においてＹＥＳと判断したときは、即座に潜熱蓄熱材６側への流量を増加させている。これにより潜熱蓄熱材６へ蓄熱している。詰まり解消制御では、ステップＳ３の処理の後、ステップＳ３−１で油吐出量を確認する。また、これに引き続き、ステップＳ３−２において油吐出量がＱ１を下回っているか否かを判断する。この結果、ＹＥＳと判断された場合、ステップＳ５へ進む。すなわち、バイパス経路９側の油流量を増加させる。このような制御を行うのは以下の理由による。

エンジン内部油温に基づいてエンジン２が暖機を完了したと判断した後、油を潜熱蓄熱材６側へ流せば、蓄熱することができる。これに対し、暖機が完了したにもかかわらず油をバイパス経路９へ流通させると、潜熱蓄熱材６に蓄熱することがなく、油循環経路３を循環する油の温度が上昇する。油循環経路３における油温が上昇すれば、固体となって詰まりの原因となっている潜熱蓄熱材６を融解し、液体に戻すことができる。これにより、油循環経路３の詰まりを解消することができる。

以上、説明したように、蓄熱システム１によれば、エンジン２の状態に応じて効率よく蓄熱と放熱とを行い、システム内の効率的な熱利用が可能となる。

次に、実施例２について説明する。実施例２の蓄熱システム５５は、実施例１の蓄熱システム１の構成に加え、さらに、排気管１５内を流通するエンジン２の排気流とエンジン２の冷却水との間で熱交換を行う冷却水排気熱回収器１６を備えている。冷却水排気熱回収器１６には、排気管１５と冷却水が流通する冷却水管１７とが引き込まれている。図９は、冷却水排気熱回収器１６の内部構成を示している。排気管１５は、冷却水排気熱回収器１６の内部で主管１５ａとこれをバイパスするバイパス管１５ｂとに分かれている。バイパス管１５ｂは、冷却水管１７と当接するように配置されている。主管１５ａとバイパス管１５ｂとの分岐点には、切替弁１８が設けられている。切替弁１８は、排気流を主管１５ａに流すか、バイパス管１５ｂに流すかを切り替えるもので、本発明における冷却水排気熱回収切替手段の一例である。切替弁１８によって排気流をバイパス管１５ｂ側へ流通させると冷却水に排気熱が回収される。

蓄熱システム５５は、さらに、排気管１５内を流通するエンジン２の排気流と油循環経路３を循環する油との間で熱交換を行う油排気熱回収器１９を備えている。油排気熱回収器１９は、排気流に対し、冷却水排気熱回収器１６よりも下流に配置される。これにより、油排気熱回収器１９には、冷却水排気熱回収器１６に導入される排気流よりも温度が低い排気流が導入される。油排気熱回収器１９には、排気管１５と油循環経路３とが引き込まれている。図１０は、油排気熱回収器１９の内部構成を示している。排気管１５は、油排気熱回収器１９の内部で主管１５ａとこれをバイパスするバイパス管１５ｃとに分かれている。バイパス管１５ｃは、油循環経路３と当接するように配置されている。主管１５ａとバイパス管１５ｃとの分岐点には、切替弁２０が設けられている。切替弁２０は、排気流を主管１５ａに流すか、バイパス管１５ｃに流すかを切り替えるもので、本発明における油排気熱回収切替手段の一例である。切替弁２０によって排気流をバイパス管１５ｃ側へ流通させると油に排気熱が回収される。

蓄熱システム５５は、油循環経路３の油排気熱回収器１９の下流に、油循環経路３を流通する油の温度を測定する温度センサ２１を備えている。油循環経路３を循環する油の油温は、エンジン２内部に設けられた温度センサ１３によって測定することができる。それにもかかわらず温度センサ２１を備えているのは、以下の理由による。油は過加熱となると劣化や発火のおそれがある。このため、油が過加熱とならないように制御する必要がある。油循環経路３を循環する油は、油排気熱回収器１９において排気流から熱を得る。このため、油温は油排気熱回収器１９の下流で高くなる。そこで、油の過加熱を回避するための制御は、油排気熱回収器１９の下流の油温に基づいて制御を行うことが望ましい。このような理由から油排気熱回収器１９の下流に、温度センサ２１を備えている。一方、温度センサ１３は、エンジン２の暖機状態等、エンジン２の状態を判断するときに利用される油温の測定を行う。

温度センサ２１、切替弁１８，２０は、ＥＣＵ５０に電気的に接続されている。その他の構成要素については、実施例１の蓄熱システム１と基本的に異なるところはないので、共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。

このような蓄熱システム５５においても、実施例１の蓄熱システム１と同様の蓄熱−暖機制御、詰まり解消制御が行われる。蓄熱−暖機制御は、図３に示したフロー図に基づいて行われ、詰まり解消制御は、図４乃至図６に示したフロー図のいずれかに基づいて行われるため、ここでは、その詳細な説明は省略する。
蓄熱システム５５では、蓄熱−暖機制御、詰まり解消制御に加え、廃棄熱回収制御が行われる。排気熱回収制御の一例につき、図１１に示したフロー図、図１２に示したフロー図を参照しつつ説明する。

排気熱回収制御の目的は、油の過加熱を防止しつつ排気熱を油に付与し、効率よく潜熱蓄熱材６に蓄熱することである。具体的には、冷却水排気熱回収器１６内に組み込まれた切替弁１８と、油排気熱回収器１９に組み込まれた切替弁２０を制御する。切替弁１８と切替弁２０は、その要求に応じて別個に開弁状態を変更することができる。切替弁１８を制御し、図９（ａ）に示すようにバイパス管１５ｂへ排気流を流すようにすれば、冷却水を温めることができる。冷却水を温めることにより、エンジン２の暖機を促進することができる。切替弁２０を制御し、図１０（ａ）に示すようにバイパス管１５ｃへ排気流を流すようにすれば、油を温めることができる。油を温めることにより、暖機の促進、潜熱蓄熱材６への蓄熱を促進することができる。ただし、油の過加熱は回避しなければならない。

図１１は、油排気熱回収器１９に組み込まれた切替弁２０の通常の制御フロー図である。まず、ステップＳ３１において、油温センサ１３で測定されたエンジン内部油温が温度Ｔ４よりも低いか否かを判断する。温度Ｔ４は、油が過加熱となることがなく使用することができる推奨温度範囲の上限値として予め定められた値である。温度Ｔ４は、温度Ｔ２よりも高い値である。ステップＳ３１でＹＥＳと判断したとき、すなわち、エンジン内部油温が温度Ｔ４よりも低いと判断したときは、ステップＳ３２へ進む。ステップＳ３２では、切替弁２０が排気熱回収側、すなわち、バイパス管１５ｃへ排気流を流すように指令を出す。これにより、切替弁２０は、図１０（ａ）に示すように排気流をバイパス管１５ｃへ流す状態となる。バイパス管１５ｃは油循環経路３と当接しているため、油の温度は上昇する。この結果、エンジン２の暖機効果、潜熱蓄熱材６への蓄熱効果が向上する。

一方、ステップＳ３１でＮＯと判断したときは、エンジン内部油温が温度Ｔ４よりも高いと判断したときは、ステップＳ３３へ進む。ステップＳ３３では、切替弁２０が排気熱非回収側、すなわち、主管１５ａへ排気流を流すように指令を出す。これにより、切替弁２０は、図１０（ｂ）に示すように排気流を主管１５ａへ流す状態となる。主管１５ａは油循環経路３との間に距離を有するため、油の温度の上昇は抑制される。この結果、油の過加熱が抑制される。

図１２は、冷却水排気熱回収器１６に組み込まれた切替弁１８の制御を主とした制御フローである。まず、ステップＳ４１で冷却水温が温度Ｔ２よりも低いか否かを判断する。この温度Ｔ２は、冷却水温の推奨温度として規定されるもので、エンジン２の暖機が完了したか否かの判断基準となる値と同じ値が採用されている。すなわち、温度Ｔ２は、図３に示したフロー図におけるステップＳ３における値と同じ値である。

ステップＳ４１でＹＥＳと判断したとき、すなわち、冷却水温が温度Ｔ２よりも低いと判断したときは、ステップＳ４２へ進む。ステップＳ４２では、切替弁１８が排気熱回収側、すなわち、バイパス管１５ｂへ排気流を流すように指令を出す。これにより、切替弁２０は、図９（ａ）に示すように排気流をバイパス管１５ｂへ流す状態となる。バイパス管１５ｂは、冷却水管１７と当接しているため、冷却水の温度は上昇する。この結果、エンジン２の暖機が促進される。

一方、ステップＳ４１でＮＯと判断したとき、すなわち、冷却水温が温度Ｔ２よりも高いと判断したときは、ステップＳ４３へ進む。ステップＳ４３では、エンジン内部油温が温度Ｔ５よりも高いか否かの判断を行う。温度Ｔ５は、油の過加熱を回避する閾値として予め設定した値である。温度Ｔ５は、油が過加熱状態となる危険値よりも低い温度範囲内で、温度Ｔ４とは異なる値を任意に設定することができる。本実施例では、温度Ｔ５は、温度Ｔ２、温度Ｔ４よりも高い値としている。ステップＳ４３でＹＥＳと判断したとき、すなわち、エンジン内部油温が温度Ｔ５よりも高いと判断したときは、ステップＳ４４へ進む。ステップＳ４４では、冷却水温が温度Ｔ３よりも低いか否かを判断する。温度Ｔ３は、エンジン２のオーバーヒート判定温度に対して余裕を持たせた値として予め設定した値である。ステップＳ４４でＹＥＳと判断したとき、すなわち、冷却水温が温度Ｔ３よりも低いと判断したときは、ステップＳ４５へ進む。

ステップＳ４５では、冷却水排気熱回収器１６の切替弁１８が排気熱回収側、すなわち、バイパス管１５ｂへ排気流を流すように指令を出す。これにより、切替弁２０は、図９（ａ）に示すように排気流をバイパス管１５ｂへ流す状態となる。バイパス管１５ｂは、冷却水管１７と当接しているため、排気流の温度は低下する。その一方で、冷却水の温度は上昇する。しかし、この制御が行われる前提として冷却水温は温度Ｔ３よりも低くなっていることから、オーバーヒートは回避される。
また、ステップＳ４５では、図１１に制御フローを示した切替弁２０の通常の制御にかかわらず、油排気熱回収器１９の切替弁２０が排気熱回収側、すなわち、バイパス管１５ｃへ排気流を流すように指令を出す。これにより、切替弁２０は、図１０（ａ）に示すように排気流をバイパス管１５ｃへ流す状態となる。バイパス管１５ｃは油循環経路３と当接している。ただし、バイパス管１５ｃを流れる排気流の温度は、排気流が冷却水排気熱回収器１６を通過することにより、低下している。このため、油温上昇を抑制することができる。このような制御を行うことにより、油の過加熱を防止しつつ、継続した油への排気熱付与を行うことができる。この結果、潜熱蓄熱材６への蓄熱効果が向上する。

一方、ステップＳ４３でＮＯと判断した場合、すなわち、エンジン内部油温が温度Ｔ５よりも低いと判断したときは、ステップＳ４６へ進む。また、ステップＳ２４でＮＯと判断したとき、すなわち、冷却水温が温度Ｔ３よりも高いと判断したときもステップＳ２６へ進む。

ステップＳ４６では、冷却水排気熱回収器１６の切替弁１８が排気熱非回収側、すなわち、主管１５ａへ排気流を流すように指令を出す。これにより、切替弁２０は、図９（ｂ）に示すように排気流を主管１５ａへ流す状態となる。主管１５ａは冷却水管１７との間に距離を有するため、冷却水の温度の上昇は抑制される。

ステップＳ４６の処理を行う前提としてステップＳ４１におけるＮＯ判定がある。すなわち、冷却水は十分に温まっている。そして、ステップＳ４３においてＮＯと判断したことによってステップＳ４６の処理を行う場合には、エンジン内部油温が温度Ｔ５よりも低いことになる。従って、油の過加熱のおそれは少ない。このため油排気熱回収器１９へ供給する排気流の温度を低下させなくてもよい。以上の理由により、冷却水排気熱回収器１６では、排気流と冷却水との熱交換は行わない。

また、ステップＳ４４においてＮＯと判断したことによってステップＳ４６の処理を行う場合には、冷却水温が温度Ｔ３よりも高い。従って、この状態からさらに排気流の熱を得ると、オーバーヒートのおそれがある。そこで、冷却水排気熱回収器１６では、排気流と冷却水との熱交換は行わない。

以上のような排気熱回収制御を行うことにより、エンジン２の早期暖機、また、油の過加熱を防止しつつ潜熱蓄熱材６への効率のよい蓄熱を行うことができる。

次に、本発明の実施例３につき、図１３を参照しつつ説明する。実施例３の蓄熱システム６０は、実施例２における冷却水排気熱回収器１６に代えて冷却水排気熱回収器６１を備えている。また、実施例３の蓄熱システム６０は、実施例２における油排気熱回収器１９に代えて、油排気熱回収器６２を備えている。

冷却水排気熱回収器６１は、冷却水排気熱回収器１６と異なり、内部に切替弁１８に相当する構成要素は有していない。すなわち、冷却水排気熱回収器６１は、排気流が流通する排気管１５と冷却水管１７とが当接するように配置されているのみである。

また、油排気熱回収器６２は、冷却水排気熱回収器６１で熱交換を行った冷却水と油循環経路３を循環する油との間で熱交換を行う。すなわち、油排気熱回収器１９と異なり、排気流と油との熱交換は行わない。これに伴い、油排気熱回収器１９と異なり、内部に切替弁２０に相当する構成要素は有していない。

なお、実施例３の蓄熱システム６０は、実施例２の蓄熱システム１が備えていた油温センサ２１は、制御に利用されることがないため、取り外してある。その他の構成要素については、実施例２の蓄熱システム５５と基本的に異なるところはないので、共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。

また、実施例１の蓄熱システム１が行う蓄熱−暖機制御は、実施例３の蓄熱システム６０においても同様に行われる。さらに、実施例１の蓄熱システム１が行う詰まり解消制御も同様に行うことができる。ただし、実施例２の蓄熱システム５５が行う排気熱回収制御については不要となる。以下、この理由について説明する。

実施例２において、排気熱回収制御を行う理由のひとつとして、油の過加熱防止がある。実施例３の蓄熱システム６０では、油循環経路３を流通する油は、冷却水管１７を流通する冷却水を介して排気流の熱を得る。このため、冷却水の沸点以上で熱交換されることが回避される。この結果、油の過加熱が防止される。このため、油排気熱回収器で熱交換した油の温度を監視し、油の温度を制御することを省略することができる。

以上の理由により、実施例３の蓄熱システム６０では、排気熱回収制御が不要となる。これに伴い、上記のように実施例３の蓄熱システム６０は、実施例２の蓄熱システム５５が備えていた油温センサ２１は、取り外されている。

以上、説明したように、蓄熱システム６０によれば、実施例１の蓄熱システム１、実施例２の蓄熱システム５５と同様にエンジン２の状態に応じて効率よく蓄熱と放熱とを行い、システム内の効率的な熱利用が可能となる。また、これに加え、排気熱回収制御が不要となり、これに伴う構成要素の省略が可能となるので簡易な構成とすることができる。

次に、本発明の実施例４について、図１２４、図１５を参照しつつ説明する。実施例４の蓄熱システム７０が実施例２の蓄熱システム５５と異なる点は、蓄熱システム５５におけるバイパス経路９をバイパス経路７１に置き換えた点である。また、フィードポンプ１０が設置されていた箇所にスカベンジポンプ７２を装着し、これに伴ってフィードポンプ１０を蓄熱槽４の下流に移設している。

その他の構成要素については、実施例２の蓄熱システム５５と基本的に異なるところはないので、共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。

また、実施例１の蓄熱システム１が行う蓄熱−暖機制御は、実施例４の蓄熱システム７０においても同様に行う。さらに、実施例１の蓄熱システム１が行う詰まり解消制御、実施例２の蓄熱システム５５が行う排気熱回収制御も同様に行うことができる。

実施例４の蓄熱システム７０は、ドライサンプ方式の油供給システムに対応したものとなっている。蓄熱システム７０では、蓄熱槽４がオイルを貯留するためのタンクとして利用されている。

実施例２の蓄熱システム５５におけるバイパス経路９は、調節弁１２で油循環経路３から分岐し、蓄熱槽４の下流で再び油循環経路３に合流している。これに対し、バイパス経路７１は、調節弁１２で分岐した後、蓄熱槽４の油５が貯留されている上層部４ａ１に導入されている。ドライサンプ方式では、油の気液分離を行うため、油５が貯留された上層部４ａ１を経由させる必要がある。図１４は、潜熱蓄熱材６側へ油を流通させる調節弁１２の状態を示している。油は、潜熱蓄熱材６を通過した後、油５を貯留した上層部４ａ１を通過する。図１５は、潜熱蓄熱材６をバイパスする調節弁１２の状態を示している。油は、直接、上層部４ａ１に流入する。このように、調節弁１２がどちらの状態になっていても、油は蓄熱槽４内の油５を貯留した上層部４ａ１を経由することになる。これにより、油の気液分離を行うことができる。

以上説明したように、蓄熱システム７０は、ドライサンプ方式の油供給システムを採用したエンジン２にも対応することができ、エンジン２の状態に応じて効率よく蓄熱と放熱とを行い、システム内の効率的な熱利用が可能となる。

次に、実施例５について図１６を参照しつつ説明する。

実施例５の蓄熱システム８０は、エンジン２の排気流から受熱するヒートパイプ８１と、このヒートパイプを介して油循環経路３を循環する油に熱を付与する油排気熱回収器８２と、を備えている。ヒートパイプ８１は、油の過加熱温度域の熱伝達を遮断する作動液が封入されている。

すなわち、実施例２の蓄熱システム５５が備える冷却水排気熱回収器１６に代えてヒートパイプ８１を備えている。また、油排気熱回収器１９に代えて油排気熱回収器８２を備えている。

ヒートパイプ８１は、内部に封入された作動液が気化する際に排気流から熱を奪う。そして、気化した作動液が他端側に移動して再び液体に戻るときに放熱する。放熱した熱は油排気熱回収器８２において油循環経路３中の油に付与される。油排気熱回収器８２は、油排気熱回収器１９と異なり、内部に切替弁２０に相当する構成要素は有していない。

なお、その他の構成要素については、実施例２の蓄熱システム５５と基本的に異なるところはないので、共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。

また、実施例１の蓄熱システム１が行う蓄熱−暖機制御は、実施例５の蓄熱システム８０においても同様に行われる。さらに、実施例１の蓄熱システム１が行う詰まり解消制御も同様に行うことができる。ただし、実施例２の蓄熱システム５５が行う排気熱回収制御については不要となる。以下、この理由について説明する。

ヒートパイプ８１は、上記のような、メカニズムで排気熱を油循環経路３中の油に熱を付与する。そこで、適切な蒸発温度を有する作動液を選択することにより、熱伝達を行うことができる温度領域を設定することができる。ヒートパイプ８１には、油の過加熱温度域の熱伝達を遮断する作動液が封入されている。これにより、油の過加熱を防止することができる。この際、格別の制御は不要となる。

以上の理由により、排気熱回収制御は不要となる。このように、蓄熱システム８０によれば、実施例１の蓄熱システム１、実施例２の蓄熱システム５５と同様にエンジン２の状態に応じて効率よく蓄熱と放熱とを行い、システム内の効率的な熱利用が可能となる。これに加え、排気熱回収制御が不要となり、これに伴う構成要素の省略が可能となるので簡易な構成とすることができる。

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、更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。

エンジンに組み込んだ蓄熱システムの概略構成を模式的に示し、調節弁を、潜熱蓄熱材側に油を流す状態とした説明図である。 エンジンに組み込んだ蓄熱システムの概略構成を模式的に示し、調節弁を、バイパス経路側に油を流す状態とした説明図である。 蓄熱−暖機制御の一例を示すフロー図である。 詰まり解消制御の一例を示すフロー図である。 詰まり解消制御の他の例を示すフロー図である。 詰まり解消制御のさらに他の例を示すフロー図である。 実施例２のエンジンに組み込んだ蓄熱システムの概略構成を模式的に示し、調節弁を、潜熱蓄熱材側に油を流す状態とした説明図である。 実施例２のエンジンに組み込んだ蓄熱システムの概略構成を模式的に示し、調節弁を、バイパス経路側に油を流す状態とした説明図である。 冷却水排気熱回収器の内部構造を示し、図９（ａ）は、排気流をバイパス管へ流す状態を示す図で、図９（ｂ）は、排気流を主管へ流す状態を示す図である。 油排気熱回収器の内部構造を示し、図１０（ａ）は、排気流をバイパス管へ流す状態を示す図で、図１０（ｂ）は、排気流を主管へ流す状態を示す図である。 排気熱回収制御における油排気熱回収器の制御の一例を示すフロー図である。 排気熱回収制御における主として冷却水排気熱回収器の制御の一例を示すフロー図である。 実施例３におけるエンジンに組み込んだ蓄熱システムの概略構成を模式的に示した説明図である。 実施例４におけるエンジンに組み込んだ蓄熱システムの概略構成を模式的に示し、調節弁を、潜熱蓄熱材側に油を流す状態とした説明図である。 実施例４におけるエンジンに組み込んだ蓄熱システムの概略構成を模式的に示し、調節弁を、バイパス経路側に油を流す状態とした説明図である。 実施例５におけるエンジンに組み込んだ蓄熱システムの概略構成を模式的に示した説明図である。

符号の説明

１，５５，６０，７０，８０…蓄熱システム
２…エンジン ３…油循環経路
４…蓄熱槽 ５…油
６…潜熱蓄熱材 ７…油供給パイプ
７ａ…油供給孔 ７ｂ…開閉弁
８，１３，１４，２１，２２…温度センサ
９…バイパス経路 １０…フィードポンプ
１２…調節弁 １５…排気管
１５ａ…主管 １５ｂ，１５ｃ…バイパス管
１６，６１…冷却水排気熱回収器 １７…冷却水管
１８，２０…切替弁 １９，６２，８２…油排気熱回収器
２３…ウォータポンプ ２４…吐出量センサ
５０…ＥＣＵ ７２…スカベンジポンプ

Claims (5)

1. エンジンの内部の潤滑に供される油が循環する油循環経路に組み込まれ、前記油及び固体と液体との状態変化により蓄熱する蓄熱体を内部に収容する蓄熱槽と、
   当該蓄熱槽の内部に収容した前記蓄熱体をバイパスするバイパス経路と、
   前記油循環経路及び前記バイパス経路に油を循環させるフィードポンプと、
   前記蓄熱体中を通過する油量と前記バイパス経路を通過する油量とを調節する調節弁と、
   エンジン温度を測定する測温手段と、
   前記蓄熱槽内に存在する油の温度である蓄熱槽内油温を測定する測温手段と、
   前記蓄熱槽内油温が前記エンジン温度よりも高いときに、前記蓄熱体中を通過する油量が前記バイパス経路を通過する油量よりも多くなるように前記調節弁を制御し、前記蓄熱槽内油温が前記エンジン温度よりも低いときに、前記蓄熱体中を通過する油量が前記バイパス経路を通過する油量よりも少なくなるように前記調節弁を制御する制御手段と、
   を、備えることを特徴とした蓄熱システム。
2. 請求項１記載の蓄熱システムにおいて、
   前記制御手段は、前記蓄熱槽内油温が前記エンジン温度よりも低く、かつ、エンジンの暖機が完了したと判断したときに、前記蓄熱体中を通過する油量が前記バイパス経路を通過する油量よりも多くなるように前記調節弁を制御することを特徴とした蓄熱システム。
3. 請求項１記載の蓄熱システムにおいて、
   前記エンジンの排気流と前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行う冷却水排気熱回収器と、
   前記エンジンの排気流と前記油循環経路を循環する前記油との間で熱交換を行い、前記排気流に対し、前記冷却水排気熱回収器よりも下流側に配置される油排気熱回収器と、
   前記冷却水排気熱回収器において排気熱回収を行うか否かの切り替えを行う冷却水排気熱回収切替手段と、
   前記油排気熱回収器において排気熱回収を行うか否かの切り替えを行う油排気熱回収切替手段と、
   前記油循環経路を流通する油の温度を測定する測温手段と、
   冷却水温を測定する測温手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記油循環経路を流通する油の温度が油の過加熱を回避する閾値を越え、かつ、前記冷却水温がオーバーヒート判定温度に対して余裕を有するときに、前記冷却水排気熱回収器において排気熱回収を行うように前記冷却水排気熱回収切替手段を制御すると共に、前記油排気熱回収器において排気熱回収を行うように前記油排気熱回収切替手段を制御することを特徴とした蓄熱システム。
4. 請求項１記載の蓄熱システムにおいて、
   前記エンジンの排気流と前記エンジンの冷却水との間で熱交換を行う冷却水排気熱回収器と、
   当該冷却水排気熱回収器で熱交換を行った冷却水と前記油循環経路を循環する前記油との間で熱交換を行う油排気熱回収器と、
   を備えたことを特徴とした蓄熱システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の蓄熱システムにおいて、
   前記油循環経路における前記蓄熱体の詰まりの有無を判定する判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記判定手段が前記蓄熱体の詰まりが有ると判定したときに、前記冷却水の循環を抑制する制御を行うことを特徴とした蓄熱システム。

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