JPS58214615A - Device for recovering exhaust energy of engine - Google Patents
Device for recovering exhaust energy of engineInfo
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- JPS58214615A JPS58214615A JP57096490A JP9649082A JPS58214615A JP S58214615 A JPS58214615 A JP S58214615A JP 57096490 A JP57096490 A JP 57096490A JP 9649082 A JP9649082 A JP 9649082A JP S58214615 A JPS58214615 A JP S58214615A
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- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、エンジンにおける排気エネルギー回収装置に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an exhaust energy recovery device for an engine.
内燃機関であるガソリンエンジンやディーゼルエンジン
は、燃料をシリンダ内で燃焼させて発生するエネルギー
によってピストンを押し下げて出力を発生し、シリンダ
内での燃焼により発生した排気ガスはそのまま杉1気マ
ニホールドから外気方向に排出される。この排気ガスは
高温かつ高圧であり、今だかなりのエネルギーを保持し
ている。Gasoline engines and diesel engines, which are internal combustion engines, use the energy generated by burning fuel in the cylinder to push down the piston to generate output, and the exhaust gas generated by combustion in the cylinder is directly released from the Sugi 1 air manifold to outside air. ejected in the direction. This exhaust gas is high temperature and high pressure, and still retains a considerable amount of energy.
ところで、最近内燃機関の各部たと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、
排気バルブ、ピストンなどにセラミックスを使用した断
熱式の内燃機関が開発されている。この内燃機関は、従
来の如くその内部に発生した熱を放熱して内燃機関を冷
却するということを行はず、従来のものよりも高熱の排
気ガスを取り出してこのエネルギーをクランク軸に帰還
させて運転効率を高めようとするものであって、従来か
ら行なわれているものを説明すると、排気ガスにより回
転されるタービンを排気口近くに配設せしめておき、こ
のタービンから得られた余剰の回転力を多段のギヤによ
る速度変換により減速し、クランク軸に帰還させるもの
であるが、かかる装置はエネルギー回収装置全体の構造
が複雑であり、かつ伝達効率が悪いため、内燃機関全体
の(+/j段を高価なものにするばかりか運転効率もあ
まり良くはなく、部分負荷では使用できないという欠点
もあって、あまり有効なものではなかった。By the way, recently various parts of internal combustion engines such as the outer wall of the exhaust manifold, cylinder liner, cylinder head insulation board, etc.
Adiabatic internal combustion engines have been developed that use ceramics for exhaust valves, pistons, etc. This internal combustion engine does not cool the internal combustion engine by dissipating the heat generated inside it, as in the past, but instead extracts hotter exhaust gas and returns this energy to the crankshaft. A conventional method that aims to improve operating efficiency is to place a turbine rotated by exhaust gas near the exhaust port, and use the surplus rotation obtained from this turbine. This device decelerates the power by speed conversion using multi-stage gears and returns it to the crankshaft. However, in such a device, the structure of the entire energy recovery device is complex and the transmission efficiency is poor, so the (+/ Not only did it make the J-stage expensive, but its operating efficiency was not very good, and it also had the disadvantage that it could not be used under partial load, so it was not very effective.
本発明は、このような従来の欠点を改善せんとするもの
であり、そのLl n(11J、内燃機関の排気ガスが
保))シているエネルギーを効率良く回収してクランク
輔に効率良く帰苦1−It Lめることができるような
1ノ1気工ネルギー回11y装置1°/1をIf、!供
することにある。The present invention aims to improve these conventional drawbacks, and efficiently recovers the energy lost in the Lln (11J, stored in the exhaust gas of an internal combustion engine) and efficiently returns it to the crankshaft. If,! It is about providing.
次に本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する。Next, one embodiment of the present invention will be described in detail using the drawings.
第1図は本発明の構成図であり、同図中1は断熱形式の
エンジンである。このエンジンは、前述のように、シリ
ンダラ−(−J−−、シリンダヘッド断熱4j7、JJ
I気八ルへ、ピヌトンなどにセラミックスを使用した断
熱式のものである。2はtJl気で二ホールドであり、
外壁はセラミフクスで構成されて、断熱構造となってい
る。4Jl気マニホールド2の先端には、1)1気ター
ビン3か接&dされている。3aはタービン渦室であり
、内部にタービンブレード3bが回転可能に配設されて
いる。4は高圧の交流発電機であり、その回転軸は排気
タービン3のタービン軸3Cと直結している。交流発電
機4は、回転子が永久磁石で構成され、固定側に′71
f、機子巻線を配設した2極交流発電機である。この交
Mt発電機4は、排気タービン3により、最高1分間に
約10万回程度の回転数で駆動されるので、回転子は細
くかつ回転軸方向に長く形成されており、高速回転によ
り生ずる遠心力を極力少なくして、回転子の破壊を防止
している。また、この交ll仁発電機4は高速回転であ
るため、自動車用としては高電圧の約200V程度、周
波数的3・5KHz程度の交流電圧を発生する。5はサ
イリスタ・ブリッジにより構成されているコンへ−夕で
あり、交流発電機4により発電された交流を直流(脈流
)に変換する。このコンへ−夕を構成するサイリスクは
、3・5KHz程度の周波数でも十分に作動する高周波
用のサイリスクである。6はコンバータ5のサイ□リス
タゲートを制御するゲート制御回路である。7は直流電
動機であり、その回転軸は2枚の歯車7aと7bを介し
てエンジンlの回転軸1aと連結している。この直流電
動機7はエンジンlの回IIす:数とほぼ同一回転数に
て動作する直がr、直捲電動機がよい。8は直流電動機
7の駆動電流を検111する電流検出器である。FIG. 1 is a block diagram of the present invention, and 1 in the figure is an adiabatic type engine. As mentioned above, this engine has a cylinder head (-J--, cylinder head insulation 4j7, JJ
Most importantly, it is an insulated type that uses ceramics such as pinutons. 2 is tJl ki and 2 hold,
The outer wall is made of ceramic material and has an insulating structure. 1) A 1-air turbine 3 is connected to the tip of the 4-Jl air manifold 2. Reference numeral 3a denotes a turbine vortex chamber, in which a turbine blade 3b is rotatably disposed. Reference numeral 4 denotes a high-pressure alternating current generator, and its rotating shaft is directly connected to the turbine shaft 3C of the exhaust turbine 3. The alternator 4 has a rotor made of a permanent magnet, and a '71 magnet on the fixed side.
f, a two-pole alternating current generator with a machine winding. This AC Mt generator 4 is driven by the exhaust turbine 3 at a maximum rotation speed of about 100,000 times per minute, so the rotor is thin and long in the direction of the rotation axis, and the Centrifugal force is minimized to prevent rotor damage. Further, since the alternating current generator 4 rotates at a high speed, it generates an alternating current voltage of about 200 V, which is a high voltage for automobiles, and a frequency of about 3.5 KHz. Reference numeral 5 denotes a converter composed of a thyristor bridge, which converts the alternating current generated by the alternator 4 into direct current (pulsating current). The cylisk that makes up this controller is a high-frequency cylisk that operates satisfactorily even at a frequency of about 3.5 KHz. Reference numeral 6 denotes a gate control circuit for controlling the thyristor gate of the converter 5. Reference numeral 7 denotes a DC motor, the rotating shaft of which is connected to the rotating shaft 1a of the engine 1 via two gears 7a and 7b. This DC motor 7 is preferably a direct-wound motor that operates at approximately the same number of rotations as the engine l. Reference numeral 8 denotes a current detector that detects 111 the drive current of the DC motor 7.
次に本発明の動作について説明する。Next, the operation of the present invention will be explained.
エンジン1が回転を始めて、1ノド気タービン3から高
1品のJJI気ガスが1ノ1出されると、tJI気ター
ビン3のタービンブレード3bが回転を始め、交流発電
機4が駆動されて、発電を始める。ゲート制御回路6は
当初、コンバータ5を構成するサイリスクのゲートを大
きく開き、交流発電機4で発生した電力を直流7t!;
動機7に供給してこれを駆動しようとするが、JJI気
タービン3の回転数が少ないため、交流発電機4の出力
電圧も小さく、直流電動機7を駆動するに至らない。When the engine 1 starts rotating and a high-quality JJI gas is discharged from the 1-node air turbine 3, the turbine blades 3b of the tJI air turbine 3 start rotating, and the alternator 4 is driven. Start generating electricity. Initially, the gate control circuit 6 widens the gate of the cyrisk that constitutes the converter 5, and converts the electric power generated by the alternator 4 into 7 tons of DC! ;
An attempt is made to supply it to the motor 7 to drive it, but since the rotational speed of the JJI air turbine 3 is low, the output voltage of the alternator 4 is also small, and the DC motor 7 cannot be driven.
一方、直流11r、動機7はエンジンlにより回転され
、発゛Ilf機となって直流電圧を発生するが、ゲート
制御回路6はコンバータ5を「直流電動機7力行」状態
にゲート制御しているので、直流電動機7で発電された
電力l」逆流しない。On the other hand, the DC 11r and the motor 7 are rotated by the engine 1 and become a generator Ilf to generate DC voltage, but the gate control circuit 6 gate-controls the converter 5 to the "DC motor 7 powering" state. , the electric power generated by the DC motor 7 does not flow backward.
エンジンlの回転数が漸次上背してJuli気ガスの量
も多くなり、その温度も上昇すると、交流発電機4の出
力電圧も上昇し、遂に直流電動機7を駆動するようにな
る。そして、直流電動機7はエンジンlの回転軸1aを
その出力が増加する方向に駆動するため、排気ガスが有
するエネルギーが回収ネれてエンジンlの回転軸に帰還
される。エンジンの回転数が変化してもゲート制御回路
6がサイリスタのゲートを制御して常に直流電動機7を
@適負荷条件のもとで駆動できるように制御するまた、
何かの原因で直流電動機7に過大な負荷がかかり、定格
以」−の電流が流れようとすると、これを電流検出器8
が検出し、ゲート制御回路6がコンバータ5のサイリス
タのゲートを絞り込んで、電流を抑制し、常に直流電動
機7を最適負荷条件のもとで駆動できるように制御する
。As the rotational speed of the engine 1 gradually increases and the amount of gas increases and its temperature also rises, the output voltage of the alternating current generator 4 also rises and finally comes to drive the DC motor 7. Since the DC motor 7 drives the rotating shaft 1a of the engine 1 in a direction that increases its output, the energy contained in the exhaust gas is recovered and fed back to the rotating shaft of the engine 1. Even if the engine speed changes, the gate control circuit 6 controls the thyristor gate so that the DC motor 7 can always be driven under appropriate load conditions.
If an excessive load is applied to the DC motor 7 for some reason and a current exceeding the rating begins to flow, this is detected by the current detector 8.
is detected, and the gate control circuit 6 narrows down the gate of the thyristor of the converter 5 to suppress the current and control the DC motor 7 so that it can always be driven under the optimum load condition.
このような回路構成にすれば、回路全体を高電圧の回路
系にて構成出来るので、自動車で通常使用されている1
2Vあるいは24V系の回路構成に比べて、損失も少な
くなる。With this kind of circuit configuration, the entire circuit can be configured with a high-voltage circuit system, so it is possible to configure the entire circuit with a high-voltage circuit system.
Loss is also reduced compared to a 2V or 24V system circuit configuration.
第2図は本発明のfp、 ゛、実施例を示す41協成図
であり、il図と同一部分にl;l: il−の省略を
伺し、その説明を省略する。FIG. 2 is a 41-composition drawing showing an example of fp, ゛, and the present invention, in which l; l: il- is omitted in the same part as the il drawing, and the explanation thereof will be omitted.
第2図において、15はシリコン整流素子をブリッジ結
合せしめた整lie回路である。18はスイッチングレ
キュレータであり、整ノQ回路15の直流出力型l/l
、の安定化を1111、直り、電動機7を効率良く安定
して駆動できるように1′1動する。In FIG. 2, 15 is a rectifier circuit in which silicon rectifier elements are bridge-coupled. 18 is a switching regulator, which is a DC output type l/l of the rectifier Q circuit 15.
, is stabilized in 1111, and the motor 7 is moved 1'1 so that it can be driven efficiently and stably.
この実施例の動作は、交流発電機4にて発電された交流
を直接整流回路15で整流する。整流回路15の出力は
電圧の変動も激しいため、一旦スイツチング1/ギュ]
/−夕18に人力し、これで安定化した後直流電動機7
に印加される。In the operation of this embodiment, the alternating current generated by the alternator 4 is directly rectified by the rectifier circuit 15. Since the voltage of the output of the rectifier circuit 15 fluctuates rapidly, the switching 1/G]
/-After being manually powered on evening 18 and stabilized, the DC motor 7
is applied to
この実施例の変形例として、交流発電機4の出力端に7
(を圧の’it J’E装置1イ1を設げるとともに、
整流回路15とレギュレータ18とを直流電動機7近傍
に配設し、交流発↑11: 4?J 4の出力電圧なA
圧装性によりさらにy1圧した後、これを’t’+B
)It回路15にて整流し、レギュレータ18により直
流電動機に最適な電圧に変換し、直流電動機7を駆動す
るように構成してもよい。As a modification of this embodiment, the output terminal of the alternator 4 may be
(In addition to setting up the J'E device 1 for pressure,
A rectifier circuit 15 and a regulator 18 are arranged near the DC motor 7, and an AC generator ↑11: 4? J4 output voltage A
After further applying y1 pressure due to pressure loading property, this is 't'+B
) The voltage may be rectified by the It circuit 15, converted to an optimum voltage for the DC motor by the regulator 18, and then the DC motor 7 may be driven.
以4−詳細に説明したように、本発明は、エンジンの排
気マニホールド先端に配設した排気タービンのタービン
軸に交流発電機の回転軸を直結するとともに前記エンジ
ンの回転軸に直流電動機の回転軸を結合し、交流発電機
から発生する電気エネルギーを直流電動機に与えてこれ
を駆動し、交流電動機の出力をエンジンの出力軸に帰還
せしめるように構成したので、従来の装置のように全負
荷状態のみしか排気エネルギーを回収してエンジンに帰
還させることができないものと異なり、エンジンの部分
出力時において排気エネルギーのエンタルピーか低い時
でも容易に回収できる。また、従来の機械系にてυ1−
気エネルキーな回収するものに比べて摩擦損失が小さく
また電気回路抵抗損失を回路電圧を高くするなどして減
少せしめることができるので、従来のものに比べてエン
ジンの燃焼効率を飛躍的に増進させることができる。As described in detail in 4-4 above, the present invention directly connects the rotating shaft of an alternator to the turbine shaft of an exhaust turbine disposed at the tip of an exhaust manifold of an engine, and also connects the rotating shaft of a DC motor to the rotating shaft of the engine. The electric energy generated from the AC generator is coupled to the DC motor to drive it, and the output of the AC motor is fed back to the output shaft of the engine, so it can be operated under full load conditions like conventional equipment. Unlike the exhaust energy that can only be recovered and returned to the engine, it can be easily recovered even when the enthalpy of the exhaust energy is low at partial engine output. In addition, in the conventional mechanical system, υ1−
Frictional loss is smaller than that of energy recovery methods, and electrical circuit resistance loss can be reduced by increasing the circuit voltage, which dramatically improves engine combustion efficiency compared to conventional methods. be able to.
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は他の
実施例を小ず構成図である。
1・Φエンジン 2・・JJI気マニホールド3・
・4Jl気タービン 4・・交流発電機5・・コンバー
タ 6争・ゲート制御回路7・・直流電動機 8・
・電流検出器4)詐出願人 いすぐ自動車株式会社代
理人 弁理士 辻 實
(外1名)FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a small block diagram showing another embodiment. 1. Φ engine 2. JJI manifold 3.
・4Jl air turbine 4・・AC generator 5・・Converter 6・Gate control circuit 7・・DC motor 8・
・Current detector 4) Fraudulent applicant: Representative of Isugu Jidosha Co., Ltd. Patent attorney Minoru Tsuji (1 other person)
Claims (1)
たエンジンにおいて、前記排気タービンのタービン軸に
交流発電機の回転軸を直結するとともに前記エンジンの
回転軸に直流電動機の回転軸を結合し、交流発電機から
発生する電気エネルギーを直流電動機に与えてこれを駆
動し、交流電動機の出力をエンジンの出力軸に帰還せし
めることを特徴とするエンジンの排気エネルギー回収装
置。In an engine that suppresses the radiation of heat generated internally and is equipped with an exhaust turbine, the rotating shaft of an alternator is directly connected to the turbine shaft of the exhaust turbine, and the rotating shaft of a DC motor is coupled to the rotating shaft of the engine. An exhaust energy recovery device for an engine, characterized in that electric energy generated from an alternating current generator is applied to a direct current motor to drive it, and the output of the alternating current motor is returned to the output shaft of the engine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57096490A JPS58214615A (en) | 1982-06-05 | 1982-06-05 | Device for recovering exhaust energy of engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57096490A JPS58214615A (en) | 1982-06-05 | 1982-06-05 | Device for recovering exhaust energy of engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58214615A true JPS58214615A (en) | 1983-12-13 |
JPH0211722B2 JPH0211722B2 (en) | 1990-03-15 |
Family
ID=14166516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57096490A Granted JPS58214615A (en) | 1982-06-05 | 1982-06-05 | Device for recovering exhaust energy of engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58214615A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4745755A (en) * | 1985-07-26 | 1988-05-24 | Isuzu Motors Limited | Control system for supercharged internal combustion engine |
US4805409A (en) * | 1987-04-24 | 1989-02-21 | Hitachi. Ltd. | Method of and apparatus for recovering exhaust gas energy of internal combustion engine |
US5024057A (en) * | 1988-06-29 | 1991-06-18 | Isuzu Motors Limited | Exhaust-driven electric generator system for internal combustion engines |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5789828U (en) * | 1980-11-21 | 1982-06-02 |
-
1982
- 1982-06-05 JP JP57096490A patent/JPS58214615A/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5789828U (en) * | 1980-11-21 | 1982-06-02 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4745755A (en) * | 1985-07-26 | 1988-05-24 | Isuzu Motors Limited | Control system for supercharged internal combustion engine |
US4805409A (en) * | 1987-04-24 | 1989-02-21 | Hitachi. Ltd. | Method of and apparatus for recovering exhaust gas energy of internal combustion engine |
US5024057A (en) * | 1988-06-29 | 1991-06-18 | Isuzu Motors Limited | Exhaust-driven electric generator system for internal combustion engines |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0211722B2 (en) | 1990-03-15 |
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