JPH11229867A - 排熱発電装置 - Google Patents

排熱発電装置

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JPH11229867A
JPH11229867A JP10032893A JP3289398A JPH11229867A JP H11229867 A JPH11229867 A JP H11229867A JP 10032893 A JP10032893 A JP 10032893A JP 3289398 A JP3289398 A JP 3289398A JP H11229867 A JPH11229867 A JP H11229867A
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JP
Japan
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exhaust heat
temperature
heat power
exhaust
power generation
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JP10032893A
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English (en)
Inventor
Masayuki Munekiyo
清 正 幸 宗
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排熱発電を行う熱電素子等が使用限界温度を
超えて加熱されないようにして、熱電素子等の破損を防
止する。 【解決手段】 エンジンの排気管10の途中に設けられ
て排気通管10内を流れる排気の熱エネルギを回収して
発電を行う排熱発電ユニット11と、排熱発電ユニット
11よりも上流の位置にて排気管10から分岐し排熱発
電ユニット11をバイパスするバイパス排気管12と、
排熱発電ユニット11内を通過する排気の流量を調整す
る流量調整弁13と、排熱発電ユニット11からの出力
温度情報を読み取り流量調整弁13の開度を制御するコ
ントローラ15と、エンジンの運転情報を検出して制御
信号を出力するエンジンコントロールユニット16等に
より排熱発電装置を構成し、コントローラ15が、エン
ジンコントロールユニット16から出力されるアクセル
開度に基づいた信号によっても流量調整弁13の開度を
制御するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に搭載の
エンジンから排出される排気の熱エネルギを回収して発
電を行う排熱発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の自動車用排熱発電装置としては、
例えば、特開平6−81639号公報に示すようなもの
がある。
【0003】このような排熱発電装置は、図11に示す
ように、エンジン(不図示)に接続されて排気を外部に
導くための排気管1と、この排気管の途中に設けられた
排熱発電ユニット2と、排気管1から分岐して排熱発電
ユニット2をバイパスするバイパス排気管3と、排熱発
電ユニット2の上流側あるいは下流側に設けられて排熱
発電ユニット2内を通過する排気の流量を調整する流量
調整バルブ4と、排気管1の後端側に設けられた消音器
5と、排熱発電ユニット2の温度を検出し流量調整バル
ブ4の開度を調整するコントローラ6等を備えるもので
ある。
【0004】上記排熱発電ユニットは、ゼーベック効果
を利用して発電を行う熱電素子を用いるものであり、こ
の熱電素子としては、特にアイドリング時及び渋滞時の
低速走行時における温度の低い領域から十分な発電出力
を得るために、低温から発電出力の高い例えばBe−T
e等の熱電素子を使用している。
【0005】そして、高速走行時には、熱電素子が例え
ば300℃以上の使用上限温度を超えて破損しないよう
に、排熱発電ユニット2内を通過する排気の流量が調整
されている。すなわち、排熱発電ユニット2の温度を検
出してコントローラ6に入力することにより、熱電素子
の温度が高い場合にはコントローラ6の出力により、排
気管1に設けた流量調整バルブ4を閉じて、排熱発電ユ
ニット2内を流れる排気の流量を減少させて温度を低下
させる。一方、熱電素子の温度が300℃以下になった
場合には、流量調整バルブ4を開いて、熱電素子の使用
温度上限内で最大の発電出力を得るようにコントロール
している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の排熱発電装置にあっては、急激な加速や山岳
路を走行するような場合には、エンジンの排気温度が急
激に上昇するため、排気をバイパスするための流量調整
バルブ4の動作が遅れ、熱電素子の温度が使用限界温度
以上にオーバーシュートして上昇し、このオーバーシュ
ートを長期に亘って繰り返すことにより、熱電素子の破
損を招くという問題点があった。
【0007】すなわち、従来の排熱発電装置において
は、図12に示すように、例えば急加速のためにアクセ
ルを全開に踏み込んだ場合、まず排気の温度が上昇し、
それに伴ない排熱発電ユニット2の発電出力が上昇す
る。
【0008】次に、この排熱発電ユニット2の出力をコ
ントローラ6が受けて、このコントローラ6が排気管1
に設けられた流量調整バルブ4を駆動して、流量調整バ
ルブ4の弁開度を調整することにより、排熱発電ユニッ
ト2に流れる排気の流量をコントロールする。ここで、
初めて排熱発電ユニット2の温度が低下するように制御
される。
【0009】全開加速をした場合、図12に示すよう
に、アクセルを開にしてから流量調整バルブ4が作動す
るまでタイムラグがあるため、排気の温度が排熱発電ユ
ニット2の温度上限値以上にオーバーシュートしてしま
い、このオーバーシュートを繰り返すうちに発電素子が
破損する可能性がある。
【0010】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
成されたものであり、その目的とするところは、排熱発
電ユニットを所定の許容温度域内において確実に作動さ
せて、熱電素子の破損等を防止し、所望の排熱発電が行
える排熱発電装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
排熱発電装置は、エンジンの排気通路の途中に設けられ
て前記排気通路を流れる排気の熱エネルギを回収して発
電を行う排熱発電ユニットと、前記排熱発電ユニットよ
りも上流の位置にて前記排気通路から分岐し前記排熱発
電ユニットをバイパスするバイパス排気通路と、前記排
熱発電ユニット内を通過する排気の流量を調整する流量
調整弁と、前記排熱発電ユニットからの出力情報を読み
取り前記流量調整弁の開度を制御するコントローラと、
エンジンの運転情報を検出して制御信号を出力するエン
ジンコントロールユニットとを備える排熱発電装置であ
って、前記コントローラは、前記エンジンコントロール
ユニットから出力される信号によっても前記流量調整弁
の開度を制御するように駆動される、構成となってい
る。
【0012】本発明の請求項2に係る排熱発電装置は、
請求項1に係る排熱発電装置において、前記エンジンの
運転情報としてアクセル開度を検出し、前記アクセル開
度が所定値以上の場合に、前記流量調整弁を閉弁方向に
駆動させて前記排熱発電ユニット内を通過する排気の流
量を所定値以下にする、構成となっている。
【0013】本発明の請求項3に係る排熱発電装置は、
請求項1及び2に係る排熱発電装置において、前記バイ
パス排気通路を通過する排気の流量を調整する第2流量
調整弁を有し、前記コントローラは、前記排熱発電ユニ
ットからの出力情報を読み取り前記第2流量調整弁の開
度も制御する、構成となっている。
【0014】本発明の請求項4に係る排熱発電装置は、
エンジンの排気通路の途中に設けられて前記排気通路を
流れる所定温度域の低温排気の熱エネルギを回収して発
電を行う低温用排熱発電ユニットと、前記低温用排熱発
電ユニットよりも上流の位置にて前記排気通路に設けら
れて前記排気通路を流れる所定温度域の高温排気の熱エ
ネルギを回収して発電を行う高温用排熱発電ユニット
と、前記高温用排熱発電ユニットよりも下流でかつ前記
低温用排熱発電ユニットよりも上流の位置にて前記排気
通路から分岐し前記低温用排熱発電ユニットをバイパス
するバイパス排気通路と、前記低温用排熱発電ユニット
内を通過する排気の流量を調整する流量調整弁と、前記
高温用及び低温用排熱発電ユニットからの出力情報を読
み取り前記流量調整弁の開度を制御するコントローラ
と、エンジンの運転情報を検出して制御信号を出力する
エンジンコントロールユニットとを備える排熱発電装置
であって、前記コントローラは、前記エンジンコントロ
ールユニットから出力される信号によっても前記流量調
整弁の開度を制御するように駆動される、構成となって
いる。
【0015】本発明の請求項5に係る排熱発電装置は、
請求項4に係る排熱発電装置において、前記エンジンの
運転情報としてアクセル開度を検出し、前記アクセル開
度が所定値以上の場合に、前記流量調整弁を閉弁方向に
駆動させて前記低温用排熱発電ユニット内を通過する排
気の流量を所定値以下にする、構成となっている。
【0016】本発明の請求項6に係る排熱発電装置は、
請求項4及び5に係る排熱発電装置において、前記バイ
パス排気通路を通過する排気の流量を調整する第2流量
調整弁を有し、前記コントローラは、前記高温用及び低
温用排熱発電ユニットからの出力情報を読み取り前記第
2流量調整弁の開度も制御する、構成となっている。
【0017】本発明の請求項7に係る排熱発電装置は、
エンジンの排気通路の途中に設けられて前記排気通路を
流れる所定温度域の低温排気の熱エネルギを回収して発
電を行う低温用排熱発電ユニットと、前記低温用排熱発
電ユニットよりも上流の位置にて前記排気通路から分岐
し前記低温用排熱発電ユニットをバイパスするバイパス
排気通路と、前記低温用排熱発電ユニット内を通過する
排気の流量を調整する第1流量調整弁と、前記バイパス
排気通路の途中に設けられて前記バイパス排気通路を流
れる所定温度域の高温排気の熱エネルギを回収して発電
を行う高温用排熱発電ユニットと、前記高温用排熱発電
ユニット内を通過する排気の流量を調整する第2流量調
整弁と、前記高温用及び低温用排熱発電ユニットからの
出力情報を読み取り前記第1及び第2流量調整弁の開度
を制御するコントローラと、エンジンの運転情報を検出
して制御信号を出力するエンジンコントロールユニット
とを備える排熱発電装置であって、前記コントローラ
は、前記エンジンコントロールユニットから出力される
信号によっても前記第1及び第2流量調整弁の開度を制
御するように駆動される、構成となっている。
【0018】本発明の請求項8に係る排熱発電装置は、
請求項7に係る排熱発電装置において、前記エンジンの
運転情報としてアクセル開度を検出し、前記アクセル開
度が所定値以上の場合に、前記第1流量調整弁を閉弁方
向に駆動させて前記低温用排熱発電ユニット内を通過す
る排気の流量を所定値以下にする、構成となっている。
【0019】本発明の請求項9に係る排熱発電装置は、
エンジンの排気通路の途中に設けられて前記排気通路を
流れる所定温度域の低温排気の熱エネルギを回収して発
電を行う低温用排熱発電ユニットと、前記低温用排熱発
電ユニットよりも上流の位置にて前記排気通路から分岐
し前記低温用排熱発電ユニットをバイパスするバイパス
排気通路と、前記低温用排熱発電ユニット内を通過する
排気の流量を調整する第1流量調整弁と、前記バイパス
排気通路の途中に設けられて前記バイパス排気通路を流
れる所定温度域の高温排気の熱エネルギを回収して発電
を行う高温用排熱発電ユニットと、前記高温用排熱発電
ユニット内を通過する排気の流量を調整する第2流量調
整弁と、前記高温用及び低温用排熱発電ユニットよりも
上流の位置にて前記排気通路から分岐し前記高温用及び
低温用排熱発電ユニットをバイパスする第2バイパス排
気通路と、前記第2バイパス排気通路を通過する排気の
流量を調整する第3流量調整弁と、前記高温用及び低温
用排熱発電ユニットからの出力情報を読み取り前記第1
ないし第3流量調整弁の開度を制御するコントローラ
と、エンジンの運転情報を検出して制御信号を出力する
エンジンコントロールユニットとを備える排熱発電装置
であって、前記コントローラは、前記エンジンコントロ
ールユニットから出力される信号によっても前記第1な
いし第3流量調整弁の開度を制御するように駆動され
る、構成となっている。
【0020】本発明の請求項10に係る排熱発電装置
は、請求項9に係る排熱発電装置において、前記運転情
報としてアクセル開度を検出し、前記アクセル開度が所
定値以上の場合に、前記第1流量調整弁を閉弁方向に駆
動させて前記低温用排熱発電ユニット内を通過する排気
の流量を所定値以下にする、構成となっている。
【0021】
【発明の効果】本発明の請求項1に係る排熱発電装置に
よれば、エンジンの運転情報を検出して制御信号を出力
するエンジンコントロールユニットからの出力信号によ
り、排気温度の急激な上昇を予測し、排熱発電ユニット
が使用限界温度を超えて昇温する前に、予め流量調整弁
を閉弁方向に駆動させて排熱発電ユニット内を通過する
排気の流量を減少させることができる。
【0022】従って、排熱発電ユニットの温度が使用限
界温度を超えて上昇するのを防止でき、その破損等を招
くことなく安定した発電を行なわせることができる。
【0023】本発明の請求項2に係る排熱発電装置によ
れば、エンジンの運転情報としてアクセル開度を検出
し、このアクセル開度の検出信号に基づいて流量調整弁
を制御する、すなわち、エンジンの運転状態が変化する
際のその変化の起動源となる部分の情報に基づいて流量
調整弁を制御することから、流量調整弁の動作によるタ
イムラグをより一層低減でき、これにより、排熱発電ユ
ニットを常時許容温度域内に設定して、安定した発電を
行なわせることができる。
【0024】本発明の請求項3に係る排熱発電装置によ
れば、バイパス排気通路を通過する排気の流量を調整す
る第2流量調整弁を設けたことにより、エンジン始動直
後等の比較的排気の熱量が少ない場合に、この第2流量
調整弁を閉弁することによって積極的に排熱発電ユニッ
ト内に排気を流すことができる。
【0025】これにより、上記効果に併せて、より効果
的に排気の熱エネルギを回収することができ、低負荷領
域から効率良く発電を行なわせることができる。
【0026】本発明の請求項4に係る排熱発電装置によ
れば、エンジンの運転情報を検出して制御信号を出力す
るエンジンコントロールユニットからの出力信号によ
り、排気温度の急激な上昇を予測し、低温用排熱発電ユ
ニットが使用限界温度を超えて昇温する前に、予め流量
調整弁を閉弁方向に駆動させて低温用排熱発電ユニット
内を通過する排気の流量を減少させることで、低温用排
熱発電ユニットの温度が使用限界温度を超えて上昇する
のを防止でき、その破損等を招くことなく安定した発電
を行なわせることができる。
【0027】また、低温用排熱発電ユニットの他に、そ
の上流側において高温用排熱発電ユニットを備えること
から、温度の高い上流側でかつ排気温度の高い高負荷領
域において高温用排熱発電ユニットにより発電を行なわ
せ、温度の低い下流側でかつ排気温度の低い低負荷領域
等において低温用排熱発電ユニットにより発電を行なわ
せることができ、より一層効率良く排気の熱エネルギを
回収することができる。
【0028】本発明の請求項5に係る排熱発電装置によ
れば、エンジンの運転情報としてアクセル開度を検出
し、このアクセル開度の検出信号に基づいて流量調整弁
を制御する、すなわち、エンジンの運転状態が変化する
際のその変化の起動源となる部分の情報に基づいて流量
調整弁を制御することから、流量調整弁の動作によるタ
イムラグをより一層低減でき、これにより、低温用排熱
発電ユニットを常時許容温度域内に設定して、安定した
発電を行なわせることができる。
【0029】本発明の請求項6に係る排熱発電装置によ
れば、バイパス排気通路を通過する排気の流量を調整す
る第2流量調整弁を設けたことにより、エンジン始動直
後等の比較的排気の熱量が少ない場合に、この第2流量
調整弁を閉弁することによって積極的に低温用排熱発電
ユニット内に排気を流すことができる。
【0030】これにより、上記効果に併せて、より効果
的に排気の熱エネルギを回収することができ、低負荷領
域から効率良く発電を行なわせることができる。
【0031】本発明の請求項7に係る排熱発電装置によ
れば、エンジンの運転情報を検出して制御信号を出力す
るエンジンコントロールユニットからの出力信号によ
り、排気温度の急激な上昇を予測し、低温用排気発電ユ
ニットが使用限界温度を超えて昇温する前に、予め流量
調整弁を閉弁方向に駆動させて低温用排熱発電ユニット
内を通過する排気の流量を減少させることで、低温用排
熱発電ユニットの温度が使用限界温度を超えて上昇する
のを防止でき、その破損等を招くことなく安定した発電
を行なわせることができる。
【0032】また、低温用排熱発電ユニットの他に、こ
れと並列に配置された高温用排熱発電ユニットを備えて
いることから、エンジンの高負荷領域における排気の熱
エネルギを有効に回収することができ、又、第1流量調
整弁と第2流量調整弁とを適宜調整して、低温用排熱発
電ユニットと高温用排熱発電ユニットとに流すそれぞれ
の排気の流量を最適にコントロールすることにより、変
化する負荷に応じて、すなわち、排気の熱量に応じてよ
り一層効率のよい発電を行なわせることができる。
【0033】本発明の請求項8に係る排熱発電装置によ
れば、エンジンの運転情報としてアクセル開度を検出
し、このアクセル開度の検出信号に基づいて流量調整弁
を制御する、すなわち、エンジンの運転状態が変化する
際のその変化の起動源となる部分の情報に基づいて流量
調整弁を制御することから、流量調整弁の動作によるタ
イムラグをより一層低減でき、これにより、低温用排熱
発電ユニットを常時許容温度域内に設定して、安定した
発電を行なわせることができる。
【0034】本発明の請求項9に係る排熱発電装置によ
れば、エンジンの運転情報を検出して制御信号を出力す
るエンジンコントロールユニットからの出力信号によ
り、排気温度の急激な上昇を予測し、低温用排熱発電ユ
ニットが使用限界温度を超えて昇温する前に、予め流量
調整弁を閉弁方向に駆動させて低温用排熱発電ユニット
内を通過する排気の流量を減少させることで、低温用排
熱発電ユニットの温度が使用限界温度を超えて上昇する
のを防止でき、その破損等を招くことなく安定した発電
を行なわせることができる。
【0035】また、低温用排熱発電ユニットの他に、こ
れと並列に配置された高温用排熱発電ユニットを備えて
いることから、エンジンの高負荷領域における排気の熱
エネルギを有効に回収することができ、又、第1流量調
整弁と第2流量調整弁とを適宜調整して、低温用排熱発
電ユニットと高温用排熱発電ユニットとに流すそれぞれ
の排気の流量を最適にコントロールすることにより、変
化する負荷に応じて、すなわち、排気の熱量に応じてよ
り一層効率のより発電を行なわせることができる。
【0036】さらに、高温用排熱発電ユニット及び低温
用排熱発電ユニットの両方をバイパスする第2バイパス
排気通路と、この第2バイパス排気通路を通過する排気
の流量を調整する第3流量調整弁とを備えていることか
ら、通常の運転状態においては、第3流量調整弁を閉弁
して、高温用排熱発電ユニット及び低温用排熱発電ユニ
ット内に排気を流すことにより、所望の発電を行なわせ
ることができ、一方、車両が最も急激な加速を必要とす
るような場合に、この第3流量調整弁を開弁して第2バ
イパス排気通路に排気を流すことにより、排気系の流れ
抵抗を減らして、急加速時等の際のスムーズな加速を可
能にすることができる。
【0037】本発明の請求項10に係る排熱発電装置に
よれば、エンジンの運転情報としてアクセル開度を検出
し、このアクセル開度の検出信号に基づいて流量調整弁
を制御する、すなわち、エンジンの運転状態が変化する
際のその変化の起動源となる部分の情報に基づいて流量
調整弁を制御することから、流量調整弁の動作によるタ
イムラグをより一層低減でき、これにより、低温用排熱
発電ユニットを常時許容温度域内に設定して、安定した
発電を行なわせることができる。
【0038】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて説明する。
【0039】図1は、本発明に係る排熱発電装置の第1
の実施例を示す概略構成図である。この排熱発電装置
は、図1に示すように、エンジン(不図示)の排気通路
すなわち排気管10の途中に設けられて排気管10内を
流れる排気の熱エネルギを回収して発電を行う排熱発電
ユニット11と、この排熱発電ユニット11よりも上流
の位置にて排気管10から分岐し排熱発電ユニット11
をバイパスするバイパス排気通路としてのバイパス排気
管12と、排熱発電ユニット11内を通過する排気の流
量を調整する流量調整弁13と、排熱発電ユニット11
からの出力情報(温度)を読み取り流量調整弁13の開
度を制御するコントローラ15と、エンジンの運転情報
を検出して制御信号を出力するエンジンコントロールユ
ニット16等を備えている。
【0040】上記バイパス排気管12は、排熱発電ユニ
ット11よりも上流の位置にて排気管10から分岐し、
流量調整弁13よりも下流でかつ消音器14よりも上流
の位置にて再び排気管10に合流するように形成されて
いるが、再び排気管10に合流させるのではなく、分岐
した状態で別個の消音器(不図示)に連結され外気に向
けて開口するように形成してもよい。
【0041】次に、この排熱発電装置の動作について説
明する。図2のフローチャートに示すように、運転情報
としてのアクセル開の信号をエンジンコントロールユニ
ット16が検出し、続いて、エンジンコントロールユニ
ット16は、この検出情報に基づいた出力信号を排熱発
電ユニット(発電ユニット)11のコントローラ(発電
ユニットコントローラ)15に直接送り、この信号に基
づいて、コントローラ15が流量調整弁13を駆動す
る。そして、排熱発電ユニット11内を流れる排気の流
量を調整し、この排熱発電ユニット11の温度が所定の
許容温度域内に入るようにコントロールする。
【0042】このように、エンジンコントロールユニッ
ト16からの信号により、排気温度の急上昇を予測し、
排熱発電ユニット11(特に、熱電素子)が温度上昇す
る前に流量調整弁13を駆動させて、排熱発電ユニット
11内を流れる排気の流量を調整するため、図3に示す
ように、アクセル開の動作から流量調整弁13が駆動さ
れるまでにタイムラグを生じることはなく、これによ
り、排熱発電ユニット11がその使用限界(上限)温度
を超えてオーバーシュートするような温度の排気に曝さ
れることはなく、熱電素子等の熱による破損等が防止さ
れる。
【0043】排気温度の急激な上昇を予測するには、エ
ンジンコントロールユニット16又はコントローラ15
が常時検出する運転情報として、上記アクセル開度の変
化の他に、エンジン回転数の変化、吸気圧の変化、設定
ギア比、車速等を採用することにより、より高精度に排
気の温度上昇を予測して、流量調整弁13を駆動させる
ことができる。
【0044】ここで、急加速時の流量調整弁13の制御
について説明すると、先ず、通常運転時は、排熱発電ユ
ニット11のコントローラ15により流量調整弁13の
弁開度を調整する。急加速に入り、アクセル開度または
エンジン回転数が、例えば5秒間の間に全負荷の例えば
±10%以上変化すると、排気温度が上昇する前に、エ
ンジンコントロールユニット16からの信号による制御
に切り変わる。
【0045】急加速をして、アクセル開度が上記値に急
変した場合、図5のフローチャートに示すように、図4
に示す(流量調整弁13の開度調整マップ)に示すマッ
プに従い、流量調整弁13を→まで閉弁方向に駆動
させ、排熱発電ユニット11内の排気の流量を減少させ
る。
【0046】アクセルを踏み込んだことに伴なってエン
ジン回転数が上昇すると、流量調整弁13を→まで
さらに閉弁方向に駆動させ、排熱発電ユニット11内の
排気の流量をさらに減少させる。
【0047】このとき、排熱発電ユニット11を構成す
る熱電素子の表面温度が使用温度上限以上に急上昇する
ことのないように、排気の流量を減少させているので、
排熱発電ユニット11内の排気温度が上昇しても、熱電
素子の表面温度は使用温度上限以上に上昇しない。
【0048】この後、例えば5秒以内に、アクセル開度
とエンジン回転数が、この時の値の例えば±10%以上
変化しなければ、流量調整弁13の制御が、コントロー
ラ15からの信号による制御に切り替わる(図5中の
)。
【0049】この際、エンジン回転数と排気の温度とは
共に上昇しているので、排熱発電ユニット11内の排気
の流量を少なくしても、排熱発電ユニット11(熱電素
子)の温度は徐々に上昇してくる。このとき、コントロ
ーラ15が排熱発電ユニット11の発電出力に基づいて
熱電素子の表面温度を判断し、使用温度上限内で出力が
最大になるように流量調整弁13の弁開度を調整する
(図5中の)。
【0050】一方、例えば5秒以内にアクセル開度とエ
ンジン回転数が、この時の値の例えば±10%以上変化
すれば、流量調整弁13の制御が、エンジンコントロー
ルユニット16からの信号による制御に切り替わる。
【0051】以上のようにして、エンジンコントロール
ユニット16に記憶させたアクセル開度とエンジン回転
数による流量調整弁の開度調整マップにより、急加速時
の制御を行う。
【0052】エンジンスタート直後の場合も同様に、流
量調整弁13の弁開度は、基本的にコントローラ15に
より制御し、上記のような急加速をした場合にはエンジ
ンコントロールユニット16の出力信号により制御す
る。
【0053】一方、排気の温度が急変しない街中のゆっ
くりした低速走行時、あるいは、高速道路の定常走行時
には、図6に示すように、排熱発電ユニット11からの
発電出力を検出して、コントローラ15により流量調整
弁13の開度をコントロールし、排熱発電ユニット11
の使用温度上限内で最大の発電出力を得るようにする。
【0054】上記実施例の排熱発電装置によれば、エン
ジンの運転情報としてアクセル開度を検出し、このアク
セル開度の検出信号に基づいて排気温度の急激な変化
(上昇)を予測し、排熱発電ユニット11が使用限界温
度を超えて昇温する前に、予め流量調整弁13を閉弁方
向に駆動させて排熱発電ユニット11内を通過する排気
の流量を減少させることができるため、排熱発電ユニッ
ト11の温度が使用限界温度を超えて上昇するのを防止
でき、特に熱電素子の破損等を招くことなく、安定した
発電を行なわせることができる。
【0055】図7は、本発明に係る排熱発電装置の第2
の実施例を示す概略構成図である。この排熱発電装置
は、図7に示すように、前述第1の実施例に比べて、バ
イパス排気管12の途中に、このバイパス排気管12内
を通過する排気の流量を調整する第2流量調整弁17を
追加した構成となっている。
【0056】上記構成からなる排熱発電装置の動作につ
いては、基本的には前述第1の実施例の場合と同様であ
り、加えて、エンジンの始動直後等の比較的に排気の熱
量が少ない場合に、第2流量調整弁17を閉弁させて、
排気がバイパス排気管12を通過するのを遮断し、排気
を積極的に排熱発電ユニット11内に導くようにする。
【0057】これにより、低負荷領域からより効果的に
排気の熱エネルギを回収することができる。
【0058】図8は、本発明に係る排熱発電装置の第3
の実施例を示す概略構成図である。この排熱発電装置
は、図8に示すように、エンジン(不図示)の排気通
路、すなわち排気管10の途中に設けられて排気管10
内を流れる所定温度域の低温排気の熱エネルギを回収し
て発電を行う低温用排熱発電ユニット11´と、この低
温用排熱発電ユニット11´よりも上流の位置にて排気
管10に設けられて排熱管10を流れる所定温度域の高
温排気の熱エネルギを回収して発電を行う高温用排熱発
電ユニット18と、この高温用排熱発電ユニット18よ
りも下流でかつ低温用排熱発電ユニット11´よりも上
流の位置にて排気管10から分岐し低温用排熱発電ユニ
ット11´をバイパスするバイパス排気通路としてのバ
イパス排気管12と、低温用排熱発電ユニット11´内
を通過する排気の流量を調整する流量調整弁13と、バ
イパス排気管12内を通過する排気の流量を調整する第
2流量調整弁17と、高温用及び低温用排熱発電ユニッ
ト18,11´からの出力情報(温度)を読み取り流量
調整弁13の開度を制御するコントローラ15と、エン
ジンの運転情報を検出して制御信号を出力するエンジン
コントロールユニット16等を備えている。
【0059】上記バイパス排気管12には、前述第1の
実施例同様、消音器14の上流の位置にて排気管10に
合流するように形成されているが、再び排気管10に合
流させるのではなく、分岐した状態で別個の消音器(不
図示)に連結され外気に向けて開口するように形成して
もよい。
【0060】また、上記バイパス排気管12には、第2
流量調整弁17を設けてこのバイパス排気管12内を流
れる排気の流量を調整できるようにしているが、第2流
量調整弁17を設けない構成であってもよい。
【0061】上記図8に示す構成からなる排熱発電装置
の動作については、基本的には前述第1の実施例の場合
と同様であり、加えて、低温用排熱発電ユニット11´
の他に高温用排熱発電ユニット18を備えていることか
ら、排気温度の高い高負荷領域においては高温用排熱発
電ユニット18により発電を行なわせ、排気温度の低い
低負荷領域においては低温用排熱発電ユニット11´に
より発電を行なわせるようにする。
【0062】これにより、高負荷領域での排気の熱エネ
ルギをも有効に回収することができる。
【0063】図9は、本発明に係る排熱発電装置の第4
の実施例を示す概略構成図である。この排熱発電装置
は、図9に示すように、エンジン(不図示)の排気通
路、すなわち排気管10の途中に設けられて排気管10
内を流れる所定温度域の低温排気の熱エネルギを回収し
て発電を行う低温用排熱発電ユニット11´と、この低
温用排熱発電ユニット11´よりも上流の位置にて排気
管10から分岐し低温用排熱発電ユニット11´をバイ
パスするバイパス排気通路としてのバイパス排気管12
と、低温用排熱発電ユニット11´内を通過する排気の
流量を調整するべく排気管10に設けられた第1流量調
整弁13´と、バイパス排気管12の途中に設けられて
バイパス排気管12内を流れる所定温度域の高温排気の
熱エネルギを回収して発電を行う高温用排熱発電ユニッ
ト18´と、この高温用排熱発電ユニット18´内を通
過する排気の流量を調整するべくバイパス排気管12に
設けられた第2流量調整弁17´と、高温用及び低温用
排熱発電ユニット18´,11´からの出力情報(温
度)を読み取り第1及び第2流量調整弁13´,17´
の開度を制御するコントローラ15と、エンジンの運転
情報を検出して制御信号を出力するエンジンコントロー
ルユニット16等を備えている。
【0064】上記バイパス排気管12は、前述第1の実
施例同様、消音器14の上流の位置にて排気管10に合
流するように形成されているが、再び排気管10に合流
させるのではなく、分岐した状態で別個の消音器(不図
示)に連結され外気に向けて開口するように形成しても
よい。
【0065】上記図9に示す構成からなる排熱発電装置
の動作については、基本的には前述第1の実施例の場合
と同様であり、加えて、低温用排熱発電ユニット11´
と高温用排熱発電ユニット18´とが排気管10に対し
て並列に配置された構成を備えていることから、排気温
度の高い高負荷領域においては高温用排熱発電ユニット
18´により発電を行なわせ、かつ、排気温度の低い低
負荷領域においては低温用排熱発電ユニット11´によ
り発電を行わせ、又、第1流量調整弁13´と第2流量
調整弁17´との弁開度を適宜調整して、低温用排熱発
電ユニット11´内に流す排気の流量と、高温用排熱発
電ユニット18´内に流す排気の流量とを運転状態に応
じて最適になるようにコントロールする。
【0066】これにより、変化する負荷に応じて、すな
わち、排気の熱量に応じてより一層効率良く排気の熱エ
ネルギを回収でき、高効率の発電を得ることができる。
【0067】図10は、本発明に係る排熱発電装置の第
5の実施例を示す概略構成図である。この排熱発電装置
は、図10に示すように、エンジン(不図示)の排気通
路、すなわち排気管10の途中に設けられて排気管10
内を流れる所定温度域の低温排気の熱エネルギを回収し
て発電を行う低温用排熱発電ユニット11´と、この低
温用排熱発電ユニット11´よりも上流の位置にて排気
管10から分岐し低温用排熱発電ユニット11´をバイ
パスするバイパス排気通路としてのバイパス排気管12
と、低温用排熱発電ユニット11´内を通過する排気の
流量を調整する第1流量調整弁13´と、バイパス排気
管12の途中に設けられてこのバイパス排気管12内を
流れる所定温度域の高温排気の熱エネルギを回収して発
電を行う高温用排熱発電ユニット18´と、この高温用
排熱発電ユニット18´内を通過する排気の流量を調整
する第2流量調整弁17´と、高温用及び低温用排熱発
電ユニット18´,11´よりも上流の位置にて排気管
10から分岐し高温用及び低温用排熱発電ユニット18
´,11´をバイパスする第2バイパス排気通路として
の第2バイパス排気管19と、この第2バイパス排気管
19内を通過する排気の流量を調整する第3流量調整弁
20と、高温用及び低温用排熱発電ユニット18´,1
1´からの出力情報(温度)を読み取り第1ないし第3
流量調整弁13´,17´,20の開度を制御するコン
トローラ15と、エンジンの運転情報を検出して制御信
号を出力するエンジンコントロールユニット16等を備
えている。
【0068】上記バイパス排気管12及び第2バイパス
排気管19は、前述第1の実施例同様、消音器14の上
流の位置にて排気管10に合流するように形成されてい
るが、再び排気管10に合流させるのではなく、各々分
岐した状態で別個の消音器(不図示)に連結されて、そ
れぞれ外気に向けて開口するように形成してもよい。
【0069】上記図10に示す構成からなる排熱発電装
置の動作については、基本的には前述第1の実施例の場
合と同様であり、加えて、低温用排熱発電ユニット11
´と高温用排熱発電ユニット18´とが排気管10に対
して並列に配置された構成を備えていることから、排気
温度の高い高負荷領域においては高温用排熱発電ユニッ
ト18´により発電を行なわせ、かつ、排気温度の低い
低負荷領域においては低温用排熱発電ユニット11´に
より発電を行なわせ、又、第1流量調整弁13´、第2
流量調整弁17´及び第3流量調整弁20の弁開度を適
宜調整して、低温用排熱発電ユニット11´内に流す排
気の流量と、高温用排熱発電ユニット18´内に流す排
気の流量とを運転状態に応じて最適になるようにコント
ロールする。
【0070】これにより、変化する負荷に応じて、すな
わち、排気の熱量に応じてより一層効率良く排気の熱エ
ネルギを回収でき、高効率の発電を得ることができる。
【0071】さらに、高温用排熱発電ユニット18´及
び低温用排熱発電ユニット11´の両方をバイパスする
第2バイパス排気管19と、この第2バイパス排気管1
9内を通過する排気の流量を調整する第3流量調整弁2
0とを備えていることから、通常の運転状態において
は、第3流量調整弁20を閉弁して、高温用排熱発電ユ
ニット18´及び低温用排熱発電ユニット11´内に積
極的に排気を流すようにコントロールする。
【0072】一方、車両が最も急激な加速を必要とする
ような場合には、第3流量調整弁20を開弁して、第2
バイパス排気管19内に積極的に排気を流すようにコン
トロールする。
【0073】これにより、通常の運転状態においては所
望の発電を効率良く行なわせることができ、一方、急加
速時等の場合には排気系の流れ抵抗を減らして、スムー
ズな加速を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る排熱発電装置の第1の実施例を
示す概略構成図である。
【図2】 本発明に係る排熱発電装置の動作を説明する
ためのフローチャートである。
【図3】 本発明に係る排熱発電装置の動作を説明する
ためのタイムチャートである。
【図4】 本発明に係る排熱発電装置の動作を説明する
ための流量調整弁の開度調整マップである。
【図5】 本発明に係る排熱発電装置の動作を説明する
ためのフローチャートである。
【図6】 本発明に係る排熱発電装置の動作を説明する
ためのフローチャートである。
【図7】 本発明に係る排熱発電装置の第2の実施例を
示す概略構成図である。
【図8】 本発明に係る排熱発電装置の第3の実施例を
示す概略構成図である。
【図9】 本発明に係る排熱発電装置の第4の実施例を
示す概略構成図である。
【図10】 本発明に係る排熱発電装置の第5の実施例
を示す概略構成図である。
【図11】 従来の排熱発電装置を示す概略構成図であ
る。
【図12】 従来の排熱発電装置の動作を説明するため
のタイムチャートである。
【符号の説明】
10 排気管(排気通路) 11 排熱発電ユニット 11´ 低温用排熱発電ユニット 12 バイパス排気管(バイパス排気通路) 13 流量調整弁 13´ 第1流量調整弁 14 消音器 15 コントローラ 16 エンジンコントロールユニット 17,17´ 第2流量調整弁 18,18´ 高温用排熱発電ユニット 19 第2バイパス排気管(第2バイパス排気通路) 20 第3流量調整弁

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの排気通路の途中に設けられて
    前記排気通路を流れる排気の熱エネルギを回収して発電
    を行う排熱発電ユニットと、前記排熱発電ユニットより
    も上流の位置にて前記排気通路から分岐し前記排熱発電
    ユニットをバイパスするバイパス排気通路と、前記排熱
    発電ユニット内を通過する排気の流量を調整する流量調
    整弁と、前記排熱発電ユニットからの出力情報を読み取
    り前記流量調整弁の開度を制御するコントローラと、エ
    ンジンの運転情報を検出して制御信号を出力するエンジ
    ンコントロールユニットとを備える排熱発電装置であっ
    て、 前記コントローラは、前記エンジンコントロールユニッ
    トから出力される信号によっても前記流量調整弁の開度
    を制御するように駆動される、 ことを特徴とする排熱発電装置。
  2. 【請求項2】 前記エンジンの運転情報としてアクセル
    開度を検出し、前記アクセル開度が所定値以上の場合
    に、前記流量調整弁を閉弁方向に駆動させて前記排熱発
    電ユニット内を通過する排気の流量を所定値以下にす
    る、 ことを特徴とする請求項1記載の排熱発電装置。
  3. 【請求項3】 前記バイパス排気通路を通過する排気の
    流量を調整する第2流量調整弁を有し、 前記コントローラは、前記排熱発電ユニットからの出力
    情報を読み取り前記第2流量調整弁の開度も制御する、 ことを特徴とする請求項1又は2記載の排熱発電装置。
  4. 【請求項4】 エンジンの排気通路の途中に設けられて
    前記排気通路を流れる所定温度域の低温排気の熱エネル
    ギを回収して発電を行う低温用排熱発電ユニットと、前
    記低温用排熱発電ユニットよりも上流の位置にて前記排
    気通路に設けられて前記排気通路を流れる所定温度域の
    高温排気の熱エネルギを回収して発電を行う高温用排熱
    発電ユニットと、前記高温用排熱発電ユニットよりも下
    流でかつ前記低温用排熱発電ユニットよりも上流の位置
    にて前記排気通路から分岐し前記低温用排熱発電ユニッ
    トをバイパスするバイパス排気通路と、前記低温用排熱
    発電ユニット内を通過する排気の流量を調整する流量調
    整弁と、前記高温用及び低温用排熱発電ユニットからの
    出力情報を読み取り前記流量調整弁の開度を制御するコ
    ントローラと、エンジンの運転情報を検出して制御信号
    を出力するエンジンコントロールユニットとを備える排
    熱発電装置であって、 前記コントローラは、前記エンジンコントロールユニッ
    トから出力される信号によっても前記流量調整弁の開度
    を制御するように駆動される、 ことを特徴とする排熱発電装置。
  5. 【請求項5】 前記エンジンの運転情報としてアクセル
    開度を検出し、前記アクセル開度が所定値以上の場合
    に、前記流量調整弁を閉弁方向に駆動させて前記低温用
    排熱発電ユニット内を通過する排気の流量を所定値以下
    にする、 ことを特徴とする請求項4記載の排熱発電装置。
  6. 【請求項6】 前記バイパス排気通路を通過する排気の
    流量を調整する第2流量調整弁を有し、 前記コントローラは、前記高温用及び低温用排熱発電ユ
    ニットからの出力情報を読み取り前記第2流量調整弁の
    開度も制御する、 ことを特徴とする請求項4又は5記載の排熱発電装置。
  7. 【請求項7】 エンジンの排気通路の途中に設けられて
    前記排気通路を流れる所定温度域の低温排気の熱エネル
    ギを回収して発電を行う低温用排熱発電ユニットと、前
    記低温用排熱発電ユニットよりも上流の位置にて前記排
    気通路から分岐し前記低温用排熱発電ユニットをバイパ
    スするバイパス排気通路と、前記低温用排熱発電ユニッ
    ト内を通過する排気の流量を調整する第1流量調整弁
    と、前記バイパス排気通路の途中に設けられて前記バイ
    パス排気通路を流れる所定温度域の高温排気の熱エネル
    ギを回収して発電を行う高温用排熱発電ユニットと、前
    記高温用排熱発電ユニット内を通過する排気の流量を調
    整する第2流量調整弁と、前記高温用及び低温用排熱発
    電ユニットからの出力情報を読み取り前記第1及び第2
    流量調整弁の開度を制御するコントローラと、エンジン
    の運転情報を検出して制御信号を出力するエンジンコン
    トロールユニットとを備える排熱発電装置であって、 前記コントローラは、前記エンジンコントロールユニッ
    トから出力される信号によっても前記第1及び第2流量
    調整弁の開度を制御するように駆動される、 ことを特徴とする排熱発電装置。
  8. 【請求項8】 前記エンジンの運転情報としてアクセル
    開度を検出し、前記アクセル開度が所定値以上の場合
    に、前記第1流量調整弁を閉弁方向に駆動させて前記低
    温用排熱発電ユニット内を通過する排気の流量を所定値
    以下にする、 ことを特徴とする請求項7記載の排熱発電装置。
  9. 【請求項9】 エンジンの排気通路の途中に設けられて
    前記排気通路を流れる所定温度域の低温排気の熱エネル
    ギを回収して発電を行う低温用排熱発電ユニットと、前
    記低温用排熱発電ユニットよりも上流の位置にて前記排
    気通路から分岐し前記低温用排熱発電ユニットをバイパ
    スするバイパス排気通路と、前記低温用排熱発電ユニッ
    ト内を通過する排気の流量を調整する第1流量調整弁
    と、前記バイパス排気通路の途中に設けられて前記バイ
    パス排気通路を流れる所定温度域の高温排気の熱エネル
    ギを回収して発電を行う高温用排熱発電ユニットと、前
    記高温用排熱発電ユニット内を通過する排気の流量を調
    整する第2流量調整弁と、前記高温用及び低温用排熱発
    電ユニットよりも上流の位置にて前記排気通路から分岐
    し前記高温用及び低温用排熱発電ユニットをバイパスす
    る第2バイパス排気通路と、前記第2バイパス排気通路
    を通過する排気の流量を調整する第3流量調整弁と、前
    記高温用及び低温用排熱発電ユニットからの出力情報を
    読み取り前記第1ないし第3流量調整弁の開度を制御す
    るコントローラと、エンジンの運転情報を検出して制御
    信号を出力するエンジンコントロールユニットとを備え
    る排熱発電装置であって、 前記コントローラは、前記エンジンコントロールユニッ
    トから出力される信号によっても前記第1ないし第3流
    量調整弁の開度を制御するように駆動される、 ことを特徴とする排熱発電装置。
  10. 【請求項10】 前記運転情報としてアクセル開度を検
    出し、前記アクセル開度が所定値以上の場合に、前記第
    1流量調整弁を閉弁方向に駆動させて前記低温用排熱発
    電ユニット内を通過する排気の流量を所定値以下にす
    る、 ことを特徴とする請求項9記載の排熱発電装置。
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