專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)及在該系統(tǒng)中使用的電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)及在該系統(tǒng)中使用的電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置，詳細(xì)而言，涉及優(yōu)選用于回收利用車輛內(nèi)燃機(jī)廢熱的廢熱利用系統(tǒng)及在該系統(tǒng)中使用的電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置。
背景技術(shù)：
這種廢熱利用系統(tǒng)包括蘭肯循環(huán)，該蘭肯循環(huán)在作為工作流體的制冷劑的循環(huán)路上依次安裝有蒸發(fā)器、膨脹器、被動(dòng)カ傳遞裝置、冷凝器及泵，其中，上述蒸發(fā)器利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱加熱工作流體以使其蒸發(fā)，上述膨脹器使經(jīng)由該蒸發(fā)器的高壓的工作流體膨脹以產(chǎn) 生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，上述被動(dòng)カ傳遞裝置傳遞在上述膨脹器中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，上述冷凝器使經(jīng)由上述膨脹器的工作流體冷凝，上述泵將經(jīng)由該冷凝器的工作流體送出至上述蒸發(fā)器，O此外，還公開(kāi)了以下流體機(jī)械例如將泵、膨脹器及作為被動(dòng)カ傳遞裝置的電動(dòng)發(fā)電機(jī)配置在同軸上，在起動(dòng)蘭肯循環(huán)時(shí)，使電動(dòng)發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)起作用以使泵循環(huán)，另ー方面，在通過(guò)制冷劑的循環(huán)使膨脹器開(kāi)始自動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，則使電動(dòng)發(fā)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)起作用(專利文獻(xiàn)I)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利特開(kāi)2005-30386號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在上述專利文獻(xiàn)I所公開(kāi)的技術(shù)中，采用了將電動(dòng)發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)泵并在驅(qū)動(dòng)膨脹器時(shí)使該電動(dòng)發(fā)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)起作用的結(jié)構(gòu)，但在夏季等外部氣溫較高的狀況下，冷凝溫度上升，膨脹比較小，從而存在僅以基于只靠膨脹器的旋轉(zhuǎn)カ使電動(dòng)發(fā)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電是不能充分產(chǎn)生車輛所需要的電カ這樣的問(wèn)題。在該情況下，為了確保車輛所需的電力，可考慮與現(xiàn)有技術(shù)相同地另行將由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)設(shè)于車輛。
然而，在一輛車上設(shè)置電動(dòng)發(fā)電機(jī)和與現(xiàn)有相同的交流發(fā)電機(jī)這兩個(gè)發(fā)電機(jī)會(huì)多余地占據(jù)設(shè)置空間，另外，還會(huì)導(dǎo)致重量、成本増大，這是不理想的。另ー方面，在如車輛高速行駛時(shí)等那樣朝冷凝器的通風(fēng)量較大、冷凝溫度降低、膨脹比變大的情況下，電動(dòng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電電カ有剩余，這是不理想的。
因此，可考慮以下結(jié)構(gòu)的廢熱利用系統(tǒng)例如，將被動(dòng)カ傳遞裝置設(shè)為內(nèi)燃機(jī)，將膨脹器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ經(jīng)由環(huán)狀的皮帶等直接傳遞至內(nèi)燃機(jī)，并也將膨脹器、內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力傳遞至與膨脹器同軸或分體設(shè)置的交流發(fā)電機(jī)。
若采用上述結(jié)構(gòu)，則能將膨脹器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ傳遞至內(nèi)燃機(jī)，并且僅設(shè)置ー個(gè)交流發(fā)電機(jī)，就能利用膨脹器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ及內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ進(jìn)行發(fā)電。
然而，若將膨脹器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ經(jīng)由環(huán)狀的皮帶等直接傳遞至內(nèi)燃機(jī)，則內(nèi)燃機(jī)與膨脹器進(jìn)行相同的旋轉(zhuǎn)，因此，在內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速相對(duì)于膨脹器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)較大的情況下，內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)制使來(lái)自膨脹器的工作流體的排出量増大，不能在膨脹器的上游側(cè)將工作流體維持成高壓，從而產(chǎn)生膨脹器的輸出降低這樣的問(wèn)題。即，在內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速相對(duì)于膨脹器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)較大的情況下，不能將膨脹器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ良好地傳遞至內(nèi)燃機(jī)、交流發(fā)電機(jī)，從而存在效率較差這樣的問(wèn)題。本發(fā)明鑒于上述技術(shù)問(wèn)題而作，其目的在于提供內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)及在該系統(tǒng)中使用的電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置，該內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)包括使工作流體循環(huán)以在膨脹器中 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ的蘭肯循環(huán)，能利用膨脹器的旋轉(zhuǎn)能量不浪費(fèi)且高效地輔助內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，井能利用膨脹器和內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ高效地進(jìn)行發(fā)電。
解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)的特征是，包括蘭肯循環(huán)，該蘭肯循環(huán)在工作流體的循環(huán)路上依次安裝有蒸發(fā)器、膨脹器、冷凝器及泵，其中，上述蒸發(fā)器利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱加熱工作流體以使其蒸發(fā)，上述膨脹器使經(jīng)由該蒸發(fā)器的工作流體膨脹以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，上述冷凝器使經(jīng)由該膨脹器的工作流體冷凝，上述泵將經(jīng)由該冷凝器的工作流體送出至上述蒸發(fā)器；以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)，該電動(dòng)發(fā)電機(jī)在定子的內(nèi)側(cè)具有內(nèi)轉(zhuǎn)子并在外側(cè)具有外轉(zhuǎn)子，至少上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)和上述膨脹器將上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的上述內(nèi)轉(zhuǎn)子及上述外轉(zhuǎn)子中的任意一個(gè)轉(zhuǎn)子與上述膨脹器的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并將任意另ー個(gè)轉(zhuǎn)子與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)(技術(shù)方案一)。較為理想的是，上述另ー個(gè)轉(zhuǎn)子以串聯(lián)或并聯(lián)安裝輔助機(jī)的方式與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)(技術(shù)方案ニ)。
此外，較為理想的是，上述廢熱利用系統(tǒng)還包括制冷循環(huán)，該制冷循環(huán)在制冷劑的循環(huán)路上安裝有至少利用內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ壓縮制冷劑的壓縮機(jī)，上述輔助機(jī)是上述壓縮機(jī)(技術(shù)方案三)。較為理想的是，上述壓縮機(jī)是可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)，還包括根據(jù)上述制冷循環(huán)的工作狀況對(duì)該可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)的壓縮容量進(jìn)行可變控制的壓縮容量控制元件(技術(shù)方案四)。
較為理想的是，在內(nèi)燃機(jī)與上述壓縮機(jī)之間具有斷接離合器，該斷接離合器根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)切斷或傳遞經(jīng)由該壓縮機(jī)傳遞至內(nèi)燃機(jī)的上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ(技術(shù)方案五)。在該情況下，較為理想的是，上述膨脹器及上述泵同軸地形成一體，上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)和上述形成一體的膨脹器及泵將上述一個(gè)轉(zhuǎn)子與上述形成一體的膨脹器及泵的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并將上述另ー個(gè)轉(zhuǎn)子與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)(技術(shù)方案六)。較為理想的是，在上述內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)中，還包括電カ回收元件，該電カ回收元件包括貯存通過(guò)上述膨脹器的旋轉(zhuǎn)或內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)由上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的發(fā)電電カ的電池；以及系統(tǒng)控制元件，該系統(tǒng)控制元件根據(jù)該電池的蓄電量控制電カ回收程度(技術(shù)方案七)。
較為理想的是，上述電カ回收元件包括蘭肯輸出檢測(cè)元件，該蘭肯輸出檢測(cè)元件對(duì)上述蘭肯循環(huán)所產(chǎn)生的蘭肯輸出進(jìn)行檢測(cè)；電池蓄電量檢測(cè)元件，該電池蓄電量檢測(cè)元件對(duì)上述電池的蓄電量進(jìn)行檢測(cè)；以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)撾妱?dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)股鲜鲭妱?dòng)發(fā)電機(jī)的上述一個(gè)轉(zhuǎn)子及上述另ー個(gè)轉(zhuǎn)子分別在電動(dòng)機(jī)功能與發(fā)電機(jī)功能之間進(jìn)行切換，上述系統(tǒng)控制元件包括電池要求電カ算出元件，該電池要求電カ算出元件算出上述電カ回收元件所要求的電池要求電カ；以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件，該電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件根據(jù)由該電池要求電カ算出元件算出的電池要求電カ對(duì)上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)M(jìn)行控制，當(dāng)由上述電池要求電カ算出元件算出的電池要求電カ比由上述蘭肯輸出檢測(cè)元件檢測(cè)出的相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ大時(shí)，利用上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件對(duì)上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)M(jìn)行控制，以將上述另ー個(gè)轉(zhuǎn)子切換至發(fā)電機(jī)功能，另ー方面，當(dāng)電池要求電カ低于相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ時(shí)，對(duì)上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)M(jìn)行控制，以將上述另ー個(gè)轉(zhuǎn)子切換至電動(dòng)機(jī)功能，(技術(shù)方案八)。較為理想的是，上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件在將上述另ー個(gè)轉(zhuǎn)子切換至發(fā)電機(jī)功能時(shí)，根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出目標(biāo)值控制上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)，在將上述另ー個(gè)轉(zhuǎn)子切換至電動(dòng)機(jī)功能時(shí)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)輸出目標(biāo)值控制上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)?，分別根據(jù)上述電池要求電力與相當(dāng)于上述蘭肯輸出的電カ之差的絕對(duì)值來(lái)設(shè)定上述發(fā)電機(jī)輸出目標(biāo)值及上述電動(dòng)機(jī)輸出目標(biāo)值(技術(shù)方案九)。 此外，較為理想的是，上述廢熱利用系統(tǒng)還包括上述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)，并且上述系統(tǒng)控制元件包括對(duì)上述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)的輸入電力進(jìn)行控制的蘭肯循環(huán)電動(dòng)輔助機(jī)輸入控制元件，當(dāng)由上述蘭肯輸出檢測(cè)元件檢測(cè)出的相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ至少低于上述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)的輸入電カ時(shí)，上述系統(tǒng)控制元件利用上述蘭肯循環(huán)電動(dòng)輔助機(jī)輸入控制元件停止上述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)的驅(qū)動(dòng)，當(dāng)相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ至少比上述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)的輸入電カ大時(shí)，上述系統(tǒng)控制元件利用上述蘭肯循環(huán)電動(dòng)輔助機(jī)輸入控制元件使上述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)驅(qū)動(dòng)(技術(shù)方案十)。在該情況下，較為理想的是，上述膨脹器及上述泵同軸地形成一體，上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)和上述形成一體的膨脹器及泵將上述一個(gè)轉(zhuǎn)子與上述形成一體的膨脹器及泵的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并將上述另ー個(gè)轉(zhuǎn)子與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)(技術(shù)方案十一)。此外，較為理想的是，上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件控制上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)?，以將上述一個(gè)轉(zhuǎn)子切換至電動(dòng)機(jī)功能或發(fā)電機(jī)功能，上述系統(tǒng)控制元件在由上述蘭肯輸出檢測(cè)元件檢測(cè)出的蘭肯輸出處于固定值以上吋，利用上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件控制上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變兀件，以將上述一個(gè)轉(zhuǎn)子切換至發(fā)電機(jī)功能，另ー方面，在蘭肯輸出低于固定值時(shí)，利用上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件控制上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)?，以將上述ー個(gè)轉(zhuǎn)子切換至電動(dòng)機(jī)功能(技術(shù)方案十二)。另外，本發(fā)明的電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置用于內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，該廢熱利用系統(tǒng)包括蘭肯循環(huán)，該蘭肯循環(huán)在工作流體的循環(huán)路上依次安裝有蒸發(fā)器、膨脹器、冷凝器及泵，其中，上述蒸發(fā)器利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱加熱工作流體以使其蒸發(fā)，上述膨脹器使經(jīng)由該蒸發(fā)器的工作流體膨脹以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，上述冷凝器使經(jīng)由該膨脹器的工作流體冷凝，上述泵將經(jīng)由該冷凝器的工作流體送出至上述蒸發(fā)器，上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置的特征是，包括電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部，該電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部在定子的內(nèi)側(cè)具有內(nèi)轉(zhuǎn)子并在外側(cè)具有外轉(zhuǎn)子；上述膨脹器；以及輸入輸出軸，該輸入輸出軸與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部的上述內(nèi)轉(zhuǎn)子和上述外轉(zhuǎn)子中的任意一個(gè)轉(zhuǎn)子與上述膨脹器的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并且上述內(nèi)轉(zhuǎn)子和上述外轉(zhuǎn)子中的任意另ー個(gè)轉(zhuǎn)子與上述輸入輸出軸連結(jié)(技術(shù)方案十三)。較為理想的是，在電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置中，上述蘭肯循環(huán)的上述泵配置于上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部與上述膨脹器之間，上述泵的驅(qū)動(dòng)軸的一端與上述膨脹器連結(jié)，另一端與上述ー個(gè)轉(zhuǎn)子連結(jié)(技術(shù)方案十四)。
在該情況下，較為理想的是，在上述泵與上述膨脹器之間安裝有單向離合器，該單向離合器將來(lái)自上述膨脹器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ傳遞至上述泵，但不將來(lái)自上述泵的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ傳遞至上述膨脹器(技術(shù)方案十五)。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的廢熱利用系統(tǒng)，在具有蘭肯循環(huán)的系統(tǒng)中，包括在定子的內(nèi)側(cè)具有內(nèi)轉(zhuǎn)子并在外側(cè)具有外轉(zhuǎn)子的電動(dòng)發(fā)電機(jī)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)和蘭肯循環(huán)的膨脹器將電動(dòng)發(fā)電機(jī) 的內(nèi)轉(zhuǎn)子及外轉(zhuǎn)子中的任意一個(gè)轉(zhuǎn)子與膨脹器的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并將任意另ー個(gè)轉(zhuǎn)子與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)(技術(shù)方案一)。因此，能緊湊地構(gòu)成廢熱利用系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間，并且由于內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸和膨脹器與電動(dòng)發(fā)電機(jī)的各轉(zhuǎn)子連結(jié)，因此，能將內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)カ或膨脹器的旋轉(zhuǎn)カ轉(zhuǎn)換為電力，即便在夏季等外部氣溫較高的狀況下，也能使用電動(dòng)發(fā)電機(jī)充分地產(chǎn)生車輛所需的電力。另外，由于內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸與膨脹器經(jīng)由電動(dòng)發(fā)電機(jī)連結(jié)，因此，即便在基于內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)カ的轉(zhuǎn)速比膨脹器的轉(zhuǎn)速大的情況下，膨脹器也不會(huì)受到影響，能在膨脹器的上游側(cè)將工作流體維持成高壓，從而能利用膨脹器的旋轉(zhuǎn)能量通過(guò)電動(dòng)發(fā)電機(jī)輔助內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。另外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，即便在輔助機(jī)與電動(dòng)發(fā)電機(jī)連結(jié)的情況下，也能實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間，井能使用電動(dòng)發(fā)電機(jī)充分地發(fā)電，從而能利用膨脹器的旋轉(zhuǎn)能量通過(guò)電動(dòng)發(fā)電機(jī)輔助內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)カ(技術(shù)方案ニ)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，即便在具有蘭肯循環(huán)和制冷循環(huán)的系統(tǒng)中制冷循環(huán)的壓縮機(jī)與電動(dòng)發(fā)電機(jī)連結(jié)的情況下，也能實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間，井能使用電動(dòng)發(fā)電機(jī)充分地發(fā)電，從而能利用膨脹器的旋轉(zhuǎn)能量通過(guò)電動(dòng)發(fā)電機(jī)輔助內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)カ(技術(shù)方案ニ )。另外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，壓縮機(jī)是可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)，利用壓縮容量控制元件根據(jù)制冷循環(huán)的工作狀況對(duì)該可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)的壓縮容量進(jìn)行可變控制，因此，在制冷循環(huán)的工作要求較小或沒(méi)有制冷循環(huán)的工作要求時(shí)，能通過(guò)降低壓縮容量或使壓縮容量為零來(lái)使壓縮機(jī)避免成為不必要的負(fù)載，從而能使用膨脹器的旋轉(zhuǎn)能量通過(guò)電動(dòng)發(fā)電機(jī)輔助內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)カ(技術(shù)方案四)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，在例如內(nèi)燃機(jī)的閑置啟停時(shí)，通過(guò)切斷斷接離合器，能利用電池的蓄電電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)，來(lái)使壓縮機(jī)工作，從而能使制冷循環(huán)及空調(diào)工作(技術(shù)方案五)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，能利用膨脹器的旋轉(zhuǎn)能量驅(qū)動(dòng)泵，井能利用電動(dòng)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)功能在起動(dòng)蘭肯循環(huán)時(shí)驅(qū)動(dòng)泵，從而能將工作流體良好地供給至膨脹器(技術(shù)方案六)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，由于因膨脹器的旋轉(zhuǎn)或內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)而在電動(dòng)發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的發(fā)電電力被電カ回收元件回收并被貯存在電池中，并利用系統(tǒng)控制元件根據(jù)電池的蓄電量及電池要求電カ控制電カ回收程度，因此，能有效地回收利用在電動(dòng)發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的發(fā)電電力(技術(shù)方案七)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，電カ回收元件包括蘭肯輸出檢測(cè)元件，該蘭肯輸出檢測(cè)元件對(duì)蘭肯循環(huán)所產(chǎn)生的蘭肯輸出進(jìn)行檢測(cè)；電池蓄電量檢測(cè)元件，該電池蓄電量檢測(cè)元件對(duì)電池的蓄電量進(jìn)行檢測(cè)；以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)?，該電?dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變兀件使電動(dòng)發(fā)電機(jī)的ー個(gè)轉(zhuǎn)子及另ー個(gè)轉(zhuǎn)子分別在電動(dòng)機(jī)功能與發(fā)電機(jī)功能之間進(jìn)行切換，系統(tǒng)控制元件包括電池要求電カ算出元件，該電池要求電カ算出元件算出電カ回收元件所要求的電池要求電カ；以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件，該電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件根據(jù)由該電池要求電カ算出元件算出的電池要求電カ對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)M(jìn)行控制，當(dāng)由電池要求電カ算出元件算出的電池要求電カ比由蘭肯輸出檢測(cè)元件檢測(cè)出的相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ大時(shí)，利用電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)M(jìn)行控制，以將另一個(gè)轉(zhuǎn)子切換至發(fā)電機(jī)功能，另ー方面，當(dāng)電池要求電カ低于相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ時(shí)，對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)M(jìn)行控制，以將另一個(gè)轉(zhuǎn)子切換至電動(dòng)機(jī)功能，因此，能根據(jù)電池要求電カ和相當(dāng)于蘭肯輸出的由電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的發(fā)電電力使電動(dòng)發(fā)電機(jī)有 效地在發(fā)電機(jī)功能與電動(dòng)機(jī)功能之間進(jìn)行切換(技術(shù)方案八)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，根據(jù)電池要求電カ與相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ之差的絕對(duì)值分別設(shè)定發(fā)電機(jī)輸出目標(biāo)值及電動(dòng)機(jī)輸出目標(biāo)值，當(dāng)將另ー個(gè)轉(zhuǎn)子切換至發(fā)電機(jī)功能時(shí)，根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出目標(biāo)值控制電動(dòng)發(fā)電機(jī)，當(dāng)將另ー個(gè)轉(zhuǎn)子切換至電動(dòng)機(jī)功能時(shí)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)輸出目標(biāo)值控制電動(dòng)發(fā)電機(jī)，因此，能使另ー個(gè)轉(zhuǎn)子恰當(dāng)?shù)刈鳛榘l(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)工作(技術(shù)方案九)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，當(dāng)由相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ至少低于對(duì)冷凝器進(jìn)行空冷的蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)的輸入電カ時(shí)，停止蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)的驅(qū)動(dòng)，當(dāng)相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ至少比蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)的輸入電カ大時(shí)，使蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此，能防止蘭肯循環(huán)中的能量損失(技術(shù)方案十)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，能ー邊利用系統(tǒng)控制元件有效地回收利用在電動(dòng)發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的發(fā)電電力，ー邊使用膨脹器的旋轉(zhuǎn)能量驅(qū)動(dòng)泵，井能利用電動(dòng)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)功能在起動(dòng)蘭肯循環(huán)時(shí)驅(qū)動(dòng)泵，從而能將工作流體良好地供給至膨脹器(技術(shù)方案i )。另外，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，當(dāng)蘭肯輸出處于固定值以上時(shí)，將ー個(gè)轉(zhuǎn)子切換至發(fā)電機(jī)功能，當(dāng)蘭肯輸出低于固定值時(shí)，將ー個(gè)轉(zhuǎn)子切換至電動(dòng)機(jī)功能，因此，能以所需最小限度的輸入自動(dòng)驅(qū)動(dòng)泵，井能將工作流體良好地供給至膨脹器以起動(dòng)蘭肯循環(huán)(技術(shù)方案十二)。
根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置，其用于包括蘭肯循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，該電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置包括電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部，該電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部在定子的內(nèi)側(cè)具有內(nèi)轉(zhuǎn)子并在外側(cè)具有外轉(zhuǎn)子；膨脹器；以及輸入輸出軸，該輸入輸出軸與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子中的任意一個(gè)轉(zhuǎn)子與膨脹器的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并且內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子中的任意另ー個(gè)轉(zhuǎn)子與輸入輸出軸連結(jié)(技術(shù)方案十三)。因此，能緊湊地構(gòu)成電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置以實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間，并且由于輸入輸出軸和膨脹器與電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部的各轉(zhuǎn)子連結(jié)，因此，能將內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)カ或膨脹器的旋轉(zhuǎn)カ轉(zhuǎn)換為電力，即便在夏季等外部氣溫較高的狀況下，也能使用電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部充分地產(chǎn)生車輛所需的電力。另外，由于輸入輸出軸與膨脹器經(jīng)由電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部連結(jié)，因此，即便在基于內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)カ的轉(zhuǎn)速比膨脹器的轉(zhuǎn)速大的情況下，膨脹器也不會(huì)受到影響，能在膨脹器的上游側(cè)將工作流體維持成高壓，從而能利用膨脹器的旋轉(zhuǎn)能量通過(guò)電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部輔助內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。另外，根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置，能利用膨脹器的旋轉(zhuǎn)能量驅(qū)動(dòng)泵，井能利用電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部的電動(dòng)機(jī)功能在起動(dòng)蘭肯循環(huán)時(shí)驅(qū)動(dòng)泵，從而能將工作流體良好地供給至膨脹器(技術(shù)方案十四)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置，當(dāng)利用電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部的電動(dòng)機(jī)功能驅(qū)動(dòng)泵吋，能使膨脹器避免成為不必要的電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部的負(fù)載(技術(shù)方案十五)。


圖I是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)的示意圖。
圖2是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制程序的流程圖。
圖3是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)的示意圖。
圖4是將泵及膨脹器一體化的流體機(jī)械的縱剖圖。
圖5是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制程序的流程圖。
圖6是表示本發(fā)明第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)的示意圖。
圖7是壓縮機(jī)的縱剖圖。
圖8是表示本發(fā)明第四實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的ー實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
首先，說(shuō)明第一實(shí)施例。
圖I是示意地表示本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)的圖。
廢熱利用系統(tǒng)I例如裝載于車輛，由發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))2、電カ回收電路10、冷卻水回路30、蘭肯回路(蘭肯循環(huán))40構(gòu)成。電カ回收電路(電カ回收元件)10是將由電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的發(fā)電機(jī)功能產(chǎn)生的電力回收至電池(蓄電池)11、并對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)12所具有的膨脹器側(cè)轉(zhuǎn)子及輸出側(cè)轉(zhuǎn)子中的膨脹器側(cè)轉(zhuǎn)子的發(fā)電電力和電池的蓄電量(SOC)進(jìn)行檢測(cè)的電路(蘭肯輸出檢測(cè)元件、電池蓄電量(SOC)檢測(cè)元件)。此外，電カ回收電路10也能在電動(dòng)機(jī)功能與發(fā)電機(jī)功能之間切換電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的上述各轉(zhuǎn)子的功能，并能改變各電動(dòng)機(jī)輸出和各發(fā)電機(jī)負(fù)載(電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)?。另外，在電カ回收電路10中回收的電力被利用為例如車輛的各種電子設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電力。電カ回收電路10與電子控制單元(系統(tǒng)控制元件)(EOT) 150連接，E⑶150例如根據(jù)蓄電量(SOC)的增減變化算出電池要求電量(電池要求電カ算出元件)，并ー邊通過(guò)電力回收電路10在電動(dòng)機(jī)功能與發(fā)電機(jī)功能之間切換電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的各轉(zhuǎn)子的功能，ー邊恰當(dāng)?shù)乜刂瞥姵?1的電カ回收程度等(電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件)。另外，ECU150也恰當(dāng)?shù)乜刂坪笫鎏m肯回路40的電動(dòng)輔助機(jī)即電動(dòng)泵49和電動(dòng)風(fēng)扇43a (蘭肯循環(huán)電動(dòng)輔助機(jī)輸入控制元件)。藉此，電カ回收電路10能高效地回收利用在電動(dòng)發(fā)電機(jī)12中產(chǎn)生的發(fā)電電力。如圖I所示，電動(dòng)發(fā)電機(jī)(電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部)12采用以下結(jié)構(gòu)在定子14的內(nèi)側(cè)具有內(nèi)轉(zhuǎn)子(一個(gè)轉(zhuǎn)子)16，并在外側(cè)具有外轉(zhuǎn)子(另ー個(gè)轉(zhuǎn)子)18，轉(zhuǎn)軸15和轉(zhuǎn)軸17彼此朝相反方向延伸，轉(zhuǎn)軸15與內(nèi)轉(zhuǎn)子16連結(jié)，轉(zhuǎn)軸17與外轉(zhuǎn)子18連結(jié)。
這樣構(gòu)成的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12能根據(jù)流過(guò)定子14的復(fù)合電流、由轉(zhuǎn)軸15引起的內(nèi)轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)、由轉(zhuǎn)軸17引起的外轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)，分別使內(nèi)轉(zhuǎn)子16和外轉(zhuǎn)子18自由地發(fā)揮出上述發(fā)電機(jī)功能和電動(dòng)機(jī)功能。另外，由于電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的詳細(xì)結(jié)構(gòu)在日本專利特開(kāi)平11 一275826號(hào)公報(bào)等中是公知的，因此，在此省略說(shuō)明。冷卻水回路30通過(guò)在與發(fā)動(dòng)機(jī)2的冷卻水通路連通的冷卻水的循環(huán)路32上從沿冷卻水的流動(dòng)方向觀察依次設(shè)置冷卻水熱交換器(蒸發(fā)器)34、均未圖示的散熱器、恒溫 箱、水泵等而構(gòu)成閉合回路，由此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)2進(jìn)行冷卻。
蘭肯回路40通過(guò)在工作流體的循環(huán)路42上從沿工作流體的流動(dòng)方向觀察依次設(shè)置上述冷卻水熱交換器34、廢氣熱交換器41、膨脹器48、蘭肯壓縮機(jī)(冷凝器)43、電動(dòng)泵(蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī))49等而構(gòu)成閉合回路，其中上述膨脹器48因在冷卻水熱交換器34和廢氣熱交換器41中被加熱導(dǎo)致處于過(guò)熱狀態(tài)的工作流體膨脹而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，此外，該蘭肯回路40使用冷卻水熱交換器34與在冷卻水循環(huán)30中循環(huán)的冷卻水之間進(jìn)行熱交換，并使用廢氣熱交換器41與在發(fā)動(dòng)機(jī)2的排氣管3中流動(dòng)的廢氣之間進(jìn)行熱交換，來(lái)回收發(fā)動(dòng)機(jī)2的廢熱。電動(dòng)泵49與E⑶150連接。膨脹器48是渦旋式膨脹器，并采用在外殼內(nèi)收容有渦旋單元的結(jié)構(gòu)。
此外，如圖I所示，上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)12和蘭肯回路40的膨脹器48以電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸15能與膨脹器48的轉(zhuǎn)軸45同軸旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)在一起。另ー方面，在轉(zhuǎn)軸25的帶輪26和發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲柄軸7的帶輪8上掛繞有環(huán)狀的皮帶9，電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸17通過(guò)轉(zhuǎn)軸(輸入輸出軸)25及帶輪26而與發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲柄軸7連結(jié)成能同步旋轉(zhuǎn)。此處，由電動(dòng)發(fā)電機(jī)12、膨脹器48及轉(zhuǎn)軸25構(gòu)成電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置。
另夕卜，如圖I所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲柄軸7與帶輪8之間夾裝有斷接離合器(engagement-disengagement clutch) 6,斷接離合器 6 與 ECU150 連接。
另外，在蘭肯壓縮機(jī)43中設(shè)有對(duì)蘭肯壓縮機(jī)43進(jìn)行空冷的電動(dòng)風(fēng)扇(蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī))43a，電動(dòng)風(fēng)扇43a也與E⑶150連接。以下，對(duì)如上構(gòu)成的本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)的作用進(jìn)行說(shuō)明。
如上所述，在本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)中，電動(dòng)發(fā)電機(jī)12能根據(jù)流過(guò)定子14的復(fù)合電流、由轉(zhuǎn)軸15引起的內(nèi)轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)、由轉(zhuǎn)軸17引起的外轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)來(lái)自由地發(fā)揮出發(fā)電機(jī)功能和電動(dòng)機(jī)功能。在此，外轉(zhuǎn)子18發(fā)揮出發(fā)電機(jī)功能還是電動(dòng)機(jī)功能主要取決于因膨脹器48中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ而產(chǎn)生的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的旋轉(zhuǎn)、即內(nèi)轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的發(fā)電電量(蘭肯輸出)和由ECU15算出的電池要求電力。參照?qǐng)D2, ECU150所執(zhí)行的本發(fā)明第一實(shí)施例的廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制程序表示在流程圖中，以下，根據(jù)該流程圖，對(duì)第一實(shí)施例的廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的發(fā)電機(jī)功能和電動(dòng)機(jī)功能的切換控制詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。
在步驟SlO中，對(duì)蘭肯輸出是否比蘭肯回路40的電動(dòng)輔助機(jī)即電動(dòng)風(fēng)扇43a的輸入與電動(dòng)泵49的輸入之和大進(jìn)行判定。實(shí)際上，判定通過(guò)電カ回收電路10從電動(dòng)發(fā)電機(jī)12檢測(cè)出的相當(dāng)于蘭肯輸出的發(fā)電電力、例如膨脹器48使內(nèi)轉(zhuǎn)子16發(fā)電的發(fā)電電量是否比根據(jù)車速、外部氣溫等信息確定出的電動(dòng)風(fēng)扇43a的輸入電力與電動(dòng)泵49的輸入電力之和大。在判定結(jié)果為真(“是”)的情況下，轉(zhuǎn)移至步驟S12，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)風(fēng)扇43a及電動(dòng)泵49并轉(zhuǎn)移至步驟S18。另ー方面，在判定結(jié)果為假(“否”)的情況下，轉(zhuǎn)移至步驟S14，停止電動(dòng)風(fēng)扇43a及電動(dòng)泵49并轉(zhuǎn)移至步驟S18。S卩，在蘭肯輸出小于電動(dòng)風(fēng)扇43a的輸入與電動(dòng)泵49的輸入之和的情況下,在蘭肯回路40中，電動(dòng)風(fēng)扇43a的輸入及電動(dòng)泵49的輸入比蘭肯輸出大而發(fā)生能量損失，因此，停止電動(dòng)風(fēng)扇43a及電動(dòng)泵49。藉此，能防止蘭肯回路40中的能量損失。
在步驟S18中，為了使膨脹器側(cè)轉(zhuǎn)子即內(nèi)轉(zhuǎn)子16作為發(fā)電機(jī)起作用，改變流過(guò)定子14的復(fù)合電流的特性，以朝電力回收電路10發(fā)出膨脹器側(cè)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)指令。即，在內(nèi)轉(zhuǎn)子16作為電動(dòng)機(jī)電路起作用的情況下，電カ回收電路10將電路切換至發(fā)電機(jī)電路。此時(shí)，控制電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的負(fù)載，以使膨脹器48的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ為最佳。具體而言，調(diào)節(jié)流動(dòng)的電流量。在步驟S20中，判定由E⑶15算出的電池要求電カ是否比相當(dāng)于上述蘭肯輸出的電力、例如膨脹器48使內(nèi)轉(zhuǎn)子16發(fā)電的發(fā)電電量大。在判定結(jié)果為真(“是”)的情況下，轉(zhuǎn)移至步驟S22，發(fā)出輸出側(cè)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)指令，以使輸出側(cè)轉(zhuǎn)子即外轉(zhuǎn)子18作為發(fā)電機(jī)エ作。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)2的常溫狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)等，發(fā)動(dòng)機(jī)2未暖機(jī)，在膨脹器48中不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，不能利用膨脹器48的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ使內(nèi)轉(zhuǎn)子16旋轉(zhuǎn)，從而不能進(jìn)行發(fā)電?；蛘?，即便能利用膨脹器48的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ使內(nèi)轉(zhuǎn)子16進(jìn)行發(fā)電，在由ECU15算出的電池要求電力比膨脹器48使內(nèi)轉(zhuǎn)子16發(fā)電的發(fā)電電量大的情況下，無(wú)法僅用內(nèi)轉(zhuǎn)子16的發(fā)電電量來(lái)滿足電池要求電力。所以，在上述狀況下，存在電池要求電カ的需求，當(dāng)電池要求電カ比膨脹器48使內(nèi)轉(zhuǎn)子16發(fā)電的發(fā)電電量大時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸25利用發(fā)動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)カ使電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的外轉(zhuǎn)子18旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行發(fā)電。或者，通過(guò)使用發(fā)動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)カ使外轉(zhuǎn)子18旋轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行發(fā)電，以彌補(bǔ)不足部分。具體而言，在步驟S24中，將電池要求電カ與相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ之差的絕對(duì)值設(shè)定為發(fā)電機(jī)輸出目標(biāo)值，改變流過(guò)定子14的復(fù)合電流的特性來(lái)使外轉(zhuǎn)子18作為發(fā)電機(jī)工作，以使外轉(zhuǎn)子18作為發(fā)電機(jī)的輸出達(dá)到發(fā)電機(jī)輸出目標(biāo)值。藉此，能恰當(dāng)?shù)厥雇廪D(zhuǎn)子18作為發(fā)電機(jī)工作。另ー方面，在步驟S20的判定結(jié)果為假(“否”)的情況下，轉(zhuǎn)移至步驟S26，發(fā)出輸出側(cè)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)指令，以使輸出側(cè)轉(zhuǎn)子即外轉(zhuǎn)子18作為電動(dòng)機(jī)工作。
在由ECU15算出的電池要求電カ比膨脹器48使內(nèi)轉(zhuǎn)子16發(fā)電的發(fā)電電量小的情況下，僅用內(nèi)轉(zhuǎn)子16的發(fā)電電量就能滿足電池要求電力。另外，此時(shí)，內(nèi)轉(zhuǎn)子16的發(fā)電電量相對(duì)于電池要求電カ產(chǎn)生剩余電力，但能使用該剩余電カ來(lái)使外轉(zhuǎn)子18旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)電池要求電カ小于相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ時(shí)，例如當(dāng)膨脹器48使內(nèi)轉(zhuǎn)子16發(fā)電的發(fā)電電量處于電池要求電カ以上時(shí)，利用膨脹器48的旋轉(zhuǎn)能量來(lái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。
具體而言，在步驟S28中，將電池要求電カ與相當(dāng)于蘭肯輸出的電カ之差的絕對(duì)值設(shè)定為電動(dòng)機(jī)輸出目標(biāo)值，改變流過(guò)定子14的復(fù)合電流的特性并使外轉(zhuǎn)子18作為電動(dòng)機(jī)エ作，以使外轉(zhuǎn)子18作為電動(dòng)機(jī)的輸出變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)輸出目標(biāo)值。藉此，能恰當(dāng)?shù)厥雇廪D(zhuǎn)子18作為電動(dòng)機(jī)工作。這樣，在本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)中，將蘭肯回路40的膨脹器48和具有內(nèi)轉(zhuǎn)子16及外轉(zhuǎn)子18的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12連結(jié)成電動(dòng)發(fā)電機(jī)12串聯(lián)地位于發(fā)動(dòng)機(jī)2的帶輪8與膨脹器48之間，并將環(huán)狀的皮帶9掛繞于發(fā)動(dòng)機(jī)2的帶輪8和帶輪26之間，從而根據(jù)蘭肯回路40的蘭肯輸出使電動(dòng)發(fā)電機(jī)12作為發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)起作用。因此，無(wú)需另行設(shè)置交流發(fā)電機(jī)(alternator),能緊湊地構(gòu)成上述電動(dòng)發(fā)電機(jī) 12、膨脹器48及轉(zhuǎn)軸25 (電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置)，并且，能ー邊用發(fā)動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ彌補(bǔ)膨脹器48的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ的不足部分，一邊將電動(dòng)發(fā)電機(jī)12用作交流發(fā)電機(jī)，或者能根據(jù)由內(nèi)轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的發(fā)電電量容易、無(wú)浪費(fèi)且高效地用膨脹器48的旋轉(zhuǎn)能量輔助發(fā)動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。例如，即便在夏季等外部氣溫較高的狀況下，也能用電動(dòng)發(fā)電機(jī)12充分地產(chǎn)生車輛所需的電力，另外，即便在由發(fā)動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)カ產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速比膨脹器48的轉(zhuǎn)速大的情況下，也不會(huì)對(duì)膨脹器48施加影響，能在膨脹器48的上游側(cè)將工作流體維持成高壓，從而能利用膨脹器48的旋轉(zhuǎn)能量經(jīng)由電動(dòng)發(fā)電機(jī)12來(lái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)力。藉此，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間，井能有效地同時(shí)實(shí)現(xiàn)基于電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的發(fā)電和基于膨脹器48的旋轉(zhuǎn)能量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)カ的輔助。
接著，對(duì)第二實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖3是示意地表示本發(fā)明第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)的圖。在第二實(shí)施例中，就在蘭肯回路40中使工作流體循環(huán)的泵和膨脹器配置成能同軸旋轉(zhuǎn)這點(diǎn)與第一實(shí)施例不同，以下，對(duì)與上述第一實(shí)施例不同的部分進(jìn)行說(shuō)明。
如圖3所示，蘭肯回路40的泵46夾裝于冷卻水熱交換器34與蘭肯壓縮機(jī)43之間，泵46和膨脹器48以能同軸旋轉(zhuǎn)的方式一體構(gòu)成為流體機(jī)械44。參照?qǐng)D4，示出了流體機(jī)械44的縱剖圖，以下，對(duì)流體機(jī)械44的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。
泵46是為了使工作流體在循環(huán)路42中循環(huán)而被轉(zhuǎn)軸45驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的例如可變?nèi)萘渴奖?，配置成能通過(guò)轉(zhuǎn)軸45旋轉(zhuǎn)。
膨脹器48是與上述第一實(shí)施例相同的渦旋式膨脹器，并采用在外殼47內(nèi)收容有渦旋單元的結(jié)構(gòu)。渦旋單元由定渦盤90和相對(duì)于定渦盤90進(jìn)行公轉(zhuǎn)回旋運(yùn)動(dòng)的動(dòng)渦盤92構(gòu)成。
在動(dòng)渦盤92的與定渦盤90相反ー側(cè)的背面形成有軸套部94，在軸套部94內(nèi)通過(guò)向心
軸承95插入偏心軸襯96。
在偏心軸襯96內(nèi)插入曲柄銷98，曲柄銷98與轉(zhuǎn)軸45的靠渦旋單元ー側(cè)的端部在從軸心偏心的位置連結(jié)在一起，藉此，動(dòng)渦盤92以不自轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行公轉(zhuǎn)回旋運(yùn)動(dòng)。另外，轉(zhuǎn)軸45的靠渦旋単元一側(cè)的端部和曲柄銷98通過(guò)單向離合器100而連結(jié)，該單向離合器100將膨脹器48的動(dòng)渦盤92的旋轉(zhuǎn)傳遞至轉(zhuǎn)軸45但不相反地進(jìn)行傳遞。因此，在轉(zhuǎn)軸45的轉(zhuǎn)速比動(dòng)渦盤92的回旋速度大的情況下，轉(zhuǎn)軸45的旋轉(zhuǎn)不會(huì)傳遞至動(dòng)渦盤92、即膨脹器48，僅在動(dòng)渦盤92的回旋速度比轉(zhuǎn)軸45的轉(zhuǎn)速大的情況下，旋轉(zhuǎn)從動(dòng)渦盤92、即膨脹器48 —側(cè)傳遞至轉(zhuǎn)軸45。藉此，在蘭肯回路40中，工作流體以從泵46經(jīng)由冷卻水熱交換器34、廢氣熱交換器41、膨脹器48、蘭肯壓縮機(jī)43而返回至泵46的方式在循環(huán)路42中循環(huán)，通過(guò)工作流體的膨脹在膨脹器48中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。
這樣，第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)中，一體地設(shè)置使工作流體在蘭肯回路40中循環(huán)的泵46和膨脹器48以作為流體機(jī)械44。此處，在第二實(shí)施例中，由電動(dòng)發(fā)電機(jī)12、泵46、膨脹器48及轉(zhuǎn)軸25構(gòu)成電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置。
參照?qǐng)D5，ECU150所執(zhí)行的本發(fā)明第二實(shí)施例的廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制程序表示在流程圖中，以下，根據(jù)該流程圖，對(duì)第二實(shí)施例的廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的發(fā)電機(jī)功能和電動(dòng)機(jī)功能的切換控制詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。在第二實(shí)施例中，由于泵46與膨脹器48 —體構(gòu)成，因此，蘭肯回路40的電動(dòng)輔助機(jī)只是電動(dòng)風(fēng)扇43a。因此,在步驟S10’中，判定蘭肯輸出是否比電動(dòng)風(fēng)扇43a的輸入大。實(shí)際上，判定通過(guò)電カ回收電路10從電動(dòng)發(fā)電機(jī)12檢測(cè)出的相當(dāng)于蘭肯輸出的電力、例如驅(qū)動(dòng)泵46之后的膨脹器48使內(nèi)轉(zhuǎn)子16發(fā)電的發(fā)電電量是否比根據(jù)車速、外部氣溫等信息確定出的電動(dòng)風(fēng)扇43a的輸入電カ大。在判定結(jié)果為真(“是”)的情況下，轉(zhuǎn)移至步驟S12’，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)風(fēng)扇43a并轉(zhuǎn)移至步驟S16。另ー方面，在判定結(jié)果為假(“否”)的情況下，轉(zhuǎn)移至步驟S14’，停止電動(dòng)風(fēng)扇43a并轉(zhuǎn)移至步驟S18。S卩，在蘭肯輸出低于電動(dòng)風(fēng)扇43a的輸入的情況下,在蘭肯回路40中電動(dòng)風(fēng)扇43a的輸入比蘭肯輸出大，發(fā)生能量損失，因此，停止電動(dòng)風(fēng)扇43a。藉此，能防止蘭肯回路40中的能量損失。
在接下來(lái)的步驟S16中，判定蘭肯回路40是否能自動(dòng)工作、即泵側(cè)轉(zhuǎn)子在沒(méi)有外部輸入的情況下是否能工作。即，判定在膨脹器48中是否產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ并使泵側(cè)轉(zhuǎn)子即內(nèi)轉(zhuǎn)子16旋轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行發(fā)電。具體而言，當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子16作為發(fā)電機(jī)起作用時(shí)，根據(jù)由內(nèi)轉(zhuǎn)子16的發(fā)電產(chǎn)生的輸出電流是否處于固定值以上，或者，當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子16作為電動(dòng)機(jī)起作用時(shí)，根據(jù)膨脹器48輔助內(nèi)轉(zhuǎn)子16來(lái)使內(nèi)轉(zhuǎn)子16工作的電動(dòng)機(jī)電流是否處于規(guī)定值以下(與由內(nèi)轉(zhuǎn)子16的發(fā)電產(chǎn)生的輸出電流處于固定值以上的情況同義)，來(lái)判定蘭肯回路40是否能自動(dòng)工作。在步驟S16的判定結(jié)果為真(“是”)的情況下，轉(zhuǎn)移至步驟S18，為了使泵側(cè)轉(zhuǎn)子即內(nèi)轉(zhuǎn)子16作為發(fā)電機(jī)工作，改變流過(guò)定子14的復(fù)合電流的特性，以朝電力回收電路10發(fā)出泵側(cè)發(fā)電機(jī)指令。即，在內(nèi)轉(zhuǎn)子16作為電動(dòng)機(jī)電路起作用的情況下，電カ回收電路10將電路切換至發(fā)電機(jī)電路。此時(shí)，控制電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的負(fù)載，以使膨脹器48的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ為最佳。具體而目，調(diào)節(jié)流動(dòng)的電流量。另ー方面，在步驟S16的判定結(jié)果為假(“否”)的情況下，轉(zhuǎn)移至步驟S19，為了使泵側(cè)轉(zhuǎn)子即內(nèi)轉(zhuǎn)子16作為電動(dòng)機(jī)工作，改變流過(guò)定子14的復(fù)合電流的特性，以發(fā)出泵側(cè)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)指令。即，在第二實(shí)施例中，由于泵46與膨脹器48 —體構(gòu)成，因此，在蘭肯回路40不自動(dòng)工作的情況下，使電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的內(nèi)轉(zhuǎn)子16作為電動(dòng)機(jī)起作用，以利用電動(dòng)發(fā)電機(jī)12使泵46工作。藉此，在起動(dòng)蘭肯回路40吋，能利用電動(dòng)發(fā)電機(jī)12使泵46工作，以使工作流體在循環(huán)路42內(nèi)循環(huán)。
在步驟S20中，與上述第一實(shí)施例相同，判定由ECU15算出的電池要求電カ是否比相當(dāng)于上述蘭肯輸出的電力、例如膨脹器48使內(nèi)轉(zhuǎn)子16發(fā)電的發(fā)電電量大。在步驟S20的判定結(jié)果為真(“是”)的情況下，轉(zhuǎn)移至步驟S22，為了使輸出側(cè)轉(zhuǎn)子即外轉(zhuǎn)子18作為發(fā)電機(jī)工作，改變流過(guò)定子14的復(fù)合電流的特性，以發(fā)出輸出側(cè)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)指令，另ー方面，在判定結(jié)果為假(“否”)的情況下，轉(zhuǎn)移至步驟S26，為了使輸出側(cè)轉(zhuǎn)子即外轉(zhuǎn)子18作為電動(dòng)機(jī)工作，改變流過(guò)定子14的復(fù)合電流的特性，以發(fā)出輸出側(cè)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)指令。這樣，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，即便在蘭肯回路40中設(shè)置泵46的情況下，也與上述第一實(shí)施例相同，能實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間，井能有效地同時(shí)實(shí)現(xiàn)基于 電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的發(fā)電和基于膨脹器48的旋轉(zhuǎn)能量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)カ的輔助。
另外，由于電動(dòng)發(fā)電機(jī)12能利用外轉(zhuǎn)子18的發(fā)電電力的一部分經(jīng)由定子14使內(nèi)轉(zhuǎn)子16發(fā)揮出電動(dòng)機(jī)功能，因此，尤其在第二實(shí)施例中，能利用在內(nèi)轉(zhuǎn)子16中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)制使流體機(jī)械44的泵46工作。藉此，能使工作流體在循環(huán)路42內(nèi)循環(huán)，并將工作流體良好地供給至膨脹器48以起動(dòng)蘭肯回路40。例如，當(dāng)起動(dòng)蘭肯回路40時(shí)，能使內(nèi)轉(zhuǎn)子16作為電動(dòng)機(jī)工作，以驅(qū)動(dòng)泵46，從而能將工作流體良好地供給至膨脹器48以起動(dòng)蘭肯回路40。另外，當(dāng)強(qiáng)制使泵46工作吋，由于在轉(zhuǎn)軸45與膨脹器48的曲柄銷98之間夾裝有單向離合器100，因此，膨脹器48不會(huì)成為不需要的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的負(fù)載。
接著，對(duì)第三實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖6是示意地表示本發(fā)明第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)的圖。在第三實(shí)施例中，還包括空調(diào)回路(制冷循環(huán))20，就將空調(diào)回路20的壓縮機(jī)(壓縮器)24與電動(dòng)發(fā)電機(jī)12連結(jié)這點(diǎn)與第二實(shí)施例不同，以下，對(duì)與上述第二實(shí)施例不同的部分進(jìn)行說(shuō)明。
如上述圖所示，上述空調(diào)回路20的壓縮機(jī)24、電動(dòng)發(fā)電機(jī)12以及將蘭肯回路40的泵46和膨脹器48 —體化而成的流體機(jī)械44以能同軸旋轉(zhuǎn)的方式與電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸15連結(jié)，另ー方面，電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸17以能同軸旋轉(zhuǎn)的方式與壓縮機(jī)24的轉(zhuǎn)軸25連結(jié)。此外，在轉(zhuǎn)軸25的帶輪26和發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲柄軸7的帶輪8上掛繞有環(huán)狀的皮帶9?？照{(diào)回路20在制冷劑的循環(huán)路22上從制冷劑的流動(dòng)方向觀察依次夾裝有壓縮機(jī)(壓縮器)24、均未圖示的空調(diào)壓縮機(jī)、氣液分離器、膨脹閥、蒸發(fā)器等而構(gòu)成閉合回路，通過(guò)使車室內(nèi)的空氣流過(guò)該蒸發(fā)器以在空氣與制冷劑之間進(jìn)行熱交換，從而進(jìn)行例如車輛的車室內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)。
在此，壓縮機(jī)24主要因通過(guò)環(huán)狀的皮帶9及帶輪26傳遞至轉(zhuǎn)軸25的發(fā)動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ而被驅(qū)動(dòng)，從而對(duì)在上述蒸發(fā)器中蒸發(fā)后的制冷劑進(jìn)行壓縮以使其處于過(guò)熱蒸汽的狀態(tài)。此外，從壓縮機(jī)24排出的制冷劑在上述空調(diào)壓縮機(jī)中被冷凝液化，該液化后的液體制冷劑經(jīng)由上述氣液分離器，在上述膨脹閥中膨脹之后被朝上述蒸發(fā)器送出。參照?qǐng)D7，示出了壓縮機(jī)24的縱剖圖，以下，對(duì)壓縮機(jī)24的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。如圖7所示，在壓縮機(jī)24中貫穿有轉(zhuǎn)軸25，在轉(zhuǎn)軸25的一端安裝有帶輪26。
壓縮機(jī)24是斜板式可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)，并在外殼50的一端依次氣密地配置有缸體52、閥板54及汽缸蓋56。此外，在外殼50與缸體52之間形成有曲柄室58。在汽缸蓋56上形成有吸入端ロ及排出端ロ，在汽缸蓋56的內(nèi)部形成有與吸入端ロ或排出端ロ連通的吸入室60及排出室62。
吸入室60經(jīng)由吸入簧片閥(未圖示)與缸體52的各缸膛64連通，排出室62經(jīng)由排出簧片閥63與各缸膛64連通。另外，雖未圖示，但排出室62經(jīng)由連通路與曲柄室58連通，在該連通路上配置有電磁閥。該電磁閥與E⑶150電連接并通過(guò)E⑶150的控制進(jìn)行開(kāi)閉動(dòng)作，從而斷續(xù)地使排出室62和曲柄室58連通。 在缸體52的各缸膛64內(nèi)從曲柄室58側(cè)以能自由往復(fù)移動(dòng)的方式插入活塞66,活塞66的尾部突出至曲柄室58內(nèi)。
另ー方面，轉(zhuǎn)軸25貫穿曲柄室58、缸體52、閥板54及汽缸蓋56，并通過(guò)兩個(gè)向心軸承27,28以能自由旋轉(zhuǎn)的方式支承于外殼50及缸體52。另外，在轉(zhuǎn)軸25上的位于比向心軸承27更靠帶輪26 —側(cè)的位置安裝有唇形密封29。在轉(zhuǎn)軸25與上述活塞66的尾部之間設(shè)有用于將轉(zhuǎn)軸25的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為活塞66的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。
作為轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，首先在轉(zhuǎn)軸25上固定有圓盤狀的轉(zhuǎn)子70，并在轉(zhuǎn)子70與外殼50之間配置有推力軸承72。
此外，在轉(zhuǎn)軸25的轉(zhuǎn)子70與缸體52之間的部分外嵌有圓筒狀的斜板軸套74，斜板軸套74通過(guò)鉸鏈76而與轉(zhuǎn)子70連結(jié)。詳細(xì)而言，斜板軸套74的內(nèi)周面呈球狀的凹面，斜板軸套74與以自由滑動(dòng)的方式外嵌于轉(zhuǎn)軸25的套筒78的球狀的外周面滑動(dòng)接觸。即，斜板軸套74能相對(duì)于轉(zhuǎn)軸25傾動(dòng)，井能與轉(zhuǎn)軸25 —體旋轉(zhuǎn)。另外，在套筒78與轉(zhuǎn)子70之間以外嵌于轉(zhuǎn)軸25的方式配置有壓縮螺旋彈簧79。在斜板軸套74上嵌合有圓環(huán)狀的斜板80，該斜板80以能一體旋轉(zhuǎn)的方式固定于斜板軸套74，斜板80的外周部位于在活塞66的尾部形成的凹處內(nèi)。在各尾部的凹處形成有遠(yuǎn)離活塞66的軸線方向的ー對(duì)球面座，配置于球面座的ー對(duì)半球狀的滑履82以從厚度方向兩側(cè)夾住斜板80的方式與斜板80的外周部滑動(dòng)接觸。藉此，在壓縮機(jī)24中，當(dāng)轉(zhuǎn)軸25旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)即轉(zhuǎn)子70、鉸鏈76、斜板軸套74、斜板80及滑履82而轉(zhuǎn)換為活塞66的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。此外，通過(guò)各活塞66的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將吸入室60內(nèi)的制冷劑經(jīng)由吸入簧片閥吸入缸膛64并缸膛64內(nèi)加以壓縮，壓縮后的制冷劑經(jīng)由排出簧片閥63、排出室62而排出至循環(huán)路22。此時(shí)，從壓縮機(jī)24排出的制冷劑的排出量伴隨著利用ECU150開(kāi)閉上述電磁閥使曲柄室58內(nèi)的壓カ(背壓)升降而變化。詳細(xì)而言，斜板80根據(jù)作用于活塞66的壓縮反力、背壓及作用于斜板80的壓縮螺旋彈簧79的作用力的平衡的變化而傾動(dòng)，通過(guò)使各活塞66的行程長(zhǎng)度增減來(lái)使制冷劑的排出容量(壓縮容量)增減變化(壓縮容量控制元件)。因此，即便在例如無(wú)需使空調(diào)回路20工作的情況或欲抑制空調(diào)回路20的輸出的情況下即空調(diào)回路20的工作要求較小或沒(méi)有空調(diào)回路20的工作要求的情況下，也能通過(guò)利用上述電磁閥的開(kāi)度使背壓上升來(lái)減小斜板80的傾斜程度，井能通過(guò)降低制冷劑的排出容量來(lái)限制壓縮機(jī)24的工作。這樣，在本發(fā)明第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)中，將空調(diào)回路20的壓縮機(jī)24、具有內(nèi)轉(zhuǎn)子16和外轉(zhuǎn)子18的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12以及將蘭肯回路40的泵46與膨脹器48 —體化而成的流體機(jī)械44構(gòu)成為電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸15以能同軸旋轉(zhuǎn)的方式與流體機(jī)械44的轉(zhuǎn)軸45連結(jié)，另ー方面，電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸17以能同軸旋轉(zhuǎn)的方式與壓縮機(jī)24的轉(zhuǎn)軸25連結(jié)。另外，關(guān)于廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制程序，在第三實(shí)施例中，可直接使用上述圖5的流程圖。
因此，根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，即便在設(shè)置空調(diào)回路20的壓縮機(jī)24的情況下，與上述相同，也無(wú)需另行設(shè)置交流發(fā)電機(jī)，能實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間并緊湊地構(gòu)成上述壓縮機(jī)24、電動(dòng)發(fā)電機(jī)12及流體機(jī)械44，此外，能用發(fā)動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ彌補(bǔ)膨脹器48的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ的不足部分，還能將電動(dòng)發(fā)電機(jī)12用作交流發(fā)電機(jī)，或者能根據(jù)由內(nèi)轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的發(fā)電電量容易、無(wú)浪費(fèi)且高效地用膨脹器48的旋轉(zhuǎn)能量輔助壓縮機(jī)24和發(fā)動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ，從而能有效地同時(shí)實(shí)現(xiàn)基于電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的發(fā)電和基于膨脹器48的旋轉(zhuǎn)能量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)カ的輔助。另外，通過(guò)將壓縮機(jī)24設(shè)為斜板式可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)，在空調(diào)回路20的工作要求較小或沒(méi)有空調(diào)回路20的工作要求的情況下，能使壓縮機(jī)24避免成為不必要的負(fù)載，從而能使用膨脹器48的旋轉(zhuǎn)能量良好地輔助發(fā)動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。
此時(shí)，由于壓縮機(jī)24是斜板式可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)，并可根據(jù)空調(diào)回路20的工作狀況對(duì)壓縮機(jī)24的排出容量進(jìn)行可變控制，因此，在空調(diào)回路20的工作要求較小或沒(méi)有空調(diào)回路20的工作要求的情況下，能降低壓縮機(jī)24的排出容量或使壓縮機(jī)24的排出容量為零，以限制壓縮機(jī)24的工作來(lái)避免成為負(fù)載，從而能使用膨脹器48的旋轉(zhuǎn)能量良好地輔助發(fā)動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。另外，此處，在包括將泵46與膨脹器48 —體化而成的流體機(jī)械44的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中増加了空調(diào)回路20的壓縮機(jī)24，但也可在不具有泵46而僅由膨脹器48構(gòu)成的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中設(shè)置壓縮機(jī)24。
另外，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)2閑置啟停時(shí)，切斷斷接離合器6，以將經(jīng)由壓縮機(jī)24傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)2的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)カ阻斷。這樣，在閑置啟停時(shí)，通過(guò)切斷斷接離合器6，即便在閑置啟停時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)2暫時(shí)停止的情況下，也能利用電池11的蓄電電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)12，井能使壓縮機(jī)24工作，從而能使空調(diào)回路20良好地工作。
在本實(shí)施例中，壓縮機(jī)24與電動(dòng)發(fā)電機(jī)12串聯(lián)連結(jié)，但也可在圖I、圖3的結(jié)構(gòu)中使壓縮機(jī)24與帶輪26并聯(lián)連結(jié)或與皮帶9接觸而被驅(qū)動(dòng)，藉此，在例如閑置啟停時(shí)，通過(guò)切斷斷接離合器6，能利用電池11的蓄電電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)12，井能使壓縮機(jī)24工作，從而能使空調(diào)回路20良好地工作。接著，對(duì)第四實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖8是示意地表示本發(fā)明第四實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)的圖。
在第四實(shí)施例中，就以被發(fā)動(dòng)機(jī)2驅(qū)動(dòng)的輔助機(jī)24’代替空調(diào)回路20的壓縮機(jī)24與 電動(dòng)發(fā)電機(jī)12連結(jié)這點(diǎn)與第三實(shí)施例不同。但是，關(guān)于廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制程序，與第三實(shí)施例相同，可直接使用上述圖5的流程圖。
在此，作為被發(fā)動(dòng)機(jī)2驅(qū)動(dòng)的輔助機(jī)24’，例如可使用用于動(dòng)カ轉(zhuǎn)向的油泵等，但并不限于此。
這樣，即便在將被發(fā)動(dòng)機(jī)2驅(qū)動(dòng)的輔助機(jī)24’與電動(dòng)發(fā)電機(jī)12連結(jié)以代替空調(diào)回路20的壓縮機(jī)24的情況下，與上述相同，也能實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間，井能有效地同時(shí)實(shí)現(xiàn)基于電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的發(fā)電和基于膨脹器48的旋轉(zhuǎn)能量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)カ的輔助。以上是對(duì)本發(fā)明ー實(shí)施方式的說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，能在不脫離本發(fā)明思想的范圍內(nèi)進(jìn)行各種改變。
例如，在上述實(shí)施方式中，將電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的內(nèi)轉(zhuǎn)子16通過(guò)轉(zhuǎn)軸15與膨脹器48或流體機(jī)械44連結(jié)，并將外轉(zhuǎn)子18通過(guò)轉(zhuǎn)軸17與帶輪26、壓縮機(jī)24或輔助機(jī)24’連結(jié)，但相反地，也可將內(nèi)轉(zhuǎn)子16與帶輪26、壓縮機(jī)24或輔助機(jī)24’連結(jié)，并將外轉(zhuǎn)子18與膨脹器48或流體機(jī)械44連結(jié)。

另外，在上述實(shí)施方式中，將壓縮機(jī)24設(shè)為斜板式可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)，但只要壓縮機(jī)24是可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)即可，并不限于斜板壓縮機(jī)。
另外，在上述實(shí)施方式中，在發(fā)動(dòng)機(jī)2的帶輪8和轉(zhuǎn)軸25的帶輪26上掛繞有環(huán)狀的皮帶9以將發(fā)動(dòng)機(jī)2的帶輪8和轉(zhuǎn)軸25的帶輪26彼此連結(jié)，但在作為發(fā)動(dòng)機(jī)2的另ー輔助機(jī)而配置有例如冷卻風(fēng)扇、增壓器、水泵等的情況下，并不限定于在上述另ー輔助機(jī)的帶輪上掛繞皮帶9。此外，也可利用齒輪等代替皮帶9將發(fā)動(dòng)機(jī)2的帶輪8、轉(zhuǎn)軸25的帶輪26及另ー輔助機(jī)連結(jié)。另外，在上述實(shí)施方式中，蘭肯回路40通過(guò)冷卻水熱交換器34與在冷卻水回路30中循環(huán)的冷卻水之間進(jìn)行熱交換，并通過(guò)廢氣熱交換器41與在發(fā)動(dòng)機(jī)2的排氣管3中流動(dòng)的廢氣之間進(jìn)行熱交換來(lái)回收發(fā)動(dòng)機(jī)2的廢熱，但也可利用上述任意ー個(gè)熱交換器回收發(fā)動(dòng)機(jī)2的廢熱。
(符號(hào)說(shuō)明)I廢熱利用系統(tǒng) 2發(fā)動(dòng)機(jī)
8、26帶輪 9皮帶
10電カ回收電路 12電動(dòng)發(fā)電機(jī) 14定子 15、17轉(zhuǎn)軸
16內(nèi)轉(zhuǎn)子(一個(gè)轉(zhuǎn)子)
18外轉(zhuǎn)子(另ー個(gè)轉(zhuǎn)子)
20空調(diào)回路(制冷循環(huán))
24壓縮機(jī)
24’輔助機(jī)
25轉(zhuǎn)軸
30冷卻水回路
40蘭肯回路(蘭肯循環(huán))43蘭肯壓縮機(jī)(冷凝器)
43a電動(dòng)風(fēng)扇
44流體機(jī)械
46泵
45轉(zhuǎn)軸 48膨脹器
49電動(dòng)泵
150ECU
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于，包括 蘭肯循環(huán)，該蘭肯循環(huán)在工作流體的循環(huán)路上依次安裝有蒸發(fā)器、膨脹器、冷凝器及泵，其中，所述蒸發(fā)器利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱加熱工作流體以使其蒸發(fā)，所述膨脹器使經(jīng)由該蒸發(fā)器的工作流體膨脹以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，所述冷凝器使經(jīng)由該膨脹器的工作流體冷凝，所述泵將經(jīng)由該冷凝器的工作流體送出至所述蒸發(fā)器；以及 電動(dòng)發(fā)電機(jī)，該電動(dòng)發(fā)電機(jī)在定子的內(nèi)側(cè)具有內(nèi)轉(zhuǎn)子并在外側(cè)具有外轉(zhuǎn)子， 至少所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)和所述膨脹器將所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的所述內(nèi)轉(zhuǎn)子及所述外轉(zhuǎn)子中的任意一個(gè)轉(zhuǎn)子與所述膨脹器的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并將任意另一個(gè)轉(zhuǎn)子與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)。
2.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述另一個(gè)轉(zhuǎn)子以串聯(lián)或并聯(lián)安裝輔助機(jī)的方式與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述廢熱利用系統(tǒng)還包括制冷循環(huán)，該制冷循環(huán)在制冷劑的循環(huán)路上安裝有至少利用內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力壓縮制冷劑的壓縮機(jī)， 所述輔助機(jī)是所述壓縮機(jī)。
4.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述壓縮機(jī)是可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)， 還包括根據(jù)所述制冷循環(huán)的工作狀況對(duì)該可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)的壓縮容量進(jìn)行可變控制的壓縮容量控制元件。
5.如權(quán)利要求3或4所述的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 在內(nèi)燃機(jī)與所述壓縮機(jī)之間具有斷接離合器，該斷接離合器根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)切斷或傳遞經(jīng)由該壓縮機(jī)傳遞至內(nèi)燃機(jī)的所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。
6.如權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述膨脹器及所述泵同軸地形成一體， 所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)和所述形成一體的膨脹器及泵將所述一個(gè)轉(zhuǎn)子與所述形成一體的膨脹器及泵的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并將所述另一個(gè)轉(zhuǎn)子與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)。
7.如權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 還包括 電力回收元件，該電力回收元件包括貯存通過(guò)所述膨脹器的旋轉(zhuǎn)或內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)由所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的發(fā)電電力的電池；以及 系統(tǒng)控制元件，該系統(tǒng)控制元件根據(jù)該電池的蓄電量控制電力回收程度。
8.如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述電力回收元件包括 蘭肯輸出檢測(cè)元件，該蘭肯輸出檢測(cè)元件對(duì)所述蘭肯循環(huán)所產(chǎn)生的蘭肯輸出進(jìn)行檢測(cè)； 電池蓄電量檢測(cè)元件，該電池蓄電量檢測(cè)元件對(duì)所述電池的蓄電量進(jìn)行檢測(cè)；以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)?，該電?dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)顾鲭妱?dòng)發(fā)電機(jī)的所述一個(gè)轉(zhuǎn)子及所述另一個(gè)轉(zhuǎn)子分別在電動(dòng)機(jī)功能與發(fā)電機(jī)功能之間進(jìn)行切換， 所述系統(tǒng)控制元件包括 電池要求電力算出元件，該電池要求電力算出元件算出所述電力回收元件所要求的電池要求電力；以及 電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件，該電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件根據(jù)由該電池要求電力算出元件算出的電池要求電力對(duì)所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)M(jìn)行控制， 當(dāng)由所述電池要求電力算出元件算出的電池要求電力比由所述蘭肯輸出檢測(cè)元件檢測(cè)出的相當(dāng)于蘭肯輸出的電力大時(shí)，利用所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件對(duì)所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)M(jìn)行控制，以將所述另一個(gè)轉(zhuǎn)子切換至發(fā)電機(jī)功能，另一方面，當(dāng)電池要求電力低于相當(dāng)于蘭肯輸出的電力時(shí)，對(duì)所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)M(jìn)行控制，以將所述另一個(gè)轉(zhuǎn)子切換至電動(dòng)機(jī)功能。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件在將所述另一個(gè)轉(zhuǎn)子切換至發(fā)電機(jī)功能時(shí)，根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出目標(biāo)值控制所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)，在將所述另一個(gè)轉(zhuǎn)子切換至電動(dòng)機(jī)功能時(shí)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)輸出目標(biāo)值控制所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)? 分別根據(jù)所述電池要求電力與相當(dāng)于所述蘭肯輸出的電力之差的絕對(duì)值來(lái)設(shè)定所述發(fā)電機(jī)輸出目標(biāo)值及所述電動(dòng)機(jī)輸出目標(biāo)值。
10.如權(quán)利要求8或9所述的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述廢熱利用系統(tǒng)還包括所述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)，并且所述系統(tǒng)控制元件包括對(duì)所述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)的輸入電力進(jìn)行控制的蘭肯循環(huán)電動(dòng)輔助機(jī)輸入控制元件， 當(dāng)由所述蘭肯輸出檢測(cè)元件檢測(cè)出的相當(dāng)于蘭肯輸出的電力至少低于所述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)的輸入電力時(shí)，所述系統(tǒng)控制元件利用所述蘭肯循環(huán)電動(dòng)輔助機(jī)輸入控制元件停止所述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)的驅(qū)動(dòng)，當(dāng)相當(dāng)于蘭肯輸出的電力至少比所述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)的輸入電力大時(shí)，所述系統(tǒng)控制元件利用所述蘭肯循環(huán)電動(dòng)輔助機(jī)輸入控制元件使所述蘭肯循環(huán)的電動(dòng)輔助機(jī)驅(qū)動(dòng)。
11.如權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述膨脹器及所述泵同軸地形成一體， 所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)和所述形成一體的膨脹器及泵將所述一個(gè)轉(zhuǎn)子與所述形成一體的膨脹器及泵的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并將所述另一個(gè)轉(zhuǎn)子與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)。
12.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件控制所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)?，以將所述一個(gè)轉(zhuǎn)子切換至電動(dòng)機(jī)功能或發(fā)電機(jī)功能， 所述系統(tǒng)控制元件在由所述蘭肯輸出檢測(cè)元件檢測(cè)出的蘭肯輸出處于固定值以上時(shí)，利用所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件控制所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)?，以將所述一個(gè)轉(zhuǎn)子切換至發(fā)電機(jī)功能，在蘭肯輸出低于固定值時(shí)，利用所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制元件控制所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出可變?cè)?，以將所述一個(gè)轉(zhuǎn)子切換至電動(dòng)機(jī)功能。
13.—種電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置，其用于內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)，該廢熱利用系統(tǒng)包括蘭肯循環(huán)，該蘭肯循環(huán)在工作流體的循環(huán)路上依次安裝有蒸發(fā)器、膨脹器、冷凝器及泵，其中，所述蒸發(fā)器利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱加熱工作流體以使其蒸發(fā)，所述膨脹器使經(jīng)由該蒸發(fā)器的工作流體膨脹以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，所述冷凝器使經(jīng)由該膨脹器的工作流體冷凝，所述泵將經(jīng)由該冷凝器的工作流體送出至所述蒸發(fā)器， 所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置的特征在于，包括電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部，該電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部在定子的內(nèi)側(cè)具有內(nèi)轉(zhuǎn)子并在外側(cè)具有外轉(zhuǎn)子； 所述膨脹器；以及 輸入輸出軸，該輸入輸出軸與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)軸連結(jié)， 所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部的所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子中的任意一個(gè)轉(zhuǎn)子與所述膨脹器的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并且所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子中的任意另一個(gè)轉(zhuǎn)子與所述輸入輸出軸連結(jié)。
14.如權(quán)利要求13所述的電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置，其特征在于， 所述蘭肯循環(huán)的所述泵配置于所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)部與所述膨脹器之間， 所述泵的驅(qū)動(dòng)軸的一端與所述膨脹器連結(jié)，另一端與所述一個(gè)轉(zhuǎn)子連結(jié)。
15.如權(quán)利要求14所述的電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置，其特征在于， 在所述泵與所述膨脹器之間安裝有單向離合器，該單向離合器將來(lái)自所述膨脹器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力傳遞至所述泵，但不將來(lái)自所述泵的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力傳遞至所述膨脹器。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)的廢熱利用系統(tǒng)及在該系統(tǒng)中使用的電動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置，將電動(dòng)發(fā)電機(jī)(12)的內(nèi)轉(zhuǎn)子(16)及外轉(zhuǎn)子(18)中的任意一個(gè)轉(zhuǎn)子與蘭肯回路(40)的膨脹器(48)連結(jié)，并將任意另一個(gè)轉(zhuǎn)子與內(nèi)燃機(jī)(2)的轉(zhuǎn)軸(7)連結(jié)。
文檔編號(hào)F01K23/06GK102844528SQ20118001549
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者和田博文, 粕谷潤(rùn)一郎, 中村慎二, 塚本公, 永井宏幸 申請(qǐng)人:三電有限公司