JP2005273625A

JP2005273625A - 内燃機関用排気発電装置

Info

Publication number: JP2005273625A
Application number: JP2004092263A
Authority: JP
Inventors: Koji Matsuoka; 弘二松岡
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】簡単な構造で、効率よく排気を利用できる内燃機関用排気発電装置を得る。
【解決手段】内燃機関１の排気通路に、排気により回転されるサボニウス型風車１４を設け、サボニウス型風車１４の回転により駆動される発電機を設けた。また、排気をサボニウス型風車１４の片側に当てる吹出口３１を排気通路に設けた。排気通路に切換弁３２を介してサボニウス型風車１４を迂回するバイパス管３４を設けると共に、サボニウス型風車１４よりも上流側の排気通路の排気圧力を検出する排気圧センサ３６を設け、排気圧センサ３６により検出される排気圧力が高いときには切換弁３２を制御してバイパス管３４に排気を通す制御回路３８を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関からの排気により発電する内燃機関用排気発電装置に関する。

従来より、内燃機関からの排気により発電する内燃機関用排気発電装置として、特許文献１にあるように、ターボチャージャを用いたものが知られている。このターボチャージャは、排気により駆動されるタービンの回転軸にコンプレッサを取り付けると共に、発電機を接続して、排気エネルギを電力として回収している。また、このターボチャージャとは別に排気通路にタービン発電機を設け、排気エネルギが過大でターボチャージャによる過給圧が高圧となる場合、ウエストゲートを開放して、ターボチャージャをバイパスした排気によりタービン発電機を駆動して、排気エネルギを回収するようにしている。
特許第３０９４６０４号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、ターボチャージャが機能する高速走行、高負荷時などの限られた運転条件のときに発電が行われるので、効率が必ずしも十分でなく、燃費の向上への寄与が小さいという問題があった。また、ターボチャージャを使用するので、構造が複雑になり、重量も重くなるという問題があった。更に、ターボチャージャやタービン発電機では、排気方向と回転軸とが平行になるために、構造上、出力が取り出し難いという問題があった。

本発明の課題は、簡単な構造で、効率よく排気を利用できる内燃機関用排気発電装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
内燃機関の排気通路に、排気により回転されるサボニウス型風車を設け、該サボニウス型風車の回転により駆動される発電機を設けたことを特徴とする内燃機関用排気発電装置がそれである。前記排気を前記サボニウス型風車の片側に当てる吹出口を前記排気通路に設けた構造としてもよい。また、前記排気通路に切換弁を介して前記サボニウス型風車を迂回するバイパス通路を設けてもよい。更に、前記サボニウス型風車よりも上流側の前記排気通路の排気圧力を検出する排気圧センサを設け、該排気圧センサにより検出される排気圧力が高いときには前記切換弁を制御して前記バイパス通路に排気を通す制御手段を設けた構造としてもよい。前記サボニウス型風車は、マフラよりも上流側に設けるのが好ましい。

本発明の内燃機関用排気発電装置は、排気通路にサボニウス型風車を設けたので、簡単な構造で、効率よく排気を利用できるという効果を奏する。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は内燃機関で、内燃機関１の排気系は、内燃機関１側から下流側に向かって順に、触媒２、排気発電装置４、マフラ６が設けられている。そして、それらが、排気管８，１０，１２により直列に接続されて、排気通路が形成されている。排気発電装置４は、図２に示すように、サボニウス型風車１４を備え、サボニウス型風車１４が装置本体１６内に回転可能に支持されている。

サボニウス型風車１４は、図３に示すように、回転軸１８に円板状の一対の側板２０，２２が回転軸１８と垂直に所定間隔で取り付けられている。両側板２０，２２の間には、円弧状の一対のブレード２４，２６が取り付けられており、一対のブレード２４，２６は回転軸１８に対して１８０度対称の位置に設けられている。

一対のブレード２４，２６は、それぞれ側板２０，２２の外周から、回転軸１８がブレード２４，２６の凹面２４ａ，２６ａの内側になるように、回転軸１８を超えてその反対側に至るまで張り出されている。また、この回転軸１８には、発電機２８が接続されている。

装置本体１６の上流側には、排気管１０が接続されており、下流側には排気管１２が接続されて、装置本体１６内を排気が通過するように構成されている。また、上流側の排気管１０から装置本体１６内に流入した排気は、装置本体１６内を仕切る仕切板３０により形成された吹出口３１から吹き出され、サボニウス型風車１４の片側半分に当たるように構成されている。即ち、吹出口３１からの排気が、一方のブレード２４，２６の凹面２４ａ，２６ａに当たるように構成されている。

図１に示すように、上流側の排気管１０の途中には、切換弁３２が介装されており、切換弁３２にはバイパス通路としてのバイパス管３４の一端が接続されている。切換弁３２は、バイパス管３４側を閉じて排気を排気管１０を介して排気発電装置４に流す位置と、バイパス管３４と排気発電装置４との両方に流す位置とを備え、バイパス管３４の他端は、下流側の排気管１２に接続されている。触媒２よりも上流の排気管８には、排気管８内の排気圧力を検出する排気圧センサ３６が接続されている。

排気圧センサ３６により検出される排気圧信号は、制御回路３８に入力され、制御回路３８は、予め記憶された圧力を超えたときには、切換弁３２を切換制御して、排気の一部が切換弁３２、バイパス管３４を介して下流側の排気管１２に排気発電装置４を迂回して流れるように構成されている。

次に、前述した本実施形態の内燃機関用排気発電装置の作動について説明する。
まず、内燃機関１が運転されると、排気が排気管８、触媒２、排気管１０、切換弁３２、排気発電装置４、排気管１２、マフラ６を順に通過する。排気発電装置４に排気管１０を通過した排気が流入すると、装置本体１６内の仕切板３０により案内されて、吹出口３１から排気がサボニウス型風車１４の片側半分に当たるように導かれる。

サボニウス型風車１４の片側半分に導かれた排気は、一方のブレート２６の凹面２６ａに当たって、回転軸１８にトルクを発生させる。この排気は凹面２６ａに沿って流れて、図２に矢印で示すように、他方のブレード２４の凹面２４ａに当たって、更に回転軸１８にトルクを発生させる。吹出口３１からの排気は、サボニウス型風車１４の全体に当てられるのではなく、片側半分にのみ当てられるので、逆方向回転トルクを小さくできるので、効率よく駆動できる。

これにより、回転軸１８が回転し、回転軸１８と共に一対のブレード２４，２６も回転して、凹面２４ａ，２６ａに当たる排気によりトルクが発生して、回転軸１８が連続的に回転する。回転軸１８の回転により、発電機２８が駆動されて、発電が行われ、図示しないバッテリの充電等に利用される。

サボニウス型風車１４は、低風速から回転を始めるので、内燃機関１の低回転時でも効率よく発電をすることができる。内燃機関１の常用回転数域で発電できるので、燃費の向上に寄与することができる。即ち、内燃機関１の出力軸の回転により駆動されるオルタネータの負荷を低減させることができるので、燃費向上に寄与できる。

また、サボニウス型風車１４の構造が簡単で、しかも、回転軸１８が排気の流れ方向に対して直交する方向に配置できるので、回転軸１８と発電機２８との接続が容易であり、これにより、簡素化でき、軽量、低コストで製造できる。更に、サボニウス型風車１４の回転により、排気脈動を吸収できるので、消音効果を得ることができ、マフラ６の容量を低減できる。

内燃機関１の高回転時、高負荷時には、排気の圧力が上昇するので、この排気圧力を排気圧センサ３６により検出して、排気圧力が所定の圧力を超えたときには、切換弁３２を切り換えて、排気の一部をバイパス管３４を介して排気管１２に流す。サボニウス型風車１４を設けたことにより、排気通路の排気抵抗が増加しても、高回転時、高負荷時には、排気抵抗を低減して、内燃機関１の出力の悪化を防止することができる。尚、本実施形態では、排気圧センサ３６により排気圧力を検出して、切換弁３２を切換制御したが、これに限らず、切換弁そのものが上流側の排気圧力の上昇により排気の一部をバイパス管３４を介して排気管１２に流すように切り換える構成のものでもよい。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としての内燃機関用排気発電装置を用いた排気系の概略構成図である。本実施形態の排気発電装置の構成図である。本実施形態のサボニウス型風車の拡大斜視図である。

符号の説明

１…内燃機関２…触媒
４…排気発電装置６…マフラ
８，１０，１２…排気管１４…サボニウス型風車
１６…装置本体１８…回転軸
２８…発電機３０…仕切板
３１…吹出口３２…切換弁
３４…バイパス管３６…排気圧センサ
３８…制御回路

Claims

内燃機関の排気通路に、排気により回転されるサボニウス型風車を設け、該サボニウス型風車の回転により駆動される発電機を設けたことを特徴とする内燃機関用排気発電装置。
前記排気を前記サボニウス型風車の片側に当てる吹出口を前記排気通路に設けたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用排気発電装置。
前記排気通路に切換弁を介して前記サボニウス型風車を迂回するバイパス通路を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用排気発電装置。
更に、前記サボニウス型風車よりも上流側の前記排気通路の排気圧力を検出する排気圧センサを設け、該排気圧センサにより検出される排気圧力が高いときには前記切換弁を制御して前記バイパス通路に排気を通す制御手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用排気発電装置。
前記サボニウス型風車は、マフラよりも上流側に設けられたことを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の内燃機関用排気発電装置。