(57)【要約】【課題】気化潜熱を利用する沸騰冷却エンジンにおいて、エンジンの冷却が成立しているか否かを判断することを課題とする。【解決手段】エンジン１００の冷却装置１は、エンジン１００の内部に形成されて、内部を通過する冷媒がエンジン１００の廃熱により気化するウォータジャケット２と、このウォータジャケット２内から排出された冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、液相冷媒を冷媒通路へ戻す気液分離器３と、気液分離器３により分離された気相冷媒の流量情報を取得する第２流量計１５と、ＥＣＵ１６とを備え、ＥＣＵ１６は、ウォータジャケット２内を通過する冷媒の諸元に基づいて算出した気相冷媒の流量の予測値と、第２流量計１５により取得された気相冷媒の流量の実測値とを比較し、エンジンの冷却不足を判定する。【選択図】図１
2010223116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの内部に形成され、エンジンの廃熱により気化する冷媒が内部を通過する冷媒通路と、
当該冷媒通路内から排出された冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する気液分離器と、
当該気液分離器により分離された気相冷媒の流量の実測値を取得する気相冷媒量取得手段と、
前記冷媒通路内を通過する冷媒の諸元に基づいて気相冷媒の流量の予測値を算出し、当該予測値と前記実測値とを比較し、エンジンの冷却状態を判定する制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
前記冷媒通路内へ供給される冷媒の流量を取得する供給冷媒量取得手段と、
前記冷媒通路内へ供給される冷媒の温度を取得する供給冷媒温度取得手段と、
前記冷媒通路内から排出された冷媒の温度を取得する排出冷媒温度取得手段と、
前記冷媒通路内から排出された気相冷媒の圧力を取得する気相冷媒圧力取得手段と、
を備え、
前記諸元は、
前記供給冷媒量取得手段により取得される冷媒量Ｇｉｎと、
前記供給冷媒温度取得手段により取得される温度Ｔ＿ｉｎと、
前記排出冷媒温度取得手段により取得される温度Ｔ＿ｏｕｔと、
前記気相冷媒圧力取得手段により取得される圧力Ｐ＿ｓと、
を含むことを特徴としたエンジンの冷却装置。
【請求項３】
請求項２記載のエンジンの冷却装置において、
前記諸元は、前記冷媒通路と前記気液分離器とを接続する配管における放熱量Ｑ＿ｌｏｓｓを含むことを特徴としたエンジンの冷却装置。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のエンジンの冷却装置において、
前記気液分離器で分離した気相冷媒から、廃熱のエネルギーを回収する動力回収手段を備えたランキンサイクルシステムが組みこまれたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項５】
請求項１乃至４記載のエンジンの冷却装置において、
液相冷媒を貯留するタンクと、
当該タンク内の液相冷媒を前記冷媒通路へ供給する供給手段と、
を備え、
前記制御手段は、エンジンが冷却不足であると判断する場合、前記実測値と前記予測値との差分に基づいて、前記タンク内の液相冷媒を前記冷媒通路へ供給させることを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項６】
請求項１乃至４記載のエンジンの冷却装置において、
前記制御手段は、エンジンが冷却不足であると判断する場合、エンジンの停止、またはエンジンの出力制限を行うことを特徴としたエンジンの冷却装置。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のエンジンの冷却装置において、
冷媒の漏洩を検出する冷媒漏洩検出手段を備え、
前記制御手段は、前記冷媒漏洩検出手段による検出結果に基づいて、エンジンの冷却不足を判定することを特徴としたエンジンの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン冷却に用いる冷媒が沸騰することによりエンジンから熱を奪いエンジンを冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液相状態の冷媒は気化する際に潜熱として熱エネルギーを吸収する。この冷媒の気化潜熱として吸収される熱量は、従来から利用されている気化潜熱を利用しない冷却方式（以下、「水冷却方式」と称する。）において吸収される熱量と比較してかなり大きい。このため、気化潜熱を利用する冷却方式は、水冷却方式と比較して、同量の冷媒でより多くの熱量を回収することができる。すなわち、気化潜熱を利用する冷却方式は、水冷却方式の場合と比較して、同一の熱量を冷却するのに必要な冷媒の量を減らすことができる。このような気化潜熱を利用する沸騰冷却システムが、エンジンの冷却に採用されている。例えば、エンジンの沸騰冷却装置が特許文献１に開示されている。
【０００３】
沸騰冷却を採用したエンジンのウォータジャケット内において、冷媒が沸騰している状態では、液相の冷媒と気相の冷媒とが渾然としており、厳密な液面レベルが判別できない。このため、静的な液面を検出する機器では、ウォータジャケット内の冷媒量を適切に把握できないことから、液面レベルを維持することが困難である。特許文献１のエンジンの沸騰冷却装置は、ウォータジャケットの所定レベルにボイド率（液相中に占める蒸気泡の体積割合）の検出装置を配設し、この検出値が所定値となるように冷媒供給量を制御する。これにより、特許文献１のエンジンの沸騰冷却装置は、ウォータジャケット内の冷媒量を一定に保つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−８３４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、水冷却方式では、冷媒の供給量と冷媒の冷却前後の温度差とから、冷却した熱量を算出することが可能である。したがって、エンジンが必要とする冷却熱量分の冷却が可能な冷媒をウォータジャケット内に供給し、エンジンの冷却を成立することができる。
【０００６】
一方、気化潜熱を利用した沸騰冷却方式では、気化により吸熱された熱量は、潜熱として吸収され、冷媒の温度変化として現れないため、冷却前後の温度差として検出することができない。したがって、沸騰冷却エンジンでは、冷媒の供給量と冷媒の冷却前後の温度情報とから、冷媒が冷却した熱量を算出することができない。このため、冷媒が吸収した熱量と、エンジンにおいて冷却が必要とされる熱量とが一致しているか否か判断することができない。このように、エンジンの冷却熱量が、冷媒により吸収されているか否か判断できない場合、エンジンの冷却が不十分となることが考えられ、エンジンがオーバーヒートする場合も考えられる。
【０００７】
そこで、本発明は、気化潜熱を利用する沸騰冷却エンジンにおいて、エンジンの冷却が成立しているか否かを判断することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決する本発明のエンジンの冷却装置は、エンジンの内部に形成され、エンジンの廃熱により気化する冷媒が内部を通過する冷媒通路と、当該冷媒通路内から排出される冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する気液分離器と、当該気液分離器により分離された気相冷媒の流量の実測値を取得する気相冷媒量取得手段と、前記冷媒通路内を通過する冷媒の諸元に基づいて気相冷媒の流量の予測値を算出し、当該予測値と前記実測値とを比較し、エンジンの冷却状態を判定する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成とすることにより、気化潜熱を利用する沸騰冷却エンジンにおいて、エンジンの冷却が成立しているか否かを判断することができる。ここでは、温度上昇により破損等が回避でき、エンジンの動作が維持できるほどに冷却がされている場合、エンジンの冷却が成立しているとする。また、冷媒の諸元は、冷却通路に流入する冷媒の状態を表す情報と、冷却通路から排出された冷媒の状態を表す情報とを含むことができる。
【００１０】
このようなエンジンの冷却装置において、前記冷媒通路内へ供給される冷媒の流量を取得する供給冷媒量取得手段と、前記冷媒通路内へ供給される冷媒の温度を取得する供給冷媒温度取得手段と、前記冷媒通路内から排出された冷媒の温度を取得する排出冷媒温度取得手段と、前記冷媒通路内から排出された気相冷媒の圧力を取得する気相冷媒圧力取得手段と、を備え、前記諸元は、前記供給冷媒量取得手段により取得される冷媒量Ｇｉｎと、前記供給冷媒温度取得手段により取得される温度Ｔ＿ｉｎと、前記排出冷媒温度取得手段により取得される温度Ｔ＿ｏｕｔと、前記気相冷媒圧力取得手段により取得される圧力Ｐ＿ｓと、を含むことができる。
【００１１】
これらの取得手段より取得された冷媒の各情報から、気相冷媒の発生量を予測することができる。ここで算出された予測値と実測値を比較し、エンジンの冷却が成立しているか否かを判断することができる。
【００１２】
また、このようなエンジンの冷却装置において、前記諸元は、前記冷媒通路と前記気液分離器を接続する配管における放熱量Ｑ＿ｌｏｓｓを含むとすることができる。
【００１３】
冷媒が通路と気液分離器との間を接続する配管を通る際に、冷媒がエンジンから回収した熱が、配管を介して大気へ放出される。本発明において、エンジンの冷却装置は、排出された冷媒の諸元を気液分離器で計測する場合、配管における放熱量を考慮して、気相冷媒の発生量の予測値を算出することができる。
【００１４】
上記のエンジンの冷却装置において、前記気液分離器で分離した気相冷媒から、廃熱のエネルギーを回収する動力回収手段を備えたランキンサイクルシステムが組みこまれた構成とすることができる。
【００１５】
沸騰冷却エンジンの冷却により発生する蒸気は、エンジンの廃熱を回収し、有効な熱エネルギーを有する。本発明のエンジンの冷却装置は、このような蒸気のもつ熱エネルギーをランキンサイクルの動力回収手段により回収することができる。これにより、エネルギーを有効に利用し、燃費を向上することができる。
【００１６】
上記のエンジンの冷却装置において、液相冷媒を貯留するタンクと、当該タンク内の液相冷媒を前記冷媒通路へ供給する供給手段と、を備え、前記制御手段は、エンジンが冷却不足であると判断する場合、前記実測値と前記予測値との差分に基づいて、前記タンク内の液相冷媒を前記冷媒通路へ供給させる構成とすることができる。
【００１７】
気相冷媒（蒸気）の量の実測値が、制御手段により算出された予測値に達していない場合、エンジンは十分に冷却できていない。すなわち、冷媒による熱の回収が不足している。このため、エンジン内へ冷媒の供給を行い、エンジンの冷却を図ることができる。これにより、エンジンの破損を回避し、動作を維持することができる。
【００１８】
また、上記のエンジンの冷却装置において、前記制御手段は、エンジンが冷却不足であると判断する場合、エンジンの停止、またはエンジンの出力制限を行うこととすることができる。
【００１９】
気相冷媒（蒸気）の量の実測値が、制御手段により算出された予測値に達していない場合、エンジンの停止や出力制限を行い、エンジンの過熱を抑えることにより、エンジンの破損を回避することができる。
【００２０】
また、上記のエンジンの冷却装置において、気相冷媒の漏洩を検出する冷媒漏洩検出手段を備え、前記制御手段は、前記冷媒漏洩検出手段による検出結果に基づいて、エンジンの冷却不足を判定する構成とすることができる。
【００２１】
エンジンの冷却装置は、気相冷媒の漏洩を検出した場合、これを考慮して予測値を算出し、エンジンの冷却成立の判定をすることができる。これにより、例えば、漏洩による気相冷媒の測定値の減少を熱回収量の不足と誤認することによるエンジンへの過度の冷媒の供給を避け、エンジンの温度を維持することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、気化潜熱を利用する沸騰冷却エンジンにおいて、エンジンの熱を吸収して気化した気相冷媒の流量を予測し、実測値と比較することにより、エンジンの冷却が成立しているか否かを判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１の冷却装置が組み込まれたエンジンの概略構成を示した説明図である。
【図２】実施例１における冷却不足の判定制御のフローを示している。
【図３】実施例２の冷却装置が組み込まれたエンジンの概略構成を示した説明図である。
【図４】実施例２における冷却不足の判定制御のフローを示している。
【図５】実施例３の冷却装置が組み込まれたエンジンの概略構成を示した説明図である。
【図６】実施例３における冷却不足の判定制御のフローを示している。
【図７】実施例４の冷却装置が組み込まれたエンジンの概略構成を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【実施例１】
【００２５】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例の冷却装置１が組み込まれたエンジン１００の概略構成を示した説明図である。エンジン１００の本体１０１内には、冷却用の冷媒が通過するウォータジャケット２が形成されている。このエンジン１００は、沸騰冷却及び水冷却を行うエンジンである。エンジン１００が沸騰冷却を行う場合、ウォータジャケット２内の液相冷媒が、エンジン本体１０１から熱を吸収して気化する際に、エンジン本体１０１の冷却が行われる。ここでは、ウォータジャケット２は、本発明の冷媒通路として機能する。
【００２６】
また、冷却装置１は気液分離器３、タンク４、第１配管５、第２配管６、第３配管７、第４配管８を備えている。第１配管５、第２配管６のそれぞれは、気液分離器３内とウォータジャケット２内とを連通している。第１配管５は、気液分離器３内からウォータジャケット２内へ液相冷媒を輸送する配管である。第２配管６は、ウォータジャケット２内から気液分離器３内へ液相及び気相の冷媒を輸送する配管である。また、気液分離器３内とタンク４内とは第３配管７により連通されており、タンク４内に蓄えられた液相冷媒が気液分離器３へ供給可能となっている。気液分離器３は内部に流入した冷媒を液相冷媒と、気相冷媒とに分離する。分離された後の液相冷媒は、第１配管５を通じて、ウォータジャケット２へ送られる。一方、分離された気相冷媒は、第４配管８を通じて、復水器９へ送られ、凝縮されて液相冷媒となり、タンク４へ送られ貯留される。
【００２７】
さらに、第１配管５には、電気駆動式のポンプ１０と、第１流量計１１と、第１温度センサ１２とが、配設されている。第１流量計１１はポンプ１０の下流側に配設されており、ポンプ１０を通過し、ウォータジャケット２内へ供給される冷媒の流量情報を取得する。この第１流量計１１は、本発明の供給冷媒量取得手段の一例である。第１温度センサ１２は、第１配管５のエンジン本体１０１の近傍に配設されており、ウォータジャケット２へ供給される冷媒の温度情報を取得する。この第１温度センサ１２は、本発明の供給冷媒温度取得手段の一例である。第１温度センサ１２は、エンジン本体１０１の近傍に配設されているので、ウォータジャケット２内に供給される直前の冷媒の温度情報を取得する。これにより、ウォータジャケット２に供給される冷媒の温度の情報を精度良く取得する。
【００２８】
また、第２配管６には、ウォータジャケット２から排出された冷媒の温度を計測する第２温度センサ１３が配設されている。この第２温度センサ１３は、本発明の排出冷媒温度取得手段の一例である。また、気液分離器３には、気液分離器３内の気相冷媒の圧力情報、すなわち、蒸気圧を計測する圧力センサ１４が配設されている。この圧力センサ１４は、本発明の気相冷媒圧力取得手段の一例である。また、第４配管８の気液分離器３の下流直後に第２流量計１５が配設されている。第２流量計１５は、気液分離器３により分離された気相冷媒の流量情報を取得する。この第２流量計１５は、本発明の気相冷媒量取得手段の一例である。また、エンジン１００は、エンジン１００周囲の雰囲気温度Ｔａｉｒを検出する外気温センサ１７を備えている。
【００２９】
エンジン１００は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１６を備えている。このＥＣＵ１６は、第１流量計１１、第１温度センサ１２、第２温度センサ１３、圧力センサ１４、第２流量計１５、外気温センサ１７のそれぞれと電気的に接続されている。ＥＣＵ１６は、これらのセンサ類から得られる冷媒の諸元、外気温に基づいて、エンジンの冷却不足を判定する。また、ＥＣＵ１６は、ポンプ１０と電気的に接続しており、ポンプ１０の駆動を制御し、ウォータジャケット２内へ供給する冷媒の流量を調節する。
【００３０】
次に、冷却装置１におけるエンジン１００の冷却不足の判定制御について説明する。この判定制御はエンジン１００が沸騰冷却を実行している際に行われ、その処理はＥＣＵ１６により行われる。図２は、ＥＣＵ１６により行われる冷却不足の判定制御のフローを示している。
【００３１】
ＥＣＵ１６はステップＳ１で、ウォータジャケット２内を通過する冷媒の諸元を取り込む。冷媒の諸元とは、
（ａ）第１流量計１１により取得されるウォータジャケット２へ供給される冷媒量、すなわち、供給冷媒量Ｇｉｎ、
（ｂ）第１温度センサ１２により取得されるウォータジャケット２へ供給される冷媒の温度、すなわち、供給冷媒温度Ｔ＿ｉｎ、
（ｃ）第２温度センサ１３により取得されるウォータジャケット２から排出される冷媒の温度、すなわち、排出冷媒温度Ｔ＿ｏｕｔ、
（ｄ）圧力センサ１４により取得される気液分離器３内の気相冷媒の圧力情報、すなわち、蒸気圧Ｐ＿ｓ、
（ｅ）第２流量計１５により取得される気液分離器３において分離された気相冷媒の流量、すなわち、気相冷媒量Ｇｓ、
（ｆ）外気温センサ１７から取得されるエンジン１００周囲の雰囲気温度Ｔａｉｒ、
である。ＥＣＵ１６はステップＳ１の処理を終えると、ステップＳ２へ進む。
【００３２】
ＥＣＵ１６はステップＳ２で、ステップＳ１において取得した冷媒の諸元、及び外気温に基づいて、気相冷媒の流量の予測値である推定気相冷媒量Ｇｓ＿ｃを算出する。算出式は、以下の式（数１）の通りである。
【数１】
2010223116.tif 000003
ＱＷ：冷却熱量
ＱＷ＿ｌｏｓｓ：第２配管における熱損失
ｈｗ＿ｉｎ：ウォータジャケットへ供給される冷媒の比エンタルピー
ｈｗ＿ｏｕｔ：ウォータジャケットから排出された液相冷媒の比エンタルピー
ｈｓ：ウォータジャケットから排出された気相冷媒（蒸気）の比エンタルピー
【００３３】
ここで、ｈｓ、ｈｗ＿ｉｎ、ｈｗ＿ｏｕｔの各エンタルピーは、上記の取得情報である（ｂ）供給冷媒温度Ｔ＿ｉｎ、（ｃ）排出冷媒温度Ｔ＿ｏｕｔ、（ｄ）蒸気圧Ｐ＿ｓから算出される。また、ＱＷはエンジン１００の運転条件から予め算出されているエンジンの必要冷却熱量である。ＱＷ＿ｌｏｓｓは、第２配管６の表面積Ａ＿ｐｉｐｅと、上記の取得情報である（ｃ）排出冷媒温度Ｔ＿ｏｕｔ、（ｆ）雰囲気温度Ｔａｉｒから算出される。
【００３４】
ＥＣＵ１６は、ステップＳ２の処理を終えるとステップＳ３へ進む。ＥＣＵ１６はステップＳ３で、推定気相冷媒量Ｇｓ＿ｃと実測値である気相冷媒量Ｇｓとの差ΔＧｓを算出する。ＥＣＵ１６は、ステップＳ３の処理を終えるとステップＳ４へ進む。
【００３５】
ＥＣＵ１６はステップＳ４で、ステップＳ３において算出したΔＧｓが閾値αを超えているか否かを判断する。このαは予め設定された値である。ＥＣＵ１６はＹＥＳと判断する場合、すなわち、差分ΔＧｓがαを超えている場合、ステップＳ５へ進む。
【００３６】
ＥＣＵ１６はステップＳ５で、冷却状態に異常ありと判断する。次に、ＥＣＵ１６はステップＳ６で、ポンプ１０による圧送量を増加して、ウォータジャケット２内への冷却水の供給量を増加する。これにより、エンジン１００の冷却方式は沸騰冷却から、気化潜熱を利用しない冷却方式、すなわち、水冷却方式へ切り替わる。このように、ΔＧｓの値がαを超えている場合、沸騰冷却が中止される。これにより、エンジン１００が過度に高温となることが抑制され、熱による変形を防止する。なお、この際、エンジン１００の出力を制限する処理を行うこともできる。ＥＣＵ１６は、ステップＳ６の処理を終えるとリターンとなる。
【００３７】
ところで、ＥＣＵ１６はＮＯと判断する場合、すなわち、差分ΔＧｓがαを超えている場合、ステップＳ７へ進む。ＥＣＵ１６はステップＳ７で、冷却状態に異常なしと判断する。したがって、エンジン１００における沸騰冷却を継続する。次に、ＥＣＵ１６はステップＳ８へ進む。ＥＣＵ１６はステップＳ８で、供給冷媒量Ｇｉｎの増加分ΔＧｉｎと、目標供給冷媒量Ｇｉｎ＿ｄｅｓを算出する。算出式は、以下、式（１）、式（２）の通りである。
ΔＧｉｎ  ＝  ｆｓ（ΔＧｓ）                    （１）
Ｇｉｎ＿ｄｅｓ  ＝  Ｇｉｎ  ＋  ΔＧｉｎ              （２）
ここで、ｆｓ（ｘ）は、ΔＧｉｎを算出する関数を示している。
【００３８】
ＥＣＵ１６は、ステップＳ８の処理を終えるとステップＳ９へ進む。ＥＣＵ１６はステップＳ９で、ポンプ１０の駆動トルクＴｑ＿ｗ／ｐを算出する。算出式は、以下、式（３）の通りである。
Ｔｑ＿ｗ／ｐ  ＝  ｆｔ（Ｇｉｎ、Ｇｉｎ＿ｄｅｓ、Ｔ＿ｉｎ）  （３）
ここで、ｆｔ（ｘ、ｙ、ｚ）はＴｑ＿ｗ／ｐを算出する関数である。なお、Ｔ＿ｉｎの値より、キャビテーションの影響が加味されている。ＥＣＵ１６はステップＳ９の処理を終えると、リターンとなる。
【００３９】
ＥＣＵ１６は、上記ステップＳ７からステップＳ９の処理により、気相冷媒の推定値Ｇｓ＿ｃと実測値Ｇｓの値に基づいて、供給冷媒量Ｇｉｎの値を補正する。これにより、冷却熱量に応じた冷媒量がウォータジャケット２内へ供給され、エンジン１００の運転状態に適した沸騰冷却が行われる。
【００４０】
本実施例において、冷却装置１のＥＣＵ１６は、エンジン１００の熱を吸収して気化した気相冷媒の流量の予測値と、気相冷媒の流量の実測値とを比較する。ＥＣＵ１６は、この比較の結果に基づき、エンジン１００の冷却が成立しているか否かを判断し、気相冷媒の発生量に適した冷却となるように制御する。これにより、エンジン１００の過度の温度上昇を抑制し、エンジン１００の熱による破損等を抑制する。
【実施例２】
【００４１】
次に、本発明の実施例２について説明する。図３は、本実施例の冷却装置２０が組み込まれたエンジン１００の概略構成を示した説明図である。本実施例の冷却装置２０は、実施例１の冷却装置１とほぼ同様の構成をしている。但し、本実施例の冷却装置２０は、第４配管８上の第２流量計１５と復水器９との間にＯ２センサ２１が配設されている点で、実施例１の冷却装置１と相違する。Ｏ２センサ２１は、第４配管８内の酸素濃度を計測する。このＯ２センサ２１はＥＣＵ１６と電気的に接続されており、ＥＣＵ１６は、Ｏ２センサ２１の取得する酸素濃度から、第４配管８内の冷媒の漏洩を判定する。すなわち、ＥＣＵ１６とＯ２センサ２１とが、本発明の冷媒漏洩検出手段として機能する。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
次に、本実施例の冷却装置２０におけるエンジン１００の冷却不足の判定制御について説明する。この判定制御はＥＣＵ１６により行われる。本実施例における判定制御は、配管からの冷媒の漏洩を検出する点で実施例１の判定制御と相違する。図４は、本実施例における判定制御のフローを示した説明図である。本実施例の判定制御は、沸騰冷却実行の際に行われる。なお、図４のフロー中、図２に示した実施例１の制御フローと同様の処理については、同一のステップ番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
ＥＣＵ１６はステップＳ１の処理を終えると、ステップＳ１１の処理へ進む。ＥＣＵ１６はステップＳ１１で、Ｏ２センサ２１から第４配管８内の酸素濃度を取得する。次に、ＥＣＵ１６はステップＳ１２で、ステップＳ１１において取得した酸素濃度に基づいて冷媒の漏洩を判断する。冷媒の通る配管において冷媒の漏洩が生じている場合、外気が混入する。ＥＣＵ１６は、酸素濃度が閾値を超えている場合、外気が混入していると判断し、冷媒が漏洩すると判断する。ＥＣＵ１６はステップＳ１２でＹＥＳと判断する場合、すなわち、冷媒が漏洩していると判断すると、ステップＳ１３へ進む。一方、ＥＣＵ１６はステップＳ１２でＮＯと判断する場合、すなわち、冷媒が漏洩していないと判断すると、ステップＳ１４へ進む。
【００４４】
ＥＣＵ１６は、ステップＳ１３で冷媒漏洩補正係数ηｌｅａｋを０とし、ステップＳ１５へ進む。また、ＥＣＵ１６は、ステップＳ１４で冷媒漏洩補正係数ηｌｅａｋを１とし、ステップＳ１５へ進む。
【００４５】
ＥＣＵ１６はステップＳ１５で、ステップＳ１において取得した冷媒の諸元、及び外気温と、ステップＳ１３、またはステップＳ１４で算出した冷媒漏洩補正係数ηｌｅａｋに基づいて、気相冷媒の流量の予測値である推定気相冷媒量Ｇｓ＿ｃ´を算出する。算出式は、以下の式（数２）の通りである。
【数２】
2010223116.tif 000004
なお、文字列が示す諸元は、実施例１と同様である。ここで、ステップＳ１２で冷媒の漏洩を判断した場合、Ｇｓ＿ｃ´の値は０である。ＥＣＵ１６はステップＳ１５の処理を終えると、ステップＳ１６へ進む。
【００４６】
ＥＣＵ１６はステップＳ１６で、推定気相冷媒量Ｇｓ＿ｃ´と実測値である気相冷媒量Ｇｓとの差ΔＧｓ´を算出する。ＥＣＵ１６は、ステップＳ１６の処理を終えるとステップＳ１７へ進む。
【００４７】
ＥＣＵ１６はステップＳ１７で、ステップＳ１６において算出したΔＧｓ´が閾値αを超えているか否かを判断する。このαは予め設定された値である。ＥＣＵ１６はＹＥＳと判断する場合、すなわち、差分ΔＧｓ´がαを超えている場合、ステップＳ５へ進む。一方、ＥＣＵ１６はＮＯと判断する場合、すなわち、差分ΔＧｓ´がαを超えていない場合、ステップＳ１８へ進む。
【００４８】
ＥＣＵ１６はステップＳ１８で、ΔＧｓが−Ｇｓか否かを判断する。ステップＳ１５の計算式（数２）より、ステップＳ１２において冷媒の漏洩を判断した場合、Ｇｓ＿ｃ´の値は０である。したがって、ステップＳ１６のΔＧｓ´は−Ｇｓとなる。ＥＣＵ１６はステップＳ１８でＹＥＳと判断する場合、すなわち、冷媒が漏洩していると判断し、ΔＧｓ´が−Ｇｓである場合、ステップＳ１９へ進む。
【００４９】
ＥＣＵ１６はステップＳ１９で、ポンプ１０による圧送量を増加して、ウォータジャケット２内への冷却水の供給量を増加する。すなわち、沸騰冷却方式から水冷却方式へ切り替える。また、ＥＣＵ１６はステップＳ１９で、エンジンの出力を制限する。また、ＥＣＵ１６はステップＳ１９で、冷媒が漏洩していることをユーザ（ドライバ）へ伝える警告灯を点灯させる。ＥＣＵ１６がステップＳ１８でＹＥＳと判断する場合は、冷媒が漏洩しているため、安全性を考慮した処置を取る。また、ユーザへ警告することにより、早期の運転停止、修理を促すことができる。ＥＣＵ１６はステップＳ１９の処理を終えるとリターンとなる。
【００５０】
一方、ＥＣＵ１６は、ステップＳ１８でＮＯと判断する場合、すなわち、ΔＧｓ´が−Ｇｓでなく、冷媒が漏洩していないと判断する場合、ステップＳ７へ進む。
【００５１】
本実施例において、冷却装置２０は、冷媒の漏洩を判断し、冷媒漏洩時に沸騰冷却を停止し、エンジン１００の安全を維持する。さらに、実施例１同様に、冷却装置２０は、エンジン１００の熱を吸収して気化した気相冷媒の流量の予測値と、実測値とを比較し、この比較の結果に基づき、エンジン１００の冷却が成立しているか否かを判断し、気相冷媒の発生量に適した冷却となるように制御する。これにより、エンジン１００の過度の温度上昇を抑制し、エンジン１００を保護する。
【実施例３】
【００５２】
次に、本発明の実施例３について説明する。図５は、本実施例の冷却装置３０の概略構成を示した説明図である。本実施例の冷却装置３０は、実施例１の冷却装置１とほぼ同様の構成をしている。ただし、本実施例の冷却装置３０は、第４配管８上の復水器９とタンク４との間に第３流量計３１が配設されている点で、実施例１の冷却装置１と相違する。復水器９で凝縮した冷媒は、タンク４へ流れるため、第３流量計３１は、復水器９で凝縮した冷媒量を取得する。第３流量計３１はＥＣＵ１６と電気的に接続されており、ＥＣＵ１６は、復水器９で凝縮した冷媒量を取得する。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
次に、本実施例の冷却装置３０におけるエンジン１００の冷却不足の判定制御について説明する。この判定制御はＥＣＵ１６により行われる。本実施例における判定制御は、復水量から気相冷媒の発生量を判断する点で実施例１の判定制御と相違する。図６は、本実施例における判定制御のフローを示した説明図である。図６のフロー中、図２に示した実施例１の制御フローと同様の処理については、同一のステップ番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
ＥＣＵ１６は、ステップＳ１の処理を終えると、ステップＳ２１へ進む。ＥＣＵ１６はステップＳ２１で、第３流量計３１から復水量を取得する。さらに、ＥＣＵ１６はステップＳ２１で、取得した復水量から推定気相冷媒量Ｇｓ＿ｃ´´を算出する。ＥＣＵ１６はステップＳ２１の処理を終えるとステップＳ２２へ進む。なお、ここで算出した推定気相冷媒量Ｇｓ＿ｃ´´は、復水器９において冷媒が放出した熱量から算出する構成でもよい。
【００５５】
ＥＣＵ１６はステップＳ２２で、ステップＳ２１で算出した推定気相冷媒量Ｇｓ＿ｃ´´と実測値である気相冷媒量Ｇｓとの差分が閾値βを超えているか否かを判断する。このβは予め設定された値である。ＥＣＵ１６はステップＳ２２でＹＥＳと判断する場合、すなわち、差分がβを超えている場合、ステップＳ２３へ進む。
【００５６】
ＥＣＵ１６はステップＳ２３で、ポンプ１０による圧送量を増加して、ウォータジャケット２内への冷却水の供給量を増加する。すなわち、沸騰冷却方式から水冷却方式へ切り替える。また、ＥＣＵ１６はステップＳ２３で、エンジンの出力を制限する。また、ＥＣＵ１６はステップＳ２３で、冷媒が漏洩していることをユーザ（ドライバ）へ伝える警告灯を点灯させる。ＥＣＵ１６はステップＳ２３の処理を終えるとリターンとなる。
【００５７】
一方、ＥＣＵ１６はステップＳ２２でＮＯと判断する場合、すなわち、差分がβを超えていない場合、ステップＳ２へ進む。以下の処理は、実施例１と同様である。
【００５８】
本実施例において、復水量から算出した推定気相冷媒量Ｇｓ＿ｃ´´と気相冷媒の実測値Ｇｓとを比較することにより、第２流量計１５の故障判定を行うことができる。また、実施例１同様に、冷却装置３０は、エンジン１００の熱を吸収して気化した気相冷媒の流量の予測値と、実測値とを比較し、この比較の結果に基づき、エンジン１００の冷却が成立しているか否かを判断し、気相冷媒の発生量に適した冷却となるように制御する。これにより、エンジン１００の過度の温度上昇を抑制し、エンジン１００を保護する。なお、本実施例の冷却装置３０は、蒸気漏れを検出するセンサを備えることができ、実施例２の蒸気漏れの制御を組み込んだ制御処理を行うことができる。
【実施例４】
【００５９】
次に、本発明の実施例４について説明する。図７は本実施例の冷却装置４０を組み込んだエンジン２００の概略構成を示した説明図である。本実施例の冷却装置は、実施例１の冷却装置１にランキンサイクルシステムが組み込まれた構成となっている。すなわち、第４配管８上の第２流量計１５と復水器９との間に、第２流量計１５側から、三方弁４１、過熱器４２、動力回収機４３が順に配設されている。
【００６０】
三方弁４１には第５配管４４の一端が接続されており、第５配管４４の他端は、第４配管８上の動力回収機４３と復水器９との間に接続している。この第５配管４４は、冷媒が過熱器４２、動力回収機４３とをバイパスする通路である。三方弁４１はＥＣＵ１６と電気的に接続されている。三方弁４１は、ＥＣＵ１６の信号に基づいて、過熱器４２、動力回収機４３側への冷媒の供給と、これらをバイパスする第５配管４４への冷媒の供給とを切り替える。過熱器４２は、エンジン本体１０１から排出される排気が通過する排気管が引き込まれており、排気の熱により気相冷媒を過熱する。動力回収機４３は、高温の気相冷媒により駆動されるタービン４３１と、タービン４３１の回転力を電力、補助動力等に変換する変換機４３２を備えており、気液分離器３で分離した気相冷媒から、廃熱のエネルギーを回収する。また、第３配管７上にランキン用ポンプ４５が配設されており、電気的に接続されたＥＣＵ１６からの駆動信号に基づいて、タンク４から気液分離器３へ液相の冷媒を圧送する。
【００６１】
さらに、第４配管８上の動力回収機４３と復水器９との間に第４配管８内の酸素濃度を計測するＯ２センサ２１が配設されている。また、第４配管８上の復水器９とタンク４との間に復水器９の復水量を計測する第３流量計３１が配設されている。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施例の冷却装置４０は、実施例１乃至３で示した制御処理を行う。この制御処理において、ＥＣＵ１６は沸騰冷却を停止する場合に、三方弁４１を切り替えて、第５配管４４へ冷媒を流通させる。タービン４３１を駆動するだけの気相冷媒を供給することができなくなるためである。
【００６３】
また、本実施例において、冷却装置４０は、Ｏ２センサ２１、第３流量計３１の両方を備えていることが望ましいが、いずれかまたは両方を備えていない構成であってもよい。
【００６４】
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、さら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。
【００６５】
例えば、第２配管６を断熱材で覆う処理などすることにより、推定気相冷媒量Ｇｓ＿ｃの算出において、第２配管６における熱損失ＱＷ＿ｌｏｓｓを除くことができる。以下、式（数３）はこの場合の推定気相冷媒量Ｇｓ＿ｃの算出式である。
【数３】
2010223116.tif 000005
なお、文字列が示す諸元は、実施例１と同様であり、実施例１における図２の制御フローにおいて（数３）の算出式を用いることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１、２０、３０、４０  冷却装置
２  ウォータジャケット
３  気液分離器
４  タンク
５  第１配管
６  第２配管
７  第３配管
８  第４配管
９  復水器
１０  ポンプ
１１  第１流量計
１２  第１温度センサ
１３  第２温度センサ
１４  圧力センサ
１５  第２流量計
１６  ＥＣＵ
１７  外気温センサ
２１  Ｏ２センサ
４２  過熱器
４３  動力回収機
１００、２００  エンジン
【図１】
2010223116.tif 000006
【図２】
2010223116.tif 000007
【図３】
2010223116.tif 000008
【図４】
2010223116.tif 000009
【図５】
2010223116.tif 000010
【図６】
2010223116.tif 000011
【図７】
2010223116.tif 000012