JP2016098704A

JP2016098704A - 廃熱回収装置付きエンジン

Info

Publication number: JP2016098704A
Application number: JP2014235589A
Authority: JP
Inventors: 朝幸伊藤; Tomoyuki Ito
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-05-30

Abstract

【課題】重量の増加を抑えつつ廃熱からエネルギーを回収できる廃熱回収装置付きエンジンを提供する。
【解決手段】内燃機関２と、内燃機関２からの廃熱で駆動されその回転力を内燃機関２に付加するランキンサイクル３と、ランキンサイクル３からの回転をエンジン回転に同期させるべく減速する無段変速機４と、無段変速機４と内燃機関２との間の動力伝達系５を断接するクラッチ６と、内燃機関２の廃熱温度に基づいてクラッチ６を断接する制御装置７とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に廃熱回収装置を付加した廃熱回収装置付きエンジンに関するものである。

内燃機関に設けられる廃熱回収装置としては、内燃機関からの廃熱でフロン等の媒体を蒸発させ、蒸発した媒体でタービンを回転させるランキンサイクルが知られている。

かかる廃熱回収装置では、タービンに発電機を接続し、エネルギーを電気的に回収していた。

特開２０１０−２４２５１８号公報特開２００８−１３３７７６号公報

このため、バッテリー等の部品が必要となり、重量が増加することが懸念されていた。

本発明の目的は、重量の増加を抑えつつ廃熱からエネルギーを回収できる廃熱回収装置付きエンジンを提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、内燃機関と、前記内燃機関からの廃熱で駆動されその回転力を内燃機関に付加するランキンサイクルと、前記ランキンサイクルからの回転をエンジン回転に同期させるべく減速する無段変速機と、前記無段変速機と前記内燃機関との間の動力伝達系を断接するクラッチと、前記内燃機関の廃熱温度に基づいて前記クラッチを断接する制御装置とを備えたものである。

本発明の廃熱回収装置付きエンジンによれば、重量の増加を抑えつつ廃熱からエネルギーを回収できる。

（ａ）は本発明の一実施の形態に係る廃熱回収装置付きエンジンの説明図であり、（ｂ）は廃熱回収装置付きエンジンの正面図である。制御装置の処理の流れを説明するブロック図である。制御装置の機能ブロック図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、廃熱回収装置付きエンジン１は、内燃機関２と、内燃機関２からの廃熱で駆動されその回転力を内燃機関２に付加するランキンサイクル３と、ランキンサイクル３からの回転をエンジン回転に同期させるべく減速する無段変速機４と、無段変速機４と内燃機関２との間の動力伝達系５を断接するクラッチ６と、内燃機関２の廃熱温度に基づいてクラッチ６を断接する制御装置７とを備える。

内燃機関２は、ディーゼルエンジンからなり、トラック、バス等の車両（図示せず）に搭載される。

ランキンサイクル３は、内燃機関２からの廃熱（排ガスの熱）でメタノール等の媒体を加熱して蒸発させるボイラ８と、ボイラ８からの蒸気で回転駆動される蒸気タービン９と、蒸気タービン９からの蒸気を凝縮させる復水器１０と、復水器１０から媒体を取り出してボイラ８に供給するポンプ１１とを備える。

無段変速機４は、連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）からなる。無段変速機４は、ランキンサイクル３から入力軸４ａに入力される回転（例えば１５００００ｒｐｍ）をエンジン回転数（例えば１５００ｒｐｍ）まで減速して出力軸４ｂに出力するようになっている。

クラッチ６は、制御装置７からの電気信号によって断接されるものであり、例えば電磁クラッチからなる。

動力伝達系５は、クラッチ６の出力側と内燃機関２のクランクシャフト２ａとをプーリ１２ａ、１２ｂ及びベルト１２ｃで接続するベルト機構１２を備える。なお、動力伝達系５は、ベルト機構１２に換えてギヤ機構（図示せず）やチェーン機構（図示せず）を備えるものとしてもよい。

図３に示すように、制御装置７は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）からなり、内燃機関２の排ガス温度やアクセル開度等の運転状態１８が入力されると共に、内燃機関２のシリンダ（図示せず）内に燃料を噴射するインジェクタ１９が電気的に接続される。また、制御装置７には、クラッチ６を接続する下限温度が記憶されている。下限温度は、クラッチ６を接としたとき、ランキンサイクル３からエネルギーを回収できる最低限の温度であり、予め実験等により求められている。

図２及び図３に示すように、制御装置７は、内燃機関２の運転状態１８からトルク要求（要求するトルク）を決定するトルク要求部１３と、トルク要求部１３からのトルク要求に基づいてクランクシャフト２ａからのトルク１４をマネージメントするトルクマネージメント部１５とを備える。

トルク要求部１３は、アクセル開度や現在のエンジントルク等の運転状態１８に基づいてトルク要求を決定する。例えば、トルク要求部１３は、アクセル開度が若干大きくなったときには、運転者が出力アップを望んでいるものとして現在のトルク１４よりも若干大きなトルクをトルク要求として決定する。

トルクマネージメント部１５は、内燃機関２の排ガス温度が下限温度に満たないとき、クラッチ６を断（ＯＦＦ）とする。また、トルクマネージメント部１５は、排ガス温度が下限温度以上のとき、クラッチ６を接（ＯＮ）としたときのランキンサイクル３から得られる付加トルク１６と内燃機関２から得られるエンジントルク１７との総和が、内燃機関２の運転状態１８から決定されるトルク要求となるようエンジントルク１７を設定して内燃機関２への燃料噴射量を調節すると共にクラッチ６を接とする。

次に本実施の形態の作用を述べる。

図１、図２及び図３に示すように、内燃機関２を搭載した車両が、内燃機関２からの動力で走行しているとき、制御装置７のトルク要求部１３は、内燃機関２の運転状態１８に基づいてトルク要求を決定し、このトルク要求をトルクマネージメント部１５に発する。

トルク要求を受けたトルクマネージメント部１５は、内燃機関２の排ガス温度が下限温度以上であるか否かを判定し、下限値に満たないとき、クラッチ６を断とする。これにより、排ガス温度が低いときにランキンサイクル３や無段変速機４等が内燃機関２の負荷になることはなく、燃費の悪化を防ぐことができる。

また、トルクマネージメント部１５は、内燃機関２の排ガス温度が下限温度以上であるとき、クラッチ６を接としたときのランキンサイクル３から得られる付加トルク１６と内燃機関２から得られるエンジントルク１７との総和がトルク要求となるようエンジントルク１７を設定してインジェクタ１９から噴射する燃料噴射量を調節すると共にクラッチ６を接とする。内燃機関２の排ガス温度が下限温度以上であるとき、ランキンサイクル３の媒体はボイラ８で過熱蒸気とされ、過熱蒸気が蒸気タービン９を回転駆動させる。蒸気タービン９からの回転駆動力は、無段変速機４及びクラッチ６を介して内燃機関２のクランクシャフト２ａに伝達されて内燃機関２の回転駆動力に付加される。

ランキンサイクル３から得られる付加トルク１６と内燃機関２から得られるエンジントルク１７との総和がトルク要求部１３からのトルク要求となるよう制御されるため、運転者が望むトルク感で走行でき、良好な運転フィーリングを保つことができると共に、付加トルク１６に相応する分の燃料噴射量を減らすことができ、燃料消費を抑えることができる。

なお、ボイラ８は、内燃機関２の排ガスの熱を廃熱として利用するものとしたが、内燃機関２のエンジン冷却水の熱を廃熱として利用するものとしてもよい。この場合、上述の実施の形態における排ガス温度を冷却水温度に読み替えるとよく、下限温度は、クラッチ６を接としたとき、ランキンサイクル３からエネルギーを回収できる最低限の冷却水温度とするとよい。

また、内燃機関２はディーゼルエンジンに限るものではない。例えば、内燃機関２は、ガソリンエンジン等の他のレシプロエンジンであってもよく、ロータリーエンジン等であってもよい。

１廃熱回収装置付きエンジン
２内燃機関
３ランキンサイクル
４無段変速機
５動力伝達系
６クラッチ
７制御装置

Claims

内燃機関と、前記内燃機関からの廃熱で駆動されその回転力を内燃機関に付加するランキンサイクルと、前記ランキンサイクルからの回転をエンジン回転に同期させるべく減速する無段変速機と、前記無段変速機と前記内燃機関との間の動力伝達系を断接するクラッチと、前記内燃機関の廃熱温度に基づいて前記クラッチを断接する制御装置とを備えたことを特徴とする廃熱回収装置付きエンジン。
前記制御装置には、前記クラッチを接続する下限温度が記憶され、前記制御装置は、前記内燃機関の廃熱温度が前記下限温度に満たないとき前記クラッチを断とし、前記下限温度以上のとき、前記クラッチを接とする請求項１に記載の廃熱回収装置付きエンジン。
前記制御装置は、前記内燃機関の廃熱温度が前記下限温度以上のとき、前記クラッチを接としたときの前記ランキンサイクルから得られる付加トルクと内燃機関から得られるエンジントルクとの総和が、前記内燃機関の運転状態から決定されるトルク要求となるようエンジントルクを設定して前記内燃機関への燃料噴射量を調節する請求項２に記載の廃熱回収装置付きエンジン。