JP2003056310A - ハイブリッドエンジン、ハイブリッドパワーシステム、ハイブリッド車両およびハイブリッド車両の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小型高性能、構造簡単、低コスト、低燃費、低
公害のハイブリッドエンジン、ハイブリッドパワーシス
テムおよびハイブリッド車輌ならびにハイブリッド車輌
の駆動方法を提供することを目的とする。 【構成】ハイブリッドエンジン１０がコンプレッサ２４
と、給水部１５と、水蒸気爆発部１６と、燃焼器１８
と、フライホイールタービン２０とを備え、水蒸気爆発
部１６で作動水をアークと接触させて水蒸気爆発させ、
一方、圧縮空気と燃料との燃焼により燃焼器１８で動力
ガスを発生させ、フライホイールタービンに水蒸気爆発
部と燃焼器とを接続して機械出力を得、この機械出力に
より推進装置５２、５６を駆動させるようにしたもので
ある。ハイブリッド車輌の運転パラメータによりコント
ローラ５７で水蒸気爆発部１６と燃料供給部の作動を選
択的に制御可能とし、低燃費と低公害化とを両立させる
ようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はハイブリッドエンジ
ン、ハイブリッドパワーシステム、ハイブリッド車両お
よびハイブリッド車両の駆動方法に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、石油資源の枯渇化、自動車、船舶、
航空機、工場および発電プラント等における排ガスによ
る大気汚染ならびに地球温暖化防止が深刻な問題とな
り、その有効な１つの手段として、ハイブリッド車両の
研究開発が活発化している。

【０００３】米国特許第５，４９５，９０６号および同
第５，７２２，５０２号には内燃機関で発生する動力の
一部で発電機を駆動して電力を発生させ、これによりバ
ッテリを充電させ、内燃機関と電動モータにより車両の
前後輪を駆動するようにしたハイブリッド車両が提案さ
れている。

【０００４】米国特許第６，０４８，２８９号、同第
６，０５９，０６４号、６，１１９，７９９号および同
第６，２０９，６７２号には内燃機関と電動モータとを
組み合わせたハイブリッド車両が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のハイブリッド車
両では大型の内燃機関と電動モータとをそれぞれ互いに
独立した構造の動力発生部を構成しているため、必然的
に動力発生部の構造が大型化して製造コストも高くな
り、ハイブリッドパワーシステムを小形高性能化するこ
とが困難であった。しかも、ハイブリッド車輌において
は内燃機関自体の運転時間比率が高いため、効率的に車
輌の燃費を改善し、同時に排ガスを低減する事は困難で
あった。

【０００６】本発明は小型高性能で、高効率、コンパク
ト、低コスト、低燃費、低公害のハイブリッドエンジ
ン、ハイブリッドパワーシステムおよびハイブッリド車
輌ならびにハイブリッド車両の駆動方法を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【問題を解決するための手段】本願第１の発明のハイブ
リッドエンジンは、燃料を供給する燃料供給部と、圧縮
空気を供給するするコンプレッサと、作動水を供給する
給水部と、前記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発
により高温高圧水蒸気を発生させる水蒸気爆発部と、前
記水蒸気爆発部にアーク電力を供給するアーク電源と、
前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の動力
ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前記燃
焼器に連通していて出力軸に動力を発生させるタービン
と、前記燃料供給部と前記アーク電源の作動を選択的に
制御するコントローラと、前記燃料供給部と前記アーク
電源の作動を選択的に制御するコントローラとを備えた
ものである。

【０００８】本願第２の発明のハイブリッドエンジン
は、前記水蒸気爆発部が給水部に連通するアーク反応室
と、アーク反応室内に配置されていてアーク電源に接続
されたアーク電極と、アーク電極に隣接してアーク反応
室に配置されていて作動水を通過させるための微小アー
ク通路を有する微小アーク発生部を備えるものである。

【０００９】本願第３の発明のハイブリッドエンジン
は、前記タービンが前記水蒸気と前記動力ガスの圧力エ
ネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイー
ルからなるものである。

【００１０】本願第４の発明のハイブリッドエンジン
は、さらに、前記コンプレッサと前記タービンとを互い
に隣接して収納したエンジンハウジングを備え、前記燃
焼器と前記水蒸気爆発部が互いに隣接して前記エンジン
ハウジングに形成されていて、前記エンジンハウジング
が前記コンプレッサと前記燃焼器とを連通させる圧縮空
気通路と、前記水蒸気爆発部と前記燃焼器とを前記ター
ビンに連結するジェット通路とを備えるものである。

【００１１】本願第５の発明のハイブリッドエンジン
は、燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を供給する
するコンプレッサと、作動水を供給する給水部と、前記
作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高圧
水蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気爆発部
と、前記アーク電極にアーク電力を供給するアーク電源
と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の
動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前
記燃焼部とに連通するフライホイールタービンと、前記
燃料供給部と前記アーク電源とを間欠的に作動させるコ
ントローラとを備え、前記フライホイールタービンが前
記水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネル
ギーとして蓄積するものである。

【００１２】本願第６発明のハイブリッドパワーシステ
ムは、燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を供給す
るコンプレッサと、作動水を供給する給水部と、前記作
動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高圧水
蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気爆発部と、
前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の動力
ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前記燃
焼器とに連通していて出力軸に動力を発生させるフライ
ホイールタービンと、前記出力軸により駆動されて交流
出力を発生する交流発電機と、交流出力を直流出力に変
換する整流器と、整流器に接続されて直流出力を充電す
るバッテリと、前記バッテリに接続されてアーク電力を
前記アーク電極に供給するアーク電源と、前記燃料供給
部と前記アーク電源の作動を間欠制御するコントローラ
とを備え、前記フライホイールタービンが前記水蒸気と
前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとして
蓄積するものである。

【００１３】本願第７の発明のハイブリッド車輌は、車
輌本体と、前記車輌本体に搭載されたハイブリッドパワ
ーシステムと、前記ハイブリッドパワーシステムにより
駆動される推進装置とを備え、前記ハイブリッドパワー
システムが燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を供
給するコンプレッサと、作動水を供給する給水部と、前
記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高
圧水蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気爆発部
と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の
動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前
記燃焼器とに連通していて出力軸に動力を発生させるフ
ライホイールタービンと、前記出力軸により駆動されて
交流出力を発生する交流発電機と、交流出力を直流出力
に変換する整流器と、整流器に接続されて直流出力を充
電するバッテリと、バッテリに接続されてアーク電力を
前記アーク電極に供給するアーク電源と、前記燃料供給
部と前記アーク電源の作動を間欠制御するコントローラ
とを備え、前記フライホイールタービンが前記水蒸気と
前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとして
蓄積するものである。

【００１４】本願第８の発明のハイブリッド車輌は、前
記バッテリーおよび前記整流器の接続部に接続されて直
流出力と交流出力との間で変換するパワーコンバータ
と、前記パワーコンバータに接続されて前記推進装置を
駆動するとともに減速エネルギーを回生電力として回収
するモータ／発電機とを備えるものである。

【００１５】本願第９の発明のハイブリッド車輌は、前
記フライホイールタービンの膨張ガスから凝縮水を得る
凝縮器と、前記凝縮水を水蒸気爆発部に循環させるリサ
イクルラインを備えるものである。

【００１６】本願第１０の発明のハイブリッド車輌は、
前記出力軸が前記推進装置に連結され、前記推進装置が
前記フライホイールタービンと前記モータ／発電機によ
り駆動されるものである。

【００１７】本願第１１の発明のハイブリッド車輌は、
アクセルの変位量に応じた電気信号を出力するアクセル
センサと、前記ハイブリッド車輌の速度に応じた電気信
号を出力するスピードセンサと、前記ハイブリッド車輌
の減速状態を検出して電気信号を出力する減速センサと
を備え、前記コントローラが前記電気信号に応答して前
記燃焼器及び前記水蒸気爆発部の作動を選択的に制御す
るものである。

【００１８】本願第１２の発明のハイブリッド車輌駆動
方法は、ハイブリッド車輌の駆動方法において、（ａ）
コンプレッサ及びフライホイールタービンを準備する工
程と、（ｂ）前記コンプレッサから供給される圧縮空気
と燃料との混合物を燃焼させることにより動力ガスを生
成する工程と、（ｃ）作動水をアークと接触させて水蒸
気爆発による高温高圧水蒸気を生成する工程と、（ｄ）
前記動力ガスと前記水蒸気とを前記フライホイールター
ビンに供給して膨張させることにより機械出力を発生さ
せる工程と、（ｅ）前記フライホイールタービンに前記
水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギ
ーとして蓄積させる工程と、（ｆ）前記蓄積した回転エ
ネルギーにより前記ハイブリッド車輌を推進させる工程
と、（ｇ）前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）とをコント
ローラにより間欠的に制御する工程とを備えるものであ
る。

【００１９】本願第１３の発明のハイブリッド車輌の駆
動方法は、（ｈ）前記ハイブリッド車輌の運転パラメー
タを検出して電気信号を出力させる工程と、（ｉ）前記
電気信号に応じて前記コントローラにより前記工程
（ｇ）を実行する工程とを備えるものである。

【００２０】

【発明の効果】請求項１のハイブリッドエンジンでは、
作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高圧
水蒸気を発生させる水蒸気爆発部と、圧縮空気と燃料と
を燃焼させて動力ガスを発生させる燃焼器とを備え、フ
ライホイールタービンに水蒸気爆発部と燃焼器とを連通
させ水蒸気と動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギ
ーとして蓄積することにより、動力発生機構のコンパク
ト化を実現し、同時にハイブリッドエンジンの小型軽量
化と、高性能化ならびに低コスト化を実現可能としたも
のである。しかも、水蒸気爆発による水蒸気の圧力は極
めて高圧となり、これをフライホイールで蓄積すること
で、コントローラによる水蒸気爆発部と燃焼器の間欠作
動を可能とし、大幅な低燃費化と低公害化とを両立させ
たものである。

【００２１】請求項２のハイブリッドエンジンでは、水
蒸気爆発部をアーク反応室と、アーク反応室内に配置さ
れていて作動水を通過させるための微小アーク通路を形
成する微小アーク発生部とにより構成したため、作動水
とアークとの接触効率が高くなり、単位電気エネルギー
当たりの高圧水蒸気の発生効率が著しく向上し、エンジ
ンの出力効率が上昇する。

【００２２】請求項３のハイブリッドエンジンでは、フ
ライホイールタービンに水蒸気と動力ガスの圧力エネル
ギーと回転エネルギーとして蓄積することにより、燃焼
器の作動時間を大幅に短縮させてエンジンの燃費改善と
排ガスの大幅な削減を実施可能とするものである。

【００２３】請求項４のハイブリッドエンジンでは、コ
ンプレッサとフライホイールタービンとを収納したエン
ジンハウジング内に燃焼器と水蒸気爆発部とを互いに隣
接して収納する構造を採用し、エンジンハウジング内に
ジェット通路を形成することで流路抵抗を少なくし、ハ
イブリッドエンジンの運転効率を改善するとともにエン
ジンの構造上の簡素化と生産性とを向上させたものであ
る。

【００２４】請求項５のハイブリッドエンジンでは、フ
ライホイールタービンにより、高温高圧の水蒸気と動力
ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとして蓄積する
ことにより、燃焼器の作動時間を少なくして、より一層
の低燃費化と低公害化とを両立させるようにしたもので
ある。

【００２５】請求項６のハイブリッドパワーシステムで
は、高温高圧水蒸気と動力ガスをそれぞれタービンによ
り膨張させて出力軸に動力を発生させて交流発電機を駆
動し、交流出力を整流器で直流出力に変換してバッテリ
に充電し、バッテリにアーク電源を接続するようにした
ため、ハイブリッドパワーシステムの高出力化と、小型
軽量化と、低コスト化とが図れる。

【００２６】請求項７のハイブリッド車輌では、高温高
圧水蒸気と動力ガスをフライホイールタービンにより膨
張させて出力軸に動力を発生させて交流発電機を駆動
し、交流出力を整流器で直流出力に変換してバッテリに
充電し、バッテリにアーク電源を接続することにより、
バッテリの小型化と低コスト化を図ることができる。

【００２７】請求項８のハイブリッド車輌では、バッテ
リと整流器の接続部にパワーコンバータを介してモータ
／発電機とを接続することにより、ハイブリッド車輌の
高性能化と低コスト化とを実現可能としたものである。

【００２８】請求項９のハイブリッド車輌では、タービ
ンの膨張ガスを冷却して凝縮水を生成し、この凝縮水を
水蒸気爆発部に循環させるようにしたため、単位給水量
当たりの走行距離を大幅に延ばすことができ、給水タン
クも小型化できる。

【００２９】請求項１０のハイブリッド車輌では、さら
に、推進装置がフライホイールタービンとモータ／発電
機により駆動されるようにしたため、車輌の走行状態に
合わせて効率的に推進できる。

【００３０】請求項１１のハイブリッド車輌では、さら
に、車輌の運転パラメータを検出して電気信号を出力
し、コントローラにより電気信号に応答して、燃焼器及
び水蒸気爆発部を選択的に制御するようにしたため、ハ
イブリッド車輌の低燃費化と高効率運転が可能となる。

【００３１】請求項１２のハイブリッド車輌駆動方法で
は、水蒸気爆発により高温高圧水蒸気を生成するととも
に圧縮空気と燃料との燃焼とにより動力ガスを生成し、
共通のタービンで水蒸気と動力ガスとを膨張させるとと
もにこれらの圧力エネルギーを回転エネルギーとしてフ
ライホイールタービンに蓄積するようにしたことで、ハ
イブリッド車輌の高出力化を可能とし、同時に、低燃費
化と低公害化との実現を可能としたものである。

【００３２】請求項１３のハイブリッド車輌の駆動方法
では、ハイブリッド車輌の運転パラメータに応じて動力
ガスを生成する工程と高温高圧水蒸気を生成する工程と
を選択的に制御する工程とを備えることで、ハイブリッ
ド車輌の高効率運転を可能とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１によれば、本発明の望ましい
実施例のハイブリッドエンジン１０を有するハイブリッ
ドパワーシステム１２を搭載した車輌本体１４ａを有す
るハイブリッド車輌１４のブロック図が示される。ハイ
ブリッドエンジン１０は給水タンク１１および給水ポン
プ１３から作動水を供給する給水部１５と、逆止弁Ｖ
と、作動水とアークとを接触させて水蒸気爆発を行わせ
る水蒸気爆発部１６と、圧縮空気と燃料との混合気を爆
発燃焼させて高温高圧の動力ガスを生成する燃焼器１８
と、燃料噴射弁１８ａと、ガソリン、軽油、天然ガス、
ＬＰＧ等の炭化水素燃料、水素燃料等の燃料を燃料タン
ク（図示せず）から供給する燃料ポンプ１９と、高温高
圧の水蒸気と動力ガスを膨張させ、かつ、これらの圧力
エネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイ
ールタービン２０と、膨張ガスを冷却して排ガス成分Ｇ
と凝縮水とを分離する凝縮器２１と、凝縮水を給水ポン
プ１３を介して水蒸気爆発部１６に循環するリサイクル
ライン２２と、凝縮器２１に冷却水を循環させる循環ポ
ンプＰと、冷却水を生成するラジエータ２３と、タービ
ン２０に結合されて圧縮空気を燃焼器１８に供給するコ
ンプレッサ２４とを備える。燃料供給部は燃料ポンプ１
９から構成され、あるいは燃料タンクと燃料ポンプ１９
との間に配置された開閉弁（図示せず）から構成され、
後述のごとく、制御信号により燃焼器１８への燃料の供
給をオンオフ制御するものである。給水ポンプ１３はコ
ンプレッサ２４と同様にフライホイールタービン２０に
連結されてこれにより駆動されてもよい。給水タンク１
１の作動水には望ましくは重量比で３〜７％のＮａＯ
Ｈ、ＫＯＨ等のアルカリ剤もしくは酢酸等のイオン化剤
が添加されて導電性が付与される。

【００３４】フライホイールタービン２０の出力軸３４
には交流発電機３０が連結されて、交流出力が発生され
る。交流出力は整流器４４で直流変換され、バッテリ４
６に充電される。整流器４４とバッテリ４６との接続部
にはパワーコンバータ４８を介してモータ／発電機５０
が接続される。パワーコンバータ４８は公知のインバー
タ／コンバータからなるもので整流器４４またはバッテ
リ４６の直流出力を交流出力に変換してモータ／発電機
５０を駆動して後輪からなる推進装置５２を駆動する。
車輌１４の減速時にはモータ／発電機５０で発生したブ
レーキ回生電力はパーワーコンバータ４８で直流変換さ
れてバッテリ４６に充電される。なお、車輌１４の加速
時にはモータ／発電機５０に整流器４４とバッテリ４６
の双方の電力が供給され、パーワーアップされる。バッ
テリ４６にはアーク電源２８が接続され、直流出力を３
相交流出力に変換してアーク電力を水蒸気爆発部１６に
供給する。アーク電源２８はコンデンサおよび切換回路
からなる公知の昇圧回路、インバータならびに変圧器か
らなり、出力電圧５０〜２４０Ｖ，出力周波数１５〜６
０Ｈｚの三相交流出力を水蒸気爆発部１８に供給する。
燃焼器１８は点火プラグ１８ａを備える。タービン２０
の出力軸３４は減速機５４を介して前輪からなる推進装
置５６に直接駆動力を伝達するように連結される。

【００３５】ハイブリッドエンジン１０はさらにコント
ローラ５７と、ハイブリッド車輌の運転パラメータ検出
用として、アクセルペダル５８の変位量に応じて電気信
号を出力するアクセルセンサ５８ａと、車速に応じた電
気信号を出力するスピードセンサＳ１と、減速状態を検
出して電気信号を出力する減速センサＳ２とを備える。
コントローラ５７はアクセルセンサ５８ａ、スピードセ
ンサＳ１および減速センサＳ２からの入力信号に応答し
て制御信号５７ａ〜５７ｅを出力する。制御信号５７ａ
は点火プラグ１８ｂをオンオフ制御するもので、燃焼器
１８を作動させるときは点火プラグ１８ｂをオンとし、
作動を停止するときは点火プラグ１８ｂをオフとする。
制御信号５７ｂはアーク電源２８をオンオフ制御するも
ので、水蒸気爆発部１６を作動させるときはアーク電源
２８をオンとし、その作動を停止するときはアーク電源
２８をオフとする。図示していないが、このときコント
ローラから５７から制御信号を出力して、アーク電源２
８に同期させて給水ポンプ１３をオンオフ制御してもよ
い。制御信号５７ｃは燃料供給部の燃料ポンプ１９をオ
ンオフ制御するもので、燃焼器１８を作動させるときは
燃料ポンプ１９をオンとし、逆に作動を停止するときは
燃料ポンプ１９をオフにする。制御信号５７ｄ，５７ｅ
はそれぞれパワーコンバータ４８およびモータ／発電機
５０を通常走行モードと減速走行モードに機能を切り替
えるように制御する。１例として、発進時／軽負荷時に
は水蒸気爆発部１６のみを駆動して水蒸気によりフライ
ホイールタービン２０を作動させ、ハイブリッド車両１
４の通常走行時には燃焼器１８および燃料ポンプ１９を
駆動して動力ガスのみによりフライホイールタービン２
０を作動させ、全開加速時には水蒸気爆発部１６と燃焼
器１８とを同時に駆動してフライホイールタービン２０
の機械出力を増大させる。減速時にはコントローラ５７
の制御信号５７ａ〜５７ｃをオフにして水蒸気爆発部１
６および燃焼器１８の作動を停止する一方、制御信号５
７ｄ、５７ｅによりモータ／発電機５０を交流発電機と
して機能させるとともにパワーコンバータ４８をＡ／Ｄ
コンバータとして機能させる。このとき、減速エネルギ
ーで発電してこれを回生電力として回収してバッテリ４
６に充電させるようにハイブリッドエンジン１０を制御
する。さらに、全開加速時にはモータ／発電機５０に整
流器４４とバッテリー４６の両方の電力を供給すること
により、さらに出力アップが図れる。

【００３６】図２〜図５はハイブリッドエンジン１０の
具体的構造を示す。ハイブリッドエンジン１０は第１〜
第３ゾーン６０，６２，６４を有するタービンハウジン
グ６６を備える。タービンハウジング６６は外筒６８
と、内筒７０と、フロントエンドプレート７２と、絶縁
性リヤエンドプレート７４とを備える。第一ゾーン６０
にはアークリアクタからなる水蒸気爆発部１６と、燃焼
器１８とが収納される。第２ゾーン６２内にはコンプレ
ッサ２４が配置され、第３ゾーン６４内にフライホイー
ルタービン２０が収納される。図２、図３から明らかな
ように、第一ゾーン６０では水蒸気爆発部１６がアーチ
状アーク反応室７６とアーチ状の燃焼器１８とを有する
絶縁ケーシング７８が収納される。絶縁ケーシング７８
はアーク反応室７６と燃焼器１８との中間部に形成され
た空気予熱室８０を備える。第一ゾーン６０はコンプレ
ッサ２４と連通するように外筒６８と内筒７０との間に
形成された圧縮空気通路８２と連通する。燃焼器１８は
圧縮空気通路８２と隣接して外筒６８と内筒７０との間
に形成されていてフライホイールタービン２０に動力ガ
スを供給するためのジェット通路８４と連通する。

【００３７】水蒸気爆発部１６はアーク反応室７６の上
流側に配置された水噴射部８５を備え、水噴射部８５は
図１の逆止弁Ｖおよび給水ポンプ１３を介して給水タン
ク１１から給水される。水噴射部８５は複数の水噴射口
８５ａが形成されていてアーク反応室７６の上流側の外
周部、中央部ならびに内壁部近辺に複数の水流を供給す
る。アーク反応室７６は微小アーク発生部８６を備え
る。微小アーク発生部８６はアーク反応室７６内に等間
隔で配置されたアーク電極８８，９０，９２からなる多
相交流電極と、アーク電極に対向してアーク反応室７６
の底部に固定されて端子９３を介してアーク電源２８の
中性点に接続され、または接地された円弧状中性電極９
４とを備え、多相交流アーク電極にはアーク電源２８か
ら三相交流電力が供給される。

【００３８】微小アーク発生部８６はさらに望ましくは
タングステン等の耐熱性導体からなる球状電極体９６
と、セラミック等の耐熱性の絶縁体９８との混合物から
なり、エンジンの出力容量に応じて望ましくは絶縁体お
よび電極体は直径が３〜２０ｍｍのボールからなり、そ
の混合比は１：１．５〜１．５：１の範囲に選択され
る。球状電極体９６の間には多数の微小アークを均一に
発生させるための微小アーク通路１００が形成される。
前述の水はアーク反応室７６の上流側の複数方向に噴射
され、アークの高熱により瞬時にスチームとなり、該ス
チームが微小アーク通路１００内を通過しながら、その
中でスパークにより発生した２０００℃〜２８００℃の
微小アークと連続的に接触しながら最大２０、０００か
ら４０，０００ａｔｍの高温高圧水蒸気が生成される。

【００３９】図３より明らかなように、アーク反応室７
６の下流側は高圧水蒸気を燃焼器１８を経由してタービ
ンに供給するための複数の開口部１０４を備える。絶縁
ケーシング７８は水噴射部８５に隣接した位置に形成さ
れていて水噴射部８５に開口する水噴射口１０２を備
え、給水の一部が予熱室８０に噴射され、圧縮空気と混
合される。絶縁ケーシング７８は予熱室８０から燃焼器
１８に圧縮空気と噴射水との混合物を供給するための複
数の噴射口１０６を備える。燃焼器１８には燃料噴射ノ
ズル１８ａから上述の燃料が供給され、燃料と圧縮空気
との混合気は点火プラグ３０（図２参照）により着火さ
れ、爆発燃焼し、このとき水分も高温によりスチームと
なり、高温高圧の動力ガスが生成される。この動力ガス
はジェット通路８４からフライホイールタービン２０に
供給される。このように、燃焼器１８は高圧水蒸気を通
過させる通路としても機能するが、この通路は燃焼器１
８から独立して形成してもよい。

【００４０】図２、図４において、フライホイールター
ビン２０は内筒７０内に固定支持されたステータ１１０
と、この中に収納されたフライホイール１１２とを備え
る。ステータ１１０は環状ステータリング１１４と、そ
の中央部から半径方向に延びる円弧状ステータブレード
１１６とを備える。フライホイール１１２は第１，第２
フライホイールロータ１１８，１２０を備える。図４よ
り明らかなように、ステータ１１０はそれぞれジェット
通路８４と連通するジェットノズル１２２と、外筒６８
と内筒７０との間で形成された排気チャンバ１２４と連
通するアウトレット１２６とを備える。ジェットノズル
１２２とアウトレット１２６との間には仕切り部材１２
８がステータリング１１４から半径方向内側に延びてい
てそれぞれジェットノズル１２２とアウトレット１２６
とに対面するジェットストリームガイド面１３０と、排
気ガイド面１３２を備える。

【００４１】図２、図４において、フライホイール１１
２は第１、第２フライホイールロータ１１８，１２０と
の間に形成されていてジェットノズル１２２とアウトレ
ット１２６とに連通する環状ジェット通路１３４を備
え、その中に円弧状ステータブレード１１６と仕切り部
材１２８が収納される。図５より明らかなように、ステ
ータブレード１１６はジェットノズル１２２に隣接して
ジェット流Ｓを第１，第２フライホイールロータ１１
８，１２０に偏向させる楔状の偏向ガイド１１６ａと、
周方向に間隔をおいて形成されていてジェット流を周期
的に遮断するためのブレード開閉部１１６ｂと、複数の
補助偏向ガイド１１６ｃとを備える。ブレード開閉部１
１６ｂは周期的にジェット通路を遮断して、第１、第２
フライホイールロータ１１８，１２０にジェット流を激
突停止させて慣性力と反作用による力を生じさせ、トル
クを増大させるようにしたものである。

【００４２】第１、第２フライホイールロータ１１８，
１２０はそれぞれロータディスク１３６，１３８を備え
る。ロータディスク１３６，１３８はそれぞれ出力軸３
４に装着された円筒基部１４０，１４２を備え、これら
に連結ボルト１４４が貫通している。ボルト１４４は出
力軸３４のフランジ１４６と、押さえフランジ１４８と
の間に延びていてコンプレッサ２４と、フライホイール
タービン２０とを所定位置に保持する。図２，図４，図
５において、ロータディスク１３６，１３８はそれぞれ
周方向に間隔をおいて配置さされて軸方向に延びる複数
の円弧状タービンブレード１５０，１５２を備える。タ
ービンブレード１５０１５２はそれぞれジェット流が衝
突するアーチ状ブレード面とアーチ状背面とを備え、環
状ジェット通路１３６に沿って隣接するラジアル面また
はバルブ面１５０ａ、１５２ａを有する。ジェット流は
タービンブレードに激突して膨張した後、アウトレット
１２６から排気チャンバ１２４に排気され、排出ポート
１６０から膨張ガスは図１の凝縮器２１に送られ、排ガ
ス成分Ｇと凝縮液とに分離され、排ガス成分は大気に放
出され、凝縮液はリサイクルライン２２で回収される。

【００４３】図２、図４、図６において、コンプレッサ
２４は内筒７０内にステータ１１０と同心的に圧入され
たステータ１６４と、この中に回転可能に収納された一
対のロータディスク１６６，１６８からなるロータ１７
０とを備える。ステータ１６４は環状ステータリング１
７２と、その中央部から半径方向内側に延びる円弧状ス
テータガイド１７４および仕切り部材１７６とを備え
る。ステータ１６４は仕切り部材１７６のアーチ状ガイ
ド面１７６ａに隣接する吸入口１７８と、アーチ状ガイ
ド面１７６ｂに隣接する吐出口１８０とを備える。吐出
口１８０は空気予熱室８０を介して燃焼部１８に連通す
る。

【００４４】図４、図６において、ステータガイド１７
４は吸入口１７８と吐出口１８０との間に延びていて、
吸入口１７８に隣接していてエアフイルタ（図示せず）
から空気をロータディスク１６６，１６８に偏向させる
偏向ガイド１７４ａと、複数のバケット開閉部１７４ｂ
と、複数のアーチ状バイパス通路１７４ｃとを備える。
ロータディスク１６６，１６８はボルト１４４により、
出力軸３４に固定されていて環状溝１８２を備え、この
中にステータガイド１７４が収納されている。ロータデ
ィスク１６６，１６８はそれぞれフライホイールディス
ク１８４，１８６と、複数の円弧状ロータブレード１８
４ａ、１８６ａを備える。ロータブレード１８４ａ，１
８６ａの凹部は回転方向に対面している。ロータブレー
ド１８４ａ，１８６ａの軸方向端部は環状溝１８２に沿
うように半径方向に延びていて、周期的にバケット開閉
部１７４ｂと係合して空気の逆戻りを防止する。ロータ
１７０の回転時に吸入口１７８の空気はバケット１８４
ａ，１８６ａにより移動され、ガイド部１７４ａから後
段のロータブレード１８４ａ，１８６ａに給送され、バ
イパス通路１７４ｃを介して後段のブレードに送られ
る。このようにして、空気は連続的に高圧で吐出口１８
０に圧送される。

【００４５】上記実施例において、コントローラは燃料
ポンプを制御信号により、オンオフするものとして図示
したが、前述のごとく燃料供給部はコントローラから燃
料遮断用の制御信号が出力されたときに燃料を遮断する
ものであれば、燃料ポンプと燃料タンク（図示せず）と
の間に配置された開閉弁（図示せず）またはその他の方
法を採用してもよい。さらに、上記実施例において、給
水部は給水タンクからポンプで作動水を水蒸気爆発部に
供給するものとして示されたが、本発明のハイブリッド
エンジン及びハイブリッドパワーシステムを船外機また
は船舶推進用に利用する場合は、給水タンクおよび凝縮
器を削除して、船外機または船舶周辺の淡水または海水
を給水ポンプで直接吸入して水蒸気爆発部に供給しても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の望ましい実施例によるハイブリッドエ
ンジンを組み込んだハイブリッドパワーシステムを搭載
したハイブリッド車両のブロック図である。

【図２】図１のハイブリッドエンジンの部分断面図であ
る。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶの断面図である。

【図５】図２のタービンのステータとタービンロータと
の関係図である。

【図６】図２のコンプレッサのステータとロータとの関
係図である。

【符号の説明】

１０ハイブリッドエンジン、１２ハイブリッドパワーシ
ステム、１４ハイブリッド車両、１５給水部、１６水蒸
気爆発部、１８燃焼器、１９燃料ポンプ、２０フライホ
イールタービン、２１凝縮器、２３ラジエータ、２４コ
ンプレッサ、２８プラズマ電源、４４整流器、４６バッ
テリ、４８パワーコンバータ、５０モータ／発電機

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） Ｆ０２Ｃ 9/28 Ｆ０２Ｃ 9/28 Ｂ Ｆ０３Ｇ 3/08 Ｆ０３Ｇ 3/08 Ｃ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を
   供給するするコンプレッサと、作動水を供給する給水部
   と、前記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により
   高温高圧水蒸気を発生させる水蒸気爆発部と、前記水蒸
   気爆発部にアーク電力を供給するアーク電源と、前記圧
   縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の動力ガスを
   発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前記燃焼器に
   連通していて出力軸に動力を発生させるタービンと、前
   記燃料供給部と前記アーク電源の作動を選択的に制御す
   るコントローラと、前記燃料供給部と前記アーク電源の
   作動を選択的に制御するコントローラとを備えるハイブ
   リッドエンジン。
2. 【請求項２】請求項１において、前記水蒸気爆発部が前
   記給水部に連通するアーク反応室と、前記アーク反応室
   内に配置されていてアーク電源に接続されたアーク電極
   と、アーク電極に隣接してアーク反応室に配置されて前
   記作動水を前記アークと接触させながら通過させる微小
   アーク通路を有する微小アーク発生部を備えるハイブリ
   ッドエンジン。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記タービン
   が前記水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エ
   ネルギーとして蓄積するフライホイールタービンからな
   るハイブリッドエンジン。
4. 【請求項４】請求項１または２において、さらに、前記
   コンプレッサと前記タービンとを互いに連結して収納し
   たエンジンハウジングを備え、前記燃焼器と前記水蒸気
   爆発部とが互いに連結して前記エンジンハウジングに形
   成されていて、前記エンジンハウジングがさらに前記コ
   ンプレッサと前記燃焼器とを連通させる圧縮空気通路
   と、前記水蒸気爆発部と前記燃焼器とを前記タービンに
   連通させるジェット通路とを備えるハイブリッドエンジ
   ン。
5. 【請求項５】燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を
   供給するするコンプレッサと、作動水を供給する給水部
   と、前記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により
   高温高圧水蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気
   爆発部と、前記アーク電極にアーク電力を供給するアー
   ク電源と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温
   高圧の動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発
   部と前記燃焼部とに連通するフライホイールタービン
   と、前記燃料供給部と前記アーク電源とを間欠的に作動
   させるコントローラとを備え、前記フライホイールター
   ビンが前記水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回
   転エネルギーとして蓄積するハイブリッドエンジン。
6. 【請求項６】燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を
   供給するコンプレッサと、作動水を供給する給水部と、
   前記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温
   高圧水蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気爆発
   部と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧
   の動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と
   前記燃焼器とに連通していて出力軸に動力を発生させる
   フライホイールタービンと、前記出力軸により駆動され
   て交流出力を発生する交流発電機と、交流出力を直流出
   力に変換する整流器と、整流器に接続されて直流出力を
   充電するバッテリと、前記バッテリに接続されてアーク
   電力を前記アーク電極に供給するアーク電源と、前記燃
   料供給部と前記アーク電源の作動を間欠制御するコント
   ローラと、前記フライホイールタービンが前記水蒸気と
   前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとして
   蓄積するハイブリッドパワーシステム。
7. 【請求項７】車輌本体と、前記車輌本体に搭載されたハ
   イブリッドパワーシステムと、前記ハイブリッドパワー
   システムにより駆動される推進装置とを備え、前記ハイ
   ブリッドパワーシステムが燃料を供給する燃料供給部
   と、圧縮空気を供給するコンプレッサと、作動水を供給
   する給水部と、前記作動水をアークと接触させて水蒸気
   爆発により高温高圧水蒸気を発生させる水蒸気爆発部
   と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の
   動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前
   記燃焼器とに連通していて出力軸に動力を発生させるフ
   ライホイールタービンと、前記出力軸により駆動されて
   交流出力を発生する交流発電機と、交流出力を直流出力
   に変換する整流器と、整流器に接続されて直流出力を充
   電するバッテリと、バッテリに接続されてアーク電力を
   前記水蒸気爆発部に供給するアーク電源と、前記燃料供
   給部と前記アーク電源の作動を間欠制御するコントロー
   ラとを備え、前記フライホイールタービンが前記水蒸気
   と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとし
   て蓄積するハイブリッド車輌。
8. 【請求項８】請求項７において、さらに、前記バッテリ
   ーと前記整流器との接続部に接続されていて直流出力と
   交流出力との間で変換するパワーコンバータと、前記パ
   ワーコンバータに接続されて前記推進装置を駆動すると
   ともに減速エネルギーを回生電力として回収するモータ
   ／発電機とを備えるハイブリッド車輌。
9. 【請求項９】請求項７または８において、さらに、前記
   フライホイールタービンの膨張ガスから凝縮水を得る凝
   縮器と、前記凝縮水を水蒸気爆発部に循環させるリサイ
   クルラインを備えるハイブリッド車輌。
10. 【請求項１０】請求項８または９において、さらに、前
    記出力軸が前記推進装置に連結され、前記推進装置が前
    記フライホイールタービンと前記モータ／発電機により
    駆動されるハイブリッド車輌。
11. 【請求項１１】請求項７または８において、さらに、ア
    クセルの変位量に応じた電気信号を出力するアクセルセ
    ンサと、前記ハイブリッド車輌の速度に応じた電気信号
    を出力するスピードセンサと、前記ハイブリッド車輌の
    減速状態を検出して電気信号を出力する減速センサとを
    備え、前記コントローラが前記電気信号に応答して前記
    燃焼器及び前記水蒸気爆発部の作動を選択的に制御する
    ハイブリッド車輌。
12. 【請求項１２】ハイブリッド車輌の駆動方法において、
    （ａ）コンプレッサ及びフライホイールタービンを準備
    する工程と、（ｂ）前記コンプレッサから供給される圧
    縮空気と燃料との混合物を燃焼させることにより動力ガ
    スを生成する工程と、（ｃ）作動水をアークと接触させ
    て水蒸気爆発による高温高圧水蒸気を生成する工程と、
    （ｄ）前記動力ガスと前記水蒸気とを前記フライホイー
    ルタービンに供給して膨張させることにより機械出力を
    発生させる工程と、（ｅ）前記フライホイールタービン
    に前記水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エ
    ネルギーとして蓄積させる工程と、（ｆ）前記蓄積した
    回転エネルギーにより前記ハイブリッド車輌を推進させ
    る工程と、（ｇ）前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）とを
    コントローラにより間欠的に制御する工程とを備えるハ
    イブリッド車輌の駆動方法。
13. 【請求項１３】請求項１２において、さらに、（ｈ）前
    記ハイブリッド車輌の運転パラメータを検出して電気信
    号を出力させる工程と、（ｉ）前記電気信号に応じて前
    記コントローラにより前記工程（ｇ）を実行する工程と
    を備えるハイブリッド車輌の駆動方法。