DE112013002415T5 - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist mit einem Rankine-Zyklus versehene, der Verbesserungen beim Startvermögen des Rankine-Zyklus und einen effizienten Betrieb (Betätigung) des Rankine-Zyklus erreichen kann. Eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (1), die Abgaswärme von einer Kraftmaschine (10) rückgewinnt und wiederverwertet, weist Folgendes auf: einen Rankine-Zyklus (2), der eine Heizvorrichtung (22), einen Expander (23), einen Kondensator (24) und eine Pumpe (25) aufweist; einen Umgehungsströmungskanal (26), der das Zirkulieren des Kühlmittels ermöglicht, während es den Expander (23) umgeht; ein Umgehungsventil (27), das den Umgehungsströmungskanal (26) öffnet und schließt; und eine Steuereinheit (4). Wenn der Rankine-Zyklus (2) gestartet wird, führt die Steuereinheit (4) eine Steuerung zum Betätigen der Pumpe (25) bei offenem Umgehungsventil (27) und dann zum Schließen des Umgehungsventils (27) aus, wenn ein Parameter, der eine Kondensationskapazität des Kondensators (24) angibt, zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mit einem Rankine-Zyklus versehene Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die Abgaswärme einer externen Wärmequelle wie zum Beispiel einer Kraftmaschine rückgewinnt und die Abgaswärme als eine Leistung rückgewinnt.
  • STAND DER TECHNIK
  • Als diese Art der Vorrichtung ist zum Beispiel eine Abgaswärmewiederverwertungsvorrichtung bekannt, die in der Patentdruckschrift 1 offenbart ist. Die Abwärmewiederverwertungsvorrichtung, die in der Patentdruckschrift 1 offenbart ist, weist Folgendes auf: einen Rankine-Zyklus, der mit einer Pumpe, einer Heizvorrichtung, einem Expander und einem Kondensator ausgestattet ist; einen Umgehungsströmungskanal, der den Expander umgeht; und ein Umgehungsventil, das den Umgehungsströmungskanal öffnet und schließt. Wenn der Rankine-Zyklus gestartet wird, zirkuliert ein Kühlmittel außerdem zunächst bei offenem Umgehungsventil, und wenn eine Temperatur eines Kühlmittels mit gasförmiger Phase an einer Einlassseite des Expanders zu einer vorbestimmten Temperatur oder größer wird, wird das Umgehungsventil geschlossen, und die Betriebsdrehzahl des Expanders wird vergrößert. Bei der Abwärmewiederverwertungsvorrichtung, die in der Patentdruckschrift 1 offenbart ist, ist es möglich, ein stabiles Starten des Rankine-Zyklus durchzuführen, indem ein Auftreten einer plötzlichen Druckdifferenz in dem Expander reduziert wird.
  • LISTE DER DRUCKSCHRIFTEN PATENTDRUCKSCHRIFT
  • Patentdruckschrift 1: Japanische Offenlegungsschrift JP 2009 97387
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
  • Eine Pumpe, die das Kühlmittel in dem Rankine-Zyklus zirkuliert, ist eine Flüssigkeitsförderpumpe, und es wird angenommen, dass das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe in einem Zustand einer flüssigen Phase ist (flüssiges Kühlmittel). Wenn jedoch die Pumpe an einer Position installiert ist, die über dem Kühlmittelflüssigkeitsspiegel in einem Aufnahmetank ist, zum Beispiel aufgrund einer Beschränkung des Layouts, kann das Kühlmittel während eines Stopps des Rankine-Zyklus an der Einlassseite der Pumpe einen Zustand einer gasförmigen Phase (gasförmiges Kühlmittel) erhalten. Falls die Pumpe in einem Zustand betätigt wird, bei dem das gasförmige Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe auf diese Weise gemischt wird, kann keine ausreichende Menge des zirkulierenden Kühlmittels erhalten werden, und dementsprechend braucht es eine lange Zeit, den Rankine-Zyklus zu starten, oder es kann die Gefahr eines Fehlers beim Starten des Rankine-Zyklus bestehen. Das Startvermögen des Rankine-Zyklus (wie zum Beispiel die Schnelligkeit beim Starten und die Zuverlässigkeit beim Starten) wird nämlich verringert. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe so gut wie möglich ein flüssiges Kühlmittel ist, wenn der Rankine-Zyklus gestartet wird.
  • Anhand von Experimenten der Erfinder wurde bestätigt, dass es in einem Zustand, bei dem gasförmiges Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe gemischt wird, wenn das Kühlmittel zirkuliert, während es den Expander umgeht, möglich ist, das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe zu dem flüssigen Kühlmittel in einer Zeit umzuwandeln, die kürzer ist als in einem Fall, bei dem das Kühlmittel über den Expander zirkuliert wird. Wenn der Rankine-Zyklus gestartet wird, ist es daher vorzuziehen, dass das Kühlmittel zirkuliert, während es den Expander umgeht. Während das Kühlmittel unter Umgehung des Expanders zirkuliert, kann währenddessen keine Abgabe von dem Expander erhalten werden, und somit wird die Abgabe des Rankine-Zyklus aufgrund der Antriebslast oder dergleichen der Pumpe negativ. Es ist daher wünschenswert, die Zeit zum Zirkulieren des Kühlmittels so stark wie möglich zu verkürzen, während es den Expander umgeht.
  • Bei der vorstehend beschriebenen, herkömmlichen Abwärmewiederverwertungsvorrichtung wurden eine Verkürzung der Zeit zum Zirkulieren des Kühlmittels, während es den Expander umgeht, oder anders gesagt eine möglichst starke Verkürzung jener Betriebszeit (Betriebszeit) des Rankine-Zyklus, in der die Abgabe einen negativen Zustand, hat überhaupt nicht berücksichtigt. Wenn der Rankine-Zyklus gestartet wird, kann die herkömmliche Abwärmewiederverwertungsvorrichtung daher das Auftreten einer schnellen Druckdifferenz in dem Expander möglicherweise verhindern, aber die Zeit, in der die Abgabe des Rankine-Zyklus negativ ist, wird länger als erforderlich, und der Rankine-Zyklus kann ineffizient betrieben werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts derartiger Aspekte geschaffen, und es ist ihre Aufgabe, eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung vorzusehen, die mit einem Rankine-Zyklus versehen ist, und die sowohl Verbesserungen des Startvermögens des Rankine-Zyklus als auch einen effizienten Betrieb (Betätigung) des Rankine-Zyklus erreichen kann.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
  • Eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Rankine-Zyklus, in dem eine Heizvorrichtung, die zum Erwärmen und Verdampfen eines Kühlmittels durch Abgaswärme einer externen Wärmequelle konfiguriert ist, ein Expander, der zum Erzeugen einer Leistung durch Expandieren des Kühlmittels konfiguriert ist, das durch die Heizvorrichtung hindurchgetreten ist, ein Kondensator, der zum Kondensieren des Kühlmittels konfiguriert ist, das durch den Expander hindurchgetreten ist, und eine Pumpe, die zum Schicken des Kühlmittels zu der Heizvorrichtung konfiguriert ist, das durch den Kondensator hindurchgetreten ist, in einem Zirkulationskanal des Kühlmittels angeordnet sind; einen Umgehungsströmungskanal, der ein Zirkulieren des Kühlmittels ermöglicht, während es den Expander umgeht; ein Umgehungsventil, das den Umgehungsströmungskanal öffnet und schließt; und eine Steuereinheit, die, wenn der Rankine-Zyklus gestartet wird, eine Steuerung zum Betätigen der Pumpe bei offenem Umgehungsventil ausführt, und dann das Umgehungsventil schließt, wenn ein Parameter, der eine Kondensationskapazität des Kondensators angibt, zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird.
  • WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Wenn der Rankine-Zyklus gemäß der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gestartet wird, wird die Pumpe bei offenem Umgehungsventil betätigt, und somit ist es möglich, die Zeit zu verkürzen, bis das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe zu dem flüssigen Kühlmittel wird, auch wenn ein gasförmiges Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe gemischt wird. Da darüber hinaus das Umgehungsventil geschlossen wird, wenn der Parameter, der die Kondensationskapazität des Kondensators angibt, zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird, kann das Kühlmittel über den Expander unmittelbar nach einem Zustand zirkuliert werden, bei dem das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe ausreichend verflüssigt ist. Infolgedessen kann das Startvermögen des Rankine-Zyklus verbessert werden, und der effiziente Betrieb (Betätigung) des Rankine-Zyklus kann durchgeführt werden, indem die Zeit reduziert wird, in der die Abgabe des Rankine-Zyklus negativ ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Darstellung einer schematischen Konfiguration einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm einer Rankine-Startsteuerung bei dem Ausführungsbeispiel.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm der Rankine-Startsteuerung bei dem Ausführungsbeispiel.
  • 4 zeigt ein Zeitdiagramm der Rankine-Startsteuerung.
  • 5 zeigt eine Darstellung einer schematischen Konfiguration einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem abgewandelten Beispiel des Ausführungsbeispiels.
  • AUSFÜHRUNGSFORM ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die 1 zeigt eine schematische Konfiguration einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 ist an einem Fahrzeug angebracht und rückgewinnt und nutzt eine Abgaswärme einer Kraftmaschine 50 des Fahrzeugs. Wie dies in der 1 dargestellt ist, weist die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 Folgendes auf: einen Rankine-Zyklus 2, der die Abgaswärme von der Kraftmaschine 50 rückgewinnt und die Abgaswärme zu einer Leistung umwandelt; einen Übertragungsmechanismus 3, der eine Leistungsübertragung zwischen dem Rankine-Zyklus 2 und der Kraftmaschine 50 durchführt; und eine Steuereinheit 4, die den Gesamtbetrieb der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 steuert.
  • Die Kraftmaschine 50 ist eine wassergekühlte Brennkraftmaschine, und sie wird durch ein Kraftmaschinenkühlwasser gekühlt, das in einem Kühlwasserströmungskanal 51 zirkuliert. Eine Heizvorrichtung 22 des Rankine-Zyklus 2, der später beschrieben wird, ist an dem Kühlwasserströmungskanal 51 so angeordnet, dass das Kraftmaschinenkühlwasser, das die Wärme von der Kraftmaschine 50 absorbiert hat, durch die Heizvorrichtung 22 strömt.
  • Der Rankine-Zyklus 2 rückgewinnt die Abgaswärme (in diesem Fall die Wärme von dem Kraftmaschinenkühlwasser) der Kraftmaschine 50 als eine externe Wärmequelle, er wandelt diese zu einer Leistung um, und er gibt die Leistung ab. In einem Kühlmittelzirkulationskanal 21 des Rankine-Zyklus 2 sind die Heizvorrichtung 22, ein Expander 23, ein Kondensator 24 und eine Pumpe 25 in dieser Reihenfolge angeordnet. Zwischen der Heizvorrichtung 22 und dem Kondensator 24 ist darüber hinaus ein Umgehungskanal 26 vorgesehen, durch den das Kühlmittel zum Umgehen des Expanders 23 strömt, und ein Umgehungsventil 27, das den Umgehungskanal 26 öffnet und schließt, ist in dem Umgehungskanal 26 vorgesehen. Ein Betrieb des Umgehungsventils 27 wird durch die Steuereinheit 4 gesteuert.
  • Die Heizvorrichtung 22 ist ein Wärmetauscher, der das Kühlmittel erwärmt, um einen überhitzten Dampf zu erhalten, indem ein Wärmetausch zwischen dem Kraftmaschinenkühlwasser, das die Wärme von der Kraftmaschine 50 absorbiert hat, und dem Kühlmittel durchgeführt wird. Alternativ kann die Heizvorrichtung 22 dazu konfiguriert sein, einen Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und dem Abgas der Kraftmaschine 10 anstelle des Kraftmaschinenkühlwassers durchzuführen.
  • Der Expander 23 ist zum Beispiel ein Schneckenexpander, der eine Leistung (Antriebskraft) durch Expandieren des Kühlmittels erzeugt, das der durch die Heizvorrichtung 22 erwärmte, überhitzte Dampf ist, und durch Umwandeln derselben zu der Drehenergie. Der Kondensator 24 ist ein Wärmetauscher, der das Kühlmittel kühlt und kondensiert (verflüssigt), indem ein Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel, das durch den Expander 23 hindurchgetreten ist, und der Umgebungsluft durchgeführt wird.
  • Die Pumpe 25 ist eine mechanische Pumpe, die das Kühlmittel (flüssiges Kühlmittel), das durch den Kondensator 24 verflüssigt wird, zu der Heizvorrichtung 22 schickt. Da das Kühlmittel, das durch den Kondensator 24 verflüssigt wurde, somit zu der Heizvorrichtung 22 durch die Pumpe 25 geschickt wird, zirkuliert das Kühlmittel durch jedes der Elemente des Rankine-Zyklus 2.
  • Der Expander 23 und die Pumpe 25 sind bei diesem Ausführungsbeispiel hierbei einstückig verbunden und als ein ”Expander 28 mit integrierter Pumpe” konfiguriert, der eine gemeinsame Drehwelle 28a hat. Die Drehwelle 28a des Expanders 28 mit integrierter Pumpe hat nämlich eine Funktion als eine Abgabewelle des Expanders 23 und eine Funktion als eine Antriebswelle der Pumpe 25.
  • Der Übertragungsmechanismus 3 hat eine Riemenscheibe 32, die an der Drehwelle 28a des Expanders 28 mit integrierter Pumpe über eine elektromagnetische Kupplung 31 angebracht ist, eine Kurbelriemenscheibe 33, die an einer Kurbelwelle 50a der Kraftmaschine 50 angebracht ist, und einen Riemen 34, der um die Riemenscheibe 32 und die Kurbelriemenscheibe 33 gewickelt ist. Die elektromagnetische Kupplung 31 wird durch die Steuereinheit 4 zum Einschalten (In-Eingriff-Bringen) und zum Ausschalten (Außer-Eingriff-Bringen) so gesteuert, dass der Übertragungsmechanismus 3 die Leistung zwischen der Kraftmaschine 5 und dem Rankine-Zyklus 2 (insbesondere dem Expander 28 mit integrierter Pumpe) überträgt und unterbricht.
  • Messsignale von verschiedenen Sensoren wie zum Beispiel ein erster Drucksensor 61, der zum Messen eines Drucks PH an einer Hochdruckseite des Rankine-Zyklus 2 konfiguriert ist, ein zweiter Drucksensor 62, der zum Messen eines Drucks PL an einer Niederdruckseite des Rankine-Zyklus 2 konfiguriert ist, und ein Temperastursensor 63, der zum Messen einer Temperatur Ta der Umgebungsluft konfiguriert ist, werden in die Steuereinheit 4 eingegeben. Wenn der Rankine-Zyklus 2 gestartet wird, führt die Steuereinheit 4 eine Rankine-Startsteuerung aus, die später beschrieben wird.
  • Der Druck PH an der Hochdruckseite des Rankine-Zyklus 2 bezieht sich auf einen Druck in dem Kühlmittelzirkulationskanal 21 in einem Bereich, der sich von (dem Auslass) der Pumpe 25 zu (dem Einlass) des Expanders 23 durch die Heizvorrichtung 22 erstreckt, und der Druck PL an der Niederdruckseite des Rankine-Zyklus 2 bezieht sich auf einen Druck in dem Kühlmittelzirkulationskanal 21 in einem Bereich, der sich von (dem Auslass) des Expanders 23 zu (dem Einlass) der Pumpe 25 durch den Kondensator 24 erstreckt. Bei diesem Ausführungsbeispiel misst der erste Drucksensor 61 den Druck an der Einlassseite des Expanders 23 (der Auslassseite der Heizvorrichtung 22) als den Druck PH an der Hochdruckseite des Rankine-Zyklus 2, und der zweite Drucksensor 62 misst den Druck an der Einlassseite der Pumpe 25 (der Auslassseite des Kondensators 24) als den Druck PL an der Niederdruckseite des Rankine-Zyklus 2.
  • Als nächstes wird die Rankine-Startsteuerung beschrieben, die durch die Steuereinheit 4 ausgeführt wird. Wie dies vorstehend beschrieben ist, wurde in einem Zustand bestätigt, bei dem das gasförmige Kühlmittel in das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe 25 gemischt wird, dass es möglich ist, die Zeit zu verkürzen, bis das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe 25 mit ungefähr 100% zu einem flüssigen Kühlmittel wird, indem die Pumpe 25 bei geöffnetem Umgehungsventil 27 betätigt wird, d. h. durch Zirkulieren des Kühlmittels, während es den Expander 23 umgeht. Es wird angenommen, dass dies durch die folgenden Gründe geschieht. Falls das Kühlmittel durch den Expander 23 zirkuliert, tritt nämlich eine Expansion des Kühlmittels in dem Expander 23 auf, und somit verringert sich der Druck PL an der Niederdruckseite und die Kondensationstemperatur verringert sich. Aus diesem Grund wird in dem Kondensator 24 die Temperaturdifferenz zwischen der Kondensationstemperatur und der Temperatur der hindurchtretenden Luft reduziert, was zu einem Betriebszustand führt, bei dem der Unterkühlgrad (Unterkühlen) des Kühlmittels kaum erhöht wird.
  • Darüber hinaus haben die Erfinder bestätigt, dass in einem Fall, bei dem das Kühlmittel bei offenem Umgehungsventil 27 zirkuliert und das Umgehungsventil 27 geschlossen wird, nachdem das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe 25 ausreichend verflüssigt ist, insbesondere nachdem das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe 25 mit ungefähr 100% zu einem flüssigen Kühlmittel wird, die Zuverlässigkeit des Starts des Rankine-Zyklus 2 verbessert werden kann.
  • Zur Zeit des Startens des Rankine-Zyklus 2 kann daher zunächst durch Betätigen der Pumpe 25 bei offenem Umgehungsventil 27 und dann durch Schließen des Umgehungsventils 27, nachdem das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe 25 ausreichend verflüssigt ist, und zwar anders gesagt nachdem ein Parameter, der angibt, dass die Kondensationskapazität des Kondensators 24 zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird, das Startvermögen (die Schnelligkeit und die Zuverlässigkeit des Startens) des Rankine-Zyklus 2 verbessert werden, und der Rankine-Zyklus 2 kann effizient betrieben werden, wobei die Betriebszeit, in der die Abgabe des Rankine-Zyklus 2 negativ ist, auf eine minimal erforderliche Zeit reduziert ist. Daher führt die Steuereinheit 4 die Rankine-Startsteuerung mit den vorstehend beschriebenen Inhalten aus.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird hierbei eine Druckdifferenz ΔP zwischen dem Druck PH an der Hochdruckseite und dem Druck PL an der Niederdruckseite des Rankine-Zyklus 2 als ein Parameter verwendet, der die Kondensationskapazität des Kondensators 24 angibt. Die Gründe sind folgendermaßen. Wenn sich ein Verhältnis des flüssigen Kühlmittels an der Einlassseite der Pumpe 25 vergrößert, vergrößert sich die Kühlmitteldurchsatzrate, und die Kondensationskapazität in dem Kondensator 22 vergrößert sich ebenfalls (Kondensationskapazität = Kühlmittelenthalpiedifferenz vor und hinter dem Kondensator × Kühlmitteldurchsatzrate). Somit ist die Kühlmitteldurchsatzrate ein Wert, der eine Größe der Kondensationskapazität angibt. Außerdem korreliert die Kühlmitteldurchsatzrate mit dem Druckverlust des Kühlmittelkreislaufs (wenn sich die Kühlmitteldurchsatzrate vergrößert, vergrößert sich ebenfalls der Druckverlust des Kühlmittelkreislaufs). Wenn das Umgehungsventil 27 offen ist, ist die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite gleich dem Druckverlust des Kühlmittelkreislaufs, und dementsprechend ist die Druckdifferenz ein Wert, der eine Korrelation mit der Kühlmitteldurchsatzrate hat. Daher ist es durch Bestimmen der Druckdifferenz ΔP möglich, die Kondensationskapazität des Kondensators 24 einfach zu bestimmen (zu erfassen), und insbesondere ob das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe 24 im Wesentlichen zu 100% zu einem flüssigen Kühlmittel wird, und die Verwendung der Druckdifferenz ΔP, die weniger schwankt oder dergleichen, kann eine stabile Steuerung erreichen.
  • Die 2 und 3 zeigen Flussdiagramme der Rankine-Startsteuerung. Die Steuerung in diesen Flussdiagrammen wird zum Beispiel beim Aufnehmen der Forderung zum Betreiben oder der Betriebserlaubnis des Rankine-Zyklus 2 begonnen.
  • Bei einem Schritt S1 wird bestimmt, ob das Umgehungsventil 27 offen ist. Falls das Umgehungsventil 27 geschlossen ist, schreitet der Prozess zu einen Schritt S2, und falls das Umgehungsventil 27 offen ist, schreitet der Prozess zu einen Schritt S3. Bei dem Schritt S2 wird das Umgehungsventil 27 geöffnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Umgehungsventil 27 während des Stopps des Rankine-Zyklus 2 üblicherweise offen. Aus diesem Grund kann bei der ersten Rankine-Startsteuerung der Prozess des vorstehend beschriebenen Schritts S2 üblicherweise weggelassen werden. Da währenddessen das Umgehungsventil 27 bei der nochmaligen Rankine-Startsteuerung nach einem Startfehler (siehe Schritt S10, der später beschrieben wird) geschlossen ist (S10 -> S12 -> S1), wird das Umgehungsventil 27 bei dem vorstehend beschriebenen Schritt S2 geöffnet.
  • Bei einem Schritt S3 wird bestimmt, ob die elektromagnetische Kupplung 31 eingeschaltet (im Eingriff) ist. Wenn die elektromagnetische Kupplung 31 nicht eingeschaltet ist, wenn nämlich die Rankine-Startsteuerung das erste Mal ausgeführt wird, schreitet der Prozess zu einen Schritt S4, und wenn die elektromagnetische Kupplung 31 bereits eingeschaltet ist, wenn nämlich die Rankine-Startsteuerung nochmals durchgeführt wird, schreitet der Prozess zu einen Schritt S5.
  • Bei dem Schritt S4 wird die elektromagnetische Kupplung 31 eingeschaltet (in Eingriff gebracht). Wenn die elektromagnetische Kupplung 31 eingeschaltet ist, wird die Drehwelle 28a angetrieben, damit sie die Kraftmaschine 50 dreht, und die Pumpe 25 wird betätigt. Durch die vorstehend beschriebenen Schritte S1 bis S4 zirkuliert das Kühlmittel, während es den Expander 23 umgeht.
  • Bei dem Schritt S5 wird bestimmt, ob eine erste vorbestimmte Zeit nach dem Beginn des Zirkulierens des Kühlmittels verstrichen ist, wobei es den Expander 23 umgeht. Wenn die Rankine-Startsteuerung das erste Mal ausgeführt wird, wird nämlich bestimmt, ob die erste vorbestimmte Zeit nach dem Einschalten der elektromagnetischen Kupplung 31 bei dem Schritt S4 verstrichen ist, und beim erneuten Durchführen der Rankine-Startsteuerung wird bestimmt, ob die erste vorbestimmte Zeit nach dem Öffnen des Umgehungsventils 27 bei dem Schritt S2 verstrichen ist. Wenn die erste vorbestimmte Zeit nicht verstrichen ist, schreitet der Prozess zu einen Schritt S6. Wenn währenddessen die erste vorbestimmte Zeit verstrichen ist, schreitet der Prozess zu einen Schritt S7. Die erste vorbestimmte Zeit wird im Voraus auf eine Zeitperiode festgelegt, die zum ausreichenden Verflüssigen des Kühlmittels an der Einlassseite der Pumpe 25 genügt (genügt, damit es im Wesentlichen 100% flüssiges Kühlmittel gibt), indem die Pumpe 25 bei offenem Umgehungsventil 27 betätigt wird, und die erste vorbestimmte Zeit kann zum Beispiel 120 s betragen.
  • Bei dem Schritt S6 wird bestimmt, ob die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Druck PH an der Hochdruckseite und dem Druck PL an der Niederdruckseite des Rankine-Zyklus 2 gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert ΔPs1 ist. Wenn die Druckdifferenz ΔP kleiner ist als der vorbestimmte Wert ΔPs1, kehrt der Prozess zu dem Schritt S5 zurück, und wenn die Druckdifferenz ΔP gleich oder größer ist als der vorbestimmte Wert ΔPs1, schreitet der Prozess zu dem Schritt S7. Der erste vorbestimmte Wert ΔPs1 ist ein Wert, der im Voraus auf eine Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Rankine-Zyklus 2 festgelegt ist, wenn eine ausreichende Menge des flüssigen Kühlmittels (ungefähr 100%) zu der Pumpe 25 an deren Einlassseite zugeführt wird, und der erste vorbestimmte Wert ΔPs1 ist ein Bestimmungsreferenzwert bezüglich dessen, ob das Umgehungsventil 27 zu schließen ist. Der erste vorbestimmte Wert ΔPs1 kann zum Beispiel ein beliebiger Wert zwischen 0,1 bis 0,25 MPa sein.
  • Bei dem Schritt S7 wird das Umgehungsventil 27 geschlossen. Somit zirkuliert das Kühlmittel durch den Expander 23. Durch die vorstehend beschriebenen Schritte S5 bis S7 kann verhindert werden, dass die Zeit zum Zirkulieren des Kühlmittels, während es den Expander 23 umgeht, länger als erforderlich wird, und es ist möglich, das Kühlmittel durch den Expander 23 zu zirkulieren, unmittelbar nachdem das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe 25 einen ausreichend verflüssigten Zustand bekommen hat.
  • Der erste vorbestimmte Wert ΔPs1 (Bestimmungsreferenzwert), der bei dem vorstehend beschriebenen Schritt S6 verwendet wird, kann auf der Grundlage der Temperatur Ta der Umgebungsluft festgelegt werden. In diesem Fall legt die Steuereinheit 4 den ersten vorbestimmten Wert ΔPs1 auf einen größeren Wert fest, wenn sich die Temperatur Ta der Umgebungsluft verringert.
  • Wenn sich die Temperatur Ta der Umgebungsluft verringert, erhöht sich das Abstrahlungsvermögen des Kondensators 24, und die Kondensatortemperatur und die Kühlmitteltemperatur an dem Einlass der Pumpe 25 verringern sich. Infolgedessen verringert sich auch die Kühlmitteltemperatur an dem Einlass der Heizvorrichtung 22 an der Hochdruckseite, und die Menge des Kühlmittels mit flüssiger Phase vermehrt sich im Inneren der Heizvorrichtung 22. Daher verringert sich die Menge des Kühlmittels an der Niederdruckseite, und der Unterkühlgrad an dem Einlass der Pumpe 25 verringert sich ebenfalls. Somit wird ein Betriebszustand zu einem Zustand, bei dem sich der Unterkühlgrad an dem Einlass der Pumpe 25 kaum vergrößert, und zwar in einem Zustand, bei dem die Umgebungsluft niedrig ist. Der Einlass der Pumpe 25 erhält nämlich einen Zustand, bei dem das Kühlmittel kaum verflüssigt wird. Falls die Temperatur Ta der Umgebungsluft niedrig ist, besteht daher eine Möglichkeit, dass das Kühlmittel an dem Einlass der Pumpe 25 nicht ausreichend verflüssigt wird, und ein Zustand kann auftreten, der für den Start ungünstig ist, wenn bestimmt wird, ob das Umgehungsventil 27 unter Verwendung desselben Bestimmungsreferenzwerts geschlossen werden soll.
  • Daher legt die Steuereinheit 4 den ersten vorbestimmten Wert ΔPs1 auf einen größeren Wert fest, wenn sich die Temperatur Ta der Umgebungsluft verringert.
  • Dies verursacht eine wesentliche Verzögerung der Zeitgebung zum Schließen des Umgehungsventils 27, und der Einlass der Pumpe 25 bekommt einen Zustand, bei dem das Kühlmittel einfach verflüssigt wird, und somit ist es möglich, die Zuverlässigkeit beim Starten zu verbessern. Zum Beispiel kann der erste vorbestimmte Wert ΔPs1 ungefähr 0,15 MPa betragen, wenn die Temperatur Ta der Umgebungsluft 25°C beträgt, und der erste vorbestimmte Wert ΔPs1 kann ungefähr 0,2 MPa betragen, wenn die Temperatur Ta der Umgebungsluft 5°C beträgt.
  • Ähnlich zu jenem Fall, bei dem die Temperatur Ta der Umgebungsluft niedrig ist, wird das Wärmeabstrahlungsvermögen des Kondensators 24 ebenfalls größer, wenn die Durchsatzrate der Umgebungsluft vergrößert wird, die durch (das Äußere) des Kondensators 24 hindurchtritt. Daher kann in die Steuereinheit 4 zum Beispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeit von einer Kraftmaschinensteuereinheit (nicht dargestellt) eingegeben werden, und sie kann den ersten vorbestimmten Wert ΔPs1 auf der Grundlage der eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit festlegen. In diesem Fall wird der erste vorbestimmte Wert ΔPs1 auf einen größeren Wert festgelegt, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit vergrößert. Es sollte klar sein, dass die Steuereinheit 4 den ersten vorbestimmten Wert ΔPs1 sowohl auf der Grundlage der Temperatur Ta der Umgebungsluft als auch der Fahrzeuggeschwindigkeit festlegen kann.
  • Zurück zu der 2 wird bei einem Schritt S8 bestimmt, ob eine zweite vorbestimmte Zeit (< die erste vorbestimmte Zeit) nach dem Schließen des Umgehungsventils 27 verstrichen ist. Wenn die zweite vorbestimmte Zeit nicht verstrichen ist, schreitet der Prozess zu einen Schritt S9. Wenn währenddessen die zweite vorbestimmte Zeit verstrichen ist, schreitet der Prozess zu einen Schritt S10, und der ”Startfehler” wird bestimmt, und dann schreitet der Prozess zu einen Schritt S12. Die zweite vorbestimmte Zeit wird im Voraus auf eine Zeitperiode festgelegt, in der die Druckdifferenz ΔP einen zweiten vorbestimmten Wert ΔPs2 in dem normalen Betrieb (Betätigung) des Rankine-Zyklus 2 erreichen kann, und sie kann zum Beispiel 30 s betragen.
  • Bei dem Schritt S9 wird bestimmt, ob die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Druck PH an der Hochdruckseite und dem Druck PL an der Niederdruckseite des Rankine-Zyklus 2 gleich oder größer ist als der zweite vorbestimmte Wert ΔPs2 (> erster vorbestimmter Wert ΔPs1). Wenn die Druckdifferenz ΔP gleich oder größer ist als der zweite vorbestimmte Wert ΔPs2, schreitet der Prozess zu einen Schritt S11, um die ”Startbeendigung” zu bestimmen und den Fluss (die Rankine-Startsteuerung) zu beenden. Bei dem Schritt S9 kehrt der Prozess währenddessen zu dem Schritt S8 zurück, wenn die Druckdifferenz ΔP kleiner ist als der zweite vorbestimmte Wert ΔPs2. Der zweite vorbestimmte Wert ΔPs2 ist ein Startbeendigungsschwellwert des Rankine-Zyklus 2, und er kann zum Beispiel 0,8 MPa betragen.
  • Durch die vorstehend beschriebenen Schritte S8 bis S11 wird bestimmt, ob die Druckdifferenz ΔP den zweiten vorbestimmten Wert ΔPs2 erreicht, der der Startbeendigungsschwellwert ist, und zwar innerhalb der zweiten vorbestimmten Zeit nach dem Schließen des Umgehungsventils 27. Wenn die Druckdifferenz ΔP den zweiten vorbestimmten Wert ΔPs2 erreicht, wird dann die ”Startbeendigung” bestimmt, und wenn die Druckdifferenz ΔP den zweiten vorbestimmten Wert ΔPs2 nicht erreicht, wird der ”Startfehler” bestimmt.
  • Wenn das Starten des Rankine-Zyklus 2 beendet ist, ist der Expander 23 daran angepasst, die Pumpe 25 durch Erzeugen der Antriebskraft anzutreiben, und wenn die Antriebskraft des Expanders 23 die Antriebslast der Pumpe 25 überschreitet, wird die überschüssige Antriebskraft zu der Kraftmaschine 50 durch den Übertragungsmechanismus 3 zugeführt, um die Kraftmaschinenabgabe zu unterstützen.
  • Bei dem Schritt S12 (3) wird bestimmt, ob die Bestimmung des ”Startfehlers” mit einer vorbestimmten Anzahl (zum Beispiel dreimal) fortgesetzt wird. Wenn die Bestimmung des ”Startfehlers” mit der vorbestimmten Anzahl fortgesetzt wird, schreitet der Prozess zu einen Schritt S13, und eine ”Startunmöglichkeit” wird bestimmt, und danach wird das Umgehungsventil 27 bei einem Schritt S14 geöffnet, und die elektromagnetische Kupplung 31 wird bei dem Schritt S15 ausgeschaltet (außer Eingriff gebracht), um den Fluss (die Rankine-Startsteuerung) zu beenden. In diesem Fall wird die Betätigung (der Betrieb) des Rankine-Zyklus 2 nicht durchgeführt. Wenn hierbei die ”Startunmöglichkeit” bestimmt wird, ist es vorzuziehen, den Fahrgast des Fahrzeugs oder dergleichen darüber zu benachrichtigen, dass in dem Rankine-Zyklus 2 eine Anomalität vorhanden ist, und zwar durch ein Warnlicht, eine Anzeige oder dergleichen, da angenommen wird, dass einige Arten einer Anomalität in dem Rankine-Zyklus 2 wie zum Beispiel ein Mangel der Kühlmittelmenge vorhanden sind.
  • Wenn währenddessen die Anzahl der Bestimmungen des ”Startfehlers” kleiner ist als die vorbestimmte Anzahl, kehrt der Prozess zu dem Schritt S1 zurück, um die Rankine-Startsteuerung vom Beginn neu zu starten. In einigen Fällen kann die Rankine-Startsteuerung somit mit der vorbestimmten Anzahl wiederholt ausgeführt werden.
  • Die 4 zeigt ein Zeitdiagramm der Rankine-Startsteuerung. Wenn der Rankine-Zyklus 2 gestartet wird, wird die elektromagnetische Kupplung 31 bei offenem Umgehungsventil 27 eingeschaltet (Zeit t0). Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird die elektromagnetische Kupplung 31 nur normal eingeschaltet, da das Umgehungsventil 27 während des Stopps des Rankine-Zyklus 2 bei diesem Ausführungsbeispiel offen ist. Wenn jedoch das Umgehungsventil 27 während des Stopps des Rankine-Zyklus 2 geschlossen ist, wird das Umgehungsventil 27 geöffnet, und die elektromagnetische Kupplung 31 wird eingeschaltet. Infolgedessen wird die Pumpe 25 aktiviert, und das Kühlmittel zirkuliert, während es den Expander 23 umgeht. Dann erhöht sich der Unterkühlgrad des Kühlmittels an der Auslassseite des Kondensators 24, die Durchsatzrate des flüssigen Kühlmittels erhöht sich, das dem Rankine-Zyklus 2 an seiner Hochdruckseite zugeführt wird, und die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Druck PH an der Hochdruckseite und dem Druck PL an der Niederdruckseite erhöht sich ebenfalls damit.
  • Wenn außerdem die Druckdifferenz ΔP auf den ersten vorbestimmten Wert ΔPs1 erhöht wird, wird bestimmt, dass ein Zustand erhalten wurde, bei dem das Kondensationsvermögen in dem Kondensator 24 ausreichend hoch ist, und das Kühlmittel (flüssiges Kühlmittel), das ungefähr zu 100% verflüssigt ist, wird fortlaufend zu der Pumpe 25 an deren Einlassseite zugeführt. Dann wird das Umgehungsventil geschlossen (Zeit t1). Somit zirkuliert das Kühlmittel durch den Expander 23.
  • Wenn das Umgehungsventil 27 geschlossen ist, erhöht sich die Druckdifferenz ΔP mit einer noch schnelleren Rate, und wenn sich die Druckdifferenz ΔP auf den zweiten vorbestimmten Wert ΔPs2 erhöht hat, wird bestimmt, dass der Expander 23 in einem Zustand ist, bei dem er die Antriebskraft erzeugen kann, d. h. es wird bestimmt, dass das Starten des Rankine-Zyklus 2 beendet ist, und dann wird die Rankine-Startsteuerung beendet (Zeit t2).
  • Wenn währenddessen die Druckdifferenz ΔP den zweiten vorbestimmten Wert ΔPs2 nicht erreicht, auch wenn die zweite vorbestimmte Zeit nach dem Schließen des Umgehungsventils 27 verstrichen ist, wird die Rankine-Startsteuerung nach dem Beginn zum Versuchen des Startens des Rankine-Zyklus 2 erneut gestartet. Wenn dies nicht zu der Beendigung des Startens führt, auch wenn die Rankine-Startsteuerung mit einer vorbestimmten Anzahl kontinuierlich ausgeführt wird, wird außerdem die ”Startunmöglichkeit” bestimmt, und das Umgehungsventil 27 wird geöffnet und die elektromagnetische Kupplung 31 wird ausgeschaltet, um die Rankine-Startsteuerung zu beenden. In diesem Fall kann eine Benachrichtigung abgegeben werden, dass in dem Rankine-Zyklus 2 eine Anomalität vorhanden ist.
  • Wenn gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Rankine-Zyklus 2 gestartet wird, auch wenn das gasförmige Kühlmittel mit dem Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe 25 gemischt wird, ist es möglich, dieses Problem prompt zu lösen, da das Kühlmittel zirkuliert, während es den Expander 23 umgeht, indem die Pumpe 25 bei offenem Umgehungsventil 27 betätigt wird. Durch Schließen des Umgehungsventils 2, wenn die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Druck PH an der Hochdruckseite und dem Druck PL an der Niederdruckseite des Rankine-Zyklus 2 zu dem ersten vorbestimmten Wert ΔPs1 wird, ist es außerdem möglich, das Kühlmittel durch den Expander 23 zu zirkulieren, unmittelbar nachdem das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe 24 im Wesentlichen zu 100% zu einem flüssigen Kühlmittel wurde.
  • Infolgedessen ist es möglich, das Startvermögen (die Schnelligkeit und die Zuverlässigkeit des Startens) des Rankine-Zyklus 2 zu verbessern, während der Rankine-Zyklus 2 effizient betrieben wird, indem die Betriebszeit so stark wie möglich reduziert wird, in der die Abgabe des Rankine-Zyklus 2 negativ ist, d. h. die Zeit, in der die Pumpe 25 (und der Expander 23) durch die Kraftmaschine 50 angetrieben wird.
  • Da darüber hinaus der Druck an der Hochdruckseite und der Druck an der Niederdruckseite des Rankine-Zyklus bei dem herkömmlichen Rankine-Zyklus ebenfalls erfasst werden, besteht kein Bedarf, einen neuen Sensor oder dergleichen zum Bestimmen der Druckdifferenz ΔP hinzuzufügen, und da die Druckdifferenz ΔP ein Wert mit geringen Schwankungen ist, kann eine stabile Steuerung erreicht werden.
  • Wenn darüber hinaus der erste vorbestimmte Wert ΔPs1 auf der Grundlage der Temperatur Ta der Umgebungsluft und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt wird, ist es möglich, die Rankine-Startsteuerung auszuführen, während der Einfluss von diesen Änderungen auf das Startvermögen des Rankine-Zyklus 2 reduziert wird. Infolgedessen kann eine noch stabilere Steuerung erreicht werden.
  • Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde vorstehend beschrieben, doch es sollte klar sein, dass die Erfindung nicht auf ein derartiges Ausführungsbeispiel beschränkt sein soll, und Abwandlungen und Änderungen können auf der Grundlage der technischen Idee der Erfindung geschaffen werden. Einige abgewandelte Beispiele werden nachfolgend beschrieben.
  • (Abgewandeltes Beispiel 1)
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Druck PH an der Hochdruckseite und dem Druck PL an der Niederdruckseite des Rankine-Zyklus 2 als ein Parameter verwendet, der die Kondensationskapazität des Kondensators 24 angibt. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und zusätzlich oder anstelle der Druckdifferenz ΔP kann der Unterkühlgrad (Unterkühlen) des Kühlmittels an der Auslassseite des Kondensators 24 (der Einlassseite der Pumpe 25) verwendet werden. In diesem Fall sind ein Temperatursensor und ein Drucksensor zwischen (dem Auslass) des Kondensators 24 und (dem Einlass) der Pumpe 25 installiert, und die Steuereinheit 4 berechnet (bestimmt) den Unterkühlgrad des Kühlmittels auf der Grundlage der Temperatur, die durch den Temperatursensor gemessen wird, und des Drucks, der durch den Drucksensor 52 gemessen wird.
  • Wenn der Rankine-Zyklus gestartet wird, führt die Steuereinheit 4 außerdem die Steuerung zum Betätigen der Pumpe 25 bei offenem Umgehungsventil 27 und zum Schließen des Umgehungsventils 27 aus, wenn der Unterkühlgrad des Kühlmittels an der Auslassseite des Kondensators 24 zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird. Der vorbestimmte Wert kann in diesem Fall zum Beispiel ein Wert (Kühlmitteltemperatur) sein, bei dem das Kühlmittel an der Auslassseite des Kondensators 24 ausreichend verflüssigt werden kann. Auch in diesem Fall ist es möglich, dieselben Wirkungen wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zu erhalten.
  • (Abgewandeltes Beispiel 2)
  • Die Durchsatzrate des flüssigen Kühlmittels, das von der Pumpe 25 geschickt wird, kann als ein Parameter verwendet werden, der die Kondensationskapazität des Kondensators 24 angibt. Der Grund ist, dass sich die Durchsatzrate des flüssigen Kühlmittels, das von der Pumpe 25 geschickt wird, auch erhöht, wenn sich die Kondensationskapazität des Kondensators 24 erhöht. In diesem Fall ist ein Strömungssensor, der die Durchsatzrate des flüssigen Kühlmittels misst, an der Auslassseite der Pumpe 25 vorgesehen.
  • Wenn außerdem der Rankine-Zyklus gestartet wird, führt die Steuereinheit 4 die Steuerung zum Betätigen der Pumpe 25 bei offenem Umgehungsventil 27 und zum Schließen des Umgehungsventils 27 aus, wenn die Durchsatzrate des flüssigen Kühlmittels, das von der Pumpe 25 geschickt wird, zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird. Der vorbestimmte Wert kann in diesem Fall zum Beispiel auf jene Durchsatzrate festgelegt werden, die von der Pumpe 25 geschickt wird, wenn das Kühlmittel an der Einlassseite der Pumpe 25 ausreichend verflüssigt ist. Auch in diesem Fall ist es möglich, dieselben Wirkungen wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zu erhalten.
  • Da darüber hinaus eine Korrelation zwischen der Kühlmitteldurchsatzrate und dem Druckverlust des Kondensators 24 vorhanden ist, kann eine Druckdifferenz zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Kondensators 24 als ein Parameter verwendet werden, der die Kondensationskapazität des Kondensators 24 angibt. In diesem Fall ist zum Beispiel ein Drucksensor jeweils an der Einlassseite und der Auslassseite des Kondensators 24 vorgesehen, und die Steuereinheit 4 berechnet (bestimmt) die Druckdifferenz zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Kondensators 24.
  • (Abgewandeltes Beispiel 3)
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der Expander 23 und die Pumpe 25 als der ”Expander 28 mit integrierter Pumpe” ausgebildet, die durch dieselbe Drehwelle 28a verbunden sind, aber wie dies in der 5 dargestellt ist, können der Expander 23 und die Pumpe 25 getrennt ausgebildet sein. In diesem Fall weist die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 10 Folgendes auf: einen Rankine-Zyklus 20, in dem der Expander 23 und die Pumpe 25 getrennt ausgebildet sind; einen Übertragungsmechanismus 30; und die Steuereinheit 4.
  • Der Übertragungsmechanismus 30 hat eine Kurbelriemenscheibe 33, die an der Kurbelwelle 50a der Kraftmaschine 50 angebracht ist, eine Expanderriemenscheibe 36, die an einer Abgabewelle 23a des Expanders 23 über eine erste elektromagnetische Kupplung 35 angebracht ist, eine Pumpenriemenscheibe 38, die an der Antriebswelle 25a der Pumpe 25 über eine zweite elektromagnetische Kupplung 37 angebracht ist, und einen Riemen 39, der um die Kurbelriemenscheibe 32, die Expanderriemenscheibe 36 und die Pumpenriemenscheibe 38 gewickelt ist.
  • Wenn der Rankine-Zyklus 20 gestartet wird, führt die Steuereinheit 4 außerdem die Steuerung aus, um die Pumpe 25 durch Einschalten der zweiten elektromagnetischen Kupplung 37 bei offenem Umgehungsventil 27 zu betätigen, und um dann die erste elektromagnetische Kupplung 35 einzuschalten und das Umgehungsventil 27 zu schließen, wenn der Parameter, der die Kondensationskapazität des Kondensators 24 angibt, zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird. Auch in diesem Fall ist es möglich, dieselben Wirkungen wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zu erhalten. Die Pumpe 25 kann als eine elektrische Pumpe konfiguriert sein, und die Steuereinheit 4 kann dazu konfiguriert sein, ein Antriebssignal zu der Pumpe 25 abzugeben.
  • (Andere abgewandelte Beispiele)
  • Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist dazu konfiguriert, die Kraftmaschinenabgabe durch die Antriebskraft des Expanders 23 zu unterstützen, aber die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung einer Leistungsregenerierungsart anwendbar, die einen Generator durch die Antriebskraft des Expanders 23 dreht. In diesem Fall können zum Beispiel der Expander, die Pumpe und der Generatormotor integriert sein, indem sie mit derselben Drehwelle verbunden sind. Darüber hinaus ist die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an einem Fahrzeug angebracht und rückgewinnt und wiederverwertet die Abgaswärme von einer Kraftmaschine des Fahrzeugs, aber die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung anwendbar, die eine Abgaswärme von einer externen Wärmequelle rückgewinnt und wiederverwertet (zum Beispiel eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die eine Fabrikabgaswärme rückgewinnt und wiederverwertet, und eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die eine Abgaswärme einer Kraftmaschine einer Baumaschine rückgewinnt und wiederverwertet).
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 10
    Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
    2, 20
    Rankine-Zyklus
    3, 30
    Übertragungsmechanismus
    31
    elektromagnetische Kupplung
    4
    Steuereinheit
    21
    Kühlmittelzirkulationskanal
    22
    Verdampfer
    23
    Expander
    24
    Kondensator
    25
    Pumpe
    26
    Umgehungskanal
    27
    Umgehungsventil
    28
    Expander mit integrierter Pumpe
    50
    Kraftmaschine
    61, 62
    Drucksensor

Claims (4)

  1. Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung mit: einem Rankine-Zyklus, in dem eine Heizvorrichtung, die zum Erwärmen und Verdampfen eines Kühlmittels durch Abgaswärme von einer externen Wärmequelle konfiguriert ist, ein Expander, der zum Erzeugen einer Leistung durch Expandieren des Kühlmittels konfiguriert ist, das durch die Heizvorrichtung hindurchgetreten ist, ein Kondensator, der zum Kondensieren des Kühlmittels konfiguriert ist, das durch den Expander hindurchgetreten ist, und eine Pumpe, die zum Schicken des durch den Kondensator hindurchgetretenen Kühlmittels zu der Heizvorrichtung konfiguriert ist, in einem Zirkulationskanal des Kühlmittels angeordnet sind; einem Umgehungsströmungskanal, der das Zirkulieren des Kühlmittels ermöglicht, während es den Expander umgeht; einem Umgehungsventil, das den Umgehungsströmungskanal öffnet und schließt; und einer Steuereinheit, die, wenn der Rankine-Zyklus gestartet wird, eine Steuerung zum Betätigen der Pumpe bei offenem Umgehungsventil und dann zum Schließen des Umgehungsventils ausführt, wenn ein Parameter, der eine Kondensationskapazität des Kondensators angibt, zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird.
  2. Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, des Weiteren mit: einer Druckdifferenzbestimmungseinheit, die eine Druckdifferenz zwischen einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite des Rankine-Zyklus bestimmt, wobei, wenn der Rankine-Zyklus gestartet wird, die Steuereinheit eine Steuerung zum Betätigen der Pumpe bei offenem Umgehungsventil und dann zum Schließen des Umgehungsventils ausführt, wenn die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Rankine-Zyklus zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird.
  3. Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, des Weiteren mit: einer Temperaturmesseinheit, die eine Temperatur der Umgebungsluft misst, wobei die Steuereinheit den vorbestimmten Wert auf einen größeren Wert festlegt, wenn sich die Temperatur der Umgebungsluft verringert, die durch die Temperaturmesseinheit gemessen wird.
  4. Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Expander und die Pumpe in dem Rankine-Zyklus einstückig miteinander verbunden sind.
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