廃熱回収装置搭載車両
【課題】廃熱回収装置によって回生された動力を利用して燃料カットの継続時間を延ばし、廃熱回収装置を搭載した車両の燃費をさらに向上させる。
【解決手段】走行中にアクセルペダルが離された場合、ＥＣＵ４０は、エンジン１０の燃料噴射を停止する燃料カットを開始し、エンジン１０の回転速度が燃料カットリカバ回転速度まで低下すると燃料カットを終了してエンジン１０の燃料噴射を再開する。このとき、ＥＣＵ４０は、廃熱回収装置（例えば、ランキンサイクルシステム２０）によって動力が回生されているときは、動力が回生されていないときに比べ、燃料カットリカバ回転速度を下げる。
【解決手段】走行中にアクセルペダルが離された場合、ＥＣＵ４０は、エンジン１０の燃料噴射を停止する燃料カットを開始し、エンジン１０の回転速度が燃料カットリカバ回転速度まで低下すると燃料カットを終了してエンジン１０の燃料噴射を再開する。このとき、ＥＣＵ４０は、廃熱回収装置（例えば、ランキンサイクルシステム２０）によって動力が回生されているときは、動力が回生されていないときに比べ、燃料カットリカバ回転速度を下げる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの廃熱を動力として回生する廃熱回収装置を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気、冷却水から車外へ捨てられていた熱エネルギーを動力として回生する廃熱回収装置を備え、回生した動力を用いてエンジンをアシストすることで、エンジンの燃費を向上させる技術が提案されている。
【０００３】
特許文献１は、このような廃熱回収装置としてランキンサイクルシステムを搭載した車両を開示している。特許文献１においては、ランキンサイクルシステムにより回生された動力は、もっぱら加速時や定常走行時にエンジンをアシストするために利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１５５７３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両減速時に回生される動力は、バッテリの充電量が少ないときは、回生される動力によりジェネレータを駆動してバッテリを充電することで、有効に利用できる。しかしながら、バッテリの充電量が十分なときは、このような利用はできず、回生された動力を廃棄せざるを得ない。
【０００６】
また、ジェネレータを駆動してバッテリを充電する場合であっても、発電時の損失、充電時の損失があるため、回生される動力をエンジンのアシストに利用する場合と比べると、回生した動力の利用効率が低い。また、燃費の低減効果としては、エンジンの燃料噴射を停止する燃料カットを行うのが最も効果的である。
【０００７】
本発明は、このようが技術的課題に鑑みてなされたもので、廃熱回収装置によって回生された動力を利用して燃料カットの継続時間を延ばし、廃熱回収装置を搭載した車両の燃費をさらに向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様によれば、エンジンと、前記エンジンの廃熱を動力として回生し（以下、この動力を「回生動力」という。）、該回生動力を前記エンジンに伝達する廃熱回収装置と、を備えた廃熱回収装置搭載車両であって、走行中にアクセルペダルが離された場合、前記エンジンの燃料噴射を停止する燃料カットを開始し、前記エンジンの回転速度が燃料カットリカバ回転速度まで低下すると前記燃料カットを終了して前記エンジンの燃料噴射を再開する燃料カット制御手段と、前記廃熱回収装置によって動力が回生されているときは、動力が回生されていないときに比べ、前記燃料カットリカバ回転速度を下げる、燃料カットリカバ回転速度変更手段と、を備えたことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
廃熱回収装置によって回生された動力によりエンジンのアシストが行われているときは、アクセルオフ後のエンジンの回転速度の落ち込みが緩やかになり、エンジンのストール耐性（ストールし難さ）が向上するので、燃料カットリカバ回転速度を下げることができる。上記態様によれば、廃熱回収装置によって動力が回生されているときは、エンジンのストール耐性の向上に合わせ、燃料カットリカバ回転速度が回生されていないときに比べて低く設定される。これにより、エンジンのストールを防止しつつ、燃料カットの継続時間を延ばすことができ、エンジンの燃費が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る廃熱回収装置搭載車両の概略構成図である。
【図２Ａ】動力伝達機構の一例を示した図である。
【図２Ｂ】動力伝達機構の別の例を示した図である。
【図３】電子制御ユニット（ＥＣＵ）の制御内容を示したフローチャートである。
【図４】膨張機トルクマップである。
【図５】燃料カットリカバ回転速度テーブルである。
【図６】本発明の作用効果を説明するためのタイムチャートである。
【図７Ａ】ＥＣＵの制御内容の別の例を示したフローチャートである（第２実施形態）。
【図７Ｂ】ＥＣＵの制御内容の別の例を示したフローチャートである（第２実施形態）。
【図８】膨張機出力マップである。
【図９】燃料カットリカバ回転速度テーブルである。
【図１０】オルタネータ回生電圧テーブルである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
−第１実施形態−
図１は、本発明の第１実施形態に係る廃熱回収装置搭載車両の概略構成図である。車両は、エンジン１０と、廃熱回収装置としてのランキンサイクルシステム２０を備える。
【００１３】
エンジン１０は、水冷式の内燃機関であり、内部を流通する冷却水によって温度制御される。エンジン１０冷却後の冷却水は、流路１１により後述する蒸発器２２、図示しないラジエータへと送られ、冷却される。
【００１４】
エンジン１０には、自動変速機１６が接続されており、エンジン１０の出力回転は、自動変速機１６を介して図示しない駆動輪へと伝達される。自動変速機１６は、ロックアップクラッチ１６ｃを備えたロックアップ機構付きトルクコンバータ１６ｔを備えている。ロックアップクラッチ１６ｃは、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）４０により締結、解放を制御される。
【００１５】
エンジン１０には、回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ３４、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ３５、吸気量を検出するエアフローメータ３６が取り付けられている。また、自動変速機１６には車速ＶＳＰを検出する車速センサ３７が取り付けられている。これらセンサ３４〜３７はＥＣＵ４０に電気的に接続されており、これらセンサ３４〜３７の検出信号はＥＣＵ４０に入力される。
【００１６】
ランキンサイクルシステム２０は、エンジン１０の冷却水からエンジン１０の廃熱を冷媒に回収し、回収した廃熱を動力として回生するシステムである。ランキンサイクルシステム２０は、ポンプ２１、蒸発器２２、膨張機２３及び凝縮器２４を備え、各構成要素はＲ１３４ａ等の冷媒が流通する流路２５ａ〜２５ｄにより接続される。
【００１７】
ポンプ２１は電動ポンプである。蒸発器２２は、エンジン１０の冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を加熱し気化する熱交換器である。膨張機２３は、気化した冷媒を膨張させることにより熱を回転エネルギーに変換する蒸気タービンである。凝縮器２４は外気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を冷却し液化する熱交換器である。凝縮器２４により液化された冷媒はポンプ２１により再び蒸発器２２に送られ、ランキンサイクルシステム２０の各構成要素を循環する。
【００１８】
蒸発器２２と膨張機２３を接続する流路２５ａには、膨張機２３に流入する冷媒の温度である上流側冷媒温度Ｔｃを検出する上流側冷媒温度センサ３１、膨張機２３に流入する冷媒の圧力である上流側冷媒圧力Ｐｄを検出する上流側冷媒圧力センサ３２が取り付けられている。また、膨張機２３と凝縮器２４を接続する流路２５ｂには、膨張機２３から流出する冷媒の圧力である下流側冷媒圧力Ｐｓを検出する下流側冷媒圧力センサ３３が取り付けられている。これらセンサ３１〜３３は電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）４０に電気的に接続されており、これらセンサ３１〜３３の検出信号はＥＣＵ４０に入力される。
【００１９】
ランキンサイクルシステム２０は以上のように構成され、膨張機２３のトルク（以下、「膨張機トルク」という。特許請求の範囲中の「回生動力」に対応。）Ｔｅｘは、動力伝達機構５０を介してエンジン１０へと伝達される。
【００２０】
図２Ａは、動力伝達機構５０の一例を示している。動力伝達機構５０は、膨張機２３の出力軸に取り付けられた膨張機プーリ５１と、膨張機プーリ５１、オルタネータ５６のプーリ５２、エンジン１０のクランクプーリ５３及びエアコンコンプレッサ５７のプーリ５４に掛け回されるベルト５５により構成される。膨張機トルクＴｅｘは、ベルト５５を介して、エンジン１０、オルタネータ５６、エアコンコンプレッサ５７に伝達され、エンジン１０のアシストが行われる。
【００２１】
図２Ｂは、動力伝達機構５０の別の例を示している。この例では、動力伝達機構５０は、膨張機２３の出力軸に連結されるギヤ６１と、エンジン１０の出力軸に連結され、ギヤ６１に係合するギヤ６２と、で構成される。膨張機トルクＴｅｘは、ギヤ６１、６２を介して、エンジン１０、図示しないオルタネータ５６、エアコンコンプレッサ５７に伝達され、エンジン１０のアシストが行われる。
【００２２】
図１に戻り、ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ・ＲＯＭからなる記憶装置４２、入出力インターフェース４３等を含む。記憶装置４２には、後述する制御を実行するためのプログラム、マップ、テーブル等が格納されている。入出力インターフェース４３には、センサ３１〜３７の検出信号の他、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ３８からアクセル開度信号が入力される。ＣＰＵ４１は、記憶装置４２に格納されるプログラムを読み出して実行し、入力される各種信号に基づき、目標燃料噴射量、目標スロットル開度、目標変速段（あるいは目標変速比）等の各種目標値を設定し、これら目標値が実現されるようエンジン１０、自動変速機１６に指令を出す。
【００２３】
また、車速ＶＳＰ、アクセル開度ＡＰＯ等から決まるロックアップ条件が成立すると、ＥＣＵ４０は自動変速機１６にロックアップクラッチ１６ｃを締結するよう指示し、ロックアップクラッチ１６ｃを締結する。これにより、トルクコンバータ１６ｔにおける損失を抑え、エンジン１０の燃費を向上させる。ロックアップ中、ＥＣＵ４０は、車速ＶＳＰとエンジン１０の回転速度Ｎｅを監視し、車速ＶＳＰとエンジン１０の回転速度Ｎｅから決まるロックアップ解除条件が成立したら、自動変速機１６にロックアップクラッチ１６ｃを解放するよう指示し、ロックアップクラッチ１６ｃを解放する。これにより、エンジン１０がストールするのを防止する。
【００２４】
また、走行中、運転者がアクセルペダルから足を離すことでアクセル開度ＡＰＯがゼロになり、車両がコースト状態になると、ＥＣＵ４０は、目標燃料噴射量をゼロに設定し、燃料インジェクタの駆動を停止してエンジン１０の燃料噴射を停止する燃料カットを開始する。これによっても、エンジン１０の燃費を向上させる。燃料カット中は、ＥＣＵ４０は、エンジン１０の回転速度Ｎｅを監視し、エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定の燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒまで低下したら、燃料カットを終了してエンジン１０の燃料噴射を再開（燃料カットリカバ）する。これにより、エンジン１０がストールするのを防止する。
【００２５】
燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒは、通常、固定値である。しかしながら、本実施形態では、膨張機トルクＴｅｘによりエンジン１０のアシストが行われているときは、見かけ上、エンジン１０のフリクションが減って、燃料カット中のエンジン１０の回転速度Ｎｅの落ち込みが非アシスト時に比べ緩やかになり、エンジン１０のストール耐性（ストールし難さ）が向上する。
【００２６】
そこで、ＥＣＵ４０は、燃料カット中、膨張機２３のトルクＴｅｘを監視し、膨張機トルクＴｅｘが正のとき、すなわち、ランキンサイクルシステム２０によって動力が回生されているときは、動力が回生されていないときに比べ、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを低く設定する。より具体的には、ＥＣＵ４０は、膨張機トルクＴｅｘが大きいほど、すなわちランキンサイクルシステム２０によって回生される動力が大きいほど、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを低く設定する。これにより、エンジン１０の燃料噴射が再開されるまでの時間、すなわち、燃料カットの継続時間を延ばし、エンジン１０の燃費を向上させる。
【００２７】
また、ロックアップクラッチ１６ｃが解放されると、車輪側からエンジン１０に回転が伝達されなくなり、エンジン１０の回転速度が落ち込むため、通常は、ロックアップ解除後、燃料噴射を直ちに再開し、エンジン１０のストールを防止する。しかしながら、膨張機トルクＴｅｘによりエンジン１０のアシストが行われているときは、上記の通り、エンジン１０のストール耐性が向上する。このため、本実施形態では、ＥＣＵ４０は、ロックアップクラッチ１６ｃが解放されたとしても燃料噴射を再開せず、エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒまで下がるのを待って燃料噴射を再開する。
【００２８】
図３は、ＥＣＵ４０の制御内容を示したフローチャートである。このフローチャートはＥＣＵ４０において実行される。以下、これを参照しながら燃料カット時のＥＣＵ４０の制御内容についてさらに説明する。
【００２９】
まず、ＳＴ０１では、ＥＣＵ４０は、燃料カット条件が成立しているか判定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、アクセル開度ＡＰＯがゼロで、かつ、車速ＶＳＰがゼロよりも大きいときに、燃料カット条件が成立していると判定する。燃料カット条件が成立していると判定された場合は、処理がＳＴ０２に進み、そうでない場合はＳＴ０１を繰り返す。
【００３０】
ＳＴ０２では、ＥＣＵ４０は、目標燃料噴射量をゼロに設定し、燃料カットを開始する。なお、燃料カット中であっても、燃料カット後しばらくはエンジン１０の廃熱が十分にあり、また、廃熱が動力として回生されるまでには遅れがあるので、燃料カット中も膨張機２３はトルクＴｅｘを発生し、エンジン１０のアシストが継続される。また、このとき、必要に応じて、オルタネータ５６やエアコンコンプレッサ５７を用いて車両の減速エネルギーを回生する。
【００３１】
ＳＴ０３では、ＥＣＵ４０は、ロックアップ解除条件が成立しているか判定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、車速ＶＳＰがロックアップ解除車速ＶＳＰｌｕｐ以下で、かつ、エンジン１０の回転速度Ｎｅがロックアップ解除回転速度Ｎｅｌｕｐ以下のときにロックアップ解除条件が成立していると判定する。ロックアップ解除条件が成立していると判定された場合は処理がＳＴ０４に進み、そうでない場合はＳＴ０３を繰り返す。
【００３２】
ＳＴ０４では、ＥＣＵ４０は、自動変速機１６にロックアップクラッチ１６ｃを解放するよう指令を出し、ロックアップクラッチ１６ｃを解放する。
【００３３】
ＳＴ０５では、ＥＣＵ４０は、膨張機トルクＴｅｘを予測する。具体的には、ＥＣＵ４０は、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘ及び上流側冷媒圧力Ｐｄに基づき、図４に示す膨張機トルクマップから対応する値を検索することで、膨張機トルクＴｅｘを予測する。膨張機２３の回転速度Ｎｅｘは、エンジン１０の回転速度Ｎｅと、クランクプーリ５３と膨張機プーリ５１のプーリ比とに基づき、演算によって求めることができる。
【００３４】
膨張機２３は上流側冷媒圧力Ｐｄを受けて回転するので、膨張機トルクＴｅｘは、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘが同一であれば、上流側冷媒圧力Ｐｄが高くなるほど大きくなる。また、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘが高いと、膨張機２３に流入する冷媒量が不足するので、高回転域では膨張機トルクＴｅｘはゼロ以下となる。
【００３５】
なお、膨張機トルクＴｅｘの予測に、上流側冷媒圧力Ｐｄに代えて、膨張機２３の上流側と下流側の冷媒圧力差ΔＰｅｘを用いてもよい。膨張機トルクＴｅｘは、膨張機２３の上流側冷媒圧力Ｐｄだけでなく下流側冷媒圧力Ｐｓの影響も受け、両者の差が大きいほど膨張機トルクＴｅｘも大きくなる。したがって、上流側と下流側の冷媒圧力差ΔＰｅｘに基づき膨張機トルクＴｅｘを予測するようにすることで、膨張機トルクＴｅｘの予測精度が向上する。冷媒圧力差ΔＰｅｘは、上流側冷媒圧力Ｐｄと下流側冷媒圧力Ｐｄの差として演算によって求めることができるが、差圧センサを用いて直接的に検出するようにしてもよい。
【００３６】
さらに、膨張機トルクＴｅｘに影響を及ぼす冷媒温度、外気温等を加味して膨張機トルクＴｅｘを予測するようにし、膨張機トルクＴｅｘの予測精度をさらに向上させてもよい。
【００３７】
ＳＴ０６では、ＥＣＵ４０は、膨張機トルクＴｅｘがゼロ以上か判定する。膨張機トルクＴｅｘがゼロ以上のときは処理がＳＴ０７に進む。
【００３８】
ＳＴ０７では、ＥＣＵ４０は、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを設定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、膨張機トルクＴｅｘに基づき、図５に示す燃料カットリカバ回転速度テーブルから対応する値を検索することで、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを設定する。膨張機トルクＴｅｘが大きいほどエンジン１０の回転速度の落ち込みが緩やかになり、エンジン１０のストール耐性が向上するので、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒは膨張機トルクＴｅｘが大きいほど低い回転速度に設定される。
【００３９】
ＳＴ０８では、ＥＣＵ４０は、エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒ以下か判定する。エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒ以下になると、エンジン１０がストールする可能性が出てくるので、処理がＳＴ０９に進み、燃料噴射が再開される。これに対し、エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒよりも高いときは、処理がＳＴ０５に戻り、燃料カットが継続される。
【００４０】
一方、ＳＴ０６で、膨張機トルクＴｅｘがゼロ以上でない、すなわち、負であると判定された場合はＳＴ０９に進み、ＥＣＵ４０は、直ちに燃料噴射を再開する。これは、膨張機トルクＴｅｘが負のときは、ランキンサイクルシステム２０がエンジン１０の負荷になっており、エンジン１０の回転速度Ｎｅの落ち込みが大きいので、直ちに燃料噴射を再開し、エンジン１０のストールを回避する必要があるからである。
【００４１】
したがって、上記制御によれば、燃料カット条件が成立するとエンジン１０の燃料カットが開始されるが、ロックアップ解除条件が成立してロックアップ解除が行われても、燃料噴射は再開されない（ＳＴ０１〜ＳＴ０４）。
【００４２】
燃料カットは、エンジン回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒに下がるまで継続される（ＳＴ０８）。このとき、膨張機トルクＴｅｘによりエンジン１０のアシストが行われていれば、アクセルオフ後のエンジン１０の回転速度の落ち込みが緩やかになり、エンジン１０のストール耐性（ストールし難さ）が向上することに鑑み、膨張機トルクＴｅｘが大きいほど燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒが低く設定される（ＳＴ０７、図５）。
【００４３】
このため、上記制御によれば、膨張機トルクＴｅｘが大きいほど燃料カットの継続時間が延び、その分、エンジン１０の燃費を向上させることができる。膨張機トルクＴｅｘを用いてジェネレータを駆動する従来技術に比べ、発電時の損失、充電時の損失がないので回生した動力の利用効率が高く、また、燃料カットにより燃料消費を直接的に低減でき、エンジン１０の燃費を従来技術以上に高めることができる。
【００４４】
なお、エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒまで下がった場合、あるいは、膨張機トルクＴｅｘが負の場合には、燃料噴射が直ちに再開されるので（ＳＴ０８、ＳＴ０６→ＳＴ０９）、燃料カットの継続時間が延びてもエンジン１０がストールすることはない。
【００４５】
図６は、走行中に運転者がアクセルペダルを離し、燃料カットが行われるときの様子を示したタイムチャートである。図中実線が本実施形態に対応し、波線は比較のため、減速中、膨張機トルクＴｅｘによるエンジン１０のアシストがない場合を示している。
【００４６】
これについて説明すると、まず、時刻ｔ１では、運転者がアクセルペダルを離し、アクセル開度ＡＰＯがゼロになる。
【００４７】
アクセル開度ＡＰＯがゼロになると、所定のカットインディレイの経過を待って、燃料カットが開始される（時刻ｔ２）。燃料カット時は、目標燃料噴射量がゼロに設定され、燃料噴射パルス幅ＴＰがゼロになる。燃料カット開始後は、エンジン１０のトルクＴｅが減少するため、エンジン１０の回転速度Ｎｅが減少する。
【００４８】
時刻ｔ３でエンジン１０の回転速度Ｎｅがロックアップ解除回転速度Ｎｅｌｕｐ（この例では、１２００ｒｐｍ）まで下がると、ロックアップクラッチ１６ｃが解放される。比較例では、エンジン１０のストールを防止するために、ロックアップクラッチ１６ｃが解放されると、直ちに燃料噴射が再開される。
【００４９】
これに対し、本実施形態では、膨張機トルクＴｅｘによってエンジン１０がアシストされている分、エンジン１０の回転速度Ｎｅの落ち込みが緩やかで、エンジン１０がストールしにくいので、ロックアップクラッチ１６ｃの解放は燃料噴射再開の条件になっていない。したがって、本実施形態では、ロックアップクラッチ１６ｃの解放後も、燃料カットが継続される（時刻ｔ３以降）。
【００５０】
本実施形態では、エンジン１０の回転速度Ｎｅが、膨張機トルクＴｅｘに応じて設定されるロックアップ解除回転速度Ｎｅｌｕｐまで低下したところで、燃料噴射が再開される（時刻ｔ４）。
【００５１】
したがって、本実施形態では、比較例に比べ、燃料カットの継続時間がΔｔ（＝ｔ４−ｔ３）だけ延び、図中波線領域Ｘに対応する燃料量を節約することができる。
【００５２】
−第２実施形態−
続いて本発明の第２実施形態について説明する。
【００５３】
第２実施形態に係る廃熱回収装置搭載車両の構成は図１〜図２Ａ（あるいは図２Ｂ）に示したものと同じであるので、説明を省略する。
【００５４】
第２実施形態はＥＣＵ４０の制御内容が第１実施形態と異なる。第２実施形態では、燃料カット時に、膨張機２３の出力Ｗｅｘ（以下、「膨張機出力」という。特許請求の範囲中の「回生動力」に対応。）をオルタネータ５６で優先的に消費する。そして、膨張機出力Ｗｅｘをオルタネータ５６で消費してもなお、膨張機出力Ｗｅｘが余るようであれば、エンジン１０をアシストし、上記第１実施形態同様に燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを下げるようにする。
【００５５】
図７Ａ、図７ＢはＥＣＵ４０の制御内容を示したフローチャートである。このフローチャートはＥＣＵ４０において実行される。以下、これを参照しながら第２実施形態におけるＥＣＵ４０の制御内容について説明する。
【００５６】
ＳＴ２１〜ＳＴ２４の処理は、図３のＳＴ０１〜ＳＴ０４と同じであり、燃料カット条件が成立するとエンジン１０の燃料カットが行われ、ロックアップ解除条件が成立するとロックアップ解除が行われる。
【００５７】
ＳＴ２５では、ＥＣＵ４０は、膨張機出力Ｗｅｘを予測する。具体的には、ＥＣＵ４０は、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘ及び上流側冷媒圧力Ｐｄに基づき、図８に示す膨張機出力マップから対応する値を検索することで、膨張機出力Ｗｅｘを予測する。膨張機２３は上流側冷媒圧力Ｐｄを受けて回転するので、膨張機出力Ｗｅｘは、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘが同一であれば、上流側冷媒圧力Ｐｄが高くなるほど大きくなる。また、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘが高いと、膨張機２３に流入する冷媒量が不足するので、高回転域では膨張機出力Ｗｅｘはゼロ以下となる。
【００５８】
なお、膨張機トルクＴｅｘ同様に、膨張機２３の上流側と下流側の冷媒圧力差ΔＰに基づき膨張機出力Ｗｅｘを予測するようにしてもよく、冷媒温度、外気温等を加味して、膨張機出力Ｗｅｘの予測精度を向上させてもよい。あるいは、第１実施形態同様に膨張機トルクＴｅｘを予測し、これに膨張機２３の回転速度Ｎｅｘを掛けて膨張機出力Ｗｅｘを求めるようにしてもよい。
【００５９】
ＳＴ２６では、ＥＣＵ４０は、オルタネータ回生限界吸収出力Ｗａｌｔｌｉｍを設定する。オルタネータ回生限界吸収出力Ｗａｌｔｌｉｍはオルタネータ５６の耐熱限界等から決まる、オルタネータ５６で吸収可能な出力の最大値であり、例えば、３００Ｗに設定される。
【００６０】
次いで、図７ＢのＳＴ２７に処理が進む。ＳＴ２７では、ＥＣＵ４０は、膨張機出力Ｗｅｘがオルタネータ回生限界吸収出力Ｗａｌｔｌｉｍ以上か判定する。オルタネータ回生限界吸収出力Ｗａｌｔｌｉｍ以上と判定された場合は処理がＳＴ２８に進み、そうでない場合は処理がＳＴ３２に進む。
【００６１】
ＳＴ２８では、ＥＣＵ４０は、オルタネータ回生電圧Ｖａｌｔをその上限値、例えば、１４．５Ｖ（固定値）に設定する。
【００６２】
ＳＴ２９では、ＥＣＵ４０は、オルタネータ５６によって消費される出力であるオルタネータ吸収出力Ｗａｌｔを次式により予測する。Ｉはオルタネータ５６の出力電流、ηはオルタネータ５６の動力−電力変換効率である。
Ｗａｌｔ＝Ｉ×１４．５［Ｖ］÷η
【００６３】
ＳＴ３０では、ＥＣＵ４０は、膨張機出力Ｗｅｘからオルタネータ吸収出力Ｗａｌｔを減じて、余裕出力Ｗｓｐを演算する。余裕出力Ｗｓｐは、膨張機出力Ｗｅｘのうち、オルタネータ５６で吸収されずにエンジン１０のアシストに振り向けられる分である。
Ｗｓｐ＝Ｗｅｘ−Ｗａｌｔ
【００６４】
ＳＴ３１では、ＥＣＵ４０は、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを設定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、余裕出力Ｗｓｐに基づき、図９に示すテーブルから対応する値を検索することで、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを設定する。エンジン１０のアシストに用いられる余裕出力Ｗｓｐが大きいほどエンジン１０の回転速度の落ち込みが緩やかになり、エンジン１０のストール耐性が向上するので、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒは余裕出力Ｗｓｐが大きいほど低い回転速度に設定される。
【００６５】
一方、ＳＴ３２では、ＥＣＵ４０は、オルタネータ回生電圧Ｖａｌｔを設定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、膨張機出力Ｗｅｘに基づき、図１０に示すテーブルから対応する値を検索することで、オルタネータ回生電圧Ｖａｌｔを設定する。図１０に示すテーブルを参照して得られるオルタネータ回生電圧Ｖａｌｔは、膨張機出力Ｗｅｘを全てオルタネータ５６で消費するのに必要なオルタネータ５６の回生電圧である。
【００６６】
ＳＴ３３では、ＥＣＵ４０は、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを設定する。膨張機出力Ｗｅｘが全てオルタネータ５６で消費されるので、ここで設定される燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒは、膨張機出力Ｗｅｘによりエンジン１０のアシストが行われない場合の燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒに等しく、例えば、１２００ｒｐｍ（固定値）に設定される。
【００６７】
ＳＴ３４、ＳＴ３５は図３のＳＴ０８、ＳＴ０９と同じ処理であり、エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒ以下になると、エンジン１０の燃料噴射が再開される。
【００６８】
したがって、上記制御によれば、膨張機出力Ｗｅｘをオルタネータ５６で優先的に消費し、それでもなお膨張機出力Ｗｅｘが余るようであれば、その余裕出力Ｗｓｐでエンジン１０のアシストが行われる。そして、このような状況では、余裕出力Ｗｓｐに応じて第１実施形態同様に燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒが下げられるので（ＳＴ２７→ＳＴ２８以降）。第１実施形態同様に燃料カットの継続時間が延び、エンジン１０の燃費を向上させることができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００７０】
例えば、上記実施形態におけるランキンサイクルシステム２０は、エンジン１０の冷却水からエンジン１０の廃熱を回収するシステムであるが、エンジン１０の排気からエンジン１０の廃熱を回収するシステムであってもよい。この場合、冷媒としてはより沸点の高い水等を用いる。
【００７１】
さらに、廃熱回収装置はランキンサイクルシステム２０に限定されず、スターリングエンジン、ブレイトンサイクル等、ランキンサイクルシステム以外の廃熱回収装置を用いることも可能である。
【００７２】
また、第１実施形態では膨張機トルクＴｅｘに基づき、第２実施形態では膨張機出力Ｗｅｘに基づき制御が行われるが、上記制御はトルク、出力いずれに基づいて行うことも可能である。特許請求の範囲で用いられる「動力」という表現には、これらトルク、出力が含まれるものとする。
【００７３】
また、第１実施形態と第２実施形態は組み合わせてもよい。例えば、車両に搭載されるバッテリの充電量が少ない場合は第２実施形態の制御により膨張機２３の出力Ｗｅｘをオルタネータ５６での発電に優先的に利用し、そうでないときは、第１実施形態の制御により燃料カットによる燃費低減効果を最大限に得る、というように、両実施形態の制御をバッテリの充電量に応じて切り換えることが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…エンジン
１６ｔ…トルクコンバータ
１６ｃ…ロックアップクラッチ
１６…自動変速機
２０…ランキンサイクルシステム（廃熱回収装置）
２３…膨張機
４０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５６…オルタネータ（ジェネレータ）
ＳＴ０１、ＳＴ０２、ＳＴ０８、ＳＴ０９、ＳＴ２１、ＳＴ２２、ＳＴ３４、ＳＴ
３５…燃料カット制御手段
ＳＴ０５、ＳＴ２５…回生動力予測手段
ＳＴ０７、ＳＴ３１…燃料カットリカバ回転速度変更手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの廃熱を動力として回生する廃熱回収装置を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気、冷却水から車外へ捨てられていた熱エネルギーを動力として回生する廃熱回収装置を備え、回生した動力を用いてエンジンをアシストすることで、エンジンの燃費を向上させる技術が提案されている。
【０００３】
特許文献１は、このような廃熱回収装置としてランキンサイクルシステムを搭載した車両を開示している。特許文献１においては、ランキンサイクルシステムにより回生された動力は、もっぱら加速時や定常走行時にエンジンをアシストするために利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１５５７３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両減速時に回生される動力は、バッテリの充電量が少ないときは、回生される動力によりジェネレータを駆動してバッテリを充電することで、有効に利用できる。しかしながら、バッテリの充電量が十分なときは、このような利用はできず、回生された動力を廃棄せざるを得ない。
【０００６】
また、ジェネレータを駆動してバッテリを充電する場合であっても、発電時の損失、充電時の損失があるため、回生される動力をエンジンのアシストに利用する場合と比べると、回生した動力の利用効率が低い。また、燃費の低減効果としては、エンジンの燃料噴射を停止する燃料カットを行うのが最も効果的である。
【０００７】
本発明は、このようが技術的課題に鑑みてなされたもので、廃熱回収装置によって回生された動力を利用して燃料カットの継続時間を延ばし、廃熱回収装置を搭載した車両の燃費をさらに向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様によれば、エンジンと、前記エンジンの廃熱を動力として回生し（以下、この動力を「回生動力」という。）、該回生動力を前記エンジンに伝達する廃熱回収装置と、を備えた廃熱回収装置搭載車両であって、走行中にアクセルペダルが離された場合、前記エンジンの燃料噴射を停止する燃料カットを開始し、前記エンジンの回転速度が燃料カットリカバ回転速度まで低下すると前記燃料カットを終了して前記エンジンの燃料噴射を再開する燃料カット制御手段と、前記廃熱回収装置によって動力が回生されているときは、動力が回生されていないときに比べ、前記燃料カットリカバ回転速度を下げる、燃料カットリカバ回転速度変更手段と、を備えたことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
廃熱回収装置によって回生された動力によりエンジンのアシストが行われているときは、アクセルオフ後のエンジンの回転速度の落ち込みが緩やかになり、エンジンのストール耐性（ストールし難さ）が向上するので、燃料カットリカバ回転速度を下げることができる。上記態様によれば、廃熱回収装置によって動力が回生されているときは、エンジンのストール耐性の向上に合わせ、燃料カットリカバ回転速度が回生されていないときに比べて低く設定される。これにより、エンジンのストールを防止しつつ、燃料カットの継続時間を延ばすことができ、エンジンの燃費が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る廃熱回収装置搭載車両の概略構成図である。
【図２Ａ】動力伝達機構の一例を示した図である。
【図２Ｂ】動力伝達機構の別の例を示した図である。
【図３】電子制御ユニット（ＥＣＵ）の制御内容を示したフローチャートである。
【図４】膨張機トルクマップである。
【図５】燃料カットリカバ回転速度テーブルである。
【図６】本発明の作用効果を説明するためのタイムチャートである。
【図７Ａ】ＥＣＵの制御内容の別の例を示したフローチャートである（第２実施形態）。
【図７Ｂ】ＥＣＵの制御内容の別の例を示したフローチャートである（第２実施形態）。
【図８】膨張機出力マップである。
【図９】燃料カットリカバ回転速度テーブルである。
【図１０】オルタネータ回生電圧テーブルである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
−第１実施形態−
図１は、本発明の第１実施形態に係る廃熱回収装置搭載車両の概略構成図である。車両は、エンジン１０と、廃熱回収装置としてのランキンサイクルシステム２０を備える。
【００１３】
エンジン１０は、水冷式の内燃機関であり、内部を流通する冷却水によって温度制御される。エンジン１０冷却後の冷却水は、流路１１により後述する蒸発器２２、図示しないラジエータへと送られ、冷却される。
【００１４】
エンジン１０には、自動変速機１６が接続されており、エンジン１０の出力回転は、自動変速機１６を介して図示しない駆動輪へと伝達される。自動変速機１６は、ロックアップクラッチ１６ｃを備えたロックアップ機構付きトルクコンバータ１６ｔを備えている。ロックアップクラッチ１６ｃは、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）４０により締結、解放を制御される。
【００１５】
エンジン１０には、回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ３４、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ３５、吸気量を検出するエアフローメータ３６が取り付けられている。また、自動変速機１６には車速ＶＳＰを検出する車速センサ３７が取り付けられている。これらセンサ３４〜３７はＥＣＵ４０に電気的に接続されており、これらセンサ３４〜３７の検出信号はＥＣＵ４０に入力される。
【００１６】
ランキンサイクルシステム２０は、エンジン１０の冷却水からエンジン１０の廃熱を冷媒に回収し、回収した廃熱を動力として回生するシステムである。ランキンサイクルシステム２０は、ポンプ２１、蒸発器２２、膨張機２３及び凝縮器２４を備え、各構成要素はＲ１３４ａ等の冷媒が流通する流路２５ａ〜２５ｄにより接続される。
【００１７】
ポンプ２１は電動ポンプである。蒸発器２２は、エンジン１０の冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を加熱し気化する熱交換器である。膨張機２３は、気化した冷媒を膨張させることにより熱を回転エネルギーに変換する蒸気タービンである。凝縮器２４は外気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を冷却し液化する熱交換器である。凝縮器２４により液化された冷媒はポンプ２１により再び蒸発器２２に送られ、ランキンサイクルシステム２０の各構成要素を循環する。
【００１８】
蒸発器２２と膨張機２３を接続する流路２５ａには、膨張機２３に流入する冷媒の温度である上流側冷媒温度Ｔｃを検出する上流側冷媒温度センサ３１、膨張機２３に流入する冷媒の圧力である上流側冷媒圧力Ｐｄを検出する上流側冷媒圧力センサ３２が取り付けられている。また、膨張機２３と凝縮器２４を接続する流路２５ｂには、膨張機２３から流出する冷媒の圧力である下流側冷媒圧力Ｐｓを検出する下流側冷媒圧力センサ３３が取り付けられている。これらセンサ３１〜３３は電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）４０に電気的に接続されており、これらセンサ３１〜３３の検出信号はＥＣＵ４０に入力される。
【００１９】
ランキンサイクルシステム２０は以上のように構成され、膨張機２３のトルク（以下、「膨張機トルク」という。特許請求の範囲中の「回生動力」に対応。）Ｔｅｘは、動力伝達機構５０を介してエンジン１０へと伝達される。
【００２０】
図２Ａは、動力伝達機構５０の一例を示している。動力伝達機構５０は、膨張機２３の出力軸に取り付けられた膨張機プーリ５１と、膨張機プーリ５１、オルタネータ５６のプーリ５２、エンジン１０のクランクプーリ５３及びエアコンコンプレッサ５７のプーリ５４に掛け回されるベルト５５により構成される。膨張機トルクＴｅｘは、ベルト５５を介して、エンジン１０、オルタネータ５６、エアコンコンプレッサ５７に伝達され、エンジン１０のアシストが行われる。
【００２１】
図２Ｂは、動力伝達機構５０の別の例を示している。この例では、動力伝達機構５０は、膨張機２３の出力軸に連結されるギヤ６１と、エンジン１０の出力軸に連結され、ギヤ６１に係合するギヤ６２と、で構成される。膨張機トルクＴｅｘは、ギヤ６１、６２を介して、エンジン１０、図示しないオルタネータ５６、エアコンコンプレッサ５７に伝達され、エンジン１０のアシストが行われる。
【００２２】
図１に戻り、ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ・ＲＯＭからなる記憶装置４２、入出力インターフェース４３等を含む。記憶装置４２には、後述する制御を実行するためのプログラム、マップ、テーブル等が格納されている。入出力インターフェース４３には、センサ３１〜３７の検出信号の他、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ３８からアクセル開度信号が入力される。ＣＰＵ４１は、記憶装置４２に格納されるプログラムを読み出して実行し、入力される各種信号に基づき、目標燃料噴射量、目標スロットル開度、目標変速段（あるいは目標変速比）等の各種目標値を設定し、これら目標値が実現されるようエンジン１０、自動変速機１６に指令を出す。
【００２３】
また、車速ＶＳＰ、アクセル開度ＡＰＯ等から決まるロックアップ条件が成立すると、ＥＣＵ４０は自動変速機１６にロックアップクラッチ１６ｃを締結するよう指示し、ロックアップクラッチ１６ｃを締結する。これにより、トルクコンバータ１６ｔにおける損失を抑え、エンジン１０の燃費を向上させる。ロックアップ中、ＥＣＵ４０は、車速ＶＳＰとエンジン１０の回転速度Ｎｅを監視し、車速ＶＳＰとエンジン１０の回転速度Ｎｅから決まるロックアップ解除条件が成立したら、自動変速機１６にロックアップクラッチ１６ｃを解放するよう指示し、ロックアップクラッチ１６ｃを解放する。これにより、エンジン１０がストールするのを防止する。
【００２４】
また、走行中、運転者がアクセルペダルから足を離すことでアクセル開度ＡＰＯがゼロになり、車両がコースト状態になると、ＥＣＵ４０は、目標燃料噴射量をゼロに設定し、燃料インジェクタの駆動を停止してエンジン１０の燃料噴射を停止する燃料カットを開始する。これによっても、エンジン１０の燃費を向上させる。燃料カット中は、ＥＣＵ４０は、エンジン１０の回転速度Ｎｅを監視し、エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定の燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒまで低下したら、燃料カットを終了してエンジン１０の燃料噴射を再開（燃料カットリカバ）する。これにより、エンジン１０がストールするのを防止する。
【００２５】
燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒは、通常、固定値である。しかしながら、本実施形態では、膨張機トルクＴｅｘによりエンジン１０のアシストが行われているときは、見かけ上、エンジン１０のフリクションが減って、燃料カット中のエンジン１０の回転速度Ｎｅの落ち込みが非アシスト時に比べ緩やかになり、エンジン１０のストール耐性（ストールし難さ）が向上する。
【００２６】
そこで、ＥＣＵ４０は、燃料カット中、膨張機２３のトルクＴｅｘを監視し、膨張機トルクＴｅｘが正のとき、すなわち、ランキンサイクルシステム２０によって動力が回生されているときは、動力が回生されていないときに比べ、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを低く設定する。より具体的には、ＥＣＵ４０は、膨張機トルクＴｅｘが大きいほど、すなわちランキンサイクルシステム２０によって回生される動力が大きいほど、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを低く設定する。これにより、エンジン１０の燃料噴射が再開されるまでの時間、すなわち、燃料カットの継続時間を延ばし、エンジン１０の燃費を向上させる。
【００２７】
また、ロックアップクラッチ１６ｃが解放されると、車輪側からエンジン１０に回転が伝達されなくなり、エンジン１０の回転速度が落ち込むため、通常は、ロックアップ解除後、燃料噴射を直ちに再開し、エンジン１０のストールを防止する。しかしながら、膨張機トルクＴｅｘによりエンジン１０のアシストが行われているときは、上記の通り、エンジン１０のストール耐性が向上する。このため、本実施形態では、ＥＣＵ４０は、ロックアップクラッチ１６ｃが解放されたとしても燃料噴射を再開せず、エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒまで下がるのを待って燃料噴射を再開する。
【００２８】
図３は、ＥＣＵ４０の制御内容を示したフローチャートである。このフローチャートはＥＣＵ４０において実行される。以下、これを参照しながら燃料カット時のＥＣＵ４０の制御内容についてさらに説明する。
【００２９】
まず、ＳＴ０１では、ＥＣＵ４０は、燃料カット条件が成立しているか判定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、アクセル開度ＡＰＯがゼロで、かつ、車速ＶＳＰがゼロよりも大きいときに、燃料カット条件が成立していると判定する。燃料カット条件が成立していると判定された場合は、処理がＳＴ０２に進み、そうでない場合はＳＴ０１を繰り返す。
【００３０】
ＳＴ０２では、ＥＣＵ４０は、目標燃料噴射量をゼロに設定し、燃料カットを開始する。なお、燃料カット中であっても、燃料カット後しばらくはエンジン１０の廃熱が十分にあり、また、廃熱が動力として回生されるまでには遅れがあるので、燃料カット中も膨張機２３はトルクＴｅｘを発生し、エンジン１０のアシストが継続される。また、このとき、必要に応じて、オルタネータ５６やエアコンコンプレッサ５７を用いて車両の減速エネルギーを回生する。
【００３１】
ＳＴ０３では、ＥＣＵ４０は、ロックアップ解除条件が成立しているか判定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、車速ＶＳＰがロックアップ解除車速ＶＳＰｌｕｐ以下で、かつ、エンジン１０の回転速度Ｎｅがロックアップ解除回転速度Ｎｅｌｕｐ以下のときにロックアップ解除条件が成立していると判定する。ロックアップ解除条件が成立していると判定された場合は処理がＳＴ０４に進み、そうでない場合はＳＴ０３を繰り返す。
【００３２】
ＳＴ０４では、ＥＣＵ４０は、自動変速機１６にロックアップクラッチ１６ｃを解放するよう指令を出し、ロックアップクラッチ１６ｃを解放する。
【００３３】
ＳＴ０５では、ＥＣＵ４０は、膨張機トルクＴｅｘを予測する。具体的には、ＥＣＵ４０は、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘ及び上流側冷媒圧力Ｐｄに基づき、図４に示す膨張機トルクマップから対応する値を検索することで、膨張機トルクＴｅｘを予測する。膨張機２３の回転速度Ｎｅｘは、エンジン１０の回転速度Ｎｅと、クランクプーリ５３と膨張機プーリ５１のプーリ比とに基づき、演算によって求めることができる。
【００３４】
膨張機２３は上流側冷媒圧力Ｐｄを受けて回転するので、膨張機トルクＴｅｘは、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘが同一であれば、上流側冷媒圧力Ｐｄが高くなるほど大きくなる。また、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘが高いと、膨張機２３に流入する冷媒量が不足するので、高回転域では膨張機トルクＴｅｘはゼロ以下となる。
【００３５】
なお、膨張機トルクＴｅｘの予測に、上流側冷媒圧力Ｐｄに代えて、膨張機２３の上流側と下流側の冷媒圧力差ΔＰｅｘを用いてもよい。膨張機トルクＴｅｘは、膨張機２３の上流側冷媒圧力Ｐｄだけでなく下流側冷媒圧力Ｐｓの影響も受け、両者の差が大きいほど膨張機トルクＴｅｘも大きくなる。したがって、上流側と下流側の冷媒圧力差ΔＰｅｘに基づき膨張機トルクＴｅｘを予測するようにすることで、膨張機トルクＴｅｘの予測精度が向上する。冷媒圧力差ΔＰｅｘは、上流側冷媒圧力Ｐｄと下流側冷媒圧力Ｐｄの差として演算によって求めることができるが、差圧センサを用いて直接的に検出するようにしてもよい。
【００３６】
さらに、膨張機トルクＴｅｘに影響を及ぼす冷媒温度、外気温等を加味して膨張機トルクＴｅｘを予測するようにし、膨張機トルクＴｅｘの予測精度をさらに向上させてもよい。
【００３７】
ＳＴ０６では、ＥＣＵ４０は、膨張機トルクＴｅｘがゼロ以上か判定する。膨張機トルクＴｅｘがゼロ以上のときは処理がＳＴ０７に進む。
【００３８】
ＳＴ０７では、ＥＣＵ４０は、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを設定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、膨張機トルクＴｅｘに基づき、図５に示す燃料カットリカバ回転速度テーブルから対応する値を検索することで、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを設定する。膨張機トルクＴｅｘが大きいほどエンジン１０の回転速度の落ち込みが緩やかになり、エンジン１０のストール耐性が向上するので、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒは膨張機トルクＴｅｘが大きいほど低い回転速度に設定される。
【００３９】
ＳＴ０８では、ＥＣＵ４０は、エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒ以下か判定する。エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒ以下になると、エンジン１０がストールする可能性が出てくるので、処理がＳＴ０９に進み、燃料噴射が再開される。これに対し、エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒよりも高いときは、処理がＳＴ０５に戻り、燃料カットが継続される。
【００４０】
一方、ＳＴ０６で、膨張機トルクＴｅｘがゼロ以上でない、すなわち、負であると判定された場合はＳＴ０９に進み、ＥＣＵ４０は、直ちに燃料噴射を再開する。これは、膨張機トルクＴｅｘが負のときは、ランキンサイクルシステム２０がエンジン１０の負荷になっており、エンジン１０の回転速度Ｎｅの落ち込みが大きいので、直ちに燃料噴射を再開し、エンジン１０のストールを回避する必要があるからである。
【００４１】
したがって、上記制御によれば、燃料カット条件が成立するとエンジン１０の燃料カットが開始されるが、ロックアップ解除条件が成立してロックアップ解除が行われても、燃料噴射は再開されない（ＳＴ０１〜ＳＴ０４）。
【００４２】
燃料カットは、エンジン回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒに下がるまで継続される（ＳＴ０８）。このとき、膨張機トルクＴｅｘによりエンジン１０のアシストが行われていれば、アクセルオフ後のエンジン１０の回転速度の落ち込みが緩やかになり、エンジン１０のストール耐性（ストールし難さ）が向上することに鑑み、膨張機トルクＴｅｘが大きいほど燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒが低く設定される（ＳＴ０７、図５）。
【００４３】
このため、上記制御によれば、膨張機トルクＴｅｘが大きいほど燃料カットの継続時間が延び、その分、エンジン１０の燃費を向上させることができる。膨張機トルクＴｅｘを用いてジェネレータを駆動する従来技術に比べ、発電時の損失、充電時の損失がないので回生した動力の利用効率が高く、また、燃料カットにより燃料消費を直接的に低減でき、エンジン１０の燃費を従来技術以上に高めることができる。
【００４４】
なお、エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒまで下がった場合、あるいは、膨張機トルクＴｅｘが負の場合には、燃料噴射が直ちに再開されるので（ＳＴ０８、ＳＴ０６→ＳＴ０９）、燃料カットの継続時間が延びてもエンジン１０がストールすることはない。
【００４５】
図６は、走行中に運転者がアクセルペダルを離し、燃料カットが行われるときの様子を示したタイムチャートである。図中実線が本実施形態に対応し、波線は比較のため、減速中、膨張機トルクＴｅｘによるエンジン１０のアシストがない場合を示している。
【００４６】
これについて説明すると、まず、時刻ｔ１では、運転者がアクセルペダルを離し、アクセル開度ＡＰＯがゼロになる。
【００４７】
アクセル開度ＡＰＯがゼロになると、所定のカットインディレイの経過を待って、燃料カットが開始される（時刻ｔ２）。燃料カット時は、目標燃料噴射量がゼロに設定され、燃料噴射パルス幅ＴＰがゼロになる。燃料カット開始後は、エンジン１０のトルクＴｅが減少するため、エンジン１０の回転速度Ｎｅが減少する。
【００４８】
時刻ｔ３でエンジン１０の回転速度Ｎｅがロックアップ解除回転速度Ｎｅｌｕｐ（この例では、１２００ｒｐｍ）まで下がると、ロックアップクラッチ１６ｃが解放される。比較例では、エンジン１０のストールを防止するために、ロックアップクラッチ１６ｃが解放されると、直ちに燃料噴射が再開される。
【００４９】
これに対し、本実施形態では、膨張機トルクＴｅｘによってエンジン１０がアシストされている分、エンジン１０の回転速度Ｎｅの落ち込みが緩やかで、エンジン１０がストールしにくいので、ロックアップクラッチ１６ｃの解放は燃料噴射再開の条件になっていない。したがって、本実施形態では、ロックアップクラッチ１６ｃの解放後も、燃料カットが継続される（時刻ｔ３以降）。
【００５０】
本実施形態では、エンジン１０の回転速度Ｎｅが、膨張機トルクＴｅｘに応じて設定されるロックアップ解除回転速度Ｎｅｌｕｐまで低下したところで、燃料噴射が再開される（時刻ｔ４）。
【００５１】
したがって、本実施形態では、比較例に比べ、燃料カットの継続時間がΔｔ（＝ｔ４−ｔ３）だけ延び、図中波線領域Ｘに対応する燃料量を節約することができる。
【００５２】
−第２実施形態−
続いて本発明の第２実施形態について説明する。
【００５３】
第２実施形態に係る廃熱回収装置搭載車両の構成は図１〜図２Ａ（あるいは図２Ｂ）に示したものと同じであるので、説明を省略する。
【００５４】
第２実施形態はＥＣＵ４０の制御内容が第１実施形態と異なる。第２実施形態では、燃料カット時に、膨張機２３の出力Ｗｅｘ（以下、「膨張機出力」という。特許請求の範囲中の「回生動力」に対応。）をオルタネータ５６で優先的に消費する。そして、膨張機出力Ｗｅｘをオルタネータ５６で消費してもなお、膨張機出力Ｗｅｘが余るようであれば、エンジン１０をアシストし、上記第１実施形態同様に燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを下げるようにする。
【００５５】
図７Ａ、図７ＢはＥＣＵ４０の制御内容を示したフローチャートである。このフローチャートはＥＣＵ４０において実行される。以下、これを参照しながら第２実施形態におけるＥＣＵ４０の制御内容について説明する。
【００５６】
ＳＴ２１〜ＳＴ２４の処理は、図３のＳＴ０１〜ＳＴ０４と同じであり、燃料カット条件が成立するとエンジン１０の燃料カットが行われ、ロックアップ解除条件が成立するとロックアップ解除が行われる。
【００５７】
ＳＴ２５では、ＥＣＵ４０は、膨張機出力Ｗｅｘを予測する。具体的には、ＥＣＵ４０は、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘ及び上流側冷媒圧力Ｐｄに基づき、図８に示す膨張機出力マップから対応する値を検索することで、膨張機出力Ｗｅｘを予測する。膨張機２３は上流側冷媒圧力Ｐｄを受けて回転するので、膨張機出力Ｗｅｘは、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘが同一であれば、上流側冷媒圧力Ｐｄが高くなるほど大きくなる。また、膨張機２３の回転速度Ｎｅｘが高いと、膨張機２３に流入する冷媒量が不足するので、高回転域では膨張機出力Ｗｅｘはゼロ以下となる。
【００５８】
なお、膨張機トルクＴｅｘ同様に、膨張機２３の上流側と下流側の冷媒圧力差ΔＰに基づき膨張機出力Ｗｅｘを予測するようにしてもよく、冷媒温度、外気温等を加味して、膨張機出力Ｗｅｘの予測精度を向上させてもよい。あるいは、第１実施形態同様に膨張機トルクＴｅｘを予測し、これに膨張機２３の回転速度Ｎｅｘを掛けて膨張機出力Ｗｅｘを求めるようにしてもよい。
【００５９】
ＳＴ２６では、ＥＣＵ４０は、オルタネータ回生限界吸収出力Ｗａｌｔｌｉｍを設定する。オルタネータ回生限界吸収出力Ｗａｌｔｌｉｍはオルタネータ５６の耐熱限界等から決まる、オルタネータ５６で吸収可能な出力の最大値であり、例えば、３００Ｗに設定される。
【００６０】
次いで、図７ＢのＳＴ２７に処理が進む。ＳＴ２７では、ＥＣＵ４０は、膨張機出力Ｗｅｘがオルタネータ回生限界吸収出力Ｗａｌｔｌｉｍ以上か判定する。オルタネータ回生限界吸収出力Ｗａｌｔｌｉｍ以上と判定された場合は処理がＳＴ２８に進み、そうでない場合は処理がＳＴ３２に進む。
【００６１】
ＳＴ２８では、ＥＣＵ４０は、オルタネータ回生電圧Ｖａｌｔをその上限値、例えば、１４．５Ｖ（固定値）に設定する。
【００６２】
ＳＴ２９では、ＥＣＵ４０は、オルタネータ５６によって消費される出力であるオルタネータ吸収出力Ｗａｌｔを次式により予測する。Ｉはオルタネータ５６の出力電流、ηはオルタネータ５６の動力−電力変換効率である。
Ｗａｌｔ＝Ｉ×１４．５［Ｖ］÷η
【００６３】
ＳＴ３０では、ＥＣＵ４０は、膨張機出力Ｗｅｘからオルタネータ吸収出力Ｗａｌｔを減じて、余裕出力Ｗｓｐを演算する。余裕出力Ｗｓｐは、膨張機出力Ｗｅｘのうち、オルタネータ５６で吸収されずにエンジン１０のアシストに振り向けられる分である。
Ｗｓｐ＝Ｗｅｘ−Ｗａｌｔ
【００６４】
ＳＴ３１では、ＥＣＵ４０は、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを設定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、余裕出力Ｗｓｐに基づき、図９に示すテーブルから対応する値を検索することで、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを設定する。エンジン１０のアシストに用いられる余裕出力Ｗｓｐが大きいほどエンジン１０の回転速度の落ち込みが緩やかになり、エンジン１０のストール耐性が向上するので、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒは余裕出力Ｗｓｐが大きいほど低い回転速度に設定される。
【００６５】
一方、ＳＴ３２では、ＥＣＵ４０は、オルタネータ回生電圧Ｖａｌｔを設定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、膨張機出力Ｗｅｘに基づき、図１０に示すテーブルから対応する値を検索することで、オルタネータ回生電圧Ｖａｌｔを設定する。図１０に示すテーブルを参照して得られるオルタネータ回生電圧Ｖａｌｔは、膨張機出力Ｗｅｘを全てオルタネータ５６で消費するのに必要なオルタネータ５６の回生電圧である。
【００６６】
ＳＴ３３では、ＥＣＵ４０は、燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒを設定する。膨張機出力Ｗｅｘが全てオルタネータ５６で消費されるので、ここで設定される燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒは、膨張機出力Ｗｅｘによりエンジン１０のアシストが行われない場合の燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒに等しく、例えば、１２００ｒｐｍ（固定値）に設定される。
【００６７】
ＳＴ３４、ＳＴ３５は図３のＳＴ０８、ＳＴ０９と同じ処理であり、エンジン１０の回転速度Ｎｅが燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒ以下になると、エンジン１０の燃料噴射が再開される。
【００６８】
したがって、上記制御によれば、膨張機出力Ｗｅｘをオルタネータ５６で優先的に消費し、それでもなお膨張機出力Ｗｅｘが余るようであれば、その余裕出力Ｗｓｐでエンジン１０のアシストが行われる。そして、このような状況では、余裕出力Ｗｓｐに応じて第１実施形態同様に燃料カットリカバ回転速度Ｎｅｆｃｒが下げられるので（ＳＴ２７→ＳＴ２８以降）。第１実施形態同様に燃料カットの継続時間が延び、エンジン１０の燃費を向上させることができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００７０】
例えば、上記実施形態におけるランキンサイクルシステム２０は、エンジン１０の冷却水からエンジン１０の廃熱を回収するシステムであるが、エンジン１０の排気からエンジン１０の廃熱を回収するシステムであってもよい。この場合、冷媒としてはより沸点の高い水等を用いる。
【００７１】
さらに、廃熱回収装置はランキンサイクルシステム２０に限定されず、スターリングエンジン、ブレイトンサイクル等、ランキンサイクルシステム以外の廃熱回収装置を用いることも可能である。
【００７２】
また、第１実施形態では膨張機トルクＴｅｘに基づき、第２実施形態では膨張機出力Ｗｅｘに基づき制御が行われるが、上記制御はトルク、出力いずれに基づいて行うことも可能である。特許請求の範囲で用いられる「動力」という表現には、これらトルク、出力が含まれるものとする。
【００７３】
また、第１実施形態と第２実施形態は組み合わせてもよい。例えば、車両に搭載されるバッテリの充電量が少ない場合は第２実施形態の制御により膨張機２３の出力Ｗｅｘをオルタネータ５６での発電に優先的に利用し、そうでないときは、第１実施形態の制御により燃料カットによる燃費低減効果を最大限に得る、というように、両実施形態の制御をバッテリの充電量に応じて切り換えることが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…エンジン
１６ｔ…トルクコンバータ
１６ｃ…ロックアップクラッチ
１６…自動変速機
２０…ランキンサイクルシステム（廃熱回収装置）
２３…膨張機
４０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５６…オルタネータ（ジェネレータ）
ＳＴ０１、ＳＴ０２、ＳＴ０８、ＳＴ０９、ＳＴ２１、ＳＴ２２、ＳＴ３４、ＳＴ
３５…燃料カット制御手段
ＳＴ０５、ＳＴ２５…回生動力予測手段
ＳＴ０７、ＳＴ３１…燃料カットリカバ回転速度変更手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンの廃熱を動力として回生し（以下、この動力を「回生動力」という。）、該回生動力を前記エンジンに伝達する廃熱回収装置と、を備えた廃熱回収装置搭載車両であって、
走行中にアクセルペダルが離された場合、前記エンジンの燃料噴射を停止する燃料カットを開始し、前記エンジンの回転速度が燃料カットリカバ回転速度まで低下すると前記燃料カットを終了して前記エンジンの燃料噴射を再開する燃料カット制御手段と、
前記廃熱回収装置によって動力が回生されているときは、動力が回生されていないときに比べ、前記燃料カットリカバ回転速度を下げる、燃料カットリカバ回転速度変更手段と、
を備えたことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項２】
請求項１に記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
前記燃料カットリカバ回転速度変更手段は、前記回生動力が大きいほど、前記燃料カットリカバ回転速度を下げる、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項３】
請求項１または２に記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
前記車両は、ロックアップ機構付きのトルクコンバータを備えた変速機を有し、前記エンジンの出力回転が該変速機を介して駆動輪に伝達され、
前記燃料カット制御手段は、前記燃料カット開始後、前記トルクコンバータのロックアップが解除されても、前記エンジンの回転速度が前記燃料カットリカバ回転速度まで低下するまでは前記燃料カットを継続する、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
前記回生動力によって駆動されるジェネレータを備え、
前記燃料カットリカバ回転速度変更手段は、前記ジェネレータによって消費される動力よりも前記回生動力が大きいときに、動力が回生されていないときに比べ、前記燃料カットリカバ回転速度を下げる、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項５】
請求項４に記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
燃料カットリカバ回転速度変更手段は、前記ジェネレータによって消費される動力よりも前記回生動力が大きいときに、前記回生動力から前記ジェネレータによって消費される動力を減じた値である余裕動力が大きいほど、前記燃料カットリカバ回転速度を下げる、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
前記廃熱回収装置は、前記エンジンの廃熱を冷媒に回収し、回収した廃熱を膨張機で前記回生動力として回生するランキンサイクルシステムである、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項７】
請求項６に記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
前記膨張機に流入する冷媒の圧力である上流側冷媒圧力、あるいは、前記膨張機の上流側と下流側の冷媒圧力差に基づき、前記回生動力を予測する回生動力予測手段を備えた、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンの廃熱を動力として回生し（以下、この動力を「回生動力」という。）、該回生動力を前記エンジンに伝達する廃熱回収装置と、を備えた廃熱回収装置搭載車両であって、
走行中にアクセルペダルが離された場合、前記エンジンの燃料噴射を停止する燃料カットを開始し、前記エンジンの回転速度が燃料カットリカバ回転速度まで低下すると前記燃料カットを終了して前記エンジンの燃料噴射を再開する燃料カット制御手段と、
前記廃熱回収装置によって動力が回生されているときは、動力が回生されていないときに比べ、前記燃料カットリカバ回転速度を下げる、燃料カットリカバ回転速度変更手段と、
を備えたことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項２】
請求項１に記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
前記燃料カットリカバ回転速度変更手段は、前記回生動力が大きいほど、前記燃料カットリカバ回転速度を下げる、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項３】
請求項１または２に記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
前記車両は、ロックアップ機構付きのトルクコンバータを備えた変速機を有し、前記エンジンの出力回転が該変速機を介して駆動輪に伝達され、
前記燃料カット制御手段は、前記燃料カット開始後、前記トルクコンバータのロックアップが解除されても、前記エンジンの回転速度が前記燃料カットリカバ回転速度まで低下するまでは前記燃料カットを継続する、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
前記回生動力によって駆動されるジェネレータを備え、
前記燃料カットリカバ回転速度変更手段は、前記ジェネレータによって消費される動力よりも前記回生動力が大きいときに、動力が回生されていないときに比べ、前記燃料カットリカバ回転速度を下げる、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項５】
請求項４に記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
燃料カットリカバ回転速度変更手段は、前記ジェネレータによって消費される動力よりも前記回生動力が大きいときに、前記回生動力から前記ジェネレータによって消費される動力を減じた値である余裕動力が大きいほど、前記燃料カットリカバ回転速度を下げる、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
前記廃熱回収装置は、前記エンジンの廃熱を冷媒に回収し、回収した廃熱を膨張機で前記回生動力として回生するランキンサイクルシステムである、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【請求項７】
請求項６に記載の廃熱回収装置搭載車両であって、
前記膨張機に流入する冷媒の圧力である上流側冷媒圧力、あるいは、前記膨張機の上流側と下流側の冷媒圧力差に基づき、前記回生動力を予測する回生動力予測手段を備えた、
ことを特徴とする廃熱回収装置搭載車両。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１９０１８６（Ｐ２０１０−１９０１８６Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３７９２６（Ｐ２００９−３７９２６）
【出願日】平成２１年２月２０日（２００９．２．２０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２０日（２００９．２．２０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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