JP4344767B2 - Vehicle with Rankine cycle device - Google Patents

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Description

本発明は、走行用の駆動力を発生する内燃機関と、内燃機関の運転時にその排気ガスで作動して駆動力を発生するランキンサイクル装置とを備えたランキンサイクル装置付き車両に関する。   The present invention relates to a vehicle with a Rankine cycle device that includes an internal combustion engine that generates a driving force for traveling and a Rankine cycle device that operates with the exhaust gas to generate the driving force when the internal combustion engine is in operation.

ランキンサイクル装置で内燃機関の排気ガスの熱エネルギーを機械エネルギーに変換し、その機械エネルギーで車両の駆動力をアシストし、あるいは発電機を駆動して電力を得るものが、下記特許文献1および下記特許文献2により公知である。   The Rankine cycle device converts the thermal energy of the exhaust gas of the internal combustion engine into mechanical energy, assists the driving force of the vehicle with the mechanical energy, or drives the generator to obtain electric power. This is known from US Pat.

また内燃機関および発電電動機を備え、加速時やクルーズ時に発電電動機の駆動力で内燃機関の駆動力をアシストし、減速時に発電電動機の回生電力でバッテリを充電するハイブリッド車両も公知である。
特開平5−340241号公報 特開昭56−101012号公報
A hybrid vehicle that includes an internal combustion engine and a generator motor, assists the driving force of the internal combustion engine with the driving force of the generator motor during acceleration or cruise, and charges the battery with regenerative power of the generator motor during deceleration is also known.
JP-A-5-340241 JP 56-1010112 A

ところで、車両に搭載された走行用の内燃機関の排気ガスのエネルギーは、車両の運転状態(加速時、クルーズ時、減速時等)に応じて大きく変化するため、車両の運転状態に関わらずランキンサイクル装置を連続的に運転すると、ランキンサイクル装置による排気ガスのエネルギーの回収効率が低下してしまう問題がある。   By the way, the energy of the exhaust gas of the traveling internal combustion engine mounted on the vehicle changes greatly depending on the driving state of the vehicle (acceleration, cruise, deceleration, etc.). When the cycle apparatus is operated continuously, there is a problem that the energy recovery efficiency of the exhaust gas by the Rankine cycle apparatus decreases.

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、内燃機関およびランキンサイクル装置を備えた車両において、ランキンサイクル装置による排気ガスのエネルギーの回収効率を最大限に高めて内燃機関の燃料消費量を節減することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a vehicle equipped with an internal combustion engine and a Rankine cycle device, the efficiency of exhaust gas energy recovery by the Rankine cycle device is maximized to reduce the fuel consumption of the internal combustion engine. The purpose is to save.

前記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、走行用の駆動力を発生する内燃機関と、内燃機関の運転時にその排気ガスで作動して駆動力を発生するランキンサイクル装置と、電動機として機能して内燃機関の駆動力をアシストするとともに、発電機として機能して発電を行う発電電動機と、発電電動機により充電され、かつ発電電動機に電力を供給するバッテリとを備えたランキンサイクル装置付き車両において、車両の加速時あるいはクルーズ時にランキンサイクル装置を作動させて車両の減速時あるいは停止時にランキンサイクル装置を停止させ、前記ランキンサイクル装置の駆動力は内燃機関の駆動力をアシストし、あるいは発電電動機を発電機として駆動し、少なくともランキンサイクル装置の作動時には、バッテリの残容量に応じて、車両の要求駆動力から、内燃機関の運転状態に基づいて算出したランキンサイクル装置の駆動力と、発電電動機の駆動力あるいは負荷とを減算して内燃機関の目標出力を算出し、前記ランキンサイクル装置は、前記発電電動機以外の発電機を駆動して前記バッテリを充電することを特徴とするランキンサイクル装置付き車両が提案される。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an internal combustion engine that generates a driving force for traveling, and a Rankine that operates with the exhaust gas to generate the driving force during operation of the internal combustion engine. A cycle device, a generator motor that functions as an electric motor to assist the driving force of the internal combustion engine, and functions as a generator to generate electric power, and a battery that is charged by the generator motor and supplies electric power to the generator motor In a vehicle with a Rankine cycle device, the Rankine cycle device is operated during acceleration or cruise of the vehicle to stop the Rankine cycle device when the vehicle is decelerated or stopped, and the driving force of the Rankine cycle device is the driving force of the internal combustion engine. Assist or drive the generator motor as a generator, and at least during the operation of the Rankine cycle device, The target output of the internal combustion engine is calculated by subtracting the driving force of the Rankine cycle device calculated based on the operating state of the internal combustion engine and the driving force or load of the generator motor from the required driving force of the vehicle according to the remaining capacity of the battery. A vehicle with a Rankine cycle device is proposed in which the Rankine cycle device charges a battery by driving a generator other than the generator motor .

また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、内燃機関の駆動力は変速機およびクラッチを介して駆動輪に伝達され、前記発電電動機はクラッチと駆動輪との間の動力伝達経路に接続されることを特徴とするランキンサイクル装置付き車両が提案される。According to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the driving force of the internal combustion engine is transmitted to the driving wheels via the transmission and the clutch, and the generator motor includes the clutch, the driving wheels, and the like. A vehicle with a Rankine cycle device is proposed, which is connected to a power transmission path between the two.

また請求項3に記載された発明によれば、請求項1または請求項2の構成に加えて、前記発電電動機以外の発電電動機を内燃機関に接続し、該発電電動機で内燃機関を始動するとともに前記バッテリを充電することを特徴とするランキンサイクル装置付き車両が提案される。According to the invention described in claim 3, in addition to the configuration of claim 1 or 2, the generator motor other than the generator motor is connected to the internal combustion engine, and the internal combustion engine is started by the generator motor. A vehicle with a Rankine cycle device is proposed in which the battery is charged.

請求項1の構成によれば、ランキンサイクル装置の駆動力で内燃機関の駆動力をアシストし、あるいは発電電動機を発電機として駆動することにより、内燃機関の燃料消費量を節減することができる。しかも車両の減速時に回生制動により発電電動機を発電機として機能させて発電を行えば、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収して内燃機関の燃料消費量を一層節減することができる。また内燃機関の排気ガスの温度や流量が増加する車両の加速時あるいはクルーズ時にランキンサイクル装置を作動させ、内燃機関の排気ガスの温度や流量が減少する車両の減速時あるいは停止時にランキンサイクル装置を停止させるので、ランキンサイクル装置による排気ガスのエネルギーの回収効率を高めることができる。更に少なくともランキンサイクル装置の作動時には、バッテリの残容量に応じて、車両の要求駆動力から、内燃機関の運転状態に基づいて算出したランキンサイクル装置の駆動力と、発電電動機の駆動力あるいは負荷とを減算して内燃機関の目標出力を算出するので、燃料の消費量を最小限に抑えながら車両の加速性能を高めるとともに、内燃機関の駆動力で発電電動機を駆動してバッテリを充電することができる。   According to the configuration of the first aspect, the fuel consumption of the internal combustion engine can be reduced by assisting the driving force of the internal combustion engine with the driving force of the Rankine cycle device or driving the generator motor as a generator. In addition, if the generator motor is caused to function as a generator by regenerative braking when the vehicle is decelerated, the kinetic energy of the vehicle can be recovered as electric energy and the fuel consumption of the internal combustion engine can be further reduced. Also, the Rankine cycle device is operated during acceleration or cruise of a vehicle in which the exhaust gas temperature and flow rate of the internal combustion engine increases, and the Rankine cycle device is operated during deceleration or stop of the vehicle in which the exhaust gas temperature and flow rate of the internal combustion engine decreases. Since it is stopped, the energy recovery efficiency of the exhaust gas by the Rankine cycle device can be increased. Further, at least during the operation of the Rankine cycle device, the driving force of the Rankine cycle device calculated based on the operating state of the internal combustion engine from the required driving force of the vehicle according to the remaining capacity of the battery, and the driving force or load of the generator motor Since the target output of the internal combustion engine is calculated by subtracting the value, the acceleration performance of the vehicle can be improved while minimizing the fuel consumption, and the battery can be charged by driving the generator motor with the driving force of the internal combustion engine. it can.

車両の加速時やクルーズ時には発電電動機による回生電力を得ることができないが、このときランキンサイクル装置で発電電動機以外の発電機を駆動することで、車両の加速時やクルーズ時にもバッテリを充電することができる。これにより、内燃機関の駆動力を用いることなく、加速時、クルーズ時および減速時の全ての場合において、ランキンサイクル装置により駆動される発電機の発電電力あるいは発電電動機の回生電力でバッテリを充電することができる。When the vehicle is accelerating or cruising, regenerative power from the generator motor cannot be obtained. At this time, the Rankine cycle device drives a generator other than the generator motor to charge the battery during vehicle acceleration or cruising. Can do. Thus, the battery is charged with the generated power of the generator driven by the Rankine cycle device or the regenerative power of the generator motor in all cases of acceleration, cruise and deceleration without using the driving force of the internal combustion engine. be able to.

また請求項3の構成によれば、前記発電電動機以外の発電電動機を内燃機関に接続したので、その発電電動機を電動機として駆動して内燃機関を始動したり、発電機として駆動してバッテリを充電することができる。According to the third aspect of the present invention, since the generator motor other than the generator motor is connected to the internal combustion engine, the generator motor is driven as the motor to start the internal combustion engine, or is driven as the generator to charge the battery. can do.

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.

図1〜図13は本発明の第1実施例を示すもので、図1はハイブリッド車両の全体構成を示す図、図2はランキンサイクル装置の構成を示す図、図3はメインルーチンのフローチャート、図4は停止時処理ルーチンのフローチャート、図5は加速時処理ルーチンのフローチャート、図6はクルーズ時処理ルーチンのフローチャート、図7は減速時処理ルーチンのフローチャート、図8は停止、加速、クルーズおよび減速を判定するマップを示す図、図9は電動機アシスト領域、内燃機関走行領域および充電領域を判定するマップを示す図、図10はバッテリの充電状態の各閾値を示す図、図11は内燃機関走行領域、電動機走行領域および充電領域を判定するマップを示す図、図12は車両の走行パターンの一例を示すタイムチャート、図13は車両の走行パターンの他の一例を示すタイムチャートである。   FIGS. 1 to 13 show a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a hybrid vehicle, FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a Rankine cycle device, FIG. 3 is a flowchart of a main routine, 4 is a flowchart of a stop time processing routine, FIG. 5 is a flowchart of an acceleration time processing routine, FIG. 6 is a flowchart of a cruise time processing routine, FIG. 7 is a deceleration time processing routine, and FIG. 8 is a stop, acceleration, cruise and deceleration. FIG. 9 is a diagram illustrating a map for determining the motor assist region, the internal combustion engine travel region, and the charging region, FIG. 10 is a diagram illustrating each threshold value of the state of charge of the battery, and FIG. 11 is a travel diagram of the internal combustion engine. FIG. 12 is a time chart showing an example of a running pattern of a vehicle, FIG. Is a time chart showing another example of a travel pattern of the vehicle.

図1において、ハイブリッド車両は走行用の駆動力を発生する内燃機関1を備えており、内燃機関1および発電電動機2はクラッチ3を介して直列に接続され、更に発電電動機2は変速機4、クラッチ5および差動装置6を介して駆動輪7に接続される。従って、クラッチ3を締結した状態で内燃機関1を駆動すれば、その駆動力がクラッチ3、発電電動機2、変速機4、クラッチ5および差動装置6を介して駆動輪7に伝達されて車両を走行させる。このとき、発電電動機2は空転させても良いが、バッテリ8からの電力で発電電動機2を駆動すれば内燃機関1の駆動力を発電電動機2の駆動力でアシストすることができ、あるいは発電電動機2を内燃機関1の駆動力で駆動して発電機として機能させればバッテリ8を充電することができる。また車両の減速時に、クラッチ3を締結解除して駆動輪7から逆伝達される駆動力で発電電動機2を駆動すれば、その発電電動機2が発生する回生電力でバッテリ8を充電することができる。   In FIG. 1, the hybrid vehicle includes an internal combustion engine 1 that generates a driving force for traveling. The internal combustion engine 1 and a generator motor 2 are connected in series via a clutch 3, and the generator motor 2 further includes a transmission 4, It is connected to the drive wheel 7 via the clutch 5 and the differential 6. Therefore, if the internal combustion engine 1 is driven with the clutch 3 engaged, the driving force is transmitted to the drive wheels 7 via the clutch 3, the generator motor 2, the transmission 4, the clutch 5, and the differential device 6 so that the vehicle. To run. At this time, the generator motor 2 may be idled, but if the generator motor 2 is driven by the electric power from the battery 8, the driving force of the internal combustion engine 1 can be assisted by the driving force of the generator motor 2, or the generator motor The battery 8 can be charged by driving 2 with the driving force of the internal combustion engine 1 to function as a generator. Further, when the vehicle is decelerated, when the generator motor 2 is driven by the driving force reversely transmitted from the drive wheels 7 by releasing the clutch 3, the battery 8 can be charged with the regenerative power generated by the generator motor 2. .

車両は内燃機関1の廃熱で作動するランキンサイクル装置9を備えており、ランキンサイクル装置9が出力する駆動力は変速機4に入力される(矢印a参照)。変速機4は、ランキンサイクル装置9が発生した駆動力と、内燃機関1あるいは発電電動機2が発生した駆動力とを、例えば遊星歯車機構を用いて統合して駆動輪7に伝達する。。   The vehicle includes a Rankine cycle device 9 that operates with waste heat of the internal combustion engine 1, and a driving force output from the Rankine cycle device 9 is input to the transmission 4 (see arrow a). The transmission 4 integrates the driving force generated by the Rankine cycle device 9 and the driving force generated by the internal combustion engine 1 or the generator motor 2 using, for example, a planetary gear mechanism and transmits the integrated driving force to the driving wheel 7. .

図2に示すように、ランキンサイクル装置9は公知の構造を有するもので、内燃機関1の廃熱である排気ガスを熱源として高温高圧蒸気を発生する蒸発器10と、その高温高圧蒸気の膨脹によって軸出力を発生する膨脹器11と、膨脹器11から排出される降温降圧蒸気を凝縮させて水に戻す凝縮器12と、凝縮器12からの水を蒸発器10に供給する給水ポンプ13とを有する。   As shown in FIG. 2, the Rankine cycle device 9 has a known structure, and an evaporator 10 that generates high-temperature and high-pressure steam using exhaust gas that is waste heat of the internal combustion engine 1 as a heat source, and expansion of the high-temperature and high-pressure steam. , An expander 11 that generates a shaft output, a condenser 12 that condenses the temperature-decreasing step-down steam discharged from the expander 11 and returns it to water, and a water supply pump 13 that supplies water from the condenser 12 to the evaporator 10. Have

次に、内燃機関1、発電電動機2およびランキンサイクル装置9の制御をフローチャートを参照しながら説明する。内燃機関1、発電電動機2およびランキンサイクル装置9は、車速センサ、車体加速度センサ、スロットル開度センサ、バッテリ電圧センサ、バッテリ電流センサ等の出力に基づいて電子制御ユニットにより制御される。   Next, control of the internal combustion engine 1, the generator motor 2, and the Rankine cycle device 9 will be described with reference to flowcharts. The internal combustion engine 1, the generator motor 2, and the Rankine cycle device 9 are controlled by an electronic control unit based on outputs from a vehicle speed sensor, a vehicle body acceleration sensor, a throttle opening sensor, a battery voltage sensor, a battery current sensor, and the like.

先ず、図3のメインルーチンのステップS1で車速および車速の変化(車体加速度および車体減速度)を検出し、ステップS2でスロットル開度を検出し、ステップS3で車速およびスロットル開度から車両の要求出力を算出する。続くステップS4で車両が停止状態にあれば、ステップS5で後述する停止時処理を実行し、ステップS6で車両が加速状態にあれば、ステップS7で後述する加速時処理を実行し、ステップS8で車両がクルーズ状態にあれば、ステップS9で後述するクルーズ時処理を実行し、ステップS10で車両が減速状態にあれば、ステップS11で後述する減速時処理を実行する。そしてステップS12で、前記停止時処理、加速時処理、クルーズ時処理および減速時処理に応じた内燃機関1、発電電動機2およびランキンサイクル装置9の駆動力制御を実行する。   First, in step S1 of the main routine of FIG. 3, changes in vehicle speed and vehicle speed (vehicle acceleration and vehicle deceleration) are detected, throttle opening is detected in step S2, and vehicle demand is determined from the vehicle speed and throttle opening in step S3. Calculate the output. If the vehicle is in a stopped state in subsequent step S4, a stop time process described later is executed in step S5. If the vehicle is in an accelerated state in step S6, an acceleration time process described later is executed in step S7. If the vehicle is in a cruise state, a cruise time process described later is executed in step S9. If the vehicle is in a deceleration state in step S10, a deceleration time process described later is executed in step S11. In step S12, the driving force control of the internal combustion engine 1, the generator motor 2 and the Rankine cycle device 9 is executed in accordance with the stop process, acceleration process, cruise process and deceleration process.

車両が停止状態、加速状態、クルーズ状態および減速状態の何れにあるかは、図8に示すマップに基づいて決定される。図8に示すマップは横軸に車速をとり、縦軸に要求出力をとったもので、そこに放物線状の走行抵抗ラインが設定される。車速および要求出力が共に0であれば車両が停止状態であると判定し、車速および要求出力が走行抵抗ラインの近傍の斜線領域にあれば車両がクルーズ状態であると判定し、車速および要求出力が前記斜線領域の上側にあれば車両が加速状態であると判定し、車速および要求出力が前記斜線領域の下側にあれば車両が減速状態であると判定する。尚、前記マップ以外に、例えば登坂路において車速が略一定であれば加速状態であると見做なされ、降坂路において車速が略一定であれば減速状態であると見做なされ、車体加速度あるいは車体減速度の絶対値が所定値以下の場合にはクルーズ状態である見做される。   Whether the vehicle is in a stop state, an acceleration state, a cruise state, or a deceleration state is determined based on the map shown in FIG. The map shown in FIG. 8 has a vehicle speed on the horizontal axis and a required output on the vertical axis, and a parabolic running resistance line is set there. If both the vehicle speed and the required output are 0, it is determined that the vehicle is in a stopped state, and if the vehicle speed and the required output are in the shaded area near the running resistance line, it is determined that the vehicle is in a cruise state, and the vehicle speed and the required output are determined. Is above the shaded area, it is determined that the vehicle is in an accelerated state, and if the vehicle speed and the required output are below the shaded area, it is determined that the vehicle is in a decelerated state. In addition to the map, for example, if the vehicle speed is substantially constant on an uphill road, it is regarded as an acceleration state, and if the vehicle speed is substantially constant on a downhill road, it is regarded as a deceleration state. When the absolute value of deceleration is less than or equal to a predetermined value, it is considered that the vehicle is in a cruise state.

次に、図4のフローチャートに基づいて前記ステップS5(停止時制御)のサブルーチンを説明する。   Next, the subroutine of step S5 (control at stop) will be described based on the flowchart of FIG.

先ず、ステップS21で内燃機関1の出力を0に設定(停止)し、ステップS22で発電電動機2の出力を0に設定し、ステップS23でランキンサイクル装置9の出力を0に設定することにより、ステップS24で内燃機関1、発電電動機2およびランキンサイクル装置9のトータルの出力を0に設定する。このように車両の停止時に内燃機関1、発電電動機2およびランキンサイクル装置9を全て停止させることにより、燃料消費量を節減することができる。尚、停止した内燃機関1を始動する際、発電電動機2がスタータモータとして使用される。   First, the output of the internal combustion engine 1 is set (stopped) to 0 in step S21, the output of the generator motor 2 is set to 0 in step S22, and the output of the Rankine cycle device 9 is set to 0 in step S23. In step S24, the total output of the internal combustion engine 1, the generator motor 2 and the Rankine cycle device 9 is set to zero. Thus, the fuel consumption can be reduced by stopping all of the internal combustion engine 1, the generator motor 2, and the Rankine cycle device 9 when the vehicle is stopped. In addition, when starting the stopped internal combustion engine 1, the generator motor 2 is used as a starter motor.

次に、図5のフローチャートに基づいて前記ステップS7(加速時制御)のサブルーチンを説明する。   Next, a subroutine of step S7 (acceleration control) will be described based on the flowchart of FIG.

先ず、ステップS31で車速およびスロットル開度から車両の要求駆動力Ftrを算出し、ステップS32でバッテリ電圧およびバッテリ電流からバッテリ残容量Esocを算出する。続くステップS33で要求駆動力Ftrを図9のマップに適用し、現在の運転状態が電動機アシスト領域にあるか、内燃機関走行領域にあるか、充電領域にあるかを判定する。図9のマップは横軸に車速Vcarをとり、縦軸に要求駆動力Ftrをとったもので、そこに右下がりの第1閾値F1(Vcar)および第2閾値F2(Vcar)が設定される。そして、前記ステップS33で要求駆動力Ftrが第1閾値F1(Vcar)以上であれば電動機アシスト領域にあると判定し、ステップS34でアシスト許可フラグAST FLGを「1」にセットする。   First, in step S31, the required driving force Ftr of the vehicle is calculated from the vehicle speed and the throttle opening, and in step S32, the remaining battery capacity Esoc is calculated from the battery voltage and the battery current. In the subsequent step S33, the required driving force Ftr is applied to the map of FIG. 9 to determine whether the current operation state is in the motor assist region, the internal combustion engine traveling region, or the charging region. In the map of FIG. 9, the horizontal axis represents the vehicle speed Vcar, and the vertical axis represents the required driving force Ftr, in which the first threshold value F1 (Vcar) and the second threshold value F2 (Vcar) are set. . If the required driving force Ftr is greater than or equal to the first threshold value F1 (Vcar) in step S33, it is determined that the motor is in the motor assist region. In step S34, the assist permission flag AST FLG is set to “1”.

続くステップS35で前記アシスト許可フラグAST FLGが「1」にセットされているとき、つまり内燃機関1だけでは要求駆動力Ftrを満たすことができないとき、ステップS36でバッテリ残容量Esocが図10の第2閾値E2以上であって発電電動機2による駆動力のアシストが可能な場合には、ステップS37で発電電動機2に発生させるべきアシスト量Pmを要求駆動力Ftrおよび車速Vcarに応じてマップ検索により決定する。またステップS38でバッテリ残容量Esocが図10の第1閾値E1以下であって発電電動機2による駆動力のアシストが不能な場合には、ステップS39で発電電動機2に発生させるべきアシスト量Pmを0に設定するとともに、アシスト許可フラグAST FLGを「0」にリセットする。   When the assist permission flag AST FLG is set to “1” in the subsequent step S35, that is, when the required driving force Ftr cannot be satisfied by the internal combustion engine 1 alone, the remaining battery capacity Esoc is set to the first value in FIG. If the threshold value E2 is greater than or equal to the threshold E2 and the driving force can be assisted by the generator motor 2, the assist amount Pm to be generated by the generator motor 2 is determined by map search in accordance with the required driving force Ftr and the vehicle speed Vcar in step S37. To do. If the remaining battery capacity Esoc is not more than the first threshold value E1 in FIG. 10 and the assist of the driving force by the generator motor 2 is impossible in step S38, the assist amount Pm to be generated in the generator motor 2 is set to 0 in step S39. And the assist permission flag AST FLG is reset to “0”.

続くステップS40で要求駆動力Ftrが図9に示す第2閾値F2(Vcar)以下であれば充電領域にあると判定し、ステップS41で発電許可フラグREG FLGを「1」にセットする。   If the required driving force Ftr is equal to or smaller than the second threshold value F2 (Vcar) shown in FIG. 9 in the subsequent step S40, it is determined that the vehicle is in the charging region, and the power generation permission flag REG FLG is set to “1” in step S41.

続くステップS42で前記発電許可フラグREG FLGが「1」にセットされているとき、ステップS43でバッテリ残容量Esocが図10の第2閾値E2以上であってバッテリ8の充電が不要である場合には、ステップS44で発電電動機2に発生させるべき発電量Pmを0に設定するとともに、発電許可フラグREG FLGを「0」にリセットする。またステップS45でバッテリ残容量Esocが図10の第1閾値E1以下であってバッテリ8の充電が必要な場合には、ステップS46で発電電動機2に発生させるべき発電量Pmを要求駆動力Ftrおよび車速Vcarに応じてマップ検索により決定する。   When the power generation permission flag REG FLG is set to “1” in the subsequent step S42, the remaining battery capacity Esoc is greater than or equal to the second threshold value E2 in FIG. 10 and charging of the battery 8 is unnecessary in step S43. In step S44, the power generation amount Pm to be generated in the generator motor 2 is set to 0, and the power generation permission flag REG FLG is reset to “0”. If the remaining battery capacity Esoc is equal to or less than the first threshold value E1 in FIG. 10 and the battery 8 needs to be charged in step S45, the power generation amount Pm to be generated by the generator motor 2 in step S46 is calculated as the required driving force Ftr and It is determined by map search according to the vehicle speed Vcar.

続くステップS47でランキンサイクル装置9の出力であるランキンサイクル出力Prcを内燃機関1の運転状態から算出し、ステップS48で要求駆動力Ftrから発電電動機2のアシスト量Pm(あるいは負値である発電電動機2の発電量Pm)と、ランキンサイクル出力Prcとを減算して目標内燃機関出力Peを算出し、ステップS49で最小の燃料消費量で前記目標内燃機関出力Peを得るための内燃機関1の回転数Neを算出する。   In the next step S47, the Rankine cycle output Prc, which is the output of the Rankine cycle device 9, is calculated from the operating state of the internal combustion engine 1. In step S48, the assist amount Pm of the generator motor 2 (or a negative value generator motor) is calculated from the required driving force Ftr. 2) and the Rankine cycle output Prc are subtracted to calculate the target internal combustion engine output Pe, and the rotation of the internal combustion engine 1 for obtaining the target internal combustion engine output Pe with the minimum fuel consumption in step S49. The number Ne is calculated.

このように、車両の加速時に要求駆動力Ftrが大きい場合には、バッテリ残容量Esocが充分であることを条件に発電電動機2の駆動力で内燃機関1の駆動力をアシストし、また車両の加速時に要求駆動力Ftrが小さい場合には、バッテリ8が過充電にならないことを条件に内燃機関1の駆動力で発電電動機2を駆動してバッテリ8を充電するので、車両の加速性能を高めるとともに、加速に続くクルーズに備えてバッテリ8を充電することができる。   Thus, when the required driving force Ftr is large at the time of acceleration of the vehicle, the driving force of the internal combustion engine 1 is assisted by the driving force of the generator motor 2 on the condition that the remaining battery capacity Esoc is sufficient. When the required driving force Ftr is small at the time of acceleration, the generator motor 2 is driven by the driving force of the internal combustion engine 1 to charge the battery 8 on the condition that the battery 8 is not overcharged, thereby improving the acceleration performance of the vehicle. At the same time, the battery 8 can be charged in preparation for a cruise following acceleration.

次に、図6のフローチャートに基づいて前記ステップS9(クルーズ時制御)のサブルーチンを説明する。   Next, the subroutine of step S9 (cruise control) will be described based on the flowchart of FIG.

先ず、ステップS51で車速およびスロットル開度から車両の要求駆動力Ptrを算出し、ステップS52でバッテリ電圧およびバッテリ電流からバッテリ残容量Esocを算出する。続くステップS53でバッテリ残容量Esocが図10の第2閾値E2以上であれば発電電動機2による走行が可能であると判定し、ステップS54で放電許可フラグDCH FLGを「1」にセットする。   First, in step S51, the required driving force Ptr of the vehicle is calculated from the vehicle speed and the throttle opening, and in step S52, the remaining battery capacity Esoc is calculated from the battery voltage and the battery current. In subsequent step S53, if the remaining battery capacity Esoc is equal to or greater than the second threshold value E2 in FIG. 10, it is determined that traveling by the generator motor 2 is possible, and in step S54, the discharge permission flag DCH FLG is set to “1”.

続くステップS55で前記放電許可フラグDCH FLGが「1」にセットされているとき、ステップS56で要求駆動力Ptrが図11の閾値P1以下であって発電電動機2の出力だけで走行可能な場合には、ステップS57で発電電動機2に発生させるべき電動機出力Pmを要求駆動力Ptrとする。またステップS58で要求駆動力Ptrが図11の閾値P1を越えていて発電電動機2の出力だけでは走行できない場合には、ステップS59で発電電動機2に発生させるべき電動機出力Pmを車速Vcarおよび要求駆動力Ptrに基づいて設定するとともに、要求駆動力Ptrから前記電動機出力Pmを減算したものを目標内燃機関出力Peとする。   When the discharge permission flag DCH FLG is set to “1” in the subsequent step S55, the required driving force Ptr is equal to or less than the threshold value P1 in FIG. The motor output Pm to be generated by the generator motor 2 in step S57 is set as the required driving force Ptr. If the required driving force Ptr exceeds the threshold value P1 in FIG. 11 and the vehicle cannot be driven only by the output of the generator motor 2 in step S58, the motor output Pm to be generated by the generator motor 2 in step S59 is set to the vehicle speed Vcar and the required drive. A target internal combustion engine output Pe is set based on the force Ptr and is obtained by subtracting the motor output Pm from the required driving force Ptr.

続くステップS60でバッテリ残容量Esocが図10の第1閾値E1未満であれば、内燃機関1による発電が必要であると判定し、ステップS61で発電許可フラグREG FLGを「1」にセットするとともに、放電許可フラグDCH FLGを「0」にリセットする。   In the following step S60, if the remaining battery capacity Esoc is less than the first threshold value E1 in FIG. 10, it is determined that power generation by the internal combustion engine 1 is necessary. In step S61, the power generation permission flag REG FLG is set to “1”. The discharge permission flag DCH FLG is reset to “0”.

続くステップS62で前記発電許可フラグREG FLGが「1」にセットされているとき、ステップS63で要求駆動力Ptrが図11の設定値Pbsfc(内燃機関1の効率が最大となる出力)未満である場合には、ステップS64で発電電動機2に発生させるべき発電量Pmを、設定値Pbsfcから要求駆動力Ptrを減算した値に設定し、内燃機関1の出力となる設定値Pbsfcの一部である発電量Pmで発電電動機2を駆動してバッテリ8を充電する。またステップS65でバッテリ残容量Esocが図10の第2閾値E2以上であってバッテリ8の充電が不要な場合には、ステップS66で発電電動機2に発生させるべき発電量Pmを0に設定するとともに、発電許可フラグREG FLGを「0」にリセットする。   When the power generation permission flag REG FLG is set to “1” in the subsequent step S62, the required driving force Ptr is less than the set value Pbsfc (the output that maximizes the efficiency of the internal combustion engine 1) in FIG. 11 in step S63. In this case, the power generation amount Pm to be generated in the generator motor 2 in step S64 is set to a value obtained by subtracting the required driving force Ptr from the set value Pbsfc, and is a part of the set value Pbsfc that becomes the output of the internal combustion engine 1. The generator motor 2 is driven with the power generation amount Pm to charge the battery 8. If the remaining battery capacity Esoc is greater than or equal to the second threshold value E2 in FIG. 10 and charging of the battery 8 is not required in step S65, the power generation amount Pm to be generated in the generator motor 2 is set to 0 in step S66. The power generation permission flag REG FLG is reset to “0”.

続くステップS67でランキンサイクル装置9の出力であるランキンサイクル出力Prcを内燃機関1の運転状態から算出し、ステップS68で要求駆動力Ftrから発電電動機2の電動機出力Pm(あるいは負値である発電電動機2の発電量Pm)と、ランキンサイクル出力Prcとを減算して目標内燃機関出力Peを算出し、ステップS69で最小の燃料消費量で前記目標内燃機関出力Peを得るための内燃機関1の回転数Neを算出する。   In the next step S67, the Rankine cycle output Prc, which is the output of the Rankine cycle device 9, is calculated from the operating state of the internal combustion engine 1. In step S68, the motor output Pm of the generator motor 2 (or the generator motor having a negative value) is calculated from the required driving force Ftr. 2) and the Rankine cycle output Prc are subtracted to calculate the target internal combustion engine output Pe, and the rotation of the internal combustion engine 1 for obtaining the target internal combustion engine output Pe with the minimum fuel consumption in step S69. The number Ne is calculated.

このように、車両のクルーズ時にバッテリ残容量Esocが充分であるとき、要求駆動力Ptrが大きければ内燃機関1の駆動力および発電電動機2の駆動力を併用して走行し、要求駆動力Ptrが小さければ内燃機関1を停止して発電電動機2の駆動力だけで走行するので燃料の消費量を最小限に抑えることができる。また車両のクルーズ時にバッテリ残容量Esocが不足しているときには、内燃機関1の駆動力で発電電動機2を駆動してバッテリ8を充電することができる。   As described above, when the remaining battery capacity Esoc is sufficient when the vehicle is cruising, if the required driving force Ptr is large, the vehicle travels using both the driving force of the internal combustion engine 1 and the driving force of the generator motor 2, and the required driving force Ptr is If it is smaller, the internal combustion engine 1 is stopped and the vehicle travels only with the driving force of the generator motor 2, so that the amount of fuel consumption can be minimized. When the remaining battery capacity Esoc is insufficient during vehicle cruise, the generator motor 2 can be driven by the driving force of the internal combustion engine 1 to charge the battery 8.

次に、図7のフローチャートに基づいて前記ステップS11(減速時制御)のサブルーチンを説明する。   Next, the subroutine of step S11 (deceleration control) will be described based on the flowchart of FIG.

先ず、ステップS71で車速およびスロットル開度から車両の要求出力、つまり要求回生出力Ptrを算出し、ステップS72でバッテリ電圧およびバッテリ電流からバッテリ残容量Esocを算出する。続くステップS73でバッテリ残容量Esocが図10の第3閾値E3以下であれば回生電力によるバッテリ8の充電が可能であると判定し、ステップS74で充電許可フラグCHA FLGを「1」にセットする。   First, in step S71, the required output of the vehicle, that is, the required regenerative output Ptr is calculated from the vehicle speed and the throttle opening, and in step S72, the remaining battery capacity Esoc is calculated from the battery voltage and the battery current. In subsequent step S73, if the remaining battery capacity Esoc is equal to or smaller than the third threshold value E3 in FIG. 10, it is determined that the battery 8 can be charged with regenerative power, and the charging permission flag CHA FLG is set to “1” in step S74. .

続くステップS75で前記充電許可フラグCHA FLGが「1」にセットされているとき、ステップS76で要求回生出力Ptrの絶対値が図11の閾値P2の絶対値以下である場合には、ステップS77で前記要求回生出力のPtrをそのまま発電電動機2の回生出力Pmとする。またステップS78で要求回生出力Ptrの絶対値が図11の閾値P2の絶対値を越えている場合には、ステップS79で発電電動機2の回生出力Pmを前記閾値P2に設定する。   When the charging permission flag CHA FLG is set to “1” in the subsequent step S75, if the absolute value of the required regenerative output Ptr is equal to or smaller than the absolute value of the threshold value P2 in FIG. 11 in step S76, in step S77. The required regenerative output Ptr is used as the regenerative output Pm of the generator motor 2 as it is. If the absolute value of the required regenerative output Ptr exceeds the absolute value of the threshold value P2 in FIG. 11 in step S78, the regenerative output Pm of the generator motor 2 is set to the threshold value P2 in step S79.

続くステップS80でバッテリ残容量Esocが図10の第3閾値E3を越えていれば、バッテリ8がそれ以上充電できない状態にあると判定し、ステップS81で充電許可フラグCHA FLGを「0」にリセットする。   If the remaining battery capacity Esoc exceeds the third threshold value E3 of FIG. 10 in the following step S80, it is determined that the battery 8 is not in a state where it can be charged any more, and the charging permission flag CHA FLG is reset to “0” in step S81. To do.

続くステップS82で前記充電許可フラグCHA FLGが「0」にリセットされているとき、ステップS83で内燃機関1が運転中である場合には、ステップS84で回生制動を行わずにエンジンブレーキおよびメカブレーキで車両を減速する。またステップS85で内燃機関1が停止中であれば、ステップS86でメカブレーキで車両を減速する。   When the charge permission flag CHA FLG is reset to “0” in the subsequent step S82, if the internal combustion engine 1 is operating in the step S83, the engine brake and the mechanical brake are performed without performing the regenerative braking in the step S84. To slow down the vehicle. If the internal combustion engine 1 is stopped in step S85, the vehicle is decelerated with a mechanical brake in step S86.

このように、車両の減速時にバッテリ8が過充電になる虞がないことを条件に、発電電動機2により回生制動を実行して回生電力でバッテリ8を充電し、またバッテリ8が過充電になる虞がある場合には回生制動を禁止してエンジンブレーキおよびメカブレーキで車両を減速するので、燃料の消費量を最小限に抑えながらバッテリ残容量Esocを最大限に確保することができる。   Thus, on the condition that the battery 8 is not overcharged when the vehicle is decelerated, the regenerative braking is executed by the generator motor 2 to charge the battery 8 with the regenerative power, and the battery 8 is overcharged. If there is a concern, regenerative braking is prohibited and the vehicle is decelerated by the engine brake and the mechanical brake, so that the remaining battery capacity Esoc can be ensured to the maximum while minimizing the fuel consumption.

図12は車両の走行パターンの一例を示すもので、加速時には内燃機関1の駆動力および発電電動機2の駆動力を併用して走行し、クルーズ時には内燃機関1の駆動力で走行し、減速時には内燃機関1を停止させて発電電動機2の回生電力でバッテリ8を充電する。そして内燃機関1の運転時にはランキンサイクル装置9の出力で内燃機関1の駆動力がアシストされる。   FIG. 12 shows an example of a traveling pattern of the vehicle. The vehicle travels using both the driving force of the internal combustion engine 1 and the driving force of the generator motor 2 during acceleration, travels with the driving force of the internal combustion engine 1 during cruise, and travels during deceleration. The internal combustion engine 1 is stopped and the battery 8 is charged with the regenerative power of the generator motor 2. When the internal combustion engine 1 is in operation, the driving force of the internal combustion engine 1 is assisted by the output of the Rankine cycle device 9.

図13は車両の走行パターンの他の一例を示すもので、車両の発進時には大きな低速トルクを出力可能な発電電動機2を使用し、加速時には内燃機関1の駆動力で走行し、クルーズ時には発電電動機2の駆動力で走行し、減速時には内燃機関1を停止させて発電電動機2の回生電力でバッテリ8を充電する。そして内燃機関1の運転時にはランキンサイクル装置9の出力で内燃機関1の駆動力がアシストされる。   FIG. 13 shows another example of the traveling pattern of the vehicle. The generator motor 2 that can output a large low-speed torque is used when the vehicle is started, the vehicle is driven by the driving force of the internal combustion engine 1 during acceleration, and the generator motor is driven during cruise. The internal combustion engine 1 is stopped during deceleration and the battery 8 is charged with the regenerative power of the generator motor 2. When the internal combustion engine 1 is in operation, the driving force of the internal combustion engine 1 is assisted by the output of the Rankine cycle device 9.

次に、図14に基づいて本発明の第2実施例を説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示す第1実施例では発電電動機2が内燃機関1および変速機4の間に設けられていたが、第2実施例はバッテリ8により駆動される第1発電電動機2aが差動装置6に接続され、かつバッテリ8により駆動される第2発電電動機2bが内燃機関1に接続される。第1発電電動機2aは、該第1発電電動機2aだけの駆動力による走行と、内燃機関1の駆動力のアシストと、回生電力の発生とに使用され、第2発電電動機2bは、内燃機関1の始動と、内燃機関1の駆動力による発電とに使用される。本実施例でも、前述した第1実施例と同様にランキンサイクル装置9が出力する駆動力は、遊星歯車機構等の駆動力統合手段を介して変速機4に入力される(矢印a参照)。   In the first embodiment shown in FIG. 1, the generator motor 2 is provided between the internal combustion engine 1 and the transmission 4, but in the second embodiment, the first generator motor 2 a driven by the battery 8 is a differential device 6. Is connected to the internal combustion engine 1. The second generator motor 2 b is connected to the internal combustion engine 1. The first generator motor 2a is used for traveling by the driving force of only the first generator motor 2a, assisting the driving force of the internal combustion engine 1, and generating regenerative power. The second generator motor 2b is used for the internal combustion engine 1. Is used for power generation and power generation by the driving force of the internal combustion engine 1. Also in the present embodiment, the driving force output from the Rankine cycle device 9 is input to the transmission 4 via the driving force integrating means such as a planetary gear mechanism as in the first embodiment (see arrow a).

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の設計変更を行うことが可能である。   As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said Example, A various design change is possible.

例えば、既に説明した実施例では、図1および図14に矢印aで示すようにランキンサイクル装置9の軸出力を車両の走行用の駆動源として直接使用しているが、ランキンサイクル装置9の軸出力で図示せぬ発電機を駆動することができる。矢印bで示すように発電機で発電した電力はバッテリ8に充電され、発電電動機2,2a,2bの駆動に使用される。車両の加速時やクルーズ時には発電電動機2,2aによる回生電力を得ることができないが、このときランキンサイクル装置9により発電した電力でバッテリ8を充電することにより、内燃機関1の駆動力を用いることなく、加速時、クルーズ時および減速時の全ての場合において、ランキンサイクル装置9の発電電力あるいは発電電動機2,2aの回生電力でバッテリ8を充電することができ、発電電動機2,2a,2bの性能を充分に生かすことができる。尚、本実施例では、第1、第2実施例におけるランキンサイクル出力Prcに対応する出力を、発電電動機2が電動機出力Pmとして出力することになる。   For example, in the embodiment already described, the shaft output of the Rankine cycle device 9 is directly used as a drive source for traveling of the vehicle as indicated by an arrow a in FIGS. 1 and 14. A generator (not shown) can be driven by the output. As indicated by the arrow b, the electric power generated by the generator is charged in the battery 8 and used to drive the generator motors 2, 2a, 2b. The regenerative electric power generated by the generator motors 2 and 2a cannot be obtained when the vehicle is accelerated or cruised. At this time, the battery 8 is charged with the electric power generated by the Rankine cycle device 9, thereby using the driving force of the internal combustion engine 1. The battery 8 can be charged with the generated power of the Rankine cycle device 9 or the regenerative power of the generator motors 2 and 2a in all cases of acceleration, cruise and deceleration, and the generator motors 2, 2a and 2b The performance can be fully utilized. In this embodiment, the generator motor 2 outputs the output corresponding to the Rankine cycle output Prc in the first and second embodiments as the motor output Pm.

また図5に示す加速時の処理に代えて、図6に示すクルーズ時の処理を採用することができる Further, instead of the acceleration processing shown in FIG. 5, the cruise processing shown in FIG. 6 can be employed .

ハイブリッド車両の全体構成を示す図Diagram showing overall configuration of hybrid vehicle ランキンサイクル装置の構成を示す図Diagram showing the configuration of the Rankine cycle system メインルーチンのフローチャートMain routine flowchart 停止時処理ルーチンのフローチャートStop processing routine flowchart 加速時処理ルーチンのフローチャートAcceleration processing routine flowchart クルーズ時処理ルーチンのフローチャートFlow chart of processing routine during cruise 減速時処理ルーチンのフローチャートFlow chart of processing routine during deceleration 停止、加速、クルーズおよび減速を判定するマップを示す図The figure which shows the map which judges stop, acceleration, cruise and deceleration 電動機アシスト領域、内燃機関走行領域および充電領域を判定するマップを示す図The figure which shows the map which determines an electric motor assist area | region, an internal combustion engine driving | running | working area | region, and a charge area | region. バッテリの充電状態の各閾値を示す図The figure which shows each threshold value of the charge condition of a battery 内燃機関走行領域、電動機走行領域および充電領域を判定するマップを示す図The figure which shows the map which determines an internal combustion engine driving | running | working area | region, an electric motor driving | running | working area | region, and a charge area | region. 車両の走行パターンの一例を示すタイムチャートTime chart showing an example of vehicle running pattern 車両の走行パターンの他の一例を示すタイムチャートTime chart showing another example of vehicle running pattern 本発明の第2実施例に係るハイブリッド車両の全体構成を示す図The figure which shows the whole structure of the hybrid vehicle which concerns on 2nd Example of this invention.

1 内燃機関
2 発電電動機
2a 第1発電電動機(発電電動機)
2b 第2発電電動機(発電電動機)
クラッチ
駆動輪
8 バッテリ
9 ランキンサイクル装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Generator motor 2a 1st generator motor (generator motor)
2b Second generator motor (generator motor)
5 clutches
7 Drive wheels 8 Battery 9 Rankine cycle device

Claims (3)

走行用の駆動力を発生する内燃機関(1)と、内燃機関(1)の運転時にその排気ガスで作動して駆動力を発生するランキンサイクル装置(9)と、電動機として機能して内燃機関(1)の駆動力をアシストするとともに、発電機として機能して発電を行う発電電動機(2,2a)と、発電電動機(2,2a)により充電され、かつ発電電動機(2,2a)に電力を供給するバッテリ(8)とを備えたランキンサイクル装置付き車両において、 車両の加速時あるいはクルーズ時にランキンサイクル装置(9)を作動させて車両の減速時あるいは停止時にランキンサイクル装置(9)を停止させ、
前記ランキンサイクル装置(9)の駆動力は内燃機関(1)の駆動力をアシストし、あるいは発電電動機(2,2a)を発電機として駆動し、
少なくともランキンサイクル装置(9)の作動時には、バッテリ(8)の残容量に応じて、車両の要求駆動力から、内燃機関(E)の運転状態に基づいて算出したランキンサイクル装置(9)の駆動力と、発電電動機(2,2a)の駆動力あるいは負荷とを減算して内燃機関(1)の目標出力を算出し、
前記ランキンサイクル装置(9)は、前記発電電動機(2,2a)以外の発電機を駆動して前記バッテリ(8)を充電することを特徴とするランキンサイクル装置付き車両。
An internal combustion engine (1) that generates a driving force for traveling, a Rankine cycle device (9) that operates with the exhaust gas during operation of the internal combustion engine (1) to generate a driving force, and an internal combustion engine that functions as an electric motor The generator motor (2, 2a) that assists the driving force of (1) and generates power by functioning as a generator, is charged by the generator motor (2, 2a), and power is supplied to the generator motor (2, 2a). In a vehicle with a Rankine cycle device equipped with a battery (8) for supplying fuel, the Rankine cycle device (9) is operated when the vehicle is accelerated or cruised, and the Rankine cycle device (9) is stopped when the vehicle is decelerated or stopped Let
The driving force of the Rankine cycle device (9) assists the driving force of the internal combustion engine (1), or drives the generator motor (2, 2a) as a generator,
At least during the operation of the Rankine cycle device (9), the Rankine cycle device (9) is calculated based on the operating state of the internal combustion engine (E) from the required driving force of the vehicle according to the remaining capacity of the battery (8). The target output of the internal combustion engine (1) is calculated by subtracting the force and the driving force or load of the generator motor (2, 2a) ,
The Rankine cycle device (9) drives a generator other than the generator motor (2, 2a) to charge the battery (8), and has a Rankine cycle device.
内燃機関(1)の駆動力は変速機(4)およびクラッチ(5)を介して駆動輪(7)に伝達され、前記発電電動機(2a)はクラッチ(5)と駆動輪(7)との間の動力伝達経路に接続されることを特徴とする、請求項1に記載のランキンサイクル装置付き車両。The driving force of the internal combustion engine (1) is transmitted to the drive wheel (7) via the transmission (4) and the clutch (5), and the generator motor (2a) is connected to the clutch (5) and the drive wheel (7). The vehicle with Rankine cycle device according to claim 1, wherein the vehicle is connected to a power transmission path therebetween. 前記発電電動機(2a)以外の発電電動機(2b)を内燃機関(1)に接続し、該発電電動機(2b)で内燃機関(1)を始動するとともに前記バッテリ(8)を充電することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のランキンサイクル装置付き車両。A generator motor (2b) other than the generator motor (2a) is connected to the internal combustion engine (1), and the internal combustion engine (1) is started by the generator motor (2b) and the battery (8) is charged. A vehicle with a Rankine cycle device according to claim 1 or 2.
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