JPH07102990A - Exhaust energy recovery device - Google Patents
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- JPH07102990A JPH07102990A JP5273074A JP27307493A JPH07102990A JP H07102990 A JPH07102990 A JP H07102990A JP 5273074 A JP5273074 A JP 5273074A JP 27307493 A JP27307493 A JP 27307493A JP H07102990 A JPH07102990 A JP H07102990A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの排気系統の
途中に複数個の発電機を設け、排気エネルギーを回収す
る排気エネルギー回収装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust energy recovery system for recovering exhaust energy by providing a plurality of generators in the exhaust system of an engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、エンジンの各部、例えば排気マニ
ホールドの外壁,シリンダライナー,シリンダヘッド断
熱板,ピストン等に、セラミックスを使用した断熱式の
エンジンが開発されている。このエンジンでは、内部に
発生した熱を放熱してエンジンを冷却する必要がないの
で、その排気ガスは高温であり、多大のエネルギーを有
している。これをそのまま大気へ放出したのでは勿体な
いので、排気管を流れる途中で回収することが提案され
ている。2. Description of the Related Art In recent years, an adiabatic engine has been developed in which ceramics are used for various parts of the engine, such as the outer wall of the exhaust manifold, the cylinder liner, the heat insulating plate for the cylinder head, and the piston. In this engine, since it is not necessary to dissipate the heat generated inside to cool the engine, the exhaust gas has a high temperature and has a large amount of energy. Since it is unavoidable to release this to the atmosphere as it is, it is proposed to collect it while flowing through the exhaust pipe.
【0003】従来提案されている回収装置としては、タ
ーボチャージャの回転軸に発電機およびモータとしても
使える回転電機を取り付けた回転電機付ターボチャージ
ャのほかに、原動機としてのタービンが排気ガスによっ
て駆動されるタービン発電機を設けた装置がある。回転
電機およびタービン発電機には、いずれも同期機が用い
られている。As a conventionally proposed recovery device, in addition to a turbocharger with a rotating electric machine in which a rotating electric machine that can also be used as a generator and a motor is attached to the rotating shaft of the turbocharger, a turbine as a prime mover is driven by exhaust gas. There is a device equipped with a turbine generator. A synchronous machine is used for both the rotating electric machine and the turbine generator.
【0004】高温の排気ガスは、回転電機付ターボチャ
ージャを通過して来ても、なお大きなエネルギーを有し
ているので、タービン発電機をも充分に駆動し得る。従
って、発電は、回転電機付ターボチャージャの回転電機
で行われるほか、タービン発電機でも行われる。発電に
よって回収された電力は、バッテリを充電したり車両負
荷に給電したりするのに使われるほか、回転力が車両の
クランク軸あるいは車両駆動軸に伝達されるよう配置さ
れているモータ(アシストモータ)を駆動するのに使わ
れる。Even if the high-temperature exhaust gas passes through the turbocharger with a rotating electric machine, it still has a large amount of energy, so that the turbine generator can be sufficiently driven. Therefore, power generation is performed not only by the rotary electric machine of the turbocharger with a rotary electric machine but also by the turbine generator. The electric power recovered by the power generation is used not only for charging the battery and supplying power to the vehicle load, but also for arranging a motor (assist motor) in which torque is transmitted to the crankshaft or vehicle drive shaft of the vehicle. ) Is used to drive.
【0005】図2は、上述したような従来の排気エネル
ギー回収装置を示す図である。図2において、1はエン
ジン、2は吸気マニホールド、3は排気マニホールド、
4はエンジン回転センサ、5は吸気管、6は排気管、7
は回転電機付ターボチャージャ、8はコンプレッサブレ
ード、9はタービンブレード、10は回転センサ、11
は回転電機、12は回転子、13は固定子巻線、14は
タービンブレード、15は回転センサ、16はタービン
発電機、17は回転子、18は固定子巻線、19はイン
バータ,20は整流平滑回路、21,22はDC−DC
変換部、23は平滑回路、24はレギュレータ、25は
インバータ、26はモータ、27はクランク軸、28は
レギュレータ、29はバッテリ、30はコントローラ、
31はアクセル開度センサ、32はブースト圧センサで
ある。FIG. 2 is a diagram showing a conventional exhaust energy recovery system as described above. In FIG. 2, 1 is an engine, 2 is an intake manifold, 3 is an exhaust manifold,
4 is an engine rotation sensor, 5 is an intake pipe, 6 is an exhaust pipe, 7
Is a turbocharger with rotating electric machine, 8 is a compressor blade, 9 is a turbine blade, 10 is a rotation sensor, 11
Is a rotating electric machine, 12 is a rotor, 13 is a stator winding, 14 is a turbine blade, 15 is a rotation sensor, 16 is a turbine generator, 17 is a rotor, 18 is a stator winding, 19 is an inverter, and 20 is Rectifying and smoothing circuits 21, 22 are DC-DC
Converter, 23 smoothing circuit, 24 regulator, 25 inverter, 26 motor, 27 crankshaft, 28 regulator, 29 battery, 30 controller,
Reference numeral 31 is an accelerator opening sensor, and 32 is a boost pressure sensor.
【0006】モータ26は、エンジン負荷が大きい場合
などに、クランク軸27の回転を補助するトルクを与え
るためのものである。モータ26としても、同期機が用
いられている。そのモータ駆動電圧としては、バッテリ
電圧をDC−DC変換部22により昇圧し、インバータ
25で交流に変換した電圧が用いられる。排気エネルギ
ーより回収した電力を、モータ26の駆動に用いれば、
排気エネルギーがクランク軸27の回転を補助するトル
クという形で、生かされることになる。The motor 26 is for giving a torque for assisting the rotation of the crankshaft 27 when the engine load is large. A synchronous machine is also used as the motor 26. As the motor drive voltage, a voltage obtained by boosting the battery voltage by the DC-DC conversion unit 22 and converting it to AC by the inverter 25 is used. If the electric power recovered from the exhaust energy is used to drive the motor 26,
The exhaust energy is utilized in the form of torque that assists the rotation of the crankshaft 27.
【0007】回転電機11の固定子巻線13はインバー
タ19に接続されるが、インバータ19の直流側は、D
C−DC変換部21を経てバッテリ29と接続されると
共に、平滑回路23,レギュレータ24を経てもバッテ
リ29と接続される。DC−DC変換部21の経路は、
バッテリ29等から回転電機11へ電力を送る場合に通
り、レギュレータ24の経路は、回転電機11の発電電
力をバッテリ29に送る場合に通る。The stator winding 13 of the rotating electric machine 11 is connected to the inverter 19, and the DC side of the inverter 19 is D
It is connected to the battery 29 via the C-DC converter 21, and is also connected to the battery 29 via the smoothing circuit 23 and the regulator 24. The path of the DC-DC converter 21 is
This is the case when electric power is sent from the battery 29 or the like to the rotary electric machine 11, and the path of the regulator 24 is that when electric power generated by the rotary electric machine 11 is sent to the battery 29.
【0008】また、タービン発電機16の固定子巻線1
8は、整流平滑回路20,レギュレータ28を経てバッ
テリ29と接続される。DC−DC変換部22の低圧側
(インバータ25側ではない側)は、バッテリ29に接
続される。なお、各DC−DC変換部としては、公知の
構成のものが使用される。Also, the stator winding 1 of the turbine generator 16
8 is connected to the battery 29 via the rectifying / smoothing circuit 20 and the regulator 28. The low voltage side of the DC-DC converter 22 (the side that is not the inverter 25 side) is connected to the battery 29. A well-known structure is used as each DC-DC converter.
【0009】コントローラ30は、各種センサからの検
出信号、例えば回転数検出信号,ブースト圧検出信号,
アクセル開度検出信号等を参考にしつつ、インバータ1
9,DC−DC変換部21,22,レギュレータ24,
28等を制御する。例えば、ブースト圧センサ32で検
出されたブースト圧をみて、回転電機11をモータ運転
する必要があるかどうか決め、あればDC−DC変換部
21,インバータ19を制御する。アクセル開度センサ
31の検出信号は、加速するか否かのドライバーの意志
を反映しているので、それに応じて回転電機11をモー
タ運転したり発電機運転したりする。The controller 30 detects signals from various sensors, for example, a rotation speed detection signal, a boost pressure detection signal,
With reference to the accelerator opening detection signal, etc., the inverter 1
9, DC-DC converters 21, 22, regulator 24,
28 etc. are controlled. For example, the boost pressure detected by the boost pressure sensor 32 is checked to determine whether or not the rotary electric machine 11 needs to be driven by a motor, and if there is, the DC-DC converter 21 and the inverter 19 are controlled. The detection signal of the accelerator opening sensor 31 reflects the driver's intention to accelerate or not, and accordingly, the rotating electric machine 11 is driven by a motor or a generator.
【0010】なお、コントローラ30のレギュレータ2
4,28に対する制御は、それらを動作させるか、動作
を停止させるかといった制御であって、電圧をバッテリ
電圧の値にする制御ではない。The regulator 2 of the controller 30
The control for 4, 28 is control for operating them or stopping them, and not for controlling the voltage to the value of the battery voltage.
【0011】図3は、インバータの構成例を示す図であ
る。この構成は公知のものであり、Dはダイオード、S
はスイッチング素子である。スイッチング素子Sとして
は、例えばトランジスタが使用される。ダイオードD
は、スイッチング素子Sに対して逆並列に接続されてい
る。これは、スイッチング素子Sがスイッチング動作す
る際に処理しなければならないフライホイール電流を流
す経路を提供する等の役割を果たしている。この例で
は、スイッチング素子SとダイオードDの逆並列接続ユ
ニットを6組用いて、3相の交流が得られるようにされ
ている。各スイッチング素子Sのスイッチング制御は、
コントローラ30によって行われる。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the inverter. This configuration is known, and D is a diode and S
Is a switching element. For example, a transistor is used as the switching element S. Diode D
Are connected in antiparallel to the switching element S. This plays a role of providing a path through which the flywheel current that must be processed when the switching element S performs the switching operation is provided. In this example, six sets of antiparallel connection units of the switching element S and the diode D are used to obtain a three-phase alternating current. The switching control of each switching element S is
It is performed by the controller 30.
【0012】以上のような構成の排気エネルギー回収装
置で、エンジン1の排気ガスが排気管6を流れると、タ
ービンブレード9およびタービンブレード14が回転さ
れ、回転子12,17が回転される。タービン発電機1
6は、文字通り発電機としてのみ動作する。回転電機1
1は、エンジン1の状況(言い換えれば、これが搭載さ
れている車両の状況)に応じて、発電機として動作させ
られたりモータとして動作させられたりする。例えば、
ブースト圧が充分な大きさであり、それ以上過給する必
要がない状況では、発電機として動作させられる。ブー
スト圧が不足している状況では、モータとして動作させ
られる。次に、以上の動作について更に詳しく説明す
る。When the exhaust gas of the engine 1 flows through the exhaust pipe 6 in the exhaust energy recovery system having the above-mentioned structure, the turbine blades 9 and 14 are rotated, and the rotors 12 and 17 are rotated. Turbine generator 1
6 literally operates only as a generator. Rotating electric machine 1
1 is operated as a generator or a motor according to the condition of the engine 1 (in other words, the condition of the vehicle in which the engine 1 is mounted). For example,
In a situation where the boost pressure is large enough and it is not necessary to supercharge any more, it is operated as a generator. In the situation where the boost pressure is insufficient, it is operated as a motor. Next, the above operation will be described in more detail.
【0013】タービン発電機16の固定子巻線18に誘
起される発電電圧は、整流平滑回路20を経た後、レギ
ュレータ28でバッテリ29を充電するに適した値の電
圧に制御され、バッテリ29を充電したり、図示しない
車両負荷に給電したり、あるいはモータ26を駆動する
のに使われる。The generated voltage induced in the stator winding 18 of the turbine generator 16 passes through the rectifying / smoothing circuit 20 and is then controlled by the regulator 28 to have a voltage suitable for charging the battery 29. It is used for charging, supplying power to a vehicle load (not shown), or driving the motor 26.
【0014】回転電機11が発電機として動作させられ
ている場合、コントローラ30からの指令によりDC−
DC変換部21の動作は停止される(つまりオフ)。固
定子巻線13に誘起される発電電圧は、インバータ19
に内蔵されている整流素子(図3のD)により整流さ
れ、平滑回路23,レギュレータ24を経て、バッテリ
29を充電するに適した値の電圧に制御される。この電
圧も、レギュレータ28からの電圧と同様、バッテリ2
9を充電したりするのに使われる。When the rotary electric machine 11 is operated as a generator, a DC-command is issued by the controller 30.
The operation of the DC converter 21 is stopped (that is, off). The generated voltage induced in the stator winding 13 is the inverter 19
The voltage is rectified by a rectifying element (D in FIG. 3) built in, and is controlled to a voltage suitable for charging the battery 29 via the smoothing circuit 23 and the regulator 24. This voltage is also the same as the voltage from the regulator 28.
Used to charge the 9.
【0015】回転電機11をモータとして動作させたい
場合は、コントローラ30からの指令でレギュレータ2
4はオフとされる。バッテリ29からの電圧(レギュレ
ータ28からの電圧がバッテリ電圧にまで上昇していれ
ば、レギュレータ28からの電圧も)が、DC−DC変
換部21により昇圧され、インバータ19で交流電圧に
変換されて回転電機11に印加される。なお、昇圧動作
のための制御信号はコントローラ30から与えられる。When it is desired to operate the rotating electric machine 11 as a motor, the regulator 2 is instructed by the controller 30.
4 is turned off. The voltage from the battery 29 (and the voltage from the regulator 28 if the voltage from the regulator 28 has risen to the battery voltage) is boosted by the DC-DC converter 21 and converted into an AC voltage by the inverter 19. It is applied to the rotating electric machine 11. A control signal for boosting operation is given from the controller 30.
【0016】なお、この種の排気エネルギー回収装置に
関する従来の文献としては、例えば特開昭62−284923号
公報がある。Incidentally, as a conventional document relating to this type of exhaust energy recovery system, there is, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-284923.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の排気エネルギー回収装置では、回転電機11,
タービン発電機16として同期機を用いているので、D
C−DC変換部,レギュレータ等の電圧変換部を多く必
要とし、コストが高くなると共に、そこでエネルギーを
ロスしてしまうという問題点があった。However, in the conventional exhaust energy recovery system described above, the rotary electric machine 11,
Since a synchronous machine is used as the turbine generator 16, D
There are problems that a large number of voltage conversion units such as a C-DC conversion unit and a regulator are required, the cost becomes high, and energy is lost there.
【0018】(問題点の説明)周知のように、同期機に
おいては、回転数が大になれば誘起される発電電圧(モ
ータ運転の場合なら、モータ駆動電圧)も大きくなる。
従って、発電電圧をバッテリ電圧まで降圧させたり、あ
るいはバッテリ電圧を所要のモータ駆動電圧まで昇圧さ
せたりするのには、レギュレータとかDC−DC変換部
といった電圧変換部を必要とする。(Explanation of Problems) As is well known, in a synchronous machine, the generated voltage (motor drive voltage in the case of motor operation) that is induced increases as the rotational speed increases.
Therefore, a voltage converter such as a regulator or a DC-DC converter is required to reduce the generated voltage to the battery voltage or to raise the battery voltage to the required motor drive voltage.
【0019】しかし、これらの電圧変換部を設けると、
当然のことながらコストアップを招くと共に、そこでエ
ネルギーを幾らかロスしてしまう。例えば、DC−DC
変換部のエネルギー変換効率は70〜80%であるの
で、20〜30%程度のエネルギー損失を生じる。本発
明は、以上のような問題点を解決することを課題とする
ものである。However, if these voltage conversion units are provided,
As a matter of course, this leads to an increase in cost and some energy is lost there. For example, DC-DC
Since the energy conversion efficiency of the converter is 70 to 80%, an energy loss of about 20 to 30% occurs. An object of the present invention is to solve the above problems.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の排気エネルギー回収装置では、ターボチャ
ージャに取り付けられ発電機またはモータとして運転さ
れる誘導機の回転電機と、排気ガスにより駆動される誘
導機のタービン発電機と、前記回転電機に接続された第
1のインバータと、該第1のインバータの直流側に順次
接続された第1の励磁電源部および第1の平滑回路と、
前記タービン発電機に接続された第2のインバータと、
該第2のインバータの直流側に順次接続された第2の励
磁電源部および第2の平滑回路と、少なくとも前記第
1,第2の平滑回路とバッテリとの間の接続を切り換え
る回路切換部と、前記回転電機およびタービン発電機の
発電電圧が略バッテリ電圧になる励磁となるよう前記第
1,第2のインバータを制御すると共に、前記回路切換
部の切り換えを制御するコントローラとを具えることと
した。In order to solve the above-mentioned problems, in the exhaust energy recovery system of the present invention, a rotary electric machine of an induction machine mounted on a turbocharger and operated as a generator or a motor, and driven by exhaust gas. A turbine generator of an induction machine, a first inverter connected to the rotating electric machine, a first excitation power supply unit and a first smoothing circuit sequentially connected to the DC side of the first inverter,
A second inverter connected to the turbine generator;
A second excitation power source section and a second smoothing circuit that are sequentially connected to the DC side of the second inverter; and a circuit switching section that switches at least the connection between the first and second smoothing circuits and the battery. A controller that controls the switching of the circuit switching unit while controlling the first and second inverters so that the generated voltage of the rotating electric machine and the turbine generator is excited to become a substantially battery voltage. did.
【0021】[0021]
【作 用】ターボチャージャに取り付けられ、発電機
またはモータとして運転される回転電機と、排気ガスに
より駆動されるタービン発電機には、従来、いずれも同
期機が用いられていたが、本発明では誘導機を用いる。
そして、その発電電圧の大きさは、励磁電源をインバー
タにより制御することにより、バッテリ電圧に略等しい
値となるようにする。従って、バッテリを充電するの
に、発電電圧を降圧する必要がなくなる。[Operation] Synchronous machines have been conventionally used for rotary electric machines that are attached to turbochargers and operate as generators or motors, and for turbine generators that are driven by exhaust gas. Use an induction machine.
Then, the magnitude of the generated voltage is set to a value substantially equal to the battery voltage by controlling the exciting power supply with the inverter. Therefore, it is not necessary to step down the generated voltage to charge the battery.
【0022】また、前記回転電機には誘導機を用いるの
で、これをモータ運転する場合、回転数が大になったと
してもモータ駆動電圧を大にする必要がない。従って、
バッテリ電圧を昇圧する必要がなくなる。以上により電
圧変換部を設ける必要がなくなるので、電圧変換部を設
けることによるコスト上昇やエネルギー損失を回避する
ことが出来る。Further, since the rotating electric machine uses an induction machine, when the motor is operated, it is not necessary to increase the motor drive voltage even if the number of rotations increases. Therefore,
There is no need to boost the battery voltage. As described above, since it is not necessary to provide the voltage conversion unit, it is possible to avoid cost increase and energy loss due to the provision of the voltage conversion unit.
【0023】[0023]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、本発明の排気エネルギー回収装置
を示す図である。符号は図2のものに対応し、33はイ
ンバータ、34,35は励磁電源部、36,37は平滑
回路、38は回路切換部、39は励磁電源部である。図
2と同じ符号の部分は、従来と同様の動作をするので、
その説明は省略する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an exhaust energy recovery system of the present invention. Reference numerals correspond to those of FIG. 2, 33 is an inverter, 34 and 35 are excitation power supply units, 36 and 37 are smoothing circuits, 38 is a circuit switching unit, and 39 is an excitation power supply unit. Since the same reference numerals as those in FIG. 2 operate in the same manner as in the conventional case,
The description is omitted.
【0024】図4は、図1における誘導機とインバータ
と励磁電源部との接続関係を示す図であり、回転電機1
1とインバータ19と励磁電源部34を例にとって描か
れている(タービン発電機16,モータ26に関しても
同様である)。励磁電源部34は、励磁電源34−1
と、逆流阻止用ダイオード34−2とからなっている。
励磁電源34−1は、バッテリ29を利用して得ること
が出来る。インバータ19の交流側は、誘導機の固定子
巻線と接続される。FIG. 4 is a diagram showing a connection relationship between the induction machine, the inverter, and the excitation power source section in FIG.
1, the inverter 19, and the excitation power supply 34 are drawn as examples (the same applies to the turbine generator 16 and the motor 26). The excitation power supply unit 34 includes the excitation power supply 34-1.
And a reverse current blocking diode 34-2.
The excitation power source 34-1 can be obtained by using the battery 29. The AC side of the inverter 19 is connected to the stator winding of the induction machine.
【0025】本発明では、使用する回転機(回転電機1
1,タービン発電機16およびモータ26など)とし
て、誘導機を使用する。誘導機が発電機として動作して
いる場合、回転数が大になっても発電電圧が大になるこ
とはない(図2の従来例では、同期機を使用していたの
で、回転数が大になると発電電圧も大になっていた)。
誘導機11(IM…Induction Machine )の発電電圧
は、励磁電源部34からの電圧をインバータ19によっ
て制御することにより、制御される。同様に、発電機が
モータとして動作している場合、回転数が大になったか
らといって、大きなモータ駆動電圧を必要とはしない。In the present invention, the rotating machine used (rotary electric machine 1
1, an induction machine is used as the turbine generator 16 and the motor 26). When the induction machine is operating as a generator, the generated voltage does not increase even if the rotation speed increases (in the conventional example of FIG. 2, since the synchronous machine is used, the rotation speed increases). Then the power generation voltage was also large).
The power generation voltage of the induction machine 11 (IM ... Induction Machine) is controlled by controlling the voltage from the excitation power supply unit 34 by the inverter 19. Similarly, when the generator operates as a motor, a large motor speed does not require a large motor drive voltage.
【0026】そこで本発明では、励磁電流の制御によ
り、発電電圧を略バッテリ電圧の値になるようにしてお
く。こうしておくと、バッテリ電圧を高電圧に昇圧した
り、高電圧からバッテリ電圧に降圧したりするための電
圧変換部は不用となる。そのため、コストは安くなり、
エネルギー損失は少なくなる。Therefore, in the present invention, by controlling the exciting current, the generated voltage is set to be approximately the value of the battery voltage. In this way, the voltage conversion unit for boosting the battery voltage to a high voltage or for dropping the battery voltage from the high voltage to the battery voltage becomes unnecessary. Therefore, the cost will be lower,
Energy loss is reduced.
【0027】回路切換部38は複数のスイッチから成
り、コントローラ30からの信号により回路の接続を切
り換える。例えば、タービン発電機16の発電電圧でバ
ッテリ29を充電しようとする場合には、平滑回路37
とバッテリ29とが接続される。また、回転電機11
を、タービン発電機16の発電電圧とバッテリ29とで
モータ運転する場合には、平滑回路37とバッテリ29
が、平滑回路36と接続される。モータ26をバッテリ
29で駆動する場合には、バッテリ29とインバータ2
5とが接続される。The circuit switching unit 38 is composed of a plurality of switches, and switches the circuit connection in response to a signal from the controller 30. For example, when the battery 29 is to be charged with the generated voltage of the turbine generator 16, the smoothing circuit 37
And the battery 29 are connected. In addition, the rotating electric machine 11
When the motor is driven by the generated voltage of the turbine generator 16 and the battery 29, the smoothing circuit 37 and the battery 29
Are connected to the smoothing circuit 36. When the motor 26 is driven by the battery 29, the battery 29 and the inverter 2
And 5 are connected.
【0028】次に、以上のような構成の排気エネルギー
回収装置の動作を説明する。タービン発電機16は発電
運転するのみであるので、回転電機11が発電運転する
場合とモータ運転する場合とに分けて説明する。Next, the operation of the exhaust energy recovery system having the above structure will be described. Since the turbine generator 16 only performs a power generation operation, the rotating electric machine 11 will be described separately for the case of the power generation operation and the case of the motor operation.
【0029】まず、回転電機11も発電運転する場合に
ついて説明する。回転電機11とタービン発電機16の
発電電圧は、インバータ19,33の整流素子(図3の
D)により整流され、平滑回路36,37により平滑さ
れる。発電電圧は、励磁電源部34,35からの励磁電
流によりバッテリ電圧程度にされているから、平滑回路
36,37の出力電圧は略バッテリ電圧である。モータ
26を駆動しない場合には、コントローラ30からの指
令により、回路切換部38は平滑回路36,37をバッ
テリ29と接続する。モータ26を駆動する場合には、
バッテリ29に接続すると共に、インバータ25にも接
続する。First, the case where the rotary electric machine 11 also performs a power generation operation will be described. The generated voltages of the rotating electric machine 11 and the turbine generator 16 are rectified by the rectifying elements (D in FIG. 3) of the inverters 19 and 33, and smoothed by the smoothing circuits 36 and 37. Since the generated voltage is set to approximately the battery voltage by the exciting current from the exciting power supply units 34 and 35, the output voltage of the smoothing circuits 36 and 37 is approximately the battery voltage. When the motor 26 is not driven, the circuit switching unit 38 connects the smoothing circuits 36 and 37 to the battery 29 according to a command from the controller 30. When driving the motor 26,
It is connected to the battery 29 and also to the inverter 25.
【0030】次に、回転電機11をモータ運転する場合
について説明する。この時の電源は、バッテリ29,タ
ービン発電機16である。コントローラ30からの指令
により、バッテリ29と平滑回路37と平滑回路36と
が接続される。モータ駆動電圧は、インバータ19を経
て回転電機11に印加される。回転電機11には誘導機
を用いているから、回転数が大になったからといって大
きな電圧を必要とすることはない。Next, a case where the rotary electric machine 11 is operated by a motor will be described. The power source at this time is the battery 29 and the turbine generator 16. The battery 29, the smoothing circuit 37, and the smoothing circuit 36 are connected by a command from the controller 30. The motor drive voltage is applied to the rotary electric machine 11 via the inverter 19. Since the rotating electric machine 11 uses an induction machine, a large voltage does not require a large voltage even if the number of rotations becomes large.
【0031】モータ26を駆動する場合には、バッテリ
29の電圧、あるいは回転電機11またはタービン発電
機16の発電電圧が、回路切換部38を経てインバータ
25に供給される。なお、車両がエンジンブレーキをか
けて走行する場合には、モータ26はクランク軸27の
回転力によって回転される。従って、それを駆動力とし
て発電運転させることも出来る。そのようにしたけれ
ば、インバータ25の直流側に平滑回路を接続しておく
必要がある。発電電力は、回路切換部38を経てバッテ
リ29を充電したりするのに使われる。When the motor 26 is driven, the voltage of the battery 29 or the generated voltage of the rotary electric machine 11 or the turbine generator 16 is supplied to the inverter 25 via the circuit switching unit 38. When the vehicle runs with the engine brake applied, the motor 26 is rotated by the rotational force of the crankshaft 27. Therefore, it is also possible to use it as a driving force for power generation operation. To do so, it is necessary to connect a smoothing circuit to the DC side of the inverter 25. The generated power is used to charge the battery 29 via the circuit switching unit 38.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、排気
エネルギー回収装置に使用する回転電機やタービン発電
機として、同期機ではなく誘導機を用い、その励磁を制
御することにより発電電圧の大きさは略バッテリ電圧と
なるようにする。そのため、電圧を降圧したり昇圧した
りする電圧変換部は不用となり、コストダウンが図れる
と共にエネルギー損失を減少させることが出来る。As described above, according to the present invention, an induction machine, not a synchronous machine, is used as a rotary electric machine or a turbine generator used in an exhaust energy recovery system, and its excitation voltage is controlled by controlling its excitation. The size should be approximately the battery voltage. Therefore, the voltage conversion unit for stepping down or boosting the voltage is not required, and the cost can be reduced and the energy loss can be reduced.
【図1】 本発明の排気エネルギー回収装置を示す図FIG. 1 is a diagram showing an exhaust energy recovery system of the present invention.
【図2】 従来の排気エネルギー回収装置を示す図FIG. 2 is a diagram showing a conventional exhaust energy recovery device.
【図3】 インバータの構成例を示す図FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of an inverter.
【図4】 図1における誘導機とインバータと励磁電源
部との接続関係を示す図FIG. 4 is a diagram showing a connection relationship between the induction machine, the inverter, and the excitation power supply section in FIG. 1.
1…エンジン、2…吸気マニホールド、3…排気マニホ
ールド、4…エンジン回転センサ、5…吸気管、6…排
気管、7…回転電機付ターボチャージャ、8…コンプレ
ッサブレード、9…タービンブレード、10…回転セン
サ、11…回転電機、12…回転子、13…固定子巻
線、14…タービンブレード、15…回転センサ、16
…タービン発電機、17…回転子、18…固定子巻線、
19…インバータ、20…整流平滑回路、21,22…
DC−DC変換部、23…平滑回路、24…レギュレー
タ、25…インバータ、26…モータ、27…クランク
軸、28…レギュレータ、29…バッテリ、30…コン
トローラ、31…アクセル開度センサ、32…ブースト
圧センサ、33…インバータ、34,35…励磁電源
部、36,37…平滑回路、38…回路切換部、39…
励磁電源部1 ... Engine, 2 ... Intake manifold, 3 ... Exhaust manifold, 4 ... Engine rotation sensor, 5 ... Intake pipe, 6 ... Exhaust pipe, 7 ... Turbocharger with rotary electric machine, 8 ... Compressor blade, 9 ... Turbine blade, 10 ... Rotation sensor, 11 ... Rotating electric machine, 12 ... Rotor, 13 ... Stator winding, 14 ... Turbine blade, 15 ... Rotation sensor, 16
… Turbine generator, 17… Rotor, 18… Stator winding,
19 ... Inverter, 20 ... Rectification smoothing circuit 21, 22, ...
DC-DC converter, 23 ... Smoothing circuit, 24 ... Regulator, 25 ... Inverter, 26 ... Motor, 27 ... Crankshaft, 28 ... Regulator, 29 ... Battery, 30 ... Controller, 31 ... Accelerator opening sensor, 32 ... Boost Pressure sensor, 33 ... Inverter, 34, 35 ... Excitation power supply section, 36, 37 ... Smoothing circuit, 38 ... Circuit switching section, 39 ...
Excitation power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02J 1/00 306 A 7509−5G H02K 23/52 7706−5H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication H02J 1/00 306 A 7509-5G H02K 23/52 7706-5H
Claims (1)
またはモータとして運転される誘導機の回転電機と、排
気ガスにより駆動される誘導機のタービン発電機と、前
記回転電機に接続された第1のインバータと、該第1の
インバータの直流側に順次接続された第1の励磁電源部
および第1の平滑回路と、前記タービン発電機に接続さ
れた第2のインバータと、該第2のインバータの直流側
に順次接続された第2の励磁電源部および第2の平滑回
路と、少なくとも前記第1,第2の平滑回路とバッテリ
との間の接続を切り換える回路切換部と、前記回転電機
およびタービン発電機の発電電圧が略バッテリ電圧にな
る励磁となるよう前記第1,第2のインバータを制御す
ると共に、前記回路切換部の切り換えを制御するコント
ローラとを具えたことを特徴とする排気エネルギー回収
装置。1. A rotary electric machine of an induction machine mounted on a turbocharger and operated as a generator or a motor, a turbine generator of an induction machine driven by exhaust gas, and a first inverter connected to the rotary electric machine. A first excitation power supply unit and a first smoothing circuit sequentially connected to the direct current side of the first inverter, a second inverter connected to the turbine generator, and a direct current of the second inverter. Second excitation power source section and a second smoothing circuit sequentially connected to the side, a circuit switching section that switches connection between at least the first and second smoothing circuits and the battery, the rotating electric machine and turbine power generation. And a controller for controlling the switching of the circuit switching unit while controlling the first and second inverters so that the power generation voltage of the machine is approximately the battery voltage. And an exhaust energy recovery device.
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1993
- 1993-10-04 JP JP05273074A patent/JP3132266B2/en not_active Expired - Fee Related
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US7728446B2 (en) | 2003-06-25 | 2010-06-01 | Advanced Propulsion Technologies, Inc. | Ring generator |
WO2012005046A1 (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-12 | 株式会社Ihi | Waste heat recovery device |
JP2012017685A (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-26 | Ihi Corp | Waste heat recovery device |
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