JP2010169050A - Engine system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の発生熱を回収して備蓄するための熱回収器を有する機関システムに関するものである。 The present invention relates to an engine system having a heat recovery unit for recovering and storing heat generated by an internal combustion engine.
通常、自動車などの車両に搭載される機関システムには、内燃機関の内部に形成されたウォータジャケットと、熱交換器であるラジエータと、それらウォータジャケットおよびラジエータを連通する冷却水通路とを備えた機関冷却系が設けられている。この機関冷却系にはウォータポンプが設けられており、このウォータポンプの作動を通じて機関冷却系の内部に充填された冷却水が強制的に循環される。こうした機関システムでは、機関冷却系内部における冷却水の強制循環に際して、ラジエータの通過によって温度が低下した冷却水がウォータジャケットに流入し、この冷却水との熱交換を通じて内燃機関の温度が低下するといったように同内燃機関が冷却される。 Usually, an engine system mounted on a vehicle such as an automobile includes a water jacket formed inside the internal combustion engine, a radiator that is a heat exchanger, and a cooling water passage that communicates the water jacket and the radiator. An engine cooling system is provided. The engine cooling system is provided with a water pump, and cooling water filled in the engine cooling system is forcibly circulated through the operation of the water pump. In such an engine system, during forced circulation of the cooling water inside the engine cooling system, the cooling water whose temperature has decreased due to the passage of the radiator flows into the water jacket, and the temperature of the internal combustion engine decreases through heat exchange with the cooling water. Thus, the internal combustion engine is cooled.
従来、そうした機関システムに、内燃機関の発生熱を回収して備蓄するための熱回収器を設けることが提案されている。この熱回収器として、例えば特許文献1に記載のシステムには、機関冷却系内の冷却水を蓄えるための蓄熱タンクが同機関冷却系に設けられている。この機関システムでは内燃機関の冷間始動に際して蓄熱タンクに蓄えられた冷却水が機関冷却系内に放出され、これにより内燃機関の早期暖機、ひいては燃料消費量の低減が図られる。
Conventionally, it has been proposed to provide such an engine system with a heat recovery device for recovering and storing heat generated by the internal combustion engine. As this heat recovery device, for example, in the system described in
近年、燃料消費量の低減に対する要求が厳しくなってきており、その要求に応えるために内燃機関の発生熱を効率良く備蓄することの可能なシステムや、備蓄した有限の熱を有効利用することの可能なシステムの実現が望まれている。 In recent years, demands for reducing fuel consumption have become stricter, and in order to meet these demands, a system that can efficiently store the heat generated by an internal combustion engine and the effective use of the finite heat stored Realization of a possible system is desired.
この点、特許文献1に記載の機関システムは、単に機関冷却系内の冷却水を蓄えて機関始動に際して放出するものであり、機関システムの高効率での運転を実現するべく内燃機関の発生熱を高い効率で利用する上では、改善の余地を残すものとなっている。
In this regard, the engine system described in
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、効率のよい運転を実現することのできる機関システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an engine system capable of realizing efficient operation.
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項1に記載の発明は、内燃機関の内部に形成されたウォータジャケットとラジエータとそれら前記ウォータジャケットおよび前記ラジエータを連通する冷却系水路とを有する機関冷却系、および前記機関冷却系の内部に充填された冷却水を強制循環させるべく圧送する第1ウォータポンプ、および冷却水を内部に備蓄する蓄熱タンクが設けられてなる機関システムにおいて、前記内燃機関の排気が有する熱を回収するための排気熱回収器と、該排気熱回収器および機関冷却系を連通してなるとともに前記蓄熱タンクが途中に設けられてなる蓄熱系水路と、を有する蓄熱系、および前記蓄熱系内の冷却水を強制循環させるべく圧送する第2のウォータポンプ、および前記機関冷却系および前記蓄熱系を連通する連通状態と前記連通を遮断して前記機関冷却系および前記蓄熱系の内部において各別に冷却水を強制循環させる連通遮断状態とを切り替える切り替え弁を備えることをその要旨とする。
Hereinafter, means for achieving the above-described object and its operation and effects will be described.
According to a first aspect of the present invention, there is provided an engine cooling system having a water jacket and a radiator formed inside the internal combustion engine, a cooling water passage communicating with the water jacket and the radiator, and the engine cooling system. An exhaust system for recovering the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine in an engine system provided with a first water pump for pumping the charged cooling water to forcibly circulate and a heat storage tank for storing the cooling water inside A heat storage system having a heat recovery device, a heat storage system water channel formed by communicating the exhaust heat recovery device and the engine cooling system and having the heat storage tank provided in the middle, and forcing cooling water in the heat storage system A second water pump that pumps to circulate, and a communication state that communicates the engine cooling system and the heat storage system with the communication; As its gist in that it comprises a switching valve for switching between connection and disconnection state of forcibly circulating cooling water to each other in the interior of the engine cooling system and the heat storage system.
上記構成によれば、機関冷却系と蓄熱系との連通を遮断した状態で蓄熱系の内部に冷却水を循環させることにより、排気熱回収器による熱回収を通じて蓄圧系内の冷却水を高温高圧の状態にすることができる。言い換えれば、機関冷却系の内部の冷却水と比較して、高温高圧の冷却水を作り出すことができる。これにより、機関冷却系内の冷却水を蓄熱タンクに備蓄する構成と比較して内燃機関の発生熱を高い効率で回収して蓄熱タンク内に備蓄したり、機関冷却系内の冷却水によって機関システムの各部を暖める構成と比較して早期に機関システムの各部を暖めたりすることが可能になる。このように上記構成によれば、内燃機関の発生熱を高い効率で利用することができ、機関システムを効率良く運転することができる。 According to the above configuration, the cooling water is circulated in the heat storage system in a state where the communication between the engine cooling system and the heat storage system is interrupted, so that the cooling water in the pressure storage system is heated and recovered through heat recovery by the exhaust heat recovery device. It can be in the state of. In other words, high-temperature and high-pressure cooling water can be created as compared with the cooling water inside the engine cooling system. As a result, the generated heat of the internal combustion engine can be recovered with high efficiency and stored in the heat storage tank as compared with the configuration in which the cooling water in the engine cooling system is stored in the heat storage tank, It becomes possible to warm each part of the engine system at an early stage as compared with the configuration in which each part of the system is warmed. Thus, according to the said structure, the generated heat of an internal combustion engine can be utilized with high efficiency, and an engine system can be drive | operated efficiently.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の機関システムにおいて、前記切り替え弁は、前記内燃機関の始動後の所定期間にわたり前記連通状態とするものであり、所定期間が経過した後において前記連通遮断状態とするものであることをその要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the engine system according to the first aspect, the switching valve is in the communication state for a predetermined period after the start of the internal combustion engine, and after the predetermined period has elapsed. The gist is that the communication is cut off.
上記構成によれば、例えば暖機完了時などのように内燃機関の温度が高くなった後に連通遮断状態とすることにより、機関冷却系および蓄熱系の内部において各別に冷却水を強制循環させることができ、蓄熱系内の冷却水を高温高圧の状態にした上で蓄熱タンク内に備蓄することができる。しかも、内燃機関の始動時において機関冷却系と蓄熱系とを連通する連通状態とすることによって蓄熱タンク内の冷却水を機関冷却系に放出することができ、同内燃機関の早期暖機を図ることができる。 According to the above configuration, the cooling water is forcibly circulated separately inside the engine cooling system and the heat storage system by setting the communication cut-off state after the temperature of the internal combustion engine becomes high, for example, when the warm-up is completed. It can be stored in the heat storage tank after the cooling water in the heat storage system is in a high temperature and high pressure state. In addition, when the internal combustion engine is started, the engine cooling system and the heat storage system are in communication with each other, whereby the cooling water in the heat storage tank can be discharged to the engine cooling system, and the internal combustion engine can be warmed up quickly. be able to.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の機関システムにおいて、前記蓄熱系内の冷却水の温度が所定温度より高くなったときに前記第2ウォータポンプの作動を停止させることをその要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the engine system according to the second aspect, the operation of the second water pump is stopped when the temperature of the cooling water in the heat storage system becomes higher than a predetermined temperature. The gist.
上記構成によれば、蓄熱系内の冷却水の温度が高くなったときにおいて排気熱回収器によって回収される熱の量を少量に抑えることができ、蓄熱系内の冷却水の温度の過上昇を抑えて同冷却水の劣化を抑えることができる。 According to the above configuration, when the temperature of the cooling water in the heat storage system becomes high, the amount of heat recovered by the exhaust heat recovery device can be suppressed to a small amount, and the temperature of the cooling water in the heat storage system is excessively increased. It is possible to suppress deterioration of the cooling water.
請求項4に記載の発明は、請求項2または3に記載の機関システムにおいて、前記連通遮断状態から前記連通状態への切り替えに際して前記蓄熱系内の冷却水の圧力が所定圧力より高いときに、その切り替えに先立って前記蓄熱系内の冷却水の圧力を強制的に低下させる強制低下手段を更に備えることをその要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the engine system according to the second or third aspect, when the pressure of the cooling water in the heat storage system is higher than a predetermined pressure when switching from the communication cut-off state to the communication state, The gist of the present invention is that it further comprises forcible lowering means for forcibly lowering the pressure of the cooling water in the heat storage system prior to the switching.
上記構成によれば、機関冷却系と蓄熱系との連通に伴って同機関冷却系内の冷却水の圧力が過度に高くなることを回避することができ、機関冷却系の信頼性の低下を抑えることができる。 According to the above configuration, it is possible to avoid an excessive increase in the pressure of the cooling water in the engine cooling system due to the communication between the engine cooling system and the heat storage system, thereby reducing the reliability of the engine cooling system. Can be suppressed.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の機関システムにおいて、前記強制低下手段は、前記第2ウォータポンプを作動させるものであることをその要旨とする。
上記構成によれば、蓄熱系水路の壁部を介した外気との熱交換を通じて蓄熱系内の冷却水の温度を低下させることができ、これにより同冷却水の圧力を低下させることができる。
The gist of the fifth aspect of the present invention is the engine system according to the fourth aspect, wherein the forcible lowering means operates the second water pump.
According to the said structure, the temperature of the cooling water in a thermal storage system can be reduced through heat exchange with the external air via the wall part of a thermal storage system water channel, and, thereby, the pressure of the cooling water can be reduced.
請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の機関システムにおいて、前記蓄熱系はヒータユニットのヒータコアが接続されてなり、前記機関システムは、前記ヒータユニットによる暖房の実行に際して前記機関冷却系内の冷却水の温度が所定温度より低いときに、前記連通遮断状態とするとともに前記ヒータコアを用いて暖房を行うものであることをその要旨とする。 A sixth aspect of the present invention is the engine system according to the first aspect, wherein the heat storage system is connected to a heater core of a heater unit, and the engine system is configured to perform the heating by the heater unit when the engine cooling system is used. The gist of the invention is that when the temperature of the cooling water inside is lower than a predetermined temperature, the communication is cut off and heating is performed using the heater core.
上記構成によれば、機関冷却系内の冷却水の温度が低いときであっても、排気熱回収器による熱回収を通じて昇温された蓄熱系内の冷却水と同蓄熱系に設けられたヒータユニットの熱交換器であるヒータコアとを用いて暖房を実行することができる。しかも、このとき機関冷却系内の冷却水が暖房に利用されないために、同冷却水の温度を早期に上昇させて内燃機関の早期暖機を図ることもできる。 According to the above configuration, even when the temperature of the cooling water in the engine cooling system is low, the heater provided in the same heat storage system as the cooling water in the heat storage system heated through heat recovery by the exhaust heat recovery device Heating can be performed using a heater core that is a heat exchanger of the unit. In addition, since the cooling water in the engine cooling system is not used for heating at this time, the temperature of the cooling water can be raised early so that the internal combustion engine can be warmed up early.
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の機関システムにおいて、前記機関システムは、前記ヒータユニットによる暖房の実行に際して前記機関冷却系内の冷却水の温度が前記所定温度以上であるときに、前記連通状態とするとともに前記ヒータコアを用いて暖房を行うものであることをその要旨とする。
The invention according to
上記構成によれば、機関冷却系内の冷却水の温度が高いときには、ヒータコアを用いた暖房に利用可能な熱量として、排気熱回収器によって回収した熱量と内燃機関から回収した熱量とを加算した十分な量を確保することができる。 According to the above configuration, when the temperature of the cooling water in the engine cooling system is high, the amount of heat recovered by the exhaust heat recovery device and the amount of heat recovered from the internal combustion engine are added as the amount of heat available for heating using the heater core. A sufficient amount can be secured.
請求項8に記載の発明は、請求項6に記載の機関システムにおいて、前記ヒータユニットは前記機関冷却系に設けられたヒータコアを有してなり、前記機関システムは、前記ヒータユニットによる暖房の実行に際して前記機関冷却系内の冷却水の温度が前記所定温度以上であるときに、前記連通遮断状態とするとともに前記機関冷却系に設けられたヒータコアを用いて暖房を行うことをその要旨とする。 The invention according to claim 8 is the engine system according to claim 6, wherein the heater unit has a heater core provided in the engine cooling system, and the engine system performs heating by the heater unit. In this case, when the temperature of the cooling water in the engine cooling system is equal to or higher than the predetermined temperature, the communication cutoff state is set and heating is performed using a heater core provided in the engine cooling system.
上記構成によれば、内燃機関の温度が高いときに、機関冷却系を通じて内燃機関から十分な量の熱を回収しつつ同熱を利用して暖房を行うことができる。
請求項9に記載の発明は、請求項6に記載の機関システムにおいて、当該機関システムは、前記ヒータユニットによる暖房の実行に際して前記連通遮断状態とするとともに、前記機関冷却系内の冷却水の温度が前記所定温度より低いときには前記ヒータコアを前記蓄熱系のみに接続し、前記機関冷却系内の冷却水の温度が前記所定温度以上であるときには前記ヒータコアを前記機関冷却系のみに接続するものであることをその要旨とする。
According to the above configuration, when the temperature of the internal combustion engine is high, heating can be performed using the same heat while recovering a sufficient amount of heat from the internal combustion engine through the engine cooling system.
The invention according to claim 9 is the engine system according to claim 6, wherein the engine system is in the communication cut-off state when the heater unit performs heating, and the temperature of the cooling water in the engine cooling system. When the temperature is lower than the predetermined temperature, the heater core is connected only to the heat storage system, and when the temperature of the cooling water in the engine cooling system is equal to or higher than the predetermined temperature, the heater core is connected only to the engine cooling system. This is the gist.
上記構成によれば、一つのヒータコアを用いて、内燃機関の温度が低いときには排気熱回収器による熱回収を通じて昇温された蓄熱系内の冷却水を利用して暖房を行うとともに、内燃機関の温度が高いときには機関冷却系を通じて内燃機関から十分な量の熱を回収しつつ同熱を利用して暖房を行うことができる。 According to the above configuration, when the temperature of the internal combustion engine is low using one heater core, the cooling water in the heat storage system heated through the heat recovery by the exhaust heat recovery device is used for heating, and the internal combustion engine When the temperature is high, a sufficient amount of heat is recovered from the internal combustion engine through the engine cooling system, and heating can be performed using the same heat.
請求項10に記載の発明は、請求項6〜9のいずれか一項に記載の機関システムにおいて、前記ヒータユニットは前記蓄熱系に接続されたヒータコアへの送風を行う送風機を備えてなり、前記機関システムは、前記ヒータユニットによる暖房の実行に際して前記機関冷却系内の冷却水の温度が前記所定温度より低いときに、同冷却水の温度が前記所定温度以上であるときと比較して、前記送風機の送風量を少量に設定するものであることをその要旨とする。
The invention according to
ヒータユニットによる暖房の実行に際して機関冷却系内の冷却水の温度が低いときに前記連通遮断状態とすることにより、前記連通状態とした場合と比較して、排気熱回収器によって昇温される冷却水が循環する経路の熱容量が小さくなって同冷却水の温度が早期に上昇するようになるため、高温の温風を早期に発生させることが可能になる。 When the temperature of the cooling water in the engine cooling system is low when performing heating by the heater unit, the communication is cut off so that the temperature is raised by the exhaust heat recovery device as compared with the case of the communication state. Since the heat capacity of the path through which the water circulates decreases and the temperature of the cooling water rises early, high-temperature hot air can be generated early.
ただし、上記経路の熱容量が小さいために、送風機の送風量を多くしてヒータコアによる暖房に多量の熱を使用するようにすると、蓄熱系内の冷却水の温度低下を招くおそれがあり、場合によっては温風を発生させることができなくなる可能性もある。 However, since the heat capacity of the above path is small, if the amount of air blown from the blower is increased and a large amount of heat is used for heating by the heater core, the temperature of the cooling water in the heat storage system may be lowered. May not be able to generate hot air.
この点、上記構成によれば、そうした連通遮断状態であるときには上記連通状態であるときと比較して送風機の送風量が少量に抑えられるために、高温の温風を早期に且つ長期にわたって継続的に発生させることができる。 In this regard, according to the above-described configuration, the amount of air blown from the blower can be suppressed to a small amount when it is in such a communication cut-off state compared to when it is in the above-described communication state. Can be generated.
請求項11に記載の発明は、請求項6〜10のいずれか一項に記載の機関システムにおいて、前記蓄熱タンクは冷却水との熱交換を通じて温度が変化する蓄熱材が内部に設けられてなり、前記蓄熱系は前記蓄熱タンクを迂回する迂回水路と該迂回水路の冷却水流量および前記蓄熱タンクの冷却水流量の比率を変更する迂回弁とを更に有してなり、前記機関システムは、前記蓄熱系に接続されたヒータコアを用いて暖房を行う際に前記蓄熱系内の冷却水の温度が所定温度より低いときに、同冷却水が前記蓄熱タンクを通過することなく前記迂回水路のみを通過して循環するように前記迂回弁の作動を制御するものであることをその要旨とする。
The invention according to
上記構成によれば、蓄熱系内の冷却水の温度が低いときにおいて同冷却水が蓄熱タンクを通過しなくなるため、冷却水が有する熱が蓄熱材に吸収されることを抑えることができる。そのため、蓄熱系内の冷却水の温度が低いときにおいて同冷却水が蓄熱タンクを通過する構成と比較して、排気熱回収器によって回収された熱を、ヒータコアを用いた暖房に効率よく利用することができる。 According to the above configuration, since the cooling water does not pass through the heat storage tank when the temperature of the cooling water in the heat storage system is low, it is possible to suppress the heat of the cooling water from being absorbed by the heat storage material. Therefore, compared to a configuration in which the cooling water passes through the heat storage tank when the temperature of the cooling water in the heat storage system is low, the heat recovered by the exhaust heat recovery device is efficiently used for heating using the heater core. be able to.
(第1の実施の形態)
以下、本発明にかかる機関システムを具体化した第1の実施の形態について説明する。
図1に示すように、本実施の形態にかかる機関システムは、ウォータジャケット11、ラジエータ12、冷却系水路13、冷却系水路14およびバイパス水路15などにより構成された機関冷却系16を備えている。ウォータジャケット11は内燃機関10の内部に形成されている。また、ラジエータ12は、その内部を通過する冷却水を外気との熱交換を通じて冷却するための熱交換器である。冷却系水路13はウォータジャケット11から流出する冷却水をラジエータ12に導くための通路であり、冷却系水路14はラジエータ12を通過した後の冷却水をウォータジャケット11に戻すための通路であり、バイパス水路15はラジエータ12を迂回するように各冷却系水路13,14を連通する通路である。
(First embodiment)
A first embodiment embodying an engine system according to the present invention will be described below.
As shown in FIG. 1, the engine system according to the present embodiment includes an
この機関冷却系16には第1ウォータポンプ17が設けられている。第1ウォータポンプ17は内燃機関10の出力軸(図示略)に駆動連結されている。そして、内燃機関10の運転時において第1ウォータポンプ17が駆動されることにより、機関冷却系16の内部に充填された冷却水が同機関冷却系16内において強制循環されるようになっている。
The
また機関冷却系16にはサーモスタット弁19が設けられている。サーモスタット弁19は、当接する冷却水の温度に応じて開度が変化するものである。そして、このサーモスタット弁19の開度変化によって冷却系水路14およびバイパス水路15の通路断面積が変更され、これによりラジエータ12への冷却水の流入量が調節されるようになっている。
The
一方、本実施の形態にかかる機関システムは、排気熱回収器20、蓄熱タンク21、蓄熱系水路22,23、迂回水路24、迂回弁25、バイパス通路26、バイパス弁27により構成される蓄熱系28を備えている。
On the other hand, the engine system according to the present embodiment includes a heat storage system including an exhaust
排気熱回収器20は、内燃機関10の排気通路29に取り付けられており、その内部を内燃機関10の排気と冷却水とが通過する構造になっている。排気熱回収器20は、その内部における排気と冷却水との熱交換を通じて同内燃機関10の排気が有する熱を回収するためのものである。
The exhaust
蓄熱タンク21は冷却水を内部に備蓄するためのものである。この蓄熱タンク21の内部には、冷却水との熱交換を通じて同冷却水が有する熱を蓄えるための蓄熱材が設けられている。この蓄熱材を設けることにより、単に冷却水を備蓄する蓄熱タンクが採用されるシステムと比較して、冷却水が有する熱を蓄熱タンク21内に効率よく備蓄することができる。
The
図2に蓄熱タンク21の内部構造を概略的に示す。
同図2に示すように、蓄熱タンク21の内部は格子状に仕切られており、その仕切られた断面四角形状で延びる各区画水路21bをそれぞれ冷却水が通過する構造になっている。各区画水路21bには、それぞれ複数の蓄熱材21aが一列に並ぶように詰め込まれている。この蓄熱材21aは、外形球形状に形成されたカプセルの内部に蓄熱剤(例えばエリスリトール)が充填されたものである。
FIG. 2 schematically shows the internal structure of the
As shown in FIG. 2, the inside of the
こうした構造の蓄熱タンク21を採用することにより、例えばチューブ形状やシート形状の蓄熱材が内部に設けられる蓄熱タンクが採用されるシステムと比較して、蓄熱材21aと冷却水との接触面積を大きくすることが可能になり、同冷却水が有する熱を蓄熱材21aに効率よく蓄えることができるようになる。ちなみに、蓄熱タンク21の内部には気体が注入されるとともに同気体が外部に流出しない構造の気体室(図示略)が形成されており、この気体室が蓄熱系28(図1)内部の圧力を調整するアキュムレータとして機能するようになっている。
By adopting the
蓄熱系水路22は蓄熱系28内の冷却水を排気熱回収器20に送るための通路であり、蓄熱系水路23は排気熱回収器20を通過した後の冷却水を蓄熱系28内に戻すための通路である。上記蓄熱タンク21は蓄熱系水路23の途中に設けられている。
The heat storage
迂回水路24および迂回弁25は蓄熱系水路23に設けられている。迂回水路24は蓄熱系水路23における蓄熱タンク21の上流側と下流側とを繋ぐ通路であり、同迂回水路24を介して蓄熱タンク21を迂回するように冷却水が流れるようになる。この迂回水路24の途中にはヒータユニット30の熱交換器であるヒータコア31が設けられており、このヒータコア31の近傍には温風を発生させるべく同ヒータコア31への送風を行う送風機32が設けられている。また迂回弁25は、迂回水路24の冷却水流量と蓄熱タンク21の冷却水流量との比率を変更するための制御弁である。
The
バイパス通路26は各蓄熱系水路22,23を連通する通路であり、同バイパス通路26を介して排気熱回収器20をバイパスするように冷却水が流れるようになる。またバイパス弁27は、蓄熱系水路23と迂回水路24との連通部分に設けられており、バイパス通路26のみを通じて冷却水が循環する状態とバイパス通路26を冷却水が通過することなく同冷却水が循環する状態とを切り替えるための制御弁である。
The
蓄熱系28の蓄熱系水路22には第2ウォータポンプ33が設けられている。この第2ウォータポンプ33を作動させることにより、蓄熱系水路22内の冷却水が排気熱回収器20に向けて圧送される。第2ウォータポンプ33としては電動式のポンプが採用されている。
A
本実施の形態の機関システムは、機関冷却系16および蓄熱系28が連通される状態(連通状態)とその連通が遮断される状態(連通遮断状態)とを切り替えることが可能な構造になっている。詳しくは、連通状態と連通遮断状態とを切り替えることの可能な切り替え弁34が設けられている。この切り替え弁34には蓄熱系28の各蓄熱系水路22,23が各別に接続されている。また切り替え弁34には、機関冷却系16の冷却系水路13におけるサーモスタット弁19より下流側の部分から分岐された第1水路35とウォータジャケット11から分岐された第2水路36とが各別に連通されている。第1水路35の途中にはヒータユニット30の熱交換器であるヒータコア37が設けられており、このヒータコア37の近傍には温風を発生させるべく同ヒータコア37への送風を行う送風機38が設けられている。なお、第1水路35および第2水路36は機関冷却系16の一部を構成するものである。
The engine system according to the present embodiment has a structure capable of switching between a state (communication state) in which the
そして、上記連通状態を選択する際には、第1水路35と蓄熱系水路22とが連通されるとともに第2水路36と蓄熱系水路23とが連通されるように切り替え弁34の作動が制御される。このとき、第2ウォータポンプ33の作動を通じて冷却水が「第1水路35→蓄熱系水路22→排気熱回収器20→蓄熱系水路23→第2水路36」といった経路で流れるようになる。すなわち機関冷却系16内の冷却水が一旦蓄熱系28内に導入された後に機関冷却系16に還流されるようになる。
When the communication state is selected, the operation of the switching
一方、上記連通遮断状態を選択する際には、第1水路35と第2水路36とが連通されるとともに蓄熱系水路22と蓄熱系水路23とが連通されるように切り替え弁34の作動が制御される(図1に示す状態)。このとき、機関冷却系16では第1ウォータポンプ17の作動を通じて冷却水の一部が「ウォータジャケット11→第2水路36→第1水路35→冷却系水路14→ウォータジャケット11」といった経路で強制循環される。また、蓄熱系28では第2ウォータポンプ33の作動を通じて冷却水が「蓄熱系水路22→排気熱回収器20→蓄熱系水路23→蓄熱系水路22」といった経路で強制循環される。すなわち、機関冷却系16および蓄熱系28の内部において各別に冷却水が強制循環されるようになる。
On the other hand, when the communication cutoff state is selected, the operation of the switching
また本実施の形態にかかる機関システムには、その運転状態を検出するための各種センサが設けられている。そうしたセンサとしては、例えば機関冷却系16(具体的には、ウォータジャケット11)内の冷却水の温度(冷却系水温THWL)を検出するための温度センサや、蓄熱系28(具体的には、蓄熱系水路23)内の冷却水の温度(蓄熱系水温THWH)を検出するための温度センサが設けられている。その他、蓄熱系28内の冷却水の圧力(蓄熱系圧力PH)を検出するための圧力センサや、蓄熱タンク21内の冷却水の温度(タンク水温THWT)を検出するための温度センサなども設けられている。 The engine system according to the present embodiment is provided with various sensors for detecting the operating state. As such a sensor, for example, a temperature sensor for detecting the temperature of the cooling water (cooling system water temperature THWL) in the engine cooling system 16 (specifically, the water jacket 11), the heat storage system 28 (specifically, A temperature sensor is provided for detecting the temperature of the cooling water (heat storage system water temperature THWH) in the heat storage system water channel 23). In addition, a pressure sensor for detecting the pressure of the cooling water in the heat storage system 28 (heat storage system pressure PH) and a temperature sensor for detecting the temperature of the cooling water in the heat storage tank 21 (tank water temperature THWT) are also provided. It has been.
本実施の形態にかかる機関システムは、例えばマイクロコンピュータを備えて構成される電子制御ユニット39を備えている。この電子制御ユニット39は、各種センサの出力信号を取り込むとともにそれら出力信号をもとに各種の演算処理を実行し、その演算結果に基づいて迂回弁25やバイパス弁27、第2ウォータポンプ33、切り替え弁34、各送風機32,38の作動制御など、機関システムの運転にかかる各種制御を実行する。
The engine system according to the present embodiment includes an
本実施の形態にかかる機関システムによれば、以下のようにして、機関システムの運転の効率化を図ることが可能になる。
すなわち、切り替え弁34の作動制御を通じて機関冷却系16と蓄熱系28との連通が遮断される状態にするとともに第2ウォータポンプ33の作動制御を通じて同蓄熱系28の内部に冷却水を循環させることにより、排気熱回収器20による熱回収を通じて蓄熱系28内の冷却水を高温高圧の状態にすることが可能になる。言い換えれば、機関冷却系16の内部の冷却水と比較して高温高圧の冷却水を蓄熱系28の内部に作り出すことができる。
According to the engine system according to the present embodiment, it is possible to improve the efficiency of operation of the engine system as follows.
That is, the communication between the
これにより、機関冷却系16内の冷却水を蓄熱タンクに備蓄する構成と比較して内燃機関10の発生熱を高い効率で回収して蓄熱タンク21内に備蓄したり、機関冷却系16内の冷却水によって機関システムの各部を暖める構成と比較して早期に機関システムの各部を暖めたりすることが可能になる。このように本実施の形態にかかる機関システムによれば、内燃機関10の発生熱を高い効率で利用することができるようになる。
Thereby, compared with the structure which stocks the cooling water in the
本実施の形態では具体的には、切り替え弁34の作動制御が、内燃機関10の始動後の所定期間においては前記連通状態となるように、また所定期間が経過した後においては前記連通遮断状態となるように実行される。
Specifically, in the present embodiment, the operation control of the switching
これにより、例えば暖機完了時などのように内燃機関10の温度が高くなった後においては機関冷却系16と蓄熱系28との連通が遮断される連通遮断状態になり、機関冷却系16および蓄熱系28の内部において各別に冷却水が強制循環されるようになる。そのため蓄熱系28内の冷却水を高温高圧の状態にした上で同冷却水が有する熱を蓄熱タンク21内に備蓄することが可能になる。
Thereby, after the temperature of the
しかも、内燃機関10の始動時においては機関冷却系16と蓄熱系28とを連通する連通状態になり、蓄熱タンク21内に備蓄された熱が機関冷却系16に放出されるようになる。そのため、機関冷却系16内の冷却水の温度が早期に上昇するようになり、内燃機関10の早期暖機を図ることが可能になる。
In addition, when the
以下、そうした切り替え弁34の作動制御を含む機関システムの運転制御について、図3に示すフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。
なお、このフローチャートに示される一連の処理は上記運転制御にかかる処理の具体的な実行手順を概念的に示したものであり、実際の処理は所定周期毎の割り込み処理として電子制御ユニット39により実行される。
Hereinafter, the operation control of the engine system including the operation control of the switching
The series of processes shown in this flowchart conceptually shows the specific execution procedure of the process related to the operation control, and the actual process is executed by the
図3に示すように、この処理では先ず、内燃機関10の始動が完了したことを条件に(ステップS101:YES)、機関システムの運転モードとして放熱モードが選択される(ステップS102)。
As shown in FIG. 3, in this process, first, on the condition that the start of the
この放熱モードでは、図4に示すように、前記連通状態になるように切り替え弁34の作動が制御され、冷却水が排気熱回収器20を通過することなくバイパス通路26を通過するようにバイパス弁27の作動が制御され、冷却水が蓄熱タンク21を通過するように迂回弁25の作動が制御され、第2ウォータポンプ33が作動される。
In this heat dissipation mode, as shown in FIG. 4, the operation of the switching
放熱モードでは、図5に示すように冷却水が、「冷却系水路14→第1水路35→蓄熱系水路22→バイパス通路26→蓄熱系水路23(蓄熱タンク21)→第2水路36→ウォータジャケット11」といった順に、機関冷却系16から蓄熱系28に流入して同蓄熱系28を通過した後に機関冷却系16に還流されるようになる。
In the heat dissipation mode, as shown in FIG. 5, the cooling water is “cooling
これにより、蓄熱タンク21内を通過する冷却水が蓄熱材21a(図2参照)との熱交換を通じて暖められ、その暖められた冷却水が機関冷却系16に流入するようになる。このようにして蓄熱タンク21内に備蓄された熱が機関冷却系16に放出されることにより、機関冷却系16内の冷却水の温度が早期に上昇するようになり、内燃機関10の早期暖機が図られるようになる。
As a result, the cooling water passing through the
なお、放熱モードにおいて冷却水を排気熱回収器20を通過しないようにしたのは、内燃機関10の始動完了直後においては排気温度が低い可能性があり、そうした場合に排気熱回収器20の内部に冷却水を通過させると、低温の排気と冷却水との熱交換を通じてかえって冷却水の温度が低下するおそれがあるためである。
The reason why the cooling water is not allowed to pass through the exhaust
こうした放熱モードによる機関システムの運転が継続されて、冷却系水温THWLが蓄熱系水温THWH以上になると(図3のステップS103:YES)、蓄熱タンク21内に備蓄した熱を機関冷却系16に放出する効果が得られなくなったとして、機関システムの運転モードが昇温モードに切り替えられる(ステップS104)。
When the operation of the engine system in such a heat radiation mode is continued and the cooling system water temperature THWL becomes equal to or higher than the heat storage system water temperature THWH (step S103 in FIG. 3: YES), the heat stored in the
この昇温モードでは、図4に示すように、前記連通遮断状態になるように切り替え弁34の作動が制御され、冷却水が排気熱回収器20を通過するようにバイパス弁27の作動が制御され、冷却水が蓄熱タンク21を通過することなく迂回水路24のみを通過するように迂回弁25の作動が制御され、第2ウォータポンプ33が作動される。
In this temperature raising mode, as shown in FIG. 4, the operation of the switching
昇温モードでは、図6に示すように、機関冷却系16においては冷却水が「ウォータジャケット11→第2水路36→第1水路35→冷却系水路14→ウォータジャケット11」といった順に、第1ウォータポンプ17の作動を通じて蓄熱系28に流入することなく強制循環される。一方、蓄熱系28においては「蓄熱系水路22→排気熱回収器20→蓄熱系水路23(迂回水路24)→蓄熱系水路22」といった順に、第2ウォータポンプ33の作動を通じて冷却水が強制循環される。
In the temperature raising mode, as shown in FIG. 6, in the
このように昇温モードでは機関冷却系16と蓄熱系28との連通が遮断される。また、このとき内燃機関10の始動完了後においてある程度の時間が経過していることから排気の温度が高くなっている可能性が高く、また放熱モードによる機関システムの運転によって蓄熱系28内の冷却水の温度が低くなっている可能性が高いとして、排気熱回収器20による熱回収が開始されて同冷却水の温度上昇が図られる。
Thus, in the temperature raising mode, the communication between the
こうした昇温モードによる機関システムの運転が継続されて蓄熱系水温THWHがタンク内水温THWTより高くなると(図3のステップS105:YES)、蓄熱タンク21内への蓄熱が可能になったとして、機関システムの運転モードとして蓄熱モードが選択される(ステップS106)。
When the operation of the engine system in such a temperature increase mode is continued and the heat storage system water temperature THWH becomes higher than the tank water temperature THWT (step S105 in FIG. 3: YES), it is assumed that heat storage in the
この蓄熱モードでは、図4に示すように、前記連通遮断状態になるように切り替え弁34の作動が制御され、冷却水が排気熱回収器20を通過するようにバイパス弁27の作動が制御され、冷却水が蓄熱タンク21を通過するように迂回弁25の作動が制御され、第2ウォータポンプ33が作動される。
In this heat storage mode, as shown in FIG. 4, the operation of the switching
蓄熱モードでは、図7に示すように、機関冷却系16と蓄熱系28との連通が遮断されたままの状態で、同蓄熱系28において「蓄熱系水路22→排気熱回収器20→蓄熱系水路23(蓄熱タンク21)→蓄熱系水路22」といった順に冷却水が強制循環される。これにより、排気熱回収器20による熱回収を通じた冷却水の昇温を図りつつ、蓄熱タンク21への熱の備蓄が行われる。
In the heat storage mode, as shown in FIG. 7, the communication between the
こうした蓄熱モードによる機関システムの運転が継続されてタンク内水温THWTが所定温度より高くなると(図3のステップS107:YES)、蓄熱系28内の冷却水の温度が十分に高くなったとして、機関システムの運転モードとしてオーバヒートモードが選択される(ステップS108)。所定温度としては、蓄熱系28内において高温高圧になる冷却水の温度上昇による劣化が的確に抑えられるようになる温度範囲のうちのできるだけ高い温度(例えば、150度)が実験やシミュレーションの結果などから予め求められて、電子制御ユニット39に記憶されている。
When the operation of the engine system in such a heat storage mode is continued and the tank water temperature THWT becomes higher than a predetermined temperature (step S107 in FIG. 3: YES), it is assumed that the temperature of the cooling water in the
このオーバヒートモードでは、図4に示すように、前記連通遮断状態になるように切り替え弁34の作動が制御され、冷却水が排気熱回収器20を通過することなくバイパス通路26のみを通過するようにバイパス弁27の作動が制御され、冷却水が蓄熱タンク21を通過することなく迂回水路24のみを通過するように迂回弁25の作動が制御され、第2ウォータポンプ33の作動が停止される。
In this overheat mode, as shown in FIG. 4, the operation of the switching
こうしたオーバヒートモードによる機関システムの運転では、図8に示すように排気熱回収器20への通水と蓄熱タンク21への通水とが共に停止されるとともに、蓄熱系28内における冷却水の循環が停止される。そのため、蓄熱系28内の冷却水の温度が高くなったときにおいて排気熱回収器20によって回収される熱の量を少量に抑えることができるようになり、蓄熱系28内の冷却水の温度の過上昇が抑えられて同冷却水の劣化が抑えられるようになる。
In the operation of the engine system in such an overheat mode, as shown in FIG. 8, the water flow to the exhaust
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
(1)排気熱回収器20と蓄熱タンク21と蓄熱系水路22,23とを有する蓄熱系28、第2ウォータポンプ33、および切り替え弁34を設けるようにした。そのため、機関冷却系16内の冷却水を蓄熱タンクに備蓄する構成と比較して内燃機関10の発生熱を高い効率で回収して蓄熱タンク21内に備蓄したり、機関冷却系16内の冷却水によって機関システムの各部を暖める構成と比較して早期に機関システムの各部を暖めたりすることができるようになる。したがって、内燃機関10の発生熱を高い効率で利用することができ、機関システムを効率よく運転することができる。
As described above, according to the present embodiment, the effects described below can be obtained.
(1) The
(2)切り替え弁34の作動制御が、内燃機関10の始動後の所定期間においては前記連通状態となるように、また所定期間が経過した後においては前記連通遮断状態となるように実行される。そのため、内燃機関10の温度が高くなった後に上記連通遮断状態とすることにより、機関冷却系16および蓄熱系28の内部において各別に冷却水を強制循環させることができ、蓄熱系28内の冷却水を高温高圧の状態にした上で同冷却水が有する熱を蓄熱タンク21内に備蓄することができる。しかも、内燃機関10の始動時に上記連通状態とすることにより、蓄熱タンク21内に備蓄された熱を機関冷却系16に放出することができ、内燃機関10の早期暖機を図ることが可能になる。
(2) The operation control of the switching
(3)タンク内水温THWTが所定温度以上になったときに第2ウォータポンプ33の作動を停止させるようにした。そのため、蓄熱系28内の冷却水の温度が高くなったときにおいて排気熱回収器20によって回収される熱の量を少量に抑えることができ、蓄熱系28内の冷却水の温度の過上昇を抑えて同冷却水の劣化を抑えることができる。
(3) The operation of the
(第2の実施の形態)
以下、本発明にかかる機関システムを具体化した第2の実施の形態について、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment that embodies the engine system according to the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment.
本実施の形態にかかる機関システムの構造は、次の点において第1の実施の形態にかかる機関システムの構造と異なる。すなわち、図9に示すように、第1水路35にヒータコアが設けられておらず、同ヒータコアに対応する送風機も設けられていない。また外気の温度(外気温THA)を検出するための外気温センサが設けられており、ヒータユニット30による暖房の実行と実行停止との切り替えや同暖房を通じて調節される車室内温度についての目標温度の設定を行うための設定スイッチが設けられている。
The structure of the engine system according to the present embodiment is different from the structure of the engine system according to the first embodiment in the following points. That is, as shown in FIG. 9, the
また本実施の形態にかかる機関システムは、運転制御の実行内容が、第1の実施の形態にかかる機関システムと異なる。第1の実施の形態の運転制御は内燃機関10の始動時における同内燃機関10の早期暖機を図るための制御であるのに対して、本実施の形態の運転制御は、機関冷却系16内の冷却水の温度が低いときであってもヒータユニット30による暖房を早期に開始させるための制御である。
The engine system according to the present embodiment differs from the engine system according to the first embodiment in the execution contents of the operation control. The operation control of the first embodiment is a control for early warm-up of the
本実施の形態の運転制御では、具体的には、ヒータユニット30による暖房の実行に際して機関冷却系16内の冷却水の温度(冷却系水温THWL)が所定温度T1より低いときに、前記連通遮断状態になるように切り替え弁34の作動が制御されるとともに、迂回水路24に設けられたヒータコア31を用いて暖房が行われる。これにより、機関冷却系16内の冷却水の温度が低いときであっても、排気熱回収器20による熱回収を通じて昇温された蓄熱系28内の冷却水と同蓄熱系28に設けられたヒータコア31とを用いて暖房を実行することができる。しかも、このとき機関冷却系16内の冷却水が暖房に利用されないために、機関冷却系16内の冷却水が暖房に利用されるシステムと比較して、同冷却水の温度を早期に上昇させて内燃機関10の早期暖機を図ることもできる。
In the operation control of the present embodiment, specifically, when the temperature of the cooling water in the engine cooling system 16 (cooling system water temperature THWL) is lower than a predetermined temperature T1 when the
一方、ヒータユニット30による暖房の実行に際して冷却系水温THWLが所定温度T1以上であるときには、前記連通状態になるように切り替え弁34の作動が制御されるとともに、迂回水路24に設けられたヒータコア31を用いて暖房が行われる。これにより、機関冷却系16内の冷却水の温度が高いときには、ヒータコア31を用いた暖房に利用可能な熱量として、蓄熱系28の排気熱回収器20を通じて回収した熱量と機関冷却系16によって内燃機関10から回収した熱量とを加算した十分な量を確保することができる。
On the other hand, when the cooling water temperature THWL is equal to or higher than the predetermined temperature T1 when performing the heating by the
以下、本実施の形態にかかる運転制御について、図10および図11に示すフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。
なお、これらフローチャートに示される一連の処理は上記運転制御にかかる処理の具体的な実行手順を概念的に示したものであり、実際の処理は所定周期毎の割り込み処理として電子制御ユニット39により実行される。
Hereinafter, the operation control according to the present embodiment will be described in detail with reference to the flowcharts shown in FIGS. 10 and 11.
The series of processing shown in these flowcharts conceptually shows a specific execution procedure of the processing related to the operation control, and the actual processing is executed by the
図10に示すように、この処理では先ず、ヒータユニット30による暖房の実行が要求されているか否かが判断される(ステップS201)。ここでは、暖房を実行するべく設定スイッチが操作されていることをもって暖房の実行が要求されていると判断される。
As shown in FIG. 10, in this process, first, it is determined whether or not execution of heating by the
そして、暖房の実行が要求されていない場合には(ステップS201:NO)、以下の処理を実行することなく本処理は一旦終了される。
一方、暖房の実行が要求されている場合には(ステップS201:YES)、冷却系水温THWLが所定温度T1未満であるか否かが判断される(ステップS202)。この所定温度T1としては、機関冷却系16内の冷却水を利用した暖房の実行が可能になる温度(例えば、55℃)が実験やシミュレーションの結果から予め求められて電子制御ユニット39に記憶されている。
And when execution of heating is not requested | required (step S201: NO), this process is once complete | finished, without performing the following processes.
On the other hand, when execution of heating is requested (step S201: YES), it is determined whether or not the cooling system water temperature THWL is lower than a predetermined temperature T1 (step S202). As the predetermined temperature T1, a temperature at which heating using the cooling water in the
冷却系水温THWLが所定温度T1未満である場合には(ステップS202:YES)、このとき機関冷却系16内の冷却水の温度が低く同冷却水を利用した暖房の実行が困難であるとして、蓄熱系28内の冷却水を利用した暖房を実行するべく以下の処理(ステップS203〜S210)が実行される。
When the cooling system water temperature THWL is lower than the predetermined temperature T1 (step S202: YES), the temperature of the cooling water in the
すなわち先ず、機関冷却系16と蓄熱系28との連通が遮断された状態(前記連通遮断状態)になるように切り替え弁34の作動が制御されて(ステップS203)、蓄熱タンク21内の冷却水の温度(タンク内水温THWT)が所定温度T2より高いか否かが判断される(ステップS204)。この所定温度T2は、蓄熱タンク21内に備蓄された熱の放出を通じて蓄熱系28内の冷却水の温度を上昇させることが可能な状況であることを適切に判断することの可能な温度(例えば40℃)であり、実験やシミュレーションの結果から予め求められて電子制御ユニット39に記憶されている。
That is, first, the operation of the switching
そして、タンク内水温THWTが所定温度T2より高い場合には(ステップS204:YES)、上記状況であるとして、予め定められた所定期間(例えば数分)にわたって蓄熱タンク21に通水されるように迂回弁25の作動が制御される(ステップS205)。このときには図12に示すように、機関冷却系16と蓄熱系28との連通が遮断された状態で、同蓄熱系28において「蓄熱系水路22→バイパス通路26→蓄熱系水路23(蓄熱タンク21)→蓄熱系水路22」といった順に第2ウォータポンプ33の作動を通じて冷却水が強制循環される。これにより、蓄熱タンク21への通水を通じて同蓄熱タンク21内に備蓄された熱が放出されて蓄熱系28内の冷却水の昇温が図られる。
Then, when the tank water temperature THWT is higher than the predetermined temperature T2 (step S204: YES), it is assumed that the above situation is present, and the water is passed through the
その後、冷却水が蓄熱タンク21を通過することなく迂回水路24のみを通過するように迂回弁25の作動が制御されるとともに(図10のステップS206)、排気熱回収器20を冷却水が通過するようにバイパス弁27の作動が制御される(ステップS207)。このときには図13に示すように、蓄熱系28において「蓄熱系水路22→排気熱回収器20→蓄熱系水路23(迂回水路24)→蓄熱系水路22」といった順に冷却水が強制循環される。これにより、蓄熱タンク21からの熱放出によって蓄熱系水温THWHが上昇した後においては、蓄熱タンク21を迂回して冷却水が循環するようになって同蓄熱タンク21内への熱の備蓄が抑えられるとともに、排気熱回収器20を通過するように冷却水が循環されて同排気熱回収器20による熱回収が実行される。
Thereafter, the operation of the
一方、タンク内水温THWTが所定温度T2未満である場合には(図10のステップS204:NO)、上記状況ではないとして、蓄熱タンク21に通水することなく(ステップS205の処理をジャンプして)、迂回水路24のみを通過するように迂回弁25の作動が制御されるとともに(ステップS206)、排気熱回収器20を冷却水が通過するようにバイパス弁27の作動が制御される(ステップS207)。この場合には、蓄熱タンク21の熱放出を通じた冷却水の昇温を図ることなく、蓄熱タンク21内への熱の備蓄を抑えつつ排気熱回収器20による熱回収が実行される。
On the other hand, when the tank water temperature THWT is lower than the predetermined temperature T2 (step S204 in FIG. 10: NO), it is determined that the above situation is not occurring, and the process proceeds to step S205 without jumping to the
その後、蓄熱系28内の冷却水の温度(蓄熱系水温THWH)が暖房に適した温度に達しているか否かが判断される(ステップS208)。ここでは、設定スイッチにより設定された目標温度や外気温THA、蓄熱系水温THWHに基づいて、蓄熱系水温THWHの低下を招くことなく蓄熱系28内の冷却水が有する熱によって暖房を実行することが可能になったか否かが判断される。
Thereafter, it is determined whether or not the temperature of the cooling water in the heat storage system 28 (heat storage system water temperature THWH) has reached a temperature suitable for heating (step S208). Here, based on the target temperature, the outside air temperature THA, and the heat storage system water temperature THWH set by the setting switch, heating is performed by the heat of the cooling water in the
蓄熱系水温THWHが暖房に適した温度に達していない場合には(ステップS208:NO)、蓄熱系水温THWHを上昇させるべく、排気熱回収器20による熱回収が継続される。
When the heat storage system water temperature THWH has not reached a temperature suitable for heating (step S208: NO), heat recovery by the exhaust
そして、蓄熱系水温THWHが暖房に適した温度に達すると(ステップS208:YES)、送風機32の駆動が開始されて蓄熱系28の迂回水路24に設けられたヒータコア31による暖房の実行が開始される(ステップS209)。
When the heat storage system water temperature THWH reaches a temperature suitable for heating (step S208: YES), driving of the
ここで本実施の形態のシステムでは、ヒータユニット30による暖房の実行に際して冷却系水温THWLが低いときに前記連通遮断状態とすることにより、前記連通状態とした場合と比較して、排気熱回収器20によって昇温される冷却水が循環する経路の熱容量が小さくなって同冷却水の温度が早期に上昇するようになる。そのため、ヒータユニット30によって高温の温風を早期に発生させることが可能になる。ただし、上記経路(具体的には、蓄熱系28)の熱容量が小さいために、送風機32の送風量を多くしてヒータコア31による暖房に多量の熱を使用するようにすると、蓄熱系水温THWHの温度低下を招いて温風を発生させることができなくなってしまう。
Here, in the system according to the present embodiment, the exhaust heat recovery device is compared with the communication state by setting the communication cut-off state when the cooling system water temperature THWL is low when the heating by the
この点、本実施の形態では、暖房の実行に際して冷却系水温THWLが所定温度T1より低いとき、すなわち蓄熱系28内の冷却水のみを利用した暖房が実行されるときに、冷却系水温THWLが所定温度T1以上であるときと比較して送風機32の風量が少量に抑えられる。そのため、蓄熱系28内の冷却水のみを利用した暖房の実行時において、温風の量が少なくなるものの、高い温度の温風を早期に且つ長期にわたって継続的に発生させることができるようになる。
In this regard, in the present embodiment, when the cooling system water temperature THWL is lower than the predetermined temperature T1 when performing heating, that is, when heating using only the cooling water in the
また、このとき蓄熱系28内の冷却水が蓄熱タンク21を通過することなく迂回水路24のみを通過して循環するように迂回弁25の作動が制御される。そのため、このとき蓄熱系28内の冷却水の温度が低いとはいえ同冷却水が蓄熱タンク21を通過しなくなるため、冷却水が有する熱が蓄熱タンク21内の蓄熱材21aに吸収されることを抑えることができる。これにより、蓄熱系内の冷却水の温度が低いときにおいて同冷却水が蓄熱タンクを通過するシステムと比較して、排気熱回収器20によって回収された熱を、ヒータコア31を用いた暖房に効率よく利用することができるようになる。
At this time, the operation of the
このようにして暖房の実行が開始された後、冷却系水温THWLが前記所定温度T1以上であるか否かが判断される(ステップS210)。
冷却系水温THWLが所定温度T1未満である場合には(ステップS210:NO)、未だ機関冷却系16内の冷却水を利用した暖房を実行することのできない状況であるとして、蓄熱系28内の冷却水を利用した暖房の実行が継続される(ステップS209)。
After the execution of heating is started in this way, it is determined whether or not the cooling system water temperature THWL is equal to or higher than the predetermined temperature T1 (step S210).
When the cooling system water temperature THWL is lower than the predetermined temperature T1 (step S210: NO), it is determined that the heating using the cooling water in the
そして、冷却系水温THWLが所定温度T1以上になると(ステップS210:YESまたはステップS202:NO)、このとき機関冷却系16内の冷却水を利用した暖房の実行が可能な状況であるとして、以下の処理(図11のステップS211〜S213)が実行される。
When the cooling system water temperature THWL becomes equal to or higher than the predetermined temperature T1 (step S210: YES or step S202: NO), it is assumed that heating using the cooling water in the
すなわち先ず、機関冷却系16と蓄熱系28とが連通される状態(前記連通状態)になるように切り替え弁34の作動が制御されるとともに、送風機32が駆動されてヒータコア31による暖房が実行される(ステップS211)。このときには図14に示すように冷却水が、「冷却系水路14→第1水路35→蓄熱系水路22→排気熱回収器20→蓄熱系水路23(迂回水路24)→第2水路36→ウォータジャケット11」といった順に、機関冷却系16から蓄熱系28に流入して同蓄熱系28を通過した後に機関冷却系16に還流されるようになる。そして、この場合には、機関冷却系16による内燃機関10からの受熱量と排気熱回収器20の回収熱量とによる十分な熱量を利用したヒータコア31による暖房が実行される。なお、このとき送風機32の送風量は制限されず、十分な風量での暖房が実行される。
That is, first, the operation of the switching
その後、蓄熱タンク21に通水した場合であっても蓄熱材21aへの蓄熱による蓄熱系水温THWHの不要な低下を招くことのない状況になったか否かが判断される(図11のステップS212)。この判断は、排気熱回収器20による回収熱量や、機関冷却系16による内燃機関10からの受熱量、暖房の実行による消費熱量、蓄熱タンク21に通水したと仮定した場合における同蓄熱タンク21への蓄熱による消費熱量等を求めてそれらの熱収支を計算することにより行うことができる。排気熱回収器20による回収熱量は蓄熱系水温THWHおよび排気温度の指標値(例えば内燃機関10の吸入空気量)に基づいて求めることができ、機関冷却系16による内燃機関10からの受熱量は冷却系水温THWLおよび内燃機関10の温度の指標値(例えば内燃機関10の吸入空気量)に基づいて求めることができる。また、暖房の実行による消費熱量は前記目標温度および外気温THAに基づいて求めることができ、蓄熱タンク21に通水したと仮定した場合における同蓄熱タンク21への蓄熱による消費熱量は蓄熱系水温THWHおよびタンク内水温THWTに基づいて求めることができる。
After that, it is determined whether or not the heat storage system water temperature THWH does not cause an unnecessary decrease due to the heat stored in the
そして、上記状況になると(ステップS212:YES)。迂回水路24と蓄熱タンク21とを共に冷却水が通過するように迂回弁25の作動が制御されて(ステップS213)、本処理は終了される。このとき図15に示すように冷却水が、「冷却系水路14→第1水路35→蓄熱系水路22→排気熱回収器20→蓄熱系水路23(迂回水路24および蓄熱タンク21)→第2水路36→ウォータジャケット11」といった順に強制循環されるようになる。これにより、ヒータコア31による暖房の実行を継続した状態で蓄熱タンク21への蓄熱が実行される。
And if it becomes the said situation (step S212: YES). The operation of the
以上説明したように、本実施の形態によれば、先の(1)に記載した効果に加えて、以下の(4)〜(7)に記載する効果が得られるようになる。
(4)ヒータユニット30による暖房の実行に際して冷却系水温THWLが所定温度T1より低いときに、前記連通遮断状態になるように切り替え弁34の作動を制御するとともに、迂回水路24に設けられたヒータコア31を用いて暖房を行うようにした。そのため、機関冷却系16内の冷却水の温度が低いときであっても、排気熱回収器20による熱回収を通じて昇温された蓄熱系28内の冷却水と同蓄熱系28に設けられたヒータコア31とを用いて暖房を実行することができる。しかも、このとき機関冷却系16内の冷却水が暖房に利用されないために、機関冷却系16内の冷却水が暖房に利用されるシステムと比較して、同冷却水の温度を早期に上昇させて内燃機関10の早期暖機を図ることもできる。
As described above, according to the present embodiment, the effects described in the following (4) to (7) can be obtained in addition to the effects described in (1) above.
(4) When the heating by the
(5)ヒータユニット30による暖房の実行に際して冷却系水温THWLが所定温度T1以上であるときに、前記連通状態になるように切り替え弁34の作動を制御するとともに、迂回水路24に設けられたヒータコア31を用いて暖房を行うようにした。そのため、機関冷却系16内の冷却水の温度が高いときに、ヒータコア31を用いた暖房に利用可能な熱量として、蓄熱系28の排気熱回収器20を通じて回収した熱量と機関冷却系16によって内燃機関10から回収した熱量とを加算した十分な量を確保することができる。
(5) When the heating by the
(6)ヒータユニット30による暖房の実行に際して冷却系水温THWLが所定温度T1より低いときに、冷却系水温THWLが所定温度T1以上であるときと比較して送風機32の風量を少量に抑えるようにした。そのため、蓄熱系28内の冷却水のみを利用して暖房を実行するときに、高い温度の温風を早期に且つ長期にわたって継続的に発生させることができるようになる。
(6) When performing the heating by the
(7)ヒータユニット30による暖房の実行に際して冷却系水温THWLが所定温度T1より低いときに、蓄熱系28内の冷却水が蓄熱タンク21を通過することなく迂回水路24のみを通過して循環するように迂回弁25の作動を制御するようにした。そのため、蓄熱系内の冷却水の温度が低いときにおいて同冷却水が蓄熱タンクを通過するシステムと比較して、排気熱回収器20によって回収された熱を、ヒータコア31を用いた暖房に効率よく利用することができるようになる。
(7) When the cooling system water temperature THWL is lower than the predetermined temperature T1 when the
(その他の実施の形態)
なお、上記各実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第1の実施の形態において、放熱モードの選択時に前記連通遮断状態から前記連通状態に切り替える際に、前記蓄熱系28内の冷却水の圧力(蓄熱系圧力PH)が所定圧力より高いときに、その切り替えに先立って蓄熱系圧力PHを強制的に低下させるようにしてもよい。こうしたシステムによれば、機関冷却系16と蓄熱系28とを連通する際に蓄熱系28内に備蓄された高圧の冷却水が機関冷却系16に流入することを抑えることができる。そのため、機関冷却系16と蓄熱系28との連通に伴って同機関冷却系16内の冷却水の圧力が過度に高くなることを回避することができ、機関冷却系16の信頼性の低下を抑えることができる。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
-In 1st Embodiment, when switching from the said communication cutoff state to the said communication state at the time of selection of heat dissipation mode, when the pressure of the cooling water in the said thermal storage system 28 (thermal storage system pressure PH) is higher than predetermined pressure The heat storage system pressure PH may be forcibly lowered prior to the switching. According to such a system, when the
図16に、そのように蓄熱系圧力PHを強制低下させる処理の具体例を示す。
同図16に示すように、この処理では先ず、放熱モードが選択されたことを条件にタンク内水温THWTが所定温度Thより高いか否かが判断される(ステップS301)。
FIG. 16 shows a specific example of processing for forcibly reducing the heat storage system pressure PH.
As shown in FIG. 16, in this process, it is first determined whether or not the tank water temperature THWT is higher than a predetermined temperature Th on the condition that the heat dissipation mode is selected (step S301).
そして、タンク内水温THWTが所定温度Thより高い場合には(ステップS301:YES)、連通遮断状態を維持したまま、冷却水が排気熱回収器20を通過することなくバイパス通路26を通過するようにバイパス弁27の作動が制御され、冷却水が蓄熱タンク21を通過するように迂回弁25の作動が制御され、第2ウォータポンプ33が作動される(ステップS302)。この場合には、タンク内水温THWTが所定温度Thより高いことをもって蓄熱系圧力PHが過度に高いと判断される。そして、そのとき第2ウォータポンプ33を駆動することによって蓄熱系28内を冷却水が強制循環されるようになり、蓄熱系水路22,23の壁部を介した外気との熱交換を通じて蓄熱系水温THWHが低下し、これによって蓄熱系圧力PHが低下するようになる。このステップS302の処理が蓄熱系内の冷却水の圧力を強制的に低下させる強制低下手段として機能する。
When the tank water temperature THWT is higher than the predetermined temperature Th (step S301: YES), the cooling water passes through the
一方、タンク内水温THWTが所定温度Th以下である場合には(ステップS301:NO)、前記連通状態になるように切り替え弁34の作動が制御され、冷却水が排気熱回収器20を通過することなくバイパス通路26を通過するようにバイパス弁27の作動が制御され、冷却水が蓄熱タンク21を通過するように迂回弁25の作動が制御され、第2ウォータポンプ33が作動される(ステップS303)。この場合には、蓄熱系圧力PHがさほど高くないとして、連通遮断状態から連通状態への切り替えと蓄熱タンク21内に備蓄された熱の機関冷却系16への放出とが実行される。
On the other hand, when the tank water temperature THWT is equal to or lower than the predetermined temperature Th (step S301: NO), the operation of the switching
なお、ステップS302の処理に代えて、蓄熱系28への送風を通じて同蓄熱系28を冷却するための送風機を新たに設けて同送風機を作動させたり、比較的低圧の冷却水が満たされる低圧室を新たに設けて同低圧室に蓄熱系28内の冷却水の一部を導入したりしてもよい。
In addition, it replaces with the process of step S302, the low pressure chamber where the air blower for cooling the
・第2の実施の形態において、蓄熱系28の迂回水路24にヒータコア31および送風機32を設けることに加えて、機関冷却系16の第1水路35や第2水路36にヒータコアおよび送風機を設けるようにしてもよい。こうしたシステムでは、ヒータユニット30による暖房の実行に際して冷却系水温THWLが所定温度T1以上であるときに、前記連通遮断状態になるように切り替え弁34の作動を制御するとともに機関冷却系16に設けられたヒータコアを用いて暖房を行うようにすればよい。これにより、内燃機関10の温度が高いときにおいて、機関冷却系16を通じて内燃機関10から十分な量の熱を回収しつつ同熱を利用して暖房を行うことができる。
In the second embodiment, in addition to providing the
図17に、そのように暖房に使用するヒータコアを切り替える処理の具体例を示す。なお、この図17に示される一連の処理は、図11のステップS211〜S213の処理に代えて実行される処理である。 FIG. 17 shows a specific example of the process of switching the heater core used for heating as described above. Note that the series of processing shown in FIG. 17 is executed in place of the processing in steps S211 to S213 in FIG.
図17に示すように、この処理では先ず、冷却系水温THWLが所定温度T1以上になると(図10のステップS202:NOまたはステップS210:YES)、機関冷却系16内の冷却水を利用した暖房の実行が可能な状況であるとして、機関冷却系16のヒータコアに対応する送風機の駆動が開始されて同ヒータコアによる暖房が開始される(ステップS401)。また、このとき蓄熱タンク21と迂回水路24(ヒータコア31)との双方に冷却水が通過するように迂回弁25の作動が制御されるとともに送風機32の駆動が継続される(ステップS402)。これにより、蓄熱タンク21への蓄熱を実行しつつヒータコア31による暖房が実行されるようになる。
As shown in FIG. 17, in this process, first, when the cooling system water temperature THWL becomes equal to or higher than the predetermined temperature T1 (step S202: NO or step S210: YES in FIG. 10), heating using the cooling water in the
そして、蓄熱タンク21に通水した場合であっても蓄熱材21a(図2参照)への蓄熱による蓄熱系水温THWHの不要な低下を招くことのない状況になると(ステップS402:YES)、送風機32の駆動が停止されるとともに、蓄熱タンク21のみに冷却水が流れるように迂回弁25の作動が制御される(ステップS404)。この場合、機関冷却系16に設けられたヒータコアのみによって暖房が実行されるようになり、蓄熱系28においては蓄熱タンク21内への熱備蓄のみが行われるようになる。
And even if it is a case where it flows through the
・第2の実施の形態において、図18に示すように、ヒータコア31および機関冷却系16(具体的には、第1水路35および第2水路36)を連通する水路41と、同水路41および迂回水路24のいずれか一方のみをヒータコア31に接続するための三つの制御弁42,43,44とを設けるようにしてもよい。
-In 2nd Embodiment, as shown in FIG. 18, the
こうしたシステムでは、ヒータユニット30による暖房の実行に際して前記連通状態とするとともに、冷却系水温THWLが所定温度T1より低いときにはヒータコア31が迂回水路24のみに接続されるように迂回弁25および各制御弁42,43,44の作動を制御すればよい。また冷却系水温THWLが所定温度T1以上であるときにはヒータコア31が機関冷却系16の水路41のみに接続されるように迂回弁25および各制御弁42,43,44の作動を制御すればよい。
In such a system, when the heating by the
これにより、一つのヒータコア31を用いて、内燃機関10の温度が低いときには排気熱回収器20による熱回収を通じて昇温された蓄熱系28内の冷却水を利用して暖房を行うとともに、内燃機関10の温度が高いときには機関冷却系16を通じて内燃機関10から十分な量の熱を回収しつつ同熱を利用して暖房を行うことができる。
Thus, when the temperature of the
・各実施の形態において、排気熱回収器20の熱回収による冷却水温度の過上昇や、排気熱回収器20における熱交換による冷却水温度の不要な低下が適正に抑えられるのであれば、蓄熱系28のバイパス通路26およびバイパス弁27を省略してもよい。
-In each embodiment, if an excessive increase in the cooling water temperature due to heat recovery of the exhaust
10…内燃機関、11…ウォータジャケット、12…ラジエータ、13,14…冷却系水路、15…バイパス水路、16…機関冷却系、17…第1ウォータポンプ、19…サーモスタット弁、20…排気熱回収器、21…蓄熱タンク、21a…蓄熱材、21b…区画水路、22,23…蓄熱系水路、24…迂回水路、25…迂回弁、26…バイパス通路、27…バイパス弁、28…蓄熱系、29…排気通路、30…ヒータユニット、31,37…ヒータコア、32,38…送風機、33…第2ウォータポンプ、34…切り替え弁、35…第1水路、36…第2水路、39…電子制御ユニット、41…水路、42,43,44…制御弁。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記内燃機関の排気が有する熱を回収するための排気熱回収器と、該排気熱回収器および機関冷却系を連通してなるとともに前記蓄熱タンクが途中に設けられてなる蓄熱系水路と、を有する蓄熱系、および
前記蓄熱系内の冷却水を強制循環させるべく圧送する第2のウォータポンプ、および
前記機関冷却系および前記蓄熱系を連通する連通状態と前記連通を遮断して前記機関冷却系および前記蓄熱系の内部において各別に冷却水を強制循環させる連通遮断状態とを切り替える切り替え弁
を備えることを特徴とする機関システム。 An engine cooling system having a water jacket and a radiator formed inside the internal combustion engine, a cooling system water passage communicating with the water jacket and the radiator, and cooling water filled in the engine cooling system are forcibly circulated. In an engine system comprising a first water pump that pumps as much as possible, and a heat storage tank that stores cooling water therein,
An exhaust heat recovery unit for recovering the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine, and a heat storage system water channel that communicates the exhaust heat recovery unit and the engine cooling system and is provided with the heat storage tank in the middle. A heat storage system, a second water pump that pumps the cooling water in the heat storage system to forcibly circulate, and a communication state that communicates the engine cooling system and the heat storage system with the communication shut off, and the engine cooling system An engine system comprising a switching valve for switching between a communication cutoff state in which cooling water is forcedly circulated inside the heat storage system.
前記切り替え弁は、前記内燃機関の始動後の所定期間にわたり前記連通状態とするものであり、所定期間が経過した後において前記連通遮断状態とするものである
ことを特徴とする機関システム。 The engine system according to claim 1,
The engine system is characterized in that the switching valve is in the communication state for a predetermined period after the internal combustion engine is started, and is in the communication cut-off state after a predetermined period has elapsed.
前記蓄熱系内の冷却水の温度が所定温度より高くなったときに前記第2ウォータポンプの作動を停止させる
ことを特徴とする機関システム。 The engine system according to claim 2,
An engine system characterized in that the operation of the second water pump is stopped when the temperature of the cooling water in the heat storage system becomes higher than a predetermined temperature.
前記連通遮断状態から前記連通状態への切り替えに際して前記蓄熱系内の冷却水の圧力が所定圧力より高いときに、その切り替えに先立って前記蓄熱系内の冷却水の圧力を強制的に低下させる強制低下手段を更に備える
ことを特徴とする機関システム。 The engine system according to claim 2 or 3,
When the pressure of the cooling water in the heat storage system is higher than a predetermined pressure when switching from the communication cut-off state to the communication state, forcibly reducing the pressure of the cooling water in the heat storage system prior to the switching An engine system further comprising a lowering means.
前記強制低下手段は、前記第2ウォータポンプを作動させるものである
ことを特徴とする機関システム。 The engine system according to claim 4, wherein
The engine system according to claim 1, wherein the forced lowering means operates the second water pump.
前記蓄熱系はヒータユニットのヒータコアが接続されてなり、
前記機関システムは、前記ヒータユニットによる暖房の実行に際して前記機関冷却系内の冷却水の温度が所定温度より低いときに、前記連通遮断状態とするとともに前記ヒータコアを用いて暖房を行うものである
ことを特徴とする機関システム。 The engine system according to claim 1,
The heat storage system is formed by connecting a heater core of a heater unit,
The engine system is configured to perform the heating using the heater core and the communication shut-off state when the temperature of the cooling water in the engine cooling system is lower than a predetermined temperature when performing the heating by the heater unit. An engine system characterized by
前記機関システムは、前記ヒータユニットによる暖房の実行に際して前記機関冷却系内の冷却水の温度が前記所定温度以上であるときに、前記連通状態とするとともに前記ヒータコアを用いて暖房を行うものである
ことを特徴とする機関システム。 The engine system according to claim 6, wherein
In the engine system, when the heater unit performs heating, when the temperature of the cooling water in the engine cooling system is equal to or higher than the predetermined temperature, the engine system is brought into the communication state and is heated using the heater core. An engine system characterized by that.
前記ヒータユニットは前記機関冷却系に設けられたヒータコアを有してなり、
前記機関システムは、前記ヒータユニットによる暖房の実行に際して前記機関冷却系内の冷却水の温度が前記所定温度以上であるときに、前記連通遮断状態とするとともに前記機関冷却系に設けられたヒータコアを用いて暖房を行う
ことを特徴とする機関システム。 The engine system according to claim 6, wherein
The heater unit has a heater core provided in the engine cooling system,
When the temperature of the cooling water in the engine cooling system is equal to or higher than the predetermined temperature when performing the heating by the heater unit, the engine system sets the heater core provided in the engine cooling system to the communication cutoff state. An engine system characterized by using and heating.
当該機関システムは、前記ヒータユニットによる暖房の実行に際して前記連通遮断状態とするとともに、前記機関冷却系内の冷却水の温度が前記所定温度より低いときには前記ヒータコアを前記蓄熱系のみに接続し、前記機関冷却系内の冷却水の温度が前記所定温度以上であるときには前記ヒータコアを前記機関冷却系のみに接続するものである
ことを特徴とする機関システム。 The engine system according to claim 6, wherein
The engine system is in the communication cut-off state when performing heating by the heater unit, and when the temperature of cooling water in the engine cooling system is lower than the predetermined temperature, the heater core is connected only to the heat storage system, An engine system, wherein the heater core is connected only to the engine cooling system when the temperature of the cooling water in the engine cooling system is equal to or higher than the predetermined temperature.
前記ヒータユニットは前記蓄熱系に接続されたヒータコアへの送風を行う送風機を備えてなり、
前記機関システムは、前記ヒータユニットによる暖房の実行に際して前記機関冷却系内の冷却水の温度が前記所定温度より低いときに、同冷却水の温度が前記所定温度以上であるときと比較して、前記送風機の送風量を少量に設定するものである
ことを特徴とする機関システム。 In the engine system according to any one of claims 6 to 9,
The heater unit includes a blower that blows air to the heater core connected to the heat storage system,
When the temperature of the cooling water in the engine cooling system is lower than the predetermined temperature when performing the heating by the heater unit, the engine system is compared with the temperature of the cooling water being equal to or higher than the predetermined temperature. An engine system characterized in that the blower volume of the blower is set to a small amount.
前記蓄熱タンクは冷却水との熱交換を通じて温度が変化する蓄熱材が内部に設けられてなり、
前記蓄熱系は前記蓄熱タンクを迂回する迂回水路と該迂回水路の冷却水流量および前記蓄熱タンクの冷却水流量の比率を変更する迂回弁とを更に有してなり、
前記機関システムは、前記蓄熱系に接続されたヒータコアを用いて暖房を行う際に前記蓄熱系内の冷却水の温度が所定温度より低いときに、同冷却水が前記蓄熱タンクを通過することなく前記迂回水路のみを通過して循環するように前記迂回弁の作動を制御するものである
ことを特徴とする機関システム。 In the engine system according to any one of claims 6 to 10,
The heat storage tank is provided with a heat storage material whose temperature changes through heat exchange with cooling water,
The heat storage system further includes a bypass water channel that bypasses the heat storage tank, and a bypass valve that changes a ratio of the cooling water flow rate of the bypass water channel and the cooling water flow rate of the heat storage tank,
When the engine system performs heating using a heater core connected to the heat storage system, when the temperature of the cooling water in the heat storage system is lower than a predetermined temperature, the cooling water does not pass through the heat storage tank. An engine system characterized by controlling the operation of the bypass valve so as to circulate only through the bypass channel.
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