CN105531448A - 排热回收装置 - Google Patents

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Abstract

在具有朗肯循环系统的排热回收装置中，通过适当释放将发动机与朗肯循环系统之间的动力进行传递/切断的离合器，从而抑制朗肯循环系统成为发动机的负载。排热回收装置(1A)包括朗肯循环系统(2A)、动力传递机构(3A)及控制单元(4)。动力传递机构(3A)具有离合器(31)，在该离合器(31)接合时能在发动机(10)与朗肯循环系统(2A)之间传递动力。控制单元(4)基于与朗肯循环系统(2A)启动时的消耗动力相关的第1相关值、及与朗肯循环系统(2A)启动后运转时其输出为负的情况下的朗肯循环系统(2A)的消耗动力相关的第2相关值，控制离合器(31)的接合/非接合。

Description

排热回收装置
技术领域
本发明涉及装载于车辆且具有将发动机的排热(包含废热)回收来产生动力的朗肯循环系统的排热回收装置。
背景技术
在专利文献1中记载有包括发动机、及将该发动机的废热回收于制冷剂并由膨胀机再生作为动力的朗肯循环系统的车辆。在该专利文献1记载的车辆中，在上述发动机与上述膨胀机之间的动力传递路径上设置有离合器，在上述膨胀机的再生动力(转矩)的预测值为正时，将所述离合器接合，在上述膨胀机的再生动力(转矩)的预测值为零或负时，将所述离合器设为非接合。即，在专利文献1记载的车辆中，在上述膨胀机的转矩的预测值变成零或负的时刻，将所述离合器设为非接合，停止上述朗肯循环系统的运转。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010-190185号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，为了启动朗肯循环系统，首先需要驱动使制冷剂循环的泵，之后，在膨胀机产生转矩为止要耗费规定时间。因此，朗肯循环系统在其启动时，在某一程度的时间内不得不成为发动机的负载。例如，与专利文献1记载的车辆同样，在制冷剂的循环中使用电动泵的情况下，该电动泵由来自电池的电力所驱动，但需要利用发动机来将此时消耗的电力再充电到电池中，因此，结果是朗肯循环系统成为发动机的负载。此外，在制冷剂的循环中使用机械式泵的情况下，该机械式泵由发动机所驱动，因此，朗肯循环系统成为发动机的负载。
若在朗肯循环系统运转时膨胀机的转矩也为零或负，则朗肯循环系统也会成为发动机的负载。但是，即使在朗肯循环系统运转时膨胀机的转矩为负的情况下，若之后膨胀机的转矩立即转成正，则可以说朗肯循环系统对发动机产生的负载较小。
因此，如专利文献1记载的车辆那样，若在朗肯循环系统的转矩成为零或负的时刻立即停止朗肯循环系统的运转，则与不停止朗肯循环系统而使其继续运转的情况相比，反而增加了朗肯循环系统对发动机的负载，其结果是，可能会使发动机的燃料消耗效率等劣化。
因此，本发明的目的在于在具有将发动机的排热回收并由膨胀机转换成动力的朗肯循环系统的排热回收装置中，通过对设置在发动机与朗肯循环系统之间的动力传递路径上的离合器适当进行接合/非接合，从而有效抑制朗肯循环系统成为发动机的负载。
解决技术问题所采用的技术手段
本发明的一个侧面所涉及的排热回收装置包括：朗肯循环系统，该朗肯循环系统在制冷剂的循环路径上配置有利用发动机的排热来加热制冷剂并使其汽化的加热器、使经过该加热器后的制冷剂膨胀以产生动力的膨胀机、使经过该膨胀机后的制冷剂冷凝的冷凝器及将经过该冷凝器后的制冷剂送出至所述加热器的泵；动力传递机构，该动力传递机构具有离合器，在该离合器接合时能在所述发动机与所述朗肯循环系统之间传递动力；及离合器控制部，该离合器控制部基于与所述朗肯循环系统启动时的消耗动力相关的第1相关值、及与所述朗肯循环系统启动后运转时其输出为负的情况下的所述朗肯循环系统的消耗动力相关的第2相关值，控制所述离合器的接合/非接合。
发明效果
在所述排热回收装置中，基于与所述朗肯循环系统启动时的消耗动力相关的第1相关值、及与所述朗肯循环系统启动后运转时其输出为负的情况下的所述朗肯循环系统的消耗动力相关的第2相关值，控制所述离合器的接合/非接合。由此，抑制因在所述朗肯循环系统运转时将所述离合器设为非接合而停止所述朗肯循环系统(之后，使所述朗肯循环系统再启动)反而导致所述发动机的负载增加的情况，从而可降低发动机的燃料消耗效率的劣化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的排热回收装置的简要结构的图。
图2是表示泵一体型膨胀机的结构的图。
图3是表示实施方式1中的离合器控制的内容的流程图。
图4是表示实施方式1中的离合器的状态的一例的时序图。
图5是表示本发明的实施方式2的排热回收装置的简要结构的图。
图6是表示实施方式2中的离合器控制的内容的流程图。
图7是表示本发明的实施方式3的排热回收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。
[实施方式1]
图1表示本发明的实施方式1的排热回收装置1A的简要结构。该排热回收装置1装载于车辆并将发动机10的排热回收利用。如图1所示，排热回收装置1A包含将发动机10的排热回收并转换成动力(产生动力)的朗肯循环系统2A、在朗肯循环系统2A与发动机10之间传递动力的动力传递结构3A、及对整个排热回收装置1A的动作进行控制的控制单元4A。
发动机10为水冷式的内燃机，由在冷却水流路11中循环的发动机冷却水进行冷却。在冷却水流路11中配置有后述的朗肯循环系统2A的加热器22，从发动机10吸收热量后的发动机冷却水在加热器22内流通。
在朗肯循环系统2A的制冷剂循环路径21上按顺序配置有加热器22、膨胀机23、冷凝器23及泵25。
加热器22为通过在从发动机10吸收热量后的发动机冷却水与制冷剂之间进行热交换来对制冷剂进行加热并使其成为过热蒸汽的热交换器。另外，也可以代替发动机冷却水，以在发动机10的废气与制冷剂之间进行热交换的方式构成加热器22。
膨胀机23为涡旋型膨胀机，使由加热器22加热而成为过热蒸汽的制冷剂膨胀，转换成旋转能量，从而产生动力(此处为转矩)。
冷凝器24为通过在经由膨胀机23后的制冷剂与外部气体之间进行热交换来对制冷剂进行冷且并使其冷凝(液化)的热交换器。
泵25是将由冷凝器24液化后的制冷剂(液体制冷剂)送出至加热器22的机械式泵。然后，通过利用泵25将由冷凝器24液化后的制冷剂送出至加热器22，从而制冷剂在朗肯循环系统2的上述各要素中循环。
此处，本实施方式中，膨胀机(涡旋型膨胀机)23和泵(机械式泵)25由公共的转轴26进行一体连接而构成“泵一体型膨胀机27”。即，泵一体型膨胀机27的转轴26具有作为膨胀机23的输出轴的功能及作为泵25的驱动轴的功能。
动力传递机构3A具有电磁离合器31、经由该电磁离合器31安装于泵一体型膨胀机27的转轴26的滑轮32、安装于发动机10的曲柄轴10a的曲柄滑轮33、及卷绕于滑轮32和曲柄滑轮33的传送带34。而且，动力传递机构3A通过将电磁离合器31进行接通(接合)/关断(非接合)，从而可在发动机10与朗肯循环系统2(具体为泵一体型膨胀机27)之间传递/切断动力。另外，电磁离合器31只要可在发动机10与朗肯循环系统2之间传递/切断动力即可，其设置位置没有关系。
控制单元4A构成为能与控制发动机10的发动机控制装置(省略图示)之间彼此收发信息。例如，控制单元4可从上述发动机控制装置获得发动机10的转速Ne、发动机冷却水的温度Tw等各种信息。此外，对控制单元4A输入有检测朗肯循环系统2A的高压侧压力PH的第1压力传感器101、检测朗肯循环系统2A的低压侧压力PL的第2压力传感器102、及检测泵一体型膨胀机27的转速Nexp(＝膨胀机23的转速＝泵25的转速)的旋转传感器103等各种传感器的检测信号。
此处，朗肯循环系统2A的高压侧压力PH是指从泵25(的出口)经过加热器22到达膨胀机23(的入口)为止的区间中的制冷剂循环路径21内的压力，朗肯循环系统2A的低压侧压力PL是指从膨胀机23(的出口)经过冷凝器24到达泵25(的入口)为止的区间中的制冷剂循环路径21内的压力。本实施方式中，第1压力传感器101将膨胀机23入口侧(加热器22的出口侧)的压力检测作为朗肯循环系统2A的高压侧压力PH，第2压力传感器102将泵25入口侧(冷凝器23的出口侧)的压力检测作为朗肯循环系统2A的低压侧压力PL。
此外，还可省略旋转传感器103。在此情况下，控制单元4A可基于发动机10的转速Ne(及滑轮31与曲柄滑轮32的滑轮比)来计算泵一体型膨胀机27的转速Nexp。
控制单元4A基于所输入的各种传感器的检测信号、来自所述发动机控制装置的信息来执行包含电磁离合器31的控制(接合/非接合)的各种控制。
例如，控制单元4A在朗肯循环系统2A的启动条件成立的情况下，将电磁离合器31接通(接合)。由此，利用发动机10驱动泵25(泵一体型膨胀机27的泵部分)，朗肯循环系统2A启动。因此，在朗肯循环系统2A启动时，朗肯循环系统2A的泵25及与该泵共用转轴26的膨胀机23(即泵一体型膨胀机27)成为发动机10的负载。另外，朗肯循环系统2A的上述启动条件可适当设定。例如，可将发动机冷却水的温度Tw为规定温度以上、从停止朗肯循环系统2起经过规定时间设为上述启动条件。
若朗肯循环系统2A启动，则利用泵25(泵一体型膨胀机27的泵部分)使制冷剂在制冷剂循环路径21中循环，膨胀机23(泵一体型膨胀机27的膨胀机部分)开始产生动力。之后，若膨胀机23产生足够的动力(转矩)(即，朗肯循环系统2的启动完成)，则由膨胀机23产生的动力的一部分驱动泵25，剩余动力经由动力传递机构3A传递至发动机10，并对发动机10的输出进行辅助。由此，可提高发动机10的燃料消耗效率。
控制单元4A在朗肯循环系统2A的运转过程中例如判断出需要停止朗肯循环系统2A的情况、从上述发动机控制装置接收到朗肯循环系统2A的停止请求的情况下，将电磁离合器31关断(非接合)，使朗肯循环系统2A停止。
然而，若在启动(完成)后的朗肯循环系统2A正常运转时朗肯循环系统2A的输出(此处为泵一体型膨胀机27的转矩)变成零或负，则朗肯循环系统2A成为发动机10的负载。例如，在膨胀机23的上游侧的制冷剂过热度不够的情况、冷凝器24的热负载较大等情况下，膨胀机23前后的压力差不够，有时会导致膨胀机23的产生动力(转矩)≤泵25的驱动转矩。即，朗肯循环系统2A的输出(即，泵一体型膨胀机27的转矩＝膨胀机23的产生转矩－泵25的驱动转矩)有时会成为零或负。在这种情况下，用于提高发动机10的燃料消耗效率的排热回收装置1A成为发动机10的负载(使发动机10的燃料消耗效率劣化的原因)，因此，并不优选。
因此，控制单元4A每隔规定周期对泵一体型膨胀机27的转矩Texp(朗肯循环系统2A的输出)进行运算，在朗肯循环系统2A启动后的正常运转时泵一体型膨胀机27的转矩变成零或负的情况下，将接通(接合)的电磁离合器31关断(非接合)，切断发动机10与朗肯循环系统2A之间的动力的传递，使朗肯循环系统2A停止。由此，抑制朗肯循环系统2A成为发动机10的负载。
但是，控制单元4A并非在朗肯循环系统2A的输出(泵一体型膨胀机27的转矩Texp)变成零或负时立即将电磁离合器31关断，而是在预测出朗肯循环系统2A的输出(转矩Texp)为零或负的状态持续的情况、或者朗肯循环系统2A的输出(转矩Texp)为负的状态持续的情况下，将电磁离合器31关断。这是由于，如上所述，朗肯循环系统2A在其启动时成为发动机10的负载，因此，若在朗肯循环系统2A的输出(转矩Texp)成为零或负的时刻停止朗肯循环系统2A的运转，则与不停止朗肯循环系统2A而使其继续运转的情况相比，反而增加了对发动机10的负载。
具体而言，在本实施方式中，控制单元4A在朗肯循环系统2A启动后运转时其输出为负时的朗肯循环系统2A的消耗动力(或其相关值)为朗肯循环系统2A启动时的消耗动力(或其相关值)以上的情况、或预测出该状况的情况下，将接通的电磁离合器31关断，使朗肯循环系统2A停止。
另外，在本实施方式中，朗肯循环系统2A启动时的消耗动力是指从使处于停止状态的朗肯循环系统2A启动起(从泵25的驱动开始起)到朗肯循环系统2A的输出变成“正”为止的期间内由朗肯循环系统2A(主要是泵一体型膨胀机27)消耗的动力。
控制单元4A在将电磁离合器31关断后，在例如上述启动条件成立时，可将电磁离合器31再次接通，使朗肯循环系统2A启动(再启动)。
即，本实施方式中，控制单元4A具有作为本发明的“离合器控制部”及“输出计算部”的功能。
此处，如图1中虚线所示，也可以构成为设置有绕过膨胀机23的旁通流路28及对该旁通流路28进行开关的旁通阀29，控制单元4A根据需要来对旁通阀29进行开关。在此情况下，控制单元4A在使朗肯循环系统2A启动时，可对旁通阀29及电磁离合器31进行控制，使得在将旁通阀29打开的状态下将电磁离合器31接通，使制冷剂绕过膨胀机23流通，之后将旁通阀29关闭。此外，控制单元4A在使朗肯循环系统2A停止时，可对旁通阀29及电磁离合器31进行控制，使得首先打开旁通阀29，使制冷剂绕过膨胀机23流通，之后将电磁离合器31关断。
接下来，参照图2说明泵一体型膨胀机27的结构。
如图2所示，泵一体型膨胀机27包括起到作为膨胀机(涡旋型膨胀机)23的功能的膨胀单元50、起到作为泵(机械式泵)25的功能的泵单元60、及配置在膨胀单元50与泵单元60之间的从动曲柄机构70。
膨胀单元50包含固定涡旋盘51及可动涡旋盘52。固定涡旋盘51和可动涡旋盘52配置成彼此的涡旋盘部51a、52a啮合，在固定涡旋盘51的涡旋盘部51a与可动涡旋盘52的涡旋盘部52a之间形成有膨胀室53。通过加热器22后的制冷剂经由形成于固定涡旋盘51的基部51b的制冷剂通路51c导入至该膨胀室53。然后，导入至膨胀室53的制冷剂膨胀，从而可动涡旋盘52相对于固定涡旋盘51进行旋转动作。
此处，为了阻止旋转运动中的可动涡旋盘52的自转并接受作用于可动涡旋盘52的推力，在可动涡旋盘52的基部52b的背面侧(涡旋盘52a的相反侧)设置有将球用作为转动构件的球耦合式的自转阻止机构54。
若膨胀单元50(膨胀机23)内混入有液体制冷剂，则会因液体制冷剂导致内部的润滑油流失，或内部的润滑油的粘度下降，可能导致内部的滑动部分、旋转部分(特别是自转阻止机构54及其周边部分)陷入润滑不足。因此，优选在膨胀单元50的入口侧的制冷剂的过热度(SH)较低时等可能在膨胀单元50内混入液体制冷剂的情况下，使膨胀单元50停止，即，使朗肯循环系统2停止。
然而，若可能在膨胀单元50内混入液体制冷剂的情况下使朗肯循环系统2停止，则特别在冬季等发动机冷却水的温度Tw较低的情况下，会频繁使朗肯循环系统2A停止，可能会导致朗肯循环系统2A的运转机会大幅减少。其结果是，使朗肯循环系统2A启动的机会增加，因此，可能会导致对发动机10的负载也增加。
关于这点，确认到将球用作为转动构件的球耦合式自转阻止机构54即使在润滑不足的状态下也不会产生烧焦等问题，具有高耐久性。因此，在本实施方式中，即使在朗肯循环系统2A的运转过程中可能在膨胀单元50内混入液体制冷剂的情况下，在其输出为负时的朗肯循环系统2A的消耗动力为朗肯循环系统2A启动时的消耗动力以上之前，或者在预测出上述状况之前，使电磁离合器31维持接通状态，使膨胀单元50动作(使朗肯循环系统2运转)。由此，可抑制对发动机10的负载增加，并减少朗肯循序系统2的运转机会。当然，这样还具有可无需用于检测在膨胀单元50的入口侧的制冷剂的过热度SH等的各类传感器。
返回至图2，泵单元60构成为齿轮泵，其包含固定于转轴26的驱动齿轮61、与转轴26平行设置的从动轴62、及固定于从动轴62并与驱动齿轮61啮合的从动齿轮63。转轴26及从动轴62由轴承以旋转自如的方式进行支承。在转轴26的一端侧(图中为左侧)如上所述那样经由电磁离合器31安装有滑轮32，转轴26的另一端侧(图中为右侧)经由从动曲柄机构70与可动涡旋盘52连接。
从动曲柄机构70例如为公知的摇杆(swinglink)式的从动曲柄机构，可将可动涡旋盘52的旋转动作转换成转轴26的旋转动作，还可将转轴26的旋转动作转换成可动涡旋盘52的旋转动作。
接下来，对在朗肯循环系统2A启动完成后的正常运转时控制单元4A所实施的离合器控制(电磁离合器31的控制)进行说明。
图3是表示上述离合器控制的内容的流程图。
该流程图在朗肯循环系统2A启动完成后每隔规定时间(例如10ms)执行。
图3中，在步骤S1中，从第1压力传感器101及第2压力传感器102获取朗肯循环系统2A的高压侧压力PH及低压侧压力PL。
步骤S2中，从旋转传感器103获取泵一体型膨胀机27的转速Nexp。或者，基于发动机10的转速Ne、及滑轮31与曲柄滑轮32的滑轮比来计算泵一体型膨胀机27的转速Nexp。
步骤S3中，基于上述高压侧压力PH、上述低压侧压力PL及泵一体型膨胀机27的转速Nexp来计算泵一体型膨胀机27的转矩Texp(即，朗肯循环系统2A的输出)。例如，控制单元4A基于下述推定式来计算泵一体型膨胀机27的转矩Texp。
Texp＝M1·(PH-PL)-M2·Nexp-K1
此处，M1、(-M2)为系数，K1为常数。
步骤S4中，判定泵一体型膨胀机27的转矩Texp是否为正(Texp＞0)。若泵一体型膨胀机27的转矩Texp为零或负，则前进至步骤S5。另一方面，若泵一体型膨胀机27的转矩Texp为正，则前进至步骤S9。
步骤S5中，存储泵一体型膨胀机27的转矩Texp(≤0)。
步骤S6中，计算所存储的转矩Texp的累计值的绝对值│Σ(Texp)│。由此，每次在步骤S4中判定为泵一体型膨胀机27的转矩Texp为零或负时，对该零或负的转矩Texp进行叠加。即，泵一体型膨胀机27的转矩Texp为零或负的状态越是持续，转矩Texp的累计值的绝对值│Σ(Texp)│越大(累计值Σ(Texp)越小)。该“转矩Texp的累计值的绝对值│Σ(Texp)│”相当于本发明的“第2相关值”。
步骤S7中，判定转矩Texp的累计值的绝对值│Σ(Texp)│是否为阈值TH1以上。若上述转矩Texp的累计值的绝对值│Σ(Texp)│为阈值TH1以上，则前进至步骤S8，若小于阈值TH1，则结束本流程。阈值TH1根据朗肯循环系统2A来设定，可设为大于0、且与朗肯循环系统2A启动时的消耗动力相当的值或在其以下的规定值。例如，将在从朗肯循环系统2A启动起(从泵25的驱动开始起)到上述转矩Texp变成“正”的期间内计算得到的各转矩Texp的累计值的绝对值、该绝对值的1/2、或它们之间的规定值、换言之对各转矩Texp的累计值的绝对值乘以规定系数K(0.5～1.0)后得到的值设为阈值TH1。该阈值TH1相当于本发明的“第1相关值”。另外，阈值TH1可作为固定值而事先设定，也可在每次启动朗肯循环系统2A时，计算出到上述转矩Texp变成正为止的期间内的各转矩Texp的累计值(的绝对值)来进行更新。
步骤S8中，向电磁离合器31输出控制信号并将电磁离合器31关断(设为非接合)。由此，发动机10与朗肯循环系统2A之间的动力传递被切断，朗肯循环系统2A不再成为发动机10的负载。
步骤S9中，将所存储的上述转矩Texp及计算出的上述转矩Texp的累计值的绝对值│Σ(Texp)│清零。
图4是表示朗肯循环系统2A启动完成后正常运转时电磁离合器31的状态的一例的时序图。
在时刻t1，泵一体型膨胀机27产生正转矩(即，朗肯循环系统2A的输出为正)，利用排热回收装置1A对发动机10进行辅助。之后，若发动机10的转速Ne上升，则泵一体型膨胀机27的转速Nexp也随之上升。于是，泵一体型膨胀机27的转矩Texp下降，根据情况，在时刻t2，泵一体型膨胀机27的转矩Texp成为零以下。在该时刻t2的时候，朗肯循环系统2A开始成为发动机10的负载，在本实施方式中，电磁离合器31保持接通。
然后，若泵一体型膨胀机27的转矩Texp(≤0)的累计值的绝对值│Σ(Texp)│(参照图4中的阴影区域A)成为阈值TH1以上(时刻t3)，则将电磁离合器31关断(设为非接合)。由此，朗肯循环系统2A与发动机10断开(朗肯循环系统2A停止)。之后，若朗肯循环系统2A的启动条件成立(时刻t4)，则再次将电磁离合器31接通(接合)，朗肯循环系统2启动。此处，图4中的阴影区域B相当于在从朗肯循环系统2A启动起到上述转矩Texp变成正的期间内计算出的各转矩Texp的累计值的绝对值，本实施方式中，将该各转矩Texp的累计值的绝对值(阴影区域B)设为阈值TH1(系数＝1)。
如上所述，若将电磁离合器31关断，则会停止朗肯循环系统2A。另一方面，为了将朗肯循环系统2A启动(再启动)，在某一程度的时间内朗肯循环系统2A不得不成为发动机10的负载。因此，若在泵一体型膨胀机27的转矩Texp变成零或负的时刻将电磁离合器31关断，则与将电磁离合器31维持接通的情况相比，反而可能导致发动机10的负载增加。此外，朗肯循环系统2A的运转机会也可能大幅减少。
与此相对，本实施方式中，在朗肯循环系统2A的运转过程中，并非在泵一体型膨胀机27的转矩Texp变成零或负的时刻立即将电磁离合器31关断，而是在泵一体型膨胀机27的转矩Texp的累计值的绝对值│Σ(Texp)│变成阈值TH1以上时将电磁离合器31关断。即，在朗肯循环系统2A运转时其输出为负时由朗肯循环系统2A消耗的动力的相关值为朗肯循环系统2A启动时所需的动力的相关值以上时，将电磁离合器31关断，使朗肯循环系统2A停止。由此，抑制因将电磁离合器31关断反而导致发动机10的负载增加，从而可抑制发动机10的燃料消耗效率的劣化。此外，在上述转矩Texp暂时为负的情况下不用停止朗肯循环系统2A，因此，也可抑制朗肯循环系统2A的运转机会减少。进一步地，即使可能在膨胀单元50内混入液体制冷剂的情况下，也不会因该理由而停止朗肯循环系统2A，因此，由此也可抑制朗肯循环系统2A的运转机会减少。
另外，以上在朗肯循环系统2A正常运转时泵一体型膨胀机27的转矩Texp的累计值的绝对值│Σ(Texp)│变成阈值TH1以上时将电磁离合器31关断，但并不限于此。
例如，也可以在泵一体型膨胀机27的转矩Texp的累计值的绝对值│Σ(Texp)│为阈值TH1(系数K＜1.0)以上、且上述转矩Texp有减少趋势的情况(例如上述转矩Texp的本次计算值小于上次计算值的情况)下将电磁离合器31关断。这是由于，在此情况下，上述转矩Texp为负的状态持续的可能性较高，可预测出朗肯循环系统2A运转时的消耗动力会在朗肯循环系统2A启动时的消耗动力以上。优选为，在此情况下的阈值TH1为在从朗肯循环系统2A启动起到所述转矩Texp变成正为止的期间内计算出的各转矩Texp的累计值的绝对值的1/2(即，设系数K＝0.5)。由此，也与上述实施方式同样，可抑制因将电磁离合器31关断反而导致发动机10的负载增加、或朗肯循环系统2A的运转机会减少。
此外，也可在泵一体型膨胀机27的转矩Texp的累计值为负、且预测出上述转矩Texp的进一步减少的情况(即，不与阈值TH1进行比较)下，将电磁离合器31关断。这是由于，在此情况下，上述转矩Texp为负的状态持续的可能性也较高，可预测出朗肯循环系统2A运转时的消耗动力会在朗肯循环系统2A启动时的消耗动力以上，认为发动机10的燃料消耗效率进一步劣化。此处，预测出上述转矩Texp的进一步减少的情况是指发动机10的转速Ne、即泵一体型膨胀机27(特别是泵单元60)的转速Nexp上升(特别是急剧上升)的情况，例如由所述车辆的驾驶员将油门踏板踏入规定量以上的情况、或完成车辆的降档操作的情况是符合的。由此，也可抑制因将电磁离合器31关断反而导致发动机10的负载增加、或朗肯循环系统2A的运转机会减少。
进一步地，也可将它们适当组合来应用。例如，也可以构成为在(1)上述转矩Texp的累计值的绝对值│Σ(Texp)│为阈值TH1(系数K＝1.0)以上的情况、(2)上述转矩Texp的累计值的绝对值│Σ(Texp)│为上述阈值TH1(0.5＜系数K＜1.0)以上、且上述转矩Texp有减少趋势的情况、或者(3)上述转矩Texp的累计值为负、且发动机10的转速增加规定量以上的情况下将电磁离合器31关断。
[实施方式2]
接着，说明本发明的实施方式2。
图5表示本发明的实施方式2的排热回收装置1B的简要结构。
在实施方式1的排热回收装置1A中，作为朗肯循环系统的结构要素的膨胀机23和泵25由公共的转轴26进行一体连接而构成“泵一体型膨胀机27”。与此相对，在实施方式2的排热回收装置1B中，分别设置膨胀机(涡旋型膨胀机)23和泵(机械式泵)25。此外，对于和实施方式1(图1)相同的要素，标注相同的标号，设其功能也相同。
如图5所示，实施方式2的排热回收装置1B包含将膨胀机23和泵25分开构成的朗肯循环系统2B、动力传递机构3B及控制单元4B。朗肯循环系统2B的基本结构与上述实施方式1的朗肯循环系统2B相同，因此省略说明。
动力传递机构3B具有安装于发动机10的曲柄轴10a的曲柄滑轮33、膨胀机离合器35、经由膨胀机离合器35安装于膨胀机23的输出轴23a的膨胀机滑轮36、泵离合器37、经由泵离合器37安装于泵25的驱动轴25a的泵滑轮38、及卷绕于曲柄滑轮33、膨胀机滑轮36及泵滑轮38的传送带39。
对控制单元4B输入有检测朗肯循环系统2B的高压侧压力PH的第1压力传感器101、检测朗肯循环系统2B的低压侧压力PL的第2压力传感器102、检测膨胀机23的转速Nex的第1旋转传感器104及检测泵25的转速Np的第2旋转传感器105等各种传感器的检测信号。控制单元4B基于所输入的各种传感器的检测信号、来自所述发动机控制装置的信息，来执行包含膨胀机离合器35及泵离合器36的控制(接合/非接合)的各种控制。
例如，控制单元4B在朗肯循环系统2B的启动条件成立的情况下，将膨胀机离合器35及泵离合器37接通(接合)。具体而言，首先将泵离合器37接通，之后，在达到膨胀机23产生足够转矩(例如泵25的驱动转矩以上的转矩)的状态时，将膨胀机离合器35接通。上述启动条件与上述实施方式1相同。因此，在朗肯循环系统2B启动时，朗肯循环系统2B中主要是泵25成为发动机10的负载。
此处，如图5中虚线所示，在设置有绕过膨胀机23的旁通流路28及对该旁通流路28进行开关的旁通阀29的情况下，控制单元4B可对旁通阀29、膨胀机离合器35及泵离合器37进行控制，使得在打开旁通阀29的状态下将膨胀机离合器35及泵离合器37接通，之后，将旁通阀29关闭，或者在打开旁通阀29的状态下将泵离合器37接通，在与膨胀机离合器35的接通基本相同的定时将旁通阀29关闭。
控制单元4B在朗肯循环系统2B的运转过程中例如判断出需要停止朗肯循环系统2B的情况、从上述发动机控制装置接收到朗肯循环系统2B的停止请求的情况下，将膨胀机离合器35及泵离合器37关断(非接合)，使朗肯循环系统2B停止。优选为，先将泵离合器37关断，之后将膨胀机离合器35关断。
此处，在设置有旁通流路28及旁通阀29的情况下，控制单元4B例如可对旁通阀29、膨胀机离合器35及泵离合器37进行控制，使得在将泵离合器37关断之后打开旁通阀29，之后将膨胀机离合器35关断。
进一步地，控制单元4B每隔规定周期计算朗肯循环系统2B的输出Tr(＝膨胀机23的转矩Tex-泵25的驱动(负载)转矩Tp)，在启动完成后的朗肯循环系统2B正常运转时，预测出朗肯循环系统2B的输出(转矩)Tr为零或负的状态持续的情况、或者朗肯循环系统2B的输出(转矩)Tr为负的状态持续的情况下，将接通的膨胀机离合器35及泵离合器37关断。由此，切断发动机10与朗肯循环系统2B之间的动力传递，使朗肯循环系统2B停止。例如，在膨胀机23的上游侧的制冷剂过热度不够的情况、冷凝器24的热负载较大等情况下，膨胀机23前后的压力差不够，有时会导致膨胀机23的转矩Tex在泵25的驱动转矩Tp以下。此外，在急加速时等发动机转速急剧增加时，有时会因过渡膨胀导致膨胀机23的转矩Tex为负。在这种情况下，朗肯循环系统2B的输出Tr可为零或负。
具体而言，与实施方式1同样，控制单元4B在朗肯循环系统2B启动后运转时其输出为负时的朗肯循环系统2B的消耗动力(或其相关值)为朗肯循环系统2B启动时的消耗动力(或其相关值)以上的情况、或预测出该状况的情况下，将接通的膨胀机离合器35及泵离合器37关断，使朗肯循环系统2B停止。
另外，在本实施方式中，朗肯循环系统2B启动时的消耗动力是指从使处于停止状态的朗肯循环系统2B启动起(从泵25的驱动开始起)、到朗肯循环系统2B的输出变成“正”为止的期间内由朗肯循环系统2B(主要是泵25)消耗的动力。
控制单元4B在将膨胀机离合器35及泵离合器37关断后，在例如上述启动条件成立时，可将膨胀机离合器35及泵离合器37再次接通，使朗肯循环系统2B启动。
图6是表示控制单元4B所执行的离合器控制(膨胀机离合器35及泵离合器37的控制)的内容的流程图。该流程图在朗肯循环系统2B启动完成后每隔规定时间(例如10ms)执行。
图6中，在步骤S11中，从第1压力传感器101及第2压力传感器102获取朗肯循环系统2B的高压侧压力PH及低压侧压力PL。
步骤S12中，从第1旋转传感器104及第2旋转传感器105获取膨胀机23的转速Nex及泵25的转速Np。当然，也可基于发动机10的转速Ne及滑轮比来分别计算膨胀机23的转速Nex及泵25的转速Np。
步骤S13中，基于上述高压侧压力PH、上述低压侧压力PL及膨胀机23的转速Nex来计算膨胀机23的转矩Tex。例如，基于下述推定式来计算膨胀机23的转矩Tex。
Tex＝M3·(PH-PL)-M4·Nex-K2
此处，M3、(-M4)为系数，K2为常数。
步骤S14中，基于上述高压侧压力PH、上述低压侧压力PL及泵25的转速Np来计算泵25的驱动转矩(负载转矩)Tp。例如，控制单元4B具有将制冷剂压力差(PH-PL)、泵25的转速Np及泵25的驱动(负载)转矩Tp相关联的泵负载映射，基于上述制冷剂压力差(PH-PL)及泵25的转速Np，参照上述泵负载映射来计算泵25的驱动转矩Tp。更简单而言，也可仅基于泵25的转速Np来计算泵25的驱动转矩Tp。
在步骤S15中，从膨胀机23的转矩Tex中减去泵25的驱动转矩Tp来计算朗肯循环系统2B的输出Tr(＝Tex-Tp)。
步骤S16中，判定朗肯循环系统2B的输出是否为正。然后，若朗肯循环系统2B的输出Tr为正，则前进至步骤S21，若朗肯循环系统2B的输出Tr为零或负，则前进至步骤S17。
步骤S17中，存储朗肯循环系统2B的输出Tr(≤0)。
步骤S18中，计算所存储的朗肯循环系统2B的输出Tr的累计值的绝对值│Σ(Tr)│。由此，每次在步骤S16中判定为朗肯循环系统2B的输出Tr为零或负时，将该零或负的输出Tr叠加，其结果是，朗肯循环系统2B的输出Tr为零或负的状态越是持续，输出Tr的累计值的绝对值│Σ(Tr)│缓缓变大(累计值Σ(Tr)缓缓变小)。该朗肯循环系统2B的输出Tr的累计值的绝对值│Σ(Tr)│相当于本发明的“第2相关值”。
步骤S19中，判定上述输出Tr的累计值的绝对值│Σ(Tr)│是否为阈值TH2以上。若上述输出Tr的累计值的绝对值│Σ(Tr)│为阈值TH2以上，则前进至步骤S20，若小于阈值TH2，则结束本流程。阈值TH2根据朗肯循环系统2B来预先设定，可设为大于0、且与朗肯循环系统2B启动时的消耗动力相当的值或在其以下的规定值。例如，能将以下值设为阈值TH2：即，在从朗肯循环系统2B启动起(从泵25的驱动开始起)到上述输出Tr变成正的期间内计算得到的各输出Tr(＝Tex-Tp＝0-Tp)的累计值的绝对值、该绝对值的1/2、或它们之间的规定值、换言之对各输出Tr的累计值的绝对值乘以规定系数K(0.5～1.0)后得到的值。该阈值TH2相当于本发明的“第1相关值”。与实施方式1同样，该阈值TH2可以为固定值，也可在每次启动朗肯循环系统2B时更新。
步骤S20中，向膨胀机离合器35及泵离合器37输出释放信号并将两个离合器35、37关断(设为非接合)。由此，切断发动机10与朗肯循环系统2B之间的动力传递。此处，也可将膨胀机离合器35及泵离合器37同时设为非接合，但优选为，与上述停止朗肯循环系统2B时的控制同样，先将泵离合器37关断，之后将膨胀机离合器35关断。
步骤S21中，将所存储的上述输出Tr及计算出的上述输出Tr的累计值的绝对值│Σ(Tr)│清零。
由此，在本实施方式中也与上述实施方式1同样，在朗肯循环系统2B运转时其输出为负时由朗肯循环系统2B消耗的动力的相关值为朗肯循环系统2B启动时所需的动力的相关值以上时，将膨胀机离合器35及泵离合器37关断，使朗肯循环系统2B停止。由此，抑制因将膨胀机离合器35及泵离合器37关断、即将朗肯循环系统2B与发动机10断开反而导致发动机10的负载增加，从而可抑制发动机10的燃料消耗效率的劣化。此外，还可抑制朗肯循环系统2B的运转机会大幅减少。
此处，与上述实施方式1同样，也可在朗肯循环系统2B的输出Tr的累计值的绝对值│Σ(Tr)│为阈值TH2(系数K＜1.0，优选为K＝0.5)以上、且上述输出Tr有减少趋势的情况下，将膨胀机离合器35及泵离合器37关断。此外，也可在朗肯循环系统2B的输出Tr为负、且预测出上述输出Tr的进一步减少的情况(发动机10的转速增加规定量以上的情况等)下，将膨胀机离合器35及泵离合器37关断。进一步地，也可将它们适当组合来应用。即，在预测出朗肯循环系统2B运转时其输出为负时由朗肯循环系统2B消耗的动力为朗肯循环系统2B启动时所需的动力以上时，将膨胀机离合器35及泵离合器37关断(非接合)，使朗肯循环系统2B停止。
[实施方式3]
接着，说明本发明的实施方式3。
图7表示本发明的实施方式3的排热回收装置1C的简要结构。
在上述实施方式2的排热回收装置1B中，作为朗肯循环系统的结构要素的泵25构成为由发动机10驱动的机械式泵。与此相对，在实施方式3的排热利用装置1C中，构成朗肯循环系统的泵构成为由来自省略图示的电池的电力来驱动的电动泵29。此外，对于和实施方式1(图1)和/或实施方式2(图5)相同的要素，标注相同的标号，设其功能也相同。
如图7所示，实施方式3的排热回收装置1C包含具有电动泵29作为使制冷剂循环的泵的朗肯循环系统2C、动力传递机构3C及控制单元4C。朗肯循环系统2C的基本结构除了泵以外与实施方式2的朗肯循环系统2B相同，因此省略说明。另外，电动泵29的动作由控制单元4C来控制。
动力传递机构3C具有安装于发动机10的曲柄轴10a的曲柄滑轮33、膨胀机离合器35、经由膨胀机离合器35安装于膨胀机23的输出轴23a的膨胀机滑轮36、及卷绕于曲柄滑轮33及膨胀机滑轮36的传送带40。
控制单元4C在朗肯循环系统2C的启动条件成立时，首先从上述的电池向电动泵29供电，使电动泵29动作，之后，在达到膨胀机23产生规定转矩的状态时将膨胀机离合器35接通。上述启动条件与上述实施方式1、2相同。
电动泵29虽然由来自上述电池的电力来驱动，但需要利用发动机10来对此时消耗的电力部分进行(再)充电。因此，在朗肯循环系统2C启动时，朗肯循环系统2C(主要是电动泵29)最后会成为发动机10的负载。另外，“膨胀机23产生足够转矩的状态”是指例如使膨胀机23产生用于对由电动泵29消耗的电池电力部分进行充电的发动机10的负载所对应的转矩(以下简称为“负载对应转矩”)的状态，该状态为朗肯循环系统2C的输出为“正”的状态。
此外，在启动完成后的朗肯循环系统2C正常运转时，在膨胀机23的上游侧的制冷剂过热度不够的情况、冷凝器24的热负载较大等情况下，膨胀机23前后的压力差不够。这种情况下，膨胀机23无法产生上述负载对应转矩，即，无法对用于将电动泵29的电力消耗部分充电至上述电池等中的发动机10的负载进行辅助，对发动机10而言，包含电动泵29的朗肯循环系统2C成为负载。即，朗肯循环系统2C的输出为“负”。
因此，在本实施方式中，控制单元4C每隔规定周期计算朗肯循环系统2C的输出Tr(＝膨胀机23的转矩Tex-上述负载对应转矩)，在启动完成后的朗肯循环系统2C正常运转时，预测出朗肯循环系统2C的输出(转矩)为零或负的状态持续的情况、或者朗肯循环系统2C的输出(转矩)为负的状态持续的情况下，将接通的膨胀机离合器35关断。
具体而言，与实施方式1、实施方式2同样，控制单元4C在朗肯循环系统2C运转时其输出为负时的朗肯循环系统2C的消耗动力(或其相关值)为朗肯循环系统2C启动时的消耗动力(或其相关值)以上的情况、或预测出该状况的情况下，将接通的膨胀机离合器35关断，使朗肯循环系统2C停止。
另外，在本实施方式中，朗肯循环系统2C启动时的消耗动力是指从使处于停止状态的朗肯循环系统2C启动起(从电动泵29的驱动开始起)、到朗肯循环系统2C的输出Tr变成“正”为止的期间内由朗肯循环系统2C(主要是电动泵29)消耗的动力。
此外，在本实施方式中，控制单元4C可将实施方式2中的泵25的转速Np替换成电动泵29的转速，将泵的驱动转矩Tp替换成上述负载对应转矩，将阈值TH2替换成阈值TH3，将“关断泵离合器37”替换成“停止电动泵29”，来实施离合器控制(参照图6)。
在此情况下，例如能通过如下那样来计算上述负载对应转矩。即，预先设定将电动泵29的转速和上述负载对应转矩相关联的负载对应转矩映射，基于电动泵29的转速，通过参照上述负载对应转矩映射来计算出上述负载对应转矩。此外，对于阈值TH3，可将在从朗肯循环系统2C启动起(从电动泵29的驱动开始起)到朗肯循环系统2C的输出Tr变成正的期间内计算得到的各输出Tr(＝0-负载对应转矩)的累计值、该绝对值的1/2、或它们之间的规定值、换言之对各输出Tr的累计值的绝对值乘以规定系数K(0.5～1.0)后得到的值设为阈值TH3。其他方面基本与实施方式2相同。
以上，对本发明的实施方式及变形例进行了说明，但当然，本发明并不限于上述的实施方式及其变形例，可基于本发明的技术思想进行进一步的变形、变更。
标号说明
1A，1B，1C…排热回收装置、2A，2B，2C…朗肯循环系统、3A，3B，3C…动力传递机构、4A，4B，4C…控制单元、10…发动机、21…制冷剂循环路径、22…过热器、23…膨胀机、24…冷凝器、25…泵(机械式泵)、27…泵一体型膨胀机、29…电动泵、31…电磁离合器、35…膨胀机离合器、37…泵离合器、50…膨胀单元(膨胀机)、51…固定涡旋盘、52…可动涡旋盘、54…自转阻止机构、60…泵单元(机械式泵)、101，102…压力传感器、103，104，105…旋转传感器

Claims (13)

1.一种排热回收装置，其特征在于，具有：
朗肯循环系统，该朗肯循环系统在制冷剂的循环路径上配置有利用发动机的排热来加热制冷剂并使其汽化的加热器、使经过该加热器后的制冷剂膨胀以产生动力的膨胀机、使经过该膨胀机后的制冷剂冷凝的冷凝器及将经过该冷凝器后的制冷剂送出至所述加热器的泵；
动力传递机构，该动力传递机构具有离合器，在该离合器接合时能在所述发动机与所述朗肯循环系统之间传递动力；及
离合器控制部，该离合器控制部基于与所述朗肯循环系统启动时的消耗动力相关的第1相关值、及与所述朗肯循环系统启动后运转时其输出为负的情况下的所述朗肯循环系统的消耗动力相关的第2相关值，控制所述离合器的接合/非接合。
2.如权利要求1所述的排热回收装置，其特征在于，
所述离合器控制部在所述离合器接合时所述第2相关值的绝对值在所述第1相关值的绝对值以上的情况下，将所述离合器设为非接合。
3.如权利要求1或2所述的排热回收装置，其特征在于，
所述离合器控制部在所述离合器接合时所述第2相关值的绝对值在所述第1相关值的绝对值以上、且所述朗肯循环系统的输出有减少趋势的情况下，将所述离合器设为非接合。
4.如权利要求1至3中任一项所述的排热回收装置，其特征在于，
具有计算所述朗肯循环系统的输出的输出计算部，
所述第1相关值及所述第2相关值基于来自所述输出计算部的输出来计算出。
5.如权利要求4所述的排热回收装置，其特征在于，
所述朗肯循环系统启动时的消耗动力为从所述朗肯循环系统启动起、到所述朗肯循环系统的输出变成正为止的期间的所述朗肯循环系统的输出的累计值，
所述朗肯循环系统启动后运转时其输出为负的情况下的所述朗肯循环系统的消耗动力为所述朗肯循环系统运转时该朗肯循环系统的负的输出的累计值。
6.一种排热回收装置，其特征在于，具有：
朗肯循环系统，该朗肯循环系统在制冷剂的循环路径上配置有利用发动机的排热来加热制冷剂并使其汽化的加热器、使经过该加热器后的制冷剂膨胀以产生动力的膨胀机、使经过该膨胀机后的制冷剂冷凝的冷凝器及将经过该冷凝器后的制冷剂送出至所述加热器的泵；
动力传递机构，该动力传递机构具有离合器，在该离合器接合时能在所述发动机与所述朗肯循环系统之间传递动力；
输出计算部，该输出计算部计算所述朗肯循环系统的输出；及
离合器控制部，该离合器控制部在所述离合器接合时所述朗肯循环系统的输出为零或负的状态持续的情况下，将所述离合器设为非接合。
7.如权利要求6所述的排热回收装置，其特征在于，
所述离合器控制部在所述离合器接合时所述朗肯循环系统的负的输出的累计值的绝对值在规定阈值以上的情况下，将所述离合器设为非接合。
8.如权利要求6或7所述的排热回收装置，其特征在于，
所述离合器控制部在所述离合器接合时所述朗肯循环系统的负的输出的累计值的绝对值在规定阈值以上、且所述朗肯循环系统的输出有减少趋势的情况下，将所述离合器设为非接合。
9.如权利要求4至8中任一项所述的排热回收装置，其特征在于，
所述输出计算部基于所述朗肯循环系统的高压侧与低压侧的压力差、所述膨胀机的转速及所述机械式泵的转速，计算所述朗肯循环系统的输出。
10.如权利要求1至9中任一项所述的排热回收装置，其特征在于，
所述泵为由所述发动机驱动的机械式泵。
11.如权利要求10所述的排热回收装置，其特征在于，
所述膨胀机和所述机械式泵一体连接。
12.如权利要求1至11中任一项所述的排热回收装置，其特征在于，
所述膨胀机为具有固定涡旋盘和可动涡旋盘、且所述制冷剂在形成于所述固定涡旋盘与所述可动涡旋盘之间的膨胀室进行膨胀来产生动力的涡旋型膨胀机，且设置有将球作为转动构件的球耦合式的自转阻止机构，以阻止所述可动涡旋盘的自转。
13.如权利要求12所述的排热回收装置，其特征在于，
所述离合器控制部在所述离合器接合时，即使在所述膨胀机中可能混入液体制冷剂的情况下，在所述第2相关值的绝对值达到所述第1相关值的绝对值以上之前或者所述朗肯循环系统的负的输出的累计值的绝对值达到规定阈值以上之前，维持所述离合器的接合状态。
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