(57)【要約】【課題】  特別の作動媒体閉塞手段を設けることなく、膨張機の停止時に高温高圧の作動媒体の漏れを防止する。【解決手段】  容積型の膨張機を停止させるときに、その膨張機に接続されたモータ・ジェネレータがロータリバルブ２１の第１、第２ポートＰ１，Ｐ２が連通遮断される位置でロータ２４を停止させるので、特別の作動媒体閉塞手段を設けることなく、膨張機の停止中に高温高圧の作動媒体がロータリバルブ２１を通過してロータ２４の内部に流入してリークにより失われるのを防止し、膨張機の冷間始動時や一時停止後の再始動時にロータの回転をスムーズに立ち上げることができる。しかもモータ・ジェネレータは駆動トルクが最小になる位置でロータ２４を停止させるので、停止中にモータ・ジェネレータが消費する電力を最小限に抑えることができる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（２２）に回転自在に支持されたロータ（２４）にロータリバルブ（２１）を介して作動媒体を供給・排出し、ロータ（２４）の内部における作動媒体の断熱膨張作用で該ロータ（２４）を回転駆動する容積型の膨張機であって、
前記ロータリバルブ（２１）はケーシング（２２）に設けられた固定側バルブプレート（２３）とロータ（２４）に設けられた可動側バルブプレート（２５）とを摺動面（２３ａ，２５ａ）において摺接させ、固定側バルブプレート（２３）に設けた第１ポート（Ｐ１）と可動側バルブプレート（２５）に設けた第２ポート（Ｐ２）とを前記摺動面（２３ａ，２５ａ）で連通および連通遮断することでロータ（２４）への作動媒体の供給を制御するものにおいて、
前記第１、第２ポート（Ｐ１，Ｐ２）が連通遮断される位置で前記ロータ（２４）を停止させるロータ停止位置規制手段（１７）を備えたことを特徴とする膨張機。
【請求項２】
前記ロータ停止位置規制手段は、前記ロータ（２４）に接続されたモータ・ジェネレータ（１７）であることを特徴とする、請求項１に記載の膨張機。
【請求項３】
前記モータ・ジェネレータ（１７）は駆動トルクが最小になる位置で前記ロータ（２４）を停止させることを特徴とする、請求項２に記載の膨張機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシングに回転自在に支持されたロータにロータリバルブを介して作動媒体を供給・排出し、ロータの内部における作動媒体の断熱膨張作用で該ロータを回転駆動する容積型の膨張機に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排ガスの熱エネルギーを機械エネルギーに変換するランキンサイクル装置の膨張機にモータ・ジェネレータを接続して駆動し、このモータ・ジェネレータをジェネレータとして機能させることで発電を行うものが下記特許文献１に記載されている。
【０００３】
上記従来の膨張機は、排ガスで加熱された高温高圧蒸気をロータに供給・排出するためのロータリバルブを備えている。このロータリバルブはケーシングに設けられた固定側バルブプレートとロータに設けられた可動側バルブプレートとを摺動面において摺接させ、固定側バルブプレートに設けた第１ポートと可動側バルブプレートに設けた第２ポートとを前記摺動面で連通および連通遮断することでロータへの高温高圧蒸気の供給を制御するようになっている。
【０００４】
また蒸気発生器と膨張機との間に作動媒体閉塞手段を配置し、蒸気発生器で高温高圧蒸気が発生した後に作動媒体閉塞手段を開放して膨張機に高温高圧蒸気を導入することで、膨張機のスムーズな始動を可能にするものが、下記特許文献２により公知である。
【特許文献１】特開２００４−８０９３７号公報
【特許文献２】特開昭５９−７７０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで引用文献１に記載された膨張機が停止するとき、第１、第２ポートが連通遮断した位置でロータが停止する場合と、第１、第２ポートの連通した位置でロータが停止する場合とがある。第１、第２ポートが連通遮断した位置でロータが停止した場合には、ケーシングの固定側バルブプレートの第１ポートがロータの可動側バルブプレートの第２ポートを介してロータの内部に連通するため、蒸発器で発生した高温高圧蒸気が膨張機の内部の通路や気筒のシール部から漏れて失われてしまい、次の膨張機の冷間始動時に蒸発器が発生した高温高圧蒸気の圧力が立ち上がり難くなったり、また膨張機の一次停止後の再始動時にロータの内部に残った高温高圧蒸気がリークしてエネルギーが失われたりするため、膨張機のスムーズな始動が阻害される可能性がある。
【０００６】
また引用文献２に記載された膨張機は，停止時に作動媒体閉塞手段を閉鎖して始動時に作動媒体閉塞手段を開放することでスムーズな始動が可能であるが、高温高圧通路に作動媒体閉塞手段を設けたことで、その作動媒体閉塞手段からの熱逃げや圧損の増加で廃熱回収エネルギーが減少したり、部品点数の増加や構造の複雑化の原因となる問題がある。
【０００７】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、特別の作動媒体閉塞手段を設けることなく、膨張機の停止時に高温高圧の作動媒体の漏れを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ケーシングに回転自在に支持されたロータにロータリバルブを介して作動媒体を供給・排出し、ロータの内部における作動媒体の断熱膨張作用で該ロータを回転駆動する容積型の膨張機であって、前記ロータリバルブはケーシングに設けられた固定側バルブプレートとロータに設けられた可動側バルブプレートとを摺動面において摺接させ、固定側バルブプレートに設けた第１ポートと可動側バルブプレートに設けた第２ポートとを前記摺動面で連通および連通遮断することでロータへの作動媒体の供給を制御するものにおいて、前記第１、第２ポートが連通遮断される位置で前記ロータを停止させるロータ停止位置規制手段を備えたことを特徴とする膨張機が提案される。
【０００９】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記ロータ停止位置規制手段は、前記ロータに接続されたモータ・ジェネレータであることを特徴とする膨張機が提案される。
【００１０】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記モータ・ジェネレータは駆動トルクが最小になる位置で前記ロータを停止させることを特徴とする膨張機が提案される。
【００１１】
尚、実施の形態のモータ・ジェネレータ１７は本発明のロータ停止位置規制手段に対応する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の構成によれば、容積型の膨張機を停止させるときに、ロータ停止位置規制手段がロータリバルブの第１、第２ポートが連通遮断される位置でロータを停止させるので、特別の作動媒体閉塞手段を設けることなく、膨張機の停止中に高温高圧の作動媒体がロータリバルブを通過してロータの内部に流入してリークにより失われるのを防止し、膨張機の冷間始動時や一時停止後の再始動時にロータの回転をスムーズに立ち上げることができる。
【００１３】
また請求項２の構成によれば、ロータに接続されたモータ・ジェネレータをロータ停止位置規制手段に利用するので、特別のロータ停止位置規制手段を設ける必要をなくして構造を簡素化することができる。
【００１４】
また請求項３の構成によれば、モータ・ジェネレータは駆動トルクが最小になる位置でロータを停止させるので、停止中にモータ・ジェネレータが消費する電力を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図２４は本発明の実施の形態を示すもので、図１はランキンサイクル装置の構成を示す図、図２は膨張機のロータリバルブのポートの説明図、図３はモータ・ジェネレータの通電ステージの説明図、図４はモータ・ジェネレータの冷間始動時および一次停止時の蒸気エネルギーの説明図、図５は膨張機のロータの絶対角とモータ・ジェネレータの電気角との関係を示す図、図６はモータ・ジェネレータの直流電流の交流成分と通電ステージとの関係を示す図、図７は通電ステージのリセット手法の説明図、図８は膨張機の停止時のシーケンスを示す図、図９は一時停止モードおよびシステム停止モードの説明図、図１０は膨張機の停止までの時間とモータ・ジェネレータの発電電力／消費電力との関係を示す図、図１１はロータの総トルクが最小となるタイミングを示す図、図１２は一時停止時およびシステム停止時のロータ停止位置を示す図、図１３はランキンサイクル装置の制御系のブロック図、図１４はメインルーチンのフローチャート、図１５は回転停止制御のフローチャート、図１６はハードウエア処理のフローチャート、図１７は回転検出処理のフローチャート、図１８は回転停止モード判定のフローチャート、図１９はロータ絶対角推定実施判定のフローチャート、図２０はロータ絶対角推定処理のフローチャート、図２１は電流エッジ割込み処理のフローチャート、図２２は回転停止処理のフローチャート、図２３は回転再開処理のフローチャート、図２４は蒸気閉塞確認のフローチャートである。
【００１７】
図１に示すように、ランキンサイクル装置１１は公知の構造を有するもので、エンジン１２の排ガスを熱源として高温高圧蒸気を発生する蒸発器１３と、その高温高圧蒸気の膨張によって軸出力を発生する容積型の膨張機１４と、膨張機１４から排出される降温降圧蒸気を凝縮させて水に戻す凝縮器１５と、凝縮器１５からの水を蒸発器１３に供給する給水ポンプ１６とを有しており、膨張機１４にはモータおよびジェネレータとして機能するモータ・ジェネレータ１７が接続される。
【００１８】
膨張機１４の構造は周知のもので、そのロータに７２°間隔で設けた５個の気筒にロータリバルブを介して高温高圧蒸気を順番に供給・排出することで、高温高圧蒸気の熱エネルギーを機械エネルギーに変換する。
【００１９】
図２に示すように、膨張機１４のロータリバルブ２１はケーシング２２に回転不能に固定された固定側バルブプレート２３と、ロータ２４と共に回転する可動側バルブプレート２５とを摺動面２３ａ，２５ａにおいて相対回転可能に接触させたもので、固定側バルブプレート２３の摺動面２３ａには１個の円形の第１ポートＰ１と、１個の円弧状の第３ポートＰ３とが開口する。一方、可動側バルブプレート２５の摺動面２５ａには、５個の気筒にそれぞれ対応する５個の円形の第２ポートＰ２…が開口する。
【００２０】
ロータ２４の回転に伴って、可動側バルブプレート２５の５個の第２ポートＰ２…は、固定側バルブプレート２３の第１ポートＰ１および第２ポートＰ２に連通可能である。即ち、ロータ２４が７２°回転する毎に、蒸発器１３からの高温高圧蒸気が第１ポートＰ１および一つの第２ポートＰ２を介して膨張行程にある一つの気筒に供給され、排出行程にある他の一つの気筒からの降温降圧蒸気が他の一つの第２ポートＰ２および第３ポートＰ３を経て凝縮器１５に排出される。
【００２１】
図３に示すように、膨張機１４に接続された直流ブラシレス型のモータ・ジェネレータ１７は、対を成すＮ極およびＳ極を６対備えた６極対のものであり、その１極対の電気角３６０°はロータの回転角６０°に相当する。５気筒の膨張機１４は７２°の回転角を周期としてトルク変動するため、仮にモータ・ジェネレータ１７を５極対とすると、モータ・ジェネレータ１７のトルク変動の周期と膨張機１４のトルク変動の周期とが一致して共振が発生する問題があるが、膨張機１４の気筒数とモータ・ジェネレータ１７の極対数とを異ならせることで、共振の発生を防止している。
【００２２】
ところで、膨張機１４が運転を停止したとき、ロータリバルブ２１の固定側バルブプレート２３の第１ポートＰ１と可動側バルブプレート２５の何れかの第２ポートＰ２とが連通した状態にあると仮定する。この場合、次回の冷間始動時にエンジン１２が始動して排ガスのエネルギーが立ち上がると、蒸発器１３が自己の熱マスによる遅れを伴って高温高圧蒸気を発生し始めるが、その高温高圧蒸気が第１、第２ポートＰ１，Ｐ２を通過して膨張機１４のロータ２４内の蒸気通路や気筒内に流入してシール部からリークするため、膨張機１４に供給される蒸気のエネルギーが速やかに立ち上がらなくなり、膨張機１４のスムーズな始動が阻害される可能性がある（図４（Ａ）参照）。
【００２３】
またエンジン１２の一時停止に伴って膨張機１４が一時停止したとき、ロータリバルブ２１の固定側バルブプレート２３の第１ポートＰ１と可動側バルブプレート２５の何れかの第２ポートＰ２とが連通した状態にあると仮定する。この場合、蒸発器１３は余熱によりしばらく高温高圧蒸気を発生し続けるが、その高温高圧蒸気が第１、第２ポートＰ１，Ｐ２を通過して膨張機１４のロータ２４内の蒸気通路や気筒内に流入してシール部からリークするため、膨張機１４に供給される蒸気のエネルギーに損失が発生し、膨張機１４のスムーズな再始動が阻害される可能性がある（図４（Ｂ）参照）。
【００２４】
このような理由から、本実施の形態では膨張機１４の停止時あるいは一次停止時に、ロータリバルブ２１の固定側バルブプレート２３の第１ポートＰ１と可動側バルブプレート２５の第２ポートＰ２との連通が遮断される位置で、膨張機１４のロータ２４を停止させるようになっている。膨張機１４のロータ２４はモータ・ジェネレータ１７に接続されているため、モータ・ジェネレータ１７をモータとして機能させ、そのトルクでロータ２４を任意の位置に停止させることができる。
【００２５】
膨張機１４のロータを所定の位置で停止させるには、そのロータの絶対角を知る必要がある。本来、直流ブラシレス型のモータ・ジェネレータ１７は、それを駆動するための電圧指令を作成するために磁極の角度を検出しているが、その角度は一対の磁極の周期を３６０°とする電気角であるため、６極対のモータ・ジェネレータ１７ではロータが１回転する間に同じ電気角が６回出現してしまい、検出した電気角からロータの絶対角を知ることはできない。
【００２６】
これを図５に基づいて更に詳しく説明すると、一般的に、膨張機１４の気筒数がモータ・ジェネレータ１７の極対数の整数倍であれば、電気角が決まればロータの第２ポートＰ２…の位相が一義的に決まるため、電気角からロータの絶対角を知ることができる。例えば、膨張機１４が６気筒であり、モータ・ジェネレータ１７が３極対あるいは６極対であれば、モータ・ジェネレータ１７の電気角から膨張機１４のロータの絶対角を知ることができる。
【００２７】
しかしながら、膨張機１４の気筒数がモータ・ジェネレータ１７の極対数の整数倍でない場合、例えば、膨張機１４が６気筒であり、モータ・ジェネレータ１７が８極対、１２極対である場合、あるいは膨張機１４が５気筒であり、モータ・ジェネレータ１７が３極対、６極対、８極対、１２極対である場合には、電気角が決まってもロータの第２ポートＰ２…の位相は一義的に決まらないため、電気角から直接ロータの絶対角を知ることはできない。よって本実施の形態の如く、膨張機１４が５気筒であり、モータ・ジェネレータ１７が６極対である場合にも、電気角から直接ロータの絶対角を知ることはできない。
【００２８】
そこで、図３に示すように、６個の極対に対応して通電ステージ［１］〜［６］を定義する。このようにすれば、何れかの通電ステージを特定することができれば、その通電ステージと電気角とからロータの絶対角を知ることができる。
【００２９】
前記通電ステージ［１］〜［６］は以下のようにして知ることができる。図６に示すように、膨張機１４は５気筒であるため、膨張機１４を駆動するためのトルクはロータが１回転する間に５周期の変動を行う。従って、その膨張機１４を駆動するモータ・ジェネレータ１７の直流電流の変動分（交流成分）も、ロータが１回転する間に５周期の変動を行う。一方、６極対のモータ・ジェネレータ１７の電気角は、ロータが１回転する間に６周期の変動を行うため、モータ・ジェネレータ１７の直流電流の交流成分と電気角とを対比することで、通電ステージ［１］〜［６］を特定することができる。
【００３０】
尚、モータ・ジェネレータ１７の直流電流の交流成分の検出は、モータ・ジェネレータ１７が一定回転数で回転しているときに行われる。その理由は、モータ・ジェネレータ１７の加減速に伴う電流の変動分をキャンセルするためである。
【００３１】
通電ステージ［１］〜［６］を特定するために、電気角の３６０°毎に、直流電流の交流成分が０点を横切るエッジを検出する。直流電流の交流成分が０点を下から上（負から正）に横切るエッジを「↑」で表し、０点を上から下（正から負）に横切るエッジを「↓」で表す。電気角の３６０°に検出されるエッジの数は１個あるいは２個であり、その組み合わせは、
「↑」＋「↓」：Ａパターン
「↑」のみ    ：Ｂパターン
「↓」＋「↑」：Ｃパターン
「↓」のみ    ：Ｄパターン
の４種類である。
【００３２】
図７に示すように、ロータの絶対角＝０°を基準とした場合のエッジパターンの出現順序は、次のようになる。
【００３３】
通電ステージ［１］：Ａパターン
通電ステージ［２］：Ａパターン
通電ステージ［３］：Ｂパターン
通電ステージ［４］：Ｃパターン
通電ステージ［５］：Ｃパターン
通電ステージ［６］：Ｄパターン
そして、上記順序でエッジパターンが出現したときにロータの絶対角が０°になるため、そのときの通電ステージを［１］にリセットすることで、それ以後の通電ステージ［１］〜［６］を確実に知ることができる。
【００３４】
このようにして通電ステージ［１］〜［６］が決定すると、ロータ絶対角を、
ロータ絶対角＝［｛（通電ステージ）−１｝×３６０＋（電気角）］÷（極対数）
により推定することができる。
【００３５】
上述したロータの絶対角の推定は、以下のようなタイミングで行われる。
【００３６】
図８において、時刻（１）にアクセルペダルがＯＦＦすると蒸発器１３への給水が停止され、蒸発器１３に残存する余熱により蒸気圧力はゆっくりと低下する。それに伴って膨張機１４の回転数は次第に低下し、時刻（２）に効率、トルク、回転数制御性から予め定めた最低回転数に達すると、指令回転数が最低回転数に維持される。最低回転数が維持されている間に蒸気圧力は更に低下し、時刻（３）に膨張機１４の効率が低下する停止圧力に達すると、指令回転数を０にして膨張機１４を停止させる。
【００３７】
膨張機１４の回転数が最低回転数に維持されているとき、膨張機１４のトルク変動、つまりモータ・ジェネレータ１７のトルク変動が大きくなるため、図６に示すモータ・ジェネレータ１７の直流電流の交流成分の変動も大きくなる。よって、膨張機１４の回転数が最低回転数に維持されているときにロータの絶対角を推定することで、その推定精度を高めることができる。
【００３８】
ところで、膨張機１４が回転を停止するのは、蒸発器１３が高温高圧蒸気の発生を停止したときである。蒸発器１３が高温高圧蒸気の発生を停止する場合には、エンジン１２のアイドル停止時やフュエルカット時のように、排ガスのエネルギーが短時間で復帰することが予想されるため、蒸気圧力を比較的に高い値に維持する一次停止モード（図９（Ａ）参照）と、イグニッションスイッチがＯＦＦされて蒸気圧力が大幅に低下するシステム停止モード（図９（Ｂ）参照）とがある。モードの判断が行われるのは蒸発器１３に対する給水量が０になったときに行われ、イグニッションスイッチがＯＮのままであれば一次停止モードと判断され、イグニッションスイッチがＯＦＦすればシステム停止モードと判断される。
【００３９】
上述したロータの絶対角の推定は、ランキンサイクル装置１１の初電源投入後の初回一次停止時およびシステム停止時に行われる。システム停止後は、膨張機１４の摺動部に摩擦抵抗が存在するため、通常はロータが回転することはない。しかしながら、膨張機１４はブレーキ手段を持たないため、振動等の外乱によってロータが回転してしまい、絶対角と電気角との対応関係が崩れてしまう可能性がある。従って、一度推定したロータの絶対角は学習値としてメモリに記憶するが、通常電源投入後（二回目以降の電源投入後）のシステム停止時にもロータの絶対角の推定が行われる。尚、通常電源投入後の一次停止時であっても、蒸気圧力の低下が検出された場合には、推定したロータの絶対角の精度が低くなるため、絶対角の推定が実行される。
【００４０】
さて、図９（Ａ）に示す一時停止モードでは、ロータリバルブの第１、第２ポートＰ１，Ｐ２の連通を遮断して高温高圧蒸気を保持するが、第１、第２ポートＰ１，Ｐ２の連通を遮断してもロータの何れかの気筒には高温高圧蒸気が閉じ込められるため、膨張機１４は停止時にもトルクを発生する。従って、膨張機１４のロータを所定の位置で停止させるには、前記トルクに対抗するトルクをモータ・ジェネレータに発生させる必要がある。一時停止後の再始動をスムーズに行うには、蒸気圧力が高い状態で膨張機１４を停止させることが必要であるが、このようにすると停止中の膨張機１４のトルクが大きくなるため、膨張機１４停止位置に保持するためのモータ・ジェネレータ１７の消費電力も大きくなる。
【００４１】
図１０はエンジン１２の停止から膨張機１４の停止までの時間をｔ２，ｔ３，ｔ４の３種類に変化させた場合に、膨張機１４に接続されたモータ・ジェネレータの発電電力と消費電力（膨張機１４を所定の位置に停止させるための電力）とを示すものである。
【００４２】
エンジン１２が停止する時刻ｔから膨張機１４を停止させるまでの時間ｔ２が長い場合には、蒸気圧力が大幅に低下するために膨張機１４を停止状態に保持するための消費電力は殆ど０になるが、時刻ｔから時間ｔ１が経過してエンジン１２が始動してから蒸気圧力が立ち上がるまでの時間ｔ５が長くなるため、モータ・ジェネレータ１７の発電電力も小さくなる。
【００４３】
エンジン１２が停止する時刻ｔから膨張機１４を停止させるまでの時間ｔ３が中程度の場合には、蒸気圧力が中程度に低下するために膨張機１４を停止状態に保持するための消費電力も中程度になるが、エンジン１２が始動してから蒸気圧力が立ち上がるまでの時間ｔ６も中程度になるため、モータ・ジェネレータ１７の発電電力は中程度になる。
【００４４】
エンジン１２が停止する時刻ｔから膨張機１４を停止させるまでの時間ｔ３が短い場合には、蒸気圧力が僅かしか低下しないために膨張機１４を停止状態に保持するための消費電力は大きくなるが、エンジン１２が始動してから蒸気圧力が立ち上がるまでの時間ｔ７が短くなるため、モータ・ジェネレータ１７の発電電力は大きくなる。
【００４５】
従って、モータ・ジェネレータ１７の発電電力と消費電力との兼ね合いを考慮し、更に一時停止の頻度や一時停止の継続時間等を考慮して、膨張機１４を停止させる蒸気圧力を決定する必要がある。
【００４６】
一方、図９（Ｂ）に示すシステム停止モードでは、その長い停止期間中に蒸気圧力が０まで低下することが避けられないため、膨張機１４を停止させる蒸気圧力は、膨張機１４が回転可能な下限圧力に設定すれば良い。
【００４７】
図１１に示すように、膨張機１４のロータの各々の気筒が発生するトルクはロータの１回転を周期として変化し、膨張機１４の総トルクは７２°ずつ位相がずれた５個の気筒が発生するトクルを加算したものとなる。総トルクは７２°を周期としてロータが１回転する間に５周期の変動をするものであり、その総トルクが最小となるタイミングは、第１、第２吸気ポートＰ１，Ｐ２が閉塞する期間（連通を遮断される期間）が終わるタイミングに一致する。
【００４８】
従って、図１２（Ａ）に示すように、一時停止モードにおけるロータの停止位置は、５個の第２吸気ポートＰ２のうちの何れかが、第１ポートＰ１から離れる瞬間の位置に設定される。従って、前記何れかの第２吸気ポートＰ２と、それに続く別の第２ポートＰ２との中点を通る目標停止角に対し、第１ポートＰ１は角度αだけオフセットしている。
【００４９】
一方、  図１２（Ｂ）に示すように、システム停止モードではロータにトルクが作用しないため、第１、第２吸気ポートＰ１，Ｐ２の連通が遮断される位置であれば、何れの位置にロータを停止させてもモータ・ジェネレータ１７は電力を消費しない。しかしながら、前述したように、膨張機１４の停止中に外乱によってロータが回転する可能性があるため、その外乱でロータが回転しても第１、第２吸気ポートＰ１，Ｐ２ができるだけ連通しないように、第２ポートＰ２との中点を通る目標停止角を第１ポートＰ１に一致させて停止させる。つまり前記オフセット角αが０になるように設定される。
【００５０】
次に、ランキンサイクル装置１１の制御系の構成を、図１３のブロック図を参照して説明する。
【００５１】
ランキンサイクル装置１１を制御する電子制御ユニットは、蒸気温度制御部３１と、蒸気圧力制御部３２と、モータ・ジェネレータ駆動制御部３３と、モータ・ジェネレータ回転停止制御部３４とで構成される。
【００５２】
蒸気温度制御部３１は、エンジン回転数Ｎｅ、吸気負圧Ｐｂ、排ガス温度Ｔｇ、空燃比Ａ／Ｆ等と、実際の蒸気温度Ｔとに基づいて、蒸発器１３が発生する高温高圧蒸気の温度を制御する。蒸気温度制御部３１による蒸気温度制御の詳細は特開２００４−５２７３８号公報に詳しく開示されているため、ここでは説明を省略する。
【００５３】
蒸気圧力制御部３２は蒸発器１３への指令給水量Ｑ０と、実際の蒸気圧力Ｐとに基づいて、膨張機１４の入口での蒸気圧力を制御する。蒸気圧力制御部３２による蒸気圧力制御の詳細は特開２００４−６０４６２号公報に詳しく開示されているため、ここでは説明を省略する。
【００５４】
モータ・ジェネレータ駆動制御部３３は、レゾルバが出力するモータ・ジェネレータ１７の回転信号を電気角θに変換し、その電気角θを微分して角速度ωを算出し、その角速度ωからモータ・ジェネレータ１７の実際の回転数Ｎを算出する。モータ・ジェネレータ１７の実際の回転数Ｎは蒸気圧力制御部３２が出力する指令回転数Ｎｏｂｊと比較され、その偏差からトルク指令値が算出される。トルク制御部は、前記トルク指令値と、モータ・ジェネレータ１７の電気角θと、モータ・ジェネレータ１７の角速度ωと、モータ・ジェネレータ１７の相電流とに基づいて電圧指令値を算出し、インバータよりなる電力変換器が前記電圧指令値に基づいてモータ・ジェネレータ１７を駆動する。
【００５５】
モータ・ジェネレータ回転停止制御部３４は、ロータ角推定必要性判断部３５と、ロータ角推定処理部３６と、通電ステージカウンタ３７と、電気角／ロータ角変換部３８と、回転停止モード判定部３９と、回転停止・再開処理部４０と、ロータ角推定実施判定部４１と、蒸気閉塞確認部４２とを備える。
【００５６】
ロータ角推定必要性判断部３５は、膨張機１４の気筒数とモータ・ジェネレータ１７の極対数とを比較し、気筒数が極対数の整数倍でなければ、ロータの絶対角の推定が必要であると判断する。気筒数が極対数の整数倍であれば、電気角θからロータの絶対角を直接算出できるので、ロータの絶対角の推定は不要となる。
【００５７】
ロータ角推定処理部３６は、モータ・ジェネレータ１７の直流電流の交流成分から電流エッジを検出し、その電流エッジから作成したエッジパターンと目標エッジパターンとを比較することで通電ステージの正誤を判定し、通電ステージに誤りがあればリセットする（図７参照）。
【００５８】
通電ステージカウンタ３７はモータ・ジェネレータ１７の極対数と電気角θとに基づいて通電ステージを判定し、電気角／ロータ角変換部３８は通電ステージと電気角θとに基づいてロータの絶対角を算出する（図３参照）。
【００５９】
一方、回転停止モード判定部３９は、蒸発器１３への給水の有無とイグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態とに基づいて、膨張機１４が一時停止状態にあるか、システム停止状態にあるかを判断する（図９参照）。膨張機１４が一時停止状態にあれば一時停止オフセット角α（図１２（Ａ）参照）が選択され、膨張機１４がシステム停止状態にあればシステム停止オフセット角α＝０（図１２（Ｂ）参照）が選択される。そして選択されたオフセット角αが目標停止角（隣接する二つの第２ポートＰ２，Ｐ２の中間位置）に加算され、その加算値とロータの絶対角との偏差がトルク指令値としてモータ・ジェネレータ駆動制御部３３に入力される。
【００６０】
また膨張機１４が一時停止状態にあれば高圧の一時停止圧力ＰＨが選択され、膨張機１４がシステム停止状態にあれば低圧のシステム停止圧力ＰＬが選択され（図９参照）、その選択された圧力が回転停止圧力Ｐｓｔｐとして回転停止・再開処理部４０に入力される。回転停止・再開処理部４０は蒸気圧力Ｐと回転開始圧力とに基づいてモータ・ジェネレータ１７の回転停止および回転再開を判断し、モータ・ジェネレータ駆動制御部３３は、指令回転数Ｎｏｂｊから算出したトルク指令値とモータ・ジェネレータ回転停止制御部３４から入力されるトルク指令値とを、回転停止・再開処理部４０から入力されるトルク制御切替信号により切り換える。つまり、モータ・ジェネレータ駆動制御部３３は、モータ・ジェネレータ１７の回転開始後の通常の運転時には指令回転数Ｎｏｂｊから算出したトルク指令値に基づいて制御を行い、モータ・ジェネレータ１７の停止時には停止制御用のトルク指令値に基づいて制御を行う。
【００６１】
ロータ角推定実施判定部４１は、一時停止モードおよびシステム停止モードの別と、モータ・ジェネレータ１７の最低回転数Ｎｍｉｎと、モータ・ジェネレータ１７の実際の回転数Ｎとからロータの絶対角の推定の必要性を判断し（図８参照）、ロータ角推定処理部３６にロータの絶対角の推定指令を出力する。
【００６２】
蒸気閉塞確認部４２は、一時停止モードにあるときに蒸気圧力Ｐの時間変化率と、モータ・ジェネレータ１７の回転数Ｎと、許容圧力変化率とから、第１、第２ポートＰ１，Ｐ２間の閉塞状態を確認する。その閉塞状態が不完全であれば回転停止モード判定部３９に蒸気閉塞ＮＧフラグを出力し、回転停止モード判定部３９はロータの絶対角の推定を再度指令する。
【００６３】
次に、ランキンサイクル装置１１の制御を、図１４〜図２４のフローチャートを参照して更に説明する。
【００６４】
先ず、図１４のフローチャートのステップＳ１で蒸気温度制御部３１（図１３参照）により蒸発器１３が発生する高温高圧蒸気の温度を制御し、ステップＳ２で蒸気圧力制御部３２（図１３参照）により膨張機１４の入口での高温高圧蒸気の圧力を制御し、ステップＳ３でモータ・ジェネレータ回転停止制御部３４（図１３参照）により膨張機１４の回転停止位置を制御する。
【００６５】
前記ステップＳ３の回転停止制御のサブルーチンを示す図１５のフローチャートにおいて、先ずステップＳ１１で回転検出処理を行い、ステップＳ１２で回転停止モード判定を行い、ステップＳ１３でロータ絶対角推定実施判定を行い、ステップＳ１４でロータ絶対角推定処理を行い、ステップＳ１５で回転停止処理を行い、ステップＳ１６で回転再開処理を行い、ステップＳ１７で蒸気閉塞確認を行う。
【００６６】
図１６のフローチャートはハードウエア処理を示すもので、ステップＳ２１で電流センサによりモータ・ジェネレータ１７の直流電流を読み込み、ステップＳ２２で前記直流電流の交流成分を抽出し、ステップＳ２３で前記交流成分が０点を横切るエッジを検出する。このエッジのデータは電子制御ユニットの割込みポートに出力される。
【００６７】
図１７のフローチャートは、図１５のステップＳ１１のサブルーチンを示すもので、ステップＳ３１でモータ・ジェネレータ１７の電気角を読み込み、ステップＳ３２で通電ステージカウンタ３７により通電ステージをカウントし、ステップＳ３３で電気角／ロータ角変換部３８により電気角をロータ絶対角に変換し、ステップＳ３４でモータ・ジェネレータ３７の回転数を算出する。
【００６８】
図１８のフローチャートは、図１５のステップＳ１２のサブルーチンを示すもので、ステップＳ４１で蒸発器１３への給水量が０であり、ステップＳ４２でイグニッションスイッチがＯＮしており、ステップＳ４３でロータの絶対角の推定が完了しており、ステップＳ４４でシステム停止モードでなく、ステップＳ４５で蒸気閉塞が不完全でなければ、ステップＳ４６で回転停止モード判定部２９により一時停止モードをセットし、ステップＳ４７で回転停止圧力Ｐｓｔｐを高圧のＰＨに設定し、ステップＳ４８で一時停止モードのオフセット角をセットする。
【００６９】
一方、前記ステップＳ４２でイグニッションスイッチがＯＮしておらず、あるいは前記ステップＳ４３でロータの絶対角の推定が完了しておらず、あるいは前記ステップＳ４４でシステム停止モードであり、あるいは前記ステップＳ４５で蒸気閉塞が不完全であれば、ステップＳ４９で回転停止モード判定部２９によりシステム停止モードをセットし、ステップＳ５０で回転停止圧力Ｐｓｔｐを低圧のＰＬに設定し、ステップＳ５１でシステム停止モードのオフセット角を０にセットする。
【００７０】
また前記ステップＳ４１で蒸発器１３への給水量が０でなければ、ステップＳ５２でモータ・ジェネレータ１７が通常の運転状態にあると判断し、一時停止モードおよびシステム停止モードをクリアする。
【００７１】
図１９のフローチャートは、図１５のステップＳ１３のサブルーチンを示すもので、ステップＳ６１で一時停止モードでなく、ステップＳ６２でシステム停止モードであり、ステップＳ６３でモータ・ジェネレータ１７の回転数が最低回転数であれば、ステップＳ６４でロータ角推定実施判定部４１によりモータ絶対角推定実施フラグをセットする。
【００７２】
一方、前記ステップＳ６１で一時停止モードであり、あるいは前記ステップＳ６２でシステム停止モードでなく、あるいは前記ステップＳ６３でモータ・ジェネレータ１７の回転数が最低回転数でなければ、ステップＳ６５でロータ角推定実施判定部４１によりモータ絶対角推定実施フラグをクリアする。
【００７３】
図２０のフローチャートは、図１５のステップＳ１４のサブルーチンを示すもので、ステップＳ７１で膨張機１４の気筒数÷モータ・ジェネレータ１７の極対数＝整数でなく、ステップＳ７２でロータの絶対角の推定が実施されており、ステップＳ７３でロータの絶対角の推定が完了していれば、ステップＳ７４で電流エッジの割込みを許可する。
【００７４】
一方、前記ステップＳ７１で膨張機１４の気筒数÷モータ・ジェネレータ１７の極対数＝整数であれば、ステップＳ７５でロータ絶対角推定完了フラグをセットし、ステップＳ７６で電流エッジの割込みを禁止する。また前記ステップＳ７２でロータの絶対角の推定が実施されておらず、あるいは前記ステップＳ７３でロータの絶対角の推定が完了していなければ、前記ステップＳ７６で電流エッジの割込みを禁止する。
【００７５】
図２１のフローチャートはロータ角推定処理部３６で行われる電流エッジ割込み処理を示すもので、ステップＳ８１で通電ステージを読み込み、ステップＳ８２で前回と同じステージでなければ、ステップＳ８３でエッジパターンを更新し、バッファに最新データを格納して一番古いデータを消去する。そしてステップＳ８４で今回検出されたエッジが立上がりエッジであれば、ステップＳ８５でエッジタイプ「Ｂ」（図７参照）をバッファに格納し、立上がりエッジでなければ、ステップＳ８６でエッジタイプ「Ｄ」（図７参照）をバッファに格納する。
【００７６】
一方、前記ステップＳ８２で前回と同じステージであり、ステップＳ８７で今回検出されたエッジが立上がりエッジであれば、ステップＳ８８でエッジタイプ「Ｃ」（図７参照）をバッファに格納し、立上がりエッジでなければ、ステップＳ８９でエッジタイプ「Ａ」（図７参照）をバッファに格納する。
【００７７】
そしてステップＳ９０で目標エッジパターンを読み込み、ステップＳ９１でバッファに記憶されたエッジパターンが目標エッジパターンに一致すれば、ステップＳ９２で通電ステージをリセットし、ステップ９３でロータ絶対角推定完了フラグをセットする。
【００７８】
図２２のフローチャートは、図１５のステップＳ１５のサブルーチンを示すもので、ステップＳ１０１で膨張機１４の入口の蒸気圧力が停止圧力Ｐｓｔｐ以下であれば、ステップＳ１０２で回転停止・再開処理部４０が回転角制御を通常時のものから停止時のものへと切り替え、ステップＳ１０３で停止時の回転角制御が行われる。
【００７９】
図２３のフローチャートは、図１５のステップＳ１６のサブルーチンを示すもので、ステップＳ１１１で膨張機１４の回転数が０であり、ステップＳ１１２で膨張機１４の入口の蒸気圧力が回転開始圧力以上であれば、ステップＳ１２２で回転停止・再開処理部４０が回転角制御を停止時のものから通常時のものへと切り替え。ステップＳ１０３で通常時の回転数制御が行われる。
【００８０】
図２４のフローチャートは、図１５のステップＳ１７のサブルーチンを示すもので、ステップＳ１２１で一時停止モードでなく、ステップＳ１２２で膨張機１４の回転数が０であり、ステップＳ１２３で蒸気圧力の変化率が許容変化率以上であれば、ステップＳ１２４で蒸気閉塞確認部４２により蒸気閉塞ＮＧフラグをセットする。一方、前記ステップＳ１２１で一時停止モードでなく、あるいは前記ステップＳ１２２で膨張機１４の回転数が０でなく、あるいは前記ステップＳ１２３で蒸気圧力の変化率が許容変化率以上でなければ、ステップＳ１２５で蒸気閉塞ＮＧフラグをクリアする。
【００８１】
以上のように、ランキンサイクル装置１１の膨張機１４を停止させるときに、モータ・ジェネレータ１７が膨張機１４のロータリバルブ２１の第１、第２ポートＰ１，Ｐ２が連通遮断される位置でロータ２４を停止させるので、蒸発器１３および膨張機１４間に高温高圧蒸気を遮断する特別のバルブを設けることなく、膨張機１４の停止中に高温高圧蒸気がロータリバルブ２１からロータ２４の内部に流入してリークにより失われるのを防止し、膨張機１４の冷間始動時や一時停止後の再始動時にロータ２４の回転をスムーズに立ち上げることができる。
【００８２】
また膨張機１４に接続されたモータ・ジェネレータ１７をロータ２４の停止位置の規制に利用するので、特別のロータ停止位置規制手段を設ける必要をなくして構造を簡素化することができ、しかもモータ・ジェネレータ１７は駆動トルクが最小になる位置でロータ２４を停止させるので、停止中にモータ・ジェネレータ１７が消費する電力を最小限に抑えることができる。
【００８３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００８４】
例えば、実施の形態の膨張機１４はランキンサイクル装置１１により駆動されるものであるが、ランキンサイクル装置１１以外の任意の手段で駆動されるものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】ランキンサイクル装置の構成を示す図
【図２】膨張機のロータリバルブのポートの説明図
【図３】モータ・ジェネレータの通電ステージの説明図
【図４】モータ・ジェネレータの冷間始動時および一次停止時の蒸気エネルギーの説明図
【図５】膨張機のロータの絶対角とモータ・ジェネレータの電気角との関係を示す図
【図６】モータ・ジェネレータの直流電流の交流成分と通電ステージとの関係を示す図
【図７】通電ステージのリセット手法の説明図
【図８】膨張機の停止時のシーケンスを示す図
【図９】一時停止モードおよびシステム停止モードの説明図
【図１０】膨張機の停止までの時間とモータ・ジェネレータの発電電力／消費電力との関係を示す図
【図１１】ロータの総トルクが最小となるタイミングを示す図
【図１２】一時停止時およびシステム停止時のロータ停止位置を示す図
【図１３】ランキンサイクル装置の制御系のブロック図
【図１４】メインルーチンのフローチャート
【図１５】回転停止制御のフローチャート
【図１６】ハードウエア処理のフローチャート
【図１７】回転検出処理のフローチャート
【図１８】回転停止モード判定のフローチャート
【図１９】ロータ絶対角推定実施判定のフローチャート
【図２０】ロータ絶対角推定処理のフローチャート
【図２１】電流エッジ割込み処理のフローチャート
【図２２】回転停止処理のフローチャート
【図２３】回転再開処理のフローチャート
【図２４】蒸気閉塞確認のフローチャート
【符号の説明】
【００８６】
１７      モータ・ジェネレータ（ロータ停止位置規制手段）
２１      ロータリバルブ
２２      ケーシング
２３      固定側バルブプレート
２３ａ    摺動面
２４      ロータ
２５      可動バルブプレート
２５ａ    摺動面
Ｐ１      第１ポート
Ｐ２      第２ポート
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007278253.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2007278253.tif 000017
【図１６】
2007278253.tif 000018
【図１７】
2007278253.tif 000019
【図１８】
2007278253.tif 000020
【図１９】
2007278253.tif 000021
【図２０】
2007278253.tif 000022
【図２１】
2007278253.tif 000023
【図２２】
2007278253.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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