JP2010138762A - Exhaust heat recovery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱機関の排ガス等から熱エネルギ回収して動力を発生する排熱回収システムに関する。 The present invention relates to an exhaust heat recovery system that generates power by recovering thermal energy from exhaust gas of a heat engine.
熱機関を用いることにより、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱を回収する排熱回収機関がある。このような用途に用いられる排熱回収機関は、例えば、理論熱効率に優れるスターリングエンジンのような外燃機関が用いられる。特許文献1には、内燃機関と、内燃機関の排ガスから熱エネルギを回収するスターリングエンジンと、スターリングエンジンによって駆動される発電機とを備え、内燃機関の停止時にはスターリングエンジンで発電機を駆動する排熱回収装置が開示されている。 There is an exhaust heat recovery engine that recovers exhaust heat of an internal combustion engine mounted on a vehicle such as a passenger car, a bus, or a truck by using a heat engine. As the exhaust heat recovery engine used for such an application, for example, an external combustion engine such as a Stirling engine having excellent theoretical thermal efficiency is used. Patent Document 1 includes an internal combustion engine, a Stirling engine that recovers thermal energy from the exhaust gas of the internal combustion engine, and a generator that is driven by the Stirling engine, and the exhaust that drives the generator by the Stirling engine when the internal combustion engine is stopped. A heat recovery device is disclosed.
ところで、スターリングエンジンを排熱回収機関として用いる場合、ヒータを介して熱源から熱エネルギを取得するが、ヒータに蓄えられた熱によって、入熱が停止した後でも排熱回収機関が動力を発生し続けることがある。特許文献1に開示された排熱回収装置は、入熱が停止した後にスターリングエンジンから得られる動力を電力に変換して蓄電池に蓄えるが、ヒータに蓄えられた熱によって得られる余剰の動力を有効に利用するには、改善の余地がある。 By the way, when a Stirling engine is used as an exhaust heat recovery engine, thermal energy is acquired from a heat source via a heater. However, the exhaust heat recovery engine generates power even after heat input is stopped by heat stored in the heater. May continue. The exhaust heat recovery device disclosed in Patent Document 1 converts the power obtained from the Stirling engine after the heat input is stopped into electric power and stores it in the storage battery, but effectively uses the surplus power obtained by the heat stored in the heater. There is room for improvement in use.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱機関から排出される排熱の熱エネルギを排熱回収機関によって回収するにあたり、熱機関の停止時において排熱回収機関が発生する余剰の動力を有効に利用することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and in recovering the heat energy of the exhaust heat discharged from the heat engine by the exhaust heat recovery engine, surplus generated by the exhaust heat recovery engine when the heat engine is stopped. The purpose is to make effective use of the power.
上述の目的を達成するために、本発明に係る排熱回収システムは、動力を発生するとともに車両に搭載される熱機関が排出する排ガスから熱エネルギを回収して動力を発生する排熱回収機関と、前記排熱回収機関によって駆動されて電力を発生する発電機と、当該発電機によって生み出された電力を蓄電できる蓄電手段と、前記熱機関の停止時において、前記排熱回収機関による発電量と、前記車両に搭載されて電力で動作する補機の要求電力量との比較結果に基づき、前記蓄電手段への充電と前記蓄電手段からの放電とを切り替える充放電制御手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an exhaust heat recovery system according to the present invention generates power and recovers heat energy from exhaust gas discharged from a heat engine mounted on a vehicle to generate power. A generator that generates electric power by being driven by the exhaust heat recovery engine, a power storage unit that can store the electric power generated by the generator, and an amount of power generated by the exhaust heat recovery engine when the heat engine is stopped And charge / discharge control means for switching between charging to the power storage means and discharging from the power storage means based on a result of comparison with a required power amount of an auxiliary machine mounted on the vehicle and operating with electric power. It is characterized by.
このような構成により、例えば、蓄電手段が満充電状態であって、これ以上充電できない場合であっても、排熱回収機関が発生する余剰の動力によって発生する電力を、車両に搭載されて電力で動作する補機に供給できる。これによって、余剰の動力によって発生した電力を電気抵抗等で無駄に消費させることはない。その結果、本発明に係る排熱回収システムは、熱機関から排出される排熱の熱エネルギを排熱回収機関によって回収するにあたり、熱機関の停止時において排熱回収機関が発生する余剰の動力を有効に利用できる。 With such a configuration, for example, even when the power storage means is in a fully charged state and cannot be charged any more, the electric power generated by the surplus power generated by the exhaust heat recovery engine is mounted on the vehicle as electric power. Can be supplied to auxiliary machines operating in As a result, the electric power generated by the surplus power is not wasted due to electric resistance or the like. As a result, the exhaust heat recovery system according to the present invention recovers excess heat generated by the exhaust heat recovery engine when the heat engine is stopped when recovering the heat energy of the exhaust heat exhausted from the heat engine by the exhaust heat recovery engine. Can be used effectively.
本発明の好ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、前記充放電制御手段は、前記排熱回収機関による発電量が前記補機の要求電力量よりも大きい場合には、前記発電量と前記要求電力量との差分を前記蓄電手段へ充電し、前記排熱回収機関による発電量が前記補機の要求電力量を下回る場合には、前記要求電力量の不足分を前記蓄電手段から前記補機へ供給することが望ましい。なお、前記排熱回収機関による発電量と前記補機の要求電力量とが等しい場合、前記充放電制御手段は、前記排熱回収機関によって発電された電力で、前記補機を駆動する。この場合、前記充放電制御手段は、前記蓄電手段に対して充電もしないし、放電もさせない。 As a preferred aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery system, the charge / discharge control means, when the power generation amount by the exhaust heat recovery engine is larger than the required power amount of the auxiliary machine, When the difference from the required power amount is charged to the power storage means and the amount of power generated by the exhaust heat recovery engine is lower than the required power amount of the auxiliary machine, the shortage of the required power amount is compensated from the power storage means to the supplementary power. It is desirable to supply to the machine. When the amount of power generated by the exhaust heat recovery engine is equal to the required power amount of the auxiliary machine, the charge / discharge control means drives the auxiliary machine with the electric power generated by the exhaust heat recovery engine. In this case, the charge / discharge control means does not charge or discharge the power storage means.
本発明の好ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、前記補機は、前記車両に搭載される車両用空調装置の圧縮機を駆動する電動機であることが望ましい。 As a preferred aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery system, the auxiliary machine is preferably an electric motor that drives a compressor of a vehicle air conditioner mounted on the vehicle.
本発明の好ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、前記充放電制御手段は、前記車両が停止して前記熱機関が停止した場合に、前記排熱回収機関による発電量と、前記車両に搭載されて電力で動作する補機の要求電力量との比較結果に基づき、前記蓄電手段への充電と前記蓄電手段からの放電とを切り替えることが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery system, the charge / discharge control means includes a power generation amount by the exhaust heat recovery engine and the vehicle when the vehicle stops and the heat engine stops. It is desirable to switch between charging of the power storage means and discharging from the power storage means based on a comparison result with the required power amount of the auxiliary machine that is mounted and operates with power.
本発明の好ましい態様としては、前記排熱回収システムにおいて、前記熱機関は前記車両に搭載される内燃機関であり、前記排熱回収機関は前記車両に搭載されるスターリングエンジンであることが望ましい。 As a preferred aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery system, it is desirable that the heat engine is an internal combustion engine mounted on the vehicle, and the exhaust heat recovery engine is a Stirling engine mounted on the vehicle.
本発明は、熱機関から排出される排熱の熱エネルギを排熱回収機関によって回収するにあたり、熱機関の停止時において排熱回収機関が発生する余剰の動力を有効に利用できる。 The present invention can effectively use surplus power generated by the exhaust heat recovery engine when the heat engine is stopped when recovering the heat energy of the exhaust heat discharged from the heat engine by the exhaust heat recovery engine.
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。また、以下に開示する構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。なお、以下の説明では、排熱回収機関としてスターリングエンジンを用い、熱機関である内燃機関の排ガスから熱エネルギを回収する場合を例とする。なお、排熱回収機関としては、外燃機関が好ましく、スターリングエンジンの他、ブレイトンサイクルを利用した排熱回収機関等を用いてもよい。また、排熱の回収対象である熱機関の種類は問わない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following description. In addition, constituent elements disclosed below include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in a so-called equivalent range. In the following description, a case where a Stirling engine is used as the exhaust heat recovery engine and thermal energy is recovered from the exhaust gas of the internal combustion engine, which is a heat engine, is taken as an example. As the exhaust heat recovery engine, an external combustion engine is preferable, and in addition to the Stirling engine, an exhaust heat recovery engine using a Brayton cycle may be used. Moreover, the kind of heat engine which is the collection object of exhaust heat is not ask | required.
(実施形態)
本実施形態は、熱機関から排出された熱の熱エネルギを排熱回収機関によって回収する排熱回収システムであり、熱機関の運転停止時には、排熱回収機関による発電量と、車両に搭載されて電力で動作する補機の要求電力量との比較結果に基づき、蓄電手段への充電と蓄電手段からの放電とを切り替える点に特徴がある。まず、本実施形態に係る排熱回収機関の構成を説明する。
(Embodiment)
The present embodiment is an exhaust heat recovery system that recovers thermal energy of heat exhausted from a heat engine by an exhaust heat recovery engine. When the heat engine is stopped, the amount of power generated by the exhaust heat recovery engine is Thus, there is a feature in that charging to the power storage means and discharging from the power storage means are switched based on the comparison result with the required power amount of the auxiliary machine that operates with electric power. First, the configuration of the exhaust heat recovery engine according to the present embodiment will be described.
図1は、本実施形態に係る排熱回収機関であるスターリングエンジンを示す断面図である。本実施形態に係る排熱回収機関であるスターリングエンジン100は、いわゆるα型の直列2気筒スターリングエンジンである。そして、第1シリンダである高温側シリンダ101内に収められた第1ピストンである高温側ピストン103と、第2シリンダである低温側シリンダ102内に収められた第2ピストンである低温側ピストン104とが直列に配置されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a Stirling engine that is an exhaust heat recovery engine according to the present embodiment. A Stirling
高温側シリンダ101と低温側シリンダ102とは、基準体である基板111に、直接、又は間接的に支持されて、固定されている。本実施形態に係るスターリングエンジン100においては、この基板111が、スターリングエンジン100の各構成要素の位置基準となる。また、後述するように、本実施形態に係るスターリングエンジン100は、高温側シリンダ101と高温側ピストン103との間、及び低温側シリンダ102と低温側ピストン104との間に気体軸受GBを介在させる。
The high
高温側シリンダ101と低温側シリンダ102との間には、略U字形状のヒータ(加熱器)105と再生器106とクーラ(冷却器)107とで構成される熱交換器108が配置される。高温側シリンダ101、低温側シリンダ102及び熱交換器108内には作動流体(本実施形態では空気)が封入されており、ヒータ105から供給される熱及びクーラ107で排出する熱によってスターリングサイクルを構成し、スターリングエンジン100を駆動する。
Between the high
ヒータ105の一方の端部は高温側シリンダ101に接続されて高温側シリンダ101とヒータ105との間で作動流体が流出入し、他方の端部は再生器106と接続されてヒータ105と再生器106との間で作動流体が流出入する。再生器106は、ヒータ105と接続される側とは反対側の端部がクーラ107と接続されて、再生器106とクーラ107との間で作動流体が流出入する。クーラ107は、再生器106の接続される側とは反対側の端部が低温側シリンダ102と接続されて、クーラ107と低温側シリンダ102との間で作動流体が流出入する。
One end of the
熱交換器108は、少なくともヒータ105が排気通路5内に配置される。排気通路5は、例えば、排熱回収対象である内燃機関から排出される排ガスExの通路を利用する。ヒータ105は、排気通路5を流れる排ガスExからの熱エネルギによってヒータ105内の作動流体を加熱する。なお、排気通路5内には、熱交換器108の再生器106を配置してもよい。本実施形態において、排ガスExは、高温側シリンダ101側から低温側シリンダ102側に向かって流れる。これによって、熱機関から排出された排ガスExは、温度低下が抑えられた状態でヒータ105に供給されるので、排ガスExの熱エネルギを効率よく回収することができる。
In the
図1に示すように、スターリングエンジン100を構成する高温側シリンダ101、高温側ピストン103、コネクティングロッド109、クランクシャフト110等の各構成要素は、筐体100Cに格納される。ここで、スターリングエンジン100の筐体100Cは、クランクケース114Aと、シリンダブロック114Bとを含んで構成されている。筐体100C内は、加圧手段115により加圧される。これは、高温側及び低温側シリンダ101、102、及び熱交換器108内の作動流体を加圧して、スターリングエンジン100からより多くの出力を取り出すためである。
As shown in FIG. 1, the constituent elements such as the high
上述したように、高温側ピストン103と低温側ピストン104とは、高温側シリンダ101と低温側シリンダ102内に気体軸受GBを介して支持されている。すなわち、ピストンリングを介さないで、ピストンをシリンダ内に支持する構造である。これによって、ピストンとシリンダとの摩擦を低減して、スターリングエンジン100の熱効率を向上させることができる。また、ピストンとシリンダとの摩擦を低減することにより、例えば、内燃機関の排熱回収のような低熱源、低温度差の運転条件下においても、スターリングエンジン100を運転して熱エネルギを回収できる。
As described above, the high
高温側ピストン103及び低温側ピストン104は、いずれも中空構造である。すなわち、ピストンの頂部と側部と仕切り部とで囲まれた空間(内部空間)を有している。また、高温側ピストン103の側部には、内部空間103Iと高温側ピストン103の外部とを連通する給気口120が形成され、低温側ピストン104の側部には、内部空間104Iと低温側ピストン104の外部とを連通する給気口121が形成される。
Each of the high
それぞれの内部空間103I、104Iには、筐体100Cの内部へ配置した、気体軸受用圧力生成手段である気体軸受ポンプ130から気体(本実施形態では作動流体)が供給される。それぞれの内部空間103I、104Iへ供給された気体は、それぞれの給気口120、121から高温側シリンダ101、低温側シリンダ102に向かって気体を流出して、気体軸受GBが形成される。気体軸受ポンプ130は筐体100Cの外部に配置してもよい。しかし、本実施形態のように、気体軸受ポンプ130を筐体100Cの内部に配置することにより、気体軸受ポンプ130は、加圧手段115によって加圧された筐体100C内の作動流体を内部空間103I、104Iに送り込むだけなので、気体軸受GBを形成するために要する気体軸受ポンプ130の仕事量を低減できる。
Gas (working fluid in this embodiment) is supplied to each of the
スターリングエンジン100は、筐体100Cにはシール軸受116が取り付けられており、クランクシャフト110がシール軸受116により支持される。クランクシャフト110はスターリングエンジン100の出力軸となり、スターリングエンジン100が発生した動力は、オルダムカップリングのようなフレキシブルカップリング118を介して筐体100Cの外部へ取り出される。次に、本実施形態に係る排熱回収システムの構成を説明する。
In the
図2は、本実施形態に係る排熱回収システムの構成を示す平面図である。図3は、本実施形態に係る排熱回収システムを車両に搭載した状態を示す概念図である。排熱回収システム10は、車両に搭載されて動力発生源となる。本実施形態に係る排熱回収システム10は、排熱回収機関であるスターリングエンジン100と、動力断続手段であるクラッチ6Eと、発電機(M/G)2とを含んで構成される。
FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the exhaust heat recovery system according to the present embodiment. FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which the exhaust heat recovery system according to the present embodiment is mounted on a vehicle. The exhaust
図3に示すように、内燃機関1及びスターリングエンジン100は、例えば、乗用車やトラック等の車両50に搭載されて、前記車両50の動力発生源となる。そして、内燃機関1は、前記車両50の走行中においては主たる動力発生源として常に出力を発生する。排熱回収システム10において、スターリングエンジン100は排熱回収対象の熱機関である内燃機関1の近傍に配置される。
As shown in FIG. 3, the internal combustion engine 1 and the
スターリングエンジン100のヒータ105は、内燃機関1の排気通路5内に配置される。そして、スターリングエンジン100は、ヒータ105から内燃機関1が排出した排ガスExの熱エネルギを回収して動力を発生する。この動力は、スターリングエンジン100のクランクシャフト(排熱回収機関出力軸)110から取り出される。スターリングエンジン100のクランクシャフト110には、スターリングエンジン用プーリ3ASが取り付けられる。また、内燃機関1の出力軸1sには、内燃機関用プーリ3Eが取り付けられる。スターリングエンジン用プーリ3ASと内燃機関用プーリ3Eとには、動力伝達手段であるベルト4が掛け回されている。
The
排熱回収システム10では、スターリングエンジン100が発生した動力は、内燃機関1の出力軸1sに伝達されて、内燃機関1が発生する動力とともに内燃機関1の出力軸1sから取り出される。また、この排熱回収システム10では、スターリングエンジン100によって発電機2を駆動して、内燃機関1の排ガスExが有する熱エネルギを電気エネルギに変換して回収することもできる。この場合、クラッチ6Eを解放して、スターリングエンジン100単独で発電機2を駆動する。例えば、車両50が信号等で停止した場合に内燃機関1の燃料消費を抑制するため、内燃機関1を停止する場合があるが、このような場合であっても、スターリングエンジン100のヒータ105に蓄えられた余熱によってスターリングエンジン100は動力を発生する。このため、内燃機関1が停止した場合に、クラッチ6Eを解放して、スターリングエンジン100単独で発電機2を駆動して、ヒータ105の余熱を電力として回収する。
In the exhaust
動力断続手段であるクラッチ6Eは、熱機関である内燃機関1と排熱回収機関であるスターリングエンジン100との間、かつ内燃機関1と発電機2との間に設けられる。本実施形態では、内燃機関1と内燃機関用プーリ3Eとの間における内燃機関1の出力軸1sにクラッチ6Eが取り付けられている。これによって、内燃機関用プーリ3Eから内燃機関1の出力軸1sに入力されるスターリングエンジン100の動力を断続することができる。
The clutch 6E that is a power interrupting means is provided between the internal combustion engine 1 that is a heat engine and the
クラッチ6Eを接続状態、すなわち係合すると、スターリングエンジン100のクランクシャフト110と内燃機関1の出力軸1sとが機械的に接続する。これによって、スターリングエンジン100と内燃機関1とが接続されて、スターリングエンジン100が発生した動力はクラッチ6Eを介して内燃機関1の出力軸1sに伝達される。また、クラッチ6Eを非接続状態、すなわち解放すると、内燃機関1とスターリングエンジン100との接続が解除される(非接続状態となる)ので、内燃機関用プーリ3Eから内燃機関1の出力軸1sにスターリングエンジン100の動力は伝達されない。
When the clutch 6E is engaged, that is, engaged, the
クラッチ6Eの動作は、機関ECU(Electronic Control Unit)20内に備えられる排熱回収制御装置21のクラッチ制御部23によって制御される。ここで、排熱回収制御装置21は、機関ECU20が備える排熱回収システム10の制御機能を司るものであり、機関ECU20の一機能として実現される。排熱回収制御装置21は、運転状態判定部22と、クラッチ制御部23と、充放電制御手段である充放電制御部24とを含んで構成されており、これらによって、本実施形態に係る排熱回収システム10の運転が制御される。
The operation of the clutch 6E is controlled by a
スターリングエンジン用プーリ3ASには、発電機2の入力軸2sが取り付けられている。発電機2は、スターリングエンジン100のクランクシャフト110と発電機2の入力軸2sとを介してスターリングエンジン100によって駆動される。これによって、発電機2は電力を発生する。スターリングエンジン100が停止すると、発電機2による発電は停止する。
An
このような構成によって、排熱回収システム10は、クラッチ6Eを係合/解放することにより、スターリングエンジン100の発生した動力で発電機2を駆動するか、スターリングエンジン100の発生した動力を、内燃機関1の発生した動力とともに内燃機関1の出力軸1sから取り出すかを選択できる。なお、後者の場合、スターリングエンジン100が発生した動力の一部、あるいは内燃機関1の発生した動力の一部で発電機2が駆動される。
With such a configuration, the exhaust
ここで、発電機2は、蓄電手段である蓄電池8に充電したり、排熱回収システム10の搭載される車両50の補機、例えば、車両用空調装置のコンプレッサ(エアコンコンプレッサ)9や電動パワーステアリング用電動機やブレーキアクチュエータや灯火類等を駆動するための電力を供給したりする。なお、この補機は、電力で動作する補機である。
Here, the
発電機2によって得られた電力は、整流機能及び電力の配分機能を有する電力配分装置7を介して蓄電池8に供給されたり、車両50の補機に供給されたりする。また、発電機2によって得られた電力が補機の要求電力に満たない場合、電力配分装置7は、不足分を蓄電池8から補機に供給する。蓄電手段は、発電機2に寄って生み出された電力を蓄電するものであって、蓄電池8に限定されるものではなく、例えば、キャパシタ等を用いてもよい。また、エアコンコンプレッサ9は、圧縮機9Cと、これを駆動する圧縮機用電動機9Mとで構成される。
The electric power obtained by the
図4は、本実施形態の変形例に係る排熱回収機関の構成を示す平面図である。本変形例に係る排熱回収システム10aは、上述した排熱回収システム10と略同様であるが、スターリングエンジン100は、ベルト4を介して発電機2を駆動する点が異なる。他の構成は、上述した排熱回収システム10と同様である。
FIG. 4 is a plan view showing a configuration of an exhaust heat recovery engine according to a modification of the present embodiment. The exhaust
スターリングエンジン100のクランクシャフト110に取り付けられるスターリングエンジン用プーリ3ASと、内燃機関1の出力軸1sに取り付けられる内燃機関用プーリ3Eとには、動力伝達手段であるベルト4が掛け回されている。このような構成によって、スターリングエンジン100が発生した動力は内燃機関1の出力軸1sに伝達される。そして、スターリングエンジン100が発生した動力は、内燃機関1が発生する動力とともに内燃機関1の出力軸1sから取り出される。
A
発電機2は、発電機2の入力軸2sから動力が入力されて駆動されて、電力を発生する。入力軸2sには発電機用プーリ3Aが取り付けられており、ベルト4を介してスターリングエンジン100又は内燃機関1のうち少なくとも一方によって駆動される。すなわち、クラッチ6Eを係合すればスターリングエンジン100及び内燃機関1によって発電機2は駆動され、クラッチ6Eを解放すればスターリングエンジン100によって発電機2が駆動される。このような構成により、内燃機関1に対する駆動要求がない場合(例えば、アイドリングストップによる内燃機関停止時)にクラッチ6Eを解放することで、スターリングエンジン100によって発電機2を駆動することができる。
The
図5は、本実施形態の変形例に係る排熱回収機関の構成を示す平面図である。本変形例に係る排熱回収システム10bは、スターリングエンジン100の動力は内燃機関1の出力と合成されず、スターリングエンジン100単独で発電機2を駆動するものである。他の構成は、上述した排熱回収システム10と同様である。この構成によれば、スターリングエンジン100の動力を内燃機関1の動力と合成はできないが、図3に示すクラッチ6Eが不要になるので、システムの構成を簡略化できる。排熱回収システム10bは、クラッチ6Eを備えていないので、排熱回収制御装置21のクラッチ制御部23は不要である。
FIG. 5 is a plan view showing a configuration of an exhaust heat recovery engine according to a modification of the present embodiment. In the exhaust
図6は、本実施形態に係る排熱回収システムの制御例を示すフローチャートである。図7は、本実施形態に係る排熱回収システムの制御例を示すタイミングチャートである。次の説明においては、排熱回収システム10を例とするが、他の排熱回収システム10a、10bでも基本的な制御は同様である。この排熱回収システムの制御は、排熱回収システム10を搭載する車両50が信号等で停止しているときに、内燃機関1を停止させるエコラン(あるいはアイドリングストップ)を実行した場合において、有効に排熱を回収するための制御である。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a control example of the exhaust heat recovery system according to the present embodiment. FIG. 7 is a timing chart showing a control example of the exhaust heat recovery system according to the present embodiment. In the following description, the exhaust
本実施形態では、内燃機関1の運転停止時において、スターリングエンジン100が発電機を駆動することによって得られる発電量と、車両50に搭載されて電力で動作する補機(本実施形態ではエアコンコンプレッサ9)の要求電力量との比較結果に基づき、蓄電池8への充電と蓄電池8からの放電とを切り替える。この機能は、機関ECU20に備えられる排熱回収制御装置21の充放電制御部24が実現する。エコラン時において上述したように排熱回収システム10を制御することで、エコラン時には有効に排熱を回収できる。次に、本実施形態に係る排熱回収システムの制御の手順を説明する。
In the present embodiment, when the operation of the internal combustion engine 1 is stopped, the power generation amount obtained by driving the generator by the
図7に示す例では、時間t=t1で車両50の減速が始まり、内燃機関1の出力Weは徐々に低下する。一方、スターリングエンジン100は、ヒータ105の熱容量が大きいので、ヒータ105に熱が蓄えられる。この余熱により、内燃機関1の出力Weの低下から遅れて、スターリングエンジン100の出力(本実施形態では、発電機2による発電量に相当する)Wsが低下し始める(時間t=t2の直前)。なお、図7に示す例においては、車両50に搭載されて電力で駆動される補機であるエアコンコンプレッサ9が一定の負荷で運転されている。すなわち、エアコンコンプレッサ9の要求電力はWhである。
In the example shown in FIG. 7, the
車両50が停止すると、機関ECU20はエコランを実行して、内燃機関1を停止させる。なお、スターリングエンジン100の発生する動力を内燃機関1の発生する動力と合成して取り出している場合には、クラッチ6Eは係合している。この場合、機関ECU20が内燃機関1を停止させる前に、機関ECU20に備えられる排熱回収制御装置21のクラッチ制御部23は、クラッチ6Eを解放して、内燃機関1の出力軸1sとスターリングエンジン100のクランクシャフト110とを切り離す。これによって、内燃機関1を停止してもスターリングエンジン100が停止しないようにするとともに、スターリングエンジン100単独で、発電機2を駆動できるようにする。内燃機関1の運転中にスターリングエンジン100の発生する動力で発電している場合、クラッチ6Eは解放されているので、クラッチ制御部23は、クラッチ6Eが解放された状態を維持する。図5に示す排熱回収システム10bでは、スターリングエンジン100単独で発電機2を駆動する構成であり、クラッチ6Eを備えていないので、上述の操作は不要である。
When the
ステップS101において、機関ECU20に備えられる排熱回収制御装置21の運転状態判定部22は、車両50がエコランを実行しているか否かを判定する。すなわち、車両50に搭載される内燃機関1が停止しているか否かが判定される。この判定は、機関ECU20から発信される内燃機関1の停止指令に基づいてもよいし、内燃機関1の出力軸1sの回転速度に基づいてもよい。内燃機関1の出力軸1sの回転速度に基づく場合、運転状態判定部22は、例えば、内燃機関1のクランク角センサから検出される内燃機関1の出力軸1sの回転速度が0である場合、かつ車両50のイグニッションキーがONである場合に、車両50はエコランの実行中であると判定する。
In step S101, the operating state determination unit 22 of the exhaust heat
ステップS101でYesと判定された場合、すなわち、運転状態判定部22が、車両50はエコランの実行中であると判定した場合(時間t=t2以降のE/G停止)、ステップS102へ進む。ステップS102において、機関ECU20に備えられる排熱回収制御装置21の充放電制御部24は、スターリングエンジン100による発電量、すなわち、スターリングエンジン100によって駆動される発電機2の発電量Wsと、エアコンコンプレッサ9の要求電力量Whとを比較する。
When it is determined Yes in step S101, that is, when the driving state determination unit 22 determines that the
ステップS102でYesと判定された場合、すなわち、充放電制御部24が、スターリングエンジン100による発電量Wsはエアコンコンプレッサ9の要求電力量Whよりも大きいと判定した場合(Ws>Wh)には、発電量Wsに余剰分が発生することになる。この場合、ステップS103へ進み、充放電制御部24は、電力配分装置7を制御して、発電量Wsと要求電力量Whとの差分(Ws−Wh)を蓄電池8へ充電する。図7のAで示す部分に相当する面積が、蓄電池8に充電される電力量に相当する。
When it is determined Yes in step S102, that is, when the charge /
ステップS102でNoと判定された場合、すなわち、充放電制御部24が、スターリングエンジン100による発電量Wsはエアコンコンプレッサ9の要求電力量Wh以下であると判定した場合(Ws≦Wh)には、ステップS104へ進む。ステップS104において、充放電制御部24は、スターリングエンジン100による発電量Wsがエアコンコンプレッサ9の要求電力量Whと等しいか否かを判定する。
When it is determined No in step S102, that is, when the charge /
ステップS104でNoと判定された場合、すなわち、充放電制御部24が、スターリングエンジン100による発電量Wsはエアコンコンプレッサ9の要求電力量Whを下回ると判定した場合(Ws<Wh)には、要求電力量Whに不足分が発生することになる。例えば、スターリングエンジン100のヒータ105に蓄えられた余熱が消費されると、発電量Wsは減少して、要求電力量Whを下回ることになる。この場合、ステップS105へ進み、充放電制御部24は、電力配分装置7を制御して、要求電力量Whと発電量Wsとの差分(Wh−Ws)を蓄電池8から放電させて、エアコンコンプレッサ9へ供給する。図7のCで示す部分の面積が、蓄電池8から放電されてエアコンコンプレッサ9へ供給される電力量に相当する。
When it is determined No in step S104, that is, when the charge /
ステップS104でYesと判定された場合、すなわち、充放電制御部24が、スターリングエンジン100による発電量Wsとエアコンコンプレッサ9の要求電力量Whとが等しいと判定した場合(Ws=Wh)、エアコンコンプレッサ9の要求電力量Whはスターリングエンジン100の発電量Wsで賄える。この場合、蓄電池8は充電される必要もないし、放電する必要もないのでステップS106へ進む。ステップS106において、充放電制御部24は、電力配分装置7を制御して、スターリングエンジン100によって発電されるすべての電力をエアコンコンプレッサ9に供給し、蓄電池8に対して充電もしないし、放電もさせない。このように、充放電制御部24は、スターリングエンジン100による発電量Wsとエアコンコンプレッサ9の要求電力量Whとの比較結果に基づき、蓄電池8への充電と蓄電池8からの放電とを切り替える。
When it is determined Yes in step S104, that is, when the charge /
ステップS103又はステップS105又はステップS106が実行されたら、ステップS101へ戻る。そして、ステップS101でNoと判定された場合、すなわち、運転状態判定部22が、車両50はエコランの実行中ではないと判定した場合、本制御は終了する。例えば、内燃機関1が起動して、車両50が発進した場合、車両50のエコランは終了するので、ステップS101ではNoと判定され、本制御は終了する。図7に示す例では、時間t=t3でエコランが終了して車両50が発進して加速し、時間t=t4で定常走行(内燃機関1の出力Weが一定)に移行する。
When step S103 or step S105 or step S106 is executed, the process returns to step S101. And when it determines with No by step S101, ie, when the driving | running state determination part 22 determines with the
車両50のエコラン中には、排熱回収システム10を上述したように制御することで、スターリングエンジン100による発電量Wsに余裕がある場合には余剰分を蓄電池8に蓄え、スターリングエンジン100による発電量Wsに余裕がない場合には不足分を蓄電池8から持ち出す。これによって、スターリングエンジン100によって発電した電力の余剰分を電気抵抗等で無駄に消費することはないので、エコラン時(すなわち内燃機関1の停止時)において有効に排熱を回収して利用できる。また、エアコンコンプレッサ9の駆動力不足を抑制できるので、安定して車載空調装置を運転できる。また、車両50の走行中に車両空調装置が使用される機会は多い。このため、エアコンコンプレッサ9は、スターリングエンジン100が発電した電力の安定した供給対象となるので、好ましい。
During the eco-run of the
図8、図9は、補機の要求電力量が0である場合において、本実施形態に係る排熱回収システムを制御する例を示すタイミングチャートである。車両50に搭載されて電力によって駆動される補機、例えば、エアコンコンプレッサ9の要求電力量Whが0である場合にエコランが実行された場合(図8の時間t=t2以降におけるE/G停止)、充放電制御部24は、電力配分装置7を制御して、スターリングエンジン100による発電量Wsをすべて蓄電池8に充電する。図8のDで示す部分の面積が、蓄電池8に充電される電力量に相当する。時間t=t3でエコランが終了して車両50が発進して加速し、時間t=t4で定常走行(内燃機関1の出力Weが一定)に移行する。
8 and 9 are timing charts showing an example of controlling the exhaust heat recovery system according to the present embodiment when the required power amount of the auxiliary machine is zero. When the eco-run is executed when the required electric energy Wh of the auxiliary machine mounted on the
なお、内燃機関1の運転中(図8の時間t=t2までの期間)にクラッチ6Eが係合されていた場合、クラッチ制御部23は、エコラン開始前、すなわち内燃機関1が停止する前にクラッチ6Eを解放する。また、エコランが開始して、内燃機関1が停止したら、蓄電池8へ充電する代わりに、車両50に搭載されて電力によって駆動される補機(例えばエアコンコンプレッサ9)へ、発電機2が発電した電力を供給して作動させてもよい。
Note that when the clutch 6E is engaged during the operation of the internal combustion engine 1 (a period up to time t = t2 in FIG. 8), the
図9は、エコラン以外で内燃機関1が停止した場合の制御例を示す。エアコンコンプレッサ9の要求電力量Whが0である場合にエコラン以外で内燃機関1が停止した場合(図9の時間t=t2以降におけるE/G停止)、充放電制御部24は、電力配分装置7を制御して、スターリングエンジン100による発電量Wsをすべて蓄電池8に充電する。図9のEで示す部分の面積が、蓄電池8に充電される電力量に相当する。なお、内燃機関1の運転中(図9の時間t=t2までの期間)にクラッチ6Eが係合されていた場合、クラッチ制御部23は、内燃機関1が停止する前にクラッチ6Eを解放する。
FIG. 9 shows an example of control when the internal combustion engine 1 stops other than the eco-run. When the required electric energy Wh of the air conditioner compressor 9 is 0 and the internal combustion engine 1 is stopped other than the eco-run (E / G stop after time t = t2 in FIG. 9), the charge /
このように、本実施形態では、内燃機関1の運転停止時には、スターリングエンジン100による発電量と、車両50の補機の要求電力量との比較結果に基づき、蓄電池8への充電と蓄電池8からの放電とを切り替える。これによって、車両50の補機の要求電力量が0であっても、排熱から回収した熱エネルギを電気に変換して蓄電池8へ蓄えるので、内燃機関1の停止時において、排熱を有効に回収して利用できる。
As described above, in the present embodiment, when the operation of the internal combustion engine 1 is stopped, the charging of the
以上のように、本発明に係る排熱回収システムは、熱機関から排出された熱エネルギを回収する排熱回収機関によって発電するものに対して有用である。 As described above, the exhaust heat recovery system according to the present invention is useful for power generation by an exhaust heat recovery engine that recovers thermal energy discharged from a heat engine.
1 内燃機関
2 発電機
3A 発電機用プーリ
3AS スターリングエンジン用プーリ
3E 内燃機関用プーリ
4 ベルト
5 排気通路
6E クラッチ
7 電力配分装置
8 蓄電池
9 エアコンコンプレッサ
9C 圧縮機
9M 圧縮機用電動機
10、10a、10b 排熱回収システム
20 機関ECU
21 排熱回収制御装置
22 運転状態判定部
23 クラッチ制御部
24 充放電制御部
50 車両
100 スターリングエンジン
101 高温側シリンダ
102 低温側シリンダ
103 高温側ピストン
104 低温側ピストン
105 ヒータ
106 再生器
107 クーラ
108 熱交換器
110 クランクシャフト
120、121 給気口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記排熱回収機関によって駆動されて電力を発生する発電機と、
当該発電機によって生み出された電力を蓄電できる蓄電手段と、
前記熱機関の停止時において、前記排熱回収機関による発電量と、前記車両に搭載されて電力で動作する補機の要求電力量との比較結果に基づき、前記蓄電手段への充電と前記蓄電手段からの放電とを切り替える充放電制御手段と、
を備えることを特徴とする排熱回収システム。 An exhaust heat recovery engine that generates power by generating thermal power from exhaust gas that is generated by a heat engine mounted on the vehicle and generating power;
A generator driven by the exhaust heat recovery engine to generate electric power;
Power storage means capable of storing the power generated by the generator;
When the heat engine is stopped, charging to the power storage means and the power storage based on a comparison result between the amount of power generated by the exhaust heat recovery engine and the required power amount of an auxiliary machine mounted on the vehicle and operating with power. Charge / discharge control means for switching between discharge from the means;
An exhaust heat recovery system comprising:
前記排熱回収機関による発電量が前記補機の要求電力量よりも大きい場合には、前記発電量と前記要求電力量との差分を前記蓄電手段へ充電し、
前記排熱回収機関による発電量が前記補機の要求電力量を下回る場合には、前記要求電力量の不足分を前記蓄電手段から前記補機へ供給する請求項1に記載の排熱回収システム。 The charge / discharge control means includes
When the amount of power generated by the exhaust heat recovery engine is greater than the required power amount of the auxiliary machine, the difference between the generated power amount and the required power amount is charged to the power storage means,
2. The exhaust heat recovery system according to claim 1, wherein when the amount of power generated by the exhaust heat recovery engine is less than the required power amount of the auxiliary machine, the shortage of the required power amount is supplied from the power storage unit to the auxiliary machine. .
前記車両が停止して前記熱機関が停止した場合に、前記排熱回収機関による発電量と、前記車両に搭載されて電力で動作する補機の要求電力量との比較結果に基づき、前記蓄電手段への充電と前記蓄電手段からの放電とを切り替える請求項1から3のいずれか1項に記載の排熱回収システム。 The charge / discharge control means includes
When the vehicle is stopped and the heat engine is stopped, the power storage based on the result of comparison between the amount of power generated by the exhaust heat recovery engine and the required power amount of an auxiliary device mounted on the vehicle and operating with electric power. The exhaust heat recovery system according to any one of claims 1 to 3, wherein switching between charging to the means and discharging from the power storage means is performed.
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CN102383903A (en) * | 2010-08-09 | 2012-03-21 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | Hybrid powertrain system including an internal combustion engine and a stirling engine |
JP5585723B2 (en) * | 2011-04-04 | 2014-09-10 | トヨタ自動車株式会社 | Stirling engine output control device |
WO2015113951A1 (en) * | 2014-01-29 | 2015-08-06 | Nuovo Pignone Srl | A compressor train with a stirling engine |
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2008
- 2008-12-10 JP JP2008314600A patent/JP2010138762A/en active Pending
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JP5585723B2 (en) * | 2011-04-04 | 2014-09-10 | トヨタ自動車株式会社 | Stirling engine output control device |
WO2015113951A1 (en) * | 2014-01-29 | 2015-08-06 | Nuovo Pignone Srl | A compressor train with a stirling engine |
RU2673952C2 (en) * | 2014-01-29 | 2018-12-03 | Нуово Пиньоне СРЛ | Compressor train with stirling engine |
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