JPS6293429A

JPS6293429A - タ−ボコンパウンドエンジン

Info

Publication number: JPS6293429A
Application number: JP60233935A
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: DE3666065D1; EP0225026A1; CA1258774A; US4745754A; EP0225026B1; KR900007817B1; KR870004226A

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Ｉ気］、ネルギ・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ＩＲ気エネルギーにより駆動される発電機
の出力により、内燃機関のクランク軸に設けた電動機を
駆動１７で１−ネルギーの回生を］るターボコンパウン
ドエンジンニ関ｔ　６゜（従来の技術）近年、内燃機関の各部、個人ば活気マ、＝゛、ホールド
の外壁、シリンダライ士−、バリン５ゼへ１１．ド断熱
板、ピスト゛・などにセ７ミ・・・ツアーくをｊ、ｊｉ
用１．た断熱式の内燃機関が開４′１さお、＋−いる。

、−の内燃機関によれば、）＝の内部に光重した熱・を
放熱Ｉ　Ｌ、−１Ｔ内燃機関を冷却する必要がなく、泉
’Ｉ、　！、　？−高温四の刊気ガスのハ゛つ工ネル芋
　を回生さ一ロ：−１：゛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、排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
車機構により減速してクランク軸に帰還させるものが知
られている。

また、排気エネルギー回生装置として、特開昭５９−１
４１７１３号公報にて、夕涼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
動して排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手段を設けて吸気縫を制御し７、
小負荷時には排気ガス温度を高くする提案がなされてい
る。

（発明が解決しようとする問題点）このような排気エネルギーの回生方法において、前者の
歯車機構を用いてクランク軸に回転力を帰還させる方法
は、歯車の伝達効率を考慮すると、例えば通常一段でそ
の効率は０．９〜０．９５であるので、亘設の減速では
約８０％に効率が低下し、また、歯車機構が複雑になり
、そのコストも高くなる。なお、小型乗用車ではエンジ
ンルームの空間が狭いので、歯Ｉｎ構の設置場所に問題
を生ずる。つぎに後者の活気エネルギー回生装置の提案
では、内燃機関の負荷の大小によって吸気Ｍを制御し、
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、この交流電力を制御し、ｒ
ｉｉ＾導電動機を駆動し、内燃機関の出力軸を回転させ
ているが、出力軸の駆動量の制御が間接的どなる不都合
が生じた。

本発明は、これらの問題点に鑑み−ｒなされたものであ
り、そのｌ］的は、多段の南中機構を使用せず、排気エ
ネルギーを交流発電機にて′市気−■ネルギーに変換し
、該電気エネルギーにて内燃機関のクランク軸なとの回
転軸に設電また電動機を駆動して、この回転軸の回転に
対応【５．て内燃機関のトルクを助勢するターボ−１ン
バウンド丁ンジンヲ＋Ｌｊ　Ｕｊするにある。

（問題点を解決するための手段）本発明によれば、燃焼室、排気管に断熱構造を備えた内
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、前記内燃機関の回転数を検出する検出１段
を設け、該検出手段からの検出信号により前記発電機の
発電電力乏１制御して内燃機関のクランク軸に設けた電
動機を駆動するターボコンパウンドエンジンが提供され
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、内燃機関の回転数を検出する
回転センサによって制御され、該回転軸を回転させるた
めの電動機を駆動して、内燃機関のトルクを助勢するの
で、排気エネルギーが回生されて、クランク軸を回転さ
せるエネルギーに変換され内燃機関のトルクを向トさせ
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ボ」ンバウンドエンジンの一
実施例を示す措成説、明図である。

図におい−Ｃ，ＩはＷｉ熱槽構造備ＩＣ−た内燃機関ｒ
あり、ピストンｌａ、シリンタ゛ライ、＋１ｂなとの燃
焼室と、仙気ボ〜ｌ−１−ｃが＋ラミックスによる断熱
構造を形成し、４．１１気で一、ホールド２には交泣発
電−奄動機４−を有するり一ボｆ−千−ジ）・３が増刊
けられている。

ターボブーヤー・ジャ３の回転軸には、タービンゾレー
ド３ａと、交流発電−電動機４のロータ４ａと、コンブ
１．・ツサブレード３ｈとが同軸−１−に直結して取イ
４けられている。ロータ４ａは箱−１−類元素などより
なる強力な磁気力を持つ永久磁石で構成され、該ロータ
４ａに対向して設けられたステータ４ｂに図示していな
いが、バッテリよりインバータを介して所定周波数の交
流電力が供給されると、ロータ４ａは回転して、コンブ
レラザブレード３ｂを駆動１７て内燃機関１に過給気を
圧送し、また、内燃機関１の４Ｊ気マー：ホールド２か
ら排出される排気ガスに下、タービンゾ１／−１３ａが
回転してロータ４ａが駆動されると発電機になってステ
ータ４ｂに接続した変圧器７に交流電力を入力する。な
お、上記の排気マニホールド２からの損気ガスによって
、タービンブレード３ａが駆動され、コンプレッサブレ
ード３ｂの回転による過給気を内燃機関ｌに圧送するこ
とも、勿論行われる。

５は交流発電機６を有する抽気タービンであり、前記の
ターボチャージャ３の排出ｒ’ｌ　３　Ｃに接続され、
タービンブレード３ａを経て排気エネルギーの残存して
いる排気ガスＧにて駆動されるタービンブレード５ａを
有している。タービンブレード５ａと同軸−ヒには、強
力な残留磁気力を持つ永久磁石よりなるロータ６ａが設
けられ、該ロータ６ａと対向する交流巻線を有するステ
ータ６ｂとともに交流発電機６を構成している。したが
ってタービンブレード５ａの回転によって発電されるス
テータ６ｂからの発電電力は、前記の発電−電動機４の
発電時の電力に比較すると小電力ではあるが、抽気ガス
Ｇの有するエネルギーは十分に電力として回生されるこ
とになる。

変圧器７は後述する複数個のタップ７ａが川き出される
巻線を有し、交流発゛電機６の発電電圧に対応する電圧
信！３Ｖｓにより、タップ選択器８が制御されてタップ
７ａが選択され、変圧器７の出力には交流発電機６の発
゛市電圧に対応する電圧が出力されるように構成されて
いる。

第２図はタップ選択器８の一例を示す構成説明図であり
、タップ選択器８はタップ７ａを選択するレバー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、、４４：＊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８ｅ、該ピストン８Ｃをノ、
（べ１Ｘの所定位置に引き（−１けておくスプリング８
ｄなどよりなる。そして、交流発電機６の発ｗｉｉ用に
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Ｘ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Ｌテｌ／バー８ａを移り目７、゛市Ｊ１：
イ１１号ＶＳに応じたタップ７ａを選択する。１−たが
って、交流発電機６の発電電圧の高低に応Ｕ〕てタップ
７ａが選択され、変圧器７から出力される発電−電動機
４の発電時の電力は、交流発電機６の電圧に対応した電
圧に制御される。

第１図において、変圧器７を介した発電−電動機４およ
び交流発電機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。

−力、内燃機関ｌのクランク軸１ｄにはギヤ１ｅが取（
ｄけられ、さらに、ギヤ１ｅに噛合するギヤＺ２ａを軸
として誘導電動４ｉｉ１２が設けられている。また、ク
ランク軸１ｄの回転数を検出する手段となる回転センサ
１３も内燃機関１に取付けられ、その検出信号ＮＳはイ
ンバータ１１に送出される。そして、インバータ１１で
は入力された直流ＤＣＩとＤ　ＣＩＩとを加えて、検出
信号ＮＳに対応した周波数の交流に変換し、この交流出
力にて誘導電動機１２を駆動する。したがって、クラン
ク軸１ｄの回転数に対応して検出信号ＮＳが変化すると
、この検出信号ＮＳによりインバータ１１の交流出力の
周波数が制御されるので、誘導電動機Ｉ２の回転数ｌＪ
、クランク軸の回転数に対応して変化し、常にクランク
軸のトルクを助勢することになる。

つぎに、このような構成の木実施例の作動を説明する。

断熱構造を持った内燃機関ｌからの高温の損気ガスは排
気マニホールド２を通じてターボチャージャ３に導びか
れ、ター・ビンブ］／−ド３ａに直結された発電−電動
機４を駆動し、て発゛市し、その電力は変圧器７に入力
される。

一方、ターボチャージャ３を経て、残存するエネルギー
を有する排気ガスＧは、排気夕〜ビン５に導びかれ−Ｃ
タービンブ１／−ド５ａを回転させ、直結された交流発
′ｉｆ、機６を駆動１２．て、発電電力を整流器１０に
送るとともに、該発１を電力の電圧に対応する電圧信号
ＶＳをタップ選４ＪＩ！器８の１ｔｊ、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によりビスＩ・ン８Ｃが制御されて、変
圧器７より由由したタップ７ａを選択１−るので、変圧
ムＶの出力は交流発電機６の発゛市電圧に対応」−る屯
１１とな−１てイン／（−タｌｌに送られる。

インバータ１１においては、発電−電動機４と交流発電
機６との電力が加算されて、クランク軸１ｄを回転させ
る誘導電動機１２を駆動する交流電力に変換される。そ
して、変換される交流電力の周波数は、クランク軸１ｄ
の回転センサ１３からの検出信号ＮＳにより制御され、
クランク軸の回転数が低いときは検出信号ＮＳの周波数
が低く、このため、インバータ１１の交流出力は低い周
波数に制御されて誘導電動機１２を低回転にして、ギヤ
１２ａ、ギヤ１ｅを介してクランク軸１ｄの回転を助勢
する。また、クランク軸１ｄが高回転のときは、この高
回転によって検出信号ＮＳの周波数も高くなり、制御さ
れるインバータ１１からの交流出力も高い周波数となる
ので、高回転の誘導電動機１２にてクランク軸１ｄが助
勢され、クランク軸１ｄの回転状態に対応して常にクラ
ンク軸１ｄのトルクを助勢することになる。

なお、本発明を−・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が可能であり、これらを本発
明の範囲から搏除するものではない。

（発明の効果）以ｔ−ｉ細に説明したよう番こ、本発明ば断熱構造を有
する内燃機関の１１気ガスを、ターボチャージャと排気
タービンとに導びいて、交流発電−′電動機と交流発電
機とを駆動し、排気エネル−Ｖ−を電気エネルギーに変
換して得た交流電力を、内燃機関の回転軸の回転数を検
出する１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、誘導電動
機を回転させてギヤを介［７てクランク軸を駆動するの
で、排気エネルギーがクランク軸を駆動する電気エネル
ギーとして回生されるとともに、多段の尚車機構を使用
せずに、内燃機関の回転状態に応じてクランク軸の回転
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］１ンジンの
一実施例を示すＭＰ１成説明図、第２図はタラプ選択器
の一例を示す構成説明図である。ｌ・・・内燃機関、１ａ・・・ピストン、１ｂ・・・シ
リンダライナー、ＩＣ・・・排気ボート、ｌｄ・・・ク
ランク軸、２・・・抽気マニホールド、３・・・ターボ
チャージャ、４・・・発電−電動機、５・・・排気ター
ビン、６・・・交流発電機、１２・・・誘導電動機、１
３・・・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、前記内燃機関の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、前記内燃機関の回転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。
（４）前記電動機を内燃機関のクランク軸と結合したこ
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。