JP2015232273A - Rankine cycle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はランキンサイクル、特に冷間状態でのエンジン始動時のランキンサイクルの起動方法に関する。 The present invention relates to a Rankine cycle, and more particularly to a method for starting a Rankine cycle when starting an engine in a cold state.
ランキンサイクルの媒体と冷凍サイクルの冷媒との温度差が所定値以上となるように冷媒の温度と媒体の温度を制御するものがある(特許文献1参照)。 Some control the temperature of the refrigerant and the temperature of the medium so that the temperature difference between the Rankine cycle medium and the refrigerant of the refrigeration cycle is equal to or greater than a predetermined value (see Patent Document 1).
ところで、ランキンサイクルから安定して動力を取り出すためには、エンジンの冷却水が所定の温度以上であることが必要であり、冷却水温度が低くなるとランキンサイクルから取り出せる動力が減少してしまう。上記特許文献1には、ランキンサイクルの媒体と冷凍サイクルの冷媒との温度差を所定値以上に制御することが提案されているが、必ずしも冷却水温度は安定しているものではなく、改善の余地があった。
By the way, in order to stably extract power from the Rankine cycle, it is necessary that the cooling water of the engine be equal to or higher than a predetermined temperature. When the cooling water temperature is lowered, the power that can be extracted from the Rankine cycle is reduced.
そこで本発明は、冷間状態でのエンジン始動時においても安定して動力を取り出し得るランキンサイクルを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a Rankine cycle that can stably extract power even when the engine is started in a cold state.
本発明のランキンサイクルは、冷却水によりエンジンを冷却する冷却水通路と、前記冷却水と熱交換を行い作動媒体を加熱する蒸発器と、前記蒸発器を通過した作動媒体を膨張させて動力を発生する膨張機と、前記膨張機を通過した作動媒体を冷却する凝縮器と、前記凝縮器を通過した作動媒体を前記蒸発器に送り出すポンプとを有するランキンサイクルと、前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、前記冷却水温度が起動許可温度に到達したか否かでランキンサイクルの起動を許可するか否かを判定する起動許可判定手段とを備えている。本発明のランキンサイクルでは、さらに、前記起動許可判定手段が、前記起動許可温度を冷間状態でのエンジン始動時とエンジンの暖機完了状態でのエンジン再始動時とで相違させ、エンジン冷間状態でのエンジン始動時の起動許可温度をエンジン暖機完了状態でのエンジン再始動時の起動許可温度より高く設定する。 The Rankine cycle of the present invention includes a cooling water passage that cools the engine with cooling water, an evaporator that exchanges heat with the cooling water to heat the working medium, and expands the working medium that has passed through the evaporator to generate power. A Rankine cycle having an expander that generates, a condenser that cools the working medium that has passed through the expander, and a pump that sends the working medium that has passed through the condenser to the evaporator, and detects the temperature of the cooling water Cooling water temperature detecting means, and activation permission determining means for determining whether or not to allow the Rankine cycle to be activated depending on whether or not the cooling water temperature has reached the activation permission temperature. In the Rankine cycle according to the present invention, the start permission determining means further makes the start permission temperature different between when the engine is started in a cold state and when the engine is restarted when the engine is warmed up. The start permission temperature at the engine start in the state is set higher than the start permission temperature at the engine restart in the engine warm-up completion state.
冷却水温度が不安定な冷間状態でのエンジン始動時には、ランキンサイクルの起動許可水温を冷却水温度が安定しているエンジン暖機完了状態でのエンジン再始動時よりも高く設定することで、ランキンサイクルから安定して動力を取り出すことができると共に、エンジン暖機完了状態でのエンジン再始動時であれば、速やかにランキンサイクルの起動を許可できるので、ランキンサイクルの運転領域を広げることができる。 When starting the engine in a cold state where the cooling water temperature is unstable, by setting the start-up permission water temperature of the Rankine cycle higher than when restarting the engine in the engine warm-up completion state where the cooling water temperature is stable, It is possible to stably extract power from the Rankine cycle, and at the time of engine restart when the engine is warmed up, the Rankine cycle can be quickly started, so the operating range of the Rankine cycle can be expanded. .
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は本発明の第1実施形態の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1のランキンサイクル31は、冷凍サイクル51と冷媒および凝縮器38を共有する構成になっており、ランキンサイクル31と冷凍サイクル51を統合したサイクルのことを、これ以降統合サイクル30と表現する。図4は統合サイクル30が搭載されるハイブリッド車両1の概略構成図である。尚、統合サイクル30は、ランキンサイクル31と冷凍サイクル51の冷媒が循環する回路(通路)及びその途中に設けられたポンプ、膨張機、凝縮器等の構成要素に加え、冷却水や排気の回路(通路)等を含めたシステム全体を指すものとする。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the entire Rankine cycle system according to the first embodiment of the present invention. The Rankine
ハイブリッド車両1では、エンジン2、モータジェネレータ81、自動変速機82が直列に連結され、自動変速機82の出力はプロペラシャフト83、ディファレンシャルギヤ84を介して駆動輪85に伝達される。エンジン2とモータジェネレータ81の間には第1駆動軸クラッチ86を設けている。また、自動変速機82の摩擦締結要素の一つが第2駆動軸クラッチ87として構成されている。第1駆動軸クラッチ86と第2駆動軸クラッチ87は、エンジンコントローラ71に接続されており、ハイブリッド車両の運転条件に応じてその断接(接続状態)が制御される。ハイブリッド車両1では、図7Bに示すように、車速がエンジン2の効率が悪いEV走行領域にあるときには、エンジン2を停止し第1駆動軸クラッチ86を遮断し第2駆動軸クラッチ87を接続してモータジェネレータ81による駆動力のみでハイブリッド車両1の走行を行わせる。一方、車速がEV走行領域を外れてランキンサイクル運転域に移行したときには、エンジン2を運転してランキンサイクル31(後述する)を運転する。エンジン2は排気通路3を備え、排気通路3は、排気マニホールド4と、排気マニホールド4の集合部に接続される排気管5とから構成される。排気管5は途中でバイパス排気管6と分岐しており、バイパス排気管6にバイパスされる区間の排気管5には、排気と冷却水との間で熱交換を行なうための廃熱回収器22を備える。廃熱回収器22とバイパス排気管6は、図6に示すように、これらを一体化した廃熱回収ユニット23として、床下触媒88とその下流のサブマフラー89との間に配置される。
In the
図1に基づき、まず、エンジン冷却水回路について説明する。エンジン2を出た80〜90℃程度の冷却水は、ラジエータ11を通る冷却水通路13と、ラジエータ11をバイパスするバイパス冷却水通路14とに別れて流れる。その後、2つの流れは、両通路13、14を流れる冷却水流量の配分を決めるサーモスタットバルブ15で再び合流し、さらに冷却水ポンプ16を経てエンジン2に戻る。冷却水ポンプ16はエンジン2によって駆動され、その回転速度はエンジン回転速度と同調している。サーモスタットバルブ15は、冷却水温度が高い場合に冷却水通路13側のバルブ開度を大きくしてラジエータ11を通過する冷却水量を相対的に増やし、冷却水温度が低い場合に冷却水通路13側のバルブ開度を小さくしてラジエータ11を通過する冷却水量を相対的に減らす。エンジン2の暖機前など特に冷却水温度が低い場合には、完全にラジエータ11をバイパスさせて冷却水の全量がバイパス冷却水通路14側を流れる。一方、バイパス冷却水通路14側のバルブ開度は全閉になることはなく、ラジエータ11を流れる冷却水流量が多くなったときに、バイパス冷却水通路14を流れる冷却水の流量は、冷却水の全量がバイパス冷却水通路14側を流れる場合と比べて低下するが、流れが完全に停止することがないようにサーモスタットバルブ15が構成されている。ラジエータ11をバイパスするバイパス冷却水通路14は、冷却水通路13から分岐して後述の熱交換器36に直接接続する第1バイパス冷却水通路24と、冷却水通路13から分岐して廃熱回収器22を経た後に熱交換器36に接続する第2バイパス冷却水通路25とからなる。
First, the engine coolant circuit will be described with reference to FIG. The cooling water of about 80 to 90 ° C. leaving the
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の全体を俯瞰して見たときにランキンサイクル31の冷媒と冷却水が互いに流れ方向が逆向きとなるように各通路36a、36b、36cが構成されている。
The bypass
詳細には、ランキンサイクル31の冷媒にとって上流(図1の左)側に位置する一方の冷却水通路36aは、第1バイパス冷却水通路24に介装されている。この冷却水通路36a及びこの冷却水通路36aに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器左側部分は、エンジン2から出た冷却水を冷却水通路36aに直接導入することで、冷媒通路36cを流れるランキンサイクル31の冷媒を加熱するための加熱器である。
Specifically, one
ランキンサイクル31の冷媒にとって下流(図1の右)側に位置する他方の冷却水通路36bには、第2バイパス冷却水通路25を介して廃熱回収器22を経た冷却水が導入される。冷却水通路36b及びこの冷却水通路36bに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器右側部分(ランキンサイクル31の冷媒にとって下流側)は、エンジン2の出口の冷却水を排気によってさらに加熱した冷却水を冷却水通路36bに導入することで、冷媒通路36cを流れる冷媒を過熱する過熱器である。
Cooling water that has passed through the waste
廃熱回収器22の冷却水通路22aは排気管5に隣接して設けている。廃熱回収器22の冷却水通路22aにエンジン2の出口の冷却水を導入することで、冷却水を高温の排気によって例えば110〜115℃程度まで加熱することができる。廃熱回収器22の全体を俯瞰して見たときに、排気と冷却水とが互いに流れる向きが逆向きとなるように冷却水通路22aが構成されている。
The cooling
廃熱回収器22を設けた第2バイパス冷却水通路25には制御弁26が介装されている。エンジン2の内部にある冷却水の温度を指すエンジン水温が、例えばエンジンの効率悪化やノックを発生させないための許容温度(例えば100℃)を超えないように、エンジン2の出口の冷却水温度センサ74の検出温度が所定値以上になると、この制御弁26の開度を減少させるようにしている。エンジン水温が許容温度に近づくと、廃熱回収器22を通過する冷却水量を減少させるので、エンジン水温が許容温度を超えてしまうことを確実に防ぐことができる。
A
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恐れがある。これを避けるため、廃熱回収器22をバイパスするバイパス排気管6と、排気回収器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
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
バイパス冷却水通路14からサーモスタットバルブ15に向かう冷却水の温度が、例えば熱交換器36でランキンサイクル31の冷媒と熱交換することによって十分低下していれば、サーモスタットバルブ15の冷却水通路13側のバルブ開度が小さくされて、ラジエータ11を通過する冷却水量は相対的に減らされる。逆にバイパス冷却水通路14からサーモスタットバルブ15に向かう冷却水の温度が、ランキンサイクル31が運転されていないことなどによって高くなると、サーモスタットバルブ15の冷却水通路13側のバルブ開度が大きくされて、ラジエータ11を通過する冷却水量は相対的に増やされる。このようなサーモスタットバルブ15の動作に基づいて、エンジン2の冷却水温度が適当に保たれ、熱がランキンサイクル31へ適当に供給(回収)されるように構成されている。
If the temperature of the cooling water from the bypass cooling
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,
ランキンサイクル31は、エンジン2の冷却水を介してエンジン2の廃熱を冷媒に回収し、回収した廃熱を動力として回生するシステムである。ランキンサイクル31は、冷媒ポンプ32、過熱器としての熱交換器36、膨張機37及び凝縮器(コンデンサ)38を備え、各構成要素は冷媒(R134a等)が循環する冷媒通路41〜44により接続されている。
The
冷媒ポンプ32の軸は同一の軸上で膨張機37の出力軸と連結配置され、膨張機37の発生する出力(動力)によって冷媒ポンプ32を駆動すると共に、発生動力をエンジン2の出力軸(クランク軸)に供給する構成である(図2A参照)。すなわち、冷媒ポンプ32軸及び膨張機37の出力軸は、エンジン2の出力軸と平行に配置され、冷媒ポンプ32軸の先端に設けたポンププーリ33と、クランクプーリ2aとの間にベルト34を掛け回している(図1参照)。なお、本実施形態の冷媒ポンプ32としてはギヤ式のポンプを、膨張機37としてはスクロール式の膨張機を採用している(図2B、図2C参照)。
The shaft of the
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とを、エンジン2と断接可能にしている(図2A参照)。このため、膨張機37の発生する出力が冷媒ポンプ32の駆動力及び回転体が有するフリクションを上回る場合(予測膨張機トルクが正の場合)に膨張機クラッチ35を接続することで、膨張機37の発生する出力によってエンジン出力軸の回転をアシスト(補助)することができる。このように廃熱回収によって得たエネルギを用いてエンジン出力軸の回転をアシストすることで、燃費を向上できる。また、冷媒を循環させる冷媒ポンプ32を駆動するためのエネルギも、回収した廃熱で賄うことができる。
In addition, an electromagnetic clutch (hereinafter referred to as “expander clutch”) 35 is provided between the
冷媒ポンプ32からの冷媒は冷媒通路41を介して熱交換器36に供給される。熱交換器36は、エンジン2の冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を気化し過熱する熱交換器である。
The refrigerant from the
熱交換器36からの冷媒は冷媒通路42を介して膨張機37に供給される。膨張機37は、気化し過熱された冷媒を膨張させることにより熱を回転エネルギに変換する蒸気タービンである。膨張機37で回収された動力は冷媒ポンプ32を駆動し、ベルト伝動機構を介してエンジン2に伝達され、エンジン2の回転をアシストする。
The refrigerant from the
膨張機37からの冷媒は冷媒通路43を介して凝縮器38に供給される。凝縮器38は、外気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を冷却し液化する熱交換器である。このため、凝縮器38をラジエータ11と並列に配置し、ラジエータファン12によって冷却するようにしている。
The refrigerant from the
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
次に、冷凍サイクル51について述べる。冷凍サイクル51は、ランキンサイクル31を循環する冷媒を共用するため、ランキンサイクル31と統合され、冷凍サイクル51の構成そのものは簡素になっている。すなわち、冷凍サイクル51は、コンプレッサ(圧縮機)52、凝縮器38、エバポレータ(蒸発器)55を備える。
Next, the
コンプレッサ52は冷凍サイクル51の冷媒を高温高圧に圧縮する流体機械で、エンジン2によって駆動される。すなわち、図4にも示したようにコンプレッサ52の駆動軸にはコンプレッサプーリ53が固定され、このコンプレッサプーリ53とクランクプーリ2aとにベルト34を掛け回している。エンジン2の駆動力がこのベルト34を介してコンプレッサプーリ53に伝達され、コンプレッサ52が駆動される。また、コンプレッサプーリ53とコンプレッサ52との間に電磁式のクラッチ(このクラッチを以下「コンプレッサクラッチ」という。)54を設けて、コンプレッサ52とコンプレッサプーリ53とを断接可能にしている。
The
図1に戻り、コンプレッサ52からの冷媒は冷媒通路56を介して冷媒通路43に合流した後、凝縮器38に供給される。凝縮器38は外気との熱交換によって冷媒を凝縮し液化する熱交換器である。凝縮器38からの液状の冷媒は、冷媒通路44から分岐する冷媒通路57を介してエバポレータ(蒸発器)55に供給される。エバポレータ55は、図示しないヒータコアと同様にエアコンユニットのケース内に配設されている。エバポレータ55は、凝縮器38からの液状冷媒を蒸発させ、そのときの蒸発潜熱によってブロアファンからの空調空気を冷却する熱交換器である。
Returning to FIG. 1, the refrigerant from the
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
ランキンサイクル31と冷凍サイクル51とからなる統合サイクル30には、サイクル内を流れる冷媒を制御するため、回路途中に各種の弁が適宜設けられている。例えば、ランキンサイクル31を循環する冷媒を制御するため、冷凍サイクル分岐点45と冷媒ポンプ32とを連絡する冷媒通路44にポンプ上流弁61、熱交換器36と膨張機37とを連絡する冷媒通路42に膨張機上流弁62を備える。また、冷媒ポンプ32と熱交換器36とを連絡する冷媒通路41には、熱交換器36から冷媒ポンプ32への冷媒の逆流を防止するため逆止弁63を備えている。膨張機37と冷凍サイクル合流点46とを連絡する冷媒通路43にも、冷凍サイクル合流点46から膨張機37への冷媒の逆流を防止するため逆止弁64を備えている。また、膨張機上流弁62上流から膨張機37をバイパスして逆止弁64上流に合流する膨張機バイパス通路65を設け、この膨張機バイパス通路65にバイパス弁66を設けている。さらに、バイパス弁66をバイパスする通路67に圧力調整弁68を設けている。冷凍サイクル51側についても、冷凍サイクル分岐点45とエバポレータ55とを接続する冷媒通路57にエアコン回路弁69を設けている。
In the
上記4つの弁61、62、66、69はいずれも電磁式の開閉弁である。圧力センサ72により検出される膨張機上流圧力の信号、圧力センサ73により検出される凝縮器38の出口の冷媒圧力Pdの信号、膨張機37の回転速度信号等がエンジンコントローラ71に入力されている。エンジンコントローラ71では、所定の運転条件に応じ、これらの各入力信号に基づいて、冷凍サイクル51のコンプレッサ52や、ラジエータファン12の制御を行なうとともに、上記4つの電磁式開閉弁61、62、66、69の開閉を制御する。
The four
例えば、圧力センサ72により検出される膨張機上流側圧力及び膨張機回転速度に基づいて膨張機トルク(回生動力)を予測し、この予測膨張機トルクが正のとき(エンジン出力軸の回転をアシストすることができるとき)に膨張機クラッチ35を締結し、予測膨張機トルクがゼロないし負のときに膨張機クラッチ35を解放する。センサ検出圧力と膨張機回転速度とに基づくことで、排気温度から膨張機トルク(回生動力)を予測する場合とくらべ、高い精度で膨張機トルクを予測することができ、膨張機トルクの発生状況に応じて膨張機クラッチ35の締結・解放を適切に行うことができる(詳細は特開2010−190185号公報参照)。
For example, the expander torque (regenerative power) is predicted based on the expander upstream pressure detected by the
上記4つの開閉弁61、62、66、69及び2つの逆止弁63、64は、冷媒系バルブである。これらの冷媒系バルブの機能を改めて図3に示す。
The four on-off
図3において、ポンプ上流弁61は、冷凍サイクル51の回路に比べてランキンサイクル31の回路に冷媒が偏り易くなる所定の条件で閉じることで、ランキンサイクル31への冷媒(潤滑成分を含む)の偏りを防止するためのもので、後述するように、膨張機37下流の逆止弁64と協働してランキンサイクル31の回路を閉塞させる。膨張機上流弁62は、熱交換器36からの冷媒圧力が相対的に低い場合に冷媒通路42を遮断し熱交換器36からの冷媒が高圧になるまで保持することができるようにするものである。これによって、膨張機トルクが十分得られない場合でも冷媒の加熱を促し、例えばランキンサイクル31が再起動する(回生が実際に行なえるようになる)までの時間を短縮させることができる。バイパス弁66は、ランキンサイクル31の始動時等にランキンサイクル31側に存在する冷媒量が十分でないときなどに、膨張機37をバイパスさせた上で冷媒ポンプ32の作動が行えるように開弁し、ランキンサイクル31の起動時間を短縮するためのものである。膨張機37をバイパスさせた上で冷媒ポンプ32を作動させることで、凝縮器38の出口あるいは冷媒ポンプ32の入口の冷媒温度が、その部位の圧力を考慮した沸点から所定温度差(サブクール度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 pump
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
膨張機37下流の逆止弁64は、上述のポンプ上流弁61と協働してランキンサイクル31への冷媒の偏りを防止するためのものである。ハイブリッド車両1の運転開始直後、エンジン2が暖まっていないとランキンサイクル31が冷凍サイクル51より低温となり、冷媒がランキンサイクル31側に偏ることがある。ランキンサイクル31側に偏る確率はそれほど高くないものの、例えば夏場の車両運転開始直後には、車内を早く冷やしたい状況にあって冷房能力が最も要求されることから、冷媒の僅かな偏在も解消して冷凍サイクル51の冷媒を確保したいという要求がある。そこで、ランキンサイクル31側への冷媒の偏在を防止するため逆止弁64を設けたものである。
The
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
次に、図5はエンジン2全体のパッケージを示すエンジン2の概略斜視図である。図5において特徴的なのは、熱交換器36が排気マニホールド4の鉛直上方に配置されていることである。排気マニホールド4の鉛直上方のスペースに熱交換器36を配置することによって、ランキンサイクル31のエンジン2への搭載性を向上させている。また、エンジン2にはテンションプーリ8が設けられている。
Next, FIG. 5 is a schematic perspective view of the
次に、ランキンサイクル31の基本的な運転方法を図7A及び図7Bを参照して説明する。
Next, a basic operation method of the
まず、図7A及び図7Bはランキンサイクル31の運転領域図である。図7Aには横軸を外気温、縦軸をエンジン水温(冷却水温度)としたときのランキンサイクル31の運転域を、図7Bには横軸をエンジン回転速度、縦軸をエンジントルク(エンジン負荷)としたときのランキンサイクル31の運転域を示している。
First, FIGS. 7A and 7B are operation region diagrams of the
図7A及び図7Bのいずれにおいても所定の条件を満たしたときにランキンサイクル31を運転するもので、これら両方の条件が満たされた場合にランキンサイクル31を運転する。図7Aにおいては、エンジン2の暖機を優先する低水温側の領域と、コンプレッサ52の負荷が増大する高外気温側の領域でランキンサイクル31の運転を停止している。排気温度が低く回収効率が悪い暖機時は、むしろランキンサイクル31を運転しないことで冷却水温度を速やかに上昇させる。高い冷房能力が要求される高外気温時はランキンサイクル31を止めて、冷凍サイクル51に十分な冷媒と凝縮器38の冷却能力を提供する。図7Bにおいては、ハイブリッド車両であるので、EV走行領域と、膨張機37のフリクションが増大する高回転速度側の領域でランキンサイクル31の運転を停止している。膨張機37は全ての回転速度でフリクションが少ない高効率な構造とすることが難しいことから、図7Bの場合では、運転頻度の高いエンジン回転速度域でフリクションが小さく高効率となるように、膨張機37が構成(膨張機37各部のディメンジョン等が設定)さている。
7A and 7B, the
図8は膨張機トルクによりエンジン出力軸の回転をアシストしている途中でハイブリッド車両1の加速が行われたときの様子をモデルで示したタイミングチャートである。なお、図8の右側には、このときに膨張機37の運転状態が推移する様子を膨張機トルクマップ上に表している。膨張機トルクマップの等高線で区切られた範囲のうち、膨張機回転速度が低く膨張機上流圧力が高い部分(左上)が膨張機トルクが最も大きく、膨張機回転速度が高く膨張機上流圧力が低くなるほど(右下に進むほど)膨張機トルクが小さくなる傾向になっている。特に斜線部の範囲は、冷媒ポンプを駆動する前提では膨張機トルクがマイナスになって、エンジンに対しては負荷となってしまう領域を表している。
FIG. 8 is a timing chart showing a model when the
運転者がアクセルペダルを踏込むt1までは、定速走行が継続されて膨張機37が正のトルクを発生させており、膨張機トルクによるエンジン出力軸の回転アシストが行われている。
Until t1 when the driver steps on the accelerator pedal, constant speed running is continued and the
t1以降、膨張機37の回転速度、すなわち冷媒ポンプ32の回転速度がエンジン回転速度に比例して上昇するが、排気温度或いは冷却水温度の上昇は、エンジン回転速度の上昇に対して遅れを有する。そのため、冷媒ポンプ32の回転速度の上昇によって増大した冷媒量に対して回収可能な熱量の割合が低下する。
After t1, the rotation speed of the
従って、膨張機回転速度が上昇するにつれ、膨張機上流の冷媒圧力が低下し、膨張機トルクは低下する。 Accordingly, as the expander rotational speed increases, the refrigerant pressure upstream of the expander decreases and the expander torque decreases.
この膨張機トルクの低下により、膨張機トルクが十分得られなくなると(例えばゼロ付近になるt2のタイミングで)、膨張機上流弁62を開状態から閉状態へと切換えて、回生効率の悪化(膨張機トルクの過度の低下に伴って膨張機37が逆にエンジン2に引き摺られる現象)が回避される。
When the expander torque is not sufficiently obtained due to the decrease in the expander torque (for example, at the timing t2 when the expander torque is close to zero), the expander
膨張機上流弁62を開状態から閉状態へと切換えた後、t3のタイミングで膨張機クラッチ35が接続(締結)から切断(解放)へと切換えられる。この膨張機クラッチ35の切断時期を、膨張機上流弁62を開状態から閉状態へと切換えた時期より幾分遅らせることによって、膨張機上流の冷媒圧力を十分低下させ、膨張機クラッチ35を切り離した際の膨張機37が、過回転になるのを防止できる。また、冷媒ポンプ32によって多めの冷媒を熱交換器36内に供給し、ランキンサイクル31が停止中も冷媒を効果的に加熱することで、ランキンサイクル31の運転再開がスムースに行なえるようにしている。
After the expander
t3以降、エンジン2の放熱量の上昇により膨張機上流圧力が再び上昇し、t4のタイミングで、膨張機上流弁62が閉状態から開状態へと切換えられ、膨張機37への冷媒の供給が再開される。また、t4で膨張機クラッチ35が再び接続される。この膨張機クラッチ35の再接続により、膨張機トルクによるエンジン出力軸の回転アシストが再開される。
After t3, the expander upstream pressure rises again due to the increase in the heat radiation amount of the
図9は、膨張機上流弁62が閉じられ膨張機クラッチ35を切断した状態の、ランキンサイクルの運転停止から、図8(t4の制御)と異なる態様でランキンサイクル31の再起動を行なう様子をモデルで示したタイミングチャートである。
FIG. 9 shows how
t11のタイミングで運転者がアクセルペダルを踏込むとアクセル開度が増大する。t11では、ランキンサイクル31の運転は停止されている。このため、膨張機トルクはゼロを維持している。
When the driver depresses the accelerator pedal at the timing of t11, the accelerator opening increases. At t11, the operation of the
t11からのエンジン回転速度の上昇に伴ってエンジン2の放熱量が増大し、この放熱量の増大によって熱交換器36に流入する冷却水温度が高くなり、熱交換器36内の冷媒の温度が上昇する。膨張機上流弁62は閉じているので、この熱交換器36による冷媒温度の上昇によって、膨張機上流弁62の上流の冷媒圧力、つまり膨張機上流圧力が上昇していく(t11〜t12)。
As the engine rotation speed increases from t11, the heat dissipation amount of the
この運転状態の変化によってランキンサイクル非運転域からランキンサイクル運転域へと切換わる。膨張機上流弁62がなく、ランキンサイクル運転域に移行したときに、即座に膨張機クラッチ35を切断状態から接続状態へと切換えて膨張機37をエンジン出力軸と連結したのでは、膨張機37がエンジン2の負荷となる上にトルクショックが生じてしまう。
Switching from the Rankine cycle non-operating range to the Rankine cycle operating range is performed by the change in the operating state. When the
一方、図9では、ランキンサイクル運転域へと切換わったとき、即座に膨張機上流弁62を閉状態から開状態へと切換えることはしない。すなわち、ランキンサイクル運転域に移行した後も膨張機上流弁62の閉状態を続ける。
On the other hand, in FIG. 9, when switching to the Rankine cycle operation region, the expander
やがて、膨張機上流圧力と膨張機下流圧力との差圧が大きくなって所定圧以上となるt12のタイミングで膨張機37を運転(駆動)できると判断し、膨張弁上流弁62を閉状態から開状態に切換える。この膨張弁上流弁62の開状態への切換によって膨張機37に所定圧の冷媒が供給され、膨張機回転速度がゼロから速やかに上昇する。
Eventually, it is determined that the
この膨張機回転速度の上昇で膨張機回転速度がエンジン回転速度に到達するt13のタイミングで、膨張機クラッチ35を切断状態より接続状態へと切換える。膨張機37が十分に回転速度を増す前に膨張機クラッチ35を接続したのでは、膨張機37がエンジン負荷となるし、トルクショックも生じ得る。これに対して、エンジン出力軸との回転速度差がなくなるt13で膨張機クラッチ35を遅れて接続することで、膨張機37がエンジン負荷となることも、膨張機クラッチ35を締結することに伴うトルクショックも防止できる。
At the timing t13 when the expander rotation speed reaches the engine rotation speed due to the increase in the expander rotation speed, the
次に、図10は冷間状態でのエンジン始動時(以下、「コールドスタート時」ともいう。)のエンジンの冷却水温度Twの変化を示している。ここでいう冷却水温度Twはエンジン出口の温度である。 Next, FIG. 10 shows a change in the coolant temperature Tw of the engine when the engine is started in the cold state (hereinafter also referred to as “cold start”). The cooling water temperature Tw here is the temperature of the engine outlet.
図10において、まずランキンサイクル31を備えないエンジン(このエンジンを「コンベンショナルエンジン」という。)の場合を長破線で示している。コンベンショナルエンジンでは、冷却水温度Twがサーモスタットバルブ15の開弁温度T0(たとえば80℃程度)に到達したときにサーモスタットバルブ15が開弁状態となるようにしてある。このため、冷却水温度Twは開弁温度T0を中心にして上下に振れることとなる。
In FIG. 10, the case of an engine not having the Rankine cycle 31 (this engine is referred to as “conventional engine”) is indicated by a long broken line. In the conventional engine, the
これについて説明すると、サーモスタットバルブ15がt1のタイミングで開くと、ラジエータ11で冷却された冷却水がエンジン2に流れ込むため、それまで上昇していた冷却水温度Twがt1より遅れたタイミングで下降に転じる。下降する冷却水温度Twがt2のタイミングでサーモスタットバルブ15の開弁温度T0を横切って下回ると、サーモスタットバルブ15が閉じる。すると、ラジエータ11で冷却された冷却水がエンジンに流れ込まなくなるため、それまで下降していた冷却水温度Twがt2より遅れたt3のタイミングで開弁温度T0を横切って上回る。すると、サーモスタットバルブ15がt3のタイミングで開き、ラジエータ11で冷却された冷却水がエンジン2に流れ込むため、それまで上昇していた冷却水温度Twがt3より遅れたタイミングで下降に転じる。後は上記の繰り返しである。このようにして、コンベンショナルエンジンでは、コールドスタート時に冷却水温度Twがサーモスタットバルブ15の開弁温度T0を中心にして変動するのであり、その平均温度がほぼサーモスタットバルブ15の開弁温度T0となる。
Explaining this, when the
ここで、膨張機クラッチとしての電磁式のクラッチでは、ソレノイドコイルへの通電で電磁力を発生させ、この電磁力で2つの部材を圧着させてクラッチを接続状態とするものとする。また、ソレノイドコイルへの通電を停止し電磁力を消失させることで電磁式のクラッチを切断するものとする。このとき、ソレノイドコイルへの通電を行って電磁式のクラッチを接続状態とすれば、エンジンの駆動力がベルト式伝導装置を介して冷媒ポンプ32に伝えられ、冷媒ポンプ32が非駆動状態から駆動状態へと切換わる。これによって、冷媒ポンプ32が冷媒を熱交換器36に供給することになり、ランキンサイクル31が起動される。すなわち、冷媒ポンプ32を非駆動状態から駆動状態へと切換えることによってランキンサイクル31を起動することができる。
Here, in an electromagnetic clutch as an expander clutch, an electromagnetic force is generated by energizing a solenoid coil, and the two members are pressure-bonded by this electromagnetic force to bring the clutch into a connected state. Further, it is assumed that the electromagnetic clutch is disconnected by stopping energization of the solenoid coil and eliminating the electromagnetic force. At this time, if the solenoid coil is energized to bring the electromagnetic clutch into the connected state, the driving force of the engine is transmitted to the
さて、ランキンサイクル31から安定して動力を取り出すためには、エンジンの冷却水が所定の温度以上であることが必要であり、熱交換器36に入る冷却水温度Twが低くなるとランキンサイクル31から取り出せる動力が減少してしまう。しかしながら、従来装置には、ランキンサイクルの媒体と冷凍サイクルの冷媒との温度差を所定値以上に制御することが提案されているが、必ずしも冷却水温度は安定しているものではなく、改善の余地があった。
Now, in order to stably extract power from the
そこで、コールドスタート時にランキンサイクル31をどのタイミングで起動すべきかを本発明者が検討した。図10上段において参考例の場合を短破線で、本実施形態の場合を実線で示している。ここで、参考例は、冷却水温度Twがサーモスタットバルブ15の開弁温度T0に到達するt1のタイミングでランキンサイクル31を起動する場合である。参考例の場合には短破線に示したように、ランキンサイクルを起動するt1のタイミングから冷却水温度が上昇することなく大きく低下している。これは、ランキンサイクル31を起動したとき、ランキンサイクル31の冷媒はエンジン始動前の冷間状態の温度にある。このため、熱交換器36において、ランキンサイクル31の起動で冷却水の熱が冷間状態にある冷媒によって急激に奪われ、熱交換器36を出た冷却水温度Twが開弁温度T0よりも低くなってしまうためである。このように冷却水温度TwがT0より低下するのではランキンサイクル31から安定して動力を取り出すことができない。また、冷却水温度Twが開弁温度T0よりも低くなってしまうと、エンジン2が暖機完了するまでの時間が長引くばかりか、コンベンショナルエンジンよりもエンジンフリクションが増えてエンジン2の燃費が悪くなる。
Therefore, the present inventor examined at what timing the
一方、本発明の第1実施形態では、コールドスタート時にランキンサイクル31を起動すると、冷却水から熱がランキンサイクル31の冷媒に持ってゆかれることを見越してランキンサイクル起動許可温度を高くする。すなわち、サーモスタットバルブ15の開弁温度T0にヒステリシス分を加算した値をコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度とする。そして、冷却水温度Twがこのランキンサイクル起動許可温度に到達するt11のタイミングでランキンサイクル31を起動する。ヒステリシス分としては、冷却水温が最初にピークを採るt11のタイミングでの温度がランキンサイクル起動許可温度となるように定める。ここでは、たとえば4℃とする。このとき、コールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度は84℃となる。なお、ここでは、ヒステリシス分を4℃として述べるが、最終的には適合により決定する。第1実施形態ではコールドスタート時にランキンサイクル起動許可温度をT0よりヒステリシス分の4℃だけ高くするので、ランキンサイクル起動時の冷却水温度Twがヒステリシス分だけ上昇する。これによって、ランキンサイクル起動からの冷却水温度Twはヒステリシス分だけ上昇したタイミングから低下することになる。図10上段に実線で示したようにランキンサイクル31の起動からの冷却水温度Twの落ち込みを参考例の場合より抑制でき、コンベンショナルエンジンと同等の冷却水温度の変化が得られている。これによってエンジンの冷却水が所定の温度以上となるので、ランキンサイクル31から安定して動力を取り出すことができる。また、参考例のようには冷却水温度Twが大きく落ち込まないので、エンジン2が暖機完了するまでの時間を長引かせることがなく、かつエンジンフリクションをコンベンショナルエンジンの場合と同等とすることができ、エンジン2の燃費の悪化を抑制できる。
On the other hand, in the first embodiment of the present invention, when the
一方、図示していないが、エンジン2の暖機完了状態でのエンジン再始動時(以下、「ホットリスタート時」ともいう。)を考える。ホットリスタート時にはサーモスタットバルブ15の開弁温度t0でランキンサイクル31を起動しても冷却水温度Twが安定している。このため、コールドスタート時のようにランキンサイクル起動許可温度をサーモスタット15の開弁温度T0を超えて高くする必要はない。従って、ホットリスタート時には、サーモスタット15の開弁温度T0をそのままランキンサイクル起動許可温度とする。
On the other hand, although not shown in the figure, consider the time of engine restart when the
このように本実施形態では、ランキンサイクル起動許可温度をコールドスタート時とホットリスタート時とで相違させる。そして、コールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度をホットリスタート時のランキンサイクル起動許可温度より高く設定するのである。 As described above, in this embodiment, the Rankine cycle start permission temperature is made different between the cold start time and the hot restart time. Then, the Rankine cycle start permission temperature at the cold start is set higher than the Rankine cycle start permission temperature at the hot restart.
なお、図10下段にはコールドスタート時のエンジンの局所温度の変化を示している。ここでいうエンジンの局所温度とは、エンジン冷却水温度とは異なるエンジン部品の温度ことで、たとえばクランクメタルの温度である。比較例のようにt1のタイミングで冷却水温度が低下すると、これに応じてエンジンの局所温度が低下している。これは、コールドスタート時に冷却水温度Twが上昇した直後は、エンジン2の部品全てが平衡温度に至っている状態でなく、冷却水温度Twの変化の感度が高いことを意味している。
The lower part of FIG. 10 shows changes in the local temperature of the engine at the cold start. The engine local temperature here is the temperature of the engine component different from the engine coolant temperature, for example, the temperature of the crank metal. When the cooling water temperature decreases at the timing t1 as in the comparative example, the local temperature of the engine decreases accordingly. This means that immediately after the cooling water temperature Tw rises during a cold start, not all the components of the
エンジンコントローラ71で実行されるこの制御を図11のフローチャートを参照して説明する。図11のフローは、ランキンサイクル31を起動するためのもので、一定時間毎(たとえば10ms毎)に実行する。
This control executed by the
なお、本実施形態では、図1に示したランキンサイクル31を備えるエンジン2をハイブリッド車両に搭載しているが、図1に示したランキンサイクル31を備えるエンジン2は、エンジン2のみを動力とする車両にも適用可能である。ここでのエンジン2は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれでもよく、エンジン2のみを動力とする車両を、ハイブリッド車両と区別するため、以下「エンジン車両」という。図11のフローは、図1に示したランキンサイクル31を備えるエンジン2をエンジン車両に適用したときのものである。
In the present embodiment, the
ステップ1では、水温センサ74により検出されるエンジンの冷却水温度Tw[℃]とサーモスタットバルブ15の開弁温度T0[℃]を比較する。開弁温度T0はサーモスタットバルブ15が開弁する温度で、たとえば80℃程度である。本実施形態では開弁温度T0は、ホットリスタート時のランキンサイクル起動許可温度でもある。水温センサ74はエンジン出口に設けられている(図1参照)。エンジンの冷却水温度Twが開弁温度T0以下であるときにはそのまま今回の処理を終了する。なお、膨張機クラッチ35はイグニッションキーのOFFからONへの切換時に切断状態にあるものとする。
In
ステップ1でエンジンの冷却水温度Twが開弁温度T0を超えたときにホットリスタート時であればステップ11に進んで、ランキンサイクル31を起動する必要がある。このため、ステップ2に進み、ホットリスタート時であるのかコールドスター時であるのかをみる。ステップ2は、冷却水温度Twが開弁温度T0に到達したのがトリップ中に初めであるか否かをみることにより、ホットリスタート時であるのかコールドスター時であるのかを判定する部分である。ここで、1トリップとは、エンジン車両では車両を走行するためエンジン2を始動してから車両の走行を停止するためエンジン2の運転を停止するまでをいう。冷却水温度Twが開弁温度T0に到達したのがトリップ中に初めてあるときには、コールドスタート時に冷却水温度Twが開弁温度T0に到達したと判断し、ステップ3に進む。
If the engine coolant temperature Tw exceeds the valve opening temperature T0 in
ステップ3では、コールドスタート時にランキンサイクル起動許可温度Tal1を算出済みであるか否かをみる。ステップ7で後述するように、コールドスタート時にランキンサイクル起動許可温度Tal1を算出したとき、Tal1算出済みフラグ=1となる。ここでは、Tal1算出済みフラグ=0、つまりコールドスタート時にランキンサイクル起動許可温度Tal1を算出済みでないとしてステップ4に進む。
In step 3, it is checked whether Rankine cycle start permission temperature Tal1 has been calculated at the cold start. As described later in
ステップ4では、外気温センサ75(図1参照)により検出される外気温Tair[℃]から図12を内容とするテーブルを検索することにより、外気温補正係数Htair1[無名数]を算出する。この外気温補正係数Htair1をステップ5で基本ヒステリシス分Hys0[℃]に乗算した値を目標ヒステリシス分mHys1[℃]として、つまり次式によりmHys1を算出する。
In
mHys1=Hys0×Htair1 …(1)
ステップ6ではこの目標ヒステリシス分mHys1をサーモスタットバルブ15の開弁温度T0[℃]に加算した値を、コールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度Tal1[℃]として、つまり次式によりTal1を算出する算出する。
mHys1 = Hys0 × Htail1 (1)
In step 6, a value obtained by adding the target hysteresis mHys1 to the valve opening temperature T0 [° C.] of the
Tal1=T0+mHys1 …(2)
上記(1)式の基本ヒステリシス分Hys0が大きいほど、(2)式のランキンサイクル起動許可温度Tal1が高くなり、ランキンサイクル31の起動に伴う冷却水温度Twの落ち込みを抑制できる。その一方で、上記(1)式の基本ヒステリシス分Hys0が大き過ぎるときにはランキンサイクル31の起動タイミングが遅れ、ランキンサイクル31の運転領域を狭めてしまう。従って、ランキンサイクル起動許可温度Hys0としては、冷却水温度Twの落ち込みを抑制する一方でランキンサイクル31の起動タイミングがそれほど遅れないように設定すべきである。Hys0の値は、エンジン2やランキンサイクル31の各仕様に依存する値であり、エンジン2及びランキンサイクル31の各仕様が定まれば適合により設定する。Hys0の適合値は一定値で、ここでは4℃程度であるとする。
Tal1 = T0 + mHys1 (2)
As the basic hysteresis amount Hys0 in the above equation (1) is larger, the Rankine cycle activation permission temperature Tal1 in the equation (2) is higher, and the cooling water temperature Tw accompanying the activation of the
図12に示したように外気温補正係数Htair1は外気温Tairが適合時の外気温Tair0(たとえば20℃)のときに1.0である。外気温Tairが適合時の外気温Tair0より高いときに外気温補正係数Htair1が1.0より小さくなり、上記(1)式より目標ヒステリシス分mHys1が基本ヒステリシス分Hys0より小さくなる。これによって上記(2)式よりランキンサイクル起動許可温度Tal1が適合時の外気温Tair0のときより低くなる。これは、適合時の外気温より実際の外気温が高いときのほうがランキンサイクル31を起動した際の冷却水温度Twの落ち込みが大きくないので、ランキンサイクル起動許可温度Tal1は適合時より低くて良いためである。
As shown in FIG. 12, the outside air temperature correction coefficient Hair1 is 1.0 when the outside air temperature Tair is the outside air temperature Tair0 (for example, 20 ° C.) at the time of adaptation. When the outside air temperature Tair is higher than the adapted outside air temperature Tair0, the outside air temperature correction coefficient Hair1 becomes smaller than 1.0, and the target hysteresis amount mHys1 becomes smaller than the basic hysteresis amount Hys0 from the above equation (1). As a result, the Rankine cycle activation permission temperature Tal1 is lower than that in the case of the outside air temperature Tair0 at the time of adaptation from the above equation (2). This is because when the actual outside air temperature is higher than the outside air temperature at the time of adaptation, the cooling water temperature Tw does not drop significantly when the
一方、外気温Tairが適合時の外気温Tair0より低いときに外気温補正係数Htair1が1.0より大きくなり、上記(1)式より目標ヒステリシス分mHys1が基本ヒステリシス分Hys2より大きくなる。これによって上記(2)式よりランキンサイクル起動許可温度Tal1が適合時の外気温Tair0のときより高くなる。これは、適合時の外気温より実際の外気温が低いときのほうがランキンサイクル31を起動した際の冷却水温度Twの落ち込みが大きくなるので、ヒステリシス分を大きくしてランキンサイクル起動許可温度Tal1を高くする必要があるためである。
On the other hand, when the outside air temperature Tair is lower than the adapted outside air temperature Tair0, the outside air temperature correction coefficient Htair1 becomes larger than 1.0, and the target hysteresis amount mHys1 becomes larger than the basic hysteresis amount Hys2 from the above equation (1). As a result, the Rankine cycle start permission temperature Tal1 is higher than that in the case of the outside air temperature Tair0 at the time of adaptation from the above equation (2). This is because when the actual outside air temperature is lower than the adapted outside air temperature, the cooling water temperature Tw drops when the
これでコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度Tal1を算出したので、ステップ7でTal1算出済みフラグ=1とする。
Since Rankine cycle start permission temperature Tal1 at the time of cold start is now calculated, Tal1 calculated flag = 1 is set in
ステップ8では膨張機クラッチ35を切断状態とすることによってランキンサイクル31を非起動とする。
In
ステップ7でのTal1算出済みフラグ=1より、次回以降はステップ3よりステップ9に進み、冷却水温度Twとランキンサイクル起動許可温度Tal1を比較する。ランキンサイクル起動許可温度Tal1を算出した当初は冷却水温度Twがランキンサイクル起動許可温度Tal1より低いので、ステップ8に進み、ランキンサイクル31を非駆動とする。冷却水温度Twがランキンサイクル起動許可温度Tal1より低い間はステップ8の操作を繰り返す。やがて、冷却水温度Twがランキンサイクル起動許可温度Tal1以上となったときにはステップ9よりステップ10に進み、膨張機クラッチ35を切断状態から接続状態に切換えることによってランキンサイクル31を起動する。つまりコールドスタート時にはランキンサイクル起動許可温度Tal1をサーモスタットバルブ15の開弁温度T0より目標ヒステリシス分mHys1だけ高い温度として、ランキンサイクル31を起動するのである。
From the Tal1 calculated flag = 1 in
一方、ステップ2で冷却水温度Twがサーモスタットバルブ15の開弁温度T0に到達したのがトリップ中に初めてでなく2度目以降であるときには、ホットリスタート時であると判断し、ステップ11に進んで膨張機クラッチ35を接続することによってランキンサイクル31を即座に起動する。つまり、ホットリスタート時にはランキンサイクル起動許可温度をサーモスタットバルブ15の開弁温度T0として、ランキンサイクル31を起動する。
On the other hand, when the cooling water temperature Tw reaches the valve opening temperature T0 of the
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。 Here, the effect of this embodiment is demonstrated.
本実施形態では、冷却水によりエンジンを冷却する冷却水通路13、14と、冷却水と熱交換を行い冷媒(作動媒体)を加熱する熱交換器36(蒸発器)と、熱交換器36を通過した冷媒を膨張させて動力を発生する膨張機37と、膨張機37を通過した冷媒を冷却する凝縮器38と、凝縮器38を通過した冷媒を熱交換器38に送り出す冷媒ポンプ32(ポンプ)とを有するランキンサイクル31において、冷却水の温度を検出する水温センサ74(冷却水温度検出手段)と、冷却水温度がランキンサイクル起動許可温度Tal1(起動許可温度)に到達したか否かでランキンサイクル31の起動を許可するか否かを判定するエンジンコントローラ71(起動許可判定手段)とを備え、エンジンコントローラ71は、ランキンサイクル起動許可温度Tal1をコールドスタート時(冷間状態でのエンジン始動時)とホットリスタート時(エンジンの暖機完了状態でのエンジン再始動時)とで相違させ、コールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度をホットリスタート時のランキンサイクル起動許可温度より高く設定している(図11のステップ1〜8、ステップ1〜3、9、8、ステップ1〜3、9、10参照)。コールドスタート時に冷却水温度Twが上昇した直後は、エンジン2の部品全てが平衡温度に至っている状態でなく、冷却水温度Twの変化の感度が高い。そのような状態でランキンサイクル31を起動して冷却水より熱を奪うと、冷却水温度Twの変化が大きく、ランキンサイクル31が十分に機能せず、むしろポンプ損失が大きくなることが懸念される。本実施形態によれば、冷却水温度Twが不安定なコールドスタート時には、ランキンサイクル起動許可水温Tal1を冷却水温度Twが安定しているホットリスタート時よりも高く設定するので、ランキンサイクル31から安定して動力を取り出すことができる。
In the present embodiment, the cooling
その一方で、エンジンの暖機が完了し、エンジン2の部品全てが平衡温度に至っている状態ではエンジン2の構造部品が熱源となり、冷却水温度Twの変化の感度は小さくなる。このような状態でエンジン2を再始動するのであれば、冷却水温度Twが大きく変化することがなくランキンサイクル31を効率の良い状態で駆動することができる。本実施形態によれば、ホットリスタート時であれば、コールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度より低い冷却水温度で速やかにランキンサイクル31の起動を許可するので、ランキンサイクル31の運転領域を広げることができる。
On the other hand, when the engine has been warmed up and all the components of the
外気温が低いほど、エンジン表面などから放熱され、エンジンの局所温度と冷却水温度Twとの乖離が大きくなり、冷却水温度の変化の感度がその分高くなる。これに対応して、本実施形態によれば、コールドスタート時(冷間状態でのエンジン始動時)のランキンサイクル起動許可温度Tal1(起動許可温度)は、外気温Tairが低いほど高くするので(図11のステップ4、5、6、図12参照)、外気温Tairが低いときでもランキンサイクル31から安定して動力を取り出すことができる。
The lower the outside air temperature, the more heat is radiated from the engine surface and the like, and the difference between the local temperature of the engine and the cooling water temperature Tw increases, and the sensitivity of the change in the cooling water temperature increases accordingly. Correspondingly, according to the present embodiment, the Rankine cycle start permission temperature Tal1 (start permission temperature) at the cold start (when the engine is started in the cold state) is increased as the outside air temperature Tair is lower (
(第2実施形態)
図13は第2実施形態のランキンサイクル31のシステム全体を表した概略構成図で、第1実施形態の図1と置き換わるものである。第1実施形態の図1と同一部分には同一の符号を付している。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing the entire system of the
第1実施形態は、サーモスタットバルブ15の開弁温度T0が一定である場合を対象とするものであった。つまり、第1実施形態のサーモスタットバルブ15は、閉弁状態で冷却水をラジエータ11に流さずバイパス冷却水通路14に流し、開弁状態では冷却水をラジエータ11に流すものであった。一方、第2実施形態は、第1実施形態のサーモスタットバルブ15に代えて、電制のサーモスタットバルブ15’を備える場合を対象とするものである。エンジンコントローラ71からの信号を受ける電制のサーモスタットバルブ15’は、閉弁状態で冷却水をラジエータ11に流さずバイパス冷却水通路14に流し、開弁状態では冷却水をラジエータ11に流すと共に、開弁温度を任意に変更し得るバルブである。
The first embodiment is intended for the case where the valve opening temperature T0 of the
ここでは、電制のサーモスタットバルブ15’にエンジンコントローラ71からOFF信号を与えているとき、開弁温度が第1温度となり、ON信号を与えたときに開弁温度が第1温度よりも高い第2温度となるものとする。具体的には第1温度は第1実施形態と同じ80℃程度、第2温度はたとえば90℃程度とする。このように電制のサーモスタットバルブ15’では開弁温度を任意に変更し得るので、この変更し得る開弁温度を「開弁温度目標」というものとする。電制のサーモスタットバルブ15’の構成そのものは公知であるので、詳述しない。なお、電制のサーモスタットバルブ15’に限定されるものでない。サーモスタットバルブがなく電磁弁によってサーモスタットの代わりをさせるエンジンがある。こうしたサーモスタットの代わりをする電磁弁であってもかまわない。
Here, when the OFF signal is given from the
さて、電制サーモスタットバルブ15’を設けて開弁温度目標を相対的に高くする目的は、ランキンサイクル31を効率よく運転することにある。すなわち、開弁温度目標を80℃より90℃へと高くすると、エンジンフリクション及び冷却損失を低減することができる。しかもこのときランキンサイクル31を運転すれば開弁温度目標を高くした分だけ、熱交換器で36で回収できる熱量が大きくなり、熱交換器36を出る冷媒がより高温・高圧となり、膨張機37の熱回収効率を向上させることができるのである。
Now, the purpose of providing the electric control thermostat valve 15 'to relatively increase the valve opening temperature target is to operate the
なお、図13に示した第2実施形態のシステムにおいては、次の点も第1実施形態のシステムと相違している。第1実施形態のシステムは、図1に示したように熱交換器36にエンジン出口の冷却水だけでなく、廃熱回収器22で昇温させた冷却水をも導いてランキンサイクル31の冷媒の温度を上昇させるものであった。また、ランキンサイクル31と冷凍サイクル51と統合し、各サイクルで凝縮器38を共用するものであった。一方、第2実施形態のシステムは、図13に示したようにエンジン出口の冷却水だけを導いてランキンサイクル31の冷媒の温度を上昇させる熱交換器91(蒸発器)を設けている。また、ランキンサイクル31と冷凍サイクル51とを統合せず、冷凍サイクル51にも専用の凝縮器92を備えている。
In the system of the second embodiment shown in FIG. 13, the following points are also different from the system of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the system of the first embodiment guides not only the cooling water at the engine outlet but also the cooling water raised in temperature by the waste
図14は第2実施形態のエンジン冷間始動時の冷却水温度Twの変化を示すタイミングチャートである。 FIG. 14 is a timing chart showing a change in the coolant temperature Tw when the engine is cold started according to the second embodiment.
図14において、電制サーモスタットバルブ15’を備えるコンベンショナルエンジンで、電制サーモスタットバルブ15’の開弁温度目標を80℃したときにはコールドスタート時の冷却水温度Twの変化が細実線で示したようになる。一方、電制サーモスタットバルブ15’を備えるコンベンショナルエンジンで、開弁温度目標を90℃へと変更したときにはコールドスタート時の冷却水温度Twの変化が太実線で重ねて示したようになる。すなわち、開弁温度目標を80℃したときには冷却水温度Twは80℃を中心にして、開弁温度目標を90℃したときには冷却水温度Twは90℃を中心にして上下に振れることとなる。
In FIG. 14, when the valve opening temperature target of the electric
第2実施形態では、開弁温度目標を90℃へと高くしたとき、高くした開弁温度目標にヒステリシス分を加算した値をコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度として設定する。そして、冷却水温度Twがこのコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度に到達するt22のタイミングでランキンサイクル31を起動する。冷却水温度Twが、高くした開弁温度目標の90℃に到達するt21のタイミングでランキンサイクル31を起動するのではない。
In the second embodiment, when the valve opening temperature target is increased to 90 ° C., a value obtained by adding a hysteresis component to the increased valve opening temperature target is set as the Rankine cycle activation permission temperature at the cold start. And the
また、開弁温度目標が80℃であるときには、第1実施形態のサーモスタットバルブ15を備えるコンベンショナルエンジンの場合と同様である。すなわち、開弁温度目標が80℃であるとき、第2実施形態では開弁温度目標の80℃にヒステリシス分を加算した値をコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度として設定する。そして、冷却水温度Twがこのコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度に到達するt11のタイミングでランキンサイクル31を起動する。冷却水温度Twが、開弁温度目標の80℃に到達するt1のタイミングでランキンサイクル31を起動するのではない。
Further, when the valve opening temperature target is 80 ° C., it is the same as in the case of the conventional engine including the
エンジンコントローラ71で実行されるこの制御を図15のフローチャートを参照して説明する。図15のフローは第2実施形態のランキンサイクル31を起動するためのもので、一定時間毎(たとえば10ms毎)に実行する。第1実施形態の図11と同一部分には同一の符号を付している。
This control executed by the
第1実施形態と相違する部分を主に説明すると、ステップ21〜23は電制サーモスタットバルブ15’の開弁温度目標T1を切換える部分である。ステップ21では、電制サーモスタットバルブ15’への信号をみる。この信号がON信号であるときにはステップ22に進み、90℃を開弁温度目標T1[℃]に入れる。一方、OFF信号であるときにはステップ21よりステップ23に進み、80℃を開弁温度目標T1[℃]に入れる。第2実施形態では、開弁温度目標T1がホットリスタート時のランキンサイクル起動許可温度である。 A description will be given mainly of portions different from the first embodiment. Steps 21 to 23 are portions for switching the valve opening temperature target T1 of the electric thermostat valve 15 '. In step 21, the signal to the electric thermostat valve 15 'is observed. When this signal is an ON signal, the routine proceeds to step 22 where 90 ° C. is set to the valve opening temperature target T1 [° C.]. On the other hand, when the signal is an OFF signal, the process proceeds from step 21 to step 23, where 80 ° C. is set to the valve opening temperature target T1 [° C.]. In the second embodiment, the valve opening temperature target T1 is the Rankine cycle activation permission temperature at the time of hot restart.
ステップ24では、水温センサ74により検出されるエンジンの冷却水温度Twと開弁温度目標T1を比較する。エンジンの冷却水温度Twが開弁温度目標T1以下であるときにはそのまま今回の処理を終了する。
In
ステップ24でエンジンの冷却水温度Twが開弁温度目標T1を超えたときにホットリスタート時であればステップ11に進んで、ランキンサイクル31を起動する必要がある。このため、ステップ2以降に進み、ホットリスタート時であるのかコールドスター時であるのかをみる。ステップ2は、冷却水温度Twが開弁温度目標T1に到達したのがトリップ中に初めであるか否かをみることにより、ホットリスタート時であるのかコールドスター時であるのかを判定する部分である。冷却水温度Twが開弁温度目標T1に到達したのがトリップ中に初めてあるときには、コールドスタート時に冷却水温度Twが開弁温度目標T1に到達したと判断し、ステップ3、4、5からステップ25に進む。
If it is during hot restart when the engine coolant temperature Tw exceeds the valve opening temperature target T1 in
ステップ25では、目標ヒステリシス分mHys1を開弁温度目標T1[℃]に加算した値を、コールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度Tal1[℃]として、つまり次式によりTal1を算出する。
In
Tal1=T1+mHys1 …(3)
(3)式よりコールドスタート時に開弁温度目標T1が80℃であるときには80℃より目標ヒステリシス分mHys1だけ高い温度がランキンサイクル起動許可温度Tal1となる。コールドスタート時に開弁温度目標T1が90℃に変更されたときには90℃より目標ヒステリシス分mHys1だけ高い温度がランキンサイクル起動許可温度Tal1となる。
Tal1 = T1 + mHys1 (3)
From the equation (3), when the valve opening temperature target T1 is 80 ° C. at the cold start, the temperature higher than the 80 ° C. by the target hysteresis mHys1 becomes the Rankine cycle start permission temperature Tal1. When the valve opening temperature target T1 is changed to 90 ° C. at the cold start, the temperature higher than the 90 ° C. by the target hysteresis mHys1 becomes the Rankine cycle start permission temperature Tal1.
これでコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度Tal1を算出したので、ステップ7でTal1算出済みフラグ=1とし、ステップ8では膨張機クラッチ35を切断状態とすることによってランキンサイクル31を非起動とする。
Since the Rankine cycle activation permission temperature Tal1 at the cold start is calculated, the Tal1 calculated flag = 1 is set in
ステップ7でのTal1算出済みフラグ=1より、次回以降はステップ3よりステップ9に進み、冷却水温度Twとランキンサイクル起動許可温度Tal1を比較する。冷却水温度Twがランキンサイクル起動許可温度Tal1以上となったときにはステップ10に進み、膨張機クラッチ35を切断状態から接続状態に切換えることによってランキンサイクル31を起動する。
From the Tal1 calculated flag = 1 in
一方、ステップ2で冷却水温度Twが開弁温度目標T1に到達したのがトリップ中に初めてでなく2度目以降であるときには、ホットリスタート時であると判断し、ステップ11に進んで膨張機クラッチ35を接続することによってランキンサイクル31を即座に起動する。つまり、ホットリスタート時にはランキンサイクル起動許可温度を開弁温度目標T1として、ランキンサイクル31を起動する。ここで、ホットリスタート時に開弁温度目標T1が80℃であるときには80℃がホットリスタート時のランキンサイクル起動許可温度となる。ホットリスタート時に開弁温度目標T1が90℃であるときには90℃がホットリスタート時のランキンサイクル起動許可温度となる。
On the other hand, when the coolant temperature Tw has reached the valve opening temperature target T1 in
このように第2実施形態によれば、エンジン2を冷却して昇温した冷却水をラジエータ11に供給する第1冷却水通路(13)と、ラジエータ11からの冷却水をエンジン2に戻す第2冷却水通路(13)と、第1冷却水通路(13)から分岐しラジエータ11をバイパスして第2冷却水通路(13)に合流するバイパス冷却水通路(14)と、閉弁状態では冷却水をラジエータ11に流さずバイパス冷却水通路(14)に流し、開弁状態では冷却水をラジエータ11に流すと共に、開弁温度を任意に変更し得る電制のサーモスタットバルブ15’(バルブ)とを冷却水通路に備え、コールドスタート時(冷間状態でのエンジン始動時)にランキンサイクル31を起動するときには電制のサーモスタットバルブ15’の開弁温度目標T1を、ホットリスタート時(エンジン暖機完了状態でのエンジン再始動時)にランキンサイクル31を起動するときより高く設定するので(図15のステップ21〜24、2〜5、25、7、8、ステップ3、9、10参照)、電制のサーモスタットバルブ15’を備え、電制のサーモスタットバルブ15’の開弁温度目標T1を変更した場合においても、冷却水温度が不安定なコールドスタート時にランキンサイクル31から安定して動力を取り出すことができると共に、ホットリスタート時であれば、速やかにランキンサイクル31の起動を許可しランキンサイクル31の運転領域を広げることができる。
As described above, according to the second embodiment, the first cooling water passage (13) for supplying the cooling water heated by cooling the
さらに述べると、ランキンサイクル起動許可温度Tal1を相対的に高く設定するには、エンジン冷却装置が目標とする温度目標よりも高い温度に設定することが望ましい。その場合、エンジン冷却装置の例えばラジエータ11などが有る一定の温度に上昇するまで待つ必要がある。一方、第2実施形態のように開弁温度を任意に変更可能な電制のサーモスタットバルブ15’を備える場合には、コールドスタート時の開弁温度目標を、ホットリスタート時の開弁温度目標より高く設定することで、ラジエータ11を通過する流量を増やすより前にランキンサイクル31の駆動を開始することができる。
More specifically, in order to set the Rankine cycle start permission temperature Tal1 relatively high, it is desirable to set the temperature higher than the target temperature targeted by the engine cooling device. In that case, it is necessary to wait until the temperature of the engine cooling device such as the
(第3実施形態)
図16のフローは第3実施形態のランキンサイクル31を再起動するためのもので、一定時間毎(たとえば10ms毎)に実行する。
(Third embodiment)
The flow of FIG. 16 is for restarting the
第1実施形態では、図1に示したランキンサイクル31を備えるエンジンをエンジン車両に適用したときのものであった。一方、第3実施形態は、図1に示したランキンサイクル31を備えるエンジンをエンジン車両であって当該車両がアイドルストップを行う車両である場合を対象とするものである。
In the first embodiment, the engine including the
アイドルストップを行う車両では、アイドルストップからのエンジン再始動時のランキンサイクル起動許可温度を、初回のコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度とは別に考える必要がある。「初回のコールドスタート時」とは、車両を運転するに際してイグニッションスイッチをOFFよりONとしスタータを起動して冷間状態にあるエンジンを始動するが、このときの初めてのエンジン始動時のことである。ここで、初回のコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度を「初回ランキンサイクル起動許可温度」という。この初回ランキンサイクル起動許可温度は、サーモスタットバルブ15の開弁温度T0にヒステリシス分を加算した値である。
In a vehicle that performs idle stop, it is necessary to consider the Rankine cycle start permission temperature at the time of engine restart from the idle stop separately from the Rankine cycle start permission temperature at the time of the first cold start. “At the first cold start” means that when the vehicle is driven, the ignition switch is turned on from OFF and the starter is started to start the engine in the cold state. At this time, the engine is started for the first time. . Here, the Rankine cycle start permission temperature at the time of the first cold start is referred to as “first Rankine cycle start permission temperature”. This initial Rankine cycle activation permission temperature is a value obtained by adding a hysteresis component to the valve opening temperature T0 of the
アイドルストップ中にランキンサイクル31の運転を停止している場合に、アイドルストップからのエンジン再始動時にランキンサイクル31を起動するに際しては、コールドスタート時とエンジンの状態が相違する。従って、アイドルストップからのエンジン再始動時にランキンサイクル31を起動する際には、そのときのエンジン状態を考慮すべきである。すなわち、エンジンを再始動する直前のアイドルストップ時間が相対的に短いときには、エンジンを再始動する直前のアイドルストップ時間が相対的に長いときよりエンジン2が暖まった状態にある、つまりホットリスタート時に近い状態となる。エンジン暖機完了後であれば多少冷却水温が低下しても、エンジンの燃費は殆ど変わらない。従って、ホットリスタート時に近い、アイドルストップからのエンジン再始動時には直ぐにランキンサイクル31を起動しても問題ないのである。このため、アイドルストップ時間が相対的に短いときのランキンサイクル起動許可温度はアイドルストップ時間が相対的に長いときより低くてもかまわない。そこで第3実施形態では、アイドルストップ(エンジン強制的停止)からのエンジン再始動のときには、初回ランキンサイクル起動許可温度(T0+ヒステリシス分)よりも低いランキンサイクル起動許可温度でランキンサイクル31を再起動する。たとえば、図10上段の右側に、アイドルストップからのエンジン再始動時に、冷却水温度がホットリスタート時のランキンサイクル起動許可温度(=T0)に到達するt8のタイミングでランキンサイクル31を再起動する場合を示している。これは、エンジン再始動直前のアイドルストップ時間がt6からt7までと短く、ホットリスタート時に近い状態であるとみなせるためである。
When the operation of the
一方、エンジン2が冷えて冷間状態と変わらなくなるほどアイドルストップ時間が長くなるときには、アイドルストップからのエンジン再始動時のランキンサイクル起動許可温度は、コールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度と同じでよいこととなる。そこで第3実施形態では、アイドルストップからのエンジン再始動時のランキンサイクル起動許可温度をエンジンを再始動する直前のアイドルストップ時間(エンジン強制的停止時間)が長いほど高くする。
On the other hand, when the
エンジンコントローラ71で実行されるこの制御を図16のフローを参照して具体的に説明する。図16において、ステップ31では、アイドルストップ(図では「IS」で略記。)からのエンジン再始動時であるか否かをみる。アイドルストップからのエンジン再始動時でないときには今回の処理をそのまま終了する。
This control executed by the
アイドルストップからのエンジン再始動時であるときにステップ31よりステップ32に進み、ランキンサイクル再起動許可温度Tal2を算出済みであるか否かをみる。ステップ37で後述するように、アイドルストップからのエンジン再始動時にランキンサイクル再起動許可温度Tal2を算出したとき、Tal2算出済みフラグ=1となる。ここでは、Tal2算出済みフラグ=0、つまりアイドルストップからのエンジン再始動時にランキンサイクル再起動許可温度Tal2を算出済みでないとしてステップ33に進む。
When the engine is restarted from the idle stop, the routine proceeds from
ステップ33〜36はランキンサイクル再起動許可温度Tal2を算出する部分である。まずステップ33ではエンジンを再始動する直前のアイドルストップ時間より図17を内容とするテーブルを検索することにより、基本ヒステリシス分Hys2[℃]を算出する。図17に示したように基本ヒステリシス分Hys2はアイドルストップ時間が所定値IS0まではゼロである。所定値IS0はエンジン2が暖機完了状態にあるとみなせる時間の上限である。これは、このエンジン暖機完了状態にあるとみなせるエンジン状態からのエンジン再始動時にランキンサイクル31を起動するに際してはヒステリシス分を与えなくても、冷却水温度Twが落ち込むことがないためである。
図17に示したように基本ヒステリシス分Hys2は、所定値IS0から所定値IS1までの間で徐々に大きくなり、所定値IS1で4℃に到達し、所定値IS1以上になると4℃を維持する値である。これは、次の理由による。すなわち、アイドルストップ時間が所定値IS1以上ではエンジンが冷間状態にあるとみなせる。エンジンが冷間状態にあるとみなせる状態からのエンジン再始動時にランキンサイクル31を起動するに際しては、コールドスタート時にランキンサイクル31を起動するときと同じになる。冷間状態にあるとみなせる状態からのエンジン再始動時にヒステリシス分を与えることなくランキンサイクル31を起動したのでは、冷却水温度Twが落ち込むので、これを避けるためである。
As shown in FIG. 17, the basic hysteresis amount Hys2 gradually increases between the predetermined value IS0 and the predetermined value IS1, reaches 4 ° C. at the predetermined value IS1, and maintains 4 ° C. when the predetermined value IS1 is exceeded. Value. This is due to the following reason. That is, when the idle stop time is equal to or greater than the predetermined value IS1, it can be considered that the engine is in a cold state. When the
なお、図17では所定値IS0より所定値IS1までHys2を一次遅れで4℃に近づけているが、簡単には直線で近似してもかまわない(図17の破線参照)。 In FIG. 17, Hys2 is approximated to 4 ° C. with a first-order lag from predetermined value IS0 to predetermined value IS1, but it may be approximated by a straight line (see the broken line in FIG. 17).
ステップ34では、外気温センサ75により検出される外気温Tairから図18を内容とするテーブルを検索することにより、外気温補正係数Htair2[無名数]を算出する。ステップ35では、この外気温補正係数Htair2を基本ヒステリシス分Hys2に乗算した値を目標ヒステリシス分mHys2[℃]として、つまり次式によりmHys2を算出する。
In
mHys2=Hys2×Htair2 …(4)
ステップ36では、目標ヒステリシス分mHys2をサーモスタットバルブ15の開弁温度T0に加算した値をアイドルストップからのエンジン再始動時のランキンサイクル再起動許可温度Tal2[℃]として、つまり次式によりTal2を算出する。
mHys2 = Hys2 × Htail2 (4)
In
Tal2=T0+mHys2 …(5)
図18に示したように外気温補正係数Htair2は外気温Tairが適合時の外気温Tair0のときに1.0である。外気温Tairが適合時の外気温Tair0より高いときに外気温補正係数Htair2が1.0より小さくなり、上記(4)式より目標ヒステリシス分mHys2が基本ヒステリシス分Hys2より小さくなる。これによって上記(5)式よりランキンサイクル再起動許可温度Tal2が適合時の外気温Tair0のときより低くなる。これは、適合時の外気温より実際の外気温が高いときのほうがランキンサイクル31を起動した際の冷却水温度Twの落ち込みが大きくないので、ランキンサイクル再起動許可温度Tal2は適合時より低くて良いためである。
Tal2 = T0 + mHys2 (5)
As shown in FIG. 18, the outside air temperature correction coefficient Hair2 is 1.0 when the outside air temperature Tair is the outside air temperature Tair0 at the time of adaptation. When the outside air temperature Tair is higher than the adapted outside air temperature Tair0, the outside air temperature correction coefficient Hair2 becomes smaller than 1.0, and the target hysteresis amount mHys2 becomes smaller than the basic hysteresis amount Hys2 from the above equation (4). As a result, the Rankine cycle restart permission temperature Tal2 is lower than that in the case of the outside air temperature Tair0 at the time of adaptation from the above equation (5). This is because when the actual outside air temperature is higher than the outside air temperature at the time of adaptation, the cooling water temperature Tw does not drop significantly when the
一方、外気温Tairが適合時の外気温Tair0より低いときに外気温補正係数Htair2が1.0より大きくなり、上記(4)式より目標ヒステリシス分mHys2が基本ヒステリシス分Hys2より大きくなる。これによって上記(5)式よりランキンサイクル再起動許可温度Tal2が適合時の外気温Tair0のときより高くなる。これは、適合時の外気温より実際の外気温が低いときのほうがランキンサイクル31を起動した際の冷却水温度Twの落ち込みが大きくなるので、ヒステリシス分を大きくしてランキンサイクル再起動許可温度Tal2を高くする必要があるためである。
On the other hand, when the outside air temperature Tair is lower than the adapted outside air temperature Tair0, the outside air temperature correction coefficient Htair2 becomes larger than 1.0, and the target hysteresis amount mHys2 becomes larger than the basic hysteresis amount Hys2 from the above equation (4). Accordingly, the Rankine cycle restart permitting temperature Tal2 is higher than that in the case of the outside air temperature Tair0 at the time of adaptation from the above equation (5). This is because when the actual outside air temperature is lower than the adapted outside air temperature, the cooling water temperature Tw drops when the
これでアイドルストップからのエンジン再始動時のランキンサイクル再起動許可温度Tal2を算出したので、ステップ37でTal2算出済みフラグ=1とする。
Since the Rankine cycle restart permission temperature Tal2 at the time of engine restart from the idle stop is calculated, the Tal2 calculated flag is set to 1 in
ステップ38では膨張機クラッチ35を切断状態とすることによってランキンサイクル31を非起動とする。
In
ステップ37でのTal2算出済みフラグ=1より、次回以降はステップ32よりステップ39に進み、冷却水温度Twとランキンサイクル再起動許可温度Tal2を比較する。ランキンサイクル再起動許可温度Tal2を算出した当初は冷却水温度Twがランキンサイクル再起動許可温度Tal2より低いので、ステップ38に進み、ランキンサイクル31を非駆動とする。冷却水温度Twがランキンサイクル再起動許可温度Tal2より低い間はステップ38の操作を繰り返す。やがて、冷却水温度Twがランキンサイクル再起動許可温度Tal2以上となったときにはステップ39よりステップ40に進み、膨張機クラッチ35を切断状態から接続状態に切換えることによってランキンサイクル31を再起動する。
Since the Tal2 calculated flag = 1 in
直前のアイドルストップ時間が短くてエンジン暖機完了状態とみなせる状態でエンジンを再始動するときには、ホットリスタート時に近いものとなる。これを受けて、第3実施形態によれば、アイドル状態で所定の条件が成立したときアイドルストップを行う車両(エンジンを強制的に停止する車両)を備え、アイドルストップ(エンジン強制的停止)からのエンジン再始動のときには、初回ランキンサイクル起動許可温度(初回の冷間状態でのエンジン始動時の起動許可温度)よりも低いランキンサイクル起動許可温度(起動許可温度)でランキンサイクル31を再起動するので(図16のステップ31、33、35、36、図17参照)、ランキンサイクル31の運転領域を広げることができる。
When the engine is restarted in a state where the immediately preceding idle stop time is short and can be regarded as the engine warm-up completion state, it is close to a hot restart. In response, according to the third embodiment, the vehicle includes a vehicle (a vehicle that forcibly stops the engine) that performs an idle stop when a predetermined condition is satisfied in the idle state. When the engine is restarted, the
アイドルストップ時間が長くなるほどエンジンが冷える。つまり、直前のアイドルストップ時間が長くて冷間状態とみなせる状態でエンジンを再始動するときには、コールドスタート時に近いものとなる。これを受けて、第3実施形態によれば、初回ランキンサイクル起動許可温度(初回の冷間状態でのエンジン始動時の起動許可温度)より低い起動許可温度を、アイドルストップ時間(エンジン強制的停止時間)が長いほど高くするので(図16のステップ33、35、36、図17参照)、アイドルストップが長引いた後のアイドルストップからのエンジン再始動のときでもランキンサイクル31から安定して動力を取り出すことができる。
The longer the idle stop time, the colder the engine. That is, when the engine is restarted in a state where the immediately preceding idle stop time is long and can be regarded as a cold state, it is close to a cold start. In response, according to the third embodiment, the start permission temperature lower than the initial Rankine cycle start permission temperature (start permission temperature when starting the engine in the first cold state) is set to the idle stop time (engine forced stop). The longer the time is) (see
(第4実施形態)
図19のフローは第4実施形態のランキンサイクル31を再起動するためのもので、一定時間毎(たとえば10ms毎)に実行する。
(Fourth embodiment)
The flow of FIG. 19 is for restarting the
第3実施形態は、図1に示したランキンサイクル31を備えるエンジンをエンジン車両であって当該車両がアイドルストップを行う車両である場合を対象とするものであった。一方、第4実施形態は、図1に示したランキンサイクル31を備えるエンジンをエンジン2とモータ(モータジェネレータ81)を駆動源とするハイブリッド車両を対象とするものである。
The third embodiment is directed to the case where the engine including the
ハイブリッド車両においても、EV走行からのエンジン再始動時のランキンサイクル起動許可温度を、初回のコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度とは別に考える必要がある。「初回のコールドスタート時」とは、車両を運転するに際してイグニッションスイッチをOFFよりONとしスタータを起動して冷間状態にあるエンジンを始動するが、このときの初めてのエンジン始動時のことである。第4実施形態でも、初回のコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度を「初回ランキンサイクル起動許可温度」という。この初回ランキンサイクル起動許可温度は、サーモスタットバルブ15の開弁温度T0にヒステリシス分を加算した値である。上記の「EV走行」とは、ハイブリッド車両においてモータのみで車両を走行することをいう。
Even in a hybrid vehicle, it is necessary to consider the Rankine cycle start permission temperature at the time of engine restart from EV traveling separately from the Rankine cycle start permission temperature at the time of the first cold start. “At the first cold start” means that when the vehicle is driven, the ignition switch is turned on from OFF and the starter is started to start the engine in the cold state. At this time, the engine is started for the first time. . Also in the fourth embodiment, the Rankine cycle activation permission temperature at the first cold start is referred to as “initial Rankine cycle activation permission temperature”. This initial Rankine cycle activation permission temperature is a value obtained by adding a hysteresis component to the valve opening temperature T0 of the
さて、ハイブリッド車両においては、EV走行時にエンジン2を停止しており、必要なときに限ってエンジン2を再始動している。EV走行時にはランキンサイクル31の運転が中止されるので、EV走行からのエンジン再始動時にランキンサイクル31を起動するに際しては、アイドルストップからのエンジン再始動時と同じに考えることができる。すなわち、エンジンを再始動する直前までのエンジン停止時間が相対的に短いときには、エンジンを再始動する直前までのエンジン停止時間が相対的に長いときよりエンジンが暖まった状態にある、つまりホットリスタート時に近い状態となる。エンジン暖機完了後であれば多少冷却水温が低下しても、エンジンの燃費は殆ど変わらない。従って、ホットリスタート時に近い、エンジン停止状態からのエンジン再始動時には直ぐにランキンサイクル31を起動しても問題ない。このため、エンジンを再始動する直前までのエンジン停止時間が相対的に短いときのランキンサイクル起動許可温度はエンジンを再始動する直前までのエンジン停止時間が相対的に長いときより低くてもかまわない。そこで第4実施形態では、EV走行からのエンジン再始動のときには、初回ランキンサイクル起動許可温度(T0+ヒステリシス分)よりも低いランキンサイクル起動許可温度でランキンサイクル31を再起動する。
In the hybrid vehicle, the
一方、エンジンが冷えて冷間状態と変わらなくなるほどエンジンを再始動する直前までのエンジン停止時間が長くなるときには、EV走行からのエンジン再始動時のランキンサイクル起動許可温度は、コールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度と同じでよい。そこで第3実施形態では、EV走行からのエンジン再始動時のランキンサイクル起動許可温度をエンジンを再始動する直前までのエンジン停止時間(エンジン強制的停止時間)が長いほど高くする。 On the other hand, when the engine stop time until the engine restarts so long as the engine cools and does not change from the cold state becomes long, the Rankine cycle start permission temperature at the time of engine restart after EV traveling is the Rankine cycle start permission temperature at the cold start. It may be the same as the cycle start permission temperature. Therefore, in the third embodiment, the Rankine cycle activation permission temperature at the time of engine restart from EV traveling is increased as the engine stop time (engine forced stop time) until the engine is restarted is longer.
エンジンコントローラ71で実行されるこの制御を図19のフローを参照して具体的に説明する。図19において、ステップ51では、EV走行からのエンジン再始動時であるか否かをみる。EV走行からのエンジン再始動時でないときには今回の処理をそのまま終了する。
This control executed by the
EV走行からのエンジン再始動時であるときにステップ51よりステップ52に進み、ランキンサイクル再起動許可温度Tal3を算出済みであるか否かをみる。ステップ57で後述するように、EV走行からのエンジン再始動時にランキンサイクル再起動許可温度Tal3を算出したとき、Tal3算出済みフラグ=1となる。ここでは、Tal3算出済みフラグ=0、つまりエンジン再始動時にランキンサイクル再起動許可温度Tal3を算出済みでないとしてステップ53に進む。
When the engine is restarted from EV travel, the routine proceeds from
ステップ53〜56はランキンサイクル再起動許可温度Tal3を算出する部分である。まずステップ53ではエンジンを再始動する直前までのエンジン停止時間より図20を内容とするテーブルを検索することにより、基本ヒステリシス分Hys3[℃]を算出する。図20に示したように基本ヒステリシス分Hys3はエンジンを再始動する直前までのエンジン停止時間が所定値ES0まではゼロである。所定値IS0はエンジン2が暖機完了状態にあるとみなせる時間の上限である。これは、このエンジン暖機完了状態にあるとみなせるエンジン状態からのエンジン再始動時にランキンサイクル31を起動するに際してはヒステリシス分を与えなくても、冷却水温度Twが落ち込むことがないためである。
図20に示したように基本ヒステリシス分Hys3は、所定値ES0から所定値ES1までの間で徐々に大きくなり、所定値ES1で4℃に到達し、所定値ES1以上になると4℃を維持する値である。これは、次の理由による。すなわち、エンジンを再始動する直前までのエンジン停止時間が所定値ES1以上ではエンジンが冷間状態あるとみなせる。エンジンが冷間状態にあるとみなせる状態からのエンジン再始動時にランキンサイクル31を起動するに際しては、コールドスタート時にランキンサイクル31を起動するときと同じになる。冷間状態にあるとみなせる状態からのエンジン再始動時にヒステリシス分を与えることなくランキンサイクル31を起動したのでは、冷却水温度Twが落ち込むので、これを避けるためである。
As shown in FIG. 20, the basic hysteresis amount Hys3 gradually increases from the predetermined value ES0 to the predetermined value ES1, reaches 4 ° C. at the predetermined value ES1, and maintains 4 ° C. when the value exceeds the predetermined value ES1. Value. This is due to the following reason. That is, when the engine stop time until immediately before restarting the engine is equal to or greater than the predetermined value ES1, it can be considered that the engine is in a cold state. When the
なお、図20では所定値IS0より所定値IS1までHys3を一次遅れで4℃に近づけているが、簡単には直線で近似してもかまわない(破線参照)。 In FIG. 20, Hys3 is approximated to 4 ° C. with a first-order lag from predetermined value IS0 to predetermined value IS1, but it may be approximated by a straight line (see broken line).
ステップ54では、外気温センサ75により検出される外気温Tairから図21を内容とするテーブルを検索することにより、外気温補正係数Htair3[無名数]を算出する。ステップ55では、この外気温補正係数Htair3を基本ヒステリシス分Hys3に乗算した値を目標ヒステリシス分mHys3[℃]として、つまり次式によりmHys3を算出する。
In
mHys3=Hys3×Htair3 …(6)
ステップ56では、目標ヒステリシス分mHys3をサーモスタットバルブ15の開弁温度T0に加算した値をEV走行からのエンジン再始動時のランキンサイクル再起動許可温度Tal3[℃]として、つまり次式によりTal3を算出する。
mHys3 = Hys3 × Htail3 (6)
In
Tal3=T0+mHys3 …(7)
図21に示したように外気温補正係数Htair3は外気温Tairが適合時の外気温Tair0のときに1.0である。外気温Tairが適合時の外気温Tair0より高いときに外気温補正係数Htair3が1.0より小さくなり、上記(6)式より目標ヒステリシス分mHys3が基本ヒステリシス分Hys3より小さくなる。これによって上記(7)式よりランキンサイクル再起動許可温度Tal3が適合時の外気温Tair0のときより低くなる。これは、適合時の外気温より実際の外気温が高いときのほうがランキンサイクル31を起動した際の冷却水温度Twの落ち込みが大きくないので、ランキンサイクル再起動許可温度Tal2は適合時より低くて良いためである。
Tal3 = T0 + mHys3 (7)
As shown in FIG. 21, the outside air temperature correction coefficient Htair3 is 1.0 when the outside air temperature Tair is the outside air temperature Tair0 at the time of adaptation. When the outside air temperature Tair is higher than the adapted outside air temperature Tair0, the outside air temperature correction coefficient Hair3 becomes smaller than 1.0, and the target hysteresis amount mHys3 becomes smaller than the basic hysteresis amount Hys3 from the above equation (6). As a result, the Rankine cycle restart permitting temperature Tal3 is lower than that when the outside air temperature Tair0 at the time of adaptation is lower than the above equation (7). This is because when the actual outside air temperature is higher than the outside air temperature at the time of adaptation, the cooling water temperature Tw does not drop significantly when the
一方、外気温Tairが適合時の外気温Tair0より低いときに外気温補正係数Htair3が1.0より大きくなり、上記(6)式より目標ヒステリシス分mHys3が基本ヒステリシス分Hys3より大きくなる。これによって上記(7)式よりランキンサイクル再起動許可温度Tal3が適合時の外気温Tair0のときより高くなる。これは、適合時の外気温より実際の外気温が低いときのほうがランキンサイクル31を起動した際の冷却水温度Twの落ち込みが大きくなるので、ヒステリシス分を大きくしてランキンサイクル再起動許可温度Tal3を高くする必要があるためである。
On the other hand, when the outside air temperature Tair is lower than the adapted outside air temperature Tair0, the outside air temperature correction coefficient Htair3 becomes larger than 1.0, and the target hysteresis amount mHys3 becomes larger than the basic hysteresis amount Hys3 from the above equation (6). As a result, the Rankine cycle restart permission temperature Tal3 is higher than that when the outside air temperature Tair0 at the time of adaptation is higher than the above equation (7). This is because when the actual outside air temperature is lower than the adapted outside air temperature, the cooling water temperature Tw drops when the
これでエンジン再始動時のランキンサイクル再起動許可温度Tal3を算出したので、ステップ57でTal3算出済みフラグ=1とする。
Since the Rankine cycle restart permission temperature Tal3 at the time of engine restart is calculated, the Tal3 calculated flag is set to 1 in
ステップ58では膨張機クラッチ35を切断状態とすることによってランキンサイクル31を非起動とする。
In
ステップ57でのTal3算出済みフラグ=1より、次回以降はステップ52よりステップ59に進み、冷却水温度Twとランキンサイクル再起動許可温度Tal3を比較する。ランキンサイクル再起動許可温度Tal3を算出した当初は冷却水温度Twがランキンサイクル再起動許可温度Tal3より低いので、ステップ58に進み、ランキンサイクル31を非駆動とする。冷却水温度Twがランキンサイクル再起動許可温度Tal3より低い間はステップ58の操作を繰り返す。やがて、冷却水温度Twがランキンサイクル再起動許可温度Tal3以上となったときにはステップ59よりステップ60に進み、膨張機クラッチ35を切断状態から接続状態に切換えることによってランキンサイクル31を再起動する。
Since the Tal3 calculated flag = 1 in
直前のエンジン停止時間が短くてエンジン暖機完了状態とみなせる状態でエンジンを再始動するときには、ホットリスタート時に近いものとなる。これを受けて、第4実施形態によれば、所定の条件が成立したときエンジンを強制的に停止させるハイブリッド車両を備え、EV走行(エンジン強制的停止)からのエンジン再始動のときには、初回ランキンサイクル起動許可温度(初回の冷間状態でのエンジン始動時の起動許可温度)よりも低いランキンサイクル起動許可温度(起動許可温度)でランキンサイクル31を再起動するので(図19のステップ51、53、55、56、図20参照)、ランキンサイクル31の運転領域を広げることができる。
When the engine is restarted in a state in which the engine stop time just before is short and the engine warm-up can be regarded as being completed, it is close to the hot restart. In response, according to the fourth embodiment, a hybrid vehicle is provided that forcibly stops the engine when a predetermined condition is satisfied. When the engine is restarted from EV travel (forced engine stop), the initial Rankine is provided. Since the
エンジン強制的停止時間が長くなるほどエンジンが冷える。つまり、直前のエンジン停止時間が長くて冷間状態とみなせる状態でエンジンを再始動するときには、コールドスタート時に近くなる。これを受けて、第4実施形態によれば、初回ランキンサイクル起動許可温度(初回の冷間状態でのエンジン始動時の起動許可温度)より低い起動許可温度を、エンジン停止時間(エンジン強制的停止時間)が長いほど高くするので(図19のステップ53、55、56、図20参照)、EV走行が長引いた後のエンジン再始動のときでもランキンサイクル31から安定して動力を取り出すことができる。
The longer the engine forced stop time, the colder the engine. That is, when the engine is restarted in a state in which the engine stop time just before is long and can be regarded as a cold state, it is close to the cold start. In response to this, according to the fourth embodiment, the start permission temperature lower than the initial Rankine cycle start permission temperature (start permission temperature when starting the engine in the first cold state) is set to the engine stop time (engine forced stop). The longer the time is, the higher the time is (see
(第5、第6の実施形態)
図22、図24のフローは第5、第6の実施形態のランキンサイクル31を起動するためのもので、一定時間毎(たとえば10ms毎)に実行する。図22のフローは第1実施形態の図11と、図24のフローは第2実施形態の図15と置き換わるものである。第1、第2の実施形態の図11、図15と同一部分には同一の符号を付している。
(Fifth and sixth embodiments)
The flow in FIGS. 22 and 24 is for starting the
第1、第2の実施形態では、開弁温度T0、開弁温度目標T1にヒステリシス分を加算した値をコールドスタート時のランキンサイクル起動許可温度とし、冷却水温度がこのランキンサイクル起動許可温度に到達するタイミングでランキンサイクル31を起動した。これは、コールドスタート時に冷却水温度TwがT0、T1に到達したタイミングを起点としてそのタイミングより冷却水温度Twがさらに所定の温度幅(ヒステリシス分)上昇したタイミングでランキンサイクル31を起動する、とする考え方である。これは見方を変えると、冷却水温度TwがT0、T1に到達したタイミングを起点としてそのタイミングより所定の遅れ時間が経過したタイミングでランキンサイクル31を起動してもよいこととなる。そこで、第5、第6の実施形態は、コールドスタート時に冷却水温度TwがT0、T1に到達したタイミングを起点としてそのタイミングより所定の遅れ時間が経過したタイミングでランキンサイクル31を起動する。第5、第6の実施形態の基本遅れ時間は、第1、第2の実施形態の基本ヒステリシス分に対応して設定する。ランキンサイクル31を起動するタイミングを起動許可温度で判定するのではなく、起動許可時間で判定するのである。以下では、第5、第6の実施形態をまとめて説明する。
In the first and second embodiments, a value obtained by adding a hysteresis component to the valve opening temperature T0 and the valve opening temperature target T1 is used as the Rankine cycle activation permission temperature at the cold start, and the cooling water temperature is equal to the Rankine cycle activation permission temperature. The
第1、第2の実施形態と相違する部分を主に説明すると、図22、図24において、ステップ2では冷却水温度TwがT0、T1に到達したのがトリップ中に初めであるか否かをみる。冷却水温度TwがT0、T1に到達したのがトリップ中に初めてあるときには、コールドスタート時に冷却水温度TwがT0、T1に到達したと判断し、ステップ71に進む。
The difference from the first and second embodiments will be mainly described. In FIG. 22 and FIG. 24, it is determined whether or not the cooling water temperature Tw has reached T0 and T1 during the trip in
ステップ71では、コールドスタート時に目標遅れ時間mΔtdly1を算出済みであるか否かをみる。ステップ75で後述するように、コールドスタート時に目標遅れ時間mΔtdly1を算出したとき、mΔtdly1算出済みフラグ=1となる。ここでは、mΔtdly1算出済みフラグ=0、つまりエンジン冷間状態でのエンジン始動時に目標遅れ時間mΔtdly1を算出済みでないとしてステップ72に進む。
In
ステップ72では、外気温センサ75(図1、図13参照)により検出される外気温Tair[℃]から図23を内容とするテーブルを検索することにより、外気温補正係数Htair4[無名数]を算出する。ステップ73では、この外気温補正係数Htair4を基本遅れ時間Δtdly0[秒]に乗算した値を目標遅れ時間mΔtdly1[秒]として、つまり次式によりmΔtdly1を算出する。
In
mΔtdly1=Δtdly0×Htair4 …(8)
上記(8)式の基本遅れ時間Δtdly0が長いほど、ランキンサイクル起動温度が高くなり、ランキンサイクル31の起動に伴う冷却水温度Twの落ち込みを抑制できる。その一方で、上記(8)式の基本遅れ時間Δtdly0が長過ぎるときにはランキンサイクル31の起動タイミングが遅れ、ランキンサイクル31の運転領域を狭めてしまう。従って、基本遅れ時間Δtdly0としては、冷却水温度Twの落ち込みを抑制する一方でランキンサイクル31の起動タイミングがそれほど遅れないように設定すべきである。Δtdly0の値は、エンジン2やランキンサイクル31の各仕様に依存する値であり、エンジン2及びランキンサイクル31の各仕様が定まれば適合により設定する。Δtdly0の適合値は正の一定値で、たとえば外気温が適合時の外気温である場合に、冷却水温度がT0、T1となったタイミングを起点として冷却水温度がさらに第1、第2の実施形態の基本ヒステリシス分である4℃上昇するまでの時間に対応する値である。
mΔtdly1 = Δtdly0 × Htail4 (8)
The longer the basic delay time Δtdly0 in the above equation (8), the higher the Rankine cycle start temperature, and the lowering of the coolant temperature Tw accompanying the start of the
図23に示したように外気温補正係数Htair4は外気温Tairが適合時の外気温Tair0のときに1.0である。外気温Tairが適合時の外気温Tair0より高いときに外気温補正係数Htair4が1.0より小さくなり、上記(8)式より目標遅れ時間mΔtdly1が基本遅れ時間Δtdly0より小さくなる。これによってランキンサイクル起動許可タイミングが適合時の外気温Tair0のときより早くなる。これは、適合時の外気温より実際の外気温が高いときのほうがランキンサイクル31を起動した際の冷却水温度Twの落ち込みが大きくないので、ランキンサイクル起動許可タイミングが早くて良いためである。
As shown in FIG. 23, the outside air temperature correction coefficient Hair4 is 1.0 when the outside air temperature Tair is the outside air temperature Tair0 at the time of adaptation. When the outside air temperature Tair is higher than the adapted outside air temperature Tair0, the outside air temperature correction coefficient Hair4 becomes smaller than 1.0, and the target delay time mΔtdly1 becomes smaller than the basic delay time Δtdly0 from the above equation (8). As a result, the Rankine cycle activation permission timing becomes earlier than that when the outside air temperature Tair0 is met. This is because when the actual outside air temperature is higher than the outside air temperature at the time of adaptation, the cooling water temperature Tw does not drop when the
一方、外気温Tairが適合時の外気温Tair0より低いときに外気温補正係数Htair4が1.0より大きくなり、上記(8)式より目標遅れ時間mΔtdly1が基本遅れ時間Δtdly0より大きくなる。これによってランキンサイクル起動許可タイミングが適合時の外気温Tair0のときより遅くなる。これは、適合時の外気温より実際の外気温が低いときのほうがランキンサイクル31を起動した際の冷却水温度Twの落ち込みが大きくなるので、ランキンサイクル起動許可タイミングを遅くしてランキンサイクル起動温度を高くする必要があるためである。
On the other hand, when the outside air temperature Tair is lower than the adapted outside air temperature Tair0, the outside air temperature correction coefficient Hair4 becomes larger than 1.0, and the target delay time mΔtdly1 becomes larger than the basic delay time Δtdly0 from the above equation (8). As a result, the Rankine cycle activation permission timing becomes later than the outside air temperature Tair0 at the time of adaptation. This is because when the actual outside air temperature is lower than the adapted outside air temperature, the cooling water temperature Tw drops when the
これでコールドスタート時の目標遅れ時間mΔtdly1を算出したので、ステップ74でタイマを起動する(タイマ値Δt1=0)。タイマ値Δt1[秒]は、冷却水温度TwがT0、T1に到達してからの経過時間を計測するためのものである。ステップ75ではmΔtdly1算出済みフラグ=1とする。
Since the target delay time mΔtdly1 at the cold start is calculated, the timer is started at step 74 (timer value Δt1 = 0). The timer value Δt1 [seconds] is for measuring an elapsed time after the coolant temperature Tw reaches T0 and T1. In
ステップ8では膨張機クラッチ35を切断状態とすることによってランキンサイクル31を非起動とする。
In
ステップ75でのmΔtdly1算出済みフラグ=1より、次回以降はステップ71よりステップ76に進み、タイマ値Δt1と目標遅れ時間mΔtdly1を比較する。目標遅れ時間mΔtdly1を算出した当初はタイマ値Δt1が目標遅れ時間mΔtdly1より小さいので、ステップ75に進み、ランキンサイクル31を非駆動とする。タイマ値Δt1が目標遅れ時間mΔtdly1より小さい間はステップ75の操作を繰り返す。やがて、タイマ値Δt1が目標遅れ時間mΔtdly1以上となったときにはステップ76よりステップ10に進み、膨張機クラッチ35を切断状態から接続状態に切換えることによってランキンサイクル31を起動する。つまりコールドスタート時にはランキンサイクル起動許可タイミングを冷却水温度TwがT0、T1に到達したタイミングより目標遅れ時間mΔtdly1だけ遅らせたタイミンミングとして、ランキンサイクル31を起動するのである。
Since the mΔtdly1 calculated flag = 1 in
一方、ステップ2で冷却水温度TwがT0、T1に到達したのがトリップ中に初めてでなく2度目以降であるときには、ホットリスタート時であると判断し、ステップ11に進んで膨張機クラッチ35を接続することによってランキンサイクル31を即座に起動する。つまり、ホットリスタート時には冷却水温度TwがT0、T1に到達したタイミングをランキンサイクル起動許可タイミングとして、ランキンサイクル31を起動する。
On the other hand, when the cooling water temperature Tw has reached T0, T1 in
ここで、第5、第6の実施形態の作用効果を説明する。 Here, the operational effects of the fifth and sixth embodiments will be described.
第5実施形態では、冷却水によりエンジンを冷却する冷却水通路13、14と、冷却水と熱交換を行い冷媒(作動媒体)を加熱する熱交換器36(蒸発器)と、熱交換器36を通過した冷媒を膨張させて動力を発生する膨張機37と、膨張機37を通過した冷媒を冷却する凝縮器38と、凝縮器38を通過した冷媒を熱交換器38に送り出す冷媒ポンプ32(ポンプ)とを有するランキンサイクル31において、冷却水の温度を検出する水温センサ74(冷却水温度検出手段)と、冷却水温度がサーモスタットバルブ15の開弁温度T0(一定温度)に到達してから基本遅れ時間Δtdly0(所定時間)が経過したか否かでランキンサイクル31の起動を許可するか否かを判定するエンジンコントローラ71(起動許可判定手段)とを備え、エンジンコントローラ71は、基本遅れ時間Δtdly0をコールドスタート時(冷間状態でのエンジン始動時)とホットリスタート時(エンジン暖機完了状態でのエンジン再始動時)とで相違させ、コールドスタート時の基本遅れ時間Δtdly0をホットリスタート時の基本遅れ時間Δtdly0より長く設定している(図22のステップ1、2、71〜75、8、ステップ1、2、71、76、8、ステップ1、2、71、76、10参照)。すなわち、コールドスタート時の基本遅れ時間Δtdly0は正の一定値である。一方、ホットリスタート時には冷却水温度TwがT0、T1に到達したタイミングがランキンサイクル起動許可タイミングであるので、ホットリスタート時の基本遅れ時間Δtdly0はゼロである。このように、コールドスタート時の基本遅れ時間Δtdly0をホットリスタート時の基本遅れ時間Δtdly0より長く設定している。第5実施形態は、第1実施形態の基本ヒステリシス分Hys0に代えて基本遅れ時間Δtdly0を導入するので、第5実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、冷却水温度が不安定なコールドスタート時には、基本遅れ時間Δtdly0を冷却水温度が安定しているホットリスタート時よりも長く設定することで、ランキンサイクル31から安定して動力を取り出すことができると共に、ホットリスタート時であれば、速やかにランキンサイクル31の起動を許可するので、ランキンサイクル31の運転領域を広げることができる。
In the fifth embodiment, the cooling
また、第6実施形態によれば、第2実施形態と同様の作用効果を奏する。 Moreover, according to 6th Embodiment, there exists an effect similar to 2nd Embodiment.
第6実施形態によれば、コールドスタート時(冷間状態でのエンジン始動時)の起動許可タイミングは、外気温度Tairが低いほど遅くするので(図22のステップ72、図23参照)、外気温Tairが低いときでもランキンサイクル31から安定して動力を取り出すことができる。
According to the sixth embodiment, the start permission timing at the time of cold start (when the engine is started in the cold state) is delayed as the outside air temperature Tair is lower (see
(第7実施形態)
図25のフローは第7実施形態のランキンサイクル31を再起動するためのもので、一定時間毎(たとえば10ms毎)に実行する。図25のフローは第3実施形態の図16のフローと置き換わるものである。第3実施形態の図16と同一部分には同一の符号を付している。
(Seventh embodiment)
The flow of FIG. 25 is for restarting the
第3実施形態は、図1に示したランキンサイクル31を備えるエンジンをエンジン車両であって当該車両がアイドルストップを行う車両である場合を対象とするものであった。一方、第7実施形態も、図1に示したランキンサイクル31を備えるエンジンをエンジン車両であって当該車両がアイドルストップを行う車両である場合を対象とするものである。
The third embodiment is directed to the case where the engine including the
アイドルストップを行う車両では、アイドルストップからのエンジン再始動時のランキンサイクル起動許可タイミングを、初回のコールドスタート時のランキンサイクル起動許可タイミングとは別に考える必要がある。「初回のコールドスタート時」とは、車両を運転するに際してイグニッションスイッチをOFFよりONとしスタータを起動して冷間状態にあるエンジンを始動するが、このときの初めてのエンジン始動時のことであることを前述した。ここで、初回のコールドスタート時のランキンサイクル起動許可タイミングを「初回ランキンサイクル起動許可タイミング」という。この初回ランキンサイクル起動許可タイミングは、冷却水温度Twがサーモスタットバルブ15の開弁温度T0に到達したタイミングより所定の遅れ時間が経過したタイミングである。
In a vehicle that performs idle stop, it is necessary to consider the Rankine cycle activation permission timing at the time of engine restart from the idle stop separately from the Rankine cycle activation permission timing at the time of the first cold start. “At the first cold start” means that when the vehicle is driven, the ignition switch is turned on from OFF and the starter is started to start the engine in the cold state. At this time, the engine is started for the first time. As mentioned above. Here, the Rankine cycle activation permission timing at the first cold start is referred to as “initial Rankine cycle activation permission timing”. The initial Rankine cycle activation permission timing is a timing at which a predetermined delay time has elapsed from the timing at which the coolant temperature Tw reaches the valve opening temperature T0 of the
第3実施形態では、アイドルストップからのエンジン再始動時に、初回ランキンサイクル起動許可温度(T0+ヒステリシス分)よりも低いランキンサイクル起動許可温度でランキンサイクル31を再起動した。また、第3実施形態では、アイドルストップからのエンジン再始動時のランキンサイクル起動許可温度を、エンジンを再始動する直前のアイドルストップ時間が長いほど高くした。一方、第7実施形態は、アイドルストップからのエンジン再始動時に、初回ランキンサイクル起動許可タイミングよりも早いランキンサイクル起動許可タイミングでランキンサイクル31を再起動する。また、第7実施形態では、アイドルストップからのエンジン再始動時のランキンサイクル起動許可タイミングを、エンジンを再始動する直前のアイドルストップ時間が長いほど長くする。
In the third embodiment, the
エンジンコントローラ71で実行されるこの制御を図25のフローを参照して具体的に説明する。ここでは、第3実施形態と相違する部分を主に説明する。図25において、アイドルストップからのエンジン再始動時であるときにステップ31よりステップ81に進み、目標遅れ時間mΔtdly2を算出済みであるか否かをみる。ステップ86で後述するように、アイドルストップからのエンジン再始動時に目標遅れ時間mΔtdly2を算出したとき、mΔtdly2算出済みフラグ=1となる。ここでは、mΔtdly2算出済みフラグ=0、つまりアイドルストップからのエンジン再始動時に目標遅れ時間mΔtdly2を算出済みでないとしてステップ82に進む。
This control executed by the
ステップ82〜84は目標遅れ時間mΔtdly2を算出する部分である。まずステップ82ではエンジンを再始動する直前のアイドルストップ時間より図26を内容とするテーブルを検索することにより、基本遅れ時間Δtdly1[秒]を算出する。図26に示したように基本遅れ時間Δtdly1はアイドルストップ時間が所定値IS0まではゼロである。所定値IS0はエンジン2が暖機完了状態にあるとみなせる時間の上限である。これは、このエンジン暖機完了状態にあるとみなせるエンジン状態からのエンジン再始動時にランキンサイクル31を起動するに際しては遅れ時間を与えなくても、冷却水温度Twが落ち込むことがないためである。
図26に示したように基本遅れ時間Δtdly1は、所定値IS0から所定値IS1までの間で徐々に大きくなり、所定値IS1で所定値D[秒]に到達し、所定値IS1以上になると所定値Dを維持する値である。これは、次の理由による。すなわち、アイドルストップ時間が所定値IS1以上では冷間状態にあるとみなせる。エンジンが冷間状態にあるとみなせる状態からのエンジン再始動時にランキンサイクル31を起動するに際しては、コールドスタート時にランキンサイクル31を起動するときと同じになる。冷間状態にあるとみなせる状態からのエンジン再始動時に遅れ時間を与えることなくランキンサイクル31を起動したのでは、冷却水温度Twが落ち込むので、これを避けるためである。
As shown in FIG. 26, the basic delay time Δtdly1 gradually increases from the predetermined value IS0 to the predetermined value IS1, reaches the predetermined value D [seconds] at the predetermined value IS1, and reaches a predetermined value IS1 or more. It is a value that maintains the value D. This is due to the following reason. That is, when the idle stop time is equal to or greater than the predetermined value IS1, it can be regarded as being in a cold state. When the
なお、図26では所定値IS0より所定値IS1までΔtdly1を一次遅れで所定値Dに近づけているが、簡単には直線で近似してもかまわない(図26の破線参照)。 In FIG. 26, Δtdly1 is approximated to the predetermined value D with a first order delay from the predetermined value IS0 to the predetermined value IS1, but it may be approximated by a straight line (see the broken line in FIG. 26).
ステップ83では、外気温センサ75により検出される外気温Tairから図27を内容とするテーブルを検索することにより、外気温補正係数Htair5[無名数]を算出する。ステップ84では、この外気温補正係数Htair5を基本遅れ時間Δtdly1に乗算した値を目標遅れ時間mΔtdly2[秒]として、つまり次式によりmΔtdly2を算出する。
In
mΔtdly2=Δtdly1×Htair5 …(9)
図27に示したように外気温補正係数Htair5は外気温Tairが適合時の外気温Tair0のときに1.0である。外気温Tairが適合時の外気温Tair0より高いときに外気温補正係数Htair5が1.0より小さくなり、上記(9)式より目標遅れ時間mΔtdly2が基本遅れ時間Δtdly1より短くなる。これは、適合時の外気温より実際の外気温が高いときのほうがランキンサイクル31を起動した際の冷却水温度Twの落ち込みが大きくないので、目標遅れ時間mΔtdly2は適合時より短くて良いためである。
mΔtdly2 = Δtdly1 × Htail5 (9)
As shown in FIG. 27, the outside air temperature correction coefficient Hair5 is 1.0 when the outside air temperature Tair is the outside air temperature Tair0 at the time of adaptation. When the outside air temperature Tair is higher than the adapted outside air temperature Tair0, the outside air temperature correction coefficient Hair5 becomes smaller than 1.0, and the target delay time mΔtdly2 becomes shorter than the basic delay time Δtdly1 from the above equation (9). This is because when the actual outside air temperature is higher than the outside air temperature at the time of adaptation, the cooling water temperature Tw does not drop when the
一方、外気温Tairが適合時の外気温Tair0より低いときに外気温補正係数Htair5が1.0より大きくなり、上記(9)式より目標遅れ時間mΔtdly2が基本遅れ時間Δtdly1より長くなる。これは、適合時の外気温より実際の外気温が低いときのほうがランキンサイクル31を起動した際の冷却水温度Twの落ち込みが大きくなるので、目標遅れ時間を長くしてランキンサイクル起動許可タイミングを遅くする必要があるためである。
On the other hand, when the outside air temperature Tair is lower than the adapted outside air temperature Tair0, the outside air temperature correction coefficient Hair5 becomes larger than 1.0, and the target delay time mΔtdly2 becomes longer than the basic delay time Δtdly1 from the above equation (9). This is because when the actual outside air temperature is lower than the adapted outside air temperature, the cooling water temperature Tw drops when the
これでアイドルストップからのエンジン再始動時の目標遅れ時間mΔtdly2を算出したので、ステップ85でタイマを起動する(タイマ値Δt2=0)。タイマ値Δt2[秒]は、アイドルストップの解除タイミングからの経過時間を計測するためのものである。ステップ86ではmΔtdly2算出済みフラグ=1とする。
Since the target delay time mΔtdly2 at the time of engine restart from the idle stop is calculated, the timer is started in step 85 (timer value Δt2 = 0). The timer value Δt2 [seconds] is for measuring the elapsed time from the idle stop release timing. In
ステップ38では膨張機クラッチ35を切断状態とすることによってランキンサイクル31を非起動とする。
In
ステップ86でのmΔtdly2算出済みフラグ=1より、次回以降はステップ81よりステップ87に進み、タイマ値Δt2と目標遅れ時間mΔtdly2を比較する。目標遅れ時間mΔtdly2を算出した当初はタイマ値Δt2が目標遅れ時間mΔtdly2より短いので、ステップ38に進み、ランキンサイクル31を非駆動とする。タイマ値Δt2が目標遅れ時間mΔtdly2より短い間はステップ38の操作を繰り返す。やがて、タイマ値Δt2が目標遅れ時間mΔtdly2以上となったときにはステップ87よりステップ40に進み、膨張機クラッチ35を切断状態から接続状態に切換えることによってランキンサイクル31を再起動する。
Since the mΔtdly2 calculated flag = 1 in
直前のアイドルストップ時間が短くてエンジン暖機完了状態とみなせる状態でエンジンを再始動するときには、ホットリスタート時に近いものとなる。これを受けて、第7実施形態によれば、アイドル状態で所定の条件が成立したときアイドルストップを行う車両(エンジンを強制的に停止する車両)を備え、アイドルストップ(エンジン強制的停止)からのエンジン再始動のときには、初回ランキンサイクル起動許可タイミング(初回の冷間状態でのエンジン始動時の起動許可タイミング)よりも早いランキンサイクル起動許可タイミング(起動許可タイミング)でランキンサイクル31を再起動するので(図25のステップ31、82、84、図26参照)、ランキンサイクル31の運転領域を広げることができる。
When the engine is restarted in a state where the immediately preceding idle stop time is short and can be regarded as the engine warm-up completion state, it is close to a hot restart. In response to this, according to the seventh embodiment, the vehicle includes a vehicle (a vehicle that forcibly stops the engine) that performs an idle stop when a predetermined condition is established in the idle state. When the engine is restarted, the
アイドルストップ時間が長くなるほどエンジンが冷える。つまり、直前のアイドルストップ時間が長くて冷間状態とみなせる状態でエンジンを再始動するときには、コールドスタート時に近いものとなる。これを受けて、第7実施形態によれば、初回ランキンサイクル起動許可タイミング(初回の冷間状態でのエンジン始動時の起動許可タイミング)より早い起動許可タイミングを、アイドルストップ時間(エンジン強制的停止時間)が長いほど遅くするので(図25のステップ82、図26参照)、アイドルストップが長引いた後のアイドルストップからのエンジン再始動のときでもランキンサイクル31から安定して動力を取り出すことができる。
The longer the idle stop time, the colder the engine. That is, when the engine is restarted in a state where the immediately preceding idle stop time is long and can be regarded as a cold state, it is close to a cold start. In response, according to the seventh embodiment, the start permission timing earlier than the initial Rankine cycle start permission timing (start permission timing at the time of starting the engine in the first cold state) is set to the idle stop time (engine forced stop). The longer the time is) (see
第7実施形態は、図1に示したランキンサイクル31を備えるエンジンをエンジン車両であって当該車両がアイドルストップを行う車両である場合を対象とするものであったが、ハイブリッド車両である場合を対象として第7実施形態を適用することができる。この場合には、第4実施形態と同様の作用効果を奏する。
In the seventh embodiment, the engine including the
(第8、第9の実施形態)
図28、図29は第8、第9の実施形態のランキンサイクル31のシステム全体を表した概略構成図で、図28は第1実施形態の図1と、図29は第2実施形態の図13と置き換わるものである。第1、第2の実施形態の図1、図13と同一部分には同一の符号を付している。
(Eighth and ninth embodiments)
28 and 29 are schematic configuration diagrams showing the entire system of the
第1、第2の実施形態の違いはサーモスタットバルブの開弁温度の違いにあった。すなわち、サーモスタットバルブ15の開弁温度が一定のT0であるのが第1実施形態、サーモスタットバルブ15’の開弁温度が80℃と90℃とに切換え得る(可変である)のが第2実施形態であった。一方、第8、第9の実施形態の違いもサーモスタットバルブの開弁温度の違いにある。すなわち、サーモスタットバルブ15の開弁温度が一定のT0であるのが第8実施形態、サーモスタットバルブ15’の開弁温度が80℃と90℃とに切換え得る(可変である)のが第9実施形態である。
The difference between the first and second embodiments is the difference in the opening temperature of the thermostat valve. That is, the first embodiment is that the opening temperature of the
さて、第1、第2の実施形態では、膨張機クラッチ35を切断状態から接続状態へと切換えることでエンジン2により冷媒ポンプ32を駆動し、これによってランキンサイクル31を起動した。一方、第8、第9の実施形態は、ランキンサイクル31の起動方法が第1、第2の実施形態と異なる。すなわち、第8、第9の実施形態では、第1、第2の実施形態と相違して膨張機クラッチ35を設けていない。これに代えて、冷媒ポンプ32をバイパスするバイパス冷媒通路101を設け、このバイパス冷媒通路101に、エンジンコントローラ71からの信号を受けてこのバイパス冷媒通路101を開閉する電磁式の開閉弁102を設けている。ここで、電磁式の開閉弁102は、エンジンコントローラ71よりOFF信号を与えたときに全開状態にあり、エンジンコントローラ71よりON信号を与えたときに全閉状態になるものとする。
In the first and second embodiments, the
第8、第9の実施形態のランキンサイクル31のシステムでは、エンジン2と冷媒ポンプ32とがベルト伝導装置を介して常時直結状態にある。またエンジン始動に際しては電磁式の開閉弁102は全開状態としてある。このため、エンジン2の始動と共に冷媒ポンプ32が駆動され冷媒を吐出するのであるが、冷媒ポンプ32からの冷媒は主に冷媒通路41、バイパス冷媒通路101、冷媒通路44、を循環するだけである(図28、図29の矢印参照)。冷媒ポンプ32からの冷媒が熱交換器91に向けて多少流れるかもしれないが、その量は微小であると考えられる。つまり、電磁式の開閉弁102は全開状態としてある限りランキンサイクル31は非運転状態となる。
In the
一方、電磁式の開閉弁102を全開状態より全閉状態に切換えると、冷媒通路41、バイパス冷媒通路101、冷媒通路44を巡る冷媒の循環が遮断され、冷媒ポンプ32からの冷媒が熱交換器91に向けて流れる。つまり電磁式の開閉弁102を全開状態から全閉状態に切換えることによってランキンサイクル31が起動される。
On the other hand, when the electromagnetic on-off
このように構成した第8実施形態のシステムにおいても第1実施形態の図11のフロー、第5実施形態の図22のフローをそれぞれ適用することができ、第1、第5の実施形態と同様の作用効果を奏する。また、第9実施形態のシステムにおいても第2実施形態の図15のフロー、第6の実施形態の図24のフローをそれぞれ適用することができ、第1、第6の実施形態と同様の作用効果を奏する。 Also in the system of the eighth embodiment configured as described above, the flow of FIG. 11 of the first embodiment and the flow of FIG. 22 of the fifth embodiment can be applied, respectively, and the same as the first and fifth embodiments. Has the effect of. Also in the system of the ninth embodiment, the flow of FIG. 15 of the second embodiment and the flow of FIG. 24 of the sixth embodiment can be applied, respectively, and the same operation as the first and sixth embodiments. There is an effect.
ただし、第8実施形態としての図11、図22のフローでは、ランキンサイクル31の起動方法の違いに応じて、次の点を変更する必要がある。すなわち、図11、図22のステップ8では電磁式の開閉弁102をOFF状態とすることによってランキンサイクル31を非起動状態としておく。一方、図11、図22のステップ10、11では電磁式の開閉弁102をOFF状態からON状態へと切換えることによってランキンサイクル31を起動する。
However, in the flow of FIG. 11 and FIG. 22 as the eighth embodiment, the following points need to be changed according to the difference in the starting method of the
また、第9実施形態としての図15、図24のフローでは、ランキンサイクル31の起動方法の違いに応じて、次の点を変更する必要がある。すなわち、図15、図24のステップ8では電磁式の開閉弁102をOFF状態とすることによってランキンサイクル31を非起動状態としておく。一方、図15、図24のステップ10、11では電磁式の開閉弁102をOFF状態からON状態へと切換えることによってランキンサイクル31を起動する。
Moreover, in the flow of FIG. 15 and FIG. 24 as 9th Embodiment, it is necessary to change the following points according to the difference in the starting method of
また、第8、第9の実施形態のランキンサイクル31を備えるエンジンをエンジン車両であってアイドルストップを行う車両に適用するときには、第3実施形態の図16のフロー、第7実施形態の図25のフローを適用することができ、第3、第7の実施形態と同様の作用効果を奏する。また、第8、第9の実施形態のランキンサイクル31を備えるエンジンをハイブリッド車両に適用するときには、第4実施形態の図19のフローを適用することができ、第4実施形態と同様の作用効果を奏する。
When the engine including the
ただし、第8、第9の実施形態としての図16、図25、図19のフローでは、ランキンサイクル31の起動方法の違いに応じて、次の点を変更する必要がある。すなわち、図16、図25、図19のステップ38、58では電磁式の開閉弁102をOFF状態とすることによってランキンサイクル31を非起動状態としておく。一方、図16、図25、図19のステップ40、60では電磁式の開閉弁102をOFF状態からON状態へと切換えることによってランキンサイクル31を再起動する。
However, in the flow of FIGS. 16, 25, and 19 as the eighth and ninth embodiments, the following points need to be changed according to the difference in the starting method of the
(第10、第11の実施形態)
図30、図31は第10、第11の実施形態のランキンサイクル31のシステム全体を表した概略構成図で、図30は第1実施形態の図1と、図31は第2実施形態の図13と置き換わるものである。第1、第2の実施形態の図1、図13と同一部分には同一の符号を付している。
(10th and 11th embodiments)
30 and 31 are schematic configuration diagrams showing the entire system of
第10、第11の実施形態の違いもサーモスタットバルブの開弁温度の違いにある。すなわち、サーモスタットバルブ15の開弁温度が一定のT0であるのが第10実施形態、サーモスタットバルブ15’の開弁温度が80℃と90℃とに切換え得る(可変である)のが第11実施形態である。
The difference between the tenth and eleventh embodiments is also the difference in the opening temperature of the thermostat valve. That is, the tenth embodiment is that the opening temperature of the
さて、第10、第11の実施形態も、ランキンサイクル31の起動方法が第1、第2の実施形態と異なるものである。すなわち、第10、第11の実施形態では、第1、第2の実施形態と相違して、ポンププーリ33、ベルト34、膨張機クラッチ35を設けていない。これに代えて、冷媒ポンプ32、モータジェネレータ111、膨張機37を同一の軸上に配置し、モータジェネレータ111とバッテリ113をインバータ112を介して接続している。インバータ112はモータジェネレータ111にバッテリ113からの電力を供給したりモータジェネレータ111で発生する電力を取り出してバッテリ113に蓄えたりするものである。
The tenth and eleventh embodiments are also different from the first and second embodiments in the starting method of the
第10、第11の実施形態のランキンサイクル31のシステムでは、エンジンコントローラ71からモータジェネレータ111に何の信号をも与えていないとき、冷媒ポンプ32は停止状態にあるものとする。つまり、モータジェネレータ111に何の信号をも与えていないとき、ランキンサイクル31は非運転状態にある。
In the
一方、エンジンコントローラ71からの信号でモータジェネレータ111をモータとして働かせると、モータによって冷媒ポンプ32が駆動され、冷媒ポンプ32からの冷媒が熱交換器91に向けて流れる。つまり、モータジェネレータ111をモータとして働かせることによってランキンサイクル31が起動される。
On the other hand, when the
なお、膨張機37の発生する出力が冷媒ポンプ32の駆動力及び回転体が有するフリクションを上回る場合(予測膨張機トルクが正の場合)にモータジェネレータ111を発電機として働かせることで、膨張機37の発生する出力を電力として回収することができる。回収した電力をバッテリに蓄えることで、燃費を向上できる。
In addition, when the output generated by the
このように構成した第10実施形態のシステムにおいても第1実施形態の図11のフロー、第5実施形態の図22のフローをそれぞれ適用することができ、第1、第5の実施形態と同様の作用効果を奏する。また、第11実施形態のシステムにおいても第2実施形態の図15のフロー、第6実施形態の図24のフローをそれぞれ適用することができ、第1、第6の実施形態と同様の作用効果を奏する。 Also in the system of the tenth embodiment configured as described above, the flow of FIG. 11 of the first embodiment and the flow of FIG. 22 of the fifth embodiment can be applied, respectively, as in the first and fifth embodiments. Has the effect of. In the system of the eleventh embodiment, the flow of FIG. 15 of the second embodiment and the flow of FIG. 24 of the sixth embodiment can be applied, respectively, and the same effects as the first and sixth embodiments. Play.
ただし、第10実施形態としての図11、図22のフローでは、ランキンサイクル31の起動方法の違いに応じて、次の点を変更する必要がある。すなわち、図11、図22のステップ8ではモータジェネレータ111に何の信号も出力しないことによってランキンサイクル31を非起動状態としておく。一方、図11、図22のステップ10、11ではモータジェネレータ111をモータとして働かせることによってランキンサイクル31を起動する。
However, in the flow of FIG. 11 and FIG. 22 as the tenth embodiment, the following points need to be changed according to the difference in the starting method of the
また、第11実施形態としての図15、図24のフローでは、ランキンサイクル31の起動方法の違いに応じて、次の点を変更する必要がある。すなわち、図15、図24のステップ8ではモータジェネレータ111に何の信号も出力しないことによってランキンサイクル31を非起動状態としておく。一方、図15、図24のステップ10、11ではモータジェネレータ111をモータとして働かせることによってランキンサイクル31を起動する。
Moreover, in the flow of FIG. 15 and FIG. 24 as 11th Embodiment, it is necessary to change the following points according to the difference in the starting method of
また、第10、第11の実施形態のランキンサイクル31を備えるエンジンをエンジン車両であってアイドルストップを行う車両に適用するときには、第3実施形態の図16のフロー、第7実施形態の図25のフローを適用することができ、第3、第7の実施形態と同様の作用効果を奏する。また、第10、第11の実施形態のランキンサイクル31を備えるエンジンをハイブリッド車両に適用するときには、第4実施形態の図19のフローを適用することができ、第4実施形態と同様の作用効果を奏する。
When the engine including the
ただし、第10、第11の実施形態としての図16、図25、図19のフローでは、ランキンサイクル31の起動方法の違いに応じて、次の点を変更する必要がある。すなわち、図16、図25、図19のステップ38、58ではモータジェネレータ111に何の信号も出力しないことによってランキンサイクル31を非起動状態としておく。一方、図16、図25、図19のステップ40、50ではモータジェネレータ111をモータとして働かせることによってランキンサイクル31を再起動する。
However, in the flows of FIGS. 16, 25, and 19 as the tenth and eleventh embodiments, the following points need to be changed according to the difference in the startup method of the
1 ハイブリッド車両
2 エンジン
13 冷却水通路(第1冷却水通路、第2冷却水通路)
14 バイパス冷却水通路
15 サーモスタットバルブ
15’電制のサーモスタットバルブ(バルブ)
31 ランキンサイクル
32 冷媒ポンプ(ポンプ)
35 膨張機クラッチ
36 熱交換器(蒸発器)
37 膨張機
38 凝縮器
51 冷凍サイクル
52 コンプレッサ
54 コンプレッサクラッチ
71 エンジンコントローラ(起動許可判定手段)
74 水温センサ(冷却水温度検出手段)
91 熱交換器(蒸発器)
92 凝縮器
101 バイパス冷媒通路
102 電磁式開閉弁
111 モータジェネレータ
112 インバータ
DESCRIPTION OF
14 Bypass
31
35
37
74 Water temperature sensor (cooling water temperature detection means)
91 Heat exchanger (evaporator)
92
Claims (9)
前記冷却水と熱交換を行い作動媒体を加熱する蒸発器と、
前記蒸発器を通過した作動媒体を膨張させて動力を発生する膨張機と、
前記膨張機を通過した作動媒体を冷却する凝縮器と、
前記凝縮器を通過した作動媒体を前記蒸発器に送り出すポンプと
を有するランキンサイクルにおいて、
前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、
前記冷却水温度が起動許可温度に到達したか否かでランキンサイクルの起動を許可するか否かを判定する起動許可判定手段と
を備え、
前記起動許可判定手段は、前記起動許可温度を冷間状態でのエンジン始動時とエンジンの暖機完了状態でのエンジン再始動時とで相違させ、エンジン冷間状態でのエンジン始動時の起動許可温度をエンジン暖機完了状態でのエンジン再始動時の起動許可温度より高く設定することを特徴とするランキンサイクル。 A cooling water passage for cooling the engine with cooling water;
An evaporator that heats the working medium by exchanging heat with the cooling water;
An expander that generates power by expanding the working medium that has passed through the evaporator;
A condenser for cooling the working medium that has passed through the expander;
A Rankine cycle having a pump for pumping the working medium that has passed through the condenser to the evaporator,
Cooling water temperature detecting means for detecting the temperature of the cooling water;
Starting permission determination means for determining whether to permit starting of the Rankine cycle based on whether or not the cooling water temperature has reached the starting permission temperature,
The start permission determination means makes the start permission temperature different between when the engine is started in the cold state and when the engine is restarted when the engine is warmed up, and when the engine is started in the cold state. A Rankine cycle characterized in that the temperature is set to be higher than a start permission temperature at the time of restarting the engine in a state where the engine is warmed up.
前記ラジエータからの冷却水をエンジンに戻す第2冷却水通路と、
前記第1冷却水通路から分岐し前記ラジエータをバイパスして前記第2冷却水通路に合流するバイパス冷却水通路と、
閉弁状態では冷却水を前記ラジエータに流さず前記バイパス冷却水通路に流し、開弁状態では冷却水を前記ラジエータに流すと共に、開弁温度を任意に変更し得るバルブと
を前記冷却水通路に備え、
前記冷間状態でのエンジン始動時に前記ランキンサイクルを起動するときには前記バルブの開弁温度目標を、前記エンジン暖機完了状態でのエンジン再始動時に前記ランキンサイクルを起動するときより高く設定することを特徴とする請求項1に記載のランキンサイクル。 A first cooling water passage for supplying cooling water heated by cooling the engine to the radiator;
A second cooling water passage for returning cooling water from the radiator to the engine;
A bypass cooling water passage that branches off from the first cooling water passage and bypasses the radiator and joins the second cooling water passage;
In the valve closing state, the cooling water does not flow to the radiator but to the bypass cooling water passage, and in the valve opening state, the cooling water flows to the radiator and a valve capable of arbitrarily changing the valve opening temperature is provided in the cooling water passage. Prepared,
When starting the Rankine cycle when starting the engine in the cold state, the valve opening temperature target of the valve is set higher than when starting the Rankine cycle when restarting the engine when the engine is warmed up. The Rankine cycle according to claim 1, characterized in that:
前記エンジン強制的停止からのエンジン再始動のときには、初回の前記冷間状態でのエンジン始動時の起動許可温度よりも低い起動許可温度でランキンサイクルを再起動することを特徴とする請求項1または2に記載のランキンサイクル。 A vehicle that forcibly stops the engine when a predetermined condition is satisfied in an idle state or a vehicle that forcibly stops the engine when a predetermined condition is satisfied;
The Rankine cycle is restarted at a start permission temperature lower than a start permission temperature at the time of starting the engine in the cold state for the first time when the engine is restarted from the forced engine stop. Rankine cycle of 2.
前記冷却水と熱交換を行い作動媒体を加熱する蒸発器と、
前記蒸発器を通過した作動媒体を膨張させて動力を発生する膨張機と、
前記膨張機を通過した作動媒体を冷却する凝縮器と、
前記凝縮器を通過した作動媒体を前記蒸発器に送り出すポンプと
を有するランキンサイクルにおいて、
前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、
前記冷却水温度が一定温度に到達してから所定時間が経過したか否かでランキンサイクルの起動を許可するか否かを判定する起動許可判定手段と
を備え、
前記起動許可判定手段は、前記所定時間を冷間状態でのエンジン始動時とエンジン暖機完了状態でのエンジン再始動時とで相違させ、冷間状態でのエンジン始動時の所定時間をエンジン暖機完了状態でのエンジン再始動時の所定時間より長く設定することを特徴とするランキンサイクル。 A cooling water passage for cooling the engine with cooling water;
An evaporator that heats the working medium by exchanging heat with the cooling water;
An expander that generates power by expanding the working medium that has passed through the evaporator;
A condenser for cooling the working medium that has passed through the expander;
A Rankine cycle having a pump for pumping the working medium that has passed through the condenser to the evaporator,
Cooling water temperature detecting means for detecting the temperature of the cooling water;
Starting permission determining means for determining whether or not to allow starting of the Rankine cycle based on whether or not a predetermined time has elapsed since the cooling water temperature reached a certain temperature,
The activation permission determining means makes the predetermined time different between when the engine is started in the cold state and when the engine is restarted when the engine is warmed up, and the predetermined time when the engine is started in the cold state. A Rankine cycle characterized in that it is set to be longer than a predetermined time when the engine is restarted in the machine complete state.
前記エンジン強制的停止からのエンジン再始動のときには、初回の前記冷間状態でのエンジン始動時の起動許可タイミングよりも早い起動許可タイミングでランキンサイクルを再起動することを特徴とする請求項6に記載のランキンサイクル。 A vehicle that forcibly stops the engine when a predetermined condition is satisfied in an idle state or a vehicle that forcibly stops the engine when a predetermined condition is satisfied;
The Rankine cycle is restarted at a start permission timing earlier than a start permission timing at the time of engine start in the cold state for the first time when the engine is restarted from the forced engine stop. The described Rankine cycle.
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2012
- 2012-12-27 JP JP2012285583A patent/JP2015232273A/en active Pending
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2013
- 2013-12-18 WO PCT/JP2013/083868 patent/WO2014103825A1/en active Application Filing
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Publication number | Publication date |
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WO2014103825A1 (en) | 2014-07-03 |
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