JPH0423093B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの排出する排気ガスのエネル
ギーを電力に回生して電動機に供給し、エンジン
の駆動力を助勢する排気タービンによるエネルギ
ー回収装置に関する。

（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。

またエンジンの排気管内に発電機を有する排気
タービンを設け、該発電機からの電力を、エンジ
ンにより駆動される車軸に設けた電動機に供給し
て車輪を駆動するターボコンパウンドエンジンの
提案が特願昭60−233934号に示されている。

（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、前者の歯車機構によりクランク軸に回転力を
帰還させる方法は、歯車機構が複雑となり、さら
にその伝達効率が悪いので、エネルギーの回収が
十分でない問題がある。

後者のターボコンパウンドエンジンの提案にお
いては、排気エネルギーにより発電機を駆動し
て、その発電電力を車軸に設けた電動機に供給し
ているが、２種の発電機からの電力を合成するに
際し機械的に作動する機構を用いて電圧を制御し
ている。したがつて、この機構による制御作動の
応答性や、機構の保守に問題が生ずる。

本発明はこれらの問題に鑑みてなされてもので
あり、その目的は排気ガスのエネルギーを２種の
発電機により電力として回収し、機械的な機構に
よる変換手段を用いることなく、効率よく電動機
を力行させる電力に変換しようとする排気タービ
ンによるエネルギー回収装置を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、エンジンの排気管にそれぞれ
が発電機を有する複数段の排気タービンを接続し
た排気タービンによるエネルギー回収装置におい
て、前記エンジンの駆動力を助勢する電動機を前
記発電機と同数設けるとともに、それぞれの発電
機の出力を前記電動機を力行させる駆動電力にそ
れぞれ変換する手段を設け、これらの変換する手
段によりそれぞれの発電機の出力を変換してそれ
ぞれの電動機を力行させる排気タービンによるエ
ネルギー回収装置が提供される。

（作用） エンジンの排気管にそれぞれが発電機を有する
２段タービンを設け、これらの発電機の出力を半
導体素子からなる変換機構を介して、２台の電動
機にそれぞれ供給し、これらの電動機を力行させ
て車両の走行力を助勢する作用がある。

（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図は本発明に係る排気タービンによるエネ
ルギー回収装置の一実施例を示す構成ブロツク図
である。

図において、エンジンＡの排気管Ａ１にはター
ボチヤージヤＢの排気ハウジングＢ１が取付けら
れ、エンジンＡの排出する高圧の排気ガスのエネ
ルギーによつてタービンブレードＢ２が駆動され
る。そして、タービンブレートＢ２と同軸に設け
られたコンプレツサーブレートＢ３が駆動される
と、吸入口Ｂ４から空気を吸入圧縮して、吸気管
Ｂ５を通じてエンジンＡに過給気を圧送するよう
構成されている。

また、タービンブレードＢ２とコンプレツサブ
レードＢ３との間には発・電動機となる交流機Ｃ
が設けてあり、排気ガスのエネルギーによつてタ
ービンブレードＢ２が駆動されると、交流機Ｃは
発電機として作動し、その電力は半導体素子によ
る変換機構となるサイクロコンバータにて構成さ
れた変流機Ｄに供給される。

Ｅは発電機Ｆを有する排気タービンであり、タ
ーボチヤージヤＢの排気ハウジングＢ１の排出口
に接続され、タービンブレードＢ２を駆動して排
出される低圧の排気ガスのエネルギーにより、ブ
レードＥ１が駆動される。そして、ブレードＥ１
に直結された発電機Ｆが回転駆動され、発電出力
がサイクロコンバータからなる変流機Ｇに送電さ
れる。

Ｈは電動機であり、例えば車両の後輪の駆動軸
に設けられ、エンジンのトルクにて駆動される後
輪の走行力を電動機Ｈの力行によつて助勢するも
のであり、その電力は変流機Ｄから供給されてい
る。そして、電動機Ｈには回転センサＨ１が設け
られ、電動機Ｈの回転数を検出して、検出信号を
コントローラＫに送出する。

Ｊは電動機であり、例えば車両の前輪の駆動軸
に設けられ、電動機Ｊを力行させることにより、
エンジンのトルクにて駆動される前輪の走行力を
助勢するものであり、変流機Ｇから電源が供給さ
れている。なお、電動機Ｊにはその回転数を検出
する回転センサＪ１が設けられ、検出した信号を
コントローラＫに送出する。

コントローラＫはマイクロコンピユータにて構
成され、演算装置、メモリ、入出力装置などを有
するものであり、電動機ＨおよびＪに設けられた
回転センサＨ１およびＪ１からのそれぞれの検出
信号を受信すると、変流機ＤおよびＧに対して、
指令信号Ｋ１およびＫ２を送出し、それぞれの変
流機Ｄ，Ｇが入力した交流電力の周波数を、電動
機ＨおよびＪをそれぞれ力行させる周波数の交流
電力に変換してそれぞれに供給するよう構成され
ている。

つぎに、このように構成された本実施例の作動
を説明する。

エンジンＡの運転により排出される排気ガスの
エネルギーによつて、ターボチヤージヤＢのター
ビンブレードＢ２が高速度に回転駆動され、同軸
上に設けた交流機Ｃからは500〜2000Hz程度の周
波数の交流電力が変流機Ｄに送電される。コント
ローラＫには電動機Ｈに設けた回転センサＨ１か
ら電動機Ｈの回転数を検出した信号が入力されて
おり、コントローラＫはこの信号に対応して、変
流機Ｄに対して電動機Ｈを力行させる周波数の交
流に変換する指令信号Ｋ１を発信する。したがつ
て、この指令信号Ｋ１を受令した変流機Ｄは、入
力された500〜2000Hzの交流電力を、電動機Ｈを
力行させる低い周波数の交流に変換して電動機Ｈ
に供給するので、電動機Ｈは力行することとな
り、エンジンＡを原動力として駆動される後輪の
走行力は助勢されることになる。

一方、ターボチヤージヤＢから排出される排出
ガスは排気タービンＥのブレードＥ１を駆動して
発電機Ｆを回転させ、発電機Ｆは高い周波数の交
流を変流機Ｇに送電する。また、コントローラＫ
には回転センサＪ１からの電動機Ｊの回転数を検
出した信号が入力されており、コントローラＫは
この信号に対応して、電動機Ｊを力行させる周波
数の交流に変換する指令信号Ｋ２を変流機Ｇに対
して発信する。そして、この指令信号Ｋ２を受令
した変流機Ｇは、入力した発電機Ｆからの交流を
電動機Ｊを力行させる周波数の交流に変換して供
給するので、電動機Ｊは力行して、前輪の走行力
を助勢するよう作動する。

第２図は交流電力の周波数を変換する変換機構
の一例を示す回路図であり、交流発電機１の電力
の周波数を変換して、負荷となる電動機５に供給
する回路を示したものである。

第２図において、交流発電機１の一相１ａから
の交流出力は全波整流されるように整流器ブリツ
ジ２に接続され、さらに、整流器ブリツジ２から
の出力は４個のシリコン制御整流素子（SCR）
よりなるSCRブリツジ３に接続されている。そ
して、SCRブリツジ３にて同相の電流を流す組
となるSCR３ａ，３ｃのそれぞれのゲートは引
出端子４ａとして引出され、また、同相の電流を
流す他の組となるSCR３ｂ，３ｄのそれぞれの
ゲートは引出端子４ｂとして引出されている。な
お、これら引出端子４ａ，４ｂには、電動機５を
力行させる周波数の交流電力（脈流）に、直流を
波形変換させる波形信号が入力されるよう構成さ
れている。そして、SCRブリツジ３からの出力
は負荷となる電動機の一相５ａに接続されてい
る。

つぎに、交流発電機１の前記の一相１ａの他の
相１ｂおよび１ｃからの交流出力は、一相１ａの
交流出力を変換して電動機５の一相５ａに接続し
た如く、それぞれ整流器ブリツジ２１，２２と、
SCRブリツジ３１，３２とを介して電動機５の
一相５ｂ，５ｃとに接続されている。そして、
SCRブリツジ３１および３２とからは、引出端
子４ｃ，４ｄおよび引出端子４ｅ，４ｆが引出さ
れている。なお、引出端子４ｃ，４ｄおよび引出
端子４ｅ，４ｆには引出端子４ａ，４ｂに準じて
電動機５を力行させる波形信号が入力されるよう
構成されている。

このように構成された第２図の変換装置におい
ては、交流発電機１の発電する交流電力は、整流
器ブリツジ２，２１，２２により全波整流されて
直流出力がSCRブリツジ３１，３２に入力され
る。SCRブリツジにおいては、ブリツジを構成
するSCRのゲートに前記の波形信号がそれぞれ
入力され、電動機５を力行させる周波数の交流電
力（脈流）に直流が変換され、この交流電力が電
動機５の各相に供給されるので、電動機５は力行
して、例えば接続された車輪の駆動軸を駆動して
車輪の走行力を助勢することになる。

したがつて、第２図における交流発電機１を第
１図における交流機Ｃまたは発電機Ｆにおきか
え、電動機５（第２図）を電動機ＨまたはＪ（第
１図）におきかえて整流器ブリツジやSCRブリ
ツジを用いて接続すれば、排気エネルギーによつ
て、車両の走行力を助勢することができる。

なお、本発明を上記の実施例によつて説明した
が、本発明の主旨の範囲内で、例えば力行する電
動機Ｈ，Ｊのトルクをエンジンのクランク軸に伝
導機構を介して接続する如く、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） 本発明は、エンジンの排気管にそれぞれが発電
機を有する２段タービンを設け、これらの発電機
からのそれぞれの出力を、半導体素子からなる周
波数の変換機構を介して、車両の走行力を助勢す
る電動機にそれぞれ供給して電動機を力行させる
ので、歯車機構を用いることなく、その伝導効率
による損失から免れる効果を生ずる。

また、複数の発電機の出力を合成することなく
それぞれ別個の電動機に供給するので、機械的に
作動する機構を使用しないため、その応答性や保
守の問題も生ずることのない効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る排気タービンによるエネ
ルギー回収装置の一実施例を示す構成ブロツク
図、第２図は交流電力の周波数を変換する変換機
構の一例を示す回路図である。 Ａ……エンジン、Ａ１……排気管、Ｂ……ター
ボチヤージヤ、Ｃ……交流機、Ｄ……変流機、Ｅ
……排気タービン、Ｆ……発電機、Ｇ……変流
機、Ｈ……電動機、Ｊ……電動機。１……交流発
電機、２……整流器ブリツジ、３……SCRブリ
ツジ、５……電動機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンの排気管にそれぞれが発電機を有す
   る複数段の排気タービンを接続した排気タービン
   によるエネルギー回収装置において、前記エンジ
   ンの駆動力を助勢する電動機を前記発電機と同数
   設けるとともに、それぞれの発電機の出力を前記
   電動機を力行させる駆動電力にそれぞれ変換する
   手段を設け、これらの変換する手段によりそれぞ
   れの発電機の出力を変換してそれぞれの電動機を
   力行させることを特徴とする排気タービンによる
   エネルギー回収装置。 ２ 前記の発電機の出力を変換する手段として半
   導体素子による変換機構を用いたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の排気タービンによ
   るエネルギー回収装置。