JPH0252088B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の排気エネルギーを回生させ
ることの可能なターボチヤージヤ付きのコンパウ
ンドエンジンに係り、特に排気エネルギーにより
駆動される発電機の出力にて、車軸に設けた電動
機を回転させてエネルギーの回生を計るターボコ
ンパウンドエンジンに関するものである。

（従来の技術） 近年、内燃機関の各部、例えば排気マニホール
ドの外壁、シリンダライナー、シリンダヘツド断
熱板、ピストンなどにセラミツクスを使用した断
熱式の内燃機関が開発されている。この内燃機関
によれば、その内部に発生した熱を放熱して内燃
機関を冷却する必要がなく、発生した高温度の排
気ガスの持つエネルギーを回生させて内燃機関の
出力軸に帰還させ、内燃機関の出力の向上に利用
できる。

この種、排気エネルギーの回生方法として、従
来から排気ガスにより回転されるタービンの回転
力を、多段の歯車機構により減速してクランク軸
に帰還させるものが知られている。

また、排気エネルギー回生装置として、特開昭
59−141713号にて、交流発電機を有する排気ター
ビンを排気ガスのエネルギーによつて回転させ、
該交流発電機出力にて内燃機関の出力軸に設けた
誘導電動機を駆動して排気エネルギーを回生する
とともに、内燃機関の負荷の大小を判別する手段
を設けて吸気量を制御し、小負荷時には排気ガス
温度を高くする提案がなされている。

（発明が解決しようとする問題点） このような排気エネルギーの回生方法におい
て、前者の歯車機構を用いてクランク軸に回転力
を帰還させる方法は、歯車の伝達効率を考慮する
と、例えば通常一段でその効率は0.9〜0.95であ
るので、三段の減速では約80％に効率が低下し、
また、歯車機構が複雑になり、そのコストも高く
なる。なお、小型乗用車ではエンジンルームの空
間が狭いので、歯車機構の設置場所に問題を生ず
る。つぎに後者の排気エネルギー回生装置の提案
では、内燃機関の負荷の大小によつて吸気量を制
御し、生じた排気ガスのエネルギーによつて、ま
ず交流発電機を回転させて交流電力を得、この交
流電力を制御して誘導電動機を駆動し、内燃機関
の出力軸を回転させているが、出力軸の駆動量の
制御が間接的となる不都合が生じた。

本発明はこれらの諸点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、多段の歯車機構を使用せず、
排気エネルギーを交流発電機にて電気エネルギー
に変換し、車軸に設けた電動機を回転させて、車
軸に駆動力を与えるターボコンパウンドエンジン
を提供すにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、燃焼室、排気管などを断熱構
造とした内燃機関の排気管内に発電機を有する排
気タービンを設けるとともに、前記内燃機関によ
り駆動される車軸の回転数を検出する検出手段を
車軸に設け、該検出手段からの信号により前記発
電機の発電電力を制御して前記車軸に設けた電動
機を駆動するターボコンパウンドエンジンが提供
される。

（作用） 排気ガスのエネルギーによつて駆動される排気
タービンに設けた発電機の出力は、車軸の回転数
を検出する回転センサの出力によつて制御され、
車軸に設けた電動機を駆動して、車軸に回転力を
与えて車両の推進力を助勢するので、排気エネル
ギーが回生されて、直接に車軸を回転させるエネ
ルギーが得られる作用がある。

（実施例） つぎに本発明の実施例について図面を用いて詳
細に説明する。

第１図は本発明に係るターボコンパウンドエン
ジンの一実施例を示す構成説明図であり、第２図
はその構成ブロツク図である。

第１図、および第２図において、１は内燃機関
であり、ピストン１ａ、シリンダライナ１ｂなど
の燃焼室と、排気ポート１ｃがセラミツクスより
なる断熱構造を構成し、排気マニホールド２には
第１の交流発電機４を有するターボチヤージヤ３
が設けられている。

ターボチヤージヤ３の回転軸には、タービンブ
レード３ａと、前記第１の交流発電機４のロータ
４ａと、コンプレツサブレード３ｂとが同軸上に
直結して取付けられ、排気マニホールド２から排
出される高圧の排気ガスのエネルギーにより、タ
ービンブレード３ａが超高速駆動されると、コン
プレツサブレード３ｂの回転により、内燃機関１
の吸気管（図示なし）に過給気が圧送される。ま
た、強力な磁気力を持つ磁石よりなるロータ４ａ
の回転によつて、該ロータ４ａに対向する交流発
電機４のステータ４ｂには、電磁誘導により交流
電力が発電される。

５は第２の交流発電機６を有する排気タービン
であり、前記ターボチヤージヤ３のタービンブレ
ード３ａを経て、排気エネルギーの残存している
排気ガスＧにて駆動されるタービンブレード５ａ
を有している。そして、該タービンブレード５ａ
と同軸上には強力な磁気力を持つ磁石を設けたロ
ータ６ａが直結され、該ロータ６ａと対向する交
流巻線を有するステータ６ｂとともに第２の交流
発電機６を構成している。したがつて、タービン
ブレード５ａの回転により発電される第２の交流
発電機６のステータ６ｂからの発電電力は、前記
第１の交流発電機４からの発電電力と比較すると
小電力ではあるが、排気エネルギーを電気エネル
ギーに変換しての回生は十分に行われることにな
る。

７は第１の交流発電機４からの発電電力を入力
する変圧器であり、後述する複数個のタツプ７ａ
を引き出す巻線を有し、第２の交流発電機６の発
電電圧に対応する電圧信号VSにより、タツプ選
択器８を制御してタツプ７ａを選択し、変圧器７
の出力電力を第２の交流発電機６の発電電圧に対
応するよう構成されている。第３図はタツプ選択
器８の一例を示す構成説明図であり、該タツプ選
択器８は前記タツプ７ａを選択するレバー８ａ、
前記電圧信号VSにより制御される電磁プランジ
ヤのコイル８ｂ、該コイル８ｂに吸引されてレバ
ー８ａの位置を移動するピストン８ｃ、該ピスト
ン８ｃを基準の所定位置に引き付けておくスプリ
ング８ｄなどよりなる。そして、第２の交流発電
機６の発電電圧に対応する電圧信号VSが電磁プ
ランジヤのコイル８ｂに入力されると、スプリン
グ８ｄの弾性力に抗してピストン８ｃを吸引して
レバー８ａを移動し、電圧信号VSに応じたタツ
プ７ａを選択する。したがつて、第２の交流発電
機６の発電電圧の高低に応じてタツプ７ａが選択
され、変圧器７から出力される第１の交流発電機
４の発電電力は、第２の交流発電機６の電圧に対
応した電圧に制御される。

第２図において、変圧器７を介した第１の交流
発電機４、および第２の交流発電機６よりのそれ
ぞれの交流出力は、インバータ１１に入力され
る。

一方、車輪１２を回転させる車軸１３には、誘
導電動機１４が取付けられ、さらに車軸１３の回
転数を検出する手段となる回転センサ１５が設け
られ、検出信号NSをインバータ１１に送出する。
インバータ１１は入力された交流電力を検出信号
NSに対応した周波数の交流に変換して、誘導電
動機１４を駆動するよう接続されている。したが
つて、車輪１２の回転数に対応して検出信号NS
の周波数が変化し、該検出信号NSにてインバー
タ１１の交流出力の周波数が制御されるので、誘
導電動機１４の回転数は車輪１２の回転数の変化
に対応して、その回転力を助勢することになる。

つぎに、このような構成の実施例の作動を説明
する。

断熱構造を持つ内燃機関１からの高温の排気ガ
スは排気マニホールド２を介してターボチヤージ
ヤ３に導かれ、タービンブレード３ａに直結され
た第１の交流発電機４を駆動して発電し、その電
力は変圧器７に入力される。

一方、ターボチヤージヤ３を経て、残存のエネ
ルギーを有する排気ガスは、排気タービン５に導
かれてタービンブレード５ａを回転させ、直結さ
れた第２の交流発電機６を駆動して、発電電力を
インバータ１１に送るとともに、該発電電力の電
圧に対応する電圧信号VSをタツプ選択器８の電
磁プランジヤのコイル８ｂに送信する。タツプ選
択器８は前述のように、電圧信号VSによりコイ
ル８ｂに吸引されるピストン８ｃが制御され、変
圧器７から引出したタツプ７ａを選択して、変圧
器７の出力電圧を第２の交流発電機６の発電電圧
に対応する電圧とする。そして、この出力電圧は
インバータ１１に送られる。

つぎに、インバータ１１は、発電機４および発
電機６からの電力を、車軸１３に設けた誘導電動
機１４を駆動する所定周波数の交流電力に変換す
る。そして、変換される交流電力の周波数は、車
軸１３に設けた回転センサ１５の検出信号NSに
より制御され、車軸１３の回転数が低いときは、
検出信号NSの周波数が低く、このため、インバ
ータ１１の交流出力は低い周波数となつて誘導電
動機１４を力行させ、低速度回転の車輪１２の回
転力を助勢する。また車輪１２が高回転のとき
は、この高回転にしたがつて、回転センサ１５の
検出信号NSの周波数も高くなり、制御されるイ
ンバータ１１の交流出力の周波数も高いので、高
回転の誘導電動機１４の力行によつて車輪１２が
助勢されることになり、車輪１２の回転に対応し
て、常に回転力を助勢するように誘導電動機１４
への供給電力の周波数が制御される。

なお、本発明を一実施例により説明したが、本
発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、
これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は断熱構造
を有する内燃機関の排気ガスを、ターボチヤージ
ヤと排気タービンに導いて、第１、および第２の
交流発電機を駆動し、排気エネルギーを電気エネ
ルギーに変換して得た交流電力を、車軸の回転数
を検出する手段からの信号によつて周波数制御さ
れるインバータによつて所定周波数の交流電力に
変換し、これを車軸に設けた誘導電動機に導いて
車輪を駆動するので、排気エネルギーが車輪の回
転力として十分に能率よく回生されるとともに、
車速に応じた回転力として、歯車機構を使用せず
に車速の状態に応じて車輪の回転力を助勢できる
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るターボコンパウンドエン
ジンの一実施例を示す構成説明図、第２図はその
構成ブロツク図、第３図はタツプ選択器の一例を
示す構成説明図である。 １……内燃機関、２……排気マニホールド、３
……ターボチヤージヤ、４……第１の交流発電
機、５……排気タービン、６……第２の交流発電
機、１１……インバータ、１３……車軸、１４…
…誘導電動機、１５……回転センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも燃焼室及び排気管を断熱構造とし
   た内燃機関の排気流路に接続された排気タービン
   により駆動される発電機と、該内燃機関により駆
   動される車軸に連結され、供給される電力の周波
   数により回転数が変化する電動機と、該車軸の回
   転数を検出する回転検出手段と、該回転検出手段
   からの信号に基づいて前記発電機出力を、前記電
   動機を力行せしめる周波数の交流電力に変換し該
   電動機に供給する駆動手段とを有することを特徴
   とするターボコンパウンドエンジン。 ２ 前記電動機を誘導電動機としたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のターボコンパウ
   ンドエンジン。 ３ 前記発電機を駆動する排気タービンはターボ
   チヤージヤの一部を構成すると共に、該ターボチ
   ヤージヤからの排気により駆動される他の排気タ
   ービンにより駆動される発電機を設け、これら両
   者の発電機の出力を加算した電力により前記電動
   機を駆動するようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のターボコンパウンドエンジ
   ン。