JP2012526224A5

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Publication number: JP2012526224A5
Application number: JP2012508921A
Authority: JP
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2013-09-05

Description

本発明は、自動車の排気ガス熱利用サイクルの作動時に、排気ガス熱利用サイクルの熱交換器を通って流れる作動流体の質量流量を調整することによって、排気ガス熱利用サイクルの作動流体の作動温度を制御するという基本的な考え方に基づいている。この場合、作動温度を制御することにより、作動流体が最大許容作動温度を超過するのを防止しなければならない。

作動流体、特に有機作動流体、が備えられ、排気ガス熱利用サイクルの熱交換器を通って流れる作動流体の質量流量を調整することによって作動温度を制御するように駆動される排気ガス熱利用サイクルは、自動車の排気ガス熱利用装置に使用することが可能である。

ここに提案されている実施形態では、排気ガス熱利用サイクル２が、１つの方法によって駆動可能であり、その方法では、作動流体の作動温度が、熱交換器５を流れる作動流体の質量流量を調整することによって、作動流体の最大許容作動温度を超過しないように制御される。例えばメタノール、ジエチルエーテル、ジメチルエーテルなど、又は有機化合物の混合物のような有機作動流体の場合、作動流体の作動温度Ｔ_１、Ｔ_２を制御することは、排気ガス熱利用サイクル２が正常に機能するために極めて重要である。というのも、例えば温度が７００℃にも達することのある高温の排気ガスによって、例えば３５０℃の作動流体の分解温度をすぐに超えてしまうからである。この場合、全負荷では、熱交換器５を通過する高温の排気ガスが、同様に熱交換器５を反対方向に通過する有機作動流体を少なくとも部分的に分解してしまうと考えられる。このことは防止する必要があるため、作動流体の最大許容作動温度は、例えば、作動流体の化学分解温度よりも少なくとも２０℃低い温度にすることが適切である。

その他に、作動流体の作動温度は、熱交換器５への流入前に作動流体を冷却することによって制御することもできる。同様に、作動温度は、熱交換器を流れる排熱流の質量流量を制限することによって、及び熱交換器５への流入前に排熱流に冷たい流体を加えることによって制御することができる。このような措置は、循環ライン１０において最大の作動流体質量流量に達し、それ以上質量流量を増加させることができない場合に有利である。この場合、それでもなお、タービン６方向での熱交換器５後において温度上昇が生じ、作動流体の最大許容作動温度を超える危険がある場合、上述の措置によって、熱交換器５内で排熱流から作動流体に供給される排熱１１を制限することが可能であるため、作動流体の作動温度を制御することができる。

作動流体の質量流量を変更することにより、作動流体の温度Ｔ_３が変化する。質量流量の増加は、単位質量当たりの熱入力を減少させ、作動媒体温度Ｔ_３を低下させる。質量流量の低下は、単位質量当たりの熱入力と作動媒体温度Ｔ_３とを上昇させることができる。この方法により、作動温度Ｔ_３の制御は、作動流体の質量流量の調整によって実現可能である。

この場合、こうした作動流体の分解温度は、作動流体質量流量を調整して作動温度を制御することにより、排気ガス熱利用装置の作動中は常に、作動温度が作動流体の分解温度を下回っているように考慮されることができる。

Claims

排気ガス熱利用サイクル（２）の作動流体の作動温度（Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３）制御を伴う、車両内の排気ガス熱利用サイクル（２）の作動方法であって、
前記作動温度（Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３）は、前記排気ガス熱利用サイクル（２）の熱交換器（５）を通って流れる作動流体の質量流量を調整することによって、前記作動流体の最大許容作動温度を超過しないように制御されること、および
前記作動流体の最大許容作動温度が、前記作動流体の化学分解温度よりも低いことを特徴とする方法。
前記作動流体の前記作動温度（Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３）が、さらに、
−排熱流の冷却、詳細には前記熱交換器（５）への流入前に内燃機関（３）の排気ガスを冷却する、
−前記熱交換器（５）を通って流れる排熱流の質量流量を制限する、
−前記熱交換器（５）への流入前に排熱流に冷たい流体を加える、
の措置の少なくとも１つによって制御されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記作動温度（Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３）を制御する際に、
−前記熱交換器（５）前の前記排熱流の温度、
−前記熱交換器（５）後の前記排熱流の温度、
−前記熱交換器（５）前の前記作動流体の温度（Ｔ_２）、
−前記熱交換器（５）後の前記作動流体の温度（Ｔ_３）、
−前記排気ガス熱利用サイクル（２）のタービン前の前記作動流体の圧力（ｐ_２）、
−前記排気ガス熱利用サイクル（２）の前記タービン後の前記作動流体の圧力（ｐ_１）、
−前記作動流体の流速、
−前記排熱流の流速、
のパラメータの少なくとも１つが考慮されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
前記作動流体の最大許容作動温度が、前記化学分解温度よりも温度制御性能の許容誤差範囲の分を下回っていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
前記方法が、カルノー・サイクル、クラウジウス・ランキン・サイクル、スターリング・サイクル又はジュール・サイクルなどとして形成されているサイクルを有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
排気ガス熱利用サイクル（２）が、請求項１〜５のいずれか一項の方法に従って作動可能であるように形成されている前記排気ガス熱利用サイクル（２）を備える、車両の排気ガス熱利用装置。
排気ガス熱利用サイクル（２）を備える車両の、請求項６による排気ガス熱利用装置（１）において作動流体として使用され、気化及び凝縮することができ、有機化合物の混合物を含むか、又は有機化合物の混合物からなる液体であって、
−メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、
−ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテルなどのエーテル、
−アルカン、
の化合物の少なくとも１つを有していることを特徴とする液体。
前記作動流体の最も低い前記化学分解温度が、前記排熱流の最大温度よりも前記温度制御性能の許容誤差範囲の分を上回っていることを特徴とする請求項７に記載の液体。