JP5829409B2 - 自動車用廃熱利用システム - Google Patents
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Description
そして、このような自動車用廃熱利用システムにおいて、例えば、ポンプと膨張機と被動力伝達装置としての発電機兼電動機とを同軸上に配し、ランキン回路による膨張機の作動時には発電機兼電動機を発電機として機能させるとともにポンプを回転させる構成の廃熱利用装置が公知である(特許文献1)。
そこで、上記廃熱利用装置では、例えば膨張機の異常時に膨張機に流入する作動流体の流れを停止する一方、膨張機バイパス流路に作動流体を流すようにして、膨張機の加速を防止するように図っている。
このような構成の廃熱利用システムでは、断接クラッチの作動に異常を生じた場合、例えば断接クラッチが接続状態から意図せずに切断状態となった場合、膨張機の生じる駆動力を内燃機関の駆動力として適切に利用できず膨張機が過回転して上記同様の問題を引き起こすことになり、或いは断接クラッチを切断状態にしようとしても接続状態のままであると膨張機が内燃機関の不要な負荷となり、好ましいことではない。
この点に関し、上記特許文献1には、膨張機の作動を断接クラッチを介して直接に内燃機関に伝達する構成についての断接クラッチの異常時対応については何ら言及されておらず、特にポンプと膨張機とが内燃機関の不要な負荷とならないようにすることについては何ら示唆さえもされていない。
請求項3の自動車用廃熱利用システムでは、請求項1または2において、前記制限手段は、前記膨張機への作動流体の流れを停止させる遮断手段であって、前記異常検出手段により、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令に対し前記断接クラッチの作動異常が検出されると、該遮断手段により作動流体の流れを停止させることを特徴とする。
また、制御手段により断接クラッチの切断制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチが正常に切断作動しない場合に、バイパス手段により作動流体の流れを迂回させることにより、良好に内燃機関の不要な負荷を軽減することができる。
請求項4の自動車用廃熱利用システムによれば、制御手段による断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し電流計により計測される電流に異常が検出されると、膨張機への作動流体の流通を制限するので、簡単な構成で断接クラッチの作動異常を検出でき、自動車用廃熱利用システムの簡素化を図ることができる。
先ず、第1実施例について説明する。
図1は、本発明の第1実施例に係る自動車用廃熱利用システムを模式的に示した図である。
廃熱利用システム1は、例えば車両に搭載され、エンジン(内燃機関)10、冷却水回路20、ランキン回路30から構成されている。
エンジン10は、車両に駆動力を与える駆動源であり、エンジン10のクランクシャフトから延びる主軸11の先端にはプーリ12が設けられている。また、エンジン10には主軸11の回転速度、即ちエンジン回転速度Neを検出するエンジン回転速度センサ16が設けられている。
ランキン回路30は、作動流体の循環路32に、作動流体の流れ方向で視て順に、上記ランキン蒸発器24、ランキン蒸発器24にて加熱され過熱状態となる作動流体の膨張によって回転駆動力を発生する膨張機42、ランキンコンデンサ(凝縮器)34、作動流体を循環させるポンプ44などが介装されて閉回路を構成し、ランキン蒸発器24にて冷却水回路20を循環する冷却水との間で熱交換を行うことでエンジン10の廃熱を回収している。
ここに、膨張機42は例えばスクロール型膨張機であり、また、ポンプ44は例えば低圧の作動流体を高圧に高めることの可能な可変容量式ポンプであるが、これらの詳細については公知であり、ここでは説明を省略する。
プーリ46には、プーリ46と回転軸45との連通と遮断を行う断接クラッチ48が内装されており、これによりプーリ46ひいては膨張機42及びポンプ44をプーリ12ひいてはエンジン10と同期回転させたり、或いは、プーリ46ひいては膨張機42及びポンプ44をプーリ12ひいてはエンジン10から解放したりすることが可能である。
断接クラッチ48は、例えば電磁式クラッチからなり、当該電磁式クラッチからなる断接クラッチ48の電磁コイル(図示せず)には、リレースイッチ49を介してバッテリ50が接続され、リレースイッチ49は電子コントロールユニット(ECU)(制御手段)60に電気的に接続されている。そして、リレースイッチ49とバッテリ50とを繋ぐ電力線52には電流計(異常検出手段)54が設けられている。
さらに、ランキン回路30において、循環路32の膨張機42よりも上流側部分と下流側部分との間には、膨張機42をバイパスするバイパス流路37が設けられており、バイパス流路37には上記電磁開閉弁36と同様の機能を有する電磁開閉弁(バイパス弁)(バイパス手段、制限手段)38が介装されている。これにより、循環路32を流れる作動流体を膨張機42に流したり、膨張機42を迂回して短絡させたりすることが可能である。
そして、ECU60は、膨張機42でエンジン10をアシスト可能な場合には断接クラッチ48を接続し、アシストできない場合には断接クラッチ48を切断するよう指令を出す。
以下、このように構成された本発明に係る自動車用廃熱利用システムの作動内容、即ち断接クラッチ48の異常処理制御内容について説明する。
図2には、第1実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示すフローチャートが示されており、同フローチャートに基づき説明する。
ステップS12では、リレースイッチ49に制御指令を発し、例えばパイロット電流を供給して断接クラッチ48を接続するように制御する。
ステップS14では、電流計54により所定電流値I0(例えば、0アンペア)よりも大きな電流Iが検出されるか否か、即ちバッテリ50から断接クラッチ48の電磁コイルに所定電流値I0よりも大きな電流Iが流れているか否かを判別する。判別結果が真(Yes)で電流計54により計測された電流Iが所定電流値I0よりも大きい場合には、ECU60からの制御指令に対して断接クラッチ48に正常に電力が供給されているとみなすことができ、ステップS16に進む。
ステップS18では、電磁開閉弁36を開制御する。そして、ステップS20では、電磁開閉弁38を閉制御する。即ち、通常の状態として作動流体が膨張機42を流れるようにする。
ステップS22では、電磁開閉弁36を閉制御する。そして、ステップS24では、電磁開閉弁38を開制御し、循環路32の膨張機42の上流側部分と下流側部分とを短絡させる。即ち、作動流体が膨張機42を迂回して流れ、膨張機42に流れないようにする。
ステップS28では、電流計54により所定電流値I0以下(例えば、0アンペア)の電流Iが検出されるか否か、即ちバッテリ50から断接クラッチ48の電磁コイルに流れる電流Iが所定電流値I0以下であるか否かを判別する。判別結果が真(Yes)で電流計54により計測された電流Iが所定電流値I0以下の場合には、ECU60からの制御指令に対して断接クラッチ48には電力が供給されておらず正常、即ち断接クラッチ48が切断状態とみなすことができ、ステップS30に進む。
上記ステップS28の判別結果が偽(No)で電流計54により計測された電流Iが所定電流値I0より大きい場合、或いは、ステップS30の判別結果が真(Yes)で修正エンジン回転速度ρNeと膨張機回転速度Nexとが等しく一致しており、エンジン10と流体機械40ひいては膨張機42とが同期回転してしまっているような場合には、断接クラッチ48は正常に作動しておらず接続状態であり異常を来していると判定することができ、ステップS32に進む。
このようにすれば、ECU60から断接クラッチ48を切断させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ48が正常に作動せず接続状態である場合には、膨張機42は強制的にエンジン10と同期回転させられてしまい、不要にエンジン10の負荷となってしまうことになるのであるが、膨張機42を流れる作動流体の量を減らして強制的に作動させられる膨張機42の仕事量を小さくすることができ、エンジン10の負荷を軽減することができる。
なお、ここでは、上記の如く電流計54により計測された電流I及びエンジン回転速度Neと膨張機回転速度Nexとの比較に基づいて断接クラッチ48の作動異常を判定するようにしているが、電流計54により計測された電流Iのみに基づいて断接クラッチ48の作動異常を判定するようにしてもよい。或いは、エンジン回転速度Neと膨張機回転速度Nexとの比較のみに基づいて断接クラッチ48の作動異常を判定するようにしてもよい。このようにすれば、簡単な構成にして断接クラッチ48の作動異常を判定でき、自動車用廃熱利用システムの簡素化を図ることができる。
第2実施例では、上記第1実施例の図1のシステム構成に対し、電流計54を電圧計(異常検出手段)55に置き換えた点が異なっており、ここでは第1実施例と異なる部分についてのみ説明する。
図3に示すように、本発明の第2実施例では、自動車用廃熱利用システムは、リレースイッチ49とバッテリ50とを繋ぐ電力線52に電圧計55が設けられて構成されている。
このように構成された自動車用廃熱利用システムでは、ECU60は、上記ECU60からの断接クラッチ48の制御指令に対し電圧計55により検出される電圧値情報、及び、膨張機回転速度Nexと修正エンジン回転速度ρNeとの一致性に基づいて、断接クラッチ48の作動異常を判定し、電磁開閉弁36及び電磁開閉弁38を開閉制御する。
一方、ステップS14’の判別結果が偽(No)で電圧計55により計測された電圧Eが所定電圧値E0以下である場合には、断接クラッチ48は正常に作動しておらず異常を来していると判定することができ、ステップS22に進む。
一方、ステップS28’の判別結果が偽(No)で電圧計55により計測された電圧Eが所定電圧値E0より大きい場合には、断接クラッチ48は正常に作動しておらず異常、即ち接続状態と判定することができ、ステップS32に進む。
なお、図4によれば、第2実施例においても、電圧計55により検出された電圧E及び修正エンジン回転速度ρNeと膨張機回転速度Nexとの比較に基づいて断接クラッチ48の作動異常を判定するようにしているが、電圧計55により検出された電圧Eのみに基づいて断接クラッチ48の作動異常を判定するようにしてもよい。これにより、自動車用廃熱利用システムの簡素化を図ることができる。
第3実施例では、上記第1実施例の図1のシステム構成に対し、作動流体の圧力を測定する圧力計(異常検出手段)33と圧力計(異常検出手段)35を設けた点が異なっており、ここでは第1実施例と異なる部分についてのみ説明する。
図5に示すように、本発明の第3実施例では、自動車用廃熱利用システムは、例えば循環路32のうちランキンコンデンサ34の上流側部分を流れる作動流体の圧力を検出する圧力計33とランキンコンデンサ34の下流側部分を流れる作動流体の圧力を検出する圧力計35を備えて構成されている。
このように構成された自動車用廃熱利用システムでは、ECU60は、上記ECU60からの断接クラッチ48の制御指令に対し、圧力計33により検出されるランキンコンデンサ34の上流側部分を流れる作動流体の圧力と圧力計35により検出されるランキンコンデンサ34の下流側部分を流れる作動流体の圧力との差圧(圧力損失)から作動流体の流量を推定することができる。従って、当該推定された作動流体の流量に基づいて、断接クラッチ48の作動異常を判定し、電磁開閉弁36及び電磁開閉弁38を開閉制御する。
また、ステップS30’において、推定した作動流体の流量Qが所定流量Q0より小さいか否かを判別する。判別結果が真(Yes)で推定した作動流体の流量Qが所定流量Q0より小さいと判定された場合には、ECU60からの制御指令に対して断接クラッチ48が正常に作動している、即ち切断状態とみなすことができ、ステップS18に進む。
一方、ステップS30’の判別結果が偽(No)で推定した作動流体の流量Qが所定流量Q0以上である場合には、断接クラッチ48は正常に作動しておらず接続していると判定することができ、ステップS32に進む。
なお、図6によれば、第2実施例においても、電流計54により検出された電流I及び推定した作動流体の流量Qに基づいて断接クラッチ48の作動異常を判定するようにしているが、推定した作動流体の流量Qのみに基づいて断接クラッチ48の作動異常を判定するようにしてもよい。
また、当該第3実施例においても、電流計54により検出された電流Iに代えて、上記第2実施例のように、電圧計55により検出された電圧Eに基づいて断接クラッチ48の作動異常を判定するようにしてもよい。
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、第1乃至第3実施例において、電磁開閉弁(遮断弁)36と電磁開閉弁(バイパス弁)38とを備え、これら電磁開閉弁36及び電磁開閉弁38を開閉制御するようにしているが、例えばECU60から断接クラッチ48を接続させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ48が正常に接続作動しない場合において、電磁開閉弁(遮断弁)36及び電磁開閉弁(バイパス弁)38のいずれか一方だけを制御するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ランキン回路30は、ランキンコンデンサ34を介し冷却水回路20を循環する冷却水との間で熱交換を行うことでエンジン10の廃熱を回収しているが、これに代えて或いはこれと共に、例えばエンジン10の排気通路を流れる排ガスとの間で熱交換を行うことでエンジン10の廃熱を回収するようにしてもよい。
10 エンジン
12 プーリ(伝達手段)
14 ベルト(伝達手段)
16 エンジン回転速度センサ
20 冷却水回路
30 ランキン回路
33、35 圧力計(異常検出手段)
36 電磁開閉弁(遮断弁)(遮断手段、制限手段)
37 バイパス流路
38 電磁開閉弁(バイパス弁)(バイパス手段、制限手段)
40 流体機械
42 膨張機
43 膨張機回転速度センサ
44 ポンプ
46 プーリ(伝達手段)
48 断接クラッチ
49 リレースイッチ
50 バッテリ
54 電流計(異常検出手段)
55 電圧計(異常検出手段)
60 ECU(制御手段)
Claims (4)
- 作動流体の循環路に、内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させる膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキン回路を有した自動車用廃熱利用システムであって、
前記膨張機と前記ポンプとは同軸にして流体機械として一体に構成され、
前記膨張機で内燃機関をアシスト可能な場合には接続し、アシストできない場合には切断する断接クラッチを介して、該流体機械の回転軸と内燃機関の回転軸とを連結する伝達手段と、
前記断接クラッチの接続制御及び切断制御を行う制御手段と、
前記循環路に設けられ、前記膨張機への作動流体の流通を制限する制限手段とを備え、
該制限手段は、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し前記断接クラッチの作動異常が発生したことを検出する異常検出手段を含み、該異常検出手段により前記断接クラッチの作動異常が検出されると、前記膨張機への作動流体の流通を制限することを特徴とする自動車用廃熱利用システム。 - 前記制限手段は、作動流体の流れを前記膨張機を迂回させるバイパス手段であって、前記異常検出手段により前記断接クラッチの作動異常が検出されると、該バイパス手段により作動流体の流れを迂回させることを特徴とする、請求項1記載の自動車用廃熱利用システム。
- 前記制限手段は、前記膨張機への作動流体の流れを停止させる遮断手段であって、前記異常検出手段により、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令に対し前記断接クラッチの作動異常が検出されると、該遮断手段により作動流体の流れを停止させることを特徴とする、請求項1または2記載の自動車用廃熱利用システム。
- 前記断接クラッチは電磁式クラッチであって電力の供給を受けて断接作動するものであり、該断接クラッチへ供給される電流を計測する電流計を備え、
前記異常検出手段は、前記電流計であって、
前記制限手段は、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し前記電流計により計測される電流に異常が検出されると、前記膨張機への作動流体の流通を制限することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか記載の自動車用廃熱利用システム。
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