ОХЛАДИТЕЛЬ СИСТЕМЫ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM COOLER

Область техники
Изобретение относится к охладителю системы рециркуляции выхлопных газов, который выполняет теплообмен между газом системы рециркуляции выхлопных газов и хладагентом в двигателе внутреннего сгорания.
Уровень техники
2
4
3
3
В последние годы, в качестве устройства рециркуляции выхлопных газов (EGR) для рециркуляции части выхлопного газа, выпускаемого из двигателя внутреннего сгорания, в систему впуска, известно устройство рециркуляции выхлопных газов, в котором EGR-охладитель для теплообмена между EGR-газом и хладагентом располагается в середине EGR-канала. В EGR-устройстве, включающем в себя EGR-охладитель, если EGR-газ протекает в EGR-охладитель, когда температура атмосферы в EGR-охладителе является низкой, например, сразу после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания, конденсированная вода может формироваться посредством конденсации влаги в EGR-газе во время контакта между поверхностью стенки канала в EGR-охладителе и EGR-газом. Конденсированная вода, сформированная таким образом, содержит кислотные вещества, такие как серная кислота (HSO), серный ангидрид (SO) или азотная кислота (NHO), и в силу этого может вызывать такие недостатки, как коррозия компонентов на тракте подачи EGR-газа. В ответ на эту проблему, может быть предусмотрен способ, в котором теплоаккумулирующий материал располагается в EGR-канале на стороне выше по потоку от EGR-охладителя, и EGR-газ, протекающий в EGR-охладитель, нагревается посредством тепла, накопленного в теплоаккумулирующем материале (например, см. публикацию заявки на патент Японии № 2006-125215).
Сущность изобретения
В способе, описанном в публикации заявки на патент Японии № 2006-125215, тепло, накопленное в теплоаккумулирующем материале, передается в EGR-охладитель через EGR-газ. Следовательно, часть тепла, передаваемого из теплоаккумулирующего материала в EGR-газ, может переноситься посредством EGR-газа без передачи в EGR-охладитель или может высвобождаться из EGR-газа до передачи в EGR-охладитель. Таким образом, отношение тепла, которое должно передаваться в EGR-охладитель, к теплу, передаваемому из теплоаккумулирующего материала в EGR-охладитель, имеет тенденцию быть низким. Следовательно, возникает такая проблема, что затруднительно эффективно нагревать EGR-охладитель. Дополнительно, сразу после того, как EGR-газ, нагретый посредством теплоаккумулирующего материала, начинает протекать в EGR-охладителе, поверхность стенки канала в EGR-охладителе является холодной. Соответственно, имеется вероятность того, что невозможно ограничивать формирование конденсированной воды во время контакта между поверхностью стенки канала и EGR-газом. В ответ, может быть предусмотрен способ, в котором теплоаккумулирующий материал предоставляется в EGR-охладителе, как описано в публикации заявки на патент Японии № 2011-052919. Теплоаккумулирующий материал в данном документе адсорбирует тепло в EGR-охладителе, когда температура в EGR-охладителе выше температуры теплоаккумулирующего материала, и высвобождает тепло, накопленное в теплоаккумулирующем материале, когда температура в EGR-охладителе ниже температуры теплоаккумулирующего материала. Тем не менее, в способе, описанном в публикации заявки на патент Японии № 2011-052919, когда температура в EGR-охладителе становится ниже температуры теплоаккумулирующего материала во время прекращения работы двигателя внутреннего сгорания, тепло, накопленное в теплоаккумулирующем материале, автоматически высвобождается. Следовательно, возникает такая проблема, что затруднительно эффективно нагревать EGR-охладитель, когда необходимо нагревать EGR-охладитель.
Изобретение осуществлено с учетом различных обстоятельств, описанных выше, и цель изобретения заключается в том, чтобы предоставлять технологию, обеспечивающую возможность эффективного и рационального нагрева EGR-охладителя.
Изобретение предоставляет EGR-охладитель, в котором экзотермическое тело для того, чтобы вырабатывать тепло посредством адсорбирования заданного рабочего газа, располагается таким образом, что экзотермическое тело может обмениваться нагревом с поверхностью стенки газового тракта в EGR-охладителе. EGR-охладитель включает в себя механизм для подачи рабочего газа в экзотермическое тело.
Аспект настоящего изобретения относится к охладителю системы рециркуляции выхлопных газов, который располагается в середине канала для рециркуляции выхлопных газов, причем канал для рециркуляции выхлопных газов, соединяет выхлопной канал и впускной канал двигателя внутреннего сгорания, причем охладитель системы рециркуляции выхлопных газов выполнен с возможностью выполнять теплообмен между газом системы рециркуляции выхлопных газов и хладагентом, причем газ системы рециркуляции выхлопных газов представляет собой газ, который протекает вдоль канала для рециркуляции выхлопных газов, причем охладитель системы рециркуляции выхлопных газов включает в себя: газовый тракт, который представляет собой канал, сформированный в охладителе системы рециркуляции выхлопных газов, причем газовый тракт имеет такую конфигурацию, в которой газ системы рециркуляции выхлопных газов протекает вдоль газового тракта; тракт подачи хладагента, который представляет собой канал, вдоль которого хладагент циркулирует в охладителе системы рециркуляции выхлопных газов, причем тракт подачи хладагента выполнен с возможностью выполнять теплообмен между газом системы рециркуляции выхлопных газов, циркулирующим вдоль газового тракта, и хладагентом; содержащий экзотермическое тело участок, в котором экзотермическое тело содержится в охладителе системы рециркуляции выхлопных газов, причем экзотермическое тело вырабатывает тепло посредством адсорбирования предписанного рабочего газа, причем содержащий экзотермическое тело участок имеет такую конфигурацию, в которой, по меньшей мере, часть экзотермического тела контактирует с поверхностью стенки газового тракта; бак для рабочего газа, в котором накапливается рабочий газ; и устройство перемещения газа, имеющее такую конфигурацию, в которой рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок.
В EGR-охладителе, сконфигурированном так, как описано выше, когда рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок посредством устройства перемещения газа, рабочий газ адсорбируется посредством экзотермического тела содержащего экзотермическое тело участка. Когда рабочий газ адсорбируется посредством экзотермического тела, экзотермическое тело вырабатывает тепло. Тепло, вырабатываемое вследствие адсорбции рабочего газа посредством экзотермического тела, непосредственно передается из экзотермического тела в поверхность стенки газового тракта. Следовательно, отношение тепла, передаваемого в поверхность стенки газового тракта, к теплу, вырабатываемому посредством экзотермического тела, имеет тенденцию быть высоким. Как результат, можно эффективно нагревать поверхность стенки газового тракта в EGR-охладителе. Дополнительно, с помощью EGR-охладителя, сконфигурированного так, как описано выше, когда необходимо нагревать поверхность стенки газового тракта в EGR-охладителе, устройство перемещения газа может перемещать рабочий газ из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок. В силу этого, также можно эффективно нагревать поверхность стенки газового тракта в EGR-охладителе.
Здесь, экзотермическое тело согласно изобретению может представлять собой экзотермическое тело, которое вырабатывает тепло вследствие скрытого тепла, ассоциированного с изменением фазы (изменением фазы с газовой фазы на жидкую фазу) рабочего газа, когда рабочий газ физически адсорбируется посредством экзотермического тела, или может представлять собой экзотермическое тело, которое вырабатывает тепло вследствие тепла реакции, вырабатываемого, когда рабочий газ химически адсорбируется посредством экзотермического тела.
В вышеприведенном аспекте, рабочий газ, адсорбированный в экзотермическом теле, может десорбироваться, когда температура экзотермического тела равна или выше заданной температуры десорбции. Устройство перемещения газа может иметь такую конфигурацию, в которой после того, как количество рабочего газа, который содержится в рабочем газе, накапливаемом в баке для рабочего газа, перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок, становится равным или превышающим заданное количество, рабочий газ, десорбированный из экзотермического тела, перемещается из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа, когда температура экзотермического тела равна или выше температуры десорбции.
"Заданное количество" в данном документе не должно обязательно представлять собой общее количество рабочего газа, накапливаемого в баке для рабочего газа, и, например, может представлять собой количество, которое позволяет повышать температуру поверхности стенки газового тракта в EGR-охладителе до температуры, при которой формирование конденсированной воды может ограничиваться.
В EGR-охладителе, сконфигурированном так, как описано выше, когда температура поверхности стенки газового тракта и температура экзотермического тела являются низкими, например, сразу после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания, рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок, и в силу этого можно эффективно нагревать поверхность стенки газового тракта. После этого, когда EGR-газ протекает вдоль газового тракта EGR-охладителя, EGR-газ входит в контакт с поверхностью стенки газового тракта. Тем не менее, поверхность стенки газового тракта уже нагрета посредством тепла, вырабатываемого посредством экзотермического тела, и в силу этого формирование конденсированной воды ограничивается. После этого, когда работа двигателя внутреннего сгорания продолжается, и в силу этого температура EGR-газа повышается в некоторой степени, тепло EGR-газа передается в экзотермическое тело через поверхность стенки газового тракта, и за счет этого температура экзотермического тела дополнительно повышается. После этого, когда температура экзотермического тела повышается до температуры, равной или выше температуры десорбции, рабочий газ, адсорбированный в экзотермическом теле, десорбируется из экзотермического тела. Здесь, если рабочий газ, десорбированный из экзотермического тела, остается в содержащем экзотермическое тело участке, когда температура экзотермического тела снижается до температуры, ниже температуры десорбции, например, во время последующего прекращения работы двигателя внутреннего сгорания, рабочий газ адсорбируется посредством экзотермического тела снова, так что экзотермическое тело излишне вырабатывает тепло. Если рабочий газ, десорбированный из экзотермического тела, перемещается из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа посредством устройства перемещения газа, когда температура экзотермического тела равна или выше температуры десорбции после того, как рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок, можно ограничивать необязательное вырабатывание тепла посредством экзотермического тела. Кроме того, в случае сбора рабочего газа в баке для рабочего газа посредством перемещения рабочего газа, десорбированного из экзотермического тела, из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа, когда температура экзотермического тела равна или выше температуры десорбции, можно заставлять экзотермическое тело адсорбировать заданное или большее количество рабочего газа, посредством перемещения рабочего газа, собранного в баке для рабочего газа, из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок снова, например, когда необходимо нагревать поверхность стенки газового тракта во время последующей работы двигателя внутреннего сгорания. Соответственно, можно эффективно и рационально нагревать поверхность стенки газового тракта.
В вышеприведенном аспекте, бак для рабочего газа может располагаться за пределами охладителя системы рециркуляции выхлопных газов. Устройство перемещения газа может включать в себя: сообщающийся канал, который соединяет содержащий экзотермическое тело участок и бак для рабочего газа; переключающий клапан, который предоставляется в середине сообщающегося канала, причем переключающий клапан переключает сообщающийся канал между пропускающим состоянием и заблокированным состоянием; и модуль управления, который управляет переключающим клапаном. Модуль управления может перемещать рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок посредством управления переключающим клапаном таким образом, чтобы обеспечивать проходимость сообщающегося канала, когда давление бака для рабочего газа выше давления содержащего экзотермическое тело участка.
В вышеприведенном аспекте, тракт для рабочего газа, который включает в себя содержащий экзотермическое тело участок, бак для рабочего газа и сообщающийся канал, может заполняться только количеством рабочего газа, причем количество представляет собой объем бака для рабочего газа, который может содержаться.
Например, в процессе изготовления для EGR-охладителя, рабочий газ может заполняться в бак для рабочего газа, после того, как переключающий клапан закрыт, в то время как тракт подачи рабочего газа, включающий в себя содержащий экзотермическое тело участок, сообщающийся канал и бак для рабочего газа, находится в вакуумном состоянии.
Здесь, когда температура поверхности стенки газового тракта в EGR-охладителе представляет собой температуру, обеспечивающую возможность формирования конденсированной воды, например, сразу после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания, предполагается, что температура в содержащем экзотермическое тело участке EGR-охладителя и температура в баке для рабочего газа являются почти эквивалентными друг другу. В таком случае, когда сообщающийся канал блокируется посредством переключающего клапана в состоянии, в котором рабочий газ накапливается в баке для рабочего газа, давление в баке для рабочего газа становится почти давлением насыщенного пара рабочего газа, и давление в содержащем экзотермическое тело участке становится почти вакууметрическим давлением. Как результат, давление в баке для рабочего газа становится выше давления в содержащем экзотермическое тело участке EGR-охладителя. Таким образом, если модуль управления управляет переключающим клапаном таким образом, чтобы обеспечивать проходимость сообщающегося канала, когда давление в баке для рабочего газа выше давления в содержащем экзотермическое тело участке, рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, неизбежно перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок.
В вышеприведенном аспекте, после того, как модуль управления управляет переключающим клапаном таким образом, чтобы обеспечивать проходимость сообщающегося канала так, что рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок, модуль управления может перемещать рабочий газ, десорбированный из экзотермического тела, из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа, посредством управления переключающим клапаном таким образом, чтобы продолжать обеспечивать проходимость сообщающегося канала до заданного времени. Заданное время может представлять собой время после того, как температура экзотермического тела повышается до температуры десорбции.
Когда EGR-газ протекает вдоль газового тракта в EGR-охладителе с продолжением работы двигателя внутреннего сгорания после того, как рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок, как описано выше, температура в EGR-охладителе (температура в содержащем экзотермическое тело участке) повышается, так что экзотермическое тело повышается до температуры, равной или выше температуры десорбции. В силу этого, рабочий газ, адсорбированный в экзотермическом теле, десорбируется из экзотермического тела. Затем количество рабочего газа в содержащем экзотермическое тело участке становится больше количества рабочего газа в баке для рабочего газа, так что давление в содержащем экзотермическое тело участке становится больше давления в баке для рабочего газа. Следовательно, когда сообщающийся канал продолжает находиться в пропускающем состоянии посредством переключающего клапана до заданного времени после того, как рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок, рабочий газ, десорбированный из экзотермического тела, неизбежно перемещается из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа. После этого, в заданное время, сообщающийся канал блокируется посредством переключающего клапана, и в силу этого рабочий газ, перемещаемый из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа, может накапливаться в баке для рабочего газа. "Заданное время" в данном документе представляет собой оцененное время, когда рабочий газ, адсорбированный в экзотермическом теле, полностью десорбируется из экзотермического тела, и рабочий газ, десорбированный из экзотермического тела, полностью перемещается из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа. Здесь, состояние, в котором "рабочий газ, адсорбированный в экзотермическом теле, полностью десорбируется из экзотермического тела", не ограничено состоянием, в котором общее количество рабочего газа, адсорбированного в экзотермическом теле, десорбируется из экзотермического тела, и может соответствовать состоянию, в котором заданное или большее количество рабочего газа, содержащегося в рабочем газе, адсорбированном в экзотермическом теле, десорбируется из экзотермического тела. Аналогично, состояние, в котором "рабочий газ, десорбированный из экзотермического тела, полностью перемещается из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа", не ограничено состоянием, в котором общее количество рабочего газа, десорбированного из экзотермического тела, перемещается из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа, и может соответствовать состоянию, в котором заданное или большее количество рабочего газа, содержащегося в рабочем газе, десорбированном из экзотермического тела, перемещается из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа. Вкратце, необходимо только то, что количество рабочего газа, которое обеспечивает возможность экзотермическому телу адсорбировать заданное или большее количество рабочего газа, когда сообщающийся канал сразу переключается из заблокированного состояния в пропускающее состояние посредством переключающего клапана после следующего холодного запуска двигателя внутреннего сгорания, например, десорбируется из экзотермического тела и возвращается в бак для рабочего газа.
В вышеприведенном аспекте, сообщающийся канал может соединяться с содержащим экзотермическое тело участком таким образом, что рабочий газ протекает вдоль направления, пересекающего направление потока газа системы рециркуляции выхлопных газов, и протекает ко множеству точек экзотермического тела в содержащем экзотермическое тело участке, когда рабочий газ протекает в содержащий экзотермическое тело участок.
Для эффективного охлаждения EGR-газа с помощью EGR-охладителя, длина EGR-охладителя в направлении потока EGR-газа должна быть относительно большей, при сравнении между длиной в направлении потока EGR-газа и длиной в направлении, ортогональном к направлению потока EGR-газа. Следовательно, длина экзотермического тела также является большей в направлении потока EGR-газа, чем в направлении, ортогональном к направлению потока EGR-газа. По мере того, как длина экзотермического тела в направлении циркуляции рабочего газа увеличивается, рабочему газу труднее проходить через все экзотермическое тело. В частности, в вышеописанной конфигурации, в которой рабочий газ перемещается с использованием разности давлений между давлением в баке для рабочего газа и давлением в содержащем экзотермическое тело участке, когда длина экзотермического тела в направлении циркуляции рабочего газа увеличивается, рабочему газу трудно проходить через все экзотермическое тело. Относительно этой проблемы, сообщающийся канал соединяется с содержащим экзотермическое тело участком таким образом, что рабочий газ протекает в содержащий экзотермическое тело участок вдоль направления, пересекающего направление потока EGR-газа, и протекает в содержащий экзотермическое тело участок ко множеству точек экзотермического тела. В силу этого, для рабочего газа нетрудно проходить через все экзотермическое тело после того, как рабочий газ протекает в содержащий экзотермическое тело участок. Как результат, тепло может формироваться из почти всего экзотермического тела, содержащегося в содержащем экзотермическое тело участке.
В вышеприведенном аспекте, модуль управления может перемещать рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок, посредством управления переключающим клапаном таким образом, чтобы обеспечивать проходимость сообщающегося канала, когда температура двигателя внутреннего сгорания при запуске двигателя внутреннего сгорания ниже заданного порогового значения.
"Заданное пороговое значение" в данном документе представляет собой температуру двигателя внутреннего сгорания, составляющую температуру, ниже которой температура поверхности стенки газового тракта оценочно становится температурой, обеспечивающей возможность формирования конденсированной воды, и температура экзотермического тела становится ниже температуры десорбции. Как описано выше, когда температура поверхности стенки газового тракта находится в диапазоне температур, обеспечивающем возможность формирования конденсированной воды, например, сразу после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания (т.е. когда температура двигателя внутреннего сгорания при запуске двигателя внутреннего сгорания ниже порогового значения), предполагается, что температуры EGR-охладителя и бака для рабочего газа снижены до температуры, почти эквивалентной температуре наружного воздуха. В таком состоянии, когда рабочий газ накапливается в баке для рабочего газа, и сообщающийся канал блокируется посредством переключающего клапана, предполагается, что давление в баке для рабочего газа выше давления в содержащем экзотермическое тело участке EGR-охладителя. Следовательно, когда температура двигателя внутреннего сгорания при запуске двигателя внутреннего сгорания ниже порогового значения, модуль управления управляет переключающим клапаном таким образом, чтобы обеспечивать проходимость сообщающегося канала, и в силу этого рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, неизбежно перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок. В силу этого, можно эффективно и рационально нагревать поверхность стенки газового тракта EGR-охладителя, и за счет этого можно более надежно ограничивать формирование конденсированной воды.
В вышеприведенном аспекте, охладитель системы рециркуляции выхлопных газов дополнительно может включать в себя модуль управления циркуляцией, который обеспечивает возможность газу системы рециркуляции выхлопных газов протекать вдоль газового тракта, когда удовлетворяется заданное условие циркуляции. Условие циркуляции может включать в себя условие, при котором время, истекающее после того, как модуль управления управляет переключающим клапаном таким образом, чтобы обеспечивать проходимость сообщающегося канала, когда температура двигателя внутреннего сгорания при запуске двигателя внутреннего сгорания ниже порогового значения, равно или выше заданного времени повышения температуры.
"Заданное время повышения температуры" в данном документе представляет собой время, требуемое после того, как рабочий газ начинает перемещаться из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок посредством управления переключающим клапаном для проведения сообщающегося канала, и до того, как температура поверхности стенки газового тракта повышается до температуры, которая не обеспечивает возможность формирования конденсированной воды. При этой конфигурации, циркуляция EGR-газа вдоль газового тракта ограничивается, когда температура поверхности стенки газового тракта представляет собой температуру, обеспечивающую возможность формирования конденсированной воды, и в силу этого можно более надежно ограничивать формирование конденсированной воды.
В вышеприведенном аспекте, по меньшей мере, часть содержащего экзотермическое тело участка может располагаться таким образом, что она является смежной с трактом подачи хладагента.
При этой конфигурации, даже когда относительно большое количество тепла передается из EGR-газа в экзотермическое тело через поверхность стенки газового тракта в ходе работы двигателя внутреннего сгорания вследствие относительно высокой температуры EGR-газа, который протекает в EGR-охладитель, можно ограничивать перегрев экзотермического тела, поскольку тепло экзотермического тела удаляется посредством хладагента, который циркулирует вдоль тракта подачи хладагента.
В вышеприведенном аспекте, рабочий газ может представлять собой газ, который имеет молекулярный размер, эквивалентный или меньший молекулярного размера воды или аммиака. Экзотермическое тело может формироваться из пористого материала, который имеет множество пор, имеющих больший размер пор, чем молекулярный размер рабочего газа.
Эта конфигурация основана на знании авторами изобретения того, что использование рабочего газа и экзотермического тела обеспечивает возможность экзотермическому телу более надежно адсорбировать рабочий газ и обеспечивает возможность экзотермическому телу эффективно вырабатывать тепло.
С помощью изобретения, можно эффективно и рационально нагревать EGR-охладитель.
Краткое описание чертежей
Ниже описываются признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:
Фиг. 1 является схемой, показывающей схематичную конфигурацию двигателя внутреннего сгорания, к которому применяется изобретение;
Фиг. 2 является схемой, показывающей конфигурацию EGR-охладителя в первом варианте осуществления;
Фиг. 3 является временной диаграммой, показывающей состояние переключающего клапана, количество воды (водяного пара) в баке для рабочего газа, давление в баке для рабочего газа, давление в содержащем экзотермическое тело участке, температуру экзотермического тела, температуру поверхности стенки газового тракта, состояние флага разрешения и состояние EGR-клапана в случае холодного запуска двигателя внутреннего сгорания, во временных рядах;
Фиг. 4 является схемой, показывающей поведение рабочего газа, когда EGR-охладитель находится в холодном состоянии;
Фиг. 5 является схемой, показывающей поведение рабочего газа, когда EGR-охладитель находится в теплом состоянии;
Фиг. 6 является схемой, показывающей состояние, в котором рабочий газ накапливается в баке для рабочего газа;
Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей процедуру обработки, которая выполняется посредством ECU, когда переключающий клапан переключается из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана;
Фиг. 8 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей процедуру обработки, которая выполняется посредством ECU, когда переключающий клапан переключается из открытого состояния клапана в закрытое состояние клапана;
Фиг. 9 является схемой, показывающей форму соединения между содержащим экзотермическое тело участком и трактом связи во втором варианте осуществления; и
Фиг. 10 является схемой, показывающей внутреннюю конфигурацию корпуса EGR-охладителя в третьем варианте осуществления.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
В дальнейшем в этом документе, описываются конкретные варианты осуществления изобретения на основе чертежей. Размеры, материалы, формы, относительные компоновки и т.п. составляющих компонентов, описанных в вариантах осуществления, не имеют намерение ограничивать объем изобретения только означенным, если не указано иное.
Первый вариант осуществления
Во-первых, описывается первый вариант осуществления изобретения на основе фиг. 1-8. Фиг. 1 является схемой, показывающей схематичную конфигурацию двигателя внутреннего сгорания, к которому применяется изобретение. Двигатель 1 внутреннего сгорания, показанный на фиг. 1, представляет собой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, который использует бензин в качестве топлива, или двигатель внутреннего сгорания с зажиганием от сжатия, который использует дизельное топливо в качестве топлива. С двигателем 1 внутреннего сгорания соединяются впускной канал 2 и выхлопной канал 3. Впускной канал 2 представляет собой канал, через который свежий воздух (воздух), вовлеченный из окружающей атмосферы, идет в непроиллюстрированный цилиндр двигателя 1 внутреннего сгорания. Выхлопной канал 3 представляет собой канал, через который газ, сгорающий в цилиндре двигателя 1 внутреннего сгорания, протекает через непроиллюстрированный катализатор для управления выделением выхлопных газов и т.п.
Двигатель 1 внутреннего сгорания содержит EGR-устройство 4. EGR-устройство 4 включает в себя EGR-канал 40 в качестве канала, который разветвляется из середины выхлопного канала 3 и сливается с серединой впускного канала 2 и через который часть выхлопного газа, протекающего через выхлопной канал 3, идет во впускной канал 2 в качестве EGR-газа, и EGR-клапан 41 в качестве клапанного устройства, которое предоставляется в середине EGR-канала 40 и которое изменяет площадь проходного поперечного сечения EGR-канала 40. В конфигурации, в которой двигатель 1 внутреннего сгорания включает в себя непроиллюстрированный турбонагнетатель турбины на выхлопных газах (турбонагнетатель), EGR-газ может иметь такую конфигурацию, в которой EGR-канал 40 идет из выхлопного канала 3 на стороне выше по потоку от турбины во впускной канал 2 на стороне ниже по потоку от компрессора, либо может иметь такую конфигурацию, в которой EGR-газ идет из выхлопного канала 3 на стороне ниже по потоку от турбины во впускной канал 2 на стороне выше по потоку от компрессора.
В EGR-устройстве 4, когда EGR-клапан 41 открыт, часть (EGR-газ) выхлопного газа, протекающего через выхлопной канал 3, идет во впускной канал 2 через EGR-канал 40. EGR-газ, идущий во впускной канал 2, вовлекается в цилиндр двигателя 1 внутреннего сгорания, вместе со свежим воздухом, протекающим через впускной канал 2, и используется для сгорания. В этом случае, температура сгорания воздушно-топливной смеси снижается, например, вследствие действия компонента инертного газа, содержащегося в EGR-газе. Следовательно, можно уменьшать сформированное количество NOx.
Поскольку EGR-газ является частью газа, сгорающего в цилиндре двигателя 1 внутреннего сгорания, температура EGR-газа выше температуры свежего воздуха. Следовательно, когда EGR-газ смешивается в свежем воздухе, температура свежего воздуха повышается таким образом, что объем свежего воздуха увеличивается. Как результат, масса свежего воздуха, который должен заполняться в цилиндр двигателя 1 внутреннего сгорания, снижается, и в силу этого имеется вероятность снижения эффективности заполнения. Следовательно, EGR-устройство 4 в варианте осуществления содержит EGR-охладитель 400 для охлаждения EGR-газа.
Конфигурация EGR-охладителя
Здесь, описывается конфигурация EGR-охладителя 400 в варианте осуществления на основе фиг. 2. EGR-охладитель 400 включает в себя корпус 401 EGR-охладителя, который располагается в середине EGR-канала 40. В корпусе 401 EGR-охладителя, формируются множество газовых трактов 405, множество трактов 406 подачи хладагента и множество содержащих экзотермическое тело участков 407. Газовый тракт 405 представляет собой тракт, который сообщается с EGR-каналом 40, и представляет собой тракт, вдоль которого протекает EGR-газ. Тракт 406 подачи хладагента представляет собой тракт, вдоль которого циркулирует хладагент, и хладагент обменивается теплом с EGR-газом, который протекает вдоль газового тракта 405. В примере, показанном на фиг. 2, в качестве хладагента, который циркулирует вдоль тракта 406 подачи хладагента, используется охлаждающая жидкость, но может использоваться жидкость или газ, отличная от охлаждающей жидкости. Содержащий экзотермическое тело участок 407 представляет собой пространство, в котором содержится экзотермическое тело, описанное ниже. Содержащий экзотермическое тело участок 407 является смежным с газовым трактом 405 через разделительную перегородку, формирующую газовый тракт 405, и дополнительно, является смежным с трактом 406 подачи хладагента через разделительную перегородку, формирующую тракт 406 подачи хладагента. В этом случае, экзотермическое тело, содержащееся в содержащем экзотермическое тело участке 407, располагается таким образом, что оно контактирует с разделительной перегородкой между газовым трактом 405 и содержащим экзотермическое тело участком 407 (т.е. разделительной перегородкой, формирующей газовый тракт 405), и дополнительно, контактирует с разделительной перегородкой между трактом 406 подачи хладагента и содержащим экзотермическое тело участком 407 (т.е. разделительной перегородкой, формирующей тракт 406 подачи хладагента). Следует отметить, что относительно разделительной перегородки, формирующей газовый тракт 405, и разделительной перегородки, формирующей тракт 406 подачи хладагента, экзотермическое тело, содержащееся в содержащем экзотермическое тело участке 407, фактически должно входить в контакт только, по меньшей мере, с разделительной перегородкой, формирующей газовый тракт 405. Дополнительно, газовый тракт 405 и тракт 406 подачи хладагента являются смежными друг с другом через разделительные перегородки, формирующие эти тракты, так что теплом непосредственно обмениваются между EGR-газом, циркулирующим вдоль газового тракта 405, и охлаждающей жидкостью, циркулирующей вдоль тракта 406 подачи хладагента. Кроме того, корпус 401 EGR-охладителя содержит впускное отверстие 408, через которое охлаждающая жидкость протекает в тракте 406 подачи хладагента, и выпускное отверстие 409, через которое вытекает охлаждающая жидкость, проходящая через тракт 406 подачи хладагента. Хотя не проиллюстрировано на фиг. 2, охлаждающая жидкость, вытекающая из выпускного отверстия 409, охлаждается посредством теплообменника, такого как радиатор, и затем протекает во впускное отверстие 408 снова.
В EGR-охладителе 400, сконфигурированном так, как описано выше, когда EGR-газ вытекает из EGR-канала 40 в газовый тракт 405 корпуса 401 EGR-охладителя, теплом обмениваются между EGR-газом и охлаждающей жидкостью, циркулирующей вдоль тракта 406 подачи хладагента, так что температура EGR-газа снижается. Когда температура EGR-газа снижается таким способом, повышение температуры свежего воздуха, когда EGR-газ вводится во впускной канал 2, уменьшается, и в силу этого можно ограничивать снижение эффективности заполнения, описанной выше.
2
4
3
3
Когда корпус 401 EGR-охладителя находится в холодном состоянии, например, сразу после холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания, температура поверхности стенки, формирующей газовый тракт 405 (в дальнейшем в этом документе, иногда называемой просто "поверхностью стенки газового тракта 405"), может становиться точкой росы или ниже. "Точка росы" в данном документе представляет собой температуру, при которой влага, содержащаяся в EGR-газе, начинает конденсировать, и упоминается как "точка росы EGR-газа" в дальнейшем. Если EGR-газ протекает в газовый тракт 405 корпуса 401 EGR-охладителя, когда температура поверхности стенки газового тракта 405 равна или меньше точки росы, конденсированная вода может формироваться посредством конденсации влаги, содержащейся в EGR-газе во время контакта между EGR-газом и поверхностью стенки газового тракта 405. Конденсированная вода, сформированная таким образом, содержит кислотные вещества, такие как серная кислота (HSO), серный ангидрид (SO) или азотная кислота (NHO), и в силу этого может вызывать такие недостатки, как коррозия компонентов (например, компонентов системы впуска, таких как корпус 401 EGR-охладителя и промежуточный охладитель), расположенных на тракте подачи EGR-газа. Следовательно, требуется ограничивать формирование конденсированной воды в корпусе 401 EGR-охладителя в максимально возможной степени.
В ответ на вышеуказанную потребность, может быть предусмотрен способ косвенного нагрева корпуса EGR-охладителя посредством предоставления теплового источника для нагрева EGR-газа на стадии до того, как EGR-газ протекает в корпус EGR-охладителя, и нагрева EGR-газа с помощью теплового источника во время холодного состояния корпуса EGR-охладителя. Тем не менее, часть тепла, передаваемого из теплового источника в EGR-газ, может переноситься посредством EGR-газа без передачи в корпус EGR-охладителя или может высвобождаться из EGR-газа до того, как EGR-газ протекает в корпус EGR-охладителя. Следовательно, отношение тепла, передаваемого из EGR-газа в корпус EGR-охладителя, к теплу, передаваемому из теплового источника в EGR-газ, имеет тенденцию быть низким, и имеется вероятность того, что затруднительно эффективно нагревать корпус EGR-охладителя. Дополнительно, в этом способе, конденсированная вода может формироваться в период до того, как температура поверхности стенки газового тракта превышает точку росы EGR-газа. В качестве другого способа, может быть предусмотрен способ включения теплоаккумулирующего материала в корпус EGR-охладителя и накопления, в теплоаккумулирующем материале, тепла EGR-газа во время теплого состояния корпуса EGR-охладителя. Тем не менее, тепло, накопленное в теплоаккумулирующем материале, высвобождается из теплоаккумулирующего материала отдельно, когда температура корпуса EGR-охладителя становится ниже температуры теплоаккумулирующего материала во время прекращения работы двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, возникает такая проблема, что количество тепла, которое должно высвобождаться из теплоаккумулирующего материала, является небольшим, когда корпус EGR-охладителя должен нагреваться (например, когда конденсированная вода может формироваться в корпусе EGR-охладителя), так что затруднительно эффективно нагревать корпус EGR-охладителя.
Следовательно, в EGR-охладителе 400 в варианте осуществления, материал, который вырабатывает тепло при адсорбировании заданного рабочего газа, используется в качестве экзотермического тела, которое содержится в содержащем экзотермическое тело участке 407, и бак 402 для рабочего газа, в котором накапливается рабочий газ, располагается за пределами корпуса 401 EGR-охладителя. Кроме того, предусмотрено устройство перемещения газа, которое перемещает рабочий газ, накапливаемый в баке 402 для рабочего газа, из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407.
Здесь, в качестве экзотермического тела, которое вырабатывает тепло при адсорбировании рабочего газа, может использоваться вещество, которое может физически адсорбировать рабочий газ с изменением фазы рабочего газа с газовой фазы на жидкую фазу. В качестве вещества, удовлетворяющего такому условию, например, может использоваться пористая металлоорганическая каркасная структура (MOF), цеолит и т.п. Дополнительно, когда MOF или цеолит используется в качестве экзотермического тела, например, материал, получающийся в результате испарения вещества, такого как вода, аммиак, спирт (например, метанол или этанол), углекислый газ или триоксид серы, может использоваться в качестве рабочего газа. В случае если экзотермическое тело и рабочий газ определяются на основе одной комбинации из этих комбинаций, когда экзотермическое тело адсорбирует рабочий газ, экзотермическое тело может вырабатывать тепло вследствие скрытого тепла, вырабатываемого в ассоциации с изменением фазы рабочего газа.
2
2
2
2
2
4
В качестве экзотермического тела, которое вырабатывает тепло при адсорбировании рабочего газа, также может использоваться вещество, которое может химически адсорбировать рабочий газ посредством химической реакции с рабочим газом. В качестве вещества, удовлетворяющего такому условию, может использоваться галид (например, SrCl, CaCl, MgCl, MgBr или MgF), сульфат (например, MgSO), оксид (например, MgO или CaO) или металл (например, металл, который формирует водородоадсорбирующий сплав или оксид, как проиллюстрировано посредством Pd). Когда галид, сульфат или оксид используется в качестве экзотермического тела, может использоваться рабочий газ, идентичный рабочему газу, когда вышеуказанный MOF или цеолит используется в качестве экзотермического тела. Когда металл используется в качестве экзотермического тела, кислород, водород и т.п. может использоваться в качестве рабочего газа. В случае если экзотермическое тело и рабочий газ определяются на основе одной комбинации из этих комбинаций, когда экзотермическое тело адсорбирует рабочий газ, экзотермическое тело может вырабатывать тепло вследствие тепла реакции, вырабатываемого в ассоциации с химической реакцией рабочего газа и экзотермического тела.
Устройство перемещения газа согласно варианту осуществления включает в себя сообщающийся канал 403, который предоставляет сообщение между баком 402 для рабочего газа, расположенным за пределами корпуса 401 EGR-охладителя, и содержащим экзотермическое тело участком 407 в корпусе 401 EGR-охладителя, переключающий клапан 404, который предоставляется в середине сообщающегося канала 403, и электронный модуль 5 управления (ECU). Переключающий клапан 404 представляет собой клапанное устройство, которое переключает сообщающийся канал 403 между пропускающим состоянием и заблокированным состоянием. ECU 5 представляет собой устройство, которое электрически управляет переключающим клапаном 404, и конкретная конфигурация ECU 5 описывается ниже. Когда рабочий газ накапливается в баке 402 для рабочего газа в процессе изготовления для EGR-охладителя 400 согласно варианту осуществления, рабочий газ помещается в бак 402 для рабочего газа, после того, как переключающий клапан 404 закрыт (сообщающийся канал 403 блокируется), в то время как внутренняя часть содержащего экзотермическое тело участка 407, внутренняя часть сообщающегося канала 403 и внутренняя часть бака 402 для рабочего газа находятся в вакуумном состоянии.
Работа EGR-охладителя
Ниже описывается работа EGR-охладителя 400 на основе фиг. 3-6. В дальнейшем в этом документе, предполагается, что MOF используется в качестве экзотермического тела, и вода (водяной пар) используется в качестве рабочего газа. В этом случае, предполагается, что экзотермическое тело формируется таким образом, что размер пор для пор MOF превышает молекулярный размер воды (водяного пара). Это служит для целей принудительного простого входа воды (водяного пара) в поры MOF, и в силу этого MOF адсорбирует воду (водяной пар). Фиг. 3 является временной диаграммой, показывающей состояние переключающего клапана 404, давления в баке 402 для рабочего газа и содержащем экзотермическое тело участке 407, количество рабочего газа (количество воды (водяного пара)) в баке 402 для рабочего газа, температуру экзотермического тела (MOF), температуру поверхности стенки газового тракта 405, состояние флага разрешения и состояние EGR-клапана 41 в случае холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания, во временных рядах. На фиг. 3, предполагается, что большая часть воды (водяного пара), т.е. заданное количество или более воды (водяного пара), накапливается в баке 402 для рабочего газа в состоянии жидкой фазы и/или газовой фазы, в момент времени холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания (в t0 на фиг. 3). Флаг разрешения на фиг. 3 представляет собой флаг, который деактивируется, когда оценивается то, что конденсированная вода может формироваться посредством циркуляции EGR-газа вдоль газового тракта 405 корпуса 401 EGR-охладителя, и который активируется, когда оценивается то, что конденсированная вода не может формироваться посредством циркуляции EGR-газа вдоль газового тракта 405 корпуса 401 EGR-охладителя. Более конкретно, флаг разрешения деактивируется, когда оценивается то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 ниже заданной температуры Twc завершения прогрева выше точки Tdp росы EGR-газа (т.е. температуры, получающейся в результате прибавления допустимого запаса для точки Tdp росы EGR-газа), и активируется, когда оценивается то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 равна или выше температуры Twc завершения прогрева. Фиг. 4 является схемой, показывающей поведение рабочего газа, когда корпус 401 EGR-охладителя находится в холодном состоянии. Фиг. 5 является схемой, показывающей поведение рабочего газа, когда корпус 401 EGR-охладителя находится в теплом состоянии. Фиг. 6 является схемой, показывающей состояние, в котором рабочий газ накапливается в баке 402 для рабочего газа.
Как показано на фиг. 3, в момент времени холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания (t0 на фиг. 3), корпус 401 EGR-охладителя находится в холодном состоянии (т.е. в состоянии, в котором оценивается то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 ниже температуры Twc завершения прогрева). Если EGR-клапан 41 открыт, когда корпус 401 EGR-охладителя находится в холодном состоянии, возникает такая проблема, что конденсированная вода формируется посредством контакта между EGR-газом и поверхностью стенки газового тракта 405, когда EGR-газ протекает вдоль газового тракта 405 корпуса 401 EGR-охладителя. Следовательно, в варианте осуществления, когда корпус 401 EGR-охладителя находится в холодном состоянии, флаг разрешения находится в отключенном состоянии, и прогрев корпуса 401 EGR-охладителя выполняется. Прогрев корпуса 401 EGR-охладителя в данном документе выполняется с использованием тепла, которое вырабатывается, когда экзотермическое тело в содержащем экзотермическое тело участке 407 адсорбирует воду (водяной пар). Для реализации прогрева корпуса 401 EGR-охладителя посредством такого способа, необходимо перемещать воду (водяной пар), накапливаемую в баке 402 для рабочего газа, из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407. Здесь, во время холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания (t0 на фиг. 3), температура в баке 402 для рабочего газа и температура в содержащем экзотермическое тело участке 407 являются почти эквивалентными друг другу (например, температуре, эквивалентной температуре наружного воздуха). В такой ситуации, когда большая часть (заданное количество или более) воды (водяного пара) накапливается в баке 402 для рабочего газа, давление в баке 402 для рабочего газа становится почти давлением насыщенного пара для воды (водяного пара), и давление в содержащем экзотермическое тело участке 407 корпуса 401 EGR-охладителя становится почти вакууметрическим давлением. Следовательно, давление в баке 402 для рабочего газа становится выше давления в содержащем экзотермическое тело участке 407. Соответственно, когда ECU 5 переключает переключающий клапан 404 из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана сразу после холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания (t1 на фиг. 3), сообщающийся канал 403 переключается из заблокированного состояния в пропускающее состояние. Затем, как показано на фиг. 4, водяной пар (Gw на фиг. 4), накапливаемый в баке 402 для рабочего газа, неизбежно перемещается из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407 через сообщающийся канал 403 (см. белые стрелки на фиг. 4). Дополнительно, когда давление в баке 402 для рабочего газа становится ниже давления насыщенного пара воды в ассоциации с проходимостью сообщающегося канала 403, вода (Wt на фиг. 4), накапливаемая в состоянии жидкой фазы в баке 402 для рабочего газа, неизбежно перемещается из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407 с изменением фазы на газовую фазу. Таким образом, с помощью устройства перемещения газа согласно варианту осуществления, когда вода (водяной пар), накапливаемая в баке 402 для рабочего газа, перемещается из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407, можно реализовывать перемещение рабочего газа из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407, без использования механизма, который принудительно перемещает рабочий газ, как проиллюстрировано посредством насоса. Перемещение воды (водяного пара) из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407 продолжается до тех пор, пока давление в баке 402 для рабочего газа и давление в содержащем экзотермическое тело участке 407 не сбалансируют друг друга. Здесь, количество воды (водяного пара), которая должна помещаться в бак 402 для рабочего газа, регулируется в процессе изготовления для EGR-охладителя 400 таким образом, что заданное количество или более воды (водяного пара) из воды (водяного пара), накапливаемой в баке 402 для рабочего газа, перемещается из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407. "Заданное количество" в данном документе представляет собой количество, которое обеспечивает возможность температуре поверхности стенки газового тракта 405 корпуса 401 EGR-охладителя повышаться до температуры, равной или выше вышеуказанной температуры Twc завершения прогрева, и представляет собой количество, которое соответствует большей части рабочего газа, который должен заполняться в тракт подачи рабочего газа, включающий в себя содержащий экзотермическое тело участок 407, сообщающийся канал 403 и бак 402 для рабочего газа.
Вода (водяной пар), перемещаемая из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407, адсорбируется посредством экзотермического тела (Eh на фиг. 4), содержащегося в содержащем экзотермическое тело участке 407. В этом случае, поскольку экзотермическое тело формируется таким образом, что размер пор MOF в качестве экзотермического тела превышает молекулярный размер воды (водяного пара), как описано выше, вода (водяной пар), перемещаемая из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407, легко входит в поры экзотермического тела, и в силу этого экзотермическое тело более надежно адсорбирует воду (водяной пар). После этого, когда экзотермическое тело адсорбирует воду (водяной пар), скрытое тепло формируется в ассоциации с изменением фазы воды (водяного пара) из водяного пара в газовой фазе на воду в жидкой фазе, и в силу этого экзотермическое тело вырабатывает тепло вследствие скрытого тепла. Здесь, как описано выше с фиг. 2, экзотермическое тело располагается таким образом, что оно контактирует с разделительной перегородкой, формирующей газовый тракт 405. Следовательно, тепло, вырабатываемое в экзотермическом теле, непосредственно передается в поверхность стенки газового тракта 405 (см. черную стрелку на фиг. 4). В силу этого, отношение тепла, передаваемого в поверхность стенки газового тракта 405, к теплу, вырабатываемому в экзотермическом теле, увеличивается, и в силу этого можно эффективно нагревать поверхность стенки газового тракта 405. Соответственно, можно быстро повышать температуру поверхности стенки газового тракта 405.
Поверхность стенки газового тракта 405 нагревается посредством тепла, вырабатываемого в экзотермическом теле, и затем, когда оценивается то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 повышена до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева (t2 на фиг. 3), флаг разрешения переключается из выключенного состояния во включенное состояние. В этом случае, когда рабочее состояние двигателя 1 внутреннего сгорания находится в области выполнения EGR, EGR-клапан 41 переключается из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана. Таким образом, в случае удовлетворения заданного условия циркуляции EGR-газа, включающего в себя такое условие, что рабочее состояние двигателя 1 внутреннего сгорания находится в области выполнения EGR, такое условие, что флаг разрешения находится во включенном состоянии, и т.п., EGR-клапан 41 переключается из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана, и EGR-газ протекает вдоль газового тракта 405 в корпусе 401 EGR-охладителя. В этом случае, температура поверхности стенки газового тракта 405 повышена до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева, которая выше точки Tdp росы EGR-газа. Следовательно, даже когда EGR-газ входит в контакт с поверхностью стенки газового тракта 405, конденсация влаги, содержащейся в EGR-газе, ограничивается, так что формирование конденсированной воды ограничивается. В примере, показанном на фиг. 3, EGR-клапан 41 переключается из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана в момент времени, когда оценивается то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 повышена до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева, другими словами, в момент времени (t2 на фиг. 3), когда флаг разрешения переключается из выключенного состояния во включенное состояние. Тем не менее, время, когда EGR-клапан 41 переключается из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана, может надлежащим образом изменяться в зависимости от рабочего состояния двигателя 1 внутреннего сгорания, при условии, что время представляет собой время после момента времени (t2 на фиг. 3), когда оценивается то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 повышена до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева.
Дополнительно, когда прогрев корпуса 401 EGR-охладителя выполняется посредством вышеописанного способа, заданное количество или более воды (водяного пара), которая содержится в воде (водяном паре), накапливаемой в баке 402 для рабочего газа, адсорбируется в экзотермическом теле. Следовательно, для реализации рационального и эффективного прогрева корпуса 401 EGR-охладителя посредством вышеописанного способа также во время следующей работы двигателя 1 внутреннего сгорания, необходимо десорбировать воду (водяной пар), адсорбированную в экзотермическом теле, из экзотермического тела и перемещать воду (водяной пар), десорбированную из экзотермического тела, из содержащего экзотермическое тело участка 407 в бак 402 для рабочего газа.
Для десорбирования, из экзотермического тела, воды (водяного пар), адсорбированной в экзотермическом теле, необходимо повышать температуру экзотермического тела до температуры, равной или выше заданной температуры Tdes десорбции. Заданная температура Tdes десорбции в данном документе составляет минимальную температуру, при которой вода (водяной пар), адсорбированная в MOF в качестве экзотермического тела, десорбируется из MOF. Поскольку EGR-клапан 41 переключается из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана после того, как оценивается то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 повышена до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева, и флаг разрешения переключается из выключенного состояния во включенное состояние (после t2 на фиг. 3), тепло EGR-газа передается в экзотермическое тело в содержащем экзотермическое тело участке 407 через поверхность стенки газового тракта 405, когда EGR-газ протекает вдоль газового тракта 405 корпуса 401 EGR-охладителя. В этом случае, температура EGR-газа существенно выше температуры Tdes десорбции, и в силу этого температура экзотермического тела повышается до температуры, равной или выше температуры Tdes десорбции (t3 на фиг. 3). Здесь, когда тепло EGR-газа продолжает передаваться в экзотермическое тело, как описано выше, существует проблема перегрева экзотермического тела. Тем не менее, как описано выше с фиг. 2, экзотермическое тело в содержащем экзотермическое тело участке 407 располагается таким образом, что оно контактирует также с разделительной перегородкой, формирующей тракт 406 подачи хладагента. Следовательно, часть тепла, передаваемого из EGR-газа в экзотермическое тело, высвобождается в охлаждающую жидкость, протекающую через тракт 406 подачи хладагента, через разделительную перегородку, формирующую тракт 406 подачи хладагента. Соответственно, даже когда тепло EGR-газа продолжает передаваться в экзотермическое тело, перегрев экзотермического тела ограничивается.
Дополнительно, для перемещения воды (водяного пара), десорбированной из экзотермического тела, из содержащего экзотермическое тело участка 407 в бак 402 для рабочего газа, давление в содержащем экзотермическое тело участке 407 должно быть выше давления в баке 402 для рабочего газа в состоянии, в котором переключающий клапан 404 открыт. Здесь, когда температура экзотермического тела повышается до температуры, равной или выше температуры Tdes десорбции (т.е. корпус 401 EGR-охладителя становится теплым состоянием), и в силу этого вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле, десорбируется из экзотермического тела, количество воды (водяного пара) в содержащем экзотермическое тело участке 407 становится больше количества воды (водяного пара) в баке 402 для рабочего газа, так что давление в содержащем экзотермическое тело участке 407 становится выше давления в баке 402 для рабочего газа. Следовательно, переключающий клапан 404, который переключается из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана в начале прогрева корпуса 401 EGR-охладителя (в t1 на фиг. 3), продолжает быть открытым даже после того, как температура экзотермического тела достигает температуры Tdes десорбции (после t3 на фиг. 3). В силу этого, как показано на фиг. 5, когда температура экзотермического тела повышается до температуры, равной или выше температуры Tdes десорбции, вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле, десорбируется из экзотермического тела с изменением фазы с воды в жидкой фазе на водяной пар (Gw на фиг. 5) в газовой фазе, и кроме того, вода (водяной пар), десорбированная из экзотермического тела, неизбежно перемещается из содержащего экзотермическое тело участка 407 в бак 402 для рабочего газа через сообщающийся канал 403 (см. белые стрелки на фиг. 5). В этом случае, когда температура в баке 402 для рабочего газа существенно ниже температуры в содержащем экзотермическое тело участке 407, водяной пар, перемещаемый из содержащего экзотермическое тело участка 407 в бак 402 для рабочего газа, изменяется на воду (Wt на фиг. 5) в жидкой фазе. Таким образом, с помощью устройства перемещения газа согласно изобретению, когда вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле, собирается в баке 402 для рабочего газа, можно реализовывать десорбцию воды (водяного пара), адсорбированной в экзотермическом теле, и перемещение воды (водяного пара), десорбированной из экзотермического тела, из содержащего экзотермическое тело участка 407 в бак 402 для рабочего газа, без использования механизма, который принудительно нагревает экзотермическое тело, как проиллюстрировано посредством нагревателя, и механизма, который принудительно перемещает рабочий газ, как проиллюстрировано посредством насоса.
После того, как вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле, собирается в баке 402 для рабочего газа посредством вышеописанного способа, вода (водяной пар), собранная в баке 402 для рабочего газа, должна накапливаться в баке 402 для рабочего газа до тех пор, пока не потребуется следующий прогрев корпуса 401 EGR-охладителя (т.е. до времени сразу после следующего холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания). Следовательно, в варианте осуществления, в заданное время блокировки (t4 на фиг. 3) после того, как температура экзотермического тела превышает температуру Tdes десорбции, переключающий клапан 404 переключается из открытого состояния клапана в закрытое состояние клапана посредством ECU 5. "Заданное время блокировки" в данном документе представляет собой оцененное время, когда вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле, полностью десорбируется из экзотермического тела, и вода (водяной пар), десорбированная из экзотермического тела, полностью перемещается из содержащего экзотермическое тело участка 407 в бак 402 для рабочего газа. Здесь, состояние, в котором "вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле, полностью десорбируется из экзотермического тела", не ограничено состоянием, в котором общее количество воды (водяного пара), адсорбированной в экзотермическом теле, десорбируется из экзотермического тела, и может соответствовать состоянию, в котором заданное количество или более воды (водяного пара), которая содержится в воде (водяном паре), адсорбированной в экзотермическом теле, десорбируется из экзотермического тела. Аналогично, состояние, в котором "вода (водяной пар), десорбированная из экзотермического тела, полностью перемещается из содержащего экзотермическое тело участка 407 в бак 402 для рабочего газа", не ограничено состоянием, в котором общее количество воды (водяного пара), десорбированной из экзотермического тела, перемещается из содержащего экзотермическое тело участка 407 в бак 402 для рабочего газа, и может соответствовать состоянию, в котором заданное количество или более воды (водяного пара), которая содержится в воде (водяном паре), десорбированной из экзотермического тела, перемещается из содержащего экзотермическое тело участка 407 в бак 402 для рабочего газа. Вкратце, необходимо только то, что рабочий газ, имеющий количество, которое обеспечивает возможность экзотермическому телу адсорбировать заданное или большее количество рабочего газа, когда сообщающийся канал 403 сразу переключается из заблокированного состояния в проводящее состояние посредством переключающего клапана 404 после следующего холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания, десорбируется из экзотермического тела и возвращается в бак 402 для рабочего газа. Следовательно, время блокировки может рассматриваться в качестве оцененного времени, когда количество воды (водяного пара) в баке 402 для рабочего газа достигает количества, почти эквивалентного количеству воды (водяного пара) непосредственно перед t1 на фиг. 3, или оцененного времени, когда адсорбированное количество воды экзотермического тела снижается до количества, почти эквивалентного адсорбированному количеству воды непосредственно перед t1 на фиг. 3, или оцененного времени, когда давление в баке 402 для рабочего газа достигает количества, почти эквивалентного давлению непосредственно перед t1 на фиг. 3. Вышеуказанное время блокировки может задаваться равным времени, когда работа двигателя 1 внутреннего сгорания прекращена (т.е. времени, когда непроиллюстрированный переключатель зажигания переключается из включенного состояния в выключенное состояние). Причина показана следующим образом. Когда работа двигателя 1 внутреннего сгорания продолжается после того, как температура экзотермического тела превышает температуру Tdes десорбции, температура содержащего экзотермическое тело участка 407 с очень небольшой вероятностью должна опускаться ниже температуры бака 402 для рабочего газа, и в силу этого давление в содержащем экзотермическое тело участке 407 с очень небольшой вероятностью должно опускаться ниже давления в баке 402 для рабочего газа. Соответственно, даже когда переключающий клапан 404 продолжает быть открытым до времени, когда работа двигателя 1 внутреннего сгорания прекращена после того, как вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле, полностью собрана в баке 402 для рабочего газа, вода (водяной пар), собранная в баке 402 для рабочего газа, с очень небольшой вероятностью должна перемещаться из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407.
Необязательно открывать переключающий клапан 404 непрерывно до вышеуказанного времени блокировки после того, как переключающий клапан 404 открыт для прогрева корпуса 401 EGR-охладителя. Вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле, может собираться в баке 402 для рабочего газа посредством временного закрытия переключающего клапана 404 в момент времени (t2 на фиг. 3), когда оценивается то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 повышена до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева, и после этого открытия переключающего клапана 404 снова в момент времени (t3 на фиг. 3), когда оценивается то, что температура экзотермического тела повышена до температуры Tdes десорбции.
Когда переключающий клапан 404 переключается из открытого состояния клапана в закрытое состояние клапана в вышеуказанное время блокировки, вода (водяной пар), собранная из содержащего экзотермическое тело участка 407 в бак 402 для рабочего газа, накапливается в баке 402 для рабочего газа, как показано на фиг. 6. Как результат, когда следующий прогрев корпуса 401 EGR-охладителя требуется, переключающий клапан 404 переключается из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана, и в силу этого вышеописанные операции на фиг. 4 и фиг. 5 могут выполняться снова.
EGR-охладитель 400, сконфигурированный так, как описано выше, содержит ECU 5. ECU 5 в варианте осуществления служит также в качестве ECU для управления рабочим состоянием двигателя 1 внутреннего сгорания и т.п. Тем не менее, ECU для управления рабочим состоянием двигателя 1 внутреннего сгорания и т.п. может отдельно предоставляться. ECU 5 сконструирован посредством CPU, ROM, RAM, резервного RAM и т.п. ECU 5 принимает сигналы определения различных датчиков, таких как температурный датчик 6, непроиллюстрированный расходомер воздуха и непроиллюстрированный датчик воздушно-топливного соотношения. Температурный датчик 6 в данном документе представляет собой датчик, который определяет температуру охлаждающей жидкости, которая должна циркулировать в двигателе 1 внутреннего сгорания. ECU 5 электрически соединяется с различными устройствами, такими как непроиллюстрированный клапан впрыска топлива, в дополнение к вышеописанным EGR-клапану 41 и переключающему клапану 404, и выполнен с возможностью управлять различными устройствами. Например, ECU 5 выполняет управление прогревом корпуса 401 EGR-охладителя, в дополнение к известным видам управления, таким как управление впрыском топлива.
Последовательность операций управления прогревом корпуса EGR-охладителя
Здесь, управление прогревом корпуса 401 EGR-охладителя, которое выполняется посредством ECU 5, описывается с помощью фиг. 7 и фиг. 8. Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей процедуру обработки, которая выполняется посредством ECU 5, когда переключающий клапан 404 переключается из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана. Выполнение процедуры обработки, показанной на фиг. 7, инициируется посредством запуска двигателя внутреннего сгорания 1. С другой стороны, фиг. 8 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей процедуру обработки, которая выполняется посредством ECU 5, когда переключающий клапан 404 переключается из открытого состояния клапана в закрытое состояние клапана. Процедура обработки, показанная на фиг. 8, многократно выполняется с заданным периодом в ходе работы двигателя 1 внутреннего сгорания.
Во-первых, в процедуре обработки на фиг. 7, ECU 5 считывает температуру Thw1 охлаждающей жидкости, определенную посредством температурного датчика 6, в процессе S101. Затем, в процессе S102, ECU 5 определяет то, ниже или нет температура Thw1 охлаждающей жидкости, считанная в процессе S101, заданного порогового значения Thwthre. "Заданное пороговое значение Thwthre" в данном документе представляет собой температуру, обеспечивающую возможность оценки того, что температура поверхности стенки газового тракта 405 ниже температуры Twc завершения прогрева, и температура экзотермического тела ниже температуры Tdes десорбции, когда температура Thw1 охлаждающей жидкости ниже порогового значения Thwthre. Пороговое значение Thwthre оценивается заранее, на основе результата эксперимента или моделирования. Здесь, температура Thw1 охлаждающей жидкости представляет собой пример "температуры двигателя внутреннего сгорания при запуске двигателя внутреннего сгорания" в настоящем изобретении.
Предполагается, что температура поверхности стенки газового тракта 405 и температура экзотермического тела являются почти эквивалентными друг другу (например, эквивалентными температуре наружного воздуха), сразу после холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания. Следовательно, температурный датчик для измерения температуры поверхности стенки газового тракта 405 или температуры экзотермического тела может присоединяться к корпусу 401 EGR-охладителя, или температурный датчик для измерения датчика наружного воздуха может содержать EGR-охладитель 400, и может оцениваться то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 ниже температуры Twc завершения прогрева, и температура экзотермического тела ниже температуры Tdes десорбции, когда температура, измеренная посредством температурного датчика, ниже температуры Twc завершения прогрева (<Tdes).
В случае если положительное определение выполняется в процессе S102 (Thw1<Thwthre), оценивается то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 ниже температуры Twc завершения прогрева, как описано выше. Следовательно, когда EGR-газ протекает вдоль газового тракта 405 корпуса 401 EGR-охладителя в такой ситуации, возникает такая проблема, что конденсированная вода формируется посредством контакта между EGR-газом и поверхностью стенки газового тракта 405. Следовательно, в случае если положительное определение выполняется в процессе S102, ECU 5 переходит к процессу S103 и выключает флаг разрешения. В этом случае, вышеуказанное условие циркуляции EGR-газа не удовлетворяется, и в силу этого EGR-клапан 41 не открывается. Когда EGR-клапан 41 не открывается в ситуации, в которой оценивается то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 ниже температуры Twc завершения прогрева, поток EGR-газа из выхлопного канала 3 через EGR-канал 40 к впускному каналу 2 блокируется, так что EGR-газ не протекает вдоль газового тракта 405 корпуса 401 EGR-охладителя. Как результат, формирование конденсированной воды в корпусе 401 EGR-охладителя ограничивается.
После того, как ECU 5 завершает выполнение процесса S103, ECU 5 переходит к процессу S104 и начинает прогрев корпуса 401 EGR-охладителя. В частности, ECU 5 переключает переключающий клапан 404 из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана, чтобы переключать сообщающийся канал 403 из заблокированного состояния в проводящее состояние (процесс соответствует вышеописанному процессу в t1 на фиг. 3). Здесь, когда корпус 401 EGR-охладителя находится в холодном состоянии, например, сразу после холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания (т.е. когда оценивается то, что температура поверхности стенки газового тракта ниже температуры Twc завершения прогрева), предполагается, что температура в баке 402 для рабочего газа и температура в содержащем экзотермическое тело участке 407 являются почти эквивалентными друг другу, как описано выше с фиг. 3. В таком состоянии, когда заданное количество или более воды (водяного пара) накапливается в баке 402 для рабочего газа, давление в баке 402 для рабочего газа становится почти давлением насыщенного пара воды (водяного пара), и давление в содержащем экзотермическое тело участке 407 становится почти вакууметрическим давлением. Как результат, давление в баке 402 для рабочего газа становится выше давления в содержащем экзотермическое тело участке 407. Следовательно, когда переключающий клапан 404 переключается из закрытого состояния клапана в открытое состояние клапана в процессе S104, вода (водяной пар), накапливаемая в баке 402 для рабочего газа, неизбежно перемещается из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407 корпуса 401 EGR-охладителя, как описано выше с фиг. 4. Затем вода (водяной пар), перемещаемая из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407, адсорбируется посредством экзотермического тела содержащего экзотермическое тело участка 407 таким образом, что фаза воды (водяного пара) с газовой фазы на жидкую фазу изменяется. В силу этого, экзотермическое тело вырабатывает тепло вследствие скрытого тепла, ассоциированного с изменением фазы воды (водяного пара). Когда экзотермическое тело вырабатывает тепло, как описано выше, тепло передается из экзотермического тела в поверхность стенки газового тракта 405. В этом случае, поскольку экзотермическое тело в содержащем экзотермическое тело участке 407 располагается таким образом, что оно контактирует с разделительной перегородкой, формирующей газовый тракт 405, тепло, вырабатываемое посредством экзотермического тела, непосредственно передается из экзотермического тела в поверхность стенки газового тракта 405. Как результат, отношение тепла, передаваемого в поверхность стенки газового тракта, к теплу, вырабатываемому посредством экзотермического тела, увеличивается. Соответственно, можно эффективно нагревать поверхность стенки газового тракта 405.
После того, как ECU 5 завершает выполнение процесса S104, ECU 5 переходит к процессу S105 и определяет то, повышена или нет температура поверхности стенки газового тракта 405 до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева. В этом случае, например, ECU 5 может измерять истекшее время от момента времени, когда переключающий клапан 404 открыт в процессе S104. Затем ECU 5 может определять то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 повышена до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева, когда истекшее время равно или выше заданного времени повышения температуры, и может определять то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 ниже температуры Twc завершения прогрева, когда истекшее время меньше заданного времени повышения температуры. "Заданное время повышения температуры" в данном документе представляет собой время, требуемое от момента, когда переключающий клапан 404 открыт для начала прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, и до момента, когда температура поверхности стенки газового тракта 405 повышается до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева. Время, требуемое от момента, когда переключающий клапан 404 открыт для начала прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, и до момента, когда температура поверхности стенки газового тракта 405 повышается до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева, коррелируется с температурой поверхности стенки газового тракта 405 в начале прогрева корпуса 401 EGR-охладителя и количеством теплообразования экзотермического тела в единицу времени. Здесь, предполагается, что температура поверхности стенки газового тракта 405 в начале прогрева корпуса 401 EGR-охладителя является почти эквивалентной температуре наружного воздуха. Дополнительно, предполагается, что температура охлаждающей жидкости во время холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания также является почти эквивалентной температуре наружного воздуха. Следовательно, может оцениваться то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 в начале прогрева корпуса 401 EGR-охладителя является почти эквивалентной температуре Thw1 охлаждающей жидкости во время холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания. Между тем, количество теплообразования экзотермического тела в единицу времени может считаться почти постоянным. В свете этих корреляций и тенденций, вышеуказанное время повышения температуры может определяться с использованием температуры Thw1 охлаждающей жидкости, считанной в процессе S101, в качестве параметра. Например, вышеуказанное время повышения температуры может определяться таким образом, что оно является большим, когда температура Thw1 охлаждающей жидкости является низкой, чем тогда, когда температура Thw1 охлаждающей жидкости является высокой. Здесь, корреляция между вышеуказанным временем повышения температуры и температурой Thw1 охлаждающей жидкости может сохраняться в ROM и т.п. ECU 5 заранее, в качестве карты или выражения отношения, в котором температура Thw1 охлаждающей жидкости представляет собой параметр. В качестве другого способа определения того, повышена или нет температура поверхности стенки газового тракта 405 до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева, температурный датчик для измерения температуры поверхности стенки газового тракта 405 может присоединяться к корпусу 401 EGR-охладителя, и может определяться то, равно или выше либо нет значение измерения температурного датчика температуры Twc завершения прогрева.
Здесь, если EGR-газ протекает вдоль газового тракта 405, когда температура поверхности стенки газового тракта 405 ниже температуры Twc завершения прогрева, возникает такая проблема, что конденсированная вода формируется посредством контакта между EGR-газом и поверхностью стенки газового тракта 405. Следовательно, в случае если отрицательное определение выполняется на процесс S105 (температура поверхности стенки < Twc), ECU 5 выполняет процесс S105 снова, при поддержании отключенного состояния флага разрешения. С другой стороны, если EGR-газ протекает вдоль газового тракта 405 корпуса 401 EGR-охладителя, когда температура поверхности стенки газового тракта 405 равна или выше температуры Twc завершения прогрева, оценивается то, что конденсированная вода не может формироваться посредством контакта между EGR-газом и поверхностью стенки газового тракта 405. Следовательно, в случае если положительное определение выполняется в процессе S105 (температура поверхности стенки ≥ Twc), ECU 5 переходит к процессу S106 и включает флаг разрешения. После того, как ECU 5 завершает выполнение процесса S106, ECU 5 завершает выполнение процедуры обработки.
В случае если отрицательное определение выполняется на процесс S102 (Thw1 ≥ Thwthre), может оцениваться то, что температура поверхности стенки газового тракта 405 равна или выше температуры Twc завершения прогрева. Следовательно, ECU 5 переходит к процессу S106 посредством пропуска процессов S103-S105 и включает флаг разрешения.
Таким образом, переключающий клапан 404 EGR-охладителя 400 управляется в соответствии с процедурой обработки на фиг. 7, и в силу этого можно эффективно и рационально нагревать поверхность стенки газового тракта 405, когда корпус 401 EGR-охладителя находится в холодном состоянии. Дополнительно, поскольку можно эффективно и рационально нагревать поверхность стенки газового тракта 405, можно уменьшать количество экзотермического тела, которое должно содержаться в содержащем экзотермическое тело участке 407, и количество воды (водяного пара), которая должна накапливаться в баке 402 для рабочего газа, до относительно небольших количеств и можно повышать температуру поверхности стенки газового тракта 405 до температуры, при которой ограничивается формирование конденсированной воды (т.е. до температуры, равной или выше температуры Twc завершения прогрева). Как результат, можно подавлять увеличение размера корпуса 401 EGR-охладителя и увеличение размера бака 402 для рабочего газа, и в силу этого можно подавлять снижение возможности монтажа на транспортном средстве EGR-устройства 4, включающего в себя EGR-охладитель 400.
В процедуре обработки на фиг. 8, во-первых, ECU 5 определяет то, находится или нет переключающий клапан 404 в открытом состоянии клапана, в процессе S201. В случае если отрицательное определение выполняется на процесс S201, можно определять то, что прогрев корпуса 401 EGR-охладителя не выполнен, поскольку запуск двигателя внутреннего сгорания 1 (т.е. прогрев корпуса 401 EGR-охладителя не требуется, поскольку температура поверхности стенки газового тракта 405 не равна или выше температуры Twc завершения прогрева в момент времени запуска двигателя внутреннего сгорания 1), или что переключающий клапан 404 уже закрыт, хотя прогрев корпуса 401 EGR-охладителя выполнен после запуска двигателя внутреннего сгорания 1 (т.е. сбор воды (водяного пара) в баке 402 для рабочего газа уже завершен после прогрева корпуса 401 EGR-охладителя). В этом случае, необязательно выполнять процесс для закрытия переключающего клапана 404, и в силу этого ECU 5 завершает выполнение процедуры обработки. С другой стороны, в случае если положительное определение выполняется в процессе S201, можно определять то, что переключающий клапан 404 открыт для прогрева корпуса 401 EGR-охладителя после запуска двигателя внутреннего сгорания 1, и открытое состояние клапана для переключающего клапана 404 продолжается. Таким образом, время выполнения процесса S201 представляет собой время после t1 на фиг. 3 и перед t4. В этом случае, необходимо выполнять процесс для открытия переключающего клапана 404, и в силу этого ECU 5 переходит к процессам S202 и далее.
В процессе S202, ECU 5 определяет то, находится или нет EGR-клапан 41 в открытом состоянии клапана. В случае если отрицательное определение выполняется на процесс S202, EGR-клапан 41 находится в закрытом состоянии клапана, поскольку прогрев корпуса 401 EGR-охладителя по-прежнему не завершается (т.е. флаг разрешения находится в отключенном состоянии), или EGR-клапан 41 находится в закрытом состоянии клапана, поскольку рабочее состояние двигателя 1 внутреннего сгорания не находится в области выполнения EGR, хотя прогрев корпуса 401 EGR-охладителя завершается (т.е. флаг разрешения находится во включенном состоянии). В этом случае, ECU 5 однократно завершает выполнение процедуры обработки. С другой стороны, в случае если положительное определение выполняется в процессе S202, EGR-клапан 41 находится в открытом состоянии клапана, поскольку прогрев корпуса 401 EGR-охладителя уже завершен (т.е. флаг разрешения находится во включенном состоянии), и рабочее состояние двигателя 1 внутреннего сгорания находится в области выполнения EGR (т.е. вышеуказанное заданное условие циркуляции EGR-газа удовлетворяется). Таким образом, время выполнения процесса S202 представляет собой время после t2 на фиг. 3 и перед t4. В этом случае, ECU 5 переходит к процессу S203.
В процессе S203, ECU 5 обновляет счетчик Cint интегрирования. Счетчик Cint интегрирования в данном документе подсчитывает интегрированное значение (в дальнейшем в этом документе, называемое "интегрированным временем открытия клапана") времени открытия клапана EGR-клапана 41 после завершения прогрева корпуса 401 EGR-охладителя (после t2 на фиг. 3, описанном выше). После того, как ECU 5 завершает выполнение процесса S203, ECU 5 переходит к процессу S204.
В процессе S204, ECU 5 определяет то, равно или выше либо нет интегрированное время Cint открытия клапана, обновленное в процессе S203, заданного времени Crt сбора. "Заданное время Crt сбора" в данном документе представляет собой время, требуемое для того, чтобы собирать, в баке 402 для рабочего газа, воду (водяной пар), адсорбированную в экзотермическом теле во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя. Как описано выше с помощью фиг. 3, для сбора, в баке 402 для рабочего газа, воды (водяного пара), адсорбированной в экзотермическом теле во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, необходимо увеличивать температуру экзотермического тела до температуры, равной или выше температуры Tdes десорбции, так что вода (водяной пар) десорбируется из экзотермического тела, и необходимо увеличивать давление в содержащем экзотермическое тело участке 407 до давления выше давления в баке 402 для рабочего газа. Дополнительно, для удовлетворения условиям, необходимо открывать EGR-клапан 41 таким образом, что EGR-газ с высокой температурой протекает вдоль газового тракта 405 корпуса 401 EGR-охладителя, и температура экзотермического тела повышается с помощью тепла EGR-газа. Следовательно, можно сказать, что время, которое требуется для того, чтобы собирать воду (водяной пар), адсорбированную в экзотермическом теле, в бак 402 для рабочего газа во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, зависит от интегрированного времени Cint открытия клапана EGR-клапана 41 после завершения прогрева корпуса 401 EGR-охладителя. Следовательно, в варианте осуществления, время, требуемое для того, чтобы собирать практически общее количество воды (водяного пара), которая адсорбируется в экзотермическом теле во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, в бак 402 для рабочего газа в открытом состоянии клапана EGR-клапана 41 после завершения прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, оценивается заранее на основе результата эксперимента или моделирования, и время, оцененное таким образом, задается в качестве времени Crt сбора. Когда интегрированное время Cint открытия клапана равно или более времени Crt сбора, определяется то, что вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, полностью собрана в баке 402 для рабочего газа. С другой стороны, когда интегрированное время Cint открытия клапана меньше времени Crt сбора, определяется то, что вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, не полностью собрана в бак 402 для рабочего газа.
В случае если отрицательное определение выполняется на процесс S204, ECU 5 однократно завершает выполнение процедуры обработки. В этом случае, открытое состояние клапана для переключающего клапана 404 поддерживается, так что вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, продолжает собираться в бак 402 для рабочего газа. С другой стороны, в случае если положительное определение выполняется в процессе S204, оценивается то, что вода (водяной пар), адсорбированная в экзотермическом теле во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, полностью собрана в баке 402 для рабочего газа, как описано выше. ECU 5 переходит к процессу S205 и переключает переключающий клапан 404 из открытого состояния клапана в закрытое состояние клапана (это время соответствует времени блокировки t4 на фиг. 3). В силу этого, как описано выше с фиг. 6, вода (водяной пар), собранная в бак 402 для рабочего газа, накапливается в баке 402 для рабочего газа. После того, как ECU 5 выполняет процесс S205, ECU 5 переходит к процессу S206 и сбрасывает значение счетчика интегрированного времени Cint открытия клапана до начального значения (т.е. до нуля).
Посредством управления переключающим клапаном 404 EGR-охладителя 400 в соответствии с процедурой обработки на фиг. 8 таким способом, можно собирать воду (водяной пар), которая адсорбируется в экзотермическом теле во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, в бак 402 для рабочего газа и можно накапливать воду (водяной пар), собранную в бак 402 для рабочего газа, в баке 402 для рабочего газа. В силу этого, можно эффективно и рационально нагревать поверхность стенки газового тракта 405 корпуса 401 EGR-охладителя, когда требуется следующий прогрев корпуса 401 EGR-охладителя.
В процедуре обработки на фиг. 8, время закрытия переключающего клапана 404 (т.е. время блокировки t4 на фиг. 3) определяется, с использованием интегрированного времени Cint открытия клапана в качестве параметра. Тем не менее, датчик, который измеряет количество воды (водяного пара), накапливаемой в баке 402 для рабочего газа, может присоединяться к баку 402 для рабочего газа, и переключающий клапан 404 может быть закрыт в то время, когда измеренное значение датчика достигает количества рабочего газа (например, количества воды (водяного пара), накапливаемой в баке 402 для рабочего газа непосредственно перед тем, как прогрев корпуса 401 EGR-охладителя начинается). В качестве другого способа, датчик, который измеряет давление в баке 402 для рабочего газа, может присоединяться к баку 402 для рабочего газа, и переключающий клапан 404 может быть закрыт в то время, когда измеренное значение датчика достигает заданного давления (например, давления в баке 402 для рабочего газа непосредственно перед тем, как прогрев корпуса 401 EGR-охладителя начинается).
Здесь, пример "модуля управления" согласно изобретению реализован, когда ECU 5 выполняет процессы S101, S102, S104 и S105 процедуры обработки на фиг. 7 и процедуры обработки на фиг. 8. Пример "модуля управления циркуляцией" согласно изобретению реализован, когда ECU 5 выполняет процессы S103 и S106 процедуры обработки на фиг. 7.
В варианте осуществления, экзотермическое тело, которое должно содержаться в содержащем экзотермическое тело участке 407, располагается таким образом, что экзотермическое тело контактирует с разделительной перегородкой для сегментации между содержащим экзотермическое тело участком 407 и газовым трактом 405, а также контактирует с разделительной перегородкой для сегментации между содержащим экзотермическое тело участком 407 и трактом 406 подачи хладагента. Тем не менее, в случае если вещество, имеющее высокую теплостойкую температуру, используется в качестве экзотермического тела, которое должно содержаться в содержащем экзотермическое тело участке 407, экзотермическое тело может располагаться таким образом, что экзотермическое тело контактирует с разделительной перегородкой для сегментации между содержащим экзотермическое тело участком 407 и газовым трактом 405, но не контактирует с разделительной перегородкой для сегментации между содержащим экзотермическое тело участком 407 и трактом 406 подачи хладагента. При такой конфигурации, когда прогрев корпуса 401 EGR-охладителя выполняется, можно увеличивать отношение тепла, передаваемого в поверхность стенки газового тракта 405, к теплу, вырабатываемому посредством экзотермического тела, и в силу этого можно более эффективно выполнять прогрев корпуса 401 EGR-охладителя.
Второй вариант осуществления
Далее описывается второй вариант осуществления изобретения на основе фиг. 9. Здесь, описываются конфигурации, отличающиеся от вышеописанного первого варианта осуществления, и описание идентичных конфигураций опускается. Фиг. 9 является схемой, показывающей форму соединения между содержащим экзотермическое тело участком и сообщающимся каналом в варианте осуществления. На фиг. 9, содержащий экзотермическое тело участок показан как вид сверху. Дополнительно, белая стрелка на фиг. 9 показывает направление потока EGR-газа в корпусе 401 EGR-охладителя.
Как показано на фиг. 9, экзотермическое тело (Eh), которое должно содержаться в содержащем экзотермическое тело участке 407, формируется таким образом, что длина L1 в направлении потока EGR-газа превышает длину L2 в направлении, ортогональном к направлению потока EGR-газа. Причина показана следующим образом. Для эффективного охлаждения EGR-газа с корпусом 401 EGR-охладителя, эффективно, если длина (длина газового тракта 405) корпуса 401 EGR-охладителя в направлении потока EGR-газа превышает длину корпуса 401 EGR-охладителя в направлении, ортогональном к направлению потока EGR-газа. Следовательно, длина L1 экзотермического тела (Eh) в направлении потока EGR-газа превышает длину L2 экзотермического тела (Eh) в направлении, ортогональном к направлению потока EGR-газа. Для экзотермического тела (Eh), сформированного таким образом, сообщающийся канал 403 соединяется с содержащим экзотермическое тело участком 407 таким образом, что вода (водяной пар) протекает в содержащий экзотермическое тело участок 407 вдоль направления, ортогонального к направлению потока EGR-газа. Таким образом, открытые концы сообщающегося канала 403 в соединительном участке между сообщающимся каналом 403 и содержащим экзотермическое тело участком 407 ориентированы в направлении, ортогональном к направлению потока EGR-газа. Кроме того, сообщающийся канал 403, показанный на фиг. 9, расходится на множество ответвлений на впуске, при начале с бака 402 для рабочего газа, соединительного участка с содержащим экзотермическое тело участком 407, и множество ответвлений соединяются с содержащим экзотермическое тело участком 407. Открытые концы ответвлений в соединительных участках между ответвлениями и содержащим экзотермическое тело участком 407 ориентированы в направлении, ортогональном к направлению потока EGR-газа.
Поскольку сообщающийся канал 403 соединяется с содержащим экзотермическое тело участком 407 в вышеуказанной форме, вода (водяной пар), которая должна протекать из бака 402 для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок 407 через сообщающийся канал 403 во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, протекает в содержащий экзотермическое тело участок 407 вдоль направления, ортогонального к направлению потока EGR-газа, как показано посредством черных стрелок на фиг. 9, и вода (водяной пар) протекает в содержащий экзотермическое тело участок 407 ко множеству точек экзотермического тела (Eh). В этом случае, поскольку длина L2 экзотермического тела (Eh) в направлении, ортогональном к направлению потока EGR-газа, меньше длины L1 экзотермического тела (Eh) в направлении потока EGR-газа, как описано выше, вода (водяной пар), вытекающая из сообщающегося канала 403 в содержащий экзотермическое тело участок 407, легко проходит через все экзотермическое тело (Eh). Как результат, тепло вырабатывается почти из всего экзотермического тела, содержащегося в содержащем экзотермическое тело участке 407. Соответственно, когда поверхность стенки газового тракта 405 нагревается посредством тепла, вырабатываемого из экзотермического тела, температура поверхности стенки газового тракта 405 с очень небольшой вероятностью является неоднородной. Следовательно, можно ограничивать формирование конденсированной воды, в более широком диапазоне в корпусе 401 EGR-охладителя.
В случае если экзотермическое тело формируется таким образом, что длина в направлении, ортогональном к направлению потока EGR-газа, превышает длину в направлении потока EGR-газа, сообщающийся канал может соединяться с содержащим экзотермическое тело участком таким образом, что вода (водяной пар) протекает в содержащий экзотермическое тело участок вдоль направления потока EGR-газа, и вода (водяной пар) протекает в содержащий экзотермическое тело участок ко множеству точек экзотермического тела.
Способ для соединения между сообщающимся каналом и содержащим экзотермическое тело участком не ограничен способом, в котором направление воды (водяного пара), протекающей в содержащий экзотермическое тело участок, является параллельным направлению, которое представляет собой одно из направления потока EGR-газа и направления, ортогонального к направлению потока EGR-газа, и в котором длина экзотермического тела относительно меньше. Вкратце, сообщающийся канал и содержащий экзотермическое тело участок должны соединяться только таким образом, что вода (водяной пар) протекает в содержащий экзотермическое тело участок вдоль направления, которое представляет собой одно из направления потока EGR-газа и направления, ортогонального к направлению потока EGR-газа, и которое пересекает продольное направление экзотермического тела.
Дополнительно, способ для обеспечения принудительного протекания воды (водяного пара) в содержащий экзотермическое тело участок ко множеству точек экзотермического тела не ограничен способом, в котором сообщающийся канал расходится на множество ответвлений. Например, может использоваться способ увеличения площади проходного поперечного сечения сообщающегося канала на впуске, при начале с бака 402 для рабочего газа, соединительного участка с содержащим экзотермическое тело участком 407 и соединения сообщающегося канала с содержащим экзотермическое тело участком в увеличивающемся участке.
Третий вариант осуществления
Далее описывается третий вариант осуществления изобретения на основе фиг. 10. Здесь, описываются конфигурации, отличающиеся от конфигураций первого и второго вариантов осуществления, и описание идентичных конфигураций опускается. Фиг. 10 является схемой, показывающей внутреннюю конструкцию корпуса EGR-охладителя в варианте осуществления.
Как показано на фиг. 10, в корпусе 401 EGR-охладителя согласно варианту осуществления, содержащий экзотермическое тело участок 407 включает в себя сходящийся участок 407a, который располагается во впускном отверстии участок корпуса 401 EGR-охладителя, и множество расходящихся участков 407b, которые расходятся от сходящегося участка 407a. Сходящийся участок 407a располагается таким образом, что EGR-газ, протекающий в корпус 401 EGR-охладителя, входит в контакт со сходящимся участком 407a до диспергирования во множество газовых трактов 405. Кроме того, сходящийся участок 407a располагается таким образом, что он находится на большом расстоянии от разделительной перегородки, формирующей газовый тракт 405, и разделительной перегородки, формирующей тракт 406 подачи хладагента. С другой стороны, каждый расходящийся участок 407b располагается таким образом, что он контактирует с разделительной перегородкой, формирующей газовый тракт 405, и контактирует с разделительной перегородкой, формирующей тракт 406 подачи хладагента, аналогично вышеописанному первому варианту осуществления. Для содержащего экзотермическое тело участка 407 с такой конфигурацией, сообщающийся канал 403 соединяется со сходящимся участком 407a содержащего экзотермическое тело участка 407. Другая конфигурация является идентичной конфигурации в вышеописанном первом варианте осуществления.
Поскольку корпус 401 EGR-охладителя сконфигурирован так, как описано с помощью фиг. 10, поверхность стенки газового тракта 405 нагревается эффективно посредством тепла, вырабатываемого из экзотермического тела, содержащегося в расходящихся участках 407b, во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, аналогично вышеописанному первому варианту осуществления. Кроме того, в открытом состоянии клапана EGR-клапана 41 во время операции нагрева корпуса 401 EGR-охладителя, высокотемпературный EGR-газ до протекания в газовый тракт 405 (т.е. до того, как теплом обмениваются с охлаждающей жидкостью в тракте 406 подачи хладагента на газовом тракте 405) входит в контакт со сходящимся участком 407a, и в силу этого сходящийся участок 407a быстро нагревается. Затем тепло сходящегося участка 407a передается в расходящиеся участки 407b, и в силу этого температура экзотермического тела, содержащегося в расходящихся участках 407b, быстро повышается. Как результат, рабочий газ, абсорбированный в экзотермическом теле во время прогрева корпуса 401 EGR-охладителя, может десорбироваться из экзотермического тела и может собираться в баке 402 для рабочего газа, более быстро.
Другие варианты осуществления
Каждый из EGR-охладителей в вышеописанных первом-третьем вариантах осуществления имеет такую конфигурацию, в которой рабочий газ неизбежно перемещается с использованием разности давлений между содержащим экзотермическое тело участком корпуса EGR-охладителя и баком для рабочего газа. Тем не менее, EGR-охладитель может иметь такую конфигурацию, в которой рабочий газ принудительно перемещается между содержащим экзотермическое тело участком и баком для рабочего газа. Например, в EGR-охладителе, может быть предусмотрен механизм, который уменьшает объем бака для рабочего газа, когда рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок, и который увеличивает объем бака для рабочего газа, когда рабочий газ, десорбированный из экзотермического тела, перемещается из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа. Дополнительно, в EGR-охладителе, может быть предусмотрен насосный механизм, который всасывает рабочий газ в бак для рабочего газа и выпускает рабочий газ к содержащему экзотермическое тело участку, когда рабочий газ, накапливаемый в баке для рабочего газа, перемещается из бака для рабочего газа в содержащий экзотермическое тело участок, и который всасывает рабочий газ в содержащий экзотермическое тело участок и выпускает рабочий газ к баку для рабочего газа, когда рабочий газ, десорбированный из экзотермического тела, перемещается из содержащего экзотермическое тело участка в бак для рабочего газа. При этих конфигурациях, можно более надежно перемещать рабочий газ при одновременном снижении влияния окружающих температурных условий и т.п. содержащего экзотермическое тело участка и бака для рабочего газа.