JP2020070781A - Gas cooling system and control method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体用冷却システム及びその制御方法に関し、より詳細には、エンジンにおける燃費性能と排ガス性能とを向上する気体用冷却システム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a gas cooling system and a control method thereof, and more particularly, to a gas cooling system and a control method thereof for improving fuel economy performance and exhaust gas performance in an engine.
エンジンにおける気体を冷却するシステムとして、冷媒をポンプからインタークーラーを介してラジエータに流通させる冷却水路と、冷媒をポンプからインタークーラーを介した後にラジエータをバイパスしてポンプに還流させるバイパス流路とを備えた装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の装置は、冷却水路とバイパス流路のそれぞれを流れる冷却水の流量を調節することで、インタークーラーを通過した後の吸気温度を所定範囲内に収めている。
As a system for cooling the gas in the engine, a cooling water passage that allows the refrigerant to flow from the pump to the radiator via the intercooler, and a bypass passage that allows the refrigerant to bypass the radiator and then return to the pump after passing through the intercooler A device has been proposed (for example, see Patent Document 1). The device described in
ところで、特許文献1に記載の装置のインタークーラーにおいては、吸気の温度が飽和温度を下回ると内部に凝縮水が生じるおそれがある。インタークーラーの内部に生じる凝縮水は、インタークーラーの内部を腐食させる要因となっている。
By the way, in the intercooler of the device described in
本開示の目的は、エンジンにおける気体を冷却する際の凝縮水の発生を抑制する気体用冷却システム及びその制御方法を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a gas cooling system that suppresses generation of condensed water when cooling gas in an engine, and a control method thereof.
上記の目的を達成する本発明の一態様の気体用冷却システムは、エンジンにおける気体を冷却する気体用クーラーと、この気体用クーラーの冷媒が通過する冷媒用ラジエータと、その冷媒を循環させる冷媒用ポンプと、を備える気体用冷却システムにおいて、前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度を調節する温度調節装置と、前記気体用クーラーで冷却された前記気体の温度又は前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度のうちのどちらか一方を制御用温度として取得する制御用温度取得装置と、前記気体用クーラーを通過する前記気体に含まれる水の飽和温度の推定に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、前記温度調節装置、前記制御用温度取得装置、及び、前記パラメータ取得装置に接続される制御装置と、を備え、前記パラメータ取得装置が取得したパラメータに応じて推定された前記飽和温度及び前記制御用温度取得装置が取得した前記制御用温度に基づいて、前記制御装置により、前記温度調節装置に前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度を調節させて、前記制御用温度を前記飽和温度よりも高い温度にして前記気体を冷却する制御を行う構成にしたことを特徴とする。 A gas cooling system according to an aspect of the present invention that achieves the above object is a gas cooler for cooling a gas in an engine, a radiator for a refrigerant through which a refrigerant of the gas cooler passes, and a refrigerant for circulating the refrigerant. In a gas cooling system including a pump, a temperature adjusting device that adjusts the temperature of the refrigerant supplied to the gas cooler, and the temperature of the gas cooled by the gas cooler or the gas cooler. A control temperature acquisition device that acquires one of the temperatures of the refrigerant as a control temperature, and a parameter that acquires a parameter related to the estimation of the saturation temperature of water contained in the gas passing through the gas cooler. Acquisition device, temperature control device, control temperature acquisition device, and control device connected to the parameter acquisition device , Based on the saturation temperature and the control temperature acquired by the control temperature acquisition device estimated according to the parameter acquired by the parameter acquisition device, by the control device, the temperature adjustment device to the It is characterized in that the temperature of the refrigerant supplied to the gas cooler is adjusted so that the control temperature is higher than the saturation temperature and the gas is controlled to be cooled.
上記の目的を達成する本発明の一態様の気体用冷却システムの制御方法は、冷媒用ポンプにより冷媒を循環させて、冷媒用ラジエータにより冷却された冷媒を供給した気体用クーラーによりエンジンにおける気体を冷却する気体用冷却システムの制御方法において、前記気体用クーラーで冷却された前記気体の温度又は前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度のうちのどちらか一方からなる制御用温度と、前記気体用クーラーを通過する前記気体に含まれる水の飽和温度の推定に関するパラメータとを取得し、取得したそのパラメータに基づいて前記飽和温度を推定し、取得した前記制御用温度と推定した前記飽和温度とに基づいて、温度調節装置により、前記気体用クーラーに供給する前記冷媒の温度を調節して、前記制御用温度を前記飽和温度よりも高い温度にして前記気体を冷却することを特徴とする。 A method for controlling a gas cooling system according to one aspect of the present invention that achieves the above object is to circulate a refrigerant by a refrigerant pump, and to cool a gas in an engine by a gas cooler that supplies a refrigerant cooled by a refrigerant radiator. In a method for controlling a gas cooling system for cooling, a control temperature comprising either one of a temperature of the gas cooled by the gas cooler or a temperature of the refrigerant supplied to the gas cooler, and The parameter relating to the estimation of the saturation temperature of the water contained in the gas passing through the gas cooler is acquired, the saturation temperature is estimated based on the acquired parameter, and the acquired control temperature and the estimated saturation temperature are acquired. Based on the above, the temperature of the refrigerant supplied to the gas cooler is adjusted by the temperature adjusting device to obtain the control temperature. Characterized by cooling the gas to a temperature higher than the saturation temperature.
本発明の一態様によれば、エンジンにおける気体を冷却する際の凝縮水の発生を抑制することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to suppress generation of condensed water when cooling gas in an engine.
以下に、気体用冷却システム10の実施形態について、図面を参照して説明する。図中では、W1が冷媒を示し、W2がエンジン用冷却水を示し、A1が新気を示し、A2が過給前の吸気を示し、A3が過給後で且つ冷却前の吸気を示し、A3が冷却後の吸気を示し、G1が排気を示し、G2、G3が再循環ガスを示す。また、流路における冷却水の流れている状況を太線とし、冷却水の流れが止まっている状況と区別することとする。
Hereinafter, an embodiment of the
図1に例示するように、第一実施形態の気体用冷却システム10は、新気A1及び再循環ガスG2が混合された後に過給された吸気A3を冷却する水冷式のシステムである。気体用冷却システム10は、冷媒W1としてエンジン用冷却システム3で用いられるエンジン用冷却水W2と同様の冷却水を用いるものが例示される。
As illustrated in FIG. 1, the
気体用冷却システム10は、エンジン1を冷却するエンジン用冷却システム3に対して独立したシステムであり、気体用クーラー11、冷媒用ラジエータ12、冷媒用ポンプ13、及び温度調節装置14を備える。また、気体用冷却システム10は、制御用温度取得装置20と、パラメータ取得装置として機能する湿度センサ21、流量センサ22、燃料噴射量取得装置23、排気用濃度センサ24、吸気用濃度センサ25、圧力センサ26、及び、気体用温度センサ27と、それらのセンサに接続される制御装置28とを備える。
The
気体用クーラー11は、吸気通路4の中途位置に配置されて、その内部を冷媒W1が流れることにより吸気通路4を流れる吸気A3を冷却するクーラーである。気体用クーラー11で冷却される吸気A3としては、図示しないエアクリーナーを介して外部から吸気通路4に導入された新気A1、あるいはその新気A1に排気通路5から低圧排気再循環システム6Aを介して吸気通路4に再循環された再循環ガスG2が混合された吸気A2のどちらか一方が過給されたものが例示される。
The gas cooler 11 is a cooler that is arranged at a midway position of the
冷媒用ラジエータ12は、車速風と後続のエンジン用冷却ファン3Aによる冷却風とを利用して内部を通過する冷媒W1を冷却する。冷媒用ラジエータ12は、その内部を流れる冷媒W1をエンジン用冷却システム3のエンジン用ラジエータ3Bの内部を流れるエンジン用冷却水W2よりも低い温度まで冷却するように構成される。具体的に、冷媒用ラジエータ12は、エンジン用ラジエータ3Bに対して車両の前後方向に関して前方側に、あるいは車両の左右方向又は上下方向に関して並列に配置され、エンジン用ラジエータ3Bと熱交換した後の風が当たらないようにすることが好ましい。
The
冷媒用ポンプ13は、図示しないバッテリから電力が供給された駆動する電動モータ15に接続され、電動モータ15から出力される回転動力により駆動して、冷媒W1を循環させる。冷媒用ポンプ13としては、エンジン用冷却システム3のポンプ3Cと同様にクランクシャフト7Aに無端状のベルトやチェーンなどの動力伝達機構7Bを介して連結されて、エンジン1から出力される回転動力により駆動する機械式のポンプも例示される。
The
温度調節装置14は、気体用クーラー11に供給される冷媒W1の温度を調節する装置であり、ラジエータ流路16、バイパス流路17、及び、流量調節装置18を有する。ラジエータ流路16は気体用クーラー11、冷媒用ラジエータ12、及び、冷媒用ポンプ13が配管により環状に配置された流路である。バイパス流路17は、ラジエータ流路16における気体用クーラー11の下流側及び冷媒用ラジエータ12の上流側の間から分岐して気体用クーラー11の上流側及び冷媒用ラジエータ12の下流側の間で合流して冷媒用ラジエータ12をバイパスする流路である。流量調節装置18は、ラジエータ流路16及びバイパス流路17のそれぞれを流れる冷媒W1の流量を調節する装置である。流量調節装置18としては、電磁制御式の三方弁が例示される。なお、流量調節装置18は、気体用冷却システム10における冷媒W1の流路を、バイパス流路17を遮断してラジエータ流路16のみを開放した状態、ラジエータ流路16を遮断してバイパス流路17のみを開放した状態、あるいは、両方の流路を開放した状態のいずれかの状態にする。
The
制御用温度取得装置20は、制御用温度として気体用クーラー11に供給される冷媒W1の温度Txを取得するセンサである。制御用温度取得装置20は、気体用クーラー11に供給される直前の冷媒W1の温度Txを取得可能であればよく、気体用クーラー11及び流量調節装置18の間の流路に介在させればよい。
The control
パラメータ取得装置として機能する湿度センサ21、流量センサ22、燃料噴射量取得装置23、排気用濃度センサ24、吸気用濃度センサ25、圧力センサ26、及び、気体用温度センサ27は、気体用クーラー11を通過する吸気A3に含まれる水(水蒸気)の飽和温度Twの推定に関するパラメータを取得する装置である。この推定に関するパラメータは、吸気A3に含まれる水の圧力(水蒸気圧)Pwを推定可能なパラメータであり、より具体的に、新気A1に含まれる水の物質量n1(mol)、再循環ガスG2に含まれる水の物質量n2(エンジン1における燃料の燃焼により生じた水のうち低圧排気再循環システム6Aによる再循環で新気A1に混合される水の物質量)、吸気A2の全物質量n3、及び、吸気A3の圧力Paである。
The
湿度センサ21は、外部から吸気通路4に導入された新気A1の湿度Xaを取得するセンサであり、外気の湿度を取得するセンサで構成されてもよい。湿度Xaとしては、容積絶対湿度、質量絶対湿度、及び、相対湿度が例示される。流量センサ22は、外部から吸気通路4に導入された新気A1の新気流量Qaを取得するセンサである。新気流量Qaとしては、体積流量や質量流量が例示される。
The
燃料噴射量取得装置23は、エンジン1の燃料噴射装置8から気筒2に噴射される燃料噴射量Qeを取得する装置である。燃料噴射量取得装置としては、図示しないアクセルペダルの踏み込み量から燃料噴射量Qeを算出して、燃料噴射装置8を制御するエンジン用制御装置が例示される。燃料噴射量取得装置23としては、燃料噴射量Qeを取得できればよく、そのアクセルペダルの踏み込み量を取得する装置を用いてもよい。
The fuel injection
排気用濃度センサ24は、排気G1に含有される二酸化炭素の濃度である排気用濃度ρgを取得するセンサであり、排気通路5における排気G1の流れに関してターボチャージャー9のタービン9Aの上流側に配置される。吸気用濃度センサ25は、吸気A2に含有される二酸化炭素の濃度である吸気用濃度ρaを取得するセンサであり、吸気通路4における低圧排気再循環システム6Aの合流地点及びターボチャージャー9のコンプレッサ9Bの間に介在する。
The exhaust
圧力センサ26は、気体用クーラー11を通過する吸気A3の圧力Paを取得するセンサであり、吸気通路4におけるコンプレッサ9B及び気体用クーラー11の間に介在する。気体用温度センサ27は、吸気A2の温度Taを取得するセンサであり、吸気通路4における低圧排気再循環システム6Aの合流地点及びコンプレッサ9Bの間に介在する。
The
制御装置28は、各種情報処理を行う中央演算装置(CPU)、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置28は、流量調節装置18、制御用温度取得装置20、湿度センサ21、流量センサ22、燃料噴射量取得装置23、排気用濃度センサ24、吸気用濃度センサ25、圧力センサ26、及び、気体用温度センサ27と電気的に接続される。この実施形態で、制御装置28は、燃料噴射量Qeを取得する燃料噴射量取得装置23として機能するエンジン用制御装置と別体の装置を例示したが、制御装置28とエンジン用制御装置とが一体の装置で構成されてもよい。
The
制御装置28は、機能要素として、推定部29、第一制御部30、及び、第二制御部31を有する。各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、中央演算装置により実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能するプログラマブルコントローラ(PLC)や電気回路で構成されてもよい。
The
推定部29は、パラメータ取得装置が取得したパラメータが入力されて、気体用クーラー11を通過する吸気A3に含まれる水の飽和温度Twを推定し、推定したその飽和温度Twを第一制御部30に出力する機能要素である。推定部29は、個々の機能要素として第一物質量推定部29a、第二物質量推定部29b、水蒸気圧推定部29c、及び、飽和温度推定部29dを有する。
The
第一物質量推定部29aは、湿度センサ21が取得した湿度Xa及び流量センサ22が取得した新気流量Qaが入力されて、新気A1に含まれる水の物質量n1を推定し、推定したその物質量n1を水蒸気圧推定部29cに出力する機能要素である。
The first substance
第二物質量推定部29bは、流量センサ22が取得した新気流量Qa、燃料噴射量取得装置23が取得した燃料噴射量Qe、排気用濃度センサ24が取得した排気用濃度ρg、吸気用濃度センサ25が取得した吸気用濃度ρaが入力されて、再循環ガスG2に含まれる水の物質量n2を推定し、推定したその物質量n2を水蒸気圧推定部29cに出力する機能要素である。
The second substance amount estimation unit 29b uses the fresh air flow rate Qa acquired by the
具体的に、第二物質量推定部29bは、燃料噴射量Qeと燃料噴射装置8から噴射された燃料が完全燃焼したと見做した化学反応モデルとを用いて、気筒2から排気通路5に排出された排気G1に含まれる水の物質量n4を推定する。次いで、第二物質量推定部29bは、排気用濃度ρg及び吸気用濃度ρaと、既知である空気における二酸化炭素の濃度ρoとを用いて、吸気A2の中に占める再循環ガスG2の割合Reを推定する。本開示で、吸気A2に中に占める再循環ガスG2の割合Reは、高圧排気再循環システム6Bにより再循環される再循環ガスG3を含まず、低圧排気再循環システム6Aにより再循環される再循環ガスG2のみの割合を示す。次いで、第二物質量推定部29bは、新気流量Qa及び吸気A2の中に占める再循環ガスG2の割合Reに基づいて、再循環ガスG2の流量である再循環流量Qgを推定する。次いで、第二物質量推定部29bは、推定した排気G1に含まれる水の物質量n4と、推定した再循環流量Qgとに基づいて、再循環ガスG2に含まれる水の物質量n2を推定する。
Specifically, the second substance amount estimation unit 29b uses the fuel injection amount Qe and the chemical reaction model that the fuel injected from the
水蒸気圧推定部29cは、流量センサ22が取得した新気流量Qa、圧力センサ26が取得した圧力Paと、気体用温度センサ27が取得した温度Taと、第一物質量推定部29aが推定した物質量n1と、第二物質量推定部29bが推定した物質量n2及び再循環流量Qgと、が入力される。水蒸気圧推定部29cは、入力された値に基づいて吸気A3の水蒸気圧Pwを推定し、推定した水蒸気圧Pwを飽和温度推定部29dに出力する機能要素である。
The water vapor
具体的に、水蒸気圧推定部29cは、新気流量Qa、再循環流量Qg、温度Ta、及び予め設定された標準圧力(1013hPa(1atm))に基づいて、コンプレッサ9Bにより過給される前の吸気A2の全物質量n3を推定する。次いで、水蒸気圧推定部29cは、推定した全物質量n3を用いて、吸気A2(吸気A3)における水のモル分率((n1+n2)/n3)を推定する。次いで、水蒸気圧推定部29cは、吸気A3における水のモル分率と圧力Paとを乗算して、気体用クーラー11を通過する吸気A3の水蒸気圧Pwを推定する。
Specifically, the water vapor
飽和温度推定部29dは、水蒸気圧推定部29cが推定した水蒸気圧Pwが入力されて、予め設定された飽和水蒸気圧線Lwを用いて気体用クーラー11を通過する吸気A3における水の飽和温度Twを推定し、推定した飽和温度Twを第一制御部30に出力する機能要素である。飽和水蒸気圧線Lwは、温度及び水蒸気圧の関係において既知の近似式で示される線であり、既知の近似式としてはTetensの式、Wagnerの式、Sonntagの式(日本工業規格JIS Z 8806)が例示される。
The
第一制御部30は、推定部29が推定した飽和温度Twと制御用温度取得装置20が取得した温度Txが入力されて、温度調節装置14により気体用クーラー11に供給される冷媒W1の温度Txを調節させて、気体用クーラー11で吸気A2の温度Tyを飽和温度Twよりも高い温度にする制御を行う機能要素である。具体的に、第一制御部30は、流量調節装置18にラジエータ流路16及びバイパス流路17のそれぞれを流れる冷媒W1の流量を調節させて、気体用クーラー11に供給される冷媒W1の温度Txを飽和温度Twよりも高い温度にすることで、吸気A2の温度Tyを飽和温度Twよりも高い温度にする制御を行う機能要素である。第一制御部30は、高い温度にする制御として、目標値である飽和温度Twに対する制御量である温度Txの偏差ΔT(温度Txから飽和温度Twを減算した値)を算出する制御と、算出した偏差ΔTをゼロ以下にならないようにゼロに近づけるフィードバック制御とを行う機能要素である。このフィードバック制御は、偏差ΔTを正の値にすることが制御の条件となり、偏差ΔTがゼロ以下の値にならないように、不感帯(ヒステリシス)が設定されることが好ましい。例えば、飽和温度Twから所定温度分高い温度までの範囲を不感帯として設定することで、温度Txが不感帯の範囲に収まる場合は、フィードバック制御が行われずに制御量である温度Txが維持される。これにより、偏差ΔTをゼロ以下にならないようにゼロに近づけることが可能になる。
The
第二制御部31は、個別の機能要素としてタイマー32を有し、第一制御部30が算出した偏差ΔTが入力されて、偏差ΔTがゼロ以下になった時間txが所定の判定時間ta以上経過した場合に、気体用クーラー11を通過する吸気A3の水蒸気圧Pwを低減する制御を行う機能要素である。第二制御部31は、水蒸気圧Pwを低減する制御として、低圧排気再循環システム6Aの流量調節弁6Cを閉じて低圧排気再循環システム6Aによる再循環ガスG2の割合Reを低減し、高圧排気再循環システム6Bの流量調節弁6Dを開いて高圧排気再循環システム6Bによる再循環ガスG3の割合を増加する制御を行う機能要素である。
The
タイマー32は、偏差ΔTがゼロ以下になった時間txをカウントする機能要素であり、偏差ΔTがゼロ以下になった経過時間を単位時間ごとにカウントするものや、偏差ΔTがゼロ以下になった周期数をカウントするものが例示される。
The
判定時間taは、気体用クーラー11の内部の凝縮水の発生を回避可能な時間に設定される。また、判定時間taは、ゼロに対する偏差ΔTのズレ量に応じて設定されてもよく、ゼロに対する偏差ΔTのズレ量が大きい場合に判定時間taを短くしてもよい。 The determination time ta is set to a time that can avoid the generation of condensed water inside the gas cooler 11. The determination time ta may be set according to the deviation amount of the deviation ΔT with respect to zero, and the determination time ta may be shortened when the deviation amount of the deviation ΔT with respect to zero is large.
図2、図3に例示するように、気体用冷却システム10の制御方法は、所定の周期ごとに繰り返し行われる方法である。なお、フロー図における一周期の経過は「リターン」で示している。
As illustrated in FIG. 2 and FIG. 3, the control method of the
パラメータ取得装置として湿度センサ21、流量センサ22、燃料噴射量取得装置23、排気用濃度センサ24、吸気用濃度センサ25、圧力センサ26、及び、気体用温度センサ27のそれぞれが吸気A2に含まれる水の飽和温度Txの推定に関するパラメータを取得する(S110)。
Each of the
次いで、第一物質量推定部29aが、湿度Xa及び新気流量Qaに基づいて、新気A1に含まれる水の物質量n1を推定する(S120)。次いで、第二物質量推定部29bが、新気流量Qa、燃料噴射量Qe、排気用濃度ρg、吸気用濃度ρa、及び、空気の二酸化炭素の濃度ρoに基づいて、再循環ガスG2に含まれる水の物質量n2を推定する(S130)。次いで、水蒸気圧推定部29cが、新気流量Qa、再循環流量Qg、温度Ta、標準圧力P0、物質量n1、物質量n2、及び、圧力Paに基づいて気体用クーラー11を通過する吸気A2の水蒸気圧Pwを推定する(S140)。次いで、飽和温度推定部29dが、水蒸気圧Pw及び飽和水蒸気圧線Lwに基づいて、気体用クーラー11を通過する吸気A2における水の飽和温度Twを推定する(S150)。
Next, the first substance
次いで、制御用温度取得装置20が気体用クーラー11に供給される冷媒W1の温度Txを取得する(S160)。次いで、第一制御部30が推定部29により推定された飽和温度Twから温度Txを減算して偏差ΔTを算出する(S170)。次いで、第一制御部30が偏差ΔTに基づいて、温度調節装置14により近づける制御を行って(S180)、スタートへリターンする。
Next, the control
図4に例示するように、冷媒W1の温度Txとラジエータ流路16を流れる冷媒W1の流量との相関関係は負の相関となる。したがって、冷媒W1の温度Txを低くするにはラジエータ流路16を流れる冷媒W1の流路を大きくし、冷媒W1の温度Txを高くするにはラジエータ流路16を流れる冷媒W1の流路を小さくすればよい。
As illustrated in FIG. 4, the correlation between the temperature Tx of the coolant W1 and the flow rate of the coolant W1 flowing through the
図5は、気体用冷却システム10における温度と水蒸気圧との関係を例示しており、図中では、実線の矢印が制御対象の気体の温度及び気体の水蒸気圧の関係を示し、一点鎖線が飽和水蒸気圧線L1を示している。なお、斜線の領域は不感帯を示す。
FIG. 5 exemplifies the relationship between the temperature and the water vapor pressure in the
外部から吸気通路4に導入された新気A1と低圧排気再循環システム6Aによりタービン9Aよりも下流側の排気通路5から吸気通路4に再循環された再循環ガスG2とが混合し、コンプレッサ9Bに過給される前の吸気A2となる。吸気A2の温度Taは、新気A1に再循環ガスG2が混合されることで上昇する。また、吸気A2に含まれる水の物質量(n1+n2)は、新気A1に比して増加し、水蒸気圧が高い状態になる。
The fresh air A1 introduced from the outside into the
次いで、吸気A2がタービン9Aにより過給されると吸気A3となる。吸気A3の温度Tyは、吸気A2が圧縮されることにより吸気A2に比して高くなり、圧力Paも増加する。この圧力Paの増加に伴って、吸気A3の水蒸気圧Pwはより高い状態になる。
Next, when the intake air A2 is supercharged by the
次いで、過給された吸気A3が気体用クーラー11で冷却されて吸気A4となる。このとき、気体用クーラー11に供給される冷媒W1の温度Txは、飽和温度Twよりも高い温度であり、吸気A4の温度は、過給された吸気A3よりも低くなるが、飽和温度Twを下回らない。結果、気体用クーラー11の内部で凝縮水が生じない状態で、吸気A3が冷却されることになる。 Next, the supercharged intake air A3 is cooled by the gas cooler 11 to become intake air A4. At this time, the temperature Tx of the refrigerant W1 supplied to the gas cooler 11 is higher than the saturation temperature Tw, and the temperature of the intake air A4 is lower than that of the supercharged intake air A3. Not below As a result, the intake air A3 is cooled in a state in which condensed water is not generated inside the gas cooler 11.
上記のステップS170において、偏差ΔTが算出されると図3の制御フローが開始される。第二制御部31が、算出された偏差ΔTがゼロ以下になるか否かを判定する(S210)。なお、第一制御部30による近づける制御で不感帯が設定される場合に、このステップでは、その不感帯を考慮するとよい。
When the deviation ΔT is calculated in step S170, the control flow of FIG. 3 is started. The
偏差ΔTがゼロよりも大きいと判定すると(S210:NO)、タイマー32がカウントした時間txをリセットして(S220)、ステップS210へリターンする。このリターンも一周期が経過する。
When it is determined that the deviation ΔT is larger than zero (S210: NO), the time tx counted by the
偏差ΔTがゼロ以下と判定すると(S210:YES)、タイマー32が時間txをカウントする(S230)。次いで、第二制御部31が、カウントした時間txが所定の判定時間ta以上経過したか否かを判定する(S240)。時間txが判定時間taに達するまで経過していないと判定すると(S230:NO)、ステップS210へリターンする。
When it is determined that the deviation ΔT is less than or equal to zero (S210: YES), the
時間txが判定時間taに達したと判定すると(S230:YES)、第二制御部31が、気体用クーラー11を通過する吸気A3の水蒸気圧Pwを低減する制御として、流量調節弁6Cを閉じて再循環ガスG2の割合Reを低減し、流量調節弁6Dを開いて再循環ガスG3の割合を増加する制御を行って(S240)、終了する。
When it is determined that the time tx has reached the determination time ta (S230: YES), the
以上のように、気体用冷却システム10は、温度調節装置14により気体用クーラー11に供給される冷媒W1の温度Txを気体用クーラー11で冷却される吸気A3に含まれる水の飽和温度Tw以下にしないように調節することで、冷却の際に気体用クーラー11の内部に凝縮水が発生することを回避することができる。
As described above, in the
つまり、気体用冷却システム10によれば、外気の湿度や気温の変化、車速風による冷媒用ラジエータ12における冷却能力の変化が生じた場合でも、冷媒W1の温度Txを飽和温度Tw以下にしないように調節することで、それらの変化により生じる凝縮水の発生に対応することができる。
That is, according to the
このように、気体用冷却システム10によれば、吸気A3に再循環ガスG2が混合されていて水蒸気圧Pwが高い状態であっても、冷却の際に凝縮水の発生が回避されることで、低圧排気再循環システム6Aにより再循環ガスG2を再循環可能な運転領域を拡大するには有利になる。これにより、高圧排気再循環システム6Bにより再循環ガスG2を再循環させる頻度を減らして、低圧排気再循環システム6Aにより再循環ガスG2を再循環させる頻度を増やすことで、ターボチャージャー9を高効率に駆動することができる。これに伴って、再循環ガスG2の再循環による排気性能を維持しつつ、ターボチャージャー9による高過給を実現可能とし、燃費を向上することができる。なお、本開示で、排気性能とは、外部に排出される排気G1に含まれる有害成分を低減する性能を示す。
As described above, according to the
気体用冷却システム10によれば、気体用クーラー11の内部での凝縮水の発生が回避されることで、低圧排気再循環システム6Aにより再循環ガスG2を再循環可能な運転領域を拡大することができる。つまり、エンジン1の冷間始動時や低外気温時の冷媒W1の温度Txが低い状態でも低圧排気再循環システム6Aにより再循環ガスG2を再循環するには有利になる。
According to the
また、気体用冷却システム10によれば、制御用温度である冷媒W1の温度Txが飽和温度Tw以下の状態が所定時間継続する場合に、吸気A3における再循環ガスG2の割合Reを低減して、飽和温度Twを下げる制御を行う。それ故、温度調節装置14による冷媒W1の温度Txの調節のみでは、気体用クーラー11の内部に凝縮水が発生する状況であっても、冷却の際に凝縮水の発生を回避することができる。
Further, according to the
加えて、気体用冷却システム10において、気体用クーラー11で冷却された吸気A4の温度Tyは気体用クーラー11に供給される冷媒W1の温度Tx以上にはなることがない。そこで、この実施形態のように、制御用温度として気体用クーラー11に供給される冷媒W1の温度Txを用いることで、気体用クーラー11で冷却された吸気A4の温度Tyを飽和温度Twよりも高い温度にするには有利になり、凝縮水の発生を回避する上で安全側寄りの制御が可能となる。
In addition, in the
図6に例示するように、第二実施形態の気体用冷却システム10は、第一実施形態に対して、制御用温度取得装置33を備え、制御用温度として気体用クーラー11で冷却された吸気A4の温度Tyを用いる点が異なる。
As illustrated in FIG. 6, the
制御用温度取得装置33は、制御用温度として気体用クーラー11で冷却された吸気A4の温度Tyを取得するセンサである。制御用温度取得装置33は、気体用クーラー11で冷却された直後の吸気A4の温度Tyを取得可能であればよく、気体用クーラー11の出口近傍に配置されることが好ましい。
The control
第一制御部30は、推定部29が推定した飽和温度Twと制御用温度取得装置33が取得した温度Tyが入力されて、温度調節装置14により気体用クーラー11に供給される冷媒W1の温度Txを調節させて、気体用クーラー11で吸気A2の温度Tyを飽和温度Twよりも高い温度にする制御を行う機能要素である。第一制御部30は、高い温度にする制御として、目標値である飽和温度Twに対する制御量である温度Tyの偏差ΔT(温度Tyから飽和温度Twを減算した値)を算出する制御と、算出した偏差ΔTをゼロ以下にならないようにゼロに近づけるフィードバック制御とを行う機能要素である。このフィードバック制御は、第一実施形態と同様に偏差ΔTを正の値にすることが制御の条件となり、偏差ΔTがゼロ以下の値にならないように、不感帯(ヒステリシス)が設定されることが好ましい。なお、吸気A4の温度Tyとラジエータ流路16を流れる冷媒W1の流量との相関関係も負の相関となる。したがって、吸気A4の温度Tyを低くするにはラジエータ流路16を流れる冷媒W1の流路を大きくし、温度Tyを高くするにはラジエータ流路16を流れる冷媒W1の流路を小さくすればよい。
The
気体用冷却システム10において、気体用クーラー11で冷却された吸気A4は、その温度Tyが低いほど密度が高くなり、吸気A4に含まれる酸素分子数が多くなる。そこで、この実施形態のように、制御用温度として気体用クーラー11で冷却された吸気A4の温度Tyを用いることで、気体用クーラー11で冷却された吸気A4の温度Tyを飽和温度Twに近づけて、凝縮水の発生が回避可能な温度まで冷却するには有利になる。これにより、吸気A4の圧縮率を高めてエンジン1の出力を増加して、燃費を向上することができる。
In the
気体用冷却システム10は、冷却対象となる気体がエンジン1から排出されて排気通路5から吸気通路4に再循環される再循環ガスG2、G3であってもよい。
The
気体用冷却システム10は、エンジン用冷却システム3と別体のシステムとすることが好ましい。別体のシステムとすることで、冷媒W1へのエンジン用冷却水W2の影響を回避でき、冷媒W1の温度Txをエンジン用冷却水W2よりも低い温度帯で運用するには有利になる。なお、気体用冷却システム10をエンジン用冷却システム3に組み込むこともできる。
The
パラメータ取得装置は、気体用クーラー11を通過する吸気A3に含まれる水(水蒸気)の飽和温度Twの推定に関するパラメータを取得可能であればよく、上記の構成に限定されない。例えば、排気用濃度センサ24及び吸気用濃度センサ25の代わりに低圧排気再循環システム6Aの流量調節弁6Cの開度を取得する装置を用いて、その開度から吸気A2の中に占める再循環ガスG2の割合Reを推定してもよい。
The parameter acquisition device is not limited to the above configuration as long as it can acquire the parameter related to the estimation of the saturation temperature Tw of the water (water vapor) contained in the intake air A3 passing through the gas cooler 11. For example, instead of the
また、パラメータ取得装置は、推定部29における気体用クーラー11を通過する吸気A3に含まれる水(水蒸気)の飽和温度Twの推定方法に応じるとよい。推定方法としては、例えば、実験や試験によりパラメータと飽和温度Twとの関係が設定されたマップを作成し、そのマップに基づいて飽和温度Twを推定する方法や、エンジン1の運転状態や外気の環境変化などを含む物理モデルを用いて飽和温度Twを推定する方法が例示される。
Further, the parameter acquisition device may comply with the estimation method of the saturation temperature Tw of the water (water vapor) included in the intake air A3 passing through the gas cooler 11 in the
気体用冷却システム10は、制御用温度である冷媒W1の温度Tx又は吸気A4の温度Tyと飽和温度Twとの偏差ΔTが所定の閾値以上の状態が一定時間継続する場合に、気体用クーラー11を通過する吸気A3の水蒸気圧Pwを増加する制御を行うように構成してもよい。この増加する制御は、流量調節弁6Cを開いて再循環ガスG2の割合Reを増加し、流量調節弁6Dを閉じて再循環ガスG3の割合を低減する制御である。
The
1 エンジン
10 気体用冷却システム
11 気体用クーラー
12 冷媒用ラジエータ
13 冷媒用ポンプ
14 温度調節装置
20 制御用温度取得装置
21〜27 パラメータ取得装置
28 制御装置
A3 吸気
W1 冷媒
Tx 温度
Tw 飽和温度
1
Claims (5)
前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度を調節する温度調節装置と、前記気体用クーラーで冷却された前記気体の温度又は前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度のうちのどちらか一方を制御用温度として取得する制御用温度取得装置と、前記気体用クーラーを通過する前記気体に含まれる水の飽和温度の推定に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、前記温度調節装置、前記制御用温度取得装置、及び、前記パラメータ取得装置に接続される制御装置と、を備え、
前記パラメータ取得装置が取得したパラメータに応じて推定された前記飽和温度及び前記制御用温度取得装置が取得した前記制御用温度に基づいて、前記制御装置により、前記温度調節装置に前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度を調節させて、前記制御用温度を前記飽和温度よりも高い温度にして前記気体を冷却する制御を行う構成にしたことを特徴とする気体用冷却システム。 In a gas cooling system including a gas cooler that cools gas in an engine, a refrigerant radiator through which a refrigerant of the gas cooler passes, and a refrigerant pump that circulates the refrigerant,
A temperature control device that controls the temperature of the refrigerant supplied to the gas cooler, and either the temperature of the gas cooled by the gas cooler or the temperature of the refrigerant supplied to the gas cooler. A control temperature acquisition device that acquires one as a control temperature, a parameter acquisition device that acquires a parameter related to estimation of the saturation temperature of water contained in the gas passing through the gas cooler, the temperature adjustment device, and the control For temperature acquisition device, and a control device connected to the parameter acquisition device,
Based on the saturation temperature and the control temperature acquired by the control temperature acquisition device estimated according to the parameter acquired by the parameter acquisition device, by the control device, the temperature adjuster to the gas cooler A cooling system for gas, characterized in that the temperature of the supplied refrigerant is adjusted to bring the control temperature to a temperature higher than the saturation temperature to perform control for cooling the gas.
前記パラメータ取得装置は、前記パラメータとして、前記新気に含まれる水の物質量と、前記再循環ガスに含まれる水の物質量と、前記気体の全物質量と、前記気体用クーラーを通過時における前記吸気の圧力とを取得する装置である請求項1又は2に記載の気体用冷却システム。 The gas is intake air in which fresh air flowing into the intake passage of the engine from the outside and recirculated gas recirculated from the exhaust passage of the engine to the intake passage upstream of the gas cooler are mixed,
The parameter acquisition device, as the parameter, the substance amount of water contained in the fresh air, the substance amount of water contained in the recirculation gas, the total substance amount of the gas, and when passing through the gas cooler. The gas cooling system according to claim 1 or 2, which is a device for acquiring the pressure of the intake air in.
前記気体用クーラーで冷却された前記気体の温度又は前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度のうちのどちらか一方からなる制御用温度と、前記気体用クーラーを通過する前記気体に含まれる水の飽和温度の推定に関するパラメータとを取得し、
取得したそのパラメータに基づいて前記飽和温度を推定し、
取得した前記制御用温度と推定した前記飽和温度とに基づいて、温度調節装置により、前記気体用クーラーに供給する前記冷媒の温度を調節して、前記制御用温度を前記飽和温度よりも高い温度にして前記気体を冷却することを特徴とする気体用冷却システムの制御方法。 In the control method of the gas cooling system, which circulates the refrigerant by the refrigerant pump, cools the gas in the engine by the gas cooler supplied with the refrigerant cooled by the refrigerant radiator,
Included in the control temperature, which is either the temperature of the gas cooled by the gas cooler or the temperature of the refrigerant supplied to the gas cooler, and the gas passing through the gas cooler. Obtain the parameters related to the estimation of water saturation temperature,
Estimating the saturation temperature based on the obtained parameters,
Based on the acquired control temperature and the estimated saturation temperature, the temperature adjusting device adjusts the temperature of the refrigerant to be supplied to the gas cooler so that the control temperature is higher than the saturation temperature. A method for controlling a gas cooling system, comprising: cooling the gas.
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