УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ РЕКУПЕРАЦИЕЙ ТЕПЛА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
DEVICE FOR CONTROLLING EXHAUST GAS HEAT RECUPERATION

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству управления рекуперацией тепла выхлопных газов, которое управляет рекуператором тепла выхлопных газов, рекуперирующим тепло выхлопных газов из выхлопной трубы и пр.
2. Описание известного уровня техники
[0002] В рекуператоре тепла выхлопных газов, рекуперирующем тепло выхлопных газов из выхлопной трубы или пр., при рекуперации тепла выхлопных газов и, соответственно, охлаждении выхлопных газов, может образоваться водный конденсат. Водный конденсат может нанести повреждения блоку каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, переключающему клапану для переключения тракта потока выхлопных газов на рекуператор тепла выхлопных газов, и пр.
[0003] По этой причине в публикации японской патентной заявки №2006-161593 (JP 2006-161593 A) предложена система рекуперации тепла выхлопных газов, которая предотвращает вступление водного конденсата в контакт с каталитическим блоком, переключающим клапаном, и пр.
[0004] В частности, в системе рекуперации тепла выхлопных газов, описанной в JP 2006-161593 A, теплообменник для рекуперации тепла выхлопных газов расположен параллельно с выхлопной трубой между отводящей трубой, отходящей от выхлопной трубы, и подводящей трубой, подсоединенной к выходной стороне отводящей части выхлопной трубы. Переключающий клапан тракта потока, переключающий тракт потока выхлопных газов к выхлопной трубе или к теплообменнику для рекуперации тепла выхлопных газов, расположен между отводящей трубой и подводящей частью выхлопной трубы. Участок, включающая в себя область между переключающим клапаном тракта потока и подводящей частью выхлопной трубы, снабжен участком накопления жидкости, в котором может накапливаться жидкость.
[0005] Однако в условиях эксплуатации ниже точки замерзания существует вероятность того, что водный конденсат, образующийся в рекуператоре тепла выхлопных газов, замерзнет в выхлопной трубе. Если замерзание в выхлопной трубе не исключено, а продолжается при некоторых условиях при пробеге, и дополнительно образуется и замерзает водный конденсат, это может привести к уменьшению выходной мощности двигателя или аномалиям внутренних шумов из-за звуков выхлопа (также именуемых ухудшением характеристик по шуму и вибрациям (NV)), что предполагает возможности для совершенствования.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Настоящее изобретение обеспечивает совместимость друг с другом рекуперации тепла выхлопных газов и устранение снижения производительности из-за замерзания водного конденсата.
[0007] В соответствии с одним аспектом изобретения предлагается устройство управления рекуперацией тепла выхлопных газов, включающее в себя блок регулировки рекуперируемого тепла, выполненный с возможностью регулировки количества тепла, рекуперируемого из выхлопных газов рекуператором тепла выхлопных газов, рекуперирующим тепло выхлопных газов, и блок управления, выполненный с возможностью управления блоком регулировки рекуперируемого тепла таким образом, чтобы предотвратить или устранить промерзание в выхлопной трубе на основании данных о пробеге автотранспортного средства, на котором установлено устройство управления рекуперацией тепла выхлопных газов, при прогнозировании промерзаний в выхлопной трубе.
[0008] В соответствии с этой конфигурацией, блок регулировки рекуперируемого тепла регулирует количество тепла, рекуперированного из выхлопных газов рекуператором тепла выхлопных газов, рекуперирующим тепло выхлопных газов.
[0009] Блок управления управляет блоком регулировки рекуперируемого тепла таким образом, чтобы предотвратить или устранить промерзания в выхлопной трубе на основании данных пробега при прогнозировании промерзаний в выхлопной трубе. Например, при определении на основании данных пробега, что промерзания не ослабели, можно ослабить промерзания в выхлопной трубе путем управления блоком регулировки рекуперируемого тепла таким образом, чтобы уменьшить или ограничить количество рекуперируемого тепла выхлопных газов. С другой стороны, при определении на основании данных пробега, что промерзания ослабели, можно рекуперировать тепло выхлопных газов путем управления рекуператором тепла выхлопных газов таким образом, чтобы рекуперировать тепло или управлять блоком регулировки рекуперируемого тепла так, чтобы увеличить количество рекуперируемого тепла. Соответственно, можно обеспечить рекуперацию тепла выхлопных газов и устранение снижения производительности из-за промерзания водного конденсата.
[0010] Например, блок управления может управлять блоком регулировки рекуперируемого тепла таким образом, чтобы уменьшить количество тепла, рекуперированного из выхлопных газов рекуператором тепла выхлопных газов, когда предыдущее время пробега в качестве данных пробега равно или меньше заданного эталонного времени. То есть на основе предыдущего времени пробега может быть определено, имеется ли промерзание в выхлопной трубе. Соответственно, когда предыдущее время в пути равно или меньше заданного эталонного времени, существует высокая вероятность того, что внутренняя часть выхлопной трубы промерзла и, таким образом, можно ослабить промерзание выхлопной трубы, управляя блоком регулировки рекуперируемого тепла таким образом, чтобы уменьшить количество рекуперируемого тепла.
[0011] Рекуператор тепла выхлопных газов может поднять температуру хладагента для охлаждения двигателя с использованием рекуперированного тепла выхлопных газов, блок регулировки рекуперируемого тепла может включать в себя циркуляционный блок, выполненный с возможностью обеспечения циркуляции хладагента, а блок управления может регулировать количество тепла, рекуперированного из выхлопных газов, регулируя количество хладагента, прокачиваемого циркуляционным блоком. В качестве альтернативного варианта, блок регулировки рекуперируемого тепла может регулировать количество тепла, рекуперированного путем регулировки скорости потока выхлопных газов, проходящего через рекуператор тепла выхлопных газов.
[0012] Как описано выше, в соответствии с изобретением можно обеспечить совместимость друг с другом рекуперации тепла выхлопных газов и предотвращение снижения производительности из-за замерзания водного конденсата.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Признаки, преимущества, техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы, и на которых:
на фиг. 1 представлена блок-схема, схематично иллюстрирующая конфигурацию устройства управления рекуперацией тепла выхлопных газов в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2A-2C показаны схемы, иллюстрирующие примеры устройства рекуператора тепла выхлопных газов и конкретные примеры блока регулировки рекуперируемого тепла;
на фиг. 3 показана схема, иллюстрирующая работу при уменьшении скорости потока хладагента; и
на фиг. 4 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример технологического процесса, выполняемого посредством контроллера устройства управления рекуперацией тепла выхлопных газов в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0014] Далее будет подробно описан пример варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи. На фиг. 1 представлена блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию устройства управления рекуперацией тепла выхлопных газов в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0015] В устройстве 10 управления рекуперацией тепла выхлопных газов, блок регулировки рекуперируемого тепла для регулирования количества тепла, рекуперированного рекуператором 12 тепла выхлопных газов, рекуперирующим тепло выхлопных газов, подключен к контроллеру 14 в качестве блока управления.
[0016] Рекуператор 12 тепла выхлопных газов расположен в выхлопной трубе, через которую проходят выхлопные газы автотранспортного средства, рекуперирует тепло выхлопных газов двигателя автотранспортного средства, и использует рекуперированное тепло для обеспечения отопления помещений или прогрева двигателя и пр.
[0017] Контроллер 14 управляет блоком регулировки рекуперируемого тепла таким образом, чтобы управлять рекуперацией тепла выхлопных газов или количеством тепла, рекуперированного за счет использования рекуператора 12 тепла выхлопных газов.
[0018] Контроллер 14 соединен с датчиком 18 температуры воды и датчиком 20 температуры наружного воздуха. То есть результаты измерений датчика 18 температуры воды и датчика 20 температуры наружного воздуха поступают на контроллер 14. В данном варианте осуществления изобретения описан пример, в котором результаты измерений датчика 18 температуры воды и датчика 20 температуры наружного непосредственно вводятся в контроллер 14, однако изобретение не ограничено этим примером. Например, результат измерений датчика 18 температуры воды может быть введен в контроллер 14 с помощью электронного блока (ЭБУ) управления двигателем, а результат измерений датчика 20 температуры наружного воздуха может быть введен в контроллер 14 через ЭБУ кондиционера воздуха.
[0019] Контроллер 14 управляет блоком регулировки рекуперируемого тепла на основе результатов измерений датчика 18 температуры воды и датчика 20 температуры наружного воздуха.
[0020] Теперь ниже будут описаны примеры компоновки рекуператора 12 тепла выхлопных газов и конкретные примеры блока регулировки рекуперируемого тепла. На фиг. 2A-2C показаны схемы, иллюстрирующие примеры компоновки рекуператора 12 тепла выхлопных газов и конкретные примеры блока регулировки рекуперируемого тепла.
[0021] В примере, показанном на фиг. 2A, блок 34 каталитического нейтрализатора и основной глушитель 36 расположены последовательно с входной стороны выпускного канала выхлопной трубы 22 для выпуска выхлопных газов из двигателя 28. Между основным глушителем 36 и блоком 34 каталитического нейтрализатора параллельно выхлопной трубе 22 расположен обходной канал 24, при этом рекуператор 12 тепла выхлопных газов расположен в обходном канале 24.
[0022] Хладагент для охлаждения двигателя 28 прокачивается по рекуператору 12 тепла выхлопных газов водяным насосом (В/Н) 30. Хладагент, прокачиваемый по рекуператору 12 тепла выхлопных газов, поступает в радиатор 32 подогревателя и возвращается в двигатель 28. То есть тракт потока хладагента снабжен рекуператором 12 тепла выхлопных газов с тем, чтобы рекуперировать тепло выхлопных газов за счет использования рекуператора 12 тепла выхлопных газов и повысить температуру хладагента, что может быть использовано как источник тепла подогревателя, для обеспечения прогрева, и пр.
[0023] Выхлопная труба 22 снабжена переключающим клапаном 38 с тем, чтобы регулировать количество выхлопных газов, протекающих в обходном канале 24, или переключать тракт потока посредством использования переключающего клапана 38. Переключающий клапан 38 управляется с помощью привода 40. То есть при задействовании контроллера 14 для управления работой привода 40 регулируется количество выхлопных газов, протекающих по рекуператору 12 тепла выхлопных газов, а также регулируется количество рекуперируемого тепла выхлопных газов. Соответственно, привод 40, приводящий в действие переключающий клапан 38 и водяной насос 30, служит в качестве блока регулировки рекуперируемого тепла. Открытием и закрытием переключающего клапана 38 можно управлять таким образом, чтобы заставлять течь выхлопные газы по рекуператору 12 тепла выхлопных газов, либо степенью открытия переключающего клапана 38 можно управлять таким образом, чтобы управлять скоростью потока выхлопных газов, проходящего по рекуператору 12 тепла выхлопных газов.
[0024] В примере, показанном на фиг. 2B, блок 34 каталитического нейтрализатора, рекуператор 12 тепла выхлопных газов и основной глушитель 36 расположены последовательно с входной стороны в выпускном канале выхлопной трубы 22 для выпуска выхлопных газов из двигателя 28.
[0025] Аналогично фиг. 2A, хладагент для охлаждения двигателя 28 прокачивается по рекуператору 12 тепла выхлопных газов с помощью водяного насоса (В/H) 30. Хладагент, прокачиваемый по рекуператору 12 тепла выхлопных газов, поступает в радиатор 32 подогревателя и возвращается в двигатель 28. То есть тракт потока хладагента снабжен рекуператором 12 тепла выхлопных газов с тем, чтобы рекуперировать тепло выхлопных газов за счет использования рекуператора 12 тепла выхлопных газов и повысить температуру хладагента, который может быть использован как источник тепла подогревателя, обеспечения прогрева, и пр.
[0026] Циркуляционный тракт хладагента снабжен обходным каналом, подающим хладагент в радиатор 32 подогревателя без прохождения через рекуператор 12 тепла выхлопных газов. То есть циркуляционный тракт хладагента включает в себя циркуляционный канал, проходящий через рекуператор 12 тепла выхлопных газов, и циркуляционный канал, не проходящий через рекуператор 12 тепла выхлопных газов.
[0027] Переключающий клапан 42 для переключения циркуляционного тракта между двумя циркуляционными каналами, расположен так, чтобы переключать циркуляционный тракт хладагента путем использования переключающего клапана. Переключающий клапан 42 приводится в действие приводом 44. То есть, при задействовании контроллера 44 для управления работой привода 40, регулируется количество хладагента, протекающего по рекуператору 12 тепла выхлопных газов, а также регулируется количество рекуперируемого тепла выхлопных газов. Соответственно, привод 44, приводящий в действие переключающий клапан 42 и водяной насос 30, служит в качестве блока регулировки рекуперируемого тепла. Открытие и закрытие переключающего клапана 42 можно регулировать таким образом, чтобы заставлять течь выхлопные газы по рекуператору 12 тепла выхлопных газов, либо можно регулировать степень открытия переключающего клапана 38 таким образом, чтобы управлять скоростью потока выхлопных газов, проходящих по рекуператору 12 тепла выхлопных газов.
[0028] В примере, показанном на фиг. 2C, как и на фиг. 2В, блок 34 каталитического нейтрализатора, рекуператор 12 тепла выхлопных газов и основной глушитель 36 расположены последовательно с входной стороны выпускного канала выхлопной трубы 22 для выпуска выхлопных газов из двигателя 28.
[0029] Аналогично фиг. 2A, хладагент для охлаждения двигателя 28 прокачивается по рекуператору 12 тепла выхлопных газов с помощью водяного насоса (В/Н) 30. Хладагент, подаваемый на рекуператор 12 тепла выхлопных газов, поступает в радиатор 32 подогревателя и возвращается в двигатель 28. То есть тракт потока хладагента снабжен рекуператором 12 тепла выхлопных газов с тем, чтобы рекуперировать тепло выхлопных газов за счет использования рекуператора 12 тепла выхлопных газов и повысить температуру хладагента, что может быть использовано как источник тепла подогревателя.
[0030] В примере, показанном на фиг. 2C, водяной насос 30, который приводится в действие электродвигателем или подобным устройством, применяется для изменения скорости потока хладагента посредством использования водяного насоса 30. То есть, путем применения контроллера 14 для управления водяным насосом 30 с тем, чтобы регулировать скорость потока хладагента, поступающего в рекуператор 12 тепла выхлопных газов, регулируется количество рекуперируемого тепла выхлопных газов. Соответственно, водяной насос 30 можно рассматривать как циркуляционный блок, служащий в качестве блока регулировки рекуперируемого тепла.
[0031] Конфигурации, показанные на фиг. 2A-2C, могут быть объединены. В качестве альтернативного варианта, водяной насос 30, показанный на фиг. 2C, может быть применен к конфигурациям, показанным на фиг. 2A, 2B, а контроллер 14 может быть выполнен с возможностью управления приводами 40, 44 и водяным насосом 30. В качестве альтернативного варианта, могут быть объединены конфигурации, показанные на фиг. 2A, 2B.
[0032] Когда двигатель выключен и находится при условиях эксплуатации ниже точки замерзания, в состоянии, в котором водный конденсат образуется и не выходит наружу, а остается в выхлопной трубе, существует вероятность того, что водный конденсат замерзнет в выхлопной трубе 22.
[0033] Одной из причин остаточного наличия водного конденсата является то, что выхлопная труба 22 имеет различные уровни, с тем, чтобы другие компоненты и водный конденсат не сливались с выходной стороны при отсутствии определенной скорости потока выхлопных газов (определенной скорости вращения двигателя).
[0034] При замерзании водного конденсата в выхлопной трубе 22 считается, что водный конденсат не тает и сохраняется в зависимости от условий передвижения. Когда водный конденсат замерзает и сохраняется, а также при дополнительном образовании и замерзании водного конденсата, существует вероятность того, что это приведет к уменьшению выходной мощности двигателя из-за ухудшения характеристик выхлопа, и к аномалиям внутренних шумов из-за звука выхлопа, и т.п.
[0035] Соответственно, в этом варианте осуществления, контроллер 14 управляет блоком регулировки рекуперируемого тепла на основе данных пробега таким образом, чтобы регулировать количество тепла, рекуперируемого рекуператором 12 тепла выхлопных газов.
[0036] Например, в примере конфигурации, показанном на фиг. 2A, количество рекуперируемого тепла выхлопных газов можно регулировать путем регулировки скорости потока выхлопных газов, поступающих в рекуператор 12 тепла выхлопных газов. Например, когда скорость потока выхлопных газов, проходящих по рекуператору 12 тепла выхлопных газов, уменьшается, количество рекуперируемого тепла также снижается. В примерах конфигурации, показанных на фиг. 2B, 2C, количество рекуперируемого тепла выхлопных газов можно регулировать путем регулировки скорости потока хладагента, протекающего по рекуператору 12 тепла выхлопных газов. То есть, как показано на фиг. 3, когда расход хладагента уменьшается, коэффициент теплопередачи между хладагентом и трубой уменьшается, и производительность рекуперации тепла выхлопных газов снижается. Когда производительность рекуперации тепла выхлопных газов снижается, температура выхлопных газов после рекуператора 12 тепла выхлопных газов повышается, и промерзание в выхлопной трубе 22, расположенной за рекуператором 12 тепла выхлопных газов, может быть исключено. Образование водного конденсата снижается, и, таким образом, предотвращается замерзание полученного водного конденсата и расширение промерзшей части.
[0037] Ниже будут описаны отдельные процессы, которые выполняются контроллером 14 устройства 10 управления рекуперацией тепла выхлопных газов в соответствии с этим вариантом осуществления, имеющим вышеупомянутую конфигурацию. На фиг. 4 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример технологического процесса, выполняемого контроллером 14 устройства 10 управления рекуперацией тепла выхлопных газов в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения. Технологический процесс, показанный на фиг. 4, начинается при включении не показанного тумблера (IG) зажигания, и заканчивается при выключении IG.
[0038] Сначала, на этапе 100, контроллер 14 запускает двигатель 28 и затем технологический процесс переходит к этапу 102.
[0039] На этапе 102 контроллер 14 определяет, имеется ли вероятность того, что промерзла выхлопная труба 22. В ходе этого определения, например, контроллер 14 определяет, равна ли или ниже температура наружного воздуха заданного порогового значения на основе результата измерений датчика 20 температуры наружного воздуха. Технологический процесс переходит к этапу 104, если результат определения является отрицательным, и переходит к этапу 110, если результат определения является положительным. Это может быть определено на основании измерения по времени температуры наружного воздуха, когда есть вероятность промерзания выхлопной трубы 22. Например, если текущая температура наружного воздуха не ниже точки замерзания, но временно во время остановки двигателя ниже точки замерзания, то может быть определено, что существует возможность промерзания.
[0040] На этапе 104 контроллер 14 определяет, ослабли ли промерзания на основании данных о предыдущем пробеге. В ходе этого определения, контроллер 14 определяет, ослабли ли промерзания в выхлопной трубе 22, например, путем определения того, равно или больше время предыдущего пробега заданного эталонного времени. Технологический процесс переходит к этапу 106, если результат определения является положительным, и переходит к этапу 110, если результат определения является отрицательным. В дополнение к времени предыдущего пробега, в качестве данных о пробеге могут быть использованы максимальное количество выпущенных выхлопных газов, количество потребленного топлива, максимальная скорость вращения двигателя, максимальная скорость автотранспортного средства, максимальная температура газа для температуры выхлопных газов, расчетная температура газа или расчетная температура катализатора, прогнозируемая ЭБУ двигателя и т.п. То есть в отношении этого определения, на основе, по меньшей мере, данных одного пробега может быть определено, помимо вышеупомянутых данных о пробеге, исчезли ли промерзания в выхлопной трубе 22.
[0041] На этапе 106 контроллер 14 определяет, равна ли или ниже температура хладагента определенной температуры на основе результата измерений датчика 18 температуры воды. Технологический процесс переходит к этапу 108, если результат определения является положительным, и переходит к этапу 110, если результат определения является отрицательным. Конкретная температура может быть установлена как разные значения в зависимости от требований к отоплению пространства, температура может быть установлена на А°C (например, 60°C), когда заданы требования к отоплению пространства, и может быть установлена на В°C (например, 45°C), когда требования к отоплению пространства не определены.
[0042] На этапе 108 режим рекуперации тепла выхлопных газов выполняется контроллером 14, технологический процесс возвращается на этап 106, и вышеупомянутые процессы выполняются многократно. В режиме рекуперации тепла выхлопных газов, например, в примере, показанном на фиг. 2A, контроллер 14 управляет работой привода 40 таким образом, чтобы приводить в действие переключающий клапан 38 так, чтобы выхлопные газы протекали по рекуператору 12 тепла выхлопных газов. В примере, показанном на фиг. 2B, контроллер 14 управляет работой привода 44 таким образом, чтобы приводить в действие переключающий клапан 42 с тем, чтобы хладагент поступал к рекуператору 12 тепла выхлопных газов. В примере, показанном на фиг. 2C, контроллер 14 управляет приведением в действие водяного насоса 30 таким образом, чтобы увеличить скорость потока хладагента, протекающего по рекуператору 12 тепла выхлопных газов. При выполнении этих процессов, тепло выхлопных газов рекуперируют рекуператором 12 тепла выхлопных газов, температура хладагента повышается, и, таким образом, можно способствовать отоплению помещений или обеспечить прогрев двигателя.
[0043] С другой стороны, на этапе 110 контроллером 14 выполняется режим без рекуперации тепла выхлопных газов, а затем технологический процесс переходит к этапу 112. В режиме без рекуперации тепла выхлопных газов, например, в примере, проиллюстрированном на фиг. 2A, контроллер 14 управляет работой привода 40 таким образом, чтобы приводить в действие переключающий клапан 38 так, чтобы количество выхлопных газов, проходящих по рекуператору 12 тепла выхлопных газов, уменьшалось или ограничивалось. В примере, показанном на фиг. 2B, контроллер 14 управляет работой привода 44 таким образом, чтобы приводить в действие переключающий клапан 42 так, чтобы количество хладагента, протекающего по рекуператору 12 тепла выхлопных газов, уменьшалось или было ограничено. В примере, показанном на фиг. 2C, контроллер 14 управляет приводом водяного насоса 30 с тем, чтобы уменьшить скорость потока хладагента, проходящего по рекуператору 12 тепла выхлопных газов. При выполнении этих процессов, рекуперация тепла выхлопных газов рекуператором 12 тепла выхлопных газов останавливается или уменьшается. Соответственно, как описано со ссылкой на фиг. 3, температура выхлопных газов после рекуператора 12 тепла выхлопных газов поднимается, и промерзания в выхлопной трубе 22 за рекуператором 12 тепла выхлопных газов, когда водный конденсат замерзает, ослабевают. Образование водного конденсата уменьшается, и, таким образом, предотвращается замораживание образованного конденсата и расширение замершей части.
[0044] На этапе 112 контроллер 14 определяет, ослабевает ли замораживание на основе текущих данных о пробеге. Технологический процесс возвращается на этап 110, и вышеупомянутые процессы многократно выполняется, если результат определения является отрицательным, и технологический процесс возвращается на этап 106, и вышеупомянутые процессы многократно выполняется, если результат определения является положительным. Контент, описанный на этапе 104, может быть использован в качестве данных о пробеге.
[0045] Процессы, выполняемые контроллером 14 в вышеупомянутом варианте осуществления, могут быть сохранены в виде программы на носителе данных, и может производиться распространение программы.
[0046] Настоящее изобретение не ограничивается вышеупомянутыми деталями, и может быть модифицировано в различных формах в пределах его сущности.