JP6062277B2 - Engine exhaust gas energy recovery system - Google Patents
Engine exhaust gas energy recovery system Download PDFInfo
- Publication number
- JP6062277B2 JP6062277B2 JP2013025847A JP2013025847A JP6062277B2 JP 6062277 B2 JP6062277 B2 JP 6062277B2 JP 2013025847 A JP2013025847 A JP 2013025847A JP 2013025847 A JP2013025847 A JP 2013025847A JP 6062277 B2 JP6062277 B2 JP 6062277B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- pressure
- pipe
- exhaust
- engine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Supercharger (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
本発明は、排ガスに含まれるPMやNOx等の有害物質を低減・除去して排ガスを浄化する排ガス後処理装置を備えるエンジンの排ガスエネルギー回収システムに関する。 The present invention relates to an engine exhaust gas energy recovery system including an exhaust gas aftertreatment device that purifies exhaust gas by reducing and removing harmful substances such as PM and NOx contained in the exhaust gas.
発電用・汎用エンジンの排ガスの持つエネルギーをタービンで回収して、排ガスエネルギーとして有効活用する技術が開発されている。当該排ガスエネルギーを回収してエンジンの燃費率を改善する技術として、ターボコンパウンドやハイブリッドターボ、発電用パワータービンがある。ターボコンパウンドに関する従来技術として、例えば、変速機とターボコンパウンドを組み合わせターボコンパウンドエンジンの制御装置が特許文献1に開示されている。また、過給機付きエンジンの排ガスエネルギーをパワータービンで回収する従来技術として、例えば、回収装置エンジンの回転数及び負荷に応じて排気圧を制御可能にして、燃費や煙を改善した過給機付エンジンの排気ガス再循環装置が特許文献2に開示されている。 Technology has been developed to recover the energy of exhaust gas from power generation and general-purpose engines with a turbine and effectively use it as exhaust gas energy. Technologies for recovering the exhaust gas energy and improving the fuel efficiency of the engine include a turbo compound, a hybrid turbo, and a power turbine for power generation. As a conventional technique related to turbo compound, for example, Patent Document 1 discloses a control apparatus for a turbo compound engine by combining a transmission and a turbo compound. In addition, as a conventional technique for recovering exhaust gas energy of an engine with a supercharger with a power turbine, for example, a turbocharger that can control exhaust pressure according to the rotational speed and load of the recovery device engine to improve fuel consumption and smoke An exhaust gas recirculation device for an attached engine is disclosed in Patent Document 2.
近年では、排ガスに含まれるPMやNOx等の有害物質を低減・除去する要請があり、エンジンの排気管にDPF(Diesel Particulate Filter:ディーゼル微粒子捕集フィルター)や尿素SCR(Selective Catalytic Reduction:選択還元触媒)等の排ガス後処理装置が設置されるようになっている。従来では、図6に示すように、排ガス後処理装置10は、排気管12の最下流側となるパワータービン14の下流側に設置されることが多い。しかしながら、パワータービン14の下流側では、一般的に排ガス温度が250〜300℃程度と低く、適正な排ガスの後処理性能が発揮できないことが問題となっている。特に、ターボコンパウンドシステムの場合、排ガスエネルギーが小さいため、排ガス温度が100〜200℃程度まで下がり、かかる問題が顕著となっている。
In recent years, there has been a demand to reduce and remove harmful substances such as PM and NOx contained in exhaust gas, and DPF (Diesel Particulate Filter: diesel particulate filter) and urea SCR (Selective Catalytic Reduction: selective reduction) are contained in the exhaust pipe of the engine. An exhaust gas aftertreatment device such as a catalyst) is installed. Conventionally, as shown in FIG. 6, the exhaust
一方、温度が高い過給機16のタービン部16aの手前の上流側に設置すると、当該上流側が一般的に高圧部であり、排ガス後処理装置の耐圧性を高める必要があるので当該装置が高コストになってしまう。また、排ガス後処理装置をタービン部16a手前の上流側に設置すると、排ガス後処理装置が破損時に下流側のパワータービンを破壊するリスクもある。前述の特許文献1及び特許文献2に開示の従来技術では、エンジンの燃費を改善できるものの、排ガス後処理装置の排ガス処理機能を確保するための対策に課題が残る。
On the other hand, when installed upstream of the
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、排ガス後処理装置の排ガス処理機能を確保することの可能な、新規かつ改良されたエンジンの排ガスエネルギー回収システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a new and improved engine exhaust gas energy recovery system capable of ensuring the exhaust gas treatment function of an exhaust gas aftertreatment device. .
本発明の一態様は、エンジンの排ガスエネルギー回収システムであって、エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、該タービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有する排気タービン過給機と、前記エンジン本体から導かれた前記排気ガスによって駆動されるパワータービンと、前記パワータービンの駆動により前記排気ガスのエネルギーを回収するエネルギー回収装置と、前記エンジン本体の排気マニホールドと前記パワータービンとを前記タービン部を経由しながら連通して外部に前記排気ガスを導く排気管と、前記排気管のうち前記タービン部と前記パワータービンとの間に有する中段排気管に設けられ、前記排気管中を流れる前記排ガスを浄化する排ガス後処理装置と、前記中段排気管の管内が、前記排ガス後処理装置にとって排ガス浄化性能を発揮するために要求される高温雰囲気になるように、前記中段排気管の管内圧力を適正値に制御する中段圧力制御部と、を備えることを特徴とする。 One aspect of the present invention is an exhaust gas energy recovery system for an engine, which is a turbine section driven by exhaust gas guided from the engine body, and a compressor section that is driven by the turbine section and pumps outside air to the engine body. An exhaust turbine supercharger, a power turbine driven by the exhaust gas guided from the engine body, an energy recovery device that recovers energy of the exhaust gas by driving the power turbine, and the engine body An exhaust manifold that communicates with the power turbine through the turbine section and guides the exhaust gas to the outside, and a middle-stage exhaust pipe between the turbine section and the power turbine in the exhaust pipe Exhaust gas aftertreatment device for purifying the exhaust gas flowing in the exhaust pipe When the tube of the middle exhaust pipe, said to be a high temperature atmosphere that is required to exhibit the exhaust gas purification performance for exhaust gas aftertreatment device, the middle pressure control for controlling the pressure within the pipe of the middle exhaust pipe to a proper value And a section.
本発明の一態様によれば、排ガス後処理装置を中段排気管に設けるために好適な管内圧力を設定してから、高温排ガス雰囲気中に排ガス後処理装置が設けられるので、排ガス後処理装置の排ガス処理機能を確保でき、かつ、排ガス後処理装置の耐圧性を向上させるためのコストを削減できる。 According to one aspect of the present invention, an exhaust gas aftertreatment device is provided in a high-temperature exhaust gas atmosphere after setting a suitable pipe pressure for providing the exhaust gas aftertreatment device in the middle exhaust pipe. The exhaust gas treatment function can be ensured, and the cost for improving the pressure resistance of the exhaust gas aftertreatment device can be reduced.
また、本発明の一態様では、前記中段圧力制御部は、前記中段排気管に設けられ、該中段排気管の管内圧力を推定する中段圧力推定部と、前記中段圧力推定部で推定された前記管内圧力に基づいて、前記パワータービンの回転数を制御する回転数制御部と、を備えることとしてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the middle-stage pressure control unit is provided in the middle-stage exhaust pipe, and the middle-stage pressure estimation unit that estimates a pressure inside the middle-stage exhaust pipe and the middle-stage pressure estimation unit It is good also as providing the rotation speed control part which controls the rotation speed of the said power turbine based on the pressure in a pipe | tube.
このようにすれば、パワータービンの回転数を制御することによって、中段排気管の管内圧力を適正値に設定できる。 In this way, the internal pressure of the intermediate exhaust pipe can be set to an appropriate value by controlling the rotational speed of the power turbine.
また、本発明の一態様では、前記エネルギー回収装置は、前記エンジンの駆動軸に前記パワータービンの回転力を伝達し、前記パワータービンの回転数を変更する変速機を含む動力伝達機構であり、前記回転数制御部は、前記中段排気管の管内が、前記排ガス後処理装置にとって排ガス浄化性能を発揮するために要求される高温雰囲気になるように、前記変速機を制御することとしてもよい。 In one aspect of the present invention, the energy recovery device is a power transmission mechanism including a transmission that transmits a rotational force of the power turbine to a drive shaft of the engine and changes a rotational speed of the power turbine, The rotation speed control unit may control the transmission so that the inside of the middle exhaust pipe has a high temperature atmosphere required for the exhaust gas aftertreatment device to exhibit exhaust gas purification performance .
このようにすれば、変速機を制御することによって、中段排気管の管内圧力を適正値に設定できる。 In this way, the internal pressure of the middle exhaust pipe can be set to an appropriate value by controlling the transmission.
また、本発明の一態様では、前記中段圧力制御部は、前記中段排気管に設けられ、該中段排気管の管内圧力を推定する中段圧力推定部と、前記中段圧力推定部で推定された前記管内圧力に基づいて、前記中段排気管の管内が、前記排ガス後処理装置にとって排ガス浄化性能を発揮するために要求される高温雰囲気になるように、前記パワータービンの上流側の管内圧力と前記パワータービンの下流側の管内圧力との圧力比を制御する圧力比制御部と、を備えることとしてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the middle-stage pressure control unit is provided in the middle-stage exhaust pipe, and the middle-stage pressure estimation unit that estimates a pressure inside the middle-stage exhaust pipe and the middle-stage pressure estimation unit Based on the pressure in the pipe, the pressure in the pipe on the upstream side of the power turbine and the power so that the inside of the middle stage exhaust pipe has a high temperature atmosphere required for the exhaust gas aftertreatment device to exhibit exhaust gas purification performance. It is good also as providing the pressure ratio control part which controls the pressure ratio with the pipe internal pressure of the downstream of a turbine.
このようにすれば、パワータービンの上流側の管内圧力と下流側の管内圧力との圧力比を制御することによって、中段排気管の管内圧力を適正値に設定できる。 In this way, by controlling the pressure ratio between the upstream pipe pressure and the downstream pipe pressure of the power turbine, the pipe pressure of the middle exhaust pipe can be set to an appropriate value.
また、本発明の一態様では、前記圧力比制御部は、前記排ガス後処理装置と前記パワータービンとの間に設けられるウェイストゲートバルブを制御することによって、前記中段排気管の管内が、前記排ガス後処理装置にとって排ガス浄化性能を発揮するために要求される高温雰囲気になるように、前記パワータービンの上流側の管内圧力と前記パワータービンの下流側の管内圧力との圧力比を制御することとしてもよい。
In one aspect of the present invention, the pressure ratio control unit controls a waste gate valve provided between the exhaust gas aftertreatment device and the power turbine, so that the inside of the middle exhaust pipe is in the exhaust gas. Controlling the pressure ratio between the pressure inside the pipe upstream of the power turbine and the pressure inside the pipe downstream of the power turbine so that the aftertreatment device has a high-temperature atmosphere required to exhibit exhaust gas purification performance. Also good.
このようにすれば、ウェイストゲートバルブを制御することによって、中段排気管の管内圧力を適正値に設定できる。 In this way, the internal pressure of the middle exhaust pipe can be set to an appropriate value by controlling the waste gate valve.
以上説明したように本発明によれば、中段排気管に設けるために好適な管内圧力を設定することによって、高温排ガス雰囲気の中段排気管に排ガス後処理装置が設けられるので、排ガス後処理装置の排ガス処理機能を確保できる。 As described above, according to the present invention, the exhaust gas aftertreatment device is provided in the middle exhaust pipe of the high temperature exhaust gas atmosphere by setting a suitable internal pressure for provision in the middle exhaust pipe. An exhaust gas treatment function can be secured.
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are essential as means for solving the present invention. Not necessarily.
(第1の実施形態)
まず、本発明の一実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの構成について、図面を使用しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの概略構成図である。
(First embodiment)
First, the configuration of an exhaust gas energy recovery system for an engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas energy recovery system for an engine according to an embodiment of the present invention.
本実施形態のエンジンの排ガスエネルギー回収システム100は、過給機付きエンジンの排ガスからのエネルギーを回収するシステムであって、排ガス後処理装置の排ガス処理機能を確保するために、排ガス後処理装置を排気管の中段側に設けたことを特徴とする。本実施形態の排ガスエネルギー回収システム100は、図1に示すように、エンジン本体102と、排気タービン過給機104と、パワータービン106と、エネルギー回収装置108と、排ガス後処理装置110と、中段圧力制御部112とを備える。
The engine exhaust gas
エンジン本体102は、ディーゼルエンジンであり、クランク軸114には、プロペラ軸(図示せず)を介してスクリュープロペラ(図示せず)が直接的又は間接的に取り付けられている。エンジン本体102には、シリンダライナ(図示せず)、シリンダカバー(図示せず)等からなるシリンダ部116が設けられており、各シリンダ部116内には、クランク軸114と連結されたピストン(図示せず)が配置されている。各シリンダ部116の排気ポート118は、排気マニホールド120と接続されている。
The
排気マニホールド120は、エンジン本体102に搭載され、第1の排気管L1を介して排気タービン過給機104のタービン部104aの入口側と接続される。そして、第2の排気管L2を介してパワータービン106の入口側と接続され、パワータービン106の出口側から第3の排気管L3を介して外部に排気ガスが導かれる。すなわち、排気マニホールド120から排出された排気ガスは、第1の排気管L1、タービン部104a、第2の排気管L2、パワータービン106、及び第3の排気管L3を経由して外部に排出される。なお、本実施形態では、第2の排気管L2には、排気管L1、L2中を流れる排ガスを浄化する排ガス後処理装置110が設けられている。
The
一方、各シリンダ部116の給気ポート122は、給気マニホールド124と接続されており、給気マニホールド124は、給気管L4を介して排気タービン過給機104のコンプレッサ部104bと接続されている。コンプレッサ部104bの入口側に接続された給気管L3の途中には、消音器(図示せず)がそれぞれ配置されており、この消音器を通過した外気がコンプレッサ部104bに導かれるようになっている。また、コンプレッサ部104bの出口側に接続された給気管L4の途中には、空気冷却器(インタークーラ)126や図示しないサージタンク等が接続されている。コンプレッサ部104bを通過した空気は、これら空気冷却器126やサージタンク等を通過した後、エンジン本体102の給気マニホールド124に供給されるようになっている。
On the other hand, the
排気タービン過給機104は、ターボチャージャーであり、第1の排気管L1を介してエンジン本体102から導かれた排気ガス(燃焼ガス)によって駆動されるタービン部104aと、このタービン部104aにより駆動されてエンジン本体102に外気を圧送するコンプレッサ部104bと、これらタービン部104aとコンプレッサ部104bとの間に設けられて、これらを支持するケーシング(図示せず)とを備えている。ケーシングには、一端部をタービン部104a側に突出させ、他端部をコンプレッサ部104bに突出させた回転軸104cが挿通されている。回転軸104cの一端部は、タービン部104aを構成するタービン・ロータ(図示せず)のタービン・ディスク(図示せず)に取り付けられており、回転軸104cの他端部は、コンプレッサ部104bを構成するコンプレッサ羽根車(図示せず)のハブ(図示せず)に取り付けられている。
The
パワータービン106は、第1の排気管L1及び第2の排気管L2を介して、エンジン本体102から導かれた排気ガスによって駆動される。パワータービン106は、排ガスによって回転駆動することによって、排気ガスのエネルギーがエネルギー回収装置108に回収される。本実施形態では、エネルギー回収装置108は、ロータシャフト107の回転力により電力を生成する発電機である。
The
本実施形態では、排気タービン過給機104のタービン部104aとパワータービン106との間の中段に位置する中段排気管(第2の排気管)L2にDPFや尿素SCR、酸化触媒等の排ガス後処理装置110を設置することを特徴とする。すなわち、排ガス後処理装置110は、排気管のうちタービン部104aとパワータービン106との間に有する中段排気管L2に設けられ、排気管L1、L2、L3中を流れる排ガスを浄化する。
In the present embodiment, after the exhaust gas such as DPF, urea SCR, oxidation catalyst, etc. is placed in the middle stage exhaust pipe (second exhaust pipe) L2 located in the middle stage between the
排ガス後処理装置110がDPFの場合では、排ガス浄化性能を発揮するためには、600℃程度の特殊な排気温度の制御(再生制御)が必要となる。一方、排ガス後処理装置110が尿素SCRや酸化触媒の場合では、再生制御が不要なので、200℃程度の温度で排ガス浄化性能を発揮する。すなわち、排ガス後処理装置110がDPFの場合では、特に排ガス浄化性能を発揮するために、排ガス後処理装置110を600℃程度の高温雰囲気下に設置することが好ましい。
In the case where the exhaust
本発明者の検討結果によると、タービン部104a手前の第1の排気管L1の管内圧力が3bar程度と高圧であるのに対して、同じ高温雰囲気下の中段排気管L2の管内圧力は、1.4bar程度と第1の排気管L1の管内圧力より低いことが分かった。このため、排ガス後処理装置110を中段排気管L2に設置することによって、排ガス浄化性能を確保できる同じ高温雰囲気下でありながら、管内圧力を低く抑えられるので、排ガス処理機能を確保しつつ、耐圧性向上に伴うコストアップを必要最低限に抑えられる。
According to the examination result of the present inventor, the internal pressure of the first exhaust pipe L1 before the
また、パワータービン106の回転数が増加すると、中段排気管L2の管内圧力が上昇してしまうので、本実施形態では、中段排気管L2の管内圧力を1.4bar程度の適正値となるように、中段圧力制御部112が設けられることを特徴とする。すなわち、中間排気管L2に排ガス後処理装置110を設置するために、中段排気管L2の管内圧力を適正値に制御する中段圧力制御部112を設けることによって、排ガス後処理装置110の耐圧性向上のニーズを低減させる。
Further, if the rotational speed of the
さらに、排ガス後処理装置110がDPFの場合において、DPFを強制再生時に排ガス後処理装置110内で燃料を燃焼させると、上昇した温度の分だけ下流側のパワータービン106でエネルギー回収が可能となる。従来では、DPFをパワータービン106の下流側に設けていたので、強制再生時に追加投入した燃料からの発熱エネルギーを無駄に捨てていた。これに対して、本実施形態では、DPF(排ガス後処理装置110)を中段排気管L2に設置するので、強制再生時に追加投入した燃料からの発熱エネルギーをパワータービン106で回収できるため、システム全体の燃費率が改善される。
Further, when the exhaust
(第2の実施形態)
次に、本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図2は、本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの概略構成図である。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of an exhaust gas energy recovery device for an engine according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas energy recovery system for an engine according to another embodiment of the present invention.
本実施形態のエンジンの排ガスエネルギー回収システム200は、エネルギー回収装置240をエンジン駆動軸214にパワータービン206の回転力を伝達する動力伝達機構240とするターボコンパウンドに適用したものである。本実施形態も第1の実施形態と同様に、排ガス後処理装置210の排ガス処理機能を確保するために、排ガス後処理装置210を排気管の中段側排気管L2に設けたことを特徴とする。本実施形態の排ガスエネルギー回収システム200は、図2に示すように、エンジン本体202と、排気タービン過給機204と、パワータービン206と、エネルギー回収装置240と、排ガス後処理装置210と、中段圧力制御部212とを備える。また、本実施形態は、エンジン本体202から排出された排ガスを吸気管L4に供給する排ガス再循環装置230が設けられるEGR機能が備わる過給機付きエンジンに適用したものである。
The engine exhaust gas
本実施形態のエネルギー回収装置240は、エンジンの駆動軸214にパワータービン206の回転力を伝達する動力伝達機構である。エネルギー回収装置240は、パワータービン206の回転エネルギーをエンジン駆動軸214に伝達するための複数の歯車240a、240b、240c、240dが設けられ、歯車240bと歯車240cとの間に、パワータービン206の回転数を変更する変速機242が含まれている。
The
本実施形態では、中段排気管L2の管内圧力を適正値に保つために、中段圧力制御部212は、変速機242を調整することによってパワータービン206の回転数を制御して、中段排気管L2の管内圧力を適正値に設定する。中段圧力制御部212は、図2に示すように、中段圧力推定部211と、回転数制御部213とを備える。中段圧力推定部211は、中段排気管L2に設けられる圧力センサ等の管内圧力を推定・測定できる装置であり、当該中段排気管L2の管内圧力を推定する。回転数制御部213は、中段圧力推定部211で推定された管内圧力に基づいて、変速機242を調整してパワータービン206の回転数を制御することによって、中段排気管L2の管内圧力を適正値に設定する。
In the present embodiment, in order to keep the in-pipe pressure of the intermediate exhaust pipe L2 at an appropriate value, the intermediate
次に、本実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムによる中段圧力の制御方法について、図面を使用しながら説明する。図3は、本発明の他の実施形態(第2の実施形態)に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムによる中段圧力の制御方法を示すフローチャートである。 Next, a method for controlling the middle pressure by the engine exhaust gas energy recovery system according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a flowchart showing a control method of the middle pressure by the engine exhaust gas energy recovery system according to another embodiment (second embodiment) of the present invention.
中段排気管L2の管内圧力を適正値にするために、まず、中段圧力推定部211で中段排気管L2の管内圧力(中段圧力)を測定し(工程S10)、中段圧力が適正値(1.4bar)であるか否かを中段圧力制御部212で判定する(工程S12)。中段圧力制御部212で中段圧力が適正値でないと判定されると、回転数制御部213が変速機242を制御することによって、パワータービン206の回転数を調整して(工程S14)、中段圧力が適正値になるように制御する。
In order to set the internal pressure of the intermediate exhaust pipe L2 to an appropriate value, first, the intermediate pressure estimation unit 211 measures the internal pressure (intermediate pressure) of the intermediate exhaust pipe L2 (step S10). 4 bar), the middle
このように、本実施形態では、環境変化等によって、中段排気管L2の管内圧力が適正値から外れた場合でも、中段圧力を適正値に設定されるように制御できる。すなわち、排ガス後処理装置210を中段排気管L2に設置することによって、排ガス浄化性能を確保できる同じ高温雰囲気下でありながら、管内圧力を低く抑えられるので、排ガス処理機能を確保しつつ、耐圧性向上に伴うコストアップを必要最低限に抑えられる。 As described above, in this embodiment, even when the internal pressure of the intermediate exhaust pipe L2 deviates from an appropriate value due to an environmental change or the like, the intermediate pressure can be controlled to be set to an appropriate value. That is, by installing the exhaust gas post-treatment device 210 in the middle exhaust pipe L2, the pressure in the pipe can be kept low while maintaining the exhaust gas treatment function while maintaining the exhaust gas treatment function while maintaining the same high-temperature atmosphere that can ensure the exhaust gas purification performance. Cost increase accompanying improvement can be suppressed to the minimum necessary.
(第3の実施形態)
次に、本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図4は、本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの概略構成図である。
(Third embodiment)
Next, the configuration of an exhaust gas energy recovery device for an engine according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas energy recovery system for an engine according to another embodiment of the present invention.
本実施形態のエンジンの排ガスエネルギー回収システム300は、エネルギー回収装置308がロータシャフト307の回転力により電力を生成する発電機に適用して、中段側排気管L2の管内圧力の調整をウェイストゲートバルブ340で行うことを特徴とする。すなわち、中段圧力制御部312は、排ガス後処理装置310とパワータービン306との間に設けられるウェイストゲートバルブ340を制御することによって、中段排気管L2の管内圧力(中段圧力)を制御する。
The engine exhaust gas
本実施形態の排ガスエネルギー回収システム300は、図4に示すように、エンジン本体302と、排気タービン過給機304と、パワータービン306と、エネルギー回収装置308と、排ガス後処理装置310と、中段圧力制御部312とを備える。また、本実施形態は、エンジン本体302から排出された排ガスを吸気管L4に供給する排ガス再循環装置330が設けられるEGR機能が備わる過給機付きエンジンに適用したものである。
As shown in FIG. 4, the exhaust gas
本実施形態では、中段排気管L2の管内圧力を適正値に設定するために、中段圧力制御部312は、ウェイストゲートバルブ340を制御する。中段圧力制御部312は、図4に示すように、中段圧力推定部311と、圧力比制御部313とを備える。中段圧力推定部311は、中段排気管L2に設けられる圧力センサ等の管内圧力を推定・測定できる装置であり、当該中段排気管L2の管内圧力を推定する。圧力比制御部313は、中段圧力推定部311で推定された管内圧力に基づいて、パワータービン306の上流側の排気管L2の管内圧力とパワータービン306の下流側の排気管L3の管内圧力との圧力比をウェイストゲートバルブ340で調整して、中段圧力を制御する。すなわち、本実施形態では、ウェイストゲートバルブ340を調整することによって、パワータービン306の上流側の管内圧力と下流側の管内圧力との圧力比を調整しながら、中段排気管L2の管内圧力を適正値に設定する。
In the present embodiment, the intermediate
次に、本実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムによる中段圧力の制御方法について、図面を使用しながら説明する。図5は、本発明の他の実施形態(第3の実施形態)に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムによる中段圧力の制御方法を示すフローチャートである。 Next, a method for controlling the middle pressure by the engine exhaust gas energy recovery system according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a flowchart showing a control method of the middle pressure by the engine exhaust gas energy recovery system according to another embodiment (third embodiment) of the present invention.
中段排気管L2の管内圧力を適正値にするために、まず、中段圧力推定部311で中段排気管L2の管内圧力(中段圧力)を測定し(工程S20)、中段圧力が適正値(1.4bar)であるか否かを中段圧力制御部312で判定する(工程S22)。中段圧力制御部312で中段圧力が適正値でないと判定されると、圧力比制御部313がウェイストゲートバルブ340を調整することによって(工程S24)、中段排気管L2の管内圧力が適正値になるように制御する。
In order to set the internal pressure of the intermediate exhaust pipe L2 to an appropriate value, first, the intermediate
このように、本実施形態では、環境変化等によって、中段排気管L2の管内圧力が適正値から外れた場合でも、中段圧力を適正値に設定されるように制御できる。すなわち、排ガス後処理装置310を中段排気管L2に設置することによって、排ガス浄化性能を確保できる同じ高温雰囲気下でありながら、管内圧力を低く抑えられるので、排ガス処理機能を確保しつつ、耐圧性向上に伴うコストアップを必要最低限に抑えられる。
As described above, in this embodiment, even when the internal pressure of the intermediate exhaust pipe L2 deviates from an appropriate value due to an environmental change or the like, the intermediate pressure can be controlled to be set to an appropriate value. That is, by installing the exhaust
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。 Although the present embodiment has been described in detail as described above, those skilled in the art can easily understand that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Let's go. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention.
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、エンジンの排ガスエネルギー回収システムの構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 For example, a term described with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. Further, the configuration and operation of the engine exhaust gas energy recovery system are not limited to those described in the present embodiment, and various modifications can be made.
100 排ガスエネルギー回収システム
102 エンジン本体
104 排気タービン過給機
104a タービン部
104b コンプレッサ部
106、206、306 パワータービン
108、308 エネルギー回収装置
110 排ガス後処理装置
112、212、312 中段圧力制御部
120 排気マニホールド
211、311 中段圧力推定部
213 回転数制御部
214 (エンジンの)駆動軸
240 動力伝達機構(エネルギー回収装置)
242 変速機
313 圧力比制御部
340 ウェイストゲートバルブ
L1 排気管(第1の排気管)
L2 中段排気管(第2の排気管)
L3 排気管(第3の排気管)
L4 吸気管
DESCRIPTION OF
242
L2 Middle exhaust pipe (second exhaust pipe)
L3 exhaust pipe (third exhaust pipe)
L4 Intake pipe
Claims (6)
前記エンジン本体から導かれた前記排気ガスによって駆動されるパワータービンと、
前記パワータービンの駆動により前記排気ガスのエネルギーを回収するエネルギー回収装置と、
前記エンジン本体の排気マニホールドと前記パワータービンとを前記タービン部を経由しながら連通して外部に前記排気ガスを導く排気管と、
前記排気管のうち前記タービン部と前記パワータービンとの間に有する中段排気管に設けられ、前記排気管中を流れる前記排ガスを浄化する排ガス後処理装置と、
前記中段排気管の管内が、前記排ガス後処理装置にとって排ガス浄化性能を発揮するために要求される高温雰囲気になるように、前記中段排気管の管内圧力を適正値に制御するための中段圧力制御部と、を備えることを特徴とするエンジンの排ガスエネルギー回収システム。 An exhaust turbine supercharger having a turbine section driven by exhaust gas guided from the engine body, and a compressor section driven by the turbine section to pump outside air to the engine body;
A power turbine driven by the exhaust gas guided from the engine body;
An energy recovery device that recovers the energy of the exhaust gas by driving the power turbine;
An exhaust pipe that communicates the exhaust manifold of the engine body and the power turbine via the turbine section and guides the exhaust gas to the outside;
An exhaust gas aftertreatment device that is provided in a middle stage exhaust pipe between the turbine section and the power turbine of the exhaust pipe and purifies the exhaust gas flowing in the exhaust pipe;
Middle pressure control for controlling the pressure in the middle exhaust pipe to an appropriate value so that the inside of the middle exhaust pipe has a high temperature atmosphere required for the exhaust gas aftertreatment device to exhibit exhaust gas purification performance. And an exhaust gas energy recovery system for an engine.
前記中段排気管に設けられ、該中段排気管の管内圧力を推定する中段圧力推定部と、
前記中段圧力推定部で推定された前記管内圧力に基づいて、前記パワータービンの回転数を制御する回転数制御部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排ガスエネルギー回収システム。 The middle pressure controller is
A middle-stage pressure estimating unit that is provided in the middle-stage exhaust pipe and estimates a pressure inside the middle-stage exhaust pipe;
The engine exhaust gas energy recovery system according to claim 1, further comprising: a rotation speed control unit that controls a rotation speed of the power turbine based on the in-pipe pressure estimated by the middle-stage pressure estimation unit. .
前記回転数制御部は、前記中段排気管の管内が、前記排ガス後処理装置にとって排ガス浄化性能を発揮するために要求される高温雰囲気になるように、前記変速機を制御することを特徴とする請求項2に記載のエンジンの排ガスエネルギー回収システム。 The energy recovery device is a power transmission mechanism including a transmission that transmits a rotational force of the power turbine to a drive shaft of the engine and changes a rotational speed of the power turbine,
The rotation speed control unit controls the transmission so that the inside of the middle stage exhaust pipe has a high temperature atmosphere required for the exhaust gas aftertreatment device to exhibit exhaust gas purification performance. The engine exhaust gas energy recovery system according to claim 2.
前記中段排気管に設けられ、該中段排気管の管内圧力を推定する中段圧力推定部と、
前記中段圧力推定部で推定された前記管内圧力に基づいて、前記中段排気管の管内が、前記排ガス後処理装置にとって排ガス浄化性能を発揮するために要求される高温雰囲気になるように、前記パワータービンの上流側の管内圧力と前記パワータービンの下流側の管内圧力との圧力比を制御する圧力比制御部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排ガスエネルギー回収システム。 The middle pressure controller is
A middle-stage pressure estimating unit that is provided in the middle-stage exhaust pipe and estimates a pressure inside the middle-stage exhaust pipe;
Based on the in-pipe pressure estimated by the middle-stage pressure estimation unit, the power of the middle-stage exhaust pipe is set to a high temperature atmosphere required for the exhaust gas aftertreatment device to exhibit exhaust gas purification performance. 2. The engine exhaust gas energy recovery system according to claim 1, further comprising: a pressure ratio control unit configured to control a pressure ratio between a pipe internal pressure upstream of the turbine and a pipe internal pressure downstream of the power turbine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013025847A JP6062277B2 (en) | 2013-02-13 | 2013-02-13 | Engine exhaust gas energy recovery system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013025847A JP6062277B2 (en) | 2013-02-13 | 2013-02-13 | Engine exhaust gas energy recovery system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014152764A JP2014152764A (en) | 2014-08-25 |
JP6062277B2 true JP6062277B2 (en) | 2017-01-18 |
Family
ID=51574852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013025847A Active JP6062277B2 (en) | 2013-02-13 | 2013-02-13 | Engine exhaust gas energy recovery system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6062277B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105464769B (en) * | 2015-12-30 | 2017-11-17 | 东风商用车有限公司 | Double-flow-passage power turbine system and control method thereof |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01116245A (en) * | 1987-10-28 | 1989-05-09 | Isuzu Motors Ltd | Turbo compound internal combustion engine control device |
JP3501894B2 (en) * | 1996-02-19 | 2004-03-02 | 日野自動車株式会社 | Control device for turbo compound engine |
DE102004062492A1 (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-13 | Daimlerchrysler Ag | Method for operating an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger and a power turbine |
JP2011163176A (en) * | 2010-02-08 | 2011-08-25 | Hino Motors Ltd | Fuel consumption reducing system |
US20120227397A1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-09-13 | Willi Martin L | Gaseous fuel-powered engine system having turbo-compounding |
-
2013
- 2013-02-13 JP JP2013025847A patent/JP6062277B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014152764A (en) | 2014-08-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101826571B1 (en) | Engine system | |
BRPI0823287B1 (en) | method and arrangement for reducing a nox content in the exhaust gas of an internal combustion engine in a vehicle | |
JP2015108330A (en) | Turbo compound system control device | |
WO2013183153A1 (en) | Engine system | |
JP2008231966A (en) | Exhaust emission control device for compression-ignition internal combustion engine | |
JP2010121521A (en) | After treatment system for engine | |
EP1550796B1 (en) | Method for controlling the temperature of the exhaust gases in an engine and the relative engine apparatus | |
US20090282816A1 (en) | Fresh Air Bypass to Cool Down Hot Exhaust in DPF Regeneration Mode at Low Vehicle Speed and Idle | |
JP6062277B2 (en) | Engine exhaust gas energy recovery system | |
JP4858023B2 (en) | Exhaust gas purification system for internal combustion engine | |
JP5964260B2 (en) | Engine exhaust gas energy recovery system | |
JP2018080595A (en) | Regeneration control device for exhaust emission control device | |
JP2005220862A (en) | Internal combustion engine with supercharger | |
JP5737161B2 (en) | Control device for supercharged engine | |
EP3396131B1 (en) | Internal combustion engine arrangement and operation thereof | |
WO2015029900A1 (en) | Exhaust pressure reduction mechanism and exhaust pressure reduction method for internal combustion engine | |
EP3115574B1 (en) | A system for treating exhaust gases (ats) and supercharging of an internal combustion engine in particular of an agricultural vehicle and agricultural vehicle comprising the system | |
JP6183170B2 (en) | Engine heat removal control system | |
GB2533157B (en) | Thermal energy management system and method | |
JP2019152140A (en) | Catalyst temperature drop suppression system | |
JP2003314375A (en) | Engine with egr device | |
JP5684041B2 (en) | Internal combustion engine with a supercharger | |
JP2010116895A (en) | Control device of internal combustion engine | |
JP5791960B2 (en) | Internal combustion engine with a supercharger | |
KR102375164B1 (en) | Control method for turbo compound |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150804 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160527 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160603 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160729 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161118 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161214 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6062277 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |