JP2020076369A - Egrクーラの温度調節装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】外部環境に対応した適切なEGRクーラの温度調節を可能とする。【解決手段】EGRクーラ14の温度調節制御に際して制御回路29は、EGRクーラ14の内壁温度が既定の凝縮判定値以下であることを条件に排気熱回収器17からEGRクーラ14への冷却水の供給を実施する。さらに制御回路29は、車両の走行速度が既定の走行判定値よりも高く、且つ外気温度が既定の低温判定値よりも低い場合には、このときの排気熱回収器17からEGRクーラ14に供給する冷却水の流量を、そうでない場合よりも多くしている。【選択図】図1
Description
本発明は、エンジンの排気熱を利用してEGRクーラの温度を調節するEGRクーラの温度調節装置に関する。
排気の一部を吸気中に再循環する排気再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)システムを備えるエンジンでは、高温のEGRガスの導入により吸気が熱膨張して、吸気の充填効率が低下することがある。EGRシステムに、排気通路から吸気通路へとEGRガスを導くためのEGR通路に、EGRガスを冷却するためのEGRクーラを設置することがある。EGRクーラは、エンジンの冷却水とEGRガスとの間で熱交換を行う熱交換器として構成されている。
低温環境下でのエンジンの冷間始動直後などのEGRクーラの内壁の温度が低い状態では、EGRクーラ内での冷却により、EGRガス中の水蒸気が凝縮することがある。EGRクーラ内に凝縮水が発生すると、EGRガス中の煤が凝縮水に溶け込むようになる。そして、その後の水分の蒸発により、粘性の高いデポジットが形成されて、EGR通路の目詰まりを起こすことがある。また、凝縮水がEGRクーラやEGR通路等の金属部品の腐食を生じさせる虞もある。
そこで従来、特許文献1に見られるような、エンジンの排気熱を利用してEGRクーラの温度を調節するEGRクーラの温度調節装置が提案されている。特許文献1に記載の温度調節装置は、エンジンの排気と冷却水との間で熱交換を行う排気熱回収器を備えている。そして、エンジン通過後の冷却水の温度(エンジン出口水温)が既定温度まで上昇するまでは、排気熱回収器において排気の熱を受けて温められた冷却水(以下、温水と記載する)をEGRクーラに供給している。
ところで、EGRクーラの内壁温度の変化量は、EGRクーラを通過する冷却水からの受熱と、外気への放熱と、の熱収支により決まる。そして、EGRクーラの外気への放熱量は、外気温やEGRクーラに当たる走行風の強さなどの外部環境の状況により変化する。そのため、排気熱回収器からの温水供給をエンジン出口水温に基づいて行うだけでは、凝縮水の発生を十分に抑え切れない。
上記課題を解決する温度調節装置は、車両に搭載されたエンジンのEGR通路を流れるEGRガスと同エンジンの冷却水との間で熱交換を行うEGRクーラに適用されている。そして、同温度調節装置は、エンジンの排気と前記冷却水との間で熱交換を行う排気熱回収器と、排気熱回収器からEGRクーラに供給する冷却水の流量である温水流量を調節する流量調節機構と、EGRクーラの内壁温度が既定の凝縮判定値以下であることを条件に排気熱回収器からEGRクーラへの冷却水の供給を実施する制御回路と、を備えている。
EGRクーラの内壁が低温である場合に、排気熱回収器において排気の熱を受けて温められた冷却水をEGRクーラに供給すれば、EGRクーラの内壁が温められて凝縮水が発生し難くなる。ただし、このときのEGRクーラに、低温の外気が走行風として吹き付けられていると、外気によるEGRクーラからの熱の持ち去りが多くなるため、EGRクーラの内壁を十分に温められないことがある。その点、上記温度調節装置における制御回路は、車両の走行速度が既定の走行判定値よりも高く、且つ外気温度が既定の低気温判定値よりも低い場合には、そうでない場合よりも、排気熱回収器からEGRクーラへの冷却水の供給を実施する際の上記温水流量が多くなるように流量調節機構を制御している。そのため、外気がEGRクーラから持ち去る熱量の変化に対応しての適切なEGRクーラの温度調節が可能となる。
以下、EGRクーラの温度調節装置の一実施形態を、図1〜図4を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、温度調節装置の適用対象であるEGRクーラ14は、エンジン10の吸気通路11と排気通路12とを繋ぐEGR通路13に設置されている。EGR通路13におけるEGRクーラ14よりも吸気通路11側の部分には、EGR通路13を通って吸気通路11に再循環される排気(以下、EGRガスと記載する)の流量を調節するためのEGRバルブ15が設けられている。EGRクーラ14は、エンジン10の冷却水とEGRガスとの間で熱交換を行う熱交換器として構成されている。さらに、排気通路12におけるEGR通路13の接続位置よりも下流側の部分には、排気熱回収器17が設置されている。排気熱回収器17は、エンジン10の冷却水と排気との間で熱交換を行う熱交換器として構成されている。
図1に示すように、温度調節装置の適用対象であるEGRクーラ14は、エンジン10の吸気通路11と排気通路12とを繋ぐEGR通路13に設置されている。EGR通路13におけるEGRクーラ14よりも吸気通路11側の部分には、EGR通路13を通って吸気通路11に再循環される排気(以下、EGRガスと記載する)の流量を調節するためのEGRバルブ15が設けられている。EGRクーラ14は、エンジン10の冷却水とEGRガスとの間で熱交換を行う熱交換器として構成されている。さらに、排気通路12におけるEGR通路13の接続位置よりも下流側の部分には、排気熱回収器17が設置されている。排気熱回収器17は、エンジン10の冷却水と排気との間で熱交換を行う熱交換器として構成されている。
エンジン10には、機械式ウォータポンプ18が設けられている。機械式ウォータポンプ18は、エンジン10の動力を受けて動作して、同エンジン10の内部に形成されたウォータジャケット16に向けて冷却水を吐出する。ウォータジャケット16の冷却水流出口であるウォータアウトレット19には、ラジエータ21が設けられたラジエータ水路20と、上述のEGRクーラ14が設けられたデバイス水路22と、の2つの水路が接続されている。ラジエータ水路20及びデバイス水路22の下流側はそれぞれ、サーモ−スタット23を介して機械式ウォータポンプ18の冷却水吸入口に接続されている。サーモスタット23は、デバイス水路22から機械式ウォータポンプ18への冷却水の流れを常時許容する。一方、サーモスタット23は、デバイス水路22から流入する冷却水の温度が既定のサーモスタット開温度未満の場合には、ラジエータ水路20から機械式ウォータポンプ18への冷却水の流れを遮断している。そして、サーモ−スタット23は、上記冷却水の温度がサーモスタット開温度以上となると、ラジエータ水路20から機械式ウォータポンプ18への冷却水の流れを開放する。
デバイス水路22におけるEGRクーラ14よりも上流側の部分には、第1切換弁26が設けられている。また、デバイス水路22におけるEGRクーラ14よりも下流側の部分には、第2切換弁27が設けられている。本実施形態の温度調節装置には、第1切換弁26と第2切換弁27とを繋ぐ短絡水路25が設けられている。短絡水路25には、上述の排気熱回収器17が設置されている。また、短絡水路25における排気熱回収器17よりも第1切換弁26に近い部分には、電動ウォータポンプ28が設置されている。電動ウォータポンプ28は、給電に応じて動作して、排気熱回収器17側から第1切換弁26側に向けて冷却水を吐出する。
なお、以下の説明では、デバイス水路22における第1切換弁26よりも上流側の部分を同デバイス水路22の上流部22Aと記載する。また、デバイス水路22における第2切換弁27よりも下流側の部分を同デバイス水路22の下流部22Cと記載する。そして、デバイス水路22においてEGRクーラ14が設置された、第1切換弁26と第2切換弁27との間の部分を、同デバイス水路22の中流部22Bと記載する。
第1切換弁26及び第2切換弁27はそれぞれ、駆動信号EV1、EV2に応じて動作する電磁弁として構成されている。駆動信号EV1がオンであるときの第1切換弁26は、デバイス水路22の中流部22Bに対して、同デバイス水路22の上流部22Aを接続する一方で短絡水路25を切断した状態とする。また、駆動信号EV1がオフであるときの第1切換弁26は、デバイス水路22の中流部22Bに対して、短絡水路25を接続する一方で同デバイス水路22の上流部22Aを切断した状態とする。これに対して、駆動信号EV2がオンであるときの第2切換弁27は、デバイス水路22の中流部22Bに対して、同デバイス水路22の下流部22Cを接続する一方で短絡水路25を切断した状態とする。また、駆動信号EV2がオフであるときの第2切換弁27は、デバイス水路22の中流部22Bに対して、短絡水路25を接続する一方で同デバイス水路22の下流部22Cを切断した状態とする。
さらに本実施形態の温度調節装置は、第1切換弁26、第2切換弁27、及び電動ウォータポンプ28を制御する制御回路29を備えている。制御回路29には、ウォータアウトレット19における冷却水の温度(以下、出口水温THWと記載する)を検出する水温センサ30、及びEGRクーラ14の内壁温度THCを検出する内壁温度センサ31のそれぞれ検出信号が入力されている。さらに、制御回路29には、外気温度THAを検出する外気温センサ32、及びエンジン10が搭載された車両の走行速度(以下、車速Vと記載する)を検出する車速センサ33のそれぞれの検出信号も入力されている。そして、制御回路29は、エンジン10の運転中、EGRクーラ14の内壁温度を調節するための温度調節制御を実施している。
図2に、温度調節制御のために制御回路29が実行する温度調節制御ルーチンのフローチャートを示す。制御回路29は、エンジン10の運転中に本ルーチンの処理を既定の制御周期毎に繰り返し実行する。
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップS100において、出口水温THWが既定の凝縮判定値T1以下であるか否かが判定される。そして、出口水温THWが凝縮判定値T1以下の場合(YES)にはステップS110に、出口水温THWが凝縮判定値T1を超えている場合(NO)にはステップS140に、それぞれ処理が進められる。なお、凝縮判定値T1には、EGRクーラ14内に凝縮水が発生する内壁温度THCの上限値が値として設定されている。
出口水温THWが凝縮判定値T1以下であってステップS110に処理が進められた場合には、そのステップS110においてEGRクーラ14の内壁温度THCが凝縮判定値T1以下であるか否かが判定される。そして、内壁温度THCが凝縮判定値T1以下の場合(YES)にはステップS120に、内壁温度THCが凝縮判定値T1を超えている場合(NO)にはステップS140に、それぞれ処理が進められる。
出口水温THW及び内壁温度THCの少なくとも一方が凝縮判定値T1以下であってステップS140に処理が進められた場合には、そのステップS140において、電動ウォータポンプ28の給電量EWPが0とされる。すなわち、このときの電動ウォータポンプ28は、動作が停止される。そして続くステップS150において、第1切換弁26及び第2切換弁27の駆動信号EV1,EV2が双方共にオフとされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
これに対して、出口水温THW及び内壁温度THCが双方ともに凝縮判定値T1を超えていてステップS120に処理が進められた場合には、そのステップS120において車速Vが既定の走行判定値V0を超えているか否かが判定される。そして、車速Vが走行判定値V0を超えている場合(YES)にはステップS130に、超えていない場合(NO)にはステップS160に、それぞれ処理が進められる。なお、本実施形態では、0[km/hour]が走行判定値V0の値として設定されている。このときのステップS120での判定結果は、車両が停車しているときには否定判定(NO)となり、車両が走行していれば肯定判定(YES)となる。
車速Vが走行判定値V0を超えていてステップS130に処理が進められた場合には、そのステップS130において、外気温度THAが既定の低気温判定値T2未満であるか否かが判定される。そして、外気温度THAが低気温判定値T2未満の場合(YES)にはステップS170に、低気温判定値T2以上の場合(NO)には上述のステップS160に処理が進められる。
ステップS160に処理が進められた場合には、そのステップS160において、既定の小流量値LOWが電動ウォータポンプ28の給電量EWPの値として設定される。これに対して、ステップS170に処理が進められた場合には、そのステップS170において、上記小流量値LOWよりも大きい既定の大流量値HIGHが電動ウォータポンプ28の給電量EWPの値として設定される。そして、ステップS160又はステップS170での給電量EWPの設定後には、ステップS180において、第1切換弁26及び第2切換弁27の駆動信号EV1,EV2が双方共にオンとされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
本実施形態の作用及び効果について説明する。
上述のように凝縮判定値T1には、EGRクーラ14内に凝縮水が発生する内壁温度THCの上限値(以下、凝縮限界温度と記載する)が値として設定されている。内壁温度THCが凝縮限界温度以下の場合には、EGRクーラ14内で凝縮水が発生する虞がある。また、内壁温度THCが凝縮限界温度を超えていても出口水温THWが凝縮限界温度以下の場合には、エンジン10のウォータアウトレット19から流出する、凝縮限界温度以下の冷たい冷却水がEGRクーラ14に流されると、EGRクーラ14の内壁が冷却水により凝縮限界温度以下となるまで冷やされる虞がある。
上述のように凝縮判定値T1には、EGRクーラ14内に凝縮水が発生する内壁温度THCの上限値(以下、凝縮限界温度と記載する)が値として設定されている。内壁温度THCが凝縮限界温度以下の場合には、EGRクーラ14内で凝縮水が発生する虞がある。また、内壁温度THCが凝縮限界温度を超えていても出口水温THWが凝縮限界温度以下の場合には、エンジン10のウォータアウトレット19から流出する、凝縮限界温度以下の冷たい冷却水がEGRクーラ14に流されると、EGRクーラ14の内壁が冷却水により凝縮限界温度以下となるまで冷やされる虞がある。
上記温度調節制御において制御回路29は、エンジン10の出口水温THW及びEGRクーラ14の内壁温度THCの少なくとも一方が凝縮判定値T1以下の場合には、第1切換弁26及び第2切換弁27の駆動信号EV1,EV2を共にオンとする。また、この場合の制御回路29は、電動ウォータポンプ28を稼働させる。図3に示すように、このときには、EGRクーラ14が設置されたデバイス水路22の中流部22Bは、エンジン10のウォータジャケット16を通る冷却水の循環経路からは切り離されて、短絡水路25に接続される。これにより、EGRクーラ14と排気熱回収器17とを巡る冷却水の循環経路が形成されて、電動ウォータポンプ28によりその循環経路に冷却水が流される。これにより、排気熱回収器17において排気の熱を受けて温められた冷却水がEGRクーラ14に供給される。そしてその結果、排気から回収した熱を利用してEGRクーラ14が温められるようになる。したがって、このときのエンジン10のウォータアウトレット19から流出する冷たい冷却水をEGRクーラ14に供給する場合よりも、EGRクーラ14での凝縮水の発生が抑えられる。
なお、外気温度THAが低く、且つその冷たい外気が走行風としてEGRクーラ14に吹き付けられる場合には、外気により持ち去られる熱量が多くなる。そのため、そうした場合には、排気熱回収器17で温められた冷却水をEGRクーラ14に供給しても、同EGRクーラ14を十分に加温できない虞がある。その点、本実施形態では、車両の走行速度(車速V)が既定の走行判定値V0よりも高く、且つ外気温度THAが既定の低気温判定値T2よりも低い場合には、そうでない場合よりも、電動ウォータポンプ28の給電量EWPを多くしている。すなわち、外気によるEGRクーラ14からの熱の持ち去りが多い場合には、そうでない場合よりも、EGRクーラ14に供給される、排気熱回収器17で温められた冷却水の流量を多くしている。そのため、外気によるEGRクーラ14からの熱の持ち去りが多い場合に、排気熱回収器17から供給される温かい冷却水によるEGRクーラ14の加温が不十分となって凝縮水が発生する状況にはなり難くなる。このように、本実施形態の温度調節装置では、EGRクーラ14の外部環境(外気温度THAや走行風の強さ)に対応して排気熱回収器17からEGRクーラ14に供給する冷却水の流量を調節することで、適切なEGRクーラ14の温度調整を実現している。ちなみに、こうした本実施形態では、電動ウォータポンプ28が、このときの排気熱回収器17からEGRクーラ14に供給する冷却水の流量を調節する流量調節機構に相当する構成となっている。
一方、上記温度調節制御において制御回路29は、エンジン10の出口水温THW及びEGRクーラ14の内壁温度THCが双方共に凝縮判定値T1を超えている場合には、第1切換弁26及び第2切換弁27の駆動信号EV1,EV2を共にオフとする。また、これと共に制御回路29は、電動ウォータポンプ28の給電量EWPを0に、すなわち電動ウォータポンプ28の稼働を停止している。図4に示すように、このときには、EGRクーラ14が設置されたデバイス水路22の中流部22Bは、短絡水路25から切り離されて、エンジン10のウォータジャケット16を通る冷却水の循環経路に接続される。そのため、このときのEGRクーラ14には、エンジン10のウォータアウトレット19から流出した冷却水が供給されるようになる。このときには、EGRクーラ14の内壁が凝縮限界温度を超えるまで温められており、且つエンジン10の出口水温THWも凝縮限界温度を超えている。そのため、エンジン10のウォータアウトレット19から流出する冷却水をEGRクーラ14に供給しても、凝縮水は発生しなくなる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、EGRクーラ14に内壁温度センサ31を設置して、温度調節制御に用いるEGRクーラ14の内壁温度THCとして同内壁温度センサ31が検出した値を用いるようにしていた。EGRクーラ14を通過する冷却水やEGRガスの温度や外気温度THAなどに基づいてEGRクーラ14の内壁温度を推定するとともに、その推定値を用いて温度調節制御を行うようにしてもよい。
・上記実施形態では、EGRクーラ14に内壁温度センサ31を設置して、温度調節制御に用いるEGRクーラ14の内壁温度THCとして同内壁温度センサ31が検出した値を用いるようにしていた。EGRクーラ14を通過する冷却水やEGRガスの温度や外気温度THAなどに基づいてEGRクーラ14の内壁温度を推定するとともに、その推定値を用いて温度調節制御を行うようにしてもよい。
・上記実施形態では、電動ウォータポンプ28の給電量EWPを制御することで、排気熱回収器17からEGRクーラ14に供給する冷却水の流量を調節していたが、排気熱回収器17とEGRクーラ14との間の部分に流量調節用のバルブを設置して、そのバルブの開度制御により上記冷却水の流量を調節するようにしてもよい。そうした場合には、流量調節用のバルブが、流量調節機構に相当する構成となる。
10…エンジン、11…吸気通路、12…排気通路、13…EGR通路、14…EGRクーラ、15…EGRバルブ、16…ウォータジャケット、17…排気熱回収器、18…機械式ウォータポンプ、19…ウォータアウトレット、20…ラジエータ水路、21…ラジエータ、22…デバイス水路(22A…上流部、22B…中流部、22C…下流部)、23…サーモスタット、25…短絡水路、26…第1切換弁、27…第2切換弁、28…電動ウォータポンプ、29…制御回路、30…水温センサ、31…内壁温度センサ、32…外気温センサ、33…車速センサ。
Claims (1)
- 車両に搭載されたエンジンのEGR通路を流れるEGRガスと同エンジンの冷却水との間で熱交換を行うEGRクーラと、
前記エンジンの排気と前記冷却水との間で熱交換を行う排気熱回収器と、
前記排気熱回収器から前記EGRクーラに供給する前記冷却水の流量である温水流量を調節する流量調節機構と、
前記EGRクーラの内壁温度が既定の凝縮判定値以下であることを条件に前記排気熱回収器から前記EGRクーラへの前記冷却水の供給を実施するとともに、前記車両の走行速度が既定の走行判定値よりも高く、且つ外気温度が既定の低気温判定値よりも低い場合には、そうでない場合よりも前記温水流量が多くなるように前記流量調節機構を制御する制御回路と、
を備えるEGRクーラの温度調節装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018210434A JP2020076369A (ja) | 2018-11-08 | 2018-11-08 | Egrクーラの温度調節装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111622869A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-04 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种发动机废气再循环***的防结冰装置及方法 |
-
2018
- 2018-11-08 JP JP2018210434A patent/JP2020076369A/ja active Pending
Cited By (2)
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CN111622869A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-04 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种发动机废气再循环***的防结冰装置及方法 |
CN111622869B (zh) * | 2020-06-22 | 2021-05-18 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种发动机废气再循环***的防结冰装置及方法 |
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