JP2012159068A - Control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御装置に関する。 The present invention relates to a control device.
従来、内燃機関の駆動に伴って発生する廃熱のエネルギーを、媒体となる流体を介して回収し、利用する廃熱利用装置が知られている。例えば、特許文献1では、排気通路上に蒸気発生器を設け、蒸気発生器より発生した蒸気を熱交換器に流入させ、熱交換器においてエンジン冷却水と蒸気との間で熱交換を行うことにより、冷間時のエンジン早期暖機を行う廃熱利用装置が記載されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a waste heat utilization device that collects and uses waste heat energy generated by driving an internal combustion engine via a fluid as a medium. For example, in Patent Document 1, a steam generator is provided on the exhaust passage, steam generated from the steam generator is caused to flow into the heat exchanger, and heat exchange is performed between the engine coolant and the steam in the heat exchanger. Describes a waste heat utilization device that performs early engine warm-up when cold.
また、エンジン冷間時および外気温が低温である場合におけるエンジンの制御に関する技術として、特許文献2〜4がある。 Moreover, there are Patent Documents 2 to 4 as technologies related to engine control when the engine is cold and when the outside air temperature is low.
特許文献1に記載の廃熱利用装置では、蒸気発生器で発生した蒸気が熱交換器へと流通し、エンジン冷却水との熱交換後に凝縮して蒸気発生器へ循環する蒸気ループが形成されている。ここで、外気温が氷点下である場合、蒸気ループ内において凝縮水が凍結する恐れが生じる。凝縮水が凍結することを防ぐためには、蒸気ループ内の凍結防止用の電気ヒータを設け、蒸気ループに熱を加えるという対策が考えられる。しかしながら、電気ヒータを作動させた場合、電気ヒータが作動する分だけエンジンに負荷が生じ、エンジンの燃料消費率(燃費)が悪化してしまう。 In the waste heat utilization apparatus described in Patent Document 1, a steam loop is formed in which steam generated in the steam generator flows to the heat exchanger, condenses after heat exchange with the engine cooling water, and circulates to the steam generator. ing. Here, when the outside air temperature is below the freezing point, the condensed water may freeze in the steam loop. In order to prevent the condensed water from freezing, a countermeasure may be considered in which an electric heater for preventing freezing in the steam loop is provided and heat is applied to the steam loop. However, when the electric heater is operated, a load is generated on the engine as much as the electric heater is operated, and the fuel consumption rate (fuel consumption) of the engine is deteriorated.
そこで、本明細書開示の制御装置は、内燃機関の燃料消費率を悪化させることなく、廃熱回収のための作動流体の凍結を解消することを課題とする。 Therefore, an object of the control device disclosed in the present specification is to eliminate freezing of the working fluid for waste heat recovery without deteriorating the fuel consumption rate of the internal combustion engine.
かかる課題を解決するために、本明細書開示の制御装置は、内燃機関から排出される排気ガスの廃熱により蒸気化した作動流体が循環する蒸気経路内において前記作動流体が凍結する可能性を判定する凍結判定手段と、前記凍結判定手段により前記作動流体が凍結する可能性があると判定された場合に、前記蒸気経路上に設けられた加熱装置を作動させた場合に悪化する燃費と、前記内燃機関の構成部品を前記蒸気化した作動流体を用いて局所暖機することによって向上する燃費とを算出する算出手段と、前記局所暖機によって向上する燃費が、前記加熱装置を作動させた場合に悪化する燃費を上回る場合に、前記加熱装置を作動させる制御手段と、を有する。 In order to solve such a problem, the control device disclosed in this specification has a possibility that the working fluid freezes in a steam path in which the working fluid vaporized by waste heat of exhaust gas discharged from the internal combustion engine circulates. The freezing determination means for determining, and when the freezing determination means determines that the working fluid is likely to freeze, the fuel consumption worsened when the heating device provided on the steam path is operated, The calculation means for calculating the fuel efficiency improved by locally warming up the components of the internal combustion engine using the vaporized working fluid, and the fuel efficiency improved by the local warm-up operated the heating device. Control means for operating the heating device when the fuel consumption is worsened.
上記の構成によれば、局所暖機によって向上する燃費が、加熱装置を作動させた場合に悪化する燃費を上回る場合に加熱装置を作動させるため、内燃機関の燃料消費率を悪化させることなく、廃熱回収のための作動流体の凍結が解消される。 According to the above configuration, in order to operate the heating device when the fuel consumption improved by local warm-up exceeds the fuel consumption deteriorated when the heating device is operated, without deteriorating the fuel consumption rate of the internal combustion engine, Freezing of working fluid for waste heat recovery is eliminated.
本明細書開示の制御装置によれば、内燃機関の燃料消費率を悪化させることなく、廃熱回収のための作動流体の凍結が解消される。 According to the control device disclosed in the present specification, freezing of the working fluid for waste heat recovery is eliminated without deteriorating the fuel consumption rate of the internal combustion engine.
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 carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本願発明に係る制御装置を含む廃熱利用システムの構成の一例について図1を参照しつつ説明する。図1は、実施例に係る廃熱利用システム100の構成を模式的に示した図である。 An example of the configuration of a waste heat utilization system including a control device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a waste heat utilization system 100 according to the embodiment.
廃熱利用システム100は、エンジン10と、排気熱回収器20と、蒸気流通配管30と、凝縮液流通配管40とを備える。
The waste heat utilization system 100 includes an
排気熱回収器20は、エンジン10から排出される排気ガスが流通する排気ガス通路12を備え、排気ガスの廃熱により作動流体を蒸気化する。なお、本実施冷では、作動流体を水であるとして説明をおこなうが、作動流体は水に限られるものではない。排気熱回収器20の詳細については後述する。
The exhaust
蒸気流通配管30は、エンジン10内へ引き込まれている。排気熱回収器20で蒸気化した作動流体は、実線の矢印で示すように蒸気流通配管30を流通し、エンジン10内でクランクキャップ11と熱交換を行う。これにより、局所暖機が行われる。なお、本実施例では局所暖機を行う部位としてクランクキャップ11を選定しているが、局所暖機を行う部位はクランクキャップ11に限られるものではなく、エンジン11の他の構成部品であってもよい。
The
凝縮液流通配管40は、排気熱回収器20に接続されている。エンジン10内でクランクキャップ11と熱交換を行い凝縮された作動流体は、破線の矢印で示すように凝縮液流通配管40を流通し、排気熱回収器20へと戻る。このように、蒸気流通配管30、排気熱回収器20、及び凝縮液流通配管40は接続されており、図中に点線で示すように、作動流体が循環するループ状の経路を形成している。以後、作動流体が循環するループ状の経路を蒸気ループ(蒸気経路に相当する)と記載する。
The
また、凝縮液流通配管40上には、凝縮水の凍結を防止するための電気ヒータ50が配設されている。電気ヒータ50は、後述するECU(Electronic Control Unit)60により、そのオン・オフが制御される。
An
また、廃熱利用システム100は、凍結判定手段、算出手段、及び制御手段として機能するECU60を備える。ECU60は、外気温を計測する外気温計71、凝縮液流通配管40の配管表面温度を計測する温度計72、排気熱回収器20内の作動流体の温度を計測する水温計73、及び電気ヒータ50と電気的に接続されている。
In addition, the waste heat utilization system 100 includes an
ECU60は、温度計72から凝縮液流通配管40の配管表面温度を取得し、蒸気ループ内の凝縮水が凍結している可能性(以後、凍結の可能性と記載する)があるか否か判定する。例えば、ECU60は、配管表面温度が作動流体の凝固点よりも所定温度(例えば5度)低い場合に、凍結の可能性があると判定する。また、ECU60は、外気温計71から外気温を取得し、水温計73から排気熱回収器20内の作動流体の温度を取得する。ECU60は、取得した外気温及び作動流体の温度から、局所暖機により向上する燃費を算出する。また、ECU69は、外気温から、電気ヒータ50を作動させた場合に悪化する燃費を算出する。ECU60は、算出した各燃費に基づき、電気ヒータ50のオン・オフを制御する。
The
次に、排気熱回収器20の構成について図2を用いて説明する。図2は、排気熱回収器20の構成の一例を示す図である。
Next, the configuration of the exhaust
クランクキャップ11との熱交換後、凝縮した作動流体は、凝縮液流通配管40から排気熱回収器20へと回収される。排気熱回収器20内には、排気ガス通路12が配設されており、排気熱回収器20に回収された液相の作動流体は、排気ガスとの間で熱交換を行い、沸騰する。沸騰して蒸気化した作動流体は、蒸気流通配管30からエンジン10へ流通する。
After heat exchange with the
次に、蒸気化した作動流体とクランクキャップ11との熱交換について図3を用いて説明する。図3は、蒸気化した作動流体とクランクキャップ11との熱交換について説明するための概念図である。
Next, heat exchange between the vaporized working fluid and the
図3(A)は、エンジン10の上面概念図である。図3(A)に示すように、排気熱回収器20で発生した蒸気が、各気筒内に設けられているクランクキャップ11へと供給されるように、エンジン10内には蒸気配管31が設けられている。
FIG. 3A is a conceptual top view of the
図3(B)は、エンジン10の断面概念図である。図3(B)に示すように、蒸気配管31の先には、クランクキャップ11との間で熱交換を行う蒸気供給部32が配設されている。蒸気供給部32へと流通した蒸気がクランクキャップ11と熱交換を行うことによって、エンジン10の局所暖機が行われる。蒸気供給部32においてクランクキャップ11と熱交換を行い凝縮した作動流体は、凝縮液戻り管33から、凝縮液流通配管40へと流通する。
FIG. 3B is a conceptual cross-sectional view of the
次に、ECU60が実行する処理の一例について説明する。図4は、ECU60が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
Next, an example of processing executed by the
ECU60は、まず、蒸気ループ内の凝縮水が凍結している可能性があるか否か判定する(ステップS10)。例えば、ECU60は、凝縮液流通配管40の配管表面温度が、作動流体の凝固点よりも所定温度低い場合に、凝縮水が凍結している可能性があると判定する。なお、凍結判定の方法は上記に限られない。例えば、ECU60は、外気温と車速とを用いて凍結の可能性を判定してもよい。具体的には、外気温が作動流体の凝固点よりも低く、かつ、マップから求められる車速に対する熱移動量が、実際の熱移動量よりも大きい場合に、ECU60は、凍結の可能性があると判定してもよい。また、ECU60は、外気温と駐車時間とを用いて凍結の可能性を判定してもよい。具体的には、外気温が作動流体の凝固点よりも低く、かつ、駐車時間が所定時間を超えた場合に、ECU60は、凍結の可能性があると判定してもよい。さらに、ECU60は、蒸気ループ内の圧力を用いて凍結の可能性を判定してもよい。具体的には、現在の蒸気ループ内の圧力が、正常時のループ内の圧力よりも低い場合に、ECU60は凍結の可能性があると判定してもよい。
The
蒸気ループ内の凝縮水が凍結する可能性がないと判定した場合(ステップS10/NO)、ECU60は、凍結の可能性を監視するためステップS10の処理を繰り返す。
If it is determined that the condensed water in the steam loop is not likely to freeze (step S10 / NO), the
蒸気ループ内の凝縮水が凍結する可能性があると判定した場合(ステップS10/YES)、ECU60は、水温及び外気温から局所暖機燃費効果を算出する(ステップS12)。具体的には、図5(A)に示すマップを用いて、水温及び外気温から局所暖機燃費効果を算出する。ここで、局所暖機燃費効果とは、局所暖機を行うことによって、局所暖機を行わない場合の燃費と比較して、どの程度燃費が向上するかを示すものである。 When it determines with the possibility that the condensed water in a steam loop may freeze (step S10 / YES), ECU60 calculates a local warming-up fuel consumption effect from water temperature and external temperature (step S12). Specifically, the local warm-up fuel efficiency effect is calculated from the water temperature and the outside air temperature using the map shown in FIG. Here, the local warm-up fuel efficiency effect indicates how much the fuel efficiency is improved by performing the local warm-up as compared to the fuel efficiency when the local warm-up is not performed.
図5(A)は、水温及び外気温から局所暖機燃費効果を算出するためのマップの一例である。図5(A)において、各曲線は、外気温ごとの局所暖機燃費効果を表す。ECU60は、図5(A)において、水温計73から取得した水温から垂直に伸ばした直線と、外気温計71から取得した外気温と対応する曲線との交点における局所暖機燃費効果の値(α)を取得する。なお、図5(A)から、水温が同じ場合、外気温が低いほど局所暖機燃費効果が高くなることがわかる。また、水温が低いほど、局所暖機燃費効果が高くなる。
FIG. 5A is an example of a map for calculating the local warm-up fuel efficiency effect from the water temperature and the outside air temperature. In FIG. 5A, each curve represents the local warm-up fuel efficiency effect for each outside air temperature. In FIG. 5A, the
図4に戻り説明を続ける。次に、ECU60は、外気温から、電気ヒータ50を作動させた場合に悪化する燃費(燃費悪化)を算出する(ステップS14)。具体的には、図5(B)に示すマップを用いて、外気温に基づいて、燃費悪化を算出する。ここで、燃費悪化とは、電気ヒータ50を作動させることによって、電気ヒータ50を作動させない場合の燃費と比較して、どの程度燃費が悪化するかを示すものである。
Returning to FIG. Next, the
図5(B)は、外気温から燃費悪化を算出するためのマップの一例である。図5(B)において、曲線は外気温と燃費悪化との関係を表している。ECU60は、図5(B)において、外気温計71から取得した外気温から垂直に伸ばした直線と、曲線とが交わる点における燃費悪化(β)を取得する。
FIG. 5B is an example of a map for calculating deterioration in fuel consumption from the outside air temperature. In FIG. 5B, the curve represents the relationship between the outside air temperature and fuel consumption deterioration. In FIG. 5B, the
次に、ECU60は、局所暖機燃費効果(α)が、電気ヒータ50を作動させることによる燃費悪化(β)よりも大きいか否か判定する(ステップS16)。すなわち、局所暖機によって向上する燃費と、電気ヒータ50を作動させることによって悪化する燃費とを比較する。局所暖機燃費効果(α)が燃費悪化(β)よりも大きい場合(ステップS16/YES)、ECU60は電気ヒータ50をONにする(ステップS18)。例えば、局所暖機によって燃費が5%向上し、電気ヒータ50を作動させることによって燃費が3%悪化する場合、ECU60は、電気ヒータ50をONにする。これにより、電気ヒータ50が作動し、蒸気ループ内の凍結が解消される。また、局所暖機により向上した燃費によって電気ヒータ50の作動によって悪化する燃費をカバーできるため、エンジン10の燃費の悪化が抑制される。
Next, the
一方、局所暖機燃費効果(α)が燃費悪化(β)よりも小さい場合(ステップS16/NO)、ECU60は電気ヒータ50をOFFにする(ステップS20)。例えば、局所暖機によって燃費が3%向上し、電気ヒータ50を作動させることによって燃費が5%悪化する場合、ECU60は、電気ヒータ50をOFFにする。この結果、電気ヒータ50をOFFすることで電気ヒータ50を作動させることによる燃費の悪化が生じないため、エンジン10の燃費の悪化が抑制される。なお、蒸気ループ内の凍結は、排気熱回収器20から蒸気ループへの伝熱により生じる熱によって解消される。
On the other hand, when the local warm-up fuel efficiency effect (α) is smaller than the fuel efficiency deterioration (β) (step S16 / NO), the
ECU60は、ステップS18又はステップS20の後、ステップS10から処理を繰り返す。なお、ステップS18において電気ヒータ50をONした場合、時間の経過にしたがって排気熱回収器20内の作動流体の水温は上昇するため、局所暖機燃費効果が時間の経過とともに低下していき、電気ヒータ50の作動による燃費悪化を下回ると、すなわち、β>αとなると、電気ヒータ50はOFFされる。
The
以上説明したように、上述の実施例に係るECU60は、蒸気ループ内で凝縮水が凍結している可能性がある場合、蒸気ループ上に設けられた電気ヒータ50を作動させた場合に悪化する燃費と、エンジン10の構成部品であるクランクキャップ11を排気ガスによって蒸気化させた蒸気を用いて局所暖機することによって向上する燃費とを算出し、局所暖機によって向上する燃費が、電気ヒータ50を作動させた場合に悪化する燃費を上回る場合に、電気ヒータ50を作動させる。これにより、蒸気ループ内において凍結が発生した場合に、燃費悪化を生じさせずに蒸気ループ内の凍結を解消するとともに、早期暖機を実行することができる。
As described above, 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、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。 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.
10…エンジン
11…クランクキャップ
12…排気ガス通路
20…排気熱回収器
30…蒸気流通配管
31…蒸気配管
32…蒸気供給部
33…凝縮液戻り管
40…凝縮水流通配管
50…電気ヒータ
60…ECU
71…外気温計
72…温度計
73…水温計
100…廃熱利用システム
DESCRIPTION OF
71 ...
Claims (1)
前記凍結判定手段により前記作動流体が凍結する可能性があると判定された場合に、前記蒸気経路上に設けられた加熱装置を作動させた場合に悪化する燃費と、前記内燃機関の構成部品を前記蒸気化した作動流体を用いて局所暖機することによって向上する燃費とを算出する算出手段と、
前記局所暖機によって向上する燃費が、前記加熱装置を作動させた場合に悪化する燃費を上回る場合に、前記加熱装置を作動させる制御手段と、
を有することを特徴とする制御装置。
Freezing determination means for determining the possibility of the working fluid freezing in the steam path in which the working fluid vaporized by the waste heat of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine circulates;
When the freezing determination means determines that the working fluid is likely to freeze, the fuel consumption that deteriorates when the heating device provided on the steam path is activated, and the components of the internal combustion engine Calculating means for calculating fuel efficiency that is improved by locally warming up using the vaporized working fluid;
Control means for operating the heating device when the fuel efficiency improved by the local warming exceeds the fuel consumption that deteriorates when the heating device is operated,
A control device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011021179A JP2012159068A (en) | 2011-02-02 | 2011-02-02 | Control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011021179A JP2012159068A (en) | 2011-02-02 | 2011-02-02 | Control device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2012159068A true JP2012159068A (en) | 2012-08-23 |
Family
ID=46839796
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011021179A Withdrawn JP2012159068A (en) | 2011-02-02 | 2011-02-02 | Control device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2012159068A (en) |
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2011
- 2011-02-02 JP JP2011021179A patent/JP2012159068A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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