JP2007239566A - Auxiliary device of supercharger using waste heat energy of egr gas - Google Patents

Auxiliary device of supercharger using waste heat energy of egr gas Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To compensate for the deficiency of the drive force, i.e., the deficiency of the supercharging pressure of an exhaust turbine supercharger while effectively using the waste heat energy of an EGR gas. <P>SOLUTION: This auxiliary device of a supercharger is used for an engine 2 comprising an EGR system for re-sucking exhaust gases as the EGR gas through an EGR gas passage 18 and the exhaust turbine supercharger 12 rotatingly driven by the exhaust gases discharged through an engine exhaust gas passage 10 to supercharge an intake air. The auxiliary device comprises a thermoelectric conversion system 20 for converting the thermal energy of the EGR gases passing through the EGR gas passage into an electric energy and a supercharger auxiliary system 36 for increasing the supercharging pressure of the exhaust turbine supercharger by using the electricity generated by the thermoelectric conversion system. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ＥＧＲシステムと排気ガス駆動の排気タービン過給機とを備えたエンジンに使用されて好適な、ＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置に関する。   The present invention relates to an auxiliary device for a supercharger using exhaust heat energy of EGR gas, which is suitable for an engine including an EGR system and an exhaust gas-driven exhaust turbine supercharger.

従来、例えば、トラック等の車両に搭載されるエンジンのＥＧＲシステムは、エンジンの排気ガスの一部を再度エンジンに吸気させ、吸気中の酸素濃度を低下させることによりエンジンの燃焼温度を下げて、エンジンにＮＯX の低減を図るものである。 Conventionally, for example, an EGR system of an engine mounted on a vehicle such as a truck reduces the combustion temperature of the engine by lowering the oxygen concentration in the intake air by causing the engine to re-intake a part of the exhaust gas of the engine again, it is intended to reduce of the NO X in the engine.

特に、近年におけるディーゼルエンジン等のＮＯX 低減対策として極めて重要なシステムであり、排気ガスのうちＥＧＲガスとしてエンジンに再給気させる割合はますます増大している。将来的には、最大時にエンジンの排気ガスの約６０％がＥＧＲガスとしてエンジンに再吸気されるようになることも想定される。 In particular, a very important system as NO X reduction measures such as a diesel engine in recent years, the proportion to be Saikyu air to the engine as EGR gas in the exhaust gas are increasingly. In the future, it is assumed that about 60% of the exhaust gas of the engine will be re-intaken into the engine as EGR gas at the maximum.

しかしながら、このＥＧＲガスは、エンジン吸気前にＥＧＲクーラによってエンジン冷却水との熱交換を行い、適温にまで冷却される。この場合、ＥＧＲガスから排出される多量の熱エネルギをエンジンラジエータによって放出しなければならず、将来の高ＥＧＲ化を考えた場合、エンジンラジエータを大型化しなければならないという問題が生じる。この高ＥＧＲ化に伴うラジエータの大型化は、エンジン収納スペースとの関係で、特に車両用エンジンにおいて極めて重要な問題である。   However, this EGR gas is cooled to an appropriate temperature by exchanging heat with engine cooling water by the EGR cooler before intake of the engine. In this case, a large amount of heat energy discharged from the EGR gas must be released by the engine radiator, and there is a problem that the engine radiator must be enlarged when considering the future high EGR. The increase in the size of the radiator accompanying the increase in EGR is a very important problem particularly in a vehicle engine in relation to the engine storage space.

また、エンジンラジエータからの排熱は大気への無駄な熱エネルギの放出であり、環境問題としても重要である。このため、ＥＧＲガスの熱エネルギを単に大気へ放出するのではなく、それを他のシステムの熱源等として有効利用するため、種々の装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。   Further, exhaust heat from the engine radiator is a wasteful release of heat energy to the atmosphere, which is also important as an environmental problem. For this reason, various devices have been disclosed in order to effectively use the heat energy of the EGR gas as a heat source for other systems rather than simply releasing it to the atmosphere (see, for example, Patent Document 1).

この一方、エンジンの排気ガス駆動の排気タービン過給機を備えたエンジンでは、エンジンの排気ガスの熱エネルギを利用して吸気圧を高め、それによってエンジン出力の増大を図るものである。しかしながら、上述のように、将来的には最大時にエンジンの排気ガスの約６０％がＥＧＲガスとしてエンジンに再吸気されることを考慮すると、この過給機を駆動させるエネルギが減少して駆動力不足、すなわち過給圧不足が発生する恐れがある。
特開平７−１８０６２０号公報 On the other hand, in an engine having an exhaust gas turbocharger driven by an exhaust gas of the engine, the intake pressure is increased by utilizing the thermal energy of the exhaust gas of the engine, thereby increasing the engine output. However, as described above, considering that about 60% of the exhaust gas from the engine will be re-intaken into the engine as EGR gas in the future, the energy for driving the supercharger is reduced and the driving force is reduced. There is a risk of shortage, that is, insufficient supercharging pressure.
JP-A-7-180620

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、高ＥＧＲ化に伴う排気タービン過給機の駆動力不足及びエンジンラジエータの大型化の問題を同時に解決するものであって、ＥＧＲガスの排熱エネルギを有効に利用しつつ排気タービン過給機の駆動力不足、すなわち過給圧不足を補うことができる、ＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve these problems, and solves the problem of insufficient driving force of the exhaust turbine supercharger and the enlargement of the engine radiator accompanying the increase in EGR. To provide an auxiliary device for a supercharger using the exhaust heat energy of EGR gas, which can make up for the lack of driving power of the exhaust turbine supercharger, that is, the lack of supercharging pressure, while effectively using the exhaust heat energy of the exhaust gas Is an issue.

上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、排気ガスをＥＧＲガス路を通してＥＧＲガスとして再吸気させるＥＧＲシステムと、エンジン排気ガス路を通して排気される排気ガスにより回転駆動されて吸気を過給する排気タービン過給機とを備えたエンジンに使用されるものであって、ＥＧＲガス路を通るＥＧＲガスの熱エネルギを電気エネ
ルギに変換する熱電変換システムと、この熱電変換システムによって発生した電気を用いて上記排気タービン過給機の過給圧を高める過給機補助システムとを備えたＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置を提供することである。 In order to solve the above-mentioned problems, the means employed by the present invention includes an EGR system that re-intakes exhaust gas as EGR gas through the EGR gas path, and an intake air that is rotationally driven by the exhaust gas exhausted through the engine exhaust gas path. A thermoelectric conversion system for converting thermal energy of EGR gas passing through an EGR gas path into electrical energy, and generated by the thermoelectric conversion system. The present invention is to provide a supercharger auxiliary device using exhaust heat energy of EGR gas provided with a supercharger auxiliary system for increasing the supercharging pressure of the exhaust turbine supercharger by using the electricity.

このように、本発明のＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置によれば、熱電変換システムがＥＧＲガスの熱エネルギを電気エネルギに変換し、過給機補助システムがこの発生した電気を用いて排気タービン過給機の過給圧を高めるから、例えば、高ＥＧＲ化によって過給機の駆動力不足が発生した場合にも、多量に使用するＥＧＲガスがその熱エネルギによって過給機の駆動力不足、すなわち過給圧不足を補うという、いわば自己完結型の優れた作用を奏する。   Thus, according to the auxiliary device for a supercharger using the exhaust heat energy of EGR gas of the present invention, the thermoelectric conversion system converts the heat energy of EGR gas into electric energy, and the supercharger auxiliary system generates this. For example, even if the driving power of the turbocharger is insufficient due to high EGR, the large amount of EGR gas is excessively absorbed by the thermal energy. In other words, it has an excellent self-contained effect that compensates for insufficient driving force of the feeder, that is, insufficient supercharging pressure.

これと共に、ＥＧＲガスは熱電変換システムによって電気エネルギに変換されるときに温度が低下するから、ＥＧＲガスのエンジン冷却水による冷却が不要になり、あるいは、仮にＥＧＲガスのエンジン冷却水による追加冷却が必要になった場合にも、エンジンラジエータへの負担が大幅に減少し、その大型化が確実に防止される。   At the same time, since the temperature of the EGR gas is lowered when it is converted into electric energy by the thermoelectric conversion system, cooling of the EGR gas by the engine cooling water becomes unnecessary, or if the EGR gas is additionally cooled by the engine cooling water. When it becomes necessary, the burden on the engine radiator is greatly reduced, and the enlargement is surely prevented.

好ましくは、上記過給機補助システムは、エンジンと排気タービン過給機との間のエンジン排気ガス路に配設されて上記電気によりエンジン排気ガス路を通る排気ガスを加熱する電気加熱器を備える。このように、電気加熱器がエンジン排気ガス路を通る排気ガスを加熱することにより、この排気ガス温度が上昇して過給機の過給圧を高めることができる。   Preferably, the supercharger auxiliary system includes an electric heater which is disposed in an engine exhaust gas path between the engine and the exhaust turbine supercharger and heats exhaust gas passing through the engine exhaust gas path by the electricity. . Thus, when the electric heater heats the exhaust gas passing through the engine exhaust gas passage, the exhaust gas temperature rises and the supercharging pressure of the supercharger can be increased.

又は、上記過給機補助システムは、排気タービン過給機の上流側のエンジン吸気路に配設されると共に上記電気により回転駆動されてこのエンジン吸気路を通る吸気を加圧して排気タービン過給機へ送る電動過給機を備える。このように、電動過給機が吸気を予め一定程度加圧しておくことにより、排気タービン過給機の過給圧を高めることができる。   Alternatively, the supercharger auxiliary system is disposed in the engine intake passage upstream of the exhaust turbine supercharger and is rotationally driven by the electricity so as to pressurize the intake air passing through the engine intake passage and thereby supercharge the exhaust turbine. Equipped with an electric supercharger to send to the machine. Thus, the supercharging pressure of the exhaust turbine supercharger can be increased by pressurizing the intake air to a certain extent in advance by the electric supercharger.

又は、上記過給機補助システムは、その回転軸が排気タービン過給機の回転軸に連結されると共に上記電気により回転駆動されてこの排気タービン過給機の回転軸を回転駆動させる電動モータを備える。このように、電動モータが排気タービン過給機の回転軸を回転駆動させることにより、その過給圧を高めることができる。   Alternatively, the supercharger auxiliary system includes an electric motor whose rotation shaft is coupled to the rotation shaft of the exhaust turbine supercharger and is rotationally driven by the electricity to rotate the rotation shaft of the exhaust turbine supercharger. Prepare. Thus, the supercharging pressure can be increased by causing the electric motor to rotationally drive the rotary shaft of the exhaust turbine supercharger.

又は、上記過給機補助システムは、電気により回転駆動されて油圧を発生させる電動油圧ポンプと、回転軸が排気タービン過給機の回転軸に連結されると共に電動油圧ポンプにより発生した油圧によって回転駆動されるオイルタービンとを備える。このように、オイルタービンが排気タービン過給機の回転軸を回転させることにより、その過給圧を高めることができる。   Alternatively, the supercharger auxiliary system includes an electric hydraulic pump that is rotationally driven by electricity to generate hydraulic pressure, and a rotary shaft that is connected to the rotary shaft of the exhaust turbine supercharger and is rotated by the hydraulic pressure generated by the electric hydraulic pump. An oil turbine to be driven. Thus, the supercharging pressure can be increased when the oil turbine rotates the rotating shaft of the exhaust turbine supercharger.

好ましくは、上記熱電変換システムは、ＥＧＲガス路に配設されてＥＧＲガスの熱エネルギを用いて蒸気を発生させる蒸気発生システムと、この蒸気発生システムによって発生した蒸気により回転駆動される蒸気タービンと、蒸気タービンによって回転駆動されて電気を発生させる発電機とを備える。このように、蒸気発生システムがＥＧＲガスの熱エネルギを用いて蒸気を発生させ、蒸気タービンがこの蒸気によって回転し、発電機が蒸気タービンによって回転駆動されることにより、上記過給機補助システムが使用する電気をＥＧＲガスの熱エネルギから発生させることができる。   Preferably, the thermoelectric conversion system includes a steam generation system that is disposed in the EGR gas path and generates steam using the thermal energy of the EGR gas, and a steam turbine that is rotationally driven by the steam generated by the steam generation system. And a generator that is rotated by a steam turbine to generate electricity. In this way, the steam generating system generates steam using the thermal energy of the EGR gas, the steam turbine is rotated by the steam, and the generator is rotated by the steam turbine. The electricity used can be generated from the thermal energy of the EGR gas.

又は、上記熱電変換システムは、ＥＧＲガス路に配設されてＥＧＲガスの熱エネルギによって電気を発生させる熱電素子を備える。このように、熱電素子を用いることにより、簡単な構成によりＥＧＲガスの熱エネルギを電気エネルギに変換することができる。   Alternatively, the thermoelectric conversion system includes a thermoelectric element that is disposed in the EGR gas path and generates electricity by the thermal energy of the EGR gas. Thus, by using a thermoelectric element, the heat energy of EGR gas can be converted into electric energy with a simple configuration.

本発明のＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置は、排気ガスをＥＧＲガス路を通してＥＧＲガスとして再吸気させるＥＧＲシステムと、エンジン排気ガス路を通して排気される排気ガスにより回転駆動されて吸気を過給する排気タービン過給機とを備えたエンジンに使用されるものであって、ＥＧＲガス路を通るＥＧＲガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換システムと、熱電変換システムによって発生した電気を用いて上記排気タービン過給機の過給圧を高める過給機補助システムとを備えるから、高ＥＧＲ化に伴う排気タービン過給機の駆動力不足及びエンジンラジエータの大型化の問題を同時に解決するものであって、ＥＧＲガスの排熱エネルギを有効に利用しつつ排気タービン過給機の駆動力不足、すなわち過給圧不足を補うことができる、という優れた効果を奏する。   The supercharger auxiliary device using the exhaust heat energy of EGR gas according to the present invention is driven to rotate by an EGR system that re-intakes exhaust gas as EGR gas through the EGR gas passage, and exhaust gas exhausted through the engine exhaust gas passage. And a thermoelectric conversion system for converting heat energy of EGR gas that passes through the EGR gas path into electric energy, and a thermoelectric conversion system. A supercharger auxiliary system that increases the supercharging pressure of the exhaust turbine supercharger using the electricity generated by the engine, so that the drive power of the exhaust turbine supercharger due to the high EGR and the enlargement of the engine radiator are reduced. The problem is solved at the same time, and the exhaust heat energy of EGR gas is effectively utilized while the driving power of the exhaust turbine supercharger is insufficient. Can be compensated for KazuSatoshi supercharge shortage demonstrates an excellent effect of.

本発明に係るＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置の発明を実施するための最良の形態を、図１ないし図５を参照して詳細に説明する。   BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the invention of an auxiliary device for a supercharger using the exhaust heat energy of EGR gas according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１に示すように、エンジン２の吸気側にインテークマニホールド４が、排気側にはエクゾーストマニホールド６がそれぞれ接続される。インテークマニホールド４はエンジン吸気路８に、エクゾーストマニホールド６はエンジン排気ガス路１０にそれぞれ接続される。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. As shown in FIG. 1, an intake manifold 4 is connected to the intake side of the engine 2, and an exhaust manifold 6 is connected to the exhaust side. The intake manifold 4 is connected to the engine intake passage 8, and the exhaust manifold 6 is connected to the engine exhaust gas passage 10.

エンジン２には、吸気を加圧するのため排気タービン過給機１２が配設され、過給機１２のコンプレッサ１４が上述のエンジン吸気路８に介挿され、タービン１６が上述のエンジン排気ガス路１０に介挿される。コンプレッサ１４とタービン１６は、回転軸１５により連結される。   The engine 2 is provided with an exhaust turbine supercharger 12 for pressurizing the intake air, the compressor 14 of the supercharger 12 is inserted in the engine intake passage 8 described above, and the turbine 16 is connected to the engine exhaust gas passage described above. 10 is inserted. The compressor 14 and the turbine 16 are connected by a rotating shaft 15.

すなわち、排気タービン過給機１２は、エンジン排気ガス路１０を通して排気されるエンジン２の排気ガスによりそのタービン１６が回転駆動され、その回転軸１５を介してタービン１６に連結されるコンプレッサ１４が吸気を過給する。一方、過給機１２のタービン１６を出たエンジン２の排気ガスは、図示しない大気汚染物質除去のための後処理装置や消音のためのマフラー等を通して大気中へ排気される。   That is, in the exhaust turbine supercharger 12, the turbine 16 is rotationally driven by the exhaust gas of the engine 2 exhausted through the engine exhaust gas passage 10, and the compressor 14 connected to the turbine 16 through the rotary shaft 15 receives the intake air. Supercharge. On the other hand, the exhaust gas of the engine 2 that has exited the turbine 16 of the supercharger 12 is exhausted into the atmosphere through a post-processing device for removing atmospheric pollutants (not shown), a muffler for silencing, and the like.

エンジン２には、エクゾーストマニホールド６から排気されるエンジン２の排気ガスの一部を、インテークマニホールド４に戻して再吸気させるためのＥＧＲシステムが配設されている。   The engine 2 is provided with an EGR system for returning a part of the exhaust gas of the engine 2 exhausted from the exhaust manifold 6 to the intake manifold 4 for re-intake.

このＥＧＲシステムは、上述のようにエンジン２の排気ガスの一部を再度エンジン２に吸気させ、吸気中の酸素濃度を低下させることによりエンジンの燃焼温度を下げて、エンジンにＮＯX の低減を図るものである。特に、エンジン２の一例としてのディーゼルエンジン等のＮＯX 低減対策として極めて重要なシステムであり、ＥＧＲガスとしてエンジン２に再吸気させる割合は、最大時に排気ガス総量の約６０％にも達する。 In this EGR system, a part of the exhaust gas of the engine 2 is again sucked into the engine 2 as described above, and the combustion temperature of the engine is lowered by lowering the oxygen concentration in the intake air, thereby reducing NO x in the engine. It is intended. In particular, it is an extremely important system as a NO x reduction measure such as a diesel engine as an example of the engine 2, and the rate of re-intake of the engine 2 as EGR gas reaches about 60% of the total exhaust gas at the maximum.

具体的には、エクゾーストマニホールド６とインテークマニホールド４との間にＥＧＲガス路１８が配設され、ＥＧＲガス路１８には、ＥＧＲガス路１８を通るＥＧＲガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換装置（熱電変換システム）２０、及びＥＧＲガスの流量調節を行なう流量調節弁３４等が、エクゾーストマニホールド６側からこの順にそれぞれ配設される。   Specifically, an EGR gas path 18 is disposed between the exhaust manifold 6 and the intake manifold 4. A conversion device (thermoelectric conversion system) 20 and a flow rate adjustment valve 34 for adjusting the flow rate of the EGR gas are arranged in this order from the exhaust manifold 6 side.

また、エンジン２のエクゾーストマニホールド６と排気タービン過給機１２のタービン１６との間のエンジン排気ガス路１０には、電気加熱器（過給機補助システム）３６が介
挿され、この電気加熱器３６は、熱電変換装置２０が発生させた電気を用いてエンジン排気ガス路１０を通る排気ガスを加熱する。このように、電気加熱器３６がエンジン排気ガス路１０を通る排気ガスを加熱することにより、過給機１２のタービン１６の入口ガス温度が上昇して、その過給圧を高めることができる。 An electric heater (supercharger auxiliary system) 36 is inserted in the engine exhaust gas passage 10 between the exhaust manifold 6 of the engine 2 and the turbine 16 of the exhaust turbine supercharger 12, and this electric heater 36 heats the exhaust gas passing through the engine exhaust gas passage 10 using the electricity generated by the thermoelectric converter 20. As described above, the electric heater 36 heats the exhaust gas passing through the engine exhaust gas passage 10, whereby the inlet gas temperature of the turbine 16 of the supercharger 12 rises, and the supercharging pressure can be increased.

図２に、熱電変換装置２０の一例が示される。熱電変換装置２０は、ＥＧＲガス路１８に配設されてＥＧＲガスの熱エネルギを用いて蒸気を発生させる蒸気発生器２２と、この蒸気発生器２２によって発生した蒸気により回転駆動される蒸気タービン２４と、連結軸２６を介してこの蒸気タービン２４によって回転駆動されて電気を発生させる発電機２８と、蒸気タービン２４から排気された蒸気を水に戻す復水器３０と、復水器３０から供給される水を加圧して再び蒸気発生器２２へ送る加圧ポンプ３２と、その他図示しない必要な構成要素とからなる。   FIG. 2 shows an example of the thermoelectric conversion device 20. The thermoelectric converter 20 is disposed in the EGR gas path 18 and generates a steam using the thermal energy of the EGR gas, and a steam turbine 24 that is rotationally driven by the steam generated by the steam generator 22. A generator 28 that is rotated by the steam turbine 24 through the connecting shaft 26 to generate electricity, a condenser 30 that returns the steam exhausted from the steam turbine 24 to water, and a supply from the condenser 30 It comprises a pressurizing pump 32 that pressurizes the water to be supplied and sends it again to the steam generator 22 and other necessary components not shown.

上述の復水器３０としては、例えば、冷却水を通して蒸気タービン２４から排気された蒸気を水に戻す水冷式のものや、空気により蒸気を冷却して水に戻す空冷式のもの等がある。   Examples of the condenser 30 include a water-cooled type that returns steam exhausted from the steam turbine 24 through cooling water to water, and an air-cooled type that cools steam by air and returns it to water.

なお、蒸気を発生させるための装置としては、上述のようにＥＧＲガスの熱エネルギを用いて直接蒸気を発生させる蒸発器型の熱交換器のほか、ＥＧＲガス路に配設されてＥＧＲガスの熱エネルギによって高温水を発生させるヒータ型の熱交換器と、このヒータ型の熱交換器により発生した高温水を他の熱源を追加利用して蒸気を発生させる蒸発器との組み合わせ等、さまざまな構成のものが考えられる。   In addition, as an apparatus for generating steam, as described above, in addition to an evaporator-type heat exchanger that directly generates steam using the thermal energy of EGR gas, it is disposed in an EGR gas path and is used for EGR gas. There are various combinations such as a combination of a heater-type heat exchanger that generates high-temperature water by heat energy and an evaporator that generates steam by using other heat sources from the high-temperature water generated by this heater-type heat exchanger. A configuration is conceivable.

また、熱電変換装置２０として、ＥＧＲガス路の配管内に配設されてＥＧＲガスの熱エネルギによって直接電気を発生させる、図示しない熱電素子を用いることもできる。この熱電素子を用いれば、簡単な構成によってＥＧＲガスの熱エネルギを電気エネルギに変換することができる。   Further, as the thermoelectric conversion device 20, a thermoelectric element (not shown) that is disposed in the piping of the EGR gas path and directly generates electricity by the thermal energy of the EGR gas can be used. If this thermoelectric element is used, the thermal energy of EGR gas can be converted into electrical energy with a simple configuration.

以上のように、本発明のＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置によれば、熱電変換装置２０がＥＧＲガスの熱エネルギを電気エネルギに変換し、電気加熱器３６が、必要時に熱電変換装置２０が発生させた電気を用いて過給機１２の過給圧を高める。   As described above, according to the supercharger auxiliary device using the exhaust heat energy of the EGR gas of the present invention, the thermoelectric converter 20 converts the heat energy of the EGR gas into electric energy, and the electric heater 36 is The supercharging pressure of the supercharger 12 is increased using electricity generated by the thermoelectric conversion device 20 when necessary.

したがって、例えば、高ＥＧＲ化によって排気タービン過給機１２の駆動力不足が発生した場合にも、多量に使用するＥＧＲガスがその熱エネルギによって過給機１２の駆動力不足を補い、その過給圧不足を解消する。なお、過給圧が充分であり、電気加熱器３６による排気ガスの加熱が不要な場合には、熱電変換装置２０が発生した電気は図示しない蓄電池等に蓄えられる一方、この蓄電池等に蓄えられた電気は必要時にこの電気加熱器３６の加熱に使用されたり、あるいは他のシステムで使用される。   Therefore, for example, even when the driving power of the exhaust turbine supercharger 12 is insufficient due to the high EGR, the large amount of EGR gas compensates for the insufficient driving power of the supercharger 12 by its thermal energy, and the supercharging Eliminate pressure shortage. In addition, when the supercharging pressure is sufficient and heating of the exhaust gas by the electric heater 36 is not necessary, the electricity generated by the thermoelectric conversion device 20 is stored in a storage battery (not shown) or the like and is stored in the storage battery. The electricity is used to heat the electric heater 36 when necessary, or used in other systems.

この一方、ＥＧＲガスは熱電変換装置２０を通過することにより、その熱エネルギが電気エネルギに変換されて温度低下する。このため、本実施の形態では、エンジン冷却水によってＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲガス熱交換器が装備されていない。これにより、エンジン冷却水システム、特にその配管等が単純化され、大幅なコスト削減を図ることができると共に、エンジンラジエータの負担が大幅に減少し、その大型化が確実に防止される。また、仮にＥＧＲガスのエンジン冷却水による追加冷却が必要になった場合にも、エンジンラジエータの負担の大幅軽減という点では同様である。   On the other hand, when the EGR gas passes through the thermoelectric conversion device 20, the thermal energy is converted into electric energy and the temperature is lowered. For this reason, in this Embodiment, the EGR gas heat exchanger for cooling EGR gas with engine cooling water is not equipped. This simplifies the engine cooling water system, particularly its piping and the like, and can greatly reduce the cost, while greatly reducing the burden on the engine radiator and reliably preventing an increase in size. Moreover, even if additional cooling of the EGR gas with the engine coolant is necessary, the same is true in terms of greatly reducing the burden on the engine radiator.

このように、本発明のＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置は、高ＥＧＲ化による排気タービン過給機１２の駆動力不足を、この多量のＥＧＲガスが有する熱
エネルギを用いて補い、いわば自己完結型の解決を行なうと共に、これまで問題となっていたエンジンラジエータへの負担の増大という問題も併せて解決するという、極めて優れたものである。 As described above, the supercharger auxiliary device using the exhaust heat energy of the EGR gas according to the present invention has a shortage of driving power of the exhaust turbine supercharger 12 due to the high EGR, and the thermal energy possessed by this large amount of EGR gas. It is an excellent solution to solve the problem of increasing the burden on the engine radiator, which has been a problem until now.

図３を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３に示されるように、第２の実施の形態では、上述の第１の実施の形態の電気加熱器３６に代えて、排気タービン過給機４０の上流側のエンジン吸気路４２に、電動過給機（過給機補助システム）４４が配設される。   A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, in the second embodiment, instead of the electric heater 36 of the first embodiment described above, the engine intake passage 42 on the upstream side of the exhaust turbine supercharger 40 is electrically driven. A supercharger (supercharger auxiliary system) 44 is provided.

電動過給機４４は、そのコンプレッサ４６が電動モータ４８により回転駆動され、この電動モータ４８は熱電変換装置（熱電変換システム）５０によって発生した電気によって回転駆動される。すなわち、ＥＧＲガスの有する熱エネルギを熱電変換装置５０が電気エネルギに変換し、この熱電変換装置５０が発生した電気によって電動過給機４４が吸気を予め一定程度加圧することにより、排気タービン過給機４０で駆動力不足が発生した場合にも、その過給圧を所望の圧力にまで高めることができる。その他は、上述の第１の実施の形態と同様であり、その説明を省略する。   In the electric supercharger 44, the compressor 46 is rotationally driven by an electric motor 48, and the electric motor 48 is rotationally driven by electricity generated by a thermoelectric conversion device (thermoelectric conversion system) 50. That is, the thermoelectric conversion device 50 converts the thermal energy of the EGR gas into electrical energy, and the electric turbocharger 44 pressurizes the intake air to a certain degree in advance by the electricity generated by the thermoelectric conversion device 50, thereby supercharging the exhaust turbine. Even when the driving force is insufficient in the machine 40, the supercharging pressure can be increased to a desired pressure. Others are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図４を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図４に示されるように、第３の実施の形態では、上述の第１の実施の形態の排気タービン過給機１２及び電気加熱器３６に代えて、電動モータ補助の排気タービン過給機６０が配設される。   A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, in the third embodiment, instead of the exhaust turbine supercharger 12 and the electric heater 36 of the first embodiment described above, an exhaust turbine supercharger 60 supplemented with an electric motor is provided. Is disposed.

排気タービン過給機６０は、その回転軸が過給機６０の回転軸６２に一体に連結された電動モータ（過給機補助システム）６４を有し、この電動モータ６４の回転軸が熱電変換装置（熱電変換システム）６６により発生した電気によって回転駆動されて、過給機６０の回転軸６２を回転駆動させる。これにより、排気タービン過給機６０の過給圧を高めることができる。   The exhaust turbine supercharger 60 has an electric motor (supercharger auxiliary system) 64 whose rotating shaft is integrally connected to the rotating shaft 62 of the supercharger 60, and the rotating shaft of the electric motor 64 is thermoelectrically converted. The rotary shaft 62 of the supercharger 60 is driven to rotate by being rotated by electricity generated by the device (thermoelectric conversion system) 66. Thereby, the supercharging pressure of the exhaust turbine supercharger 60 can be increased.

これと共に、エンジン排気ガス路６８を通る排気ガスが多量にあり、排気タービン過給機６０の過給圧が充分に得られている場合には、この電動モータ６４を過給機６０の駆動による発電機として使用して、電気を発生させることもできる。その他は、上述の第１の実施の形態と同様であり、その説明を省略する。   At the same time, when there is a large amount of exhaust gas passing through the engine exhaust gas passage 68 and the supercharging pressure of the exhaust turbine supercharger 60 is sufficiently obtained, the electric motor 64 is driven by the supercharger 60. It can also be used as a generator to generate electricity. Others are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図５を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。図５に示されるように、第４の実施の形態では、上述の第１の実施の形態の排気タービン過給機１２及び電気加熱器３６に代えて、電動油圧ポンプ７０（過給機補助システム）とオイルタービン７２（過給機補助システム）と排気タービン過給機７４とが配設される。   The fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, in the fourth embodiment, instead of the exhaust turbine supercharger 12 and the electric heater 36 of the first embodiment described above, an electric hydraulic pump 70 (supercharger auxiliary system) is used. ), An oil turbine 72 (supercharger auxiliary system), and an exhaust turbine supercharger 74.

オイルタービン７２は、その回転軸が過給機７４の回転軸７６に一体に連結される。また、電動油圧ポンプ７０は、熱電変換装置（熱電変換システム）７８が発生した電気により回転駆動されて、油圧を発生させる。すなわち、オイルタービン７２が、電動油圧ポンプ７０が発生した油圧により回転駆動されて、過給機７４の回転軸７６を回転駆動させることにより、その過給圧を高める。その他は、上述の第１の実施の形態と同様であり、その説明を省略する。   The rotation shaft of the oil turbine 72 is integrally connected to the rotation shaft 76 of the supercharger 74. The electric hydraulic pump 70 is rotationally driven by the electricity generated by the thermoelectric conversion device (thermoelectric conversion system) 78 to generate hydraulic pressure. That is, the oil turbine 72 is rotationally driven by the hydraulic pressure generated by the electric hydraulic pump 70 and rotationally drives the rotating shaft 76 of the supercharger 74, thereby increasing the supercharging pressure. Others are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

本発明は上述の４つの実施の形態に制約されるものでない。例えば、過給機補助システム及び熱電変換システムは、上述のものに限定されるものではなく、種々の形態のものが考えられる。   The present invention is not limited to the above-described four embodiments. For example, the supercharger auxiliary system and the thermoelectric conversion system are not limited to those described above, and various forms can be considered.

本発明に係るＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機補助装置の第１の実施の形態を示す模試図である。1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a supercharger auxiliary device that uses exhaust heat energy of EGR gas according to the present invention. FIG. 図１の熱電変換装置の一例を示す模試図である。It is a schematic diagram which shows an example of the thermoelectric conversion apparatus of FIG. 同第２の実施の形態を示す模試図である。It is a schematic diagram which shows the 2nd embodiment. 同第３の実施の形態を示す模試図である。It is a schematic diagram which shows the said 3rd Embodiment. 同第４の実施の形態を示す模試図である。It is a schematic diagram which shows the 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

２ エンジン
４ インテークマニホールド
６ エクゾーストマニホールド
８ エンジン吸気路
１０ エンジン排気ガス路
１２ 排気タービン過給機
１４ コンプレッサ
１５ 回転軸
１６ タービン
１８ ＥＧＲガス路
２０ 熱電変換装置
２２ 蒸気発生器
２４ 蒸気タービン
２６ 連結軸
２８ 発電機
３０ 復水器
３２ 加圧ポンプ
３４ 流量調節弁
３６ 電気加熱器
４０ 排気タービン過給機
４２ エンジン吸気路
４４ 電動補助過給機
４６ コンプレッサ
４８ 電動モータ
５０ 熱電変換装置
６０ 排気タービン過給機
６２ 回転軸
６４ 電動モータ
６６ 熱電変換装置
６８ エンジン排気ガス路
７０ 電動油圧ポンプ
７２ オイルタービン
７４ 排気タービン過給機
７６ 回転軸
７８ 熱電変換装置
８０ エンジン排気ガス路
2 Engine 4 Intake manifold 6 Exhaust manifold 8 Engine intake passage 10 Engine exhaust gas passage 12 Exhaust turbine supercharger 14 Compressor 15 Rotating shaft 16 Turbine 18 EGR gas passage 20 Thermoelectric converter 22 Steam generator 24 Steam turbine 26 Connecting shaft 28 Power generation Machine 30 Condenser 32 Pressure pump 34 Flow control valve 36 Electric heater 40 Exhaust turbine supercharger 42 Engine intake passage 44 Electric auxiliary supercharger 46 Compressor 48 Electric motor 50 Thermoelectric converter 60 Exhaust turbine supercharger 62 Rotation Shaft 64 Electric motor 66 Thermoelectric converter 68 Engine exhaust gas passage 70 Electric hydraulic pump 72 Oil turbine 74 Exhaust turbine supercharger 76 Rotating shaft 78 Thermoelectric converter 80 Engine exhaust gas passage

Claims (7)

排気ガスをＥＧＲガス路（１８）を通してＥＧＲガスとして再吸気させるＥＧＲシステムと、エンジン排気ガス路（１０，６８，８０）を通して排気される排気ガスにより回転駆動されて吸気を過給する排気タービン過給機（１２，４０，６０，７４）とを備えたエンジン（２）に使用されるものであって、前記ＥＧＲガス路を通る前記ＥＧＲガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換システム（２０，５０，６６，７８）と、前記熱電変換システムによって発生した前記電気を用いて前記排気タービン過給機の過給圧を高める過給機補助システム（３６，４４，６４，７０，７２）とを備えたことを特徴とするＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置。   An EGR system that re-intakes exhaust gas as EGR gas through the EGR gas passage (18), and an exhaust turbine excess that is rotationally driven by the exhaust gas exhausted through the engine exhaust gas passage (10, 68, 80) to supercharge the intake air. A thermoelectric conversion system (2) used for an engine (2) having a feeder (12, 40, 60, 74) for converting thermal energy of the EGR gas passing through the EGR gas path into electrical energy ( 20, 50, 66, 78) and a supercharger auxiliary system (36, 44, 64, 70, 72) that increases the supercharging pressure of the exhaust turbine supercharger using the electricity generated by the thermoelectric conversion system. A supercharger auxiliary device using exhaust heat energy of EGR gas. 前記過給機補助システムは、前記エンジン（２）と前記排気タービン過給機（１２）との間の前記エンジン排気ガス路（１０）に配設されて前記電気により前記エンジン排気ガス路を通る前記排気ガスを加熱する電気加熱器（３６）を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置。   The supercharger auxiliary system is disposed in the engine exhaust gas passage (10) between the engine (2) and the exhaust turbine supercharger (12), and passes through the engine exhaust gas passage by the electricity. The auxiliary device for a supercharger using exhaust heat energy of EGR gas according to claim 1, further comprising an electric heater (36) for heating the exhaust gas. 前記過給機補助システムは、前記排気タービン過給機（４０）の上流側のエンジン吸気路（４２）に配設されると共に前記電気により回転駆動されて前記エンジン吸気路を通る前記吸気を加圧して前記排気タービン過給機へ送る電動過給機（４４）を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置。   The supercharger auxiliary system is disposed in the engine intake passage (42) on the upstream side of the exhaust turbine supercharger (40) and is rotationally driven by the electricity to add the intake air passing through the engine intake passage. The auxiliary device for a supercharger using the exhaust heat energy of EGR gas according to claim 1, further comprising an electric supercharger (44) that compresses and sends it to the exhaust turbine supercharger. 前記過給機補助システムは、回転軸が前記排気タービン過給機（６０）の回転軸（６２）に連結されると共に前記電気により回転駆動されて前記排気タービン過給機の前記回転軸を回転駆動させる電動モータ（６４）を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置。   In the supercharger auxiliary system, a rotary shaft is connected to a rotary shaft (62) of the exhaust turbine supercharger (60) and is rotated by the electricity to rotate the rotary shaft of the exhaust turbine supercharger. The auxiliary device for a supercharger using exhaust heat energy of EGR gas according to claim 1, further comprising an electric motor (64) to be driven. 前記過給機補助システムは、前記電気により回転駆動されて油圧を発生させる電動油圧ポンプ（７０）と、回転軸が前記排気タービン過給機（７４）の回転軸（７６）に連結されて前記電動油圧ポンプにより発生した前記油圧によって回転駆動されるオイルタービン（７２）とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置。   The supercharger auxiliary system includes an electric hydraulic pump (70) that is rotationally driven by the electricity to generate hydraulic pressure, and a rotary shaft connected to a rotary shaft (76) of the exhaust turbine supercharger (74). The auxiliary device for a supercharger using exhaust heat energy of EGR gas according to claim 1, further comprising an oil turbine (72) driven to rotate by the hydraulic pressure generated by an electric hydraulic pump. 前記熱電変換システムは、前記ＥＧＲガス路（１８）に配設されて前記ＥＧＲガスの熱エネルギを用いて蒸気を発生させる蒸気発生システム（２２）と、前記蒸気発生システムによって発生した前記蒸気により回転駆動される蒸気タービン（２４）と、前記蒸気タービンによって回転駆動されて電気を発生させる発電機（２８）とを備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置。   The thermoelectric conversion system includes a steam generation system (22) disposed in the EGR gas path (18) and generating steam using thermal energy of the EGR gas, and is rotated by the steam generated by the steam generation system. The EGR gas according to any one of claims 1 to 5, further comprising: a driven steam turbine (24); and a generator (28) that is rotationally driven by the steam turbine to generate electricity. An auxiliary device for a turbocharger that uses waste heat energy. 前記熱電変換システムは、前記ＥＧＲガス路に配設されて前記ＥＧＲガスの熱エネルギによって電気を発生させる熱電素子を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のＥＧＲガスの排熱エネルギを利用した過給機の補助装置。
6. The EGR gas according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion system includes a thermoelectric element that is disposed in the EGR gas path and generates electricity by thermal energy of the EGR gas. An auxiliary device for a turbocharger that uses waste heat energy.
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