WO2003033881A1 - Vehicle with rankine cycle device - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a vehicle with a Rankine cycle device including: an internal combustion engine that generates driving power for running; and a Rankine cycle device that generates driving power by operating with exhaust gas when the internal combustion engine is operating.
- a Rankine cycle device that drives an evening bin with steam generated by using the energy of the waste heat of an internal combustion engine
- the internal combustion engine is connected to a generator and a turbine via a clutch, and the driving force of the evening bin is used.
- a generator that drives a generator to generate power, assists the driving force of an internal combustion engine with the driving force of the evening bin, or drives a generator with the driving force of the internal combustion engine to generate power It is publicly known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-34959.
- the energy of the exhaust gas of the internal combustion engine mounted on the vehicle varies greatly according to the operating conditions of the vehicle (acceleration, cruise, deceleration, etc.). While the temperature of the gas rises and the flow increases, the energy increases, while the vehicle decelerates, the temperature of the exhaust gas decreases, the flow decreases, and the energy decreases. Therefore, if the Rankine cycle device is operated continuously irrespective of the operating condition of the vehicle, the efficiency of the Rankine cycle device decreases when the temperature of the exhaust gas decreases, the flow rate decreases, and the energy decreases. There is a problem that the effect of reducing the fuel consumption of the internal combustion engine by the Rankine cycle device is weakened as a whole.
- the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and in a vehicle equipped with an internal combustion engine and a Rankine cycle device, the efficiency of collecting exhaust gas energy by the Rankine cycle device is maximized to improve the fuel consumption of the internal combustion engine.
- the aim is to reduce the amount.
- a driving force for traveling is reduced.
- a vehicle equipped with a Rankine cycle device that includes an internal combustion engine that generates the heat, and a Rankine cycle device that generates a driving force by operating with the exhaust gas when the internal combustion engine is operating, the temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine is equal to or higher than a predetermined value.
- a vehicle with a Rankine cycle device is proposed, wherein the Rankine cycle device is operated when the flow rate of exhaust gas from the internal combustion engine is equal to or higher than a predetermined value.
- the Rankine cycle device using the exhaust gas of the internal combustion engine as a heat source operates when the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than the predetermined value and the flow rate of the exhaust gas is equal to or higher than the predetermined value.
- the efficiency of exhaust gas energy recovery can be increased and the fuel consumption of the internal combustion engine can be reduced.
- a vehicle with a Rankine cycle device characterized by operating the Rankine cycle device at the time of acceleration and at the time of closing is proposed.
- the Rankine cycle device since the Rankine cycle device is operated during acceleration and cruise, the Rankine cycle device is operated in a state where the temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine is high and the flow rate is large, thereby improving the efficiency of recovering the energy of the exhaust gas. be able to.
- a Rankine motor that includes a generator motor that generates a driving force for traveling and generates a regenerative braking force.
- a vehicle with a cycle device is proposed.
- the generator motor that generates the driving force for traveling and generates the regenerative braking force, not only can the generator motor function as an electric motor to assist the driving force of the internal combustion engine, but also By using the generator motor as a generator and performing regenerative braking during deceleration, the kinetic energy of the vehicle can be recovered as electric energy. As a result, energy can be recovered by the Rankine cycle device when the vehicle is accelerating and cruising, and energy can be recovered by the generator motor when the vehicle decelerates, so that the fuel consumption of the internal combustion engine can be further reduced.
- the first generator motor 2a of the embodiment corresponds to the generator motor of the present invention.
- FIGS. 1 to 13 show a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 shows a hybrid vehicle.
- Figure 2 shows the overall configuration
- Figure 2 shows the configuration of the Rankine cycle device
- Figure 3 is the flowchart of the main routine
- Figure 4 is the flowchart of the stop processing routine
- Figure 5 is the flowchart of the acceleration processing routine
- Figure 6 is the cruise 7 is a flowchart of the deceleration processing routine
- FIG. 8 is a diagram showing a map for judging stop, acceleration, cruise and deceleration
- FIG. 9 is a motor assist region, an internal combustion engine driving region and charging.
- FIG. 10 is a diagram showing a map for determining the region
- FIG. 10 is a diagram showing each threshold value of the state of charge of the battery
- FIG. 10 is a diagram showing each threshold value of the state of charge of the battery
- FIG. 11 is a diagram showing a map for determining the internal combustion engine traveling region, the electric motor traveling region, and the charging region; Is a time chart showing an example of the running pattern of the vehicle, and FIG. 13 is a time chart showing another example of the running pattern of the vehicle.
- FIG. 14 is a diagram showing an overall configuration of a hybrid vehicle according to a second embodiment of the present invention.
- the hybrid vehicle includes an internal combustion engine 1 that generates driving force for traveling.
- the internal combustion engine 1 and the generator motor 2 are connected in series via a clutch 3, and the generator motor 2 further includes a transmission 4, It is connected to drive wheels 7 via a clutch 5 and a differential 6. Therefore, if the internal combustion engine 1 is driven with the clutch 3 engaged, the driving force is transmitted to the drive wheels 7 via the clutch 3, the generator motor 2, the transmission 4, the clutch 5, and the differential device 6, and To run.
- the generator motor 2 may be idle, but if the generator motor 2 is driven by the electric power from the battery 8, the driving force of the internal combustion engine 1 can be assisted by the driving force of the generator motor 2, or If the electric motor 2 is driven by the driving force of the internal combustion engine 1 to function as a generator, the battery 8 can be charged. Further, when the vehicle is decelerated, if the clutch 3 is disengaged and the generator motor 2 is driven by the driving force reversely transmitted from the drive wheels 7, the battery 8 can be charged with the regenerative electric power generated by the generator motor 2. .
- the vehicle is provided with a Rankine cycle device 9 operated by waste heat of the internal combustion engine 1, and the driving force output from the Rankine cycle device 9 is input to the transmission 4 (see arrow a).
- the transmission 4 includes the driving force generated by the Rankine cycle device 9 and the internal combustion engine 1 or Integrates the driving force generated by the generator motor 2 with, for example, a planetary gear mechanism and transmits the driving force to the driving wheel 7. .
- the Rankine cycle device 9 has a known structure.
- the evaporator 10 generates waste heat of the internal combustion engine 1, for example, high-temperature high-pressure steam using exhaust gas as a heat source, and the high-temperature high-pressure steam.
- Expander 11 that generates shaft output by expansion of the water
- condenser 1 2 that condenses the temperature-reduced and reduced-pressure steam discharged from expander 11 and returns to water
- evaporator 10 that evaporates water from condenser 12 And a water supply pump 13 for supplying water.
- the internal combustion engine 1, the generator motor 2, and the Rankine cycle device 9 are controlled by an electronic control unit based on outputs of a vehicle speed sensor, a vehicle body acceleration sensor, a throttle opening sensor, a battery voltage sensor, a battery current sensor, and the like.
- step S1 of the main routine in FIG. 3 the throttle opening is detected in step S2, and the vehicle speed and throttle opening are detected in step S3.
- the required output of the vehicle is calculated from the degrees. If the vehicle is in a stop state in the following step S4, the stop processing described below is executed in step S5, and if the vehicle is in an acceleration state in step S6, the acceleration processing described later is performed in step S7. If the vehicle is in a cruise state in step S8, the cruise process described later is executed in step S9. If the vehicle is in a deceleration state in step S10, the process will be described later in step S11. Execute deceleration processing.
- step S12 the driving force control of the internal combustion engine 1, the generator motor 2 and the Rankine cycle device 9 in accordance with the above-mentioned stop-time processing, acceleration-time processing, cruise-time processing and deceleration-time processing is executed.
- Whether the vehicle is in the stopped state, the accelerated state, the cruise state, or the decelerated state is determined based on the map shown in FIG.
- the map shown in FIG. 8 is obtained by plotting the vehicle speed on the horizontal axis and the required output on the vertical axis, where a parabolic running resistance line is set. If both the vehicle speed and the required output are 0, it is determined that the vehicle is in a stopped state. If the vehicle speed and the required output are in the shaded area near the traveling resistance line, it is determined that the vehicle is in the cruise state, and the vehicle speed and the required output are determined. Is above the hatched area, it is determined that the vehicle is accelerating. If the vehicle speed and the required output are below the hatched area, the vehicle is in an accelerated state.
- the vehicle is in the deceleration state.
- the vehicle speed is substantially constant on an uphill road, it is considered that the vehicle is accelerating, and if the vehicle speed is approximately constant on a downhill road, it is considered that the vehicle is decelerating. If the absolute value of the deceleration is equal to or less than the predetermined value, it is considered that the vehicle is in a cruise state.
- step S5 stop control
- step S21 the output of the internal combustion engine 1 is set to 0 (stop), in step S22, the output of the generator motor 2 is set to 0, and in step S23, the output of the Rankine cycle device 9 is set.
- the total output of the internal combustion engine 1, the generator motor 2 and the Rankine cycle device 9 is set to 0 in step S24.
- the generator motor 2 is used as a star motor.
- step S7 acceleration control
- step S31 the required driving force Ftr of the vehicle is calculated from the vehicle speed and the throttle opening, and in step S32, the remaining battery capacity Esoc is calculated from the battery voltage and the battery current.
- step S33 the required driving force Ftr is applied to the map of FIG. 9 to determine whether the current operating state is in the motor assist area, the internal combustion engine running area, or the charging area.
- the map in Fig. 9 shows the vehicle speed V car on the horizontal axis and the required driving force F tr on the vertical axis, where the first threshold F 1 (V car) and the second threshold F 2 (V car) is set.
- step S33 If the required driving force Ftr is equal to or larger than the first threshold value F1 (Vcar) in step S33, it is determined that the motor is in the motor assist region, and in step S34, the assist permission flag AST-FLG is set. Set to “1”.
- step S35 when the assist permission flag AST-FLG is set to "1", that is, when the required driving force Ftr cannot be satisfied by the internal combustion engine 1 alone, in step S36, the remaining battery level is set. If the capacity E soc is equal to or greater than the second threshold value E 2 in FIG. 10 and the driving force by the generator motor 2 can be assisted, in step S37, the assist amount Pm to be generated in the generator motor 2 is determined by a map search according to the required driving force Ftr and the vehicle speed Vcar. If the remaining battery capacity E soc is equal to or less than the first threshold value E 1 in FIG. 10 and the driving force cannot be assisted by the generator motor 2 in step S 38, the generator motor 2 Set the assist amount Pm to be generated at 0 to 0 and reset the assist permission flag AST-FLG to “0”.
- step S40 if the required driving force Ftr is equal to or less than the second threshold value F2 (Vcar) shown in FIG. 9, it is determined that the vehicle is in the charging area, and in step S41, the power generation permission flag REG—FLG is set to " Set to “1”.
- step S42 when the power generation permission flag REG-FLG is set to "1" in step S43, the remaining battery capacity Esoc is equal to or more than the second threshold value E2 in FIG. If the charging in step 8 is unnecessary, the power generation amount Pm to be generated in the generator motor 2 is set to 0 in step S44, and the power generation permission flag REG-FLG is reset to "0". If the remaining battery capacity E soc is equal to or less than the first threshold value E 1 in FIG. 10 and the battery 8 needs to be charged in step S 45, the amount of power generation to be generated by the generator motor 2 in step S 46 Pm is determined by a map search according to the required driving force Ftr and the vehicle speed Vcar.
- the Rankine cycle output P rc which is the output of the Rankine cycle device 9 is calculated from the operating state of the internal combustion engine 1, and in step S48, the assist amount P m ( Alternatively, the target internal combustion engine output P e is calculated by subtracting the power generation amount P m of the generator motor 2 having a negative value and the Rankine cycle output P rc, and the target internal combustion engine output P e is calculated in step S 49 with the minimum fuel consumption.
- the engine speed Ne of the internal combustion engine 1 for obtaining the engine output Pe is calculated.
- the driving force of the internal combustion engine 1 is assisted by the driving force of the generator motor 2 on condition that the remaining battery capacity E s 0 c is sufficient. If the required driving force F tr is small when the vehicle is accelerating, the battery 8 is charged by driving the generator motor 2 with the driving force of the internal combustion engine 1 on condition that the battery 8 is not overcharged. However, the acceleration performance of the vehicle can be improved, and the battery 8 can be charged in preparation for a cruise following the acceleration.
- the Rankine cycle device 9 is activated when the vehicle accelerates when the temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine 1 exceeds a predetermined value and the flow rate of the exhaust gas of the internal combustion engine 1 exceeds the predetermined value.
- the thermal energy of the exhaust gas can be effectively recovered, and the fuel consumption of the internal combustion engine 1 can be effectively reduced.
- step S51 the required output Ptr of the vehicle is calculated from the vehicle speed and the throttle opening, and in step S52, the remaining battery capacity Esoc is calculated from the battery voltage and the battery current. If the remaining battery charge E soc is equal to or larger than the second threshold value E 2 in FIG. 10 in the subsequent step S53, it is determined that the vehicle can be driven by the generator motor 2 and the discharge permission flag DCH—FLG is set to “1” in step S54. Set it to
- step S55 when the discharge permission flag DCH-FLG is set to "1", in step S56, the required output Ptr is equal to or less than the threshold value P1 in FIG. 11 and only the output of the generator motor 2 is output. If it is possible to run at step S57, the motor output Pm to be generated by the generator motor 2 in step S57 is set as the required output Ptr, and the internal combustion engine 1 is stopped. If the required output Ptr exceeds the threshold value P1 shown in FIG. 11 in step S58 and the vehicle cannot run with only the output of the generator motor 2, the motor output Pm to be generated by the generator motor 2 in step S59 is determined.
- the target engine output P e is set based on the vehicle speed V car and the required output P tr and subtracting the motor output P m from the required output P tr.
- step S60 If the remaining battery capacity E soc is less than the first threshold value E 1 in FIG. 10 in the subsequent step S60, it is determined that power generation by the internal combustion engine 1 is necessary, and in step S61, the power generation permission flag REG—FLG is set to “ Set to “1”.
- step S62 when the power generation permission flag REG-FLG is set to "1", in step S63, the required output Ptr is set to the set value Pbsfc (see FIG. 11 when the efficiency of the internal combustion engine 1 is maximum). If it is less than the output of the internal combustion engine 1, the power generation amount Pm to be generated in the generator motor 2 in step S64 is set to a value obtained by subtracting the required output Ptr from the set value Pb sfc. The generator motor 2 is driven by the power generation amount Pm which is a part of the set value Pb sfc to charge the battery 8. Step S If the remaining battery capacity E s 0 c is equal to or greater than the second threshold value E 2 in FIG. 10 and charging of the battery 8 is unnecessary in step 6 5, the power generation amount P to be generated in the generator motor 2 in step S 66 6 Set m to 0 and reset the power generation enable flag REG—FLG to “0”.
- the Rankine cycle output P rc which is the output of the Rankine cycle device 9 is calculated from the operating state of the internal combustion engine 1, and in step S68, the motor output P m ( Alternatively, the target internal combustion engine output P e is calculated by subtracting the power generation amount P m of the generator motor 2 having a negative value and the Rankine cycle output P rc, and in step S 69, the target internal combustion engine output is calculated with the minimum fuel consumption.
- the engine speed Ne of the internal combustion engine 1 for obtaining the engine output Pe is calculated.
- the remaining battery capacity E soc is sufficient when the vehicle is cruising, if the required output P tr is large, the vehicle travels using the driving force of the internal combustion engine 1 and the driving force of the generator motor 2 together, and the required output P tr Is smaller, the internal combustion engine 1 is stopped and the vehicle runs only with the driving force of the generator motor 2, so that the fuel consumption can be minimized. Further, when the remaining battery capacity Esoc is insufficient during cruise of the vehicle, the generator motor 2 can be driven by the driving force of the internal combustion engine 1 to charge the battery 8.
- the Rankine cycle device 9 is activated during a cruise of a vehicle in which the temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine 1 exceeds a predetermined value and the flow rate of the exhaust gas of the internal combustion engine 1 exceeds the predetermined value.
- the heat energy of the exhaust gas can be effectively recovered, and the fuel consumption of the internal combustion engine 1 can be effectively reduced.
- step S71 the required output of the vehicle, that is, the required regenerative output Ptr is calculated from the vehicle speed and the throttle opening, and in step S72, the remaining battery capacity Esoc is calculated from the battery voltage and the battery current. If the remaining battery capacity E soc is equal to or less than the third threshold value E 3 in FIG. 10 in the following step S73, it is determined that the battery 8 can be charged with the regenerative power, and in step S74, the charge permission flag CHA— Set FLG to “1”. In the following step S75, when the charge enable flag C HA— FLG is set to “1”, in step S76, the absolute value of the required regeneration output P tr becomes the absolute value of the threshold value P 2 in FIG.
- Ptr of the required regenerative output is directly used as the regenerative output Pm of the generator motor 2 in step S77. If the absolute value of the required regenerative output Ptr exceeds the absolute value of the threshold value P2 in FIG. 11 at step S78, the regenerative output Pm of the generator motor 2 is set to the threshold value at step S79. Set to P2.
- step S82 When the charge permission flag CHA—FLG is reset to “0” in the following step S82, and when the internal combustion engine 1 is operating in step S83, the regenerative braking is performed in step S84. Decelerate the vehicle with the engine brake and the mechanical brake without performing the operation. If the internal combustion engine 1 is stopped in step S85, the vehicle is decelerated by the female brake in step S86.
- the regenerative braking is executed by the generator motor 2 to charge the battery 8 with regenerative electric power, and the battery 8 becomes overcharged. If there is a danger, regenerative braking is prohibited and the vehicle is decelerated by the engine brake and mechanical brake.Therefore, it is possible to maximize the remaining battery capacity E soc while minimizing fuel consumption. it can.
- Fig. 12 shows an example of the running pattern of a vehicle.
- the vehicle travels using both the driving force of the internal combustion engine 1 and the driving force of the generator motor 2 during acceleration, and travels using the driving force of the internal combustion engine 1 during cruise and decelerates.
- the internal combustion engine 1 is stopped and the battery 8 is charged with the regenerative power of the generator motor 2.
- the driving force of the internal combustion engine 1 is assisted by the output of the Rankine cycle device 9 during acceleration and cruise of the vehicle.
- Fig. 13 shows another example of the running pattern of the vehicle, using a generator motor 2 capable of outputting a large low-speed torque when the vehicle starts, running with the driving force of the internal combustion engine 1 during acceleration, and running during cruise.
- the vehicle runs with the driving force of the generator motor 2, stops the internal combustion engine 1 during deceleration, and charges the battery 8 with the regenerative power of the generator motor 2.
- the output of the Rankine cycle device 9 is used to drive the internal combustion engine 1. Power is assisted.
- the generator motor 2 is provided between the internal combustion engine 1 and the transmission 4, but in the second embodiment, the first generator motor 2a driven by the battery 8 is a differential motor.
- the second generator motor 2 b connected to the device 6 and driven by the battery 8 is connected to the internal combustion engine 1.
- the first generator motor 2a is used for traveling with the driving force of only the first generator motor 2a, assisting the driving force of the internal combustion engine 1, and generating regenerative electric power
- the second generator motor 2b is Used for starting the internal combustion engine 1 and generating electric power by the driving force of the internal combustion engine 1.
- the driving force output from the Rankine cycle device 9 is input to the transmission 4 via driving force integrating means such as a planetary gear mechanism (see arrow a).
- the shaft output of the Rankine cycle device 9 is directly used as a drive source for running the vehicle as shown by an arrow a in FIGS. It is possible to drive a generator (not shown) with the shaft output. As shown by the arrow b, the power generated by the generator is charged into the battery 8 and used to drive the generator motors 2, 2a, 2b.
- the battery 8 When the vehicle is accelerating or cruising, regenerative power cannot be obtained by the generator motors 2 and 2a, but at this time, the battery 8 is charged with the power generated by the Rankine cycle device 9, thereby driving the internal combustion engine 1 Without using the battery, the battery 8 can be charged with the power generated by the Rankine cycle device 9 or the regenerative power of the generator motors 2 and 2a in all cases of acceleration, cruising, and deceleration. , 2a and 2b can be fully utilized.
- the generator motor 2 outputs an output corresponding to the Rankine cycle output Prc in the first and second embodiments as the motor output Pm.
- the present invention is also applied to a vehicle not provided with the generator motors 2, 2a, 2b.
- the present invention can be suitably applied to a vehicle including a Rankine cycle device that operates with exhaust gas of an internal combustion engine that generates driving power for traveling.
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Description
明 細書 ランキンサイクル装置付き車両
発明の分野
本発明は、 走行用の駆動力を発生する内燃機関と、 内燃機関の運転時にその排 気ガスで作動して駆動力を発生するランキンサイクル装置とを備えたランキンサ ィクル装置付き車両に関する。
背景技術
内燃機関の廃熱のエネルギーを利用して発生させた蒸気で夕一ビンを駆動する ランキンサイクル装置において、 内燃機関をクラッチを介して発電機およびター ビンに接続し、 夕一ビンの駆動力で発電機を駆動して発電を行ったり、 夕一ビン の駆動力で内燃機関の駆動力をアシストしたり、 内燃機関の駆動力で発電機を駆 動して発電を行ったりするものが、 日本特開 2 0 0 0 - 3 4 5 9 1 5号公報によ り公知である。
ところで、 車両に搭載された走行用の内燃機関の排気ガスのエネルギーは、 車 両の運転状態 (加速時、 クルーズ時、 減速時等) に応じて大きく変化し、 車両の 加速時やクルーズ時には排気ガスの温度が上昇し流量が増加してエネルギーが増 加するのに対し、 車両の減速時には排気ガスの温度が低下し流量が減少してエネ ルギ一が減少する。 このため、 車両の運転状態に関わらずランキンサイクル装置 を連続的に運転すると、 排気ガスの温度が低下し流量が減少してエネルギーが減 少したときにランキンサイクル装置の効率が低下してしまい、 ランキンサイクル 装置による内燃機関の燃料消費量の節減効果が全体として弱められてしまう問題 がある。
発明の開示
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、 内燃機関およびランキンサイク ル装置を備えた車両において、 ランキンサイクル装置による排気ガスのエネルギ 一の回収効率を最大限に高めて内燃機関の燃料消費量を節減することを目的とす る。
上記目的を達成するために、 本発明の第 1の特徴によれば、 走行用の駆動力を
発生する内燃機関と、 内燃機関の運転時にその排気ガスで作動して駆動力を発生 するランキンサイクル装置とを備えたランキンサイクル装置付き車両において、 内燃機関の排気ガスの温度が所定値以上であり、 かつ内燃機関の排気ガスの流量 が所定値以上のときにランキンサイクル装置を作動させることを特徴とするラン キンサイクル装置付き車両が提案される。
上記構成によれば、 内燃機関の排気ガスを熱源とするランキンサイクル装置が 、 排気ガスの温度が所定値以上であり、 かつ排気ガスの流量が所定値以上のとき に作動するので、 ランキンサイクル装置を効率が高い状態で運転して排気ガスの エネルギーの回収効率を高め、 内燃機関の燃料消費量を節減することができる。 また本発明の第 2の特徴によれば、 上記第 1の特徴に加えて、 加速時およびク ルーズ時にランキンサイクル装置を作動させることを特徴とするランキンサイク ル装置付き車両が提案される。
上記構成によれば、 加速時およびクルーズ時にランキンサイクル装置を作動さ せるので、 内燃機関の排気ガスの温度が高く流量が多い状態でランキンサイクル 装置を作動させて排気ガスのエネルギーの回収効率を高めることができる。
また本発明の第 2の特徴によれば、 上記第 1または第 2の特徴に加えて、 走行 用の駆動力を発生するとともに回生制動力を発生する発電電動機を備えたことを 特徴とするランキンサイクル装置付き車両が提案される。
上記構成によれば、 走行用の駆動力を発生するとともに回生制動力を発生する 発電電動機を備えたことにより、 発電電動機を電動機として機能させて内燃機関 の駆動力をアシストすることができるだけでなく、 発電電動機を発電機として機 能させて減速時に回生制動を行うことで、 車両の運動エネルギーを電気工ネルギ 一として回収することができる。 これにより、 車両の加速時およびクルーズ時に はランキンサイクル装置によりエネルギー回収を行ない、 車両の減速時には発電 電動機によりエネルギー回収を行なうことで、 内燃機関の燃料消費量を一層節減 することができる。
尚、 実施例の第 1発電電動機 2 aは本発明の発電電動機に対応する。
図面の簡単な説明
図 1〜図 1 3は本発明の第 1実施例を示すもので、 図 1はハイブリツド車両の
全体構成を示す図、 図 2はランキンサイクル装置の構成を示す図、 図 3はメイン ルーチンのフローチャート、 図 4は停止時処理ルーチンのフローチャート、 図 5 は加速時処理ルーチンのフローチャート、 図 6はクルーズ時処理ルーチンのフロ —チャート、 図 7は減速時処理ルーチンのフローチャート、 図 8は停止、 加速、 クルーズおよび減速を判定するマップを示す図、 図 9は電動機アシスト領域、 内 燃機関走行領域および充電領域を判定するマップを示す図、 図 1 0はバッテリの 充電状態の各閾値を示す図、 図 1 1は内燃機関走行領域、 電動機走行領域および 充電領域を判定するマップを示す図、 図 1 2は車両の走行パターンの一例を示す タイムチャート、 図 1 3は車両の走行パターンの他の一例を示すタイムチャート である。
図 1 4は本発明の第 2実施例に係るハイプリッド車両の全体構成を示す図であ る。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の第 1実施例を図 1〜図 1 3に基づいて説明する。
図 1において、 ハイブリッド車両は走行用の駆動力を発生する内燃機関 1を備 えており、 内燃機関 1および発電電動機 2はクラッチ 3を介して直列に接続され 、 更に発電電動機 2は変速機 4、 クラッチ 5および差動装置 6を介して駆動輪 7 に接続される。 従って、 クラッチ 3を締結した状態で内燃機関 1を駆動すれば、 その駆動力がクラッチ 3、 発電電動機 2、 変速機 4、 クラッチ 5および差動装置 6を介して駆動輪 7に伝達されて車両を走行させる。 このとき、 発電電動機 2は 空転させても良いが、 バッテリ 8からの電力で発電電動機 2を駆動すれば内燃機 関 1の駆動力を発電電動機 2の駆動力でアシス卜することができ、 あるいは発電 電動機 2を内燃機関 1の駆動力で駆動して発電機として機能させればバッテリ 8 を充電することができる。 また車両の減速時に、 クラッチ 3を締結解除して駆動 輪 7から逆伝達される駆動力で発電電動機 2を駆動すれば、 その発電電動機 2が 発生する回生電力でバッテリ 8を充電することができる。
車両は内燃機関 1の廃熱で作動するランキンサイクル装置 9を備えており、 ラ ンキンサイクル装置 9が出力する駆動力は変速機 4に入力される (矢印 a参照) 。 変速機 4は、 ランキンサイクル装置 9が発生した駆動力と、 内燃機関 1あるい
は発電電動機 2が発生した駆動力とを、 例えば遊星歯車機構を用いて統合して駆 動輪 7に伝達する。。
図 2に示すように、 ランキンサイクル装置 9は公知の構造を有するもので、 内 燃機関 1の廃熱、 例えば排気ガスを熱源として高温高圧蒸気を発生する蒸発器 1 0と、 その高温高圧蒸気の膨張によって軸出力を発生する膨張器 1 1と、 膨張器 1 1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 1 2と、 凝縮器 1 2からの水を蒸発器 1 0に供給する給水ポンプ 1 3とを有する。
次に、 内燃機関 発電電動機 2およびランキンサイクル装置 9の制御をフロ 一チャートを参照しながら説明する。 内燃機関 1、 発電電動機 2およびランキン サイクル装置 9は、 車速センサ、 車体加速度センサ、 スロットル開度センサ、 バ ッテリ電圧センサ、 バッテリ電流センサ等の出力に基づいて電子制御ュニッ卜に より制御される。
先ず、 図 3のメインルーチンのステップ S 1で車速および車速の変化 (車体加 速度および車体減速度) を検出し、 ステップ S 2でスロットル開度を検出し、 ス テツプ S 3で車速およびスロットル開度から車両の要求出力を算出する。 続くス テツプ S 4で車両が停止状態にあれば、 ステップ S 5で後述する停止時処理を実 行し、 ステップ S 6で車両が加速状態にあれば、 ステップ S 7で後述する加速時 処理を実行し、 ステップ S 8で車両がクルーズ状態にあれば、 ステップ S 9で後 述するクルーズ時処理を実行し、 ステップ S 1 0で車両が減速状態にあれば、 ス テツプ S 1 1で後述する減速時処理を実行する。 そしてステップ S 1 2で、 前記 停止時処理、 加速時処理、 クルーズ時処理および減速時処理に応じた内燃機関 1 、 発電電動機 2およびランキンサイクル装置 9の駆動力制御を実行する。
車両が停止状態、 加速状態、 クルーズ状態および減速状態の何れにあるかは、 図 8に示すマップに基づいて決定される。 図 8に示すマップは横軸に車速をとり 、 縦軸に要求出力をとつたもので、 そこに放物線状の走行抵抗ラインが設定され る。 車速および要求出力が共に 0であれば車両が停止状態であると判定し、 車速 および要求出力が走行抵抗ラインの近傍の斜線領域にあれば車両がクルーズ状態 であると判定し、 車速および要求出力が前記斜線領域の上側にあれば車両が加速 状態であると判定し、 車速および要求出力が前記斜線領域の下側にあれば車両が
減速状態であると判定する。 尚、 前記マップ以外に、 例えば登坂路において車速 が略一定であれば加速状態であると見做なされ、 降坂路において車速が略一定で あれば減速状態であると見做なされ、 車体加速度あるいは車体減速度の絶対値が 所定値以下の場合にはクルーズ状態である見做される。
次に、 図 4のフローチャートに基づいて前記ステップ S 5 (停止時制御) のサ ブルーチンを説明する。
先ず、 ステップ S 2 1で内燃機関 1の出力を 0に設定 (停止) し、 ステップ S 2 2で発電電動機 2の出力を 0に設定し、 ステップ S 2 3でランキンサイクル装 置 9の出力を 0に設定することにより、 ステップ S 2 4で内燃機関 1、 発電電動 機 2およびランキンサイクル装置 9のトータルの出力を 0に設定する。 このよう に車両の停止時に内燃機関 1、 発電電動機 2およびランキンサイクル装置 9を全 て停止させることにより、 燃料消費量を節減することができる。 尚、 停止した内 燃機関 1を始動する際、 発電電動機 2がスター夕モー夕として使用される。
次に、 図 5のフローチャートに基づいて前記ステップ S 7 (加速時制御) のサ ブルーチンを説明する。
先ず、 ステップ S 3 1で車速およびスロットル開度から車両の要求駆動力 F t rを算出し、 ステップ S 3 2でバッテリ電圧およびバッテリ電流からバッテリ残 容量 E s o cを算出する。 続くステップ S 3 3で要求駆動力 F t rを図 9のマツ プに適用し、 現在の運転状態が電動機アシスト領域にあるか、 内燃機関走行領域 にあるか、 充電領域にあるかを判定する。 図 9のマップは横軸に車速 V c a rを とり、 縦軸に要求駆動力 F t rをとつたもので、 そこに右下がりの第 1閾値 F 1 (V c a r ) および第 2閾値 F 2 (V c a r ) が設定される。 そして、 前記ステ ップ S 3 3で要求駆動力 F t rが第 1閾値 F 1 (V c a r ) 以上であれば電動機 アシスト領域にあると判定し、 ステップ S 3 4でアシスト許可フラグ A S T— F L Gを 「1」 にセッ卜する。
続くステップ S 3 5で前記アシスト許可フラグ A S T— F L Gが 「1」 にセッ 卜されているとき、 つまり内燃機関 1だけでは要求駆動力 F t rを満たすことが できないとき、 ステップ S 3 6でバッテリ残容量 E s o cが図 1 0の第 2閾値 E 2以上であって発電電動機 2による駆動力のアシス卜が可能な場合には、 ステツ
プ S 3 7で発電電動機 2に発生させるべきアシスト量 P mを要求駆動力 F t rお よび車速 V c a rに応じてマップ検索により決定する。 またステップ S 3 8でバ ッテリ残容量 E s o cが図 1 0の第 1閾値 E 1以下であって発電電動機 2による 駆動力のアシス卜が不能な場合には、 ステップ S 3 9で発電電動機 2に発生させ るべきアシスト量 P mを 0に設定するとともに、 アシスト許可フラグ A S T— F L Gを 「0」 にリセッ卜する。
続くステップ S 4 0で要求駆動力 F t rが図 9に示す第 2閾値 F 2 (V c a r ) 以下であれば充電領域にあると判定し、 ステップ S 4 1で発電許可フラグ R E G— F L Gを 「1」 にセットする。
続くステップ S 4 2で前記発電許可フラグ R E G— F L Gが 「1」 にセットさ れているとき、 ステップ S 4 3でバッテリ残容量 E s o cが図 1 0の第 2閾値 E 2以上であってバッテリ 8の充電が不要である場合には、 ステップ S 4 4で発電 電動機 2に発生させるべき発電量 P mを 0に設定するとともに、 発電許可フラグ R E G— F L Gを 「0」 にリセットする。 またステップ S 4 5でバッテリ残容量 E s o cが図 1 0の第 1閾値 E 1以下であってバッテリ 8の充電が必要な場合に は、 ステップ S 4 6で発電電動機 2に発生させるべき発電量 P mを要求駆動力 F t rおよび車速 V c a rに応じてマップ検索により決定する。
続くステップ S 4 7でランキンサイクル装置 9の出力であるランキンサイクル 出力 P r cを内燃機関 1の運転状態から算出し、 ステップ S 4 8で要求駆動力 F t rから発電電動機 2のアシスト量 P m (あるいは負値である発電電動機 2の発 電量 P m) と、 ランキンサイクル出力 P r cとを減算して目標内燃機関出力 P e を算出し、 ステップ S 4 9で最小の燃料消費量で前記目標内燃機関出力 P eを得 るための内燃機関 1の回転数 N eを算出する。
このように、 車両の加速時に要求駆動力 F t rが大きい場合には、 ノ ッテリ残 容量 E s 0 cが充分であることを条件に発電電動機 2の駆動力で内燃機関 1の駆 動力をアシストし、 また車両の加速時に要求駆動力 F t rが小さい場合には、 バ ッテリ 8が過充電にならないことを条件に内燃機関 1の駆動力で発電電動機 2を 駆動してバッテリ 8を充電するので、 車両の加速性能を高めるとともに、 加速に 続くクルーズに備えてバッテリ 8を充電することができる。
また内燃機関 1の排気ガスの温度が所定値以上になり、 かつ内燃機関 1の排気 ガスの流量が所定値以上になる車両の加速時にランキンサイクル装置 9を作動さ せるので、 ランキンサイクル装置 9を高効率で運転して排気ガスの熱エネルギー を有効に回収し、 内燃機関 1の燃料消費量を効果的に節減することができる。 次に、 図 6のフローチャートに基づいて前記ステップ S 9 (クルーズ時制御) のサブルーチンを説明する。
先ず、 ステップ S 51で車速およびスロットル開度から車両の要求出力 P t r を算出し、 ステップ S 52でバッテリ電圧およびバッテリ電流からバッテリ残容 量 E s o cを算出する。 続くステップ S 53でバッテリ残容量 E s o cが図 10 の第 2閾値 E 2以上であれば発電電動機 2による走行が可能であると判定し、 ス テツプ S 54で放電許可フラグ DCH— FLGを 「1」 にセットする。
続くステップ S 55で前記放電許可フラグ DCH— FLGが 「1」 にセットさ れているとき、 ステップ S 56で要求出力 P t rが図 1 1の閾値 P 1以下であつ て発電電動機 2の出力だけで走行可能な場合には、 ステップ S 57で発電電動機 2に発生させるべき電動機出力 Pmを要求出力 P t rとし、 内燃機関 1を停止さ せる。 またステップ S 58で要求出力 P t rが図 1 1の閾値 P 1を越えていて発 電電動機 2の出力だけでは走行できない場合には、 ステップ S 59で発電電動機 2に発生させるべき電動機出力 Pmを車速 Vc a rおよび要求出力 P t rに基づ いて設定するとともに、 要求出力 P t rから前記電動機出力 Pmを減算したもの を目標内燃機関出力 P eとする。
続くステップ S 60でバッテリ残容量 E s o cが図 10の第 1閾値 E 1未満で あれば、 内燃機関 1による発電が必要であると判定し、 ステップ S 61で発電許 可フラグ REG— FLGを 「1」 にセットする。
続くステップ S 62で前記発電許可フラグ REG— FLGが 「1」 にセットさ れているとき、 ステップ S 63で要求出力 P t rが図 1 1の設定値 P b s f c ( 内燃機関 1の効率が最大となる出力) 未満である場合には、 ステップ S 64で発 電電動機 2に発生させるべき発電量 Pmを、 設定値 Pb s f cから要求出力 P t rを減算した値に設定し、 内燃機関 1の出力となる設定値 Pb s f cの一部であ る発電量 Pmで発電電動機 2を駆動してバッテリ 8を充電する。 またステップ S
6 5でバッテリ残容量 E s 0 cが図 1 0の第 2閾値 E 2以上であってバッテリ 8 の充電が不要な場合には、 ステップ S 6 6で発電電動機 2に発生させるべき発電 量 P mを 0に設定するとともに、 発電許可フラグ R E G— F L Gを 「0」 にリセ ッ卜する。
続くステップ S 6 7でランキンサイクル装置 9の出力であるランキンサイクル 出力 P r cを内燃機関 1の運転状態から算出し、 ステップ S 6 8で要求駆動力 F t rから発電電動機 2の電動機出力 P m (あるいは負値である発電電動機 2の発 電量 P m) と、 ランキンサイクル出力 P r cとを減算して目標内燃機関出力 P e を算出し、 ステップ S 6 9で最小の燃料消費量で前記目標内燃機関出力 P eを得 るための内燃機関 1の回転数 N eを算出する。
このように、 車両のクルーズ時にバッテリ残容量 E s o cが充分であるとき、 要求出力 P t rが大きければ内燃機関 1の駆動力および発電電動機 2の駆動力を 併用して走行し、 要求出力 P t rが小さければ内燃機関 1を停止して発電電動機 2の駆動力だけで走行するので燃料の消費量を最小限に抑えることができる。 ま た車両のクルーズ時にバッテリ残容量 E s o cが不足しているときには、 内燃機 関 1の駆動力で発電電動機 2を駆動してバッテリ 8を充電することができる。 また内燃機関 1の排気ガスの温度が所定値以上になり、 かつ内燃機関 1の排気 ガスの流量が所定値以上になる車両のクルーズ時にランキンサイクル装置 9を作 動させるので、 ランキンサイクル装置 9を高効率で運転して排気ガスの熱ェネル ギ一を有効に回収し、 内燃機関 1の燃料消費量を効果的に節減することができる 次に、 図 7のフローチャートに基づいて前記ステップ S 1 1 (減速時制御) の サブル一チンを説明する。
先ず、 ステップ S 7 1で車速およびスロットル開度から車両の要求出力、 つま り要求回生出力 P t rを算出し、 ステップ S 7 2でバッテリ電圧およびバッテリ 電流からバッテリ残容量 E s o cを算出する。 続くステップ S 7 3でバッテリ残 容量 E s o cが図 1 0の第 3閾値 E 3以下であれば回生電力によるバッテリ 8の 充電が可能であると判定し、 ステップ S 7 4で充電許可フラグ C H A— F L Gを 「 1」 にセッ卜する。
続くステップ S 7 5で前記充電許可フラグ C HA— F L Gが 「1」 にセットさ れているとき、 ステップ S 7 6で要求回生出力 P t rの絶対値が図 1 1の閾値 P 2の絶対値以下である場合には、 ステップ S 7 7で前記要求回生出力の P t rを そのまま発電電動機 2の回生出力 P mとする。 またステップ S 7 8で要求回生出 力 P t rの絶対値が図 1 1の閾値 P 2の絶対値を越えている場合には、 ステップ S 7 9で発電電動機 2の回生出力 P mを前記閾値 P 2に設定する。
続くステップ S 8 0でバッテリ残容量 E s o cが図 1 0の第 3閾値 E 3を越え ていれば、 バッテリ 8がそれ以上充電できない状態にあると判定し、 ステップ S 8 1で充電許可フラグ C HA— F L Gを 「0」 にリセットする。
続くステップ S 8 2で前記充電許可フラグ C HA— F L Gが 「0」 にリセット されているとき、 ステップ S 8 3で内燃機関 1が運転中である場合には、 ステツ プ S 8 4で回生制動を行わずにエンジンブレーキおよびメカブレーキで車両を減 速する。 またステップ S 8 5で内燃機関 1が停止中であれば、 ステップ S 8 6で メ力ブレーキで車両を減速する。
このように、 車両の減速時にバッテリ 8が過充電になる虞がないことを条件に 、 発電電動機 2により回生制動を実行して回生電力でバッテリ 8を充電し、 また バッテリ 8が過充電になる虞がある場合には回生制動を禁止してエンジンブレー キおよびメカブレーキで車両を減速するので、 燃料の消費量を最小限に抑えなが らバッテリ残容量 E s o cを最大限に確保することができる。
図 1 2は車両の走行パターンの一例を示すもので、 加速時には内燃機関 1の駆 動力および発電電動機 2の駆動力を併用して走行し、 クルーズ時には内燃機関 1 の駆動力で走行し、 減速時には内燃機関 1を停止させて発電電動機 2の回生電力 でバッテリ 8を充電する。 そして車両の加速時およびクルーズ時にはランキンサ ィクル装置 9の出力で内燃機関 1の駆動力がアシス卜される。
図 1 3は車両の走行パターンの他の一例を示すもので、 車両の発進時には大き な低速トルクを出力可能な発電電動機 2を使用し、 加速時には内燃機関 1の駆動 力で走行し、 クルーズ時には発電電動機 2の駆動力で走行し、 減速時には内燃機 関 1を停止させて発電電動機 2の回生電力でバッテリ 8を充電する。 そして車両 の加速時およびクルーズ時にはランキンサイクル装置 9の出力で内燃機関 1の駆
動力がアシストされる。
次に、 図 1 4に基づいて本発明の第 2実施例を説明する。
図 1に示す第 1実施例では発電電動機 2が内燃機関 1および変速機 4の間に設 けられていたが、 第 2実施例はバッテリ 8により駆動される第 1発電電動機 2 a が差動装置 6に接続され、 かつバッテリ 8により駆動される第 2発電電動機 2 b が内燃機関 1に接続される。 第 1発電電動機 2 aは、 該第 1発電電動機 2 aだけ の駆動力による走行と、 内燃機関 1の駆動力のアシストと、 回生電力の発生とに 使用され、 第 2発電電動機 2 bは、 内燃機関 1の始動と、 内燃機関 1の駆動力に よる発電とに使用される。 本実施例でも、 前述した第 1実施例と同様にランキン サイクル装置 9が出力する駆動力は、 遊星歯車機構等の駆動力統合手段を介して 変速機 4に入力される (矢印 a参照)。
以上、 本発明の実施例を詳述したが、 本発明は前記実施例に限定されるもので なく、 種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、 既に説明した実施例では、 図 1および図 1 4に矢印 aで示すようにラ ンキンサイクル装置 9の軸出力を車両の走行用の駆動源として直接使用している が、 ランキンサイクル装置 9の軸出力で図示せぬ発電機を駆動することができる 。 矢印 bで示すように発電機で発電した電力はバッテリ 8に充電され、 発電電動 機 2, 2 a , 2 bの駆動に使用される。 車両の加速時やクルーズ時には発電電動 機 2 , 2 aによる回生電力を得ることができないが、 このときランキンサイクル 装置 9により発電した電力でバッテリ 8を充電することにより、 内燃機関 1の駆 動力を用いることなく、 加速時、 クル一ズ時および減速時の全ての場合において 、 ランキンサイクル装置 9の発電電力あるいは発電電動機 2, 2 aの回生電力で バッテリ 8を充電することができ、 発電電動機 2, 2 a , 2 bの性能を充分に生 かすことができる。 尚、 本実施例では、 第 1、 第 2実施例におけるランキンサイ クル出力 P r cに対応する出力を、 発電電動機 2が電動機出力 P mとして出力す ることになる。
また図 5に示す加速時の処理に代えて、 図 6に示すクルーズ時の処理を採用す ることができる。
また本発明は発電電動機 2 , 2 a , 2 bを備えていない車両に対しても適用す
ることができる。
産業上の利用可能性
以上のように、 本発明は走行用の駆動力を発生する内燃機関の排気ガスで作動 するランキンサイクル装置を備えた車両に好適に適用することができる。
Claims
1. 走行用の駆動力を発生する内燃機関 (1) と、 内燃機関 (1) の運転時にそ の排気ガスで作動して駆動力を発生するランキンサイクル装置 (9) とを備えた ランキンサイクル装置付き車両において、
内燃機関 (1) の排気ガスの温度が所定値以上であり、 かつ内燃機関 (1) の 排気ガスの流量が所定値以上のときにランキンサイクル装置 (9) を作動させる ことを特徴とするランキンサイクル装置付き車両。
2. 加速時およびクルーズ時にランキンサイクル装置 (9) を作動させることを 特徴とする、 請求項 1に記載のランキンサイクル装置付き車両。
3. 走行用の駆動力を発生するとともに回生制動力を発生する発電電動機 (2,
2 a) を備えたことを特徴とする、 請求項 1または請求項 2に記載のランキンサ ィクル装置付き車両。
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