[發明專利]內燃機的排熱回收裝置和內燃機的排熱回收方法

有效

• 申請號: 201380064426.7
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN104919146A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 河合一男
• 申請（專利權）人: 五十鈴自動車株式會社
• 主分類號: F01K3/02
• 分類號: F01K3/02;F01K23/10;F01N5/02;F02G5/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 安香子;黃劍鋒

技術領域

本發明涉及將內燃機的排熱再生，作為內燃機的驅動力或發電力來利用的內燃機的排熱回收裝置和內燃機的排熱回收方法。

背景技術

以往，作為將通過內燃機的排氣或冷卻水發散到大氣中的廢熱能量進行回收并利用的方法之一，有朗肯循環(Rankine?Cycle)。該朗肯循環是不可逆熱循環的一種，是蒸汽渦輪的理論循環，具備將工作介質進行加壓輸送的泵(加壓輸送器)、通過發動機的廢熱使工作介質蒸發的鍋爐(蒸發器)、被從鍋爐流出的工作介質驅動而輸出動力的渦輪(膨脹器)、和將從渦輪流出的工作介質進行液化的凝結器(condenser，冷凝器)。

提出了以下技術：將該朗肯循環搭載于汽車，作為工作介質而使用水、低沸點的乙醇、水與乙醇的混合液或替代哈龍氣體(HFC134a、HFC245fa、HFO1234yf等)，從而將發動機(內燃機)的廢熱能量回收，將蒸發時的體積變化變換為動力，利用于發動機的軸輸出的輔助及發電。

作為將朗肯循環搭載于汽車的裝置，有以下結構：具備在EGR氣體與工作介質之間進行熱交換的蒸發器、以及在從蒸發器流出的工作介質與從渦輪增壓器流出的排氣之間進行熱交換的過熱器，通過用從過熱器流出的工作介質驅動膨脹器，來將內燃機的排氣熱進行回收(例如，參照專利文獻1)。由此，在具備渦輪增壓器及EGR系統的內燃機中，高效率地將排氣熱損失進行回收并作為動力來再生，從而實現了熱效率的進一步的改善。

但是，由于來自朗肯循環的動力的輸出利用發動機的廢熱，所以依存于發動機的運轉狀態，所以在發動機剛啟動后、將要停止前或低負荷運轉時等的廢熱能量較低的狀態下，不能穩定地輸出動力，對于實際油耗的效果不過是幾個百分點。

另一方面，有具備朗肯循環以及蒸汽蓄熱器的裝置(例如，參照專利文獻2及專利文獻3)。

專利文獻2所記載的裝置在通常運轉時將蒸汽儲存到蒸汽蓄熱器中，在怠速運轉時將主發動機停止，從蒸汽蓄熱器釋放蒸汽而將朗肯發動機驅動，通過朗肯發動機進行主發動機的再啟動。由此，在怠速運轉較多的市區行駛中改善了油耗。

此外，專利文獻3所記載的裝置在發動機的減速燃料切斷中進行使用再生動力的再生動力輔助，抑制了基于輔機再生的車輛減速度的增大。由此，增加基于輔機的再生量，改善油耗。此外，通過蒸汽蓄熱器使再生動力的產生定時延遲，從而在車輛減速度達到許容減速度的定時開始再生動力輔助，所以在減速最初能夠得到適度的減速感并能夠抑制減速度過大，實現了對于駕駛者而言較為自然的減速。

這些裝置通過將發動機的廢熱能量儲存到蒸汽蓄熱器中來控制輸出動力的定時，通過在需要時輸出動力來實現了油耗的改善，但僅能夠利用儲存在蒸汽蓄熱器中的廢熱能量，未能高效率地利用發動機的廢熱能量。此外，如果使蒸汽蓄熱器的容量變大，則相應地向車輛的搭載性變差。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開2012－007500號公報

專利文獻2：特開昭58－20911號公報

專利文獻3：特開2010－196476號公報

發明內容

用于解決問題的手段

本發明是鑒于上述問題而做出的，其目的是提供以下內燃機的排熱回收裝置和內燃機的排熱回收方法：即使在內燃機剛啟動后、將要停止前或低負荷運轉時等的不能通過蒸發器將工作介質蒸發的情況下，也能夠不使膨脹器所輸出的動力降低地進行均衡化，所以能夠高效率地利用內燃機的廢熱。

用于解決問題的手段

用于解決上述目的的本發明的內燃機的排熱回收裝置，具備朗肯循環，該朗肯循環具有將工作介質進行加壓輸送的加壓輸送器、利用內燃機的廢熱使工作介質蒸發的蒸發器、被從該蒸發器流出的工作介質驅動而輸出動力的膨脹器、以及將從該膨脹器流出的工作介質液化的冷凝器，上述內燃機的排熱回收裝置構成為，具備：蒸汽蓄熱器，儲存對上述膨脹器進行驅動的工作介質的剩余量即剩余工作介質；以及均衡化線路，在上述膨脹器僅通過從上述蒸發器流出的工作介質不能輸出預先設定的動力時，從上述蒸汽蓄熱器將所儲存的上述剩余工作介質向上述膨脹器釋放，將上述膨脹器輸出的動力均衡化。