JPH0579806B2 - - Google Patents

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JPH0579806B2
JPH0579806B2 JP60233939A JP23393985A JPH0579806B2 JP H0579806 B2 JPH0579806 B2 JP H0579806B2 JP 60233939 A JP60233939 A JP 60233939A JP 23393985 A JP23393985 A JP 23393985A JP H0579806 B2 JPH0579806 B2 JP H0579806B2
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JP
Japan
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exhaust
energy
motor
engine
axle
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Hideo Kawamura
Katsuyuki Tamai
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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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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  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

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
せることの可能な排気タービンを使用したターボ
コンパウンドエンジンのエネルギー回収装置に係
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
ンのエネルギー回収装置に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to an energy recovery device for a turbo compound engine using an exhaust turbine capable of regenerating the exhaust energy of an internal combustion engine, and particularly relates to an energy recovery device for a turbo compound engine that uses an exhaust turbine capable of regenerating the exhaust energy of an internal combustion engine. This invention relates to an energy recovery device for a turbo compound engine that uses the output of a generator to rotate an electric motor installed on an axle to regenerate energy.

(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。
(Prior Art) In recent years, heat-insulating internal combustion engines have been developed that use ceramics for various parts of the engine, such as the outer wall of the exhaust manifold, the cylinder liner, the cylinder head insulation plate, and the piston. According to this internal combustion engine, there is no need to cool the internal combustion engine by dissipating the heat generated inside the engine, and the energy of the generated high temperature exhaust gas is regenerated and returned to the output shaft of the internal combustion engine. It can be used to improve the output of the engine.

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。
As this type of exhaust energy regeneration method, a method is known in which the rotational force of a turbine rotated by exhaust gas is decelerated by a multi-stage gear mechanism and then returned to the crankshaft.

また、排気エネルギー回生装置として、特開昭
59−141713号公報では、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。
In addition, as an exhaust energy regeneration device,
59-141713, an exhaust turbine having an alternator is rotated by the energy of exhaust gas, and the output of the alternator drives an induction motor provided on the output shaft of an internal combustion engine to regenerate exhaust energy. In addition, proposals have been made to control the amount of intake air by providing means for determining the magnitude of the load on the internal combustion engine, and to raise the exhaust gas temperature when the load is small.

(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、3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。後者の排気エネルギー回生装置の提案は、排
気ガスのエネルギーによつて、まず交流電力を制
御して誘導電動機を駆動し、内燃機関の出力軸を
回転させるので、歯車機構を必要とせず、また、
内燃機関の負荷の大小によつて吸気量を制御して
いるが、排気エネルギー回収の効率の点では改良
の余地が存在する。
(Problem to be Solved by the Invention) In such a method of regenerating exhaust energy, the former method of returning rotational force to the crankshaft using a gear mechanism is usually one-stage, for example, considering the transmission efficiency of the gear. Since its efficiency is 0.9 to 0.95, the efficiency decreases to about 80% with three stages of deceleration.
Moreover, the gear mechanism becomes complicated and its cost increases. In addition, since the space in the engine compartment of a small passenger car is narrow, a problem arises in the installation location of the gear mechanism. The latter proposal for an exhaust energy regeneration device uses exhaust gas energy to first control AC power to drive an induction motor and rotate the output shaft of an internal combustion engine, so it does not require a gear mechanism.
Although the amount of intake air is controlled depending on the load on the internal combustion engine, there is still room for improvement in terms of the efficiency of exhaust energy recovery.

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、歯車機構を使用せず、排気エ
ネルギーを交流電動機にて電気エネルギーに変換
し、該電気エネルギーを効率よく車軸を駆動する
電動機に供給して、排気エネルギー回収効果の高
いターボコンパウンドエンジンのエネルギー回収
装置を提供するにある。
The present invention has been made in view of these points, and its purpose is to convert exhaust energy into electrical energy using an AC motor without using a gear mechanism, and to provide an electric motor that efficiently drives an axle with the electrical energy. An object of the present invention is to provide an energy recovery device for a turbo compound engine, which is highly effective in recovering exhaust energy.

(問題点を解決するための手段) 本発明のターボコンパウンドエンジンのエネル
ギー回収装置は、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
タービンを設けたターボコンパウンドエンジンの
エネルギー回収装置において、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
と、前記車軸に設けられた交流電動機と、該検出
された車輪の回転数を基にして該交流電動機を力
行させる周波数を発生させる手段と、該手段によ
り発生された周波数の電力を該交流電動機に供給
して該交流電動機を駆動する電動機駆動手段とを
具備する。
(Means for Solving the Problems) The energy recovery device for a turbo compound engine of the present invention is a turbo compound engine in which an exhaust turbine having a generator is installed in the exhaust pipe of an internal combustion engine whose combustion chamber, exhaust pipe, etc. have an insulated structure. In the engine energy recovery device, there is provided a detection means for detecting the rotation speed of an axle driven by the internal combustion engine, an AC motor provided on the axle, and an AC motor based on the detected wheel rotation speed. The motor includes means for generating a frequency for powering the motor, and a motor driving means for supplying power at the frequency generated by the means to the AC motor to drive the AC motor.

(作用) 本発明の回収装置では、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
が、車軸の回転数の検出信号によつて周波数制御
された電気エネルギーに変換され、車軸を駆動す
る電動機を力行させて車輪の回転力を助勢するの
で、排気エネルギー→電気エネルギー→車輪駆動
力となり、効率の高いエネルギー回収装置として
作用する。
(Function) In the recovery device of the present invention, the generator installed in the exhaust turbine driven by the energy of the exhaust gas is converted into electrical energy whose frequency is controlled by the detection signal of the rotation speed of the axle. Since the electric motor that drives the motor is powered to assist the rotational force of the wheels, the energy becomes exhaust energy → electrical energy → wheel driving force, and it functions as a highly efficient energy recovery device.

(実施例) つぎに本発明の一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.

第1図は本発明は係るエンジンのエネルギー回
収装置の一実施例を示す構成説明図であり、第2
図はその一部分を変形した構成を示す部分構成図
である。
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram showing one embodiment of the engine energy recovery device according to the present invention, and FIG.
The figure is a partial configuration diagram showing a partially modified configuration.

第1図において、1はエンジンであり、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には交流発電機4を
備えた排気タービン3が取付けられている。
In FIG. 1, 1 is an engine, in which a combustion chamber including a piston 1a, a cylinder liner 1b, etc., and an exhaust port 1c constitute a heat insulating structure made of ceramics, and an exhaust manifold 2 has an exhaust turbine equipped with an alternator 4. 3 is installed.

排気タービン3の回転軸には、交流発電機4の
回転軸が直結して取付けられ、排気マニホールド
2から排出される高温の排気ガスによりタービン
ブレード3aが駆動されると、交流発電機4は高
い周波数の交流電力を発電する。なお、5はエン
ジン1に燃料を噴射する噴射ポンプであり、該噴
射ポンプ5の燃料噴射量を検出して負荷信号FS
を発する負荷センサ6が取付けられている。7は
コンバータであり、例えばサイクロコンバータに
て構成され、交流発電機から高い周波数の交流電
力が入力されると、低い周波数の交流電力に効率
よく変換して出力するものである。そして、この
周波数変換作動は、車軸の回転数を検出する回転
センサ8からの回転信号WSと、前記負荷センサ
6からの負荷信号FSとにより制御される。
The rotating shaft of an alternator 4 is directly connected to and attached to the rotating shaft of the exhaust turbine 3, and when the turbine blades 3a are driven by high-temperature exhaust gas discharged from the exhaust manifold 2, the alternating current generator 4 has a high temperature. Generates alternating current power at a frequency. Note that 5 is an injection pump that injects fuel into the engine 1, and detects the fuel injection amount of the injection pump 5 and outputs a load signal FS.
A load sensor 6 is attached that emits a signal. A converter 7 is constituted by, for example, a cycloconverter, and when high frequency AC power is input from an AC generator, it efficiently converts it into low frequency AC power and outputs it. This frequency conversion operation is controlled by a rotation signal WS from a rotation sensor 8 that detects the rotation speed of the axle and a load signal FS from the load sensor 6.

9は車軸10と同軸に回転軸を設けた電動機で
あり、コンバータ7から出力される交流電力を供
給されて車輪11を駆動するものである。そし
て、電動機9に供給される交流電力の周波数は、
常に前記回転信号WSと負荷信号FSとにより制御
され、電動機9を力行させて駆動する周波数とな
るようにコンバータ7より出力される。したがつ
て、電動機9の力行による駆動力により、車輪1
1はその回転数に拘らず、いつも回転力を助勢さ
れて駆動されている。
Reference numeral 9 denotes an electric motor having a rotating shaft coaxial with the axle 10, and is supplied with AC power output from the converter 7 to drive the wheels 11. The frequency of the AC power supplied to the electric motor 9 is
It is always controlled by the rotation signal WS and the load signal FS, and is outputted from the converter 7 at a frequency that drives the electric motor 9 in power running. Therefore, due to the driving force generated by the electric motor 9, the wheels 1
1 is always driven with the aid of rotational force, regardless of its rotational speed.

第2図において、12は整流器、13はインバ
ータであり、第1図に示す交流発電機4の出力を
整流器12に入力し、整流器12からの直流をイ
ンバータ13に供給して、このインバータ13を
車軸の回転数を検出する回転センサ8からの回転
信号WSと、前記負荷センサ6からの負荷信号FS
とにより制御している。こうして所定周波数の交
流電力に変換した後、上記電動機9を駆動するも
のである。
In FIG. 2, 12 is a rectifier, and 13 is an inverter. The output of the alternating current generator 4 shown in FIG. A rotation signal WS from the rotation sensor 8 that detects the rotation speed of the axle, and a load signal FS from the load sensor 6
It is controlled by After converting the AC power into alternating current power at a predetermined frequency, the electric motor 9 is driven.

つぎに、このような構成になる本実施例の作動
を説明する。
Next, the operation of this embodiment having such a configuration will be explained.

断熱構造を備えたエンジン1からの高温の排気
ガスが排気マニホールド2を介して排気タービン
3に導かれ、タービンブレード3aに直結された
交流発電機4を駆動する。そして、交流発電機4
にて発電された交流電力は、コンバータ7に入力
される。
High-temperature exhaust gas from an engine 1 with a heat-insulating structure is guided to an exhaust turbine 3 via an exhaust manifold 2, and drives an alternator 4 directly connected to turbine blades 3a. And AC generator 4
The AC power generated by the converter 7 is input to the converter 7 .

コンバータ7では、負荷センサ6からの負荷信
号FSと、車軸10の回転センサ8からの回転信
号とが受信されており、これらの信号に対応して
交流発電機4の発電電力の高い周波数を、前述の
ように、電動機9に供給する低い周波数の交流電
力に変換して、電動機9を駆動する。このため、
電動機9は車軸10の回転数の大小に拘らず、常
に力行作動して車軸10を駆動し、車輪11の回
転力を助勢することになる。
The converter 7 receives the load signal FS from the load sensor 6 and the rotation signal from the rotation sensor 8 of the axle 10, and changes the high frequency of the power generated by the alternator 4 in response to these signals. As mentioned above, the electric motor 9 is driven by converting it into low frequency AC power that is supplied to the electric motor 9. For this reason,
The electric motor 9 always performs power running to drive the axle 10 and assist the rotational force of the wheels 11, regardless of the rotational speed of the axle 10.

また、第2図の構成においても、交流発電機4
にて排気エネルギーを電気エネルギーに変換し、
この電気エネルギーにて車軸10の回転数に対応
して電動機9を力行させ、車輪11を駆動するこ
とができ、これらは第1図の作動と同様である。
しかし、電気エネルギーの送達系路に整流器12
とインバータ13とが挿入されると、これらの電
気機器での損失が加重されるので、排気エネルギ
ー回収の総合効率は、第1図の構成のものに比す
るとやゝ効率の低下が免れない。
Also, in the configuration shown in FIG. 2, the AC generator 4
converts exhaust energy into electrical energy,
This electric energy can be used to power the electric motor 9 in accordance with the rotational speed of the axle 10 to drive the wheels 11, and these operations are similar to those shown in FIG. 1.
However, the rectifier 12 in the electrical energy delivery path
When the inverter 13 and the inverter 13 are inserted, losses in these electrical devices are added to the weight, so the overall efficiency of exhaust energy recovery is inevitably lower than that of the configuration shown in FIG.

以上のように、本発明を上記の実施例により説
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。
As mentioned above, although the present invention has been explained using the above embodiments, various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

(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
を有するエンジンの排気ガスを、排気タービンに
導いて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コンバータに入力し、車
軸の回転信号と負荷信号とにより、コンバータに
て変換する交流電力の周波数を制御して、常に電
動機を力行させる周波数の交流電力とするので、
歯車機構を必要とせず、電気エネルギーの送達に
ついても非常に効率のよい排気エネルギー回収装
置を得ることができる。
(Effects of the Invention) As described above in detail, the present invention guides exhaust gas from an engine having a heat-insulating structure to an exhaust turbine to drive an alternator, converts the exhaust energy into electrical energy, and inputs the electrical energy to the converter. However, the frequency of the AC power converted by the converter is controlled by the rotation signal of the axle and the load signal, so that the AC power is always at a frequency that powers the motor.
It is possible to obtain an exhaust energy recovery device that does not require a gear mechanism and is also very efficient in the delivery of electrical energy.

また、排気タービンの回転数とエンジン負荷で
ある駆動軸の回転数とは無関係であるので、排気
タービンの回転はタービン効率が最大になるよう
に保持が可能であり、エネルギーの回収効率も高
く保持できる。
In addition, the rotation speed of the exhaust turbine is unrelated to the rotation speed of the drive shaft, which is the engine load, so the rotation of the exhaust turbine can be maintained to maximize turbine efficiency, and energy recovery efficiency can also be maintained at a high level. can.

なお、本発明は排気エネルギーの回収に当り、
エネルギーの送達経路の使用部材数を減してある
ので、エネルギーの損失が少なく、さらに、使用
部材の信頼性が向上し、保守コストが低減する効
果が得られる。
In addition, the present invention recovers exhaust energy,
Since the number of components used in the energy delivery path is reduced, energy loss is reduced, and the reliability of the components used is improved, resulting in reduced maintenance costs.

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

第1図は本発明に係るエンジンの排気エネルギ
ー回収装置の一実施例を示す構成説明図、第2図
はその一部分を変形した構成を示す部分構成図で
ある。 1……エンジン、1a……ピストン、1b……
シリンダライナ、3……排気タービン、4……交
流発電機、6……負荷センサ、7……コンバー
タ、8……回転センサ、9……電動機、10……
車軸、11……車輪。
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram showing one embodiment of an engine exhaust energy recovery device according to the present invention, and FIG. 2 is a partial configuration diagram showing a partially modified configuration. 1...engine, 1a...piston, 1b...
Cylinder liner, 3... Exhaust turbine, 4... Alternator, 6... Load sensor, 7... Converter, 8... Rotation sensor, 9... Electric motor, 10...
Axle, 11...wheel.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 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
けたターボコンパウンドエンジンのエネルギー回
収装置において、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と、前記車軸に
設けられた交流電動機と、該検出された車輪の回
転数を基にして該交流電動機を力行させる周波数
を発生させる手段と、該手段により発生された周
波数の電力を該交流電動機に供給して該交流電動
機を駆動する電動機駆動手段とを具備することを
特徴とするターボコンパウンドエンジンのエネル
ギー回収装置。
1. In an energy recovery device for a turbo compound engine in which an exhaust turbine with a generator is installed in the exhaust pipe of an internal combustion engine whose combustion chamber, exhaust pipe, etc. have a heat-insulated structure, the rotational speed of an axle driven by the internal combustion engine is detected. a detecting means, an AC motor provided on the axle, a means for generating a frequency for powering the AC motor based on the detected rotational speed of the wheel, and a means for generating electric power at the frequency generated by the means. An energy recovery device for a turbo compound engine, comprising a motor drive means for supplying energy to an AC motor to drive the AC motor.
JP60233939A 1985-10-19 1985-10-19 Energy recovery equipment for turbo-compound engine Granted JPS6293424A (en)

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CA000520770A CA1292124C (en) 1985-10-19 1986-10-17 Energy recovery apparatus for turbo compound engine
EP86308080A EP0223419B1 (en) 1985-10-19 1986-10-17 Energy recovery apparatus for a turbocharged compound engine
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