(57)【要約】【課題】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。【解決手段】ＥＣＵ６０は、エンジン１０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ループ内において作動流体が凍結する可能性がある場合に、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、クランクキャップ１１を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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
を有することを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５６３１５号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８８３２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２３１６１号公報
【特許文献４】特開２００６−０５２７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施例に係る廃熱利用システムの構成を模式的に示した図である。
【図２】図２は、排気熱回収器の構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、蒸気化した作動流体とクランクキャップとの熱交換について説明するための概念図である。
【図４】図４は、ＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】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り、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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【符号の説明】
【００３７】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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