JP2011052662A - Waste heat recovery device for vehicle - Google Patents

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奎成 金
Kenji Yaguchi
健司 矢口
Masahiro Maekawa
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve heating capacity in starting and also improve energy recovery efficiency by a rankine cycle. <P>SOLUTION: This waste heat recovery device for a vehicle includes: a heat storage 16 provided on the upstream side of the air conditioning heater 17 of the cooling water circulation passage 10 of an engine 1 and storing cooling water; a rankine cycle system 30 provided with a first heat exchanger 32 performing heat exchange between exhaust gas from the engine 1 and working fluid circulating in the circulation passage and a second heat exchanger 33 performing heat exchange between the cooling water introduced from the upstream side of the heat storage 16 and the working fluid; a first operating valve 18 and a second operating valve 19 which open/close the cooling water inlet of the heat storage 16; and a third operating valve 20 for opening/closing the cooling water outlet of the heat storage 16. When the engine is stopped or when the engine is started, the first operating valve 18 and second operating valve 19 are closed, and also the third operating valve 20 is opened. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は車両の廃熱回収装置に係り、詳しくはランキンサイクルシステムを備えたエンジンの廃熱回収技術に関する。   The present invention relates to a vehicle waste heat recovery apparatus, and more particularly, to a waste heat recovery technique for an engine equipped with a Rankine cycle system.

燃費向上を目的として、エンジンの廃熱を利用するランキンサイクルシステムを搭載した車両が提案されている。
ランキンサイクルシステムは、Ra134等の作動流体を循環する循環路に、熱交換器、膨脹器を介装して構成されており、例えばエンジンの排気の熱エネルギーを熱交換器にて回収し、膨脹器にて動力に変換するシステムである。そして、この動力により例えば発電機を駆動することで、今まで廃棄していたエネルギーを有効活用することが可能となっている。
For the purpose of improving fuel efficiency, vehicles equipped with a Rankine cycle system that uses the waste heat of the engine have been proposed.
The Rankine cycle system is configured by interposing a heat exchanger and an expander in a circulation path for circulating a working fluid such as Ra134. For example, the thermal energy of the exhaust gas of the engine is recovered by the heat exchanger and expanded. It is a system that converts power into power. And, for example, by driving a generator with this power, it is possible to effectively utilize the energy that has been discarded so far.

更に、膨脹器通過後の作動流体によってエンジンの冷却水を暖めることによって、膨脹器通過後の作動流体に残存する熱エネルギーを有効活用するシステムも開発されている。当該システムは、例えばランキンサイクルの膨脹器の後段に、空調用ヒータへ供給される冷却水との間で熱交換する熱交換器を備えている(特許文献1)。   Furthermore, a system has been developed that effectively utilizes the thermal energy remaining in the working fluid after passing through the expander by warming the engine coolant with the working fluid after passing through the expander. The system includes, for example, a heat exchanger that exchanges heat with cooling water supplied to an air conditioning heater at the rear stage of the expander of the Rankine cycle (Patent Document 1).

特開2005−42618号公報JP 2005-42618 A

しかしながら、上記のようにランキンサイクルシステムにおける廃熱をエンジン冷却水の加熱に利用したとしても、例えば冬季においてエンジン停止時やエンジン始動時のように排気温度が十分に上昇していない場合には、ランキンサイクルシステムから廃熱を供給してもエンジン冷却水を十分に加熱することができず、暖房能力を確保することが困難である。   However, even if the waste heat in the Rankine cycle system is used for heating the engine cooling water as described above, for example, when the exhaust temperature is not sufficiently increased in the winter, such as when the engine is stopped or the engine is started, Even if waste heat is supplied from the Rankine cycle system, the engine coolant cannot be heated sufficiently, and it is difficult to ensure the heating capacity.

また、夏期においては空調用ヒータが不要となる場合が多いので、上記のようにランキンサイクルシステムの廃熱によって冷却水を積極的に加熱させる必要性が低下し、むしろエンジン稼働時にランキンサイクルシステムを有効活用して動力としてエネルギーをより多く回収することが望まれる。   In addition, air conditioning heaters are often unnecessary in summer, so the need for positive heating of the cooling water by the waste heat of the Rankine cycle system is reduced as described above. It is desired to recover more energy as motive power through effective utilization.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、始動時における暖房能力の向上を図るとともに、ランキンサイクルによるエネルギー回収効率を向上させる車両の廃熱回収装置を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve such problems. The object of the present invention is to improve the heating capacity at the start and to improve the energy recovery efficiency by the Rankine cycle. It is to provide a recovery device.

上記目的を達成するため、請求項1の発明は、エンジンの冷却水循環路の空調用ヒータの上流側に設けられ、冷却水を蓄熱する蓄熱手段と、エンジンの排気と循環路を還流する作動流体との間で熱交換する排気熱交換器と、蓄熱手段の上流側から導入した冷却水と作動流体との間で熱交換する冷却水熱交換器とを備え、作動流体を介して前記エンジンの排気及び冷却水の熱を回収し動力に変換するランキンサイクル手段と、蓄熱手段の冷却水の入口を開閉する入口開閉弁と、蓄熱手段の冷却水の出口を開閉する出口開閉弁と、エンジン停止時またはエンジン始動時において、入口開閉弁が閉作動するとともに出口開閉弁が開作動するように、入口開閉弁及び出口開閉弁を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is provided upstream of an air conditioning heater in a cooling water circulation path of an engine, a heat storage means for storing cooling water, a working fluid that recirculates the exhaust gas and the circulation path of the engine. An exhaust heat exchanger for exchanging heat with the cooling water, and a cooling water heat exchanger for exchanging heat between the cooling water introduced from the upstream side of the heat storage means and the working fluid. Rankine cycle means for recovering heat from exhaust and cooling water and converting it into power, inlet on-off valve for opening and closing the cooling water inlet of the heat storage means, outlet on-off valve for opening and closing the cooling water outlet of the heat storage means, and engine stop Control means for controlling the inlet on / off valve and the outlet on / off valve so that the inlet on / off valve is closed and the outlet on / off valve is opened at the time of engine start.

請求項2の発明は、請求項1において、蓄熱手段における蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段を設け、制御手段は、蓄熱量検出手段により検出した蓄熱量が所定値以上である場合には入口開閉弁を閉作動するよう制御することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1または2において、エンジンは、吸気通路に還流する排気を冷却する水冷式のEGRクーラを備え、冷却水熱交換器は、エンジンを通過した冷却水及びEGRクーラを冷却した冷却水の夫々と前記作動流体との間で熱交換することを特徴とする。
The invention of claim 2 provides the heat storage amount detection means for detecting the heat storage amount in the heat storage means according to claim 1, and the control means has an inlet when the heat storage amount detected by the heat storage amount detection means is a predetermined value or more. The on-off valve is controlled to be closed.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the engine includes a water-cooled EGR cooler that cools the exhaust gas returning to the intake passage, and the cooling water heat exchanger includes the cooling water and the EGR cooler that have passed through the engine. Heat is exchanged between each of the cooling water that has cooled the working fluid and the working fluid.

請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかにおいて、制御手段は、空調用ヒータの停止時には、出口開閉弁を閉作動させることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the control means closes the outlet on-off valve when the air conditioning heater is stopped.

以上説明したように請求項1の発明の車両の廃熱回収装置によれば、排気熱交換器により排気の熱を回収するとともに、冷却水熱交換器により冷却水の熱を夫々回収可能であるので、いずれの熱源からでも独立してランキンサイクル手段によって熱エネルギーを回収することができる。したがって、ランキンサイクル手段を効率的に活用することができ、エンジンの廃熱の回収率を向上させることができる。   As described above, according to the vehicle waste heat recovery apparatus of the first aspect of the present invention, the heat of the exhaust gas can be recovered by the exhaust heat exchanger, and the heat of the cooling water can be recovered by the cooling water heat exchanger. Therefore, thermal energy can be recovered by Rankine cycle means independently of any heat source. Therefore, Rankine cycle means can be used efficiently, and the recovery rate of engine waste heat can be improved.

また、蓄熱手段により冷却水の熱エネルギーを蓄えることができるので、エンジン始動時またはエンジン停止時に出口開閉弁が開作動することで、蓄熱手段に蓄えた熱エネルギーにより空調用ヒータを作動することができる。
特に、エンジン始動時においては、入口開閉弁が閉作動されることで、冷却水の蓄熱手段への流入が阻止されるので、低温の冷却水が蓄熱手段に流入することが防止され、蓄熱手段の温度低下を抑制することができる。したがって、エンジン始動時における空調用ヒータの性能を向上させることができる。
Moreover, since the heat energy of the cooling water can be stored by the heat storage means, the air conditioner heater can be operated by the heat energy stored in the heat storage means by opening the outlet opening / closing valve when the engine is started or stopped. it can.
In particular, when the engine is started, the inlet on / off valve is closed to prevent the cooling water from flowing into the heat storage means, so that the low-temperature cooling water is prevented from flowing into the heat storage means, and the heat storage means Temperature drop can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the performance of the air conditioning heater when starting the engine.

請求項2の発明の車両の廃熱回収装置によれば、蓄熱手段における蓄熱量が所定値以上である場合に、冷却水は蓄熱手段に流入しないので、その分冷却水熱交換器への冷却水への流入量が増加する。したがって、ランキンサイクル手段による熱回収率を向上させることができる。   According to the vehicle waste heat recovery apparatus of the second aspect of the present invention, when the heat storage amount in the heat storage means is equal to or greater than a predetermined value, the cooling water does not flow into the heat storage means, and accordingly, cooling to the cooling water heat exchanger is performed. Increase in water inflow. Therefore, the heat recovery rate by the Rankine cycle means can be improved.

請求項3の発明の車両の廃熱回収装置によれば、冷却水熱交換器は、エンジン本体を通過した冷却水及びEGRクーラを冷却した冷却水のいずれにおいても作動流体と熱交換できるので、エンジンの廃熱をより効率的に回収することができる。   According to the vehicle waste heat recovery device of the invention of claim 3, the cooling water heat exchanger can exchange heat with the working fluid in both the cooling water that has passed through the engine body and the cooling water that has cooled the EGR cooler. The waste heat of the engine can be recovered more efficiently.

請求項4の発明の車両の廃熱回収装置によれば、空調用ヒータの停止時には、出口開閉弁を閉作動させることで、蓄熱手段からヒータへの冷却水の流入が防止されるので、蓄熱手段からの熱エネルギーの無駄な流出を防止することができ、廃熱の回収率を向上させることができる。   According to the vehicle waste heat recovery device of the invention of claim 4, when the air conditioning heater is stopped, the outlet on / off valve is closed to prevent the cooling water from flowing from the heat storage means to the heater. The wasteful flow of thermal energy from the means can be prevented, and the recovery rate of waste heat can be improved.

本発明の廃熱回収装置の実施形態の構成図である。It is a block diagram of embodiment of the waste heat recovery apparatus of this invention. エンジン運転時における各開閉弁の制御要領を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control point of each on-off valve at the time of engine operation. エンジン停止時における各開閉弁の制御要領を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control point of each on-off valve at the time of an engine stop.

以下、本発明の廃熱回収装置の一実施形態を説明する。本発明の廃熱回収装置は、車両走行用のエンジン(以下、エンジン1という)の廃熱を回収し、動力に変換できるシステムである。
図1は本実施形態の廃熱回収装置の構成図である。
Hereinafter, an embodiment of the waste heat recovery apparatus of the present invention will be described. The waste heat recovery apparatus of the present invention is a system that can recover waste heat of a vehicle running engine (hereinafter referred to as engine 1) and convert it into power.
FIG. 1 is a configuration diagram of the waste heat recovery apparatus of the present embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1には、ターボチャージャ2が備えられている。ターボチャージャ2は、エンジン1の吸気通路3に介装されたコンプレッサ4と排気通路5に介装されたタービン6とにより構成されている。コンプレッサ4の下流側の吸気通路3には、コンプレッサ4によって圧縮され高温化した吸気を冷却するインタークーラ7が備えられている。   As shown in FIG. 1, the engine 1 according to the present embodiment includes a turbocharger 2. The turbocharger 2 includes a compressor 4 interposed in the intake passage 3 of the engine 1 and a turbine 6 interposed in the exhaust passage 5. The intake passage 3 on the downstream side of the compressor 4 is provided with an intercooler 7 for cooling the intake air compressed by the compressor 4 and heated to a high temperature.

また、エンジン1には、排気通路5から排気の一部を吸気通路3に還流するEGR流路8が備えられている。EGR流路8には、その効果を向上させるために、還流する排気を冷却するEGRクーラ9が備えられている。EGRクーラ9は、エンジン1の冷却水を用いて、還流する排気の冷却を行う。
図中破線で示すエンジン1の冷却水循環路10は、メイン冷却水路11、ヒータ用冷却水路12、及びEGR用冷却水路13を備えて構成されている。メイン冷却水路11は、ラジエータ14とエンジン1本体内との間を循環する流路である。ラジエータ14の下流側のメイン冷却水路11には、冷却水を循環させるためにポンプ15が備えられている。
Further, the engine 1 is provided with an EGR flow path 8 for returning a part of the exhaust gas from the exhaust passage 5 to the intake passage 3. The EGR flow path 8 is provided with an EGR cooler 9 that cools the recirculated exhaust gas in order to improve the effect. The EGR cooler 9 cools the recirculated exhaust gas using the cooling water of the engine 1.
A cooling water circulation path 10 of the engine 1 indicated by a broken line in the figure includes a main cooling water path 11, a heater cooling water path 12, and an EGR cooling water path 13. The main cooling water channel 11 is a channel that circulates between the radiator 14 and the inside of the engine 1 body. A main cooling water passage 11 on the downstream side of the radiator 14 is provided with a pump 15 for circulating the cooling water.

ヒータ用冷却水路12は、エンジン1本体からラジエータ14に向かうメイン冷却水路11から分岐して、ヒートストレージ16、空調用ヒータ17を順番に通過し、ラジエータ14に戻るように構成されている。ヒートストレージ16は、例えば断熱材によって覆われた冷却水の貯留タンクであって、流入する高温の冷却水の熱エネルギーを貯留する機能を有する。空調用ヒータ17は、車室内や車両のフロントガラスに向けて供給する空気を暖める機能を有する。   The heater cooling water channel 12 is configured to branch from the main cooling water channel 11 from the main body of the engine 1 to the radiator 14, pass through the heat storage 16 and the air conditioning heater 17 in order, and return to the radiator 14. The heat storage 16 is, for example, a cooling water storage tank covered with a heat insulating material, and has a function of storing thermal energy of the flowing high-temperature cooling water. The air conditioning heater 17 has a function of heating the air supplied toward the vehicle interior or the windshield of the vehicle.

EGR用冷却水路13は、ポンプ15の下流側で分岐してEGRクーラ9を通過し、ヒートストレージ16に接続する。
ヒートストレージ16の冷却水入口には、ヒータ用冷却水路12を開閉する第1の開閉弁18と、EGR用冷却水路13を開閉する第2の開閉弁19が設けられている。なお、第1の開閉弁18及び第2の開閉弁19は、本発明の入口開閉弁に該当する。ヒートストトレージ16と空調用ヒータ17との間には、ヒータ用冷却水路12を開閉する第3の開閉弁20(出口開閉弁)が設けられている。
The EGR cooling water channel 13 branches on the downstream side of the pump 15, passes through the EGR cooler 9, and is connected to the heat storage 16.
At the cooling water inlet of the heat storage 16, a first on-off valve 18 that opens and closes the heater cooling water passage 12 and a second on-off valve 19 that opens and closes the EGR cooling water passage 13 are provided. The first on-off valve 18 and the second on-off valve 19 correspond to the inlet on-off valve of the present invention. Between the heat storage 16 and the air conditioning heater 17, a third on-off valve 20 (exit on-off valve) that opens and closes the heater cooling water passage 12 is provided.

車両には、ランキンサイクルシステム30が搭載されている。ランキンサイクルシステム30は、Ra134等の作動流体が循環する循環路31と、第1の熱交換器32(排気熱交換器)、第2の熱交換器33(冷却水熱交換器)、膨張器34、凝縮器35及びポンプ36とを備えて構成されている。循環路31には、第2の熱交換器33、第1の熱交換器32、膨張器34、凝縮器35及びポンプ36の順番に介装されている。   A Rankine cycle system 30 is mounted on the vehicle. The Rankine cycle system 30 includes a circulation path 31 through which a working fluid such as Ra 134 circulates, a first heat exchanger 32 (exhaust heat exchanger), a second heat exchanger 33 (cooling water heat exchanger), and an expander. 34, a condenser 35 and a pump 36. In the circulation path 31, a second heat exchanger 33, a first heat exchanger 32, an expander 34, a condenser 35, and a pump 36 are interposed in this order.

第1の熱交換器32は、エンジン1の排気を熱源として作動流体を加熱する機能を有する。第2の熱交換器33は、第1の開閉弁18の上流からエンジン本体通過後の冷却水を導入するとともに、第2の開閉弁19の上流からEGRクーラ9通過後の冷却水を導入し、これらの暖められた冷却水を熱源として作動流体を加熱する機能を有する。そして、第1の熱交換器32及び第2の第2の熱交換器33は、全体として作動流体を気化させる機能を有する。   The first heat exchanger 32 has a function of heating the working fluid using the exhaust of the engine 1 as a heat source. The second heat exchanger 33 introduces cooling water after passing through the engine body from upstream of the first on-off valve 18 and introduces cooling water after passing through the EGR cooler 9 from upstream of the second on-off valve 19. The heated fluid is used as a heat source to heat the working fluid. The first heat exchanger 32 and the second second heat exchanger 33 have a function of vaporizing the working fluid as a whole.

膨脹器34は、具体的には気化された作動流体によって駆動されるタービンであって、作動流体の熱エネルギーを動力(回転力)に変換する。凝縮器35は、膨脹器34通過後の作動流体を液化する機能を有する。ポンプ36は、凝縮器35通過後の作動流体を第1の熱交換器32に圧送する機能を有する。   Specifically, the expander 34 is a turbine that is driven by a vaporized working fluid, and converts the thermal energy of the working fluid into power (rotational force). The condenser 35 has a function of liquefying the working fluid after passing through the expander 34. The pump 36 has a function of pumping the working fluid after passing through the condenser 35 to the first heat exchanger 32.

ランキンサイクルシステム30は、ポンプ36を駆動して循環路内で作動流体が循環することで、排気熱や冷却水の熱を動力として回収することが可能となる。膨脹器34により例えば発電機を駆動することで動力を電気エネルギーとして利用したり、エンジン1の補助駆動力として利用したりすることができ、これによりエンジン1の負荷を低減させて燃費を向上させることが可能となる。   The Rankine cycle system 30 can recover exhaust heat and heat of cooling water as power by driving the pump 36 and circulating the working fluid in the circulation path. For example, the generator can be driven by the inflator 34 so that the power can be used as electric energy or can be used as the auxiliary driving force of the engine 1, thereby reducing the load on the engine 1 and improving the fuel consumption. It becomes possible.

ヒートストレージ16には、ヒートストレージ16の温度、具体的には貯留された冷却水の温度を検出するヒートストレージ温度センサ40(蓄熱量検出手段)が設けられている。ヒートストレージ温度センサ40は、ヒートストレージ16における蓄熱量を検出する本発明の蓄熱量検出手段に該当する。
また、エンジン1の排気通路5には、排気温度センサ41が設けられている。更に、排気通路5から第1の熱交換器32への排気の導入路42には、当該導入路42を開閉する第4の開閉弁45が設けられている。
The heat storage 16 is provided with a heat storage temperature sensor 40 (heat storage amount detection means) that detects the temperature of the heat storage 16, specifically, the temperature of the stored cooling water. The heat storage temperature sensor 40 corresponds to the heat storage amount detection means of the present invention that detects the heat storage amount in the heat storage 16.
An exhaust temperature sensor 41 is provided in the exhaust passage 5 of the engine 1. Further, a fourth opening / closing valve 45 for opening and closing the introduction path 42 is provided in the exhaust introduction path 42 from the exhaust path 5 to the first heat exchanger 32.

ECU50は、エンジン1の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)及び中央演算処理装置(CPU)等を含んで構成される。
更に、本実施形態のECU50は、ヒートストレージ温度センサ40、排気温度センサ41、暖房スイッチの操作状況及びエンジン1の運転状況に基づいて、第1の開閉弁18、第2の開閉弁19、第3の開閉弁20、第4の開閉弁45、及びポンプ36を作動制御する。
The ECU 50 is a control device for performing comprehensive control including operation control of the engine 1, and includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, nonvolatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), and the like. Consists of including.
Further, the ECU 50 according to the present embodiment includes the first on-off valve 18, the second on-off valve 19, the first on-off valve 18 based on the operation status of the heat storage temperature sensor 40, the exhaust temperature sensor 41, the heating switch, and the operating status of the engine 1. 3, the fourth on-off valve 45, and the pump 36 are controlled to operate.

ECU50は、エンジン運転時には、ポンプ36を駆動制御する。したがって、エンジン運転時には、ランキンサイクルシステム30により排気、エンジン冷却水及びEGRクーラ冷却水の廃熱からエネルギーが回収される。
図2、3は、ECU50における、第1の開閉弁18、第2の開閉弁19、第3の開閉弁20及び第4の開閉弁45の作動制御要領を示すフローチャートであり、図2はエンジン運転時、図3はエンジン停止時を示す。
The ECU 50 controls the drive of the pump 36 when the engine is operating. Therefore, when the engine is operating, energy is recovered by the Rankine cycle system 30 from the waste heat of the exhaust, the engine cooling water, and the EGR cooler cooling water.
2 and 3 are flow charts showing the operation control procedure of the first on-off valve 18, the second on-off valve 19, the third on-off valve 20, and the fourth on-off valve 45 in the ECU 50. FIG. During operation, FIG. 3 shows when the engine is stopped.

図2に示す制御は、エンジン始動時に制御を開始し、エンジン運転中は実行を続ける。
まず、ステップS10では、エンジン始動初期条件として、第1の開閉弁18、第2の開閉弁19、及び第3の開閉弁20を閉作動させる。そして、ステップS20に進む。
The control shown in FIG. 2 starts when the engine is started and continues to be executed while the engine is running.
First, in step S10, the first on-off valve 18, the second on-off valve 19, and the third on-off valve 20 are closed as engine starting initial conditions. Then, the process proceeds to step S20.

ステップS20では、ヒートストレージ温度センサ40からヒートストレージ16の温度THSを入力し、当該温度THSが所定温度T1より低いか否かを判別する。所定温度T1は、空調用ヒータ17を十分に作動可能な熱エネルギーを貯留しているか否かを判別可能な閾値に設定すればよい。ヒートストレージ16の温度THSが所定温度T1より低い場合には、ステップS30に進む。   In step S20, the temperature THS of the heat storage 16 is input from the heat storage temperature sensor 40, and it is determined whether or not the temperature THS is lower than a predetermined temperature T1. The predetermined temperature T1 may be set to a threshold value capable of determining whether or not heat energy that can sufficiently operate the air conditioning heater 17 is stored. If the temperature THS of the heat storage 16 is lower than the predetermined temperature T1, the process proceeds to step S30.

ステップS30では、第1の開閉弁18及び第2の開閉弁19を閉作動させる。そして、ステップS40に進む。
ステップS40では、ヒートストレージ温度センサ40から入力したヒートストレージ16内の温度THSが所定温度T1より高いか否かを判別する。ヒートストレージ16内の温度THSが所定温度T1より高い場合には、ステップS50に進む。ヒートストレージ16内の温度THSが所定温度T1以下である場合には、ステップS30に戻る。
In step S30, the first on-off valve 18 and the second on-off valve 19 are closed. Then, the process proceeds to step S40.
In step S40, it is determined whether or not the temperature THS in the heat storage 16 input from the heat storage temperature sensor 40 is higher than a predetermined temperature T1. If the temperature THS in the heat storage 16 is higher than the predetermined temperature T1, the process proceeds to step S50. If the temperature THS in the heat storage 16 is equal to or lower than the predetermined temperature T1, the process returns to step S30.

ステップS50では、暖房が開始されるか否かを判別する。具体的にはヒータスイッチがONになっているか否か、あるいは車両の空調装置における作動制御信号により判断すればよい。暖房が開始される場合には、ステップS60に進む。
ステップS60では、第3の開閉弁20を開作動させる。そして、ステップS20に戻る。
In step S50, it is determined whether or not heating is started. Specifically, it may be determined whether or not the heater switch is ON or based on an operation control signal in the vehicle air conditioner. When heating is started, the process proceeds to step S60.
In step S60, the third on-off valve 20 is opened. Then, the process returns to step S20.

ステップS50において暖房が開始されないと判定された場合には、ステップS70に進む。
ステップS70では、第3の開閉弁20を閉作動させる。そして、ステップS20に戻る。
ステップS20において、ヒートストレージ16の温度THSが所定温度T1以上であると判定された場合には、ステップS80に進む。
When it determines with heating not being started in step S50, it progresses to step S70.
In step S70, the third on-off valve 20 is closed. Then, the process returns to step S20.
If it is determined in step S20 that the temperature THS of the heat storage 16 is equal to or higher than the predetermined temperature T1, the process proceeds to step S80.

ステップS80では、第1の開閉弁18及び第2の開閉弁19を開作動させる。そして、ステップS90に進む。
ステップS90では、熱回収を開始するか否かを判別する。具体的には、排気温度センサ41により検出した排気温度Teが所定温度T2以上であるか否かを判別する。所定温度T2は、第1の熱交換器32により排気から熱を回収可能か否かを判別可能となる閾値に設定すればよい。熱回収を開始する、即ち排気温度Teが所定温度T2以上である場合には、ステップS100に進む。
In step S80, the first on-off valve 18 and the second on-off valve 19 are opened. Then, the process proceeds to step S90.
In step S90, it is determined whether or not heat recovery is started. Specifically, it is determined whether or not the exhaust temperature Te detected by the exhaust temperature sensor 41 is equal to or higher than a predetermined temperature T2. The predetermined temperature T2 may be set to a threshold value at which it is possible to determine whether or not heat can be recovered from the exhaust by the first heat exchanger 32. When heat recovery is started, that is, when the exhaust temperature Te is equal to or higher than the predetermined temperature T2, the process proceeds to step S100.

ステップS100では、第4の開閉弁45を開作動させ、排気を第1の熱交換器32に導入する。そして、ステップS50に進む。
ステップS90において、熱回収を開始しない、即ち排気温度Teが所定温度T2未満であると判定した場合には、ステップS110に進む。
ステップS110では、第4の開閉弁45を閉作動させる。そして、ステップS50に進む。
In step S <b> 100, the fourth on-off valve 45 is opened and exhaust gas is introduced into the first heat exchanger 32. Then, the process proceeds to step S50.
If it is determined in step S90 that heat recovery is not started, that is, the exhaust temperature Te is lower than the predetermined temperature T2, the process proceeds to step S110.
In step S110, the fourth on-off valve 45 is closed. Then, the process proceeds to step S50.

次に、図3を用いて、エンジン停止時における各開閉弁18、19、20の制御要領を説明する。
図3に示す制御は、エンジン停止時に制御を開始する。
始めに、ステップS200では、エンジン停止初期条件として、第1の開閉弁18及び第2の開閉弁19を閉作動させる。そして、ステップS210に進む。
Next, the control point of each on-off valve 18, 19, 20 when the engine is stopped will be described with reference to FIG.
The control shown in FIG. 3 starts when the engine is stopped.
First, in step S200, the first on-off valve 18 and the second on-off valve 19 are closed as an engine stop initial condition. Then, the process proceeds to step S210.

ステップS210では、前述のステップS50のように、暖房を開始するか否かを判別する。暖房を開始する場合には、ステップS220に進む。
ステップS220では、第3の開閉弁20を開作動させる。そして、ステップS210に戻る。
In step S210, it is determined whether or not heating is started as in step S50 described above. When heating is started, the process proceeds to step S220.
In step S220, the third on-off valve 20 is opened. Then, the process returns to step S210.

ステップS210において暖房が必要でないと判定された場合には、ステップS230に進む。
ステップS230では、第3の開閉弁20を閉作動させる。そして、ステップS210に戻る。
If it is determined in step S210 that heating is not necessary, the process proceeds to step S230.
In step S230, the third on-off valve 20 is closed. Then, the process returns to step S210.

以上のように制御することで、本実施形態では、エンジン始動直後に第1の開閉弁18、第2の開閉弁19及び第3の開閉弁20が閉作動される。そして、ヒートストレージ16の温度THSが所定温度T1より低い場合には、第1の開閉弁18及び第2の開閉弁19を開作動させる。エンジン1の運転時間経過に伴って冷却水温度が上昇することで、ヒートストレージ16の温度THSも上昇する。そして、ヒートストレージ16の温度THSが所定温度T1より大きくなってから、暖房が必要である場合には第3の開閉弁20が開作動する。これにより、ヒートストレージ16に貯留している冷却水の熱エネルギーを利用して空調用ヒータ17を作動させることが可能となる。暖房が不要な場合には、第3の開閉弁20が閉作動するので、空調用ヒータ17に不要な熱供給が行われず、ヒートストレージ16の貯熱性を確保することができる。   By controlling as described above, in this embodiment, the first on-off valve 18, the second on-off valve 19, and the third on-off valve 20 are closed immediately after the engine is started. When the temperature THS of the heat storage 16 is lower than the predetermined temperature T1, the first on-off valve 18 and the second on-off valve 19 are opened. The temperature THS of the heat storage 16 also rises as the coolant temperature rises as the operating time of the engine 1 elapses. Then, after the temperature THS of the heat storage 16 becomes higher than the predetermined temperature T1, the third on-off valve 20 opens when heating is necessary. As a result, the air conditioning heater 17 can be operated using the thermal energy of the cooling water stored in the heat storage 16. When heating is unnecessary, the third on-off valve 20 is closed, so that unnecessary heat is not supplied to the air conditioning heater 17 and the heat storage property of the heat storage 16 can be ensured.

エンジン停止時には、第1の開閉弁18及び第2の開閉弁19が閉作動され、暖房が必要な場合には第3の開閉弁20が開作動するので、ヒートストレージ16に貯留している冷却水の熱エネルギーを利用して空調用ヒータ17を作動させることが可能となる。   When the engine is stopped, the first on-off valve 18 and the second on-off valve 19 are closed, and when heating is required, the third on-off valve 20 is opened, so that the cooling stored in the heat storage 16 is stored. It becomes possible to operate the air conditioning heater 17 using the thermal energy of water.

したがって、停車時に例えばアイドリングストップしてもヒートストレージ16を用いて空調用ヒータ17を作動させることが可能なので、空調用ヒータ17のためにエンジン1を作動させる必要がなく、燃費を向上させることができる。
ランキンサイクルシステム30は、排気の熱を利用した第1の熱交換器32と冷却水の熱を利用した第2の熱交換器33を備えており、いずれの熱源を使用しても作動可能である。したがって、ランキンサイクルを効率的に作動させることができる。
Therefore, for example, even when idling is stopped when the vehicle is stopped, it is possible to operate the air conditioning heater 17 using the heat storage 16, so there is no need to operate the engine 1 for the air conditioning heater 17, and fuel consumption can be improved. it can.
The Rankine cycle system 30 includes a first heat exchanger 32 that uses the heat of exhaust gas and a second heat exchanger 33 that uses the heat of cooling water, and can be operated using any heat source. is there. Therefore, the Rankine cycle can be operated efficiently.

また、本実施形態では、エンジン運転時において、ヒートストレージ16の温度THSが所定温度T1以上である場合には、第1の開閉弁18及び第2の開閉弁19が閉作動し、エンジン1本体及びEGRクーラ9から空調用ヒータ17への冷却水の流入が阻止されるので、第2の熱交換器33に導かれる冷却水が増加する。よって、ヒートストレージ16に十分に蓄熱され、空調用ヒータ17の作動が確保される場合では、必要以上にヒートストレージ16に熱エネルギーを供給して廃棄されることなく、ランキンサイクルシステム30に導かれるので、廃熱の回収率を向上させることができる。   Further, in this embodiment, when the temperature THS of the heat storage 16 is equal to or higher than the predetermined temperature T1 during engine operation, the first on-off valve 18 and the second on-off valve 19 are closed to operate the main body of the engine 1. And since the inflow of the cooling water from the EGR cooler 9 to the air conditioning heater 17 is blocked, the cooling water led to the second heat exchanger 33 increases. Therefore, in the case where the heat storage 16 is sufficiently stored and the operation of the air conditioning heater 17 is ensured, the heat energy is supplied to the heat storage 16 more than necessary, and the heat storage 16 is led to the Rankine cycle system 30 without being discarded. Therefore, the recovery rate of waste heat can be improved.

更に、ヒートストレージ16の温度が所定温度T1以上である場合には、第3の開閉弁20を閉じ、ヒートストレージ16の熱を利用してエンジン1の吸気を暖めるように構成するとよい。このように構成すれば、冷態始動時に吸気温度を向上させることができ、暖気時間を短縮させることができる。   Further, when the temperature of the heat storage 16 is equal to or higher than the predetermined temperature T1, the third on-off valve 20 may be closed and the intake air of the engine 1 may be warmed using the heat of the heat storage 16. If comprised in this way, intake air temperature can be improved at the time of cold start, and warm-up time can be shortened.

1 エンジン
9 EGRクーラ
10 冷却水循環路
16 ヒートストレージ(蓄熱手段)
32 第1の熱交換器(排気熱交換器)
33 第2の熱交換器(冷却水熱交換器)
30 ランキンサイクルシステム
18 第1の開閉弁(入口開閉弁)
19 第2の開閉弁(入口開閉弁)
20 第3の開閉弁(出口開閉弁)
40 ヒートストレージ温度センサ(蓄熱量検出手段)
1 Engine 9 EGR cooler 10 Cooling water circulation path 16 Heat storage (heat storage means)
32 1st heat exchanger (exhaust heat exchanger)
33 Second heat exchanger (cooling water heat exchanger)
30 Rankine cycle system 18 First on-off valve (inlet on-off valve)
19 Second open / close valve (inlet open / close valve)
20 Third open / close valve (exit open / close valve)
40 Heat storage temperature sensor (heat storage amount detection means)

Claims (4)

エンジンの冷却水循環路の空調用ヒータの上流側に設けられ、冷却水を蓄熱する蓄熱手段と、
前記エンジンの排気と循環路を還流する作動流体との間で熱交換する排気熱交換器と、
前記蓄熱手段の上流側から導入した冷却水と前記作動流体との間で熱交換する冷却水熱交換器とを備え、前記作動流体を介して前記エンジンの排気及び冷却水の熱を回収し動力に変換するランキンサイクル手段と、
前記蓄熱手段の冷却水の入口を開閉する入口開閉弁と、
前記蓄熱手段の冷却水の出口を開閉する出口開閉弁と、
エンジン停止時またはエンジン始動時において、前記入口開閉弁が閉作動するとともに前記出口開閉弁が開作動するように、前記入口開閉弁及び出口開閉弁を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする車両の廃熱回収装置。
A heat storage means provided on the upstream side of the air conditioning heater in the cooling water circulation path of the engine;
An exhaust heat exchanger for exchanging heat between the exhaust of the engine and the working fluid returning through the circulation path;
A cooling water heat exchanger for exchanging heat between the cooling water introduced from the upstream side of the heat storage means and the working fluid, and recovering heat from the engine exhaust and cooling water via the working fluid Rankine cycle means to convert to,
An inlet on-off valve that opens and closes the inlet of the cooling water of the heat storage means;
An outlet on-off valve that opens and closes the outlet of the cooling water of the heat storage means;
Control means for controlling the inlet on / off valve and the outlet on / off valve so that the inlet on / off valve is closed and the outlet on / off valve is opened when the engine is stopped or started. Vehicle waste heat recovery equipment.
前記蓄熱手段における蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段を設け、
前記制御手段は、前記蓄熱量検出手段により検出した蓄熱量が所定値以上である場合には前記入口開閉弁を閉作動するよう制御することを特徴とする請求項1に記載の車両の廃熱回収装置。
A heat storage amount detection means for detecting the heat storage amount in the heat storage means is provided,
2. The waste heat of the vehicle according to claim 1, wherein the control unit controls the inlet on / off valve to close when the amount of stored heat detected by the stored heat amount detecting unit is equal to or greater than a predetermined value. Recovery device.
前記エンジンは、吸気通路に還流する排気を冷却する水冷式のEGRクーラを備え、
前記冷却水熱交換器は、前記エンジンを通過した冷却水及び前記EGRクーラを通過した冷却水の夫々と前記作動流体との間で熱交換することを特徴とする請求項1または2に記載の車両の廃熱回収装置。
The engine includes a water-cooled EGR cooler that cools the exhaust gas returning to the intake passage,
3. The heat exchanger according to claim 1, wherein the cooling water heat exchanger performs heat exchange between the cooling water that has passed through the engine and the cooling water that has passed through the EGR cooler and the working fluid. Vehicle waste heat recovery device.
前記制御手段は、前記空調用ヒータの停止時には、前記出口開閉弁を閉作動させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の車両の廃熱回収装置。   The waste heat recovery apparatus for a vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the control means closes the outlet opening / closing valve when the air conditioning heater is stopped.
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