特許 5964260 エンジンの排ガスエネルギー回収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5964260

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】エンジンの排ガスエネルギー回収装置

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/00 20060101AFI20160721BHJP

   F02B 39/16 20060101ALI20160721BHJP

   F02B 37/12 20060101ALI20160721BHJP

   F02B 41/10 20060101ALI20160721BHJP

   F02M 26/00 20160101ALI20160721BHJP

   F01N 5/04 20060101ALI20160721BHJP

   F01D 17/00 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/00 302B

   F02B37/00 302F

   F02B39/16 H

   F02B37/12 302Z

   F02B37/00 302C

   F02B41/10 A

   F02M26/00 301

   F02M26/00 311

   F01N5/04 B

   F01D17/00 N

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-25846(P2013-25846)

(22)【出願日】2013年2月13日

(65)【公開番号】特開2014-152763(P2014-152763A)

(43)【公開日】2014年8月25日

【審査請求日】2015年8月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】今森 祐介

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 亮

(72)【発明者】

【氏名】横山 隆雄

【審査官】 齊藤 公志郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２４０１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１１６２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１１６２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３７０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２２２０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１６３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２５６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０３６５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−１３００１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００５−０８３３１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３７／００−３９／１６

Ｆ０２Ｂ ４１／１０

Ｆ０２Ｍ ２６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン本体から導かれた排ガスによって駆動されるタービン部と、該タービン部により駆動されて前記エンジン本体に吸気管を介して外気を圧送するコンプレッサ部とを有する排気タービン過給機と、
前記エンジン本体から導かれた前記排ガスによって駆動されるパワータービンと、
前記パワータービンの回転数を推定する回転数推定部と、
前記エンジン本体から排出された排ガスの一部を前記吸気管に供給する排ガス再循環装置と、
前記排ガス再循環装置から前記吸気管へのＥＧＲ量を検出するＥＧＲ量検出部と、
前記エンジン本体の排気マニホールドと前記パワータービンとを前記タービン部を経由しながら連通して外部に前記排気ガスを導く排気管と、
前記パワータービンの前記回転数と前記ＥＧＲ量に基づいて、前記排気管のうち前記タービン部と前記パワータービンとの間に有する中段排気管の管内圧力を適正値に制御する中段圧力制御部と、を備えることを特徴とするエンジンの排ガスエネルギー回収システム。

【請求項2】

前記コンプレッサ部に導入される空気量を測定する空気流量センサと、
前記空気流量センサで測定された前記空気量に基づいて前記タービン部を流れる排ガス流量を調整する排気タービン制御部と、を更に備え、
前記空気流量センサで測定した前記空気量が所定の範囲内であれば、前記中段圧力制御部が前記中段排気管の管内圧力を制御し、
前記空気流量センサで測定した前記空気量が所定の範囲外であれば、前記排気タービン制御部が前記排ガス流量を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排ガスエネルギー回収システム。

【請求項3】

前記タービン部と前記パワータービンとの間には、前記パワータービンの上流側の管内圧力と前記パワータービンの下流側の管内圧力との圧力比を調整するウェイストゲートバルブが設けられ、
前記中段圧力制御部は、前記ウェイストゲートバルブを制御することによって、前記中段排気管の前記管内圧力を適正値に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排ガスエネルギー回収システム。

【請求項4】

前記パワータービンが可変翼付きタービンであり、
前記中段圧力制御部は、前記可変翼付きタービンの可変翼を調整することによって、前記中段排気管の前記管内圧力を適正値に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排ガスエネルギー回収システム。

【請求項5】

前記パワータービンの駆動により前記排気ガスのエネルギーを回収するエネルギー回収装置として、前記エンジン本体の駆動軸に前記パワータービンの回転力を伝達し、前記パワータービンの回転数を調整する変速機を含む動力伝達機構を更に備え、
前記中段圧力制御部は、前記変速機で前記パワータービンの前記回転数を調整することによって、前記中段排気管の前記管内圧力を適正値に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排ガスエネルギー回収システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＥＧＲ機能を備えるエンジンの排ガスエネルギー回収装置に関する。

【背景技術】

【0002】

発電用・汎用エンジンの排ガスの持つエネルギーをタービンで回収して、排ガスエネルギーとして有効活用する技術が開発されている。当該排ガスエネルギーを回収してエンジンの燃費率を改善する技術として、ターボコンパウンドやハイブリッドターボ、発電用パワータービンがある。ターボコンパウンドに関する従来技術として、例えば、変速機とターボコンパウンドを組み合わせターボコンパウンドエンジンの制御装置が特許文献１に開示されている。また、過給機付きエンジンの排ガスエネルギーをパワータービンで回収する従来技術として、例えば、回収装置エンジンの回転数及び負荷に応じて排気圧を制御可能として、燃費や煙を改善した過給機付エンジンの排気ガス再循環装置が特許文献２に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実公昭６３−０３５１６８号公報

【特許文献2】特開平０８−２４０１５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

過給機付きエンジンの燃焼後の排気ガスの一部を取り出して吸気側へ導き再度吸気させることによって、排ガス中の窒素酸化物 (ＮＯｘ)の 低減や部分負荷時の燃費向上を図るために、当該エンジンにＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気ガス再循環装置）が設けられるようになっている。ＥＧＲ機能を備えたエンジンでは、エンジン回転数や負荷等のエンジンの幅広い運転条件に対して、適切なＥＧＲガス量とエンジンへの導入空気量の両方を適正値に制御することが困難であった。特に、エンジンの配管や制御を工夫して適切なＥＧＲガス量とエンジンへの導入空気量を適正値に制御させたとしても、パワータービンの回転数や圧力比等のパワータービンの運転条件が要求値から外れることが懸念される。前述の特許文献１及び特許文献２に開示の従来技術では、エンジンの燃費を改善できるものの、適切なＥＧＲガス量とエンジンへの導入空気量の両方を適正値に制御するための対策に課題が残る。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、適切なＥＧＲガス量とエンジンへの導入空気量の両方を適正値に制御することの可能な、新規かつ改良された過給機付きエンジンの排ガスエネルギー回収装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、エンジンの排ガスエネルギー回収システムであって、エンジン本体から導かれた排ガスによって駆動されるタービン部と、該タービン部により駆動されて前記エンジン本体に吸気管を介して外気を圧送するコンプレッサ部とを有する排気タービン過給機と、前記エンジン本体から導かれた前記排ガスによって駆動されるパワータービンと、前記パワータービンの回転数を推定する回転数推定部と、前記エンジン本体から排出された排ガスの一部を前記吸気管に供給する排ガス再循環装置と、前記排ガス再循環装置から前記吸気管へのＥＧＲ量を検出するＥＧＲ量検出部と、前記エンジン本体の排気マニホールドと前記パワータービンとを前記タービン部を経由しながら連通して外部に前記排気ガスを導く排気管と、前記パワータービンの前記回転数と前記ＥＧＲ量に基づいて、前記排気管のうち前記タービン部と前記パワータービンとの間に有する中段排気管の管内圧力を適正値に制御する中段圧力制御部と、を備えることを特徴とする。

【0007】

本発明の一態様によれば、パワータービンの回転数とＥＧＲ量に基づいて、中段排気管の管内圧力を適正値に制御するので、エンジンへの導入空気量と独立してパワータービンの運転の安定化が図れる。

【0008】

このとき、本発明の一態様では、前記コンプレッサ部に導入される空気量を測定する空気流量センサと、前記空気流量センサで測定された前記空気量に基づいて前記タービン部を流れる排ガス流量を調整する排気タービン制御部と、を更に備え、前記空気流量センサで測定した前記空気量が所定の範囲内であれば、前記中段圧力制御部が前記中段排気管の管内圧力を制御し、前記空気流量センサで測定した前記空気量が所定の範囲外であれば、前記排気タービン制御部が前記排ガス流量を制御することとしてもよい。

【0009】

このようにすれば、適切なＥＧＲガス量とエンジンへの導入空気量の両方をそれぞれ独立させて制御できるので、幅広いエンジンの運転条件に対応可能となる。

【0010】

また、本発明の一態様では、前記タービン部と前記パワータービンとの間には、前記パワータービンの上流側の管内圧力と前記パワータービンの下流側の管内圧力との圧力比を調整するウェイストゲートバルブが設けられ、前記中段圧力制御部は、前記ウェイストゲートバルブを制御することによって、前記中段排気管の前記管内圧力を適正値に制御することとしてもよい。

【0011】

このようにすれば、ウェイストゲートバルブを制御することによって、パワータービンの運転の安定化が図れる。

【0012】

また、本発明の一態様では、前記パワータービンが可変翼付きタービンであり、前記中段圧力制御部は、前記可変翼付きタービンの可変翼を調整することによって、前記中段排気管の前記管内圧力を適正値に制御することとしてもよい。

【0013】

このようにすれば、可変翼付きタービンの可変翼を調整することによって、パワータービンの運転の安定化が図れる。

【0014】

また、本発明の一態様では、前記パワータービンの駆動により前記排気ガスのエネルギーを回収するエネルギー回収装置として、前記エンジン本体の駆動軸に前記パワータービンの回転力を伝達し、前記パワータービンの回転数を調整する変速機を含む動力伝達機構を更に備え、前記中段圧力制御部は、前記変速機で前記パワータービンの前記回転数を調整することによって、前記中段排気管の前記管内圧力を適正値に制御することとしてもよい。

【0015】

このようにすれば、変速機でパワータービンの回転数を調整することによって、パワータービンの運転の安定化が図れる。

【発明の効果】

【0016】

以上説明したように本発明によれば、適切なＥＧＲガス量とエンジンへの導入空気量の両方を適正値に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの概略構成図である。

【図2】本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムによる中段圧力の制御方法を示すフローチャートである。

【図3】本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの概略構成図である。

【図4】本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの概略構成図である。

【図5】本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

【0019】

（第１の実施形態）
まず、本発明の一実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの概略構成図である。

【0020】

本実施形態のエンジンの排ガスエネルギー回収システム１００は、ＥＧＲ機能を備えた過給機付きエンジンの排ガスからのエネルギーを回収するシステムであって、ＥＧＲガス量とエンジンへの導入空気量の双方をそれぞれ独立して適正値に制御できることを特徴とする。本実施形態の排ガスエネルギー回収システム１００は、図１に示すように、エンジン本体１０２と、排気タービン過給機１０４と、パワータービン１０６と、回転数推定部１１３と、エネルギー回収装置１０８と、排ガス再循環装置１３０と、ＥＧＲ量検出部１３８と、排気タービン制御部１１０と、中段圧力制御部１１２とを備える。

【0021】

エンジン本体１０２は、ディーゼルエンジンであり、クランク軸１１４には、プロペラ軸（図示せず）を介してスクリュープロペラ（図示せず）が直接的又は間接的に取り付けられている。エンジン本体１０２には、シリンダライナ（図示せず）、シリンダカバー（図示せず）等からなるシリンダ部１１６が設けられており、各シリンダ部１１６内には、クランク軸１１４と連結されたピストン（図示せず）が配置されている。各シリンダ部１１６の排気ポート１１８は、排気マニホールド１２０と接続されている。

【0022】

排気マニホールド１２０は、エンジン本体１０２に搭載され、第１の排気管Ｌ１を介して排気タービン過給機１０４のタービン部１０４ａの入口側と接続される。そして、第２の排気管Ｌ２を介してパワータービン１０６の入口側と接続され、パワータービン１０６の出口側から第３の排気管Ｌ３を介して外部に排気ガスが導かれる。すなわち、排気マニホールド１２０から排出された排気ガスは、第１の排気管Ｌ１、タービン部１０４ａ、第２の排気管Ｌ２、パワータービン１０６、及び第３の排気管Ｌ３を経由して外部に排出される。

【0023】

一方、各シリンダ部１１６の給気ポート１２２は、給気マニホールド１２４と接続されており、給気マニホールド１２４は、給気管Ｌ４を介して排気タービン過給機１０４のコンプレッサ部１０４ｂと接続されている。コンプレッサ部１０４ｂの入口側に接続された給気管Ｌ５の途中には、消音器（図示せず）がそれぞれ配置されており、この消音器を通過した外気がコンプレッサ部１０４ｂに導かれるようになっている。

【0024】

また、コンプレッサ部１０４ｂの出口側に接続された給気管Ｌ４の途中には、空気冷却器（インタークーラ）１２６や図示しないサージタンク等が接続されている。コンプレッサ部１０４ｂを通過した空気は、これら空気冷却器１２６やサージタンク等を通過した後、エンジン本体１０２の給気マニホールド１２４に供給されるようになっている。また、本実施形態では、コンプレッサ部１０４ｂの入口側に接続された給気管Ｌ５には、コンプレッサ部１０４ｂに導入される空気量を測定する空気流量センサ１１１が設けられている。

【0025】

排気タービン過給機１０４は、ターボチャージャーであり、第１の排気管Ｌ１を介してエンジン本体１０２から導かれた排気ガス（燃焼ガス）によって駆動されるタービン部１０４ａと、このタービン部１０４ａにより駆動されてエンジン本体１０２に外気を圧送するコンプレッサ部１０４ｂと、これらタービン部１０４ａとコンプレッサ部１０４ｂとの間に設けられて、これらを支持するケーシング（図示せず）とを備えている。

【0026】

ケーシングには、一端部をタービン部１０４ａ側に突出させ、他端部をコンプレッサ部１０４ｂに突出させた回転軸１０４ｃが挿通されている。回転軸１０４ｃの一端部は、タービン部１０４ａを構成するタービン・ロータ（図示せず）のタービン・ディスク（図示せず）に取り付けられており、回転軸１０４ｃの他端部は、コンプレッサ部１０４ｂを構成するコンプレッサ羽根車（図示せず）のハブ（図示せず）に取り付けられている。

【0027】

パワータービン１０６は、第１の排気管Ｌ１及び第２の排気管Ｌ２を介して、エンジン本体１０２から導かれた排気ガスによって駆動される。パワータービン１０６は、排ガスによって回転駆動することによって、排気ガスのエネルギーがエネルギー回収装置１０８に回収される。本実施形態では、エネルギー回収装置１０８は、ロータシャフト１０７の回転力により電力を生成する発電機である。また、本実施形態では、エネルギー回収装置１０８には、パワータービン１０６の回転数を推定する回転数推定部１１３が設けられている。

【0028】

排ガス再循環装置１３０は、エンジン本体１０２の排気マニホールド１２０から排出された排ガスの一部を吸気管Ｌ４に供給して、排ガス中のＮＯｘを低減する装置である。本実施形態では、排ガス再循環装置１３０は、再循環配管Ｌ６と、排ガス冷却器１３４と、ＥＧＲ弁１３２と、ＥＧＲ量検出部１３８と、吸入空気流量測定部１３６とを備える。再循環配管Ｌ６は、一方の端部が排気マニホールド１２０と連結され、他方の端部が吸気管Ｌ４と連結されている。また、再循環配管Ｌ６の経路中には、排ガス冷却器１３４、ＥＧＲ弁１３２、及びＥＧＲ量検出部１３８が配置されている。

【0029】

排ガス冷却器１３４は、再循環配管Ｌ６の経路中に配置されており、エンジン本体１０２から排出され、再循環配管Ｌ６を流れる排ガスを冷却する。ＥＧＲ弁１３２は、開度を調整可能な電磁弁であり、再循環配管Ｌ６を流れる排ガスの流量を調整する。ＥＧＲ弁１３２は、再循環配管Ｌ６の排ガス冷却器１３４よりも下流側に配置されている。これにより、再循環配管Ｌ６を流れる排ガスが排ガス冷却器１３４を通過した後、ＥＧＲ弁１３２を通過する。

【0030】

ＥＧＲ量検出部１３８は、再循環配管Ｌ６を流れる排ガスの流量を計測するセンサであり、再循環配管Ｌ６の吸気管Ｌ４との連結部の近傍に配置されている。ＥＧＲ量検出部１３８は、再循環配管Ｌ６から吸気管Ｌ４に流入する前の排ガスの流量を計測する。吸入空気流量測定部１３６は、再循環配管Ｌ６からの排ガスが合流する前の吸気管Ｌ４を流れる空気の流量を計測するセンサである。

【0031】

中央制御部１０９は、エンジンの排ガスエネルギー回収システム１００の各種動作を制御し、排気タービン制御部１１０と中段圧力制御部１１２とを含む。排気タービン制御部１１０は、空気流量センサ１１１で測定された空気量に基づいてタービン部１０４ａを流れる排ガス流量を調整する。中段圧力制御部１１２は、パワータービン１０６の回転数とＥＧＲ量に基づいて、排気管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうちタービン部１０４ａとパワータービン１０６との間に有する中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に制御する。

【0032】

本実施形態では、これら制御部１１０、１１２が互いに独立して制御可能なことを特徴とする。すなわち、空気流量センサ１１１で測定された空気量の変動によらず、中段圧力制御部１１２は、パワータービン１０６の回転数とＥＧＲ量に基づいて、中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に制御するので、エンジン本体１０２への導入空気量と独立してパワータービン１０６の運転の安定化が図れる。換言すると、エンジン本体１０２への導入空気量が一定のままでも、ＥＧＲ量を適正値に制御して、導入空気量とＥＧＲ量を常に適正値として、エンジンの燃費率の低減や排ガス低減を図ることができる。

【0033】

次に、本実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムによる中段圧力の制御方法について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムによる中段圧力の制御方法を示すフローチャートである。

【0034】

まず、コンプレッサ１０４ｂに導入される吸気管Ｌ５の空気流量を空気流量センサ１１１で測定する（空気流量測定工程Ｓ１０）。次に、この空気流量の測定値が所定範囲内にあるか否かを中央制御部１０９で判定する（空気流量判定工程Ｓ１１）。

【0035】

空気流量センサ１１１で測定した空気量が所定の範囲外であれば、排気タービン制御部１１０が可変ターボとなるタービン部１０４ａの回転速度を調整することによって、排ガス流量を制御する（可変ターボ調整工程Ｓ１２）。一方、空気流量センサ１１１で測定した空気量が所定の範囲内であれば、次に、パワータービン回転数、ＥＧＲ量を検出する（検出工程Ｓ１３）。

【0036】

その後、中段排気管Ｌ２の管内圧力（中段圧力）が適正値であるか否かの判定を中央制御部１０９で行い（中段圧力判定工程Ｓ１４）、中段圧力が適正値でなければ、中段圧力制御部１１２が中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に制御する。中段圧力制御部１１２による中段排気管Ｌ２の管内圧力の調整方法は、後述するように、ウェイストゲートや、可変翼機構、変速機を調整することにより行われる。

【0037】

このように、本実施形態では、排ガスエネルギー回収システム１００の各種制御因子の自由度を１つ増やすことによって、空気量とＥＧＲ量の両方を独立して制御可能とした。これにより、パワータービン回転数等のシステムの制限条件内で、常に適正な空気量とＥＧＲ量を達成でき、燃費率低減や排ガス低減を図ることができる。なお、本実施形態では、発電用パワータービン付きシステムに適用しているが、ターボコンパウンドシステムにも適用可能である。また、本実施形態では、ＥＧＲ量やパワータービン回転数をセンサ等での計測データとしているが、回転数や負荷からマップにより推定しても良い。

【0038】

（第２の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図３は、本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの概略構成図である。

【0039】

本実施形態のエンジンの排ガスエネルギー回収システム２００は、エネルギー回収装置２０８がロータシャフト２０７の回転力により電力を生成する発電機に適用して、中段側排気管Ｌ２の管内圧力の調整をウェイストゲートバルブ２４０で行うことを特徴とする。すなわち、中段圧力制御部２１２は、排気タービン過給機２０４のタービン部２０４ａとパワータービン２０６との間に設けられるウェイストゲートバルブ２４０を制御することによって、中段排気管Ｌ２の管内圧力（中段圧力）を制御する。

【0040】

本実施形態の排ガスエネルギー回収システム２００は、図３に示すように、エンジン本体２０２と、排気タービン過給機２０４と、パワータービン２０６と、エネルギー回収装置２０８と、排ガス再循環装置２３０と、ＥＧＲ量検出部２３８と、排気タービン制御部２１０と、中段圧力制御部２１２とを備える。

【0041】

本実施形態では、中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に設定するために、中段圧力制御部２１２は、パワータービン２０６の回転数とＥＧＲ量に基づいて、ウェイストゲートバルブ２４０を制御する。具体的には、中段圧力制御部２１２は、パワータービン２０６の回転数とＥＧＲ量に基づいて、パワータービン２０６の上流側の排気管Ｌ２の管内圧力とパワータービン２０６の下流側の排気管Ｌ３の管内圧力との圧力比をウェイストゲートバルブ２４０で調整して、中段圧力を制御する。

【0042】

すなわち、本実施形態では、中段圧力制御部２１２は、ウェイストゲートバルブ２４０の開度を制御して、ＥＧＲ量とパワータービン回転数に関連する入力値が目標値になるように制御する。このように、ウェイストゲートバルブ２４０を調整することによって、パワータービン２０６の上流側の管内圧力と下流側の管内圧力との圧力比を調整しながら、中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に設定して、パワータービン２０６の運転の安定化を図れるようにした。このため、ウェイストゲートバルブ２４０を設けることによって、既存の固定翼のパワータービンを利用して、中段圧力を制御することができるので、システムの製造コストの低減及びパワータービンによるエネルギー回収システムの信頼性の向上が図れる。

【0043】

（第３の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図４は、本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの概略構成図である。

【0044】

本実施形態のエンジンの排ガスエネルギー回収システム３００は、パワータービン３０６が可変翼付きタービンであり、かつエネルギー回収装置３０８がロータシャフト３０７の回転力により電力を生成する発電機に適用したものである。本実施形態の排ガスエネルギー回収システム３００は、可変翼付きタービン３０６の可変翼３０６ａを調整することによって、中段側排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に調整することを特徴とする。すなわち、中段圧力制御部３１２は、可変翼付きタービン３０６の可変翼３０６ａを調整することによって、中段排気管Ｌ２の管内圧力（中段圧力）を制御する。

【0045】

本実施形態の排ガスエネルギー回収システム３００は、図４に示すように、エンジン本体３０２と、排気タービン過給機３０４と、パワータービン３０６と、エネルギー回収装置３０８と、排ガス再循環装置３３０と、ＥＧＲ量検出部３３８と、排気タービン制御部３１０と、中段圧力制御部３１２とを備える。

【0046】

本実施形態では、中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に設定するために、中段圧力制御部３１２は、パワータービン３０６の回転数とＥＧＲ量に基づいて、可変翼付きタービン３０６を制御する。具体的には、中段圧力制御部３１２は、パワータービン２０６の回転数とＥＧＲ量に基づいて、可変翼付きタービン３０６の可変翼３０６ａを調整することによって、中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値になるように制御する。

【0047】

すなわち、本実施形態では、中段圧力制御部３１２は、パワータービン３０６の可変翼３０６ａの位置や形状を制御して、ＥＧＲ量とパワータービン回転数に関連する入力値が目標値になるように制御する。このように、可変翼３０６ａを調整することによって、中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に設定して、パワータービン３０６の運転の安定化を図れるようにした。また、パワータービン３０６を可変翼タービンとすることによって、排ガスの全量をパワータービン３０６に通すようになるので、中段圧力を適正値に制御しながら、第２の実施形態と比べて更に回収対象となる排ガスエネルギーの回収量の増加が図れるようになる。

【0048】

（第４の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図５は、本発明の他の実施形態に係るエンジンの排ガスエネルギー回収システムの概略構成図である。

【0049】

本実施形態のエンジンの排ガスエネルギー回収システム４００は、エネルギー回収装置をエンジン駆動軸４１４にパワータービン４０６の回転力を伝達する動力伝達機構４４０とするターボコンパウンドに適用したものである。また、動力伝達機構４４０には、パワータービン４０６の回転数を調整する変速機４４２が含まれる。本実施形態の排ガスエネルギー回収システム４００は、変速機４４２でパワータービン４０６の回転数を調整することによって、中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に制御することを特徴とする。すなわち、中段圧力制御部４１２は、変速機４４２を調整することによって、中段排気管Ｌ２の管内圧力（中段圧力）を制御する。

【0050】

本実施形態の排ガスエネルギー回収システム４００は、図５に示すように、エンジン本体４０２と、排気タービン過給機４０４と、パワータービン４０６と、エネルギー回収装置（動力伝達機構）４４０と、排ガス再循環装置４３０と、ＥＧＲ量検出部４３８と、排気タービン制御部４１０と、中段圧力制御部４１２とを備える。

【0051】

本実施形態のエネルギー回収装置４４０は、エンジンの駆動軸４１４にパワータービン４０６の回転力を伝達する動力伝達機構である。エネルギー回収装置４４０は、パワータービン４０６の回転エネルギーをエンジン駆動軸４１４に伝達するための複数の歯車４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄが設けられ、歯車４４０ｂと歯車４４０ｃとの間に、パワータービン４０６の回転数を変更する変速機４４２が設けられている。

【0052】

本実施形態では、中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に設定するために、中段圧力制御部４１２は、パワータービン４０６の回転数とＥＧＲ量に基づいて、変速機４４２を調整することによって、パワータービン４０６の回転数を制御して、中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に設定する。すなわち、本実施形態では、中段圧力制御部４１２は、動力伝達機構４４０の変速機４４２を調整して、ＥＧＲ量とパワータービン回転数に関連する入力値が目標値になるように制御する。このように、変速機４４２を調整することによって、中段排気管Ｌ２の管内圧力を適正値に設定して、パワータービン４０６の運転の安定化を図れるようにした。このため、ターボコンパウンドシステムにおけるエンジン性能を適正値に保つことが可能となる。

【0053】

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

【0054】

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、エンジンの排ガスエネルギー回収システムの構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

【符号の説明】

【0055】

１００、２００、３００、４００ 排ガスエネルギー回収システム
１０２、２０２、３０２、４０２ エンジン本体
１０４、２０４、３０４、４０４ 排気タービン過給機
１０４ａ、２０４ａ、３０４ａ、４０４ａ タービン部
１０４ｂ、２０４ｂ、３０４ｂ、４０４ｂ コンプレッサ部
１０６、２０６、３０６、４０６ パワータービン
１０８、２０８、３０８ エネルギー回収装置
１１０、２１０、３１０、４１０ 排気タービン制御部
１１２、２１２、３１２、４１２ 中段圧力制御部
１２０ 排気マニホールド
２４０ ウェイストゲートバルブ
３０６ａ 可変翼
４１４ （エンジンの）駆動軸
４４０ 動力伝達機構（エネルギー回収装置）
４４２ 変速機
Ｌ１ 排気管（第１の排気管）
Ｌ２ 中段排気管（第２の排気管）
Ｌ３ 排気管（第３の排気管）
Ｌ４、Ｌ５ 吸気管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】