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JP3767509B2 - Engine exhaust gas reuse device - Google Patents

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JP3767509B2
JP3767509B2 JP2002114979A JP2002114979A JP3767509B2 JP 3767509 B2 JP3767509 B2 JP 3767509B2 JP 2002114979 A JP2002114979 A JP 2002114979A JP 2002114979 A JP2002114979 A JP 2002114979A JP 3767509 B2 JP3767509 B2 JP 3767509B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用エンジンに係り、より特別には車両用エンジンの排ガス再利用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギの節約、温暖化防止等の観点から、省エネルギ対策があらゆる装置に対して要求されるようになった。車両においても従来より、種々のエンジン排ガスの再利用方法が提案されている。一方で電気化学的な技術において種々の材料が開発されてきた。熱電素子もその様な材料の１つであり、種々の用途が検討されている。従来より車両において、排ガスラインに熱電素子を備えてエネルギを回収する廃熱回収装置は提案されていた。その中には例えば、特許第３０５２９８９号や特開２０００−１８０９５号公報に開示された提案があるが、実用化されたものはほとんどないに等しい。
【０００３】
熱電素子の利用において重要な要因は、高温側と低温側の温度差であり、この温度差が大きいほど熱電素子の発電性能は向上する。即ち高温の熱媒体の使用が効率的である。この観点からエンジン排ガスを熱電素子の熱媒体とすることは有効であると考えられる。しかし車両においてエンジン排ガスの温度は運転状態により変動する。即ち排ガス温度は、高負荷運転時においては高くなり、低負荷運転時には低くなる。運転状態が変化する車両において負荷の変動は避けられないものである。従ってエンジン排ガスラインに熱電素子を設置して発電することによる排ガスの廃熱再利用において、変動するエンジン負荷に対応して如何に定常的にエネルギを回収するかは、熱電素子の利用において重要なテーマである。特にエンジン排ガスラインに熱電素子を設置して排ガスの廃熱再利用する方法においては、低負荷運転時に排ガス温度及び流量が低下し回収エネルギが減少するという問題がある。
【０００４】
また一方で、エンジンの低負荷運転時である始動時において、エンジンが暖気されていないことにより燃費は低下し、更にエンジンが十分に暖まってないことによる燃焼の悪さによりエミッションも良くないという問題があった。しかもエンジン始動時においては、エンジン自体の温度が低い状態で高負荷運転をした場合における燃焼の悪化等のエンジンに対する悪影響を回避するために、エンジンの暖気運転が必要になる。このように、エンジンの始動時においては、エンジン冷却水の温度低下及びエンジン自体の温度が低いことによる、燃焼及びエミッションの悪化の問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、熱電素子の利用による従来のエンジン排ガスの熱エネルギ回収において、回収エネルギが一定しないという問題があり、特にエンジン低負荷時において排ガス温度が下がることにより、熱電素子の回収エネルギが減少する問題があったが、本発明は、この様な事情に鑑みてなされたもので、エンジン始動時等の低負荷運転時において有効に排ガスエネルギ回収可能であり、更にエンジン高負荷時においては高温の排ガスの廃熱を再利用することにより、エンジンの全ての運転領域において有効に機能するエンジン排ガス（の廃熱）再利用装置を提供する。
【０００６】
またエンジン排ガスラインにエンジン排ガス再利用装置を設置した場合、それによりエンジン高負荷時において、排ガス流量の増大により管路抵抗が増大するおそれがある。更にエンジン排ガスラインにおいて背圧が増大すると、エンジン出力低下が生じる。本発明の別の目的は、エンジン高負荷時において排ガス流量が増えた場合においても、高負荷時におけるエンジンの運転に影響を与えることのないエンジン排ガス再利用装置を提供することである。
【０００７】
更に本発明は、エンジン始動時において回収した排ガス熱エネルギを利用して、エンジン冷却水を短時間で昇温してエンジン自体を暖気し、始動時の燃費及びエミッションを改善することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置は、上述した目的を達成するために、エンジン排ガスと熱交換して該排ガスの廃熱を利用可能な熱回収器と、熱電効果を利用して前記エンジン排ガスのエネルギを再利用する熱電素子とを具備するエンジン排ガス再利用装置において、このエンジン排ガス再利用装置が、エンジン排ガス管路に設置されており、該エンジン排ガス管路が、前記熱回収器を備える熱回収器通路と、前記熱電素子を備える熱電素子通路とを具備しており、前記エンジン排ガス再利用装置が、前記熱回収器通路と前記熱電素子通路を流れる排ガスの流れを調整制御するように、前記排ガス管路内に設けられる開閉弁と、該開閉弁を制御する制御装置と、を更に具備しており、前記開閉弁は、エンジン回転数又は出力が低い場合には前記熱回収器通路を開けて前記熱電素子通路を閉じて、前記熱回収器に排ガスの少なくとも多くの部分を導入し、エンジン回転数又は出力が高い場合には前記熱回収器通路を閉じて前記熱電素子通路を開けて、前記熱電素子に排ガスの少なくとも多くの部分を導入するように制御されることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項１の該装置において、前記開閉弁は、前記熱回収器と前記熱電素子より下流側の前記排ガス管路内に設置されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項１の該装置において、該エンジン排ガス管路が、前記熱回収器通路と前記熱電素子通路に加えて、これらの通路に平行に走るバイパス通路を具備することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項３の該装置において、前記開閉弁は、前記熱回収器と前記熱電素子より下流側の前記排ガス管路内に設置されており、前記開閉弁は前記熱電素子通路と共に前記バイパス通路を同時に開閉することを特徴とする。
【００１２】
上記の請求項１から４のいずれか一項の形態により、熱電素子と共に熱交換器である熱回収器を共に具備して、それぞれの短所を補うようにそれらを使用することにより効果的で有用なエンジン排ガスの廃熱の再利用が可能になる。
熱電素子の利用による従来のエンジン排ガスの熱エネルギ回収において、車両のエンジンの運転状況が変動するために回収エネルギが一定せず、エンジンの始動時等の低負荷時に熱電素子の熱回収性能が良くないという問題に対処して、エンジンの低回転数時（低負荷時）には熱回収器により熱回収し、特にエンジン低負荷時において排ガス温度が下がることにより、熱電素子の回収エネルギ性能が低下する問題に対処し、更に回収熱をエンジンの冷却水の昇温に使用して、エンジンの始動時等の燃費及びエミッションの改善を可能にすると共にエンジンの暖気運転時間を短縮する。
更にエンジン高回転数時（高負荷時）においては、高い排ガス温度により生じる大きな温度差を利用して熱電素子により効率的に発電して、エンジンの全ての負荷において有効に機能するエンジン排ガス再利用装置を提供することが出来る。また、エンジン排ガスラインへ前記熱回収装置を設置した場合、それによりエンジン高負荷時において、排ガス流量の増大により管路抵抗が増大するおそれがあるが、本発明によれば排ガス流量が大きい時に通気圧力損失の小さい熱電素子を使用することにより排ガス背圧の上昇を抑えて、エンジン出力低下を防止することが出来る。
【００１３】
請求項５に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、エンジン排ガスと熱交換して該排ガスの廃熱を利用可能な熱回収器と、熱電効果を利用して前記エンジン排ガスのエネルギを再利用する熱電素子とを具備するエンジン排ガス再利用装置において、このエンジン排ガス再利用装置が、エンジン排ガス管路に設置されており、該エンジン排ガス管路が、前記熱回収器を備える熱回収器通路と、前記熱電素子を備える熱電素子通路と、前記熱回収器通路に隣接して平行に走るバイパス通路とを具備しており、前記熱電素子が前記熱回収器より上流に位置しており、前記バイパス通路は前記熱電素子通路に連結していて下流に位置しており、前記開閉弁は、前記排ガス管路内で前記熱電素子の下流側で前記熱回収器の隣接する上流側に設置されており、前記エンジン排ガス再利用装置が、前記熱回収器通路と前記熱電素子通路を流れる排ガスの流れを調整制御するように、前記排ガス管路内に設けられる開閉弁と、該開閉弁を制御する制御装置と、を更に具備しており、前記開閉弁は、エンジン回転数又は出力が低い場合には前記熱回収器通路を開けて前記熱電素子通路を閉じて、前記熱回収器に排ガスの少なくとも多くの部分を導入し、エンジン回転数又は出力が高い場合には前記熱回収器通路を閉じて前記熱電素子通路を開けて、前記熱電素子に排ガスの少なくとも多くの部分を導入するように制御されることを特徴とする。
【００１４】
これにより本発明の請求項１の効果に加えて、エンジン高負荷時において高温の排ガスは、熱電素子通過後に冷却されガス体積が減少することにより下流での通気圧力損失が減少するので、より以上にエンジンの出力低下を招きにくくなる。
【００１５】
請求項６に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、エンジン排ガスと熱交換して該排ガスの廃熱を利用可能な熱回収器と、熱電効果を利用して前記エンジン排ガスのエネルギを再利用する熱電素子とを具備するエンジン排ガス再利用装置において、このエンジン排ガス再利用装置が、エンジン排ガス管路に設置されており、該エンジン排ガス管路が、前記熱回収器を備える熱回収器通路と、前記熱電素子を備える熱電素子通路と、前記熱回収器通路に隣接して平行に走るバイパス通路とを具備しており、前記熱電素子が前記熱回収器より下流に位置しており、前記バイパス通路は前記熱電素子通路に連結していて上流に位置しており、前記開閉弁は、前記排ガス管路内で前記熱電素子の上流側で前記熱回収器の隣接する下流側に設置されており、前記エンジン排ガス再利用装置が、前記熱回収器通路と前記バイパス通路を流れる排ガスの流れを調整制御するように、前記排ガス管路内に設けられる開閉弁と、該開閉弁を制御する制御装置と、を更に具備しており、前記開閉弁は、エンジン回転数又は出力が低い場合には前記熱回収器通路を開けて前記バイパス通路を閉じて、前記熱回収器に排ガスの少なくとも多くの部分を導入し、エンジン回転数又は出力が高い場合には前記熱回収器通路を閉じて前記バイパス通路を開けて、前記熱電素子に排ガスの少なくとも多くの部分を導入するように制御されることを特徴とする。
【００１６】
これにより本発明の請求項１の効果に加えて、エンジンの低回転数時において全ての排ガスが熱回収器を通過するので、熱回収器による回収熱量は最大になる。更に排ガスはその後熱電素子も通過するので、熱電素子による発電も行われる。この様に熱電素子を全てのエンジンの運転領域で使用可能であり、排ガスからのエネルギ回収量を増大できる。
【００１７】
請求項７に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項６の該装置において、前記熱電素子は、前記排ガス管の断面積のほとんどの部分をカバーすることを特徴とする。
これにより本形態では本発明の請求項６の効果よりも更に熱電素子による排ガスからのエネルギ回収量を増大できる。
【００１８】
請求項８に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項１から７のいずれか一項の該装置において、前記開閉弁は、エンジン始動からの時間、エンジン回転数、エンジン出力、排気ガス圧力、又はエンジン冷却水温度とバッテリ電圧の、いずれかのうち少なくとも一つの検知項目により、調整制御されることを特徴とする。
これにより開閉弁は、より多くの運転状況に応じて、適切に排ガスの流れ方向を制御可能である。
【００１９】
請求項９に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項１から８のいずれか一項の該装置において、エンジンの冷却水が、前記熱回収器において排ガスと熱交換する熱媒体として導入される冷却水回路を備えることを特徴とする。
【００２０】
この様な構成により、上記に加えてエンジンの始動時等の低回転数時（低負荷時）において、熱回収器により熱回収し、回収熱をエンジンの冷却水の昇温に使用して、エンジンの始動時等の燃費及びエミッションの改善を可能にすると共にエンジンの暖気運転時間を短縮する。
【００２１】
請求項１０に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項９の該装置において、前記熱回収器の前記冷却水回路に水温センサが具備されており、該水温センサが冷却水温度を検出し、該冷却水温度に応じてエンジンがオーバーヒートしないように前記熱回収器へ供給される冷却水流量が調整されることを特徴とする。
この様な構成により、エンジンのオーバーヒートをより確実に防止できる。
【００２２】
請求項１１に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項１０の該装置において、該水温センサにより検出された前記冷却水温度に応じた前記熱回収器への冷却水供給制御において、前記冷却水流量は、目標に達するまで絞られて、その後エンジンがオーバーヒートしない冷却水温度になるように、前記温度センサにより前記冷却水流量が調整されることを特徴とする。
この様な構成により、エンジンのオーバーヒートをより以上に確実に防止できる。
【００２３】
請求項１２に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項１から１１のいずれか一項の該装置において、前記熱電素子の冷却部は、外気に接しており、外気により冷却されることを特徴とする。
本請求項１２の形態では、熱電素子の冷却部を冷却する媒体として確実に温度が低く、入手するために特別な工夫又はエネルギ等を必要としない外気を使用することにより、より簡単な装置を構成可能である。
【００２４】
請求項１３に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項１２の該装置において、前記熱電素子の冷却部は、その長手方向が車両の進行方向に平行になるように配置されており、それにより該冷却部を構成する面が車両の進行により生じる外気の流れが、速い速度で前記冷却部を構成する面に接触して、前記冷却部の面積当りの熱交換量が最大になることを特徴とする。
本請求項１３の形態では、請求項１２の形態の効果に加えて、車両の走行を効果的に利用して熱電素子の冷却部を冷却することが出来る。
【００２５】
請求項１４に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項１２又は１３の該装置において、前記熱電素子の冷却部はフィン構造であることを特徴とする。
本請求項１４の形態では、請求項１２又は１３の形態の効果に加えて、より効果的な熱電素子の冷却部の冷却が期待出来る。
【００２６】
請求項１５に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項１から１１のいずれか一項の該装置において、前記熱電素子の前記冷却部は、前記熱回収器の低温側熱媒体が通る管に接しており、該熱媒体管を通る熱媒体に前記熱電素子の熱が伝達されて前記熱電素子が冷却されることを特徴とする。
本請求項１５の形態では、熱電素子の冷却部を冷却する媒体として、やはり確実に温度が低く、入手するために特別な工夫又はエネルギ等を必要としない熱回収器の熱媒体を使用することにより、より簡単な装置を構成可能であり、更に外気より比熱の大きい物質を使用することによる冷却効率の改善が期待できる。
【００２７】
請求項１６に記載した本発明に係るエンジン排ガス再利用装置では、請求項１から１５のいずれか一項の該装置において、該エンジン排ガス再利用装置は、前記排ガス管路において、前記熱回収器と前記熱電素子の下流側で前記排ガス管路全断面をカバーするカーボン捕捉フィルタを具備することを特徴とする。
これにより本発明の請求項１から１５のいずれか一項の効果に加えて、エンジン６に悪影響を与えることなく、追加の機能を備えることが出来る。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づき、図面を参照して本発明のエンジン排ガス再利用装置を詳細に説明する。図１は、本発明に係るエンジン排ガス再利用装置１の概念図であり、分かり易くするために、エンジンの排ガス管路に装備される装置の内で本発明に係わる部分についてのみ示しており、図２は図１の線Ｉ−Ｉによる断面図であり、熱回収器１５と熱電素子１０の設置されている排ガス管２の部分について分かり易くなるように示している。
図１と２を参照して、本発明のエンジン排ガス再利用装置１の第１の実施の形態について説明する。車両のエンジン６は排ガス管２により排気ガスを排出するが、エンジン排ガスの廃熱を再利用するために、エンジン６からの排ガス管２内に本発明のエンジン排ガス再利用装置１が設けられる。該エンジン排ガス再利用装置１は、熱回収器１５と、熱電素子１０と、開閉弁８とを具備する。図１の第１の実施の形態においては、熱回収器１５は排ガス管２内の熱回収器通路３に設置され、熱電素子１０は排ガス管２内の熱電素子通路４に設置されており、熱回収器通路３と熱電素子通路の間にはバイパス通路５が設けられる。図１では熱回収器１５と熱電素子１０はほぼ並んで配置される。バイパス通路５が設けられないように熱回収器通路３と熱電素子通路４が配置されても良い。
【００２９】
熱電素子１０は、加熱部１２と冷却部１１とを具備しており、加熱部１２は、排ガス管２内に設置されており、排ガスが接することにより熱交換する熱電素子１０の高温側であり、冷却部１１は、排ガス管２外に設置されており、本実施の形態では外気により冷却される熱電素子１０の低温側である。
熱電素子１０の冷却部１１は、図２で示すようにフィン構造等の、例えば熱交換面積が大きくなるような熱交換に適した構造を有することが好ましく、更にその長手方向が車両の進行方向に平行になるように配置されて、冷却部１１を構成する熱交換面が車両の進行により生じる外気の流れを妨げないで、速い速度で外気が冷却部１１を構成する該熱交換面に接触して熱交換することにより、冷却部１１の単位面積当りの熱交換量が高められるように配置されることが好ましい。熱電素子１０の加熱部１２についても、上記冷却部１１のようにフィン構造等の熱交換に適した構造であることが好ましく、更にやはりフィン構造等の長手方向が排ガスの流れに対して平行になるように配置されることが熱交換効率上好ましい。
【００３０】
熱回収器１５は一般的に、熱交換器であり、本実施の形態においてはエンジン６の冷却水が、エンジン６から分岐して、図１に示すように冷却水回路７を介して導かれており、該冷却水と排ガス間における熱交換を実施し、冷却水はその後エンジン６へ環流し、エンジン６と熱回収器１５を結ぶ配管回路を循環する。従って図１から分かるように、熱回収器１５の熱交換部の大部分は排ガス管２内に収容される。熱回収器１５は、図２に示されるように、例えば冷却水が通る複数のチューブが平行に配置された構成であっても良く、これとは別に熱交換上好適な技術的に既知な別の構成であっても良い。熱回収器１５の構成も熱電素子１０と同様に排ガスの流れを考慮して、熱交換効率が良くなるようなものとされることが好ましい。この構成については熱電素子１０と同様な考え方であるので具体的な詳細については省略する。
【００３１】
熱回収器１５に導かれていて排ガスと熱交換する熱媒体は一般的に、エンジン６の冷却水であることが好ましいが、例えばこのエンジン６の冷却水が一般的によく利用されるように、車両の空調装置に熱媒体として導かれるものであっても良い。また後に述べるようにエンジン６の低回転時において熱回収器１５において回収された排ガスの廃熱を利用できる、例えば空調装置の暖房用の媒体がエンジン６の冷却水の代わりに熱回収器１５に導かれても良い。
【００３２】
排ガスの流量は、エンジン６の低回転時（低出力時）においては小さく、高回転時（高出力時）において大きくなるので、熱回収器１５を通る排ガスの流れの管路抵抗（通気圧力損失）は、低回転時小さく、高回転時大きくなる。熱回収器１５により十分な熱回収を実現しようとすると熱回収器１５での排ガスの流れの抵抗損失が大きくなることは避けられず、このことはエンジン６の高回転時即ち高負荷時においてエンジン６の出力低下を招くことになる。一方熱電素子１０の排ガス（通気）管路抵抗を熱回収器１５の管路抵抗より小さく抑えれば、エンジン６の高回転時、即ち高負荷時において排ガスの流れを熱電素子１０を通すことにより、この場合でもエンジン６の出力低下を招かないように出来る。このことは図１２に示されており、図１２の説明は後述する。
【００３３】
本実施の形態においては、排ガス管２内の熱回収器１５と熱電素子１０の下流には開閉弁８が設置される。開閉弁８は、例えば板状のダンパ、フラッパー等排ガスの流れを単純に開閉する弁であっても良いし、開閉機能と共に流量調整機能を有する弁構造のものであっても良い。開閉弁８は、図１に実線で示すように、エンジン６の低回転時において熱電素子通路４及びバイパス通路５を閉じるように操作されて、排ガスを熱回収器１５のみに流し、排ガスと熱回収器１５により熱交換し、熱回収器１５を流れるエンジン６の冷却水を温める。開閉弁８は、図示されない制御装置により制御される。この場合開閉弁８は、エンジン出力又は回転数に応じて制御されるが、具体的には制御パラメータとして、エンジン始動からの時間、エンジン回転数、エンジン出力、排ガス圧力、又はエンジン冷却水温度とバッテリ電圧等が使用されても良く、更にあるいは、前記の各項目の内の複数が組み合わされて、前記制御装置を介する開閉弁８の制御に使用されても良い。この様にして、エンジン６の始動時等の低回転時においてエンジン６の冷却水を温めることによりエンジン６自体を素早く温めることが可能である。これにより始動時の燃費及びエミッションが改善され、前記エンジン６始動時の問題が改善される。更にこれによりエンジン６始動時の暖気運転が不要になるか又は短縮可能になる。またエンジン６の冷却水が空調装置の暖房用に利用されてエネルギの効率的利用が図られても良い。この場合において排ガス流量は少ないので、排ガスの管路抵抗による背圧によるエンジン６の出力低下を招くこともない。
【００３４】
開閉弁８は、図１に実線で示すように、エンジン６の高回転時において熱電素子通路４及びバイパス通路５を開いて熱回収器通路３を閉じるように操作されて、排ガスを熱回収器１５に流さずに熱電素子１０に流して、熱電素子１０により排ガスの廃熱を回収して発電する。この場合エンジン排ガスの温度は十分に高く熱電素子１０の高温側と低温側の間で十分な温度差を有することが出来るので効率的な発電が可能である。また熱電素子１０の管路抵抗は低く設定されているので、排ガス流量が大きくても排ガスの管路抵抗による背圧によるエンジン６の出力低下を招かない。この場合、開閉弁８により熱回収器通路３が閉じられるので熱回収器１５には排ガスは流れず、エンジン６の冷却水が暖められ過ぎて温度が高くなることもない。
【００３５】
この様に開閉弁８を適宜操作して、エンジン６の始動時等の低回転時には排ガスを熱回収器１５のみに流してエンジン６の冷却水の冷却水を早く温めてエンジン６自体をやはり早く温め燃費及びエミッションを改善することによりエンジン６の始動時の問題を改善することが出来、更にエンジン６の高回転時には開閉弁８を切り換えて、排ガスを熱回収器１５には流さず熱電素子１０に流して効率的な発電をすることが出来る。この場合、排ガスの背圧増大によるエンジン出力低下を招くこともない。これとは別に高負荷時においても熱回収器通路３を全閉せず熱回収器１５による熱回収を行っても良い。
【００３６】
図１２は、本実施の形態における、熱回収器１５及び熱電素子１０のエンジン６の回転数（即ち排ガス流量）に対する通気圧力損失性能の設計の一例を図解的に示しており、本発明の思想が分かり易いように表示されており、実際の設計を正確に表すものではない。図中において、熱回収器通路側で表される線は、排ガスが熱回収器通路３のみを通る場合の通気圧力損失であり、熱電素子通路側で表される線は、排ガスが熱電素子通路４のみを通る場合の通気圧力損失である。両方で表される線は、排ガスが熱回収器通路３と熱電素子通路４を同時に流れる場合の通気圧力損失である。図１２に示されるように、熱電素子通路４、即ち熱電素子１０の通気圧力損失は、熱回収器通路３、即ち熱回収器１５の通気圧力損失より十分低くなるように熱電素子１０は設計される。本実施の形態の開閉弁８の制御に従い、上記のごとく開閉弁８をエンジン６の低回転時と高回転時で切り換えた場合の通気圧力損失を図１２において実線で示す。この例ではエンジン６の回転数が２５００ｒｐｍで、開閉弁８を切り換える例を示している。図１２で示されるように、エンジン６の高回転時に熱電素子通路４をへ排ガスを通すように開閉弁８を切り換えることにより、排ガス管２全体の通気圧力損失を低く抑えられることを示す。
【００３７】
図１においてエンジン６の冷却水回路７に水温センサ９が具備されて冷却水温を検知し、該冷却水温データを使用して該冷却水温が高くなり過ぎないように、熱回収器１５へ流される冷却水流量を制御することにより、エンジン６のオーバーヒートを防止するように構成されても良い。この冷却水の制御は、例えば温度流量調整弁等の既存技術により可能にされても良い。
【００３８】
図３と４に本発明の第２の実施の形態を示す。図３と４に示される構成要素で図１又は２に示されるものと同様の構成要素は、図１又は２と同じ符号が付けられている。図３及び４の図１及び２との相違点は、熱電素子１０と熱回収器１５の排ガス管２内における位置関係、及び開閉弁８の位置にある。この実施の形態において熱電素子１０と熱回収器１５は、並んで配置されておらず、熱電素子１０が上流側、熱回収器１５は下流側に配置される。更に開閉弁８は熱回収器１５の上流側で、熱電素子１０の下流側、即ち熱電素子１０と熱回収器１５との間に配置される。図３において開閉弁８は、熱回収器通路３を閉じて、熱電素子通路４を開けるように調整されており、この場合はエンジン負荷が大きくエンジン６の回転数が高い場合であり、排ガスは、熱電素子通路４を通されて熱電素子１０により発電する。排ガスは熱電素子１０により冷却され、排ガス体積が減少するので、バイパス通路５を通る際に通気圧力損失抗が減少し、エンジン６の出力低下は生じない。この場合排ガスは熱回収器１５を通過しないので熱回収は行われず、エンジン６の冷却水温度もほとんど上昇しない。
【００３９】
図４において開閉弁８は、熱回収器通路３を開けて、熱電素子通路４及びバイパス通路５を閉じるように調整されており、この場合はエンジン負荷が小さくエンジン６の回転数が低い場合であり、排ガスは、熱回収器通路３を通されて熱回収器１５により熱回収器される。この場合排ガスは熱電素子１０を通過しないので発電は行われない。
【００４０】
図５と６に本発明の第３の実施の形態を示す。図５と６に示される構成要素で図１又は２に示されるものと同様の構成要素は、図１又は２と同じ符号が付けられている。図５及び６の図１及び２との相違点はやはり、熱電素子１０と熱回収器１５の排ガス管２内における位置関係、及び開閉弁８の位置である。この実施の形態において熱電素子１０と熱回収器１５はやはり、並んで配置されておらず、熱電素子１０が下流側、熱回収器１５は上流側に配置される。更に開閉弁８は熱電素子１０と熱回収器１５との間に配置される。図５において開閉弁８は、熱回収器通路３を閉じて、バイパス通路５を開けるように調整されており、この場合はエンジン負荷が大きくエンジン６の回転数が高い場合であり、排ガスは、バイパス通路５及び熱電素子通路４を通されて熱電素子１０により発電する。
【００４１】
図６において開閉弁８は、熱回収器通路３を開けて、バイパス通路５を閉じるように調整されており、この場合はエンジン負荷が小さくエンジン６の回転数が低い場合であり、全ての排ガスは、熱回収器通路３を通されて熱回収器１５により熱回収される。全ての排ガスが熱回収器１５を通過するので、熱回収器１５による回収熱量は最大になる。更に排ガスはその後熱電素子１０も通過するので、熱電素子１０による発電も行われる。この様にこの実施の形態においては熱電素子１０を全てのエンジン６の運転領域で使用可能であり、排ガスの再利用廃熱量を増大できる。
【００４２】
図７と８に本発明の第４の実施の形態を示す。図７と８に示される構成要素で図１又は２に示されるものと同様の構成要素は、図１又は２と同じ符号が付けられている。この実施の形態では、上記第３の実施の形態において、熱電素子１０は熱回収器１５の下流側で、しかも排ガス管２の全断面をカバーするように設置される。開閉弁８は熱回収器１５の下流側で、熱電素子１０と熱回収器１５との間に配置されており、熱回収器通路３とバイパス通路５の開閉を行う。
図７において開閉弁８は、熱回収器通路３を閉じて、バイパス通路５を開けるように調整されており、この場合はエンジン負荷が大きくエンジン６の回転数が高い場合であり、排ガスは、バイパス通路５を通されて、全ての排ガスが下流の排ガス管２の全断面をカバーする熱電素子１０による発電に寄与する。
【００４３】
図８において開閉弁８は、熱回収器通路３を開けて、バイパス通路５を閉じるように調整されており、この場合はエンジン負荷が小さくエンジン６の回転数が低い場合であり、全ての排ガスは、熱回収器通路３を通されて熱回収器１５により熱回収される。全ての排ガスが熱回収器１５を通過するので、熱回収器１５による回収熱量は最大になる。更に排ガスはその後熱電素子１０も通過するので、熱電素子１０による発電も行われる。この様にこの実施の形態においては熱電素子１０を全てのエンジン６の運転領域で使用可能であり、更に排ガスの流れの全量が熱電素子１０を通過するので、排ガスの再利用廃熱量を増大できる。この場合排ガス流量は少なく、熱電素子での圧力損失も小さいので、排ガス背圧がエンジンに悪影響を与えることはない。
【００４４】
図９と１０に本発明の第５の実施の形態を示す。図９と１０に示される構成要素で図１又は２に示されるものと同様の構成要素は、図１又は２と同じ符号が付けられている。この実施の形態において熱電素子１０の冷却部１１は外気に接触して冷却されるのではなく、熱回収器１５の冷却側（低温側）であるエンジン６からの冷却水管路と接触して冷却されるように配置される。従って一般的に、図１に示されるような熱回収器通路３と熱電素子通路４の間のバイパス通路５は一般的には存在しない。図９及び１０の図１及び２との相違点は、熱電素子１０の冷却部１１の冷却方法にある。本実施の形態の場合冷却部１１の冷却媒体は一般的に水であり、第１の実施の形態の空気に比べて、熱媒体の比熱が大きい点において、冷却熱交換の面で有利である。また排ガス管２の外へ突出する部分も、第１の実施の形態に比べて少なくなり、配置上の優位要因を有する。開閉弁８の操作制御によるエンジン排ガス再利用装置１の運転については第１の実施の形態と同様であるので記載の重複を避け省略する。
【００４５】
図１１に本発明の第６の実施の形態を示す。図１１に示される構成要素で図１又は２に示されるものと同様の構成要素は、図１又は２と同じ符号が付けられている。図１１では、図１及び２の第１の実施の形態においてカーボン捕捉フィルタ２１が、熱電素子１０と熱回収器１５の下流の排ガス管２内に排ガス管２の全断面をカバーするように設置されている。図１２の図１及び２に対する相違点はこの点だけである。排ガスは、流量の大きく通気抵抗も大きい高回転数時においても、熱電素子１０を通り流れて発電する際に、冷却されてその体積を減少し通気抵抗が減少するので、通気抵抗を増大させるカーボン捕捉フィルタ２１をこの様に設置しても、エンジン６の出力低下を生じない。カーボン捕捉フィルタ２１は、第１の実施の形態だけではなく、前述の第２から第５の実施の形態においても同様に設置可能である。
【００４６】
上記のように、本発明によれば、熱電素子と共に熱交換器である熱回収器を共に具備して、それぞれの短所を補うようにそれらを使用することにより効果的で有用なエンジン排ガスの廃熱の再利用が可能になる。
即ち、熱電素子の利用による従来のエンジン排ガスの熱エネルギ回収において、車両のエンジンの運転状況が変動するために回収エネルギが一定せず、エンジンの始動時等の低負荷時に排ガス温度が低いため熱電素子のエネルギ回収性能が良くないという問題に対処して、エンジンの低回転数時（低負荷時）には熱回収器により熱回収し、更に回収熱をエンジンの冷却水の昇温に使用して、エンジンの始動時等の燃費及びエミッションの改善を可能にすると共にエンジンの暖気運転時間を短縮する。
【００４７】
更にエンジン高回転数時（高負荷時）においては、高い排ガス温度により生じる大きな温度差を利用して熱電素子により効率的に発電する。また、エンジン排ガスラインへ前記熱回収装置の設置した場合、それによりエンジン高負荷時において排ガス流量の増大による管路抵抗の増大が生じるおそれがあるが、本発明によれば排ガス流量が大きい時に通気圧力損失の小さい熱電素子を使用することにより排ガス背圧の上昇を抑えて、エンジン出力低下を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態によるエンジン排ガス再利用装置の図解図である。
【図２】図２は、図１の線Ｉ−Ｉによる図解的な断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態によるエンジン排ガス再利用装置の図解図であり、図１の第１の実施の形態と相違する部分を部分的に示しており、開閉弁８が熱回収器通路３を閉じた状態を示す。
【図４】図４は、図３と同様な本発明の第２の実施の形態によるエンジン排ガス再利用装置の図解図であり、開閉弁８が熱電素子通路４を閉じた状態を示す。
【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態によるエンジン排ガス再利用装置の図解図であり、図１の第１の実施の形態と相違する部分を部分的に示しており、開閉弁８が熱回収器通路３を閉じた状態を示す。
【図６】図６は、図５と同様な本発明の第３の実施の形態によるエンジン排ガス再利用装置の図解図であり、開閉弁８が熱回収器通路３を開けた状態を示す。
【図７】図７は、本発明の第４の実施の形態によるエンジン排ガス再利用装置の図解図であり、図１の第１の実施の形態と相違する部分を部分的に示しており、開閉弁８が熱回収器通路３を閉じた状態を示す。
【図８】図８は、図７と同様な本発明の第４の実施の形態によるエンジン排ガス再利用装置の図解図であり、開閉弁８が熱回収器通路３を開けた状態を示す。
【図９】図９は、本発明の第５の実施の形態によるエンジン排ガス再利用装置の図解図である。
【図１０】図１０は、図９の線II−IIによる図解的な断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６の実施の形態によるエンジン排ガス再利用装置の図解図である。
【図１２】図１２は、本発明の熱回収器１５と熱電素子１０及び両者に排ガスを通した場合の排ガス量に対する通気圧力損失の関係の例を図解的に示しており、本発明に従う一例において、開閉弁８を操作した場合の通気圧力損失と排ガス量の関係を実線で示す。
【符号の説明】
１…エンジン排ガス再利用装置
２…排ガス管
３…熱回収器通路
４…熱電素子通路
５…バイパス通路
６…エンジン
７…冷却水回路
８…開閉弁
９…水温センサ
１０…熱電素子
１１…冷却部
１２…加熱部
１５…熱回収器
１６…冷却水管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle engine, and more particularly, to an exhaust gas recycling apparatus for a vehicle engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, from the viewpoints of energy saving and prevention of global warming, energy saving measures have been required for all devices. Conventionally, various methods for reusing engine exhaust gas have been proposed for vehicles. On the other hand, various materials have been developed in electrochemical technology. Thermoelectric elements are one of such materials, and various uses are being studied. Conventionally, in a vehicle, a waste heat recovery apparatus that recovers energy by providing a thermoelectric element in an exhaust gas line has been proposed. Among them, for example, there are proposals disclosed in Japanese Patent No. 3052989 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-18095, but there are few that have been put into practical use.
[0003]
An important factor in the use of the thermoelectric element is a temperature difference between the high temperature side and the low temperature side, and the power generation performance of the thermoelectric element improves as the temperature difference increases. That is, it is efficient to use a high-temperature heat medium. From this point of view, it is considered effective to use engine exhaust gas as a heat medium for thermoelectric elements. However, in the vehicle, the temperature of the engine exhaust gas varies depending on the driving state. That is, the exhaust gas temperature is high during high load operation and is low during low load operation. Load fluctuations are unavoidable in vehicles whose driving conditions change. Therefore, in the reuse of waste heat of exhaust gas by installing a thermoelectric element in the engine exhaust gas line and generating electricity, how to recover energy steadily in response to fluctuating engine load is important in the use of thermoelectric elements. It is a theme. In particular, in the method of reusing waste heat of exhaust gas by installing a thermoelectric element in the engine exhaust gas line, there is a problem that the exhaust gas temperature and flow rate are lowered and the recovered energy is reduced during low load operation.
[0004]
On the other hand, when starting the engine at a low load, the engine is not warmed up, resulting in a decrease in fuel consumption. Further, the engine is not warmed up sufficiently, resulting in poor combustion due to poor combustion. there were. In addition, when starting the engine, it is necessary to warm up the engine in order to avoid adverse effects on the engine such as deterioration of combustion when the engine is operated at a high load with a low temperature. Thus, at the time of starting the engine, there is a problem of deterioration in combustion and emission due to a decrease in the temperature of engine cooling water and a low temperature of the engine itself.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, there is a problem that the recovered energy is not constant in the conventional energy recovery of engine exhaust gas by using the thermoelectric element, and the recovery energy of the thermoelectric element is reduced by reducing the exhaust gas temperature especially when the engine is under a low load. However, the present invention has been made in view of such circumstances, and can effectively recover exhaust gas energy during low-load operation such as when the engine is started. By reusing the waste heat of the exhaust gas, an engine exhaust gas (waste heat) reuse device that functions effectively in all operating regions of the engine is provided.
[0006]
In addition, when an engine exhaust gas reuse device is installed in the engine exhaust gas line, there is a risk that the pipe resistance may increase due to an increase in the exhaust gas flow rate at a high engine load. Further, when the back pressure increases in the engine exhaust gas line, the engine output decreases. Another object of the present invention is to provide an engine exhaust gas recycling device that does not affect the operation of the engine at high loads even when the exhaust gas flow rate increases at high engine loads.
[0007]
Another object of the present invention is to improve the fuel efficiency and emission at the time of starting by using the exhaust gas thermal energy recovered at the time of starting the engine to warm up the engine cooling water in a short time to warm up the engine itself. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the engine exhaust gas recycling apparatus according to the first aspect of the present invention includes a heat recovery device that can exchange heat with the engine exhaust gas and use waste heat of the exhaust gas, and a thermoelectric effect. In an engine exhaust gas reuse device comprising a thermoelectric element that reuses the energy of the engine exhaust gas, the engine exhaust gas reuse device is installed in the engine exhaust gas pipeline, A heat recovery device passage provided with the heat recovery device, and a thermoelectric device passage provided with the thermoelectric device, and the engine exhaust gas recycle device has a flow of exhaust gas flowing through the heat recovery device passage and the thermoelectric device passage. Is further provided with an on-off valve provided in the exhaust gas pipe and a control device for controlling the on-off valve, and the on-off valve has an engine speed. When the output is low, the heat recovery device passage is opened and the thermoelectric device passage is closed, and at least most of the exhaust gas is introduced into the heat recovery device. When the engine speed or output is high, the heat recovery device passage is closed. Control is performed such that at least a part of the exhaust gas is introduced into the thermoelectric element by closing the collector passage and opening the thermoelectric element passage.
[0009]
In the engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 2, in the apparatus according to claim 1, the on-off valve is installed in the exhaust gas pipe downstream of the heat recovery device and the thermoelectric element. It is characterized by that.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an engine exhaust gas recycling apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the engine exhaust gas pipe is connected to these passages in addition to the heat recovery passage and the thermoelectric device passage. A bypass passage that runs in parallel is provided.
[0011]
In the engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 4, in the apparatus according to claim 3, the on-off valve is installed in the exhaust gas pipe downstream of the heat recovery device and the thermoelectric element. The on-off valve simultaneously opens and closes the bypass passage together with the thermoelectric element passage.
[0012]
According to the form of any one of claims 1 to 4, it is effective and useful to have both a thermoelectric element and a heat recovery unit that is a heat exchanger, and use them to make up for their respective disadvantages. It is possible to reuse the waste heat of the engine exhaust gas.
In conventional heat recovery of engine exhaust gas by using thermoelectric elements, the recovered energy is not constant because the operating conditions of the vehicle engine fluctuate, and the heat recovery performance of the thermoelectric elements is good at low loads such as when starting the engine In response to this problem, heat recovery is performed by a heat recovery unit at low engine speeds (low load), and the exhaust gas temperature decreases particularly when the engine is under low load, which reduces the recovery energy performance of thermoelectric elements. In addition, the recovered heat is used to raise the cooling water of the engine to improve the fuel consumption and emission at the time of starting the engine and reduce the warm-up time of the engine.
In addition, at high engine speeds (high loads), the engine exhaust gas can be reused by efficiently generating power with thermoelectric elements using a large temperature difference caused by high exhaust gas temperature, and functioning effectively at all engine loads. A device can be provided. In addition, when the heat recovery device is installed in the engine exhaust gas line, there is a risk that the pipe resistance may increase due to an increase in the exhaust gas flow rate at a high engine load. By using a thermoelectric element with a small pressure loss, an increase in exhaust gas back pressure can be suppressed and a decrease in engine output can be prevented.
[0013]
In the engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 5, a heat recovery unit capable of exchanging heat with the engine exhaust gas to use waste heat of the exhaust gas, and the energy of the engine exhaust gas using the thermoelectric effect. In an engine exhaust gas recycling device comprising a thermoelectric element to be reused, the engine exhaust gas recycling device is installed in an engine exhaust gas pipeline, and the engine exhaust gas pipeline includes the heat recovery device. Comprising a passage, a thermoelectric element passage comprising the thermoelectric element, and a bypass passage running in parallel adjacent to the heat recovery device passage, the thermoelectric element being located upstream from the heat recovery device, The bypass passage is connected to the thermoelectric element passage and is located downstream, and the on-off valve is located downstream of the thermoelectric element in the exhaust gas pipe and adjacent to the upstream side of the heat recovery device. An on-off valve installed in the exhaust gas pipe so that the engine exhaust gas reuse device adjusts and controls the flow of exhaust gas flowing through the heat recovery device passage and the thermoelectric element passage; A control device for controlling the engine, and the on-off valve opens the heat recovery device passage and closes the thermoelectric device passage when the engine speed or output is low, and connects the heat recovery device to the heat recovery device. At least a large part of the exhaust gas is introduced, and when the engine speed or output is high, the heat recovery device passage is closed and the thermoelectric element passage is opened, so that at least a large portion of the exhaust gas is introduced into the thermoelectric element. It is characterized by being controlled.
[0014]
As a result, in addition to the effect of claim 1 of the present invention, the exhaust gas having a high temperature at the time of high engine load is cooled after passing through the thermoelectric element and the gas volume is reduced, so that the downstream pressure loss is reduced. It is difficult for the engine output to decrease.
[0015]
In the engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 6, a heat recovery unit that can exchange heat with the engine exhaust gas and use waste heat of the exhaust gas, and the energy of the engine exhaust gas using the thermoelectric effect. In an engine exhaust gas recycling device comprising a thermoelectric element to be reused, the engine exhaust gas recycling device is installed in an engine exhaust gas pipeline, and the engine exhaust gas pipeline includes the heat recovery device. Comprising a passage, a thermoelectric element passage comprising the thermoelectric element, and a bypass passage running in parallel adjacent to the heat recovery device passage, the thermoelectric element being located downstream from the heat recovery device, The bypass passage is connected to the thermoelectric element passage and is located upstream, and the on-off valve is located on the upstream side of the thermoelectric element in the exhaust gas pipe and on the downstream side adjacent to the heat recovery device. An on-off valve provided in the exhaust gas pipe so that the engine exhaust gas recycling device adjusts and controls the flow of exhaust gas flowing through the heat recovery passage and the bypass passage; and A control device for controlling, and when the engine speed or output is low, the on-off valve opens the heat recovery passage and closes the bypass passage so that the exhaust gas is discharged to the heat recovery portion. When at least a large part is introduced and the engine speed or output is high, the heat recovery passage is closed and the bypass passage is opened to control the introduction of at least a large part of the exhaust gas into the thermoelectric element. It is characterized by that.
[0016]
Thus, in addition to the effect of the first aspect of the present invention, all exhaust gas passes through the heat recovery device at the time of low engine speed, so that the amount of heat recovered by the heat recovery device is maximized. Further, since the exhaust gas passes through the thermoelectric element, power generation by the thermoelectric element is also performed. In this way, the thermoelectric element can be used in all engine operating ranges, and the amount of energy recovered from the exhaust gas can be increased.
[0017]
The engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 7 is characterized in that, in the apparatus according to claim 6, the thermoelectric element covers most of the cross-sectional area of the exhaust gas pipe.
Thereby, in this embodiment, the amount of energy recovered from the exhaust gas by the thermoelectric element can be further increased than the effect of claim 6 of the present invention.
[0018]
In the engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 8, in the apparatus according to any one of claims 1 to 7, the on-off valve includes a time from engine start, an engine speed, an engine output, Adjustment control is performed by at least one detection item of either exhaust gas pressure or engine coolant temperature and battery voltage.
As a result, the on-off valve can appropriately control the flow direction of the exhaust gas in accordance with more operating conditions.
[0019]
The engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 9 is the heating medium according to any one of claims 1 to 8, wherein engine cooling water exchanges heat with exhaust gas in the heat recovery unit. A cooling water circuit is provided.
[0020]
With such a configuration, in addition to the above, at a low rotation speed (low load) such as at the start of the engine, heat is recovered by the heat recovery unit, and the recovered heat is used to raise the temperature of the engine cooling water. Enables improvement of fuel consumption and emission when starting the engine and shortens the engine warm-up time.
[0021]
The engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 10 is the apparatus according to claim 9, wherein a water temperature sensor is provided in the cooling water circuit of the heat recovery unit, and the water temperature sensor is a cooling water temperature. And the flow rate of cooling water supplied to the heat recovery unit is adjusted so that the engine does not overheat according to the cooling water temperature.
With such a configuration, engine overheating can be more reliably prevented.
[0022]
In the engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 11, in the apparatus of claim 10, in the cooling water supply control to the heat recovery unit according to the cooling water temperature detected by the water temperature sensor. The cooling water flow rate is reduced until it reaches a target, and then the cooling water flow rate is adjusted by the temperature sensor so that the cooling water temperature does not cause the engine to overheat.
With such a configuration, engine overheating can be prevented more reliably.
[0023]
The engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 12 is the apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the cooling portion of the thermoelectric element is in contact with the outside air and is cooled by the outside air. It is characterized by that.
In the form of the present claim 12, the temperature is surely low as a medium for cooling the cooling part of the thermoelectric element, and by using outside air that does not require any special device or energy to obtain, a simpler device can be obtained. It is configurable.
[0024]
In the engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention as set forth in claim 13, in the apparatus according to claim 12, the cooling portion of the thermoelectric element is arranged so that its longitudinal direction is parallel to the traveling direction of the vehicle. As a result, the flow of the outside air generated by the progress of the vehicle on the surface constituting the cooling unit comes into contact with the surface constituting the cooling unit at a high speed, and the heat exchange amount per area of the cooling unit is maximized. It is characterized by becoming.
According to the thirteenth aspect, in addition to the effect of the twelfth aspect, the cooling portion of the thermoelectric element can be cooled by effectively using the traveling of the vehicle.
[0025]
The engine exhaust gas recycling apparatus according to the fourteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the apparatus according to the twelfth or thirteenth aspect, the cooling portion of the thermoelectric element has a fin structure.
In the form of the fourteenth aspect, in addition to the effect of the form of the twelfth or thirteenth aspect, more effective cooling of the cooling portion of the thermoelectric element can be expected.
[0026]
The engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 15 is the apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the cooling part of the thermoelectric element is a low temperature side heat medium of the heat recovery unit. The thermoelectric element is cooled by transferring heat of the thermoelectric element to the heat medium passing through the heat medium pipe.
In the form of this claim 15, as the medium for cooling the cooling part of the thermoelectric element, the heat medium of the heat recovery device which is surely low in temperature and does not require special devices or energy to obtain it is used. Therefore, it is possible to construct a simpler apparatus, and further, improvement of cooling efficiency can be expected by using a substance having a specific heat larger than that of the outside air.
[0027]
The engine exhaust gas recycling apparatus according to the present invention described in claim 16 is the apparatus according to any one of claims 1 to 15, wherein the engine exhaust gas recycling apparatus includes the heat recovery device in the exhaust gas pipeline. And a carbon capture filter that covers the entire cross section of the exhaust gas pipe downstream of the thermoelectric element.
Thus, in addition to the effect of any one of claims 1 to 15 of the present invention, an additional function can be provided without adversely affecting the engine 6.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, based on an embodiment, an engine exhaust gas reuse device of the present invention is explained in detail with reference to drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram of an engine exhaust gas reuse device 1 according to the present invention, and for the sake of clarity, only the portion related to the present invention is shown in the device equipped in the exhaust gas pipeline of the engine. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line I-I in FIG. 1 and shows the portion of the exhaust gas pipe 2 in which the heat recovery device 15 and the thermoelectric element 10 are installed for easy understanding.
With reference to FIGS. 1 and 2, a first embodiment of an engine exhaust gas recycling apparatus 1 of the present invention will be described. The engine 6 of the vehicle discharges exhaust gas through the exhaust gas pipe 2. In order to reuse the waste heat of the engine exhaust gas, the engine exhaust gas reuse device 1 of the present invention is provided in the exhaust gas pipe 2 from the engine 6. The engine exhaust gas reuse device 1 includes a heat recovery device 15, a thermoelectric element 10, and an on-off valve 8. In the first embodiment of FIG. 1, the heat recovery unit 15 is installed in the heat recovery unit passage 3 in the exhaust gas pipe 2, and the thermoelectric element 10 is installed in the thermoelectric element passage 4 in the exhaust gas pipe 2, A bypass passage 5 is provided between the heat recovery passage 3 and the thermoelectric element passage. In FIG. 1, the heat recovery device 15 and the thermoelectric element 10 are arranged substantially side by side. The heat recovery device passage 3 and the thermoelectric element passage 4 may be arranged so that the bypass passage 5 is not provided.
[0029]
The thermoelectric element 10 includes a heating unit 12 and a cooling unit 11, and the heating unit 12 is installed in the exhaust gas pipe 2, and is on the high temperature side of the thermoelectric element 10 that exchanges heat when the exhaust gas contacts. The cooling unit 11 is installed outside the exhaust gas pipe 2 and is on the low temperature side of the thermoelectric element 10 cooled by the outside air in the present embodiment.
The cooling part 11 of the thermoelectric element 10 preferably has a structure suitable for heat exchange such as a fin structure as shown in FIG. 2, such as a heat exchange area, and the longitudinal direction thereof is the traveling direction of the vehicle. The heat exchange surface that constitutes the cooling unit 11 is arranged so as to be parallel to the outside of the vehicle and does not interfere with the flow of the outside air caused by the traveling of the vehicle. Thus, the heat exchange is preferably performed so that the heat exchange amount per unit area of the cooling unit 11 is increased. The heating unit 12 of the thermoelectric element 10 is also preferably a structure suitable for heat exchange, such as a fin structure, like the cooling unit 11, and the longitudinal direction of the fin structure is also parallel to the exhaust gas flow. It is preferable in terms of heat exchange efficiency to be arranged as follows.
[0030]
The heat recovery unit 15 is generally a heat exchanger, and in the present embodiment, the cooling water of the engine 6 is branched from the engine 6 and guided through the cooling water circuit 7 as shown in FIG. Then, heat exchange is performed between the cooling water and the exhaust gas, and then the cooling water circulates to the engine 6 and circulates in a piping circuit connecting the engine 6 and the heat recovery unit 15. Therefore, as can be seen from FIG. 1, most of the heat exchange section of the heat recovery unit 15 is accommodated in the exhaust gas pipe 2. As shown in FIG. 2, the heat recovery unit 15 may have a configuration in which, for example, a plurality of tubes through which cooling water passes are arranged in parallel. It may be configured as follows. The configuration of the heat recovery unit 15 is also preferably set so that the heat exchange efficiency is improved in consideration of the flow of exhaust gas in the same manner as the thermoelectric element 10. Since this configuration is the same concept as the thermoelectric element 10, specific details are omitted.
[0031]
The heat medium that is led to the heat recovery unit 15 and exchanges heat with the exhaust gas is generally preferably the cooling water of the engine 6. For example, the cooling water of the engine 6 is generally used well. It may be guided as a heat medium to the vehicle air conditioner. Further, as will be described later, waste heat of exhaust gas recovered in the heat recovery unit 15 when the engine 6 is rotating at a low speed can be used. For example, a heating medium of an air conditioner is used in the heat recovery unit 15 instead of the cooling water of the engine 6. You may be guided.
[0032]
Since the flow rate of the exhaust gas is small when the engine 6 is low (low output) and large when the engine 6 is high (high output), the flow resistance of the exhaust gas passing through the heat recovery unit 15 (ventilation pressure loss) ) Is smaller at low rotation and larger at high rotation. If sufficient heat recovery is to be realized by the heat recovery unit 15, it is inevitable that the resistance loss of the exhaust gas flow in the heat recovery unit 15 will increase. This is because the engine 6 is in high rotation, that is, at high load. 6 will cause a decrease in output. On the other hand, if the exhaust gas (ventilation) pipe resistance of the thermoelectric element 10 is suppressed to be smaller than the pipe resistance of the heat recovery unit 15, the exhaust gas flow is passed through the thermoelectric element 10 at the time of high rotation of the engine 6, that is, at high load. Even in this case, the output of the engine 6 can be prevented from decreasing. This is illustrated in FIG. 12, which will be described later.
[0033]
In the present embodiment, an on-off valve 8 is installed downstream of the heat recovery device 15 and the thermoelectric element 10 in the exhaust gas pipe 2. The on-off valve 8 may be a valve that simply opens and closes the flow of exhaust gas, such as a plate-shaped damper or flapper, or may have a valve structure that has a flow rate adjusting function as well as an opening and closing function. As shown by a solid line in FIG. 1, the on-off valve 8 is operated so as to close the thermoelectric element passage 4 and the bypass passage 5 when the engine 6 is rotating at low speed, and the exhaust gas flows only into the heat recovery device 15, and the exhaust gas and heat Heat is exchanged by the recovery unit 15 and the cooling water of the engine 6 flowing through the heat recovery unit 15 is warmed. The on-off valve 8 is controlled by a control device (not shown). In this case, the on-off valve 8 is controlled according to the engine output or the rotational speed. Specifically, the control parameters include time from engine start, engine rotational speed, engine output, exhaust gas pressure, or engine coolant temperature. A battery voltage or the like may be used, or alternatively, a plurality of the above items may be combined and used to control the on-off valve 8 via the control device. In this way, it is possible to quickly warm the engine 6 itself by warming the cooling water of the engine 6 at the time of low rotation such as when the engine 6 is started. As a result, fuel efficiency and emission at the time of starting are improved, and problems at the time of starting the engine 6 are improved. Furthermore, this makes the warm-up operation when starting the engine 6 unnecessary or shortened. Further, the cooling water of the engine 6 may be used for heating of the air conditioner to efficiently use energy. In this case, since the exhaust gas flow rate is small, the output of the engine 6 is not reduced due to the back pressure due to the pipe resistance of the exhaust gas.
[0034]
As shown by a solid line in FIG. 1, the on-off valve 8 is operated to open the thermoelectric element passage 4 and the bypass passage 5 and close the heat recovery passage 3 when the engine 6 is rotating at high speed, and exhaust gas is recovered from the heat recovery device. The heat is passed through the thermoelectric element 10 without flowing through 15, and the waste heat of the exhaust gas is recovered by the thermoelectric element 10 to generate power. In this case, the temperature of the engine exhaust gas is sufficiently high, so that a sufficient temperature difference can be provided between the high temperature side and the low temperature side of the thermoelectric element 10, so that efficient power generation is possible. Further, since the pipe resistance of the thermoelectric element 10 is set low, the output of the engine 6 is not reduced due to the back pressure due to the pipe resistance of the exhaust gas even if the exhaust gas flow rate is large. In this case, since the heat recovery device passage 3 is closed by the on-off valve 8, the exhaust gas does not flow through the heat recovery device 15, and the cooling water of the engine 6 is not excessively warmed and the temperature does not increase.
[0035]
In this way, the on-off valve 8 is appropriately operated, and at the time of low rotation such as when the engine 6 is started, the exhaust gas is allowed to flow only through the heat recovery device 15 to quickly warm the cooling water of the engine 6 cooling water so The warming fuel consumption and emission can be improved to improve the problem at the start of the engine 6. Further, when the engine 6 rotates at a high speed, the on-off valve 8 is switched so that the exhaust gas does not flow through the heat recovery device 15. To generate electricity efficiently. In this case, the engine output is not reduced due to an increase in the back pressure of the exhaust gas. Apart from this, heat recovery by the heat recovery device 15 may be performed without fully closing the heat recovery device passage 3 even at high load.
[0036]
FIG. 12 schematically shows an example of the design of the aeration pressure loss performance with respect to the rotational speed of the engine 6 (that is, the exhaust gas flow rate) of the heat recovery device 15 and the thermoelectric element 10 in the present embodiment. Is displayed in an easy-to-understand manner and does not accurately represent the actual design. In the drawing, the line represented on the heat recovery device passage side is a ventilation pressure loss when the exhaust gas passes only through the heat recovery device passage 3, and the line represented on the thermoelectric device passage side indicates that the exhaust gas is a thermoelectric device passage. It is the ventilation pressure loss when passing only 4. The line represented by both is the ventilation pressure loss when exhaust gas flows through the heat recovery device passage 3 and the thermoelectric device passage 4 simultaneously. As shown in FIG. 12, the thermoelectric element 10 is designed so that the ventilation pressure loss of the thermoelectric element passage 4, that is, the thermoelectric element 10 is sufficiently lower than the ventilation pressure loss of the heat recovery element passage 3, that is, the heat recovery device 15. The The aeration pressure loss when the on-off valve 8 is switched between the low speed and the high speed of the engine 6 as described above according to the control of the on-off valve 8 of the present embodiment is shown by a solid line in FIG. In this example, the engine 6 has a rotational speed of 2500 rpm and the on-off valve 8 is switched. As shown in FIG. 12, it is shown that the aeration pressure loss of the entire exhaust gas pipe 2 can be kept low by switching the on-off valve 8 so that the exhaust gas passes through the thermoelectric element passage 4 when the engine 6 rotates at high speed.
[0037]
In FIG. 1, a coolant temperature sensor 9 is provided in the coolant circuit 7 of the engine 6 to detect the coolant temperature, and the coolant temperature data is used to flow to the heat recovery unit 15 so that the coolant temperature does not become too high. The engine 6 may be configured to prevent overheating by controlling the cooling water flow rate. This control of the cooling water may be enabled by existing technology such as a temperature flow rate adjusting valve.
[0038]
3 and 4 show a second embodiment of the present invention. Components similar to those shown in FIG. 1 or 2 among the components shown in FIGS. 3 and 4 are numbered the same as in FIG. 3 and 4 differ from FIGS. 1 and 2 in the positional relationship of the thermoelectric element 10 and the heat recovery device 15 in the exhaust gas pipe 2 and the position of the on-off valve 8. In this embodiment, the thermoelectric element 10 and the heat recovery unit 15 are not arranged side by side, and the thermoelectric element 10 is arranged on the upstream side and the heat recovery unit 15 is arranged on the downstream side. Further, the on-off valve 8 is arranged on the upstream side of the heat recovery device 15 and on the downstream side of the thermoelectric device 10, that is, between the thermoelectric device 10 and the heat recovery device 15. In FIG. 3, the on-off valve 8 is adjusted so as to close the heat recovery passage 3 and open the thermoelectric element passage 4. In this case, the engine load is large and the rotational speed of the engine 6 is high. Then, electricity is generated by the thermoelectric element 10 through the thermoelectric element passage 4. Since the exhaust gas is cooled by the thermoelectric element 10 and the exhaust gas volume decreases, the ventilation pressure loss resistance decreases when passing through the bypass passage 5, and the output of the engine 6 does not decrease. In this case, since the exhaust gas does not pass through the heat recovery unit 15, heat recovery is not performed, and the cooling water temperature of the engine 6 hardly increases.
[0039]
In FIG. 4, the on-off valve 8 is adjusted so as to open the heat recovery device passage 3 and close the thermoelectric device passage 4 and the bypass passage 5. In this case, the engine load is small and the engine 6 has a low rotational speed. The exhaust gas passes through the heat recovery passage 3 and is recovered by the heat recovery device 15. In this case, since the exhaust gas does not pass through the thermoelectric element 10, power generation is not performed.
[0040]
5 and 6 show a third embodiment of the present invention. Components similar to those shown in FIG. 1 or 2 among the components shown in FIGS. 5 and 6 are numbered the same as in FIG. 5 and 6 are different from FIGS. 1 and 2 in the positional relationship of the thermoelectric element 10 and the heat recovery unit 15 in the exhaust gas pipe 2 and the position of the on-off valve 8. In this embodiment, the thermoelectric element 10 and the heat recovery unit 15 are not arranged side by side, and the thermoelectric element 10 is arranged on the downstream side and the heat recovery unit 15 is arranged on the upstream side. Further, the on-off valve 8 is disposed between the thermoelectric element 10 and the heat recovery unit 15. In FIG. 5, the on-off valve 8 is adjusted so that the heat recovery passage 3 is closed and the bypass passage 5 is opened. In this case, the engine load is large and the rotational speed of the engine 6 is high. Power is generated by the thermoelectric element 10 through the bypass passage 5 and the thermoelectric element passage 4.
[0041]
In FIG. 6, the on-off valve 8 is adjusted so that the heat recovery passage 3 is opened and the bypass passage 5 is closed. In this case, the engine load is small and the rotational speed of the engine 6 is low. The heat is recovered by the heat recovery device 15 through the heat recovery device passage 3. Since all the exhaust gas passes through the heat recovery device 15, the amount of heat recovered by the heat recovery device 15 is maximized. Further, since the exhaust gas passes through the thermoelectric element 10 after that, power generation by the thermoelectric element 10 is also performed. In this way, in this embodiment, the thermoelectric element 10 can be used in the operating range of all the engines 6, and the amount of waste heat reused from the exhaust gas can be increased.
[0042]
7 and 8 show a fourth embodiment of the present invention. Components similar to those shown in FIG. 1 or 2 among the components shown in FIGS. 7 and 8 are given the same reference numerals as in FIG. In this embodiment, in the third embodiment, the thermoelectric element 10 is installed on the downstream side of the heat recovery unit 15 so as to cover the entire cross section of the exhaust gas pipe 2. The on-off valve 8 is disposed downstream of the heat recovery unit 15 and between the thermoelectric element 10 and the heat recovery unit 15, and opens and closes the heat recovery unit passage 3 and the bypass passage 5.
In FIG. 7, the on-off valve 8 is adjusted so as to close the heat recovery passage 3 and open the bypass passage 5. In this case, the engine load is large and the rotational speed of the engine 6 is high. Through the bypass passage 5, all exhaust gas contributes to power generation by the thermoelectric element 10 covering the entire cross section of the downstream exhaust pipe 2.
[0043]
In FIG. 8, the on-off valve 8 is adjusted so that the heat recovery passage 3 is opened and the bypass passage 5 is closed. In this case, the engine load is small and the rotational speed of the engine 6 is low. The heat is recovered by the heat recovery device 15 through the heat recovery device passage 3. Since all the exhaust gas passes through the heat recovery device 15, the amount of heat recovered by the heat recovery device 15 is maximized. Further, since the exhaust gas passes through the thermoelectric element 10 after that, power generation by the thermoelectric element 10 is also performed. As described above, in this embodiment, the thermoelectric element 10 can be used in all engine 6 operating ranges, and further, the entire amount of exhaust gas flow passes through the thermoelectric element 10, so that the amount of waste heat reused from the exhaust gas can be increased. . In this case, the exhaust gas flow rate is small and the pressure loss at the thermoelectric element is also small, so the exhaust gas back pressure does not adversely affect the engine.
[0044]
9 and 10 show a fifth embodiment of the present invention. Components similar to those shown in FIG. 1 or 2 among the components shown in FIGS. 9 and 10 are labeled the same as in FIG. In this embodiment, the cooling unit 11 of the thermoelectric element 10 is not cooled by contacting the outside air, but is cooled by contacting the cooling water conduit from the engine 6 on the cooling side (low temperature side) of the heat recovery device 15. To be arranged. Therefore, in general, there is generally no bypass passage 5 between the heat recovery passage 3 and the thermoelectric element passage 4 as shown in FIG. 9 and 10 is different from FIGS. 1 and 2 in the cooling method of the cooling unit 11 of the thermoelectric element 10. In the case of the present embodiment, the cooling medium of the cooling unit 11 is generally water, which is advantageous in terms of cooling heat exchange in that the specific heat of the heat medium is larger than the air of the first embodiment. . Moreover, the part which protrudes out of the exhaust gas pipe 2 is reduced as compared with the first embodiment, and has an arrangement advantage factor. Since the operation of the engine exhaust gas recycling apparatus 1 by the operation control of the on-off valve 8 is the same as that of the first embodiment, the description is omitted to avoid duplication.
[0045]
FIG. 11 shows a sixth embodiment of the present invention. 11 that are the same as those shown in FIG. 1 or 2 are given the same reference numerals as in FIG. In FIG. 11, in the first embodiment of FIGS. 1 and 2, the carbon capture filter 21 is installed in the exhaust gas pipe 2 downstream of the thermoelectric element 10 and the heat recovery device 15 so as to cover the entire cross section of the exhaust gas pipe 2. Has been. This is the only difference between FIG. 12 and FIGS. The exhaust gas is cooled and decreases its volume and reduces the ventilation resistance when generating electricity by flowing through the thermoelectric element 10 even at a high rotational speed with a large flow rate and a large ventilation resistance. Even if the capture filter 21 is installed in this way, the output of the engine 6 does not decrease. The carbon capture filter 21 can be similarly installed not only in the first embodiment but also in the second to fifth embodiments described above.
[0046]
As described above, according to the present invention, both a thermoelectric element and a heat recovery unit, which is a heat exchanger, are provided, and the waste of engine exhaust gas that is effective and useful by using them so as to compensate for the respective disadvantages. Reuse of heat becomes possible.
In other words, in the conventional recovery of engine exhaust heat energy by using thermoelectric elements, the recovered energy is not constant because the operating condition of the vehicle engine fluctuates, and the exhaust gas temperature is low at low loads such as when the engine is started. In response to the problem that the energy recovery performance of the device is not good, heat is recovered by a heat recovery device at low engine speed (low load), and the recovered heat is used to raise the temperature of engine cooling water. Thus, it is possible to improve the fuel consumption and emission at the time of starting the engine and shorten the engine warm-up operation time.
[0047]
Further, at the time of high engine speed (high load), the thermoelectric element efficiently generates power using a large temperature difference caused by a high exhaust gas temperature. In addition, when the heat recovery device is installed in the engine exhaust gas line, there is a risk that the pipe resistance increases due to the increase in the exhaust gas flow rate at a high engine load. By using a thermoelectric element with a small pressure loss, an increase in exhaust gas back pressure can be suppressed and a decrease in engine output can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an illustrative view of an engine exhaust gas recycling apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II of FIG.
FIG. 3 is an illustrative view of an engine exhaust gas recycling apparatus according to a second embodiment of the present invention, partially showing parts different from the first embodiment of FIG. A state where the on-off valve 8 closes the heat recovery passage 3 is shown.
FIG. 4 is an illustrative view of an engine exhaust gas recycling apparatus according to a second embodiment of the present invention similar to FIG. 3, and shows a state in which the on-off valve 8 closes the thermoelectric element passage 4;
FIG. 5 is an illustrative view of an engine exhaust gas re-use apparatus according to a third embodiment of the present invention, partially showing a portion different from the first embodiment of FIG. A state where the on-off valve 8 closes the heat recovery passage 3 is shown.
6 is an illustrative view of an engine exhaust gas re-use apparatus according to a third embodiment of the present invention similar to FIG. 5, and shows a state in which the on-off valve 8 opens the heat recovery device passage 3. FIG.
FIG. 7 is an illustrative view of an engine exhaust gas re-use apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, partially showing parts different from the first embodiment of FIG. A state where the on-off valve 8 closes the heat recovery passage 3 is shown.
FIG. 8 is an illustrative view of an engine exhaust gas recycling apparatus according to a fourth embodiment of the present invention similar to FIG. 7, showing a state in which the on-off valve 8 opens the heat recovery device passage 3;
FIG. 9 is an illustrative view of an engine exhaust gas recycling apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
10 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 9;
FIG. 11 is an illustrative view of an engine exhaust gas recycling apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 schematically shows an example of the relationship between the heat recovery device 15 of the present invention, the thermoelectric element 10 and the ventilation pressure loss with respect to the amount of exhaust gas when exhaust gas is passed through both, and an example according to the present invention. , The relationship between the ventilation pressure loss and the exhaust gas amount when the on-off valve 8 is operated is shown by a solid line.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine exhaust gas recycling device
2 ... Exhaust pipe
3 ... Heat recovery device passage
4 ... Thermoelectric element passage
5 ... Bypass passage
6 ... Engine
7 ... Cooling water circuit
8 ... Open / close valve
9 ... Water temperature sensor
10 ... Thermoelectric element
11 ... Cooling section
12 ... heating unit
15 ... Heat recovery unit
16 ... Cooling water pipe

Claims (16)

エンジン排ガスと熱交換して該排ガスの廃熱を利用可能な熱回収器と、熱電効果を利用して前記エンジン排ガスのエネルギを再利用する熱電素子とを具備するエンジン排ガス再利用装置において、このエンジン排ガス再利用装置が、エンジン排ガス管路に設置されており、
該エンジン排ガス管路が、前記熱回収器を備える熱回収器通路と、前記熱電素子を備える熱電素子通路とを具備しており、
前記エンジン排ガス再利用装置が、
前記熱回収器通路と前記熱電素子通路を流れる排ガスの流れを調整制御するように、前記排ガス管路内に設けられる開閉弁と、
該開閉弁を制御する制御装置と、を更に具備しており、
前記開閉弁は、エンジン回転数又は出力が低い場合には前記熱回収器通路を開けて前記熱電素子通路を閉じて、前記熱回収器に排ガスの少なくとも多くの部分を導入し、エンジン回転数又は出力が高い場合には前記熱回収器通路を閉じて前記熱電素子通路を開けて、前記熱電素子に排ガスの少なくとも多くの部分を導入するように制御される
ことを特徴とするエンジン排ガス再利用装置。In an engine exhaust gas recycling apparatus comprising: a heat recovery unit that can exchange heat with engine exhaust gas to use waste heat of the exhaust gas; and a thermoelectric element that reuses energy of the engine exhaust gas by utilizing a thermoelectric effect. An engine exhaust gas recycling device is installed in the engine exhaust gas pipeline,
The engine exhaust gas line includes a heat recovery device passage including the heat recovery device, and a thermoelectric element passage including the thermoelectric element,
The engine exhaust gas recycling device is
An on-off valve provided in the exhaust gas pipe so as to adjust and control the flow of exhaust gas flowing through the heat recovery device passage and the thermoelectric element passage;
A control device for controlling the on-off valve;
When the engine speed or output is low, the on-off valve opens the heat recovery device passage and closes the thermoelectric device passage to introduce at least a large part of exhaust gas into the heat recovery device. When the output is high, the exhaust gas recycling apparatus is controlled so as to close the heat recovery passage and open the thermoelectric element passage to introduce at least a large part of the exhaust gas into the thermoelectric element. . 前記開閉弁は、前記熱回収器と前記熱電素子より下流側の前記排ガス管路内に設置されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン排ガス再利用装置。2. The engine exhaust gas reuse device according to claim 1, wherein the on-off valve is installed in the exhaust gas pipe downstream of the heat recovery unit and the thermoelectric element. 該エンジン排ガス管路が、前記熱回収器通路と前記熱電素子通路に加えて、これらの通路に平行に走るバイパス通路を具備することを特徴とする請求項１に記載のエンジン排ガス再利用装置。2. The engine exhaust gas recycling apparatus according to claim 1, wherein the engine exhaust gas pipe includes a bypass passage that runs in parallel to the heat recovery passage and the thermoelectric element passage. 前記開閉弁は、前記熱回収器と前記熱電素子より下流側の前記排ガス管路内に設置されており、前記開閉弁は前記熱電素子通路と共に前記バイパス通路を同時に開閉することを特徴とする請求項３に記載のエンジン排ガス再利用装置。The on-off valve is installed in the exhaust gas pipe downstream from the heat recovery unit and the thermoelectric element, and the on-off valve simultaneously opens and closes the bypass passage together with the thermoelectric element passage. Item 4. The engine exhaust gas recycling apparatus according to Item 3. エンジン排ガスと熱交換して該排ガスの廃熱を利用可能な熱回収器と、熱電効果を利用して前記エンジン排ガスのエネルギを再利用する熱電素子とを具備するエンジン排ガス再利用装置において、このエンジン排ガス再利用装置が、エンジン排ガス管路に設置されており、
該エンジン排ガス管路が、前記熱回収器を備える熱回収器通路と、前記熱電素子を備える熱電素子通路と,前記熱回収器通路に隣接して平行に走るバイパス通路とを具備しており、
前記熱電素子が前記熱回収器より上流に位置しており、前記バイパス通路は前記熱電素子通路に連結していて下流に位置しており、前記開閉弁は、前記排ガス管路内で前記熱電素子の下流側で前記熱回収器の隣接する上流側に設置されており、
前記エンジン排ガス再利用装置が、
前記熱回収器通路と前記熱電素子通路を流れる排ガスの流れを調整制御するように、前記排ガス管路内に設けられる開閉弁と、
該開閉弁を制御する制御装置と、を更に具備しており、
前記開閉弁は、エンジン回転数又は出力が低い場合には前記熱回収器通路を開けて前記熱電素子通路を閉じて、前記熱回収器に排ガスの少なくとも多くの部分を導入し、エンジン回転数又は出力が高い場合には前記熱回収器通路を閉じて前記熱電素子通路を開けて、前記熱電素子に排ガスの少なくとも多くの部分を導入するように制御される
ことを特徴とするエンジン排ガス再利用装置。In an engine exhaust gas recycling apparatus comprising: a heat recovery unit that can exchange heat with engine exhaust gas to use waste heat of the exhaust gas; and a thermoelectric element that reuses energy of the engine exhaust gas by utilizing a thermoelectric effect. An engine exhaust gas recycling device is installed in the engine exhaust gas pipeline,
The engine exhaust gas pipe includes a heat recovery device passage provided with the heat recovery device, a thermoelectric device passage provided with the thermoelectric device, and a bypass passage that runs parallel to the heat recovery device passage,
The thermoelectric element is located upstream from the heat recovery unit, the bypass passage is connected to the thermoelectric element passage and located downstream, and the on-off valve is connected to the thermoelectric element in the exhaust gas pipeline. Is installed on the upstream side adjacent to the heat recovery unit,
The engine exhaust gas recycling device is
An on-off valve provided in the exhaust gas pipe so as to adjust and control the flow of exhaust gas flowing through the heat recovery device passage and the thermoelectric element passage;
A control device for controlling the on-off valve;
When the engine speed or output is low, the on-off valve opens the heat recovery device passage and closes the thermoelectric device passage to introduce at least a large part of exhaust gas into the heat recovery device. When the output is high, the exhaust gas recycling apparatus is controlled so as to close the heat recovery passage and open the thermoelectric element passage to introduce at least a large part of the exhaust gas into the thermoelectric element. . エンジン排ガスと熱交換して該排ガスの廃熱を利用可能な熱回収器と、熱電効果を利用して前記エンジン排ガスのエネルギを再利用する熱電素子とを具備するエンジン排ガス再利用装置において、このエンジン排ガス再利用装置が、エンジン排ガス管路に設置されており、
該エンジン排ガス管路が、前記熱回収器を備える熱回収器通路と、前記熱電素子を備える熱電素子通路と、前記熱回収器通路に隣接して平行に走るバイパス通路とを具備しており、
前記熱電素子が前記熱回収器より下流に位置しており、前記バイパス通路は前記熱電素子通路に連結していて上流に位置しており、前記開閉弁は、前記排ガス管路内で前記熱電素子の上流側で前記熱回収器の隣接する下流側に設置されており、前記エンジン排ガス再利用装置が、
前記熱回収器通路と前記バイパス通路を流れる排ガスの流れを調整制御するように、前記排ガス管路内に設けられる開閉弁と、
該開閉弁を制御する制御装置と、を更に具備しており、
前記開閉弁は、エンジン回転数又は出力が低い場合には前記熱回収器通路を開けて前記バイパス通路を閉じて、前記熱回収器に排ガスの少なくとも多くの部分を導入し、エンジン回転数又は出力が高い場合には前記熱回収器通路を閉じて前記バイパス通路を開けて、前記熱電素子に排ガスの少なくとも多くの部分を導入するように制御される
ことを特徴とするエンジン排ガス再利用装置。In an engine exhaust gas recycling apparatus comprising: a heat recovery unit that can exchange heat with engine exhaust gas to use waste heat of the exhaust gas; and a thermoelectric element that reuses energy of the engine exhaust gas by utilizing a thermoelectric effect. An engine exhaust gas recycling device is installed in the engine exhaust gas pipeline,
The engine exhaust gas line includes a heat recovery device passage provided with the heat recovery device, a thermoelectric device passage provided with the thermoelectric device, and a bypass passage that runs parallel to the heat recovery device passage,
The thermoelectric element is located downstream from the heat recovery unit, the bypass passage is connected to the thermoelectric element passage and is located upstream, and the on-off valve is connected to the thermoelectric element in the exhaust gas pipeline. Is installed on the downstream side adjacent to the heat recovery unit, and the engine exhaust gas reuse device is
An on-off valve provided in the exhaust gas pipe so as to adjust and control the flow of exhaust gas flowing through the heat recovery passage and the bypass passage;
A control device for controlling the on-off valve;
When the engine speed or output is low, the on-off valve opens the heat recovery passage and closes the bypass passage to introduce at least a large part of the exhaust gas into the heat recovery portion, and the engine speed or output. The engine exhaust gas recycling apparatus is controlled to close the heat recovery passage and open the bypass passage to introduce at least a large part of exhaust gas into the thermoelectric element when the temperature is high. 前記熱電素子は、前記排ガス管の断面積のほとんどの部分をカバーすることを特徴とする請求項６に記載のエンジン排ガス再利用装置。The engine exhaust gas recycling apparatus according to claim 6, wherein the thermoelectric element covers most of the cross-sectional area of the exhaust gas pipe. 前記開閉弁は、エンジン始動からの時間、エンジン回転数、エンジン出力、排気ガス圧力、又はエンジン冷却水温度とバッテリ電圧、のいずれかのうち少なくとも一つの検知項目により、調整制御されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のエンジン排ガス再利用装置。The on-off valve is adjusted and controlled by at least one detection item of time from engine start, engine speed, engine output, exhaust gas pressure, engine coolant temperature and battery voltage. The engine exhaust gas reuse device according to any one of claims 1 to 7. エンジンの冷却水が、前記熱回収器において排ガスと熱交換する熱媒体として導入される冷却水回路を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のエンジン排ガス再利用装置。The engine exhaust gas reuse device according to any one of claims 1 to 8, further comprising a coolant circuit in which engine coolant is introduced as a heat medium that exchanges heat with exhaust gas in the heat recovery unit. . 前記冷却水回路に水温センサが具備されており、該水温センサが冷却水温度を検出し、該冷却水温度に応じてエンジンがオーバーヒートしないように前記熱回収器へ供給される前記冷却水流量が調整されることを特徴とする請求項９に記載のエンジン排ガス再利用装置。A water temperature sensor is provided in the cooling water circuit, the water temperature sensor detects a cooling water temperature, and the flow rate of the cooling water supplied to the heat recovery device is set so that the engine does not overheat according to the cooling water temperature. The engine exhaust gas reuse device according to claim 9, which is adjusted. 該水温センサにより検出された前記冷却水温度に応じた前記熱回収器への冷却水供給制御において、該冷却水流量は、目標に達するまで絞られて、その後エンジンがオーバーヒートしない冷却水温度になるように、前記温度センサにより前記冷却水流量が調整されることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン排ガス再利用装置。In the cooling water supply control to the heat recovery device according to the cooling water temperature detected by the water temperature sensor, the cooling water flow rate is throttled until a target is reached, and then reaches a cooling water temperature at which the engine does not overheat. The engine exhaust gas recycling apparatus according to claim 10, wherein the cooling water flow rate is adjusted by the temperature sensor. 前記熱電素子の冷却部は、外気に接しており、外気により冷却されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のエンジン排ガス再利用装置。The engine exhaust gas reuse device according to any one of claims 1 to 11, wherein the cooling section of the thermoelectric element is in contact with outside air and is cooled by outside air. 前記熱電素子の冷却部は、その長手方向が車両の進行方向に平行になるように配置されており、それにより該冷却部を構成する面が車両の進行により生じる外気の流れが、速い速度で前記冷却部を構成する面に接触して、前記冷却部の面積当りの熱交換量が最大になることを特徴とする請求項１２に記載のエンジン排ガス再利用装置。The cooling part of the thermoelectric element is arranged so that the longitudinal direction thereof is parallel to the traveling direction of the vehicle, so that the flow of the outside air generated by the traveling of the vehicle on the surface constituting the cooling part is fast. The engine exhaust gas reuse device according to claim 12, wherein a heat exchange amount per area of the cooling unit is maximized by contacting a surface constituting the cooling unit. 前記熱電素子の冷却部は、フィン構造であることを特徴とする請求項１２又は１３のいずれかに記載のエンジン排ガス再利用装置。The engine exhaust gas recycling apparatus according to claim 12 or 13, wherein the cooling section of the thermoelectric element has a fin structure. 前記熱電素子の前記冷却部は、前記熱回収器の低温側熱媒体が通る管に接しており、該熱媒体管を通る熱媒体に前記熱電素子の熱が伝達されて前記熱電素子が冷却されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のエンジン排ガス再利用装置。The cooling section of the thermoelectric element is in contact with a pipe through which the low temperature side heat medium of the heat recovery unit passes, and heat of the thermoelectric element is transmitted to the heat medium passing through the heat medium pipe, thereby cooling the thermoelectric element. The engine exhaust gas reuse device according to any one of claims 1 to 11, wherein 該エンジン排ガス再利用装置は、前記排ガス管路において、前記熱回収器と前記熱電素子の下流側で前記排ガス管路全断面をカバーするカーボン捕捉フィルタを具備することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のエンジン排ガス再利用装置。The engine exhaust gas recycling apparatus includes a carbon capture filter that covers the entire cross section of the exhaust gas pipe downstream of the heat recovery unit and the thermoelectric element in the exhaust gas pipe. 15. The engine exhaust gas reuse device according to any one of 15.
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