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JP2014098334A - Internal combustion engine - Google Patents

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JP2014098334A
JP2014098334A JP2012250178A JP2012250178A JP2014098334A JP 2014098334 A JP2014098334 A JP 2014098334A JP 2012250178 A JP2012250178 A JP 2012250178A JP 2012250178 A JP2012250178 A JP 2012250178A JP 2014098334 A JP2014098334 A JP 2014098334A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress generation of condensed water in an exhaust manifold when exhaust gas of a fuel cell is supplied to the exhaust manifold.SOLUTION: An internal combustion engine of this invention includes: an exhaust manifold 19 arranged on a turbine upstream side of a turbocharger; a fuel cell 4; an exhaust passage for supplying the exhaust gas of the fuel cell to the exhaust manifold; a cooling water passage 40 connected to an engine body 2, the exhaust manifold and the fuel cell; and switch means 47 and 48 for switching the cooling water passage so as to supply the cooling water after passing through the fuel cell to the exhaust manifold when the engine body is stopped and the fuel cell is operated.

Description

本発明は内燃機関に係り、特にターボチャージャと燃料電池を備えた内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine provided with a turbocharger and a fuel cell.

内燃機関に燃料電池を組み合わせることが提案されている。例えば特許文献1は、燃料電池からのアノードオフガスを過給機のタービンハウジングに供給することを開示している。   It has been proposed to combine a fuel cell with an internal combustion engine. For example, Patent Document 1 discloses supplying anode off gas from a fuel cell to a turbine housing of a supercharger.

特開2007−016641号公報JP 2007-016641 A

ターボチャージャを有する内燃機関に燃料電池を組み合わせる場合、燃料電池の排ガスをターボチャージャのタービンに供給するよう構成することが有利である。こうすれば、燃料電池の排ガスをタービンの駆動に有効利用して効率およびターボレスポンスを高められるからである。   When a fuel cell is combined with an internal combustion engine having a turbocharger, it is advantageous to configure the exhaust gas of the fuel cell to be supplied to the turbine of the turbocharger. This is because the exhaust gas of the fuel cell can be effectively used for driving the turbine to improve efficiency and turbo response.

一方、燃料電池の排ガスをタービン上流側の排気マニホールドに供給することが考えられる。しかしこうすると次の問題がある。すなわち、内燃機関(具体的にはエンジン本体)が停止中で且つ燃料電池が作動中であるときに、燃料電池の排ガスを排気マニホールドに供給すると、燃料電池の排ガスに含まれる水分が排気マニホールド内で凝縮し、凝縮水を発生させる場合がある。一方、内燃機関の停止中にいずれかの気筒の排気弁が開いている場合、排気マニホールド内の凝縮水が排気ポートを通じて当該気筒のシリンダ内に浸入する可能性がある。すると、凝縮水がシリンダ内でオイル希釈を生じさせ、またウォーターハンマーの原因となる可能性がある。   On the other hand, it is conceivable to supply the exhaust gas from the fuel cell to the exhaust manifold on the upstream side of the turbine. However, this has the following problems: That is, when the exhaust gas of the fuel cell is supplied to the exhaust manifold when the internal combustion engine (specifically, the engine body) is stopped and the fuel cell is operating, the moisture contained in the exhaust gas of the fuel cell is contained in the exhaust manifold. May condense and generate condensed water. On the other hand, when the exhaust valve of any cylinder is open while the internal combustion engine is stopped, the condensed water in the exhaust manifold may enter the cylinder of the cylinder through the exhaust port. Then, the condensed water may cause oil dilution in the cylinder and may cause a water hammer.

そこで、本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、燃料電池の排ガスを排気マニホールドに供給する場合に排気マニホールド内での凝縮水の発生を抑制し得る内燃機関を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and one object thereof is an internal combustion engine that can suppress the generation of condensed water in the exhaust manifold when supplying exhaust gas from a fuel cell to the exhaust manifold. Is to provide.

本発明の一の態様によれば、
ターボチャージャと、
前記ターボチャージャのタービン上流側に配置された排気マニホールドと、
燃料電池と、
前記燃料電池の排ガスを前記排気マニホールドに供給する排気路と、
エンジン本体、前記排気マニホールドおよび前記燃料電池に接続された冷却水経路と、
前記冷却水経路を切り替えるための切替手段であって、前記エンジン本体の停止中で且つ前記燃料電池の作動中に、前記燃料電池を通過した後の前記冷却水を前記排気マニホールドに供給するよう前記冷却水経路を切り替える切替手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関が提供される。
According to one aspect of the invention,
Turbocharger,
An exhaust manifold disposed upstream of the turbocharger turbine;
A fuel cell;
An exhaust passage for supplying exhaust gas of the fuel cell to the exhaust manifold;
A cooling water path connected to the engine body, the exhaust manifold and the fuel cell;
Switching means for switching the cooling water path, wherein the cooling water after passing through the fuel cell is supplied to the exhaust manifold while the engine body is stopped and the fuel cell is operating. Switching means for switching the cooling water path;
An internal combustion engine is provided.

好ましくは、前記切替手段は、前記エンジン本体の停止中で且つ前記燃料電池の作動中に、前記冷却水を、前記エンジン本体をバイパスさせて前記燃料電池に供給するよう前記冷却水経路を切り替える。   Preferably, the switching means switches the cooling water path so that the cooling water is supplied to the fuel cell by bypassing the engine main body while the engine main body is stopped and the fuel cell is operating.

好ましくは、前記切替手段は、前記エンジン本体の停止時間が所定時間以上となった時に前記エンジン本体をバイパスさせるよう、前記冷却水経路を切り替える。   Preferably, the switching means switches the cooling water path so that the engine main body is bypassed when the stop time of the engine main body reaches a predetermined time or more.

好ましくは、前記切替手段は、前記エンジン本体の停止中で且つ前記燃料電池の停止中に、前記冷却水を、前記燃料電池をバイパスさせて前記排気マニホールドに供給するよう前記冷却水経路を切り替える。   Preferably, the switching unit switches the cooling water path so as to bypass the fuel cell and supply the cooling water to the exhaust manifold while the engine main body is stopped and the fuel cell is stopped.

好ましくは、前記切替手段は、前記燃料電池の温度が所定温度以下となった時に前記燃料電池をバイパスさせるよう、前記冷却水経路を切り替える。   Preferably, the switching unit switches the cooling water path so as to bypass the fuel cell when the temperature of the fuel cell becomes a predetermined temperature or lower.

好ましくは、前記エンジン本体の停止がアイドルストップ制御によって実行されるものである。   Preferably, the engine body is stopped by idle stop control.

本発明によれば、燃料電池の排ガスを排気マニホールドに供給する場合に排気マニホールド内での凝縮水の発生を抑制し得る内燃機関を提供することができるという、優れた効果が発揮される。   According to the present invention, it is possible to provide an internal combustion engine that can suppress the generation of condensed water in the exhaust manifold when the exhaust gas of the fuel cell is supplied to the exhaust manifold.

本発明の第1実施形態の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of 1st Embodiment of this invention. 冷却システムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a cooling system. エンジン本体をバイパスさせたときの冷却水の流れを示す概略図である。It is the schematic which shows the flow of the cooling water when an engine main body is bypassed. 第1実施形態の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows control of 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態において燃料電池をバイパスさせたときの冷却水の流れを示す概略図である。It is the schematic which shows the flow of the cooling water when bypassing a fuel cell in 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows control of 2nd Embodiment.

[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1に示すように、内燃機関(エンジン)1は、エンジン本体2、ターボチャージャ3および燃料電池4を備える。エンジン1は火花点火式内燃機関(ガソリンエンジン)および圧縮着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)のいずれの形式であってもよく、本実施形態では火花点火式内燃機関とされている。エンジン1は図示しない車両に搭載されており、具体的にはトルクコンバータおよび自動変速機を備えるオートマチック車に搭載されている。ターボチャージャ3は「T/C」とも表記され、エンジン本体2は「E/G」とも表記され、燃料電池4は「F/C」または「FC」とも表記される。   As shown in FIG. 1, an internal combustion engine (engine) 1 includes an engine body 2, a turbocharger 3, and a fuel cell 4. The engine 1 may be either a spark ignition type internal combustion engine (gasoline engine) or a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine). In this embodiment, the engine 1 is a spark ignition type internal combustion engine. The engine 1 is mounted on a vehicle (not shown). Specifically, the engine 1 is mounted on an automatic vehicle including a torque converter and an automatic transmission. The turbocharger 3 is also expressed as “T / C”, the engine body 2 is also expressed as “E / G”, and the fuel cell 4 is also expressed as “F / C” or “FC”.

エンジン本体2は、シリンダブロック、シリンダヘッド、クランクケース、オイルパン、ヘッドカバー、ピストン、コンロッド、クランクシャフト、カムシャフト、吸排気弁等の基本的なエンジン構成部品を含む。またエンジン本体2は複数の気筒を含み、各気筒には燃料噴射用インジェクタと点火プラグとが設けられている。本実施形態のエンジン本体2は直列4気筒の構成を有する。   The engine body 2 includes basic engine components such as a cylinder block, a cylinder head, a crankcase, an oil pan, a head cover, a piston, a connecting rod, a crankshaft, a camshaft, and an intake / exhaust valve. The engine body 2 includes a plurality of cylinders, and each cylinder is provided with a fuel injection injector and a spark plug. The engine body 2 of the present embodiment has an in-line 4-cylinder configuration.

エンジン本体2には吸気通路5および排気通路6が接続され、吸気通路5の途中にターボチャージャ3のコンプレッサ3Cが、また排気通路6の途中にターボチャージャ3のタービン3Tがそれぞれ配設されている。   An intake passage 5 and an exhaust passage 6 are connected to the engine body 2, and a compressor 3 </ b> C of the turbocharger 3 is disposed in the middle of the intake passage 5, and a turbine 3 </ b> T of the turbocharger 3 is disposed in the middle of the exhaust passage 6. .

吸気通路5において、コンプレッサ3Cの上流側には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ7が設けられ、コンプレッサ3Cの下流側にはインタークーラ8と電子制御式スロットルバルブ9とが直列に設けられている。   In the intake passage 5, an air flow meter 7 for detecting the amount of intake air is provided upstream of the compressor 3C, and an intercooler 8 and an electronically controlled throttle valve 9 are provided in series downstream of the compressor 3C. ing.

排気通路6において、タービン3Tの下流側には排気浄化触媒10が設けられている。図には一つの排気浄化触媒10しか示されていないが、排気浄化触媒10は複数設けられてもよい。本実施形態の場合、排気浄化触媒10は三元触媒からなる。但し排気浄化触媒10の種類は任意である。   In the exhaust passage 6, an exhaust purification catalyst 10 is provided on the downstream side of the turbine 3T. Although only one exhaust purification catalyst 10 is shown in the figure, a plurality of exhaust purification catalysts 10 may be provided. In the present embodiment, the exhaust purification catalyst 10 is composed of a three-way catalyst. However, the type of the exhaust purification catalyst 10 is arbitrary.

また排気通路6において、タービン3Tの上流側には排気マニホールド19が配置されている。周知のように排気マニホールド19は、エンジン本体2のシリンダヘッドに形成された各気筒の排気ポートを合流させるためのものである。本実施形態の排気マニホールド19はエンジン本体2と別体に形成され、シリンダヘッドに取り付けられている。但し排気マニホールド19はエンジン本体2、特にシリンダヘッドと一体に形成されていてもよい。   In the exhaust passage 6, an exhaust manifold 19 is disposed upstream of the turbine 3T. As is well known, the exhaust manifold 19 is for joining the exhaust ports of the respective cylinders formed in the cylinder head of the engine body 2. The exhaust manifold 19 of the present embodiment is formed separately from the engine body 2 and is attached to the cylinder head. However, the exhaust manifold 19 may be formed integrally with the engine body 2, particularly the cylinder head.

また、タービン3Tをバイパスするバイパス通路11が排気通路6に設けられ、エンジン本体2からの排気ガス(エンジン排気という)をタービン3Tを迂回してその下流側に流せるようになっている。バイパス通路11は排気浄化触媒10の上流側で排気通路6に合流される。バイパス通路11にはウェイストゲート弁12が設けられ、ウェイストゲート弁12の開閉作動により過給圧が調節可能である。なお、このバイパス通路11とウェイストゲート弁12の代わりに、タービン入口部に可変ベーンあるいは可変ノズル(VN)を設けてもよい。   Further, a bypass passage 11 that bypasses the turbine 3T is provided in the exhaust passage 6 so that exhaust gas (referred to as engine exhaust) from the engine body 2 bypasses the turbine 3T and flows downstream thereof. The bypass passage 11 joins the exhaust passage 6 on the upstream side of the exhaust purification catalyst 10. A waste gate valve 12 is provided in the bypass passage 11, and the supercharging pressure can be adjusted by opening and closing the waste gate valve 12. Instead of the bypass passage 11 and the waste gate valve 12, a variable vane or a variable nozzle (VN) may be provided at the turbine inlet.

ターボチャージャ3に冷却水と潤滑油とを供給すべく、それぞれ電動式の冷却水ポンプ13と潤滑油ポンプ14とがそれぞれ設けられる。   In order to supply cooling water and lubricating oil to the turbocharger 3, an electric cooling water pump 13 and a lubricating oil pump 14 are provided, respectively.

またエンジン本体2と燃料電池4に燃料を供給すべく、電動式の燃料ポンプ15が設けられる。燃料ポンプ15はエンジン本体2と燃料電池4に共用とされるが、別体とされてもよい。燃料ポンプ15と燃料電池4の間には、燃料電池4への燃料供給量を調節するための調量弁16が設けられる。   An electric fuel pump 15 is provided to supply fuel to the engine body 2 and the fuel cell 4. The fuel pump 15 is shared by the engine main body 2 and the fuel cell 4, but may be a separate body. Between the fuel pump 15 and the fuel cell 4, a metering valve 16 for adjusting the amount of fuel supplied to the fuel cell 4 is provided.

その他、車両の各電気部品に電力を供給するためのバッテリ17と、主にエンジン本体2の起動もしくは始動のためエンジン本体2をクランキングするモータすなわちスタータモータ18とが設けられる。バッテリ17の種類は任意であるが本実施形態では一般的な鉛蓄電池である。スタータモータ18は、エンジン本体2のクランクシャフトを適宜回転駆動する。   In addition, a battery 17 for supplying electric power to each electric component of the vehicle and a motor for cranking the engine body 2 mainly for starting or starting the engine body 2, that is, a starter motor 18 are provided. Although the kind of the battery 17 is arbitrary, in this embodiment, it is a general lead acid battery. The starter motor 18 appropriately rotates the crankshaft of the engine body 2.

燃料電池4に空気を供給するための給気路20が設けられる。給気路20は、コンプレッサ下流側の吸気通路5から分岐して燃料電池4に接続する。これにより、コンプレッサ3Cから吐出された空気を燃料電池4に供給することができ、モータコンプレッサ等の空気源を別途設けなくて済む。なお給気路20の分岐位置Aはインタークーラ8の上流側である。   An air supply path 20 for supplying air to the fuel cell 4 is provided. The air supply path 20 branches from the intake passage 5 on the downstream side of the compressor and is connected to the fuel cell 4. Thereby, the air discharged from the compressor 3C can be supplied to the fuel cell 4, and it is not necessary to provide an air source such as a motor compressor. The branch position A of the air supply path 20 is on the upstream side of the intercooler 8.

また給気弁21が設けられる。給気弁21は、コンプレッサ3Cからの吐出空気をエンジン本体2および燃料電池4の一方または両方に導くよう切替可能である。本実施形態の場合、給気弁21は、単一の三方弁で構成され、給気路20の分岐位置Aすなわち給気路20と吸気通路5の接続位置に設けられている。しかしながら、給気弁は少なくとも二つの二方弁で構成されてもよい。この場合、分岐位置Aより下流側の給気路20と吸気通路5にそれぞれ二方弁を設ければよい。   An air supply valve 21 is also provided. The supply valve 21 can be switched so as to guide the discharge air from the compressor 3 </ b> C to one or both of the engine body 2 and the fuel cell 4. In the present embodiment, the air supply valve 21 is configured by a single three-way valve, and is provided at the branch position A of the air supply path 20, that is, at the connection position of the air supply path 20 and the intake passage 5. However, the air supply valve may be composed of at least two two-way valves. In this case, a two-way valve may be provided in each of the supply passage 20 and the intake passage 5 downstream from the branch position A.

給気弁21は、コンプレッサ3C側の吸気通路5に接続される入口ポートと、エンジン本体2側の吸気通路5に接続される第1の出口ポートと、燃料電池4側の給気路20に接続される第2の出口ポートとを有する。入口ポートが第1の出口ポートのみに接続されているとき、給気弁21は第1の位置にあり、コンプレッサ3Cからの吐出空気はエンジン本体2側のみに導かれる。入口ポートが第2の出口ポートのみに接続されているとき、給気弁21は第2の位置にあり、コンプレッサ3Cからの吐出空気は燃料電池4側のみに導かれる。給気弁21が第1の位置と第2の位置との間の中間位置にあるとき、コンプレッサ3Cからの吐出空気はエンジン本体2側と燃料電池4側の両方に導かれる。こうして給気弁21は、エンジン本体2および燃料電池4に対する空気流量比を0:100(%)から100:0(%)まで無段階で調節可変である。   The intake valve 21 is connected to an inlet port connected to the intake passage 5 on the compressor 3C side, a first outlet port connected to the intake passage 5 on the engine body 2 side, and an intake passage 20 on the fuel cell 4 side. A second outlet port to be connected. When the inlet port is connected only to the first outlet port, the air supply valve 21 is in the first position, and the discharge air from the compressor 3C is guided only to the engine body 2 side. When the inlet port is connected only to the second outlet port, the air supply valve 21 is in the second position, and the discharge air from the compressor 3C is guided only to the fuel cell 4 side. When the air supply valve 21 is at an intermediate position between the first position and the second position, the discharge air from the compressor 3C is guided to both the engine body 2 side and the fuel cell 4 side. In this way, the air supply valve 21 can adjust the air flow rate ratio with respect to the engine body 2 and the fuel cell 4 in a stepless manner from 0: 100 (%) to 100: 0 (%).

また、燃料電池4の排ガス(FC排気という)を排気マニホールド19に供給する排気路22が設けられる。排気路22は、燃料電池4から延びて排気マニホールド19に接続する。   Further, an exhaust passage 22 for supplying exhaust gas (referred to as FC exhaust) of the fuel cell 4 to the exhaust manifold 19 is provided. The exhaust path 22 extends from the fuel cell 4 and is connected to the exhaust manifold 19.

エンジン1および車両を制御すべく、制御装置あるいは制御ユニットとしての電子制御ユニット(ECU)100が設けられる。ECU100はCPU、ROMおよびRAMのような記憶装置、A/D変換器、入出力インタフェース等を含む。記憶装置には種々の制御プログラム、データ、マップ等が記憶されており、ECU100はこれら制御プログラム等を実行することにより種々の制御を実行する。   In order to control the engine 1 and the vehicle, an electronic control unit (ECU) 100 as a control device or a control unit is provided. The ECU 100 includes a CPU, a storage device such as a ROM and a RAM, an A / D converter, an input / output interface, and the like. The storage device stores various control programs, data, maps, and the like, and the ECU 100 executes various controls by executing these control programs.

ECU100は、前述のエアフローメータ7のほか、クランク角センサ31、アクセル開度センサ32、キースイッチ33、ブレーキスイッチ34、車速センサ35、FC温度センサ36、その他の各種センサ・スイッチ類から各種信号を入力する。またECU100は、前述のインジェクタ、点火プラグ、スロットルバルブ9、ウェイストゲート弁12、冷却水ポンプ13、潤滑油ポンプ14、燃料ポンプ15、調量弁16、スタータモータ18および給気弁21に対し制御信号を出力し、これらを制御する。   In addition to the air flow meter 7 described above, the ECU 100 receives various signals from the crank angle sensor 31, accelerator opening sensor 32, key switch 33, brake switch 34, vehicle speed sensor 35, FC temperature sensor 36, and other various sensors and switches. input. The ECU 100 controls the aforementioned injector, spark plug, throttle valve 9, waste gate valve 12, cooling water pump 13, lubricating oil pump 14, fuel pump 15, metering valve 16, starter motor 18 and air supply valve 21. Output signals and control them.

ECU100には、エアコン、ヘッドライト、ワイパー、リヤデフォッガー等の複数の電気負荷37(一つのみ図示)も接続され、ECU100はこれら電気負荷37の作動状態をモニターする。またECU100は、ターボチャージャ3の作動中に冷却水ポンプ13および潤滑油ポンプ14をオンする。   A plurality of electric loads 37 (only one is shown) such as an air conditioner, a headlight, a wiper, and a rear defogger are connected to the ECU 100, and the ECU 100 monitors the operating state of these electric loads 37. The ECU 100 turns on the cooling water pump 13 and the lubricating oil pump 14 while the turbocharger 3 is operating.

ここで燃料電池4について詳しく説明する。燃料電池4は、周知のように、空気と燃料(水素)との電気化学反応により発電する発電装置である。本実施形態の燃料電池4は固体酸化物形もしくは固体電解質形(SOFC)であるが、他の種類の燃料電池、例えば固体高分子形(PEFC)、リン酸形(PAFC)、溶融炭酸塩形(MCFC)も使用可能である。   Here, the fuel cell 4 will be described in detail. As is well known, the fuel cell 4 is a power generation device that generates power by an electrochemical reaction between air and fuel (hydrogen). The fuel cell 4 of this embodiment is a solid oxide type or a solid electrolyte type (SOFC), but other types of fuel cells such as a solid polymer type (PEFC), a phosphoric acid type (PAFC), and a molten carbonate type. (MCFC) can also be used.

燃料電池4は、燃料極(アノード)、空気極(カソード)、およびこれら電極間に挟まれた電解質で構成されるセルを、セパレータを挟んで複数積層してなるセルスタックから主に構成されている。空気極には、コンプレッサ3Cから送られてきた空気に含まれる酸素O2が実質的に供給される。燃料極には、液体燃料(本実施形態ではガソリン)を改質して得られる水素H2が実質的に供給される。なお燃料極には一酸化炭素COが供給されてもよく、この場合反応後に二酸化炭素CO2が排出される。燃料電池4の排ガスの主成分は水蒸気である。 The fuel cell 4 is mainly composed of a cell stack formed by stacking a plurality of cells composed of a fuel electrode (anode), an air electrode (cathode), and an electrolyte sandwiched between these electrodes with a separator interposed therebetween. Yes. The air electrode is substantially supplied with oxygen O 2 contained in the air sent from the compressor 3C. Hydrogen H 2 obtained by reforming liquid fuel (in this embodiment, gasoline) is substantially supplied to the fuel electrode. Carbon monoxide CO may be supplied to the fuel electrode. In this case, carbon dioxide CO 2 is discharged after the reaction. The main component of the exhaust gas of the fuel cell 4 is water vapor.

他の種類の燃料電池と比較して、SOFCを使用するメリットは次の通りである。
(1)作動温度が450〜1000℃と比較的高く、エンジン排気温度にも近いため、高温のFC排気をタービン3Tの駆動に利用できる。
(2)作動温度が高いため燃料を内部で改質可能であり、改質器が省略可能で、液体燃料を直接供給できる。
(3)発電効率が比較的高く(45〜65%)、コンパクトである。
Compared to other types of fuel cells, the advantages of using SOFC are as follows.
(1) Since the operating temperature is relatively high at 450 to 1000 ° C. and close to the engine exhaust temperature, high-temperature FC exhaust can be used for driving the turbine 3T.
(2) Since the operating temperature is high, the fuel can be reformed inside, the reformer can be omitted, and the liquid fuel can be directly supplied.
(3) Power generation efficiency is relatively high (45 to 65%) and compact.

本実施形態の場合、燃料電池4は、主電源としてのバッテリ17を充電するための発電装置、もしくは主電源を補助する補助電源として機能する。それ故、一般的なエンジンと異なり、本実施形態のエンジン1は、クランクシャフトによって機械的に駆動される発電機すなわちオルタネータを備えていない。このオルタネータの代わりに燃料電池4が設けられている。このように機械式発電機を省略することでエンジンのメカニカルロスを低減し、燃費を向上できる。もっとも、燃料電池4を機械式発電機と併用する実施形態や、燃料電池4を動力用等の他の用途に使用する実施形態も可能である。   In the case of this embodiment, the fuel cell 4 functions as a power generation device for charging the battery 17 as a main power source or an auxiliary power source for assisting the main power source. Therefore, unlike a general engine, the engine 1 of the present embodiment does not include a generator or an alternator that is mechanically driven by a crankshaft. A fuel cell 4 is provided in place of the alternator. By omitting the mechanical generator in this way, it is possible to reduce engine mechanical loss and improve fuel efficiency. However, an embodiment in which the fuel cell 4 is used in combination with a mechanical generator and an embodiment in which the fuel cell 4 is used for other purposes such as power are possible.

ところで本実施形態において、ECU100は次の如きアイドルストップ制御を行う。アイドルストップ制御とは、概して、車両がアイドル停車するような所定の停止条件が成立したときにエンジンを自動停止し、その後所定の解除条件が成立したときにエンジンを自動的に再始動する制御である。停止条件が成立したとき、エンジン本体2における燃料噴射は停止され、解除条件が成立したとき、エンジン本体2における燃料噴射が再開され、スタータモータ18がオンされてエンジン本体2が起動される。なおアイドルストップ制御は、スタートアンドストップ制御、またはアイドルリダクション制御とも称される。   By the way, in this embodiment, ECU100 performs the following idle stop controls. In general, the idle stop control is a control in which the engine is automatically stopped when a predetermined stop condition is established such that the vehicle is idled and then the engine is automatically restarted when a predetermined release condition is satisfied. is there. When the stop condition is satisfied, the fuel injection in the engine body 2 is stopped, and when the release condition is satisfied, the fuel injection in the engine body 2 is restarted, the starter motor 18 is turned on, and the engine body 2 is started. Note that the idle stop control is also referred to as start-and-stop control or idle reduction control.

例えば、停止条件は次の各条件が全て成立したときに成立する。
(1)ブレーキペダルが踏み込まれている(ブレーキスイッチ34等の出力により判断)。
(2)アクセルペダルが踏み込まれていない(アクセル開度センサ32の出力により判断)。
(3)車速が、ゼロより若干高い所定車速(例えば8km/h)以下となっている(車速センサ35の出力により判断)。
(4)エンジン回転数が、目標アイドル回転数(例えば800rpm)より若干高い所定回転数(例えば1000rpm)以下となっている(エンジン回転数はクランク角センサ31の出力に基づき計算される)。
For example, the stop condition is satisfied when all of the following conditions are satisfied.
(1) The brake pedal is depressed (determined by the output of the brake switch 34 or the like).
(2) The accelerator pedal is not depressed (determined by the output of the accelerator opening sensor 32).
(3) The vehicle speed is equal to or less than a predetermined vehicle speed (for example, 8 km / h) slightly higher than zero (determined by the output of the vehicle speed sensor 35).
(4) The engine speed is equal to or lower than a predetermined speed (for example, 1000 rpm) slightly higher than the target idle speed (for example, 800 rpm) (the engine speed is calculated based on the output of the crank angle sensor 31).

また例えば、解除条件は、上記条件(1)〜(4)の少なくとも一つが不成立となったときに成立する。   For example, the release condition is satisfied when at least one of the above conditions (1) to (4) is not satisfied.

次に、本実施形態のエンジン1の冷却システムを図2を参照して説明する。   Next, the cooling system of the engine 1 of this embodiment is demonstrated with reference to FIG.

当該冷却システムは、冷媒としての冷却水を各部に循環させて冷却を行うよう構成されている。冷却システムは、冷却対象としてのエンジン本体2、排気マニホールド19および燃料電池4と、これらエンジン本体2、排気マニホールド19および燃料電池4に接続された冷却水経路40と、冷却水経路40に設けられて冷却水を循環駆動するウォータポンプ41と、冷却水経路40に設けられて冷却水を適宜冷却するラジエータ42とを備える。   The cooling system is configured to perform cooling by circulating cooling water as a refrigerant to each part. The cooling system is provided in the engine main body 2, the exhaust manifold 19 and the fuel cell 4 as cooling targets, the cooling water path 40 connected to the engine main body 2, the exhaust manifold 19 and the fuel cell 4, and the cooling water path 40. A water pump 41 that circulates and drives the cooling water, and a radiator 42 that is provided in the cooling water passage 40 and appropriately cools the cooling water.

エンジン本体2においては、シリンダヘッド2Aおよびシリンダブロック2Bの内部に形成されたウォータジャケットに冷却水が流通され、シリンダブロック2Bからシリンダヘッド2Aへと冷却水が流通されるようになっている。排気マニホールド19はここで分かるように水冷式であり、その肉厚内部に冷却水通路が画成されている。燃料電池4もその内部に冷却水通路を有し、作動時に発熱する燃料電池4を冷却水で冷却するようになっている。ウォータポンプ41は電動式で且つ可変容量型であり、ECU100(図1参照)により制御される。   In the engine body 2, cooling water is circulated through a water jacket formed inside the cylinder head 2A and the cylinder block 2B, and the cooling water is circulated from the cylinder block 2B to the cylinder head 2A. As can be seen, the exhaust manifold 19 is water-cooled, and a cooling water passage is defined in the wall thickness. The fuel cell 4 also has a cooling water passage therein, and the fuel cell 4 that generates heat during operation is cooled with cooling water. The water pump 41 is electric and has a variable capacity, and is controlled by the ECU 100 (see FIG. 1).

冷却水経路40は、ウォータポンプ41を出発してシリンダブロック2B、シリンダヘッド2A、燃料電池4、排気マニホールド19、ラジエータ42を順に通過しウォータポンプ41に戻るようなメイン通路43と、エンジン本体2をバイパスするようにメイン通路43に接続されたエンジンバイパス通路44と、燃料電池4をバイパスするようにメイン通路43に接続されたFCバイパス通路45と、ラジエータ46をバイパスするようにメイン通路43に接続されたラジエータバイパス通路46とを備える。   The cooling water passage 40 starts from the water pump 41, passes through the cylinder block 2B, the cylinder head 2A, the fuel cell 4, the exhaust manifold 19, and the radiator 42 in that order, and returns to the water pump 41. The engine bypass passage 44 connected to the main passage 43 so as to bypass the fuel, the FC bypass passage 45 connected to the main passage 43 so as to bypass the fuel cell 4, and the main passage 43 so as to bypass the radiator 46. And a radiator bypass passage 46 connected thereto.

エンジンバイパス通路44は、ウォータポンプ41の下流側且つシリンダブロック2Bの上流側でメイン通路43から分岐され、シリンダヘッド2Aの下流側且つ燃料電池4の上流側でメイン通路43に合流される。エンジンバイパス通路44の分岐位置にはエンジンバイパス弁47が設けられる。エンジンバイパス弁47は、ウォータポンプ41からの冷却水をエンジン本体2側(メイン通路43側もしくは非バイパス側)および燃料電池4側(エンジンバイパス通路44側もしくはバイパス側)の一方に導くよう切替可能である。前者の切替位置を第1の位置、後者の切替位置を第2の位置という。本実施形態のエンジンバイパス弁47は単一の三方弁で構成されるが、前記給気弁21と同様、少なくとも二つの二方弁で構成されてもよい。エンジンバイパス弁47の設置位置も任意である。   The engine bypass passage 44 is branched from the main passage 43 on the downstream side of the water pump 41 and on the upstream side of the cylinder block 2B, and is joined to the main passage 43 on the downstream side of the cylinder head 2A and the upstream side of the fuel cell 4. An engine bypass valve 47 is provided at a branch position of the engine bypass passage 44. The engine bypass valve 47 can be switched to guide the cooling water from the water pump 41 to one of the engine body 2 side (main passage 43 side or non-bypass side) and the fuel cell 4 side (engine bypass passage 44 side or bypass side). It is. The former switching position is referred to as a first position, and the latter switching position is referred to as a second position. Although the engine bypass valve 47 of this embodiment is configured by a single three-way valve, it may be configured by at least two two-way valves, similar to the air supply valve 21. The installation position of the engine bypass valve 47 is also arbitrary.

FCバイパス通路45は、シリンダヘッド2Aの下流側且つ燃料電池4の上流側(特にエンジンバイパス通路44の合流位置の上流側)でメイン通路43から分岐され、燃料電池4の下流側且つ排気マニホールド19の上流側でメイン通路43に合流される。FCバイパス通路45の分岐位置にはFCバイパス弁48が設けられる。FCバイパス弁48は、シリンダヘッド2Aからの冷却水を燃料電池4側(メイン通路43側もしくは非バイパス側)および排気マニホールド19側(FCバイパス通路45側もしくはバイパス側)の一方に導くよう切替可能である。前者の切替位置を第1の位置、後者の切替位置を第2の位置という。本実施形態のFCバイパス弁48も単一の三方弁で構成されるが、前記給気弁21と同様、少なくとも二つの二方弁で構成されてもよい。FCバイパス弁48の設置位置も任意である。   The FC bypass passage 45 is branched from the main passage 43 on the downstream side of the cylinder head 2A and on the upstream side of the fuel cell 4 (particularly on the upstream side of the joining position of the engine bypass passage 44), and on the downstream side of the fuel cell 4 and the exhaust manifold 19. To the main passage 43 on the upstream side. An FC bypass valve 48 is provided at a branch position of the FC bypass passage 45. The FC bypass valve 48 can be switched to guide the cooling water from the cylinder head 2A to one of the fuel cell 4 side (main passage 43 side or non-bypass side) and the exhaust manifold 19 side (FC bypass passage 45 side or bypass side). It is. The former switching position is referred to as a first position, and the latter switching position is referred to as a second position. The FC bypass valve 48 of the present embodiment is also configured by a single three-way valve, but may be configured by at least two two-way valves, similar to the air supply valve 21. The installation position of the FC bypass valve 48 is also arbitrary.

ラジエータバイパス通路46は、排気マニホールド19の下流側且つラジエータ46の上流側でメイン通路43から分岐され、ラジエータ46の下流側且つウォータポンプ41の上流側でメイン通路43に合流される。ラジエータバイパス通路46の分岐位置にはサーモスタット49が設けられる。サーモスタット49は、周知のように、冷却水温度に感応して通路を切り替える弁である。本実施形態のサーモスタット49は三方弁の如く機能し、排気マニホールド19からの冷却水をラジエータ46側(メイン通路43側もしくは非バイパス側)およびウォータポンプ41側(ラジエータバイパス通路46側もしくはバイパス側)の一方に導くよう切替可能である。前者の切替位置を第1の位置、後者の切替位置を第2の位置という。   The radiator bypass passage 46 is branched from the main passage 43 at the downstream side of the exhaust manifold 19 and the upstream side of the radiator 46, and is joined to the main passage 43 at the downstream side of the radiator 46 and the upstream side of the water pump 41. A thermostat 49 is provided at a branch position of the radiator bypass passage 46. As is well known, the thermostat 49 is a valve that switches the passage in response to the coolant temperature. The thermostat 49 according to the present embodiment functions like a three-way valve, and supplies cooling water from the exhaust manifold 19 to the radiator 46 side (main passage 43 side or non-bypass side) and the water pump 41 side (radiator bypass passage 46 side or bypass side). Can be switched to lead to one of the two. The former switching position is referred to as a first position, and the latter switching position is referred to as a second position.

エンジンバイパス弁47とFCバイパス弁48はECU100(図1参照)により切替制御される。そしてエンジンバイパス弁47、FCバイパス弁48およびサーモスタット49の切替状態に応じて冷却水経路40が切り替えられる。よってECU100、エンジンバイパス弁47、FCバイパス弁48およびサーモスタット49は、冷却水経路40を切り替えるための切替手段を構成する。   The engine bypass valve 47 and the FC bypass valve 48 are switched and controlled by the ECU 100 (see FIG. 1). The cooling water path 40 is switched according to the switching state of the engine bypass valve 47, the FC bypass valve 48 and the thermostat 49. Therefore, the ECU 100, the engine bypass valve 47, the FC bypass valve 48, and the thermostat 49 constitute a switching unit for switching the cooling water path 40.

なおサーモスタット49は、冷却水温度が所定温度(例えば82℃)以下のときには第2の位置に切り替わり、冷却水をラジエータバイパス通路46に送ってウォータポンプ41に直接戻す。またサーモスタット49は、冷却水温度が所定温度より高いときには第1の位置に切り替わり、冷却水をラジエータ42に送って冷却させた後にウォータポンプ41に戻す。   The thermostat 49 switches to the second position when the cooling water temperature is lower than a predetermined temperature (for example, 82 ° C.), and sends the cooling water to the radiator bypass passage 46 and returns it directly to the water pump 41. The thermostat 49 switches to the first position when the cooling water temperature is higher than a predetermined temperature, sends the cooling water to the radiator 42 and cools it, and then returns it to the water pump 41.

上記冷却システムの構成によれば、冷却水経路40をエンジン本体2および排気マニホールド19のみならず燃料電池4にも接続している。よって燃料電池4の冷却系をエンジン本体2等の冷却系と一体化ないし共通化することができ、燃料電池4の冷却系を別個独立に設けないで済む。これにより構成のシンプル化を図ることができる。   According to the configuration of the cooling system, the cooling water path 40 is connected not only to the engine body 2 and the exhaust manifold 19 but also to the fuel cell 4. Therefore, the cooling system of the fuel cell 4 can be integrated or shared with the cooling system of the engine body 2 or the like, and the cooling system of the fuel cell 4 does not have to be provided separately. As a result, the configuration can be simplified.

また、燃料電池4を通過した後の冷却水をメイン通路43を介して排気マニホールド19に供給することができる。これによる利点は後に詳述する。   Further, the coolant after passing through the fuel cell 4 can be supplied to the exhaust manifold 19 via the main passage 43. The advantages of this will be described in detail later.

さて、図1に示した如く燃料電池4の排ガスを排気マニホールド19に供給するようにした場合、次の問題がある。すなわち、エンジン本体2が停止中で且つ燃料電池4が作動中であるときに、燃料電池4の排ガスを排気マニホールド19に供給すると、燃料電池4の排ガスに含まれる水分が排気マニホールド19内で凝縮し、凝縮水を発生させる場合がある。一方、本実施形態のような直列4気筒エンジンの場合は特に、エンジン本体2の停止中に排気弁が開いている気筒がある。すると、排気マニホールド19内の凝縮水が当該気筒の排気ポートを通じてシリンダ内に浸入する可能性がある。そして凝縮水がシリンダ内でオイル希釈を生じさせ、またウォーターハンマーの原因となる可能性がある。   When the exhaust gas of the fuel cell 4 is supplied to the exhaust manifold 19 as shown in FIG. That is, when the exhaust gas from the fuel cell 4 is supplied to the exhaust manifold 19 while the engine body 2 is stopped and the fuel cell 4 is in operation, moisture contained in the exhaust gas from the fuel cell 4 is condensed in the exhaust manifold 19. However, condensed water may be generated. On the other hand, in the case of the in-line four-cylinder engine as in the present embodiment, there is a cylinder in which the exhaust valve is open while the engine body 2 is stopped. Then, the condensed water in the exhaust manifold 19 may enter the cylinder through the exhaust port of the cylinder. The condensed water can cause oil dilution in the cylinder and can cause water hammer.

そこで本実施形態において、ECU100は、エンジン本体2の停止中で且つ燃料電池4の作動中に、燃料電池4を通過した後の冷却水を排気マニホールド19に供給するよう冷却水経路40を切り替える。これにより排気マニホールド19内での凝縮水の発生を抑制することができる。   Therefore, in the present embodiment, the ECU 100 switches the cooling water path 40 so as to supply the cooling water after passing through the fuel cell 4 to the exhaust manifold 19 while the engine body 2 is stopped and the fuel cell 4 is operating. Thereby, generation | occurrence | production of the condensed water in the exhaust manifold 19 can be suppressed.

以下、この点について詳細に説明する。まずエンジン本体2の運転中で且つ燃料電池4も作動中だと、ECU100は、エンジンバイパス弁47およびFCバイパス弁48を共に基準位置としての第1の位置、つまりメイン通路43側に切り替える。するとウォータポンプ41から吐出された冷却水はシリンダブロック2B、シリンダヘッド2A、燃料電池4、排気マニホールド19を順に通過する。その後冷却水は、サーモスタット49の位置に応じて、ラジエータ42を通過するかまたはラジエータ42をバイパスしてウォータポンプ41に戻る。   Hereinafter, this point will be described in detail. First, when the engine body 2 is in operation and the fuel cell 4 is also operating, the ECU 100 switches both the engine bypass valve 47 and the FC bypass valve 48 to the first position as the reference position, that is, the main passage 43 side. Then, the cooling water discharged from the water pump 41 sequentially passes through the cylinder block 2B, the cylinder head 2A, the fuel cell 4, and the exhaust manifold 19. Thereafter, the cooling water passes through the radiator 42 or bypasses the radiator 42 and returns to the water pump 41 depending on the position of the thermostat 49.

ここで、燃料電池4の作動・停止はECU100によって制御される。すなわちECU100は、バッテリ残量が所定値以下である場合や電気負荷37による消費電力量が所定値以上である場合等、燃料電池4に対する作動要求があるときに、燃料電池4を作動させ、燃料電池4による発電を行わせる。またECU100は、作動要求がないときに燃料電池4を停止させる。なお作動要求を構成する条件は適宜設定可能である。燃料電池4の作動中、ECU100は、燃料電池4に供給される空気量および燃料量が最適となるように給気弁21および調量弁16を制御する。   Here, the operation / stop of the fuel cell 4 is controlled by the ECU 100. That is, the ECU 100 operates the fuel cell 4 when there is an operation request for the fuel cell 4 such as when the remaining battery level is less than a predetermined value or when the amount of power consumed by the electric load 37 is greater than a predetermined value. Power generation by the battery 4 is performed. Further, the ECU 100 stops the fuel cell 4 when there is no operation request. Note that the conditions constituting the operation request can be set as appropriate. During operation of the fuel cell 4, the ECU 100 controls the air supply valve 21 and the metering valve 16 so that the amount of air and the amount of fuel supplied to the fuel cell 4 are optimized.

この状態からエンジン本体2のみが、特にアイドルストップ制御の要請により一時的に、停止されたとする。燃料電池4は引き続き作動中である(ウォータポンプ41も同様)。このエンジン本体2の停止中且つ燃料電池4の作動中、ECU100は、エンジンバイパス弁47およびFCバイパス弁48の切替状態を維持するよう、これらを第1の位置つまりメイン通路43側に切り替える。   From this state, it is assumed that only the engine main body 2 is temporarily stopped, particularly due to a request for idle stop control. The fuel cell 4 is still in operation (the same applies to the water pump 41). While the engine body 2 is stopped and the fuel cell 4 is operating, the ECU 100 switches the engine bypass valve 47 and the FC bypass valve 48 to the first position, that is, the main passage 43 side so as to maintain the switching state.

すると、作動中の燃料電池4により加熱され比較的高温となった冷却水が排気マニホールド19に供給され、排気マニホールド19を加熱あるいは保温することができる。これにより、排気マニホールド19内での凝縮水の発生を抑制することができ、凝縮水によるオイル希釈やウォーターハンマーを抑制することができる。なおエンジン本体2の停止中でも、作動中の燃料電池4から排出される冷却水は80〜90℃前後の温度を有し、排気マニホールド19を加熱あるいは保温するのに十分である。   Then, the cooling water heated to a relatively high temperature by the operating fuel cell 4 is supplied to the exhaust manifold 19 so that the exhaust manifold 19 can be heated or kept warm. Thereby, generation | occurrence | production of the condensed water in the exhaust manifold 19 can be suppressed, and the oil dilution by a condensed water and a water hammer can be suppressed. Even when the engine body 2 is stopped, the cooling water discharged from the operating fuel cell 4 has a temperature of about 80 to 90 ° C., which is sufficient to heat or keep the exhaust manifold 19.

ここで、エンジン本体2の停止中且つ燃料電池4の作動中には、燃料電池4の排ガスが排気路22、排気マニホールド19および排気通路6を介してタービン3Tに供給され、タービン3Tを回転駆動する。するとコンプレッサ3Cも回転駆動され、コンプレッサ3Cからの空気が吸気通路5および給気路20を介して燃料電池4に供給される。併せて燃料ポンプ15が作動され、調量弁16が開弁され、燃料電池4に燃料も供給される。これにより、エンジン本体2(クランクシャフト)が停止されながらもターボチャージャ3が作動され、燃料電池4が継続的に運転および発電し続ける自立運転状態が実現される。すなわち、自立運転状態とは、燃料電池の排ガスによってタービンおよびコンプレッサを回転させ、燃料電池への空気供給をできるようにし、併せて燃料供給を行うことにより燃料電池が運転し続ける状態をいう。   Here, when the engine body 2 is stopped and the fuel cell 4 is in operation, the exhaust gas from the fuel cell 4 is supplied to the turbine 3T via the exhaust passage 22, the exhaust manifold 19, and the exhaust passage 6 to rotate the turbine 3T. To do. Then, the compressor 3 </ b> C is also rotationally driven, and air from the compressor 3 </ b> C is supplied to the fuel cell 4 through the intake passage 5 and the air supply passage 20. At the same time, the fuel pump 15 is operated, the metering valve 16 is opened, and fuel is also supplied to the fuel cell 4. Thereby, the turbocharger 3 is operated while the engine body 2 (crankshaft) is stopped, and a self-sustaining operation state in which the fuel cell 4 continuously operates and generates power is realized. That is, the self-sustained operation state refers to a state in which the fuel cell continues to operate by rotating the turbine and the compressor with the exhaust gas of the fuel cell so that the air can be supplied to the fuel cell and supplying the fuel together.

こうして、エンジン本体2の停止中に燃料電池4による発電を継続的に実行できる。またエンジン本体2の停止中にターボチャージャ3が作動されているので、エンジン本体の再始動時、特にドライバがアクセルペダルを踏み込んでアイドルストップ制御の解除と同時に発進加速を行ったとき、過給圧が急速に上昇し、ターボレスポンスを改善できる。   Thus, power generation by the fuel cell 4 can be continuously performed while the engine body 2 is stopped. In addition, since the turbocharger 3 is operated while the engine body 2 is stopped, when the engine body is restarted, especially when the driver depresses the accelerator pedal and starts acceleration at the same time as the release of the idle stop control, the boost pressure is increased. Can rise rapidly and improve turbo response.

ところで、エンジン本体2の停止中に、停止前(運転中)と同じく、冷却水にエンジン本体2を通過させることは、次の理由によりあまり得策ではない。   By the way, while the engine main body 2 is stopped, as in the case before the stop (during operation), passing the engine main body 2 through the coolant is not very advantageous for the following reason.

すなわち、エンジン本体2の停止中に冷却水にエンジン本体2を通過させると、エンジン本体2が冷却水で徐々に冷却されてしまい、次回のエンジン始動、特にアイドルストップ制御におけるエンジン再始動に不利である。冷却水がラジエータ42を通過されている場合は尚更である。またエンジン本体2から受熱して昇温された冷却水が燃料電池4に供給されてしまい、燃料電池4の冷却効率を低下させる原因となる。   That is, if the engine main body 2 is passed through the cooling water while the engine main body 2 is stopped, the engine main body 2 is gradually cooled by the cooling water, which is disadvantageous for the next engine start, particularly the engine restart in the idle stop control. is there. This is even more the case when cooling water is passed through the radiator 42. In addition, the cooling water heated from the engine body 2 is supplied to the fuel cell 4, which causes a decrease in the cooling efficiency of the fuel cell 4.

そこで本実施形態では、エンジン本体2の停止中で且つ燃料電池4の作動中には、冷却水を、エンジン本体2をバイパスさせて燃料電池4に供給するよう、冷却水経路40を切り替える。具体的には、ECU100が、エンジンバイパス弁47を、第2の位置すなわちエンジンバイパス通路44側に切り替える。すると図3に矢印で示すように、ウォータポンプ41から吐出された冷却水がエンジンバイパス通路44を経由して燃料電池4に供給されるようになり、冷却水がエンジン本体2を流れること、およびこれによるエンジン本体2の冷却と冷却水昇温とが抑制される。よって次回のエンジン始動、特にアイドルストップ制御におけるエンジン再始動を有利に行えるようになり、燃料電池4の冷却効率の低下も抑制できる。   Therefore, in the present embodiment, while the engine main body 2 is stopped and the fuel cell 4 is operating, the cooling water path 40 is switched so that the cooling water is supplied to the fuel cell 4 by bypassing the engine main body 2. Specifically, the ECU 100 switches the engine bypass valve 47 to the second position, that is, the engine bypass passage 44 side. Then, as shown by arrows in FIG. 3, the cooling water discharged from the water pump 41 is supplied to the fuel cell 4 via the engine bypass passage 44, and the cooling water flows through the engine body 2, and This suppresses cooling of the engine body 2 and temperature rise of the cooling water. Therefore, the next engine start, particularly the engine restart in the idle stop control can be advantageously performed, and the decrease in the cooling efficiency of the fuel cell 4 can be suppressed.

なお、このときFCバイパス弁48は、エンジン本体2の停止前と同じく第1の位置(メイン通路43側)に維持されるが、代替的に、敢えて第2の位置(FCバイパス通路45側)に切り替えられてもよい。いずれの場合も、エンジンバイパス通路44を通過した後の冷却水がエンジン本体2側およびFCバイパス通路45側に向かうことはないからである。図3は冷却水がラジエータ42を通過する例を示すが、ラジエータ42を通過しないでバイパスする例も当然に可能である。   At this time, the FC bypass valve 48 is maintained at the first position (main passage 43 side) as before the engine main body 2 is stopped. Alternatively, the FC bypass valve 48 is intentionally set to the second position (FC bypass passage 45 side). It may be switched to. In any case, the cooling water after passing through the engine bypass passage 44 does not go to the engine body 2 side and the FC bypass passage 45 side. Although FIG. 3 shows an example in which the cooling water passes through the radiator 42, an example in which the cooling water is bypassed without passing through the radiator 42 is naturally possible.

次に、本実施形態の好ましい制御を図4を参照して説明する。図4に示されるルーチンはECU100により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。   Next, preferable control of the present embodiment will be described with reference to FIG. The routine shown in FIG. 4 is repeatedly executed by the ECU 100 at every predetermined calculation cycle.

ステップS101では、エンジン本体2の停止中で且つ燃料電池4の作動中か否かが判断される。ノーの場合にはステップS104に進み、イエスの場合にはステップS102に進む。   In step S101, it is determined whether the engine body 2 is stopped and the fuel cell 4 is operating. If no, the process proceeds to step S104, and if yes, the process proceeds to step S102.

ステップS104では、エンジンバイパス弁47が第1の位置すなわちメイン通路43側(非バイパス側)に切り替えられる。そしてルーチンが終了される。   In step S104, the engine bypass valve 47 is switched to the first position, that is, the main passage 43 side (non-bypass side). The routine is then terminated.

ステップS102では、エンジンバイパス弁47を第2の位置に切り替える際の前提条件であるエンジンバイパス条件が成立しているか否かが判断される。このエンジンバイパス条件は、例えば、エンジン本体2の停止時間が所定時間以上になると成立する。エンジン本体2の停止時間が長期化すると、エンジン本体2の温度が下がって次回始動に不利となり、また冷却水温度が上がって燃料電池4の冷却効率も低下する。そこで、これら始動性と冷却効率の観点から所定時間が設定される。   In step S102, it is determined whether an engine bypass condition, which is a precondition for switching the engine bypass valve 47 to the second position, is satisfied. This engine bypass condition is satisfied, for example, when the stop time of the engine main body 2 becomes a predetermined time or longer. If the stop time of the engine main body 2 is prolonged, the temperature of the engine main body 2 is lowered, which is disadvantageous for the next start, and the cooling water temperature is increased, so that the cooling efficiency of the fuel cell 4 is also lowered. Therefore, a predetermined time is set from the viewpoint of startability and cooling efficiency.

ステップS102がノーの場合にはステップS104に進んでエンジンバイパス弁47が第1の位置に切り替えられる。すなわち、エンジン本体2の停止時間が所定時間以上になる前はエンジンバイパス弁47が第1の位置に維持される。   When step S102 is NO, the process proceeds to step S104, and the engine bypass valve 47 is switched to the first position. That is, the engine bypass valve 47 is maintained at the first position before the stop time of the engine main body 2 reaches a predetermined time or longer.

ステップS102がイエスの場合にはステップS103に進み、エンジンバイパス弁47が第2の位置すなわちエンジンバイパス通路44側(バイパス側)に切り替えられる。そしてルーチンが終了される。このようにエンジン本体2の停止時間が所定時間以上になった時にはエンジンバイパス弁47が第2の位置に切り替えられる。   When step S102 is YES, the process proceeds to step S103, and the engine bypass valve 47 is switched to the second position, that is, the engine bypass passage 44 side (bypass side). The routine is then terminated. As described above, when the stop time of the engine main body 2 becomes a predetermined time or more, the engine bypass valve 47 is switched to the second position.

なお、エンジンバイパス弁47が第1および第2の位置のいずれにあっても、燃料電池4から排出された比較的高温の冷却水が排気マニホールド19に供給されるので、排気マニホールド19の加熱効果もしくは保温効果を達成し、凝縮水の発生を抑制できる。   Note that, regardless of whether the engine bypass valve 47 is in the first position or the second position, the relatively high-temperature cooling water discharged from the fuel cell 4 is supplied to the exhaust manifold 19, so that the heating effect of the exhaust manifold 19 is achieved. Or the heat retention effect is achieved and the generation of condensed water can be suppressed.

本制御の実行中、FCバイパス弁48は第1の位置(メイン通路43側)に維持される。   During execution of this control, the FC bypass valve 48 is maintained at the first position (on the main passage 43 side).

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を説明する。なお第1実施形態と同様の部分については説明を省略し、以下相違点を中心に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted, and the differences will be mainly described below.

この第2実施形態は、概して、第1実施形態にFCバイパス弁48の作動を加えたものである。すなわち、エンジン本体2の停止中で且つ燃料電池4の停止中に、冷却水に燃料電池4を通過させると、燃料電池4が冷却水で徐々に冷却されてしまい、次回の燃料電池4の起動に不利である。冷却水がラジエータ42を通過されている場合は尚更である。   In the second embodiment, the operation of the FC bypass valve 48 is generally added to the first embodiment. That is, if the fuel cell 4 is passed through the coolant while the engine body 2 is stopped and the fuel cell 4 is stopped, the fuel cell 4 is gradually cooled with the coolant, and the next start of the fuel cell 4 is performed. Disadvantageous. This is even more the case when cooling water is passed through the radiator 42.

そこで本実施形態では、エンジン本体2の停止中で且つ燃料電池4の停止中には、冷却水を、燃料電池4をバイパスさせて排気マニホールド19に供給するよう、冷却水経路40を切り替える。具体的には、ECU100が、FCバイパス弁48を、第2の位置すなわちFCバイパス通路45側に切り替える。すると図5に矢印で示すように、冷却水がFCバイパス通路45を経由して排気マニホールド19に供給されるようになり、冷却水が燃料電池4を流れること、およびこれによる燃料電池4の冷却が抑制される。よって次回の燃料電池4の起動を有利に行えるようになる。   Therefore, in the present embodiment, when the engine body 2 is stopped and the fuel cell 4 is stopped, the cooling water path 40 is switched so that the cooling water is supplied to the exhaust manifold 19 by bypassing the fuel cell 4. Specifically, the ECU 100 switches the FC bypass valve 48 to the second position, that is, the FC bypass passage 45 side. Then, as indicated by arrows in FIG. 5, the cooling water is supplied to the exhaust manifold 19 via the FC bypass passage 45, and the cooling water flows through the fuel cell 4 and the cooling of the fuel cell 4 thereby. Is suppressed. Therefore, the next start-up of the fuel cell 4 can be advantageously performed.

なお、図5は冷却水がラジエータ42を通過する例を示すが、ラジエータ42を通過しないでバイパスする例も当然に可能である。   Although FIG. 5 shows an example in which the cooling water passes through the radiator 42, an example of bypassing without passing through the radiator 42 is naturally possible.

本実施形態の好ましい制御を図6を参照して説明する。図6に示されるルーチンはECU100により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。   A preferred control of this embodiment will be described with reference to FIG. The routine shown in FIG. 6 is repeatedly executed by the ECU 100 at every predetermined calculation cycle.

ステップS201では、エンジン本体2が停止中か否かが判断される。ノーの場合、ステップS211に進んでエンジンバイパス弁47が第1の位置(非バイパス側)に切り替えられ、ステップS212でFCバイパス弁48が第1の位置(非バイパス側)に切り替えられ、ルーチンが終了される。   In step S201, it is determined whether or not the engine body 2 is stopped. If no, the process proceeds to step S211 and the engine bypass valve 47 is switched to the first position (non-bypass side). In step S212, the FC bypass valve 48 is switched to the first position (non-bypass side). Is terminated.

ステップS201がイエスの場合、ステップS202に進み、燃料電池4が作動中か否かが判断される。   When step S201 is YES, it progresses to step S202 and it is determined whether the fuel cell 4 is operating.

イエスの場合、ステップS203〜S205が実行される。これらステップはステップS102〜104と同様である。ステップS204とS205の何れかが実行された後、ステップS206においてFCバイパス弁48が第1の位置(非バイパス側)に切り替えられ、ルーチンが終了される。   In the case of yes, steps S203 to S205 are executed. These steps are the same as steps S102 to S104. After either step S204 or S205 is executed, the FC bypass valve 48 is switched to the first position (non-bypass side) in step S206, and the routine is terminated.

ステップS202がノーの場合、燃料電池4は停止中であることを意味する。このときにはステップS207に進んで、FCバイパス弁48を第2の位置(バイパス側)に切り替える際の前提条件であるFCバイパス条件が成立しているか否かが判断される。このFCバイパス条件は、例えば、FC温度センサ36(図1参照)により検出された燃料電池4の温度(特にセルスタックの温度)が所定温度以下になると成立する。燃料電池4の温度があまりに低下すると次回起動に不利であるため、この再起動性を考慮して最適な所定温度が設定される。所定温度は、例えば燃料電池4の最低作動温度(例えば450℃)より若干高い温度(例えば500℃)に設定することができる。   If step S202 is NO, it means that the fuel cell 4 is stopped. At this time, the routine proceeds to step S207, where it is determined whether an FC bypass condition, which is a precondition for switching the FC bypass valve 48 to the second position (bypass side), is satisfied. This FC bypass condition is satisfied, for example, when the temperature of the fuel cell 4 (particularly the temperature of the cell stack) detected by the FC temperature sensor 36 (see FIG. 1) is below a predetermined temperature. If the temperature of the fuel cell 4 is too low, it is disadvantageous for the next start-up, and therefore an optimum predetermined temperature is set in consideration of this restartability. The predetermined temperature can be set to a temperature (for example, 500 ° C.) slightly higher than the lowest operating temperature (for example, 450 ° C.) of the fuel cell 4, for example.

ステップS207がノーの場合にはステップS209に進んでFCバイパス弁48が第1の位置(非バイパス側)に切り替えられる。すなわち、燃料電池4の温度が所定温度より高い場合にはFCバイパス弁48が第1の位置に維持される。   When step S207 is NO, the process proceeds to step S209, and the FC bypass valve 48 is switched to the first position (non-bypass side). That is, when the temperature of the fuel cell 4 is higher than the predetermined temperature, the FC bypass valve 48 is maintained at the first position.

ステップS207がイエスの場合にはステップS208に進み、FCバイパス弁48が第2の位置(バイパス側)に切り替えられる。そしてルーチンが終了される。このように燃料電池4の温度が所定温度以下になった時にはFCバイパス弁48が第2の位置に切り替えられ、燃料電池4の温度低下が抑制される。   If step S207 is YES, the process proceeds to step S208, and the FC bypass valve 48 is switched to the second position (bypass side). The routine is then terminated. Thus, when the temperature of the fuel cell 4 becomes equal to or lower than the predetermined temperature, the FC bypass valve 48 is switched to the second position, and the temperature drop of the fuel cell 4 is suppressed.

ステップS208とS209の何れかが実行された後、ステップS210においてエンジンバイパス弁47が第1の位置(非バイパス側)に切り替えられ、ルーチンが終了される。   After either step S208 or S209 is executed, the engine bypass valve 47 is switched to the first position (non-bypass side) in step S210, and the routine is terminated.

以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよい。アイドルストップ制御のない内燃機関および車両にも本発明は適用可能である。つまりエンジン本体の停止はアイドルストップ制御によるものでなくてもよい。例えばドライバがエンジン本体の停止中にキースイッチをアクセサリオンの位置にし、電気負荷(エアコン等)を使用し、この最中に燃料電池が作動されている場合に本発明を適用できる。上記の数値はあくまで一例であり変更も可能である。   Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the use and type of the internal combustion engine are arbitrary and may be other than those for automobiles. The present invention is also applicable to an internal combustion engine and a vehicle without idle stop control. That is, the engine main body does not have to be stopped by idle stop control. For example, the present invention can be applied to the case where the driver sets the key switch to the accessory-on position while the engine body is stopped, uses an electric load (such as an air conditioner), and the fuel cell is activated during this time. The above numerical values are merely examples and can be changed.

本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。   The present invention includes all modifications, applications, and equivalents included in the spirit of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.

1 内燃機関(エンジン)
2 エンジン本体
3 ターボチャージャ
3C コンプレッサ
3T タービン
4 燃料電池
5 吸気通路
6 排気通路
19 排気マニホールド
22 排気路
36 FC温度センサ
40 冷却水経路
43 メイン通路
44 エンジンバイパス通路
45 FCバイパス通路
47 エンジンバイパス弁
48 FCバイパス弁
100 電子制御ユニット(ECU)
1 Internal combustion engine
2 Engine body 3 Turbocharger 3C Compressor 3T Turbine 4 Fuel cell 5 Intake passage 6 Exhaust passage 19 Exhaust manifold 22 Exhaust passage 36 FC temperature sensor 40 Cooling water passage 43 Main passage 44 Engine bypass passage 45 FC bypass passage 47 Engine bypass valve 48 FC Bypass valve 100 Electronic control unit (ECU)

Claims (6)

ターボチャージャと、
前記ターボチャージャのタービン上流側に配置された排気マニホールドと、
燃料電池と、
前記燃料電池の排ガスを前記排気マニホールドに供給する排気路と、
エンジン本体、前記排気マニホールドおよび前記燃料電池に接続された冷却水経路と、
前記冷却水経路を切り替えるための切替手段であって、前記エンジン本体の停止中で且つ前記燃料電池の作動中に、前記燃料電池を通過した後の前記冷却水を前記排気マニホールドに供給するよう前記冷却水経路を切り替える切替手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
Turbocharger,
An exhaust manifold disposed upstream of the turbocharger turbine;
A fuel cell;
An exhaust passage for supplying exhaust gas of the fuel cell to the exhaust manifold;
A cooling water path connected to the engine body, the exhaust manifold and the fuel cell;
Switching means for switching the cooling water path, wherein the cooling water after passing through the fuel cell is supplied to the exhaust manifold while the engine body is stopped and the fuel cell is operating. Switching means for switching the cooling water path;
An internal combustion engine comprising:
前記切替手段は、前記エンジン本体の停止中で且つ前記燃料電池の作動中に、前記冷却水を、前記エンジン本体をバイパスさせて前記燃料電池に供給するよう前記冷却水経路を切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
The switching means switches the cooling water path so that the cooling water is supplied to the fuel cell by bypassing the engine main body while the engine main body is stopped and the fuel cell is operating. The internal combustion engine according to claim 1.
前記切替手段は、前記エンジン本体の停止時間が所定時間以上となった時に前記エンジン本体をバイパスさせるよう、前記冷却水経路を切り替える
ことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 2, wherein the switching means switches the cooling water path so as to bypass the engine body when a stop time of the engine body reaches a predetermined time or longer.
前記切替手段は、前記エンジン本体の停止中で且つ前記燃料電池の停止中に、前記冷却水を、前記燃料電池をバイパスさせて前記排気マニホールドに供給するよう前記冷却水経路を切り替える
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関。
The switching means switches the cooling water path so that the cooling water is supplied to the exhaust manifold by bypassing the fuel cell while the engine body is stopped and the fuel cell is stopped. The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
前記切替手段は、前記燃料電池の温度が所定温度以下となった時に前記燃料電池をバイパスさせるよう、前記冷却水経路を切り替える
ことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関。
5. The internal combustion engine according to claim 4, wherein the switching unit switches the cooling water path so as to bypass the fuel cell when the temperature of the fuel cell becomes equal to or lower than a predetermined temperature.
前記エンジン本体の停止がアイドルストップ制御によって実行されるものである
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the stop of the engine body is executed by idle stop control.
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JP2017020506A (en) * 2015-07-14 2017-01-26 ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフトDr. Ing. h.c. F. Porsche Aktiengesellschaft Cooling system for vehicle

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013084273A1 (en) * 2011-12-09 2015-04-27 トヨタ自動車株式会社 Internal combustion engine
JP2017020506A (en) * 2015-07-14 2017-01-26 ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフトDr. Ing. h.c. F. Porsche Aktiengesellschaft Cooling system for vehicle

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