(57)【要約】【課題】排熱回収用熱機関の作動流体の加圧手段を駆動する頻度を低減すること。【解決手段】排熱回収装置１０は、スターリングエンジン１００により、内燃機関１から排出される排ガスＥｘの熱エネルギを回収する。排熱回収装置１０は、スターリングエンジンの作動流体を内部に蓄える蓄圧タンク１２と、内燃機関１によって駆動されて前記作動流体を加圧して蓄圧タンク１２へ供給する圧縮機１１と、圧縮機１１と内燃機関１との間に配置されるクラッチ１６とを備える。クラッチ１６は、内燃機関の負荷状態又は蓄圧タンク内の圧力の少なくとも一方に応じて係合又は解放される。【選択図】        図１−１
2008133776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱機関の排熱を回収する排熱回収用熱機関と、
加圧された前記排熱回収用熱機関の作動流体を内部に蓄え、前記作動流体を前記排熱回収用熱機関の内部へ供給する蓄圧手段と、
前記熱機関によって駆動されて前記作動流体を加圧して、前記蓄圧手段へ供給する加圧手段と、
前記熱機関の負荷状態又は前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力の少なくとも一方に応じて、前記加圧手段による前記蓄圧手段への前記作動流体の供給を制御する加圧制御手段と、
を含むことを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記加圧制御手段は、
前記熱機関の負荷状態又は前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力の少なくとも一方に応じて、前記加圧手段による前記蓄圧手段への前記作動流体の供給を実行又は停止することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項３】
前記加圧制御手段は、
前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力が、前記排熱回収用熱機関に必要な圧力よりも大きく、かつ前記熱機関の負荷が予め定めた所定の値以上である場合には、前記加圧手段による前記蓄圧手段への前記作動流体の供給を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の排熱回収装置。
【請求項４】
前記加圧制御手段は、
前記蓄圧手段に前記作動流体を蓄える余裕がある場合、かつ、前記熱機関及び前記排熱回収装置を搭載する車両が減速状態である場合には、前記加圧手段によって前記蓄圧手段へ前記作動流体を供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排熱回収装置。
【請求項５】
前記車両の減速加速度が所定の閾値よりも大きい場合、前記熱機関と前記車両の駆動輪との間の変速比を現状よりも小さくすることを特徴とする請求項４に記載の排熱回収装置。
【請求項６】
前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力が大きくなるにしたがって、現状よりも前記変速比を小さくする割合を大きくすることを特徴とする請求項５に記載の排熱回収装置。
【請求項７】
熱機関の排熱を回収する排熱回収用熱機関と、
前記熱機関によって駆動されて前記排熱回収用熱機関の作動流体を加圧する加圧手段と、
前記加圧手段と前記蓄圧手段とを接続する第１作動流体供給通路と、
前記熱機関と前記加圧手段との間に設けられる動力断続手段と、
前記加圧手段によって加圧された前記作動流体を内部に蓄える蓄圧手段と、
前記蓄圧タンクと前記排熱回収用熱機関の内部とを接続する第２作動流体供給通路と、
を含むことを特徴とする排熱回収装置。
【請求項８】
前記動力断続手段は、
前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力が、前記排熱回収用熱機関に必要な圧力よりも大きく、かつ前記熱機関の負荷が予め定めた所定の値以上である場合には、前記熱機関と前記加圧手段とを切り離すことを特徴とする請求項７に記載の排熱回収装置。
【請求項９】
前記加圧制御手段は、
前記蓄圧手段に前記作動流体を蓄える余裕がある場合、かつ、前記熱機関及び前記排熱回収装置を搭載する車両が減速状態である場合には、熱機関と前記加圧手段とを接続することを特徴とする請求項７に記載の排熱回収装置。
【請求項１０】
前記車両の減速加速度が所定の閾値よりも大きい場合、前記熱機関が発生する動力を前記車両の駆動輪へ伝達する動力伝達手段の変速比を現状よりも小さくすることを特徴とする請求項９に記載の排熱回収装置。
【請求項１１】
前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力が大きくなるにしたがって、現状よりも前記変速比を小さくする割合を大きくすることを特徴とする請求項１０に記載の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱機関の排熱を回収する排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱機関の一種である排熱回収用熱機関を用いることにより、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される熱機関である内燃機関の排熱を回収する技術がある。このような用途に用いられる排熱回収用熱機関としては、例えば、理論熱効率に優れたスターリングエンジンがある。スターリングエンジンを排熱回収用熱機関として用いて内燃機関等の排熱を回収しようとする場合、摺動部の摩擦をできる限り低減して、排熱の回収効率を向上させる必要がある。このため、ピストンとシリンダとの間にスターリングエンジンの作動流体を介在させて気体軸受を構成し、両者の摩擦を低減するものがある。摺動部に気体軸受を設ける場合、過負荷や気体の供給不足等の理由により、摺動部で接触が発生することがある。特許文献１には、気体軸受において、軸受と軸との間の電気導通を検知して、軸受と軸との接触を判定する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−９３７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ピストンとシリンダとの間にスターリングエンジンの作動流体を介在させて気体軸受を構成し、これによってピストンをシリンダ内に支持する場合、ピストンとシリンダとが接触しないようにすることが重要である。また、排熱回収においては、熱源が低質であるため、スターリングエンジンのクランクケース内部の作動流体を加圧して、スターリングエンジンから取り出す出力を増加させることが有効である。気体軸受のピストン支持機能を発揮させるため、及びスターリングエンジンからより大きな出力を取り出すためには、スターリングエンジンの作動流体を加圧する必要がある。
【０００５】
このためには、作動流体の加圧手段によって、スターリングエンジンの作動流体の圧力を所定の値以上に保持する必要があり、前記加圧手段を常に運転する必要がある。作動流体の加圧手段は、排熱回収対象である熱機関によって駆動することが考えられるが、この場合には、排熱回収対象である熱機関の燃料消費の増加や作動流体の加圧手段の耐久性低下を招くおそれがある。したがって、排熱回収用熱機関であるスターリングエンジンの作動流体の加圧手段を駆動する頻度をできる限り低減する必要がある。
【０００６】
特許文献１には、気体軸受において、軸受と軸との間の電気導通を検知して、軸受と軸との接触を判定することは開示されているが、排熱回収対象である内燃機関の燃料消費の増加や作動流体の加圧手段の耐久性低下といった問題点については言及されておらず、改善の余地がある。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排熱回収用熱機関の作動流体の加圧手段を駆動する頻度を低減できる排熱回収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】
上述の目的を達成するために、本発明に係る排熱回収装置は、熱機関の排熱を回収する排熱回収用熱機関と、加圧された前記排熱回収用熱機関の作動流体を内部に蓄え、前記作動流体を前記排熱回収用熱機関の内部へ供給する蓄圧手段と、前記熱機関によって駆動されて前記作動流体を加圧して、前記蓄圧手段へ供給する加圧手段と、前記熱機関の負荷状態又は前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力の少なくとも一方に応じて、前記加圧手段による前記蓄圧手段への前記作動流体の供給を制御する加圧制御手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
この排熱回収装置は、排熱回収用熱機関の作動流体を蓄える蓄圧手段を介して、排熱回収用熱機関へ作動流体を供給するように構成され、排熱回収対象の熱機関の負荷状態又は排熱回収用熱機関の作動流体の蓄圧手段に蓄えられる作動流体の圧力のうち、少なくとも一方に応じて、加圧手段による蓄圧手段への作動流体の供給を制御する。これによって、加圧手段を常に駆動する必要がなくなるので、排熱回収用熱機関の作動流体の加圧手段を駆動する頻度を低減することができる。
【０００９】
次の本発明に係る排熱回収装置のように、前記排熱回収装置において、前記加圧制御手段は、前記熱機関の負荷状態又は前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力の少なくとも一方に応じて、前記加圧手段による前記蓄圧手段への前記作動流体の供給を実行又は停止してもよい。
【００１０】
次の本発明に係る排熱回収装置のように、前記排熱回収装置において、前記加圧制御手段は、前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力が、前記排熱回収用熱機関に必要な圧力よりも大きく、かつ前記熱機関の負荷が予め定めた所定の値以上である場合には、前記加圧手段による前記蓄圧手段への前記作動流体の供給を停止するようにすることが好ましい。これによって、例えば、排熱回収対象の熱機関が高負荷で運転されている場合には、熱機関による加圧手段の駆動は停止されるので、加圧手段を駆動することによる熱機関の発生する動力低下を抑制できる。
【００１１】
次の本発明に係る排熱回収装置のように、前記排熱回収装置において、前記加圧制御手段は、前記蓄圧手段に前記作動流体を蓄える余裕がある場合、かつ、前記熱機関及び前記排熱回収装置を搭載する車両が減速状態である場合には、前記加圧手段によって前記蓄圧手段へ前記作動流体を供給することが好ましい。これによって、排熱回収対象の熱機関の出力が要求されない場合に加圧手段を駆動して作動流体を蓄圧手段へ蓄えることができるので、熱機関の燃料消費を抑制できる。
【００１２】
次の本発明に係る排熱回収装置のように、前記排熱回収装置において、前記車両の減速加速度が所定の閾値よりも大きい場合、前記熱機関と前記車両の駆動輪との間の変速比を現状よりも小さくすることが好ましい。これによって、排熱回収対象である熱機関を搭載した車両に過大な減速加速度が発生することを抑制できる。
【００１３】
次の本発明に係る排熱回収装置のように、前記排熱回収装置において、前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力が大きくなるにしたがって、現状よりも前記変速比を小さくする割合を大きくすることが好ましい。これによって、排熱回収対象である熱機関を搭載した車両に過大な減速加速度が発生することを、より効果的に抑制できる。
【００１４】
次の本発明に係る排熱回収装置は、熱機関の排熱を回収する排熱回収用熱機関と、前記熱機関によって駆動されて前記排熱回収用熱機関の作動流体を加圧する加圧手段と、前記加圧手段と前記蓄圧手段とを接続する第１作動流体供給通路と、前記熱機関と前記加圧手段との間に設けられる動力断続手段と、前記加圧手段によって加圧された前記作動流体を内部に蓄える蓄圧手段と、前記蓄圧タンクと前記排熱回収用熱機関の内部とを接続する第２作動流体供給通路と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
この排熱回収装置は、排熱回収用熱機関の作動流体を蓄える蓄圧手段を介して、排熱回収用熱機関へ作動流体を供給するように構成され、排熱回収対象の熱機関の負荷状態又は排熱回収用熱機関の作動流体の蓄圧手段に蓄えられる作動流体の圧力のうち、少なくとも一方に応じて、加圧手段による蓄圧手段への作動流体の供給を実行又は停止する。これによって、加圧手段を常に駆動する必要がなくなるので、排熱回収用熱機関の作動流体の加圧手段を駆動する頻度を低減することができる。
【００１６】
次の本発明に係る排熱回収装置のように、前記排熱回収装置において、前記動力断続手段は、前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力が、前記排熱回収用熱機関に必要な圧力よりも大きく、かつ前記熱機関の負荷が予め定めた所定の値以上である場合には、前記熱機関と前記加圧手段とを切り離すことが好ましい。これによって、例えば、排熱回収対象の熱機関が高負荷で運転されている場合には、熱機関による加圧手段の駆動は停止されるので、加圧手段を駆動することによる熱機関の発生する動力低下を抑制できる。
【００１７】
次の本発明に係る排熱回収装置のように、前記排熱回収装置において、前記加圧制御手段は、前記蓄圧手段に前記作動流体を蓄える余裕がある場合、かつ、前記熱機関及び前記排熱回収装置を搭載する車両が減速状態である場合には、熱機関と前記加圧手段とを接続することが好ましい。これによって、排熱回収対象の熱機関の出力が要求されない場合に加圧手段を駆動して作動流体を蓄圧手段へ蓄えることができるので、熱機関の燃料消費を抑制できる。
【００１８】
次の本発明に係る排熱回収装置のように、前記排熱回収装置において、前記車両の減速加速度が所定の閾値よりも大きい場合、前記熱機関が発生する動力を前記車両の駆動輪へ伝達する動力伝達手段の変速比を現状よりも小さくすることが好ましい。これによって、排熱回収対象である熱機関を搭載した車両に過大な減速加速度が発生することを抑制できる。
【００１９】
次の本発明に係る排熱回収装置のように、前記排熱回収装置において、前記蓄圧手段に蓄えられる前記作動流体の圧力が大きくなるにしたがって、現状よりも前記変速比を小さくする割合を大きくすることが好ましい。これによって、排熱回収対象である熱機関を搭載した車両に過大な減速加速度が発生することを、より効果的に抑制できる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明は、排熱回収用熱機関の作動流体の加圧手段を駆動する頻度を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。なお、以下の説明では、排熱回収用熱機関としてスターリングエンジンを用い、熱機関である内燃機関の排ガスから熱エネルギを回収する場合を例とする。なお、排熱回収用熱機関としては、スターリングエンジンの他、ブレイトンサイクルを利用した排熱回収装置等を用いることができる。また、熱機関の種類は問わない。
【００２２】
本実施形態は、排熱回収用熱機関の作動流体を蓄える蓄圧手段を介して、排熱回収用熱機関へ作動流体を供給するように構成され、排熱回収対象の熱機関の負荷状態又は排熱回収用熱機関の作動流体の蓄圧手段に蓄えられる作動流体の圧力のうち、少なくとも一方に応じて、前記作動流体の加圧手段による蓄圧手段への作動流体の供給を制御する点に特徴がある。次の説明では、作動流体の加圧手段による蓄圧手段への作動流体の供給を実行又は停止することにより、蓄圧手段への作動流体の供給が制御されるが、蓄圧手段への作動流体の供給を制御する手法はこれに限定されるものではない。例えば、排熱回収対象の熱機関の負荷状態等に応じて、加圧手段による作動流体の供給量を変化させることにより、蓄圧手段への作動流体の供給を制御してもよい。
【００２３】
図１−１は、本実施形態に係る排熱回収装置の構成を示す全体図である。図１−２は、本実施形態に係る排熱回収装置を搭載した車両の一例を示す説明図である。図１−２に示すように、本実施形態において、熱機関である内燃機関１及び排熱回収装置１０は、乗用車やトラック等の車両６０に搭載され、車両６０の動力発生源となる。本実施形態において、排熱回収装置１０は、排熱回収用熱機関として、スターリングエンジン１００を備えており、内燃機関１の排ガス通路３を流れる排ガスＥｘから熱の供給を受けて駆動される。このように、本実施形態に係る排熱回収装置１０は、内燃機関１の排熱を、排熱回収用熱機関であるスターリングエンジン１００によって回収する。
【００２４】
内燃機関１の発生する動力は、内燃機関出力軸１ｓを介して、動力伝達手段である内燃機関用変速装置４に入力される。内燃機関用変速装置４は、内燃機関１の出力や車両６０の車速等に応じて変速比を自動的に変更できる、いわゆる自動変速機であり、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって変速比が変更される。内燃機関用変速装置４は、有段の変速数比可変装置やベルト式のＣＶＴ（Continuous Variable Transmission）、あるいはトロイダル式のＣＶＴを用いることができる。
【００２５】
内燃機関用変速装置４は、内燃機関１の発生する動力と、排熱回収用熱機関用変速装置５から出力されるスターリングエンジン１００の動力とを合成して、変速装置出力軸９に出力する。変速装置出力軸９は、差動ギヤ６に接続されており、差動ギヤ６は、変速装置出力軸９から入力された出力を第１駆動軸６Ｓ＿Ａと第２駆動軸６Ｓ＿Ｂとに分割して出力する。これによって、第１駆動軸６Ｓ＿Ａに取り付けられる第１駆動輪７Ａ及び第２駆動軸６Ｓ＿Ｂに取り付けられる第２駆動輪７Ｂが駆動され、図１−２に示す車両６０を走行させる。
【００２６】
上述したように、本実施形態において、スターリングエンジン１００の発生する動力は、内燃機関１の発生する動力と合成されて、変速装置出力軸９から同軸で取り出される。これに限られず、スターリングエンジン１００の発生する動力で、例えば発電機を駆動することにより、内燃機関１の排ガスＥｘから回収した熱エネルギを電気エネルギに変換して利用してもよい。
【００２７】
スターリングエンジン１００の発生する動力を内燃機関用変速装置４へ伝達する排熱回収用熱機関用変速装置５は、その変速比を変更する機能を備える。スターリングエンジン１００は、急激な回転数変化に対する追従性が低い。このため、例えば、加速時等のように内燃機関１の回転数が急激に変化した場合には、スターリングエンジン１００の回転の変化が追従できず、スターリングエンジン１００は内燃機関１に駆動され、内燃機関１の負荷となってしまうおそれがある。本実施形態のように、変速比を可変できる排熱回収用熱機関用変速装置５を用いれば、内燃機関１の回転数が急激に変化してスターリングエンジン１００の回転の変化が追従できない場合には、変速比を変更することにより、スターリングエンジン１００が内燃機関１によって駆動されることを抑制できるので、好ましい。
【００２８】
排熱回収用熱機関用変速装置５には、例えば、ベルト式のＣＶＴやトロイダル式のＣＶＴ、あるいは有段の回転数比可変装置を用いることができる。排熱回収用熱機関用変速装置５は、機関ＥＣＵ５０によって制御される。なお、排熱回収用熱機関用変速装置５は、変速比を可変できないものを用いるとともに、スターリングエンジン１００と排熱回収用熱機関用変速装置５との間に、例えばクラッチのような動力断続手段を設けてもよい。そして、スターリングエンジン１００の回転の変化が内燃機関１の回転数変化に追従できない場合には、前記動力断続手段によってスターリングエンジン１００が発生する動力の伝達を切断してもよい。
【００２９】
スターリングエンジン１００を用いて回収した排ガスＥｘの熱エネルギは、スターリングエンジン１００で運動エネルギに変換され、出力として取り出される。スターリングエンジン１００の出力軸であるクランク軸１１０は、カップリング８を介して排熱回収用熱機関用変速装置５の入力軸５ｓと接続される。これによって、スターリングエンジン１００が発生する出力はカップリング８を介して排熱回収用熱機関用変速装置５に伝達される。なお、排熱回収用熱機関用変速装置５が、その変速比を変更する機能を持つ場合でも、クランク軸１１０と入力軸５ｓとの間に動力断続手段として、例えばクラッチを設けてもよい。このようにすれば、例えば、冷間始動時のように、スターリングエンジン１００を駆動できる程度まで、内燃機関１の排ガス温度が高くない場合には、クランク軸１１０と入力軸５ｓとを切り離すことによって、スターリングエンジン１００が内燃機関１によって駆動されることを回避できる。このように、クランク軸１１０と入力軸５ｓとの間に動力断続手段を設けることにより、制御の自由度が向上する。
【００３０】
本実施形態に係る排熱回収装置１０が備えるスターリングエンジン１００は、より多くの出力を取り出すため、内燃機関１によって駆動される加圧手段によって作動流体が加圧される。本実施形態において、スターリングエンジン１００の作動流体には空気が用いられる。本実施形態において、加圧手段には、圧縮機１１を用いる。圧縮機１１は、ピストン式でもよいし、軸流式でもよいし、遠心式でもよく、形式は問わない。
【００３１】
圧縮機１１は、圧縮機入力軸２に取り付けられた被駆動プーリ２２と、内燃機関１の内燃機関出力軸１ｓに取り付けられた駆動プーリ２１とに掛け渡されたベルト２３を介して、内燃機関１によって駆動される。圧縮機入力軸２には、動力断続手段であるクラッチ１６が設けられており、内燃機関１と圧縮機１１との間の動力伝達を断続する。ここで、クラッチ１６の動作は、ＥＣＵ５０が備える圧力制御装置３０によって制御される。
【００３２】
クラッチ１６を係合させれば、内燃機関１と圧縮機１１との間で動力が伝達される。そして、内燃機関１によって圧縮機１１が駆動されて、蓄圧タンク１２へ空気、すなわちスターリングエンジン１００の作動流体が供給される。一方、クラッチ１６を解放すれば、内燃機関１と圧縮機１１とが切り離され、内燃機関１と圧縮機１１との間での動力伝達は行われないので、圧縮機１１は駆動されず、蓄圧タンク１２へ空気は供給されない。このように、クラッチ１６は、蓄圧手段である蓄圧タンク１２へ、排熱回収用熱機関であるスターリングエンジン１００の作動流体の供給を実行又は停止する、加圧制御手段として機能する。
【００３３】
クラッチ１６は、例えば、電磁式のクラッチを用いることができ、圧縮機１１にクラッチ１６を組み込んでもよい。このようにすれば、コンパクト化を図ることができる。また、動力断続手段であるクラッチ１６は、内燃機関１と圧縮機１１との間における動力伝達経路に配置すればよく、クラッチ１６の配置場所は被駆動プーリ２２と圧縮機１１との間に限定されるものではない。例えば、駆動プーリ２１に動力断続手段であるクラッチ１６を組み込んでもよい。
【００３４】
図１−３は、加圧制御手段の他の構成例を示す説明図である。本実施形態において、加圧制御手段は、蓄圧手段である蓄圧タンク１２へ、排熱回収用熱機関であるスターリングエンジン１００の作動流体の供給を実行又は停止する機能を有していればよい。図１−３に示す加圧制御手段は、内燃機関１によって直接、すなわちクラッチ１６のような動力断続手段を間に介在させずに圧縮機１１を駆動する。圧縮機１１と蓄圧タンク１２との間には、作動流体放出先切替手段として、ＥＣＵ５０が備える圧力制御装置３０によって制御される三方弁２４が設けられている。そして、三方弁２４によって、圧縮機１１が吐出する空気の吐出先を、蓄圧タンク１２又は大気中のいずれか一方に切り替える。
【００３５】
三方弁２４は、圧縮機１１から吐出される空気が流入する作動流体入口２４Ｉと、蓄圧タンク１２と接続されて圧縮機１１から吐出される空気を蓄圧タンクへ供給する作動流体供給口２４Ｓと、圧縮機１１から吐出される空気を大気中に放出する作動流体放出口２４Ｅとを備える。蓄圧タンク１２へ空気を供給しない場合には、作動流体入口２４Ｉと作動流体放出口２４Ｅとを連通させる。すると、圧縮機１１を駆動しても、圧縮機１１から吐出される空気は大気中へ放出されるので、蓄圧タンク１２へは供給されない。また、圧縮機１１から吐出される空気を大気中へ放出するため、内燃機関１と圧縮機１１とを直結していても、内燃機関１へはほとんど負荷はない。一方、蓄圧タンク１２へ空気を供給する場合には、作動流体入口２４Ｉと作動流体供給口２４Ｓとを連通させる。すると、圧縮機１１が吐出する空気が作動流体供給口２４Ｓから吐出されて、蓄圧タンク１２へ供給される。
【００３６】
圧縮機１１で加圧された空気は、第１作動流体供給通路１８を介して蓄圧手段である蓄圧タンク１２へ供給される。第１作動流体供給通路１８には、蓄圧タンク１２から圧縮機１１への空気の逆流を防止するため、第１逆止弁１４が取り付けられる。また、蓄圧タンク１２には、内部の圧力が規定値を超えないように、リリーフ弁１７が取り付けられる。
【００３７】
蓄圧タンク１２とスターリングエンジン１００とは、第２作動流体供給通路１９で接続されており、蓄圧タンク１２内の空気は、第２作動流体供給通路１９を介してスターリングエンジン１００の内部へ供給される。第２作動流体供給通路１９には、スターリングエンジン１００から蓄圧タンク１２への空気の逆流を防止するため、第２逆止弁１５が取り付けられる。また、第２作動流体供給通路１９には、第２作動流体供給通路１９を開閉する通路開閉手段として、開閉弁１３が設けられる。
【００３８】
開閉弁１３は、ＥＣＵ５０が備える圧力制御装置３０によって開閉される。開閉弁１３が開くと、第２作動流体供給通路１９によって蓄圧タンク１２とスターリングエンジン１００の内部とが連通される。そして、蓄圧タンク１２の内部の圧力がスターリングエンジン１００の内部の圧力よりも高い場合には、蓄圧タンク１２内の空気が、スターリングエンジン１００の内部へ供給される。開閉弁１３が閉じると蓄圧タンク１２とスターリングエンジン１００の内部との連通が遮断されるので、スターリングエンジン１００の内部への空気の供給が停止される。
【００３９】
蓄圧タンク１２には、蓄圧手段内部圧力検出手段として、蓄圧タンク圧力センサ４４が取り付けられている。そして、蓄圧タンク圧力センサ４４によって、蓄圧タンク１２の内部に蓄えられる空気の圧力を検出する。また、スターリングエンジン１００には、排熱回収用熱機関内部圧力検出手段として、スターリングエンジン用圧力センサ４５が取り付けられている。そして、スターリングエンジン用圧力センサ４５によって、スターリングエンジン１００の内部に充填される作動流体の圧力を検出する。
【００４０】
蓄圧タンク圧力センサ４４及びスターリングエンジン用圧力センサ４５の検出信号は、ＥＣＵ５０に接続されており、前記検出信号は、ＥＣＵ５０が備える圧力制御装置３０が取得して、本実施形態に係る作動流体の圧力制御に用いられる。また、機関ＥＣＵ５０には、アクセル開度センサ４０、内燃機関回転数センサ４１、ブレーキセンサ４２、エアフローメータ４３、車速センサ４６等のセンサ類が接続されている。機関ＥＣＵ５０及び機関ＥＣＵが備える圧力制御装置３０は、これらのセンサ類から取得される情報に基づいて、スターリングエンジン１００へ供給する作動流体の圧力制御や内燃機関用変速装置４の制御を実行する。次に、本実施形態に係る排熱回収装置に適用する排熱回収用熱機関の構成を説明する。
【００４１】
図２は、本実施形態に係る排熱回収用熱機関であるスターリングエンジンを示す断面図である。本実施形態に係る排熱回収用熱機関であるスターリングエンジン１００は、いわゆるα型の直列２気筒スターリングエンジンである。そして、第１シリンダである高温側シリンダ１０１内に収められた第１ピストンである高温側ピストン１０３と、第２シリンダである低温側シリンダ１０２内に収められた第２ピストンである低温側ピストン１０４とが直列に配置されている。
【００４２】
高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２とは、基準体である基板１１１に、直接、又は間接的に支持、固定されている。本実施形態に係るスターリングエンジン１００においては、この基板１１１が、スターリングエンジン１００の各構成要素の位置基準となる。このように構成することで、前記各構成要素の相対的な位置精度を確保できる。また、後述するように、本実施形態に係るスターリングエンジン１００は、高温側シリンダ１０１と高温側ピストン１０３との間、及び低温側シリンダ１０２と低温側ピストン１０４との間に作動流体である空気を介在させ、気体軸受ＧＢを構成する。
【００４３】
基準体である基板１１１に、高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２とを直接又は間接的に取り付けることにより、ピストンとシリンダとのクリアランスを精度よく保持することができるので、気体軸受ＧＢの機能を十分に発揮させることができる。さらに、スターリングエンジン１００の組み立ても容易になる。
【００４４】
高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２との間には、略Ｕ字形状のヒータ（加熱器）１０５と再生器１０６とクーラー１０７とで構成される熱交換器１０８が配置される。このように、ヒータ１０５を略Ｕ字形状にすることによって、内燃機関の排ガス通路内のような比較的狭い空間にも、ヒータ１０５を容易に配置することができる。また、このスターリングエンジン１００のように、高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２とを直列に配置することにより、内燃機関のヒータケース３Ｃのような筒状の空間にもヒータ１０５を比較的容易に配置することができる。
【００４５】
ヒータ１０５の一方の端部は高温側シリンダ１０１側に配置され、他方の端部は再生器１０６側に配置される。再生器１０６は、一方の端部がヒータ１０５側に配置され他方の端部はクーラー１０７側に配置される。クーラー１０７の一方の端部は再生器１０６側に配置され、他方の端部は低温側シリンダ１０２側に配置される。
【００４６】
また、高温側シリンダ１０１、低温側シリンダ１０２及び熱交換器１０８内には作動流体が封入されており、ヒータ１０５から供給される熱及びクーラー１０７で排出する熱によってスターリングサイクルを構成し、スターリングエンジン１００を駆動する。ここで、例えば、ヒータ１０５、クーラー１０７は、熱伝導率が高く耐熱性に優れた材料のチューブを複数束ねた構成とすることができる。また、再生器１０６は、多孔質の蓄熱体で構成することができる。なお、ヒータ１０５、クーラー１０７及び再生器１０６の構成は、この例に限られるものではなく、排熱回収対象の熱条件やスターリングエンジン１００の仕様等によって、好適な構成を選択することができる。
【００４７】
熱交換器１０８は、少なくともヒータ１０５が中空のヒータケース３Ｃ内に配置される。中空のヒータケース３Ｃは、排熱回収対象である熱機関の排出する排ガスＥｘが通過する排気通路を構成する。ヒータ１０５は、ヒータケース３Ｃを流れる排ガスＥｘからの熱エネルギによってヒータ１０５内を流れる作動流体を加熱する。なお、ヒータケース３Ｃ内には、熱交換器１０８の再生器１０６を配置してもよい。
【００４８】
本実施形態において、排ガスＥｘは、高温側シリンダ１０１側から低温側シリンダ１０２側に向かって流れる。これによって、熱機関から排出された排ガスＥｘは、温度低下が抑えられた状態でヒータ１０５に供給されるので、排ガスＥｘの熱エネルギを効率よく回収することができる。
【００４９】
上述したように、高温側ピストン１０３と低温側ピストン１０４とは、高温側シリンダ１０１と低温側シリンダ１０２内に気体軸受ＧＢを介して支持されている。すなわち、ピストンリングを介さないで、ピストンをシリンダ内に支持する構造である。これによって、ピストンとシリンダとの摩擦を低減して、スターリングエンジン１００の熱効率を向上させることができる。また、ピストンとシリンダとの摩擦を低減することにより、例えば、内燃機関の排熱回収のような低熱源、低温度差の運転条件下においても、スターリングエンジン１００を運転して熱エネルギを回収できる。
【００５０】
図１に示すように、スターリングエンジン１００を構成する高温側シリンダ１０１、高温側ピストン１０３、コンロッド１０９、クランク軸１１０等の各構成要素は、筺体１００Ｃに格納される。ここで、スターリングエンジン１００の筺体１００Ｃは、クランクケース１１４Ａと、シリンダブロック１１４Ｂとを含んで構成されている。
【００５１】
筺体１００Ｃ内には作動流体が充填されており、筺体１００Ｃ内の作動流体の圧力が所定の値よりも高く加圧される。これは、高温側及び低温側シリンダ１０１、１０２、及び熱交換器１０８内の作動流体を加圧して、スターリングエンジン１００からより多くの出力を取り出すためである。筺体１００Ｃ内の作動流体の圧力が所定の下限値以下になった場合には、図１−１に示す開閉弁１３が開かれて、蓄圧タンク１２内の空気が筐体１００Ｃ内へ供給される。これによって、筺体１００Ｃ内の作動流体の圧力は、所定の下限値よりも高い値に維持される。
【００５２】
また、本実施形態に係るスターリングエンジン１００では、筺体１００Ｃにはシール軸受１１６が取り付けられており、クランク軸１１０がシール軸受１１６により支持される。クランク軸１１０の出力は、オルダムカップリングのようなフレキシブルカップリング１１８を介して筺体１００Ｃの外部へ取り出される。次に、本実施形態に係る圧力制御装置３０について説明する。
【００５３】
図３は、本実施形態に係る作動流体の圧力制御に用いる圧力制御装置の構成を示す説明図である。図３に示すように、本実施形態に係る圧力制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０に組み込まれて構成されている。機関ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐと、記憶部５０ｍと、入力ポート５５、出力ポート５６と、入力インターフェース５７、出力インターフェース５８とから構成される。
【００５４】
なお、機関ＥＣＵ５０とは別個に、本実施形態に係る圧力制御装置３０を用意し、これを機関ＥＣＵ５０に接続してもよい。そして、本実施形態に係る作動流体の圧力制御を実現するにあたっては、機関ＥＣＵ５０が備える、スターリングエンジン１００等に対する制御機能を、前記圧力制御装置３０が利用できるように構成してもよい。
【００５５】
圧力制御装置３０は、圧力判定部３１と、運転条件判定部３２と、加圧制御部３３とを含んで構成される。これらが、本実施形態に係る作動流体の圧力制御を実行する部分となる。本実施形態において、圧力制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ５０ｐの一部として構成される。また、ＣＰＵ５０ｐには、総合制御部５３ｈが備えられており、これによって内燃機関１の運転や内燃機関用変速装置４等の動作を制御する。
【００５６】
ＣＰＵ５０ｐと記憶部５０ｍとは、バス５４3を介して接続される。また、圧力制御装置３０と総合制御部５３ｈとは、入力ポート５５、バス５４1、出力ポート５６、バス５４2を介して接続される。これにより、圧力制御装置３０を構成する圧力判定部３１と運転条件判定部３２と加圧制御部３３とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、圧力制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０が有する内燃機関１やスターリングエンジン１００等の運転制御データを取得し、これを利用することができる。さらに、圧力制御装置３０は、本実施形態に係る作動流体の圧力制御を、機関ＥＣＵ５０が予め備えている運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。
【００５７】
入力ポート５５には、入力インターフェース５７が接続されている。入力インターフェース５７には、アクセル開度センサ４０、内燃機関回転数センサ４１、ブレーキセンサ４２、エアフローメータ４３、蓄圧タンク圧力センサ４４、スターリングエンジン用圧力センサ４５、車速センサ４６その他の、作動流体の圧力制御に必要な情報を取得する情報検出手段が接続されている。これらの情報検出手段から出力される信号は、入力インターフェース５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタル入力バッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５０ｐは、内燃機関１の運転制御や、作動流体の圧力制御に必要な情報を取得することができる。
【００５８】
出力ポート５６には、出力インターフェース５８が接続されている。出力インターフェース５８には、クラッチ１６、内燃機関用変速装置４等の、作動流体の圧力制御に必要な制御対象が接続されている。出力インターフェース５８は、制御回路５８1、５８2等を備えており、ＣＰＵ５０ｐで演算され、生成された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、機関ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐは、前記センサ類からの出力信号に基づき、内燃機関１、スターリングエンジン１００、内燃機関用変速装置４あるいは排熱回収用熱機関用変速装置５を制御することができる。
【００５９】
記憶部５０ｍには、本実施形態に係る作動流体の圧力制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは本実施形態に係る作動流体の圧力制御に用いる制御データマップ等が格納されている。ここで、記憶部５０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００６０】
上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５０ｐへ既に記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、本実施形態に係る作動流体の圧力制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この圧力制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、圧力判定部３１、運転条件判定部３２及び加圧制御部３３との機能を実現するものであってもよい。次に、本実施形態に係る作動流体の圧力制御の例を説明する。次の説明では、適宜図１−１〜図３を参照されたい。
【００６１】
（第１制御例）
図４は、本実施形態に係る作動流体の圧力制御における第１制御例の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係る作動流体の圧力制御を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、圧力制御装置３０の圧力判定部３１は、蓄圧タンク圧力センサ４４により、蓄圧タンク１２内に蓄えられる空気の圧力（以下蓄圧タンク内圧力という）Ｐを検出し、蓄圧タンク内圧力Ｐが第１の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ａよりも小さいか否かを判定する。ここで、第１の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ａは、スターリングエンジン１００の運転に必要な、スターリングエンジン１００内における作動流体の圧力である。
【００６２】
ここで、スターリングエンジン１００内の作動流体の圧力が第１の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ａ以下になった場合には、圧力制御装置３０の加圧制御部３３によって、図１−１に示す開閉弁１３が開かれて、蓄圧タンク１２内の空気がスターリングエンジン１００内へ供給される。これによって、スターリングエンジン１００内の作動流体の圧力は、第１の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ａよりも高い値に維持される。
【００６３】
ステップＳ１０１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、圧力判定部３１がＰ＜Ｐ＿Ａと判定した場合、蓄圧タンク１２は、スターリングエンジン１００の運転に必要な最低限の圧力の空気を供給することができない。このため、ステップＳ１０１でＹｅｓと判定された場合は、無条件で蓄圧タンク１２内の空気の圧力を第１の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ａ以上に加圧する必要がある。ステップＳ１０１でＹｅｓと判定された場合はステップＳ１０２に進み、圧力制御装置３０の加圧制御部３３は、図１−１に示すクラッチ１６を係合させて、内燃機関１によって圧縮機１１を駆動することにより、蓄圧タンク１２内の空気の圧力を第１の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ａ以上に加圧する。
【００６４】
ステップＳ１０１でＮｏと判定された場合、すなわち、圧力判定部３１がＰ≧Ｐ＿Ａと判定した場合、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３において、圧力判定部３１は、ステップＳ１０１で取得した蓄圧タンク内圧力Ｐが、第２の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ａよりも小さいか否かを判定する。ここで、第２の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ｂは、第２の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ａよりも大きく、蓄圧タンク１２の許容圧力Ｐ＿Ｄよりも小さい値の圧力である。例えば、第２の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ｂは、作動流体圧力閾値Ｐ＿Ａと許容圧力Ｐ＿Ｄとの中間程度の大きさに設定される。
【００６５】
ステップＳ１０３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、圧力判定部３１がＰ＜Ｐ＿Ｂと判定した場合、排熱回収用熱機関に必要な圧力、すなわち第１の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ａに対しては余裕があるが、スターリングエンジン１００へ空気を供給する際の余裕を考慮すると、蓄圧タンク１２内の空気の圧力を現状よりも高くすることが好ましい。この場合、図１−２に示す車両６０が加速するときのように、内燃機関１に対して大きな出力が要求される場合に圧縮機１１を駆動すると、要求された加速性能が発揮できないおそれがある。そこで、内燃機関１が高負荷で運転される場合には、内燃機関１による圧縮機１１の駆動を停止する。ここで、高負荷とは、例えば、負荷率で８０％以上をいう。
【００６６】
内燃機関１が高負荷で運転されていることを判定するためには、現状における内燃機関１の負荷を求めて判定すればよい。ステップＳ１０３でＹｅｓと判定された場合、ステップＳ１０４において、圧力制御装置３０の運転条件判定部３２は、現状における内燃機関１の負荷が、予め定めた所定の負荷閾値Ｋ＿Ｃよりも小さいか否かを判定する。ここで、内燃機関１の負荷は、内燃機関回転数センサ４１から取得する内燃機関１の機関回転数と、エアフローメータ４３から取得する吸入空気量とから求めることができる。また、現状における内燃機関１の負荷の代わりに、アクセル開度センサ４０によって検出されるアクセル開度を用いて、内燃機関１が高負荷で運転されているか否かを判定してもよい。
【００６７】
ステップＳ１０４でＹｅｓと判定された場合、すなわち、運転条件判定部３２が、現状における内燃機関１の負荷が、予め定めた所定の負荷閾値Ｋ＿Ｃよりも小さいと判定した場合にはステップＳ１０２に進む。そして、加圧制御部３３は、図１−１に示すクラッチ１６を係合させて、内燃機関１によって圧縮機１１を駆動することにより、蓄圧タンク１２内の空気の圧力を第１の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ｂ以上に加圧する。
【００６８】
ステップＳ１０３でＮｏと判定された場合、すなわち、圧力判定部３１がＰ≧Ｐ＿Ｂと判定した場合、蓄圧タンク１２内の空気の圧力は、スターリングエンジン１００の内部の作動流体を加圧するために十分な余裕があると判断できる。この場合、圧縮機１１による蓄圧タンク１２内の空気の加圧は不要なので、ステップＳ１０５において、加圧制御部３３によって蓄圧タンク１２内の空気の加圧が停止される。蓄圧タンク１２内の空気の加圧停止は、クラッチ１６を解放して、内燃機関１と圧縮機１１とを切り離すことにより実現できる（以下同様）。これによって、内燃機関１は圧縮機１１の駆動から解放されるので、内燃機関１の燃料消費が抑制される。また、内燃機関１が圧縮機１１を駆動する分の出力を図１−２に示す車両６０の走行に用いることができるので、例えば、車両６０の加速時においては、加速性能が向上する。
【００６９】
ステップＳ１０４でＮｏと判定された場合、すなわち、圧力判定部３１がＰ＜Ｐ＿Ｂと判定し、かつ、運転条件判定部３２が、現状における内燃機関１の負荷が、予め定めた所定の負荷閾値Ｋ＿Ｃ以上であると判定した場合には、内燃機関１が圧縮機１１を駆動する分、内燃機関１が図１−２に示す車両６０を駆動する動力が低減するので、ドライバビリティが低下するおそれがある。この場合、ステップＳ１０５において、加圧制御部３３によって蓄圧タンク１２内の空気の加圧が停止される。これによって、内燃機関１は圧縮機１１の駆動から解放されるので、内燃機関１が圧縮機１１を駆動する分の出力を図１−２に示す車両６０の走行に用いることができるので、ドライバビリティの悪化を抑制できる。
【００７０】
このように、本実施形態に係る作動流体の圧力制御における第１制御例では、内燃機関１の負荷状態又は蓄圧タンク１２に蓄えられる空気の圧力の少なくとも一方に応じて、圧縮機１１による蓄圧タンク１２への空気の供給を実行又は停止する。これによって、常に圧縮機１１を駆動する必要はないので、圧縮機１１を駆動する内燃機関１の燃料消費の増加を抑制でき、圧縮機１１の耐久性低下も抑制できる。また、内燃機関１が高負荷である場合には、内燃機関１による圧縮機１１の駆動は停止されるので、内燃機関１が発生する動力を、すべて図１−２に示す車両６０の駆動に用いることができる。
【００７１】
（第２制御例）
図５は、本実施形態に係る作動流体の圧力制御における第２制御例の手順を示すフローチャートである。第２制御例におけるステップＳ２０１、ステップＳ２０２は、上述した第１制御例におけるステップＳ１０１、ステップＳ１０２と同様なので、説明を省略する。
【００７２】
第２制御例におけるステップＳ２０１でＮｏと判定された場合、すなわち、圧力判定部３１がＰ≧Ｐ＿Ａと判定した場合、ステップＳ２０３に進む。内燃機関１によって圧縮機１１を駆動して蓄圧タンク１２内の空気を加圧する場合、内燃機関１が圧縮機１１を駆動する負荷ができる限り小さくなる範囲で圧縮機１１を駆動することが好ましい。このためには、内燃機関１が無負荷、あるいは低負荷で運転されているときに圧縮機１１を駆動することが好ましい。
【００７３】
第２制御例では、例えば、図１−２に示す、内燃機関１を搭載する車両６０が減速状態にあるか否かで、内燃機関１が無負荷、あるいは低負荷で運転されているか否かを判定する。なお、この他にも、下り坂等でいわゆるエンジンブレーキが作用していることを用いたり、アクセルがＯＦＦであることを用いたり、現状における内燃機関１の負荷を用いたりして、内燃機関１が無負荷、あるいは低負荷で運転されているか否かを判定することもできる。ここで、低負荷とは、例えば、負荷率で２０％以下をいう。
【００７４】
ステップＳ２０３において、運転条件判定部３２は、図１−２に示す、内燃機関１が搭載されている車両６０が減速状態であるか否かを判定する。これは、例えば、ブレーキセンサ４２によって検出される制動信号や、車速センサ４６によって検出される車両６０の車速に基づいて求めた減速加速度等を用いて判定することができる。例えば、ブレーキセンサ４２から制動信号が検出された場合には、車両６０が減速状態であると判定する。
【００７５】
ステップＳ２０３でＹｅｓと判定された場合、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４において、圧力判定部３１は、ステップＳ２０１で取得した蓄圧タンク内圧力Ｐが、蓄圧タンク１２の許容圧力Ｐ＿Ｄよりも小さいか否かを判定する。蓄圧タンク内圧力Ｐが蓄圧タンク１２の許容圧力Ｐ＿Ｄよりも低い場合、蓄圧タンク内圧力Ｐをより上昇させておくことにより、圧縮機１１の作動頻度を低減させることが好ましい。ステップＳ２０４でＹｅｓと判定された場合、すなわち、圧力判定部３１がＰ＜Ｐ＿Ｄと判定した場合にはステップＳ２０２に進む。そして、加圧制御部３３は、図１−１に示すクラッチ１６を係合させて、内燃機関１によって圧縮機１１を駆動することにより、蓄圧タンク１２内の空気の圧力を許容圧力Ｐ＿Ｄまで加圧する。
【００７６】
ステップＳ２０３でＮｏと判定された場合、すなわち、運転条件判定部３２が、車両６０は減速状態でないと判定した場合、内燃機関１によって圧縮機１１を駆動すると、内燃機関１の燃料消費が増加したり、内燃機関１の発生する動力が低減してドライバビリティが悪化したりするおそれがある。この場合、ステップＳ２０５において、加圧制御部３３によって蓄圧タンク１２内の空気の加圧が停止される。これによって、内燃機関１は圧縮機１１の駆動から解放されるので、内燃機関１の燃料消費が抑制される。また、内燃機関１が圧縮機１１を駆動する分の出力を図１−２に示す車両６０の走行に用いることができるので、ドライバビリティの悪化を抑制できる。
【００７７】
ステップＳ２０４でＮｏと判定された場合、すなわち、運転条件判定部３２が、車両６０は減速状態でないと判定し、かつ、圧力判定部３１がＰ≧Ｐ＿Ｄと判定した場合には、蓄圧タンク内圧力をこれ以上上昇できる余地はない。この場合、ステップＳ２０５において、加圧制御部３３によって蓄圧タンク１２内の空気の加圧が停止される。
【００７８】
このように、本実施形態に係る作動流体の圧力制御の第２制御例では、内燃機関１の負荷状態又は蓄圧タンク１２に蓄えられる空気の圧力の少なくとも一方に応じて、圧縮機１１による蓄圧タンク１２への空気の供給を実行又は停止する。そして、内燃機関１の負荷状態によって蓄圧タンク１２への空気の供給を判定する際には、内燃機関１が無負荷あるいは軽負荷のときに蓄圧タンク１２への空気の供給を実行する。これによって、常に圧縮機１１を駆動する必要はないので、圧縮機１１を駆動する内燃機関１の燃料消費の増加を抑制でき、圧縮機１１の耐久性低下も抑制できる。また、内燃機関１が高負荷である場合には、内燃機関１による圧縮機１１の駆動は停止されるので、内燃機関１が発生する動力を、すべて図１−２に示す車両６０の駆動に用いることができ、ドライバビリティの悪化を効果的に抑制できる。
【００７９】
さらに、図１−２に示す車両６０が下り坂を走行しているときや、いわゆるエンジンブレーキが作動しているときのように、内燃機関１の出力が要求されない場合に圧縮機１１を駆動して作動流体を蓄圧タンク１２へ蓄える。これによって、内燃機関１の燃料消費を抑制でき、また、圧縮機１１を駆動することによる内燃機関１の発生する動力低下が車両６０の駆動に与える影響を低減できる。
【００８０】
（第３制御例）
図６は、本実施形態に係る作動流体の圧力制御における第３制御例に用いる圧力制御装置の構成を示す説明図である。図７は、本実施形態に係る作動流体の圧力制御における第３制御例の手順を示すフローチャートである。図６に示すように、第３制御例に用いる圧力制御装置３０ａは、図３を用いて説明した、第１及び第２制御例に用いる圧力制御装置３０に、変速比制御部３４をさらに備えた構成である。他の構成は、第１及び第２制御例に用いる圧力制御装置３０と同様であり、第３制御例に用いる圧力制御装置３０ａは、図３に示すＥＣＵ５０内に設けられる。次に、本実施形態に係る作動流体の圧力制御における第３制御例の手順を説明する。
【００８１】
第３制御例におけるステップＳ３０１、ステップＳ３０２は、上述した第１及び第２制御例におけるステップＳ１０１、ステップＳ１０２、ステップＳ２０１、ステップＳ２０２と同様なので、説明を省略する。ステップＳ３０２において、圧力制御装置３０ａの加圧制御部３３は、図１−１に示すクラッチ１６を係合させて、内燃機関１によって圧縮機１１を駆動することにより、蓄圧タンク１２内の空気の圧力を第１の作動流体圧力閾値Ｐ＿Ａ以上に加圧する。
【００８２】
内燃機関１によって圧縮機１１を駆動すると、内燃機関１が発生する動力の一部が圧縮機１１の駆動に用いられる。これによって、図１−２に示す車両６０を減速させ、車両６０の運転者には減速感を与える。この減速感が大きくなると、車両６０の運転者には違和感を与えるので、第３制御例では、車両６０に発生する減速加速度に基づいて、内燃機関用変速装置４の変速比を変更する。すなわち、減速加速度が大きくなるにしたがって、内燃機関用変速装置４の変速比を小さくする。これによって、車両６０に発生する減速加速度を抑制できるので、車両６０の運転者に与える違和感を低減できる。
【００８３】
ここで、内燃機関用変速装置４の入力軸、すなわち内燃機関出力軸１ｓの回転数を入力回転数、内燃機関用変速装置４の出力軸、すなわち変速装置出力軸９の回転数を出力回転数とすると、内燃機関用変速装置４の変速比は、入力回転数／出力回転数である。なお、内燃機関用変速装置４の変速比を変更するということは、内燃機関１と、この内燃機関１が搭載される、図１−２に示す車両６０の駆動輪、すなわち、図１−１に示す第１駆動輪７Ａ及び第２駆動輪７Ｂとの間の変速比を変更することになる。
【００８４】
ステップＳ３０３において、圧力制御装置３０ａの運転条件判定部３２は、車両６０の減速加速度（減速度）が、所定の第１減速度閾値Ｇ＿Ｅ１よりも大きいか否かを判定する。車両６０の減速加速度は、例えば、車速センサ４６によって検出される車両６０の車速に基づいて求めることができる。また、車両６０の前後方向における加速度を検出できる加速度センサを用いて車両６０の減速加速度を検出してもよい。
【００８５】
ステップＳ３０３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、車両６０の減速加速度（減速度）が所定の第１減速度閾値Ｇ＿Ｅ１よりも大きいと運転条件判定部３２が判定した場合、ステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４において、圧力制御装置３０ａの変速比制御部３４は、図１−１に示す内燃機関用変速装置４をシフトアップする。すなわち、変速比制御部３４は、内燃機関用変速装置４の変速段を、現在よりも変速比の小さい変速段へ切り替える。これによって、内燃機関１が車両６０の駆動輪を駆動する力を低減することができるので、車両６０に発生する減速加速度を抑制できる。その結果、車両６０の運転者に与える違和感を低減できる。
【００８６】
ここで、蓄圧タンク内圧力Ｐが高くなるほど、圧縮機１１の圧縮仕事は大きくなり、内燃機関１が圧縮機１１を駆動する動力も大きくなる。その結果、車両６０の発生する減速加速度も大きくなる。したがって、蓄圧タンク内圧力Ｐに応じて、内燃機関用変速装置４の変速比を変化させる割合を変更することが好ましい。すなわち、内燃機関用変速装置４の変速比は、蓄圧タンク内圧力が大きくなるにしたがって、小さい値に設定することが好ましい。本制御例では、蓄圧タンク内圧力が大きくなるにしたがって、より変速比の小さい変速段へシフトアップする。これによって、車両６０に発生する減速加速度をより適切に低減できるので、車両６０の運転者に与える違和感をより効果的に低減できる。
【００８７】
ステップＳ３０３でＮｏと判定された場合、すなわち、車両６０の減速加速度（減速度）が所定の第１減速度閾値Ｇ＿Ｅ１以下であると運転条件判定部３２が判定した場合、ステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５において、変速比制御部３４は、図１−１に示す内燃機関用変速装置４の変速段を現状の変速段に維持する。車両６０の減速加速度（減速度）が所定の第１減速度閾値Ｇ＿Ｅ１以下である場合、車両６０に発生する減速加速度は車両６０の運転者の許容範囲なので、現状の変速段を維持しても運転者に与える違和感は許容されるからである。
【００８８】
ステップＳ３０１でＮｏと判定された場合、すなわち、圧力判定部３１がＰ≧Ｐ＿Ａと判定した場合、ステップＳ３０６に進む。内燃機関１によって圧縮機１１を駆動して蓄圧タンク１２内の空気を加圧する場合、内燃機関１が圧縮機１１を駆動する負荷ができる限り小さくなる範囲で圧縮機１１を駆動することが好ましい。このためには、内燃機関１が無負荷、あるいは低負荷で運転されているときに圧縮機１１を駆動することが好ましい。
【００８９】
第３制御例では、例えば、図１−２に示す、内燃機関１を搭載する車両６０が制動状態にあるか否かで、内燃機関１が無負荷、あるいは低負荷で運転されているか否かを判定する。なお、この他にも、下り坂等でいわゆるエンジンブレーキが作用していることを用いたり、アクセルがＯＦＦであることを用いたり、現状における内燃機関１の負荷を用いたりして、内燃機関１が無負荷、あるいは低負荷で運転されているか否かを判定することもできる。
【００９０】
ステップＳ３０６において、運転条件判定部３２は、図１−２に示す、内燃機関１が搭載されている車両６０が制動状態であるか否かを判定する。これは、例えば、ブレーキセンサ４２によって検出される制動信号や、車速センサ４６によって検出される車両６０の車速に基づいて求めた減速加速度等を用いて判定することができる。例えば、ブレーキセンサ４２から制動信号が検出された場合には、車両６０が減速状態であると判定する。
【００９１】
ステップＳ３０６でＹｅｓと判定された場合、ステップＳ３０７に進む。ステップＳ３０７において、圧力制御装置３０ａの圧力判定部３１は、ステップＳ３０１で取得した蓄圧タンク内圧力Ｐが、蓄圧タンク１２の許容圧力Ｐ＿Ｄよりも小さいか否かを判定する。蓄圧タンク内圧力Ｐが蓄圧タンク１２の許容圧力Ｐ＿Ｄよりも低い場合、蓄圧タンク内圧力Ｐをより上昇させておくことにより、圧縮機１１の作動頻度を低減させることが好ましい。
【００９２】
ステップＳ３０７でＹｅｓと判定された場合、すなわち、圧力判定部３１がＰ＜Ｐ＿Ｄと判定した場合にはステップＳ３０８に進む。そして、ステップＳ３０８において、加圧制御部３３は、図１−１に示すクラッチ１６を係合させて、内燃機関１によって圧縮機１１を駆動することにより、蓄圧タンク１２内の空気の加圧を開始し、ステップＳ３０９に進む。なお、蓄圧タンク１２内の空気の圧力は、許容圧力Ｐ＿Ｄまで加圧される。
【００９３】
ステップＳ３０９において、運転条件判定部３２は、車両６０の減速加速度（減速度）が、所定の第１減速度閾値Ｇ＿Ｅ１よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ３０９でＹｅｓと判定された場合、すなわち、車両６０の減速加速度（減速度）が所定の第１減速度閾値Ｇ＿Ｅ１よりも大きいと運転条件判定部３２が判定した場合、ステップＳ３０４に進む。
【００９４】
ステップＳ３０４において、圧力制御装置３０ａの変速比制御部３４は、図１−１に示す内燃機関用変速装置４をシフトアップする。すなわち、変速比制御部３４は、内燃機関用変速装置４の変速段を、現在よりも変速比の小さい変速段へ切り替える。これによって、内燃機関１が車両６０の駆動輪を駆動する力を低減できるので、車両６０の運転者が想定したよりも大きい減速加速度が発生することを回避できる。
【００９５】
ステップＳ３０９でＮｏと判定された場合、すなわち、車両６０の減速加速度（減速度）が所定の第１減速度閾値Ｇ＿Ｅ１以下であると運転条件判定部３２が判定した場合、ステップＳ３１０に進む。ステップＳ３１０において、運転条件判定部３２は、車両６０の減速加速度（減速度）が、所定の第２減速度閾値Ｇ＿Ｅ２よりも小さいか否かを判定する。ここで、第１減速度閾値Ｇ＿Ｅ１＞第２減速度閾値Ｇ＿Ｅ２である。ステップＳ３１０でＹｅｓと判定された場合、すなわち、車両６０の減速加速度（減速度）が所定の第２減速度閾値Ｇ＿Ｅ２よりも小さいと運転条件判定部３２が判定した場合、ステップＳ３１１に進む。
【００９６】
ステップＳ３１１において、変速比制御部３４は、図１−１に示す内燃機関用変速装置４をシフトダウンする。すなわち、変速比制御部３４は、内燃機関用変速装置４の変速段を、現状よりも変速比の大きい変速段へ切り替える。上述したステップＳ３０６において、図１−２に示す車両６０の運転者には減速したいという意思があると判断できる。しかしながら、車両６０の減速加速度が所定の第２減速度閾値Ｇ＿Ｅ２よりも小さい場合、運転者の要求する減速加速度が得られない場合がある。したがって、図１−１に示す内燃機関用変速装置４をシフトダウンすることによって、現状よりも大きい変速比に切り替える。これによって、内燃機関１が車両６０の駆動輪を駆動する力を増加することにより、車両６０により大きい減速加速度を発生させ、運転者の要求する減速加速度が得られないことを回避する。
【００９７】
ステップＳ３１０でＮｏと判定された場合、すなわち、車両６０の減速加速度（減速度）が所定の第２減速度閾値Ｇ＿Ｅ２以上かつ所定の第１減速度閾値Ｇ＿Ｅ１以下であると運転条件判定部３２が判定した場合、ステップＳ３１２に進む。車両６０の減速加速度が所定の第２減速度閾値Ｇ＿Ｅ２以上かつ所定の第１減速度閾値Ｇ＿Ｅ１以下である場合、車両６０には、適切な減速加速度が発生していると判断できる。この場合、ステップＳ３１２において、変速比制御部３４は、図１−１に示す内燃機関用変速装置４の変速段を現状の変速段に維持する。
【００９８】
ステップＳ３０６でＮｏと判定された場合、すなわち、運転条件判定部３２が、車両６０は減速状態でないと判定した場合、内燃機関１によって圧縮機１１を駆動すると、内燃機関１の燃料消費が増加したり、内燃機関１の発生する動力が低減してドライバビリティが悪化したりするおそれがある。この場合、ステップＳ３１３において、加圧制御部３３によって蓄圧タンク１２内の空気の加圧が停止される。これによって、内燃機関１は圧縮機１１の駆動から解放されるので、内燃機関１の燃料消費が抑制される。また、内燃機関１が圧縮機１１を駆動する分の出力を図１−２に示す車両６０の走行に用いることができるので、ドライバビリティの悪化を抑制できる。
【００９９】
ステップＳ３０７でＮｏと判定された場合、すなわち、運転条件判定部３２が、車両６０は減速状態でないと判定し、かつ、圧力判定部３１がＰ≧Ｐ＿Ｄと判定した場合には、蓄圧タンク内圧力をこれ以上上昇できる余地はない。この場合、ステップＳ３１３において、加圧制御部３３によって蓄圧タンク１２内の空気の加圧が停止される。
【０１００】
このように、本実施形態に係る作動流体の圧力制御の第３制御例では、内燃機関１の負荷状態又は蓄圧タンク１２に蓄えられる空気の圧力の少なくとも一方に応じて、圧縮機１１による蓄圧タンク１２への空気の供給を実行又は停止する。そして、蓄圧タンク１２への空気の供給を実行するときには、内燃機関１を搭載した、図１−２に示す車両６０の減速加速度に応じて内燃機関用変速装置４の変速比を変更する。これによって、車両６０の減速加速度を許容範囲に抑えることができるので、車両６０の運転者に与える違和感を低減できる。
【０１０１】
以上、本実施形態では、排熱回収用熱機関の作動流体を蓄える蓄圧手段を介して、排熱回収用熱機関へ作動流体を供給するように構成し、排熱回収対象の熱機関の負荷状態又は排熱回収用熱機関の作動流体の蓄圧手段に蓄えられる作動流体の圧力のうち、少なくとも一方に応じて、前記作動流体の加圧手段による蓄圧手段への作動流体の供給を実行又は停止する。これによって、加圧手段を常に駆動する必要がなくなるので、排熱回収用熱機関の作動流体の加圧手段を駆動する頻度を低減することができる。そして、排熱回収対象である熱機関の燃料消費を抑制でき、また作動流体の加圧手段の耐久性低下を抑制できる。また、排熱回収用熱機関の内部における作動流体の圧力も適切な圧力に維持できるので、排熱回収用熱機関からより多くの動力を取り出すことができ、また、気体軸受の機能を十分に発揮させ、ピストンとシリンダとの接触を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
以上のように、本発明に係る排熱回収装置は、熱機関の排熱回収に有用であり、特に、排熱回収装置が備える排熱回収用熱機関の作動流体の加圧手段を駆動する頻度を低減することに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１−１】本実施形態に係る排熱回収装置の構成を示す全体図である。
【図１−２】本実施形態に係る排熱回収装置を搭載した車両の一例を示す説明図である。
【図１−３】加圧制御手段の他の構成例を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る排熱回収用熱機関であるスターリングエンジンを示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る作動流体の圧力制御に用いる圧力制御装置の構成を示す説明図である。
【図４】本実施形態に係る作動流体の圧力制御における第１制御例の手順を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態に係る作動流体の圧力制御における第２制御例の手順を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る作動流体の圧力制御における第３制御例に用いる圧力制御装置の構成を示す説明図である。
【図７】本実施形態に係る作動流体の圧力制御における第３制御例の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０４】
１  内燃機関
１ｓ  内燃機関出力軸
２  圧縮機入力軸
３  排ガス通路
４  内燃機関用変速装置
５  排熱回収用熱機関用変速装置
６  差動ギヤ
７Ａ、７Ｂ  駆動輪
８  カップリング
９  変速装置出力軸
１０  排熱回収装置
１１  圧縮機
１２  蓄圧タンク
１３  開閉弁
１４  第１逆止弁
１５  第２逆止弁
１６  クラッチ
１７  リリーフ弁
１８  第１作動流体供給通路
１９  第２作動流体供給通路
２１  駆動プーリ
２２  被駆動プーリ
２３  ベルト
３０、３０ａ  圧力制御装置
３１  圧力判定部
３２  運転条件判定部
３３  加圧制御部
３４  変速比制御部
４０  アクセル開度センサ
４１  内燃機関回転数センサ
４２  ブレーキセンサ
４３  エアフローメータ
４４  蓄圧タンク圧力センサ
４５  スターリングエンジン用圧力センサ
４６  車速センサ
５０  機関ＥＣＵ
１００  スターリングエンジン
【図１−１】
2008133776.tif 000003
【図１−２】
2008133776.tif 000004
【図１−３】
2008133776.tif 000005
【図２】
2008133776.tif 000006
【図３】
2008133776.tif 000007
【図４】
2008133776.tif 000008
【図５】
2008133776.tif 000009
【図６】
2008133776.tif 000010
【図７】
2008133776.tif 000011