JP5201226B2 - ランキンサイクルシステムの異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から発生する廃熱を、蒸気を介して回収するランキンサイクルシステムの異常検出装置に関する。

内燃機関の駆動に伴って発生する廃熱を、ランキンサイクルを利用して回収する廃熱回収装置が知られている。この種の廃熱回収装置は、例えば、内燃機関の水冷冷却系統を密閉構造とし、内燃機関における廃熱により気化した冷媒（蒸気）を用いて膨張器（タービン）を駆動して、その蒸気の持つ熱エネルギーを機械的動力や電気エネルギーに変換して回収するものがある。例えば、特許文献１の廃熱回収装置は、エンジンからの冷却水を、気液分離器を介して過熱器に供給し蒸気化し、発生した蒸気により膨張機を作動して熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。

また、以下に示すように、このような廃熱回収装置の故障を判断する装置が開示されている。例えば、特許文献２の廃熱回収装置は、冷媒ポンプと蒸発器との間の流路に冷媒圧力センサを設けることにより、ランキンサイクルの回路内の圧力をモニタすることにより冷媒ポンプの故障判定を行う。特許文献３の熱サイクル装置は、液ポンプの上流圧力値と下流圧力値との差分値と所定圧力とを比較することにより、ランキンサイクルの異常判定を行う。特許文献４のエンジンの冷却装置は、冷却水を蓄熱タンクからウォータジャケット内に供給する時、電動ウォータポンプ作動時から所定時間後にウォータジャケット内の液面レベルが電動ウォータポンプの圧送量から予想される液面レベルになっていない場合、電動ウォータポンプの故障であると判定し、ウォータジャケットから蓄熱タンク内へ冷却水を排出する際、ウォータジャケット内の液面レベルが低下していない時、電磁弁または冷却水通路の詰まりを判断する。

特開２００８−１６９７６０号公報 特開２０１０−１７４８４８号公報 特開２００６−１７１０８号公報 特開２００９−７９５０５号公報

ところで、内燃機関の廃熱を回収するランキンサイクルシステムでは、作動流体である冷媒や蒸気がランキンサイクルシステム内を正常に循環しない場合、内燃機関から廃熱を回収することができない。ランキンサイクルシステム内を作動流体が正常に循環しないとき、その幾つかの原因として、内燃機関の冷却系の故障、作動流体の循環する通路に配置された電磁弁やウォータポンプの故障、通路間における作動流体の漏洩れなど複数のものが考えられる。このことから、ランキンサイクルシステムにおいて作動流体が正常に循環しない原因を特定するためには、単に１つの原因について個別に判定を行うだけでは十分とはいえない。すなわち、ランキンサイクルにおいて作動流体が循環しない原因となる事象について総合的に判断する必要がある。しかしながら、ランキンサイクルシステムにおいて作動流体が正常に循環しない原因について個別に判断する装置は開示されているものの、この原因について総合的に判断する構成は開示されていない。従って、ランキンサイクルシステムは依然として改善の余地がある。

そこで、本発明は、ランキンサイクルシステムにおいて作動流体が正常に循環しない原因を特定する精度を向上することを課題とする。

かかる課題を解決する本発明のランキンサイクルシステムの異常検出装置は、内燃機関を循環する冷媒へ廃熱を付与して前記冷媒を蒸気化する内燃機関の本体と、前記本体の下流において前記冷媒を気相の冷媒と液相の冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器の下流において前記冷媒へ内燃機関の廃熱を付与する過熱器と、前記過熱器の下流において前記冷媒が取得した廃熱のエネルギーを回収する廃熱回収機と、前記廃熱回収機の下流において気相の前記冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器の下流に配置されて液相の前記冷媒を蓄えるヘッダタンクと、前記ヘッダタンクと本体との間に位置し前記ヘッダタンク内の液相の前記冷媒を前記本体へ圧送する圧送機と、を備えるランキンサイクルシステムにおいて、前記気液分離器内の液相冷媒の量を検出する冷媒量検出器と、前記過熱器内の気相冷媒の温度を検出する温度検出器と、前記ヘッダタンク内の液相冷媒の量を検出するヘッダタンク冷媒量検出器と、前記本体へ前記冷媒を供給する冷媒供給部の異常を検出する第１異常検出部と、前記第１異常検出部において異常が検出されないとき、前記気液分離器内の液相冷媒量、前記過熱器内の気相冷媒の温度および前記ヘッダタンク内の液相冷媒量に基づいて、前記圧送機の異常を検出する第２異常検出部と、を備えたことを特徴とする。

上記の構成によると、内燃機関を循環する冷媒の循環不良が圧送機の異常によるものかを特定することができる。さらに、冷媒の循環不良の原因について、ランキンサイクルシステムにおける種々の情報に基づいて総合的に判断するため、故障原因を特定する精度が向上できる。

このランキンサイクルシステムの異常検出装置において、前記第２異常検出部は、前記気液分離器内の液相冷媒の量が所定範囲外であり、前記過熱器内の気相冷媒の温度が所定範囲内であり、前記ヘッダタンク内の液相冷媒の量が所定範囲外であるとき、前記圧送機に異常が生じていると判断する構成とすることができる。

さらに、このランキンサイクルシステムの異常検出装置において、前記第２異常検出部は、前記気液分離器内の液相冷媒の量が第１閾値未満であり、前記過熱器内の気相冷媒の温度が第２閾値以上であり、前記ヘッダタンク内の液相冷媒の量が第３閾値より多いとき、前記圧送機が閉固着または作動停止の状態であると判断することができる。

また、このランキンサイクルシステムの異常検出装置において、前記第２異常検出部は、前記気液分離器内の液相冷媒の量が第１閾値未満であり、前記過熱器内の気相冷媒の温度が第２閾値以上であり、前記ヘッダタンク内の液相冷媒の量が第３閾値以下であるとき、前記気液分離器に異常が生じていると判断することができる。

また、このランキンサイクルシステムの異常検出装置において、前記第２異常検出部は、前記気液分離器内の液相冷媒の量が第４閾値より多く、前記過熱器内の気相冷媒の温度が第５閾値以下であり、前記ヘッダタンク内の液相冷媒の量が第６閾値未満のとき、前記圧送機が開固着、またはごみ噛み込みによる閉じ不良が生じていると判断することができる。

また、このランキンサイクルシステムの異常検出装置において、前記第２異常検出部は、前記気液分離器内の液相冷媒の量が第４閾値より多く、前記過熱器内の気相冷媒の温度が第５閾値以下であり、前記ヘッダタンク内の液相冷媒の量が第６閾値以上であるとき、前記冷媒供給部の異常についての判断をやり直す構成とすることができる。

本発明は、内燃機関へ冷媒を供給する冷媒供給部の異常、及び冷媒を圧送する圧送機の異常を検出することにより、ランキンサイクルシステムにおいて作動流体が正常に循環しない原因を特定する精度を向上する。

ランキンサイクルシステムの異常検出装置の概略構成を示した説明図である。 ベーン型ポンプの内部構造を示した説明図である。 異常検出装置における異常検出制御のフローチャートである。 図３の廃熱回収機の異常検出処理についてのサブルーチンを示したフローチャートである。 図３の第１電磁弁の異常検出処理についてのサブルーチンを示したフローチャートである。 図３のベーン型ポンプの異常検出処理についてのサブルーチンを示したフローチャートである。 図３の凝縮器の異常検出処理についてのサブルーチンを示したフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は本実施例におけるランキンサイクルシステム１の異常検出装置（以下、単に、「異常検出装置」と言う。）１００の概略構成を示した説明図である。ランキンサイクルシステム１は内燃機関２、冷媒通路３、廃熱回収機４を備えている。ランキンサイクルシステム１は、内燃機関２を循環する冷媒をランキンサイクルの作動流体として用いる。内燃機関２の本体２０は、冷媒へ廃熱を付与して、冷媒を蒸気化する。

本体２０は、ブロック側ウォータジャケット２１ａが形成されたシリンダブロック２０ａと、ヘッド側ウォータジャケット２１ｂが形成されたシリンダヘッド２０ｂとを備えている。ブロック側ウォータジャケット２１ａとヘッド側ウォータジャケット２１ｂとは、冷媒通路３と接続されている。冷媒は、ヘッド側ウォータジャケット２１ｂから冷媒通路３へ流れ込み、冷媒通路３からブロック側ウォータジャケット２１ａへ流れ込む。すなわち、冷媒通路３は、ヘッド側ウォータジャケット２１ｂ、及びブロック側ウォータジャケット２１ａとともに、冷媒が循環するループ状の経路を形成している。図中に示す矢印は冷媒の流れる方向を示している。

冷媒通路３には、冷媒が流れる上流側から順に、気液分離器５、過熱器７、廃熱回収機４、凝縮器８、凝縮タンク９、ベーン型ポンプ１０、逆止弁１１、サーモスタット１９、ウォータポンプ１２が配置されている。ウォータポンプ１２が稼働することにより、冷媒通路３、ブロック側ウォータジャケット２１ａ、及びヘッド側ウォータジャケット２１ｂ内の冷媒が流動する。

内燃機関２の運転時において、ブロック側ウォータジャケット２１ａとヘッド側ウォータジャケット２１ｂ内の冷媒は、シリンダブロック２０ａ、シリンダヘッド２０ｂを冷却する。冷媒はシリンダブロック２０ａ、シリンダヘッド２０ｂを冷却する際に、シリンダブロック２０ａ、シリンダヘッド２０ｂから熱を受けとることにより温度が上昇する。ここで熱を受けとった冷媒の一部は蒸気化する。

ウォータポンプ１２の稼動により冷媒通路３内に流れが生じると、ブロック側ウォータジャケット２１ａ及びヘッド側ウォータジャケット２１ｂ内の冷媒は、本体２０の下流側に位置する気液分離器５へ送られる。気液分離器５は、冷媒を気相冷媒（蒸気）と液相冷媒とに分離する。気液分離器５の下流側には、過熱器７が配置されており、気液分離器５と過熱器７とは通路３１、及び通路３２で接続されている。通路３１と通路３２とは冷媒通路３の一部である。通路３１は気液分離器５において分離された気相の冷媒が通り、通路３２は気液分離器５において分離された液相の冷媒が通るように構成されている。通路３２には第１電磁弁１３が設けられている。この第１電磁弁１３は本発明の制御弁に相当する。第１電磁弁１３が開弁すると、気液分離器５から過熱器７へ向かって通路３２内を液相の冷媒が送られる。このように、過熱器７内の液相の冷媒が不足した場合、気液分離器５から液相の冷媒を供給できるように構成されている。

過熱器７は、気相の冷媒および液相の冷媒へ内燃機関２の廃熱を付与する。具体的には、過熱器７は、液相の冷媒を蒸気化する蒸発部７ａと気相の冷媒へ熱を付与して高温化する過熱部７ｂとを備えている。過熱器７の内部には冷媒が通る通路と、内燃機関２から排出される排ガスが通る通路とが別個に形成されており、過熱器７内において、冷媒と排ガスとが熱交換するように構成されている。この構成により、蒸発部７ａ内の液相の冷媒は排ガスから熱を得て蒸気化する。蒸気化した（気相の）冷媒は過熱部７ｂへ移動する。過熱部７ｂ内の気相の冷媒は、排ガスから熱を得て高温高圧の蒸気となる。なお、過熱部７ｂは蒸発部７ａよりも高温の排ガスと接触するように配置されている。

過熱器７内で排ガスから熱を得て高温高圧となった気相の冷媒（蒸気）は、廃熱回収機４へと送られる。廃熱回収機４は、冷媒が受けとった内燃機関２の廃熱のエネルギーを回収する装置である。廃熱回収機４は、超音速ノズル４１、タービン４２、発電機４３、蓄電池４４、シャフト４５を備えた廃熱回収用のユニットである。高温高圧の蒸気は超音速ノズル４１からタービン４２へと噴きつけられる。これにより、タービン４２が回転する。タービン４２と発電機４３とはシャフト４５で接続されており、タービン４２が所定の回転数、及びトルクを得ると、発電機４３において安定した発電が可能となる。発電機４３において発生した電気は蓄電池４４に蓄えられる。このようにして、廃熱回収機４は、内燃機関２の廃熱により蒸気化した冷媒からエネルギーを回収する。

廃熱回収機４においてタービン４２に噴きつけられた蒸気は、通路３３を通り、凝縮器８へ送られる。この通路３３は冷媒通路３の一部である。凝縮器８は、通路３３を通り送られてくる気相の冷媒を液相へと凝縮する。凝縮器８は細分化した管路へ冷媒を送り、大気との熱交換を促進することにより冷媒を冷却する。また、内燃機関２には凝縮器８へ大気を強制的に供給する冷却ファン１４が設けられている。また、凝縮器８の排出口には、凝縮ヘッダタンク１５が設けられており、凝縮器８で凝縮した冷媒が一時的に蓄えられる。

凝縮ヘッダタンク１５内の冷媒は、その後、凝縮タンク９へ送られる。凝縮タンク９に蓄えられた冷媒は、ベーン型ポンプ１０により下流側へ送られる。ベーン型ポンプ１０は、凝縮ヘッダタンク１５と本体２０との間に位置し、凝縮ヘッダタンク１５内の液相の冷媒を圧送する本体２０側へ圧送する、本発明の圧送機に相当する。ベーン型ポンプ１０により圧送された冷媒はウォータポンプ１２により、ブロック側ウォータジャケット２１ａへと供給され、内燃機関２内を循環する。また、ベーン型ポンプ１０とウォータポンプ１２の間の逆止弁１１は、ベーン型ポンプ１０へ冷媒が逆流することを防止する。また、サーモスタット１９と気液分離器５の底部とを連通するように通路３４が形成されている。通路３４は冷媒通路３の一部である。サーモスタット１９は冷媒の温度により冷媒の通路を変更する。すなわち、サーモスタット１９は、冷媒が所定の温度以上のときに、ベーン型ポンプ１０からの冷媒がウォータポンプ１２へ流入するように通路を接続し、凝縮器８で冷却された冷媒をウォータポンプ１２、ひいては内燃機関２の本体２０へ導入する。一方、サーモスタット１９は、冷媒が所定の温度未満のときに、ベーン型ポンプ１０とウォータポンプ１２とを接続する通路を遮断して、気液分離器５内の冷媒を内燃機関２の本体２０へ導入する。サーモスタット１９とウォータポンプ１２とは、共に動作することにより内燃機関２の本体２０へ冷媒を供給する冷媒供給部として機能する。

ここで、ベーン型ポンプ１０の構成を説明する。図２はベーン型ポンプ１０の内部構造を示した説明図である。ベーン型ポンプ１０は、円形のカムリング１０１に対し、ロータ１０２が偏心した状態で配置されている。ロータ１０２内には、ベーン１０３が埋没可能に組み込まれている。ベーン１０３はスプリング１０４によりカムリング１０１の壁面側に押付けられている。ロータ１０２が回転すると、ベーン１０３はスプリング１０４により加えられる力と、遠心力とによりカムリング１０１の壁面側へ押付けられるため、ベーン１０３の先端部がカムリング１０１の壁面に接触したまま移動する。吸い込み側のポート１０５では、ロータ１０２が回転するに従って、冷媒がベーン１０３により押し込まれてポンプ内部に吸い込まれる。反対に、送り出し側のポート１０６では、冷媒がベーン１０３により押し出される。ベーン型ポンプ１０は電動式のポンプであって、後述のＥＣＵ５０からの駆動指令に従って稼働する。

上記のように、冷媒は本体２０、及び過熱器７において、内燃機関２の廃熱を回収し、高温高圧の蒸気となる。廃熱回収機４は、この蒸気化した冷媒の熱エネルギーを電気エネルギーへと変換して回収する。蒸気化した冷媒は凝縮器８において再び液体状態に凝縮され、再度、本体２０へ送られて、ランキンサイクルシステム１内を循環する。従って、ランキンサイクルシステム１は、冷媒を作動流体とするランキンサイクルを構成している。

また、このランキンサイクルシステム１はバイパス通路１６を備えている。バイパス通路１６は通路３１と通路３３とを接続している。バイパス通路１６には、第２電磁弁１７が設けられている。第２電磁弁１７が開弁するとき、気液分離器５内で分離された気相の冷媒がバイパス通路１６を通る。バイパス通路１６を通る気相の冷媒は、過熱器７、廃熱回収機４をバイパスする。

さらに、ランキンサイクルシステム１は、本体２０内の冷媒温度を検出する水温センサ５１、内燃機関２の排ガス温度を検出する排ガス温度センサ５２、気液分離器５内における液相の冷媒の液面レベルを検出する液面センサ５３、過熱器７内の気相の冷媒（蒸気）の温度を検出する蒸気温度センサ５４、過熱器７通過後の冷媒の蒸気圧を検出する圧力センサ５５、タービン４２の回転数を検出する回転数センサ５６、凝縮器８通過後の冷媒の温度を検出する凝縮水温度センサ５７、凝縮ヘッダタンク１５内における液相の冷媒の液面レベルを検出するヘッダタンク液面センサ５８を備えている。特に、液面センサ５３は気液分離器５内における液相の冷媒の液面レベルを検出して、気液分離器５内の液相の冷媒量を検出できる。また、ヘッダタンク液面センサ５８は凝縮ヘッダタンク１５内における液相の冷媒の液面レベルを検出して、凝縮ヘッダタンク１５内の液相の冷媒量を検出できる。

これらのセンサの位置は以下のとおりである。水温センサ５１はヘッド側ウォータジャケット２１ｂ内に設けられている。排ガス温度センサ５２は排気管１８に設けられている。液面センサ５３は気液分離器５内に設けられている。蒸気温度センサ５４は過熱器７の過熱部７ｂ内に設けられている。圧力センサ５５は超音速ノズル４１へ供給する冷媒通路３内に設けられている。回転数センサ５６はタービン４２のシャフト４５に設けられている。凝縮水温度センサ５７及びヘッダタンク液面センサ５８は凝縮ヘッダタンク１５内に設けられている。

これらのセンサは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０と接続されている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、ランキンサイクルシステム１や内燃機関２の制御のために設けられている各種センサや作動装置と信号をやり取りして制御する。特に、本実施形態では、ＥＣＵ５０は、水温センサ５１、排ガス温度センサ５２、液面センサ５３、蒸気温度センサ５４、圧力センサ５５、回転数センサ５６、凝縮水温度センサ５７、ヘッダタンク液面センサ５８のそれぞれと電気的に接続されている。また、ＥＣＵ５０は、第１電磁弁１３、第２電磁弁１７、ベーン型ポンプ１０、冷却ファン１４のそれぞれと電気的に接続されており、各種センサの取得する情報に基づいて、第１電磁弁１３、第２電磁弁１７の開閉状態を制御し、ベーン型ポンプ１０、冷却ファン１４の運転を制御する。なお、第１電磁弁１３は通電により開弁し、通電を停止すると閉弁する構成となっている。

さらに、ＥＣＵ５０は本発明の第１異常検出部として機能する。すなわち、ＥＣＵ５０は内燃機関２の冷媒供給部の異常を検出する。ここで内燃機関２の冷媒供給部の異常とは、ウォータポンプ１２の故障、サーモスタット（図示しない）の作動不良をいう。また、ＥＣＵ５０は本発明の第２異常検出部として機能する。すなわち、ＥＣＵ５０は、内燃機関２の冷媒供給部に異常が検出されないとき、気液分離器５内の液相冷媒量、過熱器７内の気相冷媒の温度、及び凝縮ヘッダタンク１５内の液相冷媒量に基づいて、ベーン型ポンプ１０の異常を検出する。

次に、異常検出装置１００のランキンサイクルシステム１の異常を検出する制御について説明する。図３は異常検出装置１００における異常検出制御のフローチャートである。この異常検出制御はＥＣＵ５０により行われる。以下、本実施例の異常検出制御について図３を参照しつつ説明する。

ＥＣＵ５０はステップＳ１において、ランキンサイクルシステム１が稼動中か否かを判断する。ＥＣＵ５０は、ランキンサイクルシステム１が稼動中であるか否かについて、本体２０内の冷媒温度、及び本体２０から排出される排ガス温度に基づいて判断する。ランキンサイクルシステム１は、蒸気が発生しなければ稼動できない。すなわち、本体２０内の冷媒温度、及び本体２０の排ガス温度が蒸気を発生できる所定範囲内の温度であるとき、ランキンサイクルシステム１が稼働できる。ＥＣＵ５０は水温センサ５１により検出される本体２０内の冷媒温度、及び排ガス温度センサ５２が検出する排ガス温度が所定範囲内である場合、ランキンサイクルシステム１が稼働中であると判断する。ＥＣＵ５０はステップＳ１においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、ランキンサイクルシステム１が稼動中である場合、ステップＳ２へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ２において、内燃機関２の冷媒供給部が正常か否かを判断する。このステップでは、ウォータポンプ１２、サーモスタット１９の作動不良を検出する。ウォータポンプ１２、サーモスタット１９が作動不良を起こしていない場合、内燃機関２の冷媒供給部が正常であるとする。ウォータポンプ１２が故障した場合冷媒の吐出量（循環量）が減少するため、凝縮器８において冷却できる冷媒量が減少し、本体２０内の冷媒の温度が適温を超えて連続的に上昇する。従って、水温センサ５１の測定値が、冷媒の適温を超えて異常な上昇を継続する場合、ウォータポンプ１２の故障と判断する。また、サーモスタット１９がベーン型ポンプ１０からの冷媒をウォータポンプ１２へ流入させる状態で故障した場合、冷媒が常に凝縮器８において冷却された冷媒が常に本体２０内へ供給されるため、水温センサ５１で測定される温度が低下する、または上昇しなくなる。従って、内燃機関２が始動して一定時間経過後に、水温センサ５１の測定値が上昇していない、もしくは継続的に低下している場合、サーモスタット１９がベーン型ポンプ１０からの冷媒をウォータポンプ１２へ流入させる状態で故障していると判断する。一方、サーモスタット１９がベーン型ポンプ１０からの冷媒を遮断する状態で故障した場合、凝縮器８で冷却された冷媒が本体２０内へ供給されないので、冷媒の温度は連続的に上昇する。この場合には、上記のウォータポンプ１２の故障時に比べて、冷媒の温度は安定して高くなる。従って、水温センサ５１の測定値が安定して上昇を継続する場合、サーモスタット１９が凝縮器８へ通じる通路を閉じたまま故障していると判断する。ＥＣＵ５０はステップＳ２において、内燃機関２の冷媒供給部が正常であると判断すると、ステップＳ１０へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ１０において、廃熱回収機４の異常検出処理を行う。ＥＣＵ５０はステップＳ１０の処理を終えると、次にステップＳ２０において、第１電磁弁１３の異常検出処理を行う。第１電磁弁１３の異常検出処理において、ＥＣＵ５０は、気液分離器５内の液相の冷媒の量が所定範囲外であり、過熱器７の気相の冷媒の温度が所定範囲外であるとき、第１電磁弁１３が異常であると判定する。ＥＣＵ５０はステップＳ２０の処理を終えると、次にステップＳ３０において、ベーン型ポンプ１０の異常検出処理を行う。ベーン型ポンプ１０の異常検出処理において、ＥＣＵ５０は、気液分離器５内の液相冷媒の量が所定範囲外であり、過熱器７内の気相冷媒の温度が所定範囲内であり、凝縮ヘッダタンク１５内の液相冷媒の量が所定範囲外であるとき、ベーン型ポンプ１０が異常であると判断する。ＥＣＵ５０はステップＳ３０の処理を終えると、次にステップＳ４０において、凝縮器８の異常検出処理を行う。ＥＣＵ５０はステップＳ４０の処理を終えるとリターンとなる。ステップＳ１０の廃熱回収機４の異常検出処理、ステップＳ２０の第１電磁弁１３の異常検出処理、ステップＳ３０のベーン型ポンプ１０の異常検出処理、ステップＳ４０の凝縮器８の異常検出処理については、下記で詳細に説明する。

ところで、ＥＣＵ５０はステップＳ２においてＮＯと判断する場合、すなわち、内燃機関２の冷媒供給部が正常でないと判断すると、ステップＳ３へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ３において、内燃機関２の冷媒供給部が異常であると判定し、記憶装置（メモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ）に記録する。次に、ＥＣＵ５０はステップＳ４において、制限運転モードへ移行する。制限運転モードは内燃機関２の出力を制限する運転である。また、このとき、異常検出装置１００は操作者に対して、制限運転モードへ移行したことを通知し、ランキンサイクルシステム１に異常が生じていることを通知する。

ＥＣＵ５０はステップＳ４の処理を終えると、異常検出制御を終了する。また、ＥＣＵ５０はステップＳ１においてＮＯと判断する場合、すなわち、ランキンサイクルシステム１が稼動中でない場合にも、異常検出制御を終了する。

次に、ステップＳ１０の廃熱回収機４の異常検出処理について詳細に説明する。図４はステップＳ１０の廃熱回収機４の異常検出処理についてのサブルーチンを示したフローチャートである。以下、廃熱回収機４の異常検出処理について、図４を参照しつつ説明する。

ＥＣＵ５０はステップＳ１１において、ランキンサイクルシステム１の出力が安定しているか否かを判定する。ランキンサイクルシステム１では、出力が安定するまでの間、応答遅れが起きる。ランキンサイクルシステム１の出力が安定すると、この応答遅れが所定値Ａ以下となるので、応答遅れが所定値Ａ以下である場合、ランキンサイクルシステム１の出力が安定したと判断する。ランキンサイクルシステム１の出力が安定するまでは、センサの測定値の変化が機器の異常によるものなのか、ランキンサイクルの変動によるものなのか判断がつかないため、この処理が行われる。ＥＣＵ５０はステップＳ１１においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、ランキンサイクルシステムの出力が安定している場合、ステップＳ１２へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ１２において、正常時のタービン４２の回転数Ｎを読み込む。正常時のタービン４２の回転数は、内燃機関２の運転条件から算出される冷媒の蒸気量、廃熱回収機４へ導入される蒸気の圧力、並びにこれらの蒸気量、及び圧力の値から予め構成されたタービン回転数マップから読みこまれる。ここで、冷媒の蒸気量は、本体２０内の冷媒温度、内燃機関２の排ガスの温度、内燃機関２が備えるクランクシャフト（図示していない）の回転数、内燃機関２の負荷その他内燃機関２の運転状態を示す情報に基づいて算出される。廃熱回収機４へ導入される蒸気の圧力は、圧力センサ５５が検出する過熱器７通過後の冷媒の蒸気圧である。ＥＣＵ５０はステップＳ１２の処理を終えるとステップＳ１３へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ１３において、過熱器７の出口における蒸気圧力Ｐがマップから取得した回転数Ｎと所定値Ｂの積よりも小さいか否かを判断する。ＥＣＵ５０はステップＳ１３においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、過熱器７の出口における蒸気圧力Ｐが回転数Ｎと所定値Ｂの積よりも小さい場合、ステップＳ１４へ進む。

実測値の蒸気圧力Ｐがマップから取得した回転数Ｎに基づき、推定された値Ｎ×Ｂより小さい場合、過熱器７における蒸気から推定される回転が得られていないため、蒸気の漏洩が生じていることが考えられる。したがって、ＥＣＵ５０はステップＳ１４において、廃熱回収機４の上流側における冷媒の漏洩と判定し、記憶装置に記録する。ここでの廃熱回収機４の上流側とは、気液分離器５から廃熱回収機４へ至る経路、すなわち、通路３１、過熱器７、超音速ノズル４１へ冷媒を導入する冷媒通路を示している。ＥＣＵ５０はステップＳ１４の処理を終えると、ステップＳ１５へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ１５において、第２電磁弁１７を開弁する。第２電磁弁１７を開弁したことにより、気液分離器５において分離された気相の冷媒（蒸気）は、バイパス通路１６を通り、通路３３へ送られる。これにより、過熱器７及び廃熱回収機４への蒸気の進入が抑制される。したがって、冷媒の漏洩が考えられる箇所への蒸気の進入が防がれるため、冷媒の漏洩を抑制できる。さらに、ＥＣＵ５０は次のステップＳ１６において制限運転モードへ移行する。また、操作者に対して、制限運転モードへ移行したことを通知し、ランキンサイクルシステム１に異常が生じていることを通知する。なお、この状況下において、第１電磁弁１３も閉弁している。

ＥＣＵ５０はステップＳ１６の処理を終えると異常検出制御を終了する。また、ＥＣＵ５０はステップＳ１１においてＮＯと判断する場合、すなわち、ランキンサイクルシステムの出力が安定していない場合にも、異常検出制御を終了する。

ところで、ＥＣＵ５０はステップＳ１３においてＮＯと判断する場合、すなわち、過熱器７の出口における蒸気圧力Ｐが回転数Ｎと所定値Ｂの積以上である場合、ステップＳ１７へ進む。

過熱器７の出口における蒸気圧力Ｐが回転数Ｎと所定値Ｂの積以上である場合、蒸気の漏洩は想定されない。このため、別の機器に異常がないかを検出する処理を行う。ＥＣＵ５０はステップＳ１７において、廃熱回収機４のタービン４２の回転数Ｎｒがマップから取得した回転数Ｎと所定値Ｃの積よりも小さいか否かを判断する。ＥＣＵ５０はステップＳ１７においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、廃熱回収機４のタービン４２の回転数Ｎｒがマップから取得した回転数Ｎと所定値Ｃの積よりも小さい場合、ステップＳ１８へ進む。

実測値のタービン４２の回転数Ｎｒがマップから取得した回転数Ｎに基づき、推定された値Ｎ×Ｃよりも小さい場合、廃熱回収機４に何らかの異常が考えられる。したがって、ＥＣＵ５０はステップＳ１８において、廃熱回収機４に異常があると判定し、記憶装置に記録する。ＥＣＵ５０はステップＳ１８の処理を終えると、ステップＳ１５、ステップＳ１６へ進む。これにより、異常があると考えられる廃熱回収機４への蒸気の進入が抑制される。この操作により、ランキンサイクルシステム１における内燃機関２から得られる廃熱エネルギーの回収を停止する一方で、内燃機関２における冷却能力を維持し、内燃機関２の運転を維持する。また、操作者に対して、制限運転モードへ移行したことを通知し、ランキンサイクルシステム１に異常が生じていることを通知する。

一方、ＥＣＵ５０はステップＳ１７においてＮＯと判断する場合、すなわち、廃熱回収機４のタービン４２の回転数Ｎｒがマップから取得した回転数Ｎと所定値Ｃの積以上である場合、廃熱回収機４には異常がないと判断して、廃熱回収機４の異常検出処理のサブルーチンを終了し、ステップＳ２０の第１電磁弁１３の異常検出処理へ進む。

以上のように、廃熱回収機４の異常検出処理では、内燃機関２の本体２０へ冷媒を供給する冷媒供給部の異常がないことを判断した後、廃熱回収機４（タービン系）の異常を検出する。このため、内燃機関２の冷媒供給部の異常なのか、廃熱回収機４の異常なのかが検出可能である。

次に、ステップＳ２０の第１電磁弁１３の異常検出処理について詳細に説明する。図５はステップＳ２０の第１電磁弁１３の異常検出処理についてのサブルーチンを示したフローチャートである。以下、第１電磁弁１３の異常検出処理について、図５を参照しつつ説明する。

ＥＣＵ５０はステップＳ２１において、液面センサ５３により検出される気液分離器５内における液相の冷媒の液面レベルＬｗを取得する。また、ＥＣＵ５０はステップＳ２１において、蒸気温度センサ５４が検出する過熱器７内の蒸気温度Ｔｓを取得する。ＥＣＵ５０はステップＳ２１の処理を終えると、ステップＳ２２へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ２２において、気液分離器５内における液相の冷媒の液面レベルＬｗが許容最低液面レベルＬ１よりも低いか否かを判断する。ランキンサイクルシステム１が正常運転をしていると判断される場合、気液分離器５内の液相の冷媒量は所定の範囲にある。許容最低液面レベルＬ１はランキンサイクルシステム１が正常運転をしていると判断される際の気液分離器５内の液相の冷媒の最小許容量のときに液面センサ５３が示す液面レベルである。この許容最低液面レベルＬ１のときの液相冷媒量が本発明の第１閾値に相当する。ＥＣＵ５０はステップＳ２２においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、気液分離器５内における液相の冷媒の液面レベルＬｗが許容最低液面レベルＬ１よりも低い場合、ステップＳ２３へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ２３において、過熱器７内の蒸気温度Ｔｓが許容最低温度Ｔ１よりも低いか否かを判断する。ランキンサイクルシステム１が正常運転をしていると判断される場合、過熱器７内の蒸気の温度は所定の範囲にある。許容最低温度Ｔ１はランキンサイクルシステム１が正常に動作するときの蒸気の最低許容温度である。また、この許容最低温度Ｔ１が本発明の第２閾値に相当する。ＥＣＵ５０はステップＳ２３においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、過熱器７内の蒸気温度Ｔｓが許容最低温度Ｔ１よりも低い場合、ステップＳ２４へ進む。

気液分離器５内の液相の冷媒量が少なくなるのは、第１電磁弁１３を開弁して過熱器７へ液相の冷媒を供給するからである。このように、過熱器７へ液相の冷媒を供給する場合では、過熱器７において、タービン４２において安定したエネルギー回収が可能な蒸気を発生できる条件が整っている。このとき、過熱器７に異常がない状態であれば、過熱器７内の蒸気は高温高圧である。反対に、過熱器７において、タービン４２において安定したエネルギー回収が可能な蒸気を発生できる条件でない場合、すなわち、過熱器７内の蒸気温度が低い場合には、第１電磁弁１３を閉弁して過熱器７への液相の冷媒の供給を遮断する。しかしながら、ステップＳ２４に到達する場合には、気液分離器５内の液相の冷媒量が少ないうえに、過熱器７の蒸気の温度も低い。これは、第１電磁弁１３を閉弁しなければならないにもかかわらず、第１電磁弁１３の作動不良が生じて開弁状態で固着してしまい、気液分離器５から過熱器７へ液相の冷媒が過剰に流れ出ていることが考えられる。

したがって、ＥＣＵ５０はステップＳ２４に到達している場合には、第１電磁弁１３の作動不良と判定し、記憶装置に記録する。ここでの作動不良は、第１電磁弁１３が開弁状態で固着したことを示している。第１電磁弁１３が閉じない理由のひとつに、冷媒通路３内にごみが混入し、ごみが第１電磁弁１３の開口部に挟まり、閉弁することを妨げていることがあげられる。ＥＣＵ５０はステップＳ２４の処理を終えると、ステップＳ２５へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ２５において、第２電磁弁１７を開弁する。第２電磁弁１７を開弁したことにより、気液分離器５において分離された気相の冷媒（蒸気）はバイパス通路１６を通り、通路３３へ送られる。これにより、冷媒が凝縮器８へと送られる。この操作により、ランキンサイクルシステム１における内燃機関２から得られる廃熱エネルギーの回収を停止する一方で、内燃機関２内の冷媒が循環する経路が維持されるので、内燃機関２の冷却能力を維持し、内燃機関２を保護することができる。

次に、ＥＣＵ５０はステップＳ２６において、制限運転モードへ移行する。また、操作者に対して制限運転モードへ移行したことを通知し、ランキンサイクルシステム１に異常が生じていることを通知する。そして、ＥＣＵ５０はステップＳ２６の処理を終えると、異常検出制御を終了する。

一方、ＥＣＵ５０はステップＳ２２においてＮＯと判断する場合、すなわち、気液分離器５内における液相の冷媒の液面レベルＬｗが許容最低液面レベルＬ１以上である場合、ステップＳ２７へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ２７において、気液分離器５内における液相の冷媒の液面レベルＬｗが許容最高液面レベルＬ２よりも高いか否かを判断する。許容最高液面レベルＬ２はランキンサイクルシステム１が正常運転をしていると判断される際の気液分離器５内の液相の冷媒の最大許容量のときに液面センサ５３が示す液面レベルである。この許容最高液面レベルＬ２のときの液相冷媒量が本発明の第４閾値に相当する。ＥＣＵ５０はステップＳ２７においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、気液分離器５内における液相の冷媒の液面レベルＬｗが許容最高液面レベルＬ２よりも高い場合、ステップＳ２８へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ２８において、過熱器７内の蒸気温度Ｔｓが許容最高温度Ｔ２よりも高いか否かを判断する。許容最高温度Ｔ２はランキンサイクルシステム１が正常に動作するときの蒸気の最高許容温度である。この許容最高温度Ｔ２が本発明の第５閾値に相当する。ＥＣＵ５０はステップＳ２８においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、過熱器７内の蒸気温度Ｔｓが許容最高温度Ｔ２よりも高い場合、ステップＳ２９へ進む。

ステップＳ２９へ到達する場合、気液分離器５において、液相の冷媒が過剰に存在するにもかかわらず、過熱器７内で蒸気の温度が過度に上昇している。この原因として、気液分離器５から過熱器７へ液相の冷媒が供給されていないことが考えられる。すなわち、通路３２を冷媒が流れていないことが考えられる。通路３２を冷媒が流れない原因は、第１電磁弁１３が閉弁状態で固着したことや第１電磁弁１３に詰まりが生じていることが考えられる。したがって、ＥＣＵ５０はステップＳ２９において、第１電磁弁１３の作動不良と判定し、記憶装置に記録する。ここでの作動不良は、第１電磁弁１３が閉弁状態で固着したこと、もしくは、電気系の異常により、第１電磁弁１３への電気信号が正常に伝達できなくなっていることを示している。ＥＣＵ５０はステップＳ２９の処理を終えると、ステップＳ２５、ステップＳ２６へ進む。以降の処理は上記で説明したステップＳ２５、ステップＳ２６と同様である。

ところで、ＥＣＵ５０はステップＳ２３においてＮＯと判断する場合、すなわち、過熱器７内の蒸気温度Ｔｓが許容最低温度Ｔ１以上である場合、第１電磁弁１３の異常検出処理のサブルーチンを終了して、ステップＳ３０のベーン型ポンプ１０の異常検出処理のａへ進む。

また、ＥＣＵ５０はステップＳ２８においてＮＯと判断する場合、すなわち、過熱器７内の蒸気温度Ｔｓが許容最高温度Ｔ２以下である場合、第１電磁弁１３の異常検出処理のサブルーチンを終了して、ステップＳ３０のベーン型ポンプ１０の異常検出処理のｂへ進む。

ところで、ＥＣＵ５０はステップＳ２７においてＮＯと判断する場合、すなわち、気液分離器５内における液相の冷媒の液面レベルＬｗが許容最高液面レベルＬ２以下である場合、第１電磁弁１３の異常検出処理のサブルーチンを終了して、ステップＳ４０の凝縮器８の異常検出処理へ進む。

以上のように、第１電磁弁１３の異常検出処理では、ＥＣＵ５０は、内燃機関２の冷媒供給部に異常が検出されないとき、気液分離器５内の液相冷媒量、過熱器７内の気相冷媒の温度に基づいて、第１電磁弁１３の異常を検出する。さらに、第１電磁弁１３の異常を検出した際に、ランキンサイクルの稼働を停止することにより、内燃機関２を保護することができる。

次に、ステップＳ３０のベーン型ポンプ１０の異常検出処理について詳細に説明する。図６はステップＳ３０のベーン型ポンプ１０の異常検出処理についてのサブルーチンを示したフローチャートである。以下、ベーン型ポンプ１０の異常検出処理について、図６を参照しつつ説明する。

初めに、図６のフローチャートのａの結合子からの入力について説明する。ＥＣＵ５０はａの結合子からステップＳ３１へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ３１において、凝縮ヘッダタンク１５内における液相冷媒の量Ｖｗが許容最大量Ｖ１より多いか否かを判断する。凝縮ヘッダタンク１５内における液相冷媒の量Ｖｗは、ヘッダタンク液面センサ５８が測定する凝縮ヘッダタンク１５内の液面レベルから算出される。許容最大量Ｖ１はランキンサイクルシステム１が正常に運転されていると認められる場合の凝縮ヘッダタンク１５内の液相冷媒量の最大値である。この許容最大量Ｖ１は本発明の第３閾値に相当する。ＥＣＵ５０はステップＳ３１においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、凝縮ヘッダタンク１５内における液相冷媒の量Ｖｗが許容最大量Ｖ１より多い場合、ステップＳ３２へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ３２において、ベーン型ポンプ１０の作動不良と判定し、記憶装置に記録する。ここでの作動不良は、ベーン型ポンプ１０の閉固着または作動停止である。閉じ固着は、ベーン型ポンプ１０のロータ１０２が、カムリング１０１とベーン１０３との摺動部分が何らかの理由で固着したことにより、ロータ１０２が回転不良となり、冷媒の圧送ができなくなった作動不良である。また、作動停止は、ロータ１０２の回転に係る駆動段が故障した場合による作動不良である。ベーン型ポンプ１０が閉固着もしくは作動停止に陥ると、冷媒の循環を停止してしまうので、凝縮ヘッダタンク１５内の液相冷媒の量が増加する。また、気液分離器５内へ供給される液相冷媒量も減少してしまう。従って、ステップＳ３２へ到達する条件、すなわち、気液分離器５内の液相冷媒量が少ない状況で、第１電磁弁１３に異常がみられず、凝縮ヘッダタンク１５内の液相冷媒の量が多い場合、ベーン型ポンプ１０の閉固着、もしくは作動停止が発生していると判断する。ＥＣＵ５０はステップＳ３２の処理を終えると、ステップＳ３３、ステップＳ３４の処理へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ３３において、第２電磁弁１７を開弁する。第２電磁弁１７を開弁したことにより、気液分離器５において分離された気相の冷媒（蒸気）はバイパス通路１６を通り、通路３３へ送られる。冷媒は、過熱器７と廃熱回収機４とをバイパスするので、冷媒への廃熱の回収量が低減するとともに、ランキンサイクルシステム１における内燃機関２から得られる廃熱エネルギーの回収を停止する。その一方で、冷媒の温度が低下するため、凝縮器８において冷媒を冷却する負担が低減し、過剰の蒸気の流入による破損を防止する。

次に、ＥＣＵ５０はステップＳ３４において、制限運転モードへ移行する。これにより、内燃機関２を作動可能な領域で運転することができ、安全に停止することができる。また、操作者に対して制限運転モードへ移行したことを通知し、ランキンサイクルシステム１に異常が生じていることを通知する。ＥＣＵ５０はステップＳ３４の処理を終えると、異常検出制御を終了する。

ところで、ＥＣＵ５０はステップＳ３１においてＮＯと判断する場合、すなわち、凝縮ヘッダタンク１５内における液相冷媒の量Ｖｗが許容最大量Ｖ１以下である場合、ステップＳ３５へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ３５において、気液分離器５に異常が生じている（破損、漏れ）と判定し、記憶装置に記録する。すなわち、ＥＣＵ５０は、気液分離器５内の液相冷媒の量が第１閾値未満であり、過熱器７内の気相冷媒の温度が第２閾値以上であり、凝縮ヘッダタンク１５内の液相冷媒の量が第３閾値以下であるとき、気液分離器５が破損していると判断する。ＥＣＵ５０はステップＳ３５の処理を終えると、ステップＳ３３、ステップＳ３４の処理へ進む。以降の処理は上記で説明したステップＳ３３、ステップＳ３４と同様である。

ステップＳ３１、ステップＳ３２、ステップＳ３５の処理により、ベーン型ポンプ１０の閉固着の検出を行うとともに、気液分離器５の故障の検出を行うことができる。この結果、ランキンサイクルシステム１の作動不良の原因がベーン型ポンプ１０の閉固着によるものなのか、気液分離器５の故障によるものなのか判別できる。

次に、図６のフローチャートのｂの結合子からの入力について説明する。ＥＣＵ５０はｂの結合子からステップＳ３６へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ３６において、凝縮ヘッダタンク１５内における液相冷媒の量Ｖｗが許容最小量Ｖ２より少ないか否かを判断する。許容最小量Ｖ２はランキンサイクルシステム１が正常に運転されていると認められる場合の凝縮ヘッダタンク１５内の液相冷媒量の最小値である。この許容最小量Ｖ２は本発明の第６閾値に相当する。ＥＣＵ５０はステップＳ３６においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、凝縮ヘッダタンク１５内における液相冷媒の量Ｖｗが許容最小量Ｖ２より少ない場合、ステップＳ３７へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ３７において、ベーン型ポンプ１０の作動不良と判定し、記憶装置に記録する。ここでの作動不良は、ベーン型ポンプ１０の開固着、もしくはごみ噛み込みによる閉じ不良である。開固着は、以下の理由でベーン型ポンプ１０のシール性が失われ、駆動時以外に冷媒が自由に流動してしまう作動不良である。シール性が失われる理由は、本来ベーン１０３の先端がカムリング１０１の壁面に接触したまま動作するところ、スプリング１０４の劣化などにより、ベーン１０３をカムリング１０１の壁面側へ押付ける力が低下し、ベーン１０３の先端がカムリング１０１の壁面に接触できなくなるためである。また、ごみ噛み込みによる閉じ不良はベーン１０３の先端側にごみが付着してシール性が失われたことにより、駆動時以外に冷媒が自由に流動してしまう作動不良である。ベーン型ポンプ１０が開固着、もしくはごみ噛み込みによる閉じ不良に陥ると、冷媒が自由に流動しているため、ベーン型ポンプ１０が停止状態であったとしても、凝縮ヘッダタンク１５内の液相冷媒が流れ出てしまう。流れ出た液相冷媒は、気液分離器５へ供給されるため、気液分離器５内の液相冷媒量が増加する。従って、ステップＳ３７へ到達する条件、すなわち、気液分離器５内の液相冷媒量が多い状況で、第１電磁弁１３に異常がみられず、凝縮ヘッダタンク１５内の液相冷媒の量が少ない場合、ベーン型ポンプ１０の開固着、もしくはごみ噛み込みによる閉じ不良が発生していると判断する。ＥＣＵ５０はステップＳ３７の処理を終えると、ステップＳ３３、ステップＳ３４へ進む。以降の処理は上記で説明したステップＳ３３、ステップＳ３４と同様である。

なお、ベーン型ポンプ１０の開固着、もしくはごみ噛み込みによる閉じ不良の場合、冷媒の動きは、ベーン型ポンプ１０の上流側及び下流側の液量、鉛直方向の配置位置（上下位置）に基づき定まることが考えられる。すなわち、ベーン型ポンプ１０の上流側及び下流側の液量、鉛直方向の配置位置（上下位置）によっては、開固着、もしくはごみ噛み込みによる閉じ不良が原因で、気液分離器５内の液相冷媒量が減少し、凝縮ヘッダタンク１５内の液相冷媒量が増加することとなるため、上記ステップＳ３２に到達することとなる。従って、このような場合には、ステップＳ３２において、ベーン型ポンプ１０の開固着、もしくはごみ噛み込みによる閉じ不量も推定するようにしてもよい。

一方、ＥＣＵ５０はステップＳ３６においてＮＯと判断する場合、すなわち、凝縮ヘッダタンク１５内における液相冷媒の量Ｖｗが許容最小量Ｖ２以上である場合、ステップＳ３８へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ３８において、内燃機関２の冷媒供給部に異常の疑いがあると判断し、図３の異常検出装置１００における異常検出制御のｃへ進む。ステップＳ３８へ到達する場合、第１電磁弁１３、廃熱回収機４、気液分離器５、ベーン型ポンプ１０のいずれにも異常が検出されていない。このため、内燃機関２の冷媒供給部の異常を疑い、再度、内燃機関２の冷媒供給部の異常について判断する。従って、ＥＣＵ５０は、気液分離器５内の液相冷媒の量が第４閾値より多く、過熱器７内の気相冷媒の温度が第５閾値以下であり、凝縮ヘッダタンク１５内の液相冷媒の量が第６閾値以上であるとき、内燃機関２の冷媒供給部の異常についての判断をやり直す。

ステップＳ３６、ステップＳ３７、ステップＳ３８の処理により、ベーン型ポンプ１０の開固着の検出を行うとともに、内燃機関２の冷媒供給部の異常を再度判断できる。この結果、ランキンサイクルシステム１の作動不良の原因がベーン型ポンプ１０の開固着によるものなのか、内燃機関２の冷媒供給部の異常によるものなのか判別できる。

以上より、ベーン型ポンプ１０の異常検出処理では、廃熱回収機４、第１電磁弁１３に異常が検出されない状態で、ベーン型ポンプ１０の異常検出を実行する。異常検出制御において、気液分離器５内の液相冷媒の量が所定範囲外であり、過熱器７の気相冷媒の温度が所定範囲内であるとき、凝縮ヘッダタンク１５内の液量に基づいて、ベーン型ポンプ１０の異常を判定し、ベーン型ポンプ１０の異常を検出できる。また、ベーン型ポンプ１０に異常が検出されない状態では、気液分離器５の異常を判定することや内燃機関２の冷媒供給部に異常があることを疑い、内燃機関２の冷媒供給部の異常検出をやり直す。

次に、ステップＳ４０の凝縮器８の異常検出処理について詳細に説明する。図７はステップＳ４０の凝縮器８の異常検出処理についてのサブルーチンを示したフローチャートである。以下、凝縮器８の異常検出処理について、図７を参照しつつ説明する。

ＥＣＵ５０はステップＳ４１において、凝縮水温度センサ５７が検出する凝縮器８通過後の冷媒の温度Ｔｗを取得する。ＥＣＵ５０はステップＳ４１の処理を終えるとステップＳ４２へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ４２において、凝縮器８通過後の冷媒の温度Ｔｗが凝縮水許容温度Ｔ３より大きいか否かを判断する。凝縮水許容温度Ｔ３は凝縮器８通過後の冷媒が許容される最高温度である。ＥＣＵ５０はステップＳ４２においてＹＥＳと判断する場合、すなわち、凝縮器８通過後の冷媒の温度Ｔｗが凝縮水許容温度Ｔ３より大きい場合、ステップＳ４３へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ４３において、凝縮器８の作動不良と判定し、記憶装置に記録する。ここでは、凝縮器８通過後の冷媒の温度Ｔｗが許容される温度の上限を超えているため、凝縮器に異常があると考えられる。ＥＣＵ５０はステップＳ４３の処理を終えると、ステップＳ４４へ進む。

ＥＣＵ５０はステップＳ４４において、第２電磁弁１７を開弁する。第２電磁弁１７を開弁したことにより、気液分離器５において分離された気相の冷媒（蒸気）は、バイパス通路１６を通り、通路３３へ送られる。凝縮器８の作動不良の場合、凝縮器８における冷却能力が低下し、凝縮器８で冷却可能な温度以上の冷媒が凝縮器８へ流入していると考えられる。このため、気液分離器５において分離した気相の冷媒をバイパス通路１６へ送ることにより、過熱器７で気相の冷媒の温度が上昇することが防がれる。すなわち、凝縮器８に流入する冷媒の温度が低下するため、異常が発生した凝縮器８の冷却能力で、冷媒を本体２０の冷却に適した温度まで低下することができる。このように、ランキンサイクルシステム１における内燃機関２から得られる廃熱エネルギーの回収を停止する一方で、内燃機関２における冷却能力を維持し、内燃機関２を保護し、運転を維持する。さらに、ＥＣＵ５０は次のステップＳ４５において、制限運転モードへ移行する。また、操作者に対して、制限運転モードへ移行したことを通知し、ランキンサイクルシステム１に異常が生じていることを通知する。

一方、ＥＣＵ５０はステップＳ４２においてＮＯと判断する場合、すなわち、凝縮器８通過後の冷媒の温度Ｔｗが凝縮水許容温度Ｔ３以下である場合、凝縮器８の異常検出処理のサブルーチンを終了して、図３の異常検出制御にリターンとなる。

以上より、凝縮器８の異常検出処理では、凝縮器８の異常を検出することができる。さらに、凝縮器８の異常を検出し、ランキンサイクルの稼働を停止することにより、内燃機関２を保護することができる。

本実施例の異常検出装置１００は、内燃機関２の冷媒供給部、及び廃熱回収機４の異常がないことを判断した後、第１電磁弁１３の異常を検出する。そして、第１電磁弁１３にも異常がない場合、ベーン型ポンプ１０の異常を検出し、凝縮器８の異常を検出する。このため、異常検出装置１００は、ランキンサイクルシステム１の異常が、冷媒供給部の異常なのか、廃熱回収機４の異常なのか、第１電磁弁１３の異常なのか、ベーン型ポンプ１０の異常なのか凝縮器８の異常なのかが検出可能である。従って、異常検出装置１００は、ランキンサイクルシステム１における異常の原因を総合的に検出し、異常個所を精度よく特定する。

このようなランキンサイクルシステム１の異常検出装置１００は、例えば、車両に搭載することができる。異常検出装置１００を車両に搭載した場合、異常検出装置１００が異常を検出したとき、ダイアグを点灯し、ドライバへ異常を通知するとともに、制限運転によりエンジン（内燃機関）の出力を制限した退避走行モードに移行することにより、車両を安全な場所まで退避することができる。また、異常検出時に廃熱の回収を抑制するため、内燃機関、および車両各部の破損を併せて防止することができる。このため、車両修理負担を最小限に抑制できる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１ ランキンサイクルシステム
２ 内燃機関
２０ 本体
３ 冷媒通路
４ 廃熱回収機
５ 気液分離器
７ 過熱器
８ 凝縮器
１０ ベーン型ポンプ（圧送機）
１２ ウォータポンプ
１３ 第１電磁弁
１５ 凝縮ヘッダタンク
１６ バイパス通路
１７ 第２電磁弁
１９ サーモスタット
５０ ＥＣＵ（第１異常検出部、及び第２異常検出部）
５３ 液面センサ（冷媒量検出器）
５４ 蒸気温度センサ（温度検出器）
５８ ヘッダタンク液面センサ（ヘッダタンク冷媒量検出器）
１００ 異常検出装置

Claims (5)

1. 内燃機関を循環する冷媒へ廃熱を付与して、前記冷媒を蒸気化する内燃機関の本体と、
   前記本体の下流において、前記冷媒を気相の冷媒と液相の冷媒とに分離する気液分離器と、
   前記気液分離器の下流において、前記冷媒へ前記内燃機関の廃熱を付与する過熱器と、
   前記過熱器の下流において、前記冷媒が取得した廃熱のエネルギーを回収する廃熱回収機と、
   前記廃熱回収機の下流において、気相の前記冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器の下流に配置されて、液相の前記冷媒を蓄えるヘッダタンクと、
   前記ヘッダタンクと本体との間に位置し、前記ヘッダタンク内の液相の前記冷媒を前記本体へ圧送する圧送機と、
   を備えるランキンサイクルシステムにおいて、
   前記気液分離器内の液相冷媒の量を検出する冷媒量検出器と、
   前記過熱器内の気相冷媒の温度を検出する温度検出器と、
   前記ヘッダタンク内の液相冷媒の量を検出するヘッダタンク冷媒量検出器と、
   前記本体へ前記冷媒を供給する冷媒供給部の異常を検出する第１異常検出部と、
   前記第１異常検出部において異常が検出されないとき、前記気液分離器内の液相冷媒量、前記過熱器内の気相冷媒の温度および前記ヘッダタンク内の液相冷媒量に基づいて、前記圧送機の異常を検出する第２異常検出部と、
   を備えたことを特徴とするランキンサイクルシステムの異常検出装置。
2. 前記第２異常検出部は、前記気液分離器内の液相冷媒の量が第１閾値未満であり、前記過熱器内の気相冷媒の温度が第２閾値以上であり、前記ヘッダタンク内の液相冷媒の量が第３閾値より多いとき、前記圧送機が閉固着または作動停止の状態であると判断する請求項１記載のランキンサイクルシステムの異常判定装置。
3. 前記第２異常検出部は、前記気液分離器内の液相冷媒の量が第１閾値未満であり、前記過熱器内の気相冷媒の温度が第２閾値以上であり、前記ヘッダタンク内の液相冷媒の量が第３閾値以下であるとき、前記気液分離器に異常が生じていると判断する請求項１または２記載のランキンサイクルシステムの異常判定装置。
4. 前記第２異常検出部は、前記気液分離器内の液相冷媒の量が第４閾値より多く、前記過熱器内の気相冷媒の温度が第５閾値以下であり、前記ヘッダタンク内の液相冷媒の量が第６閾値未満のとき、前記圧送機が開固着、または閉じ不良が生じていると判断する請求項１乃至３のいずれか一項記載のランキンサイクルシステムの異常検出装置。
5. 前記第２異常検出部は、前記気液分離器内の液相冷媒の量が第４閾値より多く、前記過熱器内の気相冷媒の温度が第５閾値以下であり、前記ヘッダタンク内の液相冷媒の量が第６閾値以上であるとき、前記冷媒供給部の異常についての判断をやり直す請求項１乃至４のいずれか一項記載のランキンサイクルシステムの異常検出装置。

Images