JP2013076369A - ランキンサイクル - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の偏在を解消するために冷媒ポンプの予備駆動を行うことによる燃費悪化を抑制する。
【解決手段】ランキンサイクル３１は、冷媒を循環させる冷媒ポンプ３２と、エンジン２の廃熱を冷媒に回収する熱交換器２２と、冷媒を膨張させることによって冷媒に回収された廃熱を動力に変換する膨張機３７と、膨張機３７によって膨張した冷媒を凝縮させる凝縮器３８をと、を備える。また、ランキンサイクル３１は、エンジン２から冷媒ポンプ３２に至る動力伝達経路の途中に設けられるクラッチ３５とを備える。そして、ランキンサイクル３１の運転前、かつ、車両の減速中に、クラッチ３５を締結して車両の慣性力によって冷媒ポンプ３２を駆動する。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンの廃熱を動力として回収するランキンサイクルに関する。

ランキンサイクルは、冷媒を循環させる冷媒ポンプと、エンジンの廃熱を冷媒に回収する廃熱回収器と、冷媒を膨張させることによって冷媒に回収された廃熱を動力に変換する膨張機と、膨張機によって膨張した冷媒を凝縮させる凝縮器とを備える。膨張機によって取り出された動力は、ベルト等を介してエンジンの出力軸や発電機に伝達される。

特許文献１は、ランキンサイクルの膨張機の運転を開始する前に冷媒ポンプを駆動（以下、「予備駆動」という。）し、ランキンサイクルにおける冷媒（潤滑成分含む）の分布を適正化する技術を開示している。

特開２００５−３１３８７８号公報

しかしながら、特許文献１においては、かかる冷媒ポンプの予備駆動をエンジンの動力を利用して行っており、燃費を悪化させる原因となっていた。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、冷媒の偏在を解消するために冷媒ポンプの予備駆動を行うことによる燃費悪化を抑制することを目的とする。

本発明のある態様によれば、ランキンサイクルは、冷媒を循環させる冷媒ポンプと、エンジンの廃熱を冷媒に回収する熱交換器と、冷媒を膨張させることによって冷媒に回収された廃熱を動力に変換する膨張機と、膨張機によって膨張した冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備える。また、ランキンサイクルは、エンジンから冷媒ポンプに至る動力伝達経路の途中に設けられるクラッチを備える。そして、ランキンサイクルの運転前、かつ、車両の減速中に、クラッチを締結して車両の慣性力によって冷媒ポンプを駆動する。

上記態様によれば、冷媒ポンプを駆動することで冷媒の偏在が解消されるが、車両の減速中の車両の慣性力によって冷媒ポンプが駆動され、冷媒ポンプの駆動にエンジンの動力が消費されないので、燃費を向上させることができる。

統合サイクルの概略構成図である。 ポンプ及び膨張機を一体化した膨張機ポンプの概略断面図である。 冷媒ポンプの概略断面図である。 膨張機の概略断面図である。 冷媒系バルブの機能を示す概略図である。 ハイブリッド車両の概略構成図である。 エンジンの概略斜視図である。 排気管の配置を車両の下方から見た概略図である。 ランキンサイクル運転域を示したマップである。 ランキンサイクル運転域を示したマップである。 冷媒ポンプ予備駆動制御の内容を示したフローチャートである。 走行中にランキン運転条件が成立した場合の様子を示したタイムチャートである。 ランキン運転条件非成立中に、冷媒分布の適正化のために冷媒ポンプが駆動される場合の様子を示したタイムチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の前提となるランキンサイクル３１のシステム全体を表した概略構成図を示している。図１のランキンサイクル３１は、冷凍サイクル５１と冷媒および凝縮器３８を共有する構成になっており、ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１を統合したサイクルのことを、これ以降統合サイクル３０と表現する。図４は統合サイクル３０が搭載されるハイブリッド車両１の概略構成図である。尚、統合サイクル３０は、ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１の冷媒が循環する回路（通路）及びその途中に設けられたポンプ、膨張機、凝縮器等の構成要素に加え、冷却水や排気の回路（通路）等を含めたシステム全体を指すものとする。

ハイブリッド車両１では、エンジン２、モータジェネレータ８１、自動変速機８２が直列に連結され、自動変速機８２の出力はプロペラシャフト８３、ディファレンシャルギヤ８４を介して駆動輪８５に伝達される。エンジン２とモータジェネレータ８１の間には第１駆動軸クラッチ８６を設けている。また、自動変速機８２の摩擦締結要素の一つが第２駆動軸クラッチ８７として構成されている。第１駆動軸クラッチ８６と第２駆動軸クラッチ８７は、エンジンコントローラ７１に接続されており、ハイブリッド車両の運転条件に応じてその断接（接続状態）が制御される。ハイブリッド車両１では、図７Ｂに示すように、車速がエンジン２の効率が悪いＥＶ走行領域にあるときには、エンジン２を停止し第１駆動軸クラッチ８６を遮断し第２駆動軸クラッチ８７を接続してモータジェネレータ８１による駆動力のみでハイブリッド車両１の走行を行わせる。一方、車速がＥＶ走行領域を外れてランキンサイクル運転域に移行したときには、エンジン２を運転してランキンサイクル３１（後述する）を運転する。エンジン２は排気通路３を備え、排気通路３は、排気マニホールド４と、排気マニホールド４の集合部に接続される排気管５とから構成される。排気管５は途中でバイパス排気管６と分岐しており、バイパス排気管６にバイパスされる区間の排気管５には、排気と冷却水との間で熱交換を行なうための廃熱回収器２２を備える。廃熱回収器２２とバイパス排気管６は、図６に示すように、これらを一体化した廃熱回収ユニット２３として、床下触媒８８とその下流のサブマフラー８９との間に配置される。

図１に基づき、まず、エンジン冷却水回路について説明する。エンジン２を出た８０〜９０℃程度の冷却水は、ラジエータ１１を通る冷却水通路１３と、ラジエータ１１をバイパスするバイパス冷却水通路１４とに別れて流れる。その後、２つの流れは、両通路１３、１４を流れる冷却水流量の配分を決めるサーモスタットバルブ１５で再び合流し、さらに冷却水ポンプ１６を経てエンジン２に戻る。冷却水ポンプ１６はエンジン２によって駆動され、その回転速度はエンジン回転速度と同調している。サーモスタットバルブ１５は、冷却水温度が高い場合に冷却水通路１３側のバルブ開度を大きくしてラジエータ１１を通過する冷却水量を相対的に増やし、冷却水温度が低い場合に冷却水通路１３側のバルブ開度を小さくしてラジエータ１１を通過する冷却水量を相対的に減らす。エンジン２の暖機前など特に冷却水温度が低い場合には、完全にラジエータ１１をバイパスさせて冷却水の全量がバイパス冷却水通路１４側を流れる。一方、バイパス冷却水通路１４側のバルブ開度は全閉になることはなく、ラジエータ１１を流れる冷却水流量が多くなったときに、バイパス冷却水通路１４を流れる冷却水の流量は、冷却水の全量がバイパス冷却水通路１４側を流れる場合と比べて低下するが、流れが完全に停止することがないようにサーモスタットバルブ１５が構成されている。ラジエータ１１をバイパスするバイパス冷却水通路１４は、冷却水通路１３から分岐して後述の熱交換器３６に直接接続する第１バイパス冷却水通路２４と、冷却水通路１３から分岐して廃熱回収器２２を経た後に熱交換器３６に接続する第２バイパス冷却水通路２５とからなる。

バイパス冷却水通路１４には、ランキンサイクル３１の冷媒と熱交換を行なう熱交換器３６を備える。この熱交換器３６は蒸発器と過熱器とを統合したものである。すなわち、熱交換器３６には２つの冷却水通路３６ａ、３６ｂがほぼ一列に、また、冷媒と冷却水が熱交換可能なようにランキンサイクル３１の冷媒が流れる冷媒通路３６ｃは冷却水通路３６ａ、３６ｂと隣接して設けられている。さらに熱交換器３６の全体を俯瞰して見たときにランキンサイクル３１の冷媒と冷却水が互いに流れ方向が逆向きとなるように各通路３６ａ、３６ｂ、３６ｃが構成されている。

詳細には、ランキンサイクル３１の冷媒にとって上流（図１の左）側に位置する一方の冷却水通路３６ａは、第１バイパス冷却水通路２４に介装されている。この冷却水通路３６ａ及びこの冷却水通路３６ａに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器左側部分は、エンジン２から出た冷却水を冷却水通路３６ａに直接導入することで、冷媒通路３６ｃを流れるランキンサイクル３１の冷媒を加熱するための蒸発器である。

ランキンサイクル３１の冷媒にとって下流（図１の右）側に位置する他方の冷却水通路３６ｂには、第２バイパス冷却水通路２５を介して廃熱回収器２２を経た冷却水が導入される。冷却水通路３６ｂ及びこの冷却水通路３６ｂに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器右側部分（ランキンサイクル３１の冷媒にとって下流側）は、エンジン２の出口の冷却水を排気によってさらに加熱した冷却水を冷却水通路３６ｂに導入することで、冷媒通路３６ｃを流れる冷媒を過熱する過熱器である。

廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａは排気管５に隣接して設けている。廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａにエンジン２の出口の冷却水を導入することで、冷却水を高温の排気によって例えば１１０〜１１５℃程度まで加熱することができる。廃熱回収器２２の全体を俯瞰して見たときに、排気と冷却水とが互いに流れる向きが逆向きとなるように冷却水通路２２ａが構成されている。

廃熱回収器２２を設けた第２バイパス冷却水通路２５には制御弁２６が介装されている。エンジン２の内部にある冷却水の温度を指すエンジン水温が、例えばエンジン２の効率悪化やノックを発生させないための許容温度（例えば１００℃）を超えないように、エンジン２の出口の冷却水温度センサ７４の検出温度が所定値以上になると、この制御弁２６の開度を減少させるようにしている。エンジン水温が許容温度に近づくと、廃熱回収器２２を通過する冷却水量を減少させるので、エンジン水温が許容温度を超えてしまうことを確実に防ぐことができる。

一方、第２バイパス冷却水通路２５の流量が減少したことによって、廃熱回収器２２により上昇する冷却水温度が上がりすぎて冷却水が蒸発（沸騰）してしまったのでは、冷却水通路内の冷却水の流れが悪くなって部品温度が過剰に上昇してしまう恐れがある。これを避けるため、廃熱回収器２２をバイパスするバイパス排気管６と、廃熱回収器２２の排気通過量とバイパス排気管６の排気通過量とをコントロールするサーモスタットバルブ７をバイパス排気管６の分岐部に設けている。すなわち、サーモスタットバルブ７は、そのバルブ開度が廃熱回収器２２を出た冷却水温度が所定の温度（例えば沸騰温度１２０℃）を超えないように、廃熱回収器２２を出た冷却水温度に基づいて調節される。

熱交換器３６とサーモスタットバルブ７と廃熱回収器２２とは、廃熱回収ユニット２３として一体化されていて、車幅方向略中央の床下において排気管途中に配設されている。サーモスタットバルブ７は、バイメタル等を用いた比較的簡易な感温弁でも良いし、温度センサ出力が入力されるコントローラによって制御される制御弁であっても良い。サーモスタットバルブ７による排気から冷却水への熱交換量の調節は比較的大きな遅れを伴うため、サーモスタットバルブ７を単独で調節したのではエンジン水温が許容温度を超えないようにするのが難しい。しかしながら、第２バイパス冷却水通路２５の制御弁２６をエンジン水温（出口温度）に基づき制御するようにしてあるので、熱回収量を速やかに低減し、エンジン水温が許容温度を超えるのを確実に防ぐことができる。また、エンジン水温が許容温度までに余裕がある状態であれば、廃熱回収器２２を出る冷却水温度がエンジン水温の許容温度を越えるほどの高温（例えば１１０〜１１５℃）になるまで熱交換を行って、廃熱回収量を増加させることができる。冷却水通路３６ｂを出た冷却水は、第２バイパス冷却水通路２５を介して第１バイパス冷却水通路２４に合流されている。

バイパス冷却水通路１４からサーモスタットバルブ１５に向かう冷却水の温度が、例えば熱交換器３６でランキンサイクル３１の冷媒と熱交換することによって十分低下していれば、サーモスタットバルブ１５の冷却水通路１３側のバルブ開度が小さくされて、ラジエータ１１を通過する冷却水量は相対的に減らされる。逆にバイパス冷却水通路１４からサーモスタットバルブ１５に向かう冷却水の温度が、ランキンサイクル３１が運転されていないことなどによって高くなると、サーモスタットバルブ１５の冷却水通路１３側のバルブ開度が大きくされて、ラジエータ１１を通過する冷却水量は相対的に増やされる。このようなサーモスタットバルブ１５の動作に基づいて、エンジン２の冷却水温度が適当に保たれ、熱がランキンサイクル３１へ適当に供給（回収）されるように構成されている。

次に、ランキンサイクル３１について述べる。ここでは、ランキンサイクル３１は、単純なランキンサイクルでなく、冷凍サイクル５１と統合した統合サイクル３０の一部として構成されている。以下では、基本となるランキンサイクル３１を先に説明し、その後に冷凍サイクル５１に言及する。

ランキンサイクル３１は、エンジン２の冷却水を介してエンジン２の廃熱を冷媒に回収し、回収した廃熱を動力として回生するシステムである。ランキンサイクル３１は、冷媒ポンプ３２、過熱器としての熱交換器３６、膨張機３７及び凝縮器（コンデンサ）３８を備え、各構成要素は冷媒（Ｒ１３４ａ等）が循環する冷媒通路４１〜４４により接続されている。

冷媒ポンプ３２の軸は同一の軸上で膨張機３７の出力軸と連結配置され、膨張機３７の発生する出力（動力）によって冷媒ポンプ３２を駆動すると共に、発生動力をエンジン２の出力軸（クランク軸）に供給する構成である（図２Ａ参照）。すなわち、冷媒ポンプ３２の軸及び膨張機３７の出力軸は、エンジン２の出力軸と平行に配置され、冷媒ポンプ３２の軸の先端に設けたポンププーリ３３と、クランクプーリ２ａとの間にベルト３４を掛け回している（図１参照）。なお、本実施形態の冷媒ポンプ３２としてはギヤ式のポンプを、膨張機３７としてはスクロール式の膨張機を採用している（図２Ｂ、図２Ｃ参照）。

また、ポンププーリ３３と冷媒ポンプ３２との間に電磁式のクラッチ（このクラッチを以下「膨張機クラッチ」という。）３５（第１クラッチ）を設けて、冷媒ポンプ３２及び膨張機３７とを、エンジン２と断接可能にしている（図２Ａ参照）。このため、膨張機３７の発生する出力が冷媒ポンプ３２の駆動力及び回転体が有するフリクションを上回る場合（予測膨張機トルクが正の場合）に膨張機クラッチ３５を接続することで、膨張機３７の発生する出力によってエンジン出力軸の回転をアシスト（補助）することができる。このように廃熱回収によって得たエネルギを用いてエンジン出力軸の回転をアシストすることで、燃費を向上できる。また、冷媒を循環させる冷媒ポンプ３２を駆動するためのエネルギも、回収した廃熱で賄うことができる。なお、膨張機クラッチ３５は、エンジン２から冷媒ポンプ３２及び膨張機３７に至る動力伝達経路の途中であればどこに設けられていてもよい。

冷媒ポンプ３２からの冷媒は冷媒通路４１を介して熱交換器３６に供給される。熱交換器３６は、エンジン２の冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を気化し過熱する熱交換器である。

熱交換器３６からの冷媒は冷媒通路４２を介して膨張機３７に供給される。膨張機３７は、気化し過熱された冷媒を膨張させることにより熱を回転エネルギに変換する蒸気タービンである。膨張機３７で回収された動力は冷媒ポンプ３２を駆動し、ベルト伝動機構を介してエンジン２に伝達され、エンジン２の回転をアシストする。

膨張機３７からの冷媒は冷媒通路４３を介して凝縮器３８に供給される。凝縮器３８は、外気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を冷却し液化する熱交換器である。このため、凝縮器３８をラジエータ１１と並列に配置し、ラジエータファン１２によって冷却するようにしている。

凝縮器３８により液化された冷媒は、冷媒通路４４を介して冷媒ポンプ３２に戻される。冷媒ポンプ３２に戻された冷媒は、冷媒ポンプ３２により再び熱交換器３６に送られ、ランキンサイクル３１の各構成要素を循環する。

次に、冷凍サイクル５１について述べる。冷凍サイクル５１は、ランキンサイクル３１を循環する冷媒を共用するため、ランキンサイクル３１と統合され、冷凍サイクル５１の構成そのものは簡素になっている。すなわち、冷凍サイクル５１は、コンプレッサ（圧縮機）５２、凝縮器３８、エバポレータ（蒸発器）５５を備える。

コンプレッサ５２は冷凍サイクル５１の冷媒を高温高圧に圧縮する流体機械で、エンジン２によって駆動される。すなわち、図４にも示したようにコンプレッサ５２の駆動軸にはコンプレッサプーリ５３が固定され、このコンプレッサプーリ５３とクランクプーリ２ａとにベルト３４を掛け回している。エンジン２の駆動力がこのベルト３４を介してコンプレッサプーリ５３に伝達され、コンプレッサ５２が駆動される。また、コンプレッサプーリ５３とコンプレッサ５２との間に電磁式のクラッチ（このクラッチを以下「コンプレッサクラッチ」という。）５４（第２クラッチ）を設けて、コンプレッサ５２とコンプレッサプーリ５３とを断接可能にしている。

図１に戻り、コンプレッサ５２からの冷媒は冷媒通路５６を介して冷媒通路４３に合流した後、凝縮器３８に供給される。凝縮器３８は外気との熱交換によって冷媒を凝縮し液化する熱交換器である。凝縮器３８からの液状の冷媒は、冷媒通路４４から分岐する冷媒通路５７を介してエバポレータ（蒸発器）５５に供給される。エバポレータ５５は、図示しないヒータコアと同様にエアコンユニットのケース内に配設されている。エバポレータ５５は、凝縮器３８からの液状冷媒を蒸発させ、そのときの蒸発潜熱によってブロアファンからの空調空気を冷却する熱交換器である。

エバポレータ５５によって蒸発した冷媒は冷媒通路５８を介してコンプレッサ５２に戻される。なお、エバポレータ５５によって冷却された空調空気とヒータコアによって加熱された空調空気は、エアミックスドアの開度に応じて混合比率が変更され、乗員の設定する温度に調節される。

ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１とからなる統合サイクル３０には、サイクル内を流れる冷媒を制御するため、回路途中に各種の弁が適宜設けられている。例えば、ランキンサイクル３１を循環する冷媒を制御するため、冷凍サイクル分岐点４５と冷媒ポンプ３２とを連絡する冷媒通路４４にポンプ上流弁６１、熱交換器３６と膨張機３７とを連絡する冷媒通路４２に膨張機上流弁６２を備える。また、冷媒ポンプ３２と熱交換器３６とを連絡する冷媒通路４１には、熱交換器３６から冷媒ポンプ３２への冷媒の逆流を防止するため逆止弁６３を備えている。膨張機３７と冷凍サイクル合流点４６とを連絡する冷媒通路４３にも、冷凍サイクル合流点４６から膨張機３７への冷媒の逆流を防止するため逆止弁６４を備えている。また、膨張機上流弁６２上流から膨張機３７をバイパスして逆止弁６４上流に合流する膨張機バイパス通路６５を設け、この膨張機バイパス通路６５にバイパス弁６６を設けている。さらに、バイパス弁６６をバイパスする通路６７に圧力調整弁６８を設けている。冷凍サイクル５１側についても、冷凍サイクル分岐点４５とエバポレータ５５とを接続する冷媒通路５７にエアコン回路弁６９を設けている。

上記４つの弁６１、６２、６６、６９はいずれも電磁式の開閉弁である。圧力センサ７２により検出される膨張機上流圧力の信号、圧力センサ７３により検出される凝縮器３８の出口の冷媒圧力Ｐｄの信号、膨張機３７の回転速度信号等がエンジンコントローラ７１に入力されている。エンジンコントローラ７１では、所定の運転条件に応じ、これらの各入力信号に基づいて、冷凍サイクル５１のコンプレッサ５２や、ラジエータファン１２の制御を行なうとともに、上記４つの電磁式開閉弁６１、６２、６６、６９の開閉を制御する。

例えば、圧力センサ７２により検出される膨張機上流側圧力及び膨張機回転速度に基づいて膨張機トルク（回生動力）を予測し、この予測膨張機トルクが正のとき（エンジン出力軸の回転をアシストすることができるとき）に膨張機クラッチ３５を締結し、予測膨張機トルクがゼロないし負のときに膨張機クラッチ３５を解放する。センサ検出圧力と膨張機回転速度とに基づくことで、排気温度から膨張機トルク（回生動力）を予測する場合とくらべ、高い精度で膨張機トルクを予測することができ、膨張機トルクの発生状況に応じて膨張機クラッチ３５の締結・解放を適切に行うことができる（詳細は特開２０１０−１９０１８５号公報参照）。

上記４つの開閉弁６１、６２、６６、６９及び２つの逆止弁６３、６４は、冷媒系バルブである。これらの冷媒系バルブの機能を改めて図３に示す。

図３において、ポンプ上流弁６１は、冷凍サイクル５１の回路に比べてランキンサイクル３１の回路に冷媒が偏り易くなる所定の条件で閉じることで、ランキンサイクル３１への冷媒（潤滑成分を含む）の偏りを防止するためのもので、後述するように、膨張機３７下流の逆止弁６４と協働してランキンサイクル３１の回路を閉塞させる。膨張機上流弁６２は、熱交換器３６からの冷媒圧力が相対的に低い場合に冷媒通路４２を遮断し熱交換器３６からの冷媒が高圧になるまで保持することができるようにするものである。これによって、膨張機トルクが十分得られない場合でも冷媒の加熱を促し、例えばランキンサイクル３１が再起動する（回生が実際に行なえるようになる）までの時間を短縮させることができる。バイパス弁６６は、ランキンサイクル３１の始動時等にランキンサイクル３１側に存在する冷媒量が十分でないときなどに、膨張機３７をバイパスさせた上で冷媒ポンプ３２の作動が行えるように開弁し、ランキンサイクル３１の起動時間を短縮するためのものである。膨張機３７をバイパスさせた上で冷媒ポンプ３２を作動させることで、凝縮器３８の出口あるいは冷媒ポンプ３２の入口の冷媒温度が、その部位の圧力を考慮した沸点から所定温度差（サブクール温度SC）以上に低下した状態が実現されれば、ランキンサイクル３１には十分な液体冷媒が供給できる状態が整ったことになる。

熱交換器３６上流の逆止弁６３は、バイパス弁６６、圧力調整弁６８、膨張機上流弁６２と協働して膨張機３７に供給される冷媒を高圧に保持するためのものである。ランキンサイクルの回生効率が低い条件ではランキンサイクルの運転を停止し、熱交換器の前後区間に亘って回路を閉塞することで、停止中の冷媒圧力を上昇させておき、高圧冷媒を利用してランキンサイクルが速やかに再起動できるようにする。圧力調整弁６８は膨張機３７に供給される冷媒の圧力が高くなり過ぎた場合に開いて、高くなり過ぎた冷媒を逃すリリーフ弁の役割を有している。

膨張機３７下流の逆止弁６４は、上述のポンプ上流弁６１と協働してランキンサイクル３１への冷媒の偏りを防止するためのものである。ハイブリッド車両１の運転開始直後、エンジン２が暖まっていないとランキンサイクル３１が冷凍サイクル５１より低温となり、冷媒がランキンサイクル３１側に偏ることがある。ランキンサイクル３１側に偏る確率はそれほど高くないものの、例えば夏場の車両運転開始直後には、車内を早く冷やしたい状況にあって冷房能力が最も要求されることから、冷媒の僅かな偏在も解消して冷凍サイクル５１の冷媒を確保したいという要求がある。そこで、ランキンサイクル３１側への冷媒の偏在を防止するため逆止弁６４を設けたものである。

コンプレッサ５２は、駆動停止時に冷媒が自由通過できる構造ではなく、エアコン回路弁６９と協働して冷凍サイクル５１への冷媒の偏りを防止することができる。これについて説明する。冷凍サイクル５１の運転が停止したとき、定常運転中の比較的高い温度のランキンサイクル３１側から冷凍サイクル５１側へと冷媒が移動して、ランキンサイクル３１を循環する冷媒が不足することがある。冷凍サイクル５１の中で、冷房停止直後はエバポレータ５５の温度が低くなっていて、比較的容積が大きく温度が低くなっているエバポレータ５５に冷媒が溜まり易い。この場合に、コンプレッサ５２の駆動停止によって凝縮器３８からエバポレータ５５への冷媒の動きを遮断するとともに、エアコン回路弁６９を閉じることで、冷凍サイクル５１への冷媒の偏りを防止するのである。

次に、図５はエンジン２全体のパッケージを示すエンジン２の概略斜視図である。図５において特徴的なのは、熱交換器３６が排気マニホールド４の鉛直上方に配置されていることである。排気マニホールド４の鉛直上方のスペースに熱交換器３６を配置することによって、ランキンサイクル３１のエンジン２への搭載性を向上させている。また、エンジン２にはテンションプーリ８が設けられる。

次に、ランキンサイクル３１の基本的な運転方法を図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明する。

まず、図７Ａ及び図７Ｂはランキンサイクル３１の運転領域図である。図７Ａには横軸を外気温、縦軸をエンジン水温（冷却水温度）としたときのランキンサイクル３１の運転域を、図７Ｂには横軸をエンジン回転速度、縦軸をエンジントルク（エンジン負荷）としたときのランキンサイクル３１の運転域を示している。

図７Ａ及び図７Ｂのいずれにおいても所定の条件を満たしたときにランキンサイクル３１を運転するもので、これら両方の条件が満たされた場合にランキンサイクル３１を運転する。図７Ａにおいては、エンジン２の暖機を優先する低水温側の領域と、コンプレッサ５２の負荷が増大する高外気温側の領域でランキンサイクル３１の運転を停止している。排気温度が低く回収効率が悪い暖機時は、むしろランキンサイクル３１を運転しないことで冷却水温度を速やかに上昇させる。高い冷房能力が要求される高外気温時はランキンサイクル３１を止めて、冷凍サイクル５１に十分な冷媒と凝縮器３８の冷却能力を提供する。図７Ｂにおいては、ハイブリッド車両であるので、ＥＶ走行領域と、膨張機３７のフリクションが増大する高回転速度側の領域でランキンサイクル３１の運転を停止している。膨張機３７は全ての回転速度でフリクションが少ない高効率な構造とすることが難しいことから、図７Ｂの場合では、運転頻度の高いエンジン回転速度域でフリクションが小さく高効率となるように、膨張機３７が構成（膨張機３７各部のディメンジョン等が設定）されている。

ところで、冷媒は構成部品の温度変動により、運転・停止中に関わらずサイクル内を移動し、局所的な潤滑油の偏在が生じ得る。本実施形態の統合サイクル３０においては、停止中のランキンサイクル３１における冷媒（潤滑成分含む。）の偏りを防止するために、ポンプ上流弁６１及び逆止弁６４を設けているが（図３参照）、ランキンサイクル３１が停止している時に生じる冷媒の偏在を完全に防止することはできない。停止中の冷媒の分布は、運転停止（キーＯＦＦ）時における冷媒の分布にも影響を受ける。また、弁と弁の間の閉塞区間内においても、局所的な冷媒の偏在が生じ得る。冷媒が偏在していると、ランキンサイクル３１の内部（回路）全体に必ずしも十分な潤滑成分が行き渡っていない状態となって、回転部等の潤滑を損ない、機能信頼性に影響がでる可能性がある。このため、キーＯＦＦからキーＯＮする際は、ランキンサイクル３１の内部全体に冷媒を行き渡らせるように、冷媒を循環させて潤滑性能を確保するのが望ましい。また、ランキンサイクル３１を運転するためには、運転開始時点で冷媒ポンプ３２の入口に十分な液相の冷媒が準備・供給できている（存在する）ことが重要である。キーＯＮ後に初めてランキンサイクル３１を運転するときだけでなく、エンジン２の運転条件によってランキンサイクル３１の運転を一時的に停止する（キーＯＮ中に運転停止と運転再開とを繰り返す）場合にも、冷媒ポンプ３２の入口での液相冷媒の存在が不十分になる可能性がある。

そこで、本実施形態では、ランキンサイクル３１の運転を開始する場合、運転開始前に、以下に説明する冷媒ポンプ予備駆動制御を行い、ランキンサイクル３１における冷媒の偏在、及び、冷媒ポンプ３２の入口における冷媒不足を解消する。すなわち、キーＯＮ後に少なくとも１度は、ランキンサイクル３１の内部全体に十分な冷媒が行き渡るように、分布適正化を行うとともに、ランキンサイクル３１の運転開始の都度、冷媒ポンプ３２の入口に十分な液相の冷媒が存在するように冷媒準備処理を行なう。冷媒準備処理と分布適正化の違いは、例えば、冷媒ポンプの予備駆動の強さの違いであり、冷媒準備処理における冷媒ポンプの予備駆動は、分布適正化より時間を長くする。また、冷媒準備処理は基本的に連続的な冷媒ポンプ３２の予備駆動である必要があるのに対し、分布適正化は予備駆動が連続的であるかどうかはあまり重要ではない。但し、冷媒準備処理と分布適正化の違いは運転条件によって影響を受けるため、例えば予備駆動の時間が上記の逆の関係になることもあり得る。

分布適正化は、長期放置による潤滑不足を解消するためのもので、キーＯＮ後少なくとも１回実施すれば良い。その後キーＯＮ状態においてランキンサイクルの一時的な運転停止があっても、原則として潤滑不足になる心配はない。一方、冷媒準備処理は、ランキンサイクル３１の運転中に、冷媒ポンプ３２入口に液相冷媒を供給し続けることができる（冷媒が気相になって途切れることがない）ようにするための運転開始時の前処理であって、ランキンサイクルを運転開始する前に実施する。ランキンサイクル３１を停止させると、冷媒ポンプ３２の入口の状態はすぐに変化してしまう（液相冷媒を供給し続けることができる状態ではなくなってしまう）ため、冷媒準備処理はランキンサイクルを運転開始する都度実施する。尚、冷媒ポンプ３２の入口に液相冷媒を供給し続けることができる状態とは、ランキンサイクル３１を運転させるのに必要な所定状態の冷媒が冷媒ポンプ３２の入口に存在する状態であり、具体的には、冷媒ポンプ３２の入口（又は凝縮器３８の出口）が、その場の圧力を考慮した沸点からの温度低下代（サブクール度）が所定以上となる温度になっていることである。そのためには、運転開始時点で冷媒ポンプ３２の入口に十分な液相の冷媒が準備・供給できている（存在する）ことが必要である。

冷媒ポンプ予備駆動制御は、制御上の位置付けからすれば、大きく分けて、第１分布適正化処理、冷媒準備処理、第２分布適正化処理から構成され、それぞれの処理の概要は次の通りである。

(a)第１分布適正化処理の概要
ランキンサイクル３１を運転させる条件（以下、「ランキン運転条件」という。）が成立しており、かつ、冷媒分布の適正化が必要な場合は、膨張機クラッチ３５を締結してエンジン２の出力を利用して冷媒ポンプ３２を駆動するとともに、バイパス弁６６を開く。これによって、ランキンサイクル３１の冷媒を循環させ、ランキンサイクル３１における冷媒の偏在を解消する。バイパス弁６６を開くのは、冷媒に膨張機３７をバイパスさせて通路抵抗を小さくするためである。

冷媒分布の適正化が必要な場合とは、１トリップ中、すなわち、キーＯＮからキーＯＦＦまでの間で、ランキンサイクル３１が一度も運転していない場合、又は、第１分布適正化処理及び第２分布適正化処理を含めた分布適正化処理の累積実行時間が、冷媒の偏在を解消するのに必要な時間（以下、「分布適正化完了時間」という。）未満の場合である。このような場合に、ランキンサイクル３１の内部回路においてまだ冷媒が偏在しており、潤滑不足が解消されていないものとみなす。尚、分布適正化処理は、冷媒ポンプ３２の入口に十分な液相冷媒を供給するための冷媒準備処理の一部を成すことができる。

(b)冷媒準備処理の概要
ランキン運転条件が成立しており、かつ、冷媒分布の適正化が不要な場合は、減速時燃料カット中に、膨張機クラッチ３５を締結するとともにバイパス弁６６を開き、減速時の車両慣性力で冷媒ポンプ３２を駆動し、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒（液相）を準備する。

ただし、ランキン運転条件の成立後、しばらくしても減速時燃料カットが実行されない場合は、ランキンサイクル３１を運転させないことによる燃費悪化の影響が大きくなるので、膨張機クラッチ３５を締結してエンジン２の動力によって冷媒ポンプ３２を駆動し、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒を準備し、準備が整い次第、ランキンサイクル３１の運転を開始する。

また、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒が準備される前に減速時燃料カットが終了した場合は、エンジン２の出力によって冷媒ポンプ３２の駆動を継続し、冷媒ポンプ３２の入口における冷媒の準備が確実になされるようにする。尚、冷媒準備処理は、ランキンサイクル３１における冷媒の偏在と潤滑不足を解消するための分布適正化処理を兼ねることができる。

(c)第２分布適正化処理の概要
ランキン運転条件が非成立で、かつ、冷媒分布の適正化が必要な場合は、エンジン２の減速時燃料カット中に、膨張機クラッチ３５を締結するとともにバイパス弁６６を開き、減速時の車両慣性力で冷媒ポンプ３２を駆動する。これによって、ランキンサイクル３１の冷媒を循環させ、冷媒の偏在を解消する。

ただし、冷媒の偏在が解消する前に減速時燃料カットが終了した場合は、膨張機クラッチ３５を解放して、処理を終了する。

図８は、上記冷媒ポンプ予備駆動制御の内容を示したフローチャートである。これを参照しながら冷媒ポンプ予備駆動制御の詳細について説明する。

Ｓ１１〜Ｓ１６では、エンジンコントローラ７１は、ランキンサイクル３１が運転中（始動済）か（Ｓ１１）、ランキン運転条件が成立しているか（Ｓ１２）、冷媒分布の適正化が必要（冷媒の偏在有）か（Ｓ１５、Ｓ１６）を判断する。

ランキン運転条件が前回成立しておらず、今回初めて成立した場合は、エンジンコントローラ７１は、ランキン運転条件が成立してからの経過時間を計測するためのタイマ１をスタートさせる（Ｓ１３、Ｓ１４）。タイマ１は、ランキン運転条件が成立しているにも関わらず、減速時燃料カットがなかなか実行されず、実際にはランキンサイクル３１が運転されていない時間が、どれほどになったかを計測するためのものである。

ランキン運転条件が成立しているか否かは、図７Ａ及び図７Ｂに示したマップを参照して判断され、外気温と冷却水温とで決まる運転点、及び、回転速度とトルクとで決まる運転点が、いずれもランキンサイクル運転域に入っている場合は、ランキン運転条件が成立したと判断される。

ランキン運転中の場合は、エンジンコントローラ７１は、膨張機クラッチ３５を締結してエンジン２の動力で冷媒ポンプ３２を駆動するとともに、バイパス弁６６を閉じて冷媒を膨張機３７側に流すランキン運転状態を維持し（Ｓ６１）、タイマ１及びタイマ２をリセットする（Ｓ６２、Ｓ６３）。

タイマ２は、第１冷媒分布適正化処理、冷媒準備処理及び第２冷媒分布適正化処理において、膨張機クラッチ３５を締結して冷媒ポンプ３２の駆動を開始した時点からの経過時間を計測するためのタイマである。冷媒ポンプの予備駆動時間が、冷媒ポンプ３２の入口に十分な液相冷媒を供給、存在させるのに十分な冷媒準備完了時間に、達したかどうかを判断するのに用いられる。

ランキン停止中、ランキン運転条件不成立、かつ、冷媒分布の適正化が不要の場合は、エンジンコントローラ７１は、膨張機クラッチ３５を解放するとともに、バイパス弁６６を開いて（Ｓ６４）、ランキン停止状態を維持し、タイマ１及びタイマ２をリセットする（Ｓ６２、Ｓ６３）。

(a)第１冷媒分布適正化処理の詳細
ランキン停止中、ランキン運転条件成立かつ冷媒分布適正化必要の場合は、処理がＳ２１に進み、エンジンコントローラ７１は第１冷媒分布適正化処理を行う。

まず、エンジンコントローラ７１は、今回のトリップにおいて、第１冷媒分布適正化処理及び第２冷媒分布適正化処理を含めて、冷媒分布適正化処理を行うのが初めてか判断し（Ｓ２１）、初めての場合はカウンタＮをゼロにリセットし（Ｓ２２）、初めてでない場合はカウンタＮをインクリメントする（Ｓ２３）。

カウンタＮは、冷媒分布適正化処理が行われた時間を累積するカウンタであり、第１冷媒分布適正化処理又は第２冷媒分布適正化処理が行われている間、インクリメントされ続け、トリップ終了時にリセットされる。

次に、エンジンコントローラ７１は、分布適正化処理が前回から継続しているか判断し（Ｓ２４）、分布適正化処理を前回から継続していない場合、すなわち、分布適正化処理を今回開始する場合は、タイマ２をスタートさせる（Ｓ２５）。

次に、エンジンコントローラ７１は、カウンタＮが分布適正化完了時間以上であるか判断する（Ｓ２６）。分布適正化完了時間は、冷媒の偏在を解消するのに必要な冷媒分布適正化処理の実行時間（冷媒ポンプ３２の駆動時間）に設定される。

カウンタＮが分布適正化完了時間未満である場合は、冷媒の偏在がまだ解消していないので、エンジンコントローラ７１は、膨張機クラッチ３５を締結して冷媒ポンプ３２を駆動するとともに、バイパス弁６６を開いて冷媒が膨張機３７をバイパスするようにし（Ｓ６５）、ランキンサイクル３１内の冷媒を循環させて冷媒分布の適正化を行う。このとき冷媒ポンプ３２を駆動する動力としては、減速時燃料カット中であれば車両慣性力が、減速時燃料カット中でなければエンジン２の動力が利用される。

カウンタＮが分布適正化完了時間以上である場合は、エンジンコントローラ７１は、さらに、タイマ２が冷媒準備完了時間以上であるか判断する（Ｓ６６）。冷媒準備完了時間は、冷媒ポンプ３２の駆動を開始してから、冷媒分布の適正化が完了し、さらに、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒（液相）が準備されるまでに必要な時間である。

タイマ２が冷媒準備完了時間未満の場合は、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒がまだ準備できていないので、エンジンコントローラ７１は、膨張機クラッチ３５を締結して冷媒ポンプ３２を駆動するとともに、バイパス弁６６を開いて冷媒が膨張機３７をバイパスするようにし（Ｓ６５）、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒が準備されるようにする。

タイマ２が冷媒準備完了時間以上の場合は、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒が準備できているので、エンジンコントローラ７１は、膨張機クラッチ３５を締結して冷媒ポンプ３２を駆動するとともに、バイパス弁６６を閉じて冷媒が膨張機３７に流れるようにし（Ｓ６７）、ランキンサイクル３１の運転を開始する。また、エンジンコントローラ７１は、タイマ１及びタイマ２をリセットする（Ｓ６８）。

(b)冷媒準備処理の詳細
ランキン停止中、ランキン運転条件成立かつ冷媒分布適正化不要の場合は、処理がＳ３１に進み、エンジンコントローラ７１は冷媒準備処理を行う。

まず、エンジンコントローラ７１は、エンジン２が減速時燃料カット中か判断する（Ｓ３１）。減速時燃料カット中でないと判断した場合は、さらに、エンジンコントローラ７１は、タイマ１が限界待機時間以上かを判断する（Ｓ３３）。

限界待機時間は、車両慣性力で冷媒ポンプ３２を駆動することで燃費向上が期待できる、ランキン運転条件が成立してからの待ち時間の上限値に設定され、冷媒準備完了時間よりも長い時間に設定される。限界待機時間を超える場合はランキンサイクル３１を運転させないことによる燃費悪化の影響が大きくなるので、膨張機クラッチ３５を締結してエンジン１の動力によって冷媒ポンプ３２を駆動した方が燃費が向上する。

減速時燃料カット中、又は、タイマ１が限界待機時間以上である場合は、エンジンコントローラ７１は、前回も減速時燃料カット中、又は、タイマ１が限界待機時間以上であるかを判断し（Ｓ３３）、前回は減速時燃料カット中でない、又は、タイマ１が限界待機時間未満、すなわち、前回から今回にかけて減速時燃料カット中、又は、タイマ１が限界待機時間以上になった場合は、タイマ２をスタートさせる（Ｓ３５）。

次に、エンジンコントローラ７１は、タイマ２が冷媒準備完了時間以上であるか判断する（Ｓ６６）。タイマ２が冷媒準備完了時間未満の場合は、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒がまだ準備できていないので、膨張機クラッチ３５を締結して冷媒ポンプ３２を駆動するとともに、バイパス弁６６を開いて冷媒が膨張機３７をバイパスするようにし（Ｓ６５）、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒が準備されるようにする。

タイマ２が冷媒準備完了時間以上の場合は、エンジンコントローラ７１は、膨張機クラッチ３５を締結して冷媒ポンプ３２を駆動するとともに、バイパス弁６６を閉じて冷媒が膨張機３７に流れるようにし（Ｓ６７）、ランキンサイクル３１の運転を開始する。また、エンジンコントローラ７１は、タイマ１及びタイマ２をリセットする（Ｓ６８）。

減速時燃料カット中ではなく、タイマ１が限界待機時間未満の場合は、エンジンコントローラ７１は、膨張機クラッチ３５が締結済みか判断し（Ｓ３７）、締結済みであればタイマ２が所定時間以上になるまで膨張機クラッチ３５が締結、かつ、バイパス弁６６が開の状態を継続する（Ｓ６６、Ｓ６５）。膨張機クラッチ３５が解放されていれば、エンジンコントローラ７１は、膨張機クラッチ３５が解放、かつ、バイパス弁６６が開の状態を継続する（Ｓ６９）。

(c)第２冷媒分布適正化処理の詳細
ランキン停止中、ランキン運転条件非成立かつ冷媒分布適正化必要の場合は、処理がＳ４１に進み、エンジンコントローラ７１は、第２冷媒分布適正化処理を行う。

まず、エンジンコントローラ７１は、エンジン２が減速時燃料カット中かを判断する。減速時燃料カット中でない場合は、エンジンコントローラ７１は、膨張機クラッチ３５を解放するとともに、バイパス弁６６を開いて（Ｓ６４）、ランキン停止状態を維持し、タイマ１及びタイマ２をリセットする（Ｓ６２、Ｓ６３）。

減速時燃料カット中の場合は、エンジンコントローラ７１は、さらに、今回のトリップにおいて、第１冷媒分布適正化処理及び第２冷媒分布適正化処理を含めて、冷媒分布適正化処理を行うのが初めてか判断し（Ｓ４２）、初めての場合はカウンタＮをゼロにリセットし（Ｓ４３）、初めてでない場合はカウンタＮをインクリメントする（Ｓ４４）。

次に、エンジンコントローラ７１は、カウンタＮが分布適正化完了時間以上であるか判断する（Ｓ４５）。カウンタＮが分布適正化完了時間以上の場合は、冷媒分布の適正化が完了しているので、膨張機クラッチ３５を解放するとともに、バイパス弁６６を開いて（Ｓ６４）、ランキン停止状態を維持し、タイマ１及びタイマ２をリセットする（Ｓ６２、Ｓ６３）。

カウンタＮが分布適正化完了時間未満の場合は、第２冷媒分布適正化処理が前回から継続しているか判断し（Ｓ４６）、第２冷媒分布適正化処理を前回から継続していない場合、すなわち、第２冷媒分布適正化処理を今回開始する場合は、タイマ２をスタートさせる（Ｓ６７）。

エンジンコントローラ７１は、膨張機クラッチ３５を締結して冷媒ポンプ３２を駆動するとともに、バイパス弁６６を開いて冷媒が膨張機３７をバイパスするようにする（Ｓ７０）。そして、エンジンコントローラ７１は、タイマ１をリセットする（Ｓ６３）。

続いて、上記冷媒ポンプ予備駆動制御を実行することによる作用効果について説明する。

上記冷媒ポンプ予備駆動制御によれば、ランキンサイクル３１の運転を開始する前に冷媒ポンプ３２が駆動される（Ｓ６５、Ｓ７０）。冷媒ポンプ３２の動力源としては、減速時燃料カット中の車両慣性力が利用され、エンジン２の動力が消費されないので、従来技術（特許文献１）と比較して、燃費を向上させることができる。

冷媒ポンプ３２を駆動する時にはバイパス弁６６を開き、冷媒が膨張機３７をバイパスさせるようにしたので（Ｓ６５、Ｓ７０）、ランキンサイクル３１内を冷媒が移動するときの通路抵抗が小さくなり、冷媒分布の適正化が行ない易くなって、冷媒ポンプ３２の入口において冷媒が液化しやすくなる。

ランキンサイクル３１の運転を開始する前に冷媒ポンプ３２を駆動する場合としては、ランキン運転条件が成立した場合であり、減速時燃料カット中の車両慣性力を利用して冷媒ポンプ３２を駆動し、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒（液相）を準備する（Ｓ１２及びＳ３１でＹ、Ｓ６５）。エンジン２の動力を消費しないので、燃費を悪化させることがない。

ただし、ランキン運転条件が成立してから限界待機時間経っても減速時燃料カットにならない場合は、エンジン２の動力を利用して冷媒ポンプ３２を駆動するようにし（Ｓ３２でＹ、Ｓ６５）、ランキン運転条件が成立している状況でランキン運転がなされない状態が長期間にわたって継続することによる燃費の悪化を回避することができる。

なお、ここでは、ランキン運転条件が成立してから限界待機時間経っても減速時燃料カットにならない場合に、エンジン２の動力を利用して冷媒ポンプ３２を駆動するようにしているが、ランキン運転条件が成立してからの走行距離が所定距離に達しても減速時燃料カットにならない場合に、エンジン２の動力を利用して冷媒ポンプ３２を駆動するようにしてもよい。

また、減速時燃料カットに合わせて冷媒ポンプ３２の駆動を開始したら、途中、減速時燃料カットが終了しても、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒が準備されるまでは、冷媒ポンプ３２の駆動を車両慣性力による駆動からエンジン２の動力による駆動に切り換えて冷媒ポンプ３２の駆動を継続する（Ｓ３１でＮ、Ｓ３７でＹ、Ｓ６５）。これにより、ランキンサイクル３１の運転開始前に、冷媒ポンプ３２の入口に確実に十分な冷媒を準備することができる。

図９は、走行中にランキン運転条件が成立した場合の様子を示したタイムチャートである。この例では、時刻ｔ１１でアクセルペダルが離され、カットインディレイ時間をおいて、時刻ｔ１２から減速時燃料カットが開始されている。また、時刻ｔ１２では、ランキン運転条件が成立している。

上記冷媒ポンプ予備駆動制御によれば、時刻ｔ１２に、膨張機クラッチ３５が締結され、冷媒ポンプ３２の駆動が開始される。減速時燃料カット中の車両慣性力を利用して冷媒ポンプ３２が駆動されるので、エンジン２の動力を利用して冷媒ポンプ３２を駆動する場合と比べ、図中斜線部で示す部分だけエンジン２の動力消費が少なくなり、燃費を向上させることができる。

冷媒ポンプ３２の駆動中は、バイパス弁６６が開かれており、これによって、冷媒が膨張機３７をバイパスし、ランキンサイクル３１内を移動するときの通路抵抗が小さくなるので、冷媒分布の適正化が行ない易くなって、冷媒ポンプ３２の入口において冷媒が液化しやすくなる。

その後、時刻ｔ１３で、冷媒ポンプ３２の入口に十分な冷媒（液相）が準備されると、ランキンサイクル３１の運転が開始される。

時刻ｔ１４では、アクセルペダルが踏み込まれたのを受けて、ロックアップクラッチが締結され、燃料噴射が再開されている。

また、ランキンサイクル３１の運転を開始する前に冷媒ポンプ３２を駆動する場合としては、ランキン運転条件非成立時において、冷媒分布の適正化が必要であること、すなわち、冷媒の偏在有りの判断をうけて、減速時燃料カット中の車両慣性力を利用して冷媒ポンプ３２を駆動し、ランキンサイクル３１における冷媒分布を適正化する場合である（Ｓ１２でＮ、Ｓ１６及びＳ４１でＹ、Ｓ７０）。エンジン２の動力を消費しないので、燃費を悪化させることがない。

冷媒分布の適正化が完了する前に減速時燃料カットが終了した場合は、冷媒ポンプ３２の駆動を終了し、冷媒分布の適正化も終了する（Ｓ４１でＮ、Ｓ６４）。ランキン運転条件は成立していないのでランキンサイクル３１の運転開始遅れ等の影響はなく、次回の減速時燃料カットを待って冷媒ポンプ３２の駆動を再開するようにすることで、燃費の悪化を抑制することができる。

冷媒分布の適正化は、１トリップ中にランキンサイクル３１が一度も運転していない場合、又は、冷媒分布の適正化処理（第１冷媒分布適正化処理及び第２冷媒分布適正化処理）を実行した時間の累積値が分布適正化完了時間未満のときに行うようにした（Ｓ１５又はＳ１６でＹ）。トリップ終了から次のトリップまでに時間が空くと、冷媒分布の偏在が生じるが、このような制御を行うことによって、いずれのトリップでも冷媒分布の適正化が行われる。

なお、冷媒分布の適正化は、前回の適正化処理を完了してからの経過時間、走行距離等を計測し、経過時間、走行距離等が所定値（冷媒の偏在が生じうる時間、距離等）に達したところで行うようにしてもよい。

図１０は、ランキン運転条件非成立中に冷媒分布の適正化のために冷媒ポンプ３２が駆動される場合の様子を示したタイムチャートである。この例では、時刻ｔ２１でアクセルペダルが離され、カットインディレイ時間をおいて時刻ｔ２２から減速時燃料カットが開始されている。

そして、上記冷媒ポンプ予備駆動制御によれば、冷媒分布の適正化が必要な場合は、この図に示されるように、膨張機クラッチ３５が締結され、減速時燃料カット中、車両慣性力を利用して冷媒ポンプ３２が駆動される。これにより、エンジン２の動力を利用して冷媒ポンプ３２を駆動する場合と比べ、図中斜線部で示す部分だけエンジン２の動力消費が少なくなり、燃費を向上させることができる。

また、冷媒ポンプ３２の駆動中は、バイパス弁６６が開かれており、冷媒が膨張機３７をバイパスし通路抵抗が小さくなるので、冷媒分布の適正化が行ない易くなって、冷媒ポンプ３２の入口において冷媒が液化しやすくなる。

その後、時刻ｔ２３で、エンジン２の回転速度が燃料カットリカバリ回転速度まで低下すると、ロックアップクラッチが解放され、燃料噴射が再開される。これを受けて、膨張機クラッチ３５は解放され、冷媒ポンプ３２の駆動も終了する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、減速時燃料カット中の車両慣性力を利用して冷媒ポンプ３２を駆動しているが、エンジン２の運転点が高負荷領域、又は、高回転速度領域に入ってランキン運転停止条件を満たした後に実行される減速時燃料カットに限定して、上記車両慣性力を利用した冷媒ポンプ３２の駆動を行うようにしてもよい。

上記運転条件で車両慣性力を利用した冷媒ポンプ３２の駆動を行うようにすれば、エンジン２の負荷が下がって、又は、回転速度が下がって、ランキン運転停止条件が解除されたら、速やかにランキンサイクル３１の運転を開始することができる。上記運転条件では膨張機３７のフリクションが大きいが、正の出力が要求される状況ではないので、膨張機３７のフリクションが問題となることはない。

上記実施形態では、減速時燃料カット中に冷媒ポンプの予備駆動を実施したが、必ずしも燃料カット中である必要はない。燃料カットを伴わなくても減速中であれば、ある程度車両慣性力を利用して冷媒ポンプ３２を駆動することができるので、冷媒適正化や冷媒準備処理のための燃料消費を抑制することができる。減速中であることは、運転者がアクセルを離している等、加速の意図が無いことをもって判定することができる。尚、実施形態で示したハイブリッド車両の場合に、減速中はエンジンと駆動輪の間の動力伝達経路を切断する（第１駆動軸クラッチ８６を切り離す）ことになっていても、本発明を実施する際、減速中も第１駆動軸クラッチ８６の締結を維持することで、車両の慣性力によって冷媒ポンプを予備駆動することができる。

１ ハイブリッド車両
２ エンジン
２ａ クランクプーリ
１２ ラジエータファン
２２ 廃熱回収器
３０ 複合サイクル
３１ ランキンサイクル
３２ 冷媒ポンプ
３３ ポンププーリ
３４ ベルト
３５ 膨張機クラッチ（クラッチ）
３６ 熱交換器
３７ 膨張機
３８ 凝縮器
５１ 冷凍サイクル
５２ コンプレッサ
５４ コンプレッサクラッチ
５５ エバポレータ
７１ エンジンコントローラ

Claims (10)

1. 車両に搭載され、冷媒を循環させる冷媒ポンプと、前記車両のエンジンの廃熱を冷媒に回収する熱交換器と、冷媒を膨張させることによって冷媒に回収された廃熱を動力に変換する膨張機と、前記膨張機によって膨張した冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記エンジンから前記冷媒ポンプに至る動力伝達経路の途中に設けられるクラッチとを備えたランキンサイクルであって、
   前記ランキンサイクルの運転前、かつ、前記車両の減速中に、前記クラッチを締結して前記車両の慣性力によって前記冷媒ポンプを駆動する冷媒ポンプ予備駆動手段、
   を備えたことを特徴とするランキンサイクル。
2. 請求項１に記載のランキンサイクルであって、
   前記膨張機をバイパスするバイパス弁を備え、
   前記冷媒ポンプ予備駆動手段は、前記ランキンサイクルの運転前、かつ、前記減速中に、前記クラッチを締結して前記冷媒ポンプを駆動する間は、前記バイパス弁を開いて冷媒が前記膨張機をバイパスするようにする、
   ことを特徴とするランキンサイクル。
3. 請求項１又は２に記載のランキンサイクルであって、
   前記冷媒ポンプ予備駆動手段は、前記ランキンサイクルの運転条件が成立した場合に、前記減速中に前記クラッチを締結して前記冷媒ポンプを駆動し、前記冷媒ポンプの入口に所定状態の冷媒を存在させる、
   ことを特徴とするランキンサイクル。
4. 請求項３に記載のランキンサイクルであって、
   前記冷媒ポンプ予備駆動手段は、前記ランキンサイクルの運転条件が成立した後、所定期間が経過しても前記車両の減速が行われない場合は、前記クラッチを締結して前記エンジンの動力によって前記冷媒ポンプを駆動する、
   ことを特徴とするランキンサイクル。
5. 請求項３に記載のランキンサイクルであって、
   前記冷媒ポンプの入口に所定状態の冷媒を存在させる前に前記車両の減速が終了した場合は、前記クラッチの締結を継続し、前記エンジンの動力によって前記冷媒ポンプを駆動する、
   ことを特徴とするランキンサイクル。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載のランキンサイクルであって、
   前記冷媒ポンプ予備駆動手段は、前記ランキンサイクルの運転条件が成立していない場合に、前記車両の減速中に、前記クラッチを締結して前記冷媒ポンプを駆動し、前記ランキンサイクルにおける冷媒の偏在を解消する、
   ことを特徴とするランキンサイクル。
7. 請求項６に記載のランキンサイクルであって、
   前記冷媒ポンプ予備駆動手段は、前記ランキンサイクルにおける冷媒の偏在が解消する前に前記車両の減速が終了した場合は、前記クラッチを解放し、前記冷媒ポンプの駆動を終了する、
   ことを特徴とするランキンサイクル。
8. 請求項６又は７に記載のランキンサイクルであって、
   前記冷媒ポンプ予備駆動手段は、
   前記ランキンサイクルにおける冷媒の偏在の有無を判断し、
   前記ランキンサイクルの運転条件が成立しておらず、かつ、冷媒の偏在があると判断した場合に、前記車両の減速中に、前記クラッチを締結して前記冷媒ポンプを駆動し、前記ランキンサイクルにおける冷媒の偏在を解消する、
   ことを特徴とするランキンサイクル。
9. 請求項１から８のいずれか一つに記載のランキンサイクルであって、
   前記車両の減速は、減速時燃料カットを伴う車両の減速であり、
   前記減速時燃料カットとは、前記エンジンの運転点が高負荷領域又は高回転速度領域に入って前記ランキンサイクルの運転が禁止された後に行われる減速時燃料カットである、
   ことを特徴とするランキンサイクル。
10. 請求項１から９のいずれか一つに記載のランキンサイクルであって、
    前記ランキンサイクルは、前記凝縮器及び冷媒をエアコンの冷凍サイクルと共用する、
    ことを特徴とするランキンサイクル。

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