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技術 車両の制御装置

出願人 株式会社SUBARU
発明者 種岡秀之
出願日 2015年9月29日 (5年1ヶ月経過) 出願番号 2015-191246
公開日 2017年4月6日 (3年7ヶ月経過) 公開番号 2017-066922
状態 特許登録済
技術分野 特殊なサイクルを用いた機関設備 熱ガス機関 蒸気機関設備 タービンの制御
主要キーワード 蒸気圧センサ 調整電圧値 動力発電 判定圧力 作動媒体流路 コンバータ装置 各状態量 機械エネルギ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

車両の熱発電における発電効率を向上させる。

解決手段

車両のエンジン廃熱回収する冷却水熱交換を行う作動媒体循環する流路及び流路に設けられ作動媒体を膨張させて機械エネルギを生成する膨張器を含むランキンサイクルと、膨張器により生成された機械エネルギを用いて発電する熱発電用発電機と、を備えた車両の制御装置において、作動媒体を循環させるランキンサイクルポンプの駆動を制御するランキンサイクルポンプ制御部と、冷却水を循環させる冷却水ポンプの駆動を制御する冷却水ポンプ制御部と、を備え、冷却水ポンプ制御部は、エンジンが停止した場合に、冷却水ポンプの駆動を継続させた後に停止させ、ランキンサイクルポンプ制御部は、エンジンが停止した場合に、冷却水ポンプが停止した後に、膨張器へ供給される作動媒体の蒸気圧が所定の圧力を下回ったときに、ランキンサイクルポンプを停止させる、車両の制御装置が提供される。

概要

背景

従来、車両において生じる廃熱を利用した発電(以下、熱発電とも呼ぶ)に関する技術が知られている。具体的には、熱発電を用いた発電において、発電効率を向上させるための技術が提案されている。

例えば、特許文献1には、エネルギを効率よく回収して車両の燃費を向上させるために、移動体電源系の電圧値が所定の調整電圧値となるように移動体の動力を用いて発電した動力発電電力を電源系に供給し、移動体における熱源熱エネルギを用いて発電した熱発電電力を電源系に供給し、電源系の電圧値があらかじめ設定された上限値を上回らないように熱発電電力を制御する技術が開示されている。

概要

車両の熱発電における発電効率を向上させる。車両のエンジンの廃熱を回収する冷却水熱交換を行う作動媒体循環する流路及び流路に設けられ作動媒体を膨張させて機械エネルギを生成する膨張器を含むランキンサイクルと、膨張器により生成された機械エネルギを用いて発電する熱発電用発電機と、を備えた車両の制御装置において、作動媒体を循環させるランキンサイクルポンプの駆動を制御するランキンサイクルポンプ制御部と、冷却水を循環させる冷却水ポンプの駆動を制御する冷却水ポンプ制御部と、を備え、冷却水ポンプ制御部は、エンジンが停止した場合に、冷却水ポンプの駆動を継続させた後に停止させ、ランキンサイクルポンプ制御部は、エンジンが停止した場合に、冷却水ポンプが停止した後に、膨張器へ供給される作動媒体の蒸気圧が所定の圧力を下回ったときに、ランキンサイクルポンプを停止させる、車両の制御装置が提供される。

目的

特開2007−154800号公報






ところで、熱発電を用いた発電に関する技術において、発電効率をより向上させることが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

車両のエンジン廃熱回収する冷却水熱交換を行う作動媒体循環する流路及び前記流路に設けられ前記作動媒体を膨張させて機械エネルギを生成する膨張器を含むランキンサイクルと、前記膨張器により生成された前記機械エネルギを用いて発電する熱発電用発電機と、を備えた車両の制御装置において、前記作動媒体を循環させるランキンサイクルポンプの駆動を制御するランキンサイクルポンプ制御部と、前記冷却水を循環させる冷却水ポンプの駆動を制御する冷却水ポンプ制御部と、を備え、前記冷却水ポンプ制御部は、前記エンジンが停止した場合に、前記冷却水ポンプの駆動を継続させた後に停止させ、前記ランキンサイクルポンプ制御部は、前記エンジンが停止した場合に、前記冷却水ポンプが停止した後に、前記膨張器へ供給される前記作動媒体の蒸気圧が所定の圧力を下回ったときに、前記ランキンサイクルポンプを停止させる、車両の制御装置。

請求項2

前記冷却水ポンプ制御部は、前記エンジンが停止した場合に、前記エンジンが停止した時点から所定の期間が経過したときに、前記冷却水ポンプを停止させ、前記所定の期間は、前記エンジンが停止した時点における前記冷却水の温度又は前記エンジンが前回始動した時点から停止した時点までの時間が大きいほど、大きな値に設定される、請求項1に記載の車両の制御装置。

請求項3

前記冷却水ポンプ制御部は、前記エンジンが停止した場合に、前記冷却水の温度が、前記エンジンが停止した時点と比較して、所定の温度上昇したときに、前記冷却水ポンプを停止させる、請求項1又は2に記載の車両の制御装置。

請求項4

前記冷却水ポンプ制御部は、前記エンジンが停止した場合に、前記冷却水の温度が上昇した後に略一定の温度に所定の時間保持されたときに、前記冷却水ポンプを停止させる、請求項1又は2に記載の車両の制御装置。

請求項5

前記ランキンサイクルは、前記流路の前記膨張器より上流側と下流側とを連通するバイパス流路及び前記バイパス流路を開閉可能なバイパス弁を含み、前記ランキンサイクルポンプが停止した後に、前記膨張器の回転数が所定の回転数を下回ったときに、前記バイパス弁を開放するバイパス弁制御部を備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の車両の制御装置。

技術分野

0001

本発明は、車両の制御装置に関する。

背景技術

0002

従来、車両において生じる廃熱を利用した発電(以下、熱発電とも呼ぶ)に関する技術が知られている。具体的には、熱発電を用いた発電において、発電効率を向上させるための技術が提案されている。

0003

例えば、特許文献1には、エネルギを効率よく回収して車両の燃費を向上させるために、移動体電源系の電圧値が所定の調整電圧値となるように移動体の動力を用いて発電した動力発電電力を電源系に供給し、移動体における熱源熱エネルギを用いて発電した熱発電電力を電源系に供給し、電源系の電圧値があらかじめ設定された上限値を上回らないように熱発電電力を制御する技術が開示されている。

先行技術

0004

特開2007−154800号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、熱発電を用いた発電に関する技術において、発電効率をより向上させることが望まれている。ここで、熱発電は、例えば、エンジンの廃熱により加熱される作動媒体を用いて機械エネルギを生成するランキンサイクルによって実現される。具体的には、作動媒体が循環する流路に設けられた膨張器により作動媒体を膨張させることによって、機械エネルギが生成される。そして、膨張器と接続された熱発電用発電機が当該機械エネルギを用いて発電し、発電された電力がバッテリ蓄電される。例えば、このようなランキンサイクルによる廃熱の回収効率を向上させることによって発電効率を向上させることが考えられる。

0006

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、車両において生じる廃熱を利用した発電における発電効率を向上させることが可能な車両の制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、車両のエンジンの廃熱を回収する冷却水熱交換を行う作動媒体が循環する流路及び前記流路に設けられ前記作動媒体を膨張させて機械エネルギを生成する膨張器を含むランキンサイクルと、前記膨張器により生成された前記機械エネルギを用いて発電する熱発電用発電機と、を備えた車両の制御装置において、前記作動媒体を循環させるランキンサイクルポンプの駆動を制御するランキンサイクルポンプ制御部と、前記冷却水を循環させる冷却水ポンプの駆動を制御する冷却水ポンプ制御部と、を備え、前記冷却水ポンプ制御部は、前記エンジンが停止した場合に、前記冷却水ポンプの駆動を継続させた後に停止させ、前記ランキンサイクルポンプ制御部は、前記エンジンが停止した場合に、前記冷却水ポンプが停止した後に、前記膨張器へ供給される前記作動媒体の蒸気圧が所定の圧力を下回ったときに、前記ランキンサイクルポンプを停止させる、車両の制御装置が提供される。

0008

前記冷却水ポンプ制御部は、前記エンジンが停止した場合に、前記エンジンが停止した時点から所定の期間が経過したときに、前記冷却水ポンプを停止させ、前記所定の期間は、前記エンジンが停止した時点における前記冷却水の温度又は前記エンジンが前回始動した時点から停止した時点までの時間が大きいほど、大きな値に設定されてもよい。

0009

前記冷却水ポンプ制御部は、前記エンジンが停止した場合に、前記冷却水の温度が、前記エンジンが停止した時点と比較して、所定の温度上昇したときに、前記冷却水ポンプを停止させてもよい。

0010

前記冷却水ポンプ制御部は、前記エンジンが停止した場合に、前記冷却水の温度が上昇した後に略一定の温度に所定の時間保持されたときに、前記冷却水ポンプを停止させてもよい。

0011

前記ランキンサイクルは、前記流路の前記膨張器より上流側と下流側とを連通するバイパス流路及び前記バイパス流路を開閉可能なバイパス弁を含み、前記ランキンサイクルポンプが停止した後に、前記膨張器の回転数が所定の回転数を下回ったときに、前記バイパス弁を開放するバイパス弁制御部を備えてもよい。

発明の効果

0012

以上説明したように本発明によれば、車両において生じる廃熱を利用した発電における発電効率を向上させることが可能となる。

図面の簡単な説明

0013

本発明の実施形態に係る車両の充電システム概略構成の一例を示す模式図である。
同実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す説明図である。
同実施形態に係る制御装置が行う第1の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
同実施形態に係る第1の処理が行われた場合の、各状態量推移について説明するための説明図である。
冷却水の温度又はエンジンが前回始動した時点から停止した時点までの時間(エンジン始動後時間とも呼ぶ)と判定継続期間との関係性を表すマップの一例を示す説明図である。
推定蒸気流量判定圧力との関係性を表すマップの一例を示す説明図である。
同実施形態に係る制御装置が行う第2の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
同実施形態に係る第2の処理が行われた場合の、各状態量の推移について説明するための説明図である。
同実施形態に係る制御装置が行う第3の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
同実施形態に係る第3の処理が行われた場合の、各状態量の推移について説明するための説明図である。

実施例

0014

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

0015

<1.充電システムの構成>
まず、図1を参照して、本発明の実施形態に係る車両の充電システム10の概略構成について説明する。図1は、本実施形態に係る充電システム10の概略構成の一例を示す模式図である。図1に示したように、充電システム10は、エンジン14と、冷却水ポンプ15と、冷却水流路16と、駆動力伝達系18と、駆動輪22と、高電圧バッテリ30と、モータジェネレータ40と、熱発電用発電機60と、ランキンサイクル70と、回転数センサ208と、蒸気圧センサ212と、第1の冷却水温センサ216と、第2の冷却水温センサ220と、制御装置100と、を備える。

0016

エンジン14は、車両の走行状態に応じて運転又は停止する。例えば、エンジン14は、車両の走行中において要求トルクに応じて運転又は停止する。エンジン14の運転により生成された駆動力は、駆動力伝達系18を介して、駆動輪22へ伝達される。エンジン14のシリンダブロックシリンダヘッドには、冷却水が循環する冷却水流路16が、エンジン14を冷却するために、設けられている。エンジン14の廃熱は、冷却水流路16内を循環する冷却水によって回収される。冷却水流路16は、エンジン14の外部においてランキンサイクル70の熱交換器78と接続され、熱交換器78においてランキンサイクル70の作動媒体と熱交換を行う。

0017

冷却水ポンプ15は、冷却水流路16内で冷却水を循環させるポンプである。冷却水ポンプ15の駆動は、制御装置100によって制御される。具体的には、制御装置100によって、冷却水ポンプ15の回転数が制御される。冷却水ポンプ15は、例えば、電動モータによって駆動され、制御装置100からの動作指示に基づいて当該電動モータが冷却水ポンプ15を駆動するように構成される。

0018

高電圧バッテリ30は、高電圧(例えば、200V)の電力供給源である。具体的には、高電圧バッテリ30は、車両の駆動力を出力するモータ・ジェネレータ40へ電力を供給する他、車両内の各種装置へ電力を供給する低電圧バッテリへ電力を供給する。高電圧バッテリ30には熱発電用発電機60により発電された電力及びモータ・ジェネレータ40により発電された電力が、それぞれ蓄電される。

0019

モータ・ジェネレータ40は、車両の駆動力を生成する駆動用モータとしての機能を有する。また、モータ・ジェネレータ40は、車両の制動時に車両の運動エネルギを用いて発電し、発電された電力を高電圧バッテリ30へ蓄電する制動発電用発電機としての機能を有する。モータ・ジェネレータ40は、例えば、三相交流式のモータとインバータ装置とを備え、インバータ装置を介して高電圧バッテリ30と電気的に接続されている。なお、当該インバータ装置はコンバータ装置としての機能も有する。

0020

モータ・ジェネレータ40が駆動用モータとして機能する場合、高電圧バッテリ30から供給される直流電力がインバータ装置によって交流電力に変換され、モータへ供給される。それにより、モータによって駆動力が生成される。モータ・ジェネレータ40により生成された駆動力は、駆動力伝達系18を介して、駆動輪22へ伝達される。制御装置100は、インバータ装置を制御することによって、モータ・ジェネレータ40による駆動力の生成を制御する。

0021

モータ・ジェネレータ40が車両の制動時に制動発電用発電機として機能する場合、制御装置100によりインバータ装置が制御されることによって、駆動輪22の回転エネルギを用いてモータにより発電が行われ、発電された交流電力がインバータ装置により直流電力に変換され、高電圧バッテリ30へ蓄電される。それにより、駆動輪22の回転に抵抗が与えられ、制動力が発生する。制御装置100は、インバータ装置を制御することによって、モータ・ジェネレータ40の出力電圧を制御する。

0022

ランキンサイクル70は、車両のエンジン14の廃熱を用いて、機械エネルギを生成する。図1に示したように、ランキンサイクル70は、作動媒体流路72と、ランキンサイクルポンプ74と、熱交換器78と、膨張器86と、凝縮器90と、タンク98と、バイパス流路82と、バイパス弁94と、を含む。

0023

作動媒体流路72は、ランキンサイクル70の作動媒体が循環する流路である。作動媒体として、例えば、水、フロン又はアルコールが適用され得る。

0024

ランキンサイクルポンプ74は、タンク98に貯留された作動媒体を吸い上げ、作動媒体流路72内で作動媒体を循環させるポンプである。ランキンサイクルポンプ74の駆動は、制御装置100によって制御される。具体的には、制御装置100によって、ランキンサイクルポンプ74の回転数が制御される。ランキンサイクルポンプ74は、例えば、電動モータによって駆動され、制御装置100からの動作指示に基づいて当該電動モータがランキンサイクルポンプ74を駆動するように構成される。

0025

熱交換器78には、作動媒体流路72及び冷却水流路16が接続される。熱交換器78において、作動媒体と冷却水との間で熱交換が行われる。それにより、作動媒体は、エンジン14の廃熱を有する冷却水によって加熱され、気化する。

0026

膨張器86は、熱交換器78で気化した作動媒体を膨張させて機械エネルギを生成する。具体的には、膨張器86において、作動媒体は膨張室吸入され、膨張室で作動媒体が膨張し、羽根車が作動媒体の流れを受けることにより、当該羽根車と接続された回転体回転運動のエネルギが生成される。膨張器86は熱発電用発電機60と接続されており、膨張器86で生成された機械エネルギは熱発電用発電機60へ伝達される。

0027

凝縮器90は、膨張器86を通過した気相の作動媒体を、ファンによる送風等によって、冷却して凝縮する。凝縮器90によって凝縮された作動媒体は、タンク98へ貯留される。

0028

バイパス流路82は、作動媒体流路72の膨張器86より上流側と下流側とを連通する流路である。バイパス流路82には、バイパス流路82を開閉可能なバイパス弁94が設けられる。バイパス弁94によりバイパス流路82が閉鎖されている状態において、作動媒体は、ランキンサイクルポンプ74、熱交換器78、膨張器86、凝縮器90及びタンク98を順に流れる。バイパス弁94の駆動は、制御装置100によって制御される。バイパス弁94として、例えば、電磁弁が適用される。なお、バイパス弁94は、開度が連続的に可変な弁であってもよく、開状態及び閉状態の2つの開度のみを切り替え可能な弁であってもよい

0029

熱発電用発電機60は、膨張器86で生成された機械エネルギを用いて発電し、発電された電力を高電圧バッテリ30へ蓄電する。熱発電用発電機60は、例えば、三相交流式のモータとコンバータ装置とを備え、コンバータ装置を介して高電圧バッテリ30と電気的に接続されている。モータは膨張器86の回転体と接続され、回転体の回転運動のエネルギがモータへ伝達される。制御装置100によりコンバータ装置が制御されることによって、モータへ伝達される回転運動のエネルギを用いてモータにより発電が行われ、発電された交流電力がコンバータ装置により直流電力に変換され、高電圧バッテリ30へ蓄電される。制御装置100は、コンバータ装置を制御することによって、熱発電用発電機60の出力電圧を制御する。

0030

回転数センサ208は、膨張器86の回転体、熱発電用発電機60又は当該回転体と熱発電用発電機60との接続部の近傍に設けられ、膨張器86の回転数を検出し、検出結果を出力する。

0031

蒸気圧センサ212は、ランキンサイクル70の作動媒体流路72の膨張器86より上流側に設けられ、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧を検出し、検出結果を出力する。

0032

第1の冷却水温センサ216は、熱交換器78の近傍に設けられ、熱交換器78の近傍における冷却水の温度を検出し、検出結果を出力する。具体的には、第1の冷却水温センサ216は、冷却水流路16の熱交換器78より下流側に設けられる。

0033

第2の冷却水温センサ220は、エンジン14の近傍に設けられ、エンジン14の近傍における冷却水の温度を検出し、検出結果を出力する。具体的には、第2の冷却水温センサ220は、冷却水流路16のエンジン14より下流側に設けられる。第2の冷却水温センサ220によって検出された冷却水の温度は、エンジン14の各種制御において用いられる。

0034

制御装置100は、演算処理装置であるCPU(Central Processing Unit)、CPUが使用するプログラム演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるROM(Read Only Memory)、CPUの実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるRAM(Random Access Memory)等で構成される。

0035

制御装置100は、充電システム10を構成する各装置の動作を制御する。具体的には、制御装置100は、制御対象である各アクチュエータに対して電気信号を用いて動作指示を行う。より具体的には、制御装置100は、冷却水ポンプ15の駆動、ランキンサイクルポンプ74の駆動、バイパス弁94の駆動、熱発電用発電機60の出力電圧、モータ・ジェネレータ40の出力電圧及びモータ・ジェネレータ40による駆動力の生成を制御する。また、制御装置100は、各センサから出力された情報を受信する。制御装置100は、CAN(Controller Area Network)通信を用いて各センサと通信を行ってもよい。なお、本実施形態に係る制御装置100が有する機能は複数の制御装置により分割されてもよく、その場合、当該複数の制御装置は、CAN等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。なお、制御装置100の詳細については、後述する。

0036

<2.制御装置の構成>
続いて、図2を参照して、本実施形態に係る制御装置100の機能構成について説明する。図2は、本実施形態に係る制御装置100の機能構成の一例を示す説明図である。図2に示したように、制御装置100は、エンジン状態判定部102と、冷却水ポンプ制御部104と、ランキンサイクルポンプ制御部106と、バイパス弁制御部108と、を含む。

0037

(エンジン状態判定部)
エンジン状態判定部102は、エンジン14の運転状態の切り替えが行われたか否かを判定し、判定結果を冷却水ポンプ制御部104、ランキンサイクルポンプ制御部106及びバイパス弁制御部108へ出力する。エンジン状態判定部102は、エンジン14の状態が運転している状態から停止している状態へ切り替わった場合に、エンジン14が停止したと判定する。また、エンジン状態判定部102は、エンジン14の状態が停止している状態から運転している状態へ切り替わった場合に、エンジン14が始動したと判定する。なお、エンジン状態判定部102は、例えば、エンジン回転数又は燃料噴射量を示す情報に基づいて、エンジン14の状態が運転している状態であるか否かを各時刻において特定する。なお、制御装置100と通信バスを介して接続された他の制御装置によって、エンジン14の状態が運転している状態であるか否かが特定されてもよい。また、制御装置100と通信バスを介して接続された他の制御装置によって、エンジン14の運転状態の切り替えが行われたか否かが判定されてもよく、その場合、制御装置100の構成からエンジン状態判定部102は省略され得る。

0038

(冷却水ポンプ制御部)
冷却水ポンプ制御部104は、冷却水ポンプ15の駆動を制御する。具体的には、冷却水ポンプ制御部104は、冷却水ポンプ15の回転数を制御する。また、冷却水ポンプ制御部104は、エンジン状態判定部102による判定結果に応じて、冷却水ポンプ15の駆動を制御する。具体的には、冷却水ポンプ制御部104は、エンジン14が停止した場合に、冷却水ポンプ15の駆動を継続させた後に停止させる。また、冷却水ポンプ制御部104は、エンジン14が始動した場合に、冷却水ポンプ15を駆動させる。なお、冷却水ポンプ制御部104による冷却水ポンプ15の駆動の制御に用いられる各種設定値及びマップは、例えば、制御装置100の記憶素子に記憶される。

0039

冷却水ポンプ制御部104は、エンジン14が停止した場合に、エンジン14が停止した時点から所定の期間が経過したときに、冷却水ポンプ15を停止させてもよい。所定の期間は、エンジン14の停止後、冷却水ポンプ15の駆動の継続により作動媒体と冷却水との間での熱交換が十分に行われたか否かを判定し得る値に設定される。所定の期間は、例えば、エンジン14が停止した時点における冷却水の温度又はエンジン14が前回始動した時点から停止した時点までの時間(以下、エンジン始動後時間とも呼ぶ)が大きいほど、大きな値に設定され得る。以下、上記の所定の期間を判定継続期間Tp100とも呼ぶ。なお、判定継続期間Tp100の設定において、冷却水の温度として、例えば、第2の冷却水温センサ220により検出されるエンジン14の近傍における冷却水の温度が用いられる。

0040

また、冷却水ポンプ制御部104は、エンジン14が停止した場合に、冷却水の温度の推移に基づいて、冷却水ポンプ15を停止させてもよい。

0041

具体的には、冷却水ポンプ制御部104は、エンジン14が停止した場合に、冷却水の温度が、エンジン14が停止した時点と比較して、所定の温度上昇したときに、冷却水ポンプ15を停止させてもよい。ここで、エンジン始動後時間が短い場合に、エンジン14の停止後、エンジン14の廃熱がエンジン14から冷却水へ伝達されることによって冷却水の温度が上昇し得る。所定の温度は、例えば、このような場合に、エンジン14の停止後、エンジン14の廃熱の冷却水への伝達による冷却水の温度の上昇分として予測され得る値に設定される。以下、上記の所定の温度を判定温度Th100とも呼ぶ。判定温度Th100は、例えば、エンジン14が停止した時点における冷却水の温度又はエンジン始動後時間が大きいほど、大きな値に設定されてもよい。なお、判定温度Th100の設定において、冷却水の温度として、例えば、第1の冷却水温センサ216により検出される熱交換器78の近傍における冷却水の温度が用いられる。

0042

また、冷却水ポンプ制御部104は、エンジン14が停止した場合に、冷却水の温度が上昇した後に略一定の温度に所定の時間保持されたときに、冷却水ポンプ15を停止させてもよい。具体的には、冷却水ポンプ制御部104は、エンジン14が停止した場合に、第1の冷却水温センサ216により検出される熱交換器78の近傍における冷却水の温度が上昇した後に略一定の温度に所定の時間保持されたときに、冷却水ポンプ15を停止させてもよい。所定の時間は、エンジン14の停止後、冷却水の温度が上昇し終えた後、作動媒体と冷却水との間での熱交換が十分に行われたか否かを判定し得る値に設定される。以下、上記の所定の時間を判定保持時間Tp200とも呼ぶ。

0043

(ランキンサイクルポンプ制御部)
ランキンサイクルポンプ制御部106は、ランキンサイクルポンプ74の駆動を制御する。具体的には、ランキンサイクルポンプ制御部106は、ランキンサイクルポンプ74の回転数を制御する。また、ランキンサイクルポンプ制御部106は、エンジン状態判定部102による判定結果に応じて、ランキンサイクルポンプ74の駆動を制御する。具体的には、ランキンサイクルポンプ制御部106は、エンジンが停止した場合に、冷却水ポンプ15が停止した後に、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧が所定の圧力を下回ったときに、ランキンサイクルポンプ74を停止させる。

0044

ここで、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧が低いほど、膨張器により生成される機械エネルギは低くなるので、熱発電用発電機60により発電される電力は低くなる。所定の圧力は、熱発電用発電機60により発電される電力がランキンサイクルポンプ74の駆動に用いられる電力を下回るか否かを判定するための閾値であり、例えば、ランキンサイクルポンプ74の回転数及び冷却水の温度に基づいて設定される。以下、上記の所定の圧力を判定圧力P100とも呼ぶ。また、ランキンサイクルポンプ制御部106は、エンジン14が始動した場合に、ランキンサイクルポンプ74を駆動させる。なお、ランキンサイクルポンプ制御部106によるランキンサイクルポンプ74の駆動の制御に用いられる各種設定値及びマップは、例えば、制御装置100の記憶素子に記憶される。

0045

(バイパス弁制御部)
バイパス弁制御部108は、バイパス弁94の駆動を制御する。具体的には、バイパス弁制御部108は、ランキンサイクルポンプ74が停止した後に、膨張器86の回転数が所定の回転数を下回ったときに、バイパス弁94を開放する。所定の回転数は、回転数センサ208が検出可能な膨張器86の回転数の下限値に設定され得る。以下、上記の所定の回転数を判定回転数N100とも呼ぶ。また、バイパス弁制御部108は、エンジン14が始動した場合に、バイパス弁94を閉鎖する。なお、バイパス弁制御部108によるバイパス弁94の駆動の制御に用いられる各種設定値は、例えば、制御装置100の記憶素子に記憶される。

0046

<3.動作>
続いて、図3〜10を参照して、本実施形態に係る制御装置100が行う処理の流れについて説明する。図3図7及び図9に示した処理は、車両の制御システム起動した後において、常時行われ得る。

0047

(第1の処理の流れ)
図3は、本実施形態に係る制御装置100が行う第1の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図4は、本実施形態に係る第1の処理が行われた場合の、各状態量の推移について説明するための説明図である。

0048

図3に示したように、本実施形態に係る第1の処理では、まず、エンジン状態判定部102は、エンジン14が停止したか否かを判定する(ステップS502)。エンジン状態判定部102により、エンジン14が停止したと判定されなかった場合(ステップS502/NO)、ステップS502の判定処理が繰り返される。一方、エンジン状態判定部102により、エンジン14が停止したと判定された場合(ステップS502/YES)、冷却水ポンプ制御部104は、エンジン14が停止した時点から判定継続期間Tp100が経過したか否かを判定する(ステップS504)。冷却水ポンプ制御部104により、エンジン14が停止した時点から判定継続期間Tp100が経過したと判定されなかった場合(ステップS504/NO)、ステップS504の判定処理が繰り返される。一方、冷却水ポンプ制御部104により、エンジン14が停止した時点から判定継続期間Tp100が経過したと判定された場合(ステップS504/YES)、冷却水ポンプ制御部104は、冷却水ポンプ15を停止させる(ステップS506)。

0049

図4に示したように、時刻T11において、エンジン14の状態が運転している状態から停止している状態へ切り替わることによって、エンジン状態判定部102により、エンジン14が停止したと判定される(ステップS502/YES)。そして、エンジン14が停止した時刻T11以降、冷却水ポンプ制御部104によって、エンジン14が停止した時点から判定継続期間Tp100が経過したか否かの判定が繰り返される(ステップS504)。次に、時刻T11から判定継続期間Tp100が経過する時刻T12において、冷却水ポンプ制御部104によって、エンジン14が停止した時点から判定継続期間Tp100が経過したと判定される(ステップS504/YES)。そして、時刻T12において、冷却水ポンプ制御部104によって、冷却水ポンプ15の回転数の低下が開始され、その後、冷却水ポンプ15が停止する(ステップS506)。

0050

エンジン14が停止した後においても、冷却水はエンジン14の廃熱を有している。ゆえに、エンジン14が停止した場合に、冷却水ポンプ15の駆動を継続させることによって、エンジン14が停止した後において作動媒体と冷却水との間で熱交換される熱量を増大させることができる。よって、熱交換器78でのランキンサイクル70の作動媒体による冷却水からの廃熱の回収効率を向上させることが可能である。

0051

冷却水ポンプ制御部104は、例えば、図5に示したマップM10を用いて判定継続期間Tp100を設定する。マップM10は、冷却水の温度又はエンジン始動後時間と判定継続期間Tp100との関係性を表す。具体的には、図5に示したように、判定継続期間Tp100は、冷却水の温度又はエンジン始動後時間が大きいほど、大きい値に設定されてもよい。ここで、冷却水の温度又はエンジン始動後時間が大きいほど、エンジン14が停止した時点において冷却水が有する廃熱の量は多い。ゆえに、判定継続期間Tp100を、冷却水の温度又はエンジン始動後時間が大きいほど、大きい値に設定することによって、エンジン14が停止した時点において冷却水が有する廃熱の量に応じて、冷却水からの廃熱の回収効率をより効果的に向上させることが可能である。

0052

なお、冷却水の温度又はエンジン始動後時間が小さいときには、エンジン14が停止した時点において作動媒体と冷却水との間での熱交換が十分に行われている場合がある。このような場合には、判定継続期間Tp100は、0に設定されてもよい。

0053

ステップS506の処理の後、図3に示したように、ランキンサイクルポンプ制御部106は、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧が判定圧力P100を下回ったか否かを判定する(ステップS508)。ランキンサイクルポンプ制御部106により、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧が判定圧力P100を下回ったと判定されなかった場合(ステップS508/NO)、ステップS508の判定処理が繰り返される。一方、ランキンサイクルポンプ制御部106により、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧が判定圧力P100を下回ったと判定された場合(ステップS508/YES)、ランキンサイクルポンプ制御部106は、ランキンサイクルポンプ74を停止させる(ステップS510)。

0054

冷却水ポンプ15の停止に伴い、図4に示した時刻12以降では、熱交換器78において作動媒体によって冷却水から回収される廃熱の単位時間あたりの熱量は低下する。ゆえに、時刻T12以降において、図4に示したように、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧は低下する。それにより、時刻T13において、ランキンサイクルポンプ制御部106により、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧が判定圧力P100を下回ったと判定される(ステップS508/YES)。そして、時刻T13において、ランキンサイクルポンプ制御部106によって、ランキンサイクルポンプ74の回転数の低下が開始され、その後、ランキンサイクルポンプ74が停止する(ステップS510)。

0055

ここで、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧が低いほど、膨張器86により生成される機械エネルギの量は少なくなるので、熱発電用発電機60により発電される電力は低くなる。また、判定圧力P100は、熱発電用発電機60により発電される電力がランキンサイクルポンプ74の駆動に用いられる電力を下回るか否かを判定し得る値に設定される。ゆえに、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧が判定圧力P100を下回る場合には、熱発電用発電機60により発電される電力がランキンサイクルポンプ74の駆動に用いられる電力を下回る。よって、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧が判定圧力P100を下回ったときにランキンサイクルポンプ74を停止させることによって、ランキンサイクルポンプ74の駆動に用いられる電力のうち不要な電力の消費を防止しつつ、廃熱の回収効率をより向上させることが可能である。それにより、発電効率を向上させることが可能である。

0056

ランキンサイクルポンプ制御部106は、例えば、図6に示したマップM20を用いて判定圧力P100を設定する。マップM20は、推定蒸気流量と判定圧力P100との関係性を表す。推定蒸気流量は、気化した作動媒体の膨張器86への流量の推定量を示す。推定蒸気流量は、例えば、ランキンサイクルポンプ74の回転数及び第1の冷却水温センサ216により検出される熱交換器78の近傍における冷却水の温度のうち少なくとも1つに基づいて算出され得る。具体的には、推定蒸気流量は、ランキンサイクルポンプ74の回転数及び第1の冷却水温センサ216により検出される熱交換器78の近傍における冷却水の温度の各々が大きいほど、大きな値となるように算出される。

0057

判定圧力P100は、図6に示したように、推定蒸気流量が大きいほど、小さい値に設定されてもよい。ここで、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧が一定である場合において、推定蒸気流量が大きいほど、膨張器86により生成される機械エネルギの量は多くなる。ゆえに、推定蒸気流量が大きいほど、判定圧力P100を小さい値に設定することによって、熱発電用発電機60により発電される電力がランキンサイクルポンプ74の駆動に用いられる電力を下回るまでの間において、ランキンサイクルポンプ74の駆動を適切に継続させることができる。よって、推定蒸気流量に応じて、廃熱の回収効率をより効果的に向上させることが可能である。

0058

ステップS510の処理の後、図3に示したように、バイパス弁制御部108は、膨張器86の回転数が判定回転数N100を下回ったか否かを判定する(ステップS512)。バイパス弁制御部108により、膨張器86の回転数が判定回転数N100を下回ったと判定されなかった場合(ステップS512/NO)、ステップS512の判定処理が繰り返される。一方、バイパス弁制御部108により、膨張器86の回転数が判定回転数N100を下回ったと判定された場合(ステップS512/YES)、バイパス弁制御部108は、バイパス弁94を開放し(ステップS514)、図3に示した処理は終了する。

0059

図4に示した時刻T12以降における膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧の低下に伴い、膨張器86により生成される回転運動のエネルギは低下する。さらに、ランキンサイクルポンプ74の停止に伴い、図4に示した時刻13以降では、作動媒体の膨張器86への流量は低下する。ゆえに、時刻T12以降において、図4に示したように、膨張器86の回転数は低下する。それにより、時刻T14において、バイパス弁制御部108により、膨張器86の回転数が判定回転数N100を下回ったと判定される(ステップS512/YES)。そして、時刻T14において、バイパス弁制御部108によって、バイパス弁94が開放される(ステップS514)。

0060

判定回転数N100は、回転数センサ208が検出可能な膨張器86の回転数の下限値に設定される。ゆえに、膨張器86の回転数が判定回転数N100を下回ったときには、膨張器86の回転は停止している場合がある。このような場合には、ランキンサイクル70の作動媒体流路72における作動媒体の流動は停止している。エンジン14が停止した後において、エンジン14の冷却水は廃熱を有しているため、作動媒体と冷却水との間で熱交換が行われる熱交換器78の近傍の作動媒体が加熱される状態が継続する。よって、作動媒体として例えばフロン又はアルコール等が用いられている場合において、作動媒体の流動が停止すると、熱交換器78の近傍の作動媒体が過剰に加熱されることによって、作動媒体の熱分解が生じる可能性がある。

0061

ここで、バイパス弁94を開放することによって、作動媒体流路72の膨張器86より上流側における熱交換器78の近傍の作動媒体をバイパス流路82を通じて作動媒体流路72の膨張器86より下流側へ流動させることができる。よって、膨張器86の回転数が判定回転数N100を下回ったときに、バイパス弁94を開放することによって、熱交換器78の近傍の作動媒体が過剰に加熱されることを防止することができるので、作動媒体の熱分解を防止することができる。

0062

なお、図4に示したように、時刻T15において、エンジン14の状態が停止している状態から運転している状態へ切り替わることによって、エンジン状態判定部102により、エンジン14が始動したと判定される。そして、冷却水ポンプ制御部104が、冷却水ポンプ15を駆動させる。また、ランキンサイクルポンプ制御部106が、ランキンサイクルポンプ74を駆動させる。また、バイパス弁制御部108が、バイパス弁94を閉鎖する。

0063

(第2の処理の流れ)
図7は、本実施形態に係る制御装置100が行う第2の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図8は、本実施形態に係る第2の処理が行われた場合の、各状態量の推移について説明するための説明図である。第2の処理では、第1の処理と比較して、エンジン14が停止したと判定された場合(ステップS502/YES)における、冷却水ポンプ15の停止処理(ステップS506)の前の冷却水ポンプ制御部104による判定処理が異なる。以下の説明において、冷却水ポンプ15の停止処理(ステップS506)以降の処理(ステップS506〜ステップS514)についての説明を省略する。

0064

本実施形態に係る第2の処理では、図7に示したように、エンジン状態判定部102により、エンジン14が停止したと判定された場合(ステップS502/YES)、冷却水ポンプ制御部104は、冷却水ポンプ15を停止させるか否かの判定を、冷却水の温度の推移に基づいて行うか否かを判定する(ステップS702)。ここで、エンジン始動後時間が短い場合に、エンジン14の停止後、エンジン14の廃熱が冷却水へ伝達されることによって冷却水の温度が上昇し得る。冷却水ポンプ制御部104は、例えば、エンジン始動後時間が、エンジン14の停止後に冷却水の温度上昇が生じる程度に短い場合に、冷却水ポンプ15を停止させるか否かの判定を、冷却水の温度の推移に基づいて行うと判定する。また、冷却水ポンプ制御部104は、第1の冷却水温センサ216又は第2の冷却水温センサ220により検出される冷却水の温度が上昇している場合に、冷却水ポンプ15を停止させるか否かの判定を、冷却水の温度の推移に基づいて行うと判定してもよい。

0065

ステップS702の処理において、冷却水ポンプ制御部104により、冷却水ポンプ15を停止させるか否かの判定を、冷却水の温度の推移に基づいて行うと判定されなかった場合(ステップS702/NO)、冷却水ポンプ制御部104は、エンジン14が停止した時点から判定継続期間Tp100が経過したか否かを判定する(ステップS504)。冷却水ポンプ制御部104により、エンジン14が停止した時点から判定継続期間Tp100が経過したと判定されなかった場合(ステップS504/NO)、ステップS504の判定処理が繰り返される。一方、冷却水ポンプ制御部104により、エンジン14が停止した時点から判定継続期間Tp100が経過したと判定された場合(ステップS504/YES)、冷却水ポンプ制御部104は、冷却水ポンプ15を停止させる(ステップS506)。

0066

ステップS702において、冷却水ポンプ15を停止させるか否かの判定を、冷却水の温度の推移に基づいて行うと判定された場合(ステップS702/YES)、本実施形態に係る第2の処理では、冷却水ポンプ制御部104は、冷却水の温度が、エンジン14が停止した時点と比較して、判定温度Th100上昇したか否かを判定する(ステップS704)。冷却水ポンプ制御部104により、冷却水の温度が、エンジン14が停止した時点と比較して、判定温度Th100上昇したと判定されなかった場合(ステップS704/NO)、ステップS704の判定処理が繰り返される。一方、冷却水ポンプ制御部104により、冷却水の温度が、エンジン14が停止した時点と比較して、判定温度Th100上昇したと判定された場合(ステップS704/YES)、冷却水ポンプ制御部104は、冷却水ポンプ15を停止させる(ステップS506)。

0067

図8に示したように、時刻T21において、エンジン14の状態が運転している状態から停止している状態へ切り替わることによって、エンジン状態判定部102により、エンジン14が停止したと判定される(ステップS502/YES)。ここで、図8は、時刻21において、冷却水ポンプ制御部104により、冷却水ポンプ15を停止させるか否かの判定を、冷却水の温度の推移に基づいて行うと判定された場合(ステップS702/YES)における各状態量の推移を示す。

0068

エンジン14が停止した時刻T21以降、冷却水ポンプ制御部104によって、冷却水の温度が、エンジン14が停止した時点と比較して、判定温度Th100上昇したか否かの判定が繰り返される(ステップS704)。次に、時刻T22において、冷却水ポンプ制御部104により、冷却水の温度が、エンジン14が停止した時点と比較して、判定温度Th100上昇したと判定される(ステップS704/YES)。そして、時刻T22において、冷却水ポンプ制御部104によって、冷却水ポンプ15の回転数の低下が開始され、その後、冷却水ポンプ15が停止する(ステップS506)。

0069

ここで、エンジン始動後時間が短い場合に、エンジン14の停止後、エンジン14の廃熱がエンジン14から冷却水へ伝達されることによって冷却水の温度が上昇し得る。また、判定温度Th100は、このような場合に、エンジン14の停止後、エンジン14の廃熱の冷却水への伝達による冷却水の温度の上昇分として予測され得る値に設定される。本実施形態に係る第2の処理によれば、エンジン14が停止した場合に、冷却水ポンプ15の駆動は、冷却水の温度が、エンジン14が停止した時点と比較して、判定温度Th100上昇するまでの間継続した後に停止する。それにより、エンジン14の停止後に冷却水の温度が上昇する場合において、熱交換器78でのランキンサイクル70の作動媒体による冷却水からの廃熱の回収効率を向上させることが可能である。

0070

(第3の処理の流れ)
図9は、本実施形態に係る制御装置100が行う第3の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図10は、本実施形態に係る第3の処理が行われた場合の、各状態量の推移について説明するための説明図である。第3の処理では、第2の処理と比較して、冷却水ポンプ15を停止させるか否かの判定を、冷却水の温度の推移に基づいて行うと判定された場合(ステップS702/YES)における、冷却水ポンプ制御部104による判定処理が異なる。以下の説明において、冷却水ポンプ15の停止処理(ステップS506)以降の処理(ステップS506〜ステップS514)及びステップS504の処理についての説明を省略する。

0071

図9に示したように、ステップS702において、冷却水ポンプ15を停止させるか否かの判定を、冷却水の温度の推移に基づいて行うと判定された場合(ステップS702/YES)、本実施形態に係る第3の処理では、冷却水ポンプ制御部104は、冷却水の温度が上昇した後に略一定の温度に判定保持時間Tp200保持されたか否かを判定する(ステップS904)。冷却水ポンプ制御部104により、冷却水の温度が上昇した後に略一定の温度に判定保持時間Tp200保持されたと判定されなかった場合(ステップS904/NO)、ステップS904の判定処理が繰り返される。一方、冷却水ポンプ制御部104により、冷却水の温度が上昇した後に略一定の温度に判定保持時間Tp200保持されたと判定された場合(ステップS904/YES)、冷却水ポンプ制御部104は、冷却水ポンプ15を停止させる(ステップS506)。

0072

図10に示したように、時刻T31において、エンジン14の状態が運転している状態から停止している状態へ切り替わることによって、エンジン状態判定部102により、エンジン14が停止したと判定される(ステップS502/YES)。ここで、図10は、時刻31において、冷却水ポンプ制御部104により、冷却水ポンプ15を停止させるか否かの判定を、冷却水の温度の推移に基づいて行うと判定された場合(ステップS702/YES)における各状態量の推移を示す。

0073

エンジン14が停止した時刻T31以降、冷却水の温度が上昇した後に略一定の温度に判定保持時間Tp200保持されたか否かの判定が繰り返される(ステップS904)。図10に示したように、冷却水の温度は、時刻T31から時刻T32にかけて上昇した後、略一定の温度に保持される。時刻T32から冷却水の温度が略一定の温度に判定保持時間Tp200保持された時刻T33において、冷却水ポンプ制御部104により、冷却水の温度が上昇した後に略一定の温度に判定保持時間Tp200保持されたと判定される(ステップS904/YES)。そして、時刻T33において、冷却水ポンプ制御部104によって、冷却水ポンプ15の回転数の低下が開始され、その後、冷却水ポンプ15が停止する(ステップS506)。

0074

エンジン14の停止後、エンジン14の廃熱の冷却水への伝達によって冷却水の温度が上昇する場合に、冷却水の温度が上昇し終えた後においても、冷却水はエンジン14の廃熱を有している。本実施形態に係る第3の処理によれば、エンジン14が停止した場合に、冷却水ポンプ15の駆動は、冷却水の温度が上昇した後、略一定の温度に判定保持時間Tp200保持するまでの間継続した後に停止する。それにより、エンジン14の停止後に冷却水の温度が上昇する場合において、熱交換器78でのランキンサイクル70の作動媒体による冷却水からの廃熱の回収効率をより効果的に向上させることが可能である。

0075

<4.むすび>
以上説明したように、本実施形態によれば、冷却水ポンプ制御部104は、エンジン14が停止した場合に、冷却水ポンプ15の駆動を継続させた後に停止させる。それにより、エンジン14が停止した後において作動媒体と冷却水との間で熱交換される熱量を増大させることができる。また、ランキンサイクルポンプ制御部106は、エンジンが停止した場合に、冷却水ポンプ15が停止した後に、膨張器86へ供給される作動媒体の蒸気圧が所定の圧力を下回ったときに、ランキンサイクルポンプ74を停止させる。それにより、ランキンサイクルポンプ74の駆動に用いられる電力のうち不要な電力の消費を防止しつつ、廃熱の回収効率をより向上させることが可能である。従って、車両において生じる廃熱を利用した発電における発電効率を向上させることが可能である。

0076

上記では、エンジン14の運転により生成された駆動力は、駆動力伝達系18を介して、駆動輪22へ伝達される例について説明したが、本発明に係る技術的範囲は係る例に限定されない。例えば、エンジン14の運転により生成された駆動力は、エンジン14と接続された図示しない発電機へ伝達され、当該発電機による発電に用いられてもよい。なお、当該発電機によって発電された電力は、高電圧バッテリ30へ蓄電されるように構成し得る。

0077

また、上記では、熱発電用発電機60により発電された電力が高電圧バッテリ30に蓄電される例について説明したが、本発明に係る技術的範囲は係る例に限定されず、例えば、熱発電用発電機60により発電された電力は車両内の各種装置へ電力を供給する低電圧バッテリに蓄電されてもよい。

0078

また、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしもフローチャートに示された順序で実行されなくてもよい。いくつかの処理ステップは、並列的に実行されてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。

0079

また、図7及び図9にそれぞれ示した第2の処理及び第3の処理では、ステップS702において、冷却水ポンプ15を停止させるか否かの判定を、冷却水の温度の推移に基づいて行うと判定された場合(ステップS702/YES)、所定の時間を経過したときにエンジン14を停止させてもよい。第2の処理において、当該所定の時間は、エンジン14が停止した時点から、冷却水の温度が、エンジン14が停止した時点と比較して、判定温度Th100上昇する時点までの時間として予想される時間に設定され得る。それにより、冷却水の温度が、エンジン14が停止した時点と比較して、判定温度Th100上昇しなかった場合に、冷却水ポンプ15が駆動し続けることを防止することが出来る。また、第3の処理において、当該所定の時間は、エンジン14が停止した時点から、冷却水の温度が上昇した後に略一定の温度に判定保持時間Tp200保持される時点までの時間として予想される時間に設定され得る。それにより、冷却水の温度が上昇した後に略一定の温度に判定保持時間Tp200保持されなかった場合に、冷却水ポンプ15が駆動し続けることを防止することが出来る。

0080

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0081

10充電システム
14エンジン
15冷却水ポンプ
16冷却水流路
18駆動力伝達系
22駆動輪
30高電圧バッテリ
40モータ・ジェネレータ
60熱発電用発電機
70ランキンサイクル
72作動媒体流路
74 ランキンサイクルポンプ
78熱交換器
82バイパス流路
86膨張器
90凝縮器
94バイパス弁
98タンク
100制御装置
102エンジン状態判定部
104 冷却水ポンプ制御部
106 ランキンサイクルポンプ制御部
108 バイパス弁制御部
208回転数センサ
212蒸気圧センサ
216 第1の冷却水温センサ
220 第2の冷却水温センサ

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