JPH04124428A - Turbo compound engine - Google Patents

Turbo compound engine

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Publication number
JPH04124428A
JPH04124428A JP2243054A JP24305490A JPH04124428A JP H04124428 A JPH04124428 A JP H04124428A JP 2243054 A JP2243054 A JP 2243054A JP 24305490 A JP24305490 A JP 24305490A JP H04124428 A JPH04124428 A JP H04124428A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbocharger
engine
generator
combustor
turbine
Prior art date
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Pending
Application number
JP2243054A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Kawamura
英男 河村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd filed Critical Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority to JP2243054A priority Critical patent/JPH04124428A/en
Publication of JPH04124428A publication Critical patent/JPH04124428A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Supercharger (AREA)

Abstract

PURPOSE:To double driving force of a vehicle by supplying outputs from a combustor for taking in pressurized air from a turbocharger for combustion of fuel and from a generator, which is driven by combustion gas from the combustor and exhaust gas from the turbocharger, to a wheel driving electric motor. CONSTITUTION:A generator 41 is disposed in a gas turbine 4 which is rotatably driven by exhaust gas from a turbocharger 2 provided with a rotary electric machine 3 and combustion gas from a combustor 5 for converting pressurized air from the turbocharger 2 into combustion air. An electric motor 81 for driving a wheel 8 is energized by a generating output of the rotary electric machine 3 and a generating output of the generator 41, for driving. Therefore, it is possible to increase traveling force of the wheel 8 by an engine 1.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は断熱されたレシプロエンジンと、回転電機付タ
ーボチャージャと、ガスタービンとを組合せて効率よく
大出力を得ようとするターボコンパウンドエンジンに関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a turbo compound engine that attempts to efficiently obtain large output by combining an insulated reciprocating engine, a turbocharger with a rotating electrical machine, and a gas turbine. .

(従来の技術) エンジンの排気エネルギーにより駆動されるターボチャ
ージャに発電機を取付け、該発電機の出力によりエンジ
ンの駆動系に配置した電動機を駆動して車両の走行を付
勢するターボコンパウンドエンジンが種々提案されてい
る。
(Prior Art) A turbo compound engine is a turbo compound engine in which a generator is attached to a turbocharger that is driven by the exhaust energy of the engine, and the output of the generator drives an electric motor placed in the engine's drive system to power the vehicle. Various proposals have been made.

そして、この種のターボコンパウンドエンジンのレシプ
ロエンジン部を断熱構造にすると、排気エネルギーが増
加して、回収した電気エネルギーやコンプレッサの空気
送出量が増大することになる。
If the reciprocating engine section of this type of turbo compound engine is made to have an adiabatic structure, the exhaust energy will increase, and the recovered electrical energy and the amount of air delivered by the compressor will increase.

一方、原動機としてガスタービンを用いたものではレシ
プロエンジンに比して出力特性が異なリ、その高出力時
にはガスタービンの仕事量は大幅に増加する。
On the other hand, engines using a gas turbine as the prime mover have different output characteristics than reciprocating engines, and the amount of work of the gas turbine increases significantly at high output.

(発明が解決しようとする課題) 上述のように断熱構造にしたエンジンでは高出力時にタ
ーボチャージャの仕事量が増大して空気送出量が余るこ
とになり、またガスタービンではその部分負荷時や低速
時ではレシプロエンジンに比して効率が低下するという
問題がある。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, in an engine with an adiabatic structure, the work of the turbocharger increases at high output, resulting in a surplus of air delivery. Sometimes, there is a problem that efficiency is lower than that of reciprocating engines.

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたもので
あり、その目的はレシプロエンジンと、回転電機付ター
ボチャージャと、ガスタービンなどを組合せ、広範囲な
エンジン運転状態にわたって効率のよいターボコンパウ
ンドエンジンを提供しようとするものである。
The present invention was made in view of such conventional problems, and its purpose is to create a turbo compound engine that is efficient over a wide range of engine operating conditions by combining a reciprocating engine, a turbocharger with a rotating electric machine, a gas turbine, etc. This is what we are trying to provide.

〔課題を解決するための手段) 上述の目的を達成するために本発明によれば、エンジン
に接続されたターボチャージャに回転電機を取付け、該
回転電機の発電出力を車輪駆動系に連結した電動機に供
給して力行せしめるターボコンパウンドエンジンにおい
て、前記ターボチャージャからの圧気を取入れて燃料を
燃焼せしめる燃焼器と、該燃焼器の燃焼ガスと前記ター
ボチャージャからの排出ガスとにより駆動される発電機
付タービンと、該発電機付タービンの発電出力を前記電
動機に供給する通電手段とを備えたターボコンパウンド
エンジンが提供される。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides an electric motor in which a rotating electric machine is attached to a turbocharger connected to an engine, and the generated output of the rotating electric machine is connected to a wheel drive system. A turbo compound engine that supplies power to the engine and is powered by a combustor that takes in pressurized air from the turbocharger to combust fuel, and a generator that is driven by combustion gas from the combustor and exhaust gas from the turbocharger. A turbo compound engine is provided that includes a turbine and energizing means for supplying the generated output of the generator-equipped turbine to the electric motor.

(作用) 回転電機付ターボチャージャの排出ガスと、該ターボチ
ャージャからの圧気を燃焼用空気とする燃焼器の燃焼ガ
スとにより回転駆動されるガスタービンに発電機を取付
け、前記回転電機の発電出力とガスタービンの発電機出
力とを車輪駆動用電動機に通電して力行させ、エンジン
による車輪の走行力を増大させる。
(Function) A generator is attached to a gas turbine that is rotationally driven by the exhaust gas of a turbocharger with a rotating electrical machine and the combustion gas of a combustor that uses pressure air from the turbocharger as combustion air, and the power generation output of the rotating electrical machine is and the generator output of the gas turbine are applied to the wheel drive electric motor to power the wheel, thereby increasing the driving force of the wheel by the engine.

(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。
(Example) Next, an example of the present invention will be described in detail using the drawings.

図面は本発明にかかるターボコンパウンドエンジンの一
実施例を示す構成ブロック図である。
The drawing is a configuration block diagram showing an embodiment of a turbo compound engine according to the present invention.

同図において、1はエンジンで、エンジンの運転に応じ
て往復運動を行うピストンを備えたレシプロエンジンで
あり、該エンジン1は冷却機構を使用せず、燃焼室の部
分や排気流路に断熱材を採用し、いわゆる断熱エンジン
として大きなエネルギーを有する排気ガスが排出される
ように構成されている。
In the figure, 1 is an engine, which is a reciprocating engine equipped with a piston that makes reciprocating motion according to engine operation.The engine 1 does not use a cooling mechanism, and has insulation material in the combustion chamber and exhaust flow path. The engine is designed as a so-called adiabatic engine so that exhaust gas containing a large amount of energy is emitted.

そしてエンジン1の排気管11と吸気管12にはタービ
ン21とコンプレッサ22とを備えたターボチャージャ
2が接続され、エンジン1の排気エネルギーにより駆動
されるタービン21のトルクによって、コンプレッサ2
2を回転させ、吸気管12を介しエンジン1に過給気を
圧送する。
A turbocharger 2 including a turbine 21 and a compressor 22 is connected to the exhaust pipe 11 and intake pipe 12 of the engine 1, and the compressor 2 is driven by the torque of the turbine 21 driven by the exhaust energy of the engine 1.
2 to force-feed supercharging air to the engine 1 through the intake pipe 12.

3は回転電機でタービン21の回転軸に配置され、ター
ビントルクにより駆動されて発電するもので、その固定
子巻線31からの出力は後述するコントローラの強電回
路に送電される。
Reference numeral 3 denotes a rotating electric machine which is disposed on the rotating shaft of the turbine 21 and is driven by the turbine torque to generate electricity, and the output from the stator winding 31 is transmitted to a high-power circuit of a controller to be described later.

4はガスタービンで、発電機41とその回転軸の両側に
タービンブレード42.43をそれぞれ備えたものであ
り、一方のタービンブレード42は前記のターボチャー
ジャ2の排出管23からの排出ガスにより駆動され、他
方のタービンブレード43は燃焼器5からの燃焼ガスに
よって駆動されて、発電機41からの出力はコントロー
ラ6の強電回路に送出される。
Reference numeral 4 denotes a gas turbine, which is equipped with a generator 41 and turbine blades 42 and 43 on both sides of its rotating shaft, and one turbine blade 42 is driven by the exhaust gas from the exhaust pipe 23 of the turbocharger 2. The other turbine blade 43 is driven by the combustion gas from the combustor 5, and the output from the generator 41 is sent to the high-power circuit of the controller 6.

燃焼器5は燃料を気化する気化器51と、気化燃料と空
気とを混合して燃焼させる燃焼室52とを有し、燃料ポ
ンプ53からの燃料を効率よく燃焼させて、燃焼ガスを
ガスタービン4のタービンブレード43に圧送するもの
であり、該燃焼器5の空気取入口54は前記ターボチャ
ージャ2のコンプレッサ22から分岐された送気管25
に連結されている。
The combustor 5 includes a vaporizer 51 that vaporizes fuel and a combustion chamber 52 that mixes and burns the vaporized fuel and air, efficiently burns the fuel from the fuel pump 53, and transfers the combustion gas to the gas turbine. The air intake port 54 of the combustor 5 is connected to an air supply pipe 25 branched from the compressor 22 of the turbocharger 2.
is connected to.

そして、送気管25の途中には空気流量を調節する制御
弁7が配置され、コントローラ6の指令により操作され
る弁アクチユエータ71の作動によって、燃焼器5への
空気流量が制御されるように構成されている。
A control valve 7 for adjusting the air flow rate is arranged in the middle of the air supply pipe 25, and the air flow rate to the combustor 5 is controlled by the operation of a valve actuator 71 operated by a command from the controller 6. has been done.

8は車両を走行させる車輪であり、エンジン1の出力軸
13からのトルクにより、図示していない変速機構や伝
達機構などを介して回転駆動されるもので、その回転軸
には電動機81が取付けられており、該電動機81には
コントローラ6の強電回路からの前記回転電機3と発電
機41との電力が送電されて、エンジントルクによる車
両の走行を付勢するものである。
Reference numeral 8 denotes wheels for driving the vehicle, which are rotationally driven by torque from the output shaft 13 of the engine 1 via a transmission mechanism or a transmission mechanism (not shown), and an electric motor 81 is attached to the rotation shaft. Electric power from the rotating electric machine 3 and the generator 41 is transmitted from the high-power circuit of the controller 6 to the electric motor 81, and the engine torque is used to urge the vehicle to travel.

コントローラ6はマイクロコンピュータからなり、演算
処理を行う中央制御装置、演算処理手順や制御手順など
を格納する各種メモリ、入/出力ボートなどを備えてお
り、エンジンの運転状態を検知する各種の手段からの信
号が入力されると、燃焼器5の燃焼制御のために燃料ポ
ンプ53や制御弁7の弁アクチユエータ71に所定の指
令を発令する。
The controller 6 is composed of a microcomputer, and is equipped with a central control unit that performs arithmetic processing, various memories that store arithmetic processing procedures and control procedures, input/output boards, etc. When the signal is input, a predetermined command is issued to the fuel pump 53 and the valve actuator 71 of the control valve 7 for combustion control of the combustor 5.

そして、出力ボートに接続された強電回路は、供給され
た回転電機3や発電機41からの発電電力を電動機81
を力行させる電力に変換し、該変換電力を電動機81に
供給して車輪8の回転力を付勢するように構成されてい
る。
The high-power circuit connected to the output boat transfers the generated power from the supplied rotating electric machine 3 and generator 41 to the electric motor 81.
is converted into electric power for power running, and the converted electric power is supplied to the electric motor 81 to energize the rotational force of the wheel 8.

つぎに本実施例の作動について説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

図示に示したエンジンシステムが大出力を要求されると
きは、断熱されたエンジン1の排気ガスにより駆動され
るターボチャージャ2の回転電機3からの発電出力をコ
ントローラ6の強電回路に送電する。
When the illustrated engine system is required to have a large output, the generated output from the rotating electrical machine 3 of the turbocharger 2 driven by the heat-insulated exhaust gas of the engine 1 is transmitted to the high-power circuit of the controller 6.

一方、ターボチャージャ2のコンプレッサ22の作動に
よる圧気は、エンジン1の吸気管12を介してエンジン
1に圧送して過給気圧を高めるとともに、分岐された送
気管25に設けた全開の制御弁7を介し燃焼器5に燃焼
用空気として空気取入口54から送気され、燃料ポンプ
53から供給され気化器51により気化された気化燃料
と混合して着火により燃焼ガスを生ずる。
On the other hand, the pressurized air generated by the operation of the compressor 22 of the turbocharger 2 is sent to the engine 1 through the intake pipe 12 of the engine 1 to increase the supercharging pressure, and the control valve 7 provided in the branched air supply pipe 25 is fully opened. The air is sent to the combustor 5 as combustion air from the air intake port 54, mixed with vaporized fuel supplied from the fuel pump 53 and vaporized by the vaporizer 51, and ignited to produce combustion gas.

このため、該燃焼ガスによりガスタービン4はタービン
ブレード43が回転駆動され、さらに他方のタービンブ
レード42にはターボチャージャ2からの排出ガスが圧
送され、両タービンブレードのトルクが加わって発電機
41の発電出力が増大し、コントローラ6の強電回路に
送電される。
Therefore, the combustion gas rotates the turbine blades 43 of the gas turbine 4, and the exhaust gas from the turbocharger 2 is fed under pressure to the other turbine blade 42, and the torque of both turbine blades is added to drive the generator 41. The power generation output increases and the power is transmitted to the high-power circuit of the controller 6.

ついで、コントローラ6は車輪8の電動機81との結線
をチエツクし、電動機81の巻線の周波数から電動機8
1の回転数を検出して、該回転数を上回る回転数となる
ように、強電回路に送電された発電機41および回転電
機3からの電力の電圧や周波数を変換して電動機81に
通電する。
Next, the controller 6 checks the connection between the wheel 8 and the electric motor 81, and determines the electric motor 8 based on the frequency of the winding of the electric motor 81.
1 and converts the voltage and frequency of the power from the generator 41 and the rotating electric machine 3 that are transmitted to the high-power circuit to energize the electric motor 81 so that the rotation speed exceeds the detected rotation speed. .

したがって、この通電によって電動機81は力行するこ
とになり、車輪8の回転力は増大してエンジン1のトル
クによる走行の場合に比して、例えば2倍以上の推進力
が得られることになる。
Therefore, this energization causes the electric motor 81 to perform power running, and the rotational force of the wheels 8 increases, resulting in a propulsive force that is, for example, twice or more, compared to the case where the vehicle is driven by the torque of the engine 1.

以上、本発明を上述の実施例によって説明したが、本発
明の趣旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらの
変形を本発明の範囲から排除するものではない。
Although the present invention has been described above with reference to the above embodiments, various modifications can be made within the scope of the spirit of the present invention, and these modifications are not excluded from the scope of the present invention.

(発明の効果) 上述のように本発明によれば、回転電機付ターボチャー
ジャからの排出ガスと、該ターボチャージャの圧縮作動
による圧気を燃焼用空気とする燃焼器からの燃焼ガスに
よってガスタービンを駆動し、該ガスタービンの発電機
からの発電出力と回転電機の発電電力とにより車輪に設
けた電動機を力行させて車輪の走行力を付勢するので、
エンジンが大出力を要するときには、ターボチャージャ
からの排出ガスと、コンプレッサの圧気利用の燃焼器か
らの燃焼ガスとによりガスタービンが効率よく高出力運
転することになり、したがって該ガスタービンの発電機
出力や回転電機の発電力によって車両の推進力が倍増す
るという効果が得られる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, a gas turbine is driven by exhaust gas from a turbocharger with a rotary electric machine and combustion gas from a combustor that uses pressurized air from the compression operation of the turbocharger as combustion air. The electric motor installed in the wheel is powered by the power output from the generator of the gas turbine and the power generated by the rotating electric machine, and the running force of the wheel is energized.
When the engine requires high output, the gas turbine efficiently operates at high output due to the exhaust gas from the turbocharger and the combustion gas from the combustor that uses the compressor's pressure, and therefore the generator output of the gas turbine. The effect of doubling the propulsion force of the vehicle is achieved by the power generated by the rotary electric machine.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図面は本発明にかかるターボコンパウンドエンジンの一
実施例を示す構成ブロック図である。 1・・・エンジン、2・・・ターボチャージャ、3・・
・回転電機、4・・・ガスタービン、5・・・燃焼器、
6・・・コントローラ、7・・・制御弁、8・・・車輪
、41・・・発電機、53・・・燃料ポンプ、81・・
・電動機。
The drawing is a configuration block diagram showing an embodiment of a turbo compound engine according to the present invention. 1...Engine, 2...Turbocharger, 3...
・Rotating electric machine, 4... gas turbine, 5... combustor,
6... Controller, 7... Control valve, 8... Wheel, 41... Generator, 53... Fuel pump, 81...
·Electric motor.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)エンジンに接続されたターボチャージャに回転電
機を取付け、該回転電機の発電出力を車輪駆動系に連結
した電動機に供給して力行せしめるターボコンパウンド
エンジンにおいて、前記ターボチャージャからの圧気を
取入れて燃料を燃焼せしめる燃焼器と、該燃焼器の燃焼
ガスと前記ターボチャージャからの排出ガスとにより駆
動される発電機付タービンと、該発電機付タービンの発
電出力を前記電動機に供給する通電手段とを備えたこと
を特徴とするターボコンパウンドエンジン。
(1) In a turbo compound engine in which a rotating electric machine is attached to a turbocharger connected to the engine, and the generated output of the rotating electric machine is supplied to the electric motor connected to the wheel drive system for power running, pressure air from the turbocharger is taken in. A combustor that burns fuel, a turbine with a generator driven by combustion gas of the combustor and exhaust gas from the turbocharger, and energizing means for supplying the generated output of the turbine with the generator to the electric motor. A turbo compound engine characterized by:
(2)前記発電機付タービンは、前記燃焼器からの燃焼
ガスにより駆動される第1のタービンブレードと、前記
ターボチャージャからの排出ガスにより駆動される第2
のタービンブレードとを有することを特徴とする請求項
(1)記載のターボコンパウンドエンジン。
(2) The generator-equipped turbine includes a first turbine blade driven by combustion gas from the combustor, and a second turbine blade driven by exhaust gas from the turbocharger.
The turbo compound engine according to claim 1, characterized in that it has a turbine blade of.
JP2243054A 1990-09-13 1990-09-13 Turbo compound engine Pending JPH04124428A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7383684B2 (en) * 2006-04-10 2008-06-10 Deere & Company Hybrid engine
US8141360B1 (en) * 2005-10-18 2012-03-27 Florida Turbine Technologies, Inc. Hybrid gas turbine and internal combustion engine
WO2021220742A1 (en) * 2020-04-27 2021-11-04 株式会社石川エナジーリサーチ Vehicle drive device

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