JP6387245B2 - エンジンの廃熱利用装置 - Google Patents

Description

この発明はエンジンの廃熱利用装置の改良に関する。

ランキンサイクルにおいて、膨張機の出力軸とエンジンの回転軸とを、締結・解放し得る電磁クラッチを介して連結する伝動機構と、膨張機に供給する冷媒をバイパスさせる通路と、この通路に介装されるバイパス弁とを備えるものがある（特許文献１参照）。このものでは、膨張機を停止する際に、バイパス弁を閉状態から開状態に切換えた後に電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えている。これは、バイパス弁を閉状態から開状態に切換える前に電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えるとすれば、膨張機がエンジンの回転軸から切り離されて無負荷状態となり、膨張機の回転速度が急上昇して過回転してしまうので、これを避けるためである。時間的に先にバイパス弁を閉状態から開状態に切換えることで膨張機の前後圧力差を低下させ、これによって膨張機の回転速度を十分に低下させた後に電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えることで、膨張機の過回転を防止するのである。

特開２０１２−１９３６９０号公報

ところで、バイパス弁が閉じた状態で固着している場合にも、膨張機を停止するため、バイパス弁を閉状態から開状態に切換える信号を出力した後に電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えたとする。この場合には、膨張機の前後圧力差が低下しないので、電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えたタイミングより膨張機の回転速度が急上昇して膨張機が過回転してしまう。

しかしながら、バイパス弁が閉じた状態で固着している場合にどうするかは上記特許文献１の技術に一切記載がない。

そこで本発明は、バイパス弁が閉じた状態で固着している場合にも膨張機の過回転を抑制し得る装置を提供することを目的とする。

本発明のエンジンの廃熱利用装置は、膨張機の出力軸とエンジンの回転軸とを、締結・解放し得る電磁クラッチを介して連結する伝動機構と、熱交換器を出た冷媒を膨張機をバイパスさせて流す通路と、この通路に介装されるバイパス弁とを備えている。そして膨張機を停止する際に、バイパス弁を閉状態から開状態に切換えた後に電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換える。こうしたエンジンの廃熱利用装置を前提として、バイパス弁が閉じた状態で固着している場合に、電磁クラッチを締結状態を保ち、膨張機前後圧力差を制限する膨張機前後圧力差制限処理を行う。

本発明によれば、膨張機を停止する際にバイパス弁が閉じた状態で固着している場合であっても、膨張機の過回転を防止することができる。

本発明の第１実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。 膨張機停止処理を説明するためのフローチャートである。 膨張機前後圧力差低下処理を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態の膨張機前後圧力差低下処理を説明するためのフローチャートである。 第３実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。 第３実施形態の膨張機前後圧力差低下処理を説明するためのフローチャートである。 第３実施形態の通常時のＯＮデューティ値の特性図である。 第３実施形態のバイパス弁閉固着時のＯＮデューティ値の特性図である。 第４実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。 第４実施形態の膨張機前後圧力差低下処理を説明するためのフローチャートである。 第５実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。 第５実施形態の膨張機前後圧力差低下処理を説明するためのフローチャートである。 第６実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。

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。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。

まず、エンジン冷却水回路について説明する。エンジン２を出た８０〜９０℃程度の冷却水は、ラジエータ１１を通る冷却水通路１３と、ラジエータ１１をバイパスするバイパス冷却水通路１４とに別れて流れる。その後、２つの流れは、両通路１３、１４を流れる冷却水流量の配分を決めるサーモスタットバルブ１５で再び合流し、さらに冷却水ポンプ１６を経てエンジン２に戻る。冷却水ポンプ１６はエンジン２によって駆動され、その回転速度はエンジン回転速度と同調している。

サーモスタットバルブ１５は、冷却水温度が高い場合に冷却水通路１３側のバルブ開度を大きくしてラジエータ１１を通過する冷却水量を相対的に増やす。また、冷却水温度が低い場合に冷却水通路１３側のバルブ開度を小さくしてラジエータ１１を通過する冷却水量を相対的に減らす。エンジン２の暖機前など特に冷却水温度が低い場合には、完全にラジエータ１１をバイパスさせることにより、冷却水の全量がバイパス冷却水通路１４側を流れるようにする。一方、バイパス冷却水通路１４側のバルブ開度は全閉になることはなく、ラジエータ１１を流れる冷却水流量が多くなったときに、バイパス冷却水通路１４を流れる冷却水の流量は、冷却水の全量がバイパス冷却水通路１４側を流れる場合と比べて低下する。しかしながら、流れが完全に停止することがないようにサーモスタットバルブ１５が構成されている。

ラジエータ１１をバイパスするバイパス冷却水通路１４は、第１バイパス冷却水通路２４と、第２バイパス冷却水通路２５とからなる。そして、第１バイパス冷却水通路２４は冷却水通路１３から分岐して後述の熱交換器３６に直接接続している。一方、第２バイパス冷却水通路２５は冷却水通路１３から分岐して廃熱回収器２２を経た後に熱交換器３６に接続している。

バイパス冷却水通路１４には、ランキンサイクル３１の冷媒と熱交換を行なう熱交換器３６を備える。この熱交換器３６は加熱器と過熱器とを統合したものである。すなわち、熱交換器３６には２つの冷却水通路３６ａ、３６ｂがほぼ一列に設けられている。また、冷媒と冷却水が熱交換可能なようにランキンサイクル３１の冷媒が流れる冷媒通路３６ｃが冷却水通路３６ａ、３６ｂと隣接して設けられている。さらに、熱交換器３６の全体を俯瞰して見たときにランキンサイクル３１の冷媒と冷却水が互いに流れ方向が逆向きとなるように各通路３６ａ、３６ｂ、３６ｃが構成されている。

詳細には、ランキンサイクル３１の冷媒にとって上流（図１の左）側に位置する一方の冷却水通路３６ａは、第１バイパス冷却水通路２４に介装されている。この冷却水通路３６ａ及びこの冷却水通路３６ａに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器左側部分は、エンジン２から出た冷却水を冷却水通路３６ａに直接導入することで、冷媒通路３６ｃを流れるランキンサイクル３１の冷媒を加熱するための加熱器である。

ランキンサイクル３１の冷媒にとって下流（図１の右）側に位置する他方の冷却水通路３６ｂには、第２バイパス冷却水通路２５を介して廃熱回収器２２を経た冷却水が導入される。冷却水通路３６ｂ及びこの冷却水通路３６ｂに隣接する冷媒通路部分からなる熱交換器右側部分（下流側）は、エンジン出口の冷却水を排気によって加熱した冷却水を冷却水通路３６ｂに導入することで、冷媒通路３６ｃを流れる冷媒を過熱する過熱器である。

廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａは排気管５に隣接して設けている。廃熱回収器２２の冷却水通路２２ａにエンジン２の出口の冷却水を導入することで、冷却水を高温の排気によって例えば１１０〜１１５℃程度まで加熱することができる。廃熱回収器２２の全体を俯瞰して見たときに、排気と冷却水とが互いに流れる向きが逆向きとなるように冷却水通路２２ａが構成されている。

廃熱回収器２２を設けた第２バイパス冷却水通路２５には制御弁２６が介装されている。エンジン２の内部にある冷却水の温度が、例えばエンジンの効率悪化やノックを発生させないための許容温度（例えば１００℃）を超えないように、エンジン２の出口の冷却水温度センサ７４の検出温度が所定値以上になると、この制御弁２６の開度を減少させる。これによって、エンジン２の内部にある冷却水の温度（エンジン水温）が許容温度に近づくと、廃熱回収器２２を通過する冷却水量を減少させるので、エンジン水温が許容温度を超えてしまうことを確実に防ぐことができる。

一方、第２バイパス冷却水通路２５の流量が減少したことによって、廃熱回収器２２により上昇する冷却水温度が上がりすぎて冷却水が蒸発（沸騰）してしまったのでは、熱交換器３６での効率が落ちる。これだけでなく、冷却水通路内の冷却水の流れが悪くなって温度が過剰に上昇してしまう恐れもある。これを避けるため、廃熱回収器２２をバイパスするバイパス排気管６と、排熱回収器２２の排気通過量とバイパス排気管６の排気通過量とをコントロールするサーモスタットバルブ７をバイパス排気管６の分岐部に設けている。すなわち、サーモスタットバルブ７は、そのバルブ開度が廃熱回収器２２を出た冷却水温度が所定の温度（例えば沸騰温度１２０℃）を超えないように、廃熱回収器２２を出た冷却水温度に基づいて調節される。

熱交換器３６とサーモスタットバルブ７と廃熱回収器２２とは、廃熱回収ユニット２３として一体化されていて、車幅方向略中央の床下において排気管途中に配設されている（図示しない）。サーモスタットバルブ７は、バイメタル等を用いた比較的簡易な感温弁でも良いし、温度センサ出力が入力されるコントローラによって制御される制御弁であっても良い。サーモスタットバルブ７による排気から冷却水への熱交換量の調節は比較的大きな遅れを伴うため、サーモスタットバルブ７を単独で調節したのではエンジン水温が許容温度を超えないようにするのが難しい。しかしながら、第２バイパス冷却水通路２５の制御弁２６をエンジン水温（出口温度）に基づき制御するようにしてあるので、熱回収量を速やかに低減し、エンジン水温が許容温度を超えるのを確実に防ぐことができる。また、エンジン水温が許容温度までに余裕がある状態であれば、廃熱回収器２２を出る冷却水温度がエンジン水温の許容温度を越えるほどの高温（例えば１１０〜１１５℃）になるまで熱交換を行って、廃熱回収量を増加させることができる。冷却水通路３６ｂを出た冷却水は、第２バイパス冷却水通路２５を介して第１バイパス冷却水通路２４に合流されている。

バイパス冷却水通路１４からサーモスタットバルブ１５に向かう冷却水の温度が、例えば熱交換器３６でランキンサイクル３１の冷媒と熱交換することによって十分低下していれば、サーモスタットバルブ１５の冷却水通路１３側のバルブ開度が小さくされる。これによって、ラジエータ１１を通過する冷却水量は相対的に減らされる。この逆にバイパス冷却水通路１４からサーモスタットバルブ１５に向かう冷却水の温度が、ランキンサイクル３１が運転されていないことなどによって高くなると、サーモスタットバルブ１５の冷却水通路１３側のバルブ開度が大きくされる。これによって、ラジエータ１１を通過する冷却水量は相対的に増やされる。このようなサーモスタットバルブ１５の動作に基づいて、エンジン２の冷却水温度が適当に保たれ、熱がランキンサイクル３１へ適当に供給（回収）されるように構成されている。

次に、ランキンサイクル３１について述べる。ランキンサイクル３１は、エンジン２の冷却水を介してエンジン２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３１は、冷媒ポンプ３２、過熱器としての熱交換器３６、膨張機３７及び凝縮器（コンデンサ）３８を備え、各構成要素は冷媒（Ｒ１３４ａ等）が循環する冷媒通路４１〜４４により接続されている。

冷媒ポンプ３２の軸は同一の軸上で膨張機３７の出力軸と連結配置され、膨張機３７の発生する出力（動力）によって冷媒ポンプ３２を駆動すると共に、発生動力をベルト伝動機構を介してエンジン２の出力軸（クランク軸）に供給する構成である。ここで、ベルト伝動機構は、ポンププーリ３３，ベルト３４，クランクプーリ２ａから構成されている。すなわち、冷媒ポンプ３２軸及び膨張機３７の出力軸は、エンジン２の出力軸と平行に配置され、冷媒ポンプ３２軸の先端に設けたポンププーリ３３と、クランクプーリ２ａとの間にベルト３４を掛け回している。なお、本実施形態の冷媒ポンプ３２としてはギヤ式のポンプを、膨張機３７としてはスクロール式の膨張機を採用している。

また、ポンププーリ３３と冷媒ポンプ３２との間に電磁式のクラッチ（このクラッチを以下「膨張機クラッチ」という。）３５を設けて、冷媒ポンプ３２及び膨張機３７とを、エンジン２と締結・解放可能にしている。このため、膨張機３７の発生する出力が冷媒ポンプ３２の駆動力及び回転体が有するフリクションを上回る場合（推定した膨張機トルクが正の場合）に膨張機クラッチ３５を締結する。これによって、膨張機３７の発生する出力でエンジン出力軸の回転をアシスト（補助）することができる。このように廃熱回収によって得たエネルギを用いてエンジン出力軸の回転をアシストすることで、燃費を向上できる。また、冷媒を循環させる冷媒ポンプ３２を駆動するためのエネルギも、回収した廃熱で賄うことができる。

冷媒ポンプ３２からの冷媒は冷媒通路４１を介して熱交換器３６に供給される。熱交換器３６は、エンジン２の冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を気化し過熱する熱交換器である。

熱交換器３６からの冷媒は冷媒通路４２を介して膨張機３７に供給される。膨張機３７は、気化し過熱された冷媒を膨張させることにより熱を回転エネルギに変換する蒸気タービンである。膨張機３７で回収された動力は冷媒ポンプ３２を駆動し、ベルト伝動機構（３３，３４，２ａ）を介してエンジン２に伝達され、エンジン２の回転をアシストする。

膨張機３７からの冷媒は冷媒通路４３を介して凝縮器３８に供給される。凝縮器３８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。このため、凝縮器３８をラジエータ１１と並列に配置し、ラジエータファン１２によって冷却するようにしている。

凝縮器３８により液化された冷媒は、冷媒通路４４を介して冷媒ポンプ３２に戻される。冷媒ポンプ３２に戻された冷媒は、冷媒ポンプ３２により再び熱交換器３６に送られ、ランキンサイクル３１の各構成要素を循環する。

次に、冷凍サイクル５１について述べる。冷凍サイクル５１は、コンプレッサ（圧縮機）５２、凝縮器５３、エバポレータ（蒸発器）５５を備える。

コンプレッサ５２は冷凍サイクル５１の冷媒を高温高圧に圧縮する流体機械で、エンジン２によって駆動される。すなわち、コンプレッサ５２の駆動軸にはコンプレッサプーリが固定され、このコンプレッサプーリとクランクプーリとにベルトを掛け回している。
エンジン２の駆動力がこのベルトを介してコンプレッサプーリに伝達され、コンプレッサ５２が駆動される。また、コンプレッサプーリとコンプレッサ５２との間に電磁式のクラッチ（このクラッチを以下「コンプレッサクラッチ」という。）を設けて、コンプレッサ５２とコンプレッサプーリとを断接可能にしている。

コンプレッサ５２からの冷媒は冷媒通路５６を介して凝縮器５３に供給される。凝縮器５３は外気との熱交換によって冷媒を凝縮し液化する熱交換器である。凝縮器５３はラジエータ１１と並列に配置し、車速風または冷却ファン１２で冷却する。

凝縮器５３からの液状の冷媒は、冷媒通路５７を介してエバポレータ（蒸発器）５５に供給される。エバポレータ５５は、図示しないヒータコアと同様にエアコンユニットのケース内に配設されている。エバポレータ５５は、凝縮器５３からの液状冷媒を蒸発させ、そのときの蒸発潜熱によってブロアファンからの空調空気を冷却する熱交換器である。

エバポレータ５５によって蒸発した冷媒は冷媒通路５８を介してコンプレッサ５２に戻される。なお、エバポレータ５５によって冷却された空調空気とヒータコアによって加熱された空調空気は、エアミックスドアの開度に応じて混合比率が変更され、乗員の設定する温度に調節される。

ランキンサイクル３１には、サイクル内を流れる冷媒を制御するため、回路途中に各種の弁が適宜設けられている。例えば、膨張機上流弁６２上流から膨張機３７をバイパスして逆止弁６４上流に合流する膨張機バイパス通路６５を設け、この膨張機バイパス通路６５にバイパス弁６６を設けている。上記のバイパス弁６６は電磁式の開閉弁である。

また、冷媒ポンプ３２と熱交換器３６とを連絡する冷媒通路４１に、熱交換器３６から冷媒ポンプ３２への冷媒の逆流を防止するため逆止弁６３を備えている。膨張機３７と凝縮器３８とを連絡する冷媒通路４３にも、凝縮器３８から膨張機３７への冷媒の逆流を防止するため逆止弁６４を備えている。

冷媒通路４１〜４４及びバイパス通路６５のうち２つのポイントの圧力及び温度を検出する圧力センサ７２，７３及び温度センサ８１，８２からの信号がエンジンコントローラ７１に入力されている。ここで、一方のポイントは熱交換器３６の出口から膨張機３７の入口までの冷媒通路４２である。圧力センサ７２は当該冷媒通路４２の圧力（この圧力を、以下「熱交換器出口圧力」という。）Ｐｄを、温度センサ８２は当該冷媒通路４２の温度（この温度を、以下「熱交換器出口温度」という。）Ｔｄを検出する。他方のポイントは凝縮器３８の出口から冷媒ポンプ３２の入口までの冷媒通路４４である。圧力センサ７３は当該冷媒通路４４の圧力（この圧力を、以下「冷媒ポンプ入口圧力」という。）Ｐｓを、温度センサ８２は当該冷媒通路４４の温度（この温度を、以下「冷媒ポンプ入口温度」という。）Ｔｓを検出する。

エンジンコントローラ７１では、所定の運転条件に応じ、これらの各入力信号に基づいて、膨張機クラッチ３５の締結・解放の制御を行なうとともに、上記のバイパス弁６６の開閉を制御する。

例えば、ランキンサイクル３１の運転開始に際しては、冷媒通路やバイパス通路から冷媒が漏れているか否かの診断に圧力センサ７３により検出される冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓ及び圧力センサ７２により検出される熱交換器出口圧力Ｐｄを用いる。すなわち、冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓや熱交換器出口圧力Ｐｄが大気圧力より大きいときには冷媒通路４１〜４４やバイパス通路６５から冷媒が漏れていないと判定する。一方、冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓや熱交換器出口圧力Ｐｄが大気圧力以下であるときには冷媒通路４１〜４４やバイパス通路６５から冷媒が漏れていると判定する。冷媒が冷媒通路４１〜４４やバイパス通路６５から漏れていないと判定したときランキンサイクル３１の運転を開始するが、冷媒が冷媒通路４１〜４４やバイパス通路６５から漏れていると判定したときには、ランキンサイクル３１の運転を開始しない。

また、ランキンサイクル３１の運転で得られる膨張機トルク（回生動力）が正なのか負なのかを推定している。これは、車両１が必要とする目標駆動トルクの管理に膨張機トルクが必要となるためである。目標駆動トルクから目標エンジントルクが定まるが、エンジン２に補機負荷が加わるときには、その分エンジン２が発生するトルクを増やしてやらなければ、目標駆動トルクが得られなくなる。同様に、膨張機クラッチ３５を締結して膨張機トルクをエンジン２に付加したとき、目標駆動トルクを大きく超えるようだと不要なトルクの付加になるとして、膨張機クラッチ３５を解放することが好ましい。その一方で、膨張機トルクが負の場合に膨張機クラッチ３５を締結したのでは、エンジントルクを却って低下させてしまうので、このときには膨張機クラッチ３５を解放することが好ましい。このように、膨張機トルクについても目標駆動トルクの管理に必要となるので、膨張機トルクがどの程度なのかを見極めるため、膨張機トルクを推定する。

例えば、推定した膨張機トルクが正のとき（エンジン出力軸の回転をアシストすることができるとき）に膨張機クラッチ３５を締結し、推定した膨張機トルクがゼロないし負のときに膨張機クラッチ３５を解放する。

膨張機トルクの推定方法としては、簡単には熱交換器出口圧力Ｐｄから冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓを差し引いた値に基づいて推定すればよい。Ｐｄ−Ｐｓの差圧が大きいほど膨張機トルクが大きいと推定するのである。あるいは、熱交換器出口圧力Ｐｄ及び熱交換器出口温度Ｔｄに基づいて冷媒通路４２を流れる冷媒の有するエンタルピｈ１を、冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓ及び冷媒ポンプ入口温度Ｔｓに基づいて冷媒通路４４を流れる冷媒の有するエンタルピｈ２を算出する。そして、両エンタルピの差ｈ２−ｈ１から膨張機トルクを推定する。ｈ２−ｈ１の差が大きいほど膨張機トルクが大きいと推定するのである。

ここで、上記のエンタルピｈ１は熱交換器出口圧力Ｐｄと熱交換器出口温度Ｔｄの関数であるので、熱交換器出口圧力Ｐｄと熱交換器出口温度Ｔｄをパラメータとするエンタルピｈ１のマップを予め作成して持たせておけばよい。同様に、上記のエンタルピｈ２は冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓと冷媒ポンプ入口温度Ｔｓの関数であるので、Ｐ冷媒ポンプ入口圧力ｓと冷媒ポンプ入口温度Ｔｓをパラメータとするエンタルピｈ２のマップを予め作成して持たせておけばよい。

そのほか、ランキンサイクル３１内を流れる冷媒が異常な高圧になっていないか否か、あるいはランキンサイクル内を流れる冷媒が異常な高温になっていないか否かの診断にも熱交換器出口圧力Ｐｄ、熱交換器出口温度Ｔｄを用いている。すなわち、熱交換器出口圧力Ｐｄが圧力上限値以下であれば異常な高圧になっていないと、熱交換器出口温度Ｔｄが温度上限値以下であれば異常な高温になっていないと判断してランキンサイクル３１の運転を継続する。一方、熱交換器出口圧力Ｐｄが圧力上限値を超えているときには異常な高圧になっていると、熱交換器出口温度Ｔｄが温度上限値を超えているときには異常な高温になっていると判断してランキンサイクル３１の運転を停止する。

ランキンサイクル３１を運転するに際しては、２段階で処理が実行される。すなわち、まず第１段階では、膨張機クラッチ３５を締結しバイパス弁６５を開き、冷媒ポンプ３２を空回して冷媒を冷媒通路４４，４１，４２，バイパス通路６５，冷媒通路４３の全体に行き渡らせる。第２段階では、バイパス弁６６を閉じて膨張機３７に蒸気冷媒を供給し、膨張機３７を駆動する。

一方、ランキンサイクル３１の運転を停止するため、膨張機３７を停止する際には、バイパス弁６６を開き、バイパス弁６６を開いたタイミングより所定の時間（遅れ時間）が経過した後に膨張機クラッチ３５にＯＦＦ信号を与えて膨張機クラッチ３５を解放する。膨張機３７は膨張機３７の前後圧力差（以下「膨張機前後圧力差」という。）が存在するときに回転するので、バイパス弁６６を開くことで冷媒が膨張機３７をバイパスして流れると、膨張機前後圧力差がなくなる。膨張機前後圧力差がなくなっても、慣性でその後も膨張機３７が回転を継続するが、やがてその回転が低下してゆき膨張機３７が停止する（ランキンサイクル３１の運転が停止される）。

ここで、バイパス弁６６を開いたタイミングより所定の時間が経過した後に膨張機クラッチ３５を解放する理由は次の通りである。すなわち、バイパス弁６６を開く前に膨張機クラッチ３５を先に解放して膨張機３７とエンジンの回転軸とを切り離すとすれば、膨張機前後圧力差が存在している状態で膨張機３７が無負荷の状態となる。これによって、膨張機３７の回転速度が急上昇して膨張機３７が過回転することとなってしまう。この膨張機３７が過回転することを避けるため、バイパス弁６６を時間的に先に開いて膨張機３７の前後圧力差が小さくなってから膨張機クラッチ３５を締結状態から解放状態に切換えるわけである。

さて、膨張機３７を停止する際にバイパス弁６６に開指令を出しているのにバイパス弁６６が閉じた状態で固着していることがある。このバイパス弁６６に開指令を出しているのにバイパス弁６６が閉じた状態のままとなる固着を、以下「バイパス弁閉固着」という。バイパス弁閉固着が生じると、冷媒が膨張機３７に供給されることをやめることができないので、膨張機前後圧力差が存在するままとなる。このため、バイパス弁６６に開指令を出したタイミングより所定の時間が経過した後に膨張機クラッチ３５を締結状態から解放状態に切換えたとすると、その切換えたタイミングより膨張機３７の回転速度が急上昇して膨張機３７に過回転が生じ得る。従って、バイパス弁閉固着が生じている場合（以下、「バイパス弁閉固着時」ともいう。）の対策を考えておく必要がある。しかしながら、従来装置にバイパス弁閉固着時にどうするかの記載は一切ない。

そこで本発明では、膨張機３７を停止する際にバイパス弁閉固着が生じている場合に、膨張機クラッチ３５を締結状態に保ち、膨張機前後圧力差が予め定めた一定値となるように制限する処理（膨張機前後圧力差制限処理）を行う。ここで、「一定値」とは、膨張機クラッチ３５を締結状態から解放状態に切換えても膨張機回転速度が許容上限値以下に収まる（つまり許容上限値を超える過回転が生じない）膨張機前後圧力差のことである。この一定値は適合により予め定まる。具体的には、膨張機前後圧力差が予め定めた一定値となるようにするには、膨張機前後圧力差を、バイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる処理（膨張機前後圧力差低下処理）を行わせることである。

このため、本発明の第１実施形態では、膨張機前後圧力差を低下させる処理として、次の〈１〉及び〈２〉の処理を合わせて実行する。

〈１〉熱交換器３６で冷媒に回収する熱量（入熱量）をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させる。なぜ膨張機前後圧力差が生じているかというと、熱交換器３６で冷媒に熱を回収しているからである。逆に言うと 熱交換器３６で冷媒に熱を回収しなければ、膨張機前後圧力差が自然に低下することとなる。

〈２〉凝縮器３８で冷媒から放出する熱量（放熱量）をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させる。これは、凝縮器３８で冷媒が冷えないようにすることで、膨張機前後圧力差が低下するためである。

エンジンコントローラ７１で行われる上記〈１〉及び〈２〉の処理を以下のフローチャートを参照して説明すると、図２のフローは膨張機停止処理を行うためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ１ではバイパス弁閉固着フラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、バイパス弁閉固着フラグ＝０であるとして、ステップ２に進み、バイパス弁６６を開く指令を出す。

ステップ３ではバイパス弁６６を開く指令を出してから所定時間が経過したか否かをみる。ここで所定時間は、膨張機クラッチ３５を締結状態から解放状態に切換えたタイミングから開放状態での膨張機回転速度が許容上限値以下になるまでの時間で、余裕を持って予め設定しておく。バイパス弁６６を開く指令を出してから所定時間が経過していないときはそのまま今回の処理を終了する。

ステップ３でバイパス弁６６を開く指令を出してから所定時間が経過したときにはステップ４に進み、圧力センサ７２により検出される熱交換器出口圧力Ｐｄと膨張機出口圧力Ｐｃ［ＭＰａ］との差圧を膨張機前後圧力差ΔＰ［ＭＰａ］として算出する。膨張機出口圧力Ｐｃは圧力センサ８３（図１参照）により検出する。

膨張機前後圧力差ΔＰとしては、例えば圧力センサ７２により検出される熱交換器出口圧力Ｐｄと、圧力センサ７３により検出される冷媒ポンプ入口圧力Ｐｓとの差圧で代用してもよい。このときには少し検出精度は落ちるが、既存の２つの圧力センサ７２，７３を用いるのでコストップを避けることができる。

ステップ５では膨張機前後圧力差ΔＰと所定値Ｘ［ＭＰａ］を比較する。ここで、所定値Ｘはバイパス弁閉固着が生じているか否かを判定するための値で、予め設定しておく。バイパス弁６６を開く指令を出してから所定時間が経過したときの膨張機前後圧力差ΔＰが所定値Ｘ未満であれば、バイパス弁閉固着が生じていないと判断し、ステップ６で膨張機クラッチ３５にＯＦＦ指令を出す。

ステップ５でバイパス弁６６を開く指令を出してから所定時間が経過したときの膨張機前後圧力差ΔＰが所定値Ｘ以上であるときにはバイパス弁閉固着が生じていると判断し、ステップ７でバイパス弁閉固着フラグ＝１とする。このバイパス弁閉固着フラグは後述する図３のフローで用いる。ステップ７でバイパス弁閉固着フラグ＝１としたので、次回からはステップ１よりステップ２以降に進むことができない。つまり、バイパス弁閉固着が生じていると診断したときには２度目以降の診断は行わない。

図３のフローはバイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理を行うためのもので、図２のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ１１ではバイパス弁閉固着フラグ（図２で設定済み）をみる。バイパス弁閉固着フラグ＝０であるときにはバイパス弁閉固着が生じていないと判断し、そのまま終了する。

ステップ１でバイパス弁閉固着フラグ＝１であるときにはバイパス弁閉固着が生じていると判断しステップ１２，１３に進む。ステップ１２，１３は熱交換器３６で冷媒に回収する熱量（入熱量）を低下させるため、通水弁８５及び制御弁２６に閉指令を出す。通水弁８５は、図１にも示したように、熱交換器３６で冷媒に回収する熱量を低下させるため第１バイパス冷却水通路２４に新たに介装した常開の開閉弁である。また、制御弁２６についても熱交換器３６で冷媒に回収する熱量を低下させるための第２の通水弁として用いる。通水弁８５及び制御弁２６を閉じることにより、エンジン２によりまた廃熱回収器２２により暖められた冷却水が熱交換器３６を流れないようにし、熱交換器３６で冷媒に回収する熱量を低下させる。熱交換器３６で冷媒に回収する熱量を通水弁８５及び制御弁２６を閉じる前より低下させることで、熱交換器出口圧力Ｐｄが低下する。これによって、膨張機３７の前後圧力差ΔＰが通水弁８５及び制御弁２６を閉じる前より低下する。

ステップ１４では、冷却水温度センサ７４により検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗ［℃］と所定値Ｃ［℃］を比較すると共に、エアコンスイッチ５９（図１参照）の状態をみる。ここで、エンジン２の冷却水が沸騰してエンジンを適切に冷却することができなくなることをエンジン２がオーバーヒートするというが、所定値Ｃはエンジン２がオーバーヒートするか否かを判定するための値で、予め設定しておく。ステップ１４でエンジン冷却水温度Ｔｗが所定値Ｃ以上であるときには、ラジエータファン１２をＯＦＦにすることによってエンジン２がオーバーヒートし得ると判断し、ステップ１６に進みラジエータファン１２にＯＮ指令を出す。これは、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理よりもエンジン２がオーバーヒートしないようにする処理を優先させるものである。凝縮器３８専用のファンを設けず、ラジエータ１１と凝縮器３８とでラジエータファン１２を共用させている理由は、省スペース及びコスト低減のためである。しかしながら、ファン１２を共用している故に、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理と、エンジン２がオーバーヒートしないようにする処理とがバッティングすることがある。そこで、両者がバッティングするときにはエンジン２がオーバーヒートしないようにする処理を優先させるのである。

また、ステップ１４でエアコンスイッチ５９がＯＮにされているときには、ラジエータファン１２をＯＦＦにすることによって凝縮器５３での冷媒の冷えが悪くなる（エアコンの効きが悪くなる）と判断し、ステップ１６に進みラジエータファン１２にＯＮ指令を出す。これは、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理よりも凝縮器５３での冷媒の冷えが悪くならないようする処理を優先させるものである。凝縮器５３専用のファンを設けず、ラジエータ１１と凝縮器５３とでラジエータファン１２を共用させている理由は、省スペース及びコスト低減のためである。しかしながら、ファン１２を共用している故に、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理と、凝縮器５３での冷媒の冷えが悪くならないようする処理とがバッティングすることがある。そこで、両者がバッティングするときには凝縮器５３での冷媒の冷えが悪くならないようする処理を優先させるのである。つまり、ラジエータファン１２をＯＦＦにすることによってエンジン２がオーバーヒートしたり、凝縮器５３での冷媒の冷えが悪くなるときにはラジエータファン１２を停止することはしない。

ステップ１４でエンジン冷却水温度Ｔｗが所定値Ｃ未満でありかつエアコンスイッチ５９をＯＦＦにしているときには、ステップ１５に進む。ステップ１５では、凝縮器３８で冷媒から放出する熱量（放熱量）を低下させるため、ラジエータファン１２にＯＦＦ指令を出す。ラジエータファン１２はラジエータ１１だけでなく凝縮器３８に対しても送風することにより冷媒を冷やすようにしている。ラジエータファン１２を停止することによって、凝縮器３８で冷媒から放出する熱量を低下させると、凝縮器３８での冷媒の冷えが悪くなる。冷えが悪くなり、その分凝縮器３８出口の冷媒温度が上昇すると、膨張機前後圧力差がラジエータファン１２を停止する前より低下する。

一方、ラジエータファン１２が停止されるときには、エンジンの冷却水を十分に冷却することができなくなるので、ラジエータファン１２を停止する前よりエンジン冷却水の温度が上昇してエンジン２がオーバーヒートし得ることが考えられる。また、エアコンスイッチ５９をＯＮしたとき、ラジエータファン１２が停止されていれば、車室内を十分に冷やすことができない。そこで、ラジエータファン１２にＯＦＦ指令を出した後にステップ１４でエンジン冷却水温度Ｔｗが所定値Ｃ以上となったときにはステップ１６に進みラジエータファン１２にＯＮ指令を出す。また、ラジエータファン１２にＯＦＦ指令を出した後にエアコンスイッチ５９がＯＦＦよりＯＮに切換えられたときにはステップ１６に進みラジエータファン１２にＯＮ指令を出す。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態では、膨張機３７の出力軸とエンジン２の回転軸とを、膨張機クラッチ３５を介して連結する伝動機構と、膨張機バイパス通路６５（熱交換器を出た冷媒を膨張機をバイパスさせて流す通路）と、バイパス弁６５とを備えている。そして、膨張機３７を停止する際に、バイパス弁６５を閉状態から開状態に切換えた後に膨張機クラッチ３５を締結状態から解放状態に切換える。こうしたエンジンの廃熱利用装置を前提として、バイパス弁閉固着時（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合）に、膨張機クラッチ３５を締結状態を保ち、膨張機前後圧力差を制限する膨張機前後圧力差制限処理を行う。本実施形態によれば、膨張機３７を停止する際にバイパス弁閉固着が生じている場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合）であっても、膨張機３７の過回転を防止することができる。

本実施形態では、膨張機前後圧力差制限処理は、膨張機前後圧力差を、バイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる膨張機前後圧力差低下処理である。膨張機前後圧力差を低下させることで、膨張機３７の過回転を防止することができる。膨張機前後圧力差がやがてゼロ付近になれば、膨張機３７を停止させることができる。

本実施形態では、膨張機前後圧力差低下処理は、熱交換器３６で冷媒に回収する熱量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる入熱量低下処理である（図３のステップ１１，１２，１３参照）。熱交換器３６で回収する熱量（入熱量）を低下させることで、膨張機前後圧力差を低下させることができる。

本実施形態では、膨張機前後圧力差低下処理は、凝縮器３８で冷媒から放出する熱量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる放熱量低下処理のことである（図３のステップ１１，１５参照）。凝縮器３８で冷媒から放出する熱量（放熱量）を低下させることで、膨張機前後圧力差を低下させることができる。

本実施形態ではエンジン冷却水を冷却するラジエータ１１と並列に凝縮器３８を配置し、ラジエータファン１２によって凝縮器３８を冷却している。この場合に、エンジン冷却水の温度が予め定めた所定値Ｃ以上であるときにまでラジエータファン１２を停止したのではエンジン２がオーバーヒートし得る。一方、本実施形態では、放熱量低下処理は、ラジエータファン１２を停止させるラジエータファン停止処理である。そして、エンジン冷却水温度Ｔｗが予め定めた所定値Ｃ以上であるときにはバイパス弁閉固着時（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合）でもラジエータファン１２を停止しない（図３のステップ１１，１４，１６参照）。これによって、エンジン２がオーバーヒートすることを防止できる。

（第２実施形態）
図４のフローは、第１実施形態の図３のフローに置き換わる第２実施形態のフローである。すなわち、図４のフローはバイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理を行うためのもので、図２のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。図３のフローと同一部分には同一の符号を付している。

第２実施形態では、膨張機前後圧力差を低下させる処理として、次の〈３〉の処理を追加して実行するものである。

〈３〉膨張機３７の行う仕事量をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させる。

第１実施形態の図３のフローと相違する部分を主に説明する。ステップ１１でバイパス弁閉固着フラグ＝１であるときにはステップ２１に進み膨張機３７が行う仕事量を低下させるため、エンジン回転速度Ｎｅをバイパス弁閉固着フラグ＝０であったときより一定量だけ高くする。

エンジン２の回転軸と冷媒ポンプ３２とは連れ回っているので、エンジン回転速度Ｎｅを一定量高くすることで冷媒ポンプ３２の回転速度が高くなり、冷媒ポンプ３２が熱交換器３６に向けて吐出する冷媒流量が増える。冷媒ポンプ３２の回転速度が高くなる前の冷媒流量であれば熱交換器３６で冷媒が全て蒸発し得ていたのに、冷媒ポンプ３２の回転速度の上昇で冷媒流量が増えると、熱交換器３６で冷媒が受け取り得る熱量が足りなくなり、例えば冷媒の一部が蒸発し得なくなる。これは、熱交換器３６で冷媒に回収し得る熱量（取得熱量、回生熱量）に対して冷媒が全て蒸発し得る冷媒流量が予め定まっているので、この予め定まっている流量を超える冷媒を熱交換器３６に流したのでは、冷媒の一部が蒸発できなくなるためである。このように、熱交換器３６で冷媒の一部が蒸発できなくなるような冷媒流量が流れるように、エンジン回転速度の上昇量である上記の一定量を予め定めておく。なお、後述する図１３のように冷媒ポンプがモータ１５１駆動である場合には、モータ１５１の回転速度をバイパス弁閉固着フラグ＝０であったときより一定量高くすればよい。これによって、熱交換器３６で冷媒が受け取り得る熱量が足りなくなり、冷媒の一部が蒸発し得なくなるようにする。熱交換器３６で冷媒の一部が蒸発できなくなるような冷媒流量が流れるように、モータ回転速度の上昇量である一定量を予め定めておく。

熱交換器３６で冷媒の一部が蒸発できないまま膨張機３７に供給されると、その分、膨張機３７が行う仕事量が低下し、膨張機３７が行う仕事量が低下することで、膨張機３７の回転速度が低下する。

このように、第２実施形態では、膨張機前後圧力差低下処理は、膨張機３７がする仕事量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる膨張機仕事量低下処理である。膨張機３７がする仕事量を低下させることで、膨張機３７の回転速度を低下させることができる。

（第３実施形態）
図５は第３実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。第１実施形態の図１と同一部分には同一の符号を付している。ただし、エンジン冷却水回路の一部は省略して示していない。また、冷凍サイクル５１については、凝縮器５３しか示していない。

第１、第２の実施形態はエンジン駆動の車両１を対象とするものであったが、第３実施形態はハイブリッド車両１’を対象としている。ハイブリッド車両１’では、周知のように強電バッテリ、強電バッテリからの直流を交流に変換するインバータ、インバータからの交流で回転し得るモータから主に構成される強電系が加わっている。この場合に、強電系を構成するモータ及びインバータは高温になり得るので、モータ及びインバータの機能を補償する温度を超えることがないように、モータ及びインバータの内部を冷却する必要がある。

このため、ハイブリッド車両１’にランキンサイクル３１を適用するに際しては、エンジン駆動の車両１と凝縮器の構成を変えている。すなわち、第１、第２の実施形態では凝縮器３８が空冷式であったが、第３実施形態では水冷式（液冷式）の凝縮器３８’へと変更している。

水冷式凝縮器３８’には冷媒通路３８’ａと冷却水通路３８’ｂ（冷却液通路）とを設けている。冷媒通路３８’ａの一方はランキンサイクル３１の冷媒通路４３に、他方はランキンサイクル３１の冷媒通路４４に接続する。

一方、冷却水通路３８’ｂには、サブラジエータ９１で冷却した冷却水（この冷却水をエンジンの冷却水と区別するため、以下「第２冷却水」という。）を冷却水通路１０１，１０２（冷却液通路）を介して循環させる。このため、冷却水通路１０１，１０２の各一端を冷却水通路３８’ｂに、冷却水通路１０１，１０２の各他端をサブラジエータ９１に接続している。ここで、水冷式凝縮器３８’の全体を俯瞰して見たときに、第２冷却水とランキンサイクル３１の冷媒とが互いに流れる向きが逆向きとなるようにしている。

上記のサブラジエータ９１はラジエータ１１と並列に配置し、車速風または冷却ファン１２で冷却する。サブラジエータ９１の出口には冷却水ポンプ９２（冷却液ポンプ）を設けて、第２冷却水（第２冷却液）を循環させる。

冷却水ポンプ９２はモータ９３駆動で、このモータ９３に流す電流値を調整し得る電流値調整装置９４を有し、この電流値調整装置９４によりモータ９３に流す電流値をデューティ制御可能（調整可能）である。電流値調整装置９４の電源はバッテリである。例えば、電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値が０％のときモータ９３は非駆動状態にあり冷却水ポンプ９２は非回転状態にある。電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値が最大の１００％のときモータ９３は駆動状態となり、冷却水ポンプ９２は回転して最大の流量を吐出する。

冷却水ポンプ９２下流の冷却水通路１０１には、強電系を構成するモータ及びインバータを冷却するため、モータの冷却水通路１１１、インバータの冷却水通路１１２を、さらに水冷式のインタークーラ１１３を直列に配置している。これによって、サブラジエータ９１からの冷却水でモータ及びインバータがモータ及びインバータの機能を補償する温度を超えることがないように冷却される。また、冷却水ポンプ９２下流の冷却水通路１０１に第２冷却水温度を検出する温度センサ１２１を設けている。

図６のフローは、第２実施形態の図４のフローに置き換わる第３実施形態のフローである。すなわち、図６のフローはバイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理を行うためのもので、図２のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。第２実施形態の図４のフローと同一部分には同一の符号を付している。

第２実施形態の図４のフローと異なる部分は、強電系の追加に合わせてステップ３１〜３８を追加している点である。まず、ステップ１１ではバイパス弁閉固着フラグ（図２で設定済み）をみる。バイパス弁閉固着フラグ＝０であるときにはステップ３１〜３３に進む。

ステップ３１では、温度センサ１２１により検出される第２冷却水温度Ｔｉｎ［℃］から図７を内容とするテーブルを検索することにより、通常時に電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ１［％］を算出する。ここで、「通常時」とは、バイパス弁閉固着時でない場合のことである。

図７に実線で示したように、通常時のＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ１は第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｄ［℃］まではゼロに近い所定値ａ［％］のまま（一定）で、その後は第２冷却水温度Ｔｉｎが高くなるほど大きくなる値である。これは、第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｄを超える温度域においては第２冷却水温度Ｔｉｎが高くなるほど冷却水ポンプ９２の回転速度を高くして冷却水ポンプ９２の吐出量を大きくすることにより、サブラジエータ９１での第２冷却水の冷えを良くするためである。なお、通常時に電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値の特性は、実線で示した連続値である必要はなく、破線で重ねて示したように階段値であってよい。

ステップ３２では算出した通常時のＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ１をＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ［％］に移し、ステップ３３でＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙの値をレジスタに出力する。

一方、ステップ１１でバイパス弁閉固着フラグ＝１であるときにはステップ３４に進み、温度センサ１２１により検出される第２冷却水温度Ｔｉｎ［℃］と所定値ｂ［℃］を比較する。ここで、強電系のモータ及びインバータを流れる第２冷却水が過熱状態となり（例えば蒸発する）、モータの回転が低下したりモータが回転することができくなることを、以下「強電系がオーバーヒートする」と定義する。このように定義したとき、所定値ｂは強電系がオーバーヒートするか否かを判定するための値で、予め設定しておく。

ステップ３４で第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｂ以上であるときには、ラジエータファン１２をＯＦＦにすることによってサブラジエータ９１で第２冷却水が冷やされなくなり強電系がオーバーヒートし得ると判断する。このときにはステップ３５に進みラジエータファン１２にＯＮ指令を出した後、ステップ３１〜３３の操作を実行する。これは、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理よりも強電系がオーバーヒートしないようにする処理を優先させるものである。サブラジエータ９１専用のファンを設けず、ラジエータ１１とサブラジエータ９１とでラジエータファン１２を共用させている理由は、省スペース及びコスト低減のためである。しかしながら、ファン１２を共用している故に、バイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理と、強電系がオーバーヒートしないようにする処理とがバッティングすることがある。そこで、両者がバッティングするときには強電系がオーバーヒートしないようにする処理を優先させるのである。つまり、ラジエータファン１２を停止することによってサブラジエータ９１で第２冷却水が冷やされなくなり強電系がオーバーヒートし得るときにはラジエータファン１２を停止することはしない。

ステップ３４で第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｂ未満であるときにはステップ３６〜３８に進む。まずステップ３６では、温度センサ１２１により検出される第２冷却水温度Ｔｉｎ［℃］から図８を内容とするテーブルを検索することにより、バイパス弁閉固着時に電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ２［％］を算出する。

図８に示したように、バイパス弁閉固着時に電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ２は第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｂ［℃］まではゼロに近い所定値ａ［％］のまま（一定）である。その後はステップ的に高くなり、通常時の特性と一致する。比較のため、図８には通常時の特性を破線で重ねて示している。つまり、第２冷却水温度Ｔｉｎが所定値ｄより所定値ｂの間で通常時よりも電流値調整装置９４に与えるＯＮデューティ値を小さくし、これによってモータ回転速度を低下させ冷却水ポンプ９２の吐出量を低下させている。

バイパス弁閉固着時に通常時よりモータ回転速度を低下させ冷却水ポンプ９２の吐出量を低下させると、サブラジエータで第２冷却水からの放熱量が低下する。第２冷却水からの放熱量が低下すると、水冷式凝縮器３８’で冷媒が第２冷却水に放出する放熱量が低下する。水冷式凝縮器３８’で冷媒が第２冷却水に放出する放熱量が低下すると、水冷式凝縮器３８’で冷媒が通常時より冷やされないこととなる。つまり、バイパス弁閉固着時には通常時より水冷式凝縮器３８’出口の冷媒が暖まってくるので、膨張機前後圧力差が低下する。

ステップ３７では算出したバイパス弁閉固着時のＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ２をＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙ［％］に移し、ステップ３８でレジスタに出力する。

ステップ３３，３８でレジスタに出力されたＯＮデューティ値Ｐｄｕｔｙは、エンジンコントローラ７１により電流値調整装置９４に与えられる。

ステップ１４〜１６の処理は第１実施形態と同じである。

このように第３実施形態では、水冷式凝縮器３８’に第２冷却水を循環させる冷却水通路１０１，１０２と、当該冷却水通路に介装され第２冷却水の吐出量をデューティ制御可能な冷却水ポンプ９２と、第２冷却水を冷却するサブラジエータ９１とを備えている。そして、膨張機前後圧力差低下処理は、冷却水ポンプ９２の吐出量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる吐出量低下処理である（図６のステップ１１，３６，３７，３８参照）。冷却水ポンプ９２の吐出量を低下させることで、膨張機前後圧力差を低下させることができる。

第３実施形態では、エンジン冷却水を冷却するラジエータ１１と並列にサブラジエータ９１を配置し、ラジエータファン１２によってサブラジエータ９１を流れる第２冷却水を冷却している。この場合に、冷却水ポンプ出口の第２冷却水温度Ｔｉｎが予め定めた所定値ｂ以上であるときにまでラジエータファン１２を停止したのでは、強電系がオーバーヒートし得る。一方、第３実施形態では、冷却水ポンプ出口の第２冷却水温度Ｔｉｎが予め定めた所定値ｂ以上であるときにはバイパス弁閉固着時（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合）でもラジエータファン１２を停止しない（図６のステップ１１，３４，３５参照）。これによって、強電系がオーバーヒートすることを防止できる。

（第４、第５の実施形態）
図９，図１１は第４，第５の実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。第３実施形態の図５と同一部分には同一の符号を付している。

第３実施形態では、水冷式凝縮器３８’で冷媒から放出する熱量（放熱量）を低下させるためにはサブラジエータ９１で第２冷却水から放出する熱量（放熱量）を低下させるとよいと判断し、サブラジエータ９１に送風するラジエータファン１２を停止させた。この場合、サブラジエータ９１への送風に既存のラジエータファン１２を用いるので、部品のコストアップは避けることができている。しかしながら、ラジエータファン１２を停止すると、サブラジエータ９１への送風が行われなくなって強電系がオーバーヒートし得ることがある。つまり、強電系がオーバーヒートし得ない範囲でラジエータファン１２を停止する必要があり、ラジエータファン１２を用い得る範囲が制限されてしまう。

そこで第４，第５の実施形態では、ラジエータファン１２に代えて、２つの各開閉弁１３１，１３３，１４１，１４３を設け、これら２つの各開閉弁によって、膨張機前後圧力差を、バイパス弁閉固着時でない場合より低下させる。膨張機前後圧力差を低下させるには、水冷式凝縮器３８’で第２冷却水から放出する熱量（放熱量）をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させるか、水冷式凝縮器３８’冷媒が受け取る熱量（受熱量）をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させることである。このうち、水冷式凝縮器３８’で第２冷却液から放出する熱量をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させる場合が第４実施形態である。このため、第４実施形態では、図９に示したように水冷式のインタークーラ１１３と水冷式凝縮器３８’との間の冷却水通路１０１に常開の第１開閉弁１３１を介装する。この第１開閉弁１３１の上流から分岐し、水冷式凝縮器３８’の冷却水通路３８’ｂをバイパスして冷却水通路１０２に合流するバイパス冷却水通路１３２に常閉の第２開閉弁１３３を介装する。

また、 水冷式凝縮器３８’冷媒が受け取る熱量をバイパス弁閉固着時でない場合より低下させる場合が第５実施形態である。このため、第５実施形態では、図１１に示したように逆止弁６４と水冷式凝縮器３８’との間の冷媒通路４３に常開の第３開閉弁１４１を介装する。この第３開閉弁１４１の上流から分岐し、水冷式凝縮器３８’の冷媒通路３８’ａをバイパスして冷媒通路４４に合流するバイパス冷媒通路１４２に常閉の第４開閉弁１４３を介装する。

図１０，図１２のフローは第３実施形態の図６のフローと置き換わる第４，第５の実施形態のフローである。すなわち、図１０，図１２のフローはバイパス弁閉固着時に膨張機前後圧力差を低下させる処理を行うためのもので、図２のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。第３実施形態の図６のフローと同一部分には同一の符号を付している。

第４実施形態の図１０のフローにおいて第３実施形態の図６のフローと異なる部分は、図６のフローにあるステップ１４〜１６がなく、代わりにステップ４１，４２が追加されている点である。すなわち、ステップ４１，４２では水冷式凝縮器３８’で第２冷却水から放出する熱量を低下させるため、第１開閉弁１３１に閉指令を出し、第２開閉弁１３３に開指令を出す。これによって、第２冷却水が水冷式凝縮器３８’を流れなくなる（バイパス冷却水通路１３２を流れる）ので、水冷式凝縮器３８’で第２冷却水から放出する熱量が低下し、その分、水冷式凝縮器３８’出口の冷媒温度が上昇する。

また、第５実施形態の図１２のフローにおいて第３実施形態の図６のフローと異なる部分は、図６のフローにあるステップ１４〜１６がなく、代わりにステップ５１，５２が追加されている点である。すなわち、ステップ５１，５２では水冷式凝縮器３８’で冷媒が受け取る熱量を低下させるため、第３開閉弁１４１に閉指令を出し、第４開閉弁１４３に開指令を出す。これによって、冷媒が水冷式凝縮器３８’をバイパスしてバイパス冷媒通路１４２を流れるので、水冷式凝縮器３８’で冷媒が受け取る熱量が低下し、その分、水冷式凝縮器３８’出口相当の冷媒温度が上昇する。

第４実施形態では、水冷式凝縮器３８’に第２冷却水を循環させる冷却水通路１０１，１０２と、当該冷却水通路に介装され前記第２冷却水の吐出量をデューティ制御可能な冷却水ポンプ９２と、第２冷却水を冷却するサブラジエータ９１とを備えている。そして、膨張機前後圧力差低下処理は、水冷式凝縮器３８’で第２冷却水から放出する熱量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる放熱量低下処理である（図１０のステップ１１，４１，４２参照）。水冷式凝縮器３８’で第２冷却水から放出する熱量（放熱量）を低下させることで、膨張機前後圧力差を低下させることができる。

第５実施形態では、水冷式凝縮器３８’に第２冷却水を循環させる冷却水通路１０１，１０２と、当該冷却水通路に介装され第２冷却水の吐出量をデューティ制御可能な冷却水ポンプ９２と、第２冷却水を冷却するサブラジエータ９１とを備えている。そして、膨張機前後圧力差低下処理は、水冷式凝縮器で３８’冷媒が受け取る熱量をバイパス弁閉固着時でない場合（バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合）より低下させる受熱量低下処理である（図１２のステップ１１，５１，５２参照）。水冷式凝縮器３８’で冷媒が受け取る熱量（受熱量）を低下させることで、膨張機前後圧力差を低下させることができる。

第４，第５の実施形態によれば、新たに２つの各開閉弁１３１，１３３，１４１，１４３を追加して設けるので、部品のコストは上昇するものの、ラジエータファン１２を停止させることに伴って強電系がオーバーヒートし得るような事態を考えなくて済む。２つの各開閉弁１３１，１３３，１４１，１４３を用い得る範囲が制限されることがないのである。

第４実施形態では、２つの開閉弁１３１，１３３を全開と全閉の２位置に切換える場合で説明したが、この場合に限られない。例えば、２つの各開閉弁１３１，１３３に代えて流量調整可能な２つの各流量調整弁とする。そして、バイパス弁閉固着時に、水冷式凝縮器３８’の冷却水通路３８’ｂを流れる第２冷却水の流量が絞られ、かつ残りの第２冷却水がバイパス冷却水通路１３２を流れるように２つの各流量調整弁を制御することであってよい。さらに、２つの流量調整弁でなく、バイパス冷却水通路１３２の分岐部に、水冷式凝縮器３８’の冷却水通路３８’ｂに流す第２冷却水の流量と、バイパス冷却水通路１３２に流す第２冷却水の流量とを調整可能な１つの流量調整弁を設けることであってよい。

同様に、第５実施形態では、２つの開閉弁１４１，１４３を全開と全閉の２位置に切換える場合で説明したが、この場合に限られない。例えば、２つの各開閉弁１４１，１４３に代えて流量調整可能な２つの各流量調整弁とする。そして、バイパス弁閉固着時に、水冷式凝縮器３８’の冷媒通路３８’ａを流れる冷媒の流量が絞られ、かつ残りの冷媒がバイパス冷媒通路１４２を流れるように２つの各流量調整弁を制御することであってよい。さらに、２つの流量調整弁でなく、バイパス冷媒通路１４２の分岐部に、水冷式凝縮器３８’の冷媒通路３８’ａに流す冷媒流量と、バイパス冷媒通路１４２に流す冷媒流量とを調整可能な１つの流量調整弁を設けることであってよい。

（第６実施形態）
図１３は第６実施形態のランキンサイクルのシステム全体を表した概略構成図である。第１実施形態の図１と同一部分には同一の符号を付している。

第１実施形態は、冷媒ポンプ３２の軸が同一の軸上で膨張機３７の出力軸と連結配置され、膨張機３７の発生する出力（動力）によって冷媒ポンプ３２を駆動すると共に、発生動力をベルト伝動機構を介してエンジン２の出力軸に供給する構成であった。一方、第６実施形態は、第１実施形態と同じにエンジン駆動の車両１を対象とするものである。ただし、第１実施形態とは冷媒ポンプ３２の構成が少し相違している。すなわち、膨張機３７の出力軸とエンジン２の出力軸とが平行に設けられ、これら２つの軸を、膨張機クラッチ３５を介してベルト伝動機構（３３，３４，２ａ）で連結すると共に、冷媒ポンプ３２はモータ１５１で駆動するようにしている。

こうした冷媒ポンプ３２と膨張機３７とが同軸で構成されていない第６実施形態の構成の場合にも、第１、第２実施形態の図２〜図４のフローをそのまま適用することができるのであり、第１、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

第３、第４、第５の実施形態では、水冷式凝縮器３８’で説明したが、水冷式である必要はなく、液冷式の凝縮器であればよい。

１ エンジン駆動車両
１’ ハイブリッド車両
２ エンジン
２ａ クランクプーリ（伝動機構の一部）
３１ ランキンサイクル
３２ 冷媒ポンプ
３３ ポンププーリ（伝動機構の一部）
３４ ベルト（伝動機構の一部）
３５ 膨張機クラッチ（電磁クラッチ）
３６ 熱交換器
３７ 膨張機
３８ 凝縮器
３８’ 水冷式凝縮器（液冷式凝縮器）
６６ バイパス弁
７１ エンジンコントローラ
９１ サブラジエータ
９２ 冷却水ポンプ（冷却液ポンプ）
９３ モータ
９４ 電流値調整装置
１０１，１０２ 冷却水通路（冷却液通路）
１３１ 第１開閉弁
１３３ 第２開閉弁
１４１ 第３開閉弁
１４３ 第４開閉弁

Claims (10)

1. エンジンの廃熱を冷媒に回収する熱交換器、この熱交換器出口の冷媒を用いて動力を発生させる膨張機、この膨張機を出た冷媒を凝縮させる凝縮器、この凝縮器からの冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒ポンプを含むランキンサイクルと、
   前記膨張機の出力軸と前記エンジンの回転軸とを、締結・解放し得る電磁クラッチを介して連結する伝動機構と、
   前記熱交換器を出た冷媒を前記膨張機をバイパスさせて流す通路と、
   この通路に介装されるバイパス弁と
   を備え、
   前記膨張機を停止する際に、前記バイパス弁を閉状態から開状態に切換えた後に前記電磁クラッチを締結状態から解放状態に切換えるエンジンの廃熱利用装置において、
   前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合に、前記電磁クラッチを締結状態を保ち、前記膨張機前後圧力差を制限する膨張機前後圧力差制限処理を行うことを特徴とするエンジンの廃熱利用装置。
2. 前記膨張機前後圧力差制限処理は、前記膨張機前後圧力差を、前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる膨張機前後圧力差低下処理であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの廃熱利用装置。
3. 前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記熱交換器で冷媒に回収する熱量を前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる入熱量低下処理であることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの廃熱利用装置。
4. 前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記凝縮器で冷媒から放出する熱量を前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる放熱量低下処理であることを特徴とする請求項２または３に記載のエンジンの廃熱利用装置。
5. エンジン冷却水を冷却するラジエータと並列に前記凝縮器を配置し、ラジエータファンによって前記凝縮器を冷却する場合に、
   前記放熱量低下処理は、前記ラジエータファンを停止させるラジエータファン停止処理であり、
   前記エンジン冷却水の温度が予め定めた所定値以上であるときには前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でも前記ラジエータファンを停止しないことを特徴とする請求項４に記載のエンジンの廃熱利用装置。
6. 前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記膨張機がする仕事量を低下させる膨張機仕事量低下処理であることを特徴とする請求項２から５までのいずれか一つに記載のエンジンの廃熱利用装置。
7. 前記凝縮器は液冷式であり、
   この液冷式凝縮器にエンジンの冷却水とは別の第２冷却液を循環させる冷却液通路と、
   前記冷却液通路に介装され前記第２冷却液の吐出量を調整可能な冷却液ポンプと、
   前記第２冷却液を冷却するサブラジエータと
   を備え、
   前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記冷却液ポンプの吐出量を前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる吐出量低下処理であることを特徴とする請求項２から６までのいずれか一つに記載のエンジンの廃熱利用装置。
8. エンジン冷却水を冷却するラジエータと並列に前記サブラジエータを配置し、ラジエータファンによって前記サブラジエータを冷却する場合に、
   前記冷却液ポンプ出口の第２冷却液温度が予め定めた所定値以上であるときには前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でも前記ラジエータファンを停止しないことを特徴とする請求項７に記載のエンジンの廃熱利用装置。
9. 前記凝縮器は液冷式であり、
   この液冷式凝縮器にエンジンの冷却水とは別の第２冷却液を循環させる冷却液通路と、
   前記冷却液通路に介装され前記第２冷却液の吐出量を調整可能な冷却液ポンプと、
   前記第２冷却液を冷却するサブラジエータと
   を備え、
   前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記液冷式凝縮器で前記第２冷却液から放出する熱量を前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる放熱量低下処理であることを特徴とする請求項２から８までのいずれか一つに記載のエンジンの廃熱利用装置。
10. 前記凝縮器は液冷式であり、
    この液冷式凝縮器にエンジンの冷却水とは別の第２冷却液を循環させる冷却液通路と、
    前記冷却液通路に介装され前記第２冷却液の吐出量を調整可能な冷却液ポンプと、
    前記第２冷却液を冷却するサブラジエータと
    を備え、
    前記膨張機前後圧力差低下処理は、前記液冷式凝縮器で冷媒が受け取る熱量を前記バイパス弁が閉じた状態で固着している場合でない場合より低下させる受熱量低下処理であることを特徴とする請求項２から８までのいずれか一つに記載のエンジンの廃熱利用装置。

Images