JPH0647936B2 - Turbo Compound Engine - Google Patents

Turbo Compound Engine

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JPH0647936B2
JPH0647936B2 JP60233936A JP23393685A JPH0647936B2 JP H0647936 B2 JPH0647936 B2 JP H0647936B2 JP 60233936 A JP60233936 A JP 60233936A JP 23393685 A JP23393685 A JP 23393685A JP H0647936 B2 JPH0647936 B2 JP H0647936B2
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JP
Japan
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internal combustion
generator
combustion engine
control means
engine
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JP60233936A
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Japanese (ja)
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JPS6293430A (en
Inventor
英男 河村
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0647936B2 publication Critical patent/JPH0647936B2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • 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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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (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
可能なターボコンパウンドエンジンに関するものであ
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a turbo compound engine capable of regenerating exhaust energy of an internal combustion engine.

(従来の技術) 近年、内燃機関の各部、例えば燃焼室や排気管などの部
分にセラミックスを使用した断熱構造の内燃機関が開発
されている。この種、内燃機関によれば、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
機関の出力向上に利用できる。
(Prior Art) In recent years, an internal combustion engine having a heat insulating structure has been developed in which ceramics are used for each part of the internal combustion engine, for example, a part such as a combustion chamber or an exhaust pipe. According to this type of internal combustion engine, it is not necessary to radiate the heat generated inside to cool the internal combustion engine, and the energy of the generated high temperature exhaust gas can be regenerated and used for improving the output of the internal combustion engine.

排気エネルギーの回生方法としては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 a method of regenerating exhaust energy, there has been known a method in which the rotational force of a turbine rotated by exhaust gas is decelerated by a multistage gear mechanism and returned to a crankshaft.

また、特開昭58−214615号公報にて、排気ター
ビンの軸に交流発電機の回転軸を直結し、エンジンの軸
には直流電動機の回転軸を結合して、交流発電機にて発
生する電気エネルギーにより直流電動機を駆動して、エ
ンジン出力とするエンジンの排気エネルギー回収装置の
提案がなされている。
Further, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-216615, a rotating shaft of an AC generator is directly connected to a shaft of an exhaust turbine, and a rotating shaft of a DC motor is connected to a shaft of an engine, which is generated by an AC generator. There has been proposed an exhaust energy recovery system for an engine that drives a DC motor with electric energy to produce an engine output.

(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る
ので、そのコストも高くなる欠点を生ずる。
(Problems to be Solved by the Invention) In such a method of regenerating exhaust energy, the former method of returning the rotational force to the crankshaft by using the gear mechanism is, for example, usually one step in consideration of gear transmission efficiency. Since the efficiency is 0.9 to 0.95, the efficiency is reduced to about 80% in the three-step deceleration, and the cost is increased because the gear mechanism is complicated.

つぎに後者の排気エネルギー回収装置の提案では、排気
タービンのタービン軸に交流発電機を直結し、エンジン
の回転軸には直流電動機を結合して、交流発電機よりの
電気エネルギーにて直流電動機を回転させてエンジンの
出力軸に帰還するので、排気エネルギーの回収は行われ
るが、直流電動機の制御が十分に行われない問題点が生
ずる。
Next, in the latter proposal of the exhaust energy recovery system, an AC generator is directly connected to the turbine shaft of the exhaust turbine, a DC motor is connected to the rotating shaft of the engine, and the DC motor is driven by electric energy from the AC generator. Since it is rotated and returned to the output shaft of the engine, exhaust energy is recovered, but there is a problem that the DC motor is not sufficiently controlled.

本発明は、これらの従来の問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は排気エネルギーを排気タービンに直
結した交流発電機により電気エネルギーに変換し、該電
気エネルギーをクランク軸の回転数に対応させて制御し
て、遊星歯車機構を介してクランク軸と結合した電動機
を駆動し、排気エネルギーの回生を計るターボコンパウ
ンドエジンを提供するにある。
The present invention has been made in view of these conventional problems, and an object thereof is to convert exhaust energy into electric energy by an AC generator directly connected to an exhaust turbine, and convert the electric energy into a rotation speed of a crankshaft. It is to provide a turbo compound engine that measures and regenerates exhaust energy by correspondingly controlling and driving an electric motor coupled to a crankshaft via a planetary gear mechanism.

(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、内燃機関の排気管途中に設けられた第
1の排気タービンと、該第1の排気タービンの回転軸に
取り付けられた吸気助勢用のコンプレッサと第1の発電
機と、前記第1の排気タービンの下流に設けられた第2
の排気タービンと、該第2の排気タービンにより駆動さ
れる第2の発電機と、前記内燃機関の回転軸と遊星歯車
機構を介して連結する発電・電動機と、前記内燃機関の
回転軸と発電・電動機との回転数比切換用で前記遊星歯
車機構に付設されたクラッチ機構と、内燃機関の回転軸
に連結されるフライホイールの回転数を検出する回転セ
ンサと、前記第1と第2の発電機の発電電力と前記回転
センサの回転数信号とから内燃機関と電動・発電機の回
転数比によりクラッチ機構のオン・オフ制御を行うオン
・オフ制御手段と、電動・発電機を力行運転する第1の
回転機制御手段と、内燃機関の運転状態から電動・発電
機を発電機運転する第2の回転機制御手段と、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が提供さ
れる。
(Means for Solving the Problems) According to the present invention, a first exhaust turbine provided midway in the exhaust pipe of an internal combustion engine, and an intake air-assisting device attached to a rotary shaft of the first exhaust turbine are provided. A compressor, a first generator, and a second generator provided downstream of the first exhaust turbine.
Exhaust turbine, a second generator driven by the second exhaust turbine, a generator / motor connected to the rotary shaft of the internal combustion engine via a planetary gear mechanism, and a rotary shaft of the internal combustion engine A clutch mechanism attached to the planetary gear mechanism for switching the rotation speed ratio with the electric motor, a rotation sensor for detecting the rotation speed of a flywheel connected to the rotation shaft of the internal combustion engine, and the first and second On / off control means for performing on / off control of the clutch mechanism based on the rotational speed signal of the internal combustion engine and the electric / generator from the electric power generated by the electric generator and the rotational speed signal of the rotation sensor; There is provided a turbo compound engine, comprising: a first rotating machine control means for operating the internal combustion engine; and a second rotating machine control means for operating the motor / generator as a generator based on the operating state of the internal combustion engine.

(作用) 排気ガスのエネルギーによって駆動される排気タービン
に設けた発電機の出力は、内燃機関のフライホールの回
転数を検出する回転数によって制御され、フライホイー
ルを回転させる電動機を駆動し、常にフライホイールの
回転数に対応してその回転力を助勢するので、排気エネ
ルギーが効率よく回生されて、内燃機関の出力を向上さ
せる。
(Operation) The output of the generator provided in the exhaust turbine driven by the energy of the exhaust gas is controlled by the rotation speed that detects the rotation speed of the flyhole of the internal combustion engine, drives the electric motor that rotates the flywheel, and Since the rotational force of the flywheel is assisted corresponding to the rotational speed of the flywheel, the exhaust energy is efficiently regenerated and the output of the internal combustion engine is improved.

また、前記電動機がフライホイールの回転を助勢する伝
達機構として、複数の減速比を有する遊星歯車機構を用
いたので、電動機の出力特性を効率よくフライホイール
に伝達することができる。
Further, since the planetary gear mechanism having a plurality of reduction ratios is used as the transmission mechanism for assisting the rotation of the flywheel by the electric motor, the output characteristics of the electric motor can be efficiently transmitted to the flywheel.

さらに、前記電動機の界磁巻線を切換えて発電機として
作動可能に構成したので、エンジンブレーキ時にはブレ
ーキ力を電気エネルギーとして回収でき、そのエネルギ
ーにてバッテリの充電が可能である。
Further, since the field winding of the electric motor is switched to operate as a generator, the braking force can be recovered as electric energy during engine braking, and the energy can be used to charge the battery.

(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, the Example of this invention is described in detail using drawing.

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図は本実施例に使
用の遊星歯車機構の一例を示す構成説明図である。
FIG. 1 is a structural explanatory view showing an embodiment of a turbo compound engine according to the present invention, and FIG. 2 is a structural explanatory view showing an example of a planetary gear mechanism used in the present embodiment.

第1図において、1は断熱構造を備えた内燃機関であ
り、図示していないピストン、シリンダライナなどの燃
焼室と、排気ポートがセラミックスを用いた断熱構造を
形成し、排気マニホールド2には交流発電機A4を有す
るターボチャージャ3が取付けられている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an internal combustion engine having a heat insulating structure, and a combustion chamber such as a piston and a cylinder liner (not shown) and an exhaust port forming a heat insulating structure using ceramics. A turbocharger 3 having a generator A4 is attached.

ターボチャージャ3の回転軸には、タービンブレード3
aと、交流発電機A4のロータ4aと、コンプレッサブ
レード3bとが同軸上に直結して設けられている。そし
て、排気マニホールド2からの排気ガスによりタービン
ブレード3aが駆動されると、コンプレッサブレード3
bは吸気管1aに過給気を圧送するとともにロータ4a
が駆動される。ロータ4aは強力な残留磁気を持つ永久
磁石よりなり、対向するステータ4bに電磁誘導によっ
て交流電力を発生し、該交流電力は整流器4cにて整流
されてインバータ5に送出される。
The turbine blade 3 is attached to the rotary shaft of the turbocharger 3.
a, the rotor 4a of the AC generator A4, and the compressor blade 3b are coaxially directly connected to each other. When the turbine blade 3a is driven by the exhaust gas from the exhaust manifold 2, the compressor blade 3
b is for feeding the supercharged air to the intake pipe 1a, and for the rotor 4a.
Is driven. The rotor 4a is made of a permanent magnet having a strong residual magnetism, generates alternating current power by electromagnetic induction in the opposing stator 4b, and the alternating current power is rectified by the rectifier 4c and sent to the inverter 5.

一方、ターボチャージャ3の排気口3cにはタービンブ
レード6aを有する排気タービン6が接続され、タービ
ンブレード6aと同軸上に交流発電機B7のロータ7a
が設けられている。そして、ターボチャージャ3の排気
口3cからの残留エネルギーを持つ排気ガスによって、
タービンブレード6aが駆動されると、永久磁石を有す
るロータ7aの回転により対応して設けられたステータ
7bの巻線に交流電力が誘起され、接続されている整流
器7cに入力されて直流となり、この直流電力はインバ
ータ5に送電される。
On the other hand, an exhaust turbine 6 having a turbine blade 6a is connected to the exhaust port 3c of the turbocharger 3, and the rotor 7a of the alternator B7 is coaxial with the turbine blade 6a.
Is provided. Then, by the exhaust gas having residual energy from the exhaust port 3c of the turbocharger 3,
When the turbine blade 6a is driven, AC power is induced in the winding of the stator 7b provided correspondingly by the rotation of the rotor 7a having a permanent magnet, and is input to the connected rectifier 7c to become DC, DC power is transmitted to the inverter 5.

内燃機関1のフライホイール1cの外周には大ギヤ1d
が設けられ、該大ギヤ1dは後述する遊星歯車機構8の
外部となる内ギヤ8aと同軸に設けられた小ギヤ8bと
噛合する。
A large gear 1d is provided around the flywheel 1c of the internal combustion engine 1.
The large gear 1d meshes with a small gear 8b provided coaxially with an internal gear 8a which is an outside of the planetary gear mechanism 8 described later.

第2図に示す遊星歯車機構8は軸心となる誘導電動機9
のロータ軸9aにサンギヤ8cが設けられ、該サンギヤ
8cを囲んで噛合する複数個の遊星ギヤ8dがケージ8
eに取付けられ、さらに、内ギヤ8aとも噛合するよう
に構成されている。
The planetary gear mechanism 8 shown in FIG.
A sun gear 8c is provided on the rotor shaft 9a of the cage 8 and a plurality of planet gears 8d that surround the sun gear 8c and mesh with each other are provided in the cage 8
It is attached to e and is also configured to mesh with the inner gear 8a.

また、遊星ギヤ8dのシャフト8fにはサンギヤ8cと
遊星ギヤ8dとを固定する手段となる磁性体よりなるク
ラッチシュー8gが取付けられ、ロータ軸9aに設けた
電磁コイル9bに通電されると、クラッチシュー8gは
吸引され、ケージ8eがロータ軸9aに対して回動しな
いので、遊星歯車機構8の外周に設けた小ギヤ8bはロ
ータ軸9aと同一の回転を行なうことになる。したがっ
て、電磁コイル9bに通電のないときは、遊星歯車機構
8による所定の比率にてロータ軸9aの回転数が減速さ
れて小ギヤ8bの歯車軸を回転し、さらに、小ギヤ8b
と大ギヤ1dの歯車比により、フライホイール1cを回
転するが、電磁コイル9bに通電されると、ケージ8e
が固定されるので、小ギヤ8bと大ギヤ1dの歯車比の
みの減速比にてロータ軸9aはフライホイール1cを回
転することになる。なお、この電磁コイル9bに対して
通電或いは通電遮断してクラッチシュー8gの吸引、吸
引解除動作を行わしめる機能実現手段を、オン・オフ制
御手段という。
Further, a clutch shoe 8g made of a magnetic material that serves as a means for fixing the sun gear 8c and the planet gear 8d is attached to the shaft 8f of the planet gear 8d, and when the electromagnetic coil 9b provided on the rotor shaft 9a is energized, the clutch Since the shoe 8g is sucked and the cage 8e does not rotate with respect to the rotor shaft 9a, the small gear 8b provided on the outer periphery of the planetary gear mechanism 8 rotates in the same manner as the rotor shaft 9a. Therefore, when the electromagnetic coil 9b is not energized, the rotation speed of the rotor shaft 9a is reduced at a predetermined ratio by the planetary gear mechanism 8 to rotate the gear shaft of the small gear 8b, and further, the small gear 8b.
The flywheel 1c is rotated by the gear ratio of the large gear 1d and the cage 8e when the electromagnetic coil 9b is energized.
Is fixed, the rotor shaft 9a rotates the flywheel 1c at a reduction ratio of only the gear ratio between the small gear 8b and the large gear 1d. The function implementing means for energizing or de-energizing the electromagnetic coil 9b to perform the suction and suction release operations of the clutch shoe 8g is referred to as on / off control means.

第1図において、10はフライホイール1cの回転数検
出手段となる回転センサであり、検出信号をインバータ
5に送出する。この検出信号を受信したインバータ5
は、直流に整流された交流発電機A4および交流発電機
B7の電力を、検出信号に対応する周波数の交流電力に
制御して、誘導電動機9に送電する。そして、フライホ
イール1cの回転が遅いときは、検出信号により制御さ
れる交流の周波数が低いので、誘導電動機9の回転も遅
いながら前記の歯車機構8を介してフライホイール1c
の回転力を助勢する。また、フライホイール1cが高回
転のときは、インバータ5の交流出力の周波数が高くな
るように検出信号により制御されて誘導電動機9を駆動
し、歯車機構を介して高回転のフライホイール1cの回
転力を助勢するように、フライホイール1cの回転の高
低に対応して、つねにその回転力を増強するように誘導
電動機9によって助勢される。なお、誘導電動機9を力
行運転させる機能実現手段を第1の回転機制御手段とい
う。
In FIG. 1, reference numeral 10 is a rotation sensor which serves as a rotation speed detecting means of the flywheel 1c and sends a detection signal to the inverter 5. Inverter 5 that received this detection signal
Controls the electric power of the alternating-current generator A4 and the alternating-current generator B7 rectified into direct current to alternating-current power having a frequency corresponding to the detection signal, and transmits the electric power to the induction motor 9. Then, when the rotation of the flywheel 1c is slow, the frequency of the alternating current controlled by the detection signal is low, so that the rotation of the induction motor 9 is slow, but the flywheel 1c passes through the gear mechanism 8.
Assists the rotational force of. When the flywheel 1c rotates at high speed, the induction motor 9 is driven under the control of the detection signal so that the frequency of the AC output of the inverter 5 becomes high, and the flywheel 1c rotating at high speed is rotated through the gear mechanism. In order to assist the force, the induction motor 9 always assists to increase the rotational force in accordance with the level of rotation of the flywheel 1c. The function realizing means for driving the induction motor 9 in the power running mode is referred to as a first rotating machine control means.

つぎに、12はレギュレータ、12は整流器、14はバ
ッテリであり、車両の運転状況により内燃機関1がエン
ジンブレーキ作動のときに、図示していないが、クラッ
チペダル、アクセルペダルおよび車速を検出するそれぞ
れのセンサからの入力信号により、コントローラ11が
作動して誘導電動機9の界磁巻線を切換えて、誘導発電
機として作動させ、レギュレータ12に発電した交流電
力を送るように構成されている。そして、この交流電力
を整流器13に入力して直流となし、バッテリ14を充
電する。なお、誘導電動機9の界磁捲線を切り換えて、
これを誘導発電機として作用させる機能実現手段を第2
の回転機制御手段という。
Next, 12 is a regulator, 12 is a rectifier, and 14 is a battery, which detects a clutch pedal, an accelerator pedal, and a vehicle speed, which are not shown, when the internal combustion engine 1 is in an engine braking operation depending on the operating condition of the vehicle. The controller 11 operates in response to an input signal from the sensor to switch the field winding of the induction motor 9 to operate as an induction generator, and sends the generated AC power to the regulator 12. Then, this AC power is input to the rectifier 13 to generate DC, and the battery 14 is charged. In addition, by switching the field winding of the induction motor 9,
The second function realizing means for making this act as an induction generator
It is called a rotating machine control means.

また、15はインバータであり、内燃機関1の始動時に
回転センサ10の検出信号により、バッテリ14からの
直流を制御して所定周波数の交流電力となし、誘導電動
機9に供給して前記歯車機構を介して内燃機関1を駆動
するものである。
Further, reference numeral 15 is an inverter, which controls the direct current from the battery 14 by the detection signal of the rotation sensor 10 at the time of starting the internal combustion engine 1 to form alternating current power of a predetermined frequency, and supplies it to the induction motor 9 to operate the gear mechanism. The internal combustion engine 1 is driven via this.

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。
Next, the operation of the present embodiment thus configured will be described.

断熱構造を持った内燃機関1からの高温の排気ガスは排
気マニホールド2を通じてターボチャージャ3に導か
れ、タービンブレード3aを駆動してコンプレッサブレ
ード3bと、交流発電機A4のロータ4aを回転させ
る。このため、吸気管1aには過給気が圧送され、ステ
ータ4bよりの交流電力は整流器4cにて整流されて直
流となりインバータ5に送電される。
High-temperature exhaust gas from the internal combustion engine 1 having a heat insulating structure is guided to the turbocharger 3 through the exhaust manifold 2 and drives the turbine blade 3a to rotate the compressor blade 3b and the rotor 4a of the AC generator A4. Therefore, the supercharged air is pressure-fed to the intake pipe 1a, and the AC power from the stator 4b is rectified by the rectifier 4c to be DC and transmitted to the inverter 5.

一方、タービンブレード3aを駆動して排気口3cから
排出される残留エネルギーを持った排気ガスは、排気タ
ービン6に導かれてタービンブレード6aを駆動する。
そして、交流発電機B7のロータ7aを回転させ、ステ
ータ7bが誘起した交流電力を整流器7cに導き、直流
に変換してインバータ5に送電し、前記の整流器4cか
らの直流とともに、インバータ5によって所定の方法で
電力が加え合わせられる。
On the other hand, the exhaust gas having residual energy discharged from the exhaust port 3c by driving the turbine blade 3a is guided to the exhaust turbine 6 to drive the turbine blade 6a.
Then, the rotor 7a of the alternating-current generator B7 is rotated, the alternating-current power induced by the stator 7b is guided to the rectifier 7c, converted into direct current and transmitted to the inverter 5, and the direct current from the rectifier 4c is used together with the predetermined direct-current by the inverter 5. Electric power is added by the method.

インバータ5にはフライホイール1cの回転数を検出し
て検出信号を発する回転センサ10からの検出信号が送
られているので、加え合わせられた直流電力は、この検
出信号に対応する周波数の交流電力に変換される。すな
わち、フライホイール1cの回転が遅いときは、交流電
力の周波数も低く、フライホイール1cの回転が速い
と、交流周波数も高くなる。そして、フライホイール1
cは遊星歯車機構8を介して、上記の交流電力で駆動さ
れる誘導電動機9にて回転されるので、フライホイール
1cは常にその回転数に応じ、誘導電動機9によって回
転力が助勢されることになる。
Since the detection signal from the rotation sensor 10 that detects the rotation speed of the flywheel 1c and outputs a detection signal is sent to the inverter 5, the added DC power is the AC power of the frequency corresponding to this detection signal. Is converted to. That is, when the rotation of the flywheel 1c is slow, the frequency of the AC power is low, and when the rotation of the flywheel 1c is fast, the AC frequency is high. And flywheel 1
Since c is rotated by the induction motor 9 driven by the above-mentioned AC power via the planetary gear mechanism 8, the flywheel 1c is always assisted in rotational force by the induction motor 9 according to its rotation speed. become.

また、誘導電動機9とフライホイール1cとの間の動力
伝達には遊星歯車機構8を備え、その遊星ギヤ8dをサ
ンギヤ8cの設けてあるロータ軸9aに固定する手段で
ある電磁コイル9b、クラッチシュー8gを設けたの
で、これらの作動により、遊星歯車機構8の減速比が複
数段に可変できる。したがって、誘導電動機8の出力特
性に応じて、遊星歯車機構8の減速比を制御して、能率
よく、フライホイール1cの回転力を助勢して、内燃機
関1の出力を増強することが可能である。
Further, a planetary gear mechanism 8 is provided for power transmission between the induction motor 9 and the flywheel 1c, and the planetary gear 8d is a means for fixing the planetary gear 8d to the rotor shaft 9a provided with the sun gear 8c and the clutch shoe. Since 8 g is provided, the speed reduction ratio of the planetary gear mechanism 8 can be changed in a plurality of stages by these operations. Therefore, it is possible to control the speed reduction ratio of the planetary gear mechanism 8 according to the output characteristics of the induction motor 8 and efficiently assist the rotational force of the flywheel 1c to increase the output of the internal combustion engine 1. is there.

つぎに、エンジンブレーキ作動時には、アクセルペダ
ル、クラッチペダル、および車速センサからの信号がコ
ントローラ11に入力されると、誘導電動機9の界磁巻
線を切換えて誘導発電機として、フライホイール1cか
らの回転力を電気エネルギーに変換して発電し、レギュ
レータ12、整流器13を介してバッテリ14を充電し
て、電気エネルギーを蓄える。
Next, at the time of engine brake operation, when signals from the accelerator pedal, the clutch pedal, and the vehicle speed sensor are input to the controller 11, the field winding of the induction motor 9 is switched to serve as an induction generator, which serves as an induction generator. The rotational force is converted into electric energy to generate electricity, the battery 14 is charged through the regulator 12 and the rectifier 13, and the electric energy is stored.

また、内燃機関1の始動時には、バッテリ14からの直
流電力をインバータ15にて交流となし、誘導電動機9
を駆動して、遊星歯車機構8を介してフライホイール1
cを回転させて、回転機関1を始動させる。このとき、
回転センサ10の検出信号が入力されているインバータ
15では、バッテリ14の直流を始動に適切な周波数の
交流に変換するとともに、遊星歯車機構8の電磁コイル
9bは作動させずに減速比を大として、誘導電動機9を
駆動して効率よい始動操作を行う。
Further, when the internal combustion engine 1 is started, the DC power from the battery 14 is converted into AC by the inverter 15, and the induction motor 9
Drive the flywheel 1 via the planetary gear mechanism 8.
The rotating engine 1 is started by rotating c. At this time,
In the inverter 15 to which the detection signal of the rotation sensor 10 is input, the direct current of the battery 14 is converted into an alternating current having a frequency suitable for starting, and the electromagnetic coil 9b of the planetary gear mechanism 8 is not operated to increase the reduction ratio. , The induction motor 9 is driven to perform an efficient starting operation.

次に、誘導電動機9を発電機に切り変えて使用する際の
制御について、第3図のフローチャートにより説明す
る。
Next, the control when the induction motor 9 is switched to the generator and used will be described with reference to the flowchart of FIG.

誘導電動機9を電動機として駆動する場合には、スター
トスイッチをオンにし(ステップP)、コントローラ
11によりクラッチの電磁コイル9bをオフにして減速
比を大きく設定する(ステップP)。次に、コントロ
ーラ11で誘導電動機9を電動機駆動に切り換え(ステ
ップP)、バッテリ14の電力をインバータ15に給
電し、インバータ15はコントローラ11により所定の
電圧と周波数で動作する(ステップP)。インバータ
15の出力側からは三相交流電圧が得られそれが誘導電
動機9に印加されるので、内燃機関1のクランク軸が回
転を始める。誘導電動機9の回転軸の位置を検出するポ
ジションセンサの出力信号もコントローラ11に入力さ
れ(ステップP)、コントローラ11からは、内燃機
関1の回転状態に応じて誘導電動機9を駆動するために
必要な位相制御信号がインバータ15に出力される(ス
テップP)。
When the induction motor 9 is driven as an electric motor, the start switch is turned on (step P 1 ) and the controller 11 turns off the electromagnetic coil 9b of the clutch to set a large reduction ratio (step P 2 ). Next, the controller 11 switches the induction motor 9 to drive the motor (step P 3 ), supplies the power of the battery 14 to the inverter 15, and the inverter 15 is operated by the controller 11 at a predetermined voltage and frequency (step P 4 ). . Since the three-phase AC voltage is obtained from the output side of the inverter 15 and applied to the induction motor 9, the crankshaft of the internal combustion engine 1 starts rotating. The output signal of the position sensor that detects the position of the rotating shaft of the induction motor 9 is also input to the controller 11 (step P 5 ), and the controller 11 drives the induction motor 9 according to the rotation state of the internal combustion engine 1. The necessary phase control signal is output to the inverter 15 (step P 6 ).

ポジションセンサの出力信号がない場合、即ち誘導電動
機9の回転が停止した場合には、バッテリ14の出力電
力を検出し(ステップP)、バッテリ14の出力電圧
が設定電力Wcを越えると(ステップP)、警報ラン
プなどを動作させ(ステップP)、内燃機関1は自力
で回転する(ステップP10)。内燃機関1が自力で回
転しない場合には、ステップP以下の処理を繰返す。
When there is no output signal from the position sensor, that is, when the rotation of the induction motor 9 is stopped, the output power of the battery 14 is detected (step P 7 ), and when the output voltage of the battery 14 exceeds the set power Wc (step P 7 ). P 8 ), an alarm lamp or the like is operated (step P 9 ), and the internal combustion engine 1 rotates by itself (step P 10 ). If the internal combustion engine 1 does not rotate by itself, the processing from step P 1 onward is repeated.

次に、内燃機関1の回転を停止させる場合には、コント
ローラ11からの信号により電磁コイル9bに通電して
減速比を小さく設定する(ステップP11)。続いて、
内燃機関1を負荷から切り離してエンジン負荷がゼロに
なったかどうかをチェックする(ステップP12)。エ
ンジン負荷がゼロにならない間はステップP以下の処
理を繰返し、エンジン負荷がゼロになれば、コントロー
ラ11で誘導電動機9を発電機駆動に切り換える(ステ
ップP13)。このとき、レギュレータ12、整流器1
3は、発電機として動作する誘導電動機9からの電力を
直流に変換してバッテリ14に給電するように動作し
(ステップP14)、ポジションセンサからの検出信号
に応じて(ステップP15)、コントローラ11では誘
導電動機9の位相制御を行なう(ステップP16)。こ
のように誘導電動機9を発電機として作動させることに
より、内燃機関1のブレーキ力を変換して電力をバッテ
リ14に蓄積する。
Next, when stopping the rotation of the internal combustion engine 1, setting a small reduction ratio by energizing the electromagnetic coil 9b by a signal from the controller 11 (step P 11). continue,
The internal combustion engine 1 is disconnected from the load and it is checked whether the engine load has become zero (step P 12 ). While the engine load does not become zero, the processes in and after step P 3 are repeated, and when the engine load becomes zero, the controller 11 switches the induction motor 9 to the generator drive (step P 13 ). At this time, the regulator 12 and the rectifier 1
3 operates so as to convert the electric power from the induction motor 9 that operates as a generator into direct current and supply the power to the battery 14 (step P 14 ), and according to the detection signal from the position sensor (step P 15 ), The controller 11 controls the phase of the induction motor 9 (step P 16 ). By thus operating the induction motor 9 as a generator, the braking force of the internal combustion engine 1 is converted and the electric power is stored in the battery 14.

コントローラ11にてポジションセンサからの出力信号
が得られない場合、即ち、誘導電動機9の回転が停止し
ている場合には、電力積分器などで積分電力量を検出し
(ステップP17)、該電力量Wが設定値Wmよりも小
さい場合、即ちバッテリ14の電圧の方が高い場合に
は、ステップP以下の処理に移行し、電力量Wが設定
値Wmよりも大きい場合には、レギュレータ12の動作
を停止する(ステップP19)。
When the controller 11 cannot obtain the output signal from the position sensor, that is, when the rotation of the induction motor 9 is stopped, the integrated power amount is detected by the power integrator or the like (step P 17 ), When the amount of electric power W is smaller than the set value Wm, that is, when the voltage of the battery 14 is higher, the process proceeds to step P 3 and subsequent steps, and when the amount of electric power W is larger than the set value Wm, the regulator The operation of 12 is stopped (step P 19 ).

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。
Although the present invention has been described with reference to one embodiment, various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention, and these modifications are not excluded from the scope of the present invention.

(発明の効果) 本発明によれば排気ガスのエネルギーによって駆動され
る排気タービンに設けた発電機の出力は、内燃機関のフ
ラーホイールの回転数を検出する回転数によって制御さ
れ、フライホイールを回転させる電動機を駆動し、常に
フライホイールの回転数に対応してその回転力を助勢す
るので、排気エネルギーが効率よく回生されて、内燃機
関の出力を向上させる。また、前記電動機がフライホイ
ールの回転を助勢する伝達機構として、複数の減速比を
有する遊星歯車機構を用いたので、電動機の出力特性を
効率よくフライホイールに伝達することができる。ま
た、車両の減速又は停止時にはブレーキ力を発電電力に
変換してバッテリに蓄積するのでエネルギの変換効率が
向上する。すなわち、電動機は界磁巻線を切換えること
により発電機としても作動するので、エンジンブレーキ
時にはブレーキ力を電気エネルギーに変換できてバッテ
リの充電が行え、エネルギーの回収が可能である。
(Effect of the Invention) According to the present invention, the output of the generator provided in the exhaust turbine driven by the energy of the exhaust gas is controlled by the rotation speed that detects the rotation speed of the fuller wheel of the internal combustion engine, and the flywheel is rotated. Since the electric motor for driving the flywheel is driven and its rotational force is constantly assisted in accordance with the rotational speed of the flywheel, exhaust energy is efficiently regenerated and the output of the internal combustion engine is improved. Further, since the planetary gear mechanism having a plurality of reduction ratios is used as the transmission mechanism for assisting the rotation of the flywheel by the electric motor, the output characteristics of the electric motor can be efficiently transmitted to the flywheel. Further, when the vehicle is decelerated or stopped, the braking force is converted into the generated electric power and stored in the battery, so that the energy conversion efficiency is improved. That is, since the electric motor operates as a generator by switching the field winding, the braking force can be converted into electric energy during engine braking, the battery can be charged, and the energy can be recovered.

【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図は本実施例に使用の遊
星歯車機構の一例を示す構成説明図、第3図は電動機を
作動させるための制御フローを示す図である。 1……内燃機関、2……排気マニホールド、3……ター
ボチャージャ、4……交流発電機A、5……インバー
タ、7……交流発電機B、8……遊星歯車機構、8a…
…内ギヤ、8c……サンギヤ、8d……遊星ギヤ、8g
……クラッチシュー、9……誘導電動機、9b……電磁
コイル、10……回転センサ、11……コントローラ、
12……レギュレータ、13……整流器、14……バッ
テリ、15……インバータ。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a structural explanatory view showing an embodiment of a turbo compound engine according to the present invention, and FIG. 2 is a structural explanatory view showing an example of a planetary gear mechanism used in the present embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a control flow for operating the electric motor. 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Exhaust manifold, 3 ... Turbocharger, 4 ... Alternator A, 5 ... Inverter, 7 ... Alternator B, 8 ... Planetary gear mechanism, 8a ...
… Internal gear, 8c …… Sun gear, 8d …… Planetary gear, 8g
...... Clutch shoe, 9 ... Induction motor, 9b ... Electromagnetic coil, 10 ... Rotation sensor, 11 ... Controller,
12 ... Regulator, 13 ... Rectifier, 14 ... Battery, 15 ... Inverter.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内燃機関の排気管途中に設けられた第1の
排気タービンと、 該第1の排気タービンの回転軸に取付けられた吸気助勢
用のコンプレッサと第1の発電機と、 前記第1の排気タービンの下流に設けられた第2の排気
タービンと、 該第2の排気タービンにより駆動される第2の発電機
と、 前記内燃機関の回転軸と遊星歯車機構を介して連結する
発電・電動機と、 前記内燃機関の回転軸と発電・電動機との回転数比切換
用で前記遊星歯車機構に付設されたクラッチ機構と、 内燃機関の回転軸に連結されるフライホイールの回転数
を検出する回転センサと、 前記第1と第2の発電機の発電電力と前記回転センサの
回転数信号とから内燃機関と電動・発電機の回転数比に
よりクラッチ機構のオン・オフ制御を行うオン・オフ制
御手段と、 電動・発電機を力行運転する第1の回転機制御手段と、 内燃機関の運転状態から電動・発電機を発電機運転する
第2の回転機制御手段と、 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。
1. A first exhaust turbine provided in the middle of an exhaust pipe of an internal combustion engine, an intake-assisting compressor attached to a rotary shaft of the first exhaust turbine, and a first generator, A second exhaust turbine provided downstream of the first exhaust turbine, a second generator driven by the second exhaust turbine, and power generation that is connected to the rotary shaft of the internal combustion engine via a planetary gear mechanism. An electric motor, a clutch mechanism attached to the planetary gear mechanism for switching the rotational speed ratio between the rotary shaft of the internal combustion engine and the generator / motor, and detecting the rotational speed of a flywheel connected to the rotary shaft of the internal combustion engine. The on / off control of the clutch mechanism based on the rotation speed ratio between the internal combustion engine and the motor / generator based on the rotation sensor, the generated power of the first and second generators, and the rotation speed signal of the rotation sensor. Off control means, A turbo compound, comprising: a first rotating machine control means for driving the electric motor / generator to perform a power running operation; and a second rotating machine control means for operating the electric motor / generator as a generator from the operating state of the internal combustion engine. engine.
【請求項2】前記第1の回転機制御手段は前記第1と第
2の発電機の発電電力を用いて電動・発電機の力行運転
制御を行う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。
2. The first rotating machine control means controls the power running operation of the motor / generator by using the electric power generated by the first and second generators. Turbo compound engine as described in paragraph.
【請求項3】前記第1の回転機制御手段は、内燃機関の
始動制御手段を含む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. The turbo compound engine according to claim 1, wherein the first rotating machine control means includes a start control means for an internal combustion engine.
【請求項4】前記第2の回転機制御手段は、内燃機関の
発電制動手段を含む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。
4. The turbo compound engine according to claim 1, wherein the second rotating machine control means includes a dynamic braking means for an internal combustion engine.
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