JP5910531B2 - Rankine cycle system abnormality judgment device - Google Patents
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Description
本発明は、ランキンサイクルシステムの異常判定装置に関する。 The present invention relates to an abnormality determination device for a Rankine cycle system.
従来、内燃機関の廃熱により内燃機関の冷媒を蒸気化し、この蒸気化された冷媒により廃熱回収機を作動させ、廃熱回収機を経由した冷媒を冷媒通路によって凝縮器に導くランキンサイクルシステムが知られている。このようなランキンサイクルシステムとして、例えば特許文献1には、内燃機関の排気の熱(廃熱)によって蒸気化された冷媒によって作動するタービンを有する廃熱回収機と、この廃熱回収機を経由した冷媒を凝縮器に導く冷媒通路とを備えるランキンサイクルシステムが開示されている。また特許文献1には、廃熱回収機のタービンの回転数に基づいて廃熱回収機の異常の有無を検出する技術も開示されている。 Conventionally, the Rankine cycle system that vaporizes the refrigerant of the internal combustion engine by the waste heat of the internal combustion engine, operates the waste heat recovery machine by the vaporized refrigerant, and guides the refrigerant that passed through the waste heat recovery machine to the condenser by the refrigerant passage It has been known. As such a Rankine cycle system, for example, Patent Document 1 discloses a waste heat recovery machine having a turbine that is operated by a refrigerant vaporized by heat (waste heat) of exhaust gas from an internal combustion engine, and the waste heat recovery machine. A Rankine cycle system including a refrigerant passage that guides the refrigerant to a condenser is disclosed. Patent Document 1 also discloses a technique for detecting whether there is an abnormality in the waste heat recovery machine based on the rotational speed of the turbine of the waste heat recovery machine.
しかしながら、特許文献1に係るランキンサイクルシステムでは、廃熱回収機に異常があるのか、廃熱回収機を経由した冷媒を凝縮器に導く冷媒通路に異常があるのかを判別することが困難であった。 However, in the Rankine cycle system according to Patent Document 1, it is difficult to determine whether there is an abnormality in the waste heat recovery machine or in the refrigerant passage that guides the refrigerant that has passed through the waste heat recovery machine to the condenser. It was.
本発明は、廃熱回収機に異常があるのか、廃熱回収機を経由した冷媒を凝縮器に導く冷媒通路に異常があるのかを判別することができるランキンサイクルシステムの異常判定装置を提供することを目的とする。 The present invention provides an abnormality determination device for a Rankine cycle system that can determine whether there is an abnormality in a waste heat recovery machine or an abnormality in a refrigerant passage that guides the refrigerant that has passed through the waste heat recovery machine to a condenser. For the purpose.
本発明に係るランキンサイクルシステムの異常判定装置は、内燃機関の廃熱によって蒸気化された冷媒により作動する廃熱回収機を経由した冷媒を凝縮器に導く冷媒通路を有するランキンサイクルシステムの前記冷媒通路の圧力が所定の基準範囲から外れている場合に、前記冷媒通路に異常があると判定し、前記圧力が前記基準範囲に含まれる場合且つ前記廃熱回収機の出力が所定値未満の場合に、前記廃熱回収機に異常があると判定する異常判定部を備えることを特徴とする。 In the Rankine cycle system abnormality determination device according to the present invention, the refrigerant of the Rankine cycle system having a refrigerant passage that guides the refrigerant to the condenser via the waste heat recovery machine that is operated by the refrigerant vaporized by the waste heat of the internal combustion engine. When the pressure of the passage is out of a predetermined reference range, it is determined that the refrigerant passage is abnormal, the pressure is included in the reference range, and the output of the waste heat recovery machine is less than a predetermined value In addition, an abnormality determining unit that determines that the waste heat recovery machine has an abnormality is provided.
本発明に係るランキンサイクルシステムの異常判定装置によれば、廃熱回収機に異常があるのか、廃熱回収機を経由した冷媒を凝縮器に導く冷媒通路に異常があるのかを判別することができる。 According to the Rankine cycle system abnormality determination device according to the present invention, it is possible to determine whether there is an abnormality in the waste heat recovery machine or whether there is an abnormality in the refrigerant passage that guides the refrigerant that has passed through the waste heat recovery machine to the condenser. it can.
上記構成は、前記異常判定部が前記冷媒通路に異常があると判定した場合と、前記異常判定部が前記廃熱回収機に異常があると判定した場合との間で、前記ランキンサイクルシステムの制御内容を変更する制御部をさらに備えていてもよい。この構成によれば、ランキンサイクルシステムの異常内容に応じて、ランキンサイクルシステムを適切に制御することができる。 In the above configuration, between the case where the abnormality determination unit determines that there is an abnormality in the refrigerant passage and the case where the abnormality determination unit determines that there is an abnormality in the waste heat recovery machine, You may further provide the control part which changes the control content. According to this configuration, the Rankine cycle system can be appropriately controlled according to the abnormality content of the Rankine cycle system.
上記構成において、前記ランキンサイクルシステムは、前記凝縮器を経由した冷媒を貯留するタンクを備え、前記異常判定部は、さらに、前記タンクに貯留された冷媒の温度が所定値より高い場合且つ前記冷媒通路の圧力が前記基準範囲に含まれる場合に、前記凝縮器に異常があると判定してもよい。この構成によれば、凝縮器の異常の有無を精度よく判定することができる。 In the above-described configuration, the Rankine cycle system includes a tank that stores the refrigerant that has passed through the condenser, and the abnormality determination unit further includes the refrigerant that is stored in the tank when the temperature of the refrigerant is higher than a predetermined value. When the pressure of the passage is included in the reference range, it may be determined that the condenser is abnormal. According to this configuration, it is possible to accurately determine whether the condenser is abnormal.
本発明によれば、廃熱回収機に異常があるのか、廃熱回収機を経由した冷媒を凝縮器に導く冷媒通路に異常があるのかを判別することができるランキンサイクルシステムの異常判定装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided an abnormality determination device for a Rankine cycle system capable of determining whether there is an abnormality in a waste heat recovery machine or an abnormality in a refrigerant passage that guides a refrigerant that has passed through the waste heat recovery machine to a condenser. Can be provided.
以下、本発明を実施するための形態を説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
本発明の実施例に係るランキンサイクルシステムの異常判定装置について説明する。まず本実施例に係る異常判定装置が適用されるランキンサイクルシステム300の全体構成について説明し、次いで異常判定装置の詳細について説明する。図1はランキンサイクルシステム300の全体構成を示す模式図である。本実施例に係るランキンサイクルシステム300は車両に搭載されている。ランキンサイクルシステム300は、ECU(Electronic Control Unit)200を備えている。ECU200は、ランキンサイクルシステム300の異常判定装置としての機能を有している。すなわち本実施例に係る異常判定装置は、ECU200によって実現されている。また本実施例に係るECU200は、ランキンサイクルシステム300を統合的に制御する制御装置としての機能も兼務している。
An abnormality determination device for a Rankine cycle system according to an embodiment of the present invention will be described. First, the overall configuration of the Rankine
ECU200は、CPU(Central Processing Unit)201、ROM(Read Only Memory)202およびRAM(Random Access Memory)203を備えるコンピュータである。後述する各フローチャートの各ステップは、CPU201が実行する。CPU201は、ランキンサイクルシステム300の各部材に異常があるか否かを判定する異常判定部としての機能を有している。またCPU201は、ランキンサイクルシステム300を制御する制御部としての機能も有している。ROM202およびRAM203は、CPU201の動作に必要な各種情報を記憶する記憶装置としての機能を有している。
The ECU 200 is a computer including a CPU (Central Processing Unit) 201, a ROM (Read Only Memory) 202, and a RAM (Random Access Memory) 203. The
ランキンサイクルシステム300は、内燃機関2を冷却する冷媒を作動流体としている。ランキンサイクルシステム300は、冷媒が通過する冷媒通路3を備えている。またランキンサイクルシステム300は、冷媒の流動方向で上流側から順に、内燃機関2と、気液分離器5と、過熱器7と、廃熱回収機4と、凝縮器8と、凝縮ヘッダタンク15と、凝縮タンク9と、ベーンポンプ10と、サーモスタット19と、ウォータポンプ12とを備えている。
The Rankine
内燃機関2の本体20は、シリンダブロック20aと、シリンダブロック20aの上部に配置されたシリンダヘッド20bとを備えている。シリンダブロック20aにはブロック側ウォータジャケット21aが形成され、シリンダヘッド20bにはヘッド側ウォータジャケット21bが形成されている。本体20内において、冷媒はブロック側ウォータジャケット21aを通過した後にヘッド側ウォータジャケット21bに流入する。冷媒は、本体20を通過する際にシリンダブロック20aおよびシリンダヘッド20bから熱を受け取る。それにより、冷媒の温度は上昇する。その結果、冷媒の一部は蒸気化する。
The
本体20を経由した冷媒は、冷媒通路3を通過して気液分離器5に流入する。気液分離器5は、冷媒を気相の冷媒(蒸気)と液相の冷媒とに分離する機器である。過熱器7は、内燃機関2の廃熱によって冷媒を過熱する機器である。具体的には本実施例に係る過熱器7は、内燃機関2の排気管18を通過する排気の熱(すなわち廃熱)を利用して冷媒を過熱している。本実施例に係る過熱器7は、気液分離器5から供給された冷媒を排気の熱によって蒸気にする蒸発部7aと、蒸気になった冷媒を過熱してさらに高温にする過熱部7bとを備えている。
The refrigerant passing through the
ここで、冷媒通路3のうち、気液分離器5の気相の冷媒が存在する部分(具体的には上部)と過熱器7の蒸発部7aとを連通している部分を通路31と称する。気液分離器5において分離された気相の冷媒は、通路31を通過して過熱器7の蒸発部7aに供給される。また冷媒通路3のうち、気液分離器5の液相の冷媒が存在する部分(具体的には底部)と蒸発部7aとを連通している部分を通路32と称する。通路32には第1電磁弁13が配置されている。ECU200は、過熱器7内の液相の冷媒が不足することが推定される場合に、第1電磁弁13を開に制御する。その結果、気液分離器5によって分離された液相の冷媒は、通路32を通過して過熱器7に供給される。
Here, in the
過熱器7によって過熱された冷媒は、冷媒通路3を通過して廃熱回収機4に供給される。廃熱回収機4は、冷媒が受領した内燃機関2の廃熱からエネルギーを回収する装置である。具体的には本実施例に係る廃熱回収機4は、超音速ノズル41と、タービン42と、発電機43と、タービン42と発電機43とを接続するシャフト45と、蓄電池44とを備えている。過熱器7を経由後の冷媒(蒸気)は超音速ノズル41を通過することで高温高圧の蒸気となり、タービン42に噴きつけられる。その結果、タービン42が回転する。タービン42が回転すると、シャフト45を介してタービン42に接続した発電機43も回転する。その結果、発電機43は電気を発生する。発電機43が発電した電気は蓄電池44に蓄積される。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(本実施例では電気エネルギー)を回収している。但し廃熱回収機4の具体的構成は、内燃機関2の廃熱からエネルギーを回収できるものであれば、図1の構成に限定されるものではない。
The refrigerant superheated by the
廃熱回収機4を経由した冷媒は、冷媒通路3を通過して凝縮器8に供給される。凝縮器8は、廃熱回収機4を経由した冷媒を凝縮させて液相の冷媒にする機器である。ここで、冷媒通路3のうち廃熱回収機4と凝縮器8とを連通している部分を、通路33と称する。すなわち通路33は、廃熱回収機4のタービン42を経由した冷媒を凝縮器8に導く冷媒通路である。凝縮器8の具体的構成は特に限定されるものではないが、本実施例においては一例としてラジエータを用いる。この場合、凝縮器8としてのラジエータは、冷媒が通過する細管を複数有している。冷媒は、この細管を通過する際に空気によって冷却されることで凝縮して液相の冷媒となる。本実施例に係るランキンサイクルシステム300は、空気を凝縮器8に送風する冷却ファン14を備えている。冷却ファン14はECU200からの指示を受けて作動する。ランキンサイクルシステム300が冷却ファン14を備えることで、凝縮器8の凝縮効率が高められている。
The refrigerant that has passed through the waste heat recovery machine 4 passes through the
凝縮器8を経由した冷媒は、凝縮ヘッダタンク15に流入する。凝縮ヘッダタンク15に貯留された冷媒は、その後、冷媒通路3を通過して凝縮タンク9に貯留される。なお凝縮ヘッダタンク15は、凝縮器8を経由した冷媒を一時的に貯留するタンクであり、凝縮タンク9よりも上流側に配置されたタンクである。本実施例に係る凝縮ヘッダタンク15は、凝縮器8の排出口に設けられている。ベーンポンプ10が作動した場合、凝縮タンク9の冷媒は冷媒通路3を通過してベーンポンプ10に供給される。
The refrigerant that has passed through the
ベーンポンプ10は、ベーンを備えたロータが回転することによって流体を移送するポンプである。本実施例に係るベーンポンプ10の具体的構成は次のようになっている。図2はベーンポンプ10の内部構造を示す模式的断面図である。ベーンポンプ10はECU200からの指示を受けて作動する。ベーンポンプ10のローラ102は、円形のカムリング101に対して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によってカムリング101の壁面側に押付けられている。ECU200からの指示を受けてロータ102が回転した場合、ベーン103は遠心力とスプリング104から付与される力とによってカムリング101の壁面側へ押付けられる。その結果、ベーン103の先端部は、カムリング101の壁面に接触した状態で移動する。それにより、冷媒は、吸い込み側のポート105からベーン103により押し込まれてベーンポンプ10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。以上のようにベーンポンプ10は冷媒を移送している。なおベーンポンプ10の具体的構成は、図2に図示されているような構成に限定されるものではない。
The
図1を参照して、ベーンポンプ10を経由した冷媒は冷媒通路3を通過してサーモスタット19に供給される。ベーンポンプ10とサーモスタット19との間の冷媒通路3には、逆止弁11が配置されている。逆止弁11は、ベーンポンプ10からサーモスタット19への冷媒の流動を許容し、サーモスタット19からベーンポンプ10への冷媒の流動を禁止している。それにより、冷媒がサーモスタット19側からベーンポンプ10側に逆流することが防止されている。サーモスタット19と気液分離器5の底部とは、冷媒通路3によって連通されている。冷媒通路3のうち、サーモスタット19と気液分離器5の底部とを連通している部分を、通路34と称する。
Referring to FIG. 1, the refrigerant passing through
サーモスタット19は、冷媒の温度に基づいて冷媒が流動する通路を変更する機器である。具体的にはサーモスタット19は、冷媒の温度が所定温度以上の場合、通路34を閉にし、ベーンポンプ10とサーモスタット19とを接続する冷媒通路3を開にする。この場合、ベーンポンプ10を経由した冷媒はウォータポンプ12によって内燃機関2の本体20に供給されることになる。一方、サーモスタット19は、冷媒の温度が所定温度未満の場合には、ベーンポンプ10とサーモスタット19とを接続する冷媒通路3を閉にし、通路34を開にする。この場合、気液分離器5の液相の冷媒がウォータポンプ12によって内燃機関2の本体20に供給されることになる。本実施例に係るサーモスタット19およびウォータポンプ12は、内燃機関2(具体的には本体20)に冷媒を供給する冷媒供給部としての機能を有している。
The
また本実施例に係るランキンサイクルシステム300は、バイパス通路16と、バイパス通路16に配置された第2電磁弁17とを備えている。バイパス通路16は、気液分離器5を経由した冷媒を、過熱器7および廃熱回収機4をバイパスさせて凝縮器8に導く通路である。本実施例に係るバイパス通路16は、通路31の通路途中と通路33の通路途中とを連通している。第2電磁弁17は、ECU200の指示を受けて作動する。第2電磁弁17が開になった場合、気液分離器5によって分離された気相の冷媒は、バイパス通路16を通過して通路33に供給され、その後、凝縮器8に供給される。
The
またランキンサイクルシステム300は、水温センサ51と、排気温度センサ52と、液面センサ53と、蒸気温度センサ54と、圧力センサ55と、回転数センサ56と、凝縮水温度センサ57と、ヘッダタンク液面センサ58と、圧力センサ59とを備えている。これらのセンサは、検出結果をECU200に伝達する。水温センサ51は、本体20内の冷媒温度を検出するセンサである。本実施例に係る水温センサ51は、ヘッド側ウォータジャケット21b内の冷媒の温度を検出している。排気温度センサ52は、内燃機関2の排気温度を検出するセンサである。本実施例に係る排気温度センサ52は、排気管18、具体的には排気管18のシリンダヘッド20b近傍の部分(これは、過熱器7よりも排気流動方向で上流側の部分である)の排気温度を検出している。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するセンサである。蒸気温度センサ54は、過熱器7内の気相の冷媒(蒸気)の温度を検出するセンサである。具体的には蒸気温度センサ54は、過熱器7の過熱部7bの内部温度を検出している。圧力センサ55は、過熱器7と超音速ノズル41との間の冷媒(蒸気)の圧力を検出するセンサである。
The
回転数センサ56は、タービン42の回転数を検出するセンサである。なおタービン42の回転数は、廃熱回収機4の出力に相当する。すなわち、本実施例に係る回転数センサ56は、廃熱回収機4の出力を検出するセンサとしての機能を有している。凝縮水温度センサ57は、凝縮器8を経由後の冷媒(つまり凝縮水)の温度を検出するセンサである。具体的には本実施例に係る凝縮水温度センサ57は、凝縮ヘッダタンク15内の冷媒の温度を検出している。ヘッダタンク液面センサ58は、凝縮ヘッダタンク15内の冷媒の液面レベルを検出するセンサである。圧力センサ59は、通路33の圧力(これは、具体的には通路33を構成する配管の内部の圧力であり、通路33を通過する冷媒の圧力でもある)を検出するセンサである。具体的には本実施例に係る圧力センサ59は、通路33のバイパス通路16が接続している部分よりも冷媒流動方向で上流側の通路33の圧力を検出している。なお圧力センサ59の配置箇所は、通路33のいずれかの部分であれば、図1に図示されている箇所に限定されるものではない。
The
続いてECU200の詳細について説明する。ECU200は、ランキンサイクルシステム300の異常の有無を判定する異常判定制御を実行する。この異常判定制御の詳細についてフローチャートを用いて説明すると次のようになる。図3は異常判定制御のフローチャートである。ECU200は、図3のフローチャートを所定周期で繰り返し実行する。ステップS1においてECU200の異常判定部(CPU201)は、ランキンサイクルシステム300が稼動中であるか否かを判定する。本実施例に係る異常判定部は、水温センサ51が検出した本体20内の冷媒温度および排気温度センサ52が検出した排気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300が稼働中であると判断する。ステップS1でNOと判定した場合(ランキンサイクルシステム300が稼動中でない場合)、異常判定部はフローチャートの実行を終了する(END)。一方、ステップS1でYESと判定した場合(ランキンサイクルシステム300が稼動中の場合)、異常判定部はステップS2を実行する。
Next, details of the
異常判定部はステップS2において、内燃機関2の内部に存在する冷媒の温度に基づいて内燃機関2の冷媒供給部(具体的にはウォータポンプ12およびサーモスタット19)が正常か否かを判定する。ここで、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、その結果、本体20内の冷媒の温度は適温を超えて連続的に上昇すると考えられる。そこで異常判定部は、水温センサ51が測定した本体20内の冷媒温度が、冷媒の適温を超えて異常な上昇を継続する場合、ステップS3においてウォータポンプ12が故障している(すなわち冷媒供給部に異常がある)と判断する。
In step S2, the abnormality determination unit determines whether or not the refrigerant supply unit (specifically, the
また、サーモスタット19がベーンポンプ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、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で測定される温度は正常値と異なる値をとる。そこで異常判定部は、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、ステップS3において、サーモスタット19がベーンポンプ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(すなわち冷却供給部に異常がある)と判断する。一方、サーモスタット19がベーンポンプ10からの冷媒を遮断する状態で故障した場合、凝縮器8を経由後の冷媒が本体20内へ供給されなくなるので、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。そこで異常判定部は、水温センサ51の測定値が安定して上昇を継続する場合、ステップS3において、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(すなわち冷媒供給部に異常がある)と判断する。
Further, when the
異常判定部がステップS3において内燃機関2の冷媒供給部に異常があると判定した場合、ECU200の制御部(CPU201)はステップS4を実行する。ステップS4において制御部は、制限運転モードを実行する。制限運転モードは内燃機関2の出力を冷媒供給部に異常がない場合よりも制限する運転である。具体的には制御部はステップS4において、内燃機関2の最大出力がランキンサイクルシステム300に異常がない場合に比較して低くなるように内燃機関2の出力を制御する。より具体的には制御部は、内燃機関2の燃料噴射量の最大値をランキンサイクルシステム300に異常がない場合に比較して低い値に変更する。その結果、内燃機関2の出力は異常がない場合よりも低くなる(つまり制限される)。
When the abnormality determination unit determines in step S3 that the refrigerant supply unit of the internal combustion engine 2 is abnormal, the control unit (CPU 201) of the
また制御部はステップS4において、ランキンサイクルシステム300のユーザに、ランキンサイクルシステム300に異常が生じたことを報知する。具体的には本実施例に係るランキンサイクルシステム300が搭載された車両の運転席には、ランキンサイクルシステム300に異常が生じたことをユーザに報知する警告ランプが配置されている。より具体的には本実施例に係る車両の運転席には、警告ランプとして、軽度の異常が生じていることを示す警告ランプと重度の異常が生じていることを示す警告ランプとが配置されている。ステップS4において制御部は、軽度の異常が生じていることを示す警告ランプを点灯させる。ステップS4が実行された後に、異常判定部はフローチャートの実行を終了する(END)。
In step S4, the control unit notifies the user of
一方、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定された場合(YESの場合)、異常判定部はステップS10を実行する。異常判定部はステップS10において、廃熱回収機4の異常判定処理を実行する。ステップS10の詳細は後述する。異常判定部はステップS10を実行した後、ステップS20において第1電磁弁13の異常判定処理を実行する。ステップS20の詳細は後述する。異常判定部はステップS20を実行した後に、ステップS30においてベーンポンプ10の異常判定処理を実行する。ステップS30の詳細は後述する。異常判定部はステップS30を実行した後に、ステップS40において凝縮器8の異常判定処理を実行する。ステップS40の詳細は後述する。ステップS40の後に異常判定部はSTARTを実行する(RETURN)。
On the other hand, when it determines with the refrigerant | coolant supply part of the internal combustion engine 2 being normal in step S2 (in the case of YES), an abnormality determination part performs step S10. In step S10, the abnormality determination unit performs an abnormality determination process for the waste heat recovery machine 4. Details of step S10 will be described later. After executing step S10, the abnormality determination unit executes an abnormality determination process for the first
続いてステップS10に係る廃熱回収機4の異常判定処理について説明する。図4は廃熱回収機4の異常判定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。ECU200の異常判定部はステップS11において、ランキンサイクルシステム300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300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の判断が困難であるため、この処理が行われる。本実施例に係る異常判定部は、ランキンサイクルシステム300の応答遅れが所定値A以下である場合にランキンサイクルシステム300の出力が安定したと判定する。異常判定部はステップS11においてNOと判断した場合、フローチャートの実行を終了する。異常判定部はステップS11でYESと判定した場合、ステップS12を実行する。
Next, the abnormality determination process for the waste heat recovery machine 4 according to step S10 will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a subroutine of abnormality determination processing of the waste heat recovery machine 4. In step S11, the abnormality determination unit of
異常判定部はステップS12において、正常時のタービン42の回転数Nを取得する。このタービン42の回転数Nは、内燃機関2の運転条件から算出される冷媒の蒸気量および廃熱回収機4へ導入される蒸気の圧力に基づいて算出される。具体的には、ECU200の記憶装置には、正常時のタービン42の回転数(具体的にはランキンサイクルシステム300に異常がない場合のタービン42の回転数)を、冷媒の蒸気量および廃熱回収機4へ導入される蒸気の圧力に関連付けて規定したマップが予め記憶されている。異常判定部は、冷媒の蒸気量を、本体20内の冷媒温度、内燃機関2の排気の温度、内燃機関2のクランクシャフトの回転数、内燃機関2の負荷その他の内燃機関2の運転状態を示す情報に基づいて算出する。異常判定部は、廃熱回収機4へ導入される蒸気の圧力を、圧力センサ55の検出結果に基づいて取得する。異常判定部は、算出された冷媒の蒸気量および取得された廃熱回収機4へ導入される蒸気の圧力に対応する正常時のタービン42の回転数をマップから抽出し、抽出されたタービン42の回転数をステップS12に係るタービン42の回転数Nとして取得する。このようにステップS12は実行される。異常判定部はステップS12の実行後にステップS13を実行する。
In step S12, the abnormality determination unit acquires the rotation speed N of the
異常判定部はステップS13において、圧力センサ55が検出した過熱器7の出口における蒸気圧力Pが、ステップS12で取得したタービン42の回転数Nと、所定値Bとの積よりも小さいか否かを判定する。ここで、圧力センサ55によって検出された蒸気圧力Pが、マップに基づいて取得された回転数Nに基づいて取得された値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ことになるため、蒸気漏洩が生じていることが考えられる。そこで異常判定部はステップS13においてYESと判定した場合、ステップS14において廃熱回収機4の上流側に異常があると判定する。具体的には異常判定部はステップS14において、廃熱回収機4よりも上流側において冷媒が漏洩していると判定する。なお本実施例において廃熱回収機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、および過熱器7と超音速ノズル41との間の冷媒通路3を意味している。
In step S13, the abnormality determination unit determines whether the steam pressure P at the outlet of the
ステップS14が実行された後に制御部はステップS19aを実行する。ステップS19aにおいて制御部は第1異常時対応処理を実行する。本実施例に係る第1異常時対応処理の内容は次のとおりである。まず制御部は、ランキンサイクルシステム300に異常が生じていることをユーザに報知する。具体的には制御部は、ランキンサイクルシステム300に重度の異常が生じていることを示す警告ランプを点灯させる。これは次の理由による。冷媒漏洩が生じた場合、ランキンサイクルシステム300の特に内燃機関2がオーバーヒートして故障する可能性がある。そのため、制御部はステップS19aにおいてランキンサイクルシステム300の異常の程度が高い(つまり重度)と判断して、重度の異常が生じている旨をユーザに報知しているのである。
After step S14 is executed, the control unit executes step S19a. In step S19a, the control unit executes a first abnormality handling process. The contents of the first abnormality handling process according to the present embodiment are as follows. First, the control unit notifies the user that an abnormality has occurred in the
また制御部はステップS19aにおいて、第2電磁弁17を開弁させる。第2電磁弁17が開弁することで、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を通過して通路33に流入する。これにより、過熱器7および廃熱回収機4への蒸気の進入が抑制される。それにより、蒸気が過熱器7および廃熱回収機4へ進入する場合に比較して、冷媒漏洩を抑制することができる。また制御部は第1電磁弁13を閉弁させる。それにより、気液分離器5の液相の冷媒が過熱器7に流入することが抑制される。
In step S19a, the control unit opens the second
また制御部はステップS19aにおいて、内燃機関2の最大出力を後述するステップS19bの場合よりも低い所定値(これを極低出力と称する)に制御する。なお本実施例においては、内燃機関2の最大出力として、内燃機関2の最大回転数を用いることとする。ステップS19aにおいてステップS19bよりも内燃機関2の最大出力を低く抑えるのは、ステップS19aが実行される場合はステップS19bよりもランキンサイクルシステム300の異常の程度が高いことによるものである。またステップS19aにおいて内燃機関2の出力を強制的にゼロにしないのは(つまり内燃機関2を強制的に停止させないのは)、ユーザが車両を退避できるようにしたためである。このようにステップS19aに係る内燃機関2の出力の制御は、ステップS19aがステップS19bよりもランキンサイクルシステム300の異常の程度が高い場合に実行されるため、ユーザが車両を退避できる程度の内燃機関2の出力を確保しつつ内燃機関2の最大出力を可能な限り低く抑えた制御となっている。ステップS19aが実行された後に、異常判定部はフローチャートの実行を終了する。
In step S19a, the control unit controls the maximum output of the internal combustion engine 2 to a predetermined value (referred to as an extremely low output) lower than that in step S19b described later. In the present embodiment, the maximum rotational speed of the internal combustion engine 2 is used as the maximum output of the internal combustion engine 2. The reason why the maximum output of the internal combustion engine 2 is kept lower in step S19a than in step S19b is that when step S19a is executed, the degree of abnormality of the
異常判定部はステップS13でNOと判断した場合、ステップS15を実行する。ステップS15において異常判定部は、廃熱回収機4を経由した冷媒を凝縮器8に導く冷媒通路(具体的には通路33)の圧力が基準範囲内であるか否かを判定する。具体的には異常判定部は、圧力センサ59の検出した通路33の圧力(この圧力は正常時は負圧(大気圧よりも低い圧力)である)が基準範囲内であるか否かを判定する。本実施例に係る異常判定部はステップS15において、圧力センサ59の検出した圧力が所定値未満の場合に、この圧力センサ59の検出した圧力が基準範囲内に入っていると判定し、圧力センサ59の検出した圧力が所定値以上の場合(すなわち、通路33内の負圧が不足している場合)に、この圧力センサ59の検出した圧力が基準範囲外であると判定する。なおステップS15の判定基準として用いられる所定値は、実験、シミュレーション等によって適切な値を予め求めておき、記憶装置に記憶させておく。
If the abnormality determination unit determines NO in step S13, it executes step S15. In step S15, the abnormality determination unit determines whether or not the pressure of the refrigerant passage (specifically, the passage 33) that guides the refrigerant that has passed through the waste heat recovery machine 4 to the
ステップS15において圧力センサ59の検出した圧力が基準範囲外であると判定された場合(NOの場合)、異常判定部はステップS16を実行する。ステップS16において異常判定部は、ランキンサイクルシステム300の負圧系に異常があると判定する。具体的には異常判定部は、ランキンサイクルシステム300の負圧系である通路33に異常があると判定する。この通路33の異常とは、具体的には通路33に穴やひび等が発生して通路33の負圧に異常が生じていることを意味しており、より具体的には通路33に発生した穴やひび等から冷媒が漏洩している可能性があることを意味している。
When it is determined in step S15 that the pressure detected by the pressure sensor 59 is outside the reference range (in the case of NO), the abnormality determination unit executes step S16. In step S <b> 16, the abnormality determination unit determines that there is an abnormality in the negative pressure system of
ステップS16が実行された後に制御部は、ステップS19aに係る第1異常時対応処理を実行する。このステップS16の後に実行されるステップS19aは、前述したステップS14の後に実行されるステップS19aと同じであるため、詳細な説明は省略する。なお、ステップS16の後に実行されるステップS19aにおいて第2電磁弁17が開弁されることで、気液分離器5において分離された気相の冷媒の過熱器7および廃熱回収機4への供給が抑制される結果、過熱器7および廃熱回収機4を経由した冷媒が通路33に流入する場合に比較して、通路33からの冷媒漏洩を抑制することができる。
After step S16 is executed, the control unit executes a first abnormality handling process according to step S19a. Since step S19a executed after step S16 is the same as step S19a executed after step S14 described above, detailed description thereof will be omitted. In addition, by opening the second
ステップS15において圧力センサ59の検出した圧力が基準範囲内であると判定された場合(YESの場合)、異常判定部はステップS17を実行する。異常判定部はステップS17において、廃熱回収機4の出力が所定値未満であるか否かを判定する。具体的には本実施例に係る異常判定部は、廃熱回収機4の出力として、回転数センサ56が検出したタービン42の回転数Nr(すなわち実測値)を用いる。また、所定値として、ステップS12で取得された回転数Nと所定値Cとの積を用いる。すなわち本実施例に係る異常判定部はステップS17において、タービン42の回転数Nr(実測値)がステップS12で取得された回転数Nと所定値Cとの積よりも小さいか否かを判定している。異常判定部はステップS17においてYESと判定した場合、ステップS18において廃熱回収機4に異常があると判定する。なお所定値Cは、予め適切な値を求めておき、記憶装置に記憶させておく。ステップS18が実行された後に、制御部はステップS19bを実行する。
If it is determined in step S15 that the pressure detected by the pressure sensor 59 is within the reference range (YES), the abnormality determination unit executes step S17. In step S17, the abnormality determination unit determines whether the output of the waste heat recovery machine 4 is less than a predetermined value. Specifically, the abnormality determination unit according to the present embodiment uses, as the output of the waste heat recovery machine 4, the rotational speed Nr (that is, actually measured value) of the
ステップS19bにおいて制御部は、第2異常時対応処理を実行する。第2異常時対応処理の内容は、前述したステップS19aに係る第1異常時対応処理とは異なっている。すなわち本実施例に係る制御部は、通路33に異常があると判定した場合(ステップS16)と、廃熱回収機4に異常があると判定した場合(ステップS18)との間で、ランキンサイクルシステム300の制御内容を変更している。
In step S19b, the control unit executes a second abnormality handling process. The content of the second abnormality handling process is different from the first abnormality handling process according to step S19a described above. In other words, the Rankine cycle between the case where the control unit according to the present embodiment determines that the
本実施例に係る第2異常時対応処理の内容は次のとおりである。まず制御部は、ランキンサイクルシステム300に軽度の異常が生じていることをユーザに報知する。具体的には制御部は、ランキンサイクルシステム300に軽度の異常が生じていることを示す警告ランプを点灯させる。また制御部は第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を通過して通路33に流入する。これにより、過熱器7および異常が生じている廃熱回収機4への蒸気の進入が抑制される。また制御部は第1電磁弁13を閉弁させる。さらに制御部は、内燃機関2の最大出力を、通常時の最大出力(これは、ランキンサイクルシステム300に異常があると判定されない場合の最大出力である)よりも低い所定値に制御する(つまり、最大出力を通常時の最大出力よりも減少させる)。なお、このステップS19bに係る最大出力の所定値は、前述したステップS19aに係る極低出力よりも高い値である。ステップS19bはステップS19aよりも異常の程度が低い(つまり軽度)の場合に実行されるため、ステップS19bが実行される場合の最大出力はステップS19aの場合よりも高くてもよいのである。ステップS19bが実行された後に異常判定部はフローチャートの実行を終了する。
The contents of the second abnormality handling process according to the present embodiment are as follows. First, the control unit notifies the user that a slight abnormality has occurred in the
ステップS17においてNOと判定された場合、異常判定部はステップS20に係る第1電磁弁の異常判定処理を実行する。ステップS20において異常判定部は、次に説明する図5のフローチャートを実行する。図5は第1電磁弁13の異常判定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。異常判定部はステップS21において、液面センサ53が検出した気液分離器5内の液相の冷媒の液面レベルLwを取得する。また、異常判定部はステップS21において、蒸気温度センサ54が検出した過熱器7内の蒸気温度Tsを取得する。異常判定部はステップS21の後にステップS22を実行する。
When it determines with NO in step S17, an abnormality determination part performs the abnormality determination process of the 1st solenoid valve which concerns on step S20. In step S20, the abnormality determination unit executes a flowchart of FIG. FIG. 5 is a flowchart showing a subroutine of abnormality determination processing for the first
異常判定部はステップS22において、気液分離器5内の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定する。ランキンサイクルシステム300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300が正常時の場合に、気液分離器5内の液相の冷媒が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。異常判定部はステップS22でYESと判定した場合、ステップS23を実行する。異常判定部はステップ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定する。ランキンサイクルシステム300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300が正常時の場合における蒸気の最低許容温度である。
In step S22, the abnormality determination unit determines whether or not the liquid level Lw of the liquid refrigerant in the gas-
ここで、ステップS22およびステップS23でYESと判定される場合(すなわち、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場合)、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。そこで異常判定部はステップS23においてYESと判定した場合、ステップS24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挙げられる。ステップS24が実行された後に、制御部はステップS25を実行する。
Here, when it is determined YES in step S22 and step S23 (that is, when the amount of refrigerant in the liquid phase in the gas-
制御部はステップS25において、第2電磁弁17を開弁する。第2電磁弁17が開弁することで、気液分離器5において分離された気相の冷媒はバイパス通路16を通過して通路33に流入する。これにより、廃熱回収機4の作動は停止するが、冷媒は凝縮器8を経由して内燃機関2に流入することができるため、内燃機関2が過熱することは抑制される。次に制御部はステップS26において、制限運転モードを実行する。また制御部は、ユーザ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300に異常が生じていることを通知する。なおステップS26の内容は、図3のステップS4と同様であるため、詳細な説明は省略する。ステップS26が実行された後に、異常判定部はフローチャートの実行を終了する。
In step S25, the control unit opens the second
異常判定部はステップS22においてNOと判定した場合、ステップS27を実行する。異常判定部はステップ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定する。許容最高液面レベルL2は、ランキンサイクルシステム300が正常時の場合において気液分離器5内の液相の冷媒に許容される最高の液面レベルである。異常判定部はステップS27においてYESと判定した場合、ステップS28を実行する。異常判定部はステップ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定する。許容最高温度T2は、ランキンサイクルシステム300が正常時の場合に蒸気に許容される最高温度である。異常判定部はステップS28においてYESと判定した場合、ステップS29を実行する。
If the abnormality determination unit determines NO in step S22, it executes step S27. In step S27, the abnormality determination unit determines whether or not the liquid level Lw of the liquid phase refrigerant in the gas-
ここで、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とになる。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。そこで異常判定部はステップS29において、第1電磁弁13の作動不良と判定する。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。ステップS29が実行された後に、制御部はステップS25を実行する。
Here, when reaching step S29, in the gas-
ステップS23においてNOと判定された場合、異常判定部はステップS30に係るベーンポンプ10の異常判定処理のaを実行する。また異常判定部はステップS28においてNOと判定した場合、ステップS30に係るベーンポンプ10の異常判定処理のbを実行する。また異常判定部はステップS27においてNOと判定した場合、ステップS40に係る凝縮器8の異常判定処理を実行する。
When it determines with NO in step S23, an abnormality determination part performs a of abnormality determination processing of the
以上説明したように、第1電磁弁13の異常判定処理において異常判定部は、内燃機関2の冷媒供給部に異常が検出されない場合に、気液分離器5内の液相冷媒量および過熱器7内の気相冷媒の温度に基づいて、第1電磁弁13の異常を判定している(ステップS24)。また制御部は第1電磁弁13の異常が判定された場合に、ステップS25を実行することで廃熱回収機4の稼働を停止させつつ内燃機関2が過熱することを抑制している。
As described above, in the abnormality determination process of the first
続いてステップS30に係るベーンポンプ10の異常判定処理について説明する。ステップS30においてECU200の異常判定部は、次に説明する図6のフローチャートを実行する。図6はベーンポンプ10の異常判定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。異常判定部は図6のaの結合子からステップS31へ進む。異常判定部はステップS31において、ヘッダタンク液面センサ58の検出結果に基づいて凝縮ヘッダタンク15内における液相冷媒の量Vwを取得し、この取得された液相冷媒の量Vwが許容最大量V1より多いか否かを判定する。許容最大量V1は、ランキンサイクルシステム300が正常に運転してい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。異常判定部はステップS31においてYESと判定した場合、ステップS32を実行する。
Next, the abnormality determination process for the
異常判定部はステップS32において、ベーンポンプ10の作動不良と判定する。ここでの作動不良は、ベーンポンプ10が閉固着している場合または作動停止している場合である。閉固着は、ベーンポンプ10のカムリング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を回転させる駆動機構が故障したことによる作動不良である。ベーンポンプ10が閉固着もしくは作動停止に陥ると、冷媒の循環が停止されてしまうので、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する。したがって、ステップS32に到達する場合、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定することができる。ステップS32が実行された後に、制御部はステップS33を実行する。
In step S32, the abnormality determination unit determines that the
制御部はステップS33において、第2電磁弁17を開弁する。第2電磁弁17が開弁することで、気液分離器5において分離された気相の冷媒はバイパス通路16を通過して通路33に流入する。それにより、冷媒は、過熱器7および廃熱回収機4をバイパスする。ステップS33が実行されることで、廃熱回収機4による廃熱回収は停止されるが、過熱器7による冷媒の過熱も停止されるため、凝縮器8における冷媒冷却の負担を低減させることができるとともに、過剰な冷媒(蒸気)が凝縮器8に流入することによる凝縮器8の破損も抑制することができる。
In step S33, the control unit opens the second
ステップS33の後に制御部はステップ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させることができ、安全に停止させることができる。また、制御部はユーザ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300に異常が生じていることを通知する。なおステップS34の内容は、図3のステップS4と同様であるため、詳細な説明は省略する。ステップS34が実行された後に異常判定部はフローチャートの実行を終了する。
After step S33, the control unit shifts to the limited operation mode in step S34. Thereby, the internal combustion engine 2 can be operated in an operable region, and can be safely stopped. In addition, the control unit notifies the user that the operation has shifted to the limited operation mode, and notifies the
異常判定部はステップS31においてNOと判定した場合、ステップS35を実行する。異常判定部はステップS35において、気液分離器5に異常があると判定する。具体的には異常判定部は、気液分離器5に冷媒漏洩または破損が生じていると判定する。すなわち、本実施例に係る異常判定部は、気液分離器5内の液相冷媒の量が所定値未満であり(図5のステップS22:Lw<L1)、過熱器7内の気相冷媒の温度が所定値以上であり(図5のステップS23:Ts≧T1)、凝縮ヘッダタンク15内の液相冷媒の量が所定値以下である場合に(図6のステップS31:Vw≦V1)、ステップS35において気液分離器5に異常があると判定している。ステップS35が実行された後に制御部はステップS33を実行する。
If the abnormality determination unit determines NO in step S31, it executes step S35. In step S35, the abnormality determination unit determines that the gas-
以上説明したステップS31、ステップS32およびステップS35によって、ベーンポンプ10の閉固着の判定および気液分離器5の異常の判定を行うことができる。それにより、ランキンサイクルシステム300の作動不良の原因がベーンポンプ10の閉固着によるものなのか、気液分離器5の異常によるものなのかを判別することができる。
By the above-described steps S31, S32, and S35, it is possible to determine whether the
次に、図6のフローチャートのbの結合子からの処理について説明する。異常判定部は、bの結合子からステップS36へ進む。異常判定部はステップ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定する。許容最小量V2は、ランキンサイクルシステム300が正常に運転してい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。異常判定部はステップS36においてYESと判定した場合、ステップS37を実行する。
Next, processing from the connector b in the flowchart of FIG. 6 will be described. The abnormality determination unit proceeds to step S36 from the connector b. In step S36, the abnormality determination unit determines whether or not the amount of liquid-phase refrigerant Vw in the condensation header tank 15 is smaller than the allowable minimum amount V2. The allowable minimum amount V2 is the minimum value of the liquid phase refrigerant amount in the condensation header tank 15 when the
異常判定部はステップS37において、ベーンポンプ10の作動不良と判定する。ここでの作動不良は、ベーンポンプ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、ベーンポンプ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。ベーンポンプ10のシール性が失われるとは、具体的には、ベーンポンプ10のベーン103の先端がカムリング101の壁面に上手く接触することができなくなることを意味している。これは、スプリング104の劣化等によってベーン103をカムリング101の壁面側へ押付ける力が低下し、その結果、ベーン103の先端がカムリング101の壁面に上手く接触できなくなったことによるものと考えられる。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。
In step S37, the abnormality determination unit determines that the
ベーンポンプ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、ベーンポンプ10が停止状態であっても、凝縮ヘッダタンク15内の液相冷媒は流れ出てしまう。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。したがって、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、ステップS37において、ベーンポンプ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定することができる。ステップS37が実行された後に、制御部はステップS33を実行する。
When the
異常判定部はステップS36においてNOと判定した場合、ステップS38を実行し、図3の異常判定制御のcへ進む。つまり本実施例に係る異常判定部は、ステップS36においてNOと判定した場合、図3のステップS3において冷媒供給部に異常があると判定する。これは、第1電磁弁13およびベーンポンプ10に異常がないにもかかわらず、気液分離器5の液相冷媒の液面のレベルが許容最高値より高くなっているため(図5のステップS27:Lw>L2)、冷媒供給部に異常があると判定しているものである。
If the abnormality determination unit determines NO in step S36, it executes step S38 and proceeds to c of the abnormality determination control in FIG. That is, the abnormality determination part which concerns on a present Example determines with the refrigerant | coolant supply part having abnormality in step S3 of FIG. 3, when it determines with NO in step S36. This is because the level of the liquid phase refrigerant in the gas-
すなわち本実施例に係る異常判定部は、内燃機関2の内部に存在する冷媒の温度に基づいて冷媒供給部に異常があるか否かを判定するとともに(図3のステップS2でNOの場合にステップS3が実行される場合)、気液分離器5の液相冷媒の液面のレベルが所定値より高く(図5のステップS27:Lw>L2)、過熱器7の内部における気相冷媒の温度(蒸気の温度)が所定値以下であり(ステップS28:Ts≦T2)、凝縮ヘッダタンク15内の液相冷媒の量が所定値以上の場合にも(図6のステップS36:Vw≧V2)、内燃機関2の冷媒供給部に異常があると判定している(図6のステップS38および図3のステップS3)。
That is, the abnormality determination unit according to the present embodiment determines whether or not there is an abnormality in the refrigerant supply unit based on the temperature of the refrigerant existing inside the internal combustion engine 2 (in the case of NO in step S2 of FIG. 3). When step S3 is executed), the level of the liquid refrigerant in the gas-
以上説明したステップS36、ステップS37およびステップS38によって、ランキンサイクルシステム300の作動不良の原因がベーンポンプ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を判別することができる。
By step S36, step S37, and step S38 described above, it is determined whether the cause of the malfunction of the
続いて図3のステップS40に係る凝縮器8の異常判定処理について説明する。ステップS40においてECU200の異常判定部は、次に説明する図7のフローチャートを実行する。図7は凝縮器8の異常判定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。異常判定部はステップS41において、凝縮水温度センサ57の検出結果に基づいて、凝縮ヘッダタンク15に貯留された冷媒の温度Twを取得する。次いで異常判定部はステップS42において、ステップS41で取得した冷媒の温度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、凝縮ヘッダタンク15内の冷媒に許容される最高温度である。異常判定部はステップS42でNOと判定した場合、図3のSTARTに戻る。
Next, the abnormality determination process for the
異常判定部はステップS42でYESと判定した場合、ステップS43において、廃熱回収機4を経由した冷媒を凝縮器8に導く冷媒通路(通路33)の圧力が基準範囲内であるか否かを判定する。なお、ステップS43の具体的内容は図4のステップS15と同様である。すなわち異常判定部はステップS43において、圧力センサ59の検出した通路33の圧力が所定値未満の場合に、圧力センサ59の検出した圧力が基準範囲内に入っていると判定し(YES)、圧力センサ59の検出した圧力が所定値以上の場合(すなわち、通路33内の負圧が不足している場合)に、圧力センサ59の検出した圧力が基準範囲外であると判定する(NO)。
If the abnormality determination unit determines YES in step S42, in step S43, it is determined whether or not the pressure of the refrigerant passage (passage 33) that guides the refrigerant that has passed through the waste heat recovery machine 4 to the
ステップS43でNOと判定された場合、異常判定部はステップS44において、ランキンサイクルシステム300の負圧系に異常があると判定する。ステップS44は図4のステップS16と同様である。すなわち異常判定部はステップS44において、ランキンサイクルシステム300の負圧系である通路33に異常があると判定する。
When it determines with NO by step S43, an abnormality determination part determines with the abnormality in the negative pressure system of
ステップS44が実行された後に制御部は、ステップS46aに係る第1異常時対応処理を実行する。ステップS46aは図4のステップS19aと同様である。具体的には制御部はステップS46aにおいて、ランキンサイクルシステム300に重度の異常が生じていることを示す警告ランプを点灯させる。また制御部は第2電磁弁17を開弁させる。第2電磁弁17が開弁することで、気液分離器5において分離された気相の冷媒は、バイパス通路16を通過して通路33に流入する。これにより、過熱器7および廃熱回収機4への冷媒の進入が抑制される。その結果、冷媒が過熱器7および廃熱回収機4に進入する場合に比較して、通路33からの冷媒漏洩を抑制することができる。また制御部は第1電磁弁13を閉弁させる。それにより、気液分離器5の液相の冷媒が過熱器7に流入することが抑制される。また制御部は、内燃機関2の最大出力をステップS46bの場合よりも低い所定値(極低出力)に制御する。ステップS46aが実行された後に、異常判定部はフローチャートの実行を終了する。
After step S44 is executed, the control unit executes the first abnormality handling process according to step S46a. Step S46a is the same as step S19a of FIG. Specifically, in step S46a, the control unit turns on a warning lamp indicating that a severe abnormality has occurred in the
ステップS43でYESと判定された場合、異常判定部はステップS45を実行する。異常判定部はステップS45において、凝縮器8に異常があると判定する。すなわち異常判定部は、凝縮ヘッダタンク15に貯留された冷媒の温度が所定値より高い場合(ステップS42:Tw>T3)、且つ通路33の圧力が基準範囲に含まれる場合(ステップS43でYESの場合)に、ステップS45において凝縮器8に異常があると判定している。ステップS45が実行された後に、制御部はステップS46bに係る第2異常時対応処理を実行する。ステップS46bは、ステップS46aとは異なる処理である。すなわち本実施例に係る制御部は、図7のステップS45において凝縮器8に異常があると判定した場合と図7のステップS44において通路33に異常があると判定した場合との間で、ランキンサイクルシステム300の制御内容を変更している。
When it determines with YES by step S43, an abnormality determination part performs step S45. In step S45, the abnormality determination unit determines that the
具体的にはステップS46bに係る第2異常時対応処理は、図4のステップS19bに係る第2異常時対応処理と同様である。より具体的には制御部はステップS46bにおいて、ランキンサイクルシステム300に軽度の異常が生じていることを示す警告ランプを点灯させる。また制御部は第2電磁弁17を開弁する。第2電磁弁17を開弁したことで、気液分離器5において分離された気相の冷媒は、バイパス通路16を通過して通路33に流入する。これにより、過熱器7および廃熱回収機4を経由した冷媒の凝縮器8への進入が抑制される。また制御部は第1電磁弁13を閉弁させる。また制御部は、内燃機関2の最大出力を通常時の最大出力よりも低い所定値に制御させる(つまり、最大出力を通常時の最大出力よりも減少させる)。なお、このステップS46bに係る最大出力の所定値は、ステップS46aに係る極低出力よりも高い値である。ステップS46bが実行された後に異常判定部はフローチャートの実行を終了する。
Specifically, the second abnormality handling process according to step S46b is the same as the second abnormality handling process according to step S19b of FIG. More specifically, in step S46b, the control unit turns on a warning lamp indicating that a slight abnormality has occurred in the
本実施例に係るランキンサイクルシステムの異常判定装置(ECU200)の作用効果をまとめると次のとおりである。まず本実施例に係る異常判定装置(ECU200)の異常判定部(CPU201)は、図4において説明したように、内燃機関2の廃熱によって蒸気化された冷媒により作動する廃熱回収機4を経由した冷媒を凝縮器8に導く冷媒通路(具体的には通路33)の圧力が所定の基準範囲から外れている場合に、ステップS16において通路33に異常があると判定し、圧力が基準範囲に含まれる場合且つ廃熱回収機4の出力が所定値未満の場合に、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ている。本実施例に係る異常判定装置によれば、廃熱回収機4に異常があるのか通路33に異常があるのかを判別することができる。
The operational effects of the Rankine cycle system abnormality determination device (ECU 200) according to the present embodiment are summarized as follows. First, the abnormality determination unit (CPU 201) of the abnormality determination device (ECU 200) according to the present embodiment uses the waste heat recovery machine 4 operated by the refrigerant vaporized by the waste heat of the internal combustion engine 2 as described in FIG. When the pressure of the refrigerant passage (specifically, the passage 33) for guiding the refrigerant passed through to the
また本実施例に係る異常判定装置によれば、図4のステップS19aおよびステップS19bにおいて説明したように、制御部(CPU201)は、異常判定部が通路33に異常があると判定した場合(ステップS16の場合)と、異常判定部が廃熱回収機4に異常があると判定した場合(ステップS18の場合)との間で、ランキンサイクルシステム300の制御内容を変更している(ステップS19a、ステップS19b)。それにより、ランキンサイクルシステム300の異常内容に応じて、ランキンサイクルシステム300を適切に制御することができる。具体的にはランキンサイクルシステム300の通路33に異常がある場合と廃熱回収機4に異常がある場合とに応じて、ランキンサイクルシステム300の特に内燃機関2の出力を適切に制御することができる。
Further, according to the abnormality determination device according to the present embodiment, as described in step S19a and step S19b in FIG. 4, the control unit (CPU 201) determines that the abnormality determination unit has an abnormality in the passage 33 (step The control content of the
また本実施例に係る異常判定装置によれば、図7において説明したように、異常判定部は、さらに、凝縮器8を経由した冷媒を貯留するタンク(具体的には凝縮ヘッダタンク15)に貯留された冷媒の温度が所定値より高い場合(ステップS42でYESの場合)、且つ通路33の圧力が基準範囲に含まれる場合(ステップS43でYESの場合)に、ステップS45において凝縮器8に異常があると判定している。この構成によれば、凝縮器8に異常があるのか通路33に異常があるのかを判別することができる。それにより、凝縮器8の異常の有無を精度よく判定することができる。
Further, according to the abnormality determination device according to the present embodiment, as described in FIG. 7, the abnormality determination unit is further provided in the tank (specifically, the condensation header tank 15) that stores the refrigerant that has passed through the
また本実施例に係る異常判定装置によれば、図7のステップS46bおよびステップS46aにおいて説明したように、制御部は、異常判定部がステップS45において凝縮器8に異常があると判定した場合と、異常判定部がステップS44において通路33に異常があると判定した場合との間で、ランキンサイクルシステム300の制御内容を変更している(ステップS46b、ステップS46a)。それにより、ランキンサイクルシステム300の異常内容に応じて、ランキンサイクルシステム300を適切に制御することができる。具体的にはランキンサイクルシステム300の凝縮器8に異常がある場合と通路33に異常がある場合とに応じて、ランキンサイクルシステム300の特に内燃機関2の出力を適切に制御することができる。
Moreover, according to the abnormality determination device according to the present embodiment, as described in step S46b and step S46a in FIG. 7, the control unit determines that the abnormality determination unit determines that the
また本実施例に係る異常判定装置によれば、図6のステップS38等において説明したように、異常判定部は、内燃機関2の内部に存在する冷媒の温度に基づいて冷媒供給部に異常があるか否かを判定するとともに(具体的には図3のステップS2でNOの場合にステップS3が実行される場合)、気液分離器5の液相冷媒の液面のレベルが所定値より高く(図5のステップS27:Lw>L2)、過熱器7の内部における気相冷媒の温度が所定値以下であり(ステップS28:Ts≦T2)、凝縮ヘッダタンク15内の液相冷媒の量が所定値以上の場合にも(図6のステップS36:Vw≧V2)、内燃機関2の冷媒供給部に異常があると判定している。この構成によれば、冷媒供給部の異常の有無を精度よく判定することができる。
Further, according to the abnormality determination device according to the present embodiment, as described in step S38 of FIG. 6 and the like, the abnormality determination unit has an abnormality in the refrigerant supply unit based on the temperature of the refrigerant existing in the internal combustion engine 2. It is determined whether or not (specifically, when step S3 is executed when NO in step S2 in FIG. 3), the level of the liquid phase refrigerant in the gas-
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
2 内燃機関
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
33 通路
59 圧力センサ
200 ECU
201 CPU
300 ランキンサイクルシステム
2
201 CPU
300 Rankine cycle system
Claims (3)
前記異常判定部は、さらに、前記タンクに貯留された冷媒の温度が所定値より高い場合且つ前記冷媒通路の圧力が前記基準範囲に含まれる場合に、前記凝縮器に異常があると判定する請求項1または2に記載のランキンサイクルシステムの異常判定装置。 The Rankine cycle system includes a tank for storing the refrigerant that has passed through the condenser,
The abnormality determination unit further determines that the condenser is abnormal when the temperature of the refrigerant stored in the tank is higher than a predetermined value and the pressure of the refrigerant passage is included in the reference range. Item 3. The Rankine cycle system abnormality determination device according to Item 1 or 2.
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