JP6205867B2 - Engine waste heat utilization device - Google Patents

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Description

この発明はエンジンの廃熱利用装置、特にランキンサイクルと過給機用のインタークーラとを組み合わせたものに関する。   The present invention relates to an engine waste heat utilization device, and more particularly, to a combination of a Rankine cycle and a supercharger intercooler.

ランキンサイクルとターボチャージャのインタークーラを組み合わせたものがある(特許文献1参照)。このものでは、ターボチャージャにより高温・高圧となった吸気を熱交換器に導入し、ランキンサイクルの冷媒との間で熱交換を行わせて温度上昇した冷媒を膨張機に導き、膨張機を出た冷媒を空冷凝縮器で凝縮させている。その一方で、熱交換器により温度低下した吸気をさらに空冷のインタークーラに導いて冷却している。   There is a combination of a Rankine cycle and a turbocharger intercooler (see Patent Document 1). This system introduces high-temperature and high-pressure intake air from the turbocharger into the heat exchanger, conducts heat exchange with the Rankine cycle refrigerant, guides the refrigerant whose temperature has risen to the expander, and exits the expander. The refrigerant is condensed with an air-cooled condenser. On the other hand, the intake air whose temperature has been lowered by the heat exchanger is further led to an air-cooled intercooler for cooling.

特開2008−8224号公報JP 2008-8224 A

ところで、ランキンサイクルと過給機を組み合わせるため、ランキンサイクルの凝縮器、過給機用インタークーラとを共に液冷に変更し、これら液冷凝縮器と液冷インタークーラとに冷却液を流すことに本発明者が初めて思い至ったとき、次のメリットが生じることが判明した。すなわち、非過給領域ではランキンサイクルの水冷凝縮器の放熱が支配的になるのに対して、過給領域では水冷インタークーラの放熱が支配的になる。水冷凝縮器の放熱と水冷インタークーラの放熱とが負荷条件で重複しないのであれば、冷却液を冷却する第2熱交換器としては、過給領域での水冷インタークーラの放熱と非過給領域での水冷凝縮器の放熱との合計を賄う放熱能力は必要ないこととなる。   By the way, in order to combine the Rankine cycle and the supercharger, both the Rankine cycle condenser and the intercooler for the supercharger are changed to liquid cooling, and the cooling liquid is allowed to flow through the liquid cooling condenser and the liquid cooling intercooler. When the present inventor first came to mind, it was found that the following merits occur. That is, the heat dissipation of the water-cooled condenser in the Rankine cycle is dominant in the non-supercharging region, whereas the heat dissipation of the water-cooled intercooler is dominant in the supercharging region. If the heat radiation of the water-cooled condenser and the heat radiation of the water-cooled intercooler do not overlap with each other under load conditions, the second heat exchanger that cools the cooling liquid can be used as the heat radiation of the water-cooled intercooler in the supercharging area and the non-supercharging area. Therefore, it is not necessary to have a heat dissipating capacity that covers the total heat dissipated by the water-cooled condenser.

しかしながら、こうした知見は上記特許文献1に一切記載がない。   However, such knowledge is not described in Patent Document 1 at all.

そこで本発明は、凝縮器とインタークーラとを共に液冷としてランキンサイクルと過給機を組み合わせ、2つの部材を流れる冷却液を冷却する第2熱交換器の放熱能力を小さいものにとどめ得る廃熱利用装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention combines the Rankine cycle and the supercharger by using both the condenser and the intercooler as liquid cooling, and the heat dissipation capability of the second heat exchanger for cooling the coolant flowing through the two members can be kept small. An object is to provide a heat utilization device.

本発明のエンジンの廃熱利用装置は、エンジンの廃熱を、エンジン冷却水を介して冷媒に回収する熱交換器、この熱交換器出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機、この膨張機を出た冷媒を凝縮させる凝縮器、この凝縮器からの冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒ポンプを含むランキンサイクルと、吸気を過給する過給機と、前記過給機により過給される吸気を冷却するインタークーラとを備えている。本発明のエンジンの廃熱利用装置は、さらに前記凝縮器は前記膨張機を出た冷媒を冷却液との熱交換によって凝縮させる液冷凝縮器であり、前記インタークーラは冷却液との熱交換によって吸気を冷却する液冷インタークーラであり、前記液冷凝縮器と、前記液冷インタークーラと、前記冷却液を冷却する第2熱交換器と、前記第2熱交換器を出た冷却液を吐出するポンプとを、前記エンジン冷却水とは独立の回路を形成する冷却液通路で接続している。 The engine waste heat utilization device of the present invention includes a heat exchanger that recovers engine waste heat into a refrigerant through engine cooling water, an expander that generates power using the refrigerant at the outlet of the heat exchanger, and the expansion A condenser for condensing the refrigerant leaving the machine, a Rankine cycle including a refrigerant pump for supplying the refrigerant from the condenser to the heat exchanger, a supercharger for supercharging intake air, and supercharging by the supercharger And an intercooler for cooling the intake air. In the engine waste heat utilization device according to the present invention, the condenser is a liquid-cooled condenser that condenses the refrigerant that has exited the expander by heat exchange with a coolant, and the intercooler performs heat exchange with the coolant. A liquid-cooled intercooler that cools the intake air by using the liquid-cooled condenser, the liquid-cooled intercooler, a second heat exchanger that cools the coolant, and a coolant that exits the second heat exchanger. Is connected to the pump through a coolant passage that forms a circuit independent of the engine coolant .

低中負荷側の非過給領域ではランキンサイクルの液冷凝縮器の放熱が支配的だが、高負荷側の過給領域では液冷インタークーラの放熱が支配的になる。このようにランキンサイクルの液冷凝縮器の放熱と液冷インタークーラの放熱とが負荷条件で重複しないとき、過給領域での液冷インタークーラの放熱と非過給領域での液冷凝縮器の放熱との合計を賄う放熱能力の第2熱交換器を設けることは不要であることから、本発明は、ランキンサイクルの凝縮器及びインタークーラを共に液冷とし、この液冷凝縮器と、液冷インタークーラと、冷却液を冷却する第2熱交換器と、第2熱交換器を出た冷却液を吐出するポンプとを冷却液が循環する冷却液通路で接続したので、第2熱交換器としては、過給領域での液冷インタークーラの放熱と非過給領域での液冷凝縮器の放熱との合計よりも小さな放熱能力の第2熱交換器で足りる。これよって第2熱交換器の放熱能力を効果的に活用し、第2熱交換器の放熱能力不足や大型化を回避できる。   In the non-supercharging region on the low and medium load side, the heat dissipation of the liquid-cooled condenser of the Rankine cycle is dominant, but in the supercharging region on the high load side, the heat dissipation of the liquid cooling intercooler is dominant. Thus, when the heat radiation of the liquid-cooled condenser of the Rankine cycle and the heat radiation of the liquid-cooled intercooler do not overlap with each other under load conditions, the heat radiation of the liquid-cooled intercooler in the supercharged area and the liquid-cooled condenser in the non-supercharged area Since it is not necessary to provide a second heat exchanger with a heat dissipation capacity that covers the total of the heat dissipation, the present invention makes both the Rankine cycle condenser and the intercooler liquid-cooled, and this liquid-cooled condenser, Since the liquid cooling intercooler, the second heat exchanger that cools the cooling liquid, and the pump that discharges the cooling liquid exiting the second heat exchanger are connected by the cooling liquid passage through which the cooling liquid circulates, the second heat As the exchanger, a second heat exchanger having a heat radiation capacity smaller than the sum of the heat radiation of the liquid cooling intercooler in the supercharging region and the heat radiation of the liquid cooling condenser in the non-supercharging region is sufficient. Thereby, the heat dissipation capability of the second heat exchanger can be effectively utilized, and the heat dissipation capability shortage and the increase in size of the second heat exchanger can be avoided.

本発明の第1実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。It is a schematic structure figure showing the whole system of a Rankine cycle of a 1st embodiment of the present invention. ポンプ及び膨張機を一体化した膨張機ポンプの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the expander pump which integrated the pump and the expander. 冷媒ポンプの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of a refrigerant pump. 膨張機の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of an expander. 第2冷却水回路の放熱量及び水冷凝縮器入口冷媒温度、水冷インタークーラ入口空気温度の特性図である。It is a characteristic view of the heat dissipation of a 2nd cooling water circuit, a water cooling condenser inlet refrigerant | coolant temperature, and a water cooling intercooler inlet air temperature. 水冷インタークーラ入口冷却水温度の特性図である。It is a characteristic view of a water cooling intercooler inlet cooling water temperature. 第1実施形態の膨張機クラッチの制御を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating control of the expander clutch of 1st Embodiment. 第2実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。It is a schematic block diagram showing the whole system of Rankine cycle of a 2nd embodiment. 第2実施形態の膨張機クラッチ固着時の制御を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control at the time of expansion machine clutch fixation of 2nd Embodiment. 第3実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。It is a schematic block diagram showing the whole system of Rankine cycle of a 3rd embodiment. 図10より第2冷却水回路のみを取り出した概略構成図である。It is the schematic block diagram which took out only the 2nd cooling water circuit from FIG. 第3実施形態の膨張機クラッチ固着時の制御を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control at the time of expansion machine clutch fixation of 3rd Embodiment. 第4実施形態の第2冷却水回路の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the 2nd cooling water circuit of 4th Embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図を示している。図2は冷媒ポンプ及び膨張機を一体化した膨張機ポンプの概略断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the entire Rankine cycle system according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an expander pump in which a refrigerant pump and an expander are integrated.

図1において、エンジン2は排気通路3を備え、排気通路3は、排気マニホールド4と、排気マニホールド4の集合部に接続される排気管5とから構成される。   In FIG. 1, the engine 2 includes an exhaust passage 3, and the exhaust passage 3 includes an exhaust manifold 4 and an exhaust pipe 5 connected to a collecting portion of the exhaust manifold 4.

まず、エンジン冷却水回路について説明する。エンジン2を出た80〜90℃程度の冷却水は、ラジエータ11を通る冷却水通路13と、ラジエータ11をバイパスするバイパス冷却水通路14とに別れて流れる。その後、2つの流れは、両通路13、14を流れる冷却水流量の配分を決めるサーモスタットバルブ15で再び合流し、さらに冷却水ポンプ16を経てエンジン2に戻る。冷却水ポンプ16はエンジン2によって駆動され、その回転速度はエンジン回転速度と同調している。   First, the engine coolant circuit will be described. The cooling water of about 80 to 90 ° C. leaving the engine 2 flows separately into a cooling water passage 13 that passes through the radiator 11 and a bypass cooling water passage 14 that bypasses the radiator 11. Thereafter, the two flows are merged again by a thermostat valve 15 that determines the distribution of the flow rate of the cooling water flowing through both passages 13 and 14, and then returns to the engine 2 via the cooling water pump 16. The cooling water pump 16 is driven by the engine 2 and its rotation speed is synchronized with the engine rotation speed.

サーモスタットバルブ15は、冷却水温度が高い場合に冷却水通路13側のバルブ開度を大きくしてラジエータ11を通過する冷却水量を相対的に増やす。冷却水温度が低い場合には冷却水通路13側のバルブ開度を小さくしてラジエータ11を通過する冷却水量を相対的に減らす。エンジン2の暖機前など特に冷却水温度が低い場合には、完全にラジエータ11をバイパスさせて冷却水の全量がバイパス冷却水通路14側を流れる。一方、バイパス冷却水通路14側のバルブ開度は全閉になることはなく、ラジエータ11を流れる冷却水流量が多くなったときに、バイパス冷却水通路14を流れる冷却水の流量は、冷却水の全量がバイパス冷却水通路14側を流れる場合と比べて低下する。この場合、流れが完全に停止することがないようにサーモスタットバルブ15が構成されている。   The thermostat valve 15 relatively increases the amount of cooling water passing through the radiator 11 by increasing the valve opening on the cooling water passage 13 side when the cooling water temperature is high. When the cooling water temperature is low, the valve opening on the cooling water passage 13 side is decreased to relatively reduce the amount of cooling water passing through the radiator 11. When the coolant temperature is particularly low, such as before the engine 2 is warmed up, the radiator 11 is completely bypassed and the entire amount of coolant flows through the bypass coolant passage 14 side. On the other hand, the valve opening on the bypass cooling water passage 14 side is not fully closed, and when the flow rate of the cooling water flowing through the radiator 11 is increased, the flow rate of the cooling water flowing through the bypass cooling water passage 14 is Is reduced as compared with the case where the total amount of the refrigerant flows through the bypass cooling water passage 14 side. In this case, the thermostat valve 15 is configured so that the flow does not stop completely.

バイパス冷却水通路14には、ランキンサイクル21の冷媒と熱交換を行なう蒸発器26を備える。すなわち、蒸発器26には冷却水通路26aが、また、冷媒と冷却水が熱交換可能なようにランキンサイクル21の冷媒が流れる冷媒通路26bが冷却水通路26aと隣接して設けられている。さらに蒸発器26の全体を俯瞰して見たときにランキンサイクル21の冷媒と冷却水が互いに流れ方向が逆向きとなるように各通路26a、26bが構成されている。   The bypass cooling water passage 14 includes an evaporator 26 that exchanges heat with the refrigerant of the Rankine cycle 21. That is, the evaporator 26 is provided with a cooling water passage 26a and a refrigerant passage 26b through which the refrigerant of the Rankine cycle 21 flows so as to exchange heat between the refrigerant and the cooling water. Furthermore, the passages 26a and 26b are configured so that the refrigerant and the cooling water in the Rankine cycle 21 are in opposite directions when viewed from the whole evaporator 26.

詳細には、ランキンサイクル21の冷媒にとって冷却水通路26aは、バイパス冷却水通路14に介装されている。この冷却水通路26a及びこの冷却水通路26aに隣接する冷媒通路26bで構成される蒸発器26は、エンジン2から出た冷却水を冷却水通路26aに導入することで、冷媒通路26bを流れるランキンサイクル21の冷媒を加熱するためのものである。   Specifically, the cooling water passage 26 a is interposed in the bypass cooling water passage 14 for the refrigerant of the Rankine cycle 21. The evaporator 26 composed of the cooling water passage 26a and the refrigerant passage 26b adjacent to the cooling water passage 26a introduces the cooling water from the engine 2 into the cooling water passage 26a, so that the Rankine that flows through the refrigerant passage 26b. This is for heating the refrigerant of the cycle 21.

バイパス冷却水通路14からサーモスタットバルブ15に向かう冷却水の温度が、例えば蒸発器26でランキンサイクル21の冷媒と熱交換することによって十分低下していれば、サーモスタットバルブ15の冷却水通路13側のバルブ開度が小さくされる。これによって、ラジエータ11を通過する冷却水量は相対的に減らされる。この逆にバイパス冷却水通路14からサーモスタットバルブ15に向かう冷却水の温度が、ランキンサイクル21が運転されていないことなどによって高くなると、サーモスタットバルブ15の冷却水通路13側のバルブ開度が大きくされる。これによって、ラジエータ11を通過する冷却水量は相対的に増やされる。このようなサーモスタットバルブ15の動作に基づいて、エンジン2の冷却水温度が適当に保たれ、熱がランキンサイクル21へ適当に供給(回収)されるように構成されている。   If the temperature of the cooling water from the bypass cooling water passage 14 toward the thermostat valve 15 is sufficiently lowered, for example, by exchanging heat with the refrigerant of the Rankine cycle 21 by the evaporator 26, the cooling water passage 13 side of the thermostat valve 15 is provided. The valve opening is reduced. As a result, the amount of cooling water passing through the radiator 11 is relatively reduced. On the contrary, if the temperature of the cooling water from the bypass cooling water passage 14 toward the thermostat valve 15 becomes high due to the Rankine cycle 21 not being operated, the valve opening degree of the thermostat valve 15 on the cooling water passage 13 side is increased. The Thereby, the amount of cooling water passing through the radiator 11 is relatively increased. Based on such operation of the thermostat valve 15, the coolant temperature of the engine 2 is appropriately maintained, and heat is appropriately supplied (recovered) to the Rankine cycle 21.

次に、本発明の前提となる基本発明のランキンサイクル21について述べる。基本発明のランキンサイクル21は、エンジン2の冷却水を介してエンジン2の廃熱を冷媒に回収し、回収した廃熱を動力として回生するシステムで、本発明の出願時に未公開である。ランキンサイクル21は、冷媒ポンプ22、蒸発器26、膨張機27及び空冷凝縮器(コンデンサ)28を備え、各構成要素は冷媒(R134a等)が循環する冷媒通路31〜34により接続されている。なお、図1に示す凝縮器28は水冷凝縮器であるが、基本発明の凝縮器は空冷凝縮器であるので、空冷凝縮器として説明する。   Next, the Rankine cycle 21 of the basic invention as a premise of the present invention will be described. The Rankine cycle 21 of the basic invention is a system that recovers waste heat of the engine 2 to a refrigerant through the cooling water of the engine 2 and regenerates the recovered waste heat as power, and has not been disclosed at the time of filing of the present invention. The Rankine cycle 21 includes a refrigerant pump 22, an evaporator 26, an expander 27, and an air-cooled condenser (condenser) 28, and each component is connected by refrigerant passages 31 to 34 through which a refrigerant (R134a and the like) circulates. Although the condenser 28 shown in FIG. 1 is a water-cooled condenser, the condenser according to the basic invention is an air-cooled condenser and will be described as an air-cooled condenser.

図2にも示したように冷媒ポンプ22の軸22aは同一の軸上で膨張機27の出力軸27aと連結配置され、膨張機27の発生する出力(動力)によって冷媒ポンプ22を駆動すると共に、発生動力をエンジン2の出力軸(クランク軸)に供給する構成である。すなわち、図1に示したように冷媒ポンプ22の軸22a及び膨張機27の出力軸27aがエンジン2の出力軸と平行に配置され、冷媒ポンプ22の軸22aの先端に設けたポンププーリ23と、クランクプーリ2aとの間にベルト24を掛け回している。なお、本実施形態の冷媒ポンプ22としてはギヤ式のポンプを、膨張機27としてはスクロール式の膨張機を採用している(図3、図4参照)。   As shown in FIG. 2, the shaft 22a of the refrigerant pump 22 is connected to the output shaft 27a of the expander 27 on the same shaft, and drives the refrigerant pump 22 by the output (power) generated by the expander 27. The generated power is supplied to the output shaft (crankshaft) of the engine 2. That is, as shown in FIG. 1, the shaft 22a of the refrigerant pump 22 and the output shaft 27a of the expander 27 are arranged in parallel with the output shaft of the engine 2, and the pump pulley 23 provided at the tip of the shaft 22a of the refrigerant pump 22; A belt 24 is wound around the crank pulley 2a. Note that a gear type pump is used as the refrigerant pump 22 of the present embodiment, and a scroll type expander is used as the expander 27 (see FIGS. 3 and 4).

また、ポンププーリ23と冷媒ポンプ22との間に電磁式のクラッチ(このクラッチを以下「膨張機クラッチ」という。)25を設けて、冷媒ポンプ22及び膨張機27とを、エンジン2と断接可能にしている(図2参照)。このため、膨張機27の発生する出力が冷媒ポンプ22の駆動力及び回転体が有するフリクションを上回る場合に膨張機クラッチ25を接続することで、膨張機27の発生する出力によってエンジン出力軸の回転をアシスト(補助)することができる。このように廃熱回収によって得たエネルギを用いてエンジン出力軸の回転をアシストすることで、燃費を向上できる。また、冷媒を循環させる冷媒ポンプ22を駆動するためのエネルギも、回収した廃熱で賄うことができる。   Further, an electromagnetic clutch (hereinafter referred to as “expander clutch”) 25 is provided between the pump pulley 23 and the refrigerant pump 22 so that the refrigerant pump 22 and the expander 27 can be connected to and disconnected from the engine 2. (See FIG. 2). For this reason, when the output generated by the expander 27 exceeds the driving force of the refrigerant pump 22 and the friction of the rotating body, the expander clutch 25 is connected to rotate the engine output shaft by the output generated by the expander 27. Can be assisted. Thus, fuel efficiency can be improved by assisting rotation of an engine output shaft using energy obtained by waste heat recovery. Further, the energy for driving the refrigerant pump 22 for circulating the refrigerant can also be covered by the recovered waste heat.

冷媒ポンプ22からの冷媒は冷媒通路31を介して蒸発器26に供給される。蒸発器26は、エンジン2の冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を気化し加熱する熱交換器である。   The refrigerant from the refrigerant pump 22 is supplied to the evaporator 26 via the refrigerant passage 31. The evaporator 26 is a heat exchanger that causes heat exchange between the coolant of the engine 2 and the refrigerant, and vaporizes and heats the refrigerant.

蒸発器26からの冷媒は冷媒通路32を介して膨張機27に供給される。膨張機27は、気化し加熱された冷媒を膨張させることにより熱を回転エネルギに変換する蒸気タービンである。膨張機27で回収された動力は冷媒ポンプ22を駆動し、ベルト伝動機構を介してエンジン2に伝達され、エンジン2の回転をアシストする。   The refrigerant from the evaporator 26 is supplied to the expander 27 through the refrigerant passage 32. The expander 27 is a steam turbine that converts heat into rotational energy by expanding a vaporized and heated refrigerant. The power recovered by the expander 27 drives the refrigerant pump 22 and is transmitted to the engine 2 via the belt transmission mechanism to assist the rotation of the engine 2.

膨張機27からの冷媒は冷媒通路33を介して空冷凝縮器28に供給される。空冷凝縮器28は、外気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を冷却し液化する熱交換器である。このため、空冷凝縮器28をラジエータ11と並列に配置し、ラジエータファン12によって冷却するようにしている。ここで説明した凝縮器28は基本発明に用いている場合であるため空冷式であるが、後述するように本実施形態では、空冷凝縮器に代えて水冷凝縮器28を構成することとなる。   The refrigerant from the expander 27 is supplied to the air-cooled condenser 28 through the refrigerant passage 33. The air-cooled condenser 28 is a heat exchanger that causes heat exchange between the outside air and the refrigerant to cool and liquefy the refrigerant. For this reason, the air-cooled condenser 28 is arranged in parallel with the radiator 11 and is cooled by the radiator fan 12. The condenser 28 described here is an air-cooled type because it is used in the basic invention. However, in this embodiment, the water-cooled condenser 28 is configured instead of the air-cooled condenser as will be described later.

空冷凝縮器28により液化された冷媒は、冷媒通路34を介して冷媒ポンプ22に戻される。冷媒ポンプ22に戻された冷媒は、冷媒ポンプ22により再び蒸発器26に送られ、ランキンサイクル21の各構成要素を循環する。   The refrigerant liquefied by the air-cooled condenser 28 is returned to the refrigerant pump 22 through the refrigerant passage 34. The refrigerant returned to the refrigerant pump 22 is sent again to the evaporator 26 by the refrigerant pump 22 and circulates through each component of the Rankine cycle 21.

ランキンサイクル21には、サイクル内を流れる冷媒を制御するため、回路途中に各種の弁が適宜設けられている。例えば、ランキンサイクル21を循環する冷媒を制御するため、凝縮器28と冷媒ポンプ22とを連絡する冷媒通路34にポンプ上流弁51、蒸発器26と膨張機27とを連絡する冷媒通路32に膨張機上流弁52を備える。また、冷媒ポンプ22と蒸発器26とを連絡する冷媒通路31には、蒸発器26から冷媒ポンプ22への冷媒の逆流を防止するため逆止弁53を備えている。膨張機27と凝縮器28とを連絡する冷媒通路33にも、凝縮器28から膨張機27への冷媒の逆流を防止するため逆止弁54を備えている。また、膨張機上流弁52上流から膨張機27をバイパスして逆止弁54上流に合流する膨張機バイパス通路55を設け、この膨張機バイパス通路55にバイパス弁56を設けている。さらに、バイパス弁56をバイパスする通路57に圧力調整弁58を設けている。   The Rankine cycle 21 is appropriately provided with various valves in the middle of the circuit in order to control the refrigerant flowing in the cycle. For example, in order to control the refrigerant circulating in the Rankine cycle 21, the pump upstream valve 51 is connected to the refrigerant passage 34 connecting the condenser 28 and the refrigerant pump 22, and the refrigerant passage 32 is connected to the evaporator 26 and the expander 27. A machine upstream valve 52 is provided. The refrigerant passage 31 that connects the refrigerant pump 22 and the evaporator 26 is provided with a check valve 53 to prevent the refrigerant from flowing backward from the evaporator 26 to the refrigerant pump 22. The refrigerant passage 33 that connects the expander 27 and the condenser 28 is also provided with a check valve 54 to prevent the refrigerant from flowing backward from the condenser 28 to the expander 27. Further, an expander bypass passage 55 that bypasses the expander 27 from the upstream of the expander upstream valve 52 and merges upstream of the check valve 54 is provided, and a bypass valve 56 is provided in the expander bypass passage 55. Further, a pressure regulating valve 58 is provided in a passage 57 that bypasses the bypass valve 56.

上記3つの弁51、52、56はいずれも電磁式の開閉弁である。圧力センサ62により検出される膨張機上流圧力の信号、圧力センサ63により検出される凝縮器28の出口の冷媒圧力Pdの信号、膨張機27の回転速度信号等がエンジンコントローラ61に入力されている。エンジンコントローラ61では、所定の運転条件に応じ、これらの各入力信号に基づいて、ラジエータファン12の制御を行なうとともに、上記3つの電磁式開閉弁51、52、56の開閉を制御する。   The three valves 51, 52, and 56 are all electromagnetic on-off valves. An expander upstream pressure signal detected by the pressure sensor 62, a refrigerant pressure Pd signal at the outlet of the condenser 28 detected by the pressure sensor 63, a rotation speed signal of the expander 27, and the like are input to the engine controller 61. . The engine controller 61 controls the radiator fan 12 and controls the opening and closing of the three electromagnetic on-off valves 51, 52, and 56 based on these input signals in accordance with predetermined operating conditions.

例えば、圧力センサ62により検出される膨張機上流側圧力及び膨張機回転速度に基づいて膨張機トルク(回生動力)を予測し、この予測膨張機トルクが正のとき(エンジン出力軸の回転をアシストすることができるとき)に膨張機クラッチ25を締結する。一方、予測膨張機トルクがゼロないし負のときに膨張機クラッチ25を解放する。センサ検出圧力と膨張機回転速度とに基づくことで、排気温度から膨張機トルク(回生動力)を予測する場合とくらべ、高い精度で膨張機トルクを予測することができ、膨張機トルクの発生状況に応じて膨張機クラッチ25の締結・解放を適切に行うことができる。これで、基本発明のランキンサイクル21の説明を終える。   For example, the expander torque (regenerative power) is predicted based on the expander upstream pressure detected by the pressure sensor 62 and the expander rotational speed, and when the predicted expander torque is positive (assist rotation of the engine output shaft). The expander clutch 25 is engaged. On the other hand, the expander clutch 25 is released when the predicted expander torque is zero or negative. Based on the sensor detection pressure and expander rotational speed, the expander torque can be predicted with higher accuracy than when the expander torque (regenerative power) is predicted from the exhaust temperature. Accordingly, the expander clutch 25 can be appropriately engaged and released. This completes the description of the Rankine cycle 21 of the basic invention.

次に、エンジン2にはターボチャージャ81(過給機)を備える。ターボチャージャ81は、排気タービン82と吸気コンプレッサ83とを同軸に連結したものである。ここで、排気タービン82は排気管5を流れる排気のエネルギーによって回転駆動される。スロットル弁7上流の吸気管6に介装される吸気コンプレッサ83は吸気を圧縮して吐出する。排気タービン82をバイパスする通路86にはこの通路86を開閉するウエイストゲートバルブ87を設けてある。   Next, the engine 2 includes a turbocharger 81 (supercharger). The turbocharger 81 is obtained by coaxially connecting an exhaust turbine 82 and an intake compressor 83. Here, the exhaust turbine 82 is rotationally driven by the energy of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 5. An intake compressor 83 interposed in the intake pipe 6 upstream of the throttle valve 7 compresses and discharges the intake air. A waste gate valve 87 for opening and closing the passage 86 is provided in the passage 86 that bypasses the exhaust turbine 82.

吸気コンプレッサ83により圧縮された吸気は高温・高圧となるため、この高温・高圧となった吸気を冷却する空冷インタークーラ85を、吸気コンプレッサ83とスロットル弁7の間の吸気管6に設けている。なお、ここではインタークーラ85を空冷として説明したが、後述するように本実施形態では、空冷インタークーラに代えて水冷インタークーラに変更することとなる。   Since the intake air compressed by the intake compressor 83 becomes high temperature and high pressure, an air cooling intercooler 85 for cooling the intake air that has become high temperature and high pressure is provided in the intake pipe 6 between the intake compressor 83 and the throttle valve 7. . Although the intercooler 85 is described as being air-cooled here, in this embodiment, as will be described later, the air-cooled intercooler is replaced with a water-cooled intercooler.

さて、ランキンサイクルとターボチャージャの空冷インタークーラを組み合わせた従来装置はある。   There is a conventional device that combines a Rankine cycle and a turbocharger air-cooled intercooler.

ここで、ランキンサイクル21とターボチャージャ81を組み合わせるため、ランキンサイクル21の空冷凝縮器28及び空冷インタークーラ85を共に水冷(液冷)に変更し、これら水冷凝縮器と水冷インタークーラとに冷却水を流すことに発明者が初めて思い至ったとき、次のメリットが生じることがわかった。すなわち、非過給領域ではランキンサイクル21の水冷凝縮器の放熱が支配的となるのに対して、過給領域では水冷インタークーラの放熱が支配的になる。水冷凝縮器の放熱と水冷インタークーラの放熱とが負荷条件で重複しないのであれば、冷却水を冷却するサブラジエータ(第2熱交換器)としては、過給領域での水冷インタークーラの放熱と非過給領域での水冷凝縮器の放熱との合計を賄う放熱能力は必要ないこととなる。しかしながら、こうした知見は上記従来装置に一切記載がない。   Here, in order to combine the Rankine cycle 21 and the turbocharger 81, the air-cooled condenser 28 and the air-cooled intercooler 85 of the Rankine cycle 21 are both changed to water cooling (liquid cooling), and cooling water is supplied to these water-cooled condenser and water-cooled intercooler. When the inventor first came up with the idea, the following benefits were found. That is, the heat dissipation of the water-cooled condenser of the Rankine cycle 21 is dominant in the non-supercharging region, whereas the heat dissipation of the water-cooled intercooler is dominant in the supercharging region. If the heat radiation of the water-cooled condenser and the heat radiation of the water-cooled intercooler do not overlap with each other under load conditions, the sub-radiator (second heat exchanger) that cools the cooling water can have the heat radiation of the water-cooled intercooler in the supercharging region. A heat dissipating capacity that covers the total of the heat dissipated by the water-cooled condenser in the non-supercharging region is not necessary. However, such knowledge is not described in the conventional apparatus.

そこで本発明者の知見に基づき、本発明の第1実施形態では、基本発明のランキンサイクル21に用いた空冷凝縮器28及び空冷インタークーラ85を水冷に変更し、水冷凝縮器、水冷インタークーラを含む冷却水回路91を、上記のエンジン冷却水回路とは独立に構成する。この冷却水回路91を上記のエンジン冷却水回路と区別するため、「第2冷却水回路」という。なお、第1実施形態のランキンサイクルに用いる水冷凝縮器及び水冷インタークーラにそれぞれ付する符号としては、基本発明のランキンサイクル21に用いる空冷凝縮器28、空冷インタークーラ85にそれぞれ付している符号と同じ符号を付するものとする。   Therefore, based on the knowledge of the present inventor, in the first embodiment of the present invention, the air-cooled condenser 28 and the air-cooled intercooler 85 used in the Rankine cycle 21 of the basic invention are changed to water-cooled, and the water-cooled condenser and the water-cooled intercooler are changed. The included cooling water circuit 91 is configured independently of the engine cooling water circuit. This coolant circuit 91 is referred to as a “second coolant circuit” in order to distinguish it from the engine coolant circuit described above. In addition, as a code | symbol attached | subjected to the water-cooled condenser and water-cooled intercooler which are respectively used for the Rankine cycle of 1st Embodiment, the code | symbol attached | subjected to the air-cooled condenser 28 and the air-cooled intercooler 85 which are respectively used for the Rankine cycle 21 of basic invention. Shall be given the same reference numerals.

第2冷却水回路91は、水冷凝縮器28、水冷インタークーラ85、サブラジエータ92(第2凝縮器)、冷却水ポンプ93を備え、各構成要素を冷却水が循環する冷却水通路95〜97により接続する。   The second cooling water circuit 91 includes a water cooling condenser 28, a water cooling intercooler 85, a sub-radiator 92 (second condenser), and a cooling water pump 93, and cooling water passages 95 to 97 through which cooling water circulates through each component. Connect with.

サブラジエータ92はラジエータ11と並列に配置し、ラジエータファン12によってサブラジエータ92内の冷却水を冷却する。サブラジエータ92により冷却された冷却水を、冷却水ポンプ93によって水冷インタークーラ85に供給する。冷却水ポンプ93は、サブラジエータ92と水冷インタークーラ85を接続する冷却水通路95に介装する。冷却水ポンプ93は、エンジンコントローラ61からの指令を受けるモータ94によって駆動する。   The sub radiator 92 is arranged in parallel with the radiator 11, and the cooling water in the sub radiator 92 is cooled by the radiator fan 12. The cooling water cooled by the sub radiator 92 is supplied to the water cooling intercooler 85 by the cooling water pump 93. The cooling water pump 93 is interposed in a cooling water passage 95 connecting the sub radiator 92 and the water cooling intercooler 85. The cooling water pump 93 is driven by a motor 94 that receives a command from the engine controller 61.

水冷インタークーラ85は、吸気コンプレッサ83によって高温・高圧となった吸気を冷却水との熱交換によって冷却するものである。冷却された吸気はスロットル弁7によって調量された後にコレクタ8に蓄えられ、吸気マニホールドより各気筒の燃焼室に分配される。   The water-cooled intercooler 85 cools the intake air that has become high temperature and high pressure by the intake air compressor 83 by exchanging heat with cooling water. The cooled intake air is metered by the throttle valve 7 and then stored in the collector 8 and distributed from the intake manifold to the combustion chamber of each cylinder.

一方、水冷インタークーラ85によって温度上昇した冷却水を、水冷インタークーラ85と水冷凝縮器28を接続する冷却水通路96を介して水冷凝縮器28に供給する。水冷凝縮器28は、膨張機27からの冷媒と冷却水との間で熱交換を行わせ、ランキンサイクル21の冷媒を冷却し液化する熱交換器である。水冷凝縮器28により温度上昇した冷却水は、水冷凝縮器28とサブラジエータ92を接続する冷却水通路97を介してサブラジエータ92に戻し、サブラジエータ92で冷却する。サブラジエータ92で冷却した冷却水を冷却水ポンプ93によって吐出し、冷却水通路95、96、97を再び循環させる。   On the other hand, the cooling water whose temperature has been raised by the water-cooled intercooler 85 is supplied to the water-cooled condenser 28 via the cooling water passage 96 connecting the water-cooled intercooler 85 and the water-cooled condenser 28. The water-cooled condenser 28 is a heat exchanger that causes heat exchange between the refrigerant from the expander 27 and the cooling water to cool and liquefy the refrigerant in the Rankine cycle 21. The cooling water whose temperature has been raised by the water-cooled condenser 28 is returned to the sub-radiator 92 via the cooling water passage 97 connecting the water-cooled condenser 28 and the sub-radiator 92, and is cooled by the sub-radiator 92. The cooling water cooled by the sub-radiator 92 is discharged by the cooling water pump 93, and the cooling water passages 95, 96, and 97 are circulated again.

次に、ランキンサイクル21の空冷凝縮器、空冷インタークーラを共に水冷に変更するとともに、水冷凝縮器28と水冷インタークーラ85とに循環する第2冷却水回路91を構成した理由を図5を参照してさらに説明する。   Next, why both the air-cooled condenser and the air-cooled intercooler of the Rankine cycle 21 are changed to water cooling, and the reason why the second cooling water circuit 91 that circulates to the water-cooled condenser 28 and the water-cooled intercooler 85 is configured is shown in FIG. Further explanation will be given.

図5(a)はエンジン回転速度が一定の条件下での第2冷却水回路91の放熱量の特性図である。同じく図5(b)はエンジン回転速度が一定の条件下で水冷凝縮器入口の冷媒温度と水冷インタークーラ入口の吸気温度とを重ねて示した特性図である。まず第2冷却水回路91の放熱量は、水冷凝縮器28の放熱量と水冷インタークーラ85の放熱量の合計であるが、図5(a)には水冷凝縮器28の放熱量、水冷インタークーラ85の放熱量の個別の放熱量を重ねて記載している。すなわち、エンジントルク域を大雑把に低、中、高の3つの各エンジントルク域に分けたとき、ランキンサイクル21は主に低中エンジントルク域(低中負荷域)で運転される。このため、エンジントルクの小さい側ではエンジントルクの増加とともに水冷凝縮器28の放熱量が徐々に増え、エンジントルクの大きい側になると増加の程度は小さくなっている。   FIG. 5A is a characteristic diagram of the heat radiation amount of the second cooling water circuit 91 under a condition where the engine rotation speed is constant. Similarly, FIG. 5B is a characteristic diagram in which the refrigerant temperature at the inlet of the water-cooled condenser and the intake air temperature at the inlet of the water-cooled intercooler are overlapped under a condition where the engine speed is constant. First, the heat radiation amount of the second cooling water circuit 91 is the sum of the heat radiation amount of the water-cooled condenser 28 and the heat radiation amount of the water-cooled intercooler 85. FIG. The individual heat dissipation amounts of the cooler 85 are described in an overlapping manner. That is, when the engine torque range is roughly divided into three engine torque ranges of low, medium and high, the Rankine cycle 21 is operated mainly in the low and medium engine torque range (low and medium load range). For this reason, as the engine torque increases, the heat dissipation amount of the water-cooled condenser 28 gradually increases as the engine torque increases, and the degree of increase decreases as the engine torque increases.

一方、ターボチャージャ81による過給が効くのは、エンジントルクが所定値a以上となる高エンジントルク領域(つまり過給領域)のみである。このため、所定値aより小さいエンジントルク域(つまり非過給領域)では、水冷インタークーラ85の放熱量は水冷凝縮器28の放熱量よりも格段に小さく、過給領域になって、水冷インタークーラ85の放熱量が急激に上昇する。そして、水冷インタークーラ85の放熱量はエンジントルクが所定値bで水冷凝縮器28の放熱量と交差し、所定値b以上のエンジントルク域で水冷凝縮器28の放熱量を上回る。   On the other hand, supercharging by the turbocharger 81 is effective only in a high engine torque region (that is, a supercharging region) where the engine torque is equal to or greater than a predetermined value a. For this reason, in the engine torque range (that is, the non-supercharging region) smaller than the predetermined value a, the heat radiation amount of the water-cooled intercooler 85 is much smaller than the heat radiation amount of the water-cooled condenser 28, and becomes the supercharging region. The amount of heat released from the cooler 85 increases rapidly. The heat dissipation amount of the water-cooled intercooler 85 intersects with the heat dissipation amount of the water-cooled condenser 28 when the engine torque is a predetermined value b, and exceeds the heat dissipation amount of the water-cooled condenser 28 in the engine torque region of the predetermined value b or more.

次に、図5(b)では、横軸のパラメータを図5(a)と同じに採っている。水冷凝縮器入口の冷媒温度は40℃〜50℃よりエンジントルクの増加と共に上昇し、過給領域になると、急激に上昇し、150℃〜200℃に至っている。一方、水冷インタークーラ入口の吸気温度は、非過給領域で水冷凝縮器入口冷媒温度より低く、過給領域になると、急上昇する。このため、エンジントルクが所定値cのとき水冷インタークーラ入口吸気温度と水冷凝縮器入口冷媒温度が交差し、所定値c以上のエンジントルク域で水冷インタークーラ入口空気温度が水冷凝縮器入口冷媒温度を上回っている。   Next, in FIG. 5B, the parameters on the horizontal axis are the same as those in FIG. The refrigerant temperature at the inlet of the water-cooled condenser increases with an increase in engine torque from 40 ° C. to 50 ° C., and rapidly rises to 150 ° C. to 200 ° C. in the supercharging region. On the other hand, the intake air temperature at the inlet of the water-cooled intercooler is lower than the coolant temperature at the inlet of the water-cooled condenser in the non-supercharging region, and rapidly rises when the supercharging region is reached. For this reason, when the engine torque is a predetermined value c, the water-cooled intercooler inlet intake temperature and the water-cooled condenser inlet refrigerant temperature cross each other, and the water-cooled intercooler inlet air temperature is the water-cooled condenser inlet refrigerant temperature in the engine torque range equal to or greater than the predetermined value c. Is over.

なお、図5(a)では水冷凝縮器28の放熱量の特性を、図5(a)では水冷凝縮器入口冷媒温度の特性をエンジントルクが最大となるまで示しているが、実際には全てのエンジントルク域でランキンサイクル21を運転することはしていない。高エンジントルク側でランキンサイクル21を運転しておらず、ランキンサイクル21を運転するのは低中エンジントルク域だけである。   FIG. 5 (a) shows the heat dissipation characteristics of the water-cooled condenser 28, and FIG. 5 (a) shows the characteristics of the water-cooled condenser inlet refrigerant temperature until the engine torque is maximized. The Rankine cycle 21 is not operated in the engine torque range. The Rankine cycle 21 is not operated on the high engine torque side, and the Rankine cycle 21 is operated only in the low and middle engine torque regions.

図5(a)、図5(b)よりエンジントルクが所定値a以上となる過給領域で水冷インタークーラ85の放熱が支配的となるのに対して、エンジントルクが所定値a未満の非過給領域で水冷凝縮器28の放熱が支配的となっている。つまり、水冷凝縮器28の放熱と水冷インタークーラ85の放熱とがエンジントルク条件(負荷条件)で重複していないのである。このため、水冷インタークーラ85の最大放熱量に対応する放熱能力を有するサブラジエータ92を設けておけば、水冷インタークーラ85が働くことのない低中エンジントルク域で水冷凝縮器28が放熱できる。水冷凝縮器28と水冷インタークーラ85の放熱量を単純に合計した放熱量に対応する放熱能力を有するサブラジエータを設けることは必要なく、水冷インタークーラ85の最大放熱量に対応する放熱能力のサブラジエータ92を設けることで足りるのである。   5 (a) and 5 (b), the heat dissipation of the water-cooled intercooler 85 is dominant in the supercharging region where the engine torque is greater than or equal to the predetermined value a, whereas the engine torque is less than the predetermined value a. The heat radiation of the water-cooled condenser 28 is dominant in the supercharging region. That is, the heat radiation of the water-cooled condenser 28 and the heat radiation of the water-cooled intercooler 85 do not overlap with each other in the engine torque condition (load condition). For this reason, if the sub-radiator 92 having a heat radiation capacity corresponding to the maximum heat radiation amount of the water-cooled intercooler 85 is provided, the water-cooled condenser 28 can radiate heat in a low and middle engine torque region where the water-cooled intercooler 85 does not work. It is not necessary to provide a sub-radiator having a heat radiation capacity corresponding to the heat radiation amount obtained by simply summing the heat radiation amounts of the water-cooled condenser 28 and the water-cooled intercooler 85, and a heat radiation capacity sub-capacity corresponding to the maximum heat radiation amount of the water-cooled intercooler 85 is not required. It is sufficient to provide the radiator 92.

このように、本実施形態では、エンジン2の廃熱を冷媒に回収する熱交換器26、この熱交換器26出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機27、この膨張機27を出た冷媒を凝縮させる凝縮器28、この凝縮器28からの冷媒を熱交換器26に供給する冷媒ポンプ22を含むランキンサイクル21と、吸気を過給するターボチャージャ81(過給機)と、ターボチャージャ81により過給される吸気を冷却するインタークーラ85とを備え、前記凝縮器28は膨張機27を出た冷媒を冷却水(冷却液)との熱交換によって凝縮させる水冷凝縮器であり、前記インタークーラ85は冷却水(冷却液)との熱交換によって吸気を冷却する水冷インタークーラであり、前記水冷液冷凝縮器28と、前記水冷インタークーラ85と、冷却水(冷却液)を冷却するサブラジエータ92(第2熱交換器)と、冷却水ポンプ98(第2熱交換器を出た冷却液を吐出するポンプ)とを冷却水が循環する冷却水通路95〜97(冷却液通路)で接続している。図5(a)、図5(b)に示したように非過給領域ではランキンサイクルの液冷凝縮器28の放熱が支配的であるのに対して、過給領域では水冷インタークーラ85の放熱が支配的になる。このようにランキンサイクルの水冷凝縮器28の放熱と水冷インタークーラ85の放熱とが負荷条件で重複しないとき、過給領域での水冷インタークーラ85の放熱と非過給領域での水冷凝縮器28の放熱との合計を賄う放熱能力のサブラジエータ92を設けることは不要であることから、本実施形態によれば、ランキンサイクル21の凝縮器28及びインタークーラ85を共に水冷とし、この水冷凝縮器28と、水冷インタークーラ85と、サブラジエータ92と、冷却水ポンプ93とを冷却水通路95〜97で接続したので、サブラジエータ92としては、過給領域での水冷インタークーラ85の放熱と非過給領域での水冷凝縮器28の放熱との合計よりも小さな放熱能力のサブラジエータ92で足りる。これによってサブラジエータ92の放熱能力を効果的に活用し、サブラジエータ92の放熱能力不足や大型化を回避できる。   As described above, in the present embodiment, the heat exchanger 26 that recovers the waste heat of the engine 2 into the refrigerant, the expander 27 that generates power using the refrigerant at the outlet of the heat exchanger 26, and the expander 27 are exited. A condenser 28 that condenses the refrigerant, a Rankine cycle 21 including a refrigerant pump 22 that supplies the refrigerant from the condenser 28 to the heat exchanger 26, a turbocharger 81 (supercharger) that supercharges intake air, and a turbocharger An intercooler 85 that cools the intake air supercharged by 81, and the condenser 28 is a water-cooled condenser that condenses the refrigerant exiting the expander 27 by heat exchange with cooling water (coolant), The intercooler 85 is a water-cooled intercooler that cools the intake air by heat exchange with cooling water (cooling liquid). The water-cooled liquid cooling condenser 28, the water-cooling intercooler 85, and cooling water (cooling) Cooling water passages 95 to 97 through which cooling water circulates through a sub-radiator 92 (second heat exchanger) that cools the liquid) and a cooling water pump 98 (a pump that discharges the cooling liquid that has exited the second heat exchanger). (Cooling liquid passage) As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the heat dissipation of the liquid-cooled condenser 28 in the Rankine cycle is dominant in the non-supercharged region, whereas the water-cooled intercooler 85 is in the supercharged region. Heat dissipation becomes dominant. Thus, when the heat radiation of the water-cooled condenser 28 in the Rankine cycle and the heat radiation of the water-cooled intercooler 85 do not overlap in the load condition, the heat radiation of the water-cooled intercooler 85 in the supercharging region and the water-cooled condenser 28 in the non-supercharged region. Since it is not necessary to provide the sub-radiator 92 having a heat radiation capacity that covers the total heat radiation of the water, the condenser 28 and the intercooler 85 of the Rankine cycle 21 are both water-cooled according to this embodiment. 28, the water-cooled intercooler 85, the sub-radiator 92, and the cooling water pump 93 are connected by the cooling water passages 95 to 97. Therefore, the sub-radiator 92 is configured to dissipate heat from the water-cooled intercooler 85 in the supercharging region. A sub radiator 92 having a heat radiation capacity smaller than the total heat radiation of the water-cooled condenser 28 in the supercharging region is sufficient. Thus, the heat dissipation capability of the sub radiator 92 can be effectively utilized, and the heat dissipation capability of the sub radiator 92 can be prevented from being insufficient or enlarged.

次に、図6は水冷インタークーラ入口の冷却水温度の特性図で、水冷凝縮器28、水冷インタークーラ85の順に冷却水を流した場合を一点破線で、水冷インタークーラ85、水冷凝縮器28の順に冷却水を流した場合を実線で重ねて示している。図1にも示したように水冷インタークーラ85、水冷凝縮器28の順に冷却水を流すときには、サブラジエータ92を出た最も温度の低い冷却水が水冷インタークーラ85に先に流れる。このため、水冷インタークーラ入口の冷却水温度は、図6に実線で示したようにエンジントルクが所定値a未満の非過給領域では殆ど上昇せず、エンジントルクが所定値a以上の過給領域に入ってから上昇する。   Next, FIG. 6 is a characteristic diagram of the cooling water temperature at the inlet of the water-cooled intercooler. When the cooling water flows in the order of the water-cooled condenser 28 and the water-cooled intercooler 85, the one-dot broken line shows the water-cooled intercooler 85 and the water-cooled condenser 28. The case where the cooling water is flowed in this order is shown by overlapping with a solid line. As shown in FIG. 1, when cooling water flows in the order of the water-cooled intercooler 85 and the water-cooled condenser 28, the cooling water having the lowest temperature that has flowed out of the sub-radiator 92 flows first into the water-cooled intercooler 85. For this reason, the coolant temperature at the inlet of the water-cooled intercooler hardly increases in the non-supercharging region where the engine torque is less than the predetermined value a as shown by the solid line in FIG. Rise after entering the area.

一方、水冷凝縮器28、水冷インタークーラ85の順に冷却水を流すときには、非過給領域での水冷凝縮器28の放熱によって温度上昇した冷却水が水冷インタークーラ85に流れる。これによって、水冷インタークーラ入口の冷却水温度が図6に一点鎖線で示したように水冷インタークーラ85、水冷凝縮器28の順に冷却水を流す場合の水冷インタークーラ入口冷却水温度より上昇する。過給領域でこの水冷インタークーラ入口冷却水温度が上昇する分だけ吸気温度が上昇するため、作動ガス温度が上昇してノッキングが生じ勝ちとなり、エンジンの燃費・出力が悪化する。   On the other hand, when the cooling water is supplied in the order of the water-cooled condenser 28 and the water-cooled intercooler 85, the cooling water whose temperature has been increased by the heat radiation of the water-cooled condenser 28 in the non-supercharging region flows to the water-cooled intercooler 85. As a result, the coolant temperature at the inlet of the water-cooled intercooler rises from the coolant temperature at the inlet of the water-cooled intercooler when the coolant is passed in the order of the water-cooled intercooler 85 and the water-cooled condenser 28 as shown by the one-dot chain line in FIG. In the supercharging region, the intake air temperature rises by an amount corresponding to the rise of the water cooling intercooler inlet cooling water temperature, so that the working gas temperature rises and knocking tends to occur, and the fuel consumption and output of the engine deteriorate.

このように、本実施形態によれば、水冷インタークーラ85と水冷凝縮器28とを直列に設け、上流から水冷インタークーラ85、水冷凝縮器28の順にサブラジエータ92出口の冷却水を流すので、例えばアクセルペダルを急激に踏み込むことによってランキンサイクル21の運転域(非過給領域)から過給領域へと移行する加速時に一時的に水冷インタークーラ85と水冷凝縮器28とで放熱が重複したとしても、水冷インタークーラ85の冷却性能を確保できる。   As described above, according to the present embodiment, the water-cooled intercooler 85 and the water-cooled condenser 28 are provided in series, and the cooling water at the outlet of the sub-radiator 92 flows in the order of the water-cooled intercooler 85 and the water-cooled condenser 28 from the upstream. For example, if the accelerator pedal is suddenly depressed, the heat-cooling intercooler 85 and the water-cooled condenser 28 temporarily overlap heat dissipation during acceleration when the Rankine cycle 21 shifts from the operating region (non-supercharging region) to the supercharging region. In addition, the cooling performance of the water-cooled intercooler 85 can be secured.

次に、図7のフローはエンジンコントローラ61が膨張機クラッチ25を制御するためのもので、一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。   Next, the flow of FIG. 7 is for the engine controller 61 to control the expander clutch 25, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms).

ステップ1では水冷凝縮器入口の冷媒温度T1を温度センサ65(図1参照)により、ステップ2では水冷インタークーラ入口の吸気温度T2を温度センサ66(図1参照)により検出する。   In step 1, the refrigerant temperature T1 at the water-cooled condenser inlet is detected by the temperature sensor 65 (see FIG. 1), and in step 2, the intake air temperature T2 at the water-cooled intercooler inlet is detected by the temperature sensor 66 (see FIG. 1).

ステップ3では2つの温度T1、T2を比較し、水冷凝縮器入口の冷媒温度T1が水冷インタークーラ入口の吸気温度T2以下であるときにはステップ4に進み、ランキンサイクルを運転するため膨張機クラッチ25を接続状態とする。膨張機クラッチ25を接続状態とすればエンジン2により冷媒ポンプ22が駆動される。ここで、膨張機クラッチ25としての電磁式のクラッチでは、ソレノイドコイル(図示しない)への通電で電磁力を発生させ、この電磁力で2つの部材を圧着させてクラッチを接続状態とする。また、ソレノイドコイルへの通電を停止し電磁力を消失させることで電磁式のクラッチを切断状態としているものとすると、膨張機クラッチ25を接続状態とするには、ソレノイドコイルに通電すればよい。   In Step 3, the two temperatures T1 and T2 are compared, and when the refrigerant temperature T1 at the water-cooled condenser inlet is equal to or lower than the intake air temperature T2 at the water-cooled intercooler inlet, the process proceeds to Step 4 and the expander clutch 25 is operated to operate the Rankine cycle. Connected. When the expander clutch 25 is in the connected state, the refrigerant pump 22 is driven by the engine 2. Here, in the electromagnetic clutch as the expander clutch 25, an electromagnetic force is generated by energizing a solenoid coil (not shown), and the two members are pressure-bonded by this electromagnetic force to bring the clutch into a connected state. Further, assuming that the electromagnetic clutch is disengaged by stopping energization of the solenoid coil and eliminating the electromagnetic force, the solenoid coil may be energized to place the expander clutch 25 in the connected state.

一方、ステップ3で水冷凝縮器入口冷媒温度T1よりも水冷インタークーラ入口吸気温度T2のほうが高くなったときにはステップ5に進み、膨張機クラッチ25を切断することにより冷媒ポンプ22を停止させる。冷媒ポンプ22が停止すれば、ランキンサイクル21の運転が停止する。膨張機クラッチ25を切断するには、ソレノイドコイルへの通電を中止すればよい。膨張機クラッチ25を切断すると、冷媒ポンプ22の軸22aの回転が停止するため冷媒ポンプ22が停止し、ランキンサイクル21の運転が停止する。ここで、T1よりT2のほうが高くなるのは、図5(b)に示したようにほぼ過給領域である。   On the other hand, when the water-cooled intercooler inlet intake temperature T2 becomes higher than the water-cooled condenser inlet refrigerant temperature T1 in step 3, the process proceeds to step 5 where the refrigerant pump 22 is stopped by disconnecting the expander clutch 25. If the refrigerant pump 22 stops, the operation of the Rankine cycle 21 stops. In order to disconnect the expander clutch 25, the energization of the solenoid coil may be stopped. When the expander clutch 25 is disconnected, the rotation of the shaft 22a of the refrigerant pump 22 stops, so the refrigerant pump 22 stops and the operation of the Rankine cycle 21 stops. Here, T2 is higher than T1 in the supercharging region as shown in FIG. 5B.

図5(b)より、過給領域においてもランキンサイクル21を運転したのでは、水冷凝縮器28が放熱する。サブラジエータ92の放熱能力には限りがあるので、過給領域で行う水冷凝縮器28の放熱の全てを熱交換できるわけでないので、サブラジエータ92出口の冷却水温度がその分上昇し、インタークーラの放熱を邪魔することとなる。そこで、本実施形態では、T1よりもT2のほうが高くなったときに膨張機クラッチ25を切断することで、過給領域での水冷インタークーラの放熱を邪魔しないようにするのである。   From FIG. 5B, when the Rankine cycle 21 is operated even in the supercharging region, the water-cooled condenser 28 radiates heat. Since the heat radiation capacity of the sub-radiator 92 is limited, not all heat radiation of the water-cooled condenser 28 performed in the supercharging region can be heat-exchanged. Therefore, the cooling water temperature at the outlet of the sub-radiator 92 increases correspondingly, and the intercooler 92 Will disturb the heat dissipation. Therefore, in the present embodiment, the expansion device clutch 25 is disconnected when T2 becomes higher than T1, so that the heat radiation of the water-cooled intercooler in the supercharging region is not disturbed.

このように、本実施形態によれば、膨張機27からエンジン2への回転力の伝導を断接する膨張機クラッチ25を備え、水冷凝縮器28(液冷凝縮器)入口の冷媒温度T1よりも水冷インタークーラ85(液冷インタークーラ)入口の吸気温度T2のほうが高くなったときには膨張機クラッチ25を切断することにより冷媒ポンプ22を停止させるので(図7のステップ3、5参照)、ランキンサイクル21の運転が停止し、水冷凝縮器28の放熱がなくなる。これによって、水冷凝縮器28の放熱が水冷インタークーラ85の放熱を邪魔することがなくなり、過給領域で水冷インタークーラ85を効率よく働かせることができる。   As described above, according to this embodiment, the expander clutch 25 that connects and disconnects the conduction of the rotational force from the expander 27 to the engine 2 is provided, and the refrigerant temperature T1 is higher than the refrigerant temperature T1 at the inlet of the water-cooled condenser 28 (liquid-cooled condenser). When the intake air temperature T2 at the inlet of the water-cooled intercooler 85 (liquid-cooled intercooler) becomes higher, the refrigerant pump 22 is stopped by disengaging the expander clutch 25 (see steps 3 and 5 in FIG. 7). 21 stops and the water-cooled condenser 28 dissipates heat. Thereby, the heat radiation of the water-cooled condenser 28 does not interfere with the heat radiation of the water-cooled intercooler 85, and the water-cooled intercooler 85 can be efficiently operated in the supercharging region.

(第2実施形態)
図8は第2実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図で、第1実施形態の図1と置き換わるものである。図1と同一部分には同一の符号を付している。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing the whole Rankine cycle system of the second embodiment, which replaces FIG. 1 of the first embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

第1実施形態では、水冷凝縮器入口の冷媒温度T1よりも水冷インタークーラ入口の吸気温度T2のほうが高くなったときに膨張機クラッチ25を切断することとして、過給領域で水冷インタークーラ85を効率よく働かせるようにした。しかしながら、膨張機クラッチ25が常時接続状態となる固着が生じることがある。膨張機クラッチ25に固着が生じたときには膨張機クラッチ25を切断することができない。膨張機クラッチ25を切断できないと、過給領域になっても水冷凝縮器25が放熱を続ける。すると、水冷凝縮器28の放熱が水冷インタークーラ85の放熱を邪魔することとなり、過給領域で水冷インタークーラ85を効率よく働かせることができなくなる。過給領域で水冷インタークーラ85を効率よく働かせることができないと、作動ガスの高温化でノッキングが生じ勝ちとなり、エンジンの燃費・出力が悪化する。   In the first embodiment, the expander clutch 25 is disconnected when the intake air temperature T2 at the water-cooled intercooler inlet becomes higher than the refrigerant temperature T1 at the water-cooled condenser inlet. I tried to work efficiently. However, sticking may occur where the expander clutch 25 is always connected. When the expander clutch 25 is stuck, the expander clutch 25 cannot be disconnected. If the expander clutch 25 cannot be disconnected, the water-cooled condenser 25 continues to dissipate heat even when the supercharging region is reached. Then, the heat radiation of the water-cooled condenser 28 interferes with the heat radiation of the water-cooled intercooler 85, and the water-cooled intercooler 85 cannot be efficiently operated in the supercharging region. If the water-cooled intercooler 85 cannot be operated efficiently in the supercharging region, knocking tends to occur due to the high temperature of the working gas, and the fuel consumption and output of the engine deteriorate.

そこで第2実施形態では、膨張機クラッチ25が常時接続状態となる固着が生じたときにはターボチャージャ81(過給機)による過給を中止する。   Therefore, in the second embodiment, the supercharging by the turbocharger 81 (supercharger) is stopped when the expander clutch 25 is fixed so as to be always connected.

具体的に説明すると、図9のフローはエンジンコントローラ61が膨張機クラッチ25に固着が生じたときにターボチャージャ81による過給を停止するためのもので、一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。   Specifically, the flow of FIG. 9 is for the engine controller 61 to stop the supercharging by the turbocharger 81 when the expander clutch 25 is stuck, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms). To do.

図9においてステップ11で膨張機クラッチ25に固着が生じたか否かをみる。ここでも、膨張機クラッチ25としての電磁式のクラッチでは、ソレノイドコイルへの通電で電磁力を発生させ、この電磁力で2つの部材を圧着させてクラッチを接続状態とする。また、ソレノイドコイルへの通電を停止し電磁力を消失させることで電磁式のクラッチを切断状態としているものとする。このとき、電磁式のクラッチに滑り入力のような大きな入力が入ることによって、2つの部材がはりついたり、焼き付いたりしてクラッチに固着が生じることがまれにあるのである。また、経時劣化などによってもクラッチに固着が生じ得る。また、ソレノイドコイルへの通電、非通電はリレーによって行っているので、リレーの故障によってクラッチ固着の状態が生じ得る。   In FIG. 9, it is determined whether or not the expander clutch 25 is stuck in step 11. Here again, in the electromagnetic clutch as the expander clutch 25, an electromagnetic force is generated by energizing the solenoid coil, and the two members are pressure-bonded by this electromagnetic force to bring the clutch into a connected state. Further, it is assumed that the electromagnetic clutch is disengaged by stopping energization of the solenoid coil and eliminating the electromagnetic force. At this time, when a large input such as a slip input is input to the electromagnetic clutch, the two members may stick to each other or stick to each other, and the clutch is rarely fixed. Further, the clutch may be stuck due to deterioration with time. In addition, since energization and de-energization of the solenoid coil is performed by a relay, a clutch lock state may occur due to a failure of the relay.

膨張機クラッチ25に固着が生じたか否かは、冷媒ポンプ軸22aの回転速度を検出するポンプ軸回転速度センサ101(図9参照)に基づけばよい。すなわち、過給領域ではランキンサイクル21を運転しないので、ソレノイドコイルへの通電を停止することで、膨張機クラッチ25を切断している。従って、ランキンサイクル21を運転しない過給領域でも冷媒ポンプ軸22aが回転していれば、膨張機クラッチ25に固着が生じていることとなる。そこで、ランキンサイクル21を運転しない過給領域でポンプ軸回転速度センサ101により検出される回転速度Npmpがゼロでなければ、膨張機クラッチ25に固着が生じていると判定できる。この判定結果、つまり膨張機クラッチ25に固着が生じているか否かの情報(データ)はメモリに記憶しておく。そして、ステップ11でこの情報をみて膨張機クラッチ25に固着が生じてなければそのまま今回の処理を終了する。   Whether or not the expander clutch 25 is stuck may be based on the pump shaft rotational speed sensor 101 (see FIG. 9) that detects the rotational speed of the refrigerant pump shaft 22a. That is, since the Rankine cycle 21 is not operated in the supercharging region, the expander clutch 25 is disconnected by stopping the energization of the solenoid coil. Therefore, if the refrigerant pump shaft 22a is rotating even in the supercharging region where the Rankine cycle 21 is not operated, the expander clutch 25 is stuck. Therefore, if the rotational speed Npmp detected by the pump shaft rotational speed sensor 101 is not zero in the supercharging region where the Rankine cycle 21 is not operated, it can be determined that the expander clutch 25 is stuck. This determination result, that is, information (data) indicating whether or not the expander clutch 25 is stuck is stored in the memory. Then, in step 11, if this information is seen and the expander clutch 25 is not fixed, the current process is terminated.

ステップ11で膨張機クラッチ25に固着が生じているときにはステップ12に進み、ターボチャージャ81による過給を停止するため、排気タービン82をバイパスする通路86に設けてあるウエイストゲートバルブ87(図8参照)を開く。同様に、第4実施形態で後述するスーパーチャージャ121の場合には(図13参照)、電磁式のクラッチ123をOFF(切断)とするか、バイパス弁125を全開とすることによってスーパーチャージャ121による過給を停止する。過給を停止する方法はこれに限らない。例えば、スロットル弁7の開度を全開側で制限することにより過給領域を用いないようにすることによっても、ターボチャージャ81やスーパーチャージャ121による過給を停止することができる。   When the expander clutch 25 is stuck in step 11, the process proceeds to step 12 where a waste gate valve 87 (see FIG. 8) provided in the passage 86 that bypasses the exhaust turbine 82 is used to stop supercharging by the turbocharger 81. )open. Similarly, in the case of the supercharger 121 described later in the fourth embodiment (see FIG. 13), the supercharger 121 is operated by turning off (disconnecting) the electromagnetic clutch 123 or fully opening the bypass valve 125. Stop supercharging. The method of stopping the supercharging is not limited to this. For example, the supercharging by the turbocharger 81 or the supercharger 121 can be stopped by restricting the opening degree of the throttle valve 7 on the fully open side so that the supercharging region is not used.

このように第2実施形態によれば、膨張機クラッチ25が常時接続状態となる固着が生じたときにはターボチャージャ81(過給機)による過給を中止するので(図9のステップ11、12参照)、膨張機クラッチ25に固着が生じたときにも、ターボチャージャ81を働かせることに伴うノッキングを抑制して、エンジンの燃費・出力の悪化を抑制することができる。   As described above, according to the second embodiment, the supercharge by the turbocharger 81 (supercharger) is stopped when the expander clutch 25 is fixed so as to be always connected (see steps 11 and 12 in FIG. 9). ) Even when the expander clutch 25 is fixed, knocking associated with the operation of the turbocharger 81 can be suppressed, and deterioration of fuel consumption and output of the engine can be suppressed.

(第3実施形態)
図10は第3実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図で、第1実施形態の図1と置き換わるものである。図1と同一部分には同一の符号を付している。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing the entire Rankine cycle system of the third embodiment, which replaces FIG. 1 of the first embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

ここで、水冷凝縮器28と水冷インタークーラ85を並列に接続した構成を見やすくため、図10より第2冷却水回路91のみを取り出した概略構成図を図11に示す。この図11を参照して第2冷却水回路91’を説明すると、サブラジエータ92の出口に接続する冷却水通路95を2つに分岐し、一方の分岐冷却水通路95aを水冷インタークーラ85に、他方の分岐冷却水通路95bを水冷凝縮器28に接続する。また、サブラジエータ92の入口に接続する冷却水通路97を2つに分岐し、一方の分岐冷却水通路97aを水冷インタークーラ85に、他方の分岐冷却水通路97bを水冷凝縮器に接続する。このようにして水冷凝縮器28と水冷インタークーラ85を並列接続したとき、冷却水ポンプ93出口の冷却水は、分岐冷却水通路95a、95bを介して水冷凝縮器28、水冷インタークーラ85に流れる。   Here, in order to make it easy to see the configuration in which the water-cooled condenser 28 and the water-cooled intercooler 85 are connected in parallel, FIG. 11 shows a schematic configuration diagram in which only the second cooling water circuit 91 is taken out from FIG. The second cooling water circuit 91 ′ will be described with reference to FIG. 11. The cooling water passage 95 connected to the outlet of the sub radiator 92 is branched into two, and one branch cooling water passage 95 a is connected to the water cooling intercooler 85. The other branch cooling water passage 95 b is connected to the water cooling condenser 28. Further, the cooling water passage 97 connected to the inlet of the sub radiator 92 is branched into two, one branch cooling water passage 97a is connected to the water cooling intercooler 85, and the other branch cooling water passage 97b is connected to the water cooling condenser. When the water-cooled condenser 28 and the water-cooled intercooler 85 are connected in parallel in this way, the cooling water at the outlet of the cooling water pump 93 flows to the water-cooled condenser 28 and the water-cooled intercooler 85 via the branch cooling water passages 95a and 95b. .

このように第3実施形態によれば、水冷インタークーラ85(液冷インタークーラ)と水冷凝縮器28(液冷凝縮器)とを並列に設け、これら85、92にサブラジエータ92(第2熱交換器)出口の冷却水(冷却液)を流すので、水冷インタークーラと水冷凝縮器とを直列に設けた第1実施形態の場合と同様に、サブラジエータ92の放熱能力を効果的に活用し、サブラジエータ92の放熱能力不足や大型化を回避できる。   Thus, according to the third embodiment, the water-cooled intercooler 85 (liquid-cooled intercooler) and the water-cooled condenser 28 (liquid-cooled condenser) are provided in parallel, and the sub-radiator 92 (second heat Since the cooling water (coolant) at the outlet flows, the heat dissipation capability of the sub-radiator 92 is effectively utilized as in the first embodiment in which a water-cooled intercooler and a water-cooled condenser are provided in series. In addition, it is possible to avoid insufficient heat dissipation capability and increase in size of the sub radiator 92.

次に、第3実施形態においても、膨張機クラッチに固着が生じたときの対策を考える。すなわち、第2実施形態では水冷凝縮器28と水冷インタークーラ85とを直列に接続した第2冷却水回路91を前提として、膨張機クラッチ25に固着が生じたときにターボチャージャ81による過給を停止した。一方、第3実施形態形態では、水冷凝縮器28と水冷インタークーラ85とを並列に接続した第2冷却水回路91’を前提として、膨張機クラッチ25に固着が生じたときに水冷凝縮器28への冷却水の流れを遮断する。   Next, also in the third embodiment, a measure when the expander clutch is stuck is considered. That is, in the second embodiment, on the premise of the second cooling water circuit 91 in which the water-cooled condenser 28 and the water-cooled intercooler 85 are connected in series, supercharging by the turbocharger 81 is performed when the expander clutch 25 is stuck. Stopped. On the other hand, in the third embodiment, on the premise of the second cooling water circuit 91 ′ in which the water-cooled condenser 28 and the water-cooled intercooler 85 are connected in parallel, the water-cooled condenser 28 is fixed when the expander clutch 25 is fixed. Shut off the cooling water flow to the.

膨張機クラッチが常時接続状態となる固着が生じたときには水冷凝縮器28への冷却水の流れを遮断するため、分岐冷却水通路95bに常開の開閉弁111を設ける。開閉弁111は、例えば電磁式の弁から構成され、ON信号を与えたとき全閉となり、OFF信号を与えることによって全開状態に戻る。なお、分岐冷却水通路97bに常開の開閉弁111を設けてもかまわない。   In order to cut off the flow of the cooling water to the water-cooled condenser 28 when the expansion clutch is fixed so as to be always connected, a normally open on-off valve 111 is provided in the branch cooling water passage 95b. The on-off valve 111 is composed of, for example, an electromagnetic valve, and is fully closed when an ON signal is applied, and returns to a fully open state when an OFF signal is applied. A normally open on-off valve 111 may be provided in the branch cooling water passage 97b.

図12のフローは第3実施形態の膨張機クラッチ25に固着が生じたときに開閉弁111を制御するためのもので、エンジンコントローラ61が一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。   The flow in FIG. 12 is for controlling the on-off valve 111 when the expander clutch 25 of the third embodiment is fixed, and is executed by the engine controller 61 at regular intervals (for example, every 10 ms).

ステップ21では、過給領域にあるか否かをみる。過給領域にあるか否かはエンジントルクに基づいて判定すればよい。例えば、エンジン負荷に基づいてエンジントルクを算出し、この算出したトルクと所定値aを比較し、算出したエンジントルクが所定値a以上であれば過給領域にあると、算出したエンジントルクが所定値a未満であれば非過給領域にあると判定する。ここで、エンジントルクの代用値としては、アクセルペダルの開度や、ガソリンエンジンでは燃料噴射制御に用いられる基本噴射パルス幅を用いればよい。エンジントルクより過給領域にないと判定されたときにはそのまま今回の処理を終了する。   In step 21, it is determined whether or not the vehicle is in the supercharging region. Whether or not it is in the supercharging region may be determined based on the engine torque. For example, the engine torque is calculated based on the engine load, the calculated torque is compared with a predetermined value a, and if the calculated engine torque is equal to or greater than the predetermined value a, the calculated engine torque is If it is less than the value a, it is determined that it is in the non-supercharging region. Here, as a substitute value of the engine torque, an opening degree of an accelerator pedal or a basic injection pulse width used for fuel injection control in a gasoline engine may be used. If it is determined that the engine torque is not in the supercharging region, the current process is terminated.

ステップ21でエンジントルクより過給領域にあると判定されたときにはステップ22に進み、膨張機クラッチ25に常時接続状態となる固着が生じているか否かをみる。膨張機クラッチ25に固着が生じていないときにはステップ23に進み開閉弁111にOFF信号を出力し開閉弁111を全開状態とする。   When it is determined in step 21 that the engine torque is in the supercharging region, the process proceeds to step 22 to check whether or not the expander clutch 25 is stuck in a constantly connected state. When the expander clutch 25 is not fixed, the process proceeds to step 23 to output an OFF signal to the on-off valve 111 to open the on-off valve 111 fully.

ステップ22で膨張機クラッチ25に固着が生じているときにはステップ24に進み、開閉弁111にON信号を出力し開閉弁111を全閉状態とする。これによって、図11において水冷凝縮器28に冷却水が流れなくなるので、水冷凝縮器28の放熱により温度上昇した冷却水がサブラジエータ92に戻されることがなくなる。   When the expander clutch 25 is stuck in step 22, the process proceeds to step 24, where an ON signal is output to the on-off valve 111 and the on-off valve 111 is fully closed. Accordingly, in FIG. 11, the cooling water does not flow to the water-cooled condenser 28, so that the cooling water whose temperature has increased due to the heat radiation of the water-cooled condenser 28 is not returned to the sub-radiator 92.

第3実施形態によれば、膨張機27からエンジン2への回転力の伝導を断接する膨張機クラッチ25と、分岐冷却水通路95b(液冷凝縮器に流れる冷却液通路)を開閉する開閉弁111とを備え、膨張機クラッチ25が常時接続状態となる固着が生じたときには開閉弁111を閉じるので(図12のステップ22、24参照)、膨張機クラッチ25に固着が生じて、ランキンサイクル21が常時熱回収状態となり水冷凝縮器28の放熱があっても、水冷凝縮器28に冷却水が流れることがないので、冷却水温度が上昇しない。つまり、水冷凝縮器28の放熱が水冷インタークーラ85の放熱を邪魔しないので、サブラジエータ92の能力を超えないようにすることができる。   According to the third embodiment, the expander clutch 25 that connects / disconnects the transmission of the rotational force from the expander 27 to the engine 2 and the open / close valve that opens and closes the branch cooling water passage 95b (the coolant passage that flows through the liquid cooling condenser). 111, and the on-off valve 111 is closed when the expander clutch 25 is fixed so that the expander clutch 25 is always connected (see steps 22 and 24 in FIG. 12), the expander clutch 25 is fixed and the Rankine cycle 21 is closed. However, even if there is a heat recovery state and the water-cooled condenser 28 radiates heat, the cooling water does not flow through the water-cooled condenser 28, so the cooling water temperature does not rise. That is, since the heat radiation of the water-cooled condenser 28 does not interfere with the heat radiation of the water-cooled intercooler 85, the capacity of the sub radiator 92 can be prevented.

(第4実施形態)
図13は第4実施形態の第2冷却水回路91の概略構成図である。第1実施形態の図1と同一部分には同一の符号を付している。なお、ランキンサイクル21は第1実施形態と同じに構成されているが、図13には水冷凝縮器28しか示していない。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the second cooling water circuit 91 of the fourth embodiment. The same parts as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The Rankine cycle 21 is configured in the same manner as in the first embodiment, but only the water-cooled condenser 28 is shown in FIG.

第1実施形態では、ランキンサイクル21とターボチャージャ81を組み合わせた場合に、ランキンサイクル21の凝縮器28及びインタークーラ85を共に水冷に変更して第2冷却水回路91を構成するものであった。一方、第4実施形態は、ランキンサイクル21とスーパーチャージャ121(過給機)を組み合わせた場合に、ランキンサイクル21の凝縮器28及びスーパーチャージャ用のインタークーラ85を共に水冷に変更して第2冷却水回路91を構成するものである。   In the first embodiment, when the Rankine cycle 21 and the turbocharger 81 are combined, the condenser 28 and the intercooler 85 of the Rankine cycle 21 are both changed to water cooling, and the second cooling water circuit 91 is configured. . On the other hand, in the fourth embodiment, when the Rankine cycle 21 and the supercharger 121 (supercharger) are combined, the condenser 28 of the Rankine cycle 21 and the intercooler 85 for the supercharger are both changed to water cooling. The cooling water circuit 91 is configured.

まず、スーパーチャージャ121の構成を簡単に説明すると、図13においてスロットル弁7上流の吸気管6にスーパーチャージャ121を備える。ここでのスーパーチャージャ121はリショルム式で説明するが、リショルム式に限定されるものでない。スーパーチャージャ121をエンジン2により駆動するため、スーパーチャージャ121のプーリ121aとクランクシャフトプーリ2aとにベルト122を掛け回し、クランクシャフトの回転力をベルト122を介してプーリ121aに伝える。   First, the configuration of the supercharger 121 will be briefly described. The supercharger 121 is provided in the intake pipe 6 upstream of the throttle valve 7 in FIG. Here, the supercharger 121 will be described using the Rishorum type, but is not limited to the Rishorum type. In order to drive the supercharger 121 by the engine 2, the belt 122 is wound around the pulley 121 a and the crankshaft pulley 2 a of the supercharger 121, and the rotational force of the crankshaft is transmitted to the pulley 121 a via the belt 122.

プーリ121aとスーパーチャージャ121の駆動軸121bの間にエンジンコントローラ61によってON、OFF制御する電磁式のクラッチ123を設ける。なお、電磁式のクラッチ123はなくてもかまわない。   An electromagnetic clutch 123 that is ON / OFF controlled by the engine controller 61 is provided between the pulley 121 a and the drive shaft 121 b of the supercharger 121. The electromagnetic clutch 123 may not be provided.

スーパーチャージャ121をバイパスする通路124が設けられ、このバイパス通路124に、エンジンコントローラ61により制御されるデューティ制御可能なバイパス弁125を有している。   A passage 124 for bypassing the supercharger 121 is provided, and the bypass passage 124 includes a bypass valve 125 capable of duty control controlled by the engine controller 61.

エンジンコンローラ61では、電磁式のクラッチ123をONとすると共に、バイパス弁125を全閉とすることで、スーパーチャージャ121を運転する。すなわち、電磁式のクラッチ123をONにしてプーリ121aと駆動軸121bを接続したとき、スーパーチャージャ121の内部で一対のねじれたスクリュー状のロータが逆方向に回転し空気を吸入して吐出する(過給する)。   The engine controller 61 operates the supercharger 121 by turning on the electromagnetic clutch 123 and fully closing the bypass valve 125. That is, when the electromagnetic clutch 123 is turned on and the pulley 121a and the drive shaft 121b are connected, a pair of twisted screw-shaped rotors rotate in the reverse direction inside the supercharger 121 to suck and discharge air ( Supercharged).

スーパーチャージャ121により圧縮された吸気は高温・高圧となるため、この高温・高圧となった吸気を冷却する空冷インタークーラ126を、スーパーチャージャ121とスロットル弁7の間の吸気管6に設けている。   Since the intake air compressed by the supercharger 121 becomes high temperature and high pressure, an air cooling intercooler 126 that cools the intake air that has become high temperature and high pressure is provided in the intake pipe 6 between the supercharger 121 and the throttle valve 7. .

一方、スーパーチャージャ121の運転を停止するには、電磁式のクラッチ123をONとした状態でバイパス弁125を全開とするか、または電磁式のクラッチ123をOFFとする。   On the other hand, in order to stop the operation of the supercharger 121, the bypass valve 125 is fully opened while the electromagnetic clutch 123 is ON, or the electromagnetic clutch 123 is OFF.

このように構成されるスーパーチャージャ121を備えるエンジン2の場合にも、スロットル弁7の開度とバイパス弁125の開度とを協調制御することで、自然吸気ではこれ以上吸気を燃焼室に供給できなくなるスロットル弁開度付近よりスーパーチャージャ121による過給を行わせることができる。このときには、エンジントルクに対する水冷インタークーラ126の放熱量、水冷インタークーラ入口吸気温度の特性は図5(a)、図5(b)と同様となる。なお、スーパーチャージャ121の使い方としてはこれに限られるものでない。   Even in the case of the engine 2 including the supercharger 121 configured as described above, by controlling the opening degree of the throttle valve 7 and the opening degree of the bypass valve 125 in a coordinated manner, more intake air is supplied to the combustion chamber in natural intake air. Supercharging by the supercharger 121 can be performed from the vicinity of the throttle valve opening that cannot be performed. At this time, the characteristics of the heat dissipation amount of the water-cooled intercooler 126 with respect to the engine torque and the intake air temperature of the water-cooled intercooler inlet are the same as those in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Note that the usage of the supercharger 121 is not limited to this.

第4実施形態では上記スーパーチャージャ121と、前述の基本発明のランキンサイクル21を組み合わせる場合に、ランキンサイクル21の空冷凝縮器28及び空冷インタークーラ126を水冷に変更し、水冷凝縮器、水冷インタークーラを含む第2冷却水回路91を構成する。なお、水冷凝縮器、水冷インタークーラに付する符号としては、空冷凝縮器28、空冷インタークーラ126に付している符号と同じ符号を付するものとする。   In the fourth embodiment, when the supercharger 121 and the Rankine cycle 21 of the basic invention described above are combined, the air-cooled condenser 28 and the air-cooled intercooler 126 of the Rankine cycle 21 are changed to water-cooled, and the water-cooled condenser and water-cooled intercooler are changed. The 2nd cooling water circuit 91 containing is comprised. In addition, as a code | symbol attached | subjected to a water cooling condenser and a water cooling intercooler, the code | symbol same as the code | symbol attached to the air cooling condenser 28 and the air cooling intercooler 126 shall be attached | subjected.

第2冷却水回路91は、水冷凝縮器28、水冷インタークーラ126、サブラジエータ92(第2凝縮器)、冷却水ポンプ93を備え、各構成要素を冷却水が循環する冷却水通路95〜97により接続する。   The second cooling water circuit 91 includes a water cooling condenser 28, a water cooling intercooler 126, a sub radiator 92 (second condenser), and a cooling water pump 93, and cooling water passages 95 to 97 through which the cooling water circulates through the respective constituent elements. Connect with.

第4実施形態は、第1実施形態のターボチャージャに代えてスーパーチャージャとしただけのものであるので、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。   Since the fourth embodiment is merely a supercharger instead of the turbocharger of the first embodiment, the same operational effects as the first embodiment can be obtained.

実施形態では、第2冷却水回路91、91’を流れる液体が冷却水である場合で説明したが、これに限られるものでない。冷却水と同等の冷却用の液体であればよい。   In the embodiment, the case where the liquid flowing through the second cooling water circuits 91 and 91 ′ is cooling water has been described, but the present invention is not limited to this. Any cooling liquid equivalent to cooling water may be used.

実施形態では、冷媒ポンプ22と膨張機27を同軸で連結配置し、膨張機27の出力(動力)で冷媒ポンプ22を駆動すると共に、動力を伝導装置を介してエンジン2の出力軸に供給する場合(動力回生)で説明したが、この場合に限定されるものでない。例えば、冷媒ポンプ、膨張機及びモータジェネレータを同軸で連結配置し、膨張機の出力(動力)で冷媒ポンプ及びモータジェネレータを駆動し、動力を電力として回収する場合(電力回生)にも本発明を適用できる。   In the embodiment, the refrigerant pump 22 and the expander 27 are coaxially connected, and the refrigerant pump 22 is driven by the output (power) of the expander 27 and the power is supplied to the output shaft of the engine 2 via the transmission device. Although described in the case (power regeneration), it is not limited to this case. For example, the present invention is also applied to a case where a refrigerant pump, an expander, and a motor generator are coaxially connected and driven, and the refrigerant pump and motor generator are driven by the output (power) of the expander and the power is recovered as electric power (power regeneration). Applicable.

2 エンジン
21 ランキンサイクル
22 冷媒ポンプ
25 膨張機クラッチ
26 蒸発器
27 膨張機
28 水冷凝縮器
61 エンジンコントローラ
81 ターボチャージャ(過給機)
85 水冷インタークーラ
91、91’ 第2冷却水回路
92 サブラジエータ(第2熱交換器)
93 冷却水ポンプ
95〜97 冷却水通路(冷却液通路)
121 スーパーチャージャ(過給機)
126 水冷インタークーラ
2 Engine 21 Rankine cycle 22 Refrigerant pump 25 Expander clutch 26 Evaporator 27 Expander 28 Water-cooled condenser 61 Engine controller 81 Turbocharger (supercharger)
85 Water-cooled intercooler 91, 91 ′ Second cooling water circuit 92 Sub-radiator (second heat exchanger)
93 Cooling water pump 95-97 Cooling water passage (cooling fluid passage)
121 Supercharger (supercharger)
126 Water-cooled intercooler

Claims (6)

エンジンの廃熱を、エンジン冷却水を介して冷媒に回収する熱交換器、この熱交換器出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機、この膨張機を出た冷媒を凝縮させる凝縮器、この凝縮器からの冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒ポンプを含むランキンサイクルと、
吸気を過給する過給機と
前記過給機により過給される吸気を冷却するインタークーラと
を備え、
前記凝縮器は前記膨張機を出た冷媒を冷却液との熱交換によって凝縮させる液冷凝縮器であり、
前記インタークーラは冷却液との熱交換によって吸気を冷却する液冷インタークーラであり、
前記液冷凝縮器と、前記液冷インタークーラと、前記冷却液を冷却する第2熱交換器と、前記第2熱交換器を出た冷却液を吐出するポンプとを、前記エンジン冷却水とは独立の回路を形成する冷却液通路で接続することを特徴とするエンジンの廃熱利用装置。
A heat exchanger that recovers engine waste heat into a refrigerant via engine cooling water, an expander that generates power using the refrigerant at the outlet of the heat exchanger, a condenser that condenses the refrigerant that has left the expander, A Rankine cycle including a refrigerant pump for supplying refrigerant from the condenser to the heat exchanger;
A supercharger for supercharging intake air, and an intercooler for cooling the intake air supercharged by the supercharger,
The condenser is a liquid-cooled condenser that condenses the refrigerant exiting the expander by heat exchange with a coolant,
The intercooler is a liquid cooling intercooler that cools the intake air by heat exchange with the cooling liquid,
The engine cooling water, the liquid cooling condenser, the liquid cooling intercooler, a second heat exchanger that cools the cooling liquid, and a pump that discharges the cooling liquid exiting the second heat exchanger. Is a waste heat utilization device for an engine, which is connected by a coolant passage forming an independent circuit .
前記液冷インタークーラと前記液冷凝縮器とを直列に設け、
上流から液冷インタークーラ、液冷凝縮器の順に前記第2熱交換器出口の冷却液を流すことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの廃熱利用装置。
The liquid-cooled intercooler and the liquid-cooled condenser are provided in series,
2. The engine waste heat utilization apparatus according to claim 1, wherein the coolant at the outlet of the second heat exchanger flows in the order of a liquid cooling intercooler and a liquid cooling condenser from upstream.
前記膨張機から前記エンジンへの回転力の伝導を断接するクラッチを備え、
前記液冷凝縮器入口の冷媒温度よりも前記液冷インタークーラ入口の吸気温度のほうが高くなったときには前記冷媒ポンプを停止させることを特徴とする請求項2に記載のエンジンの廃熱利用装置。
A clutch that connects and disconnects the transmission of rotational force from the expander to the engine;
3. The engine waste heat utilization apparatus according to claim 2, wherein the refrigerant pump is stopped when an intake air temperature at the liquid-cooled intercooler inlet becomes higher than a refrigerant temperature at the liquid-cooled condenser inlet.
前記クラッチが常時接続状態となる固着が生じたときには前記過給機による過給を中止することを特徴とする請求項3に記載のエンジンの廃熱利用装置。   The engine waste heat utilization apparatus according to claim 3, wherein supercharging by the supercharger is stopped when the clutch is fixed so that the clutch is always connected. 前記液冷インタークーラと前記液冷凝縮器とを並列に設け、
これらに前記第2熱交換器出口の冷却液を流すことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの廃熱利用装置。
The liquid-cooled intercooler and the liquid-cooled condenser are provided in parallel,
2. The engine waste heat utilization apparatus according to claim 1, wherein a coolant at an outlet of the second heat exchanger is allowed to flow through these.
前記膨張機から前記エンジンへの回転力の伝導を断接するクラッチと、
前記液冷凝縮器に流れる冷却液通路を開閉する開閉弁と
を備え、
前記クラッチが常時接続状態となる固着が生じたときには前記開閉弁を閉じることを特徴とすることを特徴とする請求項5に記載のエンジンの廃熱利用装置。
A clutch that connects and disconnects the transmission of rotational force from the expander to the engine;
An on-off valve that opens and closes a coolant passage that flows to the liquid-cooled condenser,
6. The engine waste heat utilization apparatus according to claim 5, wherein the on-off valve is closed when the clutch is fixed so that the clutch is always connected.
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