JPS62195420A - ハイブリツドエンジン - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は高効率、高出力かつ低公害のエンジンに関し、
さらに詳しくはディーゼルエンジンとガスタービンとを
複合させて効率、出力を向上させると同時に排気がス中
の有害物質を低減させたハイブリッドエンジンに関する
。

（従来の技術） 従来のディーゼルエンジンは材料の関係で最高温度が制
限され、かつ排気ガスによる熱損失があるため、熱効率
が最高３７％程度となっていた。さらに、カーボン等の
未燃焼物質が排気〃ス中に含有されているため、排気浄
化装置の触媒を汚染し、ＮＯｘ対策等が不十分となって
排気公害の問題を提起していた。

一方、セラミックス等の耐熱材料を用いて高温燃焼を可
能としたディーゼルエンジンも公知である。このような
高温燃焼のディーゼルエンジンでは相対的に排気ガスに
よる熱損失が大きくなる。以下、このような耐熱材料を
用いて高温燃焼を可能としたディーゼルエンジンを断熱
ディーゼルエンジンということにする。

これに対し、ディーゼルエンジンの排気二ネルギをター
ビンで回収し、この回収エネルギを過給あるいは出力と
して取り出すようにした過給エンジンも公知である。

（発明が解決しようとする問題、つ） ところが、上記公知の過給エンジンでは、ディーゼルエ
ンジンの排気ガスをそのままタービンに与えていたので
、排気ガスの保有する熱エネルギが余り大きくなく、十
分な熱効率向上及び出力増加が得られず、さらに排気ガ
ス中にカーボン隻がそのまま残っているので、これらの
カーボン等が触媒コンバータを汚染し、触媒コンバータ
の機能が低下して有害排気ガスの低減効果が不十分とな
るおそれがあった。

そこで、本発明の口約はセラミックス等を用いて高温作
動を行なう断熱ディーゼルエンジンを使用し、これとが
スタービンとを複合させ、高効率、高出力及び有害排気
物質を低減させたハイブリッドエンジンを提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の特量とするところは、断熱ディーゼルエンジン
の排気を再燃焼させてタービンに与えるところにある。

（実施例） 以下、図によって詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す系統図であり、断熱デ
ィーゼルエンジン１と、該断熱ディーゼルエンジン１の
排気により駆動されるタービン２とからなっている。断
熱ディーゼルエンジン１は部分的にセラミックス等の耐
熱材料を使用して、高温駆動を可能としたものである。

この断熱ディーゼルエンジン１の排気は６００度Ｃ１１
０気圧程度となっている。断熱ディーゼルエンジン１の
排気を再燃焼させるため、再熱燃焼器３が設けられてい
る。再熱燃焼器３には燃料供給器４が設けられており、
排気がスに燃料を与えて再燃焼させる。ディーゼルエン
ジンでは空気過剰率を大きくとっているので、排気がス
中に残存する酸素量が多く、排気ガスに燃料を与えるだ
けで十分に燃焼が可能となっている。再熱燃焼器３で再
燃焼された排気ガスは１０気圧、９００度Ｃ程度の高温
となってタービン２に供給される。タービン２はコンプ
レッサー５を駆動すると同時に変速機６、流体継手７を
介して断熱ディーゼルエンジン１の出力軸８に連結され
、発電機等の出力９として取り出すものである。コンプ
レッサー５は断熱ディーゼルエンジン１の給気を過給す
るものであり、過給経路１０には給気冷却器１１が設け
られている。タービン２を出た排気が又は空気予熱器１
２、熱交換器１３を介して触媒コンバータ１４に！ｊ・
られ、排気ガス中のＮＯｘ等の有害物質が除去される。

空気予熱器１２は過給経路１０の給気の一部をバイパス
させて予熱するものであり、予熱されたバイパス給気を
再熱燃焼器３に供給して再燃焼用の補助空気として利用
するためのものである。このバイパス給気は必ずしも必
要なものではない。タービン２を出た排気ガスは、温度
が４５０度Ｃ程度であり、熱交換器１３により蒸気又は
熱水としてエネルギ回収あるいは熱利用させるものであ
る。

以上のように構成された本発明の作用を以下に説明する
。

断熱ディーゼルエンジン１は高温、高圧で駆動されるも
のであり、出力軸８を介して発電機等の出力９を駆動し
ている。断熱ディーゼルエンジン１を出た排気がスは排
気温度が６００度Ｃとなっており、まだ多量の酸素を含
んでいる。

この排気ガスは再熱燃焼器３に導入され、燃料供給器４
から燃料を与えられて再燃焼させられる。この時の再燃
焼温度は９００度、１０気圧となっており、この再燃焼
されたがスがタービン２に供給される。タービン２は一
方ではコンプレッサー５を駆動し、他方では変速機６、
流体継手７、出力軸８を介しで出力９を駆動する。

コンプレッサー５により過圧された給気は給気冷却器１
１で冷却されて断熱ディーゼルエンジン１に与えられる
。これによって、断熱ディーゼルエンジン１の体積効率
が向上するものとなる。タービン２を出た排気ガスは４
５０度Ｃ程度となっており、空気予熱器１２、熱交換器
１３を介して触媒コンバータ１４に導入される。

タービン２を出た排気がスは再熱燃焼器３で再燃焼され
たものであるから、完全燃焼したものとなっており、排
気ガス中のカーボン残存量が少なくなっている。このた
め、触媒コンバータ１４が排気ガス中に含まれる異物に
よって汚染されることがない。触媒コンバータ１４では
、導入された排気ガス中のＮＯｘ等の有害物質を処理し
、浄化したガスを廃棄するものである。

空気予熱器１２は、必要に応じて利用されるものであり
、過圧された給気の一部が過給経路からバイパスされて
与えられ、この空気予熱器１２で予熱されて再熱燃焼器
３の再燃焼用補助空気として利用されるものである。

以上の作用をｆｊＳ２図のＴ−３線図を用いて説明する
と、従来の断熱ディーゼルエンノンでは、１から２の圧
縮行程で給気が圧縮され、２から３の燃焼行程で熱量Ｑ
、が与えられて燃焼され、３から４の膨張行程で燃焼ガ
スが膨張し、４から１の排気行程で燃焼ガスが排気され
て熱量Ｑ２が廃業されるものとなっている。即ち、従来
の断熱ディーゼルエンジンでは１−２−３−４−１のサ
イクルとなっている。

これに対し、本発明では１から２の圧縮行程で給気が圧
縮され、２がら３′の燃焼行程で熱量Ｑ１が与えられて
燃焼され、３′から４′の膨張行程で燃焼ガスが膨張し
、４′から５の再燃焼行程で熱量Ｑ３が与えられで再熱
燃焼器で再燃焼し、５がら６の膨張行程で再燃焼ガスが
タービンで膨張し、６がら１の排気行程で燃焼ガスが排
気されて熱量Ｑ４が廃棄されるものとなっている。即ち
、１−２−３’　−４’　−５−６−１となっている。

このことからもわかるとおり、本発明では２−３’　−
３と４’　−５−６−１−４で囲まれた面積だけ仕事量
が多くなっている。

（発明の効果） 以上に説明した本発明の効果を上げると次のとおりであ
る。

断熱ディーゼルエンジンの排気がスに燃料を与えて再燃
焼させるので、その分出力の増大となり、さらに排気の
熱利用において効率を向上させることのできるものとな
る。

排気がス中に残存する未燃焼物質であるカーボンやＨＣ
成分を再熱燃焼器で再燃焼させるので、熱効率の向上を
得ることができると同時に、触媒コンバータをカーボン
等によって汚染することがなくなって、触媒コンバータ
の機能低下がなくなり排気ガス中の有害物質の除去が十
分に行なえるものとなる。

排気ガス中の未燃焼物質を再燃焼させてエネルギ回収す
るので、熱効率が向上する。

排気がスを再燃焼させるので、タービンの排気ガスの温
度を高くすることができ、蒸気あるいは熱水による熱回
収が容易となる。

再熱燃焼器による燃焼に当たって、燃料供給器による燃
料量を適宜に選定することにより、全体の出力を自由に
制御することができるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は本発
明の作用を示すＴ−８特性線図である。 １：［＆ディーゼルエンノン　２：タービン　３：再熱
燃焼器　４：燃料供給器　５：コンプレッサー　６：変
速器　７：流体継手　８：出力軸９：出力　１０：給気
経路　１１：給気冷却器１２：空気予熱器　１３：熱交
換器　１４：触媒コンバータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 断熱ディーゼルエンジンと、該断熱ディーゼルエンジン
   の排気が導入される再熱燃焼器と、該再熱燃焼器に再燃
   焼用の燃料を供給する燃料供給器と、前記再熱燃焼器の
   燃焼ガスにより駆動されるタービンと、該タービンによ
   り駆動されるコンプレッサーと、該コンプレッサーによ
   り昇圧された空気を前記断熱ディーゼルエンジンの給気
   として送る過給経路と、該過給経路に設けられた給気冷
   却器と、前記断熱ディーゼルエンジンと前記タービンと
   の出力を１軸にまとめる変速機構とからなり、高温駆動
   の断熱ディーゼルエンジンを使用してディーゼルサイク
   ルとブレイトンサイクルとの複合サイクルを行なわせる
   ことを特徴とするハイブリッドエンジン。