JP2010223116A - Engine cooling system - Google Patents

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Hideo Kobayashi
日出夫 小林
Toshihisa Sugiyama
敏久 杉山
Katsuhiko Arisawa
克彦 蟻沢
Kunihiko Hayashi
邦彦 林
Kenichi Yamada
賢一 山田
Akihito Hosoi
章仁 細井
Shusaku Sugamoto
周作 菅本
Original Assignee
Toyota Motor Corp
トヨタ自動車株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To determine whether or not cooling of an engine is realized, in the boiling/cooling engine using vaporizing latent heat. <P>SOLUTION: This cooling system 1 of the engine 100 includes a water jacket 2 formed inside the engine 100 and vaporizing a refrigerant passing through the inside through the waste heat of the engine 100, a gas-liquid separator 3 for returning a liquid phase refrigerant to a refrigerant passage by separating the refrigerant discharged from the inside of this water jacket 2 into the liquid phase refrigerant and a gaseous phase refrigerant, a second flowmeter 15 for acquiring flow rate information on the gaseous phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 3, and an ECU 16. The ECU 16 determines a cooling shortage of the engine by comparing a predictor of a flow rate of the gaseous phase refrigerant calculated based on items of the refrigerant passing through the inside of the water jacket 2, with a measured value of the flow rate of the gaseous phase refrigerant acquired by the second flowmeter 15. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、エンジン冷却に用いる冷媒が沸騰することによりエンジンから熱を奪いエンジンを冷却する冷却装置に関する。   The present invention relates to a cooling device that cools an engine by removing heat from the engine by boiling a refrigerant used for engine cooling.
液相状態の冷媒は気化する際に潜熱として熱エネルギーを吸収する。この冷媒の気化潜熱として吸収される熱量は、従来から利用されている気化潜熱を利用しない冷却方式(以下、「水冷却方式」と称する。)において吸収される熱量と比較してかなり大きい。このため、気化潜熱を利用する冷却方式は、水冷却方式と比較して、同量の冷媒でより多くの熱量を回収することができる。すなわち、気化潜熱を利用する冷却方式は、水冷却方式の場合と比較して、同一の熱量を冷却するのに必要な冷媒の量を減らすことができる。このような気化潜熱を利用する沸騰冷却システムが、エンジンの冷却に採用されている。例えば、エンジンの沸騰冷却装置が特許文献1に開示されている。   Liquid phase refrigerant absorbs thermal energy as latent heat when vaporized. The amount of heat absorbed as the latent heat of vaporization of the refrigerant is considerably larger than the amount of heat absorbed in the cooling method that does not use the latent heat of vaporization that has been conventionally used (hereinafter referred to as “water cooling method”). For this reason, the cooling method using latent heat of vaporization can recover more heat with the same amount of refrigerant as compared with the water cooling method. That is, the cooling method using the latent heat of vaporization can reduce the amount of refrigerant necessary for cooling the same amount of heat as compared with the case of the water cooling method. A boiling cooling system using such latent heat of vaporization is employed for cooling the engine. For example, Patent Document 1 discloses an engine boiling cooling device.
沸騰冷却を採用したエンジンのウォータジャケット内において、冷媒が沸騰している状態では、液相の冷媒と気相の冷媒とが渾然としており、厳密な液面レベルが判別できない。このため、静的な液面を検出する機器では、ウォータジャケット内の冷媒量を適切に把握できないことから、液面レベルを維持することが困難である。特許文献1のエンジンの沸騰冷却装置は、ウォータジャケットの所定レベルにボイド率(液相中に占める蒸気泡の体積割合)の検出装置を配設し、この検出値が所定値となるように冷媒供給量を制御する。これにより、特許文献1のエンジンの沸騰冷却装置は、ウォータジャケット内の冷媒量を一定に保つ。   In a water jacket of an engine that employs boiling cooling, when the refrigerant is boiling, the liquid phase refrigerant and the gas phase refrigerant are stagnant, and the exact liquid level cannot be determined. For this reason, in the apparatus which detects a static liquid level, since the refrigerant | coolant amount in a water jacket cannot be grasped | ascertained appropriately, it is difficult to maintain a liquid level. The engine boiling cooling device of Patent Document 1 is provided with a detector for detecting a void ratio (volume ratio of vapor bubbles in the liquid phase) at a predetermined level of the water jacket, and a refrigerant so that the detected value becomes a predetermined value. Control the supply amount. Thus, the engine boiling cooling device of Patent Document 1 keeps the amount of refrigerant in the water jacket constant.
特開昭61−83444号公報JP 61-83444 A
ところで、水冷却方式では、冷媒の供給量と冷媒の冷却前後の温度差とから、冷却した熱量を算出することが可能である。したがって、エンジンが必要とする冷却熱量分の冷却が可能な冷媒をウォータジャケット内に供給し、エンジンの冷却を成立することができる。   By the way, in the water cooling system, it is possible to calculate the amount of cooled heat from the supply amount of the refrigerant and the temperature difference before and after the cooling of the refrigerant. Therefore, a coolant capable of cooling the amount of cooling heat required by the engine can be supplied into the water jacket, and the engine can be cooled.
一方、気化潜熱を利用した沸騰冷却方式では、気化により吸熱された熱量は、潜熱として吸収され、冷媒の温度変化として現れないため、冷却前後の温度差として検出することができない。したがって、沸騰冷却エンジンでは、冷媒の供給量と冷媒の冷却前後の温度情報とから、冷媒が冷却した熱量を算出することができない。このため、冷媒が吸収した熱量と、エンジンにおいて冷却が必要とされる熱量とが一致しているか否か判断することができない。このように、エンジンの冷却熱量が、冷媒により吸収されているか否か判断できない場合、エンジンの冷却が不十分となることが考えられ、エンジンがオーバーヒートする場合も考えられる。   On the other hand, in the boiling cooling system using vaporization latent heat, the amount of heat absorbed by vaporization is absorbed as latent heat and does not appear as a temperature change of the refrigerant, and therefore cannot be detected as a temperature difference before and after cooling. Therefore, the boiling cooling engine cannot calculate the amount of heat cooled by the refrigerant from the refrigerant supply amount and the temperature information before and after the refrigerant cooling. For this reason, it cannot be determined whether or not the amount of heat absorbed by the refrigerant matches the amount of heat that needs to be cooled in the engine. As described above, when it cannot be determined whether or not the amount of heat of cooling of the engine is absorbed by the refrigerant, the cooling of the engine may be insufficient, and the engine may be overheated.
そこで、本発明は、気化潜熱を利用する沸騰冷却エンジンにおいて、エンジンの冷却が成立しているか否かを判断することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to determine whether or not engine cooling is established in a boiling cooling engine that uses latent heat of vaporization.
かかる課題を解決する本発明のエンジンの冷却装置は、エンジンの内部に形成され、エンジンの廃熱により気化する冷媒が内部を通過する冷媒通路と、当該冷媒通路内から排出される冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する気液分離器と、当該気液分離器により分離された気相冷媒の流量の実測値を取得する気相冷媒量取得手段と、前記冷媒通路内を通過する冷媒の諸元に基づいて気相冷媒の流量の予測値を算出し、当該予測値と前記実測値とを比較し、エンジンの冷却状態を判定する制御手段と、を備えたことを特徴とする。   An engine cooling device of the present invention that solves such a problem includes a refrigerant passage formed inside the engine, through which refrigerant evaporated by waste heat of the engine passes, and refrigerant discharged from the refrigerant passage in a liquid phase. A gas-liquid separator that separates the refrigerant and the gas-phase refrigerant; a gas-phase refrigerant amount obtaining unit that obtains an actual value of the flow rate of the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator; and the refrigerant passage. Control means for calculating a predicted value of the flow rate of the gas-phase refrigerant based on the specifications of the refrigerant, comparing the predicted value with the measured value, and determining the cooling state of the engine. .
このような構成とすることにより、気化潜熱を利用する沸騰冷却エンジンにおいて、エンジンの冷却が成立しているか否かを判断することができる。ここでは、温度上昇により破損等が回避でき、エンジンの動作が維持できるほどに冷却がされている場合、エンジンの冷却が成立しているとする。また、冷媒の諸元は、冷却通路に流入する冷媒の状態を表す情報と、冷却通路から排出された冷媒の状態を表す情報とを含むことができる。   With such a configuration, it is possible to determine whether or not engine cooling has been established in a boiling cooling engine that uses latent heat of vaporization. Here, it is assumed that cooling of the engine has been established when the temperature rise can prevent damage or the like and the engine is cooled to such an extent that the operation of the engine can be maintained. The specifications of the refrigerant can include information indicating the state of the refrigerant flowing into the cooling passage and information indicating the state of the refrigerant discharged from the cooling passage.
このようなエンジンの冷却装置において、前記冷媒通路内へ供給される冷媒の流量を取得する供給冷媒量取得手段と、前記冷媒通路内へ供給される冷媒の温度を取得する供給冷媒温度取得手段と、前記冷媒通路内から排出された冷媒の温度を取得する排出冷媒温度取得手段と、前記冷媒通路内から排出された気相冷媒の圧力を取得する気相冷媒圧力取得手段と、を備え、前記諸元は、前記供給冷媒量取得手段により取得される冷媒量Ginと、前記供給冷媒温度取得手段により取得される温度T_inと、前記排出冷媒温度取得手段により取得される温度T_outと、前記気相冷媒圧力取得手段により取得される圧力P_sと、を含むことができる。   In such an engine cooling device, supply refrigerant amount acquisition means for acquiring the flow rate of the refrigerant supplied into the refrigerant passage, and supply refrigerant temperature acquisition means for acquiring the temperature of the refrigerant supplied into the refrigerant passage. An exhaust refrigerant temperature acquisition means for acquiring the temperature of the refrigerant discharged from within the refrigerant passage; and a gas phase refrigerant pressure acquisition means for acquiring the pressure of the gas phase refrigerant discharged from within the refrigerant passage, The specifications are the refrigerant amount Gin acquired by the supply refrigerant amount acquisition means, the temperature T_in acquired by the supply refrigerant temperature acquisition means, the temperature T_out acquired by the exhaust refrigerant temperature acquisition means, and the gas phase Pressure P_s acquired by the refrigerant pressure acquisition means.
これらの取得手段より取得された冷媒の各情報から、気相冷媒の発生量を予測することができる。ここで算出された予測値と実測値を比較し、エンジンの冷却が成立しているか否かを判断することができる。   The amount of gas-phase refrigerant generated can be predicted from each piece of refrigerant information acquired by these acquisition means. The predicted value calculated here can be compared with the actual measurement value to determine whether or not the engine has been cooled.
また、このようなエンジンの冷却装置において、前記諸元は、前記冷媒通路と前記気液分離器を接続する配管における放熱量Q_lossを含むとすることができる。   In the engine cooling apparatus, the specifications may include a heat release amount Q_loss in a pipe connecting the refrigerant passage and the gas-liquid separator.
冷媒が通路と気液分離器との間を接続する配管を通る際に、冷媒がエンジンから回収した熱が、配管を介して大気へ放出される。本発明において、エンジンの冷却装置は、排出された冷媒の諸元を気液分離器で計測する場合、配管における放熱量を考慮して、気相冷媒の発生量の予測値を算出することができる。   When the refrigerant passes through the pipe connecting the passage and the gas-liquid separator, the heat recovered from the engine by the refrigerant is released to the atmosphere through the pipe. In the present invention, the engine cooling device may calculate the predicted value of the generation amount of the gas-phase refrigerant in consideration of the heat radiation amount in the pipe when measuring the specifications of the discharged refrigerant with the gas-liquid separator. it can.
上記のエンジンの冷却装置において、前記気液分離器で分離した気相冷媒から、廃熱のエネルギーを回収する動力回収手段を備えたランキンサイクルシステムが組みこまれた構成とすることができる。   In the engine cooling apparatus described above, a Rankine cycle system including power recovery means for recovering waste heat energy from the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator may be incorporated.
沸騰冷却エンジンの冷却により発生する蒸気は、エンジンの廃熱を回収し、有効な熱エネルギーを有する。本発明のエンジンの冷却装置は、このような蒸気のもつ熱エネルギーをランキンサイクルの動力回収手段により回収することができる。これにより、エネルギーを有効に利用し、燃費を向上することができる。   Steam generated by cooling the boiling cooling engine recovers engine waste heat and has effective thermal energy. The engine cooling device of the present invention can recover the thermal energy of such steam by the power recovery means of the Rankine cycle. Thereby, energy can be used effectively and fuel consumption can be improved.
上記のエンジンの冷却装置において、液相冷媒を貯留するタンクと、当該タンク内の液相冷媒を前記冷媒通路へ供給する供給手段と、を備え、前記制御手段は、エンジンが冷却不足であると判断する場合、前記実測値と前記予測値との差分に基づいて、前記タンク内の液相冷媒を前記冷媒通路へ供給させる構成とすることができる。   The engine cooling apparatus includes a tank that stores liquid phase refrigerant, and a supply unit that supplies the liquid phase refrigerant in the tank to the refrigerant passage, wherein the control unit has insufficient cooling of the engine. When determining, it can be set as the structure which supplies the liquid phase refrigerant | coolant in the said tank to the said refrigerant | coolant channel | path based on the difference of the said measured value and the said estimated value.
気相冷媒(蒸気)の量の実測値が、制御手段により算出された予測値に達していない場合、エンジンは十分に冷却できていない。すなわち、冷媒による熱の回収が不足している。このため、エンジン内へ冷媒の供給を行い、エンジンの冷却を図ることができる。これにより、エンジンの破損を回避し、動作を維持することができる。   If the measured value of the amount of the gas-phase refrigerant (steam) does not reach the predicted value calculated by the control means, the engine has not been sufficiently cooled. That is, heat recovery by the refrigerant is insufficient. For this reason, the coolant can be supplied into the engine to cool the engine. Thereby, damage to the engine can be avoided and operation can be maintained.
また、上記のエンジンの冷却装置において、前記制御手段は、エンジンが冷却不足であると判断する場合、エンジンの停止、またはエンジンの出力制限を行うこととすることができる。   In the engine cooling apparatus, when the control unit determines that the engine is insufficiently cooled, it can stop the engine or limit the output of the engine.
気相冷媒(蒸気)の量の実測値が、制御手段により算出された予測値に達していない場合、エンジンの停止や出力制限を行い、エンジンの過熱を抑えることにより、エンジンの破損を回避することができる。   When the actual value of the amount of gas-phase refrigerant (steam) does not reach the predicted value calculated by the control means, the engine is stopped or the output is restricted to prevent engine overheating and avoid engine damage. be able to.
また、上記のエンジンの冷却装置において、気相冷媒の漏洩を検出する冷媒漏洩検出手段を備え、前記制御手段は、前記冷媒漏洩検出手段による検出結果に基づいて、エンジンの冷却不足を判定する構成とすることができる。   The engine cooling apparatus includes a refrigerant leakage detection unit that detects a leakage of a gas-phase refrigerant, and the control unit determines whether the engine is insufficiently cooled based on a detection result of the refrigerant leakage detection unit. It can be.
エンジンの冷却装置は、気相冷媒の漏洩を検出した場合、これを考慮して予測値を算出し、エンジンの冷却成立の判定をすることができる。これにより、例えば、漏洩による気相冷媒の測定値の減少を熱回収量の不足と誤認することによるエンジンへの過度の冷媒の供給を避け、エンジンの温度を維持することができる。   When detecting the leakage of the gas-phase refrigerant, the engine cooling device can calculate the predicted value in consideration of this and determine whether or not the engine has been cooled. Thus, for example, it is possible to avoid excessive supply of the refrigerant to the engine by misidentifying a decrease in the measured value of the gas-phase refrigerant due to leakage as an insufficient heat recovery amount, and to maintain the engine temperature.
本発明は、気化潜熱を利用する沸騰冷却エンジンにおいて、エンジンの熱を吸収して気化した気相冷媒の流量を予測し、実測値と比較することにより、エンジンの冷却が成立しているか否かを判断することができる。   The present invention predicts whether or not engine cooling has been established in a boiling-cooled engine that uses latent heat of vaporization by predicting the flow rate of the vapor-phase refrigerant that has been vaporized by absorbing the heat of the engine and comparing it with actual measurement values. Can be judged.
実施例1の冷却装置が組み込まれたエンジンの概略構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed schematic structure of the engine in which the cooling device of Example 1 was integrated. 実施例1における冷却不足の判定制御のフローを示している。3 shows a flow of control for determining whether cooling is insufficient in the first embodiment. 実施例2の冷却装置が組み込まれたエンジンの概略構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed schematic structure of the engine in which the cooling device of Example 2 was integrated. 実施例2における冷却不足の判定制御のフローを示している。The flow of determination control of insufficient cooling in Example 2 is shown. 実施例3の冷却装置が組み込まれたエンジンの概略構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed schematic structure of the engine in which the cooling device of Example 3 was integrated. 実施例3における冷却不足の判定制御のフローを示している。10 shows a flow of control for determining whether cooling is insufficient in the third embodiment. 実施例4の冷却装置が組み込まれたエンジンの概略構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed schematic structure of the engine in which the cooling device of Example 4 was integrated.
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for implementing the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施例1について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施例の冷却装置1が組み込まれたエンジン100の概略構成を示した説明図である。エンジン100の本体101内には、冷却用の冷媒が通過するウォータジャケット2が形成されている。このエンジン100は、沸騰冷却及び水冷却を行うエンジンである。エンジン100が沸騰冷却を行う場合、ウォータジャケット2内の液相冷媒が、エンジン本体101から熱を吸収して気化する際に、エンジン本体101の冷却が行われる。ここでは、ウォータジャケット2は、本発明の冷媒通路として機能する。   Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an engine 100 in which the cooling device 1 of this embodiment is incorporated. In the main body 101 of the engine 100, a water jacket 2 through which a cooling refrigerant passes is formed. The engine 100 is an engine that performs boiling cooling and water cooling. When the engine 100 performs boiling cooling, the engine main body 101 is cooled when the liquid phase refrigerant in the water jacket 2 absorbs heat from the engine main body 101 and vaporizes. Here, the water jacket 2 functions as a refrigerant passage of the present invention.
また、冷却装置1は気液分離器3、タンク4、第1配管5、第2配管6、第3配管7、第4配管8を備えている。第1配管5、第2配管6のそれぞれは、気液分離器3内とウォータジャケット2内とを連通している。第1配管5は、気液分離器3内からウォータジャケット2内へ液相冷媒を輸送する配管である。第2配管6は、ウォータジャケット2内から気液分離器3内へ液相及び気相の冷媒を輸送する配管である。また、気液分離器3内とタンク4内とは第3配管7により連通されており、タンク4内に蓄えられた液相冷媒が気液分離器3へ供給可能となっている。気液分離器3は内部に流入した冷媒を液相冷媒と、気相冷媒とに分離する。分離された後の液相冷媒は、第1配管5を通じて、ウォータジャケット2へ送られる。一方、分離された気相冷媒は、第4配管8を通じて、復水器9へ送られ、凝縮されて液相冷媒となり、タンク4へ送られ貯留される。   The cooling device 1 includes a gas-liquid separator 3, a tank 4, a first pipe 5, a second pipe 6, a third pipe 7, and a fourth pipe 8. Each of the first pipe 5 and the second pipe 6 communicates the gas-liquid separator 3 and the water jacket 2. The first pipe 5 is a pipe that transports the liquid-phase refrigerant from the gas-liquid separator 3 into the water jacket 2. The second pipe 6 is a pipe that transports liquid-phase and gas-phase refrigerant from the water jacket 2 to the gas-liquid separator 3. Further, the gas-liquid separator 3 and the tank 4 are communicated with each other by a third pipe 7, and the liquid-phase refrigerant stored in the tank 4 can be supplied to the gas-liquid separator 3. The gas-liquid separator 3 separates the refrigerant that has flowed into the liquid phase refrigerant and the gas phase refrigerant. The separated liquid-phase refrigerant is sent to the water jacket 2 through the first pipe 5. On the other hand, the separated gas-phase refrigerant is sent to the condenser 9 through the fourth pipe 8 and condensed to become a liquid-phase refrigerant, which is sent to the tank 4 and stored.
さらに、第1配管5には、電気駆動式のポンプ10と、第1流量計11と、第1温度センサ12とが、配設されている。第1流量計11はポンプ10の下流側に配設されており、ポンプ10を通過し、ウォータジャケット2内へ供給される冷媒の流量情報を取得する。この第1流量計11は、本発明の供給冷媒量取得手段の一例である。第1温度センサ12は、第1配管5のエンジン本体101の近傍に配設されており、ウォータジャケット2へ供給される冷媒の温度情報を取得する。この第1温度センサ12は、本発明の供給冷媒温度取得手段の一例である。第1温度センサ12は、エンジン本体101の近傍に配設されているので、ウォータジャケット2内に供給される直前の冷媒の温度情報を取得する。これにより、ウォータジャケット2に供給される冷媒の温度の情報を精度良く取得する。   Furthermore, an electrically driven pump 10, a first flow meter 11, and a first temperature sensor 12 are disposed in the first pipe 5. The first flow meter 11 is disposed on the downstream side of the pump 10 and acquires flow rate information of the refrigerant that passes through the pump 10 and is supplied into the water jacket 2. This 1st flow meter 11 is an example of the supply refrigerant | coolant amount acquisition means of this invention. The first temperature sensor 12 is disposed in the vicinity of the engine body 101 of the first pipe 5 and acquires temperature information of the refrigerant supplied to the water jacket 2. This 1st temperature sensor 12 is an example of the supply refrigerant temperature acquisition means of the present invention. Since the first temperature sensor 12 is disposed in the vicinity of the engine main body 101, the temperature information of the refrigerant immediately before being supplied into the water jacket 2 is acquired. Thereby, the information of the temperature of the refrigerant | coolant supplied to the water jacket 2 is acquired accurately.
また、第2配管6には、ウォータジャケット2から排出された冷媒の温度を計測する第2温度センサ13が配設されている。この第2温度センサ13は、本発明の排出冷媒温度取得手段の一例である。また、気液分離器3には、気液分離器3内の気相冷媒の圧力情報、すなわち、蒸気圧を計測する圧力センサ14が配設されている。この圧力センサ14は、本発明の気相冷媒圧力取得手段の一例である。また、第4配管8の気液分離器3の下流直後に第2流量計15が配設されている。第2流量計15は、気液分離器3により分離された気相冷媒の流量情報を取得する。この第2流量計15は、本発明の気相冷媒量取得手段の一例である。また、エンジン100は、エンジン100周囲の雰囲気温度Tairを検出する外気温センサ17を備えている。   The second pipe 6 is provided with a second temperature sensor 13 for measuring the temperature of the refrigerant discharged from the water jacket 2. The second temperature sensor 13 is an example of an exhaust refrigerant temperature acquisition unit of the present invention. Further, the gas-liquid separator 3 is provided with a pressure sensor 14 for measuring pressure information of the gas-phase refrigerant in the gas-liquid separator 3, that is, a vapor pressure. The pressure sensor 14 is an example of a gas-phase refrigerant pressure acquisition unit of the present invention. A second flow meter 15 is disposed immediately after the gas / liquid separator 3 of the fourth pipe 8. The second flow meter 15 acquires the flow rate information of the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 3. This 2nd flow meter 15 is an example of the gaseous-phase refrigerant | coolant amount acquisition means of this invention. Engine 100 also includes an outside air temperature sensor 17 that detects an ambient temperature Tair around engine 100.
エンジン100は、ECU(Electronic Control Unit)16を備えている。このECU16は、第1流量計11、第1温度センサ12、第2温度センサ13、圧力センサ14、第2流量計15、外気温センサ17のそれぞれと電気的に接続されている。ECU16は、これらのセンサ類から得られる冷媒の諸元、外気温に基づいて、エンジンの冷却不足を判定する。また、ECU16は、ポンプ10と電気的に接続しており、ポンプ10の駆動を制御し、ウォータジャケット2内へ供給する冷媒の流量を調節する。   The engine 100 includes an ECU (Electronic Control Unit) 16. The ECU 16 is electrically connected to each of the first flow meter 11, the first temperature sensor 12, the second temperature sensor 13, the pressure sensor 14, the second flow meter 15, and the outside air temperature sensor 17. The ECU 16 determines whether the engine is insufficiently cooled based on the specifications of the refrigerant obtained from these sensors and the outside air temperature. Further, the ECU 16 is electrically connected to the pump 10, controls the driving of the pump 10, and adjusts the flow rate of the refrigerant supplied into the water jacket 2.
次に、冷却装置1におけるエンジン100の冷却不足の判定制御について説明する。この判定制御はエンジン100が沸騰冷却を実行している際に行われ、その処理はECU16により行われる。図2は、ECU16により行われる冷却不足の判定制御のフローを示している。   Next, the control for determining whether the engine 100 is insufficiently cooled in the cooling device 1 will be described. This determination control is performed when the engine 100 is performing boiling cooling, and the processing is performed by the ECU 16. FIG. 2 shows a flow of determination control for insufficient cooling performed by the ECU 16.
ECU16はステップS1で、ウォータジャケット2内を通過する冷媒の諸元を取り込む。冷媒の諸元とは、
(a)第1流量計11により取得されるウォータジャケット2へ供給される冷媒量、すなわち、供給冷媒量Gin、
(b)第1温度センサ12により取得されるウォータジャケット2へ供給される冷媒の温度、すなわち、供給冷媒温度T_in、
(c)第2温度センサ13により取得されるウォータジャケット2から排出される冷媒の温度、すなわち、排出冷媒温度T_out、
(d)圧力センサ14により取得される気液分離器3内の気相冷媒の圧力情報、すなわち、蒸気圧P_s、
(e)第2流量計15により取得される気液分離器3において分離された気相冷媒の流量、すなわち、気相冷媒量Gs、
(f)外気温センサ17から取得されるエンジン100周囲の雰囲気温度Tair、
である。ECU16はステップS1の処理を終えると、ステップS2へ進む。
In step S1, the ECU 16 takes in the specifications of the refrigerant that passes through the water jacket 2. What are refrigerant specifications?
(A) The amount of refrigerant supplied to the water jacket 2 acquired by the first flow meter 11, that is, the supplied refrigerant amount Gin,
(B) The temperature of the refrigerant supplied to the water jacket 2 acquired by the first temperature sensor 12, that is, the supply refrigerant temperature T_in,
(C) The temperature of the refrigerant discharged from the water jacket 2 acquired by the second temperature sensor 13, that is, the discharged refrigerant temperature T_out,
(D) Pressure information of the gas-phase refrigerant in the gas-liquid separator 3 acquired by the pressure sensor 14, that is, the vapor pressure P_s,
(E) The flow rate of the gas-phase refrigerant separated in the gas-liquid separator 3 obtained by the second flow meter 15, that is, the gas-phase refrigerant amount Gs,
(F) The ambient temperature Tair around the engine 100 acquired from the outside air temperature sensor 17,
It is. When the ECU 16 finishes the process of step S1, the ECU 16 proceeds to step S2.
ECU16はステップS2で、ステップS1において取得した冷媒の諸元、及び外気温に基づいて、気相冷媒の流量の予測値である推定気相冷媒量Gs_cを算出する。算出式は、以下の式(数1)の通りである。
:冷却熱量
W_loss:第2配管における熱損失
w_in:ウォータジャケットへ供給される冷媒の比エンタルピー
w_out:ウォータジャケットから排出された液相冷媒の比エンタルピー
:ウォータジャケットから排出された気相冷媒(蒸気)の比エンタルピー
In step S2, the ECU 16 calculates an estimated gas phase refrigerant amount Gs_c, which is a predicted value of the flow rate of the gas phase refrigerant, based on the refrigerant specifications and the outside air temperature acquired in step S1. The calculation formula is as follows (Formula 1).
Q W : Cooling heat quantity Q W_loss : Heat loss in second pipe h w_in : Specific enthalpy of refrigerant supplied to water jacket h w_out : Specific enthalpy of liquid refrigerant discharged from water jacket h s : Exhausted from water jacket Specific enthalpy of vapor phase refrigerant (vapor)
ここで、h、hw_in、hw_outの各エンタルピーは、上記の取得情報である(b)供給冷媒温度T_in、(c)排出冷媒温度T_out、(d)蒸気圧P_sから算出される。また、Qはエンジン100の運転条件から予め算出されているエンジンの必要冷却熱量である。QW_lossは、第2配管6の表面積A_pipeと、上記の取得情報である(c)排出冷媒温度T_out、(f)雰囲気温度Tairから算出される。 Here, the enthalpies of h s , h w_in , and h w_out are calculated from (b) supply refrigerant temperature T_in, (c) exhaust refrigerant temperature T_out, and (d) vapor pressure P_s, which are the above acquisition information. Q W is a required amount of heat for cooling the engine calculated in advance from the operating conditions of the engine 100. Q W_loss is calculated from the surface area A_pipe of the second pipe 6 and (c) the discharged refrigerant temperature T_out and (f) the ambient temperature Tair, which are the above acquisition information.
ECU16は、ステップS2の処理を終えるとステップS3へ進む。ECU16はステップS3で、推定気相冷媒量Gs_cと実測値である気相冷媒量Gsとの差ΔGsを算出する。ECU16は、ステップS3の処理を終えるとステップS4へ進む。   The ECU 16 proceeds to step S3 after completing the process of step S2. In step S3, the ECU 16 calculates a difference ΔGs between the estimated gas phase refrigerant amount Gs_c and the actually measured gas phase refrigerant amount Gs. After finishing the process of step S3, the ECU 16 proceeds to step S4.
ECU16はステップS4で、ステップS3において算出したΔGsが閾値αを超えているか否かを判断する。このαは予め設定された値である。ECU16はYESと判断する場合、すなわち、差分ΔGsがαを超えている場合、ステップS5へ進む。   In step S4, the ECU 16 determines whether or not ΔGs calculated in step S3 exceeds the threshold value α. This α is a preset value. If the ECU 16 determines YES, that is, if the difference ΔGs exceeds α, the process proceeds to step S5.
ECU16はステップS5で、冷却状態に異常ありと判断する。次に、ECU16はステップS6で、ポンプ10による圧送量を増加して、ウォータジャケット2内への冷却水の供給量を増加する。これにより、エンジン100の冷却方式は沸騰冷却から、気化潜熱を利用しない冷却方式、すなわち、水冷却方式へ切り替わる。このように、ΔGsの値がαを超えている場合、沸騰冷却が中止される。これにより、エンジン100が過度に高温となることが抑制され、熱による変形を防止する。なお、この際、エンジン100の出力を制限する処理を行うこともできる。ECU16は、ステップS6の処理を終えるとリターンとなる。   In step S5, the ECU 16 determines that the cooling state is abnormal. Next, the ECU 16 increases the amount of cooling water supplied into the water jacket 2 by increasing the pumping amount by the pump 10 in step S6. Thereby, the cooling system of engine 100 is switched from boiling cooling to a cooling system that does not use vaporization latent heat, that is, a water cooling system. Thus, when the value of ΔGs exceeds α, boiling cooling is stopped. Thereby, it is suppressed that the engine 100 becomes high temperature too much, and the deformation | transformation by a heat | fever is prevented. At this time, a process for limiting the output of the engine 100 can also be performed. The ECU 16 returns after completing the process of step S6.
ところで、ECU16はNOと判断する場合、すなわち、差分ΔGsがαを超えている場合、ステップS7へ進む。ECU16はステップS7で、冷却状態に異常なしと判断する。したがって、エンジン100における沸騰冷却を継続する。次に、ECU16はステップS8へ進む。ECU16はステップS8で、供給冷媒量Ginの増加分ΔGinと、目標供給冷媒量Gin_desを算出する。算出式は、以下、式(1)、式(2)の通りである。
ΔGin = fs(ΔGs) (1)
Gin_des = Gin + ΔGin (2)
ここで、fs(x)は、ΔGinを算出する関数を示している。
By the way, when the ECU 16 determines NO, that is, when the difference ΔGs exceeds α, the process proceeds to step S7. In step S7, the ECU 16 determines that there is no abnormality in the cooling state. Therefore, boiling cooling in engine 100 is continued. Next, the ECU 16 proceeds to step S8. In step S8, the ECU 16 calculates an increase ΔGin of the supply refrigerant amount Gin and a target supply refrigerant amount Gin_des. The calculation formulas are as shown in the following formulas (1) and (2).
ΔGin = fs (ΔGs) (1)
Gin_des = Gin + ΔGin (2)
Here, fs (x) represents a function for calculating ΔGin.
ECU16は、ステップS8の処理を終えるとステップS9へ進む。ECU16はステップS9で、ポンプ10の駆動トルクTq_w/pを算出する。算出式は、以下、式(3)の通りである。
Tq_w/p = ft(Gin、Gin_des、T_in) (3)
ここで、ft(x、y、z)はTq_w/pを算出する関数である。なお、T_inの値より、キャビテーションの影響が加味されている。ECU16はステップS9の処理を終えると、リターンとなる。
After finishing the process of step S8, the ECU 16 proceeds to step S9. In step S9, the ECU 16 calculates the drive torque Tq_w / p of the pump 10. The calculation formula is as shown in formula (3) below.
Tq_w / p = ft (Gin, Gin_des, T_in) (3)
Here, ft (x, y, z) is a function for calculating Tq_w / p. Note that the influence of cavitation is added to the value of T_in. The ECU 16 returns after completing the process of step S9.
ECU16は、上記ステップS7からステップS9の処理により、気相冷媒の推定値Gs_cと実測値Gsの値に基づいて、供給冷媒量Ginの値を補正する。これにより、冷却熱量に応じた冷媒量がウォータジャケット2内へ供給され、エンジン100の運転状態に適した沸騰冷却が行われる。   The ECU 16 corrects the value of the supplied refrigerant amount Gin based on the estimated value Gs_c of the gas-phase refrigerant and the actually measured value Gs by the processing from step S7 to step S9. Thereby, the amount of refrigerant corresponding to the amount of cooling heat is supplied into the water jacket 2, and boiling cooling suitable for the operating state of the engine 100 is performed.
本実施例において、冷却装置1のECU16は、エンジン100の熱を吸収して気化した気相冷媒の流量の予測値と、気相冷媒の流量の実測値とを比較する。ECU16は、この比較の結果に基づき、エンジン100の冷却が成立しているか否かを判断し、気相冷媒の発生量に適した冷却となるように制御する。これにより、エンジン100の過度の温度上昇を抑制し、エンジン100の熱による破損等を抑制する。   In the present embodiment, the ECU 16 of the cooling device 1 compares the predicted value of the flow rate of the gas-phase refrigerant that is vaporized by absorbing the heat of the engine 100 with the measured value of the flow rate of the gas-phase refrigerant. The ECU 16 determines whether or not the cooling of the engine 100 is established based on the result of this comparison, and performs control so that the cooling is suitable for the amount of gas-phase refrigerant generated. Thereby, an excessive temperature rise of engine 100 is suppressed, and damage due to heat of engine 100 is suppressed.
次に、本発明の実施例2について説明する。図3は、本実施例の冷却装置20が組み込まれたエンジン100の概略構成を示した説明図である。本実施例の冷却装置20は、実施例1の冷却装置1とほぼ同様の構成をしている。但し、本実施例の冷却装置20は、第4配管8上の第2流量計15と復水器9との間にOセンサ21が配設されている点で、実施例1の冷却装置1と相違する。Oセンサ21は、第4配管8内の酸素濃度を計測する。このOセンサ21はECU16と電気的に接続されており、ECU16は、Oセンサ21の取得する酸素濃度から、第4配管8内の冷媒の漏洩を判定する。すなわち、ECU16とOセンサ21とが、本発明の冷媒漏洩検出手段として機能する。なお、その他の構成は実施例1と同一であるため、実施例1と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the engine 100 in which the cooling device 20 of the present embodiment is incorporated. The cooling device 20 of the present embodiment has substantially the same configuration as the cooling device 1 of the first embodiment. However, the cooling device 20 of the present embodiment is the cooling device of the first embodiment in that an O 2 sensor 21 is disposed between the second flow meter 15 on the fourth pipe 8 and the condenser 9. 1 and different. The O 2 sensor 21 measures the oxygen concentration in the fourth pipe 8. The O 2 sensor 21 is electrically connected to the ECU 16, and the ECU 16 determines the leakage of the refrigerant in the fourth pipe 8 from the oxygen concentration acquired by the O 2 sensor 21. That is, the ECU 16 and the O 2 sensor 21 function as the refrigerant leakage detection means of the present invention. In addition, since the other structure is the same as Example 1, about the component same as Example 1, the same reference number is attached | subjected in drawing and the detailed description is abbreviate | omitted.
次に、本実施例の冷却装置20におけるエンジン100の冷却不足の判定制御について説明する。この判定制御はECU16により行われる。本実施例における判定制御は、配管からの冷媒の漏洩を検出する点で実施例1の判定制御と相違する。図4は、本実施例における判定制御のフローを示した説明図である。本実施例の判定制御は、沸騰冷却実行の際に行われる。なお、図4のフロー中、図2に示した実施例1の制御フローと同様の処理については、同一のステップ番号を付し、その詳細な説明は省略する。   Next, control for determining whether the engine 100 is insufficiently cooled in the cooling device 20 of this embodiment will be described. This determination control is performed by the ECU 16. The determination control in the present embodiment is different from the determination control in the first embodiment in that the leakage of the refrigerant from the pipe is detected. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a flow of determination control in the present embodiment. The determination control of this embodiment is performed when boiling cooling is executed. In the flow of FIG. 4, processes similar to those in the control flow of the first embodiment illustrated in FIG. 2 are denoted by the same step numbers, and detailed description thereof is omitted.
ECU16はステップS1の処理を終えると、ステップS11の処理へ進む。ECU16はステップS11で、Oセンサ21から第4配管8内の酸素濃度を取得する。次に、ECU16はステップS12で、ステップS11において取得した酸素濃度に基づいて冷媒の漏洩を判断する。冷媒の通る配管において冷媒の漏洩が生じている場合、外気が混入する。ECU16は、酸素濃度が閾値を超えている場合、外気が混入していると判断し、冷媒が漏洩すると判断する。ECU16はステップS12でYESと判断する場合、すなわち、冷媒が漏洩していると判断すると、ステップS13へ進む。一方、ECU16はステップS12でNOと判断する場合、すなわち、冷媒が漏洩していないと判断すると、ステップS14へ進む。 After finishing the process of step S1, the ECU 16 proceeds to the process of step S11. In step S11, the ECU 16 acquires the oxygen concentration in the fourth pipe 8 from the O 2 sensor 21. Next, ECU16 judges the leakage of a refrigerant | coolant based on the oxygen concentration acquired in step S11 by step S12. When the refrigerant leaks in the pipe through which the refrigerant passes, outside air is mixed. When the oxygen concentration exceeds the threshold value, the ECU 16 determines that outside air is mixed and determines that the refrigerant leaks. If the ECU 16 determines YES in step S12, that is, determines that the refrigerant is leaking, the ECU 16 proceeds to step S13. On the other hand, if the ECU 16 determines NO in step S12, that is, determines that the refrigerant is not leaking, the ECU 16 proceeds to step S14.
ECU16は、ステップS13で冷媒漏洩補正係数ηleakを0とし、ステップS15へ進む。また、ECU16は、ステップS14で冷媒漏洩補正係数ηleakを1とし、ステップS15へ進む。 In step S13, the ECU 16 sets the refrigerant leakage correction coefficient η leak to 0, and proceeds to step S15. In step S14, the ECU 16 sets the refrigerant leakage correction coefficient η leak to 1, and proceeds to step S15.
ECU16はステップS15で、ステップS1において取得した冷媒の諸元、及び外気温と、ステップS13、またはステップS14で算出した冷媒漏洩補正係数ηleakに基づいて、気相冷媒の流量の予測値である推定気相冷媒量Gs_c´を算出する。算出式は、以下の式(数2)の通りである。
なお、文字列が示す諸元は、実施例1と同様である。ここで、ステップS12で冷媒の漏洩を判断した場合、Gs_c´の値は0である。ECU16はステップS15の処理を終えると、ステップS16へ進む。
In step S15, the ECU 16 is a predicted value of the flow rate of the gas-phase refrigerant based on the refrigerant specifications and the outside air temperature acquired in step S1, and the refrigerant leakage correction coefficient η leak calculated in step S13 or step S14. An estimated gas phase refrigerant amount Gs_c ′ is calculated. The calculation formula is as follows (Formula 2).
The specifications indicated by the character string are the same as those in the first embodiment. Here, when it is determined in step S12 that the refrigerant has leaked, the value of Gs_c ′ is zero. When the ECU 16 finishes the process of step S15, the process proceeds to step S16.
ECU16はステップS16で、推定気相冷媒量Gs_c´と実測値である気相冷媒量Gsとの差ΔGs´を算出する。ECU16は、ステップS16の処理を終えるとステップS17へ進む。   In step S16, the ECU 16 calculates a difference ΔGs ′ between the estimated gas phase refrigerant amount Gs_c ′ and the actually measured gas phase refrigerant amount Gs. After finishing the process of step S16, the ECU 16 proceeds to step S17.
ECU16はステップS17で、ステップS16において算出したΔGs´が閾値αを超えているか否かを判断する。このαは予め設定された値である。ECU16はYESと判断する場合、すなわち、差分ΔGs´がαを超えている場合、ステップS5へ進む。一方、ECU16はNOと判断する場合、すなわち、差分ΔGs´がαを超えていない場合、ステップS18へ進む。   In step S17, the ECU 16 determines whether or not ΔGs ′ calculated in step S16 exceeds the threshold value α. This α is a preset value. When the ECU 16 determines YES, that is, when the difference ΔGs ′ exceeds α, the process proceeds to step S5. On the other hand, if the ECU 16 determines NO, that is, if the difference ΔGs ′ does not exceed α, the process proceeds to step S18.
ECU16はステップS18で、ΔGsが−Gsか否かを判断する。ステップS15の計算式(数2)より、ステップS12において冷媒の漏洩を判断した場合、Gs_c´の値は0である。したがって、ステップS16のΔGs´は−Gsとなる。ECU16はステップS18でYESと判断する場合、すなわち、冷媒が漏洩していると判断し、ΔGs´が−Gsである場合、ステップS19へ進む。   In step S18, the ECU 16 determines whether ΔGs is −Gs. From the calculation formula (Equation 2) in step S15, when it is determined in step S12 that the refrigerant has leaked, the value of Gs_c ′ is zero. Therefore, ΔGs ′ in step S16 is −Gs. If the ECU 16 determines YES in step S18, that is, determines that the refrigerant is leaking and ΔGs ′ is −Gs, the ECU 16 proceeds to step S19.
ECU16はステップS19で、ポンプ10による圧送量を増加して、ウォータジャケット2内への冷却水の供給量を増加する。すなわち、沸騰冷却方式から水冷却方式へ切り替える。また、ECU16はステップS19で、エンジンの出力を制限する。また、ECU16はステップS19で、冷媒が漏洩していることをユーザ(ドライバ)へ伝える警告灯を点灯させる。ECU16がステップS18でYESと判断する場合は、冷媒が漏洩しているため、安全性を考慮した処置を取る。また、ユーザへ警告することにより、早期の運転停止、修理を促すことができる。ECU16はステップS19の処理を終えるとリターンとなる。   In step S <b> 19, the ECU 16 increases the pumping amount by the pump 10 and increases the amount of cooling water supplied into the water jacket 2. That is, the boiling cooling system is switched to the water cooling system. Moreover, ECU16 restrict | limits the output of an engine by step S19. In step S19, the ECU 16 turns on a warning lamp that informs the user (driver) that the refrigerant is leaking. When the ECU 16 determines YES in step S18, since the refrigerant is leaking, a measure is taken in consideration of safety. In addition, by warning the user, it is possible to prompt early shutdown and repair. The ECU 16 returns after completing the process of step S19.
一方、ECU16は、ステップS18でNOと判断する場合、すなわち、ΔGs´が−Gsでなく、冷媒が漏洩していないと判断する場合、ステップS7へ進む。   On the other hand, if the ECU 16 determines NO in step S18, that is, if ΔGs ′ is not −Gs and it is determined that the refrigerant is not leaking, the ECU 16 proceeds to step S7.
本実施例において、冷却装置20は、冷媒の漏洩を判断し、冷媒漏洩時に沸騰冷却を停止し、エンジン100の安全を維持する。さらに、実施例1同様に、冷却装置20は、エンジン100の熱を吸収して気化した気相冷媒の流量の予測値と、実測値とを比較し、この比較の結果に基づき、エンジン100の冷却が成立しているか否かを判断し、気相冷媒の発生量に適した冷却となるように制御する。これにより、エンジン100の過度の温度上昇を抑制し、エンジン100を保護する。   In the present embodiment, the cooling device 20 determines the leakage of the refrigerant, stops boiling cooling when the refrigerant leaks, and maintains the safety of the engine 100. Further, similarly to the first embodiment, the cooling device 20 compares the predicted value of the flow rate of the gas-phase refrigerant vaporized by absorbing the heat of the engine 100 with the actual measurement value, and based on the result of this comparison, It is determined whether or not cooling is established, and control is performed so that the cooling is suitable for the amount of gas-phase refrigerant generated. Thereby, excessive temperature rise of engine 100 is suppressed and engine 100 is protected.
次に、本発明の実施例3について説明する。図5は、本実施例の冷却装置30の概略構成を示した説明図である。本実施例の冷却装置30は、実施例1の冷却装置1とほぼ同様の構成をしている。ただし、本実施例の冷却装置30は、第4配管8上の復水器9とタンク4との間に第3流量計31が配設されている点で、実施例1の冷却装置1と相違する。復水器9で凝縮した冷媒は、タンク4へ流れるため、第3流量計31は、復水器9で凝縮した冷媒量を取得する。第3流量計31はECU16と電気的に接続されており、ECU16は、復水器9で凝縮した冷媒量を取得する。なお、その他の構成は実施例1と同一であるため、実施例1と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。   Next, Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the cooling device 30 of the present embodiment. The cooling device 30 of the present embodiment has substantially the same configuration as the cooling device 1 of the first embodiment. However, the cooling device 30 of the present embodiment differs from the cooling device 1 of the first embodiment in that a third flow meter 31 is disposed between the condenser 9 on the fourth pipe 8 and the tank 4. Is different. Since the refrigerant condensed in the condenser 9 flows to the tank 4, the third flow meter 31 acquires the amount of refrigerant condensed in the condenser 9. The third flow meter 31 is electrically connected to the ECU 16, and the ECU 16 acquires the amount of refrigerant condensed by the condenser 9. In addition, since the other structure is the same as Example 1, about the component same as Example 1, the same reference number is attached | subjected in drawing and the detailed description is abbreviate | omitted.
次に、本実施例の冷却装置30におけるエンジン100の冷却不足の判定制御について説明する。この判定制御はECU16により行われる。本実施例における判定制御は、復水量から気相冷媒の発生量を判断する点で実施例1の判定制御と相違する。図6は、本実施例における判定制御のフローを示した説明図である。図6のフロー中、図2に示した実施例1の制御フローと同様の処理については、同一のステップ番号を付し、その詳細な説明は省略する。   Next, control for determining whether the engine 100 is insufficiently cooled in the cooling device 30 of the present embodiment will be described. This determination control is performed by the ECU 16. The determination control in the present embodiment differs from the determination control in the first embodiment in that the amount of gas-phase refrigerant generated is determined from the condensate amount. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a flow of determination control in the present embodiment. In the flow of FIG. 6, processes similar to those in the control flow of the first embodiment illustrated in FIG. 2 are denoted by the same step numbers, and detailed description thereof is omitted.
ECU16は、ステップS1の処理を終えると、ステップS21へ進む。ECU16はステップS21で、第3流量計31から復水量を取得する。さらに、ECU16はステップS21で、取得した復水量から推定気相冷媒量Gs_c´´を算出する。ECU16はステップS21の処理を終えるとステップS22へ進む。なお、ここで算出した推定気相冷媒量Gs_c´´は、復水器9において冷媒が放出した熱量から算出する構成でもよい。   After finishing the process of step S1, the ECU 16 proceeds to step S21. The ECU 16 acquires the condensate amount from the third flow meter 31 in step S21. Further, in step S21, the ECU 16 calculates an estimated gas phase refrigerant amount Gs_c ″ from the acquired condensate amount. After finishing the process of step S21, the ECU 16 proceeds to step S22. The estimated gas-phase refrigerant amount Gs_c ″ calculated here may be calculated from the amount of heat released by the refrigerant in the condenser 9.
ECU16はステップS22で、ステップS21で算出した推定気相冷媒量Gs_c´´と実測値である気相冷媒量Gsとの差分が閾値βを超えているか否かを判断する。このβは予め設定された値である。ECU16はステップS22でYESと判断する場合、すなわち、差分がβを超えている場合、ステップS23へ進む。   In step S22, the ECU 16 determines whether or not the difference between the estimated gas phase refrigerant amount Gs_c ″ calculated in step S21 and the gas phase refrigerant amount Gs that is an actual measurement value exceeds a threshold value β. This β is a preset value. If the ECU 16 determines YES in step S22, that is, if the difference exceeds β, the ECU 16 proceeds to step S23.
ECU16はステップS23で、ポンプ10による圧送量を増加して、ウォータジャケット2内への冷却水の供給量を増加する。すなわち、沸騰冷却方式から水冷却方式へ切り替える。また、ECU16はステップS23で、エンジンの出力を制限する。また、ECU16はステップS23で、冷媒が漏洩していることをユーザ(ドライバ)へ伝える警告灯を点灯させる。ECU16はステップS23の処理を終えるとリターンとなる。   In step S23, the ECU 16 increases the pumping amount by the pump 10 to increase the amount of cooling water supplied into the water jacket 2. That is, the boiling cooling system is switched to the water cooling system. Moreover, ECU16 restrict | limits the output of an engine by step S23. In step S23, the ECU 16 turns on a warning lamp that informs the user (driver) that the refrigerant is leaking. The ECU 16 returns after completing the process of step S23.
一方、ECU16はステップS22でNOと判断する場合、すなわち、差分がβを超えていない場合、ステップS2へ進む。以下の処理は、実施例1と同様である。   On the other hand, if the ECU 16 determines NO in step S22, that is, if the difference does not exceed β, the ECU 16 proceeds to step S2. The following processing is the same as in the first embodiment.
本実施例において、復水量から算出した推定気相冷媒量Gs_c´´と気相冷媒の実測値Gsとを比較することにより、第2流量計15の故障判定を行うことができる。また、実施例1同様に、冷却装置30は、エンジン100の熱を吸収して気化した気相冷媒の流量の予測値と、実測値とを比較し、この比較の結果に基づき、エンジン100の冷却が成立しているか否かを判断し、気相冷媒の発生量に適した冷却となるように制御する。これにより、エンジン100の過度の温度上昇を抑制し、エンジン100を保護する。なお、本実施例の冷却装置30は、蒸気漏れを検出するセンサを備えることができ、実施例2の蒸気漏れの制御を組み込んだ制御処理を行うことができる。   In the present embodiment, the failure determination of the second flow meter 15 can be performed by comparing the estimated gas phase refrigerant amount Gs_c ″ calculated from the condensate amount with the actually measured value Gs of the gas phase refrigerant. Similarly to the first embodiment, the cooling device 30 compares the predicted value of the flow rate of the gas-phase refrigerant vaporized by absorbing the heat of the engine 100 with the actual measurement value, and based on the result of this comparison, It is determined whether or not cooling is established, and control is performed so that the cooling is suitable for the amount of gas-phase refrigerant generated. Thereby, excessive temperature rise of engine 100 is suppressed and engine 100 is protected. In addition, the cooling device 30 of the present embodiment can include a sensor that detects a steam leak, and can perform a control process incorporating the steam leak control of the second embodiment.
次に、本発明の実施例4について説明する。図7は本実施例の冷却装置40を組み込んだエンジン200の概略構成を示した説明図である。本実施例の冷却装置は、実施例1の冷却装置1にランキンサイクルシステムが組み込まれた構成となっている。すなわち、第4配管8上の第2流量計15と復水器9との間に、第2流量計15側から、三方弁41、過熱器42、動力回収機43が順に配設されている。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an engine 200 in which the cooling device 40 of this embodiment is incorporated. The cooling device of the present embodiment has a configuration in which the Rankine cycle system is incorporated in the cooling device 1 of the first embodiment. That is, a three-way valve 41, a superheater 42, and a power recovery machine 43 are arranged in this order from the second flow meter 15 side between the second flow meter 15 and the condenser 9 on the fourth pipe 8. .
三方弁41には第5配管44の一端が接続されており、第5配管44の他端は、第4配管8上の動力回収機43と復水器9との間に接続している。この第5配管44は、冷媒が過熱器42、動力回収機43とをバイパスする通路である。三方弁41はECU16と電気的に接続されている。三方弁41は、ECU16の信号に基づいて、過熱器42、動力回収機43側への冷媒の供給と、これらをバイパスする第5配管44への冷媒の供給とを切り替える。過熱器42は、エンジン本体101から排出される排気が通過する排気管が引き込まれており、排気の熱により気相冷媒を過熱する。動力回収機43は、高温の気相冷媒により駆動されるタービン431と、タービン431の回転力を電力、補助動力等に変換する変換機432を備えており、気液分離器3で分離した気相冷媒から、廃熱のエネルギーを回収する。また、第3配管7上にランキン用ポンプ45が配設されており、電気的に接続されたECU16からの駆動信号に基づいて、タンク4から気液分離器3へ液相の冷媒を圧送する。   One end of a fifth pipe 44 is connected to the three-way valve 41, and the other end of the fifth pipe 44 is connected between the power recovery machine 43 on the fourth pipe 8 and the condenser 9. The fifth pipe 44 is a passage through which the refrigerant bypasses the superheater 42 and the power recovery machine 43. The three-way valve 41 is electrically connected to the ECU 16. The three-way valve 41 switches between supply of the refrigerant to the superheater 42 and the power recovery machine 43 side and supply of the refrigerant to the fifth pipe 44 that bypasses these, based on a signal from the ECU 16. The superheater 42 is drawn in an exhaust pipe through which the exhaust discharged from the engine body 101 passes, and superheats the gas-phase refrigerant by the heat of the exhaust. The power recovery machine 43 includes a turbine 431 driven by a high-temperature gas-phase refrigerant and a converter 432 that converts the rotational force of the turbine 431 into electric power, auxiliary power, and the like. The waste heat energy is recovered from the phase refrigerant. In addition, a Rankine pump 45 is disposed on the third pipe 7, and pumps the liquid-phase refrigerant from the tank 4 to the gas-liquid separator 3 based on a drive signal from the electrically connected ECU 16. .
さらに、第4配管8上の動力回収機43と復水器9との間に第4配管8内の酸素濃度を計測するOセンサ21が配設されている。また、第4配管8上の復水器9とタンク4との間に復水器9の復水量を計測する第3流量計31が配設されている。なお、その他の構成は実施例1と同一であるため、実施例1と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。 Further, an O 2 sensor 21 that measures the oxygen concentration in the fourth pipe 8 is disposed between the power recovery machine 43 and the condenser 9 on the fourth pipe 8. A third flow meter 31 that measures the amount of condensate in the condenser 9 is disposed between the condenser 9 on the fourth pipe 8 and the tank 4. In addition, since the other structure is the same as Example 1, about the component same as Example 1, the same reference number is attached | subjected in drawing and the detailed description is abbreviate | omitted.
本実施例の冷却装置40は、実施例1乃至3で示した制御処理を行う。この制御処理において、ECU16は沸騰冷却を停止する場合に、三方弁41を切り替えて、第5配管44へ冷媒を流通させる。タービン431を駆動するだけの気相冷媒を供給することができなくなるためである。   The cooling device 40 of the present embodiment performs the control process shown in the first to third embodiments. In this control process, the ECU 16 switches the three-way valve 41 and causes the refrigerant to flow through the fifth pipe 44 when the boiling cooling is stopped. This is because it is impossible to supply a gas-phase refrigerant that only drives the turbine 431.
また、本実施例において、冷却装置40は、Oセンサ21、第3流量計31の両方を備えていることが望ましいが、いずれかまたは両方を備えていない構成であってもよい。 In the present embodiment, the cooling device 40 preferably includes both the O 2 sensor 21 and the third flow meter 31, but may have a configuration that does not include either or both.
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、さら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。   The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.
例えば、第2配管6を断熱材で覆う処理などすることにより、推定気相冷媒量Gs_cの算出において、第2配管6における熱損失QW_lossを除くことができる。以下、式(数3)はこの場合の推定気相冷媒量Gs_cの算出式である。
なお、文字列が示す諸元は、実施例1と同様であり、実施例1における図2の制御フローにおいて(数3)の算出式を用いることができる。
For example, the heat loss Q W_loss in the second pipe 6 can be removed in the calculation of the estimated gas phase refrigerant amount Gs_c by performing a process of covering the second pipe 6 with a heat insulating material. Hereinafter, the formula (Equation 3) is a formula for calculating the estimated gas phase refrigerant amount Gs_c in this case.
The specifications indicated by the character string are the same as those in the first embodiment, and the calculation formula (Equation 3) can be used in the control flow of FIG.
1、20、30、40 冷却装置
2 ウォータジャケット
3 気液分離器
4 タンク
5 第1配管
6 第2配管
7 第3配管
8 第4配管
9 復水器
10 ポンプ
11 第1流量計
12 第1温度センサ
13 第2温度センサ
14 圧力センサ
15 第2流量計
16 ECU
17 外気温センサ
21 Oセンサ
42 過熱器
43 動力回収機
100、200 エンジン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 20, 30, 40 Cooling device 2 Water jacket 3 Gas-liquid separator 4 Tank 5 1st piping 6 2nd piping 7 3rd piping 8 4th piping 9 Condenser 10 Pump 11 1st flow meter 12 1st temperature Sensor 13 Second temperature sensor 14 Pressure sensor 15 Second flow meter 16 ECU
17 Outside air temperature sensor 21 O 2 sensor 42 Superheater 43 Power recovery machine 100, 200 Engine

Claims (7)

  1. エンジンの内部に形成され、エンジンの廃熱により気化する冷媒が内部を通過する冷媒通路と、
    当該冷媒通路内から排出された冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する気液分離器と、
    当該気液分離器により分離された気相冷媒の流量の実測値を取得する気相冷媒量取得手段と、
    前記冷媒通路内を通過する冷媒の諸元に基づいて気相冷媒の流量の予測値を算出し、当該予測値と前記実測値とを比較し、エンジンの冷却状態を判定する制御手段と、
    を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
    A refrigerant passage formed inside the engine and through which the refrigerant vaporized by the waste heat of the engine passes,
    A gas-liquid separator that separates the refrigerant discharged from the refrigerant passage into a liquid-phase refrigerant and a gas-phase refrigerant;
    A gas phase refrigerant amount acquisition means for acquiring an actual measurement value of a flow rate of the gas phase refrigerant separated by the gas-liquid separator;
    Control means for calculating a predicted value of the flow rate of the gas-phase refrigerant based on the specifications of the refrigerant passing through the refrigerant passage, comparing the predicted value with the measured value, and determining the cooling state of the engine;
    An engine cooling system comprising:
  2. 請求項1記載のエンジンの冷却装置において、
    前記冷媒通路内へ供給される冷媒の流量を取得する供給冷媒量取得手段と、
    前記冷媒通路内へ供給される冷媒の温度を取得する供給冷媒温度取得手段と、
    前記冷媒通路内から排出された冷媒の温度を取得する排出冷媒温度取得手段と、
    前記冷媒通路内から排出された気相冷媒の圧力を取得する気相冷媒圧力取得手段と、
    を備え、
    前記諸元は、
    前記供給冷媒量取得手段により取得される冷媒量Ginと、
    前記供給冷媒温度取得手段により取得される温度T_inと、
    前記排出冷媒温度取得手段により取得される温度T_outと、
    前記気相冷媒圧力取得手段により取得される圧力P_sと、
    を含むことを特徴としたエンジンの冷却装置。
    The engine cooling device according to claim 1,
    Supply refrigerant amount acquisition means for acquiring the flow rate of the refrigerant supplied into the refrigerant passage;
    Supply refrigerant temperature acquisition means for acquiring the temperature of the refrigerant supplied into the refrigerant passage;
    Exhaust refrigerant temperature acquisition means for acquiring the temperature of the refrigerant discharged from within the refrigerant passage;
    Gas phase refrigerant pressure acquisition means for acquiring the pressure of the gas phase refrigerant discharged from the refrigerant passage;
    With
    The specifications are:
    Refrigerant amount Gin acquired by the supplied refrigerant amount acquisition means,
    A temperature T_in acquired by the supply refrigerant temperature acquisition means;
    A temperature T_out acquired by the discharged refrigerant temperature acquisition means;
    Pressure P_s acquired by the gas-phase refrigerant pressure acquisition means;
    An engine cooling device comprising:
  3. 請求項2記載のエンジンの冷却装置において、
    前記諸元は、前記冷媒通路と前記気液分離器とを接続する配管における放熱量Q_lossを含むことを特徴としたエンジンの冷却装置。
    The engine cooling device according to claim 2,
    The engine cooling apparatus according to claim 1, wherein the specifications include a heat release amount Q_loss in a pipe connecting the refrigerant passage and the gas-liquid separator.
  4. 請求項1乃至3記載のエンジンの冷却装置において、
    前記気液分離器で分離した気相冷媒から、廃熱のエネルギーを回収する動力回収手段を備えたランキンサイクルシステムが組みこまれたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
    The engine cooling device according to any one of claims 1 to 3,
    An engine cooling apparatus comprising a Rankine cycle system including power recovery means for recovering waste heat energy from a gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator.
  5. 請求項1乃至4記載のエンジンの冷却装置において、
    液相冷媒を貯留するタンクと、
    当該タンク内の液相冷媒を前記冷媒通路へ供給する供給手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、エンジンが冷却不足であると判断する場合、前記実測値と前記予測値との差分に基づいて、前記タンク内の液相冷媒を前記冷媒通路へ供給させることを特徴とするエンジンの冷却装置。
    The engine cooling device according to any one of claims 1 to 4,
    A tank for storing liquid phase refrigerant;
    Supply means for supplying liquid refrigerant in the tank to the refrigerant passage;
    With
    The control means causes the liquid-phase refrigerant in the tank to be supplied to the refrigerant passage based on a difference between the actually measured value and the predicted value when determining that the engine is insufficiently cooled. Cooling system.
  6. 請求項1乃至4記載のエンジンの冷却装置において、
    前記制御手段は、エンジンが冷却不足であると判断する場合、エンジンの停止、またはエンジンの出力制限を行うことを特徴としたエンジンの冷却装置。
    The engine cooling device according to any one of claims 1 to 4,
    The engine cooling device characterized in that, when it is determined that the engine is insufficiently cooled, the control means stops the engine or restricts the output of the engine.
  7. 請求項1乃至6記載のエンジンの冷却装置において、
    冷媒の漏洩を検出する冷媒漏洩検出手段を備え、
    前記制御手段は、前記冷媒漏洩検出手段による検出結果に基づいて、エンジンの冷却不足を判定することを特徴としたエンジンの冷却装置。
    The engine cooling device according to any one of claims 1 to 6,
    Refrigerant leakage detection means for detecting refrigerant leakage,
    The engine cooling apparatus according to claim 1, wherein the control means determines whether the engine is insufficiently cooled based on a detection result by the refrigerant leakage detection means.
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