JP2015021448A - 排気タービン発電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】スカベンジング流れの排気ガスに起因する排気タービン発電機のタービン仕事の効率の低下を回避し、しかも安定した高い排気エネルギーによって排気タービンを駆動し、安定した回生発電を行うこと。【解決手段】内燃機関10の燃焼室16内のガス膨張によるガス圧力によって燃焼室16より排出される高温高圧の排気ガス(ブローダウン流れの排気ガス)を排気タービン発電機36のタービン部38に供給する第1の排気ガス流路30、34と、内燃機関10のピストン14のストローク移動によって燃焼室16より排出される低温低圧の排気ガス(スカベンジング流れによる排気ガス)を、タービン部38をバイパスさせて流す第2の排気ガス流路44とを設け、第1の排気ガス流路30、34の途中に排気エネルギーを蓄える排気レシーバ32を設ける。【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関の排気エネルギーによって発電を行う排気タービン発電システムに関する。
自動車等の車両に搭載された内燃機関の排気ガス流路に排気タービン発電機を設け、排気エネルギーによって発電を行うことは知られている(例えば、特許文献1)。
排気通路に触媒コンバータを有する内燃機関において、各気筒に設けられた2個の排気ポートのうちの一方(第1排気ポート)を過給機の排気タービンに通ずる排気通路に接続し、他方(第2排気ポート)を排気タービンの下流に通ずる排気通路に接続し、触媒コンバータの暖気過程では、第1排気ポートを開かず、第2排気ポートのみを開くことにより、触媒コンバータの暖気を促進することが提案されている(例えば、特許文献2)。
内燃機関の排気行程時に燃焼室より排出される排気ガスは、排気弁が開いた直後は、燃焼によるガス膨張によって上昇している燃焼室内圧が開放されることにより、高温高圧で、音速に近い高速度で排出される。この排気流れをブローダウン流れと云う。
燃焼室内圧はブローダウン流れによる排気ガスの排出によって大気圧近くまで低下し、その後、ピストンのストローク移動(上昇移動)によって燃焼室内に残存している排出ガスが押し出されるようにして燃焼室より排出される。この排気流れをスカベンジング流れと云う。
ブローダウン流れは、高温高圧の排気流れであるから、排気エネルギーが高く、高い効率をもって排気タービンを駆動するが、スカベンジング流れは、ブローダウン流れに比して低温低圧で、排気エネルギーが低く、排気タービンの駆動効率が悪い。
ブローダウン流れによる排気ガスとスカベンジング流れによる排気ガスの双方が排気タービンに供給されると、排気タービンを駆動する排気ガスの温度と圧力、つまり排気エネルギーの時間平均は、ブローダウン流れによる高い排気エネルギーとスカベンジング流れによる低い排気エネルギーとを合成した平均値になり、ブローダウン流れだけである場合に比して低く、タービン仕事の効率を低下する原因になる。
本発明が解決しようとする課題は、スカベンジング流れの排気ガスに起因する排気タービン発電機のタービン仕事の効率の低下を回避し、しかも安定した高い排気エネルギーによって排気タービンを駆動し、安定した電力回生(発電)を行うことである。
本発明による排気タービン発電システムは、内燃機関(10)の排気エネルギーによって発電を行う排気タービン発電機(36)と、前記内燃機関(10)の燃焼室(16)内のガス膨張によって燃焼室(16)より排出されるブローダウン流れによる排気ガスを前記排気タービン発電機(36)のタービン部(38)に供給する第1の排気ガス流路(30、34)と、前記タービン部(38)より上流側の前記第1の排気ガス流路(30、34)に設けられ、前記排気エネルギーを蓄える排気レシーバ(32)と、前記内燃機関(10)のピストン(14)のストローク移動によって前記燃焼室(16)より排出されるスカベンジング流れによる排気ガスを、前記排気レシーバ(32)および前記タービン部(38)をバイパスさせて流す第2の排気ガス流路(44)とを有する。
この構成によれば、排気タービン発電機(36)は、ブローダウン流れによる高温高圧のエネルギーが高い排気ガスだけによって駆動されることになり、スカベンジング流れによる排気ガスに起因するタービン仕事の効率の低下を招くことなく高い効率をもって回生発電を行う。
しかも、高温高圧の排気エネルギーは一旦排気レシーバ(32)に蓄えられ、排気レシーバ(32)において平滑化された脈動がない排気エネルギーが排気タービン発電機(36)に供給されるので、内燃機関(10)の1サイクルにおけるブローダウン流れの発生期間が短くても、脈動がなく安定した排気エネルギーによって排気タービン発電機(36)が駆動され、安定した効率よい回生発電が行われる。
排気タービン発電機(36)の駆動に有用でないスカベンジング流れによる排気ガスは排気レシーバ(32)およびタービン部(38)を経由することなく流れるので、内燃機関(10)の排気流路の背圧上昇が抑えられ、エンジン性能が改善される。
本発明による排気タービン発電システムは、好ましくは、更に、前記排気レシーバ(32)の内圧が所定値未満の状態の時には前記排気レシーバ(32)と前記タービン部(38)との連通を遮断し、前記内圧が所定値以上の状態の時には前記排気レシーバ(32)と前記タービン部(38)との連通を確立する第1の弁(46)を有する。
この構成によれば、第1の弁(46)の開閉によって排気レシーバ(32)に所定値以上の排気エネルギーが溜まっている状態の時しか排気レシーバ(32)からタービン部(38)に排気エネルギーを供給されないから、タービン仕事の効率が悪い状態でタービン部(38)が駆動されることがなく、間欠的であっても、タービン仕事の効率が良い状態でのみタービン部(38)が駆動され、回生発電が効率よく行われる。
本発明による排気タービン発電システムは、好ましくは、更に、前記排気タービン発電機(36)の運転条件に応じて前記タービン部(38)より上流側の前記第1の排気ガス流路(30、34)と前記第2の排気ガス流路(44)とを選択的に接続する第2の弁(50)を有する。
この構成によれば、排気タービン発電機(36)による回生発電を行う必要がない時には、第2の弁(50)が開弁することにより、ブローダウン流れによる排気ガスも第2の排気ガス流路(44)を通って触媒コンバータ(42)に直接に流れる。これにより、排気タービン発電機(36)による回生発電を行う必要がない場合には、内燃機関(10)の排気流路の背圧上昇が更に抑えられ、エンジン性能が改善される。
本発明による排気タービン発電システムは、好ましくは、排気行程において前記ピストン(14)が下死点近傍にある期間に前記燃焼室より排出される排気ガスを第1の排気ガス流路(30、34)に流し、前記ピストンが下死点近傍から上死点近傍に移動する期間に前記燃焼室より排出される排気ガスを前記第2の排気ガス流路(44)に流す。
この構成によれば、ブローダウン流れによる排気ガスはタービン部(38)に供給され、スカベンジング流れによる排気ガスは、排気レシーバ(32)およびタービン部(38)を経由することなく流れる。
本発明による排気タービン発電システムは、好ましくは、前記内燃機関(10)は、個別のクランク角タイミングで個別の排気ポートを開閉する第1の排気弁(EX1)と第2の排気弁(EX2)とを有し、前記第1の排気弁(EX1)は排気行程開始のクランク角(θ1)から所定のクランク角進んだクランク角(θ2)までの所定のクランク角範囲(θA)に亘って開弁し、前記第2の排気弁(EX2)は排気行程開始のクランク角(θ1)から所定のクランク角進んだクランク角(θ3)から排気行程のクランク角(θ4)までの所定のクランク角範囲(θB)に亘って開弁する。
この構成によれば、第1の排気弁(EX1)および第2の排気弁(EX2)の開閉タイミングによって、ブローダウン流れによる排気ガスは第1の排気弁(EX1)側からタービン部(38)に供給され、スカベンジング流れによる排気ガスは、第2の排気弁(EX2)側から排気レシーバ(32)およびタービン部(38)を経由することなく流れる。
本発明による排気タービン発電システムは、好ましくは、更に、前記内燃機関(10)のクランク角に応じて前記内燃機関の排気ポート(22)を前記第1の排気ガス流路(30、34)と第2の排気ガス流路(44)とに選択的に接続する第3の弁(66)を有する。
この構成によれば、第3の弁(66)による流路切換作用により、ブローダウン流れによる排気ガスはタービン部(38)に供給され、スカベンジング流れによる排気ガスは、排気レシーバ(32)およびタービン部(38)を経由することなく流れる。
本発明による排気タービン発電システムによれば、スカベンジング流れの排気ガスに起因する排気タービン発電機のタービン仕事の効率の低下が回避され、しかも安定した高い排気エネルギーによって排気タービン発電機のタービン部が駆動され、安定した電力回生が行われる。
(実施形態1)
本発明による排気タービン発電システムの実施形態1を、図1、図2を参照して説明する。
本発明による排気タービン発電システムの実施形態1を、図1、図2を参照して説明する。
本実施形態の排気タービン発電システムに用いられる内燃機関10は、4サイクル多気筒内燃機関(図では1気筒のみ示す)であり、気筒毎にシリンダボア12を有する。シリンダボア12内にはピストン14が上下方向に往復動可能に設けられている。内燃機関10は、ピストン14の上側に燃焼室16を画成し、気筒毎に、2個の吸気ポート18および各吸気ポート18を開閉する吸気弁20と、2個の排気ポート22および各排気ポート22を開閉する排気弁24とを有する。
なお、これより以降、2個の排気弁24のうち、一方の排気弁24を第1排気弁EX1、他方の排気弁24を第2排気弁EX2と区別して云うことがある。
第1排気弁EX1側の排気ポート22は排気管30によって排気レシーバ32の入口に接続されている。排気レシーバ32は、排気エネルギーを蓄える圧力容器であり、内燃機関10の排気容量にほぼ等しい内容積を有している。排気レシーバ32の出口は排気管34によって排気タービン発電機36のタービン部38の入口に接続されている。このようにして排気管30と34とにより第1の排気ガス流路が構成される。タービン部38の出口は排気管40によって排気ガス浄化用の触媒コンバータ42に接続されている。排気タービン発電機36は、タービン部38の回転によって発電を行う発電装置37を有する。
第2排気弁EX2側の排気ポート22は排気管44によって排気レシーバ32およびタービン部38を経由することなく触媒コンバータ42に直接に接続されている。このようにして排気管44が第2の排気ガス流路を構成する。
排気管34の途中には第1電磁弁(第1の弁)46が設けられている。第1電磁弁46は、閉弁によって排気レシーバ32とタービン部38との連通を遮断し、開弁によって排気レシーバ32とタービン部38との連通を確立する。なお、第1電磁弁46は排気レシーバ32の出口に設けられてよい。
排気管30と排気管44とを互いに接続するもう一つの排気管48が設けられている。排気管48の途中には第2電磁弁(第2の弁)50が設けられている。第2電磁弁50は、閉弁によって排気管48の連通を遮断し、開弁によって排気管48の連通を確立する。
第1排気弁EX1と第2排気弁EX2とは、公知の動弁機構によって各々個別のクランク角タイミングで開閉する。第1排気弁EX1は、図3に符号Dによって示されているように、排気行程開始のクランク角θ1から所定のクランク角進んだクランク角θ2までの所定のクランク角範囲θAに亘って開弁し、それ以外のクランク角範囲では閉弁する。第2排気弁EX2は、図3に符号Sによって示されているように、排気行程開始のクランク角θ1から所定のクランク角進んだクランク角θ3から排気行程終了のクランク角θ4までの所定のクランク角範囲θBに亘って開弁し、それ以外のクランク角範囲では閉弁する。
排気行程開始のクランク角θ1はピストン14が下死点BDC近傍に位置するクランク角であり、排気行程終了のクランク角θ4はピストン14が上死点TDC近傍に位置するクランク角である。これにより、ピストン14が下死点近傍にある期間(クランク角範囲θA)には、排気ガスは燃焼室16より第1排気弁EX1の開弁によって排気管30を通って排気レシーバ32のみへ流れる。これに対し、ピストン14が下死点BDC近傍から上死点TDC近傍に移動する期間(クランク角範囲θB)には、排気ガスは燃焼室16より第2排気弁EX2の開弁によって排気管44を通って排気レシーバ32およびタービン部38へ流れることなく触媒コンバータ42へ流れる。
クランク角範囲θAは、図4に示されているPV特性図の区間Aに相当し、燃焼室16内のガス膨張によるガス圧力によって燃焼室16より高温高圧の排気ガスが音速に近い速度で排出されるブローダウン流れの期間である。クランク角範囲θBは、図4に示されているPV特性図の区間Bに相当し、ピストン14の下死点BDCから上死点TDCへのストローク移動によって燃焼室16より低圧の排気ガスが排出されるスカベンジング流れの期間である。
これにより、ブローダウン流れによる高温高圧の排気ガスだけが排気レシーバ32を介してタービン部38へ流れ、スカベンジング流れによる低温低圧の排気ガスは排気レシーバ32およびタービン部38へ流れることなく触媒コンバータ42に直接に流れる。なお、ブローダウン流れのクランク角範囲θAはスカベンジング流れのクランク角範囲θBより小さいので、クランク角範囲θA内で所要の排気流量を確保すべく、第1排気弁EX1のリフト量は、図3に示されているように、第2排気弁EX2のリフト量より大きい。
排気タービン発電機36の発電装置37はタービン部38のタービン(不図示)が排気エネルギーによって回転駆動されることにより発電を行う。換言すると、排気タービン発電機36は、排気エネルギーを電気エネルギーに変換する回生発電を行う。発電装置37が発電した電気(電力)は、インバータ52によって所定の直流電圧に調整され、電気スイッチ54の切替動作によって車載の電気負荷56およびバッテリ58に選択的に供給される。車載の電気負荷56としては、ハイブリット車の場合には走行車輪駆動用の電動モータが挙げられる。バッテリ58は、再充電可能な2次電池であり、発電装置37が発電した電気を充電し、電気負荷56等の電源として機能する。なお、電気負荷56は、電気スイッチ54の切替動作によってインバータ52からの給電とバッテリ58からの給電とを選択できる。
第1電磁弁46と第2電磁弁50とインバータ52と電気スイッチ54とは、各々コントローラ60によって制御される。コントローラ60は、電子制御式のものであり、排気レシーバ32に設けられた圧力センサ62より排気レシーバ32の内圧に関する情報を、バッテリ58に設けられたバッテリ管理部64よりバッテリ残量やバッテリ電圧等のバッテリ状態に関する情報を入力すると共に、電気負荷56に関する情報や排気タービン発電機36の運転条件に関する情報や内燃機関10の運転状態に関する情報等を入力する。
コントローラ60は、圧力センサ62より検出される排気レシーバ32の内圧が所定値未満の状態の時には第1電磁弁46を閉弁し、当該内圧が所定値以上の状態の時には第1電磁弁46を開弁する制御をする。また、コントローラ60は、排気タービン発電機36の運転条件に基づいて排気タービン発電機36を運転する必要がある場合には第2電磁弁50を閉弁し、排気タービン発電機36を運転する必要がない場合には第2電磁弁50を開弁する制御をする。また、コントローラ60は、内燃機関10の運転状態に関する情報や電気負荷56に関する情報やバッテリ状態に関する情報に基づいてインバータ52の動作および電気スイッチ54を切り替える制御を行う。
上述の構成によれば、ブローダウン流れによる高温高圧の排気ガスだけが排気レシーバ32に供給される。圧力センサ62より検出される排気レシーバ32の内圧が所定値未満の状態の時には、第1電磁弁46が閉弁しているので、ブローダウン流れによる排気ガスの圧力(排気エネルギー)が排気レシーバ32に蓄えられる。排気レシーバ32の内圧が所定値以上になると、つまり、排気レシーバ32に所定値以上の排気エネルギーが溜まると、第1電磁弁46が開弁し、排気レシーバ32から排気ガスがタービン部38に供給される。
これにより、タービン部38のタービンがブローダウン流れによる排気エネルギーが高い排気ガスだけによって回転駆動され、スカベンジング流れの排気ガスに起因するタービン仕事の効率の低下を招くことなく高い効率をもって排気タービン発電機36が回生発電を行う。
しかも、ブローダウン流れによる排気エネルギーは一旦排気レシーバ32に蓄えられ、排気レシーバ32において平滑化された脈動がない排気エネルギーがタービン部38に供給されるので、内燃機関10の1サイクルにおけるブローダウン流れの期間が短くても、脈動がない安定した高い排気エネルギーによってタービン部38が駆動され、脈動しない回生発電が効率よく行われる。
この排気ガス圧力の平滑化に必要な排気ガス容量は、内燃機関10の排気容量程度でよい。このことに対して排気レシーバ32が内燃機関10の排気容量にほぼ等しい内容積を有していることにより、排気レシーバ32が排気エネルギーを溜めることが過不足なく行われる。これにより、排気レシーバ32による応答性の悪化が最小限に抑えられる。
また、第1電磁弁46の開閉によって排気レシーバ32に所定値以上の排気エネルギーが溜まっている状態の時しか排気レシーバ32からタービン部38に排気エネルギーを供給されないから、タービン仕事の効率が悪い状態でタービン部38が駆動されることがなく、タービン仕事の効率が良い状態でタービン部38が駆動され、回生発電が効率よく行われる。
排気タービン発電機36のタービン駆動に有用でないスカベンジング流れによる低圧の排気ガスは、タービン部38を経由することなく、触媒コンバータ42に直接に流れるので、排気ガスの流れ抵抗がタービン部38を経由する場合より低く、内燃機関10の排気流路の背圧上昇が抑えられる。これにより、内燃機関10のポンピングロスが低減し、エンジン性能が改善される。また、スカベンジング流れの排気ガスは排気レシーバ32およびタービン部38を経由することなく、触媒コンバータ42に直接に流れることにより、当該気ガスの温度低下が抑えられ、触媒コンバータ42の暖気促進および触媒温度保持の効果も得られる。
排気タービン発電機36による回生発電を行う必要がない時には、第2電磁弁50が開弁する。第2電磁弁50が開弁することにより、ブローダウン流れによる排気ガスも排気管48、44を通って排気ガスは排気レシーバ32およびタービン部38を経由することなく触媒コンバータ42に直接に流れる。これにより、排気タービン発電機36による回生発電を行う必要がない場合には、内燃機関10の排気流路の背圧上昇が更に抑えられ、エンジン性能が更に改善される。
なおブローダウン流れによる排気ガスは、第2電磁弁50が開弁するだけで、流路抵抗差によりタービン部38へ流れずに排気管48、44を通って触媒コンバータ42に流れるが、この流れをより確実にしたいならば、第1電磁弁46を閉弁すればよい。
(実施形態2)
本発明による排気タービン発電システムの実施形態2を、図5を参照して説明する。なお、図5において、図1に対応する部分は、図1に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
本発明による排気タービン発電システムの実施形態2を、図5を参照して説明する。なお、図5において、図1に対応する部分は、図1に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
実施形態2では、タービン部38と同一軸上に、モータジェネレータ70とコンプレッサ部72とを有する回生発電機能付きの電動アシストターボチャージ(過給機)74が設けられている。モータジェネレータ70は、電動機と排気タービン発電機とを兼ねたものである。
実施形態2では、ターボラグが生じる運転領域では、モータジェネレータ70を電動機として動作させてコンプレッサ部72を駆動することにより、ターボラグの発生を回避でき、その他の運転領域では、モータジェネレータ70を排気タービン発電機として動作させ、タービン部38によるコンプレッサ部72の駆動に必要以上の過剰の駆動力によって回生発電を行う。
実施形態2でも、タービン部38には排気レシーバ32に蓄えられたブローダウン流れによる排気ガスだけが供給される。これにより、スカベンジング流れの排気ガスに起因するモータジェネレータ70のタービン仕事の効率の低下が回避される。しかも、排気レシーバ32にブローダウン流れによる排気ガスが蓄えられ、脈動がない排気ガスが排気レシーバ32よりタービン部38に供給されるので、内燃機関10の1サイクルにおけるブローダウン流れの期間が短くても、脈動がない安定した高い排気エネルギーによって排気タービンが駆動され、安定した過給作用と回生発電とが効率よく行われる。
(実施形態3)
本発明による排気タービン発電システムの実施形態3を、図6を参照して説明する。なお、図6においても、図1に対応する部分は、図1に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
本発明による排気タービン発電システムの実施形態3を、図6を参照して説明する。なお、図6においても、図1に対応する部分は、図1に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
実施形態3では、車載の電気負荷の一つとして電動機78によってコンプレッサ部72を駆動する電動ターボチャージャー(過給機)80が設けられている。電動機78は、電気スイッチ54の切替動作によってインバータ52からの給電とバッテリ58からの給電とを選択できる。実施形態3でも、排気タービン発電機36による回生発電、触媒コンバータ42の暖気促進および触媒温度保持については、実施形態1と同等の効果が得られる。
(実施形態4)
本発明による排気タービン発電システムの実施形態4を、図7を参照して説明する。なお、図7においても、図1に対応する部分は、図1に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
本発明による排気タービン発電システムの実施形態4を、図7を参照して説明する。なお、図7においても、図1に対応する部分は、図1に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
実施形態4では、内燃機関10は、一つの気筒において排気ポート22および排気弁24が一つしかない内燃機関である。排気ポート22は電磁切換弁(第3の弁)66に接続されている。
電磁切換弁66は、通電時には排気ポート22を排気管30(第1の排気ガス流路側)に接続し、非通電時には排気ポート22を排気管44(第2の排気ガス流路側)に接続する。
コントローラ60は、クランク角センサ68より内燃機関10のクランク角に関する情報を入力し、クランク角に応じて電磁切換弁66に対する通電を制御する。この通電制御は、排気行程開始のクランク角θ1から所定のクランク角進んだクランク角θ2までの所定のクランク角範囲θAに亘って電磁切換弁66に対して通電を行い、排気行程開始のクランク角θ1から所定のクランク角進んだクランク角θ3から排気行程終了のクランク角θ4までの所定のクランク角範囲θBに亘って電磁切換弁66に対する通電を停止する。
これにより、実施形態4でも、ブローダウン流れによる高温高圧の排気ガスだけが排気レシーバ32を介してタービン部38へ流れ、スカベンジング流れによる低温低圧の排気ガスは排気レシーバ32およびタービン部38へ流れることなく触媒コンバータ42に直接に流れる。
これにより、実施形態4でも、排気タービン発電機36による回生発電、触媒コンバータ42の暖気促進および触媒温度保持については、実施形態1と同等の効果が得られる。
以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。たとえば、実施形態4において、ツイン排気ポート型の内燃機関を使用し、2個の排気ポートの双方を電磁切換弁66に接続する構造とすることもできる。上述の実施形態では、クランク角θ3がクランク角θ2より少し小さい設定になっていることにより、区間Aと区間Bとがオーバラップする区間があるが、これは必須でなく、クランク角θ3=クランク角θ2であってもよい。
また、動弁機構として、可変バルブタイミング・リフト機構が用いられる場合、第1排気弁EX1のブローダウン流れのためのカムと第2排気弁EX2のスカベンジング流れのためのカムとを使用する第1の状態と、これらよりバルブリフト量が大きく、第1排気弁EX1と第2排気弁EX2とをほぼ同じクランク角タイミングで開閉するカムを使用する第2の状態とに内燃機関10の運転状態に応じて切り換えることができるように構成することもできる。
この場合には、高回転高負荷の運転域以外では、第1の状態に切り換え、第1排気弁EX1と第2排気弁EX2とを図3に符号Dと符号Sとによって示されているバルブタイミングとリフト量によって開閉し、高回転高負荷の運転域では、第2の状態に切り換え、図3に符号Hによって示されているように、第1排気弁EX1と第2排気弁EX2とをほぼ同じクランク角タイミングで、且つ高回転高負荷の運転域以外の時よりも大きいバルブリフト量で開閉してよい。高回転高負荷の運転域では第1排気弁EX1と第2排気弁EX2との双方が大きいバルブリフト量で開弁することにより、排圧上昇が抑えられ、排圧上昇による内燃機関10の出力低下を防止することができる。
また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
10 内燃機関
14 ピストン
16 燃焼室
22 排気ポート
24 排気弁
EX1 第1排気弁
EX2 第2排気弁
30 排気管(第1の排気ガス流路)
32 排気レシーバ
34 排気管(第1の排気ガス流路)
36 排気タービン発電機
38 タービン部
40 排気管
42 触媒コンバータ
44 排気管(第2の排気ガス流路)
46 第1電磁弁
48 排気管
50 第2電磁弁
52 インバータ
54 電気スイッチ
56 電気負荷
58 バッテリ
60 コントローラ
62 圧力センサ
64 バッテリ管理部
66 電磁切換弁
68 クランク角センサ
70 モータジェネレータ
72 コンプレッサ部
74 電動アシストターボチャージ
78 電動機
80 電動ターボチャージ
14 ピストン
16 燃焼室
22 排気ポート
24 排気弁
EX1 第1排気弁
EX2 第2排気弁
30 排気管(第1の排気ガス流路)
32 排気レシーバ
34 排気管(第1の排気ガス流路)
36 排気タービン発電機
38 タービン部
40 排気管
42 触媒コンバータ
44 排気管(第2の排気ガス流路)
46 第1電磁弁
48 排気管
50 第2電磁弁
52 インバータ
54 電気スイッチ
56 電気負荷
58 バッテリ
60 コントローラ
62 圧力センサ
64 バッテリ管理部
66 電磁切換弁
68 クランク角センサ
70 モータジェネレータ
72 コンプレッサ部
74 電動アシストターボチャージ
78 電動機
80 電動ターボチャージ
Claims (6)
- 内燃機関の排気エネルギーによって発電を行う排気タービン発電機と、
前記内燃機関の燃焼室内のガス膨張によって燃焼室より排出されるブローダウン流れによる排気ガスを前記排気タービン発電機のタービン部に供給する第1の排気ガス流路と、
前記タービン部より上流側の前記第1の排気ガス流路に設けられ、前記排気エネルギーを蓄える排気レシーバと、
前記内燃機関のピストンのストローク移動によって前記燃焼室より排出されるスカベンジング流れによる排気ガスを、前記排気レシーバおよび前記タービン部をバイパスさせて流す第2の排気ガス流路とを有する排気タービン発電システム。 - 前記排気レシーバの内圧が所定値未満の状態の時には前記排気レシーバと前記タービン部との連通を遮断し、前記内圧が所定値以上の状態の時には前記排気レシーバと前記タービン部との連通を確立する第1の弁を有する請求項1に記載の排気タービン発電システム。
- 前記排気タービン発電機の運転条件に応じて前記タービン部より上流側の前記第1の排気ガス流路と前記第2の排気ガス流路とを選択的に接続する第2の弁を有する請求項1または請求項2に記載の排気タービン発電システム。
- 排気行程において前記ピストンが下死点近傍にある期間に前記燃焼室より排出される排気ガスを第1の排気ガス流路に流し、前記ピストンが下死点近傍から上死点近傍に移動する期間に前記燃焼室より排出される排気ガスを前記第2の排気ガス流路に流す請求項1から請求項3の何れか一項に記載の排気タービン発電システム。
- 前記内燃機関は、個別のクランク角タイミングで個別の排気ポートを開閉する第1の排気弁と第2の排気弁とを有し、前記第1の排気弁は排気行程開始のクランク角から所定のクランク角進んだクランク角までの所定のクランク角範囲に亘って開弁し、前記第2の排気弁は排気行程開始のクランク角から所定のクランク角進んだクランク角から排気行程終了のクランク角までの所定のクランク角範囲に亘って開弁する請求項1から請求項4の何れか一項に記載の排気タービン発電システム。
- 前記内燃機関のクランク角に応じて前記内燃機関の排気ポートを前記第1の排気ガス流路と第2の排気ガス流路とに選択的に接続する第3の弁を有する請求項1から請求項4の何れか一項に記載の排気タービン発電システム。
Priority Applications (1)
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JP2013151293A JP2015021448A (ja) | 2013-07-22 | 2013-07-22 | 排気タービン発電システム |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP6339731B1 (ja) * | 2017-09-05 | 2018-06-06 | 信彦 鈴木 | レシプロ式蒸気機関 |
DE102018107463A1 (de) | 2017-04-03 | 2018-10-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Abgasturbinen-Energieerzeugungssystem und Steuerungsvorrichtung für das Abgasturbinen-Energieerzeugungssystem |
-
2013
- 2013-07-22 JP JP2013151293A patent/JP2015021448A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2019049677A1 (ja) * | 2017-09-05 | 2019-03-14 | 信彦 鈴木 | レシプロ式蒸気機関 |
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