JP2015200194A - vehicle - Google Patents

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  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control opening and closing of a grille shutter to effectively utilize a waste heat regeneration device in improving fuel consumption performance, in a vehicle including the waste heat regeneration device and the grille shutter.SOLUTION: A vehicle includes an internal combustion engine 2, and a waste heat regeneration device 31 regenerating waste heat of the internal combustion engine 2 as motive power or electric power. The vehicle includes a front face heat exchanger 38 disposed at a front side of an engine room at a vehicle body front portion and included in the waste heat regeneration device 31, an outside air introduction port 101 for introducing outside air from a frontmost portion of the engine room to the front face heat exchanger 38 in running, and adjusting means 100 capable of adjusting an outside air introduction amount from the outside air introduction port 101 by opening and closing the outside air introduction port 101. The adjusting means 100 reduces the outside air introduction amount when an outside air temperature is higher than a prescribed value, in comparison with a case when the outside air temperature is the prescribed value or less.

Description

本発明は、車体前部に設けた内燃機関収納部への、走行風の導入量を調節可能なシャッターを備える車両に関する。   The present invention relates to a vehicle including a shutter capable of adjusting the amount of traveling wind introduced into an internal combustion engine housing provided at the front of a vehicle body.

内燃機関を搭載する一般的な車両は、車体前部に設けたエンジンルームの前端部に、冷却水と外気との熱交換を行なうラジエータを配置し、走行風がラジエータを通過するよう外気導入用のグリルを設けている。ところで、グリルからエンジンルームへ導入される外気量が多くなるほど、冷却性能は向上するものの、空気抵抗の増大によって燃費性能は悪化する。そこで、グリルを開閉するグリルシャッターを設け、冷却水温に応じてグリルシャッターを開閉することで、冷却性能と燃費性能とを両立する車両が特許文献1に開示されている。   A general vehicle equipped with an internal combustion engine has a radiator for exchanging heat between cooling water and outside air at the front end of an engine room provided at the front of the vehicle body, and is used for introducing outside air so that traveling wind passes through the radiator. The grill is provided. By the way, as the amount of outside air introduced from the grill to the engine room increases, the cooling performance improves, but the fuel efficiency deteriorates due to the increase in air resistance. Therefore, Patent Document 1 discloses a vehicle that provides both a cooling performance and a fuel consumption performance by providing a grill shutter for opening and closing the grill and opening and closing the grill shutter according to the cooling water temperature.

特開2010−111277号公報JP 2010-111277 A

しかしながら、上記文献では、内燃機関の廃熱を回生して電力又は動力を発生させる廃熱回生装置を備える車両におけるグリルシャッターの開閉制御については記載されていない。   However, the above document does not describe opening / closing control of the grill shutter in a vehicle including a waste heat regeneration device that regenerates waste heat of the internal combustion engine to generate electric power or power.

廃熱回生装置で発生した出力を内燃機関の補助に利用することで、燃費性能を向上させることができる。しかし、廃熱回生装置は外気放熱量によって性能(回生効率)が左右されるので、廃熱回生装置を備える車両の場合、上記文献のように内燃機関やハイブリッド用強電装置の冷却系統の冷却水温に応じてグリルシャッターを開閉する制御を適用すると、廃熱回生装置の性能を十分に発揮できなくなる。   By using the output generated by the waste heat regeneration device for assisting the internal combustion engine, fuel efficiency can be improved. However, since the performance (regeneration efficiency) of the waste heat regenerator depends on the amount of heat released from the outside air, in the case of a vehicle equipped with the waste heat regenerator, the cooling water temperature of the cooling system of the internal combustion engine or the hybrid high-voltage device as described above If the control for opening and closing the grill shutter according to the above is applied, the performance of the waste heat regeneration device cannot be fully exhibited.

そこで本発明では、廃熱回生装置の発生出力を有効に利用して燃費性能を向上させるようにグリルシャッターを開閉する車両を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a vehicle that opens and closes a grill shutter so as to improve fuel efficiency by effectively using the output generated by the waste heat regeneration device.

本発明のある態様によれば、内燃機関と、内燃機関の廃熱を動力又は電力として回生する廃熱回生装置とを備える車両が提供される。車両は、車体前部に設けたエンジンルームの前方側に配置され、廃熱回生装置に含まれる前面熱交換器と、走行中にエンジンルームの最前部から前面熱交換器へ外気を導入する外気導入口と、外気導入口を開閉することで外気導入口からの外気導入量を調整し得る調整手段とを備える。そして、調整手段は、外気温が所定値より高い場合は、外気温が所定値以下の場合に比べて外気導入量が少なくなるように調整する。   According to an aspect of the present invention, a vehicle including an internal combustion engine and a waste heat regeneration device that regenerates waste heat of the internal combustion engine as power or electric power is provided. The vehicle is disposed on the front side of the engine room provided in the front part of the vehicle body, and includes a front heat exchanger included in the waste heat regeneration device and outside air that introduces outside air from the frontmost part of the engine room to the front heat exchanger during traveling. And an adjusting means capable of adjusting the amount of outside air introduced from the outside air inlet by opening and closing the outside air inlet. The adjusting means adjusts the outside air introduction amount to be smaller when the outside air temperature is higher than a predetermined value, compared to when the outside air temperature is equal to or lower than the predetermined value.

グリルシャッターを閉じることによる燃費向上効果は、外気温によらず一定であるのに対し、廃熱回生装置を運転することによる燃費向上効果は、一般的に外気温が低いほど高くなる。上記態様によれば、外気温が所定値より高い場合は、外気温が所定値以下の場合に比べて外気導入量を少なくするよう調整手段が調整するので、低外気温時には、グリルシャッターを閉じることによる燃費向上効果より大きい、廃熱回生装置を運転することによる燃費向上効果が得られる。   The fuel efficiency improvement effect by closing the grill shutter is constant regardless of the outside temperature, whereas the fuel efficiency improvement effect by operating the waste heat regeneration device is generally higher as the outside temperature is lower. According to the above aspect, when the outside air temperature is higher than the predetermined value, the adjusting means adjusts so that the introduction amount of the outside air is reduced compared to the case where the outside air temperature is equal to or lower than the predetermined value. The fuel efficiency improvement effect by driving the waste heat regeneration device is greater than the fuel efficiency improvement effect due to the above.

図1は、車両のエンジンルーム内の概略構成図である(グリルシャッター開状態)。FIG. 1 is a schematic configuration diagram in an engine room of a vehicle (grill shutter open state). 図2は、車両のエンジンルーム内の概略構成図である(グリルシャッター閉状態)。FIG. 2 is a schematic configuration diagram in the engine room of the vehicle (grill shutter closed state). 図3は、ランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing the entire Rankine cycle system. 図4は、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。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an expander pump in which the pump and the expander are integrated. 図5は、ランキンサイクル運転域の特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram of the Rankine cycle operation region. 図6は、ランキンサイクル運転域の特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram of the Rankine cycle operation region. 図7は、エジェクタの概略断面図である。FIG. 7 is a schematic sectional view of the ejector. 図8は、ランキンサイクル単独運転を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic view showing Rankine cycle single operation. 図9は、トルクアシスト付きエジェクタエアコンの運転を示す概略図である。FIG. 9 is a schematic view showing the operation of the ejector air conditioner with torque assist. 図10は、トルクアシストなしエジェクタエアコンの運転を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic view showing the operation of the ejector air conditioner without torque assist. 図11は、コンプレッサエアコンの運転を示す概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing the operation of the compressor air conditioner. 図12は、第1実施形態にかかるグリルシャッターの開閉動作の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an opening / closing operation of the grill shutter according to the first embodiment. 図13は、第1実施形態にかかるグリルシャッターの開閉状態マップである。FIG. 13 is an open / closed state map of the grille shutter according to the first embodiment. 図14は、比較のためのグリルシャッターの開閉状態マップである。FIG. 14 is an open / closed state map of the grill shutter for comparison. 図15は、第2実施形態にかかるグリルシャッターの開閉動作の一例を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an opening / closing operation of the grill shutter according to the second embodiment. 図16は、第3実施形態にかかるグリルシャッターの動作を示す第1の図である。FIG. 16 is a first diagram illustrating the operation of the grill shutter according to the third embodiment. 図17は、第3実施形態にかかるグリルシャッターの動作を示す第2の図である。FIG. 17 is a second diagram illustrating the operation of the grill shutter according to the third embodiment. 図18は、第3実施形態にかかるグリルシャッターの動作を示す第3の図である。FIG. 18 is a third diagram illustrating the operation of the grill shutter according to the third embodiment.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1実施形態)
図1、図2は、本実施形態に係る車両1のエンジンルーム内の概略構成図である。この概略構成図は車両進行方向と直交する方向から見たものである。
(First embodiment)
1 and 2 are schematic configuration diagrams in the engine room of the vehicle 1 according to the present embodiment. This schematic configuration diagram is viewed from a direction orthogonal to the vehicle traveling direction.

エンジンルームの最前部には、後述する廃熱回生装置としてのランキンサイクル31の構成部品である凝縮器(前面熱交換器)38が配置され、その直後には内燃機関1用のラジエータ11が配置される。   A condenser (front heat exchanger) 38, which is a component part of a Rankine cycle 31 as a waste heat regeneration device, which will be described later, is disposed in the foremost part of the engine room, and a radiator 11 for the internal combustion engine 1 is disposed immediately thereafter. Is done.

そして、車体の前端には、走行中の外気(走行風ともいう)を凝縮器38へ導入するためのグリル101が開口している。また、グリル101には、グリル101を開閉するグリルシャッター100が備えられている。   At the front end of the vehicle body, a grill 101 for introducing outside air (also referred to as traveling wind) during traveling into the condenser 38 is opened. The grill 101 is provided with a grill shutter 100 that opens and closes the grill 101.

グリルシャッター100は、水平方向に延びる回転軸を中心として回転可能な複数の板状部材と、板状部材を回転駆動するための図示しない電動モータ等のアクチュエータと、を含んで構成されている。複数の板状部材は所定間隔を持って配置され、開状態では図1に示すように各板状部材間に隙間が生じる回転角度となり、一方、閉状態では図2に示すように各板状部材間に隙間が生じない回転角度となる。   The grill shutter 100 includes a plurality of plate-like members that can rotate around a rotation axis that extends in the horizontal direction, and an actuator such as an electric motor (not shown) that rotates the plate-like member. The plurality of plate-like members are arranged with a predetermined interval, and in the open state, the rotation angle is generated so that a gap is formed between the plate-like members as shown in FIG. 1, while in the closed state, each plate-like member is shown in FIG. The rotation angle is such that no gap is generated between the members.

なお、上述したグリルシャッター100の構造はあくまでも一例であり、グリル101を開閉できるものであれば他の構造であってもよい。   The structure of the grill shutter 100 described above is merely an example, and other structures may be used as long as the grill 101 can be opened and closed.

凝縮器38は、ラジエータ11と同様に、放熱フィンを備えるチューブからなるコアを備え、コアの隙間を通過する空気と熱交換することで内部を流れる冷媒を冷却するものである。   Similarly to the radiator 11, the condenser 38 includes a core made of a tube having heat radiating fins, and cools the refrigerant flowing inside by exchanging heat with the air passing through the gap between the cores.

図1のようにグリルシャッター100が開いた状態では、グリル101から導入された走行風が凝縮器38及びラジエータ11を通過する。エンジンルーム内の空気は、内燃機関1やその他の補機等から発生する熱により温められているので、走行風が導入された方が凝縮器38から外気への放熱量が増大し、廃熱回生効率が向上する。上記のように、外気を導入することでランキンサイクル31による廃熱回生効率が高まり、廃熱回生による燃費性能の向上が見込まれる。ただし、走行風をエンジンルーム内に導入することは、空気抵抗の増大による空力性能の低下を招くので、燃費性能を低下させる要因にもなり得る。   In the state where the grill shutter 100 is opened as shown in FIG. 1, the traveling wind introduced from the grill 101 passes through the condenser 38 and the radiator 11. Since the air in the engine room is warmed by heat generated from the internal combustion engine 1 and other auxiliary machines, the amount of heat released from the condenser 38 to the outside air increases when the traveling wind is introduced, and waste heat is generated. Regeneration efficiency is improved. As described above, by introducing the outside air, the waste heat regeneration efficiency by the Rankine cycle 31 is increased, and the fuel efficiency performance is expected to be improved by the waste heat regeneration. However, introducing the traveling wind into the engine room may cause a decrease in aerodynamic performance due to an increase in air resistance, and may cause a decrease in fuel consumption performance.

一方、図2のようにグリルシャッター100が閉じた状態では、走行風はエンジンルーム内に導入されずに、車体周りを流れることになる。このため、ランキンサイクル31による廃熱回生効率を上昇させる効果は得られないが、空力性能の向上による燃費性能の向上が見込まれる。なお、グリルシャッター100を閉じてエンジンルームへの外気の導入を制限すると、冷機始動時の暖機時間の短縮や、エンジン及び変速機の過冷却の防止といった効果も得られ、これらの効果も燃費性能の向上に貢献する。   On the other hand, when the grill shutter 100 is closed as shown in FIG. 2, the traveling wind flows around the vehicle body without being introduced into the engine room. For this reason, although the effect which raises the waste heat regeneration efficiency by Rankine cycle 31 is not acquired, the improvement of the fuel consumption performance by the improvement of aerodynamic performance is anticipated. If the grill shutter 100 is closed to restrict the introduction of outside air into the engine room, effects such as shortening the warm-up time when starting the cold engine and preventing overcooling of the engine and the transmission can be obtained. Contributes to improved performance.

また、上記のように廃熱回生効率は外気への放熱量に依存するので、外気温が高くなるほど、廃熱回生による燃費性能の向上代は小さくなる。   In addition, as described above, the waste heat regeneration efficiency depends on the amount of heat released to the outside air. Therefore, the higher the outside air temperature, the smaller the cost for improving the fuel efficiency due to the waste heat regeneration.

したがって、グリルシャッター100の開度は、廃熱回生による燃費性能の向上代と空力性能の向上による燃費性能の向上代とを考慮して決定する必要がある。グリルシャッター100の開度制御の詳細については、後述する。   Therefore, the opening degree of the grill shutter 100 needs to be determined in consideration of the allowance for improving fuel efficiency due to waste heat regeneration and the allowance for improving fuel efficiency due to aerodynamic performance. Details of the opening control of the grill shutter 100 will be described later.

次に、本実施形態で廃熱回生装置として用いるランキンサイクル31について説明する。   Next, the Rankine cycle 31 used as a waste heat regeneration device in the present embodiment will be described.

図3は本発明の前提となるランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図を示している。図3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。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。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing the entire Rankine cycle system as a premise of the present invention. The Rankine cycle 31 of FIG. 3 is configured to share the refrigerant and the condenser 38 with the refrigeration cycle 51, and a cycle in which the Rankine cycle 31 and the refrigeration cycle 51 are integrated is hereinafter expressed as an integrated cycle 30. The integrated cycle 30 includes a circuit (passage) through which the refrigerant of the Rankine cycle 31 and the refrigeration cycle 51 circulates and components such as a pump, an expander, and a condenser provided in the middle of the circuit, and a circuit for cooling water and exhaust. It shall refer to the entire system including (passage).

ランキンサイクル31を運転するのは、車速が後述するランキンサイクル運転域に移行したときである。内燃機関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、例えば、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。   The Rankine cycle 31 is operated when the vehicle speed shifts to a Rankine cycle operation region which will be described later. The internal combustion engine 2 includes an exhaust passage 3, and the exhaust passage 3 includes an exhaust manifold 4 and an exhaust pipe 5 connected to a collecting portion of the exhaust manifold 4. The exhaust pipe 5 branches off from the bypass exhaust pipe 6 on the way, and the exhaust pipe 5 in the section bypassed by the bypass exhaust pipe 6 has a waste heat recovery unit for exchanging heat between the exhaust and the cooling water. 22. The waste heat recovery unit 22 and the bypass exhaust pipe 6 are disposed between the underfloor catalyst 88 and the sub muffler 89 downstream thereof, for example, as a waste heat recovery unit 23 in which they are integrated.

図3に基づき、まず、エンジン冷却水回路について説明する。内燃機関2を出た冷却水(暖機状態で80〜90℃程度)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を経て内燃機関2に戻る。   First, the engine coolant circuit will be described with reference to FIG. The cooling water that has exited the internal combustion engine 2 (approximately 80 to 90 ° C. in a warm-up state) flows separately into a cooling water passage 13 that passes through the radiator 11 and a bypass cooling water passage 14 that bypasses the radiator 11. Thereafter, the two flows are merged again by the thermostat valve 15 that determines the distribution of the flow rate of the cooling water flowing through both the passages 13 and 14, and then returns to the internal combustion engine 2 via the cooling water pump 16.

冷却水ポンプ16は内燃機関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。内燃機関2の暖機前など特に冷却水温度が低い場合には、冷却水の全量がバイパス冷却水通路14側を流れる。   The cooling water pump 16 is driven by the internal combustion engine 2 and its rotational speed is synchronized with the engine rotational speed. The thermostat valve 15 relatively increases the amount of cooling water passing through the radiator 11 by increasing the valve opening on the cooling water passage 13 side when the cooling water temperature is high, and on the cooling water passage 13 side when the cooling water temperature is low. The amount of cooling water passing through the radiator 11 is relatively reduced by reducing the valve opening. When the coolant temperature is particularly low, such as before warming up the internal combustion engine 2, the entire amount of coolant flows through the bypass coolant passage 14 side.

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い。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。   On the other hand, the valve opening degree on the bypass cooling water passage 14 side is not fully closed. When the flow rate of the cooling water flowing through the radiator 11 is increased, the flow rate of the cooling water flowing through the bypass cooling water passage 14 is reduced as compared with the case where the entire amount of cooling water flows through the bypass cooling water passage 14 side. The thermostat valve 15 is configured so as not to stop completely.

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。   A bypass cooling water passage 14 that bypasses the radiator 11 is branched from the cooling water passage 13 and directly connected to a heat exchanger 36, which will be described later, and from the cooling water passage 13 to recover waste heat. The second bypass cooling water passage 25 connected to the heat exchanger 36 after passing through the vessel 22.

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は加熱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。   The bypass cooling water passage 14 includes a heat exchanger 36 that exchanges heat with the refrigerant of the Rankine cycle 31. This heat exchanger 36 is an integrated heater and superheater. That is, two cooling water passages 36a and 36b are arranged in a row in the heat exchanger 36, and a refrigerant passage 36c through which the refrigerant of the Rankine cycle 31 flows so that heat can be exchanged between the refrigerant and the cooling water is a cooling water passage 36a, It is provided adjacent to 36b. Furthermore, the passages 36a, 36b, and 36c are configured so that the refrigerant and the cooling water of the Rankine cycle 31 flow in opposite directions when the entire heat exchanger 36 is looked down on.

詳細には、ランキンサイクル31の冷媒にとって上流(図3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、内燃機関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加熱器である。   Specifically, one cooling water passage 36 a located on the upstream side (left side in FIG. 3) for the refrigerant of Rankine cycle 31 is interposed in the first bypass cooling water passage 24. The left side portion of the heat exchanger composed of the cooling water passage 36a and the refrigerant passage portion adjacent to the cooling water passage 36a directly introduces the cooling water from the internal combustion engine 2 into the cooling water passage 36a, thereby allowing the refrigerant passage 36c to be formed. It is a heater for heating the refrigerant of the flowing Rankine cycle 31.

ランキンサイクル31の冷媒にとって下流(図3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、内燃機関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。   Cooling water that has passed through the waste heat recovery device 22 is introduced into the other cooling water passage 36b located on the downstream (right side in FIG. 3) side of the refrigerant in the Rankine cycle 31 via the second bypass cooling water passage 25. The right side portion of the heat exchanger (downstream side for the refrigerant of Rankine cycle 31) composed of the cooling water passage 36b and the refrigerant passage portion adjacent to the cooling water passage 36b is a cooling system in which the cooling water at the outlet of the internal combustion engine 2 is further heated by exhaust gas. The superheater superheats the refrigerant flowing through the refrigerant passage 36c by introducing water into the cooling water passage 36b.

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に内燃機関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。   The cooling water passage 22 a of the waste heat recovery unit 22 is provided adjacent to the exhaust pipe 5. By introducing the cooling water at the outlet of the internal combustion engine 2 into the cooling water passage 22a of the waste heat recovery unit 22, the cooling water can be heated to, for example, about 110 to 115 ° C. by high-temperature exhaust. The cooling water passage 22a is configured such that the exhaust and cooling water flow in opposite directions when the entire waste heat recovery unit 22 is looked down on.

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。内燃機関2の内部にある冷却水の温度を指すエンジン水温が、例えば内燃機関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、内燃機関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、制御弁26の開度は減少する。これにより、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が減少するので、エンジン水温が許容温度を超えてしまうことを防ぐことができる。   A control valve 26 is interposed in the second bypass cooling water passage 25 provided with the waste heat recovery unit 22. Cooling of the outlet of the internal combustion engine 2 so that the engine water temperature indicating the temperature of the cooling water inside the internal combustion engine 2 does not exceed an allowable temperature (for example, 100 ° C.) for preventing deterioration of the efficiency and knocking of the internal combustion engine, for example. When the temperature detected by the water temperature sensor 74 becomes equal to or higher than a predetermined value, the opening degree of the control valve 26 decreases. As a result, when the engine water temperature approaches the allowable temperature, the amount of cooling water passing through the waste heat recovery device 22 decreases, so that the engine water temperature can be prevented from exceeding the allowable temperature.

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、熱交換器36での効率が落ちるだけでなく、冷却水通路内の冷却水の流れが悪くなって温度が過剰に上昇してしまうおそれがある。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。   On the other hand, if the flow rate of the second bypass cooling water passage 25 decreases, the cooling water temperature rising by the waste heat recovery device 22 rises too much and the cooling water evaporates (boils). In addition to a decrease in efficiency, the flow of cooling water in the cooling water passage may deteriorate and the temperature may rise excessively. In order to avoid this, a bypass exhaust pipe 6 that bypasses the waste heat recovery unit 22, and a thermostat valve 7 that controls the exhaust passage amount of the waste heat recovery unit 22 and the exhaust passage amount of the bypass exhaust pipe 6 are provided in the bypass exhaust pipe 6. It is provided at the branch. In other words, the thermostat valve 7 is configured such that the valve opening degree of the cooling water exiting the waste heat recovery unit 22 is such that the temperature of the cooling water exiting the waste heat recovery unit 22 does not exceed a predetermined temperature (for example, a boiling temperature of 120 ° C.). Adjusted based on temperature.

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。   The heat exchanger 36, the thermostat valve 7, and the waste heat recovery unit 22 are integrated as a waste heat recovery unit 23, and are arranged in the middle of the exhaust pipe under the floor at the approximate center in the vehicle width direction. The thermostat valve 7 may be a relatively simple temperature-sensitive valve using bimetal or the like, or may be a control valve controlled by a controller to which a temperature sensor output is input. Adjustment of the amount of heat exchange from the exhaust gas to the cooling water by the thermostat valve 7 involves a relatively large delay. Therefore, if the thermostat valve 7 is adjusted alone, it is difficult to prevent the engine water temperature from exceeding the allowable temperature. However, since the control valve 26 of the second bypass cooling water passage 25 is controlled based on the engine water temperature (exit temperature), the heat recovery amount can be quickly reduced and the engine water temperature can be surely exceeded the allowable temperature. Can be prevented. Further, if the engine water temperature has a margin before the allowable temperature, heat exchange is performed until the temperature of the cooling water exiting the waste heat recovery unit 22 becomes high enough to exceed the allowable temperature of the engine water temperature (for example, 110 to 115 ° C.). To increase the amount of recovered waste heat. The cooling water that has exited the cooling water passage 36 b is joined to the first bypass cooling water passage 24 via the second bypass cooling water passage 25.

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における熱交換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なり、ラジエータ11を通過する冷却水量は減少する。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等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なり、ラジエータ11を通過する冷却水量は増大する。このようなサーモスタットバルブ15の動作に基づいて、内燃機関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。   If the temperature of the cooling water from the bypass cooling water passage 14 toward the thermostat valve 15 is sufficiently lowered, for example, by heat exchange in the heat exchanger 36, the valve opening on the cooling water passage 13 side of the thermostat valve 15 is reduced, The amount of cooling water passing through the radiator 11 decreases. Conversely, when the temperature of the cooling water from the bypass cooling water passage 14 toward the thermostat valve 15 becomes high due to the Rankine cycle 31 not being operated, the valve opening of the thermostat valve 15 on the cooling water passage 13 side increases, The amount of cooling water passing through the radiator 11 increases. Based on the operation of the thermostat valve 15, the cooling water temperature of the internal combustion engine 2 is appropriately maintained, and heat is appropriately supplied (recovered) to the Rankine cycle 31.

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。   Next, Rankine cycle 31 will be described. Here, Rankine cycle 31 is not a simple Rankine cycle, but is configured as a part of integrated cycle 30 integrated with refrigeration cycle 51. Hereinafter, the basic Rankine cycle 31 will be described first, and then the refrigeration cycle 51 will be referred to.

ランキンサイクル31は、内燃機関2の冷却水を介して内燃機関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。   The Rankine cycle 31 is a system that recovers the waste heat of the internal combustion engine 2 to a refrigerant through the cooling water of the internal combustion engine 2 and regenerates the recovered waste heat as power. The Rankine cycle 31 includes a refrigerant pump 32, a heat exchanger 36 as a superheater, an expander 37, and a condenser (condenser) 38, and each component is connected by refrigerant passages 41 to 44 through which a refrigerant (R134a and the like) circulates. Has been.

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、発生動力を内燃機関2の出力軸(クランク軸)に供給する構成である(図4参照)。すなわち、冷媒ポンプ32軸及び膨張機37の出力軸は、内燃機関2の出力軸と平行に配置され、冷媒ポンプ32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3参照)。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。   The shaft of the refrigerant pump 32 is connected to the output shaft of the expander 37 on the same shaft, and the refrigerant pump 32 is driven by the output (power) generated by the expander 37 and the generated power is used as the output shaft of the internal combustion engine 2. It is the structure supplied to (crankshaft) (refer FIG. 4). That is, the refrigerant pump 32 shaft and the output shaft of the expander 37 are arranged in parallel with the output shaft of the internal combustion engine 2, and the belt 34 is interposed between the pump pulley 33 provided at the tip of the refrigerant pump 32 shaft and the crank pulley 2a. It is hung (see FIG. 3). In this embodiment, a gear type pump is used as the refrigerant pump 32 and a scroll type expander is used as the expander 37.

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を設けて、冷媒ポンプ32及び膨張機37と内燃機関2とを断接可能にしている(図4参照)。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の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することができる。   An electromagnetic clutch (hereinafter referred to as “expander clutch”) 35 is provided between the pump pulley 33 and the refrigerant pump 32 so that the refrigerant pump 32 and the expander 37 and the internal combustion engine 2 can be connected and disconnected. (See FIG. 4). For this reason, by connecting the expander clutch 35 when the output generated by the expander 37 exceeds the driving force of the refrigerant pump 32 and the friction of the rotating body (when the predicted expander torque is positive), the expander 37 The rotation of the engine output shaft can be assisted by the generated output.

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、燃費性能を向上できる。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。   Thus, the fuel efficiency can be improved by assisting the rotation of the engine output shaft using the energy obtained by the recovery of the waste heat. Further, the energy for driving the refrigerant pump 32 that circulates the refrigerant can also be covered by the recovered waste heat.

冷媒ポンプ32を出た冷媒は冷媒通路41を介して熱交換器36に供給される。熱交換器36は、内燃機関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。   The refrigerant exiting the refrigerant pump 32 is supplied to the heat exchanger 36 via the refrigerant passage 41. The heat exchanger 36 exchanges heat between the cooling water of the internal combustion engine 2 and the refrigerant, vaporizes the refrigerant and superheats it.

熱交換器36を出た冷媒は冷媒通路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内燃機関2に伝達され、内燃機関2の回転をアシストする。   The refrigerant leaving the heat exchanger 36 is supplied to the expander 37 through the refrigerant passage 42. The expander 37 is a steam turbine that converts heat into rotational energy by expanding the vaporized and superheated refrigerant. The power recovered by the expander 37 drives the refrigerant pump 32 and is transmitted to the internal combustion engine 2 via the belt transmission mechanism to assist the rotation of the internal combustion engine 2.

膨張機37を出た冷媒は冷媒通路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。このため、凝縮器38は、ラジエータファン12によって冷却されるように、ラジエータ11と並列に配置されている。   The refrigerant exiting the expander 37 is supplied to the condenser 38 through the refrigerant passage 43. The condenser 38 exchanges heat between the outside air and the refrigerant, and cools and liquefies the refrigerant. For this reason, the condenser 38 is arranged in parallel with the radiator 11 so as to be cooled by the radiator fan 12.

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。   The refrigerant liquefied by the condenser 38 is returned to the refrigerant pump 32 via the refrigerant passage 44. The refrigerant returned to the refrigerant pump 32 is sent again to the heat exchanger 36 by the refrigerant pump 32 and circulates through each component of the Rankine cycle 31.

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と統合されている。   Next, the refrigeration cycle 51 will be described. The refrigeration cycle 51 is integrated with the Rankine cycle 31 in order to share the refrigerant circulating in the Rankine cycle 31.

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。   The refrigeration cycle 51 includes a compressor (compressor) 52, a condenser 38, and an evaporator (evaporator) 55.

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、内燃機関2によって駆動される。すなわち、コンプレッサ52の駆動軸にはコンプレッサプーリが固定され、このコンプレッサプーリとクランクプーリ2aとにベルト34が掛け回されている。内燃機関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を設けて、コンプレッサ52とコンプレッサプーリとを断接可能にしている。   The compressor 52 is a fluid machine that compresses the refrigerant of the refrigeration cycle 51 to a high temperature and a high pressure, and is driven by the internal combustion engine 2. That is, a compressor pulley is fixed to the drive shaft of the compressor 52, and the belt 34 is wound around the compressor pulley and the crank pulley 2a. The driving force of the internal combustion engine 2 is transmitted to the compressor pulley via the belt 34, and the compressor 52 is driven. Further, an electromagnetic clutch (hereinafter referred to as “compressor clutch”) 54 is provided between the compressor pulley and the compressor 52 so that the compressor 52 and the compressor pulley can be connected and disconnected.

コンプレッサ52を出た冷媒は、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。凝縮器38を出た液状の冷媒は、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を出た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を出た空調空気を冷却する。   The refrigerant that has exited the compressor 52 joins the refrigerant passage 43 via the refrigerant passage 56 and is then supplied to the condenser 38. The condenser 38 condenses and liquefies the refrigerant by heat exchange with the outside air. The liquid refrigerant exiting the condenser 38 is supplied to an evaporator (evaporator) 55 through a refrigerant passage 57 branched from the refrigerant passage 44. The evaporator 55 is disposed in the case of the air conditioner unit in the same manner as a heater core (not shown). The evaporator 55 evaporates the liquid refrigerant exiting the condenser 38 and cools the conditioned air exiting the blower fan by the latent heat of evaporation at that time.

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。   The refrigerant evaporated by the evaporator 55 is returned to the compressor 52 through the refrigerant passage 58. Note that the mixing ratio of the conditioned air cooled by the evaporator 55 and the conditioned air heated by the heater core is adjusted to a temperature set by the occupant according to the opening of the air mix door.

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、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。   In the integrated cycle 30 including the Rankine cycle 31 and the refrigeration cycle 51, various valves are appropriately provided in the middle of the circuit in order to control the refrigerant flowing in the cycle. For example, in order to control the refrigerant circulating in the Rankine cycle 31, the expander upstream valve 62 is provided in the refrigerant passage 42 that connects the heat exchanger 36 and the expander 37. The refrigerant passage 41 that connects the refrigerant pump 32 and the heat exchanger 36 is provided with a check valve 63 to prevent the refrigerant from flowing backward from the heat exchanger 36 to the refrigerant pump 32. The refrigerant passage 43 that connects the expander 37 and the refrigeration cycle merge point 46 is also provided with a check valve 64 to prevent the refrigerant from flowing back from the refrigeration cycle merge point 46 to the expander 37. Further, an expander bypass passage 65 that bypasses the expander 37 from the upstream of the expander upstream valve 62 and merges upstream of the check valve 64 is provided, and a bypass valve 66 is provided in the expander bypass passage 65. Further, a pressure regulating valve 68 is provided in a passage 67 that bypasses the bypass valve 66. Also on the refrigeration cycle 51 side, an air conditioner circuit valve 69 is provided in the refrigerant passage 57 that connects the refrigeration cycle branch point 45 and the evaporator 55.

上記の弁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、弁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を予測し、この予測膨張機トルクが正の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)。   The above valves 62, 66, and 69 are all electromagnetic on-off valves. An expander upstream pressure signal detected by the pressure sensor 72, a refrigerant pressure Pd signal at the outlet of the condenser 38 detected by the pressure sensor 73, a rotation speed signal of the expander 37, and the like are input to the engine controller 71. . The engine controller 71 controls the compressor 52 of the refrigeration cycle 51 and the radiator fan 12 and also controls the opening and closing of the valves 62, 66, and 69 based on these input signals in accordance with predetermined operating conditions. For example, the expander torque is predicted based on the expander upstream pressure detected by the pressure sensor 72 and the expander rotation speed, and when the predicted expander torque is positive, the expander clutch 35 is engaged, and the predicted expander When the torque is zero or negative, the expander clutch 35 is released. Based on the sensor detection pressure and the rotation speed of the expander, the expander torque can be predicted with higher accuracy than when the expander torque is predicted from the exhaust temperature. The mechanical clutch 35 can be appropriately engaged and disengaged (refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-190185 for details).

弁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。   The valves 62, 66, 69 and the two check valves 63, 64 are refrigerant system valves. The functions of these refrigerant valves are shown again in FIG.

なお、エンジンコントローラ71は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。エンジンコントローラ71を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。   The engine controller 71 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface). It is also possible to configure the engine controller 71 with a plurality of microcomputers.

図3において、膨張機上流弁62は、熱交換器36を出た冷媒の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を出た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。   In FIG. 3, the expander upstream valve 62 blocks the refrigerant passage 42 when the pressure of the refrigerant exiting the heat exchanger 36 is relatively low, and holds the refrigerant until the refrigerant exiting the heat exchanger 36 reaches a high pressure. Is to be able to. Thereby, even when the expander torque cannot be sufficiently obtained, the heating of the refrigerant is promoted, and for example, the time until the Rankine cycle 31 is restarted (regeneration can actually be performed) can be shortened. The bypass valve 66 is opened so that the refrigerant pump 32 can be operated after the expander 37 is bypassed when the amount of refrigerant existing on the Rankine cycle 31 side is insufficient when the Rankine cycle 31 is started. This is for shortening the startup time of the Rankine cycle 31. By operating the refrigerant pump 32 after the expander 37 is bypassed, the refrigerant temperature at the outlet of the condenser 38 or the inlet of the refrigerant pump 32 has a predetermined temperature difference (subcool degree SC) from the boiling point considering the pressure at that portion. ) If the state lowered as described above is realized, the Rankine cycle 31 is ready to supply a sufficient liquid refrigerant.

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31の回生効率が低い条件ではランキンサイクル31の運転を停止し、熱交換器36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31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。   The check valve 63 upstream of the heat exchanger 36 is for maintaining the refrigerant supplied to the expander 37 at a high pressure in cooperation with the bypass valve 66, the pressure adjusting valve 68, and the expander upstream valve 62. Under conditions where the regeneration efficiency of the Rankine cycle 31 is low, the operation of the Rankine cycle 31 is stopped and the circuit is closed over the front and rear sections of the heat exchanger 36 to increase the refrigerant pressure during the stop, It is used so that Rankine cycle 31 can be restarted promptly. The pressure regulating valve 68 functions as a relief valve that opens when the pressure of the refrigerant supplied to the expander 37 becomes too high and releases the refrigerant that has become too high.

膨張機37下流の逆止弁64は、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。車両1の運転開始直後、内燃機関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。   The check valve 64 downstream of the expander 37 is for preventing the bias of the refrigerant to the Rankine cycle 31. If the internal combustion engine 2 is not warmed immediately after the start of the operation of the vehicle 1, the Rankine cycle 31 has a lower temperature than the refrigeration cycle 51, and the refrigerant may be biased toward the Rankine cycle 31 side. Although the probability of being biased toward the Rankine cycle 31 is not so high, for example, immediately after the start of vehicle operation in summer, the cooling capacity is most demanded in the situation where it is desired to cool the interior quickly, so the slight uneven distribution of refrigerant is also eliminated. Therefore, there is a demand for securing the refrigerant for the refrigeration cycle 51. Therefore, a check valve 64 is provided to prevent uneven distribution of refrigerant to the Rankine cycle 31 side.

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。   The compressor 52 does not have a structure in which the refrigerant can freely pass when driving is stopped, but can prevent the refrigerant from being biased to the refrigeration cycle 51 in cooperation with the air conditioner circuit valve 69. This will be described. When the operation of the refrigeration cycle 51 stops, the refrigerant may move from the relatively high temperature Rankine cycle 31 side to the refrigeration cycle 51 side during steady operation, and the refrigerant circulating through the Rankine cycle 31 may be insufficient. In the refrigeration cycle 51, the temperature of the evaporator 55 is low immediately after the cooling is stopped, and the refrigerant tends to accumulate in the evaporator 55 having a relatively large volume and a low temperature. In this case, the movement of the refrigerant from the condenser 38 to the evaporator 55 is interrupted by stopping the driving of the compressor 52, and the air conditioner circuit valve 69 is closed to prevent the refrigerant from being biased to the refrigeration cycle 51.

ところで、冷凍サイクル51は、コンプレッサ52をバイパスする冷媒通路91も備える。すなわち、エバポレータ55の出口とコンプレッサ52を連絡する冷媒通路58から分岐して冷凍サイクル合流点46に合流する冷媒通路91を備える。この冷媒通路91にはエジェクタ92が介装されている。冷媒通路91の分岐点とエジェクタ92との間の冷媒通路91には、エジェクタ92から冷媒通路91の分岐点への冷媒の流れを阻止する逆止弁99が介装されている。   Incidentally, the refrigeration cycle 51 also includes a refrigerant passage 91 that bypasses the compressor 52. That is, a refrigerant passage 91 that branches from a refrigerant passage 58 that communicates the outlet of the evaporator 55 and the compressor 52 and joins the refrigeration cycle junction 46 is provided. An ejector 92 is interposed in the refrigerant passage 91. A check valve 99 that blocks the flow of the refrigerant from the ejector 92 to the branch point of the refrigerant passage 91 is interposed in the refrigerant passage 91 between the branch point of the refrigerant passage 91 and the ejector 92.

上記のエジェクタ92は、ポンプなどの機械的運動によらずに流体から真空に近い状態を作ることができる装置である。エジェクタ92は、図7に示したように、周囲を囲われた室93、この室93に開口する吸込ポート94、室93に臨むノズル95及びディフューザ96からなる。室93内においてノズル95とディフューザ96は適当な距離をおいて向き合っている。   The above-described ejector 92 is a device that can create a state close to a vacuum from a fluid without using a mechanical motion such as a pump. As shown in FIG. 7, the ejector 92 includes a chamber 93 surrounded by a periphery, a suction port 94 that opens to the chamber 93, a nozzle 95 that faces the chamber 93, and a diffuser 96. In the chamber 93, the nozzle 95 and the diffuser 96 face each other at an appropriate distance.

このように構成されるエジェクタ92に対して冷媒通路を次のように接続する。すなわち、図3において、熱交換器36の出口に近い冷媒通路42から冷媒通路97を分岐し、この分岐冷媒通路97をノズル入口95aに接続する。   The refrigerant passage is connected to the ejector 92 configured as described above as follows. That is, in FIG. 3, the refrigerant passage 97 is branched from the refrigerant passage 42 close to the outlet of the heat exchanger 36, and the branched refrigerant passage 97 is connected to the nozzle inlet 95a.

分岐冷媒通路97の分岐部には、膨張機37に流れる冷媒流量とエジェクタ92に流れる冷媒流量の分配比を調整可能な電磁式の流量制御弁98を設ける。ここで、流量制御弁98の制御量として、「エジェクタ側開度」、「膨張機側開度」を導入する。   An electromagnetic flow control valve 98 capable of adjusting a distribution ratio between the refrigerant flow rate flowing through the expander 37 and the refrigerant flow rate flowing through the ejector 92 is provided at a branch portion of the branch refrigerant passage 97. Here, “ejector side opening” and “expander side opening” are introduced as control amounts of the flow control valve 98.

例えば、エジェクタ側開度をゼロとしたとき、熱交換器36の出口から出る冷媒の全ては分岐冷媒通路97を流れず、エジェクタ側開度を最大としたとき、熱交換器36の出口から出る冷媒の全てが分岐冷媒通路97を流れる。一方、膨張機側開度をゼロとしたとき、熱交換器出口の冷媒の全ては冷媒通路42を流れず、膨張機側開度を最大としたとき、熱交換器36の出口から出る冷媒の全てが冷媒通路42を流れる。つまり、エジェクタ側開度をゼロとしたとき膨張機側開度は最大となり、エジェクタ側開度をゼロから徐々に大きくしていくと、膨張機側開度は最大から徐々に小さくなっていく。そして、エジェクタ側開度を最大にしたとき、膨張機側開度はゼロとなる。   For example, when the ejector side opening is zero, all of the refrigerant that exits from the outlet of the heat exchanger 36 does not flow through the branch refrigerant passage 97, and when the ejector side opening is maximized, the refrigerant exits from the outlet of the heat exchanger 36. All of the refrigerant flows through the branch refrigerant passage 97. On the other hand, when the opening on the expander side is zero, all of the refrigerant at the outlet of the heat exchanger does not flow through the refrigerant passage 42, and when the opening on the expander side is maximized, the refrigerant flowing out from the outlet of the heat exchanger 36 All flows through the refrigerant passage 42. That is, when the ejector side opening is set to zero, the expander side opening is maximized, and when the ejector side opening is gradually increased from zero, the expander side opening is gradually decreased from the maximum. When the ejector side opening is maximized, the expander side opening is zero.

このように、本実施形態の流量制御弁98における両開度の関係は、いずれか一方の開度を定めれば、残りの開度はそれによって一義的に定まる関係である。したがって、エジェクタ側開度、膨張機側開度のいずれかによって流量制御弁98を制御すればよい。ここでは、エジェクタ側開度を制御することとする。このように、エジェクタ92が膨張機37と並列となるように冷媒回路を構成したので、エジェクタ側と膨張機側とに冷媒を任意に振り向けることができ、冷媒ポンプ32の駆動とコンプレッサ52の駆動とを所望通りに行なえる。   As described above, the relationship between the two openings in the flow control valve 98 of the present embodiment is a relation in which the remaining opening is uniquely determined by setting one of the openings. Therefore, the flow control valve 98 may be controlled by either the ejector side opening or the expander side opening. Here, the ejector side opening degree is controlled. As described above, since the refrigerant circuit is configured so that the ejector 92 is in parallel with the expander 37, the refrigerant can be arbitrarily directed to the ejector side and the expander side. Drive as desired.

吸込ポート94にエバポレータ55側の冷媒通路91を、エジェクタ出口96aに冷媒通路43との合流部46側の冷媒通路91を、それぞれ接続する。   The refrigerant passage 91 on the evaporator 55 side is connected to the suction port 94, and the refrigerant passage 91 on the side of the junction 46 with the refrigerant passage 43 is connected to the ejector outlet 96a.

次に、ランキンサイクル31の基本的な運転方法を図5及び図6を参照して説明する。   Next, a basic operation method of the Rankine cycle 31 will be described with reference to FIGS.

図5及び図6はランキンサイクル31の運転領域図である。図5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6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。ただし、図5及び図6はグリルシャッター100が開状態で固定されていることを前提とした運転領域図である。   5 and 6 are operation region diagrams of the Rankine cycle 31. FIG. FIG. 5 shows the operating range of the Rankine cycle 31 when the horizontal axis is the outside air temperature and the vertical axis is the engine water temperature (cooling water temperature). In FIG. 6, the horizontal axis is the engine rotation speed, and the vertical axis is the engine torque (engine The operating range of the Rankine cycle 31 is shown. However, FIG.5 and FIG.6 is an operation area | region figure on the assumption that the grill shutter 100 is being fixed in the open state.

図5及び図6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5においては、内燃機関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6においては、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6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)さている。   5 and 6, the Rankine cycle 31 is operated when a predetermined condition is satisfied, and the Rankine cycle 31 is operated when both of these conditions are satisfied. In FIG. 5, the operation of the Rankine cycle 31 is stopped in a region on the low water temperature side where priority is given to warming up the internal combustion engine 2 and a region on the high outside air temperature side where the load on the compressor 52 increases. During warm-up when the exhaust temperature is low and the recovery efficiency is poor, the Rankine cycle 31 is not operated, so that the coolant temperature is quickly raised. At a high outside air temperature where a high cooling capacity is required, the Rankine cycle 31 is stopped, and sufficient refrigerant and cooling capacity of the condenser 38 are provided to the refrigeration cycle 51. In FIG. 6, the operation of the Rankine cycle 31 is stopped in a region on the high rotational speed side where the friction of the expander 37 increases. Since it is difficult to make the expander 37 have a high-efficiency structure with little friction at all rotation speeds, in the case of FIG. 6, the expansion is performed so that the friction is small and the efficiency is high in the engine rotation speed range where the operation frequency is high. The machine 37 is configured (the dimensions of each part of the expander 37 are set).

次に、エジェクタ92の作動を説明する。   Next, the operation of the ejector 92 will be described.

一般的に、内燃機関の廃熱が十分得られるときには、外部からエネルギを与えてポンプを駆動して冷媒を熱交換器に供給し、廃熱による過熱でエジェクタを駆動して冷凍サイクルを運転する。一方、廃熱が不十分であるときには、ポンプを停止しコンプレッサを内燃機関で駆動して冷凍サイクルを運転する。しかしながら、このような一般的な装置では、エジェクタ駆動用の高圧冷媒を得るため外部からエネルギを与えてポンプを駆動する必要があり、ポンプの駆動が燃費を悪化させる。   Generally, when sufficient waste heat of the internal combustion engine is obtained, energy is supplied from the outside to drive the pump to supply refrigerant to the heat exchanger, and drive the ejector by overheating due to waste heat to operate the refrigeration cycle . On the other hand, when the waste heat is insufficient, the pump is stopped and the compressor is driven by the internal combustion engine to operate the refrigeration cycle. However, in such a general apparatus, it is necessary to drive the pump by applying energy from the outside in order to obtain a high-pressure refrigerant for driving the ejector, and driving the pump deteriorates fuel consumption.

そこで本実施形態では、エジェクタ駆動用の高圧冷媒を得るためポンプを外部からエネルギを与えて駆動しなくても済むように構成する。以下、この構成について説明する。   Therefore, in this embodiment, in order to obtain a high-pressure refrigerant for driving the ejector, the pump need not be driven by applying energy from the outside. Hereinafter, this configuration will be described.

ノズル95から室93に向けて高圧のガス冷媒を駆動ガスとして噴射させると、ガス冷媒は、低圧超音速流となってディフューザ96の入口に進む。このガス冷媒の流れによって負の静圧が室93に生じ、室93内は真空に近い状態となる。この静圧とガス冷媒の粘性とによって、ディフューザ96の入口に飛び込むガス冷媒流れにエバポレータ55を出たガス冷媒が吸込ガスとして引き込まれる。ノズル95に供給されたガス冷媒と吸込ポート94から吸い込まれたガス冷媒とはディフューザ96の前半部で混合し、後半部では速度を減じて昇圧しつつディフューザ出口96aに向かい排出される。   When a high-pressure gas refrigerant is injected from the nozzle 95 toward the chamber 93 as a driving gas, the gas refrigerant becomes a low-pressure supersonic flow and proceeds to the inlet of the diffuser 96. Due to the flow of the gas refrigerant, a negative static pressure is generated in the chamber 93, and the inside of the chamber 93 is close to a vacuum. Due to the static pressure and the viscosity of the gas refrigerant, the gas refrigerant exiting the evaporator 55 is drawn into the gas refrigerant flow jumping into the inlet of the diffuser 96 as suction gas. The gas refrigerant supplied to the nozzle 95 and the gas refrigerant sucked from the suction port 94 are mixed in the front half of the diffuser 96, and in the latter half, the speed is reduced and the pressure is increased and discharged toward the diffuser outlet 96a.

複合サイクル30がエジェクタ92を備える場合、ランキンサイクル31の運転中であれば、ランキンサイクル31の冷媒通路を流れる冷媒の一部を駆動ガスとしてエジェクタ92に導くことでエジェクタ92を駆動して冷凍サイクル51を運転することができる。こうした構成であれば、エジェクタ駆動用の高圧冷媒を得るためポンプを外部からエネルギを与えて駆動することは必要でない。ここで、「冷凍サイクル51を運転する」とは、冷凍サイクル51の冷媒通路に冷媒を循環させる(その結果エアコンの冷房が効く)ことをいう。   When the combined cycle 30 includes the ejector 92, if the Rankine cycle 31 is in operation, a part of the refrigerant flowing through the refrigerant passage of the Rankine cycle 31 is guided to the ejector 92 as a drive gas to drive the ejector 92 and the refrigeration cycle. 51 can be driven. With such a configuration, it is not necessary to drive the pump with energy from the outside in order to obtain a high-pressure refrigerant for driving the ejector. Here, “operating the refrigeration cycle 51” means that the refrigerant is circulated in the refrigerant passage of the refrigeration cycle 51 (as a result, the air conditioner is cooled).

上記のようにエジェクタ92を備えることで、本実施形態では、〈1〉ランキンサイクル単独運転、〈2〉トルクアシスト付きエジェクタエアコンの運転、〈3〉トルクアシストなしエジェクタエアコンの運転、〈4〉コンプレッサエアコンの運転という4つの運転を使い分け得ることとなった。ここで、「エジェクタエアコンの運転」とは、コンプレッサ52を使わずにエジェクタ92を駆動して冷凍サイクル51を運転することをいう。また、「コンプレッサエアコンの運転」とは、エジェクタ92を使わずにコンプレッサ52を駆動して冷凍サイクル51を運転することをいう。以下、上記の各運転について説明する。   By providing the ejector 92 as described above, in this embodiment, <1> Rankine cycle independent operation, <2> Operation of an ejector air conditioner with torque assist, <3> Operation of an ejector air conditioner without torque assist, and <4> Compressor. It was possible to use four types of operation, namely air conditioner operation. Here, “operating the ejector air conditioner” means operating the refrigeration cycle 51 by driving the ejector 92 without using the compressor 52. Further, “operation of the compressor air conditioner” refers to operating the refrigeration cycle 51 by driving the compressor 52 without using the ejector 92. Hereinafter, each operation will be described.

〈1〉ランキンサイクル単独運転 <1> Rankine cycle independent operation

エアコン要求(冷房要求)がないときにランキンサイクル単独運転を行う。図8に示したように、流量制御弁98のエジェクタ側開度をゼロにして(破線参照)、エジェクタ92にはガス冷媒を供給せず、エジェクタ92の駆動を停止する。   Rankine cycle single operation is performed when there is no air conditioner request (cooling request). As shown in FIG. 8, the ejector side opening of the flow control valve 98 is set to zero (see the broken line), the gas refrigerant is not supplied to the ejector 92, and the drive of the ejector 92 is stopped.

熱交換器36により内燃機関2の廃熱で冷媒を蒸発させて過熱し、熱交換器36の出口から出るガス冷媒の全てを、冷媒通路42を介して膨張機37に供給し(太実線参照)、ガス冷媒の圧力エネルギで膨張機37を回転駆動する。その膨張機37の発生するトルク(出力)で冷媒ポンプ32を駆動して冷媒を循環させ、ランキンサイクル31を運転する。ここで、「ランキンサイクル31を運転する」とは、ランキンサイクル31の冷媒通路に冷媒を循環させる(その結果、廃熱からエネルギが回収される)ことをいう。膨張機37の発生するトルクが冷媒ポンプ32の駆動力を上回るときには膨張機クラッチ35を接続し、ランキンサイクル31を運転してエンジン出力軸の回転をアシストさせて燃費を向上させる。   The heat exchanger 36 evaporates the refrigerant with waste heat of the internal combustion engine 2 and superheats it, and supplies all of the gas refrigerant that exits from the outlet of the heat exchanger 36 to the expander 37 via the refrigerant passage 42 (see thick solid line). ), And the expander 37 is rotationally driven by the pressure energy of the gas refrigerant. The refrigerant pump 32 is driven by the torque (output) generated by the expander 37 to circulate the refrigerant, and the Rankine cycle 31 is operated. Here, “operating Rankine cycle 31” means circulating the refrigerant in the refrigerant passage of Rankine cycle 31 (as a result, energy is recovered from waste heat). When the torque generated by the expander 37 exceeds the driving force of the refrigerant pump 32, the expander clutch 35 is connected, and the Rankine cycle 31 is operated to assist the rotation of the engine output shaft and improve the fuel efficiency.

〈2〉トルクアシスト付きエジェクタエアコンの運転 <2> Operation of the ejector air conditioner with torque assist

主にエアコン要求がある高速巡航中など、エアコン要求がありかつ膨張機37による発生トルクが十分あるためにトルクアシストを行わせ得るときに、トルクアシスト付きエジェクタエアコンの運転を行う。図9に示したように、流量制御弁98のエジェクタ側開度を制御して、熱交換器36の出口から出るガス冷媒を膨張機37とエジェクタ92とに分割供給して膨張機37を回転駆動すると共にエジェクタ92を駆動する。   The ejector air conditioner with torque assist is operated when there is an air conditioner request and the torque generated by the expander 37 is sufficient because the torque generated by the expander 37 is sufficient, such as during a high-speed cruise mainly requiring an air conditioner. As shown in FIG. 9, the ejector side opening degree of the flow control valve 98 is controlled, and the gas refrigerant exiting from the outlet of the heat exchanger 36 is dividedly supplied to the expander 37 and the ejector 92 to rotate the expander 37. In addition to driving, the ejector 92 is driven.

膨張機37のトルク(出力)で冷媒ポンプ32を駆動して冷媒を循環させ、ランキンサイクル31を運転する。ランキンサイクル31の冷媒通路を循環する冷媒の一部をエジェクタ92に導いてエジェクタ92を駆動し、冷凍サイクル51の冷媒通路にも冷媒を循環させる。コンプレッサ52を駆動することなく冷凍サイクル51を運転し、車室内の空調を行うのである。コンプレッサ52の駆動は内燃機関2の負荷となり、その分燃費が悪くなるのであるが、ランキンサイクル31の運転中にエジェクタ92を駆動して冷凍サイクル51を運転するのであれば、コンプレッサ52の駆動に伴う燃費の悪化を抑制できる。   The refrigerant pump 32 is driven by the torque (output) of the expander 37 to circulate the refrigerant, and the Rankine cycle 31 is operated. A part of the refrigerant circulating in the refrigerant passage of the Rankine cycle 31 is guided to the ejector 92 to drive the ejector 92, and the refrigerant is also circulated through the refrigerant passage of the refrigeration cycle 51. The refrigeration cycle 51 is operated without driving the compressor 52, and the vehicle interior is air-conditioned. The driving of the compressor 52 becomes a load on the internal combustion engine 2 and the fuel efficiency is reduced accordingly. However, when the refrigeration cycle 51 is driven by driving the ejector 92 during the operation of the Rankine cycle 31, the driving of the compressor 52 is performed. The accompanying deterioration in fuel consumption can be suppressed.

冷媒ポンプ32駆動をしても膨張機トルクが余るときには、膨張機クラッチ35を接続し、冷媒ポンプ32を駆動しても余った膨張機トルクでエンジン出力軸の回転をアシストさせて燃費を向上させる。   If the expander torque remains even after the refrigerant pump 32 is driven, the expander clutch 35 is connected, and the rotation of the engine output shaft is assisted by the remaining expander torque even if the refrigerant pump 32 is driven, thereby improving fuel efficiency. .

〈3〉トルクアシストなしエジェクタエアコンの運転 <3> Operation of ejector air conditioner without torque assist

アイドルストップ中や低負荷時など、エアコン要求がありかつ膨張機37による発生トルクが十分でなくトルクアシストを行わせ得ないときに、トルクアシストなしエジェクタエアコンの運転を行う。上記〈2〉のトルクアシスト付きエジェクタエアコンの運転との違いは、トルクアシストを行わない点だけである。すなわち、図10に示したように、膨張機クラッチ35を切断し、流量制御弁98のエジェクタ側開度を制御して、トルクアシストせずに膨張機トルクを冷媒ポンプ32を駆動するためにのみ用いることでランキンサイクル31を運転する。このランキンサイクル31の運転によって得られるガス冷媒でエジェクタ92を駆動して冷凍サイクル51を運転する。アイドルストップに移行してからしばらくの間や低車速時などにおいても、動力(コンプレッサ52)は用いずにエンジン廃熱でのみ冷凍サイクル51を作動させることが可能となる。   When there is an air conditioner request, such as during idling stop or low load, and the torque generated by the expander 37 is not sufficient and torque assist cannot be performed, the ejector air conditioner without torque assist is operated. The difference from the above-described operation of the ejector air conditioner with torque assist <2> is only that torque assist is not performed. That is, as shown in FIG. 10, the expander clutch 35 is disconnected, the ejector side opening degree of the flow control valve 98 is controlled, and the expander torque is driven only to drive the refrigerant pump 32 without torque assist. The Rankine cycle 31 is operated by using it. The refrigeration cycle 51 is operated by driving the ejector 92 with the gas refrigerant obtained by the operation of the Rankine cycle 31. The refrigeration cycle 51 can be operated only with engine waste heat without using power (compressor 52) for some time after shifting to idle stop or at low vehicle speeds.

〈4〉コンプレッサエアコンの運転 <4> Operation of compressor air conditioner

アイドルストップ中や低負荷時などに上記〈3〉のトルクアシストなしエジェクタエアコンの運転を行えなくなった後に、コンプレッサエアコンの運転を行う。図11に示したように、流量制御弁98のエジェクタ側開度をゼロにして、膨張機37及びエジェクタ92への冷媒の供給を停止しランキンサイクル31の運転及びエジェクタ92の駆動を停止する。アイドルストップ中であれば、モータに電流を流してモータによりコンプレッサ52を駆動し、低負荷時であればコンプレッサクラッチ54を接続し、内燃機関2によりコンプレッサ52を駆動することで冷凍サイクル51を運転し、車室内の空調を行わせる。   The compressor air conditioner is operated after the torque assist-free ejector air conditioner <3> cannot be operated during idle stop or low load. As shown in FIG. 11, the opening on the ejector side of the flow control valve 98 is set to zero, the supply of refrigerant to the expander 37 and the ejector 92 is stopped, and the operation of the Rankine cycle 31 and the drive of the ejector 92 are stopped. When idling stop is in progress, current is supplied to the motor and the compressor 52 is driven by the motor. When the load is low, the compressor clutch 54 is connected, and the compressor 52 is driven by the internal combustion engine 2 to operate the refrigeration cycle 51. Then, the passenger compartment is air-conditioned.

次に、グリルシャッター100の開閉動作について説明する。   Next, the opening / closing operation of the grill shutter 100 will be described.

図12は、グリルシャッター100の開閉動作の一例を示す図である。この開閉動作は、内燃機関2が暖機状態(冷却水温80℃)で、車速が100km/hという運転状態におけるものである。縦軸の「燃費向上効果」は、ランキンサイクル31を運転せず、かつグリルシャッターを開いた状態で、上記と同条件にて走行した場合の燃費に対する燃費向上代(%)である。   FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the opening / closing operation of the grill shutter 100. This opening / closing operation is performed when the internal combustion engine 2 is in a warm-up state (cooling water temperature 80 ° C.) and the vehicle speed is 100 km / h. The “fuel efficiency improvement effect” on the vertical axis is the fuel efficiency improvement rate (%) with respect to the fuel efficiency when the Rankine cycle 31 is not operated and the grill shutter is opened under the same conditions as described above.

グリルシャッター100を全開にした状態でランキンサイクル31を運転した場合の燃費向上効果(以下、ランキンサイクル31による燃費向上効果ともいう)は、実線で示したように外気温が高くなるほど小さくなり、外気温が35℃でゼロになる。   The fuel efficiency improvement effect when the Rankine cycle 31 is operated with the grille shutter 100 fully opened (hereinafter also referred to as fuel efficiency improvement effect by the Rankine cycle 31) becomes smaller as the outside air temperature becomes higher as shown by the solid line. The temperature becomes zero at 35 ° C.

一方、グリルシャッター100を全閉にすることによる燃費向上効果(以下、グリルシャッター100による燃費向上効果ともいう)は、破線で示したように外気温によらず一定である。なお、グリルシャッター100を全閉にした状態でランキンサイクル31を運転した場合には、一点鎖線で示したように燃費向上効果はほとんど得られない。すなわち、グリルシャッター100による燃費向上効果は、空力性能の向上によるものである。   On the other hand, the fuel efficiency improvement effect (hereinafter also referred to as the fuel efficiency improvement effect of the grill shutter 100) by fully closing the grill shutter 100 is constant regardless of the outside air temperature as shown by the broken line. Note that when the Rankine cycle 31 is operated with the grille shutter 100 fully closed, as shown by the alternate long and short dash line, the fuel efficiency improvement effect is hardly obtained. That is, the fuel efficiency improvement effect by the grill shutter 100 is due to the improvement of aerodynamic performance.

図12に示したように、外気温が30℃のとき、ランキンサイクル31による燃費向上効果とグリルシャッター100による燃費向上効果とが等しくなる。そこで本実施形態では、外気温が30℃以下の場合はグリルシャッター100を開いた状態でランキンサイクル31を運転し、外気温が30℃より高い場合はランキンサイクル31を運転せずにグリルシャッター100を閉じる。すなわち、外気温に応じて、ランキンサイクル31による廃熱回生又はグリルシャッター100を閉じることによる空力性能の向上のうち、燃費向上効果の大きい方を選択する。これにより、幅広い外気温範囲で、燃費性能を向上させることができる。   As shown in FIG. 12, when the outside air temperature is 30 ° C., the fuel efficiency improvement effect by Rankine cycle 31 and the fuel efficiency improvement effect by grill shutter 100 are equal. Therefore, in this embodiment, when the outside air temperature is 30 ° C. or lower, the Rankine cycle 31 is operated with the grill shutter 100 opened, and when the outside air temperature is higher than 30 ° C., the grill shutter 100 is not operated without operating the Rankine cycle 31. Close. That is, according to the outside air temperature, the one having the larger fuel efficiency improvement effect is selected from among the waste heat regeneration by the Rankine cycle 31 or the aerodynamic performance improvement by closing the grill shutter 100. Thereby, fuel consumption performance can be improved in a wide range of outside air temperatures.

なお、上記説明で用いた30℃、35℃という数字は代表的なものとして用いたものであり、実際には個体差等により前後に多少の幅を有する。   In addition, the numbers of 30 ° C. and 35 ° C. used in the above description are used as typical ones, and actually have some widths before and after due to individual differences and the like.

図13は、上記以外の運転条件も含めた、グリルシャッター100の開閉状態マップである。エンジンコントローラ71はこのマップに基づいてグリルシャッター100の開閉制御を実行する。また、図14は、廃熱回生装置(ランキンサイクル31)を備えない場合のグリルシャッターの開閉状態マップである。   FIG. 13 is an open / closed state map of the grille shutter 100 including operating conditions other than those described above. The engine controller 71 performs opening / closing control of the grill shutter 100 based on this map. FIG. 14 is an open / closed state map of the grille shutter when the waste heat regeneration device (Rankine cycle 31) is not provided.

エンジン冷却水温が90℃以上の場合は、図13、図14ともに全外気温領域でグリルシャッター100が開になっている。これは、内燃機関2の冷却要求によるものである。すなわち、冷却水温の上昇を抑制するために、外気をラジエータ11に導入するためである。なお、冷却要求の有無は、エンジンコントローラ71が冷却水温センサの検出した冷却水温に基づいて判定するものであり、例えば冷却水温が90℃になったら冷却要求有りと判定する。   When the engine coolant temperature is 90 ° C. or higher, the grille shutter 100 is open in the entire outside air temperature range in both FIGS. This is due to the cooling request of the internal combustion engine 2. That is, it is for introducing outside air into the radiator 11 in order to suppress an increase in the cooling water temperature. The presence / absence of a cooling request is determined by the engine controller 71 based on the cooling water temperature detected by the cooling water temperature sensor. For example, when the cooling water temperature reaches 90 ° C., it is determined that there is a cooling request.

内燃機関2の冷却要求のない冷却水温度60℃以下の場合は、図13、図14ともに全外気温領域でグリルシャッター100が閉になっている。これは、内燃機関2を暖機状態(冷却水温80℃以上)にすることを優先するためである。   When the cooling water temperature at which the internal combustion engine 2 is not required to be cooled is 60 ° C. or lower, the grille shutter 100 is closed in the entire outside air temperature region in both FIGS. This is because priority is given to setting the internal combustion engine 2 to a warm-up state (cooling water temperature of 80 ° C. or higher).

内燃機関2が暖機状態になった直後の冷却水温80℃では、ランキンサイクル31を備える場合は上述した開閉状態となる。これは、冷却水温が80℃になっていればランキンサイクル31を運転することで出力が得られ、グリルシャッター100を閉じることで得られる燃費向上効果より大きな燃費向上効果が得られるからである。   At the cooling water temperature of 80 ° C. immediately after the internal combustion engine 2 is warmed up, when the Rankine cycle 31 is provided, the above-described open / closed state is established. This is because if the cooling water temperature is 80 ° C., an output can be obtained by operating the Rankine cycle 31, and a fuel efficiency improvement effect greater than the fuel efficiency improvement effect obtained by closing the grill shutter 100 can be obtained.

なお、外気温が−20℃の場合にもグリルシャッター100を開にしても構わないが、図13では、外気温が−20℃のときグリルシャッター100を閉にしている。これは、−20℃のような極低温では、ランキンサイクル31の低圧側圧力が下がり過ぎて回生効率が悪化し、出力できないからである。このように、廃熱回生ができない場合にはグリルシャッター100を閉じることで、グリルシャッター100による燃費向上効果が得られる。   Note that the grill shutter 100 may be opened even when the outside air temperature is −20 ° C., but in FIG. 13, the grill shutter 100 is closed when the outside air temperature is −20 ° C. This is because at an extremely low temperature such as −20 ° C., the low-pressure side pressure of the Rankine cycle 31 is excessively lowered, the regeneration efficiency is deteriorated, and output cannot be performed. As described above, when the waste heat regeneration cannot be performed, the grill shutter 100 is closed, and the fuel efficiency improvement effect by the grill shutter 100 can be obtained.

これに対して、廃熱回生装置を備えない場合は、冷却水温が80℃の場合も全外気温領域でグリルシャッター100が閉になっている。これは、冷却水温が80℃であれば内燃機関2の冷却要求はないため、空力性能の向上を優先するためである。   On the other hand, when the waste heat regeneration device is not provided, the grill shutter 100 is closed in the entire outside air temperature region even when the cooling water temperature is 80 ° C. This is because if the cooling water temperature is 80 ° C., there is no request for cooling the internal combustion engine 2 and priority is given to improving aerodynamic performance.

上記のように、ランキンサイクル31を備えない場合は、冷却水温が90℃になるまでグリルシャッター100を閉じているのに対し、ランキンサイクル31を備える場合は、内燃機関2が暖機状態になった直後の冷却水温(80℃)からグリルシャッター100を開く。   As described above, when the Rankine cycle 31 is not provided, the grill shutter 100 is closed until the cooling water temperature reaches 90 ° C., whereas when the Rankine cycle 31 is provided, the internal combustion engine 2 is warmed up. The grill shutter 100 is opened from the cooling water temperature (80 ° C.) immediately after.

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。   According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.

(1)本実施形態にかかる車両1は、内燃機関2と、内燃機関2の廃熱を動力又は電力として回生するランキンサイクル(廃熱回生装置)31とを備える。この車両1は、エンジンルームの前方側に配置される凝縮器(前面熱交換器)38と、走行中にエンジンルームの最前部から凝縮器38へ外気を導入するグリル(外気導入口)101と、グリル101を開閉することでグリル101からの外気導入量を調整し得るグリルシャッター(調整手段)100と、を備える。そして、グリルシャッター100は、外気温が所定値より高い場合は、外気温が所定値以下の場合に比べて外気導入量が少なくなるように調整する。これにより、幅広い外気温範囲で燃費向上効果が得られる。   (1) A vehicle 1 according to this embodiment includes an internal combustion engine 2 and a Rankine cycle (waste heat regeneration device) 31 that regenerates waste heat of the internal combustion engine 2 as power or electric power. The vehicle 1 includes a condenser (front heat exchanger) 38 disposed on the front side of the engine room, and a grill (outside air introduction port) 101 for introducing outside air from the foremost part of the engine room to the condenser 38 during traveling. And a grille shutter (adjusting means) 100 that can adjust the amount of outside air introduced from the grille 101 by opening and closing the grille 101. When the outside air temperature is higher than the predetermined value, the grill shutter 100 adjusts the outside air introduction amount to be smaller than that when the outside air temperature is equal to or lower than the predetermined value. Thereby, the fuel consumption improvement effect is acquired in a wide outside temperature range.

(2)上記の所定温度は、グリルシャッター100が全開の状態でランキンサイクル31を運転することによる燃費向上代と、グリルシャッター100が全閉の状態で走行することによる燃費向上代とが同等になる外気温である。そして、グリルシャッター100は、外気温が所定温度より高温の場合は全閉になり、所定温度以下の場合は全開となる。これにより、幅広い外気温範囲において、より大きな燃費向上効果が得られる。   (2) The above-mentioned predetermined temperature is equivalent to the fuel consumption improvement allowance due to driving the Rankine cycle 31 with the grille shutter 100 fully open and the fuel consumption improvement allowance due to running with the grill shutter 100 fully closed. The outside air temperature. The grill shutter 100 is fully closed when the outside air temperature is higher than a predetermined temperature, and fully opened when the outside air temperature is lower than the predetermined temperature. Thereby, a greater fuel efficiency improvement effect can be obtained in a wide range of outside air temperatures.

(3)本実施形態にかかる車両1は、冷却水温度に基づいて内燃機関2の冷却要求の有無を判定するエンジンコントローラ71(機関冷却要求判定手段)を備える。そして、グリルシャッター100は、冷却要求が有る場合には外気温が上記所定値より高くても、外気温が上記所定値以下の場合と同等の外気導入量となるよう調整する。これにより、内燃機関2の冷却要求を満足することができる。   (3) The vehicle 1 according to the present embodiment includes an engine controller 71 (engine cooling request determination unit) that determines whether or not there is a cooling request for the internal combustion engine 2 based on the coolant temperature. When there is a cooling request, the grill shutter 100 adjusts the outside air introduction amount to be the same as when the outside air temperature is equal to or lower than the predetermined value even if the outside air temperature is higher than the predetermined value. Thereby, the cooling request | requirement of the internal combustion engine 2 can be satisfied.

(4)廃熱回生による出力が不可能な程度に排気温度が低い場合には、グリルシャッター100は閉状態となる。これにより、グリルシャッター100による燃費向上効果によって燃費性能を向上させることができる。   (4) When the exhaust gas temperature is so low that output due to waste heat regeneration is impossible, the grill shutter 100 is closed. Thereby, the fuel efficiency can be improved by the fuel efficiency improvement effect of the grill shutter 100.

なお、廃熱回生装置はランキンサイクル31に限られるものではなく、例えば、スターリングサイクルでもよいし、熱電素子(Thermo-Electric Generator)のように廃熱を回生した電力を生み出すものでもよい。その他に、ランキンサイクル31の冷媒通路を流れる冷媒の一部を用いてエジェクタ92を駆動することで、ポンプを用いずに冷凍サイクル51を運転することができるので、エジェクタ92も廃熱回生装置に含めることができる。   The waste heat regeneration device is not limited to the Rankine cycle 31, and may be, for example, a Stirling cycle, or a device that generates electric power that regenerates waste heat, such as a thermoelectric element. In addition, since the refrigeration cycle 51 can be operated without using a pump by driving the ejector 92 using a part of the refrigerant flowing through the refrigerant passage of the Rankine cycle 31, the ejector 92 is also used as a waste heat regeneration device. Can be included.

(第2実施形態)
本実施形態は、第1実施形態と比較するとシステムの構成は同じであるが、グリルシャッター100の動作が異なる。以下、グリルシャッター100の動作を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Although this embodiment has the same system configuration as the first embodiment, the operation of the grill shutter 100 is different. Hereinafter, the operation of the grill shutter 100 will be mainly described.

図15は、本実施形態でのグリルシャッター100の開閉動作を示す図である。走行条件は第1実施形態と同様である。   FIG. 15 is a diagram illustrating an opening / closing operation of the grill shutter 100 in the present embodiment. The traveling conditions are the same as in the first embodiment.

外気温が30°以下の場合と、35℃より高い場合については、グリルシャッター100の開度は第1実施形態と同様である。しかし外気温が30℃から35℃の間は、外気温が高いほどグリルシャッター100の開度を小さくする。   When the outside air temperature is 30 ° C. or lower and when it is higher than 35 ° C., the opening degree of the grill shutter 100 is the same as that of the first embodiment. However, when the outside air temperature is between 30 ° C. and 35 ° C., the higher the outside air temperature is, the smaller the opening degree of the grill shutter 100 is.

上記のような開閉動作による効果について説明する。   The effects of the above opening / closing operation will be described.

グリルシャッター100による燃費向上効果をFE1とし、外気温が30℃から35℃の間の温度T1のときのランキンサイクル31による燃費向上効果をFE2とすると、全体としての燃費向上効果FEtotalは式(1)で表される。   If the fuel efficiency improvement effect by the grill shutter 100 is FE1, and the fuel efficiency improvement effect by the Rankine cycle 31 when the outside air temperature is between 30 ° C. and 35 ° C. is FE2, the fuel efficiency improvement effect FEtotal as a whole is expressed by the equation (1). ).

FEtotal=FE1×k1+FE2×k2 ・・・(1)     FEtotal = FE1 × k1 + FE2 × k2 (1)

ただし、k1はグリルシャッター100による燃費向上効果をグリルシャッター100の開度に応じて補正する係数である。グリルシャッター100による燃費向上効果FE1はグリルシャッター100が全閉であることが前提であり、開度が大きくなるほどその効果は小さくなるので、開度に応じた燃費向上効果を算出するために係数k1を用いている。k2はランキンサイクル31による燃費向上効果をグリルシャッター100の開度に応じて補正する係数である。ランキンサイクル31による燃費向上効果FE2はグリルシャッター100が全開であることが前提であり、開度が小さくなるほどその効果は小さくなるので、開度に応じた燃費向上効果を算出するために係数k2を用いる。   However, k1 is a coefficient which corrects the fuel consumption improvement effect by the grill shutter 100 according to the opening degree of the grill shutter 100. The fuel efficiency improvement effect FE1 by the grill shutter 100 is based on the premise that the grill shutter 100 is fully closed, and the effect decreases as the opening degree increases. Therefore, the coefficient k1 is used to calculate the fuel efficiency improvement effect according to the opening degree. Is used. k2 is a coefficient for correcting the fuel efficiency improvement effect of the Rankine cycle 31 according to the opening degree of the grill shutter 100. The fuel efficiency improvement effect FE2 by Rankine cycle 31 is based on the premise that the grille shutter 100 is fully open, and the effect decreases as the opening becomes smaller. Therefore, in order to calculate the fuel efficiency improvement effect according to the opening, the coefficient k2 is set. Use.

すなわち、式(1)は、グリルシャッター100が全開でも全閉でもない開度(中間開度)における、ランキンサイクル31による燃費向上効果とグリルシャッター100による燃費向上効果とを合わせた燃費向上効果を算出するものである。   That is, the expression (1) shows the fuel efficiency improvement effect that combines the fuel efficiency improvement effect by the Rankine cycle 31 and the fuel efficiency improvement effect by the grill shutter 100 at the opening degree (intermediate opening degree) where the grill shutter 100 is not fully opened or fully closed. Is to be calculated.

外気温30℃−35℃の範囲で、外気温が高いほどグリルシャッター100の開度を小さくする場合について、式(1)により燃費向上効果FEtotalを算出すると、図13に太線で示すように燃費向上効果FE1に対して上に凸な特性が得られる。すなわち、外気温が30℃から35℃の間で、グリルシャッター100を全閉にして走行すること又はランキンサイクル31を運転すること、のいずれかを単独で実行するよりも大きな燃費向上効果が得られる。   When the opening degree of the grille shutter 100 is made smaller as the outside air temperature is higher in the outside air temperature range of 30 ° C. to 35 ° C., the fuel efficiency improvement effect FEtotal is calculated by the equation (1), as shown by the thick line in FIG. An upwardly convex characteristic is obtained with respect to the improvement effect FE1. That is, when the outside air temperature is between 30 ° C. and 35 ° C., driving with the grill shutter 100 fully closed or driving the Rankine cycle 31 has a greater fuel efficiency improvement effect than when executing alone. It is done.

また、グリルシャッター100が全開となる外気温の上限を30℃以下にしてもよい。
具体的には、式(1)により得られる燃費向上効果FEtotalが、グリルシャッター100が全開状態でのランキンサイクル31による燃費向上効果と等しくなる温度(図16の外気温T0℃)までグリルシャッター100を全開にする。そして、T0℃−35℃の範囲で、外気温が高いほどグリルシャッター100の開度を小さくする。
Further, the upper limit of the outside air temperature at which the grill shutter 100 is fully opened may be set to 30 ° C. or less.
Specifically, the grill shutter 100 reaches a temperature at which the fuel efficiency improvement effect FEtotal obtained by the expression (1) is equal to the fuel efficiency improvement effect by the Rankine cycle 31 when the grill shutter 100 is fully opened (outside air temperature T0 ° C. in FIG. 16). Fully open. And the opening degree of the grille shutter 100 is made small, so that outside temperature is high in the range of T0 degreeC-35 degreeC.

これにより、図16に太線で示したように、外気温T0℃−35℃の範囲で、グリルシャッター100を全閉にして走行すること又はランキンサイクル31を運転すること、のいずれかを単独で実行するよりも大きな燃費向上効果が得られる。   Accordingly, as shown by a thick line in FIG. 16, either running with the grill shutter 100 fully closed or driving the Rankine cycle 31 in the range of the outside air temperature T0 ° C. to 35 ° C. alone. Greater fuel efficiency can be achieved than is possible.

以上のように本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果に加えて、さらに次の効果も得られる。   As described above, according to this embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the following effects can be obtained.

(5)グリルシャッター100を全開にしてランキンサイクル31を運転することによる燃費向上代と、グリルシャッター100を全閉にして走行することによる燃費向上代とが同等になる外気温から、グリルシャッター100を全開にしてランキンサイクル31を運転することによる燃費向上効果がなくなる外気温までは、外気温が高いほどグリルシャッター100の開度が小さくなる。すなわち、上記の例では外気温が30℃から35℃の間では、外気温が高いほどグリルシャッター100の開度が小さくなる。これにより、外気温が30℃から35℃の範囲で、グリルシャッター100を全閉にして走行すること又はランキンサイクル31を運転すること、のいずれかを単独で実行するよりも大きな燃費向上効果が得られる。   (5) From the outside temperature at which the fuel consumption improvement cost by driving the Rankine cycle 31 with the grill shutter 100 fully opened and the fuel consumption improvement cost by driving with the grill shutter 100 fully closed are equal to each other. Until the outside air temperature at which the fuel efficiency improvement effect by driving the Rankine cycle 31 is fully opened, the opening degree of the grill shutter 100 becomes smaller as the outside air temperature becomes higher. That is, in the above example, when the outside air temperature is between 30 ° C. and 35 ° C., the opening degree of the grill shutter 100 becomes smaller as the outside air temperature becomes higher. As a result, when the outside air temperature is in the range of 30 ° C. to 35 ° C., driving with the grill shutter 100 fully closed or driving the Rankine cycle 31 has a greater fuel efficiency improvement effect than when performing alone. can get.

(6)グリルシャッター100が中間開度でのランキンサイクル31による燃費向上代とグリルシャッター100が中間開度でのグリルシャッター100による燃費向上代とを合わせた燃費向上代が、グリルシャッター100が全開状態でのランキンサイクル31による燃費向上代と等しくなる外気温以下ではグリルシャッター100を全開にする。そして、当該外気温から、グリルシャッター100を全開にした状態でランキンサイクル31を運転する場合の燃費向上効果がなくなる外気温までは、外気温が高いほどグリルシャッター100の開度が小さくなる。すなわち、上記の例では式(1)により算出される燃費向上効果FEtotalとランキンサイクル31による燃費向上効果FE2とが等しくなる外気温T0℃以下ではグリルシャッター100が全開で、外気温T0から35℃の範囲では、外気温が高いほどグリルシャッター100の開度が小さくなる。これにより、外気温がT0℃から35℃の範囲で、グリルシャッター100を全閉にして走行すること又はランキンサイクル31を運転すること、のいずれかを単独で実行するよりも大きな燃費向上効果が得られる。   (6) The fuel consumption improvement allowance which combines the fuel consumption improvement allowance by the Rankine cycle 31 when the grille shutter 100 is at the intermediate opening and the fuel consumption improvement allowance by the grille shutter 100 when the grille shutter 100 is at the intermediate opening is fully opened. In the state, the grill shutter 100 is fully opened at an outside temperature equal to or less than the fuel efficiency improvement by the Rankine cycle 31. From the outside temperature to the outside temperature at which the fuel efficiency improvement effect is eliminated when the Rankine cycle 31 is operated with the grill shutter 100 fully opened, the opening degree of the grill shutter 100 becomes smaller as the outside temperature increases. That is, in the above example, the grill shutter 100 is fully opened at the outside air temperature T0 ° C. or less where the fuel economy improving effect FEtotal calculated by the equation (1) and the fuel economy improving effect FE2 by the Rankine cycle 31 are equal, and the outside air temperature T0 to 35 ° C. In this range, the opening degree of the grill shutter 100 becomes smaller as the outside air temperature becomes higher. Thereby, when the outside air temperature is in the range of T0 ° C. to 35 ° C., the fuel efficiency improvement effect is greater than when either running with the grill shutter 100 fully closed or driving the Rankine cycle 31 alone. can get.

(第3実施形態)
本実施形態を適用する車両1は、第1実施形態と同様の構成であり、グリルシャッター100の開閉動作も基本的には同様である。ただし、外気温の変化速度が所定値以上の場合に、グリルシャッター100の開閉動作に遅れ処理を施す点が異なる。以下、この相違点を中心に説明する。
(Third embodiment)
The vehicle 1 to which this embodiment is applied has the same configuration as that of the first embodiment, and the opening / closing operation of the grill shutter 100 is basically the same. However, the difference is that when the change rate of the outside air temperature is equal to or higher than a predetermined value, the opening / closing operation of the grill shutter 100 is delayed. Hereinafter, this difference will be mainly described.

外気温の変化速度が所定値以上の場合とは、外気温が急変した場合を意味する。ここでいう所定値は任意に設定し得るものであるが、例えば1〜2℃/秒程度に設定する。   The case where the change rate of the outside air temperature is equal to or higher than a predetermined value means a case where the outside air temperature changes suddenly. Although the predetermined value here can be set arbitrarily, it is set to, for example, about 1 to 2 ° C./second.

外気温が急変する場合としては、例えば、トンネルに入った場合のように外気温が急激に上昇する場合と、トンネルから出た場合のように外気温が急激に低下する場合とがある。   As a case where the outside air temperature changes suddenly, for example, there are a case where the outside air temperature rapidly rises as in the case of entering a tunnel, and a case where the outside air temperature rapidly drops as in the case of exiting from a tunnel.

まず、グリルシャッター100を開いてランキンサイクル31を運転している状態での走行中に、トンネルに入る等して外気温がグリルシャッター100を閉じる温度まで急激に上昇した場合を考える。例えば、図13のマップでいうと、外気温20℃の環境を、冷却水温80℃で走行しているときに、気温30℃のトンネルに入った場合である。   First, let us consider a case where the outside air temperature rapidly rises to a temperature at which the grill shutter 100 is closed by entering a tunnel or the like while the grill shutter 100 is opened and the Rankine cycle 31 is being operated. For example, referring to the map of FIG. 13, when traveling in an environment with an outside air temperature of 20 ° C. at a cooling water temperature of 80 ° C., a tunnel with an air temperature of 30 ° C. is entered.

この場合、例えば図13のマップによれば、トンネルに入ったらグリルシャッター100を閉じることになる。しかし、外気温が急激に上昇してもランキンサイクル31の冷媒の温度は直ちには上昇しないので、トンネルに入ってからランキンサイクル31による廃熱回生ができなくなるまでに遅れが生じる。つまり、トンネルに入った後も廃熱回生可能な時間がある。   In this case, for example, according to the map of FIG. 13, when entering the tunnel, the grill shutter 100 is closed. However, since the temperature of the refrigerant in Rankine cycle 31 does not increase immediately even if the outside air temperature rises rapidly, there is a delay from when the tunnel enters the tunnel until waste heat regeneration by Rankine cycle 31 becomes impossible. In other words, even after entering the tunnel, there is time to recover waste heat.

そこで本実施形態では、外気温が急激に上昇した場合は、図17に示すようにグリルシャッター100を閉じるまでに遅れ時間(T31−T32間)を設ける。遅れ時間は、冷媒の温度上昇に伴う廃熱回生能力の低下とグリルシャッター100による燃費向上効果とを比較して、燃費性能がより向上するよう設定する。これにより、廃熱回生による燃費向上効果の方がグリルシャッター100による燃費向上効果より大きいにもかかわらずグリルシャッター100を閉じてしまうという事態を回避し、燃費性能を向上させることができる。   Therefore, in this embodiment, when the outside air temperature rapidly increases, a delay time (between T31 and T32) is provided until the grill shutter 100 is closed as shown in FIG. The delay time is set so that the fuel efficiency is further improved by comparing the decrease in the waste heat regeneration capability accompanying the temperature rise of the refrigerant with the fuel efficiency improvement effect of the grill shutter 100. Accordingly, it is possible to avoid the situation that the grill shutter 100 is closed despite the fact that the fuel efficiency improvement effect due to waste heat regeneration is greater than the fuel efficiency improvement effect due to the grill shutter 100, and the fuel efficiency performance can be improved.

次に、上記とは逆に、グリルシャッター100を閉じた状態で走行中に、トンネルから出る等して外気温がグリルシャッター100を開く温度まで急激に低下した場合を考える。   Next, in contrast to the above, consider a case where the outside air temperature suddenly drops to a temperature at which the grill shutter 100 is opened, such as by exiting a tunnel, while traveling with the grill shutter 100 closed.

この場合、図13のマップによればトンネルから出たらグリルシャッター100を開くことになる。しかし、外気温が急激に低下してもランキンサイクル31の冷媒の温度は直ちには低下しないので、ランキンサイクル31が廃熱回生可能になるまでに遅れが生じる。つまり、トンネルから出ても直ちには廃熱回生が可能にはならない。   In this case, according to the map of FIG. 13, the grill shutter 100 is opened after exiting the tunnel. However, since the temperature of the refrigerant in the Rankine cycle 31 does not immediately decrease even if the outside air temperature rapidly decreases, there is a delay until the Rankine cycle 31 can recover waste heat. In other words, waste heat regeneration is not possible immediately after exiting the tunnel.

そこで本実施形態では、外気温が急激に低下した場合は、図18に示すようにグリルシャッター100を開くまでに遅れ時間(T31−T32間)を設ける。遅れ時間は、冷媒の温度低下に伴う廃熱回生能力の上昇とグリルシャッター100による燃費向上効果とを比較して、燃費性能がより向上するよう設定する。これにより、廃熱回生ができないにもかかわらずグリルシャッター100を開いて空力性能を低下させ、燃費性能を低下させてしまうという事態を回避できる。   Therefore, in the present embodiment, when the outside air temperature rapidly decreases, a delay time (between T31 and T32) is provided until the grill shutter 100 is opened as shown in FIG. The delay time is set so that the fuel efficiency is further improved by comparing the increase in the waste heat regeneration capability accompanying the temperature decrease of the refrigerant with the fuel efficiency improvement effect of the grill shutter 100. Accordingly, it is possible to avoid a situation in which the grill shutter 100 is opened to reduce the aerodynamic performance and the fuel consumption performance is deteriorated even though the waste heat regeneration cannot be performed.

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。   According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.

(7)グリルシャッター100は、外気温の変化速度が所定値を超えた場合、つまり外気温が急変した場合には、外気温の変化に対して遅れをもって外気導入量を調整する。これにより、外気温変化に対するランキンサイクル31の応答遅れに起因する燃費性能の低下を回避することができる。   (7) When the change rate of the outside air temperature exceeds a predetermined value, that is, when the outside air temperature changes suddenly, the grill shutter 100 adjusts the outside air introduction amount with a delay with respect to the change of the outside air temperature. Thereby, the fall of the fuel consumption performance resulting from the response delay of Rankine cycle 31 with respect to external temperature change can be avoided.

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.

1 車両
2 内燃機関
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
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
92 エジェクタ
100 グリルシャッター
101 グリル
1 Vehicle 2 Internal Combustion Engine 30 Combined Cycle 31 Rankine Cycle 32 Refrigerant Pump 33 Pump Pulley 34 Belt 35 Expander Clutch (Clutch)
36 heat exchanger 37 expander 51 refrigeration cycle 52 compressor 54 compressor clutch 55 evaporator 71 engine controller 92 ejector 100 grill shutter 101 grill

Claims (7)

内燃機関と、
前記内燃機関の廃熱を動力又は電力として回生する廃熱回生装置と、
を備える車両において、
車体前部に設けたエンジンルームの前方側に配置され、前記廃熱回生装置に含まれる前面熱交換器と、
走行中に前記エンジンルームの最前部から前記前面熱交換器へ外気を導入する外気導入口と、
前記外気導入口を開閉することで前記外気導入口からの外気導入量を調整し得る調整手段と、
を備え、
前記調整手段は、外気温が所定温度より高い場合は、外気温が前記所定温度以下の場合に比べて外気導入量を少なくすることを特徴とする車両。
An internal combustion engine;
A waste heat regeneration device for regenerating waste heat of the internal combustion engine as power or electric power;
In a vehicle comprising:
A front heat exchanger disposed on the front side of the engine room provided at the front of the vehicle body and included in the waste heat regeneration device;
An outside air introduction port for introducing outside air from the frontmost part of the engine room to the front heat exchanger during traveling;
Adjusting means capable of adjusting the amount of outside air introduced from the outside air inlet by opening and closing the outside air inlet;
With
The vehicle characterized in that the adjusting means reduces the amount of outside air introduced when the outside air temperature is higher than a predetermined temperature compared to when the outside air temperature is equal to or lower than the predetermined temperature.
請求項1に記載の車両において、
前記所定温度は、前記調整手段を全開にした状態で廃熱回生を実行する場合の燃費向上代と、前記調整手段を全閉にして走行する場合の燃費向上代とが同等になる外気温であり、
前記調整手段は、外気温が前記所定温度より高い場合は全閉に、外気温が前記所定温度以下の場合は全開になることを特徴とする車両。
The vehicle according to claim 1,
The predetermined temperature is an outside temperature at which a fuel consumption improvement allowance when performing waste heat regeneration with the adjustment means fully open and a fuel consumption improvement allowance when traveling with the adjustment means fully closed are equivalent. Yes,
The adjusting device is fully closed when the outside air temperature is higher than the predetermined temperature, and fully opened when the outside air temperature is equal to or lower than the predetermined temperature.
請求項1に記載の車両において、
前記所定温度は、前記調整手段を全開にした状態で廃熱回生を実行する場合の燃費向上代と、前記調整手段を全閉にして走行する場合の燃費向上代とが同等になる外気温であり、
前記所定温度から、前記調整手段を全開にした状態で廃熱回生を実行する場合の燃費向上効果がなくなる外気温までは、外気温が高いほど前記調整手段の開度が小さくなることを特徴とする車両。
The vehicle according to claim 1,
The predetermined temperature is an outside temperature at which a fuel consumption improvement allowance when performing waste heat regeneration with the adjustment means fully open and a fuel consumption improvement allowance when traveling with the adjustment means fully closed are equivalent. Yes,
From the predetermined temperature to the outside air temperature at which the fuel efficiency improvement effect is eliminated when waste heat regeneration is performed in a state where the adjusting device is fully opened, the opening degree of the adjusting device decreases as the outside air temperature increases. Vehicle.
請求項1に記載の車両において、
前記所定温度は、前記調整手段を中間開度にした状態で廃熱回生を実行する場合の燃費向上代と前記調整手段を中間開度にした状態で走行する場合の燃費向上代とを合わせた燃費向上代が、前記調整手段を全開にした状態で廃熱回生を実行する場合の燃費向上代と等しくなる外気温であり、
前記所定温度から、前記調整手段を全開にした状態で廃熱回生を実行する場合の燃費向上効果がなくなる外気温までは、外気温が高いほど前記調整手段の開度が小さくなることを特徴とする車両。
The vehicle according to claim 1,
The predetermined temperature is a combination of a fuel consumption improvement allowance when performing waste heat regeneration with the adjustment means at an intermediate opening and a fuel consumption improvement allowance when traveling with the adjustment means at an intermediate opening. The fuel consumption improvement allowance is an outside air temperature that is equal to the fuel consumption improvement allowance when performing waste heat regeneration with the adjustment means fully opened.
From the predetermined temperature to the outside air temperature at which the fuel efficiency improvement effect is eliminated when waste heat regeneration is performed in a state where the adjusting device is fully opened, the opening degree of the adjusting device decreases as the outside air temperature increases. Vehicle.
請求項1から4のいずれかに記載の車両において、
前記内燃機関の冷却液温度に基づいて前記内燃機関の冷却要求の有無を判定する機関冷却要求判定手段を備え、
前記調整手段は、機関冷却要求が有る場合には、外気温が前記所定温度より高くても、外気温が前記所定温度以下の場合と同等の外気導入量となるよう調整することを特徴とする車両。
The vehicle according to any one of claims 1 to 4,
Engine cooling request determining means for determining whether or not there is a cooling request for the internal combustion engine based on the coolant temperature of the internal combustion engine;
When there is an engine cooling request, the adjusting means adjusts the outside air introduction amount to be equal to the outside air introduction amount even when the outside air temperature is higher than the predetermined temperature. vehicle.
請求項1から5のいずれかに記載の車両において、
前記調整手段は、外気温が所定速度以上の変化速度で急激に変化した場合には、外気温の変化に対して遅れをもって外気導入量を調整することを特徴とする車両。
The vehicle according to any one of claims 1 to 5,
The vehicle adjusts the outside air introduction amount with a delay with respect to a change in the outside air temperature when the outside air temperature rapidly changes at a changing speed equal to or higher than a predetermined speed.
請求項1から6のいずれかに記載の車両において、
前記内燃機関の廃熱を回生できない程度に外気温が低い場合には、前記調整手段は前記外気導入口を閉めることを特徴とする車両。
The vehicle according to any one of claims 1 to 6,
When the outside air temperature is low enough to regenerate the waste heat of the internal combustion engine, the adjusting means closes the outside air inlet.
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