JP2008223509A - Waste heat recovery system and engine - Google Patents

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JP2008223509A JP2007059646A JP2007059646A JP2008223509A JP 2008223509 A JP2008223509 A JP 2008223509A JP 2007059646 A JP2007059646 A JP 2007059646A JP 2007059646 A JP2007059646 A JP 2007059646A JP 2008223509 A JP2008223509 A JP 2008223509A
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Akira Michikawauchi
亮 道川内
Hideo Kobayashi
日出夫 小林
Katsuhiko Arisawa
克彦 蟻沢
Yoshio Yamashita
芳雄 山下
Kenichi Yamada
賢一 山田
Kunihiko Hayashi
邦彦 林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waste heat recovery system capable of efficiently supercharging an engine and efficiently recovering waste heat of the engine. <P>SOLUTION: The waste heat recovery system (1) includes a compressor (9) for supercharging the engine (2), a turbine (5) that is actuated by vapor generated by the waste heat of the engine (2) so as to drive the compressor (9), and a motor (11) for driving the compressor (9). The waste heat recovery system (1) also includes a first clutch (13) for switching the connection state between the motor (11) and the turbine (5), a second clutch (15) for switching the connection state between the compressor (9) and the turbine (5), a third clutch (17) for switching the connection state between the compressor (9) and the motor (11), and an ECU (18) that issues switching commands to the clutches. Each clutch is switched between connected and disconnected conditions in accordance with the condition of the engine (2). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、エンジンにおける廃熱により発生した蒸気によってエンジンを過給するコンプレッサを備えた廃熱回収システムに関する。   The present invention relates to a waste heat recovery system including a compressor that supercharges an engine with steam generated by waste heat in the engine.

従来、実際の排気量よりも多量の空気を吸入させることができ、エンジンの出力向上に資するものとしてターボチャージャが実用化されている。ターボチャージャは、エンジンの排気ガスによってタービンを回転させてコンプレッサを駆動し、これによりシリンダ内へ導入する吸入空気量を増量する。すなわち、その作動に排気ガスを利用している。一方、エンジンが備える触媒は所定温度以上とならないと有効に機能しないことから、触媒を有効に機能させるためには排気ガス自体も高温であることが望ましい。ところが、排気ガスはタービンを作動させることにより熱を消費してしまうことから触媒活性に不利となる。特に、エンジン暖機時には触媒活性に時間を要すると考えられる。このような問題を解決するために補助熱源等により触媒を昇温させることも考えられるが補助熱源の利用は燃費を悪化させることにもなりかねない。   Conventionally, a turbocharger has been put into practical use as a device capable of inhaling a larger amount of air than the actual displacement and contributing to an improvement in engine output. The turbocharger rotates the turbine with the exhaust gas of the engine to drive the compressor, thereby increasing the amount of intake air introduced into the cylinder. That is, exhaust gas is used for the operation. On the other hand, since the catalyst provided in the engine does not function effectively unless the temperature exceeds a predetermined temperature, it is desirable that the exhaust gas itself is also at a high temperature in order for the catalyst to function effectively. However, the exhaust gas consumes heat by operating the turbine, which is disadvantageous for the catalyst activity. In particular, it is considered that the catalyst activity takes time when the engine is warmed up. In order to solve such a problem, it is conceivable to raise the temperature of the catalyst with an auxiliary heat source or the like, but the use of the auxiliary heat source may deteriorate the fuel consumption.

また、エンジンのウォータジャケット内で冷却水等の冷媒を蒸気化し、この蒸気をさらに排気ガスの熱で過熱後、タービン等の膨張器を介して廃熱を動力として回収するいわゆるランキンサイクルの提案がされている。このようなランキンサイクルを利用したシステムは、例えば特許文献１に開示されている。このようなシステムを、ターボチャージャを備えたエンジンに組み込むことも可能であるが、以下のような問題が生じると考えられる。すなわち、ターボチャージャの駆動に排気ガスの熱が利用されるため、特にエンジンの低負荷時や、エンジン暖機時は回収可能な排気ガスの熱量自体が少ないこともあり、ランキンサイクルの熱効率が低下すると考えられる。また、蒸気に排気ガスの熱を付与するための過熱器を新たに装備することとなればエンジンの背圧が上昇し、エンジンのポンプ損失が増大してエンジンの熱効率を低下させることにもなりかねない。エンジンの背圧の上昇を抑えるため、圧損を小さくすることを目的として過熱器を大型化することも考えられるが、これでは、搭載性が悪化する。また、過熱器の大型化は、熱容量が大きくなりエンジン暖機時等に回収可能な熱量が減少する事態を招くことともなる。   In addition, a so-called Rankine cycle has been proposed in which a coolant such as cooling water is vaporized in the water jacket of the engine, and this steam is further heated by exhaust gas heat, and then waste heat is recovered as power through an expander such as a turbine. Has been. A system using such a Rankine cycle is disclosed in Patent Document 1, for example. Although such a system can be incorporated into an engine equipped with a turbocharger, the following problems are considered to occur. In other words, because the heat of exhaust gas is used to drive the turbocharger, the heat amount of the exhaust gas that can be recovered is small, especially when the engine is under low load or when the engine is warmed up. I think that. In addition, if a superheater for adding heat of exhaust gas to steam is newly installed, the back pressure of the engine will increase and the pump loss of the engine will increase, reducing the thermal efficiency of the engine. It might be. In order to suppress an increase in the back pressure of the engine, it is conceivable to increase the size of the superheater in order to reduce the pressure loss, but this deteriorates the mountability. In addition, an increase in the size of the superheater leads to a situation in which the heat capacity increases and the amount of heat that can be recovered during engine warm-up decreases.

ところで、排気熱により発生させた蒸気によってタービンとこれと一体となったコンプレッサを駆動して、排気ガスの熱エネルギを回収するセラミックエンジンの提案がある（特許文献２）。このようなエンジンであれば、前記のような種々の問題を解決することが可能であると考えられる。   By the way, there is a proposal for a ceramic engine that recovers thermal energy of exhaust gas by driving a turbine and a compressor integrated with the turbine by steam generated by exhaust heat (Patent Document 2). Such an engine is considered to be able to solve the various problems described above.

特開２０００−３４５８３５号公報JP 2000-345835 A 特開平１０−２９９５７４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-299574

しかしながら、特許文献２で開示されたようなエンジンは、エンジンの運転状態によりタービンの効率が変化し、コンプレッサの駆動力、ひいては過給圧も変化してしまうことから、目的とする過給圧が得られないことも考えられる。また、廃熱回収の効率を向上させるためにもさらなる改良の余地があると考えられる。   However, in the engine disclosed in Patent Document 2, the efficiency of the turbine changes depending on the operating state of the engine, and the driving force of the compressor and thus the supercharging pressure also changes. It may be impossible to obtain. There is also room for further improvement in order to improve the efficiency of waste heat recovery.

そこで、本発明は、効率よくエンジンの過給を行うことができると共に、エンジンの廃熱を効率よく回収することのできる廃熱回収システムを提供することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a waste heat recovery system that can efficiently supercharge an engine and efficiently recover waste heat of the engine.

かかる課題を解決するための、本発明の廃熱回収システムは、エンジンの過給を行うコンプレッサと、前記エンジンの廃熱によって発生する蒸気によって作動し、前記コンプレッサを駆動するタービンと、蓄電装置と接続され、前記コンプレッサを駆動するモータと、を備えたことを特徴とする。このような構成とすることにより、コンプレッサをタービン又はモータによって駆動することができる。このような廃熱回収システムは、前記モータと前記タービンとの連結状態を切り替える第１クラッチ、前記コンプレッサと前記タービンとの連結状態を切り替える第２クラッチ、前記コンプレッサと前記モータとの連結状態を切り替える第３クラッチを備えることにより、エンジンの過給、廃熱の回収を効率よく行うことができる。これらの第１クラッチ乃至前記第３クラッチの切り替えはそれぞれのクラッチに対し切替指令を行う制御手段によって行うことができる。   In order to solve this problem, a waste heat recovery system of the present invention includes a compressor that supercharges an engine, a turbine that operates by steam generated by the waste heat of the engine, and drives the compressor, and a power storage device. And a motor for driving the compressor. By setting it as such a structure, a compressor can be driven with a turbine or a motor. Such a waste heat recovery system includes a first clutch that switches a connection state between the motor and the turbine, a second clutch that switches a connection state between the compressor and the turbine, and a connection state between the compressor and the motor. By providing the third clutch, it is possible to efficiently perform supercharging of the engine and recovery of waste heat. Switching between the first clutch and the third clutch can be performed by a control unit that issues a switching command to each clutch.

以上のような廃熱回収システムは、コンプレッサの作動に必要となるタービンの駆動力が得られないときにモータによりコンプレッサの作動を補助する。一方、コンプレッサの作動が不要なときを含めタービンの駆動力がコンプレッサの作動に必要となる駆動力に対して余剰となるときにはモータを発電機として機能させて動力を回収することができる。また、このように動力を回収する際は、例えば、ポンプ等を駆動する他の動力回収手段を介した動力回収を行うようにすることもできる。すなわち、モータを介した動力回収以外に動力回収を行うようにすることができる。   The waste heat recovery system as described above assists the operation of the compressor by the motor when the driving force of the turbine necessary for the operation of the compressor cannot be obtained. On the other hand, when the driving force of the turbine is excessive with respect to the driving force required for the operation of the compressor, including when the operation of the compressor is unnecessary, the motor can be functioned as a generator to recover the power. Moreover, when recovering power in this way, for example, power recovery can be performed via another power recovery means for driving a pump or the like. That is, power recovery can be performed in addition to power recovery via a motor.

このような廃熱回収システムをエンジンに組み込めば、本発明のエンジンとすることができる。   If such a waste heat recovery system is incorporated in an engine, the engine of the present invention can be obtained.

本発明の廃熱回収システムによれば、冷媒の蒸気によって作動するタービン及びモータによってコンプレッサを駆動するようにしたので、エンジンの効率的な過給及び効率的な廃熱回収を行うことができる。   According to the waste heat recovery system of the present invention, since the compressor is driven by the turbine and the motor that are operated by the refrigerant vapor, efficient supercharging of the engine and efficient waste heat recovery can be performed.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施例の廃熱回収システム１をエンジン本体２ａに組み込んだエンジン２の概略構成を示した説明図である。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an engine 2 in which the waste heat recovery system 1 of the present embodiment is incorporated in an engine body 2a.

エンジン本体２ａ内にはウォータジャケットが形成されており、ウォータジャケット内を循環する冷却水はエンジン２の燃焼熱によって蒸気化する。廃熱回収装置１は、冷却水の蒸気が流通する蒸気経路３を備えている。この蒸気経路３には上流側、すなわち、エンジン本体２に近い側から順に過熱器４、タービン５が配設されており、その端部は凝縮器６に接続されている。過熱器４にはエンジン本体２の排気ポートと接続された排気経路７が引き込まれている。過熱器４は、排気経路７中の排気ガスから熱を回収し、蒸気通路３内を通じる蒸気へさらに熱を付与するもので、廃熱の回収効率を向上させるものである。排気経路７には、エンジン本体２ａと過熱器４との間に触媒８が配設されている。タービン５は蒸気経路３を通じて流入する高温、高圧の蒸気によって作動する。凝縮器６は、蒸気を液体の冷却水に戻す。液体に戻された冷却水はポンプ２４によって冷却水経路２３を通じて再びエンジン本体２ａ内に形成されたウォータジャケットへ供給される。なお、液体の冷却水はエンジン２が搭載された車両が備える空調装置２５内を循環し、空調に利用される。   A water jacket is formed in the engine body 2 a, and the cooling water circulating in the water jacket is vaporized by the combustion heat of the engine 2. The waste heat recovery apparatus 1 includes a steam path 3 through which cooling water steam flows. In the steam path 3, a superheater 4 and a turbine 5 are arranged in order from the upstream side, that is, the side close to the engine body 2, and the end thereof is connected to the condenser 6. An exhaust path 7 connected to the exhaust port of the engine body 2 is drawn into the superheater 4. The superheater 4 recovers heat from the exhaust gas in the exhaust path 7 and imparts more heat to the steam passing through the steam passage 3, and improves the recovery efficiency of waste heat. A catalyst 8 is disposed in the exhaust path 7 between the engine body 2 a and the superheater 4. The turbine 5 is operated by high-temperature and high-pressure steam flowing in through the steam path 3. The condenser 6 returns the vapor to liquid cooling water. The cooling water returned to the liquid is supplied again by the pump 24 to the water jacket formed in the engine body 2a through the cooling water passage 23. The liquid cooling water circulates in the air conditioner 25 provided in the vehicle on which the engine 2 is mounted, and is used for air conditioning.

廃熱回収システム１は、エンジン２の過給を行う過給器、すなわちコンプレッサ９を備えている。コンプレッサ９は、空気を圧縮し、吸気経路１９を通じて圧縮空気をエンジン本体２ａの吸気ポートへ供給する。また、蓄電装置１０と接続され、コンプレッサ９を駆動するモータ１１を備えている。モータ１１とタービン５とは第１駆動軸１２によって接続されている。この第１駆動軸１２はモータ１１とタービン５との連結状態を切り替える第１クラッチ１３を備えている。また、第１駆動軸１２のモータ１１側には、図示しない補器類を駆動する動力回収装置２６が装着されている。この動力回収装置２６は第１クラッチ１３が接続されることによりタービン５によって駆動され、補器類を作動させる。コンプレッサ９とタービンとは第２駆動軸１４によって接続されている。この第２駆動軸１４はコンプレッサ９とタービン５との連結状態を切り替える第２クラッチ１５を備えている。コンプレッサ９とモータ１１とは第３駆動軸１６によって接続されている。この第３駆動軸はコンプレッサ９とモータ１１との連結状態を切り替える第３クラッチ１７を備えている。第１クラッチ１３、第２クラッチ１５、第３クラッチ１７は、それぞれ本発明における制御手段に相当するＥＣＵ（Electronic control unit）１８に電気的に接続されている。このＥＣＵ１８は第１クラッチ１３、第２クラッチ１５、第３クラッチ１７の切替指令を行う制御手段に相当する。このようなＥＣＵ１８には、吸気経路１９に装着されたアクセル開度センサ２０、過給圧センサ２１が電気的に接続されている。ＥＣＵ１８には、さらに、タービン５に装着され、タービン５の回転数を検出するタービン回転数センサ２２が電気的に接続されている。また、モータ１１、エンジン２に装着された各種センサと電気的に接続されている。   The waste heat recovery system 1 includes a supercharger that supercharges the engine 2, that is, a compressor 9. The compressor 9 compresses air and supplies the compressed air to the intake port of the engine body 2 a through the intake passage 19. In addition, a motor 11 connected to the power storage device 10 and driving the compressor 9 is provided. The motor 11 and the turbine 5 are connected by a first drive shaft 12. The first drive shaft 12 includes a first clutch 13 that switches a connection state between the motor 11 and the turbine 5. A power recovery device 26 that drives auxiliary devices (not shown) is mounted on the motor 11 side of the first drive shaft 12. The power recovery device 26 is driven by the turbine 5 when the first clutch 13 is connected to operate the auxiliary devices. The compressor 9 and the turbine are connected by a second drive shaft 14. The second drive shaft 14 includes a second clutch 15 that switches a connection state between the compressor 9 and the turbine 5. The compressor 9 and the motor 11 are connected by a third drive shaft 16. The third drive shaft includes a third clutch 17 that switches the connection state between the compressor 9 and the motor 11. The first clutch 13, the second clutch 15, and the third clutch 17 are each electrically connected to an ECU (Electronic control unit) 18 corresponding to the control means in the present invention. The ECU 18 corresponds to a control unit that issues a switching command for the first clutch 13, the second clutch 15, and the third clutch 17. The ECU 18 is electrically connected to an accelerator opening sensor 20 and a supercharging pressure sensor 21 mounted on the intake passage 19. The ECU 18 is further electrically connected to a turbine rotation speed sensor 22 that is attached to the turbine 5 and detects the rotation speed of the turbine 5. Further, the motor 11 and the various sensors mounted on the engine 2 are electrically connected.

以上のように構成される廃熱回収システム１では、タービン５は排気経路７状には存在しておらず、エンジン２から排出される排気ガスは即座に触媒８内に流入するため、触媒８の活性化に有利である。また、タービン５が排気経路７状に存在しないことにより、エンジン２の背圧増加、ポンプ損失の増大を抑制することができる。   In the waste heat recovery system 1 configured as described above, the turbine 5 does not exist in the shape of the exhaust path 7, and the exhaust gas discharged from the engine 2 immediately flows into the catalyst 8. It is advantageous for the activation of. Further, since the turbine 5 does not exist in the exhaust path 7 shape, an increase in the back pressure of the engine 2 and an increase in pump loss can be suppressed.

以上のように構成される廃熱回収システム１の動作及び制御につき、図面を参照しつつ説明する。図２は、ＥＣＵ１８が行う制御の一例を示すフロー図である。また、図３は、コンプレッサ９がエンジン２の運転状態に応じて求められる目標過給圧を決定するための目標過給圧決定マップの一例を示した図である。また、図４乃至図７は、それぞれ第１クラッチ１３、第２クラッチ１５、第３クラッチ１７の異なる断続状態を示した説明図である。   The operation and control of the waste heat recovery system 1 configured as described above will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a flowchart showing an example of control performed by the ECU 18. FIG. 3 is a diagram showing an example of a target boost pressure determination map for the compressor 9 to determine a target boost pressure determined according to the operating state of the engine 2. 4 to 7 are explanatory diagrams showing different on / off states of the first clutch 13, the second clutch 15, and the third clutch 17, respectively.

まず、ＥＣＵ１８は、ステップＳ１において、図３に示す目標過給圧決定マップに基づいてエンジン２の運転状態に応じた目標過給圧を決定する。目標過給圧はアクセル開度が大きくなるほど高くなる。具体的には、ＥＣＵ１８は、エンジン２に装着された各種センサからエンジンの運転状態を把握し、この運転状態に適したアクセル開度−目標過給圧線を選択し、選択したアクセル開度−目標過給圧線から目標過給圧を決定するアクセル開度はアクセル開度センサ２０から取得する。また、ステップ１では、このようにして決定された目標過給圧に応じてタービン５の目標回転数Ｘを算出しておく。ＥＣＵ１８は、このように目標過給圧を決定し、目標タービン回転数Ｘを算出した後、ステップＳ２へ進む。   First, in step S1, the ECU 18 determines a target boost pressure corresponding to the operating state of the engine 2 based on the target boost pressure determination map shown in FIG. The target supercharging pressure increases as the accelerator opening increases. Specifically, the ECU 18 grasps the operating state of the engine from various sensors mounted on the engine 2, selects an accelerator opening suitable for this operating state-a target boost pressure line, and selects the selected accelerator opening- The accelerator opening that determines the target boost pressure from the target boost pressure line is acquired from the accelerator opening sensor 20. In step 1, the target rotational speed X of the turbine 5 is calculated according to the target boost pressure determined in this way. The ECU 18 thus determines the target supercharging pressure and calculates the target turbine speed X, and then proceeds to step S2.

ステップＳ２では、ＥＣＵ１８は、ステップＳ１で取得した目標過給圧が実測過給圧よりも高いか否かを判断する。実測過給圧は、過給圧センサ２１から取得する。このステップＳ２においてＹｅｓと判断された場合、すなわち、エンジンの運転状態から求められる適切な過給圧が得られていない場合はステップＳ３へ進む。一方、ステップＳ２においてＮｏと判断された場合、すなわち、目標過給圧を確保できている場合は、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８へ進む場合は、コンプレッサ９を作動させることは不要である。そこで、蒸気によって駆動されるタービン５を介して廃熱を回収するようにする。従って、ステップＳ８では、図４に示すように第１クラッチ１３を接続状態とし、第２クラッチ１５及び第３クラッチ１７をいずれも切断状態とする。これにより、蒸気により駆動されるタービン５によってモータ１１が回転し、発電機として機能して蓄電装置１０に電力を蓄える。また、第１駆動軸１２が接続状態となることから第１駆動軸１２を介して装着されている動力回収装置２６も駆動される。このようにして蒸気を介した廃熱回収が効率よく行われる。   In step S2, the ECU 18 determines whether or not the target boost pressure acquired in step S1 is higher than the actually measured boost pressure. The actually measured boost pressure is acquired from the boost pressure sensor 21. If it is determined Yes in step S2, that is, if the appropriate supercharging pressure obtained from the engine operating state is not obtained, the process proceeds to step S3. On the other hand, if it is determined No in step S2, that is, if the target boost pressure is secured, the process proceeds to step S8. When proceeding to step S8, it is not necessary to operate the compressor 9. Therefore, the waste heat is recovered through the turbine 5 driven by steam. Accordingly, in step S8, as shown in FIG. 4, the first clutch 13 is brought into a connected state, and both the second clutch 15 and the third clutch 17 are brought into a disconnected state. Thereby, the motor 11 is rotated by the turbine 5 driven by steam, and functions as a generator to store electric power in the power storage device 10. Further, since the first drive shaft 12 is in the connected state, the power recovery device 26 mounted via the first drive shaft 12 is also driven. In this way, waste heat recovery via steam is efficiently performed.

一方、ステップＳ３に進んだ場合は、まずステップＳ１で取得した目標タービン回転数Ｘが実測タービン回転数Ｎよりも高いか否かを判断する。実測タービン回転数Ｎは、タービン回転数センサ２２から取得する。このステップＳ３でＹｅｓと判断される場合、すなわち、蒸気によるタービン５の回転数ではコンプレッサ９が目標過給圧を実現するだけの駆動力を確保することができないときは、ステップＳ４へ進み、図５に示すように第３クラッチ１７を接続状態とし、第１クラッチ１３及び第２クラッチ１５をいずれも切断状態とする。これにより、コンプレッサ９をモータ１１の駆動力によって作動させるようにする。ステップＳ４の処理を行うような状況は、例えば、エンジン２の暖機時等が想定される。すなわち、エンジン２の暖機中は、十分な量、温度、圧力の蒸気が発生していない状態が想定される。このような状態では、タービン５によってコンプレッサ９を十分に稼働させることができず、目標過給圧を確保することが困難である。そこで、モータ１１の駆動力を利用してコンプレッサ９を作動させるようにすれば、迅速に目的とする過給圧を実現することができる。なお、第１クラッチ１３を接続してタービン５とモータ１１とによってコンプレッサ９を作動させるようにしてもよい。但し、この場合、タービン５による回転とモータ１１による回転を同期させる同期手段を介在させることが望ましい。   On the other hand, when the process proceeds to step S3, it is first determined whether or not the target turbine speed X acquired in step S1 is higher than the actual turbine speed N. The measured turbine speed N is acquired from the turbine speed sensor 22. If it is determined Yes in step S3, that is, if the compressor 9 cannot secure a driving force sufficient to achieve the target boost pressure at the rotational speed of the turbine 5 by steam, the process proceeds to step S4. As shown in FIG. 5, the third clutch 17 is in a connected state, and both the first clutch 13 and the second clutch 15 are in a disconnected state. As a result, the compressor 9 is operated by the driving force of the motor 11. The situation where the process of step S4 is performed is assumed to be, for example, when the engine 2 is warmed up. That is, it is assumed that steam of sufficient amount, temperature, and pressure is not generated while the engine 2 is warmed up. In such a state, the compressor 9 cannot be sufficiently operated by the turbine 5, and it is difficult to ensure the target boost pressure. Therefore, if the compressor 9 is operated using the driving force of the motor 11, the target supercharging pressure can be quickly realized. Note that the compressor 9 may be operated by the turbine 5 and the motor 11 by connecting the first clutch 13. However, in this case, it is desirable to interpose synchronization means for synchronizing the rotation by the turbine 5 and the rotation by the motor 11.

ステップＳ３においてＮｏと判断されたときはステップＳ５に進む。ステップＳ５ではＥＣＵ１８は、目標タービン回転数Ｘが実測タービン回転数Ｎと同じか否かを判断する。このステップＳ５においてＹｅｓと判断されるとき、すなわち、現状のタービンの回転数で目標過給圧を確保することができるときは、ステップＳ６へ進み、図６に示すように第２クラッチ１５を接続状態とし、第１クラッチ１３及び第３クラッチ１７をいずれも切断状態とする。これによりコンプレッサ９の作動はタービン５の蒸気による駆動力によって維持される。ステップＳ６の処理を行うような状況は、例えば、暖機が完了し、エンジン２が定常運転に近い状態にあるときが想定される。すなわち、エンジン２内で蒸気が発生し、タービン５の駆動力によってコンプレッサ９を作動させることができる状態が想定される。このような状態では、コンプレッサ９を作動させるためのモータ１１の駆動は不要である。従って、蓄電装置１０内に蓄えた電力を消費することもない。   When it is determined No in step S3, the process proceeds to step S5. In step S5, the ECU 18 determines whether or not the target turbine speed X is the same as the actually measured turbine speed N. When it is determined Yes in step S5, that is, when the target boost pressure can be secured with the current turbine speed, the process proceeds to step S6, and the second clutch 15 is connected as shown in FIG. The first clutch 13 and the third clutch 17 are both disengaged. Thereby, the operation of the compressor 9 is maintained by the driving force by the steam of the turbine 5. The situation in which the process of step S6 is performed is assumed, for example, when warm-up is completed and the engine 2 is in a state close to steady operation. That is, it is assumed that steam is generated in the engine 2 and the compressor 9 can be operated by the driving force of the turbine 5. In such a state, it is not necessary to drive the motor 11 for operating the compressor 9. Therefore, the electric power stored in the power storage device 10 is not consumed.

一方、ステップＳ５でＮｏと判断された場合、すなわち、実測タービン回転数Ｎが目標タービン回転数Ｘを上回っているときは、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、図７に示すように第３クラッチ１７を切断状態とし、第１クラッチ１３及び第２クラッチ１５をいずれも接続状態とする。これによりタービン５の駆動力によりコンプレッサ９が作動し、目標過給圧が確保されると共に、余剰の動力がモータ１１を介して蓄電装置１０に回収される。ステップＳ７の処理を行うような状況は、例えば、エンジン２の高負荷時等が想定される。すなわち、エンジン２内で多量の高温、高圧力の蒸気が発生し、タービン５の駆動力がコンプレッサ９を作動させてもなお余剰動力として回収できる状態が想定される。このような状態において、蒸気により駆動されるタービン５によってコンプレッサ９を作動させ、さらに、モータ１１を回転させて動力を回収することにより、廃熱の利用、回収効率を向上させることができる。また、第１駆動軸１２が接続状態となることから第１駆動軸１２を介して装着されている動力回収装置２６も駆動される。このようにして蒸気を介した廃熱回収が効率よく行われる。   On the other hand, when it is determined No in step S5, that is, when the actually measured turbine speed N exceeds the target turbine speed X, the process proceeds to step S7. In step S7, as shown in FIG. 7, the third clutch 17 is disengaged and the first clutch 13 and the second clutch 15 are both engaged. As a result, the compressor 9 is operated by the driving force of the turbine 5, the target supercharging pressure is ensured, and surplus power is recovered by the power storage device 10 via the motor 11. The situation in which the process in step S7 is performed is assumed to be, for example, when the engine 2 is under a high load. That is, it is assumed that a large amount of high-temperature and high-pressure steam is generated in the engine 2 and can be recovered as surplus power even when the driving force of the turbine 5 operates the compressor 9. In such a state, utilization of waste heat and recovery efficiency can be improved by operating the compressor 9 by the turbine 5 driven by steam and further recovering power by rotating the motor 11. Further, since the first drive shaft 12 is in the connected state, the power recovery device 26 mounted via the first drive shaft 12 is also driven. In this way, waste heat recovery via steam is efficiently performed.

以上、説明したように、本発明によれば、触媒の暖機やエンジンの背圧増加抑制に有利である蒸気駆動のコンプレッサ（過給器）を備えた廃熱回収システムにおいて、タービン、コンプレッサ、モータ（発電機）の断続をエンジンの状態に応じて適宜変更するようにしたので効率よくエンジンの過給を行うことができると共に、エンジンの廃熱を効率よく回収することができる。   As described above, according to the present invention, in a waste heat recovery system including a steam-driven compressor (supercharger) that is advantageous for warming up a catalyst and suppressing an increase in engine back pressure, a turbine, a compressor, Since the interruption of the motor (generator) is appropriately changed according to the state of the engine, the engine can be supercharged efficiently and the waste heat of the engine can be efficiently recovered.

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。   The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.

廃熱回収システムをエンジン本体に組み込んだエンジンの概略構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed schematic structure of the engine which integrated the waste heat recovery system in the engine main body. 廃熱回収システムの制御の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of control of a waste heat recovery system. 目標過給圧決定マップの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the target supercharging pressure determination map. 第１クラッチを接続状態とし、第２クラッチ及び第３クラッチをいずれも切断状態とした廃熱回収システムを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the waste-heat collection | recovery system which made the 1st clutch a connection state, and made all the 2nd clutch and the 3rd clutch a disconnection state. 第３クラッチを接続状態とし、第１クラッチ及び第２クラッチをいずれも切断状態とした廃熱回収システムを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the waste-heat recovery system which made the 3rd clutch a connection state, and made all the 1st clutch and the 2nd clutch a disconnection state. 第２クラッチを接続状態とし、第１クラッチ及び第３クラッチをいずれも切断状態とした廃熱回収システムを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the waste-heat recovery system which made the 2nd clutch a connection state, and made all the 1st clutch and the 3rd clutch a disconnection state. 第３クラッチを切断状態とし、第１クラッチ及び第２クラッチをいずれも接続状態とした廃熱回収システムを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the waste-heat-recovery system which made the 3rd clutch a disconnection state, and made both the 1st clutch and the 2nd clutch a connection state.

符号の説明Explanation of symbols

１ 廃熱回収システム
２ エンジン
２ａ エンジン本体
３ 蒸気経路
４ 過熱器
５ タービン
６ 凝縮器
７ 排気経路
８ 触媒
９ コンプレッサ
１０ 蓄電装置
１１ モータ
１２ 第１駆動軸
１３ 第１クラッチ
１４ 第２駆動軸
１５ 第２クラッチ
１６ 第３駆動軸
１７ 第３駆動軸
１８ ＥＣＵ
１９ 吸気経路
２０ アクセル開度センサ
２１ 過給圧センサ
２２ タービン回転数センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waste heat recovery system 2 Engine 2a Engine main body 3 Steam path 4 Superheater 5 Turbine 6 Condenser 7 Exhaust path 8 Catalyst 9 Compressor 10 Power storage device 11 Motor 12 First drive shaft 13 First clutch 14 Second drive shaft 15 Second Clutch 16 Third drive shaft 17 Third drive shaft 18 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Intake route 20 Accelerator opening sensor 21 Supercharging pressure sensor 22 Turbine speed sensor

Claims (9)

エンジンの過給を行うコンプレッサと、
前記エンジンの廃熱によって発生する蒸気によって作動し、前記コンプレッサを駆動するタービンと、
蓄電装置と接続され、前記コンプレッサを駆動するモータと、
を備えたことを特徴とする廃熱回収システム。 A compressor for supercharging the engine;
A turbine that operates by steam generated by waste heat of the engine and drives the compressor;
A motor connected to the power storage device and driving the compressor;
A waste heat recovery system characterized by comprising: 請求項１記載の廃熱回収システムにおいて、
前記モータと前記タービンとの連結状態を切り替える第１クラッチを備えたことを特徴とする廃熱回収システム。 The waste heat recovery system according to claim 1,
A waste heat recovery system comprising a first clutch for switching a connection state between the motor and the turbine. 請求項１記載の廃熱回収システムにおいて、
前記コンプレッサと前記タービンとの連結状態を切り替える第２クラッチを備えたことを特徴とする廃熱回収システム。 The waste heat recovery system according to claim 1,
A waste heat recovery system comprising a second clutch for switching a connection state between the compressor and the turbine. 請求項１記載の廃熱回収システムにおいて、
前記コンプレッサと前記モータとの連結状態を切り替える第３クラッチを備えたことを特徴とする廃熱回収システム。 The waste heat recovery system according to claim 1,
A waste heat recovery system comprising a third clutch for switching a connection state between the compressor and the motor. 請求項１記載の廃熱回収システムにおいて、
前記モータと前記タービンとの連結状態を切り替える第１クラッチと、
前記コンプレッサと前記タービンとの連結状態を切り替える第２クラッチと、
前記コンプレッサと前記モータとの連結状態を切り替える第３クラッチと、
前記第１クラッチ乃至前記第３クラッチの切替指令を行う制御手段と、
を備えたことを備えたことを特徴とする廃熱回収システム。 The waste heat recovery system according to claim 1,
A first clutch for switching a connection state between the motor and the turbine;
A second clutch for switching a connection state between the compressor and the turbine;
A third clutch for switching a connection state between the compressor and the motor;
Control means for issuing a switching command for the first clutch to the third clutch;
A waste heat recovery system characterized by comprising 請求項１記載の廃熱回収システムにおいて、
前記タービンによって駆動される動力回収装置を備えたことを特徴とする廃熱回収システム。 The waste heat recovery system according to claim 1,
A waste heat recovery system comprising a power recovery device driven by the turbine. 請求項１記載の廃熱回収システムにおいて、
前記コンプレッサの作動に必要となるタービンの駆動力が得られないときに、前記モータによりコンプレッサを作動させることを特徴とした廃熱回収システム。 The waste heat recovery system according to claim 1,
A waste heat recovery system, wherein a compressor is operated by the motor when a driving force of a turbine necessary for the operation of the compressor cannot be obtained. 請求項１記載の廃熱回収システムにおいて、
前記タービンの駆動力がコンプレッサの作動に必要となる駆動力に対して余剰となるときに前記モータを介して前記タービンから動力回収することを特徴とした廃熱回収システム。 The waste heat recovery system according to claim 1,
A waste heat recovery system for recovering power from the turbine via the motor when the driving force of the turbine is excessive with respect to the driving force required for the operation of the compressor. 請求項１乃至８のいずれか一項記載の廃熱回収システムを備えたことを特徴とするエンジン。 An engine comprising the waste heat recovery system according to any one of claims 1 to 8.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105065110A (en) * 2015-07-21 2015-11-18 同济大学 Organic rankine cycle and electric power dual-drive internal combustion engine pressurization system
JP2017133378A (en) * 2016-01-25 2017-08-03 トヨタ自動車株式会社 Control unit for waste heat recovery device
JP2019007427A (en) * 2017-06-26 2019-01-17 株式会社ディーゼルユナイテッド Intake air cooling device of supercharging engine
JP2020020312A (en) * 2018-08-02 2020-02-06 株式会社Ｓｕｂａｒｕ Air supply system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105065110A (en) * 2015-07-21 2015-11-18 同济大学 Organic rankine cycle and electric power dual-drive internal combustion engine pressurization system
JP2017133378A (en) * 2016-01-25 2017-08-03 トヨタ自動車株式会社 Control unit for waste heat recovery device
JP2019007427A (en) * 2017-06-26 2019-01-17 株式会社ディーゼルユナイテッド Intake air cooling device of supercharging engine
JP2020020312A (en) * 2018-08-02 2020-02-06 株式会社Ｓｕｂａｒｕ Air supply system
JP7169113B2 (en) 2018-08-02 2022-11-10 株式会社Subaru air supply system

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