(57)【要約】【課題】膨張機にて発生した回転駆動力をベルト等を介して内燃機関に伝達可能なランキンサイクルを備え、内燃機関の運転状態に応じてランキンシステムをベルト等や膨張機への悪影響を抑えつつ効率よく作動させることの可能な内燃機関の廃熱利用装置を提供する。【解決手段】制御手段(40)は、機関回転速度検出手段(48)により検出された内燃機関(2)の回転速度に応じて内燃機関(2)と膨張機(20)との間の回転駆動力の伝達経路(30)の接続と切断とを行う動力伝達手段(32)を接続状態と切断状態とに制御する。【選択図】図１
2011214480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体の循環路に、内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて回転駆動力を内燃機関に伝達する膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキンサイクル回路からなるランキンシステムを有した内燃機関の廃熱利用装置において、
内燃機関と前記膨張機との間に介装され、内燃機関と前記膨張機との間の回転駆動力の伝達経路の接続と切断とを行う動力伝達手段と、
内燃機関の回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、
該機関回転速度検出手段により検出された内燃機関の回転速度に応じて前記動力伝達手段を接続状態と切断状態とに制御する制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記機関回転速度検出手段により検出された内燃機関の回転速度が所定回転速度より小さいとき、前記動力伝達手段を切断状態に制御することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記所定回転速度は、内燃機関のアイドル回転速度より小さい値であることを特徴とする、請求項２記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記膨張機の回転速度を検出する膨張機回転速度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記機関回転速度検出手段により検出される内燃機関の回転速度に基づく前記動力伝達手段における回転速度が前記膨張機回転速度検出手段により検出される前記膨張機の回転速度に基づく前記動力伝達手段における回転速度より大きいときには、前記動力伝達手段を切断状態に保持することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の廃熱利用装置に係り、詳しくは、車両の内燃機関の廃熱を回収して利用するのに好適な廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の廃熱利用装置は、作動流体としての冷媒の循環路に、内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機、該膨張機にて発生した回転駆動力が伝達される被動力伝達装置、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキンシステムを備えている。
【０００３】
そして、近年では、ランキンサイクルを車両に搭載するとともに被動力伝達装置を内燃機関とし、膨張機にて発生した回転駆動力で内燃機関の回転駆動力をアシストする構成のランキンシステムが開発されている（特許文献１）。
特に、最近では、膨張機の回転軸と内燃機関のクランクシャフトとをベルトやギヤ組（以下、ベルト等）で連結し、膨張機にて発生した回転駆動力をベルト等を介して内燃機関に伝達するようにして内燃機関の回転駆動力を直接アシストする構成のランキンシステムが開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−９９２２２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、上記従来のように膨張機にて発生した回転駆動力をベルト等を介して内燃機関に伝達する場合、ランキンシステムの作動中に内燃機関の回転速度が極低速（内燃機関の停止を含む）まで低下するようなことがあると、膨張機の回転駆動力のみがベルト等に伝達され、ベルト等に無理な負荷が作用してベルト等が破損し易いという問題がある。
また、例えばランキンシステムを起動させる際、膨張機側の回転速度が内燃機関側の回転速度よりも小さいと、膨張機ひいてはランキンシステムが内燃機関の負荷になってしまい、膨張機に悪影響を与えるという問題もある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、膨張機にて発生した回転駆動力をベルト等を介して内燃機関に伝達可能なランキンサイクルを備え、内燃機関の運転状態に応じてランキンシステムをベルト等や膨張機への悪影響を抑えつつ効率よく作動させることの可能な内燃機関の廃熱利用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】
【０００７】
上記の目的を達成するべく、請求項１の内燃機関の廃熱利用装置は、作動流体の循環路に、内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて回転駆動力を内燃機関に伝達する膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキンサイクル回路からなるランキンシステムを有した内燃機関の廃熱利用装置において、内燃機関と前記膨張機との間に介装され、内燃機関と前記膨張機との間の回転駆動力の伝達経路の接続と切断とを行う動力伝達手段と、内燃機関の回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、該機関回転速度検出手段により検出された内燃機関の回転速度に応じて前記動力伝達手段を接続状態と切断状態とに制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の内燃機関の廃熱利用装置では、請求項１において、前記制御手段は、前記機関回転速度検出手段により検出された内燃機関の回転速度が所定回転速度より小さいとき、前記動力伝達手段を切断状態に制御することを特徴とする。
請求項３の内燃機関の廃熱利用装置では、請求項２において、前記所定回転速度は、内燃機関のアイドル回転速度より小さい値であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の内燃機関の廃熱利用装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記膨張機の回転速度を検出する膨張機回転速度検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記膨張機回転速度検出手段により検出される前記膨張機の回転速度に基づく前記動力伝達手段における回転速度が前記機関回転速度検出手段により検出される内燃機関の回転速度に基づく前記動力伝達手段における回転速度より小さいときには、前記動力伝達手段を切断状態に保持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の内燃機関の廃熱利用装置によれば、ランキンシステムの膨張機は回転駆動力を内燃機関に伝達することで内燃機関のアシストを行うが、この際、内燃機関と膨張機との間の回転駆動力の伝達経路の接続と切断とを行う動力伝達手段が内燃機関の回転速度に応じて接続状態と切断状態とに制御される。
これにより、ランキンシステムの作動中、内燃機関の回転速度に応じて動力伝達手段を接続状態と切断状態とに自在に制御するようにでき、ひいては内燃機関の回転速度に応じてランキンシステムの作動を膨張機に悪影響を与えることなく効率よく制御することができる。
【００１１】
請求項２記載の内燃機関の廃熱利用装置によれば、内燃機関の回転速度が所定回転速度より小さいときには動力伝達手段を切断状態に制御するので、内燃機関の回転速度が所定回転速度より小さいとき、特に内燃機関が停止したときには、ランキンシステムの作動を継続すると、膨張機の回転駆動力の過負荷によってベルト等の劣化が生じるおそれがあるが、動力伝達手段を切断状態とすることで、このようなベルト等の劣化を防止することができる。
【００１２】
請求項３記載の内燃機関の廃熱利用装置によれば、所定回転速度は内燃機関のアイドル回転速度より小さい値であるので、内燃機関が停止する直前で動力伝達手段を切断状態に制御でき、ベルト等への負荷を抑制できる。また、アイドル運転時に頻繁に動力伝達手段を断接操作することがないためにエネルギロスを排除でき、アイドル運転時であってもランキンシステムを良好に作動させることができる。これにより、ランキンシステムを効率よく作動させることができ、ランキンシステムによって内燃機関を良好にアシストすることができる。
【００１３】
請求項４記載の内燃機関の廃熱利用装置によれば、内燃機関の回転速度に基づく動力伝達手段における回転速度が膨張機の回転速度に基づく動力伝達手段における回転速度より大きいときには動力伝達手段を切断状態に保持するので、即ち、換言すれば膨張機の回転速度に基づく動力伝達手段における回転速度が内燃機関の回転速度に基づく動力伝達手段における回転速度以上にならないと動力伝達手段を接続状態としないので、例えばランキンシステムを起動させる際において、回転速度の小さい状態の膨張機が不必要に内燃機関の負荷とならないようにでき、内燃機関での無理な作動による膨張機の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施例に係る内燃機関の廃熱利用装置を示す模式図である。
【図２】第１実施例に係るポンプ異常時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第１実施例に係るエンジン回転速度低下時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】第１実施例に係るランキンシステム起動時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施例に係る内燃機関の廃熱利用装置を示す模式図である。
【図６】第２実施例に係るポンプ異常時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第２実施例に係るエンジン回転速度低下時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】第２実施例に係るランキンシステム起動時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
先ず、第１実施例を説明する。
本発明の第１実施例に係る内燃機関の廃熱利用装置は、例えば車両に搭載され、図１の模式図に示されるように、車両のエンジン２を冷却する冷却水回路４と、エンジン２の廃熱を回収するランキンサイクル回路（以下ＲＣ回路という）６からなるランキンシステムとを備えて構成されている。
【００１６】
冷却水回路４は、エンジン２から延設される冷却水の循環路５に、冷却水の流れ方向から順に蒸発器１０、ラジエータ１２、サーモスタット１４、水ポンプ１６が介装されて閉回路を構成している。
蒸発器１０は、冷却水回路４の冷却水とＲＣ回路６の冷媒とを熱交換することにより、エンジン２で加熱された冷却水、すなわち温水を熱媒体としてエンジン２の廃熱をＲＣ回路６側に吸熱させて回収する。一方、蒸発器１０を通過して冷媒に吸熱された冷却水は、エンジン２を冷却することにより再び加熱された温水となる。
【００１７】
ラジエータ１２は、蒸発器１０と直列に配列され、蒸発器１０を通過して冷媒に吸熱された冷却水を外気との熱交換によりさらに冷却している。
サーモスタット１４は、冷却水温度に応じてラジエータ１２へ通水される冷却水量を制御する機械式の３方弁であって、２つの入口ポートと１つの出口ポートとを有している。２つの入口ポートには、ラジエータ１２から延設される流路５ａと、蒸発器１０とラジエータ１２との間の流路５ｂからラジエータ１２を迂回して接続されるバイパス路５ｃとがそれぞれ接続されている。これにより、冷却水温度に応じてラジエータ１２へ通水される冷却水量が増減されてエンジン２の過熱や過冷却が防止される。
【００１８】
水ポンプ１６は、エンジン２に装着され、エンジン２の回転数に応じて駆動されて冷却水回路４に冷却水を循環させるものである。
一方、ＲＣ回路６は、冷媒の循環路７に、冷媒の流れ方向から順に上記蒸発器１０、電磁式の膨張機入口弁１８、膨張機２０、再生器２２、ランキンサイクルコンデンサ（凝縮器、以下ＲＣコンデンサという）２４、気液分離器２６、冷媒ポンプ２８、逆止弁２９が順に介装されて閉回路を構成している。
【００１９】
膨張機入口弁１８は、例えばノーマルオープン式の電磁弁であって、ランキンシステムを停止させる際に閉弁信号を供給するよう構成されている。
膨張機２０は、蒸発器１０で加熱されて過熱蒸気の状態となった冷媒を膨張させ、冷媒の流れによって回転駆動力を発生する流体機器であって、上記エンジン２の回転駆動をアシストするよう構成されている。具体的には、エンジン２のクランクシャフト３に接合されたプーリ３ａに、膨張機２０の駆動軸２１に接合されたプーリ２１ａが無端状のベルト（伝達経路）３０を介して同期回転可能に連結されている。
【００２０】
膨張機２０の駆動軸２１には、電磁クラッチ（動力伝達手段）３２が介装されており、電磁クラッチ３２を断接操作することにより、膨張機２０の駆動軸２１とベルト３０ひいてはエンジン２のクランクシャフト３間における回転駆動力の伝達経路の接続と切断とを行うことが可能である。
再生器２２は、膨張機２０出口の冷媒で蒸発器１０入口の冷媒を加熱するＲＣ回路６の内部熱交換器であって、膨張機２０出口側の熱量を蒸発器１０入口側に積極的に供給することにより、ＲＣ回路６における回収エネルギーを増大させる。なお、再生器２２は必須のものではなく、無くてもよい。
【００２１】
ＲＣコンデンサ２４は、再生器２２を経由した冷媒を凝縮液化させる熱交換器であり、クーリングファン２５により空冷される。
気液分離器２６は、ＲＣコンデンサ２４にて凝縮された冷媒を気液二層に分離するレシーバであり、ここで分離された液冷媒のみが冷媒ポンプ２８側に流出される。
冷媒ポンプ２８は、その駆動部にエンジン２の運転状態等に応じて入力される信号に基づき駆動される電動ポンプであり、気液分離器２６から流出された液冷媒を蒸発器１０側に圧送し循環させる。
【００２２】
逆止弁２９は、冷媒ポンプ２８から膨張機２０への冷媒の流れを許容する一方、逆の膨張機２０から冷媒ポンプ２８への冷媒の流れを遮断するよう循環路７に配設されている。
そして、ＲＣ回路６の循環路７に膨張機２０の上流側に位置して圧力センサ４２が、下流側に位置して圧力センサ４４がそれぞれ配設されている。
また、膨張機２０の駆動軸２１には、膨張機２０の回転速度Ｎbを検出する膨張機回転速度センサ（膨張機回転速度検出手段）４６が設けられ、エンジン２のクランクシャフト３には、エンジン回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ（機関回転速度検出手段）４８が設けられている。
【００２３】
電子コントロールユニット（ＥＣＵ、制御手段）４０は、上記エンジン２の制御の他、本発明に係る内燃機関の廃熱利用装置の種々の制御を行う制御装置であり、入力側には上記圧力センサ４２、４４、膨張機回転速度センサ４６、エンジン回転速度センサ４８等の各種センサ類が電気的に接続され、出力側には上記膨張機入口弁１８、冷媒ポンプ２８、電磁クラッチ３２等の各種デバイス類が接続されている。
【００２４】
以下、このように構成された本発明の第１実施例に係る内燃機関の廃熱利用装置の作用、即ち膨張機入口弁１８及び電磁クラッチ３２の制御内容について説明する。
［ポンプ異常時］
図２を参照すると、ＥＣＵ４０の実行する、本発明の第１実施例に係る冷媒ポンプ２８の異常時におけるポンプ異常時制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
【００２５】
ステップＳ１０では、ランキンシステムが作動中であるか否かを判別する。例えば、ＥＣＵ４０から膨張機入口弁１８に開弁信号が供給され、冷媒が循環路７を流通可能な状態であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でランキンシステムが作動中でない場合には、ステップＳ１０の判別を繰り返し、判別結果が真（Ｙｅｓ）でランキンシステムが作動中と判定された場合には、ステップＳ１２に進む。なお、ランキンシステムが作動中であるか否かの判別においては、ランキンシステムの高圧圧力または高低圧の圧力差が所定値以上であればランキンシステムが作動中と判定するようにしてもよい。
【００２６】
ステップＳ１２では、冷媒ポンプ２８に異常があるか否かを判別する。ここでは、例えば圧力センサ４２、４４からの冷媒の圧力情報に基づき、膨張機２０の上流側と下流側との間で冷媒の圧力差が所定値未満まで低下しているか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１２の判別を繰り返し、判別結果が真（Ｙｅｓ）で冷媒の圧力差が所定値未満まで低下していると判定された場合には、冷媒ポンプ２８に異常があり冷媒が循環路７を十分に循環せず膨張機２０が正常に機能しないような状況と判断でき、ステップＳ１４に進む。
【００２７】
ステップＳ１４では、冷媒ポンプ２８に異常があるとのステップＳ１２の判定を受けて、冷媒ポンプ２８の作動を停止する。
ステップＳ１６では、ランキンシステムの作動を停止すべく、膨張機入口弁１８に閉弁信号を供給して膨張機入口弁１８への開弁信号を遮断し、膨張機入口弁１８を閉弁する。
そして、ステップＳ１８において、電磁クラッチ３２への接続信号を遮断し、電磁クラッチ３２を切断状態とする。これにより、膨張機２０の駆動軸２１とベルト３０ひいてはエンジン２のクランクシャフト３との連結が解除される。
【００２８】
このように、ランキンシステムの作動中、冷媒ポンプ２８に異常があり冷媒が循環路７を十分に循環しないような状況下では電磁クラッチ３２を切断し、膨張機２０とエンジン２との連結を解除するので、正常に機能しない膨張機２０ひいてはランキンサイクルが不必要にエンジン２の負荷にならないようにできるとともに、冷媒が不足した状態でエンジン２により無理に膨張機２０を回転させないようにして膨張機２０の破損を防止することができる。
【００２９】
また、ステップＳ１８で電磁クラッチ３２を切断状態とする前に、ステップＳ１６で膨張機入口弁１８を閉弁するようにしているので、蒸発器１０によって昇温し比較的高圧となった冷媒を逆止弁２９と膨張機入口弁１８との間に閉じこめるようにできる。これにより、その後に電磁クラッチ３２を切断状態とした場合であっても、エンジン２との連結が解除され自由になった膨張機２０が冷媒の圧力によって急激に回転してしまうことが防止され、膨張機２０の発生する振動や騒音を防止して車両の乗員に不快感を与えないようにでき、やはり膨張機２０の破損を防止することができる。
［エンジン回転速度低下時］
図３を参照すると、ＥＣＵ４０の実行する、本発明の第１実施例に係るエンジン２におけるエンジン回転速度低下時制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
【００３０】
ステップＳ２０では、上記ポンプ異常時と同様、ランキンシステムが作動中であるか否かを判別し、判別結果が偽（Ｎｏ）でランキンシステムが作動中でない場合には、ステップＳ２０の判別を繰り返し、判別結果が真（Ｙｅｓ）でランキンシステムが作動中と判定された場合には、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、エンジン回転速度センサ４８により検出されたエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎ1未満であるか否かを判別する。ここに、所定回転速度Ｎ1はアイドル回転速度よりも低い値（例えば、１００rpm）である。判別結果が偽（Ｎｏ）でエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度以上と判定された場合には、ステップＳ２２の判別を繰り返し、判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度未満と判定された場合には、ステップＳ２４に進む。
【００３１】
ステップＳ２４では、ランキンシステムの作動を停止すべく、膨張機入口弁１８への開弁信号を遮断し、膨張機入口弁１８を閉弁する。
そして、ステップＳ２６において、電磁クラッチ３２への接続信号を遮断し、電磁クラッチ３２を切断状態とする。これにより、膨張機２０の駆動軸２１とベルト３０ひいてはエンジン２のクランクシャフト３との連結が解除される。
【００３２】
さらに、ステップＳ２８において、冷媒ポンプ２８の作動を停止する。
このように、ランキンシステムの作動中、エンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎ1未満であるような場合には電磁クラッチ３２を切断し、膨張機２０とエンジン２との連結を解除するので、例えばランキンサイクルの出力が大きく膨張機２０の回転駆動力がエンジン２の回転駆動力よりも大きくなってしまうような場合であっても、膨張機２０の回転駆動力を不必要にベルト３０に伝達しないようにでき、ベルト３０の劣化を防止することができる。
【００３３】
特に、エンジン２が停止するような場合において、膨張機２０の回転駆動力で無理にベルト３０を押したり引っ張ったりしないようにでき、膨張機２０の回転駆動力によるベルト３０の破損を防止することができる。
なお、ここでは、所定回転速度Ｎ1をアイドル回転速度よりも低い値（例えば、１００rpm）としており、このようにすれば、仮にエンジン２が完全に停止してから電磁クラッチ３２を切断するのではベルト３０に多少なりとも大きな負荷がかかってしまうのであるが、エンジン２が停止する直前で電磁クラッチ３２を切断することで、このようなベルト３０への負荷を抑制することができる。
【００３４】
また、このように所定回転速度Ｎ1をアイドル回転速度よりも低い値（例えば、１００rpm）とすれば、仮に所定回転速度Ｎ1がアイドル回転速度以上であるとすると、アイドル運転が実施される頻度は大きいためにランキンシステムの作動中に電磁クラッチ３２を頻繁に断接操作させなければならずエネルギロスを生じるのであるが、このようなエネルギロスを排除することができるし、アイドル運転時であってもランキンシステムを良好に作動させることができる。これにより、ランキンシステムを効率よく作動させることができ、ランキンシステムによってエンジン２を良好にアシストすることができる。
【００３５】
また、上記ポンプ異常時と同様、ステップＳ２６で電磁クラッチ３２を切断状態とする前に、ステップＳ２４で膨張機入口弁１８を閉弁するようにしているので、蒸発器１０によって昇温し且つ冷媒ポンプ２８により押圧され高圧となった冷媒を逆止弁２９と膨張機入口弁１８との間に閉じこめるようにできる。故に、エンジン２との連結が解除され自由になった膨張機２０が冷媒の圧力によって急激に回転してしまうことが防止され、やはり膨張機２０の破損を防止することができる。
［ランキンシステム起動時］
図４を参照すると、ＥＣＵ４０の実行する、本発明の第１実施例に係るランキンシステム起動時制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
【００３６】
ランキンシステム起動時には、図４に示すように、先ずステップＳ３０において、圧力センサ４２、４４からの冷媒の圧力情報に基づき、膨張機２０の上流側と下流側との間で冷媒の圧力差が所定値以上であるか否かを判別する。即ち、ランキンシステムの作動を一旦停止した直後のように逆止弁２９と膨張機入口弁１８との間に閉じこめられた冷媒の圧力が十分に高いか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で、上流側と下流側との間の冷媒の圧力差が所定値未満である場合には、ステップＳ３２に進み、ランキンシステム初期起動時制御を行う。
【００３７】
ランキンシステム初期起動時において、ステップＳ３２では、膨張機入口弁１８へ開弁信号を供給し、膨張機入口弁１８を開弁する。そして、ステップＳ３４において、冷媒ポンプ２８の作動を開始させる。
ステップＳ３６では、膨張機回転速度センサ４６により検出された膨張機２０の回転速度Ｎbを読み込む。そして、ステップＳ３８において、回転速度Ｎbがエンジン２によるプーリ２１ａの回転速度（プーリ回転速度：エンジン回転速度Ｎe×プーリ２１ａのプーリ比）より大きいか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で回転速度Ｎbがプーリ２１ａの回転速度以下の場合には、電磁クラッチ３２を接続すると膨張機２０がエンジン２の負荷となることから、ステップＳ４０には進まず、ステップＳ３８の判別を繰り返す。
【００３８】
一方、ステップＳ３８の判別結果が真（Ｙｅｓ）で回転速度Ｎbがプーリ２１ａの回転速度より大きい場合には、膨張機２０がエンジン２の負荷となることはないと判断でき、ステップＳ４０に進み、電磁クラッチ３２を接続する。
このように、ランキンシステム初期起動時においては、膨張機入口弁１８を開弁し、冷媒ポンプ２８の作動を開始させた後、回転速度Ｎbがプーリ２１ａの回転速度より大きい場合にのみ電磁クラッチ３２を接続するようにするので、膨張機２０がエンジン２の負荷とならないようにランキンシステムを起動させることができるとともに、冷媒が不足した状態でエンジン２により無理に膨張機２０を回転させないようにして膨張機２０の破損を防止することができる。
【００３９】
一方、ステップＳ３０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、上流側と下流側との間の冷媒の圧力差が所定値以上である場合には、ランキンシステムの作動を一旦停止させた直後のランキンシステム再起動時とみなすことができ、ステップＳ４２に進み、ランキンシステム再起動時制御を行う。
ランキンシステム再起動時には、ステップＳ４２において電磁クラッチ３２を接続した後、ステップＳ４４において膨張機入口弁１８を開弁する。そして、ステップＳ４６において、冷媒ポンプ２８の作動を開始させる。
【００４０】
即ち、ランキンシステム再起動時においては、上述したようにランキンシステム作動中に蒸発器１０によって昇温するとともに冷媒ポンプ２８により押圧された冷媒が逆止弁２９と膨張機入口弁１８との間に閉じこめられて高圧となっており、膨張機入口弁１８を開弁したとき、この高圧の冷媒で膨張機２０を速やかに作動させることができる。これにより、ランキンシステムを効率よくスムーズに起動させてエンジン２を良好にアシストするようにできる。
【００４１】
なお、ここでは、上記ステップＳ３６において、膨張機２０の回転速度Ｎbを膨張機回転速度センサ４６により検出するようにしているが、回転速度Ｎbは下記関数(1)〜(3)に基づく推定値であってもよい。
Ｎb＝ｆ（冷媒の膨張機２０の上流側と下流側での圧力差）  …(1)
Ｎb＝ｆ（冷媒流量）  …(2)
Ｎb＝ｆ（冷媒ポンプを作動させてからの経過時間）  …(3)
次に、第２実施例を説明する。
【００４２】
本発明の第２実施例に係る内燃機関の廃熱利用装置は、図５の模式図に示されるように、上記第１実施例の電動の冷媒ポンプ２８に代えて膨張機２０に一体にして膨張機２０と同期回転する冷媒ポンプ２８’を備える点が上記第１実施例と異なっている。以下、第１実施例と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
図５に示すように、膨張機２０の駆動軸２１は膨張機２０を貫通しており、駆動軸２１のプーリ２１ａと反対側の先端には冷媒ポンプ２８’が膨張機２０と同期回転可能に接続されている。即ち、膨張機２０と冷媒ポンプ２８’とからポンプ一体型膨張機が構成されている。
【００４３】
以下、このように構成された本発明の第２実施例に係る内燃機関の廃熱利用装置の作用、即ち膨張機入口弁１８及び電磁クラッチ３２の制御内容について説明する。
［ポンプ異常時］
図６を参照すると、ＥＣＵ４０の実行する、本発明の第２実施例に係る冷媒ポンプ２８’の異常時におけるポンプ異常時制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。なお、上記第１実施例と同様のステップについては説明を簡略する。
【００４４】
ステップＳ１１０では、ランキンシステムが作動中であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でランキンシステムが作動中でない場合には、ステップＳ１１０の判別を繰り返し、判別結果が真（Ｙｅｓ）でランキンシステムが作動中と判定された場合には、ステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２では、冷媒ポンプ２８’に異常があるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１１２の判別を繰り返し、判別結果が真（Ｙｅｓ）で冷媒の圧力差が所定値未満まで低下していると判定された場合には、冷媒ポンプ２８’に異常があると判定し、ステップＳ１１６に進む。
【００４５】
ステップＳ１１６では、ランキンシステムの作動を停止すべく、膨張機入口弁１８を閉弁する。そして、ステップＳ１１８において、電磁クラッチ３２を切断状態とする。これにより、膨張機２０の駆動軸２１とベルト３０ひいてはエンジン２のクランクシャフト３との連結が解除される。
このように、ポンプ一体型膨張機を用いる場合であっても、ランキンシステムの作動中、冷媒ポンプ２８’に異常があり冷媒が循環路７を十分に循環しないような状況下では電磁クラッチ３２を切断し、膨張機２０及び冷媒ポンプ２８’とエンジン２との連結を解除するので、正常に機能しない膨張機２０及び冷媒ポンプ２８’ひいてはランキンサイクルが不必要にエンジン２の負荷にならないようにできるとともに、冷媒が不足した状態でエンジン２により無理に膨張機２０を回転させないようにして膨張機２０の破損を防止することができる。
【００４６】
また、ステップＳ１１８で電磁クラッチ３２を切断状態とする前に、ステップＳ１１６で膨張機入口弁１８を閉弁するようにしているので、蒸発器１０によって昇温し比較的高圧となった冷媒を逆止弁２９と膨張機入口弁１８との間に閉じこめるようにできる。これにより、その後に電磁クラッチ３２を切断状態とした場合であっても、エンジン２との連結が解除され自由になった膨張機２０が冷媒の圧力によって急激に回転してしまうことが防止され、膨張機２０の発生する振動や騒音を防止して車両の乗員に不快感を与えないようにでき、やはり膨張機２０の破損を防止することができる。
［エンジン回転速度低下時］
図７を参照すると、ＥＣＵ４０の実行する、本発明の第２実施例に係るエンジン２におけるエンジン回転速度低下時制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。なお、この場合にも上記第１実施例と同様のステップについては説明を簡略する。
【００４７】
ステップＳ１２０では、上記ポンプ異常時と同様、ランキンシステムが作動中であるか否かを判別し、判別結果が偽（Ｎｏ）でランキンシステムが作動中でない場合には、ステップＳ１２０の判別を繰り返し、判別結果が真（Ｙｅｓ）でランキンシステムが作動中と判定された場合には、ステップＳ１２２に進む。
ステップＳ１２２では、エンジン回転速度センサ４８により検出されたエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎ1未満であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度以上と判定された場合には、ステップＳ１２２の判別を繰り返し、判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度未満と判定された場合には、ステップＳ１２４に進む。
【００４８】
ステップＳ１２４では、ランキンシステムの作動を停止すべく、膨張機入口弁１８への開弁信号を遮断し、膨張機入口弁１８を閉弁する。そして、ステップＳ１２６において、電磁クラッチ３２への接続信号を遮断し、電磁クラッチ３２を切断状態とする。これにより、膨張機２０の駆動軸２１とベルト３０ひいてはエンジン２のクランクシャフト３との連結が解除される。
【００４９】
このように、ポンプ一体型膨張機を用いる場合であっても、ランキンシステムの作動中、エンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎ1未満であるような場合には電磁クラッチ３２を切断し、膨張機２０とエンジン２との連結を解除するので、例えばランキンサイクルの出力が大きく膨張機２０の回転駆動力がエンジン２の回転駆動力よりも大きくなってしまうような場合において、膨張機２０の回転駆動力を不必要にベルト３０に伝達しないようにでき、ベルト３０の劣化を防止することができる。
【００５０】
特に、エンジン２が停止するような場合において、膨張機２０の回転駆動力で無理にベルト３０を押したり引っ張ったりしないようにでき、膨張機２０の回転駆動力によるベルト３０の破損を防止することができる。
また、上記ポンプ異常時と同様、ステップＳ１２６で電磁クラッチ３２を切断状態とする前に、ステップＳ１２４で膨張機入口弁１８を閉弁するようにしているので、エンジン２との連結が解除され自由になった膨張機２０が冷媒の圧力によって急激に回転してしまうことが防止され、やはり膨張機２０の破損を防止することができる。
［ランキンシステム起動時］
図８を参照すると、ＥＣＵ４０の実行する、本発明の第２実施例に係るランキンシステム起動時制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。なお、この場合にも上記第１実施例と同様のステップについては説明を簡略する。
【００５１】
ランキンシステム起動時には、図８に示すように、ステップＳ１３０において膨張機２０の上流側と下流側との間で冷媒の圧力差が所定値以上であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で、上流側と下流側との間の冷媒の圧力差が所定値未満である場合には、ステップＳ１３２に進み、ランキンシステム初期起動時制御を行う。
ランキンシステム初期起動時において、ステップＳ１３２では、膨張機入口弁１８へ開弁信号を供給し、膨張機入口弁１８を開弁した後、ステップＳ１４０に進み、電磁クラッチ３２を接続する。
【００５２】
このように、ポンプ一体型膨張機を用いる場合には、ランキンシステム初期起動時においては、膨張機入口弁１８を開弁させた後、電磁クラッチ３２を接続するようにするので、エンジン２の回転駆動力で冷媒ポンプ２８’を作動させながら、ランキンシステムをスムーズに起動させることができる。
一方、ステップＳ１３０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、上流側と下流側との間の冷媒の圧力差が所定値以上である場合には、ランキンシステムの作動を一旦停止させた直後のランキンシステム再起動時とみなすことができ、ステップＳ１４２に進み、ランキンシステム再起動時制御を行う。
【００５３】
ランキンシステム再起動時には、ステップＳ１４２において電磁クラッチ３２を接続した後、ステップＳ１４４において膨張機入口弁１８を開弁する。
即ち、ポンプ一体型膨張機を用いる場合であっても、ランキンシステム再起動時においては、上述したようにランキンシステム作動中に蒸発器１０によって昇温するとともに冷媒ポンプ２８’により押圧された冷媒が逆止弁２９と膨張機入口弁１８との間に閉じこめられて高圧となっており、膨張機入口弁１８を開弁したとき、この高圧の冷媒で膨張機２０を速やかに作動させることができる。これにより、ランキンシステムを効率よくスムーズに起動させてエンジン２を良好にアシストするようにできる。
【００５４】
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、第１実施例及び第２実施例共に、冷媒ポンプ２８、２８’に異常があるか否かを、例えば圧力センサ４２、４４からの冷媒の圧力情報に基づき、膨張機２０の上流側と下流側との間で冷媒の圧力差が所定値未満まで低下しているか否かによって判別するようにしているが、膨張機２０の上流側、即ち高圧側の冷媒の圧力のみによって判定するようにしてもよいし、循環路７を流れる冷媒流量を検出するようにして当該冷媒流量から判定するようにしてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、第１実施例及び第２実施例共に、エンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎ1未満であるか否かを判別しているが、エンジン２が停止するような場合には、車両側からエンジン２の停止情報（アイドルストップ信号等）を取得することでエンジン２の停止を判定するようにしてもよい。
また、ここではエンジン回転速度Ｎeをエンジン回転速度センサ４８で検知するようにしているが、車両ＥＣＵの有する回転速度情報をＣＡＮ通信等で受信するようにしてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、第１実施例におけるランキンシステム初期起動時において膨張機２０側の回転速度Ｎbとエンジン２側のプーリ２１ａの回転速度を比較するようにしているが、第１実施例及び第２実施例共に、ランキンシステム再起動時においても、またランキンシステムの作動中においても、回転速度Ｎbとプーリ２１ａの回転速度を比較し、電磁クラッチ３２を制御するようにしてもよい。この場合、ランキンシステムの作動中にあっては、回転速度Ｎbについては上述の関数(1)に基づく推定値とすればよく、例えば、ランキンシステムの高圧側と低圧側の圧力差と電磁クラッチ３２が切断状態であるときの回転速度との相関式を実験等により取得しておき、この相関式を用いて回転速度Ｎbを算出するようにすればよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、第１実施例及び第２実施例共に、ランキンシステム起動時において、ランキンシステム再起動時には、電磁クラッチ３２を接続した後、膨張機入口弁１８を開弁するようにしているが、電磁クラッチ３２を接続すると同時に膨張機入口弁１８を開弁するようにしてもよい。これにより、ランキンシステムを効率よくスムーズに起動させてエンジン２をより一層良好にアシストするようにできる。
【００５８】
また、上記実施形態では、第１実施例及び第２実施例共に、エンジン２と膨張機２０とをベルト３０で連結するようにしているが、これに代えてエンジン２と膨張機２０とをギヤ組で連結するようにして伝達経路を構成してもよい。
また、上記実施形態では、第１実施例において、冷媒ポンプ２８を電動ポンプとしているが、冷媒ポンプはベルト３０や上記ギヤ組によって作動するようなものであってもよく、この場合には、冷媒ポンプを電磁クラッチを介してベルト３０やギヤ組に連結し、ＥＣＵ４０で電磁クラッチを作動制御することで冷媒ポンプの作動と非作動とを行うようにすればよい。
【符号の説明】
【００５９】
２  エンジン
３  クランクシャフト
３ａ  プーリ
４  冷却水回路
６  ランキンサイクル回路
７  循環路
１０  蒸発器
１８  膨張機入口弁
２０  膨張機
２１  駆動軸
２１ａ  プーリ
２８  冷媒ポンプ
２９  逆止弁
３０  ベルト（伝達経路）
３２  電磁クラッチ（動力伝達手段）
４０  ＥＣＵ（制御手段）
４２、４４  圧力センサ
４６  膨張機回転速度センサ（膨張機回転速度検出手段）
４８  エンジン回転速度センサ（機関回転速度検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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