JPS6293421A

JPS6293421A - タ−ボコンパウンドエンジン

Info

Publication number: JPS6293421A
Application number: JP60233934A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1985-10-19
Filing date: 1985-10-19
Publication date: 1987-04-28
Also published as: JPH0252088B2

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
可能なターボチャージャ付きのコンパウンドエンジンに
係り、特に排気エネルギーにより駆動される発電機の出
力にて、車軸に設けた電動機を回転させてエネルギーの
回生を計るターボコンパウンドエンジンに関するもので
ある。

（従来の技術）近年、内燃機関の各部、例えば排気マニホールドの外壁
、シリングライナー、シリンダヘッド断熱板、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。この内燃機関によれば、その内部に発生し
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
機関の出力軸に帰還させ、内燃機関の出力の向上に利用
できる。

この種、磁気エネルギーの回生方法として、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【７てクランク軸に帰還８せるものが
知られている。

また、排気エネルギー回生装置とり、で、特開昭５９−
１４１７１３吟にて、交流発電機を有する排気タービン
を排気ガスのエネルギーによって回転させ、該交流発電
機出力にて内燃機関の出力軸に設けた誘導電動機を駆動
して磁気エネルギーを回生ずるとともに、内燃機関の負
荷の大小を判別する１段を設けて吸気を−を制御し、小
負荷時にｔＪ排気ガス温度を高くする提案がなされてい
る。

（発明が解決１１．ようとする問題点）このような排気
エネルギーの回生力Ｖ、において、前者の歯車機構を用
いてクランク軸に回転ｊ＋を帰還させる方法は、歯十の
伝達効率を考慮すると、例えば通常−・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％
に効率か低下し、また、歯車機構が複雑になり、そのコ
ストも高くなる。なお、小型乗用車ではｆｆンジンルー
１、の空間が狭いので、歯車機構の設置場所に問題を生
ずる。つぎに後者の排気エネルキー回生装置の提案では
、内燃機関の負荷の大小し−よ−＞　−（吸気−品を制
′４η１１、生じた排気ガスのエネルギーによって、ま
ず交流発電機を回転させて交流電力を得、この交茨゛市
力を制用１１２．て１；＾導電動機、を駆動［７、内燃
機関の出力軸１を回転させ−Ｃいるが、出力Ｍｌ＋の駆
動部の制御が間接的となるイく都合が生ＩＺた。

本発明はこれらの諸点に鑑みてなさね、たものであ１１
．ぞの［（的Ｃ１、多段の歯車機構を使用けｆ、排気エ
ネルギーを交流発電機にて電気エネルギ〜・に！！、：
換し、車軸に設けた電動樒を回転さけて、車輪に駆動力
を与えるター・ボ１ンパウンドエンジンな枯１供するに
々）る。

（問題点を解決号−るための手段）本発明によれば、燃焼室、排気？ｉなどを断熱構造と１
５．た内燃機関の排気管内に発電機を４４する１４［気
タービンを設けるととも番ご、前記内燃１友開により駆
動される小軸の回転数を検出する検出１段を車軸に設け
、該検出手段からの信号により前記発電機の発電電力を
制御して前記車軸に設けた電動機を駆動するターボコン
パウンドエンジンが１に供される。

（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、車軸の回転数を検出する回転
センサの出力によって制御され、車軸に設けた電動機を
駆動して、巾軸に回転力をグーえて車両のＩＩ進力を助
勢するので、排気エネルギーが回生されて、直接に車軸
を回転させるエネルギーが得られる作用がある。

（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図は本発明に係るター・ポコンバウンド１ンジンの
一実施例を示す構成説明図であり、第２図はその構成ブ
ロック図である。

第１図、および第２図において、１は内燃機関であ’ｌ
、ピストンＩ８、シリンダライナ１１）などの燃焼室と
、排気ボートＩＣがセラ１ミツクスよりなる断熱構造を
構成し、排夕ｉ、マーホ・−ルド２には第１の交流発′
屯機４．を有するターボチャー・ジャ３が設けられでい
る。

ターボチャー・ジ？３の回転軸にｔ」、ター・ビンブレ
ード３ａど、前記第１の交流発電機４０１１１−タ４ａ
と、−１ンズレツサブ１７　ド３ｂ２：が同軸十４に直
結し５ｒ：取イ・１けられ、排気マご、ホールド２から
利４出される高圧の排気ガスの一■ネルギー４ｊより、
タービンブＩ／−ド３ａがａ高速駆動されると、コンプ
レンサブレード３ｂの回転により、内燃機関１の吸気管
（図示なし）に過給気が圧送される６、また、強力な磁
気力を秘つ磁石５にりなるロータ４ａの回転によって、
該ロー、・夕４ａに対向する交流発電機４のステータ４
．　ｈに１゛シ電磁誘導帳、′より交流電力が発電され
る７、５は第２の交流発電ＩＱ６を右１−る排４．．ｄ１ター
ピッであ’Ｊ、前記ターポチト−ト、〉ヤ３のター・ビ
ンブレード３ａを軒て、排矢、Ｊネルギ−２の残；存ｔ
、でいるロスガスＧにて駆動されるタービンブレー　ド
；ｊａを有している。そして、該タービンブレード５ａ
と同軸−にには強力な磁気力を持つ磁石を設けたロータ
６ａが直結され、該ロータ６ａと対向する交流巻線を有
するステータ６ｂとともに第２の交流発電機６を構成し
ている。したがって、ター化“ンブレード５ａの回転に
より発電される第２の交流発電ｊａ６のステータ６ｂか
らの発電電力は、前記第１の交流発電機４からの発電電
力と比較すると小電力ではあるが、活気エネルギーを電
気エネルギーに変換しての回生は１−分に行われること
にある。

７は第１の交流発電機４からの発電電力を入力する変圧
器であり、後述する複数個のタップ７ａを引き出す巻線
を有し、第２の交流発゛屯機６の発電電圧に対応する電
圧信号ｖＳにより、タップ選択器８を制御［７てタップ
７ａをｉｆ１釈し、変圧器７の出力電力を第２の交流発
電機６の発電電圧に対応するよう構成されている。第３
図はタップ選択器８の一例を示す構成説明図であり、該
タップ選択器８は前記タップ７ａを撰釈するレバー８ａ
、前記電圧信号■Ｓにより制御される電磁プランジャの
コイル８ｂ、該コイル８ｂに吸引されてレバー８ａの位
置を移動するピストン８ｃ、該ピストン８ｃを基準の所
定位置に由き付けておくスプリング８ｄなどよりなる。

そして、第２の交流発電機６の発電電圧に対応する電圧
信号ＶＳが電磁プランジャのコイル８ｂに入力されると
、スプリング８ｄの弾性力に抗してピストン８ｃを吸引
してレバー８ａを移動し、電圧信号ｖＳに応じたタップ
７ａを選択する。したがって、第２の交流発電機６の発
電電圧の高低に応じてタップ７ａが選択され、変圧器７
から出力ｙれる第１の交流発電機４の発電電力は、第２
の交流発電機６の電圧に対応した電圧に制御される。

第２図において、変圧器７を介した第１の交流発電機４
、および第２の交流発電機６よりのそれぞれの交流出力
は、インバータ１１に入力される。

一方、ｒｌｉ輪１２を回転させる車軸１３には、誘導電
動機１４が取付けられ、さらに車軸１３の回転数を検出
する手段となる回転センサ１５が設けられ、検出信号Ｎ
Ｓをインバータ１１に送出する。インバータ１１は人力
された交流゛電力を検出信号ＮＳに対応した周波数の交
流に変換して、誘導電動機１４を駆動するよう接続され
ている。したがって、車輪１２の回転数に対応して検出
信号ＮＳの周波数が変化し、該検出信号ＮＳにてインバ
ータ１１の交流出力の周波数が制御されるので、誘導電
動機１４の回転数は車輪１２の回転数の変化に対応して
、その回転力を助勢することになる。

つぎに、このような構成の実施例の作動を説明する。

断熱構造を持つ内燃機関１からの高温の＋１気ガスは排
気マニボ・−ルド２を介してターボ４ヤ・−ジャ３に導
かれ、タービンブレード３　ａ　ｌｊ直結さ机た第１の
交７に発電機４を駆動Ｉ−て発電１１、イーの電力は変
圧器７に入力される。

電力、ターボエヤージャ３を経て、残存のエネルギーを
有１−る排気ブノ゛スは、籾気タービ′ン５に導かれて
タービンブレード５ａを回転させ、直結された第２の交
流発電機６を駆動して、発電電力をインバータ１１に送
るとともに、該発電電力の電圧に対応する電圧信号■Ｓ
をタップ選択器８の電磁プランジャのコイル８ｂに送信
する。タップ選択器８は前述のように、電圧信号ｖＳに
よりコイル８ｂに吸引されるピストン８Ｃが制御され、
変圧器７かも引出したタップ７ａを選択して、変圧器７
の出力電圧を第２の交流発電機６の発電電圧に対応する
電圧とする。そして、この出力電圧はインバータ１１に
送られる。

つぎに、インバータ１１は、発電機４および発電機６か
らの電力を、市軸１３に設けた誘導電動機１４を駆動す
る所定周波数の交盈１′市、力に変換する。そし５て、
変換される交流電力の周波数は、市軸１３に設」」た回
転セ〉′づ１５の検出信号ＮＳにより制御され、市軸］
３の回転ｉＱが気いときは、検出信号ＮＳの周波数が但
、く、ｒ−０”）ｌため、インバータ１１の交流出力は
低い周波数どなって誘導電動機１４を力行さ姓、低速Ｉ
Ｗ回転の車輪１２の回転力を助勢する。また車輪１２が
高回転のときは、この高回転にしたがって、回転センサ
１５の検出信号ＮＳの周波数も高くなり、制御されるイ
ンバータ１１の交流出力も高い周波数も高いので、高回
転の誘導電動機１４のカ行によって１１（輪１２が助勢
されることになり、車輪１２の回転に対応して、常に回
転力を助勢するように誘導電動機１４への供給電力の周
波数が制御される。

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かり能であり、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）以」二詳細に説明したように、本発明は断熱構造を有す
る内燃機関の排気ガスを、ターボチャージャと排気ター
ビンに導いて、第１、および第２の交流発電機を駆動し
、電気エネルギーを電気エネルギーに変換して得た交流
電力を、車軸の回転数を検出する手段からの信号によっ
て周波数制御されるインバータによって所定周波数の交
流電力に変換し、これを車軸に設けた誘導電動機に導い
て車輪を駆動するので、排気エネルギ゛・−が車輪の回
転力として七分に能率よく回生されるとともに、車速に
応じた回転力として、歯車機構を使用せずに車速の状態
に応じて車軸の回転力を助勢できる効果が得られる。

【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＃Ｉ構成説明図第２図はその構成ブロック
図、第３図はタップ選択器の−・例を示す構成説明図で
ある。 ■・・・内燃機関、２・・・排気マニホールド、３・・
・ターボチャージャ、４・・・第１の交流発電機、５・
・・電気タービン、６・・・第２の交流発電機、１１・
・・インバータ、１３・・・市軸、１４・・・誘導電動
機、１５・・・回転センサ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃焼室、排気管などを断熱構造とした内燃機関の
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、前記内燃機関により駆動される車軸に回転数を検出
する検出手段を設け、該検出手段からの信号により制御
される前記発電機の電力により、前記車軸に設けた電動
機を駆動することを特徴とするターボコンパウンドエン
ジン。
（２）前記電動機を誘導電動機としたことを特徴とする
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）前記排気タービンを、発電機を有するターボチャ
ージャと、該ターボチャージャの排出口に設けた発電機
を有する排気タービンとの２段タービンとし、これら両
者の発電機の出力を加算した電力により前記電動機を駆
動するようにした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。