JPH0223238A - 電力発生装置 - Google Patents

電力発生装置

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JPH0223238A
JPH0223238A JP1138991A JP13899189A JPH0223238A JP H0223238 A JPH0223238 A JP H0223238A JP 1138991 A JP1138991 A JP 1138991A JP 13899189 A JP13899189 A JP 13899189A JP H0223238 A JPH0223238 A JP H0223238A
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gas turbine
generator
engine
control valve
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JP1138991A
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Floyd A Wyczalek
フロイド・エイ・ウィクザレク
Stanley H Mick
スタンレー・エッチ・ミック
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Motors Liquidation Co
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    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10—Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D29/00—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は車両上の電気的な負荷体のための電力発生装置
に関し、特に、内燃機関（エンジン）の排気ガスをガス
タービンに供給して発電機を駆動し、発電機からの電力
を車両上に位置する電気的な負荷体に供給する電力発生
装置に関する。
［従来の技術］ エンジンの排気ガスをガスタービンに供給し、このガス
タービンにより発電機を駆動する装置は、例えば米国特
許第４，６９４，６５３号及び同第４．６９４，６５４
号各明細書に開示されている如く既知である。
［発明が解決すべき課題］ エンジンの排気ガスの供給を受けるガスタービンで発電
機を駆動する場合、エンジンのアイドリング速度におい
ては、車両上に位置する負荷体に適合するに十分な電力
を発電機が発生できるような速度でガスタービンを駆動
する分だけの排気ガスを発生させることは不可能である
。発電機に大きな負荷が加わる場合は、この傾向は特に
顕著である。
それ故、本発明の目的は、発電機を駆動するガスタービ
ンにエンジンの排気ガスを供給するに当り、エンジンの
アイドリング速度において車両上に位置する電気的な負
荷体を満足させうる速度で発電機を駆動するに十分な排
気ガス量をガスタービンに供給するように制御される車
面用電力発生装置を提供することである。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の電力発生装置は、エ
ンジンの速度を所定の値に維持すべくエンジンのスロッ
トル弁の位置を変化させるためエンジン速度に応答する
エンジン速度制御ユニットと、発電機の出力電流を感知
するための電流感知手段と、電流感知手段とガスタービ
ンの有効入口面積を制御する入口制御弁とに接続してい
て、電流感知手段により感知された電流の大きさの関数
として入口制御弁を制御し、発電機の出力電流の増加に
つれてガスタービンの有効入口面積を減少させる制御手
段とを備えている。
上記目的を達成するための本発明の好適な一形態におい
ては、ガスタービンは、ガスタービンへの排気ガス量を
制御できる制御可能な入口制御弁を具備する。この入口
制御弁が閉鎖位置の方へ動くにつれて、エンジンの背圧
が増加し、エンジン速度を減少させるようにする。エン
ジンはアイドリング速度制御ユニットを有し、エンジン
速度が設定したアイドリング速度以下に減少したときに
、エンジンの吸気側のスロットル弁が動いて一層開き、
−層多量の空気及び燃料をエンジンの吸気側へ供給する
。その結果、エンジンの排気ガス量が増加し、ガスター
ビンの速度を増加させるか、または少なくとも、ガスタ
ービンで駆動する発電機が充分な電力を発生するにの十
分な高い値にガスタービンの速度を維持する。更に、本
発明の装置は発電機の出力電流を感知し、発電機の出力
電流の関数としてガスタービンの入口制御弁を調整する
手段を有する。
［実施例］ 図面を参照すると、１０はエンジンのシリンダの１つを
示し、シリンダ１０内で往復運動するピストン１２はク
ランクシャフト１４に連結しである。シリンダ１０は吸
気弁１６と排気弁１８とを有し、適当な点火装置（図示
せず）に接続した点火プラグ２０を具備する。排気弁１
８はパイプ２６で構成した排気通路２４を備えていて、
エンジンの排気ガスを排気通路２４へ供給するようにな
っている。
吸気弁１６はパイプ３０で構成した吸気通路２８に連通
している。枢動可能なスロットル板即ちスロットル弁３
２が吸気通路２８内に位置し、枢動可能な作動レバー３
４に接続している。吸気通路２８へは、燃料制御装置３
８により制御される燃料インゼクタ３６から燃料を供給
する。吸気通路２８の入口端２８Ａはエンジンの空気入
口であり、エアクリーナ又はフィルタに接続可能である
。
入口端２８Ａは大気圧に維持されている。
図にはエンジンのシリンダ１０を１つだけ示すが、エン
ジンは２以上のシリンダを有し、それぞれのシリンダは
排気弁１８の如き対応する排気弁を有し、これらの排気
弁は例えば排気マニホルドを介して排気通路２４に接続
していることは言うまでもない。吸気通路２８も同様で
ある。すなわち、吸気通路はエンジンの各シリンダの対
応する吸気弁に接続されている。エンジンで発生した排
気通路２４内の排気ガスはロータ４２を有するガスター
ビン４０の入口へ供給される。ガスタービン４０は半径
方向の入口を有し軸方向から排気を行う既知の型式のも
ので、ガスタービンの軸方向の排気はパイプ４６で構成
した排気通路４４を介して行われる。排気通路２４へ接
続した入口を有する導管たる排気通路５０を設けてガス
タービン４０をバイパス（迂回）できるようにしである
。
排気通路５０内には廃ガス用スロットル弁５２を配置す
る。
ガスタービン４０は、入口通路５６及びガスタービンの
内壁と共働する入口制御弁５４を有する。
入口制御弁５４はベーンの形をしており、枢動ピン５８
に連結しである。入口制御弁５４は枢動ピン５８を介し
て作動レバー６０に接続し、この作動レバー６０により
動かされるようになっている。
入口制御弁５４が左回りに動いたとき、この弁はガスタ
ービンの有効入口面積５６Ａを減少させ。
一方、入口制御弁が右回りに動いたときには、ガスター
ビンの有効入口面積を増大させる。後に詳述するが、入
口制御弁５４の位置は排気通路２４内のエンジン背圧を
制御する。すなわち、入口制御弁５４が閉鎖位置（有効
入口面積５６Ａを減少させる位Ｗ１）の方へ動くにつれ
て背圧は増大し、入口制御弁が全開位置（有効入口面積
５６Ａを増大させる位置）の方へ動くにつれて背圧は減
少する。それ故、排気ガス量は入口制御弁５４の位置に
応じて可変的に絞り調整できる。この種の入口制御弁５
４は米国特許第４，６３３，６７０号明細書に開示され
た型式のものでもよく、また、米国特許第４，２１４，
８５０号明細書や同第３゜３１３．５１８号明細書に開
示された型式のものを使用してもよい。
入口制御弁５４は作動レバー６０に接続したバネ６２に
より全開位置の方へバネ偏倚されている。
このバネ６２は作動レバー６０を右回りに引張って固定
ストッパ６３に係合させる０作動レバー６０が固定スト
ッパ６３に係合したとき、入口制御弁５４は全開位置へ
くる。後に詳述するが、入口制御弁５４は発電機により
ガスタービン４０へ供給される負荷に応じて調整される
。
ガスタービン４０のロータ４２は破線にて示すシャフト
６８により交流（ａ　ｃ）発電機６６の回転子６４に接
続している。発電機６６は（３相でＹ形に接続された）
固定子巻線７０を有する。交流発電機６６は永久磁石式
の交流発電機であり、従って回転子６４は既知の方法で
永久磁石（図示せず）を具備する６回転子６４はシャフ
ト６８を介してロータ４２により駆動せしめられ、回転
子６４はロータ４２と同速で回転する。
固定子巻線７０は米国特許第３，４２７．５２９号明細
書に開示された如き型式の（３相で全波の）ブリッジ整
流器７２に接続している。上記米国特許明細書において
示すように、ブリッジ整流器７２は３つのダイオードと
３つの制御された整流器とを有し、これらの制御された
整流器は、ブリッジ整流器７２からの出力電圧を所望の
調整された値に維持するように制御される。ブリッジ整
流器７２の直流電圧用正端子は給電コンダクタ即ち導体
７４に接続し、直流電圧用負端子はアースされている。
給電導体７４は＠電池７６の正端子に接続し、この蓄電
池の負端子はアースされている。車両上の電気的な負荷
体は給電導体７４により給電される。これら負荷体の１
つを７８にて示す。この負荷体７８はスイッチ８０が閉
じたときに付勢される。コンダクタ即ち導体８０は感知
リードであって、給電導体７４上の電圧を感知し、上述
の米国特許第３，４２７，５２９号明細書に記載された
方法で給電導体７４上の電圧を一定に維持すべくブリッ
ジ整流器７２の制御された整流器の状態を制御する。例
えば、電気回路が１２ボルト回路である場合、給電導体
７４上の電圧を約ボルトの調整圧力に維持するとよい。
蓄電池及び車両上の他の電気的な負荷体へ供給される電
流の量は、給電導体７４のまわりに巻いた巻線８４を有
する変流器により感知される６巻線８４は負荷信号回路
８６に接続し、これらは−緒になって電流感知手段を形
成する。この信号回路は、車両上に位置した電気的な負
荷体７８へ供給されている電流の大きさ（電流量）の関
数として、ライン８８上に出力電圧を生じさせる。ライ
ン８８はＡＮＤゲート９０の一方の入力に接続している
。
エンジンのアイドリング速度は米国特許第４゜２３７．
８３３号明細書に開示された型式のアイドリング速度制
御装置により制御される。このアイドリング速度制御装
置は枢動可能な作動レバー３４に係合するスロットルス
トップ９４を駆動する電動機９２を有する。枢動可能な
作動レバー３４は、スロットル弁３２をその閉鎖位置の
方へ偏倚しているバネ９７の力に抗して、アクセルペダ
ル９６により動かされる。バネ９７は枢動可能な作動レ
バー３４をスロット・ルストップ９４に衝合させるよう
にこのレバーを押圧している。スロットルストップ９４
は電動機９２により進退運動できる。
スロットルストップ９４を駆動する電動機９２は、ライ
ン１０８を介して電動機９２に接続したアイドリング速
度制御ユニット１０６から電力を受ける。アイドリング
速度制御ユニット１０６はライン１１０からエンジン速
度情報を受け、上記米国特許第４，２３７，８３３号明
細書に記載の如き他の入力部を備えてもよい。エンジン
速度情報は、クランクシャフト１４により駆動せしめら
れる歯車１１４と共働する磁気ピックアップ１１２によ
って提供される。磁気ピックアップ１１２の出力はエン
ジン速度信号整形回路１１６に接続し、この回路の出力
はライン１１０へ供給される。
ライン１１０上の信号はエンジン速度の関数として変化
する。
廃ガス用スロットル弁５２はライン１２２からエンジン
速度信号を受けるアクチュエータ１２０により制御され
る。構成としては、エンジン速度が所定の高速値を越え
たときに廃ガス用スロットル弁５２が開くようになって
いる。
エンジン速度信号はライン１２２．１２６を介して低速
イネ−ブリング回路１２４へ供給される。
低速イネ−ブリング回路１２４の出力はライン１２８を
介してＡＮＤゲート９０の入力へ供給される。低速イネ
−ブリング回路１２４は、エンジンが所定の低エンジン
速度以下に低下したときに、ＡＮＤゲート９０へ信号を
供給する。エンジン速度が所定の低エンジン速度以上で
ある限り、ライン１２８上には信号は発生しない。
入口制御弁５４は電動機１３０により調整される。電動
機１３０は破線１３２にて示す適当な機械的駆動子によ
り作動レバー６０に接続している。
作動レバー６ｏはまた、可変抵抗器１３８の移動可能な
ワイパ１３６に（破線１３４にて示すように）機械的に
接続している。移動可能なワイパ１３６上に発生する電
圧は入口制御弁５４の位置の変化に応じて変化し、この
電圧はライン１４２を介して電圧比較器１４０へ供給さ
れる。ＡＮＤゲート９０の出力はライン１４４を介して
電圧比較器１４０の他の入力部へ供給される。電圧比較
器１４０はライン１４２．１４４上の電圧を比較し、ラ
イン１４７を介して電動機制御回路１４６へエラー信号
を供給する。電動機制御回路１４６はライン１５０を介
して電動機１３０に接続している。
ライン１４４上の信号はライン１５１を介して電動機制
御回路１４６へ供給される。ライン１５１上に信号がな
い場合、電動機制御回路１４６は電動機１３０を去勢状
態に維持し、バネ６２が作動レバー６０をストッパ６３
に衝合させるように移動させ、入口制御弁５４を全開位
置へ移動させる。
移動可能なワイパ１３６における電圧が入口制御弁５４
の現実の位置を表わすことは明らかである。ＡＮＤゲー
ト９ｏが出力を提供するときには、ライン１４４上の電
圧は入口制御弁５４の所望の位置を表わし、この電圧は
巻線８４により感知された交流発電機６６の出力電流の
関数である。この電圧はまた、交流発電機６６及びガス
タービン４０が負荷を受けている度合、即ち交流発電機
を駆動するに要するトルクの量を表わす。ライン８８、
ＡＮＤゲート９０及び諸素子１２０−１５１は制御手段
を形成する。
第１図に示す装置の作動は次の通りである。第１図に示
す装置の作動を説明するに当り、まず、作動原理を説明
する。前述のように、入口制御弁５４はガスタービンの
有効入口面積５６Ａを増減させるように制御される。ガ
スタービンの有効入口面積５６Ａを減少させるように入
口制御弁５４が動いたとき、排気通路２４内の背圧は増
大する。
排気通路２４内の背圧が増大するにつれて、エンジン速
度は減少する傾向にある。エンジンがアイドリング速度
ユニット１０６により制御されていると仮定すると、エ
ンジン速度が設定したアイドリング速度以下に減少した
とき、スロットル弁３２が開放位置の方へ動き、エンジ
ンへ供給する空気及び燃料の量を増加させる。この空気
及び燃料の量の増加のため、排気ガス量も増加し、ガス
タービン４０のロータ４２の速度を、増大させるかまた
は少なくともある速度に維持する。要約すれば、ガスタ
ービンの有効入口面積５６Ａを減少させるように入口制
御弁５４を運動させることにより排気通路２４内の背圧
が増大すると、スロットル弁３２が開放位置の方へ更に
動き、排気ガス量を増大させる。
以上を考慮したうえ、第１図の装置の作動を詳説する。
以下の説明においては、アイドリング速度制御ユニット
１０６は８００ｒｐｍのエンジンアイドリング速度を提
供するように設定されているものと仮定する。更に、低
速イネ−ブリング回路１２４が、アイドリング速度（８
００ｒｐｍ）より若干大きなエンジン速度（例えば９０
０ｒｐｍ）でライン１２８上に出力信号を発生させるも
のと仮定する。ここで、エンジン速度が９０Ｏｒｐｍよ
り遅いと仮定すると、ＡＮＤゲート９０にはライン１２
８を介して入力信号が供給される。
このとき、ＡＮＤゲート９０は、車両上の電気的な負荷
体７８に供給されている電流量の関数としての信号をラ
イン１４４上に出力する。ここで、入口制御弁５４は車
両上の電気的な負荷体７８に供給されている電流の量に
応じて調整される。つまり、電気的な負荷体７８の電流
が増大するにつれて、入口制御弁５４はガスタービンの
有効入口面積５６Ａｔ＋−減少させるように動く。換言
すれば、巻線８４により感知された電流が増加するにつ
れて、排気通路２４内の背圧が増加し、アイドリング速
度制御ユニット１０６により、スロットル弁３２を開放
位置の方へ更に動かして、排気ガス量を増大させる。従
って、前述のように、巻線８４により感知される増大す
る電気的な負荷は、事実上、交流発電機６６が車両上の
電気的な負荷体７８を給電するのに充分な電力を発生で
きるように。
十分な速さの速度でガスタービン４０を駆動するに充分
な排気ガス量を伴ってエンジンをガス発生器として作動
させる。
エンジン速度が９００ｒｐｍを越えると、低速イネ−ブ
リング回路１２４からの信号出力がなくなり、それに応
じてＡＮＤゲート９０からの出力もなくなり、その結果
電動機１３０が去勢される。
このとき、バネ６２が入口制御弁５４を全開位置へ動か
す。
例えば２００Ｏｒｐｍ以上のエンジン速度においては、
廃ガス用スロットル弁は開き、ガスタービン４０へ供給
されている排気ガスの一部をバイパスさせる。
第１図に示す装置の設計においては、入口制御弁５４が
ガスタービンの有効入口面積５６Ａを制限する度合は、
巻線８４により感知される交流発電機６６の電流出力に
ある方法で関連する。従って、負荷電流がある所定値に
到達するまで入口制御弁５４が全開位置に留まるように
、装置を構成できる。この所定値以上では、入口制御弁
５４は、この所定値以上で増大する負荷電流の関数とし
てガスタービンの有効入口面積５６Ａを漸減する方向へ
漸進的に動かされる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る電力発生装置を示す構成図である
。 符号の説明 １６：吸気弁 ２４：＃Ｖ、気通路 ３２：スロットル弁 ４２：ロータ ５６：入口通路 ６６二発電機 ７２ニブリツジ整流器 ７８：負荷体 ８６：負荷信号回路 ９０：ＡＮＤゲート １０６：アイドリング速度制御ユニット１２０；アクチ
ュエータ　　１５１ニライン１８：排気弁 ２８Ｆ吸気通路 ４０ニガスタービン ５４：入口制御弁 ５６Ａ：有効入口面積 ７０：固定子巻線 ７６：蓄電池 ８４：巻線 ８８ニライン τ−・）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、吸気弁（１６）に接続した吸気通路（２８）と排気
    弁（１８）に接続した排気通路（２４）とを有するエン
    ジンと、前記吸気通路を通ってエンジンへ供給する空気
    及び燃料の量を制御するスロットル弁（３２）とを具備
    した車両のための電力発生装置であって、ロータ（４２
    ）と、ガスタービンの有効入口面積（５６Ａ）を制御し
    、前記ガスタービンの有効入口面積（５６Ａ）の減少に
    つれて前記排気通路内の圧力を増大させる入口制御弁（
    ５４）を有し、前記排気通路（２４）に接続可能な入口
    通路（５６）と、を備えたガスタービン（４０）と；こ
    のガスタービン（４０）の前記ロータ（４２）に接続し
    ていてこのロータにより駆動せしめられる発電機（６６
    ）と；車両上に位置し前記発電機の出力に接続可能な電
    気的な負荷体（７６）とを具備した電力発生装置におい
    て、エンジンの速度を所定の値に維持すべく前記スロッ
    トル弁（３２）の位置を変化させるため該エンジン速度
    に応答するエンジン速度制御ユニット（１０６）と、 前記発電機（６６）の出力電流を感知するための電流感
    知手段（８４、８６）と、 該電流感知手段及び前記入口制御弁（５４）に接続して
    いて、該電流感知手段により感知された電流の大きさの
    関数として該入口制御弁を制御し、前記発電機（６６）
    の出力電流の増加につれて前記ガスタービンの有効入口
    面積（５６Ａ）を減少させる制御手段（８８、９０、１
    ２０−１５１）と、 を備えたことを特徴とする電力発生装置。 ２、請求項１に記載の電力発生装置において、前記発電
    機が交流発電機（６６）であり、この交流発電機の出力
    巻線（７０）がブリッジ整流器（７２）に接続されてい
    て、車両上に位置する前記電気的な負荷体（７６、７８
    ）に直流を提供する電力発生装置。 ３、請求項１に記載の電力発生装置において、前記電流
    感知手段（８４、８６）が前記ブリッジ整流器（７２）
    の直流出力を感知する電力発生装置。
JP1138991A 1988-05-31 1989-05-31 電力発生装置 Pending JPH0223238A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US200230 1988-05-31
US07/200,230 US4864151A (en) 1988-05-31 1988-05-31 Exhaust gas turbine powered electric generating system

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JPH0223238A true JPH0223238A (ja) 1990-01-25

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ID=22740846

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JP1138991A Pending JPH0223238A (ja) 1988-05-31 1989-05-31 電力発生装置

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US (1) US4864151A (ja)
EP (1) EP0344902B1 (ja)
JP (1) JPH0223238A (ja)
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