JP2010138762A - Exhaust heat recovery system - Google Patents

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寛 矢口
Daisaku Sawada
大作 澤田
Masaaki Katayama
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively utilize, when recovering heat energy of the exhaust heat discharged from a heat engine by an exhaust heat recovery engine, surplus power generated by the exhaust heat recovery engine while the heat engine is at rest. <P>SOLUTION: The exhaust heat recovery system 10 comprises a Stirling engine 100 that recovers heat energy from the exhaust gas Ex discharged from an internal combustion engine 1, a generator 2 driven by the Stirling engine 100, a storage battery 8 for storing power generated by the generator 2, and a charge and discharge control part 24 that is implemented as a function of an electronic control unit ECU 20 of the engine. While the internal combustion engine 1 is at rest, the charge and discharge control part 24 switches between the charge to the storage battery 8 and the discharge from the storage battery 8 based on the result of comparison between the electric energy generated by the Stirling engine 100 and the electric energy required by auxiliary machines of the vehicle on which the exhaust heat recovery system 10 is mounted. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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.

特開2007−270684号公報JP 2007-270684 A

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 engine 100 that is an exhaust heat recovery engine according to the present embodiment is a so-called α-type in-line two-cylinder Stirling engine. A high temperature side piston 103 that is a first piston housed in a high temperature side cylinder 101 that is a first cylinder, and a low temperature side piston 104 that is a second piston housed in a low temperature side cylinder 102 that is a second cylinder. Are arranged in series.

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 temperature side cylinder 101 and the low temperature side cylinder 102 are directly or indirectly supported and fixed to a substrate 111 which is a reference body. In the Stirling engine 100 according to the present embodiment, the substrate 111 serves as a position reference for each component of the Stirling engine 100. Further, as will be described later, in the Stirling engine 100 according to the present embodiment, the gas bearing GB is interposed between the high temperature side cylinder 101 and the high temperature side piston 103 and between the low temperature side cylinder 102 and the low temperature side piston 104. .

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 temperature side cylinder 101 and the low temperature side cylinder 102, a heat exchanger 108 including a substantially U-shaped heater (heater) 105, a regenerator 106, and a cooler (cooler) 107 is disposed. . A working fluid (air in this embodiment) is sealed in the high temperature side cylinder 101, the low temperature side cylinder 102, and the heat exchanger 108, and a Stirling cycle is performed by heat supplied from the heater 105 and heat discharged from the cooler 107. Configure and drive the Stirling engine 100.

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 heater 105 is connected to the high temperature side cylinder 101 so that the working fluid flows in and out between the high temperature side cylinder 101 and the heater 105, and the other end is connected to the regenerator 106 to regenerate with the heater 105. The working fluid flows in and out of the vessel 106. The regenerator 106 is connected to the cooler 107 at the end opposite to the side connected to the heater 105, and the working fluid flows in and out between the regenerator 106 and the cooler 107. An end of the cooler 107 opposite to the side to which the regenerator 106 is connected is connected to the low temperature side cylinder 102, and the working fluid flows in and out between the cooler 107 and the low temperature side cylinder 102.

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 heat exchanger 108, at least the heater 105 is disposed in the exhaust passage 5. The exhaust passage 5 uses, for example, a passage for exhaust gas Ex discharged from an internal combustion engine that is an exhaust heat recovery target. The heater 105 heats the working fluid in the heater 105 with heat energy from the exhaust gas Ex flowing through the exhaust passage 5. Note that the regenerator 106 of the heat exchanger 108 may be disposed in the exhaust passage 5. In the present embodiment, the exhaust gas Ex flows from the high temperature side cylinder 101 side toward the low temperature side cylinder 102 side. As a result, the exhaust gas Ex discharged from the heat engine is supplied to the heater 105 in a state in which the temperature decrease is suppressed, so that the thermal energy of the exhaust gas Ex can be efficiently recovered.

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 temperature side cylinder 101, the high temperature side piston 103, the connecting rod 109, and the crankshaft 110 that constitute the Stirling engine 100 are stored in a casing 100C. Here, the housing 100C of the Stirling engine 100 includes a crankcase 114A and a cylinder block 114B. The inside of the housing 100C is pressurized by the pressurizing means 115. This is because the working fluid in the high temperature side and low temperature side cylinders 101 and 102 and the heat exchanger 108 is pressurized to extract more output from the Stirling engine 100.

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 temperature side piston 103 and the low temperature side piston 104 are supported in the high temperature side cylinder 101 and the low temperature side cylinder 102 via the gas bearing GB. That is, the piston is supported in the cylinder without using a piston ring. Thereby, the friction between the piston and the cylinder can be reduced, and the thermal efficiency of the Stirling engine 100 can be improved. Further, by reducing the friction between the piston and the cylinder, for example, the Stirling engine 100 can be recovered by recovering thermal energy even under a low heat source and low temperature difference operating condition such as exhaust heat recovery of an internal combustion engine. .

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 temperature side piston 103 and the low temperature side piston 104 has a hollow structure. That is, it has a space (internal space) surrounded by the top, sides, and partition of the piston. An air supply port 120 that communicates the internal space 103I and the outside of the high temperature side piston 103 is formed at the side of the high temperature side piston 103, and the internal space 104I and the low temperature side are formed at the side of the low temperature side piston 104. An air supply port 121 that communicates with the outside of the piston 104 is formed.

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 internal spaces 103I and 104I from a gas bearing pump 130, which is a gas bearing pressure generating means, disposed inside the housing 100C. The gas supplied to each of the internal spaces 103I and 104I flows out of the air supply ports 120 and 121 toward the high temperature side cylinder 101 and the low temperature side cylinder 102, thereby forming a gas bearing GB. The gas bearing pump 130 may be disposed outside the housing 100C. However, by disposing the gas bearing pump 130 inside the housing 100C as in the present embodiment, the gas bearing pump 130 causes the working fluid in the housing 100C pressurized by the pressurizing means 115 to flow into the internal space. Since it is only sent to 103I and 104I, the work amount of the gas bearing pump 130 required for forming the gas bearing GB can be reduced.

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 Stirling engine 100, a seal bearing 116 is attached to the housing 100C, and the crankshaft 110 is supported by the seal bearing 116. The crankshaft 110 serves as an output shaft of the Stirling engine 100, and the power generated by the Stirling engine 100 is taken out of the housing 100C through a flexible coupling 118 such as an Oldham coupling. Next, the configuration of the exhaust heat recovery system according to the present embodiment will be described.

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 heat recovery system 10 is mounted on a vehicle and serves as a power generation source. The exhaust heat recovery system 10 according to the present embodiment includes a Stirling engine 100 that is an exhaust heat recovery engine, a clutch 6E that is a power interrupting means, and a generator (M / G) 2.

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 Stirling engine 100 are mounted on a vehicle 50 such as a passenger car or a truck and serve as a power generation source of the vehicle 50. The internal combustion engine 1 always generates an output as a main power generation source while the vehicle 50 is traveling. In the exhaust heat recovery system 10, the Stirling engine 100 is disposed in the vicinity of the internal combustion engine 1 that is a heat engine for exhaust heat recovery.

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 heater 105 of the Stirling engine 100 is disposed in the exhaust passage 5 of the internal combustion engine 1. The Stirling engine 100 generates power by recovering the thermal energy of the exhaust gas Ex discharged from the internal combustion engine 1 from the heater 105. This power is extracted from the crankshaft (exhaust heat recovery engine output shaft) 110 of the Stirling engine 100. A Stirling engine pulley 3AS is attached to the crankshaft 110 of the Stirling engine 100. An internal combustion engine pulley 3E is attached to the output shaft 1s of the internal combustion engine 1. A belt 4 serving as power transmission means is wound around the pulley 3AS for Stirling engine and the pulley 3E for internal combustion engine.

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 heat recovery system 10, the power generated by the Stirling engine 100 is transmitted to the output shaft 1 s of the internal combustion engine 1 and is taken out from the output shaft 1 s of the internal combustion engine 1 together with the power generated by the internal combustion engine 1. In the exhaust heat recovery system 10, the generator 2 can be driven by the Stirling engine 100 to convert the heat energy of the exhaust gas Ex of the internal combustion engine 1 into electric energy and recover it. In this case, the clutch 6E is released, and the generator 2 is driven by the Stirling engine 100 alone. For example, when the vehicle 50 is stopped by a signal or the like, the internal combustion engine 1 may be stopped in order to suppress the fuel consumption of the internal combustion engine 1, but even in such a case, the heater 105 of the Stirling engine 100 may be stopped. The Stirling engine 100 generates power by the stored residual heat. For this reason, when the internal combustion engine 1 stops, the clutch 6E is released, the generator 2 is driven by the Stirling engine 100 alone, and the remaining heat of the heater 105 is recovered as electric power.

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 Stirling engine 100 that is an exhaust heat recovery engine, and between the internal combustion engine 1 and the generator 2. In the present embodiment, a clutch 6E is attached to the output shaft 1s of the internal combustion engine 1 between the internal combustion engine 1 and the pulley 3E for the internal combustion engine. Thereby, the power of the Stirling engine 100 input to the output shaft 1s of the internal combustion engine 1 from the pulley 3E for the internal combustion engine can be interrupted.

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 crankshaft 110 of the Stirling engine 100 and the output shaft 1s of the internal combustion engine 1 are mechanically connected. Thus, the Stirling engine 100 and the internal combustion engine 1 are connected, and the power generated by the Stirling engine 100 is transmitted to the output shaft 1s of the internal combustion engine 1 via the clutch 6E. Further, when the clutch 6E is disconnected, that is, released, the connection between the internal combustion engine 1 and the Stirling engine 100 is released (becomes a disconnected state), so that the internal combustion engine pulley 3E is connected to the output shaft 1s of the internal combustion engine 1. The power of the Stirling engine 100 is not transmitted.

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 clutch control unit 23 of an exhaust heat recovery control device 21 provided in an engine ECU (Electronic Control Unit) 20. Here, the exhaust heat recovery control device 21 manages the control function of the exhaust heat recovery system 10 provided in the engine ECU 20, and is realized as one function of the engine ECU 20. The exhaust heat recovery control device 21 is configured to include an operation state determination unit 22, a clutch control unit 23, and a charge / discharge control unit 24 that is a charge / discharge control unit. The operation of the heat recovery system 10 is controlled.

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 input shaft 2s of the generator 2 is attached to the Stirling engine pulley 3AS. The generator 2 is driven by the Stirling engine 100 via the crankshaft 110 of the Stirling engine 100 and the input shaft 2s of the generator 2. Thereby, the generator 2 generates electric power. When the Stirling engine 100 stops, the power generation by the generator 2 stops.

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 heat recovery system 10 drives the generator 2 with the power generated by the Stirling engine 100 by engaging / releasing the clutch 6E, or uses the power generated by the Stirling engine 100 as internal combustion. Whether to take out from the output shaft 1 s of the internal combustion engine 1 together with the power generated by the engine 1 can be selected. In the latter case, the generator 2 is driven by a part of the power generated by the Stirling engine 100 or a part of the power generated by the internal combustion engine 1.

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 generator 2 charges the storage battery 8 serving as a power storage means, or an auxiliary device of the vehicle 50 on which the exhaust heat recovery system 10 is mounted, for example, the compressor (air conditioner compressor) 9 of the vehicle air conditioner or the electric power. It supplies power to drive steering motors, brake actuators, lights, and the like. This auxiliary machine is an auxiliary machine that operates on electric power.

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 generator 2 is supplied to the storage battery 8 or supplied to the auxiliary equipment of the vehicle 50 via the power distribution device 7 having a rectification function and a power distribution function. Moreover, when the electric power obtained by the generator 2 is less than the required power of the auxiliary machine, the power distribution device 7 supplies the shortage from the storage battery 8 to the auxiliary machine. The power storage means stores power generated by approaching the generator 2, and is not limited to the storage battery 8, but may be a capacitor, for example. The air conditioner compressor 9 includes a compressor 9C and a compressor motor 9M that drives the compressor 9C.

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 heat recovery system 10 a according to this modification is substantially the same as the above-described exhaust heat recovery system 10 except that the Stirling engine 100 drives the generator 2 via the belt 4. Other configurations are the same as those of the exhaust heat recovery system 10 described above.

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 belt 4 serving as power transmission means is wound around a Stirling engine pulley 3AS attached to the crankshaft 110 of the Stirling engine 100 and an internal combustion engine pulley 3E attached to the output shaft 1s of the internal combustion engine 1. With such a configuration, the power generated by the Stirling engine 100 is transmitted to the output shaft 1 s of the internal combustion engine 1. The power generated by the Stirling engine 100 is extracted from the output shaft 1 s of the internal combustion engine 1 together with the power generated by the internal combustion engine 1.

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 generator 2 is driven by power input from the input shaft 2s of the generator 2 to generate electric power. A generator pulley 3 </ b> A is attached to the input shaft 2 s and is driven by at least one of the Stirling engine 100 and the internal combustion engine 1 via the belt 4. That is, when the clutch 6E is engaged, the generator 2 is driven by the Stirling engine 100 and the internal combustion engine 1, and when the clutch 6E is released, the generator 2 is driven by the Stirling engine 100. With such a configuration, the generator 2 can be driven by the Stirling engine 100 by releasing the clutch 6E when there is no drive request for the internal combustion engine 1 (for example, when the internal combustion engine is stopped by idling stop).

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 heat recovery system 10b according to this modification, the power of the Stirling engine 100 is not combined with the output of the internal combustion engine 1, and the Stirling engine 100 alone drives the generator 2. Other configurations are the same as those of the exhaust heat recovery system 10 described above. According to this configuration, the power of the Stirling engine 100 cannot be combined with the power of the internal combustion engine 1, but the clutch 6E shown in FIG. 3 is not required, so that the system configuration can be simplified. Since the exhaust heat recovery system 10b does not include the clutch 6E, the clutch control unit 23 of the exhaust heat recovery control device 21 is unnecessary.

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 heat recovery system 10 is taken as an example, but the basic control is the same in the other exhaust heat recovery systems 10a and 10b. This control of the exhaust heat recovery system is effective when an eco-run (or idling stop) for stopping the internal combustion engine 1 is executed when the vehicle 50 equipped with the exhaust heat recovery system 10 is stopped by a signal or the like. This is control for recovering exhaust heat.

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 Stirling engine 100 and an auxiliary device mounted on the vehicle 50 and operating with electric power (in this embodiment, an air conditioner compressor). Based on the comparison result with the required power amount of 9), the charging to the storage battery 8 and the discharging from the storage battery 8 are switched. This function is realized by the charge / discharge control unit 24 of the exhaust heat recovery control device 21 provided in the engine ECU 20. By controlling the exhaust heat recovery system 10 during the eco-run, the exhaust heat can be effectively recovered during the eco-run. Next, a control procedure of the exhaust heat recovery system according to the present embodiment will be described.

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 vehicle 50 starts decelerating at time t = t1, and the output We of the internal combustion engine 1 gradually decreases. On the other hand, since the Stirling engine 100 has a large heat capacity of the heater 105, heat is stored in the heater 105. Due to the remaining heat, the output Ws of the Stirling engine 100 (corresponding to the amount of power generated by the generator 2 in this embodiment) Ws starts to decrease after the decrease in the output We of the internal combustion engine 1 (immediately before time t = t2). . In the example shown in FIG. 7, the air conditioner compressor 9 which is an auxiliary machine mounted on the vehicle 50 and driven by electric power is operated with a constant load. That is, the required power of the air conditioner compressor 9 is Wh.

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 vehicle 50 stops, the engine ECU 20 performs an eco-run to stop the internal combustion engine 1. When the power generated by the Stirling engine 100 is combined with the power generated by the internal combustion engine 1, the clutch 6E is engaged. In this case, before the engine ECU 20 stops the internal combustion engine 1, the clutch control unit 23 of the exhaust heat recovery control device 21 provided in the engine ECU 20 releases the clutch 6E, and the output shaft 1s of the internal combustion engine 1 and the Stirling engine 100 crankshafts 110 are disconnected. Thus, the Stirling engine 100 is not stopped even when the internal combustion engine 1 is stopped, and the generator 2 can be driven by the Stirling engine 100 alone. When power is generated with the power generated by the Stirling engine 100 during operation of the internal combustion engine 1, the clutch 6E is released, so the clutch control unit 23 maintains the state where the clutch 6E is released. The exhaust heat recovery system 10b shown in FIG. 5 has a configuration in which the generator 2 is driven by the Stirling engine 100 alone and does not include the clutch 6E, and thus the above-described operation is unnecessary.

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 recovery control device 21 provided in the engine ECU 20 determines whether or not the vehicle 50 is executing an eco-run. That is, it is determined whether or not the internal combustion engine 1 mounted on the vehicle 50 is stopped. This determination may be based on a stop command for the internal combustion engine 1 transmitted from the engine ECU 20, or may be based on the rotational speed of the output shaft 1s of the internal combustion engine 1. When based on the rotational speed of the output shaft 1 s of the internal combustion engine 1, the operating state determination unit 22, for example, when the rotational speed of the output shaft 1 s of the internal combustion engine 1 detected from the crank angle sensor of the internal combustion engine 1 is 0, When the ignition key of the vehicle 50 is ON, it is determined that the vehicle 50 is performing an eco-run.

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 vehicle 50 is executing an eco-run (E / G stop after time t = t2), the process proceeds to step S102. In step S102, the charge / discharge control unit 24 of the exhaust heat recovery control device 21 provided in the engine ECU 20 generates the power generation amount by the Stirling engine 100, that is, the power generation amount Ws of the generator 2 driven by the Stirling engine 100, and the air conditioner compressor. 9 is compared with the required power amount Wh.

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 / discharge control unit 24 determines that the power generation amount Ws by the Stirling engine 100 is larger than the required power amount Wh of the air conditioner compressor 9 (Ws> Wh), A surplus occurs in the power generation amount Ws. In this case, the process proceeds to step S103, and the charge / discharge control unit 24 controls the power distribution device 7 to charge the storage battery 8 with the difference (Ws−Wh) between the power generation amount Ws and the required power amount Wh. The area corresponding to the portion indicated by A in FIG. 7 corresponds to the amount of power charged in the storage battery 8.

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 / discharge control unit 24 determines that the power generation amount Ws by the Stirling engine 100 is equal to or less than the required power amount Wh of the air conditioner compressor 9 (Ws ≦ Wh), Proceed to step S104. In step S <b> 104, the charge / discharge control unit 24 determines whether the power generation amount Ws by the Stirling engine 100 is equal to the required power amount Wh of the air conditioner compressor 9.

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 / discharge control unit 24 determines that the power generation amount Ws by the Stirling engine 100 is lower than the required power amount Wh of the air conditioner compressor 9 (Ws <Wh), the request is made. A shortage occurs in the amount of power Wh. For example, when the remaining heat stored in the heater 105 of the Stirling engine 100 is consumed, the power generation amount Ws decreases and falls below the required power amount Wh. In this case, the process proceeds to step S105, and the charge / discharge control unit 24 controls the power distribution device 7 to discharge the difference (Wh−Ws) between the required power amount Wh and the power generation amount Ws from the storage battery 8, and the air conditioner compressor 9 is supplied. The area indicated by C in FIG. 7 corresponds to the amount of power discharged from the storage battery 8 and supplied to the air conditioner compressor 9.

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 / discharge control unit 24 determines that the power generation amount Ws by the Stirling engine 100 is equal to the required power amount Wh of the air conditioner compressor 9 (Ws = Wh), the air conditioner compressor The required power amount Wh of 9 can be covered by the power generation amount Ws of the Stirling engine 100. In this case, since the storage battery 8 does not need to be charged or discharged, the process proceeds to step S106. In step S106, the charge / discharge control unit 24 controls the power distribution device 7 to supply all the electric power generated by the Stirling engine 100 to the air conditioner compressor 9, and neither charge nor discharge the storage battery 8. I won't let you. In this way, the charge / discharge control unit 24 switches between charging the storage battery 8 and discharging from the storage battery 8 based on the comparison result between the power generation amount Ws by the Stirling engine 100 and the required power amount Wh of the air conditioner compressor 9.

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 vehicle 50 not performing eco-run, this control is complete | finished. For example, when the internal combustion engine 1 is started and the vehicle 50 starts, the eco-run of the vehicle 50 ends. Therefore, it is determined No in step S101, and this control ends. In the example shown in FIG. 7, the eco-run ends at time t = t3, the vehicle 50 starts and accelerates, and shifts to steady running (the output We of the internal combustion engine 1 is constant) at time t = t4.

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 vehicle 50, by controlling the exhaust heat recovery system 10 as described above, if there is a margin in the power generation amount Ws by the Stirling engine 100, the surplus is stored in the storage battery 8, and the power generation by the Stirling engine 100 is performed. When there is no allowance for the amount Ws, the shortage is taken out from the storage battery 8. As a result, the surplus power generated by the Stirling engine 100 is not wasted due to electric resistance or the like, so that exhaust heat can be effectively recovered and used during an eco-run (ie, when the internal combustion engine 1 is stopped). Moreover, since the driving force shortage of the air conditioner compressor 9 can be suppressed, the on-vehicle air conditioner can be stably operated. Further, there are many occasions where the vehicle air conditioner is used while the vehicle 50 is traveling. For this reason, the air conditioner compressor 9 is preferable because it is a stable supply target of the power generated by the Stirling engine 100.

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 vehicle 50 and driven by electric power, for example, the air conditioner compressor 9 is 0 (E / G stop after time t = t2 in FIG. 8) The charge / discharge control unit 24 controls the power distribution device 7 to charge the storage battery 8 with the entire power generation amount Ws by the Stirling engine 100. The area of the portion indicated by D in FIG. 8 corresponds to the amount of power charged in the storage battery 8. At time t = t3, the eco-run ends and the vehicle 50 starts and accelerates. At time t = t4, the vehicle moves to steady running (the output We of the internal combustion engine 1 is constant).

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 clutch control unit 23 starts the eco-run, that is, before the internal combustion engine 1 stops. Release the clutch 6E. When the eco-run is started and the internal combustion engine 1 is stopped, the generator 2 generates power to an auxiliary machine (for example, an air conditioner compressor 9) mounted on the vehicle 50 and driven by electric power instead of charging the storage battery 8. It may be operated by supplying power.

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 / discharge control unit 24 7, the storage battery 8 is charged with the entire power generation amount Ws by the Stirling engine 100. The area indicated by E in FIG. 9 corresponds to the amount of power charged in the storage battery 8. If the clutch 6E is engaged during the operation of the internal combustion engine 1 (period until time t = t2 in FIG. 9), the clutch control unit 23 releases the clutch 6E before the internal combustion engine 1 stops. .

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 storage battery 8 and the storage battery 8 are based on the comparison result between the power generation amount by the Stirling engine 100 and the required power amount of the auxiliary machine of the vehicle 50. Switch between discharge and. As a result, even if the required power amount of the auxiliary equipment of the vehicle 50 is 0, the heat energy recovered from the exhaust heat is converted into electricity and stored in the storage battery 8, so that the exhaust heat is effective when the internal combustion engine 1 is stopped. Can be recovered and used.

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.

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。It is sectional drawing which shows the Stirling engine which is a waste heat recovery engine which concerns on this embodiment. 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。It is a top view which shows the structure of the waste heat recovery system which concerns on this embodiment. 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。It is a key map showing the state where the exhaust heat recovery system concerning this embodiment was carried in vehicles. 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。It is a top view which shows the structure of the waste heat recovery engine which concerns on the modification of this embodiment. 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。It is a top view which shows the structure of the waste heat recovery engine which concerns on the modification of this embodiment. 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。It is a flowchart which shows the example of control of the waste heat recovery system which concerns on this embodiment. 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。It is a timing chart which shows the example of control of the exhaust heat recovery system concerning this embodiment. 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。It is a timing chart which shows the example which controls the exhaust heat recovery system which concerns on this embodiment, when the required electric energy of an auxiliary machine is 0. 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。It is a timing chart which shows the example which controls the exhaust heat recovery system which concerns on this embodiment, when the required electric energy of an auxiliary machine is 0.

符号の説明Explanation of symbols

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 Internal combustion engine 2 Generator 3A Generator pulley 3AS Stirling engine pulley 3E Internal engine pulley 4 Belt 5 Exhaust passage 6E Clutch 7 Power distribution device 8 Storage battery 9 Air conditioner compressor 9C Compressor 9M Compressor motor 10, 10a, 10b Waste heat recovery system 20 Engine ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Waste heat recovery control apparatus 22 Operation state determination part 23 Clutch control part 24 Charge / discharge control part 50 Vehicle 100 Stirling engine 101 High temperature side cylinder 102 Low temperature side cylinder 103 High temperature side piston 104 Low temperature side piston 105 Heater 106 Regenerator 107 Cooler 108 Heat Exchanger 110 Crankshaft 120, 121 Air supply port

Claims (5)

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請求項1又は2に記載の排熱回収システム。   The exhaust heat recovery system according to claim 1 or 2, wherein the auxiliary machine is an electric motor that drives a compressor of a vehicle air conditioner mounted on the vehicle. 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.
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請求項1から4のいずれか1項に記載の排熱回収システム。   The exhaust heat recovery system according to any one of claims 1 to 4, wherein 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.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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