JPH0627504B2 - Engine energy recovery system - Google Patents

Engine energy recovery system

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JPH0627504B2
JPH0627504B2 JP61107889A JP10788986A JPH0627504B2 JP H0627504 B2 JPH0627504 B2 JP H0627504B2 JP 61107889 A JP61107889 A JP 61107889A JP 10788986 A JP10788986 A JP 10788986A JP H0627504 B2 JPH0627504 B2 JP H0627504B2
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JP
Japan
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engine
exhaust
generator
power
energy recovery
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JP61107889A
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Japanese (ja)
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JPS62265417A (en
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英男 河村
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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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として回収す
るエンジンのエネルギー回収装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an engine energy recovery device that recovers exhaust energy of an engine as electric power.

(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、シリンダヘッド断熱板、ピスト
ンなどにセラミッ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。
(Prior Art) In recent years, an adiabatic internal combustion engine has been developed in which ceramics are used for each part of the internal combustion engine, for example, the outer wall of the exhaust manifold, the cylinder liner, the heat insulating plate of the cylinder head, the piston, and the like. According to this internal combustion engine, it is not necessary to radiate the heat generated therein to cool the internal combustion engine, and the energy of the generated high temperature exhaust gas is regenerated and returned to the output shaft of the internal combustion engine. It can be used to improve the output of the engine.

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。
As this type of exhaust energy regeneration method, there has been conventionally known a method in which the rotational force of a turbine rotated by exhaust gas is decelerated by a multistage gear mechanism and returned to a crankshaft.

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。
Further, a proposal of a turbo compound engine in which an exhaust turbine having a generator is provided in an exhaust pipe of an engine and electric power from the generator is supplied to an electric motor provided on a rotating shaft of the engine to drive the engine is proposed in Japanese Patent Application No. 60-233935. No.

(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、歯車機構の設備場所に問
題を生ずる。
(Problems to be Solved by the Invention) In such a method of regenerating exhaust energy, the former method of returning the rotational force to the crankshaft by using the gear mechanism is, for example, usually one step in consideration of gear transmission efficiency. Since the efficiency is 0.9 to 0.95, the efficiency is reduced to about 80% in three stages of deceleration, the gear mechanism is complicated, and the cost is increased. In a small passenger car, the space of the engine room is small, which causes a problem in the location of the gear mechanism.

後者のターボコンパウンドエンジンの提案においては、
ターボチャージャ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ッ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。
In the proposal of the latter turbo compound engine,
A generator is provided in each of the two-stage turbines of the turbocharger and the exhaust turbine, and the generated electric power is supplied to the electric motor provided on the rotating shaft of the engine to drive it. However, the method of controlling the voltage of the generator is mechanical operation. Since it is complicated by using the tap selector, there is a weak point in its maintenance and reliability, and there is a problem that concrete measures are not taken when combining the power of each generator and converting to AC output. .

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電力の合成や、
周波数の変換に機械的に作動する手段を使用せず半導体
を用いて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。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to combine electric power of a generator provided in a two-stage turbine,
It is an object of the present invention to provide an energy recovery system for an engine, which uses a semiconductor to improve efficiency without using a mechanically operating means for frequency conversion.

(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、排気タービンブレードと過給用のコン
プレッサブレードとを連結する回転軸には交流発電機の
回転子を取付けたターボチャージャの排気タービンにエ
ンジンの排気マニホールドを接続し、前記排気タービン
の排気口にさらに交流発電機を有する排気タービンを設
けるとともに、前記各交流発電機からの発電電力を互い
に直流に交換する交換手段と、これら交換された直流を
同一周波数の脈流に変換するインバータと、これらイン
バータからの出力を加算・合成する合成手段を設けたこ
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。
(Means for Solving Problems) According to the present invention, an engine is installed in an exhaust turbine of a turbocharger in which a rotor of an alternator is attached to a rotary shaft connecting an exhaust turbine blade and a compressor blade for supercharging. The exhaust manifold is connected, and an exhaust turbine having an AC generator is further provided at the exhaust port of the exhaust turbine, and exchange means for exchanging the generated electric power from the AC generators with each other into direct current, and the exchanged direct current. An energy recovery apparatus for an engine is provided, which is provided with an inverter that converts a pulse current into a pulsating flow having the same frequency and a combining unit that adds and combines outputs from these inverters.

(作用) エンジンの排気管に回転電機と発電機とをそれぞれ有す
る2段タービンを設け、これからの発電電力を半導体素
子を用いた電力の加算・合成する手段にて制御するの
で、正弦波に近似した電力波形が得られる作用がある。
(Function) A two-stage turbine having a rotating electric machine and a generator is provided in the exhaust pipe of the engine, and the generated power from this is controlled by means for adding and combining the power using a semiconductor element, and thus approximates to a sine wave. There is an effect of obtaining the electric power waveform.

(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。
(Example) Next, the Example of this invention is described in detail using drawing.

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ック図である。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of an engine energy recovery system according to the present invention.

第1図において、エンジンAの排気管A1にはターボチ
ャージャBの排気ハウジングB1が取付けられ、エンジ
ンAの排出する排気ガスのエネルギーによって、タービ
ンブレードB2を駆動する。そして、タービンブレード
B2と同軸に設けたコンプレッサブレードB3を駆動す
ることにより、生じた圧気を吸入管A2を介してエンジ
ンAに圧送し給気圧を高めるように構成されている。
In FIG. 1, an exhaust housing B1 of a turbocharger B is attached to an exhaust pipe A1 of an engine A, and a turbine blade B2 is driven by the energy of exhaust gas discharged from the engine A. Then, by driving a compressor blade B3 provided coaxially with the turbine blade B2, the generated compressed air is pressure-fed to the engine A via the suction pipe A2 to increase the supply pressure.

また、タービンブレードB2とコンプレッサブレードB
3との間には回転電機となる交流機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、交流機Cは発電機として作動して、発電され
た電力は整流素子を有する整流装置Dに送電される。
In addition, the turbine blade B2 and the compressor blade B
An AC machine C, which serves as a rotary electric machine, is provided between the AC machine C and the turbine generator 3. When the turbine blade B2 is driven by the energy of the exhaust gas, the AC machine C operates as a generator and the generated power is a rectifying element. Is transmitted to the rectification device D having

Eは発電機Fを有する排気タービンであり、ターボチャ
ージャ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を駆動した後の残留エネルギーによ
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。
E is an exhaust turbine having a generator F, which is connected to the exhaust port of the exhaust housing B1 of the turbocharger B, and the blade E1 is driven by the residual energy after driving the turbine blade B2. Then, the generator F directly connected to the blade E1 is driven, and the generated power is transmitted to the rectifying device G having a rectifying element.

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
相の脈流電力に変換するものである。
H and I are inverters, to which DC power is input respectively from the rectifiers D and G, and according to a command signal from a controller J described later, for example, a thyristor control device is used to set the input DC power to a predetermined value. It is converted into multiphase pulsating flow power of the frequency of.

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交流機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。
Since the thyristor control device used for the inverter H handles electric power from the AC machine C that generates electricity by high-pressure exhaust energy, it has a larger capacity than the thyristor control device used for the inverter I.

Kは電力の加算装置であり、インバータH、およびIか
らの脈流電力を入力し、コントローラJの指令信号に応
じて、入力された脈流電力を合成して電動機Lに送電す
るものである。
K is an adder of electric power, which receives the pulsating electric power from the inverters H and I, synthesizes the inputted pulsating electric power in accordance with a command signal from the controller J, and transmits the combined electric power to the electric motor L. .

電動機Lは、エンジンAの図示してない出力軸や、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Lの力行により、車
両の走行力が助勢されるよう構成されている。そして、
電動機Lの回転数を検出する回転センサL1が設けら
れ、検出した信号をコントローラJに送信する。
The electric motor L is an electric motor that transmits power to an output shaft (not shown) of the engine A, drive shafts of wheels driven by the engine A, and the like. Is configured. And
A rotation sensor L1 for detecting the number of rotations of the electric motor L is provided, and the detected signal is transmitted to the controller J.

コントローラJはマイクロコンピュータにて構成され、
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Lに設けた回転センサL1からの回転数に基
づく検出信号を受信すると、インバータH,Iに対して
は電動機Lを力行させる所定周波数および位相の脈流電
力に変換する指令を送信するよう構成されている。また
該指令と同時に加算装置Kに対して、インバータH、お
よびIからの所定の脈動電力を合成させる指令信号を発
する。
The controller J is composed of a microcomputer,
When it receives a detection signal based on the rotation speed from a rotation sensor L1 provided in the electric motor L, it has an arithmetic unit, a memory, an input / output device, etc. And a command to convert to phase pulsating flow power. At the same time as the instruction, it issues a command signal to the adder K to synthesize a predetermined pulsating power from the inverters H and I.

第2図は脈流電力の合成の一例を示す説明図であり、
(a)および(b)図は交流機C系統の電力を示し、
(e)および(d)図は発電機F系統の電力、(c)図
はこれらの合成電力を氏名、いずれも多相電力の一相分
を示したものである。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the combination of pulsating current power,
Figures (a) and (b) show the power of AC machine C system,
The figures (e) and (d) show the electric power of the generator F system, and the figure (c) shows the names of the combined electric powers thereof, and each shows one phase of the multiphase electric power.

そして、交流機Cの発電電力が整流装置Dにて直流に変
換され、コントローラJの指令にてインバータHにて脈
流に変換され(a)、さらに一部の極性が反転されると
(b)図の如くなる。
Then, the power generated by the AC machine C is converted into DC by the rectifier D, converted into pulsating flow by the inverter H according to a command from the controller J (a), and a part of the polarity is reversed (b). ) It becomes like the figure.

また、発電機Fからの発電電力が整流装置Gにて直流に
変換され、コノトローラJの指令にてインバータIにて
(b)図に示す脈流と同周波数脈流に変換され(e)、
さらに一部の極性が反転されると(d)図の如くなる。
In addition, the power generated from the generator F is converted into direct current by the rectifier G, and is converted into a pulsating flow having the same frequency as the pulsating flow shown in FIG.
When a part of the polarities is inverted, the result is as shown in FIG.

そして、(b)および(d)図の両者の電力を加算装置
Kにて合成すると(c)図の如く正弦波形に近似した交
流電力が得られることを示している。
Then, it is shown that when the powers of both of the figures (b) and (d) are combined by the adder K, the AC power approximated to a sine waveform is obtained as shown in the figure (c).

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。
Next, the operation of the present embodiment thus configured will be described.

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
ーによって、ターボチャージャBのタービンブレードB
2と排気タービンEのブレードE1が回転駆動される
と、それぞれの同軸上に設けられた交流機Cと発電機F
は交流電力を発電する。そして交流機Cからの発電電力
は整流装置Dにより直流となり、発電機Fからの発電電
力は整流装置Gによって直流に変換される。
Turbine blade B of turbocharger B is driven by the energy of exhaust gas discharged by the operation of engine A.
2 and the blade E1 of the exhaust turbine E are rotatably driven, an AC machine C and a generator F provided coaxially with each other.
Generates AC power. The generated power from the alternator C is converted into direct current by the rectifier D, and the generated power from the generator F is converted into direct current by the rectifier G.

ついで、直流となった交流機Cの電力は、コントローラ
Jの指令を受けて作動するインバータHによって、内蔵
したサイリスタの制御作動にて第2図(a→b)の如く
交番する脈流電力に変換される。一方、直流となった発
電機Fの電力はコントローラJの指令を受けて作動する
インバータIに内蔵のサイリスタによって第2図(e→
d)の如く交番する脈流電力に変換される。
Then, the electric power of the AC machine C, which has become a direct current, is converted into pulsating electric power as shown in FIG. 2 (a → b) by the control operation of the built-in thyristor by the inverter H which operates in response to the instruction of the controller J. To be converted. On the other hand, the electric power of the generator F, which has become a direct current, is supplied by a thyristor built in the inverter I which operates in response to a command from the controller J, as shown in FIG.
It is converted into alternating pulsating flow power as shown in d).

そして、これらの脈流電力はコントローラJの指令を受
けて作動する加算装置Kに導かれ、第2図(c)の如く
正弦波形に近似した交流電力に合成されて電動機Lに送
電される。
Then, these pulsating flow powers are guided to an adding device K that operates upon receiving a command from the controller J, are combined into AC power that approximates a sine waveform as shown in FIG. 2 (c), and are transmitted to the electric motor L.

なお、上記の直流→脈流→合成の交換作動に際し、コン
トローラJからの指令信号は、常に回転センサL1の回
転信号に対応して電動機Lを常に力行させる如くインバ
ータH,Iおよび加算装置Kを制御するので、電動機L
は常に力行作動するよう制御される。
During the above-mentioned DC → pulsation → combination exchange operation, the command signal from the controller J causes the inverters H and I and the adder K to constantly drive the electric motor L corresponding to the rotation signal of the rotation sensor L1. Since it is controlled, the electric motor L
Is controlled so that it always powers.

したがって、電動機Lを例えば車輪の駆動軸、またはエ
ンジンAの出力軸に設けた場合には、排気エネルギーを
回生した電気エネルギーにより、車両の走行力を増強す
るよう作動する。
Therefore, when the electric motor L is provided on, for example, the drive shaft of the wheel or the output shaft of the engine A, the electric energy that regenerates the exhaust energy operates to enhance the running force of the vehicle.

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、これらの本発明
の範囲から排除するものではない。
Although the present invention has been described with reference to one embodiment, various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention, and these modifications are not excluded from the scope of the present invention.

(発明の効果) 本発明のエンジンの排気管に交流発電機を設けた排気タ
ービンを2段に設け各交流発電機からの発電電力をDC
−ACに変換する際にインバータにより周波数、電圧等
を自由にコントロールして互いに加算することができる
ので信頼性のあるエネルギー回収を行なうことができ
る。
(Effect of the invention) The exhaust turbine of the engine of the present invention is provided with an AC generator in two stages, and the generated power from each AC generator is DC.
When converting to -AC, the frequency, voltage, etc. can be freely controlled by the inverter and added to each other, so that reliable energy recovery can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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ック図、第2図は脈流電力の合
成の一例を示す説明図である。 A…エンジン、A1…排気管、B…ターボチャージャ、
C…交流機、D…整流装置、E…排気タービン、F…発
電機、G…整流装置、H,I…インバータ、K…加算装
置。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of an engine energy recovery apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing an example of pulsating flow power synthesis. A ... Engine, A1 ... Exhaust pipe, B ... Turbocharger,
C ... Alternator, D ... Rectifier, E ... Exhaust turbine, F ... Generator, G ... Rectifier, H, I ... Inverter, K ... Adder.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】排気タービンブレードと過給用のコンプレ
ッサブレードとを連結する回転軸には交流発電機の回転
子を取付けたターボチャージャの排気タービンにエンジ
ンの排気マニホールドを接続し、前記排気タービンの排
気口にさらに交流発電機を有する排気タービンを設ける
とともに、前記各交流発電機からの発電電力を互いに直
流に交換する交換手段と、これら交換された直流を同一
周波数の脈流に変換するインバータと、これらインバー
タからの出力を加算・合成する合成手段を設けたことを
特徴とするエンジンのエネルギー回収装置。
1. An exhaust manifold of an engine is connected to an exhaust turbine of a turbocharger in which a rotor of an AC generator is attached to a rotary shaft connecting an exhaust turbine blade and a compressor blade for supercharging, An exhaust turbine further having an AC generator at the exhaust port is provided, and exchange means for exchanging the generated electric power from the AC generators with each other into direct current, and an inverter for converting the exchanged direct current into a pulsating current of the same frequency. An energy recovery device for an engine, characterized by comprising a combining means for adding and combining outputs from these inverters.
JP61107889A 1986-05-12 1986-05-12 Engine energy recovery system Expired - Lifetime JPH0627504B2 (en)

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