JP2018200202A - 廃熱回収率推定システム - Google Patents

Abstract

【課題】事前に目的地までの走行ルートを決定する際に、ランキンサイクルの機能を十分に利用することができる廃熱回収率推定システムを提供すること。【解決手段】車両走行のための駆動力を生成するエンジンユニットと、エンジンユニットが駆動している際に発生する廃熱を回生するランキンサイクルと、車両の現在位置を取得して目的地までの経路を案内するナビゲーション装置と、ユーザの操作によってナビゲーション装置が経路案内のための目的地入力を受け付けたことを契機として、現在位置から目的地に至る一つ以上の案内経路を探索する探索部と、探索部で探索した案内経路ごとのランキンサイクルによる廃熱回収率を推定する推定部と、推定部で推定した廃熱回収率の高い案内経路を走行ルートとして推奨するようナビゲーション装置の表示画面にルート選択画面を表示させるルート選択部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、廃熱回収率推定システムに関し、特に、ランキンサイクルを備えた車両における廃熱回収率推定システムに関する。

従来、エンジンの廃熱を回生し、エンジンの駆動力や発電力として利用することを目的として、ランキンサイクルを搭載した車両が広く知られている。この種の車両として、例えば、ナビゲーションシステムによって目的地までの経路が指定されている場合、指定した走行経路を車両が走行したと仮定してエンジンの排気から回収が見込まれる廃熱エネルギーを推定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１１９８０７号公報

ところで、エンジンの廃熱を利用するランキンサイクルは、エンジンの運転状態に依存する。したがって、廃熱回収率が高いほど燃費を向上することができるため、できるだけ最適なエンジンの運転状態を維持するのが望ましい。すなわち、勾配がある道路や高速道路等を利用したから廃熱回収率が高いとは限らない。また、高速道路を走行した場合には、速度が上がるとともに燃料消費量も高くなるという問題が生じる。

しかしながら、上述した特許文献１に開示の技術は、現在位置から目的地までの走行ルートが決定している場合を想定しているため、廃熱回収率の高い走行ルートが他にあるにも拘らず、ランキンサイクルの機能を十分に利用しない可能性があった。

本開示の技術は、事前に目的地までの走行ルートを決定する際に、ランキンサイクルの機能を十分に利用することを目的とする。

本開示の技術は、車両走行のための駆動力を生成するエンジンユニットと、エンジンユニットが駆動している際に発生する廃熱を回生するランキンサイクルと、車両の現在位置を取得して目的地までの経路を案内するナビゲーション装置と、ユーザの操作によってナビゲーション装置が経路案内のための目的地入力を受け付けたことを契機として、現在位置から目的地に至る一つ以上の案内経路を探索する探索部と、探索部で探索した案内経路ごとのランキンサイクルによる廃熱回収率を推定する推定部と、推定部で推定した廃熱回収率の高い案内経路を走行ルートとして推奨するようナビゲーション装置の表示画面にルート選択画面を表示させるルート選択部と、を備えるものである。

また、ルート選択部は、推定部で探索した一つ以上の案内経路ごとに、優先道路の種別、現在位置から目的地までの所要時間、廃熱回収率、を含む選択情報をルート選択画面として表示させる、のが望ましい。

さらに、推定部は、現在位置から目的地に至る案内経路における道路交通情報を取得するとともに、取得した道路交通情報に応じたエンジンユニットの駆動状況を推定条件に含ませる、のが望ましい。

本開示の技術によれば、事前に目的地までの走行ルートを決定する際に、ランキンサイクルの機能を十分に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る廃熱回収率推定システムの模式的な構成図である。 ナビゲーション装置の演算処理部による走行ルート決定ルーチンの一例のフロー図である。 ナビゲーション装置の表示画面に表示したルート選択画面の一例を示す説明図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る廃熱回収率推定システムについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１において、廃熱回収率推定システム１は、エンジンユニット１０にランキンサイクル２０を搭載するとともに、ナビゲーション装置３０と連携可能としたシステムを含む。

エンジンユニット１０には、例えば、公知の車両用のディーゼルエンジンを用いている。ディーゼルエンジンの詳細な説明並びに図示は省略するが、燃焼室内に導入した吸気と燃料噴射装置を通じて燃焼室内に噴射した燃料とを自己着火により燃焼させることで回転エネルギを生成し、排気ガスを排出する。

エンジンユニット１０は、吸気通路からインテークマニホールド１１を経てエンジン本体１２に供給した吸入空気Ａと、インジェクタ１３を通じて燃焼室内に噴射した燃料と、を混合させたうえで燃焼させる。これにより、エンジンユニット１０は、シリンダ１４の内部に配置したエンジンピストン１５が往復動してクランクシャフト１６を回転駆動させる。エンジンユニット１０は、燃焼後の排気をエキゾーストマニホールド１７から排気通路へと排ガスＧとして排出する。

また、エンジンユニット１０は、ＥＣＵ１８を有する。ＥＣＵ１８は、記憶部１９に記憶したエンジンユニット１０の駆動制御全般に係るプログラムに基づいてエンジン駆動等を制御する。また、記憶部１９は、本発明に係る廃熱回収率を推定するために必要な各種情報を記憶している。この各種情報には、例えば、車両がトラックである場合の重量、最大積載量、エンジンの種類（パワー等を含む）等を含ませることができる。

ＥＣＵ１８は、例えば、クランクシャフト１６に設置された回転センサＳ１を通じて取得したエンジン回転数などの運転情報に基づいて、インジェクタ１３の燃料噴射量や噴射タイミングなどを制御するようになっている。

ランキンサイクル２０は、トラック等の車両に搭載したエンジンユニット１０の廃熱である排ガスＧの廃熱を回生するものである。一例として、ランキンサイクル２０は、作動流体２１を送出するポンプ２２から作動流体２１の循環順に、蒸発器２３、膨張機２４及び凝縮気２５を備える。なお、エンジンユニット１０の廃熱源としては、排ガスＧの他に、ＥＧＲガス、過給器で圧縮した吸入空気やエンジン本体１２で吸熱した後の冷却水などがある。

ランキンサイクル２０の作動流体２１としては、純水やフロン系の冷媒などが例示される。また、蒸発器２３は、エンジンユニット１０の排ガスＧと作動流体２１との間の熱交換を行う。

ポンプ２２は、ＥＣＵ１８によって回転数、すなわち、作動流体２１の送出量が制御されるようになっている。

膨張機２４は、タービン軸２６を通じて発電機２７を連結している。凝縮気２５は、作動流体２１と冷却源（図示せず）との間の熱交換を行う。この冷却源としては、インタークーラ用の冷却水や冷却ファンによる冷却風などが例示される。

作動流体２１は、ポンプ２２において液体の状態で圧縮され、蒸発器２３において定圧的に加熱されて高圧の気体となり、膨張機２４において断熱膨張されつつタービン軸２６を通じて発電機２７を回転駆動して発電に供するとともに、凝縮気２５において定圧的に冷却されて再び液体に戻る。

ＥＣＵ１８は、回転センサＳ１の検出値に基づいてインジェクタ１３の燃料噴射量を記憶部１９に記憶させる。ＥＣＵ１８は、排ガスＧの廃熱回収率を算出する。この廃熱回収率は、法定速度で走行した際における車両速度を基準として、エンジン回転数、エンジントルク、ギヤ比、冷却水の温度や流量等に基づいて算出することができる。記憶部１９には、ＥＣＵ１８で算出した排熱回収率を車両速度に対応させたマップデータに加え、例えば、車体重量（積載量を含ませても良い）や気温の変化等の補正値を車体情報として記憶している。

ナビゲーション装置３０には公知のものを用いることができる。一例として、ナビゲーション装置３０は、現在位置情報を検出する検出部３１と、演算処理部３２と、地図情報を含む道路情報を記憶した記憶部３３と、タッチパネル方式の液晶表示器を含む表示部３４と、表示部３４のタッチパネルを含む各種ボタン操作を受け付ける入力部３５と、音声ガイドのためのスピーカ等を含む出力部３６と、を備える。

検出部３１、演算処理部３２、記憶部３３、表示部３４、入力部３５、出力部３６は、演算処理部３２による機能を実現するために、バス３７によって制御可能に接続されている。なお、以下の説明において、図１に示すブロック回路部分の各部の詳細な構成の図示は省略する。

検出部３１は、水平面内における自車両の向きや鉛直方向に対する自車両の傾斜角度（例えば、鉛直方向に対する車両の前後方向軸の傾斜角度や、車両重心を通る上下方向軸周りの回転角であるヨー角等）或いは傾斜角度の変化量（例えば、ヨーレート等）を検出するジャイロセンサと、自車両の速度及び加速度をそれぞれ検出する速度センサ及び加速度センサと、人工衛星を利用して車両の現在位置を測定するための全地球測位システム（以下、単に「ＧＰＳ」と称する。）信号を受信するＧＰＳ受信部と、道路交通情報通信システム（ＶＩＣＳ：登録商標）等のビーコンから位置情報や道路情報等を受信するビーコン受信部と、を備える。

記憶部３３に記憶した地図情報には、地形図データと、各道路の位置を示す道路地図データと、道路間の接続を示すノード・リンク情報や各道路の属性を示す道路属性情報等で構成される道路データと、表示部３４の表示画面上に道路や建物（疑似を含む）等を表示するためのポリゴンデータなどの描画用データと、目的地設定のための施設情報（施設名称・住所・電話番号など）等の施設データと、を含む。

ここで、ノード・リンク情報には、通常、ノード（交差点等の節目となる座標点）と、各ノード間を結ぶ線分であるリンク（走行路の最小単位）と、各リンクの距離（ノード間距離）についての情報と、が含まれる。また、道路属性情報には、各道路の種別（国道、県道、有料道路等の区別）、形状、走行可能方向、勾配、曲率、幅員、法定速度、に関する情報などが含まれる。なお、記憶部３３は、ハードディスクドライブや、ＣＤ、ＤＶＤ等の記憶媒体が挿入された記憶媒体に対応する読取装置など、コンピュータによりデータの読み取りが可能な任意の記憶装置により構成することができる。また、これらの各種方法（データ）は、最新のものに更新することができる。更新データは、記憶媒体による場合の他、電気通信回線（例えば、インターネト回線）を通じて取得することも可能である。

演算処理部３２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ナビゲーションシステム全般のプログラムに加え本発明に係る廃熱回収率の推定プログラムを記憶したＲＯＭ、データの一時記憶のためのＲＡＭ等を有するコンピュータにより構成される。なお、上述した道路情報等を記憶した記憶部３３を利用することも可能である。

なお、ナビゲーション装置３０には、上述した各種機能の他、例えば、少なくとも、出発地から目的地までの天候情報を取得する天候受信システム、外気温センサや湿度センサ等の環境センサ、等を含ませることができる。

また、ナビゲーション装置３０は、高度道路交通システム（ＩＴＳ）を利用して交通の輸送効率等を参照してもよい。この高度道路交通システムには、ＶＩＣＳ（登録商標）や自動料金収受システム（ＥＴＣ）の他、高速道路を中心とした安全運転の支援システム（ＡＨＳ）、一般道路を中心とした安全運転の支援システム（ＤＳＳＳ）、車両を中心とした安全運転の支援システム（ＡＳＶ）、交通信号機を核とする交通管理の最適化システム（ＵＴＭＳ）、公共車両優先システム（ＰＴＰＳ）、交通需要マネジメント（ＴＤＭ）、等を含ませることができる。

演算処理部３２は、上述した各種情報に加え、現在の道路情報、例えば、渋滞情報に基づいて、渋滞区間における時速等を事前に割り出すことができるようになっている。

このような基本構成において、本実施の形態に係る廃熱回収率推定システム１は、事前に目的地までの走行ルートを決定する際に、ランキンサイクルの機能を十分に利用するために、車両走行のための駆動力を生成するエンジンユニット１０と、エンジンユニット１０が駆動している際に発生する廃熱を回生するランキンサイクル２０と、車両の現在位置を取得して目的地までの経路を案内するナビゲーション装置３０と、ユーザの操作によってナビゲーション装置３０が経路案内のための目的地入力を受け付けたことを契機として、現在位置から目的地に至る一つ以上の案内経路を探索する探索部と、探索部で探索した案内経路ごとのランキンサイクル２０による廃熱回収率を推定する推定部と、推定部で推定した廃熱回収率の高い案内経路を走行ルートとして推奨するようナビゲーション装置３０の表示画面にルート選択画面を表示させるルート選択部と、を備えるものである。

次に、本実施の形態に係る廃熱回収率推定システム１における廃熱回収率の推定ルーチンの一例を図２のフロー図に基づいて説明する。なお、以下に示すルーチンは、ナビゲーション装置３０のＣＰＵ（演算処理部３２）によって処理する場合で説明する。また、以下に説明するルーチンは、現在位置から目的地までの走行ルートを案内する場合で説明する。

（ステップＳ１）
ステップＳ１において、演算処理部３２は、検出部３１で検出した現在位置情報を取得してステップＳ２へと移行する。なお、この現在位置情報は、ＧＰＳ受信部で受信したＧＰＳ信号に基づく緯度・経度情報を基準とし、以降、走行に応じて検出部３１の各部からの情報に基づいて更新する。

（ステップＳ２）
ステップＳ２において、演算処理部３２は、ユーザによる入力部３５からの目的地入力があったか否かを判定する。演算処理部３２は、ユーザによる入力部３５からの目的地入力があったと判定した場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ３へと移行する。演算処理部３２は、ユーザによる入力部３５からの目的地入力があったと判定しなかった場合（Ｎｏ）には、引き続きこのルーチンを監視する。

（ステップＳ３）
ステップＳ３において、演算処理部３２は、ステップＳ１で受信した現在位置情報とステップＳ２で受信した目的地とに基づいて、記憶部３３に記憶した地図情報から案内経路を探索し、ステップＳ４へと移行する。なお、探索した各案内経路は記憶部３３（又は演算処理部３２のＲＡＭ）に記憶する。したがって、ナビゲーション装置３０の演算処理部３２は、探索部として機能する。

（ステップＳ４）
ステップＳ４において、演算処理部３２は、探索した複数の案内経路に対して、検出部３１のビーコン受信部からのＶＩＣＳ（登録商標）情報を含む道路交通情報、記憶部３３に記憶した道路属性情報、等の廃熱回収率を推定するために必要な環境に関する情報を取得し、ステップＳ５へと移行する。なお、取得した環境情報は各案内経路に対応して記憶部３３（又は演算処理部３２のＲＡＭ）に記憶する。

（ステップＳ５）
ステップＳ５において、演算処理部３２は、エンジンユニット１０の記憶部１９に記憶した車体情報を取得し、ステップＳ６へと移行する。なお、取得した車体情報は各案内経路の共通情報として記憶部３３（又は演算処理部３２のＲＡＭ）に記憶する。

（ステップＳ６）
ステップＳ６において、演算処理部３２は、記憶部３３に記憶した環境情報と車体情報とに基づいて、案内経路ごとに廃熱回収率を推定し、ステップＳ７へと移行する。なお、推定した廃熱回収率は各案内経路に対応して記憶部３３（又は演算処理部３２のＲＡＭ）に記憶する。したがって、ナビゲーション装置３０の演算処理部３２は、推定部として機能する。

このように、演算処理部３２は、ＥＣＵ１８で算出した廃熱回収率と記憶部１９に記憶したマップデータを利用して、車体重量（積載量を含ませてもよい）や案内経路上の気温（天気を含ませても良い）並びに環境情報（特に、渋滞情報に基づく走行速度）を補正値として加え、案内経路ごとに補正した全体の所要時間と排熱回収率とを推定するようになっている。

（ステップＳ７）
ステップＳ７において、演算処理部３２は、ステップＳ６で推定した案内経路ごとの廃熱回収率のうち、最も廃熱回収率の高い案内経路を自動で走行ルートとして適用する自動優先モードに設定しているか否かを判定する。なお、この自動優先モードは、予め目的地入力する際など入力部３５の入力によりに選択することができる。演算処理部３２は、自動優先モードに設定していると判定した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０へとスキップする。演算処理部３２は、自動優先モードに設定していると判定しなかった場合（Ｎｏ）には、ステップＳ８へと以降する。

（ステップＳ８）
ステップＳ８において、演算処理部３２は、図３に示すように、複数の案内経路を表示部３４の表示画面３８に表示させ、ステップＳ９へと移行する。したがって、ナビゲーション装置３０の演算処理部３２は、ルート選択部として機能する。

ここで、ユーザは、推奨する案内経路とその他の案内経路とを比較し、どの案内経路を走行ルートとして利用するかの選択が可能となっている。また、表示画面３８には、探索した各案内経路を示す線分と、各線分に対応した案内経路の優先道路種類、各道路種類に応じた法定速度及び混雑状況等を加味して推定した所要時間並びに廃熱回収率、等を表示する。これによって、ユーザは、どの案内経路を走行ルートとして選択するかを容易に識別することができるようになっている。上述した線分は、説明の便宜上、線種を変えて図示しているが、実際の表示は線分の色を変えて表示する。

（ステップＳ９）
ステップＳ９において、演算処理部３２は、ユーザから走行ルートの選択指示があったか否を判定する。演算処理部３２は、例えば、ユーザが表示画面３８に表示した複数の案内経路を参照し、入力部（タッチパネル）３５から走行ルートの選択指示があったと判定した場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ１０へと移行する。演算処理部３２は、走行ルートの選択指示があったと判定しなかった場合（Ｎｏ）には、引き続きこのルーチンを監視する。なお、演算処理部３２は、所定時間経過しても走行ルートの選択指示がなかった場合には、自動優先モードを有効にしてもよい。

（ステップＳ１０）
ステップＳ１０において、演算処理部３２は、ステップＳ７又はステップＳ９で児童又はユーザが選択した案内経路を走行ルートとして決定し、ステップＳ１１へと移行する。

（ステップＳ１１）
ステップＳ１１において、演算処理部３２は、現在位置を基準とする自車位置マークや周辺の地図情報を表示画面３８に表示するとともに、出力部３６から案内開始の所定の音声ガイドを出力して経路案内を開始し、このルーチンを終了する。

このように、本実施の形態に係る廃熱回収率推定システム１は、・車両走行のための駆動力を生成するエンジンユニット１０と、エンジンユニット１０が駆動している際に発生する廃熱を回生するランキンサイクル２０と、車両の現在位置を取得して目的地までの経路を案内するナビゲーション装置３０と、ユーザの操作によってナビゲーション装置３０が経路案内のための目的地入力を受け付けたことを契機として、現在位置から目的地に至る一つ以上の案内経路を探索する探索部と、探索部で探索した案内経路ごとのランキンサイクル２０による廃熱回収率を推定する推定部としてナビゲーション装置３０が機能し、その推定した廃熱回収率の高い案内経路を走行ルートとして推奨するようナビゲーション装置３０の表示画面３８にルート選択画面を表示させることにより、事前に目的地までの走行ルートを決定する際に、ランキンサイクルの機能を十分に利用することができる。

また、本実施の形態に係る廃熱回収率推定システム１は、ルート選択部としてのナビゲーション装置３０は、推定部としてのナビゲーション装置３０で探索した一つ以上の案内経路ごとに、優先道路の種別、現在位置から目的地までの所要時間、廃熱回収率、を含む選択情報をルート選択画面として表示画面３８に表示させることにより、ユーザによるルート選択を容易に行わせることができる。

また、本実施の形態に係る廃熱回収率推定システム１は、推定部としてのナビゲーション装置３０は、現在位置から目的地に至る案内経路における道路交通情報を検出部３１から取得するとともに、取得した道路交通情報に応じたエンジンユニット１０の駆動状況を推定条件に含ませることにより、実際に走行した際の回収率に近い推定結果を得ることができる。

なお、以上において、図１中に示す矢印は、信号の流れの一例を示すものであり、信号の流れ方向を限定するものではない。

また、図３に示すフローチャートは、本発明の手順を限定するものではなく、発明の趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で手順の追加・削除又は順番の変更等をしてもよい。

その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

例えば、上記実施の形態では、本発明の廃熱回収率推定システム１としてナビゲーション装置３０により廃熱回収率を推定する例に適用したものを開示したが、例えば、エンジンユニット１０のＥＣＵ１８により廃熱回収率を推定し、その結果をナビゲーション装置３０に出力してもよい。

また、廃熱回収率の算出は、車両の総重量等の条件は同じであるため、例えば、上述した各走行ルートにおける所定速度（例えば、時速１０Ｋｍ〜３０Ｋｍ）で走行可能な平坦な道路の総距離に基づいて走行ルートごとの廃熱回収率の高低を表示画面に表示するのでもよい。

以上説明したように、本発明に係る廃熱回収率推定システムは、事前に目的地までの走行ルートを決定する際に、ランキンサイクルの機能を十分に利用することができるという効果を有し、ランキンサイクルを備えた車両における廃熱回収率推定システム全般に有用である。

１ 廃熱回収率推定システム
１０ エンジンユニット
２０ ランキンサイクル
３０ ナビゲーション装置
３２ 演算処理部

Claims (3)

1. 車両走行のための駆動力を生成するエンジンユニットと、
   前記エンジンユニットが駆動している際に発生する廃熱を回生するランキンサイクルと、
   車両の現在位置を取得して目的地までの経路を案内するナビゲーション装置と、
   ユーザの操作によって前記ナビゲーション装置が経路案内のための目的地入力を受け付けたことを契機として、現在位置から目的地に至る一つ以上の案内経路を探索する探索部と、前記探索部で探索した案内経路ごとの前記ランキンサイクルによる廃熱回収率を推定する推定部と、
   前記推定部で推定した廃熱回収率の高い案内経路を走行ルートとして推奨するよう前記ナビゲーション装置の表示画面にルート選択画面を表示させるルート選択部と、
   を備えることを特徴とする廃熱回収率推定システム。
2. 前記ルート選択部は、
   前記推定部で探索した一つ以上の案内経路ごとに、優先道路の種別、現在位置から目的地までの所要時間、廃熱回収率、を含む選択情報をルート選択画面として表示させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の廃熱回収率推定システム。
3. 前記推定部は、
   現在位置から目的地に至る案内経路における道路交通情報を取得するとともに、取得した道路交通情報に応じた前記エンジンユニットの駆動状況を推定条件に含ませる、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の廃熱回収率推定システム。

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