JP2015232274A - 排熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気再循環装置の熱を回収して動力を回生する排熱回収装置の燃費効率を向上する。
【解決手段】エンジン（２）の排気の一部を吸気側に再循環する排気再循環通路（２１）の排熱を回収する排熱回収機（２３）により回収された熱により回転駆動可能な膨張機（４３）を備え、エンジンの吸気バルブ（２ａ）と排気バルブ（２ｂ）とのタイミングを制御して排気を第１の再循環量で再循環させる内部ＥＧＲ制御と、再循環弁を制御して排気を第２の再循環量で再循環させる外部ＥＧＲ制御と、を実行し、排熱回収機（２３）により回収された熱により膨張機（４３）を回転駆動させる場合は、第１の再循環量よりも第２の再循環量の比率を増加させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンの排熱を回収してこれを運動エネルギとして回生する排熱回収装置に関する。

エンジンの排熱を冷却水や冷媒を介して回収し、この熱により膨張機を回転させて運動エネルギとして回生する排熱回収装置（ランキンサイクルシステム）が実用化されている。

このような排熱回収装置として、排気再循環装置（ＥＧＲ）の配管に熱交換機を設け、この配管を通過する排気の熱を回収する方法が提案されている。ＥＧＲ通路に熱交換機を設けることにより、排熱を回収できると共に、ＥＧＲにより再循環される排気の温度を冷却できるという利点がある（特許文献１参照）。

特開２０１０−７８２１６号公報

ＥＧＲによる排気の再循環として、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとの２種類方法が知られている。外部ＥＧＲは、排気管から吸気管へと連通する配管にバルブを設け、このバルブにより排気の再循環量を調整する。内部ＥＧＲは、エンジンの吸気バルブと排気バルブをオーバーラップさせて気筒内で排気の再循環量を調整する。

内部ＥＧＲは未燃焼の炭化水素（ＨＣ）を触媒通過前に再び気筒内に戻してＨＣの排出量を低減できるほか、吸気バルブ及び排気バルブの制御のみで再循環量の調節をレスポンス良く行えるというメリットがある。外部ＥＧＲは、再循環ガスが冷却可能であり、再循環量を大きくすることができるうえ、ノック改善も可能というメリットがある。

そこで、これら内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとを組み合わせ、車両の走行状態やエンジンの操作状態に応じて、適宜外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとの排気の再循環量や再循環量の割合を変更することが望ましい。

一方で、外部ＥＧＲの配管に熱交換機を設けて排熱を回収する場合は、これら内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとの排気の再循環量や再循環量の割合に応じて、排熱の回収を適切に制御する必要がある。制御が適切でない場合は、排熱によるエネルギの回生を行ったとしても燃費効率がかえって悪化するという問題が発生する。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、エンジンにおける排気再循環装置の熱を回収して動力を回生する排熱回収装置において、燃費効率を向上できる排熱回収装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両のエンジンの排熱を回収して動力として回生する排熱回収装置であって、エンジンの排気の一部を吸気側に再循環する排気再循環通路と、再循環される排気の量を制御する再循環弁と、排気再循環通路の排熱を回収する排熱回収機と、排熱回収機により回収された熱により回転駆動可能な膨張機と、エンジン、前記再循環弁及び前記膨張機の動作を制御する制御装置と、を備える排熱回収装置に適用される。

この制御装置は、エンジンの吸気バルブと排気バルブとのタイミングを制御して排気を第１の再循環量で再循環させる内部ＥＧＲ制御と、再循環弁を制御して排気を第２の再循環量で再循環させる外部ＥＧＲ制御と、を実行する。排熱回収機により回収された熱により膨張機を回転駆動させる場合は、第１の再循環量よりも第２の再循環量の比率を増加させることを特徴とする。

本発明によれば、回収した排熱を用いて膨張機を回転駆動させる場合は、内部ＥＧＲ制御による第１の排気循環量より、外部ＥＧＲによる第２の排気循環量の比率を増加させる。このようにすることで、排熱回収機が備えられる外部ＥＧＲの排気循環通路を通過する排気を増加させて、再循環される排気の熱をより回収可能できると共に、再循環される排気の温度を下げることができる。これにより、エンジンの排熱を回収することによる燃費効率の向上と、再循環される排気の温度を下げることによる燃費効率の向上とが行える。

本発明の第１実施形態のエンジンを中心としたランキンサイクルシステムの構成を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態のランキンサイクルの運転領域を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態のランキンサイクルを運転する場合の外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとの比率と車速との関係を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態のランキンサイクルにおける熱交換とその効率の説明図である。 本発明の第１の実施形態のランキンサイクルにおける冷却水温と燃費効果との関係を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態のコントローラが実行するランキンサイクル運転の制御を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態のエンジンを中心としたランキンサイクルシステムの構成を示す説明図である。 本発明の第３実施形態のエンジンを中心としたランキンサイクルシステムの構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態のエンジン２を中心としたランキンサイクルシステム１の構成を示す説明図である。

図１において、車両に搭載されるエンジン２の冷却水回路１０と、エンジン２の排熱を回収して駆動力を発生するランキンサイクルシステム１とが示されている。

エンジン２は、排気通路３と吸気通路６とを備える。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通路３と、排気通路３に備えられる触媒５と、消音機１６とから構成される。吸気通路６は、吸気マニホールド７と、吸気マニホールド７に接続されるコレクタ部８と、上流側のエアフィルタ９とから構成される。

排気通路３と吸気通路６との間には、排気の一部を吸気に再循環する排気再循環装置（ＥＧＲ）２０が備えられる。ＥＧＲ２０は、ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲバルブ２２と、熱交換機２３とを備える。

エンジン２の冷却水回路１０には、冷却水ポンプ１１と、ラジエタ１２と、サーモスタット１３とが備えられている。冷却水回路１０は、冷却水ポンプ１１によって冷却水をエンジン２等に循環し、ラジエタ１２により冷却水と大気とで熱交換を行うことで冷却水を冷却する。サーモスタット１３は、冷却水水温によってラジエタ１２への通路を開閉し、冷却水水温が低下することを防止する。

エンジン２を通過した冷却水の一部は、ＥＧＲ２０の熱交換機２３へと流れる。熱交換機２３では、ＥＧＲ通路２１を通過する排気と冷却水とで熱交換を行い、冷却水温度を上昇させる。熱交換機２３を通過した冷却水は、後述する加熱機４１及び蒸発機４２を経由して、冷却水ポンプ１１により再び循環される。

また、エンジン２を通過した冷却水の一部は、蒸発機４２を経由して、冷却水ポンプ１１により再び循環される。

ランキンサイクルシステム１には、ランキンサイクル回路４０に、加熱機４１、蒸発機４２、膨張機４３、凝縮機４４、冷媒ポンプ４６が備えられている。

冷媒ポンプ４６は、エンジン２のクランクプーリ４５とベルト４７を介して連結され、クランクプーリ４５の回転に伴い回転駆動され、冷媒をランキンサイクル回路４０に循環する。なお、冷媒ポンプ４６は、膨張機４３と同軸に連結されて膨張機４３と共に回転する。

冷媒ポンプ４６を出た冷媒は、蒸発機４２においてエンジン２を循環する冷却水とで熱交換を行ない、加熱機４１において、熱交換機２３において加熱された冷却水とでさらに熱交換を行い液相から気相となる。熱交換が行われて高温高圧となった気相冷媒は、膨張機４３において膨張され、その体積変化により膨張機４３にエネルギを与える。膨張機４３は、このエネルギを回転エネルギに変換し、同軸の冷媒ポンプ４６を回転駆動させると共に、ベルト４７を介してクランクプーリ４５を回転駆動する。これによりエンジンの駆動がアシストされる。すなわち、回収した熱により発生駆動力をエンジン２の回生動力とすることができる。

膨張機４３を出た気相の冷媒は、凝縮機４４において大気と熱交換を行うことにより、冷却されて気相から液相となり、再び冷媒ポンプ４６によりランキンサイクル回路４０を循環する。凝縮機４４にはファン４８が備えられており、冷媒の冷却を促進する。

これらエンジン２をはじめとする各構成は、コントローラ３０により制御される。

コントローラ３０は、例えば、アクセルペダル開度（ＡＰＯ）、ブレーキペダル踏み込み量（ＢＲＫ）、車速（ＶＳＰ）等の信号に基づいて、図示しない変速機の変速比とエンジン２の駆動力とを制御して、車両を運転する。

また、コントローラ３０は、これら各信号に基づいて、ランキンサイクルシステム１の膨張機４３の回転駆動を制御することにより、排熱のエネルギを回生してエンジン２の駆動力をアシストするか否かを制御する。また、コントローラ３０は、ＥＧＲバルブ２２の開度を制御して、エンジン２の吸気側に再循環する排気の量を制御する。また、コントローラ３０は、可変バルブタイミング機構３１を制御して、エンジン２の吸気バルブ２ａ及び排気バルブ２ｂの開閉タイミングを制御する。

ランキンサイクルシステム１はこのように構成され、エンジン２の排熱を回収して回収された熱により回生動力を発生することでエンジンの駆動力をアシストして、エンジンの燃費効率を向上することができる。

次に、本発明の実施形態のランキンサイクルシステム１による排熱の回収を説明する。

コントローラ３０は、冷却水温度、外気温、エンジン回転速度Ｎｅ、車速ＶＳＰ等により、ランキンサイクルシステム１を運転させてエンジン２の動力をアシストするか否かを決定する。なお、排熱を回収してランキンサイクルシステム１を運転させてエンジン２の動力をアシストすることを、以降は「ランキンサイクルを運転する」と表記する。

図２は、本発明の第１の実施形態のランキンサイクルの運転領域を示す説明図である。図２（Ａ）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の運転領域を示す。図２（Ｂ）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の運転領域を示す。

この図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、運転領域が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を運転、すなわち、熱を回収した冷媒によって膨張機４３を回転駆動させて、エンジン２の駆動力をアシストする。

また、図２（Ａ）に示すように、冷却水水温が低く（例えば８０℃）エンジン２の暖機を優先する低水温側の領域と、エアコン等の負荷が増大する高外気温側の領域では、ランキンサイクルの運転を停止する。このような領域では、ランキンサイクルを運転することにより負荷が増大し、かえってエンジン２の燃費効率が低下するためである。

また、図２（Ｂ）に示すように、エンジン回転速度が低く排熱の容量が小さい領域と、膨張機４３のフリクションが増大する高回転速度側の領域ではランキンサイクルの運転を停止する。膨張機４３はエンジン２のクランクシャフトに連結されているためその回転速度がエンジン回転速度に依存する。膨張機４３は、回転速度が高い場合にフリクションが少ない高効率な構造とすることは難しい。そこで、膨張機４３はランキンサイクルを運転する頻度が高いエンジン回転速度域においてフリクションが小さく高効率となるように設計されている。この回転速度域でランキンサイクルが効率よく運転される。

次に、エンジン２の排気再循環について説明する。

エンジン２のポンピングロスの低減による燃費効率の向上を目的として、また、排気中の炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の削減を目的として、排気を吸気側に再循環させる排気再循環が行われる。

排気再循環の方法として、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとの２種類方法が知られている。外部ＥＧＲは、排気通路３から吸気通路６へと連通するＥＧＲ通路２１にＥＧＲバルブ２２を設け、ＥＧＲバルブ２２の開度により排気の再循環量を調整する。内部ＥＧＲは、エンジン２の吸気バルブ２ａを開くタイミングと排気バルブ２ｂを閉じるタイミングとをオーバーラップさせ、気筒内で排気の再循環量を調整する。

内部ＥＧＲでは、未燃焼の炭化水素（ＨＣ）を触媒通過前に再び気筒内に戻してＨＣの排出量を低減できるほか、バルブ開度の制御のみで再循環量の調節を行えるので、再循環量の制御をレスポンスよく行えるというメリットがある。特に、市街地などストップアンドゴーが多い場合には、ＥＧＲ２０による再循環量を細かく制御する必要があり、内部ＥＧＲを積極的に用いることが好適である。

一方、外部ＥＧＲは、再循環される排気を熱交換機２３により冷却でき吸気温度を上昇させることがないため、燃費効率を向上できる。また、排気の再循環量を大きくすることができるというメリットがある。特に、高速道路など高車速で一定速度域で走行する場合などには、レスポンスが重視されないので外部ＥＧＲによる再循環量を多くすることにより燃費効率が向上する。

このように、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとにはそれぞれメリットがあり、いずれの方式を用いて排気を再循環させるか、又は、これらを組み合わせて排気を再循環させるかは、エンジン２の燃費効率に大きく影響する。

そこで、コントローラ３０は、車両の走行状態やエンジンの動作状態に応じて、適宜、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとの排気の再循環量や再循環量の割合を変更することが望ましい。そして、前述のようにランキンサイクルの運転と、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとの制御とにより、エンジン２の燃費効率を向上させることができる。

図３は、本発明の実施形態のランキンサイクルを運転する場合の吸気バルブ２ａと排気バルブ２ｂとのオーバーラップ量（Ｏ／Ｌ）と関係を示す説明図である。図３の上段は、ＥＧＲ率と吸気バルブ２ａと排気バルブ２ｂとのオーバーラップ量（Ｏ／Ｌ）との関係とを示す。下段は、熱交換機２３における放熱量（排気から媒体へと放熱される熱の量）と吸気バルブ２ａと排気バルブ２ｂとのオーバーラップ量（Ｏ／Ｌ）との関係を示す。

図３において、エンジン２の運転中に再循環される排気の上限量が決まっている。この上限量に対して、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとの比率が車速に基づいて決定される。すなわち、車速が高いほど、吸気バルブ２ａと排気バルブ２ｂとのオーバーラップ量（Ｏ／Ｌ）を小さくして、外部ＥＧＲの比率が大きくなるように制御する。

これは、車速が高い場合は、走行風により凝縮機４４における放熱効率が高くなる。これにより、ランキンサイクルの熱効率が大きくなるので、熱交換機２３において排気から媒体へと放熱される熱の量が増えるためである。

そこで、気筒内に再循環される排気の上限量は一定のまま、車速が大きいほど吸気バルブ２ａと排気バルブ２ｂとのオーバーラップ量（Ｏ／Ｌ）を大きくして、外部ＥＧＲの比率を大きくする。これにより、ランキンサイクルを運転することによる熱の回収と、排気温度を下げることによるエンジン２の燃費効率の向上とを行うことができるようになる。

なお、ランキンサイクルの運転を行わない場合（図２における運転領域を外れている場合）は、内部ＥＧＲの比率を大きくする。これは、前述のように、内部ＥＧＲはバルブ開度の制御のみで再循環量の調節を行えるので、再循環量の制御をレスポンスよく行えるというメリットがあるためである。これにより、エンジン２の過渡的な運転においても、適切に排気の再循環量を制御できる。

図４は、本発明の実施形態のランキンサイクルにおける車速と熱交換と関係の説明図である。

図４（Ａ）は、熱交換機２３において媒体が受熱する熱容量とランキンサイクルを運転したときの燃費効果との比を車速に対する関係で、この図４（Ａ）に示すように、車速が大きいほど、熱交換機２３における受熱容量とランキンサイクルの運転による燃費効果との比が大きくなり、燃費効果が向上することが示されている。

図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）は、車速に対する、内部ＥＧＲに対する外部ＥＧＲの比率の関係と、凝縮機４４における放熱能力（媒体を冷却する能力）の関係を示す。車速が高ければ走行風が大きくなり、凝縮機４４における放熱能力も向上する。これに伴って、ランキンサイクルの運転によりＥＧＲ２０における排気の冷却効果も向上する。そこで、図３で前述したように、車速が大きいほど内部ＥＧＲに対する外部ＥＧＲの比率を大きくすることにより、燃費効率を向上することができる。

図５は、本発明の実施形態のランキンサイクルにおける冷却水温と燃費効果との関係を示す説明図である。

冷却水水温が低い場合はエンジン２の暖機のために燃費効率は高くない。暖機が終わり冷却水水温が上昇すると（７０〜８０℃）、ＥＧＲ２０の熱交換機２３における排気の冷却によるによりエンジン２の燃費効率がやや向上する。

そして、冷却水水温がランキンサイクルの運転域（８０〜１００℃）となった場合は、ランキンサイクルが運転され、膨張機４３の回転によりエンジン２の駆動力をアシストするので、燃費効率は大きく向上する。冷却水水温がランキンサイクルの運転域を超えた場合は燃費効果が低下する。また、冷却水水温がさらに高くなった場合（１１０℃〜）は、ＥＧＲ２０の排気が十分に冷却できなくなり、燃費効率は低下する。

図６は、本発明の実施形態のコントローラ３０が実行するランキンサイクル運転の制御を示すフローチャートである。

コントローラ３０は、車速ＶＳＰ、冷却水水温を常に取得している（ステップＳ１０）。

そして、コントローラ３０は、これら水温、冷却水温度に基づいて、図２に示すマップを参照してランキンサイクルシステムを運転領域か否かを判定する（ステップＳ２０）。

このランキンサイクルシステムの運転領域は、言い換えると、凝縮機４４により媒体が冷却される冷却効率により決定される。すなわち、熱交換機２３で媒体が回収する熱と、凝縮機４４により媒体が冷却するときの熱との差により、ランキンサイクルシステムを運転したとき、燃費効率が大きくなる（エンジン２の駆動力をアシストできる）場合に、ランキンサイクルシステムの運転領域となる。また、車速が高い場合にも凝縮機４４の冷却効率が大きくなるので、ランキンサイクルシステムの運転領域となる。また、冷却水水温が高い場合にも、媒体の受熱量が大きくなるため、温度差が大きくなり、ランキンサイクルシステムの運転領域となる。

ランキンサイクルシステムの運転領域であると判定した場合は、ステップＳ３０に移行して、コントローラ３０は、外部ＥＧＲによる排気の再循環量（第２の再循環量）を増加させ、内部ＥＧＲによる排気の再循環量（第１の再循環量）を減少させる。これにより、内部ＥＧＲに対する外部ＥＧＲの比率を高くする。

より具体的には、コントローラ３０は、外部ＥＧＲにおいては、ＥＧＲバルブ２２の開度を制御して、ＥＧＲ通路２１を通過する排気の量を増大させる。また、コントローラ３０は、内部ＥＧＲにおいて、可変バルブタイミング機構３１を制御して、吸気バルブ２ａを開くタイミングと排気バルブ２ｂを閉じるタイミングとのオーバーラップ期間を縮小させて、気筒内での排気の再循環量を減少させる。より具体的には、コントローラ３０は、吸気バルブ２ａを開くタイミングと排気バルブ２ｂを閉じるタイミングとを、共に上死点に近づけることにより排気の再循環量を減少させる。このような制御によって再循環される排気の比率を変更することができる。

このような制御により、気筒内に再循環する排気の上限値を超えない範囲において、内部ＥＧＲによる排気の再循環量よりも外部ＥＧＲによる排気の再循環量の比率を大きくする。

また、ランキンサイクルシステムの運転領域でないと判定した場合は、ステップＳ４０に移行して、コントローラ３０は、外部ＥＧＲによる排気の再循環量（第２の再循環量）を減少させ、内部ＥＧＲによる排気の再循環量（第１の再循環量）を増加させる。これにより、内部ＥＧＲに対する外部ＥＧＲの比率を低くする。

より具体的には、コントローラ３０は、外部ＥＧＲにおいては、ＥＧＲバルブ２２の開度を制御して、ＥＧＲ通路２１を通過する排気の量を減少させる。また、コントローラ３０は、内部ＥＧＲにおいて、可変バルブタイミング機構３１を制御して、吸気バルブ２ａを開くタイミングと排気バルブ２ｂを閉じるタイミングとのオーバーラップ期間を拡大させて、気筒内での排気の再循環量を増加させる。より具体的には、コントローラ３０は、吸気バルブ２ａを開くタイミングを進角させ、排気バルブ２ｂを閉じるタイミング遅角させることで、排気の再循環量を増加させる。このような制御によって再循環される排気の比率を変更することができる。

そしてこれらステップＳ３０またはステップＳ４０の処理の後、ステップＳ１０以降の処理を繰り返す。

以上のように本発明の第１の実施形態のランキンサイクルシステム１は、熱交換機２３（排熱回収機）で冷却水により回収された熱を蒸発機４２及び加熱機４１で媒体に伝える。この媒体の熱により膨張機４３を回転駆動させてエンジン２の駆動力をアシストするように構成されている。

そして、この熱により膨張機４３を回転駆動させてエンジン２の駆動力をアシストする場合は、コントローラ３０は、内部ＥＧＲによる第１の再循環量よりも外部ＥＧＲによる第２の再循環量の比率を増加させるように制御を行う。

このような制御によって、外部ＥＧＲにより吸気側に再循環される排気を増加させて、この排気の熱を回収すると共に、再循環される排気の温度を下げることができる。これにより、エンジン２の排熱を回収することによる燃費効率の向上と、再循環される排気の温度を下げることによる燃費効率の向上とが行えるようになる。

なお、前述のステップＳ３０において、内部ＥＧＲよりも外部ＥＧＲによる排気の再循環量の比率を大きくする場合に、気筒内に再循環する排気の上限値よりも排気の再循環の総量（内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとの合計）を少なくしてもよい。これにより燃焼安定度を向上させて、車両の振動を抑制しつつ、燃費を向上することができる。

＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態のエンジン２を中心としたランキンサイクルシステム１の構成を示す説明図である。

第２実施形態の実施形態は第１の実施形態の変形例であり、ランキンサイクル冷媒を、ＥＧＲ２０の熱交換機２３に直接導入して、ＥＧＲ２０の排気と冷媒とで熱交換を行うように構成した。なお、その他の構成及びコントローラ３０の動作は第１の実施形態と同様である。

この図７のように構成することによって、ランキンサイクルにおける冷媒の受熱量が高まるので、ランキンサイクルにおける温度差を大きくできる。この結果、ランキンサイクルをより高効率に運転することができ、エンジンの燃費効率を向上することができる。なお、ＥＧＲ２０の排気は数百度に達するため、この熱に影響を受けない適切な冷媒を選定する必要がある。

＜第３実施形態＞
図８は、本発明の第３実施形態のエンジン２を中心としたランキンサイクルシステム１の構成を示す説明図である。

第３の実施形態は第１の実施形態の変形例であり、ランキンサイクルシステム１の凝縮機４４の代わりに、別に冷却回路５０と熱交換機５１とを設け、この冷却回路によってランキンサイクル冷媒を冷却するように構成した。なお、その他の構成及びコントローラ３０の動作は第１の実施形態と同様である。

冷却回路５０は、冷却回路配管５５に、冷媒を循環させるポンプ５２、ランキンサイクル冷媒と熱交換を行う熱交換機５１、大気と熱交換を行い冷媒を冷却するサブラジエタ５３が備えられている。また、この冷却回路５０には、車両に搭載される電子機器など（モータＭＯＴ、インバータＩＮＶ、インタークーラーＣＡＣ等）の冷却を行うことができるように構成されている。

このように、冷却回路５０をさらに設け、熱交換機５１において大気で直列冷却させるよりも変動の少ない冷媒によってランキンサイクルを冷却することにより、特に車速変動時のランキンサイクルにおける高温と低温との差を大きくでき。この結果、ランキンサイクルをより高効率に運転することができ、エンジンの燃費効率を向上することができる。

１ ランキンサイクルシステム
２ エンジン
２ａ 吸気バルブ
２ｂ 排気バルブ
３ 排気通路
６ 吸気通路
１０ 冷却水回路
１１ 冷却水ポンプ
１２ ラジエタ
１３ サーモスタット
１６ 消音機
２０ 排気再循環装置（ＥＧＲ）
２１ ＥＧＲ通路（排気再循環通路）
２２ ＥＧＲバルブ（再循環弁）
２３ 熱交換機（排熱回収機）
３０ コントローラ（制御装置）
３１ 可変バルブタイミング機構
４０ ランキンサイクル回路
４１ 加熱機
４２ 蒸発機
４３ 膨張機
４４ 凝縮機
４６ 冷媒ポンプ

Claims (7)

1. 車両のエンジンの排熱を回収して動力として回生する排熱回収装置であって、
   前記エンジンの排気の一部を吸気側に再循環する排気再循環通路と、
   前記再循環される排気の量を制御する再循環弁と、
   前記排気再循環通路の排熱を回収する排熱回収機と、
   前記排熱回収機により回収された熱により回転駆動可能な膨張機と、
   前記エンジン、前記再循環弁及び前記膨張機の動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記エンジンの吸気バルブと排気バルブとのタイミングを制御して排気を第１の再循環量で再循環させる内部ＥＧＲ制御と、前記再循環弁を制御して排気を第２の再循環量で再循環させる外部ＥＧＲ制御と、を実行し、
   前記排熱回収機により回収された熱により前記膨張機を回転駆動させる場合は、前記第１の再循環量よりも、前記第２の再循環量の比率を増加させることを特徴とする排熱回収装置。
2. 熱を媒介する媒体を冷却する凝縮機を備え、
   前記膨張機は、熱を回収した前記媒体により回転駆動され、
   前記制御装置は、前記凝縮機における前記媒体の冷却効率が所定効率よりも大きいときに、前記第２の再循環量の比率を増加させ、回収された熱により前記膨張機を回転駆動させることを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。
3. 前記制御装置は、車両の車速が所定車速よりも高いときに、前記第２の再循環量の比率を増加させ、回収された熱により前記膨張機を回転駆動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の排熱回収装置。
4. 前記排熱回収機は前記エンジンの冷却水により熱を回収し、
   前記膨張機は前記冷却水により回収された熱を用いて回転駆動され、
   前記制御装置は、前記エンジンの水温温度が所定水温よりも高い場合に、前記回収された熱により前記膨張機を回転駆動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つの記載の排熱回収装置。
5. 前記制御装置は、
   前記排熱回収機により回収された熱により前記膨張機を回転駆動させる場合は、
   前記外部ＥＧＲ制御において、前記再循環弁の弁開度を拡大して第２の再循環量を増大させると共に、
   前記内部ＥＧＲ制御において、前記エンジンの吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間を縮小して第１の再循環量を減少させて、
   前記第１の再循環量よりも前記第２の再循環量の比率を増加させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の排熱回収装置。
6. 前記制御装置は、
   前記排熱回収機により回収された熱により前記膨張機を回転駆動させる場合は、
   前記外部ＥＧＲ制御において、前記再循環弁の弁開度を拡大して第２の再循環量を増大させると共に、
   前記内部ＥＧＲ制御において、前記エンジンの吸気バルブを開くタイミングと、前記エンジンの排気バルブを閉じるタイミングとを、共に上死点に近づけることにより第１の再循環量を減少させて、
   前記第１の再循環量よりも前記第２の再循環量の比率を増加させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の排熱回収装置。
7. 前記制御装置は、
   前記排熱回収機により回収された熱により前記膨張機を回転駆動させる場合は、前記膨張機を回転駆動させない場合と比較して、前記第１の再循環量と前記第２の再循環量との合計を同等かまたは小さくすることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の排熱回収装置。

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