JPH0579806B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関の排気エネルギーを回生さ
せることの可能な排気タービンを使用したターボ
コンパウンドエンジンのエネルギー回収装置に係
り、特に排気エネルギーにより駆動される発電機
の出力にて、車軸に設けた電動機を回転させてエ
ネルギーの回生を計るターボコンパウンドエンジ
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、排気エネルギー回生装置として、特開昭
59−141713号公報では、交流発電機を有する排気
タービンを排気ガスのエネルギーによつて回転さ
せ、該交流発電機出力にて内燃機関の出力軸に設
けた誘導電動機を駆動して排気エネルギーを回生
するとともに、内燃機関の負荷の大小を判別する
手段を設けて吸気量を制御し、小負荷時には排気
ガス温度を高くする提案がなされている。

（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、３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。後者の排気エネルギー回生装置の提案は、排
気ガスのエネルギーによつて、まず交流電力を制
御して誘導電動機を駆動し、内燃機関の出力軸を
回転させるので、歯車機構を必要とせず、また、
内燃機関の負荷の大小によつて吸気量を制御して
いるが、排気エネルギー回収の効率の点では改良
の余地が存在する。

本発明はこれらの諸点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、歯車機構を使用せず、排気エ
ネルギーを交流電動機にて電気エネルギーに変換
し、該電気エネルギーを効率よく車軸を駆動する
電動機に供給して、排気エネルギー回収効果の高
いターボコンパウンド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） 本発明のターボコンパウンドエンジンのエネル
ギー回収装置は、燃焼室、排気管などを断熱構造
とした内燃機関の排気管内に発電機を有する排気
タービンを設けたターボコンパウンドエンジンの
エネルギー回収装置において、前記内燃機関によ
り駆動される車軸の回転数を検出する検出手段
と、前記車軸に設けられた交流電動機と、該検出
された車輪の回転数を基にして該交流電動機を力
行させる周波数を発生させる手段と、該手段によ
り発生された周波数の電力を該交流電動機に供給
して該交流電動機を駆動する電動機駆動手段とを
具備する。

（作用） 本発明の回収装置では、排気ガスのエネルギー
によつて駆動される排気タービンに設けた発電機
が、車軸の回転数の検出信号によつて周波数制御
された電気エネルギーに変換され、車軸を駆動す
る電動機を力行させて車輪の回転力を助勢するの
で、排気エネルギー→電気エネルギー→車輪駆動
力となり、効率の高いエネルギー回収装置として
作用する。

（実施例） つぎに本発明の一実施例について図面を用いて
詳細に説明する。

第１図は本発明は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説明図であり、第２
図はその一部分を変形した構成を示す部分構成図
である。

第１図において、１はエンジンであり、ピスト
ン１ａ、シリンダライナ１ｂなどの燃焼室と、排
気ポート１ｃがセラミツクスよりなる断熱構造を
構成し、排気マニホールド２には交流発電機４を
備えた排気タービン３が取付けられている。

排気タービン３の回転軸には、交流発電機４の
回転軸が直結して取付けられ、排気マニホールド
２から排出される高温の排気ガスによりタービン
ブレード３ａが駆動されると、交流発電機４は高
い周波数の交流電力を発電する。なお、５はエン
ジン１に燃料を噴射する噴射ポンプであり、該噴
射ポンプ５の燃料噴射量を検出して負荷信号FS
を発する負荷センサ６が取付けられている。７は
コンバータであり、例えばサイクロコンバータに
て構成され、交流発電機から高い周波数の交流電
力が入力されると、低い周波数の交流電力に効率
よく変換して出力するものである。そして、この
周波数変換作動は、車軸の回転数を検出する回転
センサ８からの回転信号WSと、前記負荷センサ
６からの負荷信号FSとにより制御される。

９は車軸１０と同軸に回転軸を設けた電動機で
あり、コンバータ７から出力される交流電力を供
給されて車輪１１を駆動するものである。そし
て、電動機９に供給される交流電力の周波数は、
常に前記回転信号WSと負荷信号FSとにより制御
され、電動機９を力行させて駆動する周波数とな
るようにコンバータ７より出力される。したがつ
て、電動機９の力行による駆動力により、車輪１
１はその回転数に拘らず、いつも回転力を助勢さ
れて駆動されている。

第２図において、１２は整流器、１３はインバ
ータであり、第１図に示す交流発電機４の出力を
整流器１２に入力し、整流器１２からの直流をイ
ンバータ１３に供給して、このインバータ１３を
車軸の回転数を検出する回転センサ８からの回転
信号WSと、前記負荷センサ６からの負荷信号FS
とにより制御している。こうして所定周波数の交
流電力に変換した後、上記電動機９を駆動するも
のである。

つぎに、このような構成になる本実施例の作動
を説明する。

断熱構造を備えたエンジン１からの高温の排気
ガスが排気マニホールド２を介して排気タービン
３に導かれ、タービンブレード３ａに直結された
交流発電機４を駆動する。そして、交流発電機４
にて発電された交流電力は、コンバータ７に入力
される。

コンバータ７では、負荷センサ６からの負荷信
号FSと、車軸１０の回転センサ８からの回転信
号とが受信されており、これらの信号に対応して
交流発電機４の発電電力の高い周波数を、前述の
ように、電動機９に供給する低い周波数の交流電
力に変換して、電動機９を駆動する。このため、
電動機９は車軸１０の回転数の大小に拘らず、常
に力行作動して車軸１０を駆動し、車輪１１の回
転力を助勢することになる。

また、第２図の構成においても、交流発電機４
にて排気エネルギーを電気エネルギーに変換し、
この電気エネルギーにて車軸１０の回転数に対応
して電動機９を力行させ、車輪１１を駆動するこ
とができ、これらは第１図の作動と同様である。
しかし、電気エネルギーの送達系路に整流器１２
とインバータ１３とが挿入されると、これらの電
気機器での損失が加重されるので、排気エネルギ
ー回収の総合効率は、第１図の構成のものに比す
るとやゝ効率の低下が免れない。

以上のように、本発明を上記の実施例により説
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） 以上詳細に説明したように本発明は、断熱構造
を有するエンジンの排気ガスを、排気タービンに
導いて交流発電機を駆動し、排気エネルギーを電
気エネルギーに変換してコンバータに入力し、車
軸の回転信号と負荷信号とにより、コンバータに
て変換する交流電力の周波数を制御して、常に電
動機を力行させる周波数の交流電力とするので、
歯車機構を必要とせず、電気エネルギーの送達に
ついても非常に効率のよい排気エネルギー回収装
置を得ることができる。

また、排気タービンの回転数とエンジン負荷で
ある駆動軸の回転数とは無関係であるので、排気
タービンの回転はタービン効率が最大になるよう
に保持が可能であり、エネルギーの回収効率も高
く保持できる。

なお、本発明は排気エネルギーの回収に当り、
エネルギーの送達経路の使用部材数を減してある
ので、エネルギーの損失が少なく、さらに、使用
部材の信頼性が向上し、保守コストが低減する効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジンの排気エネルギ
ー回収装置の一実施例を示す構成説明図、第２図
はその一部分を変形した構成を示す部分構成図で
ある。 １……エンジン、１ａ……ピストン、１ｂ……
シリンダライナ、３……排気タービン、４……交
流発電機、６……負荷センサ、７……コンバー
タ、８……回転センサ、９……電動機、１０……
車軸、１１……車輪。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼室、排気管などを断熱構造とした内燃機
   関の排気管内に発電機を有する排気タービンを設
   けたターボコンパウンドエンジンのエネルギー回
   収装置において、前記内燃機関により駆動される
   車軸の回転数を検出する検出手段と、前記車軸に
   設けられた交流電動機と、該検出された車輪の回
   転数を基にして該交流電動機を力行させる周波数
   を発生させる手段と、該手段により発生された周
   波数の電力を該交流電動機に供給して該交流電動
   機を駆動する電動機駆動手段とを具備することを
   特徴とするターボコンパウンドエンジンのエネル
   ギー回収装置。