WO2015174497A1 - エンジンの廃熱利用装置 - Google Patents

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WO2015174497A1
WO2015174497A1 PCT/JP2015/063925 JP2015063925W WO2015174497A1 WO 2015174497 A1 WO2015174497 A1 WO 2015174497A1 JP 2015063925 W JP2015063925 W JP 2015063925W WO 2015174497 A1 WO2015174497 A1 WO 2015174497A1
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expander
refrigerant
bypass valve
cooling water
engine
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PCT/JP2015/063925
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真一朗 溝口
永井　宏幸
智規 原口
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サンデンホールディングス株式会社
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Definitions

  • This invention relates to improvement of an engine waste heat utilization device.
  • a transmission mechanism that couples the output shaft of the expander and the rotation shaft of the engine via an electromagnetic clutch that can be engaged and released, a passage that bypasses the refrigerant that is supplied to the expander, and the passage
  • a bypass valve (refer to patent documents 1).
  • the electromagnetic clutch is switched from the engaged state to the released state after the bypass valve is switched from the closed state to the open state. This is because if the electromagnetic clutch is switched from the engaged state to the released state before the bypass valve is switched from the closed state to the open state, the expander is disconnected from the engine rotation shaft and becomes unloaded, and the rotational speed of the expander This is to avoid over-rotation due to a sudden rise.
  • bypass valve By switching the bypass valve from the closed state to the open state first in time, the pressure difference between the front and rear of the expander is reduced, and after this, the rotational speed of the expander is sufficiently reduced, and then the electromagnetic clutch is changed from the engaged state to the released state. By switching, over-rotation of the expander is prevented.
  • the electromagnetic clutch is switched from the engaged state to the released state after outputting a signal for switching the bypass valve from the closed state to the open state in order to stop the expander.
  • the rotation speed of the expander rapidly increases from the timing when the electromagnetic clutch is switched from the engaged state to the released state, causing the expander to over-rotate.
  • Patent Document 1 there is no description in the technique of Patent Document 1 what to do when the bypass valve is fixed in a closed state.
  • an object of the present invention is to provide a device that can suppress over-rotation of the expander even when the bypass valve is fixed in a closed state.
  • the engine waste heat utilization device of the present invention includes a power transmission mechanism that connects an output shaft of an expander and a rotation shaft of the engine via an electromagnetic clutch that can be fastened and released, and a refrigerant discharged from the heat exchanger. And a bypass valve interposed in the passage.
  • the electromagnetic clutch is switched from the engaged state to the released state after the bypass valve is switched from the closed state to the open state.
  • the bypass valve is fixed in a closed state, the electromagnetic clutch is kept engaged, and an expander front-rear pressure difference limiting process is performed to limit the expander front-rear pressure difference. .
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the entire Rankine cycle system according to the first embodiment of the present invention.
  • the cooling water at 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.
  • 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. Further, when the cooling water temperature is low, the valve opening on the cooling water passage 13 side is reduced 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 so that the entire amount of coolant flows through the bypass coolant passage 14 side.
  • 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.
  • the thermostat valve 15 is configured so that the flow does not stop completely.
  • the bypass cooling water passage 14 that bypasses the radiator 11 includes a first bypass cooling water passage 24 and a second bypass cooling water passage 25.
  • the first bypass cooling water passage 24 branches from the cooling water passage 13 and is directly connected to a heat exchanger 36 described later.
  • the second bypass cooling water passage 25 branches from the cooling water passage 13, passes through the waste heat recovery device 22, and is connected to the heat exchanger 36.
  • the bypass cooling water passage 14 includes a heat exchanger 36 that exchanges heat with the refrigerant of the Rankine cycle 31.
  • This heat exchanger 36 is an integrated heater and superheater. That is, the heat exchanger 36 is provided with two cooling water passages 36a and 36b in substantially one row. Further, a refrigerant passage 36c through which the refrigerant of Rankine cycle 31 flows is provided adjacent to the cooling water passages 36a and 36b so that the refrigerant and the cooling water can exchange heat. Furthermore, the passages 36a, 36b, and 36c are configured so that the refrigerant and cooling water of the Rankine cycle 31 are in opposite directions when viewed from the whole heat exchanger 36.
  • one cooling water passage 36 a located on the upstream side (left side in FIG. 1) for the refrigerant of Rankine cycle 31 is interposed in the first bypass cooling water passage 24.
  • the left side portion of the heat exchanger composed of the cooling water passage 36a and the refrigerant passage portion adjacent to the cooling water passage 36a flows through the refrigerant passage 36c by directly introducing the cooling water from the engine 2 into the cooling water passage 36a. It is a heater for heating the refrigerant of Rankine cycle 31.
  • Cooling water that has passed through the waste heat recovery device 22 is introduced into the other cooling water passage 36b located downstream (right in FIG. 1) for the refrigerant of the Rankine cycle 31 via the second bypass cooling water passage 25.
  • the right side portion (downstream side) of the heat exchanger composed of the cooling water passage 36b and the refrigerant passage portion adjacent to the cooling water passage 36b introduces the cooling water obtained by heating the cooling water at the engine outlet by exhaust gas into the cooling water passage 36b.
  • the superheater superheats the refrigerant flowing through the refrigerant passage 36c.
  • the cooling water passage 22 a of the waste heat recovery unit 22 is provided adjacent to the exhaust pipe 5. By introducing the cooling water at the outlet of the engine 2 into the cooling water passage 22a of the waste heat recovery unit 22, the cooling water can be heated to, for example, about 110 to 115 ° C. by high-temperature exhaust.
  • the cooling water passage 22a is configured so that the exhaust and cooling water flow in opposite directions when the waste heat recovery device 22 is viewed from above.
  • a control valve 26 is interposed in the second bypass cooling water passage 25 provided with the waste heat recovery unit 22.
  • the detected temperature of the cooling water temperature sensor 74 at the outlet of the engine 2 so that the temperature of the cooling water inside the engine 2 does not exceed an allowable temperature (for example, 100 ° C.) for preventing deterioration of engine efficiency or knocking, for example.
  • an allowable temperature for example, 100 ° C.
  • the opening degree of the control valve 26 is decreased.
  • the temperature of the cooling water inside the engine 2 approaches the allowable temperature
  • the amount of cooling water passing through the waste heat recovery device 22 is reduced, so that the engine water temperature exceeds the allowable temperature. It can be surely prevented.
  • a bypass exhaust pipe 6 that bypasses the waste heat recovery unit 22, and a thermostat valve 7 that controls the exhaust passage amount of the exhaust heat recovery unit 22 and the exhaust passage amount of the bypass exhaust pipe 6 are provided in the bypass exhaust pipe 6. It is provided at the branch.
  • the thermostat valve 7 is configured such that the valve opening degree of the cooling water exiting the waste heat recovery unit 22 is such that the temperature of the cooling water exiting the waste heat recovery unit 22 does not exceed a predetermined temperature (for example, boiling temperature 120 ° C.). Adjusted based on temperature.
  • a predetermined temperature for example, boiling temperature 120 ° C.
  • the heat exchanger 36, the thermostat valve 7, and the waste heat recovery unit 22 are integrated as a waste heat recovery unit 23, and are arranged in the middle of the exhaust pipe under the floor at the approximate center in the vehicle width direction (not shown).
  • the thermostat valve 7 may be a relatively simple temperature-sensitive valve using bimetal or the like, or may be a control valve controlled by a controller to which a temperature sensor output is input. Adjustment of the amount of heat exchange from the exhaust gas to the cooling water by the thermostat valve 7 involves a relatively large delay. Therefore, if the thermostat valve 7 is adjusted alone, it is difficult to prevent the engine water temperature from exceeding the allowable temperature.
  • the control valve 26 of the second bypass cooling water passage 25 is controlled based on the engine water temperature (exit temperature), the heat recovery amount can be quickly reduced and the engine water temperature can be surely exceeded the allowable temperature. Can be prevented. Further, if the engine water temperature has a margin to the allowable temperature, heat exchange is performed until the temperature of the cooling water exiting the waste heat recovery unit 22 becomes high enough to exceed the allowable temperature of the engine water temperature (for example, 110 to 115 ° C.). To increase the amount of recovered waste heat. The cooling water that has exited the cooling water passage 36 b is joined to the first bypass cooling water passage 24 via the second bypass cooling water passage 25.
  • the cooling water passage 13 side of the thermostat valve 15 If the temperature of the cooling water from the bypass cooling water passage 14 toward the thermostat valve 15 is sufficiently lowered by exchanging heat with the refrigerant of the Rankine cycle 31 by the heat exchanger 36, for example, the cooling water passage 13 side of the thermostat valve 15 The valve opening is reduced. As a result, the amount of cooling water passing through the radiator 11 is relatively reduced. On the contrary, when 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 31 not being operated, the valve opening 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 the operation of the thermostat valve 15, the cooling water temperature of the engine 2 is appropriately maintained, and heat is appropriately supplied (recovered) to the Rankine cycle 31.
  • the Rankine cycle 31 is a system that recovers waste heat of the engine 2 to a refrigerant through cooling water of the engine 2 and regenerates the recovered waste heat as power.
  • the Rankine cycle 31 includes a refrigerant pump 32, a heat exchanger 36 as a superheater, an expander 37, and a condenser (condenser) 38, and each component is connected by refrigerant passages 41 to 44 through which a refrigerant (R134a and the like) circulates.
  • a refrigerant R134a and the like
  • the shaft of the refrigerant pump 32 is connected to the output shaft of the expander 37 on the same shaft, drives the refrigerant pump 32 by the output (power) generated by the expander 37, and transmits the generated power via a belt transmission mechanism.
  • the engine 2 is supplied to the output shaft (crankshaft).
  • the belt transmission mechanism includes a pump pulley 33, a belt 34, and a crank pulley 2a. That is, the refrigerant pump 32 shaft and the output shaft of the expander 37 are arranged in parallel with the output shaft of the engine 2, and the belt 34 is hung between the pump pulley 33 provided at the tip of the refrigerant pump 32 shaft and the crank pulley 2a. It is turning.
  • a gear type pump is used as the refrigerant pump 32 and a scroll type expander is used as the expander 37.
  • an electromagnetic clutch (hereinafter referred to as “expander clutch”) 35 is provided between the pump pulley 33 and the refrigerant pump 32, and the refrigerant pump 32 and the expander 37 are engaged / released with the engine 2. It is possible. For this reason, the expander clutch 35 is engaged when the output generated by the expander 37 exceeds the driving force of the refrigerant pump 32 and the friction of the rotating body (when the estimated expander torque is positive). As a result, rotation of the engine output shaft can be assisted (assisted) by the output generated by the expander 37. 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 32 that circulates the refrigerant can also be covered by the recovered waste heat.
  • the refrigerant from the refrigerant pump 32 is supplied to the heat exchanger 36 through the refrigerant passage 41.
  • the heat exchanger 36 is a heat exchanger that causes heat exchange between the coolant of the engine 2 and the refrigerant, vaporizes the refrigerant, and superheats the refrigerant.
  • the refrigerant from the heat exchanger 36 is supplied to the expander 37 through the refrigerant passage 42.
  • the expander 37 is a steam turbine that converts heat into rotational energy by expanding the vaporized and superheated refrigerant.
  • the power recovered by the expander 37 drives the refrigerant pump 32 and is transmitted to the engine 2 through the belt transmission mechanism (33, 34, 2a) to assist the rotation of the engine 2.
  • the refrigerant from the expander 37 is supplied to the condenser 38 via the refrigerant passage 43.
  • the condenser 38 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 condenser 38 is arranged in parallel with the radiator 11 and is cooled by the radiator fan 12.
  • the refrigerant liquefied by the condenser 38 is returned to the refrigerant pump 32 through the refrigerant passage 44.
  • the refrigerant returned to the refrigerant pump 32 is sent again to the heat exchanger 36 by the refrigerant pump 32 and circulates through each component of the Rankine cycle 31.
  • the refrigeration cycle 51 includes a compressor (compressor) 52, a condenser 53, and an evaporator (evaporator) 55.
  • the compressor 52 is a fluid machine that compresses the refrigerant of the refrigeration cycle 51 to a high temperature and a high pressure, and is driven by the engine 2. That is, a compressor pulley is fixed to the drive shaft of the compressor 52, and a belt is wound around the compressor pulley and the crank pulley. The driving force of the engine 2 is transmitted to the compressor pulley via this belt, and the compressor 52 is driven. Further, an electromagnetic clutch (hereinafter referred to as “compressor clutch”) is provided between the compressor pulley and the compressor 52 so that the compressor 52 and the compressor pulley can be connected and disconnected.
  • compressor clutch electromagnetic clutch
  • the refrigerant from the compressor 52 is supplied to the condenser 53 via the refrigerant passage 56.
  • the condenser 53 is a heat exchanger that condenses and liquefies the refrigerant by heat exchange with the outside air.
  • the condenser 53 is arranged in parallel with the radiator 11 and is cooled by vehicle speed wind or the cooling fan 12.
  • the liquid refrigerant from the condenser 53 is supplied to an evaporator (evaporator) 55 through a refrigerant passage 57.
  • the evaporator 55 is disposed in the case of the air conditioner unit in the same manner as a heater core (not shown).
  • the evaporator 55 is a heat exchanger that evaporates the liquid refrigerant from the condenser 53 and cools the conditioned air from the blower fan by the latent heat of evaporation at that time.
  • the refrigerant evaporated by the evaporator 55 is returned to the compressor 52 through the refrigerant passage 58. Note that the mixing ratio of the conditioned air cooled by the evaporator 55 and the conditioned air heated by the heater core is adjusted to a temperature set by the occupant according to the opening of the air mix door.
  • the Rankine cycle 31 is appropriately provided with various valves in the middle of the circuit in order to control the refrigerant flowing in the cycle.
  • an expander bypass passage 65 that bypasses the expander 37 from the upstream of the expander upstream valve 62 and merges upstream of the check valve 64 is provided, and the bypass valve 66 is provided in the expander bypass passage 65.
  • the bypass valve 66 is an electromagnetic on-off valve.
  • a check valve 63 is provided in the refrigerant passage 41 that connects the refrigerant pump 32 and the heat exchanger 36 to prevent the refrigerant from flowing back from the heat exchanger 36 to the refrigerant pump 32.
  • the refrigerant passage 43 that connects the expander 37 and the condenser 38 is also provided with a check valve 64 to prevent the refrigerant from flowing back from the condenser 38 to the expander 37.
  • Signals from pressure sensors 72 and 73 and temperature sensors 81 and 82 for detecting pressure and temperature at two points of the refrigerant passages 41 to 44 and the bypass passage 65 are input to the engine controller 71.
  • one point is the refrigerant passage 42 from the outlet of the heat exchanger 36 to the inlet of the expander 37.
  • the pressure sensor 72 is the pressure of the refrigerant passage 42 (this pressure is hereinafter referred to as “heat exchanger outlet pressure”) Pd
  • the temperature sensor 82 is the temperature of the refrigerant passage 42 (this temperature is hereinafter referred to as “heat exchanger outlet pressure”).
  • Td is detected.
  • the other point is the refrigerant passage 44 from the outlet of the condenser 38 to the inlet of the refrigerant pump 32.
  • the pressure sensor 73 is the pressure of the refrigerant passage 44 (this pressure is hereinafter referred to as “refrigerant pump inlet pressure”) Ps
  • the temperature sensor 82 is the temperature of the refrigerant passage 44 (this temperature is hereinafter referred to as “refrigerant pump inlet temperature”). ) Ts is detected.
  • the engine controller 71 controls the engagement / disengagement of the expander clutch 35 and the opening / closing of the bypass valve 66 based on these input signals according to predetermined operating conditions.
  • the refrigerant pump inlet pressure Ps detected by the pressure sensor 73 and the heat exchanger detected by the pressure sensor 72 are used to diagnose whether the refrigerant is leaking from the refrigerant passage or the bypass passage.
  • An outlet pressure Pd is used. That is, when the refrigerant pump inlet pressure Ps and the heat exchanger outlet pressure Pd are larger than the atmospheric pressure, it is determined that the refrigerant does not leak from the refrigerant passages 41 to 44 and the bypass passage 65.
  • the refrigerant pump inlet pressure Ps and the heat exchanger outlet pressure Pd are equal to or lower than the atmospheric pressure, it is determined that the refrigerant is leaking from the refrigerant passages 41 to 44 and the bypass passage 65.
  • the operation of the Rankine cycle 31 is started.
  • the Rankine cycle 31 is started. The operation of cycle 31 is not started.
  • the expander torque (regenerative power) obtained by the operation of Rankine cycle 31 is positive or negative. This is because the expander torque is required to manage the target drive torque required by the vehicle 1.
  • the target engine torque is determined from the target drive torque. When an auxiliary load is applied to the engine 2, the target drive torque cannot be obtained unless the torque generated by the engine 2 is increased accordingly.
  • the expander clutch 35 is fastened and the expander torque is applied to the engine 2, it is preferable to release the expander clutch 35 because unnecessary torque is added if the target drive torque is greatly exceeded. .
  • the expander clutch 35 is engaged when the expander torque is negative, the engine torque is decreased instead. Therefore, it is preferable to release the expander clutch 35 at this time.
  • the expander torque is estimated in order to determine how much the expander torque is.
  • the expander clutch 35 is engaged when the estimated expander torque is positive (when the rotation of the engine output shaft can be assisted), and when the estimated expander torque is zero or negative, the expander clutch 35 is engaged. To release.
  • the expander torque it may be simply estimated based on a value obtained by subtracting the refrigerant pump inlet pressure Ps from the heat exchanger outlet pressure Pd. It is estimated that the larger the differential pressure of Pd ⁇ Ps, the larger the expander torque.
  • the enthalpy h1 of the refrigerant that flows through the refrigerant passage 42 based on the heat exchanger outlet pressure Pd and the heat exchanger outlet temperature Td and the refrigerant that flows through the refrigerant passage 44 based on the refrigerant pump inlet pressure Ps and the refrigerant pump inlet temperature Ts.
  • the enthalpy h2 possessed by is calculated.
  • the expander torque is estimated from the difference h2-h1 between the two enthalpies. It is estimated that the larger the difference between h2 and h1, the larger the expander torque.
  • the enthalpy h1 is a function of the heat exchanger outlet pressure Pd and the heat exchanger outlet temperature Td
  • a map of the enthalpy h1 using the heat exchanger outlet pressure Pd and the heat exchanger outlet temperature Td as parameters is preliminarily stored. Create and have it.
  • the enthalpy h2 is a function of the refrigerant pump inlet pressure Ps and the refrigerant pump inlet temperature Ts
  • a map of the enthalpy h2 using the P refrigerant pump inlet pressure s and the refrigerant pump inlet temperature Ts as parameters is created in advance. Just keep it.
  • the heat exchanger outlet pressure Pd for diagnosing whether the refrigerant flowing in the Rankine cycle 31 has an abnormally high pressure or whether the refrigerant flowing in the Rankine cycle has an abnormally high temperature is used.
  • the heat exchanger outlet temperature Td is used. That is, if the heat exchanger outlet pressure Pd is not higher than the pressure upper limit value, the pressure is not abnormally high, and if the heat exchanger outlet temperature Td is not higher than the temperature upper limit value, it is determined that the temperature is not abnormally high. The operation of Rankine cycle 31 is continued.
  • processing is performed in two stages. That is, in the first stage, the expander clutch 35 is engaged, the bypass valve 65 is opened, the refrigerant pump 32 is idled, and the refrigerant is spread throughout the refrigerant passages 44, 41, 42, the bypass passage 65 and the refrigerant passage 43. . In the second stage, the bypass valve 66 is closed, the vapor refrigerant is supplied to the expander 37, and the expander 37 is driven.
  • the bypass valve 66 is opened, and after a predetermined time (delay time) has elapsed from the timing when the bypass valve 66 is opened, the expander clutch An OFF signal is given to 35 and the expander clutch 35 is released.
  • the expander 37 rotates when there is a front-rear pressure difference (hereinafter referred to as “expander front-rear pressure difference”) of the expander 37. Therefore, when the refrigerant flows bypassing the expander 37 by opening the bypass valve 66. The pressure difference across the expander is eliminated. Even if the pressure difference between the expander and the expander disappears, the expander 37 continues to rotate due to inertia, but eventually the rotation decreases and the expander 37 stops (the operation of the Rankine cycle 31 is stopped).
  • the reason why the expander clutch 35 is released after a predetermined time has elapsed from the timing when the bypass valve 66 is opened is as follows. That is, if the expander clutch 35 is first released before the bypass valve 66 is opened to disconnect the expander 37 and the rotation shaft of the engine, the expander 37 can be operated in a state where the expander front-rear pressure difference exists. No load is applied. As a result, the rotational speed of the expander 37 increases rapidly, and the expander 37 over-rotates. In order to prevent the expander 37 from over-rotating, the bypass valve 66 is opened first in time, and the expander clutch 35 is switched from the engaged state to the released state after the pressure difference across the expander 37 becomes small. is there.
  • bypass valve closing sticking The sticking in which the bypass valve 66 remains closed even though the opening command is issued to the bypass valve 66 is hereinafter referred to as “bypass valve closing sticking”.
  • bypass valve closed and stuck As a result, excessive rotation may occur in the expander 37. Therefore, it is necessary to consider a countermeasure when the bypass valve is closed and stuck (hereinafter also referred to as “bypass valve closed and stuck”). However, there is no description of what to do when the bypass valve is stuck to the conventional device.
  • the expander clutch 35 when the bypass valve is closed and stuck when the expander 37 is stopped, the expander clutch 35 is kept in the engaged state and the expander front-rear pressure difference is limited to a predetermined constant value.
  • the “constant value” means an expander in which the rotation speed of the expander falls below the allowable upper limit value (that is, no overspeed exceeding the allowable upper limit value occurs) even when the expander clutch 35 is switched from the engaged state to the released state. It is the pressure difference between the front and rear. This constant value is determined in advance by adaptation.
  • the pressure difference across the expander is not fixed when the bypass valve is closed (when the bypass valve is closed). (If not the case) is to perform a process of lowering (expander front and rear pressure difference lowering process).
  • the following processes ⁇ 1> and ⁇ 2> are executed together as a process for reducing the pressure difference across the expander.
  • the amount of heat released from the refrigerant (heat radiation amount) by the condenser 38 is made lower than when the bypass valve is not closed. This is because the pressure difference between the expander and the expander is reduced by preventing the refrigerant from being cooled by the condenser 38.
  • the processes ⁇ 1> and ⁇ 2> performed by the engine controller 71 will be described with reference to the following flowchart.
  • the flow in FIG. 2 is for performing an expander stop process, and is performed at regular intervals (for example, every 10 ms). ) To run.
  • step 1 check the bypass valve closed sticking flag (initially set to zero when the engine is started).
  • the process proceeds to step 2 to issue a command to open the bypass valve 66.
  • step 3 it is checked whether or not a predetermined time has elapsed since the instruction to open the bypass valve 66 was issued.
  • the predetermined time is a time from when the expander clutch 35 is switched from the engaged state to the released state until the expander rotational speed in the released state becomes equal to or lower than the allowable upper limit value, and is set in advance with a margin. . If the predetermined time has not elapsed since the instruction to open the bypass valve 66 has been issued, the current process is terminated.
  • step 4 the differential pressure between the heat exchanger outlet pressure Pd detected by the pressure sensor 72 and the expander outlet pressure Pc [MPa]. Is calculated as an expander front-rear pressure difference ⁇ P [MPa].
  • the expander outlet pressure Pc is detected by a pressure sensor 83 (see FIG. 1).
  • a differential pressure between the heat exchanger outlet pressure Pd detected by the pressure sensor 72 and the refrigerant pump inlet pressure Ps detected by the pressure sensor 73 may be substituted. At this time, the detection accuracy is slightly lowered, but since the two existing pressure sensors 72 and 73 are used, the cost stop can be avoided.
  • step 5 the expander front-rear pressure difference ⁇ P is compared with a predetermined value X [MPa].
  • the predetermined value X is a value for determining whether or not the bypass valve is closed and stuck, and is set in advance. If the pressure difference ⁇ P between the expander and the expander when a predetermined time has elapsed after issuing the command to open the bypass valve 66 is less than the predetermined value X, it is determined that the bypass valve is not closed and the expander clutch is determined in step 6. An OFF command is issued to 35.
  • the flow in FIG. 3 is for performing a process of reducing the pressure difference across the expander when the bypass valve is closed, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms) following the flow in FIG.
  • step 11 the bypass valve closed sticking flag (set in FIG. 2) is observed.
  • steps 12 and 13 a close command is issued to the water flow valve 85 and the control valve 26 in order to reduce the amount of heat (heat input) recovered in the refrigerant by the heat exchanger 36.
  • the water flow valve 85 is a normally open on-off valve newly installed in the first bypass cooling water passage 24 in order to reduce the amount of heat recovered by the heat exchanger 36 into the refrigerant.
  • the control valve 26 is also used as a second water flow valve for reducing the amount of heat recovered by the refrigerant in the heat exchanger 36.
  • the cooling water heated by the engine 2 and the waste heat recovery unit 22 is prevented from flowing through the heat exchanger 36, and the amount of heat recovered by the heat exchanger 36 into the refrigerant is reduced.
  • the heat exchanger outlet pressure Pd is reduced by reducing the amount of heat recovered in the refrigerant by the heat exchanger 36 before the water valve 85 and the control valve 26 are closed.
  • the pressure difference ⁇ P across the expander 37 is lower than before the water passage valve 85 and the control valve 26 are closed.
  • step 14 the engine coolant temperature Tw [° C.] detected by the coolant temperature sensor 74 is compared with a predetermined value C [° C.], and the state of the air conditioner switch 59 (see FIG. 1) is checked.
  • the predetermined value C is a value for determining whether or not the engine 2 is overheated. And set in advance.
  • the reason why the radiator 11 is shared by the radiator 11 and the condenser 38 without providing a fan dedicated to the condenser 38 is to save space and reduce costs.
  • the fan 12 since the fan 12 is shared, the process of reducing the pressure difference across the expander when the bypass valve is closed and the process of preventing the engine 2 from overheating may be batted. Therefore, priority is given to a process for preventing the engine 2 from overheating when both perform batting.
  • the air conditioner switch 59 When the air conditioner switch 59 is turned on in step 14, it is determined that the cooling of the refrigerant in the condenser 53 is deteriorated by turning off the radiator fan 12 (the effectiveness of the air conditioner is deteriorated). Proceed to, and issue an ON command to the radiator fan 12. This prioritizes the process of preventing the refrigerant from cooling down in the condenser 53 over the process of reducing the pressure difference across the expander when the bypass valve is closed. The reason why the radiator 11 is shared by the radiator 11 and the condenser 53 without providing a dedicated fan for the condenser 53 is to save space and reduce costs.
  • the process of reducing the pressure difference between the front and rear of the expander when the bypass valve is closed and the process of preventing the refrigerant from getting cold in the condenser 53 may be batting. Therefore, when both perform batting, priority is given to processing for preventing the cooling of the refrigerant in the condenser 53 from becoming worse. That is, when the radiator fan 12 is turned off, the radiator fan 12 is not stopped when the engine 2 is overheated or the cooling of the refrigerant in the condenser 53 becomes worse.
  • step 15 an OFF command is issued to the radiator fan 12 in order to reduce the amount of heat (heat radiation amount) released from the refrigerant by the condenser 38.
  • the radiator fan 12 cools the refrigerant by sending air not only to the radiator 11 but also to the condenser 38. If the amount of heat released from the refrigerant by the condenser 38 is reduced by stopping the radiator fan 12, the cooling of the refrigerant in the condenser 38 becomes worse. When cooling gets worse and the refrigerant temperature at the outlet of the condenser 38 rises accordingly, the pressure difference between the expander and the expander decreases before the radiator fan 12 is stopped.
  • the radiator fan 12 when the radiator fan 12 is stopped, the engine cooling water cannot be sufficiently cooled. Therefore, the temperature of the engine cooling water rises before the radiator fan 12 is stopped, and the engine 2 can be overheated. Can be considered. Further, if the radiator fan 12 is stopped when the air conditioner switch 59 is turned on, the vehicle interior cannot be cooled sufficiently. Therefore, after issuing an OFF command to the radiator fan 12, when the engine coolant temperature Tw becomes equal to or higher than the predetermined value C in step 14, the process proceeds to step 16 and an ON command is issued to the radiator fan 12. When the air conditioner switch 59 is switched from OFF to ON after issuing an OFF command to the radiator fan 12, the process proceeds to step 16 to issue an ON command to the radiator fan 12.
  • a transmission mechanism that connects the output shaft of the expander 37 and the rotation shaft of the engine 2 via the expander clutch 35, and an expander bypass passage 65 (the refrigerant that has exited the heat exchanger is connected to the expander). And a bypass valve 65. Then, when the expander 37 is stopped, the expander clutch 35 is switched from the engaged state to the released state after the bypass valve 65 is switched from the closed state to the open state. Assuming such an engine waste heat utilization device, when the bypass valve is closed and closed (when the bypass valve is fixed in a closed state), the expander clutch 35 is maintained in the engaged state to limit the pressure difference between the expander and the expander. Perform the pressure difference limiting process before and after the expander. According to the present embodiment, even when the bypass valve is closed and stuck when the expander 37 is stopped (when the bypass valve is stuck in a closed state), the overexpansion of the expander 37 is prevented. Can be prevented.
  • the expander front-rear pressure difference limiting process reduces the expander front-rear pressure difference before and after the expander, which is lower than when the bypass valve is not firmly closed (when the bypass valve is not firmly closed). This is a pressure difference reduction process. By reducing the pressure difference between the expander and the expander, it is possible to prevent the expander 37 from overrotating. If the pressure difference between the expander and the expander eventually becomes near zero, the expander 37 can be stopped.
  • the amount of heat recovered by the refrigerant in the heat exchanger 36 is lower than when the bypass valve is not firmly closed (when the bypass valve is not firmly closed). This is a heat input reduction process (see steps 11, 12, and 13 in FIG. 3). By reducing the amount of heat (heat input) recovered by the heat exchanger 36, the pressure difference between the expander and the expander can be reduced.
  • the expander front-rear pressure difference reduction process lowers the amount of heat released from the refrigerant in the condenser 38 than when the bypass valve is not firmly closed (when the bypass valve is not firmly closed). This is a heat radiation amount reduction process (see steps 11 and 15 in FIG. 3).
  • the pressure difference between the expander and the expander can be reduced by reducing the amount of heat (heat release amount) released from the refrigerant by the condenser 38.
  • a condenser 38 is disposed in parallel with the radiator 11 that cools the engine coolant, and the condenser 38 is cooled by the radiator fan 12.
  • the heat radiation amount reduction process is a radiator fan stop process for stopping the radiator fan 12.
  • the flow of FIG. 4 is a flow of the second embodiment that replaces the flow of FIG. 3 of the first embodiment. That is, the flow in FIG. 4 is for performing a process of reducing the pressure difference across the expander when the bypass valve is closed, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms) following the flow in FIG.
  • regular intervals for example, every 10 ms
  • the following process ⁇ 3> is added and executed as a process for reducing the pressure difference across the expander.
  • ⁇ 3> The amount of work performed by the expander 37 is made lower than when the bypass valve is not closed.
  • the rotation speed of the refrigerant pump 32 is increased by increasing the engine rotation speed Ne by a certain amount, and the refrigerant pump 32 is discharged toward the heat exchanger 36.
  • the amount of heat that can be received by the refrigerant at 36 is insufficient, and for example, a part of the refrigerant cannot evaporate.
  • the refrigerant flow rate at which the refrigerant can evaporate with respect to the amount of heat (acquisition heat amount, regenerative heat amount) that can be recovered by the heat exchanger 36 is determined in advance, so that the refrigerant that exceeds this predetermined flow rate is heated. This is because a part of the refrigerant cannot evaporate when it flows through the exchanger 36.
  • the predetermined amount which is the increase amount of the engine rotation speed, is determined in advance so that the flow rate of the refrigerant is such that part of the refrigerant cannot evaporate in the heat exchanger 36.
  • a predetermined amount which is an increase amount of the motor rotation speed, is determined in advance so that a flow rate of the refrigerant that prevents part of the refrigerant from evaporating in the heat exchanger 36 flows.
  • the amount of work performed by the expander 37 is reduced, and the amount of work performed by the expander 37 is decreased.
  • the rotational speed of the machine 37 decreases.
  • the expander front-rear pressure difference reduction process is performed when the work amount of the expander 37 is not fixed when the bypass valve is closed (when the bypass valve is not fixed when closed). This is a process for reducing the work of expanding the expander. By reducing the amount of work performed by the expander 37, the rotational speed of the expander 37 can be decreased.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating the entire Rankine cycle system according to the third embodiment.
  • the same parts as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. However, a part of the engine coolant circuit is not shown.
  • the condenser 53 is shown.
  • the first and second embodiments are directed to the engine-driven vehicle 1, but the third embodiment is directed to the hybrid vehicle 1 '.
  • the hybrid vehicle 1 ′ as is well known, a high-voltage battery, an inverter that converts direct current from the high-power battery into alternating current, and a high-power system mainly composed of a motor that can rotate with alternating current from the inverter are added.
  • the motor and the inverter constituting the strong electric system can become high temperature, it is necessary to cool the inside of the motor and the inverter so as not to exceed the temperature that compensates the function of the motor and the inverter.
  • the condenser 38 is air-cooled in the first and second embodiments, but is changed to a water-cooled (liquid-cooled) condenser 38 ′ in the third embodiment.
  • the water-cooled condenser 38 ' is provided with a refrigerant passage 38'a and a cooling water passage 38'b (coolant passage).
  • One of the refrigerant passages 38 ′ a is connected to the refrigerant passage 43 of the Rankine cycle 31 and the other is connected to the refrigerant passage 44 of the Rankine cycle 31.
  • the cooling water cooled by the sub radiator 91 (hereinafter referred to as “second cooling water” in order to distinguish this cooling water from the engine cooling water) is supplied to the cooling water passages 101 and 102. Circulate through (coolant passage). For this reason, one end of each of the cooling water passages 101 and 102 is connected to the cooling water passage 38 ′ b and the other end of each of the cooling water passages 101 and 102 is connected to the sub-radiator 91.
  • the whole water-cooled condenser 38 ′ is viewed from above, the directions in which the second cooling water and the refrigerant in the Rankine cycle 31 flow are opposite to each other.
  • the sub radiator 91 is arranged in parallel with the radiator 11 and is cooled by the vehicle speed wind or the cooling fan 12.
  • a cooling water pump 92 (cooling liquid pump) is provided at the outlet of the sub radiator 91 to circulate the second cooling water (second cooling liquid).
  • the cooling water pump 92 is driven by a motor 93 and has a current value adjusting device 94 that can adjust a current value flowing to the motor 93.
  • the current value flowing to the motor 93 can be duty-controlled by this current value adjusting device 94 (adjustable). ).
  • the power source of the current value adjusting device 94 is a battery. For example, when the ON duty value applied to the current value adjusting device 94 is 0%, the motor 93 is in a non-driven state and the cooling water pump 92 is in a non-rotating state. When the ON duty value given to the current value adjusting device 94 is 100% at the maximum, the motor 93 is in a driving state, and the cooling water pump 92 rotates to discharge the maximum flow rate.
  • a motor cooling water passage 111, an inverter cooling water passage 112, and a water-cooled intercooler 113 are connected in series in order to cool the motor and the inverter constituting the high power system. Is arranged.
  • the cooling water from the sub radiator 91 cools the motor and the inverter so as not to exceed a temperature at which the function of the motor and the inverter is compensated.
  • a temperature sensor 121 that detects the second coolant temperature is provided in the coolant passage 101 downstream of the coolant pump 92.
  • the flow of FIG. 6 is a flow of the third embodiment that replaces the flow of FIG. 4 of the second embodiment. That is, the flow in FIG. 6 is for performing a process of reducing the pressure difference across the expander when the bypass valve is closed, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms) following the flow in FIG.
  • the same parts as those in the flow of FIG. 4 of the second embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • step 11 the bypass valve closed sticking flag (set in FIG. 2) is observed.
  • the bypass valve closed fixing flag 0, the routine proceeds to steps 31-33.
  • step 31 the ON duty value Pduty1 [%] given to the current value adjusting device 94 at the normal time by searching a table having the contents shown in FIG. 7 from the second cooling water temperature Tin [° C.] detected by the temperature sensor 121. Is calculated.
  • the “normal time” means a case where the bypass valve is not closed.
  • the ON duty value Pduty1 at the normal time remains at a predetermined value a [%] close to zero (constant) until the second cooling water temperature Tin reaches the predetermined value d [° C.], and thereafter Is a value that increases as the second cooling water temperature Tin increases.
  • the rotational speed of the cooling water pump 92 is increased and the discharge amount of the cooling water pump 92 is increased as the second cooling water temperature Tin is increased. This is to improve the cooling of the second cooling water in the sub radiator 91.
  • the characteristic of the ON duty value given to the current value adjusting device 94 at the normal time does not have to be a continuous value indicated by a solid line, but may be a step value as indicated by being overlapped by a broken line.
  • step 32 the calculated normal ON duty value Pduty1 is shifted to the ON duty value Pduty [%], and in step 33, the value of the ON duty value Pduty is output to the register.
  • step 34 the process proceeds to step 34, where the second cooling water temperature Tin [° C.] detected by the temperature sensor 121 is compared with the predetermined value b [° C.].
  • the second cooling water flowing through the high-voltage motor and the inverter becomes overheated (e.g., evaporates), and the rotation of the motor decreases or the motor cannot be rotated.
  • the predetermined value b is a value for determining whether or not the high voltage system is overheated, and is set in advance.
  • step 34 When the second cooling water temperature Tin is equal to or higher than the predetermined value b in step 34, it is determined that the second cooling water is not cooled by the sub radiator 91 by turning off the radiator fan 12, and the high electric system can be overheated. At this time, the process proceeds to step 35, and after the ON command is issued to the radiator fan 12, the operations of steps 31 to 33 are executed. This prioritizes the process of preventing the overheating of the high voltage system over the process of reducing the pressure difference across the expander when the bypass valve is closed. The reason for sharing the radiator fan 12 between the radiator 11 and the sub radiator 91 without providing a dedicated fan for the sub radiator 91 is for space saving and cost reduction.
  • the process of reducing the pressure difference across the expander when the bypass valve is closed and the process of preventing the strong electric system from overheating may be batting. Therefore, priority is given to the process of preventing the high voltage system from overheating when both perform batting. That is, when the radiator fan 12 is stopped, the second cooling water is not cooled by the sub-radiator 91 and the high-power system can overheat, the radiator fan 12 is not stopped.
  • step 36 an ON duty value given to the current value adjusting device 94 when the bypass valve is closed is searched by searching a table having the contents shown in FIG. 8 from the second coolant temperature Tin [° C.] detected by the temperature sensor 121. Pduty2 [%] is calculated.
  • the ON duty value Pduty2 given to the current value adjusting device 94 when the bypass valve is closed is a predetermined value a [%] close to zero until the second cooling water temperature Tin is a predetermined value b [° C.]. It remains (constant). After that, it becomes higher stepwise, which is consistent with the normal characteristics.
  • FIG. 8 shows normal characteristics superimposed with broken lines. That is, when the second cooling water temperature Tin is between the predetermined value d and the predetermined value b, the ON duty value given to the current value adjusting device 94 is made smaller than normal, thereby lowering the motor rotation speed and reducing the cooling water pump 92. The discharge amount is reduced.
  • the amount of heat released from the second cooling water is reduced by the sub radiator.
  • the amount of heat released from the second cooling water decreases, the amount of heat released from the refrigerant to the second cooling water by the water-cooled condenser 38 'decreases.
  • the refrigerant is not cooled from the normal time by the water-cooled condenser 38'. That is, since the refrigerant at the outlet of the water-cooled condenser 38 'warms up more than usual when the bypass valve is closed and fixed, the pressure difference across the expander decreases.
  • step 37 the calculated ON duty value Pduty2 when the bypass valve is closed is moved to the ON duty value Pduty [%], and in step 38, it is output to the register.
  • the ON duty value Pduty output to the register in steps 33 and 38 is given to the current value adjusting device 94 by the engine controller 71.
  • steps 14 to 16 is the same as that in the first embodiment.
  • the cooling water passages 101 and 102 for circulating the second cooling water to the water-cooled condenser 38 'and the discharge amount of the second cooling water interposed in the cooling water passage can be duty-controlled.
  • a cooling water pump 92 and a sub radiator 91 for cooling the second cooling water are provided.
  • the expander front-rear pressure difference reduction process is a discharge amount reduction process for reducing the discharge amount of the cooling water pump 92 when the bypass valve is not closed and fixed (when the bypass valve is not fixed when closed). Yes (see steps 11, 36, 37, 38 in FIG. 6). By reducing the discharge amount of the cooling water pump 92, the pressure difference between the expander and the expander can be reduced.
  • the sub radiator 91 is arranged in parallel with the radiator 11 that cools the engine cooling water, and the second cooling water flowing through the sub radiator 91 is cooled by the radiator fan 12.
  • the radiator fan 12 is stopped until the second cooling water temperature Tin at the outlet of the cooling water pump is equal to or higher than a predetermined value b, the high electric system can be overheated.
  • the second cooling water temperature Tin at the outlet of the cooling water pump is equal to or higher than a predetermined value b, even when the bypass valve is fixedly closed (when the bypass valve is fixed in a closed state).
  • the radiator fan 12 is not stopped (see steps 11, 34, and 35 in FIG. 6). This can prevent overheating of the strong electric system.
  • FIG. 9 and FIG. 11 are schematic configuration diagrams showing the entire Rankine cycle system of the fourth and fifth embodiments.
  • the same parts as those in FIG. 5 of the third embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the radiator fan 12 that sent air to the sub-radiator 91 was stopped.
  • the existing radiator fan 12 since the existing radiator fan 12 is used for blowing air to the sub radiator 91, an increase in the cost of parts can be avoided.
  • the radiator fan 12 when the radiator fan 12 is stopped, the air to the sub radiator 91 may not be performed, and the high voltage system may overheat. That is, it is necessary to stop the radiator fan 12 within a range where the high-power system cannot overheat, and the range in which the radiator fan 12 can be used is limited.
  • two on-off valves 131, 133, 141, and 143 are provided in place of the radiator fan 12, and by using these two on-off valves, the pressure difference between the front and rear of the expander is increased. Lower than when not closed.
  • the amount of heat released from the second cooling water (heat radiation amount) by the water-cooled condenser 38 ′ is reduced as compared with the case where the bypass valve is not closed or the water-cooled condenser 38 ′ refrigerant. Is to lower the amount of heat received (heat amount) than when the bypass valve is not closed.
  • the fourth embodiment is a case where the amount of heat released from the second coolant by the water-cooled condenser 38 ′ is reduced as compared to the case where the bypass valve is not closed.
  • the normally open first on-off valve 131 is interposed in the cooling water passage 101 between the water-cooled intercooler 113 and the water-cooled condenser 38 ′.
  • the second on-off valve 133 is normally closed to the bypass cooling water passage 132 that branches from the upstream side of the first on-off valve 131 and bypasses the cooling water passage 38 ′ b of the water-cooled condenser 38 ′ and joins the cooling water passage 102. To intervene.
  • the fifth embodiment is a case where the amount of heat received by the submerged cooling condenser 38 'refrigerant is lowered as compared with the case where the bypass valve is not closed.
  • the normally open third on-off valve 141 is interposed in the refrigerant passage 43 between the check valve 64 and the water-cooled condenser 38 ′.
  • a normally closed fourth on-off valve 143 is provided in a bypass refrigerant passage 142 which branches from the upstream side of the third on-off valve 141 and bypasses the refrigerant passage 38'a of the water-cooled condenser 38 'to join the refrigerant passage 44. To do.
  • FIGS. 10 and 12 are flows of the fourth and fifth embodiments that replace the flow of FIG. 6 of the third embodiment. That is, the flow in FIGS. 10 and 12 is for performing a process of reducing the pressure difference between the front and rear of the expander when the bypass valve is closed, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms) following the flow in FIG.
  • the same parts as those in the flow of FIG. 6 of the third embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • steps 14 to 16 in the flow of FIG. 6 are not present, and steps 41 and 42 are added instead. is there. That is, in steps 41 and 42, in order to reduce the amount of heat released from the second cooling water by the water-cooled condenser 38 ', a close command is issued to the first on-off valve 131 and an open command is issued to the second on-off valve 133.
  • the second cooling water does not flow through the water-cooled condenser 38 ′ (flows through the bypass cooling water passage 132), so the amount of heat released from the second cooling water in the water-cooled condenser 38 ′ is reduced, and accordingly, The refrigerant temperature at the outlet of the water-cooled condenser 38 'increases.
  • steps 51 and 52 are added instead. Is a point. That is, in steps 51 and 52, in order to reduce the amount of heat received by the refrigerant in the water-cooled condenser 38 ', a close command is issued to the third on-off valve 141 and an open command is issued to the fourth on-off valve 143.
  • the refrigerant bypasses the water-cooled condenser 38 ′ and flows through the bypass refrigerant passage 142, so that the amount of heat received by the refrigerant in the water-cooled condenser 38 ′ is reduced, and the amount corresponding to the outlet of the water-cooled condenser 38 ′.
  • the refrigerant temperature rises.
  • a water pump 92 and a sub-radiator 91 for cooling the second cooling water are provided.
  • the expansion pressure difference reduction process before and after the expander is not when the heat quantity released from the second cooling water by the water-cooled condenser 38 ′ is not fixed when the bypass valve is closed (when the bypass valve is not fixed when closed). This is a heat radiation amount lowering process for further reducing (see steps 11, 41 and 42 in FIG. 10).
  • the pressure difference between the expander and the expander can be reduced by reducing the amount of heat (heat radiation amount) released from the second cooling water by the water-cooled condenser 38 '.
  • a pump 92 and a sub radiator 91 for cooling the second cooling water are provided.
  • the expansion pressure difference reduction process before and after the expander is a process for reducing the amount of heat received by the 38 ′ refrigerant in the water-cooled condenser as compared to when the bypass valve is not firmly closed (when the bypass valve is not closed and fixed). This is a heat reduction process (see steps 11, 51 and 52 in FIG. 12). By reducing the amount of heat (amount of heat received) received by the refrigerant in the water-cooled condenser 38 ', the pressure difference between the expander and the expander can be reduced.
  • two new on-off valves 131, 133, 141, and 143 are additionally provided. Therefore, although the cost of parts increases, the radiator fan 12 is stopped. Therefore, there is no need to think about the situation where the strong electric system can overheat.
  • the range in which the two on-off valves 131, 133, 141, and 143 can be used is not limited.
  • the present invention is not limited to this case.
  • two flow rate adjusting valves capable of adjusting the flow rate are used instead of the two on-off valves 131 and 133.
  • the bypass valve is closed, the flow rate of the second cooling water flowing through the cooling water passage 38′b of the water-cooled condenser 38 ′ is reduced, and the remaining second cooling water flows through the bypass cooling water passage 132. It may be to control each of the two flow regulating valves.
  • the flow rate of the second cooling water flowing to the cooling water passage 38 ′ b of the water-cooled condenser 38 ′ and the flow of the second cooling water passage 132 to the branch portion of the bypass cooling water passage 132, and not to the two flow rate adjusting valves may be provided.
  • the present invention is not limited to this case.
  • two flow rate adjusting valves capable of adjusting the flow rate are used instead of the two on-off valves 141 and 143.
  • the two flow rate adjustment valves are controlled so that the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigerant passage 38'a of the water-cooled condenser 38 'is reduced and the remaining refrigerant flows through the bypass refrigerant passage 142. It may be to do.
  • FIG. 13 is a schematic block diagram showing the whole system of Rankine cycle of 6th Embodiment. The same parts as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the shaft of the refrigerant pump 32 is connected to the output shaft of the expander 37 on the same shaft, and the refrigerant pump 32 is driven by the output (power) generated by the expander 37 and the generated power is reduced.
  • the configuration is such that the output shaft of the engine 2 is supplied via a belt transmission mechanism.
  • the sixth embodiment is intended for the engine-driven vehicle 1 as in the first embodiment.
  • the configuration of the refrigerant pump 32 is slightly different from that of the first embodiment. That is, the output shaft of the expander 37 and the output shaft of the engine 2 are provided in parallel, and these two shafts are connected by the belt transmission mechanism (33, 34, 2a) via the expander clutch 35, and the refrigerant.
  • the pump 32 is driven by a motor 151.
  • the water-cooled condenser 38 has been described.
  • the water-cooled condenser is not necessary, and any liquid-cooled condenser may be used.

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Abstract

【課題】バイパス弁が閉じた状態で固着しているときにも膨張機の過回転を抑制し得る装置を提供する。 【解決手段】ランキンサイクル（３１）と、膨張機（３７）の出力軸とエンジンの回転軸とを、締結・解放し得る電磁クラッチ（３２）を介して連結する伝動機構と、熱交換器（３６）を出た冷媒を膨張機（３７）をバイパスさせて流す通路（６５）と、この通路に介装されるバイパス弁（６６）とを備え、膨張機（３７）を停止する際に、バイパス弁（６６）を閉状態から開状態に切換えた後に電磁クラッチ（３２）を締結状態から解放状態に切換えるエンジンの廃熱利用装置において、バイパス弁（６６）が閉じた状態で固着している場合に、電磁クラッチ（３２）を締結状態を保ち、膨張機前後圧力差を制限する膨張機前後圧力差制限処理を行う。

Description

エンジンの廃熱利用装置
　この発明はエンジンの廃熱利用装置の改良に関する。
　ランキンサイクルにおいて、膨張機の出力軸とエンジンの回転軸とを、締結・解放し得る電磁クラッチを介して連結する伝動機構と、膨張機に供給する冷媒をバイパスさせる通路と、この通路に介装されるバイパス弁とを備えるものがある（特許文献１参照）。このものでは、膨張機を停止する際に、バイパス弁を閉状態から開状態に切換えた後に電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えている。これは、バイパス弁を閉状態から開状態に切換える前に電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えるとすれば、膨張機がエンジンの回転軸から切り離されて無負荷状態となり、膨張機の回転速度が急上昇して過回転してしまうので、これを避けるためである。時間的に先にバイパス弁を閉状態から開状態に切換えることで膨張機の前後圧力差を低下させ、これによって膨張機の回転速度を十分に低下させた後に電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えることで、膨張機の過回転を防止するのである。
特開２０１２－１９３６９０号公報
　ところで、バイパス弁が閉じた状態で固着している場合にも、膨張機を停止するため、バイパス弁を閉状態から開状態に切換える信号を出力した後に電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えたとする。この場合には、膨張機の前後圧力差が低下しないので、電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えたタイミングより膨張機の回転速度が急上昇して膨張機が過回転してしまう。
　しかしながら、バイパス弁が閉じた状態で固着している場合にどうするかは上記特許文献１の技術に一切記載がない。
　そこで本発明は、バイパス弁が閉じた状態で固着している場合にも膨張機の過回転を抑制し得る装置を提供することを目的とする。
　本発明のエンジンの廃熱利用装置は、膨張機の出力軸とエンジンの回転軸とを、締結・解放し得る電磁クラッチを介して連結する伝動機構と、熱交換器を出た冷媒を膨張機をバイパスさせて流す通路と、この通路に介装されるバイパス弁とを備えている。そして膨張機を停止する際に、バイパス弁を閉状態から開状態に切換えた後に電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換える。こうしたエンジンの廃熱利用装置を前提として、バイパス弁が閉じた状態で固着している場合に、電磁クラッチを締結状態を保ち、膨張機前後圧力差を制限する膨張機前後圧力差制限処理を行う。
　本発明によれば、膨張機を停止する際にバイパス弁が閉じた状態で固着している場合であっても、膨張機の過回転を防止することができる。
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。 膨張機停止処理を説明するためのフローチャートである。 膨張機前後圧力差低下処理を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態の膨張機前後圧力差低下処理を説明するためのフローチャートである。 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。 第３実施形態の膨張機前後圧力差低下処理を説明するためのフローチャートである。 第３実施形態の通常時のＯＮデューティ値の特性図である。 第３実施形態のバイパス弁閉固着時のＯＮデューティ値の特性図である。 第４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。 第４実施形態の膨張機前後圧力差低下処理を説明するためのフローチャートである。 第５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。 第５実施形態の膨張機前後圧力差低下処理を説明するためのフローチャートである。 第６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。
　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。
　（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である。
　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。
　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。また、冷却水温度が低い場合に冷却水通路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をバイパスさせることにより、冷却水の全量がバイパス冷却水通路１４側を流れるようにする。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。しかしながら、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。
　ラジエータ１１をバイパスするバイパス冷却水通路１４は、第１バイパス冷却水通路２４と、第２バイパス冷却水通路２５とからなる。そして、第１バイパス冷却水通路２４は冷却水通路１３から分岐して後述の熱交換器３６に直接接続している。一方、第２バイパス冷却水通路２５は冷却水通路１３から分岐して廃熱回収器２２を経た後に熱交換器３６に接続している。
　バイパス冷却水通路１４には、ランキンサイクル３１の冷媒と熱交換を行なう熱交換器３６を備える。この熱交換器３６は加熱器と過熱器とを統合したものである。すなわち、熱交換器３６には２つの冷却水通路３６ａ、３６ｂがほぼ一列に設けられている。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３１の冷媒が流れる冷媒通路３６ｃが冷却水通路３６ａ、３６ｂと隣接して設けられている。さらに、熱交換器３６の全体を俯瞰して見たときにランキンサイクル３１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３６ａ、３６ｂ、３６ｃが構成されている。
　詳細には、ランキンサイクル３１の冷媒にとって上流（図１の左）側に位置する一方の冷却水通路３６ａは、第１バイパス冷却水通路２４に介装されている。この冷却水通路３６ａ及びこの冷却水通路３６ａに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器左側部分は、エンジン２から出た冷却水を冷却水通路３６ａに直接導入することで、冷媒通路３６ｃを流れるランキンサイクル３１の冷媒を加熱するための加熱器である。
　ランキンサイクル３１の冷媒にとって下流（図１の右）側に位置する他方の冷却水通路３６ｂには、第２バイパス冷却水通路２５を介して廃熱回収器２２を経た冷却水が導入される。冷却水通路３６ｂ及びこの冷却水通路３６ｂに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器右側部分（下流側）は、エンジン出口の冷却水を排気によって加熱した冷却水を冷却水通路３６ｂに導入することで、冷媒通路３６ｃを流れる冷媒を過熱する過熱器である。
　廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａは排気管５に隣接して設けている。廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａにエンジン２の出口の冷却水を導入することで、冷却水を高温の排気によって例えば１１０～１１５℃程度まで加熱することができる。廃熱回収器２２の全体を俯瞰して見たときに、排気と冷却水とが互いに流れる向きが逆向きとなるように冷却水通路２２ａが構成されている。
　廃熱回収器２２を設けた第２バイパス冷却水通路２５には制御弁２６が介装されている。エンジン２の内部にある冷却水の温度が、例えばエンジンの効率悪化やノックを発生させないための許容温度（例えば１００℃）を超えないように、エンジン２の出口の冷却水温度センサ７４の検出温度が所定値以上になると、この制御弁２６の開度を減少させる。これによって、エンジン２の内部にある冷却水の温度（エンジン水温）が許容温度に近づくと、廃熱回収器２２を通過する冷却水量を減少させるので、エンジン水温が許容温度を超えてしまうことを確実に防ぐことができる。
　一方、第２バイパス冷却水通路２５の流量が減少したことによって、廃熱回収器２２により上昇する冷却水温度が上がりすぎて冷却水が蒸発（沸騰）してしまったのでは、熱交換器３６での効率が落ちる。これだけでなく、冷却水通路内の冷却水の流れが悪くなって温度が過剰に上昇してしまう恐れもある。これを避けるため、廃熱回収器２２をバイパスするバイパス排気管６と、排熱回収器２２の排気通過量とバイパス排気管６の排気通過量とをコントロールするサーモスタットバルブ７をバイパス排気管６の分岐部に設けている。すなわち、サーモスタットバルブ７は、そのバルブ開度が廃熱回収器２２を出た冷却水温度が所定の温度（例えば沸騰温度１２０℃）を超えないように、廃熱回収器２２を出た冷却水温度に基づいて調節される。
　熱交換器３６とサーモスタットバルブ７と廃熱回収器２２とは、廃熱回収ユニット２３として一体化されていて、車幅方向略中央の床下において排気管途中に配設されている（図示しない）。サーモスタットバルブ７は、バイメタル等を用いた比較的簡易な感温弁でも良いし、温度センサ出力が入力されるコントローラによって制御される制御弁であっても良い。サーモスタットバルブ７による排気から冷却水への熱交換量の調節は比較的大きな遅れを伴うため、サーモスタットバルブ７を単独で調節したのではエンジン水温が許容温度を超えないようにするのが難しい。しかしながら、第２バイパス冷却水通路２５の制御弁２６をエンジン水温（出口温度）に基づき制御するようにしてあるので、熱回収量を速やかに低減し、エンジン水温が許容温度を超えるのを確実に防ぐことができる。また、エンジン水温が許容温度までに余裕がある状態であれば、廃熱回収器２２を出る冷却水温度がエンジン水温の許容温度を越えるほどの高温（例えば１１０～１１５℃）になるまで熱交換を行って、廃熱回収量を増加させることができる。冷却水通路３６ｂを出た冷却水は、第２バイパス冷却水通路２５を介して第１バイパス冷却水通路２４に合流されている。
　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、例えば熱交換器３６でランキンサイクル３１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３１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３１へ適当に供給（回収）されるように構成されている。
　次に、ランキンサイクル３１について述べる。ランキンサイクル３１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ある。ランキンサイクル３１は、冷媒ポンプ３２、過熱器としての熱交換器３６、膨張機３７及び凝縮器（コンデンサ）３８を備え、各構成要素は冷媒（Ｒ１３４ａ等）が循環する冷媒通路４１～４４により接続されている。
　冷媒ポンプ３２の軸は同一の軸上で膨張機３７の出力軸と連結配置され、膨張機３７の発生する出力（動力）によって冷媒ポンプ３２を駆動すると共に、発生動力をベルト伝動機構を介してエンジン２の出力軸（クランク軸）に供給する構成である。ここで、ベルト伝動機構は、ポンププーリ３３，ベルト３４，クランクプーリ２ａから構成されている。すなわち、冷媒ポンプ３２軸及び膨張機３７の出力軸は、エンジン２の出力軸と平行に配置され、冷媒ポンプ３２軸の先端に設けたポンププーリ３３と、クランクプーリ２ａとの間にベルト３４を掛け回している。なお、本実施形態の冷媒ポンプ３２としてはギヤ式のポンプを、膨張機３７としてはスクロール式の膨張機を採用している。
　また、ポンププーリ３３と冷媒ポンプ３２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。）３５を設けて、冷媒ポンプ３２及び膨張機３７とを、エンジン２と締結・解放可能にしている。このため、膨張機３７の発生する出力が冷媒ポンプ３２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（推定した膨張機トルクが正の場合）に膨張機クラッチ３５を締結する。これによって、膨張機３７の発生する出力で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３２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。
　冷媒ポンプ３２からの冷媒は冷媒通路４１を介して熱交換器３６に供給される。熱交換器３６は、エンジン２の冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を気化し過熱する熱交換器である。
　熱交換器３６からの冷媒は冷媒通路４２を介して膨張機３７に供給される。膨張機３７は、気化し過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３７で回収された動力は冷媒ポンプ３２を駆動し、ベルト伝動機構（３３，３４，２ａ）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。
　膨張機３７からの冷媒は冷媒通路４３を介して凝縮器３８に供給される。凝縮器３８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、凝縮器３８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。
　凝縮器３８により液化された冷媒は、冷媒通路４４を介して冷媒ポンプ３２に戻される。冷媒ポンプ３２に戻された冷媒は、冷媒ポンプ３２により再び熱交換器３６に送られ、ランキンサイクル３１の各構成要素を循環する。
　次に、冷凍サイクル５１について述べる。冷凍サイクル５１は、コンプレッサ（圧縮機）５２、凝縮器５３、エバポレータ（蒸発器）５５を備える。
　コンプレッサ５２は冷凍サイクル５１の冷媒を高温高圧に圧縮する流体機械で、エンジン２によって駆動される。すなわち、コンプレッサ５２の駆動軸にはコンプレッサプーリが固定され、このコンプレッサプーリとクランクプーリとにベルトを掛け回している。エンジン２の駆動力がこのベルトを介してコンプレッサプーリに伝達され、コンプレッサ５２が駆動される。また、コンプレッサプーリとコンプレッサ５２との間に電磁式のクラッチ（このクラッチを以下「コンプレッサクラッチ」という。）を設けて、コンプレッサ５２とコンプレッサプーリとを断接可能にしている。
　コンプレッサ５２からの冷媒は冷媒通路５６を介して凝縮器５３に供給される。凝縮器５３は外気との熱交換によって冷媒を凝縮し液化する熱交換器である。凝縮器５３はラジエータ１１と並列に配置し、車速風または冷却ファン１２で冷却する。
　凝縮器５３からの液状の冷媒は、冷媒通路５７を介してエバポレータ（蒸発器）５５に供給される。エバポレータ５５は、図示しないヒータコアと同様にエアコンユニットのケース内に配設されている。エバポレータ５５は、凝縮器５３からの液状冷媒を蒸発させ、そのときの蒸発潜熱によってブロアファンからの空調空気を冷却する熱交換器である。
　エバポレータ５５によって蒸発した冷媒は冷媒通路５８を介してコンプレッサ５２に戻される。なお、エバポレータ５５によって冷却された空調空気とヒータコアによって加熱された空調空気は、エアミックスドアの開度に応じて混合比率が変更され、乗員の設定する温度に調節される。
　ランキンサイクル３１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、膨張機上流弁６２上流から膨張機３７をバイパスして逆止弁６４上流に合流する膨張機バイパス通路６５を設け、この膨張機バイパス通路６５にバイパス弁６６を設けている。上記のバイパス弁６６は電磁式の開閉弁である。
　また、冷媒ポンプ３２と熱交換器３６とを連絡する冷媒通路４１に、熱交換器３６から冷媒ポンプ３２への冷媒の逆流を防止するため逆止弁６３を備えている。膨張機３７と凝縮器３８とを連絡する冷媒通路４３にも、凝縮器３８から膨張機３７への冷媒の逆流を防止するため逆止弁６４を備えている。
　冷媒通路４１～４４及びバイパス通路６５のうち２つのポイントの圧力及び温度を検出する圧力センサ７２，７３及び温度センサ８１，８２からの信号がエンジンコントローラ７１に入力されている。ここで、一方のポイントは熱交換器３６の出口から膨張機３７の入口までの冷媒通路４２である。圧力センサ７２は当該冷媒通路４２の圧力（この圧力を、以下「熱交換器出口圧力」という。）Ｐｄを、温度センサ８２は当該冷媒通路４２の温度（この温度を、以下「熱交換器出口温度」という。）Ｔｄを検出する。他方のポイントは凝縮器３８の出口から冷媒ポンプ３２の入口までの冷媒通路４４である。圧力センサ７３は当該冷媒通路４４の圧力（この圧力を、以下「冷媒ポンプ入口圧力」という。）Ｐｓを、温度センサ８２は当該冷媒通路４４の温度（この温度を、以下「冷媒ポンプ入口温度」という。）Ｔｓを検出する。
　エンジンコントローラ７１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、膨張機クラッチ３５の締結・解放の制御を行なうとともに、上記のバイパス弁６６の開閉を制御する。
　例えば、ランキンサイクル３１の運転開始に際しては、冷媒通路やバイパス通路から冷媒が漏れているか否かの診断に圧力センサ７３により検出される冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓ及び圧力センサ７２により検出される熱交換器出口圧力Ｐｄを用いる。すなわち、冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓや熱交換器出口圧力Ｐｄが大気圧力より大きいときには冷媒通路４１～４４やバイパス通路６５から冷媒が漏れていないと判定する。一方、冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓや熱交換器出口圧力Ｐｄが大気圧力以下であるときには冷媒通路４１～４４やバイパス通路６５から冷媒が漏れていると判定する。冷媒が冷媒通路４１～４４やバイパス通路６５から漏れていないと判定したときランキンサイクル３１の運転を開始するが、冷媒が冷媒通路４１～４４やバイパス通路６５から漏れていると判定したときには、ランキンサイクル３１の運転を開始しない。
　また、ランキンサイクル３１の運転で得られる膨張機トルク（回生動力）が正なのか負なのかを推定している。これは、車両１が必要とする目標駆動トルクの管理に膨張機トルクが必要となるためである。目標駆動トルクから目標エンジントルクが定まるが、エンジン２に補機負荷が加わるときには、その分エンジン２が発生するトルクを増やしてやらなければ、目標駆動トルクが得られなくなる。同様に、膨張機クラッチ３５を締結して膨張機トルクをエンジン２に付加したとき、目標駆動トルクを大きく超えるようだと不要なトルクの付加になるとして、膨張機クラッチ３５を解放することが好ましい。その一方で、膨張機トルクが負の場合に膨張機クラッチ３５を締結したのでは、エンジントルクを却って低下させてしまうので、このときには膨張機クラッチ３５を解放することが好ましい。このように、膨張機トルクについても目標駆動トルクの管理に必要となるので、膨張機トルクがどの程度なのかを見極めるため、膨張機トルクを推定する。
　例えば、推定した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３５を締結し、推定した膨張機トルクがゼロないし負のときに膨張機クラッチ３５を解放する。
　膨張機トルクの推定方法としては、簡単には熱交換器出口圧力Ｐｄから冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓを差し引いた値に基づいて推定すればよい。Ｐｄ－Ｐｓの差圧が大きいほど膨張機トルクが大きいと推定するのである。あるいは、熱交換器出口圧力Ｐｄ及び熱交換器出口温度Ｔｄに基づいて冷媒通路４２を流れる冷媒の有するエンタルピｈ１を、冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓ及び冷媒ポンプ入口温度Ｔｓに基づいて冷媒通路４４を流れる冷媒の有するエンタルピｈ２を算出する。そして、両エンタルピの差ｈ２－ｈ１から膨張機トルクを推定する。ｈ２－ｈ１の差が大きいほど膨張機トルクが大きいと推定するのである。
　ここで、上記のエンタルピｈ１は熱交換器出口圧力Ｐｄと熱交換器出口温度Ｔｄの関数であるので、熱交換器出口圧力Ｐｄと熱交換器出口温度Ｔｄをパラメータとするエンタルピｈ１のマップを予め作成して持たせておけばよい。同様に、上記のエンタルピｈ２は冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓと冷媒ポンプ入口温度Ｔｓの関数であるので、Ｐ冷媒ポンプ入口圧力ｓと冷媒ポンプ入口温度Ｔｓをパラメータとするエンタルピｈ２のマップを予め作成して持たせておけばよい。
　そのほか、ランキンサイクル３１内を流れる冷媒が異常な高圧になっていないか否か、あるいはランキンサイクル内を流れる冷媒が異常な高温になっていないか否かの診断にも熱交換器出口圧力Ｐｄ、熱交換器出口温度Ｔｄを用いている。すなわち、熱交換器出口圧力Ｐｄが圧力上限値以下であれば異常な高圧になっていないと、熱交換器出口温度Ｔｄが温度上限値以下であれば異常な高温になっていないと判断してランキンサイクル３１の運転を継続する。一方、熱交換器出口圧力Ｐｄが圧力上限値を超えているときには異常な高圧になっていると、熱交換器出口温度Ｔｄが温度上限値を超えているときには異常な高温になっていると判断してランキンサイクル３１の運転を停止する。
　ランキンサイクル３１を運転するに際しては、２段階で処理が実行される。すなわち、まず第１段階では、膨張機クラッチ３５を締結しバイパス弁６５を開き、冷媒ポンプ３２を空回して冷媒を冷媒通路４４，４１，４２，バイパス通路６５，冷媒通路４３の全体に行き渡らせる。第２段階では、バイパス弁６６を閉じて膨張機３７に蒸気冷媒を供給し、膨張機３７を駆動する。
　一方、ランキンサイクル３１の運転を停止するため、膨張機３７を停止する際には、バイパス弁６６を開き、バイパス弁６６を開いたタイミングより所定の時間（遅れ時間）が経過した後に膨張機クラッチ３５にＯＦＦ信号を与えて膨張機クラッチ３５を解放する。膨張機３７は膨張機３７の前後圧力差（以下「膨張機前後圧力差」という。）が存在するときに回転するので、バイパス弁６６を開くことで冷媒が膨張機３７をバイパスして流れると、膨張機前後圧力差がなくなる。膨張機前後圧力差がなくなっても、慣性でその後も膨張機３７が回転を継続するが、やがてその回転が低下してゆき膨張機３７が停止する（ランキンサイクル３１の運転が停止される）。
　ここで、バイパス弁６６を開いたタイミングより所定の時間が経過した後に膨張機クラッチ３５を解放する理由は次の通りである。すなわち、バイパス弁６６を開く前に膨張機クラッチ３５を先に解放して膨張機３７とエンジンの回転軸とを切り離すとすれば、膨張機前後圧力差が存在している状態で膨張機３７が無負荷の状態となる。これによって、膨張機３７の回転速度が急上昇して膨張機３７が過回転することとなってしまう。この膨張機３７が過回転することを避けるため、バイパス弁６６を時間的に先に開いて膨張機３７の前後圧力差が小さくなってから膨張機クラッチ３５を締結状態から解放状態に切換えるわけである。
　さて、膨張機３７を停止する際にバイパス弁６６に開指令を出しているのにバイパス弁６６が閉じた状態で固着していることがある。このバイパス弁６６に開指令を出しているのにバイパス弁６６が閉じた状態のままとなる固着を、以下「バイパス弁閉固着」という。バイパス弁閉固着が生じると、冷媒が膨張機３７に供給されることをやめることができないので、膨張機前後圧力差が存在するままとなる。このため、バイパス弁６６に開指令を出したタイミングより所定の時間が経過した後に膨張機クラッチ３５を締結状態から解放状態に切換えたとすると、その切換えたタイミングより膨張機３７の回転速度が急上昇して膨張機３７に過回転が生じ得る。従って、バイパス弁閉固着が生じている場合（以下、「バイパス弁閉固着時」ともいう。）の対策を考えておく必要がある。しかしながら、従来装置にバイパス弁閉固着時にどうするかの記載は一切ない。
　そこで本発明では、膨張機３７を停止する際にバイパス弁閉固着が生じている場合に、膨張機クラッチ３５を締結状態に保ち、膨張機前後圧力差が予め定めた一定値となるように制限する処理（膨張機前後圧力差制限処理）を行う。ここで、「一定値」とは、膨張機クラッチ３５を締結状態から解放状態に切換えても膨張機回転速度が許容上限値以下に収まる（つまり許容上限値を超える過回転が生じない）膨張機前後圧力差のことである。この一定値は適合により予め定まる。具体的には、膨張機前後圧力差が予め定めた一定値となるようにするには、膨張機前後圧力差を、バイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる処理（膨張機前後圧力差低下処理）を行わせることである。
　このため、本発明の第１実施形態では、膨張機前後圧力差を低下させる処理として、次の〈１〉及び〈２〉の処理を合わせて実行する。
　〈１〉熱交換器３６で冷媒に回収する熱量（入熱量）をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させる。なぜ膨張機前後圧力差が生じているかというと、熱交換器３６で冷媒に熱を回収しているからである。逆に言うと  熱交換器３６で冷媒に熱を回収しなければ、膨張機前後圧力差が自然に低下することとなる。
　〈２〉凝縮器３８で冷媒から放出する熱量（放熱量）をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させる。これは、凝縮器３８で冷媒が冷えないようにすることで、膨張機前後圧力差が低下するためである。
　エンジンコントローラ７１で行われる上記〈１〉及び〈２〉の処理を以下のフローチャートを参照して説明すると、図２のフローは膨張機停止処理を行うためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
　ステップ１ではバイパス弁閉固着フラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、バイパス弁閉固着フラグ＝０であるとして、ステップ２に進み、バイパス弁６６を開く指令を出す。
　ステップ３ではバイパス弁６６を開く指令を出してから所定時間が経過したか否かをみる。ここで所定時間は、膨張機クラッチ３５を締結状態から解放状態に切換えたタイミングから開放状態での膨張機回転速度が許容上限値以下になるまでの時間で、余裕を持って予め設定しておく。バイパス弁６６を開く指令を出してから所定時間が経過していないときはそのまま今回の処理を終了する。
　ステップ３でバイパス弁６６を開く指令を出してから所定時間が経過したときにはステップ４に進み、圧力センサ７２により検出される熱交換器出口圧力Ｐｄと膨張機出口圧力Ｐｃ［ＭＰａ］との差圧を膨張機前後圧力差ΔＰ［ＭＰａ］として算出する。膨張機出口圧力Ｐｃは圧力センサ８３（図１参照）により検出する。
　膨張機前後圧力差ΔＰとしては、例えば圧力センサ７２により検出される熱交換器出口圧力Ｐｄと、圧力センサ７３により検出される冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓとの差圧で代用してもよい。このときには少し検出精度は落ちるが、既存の２つの圧力センサ７２，７３を用いるのでコストップを避けることができる。
　ステップ５では膨張機前後圧力差ΔＰと所定値Ｘ［ＭＰａ］を比較する。ここで、所定値Ｘはバイパス弁閉固着が生じているか否かを判定するための値で、予め設定しておく。バイパス弁６６を開く指令を出してから所定時間が経過したときの膨張機前後圧力差ΔＰが所定値Ｘ未満であれば、バイパス弁閉固着が生じていないと判断し、ステップ６で膨張機クラッチ３５にＯＦＦ指令を出す。
　ステップ５でバイパス弁６６を開く指令を出してから所定時間が経過したときの膨張機前後圧力差ΔＰが所定値Ｘ以上であるときにはバイパス弁閉固着が生じていると判断し、ステップ７でバイパス弁閉固着フラグ＝１とする。このバイパス弁閉固着フラグは後述する図３のフローで用いる。ステップ７でバイパス弁閉固着フラグ＝１としたので、次回からはステップ１よりステップ２以降に進むことができない。つまり、バイパス弁閉固着が生じていると診断したときには２度目以降の診断は行わない。
　　図３のフローはバイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理を行うためのもので、図２のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
　ステップ１１ではバイパス弁閉固着フラグ（図２で設定済み）をみる。バイパス弁閉固着フラグ＝０であるときにはバイパス弁閉固着が生じていないと判断し、そのまま終了する。
　ステップ１でバイパス弁閉固着フラグ＝１であるときにはバイパス弁閉固着が生じていると判断しステップ１２，１３に進む。ステップ１２，１３は熱交換器３６で冷媒に回収する熱量（入熱量）を低下させるため、通水弁８５及び制御弁２６に閉指令を出す。通水弁８５は、図１にも示したように、熱交換器３６で冷媒に回収する熱量を低下させるため第１バイパス冷却水通路２４に新たに介装した常開の開閉弁である。また、制御弁２６についても熱交換器３６で冷媒に回収する熱量を低下させるための第２の通水弁として用いる。通水弁８５及び制御弁２６を閉じることにより、エンジン２によりまた廃熱回収器２２により暖められた冷却水が熱交換器３６を流れないようにし、熱交換器３６で冷媒に回収する熱量を低下させる。熱交換器３６で冷媒に回収する熱量を通水弁８５及び制御弁２６を閉じる前より低下させることで、熱交換器出口圧力Ｐｄが低下する。これによって、膨張機３７の前後圧力差ΔＰが通水弁８５及び制御弁２６を閉じる前より低下する。
　ステップ１４では、冷却水温度センサ７４により検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗ［℃］と所定値Ｃ［℃］を比較すると共に、エアコンスイッチ５９（図１参照）の状態をみる。ここで、エンジン２の冷却水が沸騰してエンジンを適切に冷却することができなくなることをエンジン２がオーバーヒートするというが、所定値Ｃはエンジン２がオーバーヒートするか否かを判定するための値で、予め設定しておく。ステップ１４でエンジン冷却水温度Ｔｗが所定値Ｃ以上であるときには、ラジエータファン１２をＯＦＦにすることによってエンジン２がオーバーヒートし得ると判断し、ステップ１６に進みラジエータファン１２にＯＮ指令を出す。これは、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理よりもエンジン２がオーバーヒートしないようにする処理を優先させるものである。凝縮器３８専用のファンを設けず、ラジエータ１１と凝縮器３８とでラジエータファン１２を共用させている理由は、省スペース及びコスト低減のためである。しかしながら、ファン１２を共用している故に、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理と、エンジン２がオーバーヒートしないようにする処理とがバッティングすることがある。そこで、両者がバッティングするときにはエンジン２がオーバーヒートしないようにする処理を優先させるのである。
　また、ステップ１４でエアコンスイッチ５９がＯＮにされているときには、ラジエータファン１２をＯＦＦにすることによって凝縮器５３での冷媒の冷えが悪くなる（エアコンの効きが悪くなる）と判断し、ステップ１６に進みラジエータファン１２にＯＮ指令を出す。これは、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理よりも凝縮器５３での冷媒の冷えが悪くならないようする処理を優先させるものである。凝縮器５３専用のファンを設けず、ラジエータ１１と凝縮器５３とでラジエータファン１２を共用させている理由は、省スペース及びコスト低減のためである。しかしながら、ファン１２を共用している故に、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理と、凝縮器５３での冷媒の冷えが悪くならないようする処理とがバッティングすることがある。そこで、両者がバッティングするときには凝縮器５３での冷媒の冷えが悪くならないようする処理を優先させるのである。つまり、ラジエータファン１２をＯＦＦにすることによってエンジン２がオーバーヒートしたり、凝縮器５３での冷媒の冷えが悪くなるときにはラジエータファン１２を停止することはしない。
　ステップ１４でエンジン冷却水温度Ｔｗが所定値Ｃ未満でありかつエアコンスイッチ５９をＯＦＦにしているときには、ステップ１５に進む。ステップ１５では、凝縮器３８で冷媒から放出する熱量（放熱量）を低下させるため、ラジエータファン１２にＯＦＦ指令を出す。ラジエータファン１２はラジエータ１１だけでなく凝縮器３８に対しても送風することにより冷媒を冷やすようにしている。ラジエータファン１２を停止することによって、凝縮器３８で冷媒から放出する熱量を低下させると、凝縮器３８での冷媒の冷えが悪くなる。冷えが悪くなり、その分凝縮器３８出口の冷媒温度が上昇すると、膨張機前後圧力差がラジエータファン１２を停止する前より低下する。
　一方、ラジエータファン１２が停止されるときには、エンジンの冷却水を十分に冷却することができなくなるので、ラジエータファン１２を停止する前よりエンジン冷却水の温度が上昇してエンジン２がオーバーヒートし得ることが考えられる。また、エアコンスイッチ５９をＯＮしたとき、ラジエータファン１２が停止されていれば、車室内を十分に冷やすことができない。そこで、ラジエータファン１２にＯＦＦ指令を出した後にステップ１４でエンジン冷却水温度Ｔｗが所定値Ｃ以上となったときにはステップ１６に進みラジエータファン１２にＯＮ指令を出す。また、ラジエータファン１２にＯＦＦ指令を出した後にエアコンスイッチ５９がＯＦＦよりＯＮに切換えられたときにはステップ１６に進みラジエータファン１２にＯＮ指令を出す。
　ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
　本実施形態では、膨張機３７の出力軸とエンジン２の回転軸とを、膨張機クラッチ３５を介して連結する伝動機構と、膨張機バイパス通路６５（熱交換器を出た冷媒を膨張機をバイパスさせて流す通路）と、バイパス弁６５とを備えている。そして、膨張機３７を停止する際に、バイパス弁６５を閉状態から開状態に切換えた後に膨張機クラッチ３５を締結状態から解放状態に切換える。こうしたエンジンの廃熱利用装置を前提として、バイパス弁閉固着時（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合）に、膨張機クラッチ３５を締結状態を保ち、膨張機前後圧力差を制限する膨張機前後圧力差制限処理を行う。本実施形態によれば、膨張機３７を停止する際にバイパス弁閉固着が生じている場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合）であっても、膨張機３７の過回転を防止することができる。
　本実施形態では、膨張機前後圧力差制限処理は、膨張機前後圧力差を、バイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる膨張機前後圧力差低下処理である。膨張機前後圧力差を低下させることで、膨張機３７の過回転を防止することができる。膨張機前後圧力差がやがてゼロ付近になれば、膨張機３７を停止させることができる。
　本実施形態では、膨張機前後圧力差低下処理は、熱交換器３６で冷媒に回収する熱量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる入熱量低下処理である（図３のステップ１１，１２，１３参照）。熱交換器３６で回収する熱量（入熱量）を低下させることで、膨張機前後圧力差を低下させることができる。
　本実施形態では、膨張機前後圧力差低下処理は、凝縮器３８で冷媒から放出する熱量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる放熱量低下処理のことである（図３のステップ１１，１５参照）。凝縮器３８で冷媒から放出する熱量（放熱量）を低下させることで、膨張機前後圧力差を低下させることができる。
　本実施形態ではエンジン冷却水を冷却するラジエータ１１と並列に凝縮器３８を配置し、ラジエータファン１２によって凝縮器３８を冷却している。この場合に、エンジン冷却水の温度が予め定めた所定値Ｃ以上であるときにまでラジエータファン１２を停止したのではエンジン２がオーバーヒートし得る。一方、本実施形態では、放熱量低下処理は、ラジエータファン１２を停止させるラジエータファン停止処理である。そして、エンジン冷却水温度Ｔｗが予め定めた所定値Ｃ以上であるときにはバイパス弁閉固着時（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合）でもラジエータファン１２を停止しない（図３のステップ１１，１４，１６参照）。これによって、エンジン２がオーバーヒートすることを防止できる。
　（第２実施形態）
　図４のフローは、第１実施形態の図３のフローに置き換わる第２実施形態のフローである。すなわち、図４のフローはバイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理を行うためのもので、図２のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。図３のフローと同一部分には同一の符号を付している。
　第２実施形態では、膨張機前後圧力差を低下させる処理として、次の〈３〉の処理を追加して実行するものである。
　〈３〉膨張機３７の行う仕事量をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させる。
　第１実施形態の図３のフローと相違する部分を主に説明する。ステップ１１でバイパス弁閉固着フラグ＝１であるときにはステップ２１に進み膨張機３７が行う仕事量を低下させるため、エンジン回転速度Ｎｅをバイパス弁閉固着フラグ＝０であったときより一定量だけ高くする。
　エンジン２の回転軸と冷媒ポンプ３２とは連れ回っているので、エンジン回転速度Ｎｅを一定量高くすることで冷媒ポンプ３２の回転速度が高くなり、冷媒ポンプ３２が熱交換器３６に向けて吐出する冷媒流量が増える。冷媒ポンプ３２の回転速度が高くなる前の冷媒流量であれば熱交換器３６で冷媒が全て蒸発し得ていたのに、冷媒ポンプ３２の回転速度の上昇で冷媒流量が増えると、熱交換器３６で冷媒が受け取り得る熱量が足りなくなり、例えば冷媒の一部が蒸発し得なくなる。これは、熱交換器３６で冷媒に回収し得る熱量（取得熱量、回生熱量）に対して冷媒が全て蒸発し得る冷媒流量が予め定まっているので、この予め定まっている流量を超える冷媒を熱交換器３６に流したのでは、冷媒の一部が蒸発できなくなるためである。このように、熱交換器３６で冷媒の一部が蒸発できなくなるような冷媒流量が流れるように、エンジン回転速度の上昇量である上記の一定量を予め定めておく。なお、後述する図１３のように冷媒ポンプがモータ１５１駆動である場合には、モータ１５１の回転速度をバイパス弁閉固着フラグ＝０であったときより一定量高くすればよい。これによって、熱交換器３６で冷媒が受け取り得る熱量が足りなくなり、冷媒の一部が蒸発し得なくなるようにする。熱交換器３６で冷媒の一部が蒸発できなくなるような冷媒流量が流れるように、モータ回転速度の上昇量である一定量を予め定めておく。
　熱交換器３６で冷媒の一部が蒸発できないまま膨張機３７に供給されると、その分、膨張機３７が行う仕事量が低下し、膨張機３７が行う仕事量が低下することで、膨張機３７の回転速度が低下する。
　このように、第２実施形態では、膨張機前後圧力差低下処理は、膨張機３７がする仕事量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる膨張機仕事量低下処理である。膨張機３７がする仕事量を低下させることで、膨張機３７の回転速度を低下させることができる。
　（第３実施形態）
　図５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。ただし、エンジン冷却水回路の一部は省略して示していない。また、冷凍サイクル５１については、凝縮器５３しか示していない。
　第１、第２の実施形態はエンジン駆動の車両１を対象とするものであったが、第３実施形態はハイブリッド車両１’を対象としている。ハイブリッド車両１’では、周知のように強電バッテリ、強電バッテリからの直流を交流に変換するインバータ、インバータからの交流で回転し得るモータから主に構成される強電系が加わっている。この場合に、強電系を構成するモータ及びインバータは高温になり得るので、モータ及びインバータの機能を補償する温度を超えることがないように、モータ及びインバータの内部を冷却する必要がある。
　このため、ハイブリッド車両１’にランキンサイクル３１を適用するに際しては、エンジン駆動の車両１と凝縮器の構成を変えている。すなわち、第１、第２の実施形態では凝縮器３８が空冷式であったが、第３実施形態では水冷式（液冷式）の凝縮器３８’へと変更している。
　水冷式凝縮器３８’には冷媒通路３８’ａと冷却水通路３８’ｂ（冷却液通路）とを設けている。冷媒通路３８’ａの一方はランキンサイクル３１の冷媒通路４３に、他方はランキンサイクル３１の冷媒通路４４に接続する。
　一方、冷却水通路３８’ｂには、サブラジエータ９１で冷却した冷却水（この冷却水をエンジンの冷却水と区別するため、以下「第２冷却水」という。）を冷却水通路１０１，１０２（冷却液通路）を介して循環させる。このため、冷却水通路１０１，１０２の各一端を冷却水通路３８’ｂに、冷却水通路１０１，１０２の各他端をサブラジエータ９１に接続している。ここで、水冷式凝縮器３８’の全体を俯瞰して見たときに、第２冷却水とランキンサイクル３１の冷媒とが互いに流れる向きが逆向きとなるようにしている。
　上記のサブラジエータ９１はラジエータ１１と並列に配置し、車速風または冷却ファン１２で冷却する。サブラジエータ９１の出口には冷却水ポンプ９２（冷却液ポンプ）を設けて、第２冷却水（第２冷却液）を循環させる。
　冷却水ポンプ９２はモータ９３駆動で、このモータ９３に流す電流値を調整し得る電流値調整装置９４を有し、この電流値調整装置９４によりモータ９３に流す電流値をデューティ制御可能（調整可能）である。電流値調整装置９４の電源はバッテリである。例えば、電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値が０％のときモータ９３は非駆動状態にあり冷却水ポンプ９２は非回転状態にある。電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値が最大の１００％のときモータ９３は駆動状態となり、冷却水ポンプ９２は回転して最大の流量を吐出する。
　冷却水ポンプ９２下流の冷却水通路１０１には、強電系を構成するモータ及びインバータを冷却するため、モータの冷却水通路１１１、インバータの冷却水通路１１２を、さらに水冷式のインタークーラ１１３を直列に配置している。これによって、サブラジエータ９１からの冷却水でモータ及びインバータがモータ及びインバータの機能を補償する温度を超えることがないように冷却される。また、冷却水ポンプ９２下流の冷却水通路１０１に第２冷却水温度を検出する温度センサ１２１を設けている。
　図６のフローは、第２実施形態の図４のフローに置き換わる第３実施形態のフローである。すなわち、図６のフローはバイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理を行うためのもので、図２のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。第２実施形態の図４のフローと同一部分には同一の符号を付している。
　第２実施形態の図４のフローと異なる部分は、強電系の追加に合わせてステップ３１～３８を追加している点である。まず、ステップ１１ではバイパス弁閉固着フラグ（図２で設定済み）をみる。バイパス弁閉固着フラグ＝０であるときにはステップ３１～３３に進む。
　ステップ３１では、温度センサ１２１により検出される第２冷却水温度Ｔｉｎ［℃］から図７を内容とするテーブルを検索することにより、通常時に電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ１［％］を算出する。ここで、「通常時」とは、バイパス弁閉固着時でない場合のことである。
　図７に実線で示したように、通常時のＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ１は第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｄ［℃］まではゼロに近い所定値ａ［％］のまま（一定）で、その後は第２冷却水温度Ｔｉｎが高くなるほど大きくなる値である。これは、第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｄを超える温度域においては第２冷却水温度Ｔｉｎが高くなるほど冷却水ポンプ９２の回転速度を高くして冷却水ポンプ９２の吐出量を大きくすることにより、サブラジエータ９１での第２冷却水の冷えを良くするためである。なお、通常時に電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値の特性は、実線で示した連続値である必要はなく、破線で重ねて示したように階段値であってよい。
　ステップ３２では算出した通常時のＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ１をＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ［％］に移し、ステップ３３でＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙの値をレジスタに出力する。
　一方、ステップ１１でバイパス弁閉固着フラグ＝１であるときにはステップ３４に進み、温度センサ１２１により検出される第２冷却水温度Ｔｉｎ［℃］と所定値ｂ［℃］を比較する。ここで、強電系のモータ及びインバータを流れる第２冷却水が過熱状態となり（例えば蒸発する）、モータの回転が低下したりモータが回転することができくなることを、以下「強電系がオーバーヒートする」と定義する。このように定義したとき、所定値ｂは強電系がオーバーヒートするか否かを判定するための値で、予め設定しておく。
　ステップ３４で第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｂ以上であるときには、ラジエータファン１２をＯＦＦにすることによってサブラジエータ９１で第２冷却水が冷やされなくなり強電系がオーバーヒートし得ると判断する。このときにはステップ３５に進みラジエータファン１２にＯＮ指令を出した後、ステップ３１～３３の操作を実行する。これは、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理よりも強電系がオーバーヒートしないようにする処理を優先させるものである。サブラジエータ９１専用のファンを設けず、ラジエータ１１とサブラジエータ９１とでラジエータファン１２を共用させている理由は、省スペース及びコスト低減のためである。しかしながら、ファン１２を共用している故に、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理と、強電系がオーバーヒートしないようにする処理とがバッティングすることがある。そこで、両者がバッティングするときには強電系がオーバーヒートしないようにする処理を優先させるのである。つまり、ラジエータファン１２を停止することによってサブラジエータ９１で第２冷却水が冷やされなくなり強電系がオーバーヒートし得るときにはラジエータファン１２を停止することはしない。
　ステップ３４で第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｂ未満であるときにはステップ３６～３８に進む。まずステップ３６では、温度センサ１２１により検出される第２冷却水温度Ｔｉｎ［℃］から図８を内容とするテーブルを検索することにより、バイパス弁閉固着時に電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ２［％］を算出する。
　図８に示したように、バイパス弁閉固着時に電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ２は第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｂ［℃］まではゼロに近い所定値ａ［％］のまま（一定）である。その後はステップ的に高くなり、通常時の特性と一致する。比較のため、図８には通常時の特性を破線で重ねて示している。つまり、第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｄより所定値ｂの間で通常時よりも電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値を小さくし、これによってモータ回転速度を低下させ冷却水ポンプ９２の吐出量を低下させている。
　バイパス弁閉固着時に通常時よりモータ回転速度を低下させ冷却水ポンプ９２の吐出量を低下させると、サブラジエータで第２冷却水からの放熱量が低下する。第２冷却水からの放熱量が低下すると、水冷式凝縮器３８’で冷媒が第２冷却水に放出する放熱量が低下する。水冷式凝縮器３８’で冷媒が第２冷却水に放出する放熱量が低下すると、水冷式凝縮器３８’で冷媒が通常時より冷やされないこととなる。つまり、バイパス弁閉固着時には通常時より水冷式凝縮器３８’出口の冷媒が暖まってくるので、膨張機前後圧力差が低下する。
　ステップ３７では算出したバイパス弁閉固着時のＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ２をＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ［％］に移し、ステップ３８でレジスタに出力する。
　ステップ３３，３８でレジスタに出力されたＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙは、エンジンコントローラ７１により電流値調整装置９４に与えられる。
　ステップ１４～１６の処理は第１実施形態と同じである。
　このように第３実施形態では、水冷式凝縮器３８’に第２冷却水を循環させる冷却水通路１０１，１０２と、当該冷却水通路に介装され第２冷却水の吐出量をデューティ制御可能な冷却水ポンプ９２と、第２冷却水を冷却するサブラジエータ９１とを備えている。そして、膨張機前後圧力差低下処理は、冷却水ポンプ９２の吐出量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる吐出量低下処理である（図６のステップ１１，３６，３７，３８参照）。冷却水ポンプ９２の吐出量を低下させることで、膨張機前後圧力差を低下させることができる。
　第３実施形態では、エンジン冷却水を冷却するラジエータ１１と並列にサブラジエータ９１を配置し、ラジエータファン１２によってサブラジエータ９１を流れる第２冷却水を冷却している。この場合に、冷却水ポンプ出口の第２冷却水温度Ｔｉｎが予め定めた所定値ｂ以上であるときにまでラジエータファン１２を停止したのでは、強電系がオーバーヒートし得る。一方、第３実施形態では、冷却水ポンプ出口の第２冷却水温度Ｔｉｎが予め定めた所定値ｂ以上であるときにはバイパス弁閉固着時（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合）でもラジエータファン１２を停止しない（図６のステップ１１，３４，３５参照）。これによって、強電系がオーバーヒートすることを防止できる。
　（第４、第５の実施形態）
　図９，図１１は第４，第５の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。第３実施形態の図５と同一部分には同一の符号を付している。
　第３実施形態では、水冷式凝縮器３８’で冷媒から放出する熱量（放熱量）を低下させるためにはサブラジエータ９１で第２冷却水から放出する熱量（放熱量）を低下させるとよいと判断し、サブラジエータ９１に送風するラジエータファン１２を停止させた。この場合、サブラジエータ９１への送風に既存のラジエータファン１２を用いるので、部品のコストアップは避けることができている。しかしながら、ラジエータファン１２を停止すると、サブラジエータ９１への送風が行われなくなって強電系がオーバーヒートし得ることがある。つまり、強電系がオーバーヒートし得ない範囲でラジエータファン１２を停止する必要があり、ラジエータファン１２を用い得る範囲が制限されてしまう。
　そこで第４，第５の実施形態では、ラジエータファン１２に代えて、２つの各開閉弁１３１，１３３，１４１，１４３を設け、これら２つの各開閉弁によって、膨張機前後圧力差を、バイパス弁閉固着時でない場合より低下させる。膨張機前後圧力差を低下させるには、水冷式凝縮器３８’で第２冷却水から放出する熱量（放熱量）をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させるか、水冷式凝縮器３８’冷媒が受け取る熱量（受熱量）をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させることである。このうち、水冷式凝縮器３８’で第２冷却液から放出する熱量をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させる場合が第４実施形態である。このため、第４実施形態では、図９に示したように水冷式のインタークーラ１１３と水冷式凝縮器３８’との間の冷却水通路１０１に常開の第１開閉弁１３１を介装する。この第１開閉弁１３１の上流から分岐し、水冷式凝縮器３８’の冷却水通路３８’ｂをバイパスして冷却水通路１０２に合流するバイパス冷却水通路１３２に常閉の第２開閉弁１３３を介装する。
　また、 水冷式凝縮器３８’冷媒が受け取る熱量をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させる場合が第５実施形態である。このため、第５実施形態では、図１１に示したように逆止弁６４と水冷式凝縮器３８’との間の冷媒通路４３に常開の第３開閉弁１４１を介装する。この第３開閉弁１４１の上流から分岐し、水冷式凝縮器３８’の冷媒通路３８’ａをバイパスして冷媒通路４４に合流するバイパス冷媒通路１４２に常閉の第４開閉弁１４３を介装する。
　図１０，図１２のフローは第３実施形態の図６のフローと置き換わる第４，第５の実施形態のフローである。すなわち、図１０，図１２のフローはバイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理を行うためのもので、図２のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。第３実施形態の図６のフローと同一部分には同一の符号を付している。
　第４実施形態の図１０のフローにおいて第３実施形態の図６のフローと異なる部分は、図６のフローにあるステップ１４～１６がなく、代わりにステップ４１，４２が追加されている点である。すなわち、ステップ４１，４２では水冷式凝縮器３８’で第２冷却水から放出する熱量を低下させるため、第１開閉弁１３１に閉指令を出し、第２開閉弁１３３に開指令を出す。これによって、第２冷却水が水冷式凝縮器３８’を流れなくなる（バイパス冷却水通路１３２を流れる）ので、水冷式凝縮器３８’で第２冷却水から放出する熱量が低下し、その分、水冷式凝縮器３８’出口の冷媒温度が上昇する。
　また、第５実施形態の図１２のフローにおいて第３実施形態の図６のフローと異なる部分は、図６のフローにあるステップ１４～１６がなく、代わりにステップ５１，５２が追加されている点である。すなわち、ステップ５１，５２では水冷式凝縮器３８’で冷媒が受け取る熱量を低下させるため、第３開閉弁１４１に閉指令を出し、第４開閉弁１４３に開指令を出す。これによって、冷媒が水冷式凝縮器３８’をバイパスしてバイパス冷媒通路１４２を流れるので、水冷式凝縮器３８’で冷媒が受け取る熱量が低下し、その分、水冷式凝縮器３８’出口相当の冷媒温度が上昇する。
　第４実施形態では、水冷式凝縮器３８’に第２冷却水を循環させる冷却水通路１０１，１０２と、当該冷却水通路に介装され前記第２冷却水の吐出量をデューティ制御可能な冷却水ポンプ９２と、第２冷却水を冷却するサブラジエータ９１とを備えている。そして、膨張機前後圧力差低下処理は、水冷式凝縮器３８’で第２冷却水から放出する熱量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる放熱量低下処理である（図１０のステップ１１，４１，４２参照）。水冷式凝縮器３８’で第２冷却水から放出する熱量（放熱量）を低下させることで、膨張機前後圧力差を低下させることができる。
　第５実施形態では、水冷式凝縮器３８’に第２冷却水を循環させる冷却水通路１０１，１０２と、当該冷却水通路に介装され第２冷却水の吐出量をデューティ制御可能な冷却水ポンプ９２と、第２冷却水を冷却するサブラジエータ９１とを備えている。そして、膨張機前後圧力差低下処理は、水冷式凝縮器で３８’冷媒が受け取る熱量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる受熱量低下処理である（図１２のステップ１１，５１，５２参照）。水冷式凝縮器３８’で冷媒が受け取る熱量（受熱量）を低下させることで、膨張機前後圧力差を低下させることができる。
　第４，第５の実施形態によれば、新たに２つの各開閉弁１３１，１３３，１４１，１４３を追加して設けるので、部品のコストは上昇するものの、ラジエータファン１２を停止させることに伴って強電系がオーバーヒートし得るような事態を考えなくて済む。２つの各開閉弁１３１，１３３，１４１，１４３を用い得る範囲が制限されることがないのである。
　第４実施形態では、２つの開閉弁１３１，１３３を全開と全閉の２位置に切換える場合で説明したが、この場合に限られない。例えば、２つの各開閉弁１３１，１３３に代えて流量調整可能な２つの各流量調整弁とする。そして、バイパス弁閉固着時に、水冷式凝縮器３８’の冷却水通路３８’ｂを流れる第２冷却水の流量が絞られ、かつ残りの第２冷却水がバイパス冷却水通路１３２を流れるように２つの各流量調整弁を制御することであってよい。さらに、２つの流量調整弁でなく、バイパス冷却水通路１３２の分岐部に、水冷式凝縮器３８’の冷却水通路３８’ｂに流す第２冷却水の流量と、バイパス冷却水通路１３２に流す第２冷却水の流量とを調整可能な１つの流量調整弁を設けることであってよい。
　同様に、第５実施形態では、２つの開閉弁１４１，１４３を全開と全閉の２位置に切換える場合で説明したが、この場合に限られない。例えば、２つの各開閉弁１４１，１４３に代えて流量調整可能な２つの各流量調整弁とする。そして、バイパス弁閉固着時に、水冷式凝縮器３８’の冷媒通路３８’ａを流れる冷媒の流量が絞られ、かつ残りの冷媒がバイパス冷媒通路１４２を流れるように２つの各流量調整弁を制御することであってよい。さらに、２つの流量調整弁でなく、バイパス冷媒通路１４２の分岐部に、水冷式凝縮器３８’の冷媒通路３８’ａに流す冷媒流量と、バイパス冷媒通路１４２に流す冷媒流量とを調整可能な１つの流量調整弁を設けることであってよい。
　（第６実施形態）
　図１３は第６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。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。
　第１実施形態は、冷媒ポンプ３２の軸が同一の軸上で膨張機３７の出力軸と連結配置され、膨張機３７の発生する出力（動力）によって冷媒ポンプ３２を駆動すると共に、発生動力をベルト伝動機構を介してエンジン２の出力軸に供給する構成であった。一方、第６実施形態は、第１実施形態と同じにエンジン駆動の車両１を対象とするものである。ただし、第１実施形態とは冷媒ポンプ３２の構成が少し相違している。すなわち、膨張機３７の出力軸とエンジン２の出力軸とが平行に設けられ、これら２つの軸を、膨張機クラッチ３５を介してベルト伝動機構（３３，３４，２ａ）で連結すると共に、冷媒ポンプ３２はモータ１５１で駆動するようにしている。
　こうした冷媒ポンプ３２と膨張機３７とが同軸で構成されていない第６実施形態の構成の場合にも、第１、第２実施形態の図２～図４のフローをそのまま適用することができるのであり、第１、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
　第３、第４、第５の実施形態では、水冷式凝縮器３８’で説明したが、水冷式である必要はなく、液冷式の凝縮器であればよい。
　１　エンジン駆動車両
　１’　ハイブリッド車両
　２　エンジン
　２ａ　クランクプーリ（伝動機構の一部）
　３１　ランキンサイクル
　３２　冷媒ポンプ
　３３　ポンププーリ（伝動機構の一部）
　３４　ベルト（伝動機構の一部）
　３５　膨張機クラッチ（電磁クラッチ）
　３６　熱交換器
　３７　膨張機
　３８　凝縮器
　３８’　水冷式凝縮器（液冷式凝縮器）
　６６　バイパス弁
　７１　エンジンコントローラ
　９１　サブラジエータ
　９２　冷却水ポンプ（冷却液ポンプ）
　９３　モータ
　９４　電流値調整装置
　１０１，１０２　冷却水通路（冷却液通路）
　１３１　第１開閉弁
　１３３　第２開閉弁
　１４１　第３開閉弁
　１４３　第４開閉弁

Claims (10)

  1. 　エンジンの廃熱を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、
    　前記膨張機の出力軸と前記エンジンの回転軸とを、締結・解放し得る電磁クラッチを介して連結する伝動機構と、
    　前記熱交換器を出た冷媒を前記膨張機をバイパスさせて流す通路と、
    　この通路に介装されるバイパス弁と
    　を備え、
    　前記膨張機を停止する際に、前記バイパス弁を閉状態から開状態に切換えた後に前記電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えるエンジンの廃熱利用装置において、
    　前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合に、前記電磁クラッチを締結状態を保ち、前記膨張機前後圧力差を制限する膨張機前後圧力差制限処理を行うことを特徴とするエンジンの廃熱利用装置。
  2. 　前記膨張機前後圧力差制限処理は、前記膨張機前後圧力差を、前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる膨張機前後圧力差低下処理である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。
  3. 　前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記熱交換器で冷媒に回収する熱量を前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる入熱量低下処理であ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。
  4. 　前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記凝縮器で冷媒から放出する熱量を前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる放熱量低下処理であることを特徴とする請求項２または３に記載のエンジンの廃熱利用装置。
  5. 　エンジン冷却水を冷却するラジエータと並列に前記凝縮器を配置し、ラジエータファンによって前記凝縮器を冷却する場合に、
    　前記放熱量低下処理は、前記ラジエータファンを停止させるラジエータファン停止処理であり、
    　前記エンジン冷却水の温度が予め定めた所定値以上であるときには前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でも前記ラジエータファンを停止しないことを特徴とする請求項４に記載のエンジンの廃熱利用装置。
  6. 　前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記膨張機がする仕事量を低下させる膨張機仕事量低下処理であることを特徴とする請求項２から５までのいずれか一つに記載のエンジンの廃熱利用装置。
  7. 　前記凝縮器は液冷式であり、
    　この液冷式凝縮器にエンジンの冷却水とは別の第２冷却液を循環させる冷却液通路と、
    　前記冷却液通路に介装され前記第２冷却液の吐出量を調整可能な冷却液ポンプと、
    　前記第２冷却液を冷却するサブラジエータと
    　を備え、
    　前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記冷却液ポンプの吐出量を前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる吐出量低下処理であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載のエンジンの廃熱利用装置。
  8. 　エンジン冷却水を冷却するラジエータと並列に前記サブラジエータを配置し、ラジエータファンによって前記サブラジエータを冷却する場合に、
    　前記冷却液ポンプ出口の第２冷却液温度が予め定めた所定値以上であるときには前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でも前記ラジエータファンを停止しないことを特徴とする請求項７に記載のエンジンの廃熱利用装置。
  9. 　前記凝縮器は液冷式であり、
    　この液冷式凝縮器にエンジンの冷却水とは別の第２冷却液を循環させる冷却液通路と、
    　前記冷却液通路に介装され前記第２冷却液の吐出量を調整可能な冷却液ポンプと、
    　前記第２冷却液を冷却するサブラジエータと
    　を備え、
    　前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記液冷式凝縮器で前記第２冷却液から放出する熱量を前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる放熱量低下処理であることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載のエンジンの廃熱利用装置。
  10. 　前記凝縮器は液冷式であり、
    　この液冷式凝縮器にエンジンの冷却水とは別の第２冷却液を循環させる冷却液通路と、
    前記冷却液通路に介装され前記第２冷却液の吐出量を調整可能な冷却液ポンプと、
    　前記第２冷却液を冷却するサブラジエータと
    　を備え、
    　前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記液冷式凝縮器で冷媒が受け取る熱量を前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる受熱量低下処理であることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載のエンジンの廃熱利用装置。
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