JPS62101814A - エンジンのエネルギ−回収装置 - Google Patents

エンジンのエネルギ−回収装置

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JPS62101814A
JPS62101814A JP60241871A JP24187185A JPS62101814A JP S62101814 A JPS62101814 A JP S62101814A JP 60241871 A JP60241871 A JP 60241871A JP 24187185 A JP24187185 A JP 24187185A JP S62101814 A JPS62101814 A JP S62101814A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (Ir業上の利用分野) 本発明は、エンジンの排出するD[気エネルギーの回収
装置に係り、特に発電機を有する排気タービンを効率よ
く運転して、エネルギーの回収効率の良好なエンジンの
エネルギー回収装置に関する(従来の技術) 五年、エンジンの燃焼室や排気?i↑などにセラミ、ク
スなどの断熱材ネ;1を使用した断熱構造のエンジンが
用いられている。このエンジンによれば、その内部に発
生した熱を放熱してエンジンを冷却する心安がなく、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
、エンジンの出力軸や、+lj軸などに帰還させ、エン
ジンの出力の向I、に利用できる。
この種、排気エネルギーの回生方法として、排気ガスに
より回転されるタービンの回転力を、多段の尚・1f機
構により減速して、クランク軸を駆動するものが知られ
ている。
また、発電機を備えた排気タービンと、吸気用コンプレ
、すを備、えた排気タービンとを直列に接続して二段タ
ービンとし、エンジンの出力軸に設けた電動機に発電機
の発電出力を供給して排気エネルギーの回収を計る提案
と、排気バイパス回路を1没けるとともに発電機を備え
た排気タービンI−flu  /:、r  III−I
y  !  シ、、、  4+  t−ノーi  ; 
 トkfh  ”T  #      l”   y 
 l−を直列に接続し、エンジンの出力軸に1投けた電
動機に発電機の発電出力を供給するとともにコンプレノ
サを駆動させ、排気/ヘイパス回路の排気ガス通過はを
制御して最適状態にてエンジンを運転する提案がすでに
なされ、排気エネルギー回収装置(=Iきエンジンとし
て特開昭59−141712号公報に示されている。
(発明が解決しようとする問題点) 1−述の排気エネルギー回生方法において、前者の歯車
機構を用いてクランクを駆動する方法は、歯・1〔機構
の伝達効率を考慮すると、例えば、通常−・段の伝達効
率は0.9〜0.95であるので。
三段の歯車機構では約80%に効率が低下する。
なお、排気タービンの回転数は10万回/分程度の高速
回転であり、この減速に際してはさらに多段の尚車機構
を必要とし、前記の伝達効率の低下や、摩擦損失の増大
のみならず、排気タービンの回転数がエンジン回転数に
対応するため、排気タービンの性能の最適値が得られな
い欠点がある。
また、後ンの特開昭59−141712シー)公報に小
されている提案は、エンジンの速度検出器と負荷検出器
とのデータにより、排気バイパス回路のJJI気ガス通
過j、i、を制御して最適状態にてエンジンを運転して
はいるが、排気タービンの回転速度やタービン効率を最
良にする制御がなされていない問題点を有する。
本発明は」−記の諸点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、υ1気タービンを備えた断熱構造のエンジン
において、排気タービンの効率を最良状態に制御して、
排気ガスの有するエネルギーを効=t<よく回収するエ
ンジンのエネルギー回収装置を提供することにある。
(問題点を解決するためのL段) 本発明によれば、燃焼室、排気管などを断熱構造とした
エンジンの抽気管内に発電機を右する排気タービンを設
けるとともに、11り記排気タービンの人「1部と出口
部との排気ガス温度を検出する温度センサと、排気ター
ビンの回転数を検出する速度センサとを設け、 これら
のセンサからの信号により発、[&’jtの負荷を制御
して、最適状態の排気タービン効率にて運転するエンジ
ンのエネルギー回収装置が提供される。
(作用) 本発明は、排気タービンの入口部と出口部に設けた1晶
度センサからの温度信号にて、タービンのノズル流速や
、タービン人[−1締切温度などの油質を行い、さらに
断熱膨張速度を算出して、タービン効率の最適状態のタ
ービン速度が得られるように発電機負荷を制御するので
、常に最良のタービン効率が得られて、υ1気エネルギ
ーの回収の効率が向上する作用がある。
(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。
第1図は本発明に係るエンジンのエネルギー回収装置に
係る一実施例を示す構成ブロック図である。
図において、1は断熱構造を備えたエンジンで板、υ1
気バルブ、ピストンなとにセラミ・ンクスを使用してい
る。2は排気マニホールドであり、外壁はセラミフクス
で構成されている。排気マニホールド2にはターボチャ
ージャ3が接続されており、排気マニホールド2から送
出される排気ガスにより駆動されるタービンブレード3
aの回転+11には1発電−電動機(MG)4のロータ
と、コンプレッサブレード3Bが直結されている。MG
4のロータは永久磁石で構成され、対向するステータに
は巻線が配設されており、排気ガスのエネルギーによっ
てタービンプレート3aが高速回転で駆動されると、コ
ンプレッサブレード3bか吸入気を圧縮してエンジン1
に過給するとともに、ステータの巻線には交流が、′A
起されて、接続されている制御装置5に、この交流を出
力する。
ターボチャージャ3の排出口3Cには排気タービン6が
接続され、タービンプレート3aを駆動して、残存する
エネルギーを有する排気ガスGによlI駆動さhるーこ
の↓jrlイタ−ビン61廿同÷rdjhル直結した発
電機7が取付けられ、排気ガスGのエネルギーを電気エ
ネルギーに変換して回収する。
8は温度センサエであり、ターボチャージャ3の排出口
3Cに取付けられて、排気タービン6に流入する排気ガ
スGの温度を検出して、流入温度信号Tzを制御装置5
に送信する。
9は温度センサIIであり、排気タービン6の出口部に
設けられ、出口温度信号T1を制御装置5に送信する。
なお、lOは排気タービン6に取付けられた速度検出器
であり、排気タービン6のタービン軸回転数を検出して
、速度信号Uを制御装置5に送信するよう構成されてい
る。
11は交流電動機であり、制御装置5を介して発電機作
動時のMG4と発電4iJ!7どの出力が供給される。
そして、例えば、エンジンlの動力出力軸と交流電動機
11の回転軸とを結合させ、エンジンlの駆動力を助勢
して、排気エネルギーの回生を計るものである。
バッテリ12は制御装置5に直流を供給し、制御装置5
にて所定周波数の交流に変換した電力をMG4に送電し
、コンプレッサブレー1・3bを駆動して、エンジンl
の低回転、高負荷時の吸入気の過給作動を4−1勢する
ものである。
第2図は排気タービンの断面を示す説明図であり、第3
図はタービンの効率の一例を示す曲線図である。第2図
において、タービンブレード6aはスクロール6bとの
間のノズルAより圧入され、出[I Bに達する排気ガ
スのエネルギーにより駆動されるものであり、ノズルA
における断熱膨張により達せられる断熱1彰張速度Ca
dと、タービン速度U1の比が次式のように表わされる
時、最大効率が得られる・19が知られている。
tJ+ /Cad=0.7     − (1)そして
、第3図の曲線図に示すN2回転時の効率は約55%で
あるが、発電機7の負荷を増加して排気タービンの回転
をN、に低下すると、約70%の効率を得られることを
示している。
なお、制御装置5はマイクロコンピュータで構成されて
おり、演算部、ROMやRAMなどのメモリ一部、入出
力部を有し、流入温度信号Tz。
出口温度信号TI、速度信号Uなどが入力されると、あ
らかじめメモリーされている所定データや、所定計算式
に基づいて演算を行い、所定の指令を発して制御するよ
うに構成されている。
第4図は本発明の処理の一例を示す処理フロー図であり
、つぎに、その処理について説明する。
−)Tzと出口温度信号T1を制御装置5のメモリ一部
に読込む。ステップ3において、ノズル流速C1の値を
つぎの(2)式により演算する。
に ここで、田は定数であり1例えば0.251のイ16を
とる。ξlはノズルにおける損失係数であり、例えば、
0.08の値をとる。ρは反動度であり、例えば0.4
〜0.5とする。なおRはガス常数である。
つぎに、ステップ4において、次式(3)式によりター
ビン入口締切温度計算を行いTz’を求めス ここで、Cpは・1’ P−J ’AJ圧比熱であり、
例えば、エネルギーである。
ステップ5では(3)式により求めたTz’を用いて、
(4)式によって断熱1hW l′&速度速度Ca病算
を行う。
つぎに、排気タービン6に設けた速度センサーOからの
速度信号Uを測定しくステ、プロ)、ステップ5で演算
を行ったCadの値と比較して(ステップ7)、速度信
号が0.7Cadより大きいと判断すると、発電機7の
負荷を増加して、IJI気タービン6の回転を低下させ
て、ステップ7に戻る(ステップ8)。
そして、ステップ7にて速度値jl−Uが0.7Cad
と等しいときは、その状態を所定のΔを時間保持して(
ステップ9,10)、ステップ1に戻る。なお、ステッ
プ9にてUが0.7Cadより小さいときは、ステップ
7に進み、再度UをJ11定して、0.7Cadとの比
較を行う。
このように、排気タービン6の入口温度信号と出目温度
信号によりノズル流速、タービン締切温度を演算し、さ
らに断熱膨張速度を算出して、タービン速度が0.7C
adとなるように発電機7の負荷を制御して、排気ター
ビンを運転する。
なお1本発明を一実施例により説明したが5本発明の−
F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。
(発明の効果) 本発明は断熱構造を備えたエンジンの排気管内に発電機
を有する排気タービンを設け、排気タービンの入口部と
出口部に排気ガス温度を検出する温度センサと、排気タ
ービンの回転数を検出する回転センサとを設け、排気ガ
スの入口部と出口部の信号より、断熱膨張速度を制御装
置により演算して、タービン速度と比較して効率が最適
状態となるように発電機負荷を制御するので、常に排気
タービンを駆動する排気ガスのエネルギーが最良の状態
で回収可能である。
また、本発明によれば、排気エネルギーの回収に当って
、歯車機構を使用することなく、また、エンジンの回転
とは無関係に排気タービンの回転が制御できるので、排
気タービンの効率を最適状態に保って排気タービンを運
転することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第2
図は排気タービンの断面を示す説明図、第3図はタービ
ンの効率の一例を示す曲線図、第4−図は本実施例の処
理の一例を示す処理フロー図である。 l・・・エンジン、5・・・制御装置、6・・・排気タ
ービン、7・・・発電機、8・・・温度センサI、9・
・・温度センサII、10・・・速度センサ、11・・
・交流発電機、12・・・バッテリ。 弔3図 18−広汐り篩・グj幼牛 ■

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 燃焼室、排気管などを断熱構造としたエンジンの排気管
    内に発電機を有する排気タービンを設けるとともに、前
    記排気タービンの入口部と出口部との排気ガス温度を検
    出する温度センサと、排気タービンの回転数を検出する
    速度センサとを設け、これらのセンサからの信号により
    、発電機の負荷を制御して、最適状態の排気タービン効
    率にて運転することを特徴とするエンジンのエネルギー
    回収装置。
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