JP2015145663A - 排気熱回収制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】排気熱回収と、凝縮水の凍結による性能低下抑制とを両立させることを目的とする。
【解決手段】排気ガスの熱を回収する排気熱回収器１２による排気ガスの熱回収量を調整する回収量調整部１６と、排気管内の凍結が予想される場合に、走行履歴に基づいて、排気管内の凍結を防止または抑制するように、回収量調整部１６を制御するコントローラ１４と、を備える。例えば、排気管内の凍結が予想される際には、前回の走行時間が予め定めた基準以下の場合に、排気熱の回収量を低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気管等の排気熱を回収する排気熱回収器を制御する排気熱回収制御装置に関する。
排気管等から排気熱を回収する排気熱回収器では、排気熱が回収されて排気ガスが冷却されることによって、凝縮水が発生することがある。この凝縮水は、排気ガスを浄化するための触媒装置や排気熱回収器への排気ガスの流路切換等を行う切換弁等に損傷を与える原因となることがある。
そこで、特許文献１では、触媒装置や切換弁等に凝縮水が接触すること防止する排気熱回収システムが提案されている。
具体的には、特許文献１に記載の排気熱回収システムでは、排気管から分岐した分岐管と排気管における分岐部よりも下流に合流する合流管との間に排気熱回収用熱交換器が排気管に対し並列に設けられている。排気管における分岐部と合流部との間には、排気ガスの流路を排気管又は排気熱回収用熱交換器に切り換える流路切換バルブが配設されている。また、排気管における流路切換バルブと合流部との間の領域を含む部分には、液体を貯留可能な貯液部が設けられている。
特開２００６−１６１５９３号公報
しかしながら、氷点下の環境では、排気熱回収器で発生した凝縮水が排気管内で凍結する可能性がある。また、走行状況によっては排気管内の凍結が解消されずに残留し、さらに凝縮水が発生して凍結すると、エンジン出力の低下や、排気音の車内ノイズが悪化（ＮＶ性能低下ともいう。）を招く可能性があるため、改善の余地がある。
本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、排気熱回収と、凝縮水の凍結による性能低下抑制とを両立させることを目的とする。
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、排気ガスの熱を回収する排気熱回収器による排気ガスの熱回収量を調整する回収量調整部と、排気管内の凍結が予想される場合に、走行履歴に基づいて、排気管内の凍結を防止または抑制するように、回収量調整部を制御する制御部と、を備えている。
請求項１に記載の発明によれば、回収量調整部では、排気ガスの熱を回収する排気熱回収器による排気ガスの熱回収量が調整される。
そして、制御部では、排気管内の凍結が予想される場合に、走行履歴に基づいて、排気管内の凍結を防止または抑制するように、回収量調整部が制御される。例えば、走行履歴から凍結が解消していないと考えられる場合には、排気ガスの熱の回収量を低下または制限するように回収量調整部を制御することにより、排気管内の凍結を解消することができる。一方、走行履歴から凍結が解消していると考えられる場合には、排気熱回収器による熱回収を行う、または熱回収量を増加するように回収量調整部を制御することにより、排気熱回収が可能となる。従って、排気熱回収と、凝縮水の凍結による性能低下抑制とを両立させることができる。
例えば、制御部は、請求項２に記載の発明のように、走行履歴としての前回の走行時間が予め定めた基準時間以下の場合に、排気熱回収器による排気ガスの熱回収量を低下させるように、回収量調整部を制御するようにしてもよい。すなわち、前回の走行時間によって排気管内の凍結が解消しているか否かを判断することが可能である。そこで、前回の走行時間が予め定めた基準時間以下の場合には、排気管内が凍結している可能性が高いので、熱回収量を低下せせるように回収量調整部を制御することにより、排気管の凍結を解消することができる。
なお、請求項３に記載の発明のように、排気熱回収器が、回収した排気ガスの熱を用いてエンジンを冷却するための冷却水を昇温し、回収量調整部が、冷却水を循環させる循環部による冷却水の循環量を調整することにより、排気ガスの熱回収量を調整するようにしてもよい。或いは、請求項４に記載の発明のように、回収量調整部は、排気熱回収器を通過する排気ガスの流量を調整することにより熱回収量を調整するようにしてもよい。
以上説明したように本発明によれば、排気熱回収と、凝縮水の凍結による性能低下抑制とを両立させることができる、という効果がある。
本発明の実施の形態に係る排気熱回収制御装置の概略構成を示すブロック図である。 排気熱回収器の配置例及び回収量調整部の具体例を示す図である。 冷却水の流量が低下することによる作用を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る排気熱回収制御装置のコントローラで行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る排気熱回収制御装置の概略構成を示すブロック図である。
排気熱回収制御装置１０は、排気ガスの熱を回収する排気熱回収器１２による熱回収量を調整するための回収量調整部１６が制御部としてのコントローラ１４に接続されている。
排気熱回収器１２は、自動車の排気ガスが通過する排気管に設けられ、自動車のエンジンの排気ガスが有する熱を回収して暖房やエンジンの暖気促進等に利用する。
コントローラ１４は、回収量調整部１６を制御して、排気熱回収器１２による排気ガスの熱回収の有無や、熱回収量を制御する。
コントローラ１４には、水温センサ１８が接続されていると共に、外気温センサ２０が接続されている。すなわち、水温センサ１８及び外気温センサ２０の各々の検出結果がコントローラ１４に入力される。なお、本実施の形態では、コントローラ１４に水温センサ１８及び外気温センサ２０が直接入力される例を示すが、これに限るものではない。例えば、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）を介して水温センサ１８の検出結果をコントローラ１４に入力し、エアコンＥＣＵを介して外気温センサ２０の検出結果をコントローラ１４に入力する構成としてもよい。
また、コントローラ１４は、水温センサ１８及び外気温センサ２０の各々の検出結果に基づいて、回収量調整部１６を制御するようになっている。
ここで、排気熱回収器１２の配置例及び回収量調整部１６の具体例について説明する。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、排気熱回収器１２の配置例及び回収量調整部１６の具体例を示す図である。
図２（Ａ）の例では、エンジン２８からの排気ガスを排出する排気管２２の排出経路上に、上流から順に触媒装置３４、メインマフラ３６が配設されている。メインマフラ３６と触媒装置３４との間に、排気管２２に対して並列にバイパス経路２４が設けられており、該バイパス経路２４に排気熱回収器１２が設けられている。
排気熱回収器１２には、エンジン２８を冷却するための冷却水がウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）３０によって循環される。排気熱回収器１２へ循環された冷却水は、ヒータコア３２へ流れて、エンジン２８へ戻るように構成されている。すなわち、冷却水の流路上に排気熱回収器１２が設けられており、排気熱回収器１２によって排気ガスの熱を回収して冷却水を昇温して、ヒータの熱源や暖気促進等に利用することができる。
また、排気管２２には、切換弁３８が設けられており、該切換弁３８によってバイパス経路２４へ流れる排気ガスの量や、流路の切換が行われるようになっている。切換弁３８は、各種アクチュエータ４０によって作動されるようになっている。すなわち、アクチュエータ４０の作動をコントローラ１４が制御することにより、排気熱回収器１２へ流れる排気ガスの量が調整されて排気熱の回収量が調整される。従って、切換弁３８を駆動するアクチュエータ４０が上述の回収量調整部１６として機能する。なお、切換弁３８は、開閉を制御して、排気熱回収器１２へ排気ガスを流すか否かを制御するようにしてもよいし、開度を制御して、排気熱回収器１２へ流す排気ガスの流量を制御するようにしてもよい。
また、図２（Ｂ）の例では、エンジン２８からの排気ガスを排出する排気管２２の排出経路に、上流から順に触媒装置３４、排気熱回収器１２、メインマフラ３６が配設されている。
排気熱回収器１２には、図２（Ａ）と同様に、エンジン２８を冷却するための冷却水がウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）３０によって循環される。排気熱回収器１２へ循環された冷却水は、ヒータコア３２へ流れて、エンジン２８へ戻るように構成されている。すなわち、冷却水の流路上に排気熱回収器１２が設けられており、排気熱回収器１２によって排気ガスの熱を回収して冷却水を昇温して、ヒータの熱源や暖気促進等に利用することができる。
また、冷却水の循環経路には、排気熱回収器１２を介さずにヒータコア３２へ冷却水を供給するバイパス経路が設けられている。すなわち、冷却水は、排気熱回収器１２を通過する循環経路と、排気熱回収器１２を通過しない循環経路とを有する。
また、２つの循環経路を切り換えるための切換弁４２が設けられており、該切換弁４２によって冷却水の循環経路が切り換えられるようになっている。切換弁４２は、各種アクチュエータ４４によって作動されるようになっている。すなわち、アクチュエータ４４の作動をコントローラ１４が制御することにより、排気熱回収器１２へ循環する冷却水量が調整されて排気熱の回収量が調整される。従って、切換弁４２を駆動するアクチュエータ４４が上述の回収量調整部１６として機能する。なお、切換弁４２は、開閉を制御して、排気熱回収器１２へ冷却水を流すか否かを制御するようにしてもよいし、開度を制御して、排気熱回収器１２へ流す冷却水の流量を制御するようにしてもよい。
また、図２（Ｃ）の例では、図２（Ｂ）と同様に、エンジン２８からの排気ガスを排出する排気管２２の排出経路に、上流から順に触媒装置３４、排気熱回収器１２、メインマフラ３６が配設されている。
排気熱回収器１２には、図２（Ａ）と同様に、エンジン２８を冷却するための冷却水がウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）３０によって循環される。排気熱回収器１２へ循環された冷却水は、ヒータコア３２へ流れて、エンジン２８へ戻るように構成されている。すなわち、冷却水の流路上に排気熱回収器１２が設けられており、排気熱回収器１２によって排気ガスの熱を回収して冷却水を昇温して、ヒータの熱源として利用することができる。
ここで、図２（Ｃ）の例では、モータ等によって駆動されるウォータポンプ３０が適用され、ウォータポンプ３０によって冷却水の流量が可変される。すなわち、コントローラ１４がウォータポンプ３０を制御することにより、排気熱回収器１２へ流れる冷却水の流量を調整することで、排気熱の回収量が調整される。従って、ウォータポンプ３０が循環部に対応すると共に、上述の回収量調整部１６として機能する。
なお、図２（Ａ）〜（Ｃ）の構成を全て組み合わせる構成としてもよい。或いは、図２（Ａ）、（Ｂ）の各々の構成に図２（Ｃ）のウォータポンプ３０を適用して、アクチュエータ４０、４４とウォータポンプ３０を共にコントローラ１４が制御する構成としてもよい。或いは、図２（Ａ）、（Ｂ）の構成を組み合わせるようにしてもよい。
ところで、凝縮水が発生し、排出されずに排気管に残留した状態で、エンジンが停止されて氷点下の環境に置かれた場合は、排気管２２内で凍結する可能性がある。
また、凝縮水が残留する要因としては、排気管２２には他の部品を回避するために高低差があり、ある程度のガス流速（エンジン回転数）がないと凝縮水が後方へ排水されないことが挙げられる。
排気管２２で凝縮水が凍結すると、走行状況によっては溶けることなく残留してしまうことが考えられる。凝縮水が凍結したまま残留して更に凝縮水が発生して凍結すると、排気性能の低下によるエンジン出力の低下や、排気音の車内ノイズの悪化などを招く可能性がある。
そこで、本実施の形態では、コントローラ１４が、走行履歴に基づいて、回収量調整部１６を制御して、排気熱回収器１２による排気熱の回収量を調整するようになっている。
例えば、図２（Ａ）の構成例では、排気熱回収器１２へ流れる排気ガスの流量を調整することにより、排気熱の回収量を調整することができる。例えば、排気熱回収器１２を流れる排気ガスの流量を低下させると熱回収量も低下する。また、図２（Ｂ）、（Ｃ）の構成例では、排気熱回収器１２へ流れる冷却水の流量を調整することにより、排気熱の回収量を調整することができる。すなわち、図３に示すように、冷却水の流量が低下すると、冷却水と配管との熱伝達率が低下して、排気熱の回収性能が低下する。そして、排気熱の回収性能が低下すると、排気熱回収器１２以降の排気ガス温度が上昇して、排気熱回収器１２より後方の排気管２２内の凍結を解消することができる。さらには、凝縮水の発生が減少し、これにより、発生した凝縮水が更に凍結して、凍結部分が拡大することが抑制される。
続いて、上述のように構成された本実施の形態に係る排気熱回収制御装置１０のコントローラ１４で行われる具体的な処理について説明する。図４は、本実施の形態に係る排気熱回収制御装置１０のコントローラ１４で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図４の処理は、図示しないイグニッションスイッチ（ＩＧ）がオンされた場合に開始し、ＩＧがオフされた場合に終了する。
まず、ステップ１００では、コントローラ１４がエンジン２８を始動してステップ１０２へ移行する。
ステップ１０２では、排気管２２が凍結している可能性があるか否かをコントローラ１４が判定する。該判定は、例えば、外気温センサ２０の検出結果に基づいて、外気温が予め定めた閾値以下であるか否かをコントローラ１４が判定し、該判定が肯定された場合にステップ１０４へ移行し、否定された場合にステップ１１０へ移行する。なお、外気温の履歴に基づいて排気管２２が凍結している可能性があるか否かを判定するようにしてもよい。例えば、現在の外気温が凍結する温度でない場合でも、エンジン停止時に一旦氷点下に下がった場合には凍結の可能性があると判定することが可能である。
ステップ１０４では、前回の走行履歴から凍結が解消しているか否かをコントローラ１４が判定する。該判定は、例えば、前回の走行時間が予め定めた基準時間以上か否かをコントローラ１４が判定することにより、排気管２２内の凍結が解消しているか否かを判定する。該判定が肯定された場合にはステップ１０６へ移行し、否定された場合にはステップ１１０へ移行する。なお、走行履歴としては、前回の走行時間以外に、排出される最大排気ガス量、燃料消費量、エンジンの最大回転数、車速の最大速度、排気温度の最大ガス温度、エンジンＥＣＵ等で予測される予測ガス温度や予測触媒温度等を適用するようにしてもよい。すなわち、当該判定は、これらのうち少なくとも１つの走行履歴に基づいて、排気管２２内の凍結が解消しているか否かを判定するようにしてもよい。
ステップ１０６では、水温センサ１８の検出結果に基づいて冷却水温度が特定温度以下か否かコントローラ１４が判定し、該判定が肯定された場合にはステップ１０８へ移行し、否定された場合にはステップ１１０へ移行する。なお、特定温度は、暖房要求に応じて異なる値を適用し、暖房要求がある場合にはＡ℃（例えば、６０℃）とし、暖房要求がない場合にはＢ℃（例えば、４５℃）とするようにしてもよい。
ステップ１０８では、排気熱回収モードがコントローラ１４によって行われてステップ１０６に戻って上述の処理を繰り返す。排気熱回収モードは、例えば、図２（Ａ）の例では、コントローラ１４がアクチュエータ４０の駆動を制御して、排気熱回収器１２に排気ガスが流れるように切換弁３８が駆動される。また、図２（Ｂ）の例では、コントローラ１４がアクチュエータ４４の駆動を制御して、排気熱回収器１２に冷却水が流れるように切換弁４２が駆動される。さらに、図２（Ｃ）の例では、コントローラ１４がウォータポンプ３０の駆動を制御して、排気熱回収器１２を流れる冷却水の流量を増加させる。これらを行うことにより、排気熱回収器１２によって排気熱が回収されて、冷却水が昇温され、暖房の補助やエンジンの暖気促進を行うことができる。
一方、ステップ１１０では、排気熱非回収モードがコントローラ１４によって行われてステップ１１２へ移行する。排気熱非回収モードは、例えば、図２（Ａ）の例では、コントローラ１４がアクチュエータ４０の駆動を制御して、排気熱回収器１２への排気ガスの流入量を減少または制限するように切換弁３８が駆動される。また、図２（Ｂ）の例では、コントローラ１４がアクチュエータ４４の駆動を制御して、排気熱回収器１２への冷却水の流入量を減少または制限するように切換弁４２が駆動される。さらに、図２（Ｃ）の例では、コントローラ１４がウォータポンプ３０の駆動を制御して、排気熱回収器１２を流れる冷却水の流量を低下させる。これらを行うことにより、排気熱回収器１２による排気熱の回収が停止または減少される。従って、図３で説明したように、排気熱回収器１２以降の排気ガス温度が上昇して、凝縮水が凍結している場合には、排気熱回収器１２より後方の排気管２２内の凍結が解消される。さらには、凝縮水の発生が減少し、これにより、発生した凝縮水が更に凍結し、凍結部分が拡大することが抑制される。
ステップ１１２では、今回の走行履歴から凍結が解消しているか否かをコントローラ１４が判定し、該判定否定された場合にはステップ１１０へ戻って上述の処理を繰り返し、肯定された場合にはステップ１０６に戻って上述の処理を繰り返す。なお、走行履歴としては、ステップ１０４で挙げたものを適用することが可能である。
なお、上記の実施の形態におけるコントローラ１４で行われる処理は、プログラムとして記憶媒体等に記憶して流通するようにしてもよい。
また、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
１０ 排気熱回収制御装置
１２ 排気熱回収器
１４ コントローラ（制御部）
１６ 回収量調整部
３０ ウォータポンプ（循環部）
４０、４４ アクチュエータ（回収量調整部）

Claims (4)

  1. 排気ガスの熱を回収する排気熱回収器による排気ガスの熱回収量を調整する回収量調整部と、
    排気管内の凍結が予想される場合に、走行履歴に基づいて、排気管内の凍結を防止または抑制するように、前記回収量調整部を制御する制御部と、
    を備えた排気熱回収制御装置。
  2. 前記制御部は、前記走行履歴としての前回の走行時間が予め定めた基準時間以下の場合に、前記排気熱回収器による排気ガスの熱回収量を低下させるように、前記回収量調整部を制御する請求項１に記載の排気熱回収制御装置。
  3. 前記排気熱回収器が、回収した排気ガスの熱を用いてエンジンを冷却するための冷却水を昇温し、
    前記回収量調整部が、前記冷却水を循環させる循環部による前記冷却水の循環量を調整することにより、排気ガスの熱回収量を調整する請求項１又は請求項２に記載の排気熱回収制御装置。
  4. 前記回収量調整部は、前記排気熱回収器を通過する排気ガスの流量を調整することにより前記熱回収量を調整する請求項１〜３の何れか１項に記載の排気熱回収制御装置。
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