CN104603439A - 发动机的废热利用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的发动机的废热利用装置包括具有膨胀机旁通通路及对膨胀机旁通通路进行开闭的旁通阀的朗肯循环装置，并将朗肯循环装置的输出传输至发动机，该废热利用装置中，无论旁通阀的开闭状态如何，均能高精度地推定出朗肯循环装置的输出，从而能对发动机进行适当的输出控制。输出计算部(42)包括对膨胀机(23)的转矩进行推定的转矩推定部(421)。转矩推定部(421)具有与旁通阀(27)处于开阀状态相对应的第一转矩推定式和与旁通阀(27)处于闭阀状态相对应的第二转矩推定式。输出计算部(42)基于利用第一转矩推定式推定得到的转矩推定值或者利用第二转矩推定式推定得到的转矩推定值，计算出朗肯循环装置(2A)的输出。将计算得到的朗肯循环装置(2A)的输出输出到发动机控制部(12)。

Description

发动机的废热利用装置
技术领域
本发明涉及发动机的废热利用装置，尤其涉及包括朗肯循环装置的发动机的废热利用装置，该朗肯循环装置回收发动机的废热，并利用膨胀机再生为动力。
背景技术
已知有如下废热利用装置：该废热利用装置包括作为热能量对发动机的废热进行回收、并将其转换成动力的朗肯循环装置，通过将该朗肯循环的输出传输到发动机，从而对发动机的输出进行辅助。在搭载有上述废热利用装置的车辆中，为了适当控制发动机的输出，需要准确地掌握朗肯循环装置的输出。
掌握朗肯循环装置的输出的方法具有例如专利文献1所记载的技术。该专利文献1所记载的技术中，基于膨胀机上游侧的高压的制冷剂压力和膨胀机下游侧的低压的制冷剂压力，来推定膨胀机的转矩以作为朗肯循环装置的输出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010－229843号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在应用于发动机的废热利用装置的朗肯循环装置中，存在设有绕过膨胀机来使制冷剂流通的膨胀机旁通通路及对膨胀机进行开闭的旁通阀的朗肯循环装置。在上述朗肯循环装置中，通过根据需要对旁通阀进行开阀，绕过膨胀机来使制冷剂流通。
在上述现有技术中，基于膨胀机上游侧的高压的制冷剂压力和下游侧的低压的制冷剂压力，推定膨胀机的转矩，将高压侧与低压侧的制冷剂压力差较大的情况作为对象。因此，无法直接应用于包括上述膨胀机旁通通路及上述旁通阀的朗肯循环装置的废热利用装置。在旁通阀开阀的状态下，高压侧和低压侧的制冷剂压力差几乎为零，因此可能导致膨胀机的转矩(即、朗肯循环的输出)的推定误差增大。
本发明是着眼于上述情况而完成的，其目的在于，在包括朗肯循环装置、并采用将朗肯循环装置的输出传输到发动机的结构的发动机的结构的废热利用装置中，该朗肯循环装置具备膨胀机旁通通路及对该膨胀机的旁通通路进行开闭的旁通阀，无论旁通阀的开闭状态如何，均能高精度地推定出朗肯循环装置的输出并对发动机进行适当的输出控制。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的一个侧面所涉及的发动机的废热利用装置包括：朗肯循环装置，该朗肯循环装置在制冷剂的循环通路上具有：蒸发器，该蒸发器利用发动机的废热对制冷剂进行加热并使其蒸发；膨胀机，该膨胀机使经过该蒸发器后的制冷剂膨胀，从而产生动力；冷凝机，该冷凝机使经过该膨胀机后的制冷剂冷凝；以及泵，该泵将经过该冷凝机后的制冷剂输送到所述蒸发器，并且还设有绕过所述膨胀机来使制冷剂流通的膨胀机旁通通路和对该膨胀机旁通通路进行开闭的旁通阀；传输机构，该传输机构将该朗肯循环装置的输出传输至发动机；以及计算处理部，该计算处理部计算出所述朗肯循环装置的输出，并将计算得到的所述朗肯循环装置的输出输出到对所述发动机进行输出控制的发动机控制部。所述计算处理部具有：第一转矩推定部，该第一转矩推定部基于所述朗肯循环装置的高压侧的制冷剂压力和低压侧的制冷剂压力，来推定所述旁通阀处于开阀状态下的所述膨胀机的转矩；以及第二转矩推定部，该第二转矩推定部基于所述朗肯循环装置的高压侧的制冷剂压力和低压侧的制冷剂压力，来推定所述旁通阀处于闭阀状态下的所述膨胀机的转矩，基于利用所述第一转矩推定部推定得到的转矩推定值或利用所述第二转矩推定部推定得到的转矩推定值，来计算所述朗肯循环装置的输出。
此外，本发明的另一个侧面所涉及的发动机的废热利用装置包括：朗肯循环装置，该朗肯循环装置在制冷剂的循环通路上具有：蒸发器，该蒸发器利用发动机的废热对制冷剂进行加热并使其蒸发；膨胀机，该膨胀机使经过该蒸发器后的制冷剂膨胀，从而产生动力；冷凝机，该冷凝机使经国该膨胀机后的制冷剂冷凝；以及泵，该泵将经过该冷凝机后的制冷剂输送到所述蒸发器，并且还设有绕过所述膨胀机来使制冷剂流通的膨胀机旁通通路和对该膨胀机旁通通路进行开闭的旁通阀；传输机构，该传输机构将该朗肯循环装置的输出传输至发动机；以及计算处理部，该计算处理部基于所述膨胀机的转矩计算出所述朗肯循环装置的输出，并将计算得到的所述朗肯循环装置的输出输出到对所述发动机进行输出控制的发动机控制部。所述计算处理部具有转矩推定部，该转矩推定部基于所述朗肯循环装置的高压侧的制冷剂压力和低压侧的制冷剂压力，来推定所述膨胀机的转矩，并对该推定得到的所述膨胀机的转矩的最小值进行限制。
发明效果
根据上述发动机的废热利用装置，计算出朗肯循环装置的输出并将其输出至发动机控制部的计算处理部具有：第一转矩推定部，该第一转矩推定部推定出对膨胀机旁通通路进行开闭的旁通阀处于开阀状态下的膨胀机的转矩；以及第二转矩推定部，该第二转矩推定部推定出所述旁通阀处于闭阀状态下的膨胀机的转矩。因此，能高精度地推定出状态不同的旁通阀、即开阀时和闭阀时各自的膨胀机的转矩，进而高精度地推定出朗肯循环装置的输出，从而能利用发动机控制部对发动机进行适当的输出控制。
根据上述发动机的废热利用装置，计算出朗肯循环装置的输出并将其输出至发动机控制部的计算处理部具有转矩推定部，该转矩推定部基于朗肯循环装置的高压侧和低压侧的制冷剂压力来推定膨胀机的转矩，并且对推定得到的膨胀机的转矩的最小值进行限制。因此，尤其在旁通阀处于开阀的状态及旁通阀刚闭阀后等的所述高压侧的制冷剂压力和所述低压侧的制冷剂压力之差较小的情况下，抑制了膨胀机的转矩推定值变得过小的情况。由此，无论旁通阀的开闭状态如何，均能高精度地推定出朗肯循环的输出，从而能利用发动机控制部对发动机进行适当的输出控制。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的废热利用装置的简要结构的图。
图2是表示膨胀机的转矩的推定结果的一个示例的图。
图3是表示计算朗肯循环装置的输出的计算处理的一个示例的流程图。
图4是表示计算朗肯循环装置的输出的计算处理的其它示例的流程图。
图5是表示本发明的实施方式2所涉及的废热利用装置的简要结构的图。
图6是表示本发明的实施方式3所涉及的废热利用装置的简要结构的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
图1示出了本发明的实施方式1所涉及的废热利用装置1A的简要结构。该废热利用装置1A是搭载于车辆、并对该车辆的发动机10的废热进行回收并利用的发动机的废热利用装置，包括：朗肯循环装置2A、将朗肯循环装置2A的输出传输到发动机10的传输机构3A、以及对废热利用装置1A进行控制的控制单元4A。
发动机10是水冷式的内燃机，利用在冷却水循环通路11中流动的冷却水进行冷却。冷却水循环通路11中配置有后述的朗肯循环装置2A的蒸发器22，该蒸发器22的下游侧还配置有省略图示的散热器。从发动机10吸收到热量的冷却水在通过蒸发器22时与朗肯循环装置2A的制冷剂之间进行热交换，并且在通过散热器时与外部气体之间进行热交换，从而该冷却水被冷却，并再次提供给发动机10。
朗肯循环装置2A从发动机10的冷却水回收发动机10的废热，并转换成动力进行输出(作为动力进行再生)。朗肯循环装置2A具有制冷剂的循环通路21，在该循环通路21中依次设有蒸发器22、膨胀机23、冷凝机24及泵25。此外，朗肯循环装置2除了循环通路21以外，还具有绕过膨胀机23来使制冷剂流通的膨胀机旁通通路26以及对该膨胀机旁通通路26进行开闭的旁通阀27。该旁通阀27的动作由控制单元4A所控制。
蒸发器22是热交换器，该热交换器通过在从发动机10吸收热量的冷却水和制冷剂之间进行热交换，从而对制冷剂进行加热而使其蒸发(气化)。膨胀机23是涡旋式膨胀机，该涡旋式膨胀机通过使由蒸发器22进行加热而成为过热蒸汽的制冷剂膨胀并转换成旋转能量，从而产生驱动力。冷凝器24是热交换器，该热交换器通过在经过膨胀机23后的制冷剂和外部气体之间进行热交换，从而对制冷剂进行冷却而使其冷凝(液化)。泵25是机械式泵，该泵将由冷凝器24液化后的制冷剂输送到蒸发器22。然后，通过利用泵25将由冷凝器24液化后的制冷剂输送到蒸发器22，制冷剂在循环通路21(即、朗肯循环装置2A的上述各要素)中循环。
因此，本实施方式中，膨胀机23和泵25作为经由相同的转轴28a成为一体的“泵一体型膨胀机28”而构成。即，泵一体型膨胀机28的转轴28a具有作为膨胀机23的输出轴的功能以及作为泵25的驱动轴的功能。首先，朗肯循环装置2A通过由发动机10驱动泵25(泵一体型膨胀机28的泵部分)而起动，之后，若膨胀机23(泵一体型膨胀机28的膨胀机部分)产生充分的驱动力，则利用膨胀机23产生的驱动力来驱动泵25，从而朗肯循环装置2A进行动作。
传输机构3A将泵一体型膨胀机28的转矩(轴转矩)作为朗肯循环装置2A的输出传输到发动机10。传输机构3A包括：安装于泵一体型膨胀机28的转轴28a的滑轮31、安装于发动机10的曲柄轴10a的曲柄滑轮32，以及卷绕于滑轮31和曲柄滑轮32的传送带33。此外，在泵一体型膨胀机28的转轴28a和滑轮31之间设有电磁离合器34，以使得能够通过导通(接合)/断开(分离)该电磁离合器34来在发动机10和朗肯循环装置2A(具体而言泵一体型膨胀机28)之间传输/切断动力。该电磁离合器34的动作由控制单元4A所控制。
控制单元4A包括对朗肯循环装置2A的动作进行控制的动作控制部41、计算朗肯循环装置2A的输出的输出计算部42。此外，将检测出发动机10的转速Ne的转速传感器51、检测出朗肯循环装置2A的高压侧的制冷剂压力PU的第一压力传感器52、检测出朗肯循环装置2A的低压侧的制冷剂压力PD第二压力传感器53等各种传感器的检测信号输出至控制单元4A。
控制单元4A在对朗肯循环装置2A的动作进行控制的同时计算出朗肯循环装置2A的输出Tr，将计算得到的朗肯循环装置2A的输出Tr输出至进行发动机10的输出控制的发动机控制部12。
因而，本实施方式中，所述控制单元4A相当于本发明的“计算处理部”。
此处，所述高压侧的制冷剂压力PU是指循环通路21中、从泵25(的排出侧)经由蒸发器22到达膨胀机23(的入口侧)为止的区间的制冷剂压力，所述低压侧的制冷剂压力PD是指循环通路21中、从膨胀机23(的出口侧)经由冷凝器24到达泵25(的吸入侧)为止的区间的制冷剂压力。本实施方式中，第一压力传感器52检测出刚离开蒸发器22之后的制冷剂压力以作为所述高压侧的制冷剂压力PU，第二压力传感器53检测出冷凝器24和泵25之间的制冷剂压力以作为所述低压侧的制冷剂压力PD。
动作控制部41在例如发动机10起动后，通过接合电磁离合器34并利用发动机10对泵25(泵一体型膨胀机28的泵部分)进行驱动，从而使朗肯循环装置2A进行动作。此外，动作控制部41通过根据需要(例如在蒸发器22中的制冷剂的过热不充分的情况下)对旁通阀27进行开阀使膨胀机23旁通，从而使制冷剂流通。
在旁通阀27闭阀的状态下，制冷剂在膨胀机23(泵一体型膨胀机28的膨胀机部分)中流通，膨胀机23进行动作。在膨胀机23进行动作并产生驱动力后，膨胀机23所产生的驱动力的一部分对泵25进行驱动，其余的驱动力经由传输机构3A传输至发动机10，从而对发动机10的输出(驱动力)进行辅助。此外，动作控制部41在例如产生发动机10的停止请求后，分离电磁离合器34。
输出计算部42计算出泵一体型膨胀机28的转矩以作为朗肯循环装置2的输出。输出计算部42包括对膨胀机23(泵一体型膨胀机28的膨胀机部分)的转矩Tex进行推定的转矩推定部421和计算出用于驱动泵25(泵一体型膨胀机28的泵部分)的负载转矩TPL的泵负载计算部422。然后，输出计算部42从由转矩推定部421所推定得到膨胀机23的转矩Tex减去由泵负载计算部422计算得到的泵25的负载转矩TPL，从而计算出朗肯循环装置2A的输出Tr。计算得到的朗肯循环装置2A的输出Tr从输出计算部42或控制单元4A的省略图示的输出部输出到发动机控制部12。
转矩推定部421基于所述高压侧的制冷剂压力PU、所述低压侧的制冷剂压力PD、及膨胀机23的转速Nex(即、泵一体型膨胀机28的转速Npex)来推定膨胀机23的转矩Tex。此处，基于发动机10的转速Ne及滑轮31和曲柄滑轮32之间的滑轮比来计算出膨胀机23的转速Nex(＝泵一体型膨胀机28的转速Npex＝泵25的转速Np)。
本实施方式中，转矩推定部421具有与旁通阀27处于开阀状态相对应的第一转矩推定式和与旁通阀27处于闭阀状态相对应的第二转矩推定式这两个转矩推定式。如上述那样具有两个转矩推定式是因为在旁通阀27开阀的状态和闭阀的状态下流入膨胀机23的制冷剂量大不相同，因此难以利用一个转矩推定式来推定膨胀机23的转矩。
因而，在利用上述第一转矩推定式来推定(计算)膨胀机23的转矩的情况下，转矩推定部421起到本发明的“第一转矩推定部”的作用，在利用上述第二转矩推定式来推定(计算)膨胀机23的转矩的情况下，转矩推定部421起到本发明的“第二转矩推定部”的作用。
另外，在以下的说明中，将利用上述第一转矩推定式求得的值称为“利用第一转矩推定式得到的转矩推定值Tex1”，将利用上述第二转矩推定式求得的值称为“利用第二转矩推定式得到的转矩推定值Tex2”。
本实施方式中，上述第一转矩推定式如下式(1)所示，上述第二转矩推定式如下式(2)所示。
Tex1＝-M1·PU+M2·PD-M3·Nex-K1...(1)
Tex2＝M4·PU-M5·PD-M6·Nex-K2...(2)
当然，也可以利用所述高压侧的制冷剂压力PU和所述低压侧的制冷剂压力PD之差ΔP(＝PU-PD，以下有时简称为“制冷剂压力差”)，将上述第一转矩推定式设为下式(1)'，将上述第二转矩推定式设为下式(2)'。
Tex1＝-M7·(PU-PD)-M8·Nex-K3...(1)’
Tex2＝M9·(PU-PD)-M10·Nex-K4...(2)’
其中，(-M1)、M2、(-M3)、M4、(-M5)、(-M6)、(-M7)、(-M8)、M9及(-M10)是系数，(-K1)、(-K2)、(-K3)及(-K4)是常数。
图2示出了转矩推定部421对膨胀机23的转矩进行推定的推定结果的示例。图2(a)中，以双点划线表示朗肯循环装置2A的高压侧和低压侧的制冷剂压力差ΔP(＝PU-PD)。图2(b)中，以虚线表示利用上述第一转矩推定式(上述式(1)或(1)’)推定得到的转矩推定值Tex1，以点划线表示利用上述第二转矩推定式(上述式(2)或(2)’)推定得到的转矩推定值Tex2。
如图2(b)所示，利用上述第一转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex1为“负”的值，且具有所述制冷剂压力差ΔP越大、该转矩推定值Tex1越小的趋势。认为这是由于在旁通阀27开阀的状态下膨胀机23几乎不产生动力，因此膨胀机23会成为发动机10的负载。
另一方面，利用上述第二转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex2具有所述制冷剂压力差ΔP越大、该转矩推定值Tex2也越大的趋势。认为这是由于在旁通阀27闭阀的状态下所述制冷剂压力差ΔP越大、膨胀机23所产生的动力也越大。
此处，转矩推定部421可以根据旁通阀27的开闭状态简单地切换上述第一转矩推定式和上述第二转矩推定式，来推定膨胀机23的转矩。由此，能在旁通阀的开阀时和闭阀时分别高精度地推定膨胀机的转矩。然而，若仅如此的话，如图2(b)所示，尤其在旁通阀27刚闭阀后转矩推定值会变得过小，可能会导致无法充分抑制推定误差。这主要是由于对上述第二转矩推定式进行调整，使得能高精度地推定所述制冷剂压力差ΔP大致某一程度且膨胀机23产生动力的状态的转矩。因此，应回避上述情况，转矩推定部421(或者输出计算部42)选择(决定)利用上述第一转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex1和利用上述第二转矩推定式推定得到的膨胀机23的转矩推定值Tex2中的较大一方的值作为膨胀机23的转矩Tex。
其结果是，如图2(b)中的粗线所示，在旁通阀27开阀的期间及在旁通阀27刚闭阀后(换言之，所述制冷剂压力差ΔP小于规定值ΔPs(＞0)的期间)，选择利用上述第一转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex1作为膨胀机23的转矩Tex，若旁通阀27闭阀且上述压力差ΔP为上述规定值ΔPs以上(时刻tb)，则选择上述第二转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex2作为膨胀机23的转矩Tex。
即，所推定的膨胀机23的转矩Tex不会小于“负”的规定值(此处为制冷剂压力差ΔP＝ΔPs的时刻tb的转矩推定值)，可以说转矩推定部421(或者输出计算部42)限制了膨胀机23的转矩推定值的最小值。由此，当然抑制了旁通阀处于开阀状态下的膨胀机的转矩推定误差变大，也抑制了刚对旁通阀进行闭阀后的膨胀机的转矩推定误差变大，具体而言，抑制了膨胀机23的转矩推定值与实际的转矩相比过小的情况。
泵负载计算部422基于所述制冷剂压力差ΔP及泵25的转速Np，计算出泵25的负载转矩TPL。下面，进行具体说明。
一般用下式来表示用于使泵旋转的动力。
泵的动力消耗W_pump＝泵机械效率η_pump×绝热变化时的泵前后的制冷剂焓差Δh×制冷剂流量Qr
其中，泵前后的制冷剂压力差越是增加，泵前后的制冷剂焓差Δh越大。此外，泵的转速越是增加，制冷剂流量Qr越多。因而，所述制冷剂压力差ΔP越大、及/或泵25的转速Np越高，用于使泵25动作的转矩、即负载转矩TPL越大。
本实施方式的泵负载计算部421具有与所述制冷剂压力差ΔP、泵25的转速Np、及泵25的负载转矩TPL进行对应的泵25的负载特性(映射)，通过基于所述制冷剂压力差ΔP和泵25的转速Np来参照所述泵25的负载特性(映射)，从而计算出泵25的负载转矩TPL。
然后，输出计算部42从转矩推定部421推定得到的膨胀机23的转矩Tex(利用上述第一转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex1和利用上述第二转矩推定式推定得到的膨胀机23的转矩推定值Tex2中的较大一方的值)减去泵负载计算部422计算得到的泵25的负载转矩TPL，计算出泵一体型膨胀机28的转矩Tpex、即朗肯循环装置2A的输出Tr。
图3是表示控制单元4A(输出计算部42)所执行的朗肯循环装置2A的输出的计算处理的流程图。该处理例如每隔规定时间被反复执行。
图3中，步骤S1判定电磁离合器34是否导通(ON)，若电磁离合器34导通，则前进至步骤S2。
步骤S2中，计算出泵25(即、泵一体型膨胀机28的泵部分)的负载转矩TPL。具体而言，如上所述，基于所述制冷剂压力差ΔP和泵25的转速Np(＝泵一体型膨胀机28的转速Npex)来参照所述泵25的负载特性(映射)，从而计算出泵25的负载转矩TPL。
步骤S3中，基于所述高压侧的制冷剂压力PU、所述低压侧的制冷剂压力PD、及膨胀机23的转速Nex(＝泵一体型膨胀机28的转速Npex)，并利用上述第一转矩推定式计算出膨胀机23(即、泵一体型膨胀机28的膨胀机部分)的转矩推定值Tex1。
步骤S4中，基于所述高压侧的制冷剂压力PU、所述低压侧的制冷剂压力PD、及膨胀机23的转速Nex(＝泵一体型膨胀机28的转速Npex)，并利用上述第二转矩推定式计算出膨胀机23的转矩推定值Tex2。
步骤S5中，对利用上述第一转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex1和利用上述第二转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex2进行比较。然后，若Tex1＞Tex2则前进至步骤S6，若Tex1≤Tex2则前进至步骤S7。
步骤S6中，将利用上述第一转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex1设定为膨胀机23的转矩Tex，并前进至步骤S8。
步骤S7中，将利用上述第二转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex2设定为膨胀机23的转矩Tex，并前进至步骤S8。
步骤S8中，从步骤S6或S7中所设定的膨胀机23的转矩Tex减去步骤S2中计算得到的泵25的负载转矩TPL，计算出泵一体型膨胀机28的转矩Tpex、即朗肯循环装置2的输出Tr(＝Tex-TPL)。
另一方面，步骤S1中，在电磁离合器34断开的情况下，前进至步骤S9，将朗肯循环装置2A的输出Tr设为“0”。另外，也可以不将朗肯循环装置2A的输出Tr设为“0”，而是预先存储电磁离合器34断开时的旋转负载(朗肯循环装置2A+传输机构3A)，将该所存储的旋转负载作为朗肯循环装置2A的输出Tr。
之后，步骤S10中，将步骤S8计算得到的或者S9所设定的朗肯循环装置2A的输出Tr输出到发动机控制部12。另外，步骤S1～S9的处理由输出计算部42来执行，但步骤S10的处理、即将朗肯循环装置2A的输出Tr输出到发动机控制部12的处理可以由输出计算部42来执行，也可以由控制单元4A的省略图示的输出部(即、输出计算部42以外的结构要素)来进行。
此处，对输入有朗肯循环装置2A的输出Tr的发动机控制部12所执行的发动机10的输出控制进行说明。
发动机控制部基于发动机10的运转条件(发动机转速Ne、驾驶员所施加的加速操作量、车速等)，计算出车辆所需的转矩(车辆的请求转矩)，从计算得到的车辆的请求转矩减去朗肯循环装置2A的输出Tr，来设定发动机10的目标转矩。然后，控制燃料喷射量等以实现所设定的发动机10的目标转矩。由此，能根据朗肯循环装置2A的输出(为“正”的情况下的辅助转矩或者为“负”的情况下的负载转矩)，适当控制发动机10的输出。
另外，在将能对发动机10的输出进行辅助的电动机搭载于车辆的情况下，当朗肯循环装置2A的输出为“负”时，未图示的电动机控制部能构成为对电动机进行控制，使得与为“负”的朗肯循环装置2A的输出Tr相抵销。在该情况下，当朗肯循环装置2A的输出为“0”以上时，发动机控制部12如上所述那样对发动机10的目标转矩进行设定，并能构成为基于所设定的发动机10的目标转矩来执行燃料喷射控制等。
本实施方式中，朗肯循环装置2A以两个状态进行动作，该两个状态为旁通阀27开阀且制冷剂不在膨胀机23中流通的状态和旁通阀27闭阀且制冷剂在膨胀机23中流通的状态。在如上所述那样朗肯循环装置2A以不同的状态进行动作的情况下，若像现有技术那样仅使用一个推定方法，则难以高精度地推定膨胀机23的转矩，进而难以高精度地推定出朗肯循环装置2A的输出。
对于这一点，本实施方式中，转矩推定部421具有与旁通阀27处于开阀状态相对应的第一转矩推定式和与旁通阀27处于闭阀状态相对应的第二转矩推定式这两个转矩推定式。由此，无论旁通阀27的开闭状态如何，废热利用装置1A均能高精度地推定膨胀机23的转矩、进而能高精度地推定出朗肯循环装置2A的输出，其结果是，发动机控制部12能适当控制发动机10的输出。
特别在本实施方式中，将利用上述第一转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex1和利用上述第二转矩推定式推定得到的转矩推定值Tex2中的较大一方的值选择作为膨胀机23的转矩Tex。由此，实质上对膨胀机的转矩推定值的最小值进行限制，当然在旁通阀开阀的状态下防止了膨胀机23的转矩推定值过小，在旁通阀27刚闭阀后也防止了膨胀机23的转矩推定值过小。其结果是，提高了膨胀机23的转矩的推定精度、进而提高了朗肯循环装置2A的输出的推定精度，能适当控制发动机10。
此处，举出几个示例对上述实施方式的变形例进行说明。
(变形例1)
上述实施方式中，转矩推定部421基于朗肯循环装置2A的高压侧的制冷剂压力PU、朗肯循环装置2A的低压侧的制冷剂压力PD、及膨胀机23的转速Nex，来推定膨胀机23的转矩。
然而，并不局限于此，转矩推定部421也可以更简易地基于所述高压侧的制冷剂压力PU和所述低压侧的制冷剂压力PD来推定膨胀机23的转矩。
在该情况下，将上述式(1)、(2)替换成下式(3)、(4)即可。当然，下式(3)、(4)也可以如上述(1)’、(2)’那样，用制冷剂压力差(PU-PD)来呈现。即使这样，也与上述实施方式相同，尤其防止了旁通阀27开阀时将膨胀机23的转矩推定值计算成过小的情况(但，推定精度与上述实施方式相比稍稍降低)。
Tex1＝-M11·PU+M12·PD-K5...(3)
Tex2＝M13·PU-M14·PD-K6...(4)
其中，(-M11)、M12、M13及(-M14)是系数，(-K5)及(-K6)是常数。
并且，转矩推定部421也可以构成为考虑膨胀机23入口侧的制冷剂温度来推定膨胀机23的转矩(尤其是旁通阀27处于闭阀状态下的膨胀机23的转矩)。这是由于，即使朗肯循环装置2A的高压侧的制冷剂压力PU、朗肯循环装置2A的低压侧的制冷剂压力PD、及膨胀机23的转速Nex相同，膨胀机23入口侧的制冷剂温度越高，等熵膨胀时的焓变化也越大，膨胀机23的转矩也增大。在该情况下，例如考虑将基于膨胀机23入口侧的制冷剂温度或者与其相关联的某个值的校正项追加到上述第二转矩推定式中。另外，与膨胀机23入口侧的制冷剂温度相关联的某个值例如是发动机10的冷却水温度、膨胀机23出口侧的制冷剂温度、膨胀机23表面温度。通过这样进一步考虑膨胀机23入口侧的制冷剂温度，能更高精度地推定膨胀机23的转矩(尤其是旁通阀27处于闭阀状态下的膨胀机23的转矩)。
(变形例2)
此外，在上述实施方式中，分别计算出膨胀机23的转矩Tex和泵25的负载转矩TPL，输出计算部42利用它们来计算泵一体型膨胀机28的转矩Tpex(即、朗肯循环装置2A的输出Tr)，但并不局限于此。
如上所述，泵25的负载转矩TPL基于所述高压侧的制冷剂压力PU和所述低压侧的制冷剂压力PD之差(制冷剂压力差)ΔP及泵25的转速Np而计算得到，然而，由于泵一体型膨胀机中的膨胀机的转速Nex＝泵的转速Np，因此转矩推定部421也可构成为直接计算(推定)出泵一体型膨胀机28的转矩Tpex、即朗肯循环装置2A的输出。在该情况下，例如在上述第一转矩推定式、上述第二转矩推定式中，适当调整与膨胀机的转速Nex相乘的系数(-M3、-M6、-M8、-M10)及常数(-K1～-K4)即可。
另外，在转矩推定部421构成为对泵一体型膨胀机28的转矩Tpex进行推定的情况下，无需泵负载计算部422，控制单元4(输出计算部42)不执行图3的流程图所示的处理，而执行例如图4的流程图所示的处理。
图4中，步骤S21中判定电磁离合器34是否导通，若电磁离合器34导通，则前进至步骤S22，若电磁离合器34断开，则前进至步骤S27并将朗肯循环装置2A的输出Tr设为“0”。
步骤S22中，利用上述第一转矩推定式计算出泵一体型膨胀机28的转矩推定值Tpex1，步骤S23中，利用上述第二转矩推定式计算出泵一体型膨胀机28的转矩推定值Tpex2。
步骤S24中，对利用上述第一转矩推定式推定得到的转矩推定值Tpex1和利用上述第二转矩推定式推定得到的转矩推定值Tpex2进行比较。若Tpex1＞Tpex2，则前进至步骤S25并将利用上述第一转矩推定式推定得到的转矩推定值Tpex1设定为朗肯循环装置的输出Tr，若Tpex1≤Tpex2，则前进至步骤S26并将利用上述第二转矩推定式推定得到的转矩推定值Tpex2设定为朗肯循环装置的输出Tr。
然后，步骤S28中，将步骤S25、S26或S27所设定的朗肯循环装置2A的输出Tr输出到发动机控制部12。
(变形例3)
此外，转矩推定部421也可以不利用上述第一转矩推定式计算出膨胀机23的转矩推定值Tex1，而使用预先设定的规定值Ts。该规定值Ts是“负”的一定值，能使用例如图2(b)所示的时刻tb(制冷剂压力差ΔP＝ΔPs时)的转矩推定值。这是由于旁通阀27处于开阀状态下的膨胀机的转矩变动幅度与旁通阀27处于闭阀状态下的膨胀机的转矩变动幅度相比相当小。在该情况下，转矩推定部421(或者输出计算部42)选择利用上述第二转矩推定式推定得到的推定值Tex2和上述规定值(“负”的一定值)Ts中的较大的一方作为膨胀机23的转矩Tex。由此，与上述实施方式相比，虽然推定精度稍稍有所下降，但具有能降低运算负荷的优点。
(变形例4)
并且，上述实施方式中，控制单元4A(输出计算部42或转矩推定部421)并未对旁通阀27的开闭状态进行判断(参照图3)，但也可以对旁通阀27的开闭状态进行判断，并根据旁通阀27的开闭状态来推定膨胀机23的转矩。
在该情况下，控制单元4A(输出计算部42或转矩推定部421)能采用如下结构：例如在旁通阀27闭阀的情况下，控制单元4A如上所述那样在利用上述第一转矩推定式推定得到的推定值Tex1和利用上述第二转矩推定式推定得到的推定值Tex2中选择最大值，从而设定膨胀机23的转矩Tex，另一方面，在旁通阀27开阀的情况下，控制单元4A直接将利用上述第一转矩推定式推定得到的推定值Tex1设定为膨胀机23的转矩Tex(图4中也相同)。
(变形例5)
此外，控制单元4(输出计算部42或转矩推定部421)可以预先存储图2所示的规定值ΔPs(时刻tb的制冷剂压力差)。在该情况下，例如能构成转矩推定部421，使得判定所述制冷剂压力差ΔP(PU-PD)是否在上述规定值ΔPs以上，当压力差ΔP在上述规定值ΔPs以上时，利用上述第二转矩推定式来推定膨胀机23的转矩，当所述制冷剂压力差ΔP小于上述规定值ΔPs时，利用上述第一转矩推定式来推定膨胀机23的转矩。这样也能获得与上述实施方式相同的效果。
接着，对本发明的实施方式2所涉及的废热利用装置进行说明。
图5示出了本发明的实施方式2所涉及的废热利用装置1B的简要结构。该实施方式2所涉及的废热利用装置1B与上述实施方式1所涉及的废热利用装置1A相同，包括：朗肯循环装置2B、将朗肯循环装置2B的输出传输至发动机10的传输机构3B、及对废热利用装置1B进行控制的控制单元4B。
与上述实施方式1所涉及的废热利用装置1A的主要不同点在于：在实施方式2所涉及的废热利用装置1B中，构成朗肯循环装置2B的膨胀机23和泵25分开形成。另外，对于与上述实施方式1所涉及的废热利用装置1A共同的要素，利用相同的标号。
朗肯循环装置2B中，利用发动机10的输出并经由传输机构3B来驱动泵25。因此，传输机构3B包括：安装于发动机10的曲柄轴10a的曲柄滑轮32、安装于膨胀机23的输出轴23a的膨胀机滑轮35、安装于泵25的转(驱动)轴25a的泵滑轮36、以及卷绕于曲柄滑轮32、膨胀机滑轮35及泵滑轮36的传送带37。此外，在泵25的转轴25a和泵滑轮36之间设有电磁离合器38。该电磁离合器38的动作由控制单元4B所控制。另外，可以在膨胀机23的输出轴23a和膨胀机滑轮35之间也设置电磁离合器(以虚线表示)。
控制单元4B的动作控制部41与上述实施方式1相同，例如在发动机10起动后，接合电磁离合器38并利用发动机10来驱动泵25，从而使朗肯循环装置2B进行动作。此外，动作控制部41与上述实施方式1相同，根据需要对旁通阀27进行开阀。
控制单元4B的输出计算部42与上述实施方式1相同，从由转矩推定部421所推定得到膨胀机23的转矩Tex减去由泵负载计算部422计算得到的泵25的负载转矩TPL，从而计算出朗肯循环装置2B的输出Tr。另外，本实施方式中，基于发动机10的转速Ne以及曲柄滑轮32和膨胀机滑轮35之间的滑轮比来计算出膨胀机23的转速Nex，基于发动机10的转速Ne以及曲柄滑轮32和泵滑轮36之间的滑轮比来计算出泵25的转速Np。
在该实施方式2所涉及的废热利用装置1B中，与上述实施方式1所涉及的废热利用装置1A相同，无论旁通阀的开闭状态如何，也均能高精度地推定膨胀机23的转矩、进而高精度地推定出朗肯循环装置2B的输出，因此能适当地控制发动机10的输出。
另外，对于上述实施方式1所涉及的废热利用装置1A的变形例也能应用于实施方式2所涉及的废热利用装置1B，能直接进行应用。
接着，对本发明的实施方式3所涉及的废热利用装置进行说明。
图6示出了本发明的实施方式3所涉及的废热利用装置1C的简要结构。该实施方式3所涉及的废热利用装置1C与上述实施方式1、实施方式2所涉及的废热利用装置1A、1B相同，包括：朗肯循环装置2C、将朗肯循环装置2C的输出传输至发动机10的传输机构3C、及对废热利用装置1C的整体进行控制的控制单元4C。
与上述实施方式2所涉及的废热利用装置1B主要的不同点在于：在实施方式3所涉及的废热利用装置1C中，构成朗肯循环装置2C的泵并非是机械式泵25，而是利用由省略图示的电池供电来进行动作的电动泵29。该电动泵29的动作由控制单元4C所控制。另外，对于与上述实施方式1、实施方式2所涉及的废热利用装置1A、1B共同的要素，利用相同的标号。
在实施方式3所涉及的废热利用装置1C中，传输机构3C包括：安装于发动机10的曲柄轴10a的曲柄滑轮32、安装于膨胀机23的输出轴23a的膨胀机滑轮35、以及卷绕于曲柄滑轮32、膨胀机滑轮35的传送带40。另外，可以在膨胀机23的输出轴23a和膨胀机滑轮35之间也设置电磁离合器(以虚线表示)。
控制单元4C的动作控制部41与上述实施方式1、实施方式2相同，例如在发动机10起动后，驱动电动泵29，来使朗肯循环装置2C进行动作。此外，动作控制部41与上述实施方式1、实施方式2相同，根据需要对旁通阀27进行开阀。
本实施方式中，朗肯循环装置2C使用了电动泵29，因此该电动泵29不会成为发动机10或膨胀机23的负载。因此，控制单元4C的输出计算部42与上述实施方式1、实施方式2的输出计算部不同，不具有泵负载计算部。即，输出计算部42C将由转矩推定部421推定得到的膨胀机23的转矩作为朗肯循环装置2C的输出。其结果是，本实施方式中，不需要图3的流程图中的步骤S2，步骤S8中将步骤S6或步骤S7所设定的膨胀机的转矩Tex直接设为朗肯循环装置2C的输出Tr。
在该实施方式3所涉及的废热利用装置1C中，与上述实施方式1、实施方式2所涉及的废热利用装置1A、1B相同，无论旁通阀的开闭状态如何，也均能高精度地推定膨胀机23的转矩、进而高精度地推定出朗肯循环装置2B的输出，因此能适当地控制发动机10的输出。
另外，对于上述实施方式1所涉及的废热利用装置1A的变形例也能应用于实施方式3所涉及的废热利用装置1C，能直接进行应用。
以上，对本发明的实施方式及其变形例进行了说明，但本发明并不局限于此，可基于本发明的技术思想进行进一步的变形及变更。
例如，上述实施方式的朗肯循环装置的蒸发器中，在发动机的冷却水和制冷剂之间进行热交换，但也可以构成为在发动机的排气和制冷剂之间进行热交换。此外，控制单元4A～C和发动机控制部12也可以作为一个电子控制单元搭载于车辆上。
标号说明
1A，1B，1C废热利用装置、
2A，2A，2C朗肯循环装置、
3A，3B，3C传输机构、
4A，4B，4C控制单元、
10发动机、
12发动机控制部、
21制冷剂的循环通路、
22蒸发器、
23膨胀机、
24冷凝机、
25泵、
26膨胀机旁通通路、
27旁通阀、
28泵一体型膨胀机、
29电动泵、
42输出计算部、
421转矩推定部、
422泵负载计算部

Claims (8)

1.一种发动机的废热利用装置，其特征在于，包括：
朗肯循环装置，该朗肯循环装置在制冷剂的循环通路上具有：蒸发器，该蒸发器利用发动机的废热对制冷剂进行加热并使其蒸发；膨胀机，该膨胀机使经过该蒸发器后的制冷剂膨胀，从而产生动力；冷凝机，该冷凝机使经过该膨胀机后的制冷剂冷凝；以及泵，该泵将经过该冷凝机后的制冷剂输送到所述蒸发器，并且还设有绕过所述膨胀机来使制冷剂流通的膨胀机旁通通路和对该膨胀机旁通通路进行开闭的旁通阀；
传输机构，该传输机构将所述朗肯循环装置的输出传输至所述发动机；以及
计算处理部，该计算处理部计算出所述朗肯循环装置的输出，并将计算得到的所述朗肯循环装置的输出输出到对所述发动机进行输出控制的发动机控制部，
所述计算处理部具有：
第一转矩推定部，该第一转矩推定部基于所述朗肯循环装置的高压侧的制冷剂压力和低压侧的制冷剂压力，来推定所述旁通阀处于开阀状态下的所述膨胀机的转矩；以及
第二转矩推定部，该第二转矩推定部基于所述朗肯循环装置的高压侧的制冷剂压力和低压侧的制冷剂压力，来推定所述旁通阀处于闭阀状态下的所述膨胀机的转矩，
基于利用所述第一转矩推定部推定得到的转矩推定值或利用所述第二转矩推定部推定得到的转矩推定值，来计算所述朗肯循环装置的输出。
2.如权利要求1所述的发动机的废热利用装置，其特征在于，
所述计算处理部基于利用所述第一转矩推定部推定得到的转矩推定值和利用所述第二转矩推定部推定得到的转矩推定值中的较大一方的值，来计算所述朗肯循环装置的输出。
3.如权利要求1所述的发动机的废热利用装置，其特征在于，
所述计算处理部判断所述旁通阀的开闭状态，
在所述旁通阀开阀的情况下，基于利用所述第一转矩推定部推定得到的转矩推定值来计算所述朗肯循环装置的输出，
在所述旁通阀闭阀的情况下，基于利用所述第一转矩推定部推定得到的转矩推定值和利用所述第二转矩推定部推定得到的转矩推定值中的较大一方的值，来计算所述朗肯循环装置的输出。
4.如权利要求1所述的发动机的废热利用装置，其特征在于，
所述发动机经由所述传输机构来驱动所述泵，
所述计算处理部从利用所述第一转矩推定部推定得到的转矩推定值或利用所述第二转矩推定部推定得到的转矩推定值减去用于对所述泵进行驱动的负载转矩，来计算所述朗肯循环装置的输出。
5.如权利要求1所述的发动机的废热利用装置，其特征在于，
所述第一转矩推定部及所述第二转矩推定部还基于所述膨胀机的转速来推定所述膨胀机的转矩。
6.如权利要求5所述的发动机的废热利用装置，其特征在于，
所述膨胀机和所述泵作为经由相同的转轴形成为一体的泵一体型膨胀机来构成，并且所述发动机经由所述传输机构来驱动所述泵，或者所述膨胀机驱动所述泵，
所述第一转矩推定部推定出所述旁通阀处于开阀状态下的所述泵一体型膨胀机的转矩，
所述第二转矩推定部推定出所述旁通阀处于开阀状态下的所述泵一体型膨胀机的转矩。
7.如权利要求1所述的发动机的废热利用装置，其特征在于，
所述第二转矩推定部还基于所述膨胀机入口的制冷剂温度或者与其相关联的某个值来推定所述膨胀机的转矩。
8.一种发动机的废热利用装置，其特征在于，包括：
朗肯循环装置，该朗肯循环装置在制冷剂的循环通路上具有：蒸发器，该蒸发器利用发动机的废热对制冷剂进行加热并使其蒸发；膨胀机，该膨胀机使经过该蒸发器后的制冷剂膨胀，从而产生动力；冷凝机，该冷凝机使经过该膨胀机后的制冷剂冷凝；以及泵，该泵将经过该冷凝机后的制冷剂输送到所述蒸发器，并且还设有绕过所述膨胀机来使制冷剂流通的膨胀机旁通通路和对该膨胀机旁通通路进行开闭的旁通阀；
传输机构，该传输机构将所述朗肯循环装置的输出传输至所述发动机；以及
计算处理部，该计算处理部基于所述膨胀机的转矩计算出所述朗肯循环装置的输出，并将计算得到的所述朗肯循环装置的输出输出到对所述发动机进行输出控制的发动机控制部，
所述计算处理部具有转矩推定部，该转矩推定部基于所述朗肯循环装置的高压侧的制冷剂压力和低压侧的制冷剂压力，来推定所述膨胀机的转矩，并对该推定得到的所述膨胀机的转矩的最小值进行限制。
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