(57)【要約】【課題】冷却水回路及びランキンサイクル回路を適正に機能させながら、廃熱利用装置の小型化、軽量化を実現できる内燃機関の廃熱利用装置を提供する。【解決手段】冷却水により冷却される内燃機関(6)と、冷却水を熱媒体と熱交換させて冷却水を加熱する熱交換器(22)を有し、内燃機関の作動状態に応じた流量の冷却水が内燃機関、熱交換器を順次経由して循環する冷却水回路(8)と、熱交換器を経由した冷却水と熱交換して作動流体を加熱する蒸発器(10)、及び膨張機(12)並びに凝縮器(14)を含み、凝縮器を経由した作動流体が蒸発器を経由して循環するランキンサイクル回路(4)とを備え、冷却水回路は、熱交換器において冷却水が熱媒体から吸熱する吸熱量を内燃機関の作動状態に応じて制限する吸熱量制御手段を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水により冷却される内燃機関と、
前記冷却水を熱媒体と熱交換させて前記冷却水を加熱する熱交換器を有し、前記内燃機関の作動状態に応じた流量の冷却水が前記内燃機関、前記熱交換器を順次経由して循環する冷却水回路と、
前記熱交換器を経由した前記冷却水と熱交換して作動流体を加熱する蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器を含み、該凝縮器を経由した作動流体が前記蒸発器を経由して循環するランキンサイクル回路とを備え、
前記冷却水回路は、前記熱交換器において前記冷却水が前記熱媒体から吸熱する吸熱量を前記内燃機関の作動状態に応じて制限する吸熱量制御手段を有することを特徴とする内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項２】
前記吸熱量制御手段は、前記内燃機関の作動状態を検出する検出端と、該検出端からの信号に応じて前記吸熱量を制限する操作端とからなり、
前記ランキンサイクル回路は、前記作動流体を循環させるべく駆動されるポンプを更に含み、
前記吸熱量制御手段は、前記検出端で検出された前記内燃機関の作動状態が該内燃機関の暖機を要求するものであるとき、前記ポンプの駆動を停止し、且つ前記吸熱量が大きくなるように前記操作端を駆動させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項３】
前記冷却水回路は、前記蒸発器をバイパスする蒸発器バイパス路と、該蒸発器バイパス路と前記蒸発器の下流との合流点に設置され、該合流点における冷却水の温度が所定の温度設定値以上のときには前記冷却水を前記蒸発器に通水させる機械式の切換弁とを更に含み、
前記検出端は、前記冷却水回路を循環する冷却水の温度を検出する温度センサであって、
前記操作端は、前記温度センサで検出された冷却水温度が前記所定の温度設定値以上に設定された所定の第２温度設定値より大きいとき前記吸熱量が小さくなるように駆動されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項４】
前記検出端は、前記熱媒体の温度を検出する第２温度センサであって、
前記操作端は、前記第２温度センサで検出された前記熱媒体の温度に応じて駆動されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項５】
前記冷却水回路は前記熱交換器をバイパスする熱交換器バイパス路を更に含み、
前記操作端は、前記検出端からの信号に応じて、前記内燃機関を経由した冷却水を前記熱交換器バイパス路と前記熱交換器とに配分して流入させ、前記熱交換器へ流入する冷却水量を制限すべく冷却水量配分制御を実施するリニア三方弁であることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の内燃機関の廃熱利用装置。
【請求項６】
前記熱交換器は、前記内燃機関の排ガスを前記熱媒体とし、前記排ガスの流れる排ガス管内に設置される排ガス熱交換器であって、
前記操作端は、前記検出端からの信号に応じて、前記排ガスを前記排ガス管内において前記熱交換器側と反熱交換器側とに配分して流入させ、前記熱交換器で熱交換される排ガス量を制限すべく排ガス量配分制御を実施するリニアダンパであることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に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、車両に好適な内燃機関の廃熱利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の廃熱利用装置としては、例えば車両用エンジンにおいて、冷凍サイクルの構成部品を利用してランキンサイクル回路を形成することで内燃機関の廃熱を動力回収し、その回収した動力でエンジンの軸出力をアシストする技術が知られている。
そして、エンジン本体を冷却した後の高温冷却水をエンジンの排ガスの熱で更に加熱し、この過熱冷却水を冷凍サイクルの蒸発器に送ることでエンジンの廃熱を回収するランキンサイクル回路が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５７−９９２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、エンジンの最大出力時には、エンジン本体が最も高温となるため、エンジンの冷却性能を確保すべく、過熱冷却水を上記蒸発器において充分に吸熱しなければならない。
しかしながら、上記従来技術では、エンジンの最大出力時を想定すると、過熱冷却水の吸熱がなされる蒸発器と、この蒸発器を経た冷却水を膨張機で膨張させて動力回収した後、膨張した冷却水を凝縮させる凝縮器との熱容量を大きくせざるを得ず、蒸発器及び凝縮器を含むランキンサイクル回路、ひいては廃熱利用装置の小型化、軽量化が実現できないとの問題がある。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、冷却水回路及びランキンサイクル回路を適正に機能させながら、廃熱利用装置の小型化、軽量化を実現できる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】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の廃熱利用装置は、冷却水により冷却される内燃機関と、冷却水を熱媒体と熱交換させて冷却水を加熱する熱交換器を有し、内燃機関の作動状態に応じた流量の冷却水が内燃機関、熱交換器を順次経由して循環する冷却水回路と、熱交換器を経由した冷却水と熱交換して作動流体を加熱する蒸発器、蒸発器を経由した作動流体を膨張させて駆動力を発生する膨張機、膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器を含み、凝縮器を経由した作動流体が蒸発器を経由して循環するランキンサイクル回路とを備え、冷却水回路は、熱交換器において冷却水が熱媒体から吸熱する吸熱量を内燃機関の作動状態に応じて制限する吸熱量制御手段を有することを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、吸熱量制御手段は、内燃機関の作動状態を検出する検出端と、検出端からの信号に応じて吸熱量を制限する操作端とからなり、
ランキンサイクル回路は、作動流体を循環させるべく駆動されるポンプを更に含み、吸熱量制御手段は、検出端で検出された内燃機関の作動状態が内燃機関の暖機を要求するものであるとき、ポンプの駆動を停止し、且つ吸熱量が大きくなるように操作端を駆動させることを特徴としている。
【０００７】
更に、請求項３記載の発明では、冷却水回路は、蒸発器をバイパスする蒸発器バイパス路と、蒸発器バイパス路と蒸発器の下流との合流点に設置され、合流点における冷却水の温度が所定の温度設定値以上のときには冷却水を蒸発器に通水させる機械式の切換弁とを更に含み、検出端は、冷却水回路を循環する冷却水の温度を検出する温度センサであって、操作端は、温度センサで検出された冷却水温度が所定の第２温度設定値より大きいとき吸熱量が小さくなるように駆動されるとともに、第２温度設定値は温度設定値以上に設定されることを特徴としている。
【０００８】
更にまた、請求項４記載の発明では、検出端は、熱媒体の温度を検出する第２温度センサであって、操作端は、第２温度センサで検出された熱媒体の温度に応じて駆動されることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、冷却水回路は熱交換器をバイパスする熱交換器バイパス路を更に含み、操作端は、検出端からの信号に応じて、内燃機関を経由した冷却水を熱交換器バイパス路と熱交換器とに配分して流入させ、熱交換器へ流入する冷却水量を制限すべく冷却水量配分制御を実施するリニア三方弁であることを特徴としている。
【０００９】
更に、請求項６記載の発明では、熱交換器は、内燃機関の排ガスを熱媒体とし、排ガスの流れる排ガス管内に設置される排ガス熱交換器であって、操作端は、検出端からの信号に応じて、排ガスを排ガス管内において熱交換器側と反熱交換器側とに配分して流入させ、熱交換器で熱交換される排ガス量を制限すべく排ガス量配分制御を実施するリニアダンパであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
従って、請求項１記載の本発明の内燃機関の廃熱利用装置によれば、冷却水回路の吸熱量制御手段は、熱交換器において冷却水が熱媒体から吸熱する吸熱量を内燃機関の作動状態に応じて制限する。これにより、内燃機関の冷却要求が最も高い内燃機関の最大出力時においては、冷却水が熱媒体から吸熱しないようにすることでランキンサイクル回路の蒸発器及び凝縮器の熱容量を小さくすることができる。従って、冷却水回路及びランキンサイクル回路を適正に機能させながら、蒸発器及び凝縮器を含むランキンサイクル回路、ひいては、廃熱利用装置の小型化、軽量化が実現できる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明によれば、内燃機関の暖機時には、ランキンサイクル回路の機能を停止して蒸発器における冷却水からの吸熱を実施しないため、内燃機関の暖機を迅速に実施でき、冷却水回路及びランキンサイクル回路を更に適正に機能させることができる。
更に、請求項３記載の発明によれば、操作端は、温度センサで検出された冷却水温度が第２温度設定値より大きいとき吸熱量が小さくなるように駆動されるとともに、第２温度設定値は切換弁の温度設定値以上に設定される。すなわち、冷却水からの吸熱量を小さくする要求があるときには、吸熱量制御手段による制御を切換弁の制御より優先させて制御同士の干渉を防止し、吸熱量制御手段をより確実に機能させることができる。
【００１２】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、吸熱制御手段は熱媒体からの冷却水の吸熱を制限するものであり、この吸熱量制御手段おいて内燃機関の作動状態を検出する検出端を熱媒体の温度を検出する第２温度センサとし、この第２温度センサの出力に応じて操作端を駆動すれば、検出された冷却水温度に応じて操作端を駆動する場合に比して吸熱量制御の制御応答性を大幅に向上できる。
【００１３】
また、請求項５記載の発明によれば、操作端たるリニア３方弁は、冷却水を熱交換器バイパス路と熱交換器とに配分して流入させ、冷却水回路における冷却水の循環を維持しながら熱交換器へ流入する冷却水の流量を制限する冷却水量配分制御を実施している。これにより、冷却水回路を循環する冷却水の流量が増大したとしても、冷却水の吸熱量をランキンサイクル回路の熱容量に合わせて適正に制御しながら、冷却水の増大分を熱交換器へ流さずに熱交換器バイパス路に流すことにより蒸発器における冷却水の通水抵抗によって冷却水の循環が阻害されることを防止できる。従って、吸熱量制御手段による制御を実施しながら内燃機関の冷却性能を維持することができる。
【００１４】
更に、請求項６記載の発明によれば、操作端たるリニアダンパは、排ガスを冷却水と熱交換する熱交換器側と排ガスを冷却水と熱交換しないで外部に排出する反熱交換器側とに配分して排ガス管内に流入させ、排ガス熱交換器へ流入する熱媒体である排ガス自体の流量を直接に制限する排ガス量配分制御を実施している。これにより、冷却水の吸熱量をランキンサイクル回路の熱容量に合わせてより正確に且つ迅速に制御でき、吸熱量制御手段の制御精度及び制御応答性を大幅に向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
先ず、第１実施形態について説明する。
図１は本実施形態の内燃機関の廃熱利用装置２の構成を示す模式図であって、この廃熱利用装置２は、ランキンサイクル回路４と、例えば車両のエンジン（内燃機関)６を冷却する冷却水が循環する冷却水回路８とを含んで構成されている。
【００１６】
ランキンサイクル回路４は、蒸発器１０、膨張機１２、凝縮器１４、受液器１６、及びポンプ１８を含んで構成され、ポンプ１８の作動によって作動流体が蒸発器１０、膨張機１２、凝縮器１４、受液器１６を順次流れて循環する。
蒸発器１０は、ポンプ１８から送出される作動流体と冷却水回路８を流通する高温の冷却水との間で熱交換することにより作動流体を加熱する熱交換器である。蒸発器１０内には、いずれも図示しないが、冷却水を導く冷却水経路と、作動流体を導く作動流体経路とを備え、冷却水経路と作動流体経路と間には冷却水経路と作動流体経路とを区画する境界壁が設けられている。
【００１７】
膨張機１２は、蒸発器１０で加熱され過熱蒸気の状態となる作動流体の膨張によって回転等に係る駆動力を発生させる流体機器である。また、膨張機１２には例えば発電機２０が接続され、発電機２０を介して膨張機１２で発生した駆動力を廃熱利用装置２の外部で使用可能である。
凝縮器１４は、膨張機１２から吐出される作動流体を外気との熱交換によって凝縮液化する熱交換器である。具体的には、凝縮器１４は電動ファン１５を備えており、このファン１５は外気温度Ｔｏと作動流体固有の凝縮温度Ｔｃとの温度差ΔＴが所定の温度差設定値ΔＴｓ以上となると駆動され、作動流体を外気と積極的に熱交換させる。
【００１８】
受液器１６は、凝縮器１４で凝縮された作動流体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化作動流体のみがポンプ１８側に流出され、この液化作動流体がポンプ１８の作動によって蒸発器１０に再び流入することにより閉回路としてのランキンサイクル回路４が形成される。
一方、冷却水回路８は、排ガス熱交換器（熱交換器）２２、サーモスタット（切換弁）２４、ポンプ２６を含んで構成され、ポンプ２６の作動によって冷却水がエンジン６、排ガス熱交換器２２、蒸発器１０、サーモスタット２４を順次流れて循環し、エンジン６を冷却した後の高温冷却水が排ガス熱交換器２２で更に加熱された後、蒸発器１０においてランキンサイクル回路４の作動流体に吸熱されて冷却される。
【００１９】
排ガス熱交換器２２は、エンジン６の排ガス（熱媒体）が流出される排ガス管２８内に設けられ、エンジン６で加熱された冷却水と排ガス管２８を流れる排ガスとの間で熱交換することにより冷却水が更に加熱される。
サーモスタット２４は、２つの入口ポートと１つの出口ポートとを有し、通水される冷却水の冷却水温度に応じて入口ポートを切り換え、或いは各入口ポートに通水される冷却水の流量を配分制御可能な機械式の切換弁である。サーモスタット２４の一方の入口ポートには、蒸発器１０を迂回し、蒸発器１０とポンプ２６との間に形成される冷却水回路８の流路８ａに合流するバイパス路（蒸発器バイパス路）３０が接続されている。
【００２０】
これより、サーモスタット２４は、冷却水温度に応じて蒸発器１０及びバイパス路３０を流れる冷却水の流量を調整して蒸発器１０で吸熱される冷却水の吸熱量を制御し、エンジン６の本体温度Ｔｅを略一定に保持している。具体的には、サーモスタット２４は冷却水の温度が所定の温度設定値Ｔｔ以上となるとき、蒸発器１０が接続される側の入口ポートに冷却水を通水させるように予め設定されている。
【００２１】
ポンプ２６は、エンジン６に装着され、エンジン６の回転数に応じて作動することにより冷却水回路８に冷却水を循環させる。
なお、図示しないラジエータを蒸発器１０と直列に設置し、外気との熱交換により冷却水の冷却を補助的に促進するようにしても良い。
ところで、エンジン６と排ガス熱交換器２２との間にはリニア三方弁（操作端）３２が設置されている。この三方弁３２は、１つの入口ポートと２つの出口ポートとを有する電動弁であって、三方弁３２の駆動部に入力される入力信号に比例して１つの弁体を連続的に可変駆動することにより、入口ポートに流入する冷却水を各出口ポートに配分して流出させるとともに、これら各配分流量を微調整可能に構成されている。
【００２２】
詳しくは、三方弁３２はエンジン６と熱交換器２２との間の冷却水回路８の流路８ｂに介挿されており、入口ポートには流路８ｂのうちのエンジン６側が接続され、一方の出口ポートには流路８ｂのうちの熱交換器２２側が接続されている。これに対し、他方の出口ポートには、流路８ｂから三方弁３２を介して分岐されるとともに、熱交換器２２を迂回して熱交換器２２と蒸発器１０との間の流路８ｃに合流するバイパス路（熱交換器バイパス路）３４が接続されている。なお、バイパス路３４は蒸発器１０のバイパス路３０と一部が共用されている。
【００２３】
これより、流路８ｂを流れる冷却水は、三方弁３２によってバイパス路３４と流路８ｃとに配分される（冷却水量配分制御）。ここで、流路８ｂを流れる冷却水流量を全流量Ｆｔ、バイパス路３４を流れる冷却水流量をバイパス路配分流量Ｆｂ、流路８ｃを流れる冷却水流量を熱交換器配分流量Ｆｈｅとすると、全流量Ｆｔ＝バイパス路配分流量Ｆｂ＋熱交換器配分流量Ｆｈｅの関係式が略成立し、三方弁３２は冷却水回路８の全体からみて大きな圧力損失要素とはならない構造となっている。
【００２４】
一方、流路８ａにはエンジン６に流入する冷却水の温度Ｔｗを検出する冷却水温度センサ（検出端，温度センサ）３６が設けられ、排ガス管２８にはエンジン６から排出される排ガスの温度Ｔｇを検出する排ガス温度センサ（検出端，第２温度センサ）３８が設けられている。また、他のセンサとしては、エンジン６本体の温度Ｔｅを直接検出するエンジン温度センサ４０やエンジン６の回転数を検出するエンジン回転数センサ（検出端）４２がエンジン６に装着されている。
【００２５】
これら検出端たる各センサ３６，３８，４０，４２、及び操作端たる三方弁３２は車両及び廃熱利用装置２の総合的な制御を行う電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４４に電気的に接続されており、ＥＣＵ４４は、これら各センサから検出される入力信号に基づいて、三方弁３２の所望の出口ポートを所望の開度に駆動制御すべく信号を出力する。
詳しくは、温度センサ３６で検出される冷却水温度Ｔｗに応じて三方弁３２を駆動する冷却水の吸熱量制御たるサブ制御ルーチンが実行され、このサブ制御ルーチンは、温度センサ４０で検出されるエンジン６本体の温度Ｔｅに応じて吸熱量制御の実行、停止を制御するエンジン暖機制御たるメイン制御ルーチンに支配されており、これら制御ルーチンはＥＣＵ４４内で処理される（吸熱量制御手段）。
【００２６】
以下、図２に示されるフローチャートを参照してエンジン暖機制御について説明する。
先ず、Ｓ０（以下、Ｓはステップを表す）でエンジン暖機制御が開始されると、Ｓ１に移行する。
Ｓ１では、温度センサ４０で検出されたエンジン６本体の温度Ｔｅが所定の温度設定値ＴＬ１以下であるか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で温度Ｔｅが温度設定値ＴＬ１以下と判定された場合にはＳ２に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で温度Ｔｅが温度設定値ＴＬ１より大きいと判定された場合にはＳ３に移行する。
【００２７】
Ｓ２に移行した場合には、実行されている吸熱量制御を停止し、既に停止している吸熱量制御はそのまま停止したままでＳ４に移行する。
Ｓ４では、ランキンサイクル回路４のポンプ１８を停止してＳ５に移行する。
Ｓ５では、三方弁３２を熱交換器２２側に強制的に全開させると同時にバイパス路３４側に全閉させる。
【００２８】
一方、Ｓ１においてＳ３に移行した場合には、停止している吸熱量制御を起動させ、既に起動している吸熱量制御はそのまま起動させたままとする。
このようにして、Ｓ０においてエンジン暖機制御に係るメイン制御ルーチンが開始されると、Ｓ１からＳ５、またはＳ１及びＳ３の一連の制御ルーチンが繰り返し実行される。
以下、図３に示されるフローチャートを参照して上記Ｓ３において実行される吸熱量制御について説明する。
【００２９】
先ず、Ｓ００で吸熱量制御が開始されると、ポンプ１８を運転してＳ１０に移行する。
Ｓ１０では、温度センサ３６で検出された冷却水温度Ｔｗが所定の温度設定値ＴＬ２以下であるか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で温度Ｔｗが温度設定値ＴＬ２以下と判定された場合にはＳ２０に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で温度Ｔｗが温度設定値ＴＬ２より大きいと判定された場合にはＳ３０に移行する。
【００３０】
Ｓ２０に移行した場合には、三方弁３２を熱交換器２２側に開駆動させると同時にバイパス路３４側に閉駆動させる。
一方、Ｓ１０においてＳ３０に移行した場合には、三方弁３４をバイパス路３４側に開駆動させると同時に熱交換器２２側に閉駆動させる。
ここで、Ｓ１０では、冷却水温度センサ３６の代わりに排ガス温度センサ３８を検出端とし、排ガス温度センサ３８で検出された排ガス温度Ｔｇが所定の温度設定値ＴＬ３以下であるか否かを判定しても良い。また、冷却水温度Ｔｗの温度設定値ＴＬ２はサーモスタット２４の温度設定値Ｔｔ以上に設定される。
【００３１】
このようにして、Ｓ００において吸熱量制御に係るサブ制御ルーチンが開始されると、Ｓ１０及びＳ２０、又はＳ１０及びＳ３０の一連の制御ルーチンが繰り返し実行される。
以上のように、本実施形態では、冷却水回路８において冷却水の吸熱量制御を実行することにより、エンジン６に流入する冷却水温度Ｔｗが温度設定値ＴＬ２以下になるように三方弁３２が駆動制御され、熱交換器２２において冷却水が排ガスから吸熱する吸熱量をエンジン６の作動状態に応じて制限している。
【００３２】
一方、ランキンサイクル回路４は、冷却水回路８を循環する冷却水を介して、エンジン６の本体とエンジン６から排出される排ガスとの両方から蒸発器１０において吸熱し、エンジン６の廃熱を回収、利用している。ここで、上記吸熱量制御によって排ガスからの吸熱量を制限することで、ランキンサイクル回路４、すなわち蒸発器１０における冷却水からの吸熱をエンジン６の本体を冷却した後の高温冷却水のみからに制限できる。
【００３３】
これにより、エンジン６の最大出力時にエンジン６で加熱された高温冷却水に要求される吸熱量のみを最大吸熱量として蒸発器１０及び凝縮器１４の熱容量を設定することができ、排ガスからの吸熱量を考慮しなくて良いため、蒸発器１０及び凝縮器１４の熱容量を小さくすることができる。従って、冷却水回路８及びランキンサイクル回路４を適正に機能させながら、ランキンサイクル回路４、ひいては廃熱利用装置２の小型化、軽量化が実現できる。
【００３４】
しかも、この吸熱量制御がエンジン暖機制御に支配されていることにより、エンジン６の本体温度Ｔｅが温度設定値ＴＬ１以下になってエンジン６の暖機が要求される場合には、吸熱量制御を停止するとともに、ポンプ１８を停止してランキンサイクル回路４を機能させないようにし、三方弁３２を熱交換器２２側に全開とする。これにより、エンジン６の暖機時に冷却水回路４を循環する冷却水がランキンサイクル回路４で吸熱されることが防止されるとともに、排ガスの熱で冷却水を積極的に加熱することができ、エンジン６の暖機を迅速に行うことができる。
【００３５】
更には、三方弁３２の駆動条件となる冷却水の温度設定値ＴＬ２をサーモスタット２４で設定されている温度設定値Ｔｔ以上とすることで、サーモスタット２４による制御が吸熱量制御と干渉することが防止され、吸熱量制御及びエンジン暖機制御をより確実に機能させることができる。
更にまた、吸熱量制御の検出端として、冷却水温度センサ３６の代わりに排ガス温度センサ３８を使用すれば、蒸発器１０に流入する冷却水の最大吸熱量を蒸発器１０の熱容量を超えない範囲内に制御するという吸熱量制御の趣旨に鑑みると、温度センサ３６を検出端として冷却水温度Ｔｗに応じて三方弁３２を駆動制御する場合に比して吸熱量制御の制御応答性を大幅に向上させることができる。
【００３６】
ところで、エンジン６の最大出力時では冷却水の全流量Ｆｔが増大するが、この全流量Ｆｔの増大によって熱交換器２２が冷却水回路８における圧力損失要素となり、冷却水の通水抵抗が増大し、ひいては冷却水回路８における冷却水の循環が阻害され、エンジン６の冷却性能が低下する。
しかし、本実施形態では、いわば冷却水量配分制御を実施することにより、エンジン６の最大出力時に熱交換器２２をバイパスすることにより、熱交換器配分流量Ｆｈｅを略一定或いはそれ以下に制限することができる。従って、熱交換器２２における冷却水の通水抵抗によって冷却水回路８の冷却水の循環が阻害されることはなく、エンジン６の冷却性能を維持することができる。
【００３７】
なお、熱交換器２２に冷却水が滞留すると滞留した冷却水が排ガス熱で加熱されて沸騰し、冷却水回路８全体に悪影響を及ぼすため、熱交換器配分流量Ｆｈｅをゼロにせずに所定量を確保することが好ましい。
また、凝縮器１４のファン１５はＥＣＵ４４に電気的に接続され、外気温度Ｔｏと作動流体固有の凝縮温度Ｔｃとの温度差ΔＴが温度差設定値ΔＴｓ以上となると駆動される。よって、車速によりΔＴがΔＴｓより小さくなる場合はファン１５を停止することにより、ファン１５の駆動に係る発電量を低減でき、廃熱利用装置２の省エネ化が促進されて好適である。
【００３８】
次に、第２実施形態について説明する。
図４に示すように、当第２実施形態の廃熱利用装置４６は、リニア三方弁３４に代わる操作端としてリニアダンパ（操作端）４８を使用するとともに、バイパス路３４を除外したものであり、これらを除いて上記第１実施形態と同一の構成をなしているため、主としてこれら上記第１実施形態と異なる点について説明する。
【００３９】
ダンパ４８は、排ガス管２８内に設けられ、排ガス管２８内を熱交換器２２が設置される側の通路２８ａ（熱交換器側）と熱交換器２２をバイパスする側のバイパス路２８ｂ（反熱交換器側）とに区画する仕切壁４８ａに駆動部４８ｂを介して接続されている。駆動部４８ｂはＥＣＵ４４に電気的に接続されており、ダンパ４８は駆動部４８ｂに入力される入力信号に比例して連続的に可変駆動され、熱交換器２２における冷却水経路であるチューブと接触する排ガス量を微調整可能に構成されるとともに、冷却水の吸熱量制御の操作端として機能している（排ガス量配分制御）。
【００４０】
以下、図５，６に示されるフローチャートを参照してＥＣＵ４４で実行される本実施形態のエンジン暖機制御、吸熱量制御について説明する。なお、これら制御の制御ルーチンにおいて第１実施形態と異なるステップはＳ５，Ｓ２０，Ｓ３０のみであり、これら各ステップに代わるステップをそれぞれＳ５’，Ｓ２０’，Ｓ３０’として主に説明し、その他のステップについては説明を省略する。
【００４１】
エンジン暖機制御においては、Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２を経てＳ４でポンプ１８を停止してからＳ５’に移行する。
Ｓ５’では、ダンパ４８の可動部４８ｂを通路２８ａ側の流路が最大、すなわち全開となるように強制的に駆動させると同時にバイパス路２８ｂ側の流路を全閉するように駆動させる。
【００４２】
一方、吸熱量制御においては、Ｓ００を経てＳ１０で判定結果が真（Ｙｅｓ）で温度Ｔｗが温度設定値ＴＬ２以下と判定された場合にはＳ２０’に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で温度Ｔｗが温度設定値ＴＬ２より大きいと判定された場合にはＳ３０’に移行する。
Ｓ２０’に移行した場合には、ダンパ４８を通路２８ａ側の流路が開となる方向に駆動させると同時にバイパス通路２８ｂ側の流路が閉となる方向に駆動させる。
【００４３】
一方、Ｓ１０においてＳ３０’に移行した場合には、ダンパ４８をバイパス通路２８ｂ側の流路が開となる方向に駆動させると同時に通路２８ａ側の流路が閉となる方向に駆動させる。
このようにして、Ｓ０においてエンジン暖機制御に係るメイン制御ルーチンが開始されると、Ｓ１からＳ５’、またはＳ１及びＳ３の一連の制御ルーチンが繰り返し実行され、Ｓ３において吸熱量制御が実行されると、Ｓ００で吸熱量制御に係るサブ制御ルーチンが開始され、Ｓ１０及びＳ２０’、又はＳ１０及びＳ３０’の一連の制御ルーチンが繰り返し実行される（吸熱量制御手段）。
【００４４】
このように、上記第１実施形態と同様、第２実施形態に係る廃熱利用装置４６においても、ダンパ４８を操作端とした吸熱量制御を実行することにより、エンジン６の最大出力時にエンジン６で加熱された冷却水に要求される吸熱量のみを最大吸熱量として蒸発器１０及び凝縮器１４の熱容量に設定することができる。
また、上記第１実施形態と同様に、吸熱量制御がエンジン暖機制御に支配されていることにより、エンジン６の暖機を迅速に行うことができるとともに、サーモスタット２４による制御と吸熱量制御との干渉を防止することで、吸熱量制御をより確実に機能させることができる。
【００４５】
特に本実施形態では、いわば排ガス量配分制御を実施することにより、上記第１実施形態の冷却水量配分制御を実施する場合に比して、冷却水の吸熱量をランキンサイクル回路４の蒸発器１０の熱容量に合わせてより正確に且つ迅速に制御でき、吸熱量制御の制御精度及び制御応答性を大幅に向上できる。
従って、冷却水回路８及びランキンサイクル回路４を更に適正に機能させながら、蒸発器１０及び凝縮器１４を含むランキンサイクル回路４、ひいては廃熱利用装置２の小型化、軽量化が実現できる。
【００４６】
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記各実施形態では、操作端である三方弁３２やダンパ４８は、検出端である冷却水温度センサ３６或いは排ガス温度センサ３８、及びエンジン温度センサ４０の出力に応じて駆動制御されるが、温度センサ３６，３８，４０の代わりにエンジン回転数センサ４２を使用しても良く、一般的に回転数センサ４２の信号はＥＣＵ４４に既に取り込まれているため、この信号を利用するだけの簡単な構成で吸熱量制御を実行でき、温度センサ３６，３８，４０が不要となって廃熱利用装置２のコスト削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置を示した模式図である。
【図２】図１のＥＣＵで実行されるエンジン暖機制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図３】図１のＥＣＵで実行される吸熱量制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の廃熱利用装置を示した模式図である。
【図５】図４のＥＣＵで実行されるエンジン暖機制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図６】図４のＥＣＵで実行される吸熱量制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
２，４６  廃熱利用装置
４        ランキンサイクル回路
６        エンジン（内燃機関）
８        冷却水回路
１０      蒸発器
１２      膨張機
１４      凝縮器
２２      排ガス熱交換器（熱交換器）
２４      サーモスタット（切換弁）
２８      排ガス管
３０      バイパス路（蒸発器バイパス路）
３２      リニア三方弁（操作端）
３４      バイパス路（熱交換器バイパス路）
３６      冷却水温度センサ（温度センサ，検出端）
３８      排ガス温度センサ（第２温度センサ，検出端）
４２      エンジン回転数センサ（検出端）
４８      リニアダンパ（操作端）
【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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