JP2016003605A - Vehicle exhaust heat recovery system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain the appropriate operating state of a Rankine cycle in a vehicle exhaust heat recovery system including the Rankine cycle and an alternator with a regulator and recovering exhaust heat of a vehicle engine as electric power.SOLUTION: A vehicle exhaust heat recovery system 1 comprises: a Rankine cycle 2 in which a refrigerant pump 22 circulating refrigerant, an evaporator 23 heating and evaporating the refrigerant using exhaust heat of a vehicle engine 10, an expander 24 generating an output by expansion of the refrigerant passing through the evaporator 23, and a condenser 25 condensing the refrigerant passing through the expander 24 are provided in a refrigerant circulation passage 21; an alternator 3 with a regulator driven by the output of the expander 24 to generate electric power and charging an on-vehicle battery 13 with the generated electric power; and a control unit 4 controlling an operating state of the Rankine cycle 2 on the basis of engine state information and battery state information.

Description

本発明は、車両に搭載される車両用廃熱回収装置に関し、特に車両のエンジンの廃熱(排熱を含む)を電力として回収する車両用廃熱回収装置に関する。   The present invention relates to a vehicle waste heat recovery device mounted on a vehicle, and more particularly to a vehicle waste heat recovery device that recovers waste heat (including exhaust heat) of a vehicle engine as electric power.

この種の車両用廃熱回収装置の一例として、特許文献1に記載された熱輸送装置が知られている。この熱輸送装置(車両用廃熱回収装置)は、冷媒循環路に電動式の液ポンプ、蒸気発生器、膨張機、及び放熱器が配設されたランキンサイクルと、前記膨張機の出力によって駆動されて発電してバッテリを充電する発電機と、前記液ポンプの作動を制御する制御装置と、を有する。そして、前記制御装置は、前記液ポンプに流入する冷媒の過冷却度が予め定めた所定過冷却度よりも低い時には、過冷却度を高めるように液ポンプの運転状態を変更するようにしている。   As an example of this type of vehicle waste heat recovery device, a heat transport device described in Patent Document 1 is known. This heat transport device (waste heat recovery device for vehicles) is driven by a Rankine cycle in which an electric liquid pump, a steam generator, an expander, and a radiator are arranged in the refrigerant circuit, and the output of the expander And a generator that generates power and charges the battery, and a control device that controls the operation of the liquid pump. The control device changes the operation state of the liquid pump so as to increase the degree of supercooling when the degree of supercooling of the refrigerant flowing into the liquid pump is lower than a predetermined degree of subcooling. .

特開2006−329149号公報JP 2006-329149 A

ところで、上述のような車両用廃熱回収装置を実際に車両に適用し、前記発電機で発電した電力を前記バッテリに供給する(前記バッテリを充電する)ためには、前記発電機の発電した電力を適切に処理する必要がある。例えば、前記発電機と前記バッテリとの間に整流器やレギュレータなどを設けなければならず、装置全体の複雑化やコスト及び開発工数の増加などが懸念される。   By the way, in order to actually apply the vehicle waste heat recovery apparatus as described above to a vehicle and supply the power generated by the generator to the battery (charging the battery), the generator generates power. It is necessary to handle power appropriately. For example, a rectifier or a regulator must be provided between the generator and the battery, and there is a concern that the entire apparatus is complicated and costs and development man-hours increase.

そこで、発明者らは、上述のような車両用廃熱回収装置において、装置全体の簡素化などを図るべく、前記発電機として、オルタネータ、特に自動車などで汎用されている車両用オルタネータを用いることを検討している。オルタネータは、交流発電機と整流器とで構成されており、また、車両用オルタネータは、レギュレータ又はこれに相当する機能も有している(内蔵している)からである。この場合、前記車両用オルタネータ及び前記膨張機は、前記車両用オルタネータの回転数−トルク特性線と前記膨張機の出力特性線との交点で動作することになる。   Therefore, the inventors use an alternator, particularly a vehicle alternator that is widely used in automobiles, as the generator, in order to simplify the entire apparatus in the vehicle waste heat recovery apparatus as described above. Are considering. This is because the alternator is composed of an AC generator and a rectifier, and the vehicle alternator also has a regulator or a function corresponding to this (built in). In this case, the vehicle alternator and the expander operate at the intersection of the rotation speed-torque characteristic line of the vehicle alternator and the output characteristic line of the expander.

しかし、車両用オルタネータのようなレギュレータ付きのオルタネータの回転数−トルク特性は、前記バッテリの状態(例えば、バッテリ電圧)に応じて変化する。また、前記ランキンサイクル運転中における前記膨張機の出力は、常に一定ではなく、前記車両のエンジンの運転状態などによって変化する。このため、単にランキンサイクルを運転するだけでは、オルタネータの回転数−トルク特性と、前記膨張機の出力との不適合などが発生してランキンサイクルの適切な運転状態を維持できないおそれがある。   However, the rotation speed-torque characteristic of an alternator with a regulator such as a vehicle alternator varies depending on the state of the battery (for example, battery voltage). Further, the output of the expander during the Rankine cycle operation is not always constant, but varies depending on the operating state of the engine of the vehicle. For this reason, simply operating the Rankine cycle may cause incompatibility between the rotational speed-torque characteristics of the alternator and the output of the expander, and the appropriate operation state of the Rankine cycle may not be maintained.

そこで、本発明は、ランキンサイクルとレギュレータ付きのオルタネータとを含み、車両のエンジンの廃熱を電力として回収する車両用廃熱回収装置において、ランキンサイクルの適切な運転状態を維持することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to maintain an appropriate operating state of a Rankine cycle in a vehicle waste heat recovery apparatus that includes a Rankine cycle and an alternator with a regulator and recovers waste heat of a vehicle engine as electric power. To do.

本発明の一側面によると、車両に搭載されてエンジンの廃熱を電力として回収する車両用廃熱回収装置は、冷媒循環路に、冷媒を循環させる冷媒ポンプ、前記エンジンの廃熱によって前記冷媒を加熱して蒸発させる蒸発器、この蒸発器を経由した前記冷媒の膨張によって出力を発生する膨張機、及びこの膨張機を経由した前記冷媒を凝縮させる凝縮器が配設されて構成されたランキンサイクルと、前記膨張機の出力によって駆動されて発電し、発電した電力で前記車両の車載バッテリを充電するレギュレータ内蔵オルタネータと、前記エンジンの運転状態を示すエンジン状態情報及び前記車載バッテリの状態を示すバッテリ状態情報に基づいて前記ランキンサイクルの運転状態を制御する制御ユニットと、を含む。   According to one aspect of the present invention, a vehicle waste heat recovery device that is mounted on a vehicle and recovers engine waste heat as electric power includes a refrigerant pump that circulates a refrigerant in a refrigerant circulation path, and the refrigerant by the waste heat of the engine. Rankine comprising an evaporator that heats and evaporates, an expander that generates an output by expansion of the refrigerant via the evaporator, and a condenser that condenses the refrigerant via the expander A cycle, a regulator built-in alternator that is driven by the output of the expander to generate electric power, and charges the in-vehicle battery of the vehicle with the generated electric power, engine state information indicating an operating state of the engine, and a state of the in-vehicle battery And a control unit for controlling the operation state of the Rankine cycle based on the battery state information.

前記車両用廃熱回収装置において、制御ユニットは、エンジンの運転状態を示すエンジン状態情報及び車載バッテリの状態を示すバッテリ状態情報に基づいてランキンサイクルの運転状態を制御する。このため、ランキンサイクルの運転中に、レギュレータ付きのオルタネータの回転数−トルク特性と、前記膨張機の出力との不適合の発生等を抑制することができ、ランキンサイクルの適切な運転状態を維持できる。   In the vehicle waste heat recovery apparatus, the control unit controls the operation state of the Rankine cycle based on engine state information indicating the operation state of the engine and battery state information indicating the state of the in-vehicle battery. For this reason, during the operation of the Rankine cycle, it is possible to suppress the occurrence of incompatibility between the rotation speed-torque characteristics of the alternator with a regulator and the output of the expander, and the appropriate operation state of the Rankine cycle can be maintained. .

本発明の一実施形態による車両用廃熱回収装置の概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of a waste heat recovery device for vehicles by one embodiment of the present invention. 前記車両用廃熱回収装置を構成するレギュレータ付きのオルタネータの回転数−トルク特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the rotation speed-torque characteristic of the alternator with a regulator which comprises the said waste heat recovery apparatus for vehicles. 前記車両用廃熱回収装置を構成するランキンサイクルの膨張機の出力特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output characteristic of the expander of Rankine cycle which comprises the said waste heat recovery apparatus for vehicles. 前記オルタネータの回転数−トルク特性(図2(b))と、膨張機の出力特性(図3)とを重ねて表示した図である。It is the figure which displayed the rotation speed-torque characteristic (FIG.2 (b)) of the said alternator, and the output characteristic (FIG.3) of the expander overlaid. 前記車両用廃熱回収装置の制御ユニットが実行するエンジンの廃熱量Qwの演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of the waste heat amount Qw of the engine which the control unit of the said waste heat recovery apparatus for vehicles performs. 前記制御ユニットが実行するランキンサイクルの起動判定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the starting determination process of Rankine cycle which the said control unit performs. 前記制御ユニットが実行するランキンサイクルの起動制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows starting control of Rankine cycle which the said control unit performs. 前記制御ユニットが実行するランキンサイクルの運転状態の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows control of the driving | running state of Rankine cycle which the said control unit performs.

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による車両用廃熱回収装置1の概略構成を示している。この車両用廃熱回収装置1は、車両に搭載されて当該車両のエンジン10の廃熱を電力として回収する。車両廃熱回収装置1は、図1に示すように、ランキンサイクル2と、オルタネータ(発電機)3と、制御ユニット4と、を含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a vehicle waste heat recovery apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The vehicle waste heat recovery apparatus 1 is mounted on a vehicle and recovers waste heat of the engine 10 of the vehicle as electric power. As shown in FIG. 1, the vehicle waste heat recovery apparatus 1 includes a Rankine cycle 2, an alternator (generator) 3, and a control unit 4.

エンジン10は、水冷式エンジンであり、図示省略の冷却水ポンプにより冷却水流路11を循環するエンジン冷却水によって冷却される。本実施形態において、前記冷却水ポンプは、エンジン10によって駆動される機械式のポンプである。また、冷却水流路11には、後述するランキンサイクル2の蒸発器23が配置されており、エンジン10から熱を吸収した前記エンジン冷却水が蒸発器23内を流通するようになっている。   The engine 10 is a water-cooled engine, and is cooled by engine cooling water that circulates through the cooling water passage 11 by a cooling water pump (not shown). In the present embodiment, the cooling water pump is a mechanical pump driven by the engine 10. Further, the evaporator 23 of the Rankine cycle 2 to be described later is disposed in the cooling water flow path 11, and the engine cooling water that has absorbed heat from the engine 10 flows through the evaporator 23.

ランキンサイクル2は、エンジン10の廃熱を回収して動力に変換する。ランキンサイクル2は、冷媒が循環する冷媒循環路21を有しており、この冷媒循環路21に、冷媒ポンプ22、蒸発器(加熱器)23、膨張機24、及び凝縮器25がこの順に配設されている。また、ランキンサイクル2は、膨張機24を迂回して前記冷媒を流通させるバイパス路26と、バイパス路26を開閉するバイパス弁27と、凝縮器25に送風する送風ファン28とを有している。   Rankine cycle 2 collects waste heat of engine 10 and converts it into power. The Rankine cycle 2 has a refrigerant circulation path 21 through which a refrigerant circulates. A refrigerant pump 22, an evaporator (heater) 23, an expander 24, and a condenser 25 are arranged in this order in the refrigerant circulation path 21. It is installed. The Rankine cycle 2 includes a bypass passage 26 that bypasses the expander 24 and distributes the refrigerant, a bypass valve 27 that opens and closes the bypass passage 26, and a blower fan 28 that blows air to the condenser 25. .

冷媒ポンプ22は、電動式のポンプであり、例えば前記車両の車載バッテリ13からの電力によって作動して、冷媒循環路21内で冷媒を循環させる。蒸発器23は、エンジン10から熱を吸収した前記エンジン冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行わせることによって前記冷媒を加熱して過熱蒸気冷媒とする熱交換器である。なお、図示省略するが、前記エンジン冷却水に代えてエンジン10の排気と前記冷媒との間で熱交換を行わせるように蒸発器23を構成してもよい。   The refrigerant pump 22 is an electric pump and is operated by, for example, electric power from the vehicle-mounted battery 13 of the vehicle to circulate the refrigerant in the refrigerant circuit 21. The evaporator 23 is a heat exchanger that heats the refrigerant to form superheated vapor refrigerant by exchanging heat between the engine coolant that has absorbed heat from the engine 10 and the refrigerant. Although not shown, the evaporator 23 may be configured to exchange heat between the exhaust of the engine 10 and the refrigerant instead of the engine cooling water.

膨張機24は、例えばスクロール膨張機であり、蒸発器23を経由した前記冷媒(すなわち、過熱蒸気冷媒)の膨張によって出力を発生する流体機械である。凝縮器25は、膨張機24を経由した冷媒と外気との間で熱交換を行わせることによって前記冷媒を冷却して凝縮(液化)させる熱交換器である。   The expander 24 is, for example, a scroll expander, and is a fluid machine that generates an output by expansion of the refrigerant (that is, superheated vapor refrigerant) via the evaporator 23. The condenser 25 is a heat exchanger that cools and condenses (liquefies) the refrigerant by causing heat exchange between the refrigerant via the expander 24 and the outside air.

オルタネータ3は、膨張機24の出力軸に接続されており、膨張機24の出力によって駆動されて発電する。オルタネータ3は、例えば整流器を備えた三相交流発電機であり、交流電流として発電した電力を直流電流に変換して車載バッテリ13に供給し、車載バッテリ13を充電する。また、オルタネータ3は、レギュレータを内蔵しており、回転数によらず出力電圧がほぼ一定となるように制御される。本実施形態では、オルタネータ3として、自動車などで汎用されている車両用オルタネータを用いる。但し、これに限るものではなく、同様の機能を有するもの(すなわち、レギュレータ付きのオルタネータ)であればよい。   The alternator 3 is connected to the output shaft of the expander 24 and is driven by the output of the expander 24 to generate power. The alternator 3 is, for example, a three-phase alternating current generator including a rectifier, and converts the electric power generated as an alternating current into a direct current and supplies it to the in-vehicle battery 13 to charge the in-vehicle battery 13. The alternator 3 has a built-in regulator and is controlled so that the output voltage is substantially constant regardless of the rotational speed. In the present embodiment, a vehicular alternator that is widely used in automobiles or the like is used as the alternator 3. However, the present invention is not limited to this, and any one having the same function (that is, an alternator with a regulator) may be used.

車載バッテリ13は、膨張機24によって駆動されて発電するオルタネータ3(ランキン側オルタネータ)の他にも、エンジン10によって駆動されて発電するエンジン側オルタネータ15と電気的に接続されている。すなわち、車載バッテリ13には、オルタネータ(ランキン側オルタネータ)3の発電電力と、エンジン側オルタネータ15の発電電力とがそれぞれ供給されるようになっている。また、車載バッテリ13は、前記車両に搭載された各種の電気負荷17にも接続されている。各種の電気負荷17は、オルタネータ3,15の発電電力又は車載バッテリ13から供給される電力によって作動するように構成されている。本実施形態において、オルタネータ3(ランキン側オルタネータ)とエンジン側オルタネータ15とは基本的に同様の構成及び機能を有している。   The in-vehicle battery 13 is electrically connected to an engine-side alternator 15 that is driven by the engine 10 and generates electric power, in addition to the alternator 3 (Rankine-side alternator) that is driven by the expander 24 to generate electric power. That is, the in-vehicle battery 13 is supplied with the power generated by the alternator (Rankine side alternator) 3 and the power generated by the engine side alternator 15. The in-vehicle battery 13 is also connected to various electric loads 17 mounted on the vehicle. Various electric loads 17 are configured to be operated by the power generated by the alternators 3 and 15 or the power supplied from the in-vehicle battery 13. In the present embodiment, the alternator 3 (Rankine side alternator) and the engine side alternator 15 basically have the same configuration and function.

制御ユニット4には、各種センサの検出信号が入力され、制御ユニット4は、入力された各種センサの検出信号に基づいてランキンサイクル2の運転状態などを制御する。ここで、前記各種センサには、ランキンサイクル2の高圧側圧力PHを検出する第1圧力センサ51、ランキンサイクル2の低圧側圧力PLを検出する第2圧力センサ52、エンジン10の回転数(エンジン回転数)NEを検出するエンジン回転センサ53、蒸発器23に流入する前記エンジン冷却水の温度(冷却水温度)Twを検出する水温センサ54、車載バッテリ13の電圧(バッテリ電圧)Vbを検出する電圧センサ55、外気温Taを検出する外気温センサ56などが含まれる。   The control unit 4 receives detection signals from various sensors, and the control unit 4 controls the operation state of the Rankine cycle 2 based on the input detection signals from the various sensors. Here, the various sensors include a first pressure sensor 51 that detects the high-pressure side pressure PH of the Rankine cycle 2, a second pressure sensor 52 that detects the low-pressure side pressure PL of the Rankine cycle 2, and the rotational speed of the engine 10 (engine The engine speed sensor 53 for detecting the rotational speed (NE), the water temperature sensor 54 for detecting the temperature (cooling water temperature) Tw of the engine cooling water flowing into the evaporator 23, and the voltage (battery voltage) Vb of the in-vehicle battery 13 are detected. A voltage sensor 55, an outside air temperature sensor 56 for detecting the outside air temperature Ta, and the like are included.

ところで、既述したように、オルタネータ3(レギュレータ付きのオルタネータ)の回転数−トルク特性は、車載バッテリ13の状態(例えば、バッテリ電圧Vb)に応じて変化する。また、ランキンサイクル2の運転中における膨張機24の出力は、常に一定ではなく、エンジン1の運転状態などによって変化する。このため、単にランキンサイクル2を運転するだけでは、オルタネータ3の回転数−トルク特性と、膨張機24の出力との不適合などが生じて、ランキンサイクル2の適切な運転状態を維持できないおそれがある。この点について図2〜図4を参照して説明する。   Incidentally, as described above, the rotational speed-torque characteristic of the alternator 3 (alternator with a regulator) varies depending on the state of the in-vehicle battery 13 (for example, the battery voltage Vb). Further, the output of the expander 24 during the operation of the Rankine cycle 2 is not always constant, but varies depending on the operating state of the engine 1 and the like. For this reason, simply operating the Rankine cycle 2 may cause incompatibility between the rotational speed-torque characteristics of the alternator 3 and the output of the expander 24, and the appropriate operation state of the Rankine cycle 2 may not be maintained. . This point will be described with reference to FIGS.

図2は、オルタネータ3の回転数−トルク特性の一例を示す図である。図2(a)は、バッテリ電圧Vbが低い場合の回転数−トルク特性を示し、図2(b)は、バッテリ電圧Vbが中程度の場合を回転数−トルク特性を示し、図2(c)は、バッテリ電圧Vbが高い場合の回転数−トルク特性を示している。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the rotational speed-torque characteristic of the alternator 3. FIG. 2A shows the rotation speed-torque characteristic when the battery voltage Vb is low, and FIG. 2B shows the rotation speed-torque characteristic when the battery voltage Vb is medium. ) Shows the rotational speed-torque characteristics when the battery voltage Vb is high.

図2に示すように、オルタネータ3を駆動するために必要なトルク(以下「オルタネータ3の負荷トルク」という)は、発電が可能な最低回転数から所定回転数までは回転数の上昇に伴って上昇し、前記所定回転数を超えると回転数の上昇に伴って減少する。すなわち、オルタネータ3の負荷トルクは、回転数に対し、前記所定回転数までは右上がり直線で示され、前記所定回転数以降は右下がり曲線で示される。また、前記所定回転数及び前記所定回転数でのオルタネータ3の負荷トルクは、バッテリ電圧Vbに応じて変化する。具体的には、前記所定回転数及び前記所定回転数でのオルタネータ3の負荷トルクは、バッテリ電圧Vbが高いほど低くなる。なお、以下の説明では、前記所定回転数を「オルタネータ3の最大負荷回転数」といい、前記所定回転数でのオルタネータ3の負荷トルク、すなわち、オルタネータ3の負荷トルクの最大値を「オルタネータ3の最大負荷トルク」という。   As shown in FIG. 2, the torque required to drive the alternator 3 (hereinafter referred to as “load torque of the alternator 3”) increases from the lowest number of revolutions capable of generating power to a predetermined number of revolutions as the number of revolutions increases. When the rotation speed exceeds the predetermined rotation speed, it decreases as the rotation speed increases. That is, the load torque of the alternator 3 is indicated by a straight line rising to the predetermined rotational speed with respect to the rotational speed, and is indicated by a downward-sloping curve after the predetermined rotational speed. Further, the predetermined rotational speed and the load torque of the alternator 3 at the predetermined rotational speed vary according to the battery voltage Vb. Specifically, the load torque of the alternator 3 at the predetermined rotation speed and the predetermined rotation speed decreases as the battery voltage Vb increases. In the following description, the predetermined rotational speed is referred to as “the maximum load rotational speed of the alternator 3”, and the load torque of the alternator 3 at the predetermined rotational speed, that is, the maximum value of the load torque of the alternator 3 is expressed as “alternator 3. The maximum load torque.

図3は、膨張機24の出力特性の一例を示す図である。
ランキンサイクル2を一定条件(例えば、冷媒ポンプ22の回転数を一定)で運転した場合であっても、膨張機24の出力は、エンジン10の運転状態などによって変動する。例えば、図3に示すように、エンジン10の廃熱量Qwが変化してランキンサイクル2の熱回収量Qrに変化すると、これに伴って膨張機24の出力も変化する。具体的には、ランキンサイクル2の熱回収量Qrが多いほど膨張機24の出力は高くなる。また、膨張機24の出力は、いわゆる定出力特性となるので、膨張機24が発生するトルク(駆動トルク)は、回転数の上昇に伴って減少する(回転数に反比例する)。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of output characteristics of the expander 24.
Even when Rankine cycle 2 is operated under constant conditions (for example, the rotational speed of refrigerant pump 22 is constant), the output of expander 24 varies depending on the operating state of engine 10 and the like. For example, as shown in FIG. 3, when the amount of waste heat Qw of the engine 10 changes and changes to the heat recovery amount Qr of the Rankine cycle 2, the output of the expander 24 also changes accordingly. Specifically, the output of the expander 24 increases as the heat recovery amount Qr of the Rankine cycle 2 increases. Further, since the output of the expander 24 has a so-called constant output characteristic, the torque (drive torque) generated by the expander 24 decreases as the rotational speed increases (inversely proportional to the rotational speed).

図4は、バッテリ電圧Vbが中程度の場合のオルタネータ3の回転数−トルク特性(図2(b))と、膨張機24の出力特性(図3)とを重ねて表示した図である。
オルタネータ3は、膨張機24によって駆動される。このため、オルタネータ3及び膨張機24は、オルタネータ3の回転数−トルク特性線と、膨張機24の出力特性線との交点で動作することになる。したがって、例えば、ランキンサイクル2の運転中に、膨張機24の出力が「WA」から「WB(<WA)」に変化すると、オルタネータ3及び膨張機24の動作点は、図4中のA点からB点に移動する。この場合、膨張機24の回転数が「NexA」から「NexB」へと大きく変化(減少)する。膨張機24の回転数が大きく変化すると、膨張機24前後の圧力差(ランキンサイクル2における高低圧差)が急激に変化してしまい、ランキンサイクル2の運転に支障をきたす。すなわち、ランキンサイクル2の適切な(安定した)運転状態を維持できない。
FIG. 4 is a diagram in which the rotational speed-torque characteristics (FIG. 2B) of the alternator 3 and the output characteristics of the expander 24 (FIG. 3) are displayed in a superimposed manner when the battery voltage Vb is medium.
The alternator 3 is driven by the expander 24. For this reason, the alternator 3 and the expander 24 operate at the intersection of the rotation speed-torque characteristic line of the alternator 3 and the output characteristic line of the expander 24. Therefore, for example, when the output of the expander 24 changes from “WA” to “WB (<WA)” during the operation of the Rankine cycle 2, the operating points of the alternator 3 and the expander 24 are the points A in FIG. To point B. In this case, the rotation speed of the expander 24 is greatly changed (decreased) from “NexA” to “NexB”. When the rotational speed of the expander 24 changes greatly, the pressure difference before and after the expander 24 (high and low pressure difference in the Rankine cycle 2) changes abruptly, which hinders the operation of the Rankine cycle 2. That is, the appropriate (stable) operating state of Rankine cycle 2 cannot be maintained.

一方、膨張機24の出力が「WB」から「WC(<WB)」に変化した場合には、オルタネータ3及び膨張機24の動作点は、図4中のB点からC点に移動する。この場合、膨張機24の回転数が「NexB」から「NexC」に変化(減少)するが、その変化(減少)幅は、膨張機24の出力が「WA」から「WB」に変化した場合に比べて小さい。このため、ランキンサイクル2の運転に支障をきたすおそれはほとんどない。すなわち、ランキンサイクル2の適切な運転状態を維持することができる。   On the other hand, when the output of the expander 24 changes from “WB” to “WC (<WB)”, the operating point of the alternator 3 and the expander 24 moves from point B to point C in FIG. In this case, the rotation speed of the expander 24 changes (decreases) from “NexB” to “NexC”, but the change (decrease) width is when the output of the expander 24 changes from “WA” to “WB”. Smaller than For this reason, there is almost no possibility that the operation of Rankine cycle 2 will be hindered. That is, an appropriate operation state of the Rankine cycle 2 can be maintained.

なお、以上のことは、膨張機24の出力が増加した場合も同様である。また、バッテリ電圧Vbが中程度の場合(図2(b))だけではなく、バッテリ電圧Vbが高い場合(図2(a))やバッテリ電圧Vbが低い場合(図2(c))についても同様である。   The above is the same when the output of the expander 24 is increased. Further, not only when the battery voltage Vb is medium (FIG. 2B), but also when the battery voltage Vb is high (FIG. 2A) or when the battery voltage Vb is low (FIG. 2C). It is the same.

そこで、本実施形態において、制御ユニット4は、膨張機24の出力が変化した場合であってもその影響が小さくてすむようにランキンサイクル2の運転状態を制御する。具体的には、制御ユニット4は、膨張機24の出力が車載バッテリ13の状態を示すバッテリ電圧Vbに応じて設定される出力上限値を超えない範囲内でランキンサイクル2を運転させる。さらに言えば、制御ユニット4は、膨張機24の出力特性線が車載バッテリ13の各状態におけるオルタネータ3の回転数−トルク特性線の右上がり直線部分に交差する状態でランキンサイクル2を運転させる。これにより、ランキンサイクル2の運転中、膨張機24は、車載バッテリ13の各状態において、オルタネータ3の最大負荷回転数よりも低い回転数で動作することになる。   Therefore, in the present embodiment, the control unit 4 controls the operating state of the Rankine cycle 2 so that the influence is small even when the output of the expander 24 changes. Specifically, the control unit 4 operates the Rankine cycle 2 within a range in which the output of the expander 24 does not exceed the output upper limit value set according to the battery voltage Vb indicating the state of the in-vehicle battery 13. In other words, the control unit 4 operates the Rankine cycle 2 in a state where the output characteristic line of the expander 24 intersects the straight line portion of the alternator 3 in each state of the in-vehicle battery 13 that rises to the right. Thereby, during the operation of the Rankine cycle 2, the expander 24 operates at a rotational speed lower than the maximum load rotational speed of the alternator 3 in each state of the in-vehicle battery 13.

以下、制御ユニット4が実行する各種処理について説明する。
図5は、エンジン10の廃熱量Qwの演算処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン10の起動と共に開始され、エンジン10の運転中、所定の周期で繰り返し実行される。
Hereinafter, various processes executed by the control unit 4 will be described.
FIG. 5 is a flowchart showing a calculation process of the amount of waste heat Qw of the engine 10. This flowchart is started when the engine 10 is started, and is repeatedly executed at a predetermined cycle while the engine 10 is operating.

ステップS1では、エンジン10の回転数(エンジン回転数)NEを読込む。
ステップS2では、読込まれたエンジン回転数Neに基づいて前記エンジン冷却水の流量(冷却水流量)qを算出する。例えば、制御ユニット4は、エンジン回転数Neと冷却水流量qとが対応付けられた冷却水流量マップ(図示省略)を参照して冷却水流量qを算出する。
In step S1, the engine speed NE (engine speed) NE is read.
In step S2, the flow rate (cooling water flow rate) q of the engine cooling water is calculated based on the read engine speed Ne. For example, the control unit 4 calculates the cooling water flow rate q with reference to a cooling water flow rate map (not shown) in which the engine speed Ne and the cooling water flow rate q are associated with each other.

ステップS3では、前記エンジン冷却水の温度(冷却水温度)Twを読込む。
ステップS4では、算出された冷却水流量q及び読込まれた冷却水温度Twに基づいてエンジン10の廃熱量Qwを算出する。例えば、制御ユニット4は、冷却水温度Tw及び冷却水流量qと、エンジン10の廃熱量Qwとが対応付けられた廃熱量マップ(図示省略)を参照してエンジン10の廃熱量Qwを算出する。
In step S3, the engine cooling water temperature (cooling water temperature) Tw is read.
In step S4, the amount of waste heat Qw of the engine 10 is calculated based on the calculated cooling water flow rate q and the read cooling water temperature Tw. For example, the control unit 4 calculates the waste heat amount Qw of the engine 10 with reference to a waste heat amount map (not shown) in which the coolant temperature Tw and the coolant flow rate q are associated with the waste heat amount Qw of the engine 10. .

図6は、ランキンサイクル2の起動判定処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、ランキンサイクル2の停止中、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップS11では、エンジン10の廃熱量Qwを読込む。
ステップS12では、読込まれたエンジン10の廃熱量Qwが廃熱量閾値Qth以上であるか否かを判定する。エンジン10の廃熱量Qw≧廃熱量閾値QthであればステップS13に進む。一方、エンジン10の廃熱量Qw<廃熱量閾値Qthであれば本フローを終了する。この場合、ランキンサイクル2は起動されない。エンジン10の廃熱量Qw<廃熱量閾値Qthの場合は、ランキンサイクル2を運転したとしても十分な膨張機24の出力を得られず、却ってエンジン10の負荷になるおそれがあるからである。
FIG. 6 is a flowchart showing start-up determination processing in Rankine cycle 2. This flowchart is repeatedly executed at a predetermined cycle while the Rankine cycle 2 is stopped.
In step S11, the amount of waste heat Qw of the engine 10 is read.
In step S12, it is determined whether or not the read waste heat amount Qw of the engine 10 is equal to or greater than the waste heat amount threshold Qth. If the amount of waste heat Qw of the engine 10 is greater than or equal to the waste heat amount threshold value Qth, the process proceeds to step S13. On the other hand, if the waste heat amount Qw of the engine 10 is less than the waste heat amount threshold value Qth, this flow is terminated. In this case, Rankine cycle 2 is not activated. This is because when the waste heat amount Qw of the engine 10 is less than the waste heat amount threshold value Qth, even if the Rankine cycle 2 is operated, a sufficient output of the expander 24 cannot be obtained and the engine 10 may become a load on the contrary.

ステップS13では、バッテリ電圧Vbを読込む。
ステップS14では、読込まれたバッテリ電圧Vbに基づいてオルタネータ3の最大負荷トルク及び最大負荷回転数を求める。例えば、制御ユニット4は、バッテリ電圧Vbと、オルタネータ3の最大負荷トルク及び最大負荷回転数とが対応付けられたオルタネータ特性マップを参照してオルタネータ3の最大負荷トルク及び最大負荷回転数を求める。
In step S13, the battery voltage Vb is read.
In step S14, the maximum load torque and the maximum load rotation speed of the alternator 3 are obtained based on the read battery voltage Vb. For example, the control unit 4 obtains the maximum load torque and the maximum load rotational speed of the alternator 3 with reference to an alternator characteristic map in which the battery voltage Vb is associated with the maximum load torque and the maximum load rotational speed of the alternator 3.

ステップS15では、オルタネータ3の最大負荷トルク及び最大負荷回転数に基づいて膨張機24の出力上限値を算出(設定)する。なお、膨張機24の出力上限値は、バッテリ電圧Vbが高いほど小さい値に算出(設定)される。
ステップS16では、算出(設定)された膨張機24の出力上限値と、あらかじめ記憶された、ランキンサイクル2運転時における膨張機24の出力最小値とを比較する。膨張機24の出力上限値≧膨張機24の出力最小値であればステップS17に進んでランキンサイクル2の起動を許可する。一方、膨張機24の出力上限値<膨張機24の出力最小値であれば本フローを終了する。この場合、ランキンサイクル2は起動されない。膨張機24の出力変動などによってランキンサイクル2の適切な運転状態を維持できなくなるおそれがあるからである。
In step S15, the output upper limit value of the expander 24 is calculated (set) based on the maximum load torque and the maximum load rotation speed of the alternator 3. The output upper limit value of the expander 24 is calculated (set) to a smaller value as the battery voltage Vb is higher.
In step S16, the calculated (set) output upper limit value of the expander 24 is compared with the previously stored minimum output value of the expander 24 during the Rankine cycle 2 operation. If the output upper limit value of the expander 24 is equal to or greater than the output minimum value of the expander 24, the process proceeds to step S17 and the start of the Rankine cycle 2 is permitted. On the other hand, if the output upper limit value of the expander 24 is smaller than the output minimum value of the expander 24, this flow ends. In this case, Rankine cycle 2 is not activated. This is because an appropriate operating state of the Rankine cycle 2 may not be maintained due to output fluctuation of the expander 24 or the like.

図7は、ランキンサイクル2の起動制御を示すフローチャートである。このフローチャートは、図6のステップS17でランキンサイクル2の起動が許可されると開始される。   FIG. 7 is a flowchart showing the start-up control of Rankine cycle 2. This flowchart is started when the Rankine cycle 2 is permitted to start in step S17 of FIG.

ステップS21では、バイパス弁27を開く。
ステップS22では、冷媒ポンプ22及び送風ファン28を作動させる。例えば、制御ユニット4は、冷媒ポンプ22をあらかじめ設定された所定回転数(例えば、起動時回転数)で作動させ、送風ファン28を外気温Taに応じて設定される回転数で作動させることができる。
In step S21, the bypass valve 27 is opened.
In step S22, the refrigerant pump 22 and the blower fan 28 are operated. For example, the control unit 4 operates the refrigerant pump 22 at a predetermined rotation speed (for example, rotation speed at startup) set in advance, and operates the blower fan 28 at a rotation speed set according to the outside air temperature Ta. it can.

ステップS23では、ランキンサイクル2の高圧側圧力PH及び低圧側圧力PLを読込む。
ステップS24では、読込まれた高圧側圧力PH及び低圧側圧力PLに基づいてランキンサイクル2の高低圧差ΔP(=PH−PL)を算出する。
In step S23, the high pressure side pressure PH and low pressure side pressure PL of Rankine cycle 2 are read.
In step S24, the high / low pressure difference ΔP (= PH−PL) of Rankine cycle 2 is calculated based on the read high pressure side pressure PH and low pressure side pressure PL.

ステップS25では、算出された高低圧差ΔPと起動判定用の圧力閾値Pthとを比較する。高低圧差ΔP≧圧力閾値PthであればステップS26に進み、高低圧差ΔP<圧力閾値PthであればステップS27に進む。   In step S25, the calculated high / low pressure difference ΔP is compared with the pressure threshold value Pth for starting determination. If the high / low pressure difference ΔP ≧ the pressure threshold Pth, the process proceeds to step S26, and if the high / low pressure difference ΔP <the pressure threshold Pth, the process proceeds to step S27.

ステップS26では、バイパス弁27を閉じる。これにより、膨張機24が出力を発生し得る状態となり、ランキンサイクル2の起動が完了する。
ステップS27では、冷媒ポンプ22を作動させてから所定時間が経過したか否かを判定する。前記所定時間が経過していなければステップS23に戻り、前記所定時間が経過していればステップS28に進んで冷媒ポンプ22及び送風ファン28を停止する。この場合、ランキンサイクル2は起動(運転)されない。ランキンサイクル2に異常(故障)が発生しているおそれがあるからである。
In step S26, the bypass valve 27 is closed. As a result, the expander 24 can generate an output, and the start-up of the Rankine cycle 2 is completed.
In step S27, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the refrigerant pump 22 was operated. If the predetermined time has not elapsed, the process returns to step S23. If the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S28, and the refrigerant pump 22 and the blower fan 28 are stopped. In this case, Rankine cycle 2 is not started (operated). This is because there is a possibility that an abnormality (failure) has occurred in the Rankine cycle 2.

図8は、ランキンサイクル2の運転状態の制御を示すフローチャートである。このフローチャートは、ランキンサイクル2の運転中、所定の周期で繰り返し実行される。   FIG. 8 is a flowchart showing the control of the operating state of Rankine cycle 2. This flowchart is repeatedly executed at a predetermined cycle during the operation of the Rankine cycle 2.

ステップS31では、エンジン10が停止したか否かを判定する。エンジン10が停止していればステップS32に進んでランキンサイクル2の運転を停止する(冷媒ポンプ22を停止させる)。一方、エンジン10が停止していなければステップS33に進む。   In step S31, it is determined whether the engine 10 has stopped. If engine 10 has stopped, it will progress to Step S32 and will stop operation of Rankine cycle 2 (stops refrigerant pump 22). On the other hand, if the engine 10 is not stopped, the process proceeds to step S33.

ステップS33では、バッテリ電圧Vbを読込む。
ステップS34では、図6のステップS14と同様、読込まれたバッテリ電圧Vbに基づいてオルタネータ3の最大負荷トルク及び最大負荷回転数を求める。
ステップS35では、図6のステップS15と同様、オルタネータ3の最大負荷トルク及び最大負荷回転数に基づいて膨張機24の出力上限値を算出(設定)する。
In step S33, the battery voltage Vb is read.
In step S34, as in step S14 of FIG. 6, the maximum load torque and the maximum load rotational speed of the alternator 3 are obtained based on the read battery voltage Vb.
In step S35, the output upper limit value of the expander 24 is calculated (set) based on the maximum load torque and the maximum load rotational speed of the alternator 3 as in step S15 of FIG.

ステップS36では、エンジン10の廃熱量Qwを読込む。
ステップS37では、読込まれたエンジン10の廃熱量Qw及び冷媒ポンプ22の現在の回転数(ポンプ回転数)Npに基づいて膨張機24の現在の出力を算出する。膨張機24の出力は、ランキンサイクル2の熱回収量Qrに依存し、ランキンサイクル2の熱回収量Qrは、エンジン10の廃熱量Qw及びポンプ回転数Npに依存する。したがって、制御ユニット4は、例えば、エンジン10の廃熱量Qw、冷媒ポンプ22の回転数、及び膨張機24の出力が対応付けられた膨張機出力マップ(図示省略)を参照して膨張機24の現在出力を算出する。
In step S36, the amount of waste heat Qw of the engine 10 is read.
In step S37, the current output of the expander 24 is calculated based on the read waste heat amount Qw of the engine 10 and the current rotational speed (pump rotational speed) Np of the refrigerant pump 22. The output of the expander 24 depends on the heat recovery amount Qr of the Rankine cycle 2, and the heat recovery amount Qr of the Rankine cycle 2 depends on the waste heat amount Qw of the engine 10 and the pump rotational speed Np. Therefore, the control unit 4 refers to the expander output map (not shown) in which the waste heat amount Qw of the engine 10, the rotation speed of the refrigerant pump 22, and the output of the expander 24 are associated with each other, for example. Calculate the current output.

ステップS38では、ステップS35で算出(設定)された膨張機24の出力上限値と、ステップS37で算出された膨張機24の現在の出力とを比較する。そして、膨張機24の現在の出力>膨張機24の出力上限値であればステップS32に進んでランキンサイクル2の運転を停止する。一方、膨張機24の現在の出力≦膨張機24の出力上限値であればステップS39に進む。   In step S38, the output upper limit value of the expander 24 calculated (set) in step S35 is compared with the current output of the expander 24 calculated in step S37. If the current output of the expander 24> the output upper limit value of the expander 24, the process proceeds to step S32, and the operation of the Rankine cycle 2 is stopped. On the other hand, if the current output of the expander 24 ≦ the output upper limit value of the expander 24, the process proceeds to step S39.

ステップS39では、膨張機24の目標出力(<出力上限値)を設定する。制御ユニット4は、バッテリ電圧Vbの変動分などを考慮して膨張機24の目標出力を設定する。例えば、制御ユニット24は、ステップS33で読込まれたバッテリ電圧Vbから車両走行時におけるバッテリ電圧Vbの変動幅ΔVbを引いた値(Vb−ΔVb)に基づいてオルタネータ3の最大負荷トルク及び最大負荷回転数を求め、この求めたオルタネータ3の最大負荷トルク及び最大負荷回転数に基づいて膨張機24の目標出力を算出する。ここで、車両走行時におけるバッテリ電圧Vbの変動幅ΔVbは、前記車両におけるエアコン等の補機類の使用によって生じ得るバッテリ電圧Vbの変動分を含み、前記車両ごとに予め測定されたものである。但し、これに限るものではなく、制御ユニット4は、より簡易に、ステップS35で算出(設定)された膨張機24の出力上限値の80〜90%程度の値を前記目標出力に設定することができる。   In step S39, a target output (<output upper limit value) of the expander 24 is set. The control unit 4 sets the target output of the expander 24 in consideration of the fluctuation amount of the battery voltage Vb. For example, the control unit 24 determines the maximum load torque and the maximum load rotation of the alternator 3 based on the value (Vb−ΔVb) obtained by subtracting the fluctuation range ΔVb of the battery voltage Vb when the vehicle travels from the battery voltage Vb read in step S33. The target output of the expander 24 is calculated based on the calculated maximum load torque and maximum load rotation speed of the alternator 3. Here, the fluctuation range ΔVb of the battery voltage Vb when the vehicle travels includes a fluctuation amount of the battery voltage Vb that may be caused by the use of auxiliary equipment such as an air conditioner in the vehicle, and is measured in advance for each vehicle. . However, the present invention is not limited to this, and the control unit 4 more easily sets a value of about 80 to 90% of the output upper limit value of the expander 24 calculated (set) in step S35 as the target output. Can do.

ステップS40では、膨張機24の現在の出力を前記目標出力に近づける。制御ユニット4は、例えば、前記目標出力と膨張機24の現在の出力との差に応じて冷媒ポンプ22の回転数(ポンプ回転数Np)を制御(増減)することによって、膨張機24の現在の出力を前記目標出力に近づける。ポンプ回転数Npを変更すると、ランキンサイクル2の熱回収量Qrひいては膨張機24の出力が変化するからである。   In step S40, the current output of the expander 24 is brought close to the target output. For example, the control unit 4 controls (increases / decreases) the rotational speed (pump rotational speed Np) of the refrigerant pump 22 in accordance with the difference between the target output and the current output of the expander 24, thereby causing the current of the expander 24 to be increased. Is brought close to the target output. This is because if the pump speed Np is changed, the heat recovery amount Qr of Rankine cycle 2 and, in turn, the output of the expander 24 change.

本実施形態において、エンジン10の廃熱量Qw、エンジン回転数Ne、冷却水温度Twなどが本発明の「エンジン状態情報」に相当し、バッテリ電圧Vbが本発明の「バッテリ状態情報」に相当する。   In the present embodiment, the amount of waste heat Qw, the engine speed Ne, the cooling water temperature Tw, etc. of the engine 10 correspond to “engine state information” of the present invention, and the battery voltage Vb corresponds to “battery state information” of the present invention. .

本実施形態によると、制御ユニット4は、エンジン10の運転状態を示すエンジン状態情報及び車載バッテリ13の状態を示すバッテリ状態情報に基づいてランキンサイクル2の運転状態を制御する。具体的には、制御ユニット4は、膨張機24の出力がバッテリ電圧Vbに応じて設定される出力上限値を超えない範囲内でランキンサイクル2を運転させる。このため、ランキンサイクル2の運転中、エンジン10の運転状態などによって膨張機24の出力が変動した場合であっても、膨張機24の出力によってオルタネータ3を確実に駆動しつつ、膨張機24の回転数の急激な変動を抑制することができる。これにより、ランキンサイクル2の適切な運転状態が維持される。   According to the present embodiment, the control unit 4 controls the operation state of the Rankine cycle 2 based on the engine state information indicating the operation state of the engine 10 and the battery state information indicating the state of the in-vehicle battery 13. Specifically, the control unit 4 operates the Rankine cycle 2 within a range where the output of the expander 24 does not exceed the output upper limit value set according to the battery voltage Vb. For this reason, even if the output of the expander 24 fluctuates during the operation of the Rankine cycle 2 due to the operating state of the engine 10, the output of the expander 24 is reliably driven by the output of the expander 24. Rapid fluctuations in the rotational speed can be suppressed. Thereby, the suitable driving | running state of Rankine cycle 2 is maintained.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらなる変形や変更が可能であることはもちろんである。以下のいくつか例示しておく。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a further deformation | transformation and change are possible based on the technical idea of this invention. . Some examples are given below.

上述の実施形態において、制御ユニット4は、前記出力上限値よりも小さい膨張機24の目標出力を設定し、膨張機24の出力が前記目標出力に近づくように、冷媒ポンプ22の回転数(ポンプ回転数)Npを制御している。より具体的には、制御ユニット4は、図8のステップS40において、前記目標出力と膨張機24の現在の出力との差(出力差)に応じてポンプ回転数Npを制御(増減)することで、膨張機24の出力を前記目標出力に近づけるようにしている。しかし、これに限るものではない。制御ユニット4は、ポンプ回転数Npを制御することに代えて又は加えて、送風ファン28の回転数(ファン回転数)Nfを制御するようにしてもよい。ファン回転数Nfを変更すると凝縮器25の凝縮能力が変化して膨張機24の出力も変化するからである。この場合において、制御ユニット4は、ポンプ回転数Npと同様に、前記目標出力と膨張機24の現在の出力との差(出力差)に応じてファン回転数Nfを増減することができる。   In the above-described embodiment, the control unit 4 sets a target output of the expander 24 that is smaller than the output upper limit value, and the rotation speed (pump of the refrigerant pump 22) so that the output of the expander 24 approaches the target output. Rotational speed) Np is controlled. More specifically, the control unit 4 controls (increases / decreases) the pump rotational speed Np according to the difference (output difference) between the target output and the current output of the expander 24 in step S40 of FIG. Thus, the output of the expander 24 is brought close to the target output. However, it is not limited to this. The control unit 4 may control the rotational speed (fan rotational speed) Nf of the blower fan 28 instead of or in addition to controlling the pump rotational speed Np. This is because changing the fan speed Nf changes the condensing capacity of the condenser 25 and also changes the output of the expander 24. In this case, the control unit 4 can increase or decrease the fan rotation speed Nf according to the difference (output difference) between the target output and the current output of the expander 24, similarly to the pump rotation speed Np.

また、制御ユニット4は、図8のステップS40において、ポンプ回転数Npを制御(増減)することに代えて又は加えて、バイパス弁27の開度を制御してもよい。バイパス弁27を開くことにより、その開度に応じた量の前記冷媒が膨張機24を通過しなくなるため、膨張機24の出力が低下するからである。この場合において、制御ユニット4は、前記目標出力と膨張機24の現在の出力との差(出力差)に応じてバイパス弁27の開度を制御することができる。   Further, the control unit 4 may control the opening degree of the bypass valve 27 instead of or in addition to controlling (increasing or decreasing) the pump rotational speed Np in step S40 of FIG. This is because by opening the bypass valve 27, the amount of the refrigerant corresponding to the opening degree does not pass through the expander 24, and the output of the expander 24 decreases. In this case, the control unit 4 can control the opening degree of the bypass valve 27 according to the difference (output difference) between the target output and the current output of the expander 24.

もちろん、制御ユニット4は、ポンプ回転数Npの制御、ファン回転数Nfの制御、及びバイパス弁27の開度の制御を適宜組み合わせて実施することで膨張機24の出力を前記目標出力に近づけるようにしてもよい。   Of course, the control unit 4 performs the control of the pump speed Np, the control of the fan speed Nf, and the control of the opening degree of the bypass valve 27 in an appropriate combination so as to bring the output of the expander 24 closer to the target output. It may be.

さらに、上述の実施形態において、制御ユニット4は、図8のステップS38で膨張機24の現在の出力>膨張機24の出力上限値である場合には、ランキンサイクル2の運転を停止させている(ステップS32)。しかし、例えば、膨張機24の現在の出力−膨張機24の出力上限値が所定値以下である場合に、膨張機24の出力低減処理を行うようにしてもよい。この場合、制御ユニット4は、例えば、ポンプ回転数Npを減少させ、ファン回転数Nfを減少させ、及び/又は、バイパス弁27の開度を増加させることにより、膨張機24の現在の出力を前記出力上限値以下とする。   Further, in the above-described embodiment, the control unit 4 stops the operation of the Rankine cycle 2 when the current output of the expander 24> the output upper limit value of the expander 24 in step S38 of FIG. (Step S32). However, for example, when the current output of the expander 24-the output upper limit value of the expander 24 is equal to or less than a predetermined value, the output reduction process of the expander 24 may be performed. In this case, the control unit 4 reduces the current output of the expander 24 by, for example, decreasing the pump rotational speed Np, decreasing the fan rotational speed Nf, and / or increasing the opening of the bypass valve 27. The output upper limit value is set.

さらにまた、上述の実施形態において、車載バッテリ13の状態を示す情報としてバッテリ電圧Vbを用いているが、これに代えて、車載バッテリ13の充電状態を示すSOC(State of Charge)値を用いてもよい。   Furthermore, in the above-described embodiment, the battery voltage Vb is used as information indicating the state of the in-vehicle battery 13, but instead of this, an SOC (State of Charge) value indicating the state of charge of the in-vehicle battery 13 is used. Also good.

1…車両用廃熱回収装置、2…ランキンサイクル、3…オルタネータ、4…制御ユニット、10…エンジン、11…冷却水流路、13…車載バッテリ、15…エンジン側オルタネータ、17…電気負荷、21…冷媒循環路、22…冷媒ポンプ、23…蒸発器、24…膨張機、25…凝縮器、26…バイパス路、27…バイパス弁、28…送風ファン、51…第1圧力センサ、52…第2圧力センサ、53…エンジン回転センサ、54…水温センサ、55…電圧センサ、56…外気温センサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Waste heat recovery apparatus for vehicles, 2 ... Rankine cycle, 3 ... Alternator, 4 ... Control unit, 10 ... Engine, 11 ... Cooling water flow path, 13 ... In-vehicle battery, 15 ... Engine side alternator, 17 ... Electric load, 21 Refrigerant circuit, 22 ... Refrigerant pump, 23 ... Evaporator, 24 ... Expander, 25 ... Condenser, 26 ... Bypass passage, 27 ... Bypass valve, 28 ... Blower fan, 51 ... First pressure sensor, 52 ... First 2 pressure sensor, 53 ... engine rotation sensor, 54 ... water temperature sensor, 55 ... voltage sensor, 56 ... outside air temperature sensor

Claims (8)

車両に搭載され、エンジンの廃熱を電力として回収する車両用廃熱回収装置であって、
冷媒循環路に、冷媒を循環させる冷媒ポンプ、前記エンジンの廃熱によって前記冷媒を加熱して蒸発させる蒸発器、この蒸発器を経由した前記冷媒の膨張によって出力を発生する膨張機、及びこの膨張機を経由した前記冷媒を凝縮させる凝縮器が配設されて構成されたランキンサイクルと、
前記膨張機の出力によって駆動されて発電し、発電した電力で前記車両の車載バッテリを充電するレギュレータ付きのオルタネータと、
前記エンジンの運転状態を示すエンジン状態情報及び前記車載バッテリの状態を示すバッテリ状態情報に基づいて前記ランキンサイクルの運転状態を制御する制御ユニットと、
を含む、車両用廃熱回収装置。
A vehicle waste heat recovery device mounted on a vehicle and recovering engine waste heat as electric power,
A refrigerant pump that circulates the refrigerant in the refrigerant circulation path, an evaporator that heats and evaporates the refrigerant by waste heat of the engine, an expander that generates an output by expansion of the refrigerant via the evaporator, and the expansion A Rankine cycle configured to be provided with a condenser for condensing the refrigerant via a machine;
An alternator with a regulator that is driven by the output of the expander to generate power, and that charges the in-vehicle battery of the vehicle with the generated power;
A control unit for controlling the operating state of the Rankine cycle based on engine state information indicating the operating state of the engine and battery state information indicating the state of the in-vehicle battery;
Waste heat recovery device for vehicles including
前記制御ユニットは、前記車載バッテリの各状態において、前記オルタネータを駆動するための負荷トルクが最大となる最大負荷回転数よりも低い回転数で前記膨張機が動作するように、前記ランキンサイクルの運転状態を制御する、請求項1に記載の車両用廃熱回収装置。   The control unit operates the Rankine cycle so that the expander operates at a rotational speed lower than a maximum load rotational speed at which a load torque for driving the alternator is maximized in each state of the in-vehicle battery. The vehicle waste heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the state is controlled. 前記制御ユニットは、前記膨張機の出力が前記バッテリ状態情報に応じて設定される出力上限値を超えない範囲内で前記ランキンサイクルを運転させる、請求項1又は2に記載の車両用廃熱回収装置。   3. The vehicle waste heat recovery according to claim 1, wherein the control unit operates the Rankine cycle within a range in which an output of the expander does not exceed an output upper limit value set according to the battery state information. apparatus. 前記出力上限値は、前記車載バッテリのバッテリ電圧が高いほど小さい値に設定される、請求項3に記載の車両用廃熱回収装置。   The waste heat recovery apparatus for a vehicle according to claim 3, wherein the output upper limit value is set to a smaller value as a battery voltage of the in-vehicle battery is higher. 前記出力上限値は、前記車載バッテリの状態に応じて変化する前記オルタネータの回転数−トルク特性に基づいて設定される、請求項3又は4に記載の車両用廃熱回収装置。   The waste heat recovery apparatus for a vehicle according to claim 3 or 4, wherein the output upper limit value is set based on a rotation speed-torque characteristic of the alternator that changes according to a state of the in-vehicle battery. 前記制御ユニットは、前記出力上限値よりも小さい前記膨張機の目標出力を設定し、前記膨張機の出力が前記目標出力に近づくように前記冷媒ポンプの回転数を制御する、請求項3〜5のいずれか一つに記載の車両用廃熱回収装置。   The said control unit sets the target output of the said expander smaller than the said output upper limit, and controls the rotation speed of the said refrigerant | coolant pump so that the output of the said expander may approach the said target output. The waste heat recovery apparatus for vehicles as described in any one of these. 前記ランキンサイクルは、前記凝縮器に送風する送風ファンを備え、
前記制御ユニットは、前記出力上限値よりも小さい前記膨張機の目標出力を設定し、前記膨張機の出力が前記目標出力に近づくように前記送風ファンの回転数を制御する、請求項3〜6のいずれか一つに記載の車両用廃熱回収装置。
The Rankine cycle includes a blower fan that blows air to the condenser,
The said control unit sets the target output of the said expander smaller than the said output upper limit, and controls the rotation speed of the said ventilation fan so that the output of the said expander may approach the said target output. The waste heat recovery apparatus for vehicles as described in any one of these.
前記ランキンサイクルは、
前記膨張機を迂回して前記冷媒を流通させるバイパス流路と、
前記バイパス流路を開閉するバイパス弁と、
を備え、
前記制御ユニットは、前記出力上限値よりも小さい前記膨張機の目標出力を設定し、前記膨張機の出力が前記目標出力に近づくように前記バイパス弁の開度を制御する、請求項3〜7のいずれか一つに記載の車両用廃熱回収装置。
The Rankine cycle is
A bypass flow path for circulating the refrigerant around the expander;
A bypass valve for opening and closing the bypass flow path;
With
The said control unit sets the target output of the said expander smaller than the said output upper limit, and controls the opening degree of the said bypass valve so that the output of the said expander may approach the said target output. The waste heat recovery apparatus for vehicles as described in any one of these.
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