(57)【要約】【課題】ランキンサイクルと冷凍サイクルとで媒体及び凝縮器を共有する構成において、サイクル間に遮断バルブ等を設けることなく、各サイクルの媒体不足を抑制する。【解決手段】ランキンサイクル３１は、内燃機関２の廃熱を媒体に回収する熱交換器３６と、熱交換器３６を通過した媒体を用いて動力を発生させる膨張機３７と、膨張機３７を出た媒体を凝縮させる凝縮器３８と、膨張機３７により回生された動力によって駆動されて凝縮器３８からの媒体を熱交換器３６に供給する冷媒ポンプ３２とを含む。一方の冷凍サイクル５１は、媒体及び凝縮器３８をランキンサイクル３１と共用し、凝縮器３８からの媒体を導いて蒸発させるエバポレータ５５を含む。そして制御装置が、内燃機関２が暖機状態になっていない状態で冷凍サイクルを運転する場合に、内燃機関２の冷却水温を上昇させるための昇温促進運転を行なう冷却水昇温手段７１を備える。【選択図】図１
2015199392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の廃熱を媒体に回収する熱交換器と、
前記熱交換器を通過した媒体を用いて動力を発生させる膨張機と、
前記膨張機を出た媒体を凝縮させる凝縮器と、
前記膨張機により回生された動力によって駆動されると共に、前記凝縮器からの媒体を前記熱交換器に供給する冷媒ポンプと、
を含むランキンサイクルと、
前記媒体及び前記凝縮器を前記ランキンサイクルと共用し、前記凝縮器からの媒体を導いて蒸発させるエバポレータを含む冷凍サイクルと、
を備える車両の制御装置において、
前記内燃機関が暖機状態になっていない状態で前記冷凍サイクルを運転する場合に、前記内燃機関の冷却水温を上昇させるための昇温促進運転を行なう冷却水昇温手段を備えることを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両の制御装置において、
前記冷却水昇温手段は、前記昇温促進運転として前記内燃機関の回転速度が上昇するように自動変速機の変速比を変更することを特徴とする車両の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車両の制御装置において、
前記熱交換器は、前記内燃機関の冷却水と前記媒体との熱交換により前記内燃機関の廃熱を回収するものであり、
前記熱交換器へ流入する前記冷却水の温度を前記内燃機関の排気との熱交換により上昇させる廃熱回収器と、
前記廃熱回収器へ供給する媒体量を調整する調整手段と、
をさらに備え、
前記冷却水昇温手段は、前記昇温促進運転として前記調整手段により前記廃熱回収器へ供給する媒体量を調整することを特徴とする車両の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の車両の制御装置において、
前記熱交換器の上流または下流に、冷却水を貯蔵し得る蓄熱体をさらに備え、
前記冷却水昇温手段は、前記昇温促進運転として前記内燃機関の運転を停止する際に冷却水を前記蓄熱体に貯蔵し、次回運転開始時に前記蓄熱体から冷却水を放出することを特徴とする車両の制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の車両の制御装置において、
前記熱交換器へ供給される前記媒体の温度が、前記冷凍サイクルの高圧センサの検出値に基づいて算出した凝縮温度から所定温度高くなるように、前記冷凍サイクルの運転を制限するエアコン運転制限手段をさらに備えることを特徴とする車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体及び凝縮器を冷凍サイクルと共用するランキンサイクルを備える車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
媒体及び凝縮器を共用するランキンサイクルと冷凍サイクルとからなる複合サイクルでは、サイクル間で温度差があると媒体が低温側のサイクルへ移動してしまい、高温側のサイクルの媒体量が不足することがある。例えば、炎天下に駐車していた車両において、始動直後の内燃機関が暖機状態になっていない状況でエアコンを作動させると、凝縮器の温度が暖機中のエンジン冷却水温よりも高くなる場合がある。この場合、凝縮器よりもエンジン冷却水と媒体との熱交換を行なう熱交換器の方が低温になり、媒体がランキンサイクルに偏ってしまい、冷凍サイクルの媒体量が不足するおそれがある。
【０００３】
これに対し、特許文献１では、ランキンサイクルと冷凍サイクルとの間に遮断弁を設け、サイクル間の媒体の移動を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４５０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記文献のように遮断弁を設ける場合、遮断弁は車両停止中に閉じている必要があるため、無制御状態で閉弁しているものを選定することとなる。そうすると、ランキンサイクル運転時には開弁状態にするための制御が必要となり、その制御の分だけ効率が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本発明では、ランキンサイクルと冷凍サイクルとで媒体及び凝縮器を共有する構成において、サイクル間に遮断バルブを設けることなく、各サイクルの媒体不足を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によれば、内燃機関の廃熱を媒体に回収する熱交換器と、熱交換器を通過した媒体を用いて動力を発生させる膨張機と、膨張機を出た媒体を凝縮させる凝縮器と、膨張機により回生された動力によって駆動されると共に、凝縮器からの媒体を熱交換器に供給する冷媒ポンプと、を含むランキンサイクルと、媒体及び凝縮器をランキンサイクルと共用し、凝縮器からの媒体を導いて蒸発させるエバポレータを含む冷凍サイクルと、を備える車両の制御装置が提供される。この車両の制御装置は、内燃機関が暖機状態になっていない状態で冷凍サイクルを運転する場合に、内燃機関の冷却水温を上昇させるための昇温促進運転を行なう冷却水昇温手段を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記態様によれば、内燃機関が暖機状態となっていない状態で冷凍サイクルを運転する場合には、制御装置は昇温促進運転によって冷却水温を上昇させるので、ランキンサイクルと冷凍サイクルとの温度差を緩和できる。その結果、ランキンサイクルへの冷媒の偏りを抑制することができる。すなわち、ランキンサイクルと冷凍サイクルとの間に遮断弁等の装置を設けることなく、ランキンサイクルへの冷媒の偏りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態にかかる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。
【図２】図２は、車両運転開始時の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】図３は、昇温促進運転の効果を示す図である。
【図４】図４は、昇温促進運転を実行した場合のタイミングチャートである。
【図５】図５は、比較のためのタイミングチャートである。
【図６】図６は、第２実施形態にかかる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。
【図７】図７は、昇温促進運転の効果を示す図である。
【図８】図８は、第３実施形態にかかる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。
【図９】図９は、エアコンのコンプレッサの制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、エアコンのコンプレッサの制御ルーチンを示すフローチャートの他の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は本発明の前提となるランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図を示している。図１のランキンサイクル３１は、冷媒（媒体）および凝縮器３８を冷凍サイクル５１と共有する構成になっており、ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１とを統合したサイクルのことを、これ以降統合サイクル３０と表現する。
【００１２】
なお、統合サイクル３０は、ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１の冷媒が循環する回路（通路）及びその途中に設けられたポンプ、膨張機、凝縮器等の構成要素に加え、冷却水や排気の回路（通路）等を含めたシステム全体を指すものとする。
【００１３】
まず、エンジン冷却水回路について説明する。
【００１４】
内燃機関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を経て内燃機関２に戻る。冷却水ポンプ１６は内燃機関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し、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。内燃機関２が暖機状態になる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をバイパスさせて冷却水の全量がバイパス冷却水通路１４側を流れる。
【００１５】
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い。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が、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。
【００１６】
ラジエータ１１をバイパスするバイパス冷却水通路１４は、冷却水通路１３から分岐して後述の熱交換器３６に直接接続する第１バイパス冷却水通路２４と、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に接続する第２バイパス冷却水通路２５とからなる。
【００１７】
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、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は冷却水通路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。
【００１８】
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、内燃機関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。
【００１９】
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と冷却水通路３６ｂに隣接する冷媒通路部分とからなる熱交換器右側部分（ランキンサイクル３１の冷媒にとって下流側）は、内燃機関２の出口で排気によってさらに加熱され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。
【００２０】
廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａは排気管５に隣接している。廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａに内燃機関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。冷却水通路２２ａは、廃熱回収器２２の全体を俯瞰したときに、排気と冷却水とが互いに逆向きの流れとなるように構成されている。
【００２１】
一方、第２バイパス冷却水通路２５の流量が減少することによって、廃熱回収器２２で冷却水温度が過剰に上昇して冷却水が蒸発（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おそれがある。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、廃熱回収器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。
【００２２】
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。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。
【００２３】
バイパス冷却水通路１４からサーモスタットバルブ１５へ向かう冷却水の温度が、例えば熱交換器３６でのランキンサイクル３１の冷媒との熱交換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なる。これによりラジエータ１１を通過する冷却水量は相対的に減る。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へ向かう冷却水の温度が、ランキンサイクル３１が停止していること等により高くなると、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なる。これによりラジエータ１１を通過する冷却水量は相対的に増える。このようなサーモスタットバルブ１５の動作に基づいて、内燃機関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。
【００２４】
次に、ランキンサイクル３１について述べる。
【００２５】
ここでは、ランキンサイクル３１は、単純なランキンサイクルでなく、冷凍サイクル５１と統合した統合サイクル３０の一部として構成されている。以下では、基本となるランキンサイクル３１を先に説明し、その後に冷凍サイクル５１に言及する。
【００２６】
ランキンサイクル３１は、内燃機関２の冷却水を介して内燃機関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。
【００２７】
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、発生動力を内燃機関２の出力軸（クランク軸）に供給する構成である。すなわち、冷媒ポンプ３２軸及び膨張機３７の出力軸は、内燃機関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（図１参照）。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する。
【００２８】
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を、内燃機関２と断接可能にしている。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（予測膨張機トルクが正の場合）に膨張機クラッチ３５を接続することで、膨張機３７の発生する出力によって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。
【００２９】
冷媒ポンプ３２を出た冷媒は、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、内燃機関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。
【００３０】
熱交換器３６を出た冷媒は、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、ベルト伝動機構を介して内燃機関２に伝達され、内燃機関２の回転をアシストする。
【００３１】
膨張機３７を出た冷媒は、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。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。
【００３２】
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。
【００３３】
次に、冷凍サイクル５１について述べる。
【００３４】
冷凍サイクル５１は、ランキンサイクル３１を循環する冷媒を共用するため、ランキンサイクル３１と統合され、冷凍サイクル５１の構成そのものは簡素になっている。すなわち、冷凍サイクル５１は、コンプレッサ（圧縮機）５２、凝縮器３８、エバポレータ（蒸発器）５５を備える。
【００３５】
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、内燃機関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５３が固定され、このコンプレッサプーリ５３とクランクプーリ２ａとにベルト３４を掛け回している。内燃機関２の駆動力がこのベルト３４を介してコンプレッサプーリ５３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５３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。）５４を設けて、コンプレッサ５２とコンプレッサプーリ５３とを断接可能にしている。
【００３６】
図１に戻り、コンプレッサ５２を出た冷媒は冷媒通路５６を介して冷媒通路４３に合流した後、凝縮器３８に供給される。凝縮器３８は外気との熱交換によって冷媒を凝縮し液化する。凝縮器３８を出た液状の冷媒は、冷媒通路４４から分岐する冷媒通路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３８を出た液状の冷媒を蒸発させ、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。
【００３７】
エバポレータ５５で蒸発した冷媒は、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とは、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。
【００３８】
ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１とからなる統合サイクル３０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、ランキンサイクル３１を循環する冷媒を制御するため、熱交換器３６と膨張機３７とを連絡する冷媒通路４２に膨張機上流弁６２を備える。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には、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。また、膨張機上流弁６２上流から膨張機３７をバイパス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。さらに、バイパス弁６６をバイパスする通路６７に圧力調整弁６８を設けている。冷凍サイクル５１側についても、冷凍サイクル分岐点４５とエバポレータ５５とを接続する冷媒通路５７にエアコン回路弁６９を設けている。
【００３９】
上記の弁６２、６６、６９はいずれも電磁式の開閉弁である。圧力センサ７２により検出される膨張機上流圧力の信号、圧力センサ７３により検出される凝縮器３８の出口における冷媒圧力Ｐｄの信号、膨張機３７の回転速度信号等がコントローラ７１に入力されている。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、冷凍サイクル５１のコンプレッサ５２や、ラジエータファン１２の制御を行なうとともに、弁６２、６６、６９の開閉を制御する。例えば、圧力センサ７２により検出される膨張機上流側圧力及び膨張機回転速度に基づいて膨張機トルクを予測し、この予測膨張機トルクが正のときに膨張機クラッチ３５を締結し、予測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。センサ検出圧力と膨張機回転速度とに基づくことで、排気温度から膨張機トルクを予測する場合とくらべ、高い精度で膨張機トルクを予測することができ、膨張機トルクの発生状況に応じて膨張機クラッチ３５の締結・解放を適切に行うことができる（詳細は特開２０１０−１９０１８５号公報参照）。
【００４０】
また、コントローラ７１には、外気温、車室内の温度（以下、室温という）、日射量、エアコンのＯＮ・ＯＦＦ状態及び室温設定値も読み込まれる。外気温、室温、日射量はそれぞれセンサにより検出された値を読み込み、エアコンのＯＮ・ＯＦＦ状態及び室温設定値はエアコン操作部の状態を読み込む。
【００４１】
なお、コントローラ７１は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ７１を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
【００４２】
弁６２、６６、６９及び逆止弁６３は冷媒系バルブである。これらの冷媒系バルブの機能を改めて図１に示す。
【００４３】
図１において、膨張機上流弁６２は、熱交換器３６からの冷媒圧力が相対的に低い場合に冷媒通路４２を遮断し熱交換器３６を出た冷媒が高圧になるまで保持することができるようにするものである。これによって、膨張機トルクが十分得られない場合でも冷媒の加熱を促し、例えばランキンサイクル３１が再起動する（回生が実際に行なえるようになる）までの時間を短縮させることができる。バイパス弁６６は、ランキンサイクル３１の始動時等にランキンサイクル３１側に存在する冷媒量が十分でないときなどに、膨張機３７をバイパスさせた上で冷媒ポンプ３２の作動が行えるように開弁し、ランキンサイクル３１の起動時間を短縮するためのものである。膨張機３７をバイパスさせた上で冷媒ポンプ３２を作動させることで、凝縮器３８の出口又は冷媒ポンプ３２の入口の冷媒温度が、その部位の圧力を考慮した沸点から所定温度差（サブクール度ＳＣ）以上に低下した状態が実現されれば、ランキンサイクル３１には十分な液体冷媒が供給できる状態が整ったことになる。
【００４４】
熱交換器３６上流の逆止弁６３は、バイパス弁６６、圧力調整弁６８、膨張機上流弁６２と協働して膨張機３７に供給される冷媒を高圧に保持するためのものである。ランキンサイクル３１の回生効率が低い条件ではランキンサイクル３１の運転を停止し、熱交換器３６の前後区間に亘って回路を閉塞することで、停止中の冷媒圧力を上昇させておき、高圧冷媒を利用してランキンサイクル３１が速やかに再起動できるようにする。圧力調整弁６８は膨張機３７に供給される冷媒の圧力が高くなり過ぎた場合に開いて、高くなり過ぎた冷媒を逃すリリーフ弁の役割を有している。
【００４５】
ところで、冷媒には温度や日射量等といった環境条件に応じて移動する特性がある。例えば、夏場の車両運転開始直後にエアコンを作動させた場合には、凝縮器３８の温度が冷却水温よりも高く、また、凝縮器３８よりも熱交換器３６の方が低温となる。つまり、冷凍サイクル５１よりもランキンサイクル３１の方が低温となる。この状況で、ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１との間の冷媒の移動を制限しないと、冷媒がランキンサイクル３1側に偏り、冷凍サイクル５１の冷媒が不足することで冷房能力が低下してしまう。そこで、コントローラ７１は、冷凍サイクル５１の冷媒不足を抑制するため、以下に説明する制御を実行する。
【００４６】
図２は、コントローラ７１が車両運転開始時に実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５１との間に遮断弁等を設けることなく上述したような冷媒の偏りを抑制し、車両運転開始後すみやかに冷房能力を発揮し得るようにするためのものである。以下、ステップにしたがって説明する。
【００４７】
ステップＳ１００で、コントローラ７１は、エアコンのＯＮ・ＯＦＦ状態、外気温Ｔａ、室温Ｔｉｃ、室温設定値Ｔｓｅｔ、日射量Ｓ、内燃機関出口の冷却水温（ボイラ水温）、及び冷媒圧力Ｐｄ等、本制御に必要な情報を読み込む。
【００４８】
ステップＳ１１０で、コントローラ７１は、エアコンがＯＮかつエアコンの目標吹き出し温度Ｘｍが所定値Ａより低い、という条件を満たすか否かを判定し、満たす場合はステップＳ１２０の処理を実行し、満たさない場合は本ルーチンを終了する。ここで、エアコンがＯＮか否かはエアコン操作部の状態から判定できる。目標吹き出し温度Ｘｍは、公知の演算方法で算出する。例えば、外気温Ｔａ、室温Ｔｉｃ、室温設定値Ｔｓｅｔ、日射量Ｓを用いて下式（１）により算出する。
【００４９】
Ｘｍ＝Ｋ１・Ｔａ＋Ｋ２・Ｔｉｃ＋Ｋ３・Ｔｓｅｔ＋Ｋ４・Ｓ＋Ｋ５・・・（１）
【００５０】
ただし、Ｋ１−Ｋ５は定数とする。
【００５１】
また、所定値Ａは、冷凍サイクル５１を全力で動かす必要が有るか否かの閾値であり、例えば５−１０℃程度の値を設定する。すなわち、ステップＳ１１０は、冷凍サイクル５１の作動要求があり、かつ冷凍サイクル５１を全力で運転する必要が有るか否かを判定するものである。
【００５２】
ステップＳ１２０で、コントローラ７１はコンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄがボイラ水温＋αより高いか否かを判定し、高い場合はステップＳ１３０の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ１４０の処理を実行する。
【００５３】
コンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄは、冷媒圧力Ｐｄに基づいて公知の方法で算出する。ボイラ水温は内燃機関出口の冷却水温であり、水温センサ７４で検出する。本ステップで比較の対象をボイラ水温でなく、ボイラ水温＋αとするのは、検出精度や演算精度を考慮して、確実にコンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄがボイラ水温より高いことを判定するためである。したがって、αは例えば３−５℃程度とする。
【００５４】
ステップＳ１３０で、コントローラ７１は冷却水温の上昇を促進するための運転（昇温促進運転）を実行する。具体的には、自動変速機（図示せず）を変速させることによって内燃機関２のエンジン回転速度を上昇させる。自動変速機の変速制御は、ＣＡＮバス等によりコントローラ７１と接続されている変速機コントローラ（図示せず）が、コントローラ７１からの要求に応じて実行する。
【００５５】
上記のように冷却水温を上昇させることで、熱交換器３６の温度が上昇するので、冷媒がランキンサイクル３１に偏ることを抑制できる。
【００５６】
一方、ステップＳ１４０では、コントローラ７１は昇温促進運転を終了する。なお、昇温促進運転を実行していない場合には、そのまま昇温促進運転を実行しないことを決定する。
【００５７】
ステップＳ１５０で、コントローラ７１はエアコン制御を実行する。エアコン制御は公知の制御を適用すればよく、例えば、上述したように目標吹き出し温度Ｘｍを設定し、さらに内気循環か外気導入かの決定や、吹き出しモードの決定等を行なったうえで、コンプレッサ５２を作動させる。
【００５８】
上記制御ルーチンによれば、コンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄがボイラ水温より低くなるまで、昇温促進運転によって冷却水温の上昇が促進される。
【００５９】
図３は、上記制御ルーチンを実行した場合の、車両運転開始時の冷却水温（始動時水温）とエンジン回転速度との関係の一例を示す図である。ここでは４０ｋｍ/ｈロードロード状態でのエンジン回転速度について示しており、破線で示した「通常回転速度」は上述した昇温促進運転を実行しない場合の回転速度である。図示するように、始動時水温が２０−４０℃程度の場合には昇温促進制御によりエンジン回転速度が高められる。
【００６０】
図４は、上記制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。図５は、比較のための、上記制御ルーチンを実行しない場合のタイミングチャートである。いずれも始動時水温が２５−４０℃程度の場合である。
【００６１】
昇温促進運転を実行しない場合は、図５に示すように、車両運転開始直後にコンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄが上昇する。これは、上述したように冷凍サイクル５１よりもランキンサイクル３１の方が低温である為に冷媒がランキンサイクル３１に偏り、冷凍サイクル５１が冷媒不足となって冷房能力が低下するからである。その結果、吹き出し口温度の低下も鈍くなる。
【００６２】
一方、昇温促進運転を実行すると、冷却水温の上昇が早まることで熱交換器３６の温度上昇も早まり、ランキンサイクル３１への冷媒の偏りが抑制される。その結果、図４に示すようにコンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄの上昇が抑制され、吹き出し口温度が速やかに低下する。
【００６３】
以上のように、本実施形態によれば次の効果が得られる。
【００６４】
（１）本実施形態の前提となる車両は、内燃機関２の廃熱を冷媒（媒体）に回収する熱交換器３６と、熱交換器３６を出た冷媒を用いて動力を発生させる膨張機３７と、膨張機３７を出た冷媒を凝縮させる凝縮器３８と、膨張機３７により回生された動力によって駆動されると共に、凝縮器３８からの冷媒を熱交換器３６に供給する冷媒ポンプ３２と、を含むランキンサイクル３１を備える。さらに、冷媒及び凝縮器３８をランキンサイクル３１と共用し、凝縮器３８からの冷媒を導いて蒸発させるエバポレータ５５を含む冷凍サイクル５１を備える。そして、内燃機関２が暖機状態になっていない状態で冷凍サイクル５１を運転する場合に、内燃機関２の冷却水温を上昇させるための昇温促進運転を行なうコントローラ（冷却水昇温手段）７１をさらに備える。上記のように昇温促進運転を行なうことにより、ランキンサイクル３１への冷媒の偏りが抑制されるので、ランキンサイクル３１と冷凍サイクル５1との間に遮断バルブを設けることなく、各サイクルの冷媒不足を抑制することができる。
【００６５】
（２）コントローラ７１が実行する昇温促進運転は、自動変速機の変速比を制御することよって内燃機関２の回転速度を上昇させるものである。これにより、昇温促進運転のためだけに新たな構成を追加することなく、ランキンサイクル３１への冷媒の偏りを抑制することができる。
【００６６】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態と同様に図２に示す制御ルーチンを実行することで、ランキンサイクル３１への冷媒の偏りを抑制するものであるが、昇温促進運転の内容が第１実施形態と異なる。以下、昇温促進運転の内容を中心に説明する。
【００６７】
図６は、第２実施形態の前提となるシステム全体の概略構成図である。図１と異なるのは、廃熱回収器２２への供給水量を調整する流量調整手段として、第２バイパス冷却水通路２５に第２冷却水ポンプ８１と、流量調整弁８０と、を備える点である。第２冷却水ポンプ８１は廃熱回収器２２の上流側に、流量調整弁８０は廃熱回収器２２の下流側に、それぞれ配置されている。なお、流量調整弁８０又は第２冷却水ポンプ８１のいずれか一方でも廃熱回収器２２への供給水量を調整可能なので、いずれか一方だけ備える構成でもよい。
【００６８】
本実施形態の昇温促進運転は、第２冷却水ポンプ８１の回転速度又は流量調整弁８０の開度の少なくとも一方を調整することで廃熱回収器２２の通水量を調整して、冷却水温の上昇を促進するものである。図７に示すように、廃熱回収器２２への供給水量が減少するほど廃熱回収器２２を出た冷却水の温度（廃熱回収器出口水温）は高くなる傾向がある。そこで、廃熱回収器２２通過後の冷却水温がコンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄより高温になるように、第２冷却水ポンプ８１の回転速度又は流量調整弁８０の開度の少なくとも一方を調整する。このとき、図２のステップＳ１２０での判定と同様に検出精度等を考慮して、コンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄよりα℃高くなるようにしてもよい。
【００６９】
第２冷却水ポンプ８１の回転速度や流量調整弁８０の開度については、第２冷却水ポンプ８１、流量調整弁８０、及び廃熱回収器２２の仕様や、第２バイパス冷却水通路２５の長さ、内径等に応じて適合により設定する。
【００７０】
なお、第２冷却水ポンプ８１の回転速度と流量調整弁８０の開度とを協調制御することで、より精密な流量調整を行なってもよい。
【００７１】
上記のように廃熱回収器２２を通過した後の冷却水の温度を上昇させることで、熱交換器３６の温度が上昇するので、ランキンサイクル３１への冷媒の偏りを抑制することができる。
【００７２】
以上のように本実施形態によれば次の効果が得られる。
【００７３】
（３）熱交換器３６は、内燃機関２の冷却水と冷媒との熱交換により内燃機関２の廃熱を回収するものであり、熱交換器３６へ流入する冷却水の温度を内燃機関２の排気との熱交換により上昇させる廃熱回収器２２と、廃熱回収器２２へ供給する冷媒量を調整する調整手段８０（または８１）と、をさらに備える。そして、コントローラ７１は、昇温促進運転として調整手段８０（または８１）により廃熱回収器２２へ供給する冷媒量を調整する。これにより、熱交換器３６へ流入する冷却水の温度を上昇させて、ランキンサイクル３１への冷媒の偏りを抑制することができる。
【００７４】
（第３実施形態）
本実施形態も第１実施形態と同様に、図２に示す制御ルーチンを実行することで、ランキンサイクル３１への冷媒の偏りを抑制するものであるが、昇温促進運転の内容が第１実施形態とは異なる。以下、昇温促進運転の内容を中心に説明する。
【００７５】
図８は、第３実施形態の前提となるシステム全体の概略構成図である。図１と異なるのは、第２バイパス冷却水通路２５に蓄熱タンク８２と、流量調整弁８０と、を備える点である。蓄熱タンク８２は廃熱回収器２２の下流側に、流量調整弁８０は廃熱回収器２２のさらに下流側に、それぞれ配置されている。
【００７６】
蓄熱タンク８２は、例えば、断熱材で覆われたり、魔法瓶のように断熱層を有したりすることによって、廃熱回収器２２を出た冷却水を高温のまま貯蔵する機能を有するものである。
【００７７】
本実施形態の昇温促進運転は、内燃機関２を停止する際に流量調整弁８０を閉じることで蓄熱タンク８２に高温の冷却水を貯蔵しておき、次回運転開始時に流量調整弁８０を開いて、貯蔵しておいた高温の冷却水を熱交換器３６へ供給するものである。
【００７８】
なお、第２実施形態で説明した第２冷却水ポンプ８１を備え、昇温促進運転の際に第２冷却水ポンプ８１を用いて第２バイパス冷却水通路２５の通水量を増加させれば、蓄熱タンク８２内の高温の冷却水をより速やかに熱交換器３６へ供給することができる。
【００７９】
上記のように、運転開始直後に蓄熱タンク８２から高温の冷却水を熱交換器３６に供給すれば、運転開始直後のランキンサイクル３１への冷媒の移動を抑制できる。その結果、運転開始直後の吹き出し温度Ｘｍの上昇を抑制することができる。
【００８０】
以上のように本実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００８１】
（４）熱交換器３６の上流または下流に、冷却水を貯蔵し得る蓄熱タンク（蓄熱体）８２を備え、コントローラ７１は、昇温促進運転として内燃機関２の運転を停止する際に冷却水を蓄熱タンク８２に貯蔵し、次回運転開始時に蓄熱タンク８２から冷却水を放出させる。これにより、運転開始直後に高温の冷却水が熱交換器３６へ流入するので、ランキンサイクル３１への冷媒の偏りを抑制することができる。
【００８２】
（第４実施形態）
本実施形態は、基本的には図２と同様の制御を実行するが、ステップＳ１５０で実行するエアコンの運転に制限を設ける点が異なる。エアコンの運転に制限を設けるのは、冷媒不足によるエアコンの効き不良を回避するためである。上述した昇温促進運転によれば、ランキンサイクル３１側の温度上昇が早まり、冷凍サイクル５１からランキンサイクル３１への冷媒の移動が抑制される。しかし、冷却水温がコンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄを超えるまでには時間を要するので、始動開始直後の冷媒のランキンサイクル３１への移動を完全に防止することはできない。そこで、昇温促進運転に加えて、さらに、エアコンの運転に制限を設ける。以下、本実施形態のエアコンの運転について説明する。
【００８３】
本実施形態のエアコン制御は、目標吹き出し温度Ｘｍを設定し、さらに内気循環か外気導入かの決定や、吹き出しモードの決定等を行なう点については第１実施形態と同様だが、コンプレッサ５２の動作に制限を設ける点が第１実施形態と異なる。
【００８４】
図９は、コントローラ７１が実行するコンプレッサ５２の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００８５】
ステップＳ２００で、コントローラ７１はエアコンスイッチのＯＮ・ＯＦＦ状態、内燃機関出口の冷却水温（ボイラ水温）、及び冷媒圧力Ｐｄ等の情報を読み込む。
【００８６】
ステップＳ２１０で、コントローラ７１はエアコンスイッチがＯＮか否かを判定し、ＯＮであればステップＳ２２０の処理を実行する。一方、エアコンスイッチがＯＦＦであればステップＳ２５０でコンプレッサクラッチ５４をＯＦＦに、つまり、コンプレッサ５２とコンプレッサプーリ５３とが切り離された状態にする。これは、エアコン（冷凍サイクル５１）を運転する必要がないからである。
【００８７】
ステップＳ２２０で、コントローラ７１はコンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄがボイラ水温＋αより低いか否かを判定する。コンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄは上述したように冷媒圧力Ｐｄに基づいて算出する。比較の対象をボイラ水温でなくボイラ水温＋αとするのは第１実施形態と同様の理由による。
【００８８】
判定の結果、コンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄがボイラ水温＋αより低ければステップＳ２２０の処理を実行し、そうでなければステップＳ２４０の処理を実行する。
【００８９】
ステップＳ２３０で、コントローラ７１はコンプレッサクラッチ５４をＯＮにする。つまり、コンプレッサ５２とコンプレッサプーリ５３とが接続された状態にする。これにより、内燃機関２の駆動力によってコンプレッサ５２は作動する。一方、ステップＳ２４０では、コントローラ７１はステップＳ２５０と同様にコンプレッサクラッチ５４をＯＦＦにする。コンプレッサクラッチ５４をＯＦＦにすると、内燃機関２の駆動力がコンプレッサ５２に伝達されなくなるので、コンプレッサ５２は作動しない。
【００９０】
ところで、図２の制御ルーチンによれば、コンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄがボイラ水温＋αより高い場合には昇温促進運転の実行が決定され、そうでない場合には昇温促進運転の停止が決定される。すなわち、昇温促進運転を実行しない場合は図９のステップＳ２３０でコンプレッサクラッチ５４をＯＮにし、昇温促進運転を実行する場合は図９のステップＳ２４０でコンプレッサクラッチ５４をＯＦＦにする。
【００９１】
上記のように、昇温促進運転を実行する場合にコンプレッサクラッチ５４をＯＦＦにしてコンプレッサ５２の作動を制限すれば、冷媒不足の状態で冷凍サイクル５１を運転することがなくなるので、エアコンの効き不良を回避できる。
【００９２】
また、コンプレッサクラッチ５４をＯＮ・ＯＦＦ制御する代わりに、コンプレッサ容量を可変制御してもよい。
【００９３】
図１０はコンプレッサ容量を可変制御する場合の制御ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ３００−Ｓ３２０及びＳ３５０は図９のステップＳ２００−Ｓ２２０及びＳ２５０と同様なので説明を省略する。
【００９４】
コンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄがボイラ水温＋αより低い場合に実行するステップＳ３３０では、コントローラ７１はコンプレッサ容量を増大させる。一方、コンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄがボイラ水温＋α以上の場合に実行するステップＳ３４０では、コントローラ７１はコンプレッサ容量を減少させる。コンプレッサ容量の増減制御については公知の手法を用いることとする。このようにコンプレッサ容量を増減制御することでも、冷媒不足の状態で冷凍サイクル５１を運転することによるエアコンの効き不良を回避できる。
【００９５】
以上のように本実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００９６】
（５）第１−第３の実施形態と同様の昇温促進運転を実行したうえで、さらに、コントローラ（エアコン運転制御手段）７１は、熱交換器３６へ供給される冷媒の温度がコンデンサ凝縮温度Ｔｃｏｎｄから所定温度高くなるように、冷凍サイクル５１の運転を制限する。これにより、冷却水温が上昇するまでの間、冷媒が不足した状態で冷凍サイクル５１が運転されることが防止されるので、エアコンの効き不良を回避できる。
【００９７】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９８】
１    車両
２    エンジン
２ａ  クランクプーリ
１２  ラジエータファン
３０  複合サイクル
３１  ランキンサイクル
３２  冷媒ポンプ
３３  ポンププーリ
３４  ベルト
３５  膨張機クラッチ（クラッチ）
３６  熱交換器
３７  膨張機
５１  冷凍サイクル
５２  コンプレッサ
５４  コンプレッサクラッチ
５５  エバポレータ
７１  コントローラ
【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】
2015199392.tif 000009
【図８】
2015199392.tif 000010
【図９】
2015199392.tif 000011
【図１０】
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