專利名稱：內燃機的廢熱利用系統(tǒng)及在該系統(tǒng)中使用的電動發(fā)電機裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內燃機的廢熱利用系統(tǒng)及在該系統(tǒng)中使用的電動發(fā)電機裝置，詳細而言，涉及優(yōu)選用于回收利用車輛內燃機廢熱的廢熱利用系統(tǒng)及在該系統(tǒng)中使用的電動發(fā)電機裝置。
背景技術：
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、被動カ傳遞裝置、冷凝器及泵，其中，上述蒸發(fā)器利用內燃機的廢熱加熱工作流體以使其蒸發(fā)，上述膨脹器使經由該蒸發(fā)器的高壓的工作流體膨脹以產 生旋轉驅動力，上述被動カ傳遞裝置傳遞在上述膨脹器中產生的旋轉驅動力，上述冷凝器使經由上述膨脹器的工作流體冷凝，上述泵將經由該冷凝器的工作流體送出至上述蒸發(fā)器，O此外，還公開了以下流體機械例如將泵、膨脹器及作為被動カ傳遞裝置的電動發(fā)電機配置在同軸上，在起動蘭肯循環(huán)時，使電動發(fā)電機作為電動機起作用以使泵循環(huán)，另ー方面，在通過制冷劑的循環(huán)使膨脹器開始自動旋轉后，則使電動發(fā)電機作為發(fā)電機起作用(專利文獻I)。
現(xiàn)有技術文獻 專利文獻專利文獻I :日本專利特開2005-30386號公報

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的技術問題在上述專利文獻I所公開的技術中，采用了將電動發(fā)電機作為電動機以驅動泵并在驅動膨脹器時使該電動發(fā)電機作為發(fā)電機起作用的結構，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カ使電動發(fā)電機作為發(fā)電機來發(fā)電是不能充分產生車輛所需要的電カ這樣的問題。在該情況下，為了確保車輛所需的電力，可考慮與現(xiàn)有技術相同地另行將由內燃機驅動的交流發(fā)電機設于車輛。
然而，在一輛車上設置電動發(fā)電機和與現(xiàn)有相同的交流發(fā)電機這兩個發(fā)電機會多余地占據(jù)設置空間，另外，還會導致重量、成本増大，這是不理想的。另ー方面，在如車輛高速行駛時等那樣朝冷凝器的通風量較大、冷凝溫度降低、膨脹比變大的情況下，電動發(fā)電機的發(fā)電電カ有剩余，這是不理想的。
因此，可考慮以下結構的廢熱利用系統(tǒng)例如，將被動カ傳遞裝置設為內燃機，將膨脹器的旋轉驅動カ經由環(huán)狀的皮帶等直接傳遞至內燃機，并也將膨脹器、內燃機的旋轉驅動力傳遞至與膨脹器同軸或分體設置的交流發(fā)電機。
若采用上述結構，則能將膨脹器的旋轉驅動カ傳遞至內燃機，并且僅設置ー個交流發(fā)電機，就能利用膨脹器的旋轉驅動カ及內燃機的旋轉驅動カ進行發(fā)電。
然而，若將膨脹器的旋轉驅動カ經由環(huán)狀的皮帶等直接傳遞至內燃機，則內燃機與膨脹器進行相同的旋轉，因此，在內燃機的轉速相對于膨脹器的旋轉驅動較大的情況下，內燃機強制使來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將工作流體維持成高壓，從而產生膨脹器的輸出降低這樣的問題。即，在內燃機的轉速相對于膨脹器的旋轉驅動較大的情況下，不能將膨脹器的旋轉驅動カ良好地傳遞至內燃機、交流發(fā)電機，從而存在效率較差這樣的問題。本發(fā)明鑒于上述技術問題而作，其目的在于提供內燃機的廢熱利用系統(tǒng)及在該系統(tǒng)中使用的電動發(fā)電機裝置，該內燃機的廢熱利用系統(tǒng)包括使工作流體循環(huán)以在膨脹器中 產生旋轉驅動カ的蘭肯循環(huán)，能利用膨脹器的旋轉能量不浪費且高效地輔助內燃機的驅動力，井能利用膨脹器和內燃機的旋轉驅動カ高效地進行發(fā)電。
解決技術問題所采用的技術方案為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(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)器利用內燃機的廢熱加熱工作流體以使其蒸發(fā)，上述膨脹器使經由該蒸發(fā)器的工作流體膨脹以產生旋轉驅動力，上述冷凝器使經由該膨脹器的工作流體冷凝，上述泵將經由該冷凝器的工作流體送出至上述蒸發(fā)器；以及電動發(fā)電機，該電動發(fā)電機在定子的內側具有內轉子并在外側具有外轉子，至少上述電動發(fā)電機和上述膨脹器將上述電動發(fā)電機的上述內轉子及上述外轉子中的任意一個轉子與上述膨脹器的轉軸連結，并將任意另ー個轉子與內燃機的轉軸連結(技術方案一)。較為理想的是，上述另ー個轉子以串聯(lián)或并聯(lián)安裝輔助機的方式與內燃機的轉軸連結(技術方案ニ)。
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燃機的旋轉驅動カ壓縮制冷劑的壓縮機，上述輔助機是上述壓縮機(技術方案三)。較為理想的是，上述壓縮機是可變容量壓縮機，還包括根據(jù)上述制冷循環(huán)的工作狀況對該可變容量壓縮機的壓縮容量進行可變控制的壓縮容量控制元件(技術方案四)。
較為理想的是，在內燃機與上述壓縮機之間具有斷接離合器，該斷接離合器根據(jù)內燃機的運轉狀態(tài)切斷或傳遞經由該壓縮機傳遞至內燃機的上述電動發(fā)電機的旋轉驅動カ(技術方案五)。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，上述電動發(fā)電機和上述形成一體的膨脹器及泵將上述一個轉子與上述形成一體的膨脹器及泵的轉軸連結，并將上述另ー個轉子與內燃機的轉軸連結(技術方案六)。較為理想的是，在上述內燃機的廢熱利用系統(tǒng)中，還包括電カ回收元件，該電カ回收元件包括貯存通過上述膨脹器的旋轉或內燃機的旋轉由上述電動發(fā)電機產生的發(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元件，該蘭肯輸出檢測元件對上述蘭肯循環(huán)所產生的蘭肯輸出進行檢測；電池蓄電量檢測元件，該電池蓄電量檢測元件對上述電池的蓄電量進行檢測；以及電動發(fā)電機輸出可變元件，該電動發(fā)電機輸出可變元件使上述電動發(fā)電機的上述一個轉子及上述另ー個轉子分別在電動機功能與發(fā)電機功能之間進行切換，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；以及電動發(fā)電機控制元件，該電動發(fā)電機控制元件根據(jù)由該電池要求電カ算出元件算出的電池要求電カ對上述電動發(fā)電機輸出可變元件進行控制，當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元件檢測出的相當于蘭肯輸出的電カ大時，利用上述電動發(fā)電機控制元件對上述電動發(fā)電機輸出可變元件進行控制，以將上述另ー個轉子切換至發(fā)電機功能，另ー方面，當電池要求電カ低于相當于蘭肯輸出的電カ時，對上述電動發(fā)電機輸出可變元件進行控制，以將上述另ー個轉子切換至電動機功能，(技術方案八)。較為理想的是，上述電動發(fā)電機控制元件在將上述另ー個轉子切換至發(fā)電機功能時，根據(jù)發(fā)電機輸出目標值控制上述電動發(fā)電機，在將上述另ー個轉子切換至電動機功能時，根據(jù)電動機輸出目標值控制上述電動發(fā)電機輸出可變元件，分別根據(jù)上述電池要求電力與相當于上述蘭肯輸出的電カ之差的絕對值來設定上述發(fā)電機輸出目標值及上述電動機輸出目標值(技術方案九)。 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)的電動輔助機，并且上述系統(tǒng)控制元件包括對上述蘭肯循環(huán)的電動輔助機的輸入電力進行控制的蘭肯循環(huán)電動輔助機輸入控制元件，當由上述蘭肯輸出檢測元件檢測出的相當于蘭肯輸出的電カ至少低于上述蘭肯循環(huán)的電動輔助機的輸入電カ時，上述系統(tǒng)控制元件利用上述蘭肯循環(huán)電動輔助機輸入控制元件停止上述蘭肯循環(huán)的電動輔助機的驅動，當相當于蘭肯輸出的電カ至少比上述蘭肯循環(huán)的電動輔助機的輸入電カ大時，上述系統(tǒng)控制元件利用上述蘭肯循環(huán)電動輔助機輸入控制元件使上述蘭肯循環(huán)的電動輔助機驅動(技術方案十)。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，上述電動發(fā)電機和上述形成一體的膨脹器及泵將上述一個轉子與上述形成一體的膨脹器及泵的轉軸連結，并將上述另ー個轉子與內燃機的轉軸連結(技術方案十一)。此外，較為理想的是，上述電動發(fā)電機控制元件控制上述電動發(fā)電機輸出可變元件，以將上述一個轉子切換至電動機功能或發(fā)電機功能，上述系統(tǒng)控制元件在由上述蘭肯輸出檢測元件檢測出的蘭肯輸出處于固定值以上吋，利用上述電動發(fā)電機控制元件控制上述電動發(fā)電機輸出可變兀件，以將上述一個轉子切換至發(fā)電機功能，另ー方面，在蘭肯輸出低于固定值時，利用上述電動發(fā)電機控制元件控制上述電動發(fā)電機輸出可變元件，以將上述ー個轉子切換至電動機功能(技術方案十二)。另外，本發(fā)明的電動發(fā)電機裝置用于內燃機的廢熱利用系統(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)器利用內燃機的廢熱加熱工作流體以使其蒸發(fā)，上述膨脹器使經由該蒸發(fā)器的工作流體膨脹以產生旋轉驅動力，上述冷凝器使經由該膨脹器的工作流體冷凝，上述泵將經由該冷凝器的工作流體送出至上述蒸發(fā)器，上述電動發(fā)電機裝置的特征是，包括電動發(fā)電機機構部，該電動發(fā)電機機構部在定子的內側具有內轉子并在外側具有外轉子；上述膨脹器；以及輸入輸出軸，該輸入輸出軸與內燃機的轉軸連結，上述電動發(fā)電機機構部的上述內轉子和上述外轉子中的任意一個轉子與上述膨脹器的轉軸連結，并且上述內轉子和上述外轉子中的任意另ー個轉子與上述輸入輸出軸連結(技術方案十三)。較為理想的是，在電動發(fā)電機裝置中，上述蘭肯循環(huán)的上述泵配置于上述電動發(fā)電機機構部與上述膨脹器之間，上述泵的驅動軸的一端與上述膨脹器連結，另一端與上述ー個轉子連結(技術方案十四)。
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，該單向離合器將來自上述膨脹器的旋轉驅動カ傳遞至上述泵，但不將來自上述泵的旋轉驅動カ傳遞至上述膨脹器(技術方案十五)。
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，包括在定子的內側具有內轉子并在外側具有外轉子的電動發(fā)電機，電動發(fā)電機和蘭肯循環(huán)的膨脹器將電動發(fā)電機 的內轉子及外轉子中的任意一個轉子與膨脹器的轉軸連結，并將任意另ー個轉子與內燃機的轉軸連結(技術方案一)。因此，能緊湊地構成廢熱利用系統(tǒng)以實現(xiàn)節(jié)省空間，并且由于內燃機的轉軸和膨脹器與電動發(fā)電機的各轉子連結，因此，能將內燃機的驅動カ或膨脹器的旋轉カ轉換為電力，即便在夏季等外部氣溫較高的狀況下，也能使用電動發(fā)電機充分地產生車輛所需的電力。另外，由于內燃機的轉軸與膨脹器經由電動發(fā)電機連結，因此，即便在基于內燃機的驅動カ的轉速比膨脹器的轉速大的情況下，膨脹器也不會受到影響，能在膨脹器的上游側將工作流體維持成高壓，從而能利用膨脹器的旋轉能量通過電動發(fā)電機輔助內燃機的驅動力。另外，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，即便在輔助機與電動發(fā)電機連結的情況下，也能實現(xiàn)節(jié)省空間，井能使用電動發(fā)電機充分地發(fā)電，從而能利用膨脹器的旋轉能量通過電動發(fā)電機輔助內燃機的驅動カ(技術方案ニ)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(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)的壓縮機與電動發(fā)電機連結的情況下，也能實現(xiàn)節(jié)省空間，井能使用電動發(fā)電機充分地發(fā)電，從而能利用膨脹器的旋轉能量通過電動發(fā)電機輔助內燃機的驅動カ(技術方案ニ )。另外，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，壓縮機是可變容量壓縮機，利用壓縮容量控制元件根據(jù)制冷循環(huán)的工作狀況對該可變容量壓縮機的壓縮容量進行可變控制，因此，在制冷循環(huán)的工作要求較小或沒有制冷循環(huán)的工作要求時，能通過降低壓縮容量或使壓縮容量為零來使壓縮機避免成為不必要的負載，從而能使用膨脹器的旋轉能量通過電動發(fā)電機輔助內燃機的驅動カ(技術方案四)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，在例如內燃機的閑置啟停時，通過切斷斷接離合器，能利用電池的蓄電電力驅動電動發(fā)電機，來使壓縮機工作，從而能使制冷循環(huán)及空調工作(技術方案五)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，能利用膨脹器的旋轉能量驅動泵，井能利用電動發(fā)電機的電動機功能在起動蘭肯循環(huán)時驅動泵，從而能將工作流體良好地供給至膨脹器(技術方案六)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，由于因膨脹器的旋轉或內燃機的旋轉而在電動發(fā)電機中產生的發(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發(fā)電機中產生的發(fā)電電力(技術方案七)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，電カ回收元件包括蘭肯輸出檢測元件，該蘭肯輸出檢測元件對蘭肯循環(huán)所產生的蘭肯輸出進行檢測；電池蓄電量檢測元件，該電池蓄電量檢測元件對電池的蓄電量進行檢測；以及電動發(fā)電機輸出可變元件，該電動發(fā)電機輸出可變兀件使電動發(fā)電機的ー個轉子及另ー個轉子分別在電動機功能與發(fā)電機功能之間進行切換，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；以及電動發(fā)電機控制元件，該電動發(fā)電機控制元件根據(jù)由該電池要求電カ算出元件算出的電池要求電カ對電動發(fā)電機輸出可變元件進行控制，當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元件檢測出的相當于蘭肯輸出的電カ大時，利用電動發(fā)電機控制元件對電動發(fā)電機輸出可變元件進行控制，以將另一個轉子切換至發(fā)電機功能，另ー方面，當電池要求電カ低于相當于蘭肯輸出的電カ時，對電動發(fā)電機輸出可變元件進行控制，以將另一個轉子切換至電動機功能，因此，能根據(jù)電池要求電カ和相當于蘭肯輸出的由電動發(fā)電機產生的發(fā)電電力使電動發(fā)電機有 效地在發(fā)電機功能與電動機功能之間進行切換(技術方案八)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，根據(jù)電池要求電カ與相當于蘭肯輸出的電カ之差的絕對值分別設定發(fā)電機輸出目標值及電動機輸出目標值，當將另ー個轉子切換至發(fā)電機功能時，根據(jù)發(fā)電機輸出目標值控制電動發(fā)電機，當將另ー個轉子切換至電動機功能時，根據(jù)電動機輸出目標值控制電動發(fā)電機，因此，能使另ー個轉子恰當?shù)刈鳛榘l(fā)電機或電動機工作(技術方案九)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，當由相當于蘭肯輸出的電カ至少低于對冷凝器進行空冷的蘭肯循環(huán)的電動輔助機的輸入電カ時，停止蘭肯循環(huán)的電動輔助機的驅動，當相當于蘭肯輸出的電カ至少比蘭肯循環(huán)的電動輔助機的輸入電カ大時，使蘭肯循環(huán)的電動輔助機驅動，因此，能防止蘭肯循環(huán)中的能量損失(技術方案十)。另外，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，能ー邊利用系統(tǒng)控制元件有效地回收利用在電動發(fā)電機中產生的發(fā)電電力，ー邊使用膨脹器的旋轉能量驅動泵，井能利用電動發(fā)電機的電動機功能在起動蘭肯循環(huán)時驅動泵，從而能將工作流體良好地供給至膨脹器(技術方案i )。另外，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，當蘭肯輸出處于固定值以上時，將ー個轉子切換至發(fā)電機功能，當蘭肯輸出低于固定值時，將ー個轉子切換至電動機功能，因此，能以所需最小限度的輸入自動驅動泵，井能將工作流體良好地供給至膨脹器以起動蘭肯循環(huán)(技術方案十二)。
根據(jù)本發(fā)明的電動發(fā)電機裝置，其用于包括蘭肯循環(huán)的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，該電動發(fā)電機裝置包括電動發(fā)電機機構部，該電動發(fā)電機機構部在定子的內側具有內轉子并在外側具有外轉子；膨脹器；以及輸入輸出軸，該輸入輸出軸與內燃機的轉軸連結，電動發(fā)電機機構部的內轉子和外轉子中的任意一個轉子與膨脹器的轉軸連結，并且內轉子和外轉子中的任意另ー個轉子與輸入輸出軸連結(技術方案十三)。因此，能緊湊地構成電動發(fā)電機裝置以實現(xiàn)節(jié)省空間，并且由于輸入輸出軸和膨脹器與電動發(fā)電機機構部的各轉子連結，因此，能將內燃機的驅動カ或膨脹器的旋轉カ轉換為電力，即便在夏季等外部氣溫較高的狀況下，也能使用電動發(fā)電機機構部充分地產生車輛所需的電力。另外，由于輸入輸出軸與膨脹器經由電動發(fā)電機機構部連結，因此，即便在基于內燃機的驅動カ的轉速比膨脹器的轉速大的情況下，膨脹器也不會受到影響，能在膨脹器的上游側將工作流體維持成高壓，從而能利用膨脹器的旋轉能量通過電動發(fā)電機機構部輔助內燃機的驅動力。另外，根據(jù)本發(fā)明的電動發(fā)電機裝置，能利用膨脹器的旋轉能量驅動泵，井能利用電動發(fā)電機機構部的電動機功能在起動蘭肯循環(huán)時驅動泵，從而能將工作流體良好地供給至膨脹器(技術方案十四)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的電動發(fā)電機裝置，當利用電動發(fā)電機機構部的電動機功能驅動泵吋，能使膨脹器避免成為不必要的電動發(fā)電機機構部的負載(技術方案十五)。


圖I是表示本發(fā)明第一實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)的示意圖。
圖2是表示本發(fā)明第一實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)明第二實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)的示意圖。
圖4是將泵及膨脹器一體化的流體機械的縱剖圖。
圖5是表示本發(fā)明第二實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)明第三實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)的示意圖。
圖7是壓縮機的縱剖圖。
圖8是表示本發(fā)明第四實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的ー實施方式進行說明。
首先，說明第一實施例。
圖I是示意地表示本發(fā)明第一實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)的圖。
廢熱利用系統(tǒng)I例如裝載于車輛，由發(fā)動機(內燃機)2、電カ回收電路10、冷卻水回路30、蘭肯回路(蘭肯循環(huán))40構成。電カ回收電路(電カ回收元件)10是將由電動發(fā)電機12的發(fā)電機功能產生的電力回收至電池(蓄電池)11、并對電動發(fā)電機12所具有的膨脹器側轉子及輸出側轉子中的膨脹器側轉子的發(fā)電電力和電池的蓄電量(SOC)進行檢測的電路(蘭肯輸出檢測元件、電池蓄電量(SOC)檢測元件)。此外，電カ回收電路10也能在電動機功能與發(fā)電機功能之間切換電動發(fā)電機12的上述各轉子的功能，并能改變各電動機輸出和各發(fā)電機負載(電動發(fā)電機輸出可變元件)。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備的驅動電力。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)，并ー邊通過電力回收電路10在電動機功能與發(fā)電機功能之間切換電動發(fā)電機12的各轉子的功能，ー邊恰當?shù)乜刂瞥姵?1的電カ回收程度等(電動發(fā)電機控制元件)。另外，ECU150也恰當?shù)乜刂坪笫鎏m肯回路40的電動輔助機即電動泵49和電動風扇43a (蘭肯循環(huán)電動輔助機輸入控制元件)。藉此，電カ回收電路10能高效地回收利用在電動發(fā)電機12中產生的發(fā)電電力。如圖I所示，電動發(fā)電機(電動發(fā)電機機構部)12采用以下結構在定子14的內側具有內轉子(一個轉子)16，并在外側具有外轉子(另ー個轉子)18，轉軸15和轉軸17彼此朝相反方向延伸，轉軸15與內轉子16連結，轉軸17與外轉子18連結。
這樣構成的電動發(fā)電機12能根據(jù)流過定子14的復合電流、由轉軸15引起的內轉子16的旋轉、由轉軸17引起的外轉子18的旋轉，分別使內轉子16和外轉子18自由地發(fā)揮出上述發(fā)電機功能和電動機功能。另外，由于電動發(fā)電機12的詳細結構在日本專利特開平11 一275826號公報等中是公知的，因此，在此省略說明。冷卻水回路30通過在與發(fā)動機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方向觀察依次設置冷卻水熱交換器(蒸發(fā)器)34、均未圖示的散熱器、恒溫 箱、水泵等而構成閉合回路，由此，對發(fā)動機2進行冷卻。
蘭肯回路40通過在工作流體的循環(huán)路42上從沿工作流體的流動方向觀察依次設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(冷凝器)43、電動泵(蘭肯循環(huán)的電動輔助機)49等而構成閉合回路，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中被加熱導致處于過熱狀態(tài)的工作流體膨脹而產生旋轉驅動力，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)的冷卻水之間進行熱交換，并使用廢氣熱交換器41與在發(fā)動機2的排氣管3中流動的廢氣之間進行熱交換，來回收發(fā)動機2的廢熱。電動泵49與E⑶150連接。膨脹器48是渦旋式膨脹器，并采用在外殼內收容有渦旋單元的結構。
此外，如圖I所示，上述電動發(fā)電機12和蘭肯回路40的膨脹器48以電動發(fā)電機12的轉軸15能與膨脹器48的轉軸45同軸旋轉的方式連結在一起。另ー方面，在轉軸25的帶輪26和發(fā)動機2的曲柄軸7的帶輪8上掛繞有環(huán)狀的皮帶9，電動發(fā)電機12的轉軸17通過轉軸(輸入輸出軸)25及帶輪26而與發(fā)動機2的曲柄軸7連結成能同步旋轉。此處，由電動發(fā)電機12、膨脹器48及轉軸25構成電動發(fā)電機裝置。
另夕卜，如圖I所示，在發(fā)動機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43中設有對蘭肯壓縮機43進行空冷的電動風扇(蘭肯循環(huán)的電動輔助機)43a，電動風扇43a也與E⑶150連接。以下，對如上構成的本發(fā)明第一實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)的作用進行說明。
如上所述，在本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)中，電動發(fā)電機12能根據(jù)流過定子14的復合電流、由轉軸15引起的內轉子16的旋轉、由轉軸17引起的外轉子18的旋轉來自由地發(fā)揮出發(fā)電機功能和電動機功能。在此，外轉子18發(fā)揮出發(fā)電機功能還是電動機功能主要取決于因膨脹器48中產生的旋轉驅動カ而產生的電動發(fā)電機12的旋轉、即內轉子16的旋轉所產生的發(fā)電電量(蘭肯輸出)和由ECU15算出的電池要求電力。參照圖2, ECU150所執(zhí)行的本發(fā)明第一實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，對第一實施例的廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制以及電動發(fā)電機12的發(fā)電機功能和電動機功能的切換控制詳細地進行說明。
在步驟SlO中，對蘭肯輸出是否比蘭肯回路40的電動輔助機即電動風扇43a的輸入與電動泵49的輸入之和大進行判定。實際上，判定通過電カ回收電路10從電動發(fā)電機12檢測出的相當于蘭肯輸出的發(fā)電電力、例如膨脹器48使內轉子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風扇43a的輸入電力與電動泵49的輸入電力之和大。在判定結果為真(“是”)的情況下，轉移至步驟S12，驅動電動風扇43a及電動泵49并轉移至步驟S18。另ー方面，在判定結果為假(“否”)的情況下，轉移至步驟S14，停止電動風扇43a及電動泵49并轉移至步驟S18。S卩，在蘭肯輸出小于電動風扇43a的輸入與電動泵49的輸入之和的情況下,在蘭肯回路40中，電動風扇43a的輸入及電動泵49的輸入比蘭肯輸出大而發(fā)生能量損失，因此，停止電動風扇43a及電動泵49。藉此，能防止蘭肯回路40中的能量損失。
在步驟S18中，為了使膨脹器側轉子即內轉子16作為發(fā)電機起作用，改變流過定子14的復合電流的特性，以朝電力回收電路10發(fā)出膨脹器側轉子發(fā)電機指令。即，在內轉子16作為電動機電路起作用的情況下，電カ回收電路10將電路切換至發(fā)電機電路。此時，控制電動發(fā)電機12的負載，以使膨脹器48的旋轉驅動カ為最佳。具體而言，調節(jié)流動的電流量。在步驟S20中，判定由E⑶15算出的電池要求電カ是否比相當于上述蘭肯輸出的電力、例如膨脹器48使內轉子16發(fā)電的發(fā)電電量大。在判定結果為真(“是”)的情況下，轉移至步驟S22，發(fā)出輸出側轉子發(fā)電機指令，以使輸出側轉子即外轉子18作為發(fā)電機エ作。例如，在發(fā)動機2的常溫狀態(tài)啟動時等，發(fā)動機2未暖機，在膨脹器48中不能產生旋轉驅動力，不能利用膨脹器48的旋轉驅動カ使內轉子16旋轉，從而不能進行發(fā)電?；蛘?，即便能利用膨脹器48的旋轉驅動カ使內轉子16進行發(fā)電，在由ECU15算出的電池要求電力比膨脹器48使內轉子16發(fā)電的發(fā)電電量大的情況下，無法僅用內轉子16的發(fā)電電量來滿足電池要求電力。所以，在上述狀況下，存在電池要求電カ的需求，當電池要求電カ比膨脹器48使內轉子16發(fā)電的發(fā)電電量大時，通過轉軸25利用發(fā)動機2的驅動カ使電動發(fā)電機12的外轉子18旋轉以進行發(fā)電?；蛘?，通過使用發(fā)動機2的驅動カ使外轉子18旋轉來進行發(fā)電，以彌補不足部分。具體而言，在步驟S24中，將電池要求電カ與相當于蘭肯輸出的電カ之差的絕對值設定為發(fā)電機輸出目標值，改變流過定子14的復合電流的特性來使外轉子18作為發(fā)電機工作，以使外轉子18作為發(fā)電機的輸出達到發(fā)電機輸出目標值。藉此，能恰當?shù)厥雇廪D子18作為發(fā)電機工作。另ー方面，在步驟S20的判定結果為假(“否”)的情況下，轉移至步驟S26，發(fā)出輸出側轉子電動機指令，以使輸出側轉子即外轉子18作為電動機工作。
在由ECU15算出的電池要求電カ比膨脹器48使內轉子16發(fā)電的發(fā)電電量小的情況下，僅用內轉子16的發(fā)電電量就能滿足電池要求電力。另外，此時，內轉子16的發(fā)電電量相對于電池要求電カ產生剩余電力，但能使用該剩余電カ來使外轉子18旋轉。因此，當電池要求電カ小于相當于蘭肯輸出的電カ時，例如當膨脹器48使內轉子16發(fā)電的發(fā)電電量處于電池要求電カ以上時，利用膨脹器48的旋轉能量來輔助發(fā)動機2的旋轉驅動力。
具體而言，在步驟S28中，將電池要求電カ與相當于蘭肯輸出的電カ之差的絕對值設定為電動機輸出目標值，改變流過定子14的復合電流的特性并使外轉子18作為電動機エ作，以使外轉子18作為電動機的輸出變?yōu)殡妱訖C輸出目標值。藉此，能恰當?shù)厥雇廪D子18作為電動機工作。這樣，在本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)中，將蘭肯回路40的膨脹器48和具有內轉子16及外轉子18的電動發(fā)電機12連結成電動發(fā)電機12串聯(lián)地位于發(fā)動機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)動機2的帶輪8和帶輪26之間，從而根據(jù)蘭肯回路40的蘭肯輸出使電動發(fā)電機12作為發(fā)電機或電動機起作用。因此，無需另行設置交流發(fā)電機(alternator),能緊湊地構成上述電動發(fā)電機 12、膨脹器48及轉軸25 (電動發(fā)電機裝置)，并且，能ー邊用發(fā)動機2的旋轉驅動カ彌補膨脹器48的旋轉驅動カ的不足部分，一邊將電動發(fā)電機12用作交流發(fā)電機，或者能根據(jù)由內轉子16的旋轉產生的發(fā)電電量容易、無浪費且高效地用膨脹器48的旋轉能量輔助發(fā)動機2的旋轉驅動力。例如，即便在夏季等外部氣溫較高的狀況下，也能用電動發(fā)電機12充分地產生車輛所需的電力，另外，即便在由發(fā)動機2的驅動カ產生的轉速比膨脹器48的轉速大的情況下，也不會對膨脹器48施加影響，能在膨脹器48的上游側將工作流體維持成高壓，從而能利用膨脹器48的旋轉能量經由電動發(fā)電機12來輔助發(fā)動機2的驅動力。藉此，根據(jù)本發(fā)明的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，能實現(xiàn)節(jié)省空間，井能有效地同時實現(xiàn)基于電動發(fā)電機12的發(fā)電和基于膨脹器48的旋轉能量對發(fā)動機2的驅動カ的輔助。
接著，對第二實施例進行說明。
圖3是示意地表示本發(fā)明第二實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)的圖。在第二實施例中，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這點與第一實施例不同，以下，對與上述第一實施例不同的部分進行說明。
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43之間，泵46和膨脹器48以能同軸旋轉的方式一體構成為流體機械44。參照圖4，示出了流體機械44的縱剖圖，以下，對流體機械44的結構進一步詳細地進行說明。
泵46是為了使工作流體在循環(huán)路42中循環(huán)而被轉軸45驅動旋轉的例如可變容量式泵，配置成能通過轉軸45旋轉。
膨脹器48是與上述第一實施例相同的渦旋式膨脹器，并采用在外殼47內收容有渦旋單元的結構。渦旋單元由定渦盤90和相對于定渦盤90進行公轉回旋運動的動渦盤92構成。
在動渦盤92的與定渦盤90相反ー側的背面形成有軸套部94，在軸套部94內通過向心
軸承95插入偏心軸襯96。
在偏心軸襯96內插入曲柄銷98，曲柄銷98與轉軸45的靠渦旋單元ー側的端部在從軸心偏心的位置連結在一起，藉此，動渦盤92以不自轉的方式進行公轉回旋運動。另外，轉軸45的靠渦旋単元一側的端部和曲柄銷98通過單向離合器100而連結，該單向離合器100將膨脹器48的動渦盤92的旋轉傳遞至轉軸45但不相反地進行傳遞。因此，在轉軸45的轉速比動渦盤92的回旋速度大的情況下，轉軸45的旋轉不會傳遞至動渦盤92、即膨脹器48，僅在動渦盤92的回旋速度比轉軸45的轉速大的情況下，旋轉從動渦盤92、即膨脹器48 —側傳遞至轉軸45。藉此，在蘭肯回路40中，工作流體以從泵46經由冷卻水熱交換器34、廢氣熱交換器41、膨脹器48、蘭肯壓縮機43而返回至泵46的方式在循環(huán)路42中循環(huán)，通過工作流體的膨脹在膨脹器48中產生旋轉驅動力。
這樣，第二實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)中，一體地設置使工作流體在蘭肯回路40中循環(huán)的泵46和膨脹器48以作為流體機械44。此處，在第二實施例中，由電動發(fā)電機12、泵46、膨脹器48及轉軸25構成電動發(fā)電機裝置。
參照圖5，ECU150所執(zhí)行的本發(fā)明第二實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，對第二實施例的廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制以及電動發(fā)電機12的發(fā)電機功能和電動機功能的切換控制詳細地進行說明。在第二實施例中，由于泵46與膨脹器48 —體構成，因此，蘭肯回路40的電動輔助機只是電動風扇43a。因此,在步驟S10’中，判定蘭肯輸出是否比電動風扇43a的輸入大。實際上，判定通過電カ回收電路10從電動發(fā)電機12檢測出的相當于蘭肯輸出的電力、例如驅動泵46之后的膨脹器48使內轉子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風扇43a的輸入電カ大。在判定結果為真(“是”)的情況下，轉移至步驟S12’，驅動電動風扇43a并轉移至步驟S16。另ー方面，在判定結果為假(“否”)的情況下，轉移至步驟S14’，停止電動風扇43a并轉移至步驟S18。S卩，在蘭肯輸出低于電動風扇43a的輸入的情況下,在蘭肯回路40中電動風扇43a的輸入比蘭肯輸出大，發(fā)生能量損失，因此，停止電動風扇43a。藉此，能防止蘭肯回路40中的能量損失。
在接下來的步驟S16中，判定蘭肯回路40是否能自動工作、即泵側轉子在沒有外部輸入的情況下是否能工作。即，判定在膨脹器48中是否產生旋轉驅動カ并使泵側轉子即內轉子16旋轉來進行發(fā)電。具體而言，當內轉子16作為發(fā)電機起作用時，根據(jù)由內轉子16的發(fā)電產生的輸出電流是否處于固定值以上，或者，當內轉子16作為電動機起作用時，根據(jù)膨脹器48輔助內轉子16來使內轉子16工作的電動機電流是否處于規(guī)定值以下(與由內轉子16的發(fā)電產生的輸出電流處于固定值以上的情況同義)，來判定蘭肯回路40是否能自動工作。在步驟S16的判定結果為真(“是”)的情況下，轉移至步驟S18，為了使泵側轉子即內轉子16作為發(fā)電機工作，改變流過定子14的復合電流的特性，以朝電力回收電路10發(fā)出泵側發(fā)電機指令。即，在內轉子16作為電動機電路起作用的情況下，電カ回收電路10將電路切換至發(fā)電機電路。此時，控制電動發(fā)電機12的負載，以使膨脹器48的旋轉驅動カ為最佳。具體而目，調節(jié)流動的電流量。另ー方面，在步驟S16的判定結果為假(“否”)的情況下，轉移至步驟S19，為了使泵側轉子即內轉子16作為電動機工作，改變流過定子14的復合電流的特性，以發(fā)出泵側轉子電動機指令。即，在第二實施例中，由于泵46與膨脹器48 —體構成，因此，在蘭肯回路40不自動工作的情況下，使電動發(fā)電機12的內轉子16作為電動機起作用，以利用電動發(fā)電機12使泵46工作。藉此，在起動蘭肯回路40吋，能利用電動發(fā)電機12使泵46工作，以使工作流體在循環(huán)路42內循環(huán)。
在步驟S20中，與上述第一實施例相同，判定由ECU15算出的電池要求電カ是否比相當于上述蘭肯輸出的電力、例如膨脹器48使內轉子16發(fā)電的發(fā)電電量大。在步驟S20的判定結果為真(“是”)的情況下，轉移至步驟S22，為了使輸出側轉子即外轉子18作為發(fā)電機工作，改變流過定子14的復合電流的特性，以發(fā)出輸出側轉子發(fā)電機指令，另ー方面，在判定結果為假(“否”)的情況下，轉移至步驟S26，為了使輸出側轉子即外轉子18作為電動機工作，改變流過定子14的復合電流的特性，以發(fā)出輸出側轉子電動機指令。這樣，根據(jù)本發(fā)明第二實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，即便在蘭肯回路40中設置泵46的情況下，也與上述第一實施例相同，能實現(xiàn)節(jié)省空間，井能有效地同時實現(xiàn)基于 電動發(fā)電機12的發(fā)電和基于膨脹器48的旋轉能量對發(fā)動機2的驅動カ的輔助。
另外，由于電動發(fā)電機12能利用外轉子18的發(fā)電電力的一部分經由定子14使內轉子16發(fā)揮出電動機功能，因此，尤其在第二實施例中，能利用在內轉子16中產生的旋轉驅動力強制使流體機械44的泵46工作。藉此，能使工作流體在循環(huán)路42內循環(huán)，并將工作流體良好地供給至膨脹器48以起動蘭肯回路40。例如，當起動蘭肯回路40時，能使內轉子16作為電動機工作，以驅動泵46，從而能將工作流體良好地供給至膨脹器48以起動蘭肯回路40。另外，當強制使泵46工作吋，由于在轉軸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不會成為不需要的電動發(fā)電機12的負載。
接著，對第三實施例進行說明。
圖6是示意地表示本發(fā)明第三實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)的圖。在第三實施例中，還包括空調回路(制冷循環(huán))20，就將空調回路20的壓縮機(壓縮器)24與電動發(fā)電機12連結這點與第二實施例不同，以下，對與上述第二實施例不同的部分進行說明。
如上述圖所示，上述空調回路20的壓縮機24、電動發(fā)電機12以及將蘭肯回路40的泵46和膨脹器48 —體化而成的流體機械44以能同軸旋轉的方式與電動發(fā)電機12的轉軸15連結，另ー方面，電動發(fā)電機12的轉軸17以能同軸旋轉的方式與壓縮機24的轉軸25連結。此外，在轉軸25的帶輪26和發(fā)動機2的曲柄軸7的帶輪8上掛繞有環(huán)狀的皮帶9?？照{回路20在制冷劑的循環(huán)路22上從制冷劑的流動方向觀察依次夾裝有壓縮機(壓縮器)24、均未圖示的空調壓縮機、氣液分離器、膨脹閥、蒸發(fā)器等而構成閉合回路，通過使車室內的空氣流過該蒸發(fā)器以在空氣與制冷劑之間進行熱交換，從而進行例如車輛的車室內的空氣調節(jié)。
在此，壓縮機24主要因通過環(huán)狀的皮帶9及帶輪26傳遞至轉軸25的發(fā)動機2的旋轉驅動カ而被驅動，從而對在上述蒸發(fā)器中蒸發(fā)后的制冷劑進行壓縮以使其處于過熱蒸汽的狀態(tài)。此外，從壓縮機24排出的制冷劑在上述空調壓縮機中被冷凝液化，該液化后的液體制冷劑經由上述氣液分離器，在上述膨脹閥中膨脹之后被朝上述蒸發(fā)器送出。參照圖7，示出了壓縮機24的縱剖圖，以下，對壓縮機24的結構進一步詳細地進行說明。如圖7所示，在壓縮機24中貫穿有轉軸25，在轉軸25的一端安裝有帶輪26。
壓縮機24是斜板式可變容量壓縮機，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E⑶150的控制進行開閉動作，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內從曲柄室58側以能自由往復移動的方式插入活塞66,活塞66的尾部突出至曲柄室58內。
另ー方面，轉軸25貫穿曲柄室58、缸體52、閥板54及汽缸蓋56，并通過兩個向心軸承27,28以能自由旋轉的方式支承于外殼50及缸體52。另外，在轉軸25上的位于比向心軸承27更靠帶輪26 —側的位置安裝有唇形密封29。在轉軸25與上述活塞66的尾部之間設有用于將轉軸25的旋轉運動轉換為活塞66的往復運動的轉換機構。
作為轉換機構，首先在轉軸25上固定有圓盤狀的轉子70，并在轉子70與外殼50之間配置有推力軸承72。
此外，在轉軸25的轉子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通過鉸鏈76而與轉子70連結。詳細而言，斜板軸套74的內周面呈球狀的凹面，斜板軸套74與以自由滑動的方式外嵌于轉軸25的套筒78的球狀的外周面滑動接觸。即，斜板軸套74能相對于轉軸25傾動，井能與轉軸25 —體旋轉。另外，在套筒78與轉子70之間以外嵌于轉軸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。在各尾部的凹處形成有遠離活塞66的軸線方向的ー對球面座，配置于球面座的ー對半球狀的滑履82以從厚度方向兩側夾住斜板80的方式與斜板80的外周部滑動接觸。藉此，在壓縮機24中，當轉軸25旋轉時，旋轉運動通過轉換機構即轉子70、鉸鏈76、斜板軸套74、斜板80及滑履82而轉換為活塞66的往復運動。此外，通過各活塞66的往復運動，將吸入室60內的制冷劑經由吸入簧片閥吸入缸膛64并缸膛64內加以壓縮，壓縮后的制冷劑經由排出簧片閥63、排出室62而排出至循環(huán)路22。此時，從壓縮機24排出的制冷劑的排出量伴隨著利用ECU150開閉上述電磁閥使曲柄室58內的壓カ(背壓)升降而變化。詳細而言，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，通過使各活塞66的行程長度增減來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，即便在例如無需使空調回路20工作的情況或欲抑制空調回路20的輸出的情況下即空調回路20的工作要求較小或沒有空調回路20的工作要求的情況下，也能通過利用上述電磁閥的開度使背壓上升來減小斜板80的傾斜程度，井能通過降低制冷劑的排出容量來限制壓縮機24的工作。這樣，在本發(fā)明第三實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)中，將空調回路20的壓縮機24、具有內轉子16和外轉子18的電動發(fā)電機12以及將蘭肯回路40的泵46與膨脹器48 —體化而成的流體機械44構成為電動發(fā)電機12的轉軸15以能同軸旋轉的方式與流體機械44的轉軸45連結，另ー方面，電動發(fā)電機12的轉軸17以能同軸旋轉的方式與壓縮機24的轉軸25連結。另外，關于廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制程序，在第三實施例中，可直接使用上述圖5的流程圖。
因此，根據(jù)本發(fā)明第三實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，即便在設置空調回路20的壓縮機24的情況下，與上述相同，也無需另行設置交流發(fā)電機，能實現(xiàn)節(jié)省空間并緊湊地構成上述壓縮機24、電動發(fā)電機12及流體機械44，此外，能用發(fā)動機2的旋轉驅動カ彌補膨脹器48的旋轉驅動カ的不足部分，還能將電動發(fā)電機12用作交流發(fā)電機，或者能根據(jù)由內轉子16的旋轉產生的發(fā)電電量容易、無浪費且高效地用膨脹器48的旋轉能量輔助壓縮機24和發(fā)動機2的旋轉驅動カ，從而能有效地同時實現(xiàn)基于電動發(fā)電機12的發(fā)電和基于膨脹器48的旋轉能量對發(fā)動機2的驅動カ的輔助。另外，通過將壓縮機24設為斜板式可變容量壓縮機，在空調回路20的工作要求較小或沒有空調回路20的工作要求的情況下，能使壓縮機24避免成為不必要的負載，從而能使用膨脹器48的旋轉能量良好地輔助發(fā)動機2的旋轉驅動力。
此時，由于壓縮機24是斜板式可變容量壓縮機，并可根據(jù)空調回路20的工作狀況對壓縮機24的排出容量進行可變控制，因此，在空調回路20的工作要求較小或沒有空調回路20的工作要求的情況下，能降低壓縮機24的排出容量或使壓縮機24的排出容量為零，以限制壓縮機24的工作來避免成為負載，從而能使用膨脹器48的旋轉能量良好地輔助發(fā)動機2的旋轉驅動力。另外，此處，在包括將泵46與膨脹器48 —體化而成的流體機械44的第二實施例的結構中増加了空調回路20的壓縮機24，但也可在不具有泵46而僅由膨脹器48構成的第一實施例的結構中設置壓縮機24。
另外，例如在發(fā)動機2閑置啟停時，切斷斷接離合器6，以將經由壓縮機24傳遞至發(fā)動機2的電動發(fā)電機12的旋轉驅動カ阻斷。這樣，在閑置啟停時，通過切斷斷接離合器6，即便在閑置啟停時發(fā)動機2暫時停止的情況下，也能利用電池11的蓄電電力驅動電動發(fā)電機12，井能使壓縮機24工作，從而能使空調回路20良好地工作。
在本實施例中，壓縮機24與電動發(fā)電機12串聯(lián)連結，但也可在圖I、圖3的結構中使壓縮機24與帶輪26并聯(lián)連結或與皮帶9接觸而被驅動，藉此，在例如閑置啟停時，通過切斷斷接離合器6，能利用電池11的蓄電電力驅動電動發(fā)電機12，井能使壓縮機24工作，從而能使空調回路20良好地工作。接著，對第四實施例進行說明。
圖8是示意地表示本發(fā)明第四實施例的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)的圖。
在第四實施例中，就以被發(fā)動機2驅動的輔助機24’代替空調回路20的壓縮機24與 電動發(fā)電機12連結這點與第三實施例不同。但是，關于廢熱利用系統(tǒng)的系統(tǒng)控制程序，與第三實施例相同，可直接使用上述圖5的流程圖。
在此，作為被發(fā)動機2驅動的輔助機24’，例如可使用用于動カ轉向的油泵等，但并不限于此。
這樣，即便在將被發(fā)動機2驅動的輔助機24’與電動發(fā)電機12連結以代替空調回路20的壓縮機24的情況下，與上述相同，也能實現(xiàn)節(jié)省空間，井能有效地同時實現(xiàn)基于電動發(fā)電機12的發(fā)電和基于膨脹器48的旋轉能量對發(fā)動機2的驅動カ的輔助。以上是對本發(fā)明ー實施方式的說明，但本發(fā)明并不限定于上述實施方式，能在不脫離本發(fā)明思想的范圍內進行各種改變。
例如，在上述實施方式中，將電動發(fā)電機12的內轉子16通過轉軸15與膨脹器48或流體機械44連結，并將外轉子18通過轉軸17與帶輪26、壓縮機24或輔助機24’連結，但相反地，也可將內轉子16與帶輪26、壓縮機24或輔助機24’連結，并將外轉子18與膨脹器48或流體機械44連結。

另外，在上述實施方式中，將壓縮機24設為斜板式可變容量壓縮機，但只要壓縮機24是可變容量壓縮機即可，并不限于斜板壓縮機。
另外，在上述實施方式中，在發(fā)動機2的帶輪8和轉軸25的帶輪26上掛繞有環(huán)狀的皮帶9以將發(fā)動機2的帶輪8和轉軸25的帶輪26彼此連結，但在作為發(fā)動機2的另ー輔助機而配置有例如冷卻風扇、增壓器、水泵等的情況下，并不限定于在上述另ー輔助機的帶輪上掛繞皮帶9。此外，也可利用齒輪等代替皮帶9將發(fā)動機2的帶輪8、轉軸25的帶輪26及另ー輔助機連結。另外，在上述實施方式中，蘭肯回路40通過冷卻水熱交換器34與在冷卻水回路30中循環(huán)的冷卻水之間進行熱交換，并通過廢氣熱交換器41與在發(fā)動機2的排氣管3中流動的廢氣之間進行熱交換來回收發(fā)動機2的廢熱，但也可利用上述任意ー個熱交換器回收發(fā)動機2的廢熱。
(符號說明)I廢熱利用系統(tǒng) 2發(fā)動機
8、26帶輪 9皮帶
10電カ回收電路 12電動發(fā)電機 14定子 15、17轉軸
16內轉子(一個轉子)
18外轉子(另ー個轉子)
20空調回路(制冷循環(huán))
24壓縮機
24’輔助機
25轉軸
30冷卻水回路
40蘭肯回路(蘭肯循環(huán))43蘭肯壓縮機(冷凝器)
43a電動風扇
44流體機械
46泵
45轉軸 48膨脹器
49電動泵
150ECU
權利要求
1.一種內燃機的廢熱利用系統(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)器利用內燃機的廢熱加熱工作流體以使其蒸發(fā)，所述膨脹器使經由該蒸發(fā)器的工作流體膨脹以產生旋轉驅動力，所述冷凝器使經由該膨脹器的工作流體冷凝，所述泵將經由該冷凝器的工作流體送出至所述蒸發(fā)器；以及 電動發(fā)電機，該電動發(fā)電機在定子的內側具有內轉子并在外側具有外轉子， 至少所述電動發(fā)電機和所述膨脹器將所述電動發(fā)電機的所述內轉子及所述外轉子中的任意一個轉子與所述膨脹器的轉軸連結，并將任意另一個轉子與內燃機的轉軸連結。
2.如權利要求I所述的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述另一個轉子以串聯(lián)或并聯(lián)安裝輔助機的方式與內燃機的轉軸連結。
3.如權利要求2所述的內燃機的廢熱利用系統(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燃機的旋轉驅動力壓縮制冷劑的壓縮機， 所述輔助機是所述壓縮機。
4.如權利要求3所述的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述壓縮機是可變容量壓縮機， 還包括根據(jù)所述制冷循環(huán)的工作狀況對該可變容量壓縮機的壓縮容量進行可變控制的壓縮容量控制元件。
5.如權利要求3或4所述的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 在內燃機與所述壓縮機之間具有斷接離合器，該斷接離合器根據(jù)內燃機的運轉狀態(tài)切斷或傳遞經由該壓縮機傳遞至內燃機的所述電動發(fā)電機的旋轉驅動力。
6.如權利要求I至5中任一項所述的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述膨脹器及所述泵同軸地形成一體， 所述電動發(fā)電機和所述形成一體的膨脹器及泵將所述一個轉子與所述形成一體的膨脹器及泵的轉軸連結，并將所述另一個轉子與內燃機的轉軸連結。
7.如權利要求I至5中任一項所述的內燃機的廢熱利用系統(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所述膨脹器的旋轉或內燃機的旋轉由所述電動發(fā)電機產生的發(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.如權利要求7所述的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述電力回收元件包括 蘭肯輸出檢測元件，該蘭肯輸出檢測元件對所述蘭肯循環(huán)所產生的蘭肯輸出進行檢測； 電池蓄電量檢測元件，該電池蓄電量檢測元件對所述電池的蓄電量進行檢測；以及電動發(fā)電機輸出可變元件，該電動發(fā)電機輸出可變元件使所述電動發(fā)電機的所述一個轉子及所述另一個轉子分別在電動機功能與發(fā)電機功能之間進行切換， 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 電動發(fā)電機控制元件，該電動發(fā)電機控制元件根據(jù)由該電池要求電力算出元件算出的電池要求電力對所述電動發(fā)電機輸出可變元件進行控制， 當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元件檢測出的相當于蘭肯輸出的電力大時，利用所述電動發(fā)電機控制元件對所述電動發(fā)電機輸出可變元件進行控制，以將所述另一個轉子切換至發(fā)電機功能，另一方面，當電池要求電力低于相當于蘭肯輸出的電力時，對所述電動發(fā)電機輸出可變元件進行控制，以將所述另一個轉子切換至電動機功能。
9.如權利要求8所述的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述電動發(fā)電機控制元件在將所述另一個轉子切換至發(fā)電機功能時，根據(jù)發(fā)電機輸出目標值控制所述電動發(fā)電機，在將所述另一個轉子切換至電動機功能時，根據(jù)電動機輸出目標值控制所述電動發(fā)電機輸出可變元件， 分別根據(jù)所述電池要求電力與相當于所述蘭肯輸出的電力之差的絕對值來設定所述發(fā)電機輸出目標值及所述電動機輸出目標值。
10.如權利要求8或9所述的內燃機的廢熱利用系統(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)的電動輔助機，并且所述系統(tǒng)控制元件包括對所述蘭肯循環(huán)的電動輔助機的輸入電力進行控制的蘭肯循環(huán)電動輔助機輸入控制元件， 當由所述蘭肯輸出檢測元件檢測出的相當于蘭肯輸出的電力至少低于所述蘭肯循環(huán)的電動輔助機的輸入電力時，所述系統(tǒng)控制元件利用所述蘭肯循環(huán)電動輔助機輸入控制元件停止所述蘭肯循環(huán)的電動輔助機的驅動，當相當于蘭肯輸出的電力至少比所述蘭肯循環(huán)的電動輔助機的輸入電力大時，所述系統(tǒng)控制元件利用所述蘭肯循環(huán)電動輔助機輸入控制元件使所述蘭肯循環(huán)的電動輔助機驅動。
11.如權利要求8至10中任一項所述的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述膨脹器及所述泵同軸地形成一體， 所述電動發(fā)電機和所述形成一體的膨脹器及泵將所述一個轉子與所述形成一體的膨脹器及泵的轉軸連結，并將所述另一個轉子與內燃機的轉軸連結。
12.如權利要求11所述的內燃機的廢熱利用系統(tǒng)，其特征在于， 所述電動發(fā)電機控制元件控制所述電動發(fā)電機輸出可變元件，以將所述一個轉子切換至電動機功能或發(fā)電機功能， 所述系統(tǒng)控制元件在由所述蘭肯輸出檢測元件檢測出的蘭肯輸出處于固定值以上時，利用所述電動發(fā)電機控制元件控制所述電動發(fā)電機輸出可變元件，以將所述一個轉子切換至發(fā)電機功能，在蘭肯輸出低于固定值時，利用所述電動發(fā)電機控制元件控制所述電動發(fā)電機輸出可變元件，以將所述一個轉子切換至電動機功能。
13.—種電動發(fā)電機裝置，其用于內燃機的廢熱利用系統(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)器利用內燃機的廢熱加熱工作流體以使其蒸發(fā)，所述膨脹器使經由該蒸發(fā)器的工作流體膨脹以產生旋轉驅動力，所述冷凝器使經由該膨脹器的工作流體冷凝，所述泵將經由該冷凝器的工作流體送出至所述蒸發(fā)器， 所述電動發(fā)電機裝置的特征在于，包括電動發(fā)電機機構部，該電動發(fā)電機機構部在定子的內側具有內轉子并在外側具有外轉子； 所述膨脹器；以及 輸入輸出軸，該輸入輸出軸與內燃機的轉軸連結， 所述電動發(fā)電機機構部的所述內轉子和所述外轉子中的任意一個轉子與所述膨脹器的轉軸連結，并且所述內轉子和所述外轉子中的任意另一個轉子與所述輸入輸出軸連結。
14.如權利要求13所述的電動發(fā)電機裝置，其特征在于， 所述蘭肯循環(huán)的所述泵配置于所述電動發(fā)電機機構部與所述膨脹器之間， 所述泵的驅動軸的一端與所述膨脹器連結，另一端與所述一個轉子連結。
15.如權利要求14所述的電動發(fā)電機裝置，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，該單向離合器將來自所述膨脹器的旋轉驅動力傳遞至所述泵，但不將來自所述泵的旋轉驅動力傳遞至所述膨脹器。
全文摘要
一種內燃機的廢熱利用系統(tǒng)及在該系統(tǒng)中使用的電動發(fā)電機裝置，將電動發(fā)電機(12)的內轉子(16)及外轉子(18)中的任意一個轉子與蘭肯回路(40)的膨脹器(48)連結，并將任意另一個轉子與內燃機(2)的轉軸(7)連結。
文檔編號F01K23/06GK102844528SQ20118001549
公開日2012年12月26日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權日2010年3月24日
發(fā)明者和田博文, 粕谷潤一郎, 中村慎二, 塚本公, 永井宏幸 申請人:三電有限公司