JP2010223116A - Engine cooling system - Google Patents
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Abstract
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,
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
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.
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。
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
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
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
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
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
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
(A) The amount of refrigerant supplied to the
(B) The temperature of the refrigerant supplied to the
(C) The temperature of the refrigerant discharged from the
(D) Pressure information of the gas-phase refrigerant in the gas-
(E) The flow rate of the gas-phase refrigerant separated in the gas-
(F) The ambient temperature Tair around the
It is. When the
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。
QW_loss:第2配管における熱損失
hw_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
hw_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
hs: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
ここで、hs、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、QW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
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
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
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
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
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
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
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
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
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O2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。O2センサ21は、第4配管8内の酸素濃度を計測する。このO2センサ21はECU16と電気的に接続されており、ECU16は、O2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O2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
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
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、O2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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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O2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
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
また、本実施例において、冷却装置40は、O2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
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。
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 O2センサ
42 過熱器
43 動力回収機
100、200 エンジン
DESCRIPTION OF
17 Outside air temperature sensor 21 O 2
Claims (7)
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:
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:
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.
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.
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.
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.
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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