(57)【要約】【課題】内燃機関に伝達される回生エネルギー量が簡易な構造で増大された内燃機関の廃熱回収システムを提供する。【解決手段】内燃機関(100)の廃熱回収システムの制御装置(500)は、少なくとも高圧センサ(502)によって検知された圧力に基づいて熱交換器(308,310)での伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があるか否かを判定する判定手段を有する。そして制御装置(500)は、判定手段によって、熱交換器(308,310)での圧力を上昇させる必要があると判定されたときに、ポンプ(304)を作動させたまま、流量制限弁(506)に伝熱媒体の流量の制限を開始させ、短くても判定手段によって熱交換器(308,310)での圧力を上昇させる必要がないと判定されるまで流量制限弁(506)に制限を続行させた後、制限を終了させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱媒体の循環路に順次介挿された、ポンプ、内燃機関で発生した熱を利用して前記伝熱媒体を加熱することにより前記伝熱媒体に過熱度を付与する熱交換器、膨張機、及び、凝縮器を有するランキンサイクル回路と、
前記膨張機の回転軸の動力を前記内燃機関の回転軸に伝達する動力伝達手段と、
前記熱交換器と前記膨張機の入口との間を延びる前記循環路の膨張機上流部分に介挿され、前記膨張機上流部分での前記伝熱媒体の流量を制限可能な流量制限弁と、
前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を検知する高圧センサと、
前記ポンプ及び前記流量制御弁の動作を制御する制御装置と
を備える内燃機関の廃熱回収システムにおいて、
前記制御装置は、
少なくとも前記高圧センサによって検知された圧力に基づいて前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があるか否かを判定する判定手段を有し、
前記判定手段によって、前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があると判定されたときに、前記ポンプを作動させたまま、前記流量制限弁に前記伝熱媒体の流量の制限を開始させ、短くても前記判定手段によって前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要がないと判定されるまで前記流量制限弁に前記伝熱媒体の流量の制限を続行させた後、前記制限を終了させる
ことを特徴とする内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項２】
前記判定手段は、
前記高圧センサによって検知された圧力が下限圧力未満であるときに前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があると判定し、
前記高圧センサによって検知された圧力が上限圧力を超えているときに前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要がないと判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項３】
前記膨張機の出口での前記伝熱媒体の圧力を検知する低圧センサを更に備え、
前記判定手段は、
前記低圧センサによって検知された圧力に対する、前記高圧センサによって検知された圧力の比を圧力比としたとき、
前記圧力比が下限圧力比未満であるときに前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があると判定し、
前記圧力比が上限圧力比を超えているときに前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要がないと判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項４】
前記膨張機の回転軸の回転速度を検知する回転速度検知手段を更に備え、
前記判定手段は、前記回転速度検知手段によって検知された回転速度が設定回転速度以上であるときにのみ、前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があるか否かの判定を行う
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項５】
前記熱交換器と前記流量制限弁との間を延びる前記循環路の部分に、前記伝熱媒体を出入り自由に蓄えるタンクを更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項６】
前記熱交換器として、前記内燃機関の冷却水を利用して前記伝熱媒体を加熱する蒸発器と、前記伝熱媒体の流動方向でみて前記蒸発器よりも下流に位置し、前記内燃機関の排気ガスを利用して前記伝熱媒体を加熱する過熱器とを備え、
前記タンクと前記過熱器とは一体に形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項７】
前記内燃機関の出力を制御する第２制御装置を更に備え、
前記第２制御装置は、前記制御装置が前記流量制限弁による前記伝熱媒体の流量の制限を終了させるときに、前記出力を減少させる
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項８】
前記流量制限弁は、流量を連続的に可変な流量調整弁であり、
前記制御装置は、前記流量制限弁による前記伝熱媒体の流量の制限を終了させるときに、前記流量が連続的に増加するよう前記流量調整弁を作動させる
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項９】
前記流量制限弁として、前記循環路に互いに並列に配置された複数の開閉弁を備え、
前記制御装置は、前記流量制限弁による前記伝熱媒体の流量の制限を終了させるときに、前記流量が段階的に増加するよう前記開閉弁を順次作動させる
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記ポンプを起動させてから所定期間、前記流量制限弁に前記伝熱媒体の流量の制限を行わせないことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項１１】
前記流量制限弁をバイパスするバイパス手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項１２】
前記動力伝達手段は、前記膨張機の回転軸から前記内燃機関の回転軸への方向でのみ動力を伝達するワンウェークラッチを含むことを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項１３】
前記動力伝達手段は、前記膨張機の回転軸と前記内燃機関の回転軸とを断続可能に連結する電磁クラッチを含み、
前記制御装置は、前記流量制限弁に前記伝熱媒体の流量を制限させている間、前記電磁クラッチによる前記膨張機の回転軸と前記内燃機関の回転軸との連結を解除する
ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記流量制限弁による前記伝熱媒体の流量の制限が開始された後に前記内燃機関が制動力を発揮している間は、前記制限を続行させることを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項１５】
前記ポンプの吐出量は可変であり、
前記制御装置は、前記流量制限弁が伝熱媒体の流量を制限しているときに、前記ポンプの吐出量をゼロにするか又は減少させる
ことを特徴とする請求項１乃至１４の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項１６】
前記動力伝達手段は、フライホイールを含むことを特徴とする請求項１乃至１５の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項１７】
前記動力伝達手段は、前記膨張機の回転軸の動力を油圧に変換し、当該油圧を利用して前記内燃機関の回転軸を回転させる油圧装置を含むことを特徴とする請求項１乃至１５の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項１８】
前記油圧装置は、
前記膨張機の回転軸の動力で油圧を増大させる油圧ポンプと、
油圧を蓄える油圧アキュムレータと、
前記油圧アキュムレータに蓄えられた油圧を利用して、前記内燃機関の回転軸を回転させる油圧モータとを備え、
前記内燃機関が制動力を発揮しているときに、当該制動力の発揮に必要な負荷を前記内燃機関に付与しながら前記油圧モータにより前記油圧アキュムレータに蓄えられた油圧を増大させる
ことを特徴とする請求項１７に記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【請求項１９】
前記制御装置によって制御され、前記凝縮器を冷却するためのファンを備え、
前記制御装置は、前記流量制限弁に前記伝熱媒体の流量を制限させるときに、前記ファンを停止させる
ことを特徴とする請求項１乃至１８の何れかに記載の内燃機関の廃熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の廃熱回収システムに係り、詳しくは、車両に好適な内燃機関の廃熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の廃熱回収システムはランキンサイクル回路を有する。ランキンサイクル回路は、伝熱媒体を循環させる循環路を有し、循環路に、ポンプ、熱交換器、膨張機及び凝縮器が順次介挿されている。
熱交換器では、内燃機関から放出された熱を利用して伝熱媒体が加熱され、加熱された伝熱媒体が、膨張機で膨張する。この際、膨張機の回転軸を介して、動力が出力され、この動力は、回生エネルギーとして利用される。
【０００３】
例えば、特許文献１が開示する熱機関では、回生エネルギーによってエンジンが補助される。具体的には、膨張機の回転軸とエンジンの回転軸とが変速機及びクラッチを介して連結され、膨張機の回転軸の回転が、エンジンの回転軸に所定の変速比で伝達される。
特許文献２及び特許文献３がそれぞれ開示するランキン機関及び内燃機関の廃熱回収システムでは、膨張機の回転軸と発電機の回転軸とが連結され、回生エネルギーが発電機によって電力に変換される。
【０００４】
なお、特許文献２及び特許文献３では、膨張機の上流側に作動媒体閉塞手段及び弁機構がそれぞれ設けられている。
具体的には、特許文献２のランキン機関では、作動媒体閉塞手段とともに、バイパス路閉塞手段が併設されている。ランキン機関の起動時には、まず作動媒体閉塞手段が開かれ、膨張機の入口と出口との差圧が設定値以上となったときバイパス閉塞手段が開かれる。ランキン機関の停止時には、まずバイパス閉塞手段が開かれてから、膨張機の入口と出口との差圧が設定値以下となった時点で作動媒体閉塞手段が閉じられる。これにより、安全性の高い起動、停止動作が可能になると考えられている。
【０００５】
特許文献３の内燃機関の廃熱回収システムでは、発電機の制御信号が制御目標域を外れたときに異常ありと判定される。この場合、液ポンプが停止され、所定のスイッチング素子のみがオンにされ、そして、弁機構が閉じられて膨張機への作動流体の流入が完全に停止される。これにより、発電機の回転制御が不能となった場合でも、膨張機及び発電機を停止させることができると考えられている。
【特許文献１】特開昭５７−９９２２２号公報（例えば、請求項４、図１）
【特許文献２】特開昭５９−１３８７０７号公報（例えば、３頁左上欄〜左下欄、図４〜６）
【特許文献３】特開２００６−１７０１８５号公報（例えば、図１、段落番号００９３〜００９６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の熱機関では、膨張機の回転軸（膨張機軸）とエンジンの回転軸（エンジン軸）とが変速機を介して連結されていたが、変速比が一定の場合、エンジン軸の回転速度が速くなると、膨張機軸の回転速度も速くなる。
ここで、熱交換器則ち蒸発器において伝熱媒体が吸熱可能な熱量には限界があり、膨張機軸の回転速度が速くなっても、伝熱媒体の蒸発量は十分には増えない。このため、膨張機軸の回転速度の増大は、蒸発器での伝熱媒体の圧力低下を引き起こす。この結果として、膨張機入口での伝熱媒体の圧力が低下し、膨張機軸からの出力、則ち、回生エネルギー量が減少してしまう。
【０００７】
また、膨張機の回転速度の変化を抑制すべく、変速機として、多段変速機若しくは連続可変の変速機を用いた場合、システムの構成が複雑になってしまう。
なお、特許文献２及び３のランキン機関及び内燃機関の廃熱回収システムでは、エンジンとランキンサイクル回路の膨張機とが連結されておらず、上述した課題を見出すことはできない。
【０００８】
また、特許文献２のランキン機関では、作動媒体閉塞手段は、バイパス閉塞手段とともに、起動時及び停止時に作動させられるに過ぎない。
特許文献３の内燃機関の廃熱回収システムでは、弁機構は、異常有りと判定された場合に、膨張機を停止させるために閉作動させられるにすぎない。
本発明は、特許文献１〜３のいずれもが開示しない課題に鑑みてなされたもので、内燃機関に伝達される回生エネルギー量が簡易な構造で増大された内燃機関の廃熱回収システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するべく、本発明の一態様によれば、伝熱媒体の循環路に順次介挿された、ポンプ、内燃機関で発生した熱を利用して前記伝熱媒体を加熱することにより前記伝熱媒体に過熱度を付与する熱交換器、膨張機、及び、凝縮器を有するランキンサイクル回路と、前記膨張機の回転軸の動力を前記内燃機関の回転軸に伝達する動力伝達手段と、前記熱交換器と前記膨張機の入口との間を延びる前記循環路の膨張機上流部分に介挿され、前記膨張機上流部分での前記伝熱媒体の流量を制限可能な流量制限弁と、前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を検知する高圧センサと、前記ポンプ及び前記流量制御弁の動作を制御する制御装置とを備える内燃機関の廃熱回収システムにおいて、前記制御装置は、少なくとも前記高圧センサによって検知された圧力に基づいて前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があるか否かを判定する判定手段を有し、前記判定手段によって、前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があると判定されたときに、前記ポンプを作動させたまま、前記流量制限弁に前記伝熱媒体の流量の制限を開始させ、短くても前記判定手段によって前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要がないと判定されるまで前記流量制限弁に前記伝熱媒体の流量の制限を続行させた後、前記制限を終了させることを特徴とする内燃機関の廃熱回収システムが提供される（請求項１）。
【００１０】
好ましくは、前記判定手段は、前記高圧センサによって検知された圧力が下限圧力未満であるときに前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があると判定し、前記高圧センサによって検知された圧力が上限圧力を超えているときに前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要がないと判定する（請求項２）。
好ましくは、廃熱回収システムは、前記膨張機の出口での前記伝熱媒体の圧力を検知する低圧センサを更に備え、前記判定手段は、前記低圧センサによって検知された圧力に対する、前記高圧センサによって検知された圧力の比を圧力比としたとき、前記圧力比が下限圧力比未満であるときに前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があると判定し、前記圧力比が上限圧力比を超えているときに前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要がないと判定する（請求項３）。
【００１１】
好ましくは、廃熱回収システムは、前記膨張機の回転軸の回転速度を検知する回転速度検知手段を更に備え、前記判定手段は、前記回転速度検知手段によって検知された回転速度が設定回転速度以上であるときにのみ、前記熱交換器での前記伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があるか否かの判定を行う（請求項４）。
好ましくは、廃熱回収システムは、前記熱交換器と前記流量制限弁との間を延びる前記循環路の部分に、前記伝熱媒体を出入り自由に蓄えるタンクを更に備える（請求項５）。
【００１２】
好ましくは、廃熱回収システムは、前記熱交換器として、前記内燃機関の冷却水を利用して前記伝熱媒体を加熱する蒸発器と、前記伝熱媒体の流動方向でみて前記蒸発器よりも下流に位置し、前記内燃機関の排気ガスを利用して前記伝熱媒体を加熱する過熱器とを備え、前記タンクと前記過熱器とは一体に形成されている（請求項６）。
好ましくは、廃熱回収システムは、前記内燃機関の出力を制御する第２制御装置を更に備え、前記第２制御装置は、前記制御装置が前記流量制限弁による前記伝熱媒体の流量の制限を終了させるときに、前記出力を減少させる（請求項７）。
【００１３】
好ましくは、前記流量制限弁は、流量を連続的に可変な流量調整弁であり、前記制御装置は、前記流量制限弁による前記伝熱媒体の流量の制限を終了させるときに、前記流量が連続的に増加するよう前記流量調整弁を作動させる（請求項８）。
好ましくは、廃熱回収システムは、前記流量制限弁として、前記循環路に互いに並列に配置された複数の開閉弁を備え、前記制御装置は、前記流量制限弁による前記伝熱媒体の流量の制限を終了させるときに、前記流量が段階的に増加するよう前記開閉弁を順次作動させる（請求項９）。
【００１４】
好ましくは、前記制御装置は、前記ポンプを起動させてから所定期間、前記流量制限弁に前記伝熱媒体の流量の制限を行わせない（請求項１０）。
好ましくは、廃熱回収システムは、前記流量制限弁をバイパスするバイパス手段を更に備える（請求項１１）。
好ましくは、前記動力伝達手段は、前記膨張機の回転軸から前記内燃機関の回転軸への方向でのみ動力を伝達するワンウェークラッチを含む（請求項１２）。
【００１５】
好ましくは、前記動力伝達手段は、前記膨張機の回転軸と前記内燃機関の回転軸とを断続可能に連結する電磁クラッチを含み、前記制御装置は、前記流量制限弁に前記伝熱媒体の流量を制限させている間、前記電磁クラッチによる前記膨張機の回転軸と前記内燃機関の回転軸との連結を解除する（請求項１３）。
好ましくは、前記制御装置は、前記流量制限弁による前記伝熱媒体の流量の制限が開始された後に前記内燃機関が制動力を発揮している間は、前記制限を続行させる（請求項１４）。
【００１６】
好ましくは、前記ポンプの吐出量は可変であり、前記制御装置は、前記流量制限弁が伝熱媒体の流量を制限しているときに、前記ポンプの吐出量をゼロとするか又は減少させる（請求項１５）。
好ましくは、前記動力伝達手段は、フライホイールを含む（請求項１６）。
好ましくは、前記動力伝達手段は、前記膨張機の回転軸の動力を油圧に変換し、当該油圧を利用して前記内燃機関の回転軸を回転させる油圧装置を含む（請求項１７）。
【００１７】
好ましくは、前記油圧装置は、前記膨張機の回転軸の動力で油圧を増大させる油圧ポンプと、油圧を蓄える油圧アキュムレータと、前記油圧アキュムレータに蓄えられた油圧を利用して、前記内燃機関の回転軸を回転させる油圧モータとを備え、前記内燃機関が制動力を発揮しているときに、当該制動力の発揮に必要な負荷を前記内燃機関に付与しながら、前記油圧モータにより前記油圧アキュムレータに蓄えられた油圧を増大させる（請求項１８）。
【００１８】
好ましくは、前記制御装置によって制御され、前記凝縮器を冷却するためのファンを備え、前記制御装置は、前記流量制限弁に前記伝熱媒体の流量を制限させるときに、前記ファンを停止させる（請求項１９）。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１の内燃機関の廃熱回収システムによれば、判定手段が熱交換器での伝熱媒体の圧力を上昇させる必要があると判定したときに、制御装置が、流量制限弁を介して熱交換器での伝熱媒体の圧力を上昇させる。これにより、内燃機関の回転速度が速いときでも、膨張機の入口での伝熱媒体の圧力の低下が防止され、膨張機の出力低下、則ち、回生エネルギー量の低下が防止される。
【００２０】
請求項２の内燃機関の廃熱回収システムによれば、判定手段が判定基準として設定圧力を採用したことにより、判定が的確に行われる。
請求項３の内燃機関の廃熱回収システムによれば、判定手段が設定圧力比を基準とすることにより、熱交換器での伝熱媒体の圧力を上昇させる必要の有無が的確に判定される。
請求項４の内燃機関の廃熱回収システムによれば、膨張機の回転軸の回転速度が設定回転速度以上であるときのみ、判定手段が判定を行うことにより、回転速度の上昇による回生エネルギー量の低下が的確に防止される。
【００２１】
請求項５の内燃機関の廃熱回収システムによれば、タンクによって、流量制限弁による流量制限の頻度が低減される。流量制限は、膨張機の出力の一時的な減少を招き、内燃機関の回転速度制御にとっては外乱となる。かかる流量制限の頻度が低減されることにより、内燃機関の回転速度制御が安定になる。車両の場合、回転速度制御が安定になると、運転手が違和感なく運転することができる。また、流量制限の頻度が低減されることは、流量制御弁の長寿命化にも繋がる。
【００２２】
請求項６の内燃機関の廃熱回収システムによれば、タンク内で加熱されることで、伝熱媒体のエンタルピが増大する。これにより、流量制限弁による制限が解除されたときに、膨張機の出力が更に増大する。
請求項７の内燃機関の廃熱回収システムによれば、流量制限弁による伝熱媒体の流量の制限が終了するときに、エンジン出力が減少するため、内燃機関の回転速度が安定する。
【００２３】
請求項８の内燃機関の廃熱回収システムによれば、流量制限弁による伝熱媒体の流量の制限が終了するときに、流量を連続的に増加させることにより、内燃機関の回転速度が安定する。また、膨張機の回転軸の回転速度が急激に上昇することが防止されるため、膨張機にかかる負荷が低減される。
請求項９の内燃機関の廃熱回収システムによれば、流量制限弁による伝熱媒体の流量の制限が終了するときに、流量を段階的に増加させることにより、内燃機関の回転速度が安定する。また、膨張機の回転軸の回転速度が急激に上昇することが防止されるため、膨張機にかかる負荷が低減される。
【００２４】
請求項１０の内燃機関の廃熱回収システムによれば、ポンプの起動時、伝熱媒体が循環路内に分散していても、膨張機を経由して伝熱媒体がポンプに流入させられ、伝熱媒体が循環路内を早期に循環する。つまり、ポンプの起動から廃熱回収までに要する時間が短縮される。
請求項１１の内燃機関の廃熱回収システムによれば、バイパス手段によって、伝熱媒体の流量制限が緩和される。この結果として、内燃機関の回転速度が安定し、且つ、ポンプの起動から廃熱回収までに要する時間が短縮される。
【００２５】
請求項１２の内燃機関の廃熱回収システムによれば、流量制限弁によって流量が制限されているときに、膨張機が内燃機関の負荷となることが防止される。
請求項１３の内燃機関の廃熱回収システムによれば、流量制限弁によって流量が制限されているときに、膨張機が内燃機関の負荷となることが防止される。
請求項１４の内燃機関の廃熱回収システムによれば、内燃機関が制動力を発揮している間、流量制御弁による伝熱媒体の流量制限を実行することで、膨張機が内燃機関を補助せず、内燃機関の制動力の低下が防止される。逆に、膨張機が負荷となれば、内燃機関の制動力が増大される。また、流量の制限を続行することで、熱交換器での伝熱媒体の圧力が更に高められ、制限の解除後における膨張機の出力が増大する。
【００２６】
請求項１５の内燃機関の廃熱回収システムによれば、流量制限弁が伝熱媒体の流量を制限しているときに、前記ポンプの吐出量を減少させることにより、熱交換器において伝熱媒体を十分に加熱しながら、ポンプの消費動力が削減される。
請求項１６の内燃機関の廃熱回収システムによれば、フライホイールによって、内燃機関の回転軸に伝達される動力が平均化され、内燃機関の回転速度が安定する。
【００２７】
請求項１７の内燃機関の廃熱回収システムによれば、油圧装置によって、内燃機関の回転軸に伝達される動力が平均化され、内燃機関の回転速度が安定する。
請求項１８の内燃機関の廃熱回収システムによれば、内燃機関が制動力を発揮しているときに、油圧モータにより油圧を蓄えることで、回生エネルギー量が更に増大する。
請求項１９の内燃機関の廃熱回収システムによれば、ファンを停止させることで、回生エネルギー量が更に増大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関１００の廃熱回収システムの概略構成を示している。
内燃機関１００の廃熱回収システムは、内燃機関１００で発生した熱をエネルギー（回生エネルギー）に変換するものである。具体的には、内燃機関１００で発生した熱は、内燃機関１００の冷却装置２００を介してランキンサイクル回路３００に供給され、ランキンサイクル回路３００にて回転力に変換される。回転力は、内燃機関１００に伝達され、内燃機関１００を補助する。
【００２９】
内燃機関１００は、例えば車両のディーゼルエンジンであり、内燃機関１００のシリンダ内には、インジェクタ１０２を介して、燃料としての軽油が供給される。
インジェクタ１０２は、Ｅ／Ｇ制御装置１０４によって制御される。Ｅ／Ｇ制御装置１０４には、図示しないアクセルペダルの踏み込み量が入力され、踏み込み量に基づいて、Ｅ／Ｇ制御装置１０４は燃料の供給量を調整する。当然のことながら、踏み込み量が大きいほど、燃料供給量が多くなり、内燃機関１００の回転軸１０６の回転速度（内燃機関回転速度）は速くなる。
【００３０】
内燃機関１００の回転軸１０６は、図示しないけれども、クラッチ及び変速機等を介して車輪に連結されている。また、内燃機関１００で発生した排気ガスは、内燃機関１００に連結された排気管１０８を通じて車外に放出される。
冷却装置２００は、内燃機関１００の加熱を防止するため車両に設けられている。
具体的には、冷却装置２００は、冷却水が循環する水循環路２０２を有する。水循環路２０２には、水用ポンプ２０４、内燃機関１００の内部水路２０６、及び、ラジエタ２０８が、冷却水の流動方向にてこの順序で介挿されている。また、冷却装置２００は、ラジエタ２０８をバイパスするバイパス路２１０を有し、バイパス路２１０の下流端は、三方弁２１２を介して、水循環路２０２に連結されている。三方弁２１２は、サーモスタットとしての機能を有し、冷却水の温度が一定以下では、冷却水がバイパス路２１０を流れるように動作する。
【００３１】
ランキンサイクル回路３００は、作動流体としての伝熱媒体（熱媒）が循環する熱媒循環路３０２を有する。熱媒としては、例えばフロン系冷媒（Ｒ−１３４ａ，Ｒ−１５２ａ，Ｒ１２３４ｙｆ，Ｒ−２４５ｆａ）、ハイドロカーボン、又は、アルコール等を用いることができる。熱媒循環路３０２には、熱媒用ポンプ３０４、第１熱交換器３０６の低温部３０６Ｌ、第２熱交換器３０８の低温部３０８Ｌ、第３熱交換器３１０の低温部３１０Ｌ、膨張機３１２、第１熱交換器３０６の高温部３０６Ｈ、凝縮器３１４、及び、気液分離器３１６が、熱媒の流動方向にてこの順序で介挿されている。
【００３２】
第１熱交換器３０６は、再生器とも称され、その高温部３０６Ｈと低温部３０６Ｌとの間で熱交換が行われる。即ち、第１熱交換器３０６では、膨張機３１２で膨張した熱媒によって、熱媒用ポンプ３０４から吐出された熱媒が加熱される。
第２熱交換器３０８は、蒸発器とも称され、その高温部３０８Ｈと低温部３０８Ｌとの間で熱交換が行われる。第２熱交換器３０８は、内燃機関１００で発生した熱を利用して、熱媒を加熱・蒸発させる。そのために、第２熱交換器３０８の高温部３０８Ｈは、水循環路２０２に介挿されている。
【００３３】
第３熱交換器３１０は、過熱器とも称され、その高温部３１０Ｈと低温部３１０Ｌとの間で熱交換が行われる。第３熱交換器３１０は、内燃機関１００で発生した熱を利用して熱媒を加熱し、熱媒に過熱度を付与する。そのために、第３熱交換器３１０の高温部３１０Ｈは、水循環路２０２に介挿されている。
ここで、内燃機関１００で発生した熱をより効率的に利用するために、水循環路２０２には加熱器２１４が介挿されている。加熱器２１４は、排気管１０８に取り付けられ、排気ガスの熱を利用して冷却水を加熱する。加熱器２１４、第３熱交換器３１０の高温部３１０Ｈ、及び、第２熱交換器３０８の高温部３０８Ｈは、内部水路２０６とラジエタ２０８との間を延びる水循環路２０２の部分に、冷却水の流動方向にてこの順序で介挿されている。
【００３４】
膨張機３１２は、熱媒を膨張させることにより、第２熱交換器３０８及び第３熱交換器３１０で熱媒が得た熱を動力に変換する。動力は、膨張機３１２の回転軸３１８によって出力され、動力伝達手段によって、内燃機関１００の回転軸１０６に伝達される。
なお、膨張機３１２の吸入容積をＶｓ、吐出容積をＶｅ、入口圧力をＰｓ、出口圧力をＰｅ、そして、熱媒の比熱比をγとすると、理想的な断熱膨張であれば、ポアソンの法則に基づいて、（Ｐｓ／Ｐｅ）＝（Ｖｅ／Ｖｓ）γが成立する。
【００３５】
動力伝達手段としては、例えばプーリ４００，４０２及びベルト４０４を用いることができる。プーリ４００，４０２は、回転軸３１８，１０６にそれぞれ取り付けられ、ベルト４０４がプーリ４００，４０２に架け回される。
また、内燃機関１００の廃熱回収システムは、ランキンサイクル回路３００を制御する制御装置（Ｒ／Ｃ制御装置）５００を有する。Ｒ／Ｃ制御装置５００は、例えばＥＣＵ（電子制御装置）により構成することができる。
【００３６】
Ｒ／Ｃ制御装置５００は、熱媒用ポンプ３０４及び凝縮器３１４のためのファン３１９の起動及び停止をそれぞれ制御し、これによりランキンサイクル回路３００の起動及び停止を制御する。
また、Ｒ／Ｃ制御装置５００は、熱媒用ポンプ３０４の作動中、第３熱交換器３１０の低温部３１０Ｌの出口での熱媒の圧力、すなわち、第２熱交換器３０８及び第３熱交換器３１０における熱媒の圧力（蒸発圧力）を上昇させる必要があるか否か判定する判定手段を有する。そして、内燃機関１００の廃熱回収システムは、判定手段に対して、判定を行うための情報を提供するセンサと、判定手段の判定結果に基づいて動作する流量制御弁とを有する。
【００３７】
より詳しくは、センサとしては、例えば、２つの圧力計５０２，５０４を用いることができる。
圧力計５０２は、第３熱交換器３１０の低温部３１０Ｌの出口と膨張機３１２の入口との間を延びる熱媒循環路３０２の部分（以下、膨張機上流部分ともいう）に取り付けられ、膨張機上流部分で熱媒の圧力を検知する。当該圧力を検知することは、ランキンサイクル回路３００における第２熱交換器３０８及び第３熱交換器３１０での熱媒の圧力、則ち高圧圧力ＰＨを検知することに等しく、また、電磁開閉弁５０６が開いているときには膨張機３１２の入口の圧力Ｐｓを検知することに実質的に等しい。
【００３８】
圧力計５０４は、膨張機３１２の出口と凝縮器３１４との間を延びる熱媒循環路３０２の部分に取り付けられ、当該部分で熱媒の圧力を検知する。当該圧力を検知することは、ランキンサイクル回路３００の低圧圧力ＰＬを検知することに等しく、膨張機３１２の出口での熱媒の圧力Ｐｅを検知することに等しい。
圧力計５０２，５０４でそれぞれ検知された高圧圧力ＰＨ及び低圧圧力ＰＬは、Ｒ／Ｃ制御装置５００に入力される。Ｒ／Ｃ制御装置５００の判定手段は、低圧圧力ＰＬに対する高圧圧力ＰＨの比ＰＨ／ＰＬ（以下、圧力比Ｒｃという）を演算し、演算された圧力比Ｒｃをそれぞれ予め設定された下限圧力比Ｒｍｉｎ及び上限圧力比Ｒｍａｘと比較する。そして、判定手段は、圧力比Ｒｃが下限圧力比Ｒｍｉｎ未満であるとき、高圧圧力ＰＨを上昇させる必要が有ると判定（Ｙｅｓ判定）し、圧力比Ｒｃが上限圧力比Ｒｍａｘを超えているとき、高圧圧力ＰＨを上昇させる必要が無いと判定（Ｎｏ判定）する。
【００３９】
流量制限弁としては、例えば２ポート２位置切換の電磁開閉弁５０６を用いることができる。電磁開閉弁５０６は、熱媒循環路３０２の蒸発器上流部分に介挿され、当該部分を開閉可能である。なお、電磁開閉弁５０６は、熱媒の流動方向にて、圧力計５０２よりも下流に位置している。
電磁開閉弁５０６の開閉動作は、Ｒ／Ｃ制御装置５００によって制御される。Ｒ／Ｃ制御装置５００は、判定手段がＹｅｓと判定したときに、電磁開閉弁５０６を閉作動させる。Ｒ／Ｃ制御装置５００は、電磁開閉弁５０６を閉作動させた後、短くても判定手段がＮｏと判定するまで電磁開閉弁５０６を閉作動させ続け、それから、電磁開閉弁５０６を開作動させる。本実施形態では、例えば、判定手段がＮｏと判定したとき、Ｒ／Ｃ制御装置５００は、電磁開閉弁５０６を開作動させる。
【００４０】
なお、Ｒ／Ｃ制御装置５００が電磁開閉弁５０６を閉作動させた後、開作動させるまで、熱媒用ポンプ３０４は作動させられたままである。
好ましくは、内燃機関１００の廃熱回収システムは、膨張機３１２の回転軸３１８の回転速度（膨張機回転速度）を検知する回転速度計５０８を有する。回転速度計５０８によって検知された膨張機回転速度は、Ｒ／Ｃ制御装置５００に入力される。Ｒ／Ｃ制御装置５００は、膨張機回転速度が、予め設定された最小回転速度Ｖｍｉｎ未満のときには、判定手段による判定を行わないのが好ましい。つまり、Ｒ／Ｃ制御装置５００は、膨張機回転速度が、最小回転速度Ｖｍｉｎ未満のときには、電磁開閉弁５０６による熱媒の流量制限を行わないのが好ましい。
【００４１】
以下、上述した内燃機関１００の廃熱回収システムの使用方法（動作）について説明する。
Ｅ／Ｇ制御装置１０４は、乗員によって内燃機関１００の起動が指示されると、内燃機関１００を起動させるとともに、水用ポンプ２０４を起動する。すると循環水は、内燃機関１００の内部流路２０６を通過するときに加熱され、更に、加熱器２１４を通過するときに加熱される。
【００４２】
Ｒ／Ｃ制御装置５００は、水用ポンプ２０４の起動と同時か又はその後に、熱媒用ポンプ３０４を起動する。すると、熱媒用ポンプ３０４は、低温低圧液相の熱媒を吸入し、低温高圧液相の熱媒を吐出する。
吐出された熱媒は、第１熱交換器３０６で予備的に加熱される。それから、熱媒は、第２熱交換器３０８で加熱されて蒸発し、そして、第３熱交換器３１０で加熱されて過熱度を有する高温高圧気相の熱媒になる。高温高圧気相の冷媒は、膨張機３１２で膨張させられ、高温低圧気相の熱媒になる。
【００４３】
高温低圧気相の熱媒は、第１熱交換器３０６で冷却されてから、凝縮器３１４で冷却されて凝縮し、低温低圧液相の熱媒になる。低温低圧液相の熱媒は、気液分離器３１６を経て熱媒用ポンプ３０４に吸入される。
熱媒は、膨張機３１２を通過するときに外部に対して仕事をし、仕事は、回転軸３１８を介して回転力として出力される。膨張機３１２の回転力は、動力伝達手段を介して内燃機関１００の回転軸１０６に伝達される。
【００４４】
かくして、内燃機関１００の廃熱回収システムによれば、その通常運転中、内燃機関１００で発生した熱が、ランキンサイクル回路３００によって回生エネルギーに変換され、そして、回生エネルギーにより内燃機関１００の作動が補助される。
そして、内燃機関１００の廃熱回収システムによれば、通常運転中に、判定手段が、回生エネルギー量の低下防止を鑑みて、高圧圧力ＰＨを上昇させる必要があるか否かの判定を所定間隔で繰り返し行う。Ｒ／Ｃ制御装置５００は、判定結果がＹｅｓ判定のときに、電磁開閉弁５０６を閉作動させ、この後、判定結果がＮｏ判定になると、電磁開閉弁５０６を開作動させる。
【００４５】
このような廃熱回収システムの動作によれば、内燃機関回転速度が速いときでも、高圧圧力ＰＨの低下が防止され、膨張機３１２の入口圧力Ｐｓの低下が防止される。この結果として、膨張機３１２の出力低下、則ち、回生エネルギー量の低下が防止される。
また、上述した廃熱回収システムによれば、判定手段が圧力比Ｒｃを判定基準とすることにより、高圧圧力ＰＨを上昇させる必要の有無が的確に判定される。的確に判定されるとは、より多くの回生エネルギー量を得られるように判定が行われるということである。
【００４６】
具体的には、回生エネルギー量は、図２に概略的に示したように圧力比Ｒｃに依存し、圧力比Ｒｃが最適値Ｒｓであるときに、最大値Ｅｍになる。従って、圧力比Ｒｃが最適値Ｒｓ又はその近傍値であれば、回生エネルギー量を最大値Ｅｍ若しくはその近傍値にすることができる。
そこで、本実施形態では、最適値Ｒｓよりも小さい下限圧力比Ｒｍｉｎと、最適値Ｒｓよりも大きい上限圧力比Ｒｍａｘとを設定している。圧力比Ｒｃが下限圧力比Ｒｍｉｎと上限圧力比Ｒｍａｘとの間の範囲内に入るよう、判定結果に基づいて流量が制限されることで、回生エネルギー量が最大値Ｅｍ若しくはその近傍値になる。
【００４７】
なお、最適値Ｒｓは、実験によって求めることができる。最適値Ｒｓは、（Ｖｅ／Ｖｓ）γを理想圧力比Ｒｉとすると、おおよそながら理想圧力比Ｒｉの１．１５倍〜１．２０倍であり、より具体的には、約１．１８倍である。
下限圧力比Ｒｍｉｎは、最適値Ｒｓの９０％程度の値に設定されるのが好ましい。このため、下限圧力比Ｒｍｉｎは、理想圧力比Ｒｉの１．０３倍〜１．０８倍の範囲に設定されるのが好ましく、１．０６倍に設定されるのがより好ましい。
【００４８】
上限圧力比Ｒｍａｘは、下限圧力比Ｒｍｉｎと同じ値であってもよいが、頻繁に電磁開閉弁５０６が開閉作動しないように、最適値Ｒｓの１１０％程度の値に設定されるのが好ましい。
ここで、図３のグラフは、膨張機回転速度と圧力比Ｒｃとの関係を示し、図４のグラフは、膨張機回転速度と回生エネルギー量との関係を示している。図３及び図４の両方において、実施例のプロットは、上述したように判定結果に基づいて流量制限を行った場合の結果を示し、比較例のプロットは、流量制限を全く行わなかった場合の結果を示している。
【００４９】
ただし、図３の実施例の圧力比Ｒｃは、電磁開閉弁５０６が開いている期間の圧力比の平均値である。また、図４の回生エネルギー量は、膨張機３１２が出力したエネルギ−から、熱媒用ポンプ３０４及び凝縮器３１４のファン３１９の消費電力を差し引いた値である。
図３から明らかなように、実施例では、比較例に比べて、膨張機回転速度が１５００ｒｐｍを超えた領域で、圧力比Ｒｃの低下が防止されていることがわかる。
【００５０】
そして、図４では、約２２５０ｒｐｍを境にして、これより上の回転速度領域で実施例の方が比較例よりも回生エネルギー量が多くなっている。上述した実施形態では、好ましい態様として、膨張機回転速度が最小回転速度Ｖｍｉｎ以上であるときに判定手段が判定を行うとしたが、図４から、実施例では、最小回転速度Ｖｍｉｎを例えば２２５０ｒｐｍに設定すればよいことがわかる。これにより、膨張機回転速度の上昇による回生エネルギー量の低下が的確に防止される。
【００５１】
更に図５は、実施例における、膨張機回転速度が３０００ｒｐｍであるときの膨張機３１２の出力、圧力比Ｒｃ及びエバ入力の時間変化を示すグラフである。図５では、時間の範囲が０秒〜１５秒までであるが、１５秒を１周期としてほぼ同じ結果が繰り返される。
図５から、電磁開閉弁５０６は１１秒間開いた後、４秒間閉じられることがわかる。圧力比Ｒｃは、電磁開閉弁５０６が開いた直後から徐々に減少し、電磁開閉弁５０６が閉じられると上昇する。膨張機３１２の出力は、電磁開閉弁５０６が開いた直後に急激に増大し、それから徐々に減少する。そして、膨張機３１２の出力は、電磁開閉弁５０６が閉じられると急激に減少し、ゼロになる。図５に示された１５秒間の膨張機出力を平均すると、比較例の場合よりも高くなる。
【００５２】
一方、エバ入力は、第２熱交換器３０８における熱媒の吸熱量である。エバ入力は、電磁開閉弁５０６が開いて少し経ってから増大し始め、６秒過ぎに増加率が低くなる。そしてエバ入力は、電磁開閉弁５０６が閉じて少し経ってから減少し初め、電磁開閉弁５０６が開いて少し経つまで減少し続ける。
エバ入力は、第２熱交換器３０８における冷却水と熱媒との間の温度差が大きいほど多くなる。図５では、圧力比Ｒｃが低いほどエバ入力は多くなっており、圧力比Ｒｃの低下は、第２熱交換器３０８における熱媒の圧力及び温度の低下を伴っていることがわかる。
【００５３】
本発明は上記した一実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。
上述した一実施形態では、第１熱交換器３０６によって、熱媒用ポンプ３０４から吐出された熱媒を加熱したけれども、第１熱交換器３０６を省略してもよい。また、第２熱交換器３０８で熱媒に過熱度を付与することができれば、第３熱交換器３１０を省略してもよい。すなわち、内燃機関１００から排出された熱を利用して熱媒を加熱し、熱媒に過熱度を付与することができれば、熱交換器は１つであってもよいし、複数であってもよい。
【００５４】
上述した一実施形態では、圧力比Ｒｃに基づいて、高圧圧力ＰＨを上昇させる必要があるか否かを判定したけれども、判定手段は、少なくとも高圧圧力ＰＨに基づいて、判定を行っていればよい。
例えば、判定手段は、高圧圧力ＰＨのみに基づいて判定を行ってもよい。この場合、高圧圧力ＰＨが、予め設定された下限圧力未満であるときに高圧圧力ＰＨを上昇させる必要があると判定し、高圧圧力ＰＨが予め設定された上限圧力を超えているときに高圧圧力ＰＨを上昇させる必要がないと判定すればよい。この場合も、判定が的確に行われる。
【００５５】
また例えば、圧力比Ｒｃと、膨張機回転速度と、膨張機３１２の出力との関係を表すマップデータを予め作成しておき、判定手段が、マップデータに基づいて判定を行うようにしてもよい。
上述した一実施形態では、熱媒循環路３０２の膨張機上流部分に、熱媒を出入り自由に蓄えるタンクを設けるのが好ましい。タンクによって、流量制限弁による流量制限の頻度が低減される。流量制限は、膨張機の出力の一時的な減少を招き、内燃機関の回転速度制御にとっては外乱となる。かかる流量制限の頻度が低減されることにより、内燃機関回転速度が安定する。車両の場合、回転速度が安定すると、運転手が違和感なく運転することができる。また、流量制限の頻度が低減されることは、流量制御弁の長寿命化にも繋がる。
【００５６】
タンクとしては、図６に示したようなタンク３２０を用いるのが好ましい。このタンク３２０は、第３熱交換器３１０と一体に形成され、第３熱交換器３１０の低温部３１０Ｌを構成している。なお、高温部３１０Ｈは、タンク３２０の外側に巻回されているが、タンク３２０の内側に設けられていてもよい。
この場合、タンク３２０内で加熱されることで、熱媒のエンタルピが増大する。これにより、流量制限弁による制限が解除されたときに、膨張機３１２の出力が更に増大する。
【００５７】
上述した一実施形態では、流量制限弁による伝熱媒体の流量の制限が終了するときに、Ｅ／Ｇ制御装置１０４が、内燃機関１００への燃料供給量を減少させるのが好ましい。この場合、流量制限が終了して膨張機３１２の出力が増大するのにあわせて、内燃機関自身の出力を低下させることで、内燃機関回転速度が安定する。
上述した一実施形態では、流量制限弁による伝熱媒体の流量の制限が終了するときに、伝熱媒体の流量を連続的に増加させるのが好ましい。これにより、内燃機関回転速度が安定する。また、膨張機回転速度が急激に上昇することが防止されるため、膨張機１００にかかる負荷が低減される。
【００５８】
そのためには、例えば、電磁開閉弁５０６の開度を、デューティ比制御により連続的に変化させてもよい。あるいは、電磁開閉弁５０６に代えて、流量制限弁として、図７に示したように、流量を連続的に可変な流量調整弁５１０を用いても良い。
流量を連続的に増加させることができない場合、流量制限弁による伝熱媒体の流量の制限が終了するときに、流量を段階的に増加させるのが好ましい。これにより、内燃機関回転速度が安定する。また、膨張機回転速度が急激に上昇することが防止されるため、膨張機３１２にかかる負荷が低減される。
【００５９】
そのためには、例えば、電磁開閉弁５０６の開度を、デューティ比制御により段階的に変化させてもよい。あるいは、図８に示したように、複数の電磁開閉弁５０６，５１２，５１４を並列に設け、電磁開閉弁５０６，５１２，５１４を順々に開作動させてもよい。
上述した一実施形態では、熱媒用ポンプ３０４を起動させてから所定期間、流量制限弁に熱媒の流量の制限を行わせないのが好ましい。これにより、熱媒用ポンプ３０４の冷間起動時、熱媒が熱媒循環路３０２内に分散していても、膨張機３１２を経由して熱媒が熱媒用ポンプ３０４に流入させられ、熱媒が熱媒循環路３０２内を早期に循環する。つまり、熱媒用ポンプ３０４の起動から廃熱回収までに要する時間が短縮される。
【００６０】
上述した一実施形態では、流量制限弁をバイパスするバイパス手段を更に設けるのが好ましい。バイパス手段は、例えば図９に示したように、流量制御弁を迂回するバイパス路５１６及びバイパス路５１６の流量を循環路３０２に比べて減少させる絞り５１８によって構成することができる。
この場合、流量制御弁によって、熱媒循環路３０２での熱媒の流量が制限されていたとしても、バイパス手段によって、熱媒の流量制限が緩和される。この結果として、流量制御弁による制限が終了し、熱媒の流量を増加させるときに、内燃機関回転速度が安定する。また、流量制御弁による制限がされていても、バイパス手段によって、膨張機３１２経由で熱媒用ポンプ３０４に熱媒が常時供給され、熱媒用ポンプ３０４の起動から廃熱回収までに要する時間が短縮される。
【００６１】
上述した一実施形態では、図１０に示したように、動力伝達手段がワンウェークラッチ４０６を更に含むのが好ましい。ワンウェークラッチ４０６は、膨張機３１２の回転軸３１８から内燃機関１００の回転軸１０６への方向でのみ回転力を伝達する。この場合、流量制限弁によって流量が制限されているときに、膨張機３１２が内燃機関１００の負荷となることが防止される。
【００６２】
あるいは、動力伝達手段は、電磁クラッチ４０８を含むのが好ましい。電磁クラッチ４０８は、膨張機３１２の回転軸３１８と内燃機関１００の回転軸１０６とを断続可能に連結可能である。この場合、Ｒ／Ｃ制御装置５００は、流量制限弁に熱媒の流量を制限させている間、電磁クラッチ４０８による膨張機３１２の回転軸３１８と内燃機関１００の回転軸１０６との連結を解除する。これによっても、膨張機３１２が内燃機関１００の負荷となることが防止される。
【００６３】
上述した一実施形態では、Ｒ／Ｃ制御装置５００は、流量制限弁による熱媒の流量の制限が開始された後に内燃機関１００が制動力を発揮している間は、流量の制限を続行させるのが好ましい。この場合、内燃機関１００が制動力を発揮している間、流量制御弁による熱媒の流量制限を実行することで、膨張機が内燃機関を補助せず、内燃機関の制動力の低下が防止される。また、流量の制限を続行することで、高圧圧力ＰＨが更に高くなり、制限の解除後における膨張機３１２の出力が増大する。
【００６４】
上述した一実施形態では、Ｒ／Ｃ制御装置５００が、流量制限弁が熱媒の流量を制限しているときに、熱交換器の容量以上には熱媒を流すことはできないので、熱媒用ポンプ３０４の吐出量を減少させるのが好ましい。この場合、熱媒用ポンプ３０４の消費動力が削減される。
そのために、Ｒ／Ｃ制御装置５００は、熱媒用ポンプ３０４の回転数を調整してもよく、あるいは、図１１に示したように、熱媒用ポンプとして、容量可変ポンプ３２２を用いてもよい。
【００６５】
上述した一実施形態では、動力伝達手段は、図１２に示したように、フライホイール４１０を含むのが好ましい。この場合、フライホイール４１０によって、内燃機関１００の回転軸１０６に伝達される動力が平均化され、内燃機関回転速度が安定する。
上述した一実施形態では、動力伝達手段は、油圧装置６００を含むのが好ましい。油圧装置６００は、図１３に示したように、油を循環させる油循環路６０２を有し、油循環路６０２に、油圧ポンプ６０４、高圧アキュムレータ６０６、油圧モータ６０８及び低圧アキュムレータ６１０が、油の循環方向にてこの順序で介挿されている。油圧ポンプ６０４は、膨張機３１２の回転軸３１８によって駆動され、油圧モータ６０８が、油圧を利用して内燃機関１００の回転軸１０６に動力を供給する。
【００６６】
この場合、油圧装置６００によって、内燃機関１００の回転軸１０６に伝達される動力が平均化され、内燃機関回転速度が安定する。
油圧装置６００では、油圧モータ６０８とともに油圧ポンプを内燃機関１００に適用してもよく、図１４に示したように、油圧モータ６０８と油圧ポンプとが一体に形成された油圧モータ・ポンプ６１２を適用しても良い。油圧モータ・ポンプ６１２は、外部からの制御により、モータとして機能するかポンプとして機能するかを切換可能な流体機械である。
【００６７】
この場合、内燃機関１００が制動力を発揮しているときに、油圧モータ・ポンプ６１２をポンプとして機能させる。ポンプとして機能しているとき、油は逆方向に流れ、油圧モータ・ポンプ６１２は、当該制動力の発揮に必要な負荷を内燃機関１００に付与しながら高圧アキュムレータ６０６に蓄えられた油圧を増大させる。内燃機関１００が制動力を発揮しているときに、高圧アキュムレータ６０６に油圧を蓄えることで、回生エネルギー量が更に増大する。
【００６８】
上述した一実施形態では、Ｒ／Ｃ制御装置５００は、流量制限弁に伝熱媒体の流量を制限させるときに、ファン３１９を停止させるのが好ましい。伝熱媒体の流量が制限されている間、ファン３１９を停止させることで、回生エネルギー量が更に増大する。
最後に、本発明は、車両に好適であるのは明かであるが、車両以外にも適用可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の廃熱回収システムを概略的に示す図である。
【図２】図１のシステムにおける、圧力比と回生エネルギー量との関係を示すグラフである。
【図３】図１のシステムにおける、膨張機回転速度と圧力比との関係を比較例とともに示すグラフである。
【図４】図１のシステムにおける、膨張機回転速度と回生エネルギー量との関係を比較例とともに示すグラフである。
【図５】図１のシステムにおける、膨張機出力、圧力比及びエバ入力の時間変化を示すグラフである。
【図６】変形例に係る第３熱交換器の概略を示す図である。
【図７】変形例に係る流量制限弁の概略を示す図である。
【図８】変形例に係る流量制限弁の概略を示す図である。
【図９】変形例に係るバイパス手段の概略を示す図である。
【図１０】変形例に係る動力伝達手段の概略を示す図である。
【図１１】変形例に係る熱媒用ポンプの概略を示す図である。
【図１２】変形例に係る動力伝達手段の概略を示す図である。
【図１３】変形例に係る動力伝達手段の概略を示す図である。
【図１４】変形例に係る動力伝達手段の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１００    内燃機関
３０４    熱媒用ポンプ（ポンプ）
３０８    第２熱交換器（熱交換器）
３１０    第３熱交換器（熱交換器）
３１２    膨張機
５００    Ｒ／Ｃ制御装置（制御装置）
５０２    圧力計（高圧センサ）
５０６    電磁開閉弁（流量制限弁）
【図１】
2010096147.tif 000003
【図２】
2010096147.tif 000004
【図３】
2010096147.tif 000005
【図４】
2010096147.tif 000006
【図５】
2010096147.tif 000007
【図６】
2010096147.tif 000008
【図７】
2010096147.tif 000009
【図８】
2010096147.tif 000010
【図９】
2010096147.tif 000011
【図１０】
2010096147.tif 000012
【図１１】
2010096147.tif 000013
【図１２】
2010096147.tif 000014
【図１３】
2010096147.tif 000015
【図１４】
2010096147.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月20日(2009.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、特許文献２のランキン機関では、バイパス路閉塞手段は、その開閉動作を圧縮機の入口と出口との差圧によって制御しているが、作動媒体閉塞手段は、単にランキン機関の起動及び停止に併せて作動させられるに過ぎない。
特許文献３の内燃機関の廃熱回収システムでは、弁機構は、異常有りと判定された場合に、膨張機を停止させるために閉作動させられるにすぎない。
本発明は、特許文献１〜３のいずれもが開示しない課題に鑑みてなされたもので、内燃機関に伝達される回生エネルギー量が簡易な構造で増大された内燃機関の廃熱回収システムを提供することを目的とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
ランキンサイクル回路３００は、作動流体としての伝熱媒体（熱媒）が循環する熱媒循環路３０２を有する。熱媒としては、例えばフロン系冷媒（Ｒ−１３４ａ，Ｒ−１５２ａ，Ｒ−１２３４ｙｆ，Ｒ−２４５ｆａ）、ハイドロカーボン、又は、アルコール等を用いることができる。熱媒循環路３０２には、熱媒用ポンプ３０４、第１熱交換器３０６の低温部３０６Ｌ、第２熱交換器３０８の低温部３０８Ｌ、第３熱交換器３１０の低温部３１０Ｌ、膨張機３１２、第１熱交換器３０６の高温部３０６Ｈ、凝縮器３１４、及び、気液分離器３１６が、熱媒の流動方向にてこの順序で介挿されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
流量制限弁としては、例えば２ポート２位置切換の電磁開閉弁５０６を用いることができる。電磁開閉弁５０６は、熱媒循環路３０２の膨張機上流部分に介挿され、当該部分を開閉可能である。なお、電磁開閉弁５０６は、熱媒の流動方向にて、圧力計５０２よりも下流に位置している。
電磁開閉弁５０６の開閉動作は、Ｒ／Ｃ制御装置５００によって制御される。Ｒ／Ｃ制御装置５００は、判定手段がＹｅｓと判定したときに、電磁開閉弁５０６を閉作動させる。Ｒ／Ｃ制御装置５００は、電磁開閉弁５０６を閉作動させた後、短くても判定手段がＮｏと判定するまで電磁開閉弁５０６を閉作動させ続け、それから、電磁開閉弁５０６を開作動させる。本実施形態では、例えば、判定手段がＮｏと判定したとき、Ｒ／Ｃ制御装置５００は、電磁開閉弁５０６を開作動させる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
そのためには、例えば、電磁開閉弁５０６の開度を、デューティ比制御により段階的に変化させてもよい。あるいは、図８に示したように、複数の電磁開閉弁５０６，５１２，５１４を並列に設け、電磁開閉弁５０６，５１２，５１４を順々に開作動させてもよい。
上述した一実施形態では、熱媒用ポンプ３０４を起動させてから所定期間、流量制限弁に熱媒の流量の制限を行わせないのが好ましい。これにより、熱媒が熱媒循環路３０２内に分散していても、膨張機３１２を経由して熱媒が熱媒用ポンプ３０４に流入させられ、熱媒が熱媒循環路３０２内を早期に循環する。つまり、熱媒用ポンプ３０４の起動から廃熱回収までに要する時間が短縮される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
上述した一実施形態では、流量制限弁をバイパスするバイパス手段を更に設けるのが好ましい。バイパス手段は、例えば図９に示したように、流量制御弁を迂回するバイパス路５１６及びバイパス路５１６の流量を循環路３０２に比べて減少させる絞り５１８によって構成することができる。
この場合、流量制御弁によって、熱媒循環路３０２での熱媒の流量が制限されていたとしても、バイパス手段によって、熱媒の流量制限が緩和される。この結果として、流量制御弁による制限が終了し、熱媒の流量を増加させるときに、内燃機関回転速度が安定する。また、流量制御弁による制限がされていても、バイパス手段によって、膨張機３１２経由で熱媒用ポンプ３０４に熱媒が常時供給され、廃熱回収システムを安定的に運転することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
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