JPH0423092B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの排気エネルギーを電力に回
生して電動機に供給し、車両の駆動力を助勢する
エンジンのエネルギー回収装置に関する。

（従来の技術） 近年、内燃機関の各部、例えば排気マニホール
ドの外壁、シリンダライナー、シリンダヘツド断
熱板、ピストンなどにセラミツクスを使用した断
熱式の内燃機関が開発されている。この内燃機関
によれば、その内部に発生した熱を放熱して内燃
機関を冷却する必要がなく、発生した高温度の排
気ガスの持つエネルギーを回生させて内燃機関の
出力軸に帰還させ、内燃機関の出力の向上に利用
できる。

この種、排気エネルギーの回生方法として、従
来から排気ガスにより回転されるタービンの回転
力を、多段の歯車機構により減速してクランク軸
に帰還させるものが知られている。

また、エンジンの排気管内に発電機を有する排
気タービンを設け、該発電機からの電力を、エン
ジンの回転軸に設けた電動機に供給して駆動する
ターボコンパウンドエンジンの提案が特願昭60−
233935号に示されている。

（発明が解決しようとする問題点） このような排気エネルギーの回生方法におい
て、前者の歯車機構を用いてクランク軸に回転力
を帰還させる方法は、歯車の伝達効率を考慮する
と、例えば通常一段でその効率は0.9〜0.95であ
るので、三段の減速では約80％に効率が低下し、
また、歯車機構が複雑になり、そのコストも高く
なる。なお、小型乗用車ではエンジンルームの空
間が狭いので、歯車機構の設置場所に問題を生ず
る。

後者のターボコンパウンドエンジンの提案にお
いては、ターボチヤージヤと排気タービンとの２
段タービンのそれぞれに発電機を設け、エンジン
の回転軸に設けた電動機に発電電力を供給して駆
動しているが、発電機の電圧の制御方法が機械的
作動のタツプ選択器を用いて複雑のため、その保
守や信頼性に弱点を有し、さらにそれぞれの発電
機の電力の合成や、交流出力への変換に際し具体
的な措置を欠いている問題がある。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は２段タービンに設けた発電機の
出力を、エンジンの駆動力を助勢する電動機に設
けた２系統の巻線に供給して、排気エネルギーを
回生した電力の効率化を計るエンジンのエネルギ
ー回収装置を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、エンジンの排気管にそれぞれ
が発電機を有する高圧用排気タービンと低圧用排
気タービンとを直列に接続するとともに、前記エ
ンジンの駆動軸にその駆動力を助勢する手段とな
る２系統の巻線を有する電動機を取付け、さらに
前記発電機からのそれぞれの出力を前記２系統の
巻線にそれぞれ供給することを特徴とするエンジ
ンのエネルギー回収装置が提供される。

（作用） 本発明はエンジンの駆動力を助勢する発電機に
２系統の巻線を設け、これら巻線に発電機からの
それぞれの出力を供給して電動機を駆動するの
で、排気エネルギーを回生した電力にて効率よく
エンジンの駆動力を助勢できる作用がある。

（実施例） つぎに、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。

第１図は本発明に係るエンジンのエネルギー回
収装置の一実施例を示す構成ブロツク図である。

第１図において、エンジンＡの排気管Ａ１には
高圧用の排気タービンＢの排気ハウジングＢ１が
取付けられ、エンジンＡの排出する高圧の排気ガ
スのエネルギーによつて、タービンブレードＢ２
を駆動する。

また、タービンブレードＢ２の回転軸には発電
機Ｃが設けてあり、排気ガスのエネルギーにより
タービンブレードＢ２が駆動されると、発電機Ｃ
からの電力は整流素子を有する整流装置Ｄに送電
される。

Ｅは発電機Ｆを有する低圧用の排気タービンで
あり、排気タービンＢの排気ハウジングＢ１の排
気口に接続され、タービンブレードＢ２を駆動し
た後の低圧の排気ガスのエネルギーによりブレー
ドＥ１が駆動される。そして、ブレードＥ１に直
結された発電機Ｆが駆動され、発電電力が整流素
子を有する整流装置Ｇに送電されるものである。

Ｈ、およびＩはインバータであり、整流装置
Ｄ、およびＧよりそれぞれ直流電力が入力され、
後述するコントローラＪからの指令信号に応じ
て、例えば、サイリスタ制御装置を用い、入力さ
れた直流電力を所定の周波数の多相の交流電力に
変換するものである。

なお、インバータＨに使用のサイリスタ制御装
置は、高圧の排気エネルギーにより発電する発電
機Ｃからの電力を扱うため、インバータＩに使用
のサイリスタ制御装置より大容量のものが使用さ
れている。

Ｋは電動機であり、エンジンＡの図示していな
い出力軸や、エンジンＡを原動力として駆動され
る車輪の駆動軸などに動力を伝達する電動機であ
り、電動機Ｋを力行させる電力が供給されると、
車両の走行力が助勢されるよう構成されている。

第２図は電動機Ｋの固定子巻線の一例を示す説
明図であり、第２図ａは固定子コアに対する巻線
方法の一例を示し、第２図ｂはその拡大した断面
を示す。

固定子コア１は磁性素材よりなり、図示してい
ない回転子の中心軸方向に等間隔に複数個の凸極
１１が設けられ、巻線の異なる２種類の固定子巻
線２１，２２が巻回されている。

固定子巻線２１は固定子巻線２２に比して、断
面積の大きな導体が用いられ、発電機Ｃの出力特
性に適合する負荷となるものであり、固定子巻線
２２は発電機Ｆの出力特性に適合する負荷となる
よう設定されている。そして、ともに交流電流が
供給されると固定子コア１に回転磁界が生ずる、
例えば重ね巻き巻線が用いられている。

また、電動機Ｋには回転軸の回転数を検出する
回転センサＬが設けられ、検出した回転信号をコ
ントローラＪに送信する。

コントローラＪはマイクロコンピユータにて構
成され、演算装置、メモリ、入出力装置などを有
するものであり、電動機Ｋに設けた回転センサＬ
からの回転信号を受信すると、インバータＨ，Ｉ
に対して、電動機Ｋを力行させる所定周波数およ
び位相の交流電力に変換する指令信号を送信する
よう構成されている。

つぎに、このように構成された本実施例の作動
を説明する。

エンジンＡの運転により排出される排気ガスの
エネルギーによつて、排気タービンＢのタービン
ブレードＢ２と排気タービンＥのブレードＥ１と
が回転駆動されると、それぞれの同軸上に設けら
れた発電機Ｃと発電機Ｆは交流電力を発電する。
そして発電機Ｃの発電電力は整流装置Ｄにより直
流に変換されてインバータＨに送電される。ま
た、発電機Ｆの発電電力は整流装置Ｇによつて直
流に変換されインバータＩに送電される。

一方、コントローラＪには電動機Ｋに設けた回
転センサＬから、電動機Ｋの回転数を検出した回
転信号が入力されており、コントローラＪはこの
回転信号に基づいて電動機Ｋを力行させる交流電
力に変換する指令信号をインバータＨ、およびＩ
に送信する。

このためインバータＨ、およびＩは、整流装置
Ｄ，Ｇより入力された直流を、電動機Ｋを力行さ
せる所定周波数、位相の交流に変換する。そして
インバータＨからの出力は電動機Ｋの固定子巻線
２１に、インバータＩからの出力は固定子巻線２
２にそれぞれ供給して電動機Ｋを力行作動させ
る。

したがつて、エンジンＡの出力軸または、車輪
の駆動軸に接続されて動力を伝達する電動機Ｋが
力行するので、車両の走行力が助勢されることに
なる。

なお、本発明を一実施例により説明したが、本
発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、
これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

（発明の効果） 本発明によれば、エンジンの駆動力を助勢する
電動機に特性の異なる２系統の巻線を設け、高圧
用の排気タービンに設けた発電機と低圧用排気タ
ービンに設けた発電機からの出力を、それぞれの
出力特性に適合する負荷の巻線に供給して電動機
に供給し、さらに、回転センサからの回転信号に
よつて制御して電動機を力行させるので、歯車機
構を使用せず、また機械的な機構を用いることな
くエンジンの排気エネルギーを回生した電力にて
効率よくエンジン駆動力を助勢できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジンのエネルギー回
収装置の一実施例を示す構成ブロツク図、第２図
は電動機の固定子巻線の一例を示す説明図であ
る。 Ａ……エンジン、Ａ１……排気管、Ｂ……排気
タービン、Ｃ……発電機、Ｅ……排気タービン、
Ｆ……発電機、Ｋ……電動機、Ｌ……回転セン
サ、２１……固定子巻線、２２……固定子巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンの排気管にそれぞれが発電機を有す
   る高圧用排気タービンと低圧用排気タービンとを
   直列に順次設け、前記エンジンの駆動軸にその駆
   動力を助勢する手段となる２系統の巻線を有する
   電動機を設け、かつ前記各発電機からのそれぞれ
   の出力を前記電動機の２系統の巻線にそれぞれ供
   給することを特徴とするエンジンのエネルギー回
   収装置。 ２ 前記電動機は回転数を検出する回転センサが
   設けられ、該回転センサからの検出信号を入力す
   ることにより前記各発電機からのそれぞれの出力
   を制御するコントローラを設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のエンジンのエネル
   ギー回収装置。