JPH0481511A - 排気エネルギ回収装置 - Google Patents

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、排気ガスによって駆動されるタービンに連結
された発電機を有し、排気ガスの有するエネルギを電気
エネルギに変換して回収する排気エネルギ回収装置に関
する。

（従来の技術） 従来のエンジンでは、燃料の燃焼によって発生する熱エ
ネルギのうち、機械エネルギすなわち出力として利用で
きる割合は約１／３程度であり、残りの熱エネルギは冷
却装置により放熱され、また排篤ガスと共に放出され利
用されていない。

そこで、燃焼室内壁をセラミック等の断熱材で被覆する
ことにより冷却装置に伝達され放熱される熱エネルギ量
を抑制し、排気ガスと共に排出される熱エネルギ量を増
加させ、該排気ガスにより排気タービンを駆動し、該排
気タービンにより吸気コンプレッサや発電機を駆動する
ことにより排気ガスの有するエネルギを回収する排気エ
ネルギ回収装置が多数提案されている。

ところで、該往来提案されている排気エネルギ回収装置
の内、排気タービンが１個である装置では、エンジン負
荷が変動すると該負荷の変動に伴い排気ガスの排出量や
排気温度が変動するため、エンジンの負荷変動に関係な
（タービン効率を高状態に維持することが困難であり、
特にエンジンの低負荷時には排気エネルギを回収するこ
とがほとんど不可能になるという問題がある。

そこで、容量が互いに異なる複数個の排気タービン式発
電機をエンジンの排気管に対して並列に連結し、低負荷
時には小容量の排気タービンへ排気ガスを供給し、負荷
の増加と共に順次大容量の排気タービンを作動させ、排
気エネルギを電気エネルギに変換して回収する排気エネ
ルギ回収装置が提案されている。

Ｃ発明が解決しようとする課題） このような従来の複数個の排気タービンによって発電し
排気エネルギを回収する装置では、高負荷時に発電され
る電力は高電圧であるため、該発電電力をバッテリに蓄
電する場合には充電可能な電圧まで変圧しなければなら
ず、従って該変圧操作を行うため変圧装置を付設しなけ
ればならないという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、エンジン
の低負荷時から高負荷時に至る負荷の全範囲において排
気エネルギを回収すると共に変圧装置を付設することな
くバッテリを充電することのできる充１ｉ電力を発電す
る排気エネルギ回収装置を提供しようとするものである
。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、エンジンからの排気ガスにて排気ター
ビンを駆動し該排気エネルギを回収する排気エネルギ回
収装置において、エンジンの排気管に連結された充電用
タービンと、該充電用タビンにより駆動されバッテリ充
電電力を発電する充電用発電機と、上記排気タービンへ
の排気流量を増減するバルブ手段と、該バルブ手段を制
御し上記充′ｒｉ電力の電圧を所定値に保持する電圧保
持手段とを有することを特徴とする排気エネルギ回収装
置を提供できる。

（作用） 本発明の排気エネルギ回収装置では、バッテリ充電専用
の排気タービン式発電機を設はエンジン負荷が増加し、
該充電専用の発電機の発電電圧が所定値に到達すると、
それ以上増加する排気ガスを他の排気タービンへ供給し
、充電電圧を一定値に保持する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明による装置の構成を示すブロック図で
ある。

１は断熱エンジンであり、ピストンヘッド面を含む燃焼
室内壁や排気管路１１の内壁が、窒化珪素やチタン酸ア
ルミニウム等の断熱性を有するセラミックにて被覆され
ており、外部に伝達される熱エネルギ量が抑制されてい
る。

該断熱エンジンＩの排気管路１１には容量の異なる３個
の排気タービン式発電機が並列接続されている。尚該３
個の排気タービン式発ｉｉ機の容量の範囲は適度に重な
り合いながら連続しており、断熱エンジン１からの排気
ガス排出量の全範囲をカバーすることができるように設
定されている。

該３個の排気タービン式発ｉｉ機のうち最小の容量のも
のは充電用発電機２であり、その他は該充電用発電機２
より容量が大である中介電機３と、該中介電機３より更
に容量が大である大発電機４とである。

上記充電用発電機２には整流器２１が接続されており、
更に該整流器２１はバッテリ２２に接続され、該充電用
発電機２からの発電電力を整流しバッテリ２２を充電す
る。

該整流器２１は、バッテリ２２への充電電圧を検知し後
述するコントローラ６に送信する。

また、中介電機３及び大発電機４には、各々と排気管路
１１との間に設けられ、排気ガスの流入口を外部からの
信号により開閉制御する開閉バルブ３１・４１が配設さ
れている。

５はコンバータであり、上記中介電機３及び大発電機４
のうちの少なくとも一方からの発電電力を所定の電圧に
変換すると共に直流電力に整流し、後述するインバータ
７に該整流された電力を供給するものである。更に、中
発電ｖＡ３及び大発電機４の発電電圧を検知し後述する
コントローラ６に送信する。

６はコントローラであり、外部との信号の入出力を司る
入出力インターフェイス、プログラムや各種データを予
め記憶するＲＯＭ、該ＲＯＭに記憶されているプログラ
ムの基に演算を行うＣＰＵ、演算結果や入力データを一
時記憶するＲＡＭ、コントローラ内部の信号の流れを司
るコントロールメモリ等から構成されている。

そして該コントローラ６は、上記整流器２１及びコンバ
ータ５からの電力信号を基に上記開閉バルブ３１・４１
を開閉駆動する。

７はインバータであり、上記コンバータ５によって整流
された電力を所定周波数の交流電力に変換し、上記断熱
エンジン１の回転軸に連結されているモータ７１に供給
し、該モータ７１をカ行運転させるものである。

次に、上記構成による排気エネルギ回収装置の作用につ
いて説明する。

エンジンがアイドリング状態等の低負荷状態にある場合
には、コントローラ６は開閉バルブ３２及び開閉バルブ
４２を閉鎖する。すると、断熱エンジン１からの排気ガ
スはすべて充電用発電機２の排気タービンへと導かれる
。該充電用発電機２は排気ガスの流量が小である場合に
高効率で作動するように設定されているため、排気ガス
の有するエネルギを有効に電気エネルギに変換し整流器
２１へと出力する。

エンジン負荷が増加すると、バッテリ２２への充電電圧
も上昇する。そして、該充電電圧がバッテリ２２を充電
するのに最適な電圧に到達すると、コントローラ６は開
閉バルブ３２を徐々に開放する。

すると、排気ガスの一部は中介電機３に導かれ、上記充
電電圧が上記最適な電圧以上に上昇することが防止され
る。尚、該充電電圧が充電最適電圧以下に減少した場合
には、開閉バルブ３１の開度を減少させ、充電用発電機
２へ供給される排気ガス量を増加させる。

そしてエンジン負荷が更に増加し、中介電機３からの発
電電圧が所定値に到達すると、コントローラ６は開閉バ
ルブ４２を開放する。そして、コンバータ５の内部スイ
ッチを大発電機４からの発電電力をも整流するように切
り換える。

ところで、上記実施例において、発電機を切り換えるパ
ラメータとして発電電圧を用いたが、発電電流を用いる
ことができる。この場合すなわち発電電流をパラメータ
として用いることにより、耐ノイズ性が改善され制御の
信頼性を向上させることができる。尚、発電電流検出機
能も上記整流器２１及びコンバータ５に付加することが
できる。

次に、他の実施例について説明する。

第２図は、他の実施例の構成を示すブロック図である。

尚、上記第１図と同一番号を付したものは同一物である
ため説明を省略する。

本実施例は上記第１図に示した装置にコンプレッサ２３
が追加されている。該コンプレッサ２３は充電用発ｔｉ
２に連結されており、従って該コンプレッサ２３はエン
ジンの負荷変動に関係なく一定圧力の過給気を断熱エン
ジン１に供給することができる。

上記において、本発明の実施例について詳細に説明した
が、本発明の精神から逸れないかぎりで、種々の異なる
実施例は容易に構成できるから、本発明は上記特許請求
の範囲において記載した限定以外、特定の実施例に制約
されるのものではない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、バッテリ充電専
用の排気タービン式発電機を設はエンジン負荷が増加し
、該充電専用の発電機の発電電圧が所定値に到達すると
、それ以上増加する排気ガスを他の排気タービンへ供給
し、充１ｉ電圧を一定価に保持するので、エンジンの低
負荷時から高負荷時に至る負荷の全範囲において排気エ
ネルギを回収すると共に変圧装置を付設することなくバ
ッテリを充電することのできる充電電力を発電する排気
エネルギ回収装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の構成を示すブロック図、
第２図は、他の実施例の構成を示すブロック図である。 １・・・断熱エンジン、２・・・充電用発電機、３・・
・中介電機、４・・・大発電機、５・・・コンバータ、
６・・・コントローラ、７・・・インバータ、２１・・
・整流器、２２・・・バッテリ、２３−・・コンプレッ
サ、３１゜４１・・開閉バルブ。 特許出願人　　いすゴ自動車株式会社 代　　理　　人　　　弁理士　　辻　　　　　實第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンからの排気ガスにて排気タービンを駆動
   し該排気エネルギを回収する排気エネルギ回収装置にお
   いて、エンジンの排気管に連結された充電用タービンと
   、該充電用タービンにより駆動されバッテリ充電電力を
   発電する充電用発電機と、上記排気タービンへの排気流
   量を増減するバルブ手段と、該バルブ手段を制御し上記
   充電電力の電圧を所定値に保持する電圧保持手段とを有
   することを特徴とする排気エネルギ回収装置。
2. （２）上記排気タービンは所定効率以上での運転に必要
   な排気流量が互いに異なる２個の排気タービンからなり
   、該２個の排気タービンの各々に駆動される発電機を有
   することを特徴とする請求項（１）記載の排気エネルギ
   回収装置。
3. （３）上記充電用タービンには上記エンジンの吸気を過
   給するコンプレッサが連結されていることを特徴とする
   請求項（１）記載の排気エネルギ回収装置。