DE112013003440B4

DE112013003440B4 - Vorrichtung zum Nutzen von Abwärme von einer Kraftmaschine

Info

Publication number: DE112013003440B4
Application number: DE112013003440.9T
Authority: DE
Inventors: c/o Sanden Corporation Haraguchi Tomonori; c/o Sanden Corporation Makino Hajime; c/o Nissan Motor Co. Ltd. Nagai Hiroyuki
Original assignee: Sanden Holdings Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: JPWO2014010505A1; WO2014010505A1; DE112013003440T5; CN104603439B; CN104603439A; US9599015B2; US20150176482A1; JP6143755B2

Abstract

Vorrichtung (1A, 1B, 1C) zum Nutzen von Abwärme von einer Kraftmaschine, mit:einer Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C), die in einem Zirkulationskanal (21) eines Kühlmittels mit einem Verdampfer (22), der das Kühlmittel durch Erwärmen des Kühlmittels durch die Abwärme von der Kraftmaschine (10) verdampft, einem Expander (23), der das Kühlmittel expandiert, das durch den Verdampfer (22) hindurchgetreten ist, um dadurch eine Leistung zu erzeugen, einem Kondensator (24), der das Kühlmittel kondensiert, das durch den Expander (23) hindurchgetreten ist, und einer Pumpe (25) vorgesehen ist, die das Kühlmittel, das durch den Kondensator (24) hindurchgetreten ist, zu dem Verdampfer (22) zuführt, und die mit einem Expanderumgehungskanal (26), der eine Zirkulierung des Kühlmittels ermöglicht, während es den Expander (23)umgeht, und einem Umgehungsventil (27) versehen ist, das den Expanderumgehungskanal (26) öffnet und schließt;einem Übertragungsmechanismus (3A, 3B, 3C), der eine Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) zu der Kraftmaschine (10) überträgt; undeinem Abgabeberechnungsteil (42), der die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) berechnet und die berechnete Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) zu einer Kraftmaschinensteuereinheit (12) abgibt, die eine Steuerung der Abgabe von der Kraftmaschine (10) durchführt,wobei der Abgabeberechnungsteil (42) Folgendes aufweist:eine erste Drehmomentenschätzgleichung zum Schätzen eines Drehmoments des Expanders (23) in einem Zustand bei geöffnetem Umgehungsventil (27) auf der Grundlage eines Kühlmitteldrucks an der Hochdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) und eines Kühlmitteldrucks an deren Niederdruckseite; undeine zweite Drehmomentenschätzgleichung zum Schätzen eines Drehmoments des Expanders (23) in einem Zustand bei geschlossenem Umgehungsventil (27) auf der Grundlage des Kühlmitteldrucks an der Hochdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) und des Kühlmitteldrucks an deren Niederdruckseite, undwobei die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) auf der Grundlage des durch die erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwerts und des durch die zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwerts berechnet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Nutzen von Abwärme von einer Kraftmaschine, und insbesondere bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zum Nutzen von Abwärme von einer Kraftmaschine, die mit einer Rankinezyklus-Vorrichtung versehen ist, die die Abwärme der Kraftmaschine rückgewinnt und die Abwärme als eine Leistung durch einen Expander regeneriert.
STAND DER TECHNIK
Eine Abwärmenutzvorrichtung ist bekannt, die mit einer Rankinezyklus-Vorrichtung versehen ist, die Abwärme einer Kraftmaschine als eine Wärmeenergie rückgewinnt und diese zu einer Leistung umwandelt, und die die Abgabe der Kraftmaschine unterstützt, indem die Abgabe ihres Rankinezyklus zu der Kraftmaschine übertragen wird. Um die Abgabe der Kraftmaschine in einem Fahrzeug korrekt zu steuern, das mit einer derartigen Abwärmenutzvorrichtung ausgestattet ist, besteht ein Bedarf zum genauen Überwachen der Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung.
Als ein Verfahren zum Überwachen der Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung ist zum Beispiel in der JP 2010 229843 A (Patentdruckschrift 1) eine Technik offenbart. Bei der in dieser Patentdruckschrift 1 beschriebenen Technik wird das Drehmoment eines Expanders als die Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung auf der Grundlage eines Kühlmitteldrucks, der an der stromaufwärtigen Seite des Expanders ein hoher Druck ist, und eines Kühlmitteldrucks geschätzt, der an der stromabwärtigen Seite des Expanders ein niedriger Druck ist.
Ferner zeigen die Druckschriften US 2012/0 073 295 A1 und JP 2010-65 587 A Rankine-Vorrichtungen mit einem Expanderumgehungskanal, der mittels Ventil geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Keine der Druckschriften offenbart, das Expanderdrehmoment bei geöffnetem sowie geschlossenem Ventil abzuschätzen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Einige Rankinezyklus-Vorrichtungen, die jeweils als eine Abwärmenutzvorrichtung für eine Kraftmaschine verwendet werden, beinhalten eine, die mit einem Expanderumgehungskanal versehen ist, der ermöglicht, dass ein Kühlmittel zirkuliert, während es einen Expander umgeht, und mit einem Umgehungsventil, das diesen Expanderumgehungskanal öffnet und schließt. Bei einer derartigen Rankinezyklus-Vorrichtung zirkuliert das Kühlmittel, während es den Expander umgeht, indem das Umgehungsventil je nach Bedarf geöffnet wird.
Die vorstehend beschriebene, herkömmliche Technik ist für einen Fall beabsichtigt, bei dem das Drehmoment des Expanders auf der Grundlage seines hohen Kühlmitteldrucks an der stromaufwärtigen Seite des Expanders und seines niedrigen Kühlmitteldrucks an der stromabwärtigen Seite geschätzt wird, und die Kühlmitteldruckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite ist relativ groß. Daher kann sie nicht bei einer Abwärmenutzvorrichtung verwendet werden, die mit der Rankinezyklus-Vorrichtung ausgestattet ist, die den Expanderumgehungskanal und das Umgehungsventil in dieser Form hat. Dies ist dadurch begründet, dass Bedenken dahingehend bestehen, dass nahezu keine Kühlmitteldruckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite in einem Zustand vorhanden ist, bei dem das Umgehungsventil geöffnet ist, und ein Schätzungsfehler des Drehmoments (d.h. der Abgabe des Rankinezyklus) des Expanders ist erhöht.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts derartiger Umstände geschaffen, und es ist die Aufgabe, bei einer Vorrichtung zum Nutzen einer Abwärme von einer Kraftmaschine, die mit einer Rankinezyklus-Vorrichtung versehen ist, die einen Expanderumgehungskanal und ein Umgehungsventil hat, das den Expanderumgehungskanal öffnet und schließt, und die so konfiguriert ist, dass die Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung zu der Kraftmaschine übertragen wird, die Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung ungeachtet dessen genau zu schätzen, ob der Zustand des Umgehungsventils geöffnet oder geschlossen ist, wodurch eine angemessene Steuerung der Abgabe der Kraftmaschine ermöglicht wird.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Obengennante Aufgabe ist gelöst durch eine Vorrichtung zum Nutzen einer Abwärme von einer Kraftmaschine gemäß dem Anspruch 1 oder 8.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der Abwärmenutzvorrichtung für die Kraftmaschine hat die Berechnungsverarbeitungseinheit, die die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung berechnet und die berechnete Abgabe zu der Kraftmaschinensteuereinheit abgibt, den ersten Drehmomentenschätzabschnitt, der das Drehmoment des Expanders in dem Zustand schätzt, bei dem das Umgehungsventil zum Öffnen und zum Schließen des Umgehungskanals geöffnet ist, und den zweiten Drehmomentenschätzabschnitt, der das Drehmoment des Expanders in dem Zustand schätzt, bei dem das Umgehungsventil geschlossen ist. Daher kann das Drehmoment des Expanders und schließlich die Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung, die in unterschiedlichen Zuständen betrieben wird, wenn nämlich das Umgehungsventil geöffnet oder geschlossen ist, genau geschätzt werden, und eine geeignete Steuerung der Abgabe der Kraftmaschine durch die Kraftmaschinensteuereinheit ist möglich.
Gemäß der Abwärmenutzvorrichtung für die Kraftmaschine hat die Berechnungsverarbeitungseinheit, die die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung berechnet und die berechnete Abgabe zu der Kraftmaschinensteuereinheit abgibt, den Drehmomentenschätzabschnitt, der das Drehmoment des Expanders auf der Grundlage des Kühlmitteldrucks an der Hochdruckseite und der Niederdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung schätzt und den minimalen Wert des geschätzten Drehmomentes des Expanders begrenzt. Insbesondere wenn die Differenz zwischen dem Kühlmitteldruck an der Hochdruckseite und dem Kühlmitteldruck an der Niederdruckseite klein ist, wie zum Beispiel in einem Zustand, in dem das Umgehungsventil geöffnet ist und unmittelbar nachdem das Umgehungsventil geschlossen wurde, ist es daher möglich, zu verhindern, dass der geschätzte Drehmomentenwert des Expanders übermäßig klein geschätzt wird. Somit kann die Abgabe des Rankinezyklus ungeachtet von dem geöffneten oder geschlossenen Zustand des Umgehungsventils genau geschätzt werden, und die geeignete Steuerung der Abgabe der Kraftmaschine durch die Kraftmaschinensteuereinheit ist möglich.
Figurenliste

1 zeigt eine Ansicht einer schematischen Struktur einer Vorrichtung zum Nutzen einer Abwärme gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Ansicht eines Beispiels eines Schätzergebnisses eines Drehmoments eines Expanders.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Prozesses zum Berechnen der Abgabe einer Rankinezyklus-Vorrichtung.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines anderen Beispiels eines Prozesses zum Berechnen der Abgabe von der Rankinezyklus-Kraftmaschine.
5 zeigt eine Ansicht einer schematischen Struktur einer Vorrichtung zum Nutzen einer Abwärme gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Ansicht einer schematischen Struktur einer Vorrichtung zum Nutzen einer Abwärme gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRUNGSFORM ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die 1 stellt eine schematische Struktur einer Vorrichtung 1A zum Nutzen einer Abwärme gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Diese Abwärmenutzvorrichtung 1A ist eine Vorrichtung zum Nutzen von Abwärme von einer Kraftmaschine 10, wobei die Vorrichtung an einem Fahrzeug angebracht ist und die Abwärme von der Kraftmaschine 10 des Fahrzeugs durch Rückgewinnen der Abwärme nutzt, und sie ist so konfiguriert, dass sie eine Rankinezyklus-Vorrichtung 2A, einen Übertragungsmechanismus 3A, der die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A zu der Kraftmaschine 10 überträgt, und eine Steuereinheit 4A aufweist, die die Abwärmenutzvorrichtung 1A steuert.
Die Kraftmaschine 10 ist eine wassergekühlte Brennkraftmaschine, und sie wird durch ein Kühlwasser gekühlt, das durch einen Kühlwasserzirkulationskanal 11 strömt. Ein Verdampfer 22 der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A, die nachfolgend beschrieben wird, ist in dem Kühlwasserzirkulationskanal 11 angeordnet, und des Weiteren ist ein Heizkörper (in der Zeichnung nicht gezeigt) an der stromabwärtigen Seite des Verdampfers 22 angeordnet. Das Kühlwasser, das Wärme von der Kraftmaschine 10 absorbiert hat, wird dadurch gekühlt, dass es einen Wärmetausch mit dem Kühlmittel der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A durchführt, wenn es durch den Verdampfer 22 hindurchtritt, und indem es des Weiteren einen Wärmetausch mit der Außenluft durchführt, wenn es durch den Heizkörper hindurchtritt, und es wird der Kraftmaschine 10 erneut zugeführt.
Die Rankinezyklus-Vorrichtung 2A rückgewinnt die Abwärme der Kraftmaschine 10 aus dem Kühlwasser der Kraftmaschine 10 und wandelt diese zu einer abzugebenden Leistung um (die als eine Leistung regeneriert wird). Die Rankinezyklus-Vorrichtung 2A hat einen Zirkulationskanal 21 des Kühlmittels. Der Verdampfer 22, ein Expander 23, ein Kondensator 24 und eine Pumpe 25 sind in dieser Reihenfolge in dem Zirkulationskanal 21 vorgesehen. Darüber hinaus hat die Rankinezyklus-Vorrichtung 2A zusätzlich zu dem Zirkulationskanal 21 einen Expanderumgehungskanal 26, der eine Zirkulation des Kühlmittels ermöglicht, während es den Expander 23 umgeht, und ein Umgehungsventil 27, das den Expanderumgehungskanal 26 öffnet und schließt. Der Betrieb des Umgehungsventils 27 wird durch die Steuereinheit 4A gesteuert.
Der Verdampfer 22 ist ein Wärmetauscher, der das Kühlmittel durch Durchführen des Wärmetauschs zwischen dem Kühlwasser, das die Wärme von der Kraftmaschine 10 absorbiert hat, und dem Kühlmittel erwärmt und verdampft (vaporisiert). Der Expander 23 ist ein Schneckenexpander, der eine Antriebskraft durch Expandieren des Kühlmittels erzeugt, das zu überhitztem Dampf wird, indem es durch den Verdampfer 22 erwärmt wird, um diese zu einer Drehenergie umzuwandeln. Der Kondensator 24 ist ein Wärmetauscher, der den Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel, das durch den Expander 23 hindurchgetreten ist, und der Außenluft durchführt, um dadurch das Kühlmittel zu kühlen und zu kondensieren (verflüssigen). Die Pumpe 25 ist eine mechanische Pumpe, die das Kühlmittel, das durch den Kondensator 24 verflüssigt wurde, zu dem Verdampfer 22 zuführt. Darüber hinaus wird das Kühlmittel, das durch den Kondensator 24 verflüssigt wird, zu dem Verdampfer 22 durch die Pumpe 25 zugeführt, damit es durch den Zirkulationskanal 21 zirkuliert (d.h. die jeweiligen vorstehend genannten Elemente der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A).
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel sind hierbei der Expander 23 und die Pumpe 25 als ein „Expander 28 mit integrierter Pumpe“ konfiguriert, die über eine gemeinsame Drehwelle 28a integriert sind. 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. Die Rankinezyklus-Vorrichtung 2A wird dann zunächst gestartet, indem ermöglicht wird, dass die Kraftmaschine 10 die Pumpe 25 (den Pumpenteil in dem Expander 28 mit integrierter Pumpe) antreibt, und danach wird sie betrieben, indem die Pumpe 25 durch die Antriebskraft angetrieben wird, die durch den Expander 23 erzeugt wird, wenn der Expander (der Expanderteil des Expanders 28 mit integrierter Pumpe) eine ausreichende Antriebskraft erzeugt.
Der Übertragungsmechanismus 3A überträgt das Drehmoment (Wellenmoment) des Expanders 28 mit integrierter Pumpe zu der Kraftmaschine 10 als die Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A. Der Übertragungsmechanismus 3A hat eine Riemenscheibe 31, die an der Drehwelle 28a des Expanders 28 mit integrierter Pumpe angebracht ist, eine Kurbelriemenscheibe 32, die an einer Kurbelwelle 10a der Kraftmaschine 10 angebracht ist, und einen Riemen 33, der um die Riemenscheibe 31 und die Kurbelriemenscheibe 32 gewickelt ist. Darüber hinaus ist eine elektromagnetische Kupplung 34 zwischen der Drehwelle 28a des Expanders 28 mit integrierter Pumpe und der Riemenscheibe 31 vorgesehen. Durch Einschalten (Einkoppeln) oder Ausschalten (Auskoppeln) der elektromagnetischen Kupplung 34 kann die Leistung zwischen der Kraftmaschine 10 und der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A (insbesondere dem Expander 28 mit integrierter Pumpe) übertragen oder unterbrochen werden. Der Betrieb der elektromagnetischen Kupplung 34 wird durch die Steuereinheit 4A gesteuert.
Die Steuereinheit 4A hat einen Betriebssteuerteil 41, der den Betrieb der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A steuert, und einen Abgabeberechnungsteil 42, der die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A berechnet. Darüber werden in die Steuereinheit 4A Messsignale von verschiedenen Sensoren eingegeben, wie zum Beispiel ein Drehzahlsensor 51, der eine Drehzahl Ne der Kraftmaschine 10 misst, ein erster Drucksensor 52, der einen Kühlmitteldruck PU an der Hochdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A misst, ein zweiter Drucksensor 53, der einen Kühlmitteldruck PD an der Niederdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A misst. Dann steuert die Steuereinheit 4A den Betrieb der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A und berechnet die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A, und sie gibt die berechnete Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A zu einer Kraftmaschinensteuereinheit 12 ab, die eine Steuerung der Abgabe der Kraftmaschine 10 durchführt. Dementsprechend entspricht eine derartige Steuereinheit 4A bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel einer „Berechnungsverarbeitungseinheit“ der vorliegenden Erfindung.
Hierbei bezieht sich der Kühlmitteldruck PU an der Hochdruckseite auf den Druck des Kühlmittels in einem Bereich von der Pumpe 25 (deren Auslassseite) zu dem Expander 23 (dessen Einlassseite) durch den Verdampfer 22 in dem Zirkulationskanal 21. Der Kühlmitteldruck PD an der Niederdruckseite bezieht sich auf den Druck des Kühlmittels in einem Bereich von dem Expander 23 (dessen Auslassseite) zu der Pumpe 25 (deren Einlassseite) durch den Kondensator 24 in dem Zirkulationskanal 21. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel misst der erste Drucksensor 52 einen Kühlmitteldruck, unmittelbar nachdem dieser den Verdampfer 22 verlassen hat, als den Kühlmitteldruck PU an der Hochdruckseite. Der zweite Drucksensor 53 misst einen Kühlmitteldruck zwischen dem Kondensator 24 und der Pumpe 25 als den Kühlmitteldruck PD an der Niederdruckseite.
Wenn zum Beispiel die Kraftmaschine 10 gestartet wird, koppelt der Betriebssteuerteil 41 die elektromagnetische Kupplung 34 ein und treibt die Pumpe 25 (den Pumpenteil in dem Expander 28 mit integrierter Pumpe) durch die Kraftmaschine 10 an, um dadurch die Rankinezyklus-Vorrichtung 2A zu betreiben. Darüber hinaus öffnet der Betriebssteuerteil 41 das Umgehungsventil 27 je nach Bedarf (zum Beispiel wenn das Erwärmen des Kühlmittels in dem Verdampfer 22 unzureichend ist), um dadurch den Expander 23 zu umgehen, damit das Kühlmittel dort hindurchströmen kann.
In einem Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geschlossen ist, wird der Expander 23 so betrieben, dass das Kühlmittel durch den Expander 23 strömt (den Expanderabschnitt in dem Expander 28 mit integrierter Pumpe). Wenn der Expander 23 betrieben wird und die Erzeugung einer Antriebskraft beginnt, treibt dann ein Teil der durch den Expander 23 erzeugten Antriebskraft die Pumpe 25 an, und seine übrige Antriebskraft wird zu der Kraftmaschine 10 durch den Übertragungsmechanismus 3A übertragen, um die Abgabe (Antriebskraft) der Kraftmaschine 10 zu unterstützen. Darüber hinaus koppelt der Betriebssteuerteil 41 die elektromagnetische Kupplung 34 zum Beispiel dann aus, wenn eine Stoppforderung der Kraftmaschine 10 generiert wird.
Der Abgabeberechnungsteil 42 berechnet das Drehmoment des Expanders 28 mit integrierter Pumpe als die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A. Der Abgabeberechnungsteil 42 hat einen Drehmomentenschätzabschnitt 421, der ein Drehmoment Tex des Expanders 23 (des Expanderteils des Expanders 28 mit integrierter Pumpe) schätzt, und einen Pumpenlastberechnungsabschnitt 422, der ein Lastmoment T_PL zum Antreiben der Pumpe 25 berechnet (des Pumpenteils in dem Expander 28 mit integrierter Pumpe). Darüber hinaus subtrahiert der Abgabeberechnungsteil 42 das Lastmoment T_PL der Pumpe 25, das durch den Pumpenlastberechnungsabschnitt 422 berechnet wird, von dem Drehmoment Tex des Expanders 23, das durch den Drehmomentenschätzabschnitt 421 geschätzt wird, um die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A zu berechnen. Die berechnete Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A wird von dem Abgabeberechnungsteil 42 oder einem Abgabeteil (nicht gezeigt) der Steuereinheit 4A zu der Kraftmaschinensteuereinheit 12 abgegeben.
Der Drehmomentenschätzabschnitt 421 schätzt das Drehmoment Tex des Expanders 23 auf der Grundlage des Kühlmitteldrucks PU an der Hochdruckseite, des Kühlmitteldrucks PD an der Niederdruckseite und der Drehzahl Nex (d.h. der Drehzahl Npex des Expanders 28 mit integrierter Pumpe) des Expanders 23. Hierbei wird die Drehzahl Nex (= Drehzahl Npex des Expanders 28 mit integrierter Pumpe = Drehzahl Np der Pumpe 25) des Expanders 23 auf der Grundlage der Drehzahl Ne der Kraftmaschine 10 und eines Riemenscheibenverhältnisses zwischen der Riemenscheibe 31 und der Kurbelriemenscheibe 32 berechnet.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel hat der Drehmomentenschätzabschnitt 421 zwei Drehmomentenschätzgleichungen, d.h. eine erste Drehmomentenschätzgleichung entsprechend dem Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geöffnet ist, und eine zweite Drehmomentenschätzgleichung entsprechend dem Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geschlossen ist. Der Drehmomentenschätzabschnitt 421 hat die beiden Drehmomentenschätzgleichungen auf diese Weise, da es schwierig ist, das Drehmoment des Expanders 23 durch eine einzige Drehmomentenschätzgleichung zu schätzen, da die Menge des Kühlmittels, das in dem Expander 23 strömt, in dem Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geöffnet ist, und in dem Zustand bedeutend anders ist, bei dem das Umgehungsventil 27 geschlossen ist.
Somit dient der Drehmomentenschätzabschnitt 421 als ein „erster Drehmomentenschätzabschnitt“ bei der vorliegenden Erfindung, wenn das Drehmoment des Expanders 23 unter Verwendung der vorstehend genannten, ersten Drehmomentenschätzgleichung geschätzt (berechnet) wird, und er dient als ein „zweiter Drehmomentenschätzabschnitt“ bei der vorliegenden Erfindung, wenn das Drehmoment des Expanders 23 unter Verwendung der vorstehend beschriebenen, zweiten Drehmomentenschätzgleichung geschätzt (berechnet) wird. In der folgenden Beschreibung wird ein Wert, der durch die vorstehend beschriebene, erste Drehmomentenschätzgleichung bestimmt wird, als ein „geschätzter Drehmomentenwert Tex1 durch die erste Drehmomentenschätzgleichung“ bezeichnet und ein Wert, der durch die vorstehend beschriebene, zweite Drehmomentenschätzgleichung bestimmt wird, wird als ein „geschätzter Drehmomentenwert Tex2 durch die zweite Drehmomentenschätzgleichung“ bezeichnet.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel wird die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung durch die folgende Gleichung (1) dargestellt, und die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung wird durch die folgende Gleichung (2) dargestellt: $Tex1= - M_{1} \cdot {PU+M}_{2} \cdot PD - M_{3} \cdot N e x - K_{1}$
${Tex2=M}_{4} \cdot PU - M_{5} \cdot PD - M_{6} \cdot Nex - K_{2}$
Selbstverständlich kann die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung unter Verwendung einer Differenz ΔP (= PU-PD, die nachfolgend zur Vereinfachung als „Kühlmitteldruckdifferenz“ bezeichnet werden kann) zwischen dem Kühlmitteldruck PU an der Hochdruckseite und dem Kühlmitteldruck PD an der Niederdruckseite als die folgende Gleichung (1)' dargestellt werden, und die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung kann als die folgende Gleichung (2)' dargestellt werden: $Tex1= - M_{7} \cdot (PU - PD) - M_{8} \cdot Nex - K_{3}$
${Tex2=M}_{9} \cdot (PU - PD) - M_{10} \cdot Nex - K_{4}$
wobei (-M₁), M₂, (-M₃), M₄, (-M₅), (-M₆), (-M₇), (-M₈), M₉ und (-M₁₀) Koeffizienten sind, und (-K₁), (-K₂), (-K₃) und (-K₄) Konstanten sind.
Die 2 stellt ein Beispiel eines Schätzergebnisses des Drehmomentes des Expanders 23 durch den Drehmomentenschätzabschnitt 421 dar. Die Kühlmitteldruckdifferenz ΔP (= PU-PD) zwischen der Hochdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A und deren Niederdruckseite wird durch eine Zweipunktstrichlinie in der 2(a) angegeben. Darüber hinaus ist der durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung (vorstehend genannte Gleichung (1) oder (1)') geschätzte Drehmomentenwert Tex1 durch eine gestrichelte Linie in der 2(b) angegeben. Der durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung (vorstehend genannte Gleichung (2) oder (2)') geschätzte Drehmomentenwert Tex2 ist durch eine Strichpunktlinie angegeben.
Wie dies in der 2(b) dargestellt ist, ist der durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tex1 ein „negativer“ Wert und hat eine Tendenz, dass er kleiner wird, wenn die Kühlmitteldruckdifferenz ΔP größer wird. Dies geschieht hinsichtlich der Tatsache, dass der Expander 23 zu einer Last der Kraftmaschine 10 wird, da der Expander 23 in einem Zustand im Wesentlichen keine Leistung erzeugt, bei dem das Umgehungsventil 27 geöffnet ist. Andererseits hat der durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tex2 die Tendenz, dass er größer wird, wenn die Kühlmitteldruckdifferenz ΔP größer wird. Dies geschieht angesichts der Tatsache, dass die durch den Expander 23 erzeugte Leistung ebenfalls größer wird, wenn die Kühlmitteldruckdifferenz ΔP größer wird, und zwar in dem Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geschlossen ist.
Gemäß dem geöffneten oder geschlossenen Zustand des Umgehungsventils 27 kann der Drehmomentenschätzabschnitt 421 hierbei das Drehmoment des Expanders 23 durch einfaches Wechseln der vorstehend genannten, ersten Drehmomentenschätzgleichung und der vorstehend genannten, zweiten Drehmomentenschätzgleichung schätzen. Es ist somit möglich, das Drehmoment des Expanders in beiden Fällen, bei denen das Umgehungsventil geöffnet und geschlossen ist, genau zu schätzen. Dies allein wird jedoch zu der Möglichkeit führen, die in der 2(b) dargestellt ist, dass der geschätzte Drehmomentenwert unmittelbar nach dem Schließen des Umgehungsventils 27 insbesondere übermäßig klein wird, und ein Schätzfehler kann nicht ausreichend reduziert werden. Dies ist dadurch begründet, dass die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung prinzipiell derart eingestellt wird, dass das Drehmoment in einem Zustand, in dem die Kühlmitteldruckdifferenz ΔP auf einem gewissen Maß groß ist und der Expander 23 eine Leistung erzeugt, genau geschätzt werden kann. Um eine derartige Situation zu vermeiden, wählt der Drehmomentenschätzabschnitt 421 (oder der Abgabeberechnungsteil 42) daher den größeren Wert von dem durch die vorstehend genannte, erste Schätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert Tex1 und dem durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert Tex2 des Expanders 23 als das Drehmoment Tex des Expanders 23 aus (oder bestimmt dies so).
Wie dies durch eine dicke Linie in der 2(b) angegeben ist, während das Umgehungsventil 27 geöffnet ist und unmittelbar nachdem das Umgehungsventil 27 geschlossen wurde (anders gesagt, während die Kühlmitteldruckdifferenz ΔP kleiner ist als ein vorbestimmter Wert ΔPs (>0)), wird infolgedessen der durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tex1 als das Drehmoment Tex des Expanders 23 ausgewählt. Wenn das Umgehungsventil 27 geschlossen ist und die vorstehend genannte Druckdifferenz ΔP den vorstehend genannten, vorbestimmten Wert ΔPs oder mehr erreicht (Zeit tb), wird der durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tex2 als das Drehmoment Tex des Expanders 23 ausgewählt.
Das geschätzte Drehmoment Tex des Expanders 23 fällt nämlich nicht unter einen vorbestimmten „negativen“ Wert (geschätzter Drehmomentenwert zum Zeitpunkt tb, wenn die Kühlmitteldruckdifferenz hierbei ΔP=ΔPs). Es kann gesagt werden, dass der Drehmomentenschätzabschnitt 421 (oder der Abgabeberechnungsteil 42) den minimalen Wert des geschätzten Drehmomentenwerts des Expanders 23 begrenzt. Wie bei dem geöffneten Zustand des Umgehungsventils wird somit eine Erhöhung des Schätzfehlers des Drehmomentes des Expanders unmittelbar nach dem Schließen des Umgehungsventils und insbesondere eine übermäßige Verringerung des geschätzten Drehmomentenwerts des Expanders 23 verglichen mit einem Ist-Drehmoment reduziert.
Der Pumpenlastberechnungsabschnitt 422 berechnet das Lastmoment T_PL der Pumpe 25 auf der Grundlage der Kühlmitteldruckdifferenz ΔP und der Drehzahl Np der Pumpe 25. Dies wird insbesondere nachfolgend beschrieben. Im Allgemeinen wird eine Leistung zum Drehen der Pumpe durch die folgende Gleichung dargestellt: $\begin{array}{l} (Leitungsverbrauch W_Pumpe der Pumpe) = (mechanischer \\ Pumpenwirkungsgrad η_Pumpe \times (Kühlmittelenthalpie- \\ differenz Δ h der Pumpe vor und nach einer adiabatischen \\ Änderung) \times (Kühlmitteldurchsatz Qr) \end{array}$
Hierbei wird die Kühlmittelenthalpiedifferenz Δh der Pumpe vorher und nachher größer, wenn sich die Kühlmitteldruckdifferenz in der Pumpe vorher und nachher erhöht. Darüber hinaus erhöht sich die Kühlmitteldurchsatzrate Qr, wenn sich die Drehzahl der Pumpe erhöht. Dementsprechend erhöht sich das Drehmoment zum Betreiben der Pumpe 25, d.h. das Lastmoment T_PL erhöht sich, wenn sich die Kühlmitteldruckdifferenz ΔP erhöht und/oder die Drehzahl Np der Pumpe 25 groß wird.
Der Pumpenlastberechnungsabschnitt 422 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel hat die Lastcharakteristika (Kennfeld) der Pumpe 25, die mit der Kühlmitteldruckdifferenz ΔP verknüpft ist, die Drehzahl Np der Pumpe 25 und das Lastmoment T_PL der Pumpe 25, und er berechnet das Lastmoment T_PL der Pumpe 25 durch Bezugnahme auf die Lastcharakteristika (Kennfeld) der Pumpe 25 auf der Grundlage der Kühlmitteldruckdifferenz ΔP und der Drehzahl Np der Pumpe 25.
Dann subtrahiert der Abgabeberechnungsteil 42 das Lastmoment T_PL der Pumpe 25, das durch den Pumpenlastberechnungsabschnitt 422 berechnet wird, von dem Drehmoment Tex (der größere von dem durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert Tex1 und dem durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert Tex2 des Expanders 23) des Expanders 23, das durch den Drehmomentenschätzabschnitt 421 geschätzt wird, um ein Drehmoment Tpex des Expanders 28 mit integrierter Pumpe zu berechnen, d.h. die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A.
Die 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Berechnen der Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A, der durch die Steuereinheit 4A (Abgabeberechnungsteil 42) ausgeführt wird. Dieser Prozess wird zum Beispiel in jeweils vorbestimmten Zeiten wiederholt ausgeführt. In der 3 wird bei einem Schritt S1 bestimmt, ob die elektromagnetische Kupplung 34 eingeschaltet ist. Falls die elektromagnetische Kupplung 34 eingeschaltet ist, schreitet der Prozess zu einem Schritt S2.
Bei dem Schritt S2 wird das Lastmoment T_PL der Pumpe 25 berechnet (d.h. des Pumpenteils in dem Expander 28 mit integrierter Pumpe). Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird insbesondere das Lastmoment T_PL der Pumpe 25 unter Bezugnahme auf die Lastcharakteristika (Kennfeld) der Pumpe 25 auf der Grundlage der Kühlmitteldruckdifferenz ΔP und der Drehzahl Np (= Drehzahl Npex des Expanders 28 mit integrierter Pumpe) der Pumpe 25 berechnet.
Bei einem Schritt S3 wird der geschätzte Drehmomentenwert Tex1 des Expanders 23 (d.h. des Expanderteils des Expanders 28 mit integrierter Pumpe) durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung auf der Grundlage des Kühlmitteldrucks PU an der Hochdruckseite, des Kühlmitteldrucks PD an der Niederdruckseite und der Drehzahl Nex (= Drehzahl Npex des Expanders 28 mit integrierter Pumpe) des Expanders 23 berechnet.
Bei einem Schritt S4 wird der geschätzte Drehmomentenwert Tex2 des Expanders 23 durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung auf der Grundlage des Kühlmitteldrucks PU an der Hochdruckseite, des Kühlmitteldrucks PD an der Niederdruckseite und der Drehzahl Nex (= Drehzahl Npex des Expanders 28 mit integrierter Pumpe) des Expanders 23 berechnet.
Bei einem Schritt S5 werden der durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tex1 und der durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tex2 verglichen. Falls Tex1 > Tex2 oder mehr gilt, schreitet der Prozess dann zu einem Schritt S6. Falls Tex1 ≤ Tex2 gilt, schreitet der Prozess dann zu einem Schritt S7.
Bei dem Schritt S6 wird der durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tex1 auf das Drehmoment Tex des Expanders 23 festgelegt, und der Prozess schreitet zu einem Schritt S8. Bei dem Schritt S7 wird der durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tex2 auf das Drehmoment Tex des Expanders 23 festgelegt, und der Prozess schreitet zu dem Schritt S8.
Bei dem Schritt S8 wird das bei dem Schritt S2 berechnete Lastmoment T_PL der Pumpe 25 von dem Drehmoment Tex des Expanders 23 subtrahiert, das bei dem Schritt S6 oder S7 festgelegt wird, um das Drehmoment Tpex des Expanders 27 mit integrierter Pumpe zu berechnen, d.h. die Abgabe Tr (= Tex-T_PL) der Rankinezyklus-Vorrichtung 2.
Wenn andererseits die elektromagnetische Kupplung 34 bei dem Schritt S1 ausgeschaltet ist, schreitet der Prozess zu einem Schritt S9, bei dem die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A als „0“ angenommen wird. Anstelle der Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A, die als „0“ angenommen wird, wird eine Drehlast (Rankinezyklus-Vorrichtung 2A+Übertragungsmechnismus 3A) in der Zeit, in der die elektromagnetische Kupplung 34 ausgeschaltet ist, im Voraus gespeichert, und die gespeicherte Drehlast kann als die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A verwendet werden.
Bei einem Schritt S10 wird dann die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A, die bei dem Schritt S8 berechnet oder bei dem Schritt S9 festgelegt wird, zu der Kraftmaschinensteuereinheit 12 abgegeben. Die Prozesse von den Schritten S1 bis S9 werden durch den Abgabeberechnungsteil 42 ausgeführt, aber der Prozess des Schrittes S10, d.h. die Abgabe der Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A zu der Kraftmaschinensteuereinheit 12, kann durch den Abgabeberechnungsteil 42 oder den Abgabeteil (nicht gezeigt) der Steuereinheit 4A (d.h. eine Komponente außer dem Abgabeberechnungsteil 42) ausgeführt werden.
Hierbei wird Abgabesteuerung der Kraftmaschine 10 beschrieben, die durch die Kraftmaschinensteuereinheit 12 ausgeführt wird, in der die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A eingegeben wird. Die Kraftmaschinensteuereinheit berechnet das Drehmoment (erforderliches Drehmoment des Fahrzeugs), das für das Fahrzeug erforderlich ist, auf der Grundlage der Betriebszustände (Kraftmaschinendrehzahl Ne, Beschleunigungsvorrichtungsbetätigungsbetrag durch einen Fahrer, Fahrzeuggeschwindigkeit, etc.) der Kraftmaschine 10, und sie subtrahiert die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A von dem berechneten, erforderlichen Fahrzeugmoment, um dadurch ein Sollmoment für die Kraftmaschine 10 festzulegen. Dann steuert die Kraftmaschinensteuereinheit eine Kraftstoffeinspritzmenge oder dergleichen, um so das festgelegte Sollmoment der Kraftmaschine 10 zu verwirklichen. Somit ist es möglich, die Abgabe der Kraftmaschine 10 gemäß der Abgabe (Unterstützungsmoment, wenn die Abgabe „positiv“ ist, oder Lastmoment, wenn die Abgabe „negativ“ ist) der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A angemessen zu steuern.
Wenn ein Elektromotor, der die Abgabe der Kraftmaschine 10 unterstützen kann, an dem Fahrzeug angebracht ist, kann eine Elektromotorsteuereinheit (nicht gezeigt) dazu konfiguriert sein, den Elektromotor derart zu steuern, dass er die „negative“ Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A auslöscht, wenn die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A „negativ“ ist. In diesem Fall kann die Kraftmaschinensteuereinheit 12 dazu konfiguriert sein, das Sollmoment der Kraftmaschine 10 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise festzulegen, wenn die Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A „0“ oder mehr beträgt, und sie kann eine Kraftstoffeinspritzsteuerung oder dergleichen auf der Grundlage des festgelegten Sollmoments der Kraftmaschine 10 ausführen.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel wird die Rankinezyklus-Vorrichtung 2A in zwei Zuständen betrieben: der Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geöffnet ist, um eine Strömung des Kühlmittels durch den Expander 23 zu verhindern, und der Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geschlossen ist, um eine Strömung des Kühlmittels durch den Expander 23 zu ermöglichen. Wenn die Rankinezyklus-Vorrichtung 2A in den verschiedenen Zuständen betrieben wird, ist es somit schwierig, das Drehmoment des Expanders 23 und schließlich die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A nur unter Verwendung von einem Schätzverfahren wie bei der herkömmlichen Technik genau zu schätzen.
Diesbezüglich hat der Drehmomentenschätzabschnitt 421 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die beiden Drehmomentenschätzgleichungen: die erste Drehmomentenschätzgleichung entsprechend dem Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geöffnet ist, und die zweite Drehmomentenschätzgleichung entsprechend dem Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geschlossen ist. Somit kann die Abwärmenutzvorrichtung 1A das Drehmoment des Expanders 23 und schließlich die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A ungeachtet dessen genau schätzen, ob das Umgehungsventil 27 in dem geöffneten oder dem geschlossenen Zustand ist.
Infolgedessen kann die Kraftmaschinensteuereinheit 12 die Abgabe von der Kraftmaschine 10 korrekt steuern.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel wird insbesondere der größere Wert von dem durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert Tex1 und dem durch die vorstehend genannte zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert Tex2 als das Drehmoment Tex des Expanders 23 ausgewählt. Somit wird der minimale Wert des geschätzten Drehmomentenwerts des Expanders im Wesentlichen begrenzt, und es wird verhindert, dass der geschätzte Drehmomentenwert des Expanders 23 übermäßig klein geschätzt wird, und zwar nicht nur in dem Zustand, in dem das Umgehungsventil geöffnet ist, sondern auch unmittelbar, nachdem das Umgehungsventil 27 geschlossen wird. Infolgedessen wird die Genauigkeit zum Schätzen des Drehmoments des Expanders 23 und schließlich der Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A verbessert, und eine korrekte Steuerung der Kraftmaschine 10 ist möglich.
Als nächstes werden Abwandlungen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels anhand von Beispielen beschrieben.
Abwandlung 1
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel schätzt der Drehmomentenschätzabschnitt 421 das Drehmoment des Expanders 23 auf der Grundlage des Kühlmitteldrucks PU an der Hochdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A, des Kühlmitteldrucks PD an der Niederdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A und der Drehzahl Nex des Expanders 23. Dies ist jedoch nicht einschränkend, und der Drehmomentenschätzabschnitt 421 kann in vereinfachter Weise das Drehmoment des Expanders 23 auf der Grundlage des Kühlmitteldrucks PU an der Hochdruckseite und des Kühlmitteldrucks PD an der Niederdruckseite schätzen.
In diesem Fall können die vorstehend genannten Gleichungen (1) und (2) durch die folgenden Gleichungen (3) und (4) ersetzt werden. Selbstverständlich können die folgenden Gleichungen (3) und (4) ähnlich wie die vorstehend genannten Gleichungen (1)' und (2)' unter Verwendung der Kühlmitteldruckdifferenz (PU-PD) ausgedrückt werden. Wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird verhindert, dass der geschätzte Drehmomentenwert des Expanders 23 übermäßig klein geschätzt wird, insbesondere wenn das Umgehungsventil 27 geöffnet ist, auch wenn dies auf diese Weise durchgeführt wird (jedoch ist die Genauigkeit der Schätzung verglichen mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel etwas schlechter). $Tex1= - M_{11} \cdot {PU+M}_{12} \cdot PD - K_{5}$
$Tex2= - M_{13} \cdot {PU+M}_{14} \cdot PD - K_{6}$
wobei (-M₁₁), M₁₂, M₁₃ und (-M₁₄) Koeffizienten sind, und (-K₅) und (-K₆) Konstanten sind.
Darüber hinaus kann der Drehmomentenschätzabschnitt 421 dazu konfiguriert sein, das Drehmoment (insbesondere das Drehmoment des Expanders 23 in dem Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geschlossen ist) des Expanders 23 unter Berücksichtigung der Kühlmitteltemperatur an der Einlassseite des Expanders 23 schätzen. Dies ist dadurch begründet, dass eine Enthalpieänderung mit einer iso-entropischen Expansion groß wird und das Drehmoment des Expanders 23 ebenfalls groß wird, wenn sich die Kühlmitteltemperatur an der Einlassseite des Expanders 23 erhöht, auch wenn der Kühlmitteldruck PU an der Hochdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A, der Kühlmitteldruck PD an der Niederdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A und die Drehzahl Nex des Expanders 23 gleich sind. In diesem Fall wird zum Beispiel berücksichtigt, dass ein Korrekturterm auf der Grundlage der Kühlmitteltemperatur an der Einlassseite des Expanders 23 oder ein Wert, der damit korreliert, zu der vorstehend genannten, zweiten Drehmomentenschätzgleichung hinzugefügt wird. Als der Wert, der mit der Kühlmitteltemperatur an der Einlassseite des Expanders 23 korreliert, sind zum Beispiel die Kühlwassertemperatur der Kraftmaschine 10, die Kühlmitteltemperatur an der Auslassseite des Expanders 23 und die Oberflächentemperatur des Expanders 23 anwendbar. Durch weitere Berücksichtigung der Kühlmitteltemperatur an der Einlassseite des Expanders 23 kann auf diese Weise das Drehmoment des Expanders 23 (insbesondere das Drehmoment des Expanders 23 in dem Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geschlossen ist) noch genauer geschätzt werden.
Abwandlung 2
Darüber hinaus werden bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel das Drehmoment Tex des Expanders 23 und das Lastmoment T_PL der Pumpe 25 getrennt berechnet, und der Abgabeberechnungsteil 42 berechnet das Drehmoment Tpex (d.h. die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A) des Expanders 28 mit integrierter Pumpe unter Verwendung dieser berechneten Werte. Jedoch ist das Ausführungsbeispiel nicht darauf beschränkt.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird das Lastmoment T_PL der Pumpe 25 auf der Grundlage der Differenz (Kühlmitteldruckdifferenz) ΔP zwischen dem Kühlmitteldruck PU an der Hochdruckseite und dem Kühlmitteldruck PD an der Niederdruckseite sowie der Drehzahl Np der Pumpe 25 berechnet. Da jedoch die Drehzahl Nex des Expanders gleich der Drehzahl Np der Pumpe bei dem Expander mit integrierter Pumpe ist, kann der Drehmomentenschätzabschnitt 421 auch so konfiguriert sein, dass er das Drehmoment Tpex des Expanders 28 mit integrierter Pumpe, d.h. die Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A, direkt berechnet (schätzt). In diesem Fall können zum Beispiel in der ersten und in der zweiten Drehmomentenschätzgleichung die Koeffizienten (-M₃, -M₆, -M₈ und -M₁₀) und die Konstanten (-K₁ bis -K₄), die mit der Drehzahl Nex des Expanders multipliziert werden, in angemessener Weise eingestellt werden.
Wenn der Drehmomentenschätzabschnitt 421 dazu konfiguriert ist, das Drehmoment Tpex des Expanders 28 mit integrierter Pumpe zu schätzen, wird der Pumpenlastberechnungsabschnitt 422 überflüssig, und die Steuereinheit 4A (Abgabeberechnungsteil 42) führt zum Beispiel einen in dem Flussdiagramm der 4 gezeigten Prozess anstelle des in dem Flussdiagramm der 3 gezeigten Prozesses aus.
In der 4 wird bei einem Schritt S21 bestimmt, ob die elektromagnetische Kupplung 34 eingeschaltet ist. Falls die elektromagnetische Kupplung 34 eingeschaltet ist, schreitet der Prozess dann zu einem Schritt S22. Falls die elektromagnetische Kupplung 34 ausgeschaltet ist, schreitet der Prozess dann zu einem Schritt S27, bei dem die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A als „0“ angenommen wird. Bei dem Schritt S22 wird ein durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzter Drehmomentenwert Tpexl des Expanders 28 mit integrierter Pumpe berechnet. Bei einem Schritt S23 wird ein durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzter Drehmomentenwert Tpex2 des Expanders 28 mit integrierter Pumpe berechnet.
Bei einem Schritt S24 werden der durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tpexl und der durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tpex2 miteinander verglichen. Falls Tpexl > Tpex2 gilt, schreitet der Prozess dann zu einem Schritt S25, bei dem der durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tpexl als die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung angenommen wird. Falls Tpex1 ≤ Tpex2 gilt, schreitet der Prozess dann zu einem Schritt S26, bei dem der durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzte Drehmomentenwert Tpex2 als die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung angenommen wird. Dann wird bei einem Schritt S28 die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2A, die bei dem Schritt S25, S26 oder S27 festgelegt wird, zu der Kraftmaschinensteuereinheit 12 abgegeben.
Abwandlung 3
Darüber hinaus kann der Drehmomentenschätzabschnitt 421 einen vorbestimmten Wert Ts verwenden, der im Voraus bestimmt wurde, und zwar anstelle der Berechnung des durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwerts Tex1 des Expanders 23. Der vorbestimmte Wert Ts ist ein „negativer“, konstanter Wert. Es ist möglich, einen geschätzten Drehmomentenwert zu der Zeit tb zu verwenden (wenn die Kühlmitteldruckdifferenz ΔP = ΔPs), wie dies zum Beispiel in der 2(b) gezeigt ist. Dies ist dadurch begründet, dass eine Drehmomentenänderungsspanne des Expanders in dem Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geöffnet ist, viel kleiner ist als in dem Zustand, in dem das Umgehungsventil 27 geschlossen ist. In diesem Fall wählt der Drehmomentenschätzabschnitt 421 (oder der Abgabeberechnungsteil 42) den größeren Wert von dem durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert Tex2 und dem vorstehend genannten, vorbestimmten Wert („negativer“, konstanter Wert) Ts als das Drehmoment Tex des Expanders 23 aus. Falls auf diese Weise verfahren wird, gibt es im Vergleich mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel einen Vorteil dahingehend, dass die Rechenlast reduziert werden kann, auch wenn die Genauigkeit der Schätzung etwas reduziert ist.
(Abwandlung 4)
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bestimmt darüber hinaus die Steuereinheit 4A (der Abgabeberechnungsteil 42 oder der Drehmomentenschätzabschnitt 421) nicht den geöffneten oder geschlossenen Zustand des Umgehungsventils 27 (siehe 3), aber sie kann den geöffneten oder geschlossenen Zustand des Umgehungsventils 27 bestimmen und das Drehmoment des Expanders 23 gemäß dem geöffneten oder geschlossenen Zustand des Umgehungsventils 27 schätzen. In diesem Fall kann die Steuereinheit 4A (Abgabeberechnungsteil 42 oder Drehmomentenschätzabschnitt 421) dazu konfiguriert sein, den maximalen Wert von dem durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert Tex1 und den durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert Tex2 gemäß der vorstehenden Beschreibung auswählen, um dadurch das Drehmoment Tex des Expanders 23 festzulegen, zum Beispiel, wenn das Umgehungsventil 27 geschlossen ist, und sie kann dazu konfiguriert sein, den durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert Tex1 unmittelbar als das Drehmoment Tex des Expanders 23 festzulegen, wenn das Umgehungsventil 27 andererseits geöffnet ist (dasselbe trifft sogar für die 4 zu).
(Abwandlung 5)
Darüber hinaus kann die Steuereinheit 4A (Abgabeberechnungsteil 42 oder Drehmomentenschätzabschnitt 421) den vorbestimmten Wert ΔPs (Kühlmitteldruckdifferenz zur Zeit tb), der in der 2 gezeigt ist, im Voraus speichern. In diesem Fall kann der Drehmomentenschätzabschnitt 421 zum Beispiel dazu konfiguriert sein, zu bestimmen, ob die Kühlmitteldruckdifferenz ΔP (PU-PD) größer als oder gleich dem vorstehend beschriebenen, vorbestimmten Wert ΔPs ist oder nicht, und das Drehmoment des Expanders 23 durch die vorstehend genannte, zweite Drehmomentenschätzgleichung zu schätzen, wenn die Druckdifferenz ΔP größer als oder gleich dem vorstehend beschriebenen, vorbestimmten Wert ΔPs ist, und das Drehmoment des Expanders 23 durch die vorstehend genannte, erste Drehmomentenschätzgleichung zu schätzen, wenn die Kühlmitteldruckdifferenz ΔP kleiner ist als der vorstehend beschriebene, vorbestimmte Wert ΔPs. Es ist möglich, dieselbe Wirkung wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zu erhalten, auch wenn nicht auf diese Weise verfahren wird.
Als nächstes wird eine Vorrichtung zum Nutzen von Abwärme gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 5 zeigt eine schematische Struktur einer Abwärmenutzvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie bei der Abwärmenutzvorrichtung 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Abwärmenutzvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auch so konfiguriert, dass sie eine Rankinezyklus-Vorrichtung 2B, einen Übertragungsmechanismus 3B, der die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung 2B zu einer Kraftmaschine 10 überträgt, und eine Steuereinheit 4B aufweist, die die Abwärmenutzvorrichtung 1B steuert. Ein Hauptunterschied zu der Abwärmenutzvorrichtung 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass bei der Abwärmenutzvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Expander 23 und eine Pumpe 25, die die Rankinezyklus-Vorrichtung 2B bilden, getrennt voneinander sind. Dieselben Bezugszeichen werden für Elemente verwendet, die identisch bei der Abwärmenutzvorrichtung 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind.
Bei der Rankinezyklus-Vorrichtung 2B wird die Pumpe 25 durch die Abgabe von der Kraftmaschine 10 durch den Übertragungsmechanismus 3B angetrieben. Daher hat der Übertragungsmechanismus 3B eine Kurbelriemenscheibe 32, die an einer Kurbelwelle 10a der Kraftmaschine 10 angebracht ist, eine Expanderriemenscheibe 35, die an einer Abgabewelle 23a des Expanders 23 angebracht ist, eine Pumpenriemenscheibe 46, die an einer Drehwelle (Antriebswelle) 25a der Pumpe 25 angebracht ist, und einen Riemen 37, der um die Kurbelriemenscheibe 32, die Expanderriemenscheibe 35 und die Pumpenriemenscheibe 36 gewickelt ist. Darüber hinaus ist eine elektromagnetische Kupplung 38 zwischen der Drehwelle 25a der Pumpe 25 und der Pumpenriemenscheibe 36 vorgesehen. Der Betrieb der elektromagnetischen Kupplung 38 wird durch die Steuereinheit 4B gesteuert. Eine elektromagnetische Kupplung (durch eine gestrichelte Linie angegeben) kann zwischen der Abgabewelle 23a des Expanders 23 und der Expanderriemenscheibe 35 vorgesehen sein.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel koppelt ein Betriebssteuerteil 41 der Steuereinheit 4b die elektromagnetische Kupplung 38 ein und treibt die Pumpe 25 durch die Kraftmaschine 10 an, um dadurch die Rankinezyklus-Vorrichtung 2B zu betreiben, und zwar wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, zum Beispiel wenn die Kraftmaschine 10 gestartet wird. Darüber hinaus öffnet der Betriebssteuerteil 41 ein Umgehungsventil 27 je nach Bedarf wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel subtrahiert ein Abgabeberechnungsteil 42 der Steuereinheit 4B ein Lastmoment T_PL der Pumpe 25, das durch einen Pumpenlastberechnungsabschnitt 422 berechnet wird, von einem Drehmoment Tex des Expanders 23, das durch einen Drehmomentenschätzabschnitt 421 geschätzt wird, um eine Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2B zu berechnen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel wird eine Drehzahl Nex des Expanders 23 auf der Grundlage einer Drehzahl Ne der Kraftmaschine 10 und eines Riemenscheibenverhältnisses zwischen der Kurbelriemenscheibe 32 und der Expanderriemenscheibe 35 berechnet. Eine Drehzahl Np der Pumpe 25 wird auf der Grundlage der Drehzahl Ne der Kraftmaschine 10 und eines Riemenscheibenverhältnisses zwischen der Kurbelriemenscheibe 32 und der Pumpenriemenscheibe 36 berechnet.
Wie bei der Abwärmenutzvorrichtung 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann die Abwärmenutzvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auch das Drehmoment des Expanders 23 und schließlich die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung 2B ungeachtet dessen genau schätzen, ob das Umgehungsventil in dem geöffneten oder dem geschlossenen Zustand ist. Es ist daher möglich, die Abgabe der Kraftmaschine 10 korrekt zu steuern. Die Abwandlungen der Abwärmenutzvorrichtung 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel können so wie sie sind sogar auf die Abwärmenutzvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel angewendet werden.
Als nächstes wird eine Vorrichtung zum Nutzen von Abwärme gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 6 zeigt eine schematische Struktur einer Abwärmenutzvorrichtung 1C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie bei den Abwärmenutzvorrichtungen 1A und 1B gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Abwärmenutzvorrichtung 1C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auch so konfiguriert, dass sie eine Rankinezyklus-Vorrichtung 2C, einen Übertragungsmechanismus 3C, der die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung 2C zu einer Kraftmaschine 19 überträgt, und eine Steuereinheit 4C aufweist, die die gesamte Abwärmenutzvorrichtung 1C steuert. Ein Hauptunterschied zu der Abwärmenutzvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel liegt daran, dass bei der Abwärmenutzvorrichtung 1C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Pumpe, die die Rankinezyklus-Vorrichtung 2C bildet, nicht die mechanische Pumpe 25 ist, sondern als eine elektrische Pumpe 29 dient, die durch eine Leistung angetrieben wird, die von einer Batterie (nicht gezeigt) zugeführt wird. Der Betrieb der elektrischen Pumpe 29 wird durch die Steuereinheit 4C gesteuert. Dieselben Bezugszeichen werden für jene Elemente verwendet, die identisch zu jenen der Abwärmenutzvorrichtungen 1A und 1B gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel sind.
Bei der Abwärmenutzvorrichtung 1C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat der Übertragungsmechanismus 3C eine Kurbelriemenscheibe 32, die an einer Kurbelwelle 10a der Kraftmaschine 10 angebracht ist, eine Expanderriemenscheibe 35, die an einer Abgabewelle 23a eines Expanders 23 angebracht ist, und einen Riemen 40, der um die Kurbelriemenscheibe 32 und die Expanderriemenscheibe 35 gewickelt ist. Eine elektromagnetische Kupplung (durch eine gestrichelte Linie angegeben) kann zwischen der Abgabewelle 23a des Expanders 23 und der Expanderriemenscheibe 35 vorgesehen sein.
Wie bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel treibt ein Betriebssteuerteil 41 der Steuereinheit 4c die elektrische Pumpe 29 an, um die Rankinezyklus-Vorrichtung 2c zu betreiben, zum Beispiel wenn die Kraftmaschine 10 gestartet wird. Darüber hinaus öffnet der Betriebssteuerteil 41 ein Umgehungsventil 27 je nach Bedarf wie bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel verwendet die Rankinezyklus-Vorrichtung 2C die elektrische Pumpe 29, die keine Last der Kraftmaschine 10 oder des Expanders 23 ist. Daher muss ein Abgaberechnungsteil 42 der Steuereinheit 4c anders als bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel keinen Pumpenlastberechnungsabschnitt haben. Der Abgabeberechnungsteil 42 legt nämlich das Drehmoment des Expanders 23, das durch den Drehmomentenschätzabschnitt 421 geschätzt wird, als die Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung 2C fest. Infolgedessen wird bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel der Schritt S2 in dem Flussdiagramm der 3 überflüssig. Bei dem Schritt S8 wird das Drehmoment Tex des Expanders, das bei dem Schritt S6 oder S7 festgelegt wird, als die Abgabe Tr der Rankinezyklus-Vorrichtung 2C angenommen wie es ist.
Wie bei den Abwärmenutzvorrichtung 1A und 1B gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Abwärmenutzvorrichtung 1C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auch das Drehmoment des Expanders 23 und schließlich die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung 2B ungeachtet des geöffneten oder des geschlossenen Zustands des Umgehungsventils genau schätzen und die Abgabe von der Kraftmaschine 10 korrekt steuern. Die Abwandlungen der Abwärmenutzvorrichtung 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel können wie sie sind sogar bei der Abwärmenutzvorrichtung 1C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel angewendet werden.
Auch wenn die Ausführungsbeispiele und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und weitere Abwandlungen und Änderungen können auf der Grundlage des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung geschaffen werden. Zum Beispiel wird bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Wärmetausch zwischen dem Kühlwasser der Kraftmaschine und dem Kühlmittel in dem Verdampfer der Rankinezyklus-Vorrichtung durchgeführt, aber der Verdampfer kann auch dergestalt konfiguriert sein, dass der Wärmetausch zwischen dem Abgas der Kraftmaschine und dem Kühlmittel durchgeführt wird. Darüber hinaus können die Steuereinheiten 4A bis 4C und die Kraftmaschinensteuereinheit 12 an dem Fahrzeug als eine einzige elektronische Steuereinheit angebracht sein.
Bezugszeichenliste

1A, 1B, 1C: Abwärmenutzvorrichtung
2A, 2B, 2C: Rankinezyklus-Vorrichtung
3A, 3B, 3C: Übertragungsmechanismus
4A, 4B, 4C: Steuereinheit
10: Kraftmaschine
12: Kraftmaschinensteuereinheit
21: Zirkulationskanal des Kühlmittels
22: Verdampfer
23: Expander
24: Kondensator
25: Pumpe
26: Expanderumgehungskanal
27: Umgehungskanal
28: Expander mit integrierter Pumpe
29: elektrische Pumpe
42: Abgabeberechnungsteil
421: Drehmomentenschätzabschnitt
422: Pumpenlastberechnungsabschnitt

Claims

Vorrichtung (1A, 1B, 1C) zum Nutzen von Abwärme von einer Kraftmaschine, mit: einer Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C), die in einem Zirkulationskanal (21) eines Kühlmittels mit einem Verdampfer (22), der das Kühlmittel durch Erwärmen des Kühlmittels durch die Abwärme von der Kraftmaschine (10) verdampft, einem Expander (23), der das Kühlmittel expandiert, das durch den Verdampfer (22) hindurchgetreten ist, um dadurch eine Leistung zu erzeugen, einem Kondensator (24), der das Kühlmittel kondensiert, das durch den Expander (23) hindurchgetreten ist, und einer Pumpe (25) vorgesehen ist, die das Kühlmittel, das durch den Kondensator (24) hindurchgetreten ist, zu dem Verdampfer (22) zuführt, und die mit einem Expanderumgehungskanal (26), der eine Zirkulierung des Kühlmittels ermöglicht, während es den Expander (23)umgeht, und einem Umgehungsventil (27) versehen ist, das den Expanderumgehungskanal (26) öffnet und schließt; einem Übertragungsmechanismus (3A, 3B, 3C), der eine Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) zu der Kraftmaschine (10) überträgt; und einem Abgabeberechnungsteil (42), der die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) berechnet und die berechnete Abgabe der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) zu einer Kraftmaschinensteuereinheit (12) abgibt, die eine Steuerung der Abgabe von der Kraftmaschine (10) durchführt, wobei der Abgabeberechnungsteil (42) Folgendes aufweist: eine erste Drehmomentenschätzgleichung zum Schätzen eines Drehmoments des Expanders (23) in einem Zustand bei geöffnetem Umgehungsventil (27) auf der Grundlage eines Kühlmitteldrucks an der Hochdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) und eines Kühlmitteldrucks an deren Niederdruckseite; und eine zweite Drehmomentenschätzgleichung zum Schätzen eines Drehmoments des Expanders (23) in einem Zustand bei geschlossenem Umgehungsventil (27) auf der Grundlage des Kühlmitteldrucks an der Hochdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) und des Kühlmitteldrucks an deren Niederdruckseite, und wobei die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) auf der Grundlage des durch die erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwerts und des durch die zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwerts berechnet wird.
Vorrichtung (1A, 1B, 1C) zum Nutzen von Abwärme von der Kraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Abgabeberechnungsteil (42) die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) auf der Grundlage des größeren Wertes von dem durch die erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert und dem durch die zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert berechnet.
Vorrichtung (1A, 1B, 1C) zum Nutzen von Abwärme von der Kraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Abgabeberechnungsteil (42) bestimmt, ob das Umgehungsventil (27) geöffnet oder geschlossen ist, wenn das Umgehungsventil (27) geöffnet ist, berechnet sie die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) auf der Grundlage des durch die erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwertes, und wenn das Umgehungsventil (27) geschlossen ist, berechnet sie die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) auf der Grundlage des größeren Wertes von dem durch die erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert und dem durch die zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert.
Vorrichtung (1A, 1B, 1C) zum Nutzen von Abwärme von der Kraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Pumpe (25) durch die Kraftmaschine (10) über den Übertragungsmechanismus (3A, 3B, 3C) angetrieben wird, und wobei der Abgabeberechnungsteil (42) ein Lastmoment zum Antreiben der Pumpe (25) von dem durch die erste Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert oder dem durch die zweite Drehmomentenschätzgleichung geschätzten Drehmomentenwert subtrahiert, um die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) zu berechnen.
Vorrichtung (1A, 1B, 1C) zum Nutzen von Abwärme von der Kraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die erste Drehmomentenschätzgleichung und die zweite Drehmomentenschätzgleichung das Drehmoment des Expanders (23) des Weiteren auf der Grundlage einer Drehzahl des Expanders (23) schätzen.
Vorrichtung (1A) zum Nutzen von Abwärme von der Kraftmaschine gemäß Anspruch 5, wobei der Expander (23) und die Pumpe (25) als ein Expander (28) mit integrierter Pumpe konfiguriert sind, die über eine gemeinsame Drehwelle (28a) integriert sind, und wobei die Pumpe (25) durch die Kraftmaschine (10) über den Übertragungsmechanismus (3A) angetrieben wird oder durch den Expander (23) angetrieben wird, wobei die erste Drehmomentenschätzgleichung dafür verwendet wird, ein Drehmoment des Expanders (28) mit integrierter Pumpe in dem Zustand zu schätzen, in dem das Umgehungsventil (27) geöffnet ist, und wobei die zweite Drehmomentenschätzgleichung dafür verwendet wird, ein Drehmoment des Expanders (28) mit integrierter Pumpe in dem Zustand zu schätzen, in dem das Umgehungsventil (27) geschlossen ist.
Vorrichtung (1A, 1B, 1C) zum Nutzen von Abwärme von der Kraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Drehmomentenschätzgleichung eine Gleichung ist zum Schätzen des Drehmoments des Expanders (23) des Weiteren auf der Grundlage einer Kühlmitteltemperatur an einem Einlass des Expanders (23) oder eines Wertes , der damit korreliert.
Vorrichtung (1A, 1B, 1C) zum Nutzen von Abwärme von einer Kraftmaschine, mit: einer Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C), die in einem Zirkulationskanal (21) eines Kühlmittels mit einem Verdampfer (22), der das Kühlmittel durch Erwärmen des Kühlmittels durch die Abwärme von der Kraftmaschine (10) verdampft, einem Expander (23), der das Kühlmittel expandiert, das durch den Verdampfer (22) hindurchgetreten ist, um dadurch eine Leistung zu erzeugen, einem Kondensator (24), der das Kühlmittel kondensiert, das durch den Expander (23) hindurchgetreten ist, und einer Pumpe (25) vorgesehen ist, die das Kühlmittel, das durch den Kondensator (24) hindurchgetreten ist, zu dem Verdampfer (22) zuführt, und die mit einem Expanderumgehungskanal (26), der eine Zirkulierung des Kühlmittels ermöglicht, während es den Expander (23) umgeht, und einem Umgehungsventil (27) versehen ist, das den Expanderumgehungskanal (26) öffnet und schließt, einem Übertragungsmechanismus (3A, 3B, 3C), der eine Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) zu der Kraftmaschine (10) überträgt; und einem Abgabeberechnungsteil (42), der die Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) auf der Grundlage eines Drehmoments des Expanders (23) berechnet und die berechnete Abgabe von der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) zu einer Kraftmaschinensteuereinheit (12) abgibt, die eine Steuerung einer Abgabe von der Kraftmaschine (10) durchführt, wobei der Abgabeberechnungsteil (42) einen Drehmomentenschätzabschnitt (421) hat, der ein Drehmoment des Expanders (23) auf der Grundlage eines Kühlmitteldrucks an der Hochdruckseite der Rankinezyklus-Vorrichtung (2A, 2B, 2C) und eines Kühlmitteldrucks an deren Niederdruckseite schätzt und das geschätzte Drehmoment des Expanders (23) so begrenzt, dass das geschätzte Drehmoment des Expanders (23) nicht unter einen negativen, vorbestimmten Wert fällt.