JP2015094271A

JP2015094271A - ランキンサイクルシステム

Info

Publication number: JP2015094271A
Application number: JP2013233652A
Authority: JP
Inventors: 嘉之山下; Yoshiyuki Yamashita; 日出夫小林; Hideo Kobayashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-05-18

Abstract

【課題】負圧ポンプを用いることなく凝縮器の負圧を確保できるランキンサイクルシステムを提供する。
【解決手段】ランキンサイクルシステム（１）は、内燃機関（１０）の吸気系（１６）の負圧を凝縮器（７０）に供給する負圧供給通路（２００）と、負圧供給通路に配置されて、負圧供給通路を開閉する通路開閉弁（２１０）と、負圧供給通路の凝縮器と通路開閉弁との間の部分に接続されて、負圧供給通路の負圧を貯留する負圧貯留タンク（２２０）と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明はランキンサイクルシステムに関する。

従来、内燃機関の廃熱によって蒸気化した作動流体が供給されて駆動する膨張機と、この膨張機を経由した作動流体が供給される凝縮器とを備えるランキンサイクルシステムが知られている。このようなランキンサイクルシステムとして、例えば特許文献１には、内燃機関の排気の熱（すなわち廃熱）によって蒸気化した冷媒（すなわち作動流体）が供給されて駆動するタービン（すなわち膨張機）と、タービンを経由した冷媒が供給されるコンデンサ（すなわち凝縮器）とを備えるランキンサイクルシステムが開示されている。

また、特許文献１には、ランキンサイクルシステムの系内が負圧になることがランキンサイクルシステムの運転上好ましい旨が開示されている。さらに特許文献１には、負圧ポンプ（特許文献１ではバキュームポンプと称されている）を用いて凝縮器の負圧を確保することでランキンサイクルシステムの系内の負圧を確保する技術が開示されている。

特開２０１２−１５９０６５号公報

特許文献１に係る技術のように負圧ポンプを用いて凝縮器の負圧を確保した場合、ランキンサイクルシステムのコストが大幅に増加する可能性がある。負圧ポンプを用いることなく凝縮器の負圧を確保できればコストの大幅な増加を抑制しつつランキンサイクルシステムを適切に運転させることができると考えられるが、これまで、このような技術は開発されていなかった。

本発明は、負圧ポンプを用いることなく凝縮器の負圧を確保できるランキンサイクルシステムを提供することを目的とする。

本発明に係るランキンサイクルシステムは、内燃機関の廃熱によって蒸気化した作動流体が供給されて駆動する膨張機と、前記膨張機を経由した前記作動流体が供給される凝縮器とを備えるランキンサイクルシステムにおいて、前記内燃機関の吸気系の負圧を前記凝縮器に供給する負圧供給通路と、前記負圧供給通路に配置されて、前記負圧供給通路を開閉する通路開閉弁と、前記負圧供給通路の前記凝縮器と前記通路開閉弁との間の部分に接続されて、前記負圧供給通路の負圧を貯留する負圧貯留タンクと、を備えることを特徴とする。

本発明に係るランキンサイクルシステムによれば、通路開閉弁が負圧供給通路を開にすることで、内燃機関の吸気系の負圧を負圧供給通路を介して凝縮器に供給できる。また、負圧貯留タンクによっても凝縮器に負圧を供給できるため、凝縮器の負圧が不足することを抑制できる。以上のように本発明に係るランキンサイクルシステムによれば、負圧ポンプを用いることなく凝縮器の負圧を確保できる。

本発明によれば、負圧ポンプを用いることなく凝縮器の負圧を確保できるランキンサイクルシステムを提供することができる。

ランキンサイクルシステムの全体構成を示す模式図である。制御装置が第２電磁弁を制御する際に実行するフローチャートの一例を示す図である。内燃機関の運転状態と減速Ｆ／Ｃの状態と負圧の値とスロットルの付加開度と車速との関係の一例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例に係るランキンサイクルシステム１について説明する。図１はランキンサイクルシステム１の全体構成を示す模式図である。本実施例に係るランキンサイクルシステム１は車両に搭載されている。ランキンサイクルシステム１は、内燃機関１０、気液分離器３０、過熱器４０、膨張機５０、発電機６０および蓄電器６５を備えている。またランキンサイクルシステム１は、凝縮器７０、冷却ファン７５、凝縮ヘッダタンク８０、凝縮タンク８５、ベーンポンプ９０、サーモスタット１００、ウォータポンプ１１０、第１電磁弁１２０および第１逆止弁１３０を備えている。またランキンサイクルシステム１は、ランキンサイクルシステム１の作動流体が通過する作動流体通路として、通路２ａ〜通路２ｈを備えている。本実施例においては作動流体の一例として、内燃機関１０を冷却する冷媒を用いる。またランキンサイクルシステム１は、負圧供給通路２００、第２電磁弁２１０、負圧貯留タンク２２０、第２逆止弁２３０、圧力センサ２４０および制御装置２５０を備えている。

内燃機関１０は、機関本体１１、吸気系１６、排気系１９およびスロットル２１を備えている。機関本体１１は、シリンダヘッド１２およびシリンダブロック１３を備えている。シリンダヘッド１２はシリンダブロック１３の上部に配置されている。シリンダヘッド１２にはヘッド側ウォータジャケット１４が設けられ、シリンダブロック１３にはブロック側ウォータジャケット１５が設けられている。機関本体１１内において冷媒は、ブロック側ウォータジャケット１５を通過した後にヘッド側ウォータジャケット１４に流入する。冷媒は、機関本体１１を通過する際にシリンダブロック１３およびシリンダヘッド１２から熱を受け取る。それにより、冷媒の温度は上昇する。その結果、冷媒の一部は蒸気化する。

吸気系１６は、吸気通路１７と、吸気通路１７に配置されたサージタンク１８とを備えている。排気系１９は排気通路２０を備えている。本実施例に係る排気通路２０は、後述する過熱器４０の内部を挿通している。スロットル２１はサージタンク１８よりも吸気流動方向で上流側に配置されている。本実施例に係るスロットル２１は制御装置２５０の指示を受けて動作する。このようなスロットル２１の一例として、本実施例においては電磁スロットルを用いる。

機関本体１１のヘッド側ウォータジャケット１４を経由した冷媒は、通路２ａを通過して気液分離器３０に流入する。気液分離器３０は、冷媒を気相の冷媒（具体的には蒸気）と液相の冷媒とに分離する機器である。過熱器４０は、内燃機関１０の廃熱によって冷媒を過熱する機器である。具体的には本実施例に係る過熱器４０は、内燃機関１０の排気通路２０を通過する排気の熱（すなわち廃熱）を利用して冷媒を過熱している。本実施例に係る過熱器４０は、気液分離器３０から供給された冷媒を排気の熱によって蒸気にする蒸発部４１と、蒸気になった冷媒を過熱してさらに高温にする過熱部４２とを備えている。

本実施例において、気液分離器３０の気相の冷媒が存在する部分（具体的には上部）と過熱器４０の蒸発部４１とは通路２ｂによって接続している。それにより、気液分離器３０において分離された気相の冷媒は、通路２ｂを通過して蒸発部４１に供給される。また、気液分離器３０の液相の冷媒が存在する部分（具体的には底部）と蒸発部４１とは、通路２ｃによって接続している。通路２ｃには第１電磁弁１２０が配置されている。第１電磁弁１２０は、制御装置２５０からの指示に従って開閉する電磁開閉弁である。また、本実施例において気液分離器３０の底部とブロック側ウォータジャケット１５とは、通路２ｄによって接続している。通路２ｄには、サーモスタット１００およびウォータポンプ１１０が配置されている。この通路２ｄ、サーモスタット１００およびウォータポンプ１１０の内容の説明は後述する。

制御装置２５０は、所定の第１電磁弁開条件が満たされた場合に第１電磁弁１２０を開にする。第１電磁弁１２０が開になることで、通路２ｃが開になり、その結果、気液分離器３０によって分離された液相の冷媒は通路２ｃを通過して過熱器４０の蒸発部４１に供給される。前述した第１電磁弁開条件の具体的内容は特に限定されるものではないが、本実施例においては、一例として、蒸発部４１の冷媒量が不足する可能性が高いと考えられる条件を用いる。具体的には制御装置２５０は、気液分離器３０内に配置された液面センサ（図示せず）の検出結果に基づいて気液分離器３０の液面の位置を取得し、この液面の位置が所定位置より高い場合に、蒸発部４１の冷媒量が不足する可能性が高いと判定して、第１電磁弁開条件が満たされたと判定する。その結果、制御装置２５０は、第１電磁弁１２０を開にする。

過熱器４０の過熱部４２において過熱された冷媒（なお、これは内燃機関１０の廃熱によって過熱蒸気となっている）は、通路２ｅを通過して膨張機５０に供給される。膨張機５０は、過熱蒸気が供給されることで駆動する装置である。過熱蒸気は膨張機５０において膨張する。その結果、過熱蒸気の温度は低下する。本実施例に係る膨張機５０は、筐体５１と、筐体５１の内部に配置されたタービン５２とを備えている。通路２ｅの先端はノズル（このノズルを超音速ノズルと称する）になっている。その結果、この超音速ノズルから噴出された過熱蒸気は、高温高圧の蒸気となってタービン５２の羽根に衝突する。それにより、タービン５２は回転する。タービン５２には発電機６０が接続している。タービン５２が回転することで発電機６０は発電する。発電機６０で発電された電力は蓄電器６５に蓄電される。このように本実施例に係る膨張機５０は、内燃機関１０の廃熱によって蒸気化した作動流体が供給されて駆動する装置であるとともに、供給された作動流体からエネルギー（本実施例では電気エネルギー）を回収する装置でもある。なお膨張機５０の具体的構成は、本実施例のようなタービン５２を備える構成に限定されるものではなく、公知のランキンサイクルシステムに用いられる他の膨張機を適用することも可能である。

膨張機５０を経由した冷媒は、通路２ｆを通過して凝縮器７０に供給される。凝縮器７０は、膨張機５０を経由した冷媒を凝縮させて液相の冷媒にする機器（いわゆるコンデンサ）である。凝縮器７０の具体的構成は特に限定されるものではないが、本実施例においては一例としてラジエータを用いる。この場合、凝縮器７０としてのラジエータは、冷媒が通過する細管を複数有している。冷媒は、この細管を通過する際に空気によって冷却されることで凝縮して液相の冷媒となる。冷却ファン７５は、制御装置２５０からの指示を受けて作動して、空気を凝縮器７０に送風する。ランキンサイクルシステム１が冷却ファン７５を備えることで、凝縮器７０の凝縮効率が高められている。

凝縮ヘッダタンク８０は、凝縮器７０の排出口に設けられている。凝縮器７０を経由した冷媒は、凝縮ヘッダタンク８０に流入する。凝縮ヘッダタンク８０に貯留された冷媒は、通路２ｇを通過して凝縮タンク８５に貯留される。凝縮タンク８５とサーモスタット１００とは、通路２ｈによって接続されている。ベーンポンプ９０は、通路２ｈに配置されている。ベーンポンプ９０は、ベーンを備えたロータが回転することによって流体を移送するポンプである。本実施例に係るベーンポンプ９０は、制御装置２５０の指示を受けて作動する。第１逆止弁１３０は、通路２ｈのベーンポンプ９０とサーモスタット１００との間に配置されている。第１逆止弁１３０は、ベーンポンプ９０側からサーモスタット１００側への冷媒の流動を許容し、これとは逆方向の冷媒の流動を抑制する弁である。第１逆止弁１３０によって、ベーンポンプ９０の回転が停止している場合であっても、サーモスタット１００側からベーンポンプ９０側への冷媒の流動が抑制されている。

サーモスタット１００は、冷媒の温度が所定温度以上の場合に、通路２ｄのサーモスタット１００と気液分離器３０との間の部分を閉にし、且つ通路２ｈを開にする。この場合、ベーンポンプ９０を経由した冷媒は、ウォータポンプ１１０によってブロック側ウォータジャケット１５に供給される。すなわち、この場合、凝縮器７０（ラジエータ）を経由することで冷却された後の冷媒がブロック側ウォータジャケット１５に供給される。一方、サーモスタット１００は、冷媒の温度が所定温度未満の場合には、通路２ｈを閉にし、且つ通路２ｄのサーモスタット１００と気液分離器３０との間の部分を開にする。この場合、気液分離器３０の液相の冷媒がウォータポンプ１１０によってブロック側ウォータジャケット１５に供給される。

負圧供給通路２００は、内燃機関１０の吸気系１６の負圧を凝縮器７０に供給する通路である。本実施例に係る負圧供給通路２００は、吸気系１６と凝縮器７０とを接続している。具体的には本実施例に係る負圧供給通路２００は、吸気系１６のサージタンク１８と凝縮器７０の内部（具体的にはラジエータの内部に設けられている細管）とを接続している。なお、負圧供給通路２００が接続する吸気系１６の具体的な構成はサージタンク１８に限定されるものではない。他の一例を挙げると、例えば負圧供給通路２００の一端は吸気通路１７に接続していてもよい。

第２電磁弁２１０は負圧供給通路２００に配置されている。第２電磁弁２１０は制御装置２５０の指示に従って開閉する電磁開閉弁である。第２電磁弁２１０が閉になることで負圧供給通路２００は閉になり、第２電磁弁２１０が開になることで負圧供給通路２００は開になる。すなわち、第２電磁弁２１０は、負圧供給通路２００を開閉する通路開閉弁としての機能を有している。第２電磁弁２１０が開になることで負圧供給通路２００が開になった場合、サージタンク１８の負圧は負圧供給通路２００を通過して、凝縮器７０に供給される。また、第２電磁弁２１０が閉になることで負圧供給通路２００が閉になった場合、サージタンク１８の負圧の凝縮器７０への供給は停止される。

負圧貯留タンク２２０は、負圧供給通路２００の凝縮器７０と第２電磁弁２１０との間の部分に接続されている。具体的には本実施例に係る負圧貯留タンク２２０は、負圧供給通路２００の凝縮器７０と第２電磁弁２１０との間の部分のうち、第２電磁弁２１０の近傍に接続されている。負圧貯留タンク２２０は、負圧供給通路２００の負圧を貯留するタンクとしての機能を有する部材である。

第２逆止弁２３０は、負圧供給通路２００の負圧貯留タンク２２０が接続している部分と負圧供給通路２００の凝縮器７０に接続している部分との間の部分に配置されている。第２逆止弁２３０は、負圧の吸気系１６側から凝縮器７０側への流動を許容し、これとは逆方向の負圧の流動を抑制する弁である。

圧力センサ２４０は通路２ｆに配置されている。圧力センサ２４０は通路２ｆを通過する冷媒の圧力を検出し、検出結果を制御装置２５０に伝える。すなわち、本実施例に係る圧力センサ２４０は、膨張機５０よりも作動流体の流動方向で下流側（具体的には膨張機５０よりも下流側で凝縮器７０よりも上流側）の部分の作動流体の圧力を検出する圧力検出装置としての機能を有する部材である。

制御装置２５０は、ランキンサイクルシステム１の全体の動作を制御する制御装置である。具体的には本実施例に係る制御装置２５０は、内燃機関１０の機関本体１１の動作（具体的には燃料噴射動作）を制御するとともに、前述したスロットル２１、冷却ファン７５、ベーンポンプ９０、第１電磁弁１２０および第２電磁弁２１０等の動作を統合的に制御する。本実施例においては、制御装置２５０の一例として、マイクロコンピュータを備える電子制御装置（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を用いる。このマイクロコンピュータは、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２５１、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）２５２およびＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）２５３を備えている。ＣＰＵ２５１は、各種演算処理や制御処理を行う制御部としての機能を有する部材である。ＲＯＭ２５２およびＲＡＭ２５３は、ＣＰＵ２５１の動作に必要な情報を記憶する記憶部としての機能を有する部材である。なお、後述するフローチャートの各ステップはＣＰＵ２５１が実行する。

以上説明したように、本実施例に係るランキンサイクルシステム１は、内燃機関１０の廃熱（本実施例では排気の熱）によって蒸気化した作動流体（本実施例では冷媒）が供給されて駆動する膨張機５０と、膨張機５０を経由した作動流体が供給される凝縮器７０とを少なくとも備えるランキンサイクルシステムにおいて、負圧供給通路２００と、負圧供給通路を開閉する通路開閉弁としての機能を有する第２電磁弁２１０と、負圧貯留タンク２２０とを少なくとも備えている。本実施例に係るランキンサイクルシステム１によれば、第２電磁弁２１０が負圧供給通路２００を開にすることで、内燃機関１０の吸気系１６の負圧を負圧供給通路２００を介して凝縮器７０に供給できる。また、負圧貯留タンク２２０によっても凝縮器７０に負圧を供給できるため、凝縮器７０の負圧が不足することを抑制できる。以上のように本実施例に係るランキンサイクルシステム１によれば、負圧ポンプを用いることなく凝縮器７０の負圧を確保できる。

なお、負圧供給通路２００の吸気系１６への接続箇所は負圧供給通路２００の凝縮器７０への接続箇所よりも重力方向で上方に位置していることが好ましい。この場合、負圧供給通路２００を全体的に吸気系１６の側から凝縮器７０の側に向けて下り勾配にすることができる。それにより、負圧供給通路２００内に発生した凝縮水が吸気系１６に流入することを抑制できる。また、負圧供給通路２００内に発生した凝縮水を凝縮器７０に供給することも容易にできる。

続いて、制御装置２５０による第２電磁弁２１０の制御の詳細についてフローチャートを用いて説明する。図２は、制御装置２５０が第２電磁弁２１０を制御する際に実行するフローチャートの一例を示す図である。制御装置２５０の具体的にはＣＰＵ２５１は、図２のフローチャートを所定周期で繰り返し実行する。

まず制御装置２５０は、内燃機関１０が稼動中であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。本実施例に係るステップＳ１０の内容は次のとおりである。まず、本実施例に係る内燃機関１０が搭載された車両の運転席には、ユーザによって操作されるイグニションスイッチが配置されている。ユーザは内燃機関１０の始動を希望する場合にイグニションスイッチをＯＮにし、内燃機関１０の停止を希望する場合にイグニションスイッチをＯＦＦにする。制御装置２５０は、イグニションスイッチがＯＮになった場合に、内燃機関１０の機関本体１１のクランキングを開始させることで内燃機関１０を始動させ、イグニションスイッチがＯＦＦになった場合に、内燃機関１０を停止させる。そこで、本実施例に係る制御装置２５０は、ステップＳ１０において、イグニションスイッチがＯＮになっているか否かを判定し、イグニションスイッチがＯＮになっていると判定した場合に内燃機関１０が稼動中であると判定する。但し、ステップＳ１０の具体的な内容はこれに限定されるものではない。

ステップＳ１０において内燃機関１０が稼動中でないと判定された場合（Ｎｏ）、制御装置２５０は第２電磁弁２１０を閉に制御する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０が実行されることで、吸気系１６の負圧の凝縮器７０への供給は停止される。次いで制御装置２５０はフローチャートの実行を終了する。

ステップＳ１０において内燃機関１０が稼動中であると判定された場合（Ｙｅｓ）、制御装置２５０は内燃機関１０の燃料をカットするフューエルカット制御（Ｆ／Ｃ）が実行されているか否かを判定する（ステップＳ３０）。具体的には本実施例に係る制御装置２５０は、内燃機関１０が搭載された車両が減速している時（減速時）に、フューエルカット制御を実行する。このフューエルカット制御において具体的には制御装置２５０は、燃料噴射弁からの燃料の噴射を停止させる。なお、これ以降、この減速時に実行されるフューエルカット制御を減速Ｆ／Ｃと称する。

また、本実施例に係る制御装置２５０は、減速Ｆ／Ｃ時においてスロットル２１の開度を、減速Ｆ／Ｃ時でない場合に比較して所定量だけ開き側（＋側）に設定する。なお、スロットル２１の開度が開き側変位した場合、吸気系１６の負圧は発生し難くなる。このように減速Ｆ／Ｃ時においてスロットル２１の開度を開き側に設定する理由は、吸気系１６における過剰な負圧発生によって内燃機関１０の潤滑用オイルの消費量が増大することを抑制するためである。

ステップＳ３０において減速Ｆ／Ｃが実行されていると判定されなかった場合（Ｎｏ）、制御装置２５０は第２電磁弁２１０を閉に制御する（ステップＳ４０）。ステップＳ４０の具体的な内容はステップＳ２０と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ４０の後に制御装置２５０はステップＳ１０を実行する。

ステップＳ３０において減速Ｆ／Ｃが実行されていると判定された場合（Ｙｅｓ）、制御装置２５０は第２電磁弁２１０が閉に制御されているか否かを判定する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０において第２電磁弁２１０が閉に制御されていると判定された場合（Ｙｅｓ）、制御装置２５０は第２電磁弁２１０を開に制御する（ステップＳ６０）。その結果、負圧供給通路２００は開になり、吸気系１６から凝縮器７０への負圧の供給が開始される。

なお、上述したようにフューエルカット制御が実行されているときに内燃機関１０の吸気系１６の負圧を凝縮器７０に供給するメリットは次のとおりである。まず、仮にフューエルカット制御が実行されていない場合に内燃機関１０の吸気系１６の負圧を凝縮器７０に供給した場合、内燃機関１０に供給される吸気量が増加する可能性があると考えられる。これに対して、本実施例に係る制御装置２５０によれば、フューエルカット制御が実行されている場合に吸気系１６の負圧を凝縮器７０に供給しているため、内燃機関１０に供給される吸気量が増加することによる空燃比の変動は抑制されている。なお、ステップＳ５０において第２電磁弁２１０が閉に制御されていると判定されなかった場合（Ｎｏ）、既に第２電磁弁２１０は開に制御されているため、制御装置２５０はステップＳ６０を実行せずに後述するステップＳ７０を実行する。

ステップＳ６０の後に制御装置２５０は、圧力センサ２４０の検出結果に基づいて通路２ｆの冷媒の圧力である負圧Ｐを取得し、取得された負圧Ｐの値が所定値Ａより小さいか否かを判定する（ステップＳ７０）。所定値Ａの具体的な値は特に限定されるものではないが、本実施例においては一例として、ランキンサイクルシステム１が適切に作動すると考えられる負圧の値、すなわち負圧Ｐの狙い値（換言すると目標値）を用いる。なお、この所定値Ａは、予め実験、シミュレーション等によって適切な値を求めておき、記憶部（具体的にはＲＯＭ２５２）に記憶させておく。

ステップＳ７０において負圧Ｐが所定値Ａより小さいと判定された場合（Ｙｅｓ）、制御装置２５０はスロットル２１に付加する開度（以下、付加開度と称する）を所定量αだけ減少させる（ステップＳ８０）。具体的には制御装置２５０は、スロットル２１の付加開度を、ステップＳ７０でＹｅｓと判定される前に比較して、所定量αだけ減少させる。このようにスロットル２１の付加開度が所定量αだけ減少することで、所定量αの減少分、吸気系１６の負圧は増大する。吸気系１６の負圧が増大することで、通路２ｆの負圧Ｐの値も増大する。ステップＳ８０の後に制御装置２５０は、ステップＳ７０を実行する。すなわち、ステップＳ８０はステップＳ７０でＮｏと判定されるまで繰り返し実行される。すなわち、本実施例に係るステップＳ７０およびステップＳ８０は、負圧Ｐが所定値Ａ以上になるまでスロットル２１の付加開度を所定量αずつ減少させる制御処理となっている。

ステップＳ７０において負圧Ｐが所定値Ａより小さいと判定されなかった場合（Ｎｏ）、すなわち負圧Ｐが所定値Ａ以上の場合、制御装置２５０は負圧Ｐが所定値Ｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ９０）。なお、所定値Ｂは所定値Ａよりも大きい値である。所定値Ｂの具体的な値は特に限定されるものではないが、本実施例においては一例として、ランキンサイクルシステム１が適切に作動しないと考えられる負圧の値もしくは内燃機関１０の潤滑用オイルの消費量が増大する負圧の値、すなわち負圧Ｐの限界値を用いることとする。この所定値Ｂは予め実験、シミュレーション等によって求めておき、記憶部（具体的にはＲＯＭ２５２）に記憶させておく。

ステップＳ９０において負圧Ｐが所定値Ｂ以上であると判定された場合（この場合、負圧Ｐは所定値Ａ≦所定値Ｂ≦負圧Ｐを満たしている）、制御装置２５０は、スロットル２１の付加開度を所定量αだけ増加させる（ステップＳ１００）。これにより、吸気系１６の負圧は減少し、その結果、通路２ｆの負圧Ｐの値も減少する。それにより、負圧Ｐを所定値Ａ以上所定値Ｂ未満にすることができる。ステップＳ１００の後に制御装置２５０はステップＳ１０を実行する。一方、ステップＳ９０において負圧Ｐが所定値Ｂ以上であると判定されなかった場合（Ｎｏ）、制御装置２５０はステップＳ１００を実行せずにステップＳ１０を実行する。なお、この場合、ステップＳ１００が実行されなくても、負圧Ｐは所定値Ａ以上所定値Ｂ未満になっている。

以上のようにステップＳ７０、ステップＳ８０、ステップＳ９０およびステップＳ１００が実行されることで、負圧Ｐを所定値Ａ近傍の値、具体的には所定値Ａ以上所定値Ｂ未満にすることができる。それにより、負圧ポンプを用いることなく、ランキンサイクルシステム１の負圧Ｐを適切に確保できる。また、このように負圧Ｐを所定値Ａ以上所定値Ｂ未満にすることで、エンジンブレーキの効きを向上させることができる。それにより、ランキンサイクルシステム１が搭載された車両の運転者によるブレーキ操作の負担を軽減できる。また、この場合、エンジンブレーキの効きが所定範囲に収まるため、毎回、同様のエンジンブレーキの効きが得られることから、運転者が減速時に感じるドライビングフィーリングを良好にできる。

図３は、内燃機関１０の運転状態と、減速Ｆ／Ｃの状態と、負圧の値と、スロットル２１の付加開度と、車速との関係の一例を示すタイミングチャートである。図３においてライン３００は内燃機関１０の運転状態を示している。具体的にはライン３００は、時間ｔ_１になるまでは内燃機関１０が非稼動の状態であり、時間ｔ_１において内燃機関１０が稼動したことを示している。ライン３０１は、減速Ｆ／Ｃが実行されたか否かを示している。具体的にはライン３０１は、時間ｔ_２〜時間ｔ_３までの間、および時間ｔ_４〜時間ｔ_５までの間、減速Ｆ／Ｃが実行され（ＯＮ）、それ以外の時間は減速Ｆ／Ｃが実行されていない（ＯＦＦ）ことを示している。

ライン３０２（実線）は通路２ｆの負圧Ｐの値を示している。ライン３０３（一点鎖線）は吸気系１６の負圧の値、具体的にはサージタンク１８の負圧の値を示している。ライン３０４はスロットル２１の付加開度を示している。ライン３０５は車速を示している。車速は縦軸で上側に行く程速くなっている。

図３のライン３０４が示すように、減速Ｆ／Ｃの間（時間ｔ_２〜時間ｔ_３および時間ｔ_４〜時間ｔ_５）、スロットル２１の付加開度は−側に徐々に変位している。これは、前述した図２のフローチャートの実行によって、負圧Ｐが所定値Ａ以上になるようにスロットル２１の付加開度が所定量αずつ減少していることに対応している。そして、このようにスロットル２１の付加開度が制御されることで、ライン３０２に示す負圧Ｐの値は、最終的には、所定値Ａの近傍に制御されている（例えば時間ｔ_５のライン３０２参照）。

以上説明したように、本実施例に係るランキンサイクルシステム１によれば、負圧ポンプを用いることなく凝縮器の負圧を適切に確保できる。それにより、ランキンサイクルシステム１によれば、コストの大幅な上昇を抑制しつつランキンサイクルシステム１の系内を負圧にできる。その結果、コストの大幅な上昇を抑制しつつランキンサイクルシステム１を適切に運転させることができる。具体的には、コストの大幅な上昇を抑制しつつ、ランキンサイクルシステム１の系内における作動流体の蒸気化を促進させることができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ランキンサイクルシステム
１０内燃機関
１６吸気系
１８サージタンク
５０膨張機
７０凝縮器
２００負圧供給通路
２１０第２電磁弁
２２０負圧貯留タンク
２５０制御装置

Claims

内燃機関の廃熱によって蒸気化した作動流体が供給されて駆動する膨張機と、前記膨張機を経由した前記作動流体が供給される凝縮器とを備えるランキンサイクルシステムにおいて、
前記内燃機関の吸気系の負圧を前記凝縮器に供給する負圧供給通路と、
前記負圧供給通路に配置されて、前記負圧供給通路を開閉する通路開閉弁と、
前記負圧供給通路の前記凝縮器と前記通路開閉弁との間の部分に接続されて、前記負圧供給通路の負圧を貯留する負圧貯留タンクと、を備えることを特徴とするランキンサイクルシステム。