自動車用廃熱利用システム
【課題】ランキン回路を有した自動車用廃熱利用システムであって、膨張機の作動を断接クラッチを介して直接に内燃機関に伝達するとともに作動流体を送出するポンプと膨張機とを同軸上に一体に配し、断接クラッチの異常時であっても、ポンプと膨張機の過回転を防止でき、ポンプと膨張機とが内燃機関の不要な負荷とならないようにできる自動車用廃熱利用システムを提供する。
【解決手段】制御手段(60)からの断接クラッチ(48)の接続制御指令及び切断制御指令に対し断接クラッチの作動異常が発生したことが異常検出手段(54)により検出されると、膨張機(42)への作動流体の流通を制限手段(36,38)により制限するようにした。
【解決手段】制御手段(60)からの断接クラッチ(48)の接続制御指令及び切断制御指令に対し断接クラッチの作動異常が発生したことが異常検出手段(54)により検出されると、膨張機(42)への作動流体の流通を制限手段(36,38)により制限するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用廃熱利用システムに係り、詳しくは、車両の内燃機関の廃熱を回収して内燃機関の駆動力をアシストする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の自動車用廃熱利用システムは、作動流体としての冷媒の循環路に、内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機、該膨張機にて発生した回転駆動力が伝達される被動力伝達装置、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を上記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキン回路を備えている。
そして、このような自動車用廃熱利用システムにおいて、例えば、ポンプと膨張機と被動力伝達装置としての発電機兼電動機とを同軸上に配し、ランキン回路による膨張機の作動時には発電機兼電動機を発電機として機能させるとともにポンプを回転させる構成の廃熱利用装置が公知である（特許文献１）。
【０００３】
ところで、このような構成の廃熱利用装置では、ランキン回路による膨張機の作動時に発電機に異常が生じると、通常は発電機による発電を中止して膨張機を無負荷状態にするようにしている。しかしながら、膨張機を無負荷状態にすると、膨張機が許容回転速度を超えて加速することとなり、膨張機が騒音や振動を発したり、破損したりすることとなり好ましいことではない。
そこで、上記廃熱利用装置では、例えば膨張機の異常時に膨張機に流入する作動流体の流れを停止する一方、膨張機バイパス流路に作動流体を流すようにして、膨張機の加速を防止するように図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７０１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、近年、被動力伝達装置が内燃機関である構成の自動車用廃熱利用システムも開発されており、かかる構成では、ランキン回路による膨張機の作動を断接クラッチを介して直接に内燃機関に伝達して内燃機関の駆動をアシストするようにしている。つまり、断接クラッチを断接制御することで、膨張機の生じる駆動力を内燃機関の駆動力として適宜利用するようにしている。
このような構成の廃熱利用システムでは、断接クラッチの作動に異常を生じた場合、例えば断接クラッチが接続状態から意図せずに切断状態となった場合、膨張機の生じる駆動力を内燃機関の駆動力として適切に利用できず膨張機が過回転して上記同様の問題を引き起こすことになり、或いは断接クラッチを切断状態にしようとしても接続状態のままであると膨張機が内燃機関の不要な負荷となり、好ましいことではない。
【０００６】
特に、最近では上記作動流体を送出するポンプと膨張機とを同軸上に一体に配した廃熱利用システムも開発されており、このような廃熱利用システムでは、膨張機とともにポンプも過回転するために膨張機の過回転が助長され、或いは、膨張機とともにポンプも内燃機関の不要な負荷になるという問題がある。
この点に関し、上記特許文献１には、膨張機の作動を断接クラッチを介して直接に内燃機関に伝達する構成についての断接クラッチの異常時対応については何ら言及されておらず、特にポンプと膨張機とが内燃機関の不要な負荷とならないようにすることについては何ら示唆さえもされていない。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、ランキン回路を有した自動車用廃熱利用システムであって、膨張機の作動を断接クラッチを介して直接に内燃機関に伝達するとともに作動流体を送出するポンプと膨張機とを同軸上に一体に配し、断接クラッチの異常時であっても、ポンプと膨張機の過回転を防止でき、ポンプと膨張機とが内燃機関の不要な負荷とならないようにできる自動車用廃熱利用システム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】
【０００８】
上記の目的を達成するべく、請求項１の自動車用廃熱利用システムは、作動流体の循環路に、内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させる膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキン回路を有した自動車用廃熱利用システムであって、前記膨張機と前記ポンプとは同軸にして流体機械として一体に構成され、該流体機械の回転軸と内燃機関の回転軸とを断接クラッチを介して連結する伝達手段と、前記断接クラッチの接続制御及び切断制御を行う制御手段と、前記循環路に設けられ、前記膨張機への作動流体の流通を制限する制限手段とを備え、該制限手段は、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し前記断接クラッチの作動異常が発生したことを検出する異常検出手段を含み、該異常検出手段により前記断接クラッチの作動異常が検出されると、前記膨張機への作動流体の流通を制限することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の自動車用廃熱利用システムでは、請求項１において、前記制限手段は、作動流体の流れを前記膨張機を迂回させるバイパス手段であって、前記異常検出手段により前記断接クラッチの作動異常が検出されると、該バイパス手段により作動流体の流れを迂回させることを特徴とする。
請求項３の自動車用廃熱利用システムでは、請求項１または２において、前記制限手段は、前記膨張機への作動流体の流れを停止させる遮断手段であって、前記異常検出手段により、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令に対し前記断接クラッチの作動異常が検出されると、該遮断手段により作動流体の流れを停止させることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の自動車用廃熱利用システムでは、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記断接クラッチは電磁式クラッチであって電力の供給を受けて断接作動するものであり、該断接クラッチへ供給される電流を計測する電流計を備え、前記異常検出手段は、前記電流計であって、前記制限手段は、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し前記電流計により計測される電流に異常が検出されると、前記膨張機への作動流体の流通を制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の自動車用廃熱利用システムによれば、ランキン回路を有した自動車用廃熱利用システムであって、膨張機とポンプとが同軸にして流体機械として一体に構成され、流体機械の回転軸と内燃機関の回転軸とが断接クラッチを介して伝達手段により連結されている場合において、制御手段による断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し断接クラッチの作動異常が発生したことが異常検出手段により検出されると、膨張機への作動流体の流通を制限手段により制限するようにしたので、制御手段により断接クラッチの接続制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチが正常に接続作動しない場合に、膨張機への作動流体の流通が制限され、膨張機が内燃機関の駆動力をアシストすることなく空転することによる膨張機及びポンプの過回転を防止でき、膨張機及びポンプの過回転による騒音や振動を防止し、膨張機及びポンプの故障を防止することができる。
【００１２】
また、制御手段により断接クラッチの切断制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチが正常に切断作動しない場合に、膨張機への作動流体の流通が制限され、内燃機関により強制的に作動させられる膨張機の仕事量を小さくして内燃機関の不要な負荷を軽減することができ、内燃機関における燃料消費量を抑制して車両における燃費の悪化を防止することができる。
【００１３】
請求項２の自動車用廃熱利用システムによれば、制限手段は作動流体の流れを膨張機を迂回させるバイパス手段であるので、制御手段により断接クラッチの接続制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチが正常に接続作動しない場合に、バイパス手段により作動流体の流れを迂回させることにより、膨張機の上流側における作動流体の高圧の圧力を下流側に逃がすようにでき、良好に膨張機及びポンプの過回転を防止できる。
また、制御手段により断接クラッチの切断制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチが正常に切断作動しない場合に、バイパス手段により作動流体の流れを迂回させることにより、良好に内燃機関の不要な負荷を軽減することができる。
【００１４】
請求項３の自動車用廃熱利用システムによれば、制限手段は膨張機への作動流体の流れを停止させる遮断手段であるので、制御手段により断接クラッチの接続制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチが正常に接続作動しない場合に、遮断手段により膨張機への作動流体の流れを停止させることにより、良好に膨張機及びポンプの過回転を防止できる。
請求項４の自動車用廃熱利用システムによれば、制御手段による断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し電流計により計測される電流に異常が検出されると、膨張機への作動流体の流通を制限するので、簡単な構成で断接クラッチの作動異常を検出でき、自動車用廃熱利用システムの簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例に係る自動車用廃熱利用システムを模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施例に係る自動車用廃熱利用システムを模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施例に係る自動車用廃熱利用システムを模式的に示す図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
先ず、第１実施例について説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係る自動車用廃熱利用システムを模式的に示した図である。
廃熱利用システム１は、例えば車両に搭載され、エンジン（内燃機関）１０、冷却水回路２０、ランキン回路３０から構成されている。
エンジン１０は、車両に駆動力を与える駆動源であり、エンジン１０のクランクシャフトから延びる主軸１１の先端にはプーリ１２が設けられている。また、エンジン１０には主軸１１の回転速度、即ちエンジン回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ１６が設けられている。
【００１７】
冷却水回路２０は、エンジン１０の冷却水通路に連通された冷却水の循環路２２に、冷却水の流れ方向で視て順に、ランキン蒸発器２４、何れも図示しないラジエータ、サーモスタット、水ポンプなどが介装されて閉回路を構成し、エンジン１０を冷却している。
ランキン回路３０は、作動流体の循環路３２に、作動流体の流れ方向で視て順に、上記ランキン蒸発器２４、ランキン蒸発器２４にて加熱され過熱状態となる作動流体の膨張によって回転駆動力を発生する膨張機４２、ランキンコンデンサ（凝縮器）３４、作動流体を循環させるポンプ４４などが介装されて閉回路を構成し、ランキン蒸発器２４にて冷却水回路２０を循環する冷却水との間で熱交換を行うことでエンジン１０の廃熱を回収している。
【００１８】
ところで、ランキン回路３０の上記膨張機４２及びポンプ４４は、流体機械４０として一体に構成されている。即ち、膨張機４２とポンプ４４とが同一の回転軸４５によって回転作動する流体機械４０として一体に構成されている。そして、流体機械４０には、回転軸４５、即ち膨張機４２の膨張機回転速度Ｎiを検出する膨張機回転速度センサ４３が設けられている。
ここに、膨張機４２は例えばスクロール型膨張機であり、また、ポンプ４４は例えば低圧の作動流体を高圧に高めることの可能な可変容量式ポンプであるが、これらの詳細については公知であり、ここでは説明を省略する。
【００１９】
流体機械４０の回転軸４５の先端には、プーリ４６が設けられており、当該プーリ４６と上記エンジン１０側のプーリ１２とは無端状のベルト１４で連結されている（伝達手段）。
プーリ４６には、プーリ４６と回転軸４５との連通と遮断を行う断接クラッチ４８が内装されており、これによりプーリ４６ひいては膨張機４２及びポンプ４４をプーリ１２ひいてはエンジン１０と同期回転させたり、或いは、プーリ４６ひいては膨張機４２及びポンプ４４をプーリ１２ひいてはエンジン１０から解放したりすることが可能である。
断接クラッチ４８は、例えば電磁式クラッチからなり、当該電磁式クラッチからなる断接クラッチ４８の電磁コイル（図示せず）には、リレースイッチ４９を介してバッテリ５０が接続され、リレースイッチ４９は電子コントロールユニット（ＥＣＵ）（制御手段）６０に電気的に接続されている。そして、リレースイッチ４９とバッテリ５０とを繋ぐ電力線５２には電流計（異常検出手段）５４が設けられている。
【００２０】
また、ランキン回路３０において、循環路３２の作動流体の流れ方向で視て膨張機４２よりも上流側部分には、電磁開閉弁（遮断弁）（遮断手段、制限手段）３６が介装されており、これにより循環路３２を膨張機４２に向けて流れる作動流体の流通と遮断とを切換可能である。
さらに、ランキン回路３０において、循環路３２の膨張機４２よりも上流側部分と下流側部分との間には、膨張機４２をバイパスするバイパス流路３７が設けられており、バイパス流路３７には上記電磁開閉弁３６と同様の機能を有する電磁開閉弁（バイパス弁）（バイパス手段、制限手段）３８が介装されている。これにより、循環路３２を流れる作動流体を膨張機４２に流したり、膨張機４２を迂回して短絡させたりすることが可能である。
【００２１】
ＥＣＵ６０は、ＣＰＵやメモリ等から構成された制御装置であり、ＥＣＵ６０の入力側にはエンジン回転速度センサ１６、膨張機回転速度センサ４３、電流計５４等の各種センサ類が電気的に接続され、出力側には電磁開閉弁３６、電磁開閉弁３８、断接クラッチ４８のリレースイッチ４９等のデバイス類が電気的に接続されている。
そして、ＥＣＵ６０は、膨張機４２でエンジン１０をアシスト可能な場合には断接クラッチ４８を接続し、アシストできない場合には断接クラッチ４８を切断するよう指令を出す。
【００２２】
また、ＥＣＵ６０は、上記ＥＣＵ６０からの断接クラッチ４８の制御指令に対し電流計５４により検出される電流値情報や膨張機回転速度Ｎexとエンジン回転速度Ｎeとの情報に基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定し、電磁開閉弁３６及び電磁開閉弁３８を開閉制御する。
以下、このように構成された本発明に係る自動車用廃熱利用システムの作動内容、即ち断接クラッチ４８の異常処理制御内容について説明する。
図２には、第１実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示すフローチャートが示されており、同フローチャートに基づき説明する。
【００２３】
ステップＳ１０では、膨張機４２でエンジン１０のアシストが可能な状態か否かを判断する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で膨張機４２によりアシスト可能であれば、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、リレースイッチ４９に制御指令を発し、例えばパイロット電流を供給して断接クラッチ４８を接続するように制御する。
ステップＳ１４では、電流計５４により所定電流値Ｉ0（例えば、０アンペア）よりも大きな電流Ｉが検出されるか否か、即ちバッテリ５０から断接クラッチ４８の電磁コイルに所定電流値Ｉ0よりも大きな電流Ｉが流れているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で電流計５４により計測された電流Ｉが所定電流値Ｉ0よりも大きい場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８に正常に電力が供給されているとみなすことができ、ステップＳ１６に進む。
【００２４】
ステップＳ１６では、さらに修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが等しいか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが等しく一致していれば、断接クラッチ４８は正常に作動して接続され、エンジン１０と流体機械４０ひいては膨張機４２とは同期回転しているとみなすことができ、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、電磁開閉弁３６を開制御する。そして、ステップＳ２０では、電磁開閉弁３８を閉制御する。即ち、通常の状態として作動流体が膨張機４２を流れるようにする。
【００２５】
上記ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）で電流計５４により計測された電流Ｉが所定電流値Ｉ0以下である場合、或いは、ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが異なり膨張機回転速度Ｎexが修正エンジン回転速度ρＮeよりも大きい場合には、断接クラッチ４８は正常に接続しておらず異常を来していると判定することができ、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、電磁開閉弁３６を閉制御する。そして、ステップＳ２４では、電磁開閉弁３８を開制御し、循環路３２の膨張機４２の上流側部分と下流側部分とを短絡させる。即ち、作動流体が膨張機４２を迂回して流れ、膨張機４２に流れないようにする。
【００２６】
このようにすれば、ＥＣＵ６０から断接クラッチ４８を接続させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ４８が正常に接続しない場合には、膨張機４２はエンジン１０の駆動力をアシストすることなく空転し、特に当該流体機械４０では膨張機４２とともにポンプ４４も回転することから、膨張機４２の上流側で作動流体が高圧に維持され、膨張機４２及びポンプ４４が過回転し続けてしまうことになるのであるが、膨張機４２に作動流体を流すことなく膨張機４２の上流側の作動流体の高圧の圧力を下流側に逃がすことが可能となり、膨張機４２及びポンプ４４の過回転が防止される。これにより、膨張機４２及びポンプ４４の過回転による騒音や振動を防止することができ、膨張機４２及びポンプ４４の故障を防止することができる。
【００２７】
一方、上記ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）で膨張機４２によりエンジン１０のアシストができない状態の場合には、ステップＳ２６に進み、リレースイッチ４９にパイロット電流を供給することなく断接クラッチ４８を切断するように制御指令を発する。
ステップＳ２８では、電流計５４により所定電流値Ｉ0以下（例えば、０アンペア）の電流Ｉが検出されるか否か、即ちバッテリ５０から断接クラッチ４８の電磁コイルに流れる電流Ｉが所定電流値Ｉ0以下であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で電流計５４により計測された電流Ｉが所定電流値Ｉ0以下の場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８には電力が供給されておらず正常、即ち断接クラッチ４８が切断状態とみなすことができ、ステップＳ３０に進む。
【００２８】
ステップＳ３０では、さらに修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが等しいか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが異なり膨張機回転速度Ｎexが修正エンジン回転速度ρＮe以下であれば、断接クラッチ４８は正常に作動して切断されていると判定することができ、上記ステップＳ１８に進む。
上記ステップＳ２８の判別結果が偽（Ｎｏ）で電流計５４により計測された電流Ｉが所定電流値Ｉ0より大きい場合、或いは、ステップＳ３０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが等しく一致しており、エンジン１０と流体機械４０ひいては膨張機４２とが同期回転してしまっているような場合には、断接クラッチ４８は正常に作動しておらず接続状態であり異常を来していると判定することができ、ステップＳ３２に進む。
【００２９】
ステップＳ３２では、電磁開閉弁３８を開制御し、循環路３２の膨張機４２の上流側部分と下流側部分とを短絡させる。即ち、作動流体が膨張機４２を迂回して流れるようにする。なお、電磁開閉弁３６については開状態を保持する。
このようにすれば、ＥＣＵ６０から断接クラッチ４８を切断させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ４８が正常に作動せず接続状態である場合には、膨張機４２は強制的にエンジン１０と同期回転させられてしまい、不要にエンジン１０の負荷となってしまうことになるのであるが、膨張機４２を流れる作動流体の量を減らして強制的に作動させられる膨張機４２の仕事量を小さくすることができ、エンジン１０の負荷を軽減することができる。
【００３０】
以上のように、本発明に係る自動車用廃熱利用システムでは、ＥＣＵ６０からプーリ４６に内装された断接クラッチ４８を接続させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ４８が正常に接続作動しない場合、電磁開閉弁３６を閉制御して膨張機４２への作動流体の流れを停止するとともに、電磁開閉弁３８を開制御して循環路３２を短絡させ、作動流体を膨張機４２を迂回して流すようにしているので、膨張機４２及びポンプ４４の過回転を防止でき、膨張機４２及びポンプ４４の過回転による騒音や振動を防止し、膨張機４２及びポンプ４４の故障を防止することができる。
【００３１】
また、ＥＣＵ６０からプーリ４６に内装された断接クラッチ４８を切断させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ４８が正常に切断作動しない場合、電磁開閉弁３８を開制御して循環路３２を短絡させ、作動流体を膨張機４２を迂回して流すようにしているので、膨張機４２を流れる作動流体の量を減らしてエンジン１０により強制的に作動させられる膨張機４２の仕事量を小さくすることができ、エンジン１０の不要な負荷を軽減することができる。これにより、エンジン１０における燃料消費量を抑制でき、車両における燃費の悪化を防止することができる。
【００３２】
また、ここでは、ステップＳ１４やステップＳ２８において電流計５４により検出された電流Ｉに基づき、さらにはステップＳ１６やステップＳ３０においてエンジン回転速度Ｎeと膨張機回転速度Ｎexとの比較に基づき断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしているので、断接クラッチ４８の作動異常がバッテリ５０から断接クラッチ４８までの間の電力供給系にある場合であっても、断接クラッチ４８自体に問題がある場合であっても、確実に断接クラッチ４８の異常処理を行うことが可能である。
なお、ここでは、上記の如く電流計５４により計測された電流Ｉ及びエンジン回転速度Ｎeと膨張機回転速度Ｎexとの比較に基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしているが、電流計５４により計測された電流Ｉのみに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしてもよい。或いは、エンジン回転速度Ｎeと膨張機回転速度Ｎexとの比較のみに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしてもよい。このようにすれば、簡単な構成にして断接クラッチ４８の作動異常を判定でき、自動車用廃熱利用システムの簡素化を図ることができる。
【００３３】
次に、第２実施例について説明する。
第２実施例では、上記第１実施例の図１のシステム構成に対し、電流計５４を電圧計（異常検出手段）５５に置き換えた点が異なっており、ここでは第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
図３に示すように、本発明の第２実施例では、自動車用廃熱利用システムは、リレースイッチ４９とバッテリ５０とを繋ぐ電力線５２に電圧計５５が設けられて構成されている。
このように構成された自動車用廃熱利用システムでは、ＥＣＵ６０は、上記ＥＣＵ６０からの断接クラッチ４８の制御指令に対し電圧計５５により検出される電圧値情報、及び、膨張機回転速度Ｎexと修正エンジン回転速度ρＮeとの一致性に基づいて、断接クラッチ４８の作動異常を判定し、電磁開閉弁３６及び電磁開閉弁３８を開閉制御する。
【００３４】
即ち、図４には、第２実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示す図２同様のフローチャートが示されているが、ステップＳ１４’において、電圧計５５により所定電圧値Ｅ0（例えば、０ボルト）よりも大きな電圧Ｅが検出されるか否か、即ちバッテリ５０から断接クラッチ４８の電磁コイルに所定電圧値Ｅ0よりも大きな電圧Ｅが印加されているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で電圧計５５により計測された電圧Ｅが所定電圧値Ｅ0よりも大きい場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８に正常に電力が供給されているとみなすことができ、ステップＳ１６に進む。
一方、ステップＳ１４’の判別結果が偽（Ｎｏ）で電圧計５５により計測された電圧Ｅが所定電圧値Ｅ0以下である場合には、断接クラッチ４８は正常に作動しておらず異常を来していると判定することができ、ステップＳ２２に進む。
【００３５】
また、ステップＳ２８’において、電圧計５５により所定電圧値Ｅ0以下（例えば、０ボルト）の電圧Ｅが検出されるか否か、即ちバッテリ５０から断接クラッチ４８の電磁コイルに印加される電圧Ｅが所定電圧値Ｅ0以下であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で電圧計５５により計測された電圧Ｅが所定電圧値Ｅ0以下である場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８に電力が供給されておらず正常、即ち切断状態とみなすことができ、ステップＳ３０に進む。
一方、ステップＳ２８’の判別結果が偽（Ｎｏ）で電圧計５５により計測された電圧Ｅが所定電圧値Ｅ0より大きい場合には、断接クラッチ４８は正常に作動しておらず異常、即ち接続状態と判定することができ、ステップＳ３２に進む。
【００３６】
このように、電圧計５５により検出された電圧Ｅに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしても、上記第１実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、図４によれば、第２実施例においても、電圧計５５により検出された電圧Ｅ及び修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとの比較に基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしているが、電圧計５５により検出された電圧Ｅのみに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしてもよい。これにより、自動車用廃熱利用システムの簡素化を図ることができる。
【００３７】
次に、第３実施例について説明する。
第３実施例では、上記第１実施例の図１のシステム構成に対し、作動流体の圧力を測定する圧力計（異常検出手段）３３と圧力計（異常検出手段）３５を設けた点が異なっており、ここでは第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
図５に示すように、本発明の第３実施例では、自動車用廃熱利用システムは、例えば循環路３２のうちランキンコンデンサ３４の上流側部分を流れる作動流体の圧力を検出する圧力計３３とランキンコンデンサ３４の下流側部分を流れる作動流体の圧力を検出する圧力計３５を備えて構成されている。
このように構成された自動車用廃熱利用システムでは、ＥＣＵ６０は、上記ＥＣＵ６０からの断接クラッチ４８の制御指令に対し、圧力計３３により検出されるランキンコンデンサ３４の上流側部分を流れる作動流体の圧力と圧力計３５により検出されるランキンコンデンサ３４の下流側部分を流れる作動流体の圧力との差圧（圧力損失）から作動流体の流量を推定することができる。従って、当該推定された作動流体の流量に基づいて、断接クラッチ４８の作動異常を判定し、電磁開閉弁３６及び電磁開閉弁３８を開閉制御する。
【００３８】
即ち、図６には、第３実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示す図２同様のフローチャートが示されているが、ステップＳ１６’において、圧力計３３により検出された圧力と圧力計３５により検出された圧力との差圧から推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0以下であるか否かを判別する。ここに、所定流量Ｑ0は、例えばエンジン回転速度Ｎeに応じて定まる値である。判別結果が真（Ｙｅｓ）で推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0以下と判定された場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８が正常に接続しているとみなすことができ、ステップＳ１８に進む。
【００３９】
一方、判別結果が偽（Ｎｏ）で推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0より大きいと判定された場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８は正常に作動しておらず切断していると判定することができ、ステップＳ２２に進む。
また、ステップＳ３０’において、推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0より小さいか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0より小さいと判定された場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８が正常に作動している、即ち切断状態とみなすことができ、ステップＳ１８に進む。
一方、ステップＳ３０’の判別結果が偽（Ｎｏ）で推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0以上である場合には、断接クラッチ４８は正常に作動しておらず接続していると判定することができ、ステップＳ３２に進む。
【００４０】
このように、推定した作動流体の流量Ｑに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしても、上記第１実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、図６によれば、第２実施例においても、電流計５４により検出された電流Ｉ及び推定した作動流体の流量Ｑに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしているが、推定した作動流体の流量Ｑのみに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしてもよい。
また、当該第３実施例においても、電流計５４により検出された電流Ｉに代えて、上記第２実施例のように、電圧計５５により検出された電圧Ｅに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしてもよい。
【００４１】
また、ここでは、圧力計３３により検出された圧力と圧力計３５により検出された圧力との差圧から作動流体の流量を推定するようにしているが、ランキン回路３０の循環路３２に流量計を設け、流量計によって作動流体の流量を直接に検出するようにしてもよい。
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、上記実施形態では、第１乃至第３実施例において、電磁開閉弁（遮断弁）３６と電磁開閉弁（バイパス弁）３８とを備え、これら電磁開閉弁３６及び電磁開閉弁３８を開閉制御するようにしているが、例えばＥＣＵ６０から断接クラッチ４８を接続させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ４８が正常に接続作動しない場合において、電磁開閉弁（遮断弁）３６及び電磁開閉弁（バイパス弁）３８のいずれか一方だけを制御するようにしてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、電磁開閉弁（遮断弁）３６と電磁開閉弁（バイパス弁）３８とを備えているが、電磁開閉弁（バイパス弁）３８だけを備えてシステムを構成し、電磁開閉弁３８だけを開閉制御するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ランキン回路３０は、ランキンコンデンサ３４を介し冷却水回路２０を循環する冷却水との間で熱交換を行うことでエンジン１０の廃熱を回収しているが、これに代えて或いはこれと共に、例えばエンジン１０の排気通路を流れる排ガスとの間で熱交換を行うことでエンジン１０の廃熱を回収するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１ 廃熱利用システム
１０ エンジン
１２ プーリ（伝達手段）
１４ ベルト（伝達手段）
１６ エンジン回転速度センサ
２０ 冷却水回路
３０ ランキン回路
３３、３５ 圧力計（異常検出手段）
３６ 電磁開閉弁（遮断弁）（遮断手段、制限手段）
３７ バイパス流路
３８ 電磁開閉弁（バイパス弁）（バイパス手段、制限手段）
４０ 流体機械
４２ 膨張機
４３ 膨張機回転速度センサ
４４ ポンプ
４６ プーリ（伝達手段）
４８ 断接クラッチ
４９ リレースイッチ
５０ バッテリ
５４ 電流計（異常検出手段）
５５ 電圧計（異常検出手段）
６０ ＥＣＵ（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用廃熱利用システムに係り、詳しくは、車両の内燃機関の廃熱を回収して内燃機関の駆動力をアシストする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の自動車用廃熱利用システムは、作動流体としての冷媒の循環路に、内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機、該膨張機にて発生した回転駆動力が伝達される被動力伝達装置、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を上記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキン回路を備えている。
そして、このような自動車用廃熱利用システムにおいて、例えば、ポンプと膨張機と被動力伝達装置としての発電機兼電動機とを同軸上に配し、ランキン回路による膨張機の作動時には発電機兼電動機を発電機として機能させるとともにポンプを回転させる構成の廃熱利用装置が公知である（特許文献１）。
【０００３】
ところで、このような構成の廃熱利用装置では、ランキン回路による膨張機の作動時に発電機に異常が生じると、通常は発電機による発電を中止して膨張機を無負荷状態にするようにしている。しかしながら、膨張機を無負荷状態にすると、膨張機が許容回転速度を超えて加速することとなり、膨張機が騒音や振動を発したり、破損したりすることとなり好ましいことではない。
そこで、上記廃熱利用装置では、例えば膨張機の異常時に膨張機に流入する作動流体の流れを停止する一方、膨張機バイパス流路に作動流体を流すようにして、膨張機の加速を防止するように図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７０１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、近年、被動力伝達装置が内燃機関である構成の自動車用廃熱利用システムも開発されており、かかる構成では、ランキン回路による膨張機の作動を断接クラッチを介して直接に内燃機関に伝達して内燃機関の駆動をアシストするようにしている。つまり、断接クラッチを断接制御することで、膨張機の生じる駆動力を内燃機関の駆動力として適宜利用するようにしている。
このような構成の廃熱利用システムでは、断接クラッチの作動に異常を生じた場合、例えば断接クラッチが接続状態から意図せずに切断状態となった場合、膨張機の生じる駆動力を内燃機関の駆動力として適切に利用できず膨張機が過回転して上記同様の問題を引き起こすことになり、或いは断接クラッチを切断状態にしようとしても接続状態のままであると膨張機が内燃機関の不要な負荷となり、好ましいことではない。
【０００６】
特に、最近では上記作動流体を送出するポンプと膨張機とを同軸上に一体に配した廃熱利用システムも開発されており、このような廃熱利用システムでは、膨張機とともにポンプも過回転するために膨張機の過回転が助長され、或いは、膨張機とともにポンプも内燃機関の不要な負荷になるという問題がある。
この点に関し、上記特許文献１には、膨張機の作動を断接クラッチを介して直接に内燃機関に伝達する構成についての断接クラッチの異常時対応については何ら言及されておらず、特にポンプと膨張機とが内燃機関の不要な負荷とならないようにすることについては何ら示唆さえもされていない。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、ランキン回路を有した自動車用廃熱利用システムであって、膨張機の作動を断接クラッチを介して直接に内燃機関に伝達するとともに作動流体を送出するポンプと膨張機とを同軸上に一体に配し、断接クラッチの異常時であっても、ポンプと膨張機の過回転を防止でき、ポンプと膨張機とが内燃機関の不要な負荷とならないようにできる自動車用廃熱利用システム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】
【０００８】
上記の目的を達成するべく、請求項１の自動車用廃熱利用システムは、作動流体の循環路に、内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させる膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキン回路を有した自動車用廃熱利用システムであって、前記膨張機と前記ポンプとは同軸にして流体機械として一体に構成され、該流体機械の回転軸と内燃機関の回転軸とを断接クラッチを介して連結する伝達手段と、前記断接クラッチの接続制御及び切断制御を行う制御手段と、前記循環路に設けられ、前記膨張機への作動流体の流通を制限する制限手段とを備え、該制限手段は、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し前記断接クラッチの作動異常が発生したことを検出する異常検出手段を含み、該異常検出手段により前記断接クラッチの作動異常が検出されると、前記膨張機への作動流体の流通を制限することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の自動車用廃熱利用システムでは、請求項１において、前記制限手段は、作動流体の流れを前記膨張機を迂回させるバイパス手段であって、前記異常検出手段により前記断接クラッチの作動異常が検出されると、該バイパス手段により作動流体の流れを迂回させることを特徴とする。
請求項３の自動車用廃熱利用システムでは、請求項１または２において、前記制限手段は、前記膨張機への作動流体の流れを停止させる遮断手段であって、前記異常検出手段により、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令に対し前記断接クラッチの作動異常が検出されると、該遮断手段により作動流体の流れを停止させることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の自動車用廃熱利用システムでは、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記断接クラッチは電磁式クラッチであって電力の供給を受けて断接作動するものであり、該断接クラッチへ供給される電流を計測する電流計を備え、前記異常検出手段は、前記電流計であって、前記制限手段は、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し前記電流計により計測される電流に異常が検出されると、前記膨張機への作動流体の流通を制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の自動車用廃熱利用システムによれば、ランキン回路を有した自動車用廃熱利用システムであって、膨張機とポンプとが同軸にして流体機械として一体に構成され、流体機械の回転軸と内燃機関の回転軸とが断接クラッチを介して伝達手段により連結されている場合において、制御手段による断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し断接クラッチの作動異常が発生したことが異常検出手段により検出されると、膨張機への作動流体の流通を制限手段により制限するようにしたので、制御手段により断接クラッチの接続制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチが正常に接続作動しない場合に、膨張機への作動流体の流通が制限され、膨張機が内燃機関の駆動力をアシストすることなく空転することによる膨張機及びポンプの過回転を防止でき、膨張機及びポンプの過回転による騒音や振動を防止し、膨張機及びポンプの故障を防止することができる。
【００１２】
また、制御手段により断接クラッチの切断制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチが正常に切断作動しない場合に、膨張機への作動流体の流通が制限され、内燃機関により強制的に作動させられる膨張機の仕事量を小さくして内燃機関の不要な負荷を軽減することができ、内燃機関における燃料消費量を抑制して車両における燃費の悪化を防止することができる。
【００１３】
請求項２の自動車用廃熱利用システムによれば、制限手段は作動流体の流れを膨張機を迂回させるバイパス手段であるので、制御手段により断接クラッチの接続制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチが正常に接続作動しない場合に、バイパス手段により作動流体の流れを迂回させることにより、膨張機の上流側における作動流体の高圧の圧力を下流側に逃がすようにでき、良好に膨張機及びポンプの過回転を防止できる。
また、制御手段により断接クラッチの切断制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチが正常に切断作動しない場合に、バイパス手段により作動流体の流れを迂回させることにより、良好に内燃機関の不要な負荷を軽減することができる。
【００１４】
請求項３の自動車用廃熱利用システムによれば、制限手段は膨張機への作動流体の流れを停止させる遮断手段であるので、制御手段により断接クラッチの接続制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチが正常に接続作動しない場合に、遮断手段により膨張機への作動流体の流れを停止させることにより、良好に膨張機及びポンプの過回転を防止できる。
請求項４の自動車用廃熱利用システムによれば、制御手段による断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し電流計により計測される電流に異常が検出されると、膨張機への作動流体の流通を制限するので、簡単な構成で断接クラッチの作動異常を検出でき、自動車用廃熱利用システムの簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例に係る自動車用廃熱利用システムを模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施例に係る自動車用廃熱利用システムを模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施例に係る自動車用廃熱利用システムを模式的に示す図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
先ず、第１実施例について説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係る自動車用廃熱利用システムを模式的に示した図である。
廃熱利用システム１は、例えば車両に搭載され、エンジン（内燃機関）１０、冷却水回路２０、ランキン回路３０から構成されている。
エンジン１０は、車両に駆動力を与える駆動源であり、エンジン１０のクランクシャフトから延びる主軸１１の先端にはプーリ１２が設けられている。また、エンジン１０には主軸１１の回転速度、即ちエンジン回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ１６が設けられている。
【００１７】
冷却水回路２０は、エンジン１０の冷却水通路に連通された冷却水の循環路２２に、冷却水の流れ方向で視て順に、ランキン蒸発器２４、何れも図示しないラジエータ、サーモスタット、水ポンプなどが介装されて閉回路を構成し、エンジン１０を冷却している。
ランキン回路３０は、作動流体の循環路３２に、作動流体の流れ方向で視て順に、上記ランキン蒸発器２４、ランキン蒸発器２４にて加熱され過熱状態となる作動流体の膨張によって回転駆動力を発生する膨張機４２、ランキンコンデンサ（凝縮器）３４、作動流体を循環させるポンプ４４などが介装されて閉回路を構成し、ランキン蒸発器２４にて冷却水回路２０を循環する冷却水との間で熱交換を行うことでエンジン１０の廃熱を回収している。
【００１８】
ところで、ランキン回路３０の上記膨張機４２及びポンプ４４は、流体機械４０として一体に構成されている。即ち、膨張機４２とポンプ４４とが同一の回転軸４５によって回転作動する流体機械４０として一体に構成されている。そして、流体機械４０には、回転軸４５、即ち膨張機４２の膨張機回転速度Ｎiを検出する膨張機回転速度センサ４３が設けられている。
ここに、膨張機４２は例えばスクロール型膨張機であり、また、ポンプ４４は例えば低圧の作動流体を高圧に高めることの可能な可変容量式ポンプであるが、これらの詳細については公知であり、ここでは説明を省略する。
【００１９】
流体機械４０の回転軸４５の先端には、プーリ４６が設けられており、当該プーリ４６と上記エンジン１０側のプーリ１２とは無端状のベルト１４で連結されている（伝達手段）。
プーリ４６には、プーリ４６と回転軸４５との連通と遮断を行う断接クラッチ４８が内装されており、これによりプーリ４６ひいては膨張機４２及びポンプ４４をプーリ１２ひいてはエンジン１０と同期回転させたり、或いは、プーリ４６ひいては膨張機４２及びポンプ４４をプーリ１２ひいてはエンジン１０から解放したりすることが可能である。
断接クラッチ４８は、例えば電磁式クラッチからなり、当該電磁式クラッチからなる断接クラッチ４８の電磁コイル（図示せず）には、リレースイッチ４９を介してバッテリ５０が接続され、リレースイッチ４９は電子コントロールユニット（ＥＣＵ）（制御手段）６０に電気的に接続されている。そして、リレースイッチ４９とバッテリ５０とを繋ぐ電力線５２には電流計（異常検出手段）５４が設けられている。
【００２０】
また、ランキン回路３０において、循環路３２の作動流体の流れ方向で視て膨張機４２よりも上流側部分には、電磁開閉弁（遮断弁）（遮断手段、制限手段）３６が介装されており、これにより循環路３２を膨張機４２に向けて流れる作動流体の流通と遮断とを切換可能である。
さらに、ランキン回路３０において、循環路３２の膨張機４２よりも上流側部分と下流側部分との間には、膨張機４２をバイパスするバイパス流路３７が設けられており、バイパス流路３７には上記電磁開閉弁３６と同様の機能を有する電磁開閉弁（バイパス弁）（バイパス手段、制限手段）３８が介装されている。これにより、循環路３２を流れる作動流体を膨張機４２に流したり、膨張機４２を迂回して短絡させたりすることが可能である。
【００２１】
ＥＣＵ６０は、ＣＰＵやメモリ等から構成された制御装置であり、ＥＣＵ６０の入力側にはエンジン回転速度センサ１６、膨張機回転速度センサ４３、電流計５４等の各種センサ類が電気的に接続され、出力側には電磁開閉弁３６、電磁開閉弁３８、断接クラッチ４８のリレースイッチ４９等のデバイス類が電気的に接続されている。
そして、ＥＣＵ６０は、膨張機４２でエンジン１０をアシスト可能な場合には断接クラッチ４８を接続し、アシストできない場合には断接クラッチ４８を切断するよう指令を出す。
【００２２】
また、ＥＣＵ６０は、上記ＥＣＵ６０からの断接クラッチ４８の制御指令に対し電流計５４により検出される電流値情報や膨張機回転速度Ｎexとエンジン回転速度Ｎeとの情報に基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定し、電磁開閉弁３６及び電磁開閉弁３８を開閉制御する。
以下、このように構成された本発明に係る自動車用廃熱利用システムの作動内容、即ち断接クラッチ４８の異常処理制御内容について説明する。
図２には、第１実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示すフローチャートが示されており、同フローチャートに基づき説明する。
【００２３】
ステップＳ１０では、膨張機４２でエンジン１０のアシストが可能な状態か否かを判断する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で膨張機４２によりアシスト可能であれば、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、リレースイッチ４９に制御指令を発し、例えばパイロット電流を供給して断接クラッチ４８を接続するように制御する。
ステップＳ１４では、電流計５４により所定電流値Ｉ0（例えば、０アンペア）よりも大きな電流Ｉが検出されるか否か、即ちバッテリ５０から断接クラッチ４８の電磁コイルに所定電流値Ｉ0よりも大きな電流Ｉが流れているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で電流計５４により計測された電流Ｉが所定電流値Ｉ0よりも大きい場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８に正常に電力が供給されているとみなすことができ、ステップＳ１６に進む。
【００２４】
ステップＳ１６では、さらに修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが等しいか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが等しく一致していれば、断接クラッチ４８は正常に作動して接続され、エンジン１０と流体機械４０ひいては膨張機４２とは同期回転しているとみなすことができ、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、電磁開閉弁３６を開制御する。そして、ステップＳ２０では、電磁開閉弁３８を閉制御する。即ち、通常の状態として作動流体が膨張機４２を流れるようにする。
【００２５】
上記ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）で電流計５４により計測された電流Ｉが所定電流値Ｉ0以下である場合、或いは、ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが異なり膨張機回転速度Ｎexが修正エンジン回転速度ρＮeよりも大きい場合には、断接クラッチ４８は正常に接続しておらず異常を来していると判定することができ、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、電磁開閉弁３６を閉制御する。そして、ステップＳ２４では、電磁開閉弁３８を開制御し、循環路３２の膨張機４２の上流側部分と下流側部分とを短絡させる。即ち、作動流体が膨張機４２を迂回して流れ、膨張機４２に流れないようにする。
【００２６】
このようにすれば、ＥＣＵ６０から断接クラッチ４８を接続させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ４８が正常に接続しない場合には、膨張機４２はエンジン１０の駆動力をアシストすることなく空転し、特に当該流体機械４０では膨張機４２とともにポンプ４４も回転することから、膨張機４２の上流側で作動流体が高圧に維持され、膨張機４２及びポンプ４４が過回転し続けてしまうことになるのであるが、膨張機４２に作動流体を流すことなく膨張機４２の上流側の作動流体の高圧の圧力を下流側に逃がすことが可能となり、膨張機４２及びポンプ４４の過回転が防止される。これにより、膨張機４２及びポンプ４４の過回転による騒音や振動を防止することができ、膨張機４２及びポンプ４４の故障を防止することができる。
【００２７】
一方、上記ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）で膨張機４２によりエンジン１０のアシストができない状態の場合には、ステップＳ２６に進み、リレースイッチ４９にパイロット電流を供給することなく断接クラッチ４８を切断するように制御指令を発する。
ステップＳ２８では、電流計５４により所定電流値Ｉ0以下（例えば、０アンペア）の電流Ｉが検出されるか否か、即ちバッテリ５０から断接クラッチ４８の電磁コイルに流れる電流Ｉが所定電流値Ｉ0以下であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で電流計５４により計測された電流Ｉが所定電流値Ｉ0以下の場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８には電力が供給されておらず正常、即ち断接クラッチ４８が切断状態とみなすことができ、ステップＳ３０に進む。
【００２８】
ステップＳ３０では、さらに修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが等しいか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが異なり膨張機回転速度Ｎexが修正エンジン回転速度ρＮe以下であれば、断接クラッチ４８は正常に作動して切断されていると判定することができ、上記ステップＳ１８に進む。
上記ステップＳ２８の判別結果が偽（Ｎｏ）で電流計５４により計測された電流Ｉが所定電流値Ｉ0より大きい場合、或いは、ステップＳ３０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとが等しく一致しており、エンジン１０と流体機械４０ひいては膨張機４２とが同期回転してしまっているような場合には、断接クラッチ４８は正常に作動しておらず接続状態であり異常を来していると判定することができ、ステップＳ３２に進む。
【００２９】
ステップＳ３２では、電磁開閉弁３８を開制御し、循環路３２の膨張機４２の上流側部分と下流側部分とを短絡させる。即ち、作動流体が膨張機４２を迂回して流れるようにする。なお、電磁開閉弁３６については開状態を保持する。
このようにすれば、ＥＣＵ６０から断接クラッチ４８を切断させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ４８が正常に作動せず接続状態である場合には、膨張機４２は強制的にエンジン１０と同期回転させられてしまい、不要にエンジン１０の負荷となってしまうことになるのであるが、膨張機４２を流れる作動流体の量を減らして強制的に作動させられる膨張機４２の仕事量を小さくすることができ、エンジン１０の負荷を軽減することができる。
【００３０】
以上のように、本発明に係る自動車用廃熱利用システムでは、ＥＣＵ６０からプーリ４６に内装された断接クラッチ４８を接続させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ４８が正常に接続作動しない場合、電磁開閉弁３６を閉制御して膨張機４２への作動流体の流れを停止するとともに、電磁開閉弁３８を開制御して循環路３２を短絡させ、作動流体を膨張機４２を迂回して流すようにしているので、膨張機４２及びポンプ４４の過回転を防止でき、膨張機４２及びポンプ４４の過回転による騒音や振動を防止し、膨張機４２及びポンプ４４の故障を防止することができる。
【００３１】
また、ＥＣＵ６０からプーリ４６に内装された断接クラッチ４８を切断させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ４８が正常に切断作動しない場合、電磁開閉弁３８を開制御して循環路３２を短絡させ、作動流体を膨張機４２を迂回して流すようにしているので、膨張機４２を流れる作動流体の量を減らしてエンジン１０により強制的に作動させられる膨張機４２の仕事量を小さくすることができ、エンジン１０の不要な負荷を軽減することができる。これにより、エンジン１０における燃料消費量を抑制でき、車両における燃費の悪化を防止することができる。
【００３２】
また、ここでは、ステップＳ１４やステップＳ２８において電流計５４により検出された電流Ｉに基づき、さらにはステップＳ１６やステップＳ３０においてエンジン回転速度Ｎeと膨張機回転速度Ｎexとの比較に基づき断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしているので、断接クラッチ４８の作動異常がバッテリ５０から断接クラッチ４８までの間の電力供給系にある場合であっても、断接クラッチ４８自体に問題がある場合であっても、確実に断接クラッチ４８の異常処理を行うことが可能である。
なお、ここでは、上記の如く電流計５４により計測された電流Ｉ及びエンジン回転速度Ｎeと膨張機回転速度Ｎexとの比較に基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしているが、電流計５４により計測された電流Ｉのみに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしてもよい。或いは、エンジン回転速度Ｎeと膨張機回転速度Ｎexとの比較のみに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしてもよい。このようにすれば、簡単な構成にして断接クラッチ４８の作動異常を判定でき、自動車用廃熱利用システムの簡素化を図ることができる。
【００３３】
次に、第２実施例について説明する。
第２実施例では、上記第１実施例の図１のシステム構成に対し、電流計５４を電圧計（異常検出手段）５５に置き換えた点が異なっており、ここでは第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
図３に示すように、本発明の第２実施例では、自動車用廃熱利用システムは、リレースイッチ４９とバッテリ５０とを繋ぐ電力線５２に電圧計５５が設けられて構成されている。
このように構成された自動車用廃熱利用システムでは、ＥＣＵ６０は、上記ＥＣＵ６０からの断接クラッチ４８の制御指令に対し電圧計５５により検出される電圧値情報、及び、膨張機回転速度Ｎexと修正エンジン回転速度ρＮeとの一致性に基づいて、断接クラッチ４８の作動異常を判定し、電磁開閉弁３６及び電磁開閉弁３８を開閉制御する。
【００３４】
即ち、図４には、第２実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示す図２同様のフローチャートが示されているが、ステップＳ１４’において、電圧計５５により所定電圧値Ｅ0（例えば、０ボルト）よりも大きな電圧Ｅが検出されるか否か、即ちバッテリ５０から断接クラッチ４８の電磁コイルに所定電圧値Ｅ0よりも大きな電圧Ｅが印加されているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で電圧計５５により計測された電圧Ｅが所定電圧値Ｅ0よりも大きい場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８に正常に電力が供給されているとみなすことができ、ステップＳ１６に進む。
一方、ステップＳ１４’の判別結果が偽（Ｎｏ）で電圧計５５により計測された電圧Ｅが所定電圧値Ｅ0以下である場合には、断接クラッチ４８は正常に作動しておらず異常を来していると判定することができ、ステップＳ２２に進む。
【００３５】
また、ステップＳ２８’において、電圧計５５により所定電圧値Ｅ0以下（例えば、０ボルト）の電圧Ｅが検出されるか否か、即ちバッテリ５０から断接クラッチ４８の電磁コイルに印加される電圧Ｅが所定電圧値Ｅ0以下であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で電圧計５５により計測された電圧Ｅが所定電圧値Ｅ0以下である場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８に電力が供給されておらず正常、即ち切断状態とみなすことができ、ステップＳ３０に進む。
一方、ステップＳ２８’の判別結果が偽（Ｎｏ）で電圧計５５により計測された電圧Ｅが所定電圧値Ｅ0より大きい場合には、断接クラッチ４８は正常に作動しておらず異常、即ち接続状態と判定することができ、ステップＳ３２に進む。
【００３６】
このように、電圧計５５により検出された電圧Ｅに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしても、上記第１実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、図４によれば、第２実施例においても、電圧計５５により検出された電圧Ｅ及び修正エンジン回転速度ρＮeと膨張機回転速度Ｎexとの比較に基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしているが、電圧計５５により検出された電圧Ｅのみに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしてもよい。これにより、自動車用廃熱利用システムの簡素化を図ることができる。
【００３７】
次に、第３実施例について説明する。
第３実施例では、上記第１実施例の図１のシステム構成に対し、作動流体の圧力を測定する圧力計（異常検出手段）３３と圧力計（異常検出手段）３５を設けた点が異なっており、ここでは第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
図５に示すように、本発明の第３実施例では、自動車用廃熱利用システムは、例えば循環路３２のうちランキンコンデンサ３４の上流側部分を流れる作動流体の圧力を検出する圧力計３３とランキンコンデンサ３４の下流側部分を流れる作動流体の圧力を検出する圧力計３５を備えて構成されている。
このように構成された自動車用廃熱利用システムでは、ＥＣＵ６０は、上記ＥＣＵ６０からの断接クラッチ４８の制御指令に対し、圧力計３３により検出されるランキンコンデンサ３４の上流側部分を流れる作動流体の圧力と圧力計３５により検出されるランキンコンデンサ３４の下流側部分を流れる作動流体の圧力との差圧（圧力損失）から作動流体の流量を推定することができる。従って、当該推定された作動流体の流量に基づいて、断接クラッチ４８の作動異常を判定し、電磁開閉弁３６及び電磁開閉弁３８を開閉制御する。
【００３８】
即ち、図６には、第３実施例に係る断接クラッチ異常処理制御の制御ルーチンを示す図２同様のフローチャートが示されているが、ステップＳ１６’において、圧力計３３により検出された圧力と圧力計３５により検出された圧力との差圧から推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0以下であるか否かを判別する。ここに、所定流量Ｑ0は、例えばエンジン回転速度Ｎeに応じて定まる値である。判別結果が真（Ｙｅｓ）で推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0以下と判定された場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８が正常に接続しているとみなすことができ、ステップＳ１８に進む。
【００３９】
一方、判別結果が偽（Ｎｏ）で推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0より大きいと判定された場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８は正常に作動しておらず切断していると判定することができ、ステップＳ２２に進む。
また、ステップＳ３０’において、推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0より小さいか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0より小さいと判定された場合には、ＥＣＵ６０からの制御指令に対して断接クラッチ４８が正常に作動している、即ち切断状態とみなすことができ、ステップＳ１８に進む。
一方、ステップＳ３０’の判別結果が偽（Ｎｏ）で推定した作動流体の流量Ｑが所定流量Ｑ0以上である場合には、断接クラッチ４８は正常に作動しておらず接続していると判定することができ、ステップＳ３２に進む。
【００４０】
このように、推定した作動流体の流量Ｑに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしても、上記第１実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、図６によれば、第２実施例においても、電流計５４により検出された電流Ｉ及び推定した作動流体の流量Ｑに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしているが、推定した作動流体の流量Ｑのみに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしてもよい。
また、当該第３実施例においても、電流計５４により検出された電流Ｉに代えて、上記第２実施例のように、電圧計５５により検出された電圧Ｅに基づいて断接クラッチ４８の作動異常を判定するようにしてもよい。
【００４１】
また、ここでは、圧力計３３により検出された圧力と圧力計３５により検出された圧力との差圧から作動流体の流量を推定するようにしているが、ランキン回路３０の循環路３２に流量計を設け、流量計によって作動流体の流量を直接に検出するようにしてもよい。
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、上記実施形態では、第１乃至第３実施例において、電磁開閉弁（遮断弁）３６と電磁開閉弁（バイパス弁）３８とを備え、これら電磁開閉弁３６及び電磁開閉弁３８を開閉制御するようにしているが、例えばＥＣＵ６０から断接クラッチ４８を接続させるべく制御指令を行ったにも拘わらず断接クラッチ４８が正常に接続作動しない場合において、電磁開閉弁（遮断弁）３６及び電磁開閉弁（バイパス弁）３８のいずれか一方だけを制御するようにしてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、電磁開閉弁（遮断弁）３６と電磁開閉弁（バイパス弁）３８とを備えているが、電磁開閉弁（バイパス弁）３８だけを備えてシステムを構成し、電磁開閉弁３８だけを開閉制御するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ランキン回路３０は、ランキンコンデンサ３４を介し冷却水回路２０を循環する冷却水との間で熱交換を行うことでエンジン１０の廃熱を回収しているが、これに代えて或いはこれと共に、例えばエンジン１０の排気通路を流れる排ガスとの間で熱交換を行うことでエンジン１０の廃熱を回収するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１ 廃熱利用システム
１０ エンジン
１２ プーリ（伝達手段）
１４ ベルト（伝達手段）
１６ エンジン回転速度センサ
２０ 冷却水回路
３０ ランキン回路
３３、３５ 圧力計（異常検出手段）
３６ 電磁開閉弁（遮断弁）（遮断手段、制限手段）
３７ バイパス流路
３８ 電磁開閉弁（バイパス弁）（バイパス手段、制限手段）
４０ 流体機械
４２ 膨張機
４３ 膨張機回転速度センサ
４４ ポンプ
４６ プーリ（伝達手段）
４８ 断接クラッチ
４９ リレースイッチ
５０ バッテリ
５４ 電流計（異常検出手段）
５５ 電圧計（異常検出手段）
６０ ＥＣＵ（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体の循環路に、内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させる膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキン回路を有した自動車用廃熱利用システムであって、
前記膨張機と前記ポンプとは同軸にして流体機械として一体に構成され、
該流体機械の回転軸と内燃機関の回転軸とを断接クラッチを介して連結する伝達手段と、
前記断接クラッチの接続制御及び切断制御を行う制御手段と、
前記循環路に設けられ、前記膨張機への作動流体の流通を制限する制限手段とを備え、
該制限手段は、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し前記断接クラッチの作動異常が発生したことを検出する異常検出手段を含み、該異常検出手段により前記断接クラッチの作動異常が検出されると、前記膨張機への作動流体の流通を制限することを特徴とする自動車用廃熱利用システム。
【請求項２】
前記制限手段は、作動流体の流れを前記膨張機を迂回させるバイパス手段であって、前記異常検出手段により前記断接クラッチの作動異常が検出されると、該バイパス手段により作動流体の流れを迂回させることを特徴とする、請求項１記載の自動車用廃熱利用システム。
【請求項３】
前記制限手段は、前記膨張機への作動流体の流れを停止させる遮断手段であって、前記異常検出手段により、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令に対し前記断接クラッチの作動異常が検出されると、該遮断手段により作動流体の流れを停止させることを特徴とする、請求項１または２記載の自動車用廃熱利用システム。
【請求項４】
前記断接クラッチは電磁式クラッチであって電力の供給を受けて断接作動するものであり、該断接クラッチへ供給される電流を計測する電流計を備え、
前記異常検出手段は、前記電流計であって、
前記制限手段は、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し前記電流計により計測される電流に異常が検出されると、前記膨張機への作動流体の流通を制限することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の自動車用廃熱利用システム。
【請求項１】
作動流体の循環路に、内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させる膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキン回路を有した自動車用廃熱利用システムであって、
前記膨張機と前記ポンプとは同軸にして流体機械として一体に構成され、
該流体機械の回転軸と内燃機関の回転軸とを断接クラッチを介して連結する伝達手段と、
前記断接クラッチの接続制御及び切断制御を行う制御手段と、
前記循環路に設けられ、前記膨張機への作動流体の流通を制限する制限手段とを備え、
該制限手段は、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し前記断接クラッチの作動異常が発生したことを検出する異常検出手段を含み、該異常検出手段により前記断接クラッチの作動異常が検出されると、前記膨張機への作動流体の流通を制限することを特徴とする自動車用廃熱利用システム。
【請求項２】
前記制限手段は、作動流体の流れを前記膨張機を迂回させるバイパス手段であって、前記異常検出手段により前記断接クラッチの作動異常が検出されると、該バイパス手段により作動流体の流れを迂回させることを特徴とする、請求項１記載の自動車用廃熱利用システム。
【請求項３】
前記制限手段は、前記膨張機への作動流体の流れを停止させる遮断手段であって、前記異常検出手段により、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令に対し前記断接クラッチの作動異常が検出されると、該遮断手段により作動流体の流れを停止させることを特徴とする、請求項１または２記載の自動車用廃熱利用システム。
【請求項４】
前記断接クラッチは電磁式クラッチであって電力の供給を受けて断接作動するものであり、該断接クラッチへ供給される電流を計測する電流計を備え、
前記異常検出手段は、前記電流計であって、
前記制限手段は、前記制御手段による前記断接クラッチの接続制御指令及び切断制御指令に対し前記電流計により計測される電流に異常が検出されると、前記膨張機への作動流体の流通を制限することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の自動車用廃熱利用システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１９３６９０（Ｐ２０１２−１９３６９０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５９１８６（Ｐ２０１１−５９１８６）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【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２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【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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