JPS6219574B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンにおける排気および制動エ
ネルギー回収装置に関する。

内燃機関であるガソリンエンジンやデイーゼル
エンジンは、燃料をシリンダ内で燃焼させて発生
するエネルギーによつてピストンを押し下げて出
力を発生し、シリンダ内での燃焼により発生した
排気ガスはそのまま排気マニホールドから外気方
向に排出される。この排気ガスは高温かつ高圧で
あり、まだかなりのエネルギーを保持している。

ところで、最近内燃機関の各部たとえば排気マ
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、排気バルブ、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。この内燃機関は、従来の如くその内部に
発生した熱を放熱して内燃機関を冷却するという
ことを行わず、従来のものよりも高熱の排気ガス
を取り出してこのエネルギーをクランク軸に帰還
させて運転効率を高めようとするものであつて、
従来から行なわれているものを説明すると、排気
ガスにより回転されるタービンを排気口近くに配
設せしめておき、このタービンから得られた余剰
の回転力を多段のギヤによる速度変換により減速
し、クランク軸に帰還させるものであるが、排気
タービンの回転は非常に高速であり、それをエン
ジンのクランク軸へ伝達するためには約1/20〜1/
１００の減速を行うことが必要であり、かつクラツ
チの設置を必要とするなど、かかる装置はエネル
ギー回収装置全体の構造が複雑であり、かつ伝達
効率も悪いため、内燃機関全体の値段を高価なも
のにするばかりか運転効率もあまり良くはなく、
部分負荷では使用できないという欠点もあつて、
あまり有効なものではなかつた。またエンジンブ
レーキ時に発生する動力は何ら有効に利用される
ことなく放置されていた。

本発明は、このような従来の欠点を改善せんと
するものであり、その目的は、内燃機関の排気ガ
スが保持しているエネルギーを効率良く回収して
クランク軸に効率良く帰還せしめることができる
とともに、エンジンブレーキ時の動力も有効に利
用できるような排気および制動エネルギー回収装
置を提供することにある。

次に本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説
明する。

図は本発明の構成を示し、同図中１は断熱形式
のエンジンである。このエンジンは、前述のよう
に、シリンダライナー、シリンダヘツド断熱板、
排気バルブ、ピストンなどにセラミツクスを使用
した断熱式のものである。２は排気マニホールド
であり、内壁はセラミツクスで構成されて、断熱
構造となつている。排気マニホールド２の先端に
は、排気タービン３が接続されている。４は高圧
の交流発電機であり、その回転軸は排気タービン
３のタービン軸と直結している。交流発電機４
は、回転子が永久磁石で構成され、固定側に電機
子巻線を配設した２極交流発電機である。この交
流発電機４は、排気タービン３により、最高１分
間に約10万回程度の回転数で駆動されるので、回
転子は細くかつ回転軸方向に長く形成されてお
り、高速回転により生ずる遠心力を極力少なくし
て、回転子の破壊を防止している。また、この交
流発電機４は高速回転であるため、自動車用とし
ては高電圧の約200V程度、周波数約3.5KHz程度
の交流電圧を発生する。５はエンジン１のクラン
クシヤフトであり、先端にギヤ６を有している。
７は直流電動機であり、その回転軸に設けた電動
機ギヤ１３は前記ギヤ６と噛合うように配置され
る。この直流電動機７は電動機ギヤ１３、ギヤ６
を介してほぼエンジン１の回転数とマツチする回
転数で動作するようにする。８はエレクトロニク
スコントローラであり、電流の変換、調整をする
とともに、アクセルスイツチ１０からの信号およ
びギヤポジシヨンスイツチ９からの信号およびエ
ンジンブレーキ状態（直流電動機７が発電機とし
て作動する場合）を検出し、エンジンブレーキ時
には、直流電動機７の界磁を強めることにより誘
導起電力を強めるか（分巻電動機）、直巻巻線の
接続を変更する（直巻電動機）等の制御動作を行
わせ、従来の直流電動機を発電機に変更すること
により発電される。１１は発電機のレギユレータ
あるいは電圧変換器で、エンジンブレーキ時の発
電電流をバツテリ１２へ蓄電するために設けられ
ている。直流電動機７が通常電動機あるいは発電
機として作動する場合は200V等の高電圧である
が、自動車等に塔載されているバツテリ１２の電
圧は12Vあるいは24Vであり、両者の間には前記
電圧変換器１１のような電圧変換システムが必要
なのである。

次に本発明の動作について説明する。

エンジン１が回転を始めて、エンジン１から高
温の排気ガスが排出されると、排気タービン３が
作動し始め、交流発電機４が駆動されて発電を始
める。交流発電機４で発生した電力を直流電動機
７に供給してこれを駆動しようとするが、排気タ
ービン３の回転数が小さいため、交流発電機４の
出力電圧も小さく、直流電動機７を駆動するに至
らない。

一方、直流電動機７はエンジン１により回転さ
れ、発電機となつて直流電圧を発生し、この状態
およびアクセルスイツチ１０、ギヤポジシヨン９
からの信号をエレクトロニクスコントローラ８が
検出し、発電機として作動する直流電動機７およ
び電圧変換器を制御し、該発電機７で発生した電
流をバツテリ１２へ蓄電させる。

エンジン１の回転数が漸次上昇して排気ガスの
量も多くなり、その温度も上昇すると、交流発電
機４の出力電圧も上昇し、逐に直流電動機７を駆
動するようになる。そして、直流電動機７はエン
ジン１のクランクシヤフト５をその出力が増加す
る方向に駆動するため、排気ガスが有するエネル
ギーが回収されてエンジン１のクランクシヤフト
５に帰還される。エンジン１の回転数が変化して
もエレクトロニクスコントローラ８が調整をする
ので、直流電動機７を最適負荷条件のもとで駆動
できるように制御する。

また、何かの原因で直流電動機７は過大な負荷
がかかり、定格以上の電流が流れようとすると、
これもエレクトロニクスコントローラ８が検出
し、電流を調節し、常に直流電動機７を最適負荷
条件のもとで駆動できるように制御する。

このような回路構成にすれば、回路全体を高電
圧の回路系にて構成できるので、自動車で通常使
用されている12Vあるいは24V系の回路構成に比
べて、損失も少なくなる。

以上詳細に説明したように、本発明は、エンジ
ンの排気マニホールド先端に配設した排気タービ
ンのタービン軸に交流発電機の回転軸を直結する
とともに、前記エンジンの出力軸に直流電動機の
回転軸を駆動連結し、交流発電機から発生する電
気エネルギーを直流電動機に与えてこれを駆動
し、直流電動機の出力をエンジンの出力軸に帰還
せしめ、さらに前記直流電動機にはバツテリを接
続し、該直流電動機が発電機として作動するとき
の電力を貯えるように構成したので、従来の装置
のように全負荷状態のみしか排気エネルギーを回
収してエンジンに帰還させることができないもの
や、エンジンブレーキ時に発生する動力を何ら有
効に利用されることなく放置されていたものと異
なり、エンジンの部分出力時において排気エネル
ギーのエンタルピーが低い時でも容易に回収で
き、エンジンブレーキ時の発生電力も有効に使わ
れることになる。また、従来の機械系にて排気エ
ネルギーを回収するものに比べて摩擦損失が少な
く、電気回路抵抗損失も回路電圧を高くするなど
して減少させることができるので、従来のものに
比べてエンジンの燃焼効率を飛躍的に増進させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す構成図である。 １……エンジン、２……排気マニホールド、３
……排気タービン、４……交流発電機、５……ク
ランクシヤフト、７……直流電動機、１２……バ
ツテリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部で発生する熱の放熱を抑制し、排気ター
   ビンを備えたエンジンにおいて、前記排気タービ
   ンのタービン軸に交流発電機の回転軸を直結する
   とともに前記エンジンの出力軸に直流電動機の回
   転軸を駆動連結し、交流発電機から発生する電気
   エネルギーを直流電動機に与えてこれを駆動し、
   直流電動機の出力をエンジンの出力軸に帰還せし
   め、さらに前記直流電動機にはバツテリを接続
   し、該直流電動機が発電機として作動するときの
   電力を貯えるようにしたことを特徴とするエンジ
   ンの排気エネルギー回収装置。