(57)【要約】【課題】効率的な排熱回収と、空気抵抗の軽減とを両立可能な車両用ディフレクタ装置を提供する。【解決手段】本願は、廃熱回収用のランキンサイクルを構成する熱交換器がキャブ上面に設置されるトラック車両に搭載される車両用エアディフレクタ装置に関する。この装置は、熱交換器より前方に設けられる可動ディフレクタと、廃熱の熱源温度を検出する熱源温度検出手段と、可動ディフレクタの傾斜角度を制御する制御手段と、を備える。【選択図】図１
2018001892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃熱回収用のランキンサイクルを構成する熱交換器がキャブ上面に設置されるトラック車両に搭載される車両用エアディフレクタ装置であって、
前記キャブ上面のうち前記熱交換器より前方に設けられ、前記キャブ上面に対する傾斜角度を調整可能な可動ディフレクタと、
前記ランキンサイクルで回収される廃熱の熱源温度を検出する熱源温度検出手段と、
前記可動ディフレクタの前記傾斜角度を制御する制御手段と、
を備え、
前記熱源温度検出手段により検出される前記熱源温度が所定閾値以下である場合、前記制御手段は、前記車両の走行時の空気抵抗を減少させるように前記可動ディフレクタの前記傾斜角度を制御し、前記熱源温度検出手段により検出される前記熱源温度が前記所定閾値より大きい場合、前記制御手段は、前記車両の走行時の走行風が前記凝縮器に導入されるように可動ディフレクタの前記傾斜角度を制御する、車両用ディフレクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両が走行時に受ける空気抵抗を低減するための車両用ディフレクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行中の車両では、車両前方から受ける走行風によって空気抵抗が発生する。例えば、キャブ後方に荷箱を備えるトラック等の商用車両では、キャブ上面と荷箱上面との間に存在する段差に走行風が当たることが、空気抵抗の発生要因として知られている。
【０００３】
このような走行中における空気抵抗を低減するために、特許文献１では、キャブ上面に、車両前方から受ける走行風を車両後方に整流するための車両用ディフレクタが設けられた車両が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２９２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、車両で発生する廃熱エネルギを回収するために廃熱回収装置を搭載する車両が知られている。例えばランキンサイクルを利用した廃熱回収装置では、内燃機関等の熱源で発生する廃熱エネルギを機械的エネルギに変換し、発電機を駆動することで電力エネルギとして回収する。ランキンサイクルは、作動流体が循環する循環回路上に、作動流体を内燃機関の廃熱で加熱する蒸発器と、加熱された作動流体を膨張させて機械的動力として出力する膨張機と、膨張機で仕事を終えた作動流体を外気と熱交換する熱交換器（凝縮器）と、作動流体を圧送するポンプとを備えて構成される。
【０００６】
車両に搭載されるランキンサイクルでは、熱交換器（凝縮器）は高温の作動流体を走行中に受ける外気（走行風）と熱交換することにより冷却する。そのため熱交換器で良好な冷却性能を得るために、トラック車両では例えばキャブ上面に熱交換器を設置することで、走行中に熱交換器に外気を効率的に導入する構成が考えられる。
しかしながら、特許文献１のように空気抵抗を軽減するための車両用ディフレクタを、熱交換器と同様にキャブ上面に設置すると、車両用ディフレクタによって熱交換器に導かれる走行風が妨げられてしまう。
【０００７】
また熱交換器に要求される冷却性能は、熱源からの廃熱量に依存する。そのため、仮にある条件下で空気抵抗と熱交換器への外気導入量とを最適化したとしても、車両の走行状態によって廃熱量が変化すると、熱交換器への外気導入量に少なからず過不足が生じてしまう。
【０００８】
本発明の少なくとも１実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、効率的な排熱回収と、空気抵抗の軽減とを両立可能な車両用ディフレクタ装置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】
本発明の少なくとも１実施形態に係る車両用ディフレクタ装置は上記課題を解決するために、廃熱回収用のランキンサイクルを構成する熱交換器がキャブ上面に設置されるトラック車両に搭載される車両用エアディフレクタ装置であって、前記キャブ上面のうち前記熱交換器より前方に設けられ、前記キャブ上面に対する傾斜角度を調整可能な可動ディフレクタと、前記ランキンサイクルで回収される廃熱の熱源温度を検出する熱源温度検出手段と、前記可動ディフレクタの前記傾斜角度を制御する制御手段と、を備え、前記熱源温度検出手段により検出される前記熱源温度が所定閾値以下である場合、前記制御手段は、前記車両の走行時の空気抵抗を減少させるように前記可動ディフレクタの前記傾斜角度を制御し、前記熱源温度検出手段により検出される前記熱源温度が前記所定閾値より大きい場合、前記制御手段は、前記車両の走行時の走行風が前記凝縮器に導入されるように可動ディフレクタの前記傾斜角度を制御する。
【００１０】
上記構成によれば、キャブ上面には、走行時に車両前方から受ける走行風を整流するための可動ディフレクタが設けられている。可動ディフレクタの傾斜角度は、制御手段により可変に制御できるようになっている。制御手段は車両における熱源温度に基づいてディフレクタの傾斜角度を制御する。具体的には、熱源温度が所定閾値以下である場合、ランキンサイクルを構成する熱交換器で要する外気が少なくて済むため、ディフレクタの傾斜角度は、空気抵抗の低減に有利な第１角度に制御される。一方、熱源温度が所定閾値より大きい場合、ランキンサイクルを構成する熱交換器で要する外気が多くなるため、ディフレクタの傾斜角度は、熱交換器への走行風の導入に有利な第２角度に制御される。
【００１１】
このように、熱源温度に基づいてディフレクタの傾斜角度を可変に制御することにより、効率的な排熱回収と、空気抵抗の軽減とを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る車両用ディフレクタ装置を備える車両のキャブ上部近傍を拡大して側方から示す模式図である。
【図２】車両が備える廃熱回収装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】制御手段で実施される制御内容を工程毎に示すフローチャートである。
【図４Ａ】図３のステップＳ３で可動ディフレクタの角度が第１角度に制御された場合の走行風の流路を示す模式図である。
【図４Ｂ】図３のステップＳ４で可動ディフレクタの角度が第２角度に制御された場合の走行風の流路を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１４】
図１は本実施形態に係る車両用ディフレクタ装置を備える車両１のキャブ上部近傍を拡大して側方から示す模式図である。
車両１は、シャシ（不図示）上にキャブ２及び荷箱４が搭載されてなるトラック車両である。キャブ２は車両前方に配置されており、乗員が乗降する際に使用されるサイドドアを両側に備えている。荷箱４は、内部に貨物を収容可能な架装物であり、略直方体形状を有する。
【００１５】
キャブ２の上面は、荷箱４の上面より低くなっており、キャブ２及び荷箱４間に段差Ｈｂが形成されている。段差Ｈｂは走行中、車両１が前方から受ける走行風に対して略垂直に面するため、前方からの走行風を受けることにより空気抵抗を発生させる要因となり得る。このような空気抵抗を低減させるための整流手段として、車両１はキャブ２の上面に、車両前方からの走行風を整流するための可動ディフレクタ（整流板）６を備える。
【００１６】
可動ディフレクタ６は略水平なキャブ２上面に対して、車両後方に向けて所定の傾斜角度ωを有する。本実施形態では特に、可動ディフレクタ６は傾斜角度ωが可変な可動ディフレクタである。可動ディフレクタ６は不図示のアクチュエータによってキャブ２の上面との接点８を中心に回動可能に構成されており、コントロールユニットである制御手段１０からの制御信号に基づいてアクチュエータを駆動することにより、可動ディフレクタ６の傾斜角度ωを任意に制御できるようになっている。
【００１７】
またキャブ２の上面のうち可動ディフレクタ６より後方側には、廃熱回収装置２０を構成する熱交換器３８が設けられている。ここで車両１に搭載された廃熱回収装置２０について、図２を参照しながら説明する。図２は車両１が備える廃熱回収装置２０の概略構成を示す模式図である。
【００１８】
廃熱回収装置２０は、車両１に走行用動力源として搭載されるエンジン２２からの廃熱を回収する。エンジン２２は、例えばガソリンや軽油のような化石燃料を燃焼することにより走行用動力を発生させる内燃機関であり、廃熱を含む冷却水が流れる冷却水回路２４を備える。冷却水回路２４上には、冷却水を圧送するためのサーモスタット２６と、冷却水を外気と熱交換可能に構成されたラジエータ２８とが設けられている。ラジエータ２８では、エンジン２２からの高温の冷却水が不図示のフィンに導入され、外気と熱交換されることにより冷却される。
尚、ラジエータ２８には、送風用の冷却ファン３０が設けられており、エンジン２２の動力の一部を用いて駆動可能に構成されている。
【００１９】
ラジエータ２８で冷却された冷却水の一部は、冷却水回路２４から分岐されたバイパス回路３２に導入される。バイパス回路３２に導入された冷却水は、蒸発器３４によって、廃熱回収装置２０が有するランキンサイクル２１の循環回路を流れる作動流体と熱交換される。蒸発器３４を流れる作動流体は冷却水に比べて温度が低いため、バイパス回路３２を流れる高温の冷却水は低温に冷却され、その後、冷却水回路２４に戻される。
【００２０】
ランキンサイクル２１は、作動流体が循環する循環回路上に、バイパス回路３２を流れる冷却水と熱交換することにより作動流体を加熱する蒸発器３４と、蒸発器３４で加熱された作動流体を膨張させることにより回転動力を取出す膨張機３６と、膨張機３６で膨張された作動流体を凝縮させる熱交換器（凝縮器）３８と、熱交換器３８で凝縮された作動流体を圧縮して蒸発器３４に圧送するポンプ４０とを備えている。
【００２１】
蒸発器３４は、バイパス回路３２を流れる高温の冷却水を、循環回路を流れる作動流体と熱交換することにより、作動流体を高温高圧にする。これにより、冷却水側が有する熱エネルギがランキンサイクル２１側に取り込まれる。
【００２２】
蒸発器３４によって高温高圧にされた作動流体は、膨張機３６によって膨張される。膨張機３６は、作動流体の膨張時に、内蔵されたタービンを駆動させることにより回転駆動力を発生可能な容積式の流体機器である。回転駆動力は回転軸４２を介して発電機４４に伝達される。
【００２３】
発電機４４は回転軸４２から伝達された回転動力によって駆動されることにより、電気エネルギを発生させる。発生した電気エネルギは、車両１が備える各種負荷で消費される他、必要に応じて、バッテリなどの蓄電手段（不図示）に充電される。
【００２４】
熱交換器３８は、膨張機３６により膨張された作動流体を凝縮する。熱交換器３８は、循環回路の作動流体の流れに対して直列に配置されている。熱交換器３８は空冷式であり、図１に示されるようにキャブ２の上面に配置されることにより、車両１が走行する際に前方から受ける外気（走行風）によって、作動流体を外気と熱交換することにより凝縮する。
【００２５】
ポンプ４０は、熱交換器３８により凝縮された作動流体を圧縮して蒸発器３４に搬送すると共に、作動流体が循環回路を循環する動力を供給する。
【００２６】
車両１は、廃熱回収装置２０が回収する廃熱の熱源温度Ｔを検出するための熱源温度検出手段１６を備える。本実施形態では特に、熱源温度検出手段１６は、冷却水回路２４から分岐するバイパス回路３２を流れる冷却水の温度を検出する温度センサとして構成されている。熱源温度検出手段１６の検出結果は、制御手段１０に送られ、後述の制御に用いられる。
尚、熱源温度検出手段１６は、エンジン２２から排出される排ガス温度を検出するようにしてもよい。この場合、廃熱回収装置２０で回収可能な廃熱は、エンジン２２の全廃熱のうち冷却水に含まれている分のみであるため、予め排ガス温度と冷却水に含まれている廃熱量との関係を特定しておくとよい。
【００２７】
制御手段１０は、例えばＥＣＵ（Electric Control Unit）のような電子演算器である。ここで図３は制御手段１０で実施される制御内容を工程毎に示すフローチャートである。制御手段１０は、以下の制御方法を実施することにより、熱源温度検出手段１６で検出された熱源温度Ｔに応じて可動ディフレクタ６の傾斜角度ωを制御する。
【００２８】
まず制御手段１０は、熱源温度検出手段１６から熱源温度Ｔを取得する（ステップＳ１）。そして、当該取得した熱源温度Ｔが、予め設定された閾値Ｔｔｈより小さいか否かを判定する（ステップＳ２）。このステップでは、実測値である熱源温度Ｔと判定基準値である閾値Ｔｔｈとを比較することにより、可動ディフレクタ６の傾斜角度ωが予め設定された第１角度ω１又は第２角度ω２（＜第１角度ω１）のいずれになるようにアクチュエータを制御するかが選択される。
【００２９】
熱源温度Ｔが閾値Ｔｔｈより小さい場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御手段１０は、可動ディフレクタ６の傾斜角度ωが第１角度ω１となるように、アクチュエータを制御する（ステップＳ３）。この場合、車両前方からの走行風は、第１角度ω１を有する可動ディフレクタ６によって、図４Ａに示される流路Ｒ１を形成する。この流路Ｒ１では、前方からの走行風が可動ディフレクタ６によって下流側の熱交換器３８や段差Ｈｂに干渉することなく、車両後方に流れるように整流される。そのため、走行風が熱交換器３８や段差Ｈｂにぶつかることによって生じる空気抵抗を低減できる。一方、流路Ｒ１では、走行風は熱交換器３８を避けるように流れるため、熱交換器３８の冷却性能は少なからず低下することとなるが、このケースでは廃熱量が比較的小さいため許容範囲となる。
【００３０】
熱源温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上である場合（ステップＳ２：ＮＯ）、制御手段１０は、可動ディフレクタ６の傾斜角度ωが第２角度ω２となるように、アクチュエータを制御する（ステップＳ４）。この場合、車両前方からの走行風は、第２角度ω２を有する可動ディフレクタ６によって、図４Ｂに示される流路Ｒ２を形成する。この流路Ｒ２では、前方からの走行風は可動ディフレクタ６によって下流側の熱交換器３８に導かれるように整流される。そのため、熱交換器３８の冷却性能が向上し、廃熱回収装置２０における廃熱回収量を増加することができる。一方、流路Ｒ２では、走行風が熱交換器３８や段差Ｈｂにぶつかることとなるため、図４Ａの場合に比べて空気抵抗は少なからず増加することとなる。
【００３１】
このようにステップＳ２乃至Ｓ４では、熱源温度Ｔと閾値Ｔｔｈとの大小関係に基づいて、走行風を熱交換器３８及び荷箱４の上方に逃がすことによって車両１の空気抵抗の軽減を優先するか、又は、廃熱回収装置２０の廃熱回収効率を優先するか、を判断して、可動ディフレクタ６の傾斜角度ωを制御する。すなわち、熱源温度（廃熱量）が比較的小さい場合には、熱交換器３８に要求される冷却性能も比較的低いため、空気抵抗の軽減を優先するように可動ディフレクタ６の傾斜角度は第１角度ω１に制御される。一方、熱源温度（廃熱量）が比較的大きい場合には、廃熱回収装置２０の廃熱回収効率を向上させるため、空気抵抗が少なからず増加することを承知の上で、熱交換器３８への走行風の導入を優先するように可動ディフレクタ６の傾斜角度は第２角度ω２に制御される。
【００３２】
尚、第１角度ω１及び第２角度ω２は、車両１の仕様によって様々であるため、予め実験的、理論的又はシミュレーション的な各種手法により決定される。例えば、荷箱高さ（Ｈｂ）、可動ディフレクタ６（接点８）から荷箱４の前端までの距離（Ｌｂ）、可動ディフレクタ６（接点８）から熱交換器３８の前端までの距離（Ｌｒ）、キャブ２の上面に対する熱交換器３８の高さ（Ｈｒ）、及び可動ディフレクタ６の形状等に基づいて、幾何学的に演算してもよい。
【００３３】
尚、本実施形態では熱源温度Ｔが閾値Ｔｔｈを超えるか否かに基づいて第１角度ω１及び第２角度ω２の２段階に制御可能な場合について例示したが、熱源温度Ｔの大きさに応じてより多段階、又は、連続的に制御可能にしてもよい。この場合、例えば熱源温度Ｔが高くなるに従って、熱交換器３８に導入される走行風が多くなるように（すなわち、図４Ａの流路Ｒ１から図４Ｂの流路Ｒ２に近づくように）、傾斜角度ωが次第に減少するように制御されるとよい。逆に言えば、熱源温度Ｔが低くなるに従って、熱交換器３８や段差Ｈｂに干渉しないように車両後方に向けて整流される走行風が多くなるように（すなわち、図４Ｂの流路Ｒ２から図３Ａの流路Ｒ１に近づくように）、傾斜角度ωが次第に増加するように制御されるとよい。このような熱源温度Ｔと傾斜角度ωとの関係は、予めマップとしてメモリ等の記憶手段に予め記憶しておき、制御手段１０によって適宜参照可能に構成されていてもよい。
【００３４】
以上説明したように本実施形態によれば、熱源温度Ｔに基づいて可動ディフレクタ６の傾斜角度ωを可変に制御することにより、効率的な排熱回収と、空気抵抗の軽減とを両立可能な車両用ディフレクタ装置を実現できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  車両
２  キャブ
４  荷箱
６  可動ディフレクタ
８  接点
１４  コンデンサユニット
２０  ランキンサイクル
２２  エンジン
２４  冷却水回路
２６  サーモスタット
２８  ラジエータ
３０  冷却ファン
３２  バイパス回路
３４  蒸発器
３６  膨張機
３８  熱交換器
４０  ポンプ
４２  回転軸
４４  発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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