JP2013538988A - 排熱回収装置バイパス機構 - Google Patents

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Abstract

本発明の排熱回収装置バイパス機構は、それぞれ排熱回収装置の上流及び下流に接続されるようになっている第１の端部と第２の端部とを有する導管と；開弁及び閉弁するように制御可能である、前記導管内の弁と；前記弁を制御して第１の信号に呼応して開弁させると共に第２の信号に呼応して閉弁させるように構成される制御装置とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイパス機構に関し、特にエンジンの下流において排熱回収装置を迂回するバイパス機構に関する。
大型及び中型トラック市場向けの排熱回収システムを開発する上での主要な課題は、熱を排気後処理システムに供給する必要性に対処することである。例えば、これらの後処理システムに用いられる触媒技術は、適正に作用し且つ再生するために熱を必要とする。排熱回収システムは、さもなければ触媒システムへと流れたはずの排気から熱を除去する。触媒が低いエンジン負荷で機能しなければならない再生時又は低温エンジン運転条件時等には、往々にして熱を回収するよりも寧ろ熱を触媒システムに放出することが必要である。
米国特許出願公開第２００５／０１８８６８２号明細書
フレデアスバッハー（Fledersbacher）の特許文献１に、排ガス系列において浄化装置の加熱を加速させることが望まれる時の可変形状タービンの迂回が開示されている。本発明者らは、このような機構の欠点が、タービンの迂回がエンジンにおける燃焼に影響を与えるところにあると悟った。本発明者らは、更に、付加的な熱を排ガス管路上の構成要素に供給することが望まれる時に燃焼に影響を与えることを避けられると有利であることを悟った。
本発明の１つの態様によれば、排熱回収装置バイパス機構は、それぞれ排熱回収装置の上流及び下流に接続されるようになっている第１の端部と第２の端部とを有する導管と、この導管内の弁であって、開弁及び閉弁するように制御可能である弁と、この弁を制御して第１の信号に呼応して開弁させると共に第２の信号に呼応して閉弁させるように構成される制御装置とを備える。
本発明のまた他の態様によれば、ディーゼルエンジン機構は、ディーゼルエンジンと、このエンジンに接続されると共にエンジンから排ガスを受けるように構成される第１の導管上の排熱回収装置と、排熱回収装置バイパス機構であって、それぞれ排熱回収装置の上流及び下流において第１の導管に接続される第１の端部と第２の端部とを有する第２の導管と第２の導管上の弁とこの弁を制御して第１の信号に呼応して開弁させると共に第２の信号に呼応して閉弁させるように構成される制御装置とを備える排熱回収装置バイパス機構とを備える。
本発明の更にまた他の態様によれば、排熱回収装置を迂回する方法は、排熱回収装置が配設される第１の導管内のガスの温度を検出する段階と、検出された温度が第１の温度を下回る場合に排熱回収装置を迂回する段階とを含む。
本発明の特徴及び利点は、同じ符号が同様の要素を示す図面と併せて以下の詳細な説明を読むことによって、よく理解することができる。
本発明の態様に従った排熱回収装置バイパス機構を含むディーゼルエンジン機構の略図である。 本発明のまた他の態様に従った排熱回収装置バイパス機構を含むディーゼルエンジン機構の略図である。 本発明の更にまた他の態様に従った排熱回収装置バイパス機構を含むディーゼルエンジン機構の略図である。
図１及び２に、本発明の態様に従ったディーゼルエンジン機構の実施形態を示す。ディーゼルエンジン機構は、ディーゼルエンジン２１と、このエンジンに接続されると共にエンジンから排ガスを受けるように構成される第１の導管２５上の排熱回収装置２３と、排熱回収装置バイパス機構とを備える。「排熱回収装置」は、ここでは、ランキンサイクル装置、ペルチエ熱電装置、溶融塩蓄熱等の一部分のような、エンジン排気から熱エネルギーを回収するターボ過給機以外の装置と定義される。
図１に示す排熱回収装置バイパス機構２７は、それぞれ排熱回収装置２３の上流及び下流において第１の導管２５に接続される第１の端部３１と第２の端部３３とを有する第２の導管２９を備える。図２に示す排熱回収装置バイパス機構２７′もそれぞれ排熱回収装置２３の上流及び下流において第１の導管２５に接続される第１の端部３１′と第２の端部３３′とを有する第２の導管２９′を備える。図１に示す第２の導管２９の第１の端部３１はターボ過給機３７のタービン３５の下流に接続される一方で、図２に示す第２の導管２９′の第１の端部３１′はターボ過給機のタービンの上流に接続される。
図１及び２の実施形態において、排熱回収装置バイパス機構２７は、更に、第２の導管２９内に弁３９を備える。弁３９は、コンピュータ、マイクロプロセッサ等のような制御装置４１により、開弁及び閉弁するように制御可能である。制御装置４１は弁３９を制御して第１の信号に呼応して開弁させると共に第２の信号に呼応して閉弁させるように構成される。
図１及び２に示す実施形態において、第１の導管２５はエンジン排気管路である。排熱回収装置は、ターボ過給機のタービンの動作とは違って、その動作がエンジンの燃焼に全く又は実質的に全く影響を与えない装置となることができる。これは特に図１及び２に示すような排気管路２５上の排熱回収装置２３の場合に当てはまる。
第１の信号は、触媒後処理システム等の、排熱回収装置２３より下流の装置４５に関連ある温度センサ４３等のセンサからの信号であってよいが、弁３９は、排気の特性又は時間の経過等の事象の発生等といったような実質的にあらゆる対象事項に関連ある信号に呼応して開弁するように制御されてよい。しかし、本明細書における説明のために、このセンサは温度センサ４３であるものとする。温度センサ４３は、装置４５の上流又は下流において第１の導管２５内に、又は装置４５内に配設されてよい。触媒後処理システム４５の運転又は再生が望まれる時に、温度センサ４３が温度は適正な運転又は再生には低すぎるという信号を送ると、制御装置４１が弁３９を制御して開弁させて、排熱回収装置の下流の温度が上昇するように排熱回収装置２３を迂回することができる。第１の信号のように、第２の信号は、触媒後処理システム４５の運転又は再生のための望ましい温度に達したという温度センサ４３からの信号又は所定量の時間の経過を反映する制御装置の一部分であってよいタイマ（図示せず）からの信号等のあらゆる対象事項に関連ある信号であってよい。排気管路上の触媒後処理システム等の装置４５と一緒に用いられる時は、温度センサは通常的に排熱回収装置２３の下流、特には第２の導管２９の第２の端部３３が第１の導管２５と合わさる点の下流に位置する。
排熱回収装置２３を通る流体流を制限するようになっていると共に制御装置４１により制御されて第３の信号に呼応して開弁し且つ第４の信号に呼応して閉弁する第２の弁４７も設けられてよい。図１及び２において、第２の弁４７は、排熱回収装置２３の上流且つ第２の導管の第１の端部３１が第１の導管と合わさる点の下流に配設されるように示されているが、第２の弁は排熱回収装置の中又は下流に配置されてよい。第２の弁４７は、弁３９の開弁時に閉弁して、排熱回収装置２３を通るのではなしにバイパス機構２７を通る流体流を促進することができる。図１において第２の弁４７はタービン３５の下流に配設されている一方で、図２では第２の弁４７はタービン３５の上流に配設されている。
第２の弁４７を閉弁させる第４の信号は、弁３９を開弁させる第１の信号と同じ信号であるか、又は温度センサ４３から遠く離れたまた他の温度センサからの信号等のその他の何らかの信号であってよい。第２の弁４７を開弁させる第３の信号は、弁３９を閉弁させる第２の信号と同じ信号であるか、又はその他の何らかの信号であってよい。弁３９及び第２の弁４７はいずれも、所望の迂回量に依存して様々な程度に開弁及び閉弁するように制御可能であってよい。例えば、これらの弁を制御して、幾らかの流量がバイパス機構２７と排熱回収装置２３との各々を介して流れるようにすることができる。
第２の弁が排除される場合は、弁３９の開弁時におけるバイパス機構を介した流れ抵抗を、排熱回収装置を介した通常の流れ抵抗より小さくする等の方法により、バイパス機構を通る流体流の存在を確実にすることができる態様にバイパス機構２７を構成することが望ましいかもしれない。
図３に、第１の導管２５″が排ガス再循環（ＥＧＲ）管路であるディーゼルエンジン機構の実施形態を示す。排熱回収装置２３は、第１の管路２５″上に配設される。排熱回収装置バイパス機構２７″は、排熱回収装置の上流において第１の導管２５″に接続される第１の端部３１″と排熱回収装置の下流において第１の導管に接続される第２の端部３３″とを有する第２の導管２９″を備える。弁３９″は第２の導管２９″内に設けられる。弁３９″は、開弁及び閉弁するように制御装置４１により制御可能である。制御装置４１は弁３９″を制御して、ＥＧＲ流の温度が所望の最低温度を下回るといったような第１の信号に呼応して開弁させると共に、ＥＧＲ流の温度が所望の温度である又は所望の最高温度を上回るといったような第２の信号に呼応して閉弁させるように構成される。
排熱回収装置２３を通る流体流を制限するようになっていると共に制御装置４１により制御されて第３の信号に呼応して開弁し且つ第４の信号に呼応して閉弁する第２の弁４７″も設けられてよい。第３及び第４の信号は、それぞれ第２及び第１の信号と同じ信号であるか、又はその他の特性又は事象に基づくものであってよい。第２の弁４７″は、排熱回収装置２３の上流且つ第２の導管２９″の第１の端部３１″が第１の導管と合わさる点の下流に配設されるように示されているが、第２の弁は排熱回収装置の中又は下流に配置されてよい。第２の弁４７″は、弁３９″の開弁時に閉弁して、排熱回収装置２３を通るのではなしにバイパス機構２７″を通る流体流を促進することができる。
本発明の態様に従った、排熱回収装置２３を迂回する方法では、排熱回収装置が配設される第１の導管２５内のガスの温度が検出される。検出された温度が、触媒後処理装置４５の運転又は再生に必要とされる温度等の第１の温度を下回る場合は、排熱回収装置２３は迂回される。排熱回収装置２３の迂回は、例えば、触媒装置４５の再生に必要な時間等の所定の時間後又は検出される温度が第２の温度以上になった後に終了されてよい。この方法は、排熱回収装置２３の迂回と同時に排熱回収装置２３の上流のターボ過給機３７のタービン３５を迂回する段階を含んでよい。
排熱回収装置２３は、第１の端部において排熱回収装置２３の上流で第１の導管に接続されると共に第２の端部において排熱回収装置の下流で第１の導管に接続される第２の導管内の弁３９（又は３９″）を開弁させることによりバイパス機構２７（又は２７′又は２７″）を用いて迂回可能である。排熱回収装置２３は、弁３９（又は３９″）の開弁と併せて排熱回収装置２３の上流の第１の導管２５（又は２５″）内の第２の弁４７（又は４７″）を閉弁させることによっても迂回可能である。
本出願において、「含む」等の用語の使用は限定的ではなく、「備える」等の用語と同じ意味を有することを意図するものであって、その他の構造、材料又は作用の存在を排除することを意図するものではない。同様に、「ことがある」又は「してよい」等の用語の使用は限定的ではなく、構造、材料又は作用が必須ではないことを表すものであるが、こうした用語が用いられていないことが、構造、材料又は作用が不可欠であることを表すものではない。構造、材料又は作用は、現在のところ不可欠であると考えられる程度に不可欠であると認められる。
好適な実施形態に従って本発明を図示し且つ説明したが、特許請求の範囲に記載の本発明から逸脱することなしに改変及び変更を加えてよいことがわかる。

Claims (20)

  1. それぞれ排熱回収装置の上流及び下流に接続されるようになっている第１の端部と第２の端部とを有する導管と；
    開弁及び閉弁するように制御可能である、前記導管内の弁と；
    前記弁を制御して第１の信号に呼応して開弁させると共に第２の信号に呼応して閉弁させるように構成される制御装置とを備える排熱回収装置バイパス機構。
  2. 前記排熱回収装置はエンジン排気管路上に配設される請求項１に記載の排熱回収装置バイパス機構。
  3. 前記排熱回収装置は排ガス再循環（ＥＧＲ）管路上に配設される請求項１に記載の排熱回収装置バイパス機構。
  4. 前記排熱回収装置を通る流体流を制限するようになっていると共に前記制御装置により制御されて第３の信号に呼応して開弁し且つ第４の信号に呼応して閉弁する第２の弁を備える請求項１に記載の排熱回収装置バイパス機構。
  5. 前記第２の弁は前記排熱回収装置の上流に配設されるようになっている請求項４に記載の排熱回収装置バイパス機構。
  6. ディーゼルエンジンと；
    前記エンジンに接続されると共に前記エンジンから排ガスを受けるように構成される第１の導管上の排熱回収装置と；
    それぞれ前記排熱回収装置の上流及び下流において前記第１の導管に接続される第１の端部と第２の端部とを有する第２の導管と、開弁及び閉弁するように制御可能である、前記第２の導管内の弁と、前記弁を制御して第１の信号に呼応して開弁させると共に第２の信号に呼応して閉弁させるように構成される制御装置とを備える排熱回収装置バイパス機構とを備えるディーゼルエンジン機構。
  7. 前記第１の導管はエンジン排気管路である請求項６に記載のディーゼルエンジン機構。
  8. 前記第１の導管は排ガス再循環（ＥＧＲ）管路である請求項６に記載のディーゼルエンジン機構。
  9. 前記排熱回収装置を通る流体流を制限するようになっていると共に前記制御装置により制御されて第３の信号に呼応して開弁し且つ第４の信号に呼応して閉弁する第２の弁を備える請求項６に記載のディーゼルエンジン機構。
  10. 前記第２の弁は前記排熱回収装置の上流において前記第１の導管内に配設される請求項９に記載のディーゼルエンジン機構。
  11. 前記排熱回収装置の上流に配設されるターボ過給機のタービンを備える請求項６に記載のディーゼルエンジン機構。
  12. 前記第２の導管の前記第１の端部は前記タービンの上流において前記第１の導管に接続される請求項１１に記載のディーゼルエンジン機構。
  13. 前記第２の導管の前記第１の端部は前記タービンの下流において前記第１の導管に接続される請求項１１に記載のディーゼルエンジン機構。
  14. 前記排熱回収装置より下流において前記第１の導管内に温度センサを備え、前記温度センサは、前記第１の導管内の流体の温度が第１の温度を下回る時に前記第１の信号を発する請求項６に記載のディーゼルエンジン機構。
  15. 排熱回収装置が配設される第１の導管内のガスの温度を検出する段階と；
    前記検出された温度が第１の温度を下回る場合に、前記排熱回収装置を迂回する段階とを含む、排熱回収装置を迂回する方法。
  16. 前記排熱回収装置の迂回を所定の時間後に終了する段階を含む請求項１５に記載の方法。
  17. 前記検出された温度が第２の温度を上回る場合に、前記排熱回収装置の迂回を終了する段階を含む請求項１５に記載の方法。
  18. 前記排熱回収装置の上流のターボ過給機のタービンを迂回する段階を含む請求項１５に記載の方法。
  19. 第１の端部において前記排熱回収装置の上流で前記第１の導管に接続されると共に第２の端部において前記排熱回収装置の下流で前記第１の導管に接続される第２の導管内の弁を開弁させることにより前記排熱回収装置を迂回する段階を含む請求項１５に記載の方法。
  20. 前記排熱回収装置の上流の前記第１の導管内の弁を閉弁させることにより前記排熱回収装置を迂回する段階を含む請求項１９に記載の方法。
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