JP2010242726A - Exhaust heat recovery device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust heat recovery device improving energy efficiency as the whole vehicle. <P>SOLUTION: This exhaust heat recovery device has a turbine 62 arranged in an EGR passage 50 for flowing exhaust gas exhausted from an engine 10 and operating based on exhaust heat of the engine 10, and a generator 63 for generating electric power by operation of the turbine 62. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車等の車両に用いられる排熱回収装置に関するものである。   The present invention relates to an exhaust heat recovery device used for a vehicle such as an automobile.

近年、世界的に環境問題に対する意識が高まってきている。自動車業界全体でも、エネルギ効率を向上させるためのシステムが数多く提案されている。   In recent years, awareness of environmental issues has increased worldwide. Many systems for improving energy efficiency have also been proposed throughout the automotive industry.

また、火力発電等でも、エネルギ効率を上げるために様々な改良がなされている。例えば、ガスタービンの排熱を利用して再び蒸気を発生させ、この蒸気を利用して発電を行う排熱回収ボイラが提案されている（特許文献１参照）。   In addition, various improvements have been made to increase energy efficiency even in thermal power generation and the like. For example, an exhaust heat recovery boiler has been proposed in which steam is generated again using exhaust heat of a gas turbine and electric power is generated using the steam (see Patent Document 1).

特開平５−１６３９６１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-163961

従来、ディーセルエンジンにおいて、排気の熱エネルギは大気中にそのまま捨てられる構造となっている。このため、ディーゼルエンジンを走行用駆動源とする車両のエネルギ効率は、上限が約４０％と低くなっている。   Conventionally, a diesel engine has a structure in which the heat energy of the exhaust is discarded as it is in the atmosphere. For this reason, the upper limit of the energy efficiency of a vehicle using a diesel engine as a travel drive source is as low as about 40%.

本発明は上記点に鑑みて、車両全体としてのエネルギ効率を向上させることができる排熱回収装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the waste heat recovery apparatus which can improve the energy efficiency as the whole vehicle in view of the said point.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内燃機関（１０）から排出される排気が流通する排気径路（５０）に設けられ、内燃機関（１０）の排熱に基づいて作動するタービン（６２）と、タービン（６２）の作動により発電を行う発電手段（６３）とを備えることを特徴としている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an exhaust path (50) through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine (10) flows is provided, and operates based on exhaust heat of the internal combustion engine (10). And a power generation means (63) for generating power by the operation of the turbine (62).

これによれば、従来であれば大気中に捨てられていた内燃機関（１０）の排気の熱エネルギを利用して電力を発生させることができるので、車両全体としてのエネルギ効率を向上させることが可能となる。   According to this, since it is possible to generate electric power by using the heat energy of the exhaust gas of the internal combustion engine (10) that was conventionally discarded in the atmosphere, the energy efficiency of the entire vehicle can be improved. It becomes possible.

ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の排熱回収装置においては、排気経路（５０）に設けられ、排気と熱媒体との間で熱交換を行い、熱媒体を蒸発させる蒸発用熱交換器（６１）を備え、タービン（６２）は、蒸発用熱交換器（６１）にて蒸発した熱媒体の蒸気により作動するものとしてもよい。   Here, as in the invention according to claim 2, in the exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, provided in the exhaust path (50), heat is exchanged between the exhaust and the heat medium, and the heat is recovered. An evaporation heat exchanger (61) for evaporating the medium may be provided, and the turbine (62) may be operated by steam of the heat medium evaporated in the evaporation heat exchanger (61).

また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の排熱回収装置において、排気経路は、排気の一部を内燃機関（１０）の吸気系に還流させるＥＧＲ通路（５０）であることを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery apparatus according to the second aspect, the exhaust path is an EGR passage (50) for returning a part of the exhaust to the intake system of the internal combustion engine (10). It is characterized by that.

これによれば、ＥＧＲ通路（５０）に排気と熱媒体との間で熱交換を行う蒸発用熱交換器（６１）が設けられるので、蒸発用熱交換器（６１）にて排気を冷却することができる。このため、従来設けられていたＥＧＲクーラ（吸気系に還流される排気を冷却するための熱交換器）を廃止することが可能となる。   According to this, since the EGR passage (50) is provided with the evaporation heat exchanger (61) for exchanging heat between the exhaust and the heat medium, the exhaust is cooled by the evaporation heat exchanger (61). be able to. For this reason, the EGR cooler (heat exchanger for cooling the exhaust gas recirculated to the intake system) provided conventionally can be eliminated.

また、請求項４に記載の発明のように、タービン（６２）の熱媒体流れの下流側に設けられ、熱媒体の蒸気と内燃機関（１０）の冷却水との間で熱交換を行い、熱媒体の蒸気を凝縮させる凝縮用熱交換器（６５）と、熱媒体を蒸発用熱交換器（６１）と凝縮用熱交換器（６５）との間で循環させる熱媒体循環手段（６７）とを備えるものとしてもよい。   Further, as in the invention described in claim 4, the heat exchange is provided between the steam of the heat medium and the cooling water of the internal combustion engine (10) provided downstream of the heat medium flow of the turbine (62), A heat exchanger for condensation (65) for condensing the vapor of the heat medium, and a heat medium circulation means (67) for circulating the heat medium between the heat exchanger for evaporation (61) and the heat exchanger for condensation (65) May be provided.

また、請求項５に記載の発明のように、凝縮用熱交換器（６５）へ流入する冷却水が流れる冷却水通路（６６）を開閉する冷却水通路開閉手段（６６１）と、冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段（１８）と、内燃機関（）の燃料の温度を検出する燃料温度検出手段（１１５）と、熱媒体循環手段（６７）および冷却水通路開閉手段（６６１）の作動を制御する作動制御手段（１５）とを備え、作動制御手段（１５）は、冷却水温度検出手段（１８）により検出された冷却水の温度（ＴＷ）が予め定めた基準冷却水温度（ＴＳ１）を上回っており、かつ、燃料温度検出手段（１１５）により検出された燃料の温度（ＴＦ）が予め定めた基準燃料温度（ＴＳ２）を上回っている場合に、熱媒体循環手段（６７）を作動させるとともに、冷却水通路開閉手段（６６１）を開くものとしてもよい。 Further, as in the invention described in claim 5, the cooling water passage opening / closing means (661) for opening and closing the cooling water passage (66) through which the cooling water flowing into the condensation heat exchanger (65) flows, and the cooling water Cooling water temperature detecting means (18) for detecting the temperature, fuel temperature detecting means (115) for detecting the temperature of the fuel in the internal combustion engine (), heat medium circulating means (67) and cooling water passage opening / closing means (661) The operation control means (15) for controlling the operation of the cooling water, and the operation control means (15) is a reference cooling water whose temperature (T W ) detected by the cooling water temperature detecting means (18) is predetermined. When the temperature exceeds the temperature (T S1 ) and the fuel temperature (T F ) detected by the fuel temperature detection means (115) exceeds a predetermined reference fuel temperature (T S2 ), the heat medium Activating the circulation means (67) It may be as to open the cooling water passage switching means (661).

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の実施形態が適用された排熱回収装置が搭載されるハイブリッド車両の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a hybrid vehicle equipped with an exhaust heat recovery device to which an embodiment of the present invention is applied. 本発明の実施形態におけるＥＣＵ１５が行う排熱回収制御の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the waste heat recovery control which ECU15 in embodiment of this invention performs.

以下、本発明の一実施形態について図１および図２に基づいて説明する。本実施形態で示される排熱回収装置は、例えば４気筒のディーゼルエンジンと走行用モータ（電動機）を走行用駆動源として走行するハイブリッド車両に搭載されるものである。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The exhaust heat recovery apparatus shown in the present embodiment is mounted on a hybrid vehicle that travels using, for example, a four-cylinder diesel engine and a travel motor (electric motor) as a travel drive source.

図１は、本発明の実施形態が適用された排熱回収装置が搭載されるハイブリッド車両の全体構成図である。図１に示すように、本実施形態のハイブリッド車両には、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１０に燃料（軽油）を噴射するための燃料噴射システムが設けられている。燃料噴射システムは、燃料供給ポンプ１１と、コモンレール１２と、ＥＤＵ１３と、インジェクタ１４と、ＥＣＵ１５とを備えて構成されている。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of a hybrid vehicle equipped with an exhaust heat recovery apparatus to which an embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the hybrid vehicle of the present embodiment is provided with a fuel injection system for injecting fuel (light oil) into a diesel engine (hereinafter referred to as an engine) 10 as an internal combustion engine. The fuel injection system includes a fuel supply pump 11, a common rail 12, an EDU 13, an injector 14, and an ECU 15.

燃料供給ポンプ１１は、コモンレール１２に高圧燃料を圧送するものである。具体的には、燃料供給ポンプ１１は、吸入配管１６１を介して燃料タンク１７から燃料を汲み上げるフィードポンプ１１１と、ＥＣＵ１５から入力される制御信号に応じてフィードポンプ１１１からポンプシリンダへ供給される燃料流量を調整する吸入調量弁１１２と、エンジン１０によって回転するカム軸とともにカムが回転するとポンプシリンダの内部に液密を保って摺動するプランジャ１１３と、燃料の逆流を防止する逆止弁１１４とを備えている。   The fuel supply pump 11 pumps high-pressure fuel to the common rail 12. Specifically, the fuel supply pump 11 includes a feed pump 111 that pumps fuel from the fuel tank 17 through the suction pipe 161, and fuel that is supplied from the feed pump 111 to the pump cylinder in response to a control signal input from the ECU 15. An intake metering valve 112 that adjusts the flow rate, a plunger 113 that slides inside the pump cylinder while maintaining fluid tightness when the cam rotates together with a camshaft rotated by the engine 10, and a check valve 114 that prevents backflow of fuel. And.

このような燃料供給ポンプ１１では、フィードポンプ１１１にて燃料タンク１７から汲み上げられた燃料が吸入調量弁１１２によって調整され図示しないポンプ室に吸入されるようになっている。また、カムの回転に応じてプランジャ１１３がポンプシリンダ内を摺動することでポンプ室内の燃料が加圧される。そして、加圧された燃料圧力が逆止弁１１４の開弁圧を超えると、加圧された燃料が供給配管１６２を介してコモンレール１２に供給される。   In such a fuel supply pump 11, the fuel pumped up from the fuel tank 17 by the feed pump 111 is adjusted by the suction metering valve 112 and sucked into a pump chamber (not shown). The fuel in the pump chamber is pressurized by the plunger 113 sliding in the pump cylinder according to the rotation of the cam. When the pressurized fuel pressure exceeds the valve opening pressure of the check valve 114, the pressurized fuel is supplied to the common rail 12 through the supply pipe 162.

さらに、燃料供給ポンプ１１には燃料温度検出手段としての燃料温度センサ１１５が備えられており、燃料タンク１７から汲み上げられた燃料の温度が検出され、当該温度に応じた信号がＥＣＵ１５に入力されるようになっている。なお、図１では燃料温度センサ１１５をブロック図で描いてあるが、実際には燃料供給ポンプ１１に取り付けられている。   Further, the fuel supply pump 11 is provided with a fuel temperature sensor 115 as a fuel temperature detecting means, the temperature of the fuel pumped up from the fuel tank 17 is detected, and a signal corresponding to the temperature is input to the ECU 15. It is like that. In FIG. 1, the fuel temperature sensor 115 is depicted in a block diagram, but is actually attached to the fuel supply pump 11.

そして、燃料供給ポンプ１１内の過剰な燃料は燃料配管１６３を介して燃料タンク１７に戻される。また、吸入配管１６１には、燃料タンク１７より吸入された燃料を濾過して異物を除去するフェールフィルタ１６４が配置されている。   Then, excess fuel in the fuel supply pump 11 is returned to the fuel tank 17 via the fuel pipe 163. The suction pipe 161 is provided with a fail filter 164 that filters the fuel sucked from the fuel tank 17 and removes foreign matters.

コモンレール１２は、燃料供給ポンプ１１より供給された高圧燃料を目標レール圧に保持して蓄える畜圧手段である。この目標レール圧は、例えば、アクセル開度信号、エンジン回転数信号といったエンジン１０の運転状態に基づいて、ＥＣＵ１５によって決定される。   The common rail 12 is a livestock pressure unit that holds and stores the high-pressure fuel supplied from the fuel supply pump 11 at a target rail pressure. The target rail pressure is determined by the ECU 15 based on the operating state of the engine 10 such as an accelerator opening signal and an engine speed signal, for example.

また、コモンレール１２には、コモンレール１２内の燃料圧力があらかじめ定めた上限値を超えたときに開弁してコモンレール１２の燃料圧力を逃がすプレッシャリミッタ１２１が取り付けられている。プレッシャリミッタ１２１より流出した燃料は、燃料配管１６３を介して燃料タンク１７に戻される。   Further, a pressure limiter 121 that opens when the fuel pressure in the common rail 12 exceeds a predetermined upper limit and releases the fuel pressure in the common rail 12 is attached to the common rail 12. The fuel that has flowed out of the pressure limiter 121 is returned to the fuel tank 17 through the fuel pipe 163.

さらに、コモンレール１２にはレール圧センサ１２２が取り付けられており、コモンレール１２内の実コモンレール圧に応じた信号がＥＣＵ１５に入力されるようになっている。   Further, a rail pressure sensor 122 is attached to the common rail 12, and a signal corresponding to the actual common rail pressure in the common rail 12 is input to the ECU 15.

ＥＤＵ１３は、ＥＣＵ１５から入力される駆動信号に基づいて、インジェクタ１４の燃料噴射弁を開閉させる開閉信号をインジェクタ１４に入力する駆動装置である。   The EDU 13 is a driving device that inputs an opening / closing signal for opening / closing a fuel injection valve of the injector 14 to the injector 14 based on a driving signal input from the ECU 15.

インジェクタ１４は、エンジン１０のシリンダに取り付けられ、ＥＤＵ１３から入力される開閉信号に基づいて燃料噴射弁を開閉することで、シリンダ内に燃料を噴射するものである。このようなインジェクタには、高圧配管１６５を介してコモンレール１２からの高圧燃料が導入される燃料入口部１４１と、燃料配管１６３を介してインジェクタ１４内部の燃料を燃料タンク１７に向けて流出させる燃料出口部１４２とを備えている。   The injector 14 is attached to a cylinder of the engine 10 and injects fuel into the cylinder by opening and closing a fuel injection valve based on an open / close signal input from the EDU 13. In such an injector, a fuel inlet portion 141 into which high-pressure fuel from the common rail 12 is introduced via a high-pressure pipe 165, and a fuel that causes the fuel inside the injector 14 to flow out toward the fuel tank 17 via the fuel pipe 163. And an outlet 142.

このようなインジェクタ１４は、エンジン１０の気筒数に応じて各気筒に備え付けられており、各高圧配管１６５を介して各インジェクタ１４に高圧燃料が供給されるようになっている。なお、図１では１気筒のみを描いてある。   Such an injector 14 is provided in each cylinder according to the number of cylinders of the engine 10, and high pressure fuel is supplied to each injector 14 via each high pressure pipe 165. In FIG. 1, only one cylinder is shown.

エンジン１０の吸排気系には、エンジン１０の燃焼室内に吸入される空気（以下、この吸入空気を吸気という）を加圧するターボ過給機２０が設けられている。このターボ過給機２０は、エンジン１０の吸気管３０内に配置されたコンプレッサ２０１と、エンジン１０の排気管４０内に配置された排気タービン２０２とを備えている。そして、排気のエネルギによって排気タービン２０２が回転駆動され、さらに排気タービン２０２によりコンプレッサ２０１が回転駆動されることにより過給を行う。また、コンプレッサ２０１側に設けた図示しないノズルの傾きを変えることにより過給圧を調整可能になっている。   The intake / exhaust system of the engine 10 is provided with a turbocharger 20 that pressurizes air taken into the combustion chamber of the engine 10 (hereinafter, this intake air is referred to as intake air). The turbocharger 20 includes a compressor 201 disposed in the intake pipe 30 of the engine 10 and an exhaust turbine 202 disposed in the exhaust pipe 40 of the engine 10. The exhaust turbine 202 is rotationally driven by the exhaust energy, and the compressor 201 is rotationally driven by the exhaust turbine 202 to perform supercharging. Further, the supercharging pressure can be adjusted by changing the inclination of a nozzle (not shown) provided on the compressor 201 side.

吸気管３０のうちコンプレッサ２０１よりも吸気流れ上流側には、吸気量を計測する吸気量センサ３１が配置されている。吸気管３０のうちコンプレッサ２０１よりも吸気流れ下流側には、吸気を冷却するインタークーラ３２および吸気の圧力を検出する吸気圧センサ３３が配置されている。   An intake air amount sensor 31 that measures the intake air amount is disposed upstream of the compressor 201 in the intake pipe 30. An intercooler 32 that cools the intake air and an intake pressure sensor 33 that detects the pressure of the intake air are disposed downstream of the compressor 201 in the intake pipe 30.

排気管４０のうち排気タービン２０２よりも排気流れ下流側には、触媒４１が設けられている。触媒４１は、排気中のＨＣやＣＯの酸化反応を促進することにより排気の浄化を行う酸化触媒であり、排気中に含まれるカーボン等の微粒子を捕集する機能も備えている。   A catalyst 41 is provided in the exhaust pipe 40 on the downstream side of the exhaust flow from the exhaust turbine 202. The catalyst 41 is an oxidation catalyst that purifies the exhaust gas by promoting the oxidation reaction of HC and CO in the exhaust gas, and also has a function of collecting particulates such as carbon contained in the exhaust gas.

エンジン１０は、排気を吸気系に還流させるＥＧＲ通路５０を備えている。ＥＧＲ通路５０は、排気管４０のうち排気タービン２０２よりも排気流れ上流側から分岐して、吸気管３０のうちコンプレッサ２０１よりも吸気流れ下流側に排気を循環させるようになっている。ＥＧＲ通路５０には、このＥＧＲ通路５０を開閉してＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブ５１が設けられている。なお、ＥＧＲ通路５０が、本発明の排気経路に相当している。   The engine 10 includes an EGR passage 50 that recirculates exhaust gas to the intake system. The EGR passage 50 is branched from the exhaust flow upstream side of the exhaust turbine 202 in the exhaust pipe 40 and circulates the exhaust gas downstream of the compressor 201 in the intake pipe 30. The EGR passage 50 is provided with an EGR valve 51 that opens and closes the EGR passage 50 to control the EGR amount. The EGR passage 50 corresponds to the exhaust path of the present invention.

本実施形態の排熱回収装置は、熱媒体としての水が循環する水循環回路６０を備えている。水循環回路６０には、当該水循環回路６０を流れる水とＥＧＲ通路５０を流れる排気との間で熱交換を行い、水を蒸発させる蒸発用熱交換器としての蒸発器６１が設けられている。本実施形態では、蒸発器６１は、水循環回路６０を構成する水配管６１１を、ＥＧＲ通路５０内を複数回通過するように蛇行状に形成することにより構成されている。   The exhaust heat recovery apparatus of the present embodiment includes a water circulation circuit 60 through which water as a heat medium circulates. The water circulation circuit 60 is provided with an evaporator 61 as an evaporation heat exchanger that performs heat exchange between water flowing through the water circulation circuit 60 and exhaust gas flowing through the EGR passage 50 to evaporate water. In the present embodiment, the evaporator 61 is configured by forming a water pipe 611 constituting the water circulation circuit 60 in a meandering manner so as to pass through the EGR passage 50 a plurality of times.

蒸発器６１の水流れ下流側には、蒸発器６１にて蒸発した蒸気のエネルギによって回転駆動される蒸気タービン６２と、この蒸気タービン６２と一体に回転するロータ６３１の回転に基づき発電する発電手段としての発電機６３とを備える発電装置６４が設けられている。この発電装置６４で発電された電力は、インバータ７１を介してバッテリ７２に蓄積される。ここで、発電装置６４において、蒸発器６１で排気と熱交換して蒸発した蒸気のエネルギによって蒸気タービン６２が回転駆動されるので、蒸気タービン６２はエンジン１０の排熱に基づいて作動すると言える。なお、本実施形態では、バッテリ７２として、充放電可能な二次電池（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池）を採用し、充電された電力を走行用モータ（図示せず）等に供給している。   On the downstream side of the water flow of the evaporator 61, power generation means for generating electric power based on the rotation of a steam turbine 62 that is rotationally driven by the energy of the steam evaporated in the evaporator 61 and a rotor 631 that rotates integrally with the steam turbine 62. The generator 63 provided with the generator 63 as is provided. The electric power generated by the power generator 64 is stored in the battery 72 via the inverter 71. Here, in the power generation device 64, the steam turbine 62 is rotationally driven by the energy of the steam evaporated by exchanging heat with the exhaust gas in the evaporator 61. Therefore, it can be said that the steam turbine 62 operates based on the exhaust heat of the engine 10. In the present embodiment, a rechargeable secondary battery (for example, a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery) is adopted as the battery 72, and the charged power is supplied to a traveling motor (not shown) or the like. ing.

蒸気タービン６２の水流れ下流側には、蒸気とエンジン冷却水との間で熱交換を行い、蒸気を凝縮させる凝縮用熱交換器としての凝縮器６５が設けられている。凝縮器６５は、蒸気が流通する筐体６５１内に、エンジン冷却水が流通する冷却水通路６６を蛇行状に配置することにより構成されている。また、冷却水通路６６における凝縮器６５より冷却水流れ上流側には、冷却水通路６６を開閉する冷却水通路開閉手段としての冷却水バルブ６６１が設けられている。   On the downstream side of the water flow of the steam turbine 62, a condenser 65 is provided as a heat exchanger for condensation that performs heat exchange between the steam and the engine coolant and condenses the steam. The condenser 65 is configured by arranging a cooling water passage 66 through which engine cooling water flows in a meandering manner in a casing 651 through which steam flows. Further, a cooling water valve 661 as a cooling water passage opening / closing means for opening and closing the cooling water passage 66 is provided on the cooling water passage 66 upstream of the condenser 65 from the condenser 65.

凝縮器６５で凝縮した水は、筐体６５１の下方に溜まるようになっている。このため、筐体６５１の下方部は、水を貯留する貯留部６５２を構成している。貯留部６５２には、水循環回路６０に水を循環させる熱媒体循環手段としての循環ポンプ６７が設けられている。   The water condensed in the condenser 65 is accumulated below the housing 651. For this reason, the lower part of the housing | casing 651 comprises the storage part 652 which stores water. The storage unit 652 is provided with a circulation pump 67 as a heat medium circulation means for circulating water in the water circulation circuit 60.

上述した各種センサの出力は、ＥＣＵ１５に入力される。ＥＣＵ１５は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、各センサからの信号に基づいて所定の演算を行い、エンジン１０および排熱回収装置の各種機器の作動を制御する。具体的には、ＥＣＵ１５は、冷却水バルブ６６１および循環ポンプ６７の作動を制御して、後述する排熱回収制御を行うとともに、周知のようにインジェクタ１４の作動を制御して燃料の噴射量及び噴射時期の制御を行う。なお、ＥＣＵ１５は、本発明の作動制御手段に相当している。   Outputs of the various sensors described above are input to the ECU 15. The ECU 15 includes a well-known microcomputer composed of a CPU, ROM, RAM, EEPROM, etc. (not shown), performs predetermined calculations based on signals from each sensor, and controls operations of the engine 10 and various devices of the exhaust heat recovery device. To do. Specifically, the ECU 15 controls the operation of the cooling water valve 661 and the circulation pump 67 to perform exhaust heat recovery control, which will be described later, and also controls the operation of the injector 14 as well known to control the fuel injection amount and Control the injection timing. The ECU 15 corresponds to the operation control means of the present invention.

また、排熱回収制御を行うため、ＥＣＵ１５には、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段としての冷却水温度センサ１８から、エンジン冷却水温度に応じた信号が入力される。   Further, in order to perform exhaust heat recovery control, a signal corresponding to the engine coolant temperature is input to the ECU 15 from a coolant temperature sensor 18 serving as a coolant temperature detecting means for detecting the temperature of the engine coolant.

次に、上記ＥＣＵ１５における排熱回収制御について、図を参照して説明する。図２は、本実施形態におけるＥＣＵ１５が行う排熱回収制御の内容を示すフローチャートである。図２に示すフローは、エンジン１０の始動と同時にスタートする。   Next, the exhaust heat recovery control in the ECU 15 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a flowchart showing the contents of the exhaust heat recovery control performed by the ECU 15 in the present embodiment. The flow shown in FIG. 2 starts simultaneously with the start of the engine 10.

まず、ステップＳ１で、冷却水バルブ６６１を開け、冷却水通路６６にエンジン冷却水を循環させる。   First, in step S <b> 1, the cooling water valve 661 is opened, and the engine cooling water is circulated through the cooling water passage 66.

続いて、ステップＳ２で、エンジン冷却水の温度ＴＷが予め定めた基準冷却水温度ＴＳ１を上回っており、かつ、燃料温度ＴＦが予め定めた基準燃料温度ＴＳ２を上回っているか否かを判定する。この結果、エンジン冷却水温度ＴＷが基準冷却水温度ＴＳ１以下となっている、もしくは燃料温度ＴＦが基準燃料温度ＴＳ２以下となっている場合、または、エンジン冷却水温度ＴＷが基準冷却水温度ＴＳ１以下となっており、かつ、燃料温度ＴＦが基準燃料温度ＴＳ２以下となっている場合は、エンジン１０の暖機が完了していないと判定し、再度ステップＳ２を実行する。 Subsequently, in step S2, and it exceeds the reference coolant temperature T S1 of the temperature T W of the engine cooling water is a predetermined, and whether the fuel temperature T F is higher than the reference fuel temperature T S2 a predetermined Determine. As a result, when the engine coolant temperature T W is less than or equal to the reference coolant temperature T S1, or a fuel temperature T F is less than or equal to the reference fuel temperature T S2, or the engine coolant temperature T W is the reference If the cooling water temperature T S1 or lower and the fuel temperature T F is lower than the reference fuel temperature T S2 , it is determined that the engine 10 has not been warmed up, and step S2 is executed again. To do.

一方、エンジン冷却水温度ＴＷが基準冷却水温度ＴＳ１を上回っており、かつ、燃料温度ＴＦが基準燃料温度ＴＳ２を上回っている場合は、エンジン１０の暖機が完了したと判定し、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、循環ポンプ６７を作動させて、水循環回路６０に水を循環させる。 On the other hand, the engine cooling water temperature T W is higher than the reference coolant temperature T S1 is and when the fuel temperature T F is higher than the reference fuel temperature T S2, it is determined that warming up of the engine 10 has been completed The process proceeds to step S3. In step S3, the circulation pump 67 is operated to circulate water through the water circulation circuit 60.

これにより、貯留部６５２に貯留されている水が蒸発器６１に供給される。そして、この水は蒸発器６１で水と熱交換することで蒸発し、その蒸気により蒸気タービン６２が回転されることにより、発電が行われる。また、蒸発器６１にて蒸発した蒸気は、蒸気タービン６２を回転させた後、凝縮器６５にてエンジン冷却水と熱交換することで凝縮し、貯留部６５２に貯留される。   Thereby, the water stored in the storage unit 652 is supplied to the evaporator 61. Then, this water evaporates by exchanging heat with water in the evaporator 61, and the steam turbine 62 is rotated by the steam to generate electric power. Further, the vapor evaporated in the evaporator 61 is condensed by exchanging heat with the engine cooling water in the condenser 65 after rotating the steam turbine 62 and stored in the storage unit 652.

以上説明したように、エンジン１０の排熱に基づいて作動する蒸気タービン６２と、蒸気タービン６２の作動により発電を行う発電機６３とを設けることで、従来であれば大気中に捨てられていたエンジン１０の排気の熱エネルギを利用して電力を発生させることができるので、車両全体としてのエネルギ効率を向上させることが可能となる。これにより、車両の燃費を向上させることができる。   As described above, by providing the steam turbine 62 that operates based on the exhaust heat of the engine 10 and the generator 63 that generates power by the operation of the steam turbine 62, conventionally, the steam turbine 62 was discarded in the atmosphere. Since electric power can be generated using the thermal energy of the exhaust of the engine 10, the energy efficiency of the entire vehicle can be improved. Thereby, the fuel consumption of the vehicle can be improved.

ところで、従来、ＥＧＲ通路５０には、エンジン１０の吸気系に還流される排気を冷却するＥＧＲクーラが設けられていた。これに対し、本実施形態では、ＥＧＲ通路５０に排気と水との間で熱交換を行う蒸発器６１を配置しており、蒸発器６１にて排気を冷却することができるので、ＥＧＲクーラを廃止することが可能となる。   Conventionally, the EGR passage 50 is provided with an EGR cooler that cools the exhaust gas recirculated to the intake system of the engine 10. On the other hand, in this embodiment, the evaporator 61 that performs heat exchange between the exhaust gas and water is disposed in the EGR passage 50, and the exhaust gas can be cooled by the evaporator 61. It can be abolished.

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、蒸発器６１を、水配管６１１をＥＧＲ通路５０内を複数回通過するように蛇行状に形成することにより構成した例について説明したが、これに限らず、例えばフィンチューブ型の熱交換器としてもよい。 (Other embodiments)
In the above-described embodiment, the example in which the evaporator 61 is formed by forming the water pipe 611 in a meandering manner so as to pass through the EGR passage 50 a plurality of times has been described. It may be a mold heat exchanger.

また、上記実施形態では、凝縮器６５を、蒸気が流通する筐体６５１内に冷却水通路６６を蛇行状に配置することにより構成した例について説明したが、これに限らず、例えばフィンチューブ型の熱交換器としてもよい。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which comprised the condenser 65 by arrange | positioning the cooling water channel | path 66 in the meandering form in the housing | casing 651 where a vapor | steam distribute | circulates, it is not restricted to this, For example, a fin tube type It is good also as a heat exchanger.

また、上記実施形態では、エンジン１０として、軽油を燃料とするディーゼルエンジンを採用しているが、ガソリン、天然ガス、プロパンガス、灯油、水素等を燃料とする他の形式のエンジンを採用してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the diesel engine which uses light oil as a fuel is employ | adopted as the engine 10, other types of engines which use gasoline, natural gas, propane gas, kerosene, hydrogen, etc. as fuel are adopted. Also good.

また、上記実施形態では、排熱回収装置をハイブリッド車両に搭載した例について説明したが、これに限らず、走行用動力源として内燃機関のみを有する通常の車両に搭載してもよい。   Moreover, although the example which mounted the exhaust heat recovery apparatus in the hybrid vehicle was demonstrated in the said embodiment, you may mount not only in this but in the normal vehicle which has only an internal combustion engine as a driving power source.

１０ エンジン（内燃機関）
１５ ＥＣＵ（作動制御手段）
１８ 冷却水温度センサ（冷却水温度検出手段）
５０ ＥＧＲ通路（排気経路）
６１ 蒸発器（蒸発用熱交換器）
６２ 蒸気タービン
６３ 発電機（発電手段）
６５ 凝縮器（凝縮用熱交換器）
６７ 循環ポンプ（熱媒体循環手段）
１１５ 燃料温度センサ（燃料温度検出手段）
６６１ 冷却水バルブ（冷却水通路開閉手段） 10 Engine (Internal combustion engine)
15 ECU (operation control means)
18 Cooling water temperature sensor (cooling water temperature detection means)
50 EGR passage (exhaust route)
61 Evaporator (heat exchanger for evaporation)
62 Steam turbine 63 Generator (power generation means)
65 Condenser (Condensation heat exchanger)
67 Circulation pump (heat medium circulation means)
115 Fuel temperature sensor (fuel temperature detection means)
661 Cooling water valve (cooling water passage opening / closing means)

Claims (5)

内燃機関（１０）を走行用駆動源とする車両に搭載される排熱回収装置であって、
前記内燃機関（１０）から排出される排気が流通する排気径路（５０）に設けられ、前記内燃機関（１０）の排熱に基づいて作動するタービン（６２）と、前記タービン（６２）の作動により発電を行う発電手段（６３）とを備えることを特徴とする排熱回収装置。 An exhaust heat recovery device mounted on a vehicle having an internal combustion engine (10) as a travel drive source,
A turbine (62) provided on an exhaust path (50) through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine (10) flows and operates based on exhaust heat of the internal combustion engine (10), and operation of the turbine (62) An exhaust heat recovery apparatus comprising: a power generation means (63) for generating power by means of. 前記排気経路（５０）に設けられ、前記排気と熱媒体との間で熱交換を行い、前記熱媒体を蒸発させる蒸発用熱交換器（６１）を備え、
前記タービン（６２）は、前記蒸発用熱交換器（６１）にて蒸発した前記熱媒体の蒸気により作動することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。 An evaporation heat exchanger (61) that is provided in the exhaust path (50), performs heat exchange between the exhaust and the heat medium, and evaporates the heat medium;
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the turbine (62) is operated by steam of the heat medium evaporated in the evaporation heat exchanger (61). 前記排気経路は、前記排気の一部を前記内燃機関（１０）の吸気系に還流させるＥＧＲ通路（５０）であることを特徴とする請求項２に記載の排熱回収装置。   The exhaust heat recovery apparatus according to claim 2, wherein the exhaust path is an EGR passage (50) for recirculating a part of the exhaust to the intake system of the internal combustion engine (10). 前記タービン（６２）の前記熱媒体流れの下流側に設けられ、前記熱媒体の蒸気と前記内燃機関（１０）の冷却水との間で熱交換を行い、前記熱媒体の蒸気を凝縮させる凝縮用熱交換器（６５）と、
前記熱媒体を前記蒸発用熱交換器（６１）と前記凝縮用熱交換器（６５）との間で循環させる熱媒体循環手段（６７）とを備えることを特徴とする請求項２または３に記載の排熱回収装置。 Condensation provided on the downstream side of the heat medium flow of the turbine (62) for exchanging heat between the heat medium steam and the cooling water of the internal combustion engine (10) to condense the heat medium steam. Heat exchanger (65),
The heat medium circulating means (67) for circulating the heat medium between the heat exchanger for evaporation (61) and the heat exchanger for condensation (65) is provided. The exhaust heat recovery apparatus described. 前記凝縮用熱交換器（６５）へ流入する前記冷却水が流れる冷却水通路（６６）を開閉する冷却水通路開閉手段（６６１）と、
前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段（１８）と、
前記内燃機関（１０）の燃料の温度を検出する燃料温度検出手段（１１５）と、
前記熱媒体循環手段（６７）および前記冷却水通路開閉手段（６６１）の作動を制御する作動制御手段（１５）とを備え、
前記作動制御手段（１５）は、前記冷却水温度検出手段（１８）により検出された前記冷却水の温度（ＴＷ）が予め定めた基準冷却水温度（ＴＳ１）を上回っており、かつ、前記燃料温度検出手段（１１５）により検出された前記燃料の温度（ＴＦ）が予め定めた基準燃料温度（ＴＳ２）を上回っている場合に、前記熱媒体循環手段（６７）を作動させるとともに、前記冷却水通路開閉手段（６６１）を開くことを特徴とする請求項４に記載の排熱回収装置。 Cooling water passage opening / closing means (661) for opening and closing a cooling water passage (66) through which the cooling water flowing into the condensation heat exchanger (65) flows;
Cooling water temperature detecting means (18) for detecting the temperature of the cooling water;
Fuel temperature detection means (115) for detecting the temperature of the fuel in the internal combustion engine (10);
An operation control means (15) for controlling the operation of the heat medium circulation means (67) and the cooling water passage opening / closing means (661),
In the operation control means (15), the cooling water temperature (T W ) detected by the cooling water temperature detection means (18) exceeds a predetermined reference cooling water temperature (T S1 ), and When the temperature (T F ) of the fuel detected by the fuel temperature detection means (115) exceeds a predetermined reference fuel temperature (T S2 ), the heat medium circulation means (67) is activated. The exhaust heat recovery apparatus according to claim 4, wherein the cooling water passage opening / closing means (661) is opened.
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