JP5084233B2 - 内燃機関の廃熱利用装置 - Google Patents
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Description
この技術によると、冷凍サイクル回路はコンプレッサと蒸発器とを含んで構成されており、このコンプレッサは、内燃機関を駆動源とする圧縮機、及び内燃機関をアシストする膨張機として使用されている。また、この蒸発器は、内燃機関の冷却水回路に組み込まれた高温蒸発器と選択的に切換えられるように構成され、この高温蒸発器を蒸発器に換えて冷凍サイクル回路に接続することでランキンサイクル回路が形成される。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、内燃機関の作動状況に拘らず、内燃機関の冷却水回路とランキンサイクル回路との両方を適正に機能させることができる内燃機関の廃熱利用装置を提供することを目的とする。
また、請求項3記載の発明では、流量配分制御手段は、蒸発器の前後の差圧を検出する差圧センサと、該差圧センサで検出された差圧に応じて蒸発器へ流入する冷却水の流量を制限すべく駆動される操作端とを含むことを特徴としている。
更に、請求項4記載の発明では、操作端は、差圧センサから検出された差圧に応じて該操作端の作動位置が連続的に可変駆動されるリニア三方弁であることを特徴としている。
先ず、第1実施形態について説明する。
図1は本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置2の構成を示す模式図であって、この廃熱利用装置2は、ランキンサイクル回路4と、例えば車両のエンジン(内燃機関)6を冷却する冷却水が循環する冷却水回路8とを含んで構成されている。
蒸発器10は、ポンプ20から送出される作動流体と冷却水回路8を流通する高温の冷却水との間で熱交換することにより作動流体を加熱する熱交換器である。蒸発器10内には、いずれも図示しないが、冷却水を導く冷却水経路と、作動流体を導く作動流体経路とを備え、冷却水経路と作動流体経路と間には冷却水経路と作動流体経路とを区画する境界壁が設けられている。
膨張機14は、蒸発器10、及び排ガス熱交換器12で加熱され過熱蒸気の状態となる作動流体の膨張によって回転等に係る駆動力を発生させる流体機器である。また、膨張機14には例えば発電機24が接続され、発電機24を介して膨張機14で発生した駆動力を廃熱利用装置2の外部で使用可能である。
ラジエータ26は、蒸発器10と直列に配列され、ポンプ30の作動によって循環される冷却水を外気との熱交換により冷却する。
ところで、エンジン6と蒸発器10との間にはリニア三方弁(操作端、三方弁)34が設置されている。この三方弁34は、1つの入口ポートと2つの出口ポートとを有する弁であって、三方弁34の駆動部に入力される入力信号に比例して1つの弁体を連続的に可変駆動することにより、入口ポートに流入する冷却水を各出口ポートに配分して流出させるとともに、これら各配分流量を微調整可能な電動弁である。
これより、流路8bを流れる冷却水は、三方弁34によってバイパス路36と流路8cとに配分される。流路8bを流れる冷却水流量を全流量Ft、バイパス路36を流れる冷却水流量をバイパス路配分流量Fb、流路8cを流れる冷却水流量を蒸発器配分流量Feとすると、全流量Ft=バイパス路配分流量Fb+蒸発器配分流量Feの関係式が略成立し、三方弁34は冷却水回路8の全体からみて大きな圧力損失要素とはならない構造となっている。
他のセンサとしては、バイパス路32における冷却水温度Tを検出する温度センサ40が設けられる他、エンジン6に流入する冷却水の温度を直接検出する温度センサ42やエンジン6の回転数を検出する回転数センサ44がエンジン6に装着されている。
先ず、S0(以下、Sはステップを表す)で温度バルブ開度制御が開始されると、S1に移行する。
S1では、温度センサ40で検出された冷却水温度Tが所定の温度設定値TL以下であるか否かを判別する。判別結果が真(Yes)で冷却水温度Tが所定の温度設定値TL以下と判定された場合にはS2に移行し、判別結果が偽(No)で冷却水温度Tが温度設定値TLより大きいと判定された場合にはS3に移行する。
S4では、三方弁34を強制的にバイパス路36側に全開させると同時に流路8c側で全閉とする。
一方、S1においてS3に移行した場合には、停止している差圧バルブ開度制御を起動させ、既に起動している差圧バルブ開度制御はそのまま起動させたままとする。
以下、図3に示されるフローチャートを参照して上記S3において起動される差圧バルブ開度制御について説明する。
S10では、差圧センサ38で検出された差圧ΔPが所定の差圧設定値ΔPH以下であるか否かを判別する。判別結果が真(Yes)で差圧ΔPが所定の差圧設定値ΔPH以下と判定された場合にはS20に移行し、判別結果が偽(No)で差圧ΔPが所定の差圧設定値ΔPHより大きいと判定された場合にはS30に移行する。
一方、S10においてS30に移行した場合には、三方弁34をバイパス路36側に微開させると同時に流路8c側で微閉させる。
このようにして、S00において差圧バルブ開度制御に係るサブ制御ルーチンが開始されると、S10及びS20、またはS10及びS30の一連の制御ルーチンが繰り返し実行される。
また、操作端をリニア三方弁34とすることにより、冷却水の全流量Ftの変動領域すべてに亘って差圧センサ38の検知量に応じてリニア三方弁34の操作量の連続的な制御が可能となり、これにより、差圧バルブ開度制御の精度が向上し、ひいては冷却水回路及びランキンサイクル回路をより適正に機能させることができる。
図4に示すように、当第2実施形態の廃熱利用装置48は、三方弁34に代わる操作端としてリニア電動ポンプ50を使用し、バイパス路36に逆止弁52を新たに設置したものであり、これらを除いて上記第1実施形態と同一の構成をなしている。
このように、当第2実施形態では、流路8c上にリニア電動ポンプ(操作端、ポンプ)50が配置され、このポンプ50は、差圧センサ38で検出される差圧ΔPに比例した回転数で連続的に可変駆動される。すなわち、本実施形態では、差圧センサ38で検出された差圧ΔPが差圧設定値ΔPH以下と判定された場合にはポンプ50の回転数を増大させ、差圧ΔPが差圧設定値ΔPHより大きいと判定された場合にはポンプ50の回転数を減少させる、いわば差圧回転数制御を実施している。
このように、上記第1実施形態と同様、第2実施形態に係る廃熱利用装置48においても、エンジン6の作動状況の変化に拘らず、蒸発器配分流量Feを略一定或いはそれ以下に制限するとともに、ランキンサイクル回路4の過大な熱利用による冷却水の過冷却が防止され、冷却水回路8及びランキンサイクル回路4の両方を適正に且つ確実に機能させることができる。
図5に示すように、当第3実施形態の廃熱利用装置54は、上記第1実施形態と比較して、差圧センサ38に代わる検出端として流量センサ56を使用するものであり、これらを除いて上記第1実施形態と同一の構成をなしている。
このように、当第3実施形態では、流路8c上に流量センサ56が配置され、三方弁34は、流量センサ56で検出される流量Fに比例した開度で駆動される。すなわち、本実施形態では、流量センサ56で検出された流量Fが流量設定値FH以下と判定された場合には三方弁34を流路8c側に微開させると同時にバイパス路36側で微閉させ、流量Fが流量設定値FHより大きいと判定された場合には三方弁34をバイパス路36側に微開させると同時に流路8c側で微閉させる、いわば流量バルブ制御を実施している。
このように、上記各実施形態と同様、第3実施形態に係る廃熱利用装置54においても、エンジン6の作動状況の変化に拘らず、蒸発器配分流量Feを略一定或いはそれ以下に制限するとともに、ランキンサイクル回路4の過大な熱利用による冷却水の過冷却が防止され、冷却水回路8及びランキンサイクル回路4の両方を適正に且つ確実に機能させることができる。
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
また、上記各実施形態では、検出端として差圧センサ38や流量センサ56を設置しているが、蒸発器10を通水する蒸発器配分流量Feが略一定或いはそれ以下に制限されれば良く、これら各センサ38,56を使用しなくともエンジン6に装着される回転数センサ44の信号から全流量FtをECU46で演算し、この演算結果に基づいて三方弁34を制御するようにしても上記各実施形態と同様の効果が得られる。
4 ランキンサイクル回路
6 エンジン(内燃機関)
8 冷却水回路
10 蒸発器
14 膨張機
16 凝縮器
26 ラジエータ
34 リニア三方弁(操作端、三方弁)
36 バイパス路
38 差圧センサ
40 温度センサ
50 リニア電動ポンプ(操作端、ポンプ)
52 逆止弁
Claims (5)
- 内燃機関を経由した冷却水と熱交換して作動流体を加熱する蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器を含み、該凝縮器を経由した作動流体が前記蒸発器を経由して循環するランキンサイクル回路と、
前記冷却水が、前記内燃機関、前記蒸発器、前記冷却水を冷却するラジエータ、サーモスタットを順次流れて循環するとともに、前記蒸発器と前記ラジエータとの間から分岐しラジエータをバイパスして前記サーモスタットに接続される第1のバイパス路を有する冷却水回路と
を備え、
前記冷却水回路は、前記内燃機関と前記蒸発器との間から分岐し前記蒸発器をバイパスして前記蒸発器と前記ラジエータとの間に接続される第2のバイパス路と、前記内燃機関から流入する前記冷却水を該第2のバイパス路と前記蒸発器とに配分して流入させることにより、前記冷却水回路における前記冷却水の循環を維持しながら前記蒸発器へ流入する冷却水の流量を制限する流量配分制御手段とを有することを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置。 - 前記流量配分制御手段は、前記蒸発器を流れる冷却水の流量に応じて前記蒸発器へ流入する冷却水の流量を制限することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
- 前記流量配分制御手段は、前記蒸発器の前後の差圧を検出する差圧センサと、該差圧センサで検出された差圧に応じて前記蒸発器へ流入する冷却水の流量を制限すべく駆動される操作端とを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
- 前記操作端は、前記差圧センサから検出された差圧に応じて該操作端の作動位置が連続的に可変駆動されるリニア三方弁であることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
- 前記操作端は、前記差圧センサから検出された差圧に応じて連続的に可変駆動されるポンプであって、
前記第2のバイパス路には逆止弁が設けられることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
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