JP2833347B2

JP2833347B2 - 内燃機関の発電装置

Info

Publication number: JP2833347B2
Application number: JP13908692A
Authority: JP
Inventors: 泰人堤; 健田上; 鈴木　　誠
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: JPH05332158A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車用エン
ジン等に設けられる内燃機関の発電装置に係り、詳しく
は、内燃機関の吸気系における吸気流れの持つエネルギ
ーを取出すためのタービンを備えてなる発電装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の技術として、例えば実開
昭６２−１４１６３７号公報に開示されたものが知られ
ている。この技術では、エンジンの吸気系に過給機が設
けられるとともに、同過給機を駆動させるためのモータ
が設けられている。

【０００３】上記のエンジンにおいて、過給を行わない
場合、すなわち、エンジンの低負荷時には、過給機がタ
ービンとして用いられるとともに、モータが発電機とし
て用いられている。そして、タービンの回転エネルギー
が発電機にて電気エネルギーに変換され、その電気エネ
ルギーが回収されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術では、タービンの慣性質量や、タービン軸とその軸受
との間の摩擦力等に起因して、タービンそのものがエン
ジンの吸気抵抗となっていた。従って、タービンによっ
てエンジンの加速性能が低下することを未然に防止する
ためには、タービンを小型化することが望ましい。しか
しながら、タービンを小型化した場合には、タービンに
よる回転エネルギーの回収効率が著しく低下し、吸気エ
ネルギーの回収範囲を狭めることになった。

【０００５】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、内燃機関の吸気系において
吸気流れの持つエネルギーを取出すためのタービンを備
えてなる発電装置において、吸気エネルギーを広い範囲
で回収することが可能で、かつ、内燃機関の加速性能の
向上を図ることの可能な内燃機関の発電装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明においては、図１に示すように、内燃機関
Ｍ１の吸気系Ｍ２において吸気流れの持つエネルギーを
取出すために吸気系Ｍ２に並列に設けられた複数のター
ビンＭ３と、各タービンＭ３の回転エネルギーを電気エ
ネルギーに変換するための発電機Ｍ４と、吸気系Ｍ２に
おける吸気流量が少ないほど、発電機Ｍ４を作動させる
ための、吸気負荷となるタービンＭ３の駆動個数を減ら
すように制御する切換制御手段Ｍ５とを備えたことをそ
の要旨としている。

【０００７】

【作用】上記の構成によれば、図１に示すように、吸気
系Ｍ２における吸気流量が少ないほど、切換制御手段Ｍ
５により、発電機Ｍ４を作動させるための、吸気負荷と
なるタービンＭ３の駆動個数が減らされる。

【０００８】従って、吸気流量が少なくて吸気エネルギ
ーの小さい状態では、タービンＭ３の駆動個数が減らさ
れ、そのタービンＭ３の回転エネルギーが発電機Ｍ４に
よって電気エネルギーに変換される。また、吸気流量が
多くて吸気エネルギーの大きい状態では、タービンＭ３
の駆動個数が増やされ、それらのタービンＭ３の回転エ
ネルギーが発電機Ｍ４によって電気エネルギーに変換さ
れる。

【０００９】従って、そのときどきの吸気エネルギーの
大小に応じて吸気エネルギーが電気エネルギーに変換さ
れる。また、各タービンＭ３を小型化することにより、
タービンＭ３の慣性質量等の回転抵抗を少なくすること
が可能となり、吸気に対する各タービンＭ３の回転追従
性がよくなり、各タービンＭ３そのものが吸気抵抗とし
て小さなものとなる。従って、内燃機関Ｍ１が加速され
たときには、各タービンＭ３の吸気負荷となる度合いが
小さくなる。

【００１０】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明における内燃機関の発電
装置を具体化した第１実施例を図２〜５に基づいて詳細
に説明する。

【００１１】図２は第１実施例における内燃機関の発電
装置を示す概略構成図である。同図において、内燃機関
としてのエンジン１には、エアクリーナ２によって浄化
された空気を図示しない燃焼室に導入するための吸気系
を構成する吸気通路３が設けられている。この吸気通路
３の途中には、吸気の脈動を抑えるためのサージタンク
４が設けられている。

【００１２】また、サージタンク４よりも上流側におい
て、吸気通路３の一部はメイン吸気通路３ａとサブ吸気
通路３ｂとに分岐されている。これらメイン吸気通路３
ａ及びサブ吸気通路３ｂの途中には、一対をなすタービ
ン５，６が配置され、吸気通路３に対して並列にそれぞ
れ設けられている。また、これらタービン５，６は、自
身の慣性質量等による抵抗をできるだけ少なくするよう
に小型化されている。各タービン５，６の出力軸上には
発電機７，８がそれぞれ設けられ、各タービン５，６の
回転に伴って発生する回転エネルギーが各発電機７，８
によって電気エネルギーに変換される。そして、変換さ
れた電気エネルギーは図示しないバッテリに充電され、
回収されるようになっている。

【００１３】さらに、タービン５，６よりも上流側の吸
気通路３には、プライマリスロットルバルブ９が設けら
れている。このプライマリスロットルバルブ９は運転者
によって操作される図示しないアクセルペダルの操作に
連動して開閉されるものである。

【００１４】また、吸気通路３には、タービン５，６を
迂回するように分岐したバイパス通路１０が設けられて
いる。そして、そのバイパス通路１０により、プライマ
リスロットルバルブ９の直下流側とサージタンク４とが
直接連通されている。このバイパス通路１０の途中に
は、セカンダリスロットルバルブ１１が設けられてい
る。このセカンダリスロットルバルブ１１も、プライマ
リスロットルバルブ９と同様にアクセルペダルの操作に
連動して開閉されるようになっている。より詳細に説明
すると、図３に示すように、プライマリスロットルバル
ブ９の開度はアクセルペダルの踏込量ＡＣＣの小さい領
域では、その踏込量ＡＣＣの増加に比例して増大する。
そして、プライマリスロットルバルブ９の開度は、踏込
量ＡＣＣが予め定められた所定量αに達すると、最大と
なる。また、セカンダリスロットルバルブ１１は、プラ
イマリスロットルバルブ９の開度が最大となる所定量α
から踏込量ＡＣＣの増加に比例して増大する。そして、
セカンダリスロットルバルブ１１の開度は、踏込量ＡＣ
Ｃが予め定められた所定量βに達すると、最大となる。

【００１５】この実施例において、サブ吸気通路３ｂの
途中には、ダイヤフラム式のバキュームコントロールバ
ルブ（ＶＣＶ）１２が設けられている。このＶＣＶ１２
はダイヤフラム室１２ａを備え、そのダイヤフラム室１
２ａに所定値以上の負圧が導入されることにより開弁さ
れるようになっている。なお、図５に示すように、ＶＣ
Ｖ１２は、一定のヒステリシスをもって開閉される。ま
た、吸気通路３において、プライマリスロットルバルブ
９の近傍には、同バルブ９が開いたときに発生する負圧
を取出すための負圧ポート１３が設けられている。この
負圧ポート１３は負圧通路１４を介してＶＣＶ１２のダ
イヤフラム室１２ａに連通されている。この実施例で
は、これらＶＣＶ１２、負圧ポート１３及び負圧通路１
４により切換制御手段が構成されている。そして、プラ
イマリスロットルバルブ９が所定量以上開かれることに
より、吸気通路３における吸気流量が予め定められた基
準値以上となり、負圧ポート１３の近傍に所定値以上の
負圧が発生する。その発生負圧が負圧通路１４を通じて
ダイヤフラム室１２ａに導入されてＶＣＶ１２が開弁さ
れる。従って、ＶＣＶ１２が開弁されることにより、サ
ブ吸気通路３ｂを吸気が流れ、タービン６が駆動され
る。

【００１６】次に、上記のように構成した内燃機関の発
電装置の作用について説明する。まず、アクセルペダル
の踏込量ＡＣＣの少ない領域、例えば図３においてアク
セルペダルの踏込量ＡＣＣが所定量γ未満の領域では、
プライマリスロットルバルブ９が少しだけ開かれ、セカ
ンダリスロットルバルブ１１は閉じたままとなる。従っ
て、このときの吸気通路３における吸気流量は少なく、
負圧ポート１３の近傍にはＶＣＶ１２を開弁させるだけ
の負圧が発生せず、ＶＣＶ１２は閉じたままとなる。こ
のため、吸気通路３を流れる少ない吸気はメイン吸気通
路３ａのみを通過することになり、タービン５及びサー
ジタンク４を介してエンジン１の燃焼室に導入される。
また、メイン吸気通路３ａを通過する吸気によってター
ビン５のみが回転され、その回転に基づいて、発電機７
が駆動される。このように、アクセルペダルの踏込量Ａ
ＣＣの少ない、つまり、吸気流量の少ない領域では、そ
の分の吸気エネルギーによって１つのタービン５のみが
回転され、その回転エネルギーが発電機７により電気エ
ネルギーに変換されてバッテリに回収される。

【００１７】次に、アクセルペダルの踏込量ＡＣＣが中
程度の領域、すなわち、図３においてアクセルペダルの
踏込量ＡＣＣが所定量γから所定量αまでの領域では、
プライマリスロットルバルブ９が中程度だけ開かれ、セ
カンダリスロットルバルブ１１は閉じたままとなる。従
って、このときの吸気通路３における吸気流量は中程度
となる。そして、吸気流量が中程度の範囲で基準値以上
となると、負圧ポート１３の近傍にて発生する負圧が大
きくなり、その発生負圧によってＶＣＶ１２は開弁され
る。このため、吸気通路３を流れる中程度の吸気はメイ
ン吸気通路３ａとサブ吸気通路３ｂとを通過することに
なり、タービン５，６及びサージタンク４を介してエン
ジン１の燃焼室に導入される。また、メイン吸気通路３
ａを通過する吸気によってタービン５が回転され、その
回転に基づいて発電機７が駆動される。併せて、サブ吸
気通路３ｂを通過する吸気によってタービン６が回転さ
れ、その回転に基づいて発電機８が駆動される。このよ
うに、アクセルペダルの踏込量ＡＣＣが中程度、つま
り、吸気流量が中程度の領域では、その分の吸気エネル
ギーによって２つのタービン５，６が共に回転され、そ
の回転エネルギーが２つの発電機７，８により電気エネ
ルギーに変換されてバッテリに回収される。

【００１８】さらに、アクセルペダルの踏込量ＡＣＣの
大きい領域、すなわち、図３においてアクセルペダルの
踏込量ＡＣＣが所定量α以上で運転者による加速要求が
大きい領域では、プライマリスロットルバルブ９が全開
となり、セカンダリスロットルバルブ１１も開かれる。
この状態ではセカンダリスロットルバルブ１１が開かれ
ることから、大量の吸気のほとんどがバイパス通路１０
を優先的に通過し、サージタンク４からエンジン１の燃
焼室へと直接、かつ、速やかに導入される。そして、こ
のように、アクセルペダルの踏込量ＡＣＣが大きい領域
では、吸気エネルギーを利用した発電よりもむしろエン
ジン１の加速が優先され、加速に必要な吸気がエンジン
１へと供給される。

【００１９】以上説明したように、この実施例における
内燃機関の発電装置によれば、吸気通路３における吸気
流量の少ない領域では、ＶＣＶ１２を閉弁して、メイン
吸気通路３ａのみに吸気を通過させるようにしている。
そして、少ない吸気によって１つのタービン５のみを回
転させ、発電機７を駆動させて吸気エネルギーを回収す
るようにしている。つまり、吸気流量の少ない領域で
は、その小さい吸気エネルギーを利用して１つのタービ
ン５が発電のために回転される。また、吸気通路３にお
ける吸気流量の中程度の領域ではＶＣＶ１２を開弁し
て、メイン吸気通路３ａ及びサブ吸気通路３ｂの両方に
吸気を通過させるようにしている。そして、中程度の吸
気によって２つのタービン５，６を共に回転させ、発電
機７，８を駆動させて電気エネルギーを回収するように
している。つまり、吸気流量の中程度の領域では、その
分の吸気エネルギーを利用して２つのタービン５，６が
共に発電のために回転される。すなわち、そのときどき
の吸気流量の大きさに応じて吸気負荷となるタービン
５，６の駆動個数を制御するようにしている。そして、
吸気流量の少ない領域では、その分の吸気エネルギーに
見合っただけの１つのタービン５を回転させればよいこ
とになる。従って、吸気流量に対する発電量の立ち上が
りを早くすることができる。

【００２０】図４は吸気流量に対する発電量の関係につ
いて、本実施例と従来例とを比較して示したグラフであ
る。このグラフからも明らかなように、本実施例では、
吸気流量の少ない領域で、発電量が増えていることがわ
かる。そして、その発電量の増えた分だけ、吸気エネル
ギーの回収効率の向上を図ることができる。

【００２１】さらに、この実施例では、各タービン５，
６が小型化されて慣性質量等の回転抵抗が少なくなって
いる。従って、吸気に対する各タービン５，６の回転追
従性がよくなり、各タービン５，６そのものが吸気抵抗
として相対的に小さなものとなる。そのため、アクセル
ペダルが大きく踏み込まれる等してエンジン１に対して
急激な加速要求があった場合でも、各タービン５，６が
エンジン１の負荷となる度合いが小さくなる。その結
果、タービン５，６を備えたエンジン１として加速性能
の向上を図ることができる。

【００２２】加えて、この実施例では、加速要求の大き
いときに、ほとんどの吸気をバイパス通路１０を通じて
エンジン１の燃焼室に直接供給するようにしている。従
って、大きな加速要求に対しては、もたつきなく速やか
な加速を実現することができる。

【００２３】併せて、この実施例では、加速時において
吸気に対するタービン５の回転追従性が良いことから、
セカンダリスロットルバルブ１１の開度を小さくしたと
しても、エンジン１で優れた加速性を得ることができ
る。このため、バイパス通路１０に吸気を通過させる吸
気流量の領域を少しでも狭くすることが可能となり、そ
の分だけ各タービン５，６を回転させる吸気流量の領域
を拡げることができる。その結果、吸気エネルギーを各
タービン５，６の回転エネルギーに代えて少しでも多く
回収することができ、エネルギー回収効率のより一層の
向上を図ることができる。

【００２４】（第２実施例）次に、この発明における内
燃機関の発電装置を具体化した第２実施例を図６に基づ
いて説明する。なお、この実施例において、前記第１実
施例と同一の部材については同一の符号を付して説明を
省略し、異なった点についてのみ説明する。

【００２５】図６において、エンジン１のサージタンク
４よりも上流側では、吸気通路３の一部が第１吸気通路
３ｃ、第２吸気通路３ｄ及び第３吸気通路３ｅの３本に
分岐されている。これら第１〜第３の吸気通路３ｃ〜３
ｅの途中には、小型化された３つのタービン２１，２
２，２３がそれぞれ配置され、吸気通路３に対して並列
に設けられている。これらタービン２１〜２３の出力上
には発電機２４，２５，２６がそれぞれ設けられ、各タ
ービン２１〜２３の回転に伴って発生する回転エネルギ
ーが各発電機２４〜２６によって電気エネルギーに変換
される。そして、変換された電気エネルギーは図示しな
いバッテリに充電され、回収されるようになっている。

【００２６】また、各第１〜第３の吸気通路３ｃ〜３ｅ
よりも上流側において吸気通路３には、スロットルバル
ブ２７が設けられている。このスロットルバルブ２７は
アクセルペダルの操作に連動して開閉されるものであ
る。

【００２７】さらに、第１〜第３の吸気通路３ｃ〜３ｅ
の途中において、各タービン２１〜２３の上流には、第
１制御弁２８、第２制御弁２９及び第３制御弁３０がそ
れぞれ配設されている。これら第１〜第３の制御弁２８
〜３０は、第１ステップモータ３１、第２ステップモー
タ３２及び第３ステップモータ３３の動作によりそれぞ
れ開閉されるようになっている。

【００２８】吸気通路３において、スロットルバルブ２
７の上流には、吸気通路３を通過する吸気流量を検出す
るエアフロメータ３４が設けられている。また、各第１
〜第３の制御弁２８〜３０の開閉を制御するために電子
制御装置（以下ＥＣＵという）３５が設けられており、
同ＥＣＵ３５にはエアフロメータ３４から吸気流量の検
出結果が入力されるようになっている。ＥＣＵ３５は、
その吸気流量の検出結果に基づき、各第１〜第３の制御
弁２８〜３０を吸気流量の大きさに応じて順次開かせる
ために第１〜第３のステップモータ３１〜３３を順次に
駆動制御するようになっている。この実施例では、第１
〜第３の制御弁２８〜３０、第１〜第３のステップモー
タ３１〜３３、エアフロメータ３４及びＥＣＵ３５によ
って切換制御手段が構成されている。そして、ＥＣＵ３
５は、吸気流量の少ないときには、第１制御弁２８のみ
を開かせるために第１ステップモータ３１を駆動させ
る。また、ＥＣＵ３５は、吸気流量が中程度のときに、
第１及び第２の制御弁２８，２９を開かせるために第１
及び第２のステップモータ３１，３２をそれぞれ駆動さ
せる。さらに、ＥＣＵ３５は、吸気流量が多いときに、
第１〜第３の制御弁２８〜３０を全て開かせるために、
第１〜第３のステップモータ３１〜３３をそれぞれ駆動
させる。

【００２９】次に、この実施例における内燃機関の発電
装置の作用について説明する。まず、アクセルペダルの
操作によって、スロットルバルブ２７の開度が小さいと
きには、吸気通路３における吸気流量が少なくなる。こ
のとき、エアフロメータ３４により検出される吸気流量
が少ないことから、ＥＣＵ３５はその検出結果から第１
ステップモータ３１のみを駆動させ、これによって第１
制御弁２８のみが開かれる。そして、少ない量の吸気は
第１吸気通路３ｃのみを通過し、タービン２１及びサー
ジタンク４を介してエンジン１の燃焼室に導入される。
従って、吸気流量の少ないときには、１つのタービン２
１のみが回転され、このタービン２１の回転エネルギー
が１つの発電機２４により電気エネルギーに変換され、
バッテリに回収される。

【００３０】また、アクセルペダル操作によって、スロ
ットルバルブ２７の開度が中程度のときには、吸気通路
３における吸気流量も中程度となる。このとき、エアフ
ロメータ３４により検出される吸気流量が中程度である
ことから、ＥＣＵ３５はその検出結果に基づいて第１及
び第２のステップモータ３１，３２を駆動させ、これに
よって第１及び第２の制御弁２８，２９がそれぞれ開か
れる。そして、中程度の量の吸気は第１吸気通路３ｃ及
び第２吸気通路３ｄを通過し、各タービン２１，２２及
びサージタンク４を介してエンジン１の燃焼室に導入さ
れる。従って、吸気流量が中程度のときには、２つのタ
ービン２１，２２が回転され、これら２つのタービン２
１，２２の回転エネルギーが２つの発電機２４，２５に
より電気エネルギーに変換され、バッテリに回収され
る。

【００３１】さらに、アクセルペダル操作によって、ス
ロットルバルブ２７の開度が大きいときには、吸気通路
３における吸気流量も多くなる。このとき、エアフロメ
ータ３４により検出される吸気流量が多いことから、Ｅ
ＣＵ３５はその検出結果に基づいて第１〜第３のステッ
プモータ３１〜３３をそれぞれ駆動させ、これによって
第１〜第３の制御弁２８〜３０が全て開かれる。そし
て、多い量の吸気は第１〜第３の吸気通路３ｃ〜３ｅを
通過し、各タービン２１〜２３及びサージタンク４を介
してエンジン１の燃焼室に導入される。従って、吸気流
量が多いときには３つのタービン２１〜２３が回転さ
れ、これら３つのタービン２１〜２３の回転エネルギー
が３つの発電機２４〜２６により電気エネルギーに変換
され、バッテリに回収される。

【００３２】このように、この実施例では、吸気通路３
の一部を第１〜第３吸気通路３ｃ〜３ｅの３つに分岐さ
せ、そのときどきの吸気流量が多いほど回転されるター
ビン２１〜２３の個数を増やすようにしている。従っ
て、この実施例においても吸気流量の広い範囲で吸気エ
ネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することがで
き、このエネルギーを回収することができる。また、エ
ンジン１の加速性能の向上を図ることができる。

【００３３】（第３実施例）次に、この発明における内
燃機関の発電装置を具体化した第３実施例を図７に基づ
いて説明する。なお、この実施例において、前記第１、
第２実施例と同一の部材については同一の符号を付して
説明を省略し、異なった点についてのみ説明する。

【００３４】この実施例において、３つのタービン２１
〜２３はそれらの出力軸が各発電機２４〜２６の入力軸
に連結されている。また、各発電機２４〜２６の内部に
は、第１スイッチ３６、第２スイッチ３７及び第３スイ
ッチ３８がそれぞれ設けられている。

【００３５】この実施例では、各発電機２４〜２６にお
ける発電操作を制御するために、ＥＣＵ３５が設けられ
ており、同ＥＣＵ３５にはエアフロメータ３４から吸気
流量の検出結果が入力されるようになっている。そし
て、ＥＣＵ３５はその吸気流量の検出結果に基づき、各
発電機２４〜２６を吸気流量の大きさに応じて順次に発
電動作させるために、各第１〜第３のスイッチ３６〜３
８を順次にオンさせるようになっている。すなわち、こ
の実施例では、第１〜第３のスイッチ３６〜３８、エア
フロメータ３４及びＥＣＵ３５により切換制御手段が構
成されている。そして、ＥＣＵ３５は、吸気流量の少な
いときには、１つの発電機２４のみを発電可能状態とす
るために第１スイッチ３６のみをオンさせる。また、Ｅ
ＣＵ３５は吸気流量が中程度のときには、２つの発電機
２４，２５を発電可能状態とするために第１及び第２の
スイッチ３６，３７をオンさせる。さらに、ＥＣＵ３５
は、吸気流量が多いときには、３つの発電機２４〜２６
を発電可能状態とするために第１〜第３のスイッチ３６
〜３８を全てオンさせる。

【００３６】次に、この実施例における内燃機関の発電
装置の作用について説明する。まず、アクセルペダルの
操作によってスロットルバルブ２７の開度が小さいとき
には、吸気通路３における吸気流量が少なくなる。この
とき、エアフロメータ３４により検出される吸気流量が
少ないことから、ＥＣＵ３５はその検出結果に基づいて
第１スイッチ３６のみをオンさせ、これによって発電機
２４のみが発電可能の状態となる。これに伴い、第１吸
気通路３ｃに設けられたタービン２１のみが発電のため
に回転駆動される。そして、タービン２１の回転エネル
ギーのみが発電機２４に伝達され、同発電機２４のみに
よって発電が行われる。

【００３７】また、アクセルペダルの操作によってスロ
ットルバルブ２７の開度が中程度のときには、吸気通路
３における吸気流量が中程度となる。このとき、エアフ
ロメータ３４により検出される吸気流量が中程度である
ことから、ＥＣＵ３５はその検出結果に基づいて第１及
び第２のスイッチ３６，３７をそれぞれオンさせ、これ
によって２つの発電機２４，２５がそれぞれ発電可能の
状態となる。これに伴い、第１吸気通路３ｃ及び第２吸
気通路３ｄに設けられた２つのタービン２１，２２が発
電のために回転駆動される。そして、２つのタービン２
１，２２の回転エネルギーが発電機２４，２５に伝達さ
れ、これら２つの発電機２４，２５によって発電が行わ
れる。

【００３８】さらに、アクセルペダルの操作によってス
ロットルバルブ２７の開度が大きいときには、吸気通路
３における吸気流量が大きくなる。このとき、エアフロ
メータ３４により検出される吸気流量が大きいことか
ら、ＥＣＵ３５はその検出結果に基づいて第１〜第３の
スイッチ３６〜３８をそれぞれ全てオンさせ、これによ
って３つの発電機２４〜２６がそれぞれ発電可能の状態
となる。これに伴い、第１〜第３の吸気通路３ｃ〜３ｅ
に設けられた３つのタービン２１〜２３が発電のために
回転駆動される。そして、３つのタービン２１〜２３の
回転エネルギーが発電機２４〜２６に伝達され、これら
３つの発電機２４〜２６によって発電が行われる。

【００３９】このように、この実施例では、吸気通路の
一部を第１〜第３の吸気通路３ｃ〜３ｅに分岐させ、そ
のときどきの吸気流量が多いほど発電のために回転駆動
されるタービン２１〜２３の個数を増やすようにしてい
る。従って、この実施例においても吸気流量の広い吸気
範囲で吸気エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換
し、このエネルギーを回収することができる。また、エ
ンジン１の加速性能の向上を図ることができる。

【００４０】（第４実施例）次に、この発明における内
燃機関の発電装置を具体化した第４実施例を図８に基づ
いて説明する。なお、この実施例において、前記第１〜
第３の実施例と同一の部材については同一の符号を付し
て説明を省略し、異なった点についてのみ説明する。

【００４１】この実施例において、３つのタービン２１
〜２３の出力軸上には、第１クラッチ付プーリ３９、第
２クラッチ付プーリ４０及び第３クラッチ付プーリ４１
がそれぞれ配設されている。また、各タービン２１〜２
３から離れた位置には発電機４２が設けられており、同
発電機４２から外部へ延びる入力軸４３上には、各クラ
ッチ付プーリ３９〜４１に対応してプーリ４４，４５，
４６がそれぞれ設けられている。そして、各クラッチ付
プーリ３９〜４１と各プーリ４４〜４６との間がベルト
４７，４８，４９によってそれぞれ駆動連結されてい
る。

【００４２】この実施例では、各タービン２１〜２３と
発電機４２との間の駆動連結を制御するためにＥＣＵ３
５が設けられており、同ＥＣＵ３５にはエアフロメータ
３４からの吸気流量の検出結果に基づき、各タービン２
１〜２３を吸気流量の大きさに応じて順次に発電機４２
に対して駆動連結させるために、各クラッチ付プーリ３
９〜４１のクラッチ３９ａ，４０ａ，４１ａを順次にオ
ンさせて継続動作させるようになっている。すなわち、
この実施例では、クラッチ３９ａ〜４１ａ、エアフロメ
ータ３４及びＥＣＵ３５により切換制御手段が構成され
ている。そして、ＥＣＵ３５は、吸気流量の少ないとき
には、タービン２１のみを発電機４２に駆動連結させる
ためにクラッチ３９ａのみをオンさせる。また、ＥＣＵ
３５は、吸気流量が中程度のときには、２つのタービン
２１，２２を発電機４２に駆動連結させるために２つの
クラッチ３９ａ，４０ａをオンさせる。さらに、ＥＣＵ
３５は、吸気流量が多いときには、３つのタービン２１
〜２３を発電機４２に連結駆動させるために３つのクラ
ッチ３９ａ〜４１ａを全てオンさせる。

【００４３】次に、この実施例における内燃機関の発電
装置の作用について説明する。まず、アクセルペダルの
操作によってスロットルバルブ２７の開度が小さいとき
には、吸気通路３において吸気流量が少なくなる。この
とき、エアフロメータ３４により検出される吸気流量が
少ないことから、ＥＣＵ３５はその検出結果に基づいて
第１クラッチ付プーリ３９のクラッチ３９ａのみをオン
させ、これによって１つのタービン２１のみが発電機４
２に駆動連結される。これに伴い、第１吸気通路３ｃに
設けられたタービン２１のみが発電のために回転駆動さ
れる。そして、タービン２１の回転エネルギーのみが発
電機４２に伝達されて発電が行われる。

【００４４】また、アクセルペダルの操作によってスロ
ットルバルブ２７の開度が中程度のときには、吸気通路
３において吸気流量が中程度となる。このとき、エアフ
ロメータ３４により検出される吸気流量が中程度である
ことから、ＥＣＵ３５はその検出結果に基づいて第１ク
ラッチ付プーリ３９のクラッチ３９ａと、第２クラッチ
付プーリ４０のクラッチ４０ａをオンさせ、これによっ
て２つのタービン２１，２２が発電機４２に駆動連結さ
れる。これに伴い、第１吸気通路３ｃに設けられたター
ビン２１と、第２吸気通路３ｄに設けられたタービン２
２が発電のために回転駆動される。そして、２つのター
ビン２１，２２の回転エネルギーが発電機４２に伝達さ
れて発電が行われる。

【００４５】さらに、アクセルペダルの操作によってス
ロットルバルブ２７の開度が大きいときには、吸気通路
３において吸気流量が多くなる。このとき、エアフロメ
ータ３４により検出される吸気流量が多いことから、Ｅ
ＣＵ３５はその検出結果に基づいて第１〜第３のクラッ
チ付プーリ３９〜４１の各クラッチ３９ａ〜４１ａを全
てオンさせ、これによって３つのタービン２１〜２３が
発電機４２に駆動連結される。これに伴い、３つのター
ビン２１〜２３が全て発電のために回転駆動される。そ
して、３つのタービン２１〜２３の回転エネルギーが発
電機４２に伝達されて発電が行われる。

【００４６】このように、この実施例では、吸気通路の
一部を第１〜第３の吸気通路３ｃ〜３ｅに分岐させ、そ
のときどきの吸気流量が多いほど発電のために回転され
るタービン２１〜２３の個数を増やすようにしている。
従って、この実施例においても吸気流量の広い吸気範囲
で吸気エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換し、
このエネルギーを回収することができる。また、エンジ
ン１の加速性能の向上を図ることができる。

【００４７】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の一
部を適宜に変更して次のように実施することもできる。（１）前記第１実施例では、吸気流量が基準値以上の場
合に、負圧ポート１３の近傍にて発生する負圧に基づい
て開弁されるＶＣＶ１２をサブ吸気通路３ｂに設けた
が、サブ吸気通路３ｂにステップモータによって開閉さ
れる制御弁を設けて、エアフロメータにより検出される
吸気流量が基準値以上のときに、ＥＣＵによってステッ
プモータを駆動させて制御弁を開かせるようにしてもよ
い。

【００４８】（２）前記第２〜第４の実施例では、第１
実施例で説明したバイパス通路１０と、セカンダリスロ
ットルバルブ１１を設けない構成としたが、それらバイ
パス通路１０及びセカンダリスロットルバルブ１１を設
ける構成としてもよい。

【００４９】（３）前記第１〜第４の実施例の構成を適
宜に組み合わせるような構成としてもよい。（４）前記各実施例では吸気通路３の一部を２本又は３
本に分岐させて２個又は３個のタービン５，６，２１〜
２３を並列に設けたが、吸気通路３を４本以上に分岐さ
せて、その分岐数と同数のタービンを並列に設けてもよ
い。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、内燃機関の吸気系において吸気流れの持つエネルギ
ーを取出すためのタービンを備えてなる発電装置におい
て、吸気系における吸気流量が少ないほど、発電機を作
動させるための、吸気負荷となるタービンの駆動個数を
減らすように制御しているので、吸気エネルギーを広い
範囲で回収することができ、かつ、内燃機関の加速性能
の向上を図ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の基本的な概念構成を説明する概念構
成図である。

【図２】この発明を具体化した第１実施例における内燃
機関の発電装置を示す概略図である。

【図３】第１実施例においてアクセルペダル踏込量に対
するスロットル開度の関係を示すグラフである。

【図４】第１実施例において吸気流量に対する発電量の
関係を示すグラフである。

【図５】第１実施例において吸気流量に対するＶＣＶの
開閉動作のヒステリシスを示すグラフである。

【図６】この発明を具体化した第２実施例における内燃
機関の発電装置を示す概略図である。

【図７】この発明を具体化した第３実施例における内燃
機関の発電装置を示す概略図である。

【図８】この発明を具体化した第４実施例における内燃
機関の発電装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、３…吸気系としての吸
気通路、５，６，２１〜２３…タービン、７，８，２４
〜２６，４２…発電機、１２…ＶＣＶ、１３…負圧ポー
ト、１４…負圧通路（１２〜１４は第１実施例において
切換制御手段を構成している）、２８…第１制御弁、２
９…第２制御弁、３０…第３制御弁、３１…第１ステッ
プモータ、３２…第２ステップモータ、３３…第３ステ
ップモータ、３４…エアフロメータ、３５…ＥＣＵ（２
８〜３５は第２実施例において切換制御手段を構成して
いる）、３６…第１スイッチ、３７…第２スイッチ、３
８…第３スイッチ（３４，３５，３６〜３８は第３実施
例において切換制御手段を構成している）、３９ａ〜４
１ａ…クラッチ（３４，３５，３９ａ〜４１ａは第４実
施例において切換制御手段を構成している）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−20526（ＪＰ，Ａ) 特開平３−246323（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 67/08 F02B 61/00 F02M 35/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の吸気系において吸気流れの持
つエネルギーを取出すために前記吸気系に並列に設けら
れた複数のタービンと、前記各タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変
換するための発電機と、前記吸気系における吸気流量が少ないほど、前記発電機
を作動させるための、吸気負荷となる前記タービンの駆
動個数を減らすように制御する切換制御手段とを備えた
ことを特徴とする内燃機関の発電装置。