(57)【要約】温度設定手段（Ｍ１）が蒸発器（１０）の入口での排気ガスの温度および流量に基づいて該蒸発器（１０）の出口での蒸気温度を設定すると、温度制御手段（Ｍ２）が蒸発器（１０）の出口での蒸気温度を前記設定温度に制御する。また圧力設定手段（Ｍ３）が前記設定温度に基づいて膨張機（１１）の入口での蒸気圧力を設定すると、圧力制御手段（Ｍ４）が膨張機（１１）の入口での蒸気圧力を前記設定圧力に制御する。これにより、蒸発器（１０）および膨張機（１１）の総合効率が最大になる温度の蒸気を蒸発器（１０）に発生させることができ、しかも膨張機（１１）の膨張比に応じた最適の圧力の蒸気を供給して膨張機（１１）の効率を高めることができるので、ランキンサイクル装置の性能向上が可能になる。
2003031775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）の排気ガスで液相作動媒体を加熱して気相作動媒体を発生させる蒸発器（１０）と、蒸発器（１０）で発生した気相作動媒体の熱エネルギーを機械エネルギーに変換する容積型の膨張機（１１）とを備えたランキンサイクル装置において、
蒸発器（１０）の入口での排気ガスの温度および流量に基づいて該蒸発器（１０）の出口での気相作動媒体の温度を設定する温度設定手段（Ｍ１）と、
蒸発器（１０）の出口での気相作動媒体の温度を温度設定手段（Ｍ１）が設定した設定温度に制御する温度制御手段（Ｍ２）と、
前記設定温度に基づいて膨張機（１１）の入口での気相作動媒体の圧力を設定する圧力設定手段（Ｍ３）と、
膨張機（１１）の入口での気相作動媒体の圧力を圧力設定手段（Ｍ３）が設定した設定圧力に制御する圧力制御手段（Ｍ４）と、
を備えたことを特徴とするランキンサイクル装置。
【請求項２】
温度制御手段（Ｍ２）は蒸発器（１０）への液相作動媒体の供給量により気相作動媒体の温度を制御し、圧力制御手段（Ｍ４）は膨張機（１１）の回転数により気相作動媒体の圧力を制御することを特徴とする、請求項１に記載のランキンサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、内燃機関の排気ガスで液相作動媒体を加熱して気相作動媒体を発生させる蒸発器と、蒸発器で発生した気相作動媒体の熱エネルギーを機械エネルギーに変換する容積型の膨張機とを備えたランキンサイクル装置に関する。
背景技術
内燃機関を冷却する冷媒の蒸気を排気ガスで加熱してタービンを駆動するランキンサイクル装置において、内燃機関の燃焼室周辺から冷媒への放熱量（熱伝達量）を内燃機関の運転状態に応じて制御することにより、タービンの入口における蒸気温度を適正化して効率の向上を図るものが、日本特開２００１−２７１１８号公報により公知である。
ところで、ランキンサイクル装置の蒸発器に供給される排気ガスの温度に対して蒸発器で発生する蒸気の温度を低めに設定すると、排気ガスおよび蒸気間の温度差が増加して蒸発器における熱交換効率が増加し、蒸発器を出る排気ガスの温度が低くなって発生する蒸気のエネルギーが大きくなる（図２４Ａ参照）。また蒸発器に供給される排気ガスの温度に対して蒸発器で発生する蒸気の温度を高めに設定すると、排気ガスおよび蒸気間の温度差が減少して蒸発器における熱交換効率が減少し、蒸発器を出る排気ガスの温度が高くなって発生する蒸気のエネルギーが小さくなる（図２４Ｂ参照）。一方、蒸発器から供給される蒸気で作動する膨張機の効率は、その蒸気の温度が高いほど良くなる。
つまり、図２４Ａに示すように、蒸発器で発生する蒸気の温度を低めに設定すると、蒸発器の効率は高くなるが膨張機の効率は低くなり、図２４Ｂに示すように、蒸発器で発生する蒸気の温度を高めに設定すると、蒸発器の効率は低くなるが膨張機の効率は高くなる関係にある。従って、蒸発器の効率と膨張機の効率とを考慮した総合効率が最大になる蒸気の温度が存在することになる。しかも容積型の膨張機の効率は蒸気の温度に依存するだけでなく、膨張機の膨張比やリーク量に応じて効率が最大になる蒸気圧力が存在する。
発明の開示
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、蒸発器および膨張機の総合的な効率を高めることによりランキンサイクル装置の性能向上を図ることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴によれば、内燃機関の排気ガスで液相作動媒体を加熱して気相作動媒体を発生させる蒸発器と、蒸発器で発生した気相作動媒体の熱エネルギーを機械エネルギーに変換する容積型の膨張機とを備えたランキンサイクル装置において、蒸発器の入口での排気ガスの温度および流量に基づいて該蒸発器の出口での気相作動媒体の温度を設定する温度設定手段と、蒸発器の出口での気相作動媒体の温度を温度設定手段が設定した設定温度に制御する温度制御手段と、前記設定温度に基づいて膨張機の入口での気相作動媒体の圧力を設定する圧力設定手段と、膨張機の入口での気相作動媒体の圧力を圧力設定手段が設定した設定圧力に制御する圧力制御手段とを備えたことを特徴とするランキンサイクル装置が提案される。
上記構成によれば、蒸発器の入口での排気ガスの温度および流量に基づいて該蒸発器の出口での気相作動媒体の設定温度を算出し、蒸発器の出口での気相作動媒体の温度を前記設定温度に制御するので、蒸発器の出口での気相作動媒体の温度によって変化する蒸発器の効率および膨張機の効率の両方を考慮した総合効率が最大になる温度の気相作動媒体を発生させることができる。また前記設定温度に基づいて膨張機の入口での気相作動媒体の設定圧力を算出し、膨張機の入口での気相作動媒体の圧力を前記設定圧力に制御するので、膨張機の膨張比に応じた最適の圧力の気相作動媒体を供給して膨張機の効率を高めることができる。
また本発明の第２の特徴によれば、上記第１の特徴に加えて、温度制御手段は蒸発器への液相作動媒体の供給量により気相作動媒体の温度を制御し、圧力制御手段は膨張機の回転数により気相作動媒体の圧力を制御することを特徴とするランキンサイクル装置が提案される。
上記構成によれば、蒸発器への液相作動媒体の供給量により気相作動媒体の温度を制御するので、気相作動媒体の温度を的確に制御することができ、また膨張機の回転数により気相作動媒体の圧力を制御するので、気相作動媒体の圧力を的確に制御することができる。
尚、実施例の水および蒸気はそれぞれ本発明の液相作動媒体および気相作動媒体に対応する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の第１実施例を図１〜図２２に基づいて説明する。
図１において、ハイブリッド車両は走行用の駆動力を発生する内燃機関１を備えており、内燃機関１および発電電動機２はクラッチ３を介して直列に接続され、更に発電電動機２は変速機４、クラッチ５および差動装置６を介して駆動輪７に接続される。従って、クラッチ３を締結した状態で内燃機関１を駆動すれば、その駆動力がクラッチ３、発電電動機２、変速機４、クラッチ５および差動装置６を介して駆動輪７に伝達されて車両を走行させる。このとき、発電電動機２は空転させても良いが、バッテリ８からの電力で発電電動機２を駆動すれば内燃機関１の駆動力を発電電動機２の駆動力でアシストすることができ、あるいは発電電動機２を内燃機関１の駆動力で駆動して発電機として機能させればバッテリ８を充電することができる。また車両の減速時に、クラッチ３を締結解除して駆動輪７から逆伝達される駆動力で発電電動機２を駆動すれば、その発電電動機２が発生する回生電力でバッテリ８を充電することができる。
車両は内燃機関１の廃熱で作動するランキンサイクル装置９を備えており、ランキンサイクル装置９が出力する駆動力は変速機４に入力される（矢印ａ参照）。変速機４は、ランキンサイクル装置９が発生した駆動力と、内燃機関１あるいは発電電動機２が発生した駆動力とを、例えば遊星歯車機構を用いて統合して駆動輪７に伝達する。。
図２に示すように、ランキンサイクル装置９は公知の構造を有するもので、内燃機関１の廃熱、例えば排気ガスを熱源として高温高圧蒸気を発生する蒸発器１０と、その高温高圧蒸気の膨張によって軸出力を発生する膨張機１１と、膨張機１１から排出される降温降圧蒸気を凝縮させて水に戻す凝縮器１２と、凝縮器１２からの水を蒸発器１０に供給する給水ポンプ１３とを有する。
次に、内燃機関１、発電電動機２およびランキンサイクル装置９の制御をフローチャートを参照しながら説明する。内燃機関１、発電電動機２およびランキンサイクル装置９は、車速センサ、車体加速度センサ、スロットル開度センサ、バッテリ電圧センサ、バッテリ電流センサ等の出力に基づいて電子制御ユニットにより制御される。
先ず、図３のメインルーチンのステップＳ１で車速および車速の変化（車体加速度および車体減速度）を検出し、ステップＳ２でスロットル開度を検出し、ステップＳ３で車速およびスロットル開度から車両の要求出力を算出する。続くステップＳ４で車両が停止状態にあれば、ステップＳ５で後述する停止時処理を実行し、ステップＳ６で車両が加速状態にあれば、ステップＳ７で後述する加速時処理を実行し、ステップＳ８で車両がクルーズ状態にあれば、ステップＳ９で後述するクルーズ時処理を実行し、ステップＳ１０で車両が減速状態にあれば、ステップＳ１１で後述する減速時処理を実行する。そしてステップＳ１２で、前記停止時処理、加速時処理、クルーズ時処理および減速時処理に応じた内燃機関１、発電電動機２およびランキンサイクル装置９の駆動力制御を実行する。
車両が停止状態、加速状態、クルーズ状態および減速状態の何れにあるかは、図８に示すマップに基づいて決定される。図８に示すマップは横軸に車速をとり、縦軸に要求出力をとったもので、そこに放物線状の走行抵抗ラインが設定される。車速および要求出力が共に０であれば車両が停止状態であると判定し、車速および要求出力が走行抵抗ラインの近傍の斜線領域にあれば車両がクルーズ状態であると判定し、車速および要求出力が前記斜線領域の上側にあれば車両が加速状態であると判定し、車速および要求出力が前記斜線領域の下側にあれば車両が減速状態であると判定する。尚、前記マップ以外に、例えば登坂路において車速が略一定であれば加速状態であると見做なされ、降坂路において車速が略一定であれば減速状態であると見做なされ、車体加速度あるいは車体減速度の絶対値が所定値以下の場合にはクルーズ状態である見做される。
次に、図４のフローチャートに基づいて前記ステップＳ５（停止時制御）のサブルーチンを説明する。
先ず、ステップＳ２１で内燃機関１の出力を０に設定（停止）し、ステップＳ２２で発電電動機２の出力を０に設定し、ステップＳ２３でランキンサイクル装置９の出力を０に設定することにより、ステップＳ２４で内燃機関１、発電電動機２およびランキンサイクル装置９のトータルの出力を０に設定する。このように車両の停止時に内燃機関１、発電電動機２およびランキンサイクル装置９を全て停止させることにより、燃料消費量を節減することができる。尚、停止した内燃機関１を始動する際、発電電動機２がスタータモータとして使用される。
次に、図５のフローチャートに基づいて前記ステップＳ７（加速時制御）のサブルーチンを説明する。
先ず、ステップＳ３１で車速およびスロットル開度から車両の要求駆動力Ｆｔｒを算出し、ステップＳ３２でバッテリ電圧およびバッテリ電流からバッテリ残容量Ｅｓｏｃを算出する。続くステップＳ３３で要求駆動力Ｆｔｒを図９のマップに適用し、現在の運転状態が電動機アシスト領域にあるか、内燃機関走行領域にあるか、充電領域にあるかを判定する。図９のマップは横軸に車速Ｖｃａｒをとり、縦軸に要求駆動力Ｆｔｒをとったもので、そこに右下がりの第１閾値Ｆ１（Ｖｃａｒ）および第２閾値Ｆ２（Ｖｃａｒ）が設定される。そして、前記ステップＳ３３で要求駆動力Ｆｔｒが第１閾値Ｆ１（Ｖｃａｒ）以上であれば電動機アシスト領域にあると判定し、ステップＳ３４でアシスト許可フラグＡＳＴ＿ＦＬＧを「１」にセットする。
続くステップＳ３５で前記アシスト許可フラグＡＳＴ＿ＦＬＧが「１」にセットされているとき、つまり内燃機関１だけでは要求駆動力Ｆｔｒを満たすことができないとき、ステップＳ３６でバッテリ残容量Ｅｓｏｃが図１０の第２閾値Ｅ２以上であって発電電動機２による駆動力のアシストが可能な場合には、ステップＳ３７で発電電動機２に発生させるべきアシスト量Ｐｍを要求駆動力Ｆｔｒおよび車速Ｖｃａｒに応じてマップ検索により決定する。またステップＳ３８でバッテリ残容量Ｅｓｏｃが図１０の第１閾値Ｅ１以下であって発電電動機２による駆動力のアシストが不能な場合には、ステップＳ３９で発電電動機２に発生させるべきアシスト量Ｐｍを０に設定するとともに、アシスト許可フラグＡＳＴ＿ＦＬＧを「０」にリセットする。
続くステップＳ４０で要求駆動力Ｆｔｒが図９に示す第２閾値Ｆ２（Ｖｃａｒ）以下であれば充電領域にあると判定し、ステップＳ４１で発電許可フラグＲＥＧ＿ＦＬＧを「１」にセットする。
続くステップＳ４２で前記発電許可フラグＲＥＧ＿ＦＬＧが「１」にセットされているとき、ステップＳ４３でバッテリ残容量Ｅｓｏｃが図１０の第２閾値Ｅ２以上であってバッテリ８の充電が不要である場合には、ステップＳ４４で発電電動機２に発生させるべき発電量Ｐｍを０に設定するとともに、発電許可フラグＲＥＧ＿ＦＬＧを「０」にリセットする。またステップＳ４５でバッテリ残容量Ｅｓｏｃが図１０の第１閾値Ｅ１以下であってバッテリ８の充電が必要な場合には、ステップＳ４６で発電電動機２に発生させるべき発電量Ｐｍを要求駆動力Ｆｔｒおよび車速Ｖｃａｒに応じてマップ検索により決定する。
続くステップＳ４７でランキンサイクル装置９の出力であるランキンサイクル出力Ｐｒｃを内燃機関１の運転状態から算出し、ステップＳ４８で要求駆動力Ｆｔｒから発電電動機２のアシスト量Ｐｍ（あるいは負値である発電電動機２の発電量Ｐｍ）と、ランキンサイクル出力Ｐｒｃとを減算して目標内燃機関出力Ｐｅを算出し、ステップＳ４９で最小の燃料消費量で前記目標内燃機関出力Ｐｅを得るための内燃機関１の回転数Ｎｅを算出する。
このように、車両の加速時に要求駆動力Ｆｔｒが大きい場合には、バッテリ残容量Ｅｓｏｃが充分であることを条件に発電電動機２の駆動力で内燃機関１の駆動力をアシストし、また車両の加速時に要求駆動力Ｆｔｒが小さい場合には、バッテリ８が過充電にならないことを条件に内燃機関１の駆動力で発電電動機２を駆動してバッテリ８を充電するので、車両の加速性能を高めるとともに、加速に続くクルーズに備えてバッテリ８を充電することができる。
また内燃機関１の排気ガスの温度が所定値以上になり、かつ内燃機関１の排気ガスの流量が所定値以上になる車両の加速時にランキンサイクル装置９を作動させるので、ランキンサイクル装置９を高効率で運転して排気ガスの熱エネルギーを有効に回収し、内燃機関１の燃料消費量を効果的に節減することができる。
次に、図６のフローチャートに基づいて前記ステップＳ９（クルーズ時制御）のサブルーチンを説明する。
先ず、ステップＳ５１で車速およびスロットル開度から車両の要求出力Ｐｔｒを算出し、ステップＳ５２でバッテリ電圧およびバッテリ電流からバッテリ残容量Ｅｓｏｃを算出する。続くステップＳ５３でバッテリ残容量Ｅｓｏｃが図１０の第２閾値Ｅ２以上であれば発電電動機２による走行が可能であると判定し、ステップＳ５４で放電許可フラグＤＣＨ＿ＦＬＧを「１」にセットする。
続くステップＳ５５で前記放電許可フラグＤＣＨ＿ＦＬＧが「１」にセットされているとき、ステップＳ５６で要求出力Ｐｔｒが図１１の閾値Ｐ１以下であって発電電動機２の出力だけで走行可能な場合には、ステップＳ５７で発電電動機２に発生させるべき電動機出力Ｐｍを要求出力Ｐｔｒとし、内燃機関１を停止させる。またステップＳ５８で要求出力Ｐｔｒが図１１の閾値Ｐ１を越えていて発電電動機２の出力だけでは走行できない場合には、ステップＳ５９で発電電動機２に発生させるべき電動機出力Ｐｍを車速Ｖｃａｒおよび要求出力Ｐｔｒに基づいて設定するとともに、要求出力Ｐｔｒから前記電動機出力Ｐｍを減算したものを目標内燃機関出力Ｐｅとする。
続くステップＳ６０でバッテリ残容量Ｅｓｏｃが図１０の第１閾値Ｅ１未満であれば、内燃機関１による発電が必要であると判定し、ステップＳ６１で発電許可フラグＲＥＧ＿ＦＬＧを「１」にセットする。
続くステップＳ６２で前記発電許可フラグＲＥＧ＿ＦＬＧが「１」にセットされているとき、ステップＳ６３で要求出力Ｐｔｒが図１１の設定値Ｐｂｓｆｃ（内燃機関１の効率が最大となる出力）未満である場合には、ステップＳ６４で発電電動機２に発生させるべき発電量Ｐｍを、設定値Ｐｂｓｆｃから要求出力Ｐｔｒを減算した値に設定し、内燃機関１の出力となる設定値Ｐｂｓｆｃの一部である発電量Ｐｍで発電電動機２を駆動してバッテリ８を充電する。またステップＳ６５でバッテリ残容量Ｅｓｏｃが図１０の第２閾値Ｅ２以上であってバッテリ８の充電が不要な場合には、ステップＳ６６で発電電動機２に発生させるべき発電量Ｐｍを０に設定するとともに、発電許可フラグＲＥＧ＿ＦＬＧを「０」にリセットする。
続くステップＳ６７でランキンサイクル装置９の出力であるランキンサイクル出力Ｐｒｃを内燃機関１の運転状態から算出し、ステップＳ６８で要求駆動力Ｆｔｒから発電電動機２の電動機出力Ｐｍ（あるいは負値である発電電動機２の発電量Ｐｍ）と、ランキンサイクル出力Ｐｒｃとを減算して目標内燃機関出力Ｐｅを算出し、ステップＳ６９で最小の燃料消費量で前記目標内燃機関出力Ｐｅを得るための内燃機関１の回転数Ｎｅを算出する。
このように、車両のクルーズ時にバッテリ残容量Ｅｓｏｃが充分であるとき、要求出力Ｐｔｒが大きければ内燃機関１の駆動力および発電電動機２の駆動力を併用して走行し、要求出力Ｐｔｒが小さければ内燃機関１を停止して発電電動機２の駆動力だけで走行するので燃料の消費量を最小限に抑えることができる。また車両のクルーズ時にバッテリ残容量Ｅｓｏｃが不足しているときには、内燃機関１の駆動力で発電電動機２を駆動してバッテリ８を充電することができる。
また内燃機関１の排気ガスの温度が所定値以上になり、かつ内燃機関１の排気ガスの流量が所定値以上になる車両のクルーズ時にランキンサイクル装置９を作動させるので、ランキンサイクル装置９を高効率で運転して排気ガスの熱エネルギーを有効に回収し、内燃機関１の燃料消費量を効果的に節減することができる。
次に、図７のフローチャートに基づいて前記ステップＳ１１（減速時制御）のサブルーチンを説明する。
先ず、ステップＳ７１で車速およびスロットル開度から車両の要求出力、つまり要求回生出力Ｐｔｒを算出し、ステップＳ７２でバッテリ電圧およびバッテリ電流からバッテリ残容量Ｅｓｏｃを算出する。続くステップＳ７３でバッテリ残容量Ｅｓｏｃが図１０の第３閾値Ｅ３以下であれば回生電力によるバッテリ８の充電が可能であると判定し、ステップＳ７４で充電許可フラグＣＨＡ＿ＦＬＧを「１」にセットする。
続くステップＳ７５で前記充電許可フラグＣＨＡ＿ＦＬＧが「１」にセットされているとき、ステップＳ７６で要求回生出力Ｐｔｒの絶対値が図１１の閾値Ｐ２の絶対値以下である場合には、ステップＳ７７で前記要求回生出力のＰｔｒをそのまま発電電動機２の回生出力Ｐｍとする。またステップＳ７８で要求回生出力Ｐｔｒの絶対値が図１１の閾値Ｐ２の絶対値を越えている場合には、ステップＳ７９で発電電動機２の回生出力Ｐｍを前記閾値Ｐ２に設定する。
続くステップＳ８０でバッテリ残容量Ｅｓｏｃが図１０の第３閾値Ｅ３を越えていれば、バッテリ８がそれ以上充電できない状態にあると判定し、ステップＳ８１で充電許可フラグＣＨＡ＿ＦＬＧを「０」にリセットする。
続くステップＳ８２で前記充電許可フラグＣＨＡ＿ＦＬＧが「０」にリセットされているとき、ステップＳ８３で内燃機関１が運転中である場合には、ステップＳ８４で回生制動を行わずにエンジンブレーキおよびメカブレーキで車両を減速する。またステップＳ８５で内燃機関１が停止中であれば、ステップＳ８６でメカブレーキで車両を減速する。
このように、車両の減速時にバッテリ８が過充電になる虞がないことを条件に、発電電動機２により回生制動を実行して回生電力でバッテリ８を充電し、またバッテリ８が過充電になる虞がある場合には回生制動を禁止してエンジンブレーキおよびメカブレーキで車両を減速するので、燃料の消費量を最小限に抑えながらバッテリ残容量Ｅｓｏｃを最大限に確保することができる。
図１２は車両の走行パターンの一例を示すもので、加速時には内燃機関１の駆動力および発電電動機２の駆動力を併用して走行し、クルーズ時には内燃機関１の駆動力で走行し、減速時には内燃機関１を停止させて発電電動機２の回生電力でバッテリ８を充電する。そして車両の加速時およびクルーズ時にはランキンサイクル装置９の出力で内燃機関１の駆動力がアシストされる。
図１３は車両の走行パターンの他の一例を示すもので、車両の発進時には大きな低速トルクを出力可能な発電電動機２を使用し、加速時には内燃機関１の駆動力で走行し、クルーズ時には発電電動機２の駆動力で走行し、減速時には内燃機関１を停止させて発電電動機２の回生電力でバッテリ８を充電する。そして車両の加速時およびクルーズ時にはランキンサイクル装置９の出力で内燃機関１の駆動力がアシストされる。
次に、ランキンサイクル装置９の運転条件の最適制御について説明する。
図２２のクレーム対応図に示すように、ランキンサイクル装置９の運転条件の制御装置は、蒸発器１０の入口での排気ガスの温度および流量に基づいて該蒸発器１０の出口での蒸気温度を設定する温度設定手段Ｍ１と、蒸発器１０の出口での蒸気温度を前記設定温度に制御する温度制御手段Ｍ２と、前記設定温度に基づいて膨張機１１の入口での蒸気圧力を設定する圧力設定手段Ｍ３と、膨張機１１の入口での蒸気圧力を前記設定圧力に制御する圧力制御手段Ｍ４とを備える
次に、ランキンサイクル装置９の運転条件の制御装置の作用を図１４のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、ステップＳ１０１で蒸発器１０の入口での排気ガスの温度Ｔｇを検出するとともに、排気ガスの流量Ｇｇを算出する。排気ガスの流量Ｇｇは、燃料の流量Ｇｆと空燃比Ａ／Ｆとを用いて、
Ｇｇ＝Ｇｆ×（１＋Ａ／Ｆ）
により算出される。
続くステップＳ１０２で排気ガスのエネルギーＥｇを、排気ガスの流量Ｇｇおよび排気ガスのエンタルピーＨｇを用いて、
Ｅｇ＝Ｇｇ×Ｈｇ
により算出する。
続くステップＳ１０３で排気ガスのエネルギーＥｇが閾値Ｅｇ１未満であれば、ステップＳ１０４でランキンサイクル装置９の運転を停止する。前記ステップＳ１０３で排気ガスのエネルギーＥｇが閾値Ｅｇ１以上であれば、ステップＳ１０５で前記温度設定手段Ｍ１が蒸発器１０が発生する蒸気の目標蒸気温度Ｔｓｔｒを算出する。図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒが上昇すると蒸発器１０の効率が低下するのに対して膨張機１１の効率が上昇するため、蒸発器１０および膨張機１１を合わせた総合効率は所定の目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒにおいてピーク値を持つ。図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６および図１７に示すように、このピーク値は排気ガスのエネルギーＥｇが高いほど高い目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒにおいて発生し、排気ガスのエネルギーＥｇが低いほど低い目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒにおいて発生する。
このようにして、排気ガスのエネルギーＥｇから総合効率が最大になる目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒが求められると、続くステップＳ１０６で目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒを得るための目標蒸気流量Ｇｓ＿ｔｒを算出する。尚、目標蒸気流量Ｇｓｔｒは蒸発器１０に対する目標給水量に等しくなる。目標蒸気流量Ｇｓ＿ｔｒは、図１８のマップを用いて、排気ガスのエネルギーＥｇおよび目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒから検索される。
続くステップＳ１０７で蒸発器１０が発生した実際の蒸気温度Ｔｓを検出し、ステップＳ１０８で実際の蒸気温度Ｔｓが目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒに一致していなければ、ステップＳ１０９で前記温度制御手段Ｍ２が実際の蒸気温度Ｔｓを目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒに一致させるようにフィードバック制御を行う。例えば、実際の蒸気温度Ｔｓが目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒよりも高ければ蒸発器１０に対する給水量を増加させ、実際の蒸気温度Ｔｓが目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒよりも低ければ蒸発器１０に対する給水量を減少させる。
続くステップＳ１１０で圧力設定手段Ｍ３が膨張機１１の入口における目標蒸気圧力Ｐｓ＿ｔｒを算出する。図１９および図２０に示すように、目標蒸気圧力Ｐｓ＿ｔｒは膨張機１１の膨張比を考慮し、目標蒸気温度Ｔｓ＿ｔｒおよび目標蒸気流量Ｇｓ＿ｔｒに基づいてマップ検索される。図２１に示すように、膨張機１１の入口における蒸気圧力が目標蒸気圧力Ｐｓ＿ｔｒ（最適蒸気圧力）に一致していれば、膨張機１１の出口における蒸気圧力が膨張機１１の膨張比に見合った圧力になるが、目標蒸気圧力Ｐｓ＿ｔｒが高すぎると膨張機１１の出口から排出される蒸気に余剰のエネルギーが残ってしまい、エネルギーが無駄に捨てられてしまう問題がある。逆に、目標蒸気圧力Ｐｓ＿ｔｒが低すぎると膨張機１１の出口から排出される蒸気が負圧になってしまい、膨張機１１が負の仕事をして効率が低下してしまう問題がある。
このようにして、膨張機１１の効率が最大になる目標蒸気圧力Ｐｓ＿ｔｒが求められると、続くステップＳ１１１で実際の蒸気圧力Ｐｓを検出し、ステップＳ１１２で実際の蒸気圧力Ｐｓが目標蒸気圧力Ｐｓ＿ｔｒに一致していなければ、ステップＳ１１３で圧力制御手段Ｍ４が実際の蒸気圧力Ｐｓを目標蒸気圧力Ｐｓ＿ｔｒに一致させるようにフィードバック制御を行う。具体的には、膨張機１１の回転数を増加させることで実際の蒸気圧力Ｐｓを減少させ、膨張機１１の回転数を減少させることで実際の蒸気圧力Ｐｓを増加させる。
以上説明したように、蒸発器１０の入口での排気ガスの温度および流量に基づいて蒸発器１０の出口での目標蒸気温度を算出するとともに、この目標蒸気温度に基づいて膨張機１１の入口での目標蒸気圧力を算出するので、蒸発器１０の出口における蒸気温度によって変化する蒸発器１０の効率および膨張機１１の効率の両方を考慮した総合効率が最大になる温度の蒸気を発生させることができるだけでなく、膨張機１１の膨張比に応じた最適の圧力の蒸気を供給して膨張機１１の効率を高めることができる。
次に、図２３に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
図１に示す第１実施例では発電電動機２が内燃機関１および変速機４の間に設けられていたが、第２実施例はバッテリ８により駆動される第１発電電動機２ａが差動装置６に接続され、かつバッテリ８により駆動される第２発電電動機２ｂが内燃機関１に接続される。第１発電電動機２ａは、該第１発電電動機２ａだけの駆動力による走行と、内燃機関１の駆動力のアシストと、回生電力の発生とに使用され、第２発電電動機２ｂは、内燃機関１の始動と、内燃機関１の駆動力による発電とに使用される。本実施例でも、前述した第１実施例と同様にランキンサイクル装置９が出力する駆動力は、遊星歯車機構等の駆動力統合手段を介して変速機４に入力される（矢印ａ参照）。
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、既に説明した実施例では、図１および図２３に矢印ａで示すようにランキンサイクル装置９の軸出力を車両の走行用の駆動源として直接使用しているが、ランキンサイクル装置９の軸出力で図示せぬ発電機を駆動することができる。矢印ｂで示すように発電機で発電した電力はバッテリ８に充電され、発電電動機２，２ａ，２ｂの駆動に使用される。車両の加速時やクルーズ時には発電電動機２，２ａによる回生電力を得ることができないが、このときランキンサイクル装置９により発電した電力でバッテリ８を充電することにより、内燃機関１の駆動力を用いることなく、加速時、クルーズ時および減速時の全ての場合において、ランキンサイクル装置９の発電電力あるいは発電電動機２，２ａの回生電力でバッテリ８を充電することができ、発電電動機２，２ａ，２ｂの性能を充分に生かすことができる。尚、本実施例では、第１、第２実施例におけるランキンサイクル出力Ｐｒｃに対応する出力を、発電電動機２が電動機出力Ｐｍとして出力することになる。
また図５に示す加速時の処理に代えて、図６に示すクルーズ時の処理を採用することができる。
また本発明は発電電動機２，２ａ，２ｂを備えていない車両に対しても適用することができる。
また本発明は車両用以外の任意の用途のランキンサイクル装置９に対して適用することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明は車両に搭載したエンジンの排気ガスの熱エネルギーを機械エネルギーに変換するランキンサイクル装置に対して好適に適用することができるが、他の任意の用途のランキンサイクル装置に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
図１〜図２２は本発明の第１実施例を示すもので、図１はハイブリッド車両の全体構成を示す図、図２はランキンサイクル装置の構成を示す図、図３はメインルーチンのフローチャート、図４は停止時処理ルーチンのフローチャート、図５は加速時処理ルーチンのフローチャート、図６はクルーズ時処理ルーチンのフローチャート、図７は減速時処理ルーチンのフローチャート、図８は停止、加速、クルーズおよび減速を判定するマップを示す図、図９は電動機アシスト領域、内燃機関走行領域および充電領域を判定するマップを示す図、図１０はバッテリの充電状態の各閾値を示す図、図１１は内燃機関走行領域、電動機走行領域および充電領域を判定するマップを示す図、図１２は車両の走行パターンの一例を示すタイムチャート、図１３は車両の走行パターンの他の一例を示すタイムチャート、図１４はランキンサイクル装置の運転条件を説明するフローチャート、図１５Ａおよび図１５Ｂは入力エネルギーおよび蒸気温度による蒸発器および膨張機の効率の変化を示すグラフ、図１６は排気ガスのエネルギーおよび総合効率から目標蒸気温度を検索するマップ、図１７は排気ガスの温度および流量と目標蒸気温度との関係を示すグラフ、図１８は排気ガスのエネルギーおよび目標蒸気温度から目標蒸気流量を検索するマップ、図１９は蒸気温度および蒸気流量から目標蒸気圧力を検索するマップ、図２０は蒸気温度および蒸気流量から目標蒸気圧力を検索する手法の説明図、図２１は膨張機の入口圧力と出口圧力との関係を示すグラフ、図２２はクレーム対応図である。
図２３は本発明の第２実施例に係るハイブリッド車両の全体構成を示す図である。
図２４Ａおよび図２４Ｂは蒸発器の排気ガス出口温度および蒸気出口温度の変化を示すグラフである。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【国際調査報告】
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