JP2014051916A - 廃熱回収装置を備えた車両の発電装置と作動制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】車両の降坂走行中は車輪からの駆動力でオルタネータを発電させ、内燃機関の負荷走行中は、廃熱回収装置での回収エネルギーで発電させて、車両走行燃費を向上させる廃熱回収装置を備えた車両の発電装置と作動制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】オルタネータ17と内燃機関1との駆動力の伝達・遮断を行う第1クラッチ15と、ランキンサイクル回路2で回収された動力をオルタネータ17への伝達・遮断を行う第2クラッチ18とを有した第2動力伝達機構と、降坂走行検知手段と、第1及び第2クラッチ15,18の伝達・遮断を制御する制御装置3と、を備え、制御手段3は、降坂走行検知手段が車両の降坂走行を検知したときに第1クラッチ15を接続して発電し、降坂走行検知手段が車両の降坂走行を検知しない時は第2クラッチ18を接続して発電することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】オルタネータ17と内燃機関1との駆動力の伝達・遮断を行う第1クラッチ15と、ランキンサイクル回路2で回収された動力をオルタネータ17への伝達・遮断を行う第2クラッチ18とを有した第2動力伝達機構と、降坂走行検知手段と、第1及び第2クラッチ15,18の伝達・遮断を制御する制御装置3と、を備え、制御手段3は、降坂走行検知手段が車両の降坂走行を検知したときに第1クラッチ15を接続して発電し、降坂走行検知手段が車両の降坂走行を検知しない時は第2クラッチ18を接続して発電することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関の廃熱エネルギーによる発電と、下り坂走行時に発電を行う廃熱回収装置を備えた車両の発電装置と作動制御方法に関する。
内燃機関を搭載した車両において、内燃機関の廃熱エネルギーを廃熱回収装置により回収して、内燃機関の熱効率を向上させることが行われている。廃熱回収装置は、内燃機関の廃熱エネルギーを電力として回収することができる。
一方、車両に搭載された内燃機関は、該内燃機関にプーリとベルトにて機械的に連結されたオルタネータ(発電機)を備えており、オルタネータをエンジンの駆動で発電して、車両で消費される、車両電気需要量を満たしている。
特許文献1によると、内燃機関の廃熱量がランキンサイクル回路によるエネルギー回収が可能に成ることを内燃機関の冷却水温度で判断している。
動力回収可能の判断手段として、冷却水温のほかに、油温、排気温度、あるいは排気通路に設けられた触媒の触媒温度に基づいて判断している。
そして、判断手段が第1の閾値を超えている場合には、内燃機関側のクラッチを遮断して、ランキンサイクル回路による発電に切替える。
冷却水温度が第1の閾値を超えていない場合は、内燃機関の駆動によってオルタネータを駆動するようになっている。
このようにして、内燃機関が所定以上に暖気されると、内燃機関がオルタネータを駆動する駆動負荷分をランキンサイクル回路による動力回収によって駆動し、内燃機関の燃料消費量を抑制している。
特許文献1によると、内燃機関の廃熱量がランキンサイクル回路によるエネルギー回収が可能に成ることを内燃機関の冷却水温度で判断している。
動力回収可能の判断手段として、冷却水温のほかに、油温、排気温度、あるいは排気通路に設けられた触媒の触媒温度に基づいて判断している。
そして、判断手段が第1の閾値を超えている場合には、内燃機関側のクラッチを遮断して、ランキンサイクル回路による発電に切替える。
冷却水温度が第1の閾値を超えていない場合は、内燃機関の駆動によってオルタネータを駆動するようになっている。
このようにして、内燃機関が所定以上に暖気されると、内燃機関がオルタネータを駆動する駆動負荷分をランキンサイクル回路による動力回収によって駆動し、内燃機関の燃料消費量を抑制している。
近年、車両が下り坂を走行する場合、省燃費化、及び加速の増大を防止するため内燃機関への燃料カットを行うと共に、内燃機関からタイヤまでの駆動系ラインを接続させた状態にして、内燃機関のシリンダと、ピストンにおけるポンピング作用による所謂エンジンブレーキ作用を生起させている。
ところが、特許文献1によると、内燃機関の暖気状態によって、オルタネータの駆動をエンジン負荷で駆動する場合と、ランキンサイクル回路の廃熱でオルタネータの駆動を行うもので、車両が下り坂を走行する場合の降坂走行エネルギーを排出して無駄にしている。
ところが、特許文献1によると、内燃機関の暖気状態によって、オルタネータの駆動をエンジン負荷で駆動する場合と、ランキンサイクル回路の廃熱でオルタネータの駆動を行うもので、車両が下り坂を走行する場合の降坂走行エネルギーを排出して無駄にしている。
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、車両の降坂走行中は車輪からの駆動力でオルタネータを発電させ、内燃機関の負荷走行中は、廃熱回収装置での回収エネルギーで発電させて、車両走行燃費を向上させる廃熱回収装置を備えた車両の発電装置と作動制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明によれば、車両に搭載された内燃機関と、
前記内燃機関の廃熱エネルギーを駆動力として回収する廃熱回収装置と、
前記内燃機関と前記廃熱回収装置に連結する発電装置と、
前記発電装置に前記内燃機関の駆動力の伝達・遮断を行う第1クラッチを有した第1動力伝達機構と、
前記廃熱回収装置で回収された駆動力を前記発電装置に伝達・遮断を行う第2クラッチを有した第2動力伝達機構と、
前記車両の降坂走行を検知する降坂走行検知手段と、
前記第1及び第2クラッチの前記発電装置への駆動力の伝達・遮断を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記降坂走行検知手段が車両の降坂走行を検知したときに、前記第1クラッチを接続して、前記内燃機関から伝達される駆動力で前記発電装置を駆動し、前記降坂走行検知手段が車両の降坂走行を検知しない時は、前記第2クラッチを接続して、前記廃熱回収装置にて回収した駆動力で前記発電装置を駆動することを特徴とする排熱回収装置を備えた車両の発電装置を提供できる。
前記内燃機関の廃熱エネルギーを駆動力として回収する廃熱回収装置と、
前記内燃機関と前記廃熱回収装置に連結する発電装置と、
前記発電装置に前記内燃機関の駆動力の伝達・遮断を行う第1クラッチを有した第1動力伝達機構と、
前記廃熱回収装置で回収された駆動力を前記発電装置に伝達・遮断を行う第2クラッチを有した第2動力伝達機構と、
前記車両の降坂走行を検知する降坂走行検知手段と、
前記第1及び第2クラッチの前記発電装置への駆動力の伝達・遮断を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記降坂走行検知手段が車両の降坂走行を検知したときに、前記第1クラッチを接続して、前記内燃機関から伝達される駆動力で前記発電装置を駆動し、前記降坂走行検知手段が車両の降坂走行を検知しない時は、前記第2クラッチを接続して、前記廃熱回収装置にて回収した駆動力で前記発電装置を駆動することを特徴とする排熱回収装置を備えた車両の発電装置を提供できる。
本発明によれば、車両の一般走行又は登坂走行時は、廃熱回収装置で回収した動力で発電機を駆動し、一方、降坂走行時は、タイヤ側からの駆動力を利用して、内燃機関の無負荷状態においてオルタネータを駆動する駆動方法に切替えることができる。
従って、内燃機関の発電機駆動負荷が軽減され、燃料消費量が軽減される。
したことを特徴とする。
従って、内燃機関の発電機駆動負荷が軽減され、燃料消費量が軽減される。
したことを特徴とする。
また、本発明において好ましくは、前記降坂走行検知手段は、前記内燃機関回転数と、燃料噴射量とを検知するようにするとよい。
このような構成にすることにより、内燃機関が無負荷状態で、且つ内燃機関回転数が所定値以上の場合には、タイヤ側からの駆動力により内燃機関が回転されるので、車両が降坂時又はそれに近い走行状態にあることが容易に判断できる。
また、本発明において好ましくは、前記発電機の発電量が前記車両の電気需要量に満たない場合には、前記制御手段は、前記第1及び第2クラッチを接続して、前記発電機を前記内燃機関と前記廃熱回収装置によって回収した駆動力とで協働して駆動するようにするとよい。
このような構成にすることにより、車両が市街地、渋滞等で十分に走行できない状態で、発電機の発電量が車両の電気需要量に満たない場合には、内燃機関とランキンサイクル回路の回収駆動力とで協働して発電機を駆動するようにしたので、内燃機関の発電機駆動負荷が軽減され、省燃費化が図れる。
また、バッテリの電源枯渇(通称バッテリ上がり)を防止することができる。
また、バッテリの電源枯渇(通称バッテリ上がり)を防止することができる。
また、本発明によれば、車両に搭載された内燃機関と、
前記内燃機関の廃熱エネルギーを駆動力として回収する廃熱回収装置と、
前記内燃機関と前記廃熱回収装置に連結する発電装置と、
前記発電装置に前記内燃機関の駆動力の伝達・遮断を行う第1クラッチを有した第1動力伝達機構と、
前記廃熱回収装置で回収された駆動力を前記発電装置に伝達・遮断を行う第2クラッチを有した第2動力伝達機構と、
前記車両の降坂走行を検知する降坂走行検知手段と、
前記第1及び第2クラッチの前記発電装置への駆動力の伝達・遮断を制御する制御手段とを備えた廃熱回収装置を備えた車両の発電装置の発電方法であって、
前記車両の降坂走行を検知する降坂走行検知工程と、
前記降坂走行検知工程において、前記車両が降坂走行の場合には、前記第1クラッチを遮断し、前記第2クラッチを接続して廃熱回収装置により発電を行う廃熱発電工程と、
前記廃熱回収装置による発電量が車両電気需要量より多いか、少ないかを判断する廃熱回収装置発電量判断工程と、
前記廃熱回収装置による発電量が前記車両電気需要量より少ない場合には、前記第1及び第2クラッチを接続して、前記廃熱回収装置と前記内燃機関負荷による発電を行う廃熱・負荷発電工程と、
前記廃熱回収装置と前記内燃機関負荷による発電量が前記車両電気需要量より少ない場合には、前記車両に搭載されているバッテリから電力の不足分を補充する工程と、
前記運転状況検出工程において、前記内燃機関が無負荷で且つ、所定回転数以上の場合には、前記第1クラッチを接続し、前記第2クラッチを遮断して、内燃機関無負荷発電を行う無負荷発電工程と、
前記内燃機関無負荷発電による発電量が前記車両の前記車両電気需要量より多いか、少ないかを判断する無負荷発電量判断工程と、
前記無負荷発電による発電量が前記車両電気需要量より少ない場合には、前記車両に搭載されているバッテリから電力の不足分を補充する工程と、を備えたことを特徴とする廃熱回収装置を備えた車両の発電装置の作動制御方法を提供できる。
前記内燃機関の廃熱エネルギーを駆動力として回収する廃熱回収装置と、
前記内燃機関と前記廃熱回収装置に連結する発電装置と、
前記発電装置に前記内燃機関の駆動力の伝達・遮断を行う第1クラッチを有した第1動力伝達機構と、
前記廃熱回収装置で回収された駆動力を前記発電装置に伝達・遮断を行う第2クラッチを有した第2動力伝達機構と、
前記車両の降坂走行を検知する降坂走行検知手段と、
前記第1及び第2クラッチの前記発電装置への駆動力の伝達・遮断を制御する制御手段とを備えた廃熱回収装置を備えた車両の発電装置の発電方法であって、
前記車両の降坂走行を検知する降坂走行検知工程と、
前記降坂走行検知工程において、前記車両が降坂走行の場合には、前記第1クラッチを遮断し、前記第2クラッチを接続して廃熱回収装置により発電を行う廃熱発電工程と、
前記廃熱回収装置による発電量が車両電気需要量より多いか、少ないかを判断する廃熱回収装置発電量判断工程と、
前記廃熱回収装置による発電量が前記車両電気需要量より少ない場合には、前記第1及び第2クラッチを接続して、前記廃熱回収装置と前記内燃機関負荷による発電を行う廃熱・負荷発電工程と、
前記廃熱回収装置と前記内燃機関負荷による発電量が前記車両電気需要量より少ない場合には、前記車両に搭載されているバッテリから電力の不足分を補充する工程と、
前記運転状況検出工程において、前記内燃機関が無負荷で且つ、所定回転数以上の場合には、前記第1クラッチを接続し、前記第2クラッチを遮断して、内燃機関無負荷発電を行う無負荷発電工程と、
前記内燃機関無負荷発電による発電量が前記車両の前記車両電気需要量より多いか、少ないかを判断する無負荷発電量判断工程と、
前記無負荷発電による発電量が前記車両電気需要量より少ない場合には、前記車両に搭載されているバッテリから電力の不足分を補充する工程と、を備えたことを特徴とする廃熱回収装置を備えた車両の発電装置の作動制御方法を提供できる。
本発明によれば、車両が一般走行又は登坂走行と判断した場合には、内燃機関と発電機との連結を断ち、廃熱回収装置で回収した動力で発電機を駆動する。従って、内燃機関の発電機駆動負荷は軽減される。
車両が、降坂走行時又はそれに近い慣性走行時と判断した場合には、第2クラッチを遮断し、第1クラッチを接続する。タイヤ側からの駆動により回転される内燃機関の駆動力が第1クラッチを介して発電機に伝えて、発電機を発電させるので、内燃機関が無負荷(燃料カット状態)で発電するので、発電に要する燃料の省燃費化が図れる。
車両が、降坂走行時又はそれに近い慣性走行時と判断した場合には、第2クラッチを遮断し、第1クラッチを接続する。タイヤ側からの駆動により回転される内燃機関の駆動力が第1クラッチを介して発電機に伝えて、発電機を発電させるので、内燃機関が無負荷(燃料カット状態)で発電するので、発電に要する燃料の省燃費化が図れる。
このような装置にすることで、車両の降坂走行中は、内燃機関が無負荷状態で、車輪からの駆動力によってオルタネータを発電させ、一般走行中の内燃機関の負荷は、廃熱回収装置の回収エネルギーで発電させることにより、車両の走行燃費の向上を図ることができる。
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図1は本発明の実施形態が用いられた廃熱回収装置を備えた内燃機関の概略構成図を示す。
1は車両に搭載された内燃機関を示す。2は内燃機関1の廃熱エネルギーを回収する廃熱回収装置であるランキンサイクル回路を示す。
内燃機関1には、該内燃機関1のクランクシャフト11に連結されたクランクプーリ12と、内燃機関1に装着され、内燃機関1の出力軸に連結されると共に、ランキンサイクル回路2の出力軸に連結した発電装置であるオルタネータ17と、クランクプーリ12と、オルタネータ17と同軸線上に配置され、オルタネータ17を駆動する発電プーリ14と、クランクプーリ12と発電プーリ14とに掛け回された駆動ベルト13と、発電プーリ14とオルタネータ17との間に介装され、発電プーリ14の駆動力をオルタネータ17に伝達又は遮断する第1クラッチ15と、該第1クラッチ15とオルタネータ17との間に介装された変速機16と、後述するランキンサイクル回路2に介装された膨張器21とオルタネータ17間に介装され、膨張器21からの駆動力の伝達を接続又は遮断する第2クラッチ18と、を備えている。
尚、本実施形態では、内燃機関1によって駆動される発電装置であるオルタネータ17と、ランキンサイクル回路2の回収エネルギーによって駆動するオルタネータ17とを同一のものを兼用したが、夫々別のオルタネータ17としてもよい。
1は車両に搭載された内燃機関を示す。2は内燃機関1の廃熱エネルギーを回収する廃熱回収装置であるランキンサイクル回路を示す。
内燃機関1には、該内燃機関1のクランクシャフト11に連結されたクランクプーリ12と、内燃機関1に装着され、内燃機関1の出力軸に連結されると共に、ランキンサイクル回路2の出力軸に連結した発電装置であるオルタネータ17と、クランクプーリ12と、オルタネータ17と同軸線上に配置され、オルタネータ17を駆動する発電プーリ14と、クランクプーリ12と発電プーリ14とに掛け回された駆動ベルト13と、発電プーリ14とオルタネータ17との間に介装され、発電プーリ14の駆動力をオルタネータ17に伝達又は遮断する第1クラッチ15と、該第1クラッチ15とオルタネータ17との間に介装された変速機16と、後述するランキンサイクル回路2に介装された膨張器21とオルタネータ17間に介装され、膨張器21からの駆動力の伝達を接続又は遮断する第2クラッチ18と、を備えている。
尚、本実施形態では、内燃機関1によって駆動される発電装置であるオルタネータ17と、ランキンサイクル回路2の回収エネルギーによって駆動するオルタネータ17とを同一のものを兼用したが、夫々別のオルタネータ17としてもよい。
ランキンサイクル回路2は、内燃機関1の排気通路19に介装され、ランキンサイクル回路2内を流れる媒体Rを蒸発させる蒸発器20と、蒸発器20で加熱され高圧蒸気となった媒体Rを第1導管26aによって導入し、高圧蒸気となった媒体Rを膨張させて回転駆動力を生起する膨張器23と、膨張器23で膨張した媒体Rを第2導管26bによって導入し膨張した媒体Rを冷却して凝縮する凝縮器23と、凝縮された媒体を第3導管26cによって導入し、第4導管26dを介して蒸発器20に媒体Rを供給するポンプ24と、を備えている
尚、凝縮器23とポンプ24とを連結している第3導管26cに、蒸気と液体とを分離する気液分離器を設置することもできる。
この場合、気液分離器にて蒸気と液体とを確実に分離した液体(媒体)を蒸発器20に圧送することで、熱交換の効率がより確実に行わせることができる。
また、ランキンサイクル回路2によるエネルギー回収量が十分にある時は、オルタネータ17を駆動すると共に、その一部を、変速機16、第1クラッチ15、発電プーリ14、駆動ベルト13を介してクランクプーリ12を駆動することにより、内燃機関1の出力補助に使用することができる。
尚、凝縮器23とポンプ24とを連結している第3導管26cに、蒸気と液体とを分離する気液分離器を設置することもできる。
この場合、気液分離器にて蒸気と液体とを確実に分離した液体(媒体)を蒸発器20に圧送することで、熱交換の効率がより確実に行わせることができる。
また、ランキンサイクル回路2によるエネルギー回収量が十分にある時は、オルタネータ17を駆動すると共に、その一部を、変速機16、第1クラッチ15、発電プーリ14、駆動ベルト13を介してクランクプーリ12を駆動することにより、内燃機関1の出力補助に使用することができる。
制御手段であるコントローラ(CPU)3は、車両の降坂走行を検知する降坂走行検知手段として、内燃機関1の運転状況を検知する方法がある。即ち、内燃機関1の回転数センサ35が検出する回転数Nと、負荷センサ31が検出するアクセルペダル37の踏込み有無とで検知することができる。
即ち、車両の降坂走行時は、アクセルペダル37の踏込みがない。従って、内燃機関1への燃料カットが行われ、且つ車両の降坂走行により、内燃機関1には後輪側から車両走行用変速機を介して駆動され、アイドル回転数N0以上の回転数Nになる。
従って、内燃機関1の回転数Nとアクセルペダル37の踏込み有無を検出することにより、一般走行(含む登坂走行)または、降坂走行又はそれに近い走行かの判断ができる。
これらの判断により、コントローラ(CPU)3は第1クラッチ15、第2クラッチ18の接続又は遮断の制御を行う。
尚、それに近い走行とは、長い急勾配の降坂走行の場合は、降坂走行後に平坦路になっても車両の慣性走行が続く状態である。
即ち、車両の降坂走行時は、アクセルペダル37の踏込みがない。従って、内燃機関1への燃料カットが行われ、且つ車両の降坂走行により、内燃機関1には後輪側から車両走行用変速機を介して駆動され、アイドル回転数N0以上の回転数Nになる。
従って、内燃機関1の回転数Nとアクセルペダル37の踏込み有無を検出することにより、一般走行(含む登坂走行)または、降坂走行又はそれに近い走行かの判断ができる。
これらの判断により、コントローラ(CPU)3は第1クラッチ15、第2クラッチ18の接続又は遮断の制御を行う。
尚、それに近い走行とは、長い急勾配の降坂走行の場合は、降坂走行後に平坦路になっても車両の慣性走行が続く状態である。
さらに、コントローラ(CPU)3はオルタネータ17の発電量に対して車両電気需要量である車両側電気負荷6に対応して、バッテリ5への充電、又はバッテリ5から車両側電気負荷6への給電制御を行う。
また、内燃機関1の冷却水温度を検知する温度センサ33からの信号が入力される。
冷却水温度の検知は、内燃機関1の暖気状態を確認するもので、冷却水温度が所定値以上の温度に達してから、ランキンサイクル回路2を作動させて廃熱回収を行うためである。
内燃機関1が十分に暖気されないと、ランキンサイクル回路2による廃熱回収が効果的に行われず、ランキンサイクル回路2の作動によって得られるエネルギーより、ランキンサイクル回路2の作動に使用されるエネルギーの方が大きくなるのを防止するものである。
尚、本実施形態では、降坂走行検知手段として、内燃機関1の回転数Nと、アクセルペダル37の踏込み操作を検知して制御しているが、内燃機関1の回転数Nの代わりに車両速度を用いてもよい。
また、内燃機関1の冷却水温度を検知する温度センサ33からの信号が入力される。
冷却水温度の検知は、内燃機関1の暖気状態を確認するもので、冷却水温度が所定値以上の温度に達してから、ランキンサイクル回路2を作動させて廃熱回収を行うためである。
内燃機関1が十分に暖気されないと、ランキンサイクル回路2による廃熱回収が効果的に行われず、ランキンサイクル回路2の作動によって得られるエネルギーより、ランキンサイクル回路2の作動に使用されるエネルギーの方が大きくなるのを防止するものである。
尚、本実施形態では、降坂走行検知手段として、内燃機関1の回転数Nと、アクセルペダル37の踏込み操作を検知して制御しているが、内燃機関1の回転数Nの代わりに車両速度を用いてもよい。
第1動力伝達機構は、第1クラッチ15と、図示されないアクチュエータを備えている。アクチュエータはコントローラ3からの信号に基づいて、第1クラッチ15を接続又は、遮断することにより、内燃機関1側からの駆動力をオルタネータ17へ伝達して発電し、又は駆動力を遮断して発電停止を行っている。
また、第2動力伝達機構は、第2クラッチ18と、図示されないアクチュエータを備えている。アクチュエータはコントローラ3からの信号に基づいて、第2クラッチ18を接続又は、遮断することにより、膨張器21側からの駆動力をオルタネータ17へ伝達して発電し、又は駆動力を遮断して発電停止を行う。
また、第2動力伝達機構は、第2クラッチ18と、図示されないアクチュエータを備えている。アクチュエータはコントローラ3からの信号に基づいて、第2クラッチ18を接続又は、遮断することにより、膨張器21側からの駆動力をオルタネータ17へ伝達して発電し、又は駆動力を遮断して発電停止を行う。
図3に基づいて、コントローラ(CPU)3の制御方法を説明する。
ステップS1においてスタートする。ステップS2において、降坂検知を行うため、内燃機関(E/G)1の回転数N>所定回転数N0+燃料噴射0(ゼロ)を判断する。回転数N>所定回転数N0の場合は、所定回転数、例えばアイドリング回転数N0より大きい場合は、内燃機関1が荷稼働してが車両の一般走行している、又は降坂走行時であってタイヤ(車輪)側から内燃機関1が回転させられているかのどちらかがの状況であることを判断する。尚、本実施形態では、所定回転数N0をアイドリング回転数としている。
一方、燃料噴射の有無は、アクセルペダル37の踏込みによって負荷センサ31が作動して燃料噴射有が検知されているか、又は、車両降坂走行時でありアクセルペダル37は踏込み操作されないので、内燃機関1への燃料噴射は行われていないと判断し、無負荷運転としている。
ステップS1においてスタートする。ステップS2において、降坂検知を行うため、内燃機関(E/G)1の回転数N>所定回転数N0+燃料噴射0(ゼロ)を判断する。回転数N>所定回転数N0の場合は、所定回転数、例えばアイドリング回転数N0より大きい場合は、内燃機関1が荷稼働してが車両の一般走行している、又は降坂走行時であってタイヤ(車輪)側から内燃機関1が回転させられているかのどちらかがの状況であることを判断する。尚、本実施形態では、所定回転数N0をアイドリング回転数としている。
一方、燃料噴射の有無は、アクセルペダル37の踏込みによって負荷センサ31が作動して燃料噴射有が検知されているか、又は、車両降坂走行時でありアクセルペダル37は踏込み操作されないので、内燃機関1への燃料噴射は行われていないと判断し、無負荷運転としている。
従って、内燃機関(E/G)1の回転数N>所定回転数N0と燃料噴射0(ゼロ)の場合、車両走行は降坂走行中又はそれに準じた慣性力走行であると判断する。
一方、内燃機関(E/G)1の回転数N>所定回転数N0と燃料噴射有の場合、車両走行は一般または登坂(重負荷運転)走行と判断される。
また、内燃機関(E/G)1の回転数N=所定回転数N0と燃料噴射0(ゼロ)(アクセルペダル37の踏込み操作は行われていないが、内燃機関1のアイドリングに必要な燃料は噴射される)の場合、内燃機関1はアイドリング運転中であり、廃熱エネルギー回収は行われない。
一方、内燃機関(E/G)1の回転数N>所定回転数N0と燃料噴射有の場合、車両走行は一般または登坂(重負荷運転)走行と判断される。
また、内燃機関(E/G)1の回転数N=所定回転数N0と燃料噴射0(ゼロ)(アクセルペダル37の踏込み操作は行われていないが、内燃機関1のアイドリングに必要な燃料は噴射される)の場合、内燃機関1はアイドリング運転中であり、廃熱エネルギー回収は行われない。
従って、ステップS1では、降坂走行検知手段によって一般走行と、降坂走行時との判断を行う。(降坂走行検知工程)
本実施例では、車両が走行していることを検知するため、内燃機関1の回転数を検知したが、車両のスピードセンサに変えても同様の効果を得ることができる。
ステップS2において、内燃機関(E/G)1の回転数N>所定回転数N0と燃料噴射有の場合、車両は一般走行又は登坂(重負荷運転)走行と判断してNoを選択する。ステップS3に進む。
本実施例では、車両が走行していることを検知するため、内燃機関1の回転数を検知したが、車両のスピードセンサに変えても同様の効果を得ることができる。
ステップS2において、内燃機関(E/G)1の回転数N>所定回転数N0と燃料噴射有の場合、車両は一般走行又は登坂(重負荷運転)走行と判断してNoを選択する。ステップS3に進む。
ステップS3では、ステップS2においてコントローラ(CPU)3は、車両が一般走行又は、登坂走行と判断したので、内燃機関の廃熱回収装置であるランキンサイクル回路2による発電に切替える。
そして、第1クラッチ15を遮断して、内燃機関1側からの駆動を遮断する。一方、第2クラッチ18を接続させて、ランキンサイクル回路2の膨張器21により出力される駆動力をオルタネータ17に連結する。
そして、第1クラッチ15を遮断して、内燃機関1側からの駆動を遮断する。一方、第2クラッチ18を接続させて、ランキンサイクル回路2の膨張器21により出力される駆動力をオルタネータ17に連結する。
ステップS4において、ランキンサイクル回路2のみによるオルタネータ17の発電が開始される。
ステップS5において、オルタネータ17の発電量が車両走行に必要な電力である車両電気需要量に対しての過不足を判断する。
オルタネータ17の発電量≧車両電気需要量の場合には、ステップS6に進む。
ステップS6において、オルタネータ17の発電量=車両電気需要量の場合には、ステップS7に進んで、全発電量が車両電気需要量として車両側電気負荷6に供給される。
一方、ステップS6において、オルタネータ17の発電量≧車両電気需要量の場合には、Noを選択してステップS8に進む。
ステップS8において、車両側電気負荷6の車両電気需要量を賄うと共に、余剰分はバッテリ5に充電される。
ステップS5において、オルタネータ17の発電量が車両走行に必要な電力である車両電気需要量に対しての過不足を判断する。
オルタネータ17の発電量≧車両電気需要量の場合には、ステップS6に進む。
ステップS6において、オルタネータ17の発電量=車両電気需要量の場合には、ステップS7に進んで、全発電量が車両電気需要量として車両側電気負荷6に供給される。
一方、ステップS6において、オルタネータ17の発電量≧車両電気需要量の場合には、Noを選択してステップS8に進む。
ステップS8において、車両側電気負荷6の車両電気需要量を賄うと共に、余剰分はバッテリ5に充電される。
また、ステップS5において、オルタネータ17の発電量<車両電気需要量と判断した場合は、Noを選択してステップS9に進む。
ステップS9において、コントローラ(CPU)3は、第1クラッチ15と第2クラッチ18を接続する。
ステップS10において、オルタネータ17はランキンサイクル回路2と内燃機関1の駆動力にて発電される。
この場合、内燃機関1側のオルタネータ17を駆動する駆動力は、ランキンサイクル回路2側の駆動力が加算された分軽減され、内燃機関1の負荷が軽減されることによる燃料消費量が減り、省燃費運転となる。
ステップS9において、コントローラ(CPU)3は、第1クラッチ15と第2クラッチ18を接続する。
ステップS10において、オルタネータ17はランキンサイクル回路2と内燃機関1の駆動力にて発電される。
この場合、内燃機関1側のオルタネータ17を駆動する駆動力は、ランキンサイクル回路2側の駆動力が加算された分軽減され、内燃機関1の負荷が軽減されることによる燃料消費量が減り、省燃費運転となる。
ステップS11において、ランキンサイクル回路2と内燃機関1の駆動力にて発電されるオルタネータ17の発電量の車両電気需要量に対する過不足を判断する。
オルタネータ17の発電量≧車両電気需要量の場合には、ステップS12に進む。
ステップS12において、オルタネータ17の発電量=車両電気需要量の場合には、ステップS7に進み、発電量の全量を車両側電気負荷6への電気供給される。
また、ステップS12において、オルタネータ17の発電量>車両電気需要量の場合にはNoを選択して、ステップS8に進む。
ステップS8において、車両側電気負荷6の車両電気需要量を賄うと共に、余剰分はバッテリ5に充電される。
オルタネータ17の発電量≧車両電気需要量の場合には、ステップS12に進む。
ステップS12において、オルタネータ17の発電量=車両電気需要量の場合には、ステップS7に進み、発電量の全量を車両側電気負荷6への電気供給される。
また、ステップS12において、オルタネータ17の発電量>車両電気需要量の場合にはNoを選択して、ステップS8に進む。
ステップS8において、車両側電気負荷6の車両電気需要量を賄うと共に、余剰分はバッテリ5に充電される。
ステップS11において、オルタネータ17の発電量<車両電気需要量の場合には※1に進む。
※1において、コントローラ(CPU)3は、全発電量を車両側電気負荷6へ供給すると共に、バッテリ5から不足分の電力を車両側電気負荷6側へ供給する。
※1において、コントローラ(CPU)3は、全発電量を車両側電気負荷6へ供給すると共に、バッテリ5から不足分の電力を車両側電気負荷6側へ供給する。
一方、ステップS2において、降坂走行検知手段が、内燃機関(E/G)1の回転数N>所定回転数N0と燃料噴射0(ゼロ)の場合、コントローラ(CPU)3は、車両走行が降坂走行中又は降坂走行終了直後の慣性力走行であると判断するとYesを選択して、ステップS13に進む。
ステップS13において、コントローラ(CPU)3は、第1クラッチ15を接続し、第2クラッチ18を遮断する。
第2クラッチ18を接続した状態にしておくと、内燃機関1側から膨張器21が強制駆動され、冷媒Rが不要に掻き回されて、冷媒Rの消耗が速くなるのを防止している。
ステップS14に進み、降坂走行中の車両の内燃機関1は、該車両の車輪の回転が車両走行駆動系を介してのクランクシャフト11を駆動させる。オルタネータ17は、クランクシャフト11に連結されているクランクプーリ12の駆動力により、駆動ベルト13、第1クラッチ15を介して駆動されて発電する。
ステップS14において、内燃機関1への燃料はカットされた状態であり、オルタネータ17を無負荷発電させることになり、省燃費が実現できる。
また、降坂走行時にオルタネータ17を発電させための負荷が内燃機関1に加わることになり、エンジンブレーキとしてのエネルギー吸収量が大きくなり、車両制動装置の使用頻度及び制動力強さの程度を軽減でき、車両制動装置が使用する空気圧(又は真空圧)等の消費が軽減できる。従って、車両の一般走行時におけるコンプレッサ駆動量が軽減され、内燃機関1の駆動負荷が軽減され、この場合にも省燃費となる。
ステップS13において、コントローラ(CPU)3は、第1クラッチ15を接続し、第2クラッチ18を遮断する。
第2クラッチ18を接続した状態にしておくと、内燃機関1側から膨張器21が強制駆動され、冷媒Rが不要に掻き回されて、冷媒Rの消耗が速くなるのを防止している。
ステップS14に進み、降坂走行中の車両の内燃機関1は、該車両の車輪の回転が車両走行駆動系を介してのクランクシャフト11を駆動させる。オルタネータ17は、クランクシャフト11に連結されているクランクプーリ12の駆動力により、駆動ベルト13、第1クラッチ15を介して駆動されて発電する。
ステップS14において、内燃機関1への燃料はカットされた状態であり、オルタネータ17を無負荷発電させることになり、省燃費が実現できる。
また、降坂走行時にオルタネータ17を発電させための負荷が内燃機関1に加わることになり、エンジンブレーキとしてのエネルギー吸収量が大きくなり、車両制動装置の使用頻度及び制動力強さの程度を軽減でき、車両制動装置が使用する空気圧(又は真空圧)等の消費が軽減できる。従って、車両の一般走行時におけるコンプレッサ駆動量が軽減され、内燃機関1の駆動負荷が軽減され、この場合にも省燃費となる。
ステップS15に進み、無負荷発電の発電量≧車両電気需要量になっているか否かを判断する。
無負荷発電の発電量≧車両電気需要量になっている場合にはYesを選択し、ステップS16に進む。
ステップS16において、無負荷発電量=車両電気需要量の場合には、オルタネータ17の発電量全量がステップS7に進み、車両側電気負荷6に供給される。
ステップS16において、無負荷発電量>車両電気需要量の場合には、Noを選択して、ステップS8に進み。ステップS8において、車両側電気負荷6の車両電気需要量を賄うと共に、余剰分はバッテリ5に充電される。
無負荷発電の発電量≧車両電気需要量になっている場合にはYesを選択し、ステップS16に進む。
ステップS16において、無負荷発電量=車両電気需要量の場合には、オルタネータ17の発電量全量がステップS7に進み、車両側電気負荷6に供給される。
ステップS16において、無負荷発電量>車両電気需要量の場合には、Noを選択して、ステップS8に進み。ステップS8において、車両側電気負荷6の車両電気需要量を賄うと共に、余剰分はバッテリ5に充電される。
ステップS15において、無負荷発電量<車両電気需要量の場合には、Noを選択して、ステップ※1に進む。
ステップ※1において、コントローラ(CPU)3は、全発電量を車両側電気負荷32へ供給すると共に、バッテリ5から不足分の電力を車両側電気負荷6側へ供給する。
ステップ※1において、コントローラ(CPU)3は、全発電量を車両側電気負荷32へ供給すると共に、バッテリ5から不足分の電力を車両側電気負荷6側へ供給する。
図2は本実施形態における、オルタネータ17の発電状況の模式図を示している。
図2(A)は車両の走行状況(内燃機関負荷状況)を、図2(B)は車両の走行状況の対応した発電方法を示す。
縦軸の上側にランキンサイクル回路2による発電状況、その下側に内燃機関1にオルタネータ17が連結して発電する状況を示し、横軸に発電方法の切替えタイミングを示している。
図2(A)に示すように、車両がA地点からB地点までの走行する場合、車両の内燃機関1は平坦路と登坂路において負荷運転を実施している。
従って、ランキンサイクル回路2による発電が実施される。(a領域)
ところが、A地点からB地点間における廃熱回収量が少なく、車両電気需要量に達していない場合は、第1クラッチ15を連結して、オルタネータ17を内燃機関1に連結する。
そして、車両電気需要量の不足分を賄う。(c領域)
図2(A)は車両の走行状況(内燃機関負荷状況)を、図2(B)は車両の走行状況の対応した発電方法を示す。
縦軸の上側にランキンサイクル回路2による発電状況、その下側に内燃機関1にオルタネータ17が連結して発電する状況を示し、横軸に発電方法の切替えタイミングを示している。
図2(A)に示すように、車両がA地点からB地点までの走行する場合、車両の内燃機関1は平坦路と登坂路において負荷運転を実施している。
従って、ランキンサイクル回路2による発電が実施される。(a領域)
ところが、A地点からB地点間における廃熱回収量が少なく、車両電気需要量に達していない場合は、第1クラッチ15を連結して、オルタネータ17を内燃機関1に連結する。
そして、車両電気需要量の不足分を賄う。(c領域)
車両がB地点からC地点まで走行する場合、降坂走行検知手段は、車両が降坂走行していると判断して、内燃機関1への燃料カットをした状態で降坂走行する。
この時、車両の内燃機関1はタイヤ(車輪)側から回される駆動力で、車両の駆動ラインを駆動させ、内燃機関1のクランクシャフト11を回転させる。オルタネータ17は、クランクシャフト11に取付けられたクランクプーリ12、駆動ベルト13、発電プーリ14、第1クラッチ15を介して駆動され発電する。この時、既述の通り、第2クラッチ18は遮断されている。
従って、内燃機関1に連結した状態で、且つ内燃機関1への燃料カットが実施された状態でオルタネータ17は発電する。(d斜線領域:無負荷発電)
そして、ランキンサイクル回路2による発電は行われない。
この時、車両の内燃機関1はタイヤ(車輪)側から回される駆動力で、車両の駆動ラインを駆動させ、内燃機関1のクランクシャフト11を回転させる。オルタネータ17は、クランクシャフト11に取付けられたクランクプーリ12、駆動ベルト13、発電プーリ14、第1クラッチ15を介して駆動され発電する。この時、既述の通り、第2クラッチ18は遮断されている。
従って、内燃機関1に連結した状態で、且つ内燃機関1への燃料カットが実施された状態でオルタネータ17は発電する。(d斜線領域:無負荷発電)
そして、ランキンサイクル回路2による発電は行われない。
車両がC地点を通過すると、車両の内燃機関1は平坦路(含む登坂路)において負荷運転を実施している。
従って、ランキンサイクル回路2による発電が実施される。(b領域)
ところが、C地点通過後、廃熱回収量が少なく、車両電気需要量に達していない場合は、第1クラッチ15を連結して、オルタネータ17を内燃機関1に連結する。
そして、車両電気需要量の不足分を賄う。(e領域)
従って、ランキンサイクル回路2による発電が実施される。(b領域)
ところが、C地点通過後、廃熱回収量が少なく、車両電気需要量に達していない場合は、第1クラッチ15を連結して、オルタネータ17を内燃機関1に連結する。
そして、車両電気需要量の不足分を賄う。(e領域)
このような構造及び制御方法によると、車両の一般走行時は、オルタネータ17の駆動力を内燃機関1から遮断して、ランキンサイクル回路2による発電に切替える。これにより一般走行時の内燃機関1の走行負荷を軽減させて、省燃費走行に切替えることができる。
一方、降坂走行時には、タイヤ側からの駆動力を利用して、内燃機関1の無負荷状態においてオルタネータ17を駆動することによる発電をおこなうことによって省燃費走行が可能となる。
一方、降坂走行時には、タイヤ側からの駆動力を利用して、内燃機関1の無負荷状態においてオルタネータ17を駆動することによる発電をおこなうことによって省燃費走行が可能となる。
廃熱回収装置を備えた車両の省燃費化に利用できる。
1 内燃機関
2 ランキンサイクル回路(廃熱回収装置)
3 コントローラ(制御手段)
5 バッテリ
6 車両側電気負荷(車両電気需要量)
15 第1クラッチ
17 オルタネータ(発電機)
18 第2クラッチ
20 蒸発器
21 膨張器
23 凝縮器
31 負荷センサ
33 温度センサ
35 回転数センサ
2 ランキンサイクル回路(廃熱回収装置)
3 コントローラ(制御手段)
5 バッテリ
6 車両側電気負荷(車両電気需要量)
15 第1クラッチ
17 オルタネータ(発電機)
18 第2クラッチ
20 蒸発器
21 膨張器
23 凝縮器
31 負荷センサ
33 温度センサ
35 回転数センサ
Claims (4)
- 車両に搭載された内燃機関と、
前記内燃機関の廃熱エネルギーを駆動力として回収する廃熱回収装置と、
前記内燃機関と前記廃熱回収装置に連結する発電装置と、
前記発電装置に前記内燃機関の駆動力の伝達・遮断を行う第1クラッチを有した第1動力伝達機構と、
前記廃熱回収装置で回収された駆動力を前記発電装置に伝達・遮断を行う第2クラッチを有した第2動力伝達機構と、
前記車両の降坂走行を検知する降坂走行検知手段と、
前記第1及び第2クラッチの前記発電装置への駆動力の伝達・遮断を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記降坂走行検知手段が車両の降坂走行を検知したときに、前記第1クラッチを接続して、前記内燃機関から伝達される駆動力で前記発電装置を駆動し、前記降坂走行検知手段が車両の降坂走行を検知しない時は、前記第2クラッチを接続して、前記廃熱回収装置にて回収した駆動力で前記発電装置を駆動することを特徴とする排熱回収装置を備えた車両の発電装置。 - 前記降坂走行検知手段は、前記内燃機関回転数と、燃料噴射量とによって降坂走行を検知することを特徴とする請求項1記載の廃熱回収装置を備えた車両の発電装置。
- 前記発電機の発電量が前記車両の電気需要量に満たない場合には、前記制御手段は、前記第1及び第2クラッチを接続して、前記発電機を前記内燃機関と前記廃熱回収装置によって回収された駆動力とで協働して駆動するようにしたことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の廃熱回収装置を備えた車両の発電装置。
- 車両に搭載された内燃機関と、
前記内燃機関の廃熱エネルギーを駆動力として回収する廃熱回収装置と、
前記内燃機関と前記廃熱回収装置に連結する発電装置と、
前記発電装置に前記内燃機関の駆動力の伝達・遮断を行う第1クラッチを有した第1動力伝達機構と、
前記廃熱回収装置で回収された駆動力を前記発電装置に伝達・遮断を行う第2クラッチを有した第2動力伝達機構と、
前記車両の降坂走行を検知する降坂走行検知手段と、
前記第1及び第2クラッチの前記発電装置への駆動力の伝達・遮断を制御する制御手段とを備えた廃熱回収装置を備えた車両の発電装置の発電方法であって、
前記車両の降坂走行を検知する降坂検知工程と、
前記降坂検知工程において、前記車両が降坂走行の場合には、前記第1クラッチを遮断し、前記第2クラッチを接続して廃熱回収装置により発電を行う廃熱発電工程と、
前記廃熱回収装置による発電量が車両電気需要量より多いか、少ないかを判断する廃熱回収装置発電量判断工程と、
前記廃熱回収装置による発電量が前記車両電気需要量より少ない場合には、前記第1及び第2クラッチを接続して、前記廃熱回収装置と前記内燃機関負荷による発電を行う廃熱・負荷発電工程と、
前記廃熱回収装置と前記内燃機関負荷による発電量が前記車両電気需要量より少ない場合には、前記車両に搭載されているバッテリから電力の不足分を補充する工程と、
前記運転状況検出工程において、前記内燃機関が無負荷で且つ、所定回転数以上の場合には、前記第1クラッチを接続し、前記第2クラッチを遮断して、内燃機関無負荷発電を行う無負荷発電工程と、
前記内燃機関無負荷発電による発電量が前記車両の前記車両電気需要量より多いか、少ないかを判断する無負荷発電量判断工程と、
前記無負荷発電による発電量が前記車両電気需要量より少ない場合には、前記車両に搭載されているバッテリから電力の不足分を補充する工程と、を備えたことを特徴とする廃熱回収装置を備えた車両の発電装置の作動制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012196423A JP2014051916A (ja) | 2012-09-06 | 2012-09-06 | 廃熱回収装置を備えた車両の発電装置と作動制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012196423A JP2014051916A (ja) | 2012-09-06 | 2012-09-06 | 廃熱回収装置を備えた車両の発電装置と作動制御方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014051916A true JP2014051916A (ja) | 2014-03-20 |
Family
ID=50610613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012196423A Pending JP2014051916A (ja) | 2012-09-06 | 2012-09-06 | 廃熱回収装置を備えた車両の発電装置と作動制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014051916A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014018955A1 (de) * | 2014-12-18 | 2016-06-23 | Daimler Ag | Kraftfahrzeug und Verfahren zu dessen Betrieb |
WO2021182442A1 (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-16 | いすゞ自動車株式会社 | 発電システム |
-
2012
- 2012-09-06 JP JP2012196423A patent/JP2014051916A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014018955A1 (de) * | 2014-12-18 | 2016-06-23 | Daimler Ag | Kraftfahrzeug und Verfahren zu dessen Betrieb |
WO2021182442A1 (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-16 | いすゞ自動車株式会社 | 発電システム |
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