JP2003020971A - Diesel engine generator, engine, and method of driving diesel engine - Google Patents
Diesel engine generator, engine, and method of driving diesel engineInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン発電機、ディーゼルエンジン、及び、及び、ディーゼ
ルエンジンの駆動方法に関し、特に、排ガスエネルギー
回収システムを持ちその回収システムにインバータが設
けられているディーゼルエンジン発電機、ディーゼルエ
ンジン、及び、ディーゼルエンジンの駆動方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diesel engine generator, a diesel engine, and a driving method of a diesel engine, and more particularly to a diesel engine having an exhaust gas energy recovery system and an inverter provided in the recovery system. The present invention relates to a generator, a diesel engine, and a driving method of a diesel engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】電力供給の安定的拡大と環境の保全との
調和が求められている。そのような調和のために、熱機
関と発電機との組合せの多様性が求められる。燃費効率
がよいディーゼルエンジンは、発電機と組合せられるこ
とによりそのような多様性を更に豊かにする。非常用と
して考えられてきたディーゼルエンジン発電機は、分散
発電のような多様化のために常態用発電機として重要視
されている。2. Description of the Related Art Harmonization of stable expansion of power supply and environmental protection is required. For such harmony, a variety of combinations of heat engine and generator is required. Fuel-efficient diesel engines enhance such versatility when combined with a generator. Diesel engine generators, which have been considered for emergency use, are regarded as important as normal-state generators because of diversification such as distributed generation.
【0003】図9は、4気筒4ストロークのディーゼル
エンジンの概要を示している。基盤に支持される出力軸
101は、4つの連接リンクを含むクランク群102を
介して4つのシリンダを含む機械的出力群103に機械
的に接続している。燃料噴射ポンプ104から燃料供給
管105を介して、燃料が噴射的に各シリンダの燃焼室
に供給される。ターボチャージャー106から給気管1
07を介して、空気が各シリンダの燃焼室に供給され
る。空気と燃料の噴射的供給のタイミングは、出力軸1
01に歯車108を介して同期的に接続して回転するカ
ム軸109のカムの回転位相に同期している。燃焼室内
の排ガスは排気管110を介して排出される。FIG. 9 shows an outline of a 4-cylinder 4-stroke diesel engine. The output shaft 101 supported by the base is mechanically connected to a mechanical output group 103 including four cylinders via a crank group 102 including four connecting links. Fuel is injected from the fuel injection pump 104 via the fuel supply pipe 105 into the combustion chamber of each cylinder. Air supply pipe 1 from turbocharger 106
Air is supplied to the combustion chamber of each cylinder via 07. The timing of injection supply of air and fuel depends on the output shaft 1
01 is synchronized with 01 via a gear 108 to synchronize with the rotation phase of the cam of a cam shaft 109 that rotates. Exhaust gas in the combustion chamber is exhausted via the exhaust pipe 110.
【0004】着火前の起動時には、燃焼室に供給される
圧縮空気により機械的出力群103のピストンが駆動さ
れる。その圧縮空気により定格回転数の10分の1程度
の回転数速度間で出力軸101の回転が昇速して、燃焼
室の着火が開始する。このような起動時の圧縮空気の着
火の後は、出力軸101は燃料の燃焼により自律的に定
格回転数まで昇速することができる。カムによりタイミ
ングを制御され圧縮空気供給系が大型になるカム式ディ
ーゼルエンジンでは、着火開始時の回転数は定格回転数
の10分の1の程度に抑えられている。そのようなカム
でタイミングが機械的に制御される燃料噴射開閉弁はそ
の開閉周期が長く、燃焼室内の燃料の拡散が不均一であ
り、噴霧される燃料は小さく理想的な球体になり難く、
始動時の燃焼が均一になり難い。このような不均一性
は、排気ガス中に有色煙と未燃ガスの発生を抑制するこ
とを困難にしている。始動時の有色煙の排出は、特に、
嫌われている。At startup before ignition, the compressed air supplied to the combustion chamber drives the pistons of the mechanical output group 103. The compressed air speeds up the rotation of the output shaft 101 at a rotational speed of about 1/10 of the rated rotational speed, and ignition of the combustion chamber starts. After the ignition of the compressed air at the time of starting, the output shaft 101 can autonomously increase its speed to the rated speed by burning the fuel. In a cam diesel engine in which the timing is controlled by a cam and the compressed air supply system is large, the rotation speed at the start of ignition is suppressed to about 1/10 of the rated rotation speed. The fuel injection opening / closing valve whose timing is mechanically controlled by such a cam has a long opening / closing cycle, the fuel diffusion in the combustion chamber is uneven, and the sprayed fuel is small and hardly becomes an ideal sphere.
Combustion at start is difficult to be uniform. Such non-uniformity makes it difficult to suppress the generation of colored smoke and unburned gas in the exhaust gas. The emission of colored smoke at startup is especially
Hated
【0005】ディーゼルエンジンの本体であるシリンダ
の軸方向端面壁111には、図10に示されるように、
燃料供給弁器具112、空気供給弁器具113、燃焼ガ
ス排出弁器具114、始動時用圧縮空気弁器具115が
配置されている。シリンダの軸方向端面壁111の内面
形状は、定常運転時に最適であるように設計されてい
て、始動時には最適切になっていない。特に、コーナー
部分であるデッドスペースの形状は適切ではない。この
ようなデッドスペースの存在は、有色煙の発生の原因に
なっていると考えられている。As shown in FIG. 10, the axial end wall 111 of the cylinder, which is the main body of the diesel engine, is
A fuel supply valve device 112, an air supply valve device 113, a combustion gas discharge valve device 114, and a startup compressed air valve device 115 are arranged. The inner surface shape of the axial end wall 111 of the cylinder is designed to be optimal during steady operation, and is not optimal at the time of starting. In particular, the shape of the dead space at the corner is not appropriate. The existence of such a dead space is considered to be a cause of generation of colored smoke.
【0006】エンジン出力軸が差動歯車を介してモータ
に軸結合されてハイブリッド化され市街地の排気ガスの
排出を抑制するディーゼルエンジンは知られているが、
燃費効率が考慮されたハイブリッド化ディーゼルエンジ
ンは知られていない。酸素と燃料の化学反応である燃焼
の熱エネルギーをピストンの機械的エネルギーに変換す
る公知の熱機関では、燃焼時特に着火時のピストンの位
相又は速度の制御は、エンジンの構造的・機械的設計に
従って物理的に制約されていて、ピストンの2πの周期
のうちの任意の位相に対応する速度は制御され得ない。A diesel engine is known in which an engine output shaft is hybridized by being axially coupled to a motor through a differential gear to suppress exhaust gas emission in a city area.
There is no known hybrid diesel engine that considers fuel efficiency. In a known heat engine that converts thermal energy of combustion, which is a chemical reaction of oxygen and fuel, into mechanical energy of a piston, control of the phase or speed of the piston during combustion, particularly during ignition, is performed by structural / mechanical design of the engine. Physically constrained according to, the velocity corresponding to any phase of the 2π period of the piston cannot be controlled.
【0007】ディーゼルエンジン本体に大気を導入する
ためのコンプレッサを駆動するタービンに発電機が軸結
合する分散発電用のディーゼルエンジン(ABB社製)
は、図11に示されるように知られている。エンジン本
体121から排出される排ガスの熱エネルギーを回収す
るタービン122にコンプレッサ123が軸結合されて
いる。排ガスの熱エネルギーの一部は、大気をエンジン
本体121に過給的に導入するためのエネルギーとして
利用され、排ガスの熱エネルギーの残余の一部は、ター
ビン122に軸結合する発電機124により電気エネル
ギーとして回収される。発電機124に回収される電気
エネルギーは、インバータ125により周波数変換さ
れ、主発電機126の出力をスイッチング機器127に
より位相変換された発主電機出力電力とともに系統に供
給される。A diesel engine for distributed power generation (ABB) in which a generator is axially coupled to a turbine that drives a compressor for introducing the atmosphere into the diesel engine body.
Are known as shown in FIG. A compressor 123 is axially coupled to a turbine 122 that recovers thermal energy of exhaust gas discharged from the engine body 121. Part of the thermal energy of the exhaust gas is used as energy for supercharging the atmosphere into the engine body 121, and the remaining part of the thermal energy of the exhaust gas is generated by the generator 124 that is axially coupled to the turbine 122. Recovered as energy. The electric energy recovered by the generator 124 is frequency-converted by the inverter 125, and the output of the main generator 126 is supplied to the grid together with the main electric machine output power whose phase is converted by the switching device 127.
【0008】窒素酸化物を含む排ガス対策とは別に、始
動時の有色煙と未燃ガスの発生を抑制する技術の確立が
第1に求められる。始動時の有色煙の発生をディーゼル
エンジンに限って実現することが当面の課題として次に
重要である。更には、燃焼の物理的状態を最適切化する
ことができる駆動技術をディーゼルエンジンに限らず
に、有害ガスの発生の抑制と燃費効率の向上とを同時に
実現する技術の確立が求められる。Apart from measures against exhaust gas containing nitrogen oxides, the first requirement is to establish a technique for suppressing the generation of colored smoke and unburned gas at the time of starting. The next important issue for the time being is to realize the generation of colored smoke at the time of starting only for diesel engines. Further, it is required to establish a driving technique capable of optimizing the physical state of combustion not only for the diesel engine but also for suppressing the generation of harmful gas and improving fuel efficiency at the same time.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、始動
時の有色煙と未燃ガスの発生を抑制する技術を確立する
ことができるディーゼルエンジン発電機、ディーゼルエ
ンジン、及び、ディーゼルエンジンの駆動方法を提供す
ることにある。本発明の他の課題は、特に、ディーゼル
発電機の始動時の有色煙の発生を抑制することができる
ディーゼルエンジン発電機、ディーゼルエンジン、及
び、ディーゼルエンジンの駆動方法を提供することにあ
る。本発明の他の課題は、更に、燃焼の物理的状態を最
適切化する技術を確立することができるディーゼルエン
ジン発電機、ディーゼルエンジン、及び、ディーゼルエ
ンジンの駆動方法を提供することにある。本発明の別な
課題は、燃焼の物理的状態を最適切化する技術を確立す
ることができるエンジンを提供することにある。DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a diesel engine generator, a diesel engine, and a diesel engine drive capable of establishing a technique for suppressing the generation of colored smoke and unburned gas at the time of starting. To provide a method. Another object of the present invention is to provide a diesel engine generator, a diesel engine, and a method for driving a diesel engine, which can suppress the generation of colored smoke at the time of starting the diesel generator. Another object of the present invention is to further provide a diesel engine generator, a diesel engine, and a driving method of the diesel engine, which can establish a technique for optimizing a physical state of combustion. Another object of the present invention is to provide an engine capable of establishing a technique for optimizing the physical state of combustion.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧()つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも1つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。Means for solving the problem Means for solving the problem are expressed as follows. The technical matters appearing in the expression are accompanied by parentheses (), and numbers, symbols and the like are added. The numbers, symbols and the like are technical matters constituting at least one embodiment or plural examples of the embodiments or plural examples of the present invention, particularly the embodiment or examples. It corresponds to the reference numbers, reference symbols, etc. attached to the technical matters expressed in the drawings corresponding to. Such reference numbers and reference symbols clarify correspondences and bridges between the technical matters described in the claims and the technical matters of the embodiments or examples. Such correspondence / bridge does not mean that the technical matters described in the claims are limited to the technical matters of the embodiment or the examples.
【0011】本発明によるディーゼルエンジン発電機
は、エンジン出力軸(4)と、エンジン出力軸(4)に
結合する発電機(5)とから構成されている。エンジン
出力軸(4)の回転位相は、発電機(5)の出力側に入
力される制御用電力により時系列的に制御される。位相
の時系列的制御は、速度の制御又は加速度の制御であ
る。エンジン出力軸(4)の回転位相は、シリンダ内ピ
ストンの線形位相にクランク機構を介して機械的に対応
している。発電機(5)の出力側に入力される制御用電
力がその発電機(5)に入力される場合には、その発電
機は発電機機能を喪失していてモータとして機能する。
そのモータの機械的出力により、ピストンが駆動され
る。発電機(5)の運転には、2つのモードが与えられ
ている。その2つのモードは、発電機モードと電動機モ
ードとから形成されている。発電機モードと電動機モー
ドは、エンジン出力軸の回転数の増減に対応して選択的
に切り換えられる。The diesel engine generator according to the present invention comprises an engine output shaft (4) and a generator (5) connected to the engine output shaft (4). The rotational phase of the engine output shaft (4) is time-sequentially controlled by the control power input to the output side of the generator (5). The time-sequential control of phase is control of velocity or control of acceleration. The rotational phase of the engine output shaft (4) mechanically corresponds to the linear phase of the piston in the cylinder via the crank mechanism. When the control power input to the output side of the generator (5) is input to the generator (5), the generator loses the generator function and functions as a motor.
The mechanical output of the motor drives the piston. There are two modes of operation of the generator (5). The two modes are formed of a generator mode and an electric motor mode. The generator mode and the electric motor mode are selectively switched according to the increase / decrease in the rotation speed of the engine output shaft.
【0012】エンジン出力軸(4)の回転位相は着火前
に制御され、その結果として、ピストンの位相が着火前
に時系列的に制御され得る。ピストンは、徐々に増速さ
れ、その1サイクルの周期は、着火可能周期まで短縮さ
れる。その回転位相は、着火前に限られず着火後にも制
御され得る。着火後の制御により、着火後定常運転前の
ピストンの位相が最適切に時系列的に制御され、更に、
定常運転後の負荷変動による回転数の乱れが制御され
る。モータの回転子の回転位相に同期的に燃料と燃焼用
空気の導入が行われる場合には、タイミング制御機構で
あるカム機構は不要化され得る。エンジン出力軸(4)
の回転位相は、ピストンの回転位相又は線形位相にクラ
ンク軸を介して1対1に同相化されている。The rotation phase of the engine output shaft (4) is controlled before ignition, and as a result, the phase of the piston can be controlled in time series before ignition. The piston is gradually accelerated, and the cycle of the one cycle is shortened to the ignitable cycle. The rotation phase can be controlled not only before ignition but also after ignition. By the control after ignition, the phase of the piston after ignition and before steady operation is optimally controlled in time series.
Disturbance of the rotation speed due to load fluctuation after steady operation is controlled. When the fuel and the combustion air are introduced in synchronization with the rotation phase of the rotor of the motor, the cam mechanism that is the timing control mechanism may be unnecessary. Engine output shaft (4)
The rotational phase of is in phase with the rotational phase or linear phase of the piston via the crankshaft in a one-to-one manner.
【0013】従来のシステムと同様に、電力変換器が追
加されることが好ましい。電力変換器(17)に系統
(19)から系統内電力が入力される。電力変換器(1
7)は、その系統内電力を既述の制御電力に変換する。
ABB社の公知システムで用いられているインバータで
ある電力変換器(17)は、ピストンの位相制御のため
に利用され得る。電力変換器(17)は、そのような公
知システムとの比較では設備コストをアップさせる主原
因にならない。As with conventional systems, additional power converters are preferably added. The power in the grid is input from the grid (19) to the power converter (17). Power converter (1
7) converts the power in the grid to the control power described above.
The power converter (17), which is the inverter used in the known system of ABB, can be used for the phase control of the piston. The power converter (17) is not the main cause of increased equipment costs compared to such known systems.
【0014】始動時に系統(19)を電力変換器(1
7)を介して発電機(5)に接続する電気回路と、定常
時に発電機(5)を電力変換器(17)を介さないで系
統(19)に接続する回路とを切り換える切替スイッチ
が追加されることは、単一インバータを共用することが
できる点で好ましい。At start-up, the system (19) is connected to the power converter (1
Addition of a changeover switch for switching between an electric circuit connected to the generator (5) via 7) and a circuit connecting the generator (5) to the grid (19) without the power converter (17) in a steady state. It is preferable that the single inverter can be shared.
【0015】排ガスの熱エネルギーを回収する回収発電
機(15)が更に追加されることが好ましい。このよう
な回収発電機(15)は、公知システムにも設けられて
いる。回収発電機(15)が出力する回収電力は、電力
変換器(17)を介して系統(19)に供給されて回収
される。回収発電機(15)にタービン(14)が軸結
合していることは、公知システムに同じである。タービ
ン(14)は、排ガスにより回転駆動され、その熱エネ
ルギーはタービン(14)を介して回収発電機(15)
により回収される。A recovery generator (15) for recovering the thermal energy of the exhaust gas is preferably further added. Such a recovery generator (15) is also provided in the known system. The recovered power output by the recovery generator (15) is supplied to the system (19) via the power converter (17) and recovered. The axial coupling of the turbine (14) to the recovery generator (15) is similar to known systems. The turbine (14) is rotatably driven by the exhaust gas, and the thermal energy of the turbine (14) is recovered via the turbine (14).
Will be collected by.
【0016】燃焼室に燃焼用空気を供給するコンプレッ
サ(13)は、タービン(14)と回収発電機(15)
とを介して電力変換器(17)に接続している。コンプ
レッサ(13)はタービン(14)に機械的に軸結合し
ている。コンプレッサ(13)には、電力変換器(1
7)と回収発電機(15)とタービン(14)を介し
て、系統(19)の電力が機械力に変換されて入力され
ることが可能である。この場合、コンプレッサにより吐
出される燃焼用空気の吐出量が制御され得る。The compressor (13) for supplying combustion air to the combustion chamber comprises a turbine (14) and a recovery generator (15).
Is connected to the power converter (17) via. The compressor (13) is mechanically axially coupled to the turbine (14). The compressor (13) includes a power converter (1
Electric power of the system (19) can be converted into mechanical power and input through 7), the recovery generator (15), and the turbine (14). In this case, the discharge amount of the combustion air discharged by the compressor can be controlled.
【0017】本発明によるディーゼルエンジンは、エン
ジン出力軸(4)と、エンジン出力軸(4)に結合する
モータとから構成されている。エンジン出力軸(4)の
回転位相はモータの回転位相の制御により時間的に又は
時系列的に制御される。モータとしては、入出力関係が
逆転した発電機(5)がそのままに利用され得るが、発
電機(5)とは別にモータが専用的に発電機(5)に代
えられて用いられ、又は、発電機とモータとが同軸に又
は差動歯車を介して結合されハイブリッド化されること
が可能である。The diesel engine according to the invention comprises an engine output shaft (4) and a motor coupled to the engine output shaft (4). The rotation phase of the engine output shaft (4) is controlled in time or in time series by controlling the rotation phase of the motor. As the motor, the generator (5) whose input / output relationship is reversed can be used as it is, but the motor is used in place of the generator (5) exclusively in place of the generator (5), or It is possible that the generator and the motor are coaxially coupled or via a differential gear and hybridized.
【0018】本発明によるディーゼルエンジンの駆動方
法は、エンジン出力軸(4)の回転位相をモータの回転
位相の制御により時系列的に制御するステップから構成
されている。始動時にモータによりピストンのサイクル
を短縮するステップが更に追加される。その制御するス
テップは、着火時又は着火時近傍の時間領域で、燃焼室
を形成するピストンをモータにより加速することにより
その燃焼室の容積を1サイクルの中で拡大するステップ
を備えている。このことは、始動時に有色煙の発生を抑
制することができる点で重要である。この場合、その拡
大するステップは1サイクルの中で着火前に実行され
る。燃焼室のこのような急速拡大は、燃焼室内の燃料液
体微小粒の拡散を有効に促進する。その拡散は、有色煙
と未燃ガスの発生を有効に抑制する。着火は、これが厳
密に定義されることは困難であるが、ピストンを熱的エ
ネルギーにより急速に加速し始める初期燃焼として定義
される。The method for driving a diesel engine according to the present invention comprises steps of controlling the rotational phase of the engine output shaft (4) in time series by controlling the rotational phase of the motor. An additional step of shortening the piston cycle by the motor at start-up is added. The step of controlling includes the step of expanding the volume of the combustion chamber in one cycle by accelerating the piston forming the combustion chamber with a motor at the time of ignition or in the time region near the time of ignition. This is important in that the generation of colored smoke can be suppressed at the time of starting. In this case, the expanding step is performed before ignition in one cycle. Such rapid expansion of the combustion chamber effectively facilitates the diffusion of fuel liquid microparticles within the combustion chamber. The diffusion effectively suppresses the generation of colored smoke and unburned gas. Ignition, which is difficult to define exactly, is defined as the initial combustion at which the piston begins to accelerate rapidly due to thermal energy.
【0019】その拡大するステップは、燃焼室の容積が
最小になって拡大を開始する拡大初期時に実行されるこ
とが好ましい。その拡大するステップは、後述されるθ
j=f(tj)の関数形態に依存して、ディーゼルエン
ジンの始動時に限られ得る。定常運転時の位相制御は、
シリンダの最適設計によって自律的に最適化され得る自
律的最適化制御が行われる場合にも、モータの回転子の
位相を強制的に制御して、ピストンの位相を更に最適に
補正することは否定されない。本発明による位相制御
は、ディーゼルエンジンに限られず、熱エネルギーを機
械的回転エネルギーに変換するピストン式エンジンの全
ての形式で有効である。The step of expanding is preferably carried out at the beginning of expansion when the volume of the combustion chamber is minimized and expansion is initiated. The expansion step will be described later in θ.
Depending on the functional form of j = f (tj), it may only be at start-up of the diesel engine. Phase control during steady operation is
Even if autonomous optimization control, which can be optimized autonomously by the optimal design of the cylinder, is performed, it is denied that the phase of the rotor of the motor is forcibly controlled to more optimally correct the phase of the piston. Not done. The phase control according to the present invention is effective not only for diesel engines but also for all types of piston engines that convert thermal energy into mechanical rotational energy.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】図に対応して、本発明によるディ
ーゼルエンジン発電機の実施の形態は、ディーゼルエン
ジン用のシリンダ群が電動機発電機とともに設けられて
いる。そのシリンダ群1は、図1に示されるように、4
つの要素シリンダ2から構成されている。4つの要素シ
リンダ2は、それぞれに、シリンダ本体とピストンとか
ら構成されている。線形的に往復運動するそれらのピス
トンは、それぞれに、クランク機構3を介して単一のエ
ンジン出力軸4に回転的に結合している。電動機発電機
5は、電磁相互作用的に入力と出力が対称であり、固定
子に電気的入力を与えて回転子に機械的回転力を与え、
その回転子に機械的回転力を与えてその固定子から電気
的出力を取り出す入出力対称的電磁相互作用機器であ
り、2態様の入出力関係の選択により、電動機モードで
用いられる電動機又は発電機モードで用いられる発電機
として選択的に用いられ得る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Corresponding to the drawings, in the embodiment of a diesel engine generator according to the present invention, a cylinder group for a diesel engine is provided together with a motor generator. The cylinder group 1 has four cylinders, as shown in FIG.
It is composed of one element cylinder 2. Each of the four element cylinders 2 is composed of a cylinder body and a piston. The linearly reciprocating pistons are each rotationally coupled to a single engine output shaft 4 via a crank mechanism 3. The motor generator 5 is symmetrical in its input and output by electromagnetic interaction, and gives an electric input to the stator to give a mechanical torque to the rotor.
An input / output symmetrical electromagnetic interaction device that gives a mechanical rotational force to the rotor to extract an electric output from the stator, and is used in a motor mode by selecting an input / output relationship between two modes. It can be selectively used as a generator used in the mode.
【0021】出力軸4の出力側端部は、電動機発電機5
の入出力軸6に軸カップリング7を介して結合してい
る。電動機発電機5は、回転数とトルクの両方をダイナ
ミックに制御することができ、シリンダ群1の1つのシ
リンダのピストンの位相を時刻点列上で制御することが
できる。ピストンの位相がθjで表され時刻がtjで表
されれば、θj=f(tj)であり、電動機発電機5の
モータ機能は、1周期の全周期又は部分周期で、θj=
f(tj)を実現する。この関数は、プログラムにより
自由に作成され得る。The output side end of the output shaft 4 is connected to the motor generator 5.
Is connected to the input / output shaft 6 via a shaft coupling 7. The motor generator 5 can dynamically control both the rotation speed and the torque, and can control the phase of the piston of one cylinder of the cylinder group 1 on the time point sequence. If the phase of the piston is represented by θj and the time is represented by tj, then θj = f (tj), and the motor function of the motor generator 5 is θj = in one full cycle or partial cycle.
Realize f (tj). This function can be freely created by the program.
【0022】エンジン出力軸4の非出力側端部には、4
つの同軸的回転カム8が形成されている。同軸的回転カ
ム8は、タイミング機構9に接続している。同軸的回転
カム8の4つの同軸的回転カム8の複数作用点は、それ
ぞれに互いにπ/2の回転位相のズレを有している。タ
イミング機構9は、4つの信号群を生成する。信号群
は、電気的又は機械的である。4つの信号群は、第1信
号群11−1と第2信号群11−2と第3信号群11−
3と第4信号群11−4とから形成されている。At the non-output side end of the engine output shaft 4, 4
Two coaxial rotary cams 8 are formed. The coaxial rotating cam 8 is connected to the timing mechanism 9. The plurality of action points of the four coaxial rotary cams 8 of the coaxial rotary cam 8 have a deviation of a rotation phase of π / 2 from each other. The timing mechanism 9 generates four signal groups. The signal group is electrical or mechanical. The four signal groups are the first signal group 11-1, the second signal group 11-2, and the third signal group 11-.
3 and a fourth signal group 11-4.
【0023】4つの要素シリンダ2の燃焼室には、燃料
タンク(図示されず)から燃料供給ポンプ12を介して
燃料がそれぞれに供給される。4つの要素シリンダ2の
燃焼室には、コンプレッサ13を介して空気が供給され
る。燃焼により生成される排ガスは、熱回収タービン1
4を介して排出される。1番目の要素シリンダ2に関す
る燃料供給と空気供給と排ガス排出のための弁開閉タイ
ミングのサイクルは、第1信号群11−1により制御さ
れる。2番目の要素シリンダ2に関する燃料供給と空気
供給と排ガス排出のための弁開閉タイミングのサイクル
は、第2信号群11−2により制御される。3番目の要
素シリンダ2に関する燃料供給と空気供給と排ガス排出
のための弁開閉タイミングのサイクルは、第3信号群1
1−3により制御される。4番目の要素シリンダ2に関
する燃料供給と空気供給と排ガス排出のための弁開閉タ
イミングのサイクルは、第4信号群11−1により制御
される。Fuel is supplied to the combustion chambers of the four element cylinders 2 from a fuel tank (not shown) via a fuel supply pump 12. Air is supplied to the combustion chambers of the four element cylinders 2 via a compressor 13. Exhaust gas generated by combustion is the heat recovery turbine 1
It is discharged via 4. The cycle of valve opening / closing timings for fuel supply, air supply, and exhaust gas discharge regarding the first element cylinder 2 is controlled by the first signal group 11-1. The cycle of valve opening / closing timings for fuel supply, air supply, and exhaust gas discharge regarding the second element cylinder 2 is controlled by the second signal group 11-2. The cycle of valve opening / closing timings for fuel supply, air supply, and exhaust gas discharge regarding the third element cylinder 2 is the third signal group 1
It is controlled by 1-3. The cycle of valve opening / closing timings for fuel supply, air supply, and exhaust gas discharge regarding the fourth element cylinder 2 is controlled by the fourth signal group 11-1.
【0024】コンプレッサ13が熱回収タービン14に
同軸的に結合していることは、公知システムに同じであ
る。熱回収タービン14の出力軸は、熱回収発電機15
の回転子軸に結合している。熱回収発電機15の副電気
的出力線16は、可逆的交流直流変換器又は可逆的交流
交流変換器(例示:インバータ)17に接続している。
インバータ17は、入出力端交代スイッチング回路1
7’を備えることが可能である。入出力端交代スイッチ
ング回路17’の非可逆的構成の具体例は、後述され
る。The fact that the compressor 13 is coaxially coupled to the heat recovery turbine 14 is identical to known systems. The output shaft of the heat recovery turbine 14 is a heat recovery generator 15
Is connected to the rotor shaft of. The sub-electrical output line 16 of the heat recovery generator 15 is connected to a reversible AC / DC converter or a reversible AC / AC converter (example: inverter) 17.
The inverter 17 is an input / output terminal switching circuit 1
It is possible to provide 7 '. A specific example of the irreversible configuration of the input / output terminal alternation switching circuit 17 'will be described later.
【0025】熱回収タービン14と熱回収発電機15と
インバータ17が互いに直列に結合し、要素シリンダ2
が排出する排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーと
して回収することができる点は、公知のエネルギー回収
システムに同じである。発電機である電動機発電機5の
主電気的出力線18は、電気供給先系統19まで延長さ
れて電気供給先系統19に接続されている。インバータ
17の発電時の電気的出力線20は、電気的出力線18
と並列に電気供給先系統19に接続している。The heat recovery turbine 14, the heat recovery generator 15, and the inverter 17 are connected in series to each other, and the element cylinder 2
As in the known energy recovery system, the thermal energy of the exhaust gas discharged by the engine can be recovered as electrical energy. The main electrical output line 18 of the electric motor generator 5 which is a generator is extended to the electricity supply destination system 19 and connected to the electricity supply destination system 19. The electric output line 20 at the time of power generation of the inverter 17 is the electric output line 18
Is connected in parallel to the electricity supply destination system 19.
【0026】熱回収発電機15とインバータ17との間
に、第1切替スイッチ21が介設されている。電動機発
電機5と電気供給先系統19との間に、第2切替スイッ
チ22が介設されている。インバータ17の熱回収発電
機15に対向する側は、非発電時用電気線23を介して
電動機発電機5に接続している。インバータ17の電気
供給先系統19に対向する側は、第2切替スイッチ22
を介さないで電気供給先系統19に接続している。非発
電時用電気線23には、第3切替スイッチ24が介設さ
れている。A first changeover switch 21 is provided between the heat recovery generator 15 and the inverter 17. A second changeover switch 22 is provided between the motor generator 5 and the electricity supply system 19. The side of the inverter 17 facing the heat recovery generator 15 is connected to the motor generator 5 via the non-power generation electric wire 23. The side of the inverter 17 facing the electricity supply system 19 has a second changeover switch 22.
It is connected to the electricity supply system 19 without going through. A third changeover switch 24 is provided on the electric line 23 for non-power generation.
【0027】シリンダ群1は、始動時と定常時に分けら
れて運転される。定常時の運転状態である定常運転時の
定格回転数は、Nで表される。始動に際して、第3切替
スイッチ24が閉じられ、第1切替スイッチ21と第2
切替スイッチ22とが開かれる。電気供給先系統19か
ら電力がインバータ17に入力電力として供給される。
インバータ17が交流交流変換器である場合が、以下に
述べられる。The cylinder group 1 is operated separately at the time of starting and at the time of steady state. The rated rotation speed during steady operation, which is a normal operating state, is represented by N. At the time of starting, the third changeover switch 24 is closed, and the first changeover switch 21 and the second changeover switch
The changeover switch 22 is opened. Electric power is supplied from the electricity supply destination system 19 to the inverter 17 as input power.
The case where the inverter 17 is an AC / AC converter is described below.
【0028】その交流電力は、インバータ17で周波数
変換を受けて、交流電力を出力する。その交流電力の出
力は、インバータ17のパワートランジスタ群(又は、
サイリスタ群)のスイッチング制御を受けて、任意の周
波数の交流電力を出力する。電動機発電機5は、そのよ
うな交流電力に同期し又は電磁誘導されて、任意の回転
数(rpm)の軸回転力を軸カップリング7を介してエ
ンジン出力軸4に出力する。今の場合、エンジン出力軸
4はシリンダ群1に対して入力軸になっている。The AC power is subjected to frequency conversion by the inverter 17 and output as AC power. The output of the AC power is the power transistor group of the inverter 17 (or
It receives the switching control of the thyristor group) and outputs AC power of an arbitrary frequency. The motor generator 5 outputs a shaft rotational force of an arbitrary rotational speed (rpm) to the engine output shaft 4 via the shaft coupling 7 in synchronization with such AC power or electromagnetically induced. In this case, the engine output shaft 4 is an input shaft for the cylinder group 1.
【0029】その軸回転数の周波数(回転数、rpm)
を徐々に上げkNまで上げていく。kは1を含み1より
小さい任意設定可変数である。kは0.1(従来の値)
より大きいことが好ましい。kとして、その適正値が設
定される。kが設定値になれば、4つの要素シリンダ2
の燃焼室に燃料と空気とが供給される。燃料と空気を供
給する時系列的供給位相は、機械的に同期して回転する
同軸的回転カム8のカム動作位相により機械的に決定さ
れる。同軸的回転カム8のカム動作位相は、調整可能で
あり既に調整ずみである。そのカム動作位相は、燃料供
給と空気供給に関して独立に又は非独立に定常運転時
(定格回転運転時)に最適であるように調整されてい
る。Frequency of the shaft rotation speed (rotation speed, rpm)
Gradually increase to kN. k is an arbitrarily set variable number including 1 and smaller than 1. k is 0.1 (conventional value)
It is preferably larger. The appropriate value is set as k. If k reaches the set value, four element cylinders 2
Fuel and air are supplied to the combustion chamber of the. The time-series supply phase for supplying fuel and air is mechanically determined by the cam operation phase of the coaxial rotary cam 8 which rotates in synchronization with each other mechanically. The cam operating phase of the coaxial rotating cam 8 is adjustable and already adjusted. The cam operation phase is adjusted to be optimum for steady operation (during rated rotation operation) independently or independently of fuel supply and air supply.
【0030】4つの要素シリンダ2は、kが設定値にな
ったときに、1/2πの位相のずれで順次に初期的に着
火する。その初期的着火の後は、自律的に着火を続け、
自律的に周期が短くなり増速してkが1に到達して定格
回転数Nの定常運転状態に入る。kは1又は1に近い数
であることが好ましい。The four element cylinders 2 are initially ignited sequentially with a phase shift of 1 / 2π when k reaches a set value. After that initial ignition, continued ignition autonomously,
The cycle is shortened autonomously, the speed is increased, k reaches 1, and the steady operation state of the rated speed N is entered. It is preferable that k is 1 or a number close to 1.
【0031】シリンダ群1が定常運転状態に入れば、第
3切替スイッチ24が開かれ、第1切替スイッチ21と
第2切替スイッチ22とが閉じられる。コンプレッサ1
3は、始動時には図示されない駆動機により駆動される
か、又は、電気供給先系統19から供給される電力によ
り駆動され得る。コンプレッサ13が電気供給先系統1
9から供給される電力により駆動される場合は、電気供
給先系統19から供給される交流電力がインバータ17
により高周波交流電力に変換され、その高周波交流電力
により熱回収発電機15が回転駆動され、熱回収発電機
15に軸結合する熱回収タービン14が機械的回転力を
受けて回転駆動され、熱回収タービン14に軸結合する
コンプレッサ13が回転駆動される。When the cylinder group 1 enters the steady operation state, the third changeover switch 24 is opened and the first changeover switch 21 and the second changeover switch 22 are closed. Compressor 1
3 can be driven by a driving machine (not shown) at the time of start-up, or can be driven by electric power supplied from the electricity supply system 19. The compressor 13 is the electricity supply system 1
When driven by the electric power supplied from the inverter 9, the AC power supplied from the electricity supply destination system 19 is the inverter 17
Is converted into high-frequency AC power by the high-frequency AC power, the heat recovery generator 15 is rotationally driven by the high-frequency AC power, and the heat recovery turbine 14 axially coupled to the heat recovery generator 15 is mechanically rotated to be rotationally driven to recover heat. The compressor 13 axially coupled to the turbine 14 is rotationally driven.
【0032】定常運転に入れば、熱回収タービン14の
回転出力がコンプレッサ13に入力され、燃焼用空気が
圧縮されてコンプレッサ13から要素シリンダ2の燃焼
室に燃料とともに同期的に供給される。In the steady operation, the rotation output of the heat recovery turbine 14 is input to the compressor 13, the combustion air is compressed, and is supplied from the compressor 13 to the combustion chamber of the element cylinder 2 together with the fuel in a synchronous manner.
【0033】熱回収タービン14が出力する機械的出力
は、同軸的に軸結合する熱回収発電機15に機械的に入
力する。熱回収発電機15は、その機械的入力を高周波
交流出力に変換して出力する。その高周波交流出力は、
第1切替スイッチ21を介してインバータ17に入力す
る。インバータ17に入力する高周波交流電力は、イン
バータ17によりその高周波数より低い低周波数の低周
波数交流回収電力に変換されて電気供給先系統19に供
給される。The mechanical output of the heat recovery turbine 14 is mechanically input to the heat recovery generator 15 which is coaxially and axially coupled. The heat recovery generator 15 converts the mechanical input into a high frequency AC output and outputs it. The high frequency AC output is
Input to the inverter 17 via the first changeover switch 21. The high frequency AC power input to the inverter 17 is converted by the inverter 17 into low frequency AC recovery power having a low frequency lower than the high frequency and supplied to the electricity supply system 19.
【0034】定常状態に入れば、要素シリンダ2からク
ランク機構3を介して回転力を受けるエンジン出力軸4
が回転駆動される。エンジン出力軸4に軸結合する電動
機発電機5の回転子は定格回転数で回転し、電動機発電
機5はエンジン出力軸4の機械的回転エネルギーを定格
周波数の交流電力に変換し、その交流電力を第2切替ス
イッチ22を介して電気供給先系統19に供給する。When the steady state is entered, the engine output shaft 4 receives the rotational force from the element cylinder 2 via the crank mechanism 3.
Is driven to rotate. The rotor of the electric motor generator 5 axially coupled to the engine output shaft 4 rotates at the rated speed, and the electric motor generator 5 converts the mechanical rotational energy of the engine output shaft 4 into AC power of the rated frequency, which AC power. Is supplied to the electricity supply destination system 19 via the second changeover switch 22.
【0035】電動機発電機5は、始動時には回転数制御
モータとして動作し、定常時には発電機特に定格回転数
発電機として動作する。ここで、電気的入力を機械的出
力に変換する電磁相互作用機器がモータといわれ、機械
的入力を電気的出力に変換する電磁相互作用機器が発電
機といわれる。The electric motor generator 5 operates as a rotation speed control motor at the time of starting, and operates as a generator, particularly a rated rotation speed generator, at a steady state. Here, an electromagnetic interaction device that converts an electrical input into a mechanical output is called a motor, and an electromagnetic interaction device that converts a mechanical input into an electrical output is called a generator.
【0036】図2は、各要素シリンダ2のピストンの時
間的変位Sを示している。変位Sが最大になる位置P
で、その燃焼室の容積は最小になっている。ディーゼル
エンジンでは、容積最小位置又はその近傍領域で、燃料
が自発的に着火する。そのような位置又は領域で、着火
前の燃焼室内の圧力は最大圧力又は最大圧力領域にあ
り、着火前の燃焼室内の燃料ガス混合流体の温度は最高
温度又は最高温度領域にある。そのような領域は、定格
回転数の常態的運転時に最適切になるように設計されて
いる。着火点P’が、図2に表されている。着火点P’
は、容積最小位置Pより時間的に僅かに遅れていると考
えられる。本発明によるディーゼルエンジン発電機は、
着火直前の10ms程度の時間帯の急速加速部分が実線
31で示されるように、最小容積位置Pにあるピストン
を公知装置のそれに比べてより急速に加速して燃焼室容
積をより急速に拡大する。公知装置では、点線曲線部分
31’上の点P”で着火する。点P’と点P”が同じ時
刻にあるならば、点P”に対応する燃焼室容積は、点
P’に対応する燃焼室容積よりも小さい。急速加速部分
31の急速加速の幾何学的な動的状態は、インバータ1
7のパワートランジスタ群のスイッチング制御により任
意に実現され得る。FIG. 2 shows the time displacement S of the piston of each element cylinder 2. Position P where displacement S is maximum
Therefore, the volume of the combustion chamber is minimized. In a diesel engine, fuel spontaneously ignites at or near the minimum volume position. At such position or region, the pressure in the combustion chamber before ignition is in the maximum pressure or maximum pressure region, and the temperature of the fuel gas mixture fluid in the combustion chamber before ignition is in the maximum temperature or maximum temperature region. Such areas are designed to be optimal during normal operation at rated speed. The ignition point P'is represented in FIG. Ignition point P '
Is considered to be slightly behind in time the minimum volume position P. The diesel engine generator according to the present invention comprises:
As indicated by the solid line 31 in the rapid acceleration portion in the time period of about 10 ms immediately before ignition, the piston in the minimum volume position P is accelerated more rapidly than that of the known device to expand the combustion chamber volume more rapidly. . In the known device, ignition occurs at the point P "on the dotted curve portion 31 '. If the point P'and the point P" are at the same time, the combustion chamber volume corresponding to the point P "corresponds to the point P'. Smaller than the combustion chamber volume The geometrical dynamic state of the rapid acceleration of the rapid acceleration portion 31 is the inverter 1
It can be arbitrarily realized by switching control of the power transistor group of No. 7.
【0037】着火直前の急速短時間加速は、シリンダ内
の燃料の拡散を補助的に促進する。このような促進によ
り、始動時にシリンダから排出される有色煙と未燃ガス
の発生を効果的に抑制することができる。電動機発電機
5は、任意の時刻で電動機から発電機に切換えられて発
電機モードで運転され、任意の時刻で発電機から電動機
に切換えられて電動機モードで運転される。任意の時刻
で電動機機能と発電機機能を選択的に採ることができ
る。電動機発電機5は、始動時に限られず、定常運転時
の負荷変動に起因するピストン位相の乱れを正常化する
ことができ、負荷変動時の有色煙と未燃ガスの発生を効
果的に抑制する。The rapid short time acceleration immediately before ignition assists diffusion of fuel in the cylinder. By such promotion, generation of colored smoke and unburned gas discharged from the cylinder at the time of starting can be effectively suppressed. The motor generator 5 is switched from the motor to the generator at an arbitrary time to operate in the generator mode, and switched from the generator to the motor at an arbitrary time to operate in the motor mode. The motor function and the generator function can be selectively adopted at any time. The motor generator 5 can normalize the disturbance of the piston phase due to the load change during the steady operation, not limited to the start, and effectively suppress the generation of colored smoke and unburned gas during the load change. .
【0038】電動機発電機5に直列に電動機を結合する
ことができる。この場合、電動機発電機5が発電機とし
て専用されその電動機が電動機として専用されるよう
に、そのモータと発電機とがハイブリッド化され得る。An electric motor can be connected in series with the electric motor generator 5. In this case, the motor and the generator may be hybridized so that the motor generator 5 is dedicated as a generator and the motor is dedicated as an electric motor.
【0039】コンプレッサ13が熱回収タービン14か
ら機械的に切り離されることは、好ましい。熱回収ター
ビン14と熱回収発電機15とが機械的に切り離される
ことは好ましい。熱回収タービン14が熱回収発電機1
5から切り離される場合、要素シリンダ2から排出され
る排気ガスにより駆動される別なタービンが熱回収発電
機15に軸結合される。コンプレッサ13を駆動するエ
ネルギー回収タービンと熱回収発電機15を駆動するエ
ネルギー回収タービンとの2つのタービンを配置すれ
ば、コンプレッサ駆動用エネルギーと電気的回収エネル
ギーとの配分をより適正化することができる。It is preferred that the compressor 13 be mechanically decoupled from the heat recovery turbine 14. It is preferable that the heat recovery turbine 14 and the heat recovery generator 15 be mechanically separated. The heat recovery turbine 14 is the heat recovery generator 1.
When separated from 5, another turbine driven by the exhaust gas discharged from the element cylinder 2 is axially coupled to the heat recovery generator 15. By disposing two turbines, an energy recovery turbine that drives the compressor 13 and an energy recovery turbine that drives the heat recovery generator 15, it is possible to further optimize the distribution of the compressor driving energy and the electrical recovery energy. .
【0040】インバータの使用は、従来必要であった始
動用圧縮空気を燃焼室に導入する空気供給弁を不要化す
る。そのような空気供給弁が配置されているために必然
的に生じるシリンダ燃焼室のデッドスペースがなくな
り、シリンダの構造設計の自由度が増大し、定常運転時
の発電効率を高くすることができる。このような始動空
気弁レスエンジンは、始動用空気供給制御弁を不要化す
ることができるとともに、弁始動用空気圧縮用コンプレ
ッサと始動用高圧空気供給配管を更に不要化することが
できる。The use of the inverter eliminates the air supply valve for introducing the compressed air for start-up, which has been conventionally required, into the combustion chamber. Since the dead space of the cylinder combustion chamber, which is inevitably caused by the arrangement of such an air supply valve, is eliminated, the degree of freedom in the structural design of the cylinder is increased, and the power generation efficiency during steady operation can be increased. In such a starting air valveless engine, the starting air supply control valve can be eliminated, and the valve starting air compression compressor and the starting high pressure air supply pipe can be further eliminated.
【0041】インバータ17は、交流入力電力を周波数
変換して交流出力電力に可逆的に変換する装置として記
述されているが、電気供給先系統19の物理的使用状態
に対応して可逆的交流直流変換器に代替され得る。The inverter 17 is described as a device for reversibly converting the AC input power into the AC output power, but the reversible AC / DC corresponding to the physical use state of the electricity supply destination system 19. It can be replaced by a converter.
【0042】図3は、本発明による名称の実施の他の形
態を示し、可逆的でないインバータを用いるモード切替
の機器回路構成を示している。シリンダ群1とクランク
群3とから構成されるエンジン本体のエンジン出力軸4
は、既述の通り、電動機発電機5に軸結合している。コ
ンプレッサ13が熱回収タービン14に軸結合し、電動
機発電機5と電気供給先系統19との間に主電気的出力
線18が介設されている点は、実施の既述の形態に同じ
である。実施の本形態では、追加タービン41が追加さ
れテイル。熱回収発電機15は、追加タービン41に軸
結合している。熱回収発電機15とインバータ17との
間に第1切替スイッチ21が介設されている点は、実施
の既述の形態に同じである。インバータ17の入力側と
出力側は、交替することがない。FIG. 3 shows another embodiment of the name according to the present invention, which shows a mode switching equipment circuit configuration using a non-reversible inverter. An engine output shaft 4 of an engine body including a cylinder group 1 and a crank group 3.
Is axially coupled to the motor generator 5 as described above. The compressor 13 is axially coupled to the heat recovery turbine 14, and the main electrical output line 18 is interposed between the motor generator 5 and the electricity supply system 19, which is the same as the above-described embodiment. is there. In this embodiment, an additional turbine 41 is added to the tail. The heat recovery generator 15 is axially coupled to the additional turbine 41. The point that the first changeover switch 21 is interposed between the heat recovery generator 15 and the inverter 17 is the same as the above-described embodiment. The input side and the output side of the inverter 17 do not alternate.
【0043】主電気的出力線18と電気供給先系統19
の間に、第4切替スイッチ42が追加されている。イン
バータ17の出力側と第4切替スイッチ42の間に第1
変圧器43が介設されている。第1変圧器43と第4切
替スイッチ42との間に、第5切替スイッチ44が介設
されている。インバータ17の入力側と電気供給先系統
19との間に、モード選択用回路線45が介設されてい
る。モード選択用回路線45に第2変圧器46が介設さ
れている。インバータ17の入力側と第2変圧器46の
間に、第6切替スイッチ47が介設されている。第2変
圧器46と電気供給先系統19との間に、第7切替スイ
ッチ48が介設されている。Main electrical output line 18 and electricity supply system 19
In between, a fourth changeover switch 42 is added. Between the output side of the inverter 17 and the fourth changeover switch 42, the first
The transformer 43 is provided. A fifth changeover switch 44 is interposed between the first transformer 43 and the fourth changeover switch 42. A mode selection circuit line 45 is provided between the input side of the inverter 17 and the electricity supply system 19. A second transformer 46 is provided on the mode selection circuit line 45. A sixth changeover switch 47 is provided between the input side of the inverter 17 and the second transformer 46. A seventh changeover switch 48 is provided between the second transformer 46 and the electricity supply destination system 19.
【0044】始動時の電動機モードでは、第7切替スイ
ッチ48と第6切替スイッチ47と第5切替スイッチ4
4と主電気的出力線18とがともにタイミング制御によ
り同時的に閉じられ、且つ、第1切替スイッチ21と第
5切替スイッチ44とが共にそのタイミング制御により
同時的に開かれる。電気供給先系統19から逆供給され
る電力は、第7切替スイッチ48と第2変圧器46と第
6切替スイッチ47とを介してインバータ17に入力
し、インバータ17により周波数制御を受けて周波数変
換され、更に、第1変圧器43と第5切替スイッチ44
と主電気的出力線18とを介して電動機発電機5に制御
電力として入力される。その制御電力によりエンジン本
体のシリンダ群1のエンジン出力軸4の回転位相が時系
列的に制御されることは、既述の通りである。In the electric motor mode at the time of starting, the seventh changeover switch 48, the sixth changeover switch 47, and the fifth changeover switch 4
4 and the main electrical output line 18 are simultaneously closed by the timing control, and both the first changeover switch 21 and the fifth changeover switch 44 are simultaneously opened by the timing control. The electric power reversely supplied from the electricity supply destination system 19 is input to the inverter 17 via the seventh changeover switch 48, the second transformer 46 and the sixth changeover switch 47, and subjected to frequency control by the inverter 17 for frequency conversion. Further, the first transformer 43 and the fifth changeover switch 44
And as a control power to the motor generator 5 via the main electrical output line 18. As described above, the control power controls the rotational phase of the engine output shaft 4 of the cylinder group 1 of the engine body in time series.
【0045】定格運転時の発電機モードでは、第7切替
スイッチ48と第6切替スイッチ47と第5切替スイッ
チ44とがともにタイミング制御により同時的に開か
れ、且つ、第1切替スイッチ21と第5切替スイッチ4
4とが共にそのタイミング制御により同時的に閉じら
れ、主電気的出力線18はそのままに閉じられている。
発電機として動作する電動機発電機5の発電電力は、主
電気的出力線18と第4切替スイッチ42とを介して電
気供給先系統19に供給される。エンジン本体から排出
される排ガスは、熱回収タービン14に供給されるとと
もに追加タービン41に供給される。熱回収タービン1
4と追加タービン41とを通過した排ガスは、脱硝装置
49を介して排出される。追加タービン41の回転エネ
ルギーは、熱回収発電機15により電気エネルギーとし
て回収される。その回収電気エネルギーは、第1切替ス
イッチ21を介してインバータ17に入力され周波数変
換を受け、第1変圧器43と第5切替スイッチ44とを
介して電気供給先系統19に供給される。インバータ1
7の出力である回収電力と電動機発電機5の発電電力
は、電動機発電機5の出力電圧に同期して動作する第5
切替スイッチ44のスイッチング制御により、同期的に
重なり合って電気供給先系統19に供給される。In the generator mode during rated operation, the seventh changeover switch 48, the sixth changeover switch 47 and the fifth changeover switch 44 are simultaneously opened by timing control, and the first changeover switch 21 and the fifth changeover switch 5 Changeover switch 4
4 and 4 are simultaneously closed by the timing control, and the main electrical output line 18 is closed as it is.
The electric power generated by the motor generator 5 that operates as a generator is supplied to the electricity supply destination system 19 via the main electric output line 18 and the fourth changeover switch 42. The exhaust gas discharged from the engine body is supplied to the heat recovery turbine 14 and the additional turbine 41. Heat recovery turbine 1
The exhaust gas that has passed through the No. 4 and the additional turbine 41 is discharged via the denitration device 49. The rotation energy of the additional turbine 41 is recovered as electric energy by the heat recovery generator 15. The recovered electric energy is input to the inverter 17 via the first changeover switch 21, subjected to frequency conversion, and supplied to the electricity supply destination system 19 via the first transformer 43 and the fifth changeover switch 44. Inverter 1
The recovered power, which is the output of No. 7, and the generated power of the motor generator 5, operate in synchronization with the output voltage of the motor generator 5.
By the switching control of the changeover switch 44, they are synchronously overlapped and supplied to the electricity supply destination system 19.
【0046】図4は、本発明による名称の実施の更に他
の形態を示している。追加タービン41が追加されてい
る点は、実施の図3の形態に同じである。実施の本形態
では、追加タービン41の回収エネルギーを電気エネル
ギーに変換する専用の発電機は省略され、その発電機に
対応するインバータは設けられていない。追加タービン
41の出力軸は、エンジン出力軸4に減速ギア群51を
介して、エンジン出力軸4に軸結合している。発電機5
に位相制御用電力が供給される点は、実施の既述の形態
に同じである。FIG. 4 shows yet another form of implementation of the name according to the invention. The point that the additional turbine 41 is added is the same as the embodiment of FIG. In the present embodiment, a dedicated generator for converting the energy recovered from the additional turbine 41 into electric energy is omitted, and an inverter corresponding to the generator is not provided. The output shaft of the additional turbine 41 is axially coupled to the engine output shaft 4 via the reduction gear group 51. Generator 5
The point that the phase control power is supplied to is the same as that of the above-described embodiment.
【0047】図5〜図7は、ターボコンパウンドシステ
ムの変形例を模式構造的に示している。図8は、公知の
ターボシングルシステムを図5〜図8のシステムとの比
較のために示している。4つの変形例で、コンプレッサ
Aが用いられている点は、共通している。図5のターボ
コンパウンドシステムは、2つのタービンB1,B2が
排ガス通路中に並列に配置されている。2つのタービン
B1,B2のうちの1つB1はコンプレッサAに軸結合
し、2つのタービンB1,B2のうちの他の1つB2
は、排ガスエネルギー回収用発電機Gに軸結合してい
る。5 to 7 schematically show modified examples of the turbo compound system. FIG. 8 shows a known turbo single system for comparison with the system of FIGS. The four modified examples have in common that the compressor A is used. In the turbo compound system of FIG. 5, two turbines B1 and B2 are arranged in parallel in the exhaust gas passage. One of the two turbines B1, B2, B1, is axially coupled to the compressor A and the other one of the two turbines B1, B2, B2.
Is axially coupled to an exhaust gas energy recovery generator G.
【0048】図6のターボコンパウンドシステムは、2
つのタービンB1,B2が排ガス通路中に直列に配置さ
れている。2つのタービンB1,B2のうちの1つB2
はコンプレッサAに軸結合し、2つのタービンB1,B
2のうちの他の1つB1は、排ガスエネルギー回収用発
電機Gに軸結合している。タービンB2は、排ガス通路
中でタービンB1より後流側に配置されている。The turbo compound system of FIG.
Two turbines B1 and B2 are arranged in series in the exhaust gas passage. One of the two turbines B1 and B2 B2
Is axially coupled to the compressor A and has two turbines B1, B
The other one B2 of the two is axially coupled to the exhaust gas energy recovery generator G. The turbine B2 is arranged downstream of the turbine B1 in the exhaust gas passage.
【0049】図7のターボコンパウンドシステムは、2
つのタービンB1,B2が排ガス通路中に並列に配置さ
れている。2つのタービンB1,B2のうちの1つB1
はコンプレッサAに軸結合し、2つのタービンB1,B
2のうちの他の1つB2は、排ガスエネルギー回収用発
電機Gに軸結合している。タービンB2は、排ガス通路
中でタービンB1より後流側に配置されている。インバ
ータIは、4つの変形例でそれぞれに自由に使用され
る。The turbo compound system of FIG.
Two turbines B1 and B2 are arranged in parallel in the exhaust gas passage. One of the two turbines B1, B2 B1
Is axially coupled to the compressor A and has two turbines B1, B
The other one B2 of the two is axially coupled to the exhaust gas energy recovery generator G. The turbine B2 is arranged downstream of the turbine B1 in the exhaust gas passage. The inverter I is freely used in each of the four variants.
【0050】[0050]
【発明の効果】本発明によるディーゼルエンジン発電
機、ディーゼルエンジン、及び、ディーゼルエンジンの
駆動方法は、有色煙の発生を抑制し、未燃焼を抑制す
る。更には、有色煙の発生と未燃焼の抑制とは独立に、
ピストン位相の最適制御により、燃費効率を向上させる
ことができる。エンジン設計の自由度が拡大される。EFFECTS OF THE INVENTION The diesel engine generator, the diesel engine, and the driving method of the diesel engine according to the present invention suppress the generation of colored smoke and suppress unburned smoke. Furthermore, independently of the generation of colored smoke and suppression of unburned smoke,
Optimum control of the piston phase can improve fuel efficiency. The degree of freedom in engine design is expanded.
【図1】図1は、本発明によるディーゼルエンジン発電
機の実施の形態を示す機器系統付きの電気回路図であ
る。FIG. 1 is an electric circuit diagram with an equipment system showing an embodiment of a diesel engine generator according to the present invention.
【図2】図2は、ピストンの位相を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a phase of a piston.
【図3】図3は、本発明によるディーゼルエンジン発電
機の実施の他の形態を示す機器系統付きの電気回路図で
ある。FIG. 3 is an electric circuit diagram with an equipment system showing another embodiment of the diesel engine generator according to the present invention.
【図4】図4は、本発明によるディーゼルエンジン発電
機の実施の更に他の形態を示す機器系統付きの電気回路
図である。FIG. 4 is an electric circuit diagram with an equipment system showing still another embodiment of the diesel engine generator according to the present invention.
【図5】図5は、ターボコンパウンドシステムの1例を
示す機器配置図である。FIG. 5 is a device layout diagram showing an example of a turbo compound system.
【図6】図6は、ターボコンパウンドシステムの他の1
例を示す機器配置図である。FIG. 6 is another one of the turbo compound systems.
It is a device layout drawing which shows an example.
【図7】図7は、ターボコンパウンドシステムの更に他
の1例を示す機器配置図である。FIG. 7 is a device layout diagram showing still another example of the turbo compound system.
【図8】図8は、公知のターボ配置を示す機器配置図で
ある。FIG. 8 is a device layout view showing a known turbo layout.
【図9】図9は、公知のディーゼルエンジンの主要構成
を示す一部断面付き斜軸投影図である。FIG. 9 is a perspective view with a partial cross-section showing a main configuration of a known diesel engine.
【図10】図10は、公知のシリンダの燃焼室の一部を
示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a part of a combustion chamber of a known cylinder.
【図11】図11は、公知のディーゼルエンジン発電機
を示す機器配置図である。FIG. 11 is an equipment layout diagram showing a known diesel engine generator.
4…エンジン出力軸 5…発電機 13…コンプレッサ 14…タービン 15…回収発電機 17…電力変換器 19…系統 4 ... Engine output shaft 5 ... Generator 13 ... Compressor 14 ... Turbine 15 ... Recovery generator 17 ... Power converter 19 ... System
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // F02B 41/10 F02B 41/10 Z (72)発明者 柚木 晃広 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 石田 裕幸 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 角田 明 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重工 業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 新井 武 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重工 業株式会社横浜製作所内 Fターム(参考) 3G005 DA02 GD07 HA14 JA39 JB26 3G093 AA16 BA19 BA20 CA01 EB00 EB09 5H590 AA02 CA07 CA29 CD03 CE01 CE02 EA01 EA07 EA10 EA14 FA01 FA05 FA08 FC12 FC26─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) // F02B 41/10 F02B 41/10 Z (72) Inventor Akihiro Yuzuki Akihiro Yuki, Kanazawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture 8-1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Yokohama Research Laboratory (72) Inventor Hiroyuki Ishida 5-717-1, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Sanryo Heavy Industries Co., Ltd. Nagasaki Research Laboratory (72) Inventor Akira Kakuda Naka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 12 Nishikicho Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Yokohama Works (72) Inventor Takeshi Arai 12 Nishikimachi, Naka-ku, Yokohama-shi Kanagawa Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Yokohama Works F-term (reference) 3G005 DA02 GD07 HA14 JA39 JB26 3G093 AA16 BA19 BA20 CA01 EB00 EB09 5H590 AA02 CA07 CA29 CD03 CE01 CE02 EA01 EA07 EA10 EA14 FA01 FA05 FA08 FC12 FC26
Claims (18)
入力される制御用電力により時系列的に制御され、前記
発電機は電動機として用いられるディーゼルエンジン発
電機。1. An engine output shaft, and a generator coupled to the engine output shaft, wherein a rotational phase of the engine output shaft is controlled in time series by control power input to an output side of the generator. The generator is a diesel engine generator used as an electric motor.
項1のディーゼルエンジン発電機。2. The diesel engine generator according to claim 1, wherein the rotation phase is controlled before ignition.
れる請求項1のディーゼルエンジン発電機。3. The diesel engine generator according to claim 1, wherein the rotation phase is controlled before and after ignition.
電力変換器は前記系統内電力を前記制御電力に変換する
請求項1〜3から選択される1請求項のディーゼルエン
ジン発電機。4. A power converter is further included, and the in-system power is input to the power converter from the grid, and the power converter is selected from the paragraphs 1 to 3 for converting the in-grid power into the control power. The diesel engine generator according to claim 1.
て前記発電機に接続する電気回路と、定常時に前記発電
機を前記電力変換器を介さないで前記系統に接続する回
路とを切り換える切替スイッチを更に含む請求項4のデ
ィーゼルエンジン発電機。5. An electric circuit for connecting the system to the generator via the power converter at the time of starting and a circuit for connecting the generator to the system without passing through the power converter at a steady state. The diesel engine generator according to claim 4, further comprising a changeover switch.
と電動機モードとを含み、 前記発電機モードと前記電動機モードは、前記エンジン
出力軸の回転速度に対応して選択的に切換えられる請求
項1のディーゼルエンジン発電機。6. The use mode of the generator includes a generator mode and an electric motor mode, and the generator mode and the electric motor mode are selectively switched according to a rotation speed of the engine output shaft. Item 1. Diesel engine generator.
機を更に含み、 前記回収発電機が出力する回収電力は、前記電力変換器
を介して前記系統に供給される請求項4のディーゼルエ
ンジン発電機。7. The diesel engine power generation according to claim 4, further comprising a recovery power generator that recovers thermal energy of exhaust gas, and the recovery power output by the recovery power generator is supplied to the grid through the power converter. Machine.
に含み、 前記タービンは前記排ガスにより回転駆動され、前記熱
エネルギーは前記タービンを介して前記回収発電機によ
り回収される請求項7のディーゼルエンジン発電機。8. The diesel engine according to claim 7, further comprising a turbine axially coupled to the recovery generator, the turbine being rotationally driven by the exhaust gas, and the thermal energy being recovered by the recovery generator via the turbine. Engine generator.
レッサを更に含み、 前記コンプレッサは回収発電機を介して前記電力変換器
に接続している請求項4のディーゼルエンジン発電機。9. The diesel engine generator according to claim 4, further comprising a compressor that supplies combustion air to the combustion chamber, the compressor being connected to the power converter via a recovery generator.
の制御により制御されるディーゼルエンジン。10. A diesel engine including an engine output shaft and a motor coupled to the engine output shaft, wherein a rotation phase of the engine output shaft is controlled by controlling a rotation phase of the motor.
力軸と、 前記出力軸に結合するモータとを含み、 前記出力軸の回転位相は前記モータの回転位相の時系列
的制御により制御されるエンジン。11. A cylinder, a piston reciprocating in the cylinder, an output shaft rotationally coupled to the piston via a crankshaft, and a motor coupled to the output shaft, the output shaft The rotation phase of the engine is controlled by time-series control of the rotation phase of the motor.
転位相の時系列的制御により制御するステップを含むデ
ィーゼルエンジンの駆動方法。12. A method of driving a diesel engine, comprising the step of controlling the rotational phase of an engine output shaft by time-series control of the rotational phase of a motor.
のサイクルを短縮するステップを更に含む請求項12の
ディーゼルエンジンの駆動方法。13. The method of driving a diesel engine according to claim 12, further comprising the step of shortening the cycle of the piston by the motor at the time of starting.
火時近傍の時間領域で、燃焼室を形成するピストンを前
記モータにより加速することにより前記燃焼室の容積を
1サイクルの中で拡大するステップを備える請求項12
又は13のディーゼルエンジンの駆動方法。14. The step of controlling comprises the step of expanding the volume of the combustion chamber in one cycle by accelerating a piston forming a combustion chamber by the motor at or near the time of ignition. 13. The method according to claim 12,
Or the driving method of the diesel engine of 13 above.
で着火前に実行される請求項14のディーゼルエンジン
の駆動方法。15. The method of driving a diesel engine according to claim 14, wherein the expanding step is executed before ignition in one cycle.
容積が最小になった後に実行される請求項15のディー
ゼルエンジンの駆動方法。16. The method of driving a diesel engine according to claim 15, wherein the expanding step is performed after the volume of the combustion chamber is minimized.
ンジンの始動時に限られる請求項15又は請求項16の
ディーゼルエンジンの駆動方法。17. The method for driving a diesel engine according to claim 15 or 16, wherein the expanding step is limited at the time of starting the diesel engine.
ステップを更に含む請求項12〜17から選択される1
請求項のディーゼルエンジンの駆動方法。18. The one selected from claims 12 to 17, further comprising the step of generating power by the motor during steady operation.
A method for driving a diesel engine according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001210695A JP2003020971A (en) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | Diesel engine generator, engine, and method of driving diesel engine |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005061872A1 (en) * | 2003-11-28 | 2005-07-07 | Daimlerchrysler Ag | Internal combustion engine comprising a mechanical charger and a turbocompound |
JP2009047163A (en) * | 2007-08-14 | 2009-03-05 | Deere & Co | Internal combustion engine system having power turbine with broad efficiency range |
JP2011122597A (en) * | 2011-01-26 | 2011-06-23 | Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland | Large turbo supercharging diesel engine with energy recovery structure |
US8245802B2 (en) | 2006-11-15 | 2012-08-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Automotive hybrid engine assist system |
-
2001
- 2001-07-11 JP JP2001210695A patent/JP2003020971A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
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