JP2022059185A - Rankine cycle system of vehicle and control method for rankine cycle system of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、車両のランキンサイクルシステムおよび車両のランキンサイクルシステムの制御方法に関する。 The present disclosure relates to a vehicle Rankine cycle system and a method for controlling a vehicle Rankine cycle system.
車両のランキンサイクルシステムで、蒸発器の出口と膨張機の入口の間の作動流体用の配管をヒータ等の加熱装置で覆う技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In the Rankine cycle system of a vehicle, a technique has been proposed in which a pipe for a working fluid between an outlet of an evaporator and an inlet of an expander is covered with a heating device such as a heater (see, for example, Patent Document 1).
ところで、車両のランキンサイクルシステムでは、作動流体を圧送するポンプの回転数がエンジン(内燃機関)の排気の流量および温度と正の相関関係になるように調節されている。それ故、排気の流量および温度が低下した状態から上昇した状態に移行した場合に、ポンプの回転数が急上昇する。これにより、作動流体の流量増加により蒸発器での作動流体の単位流量あたりの受熱量が低下するという問題があった。作動流体の受熱量の低下は、膨張機を回転させる作動流体のエネルギー量の低下により、膨張機の回生出力が低下する事態や回生出力不可の事態に陥る要因となっている。そのような事態に陥ると膨張機の回生出力が安定するまである程度の時間が掛かる。 By the way, in the Rankine cycle system of a vehicle, the rotation speed of a pump that pumps a working fluid is adjusted so as to have a positive correlation with the flow rate and temperature of the exhaust of an engine (internal combustion engine). Therefore, when the flow rate and temperature of the exhaust gas shift from the lowered state to the raised state, the rotation speed of the pump rises sharply. As a result, there is a problem that the amount of heat received per unit flow rate of the working fluid in the evaporator decreases due to the increase in the flow rate of the working fluid. The decrease in the amount of heat received by the working fluid is a factor that causes the regenerative output of the expander to decrease or the regenerative output to be impossible due to the decrease in the energy amount of the working fluid that rotates the expander. If such a situation occurs, it will take some time for the regenerative output of the expander to stabilize.
本開示の目的は、膨張機の回生出力の低下や回生出力不可の状態に陥ることを回避して、廃熱回収の機会を増やす車両のランキンサイクルシステムおよび車両のランキンサイクルシステムの制御方法を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a control method for a vehicle Rankine cycle system and a vehicle Rankine cycle system that increase the chances of waste heat recovery by avoiding a decrease in the regenerative output of the expander or a state in which the regenerative output cannot be performed. To do.
上記の目的を達成するための本発明の態様の車両のランキンサイクルシステムは、作動流体の流れる順に、ポンプ、蒸発器、膨張機、および、凝縮器が配置された作動流体の流路と、制御装置とを備え、前記蒸発器が内燃機関の廃熱流体と作動流体との間で熱交換させ、前記制御装置が、前記ポンプの回転数を調節して、前記ポンプの回転数と前記内燃機関の排気通路における排気の流量および温度のそれぞれとを正の相関関係にする制御を行う車両のランキンサイクルシステムにおいて、前記蒸発器および前記膨張機の間の前記流路に配置されたヒータと、前記ポンプの回転数に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、を備えて、前記制御装置は、前記パラメータ取得装置が取得した前記パラメータに基づいて前記ポンプの回転数が低下する状態から上昇する状態に移行すると判定した場合に、前記ヒータの駆動により作動流体を加熱する制御を行う構成であることを特徴とする。 The vehicle Rankine cycle system of the embodiment of the present invention for achieving the above object controls the flow path of the working fluid in which the pump, the evaporator, the expander, and the condenser are arranged in the order of flowing the working fluid. A device is provided, the evaporator exchanges heat between the waste heat fluid of the internal combustion engine and the working fluid, and the control device adjusts the rotation speed of the pump to adjust the rotation speed of the pump and the internal combustion engine. In the Rankine cycle system of a vehicle that controls the flow rate and temperature of the exhaust in the exhaust passage of the vehicle to have a positive correlation with each other, the heater arranged in the flow path between the evaporator and the expander and the heater. The control device includes a parameter acquisition device for acquiring parameters related to the rotation speed of the pump, and the control device shifts from a state in which the rotation speed of the pump decreases to a state in which the rotation speed increases based on the parameters acquired by the parameter acquisition device. When it is determined that the heater is driven, the working fluid is controlled to be heated.
また、上記の目的を達成するための本発明の態様の車両のランキンサイクルシステムの制御方法は、作動流体の流れる順に、ポンプ、蒸発器、膨張機、および、凝縮器が配置された作動流体の流路を備え、前記蒸発器が内燃機関の廃熱流体と作動流体との間で熱交換させるとともに、前記ポンプの回転数を調節して、前記ポンプの回転数と前記内燃機関の排気通路における排気の流量および温度のそれぞれとを正の相関関係にする制御を行う車両のランキンサイクルシステムの制御方法において、前記ポンプの回転数に関するパラメータを逐次、取得するステップと、前記ポンプの回転数が低下する状態から上昇する状態に移行したか否かを判定するステップと、前記ポンプの回転数が低下する状態から上昇する状態に移行したと判定した場合に、前記蒸発器および前記膨張機の間に配置されたヒータを駆動させて、前記膨張機に流入する作動流体を加熱するステップと、を有することを特徴とする方法である。 Further, the method for controlling the Rankine cycle system of the vehicle according to the embodiment of the present invention for achieving the above object is to control the working fluid in which the pump, the evaporator, the expander, and the condenser are arranged in the order in which the working fluid flows. A flow path is provided, and the evaporator exchanges heat between the waste heat fluid of the internal combustion engine and the working fluid, and the rotation speed of the pump is adjusted so that the rotation speed of the pump and the exhaust passage of the internal combustion engine can be adjusted. In the control method of the Rankine cycle system of a vehicle that controls to make each of the exhaust flow rate and the temperature positively correlated, the step of sequentially acquiring the parameters related to the pump rotation speed and the pump rotation speed decrease. Between the evaporator and the inflator when it is determined that the pump has transitioned from a decreasing state to an ascending state and a step of determining whether or not the pump has transitioned from a declining state to an ascending state. It is a method characterized by having a step of driving an arranged heater to heat a working fluid flowing into the inflator.
本開示によれば、膨張機の回生出力の低下や回生出力不可の状態に陥ることを回避して、廃熱回収の機会を増やすことができる。 According to the present disclosure, it is possible to increase the chances of recovering waste heat by avoiding a decrease in the regenerative output of the expander or a state in which the regenerative output cannot be performed.
以下、本開示の実施形態の車両のランキンサイクルシステム(以下、「ランキンサイクルシステム」と称す)1について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the Rankine cycle system (hereinafter referred to as “Rankin cycle system”) 1 of the vehicle according to the embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
本実施形態のランキンサイクルシステム1を備える車両は、エンジン(内燃機関)2を備えている。図1に例示するように、エンジン2は、複数(本実施形態では4つ)の気筒2aの各々の内部で新気Aと燃料Fの混合燃焼により動力を発生させる装置である。燃料Fは、各気筒2aの内部に配置された燃料噴射装置2bより供給される。エンジン2の動力は、主に、エンジン2を内部に備えた車両の走行に用いられる。
The vehicle provided with the Rankine cycle system 1 of the present embodiment includes an engine (internal combustion engine) 2. As illustrated in FIG. 1, the
吸気通路3が、各気筒2aに対して吸気マニホールドを介して接続されている。吸気通路3は、大気より導入した新気Aを各気筒2aに対して供給するための通路である。排気通路4が、各気筒2aに対して排気マニホールドを介して接続されている。排気通路4は、各気筒2aの内部での混合燃焼により発生した排気Gを大気に排出するための通路である。
The intake passage 3 is connected to each
吸気通路3には、ターボ式過給機5のコンプレッサ5aが配置されている。排気通路4には、排気Gの流れで上流側より順に、ターボ式過給機5のタービン5b、排気弁6、酸化触媒装置7、フィルタ8、選択還元型触媒装置9、アンモニアスリップ触媒装置10、および、三方弁11が配置されている。
A
ターボ式過給機5は、コンプレッサ5aとタービン5bが連結軸5cを介して連結された可変容量型の過給機である。ターボ式過給機5は、排気Gのエネルギーにより駆動したタービン5bの回転動力を連結軸5cを介してコンプレッサ5aに伝達させることで、コンプレッサ5aの回転動力により吸気通路3を通過する新気Aを圧送する。排気弁6は、この弁の開度に応じて各気筒2aから大気に向かう排気Gの流量を制限する。
The turbocharger 5 is a variable capacity turbocharger in which a
酸化触媒装置7は、内部の担体に酸化触媒が担持されていて、この酸化触媒の作用により排気Gに含まれる炭化水素や一酸化炭素を酸化処理する。フィルタ8は、排気Gに含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集する。なお、本実施形態では、酸化触媒装置7およびフィルタ8は排気通路4に備わる同一のコンバータの内部に一体化して配置されているが、分離して配置されてもよい。
In the
選択還元型触媒装置9には、内部の担体に選択還元型触媒(NOx浄化触媒)が担持される。選択還元型触媒装置9の前段の排気通路4には、尿素水噴射装置(図示しない)が配置されている。尿素水噴射装置より噴射された尿素水を排気Gの熱量で加水分解して得たアンモニアが選択還元型触媒装置9に供給されて、選択還元型触媒に吸着したNOxがアンモニアで還元処理される。
In the selective
アンモニアスリップ触媒装置10は、内部の担体に酸化触媒が担持されて、選択還元型触媒装置9より流出した排気Gに含まれるアンモニアを酸化処理する。なお、本実施形態では、選択還元型触媒装置9およびアンモニアスリップ触媒装置10は排気通路4に備わる同一のコンバータの内部に一体化して配置されているが、分離して配置されてもよい。
In the ammonia
三方弁11は、アンモニアスリップ触媒装置10より流出した排気Gの流路を、大気側の排気通路4a、または、後述する蒸発器17側の排気通路4bの少なくとも一方に切り替える。排気通路4aは大気に連通する通路である。排気通路4bは蒸発器17を通過する通路である。
The three-
タービン5bより上流側の排気通路4とコンプレッサ5aより下流側の吸気通路3(本実施形態では吸気マニホールド)とは、還流通路12で接続されている。還流通路12は、排気Gの一部を還流排気Geとして排気通路4から吸気通路3に還流するための通路である。還流通路12には、還流排気Geの流れで上流側より順に、還流排気用クーラ13、還流排気弁14が配置されている。還流排気用クーラ13は、還流排気Geと冷却媒体(例えば冷却水)とを熱交換して、還流排気Geを冷却する。還流排気弁14は、還流通路12を通過する還流排気Geの流量を調節する。
The exhaust passage 4 on the upstream side of the
本実施形態のランキンサイクルシステム1は、エンジン2の排気Gの廃熱を回収し、回収した廃熱を動力または電力に変換してエンジン2等の駆動を補助するシステムである。ランキンサイクルシステム1は、作動流体の流路15に、作動流体Wの流れ方向で上流側より順に、ポンプ16、蒸発器17、膨張機18、凝縮器19、および、タンク20を備えて構成されている。なお、作動流体Wとしては、例えば、冷却水が例示される。
The Rankine cycle system 1 of the present embodiment is a system that recovers the waste heat of the exhaust G of the
作動流体Wの流路15は、作動流体Wが循環する流路で、閉流路である。ポンプ16は液体状態の作動流体Wを圧送する。蒸発器17は、液体状態の作動流体Wと排気(廃熱流体)Gを熱交換して、作動流体Wを加熱して蒸発させる。膨張機18は、気体状態の作動流体Wにより回転駆動する。膨張機18の駆動力により、膨張機18に連結させた発電機21は発電する。なお、膨張機18と発電機21の間にクラッチ(図示しない)を配置して、このクラッチの断接状態を切り替えることで膨張機18から発電機21に対して動力を伝達するか否かを切り替えてもよい。また、発電機21は、膨張機18の動力を回収する装置の一例である。膨張機18の動力を回収する装置は発電機21に限定されない。
The
凝縮器19は、冷却水(例えばエンジン冷却水)Weが通過する流路上に配置されて、作動流体Wと冷却水Weを熱交換することで、作動流体Wを冷却して凝縮させる。タンク20は、内部に液体状態の作動流体Wを貯留する。
The
本実施形態のランキンサイクルシステム1は、車速センサ22と、排気温度センサ23と、排気流量センサ24と、作動流体温度センサ25と、作動流体圧力センサ26と、情報取得装置27と、ヒータ29と、制御装置28と、を備えている。
The Rankin cycle system 1 of the present embodiment includes a
車速センサ22は車両の速度Vを取得する。排気温度センサ23は排気通路4を通過する排気Gの温度である排気温度Tgを取得する。排気流量センサ24は排気通路4を通過する排気Gの流量である排気流量Vgを取得する。作動流体温度センサ25は、蒸発器17および膨張機18の間の流路を流れる作動流体Wの温度Twを取得する。作動流体圧力センサ26は、蒸発器17および膨張機18の間の流路15を流れる作動流体Wの圧力Pwを取得する。前述の各センサは目的のパラメータを直接的に取得するセンサに限定されず、目的のパラメータを間接的に取得する装置で構成されてもよい。例えば、速度Vはエンジン2のクランク軸の回転数から推定される値でもよい。排気温度Tgはエンジン2の燃焼状態から推定される値でもよく、排気流量Vgは排気Gの圧力から推定される値でもよい。また、温度Twはポンプ16および蒸発器17の間の流路15を流れる作動流体Wの温度と排気温度Tgとから推定される値でもよく、圧力Pwはポンプ16の回転数に応じて求まる作動流体Wの流量から推定される値でもよい。
The
情報取得装置27は車両の走行経路情報を取得する。車両の走行経路情報は車両が走行する予定の走行経路における路面勾配とその路面勾配が続く区間とを少なくとも含む情報である。情報取得装置27としては、車両の目的地までの走行経路を案内するナビゲーションシステムが例示される。
The
第1実施形態の車速センサ22はポンプ16の回転数に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置として機能する。パラメータ取得装置はポンプ16の回転数の急上昇を判定可能なパラメータを取得できればよい。本開示において、ポンプ16の回転数の急上昇とは、ポンプ16の回転数が低下した状態から上昇した状態に移行する状態であり、作動流体Wの流量増加により蒸発器17での作動流体Wの単位流量あたりの受熱量が低下する状態である。後述するように、ポンプ16の回転数Spは排気温度Tgおよび排気流量Vgに対して正の相関となるように調節されており、排気温度Tgおよび排気流量Vgの変化は車両の走行状態に応じて変化する。パラメータ取得装置は、ポンプ16の回転数Spを直に取得してもよく、ポンプ16の回転数Spに関係する排気温度Tgおよび排気流量Vgと車両の走行状態とのいずれかを取得してもよい。パラメータ取得装置は、パラメータを取得してから作動流体Wの流量が変化するまでの時間が長いことが望ましく、ポンプ16の回転数Spと排気温度Tgおよび排気流量Vgと車両の走行状態とのうちで最初に変化するパラメータである車両の走行状態であることがより望ましい。本実施形態において、パラメータ取得装置である車速センサ22は車速Vを逐次、取得し、制御装置28の内部記憶装置に記憶させる。
The
第1実施形態の作動流体温度センサ25と作動流体圧力センサ26は制御値取得装置として機能する。制御値取得装置はヒータ29の駆動制御に用いる制御値として蒸発器17および膨張機18の間の流路15を流れる作動流体Wの温度Twおよび過熱度Hwのうちの少なくとも一方を取得する装置である。制御値取得装置は蒸発器17および膨張機18の間の流路15においてヒータ29よりも作動流体Wの流れに関して上流側の作動流体Wの温度Twおよび過熱度Hwを取得可能に構成される。よって、作動流体温度センサ25および作動流体圧力センサ26は蒸発器17およびヒータ29の間の流路15に配置される。本開示において、過熱度Hwとは作動流体Wの温度Twと圧力Pwとにより求められ、圧力Pwにおける飽和温度と温度Twとの差分で示される。
The working
ヒータ29は、流路15の蒸発器17と膨張機18との間の流路15に配置されて、作動流体Wを加熱可能であればよく、電気により駆動する電気ヒータが例示される。
The
制御装置28は、各種情報処理を行うCPU(Central Processing Unit)、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置28は、各種装置22~27や後述するヒータ29に電気的に接続されている。制御装置28は、ポンプ16の回転数Spを調節する制御と、ヒータ29を駆動する制御と、を行う。
The
図2に例示するように、制御装置28は、回転数マップ28aと目標過熱度マップ28bと増幅度k1とを有し、制御値をポンプ16の回転数Spとし、目標値を過熱度Hwとしたフィードバック制御に、外乱を排気温度Tgおよび排気流量Vgとしたフィードフォワード制御を組み込んだ制御方式でポンプ16の回転数Spを調節する制御を行う。
As illustrated in FIG. 2, the
回転数マップ28aは排気流量Vgおよび排気温度Tgとポンプ16の回転数の目標値である第一目標回転数Spaとの関係を示すマップデータである。回転数マップ28aにおいて、第一目標回転数Spaは排気流量Vgに対して正の相関となり、第一目標回転数Spaは排気流量Vgが多くなるにつれて増える。また、第一目標回転数Spaは排気温度Tgに対して正の相関となり、第一目標回転数Spaは排気温度Tgが高くなるにつれて増える。
The
目標過熱度マップ28bは排気流量Vgおよび排気温度Tgと作動流体Wの過熱度Hwの目標値である目標過熱度Hwmとの関係を示すマップデータである。目標過熱度マップ28bにおいて、目標過熱度Hwmは排気流量Vgに対して正の相関となり、目標過熱度Hwmは排気流量Vgが多くなるにつれて高くなる。また、目標過熱度Hwmは排気温度Tgに対して正の相関となり、目標過熱度Hwmは排気温度Tgが高くなるにつれて高くなる。
The target
増幅度(ゲインともいう)k1は予め実験、試験、あるいはシミュレーションから求められる値である。増幅度k1は目標過熱度Hwmと作動流体温度センサ25および作動流体圧力センサ26のそれぞれの検出値から求まる実際の過熱度Hwとの差分をゼロにするポンプ16の回転数の調節量である調節回転数Spbを得る値である。増幅度k1は目標過熱度Hwmから過熱度Hwを減算した差分ΔTに乗算されて、調節回転数Spb(=k1×ΔT)が得られる。
The degree of amplification (also referred to as gain) k1 is a value obtained in advance from an experiment, a test, or a simulation. The amplification degree k1 is an adjustment amount of the rotation speed of the
制御装置28は、第一目標回転数Spaに調節回転数Spbを足し合わせることで目標回転数Spm(=Spa+Spb)を得る。制御装置28は、ポンプ16の回転数Spを目標回転数Spmに調節する。
The
なお、本実施形態のポンプ16の回転数制御は、目標値として過熱度Hwを用いたが、目標値として作動流体Wの温度Twを用いてもよい。その場合に目標過熱度マップ28bと増幅度k1の代わりに排気流量Vgおよび排気温度Tgと作動流体Wの目標温度との関係を示す目標温度マップと、目標温度と実際の温度Tgとの差分をゼロにするポンプ16の回転数の調節量が得られる増幅度とを用いる。
In the rotation speed control of the
図3に例示するように、制御装置28はポンプ16の回転数Spに相関する車両の走行状態に基づいてヒータ29の駆動を制御する。図3の時刻t1~t2が車両の減速状態の期間、時刻t2~t3が車両の加速状態の期間を示す。
As illustrated in FIG. 3, the
制御装置28は、ポンプ16の回転数Spが低下する状態から上昇する状態に移行するか否かの判定を車速センサ22が検出した速度Vに基づいて車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行するか否かで判定し、車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行したと判定するとポンプ16の回転数が低下する状態から上昇する状態に移行したと判定する。次いで、制御装置28は、ヒータ29に通電してヒータ29の駆動を開始して、膨張機18に流入する作動流体Wを加熱する制御を開始する。その後、制御装置28は、実際の過熱度Hwが目標過熱度Hwm以上になった場合に、ヒータ29の駆動を停止する。
The
減速状態は、予め設定した車両が走行した区間または時間で車速センサ22が検出した速度Vが逐次、低下した状態で判定される。減速状態は車両の減速によりポンプ16の回転数Spが回転数範囲のうちの低回転側になったことを示す状態であることが望ましい。本開示において、区間または時間と速度Vの低下具合はポンプ16の回転数制御において、ポンプ16の回転数Spが回転数範囲のうちの低回転側になったことを判定可能に予め実験、試験、あるいはシミュレーションにより設定される。また、回転数範囲はポンプ16の回転数Spを調節可能な範囲であり、低回転側は回転数範囲をその範囲を高低に応じて複数に区分した場合に低回転の側の区分を示す。
The deceleration state is determined in a state in which the speed V detected by the
また、減速状態は区間または時間で車速センサ22が検出した速度Vが予め設定した設定車速V1以上であることがより望ましい。設定車速V1は、車両の走行状態が減速状態で過熱度Hwが目標過熱度Hwmを下回る状態を判定可能に予め実験、試験、あるいはシミュレーションにより設定される。過熱度Hwが目標過熱度Hwmを下回る状態では膨張機18もストールしている状態である。
Further, it is more desirable that the deceleration state is such that the speed V detected by the
加速状態は減速状態とは異なり、区間または時間は設定されず、車速センサ22が検出した車速Vが前回の周期で検出した車速よりも速くなった状態で判定される。
Unlike the deceleration state, the acceleration state does not set a section or time, and is determined in a state where the vehicle speed V detected by the
図4に例示するように、ヒータ29の駆動時の通電量は、目標過熱度マップ28bから得られる目標過熱度Hwmから作動流体温度センサ25および作動流体圧力センサ26の検出値から求まる実際の過熱度Hwを減算した差分ΔTに基づいて調節される。具体的に、通電量は外乱を過熱度Hwとし、目標値を通電量としたフィードフォワード制御で調節され、増幅度k2は差分ΔTがゼロになるように求められる。このヒータ29の駆動時の通電量を調節するフィードフォワード制御は、目標過熱度Hwmと過熱度Hwとの差分ΔTがゼロになったときに通電量がゼロとなる。通電量は、外乱を温度Tgとし、目標値を通電量としたフィードフォワード制御で調節されてもよい。
As illustrated in FIG. 4, the amount of energization during driving of the
ヒータ29の駆動は、作動流体温度センサ25および作動流体圧力センサ26の検出値から求まる実際の過熱度Hwが目標過熱度マップ28bから得られる目標過熱度Hwm以上になった場合に停止される。本開示において、ヒータ29の駆動の停止は、ヒータ29の通電量のフィードフォワード制御が停止することを意味し、フィードフォワード制御における通電量がゼロの場合を含まないものとする。
The drive of the
図5に例示するように、第1実施形態の車両のランキンサイクルシステム1の制御方法は、車両の走行中に所定の周期ごとに繰り返される。所定の周期は、車速センサ22、排気温度センサ23、排気流量センサ24、作動流体温度センサ25、作動流体圧力センサ26のそれぞれが目的とするパラメータを検出する周期である。
As illustrated in FIG. 5, the control method of the Rankine cycle system 1 of the vehicle of the first embodiment is repeated at predetermined cycles while the vehicle is running. The predetermined cycle is a cycle for detecting the target parameters of each of the
図5の制御フローがスタートすると、ポンプ16の回転数Spが低下する状態から上昇する状態に移行するか否かの判定を車速センサ22が取得した速度Vに基づいて車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行するか否かで判定する。制御装置28は車速センサ22が検出した車速Vの推移を監視して、車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行したか否かを判定する(S110)。本実施形態において、ステップS110の判定は、予め設定した区間または時間で車速センサ22が検出した車速Vが逐次、低下し、かつ、その車速Vが予め設定した設定車速V1を下回らない場合に、車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行したと判定し、それ以外の場合に、車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行していないと判定する。
When the control flow of FIG. 5 starts, the running state of the vehicle is decelerated based on the speed V acquired by the
車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行したと判定すると(S110:YES)、制御装置28はヒータ29を駆動して、作動流体Wを加熱する制御を行う(S120)。このとき、ヒータ29の通電量は目標過熱度Hwmから実際の過熱度Hwを減算した差分ΔTをゼロにするフィードフォワード制御で調節される。なお、フィードフォワード制御において差分ΔTがゼロになり通電量がゼロになった場合にヒータ29による作動流体Wへの加熱が停止するが、制御が停止になっていなければ再び差分ΔTが生じたときに作動流体Wへの加熱が再開される。
When it is determined that the traveling state of the vehicle has changed from the deceleration state to the acceleration state (S110: YES), the
次いで、制御装置28は作動流体温度センサ25と作動流体圧力センサ26が取得した値に基づいた実際の過熱度Hwが排気温度センサ23と排気流量センサ24が取得した値に基づいた目標過熱度Hwmを下回るか否かを判定する(S130)。
Next, in the
実際の過熱度Hwが目標過熱度Hwm以上と判定すると(S130:NO)、制御装置28はヒータ29の駆動を停止する(S140)。また、車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行しないと判定すると(S110:NO)、制御装置28はヒータ29の駆動を行わない。
When it is determined that the actual superheat degree Hw is equal to or higher than the target superheat degree Hwm (S130: NO), the
このように、車両のランキンサイクルシステム1は、ポンプ16の回転数Spが低下する状態から上昇する状態に移行すると判定した場合に、ヒータ29の駆動により作動流体Wを加熱する制御を行う。それ故、ランキンサイクルシステム1によれば、ポンプ16の回転数Spの急上昇に伴い蒸発器17での作動流体Wの単位流量あたりの受熱量が減少しても、膨張機18に流入する前の流路15で作動流体Wがヒータ29により加熱されて、作動流体Wの液化が抑制される。これにより、膨張機18を回転駆動する作動流体Wのエネルギー量を確保するには有利になり、膨張機18のストールを回避することができる。この結果、膨張機18のストール後に再び膨張機18が回生出力可能になるまでの間で廃熱回収できなくなる事態が回避され、廃熱回収の機会を増やすことができる。本開示において、ストールとは膨張器18の回生出力が低下する事態や回生出力不可の事態に陥ることを示す。
As described above, the Rankine cycle system 1 of the vehicle controls to heat the working fluid W by driving the
また、車両のランキンサイクルシステム1は、ポンプ16の回転数Spが低下する状態から上昇する状態に移行するか否かの判定を車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行するか否かで判定する。それ故、車両の走行状態の変化に伴うポンプ16の回転数Spの変化により作動流体Wの流量が変化するまでにヒータ29は作動流体Wを十分に加熱可能な状態になる。これにより、ヒータ29による作動流体Wの加熱の応答遅れを回避することができる。
Further, the Rankine cycle system 1 of the vehicle determines whether or not the rotation speed Sp of the
図3に例示するように、第一実施形態のランキンサイクルシステム1を搭載した車両と搭載していない車両とを比較する。図3の点線部は本実施形態のランキンサイクルシステム1を搭載しない車両の状態を示している。 As illustrated in FIG. 3, a vehicle equipped with the Rankine cycle system 1 of the first embodiment and a vehicle not equipped with the Rankine cycle system 1 are compared. The dotted line portion in FIG. 3 shows the state of the vehicle not equipped with the Rankine cycle system 1 of the present embodiment.
時刻t1~t2の期間では、車両が減速してエンジン2の負荷が低負荷になっている。そのため、排気温度Tgおよび排気流量Vgは低下して目標回転数Spmが低くなり、ポンプ16の回転数Spは低くなる。このとき、ポンプ16の回転数Spの低下による流量の低下と排気温度Tgの低下とに起因して蒸発器17で熱交換する作動流体Wの単位流量あたりの受熱量は低下し、作動流体Wの過熱度Hwは低下する。この過熱度Hwの低下により、膨張機18の回生出力Rpは低下する。
During the period from time t1 to t2, the vehicle decelerates and the load of the
ランキンサイクルシステム1を搭載しない車両は、点線部で示すとおり、時刻t2で車両が減速状態から加速状態に移行すると、排気流量Vgが急上昇し、排気温度Tgも徐々に上昇していく。この二つのパラメータの上昇により、目標回転数Spmが高くなり、ポンプ16の回転数Spは高くなる。このとき、ポンプ16の回転数Spが高くなることで蒸発器17を通過する作動流体Wの流量Vが多くなることに起因して、蒸発器17における作動流体Wの単位流量あたりの受熱量は低下する。この受熱量の低下により、膨張機18に流入する作動流体Wの過熱度Hwが作動流体Wの液化のおそれがある程度まで低下する。このような状態では、膨張機18を回転させる作動流体Wのエネルギー量が低く、膨張機18がストールするおそれがある。そのような事態に陥ると膨張機18の回生出力が安定するまである程度の時間が掛かることになり、その間、膨張器18から回生出力を取り出せない状態となる。図3の点線部で示す時刻t2~t3の期間が、膨張機18がストールしてその回生出力Rpcがゼロとなる期間である。
In a vehicle not equipped with the Rankine cycle system 1, as shown by the dotted line portion, when the vehicle shifts from the deceleration state to the acceleration state at time t2, the exhaust flow rate Vg rises sharply and the exhaust temperature Tg also gradually rises. By increasing these two parameters, the target rotation speed Spm becomes higher, and the rotation speed Sp of the
ランキンサイクルシステム1を搭載した車両は、実線で示すとおり、ヒータ29による作動流体Wの加熱を行うことで、時刻t2~t3の間で膨張機18に流入する作動流体Wの過熱度Hwは目標過熱度Hwm相当、あるいは目標過熱度Hwmより高くなる。
As shown by the solid line, the vehicle equipped with the Rankine cycle system 1 heats the working fluid W by the
このように、ランキンサイクルシステム1を搭載した車両はヒータ29の加熱により膨張機18に流入する作動流体Wの液化が抑制されることで、時刻t2~t3の期間で膨張機18のストールが抑制される。そのため、時刻t2~t3の期間で膨張機18の駆動により回生出力Rpを得ることができる。また、時刻t3以降で膨張機18の回生出力Rpが従来より早期にその目標値まで上昇して安定するため、この点でも膨張機18の駆動による回生出力量を増加させることができる。
In this way, in the vehicle equipped with the Rankine cycle system 1, the liquefaction of the working fluid W flowing into the
車両が減速状態のときの車速Vが設定速度V1よりも遅い場合に、過熱度Hwが目標過熱度Hwmを大きく下回ることになり、車両が加速状態になる前に膨張機18はストールした状態となる。このような状態でもヒータ29の駆動により膨張機18を動作させることが可能となるが、過熱度Hwが目標過熱度Hwm以上となるまでヒータ29を駆動することになる。よって、車両が減速状態のときの車速Vが設定車速V1よりも遅い場合に、ヒータ29を駆動しないように、減速状態の判定に速度Vと設定車速V1との比較判定を行うことが望ましい。これにより、ヒータ29の駆動により膨張機18を動作させることが可能となるが消費電力量が増加して燃費が悪化する事態を回避するには有利になる。
When the vehicle speed V when the vehicle is in the decelerated state is slower than the set speed V1, the superheat degree Hw becomes much lower than the target superheat degree Hwm, and the
ヒータ29の通電量に関して、外乱を過熱度Hwとしたフィードフォワード制御で調節したが、作動流体温度センサ25と作動流体圧力センサ26とは別にヒータ29および膨張機18の間に作動流体温度センサと作動流体圧力センサとを配置すれば、それらのセンサが取得した値を目標値としたフィードバック制御を行うこともできる。
The amount of energization of the
第2実施形態の車両のランキンサイクルシステム1は、第1実施形態に対して車両の走行状態取得装置が車速センサ22ではなく情報取得装置27である点と、情報取得装置27を用いて後述するポンプ16やヒータ29の制御を行う点で第1実施形態と異なる。第2実施形態は、その他の点で第1実施形態と同じである。
The Rankine cycle system 1 of the vehicle of the second embodiment will be described later using the point that the running state acquisition device of the vehicle is not the
制御装置28は、情報取得装置27が取得した走行経路情報に基づいて車両の運転状態が減速状態から加速状態に移行する地点Aを予測し、その地点Aの手前の車両の運転状態が減速状態となる減速区間Bで過熱度Hwを維持する制御と、減速区間Bの終了付近でヒータ29を駆動する制御と、を行う。
The
図6に例示するように、車両が地点Aに到達した時刻を時刻t2とする。減速区間Bは時刻t1~t2の間に車両が走行する区間で、その減速区間Bに車両が進入するときは時刻t1である。車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行すると予測された時は時刻t2で、予測したこの移行する時よりも前の時で、減速区間Bの終了付近は時刻t4である。時刻t4は時刻t1と時刻t2の間の時刻である。 As illustrated in FIG. 6, the time when the vehicle reaches the point A is defined as the time t2. The deceleration section B is a section in which the vehicle travels between times t1 and t2, and is time t1 when the vehicle enters the deceleration section B. The time t2 is when the traveling state of the vehicle is predicted to shift from the deceleration state to the acceleration state, and the time is t4 before the predicted shift to the end of the deceleration section B. Time t4 is a time between time t1 and time t2.
地点Aは車両の運転状態が減速状態から加速状態に移行する地点であり、降坂路と登坂路との境界の地点が例示される。制御装置28は情報取得装置27が取得した走行する予定の走行経路における路面勾配とその路面勾配が続く区間とを少なくとも含む走行経路情報からその地点Aを予測する。地点Aに代えて地点Aに車両が到達する時間を予測してもよい。
The point A is a point where the driving state of the vehicle changes from the decelerating state to the accelerating state, and a point at the boundary between the downhill road and the uphill road is exemplified. The
減速区間Bは地点Aの手前の区間であり、車両の運転状態が減速状態に維持されて、排気温度Tgおよび排気流量Vgのそれぞれが低下する区間であり、過熱度Hwが低下する区間である。減速区間Bとしては、降坂路の頂点から地点Aまでの区間が例示される。 The deceleration section B is a section before the point A, in which the operating state of the vehicle is maintained in the deceleration state, the exhaust temperature Tg and the exhaust flow rate Vg each decrease, and the superheat degree Hw decreases. .. As the deceleration section B, a section from the apex of the downhill road to the point A is exemplified.
減速区間Bで過熱度Hwを維持する制御は、車両が減速区間Bに進入したときに行われる制御である。この維持する制御は、先にポンプ16の回転数Spを低下させる制御を行い、その後にヒータ29を駆動する制御を行う。低下させる制御は、ポンプ16の回転数Spを調節する制御で得られる目標回転数Spmをそれよりも低い回転数の補正目標回転数Spm・k3にして、ポンプ16の回転数Spを調節する制御である。
The control for maintaining the superheat degree Hw in the deceleration section B is a control performed when the vehicle enters the deceleration section B. This maintenance control first controls to reduce the rotation speed Sp of the
補正目標回転数Spm・k3は目標回転数Spmに予め設定された補正係数k3を乗算して算出される。補正係数k3は0以上、1未満の値に設定される。補正係数k3は走行経路の状態に応じて適宜設定可能であり、減速区間Bの区間長や減速区間Bにおける車両の減速度に応じて設定されてもよい。補正係数k3は実際の過熱度Hwが目標過熱度Hwm以上となるようにその値が徐々に小さくなる構成でもよい。 The correction target rotation speed Spm · k3 is calculated by multiplying the target rotation speed Spm by a preset correction coefficient k3. The correction coefficient k3 is set to a value of 0 or more and less than 1. The correction coefficient k3 can be appropriately set according to the state of the traveling route, and may be set according to the section length of the deceleration section B or the deceleration of the vehicle in the deceleration section B. The correction coefficient k3 may be configured such that its value gradually decreases so that the actual superheat degree Hw becomes equal to or higher than the target superheat degree Hwm.
維持する制御におけるヒータ29を駆動する制御はポンプ16の回転数Spを低下する制御において補正目標回転数Spm・k3でポンプ16の回転数Spを調節しても、実際の過熱度Hwが目標過熱度Hwmを下回る場合に行われる。
In the control to drive the
また、このヒータ29を駆動する制御はヒータ29を駆動した地点Cから地点Aに至るまでに到達する車速Vcを予測し、予測した車速Vcが設定車速V1を下回る場合にヒータ29の駆動を禁止する。つまり、実際の過熱度Hwが目標過熱度Hwmを下回り膨張機18がストールする状態が予測されると、ヒータ29の駆動を禁止する。このヒータ29の駆動の禁止は減速区間Bの終了付近でヒータ29を駆動する制御にも適用される。
Further, the control for driving the
減速区間Bの終了付近でヒータ29を駆動する制御は、車両が地点Aに到達し加速状態になる前にヒータ29を駆動する制御である。本開示において、減速区間Bの終了付近とは、地点Aに車両が到達すると予測した時間がヒータ29の駆動が開始してからその出力が作動流体Wを加熱可能になるまでに要する時間よりも遅くなる範囲で地点Aに近づけた場所である。ヒータ29の要する時間は予め設定された固定値である。このヒータ29を駆動する制御に至るまでに、維持する制御において予測した車速Vcが設定車速V1を下回るか否かの判定が行われている。そこで、維持する制御において、地点Aに至るまでに予測される車速Vcが設定車速V1を下回ると判定されてヒータ29の駆動が禁止されている場合に、この制御も禁止される。
The control for driving the
図7および図8に例示するように、第2実施形態の車両のランキンサイクルシステム1の制御方法は、車両の走行中に所定の周期ごとに繰り返される。所定の周期は、情報取得装置27が車両が走行する予定の走行経路を更新する周期である。
As illustrated in FIGS. 7 and 8, the control method of the Rankine cycle system 1 of the vehicle of the second embodiment is repeated at predetermined cycles while the vehicle is running. The predetermined cycle is a cycle in which the
図7の制御フローがスタートすると、制御装置28は情報取得装置27が取得した走行経路情報に基づいて地点Aを予測する(S210)。本実施形態において、地点Aは、走行経路情報から車両の運転状態が減速状態に維持されて、排気温度Tgおよび排気流量Vgのそれぞれが低下する減速区間Bと登坂路とが連続した場合に、減速区間Bの終了地点として予測される。
When the control flow of FIG. 7 starts, the
次いで、制御装置28は車両が減速区間Bに進入するか否かを判定する(S220)。ステップS220の判定は、情報取得装置27に内蔵された全球測位衛星システムのアンテナにより車両の走行位置を取得し、その走行位置が減速区間Bに存在したときに車両が減速区間Bに進入したと判定する。
Next, the
車両が減速区間Bに進入したと判定すると(S220:YES)、制御装置28は維持する制御を行う。一方、車両が減速区間Bに進入していないと判定すると(S220:NO)、制御装置28は維持する制御を行わない。
When it is determined that the vehicle has entered the deceleration section B (S220: YES), the
維持する制御を開始すると、制御装置28はポンプ16の目標回転数Spmを補正目標回転数Spm・k3に補正し、ポンプ16の回転数Spをその補正目標回転数Spm・k3に調節する(S230)。次いで、制御装置28は作動流体温度センサ25と作動流体圧力センサ26が取得した値に基づいた実際の過熱度Hwが排気温度センサ23と排気流量センサ24が取得した値に基づいた目標過熱度Hwmを下回るか否かを判定する(S240)。
When the maintenance control is started, the
実際の過熱度Hwが目標過熱度Hwm以上と判定すると(S240:NO)、制御装置28はポンプ16の回転数Spの調節を維持する。一方、実際の過熱度Hwが目標過熱度Hwmを下回ると判定すると(S240:YES)、制御装置28は地点Aに至るまでに到達する車速Vcを予測する(S250)。この車速Vcは地点Aに至るまでの距離、現時点の車速V、減速状態の減速度に応じて予測される。次いで、制御装置28は予測した車速Vcが設定車速V1を下回るか否かを判定する(S260)。
When it is determined that the actual superheat degree Hw is equal to or higher than the target superheat degree Hwm (S240: NO), the
予測した車速Vcが設定車速V1以上と判定すると(S260:NO)、制御装置28はヒータ29を駆動して、作動流体Wを加熱する制御を行う(S270)。一方、予測した車速Vcが設定車速V1を下回ると判定すると(S260:YES)、制御装置28はヒータ29の駆動を禁止する(S280)。
When it is determined that the predicted vehicle speed Vc is equal to or higher than the set vehicle speed V1 (S260: NO), the
図8の制御フローがスタートすると、制御装置28は情報取得装置27が取得した走行経路情報に基づいて地点Aを予測する(S310)。次いで、制御装置28は車両の走行位置が減速区間Bの終了付近か否かを判定する(S320)。このステップS320は、判定した時点の車両の走行位置から地点Aに到達すると予測される時間がヒータ29の駆動が開始してからその出力が作動流体Wを加熱可能になるまでに要する時間よりも遅くなる範囲で最も地点Aに近接する場所を減速区間Bの終了付近とする。また、このステップS320は、車両の走行位置がその終了付近に到達したときに車両の走行位置が減速区間Bの終了付近であると判定する。
When the control flow of FIG. 8 starts, the
車両の走行位置が減速区間Bの終了付近と判定すると(S320:YES)、制御装置28は維持する制御においてヒータ29の駆動が禁止されたか否かを判定する(S330)。このステップS330の判定は、ステップS280が行われたか否かを判定する。
When it is determined that the traveling position of the vehicle is near the end of the deceleration section B (S320: YES), the
ヒータ29の駆動が禁止されていないと判定すると(S330:NO)、制御装置28はヒータ29を駆動して、作動流体Wを加熱する制御を行う(S340)。
When it is determined that the driving of the
次いで、制御装置28は作動流体温度センサ25と作動流体圧力センサ26が取得した値に基づいた実際の過熱度Hwが排気温度センサ23と排気流量センサ24が取得した値に基づいた目標過熱度Hwmを下回るか否かを判定する(S350)。
Next, in the
実際の過熱度Hwが目標過熱度Hwm以上と判定すると(S350:NO)、制御装置28はヒータ29の駆動を停止する(S360)。一方、実際の過熱度Hwが目標過熱度Hwmを下回ると判定すると(S350:NO)、制御装置28はヒータ29の駆動を維持する。
When it is determined that the actual superheat degree Hw is equal to or higher than the target superheat degree Hwm (S350: NO), the
また、車両の走行位置が減速区間Bの終了付近でないと判定する(S320:NO)、あるいは、ヒータ29の駆動が禁止されていると判定すると(S330:YES)、制御装置28はヒータ29の駆動を行わない。
Further, when it is determined that the traveling position of the vehicle is not near the end of the deceleration section B (S320: NO) or it is determined that the driving of the
このように、第2実施形態の車両のランキンサイクルシステム1は、車両の走行状態が減速状態になる減速区間Bを予測し、その減速区間Bに車両が進入するときに、目標回転数Spmをより低い回転数である補正目標回転数Spm・k3に基づいてポンプ16の回転数Spを調節する。それ故、ランキンサイクルシステム1によれば、車両の減速区間Bで作動流体Wの流量を低減して、蒸発器17での作動流体Wの単位流量あたりの受熱量を維持して、作動流体Wの過熱度Hwの低下を抑制することができる。これにより、排気温度Tgおよび排気流量Vgのそれぞれが低下する区間でも、過熱度Hwが目標過熱度Hwm以上になる期間を延長して、廃熱回収の機会を増やすことができる。
As described above, the Rankine cycle system 1 of the vehicle of the second embodiment predicts the deceleration section B in which the traveling state of the vehicle becomes the deceleration state, and when the vehicle enters the deceleration section B, the target rotation speed Spm is set. The rotation speed Sp of the
また、ランキンサイクルシステム1は、ポンプ16の回転数Spを調節しても過熱度Hwが目標過熱度Hwmを下回る場合に、ヒータ29を駆動する。それ故、車両が地点Aに到達するまでに過熱度Hwが目標過熱度Hwmを下回って膨張機18がストールする事態を回避することができる。これにより、排気温度Tgおよび排気流量Vgのそれぞれが低下する区間でも、過熱度Hwが目標過熱度Hwm以上になる期間を延長して、廃熱回収の機会を増やすことができる。
Further, the Rankine cycle system 1 drives the
車両の走行状態が減速状態におけるヒータ29の駆動は、総合的な燃費が向上する場合に行われる。車両の走行状態が減速状態の場合で、その車速Vが設定車速V1を下回るときに、ヒータ29を駆動しても作動流体Wの過熱度Hwが目標過熱度Hwm以上となる状態までに要する時間が長くなる。そのような状況でヒータ29を駆動して作動流体Wを加熱して、膨張機18を作動させても、ヒータ29で消費される電力量が多くなり、総合的な燃費が悪化する。そこで、そのような状況でヒータ29の駆動を禁止することで、総合的な燃費の向上には有利になる。
The drive of the
また、車両のランキンサイクルシステム1は、車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行すると予測した場合に、加速状態に移行する時よりも前にヒータ29の駆動により作動流体Wを加熱する制御を行う。それ故、ランキンサイクルシステム1によれば、ポンプ16の回転数Spの急上昇に伴い蒸発器17での作動流体Wの単位流量あたりの受熱量が減少しても、膨張機18に流入する前の流路15で作動流体Wがヒータ29により加熱されて、作動流体Wの液化が抑制される。これにより、膨張機18を回転駆動する作動流体Wのエネルギー量を確保するには有利になり、膨張機18のストールを回避することができる。この結果、膨張機18のストール後に再び膨張機18が回生出力可能になるまでの間で廃熱回収できなくなる事態が回避され、廃熱回収の機会を増やすことができる。
Further, the Rankine cycle system 1 of the vehicle controls to heat the working fluid W by driving the
さらに、車両のランキンサイクルシステム1は第一実施形態に比してヒータ29の駆動の開始が早く、ヒータ29による作動流体Wの加熱の応答遅れを回避して、早期に作動流体Wを昇温できるという利点もある。
Further, the Rankine cycle system 1 of the vehicle starts driving the
第二実施形態のポンプ16の回転数Spを低下させる制御は、目標回転数Spmを補正目標回転数Spm・k3にする制御を例に説明したが、目標過熱度マップ28aで得られる目標過熱度Hwmに補正係数を乗算して、目標過熱度Hwmよりも低い補正目標過熱度を用いてポンプ16の回転数Spを低下させてもよい。
The control for lowering the rotation speed Sp of the
図6に例示するように、第二実施形態のランキンサイクルシステム1を搭載した車両と搭載していない車両とを比較する。図6の点線部は本実施形態のランキンサイクルシステム1を搭載しない車両の状態を示している。減速区間Bは時刻t1~t2の間に車両が走行する区間で、その減速区間Bに車両が進入するときは時刻t1である。 As illustrated in FIG. 6, a vehicle equipped with the Rankine cycle system 1 of the second embodiment and a vehicle not equipped with the Rankine cycle system 1 are compared. The dotted line portion in FIG. 6 shows the state of the vehicle not equipped with the Rankine cycle system 1 of the present embodiment. The deceleration section B is a section in which the vehicle travels between times t1 and t2, and is time t1 when the vehicle enters the deceleration section B.
第二実施形態のランキンサイクルシステム1を搭載していない車両は、時刻t1~t2の間に、ポンプ16の回転数がSp1(点線部)であるのに対して第二実施形態のランキンサイクルシステム1を搭載した車両はポンプ16の回転数がSp2(実線部)まで低下している。
In the vehicle not equipped with the Rankine cycle system 1 of the second embodiment, the rotation speed of the
時刻t1~t2の期間では、蒸発器17で熱交換する作動流体Wの単位流量あたりの受熱量が低下している。この期間でポンプ16の回転数を上記のように低下させることで、蒸発器17を通過する作動流体Wの流量が低減されるので、蒸発器17で熱交換する作動流体Wの単位流量あたりの受熱量が大きくなる。それ故、膨張機18に流入する作動流体Wの温度Twおよび過熱度Hwがポンプ16の流量を低下させない場合の温度Twcおよび過熱度Hwcより高くなる。
During the period from time t1 to t2, the amount of heat received per unit flow rate of the working fluid W that exchanges heat with the
第二実施形態のランキンサイクルシステム1を搭載した車両は、時刻t2よりも前の時刻t4にヒータ29への通電が開始される。ポンプ16の回転数Spを低下させただけでは、過熱度が目標過熱度Hwmを下回るときが時刻t4でもある。
The vehicle equipped with the Rankine cycle system 1 of the second embodiment starts energizing the
時刻t4~t3の期間でヒータ29による作動流体Wの加熱を行うことで、膨張機18に流入する作動流体Wの温度Tw(実線部)がヒータ29による加熱を行わない場合の温度Twc(点線部)より高くなる。また、膨張機18に流入する作動流体Wの過熱度Hw(実線部)がヒータ29による加熱を行わない場合の過熱度Hwc(点線部)より大きくなる。それ故、車両の減速状態から加速状態に移行するときにおける、膨張機18に流入する作動流体Wの液化を抑制することができる。したがって、膨張機18の回生出力の低下や回生出力不可の状態に陥ることを回避して、廃熱回収の機会を増やすことができる。
By heating the working fluid W by the
車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行する時よりも前にヒータ29の駆動により作動流体Wを加熱する制御を行う。この移行するときよりも前からヒータ29を駆動して作動流体Wの温度Twや過熱度Hwを向上させるので、移行するときに温度Twや過熱度Hwが作動流体Wの液化が発生する程度の値まで低下することを抑制できる。
Control is performed to heat the working fluid W by driving the
既述した実施形態で、ヒータ29の駆動を開始した後に過熱度Hwに基づいてヒータ29の駆動を停止させた例を例示したが、情報取得装置27が取得した車両の走行経路情報に基づいてヒータ29を駆動して作動流体Wを加熱する制御を行う期間tを予測し、予測したその期間tが閾値期間taを超える場合にヒータ29の駆動を停止させもてよい。車両の走行状態が加速状態の場合に、車両の走行する区間またはその期間に対して過熱度Hwは正の相関となる。そこで、過熱度Hwの代わりに予測した区間や期間に基づいてヒータ29の駆動を停止させてもよい。
In the above-described embodiment, an example in which the drive of the
既述した実施形態で、ヒータ29の駆動を開始する条件として、車両の走行状態が減速状態の場合の車速Vが設定車速V1を下回らないことを条件としたが、予め設定した電力量の閾値とヒータ29を駆動することで消費されると予測される電力量とを比較して、予測される電力量が電力量の閾値以下の場合にヒータ29の駆動を開始してもよい。予め条件、試験、あるいは、シミュレーションにより総合的な電力量の推移を求め、その推移に基づいて電力量の閾値を設定することで、ヒータ29の駆動により燃費が悪化する事態を避けて、効果的に、廃熱回収の機会を増やすことが可能となる。
In the above-described embodiment, the condition for starting the driving of the
1 車両のランキンサイクルシステム
2 エンジン(内燃機関)
4 排気通路
14 還流排気弁
15 作動流体の流路
16 ポンプ
17 蒸発器
18 膨張機
19 凝縮器
20 タンク
21 発電機
22 車速センサ(パラメータ取得装置)
23 排気温度センサ
24 排気流量センサ
25 作動流体温度センサ(制御値取得装置)
26 作動流体圧力センサ
27 情報取得装置(パラメータ取得装置)
28 制御装置
28a 回転数マップ
28b 目標温度マップ
29 ヒータ
1 Vehicle
4
23
26 Working
28
Claims (8)
前記蒸発器および前記膨張機の間の前記流路に配置されたヒータと、前記ポンプの回転数に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、を備えて、
前記制御装置は、前記パラメータ取得装置が取得した前記パラメータに基づいて前記ポンプの回転数が低下する状態から上昇する状態に移行すると判定した場合に、前記ヒータの駆動により作動流体を加熱する制御を行う構成であることを特徴とする車両のランキンサイクルシステム。 A flow path of the working fluid in which a pump, an evaporator, an expander, and a condenser are arranged and a control device are provided in the order in which the working fluid flows, and the evaporator is a waste heat fluid and a working fluid of an internal combustion engine. Control that heat is exchanged between the two, and the control device adjusts the rotation speed of the pump to make a positive correlation between the rotation speed of the pump and the flow rate and temperature of the exhaust in the exhaust passage of the internal combustion engine. In the Rankine cycle system of the vehicle
A heater arranged in the flow path between the evaporator and the expander, and a parameter acquisition device for acquiring parameters related to the rotation speed of the pump are provided.
When the control device determines that the pump rotation speed shifts from a decreasing state to an increasing state based on the parameters acquired by the parameter acquisition device, the control device controls to heat the working fluid by driving the heater. A vehicle Rankine cycle system characterized by a configuration to be performed.
前記制御装置は、前記ポンプの回転数が低下する状態から上昇する状態に移行するか否かの判定を前記車速センサが取得した速度に基づいて前記車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行するか否かで判定し、前記車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行したと判定すると前記ポンプの回転数が低下する状態から上昇する状態に移行したと判定する構成である請求項1に記載の車両のランキンサイクルシステム。 The parameter acquisition device has a vehicle speed sensor that acquires the speed of the vehicle.
The control device determines whether or not the pump rotation speed shifts from a decreasing state to an increasing state based on the speed acquired by the vehicle speed sensor, and the traveling state of the vehicle shifts from the deceleration state to the acceleration state. Claim 1 is a configuration in which it is determined whether or not the pump is driven, and when it is determined that the traveling state of the vehicle has changed from the deceleration state to the acceleration state, it is determined that the rotation speed of the pump has changed from the decreasing state to the increasing state. The Rankine cycle system of the vehicle described in.
前記制御装置は、前記情報取得装置が取得した前記走行経路情報に基づいて前記車両の走行状態が減速状態から加速状態に移行すると予測した場合に、前記車両の走行状態が減速状態になる減速区間に前記車両が進入するときに、前記ポンプの回転数を前記正の相関関係で示される排気の流量および温度に応じた回転数より低下させる制御を行う構成である請求項2または3に記載の車両のランキンサイクルシステム。 The parameter acquisition device has an information acquisition device for acquiring travel route information of the vehicle.
When the control device predicts that the traveling state of the vehicle will shift from the deceleration state to the acceleration state based on the travel route information acquired by the information acquisition device, the deceleration section in which the traveling state of the vehicle becomes the deceleration state. The second or third aspect of the present invention, wherein when the vehicle enters the vehicle, the rotation speed of the pump is controlled to be lower than the rotation speed according to the flow rate and temperature of the exhaust indicated by the positive correlation. The Rankine cycle system of the vehicle.
前記制御装置は、前記低下させる制御を行った場合で、前記制御値取得装置が取得した前記制御値が前記膨張機を駆動可能な作動流体の目標温度および目標過熱度のうちの少なくとも一方の目標値を下回るときに、前記加熱する制御を行う構成である請求項4または5に記載の車両のランキンサイクルシステム。 A control value acquisition device for acquiring a control value of at least one of the temperature and the degree of superheat of the working fluid flowing into the expander is provided.
When the control device performs the reduction control, the control value acquired by the control value acquisition device targets at least one of the target temperature and the target superheat degree of the working fluid capable of driving the inflator. The Rankine cycle system for a vehicle according to claim 4 or 5, which is configured to control the heating when the value falls below the value.
前記制御装置は、前記加熱する制御において、前記膨張機を駆動可能な作動流体の目標温度および目標過熱度のうちの少なくとも一方の目標値から前記制御値取得装置が取得した制御値を減算した差分に基づいて前記ヒータの通電量を調節する構成である請求項1~6のいずれか1項に記載の車両のランキンサイクルシステム。 A control value acquisition device for acquiring a control value of at least one of the temperature and the degree of superheat of the working fluid flowing into the expander is provided.
In the heating control, the control device is a difference obtained by subtracting the control value acquired by the control value acquisition device from the target value of at least one of the target temperature and the target superheat degree of the working fluid that can drive the inflator. The Rankine cycle system for a vehicle according to any one of claims 1 to 6, which is configured to adjust the energization amount of the heater based on the above.
前記ポンプの回転数に関するパラメータを逐次、取得するステップと、
前記ポンプの回転数が低下する状態から上昇する状態に移行したか否かを判定するステップと、
前記ポンプの回転数が低下する状態から上昇する状態に移行したと判定した場合に、前記蒸発器および前記膨張機の間に配置されたヒータを駆動させて、前記膨張機に流入する作動流体を加熱するステップと、
を有することを特徴とする車両のランキンサイクルシステムの制御方法。 A pump, an evaporator, an expander, and a flow path of the working fluid in which a condenser is arranged are provided in the order in which the working fluid flows, and the evaporator causes heat exchange between the waste heat fluid of the internal combustion engine and the working fluid. At the same time, control of the Rankin cycle system of the vehicle that controls the rotation speed of the pump so that the rotation speed of the pump and the flow rate and temperature of the exhaust in the exhaust passage of the internal combustion engine are positively correlated with each other. In the method
The step of sequentially acquiring the parameters related to the rotation speed of the pump, and
A step of determining whether or not the pump rotation speed has changed from a decreasing state to an increasing state, and
When it is determined that the pump rotation speed has changed from a decreasing state to an increasing state, the heater arranged between the evaporator and the inflator is driven to drive the working fluid flowing into the inflator. The step to heat and
A method of controlling a vehicle's Rankine cycle system, characterized in that it has.
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