JP6222014B2

JP6222014B2 - 車両用減速回生制御装置

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Publication number: JP6222014B2
Application number: JP2014176993A
Authority: JP
Inventors: 敏貴 ▲高▼橋
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2034-09-01
Also published as: JP2016049899A

Description

本発明は、車両用減速回生制御装置に関し、特に、エンジンの排熱を利用して発電する装置におけるエネルギーロスの低減を図る技術に関する。

近年、車両の燃費性能向上を目的として、エンジン等から発生するエネルギーを回収して蓄積し、加速走行時等に利用するシステムが開発されている。その例として、特許文献１には、減速走行時に油圧ポンプモータを作動させて作動流体を高圧蓄圧器に蓄圧し、加速走行時に蓄積された油圧エネルギーによって油圧ポンプモータを駆動する油圧システムが開示されている。また、特許文献２には、ポンプによって循環する冷却液を用いてエンジンからの排熱を回収し、回収した排熱によって発電してバッテリ等の蓄電装置に電気エネルギーを蓄えるエンジン排熱回収システムが開示されている。

特開２０１２−１１１３４５号公報特開２００５−１１３７４０号公報

しかしながら、特許文献２のエンジン排熱回収システムでは、作動流体を循環させるためのポンプが必要であるため、エネルギーロスの一つであるポンプロスが発生する虞がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジン排熱回収システムにおけるエネルギーロスを減らすことにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、減速回生時に低圧側アキュムレータから高圧側アキュムレータに蓄圧される作動流体を排熱回収媒体として利用し、低圧側アキュムレータから作動流体を排熱回収システムに直接送る構造としたものである。

具体的には、本発明は、車両の減速時に車両の駆動輪から入力される動力によって低圧側アキュムレータ内の作動流体を高圧側アキュムレータに圧送して蓄圧すると共に、該高圧側アキュムレータに蓄えられた圧力エネルギーを動力に変換して車両の駆動輪に対して出力する変換装置を備えた車両用減速回生制御装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、上記低圧側アキュムレータ及び高圧側アキュムレータからの作動流体によって車両の内燃機関の排熱を回収し、回収した排熱によって発電して電力を蓄電装置に蓄える排熱回収システムと、作動流体を上記低圧側アキュムレータ又は上記高圧側アキュムレータから上記排熱回収システムに供給すると共に、該排熱回収システムから上記低圧側アキュムレータに戻す、ポンプを含まない循環機構と、をさらに備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、ポンプを含まない循環機構によって、低圧側アキュムレータ又は高圧側アキュムレータから作動流体を排熱回収システムに供給すると共に、発電に用いられた作動流体を低圧側アキュムレータに戻しているため、従来の排熱回収のためのポンプが不要となる。したがって、エネルギーロスが低減される。

第２の発明は、第１の発明において、上記排熱回収システムは、上記低圧側アキュムレータ又は高圧側アキュムレータからの作動流体を上記内燃機関の排熱によって蒸発させる排熱回収蒸発器と、該排熱回収蒸発器で蒸発した作動流体を膨張させる膨張器と、該膨張器で膨張した作動流体によって駆動されて発電し、電力を上記蓄電装置に蓄える発電システムと、該膨張器からの作動流体を凝縮して上記低圧側アキュムレータに戻す排熱回収凝縮器と、を有することを特徴とする。

第２の発明によれば、排熱回収システムがランキンサイクルを構成しているため、比較的高いエネルギー回収効率を実現することができる。

第３の発明は、第２の発明において、上記排熱回収システムは、上記排熱回収凝縮器で凝縮された作動流体を貯留する排熱回収貯留槽と、該排熱回収貯留槽から上記低圧側アキュムレータへ流れる作動流体の流量を調整する排熱回収調整弁と、を有することを特徴とする。

第３の発明によれば、排熱回収調整弁によって排熱回収貯留槽から低圧側アキュムレータに流す作動流体の流量を調整するため、低圧側アキュムレータに大きな流体圧が作用するのを防ぐことができる。したがって、低圧側アキュムレータに悪影響を与えるのを回避することができる。

第４の発明は、第３の発明において、上記排熱回収調整弁は、上記排熱回収蒸発器内の作動流体の温度及び上記低圧側アキュムレータ内の圧力に基づいて制御されることを特徴とする。

第４の発明によれば、ランキンサイクルを構成する排熱回収蒸発器内の作動流体の温度及び該排熱回収蒸発器に作動流体を供給する低圧側アキュムレータ内の圧力に基づいて排熱回収調整弁を制御し、エネルギー回収効率の高い条件で排熱回収蒸発器に作動流体を流すので、排熱から高効率でエネルギーを回収することができる。

第５の発明は、第２乃至第４のいずれか１つの発明において、車両には、上記低圧側アキュムレータ及び高圧側アキュムレータに接続された圧縮機を有する空調システムが設けられ、車両の高速巡航時、又は、上記高圧側アキュムレータ内の圧力が所定圧以下の場合、上記圧縮機によって作動流体を上記循環機構及び空調システムに供給することを特徴とする。

第５の発明によれば、車両の高速巡航時、又は、高圧側アキュムレータにおける作動流体の圧力が所定圧以下の場合には、低圧側アキュムレータ又は高圧側アキュムレータから排熱回収システムへ作動流体を比較的高い圧力で送ることができないものの、空調システムの圧縮機によって排熱回収システムに作動流体を圧送することができるので、排熱回収を高効率で実現することができる。

第６の発明は、第５の発明において、上記空調システムは、上記低圧側アキュムレータ及び高圧側アキュムレータからの作動流体を蒸発させる空調用蒸発器と、該空調用蒸発器で蒸発した作動流体を圧縮する上記圧縮機と、該圧縮機からの作動流体を凝縮する空調用凝縮器と、該空調用凝縮器で凝縮された作動流体を貯留する空調用貯留槽と、該空調用貯留槽から上記低圧側アキュムレータへ流れる作動流体の流量を調整する空調用調整弁と、を有することを特徴とする。

第６の発明によれば、空調用貯留槽から低圧側アキュムレータに流す作動流体の流量を空調用調整弁によって調整するので、低圧側アキュムレータに大きな流体圧が作用するのを防止することができる。したがって、低圧側アキュムレータに悪影響を与えるのを回避することができる。

第７の発明は、第６の発明において、上記空調用調整弁は、上記排熱回収蒸発器内の作動流体の温度及び上記低圧側アキュムレータ内の圧力に基づいて制御されることを特徴とする。

第７の発明によれば、排熱回収蒸発器が上述の如くランキンサイクルを構成し、この排熱回収蒸発器内の作動流体の温度及び該排熱回収蒸発器に作動流体を供給する低圧側アキュムレータ内の圧力に基づいて空調用調整弁を制御して、エネルギー回収効率の高い条件で低圧側アキュムレータに作動流体を流すので、排熱から高効率でエネルギーを回収することができる。

第８の発明は、第２乃至第７のいずれか１つの発明において、上記低圧側アキュムレータから排熱回収蒸発器に流れる作動流体の流量を調整する流調弁をさらに備えることを特徴とする。

第８の発明によれば、低圧側アキュムレータから排熱回収蒸発器に流れる作動流体を適切に調整することができる。

第９の発明は、第８の発明において、上記流調弁は、上記排熱回収蒸発器内の作動流体の温度及び上記低圧側アキュムレータ内の圧力に基づいて制御されることを特徴とする。

第９の発明によれば、排熱回収蒸発器が上述の如くランキンサイクルを構成し、この排熱回収蒸発器内の作動流体の温度及び該排熱回収蒸発器に作動流体を供給する低圧側アキュムレータ内の圧力に基づいて流調弁を制御して、エネルギー回収効率の高い条件で排熱回収蒸発器に作動流体を流すので、排熱から高効率でエネルギーを回収することができる。

第１０の発明は、第１の発明において、車両には、上記低圧側アキュムレータ及び高圧側アキュムレータに接続された圧縮機を有する空調システムが設けられ、車両の高速巡航時、又は、上記高圧側アキュムレータ内の圧力が所定圧以下の場合、上記圧縮機によって作動流体を上記循環機構及び空調システムに供給することを特徴とする。

第１０の発明によれば、車両の高速巡航時、又は、高圧側アキュムレータにおける作動流体の圧力が所定圧以下の場合には、低圧側アキュムレータ又は高圧側アキュムレータから排熱回収システムへ作動流体を比較的高い圧力で送ることができないものの、空調システムの圧縮機によって排熱回収システムに作動流体を圧送することができるので、排熱回収を高効率で実現することができる。

第１１の発明は、第１０の発明において、上記空調システムは、上記低圧側アキュムレータ及び高圧側アキュムレータからの作動流体を蒸発させる空調用蒸発器と、該空調用蒸発器で蒸発した作動流体を圧縮する上記圧縮機と、該圧縮機からの作動流体を凝縮する空調用凝縮器と、該空調用凝縮器で凝縮された作動流体を貯留する空調用貯留槽と、該空調用貯留槽から上記低圧側アキュムレータへ流れる作動流体の流量を調整する空調用調整弁と、を有することを特徴とする。

第１１の発明によれば、空調用貯留槽から低圧側アキュムレータに流す作動流体の流量を空調用調整弁によって調整するので、低圧側アキュムレータに大きな流体圧が作用するのを防止することができる。したがって、低圧側アキュムレータに悪影響を与えるのを回避することができる。

第１２の発明は、第１乃至第１１のいずれか１つの発明において、上記排熱回収システムは、排熱を回収した作動流体の保有する熱により熱電変換する半導体を有することを特徴とする。

第１２の発明によれば、熱電素子という簡単な構成で効率良くエネルギーを回収することができる。

以上、本発明によれば、エンジン排熱回収システムにおけるエネルギーロスの減らすことができる。

本発明の第１実施形態に係る車両用減速回生制御装置を備えた車両の概略構成を示す図である。第１実施形態に係る車両用減速回生制御装置の制御ブロック図である。第１実施形態に係る車両用減速回生制御装置の制御を示すフローチャート図である。第１実施形態に係る車両用減速回生制御装置の制御を示すフローチャート図である。排熱回収システムにおける熱力学サイクルを示すモリエ線図である。本発明の第１実施形態の変形例に係る車両用減速回生制御装置を備えた車両の概略構成を示す図である。本発明の第２実施形態に係る車両用減速回生制御装置を備えた車両の概略構成を示す図である。第２実施形態に係る車両用減速回生制御装置の制御ブロック図である。第２実施形態に係る車両用減速回生制御装置の制御を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

《発明の第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用減速回生制御装置１を備えた車両の概略構成を示すブロック図である。

上記車両は、走行駆動源として、内燃機関であるエンジン３と、流体圧ポンプモータ（以下、流体圧Ｐ／Ｍという。）５（変換装置）と、を備える。エンジン３の回転軸と流体圧Ｐ／Ｍ５の回転軸は一体となり（符号７で示す）、この回転軸７が差動装置９を介して車軸１１に連結されている。車軸１１には、駆動輪１３，１３が連結されている。回転軸７にはクラッチ１５が設けられており、クラッチ１５によってエンジン３及び流体圧Ｐ／Ｍ５と駆動輪１３，１３とが断続する。なお、図１では、回転軸７及び車軸１１を破線で示している。

エンジン３は、多気筒エンジンである。このエンジン３には、吸気通路（図示せず）及び排気通路１７が連通している。排気通路１７には、排気ガス中のＨＣやＣＯ、ＮＯｘなどの有害成分を浄化するための三元触媒を用いた排気浄化装置１９が配設されていると共に、排気浄化装置１９の下流側には、排気ガスの爆発音のエネルギーの圧力変動を打ち消し、吸収させて静音化するマフラー２１が配設されている。なお、図１では、排気通路１７を一点鎖線で示している。

流体圧Ｐ／Ｍ５は、冷媒流路を構成する回生用冷媒配管２３を通じて高圧蓄圧器２５（高圧側アキュムレータ）と低圧リザーバ２７（低圧側アキュムレータ）に接続されている。冷媒には、例えばＲ１３４ａフロンガスが用いられる。高圧蓄圧器２５は、冷媒を加圧状態で蓄えることができる蓄圧装置の一例である。流体圧Ｐ／Ｍ５は、車両減速回生時等に車両の駆動輪によって駆動されることにより低圧リザーバ２７から冷媒を吸い込んで高圧蓄圧器２５に冷媒圧を蓄える流体圧ポンプとして作動すると共に、車両の力行時に高圧蓄圧器２５から供給される冷媒圧によって車両の駆動輪を駆動する流体圧モータとして作動する。流体圧Ｐ／Ｍ５が流体圧ポンプとして作動するか流体圧モータとして作動するかは、後述するＶＣＭ７３によって切り替えられる。

回生用冷媒配管２３は、流体圧Ｐ／Ｍ５の高圧蓄圧器２５側の高圧配管２９と、低圧リザーバ２７側の低圧配管３１とによって構成されている。低圧配管３１から分岐する低圧分岐管３３は、後述する排熱回収システム４１の排熱回収エバポ４９（排熱回収蒸発器）に繋がっている。高圧配管２９から分岐する高圧分岐管３５は、低圧分岐管３３に繋がっている。高圧配管２９と高圧分岐管３５との分岐点には、三方弁で構成される蓄圧器バルブ３７が設けられている一方、低圧配管３１と低圧分岐管３３との分岐点には、同じく三方弁で構成されるリザーババルブ３９が設けられている。

蓄圧器バルブ３７によって高圧配管２９が開くと共に、リザーババルブ３９によって低圧配管３１が開いて、回生用冷媒配管２３に冷媒が流れると、流体圧Ｐ／Ｍ５を介して高圧蓄圧器２５と低圧リザーバ２７との間で冷媒のやり取りが行われる。一方、蓄圧器バルブ３７によって高圧配管２９が閉じると共に、リザーババルブ３９によって低圧配管３１が閉じると、回生用冷媒配管２３に冷媒が流れず、高圧蓄圧器２５に蓄えられた蓄圧エネルギーによって駆動輪１３，１３が駆動されることも、高圧蓄圧器２５に蓄圧されることもない。

車両用減速回生制御装置１は、減速回生用の冷媒を利用して、エンジン３で発生する排熱からエネルギーを回収する排熱回収システム４１をさらに備えている。

排熱回収システム４１は、エンジン３の排熱からエネルギーを回収するランキンサイクル４３と、ランキンサイクル４３で回収されたエネルギーによって発電・蓄電する蓄電システム４５と、ランキンサイクル４３と高圧蓄圧器２５及び低圧リザーバ２７との間で冷媒を循環させる、ポンプを含まない循環機構４７と、を有している。

ランキンサイクル４３は、高圧蓄圧器２５又は低圧リザーバ２７から低圧分岐管３３を介して流れる冷媒をエンジン３の排熱によって蒸発させる排熱回収エバポ４９と、排熱回収エバポ４９の下流側に配置され、蒸発した冷媒を膨張させる膨張器５１と、膨張器５１の下流側に配置され、膨張した冷媒を冷却して凝縮する排熱回収凝縮器５３と、排熱回収凝縮器５３の下流側に配置され、凝縮した冷媒を貯留する排熱回収貯留槽５５と、を有している。排熱回収エバポ４９は、エンジン３内の図示しないウォータジャケットと連通するエンジン冷却水路５７を介してエンジン３と繋がっている。エンジン冷却水は、エンジン冷却水路５７を循環し、エンジン３から排熱を回収して排熱回収エバポ４９に流入し、冷媒を加熱する。これにより、排熱回収エバポ４９に流入した冷媒が蒸発する。なお、図１では、エンジン冷却水路５７を二点鎖線で示している。

蓄電システム４５は、ランキンサイクル４３の膨張器５１の出力軸５９に連結された発電機６１と、発電した電力を蓄電するバッテリ６３（蓄電装置）と、を有している。発電機６１は、膨張器５１で蒸発した冷媒によって出力軸５９が回転することによって発電する。バッテリ６３に蓄えられた電力は、車両の各システムの電源として利用される。なお、図１では、出力軸５９を二重線で示すと共に、発電機６１とバッテリ６３とを繋ぐ電線を破線で示している。また、バッテリ６３は、蓄電装置の一例である。

循環機構４７は、上記低圧分岐管３３と、排熱回収エバポ４９、膨張器５１、排熱回収凝縮器５３及び排熱回収貯留槽５５を繋ぐ連結配管６５と、排熱回収貯留槽５５と低圧リザーバ２７とを繋ぐ戻り配管６７と、を有する。低圧分岐管３３における排熱回収エバポ４９の上流側、より具体的には、低圧分岐管３３における排熱回収エバポ４９と高圧分岐管３５との間には、排熱回収エバポ流入バルブ６９（流調弁）が設けられている。この排熱回収エバポ流入バルブ６９が開くと、高圧蓄圧器２５又は低圧リザーバ２７からの冷媒が排熱回収エバポ４９に流入する一方、排熱回収エバポ流入バルブ６９が閉じると、冷媒の流入が停止する。また、戻り配管６７は、上流端が排熱回収貯留槽５５に繋がる一方、下流端が低圧分岐管３３におけるリザーババルブ３９と高圧分岐管３５の下流端との間に繋がっている。この戻り配管６７には、戻りバルブ７１が設けられている。この戻りバルブ７１が開くと共に、リザーババルブ３９が低圧配管３１と低圧分岐管３３とを連通させると、排熱回収貯留槽５５に貯留された冷媒が低圧リザーバ２７に戻る。

図２は、車両用減速回生制御装置１の制御ブロック図である。車両は、制御装置として車両制御モジュール（以下、ＶＣＭ（Vehicle Control Module）という。）７３を備え、このＶＣＭ７３が車両用減速回生制御装置１の制御も兼ねている。ＶＣＭ７３には、車両の速度を検出する車速センサ７５、車両のブレーキ作動を検出するブレーキセンサ７７、流体圧Ｐ／Ｍ５の回転数を検出する流体圧Ｐ／Ｍ回転センサ７９、高圧蓄圧器２５内の圧力を検出する蓄圧器内圧力センサ８１、排熱回収エバポ４９内の冷媒温度を検出するエバポ温度センサ８３、低圧リザーバ２７内の圧力を検出するリザーバ内圧力センサ８５、及び、排熱回収貯留槽５５内の冷媒量を検出する冷媒量センサ８７等が接続されている。ＶＣＭ７３は、リザーババルブ３９及び蓄圧器バルブ３７を制御することによって流体圧Ｐ／Ｍ５を制御すると共に、排熱回収エバポ流入バルブ６９及び戻りバルブ７１を制御することによって発電機６１の発電量等を制御する。

次に、車両用減速回生制御装置１の動作について説明する。

先ず、減速回生制御について説明する。車両走行時にブレーキセンサ７７がブレーキの作動を検出すると、ＶＣＭ７３は、リザーババルブ３９を制御して低圧リザーバ２７と流体圧Ｐ／Ｍ５とを連通させると共に、蓄圧器バルブ３７を制御して高圧蓄圧器２５と流体圧Ｐ／Ｍ５とを連通させ、かつ流体圧Ｐ／Ｍ５を駆動して、低圧リザーバ２７に貯留されている冷媒を高圧蓄圧器２５に加圧状態で貯留する。このようにしてＶＣＭ７３は減速回生制御を行う。

続いて、エンジン３の排熱を回収して蓄電する排熱回収サイクルについて図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４は、車両用減速回生制御装置１の排熱回収サイクルにおけるフローチャートを示している。なお、車両用減速回生制御装置１は、当該排熱回収サイクルにおいても上記の減速回生制御を並列して行っている。

ＶＣＭ７３は、車速センサ７５からの信号に基づいて車両走行状態と判断すると、排熱回収サイクルを開始する。先ず、ＶＣＭ７３は、エバポ温度センサ８３からの信号に基づいて排熱回収エバポ４９内のエンジン冷却水側の温度Ｔを検出し（ステップＳ１）、この温度Ｔが予め設定された設定温度Ｔ０以上か否かを判別する（ステップＳ３）。この設定温度Ｔ０は、ランキンサイクル４３の実行が可能か否かを判別する基準となる温度である。

排熱回収エバポ４９内の温度Ｔが設定温度Ｔ０未満の場合（ステップＳ３でＮＯ）、ＶＣＭ７３は、処理をステップＳ１に戻す。一方、排熱回収エバポ４９内の温度Ｔが設定温度Ｔ０以上の場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、ＶＣＭ７３は、リザーバ内圧力センサ８５からの信号に基づいて低圧リザーバ２７内の圧力Ｐを検出する（ステップＳ５）。ここで、ＶＣＭ７３にはＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体が設けられており、当該記憶媒体には図４に示すモリエ線図における各冷媒温度Ｔｍに応じたランキンサイクルの高圧側の圧力Ｐｍが記憶されている。ＶＣＭ７３は、この記憶媒体を参照して、排熱回収エバポ４９内の温度Ｔに応じた所定圧力Ｐ０を取得する。そして、ＶＣＭ７３は、低圧リザーバ２７内の圧力Ｐが所定圧力Ｐ０以上か否かを判別する（ステップＳ７）。

低圧リザーバ２７内の圧力Ｐが所定圧力Ｐ０未満の場合（ステップＳ７でＮＯ）、低圧リザーバ２７内の冷媒を利用してランキンサイクル４３を実行できない。そこで、ＶＣＭ７３は、蓄圧器バルブ３７及び排熱回収エバポ流入バルブ６９を制御して、高圧蓄圧器２５から排熱回収エバポ４９に冷媒を供給する（ステップＳ９）。これにより、高圧蓄圧器２５から排熱回収エバポ４９に流入した冷媒は、該排熱回収エバポ４９でエンジン冷却水と熱交換して蒸発し（例えば、液化している冷媒は、気化し）、膨張器５１で膨張して回転軸７を回転させて発電する。そして、排熱回収凝縮器５３において冷却されて凝縮し（例えば、気化している冷媒は、液化し）、排熱回収貯留槽５５で貯留される。続いて、ＶＣＭ７３は、回生制御の有無を検出する（ステップＳ１３、図４参照）。

一方、低圧リザーバ２７内の圧力Ｐが所定圧力Ｐ０以上の場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、低圧リザーバ２７内の冷媒を利用してランキンサイクル４３を実行可能である。そこで、ＶＣＭ７３は、リザーババルブ３９及び排熱回収エバポ流入バルブ６９を制御して、低圧リザーバ２７から排熱回収エバポ４９に冷媒を供給する。これにより、ステップＳ９と同様に、ランキンサイクル４３によって排熱回収、発電及び蓄電がなされる。そして、ＶＣＭ７３は、回生制御の有無を検出し（ステップＳ１３）、回生制御の有無を判別する（ステップＳ１５、図４参照）。

回生制御中である場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ＶＣＭ７３は、戻りバルブ７１を開いて冷媒を排熱回収貯留槽５５から排熱回収エバポ４９へ流し（ステップＳ１７）、ランキンサイクル４３を実行しつつ、処理をステップＳ１に戻す。

一方、回生制御中でない場合（ステップＳ１５でＮＯ）、ＶＣＭ７３は、低圧リザーバ２７内の圧力Ｐを検出し（ステップＳ１９）、この圧力Ｐが所定圧力Ｐ０以下か否かを判別する（ステップＳ２１）。

圧力Ｐが所定圧力Ｐ０以下の場合（ステップＳ２１でＹＥＳ）、回生制御に必要な冷媒が不足するため、ＶＣＭ７３は、戻りバルブ７１を開いて冷媒を排熱回収貯留槽５５から排熱回収エバポ４９へ流し（ステップＳ１７）、処理をステップＳ１に戻す。

一方、圧力Ｐが所定圧力Ｐ０より大きい場合（ステップＳ２１でＮＯ）、回生制御に必要な冷媒が低圧リザーバ２７に貯留されているため、ＶＣＭ７３は、戻りバルブ７１を閉じた状態で所定時間待機する（ステップＳ２３）。所定時間が経過すると、ＶＣＭ７３は、冷媒量センサ８７からの信号に基づいて排熱回収貯留槽５５内の冷媒量Ｖを検出し（ステップＳ２５）、この冷媒量Ｖが設定冷媒量Ｖ０以下か否かを判別する（ステップＳ２７）。

冷媒量Ｖが設定冷媒量Ｖ０以下の場合（ステップＳ２７でＹＥＳ）、ＶＣＭ７３は、処理をステップＳ１３に戻す。一方、冷媒量Ｖが設定冷媒量Ｖ０より大きい場合（ステップＳ２７でＮＯ）、ＶＣＭ７３は、回生制御の有無を検出し（ステップＳ２９）、回生制御中か否かを判別する（ステップＳ３１）。

回生制御中である場合（ステップＳ３１でＹＥＳ）、ＶＣＭ７３は、戻りバルブ７１を開いて冷媒を排熱回収貯留槽５５から排熱回収エバポ４９へ流し（ステップＳ３３でＮＯ）、処理をステップＳ１に戻す。

一方、回生制御中でない場合（ステップＳ３１でＮＯ）、ＶＣＭ７３は、低圧リザーバ２７内の圧力Ｐを検出し（ステップＳ３５）、この圧力Ｐが所定圧力Ｐ０以下か否かを判別する（ステップＳ３７）。

低圧リザーバ２７内の圧力Ｐが所定圧力Ｐ０以下である場合（ステップＳ３７でＹＥＳ）、ＶＣＭ７３は、戻りバルブ７１を開いて冷媒を排熱回収貯留槽５５から排熱回収エバポ４９へ流し（ステップＳ３３）、処理をステップＳ１に戻す。

一方、低圧リザーバ２７内の圧力が所定圧力Ｐ０よりも大きい場合（ステップＳ３７でＮＯ）、ランキンサイクル４３が作動しないため、ＶＣＭ７３は、排熱回収サイクルを停止する。

以下、図５に示すランキンサイクルによる排熱回収サイクルについて説明する。

図中の太実線は、作動媒体の液化／気化の臨界線を示すものであり、太実線よりも低エンタルピ側（図の左側）のＡ領域は、作動媒体が液化した状態であり、太実線に囲まれたＢ領域（図の中央）は、作動媒体が液化と気化とが混在した状態であり、太実線よりも高エンタルピ側（図の右側）のＣ領域は、作動媒体が気化した状態であることを示す。この図中において、ランキンサイクルは、４行程（（１）〜（４））よりなる閉サイクルである。（１）は、作動媒体（例えば、冷媒Ｒ１３４ａ）を蒸発器（エバポレータ）内に送液する行程である。（２）は、蒸発器内で排熱源（エンジン冷却水）により液体の作動媒体を蒸発させて気体とする行程である。（３）は、膨張器により気体の作動媒体を断熱膨張させて機械エネルギー（回転）として取り出す行程であり、この工程で排熱エネルギーが回収される（図中の二重線の矢印で示すエネルギー変化量が、排熱エネルギーとして回収される）。（４）は、膨張器より排出された作動媒体を凝縮器内で外気により冷却して液化する行程である。この図において、従来のように排熱回収のためのポンプを駆動する場合、エネルギーの一部がポンプ駆動のために失われるため、排熱エネルギーとして回収される回収エネルギーが減少する（図中の（２）の矢印長が短くなり、矢印の終端部が図中の左寄りとなり、その結果、回収エネルギーが小さくなる）。

−発明の第１実施形態の効果−
上記実施形態によれば、ポンプを含まない循環機構４７によって、低圧リザーバ２７又は高圧蓄圧器２５から冷媒を排熱回収システム４１に供給すると共に、発電に用いられた冷媒を低圧リザーバ２７に戻しているため、従来の排熱回収のためのポンプが不要となる。したがって、エネルギーロスが低減される。

また、上記実施形態によれば、排熱回収システム４１がランキンサイクル４３を有するため、比較的高いエネルギー回収効率を実現することができる。

また、上記実施形態によれば、戻りバルブ７１によって排熱回収貯留槽５５から低圧リザーバ２７に流す冷媒量を調整するため、低圧リザーバ２７に大きな流体圧が作用するのを防ぐことができる。したがって、低圧リザーバ２７に悪影響を与えるのを回避することができる。

さらに、上記実施形態によれば、ランキンサイクル４３を構成する排熱回収エバポ４９内の冷媒温度Ｔ及び排熱回収エバポ４９に冷媒を供給する低圧リザーバ２７内の圧力Ｐに基づいて戻りバルブ７１を制御し、エネルギー回収効率の高い条件で排熱回収エバポ４９に冷媒を流すので、排熱から高効率でエネルギーを回収することができる。

また、上記実施形態によれば、低圧リザーバ２７から排熱回収エバポ４９に流れる冷媒を適切に調整することができる。

さらに、上記実施形態によれば、排熱回収エバポ４９が上述の如くランキンサイクル４３を構成し、この排熱回収エバポ４９内の冷媒温度Ｔ及び排熱回収エバポ４９に冷媒を供給する低圧リザーバ２７内の圧力に基づいて排熱回収エバポ流入バルブ６９を制御して、エネルギー回収効率の高い条件で排熱回収エバポ４９に作動流体を流すので、排熱から高効率でエネルギーを回収することができる。

（発明の第１実施形態の変形例）
図６は、上記実施形態の変形例に係る車両用減速回生制御装置１０を備えた車両の概略構成を示す図である。この車両用減速回生制御装置１０は、排気通路１７に排気熱回収器８９が設けられている点で上記の車両用減速回生制御装置１と相違する。その他の構成は、車両用減速回生制御装置１と略同一であるため、ここでは、相違する構成について説明し、その他の構成の説明を省略する。

排気熱回収器８９は、熱交換器で構成され、排気通路１７における排気浄化装置１９とマフラー２１との間に設けられている。排気熱回収器８９は、エンジン３内のウォータジャケットと連通する排気冷却水路９１を介してエンジン３と繋がっている。排気冷却水路９１を流れる冷却水は、排気熱回収器８９において高温の排気によって加熱され、排熱回収エバポ４９に流入する。これにより、排気熱が排熱回収エバポ４９に伝達される。したがって、高速巡航（例えば時速６０ｋｍ以上の巡航）が多いドライブパターンでは、排気が比較的高温となるため、この排気熱を利用して発電を行うことができる。なお、この変形例に係る車両用減速回生制御装置１０におけるＶＣＭ７３の制御は、上記の車両用減速回生制御装置１と略同一であるため、ここでは、その説明を省略する。

《発明の第２実施形態》
図７は、本発明の第２実施形態に係る車両用減速回生制御装置２を備えた車両の概略構成を示す図である。この車両用減速回生制御装置２は空調システム９３を備える点で上記の変形例に係る車両用減速回生制御装置１０と相違する。ここでは、相違する構成について説明し、その他の構成の説明を省略する。

車両用減速回生制御装置２は、空調システム９３をさらに備える。本実施形態では、戻りバルブ７１が三方弁で構成されている。そして、空調システム９３は、空調用冷媒配管９５を有し、この空調用冷媒配管９５の上流端は、上記戻り配管６７における排熱回収凝縮器５３の下流側から分岐すると共に、下流端は、戻りバルブ７１（空調用調整弁）に繋がっている。戻り配管６７における排熱回収凝縮器５３と空調用冷媒配管９５の上流端との間には、空調用冷媒配管９５から排熱回収凝縮器５３に冷媒が逆流するのを防止する逆止弁９７が設けられている。空調システム９３は、上流側から順に、冷媒を蒸発させる空調用エバポ９９、蒸発した冷媒を圧送する空調用コンプレッサ１０１（圧縮機）、圧送された冷媒を凝縮する空調用凝縮器１０３、及び、凝縮された冷媒を貯留する空調用貯留槽１０５（空調用貯留槽）を有している。

図８は、第２実施形態に係る車両用減速回生制御装置２の制御ブロック図である。本実施形態に係る車両用減速回生制御装置２の制御ブロックは、ＶＣＭ７３に空調用コンプレッサ１０１も接続されている点で第１実施形態に係る車両用減速回生制御装置１の制御ブロックと異なる。

次に、車両用減速回生制御装置２の動作について説明する。先ず、減速回生制御は、第１実施形態と略同一であるため、ここではその説明を省略する。一方、排熱回収サイクル及び空調制御について図９を参照して説明する。図９は、車両用減速回生制御装置２の制御を示すフローチャート図である。

車速センサ７５が車速を検出し、ＶＣＭ７３が車両走行状態と判断すると、ＶＣＭ７３は、排熱回収サイクルを開始する。先ず、ＶＣＭ７３は、エバポ温度センサ８３からの信号に基づいて排熱回収エバポ４９内のエンジン冷却水側の温度Ｔを検出し（ステップＳ１）、この温度Ｔが予め設定された設定温度Ｔ０以上か否かを判別する（ステップＳ３）。この設定温度Ｔ０は、ランキンサイクル４３の実行が可能か否かを判別する基準となる温度である。

排熱回収エバポ４９内の温度Ｔが設定温度Ｔ０未満の場合（ステップＳ３でＮＯ）、ＶＣＭ７３は、リザーバ内圧力センサ８５からの信号に基づいて低圧リザーバ２７内の圧力Ｐを検出する（ステップＳ３９）。そして、ＶＣＭ７３は、上記記憶媒体を参照して、排熱回収エバポ４９内の温度Ｔに応じた所定圧力Ｐ０を取得して、低圧リザーバ２７内の圧力Ｐが所定圧力Ｐ０以上か否かを判別する（ステップＳ４１）。

低圧リザーバ２７内の圧力Ｐが所定圧力Ｐ０以上の場合（ステップＳ４１でＹＥＳ）、低圧リザーバ２７に空調システム９３を作動させるのに十分な冷媒が貯留されているので、ＶＣＭ７３は、リザーババルブ３９及び戻りバルブ７１を制御して低圧リザーバ２７から空調用エバポ９９に冷媒を供給すると共に排熱回収エバポ流入バルブ６９を制御して排熱回収エバポ４９に冷媒を供給し、かつ空調用コンプレッサ１０１を駆動して空調システム９３を作動させる（ステップＳ４３）。その後、処理をステップＳ１３に進める。

一方、低圧リザーバ２７内の圧力Ｐが所定圧力Ｐ０未満の場合（ステップＳ４１でＮＯ）、低圧リザーバ２７に空調システム９３を作動させるのに十分な冷媒が貯留されていないので、ＶＣＭ７３は、蓄圧器バルブ３７を制御して高圧蓄圧器２５から空調用エバポ９９に冷媒を供給すると共に排熱回収エバポ流入バルブ６９を制御して排熱回収エバポ４９に冷媒を供給し、かつ空調用コンプレッサ１０１を駆動して空調システム９３を作動させる（ステップ４５）。これにより、高圧蓄圧器２５に貯留されている冷媒を用いて空調システム９３を作動させることができる。その後、処理をステップＳ１３に進める。

以降の処理は、上記第１実施形態に係る車両用回生制御装置１と同様である。

−発明の第２実施形態の効果−
上記実施形態によれば、車両の高速巡航時、又は、高圧蓄圧器２５における冷媒の圧力が所定圧以下の場合には、低圧リザーバ２７又は高圧蓄圧器２５から排熱回収システム４１へ冷媒を比較的高い圧力で送ることができないものの、空調用コンプレッサ１０１によって排熱回収システム４１に冷媒を圧送することができるので、排熱回収を高効率で実現することができる。

また、上記実施形態によれば、空調用貯留槽１０５から低圧リザーバ２７に流す冷媒の流量を戻りバルブ７１によって調整するので、低圧リザーバ２７に大きな流体圧が作用するのを防止することができる。したがって、低圧リザーバ２７に悪影響を与えるのを回避することができる。

さらに、上記実施形態によれば、排熱回収エバポ４９が上述の如くランキンサイクル４３を構成し、この排熱回収エバポ４９内の冷媒温度Ｔ及び排熱回収エバポ４９に冷媒を供給する低圧リザーバ２７内の圧力に基づいて戻りバルブ７１制御して、エネルギー回収効率の高い条件で低圧リザーバ２７に作動流体を流すので、排熱から高効率でエネルギーを回収することができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、排熱回収システム４１において排熱回収エバポ４９で蒸発した冷媒によって発電機６１を駆動して電力を得ているが、これに限定されず、例えば、排熱回収エバポ４９、膨張器５１及び発電機６１を熱電素子に置き換えてもよい。これにより、熱電素子という簡単な構成で効率良くエネルギーを回収することができる。

以上説明したように、本発明に係る車両用減速回生制御装置は、エネルギーロスを減らす用途に適用することができる。

１，２，１０車両用減速回生制御装置
３エンジン（内燃機関）
５流体圧ポンプモータ（変換装置）
１３駆動輪
２５高圧蓄圧器（高圧側アキュムレータ）
２７低圧リザーバ（低圧側アキュムレータ）
４１排熱回収システム
４５発電システム
４７循環機構
４９排熱回収エバポ（排熱回収蒸発器）
５１膨張器
５５排熱回収貯留槽
６３バッテリ（蓄電装置）
６９排熱回収エバポ流入バルブ（流調弁）
７１戻り弁（排熱回収調整弁、空調用調整弁）
９３空調システム
９９空調用エバポ（空調用蒸発器）
１０１空調用コンプレッサ（圧縮機）
１０３空調用凝縮器（空調用凝縮器）
１０５空調用貯留槽（空調用貯留槽）

Claims

車両の減速時に車両の駆動輪から入力される動力によって低圧側アキュムレータ内の作動流体を高圧側アキュムレータに圧送して蓄圧すると共に、該高圧側アキュムレータに蓄えられた圧力エネルギーを動力に変換して車両の駆動輪に対して出力する変換装置を備えた車両用減速回生制御装置であって、
上記低圧側アキュムレータ及び高圧側アキュムレータからの作動流体によって車両の内燃機関の排熱を回収し、回収した排熱によって発電して電力を蓄電装置に蓄える排熱回収システムと、
作動流体を上記低圧側アキュムレータ又は上記高圧側アキュムレータから上記排熱回収システムに供給すると共に、該排熱回収システムから上記低圧側アキュムレータに戻す、ポンプを含まない循環機構と、をさらに備えることを特徴とする車両用減速回生制御装置。
請求項１に記載の車両用減速回生制御装置において、
上記排熱回収システムは、
上記低圧側アキュムレータ又は高圧側アキュムレータからの作動流体を上記内燃機関の排熱によって蒸発させる排熱回収蒸発器と、
該排熱回収蒸発器で蒸発した作動流体を膨張させる膨張器と、
該膨張器で膨張した作動流体によって駆動されて発電し、電力を上記蓄電装置に蓄える発電システムと、
上記膨張器からの作動流体を凝縮して上記低圧側アキュムレータに戻す排熱回収凝縮器と、を有することを特徴とする車両用減速回生制御装置。
請求項２に記載の車両用減速回生制御装置において、
上記排熱回収システムは、
上記排熱回収凝縮器で凝縮された作動流体を貯留する排熱回収貯留槽と、
該排熱回収貯留槽から上記低圧側アキュムレータへ流れる作動流体の流量を調整する排熱回収調整弁と、を有することを特徴とする車両用減速回生制御装置。
請求項３に記載の車両用減速回生制御装置において、
上記排熱回収調整弁は、上記排熱回収蒸発器内の作動流体の温度及び上記低圧側アキュムレータ内の圧力に基づいて制御されることを特徴とする車両用減速回生制御装置。
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の車両用減速回生制御装置において、
車両には、上記低圧側アキュムレータ及び高圧側アキュムレータに接続された圧縮機を有する空調システムが設けられ、
車両の高速巡航時、又は、上記高圧側アキュムレータ内の圧力が所定圧以下の場合、上記圧縮機によって作動流体を上記循環機構及び空調システムに供給することを特徴とする車両用減速回生制御装置。
請求項５に記載の車両用減速回生制御装置において、
上記空調システムは、
上記低圧側アキュムレータ及び高圧側アキュムレータからの作動流体を蒸発させる空調用蒸発器と、
該空調用蒸発器で蒸発した作動流体を圧縮する上記圧縮機と、
該圧縮機からの作動流体を凝縮する空調用凝縮器と、
該空調用凝縮器で凝縮された作動流体を貯留する空調用貯留槽と、
該空調用貯留槽から上記低圧側アキュムレータへ流れる作動流体の流量を調整する空調用調整弁と、を有することを特徴とする車両用減速回生制御装置。
請求項６に記載の車両用減速回生制御装置において、
上記空調用調整弁は、上記排熱回収蒸発器内の作動流体の温度及び上記低圧側アキュムレータ内の圧力に基づいて制御されることを特徴とする車両用減速回生制御装置。
請求項２乃至７のいずれか１項に記載の車両用減速回生制御装置において、
上記低圧側アキュムレータから排熱回収蒸発器に流れる作動流体の流量を調整する流調弁をさらに備えることを特徴とする車両用減速回生制御装置。
請求項８に記載の車両用減速回生制御装置において、
上記流調弁は、上記排熱回収蒸発器内の作動流体の温度及び上記低圧側アキュムレータ内の圧力に基づいて制御されることを特徴とする車両用減速回生制御装置。
請求項１に記載の車両用減速回生制御装置において、
車両には、上記低圧側アキュムレータ及び高圧側アキュムレータに接続された圧縮機を有する空調システムが設けられ、
車両の高速巡航時、又は、上記高圧側アキュムレータ内の圧力が所定圧以下の場合、上記圧縮機によって作動流体を上記循環機構及び空調システムに供給することを特徴とする車両用減速回生制御装置。
請求項１０に記載の車両用減速回生制御装置において、
上記空調システムは、
上記低圧側アキュムレータ及び高圧側アキュムレータからの作動流体を蒸発させる空調用蒸発器と、
該空調用蒸発器で蒸発した作動流体を圧縮する上記圧縮機と、
該圧縮機からの作動流体を凝縮する空調用凝縮器と、
該空調用凝縮器で凝縮された作動流体を貯留する空調用貯留槽と、
該空調用貯留槽から上記低圧側アキュムレータへ流れる作動流体の流量を調整する空調用調整弁と、を有することを特徴とする車両用減速回生制御装置。
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の車両用減速回生制御装置において、
上記排熱回収システムは、排熱を回収した作動流体の保有する熱により熱電変換する半導体を有することを特徴とする車両用減速回生制御装置。