(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発された前記作動媒体を膨張させて動力を得る膨張機と、
前記膨張機で膨張された前記作動媒体を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮された前記作動媒体を送り出すポンプと、
前記蒸発器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプの順に前記作動媒体を循環させる循環流路と、
前記循環流路において前記膨張機をバイパスするバイパス流路と、
前記バイパス流路を開閉するバルブと、
前記ポンプの駆動制御を行うポンプ制御部と、
前記バルブの開閉制御を行うバルブ制御部と、を備え、
前記蒸発器は、エンジン冷却水との熱交換により前記作動媒体を加熱する第一蒸発器を有し、
前記ポンプ制御部は、前記循環流路を流れる前記作動媒体の流量が前記エンジン冷却水を冷却するために必要な流量となるように前記ポンプの駆動量を調整し、
前記バルブ制御部は、前記作動媒体により前記膨張機に持ち込まれる熱量が規定熱量以下となるように前記バルブの開度を調整する、
車両の廃熱回収装置。
【請求項２】
前記ポンプ制御部は、エンジンの運転条件に基づいて前記循環流路を流れる前記作動媒体の流量が前記エンジン冷却水を冷却するために必要な流量となるように前記ポンプの駆動量を調整する、
請求項１に記載の車両の廃熱回収装置。
【請求項３】
前記バルブ制御部は、前記循環流路を流れる前記作動媒体の流量及び温度に基づいて前記バルブの開度を調整する、
請求項１又は２に記載の車両の廃熱回収装置。
【請求項４】
前記蒸発器は、エンジンから排出された排気ガスとの熱交換により前記作動媒体を加熱する第二蒸発器を更に有する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の車両の廃熱回収装置。
【請求項５】
前記第二蒸発器は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラである、
請求項４に記載の車両の廃熱回収装置。
【請求項６】
前記蒸発器は、過給機により圧縮された圧縮ガスとの熱交換により前記作動媒体を加熱する第三蒸発器を更に有する、
請求項１〜５の何れか一項に記載の車両の廃熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の廃熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ランキンサイクル装置を用いた車両の廃熱回収装置が記載されている。この廃熱回収装置は、蒸発器の熱源として、エンジン冷却水を利用している。つまり、エンジン冷却水との熱交換により作動媒体を加熱することで、エンジンからエンジン冷却水を通して捨てられる熱量であるエンジンの冷却損失を回収している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３８６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンの冷却損失を回収する従来の廃熱回収装置において、エンジンが高回転・高負荷域となる高負荷運転域でのエンジンの冷却損失を回収するためには、大容量の膨張機を用いる必要がある。しかしながら、このような大容量の膨張機は、エンジンが低回転・低負荷域となる低負荷運転域での効率が悪くなる。一方、低負荷運転域での効率の高い膨張機を用いると、高負荷運転域では、エンジンの冷却損失の回収効率が悪くなる。
【０００５】
そこで、本発明は、装置全体の大型化を抑制しつつ、高負荷運転域でのエンジンの冷却損失の回収効率が低下するのを抑制することができる車両の廃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】
【０００６】
本発明に係る車両の廃熱回収装置は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発器で蒸発された作動媒体を膨張させて動力を得る膨張機と、膨張機で膨張された作動媒体を凝縮する凝縮器と、凝縮器で凝縮された作動媒体を送り出すポンプと、蒸発器、膨張機、凝縮器及びポンプの順に作動媒体を循環させる循環流路と、循環流路において膨張機をバイパスするバイパス流路と、バイパス流路を開閉するバルブと、ポンプの駆動制御を行うポンプ制御部と、バルブの開閉制御を行うバルブ制御部と、を備え、蒸発器は、エンジン冷却水との熱交換により作動媒体を加熱する第一蒸発器を有し、ポンプ制御部は、循環流路を流れる作動媒体の流量がエンジン冷却水を冷却するために必要な流量となるようにポンプの駆動量を調整し、バルブ制御部は、作動媒体により膨張機に持ち込まれる熱量が規定熱量以下となるようにバルブの開度を調整する。
【０００７】
本発明に係る車両の廃熱回収装置では、作動媒体は、循環流路を通って蒸発器、膨張機、凝縮器及びポンプの順に循環する。また、バルブが開くと、この作動媒体の少なくとも一部は、バイパス流路を通って膨張機をバイパスする。また、この作動媒体は、第一蒸発器において、エンジンの冷却損失を回収してエンジン冷却水を冷却する。ここで、ポンプ制御部は、循環流路を流れる作動媒体の流量がエンジン冷却水を冷却するために必要な流量となるようにポンプの駆動量を調整する一方で、バルブ制御部は、作動媒体により膨張機に持ち込まれる熱量が規定熱量以下となるようにバルブの開度を調整する。このため、膨張機の容量を、エンジンが高回転・高負荷域となる高負荷運転域でのエンジンの冷却損失を回収できる容量よりも小容量としても、膨張機に不具合が発生するのを防止することができる。これにより、装置全体の大型化を抑制しつつ、高負荷運転域でのエンジンの冷却損失の回収効率が低下するのを抑制することができる。しかも、エンジン冷却水を冷却するラジエータを第一蒸発器として利用することで、装置の共通化による装置全体の小型化を図ることができ、更には、液体同士で熱交換するため、熱交換効率の向上に伴うラジエータの小型化を図ることができる。
【０００８】
バルブ制御部は、循環流路を流れる作動媒体の流量及び温度に基づいてバルブの開度を調整してもよい。この車両の廃熱回収装置では、バルブ制御部は、循環流路を流れる作動媒体の流量及び温度に基づいてバルブの開度を調整するため、作動媒体により膨張機に持ち込まれる熱量を、適切に規定熱量以下にすることができる。
【０００９】
また、蒸発器は、エンジンから排出された排気ガスとの熱交換により作動媒体を加熱する第二蒸発器を更に有してもよい。この車両の廃熱回収装置では、エンジンから排気ガスを通して捨てられる熱量である排気損失を回収することができる。これにより、廃熱回収効率を向上することができる。
【００１０】
また、第二蒸発器は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラであってもよい。この車両の廃熱回収装置では、エンジンの排気ポートの近傍を通るＥＧＲガスとの熱交換により作動媒体を加熱することができるため、作動媒体を効果的に加熱することができる。
【００１１】
また、蒸発器は、過給機により圧縮された圧縮ガスとの熱交換により作動媒体を加熱する第三蒸発器を更に有してもよい。この車両の廃熱回収装置では、過給機により圧縮昇温された圧縮ガスから熱量を回収することができる。これにより、廃熱回収効率を向上することができる。しかも、過給機により圧縮された圧縮ガスを冷却するインタークーラ及びアフタークーラ等のクーラを第三蒸発器として利用することで、装置の共通化による装置全体の小型化が図れ、更には、液体の作動媒体との間で熱交換するため、熱交換効率の向上に伴うクーラの小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、装置全体の大型化を抑制しつつ、高負荷運転域でのエンジンの冷却損失の回収効率が低下するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態に係る車両の廃熱回収装置のブロック構成図である。
【図２】ＥＣＵの機能構成図である。
【図３】第二実施形態に係る車両の廃熱回収装置のブロック構成図である。
【図４】第三実施形態に係る車両の廃熱回収装置のブロック構成図である。
【図５】第四実施形態に係る車両の廃熱回収装置のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態に係る車両の廃熱回収装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態に係る車両の廃熱回収装置のブロック構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る車両の廃熱回収装置１は、エンジン２を備えている。エンジン２を冷却するエンジン冷却水が循環する冷却水流路３には、ラジエータ１１（第一蒸発器）が接続されている。エンジン２に吸気する吸気ガスが流れる吸気流路４には、第一過給機１２のコンプレッサ１２ａ、インタークーラ１３（一方の第三蒸発器）、第二過給機１４のコンプレッサ１４ａ及びアフタークーラ１５（他方の第三蒸発器）が接続されている。エンジン２から排気される排気ガスが流れる排気流路５には、第一過給機１２のタービン１２ｂ、第二過給機１４のタービン１４ｂ及び排気熱交換器１６（一方の第二蒸発器）が接続されている。排気流路５から吸気流路４に排気ガスを戻すＥＧＲ流路６には、ＥＧＲクーラ１７（他方の第二蒸発器）が接続されている。なお、ＥＧＲ流路６を通る排気ガスを、ＥＧＲガスともいう。
【００１６】
ラジエータ１１は、エンジン冷却水を冷却する。なお、ラジエータ１１の構成については、後述する。
【００１７】
第一過給機１２は、吸気流路４の上流側において、吸気ガスを圧縮する過給機である。第一過給機１２は、排気流路５を流れる排気ガスによりタービン１２ｂが回転され、これにより、コンプレッサ１２ａにより吸気流路４を流れる吸気ガスを圧縮する。
【００１８】
第二過給機１４は、吸気流路４における第一過給機１２の下流側において、吸気ガスを圧縮する過給機である。第二過給機１４は、排気流路５を流れる排気ガスによりタービン１４ｂが回転され、これにより、コンプレッサ１４ａにより吸気流路４を流れる吸気ガスを圧縮する。
【００１９】
インタークーラ１３は、第一過給機１２と第二過給機１４との間の吸気流路４に接続されて、第一過給機１２のコンプレッサ１２ａにより圧縮された圧縮ガスを冷却する。なお、インタークーラ１３の構成については、後述する。
【００２０】
アフタークーラ１５は、第二過給機１４とエンジン２との間の吸気流路４に接続されて、第二過給機１４のコンプレッサ１４ａにより圧縮された圧縮ガスを冷却する。なお、アフタークーラ１５の構成については、後述する。
【００２１】
排気熱交換器１６は、エンジン２から排気流路５に排出された排気ガスの熱を回収する。なお、排気熱交換器１６の構成については、後述する。
【００２２】
ＥＧＲクーラ１７は、ＥＧＲ流路６を通るＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ流路６は、エンジン２と第二過給機１４のタービン１４ｂとの間の排気流路５と、エンジン２とアフタークーラ１５との間の吸気流路４と、に接続されている。なお、排気流路５及び吸気流路４に対するＥＧＲ流路６の接続位置は、この位置に限定されるものではなく、車両の設計によって、適宜変更してもよい。なお、ＥＧＲクーラ１７の構成については、後述する。
【００２３】
また、車両の廃熱回収装置１は、更に、ランキンサイクル装置２０と、ＥＣＵ３０と、を備えている。
【００２４】
ランキンサイクル装置２０は、蒸発器２１と、膨張機２２と、凝縮器２３と、ポンプ２４と、蒸発器２１、膨張機２２、凝縮器２３及びポンプ２４の順に作動媒体を循環させる循環流路２５と、を備える。
【００２５】
蒸発器２１は、作動媒体を加熱して蒸発させる。膨張機２２は、蒸発器２１で蒸発された作動媒体を膨張させて動力を得る。凝縮器２３は、走行風等を冷熱源として、膨張機２２で膨張された作動媒体を凝縮する。ポンプ２４は、凝縮器２３で凝縮された作動媒体を蒸発器２１に送り出す。
【００２６】
膨張機２２としては、エンジン２が低回転・低負荷となる低負荷運転域での効率が高い膨張機を用いる。走行頻度の高い運転域は、低負荷運転域である。そこで、効率的にエンジン２の冷却損失を回収できるように、膨張機２２として、低負荷運転域での効率が高い膨張機を用いる。
【００２７】
蒸発器２１は、上述したアフタークーラ１５、インタークーラ１３、ラジエータ１１、ＥＧＲクーラ１７及び排気熱交換器１６により構成される。つまり、アフタークーラ１５、インタークーラ１３、ラジエータ１１、ＥＧＲクーラ１７及び排気熱交換器１６は、ランキンサイクル装置２０の蒸発器２１としても機能する。アフタークーラ１５、インタークーラ１３、ラジエータ１１、ＥＧＲクーラ１７及び排気熱交換器１６は、ポンプ２４と膨張機２２との間の循環流路２５に、上流側からこの順で接続されている。
【００２８】
アフタークーラ１５は、吸気流路４と循環流路２５とに接続されて、第二過給機１４のコンプレッサ１４ａで圧縮された圧縮ガス（吸気ガス）とポンプ２４に送り出された作動媒体との間で熱交換を行う熱交換器である。つまり、アフタークーラ１５は、第二過給機１４のコンプレッサ１４ａで圧縮された圧縮ガスを熱源として、ポンプ２４で送り出された作動媒体を加熱する。
【００２９】
インタークーラ１３は、吸気流路４と循環流路２５とに接続されて、第一過給機１２のコンプレッサ１２ａで圧縮された圧縮ガス（吸気ガス）とアフタークーラ１５から排出された作動媒体との間で熱交換を行う熱交換器である。つまり、インタークーラ１３は、第一過給機１２のコンプレッサ１２ａで圧縮された圧縮ガスを熱源として、アフタークーラ１５で加熱された作動媒体を更に加熱する。
【００３０】
ラジエータ１１は、冷却水流路３と循環流路２５とに接続されて、エンジン冷却水とインタークーラ１３から排出された作動媒体との間で熱交換を行う熱交換器である。つまり、ラジエータ１１は、エンジン冷却水を熱源として、インタークーラ１３で加熱された作動媒体を更に加熱する。
【００３１】
ＥＧＲクーラ１７は、ＥＧＲ流路６と循環流路２５とに接続されて、ＥＧＲガスとラジエータ１１から排出された作動媒体との間で熱交換を行う熱交換器である。つまり、ＥＧＲクーラ１７は、ＥＧＲガスを熱源として、ラジエータ１１で加熱された作動媒体を更に加熱する。
【００３２】
排気熱交換器１６は、排気流路５と循環流路２５とに接続されて、エンジン２から排出された排気ガスとＥＧＲクーラ１７から排出された作動媒体との間で熱交換を行う熱交換器である。つまり、排気熱交換器１６は、排気ガスを熱源として、ＥＧＲクーラ１７で加熱された作動媒体を更に加熱する。
【００３３】
そして、循環流路２５には、ラジエータバイパス流路２６と、膨張機バイパス流路２７と、が接続されている。
【００３４】
ラジエータバイパス流路２６は、循環流路２５においてラジエータ１１をバイパスするバイパス流路である。ラジエータバイパス流路２６の上流側は、インタークーラ１３とラジエータ１１との間の循環流路２５に接続されている。ラジエータバイパス流路２６の下流側は、ラジエータ１１とＥＧＲクーラ１７との間の循環流路２５に接続されている。このため、循環流路２５を流れる作動媒体は、ラジエータバイパス流路２６を通ることで、ラジエータ１１をバイパスすることが可能となっている。そして、ラジエータバイパス流路２６には、ラジエータバイパス流路２６を開閉する第一バルブ２８が接続されている。
【００３５】
膨張機バイパス流路２７は、循環流路２５において膨張機２２をバイパスするバイパス流路である。膨張機バイパス流路２７の上流側は、ラジエータ１１と膨張機２２との間の循環流路２５に接続されている。更に具体的には、膨張機バイパス流路２７の上流側は、ＥＧＲクーラ１７と排気熱交換器１６との間の循環流路２５との間の循環流路２５に接続されている。なお、膨張機バイパス流路２７の上流側は、ラジエータ１１とＥＧＲクーラ１７との間の循環流路２５に接続されてもよく、排気熱交換器１６と膨張機２２との間の循環流路２５に接続されてもよい。膨張機バイパス流路２７の下流側は、膨張機２２と凝縮器２３との間の循環流路２５に接続されている。そして、膨張機バイパス流路２７には、膨張機バイパス流路２７を開閉する第二バルブ２９が接続されている。
【００３６】
図２は、ＥＣＵの機能構成図である。図１及び図２に示すように、ＥＣＵ３０は、車両の各種制御を行う制御部である。ＥＣＵ３０は、ポンプ２４の駆動制御を行うポンプ制御部３１と、第一バルブ２８及び第二バルブ２９の開閉制御を行うバルブ制御部３２と、の機能を備えている。ＥＣＵ３０は、主にＣＰＵ等の演算装置とメモリ等の記憶装置とにより構成されており、予め記憶された様々なプログラムに従って各種制御を行うものである。なお、ポンプ制御部３１及びバルブ制御部３２は、それぞれ別の制御部であってもよいが、一つの制御部であってもよい。
【００３７】
ポンプ制御部３１は、循環流路２５を流れる作動媒体の流量がエンジン冷却水を冷却するために必要な流量となるようにポンプ２４の駆動量を調整する。
【００３８】
詳しく説明すると、エンジン２が低回転・低負荷となる低負荷運転域に比べて、エンジンが高回転・高負荷となる高負荷運転域になるほど、エンジン冷却水が高温になり易い。また、上述したように、エンジン冷却水は、ラジエータ１１においてランキンサイクル装置２０の作動媒体により冷却される。
【００３９】
そこで、ポンプ制御部３１は、エンジン２の運転条件に応じて、循環流路２５を流れる作動媒体の流量がエンジン冷却水を冷却するために必要な流量を求める。そして、ポンプ制御部３１は、この求めた流量で作動媒体が送り出されるように、ポンプ２４の駆動量を調整する。エンジン２の運転条件としては、例えば、エンジン２の回転数及びトルクを用いることができる。エンジン２の運転条件の取得は、例えば、ＥＣＵ３０の計算により取得してもよい。
【００４０】
エンジンの運転条件と、循環流路２５を流れる作動媒体の流量がエンジン冷却水を冷却するために必要な流量と、ポンプ２４の駆動量と、の対応関係は、事前実験、計算、シミュレーション等により求めることができる。そこで、ポンプ制御部３１は、例えば、この対応関係をテーブル等の記憶装置に記憶しておき、エンジン２の運転条件を取得すると、この記憶装置に記憶された対応関係を参照してポンプ２４の駆動量を調整する。
【００４１】
バルブ制御部３２は、エンジン２の暖気運転の場合、外気が冷たい場合、或いは、エンジン冷却水が過度に冷たい場合に、エンジン冷却水がラジエータ１１により過度に冷却される、或いは、作動媒体がエンジン冷却水により過度に冷却されるのを防止するために、第一バルブ２８の開閉制御を行う。例えば、バルブ制御部３２は、エンジン冷却水の温度が規定温度に達するまでは、第一バルブ２８を閉じ、エンジン冷却水の温度が規定温度に達すると、第一バルブ２８を開く。
【００４２】
また、バルブ制御部３２は、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量が規定熱量以下となるように第二バルブ２９の開度を調整する。
【００４３】
詳しく説明すると、上述したように、膨張機２２としては、低負荷運転域での効率の高い膨張機を用いている。このため、作動媒体により膨張機２２に過度の熱量が持ち込まれると、膨張機２２に不具合が生じる可能性がある。一方、第二バルブ２９を開き、循環流路２５に流れる作動媒体の少なくとも一部を膨張機バイパス流路２７に流すことで、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量が小さくなる。
【００４４】
そこで、バルブ制御部３２は、膨張機２２の容量に応じて持ち込める熱量を規定熱量とし、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量が規定熱量以下となるように、第二バルブ２９の開度を調整する。
【００４５】
規定熱量は、膨張機２２に持ち込んでも膨張機２２に不具合が生じない熱量であり、用いる膨張機２２により適宜設定される。作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量は、例えば、循環流路２５を流れる作動媒体の流量及び温度に基づいて求めることができる。そこで、バルブ制御部３２は、例えば、循環流路２５を流れる作動媒体の流量及び温度に基づいて、第二バルブ２９の開度を調整する。
【００４６】
次に、ランキンサイクル装置２０の基本動作について説明する。
【００４７】
ポンプ２４から送り出された作動媒体は、まず、アフタークーラ１５に供給される。アフタークーラ１５に供給された作動媒体は、第二過給機１４のコンプレッサ１４ａで圧縮された圧縮ガスとの間の熱交換により加熱された後、インタークーラ１３に供給される。インタークーラ１３に供給された作動媒体は、第一過給機１２のコンプレッサ１２ａで圧縮された圧縮ガスとの間の熱交換により更に加熱された後、ラジエータ１１に供給される。ラジエータ１１に供給された作動媒体は、エンジン冷却水との間の熱交換により更に加熱された後、ＥＧＲクーラ１７に供給される。ＥＧＲクーラ１７に供給された作動媒体は、ＥＧＲガスとの間の熱交換により更に加熱された後、排気熱交換器１６に供給される。排気熱交換器１６に供給された作動媒体は、エンジン２から排出された排気ガスとの間の熱交換により更に加熱された後、膨張機２２に供給される。なお、作動媒体は、アフタークーラ１５から排気熱交換器１６までの各蒸発器２１を通る間に、徐々に加熱されて蒸発する。膨張機２２に供給された作動媒体は、膨張されることにより動力を発生させた後、凝縮器２３に供給される。凝縮器２３に供給された作動媒体は、走行風等による冷却により凝縮された後、ポンプ２４に供給される。
【００４８】
次に、ＥＣＵ３０による制御動作について説明する。
【００４９】
まず、ＥＣＵ３０は、バルブ制御部３２において、暖気制御を行う。暖気制御では、エンジン冷却水がラジエータ１１により過度に冷却されるのを防止するために、第一バルブ２８の開閉制御を行う。
【００５０】
次に、ＥＣＵ３０は、ポンプ制御部３１において、作動媒体の流量制御を行うと共に、バルブ制御部３２において、作動媒体のバイパス制御を行う。ポンプ制御部３１による作動媒体の流量制御とバルブ制御部３２による作動媒体のバイパス制御とは、連携して行う。
【００５１】
ポンプ制御部３１は、作動媒体の流量制御として、循環流路２５を流れる作動媒体の流量がエンジン冷却水を冷却するために必要な流量となるようにポンプ２４の駆動量を調整する。具体的には、エンジン２の運転条件に応じて、循環流路２５を流れる作動媒体の流量がエンジン冷却水を冷却するために必要な流量を求める。そして、この求めた流量で作動媒体が送り出されるように、ポンプ２４の駆動量を調整する。
【００５２】
バルブ制御部３２は、作動媒体のバイパス制御として、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量が規定熱量以下となるように第二バルブ２９の開度を調整する。具体的には、まず、膨張機２２の容量に応じて持ち込める熱量を規定熱量として事前設定しておく。次に、循環流路２５を流れる作動媒体の流量及び温度等から、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量を求める。そして、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量が規定熱量以下となるように、第二バルブ２９の開度を調整する。
【００５３】
このように、本実施形態に係る車両の廃熱回収装置１では、作動媒体は、循環流路２５を通って蒸発器２１、膨張機２２、凝縮器２３及びポンプ２４の順に循環する。また、第二バルブ２９が開くと、この作動媒体の少なくとも一部は、膨張機バイパス流路２７を通って膨張機２２をバイパスする。また、この作動媒体は、ラジエータ１１において、エンジン２の冷却損失を回収してエンジン冷却水を冷却する。ここで、ポンプ制御部３１は、循環流路２５を流れる作動媒体の流量がエンジン冷却水を冷却するために必要な流量となるようにポンプ２４の駆動量を調整する一方で、バルブ制御部３２は、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量が規定熱量以下となるように第二バルブ２９の開度を調整する。このため、膨張機２２の容量を、エンジン２が高回転・高負荷域となる高負荷運転域でのエンジン２の冷却損失を回収できる容量よりも小容量としても、膨張機２２に不具合が発生するのを防止することができる。具体的には、膨張機２２を、低負荷運転域でのエンジン２の冷却損失を回収できる容量のものとしても、膨張機２２に不具合が発生するのを防止することができる。これにより、装置全体の大型化を抑制しつつ、高負荷運転域でのエンジン２の冷却損失の回収効率が低下するのを抑制することができる。しかも、エンジン冷却水を冷却するラジエータ１１を蒸発器２１とすれば、装置の共通化による装置全体の小型化が図れ、更には、液体同士で熱交換するため、熱交換効率の向上に伴うラジエータ１１の小型化を図ることができる。
【００５４】
また、バルブ制御部３２は、循環流路２５を流れる作動媒体の流量及び温度に基づいて第二バルブ２９の開度を調整することで、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量を、適切に規定熱量以下にすることができる。
【００５５】
また、エンジン２から排出された排気ガスとの熱交換により作動媒体を加熱する排気熱交換器１６及びＥＧＲクーラ１７が蒸発器２１として機能するため、エンジン２から排気ガスを通して捨てられる熱量である排気損失を回収することができる。これにより、廃熱回収効率を向上することができる。
【００５６】
特に、ＥＧＲクーラ１７を蒸発器２１として機能する場合は、エンジン２の排気ポートの近傍を通るＥＧＲガスとの熱交換により作動媒体を加熱することができるため、作動媒体を効果的に加熱することができる。
【００５７】
また、第一過給機１２及び第二過給機１４により圧縮された圧縮ガスとの熱交換により作動媒体を加熱するインタークーラ１３及びアフタークーラ１５が蒸発器２１として機能するため、第一過給機１２及び第二過給機１４により圧縮昇温された圧縮ガスから熱量を回収することができる。これにより、廃熱回収効率を向上することができる。しかも、第一過給機１２及び第二過給機１４により圧縮された圧縮ガスを冷却するインタークーラ１３及びアフタークーラ１５を蒸発器２１とすることで、装置の共通化による装置全体の小型化が図れ、更には、液体の作動媒体との間で熱交換するため、熱交換効率の向上に伴うインタークーラ１３及びアフタークーラ１５の小型化を図ることができる。
【００５８】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る車両の廃熱回収装置について説明する。第二実施形態は、第一実施形態と基本的に同じであり、循環流路に対する膨張機バイパス流路の接続位置が相違する点のみ、第一実施形態と相違する。このため、以下では、第一実施形態と相違する点のみ説明し、第一実施形態と同様の説明を省略する。
【００５９】
図３は、第二実施形態に係る車両の廃熱回収装置のブロック構成図である。図３に示すように、本実施形態に係る車両の廃熱回収装置１Ａでは、ランキンサイクル装置２０Ａの膨張機バイパス流路２７Ａにおいて、循環流路２５に対する接続位置が、第一実施形態の膨張機バイパス流路２７と相違する。
【００６０】
具体的に説明すると、膨張機バイパス流路２７Ａは、循環流路２５において膨張機２２をバイパスするバイパス流路である。膨張機バイパス流路２７Ａの上流側は、排気熱交換器１６と膨張機２２との間の循環流路２５に接続されている。膨張機バイパス流路２７Ａの下流側は、膨張機２２と凝縮器２３との間の循環流路２５に接続されている。そして、膨張機バイパス流路２７Ａには、膨張機バイパス流路２７Ａを開閉する第二バルブ２９が接続されている。
【００６１】
このように、本実施形態に係る車両の廃熱回収装置１Ａにおいても、膨張機バイパス流路２７Ａが膨張機２２をバイパスするため、膨張機２２に不具合が発生するのを防止することができる。これにより、装置全体の大型化を抑制しつつ、高負荷運転域でのエンジン２の冷却損失の回収効率が低下するのを抑制することができる。
【００６２】
［第三実施形態］
次に、第三実施形態に係る車両の廃熱回収装置について説明する。第三実施形態は、第一実施形態と基本的に同じであり、排気流路が、排気熱交換器を通る流路と排気熱交換器を通らない流路とに分岐されている点のみ、第一実施形態と相違する。このため、以下では、第一実施形態と相違する点のみ説明し、第一実施形態と同様の説明を省略する。
【００６３】
図４は、第三実施形態に係る車両の廃熱回収装置のブロック構成図である。図４に示すように、本実施形態に係る車両の廃熱回収装置１Ｂでは、排気流路５が、排気熱交換器１６を通る第一排気流路５ａと排気熱交換器１６を通らない第二排気流路５ｂとに分岐されている。第一排気流路５ａと第二排気流路５ｂとは、第一過給機１２のタービン１２ｂと排気熱交換器１６との間の排気流路５において分岐している。
【００６４】
第一排気流路５ａには、第一排気流路５ａを開閉する第三バルブ４１ａが接続されている。また、第二排気流路５ｂには、第二排気流路５ｂを開閉する第四バルブ４１ｂが接続されている。第三バルブ４１ａ及び第四バルブ４１ｂの開閉制御は、ＥＣＵ３０のバルブ制御部３２により行われる。
【００６５】
次に、ＥＣＵ３０の制御動作について説明する。
【００６６】
バルブ制御部３２は、作動媒体のバイパス制御として、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量が規定熱量以下となるように、第二バルブ２９の開度を調整するとともに、第三バルブ４１ａ及び第四バルブ４１ｂの開閉制御も行う。
【００６７】
つまり、排気ガスを排気熱交換器１６に通すと、排気ガスとの熱交換により作動媒体が加熱される。そこで、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量が規定熱量を越えそうな場合は、第二バルブ２９の開度制御に加え、第三バルブ４１ａを閉めると共に第四バルブ４１ｂを開いて、排気ガスが排気熱交換器１６を通らないようにする。
【００６８】
これにより、第三バルブ４１ａ及び第四バルブ４１ｂの開閉制御を行わない場合に比べて、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量を下げることができる。
【００６９】
［第四実施形態］
次に、第四実施形態に係る車両の廃熱回収装置について説明する。第四実施形態は、第一実施形態と基本的に同じであり、循環流路に、圧縮ガスとの熱交換により作動媒体を加熱する凝縮器をバイパスするバイパス流路と、排気ガスとの熱交換により作動媒体を加熱する凝縮器をバイパスするバイパス流路と、を追加した点のみ、第一実施形態と相違する。このため、以下では、第一実施形態と相違する点のみ説明し、第一実施形態と同様の説明を省略する。
【００７０】
図５は、第四実施形態に係る車両の廃熱回収装置のブロック構成図である。図５に示すように、本実施形態に係る車両の廃熱回収装置１Ｃでは、ランキンサイクル装置２０Ｃの循環流路２５において、循環流路２５に、アフタークーラバイパス流路５１と、インタークーラバイパス流路５２と、ＥＧＲクーラバイパス流路５３と、排気熱交換器バイパス流路５４と、が接続されている。
【００７１】
アフタークーラバイパス流路５１は、循環流路２５においてアフタークーラ１５をバイパスするバイパス流路である。アフタークーラバイパス流路５１の上流側は、ポンプ２４とアフタークーラ１５との間の循環流路２５に接続されている。アフタークーラバイパス流路５１の下流側は、アフタークーラ１５とインタークーラ１３との間の循環流路２５に接続されている。アフタークーラバイパス流路５１には、アフタークーラバイパス流路５１を開閉する第五バルブ５５が接続されている。第五バルブ５５の開閉制御は、ＥＣＵ３０のバルブ制御部３２により行われる。
【００７２】
インタークーラバイパス流路５２は、循環流路２５においてインタークーラ１３をバイパスするバイパス流路である。インタークーラバイパス流路５２の上流側は、ポンプ２４とインタークーラ１３との間の循環流路２５に接続されている。インタークーラバイパス流路５２の下流側は、インタークーラ１３とラジエータ１１との間の循環流路２５に接続されている。インタークーラバイパス流路５２には、インタークーラバイパス流路５２を開閉する第六バルブ５６が接続されている。第六バルブ５６の開閉制御は、ＥＣＵ３０のバルブ制御部３２により行われる。
【００７３】
ＥＧＲクーラバイパス流路５３は、循環流路２５においてＥＧＲクーラ１７をバイパスするバイパス流路である。ＥＧＲクーラバイパス流路５３の上流側は、ラジエータ１１とＥＧＲクーラ１７との間の循環流路２５に接続されている。ＥＧＲクーラバイパス流路５３の下流側は、ＥＧＲクーラ１７と排気熱交換器１６との間の循環流路２５に接続されている。ＥＧＲクーラバイパス流路５３には、ＥＧＲクーラバイパス流路５３を開閉する第七バルブ５７が接続されている。第七バルブ５７の開閉制御は、ＥＣＵ３０のバルブ制御部３２により行われる。
【００７４】
排気熱交換器バイパス流路５４は、循環流路２５において排気熱交換器１６をバイパスするバイパス流路である。排気熱交換器バイパス流路５４の上流側は、ＥＧＲクーラ１７と排気熱交換器１６との間の循環流路２５に接続されている。排気熱交換器バイパス流路５４の下流側は、排気熱交換器１６と膨張機２２との間の循環流路２５に接続されている。排気熱交換器バイパス流路５４には、排気熱交換器バイパス流路５４を開閉する第八バルブ５８が接続されている。第八バルブ５８開閉制御は、ＥＣＵ３０のバルブ制御部３２により行われる。
【００７５】
ところで、ランキンサイクル装置２０Ｃにおいて、圧縮ガスとの熱交換により作動媒体を加熱する蒸発器２１は、アフタークーラ１５及びインタークーラ１３のみとなる。このため、アフタークーラバイパス流路５１及びインタークーラバイパス流路５２により、循環流路２５においてアフタークーラ１５及びインタークーラ１３をバイパスさせることで、ランキンサイクル装置２０Ｃは、圧縮ガスとの熱交換により作動媒体を加熱する蒸発器を備えないものと実質的に等価となる。
【００７６】
また、ランキンサイクル装置２０Ｃにおいて、排気ガスとの熱交換により作動媒体を加熱する蒸発器２１は、ＥＧＲクーラ１７及び排気熱交換器１６のみとなる。このため、ＥＧＲクーラバイパス流路５３及び排気熱交換器バイパス流路５４により、循環流路２５においてＥＧＲクーラ１７及び排気熱交換器１６をバイパスさせることで、ランキンサイクル装置２０Ｃは、排気ガスとの熱交換により作動媒体を加熱する蒸発器を備えないものと実質的に等価となる。
【００７７】
次に、ＥＣＵ３０の制御動作について説明する。
【００７８】
ＥＣＵ３０は、作動媒体のバイパス制御において、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量が規定熱量以下となるように、第二バルブ２９の開度を調整するとともに、第五バルブ５５、第六バルブ５６、第七バルブ５７及び第八バルブ５８の開閉制御も行う。
【００７９】
つまり、アフタークーラ１５及びインタークーラ１３に作動媒体を流すと、圧縮ガスとの熱交換により作動媒体が加熱される。また、ＥＧＲクーラ１７及び排気熱交換器１６に作動媒体を流すと、排気ガスとの熱交換により作動媒体が加熱される。
【００８０】
そこで、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量が規定熱量を越えそうな場合は、第二バルブ２９の開度制御に加えて、第五バルブ５５、第六バルブ５６、第七バルブ５７及び第八バルブ５８の開閉制御も行う。第五バルブ５５及び第六バルブ５６の少なくとも一方を開くことで、圧縮ガスにより作動媒体が加熱されるのを抑制することができる。また、第七バルブ５７及び第八バルブ５８の少なくとも一方を開くことで、排気ガスにより作動媒体が加熱されるのを抑制することができる。
【００８１】
これにより、第五バルブ５５、第六バルブ５６、第七バルブ５７及び第八バルブ５８の開閉制御を行わない場合に比べて、作動媒体により膨張機２２に持ち込まれる熱量を下げることができる。
【００８２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。
【００８３】
例えば、上記実施形態では、各蒸発器の循環流路における配置順を具体的に説明したが、各蒸発器の循環流路における配置順は特に限定されるものではない。但し、循環流路における上流側から下流側に向けて、熱源の温度が高くなることが好ましい。
【００８４】
また、上記実施形態では、第二蒸発器及び第三蒸発器の双方を備えるものとして説明したが、第二蒸発器及び第三蒸発器の少なくとも一方を備えないものとしてもよい。この場合、第二蒸発器に対応するＥＧＲクーラ及び排気熱交換器の冷熱源、及び、第三蒸発器に対応するインタークーラ及びアフタークーラの冷熱源は、作動媒体ではなく、従来通りの冷熱源を用いればよい。
【符号の説明】
【００８５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…廃熱回収装置、２…エンジン、３…冷却水流路、４…吸気流路、５…排気流路、５ａ…第一排気流路、５ｂ…第二排気流路、６…ＥＧＲ流路、１１…ラジエータ（第一蒸発器）、１２…第一過給機、１２ａ…コンプレッサ、１２ｂ…タービン、１３…インタークーラ（一方の第三蒸発器）、１４…第二過給機、１４ａ…コンプレッサ、１４ｂ…タービン、１５…アフタークーラ（他方の第三蒸発器）、１６…排気熱交換器（一方の第二蒸発器）、１７…ＥＧＲクーラ（他方の第二蒸発器）、２０，２０Ａ，２０Ｃ…ランキンサイクル装置、２１…蒸発器、２２…膨張機、２３…凝縮器、２４…ポンプ、２５…循環流路、２６…ラジエータバイパス流路、２７，２７Ａ…膨張機バイパス流路（バイパス流路）、２８…第一バルブ、２９…第二バルブ（バルブ）、３０…ＥＣＵ、３１…ポンプ制御部、３２…バルブ制御部、４１ａ…第三バルブ、４１ｂ…第四バルブ、５１…アフタークーラバイパス流路、５２…インタークーラバイパス流路、５３…ＥＧＲクーラバイパス流路、５４…排気熱交換器バイパス流路、５５…第五バルブ、５６…第六バルブ、５７…第七バルブ、５８…第八バルブ。
【図１】
0006732512.tif 000002
【図２】
0006732512.tif 000003
【図３】
0006732512.tif 000004
【図４】
0006732512.tif 000005
【図５】
0006732512.tif 000006