(57)【要約】【課題】内燃機関によるモータ付オルタネータの駆動を少なくし、廃熱回収装置により取出した動力によってオルタネータ駆動すると共、モータ付オルタネータにて内燃機関を始動させて、車両の走行燃費向上とコスト低減を図った廃熱回収装置を搭載した車両を提供することを目的とする。【解決手段】モータ付オルタネータ３と、膨張機２３とモータ付オルタネータ３との断接を行う第１クラッチ１７と、内燃機関１とモータ付オルタネータ３との断接を行う第２クラッチ３３と、バッテリ７と、第１及び第２クラッチ１７、３３の断接制御を行う制御装置８と、を備え、制御装置８は、第２クラッチ３３を接続して内燃機関１を始動する始動手段と、降坂時に、第２クラッチ３３のみを接続してモータ付オルタネータ３で発電する発電手段と、降坂時以外の時は、第１クラッチ１７のみを接続して廃熱回収装置２で発電する発電手段と、を有していることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の廃熱エネルギーを動力として回収し、回収した動力で発電機を駆動する廃熱回収装置を搭載した車両において、
前記廃熱回収装置の膨張機との動力の断接を可能に設けられ、該膨張機の動力によって発電するモータ付オルタネータと、
前記膨張機と前記モータ付オルタネータとの前記動力の断接を行う第１クラッチと、
前記内燃機関と前記モータ付オルタネータとの動力の断接を行う第２クラッチと、
前記モータ付オルタネータによって発電された電力を貯溜するバッテリと、
前記第１クラッチ及び第２クラッチの断接制御を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第２クラッチを接続し、前記バッテリからの電力によって前記モータ付オルタネータを駆動して前記内燃機関を始動する内燃機関始動手段と、
前記車両の降坂時には、前記第２クラッチを接続して前記オルタネータを駆動して発電するオルタネータ発電手段と、降坂時以外の時は、前記第２クラッチを遮断し、前記第１クラッチを接続して前記廃熱回収装置によって発電する廃熱回収発電手段とを有していることを特徴とする廃熱回収装置を搭載した車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱回収装置とモータ付オルタネータとを有して、効率のよい発電を行う廃熱回収装置を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を搭載した車両において、内燃機関の廃熱エネルギーを廃熱回収装置（ランキンサイクル回路）により動力を回生することで、内燃機関の熱効率向上を図ることが行われている。
ランキンサイクル回路は、内燃機関の廃熱エネルギーにより加熱された媒体を膨張機に通すことで廃熱エネルギーを動力として回収する回路である。
この動力で発電機を駆動することにより、廃熱エネルギーを電力として回収できる。
【０００３】
一方、車両の内燃機関には、該内燃機関の駆動力によって発電するオルタネータを備えており、車両で消費される電力を賄っている。
従って、ランキンサイクル回路を備えた車両では、２つの発電機を別々に持つことになるが、同じ機能を有する部品を搭載することは、搭載性、コストの面から不利である。
このような状況を解決する技術が特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１によると、内燃機関のオルタネータとランキンサイクル回路の発電機を兼ねる発電機と、内燃機関の動力を第１クラッチを介して、該発電機に伝達する第１動力伝達機構と、ランキンサイクル回路で回収された動力を第２クラッチ介して、発電機に伝達する第２動力伝達機構と、前記第１及び第２クラッチの締結状態を制御するクラッチ制御手段とを備えている。
更に、内燃機関の廃熱量が、ランキンサイクル回路による動力回収が可能になると、第１クラッチを遮断して、第２クラッチを接続する技術開示がなされている。
【０００５】
このようにすることで、第１および第２クラッチの締結状態を制御することによって、内燃機関の動力、ランキンサイクル回路の回収動力のいずれかを使って発電機を駆動するかを切り替えることができる。
そして、ランキンサイクル回路による動力回収が可能になると、オルタネータの駆動を内燃機関から、ランキンサイクル回路による回収動力に切換えて、内燃機関の熱効率向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２７８７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１によると、内燃機関の廃熱量が少なくなると、内燃機関の駆動力によって、オルタネータによる発電を行うようになっている。
従って、車両の走行状態によって、頻繁にオルタネータ駆動源が切替り、内燃機関の駆動力によってオルタネータ駆動を実施している時は、内燃機関の動力を消費するため、車両の走行燃費が悪化する不具合を有している。
【０００８】
本発明はかかる技術的課題に鑑み、内燃機関によるモータ付オルタネータの駆動を少なくし、廃熱回収装置により取出した動力によってオルタネータ駆動すると共、モータ付オルタネータにて内燃機関を始動させることで、車両の走行燃費向上とコスト低減を図った廃熱回収装置を搭載した車両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】
本発明は、かかる課題を解決するため、内燃機関の廃熱エネルギーを動力として回収し、回収した動力で発電機を駆動する廃熱回収装置を搭載した車両において、
前記廃熱回収装置の膨張機との動力の断接を可能に設けられ、該膨張機の動力によって発電するモータ付オルタネータと、
前記膨張機と前記モータ付オルタネータとの前記動力の断接を行う第１クラッチと、
前記内燃機関と前記モータ付オルタネータとの動力の断接を行う第２クラッチと、
前記モータ付オルタネータによって発電された電力を貯溜するバッテリと、
前記第１クラッチ及び第２クラッチの断接制御を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第２クラッチを接続し、前記バッテリからの電力によって前記モータ付オルタネータを駆動して前記内燃機関を始動する内燃機関始動手段と、
前記車両の降坂時には、前記第２クラッチを接続して前記オルタネータを駆動して発電するオルタネータ発電手段と、降坂時以外の時は、前記第２クラッチを遮断し、前記第１クラッチを接続して前記廃熱回収装置によって発電する廃熱回収発電手段とを有していることを特徴とする廃熱回収装置を搭載した車両を提供できる。
【００１０】
かかる発明によれば、モータ付オルタネータにて内燃機関を始動させるので、内燃機関のスタータを不要とすることができ、コスト低減が可能となる。
また、燃料を噴射しない降坂時にはオルタネータにて電気で回収すると共に、降坂時以外は廃熱回収装置のみで回収することで、降坂時以外は内燃機関によるオルタネータの駆動を中止することで燃費改善が図れる。
【発明の効果】
【００１１】
かかる発明によれば、内燃機関によるモータ付オルタネータの駆動を少なくし、廃熱回収装置により取出した動力によってオルタネータ駆動すると共、モータ付オルタネータにて内燃機関を始動させることで、車両の走行燃費向上とコスト低減を図った廃熱回収装置を搭載した車両を提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態かかる全体を模式的に表した構成図を示す。
【図２】本発明の実施形態かかる廃熱回収装置とオルタネータとによる発電装置の概略構成図を示す。
【図３】本発明の実施形態かかる発電状況の説明図を示す。
【図４】本発明を実施する制御フロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、その相対配置などはとくに特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみ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、本発明の実施形態かかり、全体を模式的に表した構成図を示す。
図１は、車両に搭載された内燃機関（以後、エンジンと称す）１と、該エンジン１の廃熱回収源となる、エンジン冷却水と排ガスの廃熱を電力として取出す廃熱回収装置（ランキンサイクル回路）２と、エンジン１の駆動力にクラッチ機構を介して機械的連結又は、遮断する、モータ付オルタネータ３とで発電装置を構成している。
そして、モータ付オルタネータ３と廃熱回収装置２によって発電された電力は、車両６が走行するための諸機器の電源に使用されると共に、余剰電源はバッテリ７に充電される。
【００１５】
図２は廃熱回収装置とオルタネータとによる発電装置の概略構成図を示す。
エンジン１には、モータ付オルタネータ３が取付けられている。
モータ付オルタネータ３には、該モータ付オルタネータ３に一体的に組付けられた変速機３２が設けられている。
変速機３２は第２クラッチ３３を介してエンジン１の駆動力をモータ付オルタネータ３に伝達する。
変速機３２は、エンジン１側から動力を伝達する場合、回転数をモータ付オルタネータ３に対して増速して伝達し、モータ付オルタネータ３側から第２クラッチ側に回転数を伝達する場合には、減速するようになっている。
クラッチ３３は、該クラッチ３３に取付けられたプーリ３４と、エンジン１側のプーリ１３とを駆動ベルト３５によって、エンジン１からの動力を伝達される。
また、モータ付オルタネータ３は、エンジン始動時、バッテリ７からの電力によって、変速機３２、第２クラッチ３３(接続)を介してエンジン１の始動も可能になっている。(内燃機関始動手段)
【００１６】
廃熱回収装置２は、排気管１２を介して導入するエンジン１の排ガス及び冷却水路１１を介して導入するエンジン１の冷却水Ｒを熱源にして、廃熱回収装置２の作動流体Ｐと熱交換する蒸発器２２と、蒸発器２２で高圧高温になった作動流体Ｐを膨張させて動力を取出す膨張機２３と、該膨張機２３で作動した作動流体Ｐを凝縮する凝縮器２４と、凝縮された作動流体Ｐを圧縮高圧にして、蒸発器２２に圧送する電動モータにて駆動される作動流体ポンプ２１と、廃熱回収装置２を構成する各機器間を連結して作動流体Ｐを循環させる作動流体循環路２５とで構成されている。
２４ａは、凝縮器２４に外気を送風して、作動流体Ｐの凝縮を促進させる送風ファンである。
膨張機２３は、モータ付オルタネータ３に第１クラッチ１７を介して断接可能に配設されている。
尚、熱源となる冷却水Ｒと排ガスは、エンジン１から排出された冷却水Ｒを排ガスで加温して、加温された冷却水Ｒを蒸発器２２に導入して、作動流体Ｐと冷却水Ｒとの熱交換が行われる。
また、本実施形態では、熱源として冷却水Ｒを排ガスで加温して蒸発器２２に導入させる方法としたが、冷却水Ｒ又は排ガスのいずれか一方を直接蒸発器２２に導入するようにしてもよい。
１４はラジエータで、蒸発器２２から冷却水路１１に戻った冷却水温度が高い場合に冷却水Ｒを冷却する。
【００１７】
８は、廃熱回収装置２の各機器類の作動を制御する制御装置である。
制御装置８には、モータ付オルタネータ３からの発電量Ｗ、エンジン１内の冷却水路に配置され温度センサ８２が検知する冷却水温度Ｔｒ、バッテリ７の充電容量を検知するバッテリセンサ８３からの電圧Ｖが入力される。
一方、制御装置８からは、入力される信号に基づいて、第１及び第２クラッチ１７，３３の断接制御信号Ｃ１，Ｃ２、モータ付オルタネータ３からの発電量Ｗに基づきバッテリ７への出力Ｖｊ（充電）、車両に搭載されている機器類６が消費する車両側電気負荷量Ｗｏ、廃熱回収装置２の作動流体ポンプ２１の駆動制御信号Ｗｍ、凝縮器２４を冷却するため、該凝縮器２４に外気を送風する電動ファン２４の回転制御信号Ｗｆを送信する。
【００１８】
図３の車両の発電状況説明図及び図４の制御フローに基づいて、発電方法について説明する。
尚、本実施形態は、車両が信号、渋滞等で停車した際に、エンジン１を停止し、走行開始の際にブレーキペダル、クラッチペダル等の操作により、自動的にエンジン１を始動させる、所謂、アイドルストップ＆スタート装置（ＩＳＳ）搭載車の例で説明する。
ステップＳ１にて、制御装置８が始動する。
ステップＳ２において、ＩＳＳ装置が始動作動して、モータ付オルタネータ３にバッテリ７から供給される電力によってエンジン１を始動させる。この状態で車両は走行する。
ステップＳ３においてＩＳＳがエンジン１を停止又は稼働(運転)かを判断する。
ＩＳＳがＯＮ制御（エンジン１を停止させる）すると、ＹＥＳを選択して、ステップＳ４において、エンジン１が停止される。
エンジン１が停止すると車両は停止状態を維持する。
ステップＳ５に進み、エンジン１の再始動か、または停止状態継続かを判断する。
停止状態が継続される場合はステップＳ４に戻り、エンジン１の停止継続状態が続く。
ステップＳ５において、ドライバーによって、ブレーキペダル、クラッチペダル等の操作が行われると、再始動と判断して、ステップＳ２に戻り、ＩＳＳがＯＮ制御（エンジン１を始動させる）してエンジン１を始動させる。
ステップＳ１からステップＳ５はＩＳＳの作動制御を表したものである。
【００１９】
ステップＳ２において、エンジン１が始動し、ステップＳ３において車両が動きだすと、ＮＯを選択してステップＳ６に進む。
ステップＳ６において、エンジン回転数は、エンジン回転数Ｎ＞規定回転数Ｎｏで且つ、燃料噴射量＝０(燃料無噴射状態)かを判断する。
これは、図３のＣ領域に示すように、車両が降坂中でエンジン１の燃料噴射されていない状態を検知している。
車両の走行状態が、平坦路又は登坂中の場合、回転数はＮｏ以上で且つ、燃料噴射が行われていると、ＮＯを選択してステップＳ７に進む。
ステップＳ７においては、第２クラッチ３３の遮断と第１クラッチ１７の接続制御が実行される。
即ち、廃熱回収装置２の膨張機２３とモータ付オルタネータ３とが第１クラッチ１７によって連結され、一方、モータ付オルタネータ３とエンジン１からの駆動力を伝える第２クラッチは遮断される（廃熱回収発電手段）。
廃熱回収発電手段が実行されるとステップＳ８に進む。
【００２０】
ステップＳ８において、廃熱回収装置２のみで発電が行われる。
この状態は、図３におけるＡ域又は、Ｂ域の走行状態を示す。
即ち、燃料が噴射され、エンジン回転数Ｎ＞Ｎｗ規定回転数の状態であり、冷却水温度が高くなり廃熱回収装置２における、熱エネルギーの回収量が多くなる。
一方、モータ付オルタネータ３とエンジン１からの駆動力を伝える第２クラッチは遮断されているので、エンジン１はモータ付オルタネータ３を駆動する負荷が軽減され、車両走行燃費が向上する効果が得られる。
【００２１】
ステップＳ９に進む。ステップＳ９において、廃熱回収装置２の廃熱発電量Ｗ≧車両側電気負荷量Ｗｏを判断する。
ステップＳ９にて、廃熱回収装置２の廃熱発電量Ｗ≧車両側電気負荷量Ｗｏの場合は、ＹＥＳを選択してステップＳ１０に進む。
【００２２】
ステップＳ１０にて、再度、廃熱回収装置２の廃熱発電量Ｗ＝車両側電気負荷量Ｗｏを判断する。ステップＳ１０にて、ＹＥＳならステップＳ１１に進み、廃熱回収装置２で発電した電力は全量が車両側の電気負荷に供給される。
車両側の電気負荷とは、ランプ類、オーディオ、エアコン等の車両走行中に必要となる電気機器類である。
また、ステップＳ１０にて、ＮＯを選択した場合、即ち、廃熱回収装置２の廃熱発電量Ｗ＞車両側電気負荷量Ｗｏの場合は、ステップＳ２０において、車両側電気負荷量Ｗｏが車両側に供給され、廃熱発電量Ｗ―車両側電気負荷量Ｗｏ＝Δαの差分がバッテリ７に充電される。
【００２３】
ステップＳ９にて、廃熱回収装置２の廃熱発電量Ｗ＜車両側電気負荷量Ｗｏの場合、ＮＯを選択して、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２において、第１及び第２クラッチ１７，３３を接続状態に制御して、ステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３において、モータ付オルタネータ３は廃熱回収装置２による駆動力と、エンジン１からの駆動力とによる発電が行われ、ステップＳ１４に進む。
この場合においても、モータ付オルタネータ３を駆動するエンジン１の負荷は、廃熱回収装置２の駆動力分軽減されるので、エンジン１は省燃費稼働となっている。
この状態は、廃熱回収装置２の廃熱発電量Ｗでは、車両側電気負荷量Ｗｏを賄えられない場合に、廃熱回収装置の廃熱エネルギーと、エンジン負荷とによる協働発電量Ｗｇとによって、車両側電気負荷量Ｗｏを賄うもので、図３のＤ及びＥの領域を示すものである。
【００２４】
ステップＳ１４にて、廃熱エネルギー＋エンジン負荷による協働発電量Ｗｇ≧車両側電気負荷Ｗｏの判断を行う。
車両側電気負荷Ｗｏが協働発電量Ｗｇより大きい場合にはＮＯを選択して全量が、車両側電気負荷Ｗｏに使用される。
但し、廃熱エネルギー＋エンジン負荷による協働発電量Ｗｇ＜車両側電気負荷Ｗｏの場合には、不足の電力はバッテリ７から補充される。
ステップＳ１４にて、協働発電量Ｗｇ≧車両側電気負荷Ｗｏの場合、ＹＥＳを選択して、ステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５にて、協働発電量Ｗｇ＝車両側電気負荷Ｗｏの判断を行う。
協働発電量Ｗｇ＝車両側電気負荷Ｗｏの場合は、ＹＥＳを選択して、ステップＳ１１に進み、発電量全てを車両側電気負荷Ｗｏに使用する。
一方、ステップＳ１５にて、協働発電量Ｗｇ＞車両側電気負荷Ｗｏの場合はステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０において、車両側電気負荷Ｗｏを車両側に供給し、協働発電量Ｗｇ―車両側電気負荷Ｗｏ＝Δβの差分がバッテリ７に充電される。
【００２５】
また、ステップＳ６において、エンジン回転数Ｎ＞Ｎｏ規定回転数で且つ、燃料噴射量＝０(燃料無噴射状態)の場合、即ち、車両は、無負荷運転状態で走行することになる。
この場合、ＹＥＳを選択してステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６においては、第２クラッチ３３を接続して、膨張機２３側の第１クラッチ１７を遮断する操作が実行される（オルタネータ発電手段）。
オルタネータ発電手段が実行されるとステップＳ１７に進む。
ステップＳ１７にて無負荷走行、即ち、図３においてＣ領域の降坂時に相当する。
降坂時には、図示省略の駆動系である車輪、駆動系、トランスミッションクラッチ、エンジン１の順に、車両の降坂走行エネルギーによって、エンジン１が回転され、エンジン１側のプーリ１３、駆動ベルト３５、プーリ３４、第２クラッチ３３の順に変速装置３２に伝達される。
変速装置３２は第２クラッチ側からの回転数を増速してモータ付オルタネータ３側に伝達するので、モータ付オルタネータ３の発電効率を向上させている。
【００２６】
ステップＳ１８において、無負荷発電量Ｗｆ≧車両側電気負荷Ｗｏを判断する。
無負荷発電量Ｗｆ＜車両側電気負荷Ｗｏの場合にはＮＯを選択して全発電量を車両側電気負荷Ｗｏに供給する。
但し、無負荷発電量Ｗｆ＜車両側電気負荷Ｗｏの場合には、不足の電力はバッテリ７から補充される。
一方、無負荷発電量Ｗｆ≧車両側電気負荷Ｗｏの場合には、ＹＥＳを選択して、ステップＳ１９に進む。
ステップＳ１９において、再度、無負荷発電量Ｗｆ＝車両側電気負荷Ｗｏを判断する。
無負荷発電量Ｗｆ＝車両側電気負荷Ｗｏの場合いは、ＹＥＳを選択してステップＳ１１に進み、車両側電気負荷Ｗｏとして全量供給される。
一方、無負荷発電量Ｗｆ＞車両側電気負荷Ｗｏの場合には、ステップＳ２０に進み、ステップＳ２０において、車両側電気負荷Ｗｏを車両側に供給し、無負荷発電量Ｗｆ―車両側電気負荷Ｗｏ＝Δγの差分がバッテリ７に充電される。
【００２７】
このようにすることで、スタータモータを廃止することができ、コスト低減が可能となる。
平坦及び登坂時、モータ付オルタネータ３駆動は廃熱回収エネルギーのみで駆動して電気を回収すると共に、降坂時の燃料無噴射時には、車両の降坂エネルギーを利用してモータ付オルタネータ３の駆動を行う制御方法としたので、燃費改善効果が得られる。
また、モータ付オルタネータ３は降坂時、廃熱発電量Ｗが負荷発電量Ｗｇより少ない場合以外は駆動されないので、モータ付オルタネータ３の耐久性が向上する。
【００２８】
本実施形態では、アイドルストップ＆スタート装置（ＩＳＳ）装着車の場合で説明したが、非ＩＳＳ装着車の場合は、図４においてステップ２⇒ステップＳ６に進む以外は同じであり、作用効果も同じなので説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
ランキンサイクルを利用した内燃機関の廃熱回収装置に利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１        エンジン（内燃機関）
２        廃熱回収装置
３        モータ付オルタネータ
６        車両側電気負荷
７        バッテリ
８        制御装置
１１      冷却水路
１２      排気管
１４      ラジエータ
１７      第１クラッチ
２１      作動流体ポンプ
２２      蒸発器
２３      膨張機
２４      凝縮器
２５      作動流体循環路
３２      変速機
３３      第２クラッチ
Ｐ        作動流体
Ｒ        冷却水
Ｗ        廃熱発電量
Ｗｆ      無負荷発電量
Ｗｇ      協働発電量
Ｗｏ      車両側電気負荷量
【図１】
2015068279.tif 000003
【図２】
2015068279.tif 000004
【図３】
2015068279.tif 000005
【図４】
2015068279.tif 000006