內(nèi)燃機(jī)的排熱回收裝置和內(nèi)燃機(jī)的排熱回收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及將內(nèi)燃機(jī)的排熱再生，作為內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)力或發(fā)電力來利用的內(nèi)燃機(jī)的排熱回收裝置和內(nèi)燃機(jī)的排熱回收方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為將通過內(nèi)燃機(jī)的排氣或冷卻水發(fā)散到大氣中的廢熱能量進(jìn)行回收并利用的方法之一，有朗肯循環(huán)(Rankine Cycle)。該朗肯循環(huán)是不可逆熱循環(huán)的一種，是蒸汽渦輪的理論循環(huán)，具備將工作介質(zhì)進(jìn)行加壓輸送的泵(加壓輸送器)、通過發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱使工作介質(zhì)蒸發(fā)的鍋爐(蒸發(fā)器)、被從鍋爐流出的工作介質(zhì)驅(qū)動(dòng)而輸出動(dòng)力的渦輪(膨脹器)、和將從渦輪流出的工作介質(zhì)進(jìn)行液化的凝結(jié)器(condenser，冷凝器)。
[0003]提出了以下技術(shù):將該朗肯循環(huán)搭載于汽車，作為工作介質(zhì)而使用水、低沸點(diǎn)的乙醇、水與乙醇的混合液或替代哈龍氣體(HFC134a、HFC245fa、HF01234yf等)，從而將發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))的廢熱能量回收，將蒸發(fā)時(shí)的體積變化變換為動(dòng)力，利用于發(fā)動(dòng)機(jī)的軸輸出的輔助及發(fā)電。
[0004]作為將朗肯循環(huán)搭載于汽車的裝置，有以下結(jié)構(gòu):具備在EGR氣體與工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的蒸發(fā)器、以及在從蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)與從渦輪增壓器流出的排氣之間進(jìn)行熱交換的過熱器，通過用從過熱器流出的工作介質(zhì)驅(qū)動(dòng)膨脹器，來將內(nèi)燃機(jī)的排氣熱進(jìn)行回收(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。由此，在具備渦輪增壓器及EGR系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)中，高效率地將排氣熱損失進(jìn)行回收并作為動(dòng)力來再生，從而實(shí)現(xiàn)了熱效率的進(jìn)一步的改善。
[0005]但是，由于來自朗肯循環(huán)的動(dòng)力的輸出利用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱，所以依存于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)后、將要停止前或低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)等的廢熱能量較低的狀態(tài)下，不能穩(wěn)定地輸出動(dòng)力，對(duì)于實(shí)際油耗的效果不過是幾個(gè)百分點(diǎn)。
[0006]另一方面，有具備朗肯循環(huán)以及蒸汽蓄熱器的裝置(例如，參照專利文獻(xiàn)2及專利文獻(xiàn)3)。
[0007]專利文獻(xiàn)2所記載的裝置在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將蒸汽儲(chǔ)存到蒸汽蓄熱器中，在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將主發(fā)動(dòng)機(jī)停止，從蒸汽蓄熱器釋放蒸汽而將朗肯發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過朗肯發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行主發(fā)動(dòng)機(jī)的再啟動(dòng)。由此，在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)較多的市區(qū)行駛中改善了油耗。
[0008]此外，專利文獻(xiàn)3所記載的裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)的減速燃料切斷中進(jìn)行使用再生動(dòng)力的再生動(dòng)力輔助，抑制了基于輔機(jī)再生的車輛減速度的增大。由此，增加基于輔機(jī)的再生量，改善油耗。此外，通過蒸汽蓄熱器使再生動(dòng)力的產(chǎn)生定時(shí)延遲，從而在車輛減速度達(dá)到許容減速度的定時(shí)開始再生動(dòng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)于駕駛者而言較為自然的減速。
[0009]這些裝置通過將發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱能量?jī)?chǔ)存到蒸汽蓄熱器中來控制輸出動(dòng)力的定時(shí)，通過在需要時(shí)輸出動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)了油耗的改善，但僅能夠利用儲(chǔ)存在蒸汽蓄熱器中的廢熱能量，未能高效率地利用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱能量。此外，如果使蒸汽蓄熱器的容量變大，則相應(yīng)地向車輛的搭載性變差。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:特開2012 - 007500號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)2:特開昭58 - 20911號(hào)公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)3:特開2010 - 196476號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]用于解決問題的手段
[0016]本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，其目的是提供以下內(nèi)燃機(jī)的排熱回收裝置和內(nèi)燃機(jī)的排熱回收方法:即使在內(nèi)燃機(jī)剛啟動(dòng)后、將要停止前或低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)等的不能通過蒸發(fā)器將工作介質(zhì)蒸發(fā)的情況下，也能夠不使膨脹器所輸出的動(dòng)力降低地進(jìn)行均衡化，所以能夠高效率地利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱。
[0017]用于解決問題的手段
[0018]用于解決上述目的的本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的排熱回收裝置，具備朗肯循環(huán)，該朗肯循環(huán)具有將工作介質(zhì)進(jìn)行加壓輸送的加壓輸送器、利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱使工作介質(zhì)蒸發(fā)的蒸發(fā)器、被從該蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)驅(qū)動(dòng)而輸出動(dòng)力的膨脹器、以及將從該膨脹器流出的工作介質(zhì)液化的冷凝器，上述內(nèi)燃機(jī)的排熱回收裝置構(gòu)成為，具備:蒸汽蓄熱器，儲(chǔ)存對(duì)上述膨脹器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的工作介質(zhì)的剩余量即剩余工作介質(zhì)；以及均衡化線路，在上述膨脹器僅通過從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)不能輸出預(yù)先設(shè)定的動(dòng)力時(shí)，從上述蒸汽蓄熱器將所儲(chǔ)存的上述剩余工作介質(zhì)向上述膨脹器釋放，將上述膨脹器輸出的動(dòng)力均衡化。
[0019]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過具備在膨脹器僅通過從蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)不能輸出預(yù)先設(shè)定的動(dòng)力時(shí)將該動(dòng)力的輸出均衡化的均衡化線路，在內(nèi)燃機(jī)剛啟動(dòng)后、將要停止前或低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)等的不能用蒸發(fā)器將工作介質(zhì)蒸發(fā)的情況下，也從蒸汽蓄熱器釋放剩余工作介質(zhì)而驅(qū)動(dòng)膨脹器。由此，抑制動(dòng)力下降，將膨脹器輸出的動(dòng)力均衡化，所以能夠高效率地利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱。并且，通過將該均衡化的動(dòng)力利用于內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)，能夠改善油耗。
[0020]另外，這里所述的均衡化，在內(nèi)燃機(jī)剛啟動(dòng)后的情況下是指將膨脹器的驅(qū)動(dòng)時(shí)間提前，在內(nèi)燃機(jī)將要停止前或低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的情況下是指將膨脹器的驅(qū)動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。此外，將由膨脹器輸出的動(dòng)力再生的結(jié)構(gòu)，可以使用利用一系統(tǒng)的膨脹器的發(fā)電系統(tǒng)或高低壓二系統(tǒng)的膨脹器的發(fā)電系統(tǒng)將由該發(fā)電系統(tǒng)得到的電能經(jīng)由電動(dòng)馬達(dá)向內(nèi)燃機(jī)的曲柄軸(輸出軸)再生的結(jié)構(gòu)、或?qū)⑴蛎浧鞯男D(zhuǎn)經(jīng)由減速機(jī)、增速機(jī)或無級(jí)變速機(jī)等直接向內(nèi)燃機(jī)的曲柄軸再生的結(jié)構(gòu)等。
[0021]此外，在上述內(nèi)燃機(jī)的排熱回收裝置中，具備將從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)向上述膨脹器引導(dǎo)的通常動(dòng)力輸出流路、將從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)向上述蒸汽蓄熱器引導(dǎo)的積蓄流路、以及將從上述蒸汽蓄熱器流出的工作介質(zhì)向上述膨脹器引導(dǎo)的均衡化流路；并且，具備控制裝置，上述控制裝置具有:積蓄機(jī)構(gòu)，在上述通常動(dòng)力輸出流路被開放并用從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)將上述膨脹器驅(qū)動(dòng)之后，在從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)的溫度或壓力超過產(chǎn)生上述剩余工作介質(zhì)的剩余判定值時(shí)，將上述積蓄流路開放，向上述蒸汽蓄熱器儲(chǔ)存上述剩余工作介質(zhì)；以及均衡化機(jī)構(gòu)，當(dāng)從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)的溫度或壓力低于上述膨脹器僅通過從上述膨脹器流出的工作介質(zhì)不能輸出預(yù)先設(shè)定的動(dòng)力的均衡化判定值時(shí)，將上述均衡化流路開放，從上述蒸汽蓄熱器將儲(chǔ)存的上述剩余工作介質(zhì)向上述膨脹器釋放，將上述膨脹器輸出的動(dòng)力均衡化；由此，根據(jù)工作介質(zhì)的溫度或壓力，選擇僅通過朗肯循環(huán)來輸出動(dòng)力、還是通過朗肯循環(huán)來輸出動(dòng)力并將此時(shí)的剩余量?jī)?chǔ)存到均衡化線路、還是使均衡化線路工作而抑制動(dòng)力的輸出下降，從而能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力的輸出的均衡化。
[0022]另外，在一系統(tǒng)的膨脹器的情況下構(gòu)成為，均衡化流路在膨脹器的上游與通常動(dòng)力輸出流路合流，而在高低壓二系統(tǒng)的膨脹器的情況下構(gòu)成為，通常動(dòng)力輸出流路連接于高壓的膨脹器，均衡化流路連接于低壓的膨脹器，在膨脹器的下游且冷凝器的上游合流。
[0023]除此以外，在上述內(nèi)燃機(jī)的排熱回收裝置中，如果上述蒸汽蓄熱器具備被封入80°C以上且150°C以下的溫度下熔化的蓄熱材料、兩端被堵塞的蓄熱管，則除了以通常的蓄能器所具有的蓄壓和工作介質(zhì)的顯熱進(jìn)行蓄熱的結(jié)構(gòu)以外，還能夠得到潛熱蓄熱的效果，所以在相同的熱容下能夠使尺寸變小，并且還能夠使重量的增加也變少。由此，能夠提高向車輛的搭載性。
[0024]此外，用于解決上述目的的本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的排熱回收方法，利用朗肯循環(huán)，該朗肯循環(huán)具有將工作介質(zhì)進(jìn)行加壓輸送的加壓輸送器、利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱使工作介質(zhì)蒸發(fā)的蒸發(fā)器、被從該蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)驅(qū)動(dòng)而輸出動(dòng)力的膨脹器、以及將從該膨脹器流出的工作介質(zhì)液化的冷凝器，上述內(nèi)燃機(jī)的排熱回收方法的特征在于，將驅(qū)動(dòng)上述膨脹器的工作介質(zhì)的剩余量即剩余工作介質(zhì)儲(chǔ)存到蒸汽蓄熱器；當(dāng)上述膨脹器僅通過從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)不能輸出預(yù)先設(shè)定的動(dòng)力時(shí)，從上述蒸汽蓄熱器將所儲(chǔ)存的上述剩余工作介質(zhì)向上述膨脹器釋放，將上述膨脹器輸出的動(dòng)力均衡化。
[0025]進(jìn)而，在上述內(nèi)燃機(jī)的排熱回收方法中，優(yōu)選的是，在將從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)向上述膨脹器引導(dǎo)的通常動(dòng)力輸出流路被開放、并用從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)將上述膨脹器驅(qū)動(dòng)之后，在從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)的溫度或壓力超過產(chǎn)生上述剩余工作介質(zhì)的剩余判定值時(shí)，將向上述蒸汽蓄熱器引導(dǎo)從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)的積蓄流路開放，向上述蒸汽蓄熱器儲(chǔ)存上述剩余工作介質(zhì)；在從上述蒸發(fā)器流出的工作介質(zhì)的溫度或壓力低于上述膨脹器僅通過從上述膨脹器