KR20110114426A - 내연기관으로부터 폐 배기가스의 에너지 회수 방법 - Google Patents

내연기관으로부터 폐 배기가스의 에너지 회수 방법 Download PDF

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KR20110114426A
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샤밈 이마니
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칼네틱스, 인크.
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Abstract

본 발명은 터보차저가 내연기관에 결합되어 내연기관으로부터 배기가스를 수용하고 내연기관에 연소를 위한 압축 공기를 제공하는 내연기관 시스템을 포함한다. 터보차저는 내연기관으로부터의 배기가스에 의해 압축 공기를 발생시키도록 구동된다. 익스팬더/제너레이터가 압축 공기의 적어도 일부를 공급받아 압축 공기를 팽창시킴으로써 전력을 발생시키도록 터보차저에 결합된다.

Description

내연기관으로부터 폐 배기가스의 에너지 회수 방법 {WASTE EXHAUST ENERGY RECOVERY FROM AN ENGINE}
본 출원은 발명의 명칭이 "내연기관으로부터 폐 배기가스의 에너지 회수(Waste Exhaust Energy Recovery from an Engine)"인 2010년 4월 13일에 출원된 미국 특허가출원 제61/323,644호와, 발명의 명칭이 "내연기관으로부터 폐 배기가스의 에너지 회수"인 2010년 12월 15일에 출원된 미국 특허출원 제12/968,489호의 우선권을 주장하며, 그 전체가 본 명세서에서 참조로서 포함된다.
터보차저(turbocharger)는 내연기관의 연소 배기가스로부터 구동되어 내연기관으로의 연소 공기(combustion air)의 압력과 배출량(throughput)을 증가시키는 장치이다. 터보차저는 연소 공기를 압축하기 위해 압축기, 전형적으로는 원심 압축기를 갖는다. 압축기는 연소 배기가스를 수용하고 공통 샤프트를 통해 압축기를 구동하기 위해, 터빈, 전형적으로는 반경방향 또는 축방향 터빈을 구비한 공통 샤프트 상에 마련된다. 도 1은 배기 매니폴드(14)를 구비한 왕복 내연기관(12)과, 매니폴드(14)로부터의 배기를 수용하도록 결합된 터보차저(16)를 갖는 전형적인 터보 차징된 내연기관 구성을 도시한다. 배기는 터보차저(16)의 터빈 스테이지를 통과하여 배기 도관(18) 밖으로 배출된다. 터보차저(16)의 상류의 웨이스트게이트 밸브(wastegate valve: 20)는 부분적으로 터보차저(16)를 바이패스하도록 [예를 들어, 엔진 콘트롤 유닛(Engine Control Unit)에 의해] 선택적으로 작동되어 배기의 일부를 직접 배기 도관(18) 내로 유도할 수 있다. 터보차저(16)의 터빈 스테이지를 통과하는 배기는 압축기 스테이지가 터보차저(16)에서 수용된 대기(ambient air)를 압축하고 압축 공기를 흡기 도관(22)을 통해 내연기관(12)의 흡기로 출력시키도록 구동시킨다. 압축 공기와 연료는 내연기관(12) 내에서 연소되어 전형적으로는 출력 샤프트의 회전 이동의 형태로 운동 에너지를 발생시킨다.
본 명세서에 기술된 개념은 폐 배기가스 에너지로부터 전기를 발생시키는 것에 관한 것이다. 임의의 예시에서, 익스펜더(expander)/제너레이터(generator)는 만약 그렇지 않으면 폐기될 배기 에너지, 즉, 웨이스트게이트 밸브를 통해 바이패스되는 배기 에너지 또는 최종적으로 분출 밸브(blow-off valve)를 통해 통기되는 압축 공기를 발생시키는 데 사용된 배기 에너지를 과잉 압축 공기의 형태로 회수하고, 과잉 압축 공기를 팽창시켜 전기를 발생시킨다.
일 태양의 내연기관 시스템에서 터보차저는 내연기관으로부터의 배기가스를 수용하고 연소를 위한 압축 공기를 내연기관에 제공하도록 내연기관에 결합된다. 터보차저는 내연기관으로부터의 배기가스에 의해 압축 공기를 발생시키도록 구동된다. 익스펜더/제너레이터는 압축 공기의 적어도 일부를 수용하고 압축 공기를 팽창시킴으로써 전기를 발생시키도록 터보차저에 결합된다.
일 태양의 방법에서, 터보차저에 의해 내연기관의 작동 요구조건을 넘어선 과잉 압축 공기가 발생된다. 이러한 과잉 압축 공기는 팽창되어 전기를 발생시킨다.
일 태양의 방법은, 내연기관으로부터의 배기가스를 수용하도록 내연기관에 결합되고, 내연기관으로부터의 배기가스에 의해 압축 공기를 발생시키고 연소를 위한 압축 공기를 내연기관에 제공하도록 구동되는 터보차저를 갖는 내연기관 상에서 실행된다. 본 방법에서 익스펜더/제너레이터는 압축 공기의 적어도 일부를 수용하고 수용된 압축 공기를 팽참시킴으로써 전기를 발생시키도록 터보차저와 내연기관 사이에 결합된다.
하나 이상의 실시예에 대한 세부사항이 첨부하는 도면과 이하의 설명에 기재되어 있다. 설명과 도면 및 청구범위로부터 특징, 목적, 및 장점이 명확해질 것이다.
도 1은 터보차저를 갖는 종래의 내연기관 시스템의 개략적 흐름도이다.
도 2는 본 명세서에서 설명된 개념에 따른 폐 배기가스 에너지 회수를 위해 구성된, 터보차저를 갖는 내연기관 시스템의 개략적 흐름도이다.
도 3은 폐 배기가스 에너지 회수를 위해 구성된 내연기관 시스템에 사용될 수 있는 예시적 익스펜더/제너레이터의 4분의 1 측부 단면도이다.
도 4는 본 명세서에 설명된 개념에 따른 예시적 익스펜더/제너레이터와 전자 패키지(electronics package)의 측면도이다.
여러 도면에서 유사 참조 부호는 유사 요소를 지시한다.
도 2는 폐 배기가스 에너지 회수를 위해 구성된 예시적인 내연 기관 시스템을 도시한다. 시스템(10)은 하나 이상의 실린더에서 왕복 운동하는 하나 이상의 피스톤을 갖는 유형의 왕복 내연 기관(12)을 포함한다. 다른 경우, 내연 기관(12)은 또 다른 유형의 기관일 수 있다. 예를 들면, 내연 기관(12)은 반켈 로터리 기관(Wankel rotary engine) 및/또는 다른 유형의 기관과 같은, 피스톤이 없거나 및/또는 터빈이 없는 유형의 기관일 수 있다.
터보차저(16)는 내연 기관의 배기 매니폴드(14)를 통해 내연 기관(12) 내의 연료와 공기의 연소로부터의 연소 배기가스를 수용하도록 결합된다. 배기가스는 터보차저(16)의 터빈 스테이지를 통과하여 배기 도관(18)으로 배출된다. 터보차저(16)의 터빈 스테이지를 통과하는 배기가스는 터보차저(16)에서 수용된 주위 공기를 압축하고 내연 기관(12)의 흡기부 내로 흡기 도관(22)을 통해 압축 공기를 출력하도록 압축기 스테이지를 구동시킨다. 압축 공기와 연료는 일반적으로 출력 샤프트의 회전 이동의 형태로, 운동 에너지를 생성하기 위해 내연 기관(12)에서 연소된다. 도 2가 웨이스트게이트 밸브가 없는 구성을 도시하고 있지만, 일부의 경우에, 도 1에 도시된 바와 같이 웨이스트게이트 밸브는 터보차저(16)의 상류에 제공될 수 있고, 터보차저(16)를 부분적으로 바이패스하고 배기가스의 일부를 배기 도관(18) 내로 직접적으로 안내하기 위해 (예를 들면, 내연 기관 제어 유닛에 의해) 선택적으로 작동될 수 있다.
내연 기관 시스템은 익스팬더/제너레이터(26)를 포함하고, 익스팬더/제너레이터(26)는 압축 공기를 수용하고 압축 공기를 익스팬더/제너레이터(26)를 통해 내연 기관(12)로부터 멀리 안내하도록 흡기 도관(22)에 결합된다. 특정 실시예에서, 익스팬더/제너레이터(26)는 회전자 및 고정자를 갖는 제너레이터에 (반경방향으로 그리고/또는 이와 달리) 결합되는 터빈이다. 터빈은 (터빈과 회전자가 동일 속도로 회전하도록) 회전자를 갖는 공통 샤프트 상에서 직접적으로 또는 (회전자 회전에 대한 터빈 회전의 비를 증가시키거나 감소시키도록) 기어 트레인을 통해 결합된다. 흡기 도관(22)으로부터의 압축 공기는 익스팬더/제너레이터(26)의 터빈을 통해 팽창되며, 이에 따라 터빈은 회전자를 회전시키고 제너레이터를 작동시켜서 전기를 생성한다. 익스팬더/제너레이터(26)로부터 방출되는 공기는 대기로 배출되고 및/또는 아래에 기술된 바와 같이 또 다른 목적으로 사용된다. 익스팬더/제너레이터(26)에 제공되는 공기 양을 선택적으로 제어하거나 제한하고 및/또는 익스팬더/제너레이터(26)를 완전히 우회하도록 흡기 도관(22)과 익스팬더(26) 사이에 분출 밸브(24)가 포함될 수 있다.
인터쿨러(28)(공기 대 공기 및/또는 공기 대 액체)는 내연 기관(12) 내로의 진입 전에 압축 공기를 냉각시키기 위해 흡기 도관(22)에 제공될 수 있다. 익스팬더/제너레이터(26)는 인터쿨러(28)의 상류 또는 하류로부터 압축 공기를 수용할 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이 상류에 있을 때, 익스팬더/제너레이터(26)에 제공된 공기는 인터쿨러(28)의 하류로부터 익스팬더/제너레이터(26)에 제공된 공기보다 더 고온일 것이다. 특정 실시예에서, 더 고온인 공기는 응축될 가능성이 더 적다. 일 예시적인 시스템에서, 인터쿨러 이전의 압축 공기는 약 200℃이고 인터쿨러 이후의 압축 공기는 약 50℃이다. 팽창 이후의 200℃의 공기는, 80-50℃이고 50℃의 공기가 더 낮은 온도까지 팽창되는 경우보다 응축될 가능성이 더 적은 것으로 예상된다.
일반적으로, 터보차저(16)는 내연 기관이 일정한 작동 요구조건 동안에 요구하는 것보다 더 많은 압축된 공기를 생성할 것이다. 예를 들면, 특정 실시예에서, 터보차저(16)가 내연 기관에 대한 낮은 작동 속도 및/또는 부하에서 필수 압력 및 유동을 얻도록 크기 결정되면, 이는 더 높은 작동 속도 및/또는 부하에서 과잉 압력 및 유동을 생성한다. 익스팬더/제너레이터(26)가 없는 시스템에서, 이 과잉 압축 공기는 터보차저로부터 웨이스트게이트 밸브를 통해 내연 기관의 배기가스의 일부를 우회시킴으로써 (즉, 터보차저에 의해 생성된 압축 공기의 양을 감소시키기 위해), 또는 생성된 압축 공기를 흡기 도관(22)으로부터 분출 밸브 또는 재순환 밸브를 통해 배출시킴으로써, 감소되거나 제거된다. 그러나, 본 시스템에서, 모든 과잉 압축 공기 또는 거의 모든 과잉 압축 공기는 익스팬더/제너레이터(26)에 제공되고, 전기를 생성하는데 이용된다. 따라서, 내연 기관의 요구조건을 넘어선 어떠한 과잉 압축 공기도 익스팬더/제너레이터(26)로 안내될 수 있기 때문에, 터보차저는 내연 기관(12)의 작동 범위에 걸쳐 전체 용량으로 (즉, 웨이스트게이트 밸브를 이용하여 배기가스를 배출시키지 않으면서) 작동될 수 있다. 과잉 압축 공기를 동력원으로 이용시에, 익스팬더/제너레이터(26)는 폐기될 배기가스 에너지, 즉, 웨이스트게이트 밸브를 통해 우회되는 배기가스 에너지, 또는 분출 밸브 또는 재순환 밸브를 통해 최종적으로 배출된 압축 공기를 생성하는데 사용되는 배기가스 에너지를 회수한다. 특정 실시예에서, 터보차저(16)가 종래에 크기 결정되는 경우보다 더 많은 전기를 생성하기 위해, 터보차저(16)는 내연 기관이 원하는 작동 범위에서 안정 상태 또는 안정 근접 상태 작동을 포함하는 내연 기관의 추가 작동 상태 및/또는 모든 작동 요구조건 동안에 요구하는 것보다 더 많은 압축 공기를 생성하도록 구성될 수 있다. 내연 기관(12)이 비교적 일정한 속도 부하를 구동하는(예를 들어, 제너레이터, 펌프, 선박의 추진력 및/또는 다른 부하를 구동하는) 경우에, 이용 가능한 과잉 공기의 양은, 비교적 일정하고 익스팬더/제너레이터(26)를 구동시키도록 용이하게 제어될 수 있어서, 비교적 일정한 양의 동력을 생성한다.
특정 실시예에서, 분출 밸브(24)는 특정 압력을 초과하는 흡기 도관(22) 내의 압력(예를 들어, 대기압을 초과하는 압력, 엔진의 스로틀 하류의 압력을 초과하는 압력 및/또는 다른 압력)에 반응하여 흡기 도관(22) 내의 압축 공기를 방출하도록 구성된 압력 작동식 밸브이다. 특정 실시예에서, 분출 밸브(24)는 엔진(12)의 압축 공기 요구조건에 기초하여 익스팬더/제너레이터(26)에 소정 량의 압축 공기를 제공하도록 제어된다. 예를 들어, 내연기관, 점화 타이밍 및/또는 다른 양태들에 공급된 연료의 양과 같은 내연기관(12)의 양태를 제어하도록 내연기관(12)에 결합되는 내연기관 제어 유닛(ECU)(38)은 내연기관(12)의 압축 공기 요구조건에 기초하여 익스팬더/제너레이터(26)에 공급된 압축 공기의 양을 변화시키도록 분출 밸브(24)를 조정하기 위해서 분출 밸브(24)에 또한 결합된다. 특정 실시예에서, ECU는 내연기관(12)의 압축 공기 요구조건들이 충족되고 임의의 과잉 압축 공기가 익스팬더/제너레이터(26)로 공급되는 것을 보장하도록 구성될 수 있다.
도 3은 익스팬더 제너레이터(26)로서 사용될 수 있는 하나의 예시적인 익스팬더/제너레이터(100)를 도시한다. 터보차저로부터의 과도한 압축 공기는, 예를 들어, 흡기 도관(22) 및/또는 분출 밸브(24)에 결합된, 입구 도관(105)을 통해 익스팬더/제너레이터(100)로 진입하고, 이후에 [터빈 휠(120)을 포함하는] 터빈 스테이지를 통해 팽창한다. 이어서, 팽창 공기는 [고정자(162) 및 회전자(140)를 포함하는] 제너레이터 스테이지를 통해 출구 도관(109)으로 안내된다. 특정 실시예에서, 팽창 공기는 고정자(162)와 회전자(140) 사이의 공기 갭을 통과함으로써 및/또는 고정자(162)의 외부 둘레의 통로를 통과함으로써 고정자(162) 및 회전자(140)를 냉각시킬 수 있다. 특정 실시예에서, 팽창 공기는 고정자(162)와 회전자(140)를 위한 주요한 또는 유일한 냉각 시스템일 수 있다.
익스팬더 제너레이터(100)는 터빈 휠(120) 및 회전자(140)를 회전식으로 지지하도록 배열된 베어링(115 및 145)을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 베어링(115 또는 145)은 볼 베어링, 니들 베어링, 능동 및/또는 수동 자기 베어링, 저어널 베어링 및/또는 다른 형태의 베어링을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 베어링(115 및 145)은 칼네틱스 인크.(Calnetix Inc.)에 양도된 미국 특허 제6,727,617호에서 기술된 것들과 유사한 자기 베어링일 수 있다.
특정 실시예에서, 회전자(140)는 희토류 원소를 갖는 영구 자석 회전자 및/또는 비자기성, 비도전성 슬리브에 의해 보유된 다른 영구 자석들일 수 있다. 고정자(162) 내에서의 회전자(140)의 회전은 전기력을 발생시킨다.
도 2를 참조하면, 익스팬더 제너레이터(26)에 의해 발생된 전력은 사용하기 위해 출력 전에 전력을 프로세싱하도록 익스팬더/제너레이터(26)의 외부에 배치된 제너레이터 전자 패키지(30)로 전달될 수 있다. 특정 실시예에서, 전자 패키지(30)는 사용하기 위해 로드 또는 로드들에 전력을 제공하도록 유틸리티 전력망(utility power grid) 또는 AC 버스 또는 DC 버스에 연결될 수 있다. 익스팬더/제너레이터(26)에 의해 발생된 전력은 제너레이터의 구성과 익스팬더/제너레이터(26)의 작동 속도에 따라, 특정 위상, 주파수, 전압 그리고 AC 또는 DC일 수 있다. 전자 패키지(30)는 전력의 위상, 주파수 및/또는 전압을, 예를 들어, 망(grid) 또는 버스 또는 다른 특정한 특징부들 상에 운반된 전력에 부합하는 양호한 위상, 주파수 및/또는 전압으로 재구성한다. 특정 실시예에서, 전자 패키지는 익스팬더/제너레이터(26)의 구성 및 소정 출력에 따라 익스팬더/제너레이터(26)로부터의 전력 출력을 AC로부터 DC로 또는 DC로부터 AC로 변환하기 위하여 인버터 및/또는 정류기를 포함한다. 특정 실시예에서, 전자 패키지(30)는 또한 익스팬더/제너레이터(26)의 능동 자기 베어링을 제어하기 위한 전자 장치를 포함한다.
특정 실시예에서, 제너레이터 전자 패키지(30)는 약 400 VAC 내지 약 480 VAC의, 바람직하게는 약 460 VAC의 전압의 3-위상 60 Hz AC 동력 출력을 출력하는데 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 제너레이터 전자 패키지는 12 V, 125 V, 250 V, 및 270 V의 선택된 출력을 포함하여, 약 12 V 내지 약 270 V의 DC 전압을 출력하는데 사용될 수 있다. 다른 위상, 주파수, 및 전압, AC 또는 DC를 포함하는 다른 설정값들이 본원에 기술된 개념 내에 있다. 익스팬더/제너레이터 장치(100)는, 전력이 (예를 들어, 독립된 기계 또는 설비에 전력을 공급하기 위해) 독립된 네트워크에 사용되도록 생성되는 "자립형(stand alone)" 시스템에, 또는 전력 출력이 (예를 들어, 발생된 전력을 전력망으로 전송하기 위해) 전력망 네트워크로 동기화되거나 연결되는 "망 연결형(grid tie)" 시스템에 전력을 발전하는데 사용될 수 있다. 익스팬더/제너레이터(100)와 유사한 예시적인 익스팬더/제너레이터는 미국 특허 제7,638,892호에 더욱 상세히 기재된다.
익스팬더/제너레이터(26)로부터 배기되는 공기는 제너레이터 전자 패키지(30)를 냉각시키는 데 사용될 수 있다. 도 2는 공통 하우징(32) 내에 배치된 익스팬더/제너레이터(26) 및 전자 패키지(30)를 도시하며, 공기는 익스팬더/제너레이터(26)로부터 배기되어 제너레이터 전자 패키지(30)로 공급된다. 도 4는 일련의 하우징[익스팬더/제너레이터 하우징(34), 전자 패키지 하우징(36)]에 배열된 익스팬더/제너레이터(26) 및 전자 패키지(30)를 도시한다. 도 4에서 하우징(34, 36)은, 익스팬더/제너레이터(26) 및 전자 패키지(30)를 파이프 내에 직렬로 용이하게 결합하기 위해 그 단부들에 플랜지를 구비한다. 그러나, 다른 실시예에서 하우징(34, 36)은 상이하게 구성될 수 있다.
본 명세서에 기재된 폐 배기가스 에너지 회수 개념은 기존 내연 기관(12) 설비에 용이하게 개장(retrofit)될 수 있다. 특정 실시예에서, 익스팬더/제너레이터(26)는 터보차저와 통합된 시스템과는 대조적으로, 분리된 자립형 장치로서 구성될 수 있기 때문에, 익스팬더/제너레이터(26)와 그 전자 패키지(30)를 기존 내연기관 시스템에 통합시키기 위해, 터보차저 및/또는 기존 웨이스트게이트 밸브 시스템을 대체 및/또는 재구성할 필요가 없다. 또한, 자립형 장치와 같이, 어떠한 추가적 보조 시스템을 필요로 하지도 않는다. 따라서, 익스팬더/제너레이터(26)를, 터보차저(16)와 내연기관(12) 사이의 흡기 도관(22)에 간단하게 연결함으로써 익스팬더/제너레이터(26) 및 그 전자 패키지(30)를 기존 내연기관 시스템으로 개장할 수 있다. 분출 밸브(24)는 익스팬더/제너레이터(26)로의 유동을 조절하기 위해 익스팬더/제너레이터(26)와 흡기 도관(22) 사이에 제공될 수 있다. 동일한 하우징에 구성된다면, 익스팬더/제너레이터(26)의 출구가 전자 패키지(30)의 냉각을 유도하도록 익스팬더/제너레이터(26) 및 전자 패키지(30)가 사전결합될 수 있다. 대안으로서, 전자 패키지(30)는 도 4에서와 같이 익스팬더/제너레이터(26)의 출구에 결합될 수 있다.
본원에 기재된 개념은 다수의 다양한 내연기관 적용례에 적용될 수 있다. 예를 들어, 익스팬더/제너레이터는 선박 추진을 위해 사용되는 것을 포함하여, 선박 상의 기관에 설치될 수 있다. 익스팬더/제너레이터는 압축기, 펌프, 및 다른 장비를 구동하는데 사용되는 것들과 같은, 고정식 내연기관에 설치될 수 있다. 익스팬더/제너레이터는 이동식 내연기관과 마찬가지로, 포장 도로(on road going)용 및 비포장 도로(off-road)용 차량 내연기관에 설치될 수 있다. 또 다른 예시적인 용례가 존재한다.
다수의 실시예가 기술되었다. 그러나, 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 다른 실시예들은 하기의 청구항의 범주 내에 포함된다.

Claims (20)

  1. 내연기관과,
    상기 내연기관으로부터의 배기가스를 수용하고 연소를 위한 압축 공기를 내연기관에 공급하기 위해 내연기관에 결합되며, 내연기관으로부터의 배기가스에 의해 압축 공기를 발생시키도록 구성되는 터보차저와,
    압축 공기의 적어도 일부를 수용하고 수용된 압축 공기를 팽창시킴으로써 전기를 발생시키도록 상기 내연기관과 터보차저 사이에 배치되는 익스팬더/제너레이터를 포함하는 내연기관 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 익스팬더/제너레이터는 익스팬더/제너레이터의 입구와 익스팬더의 출구 사이의 제너레이터에 결합된 터빈을 포함하며, 입구에 수용된 압축 공기는 터빈 및 제너레이터를 통해 출구로 유동하는 내연기관 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 터보차저로부터 내연기관으로 압축 공기가 연통하도록 터보차저와 내연기관 사이에 흡기 도관을 더 포함하며, 익스팬더/제너레이터는 흡기 도관에 결합되어 익스팬더/제너레이터에 의해 수용된 압축공기를 내연기관으로부터 배출시키는 내연기관 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 익스팬더/제너레이터와 흡기 도관 사이에 밸브를 더 포함하며, 상기 밸브는 흡기 도관으로부터 익스팬더/제너레이터로의 유동을 제한하도록 작동 가능한 내연기관 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 내연기관과 밸브에 결합되고 내연기관의 압축공기 요구조건에 기초하여 밸브를 제어하도록 구성되는 엔진제어유닛(ECU)을 더 포함하는 내연기관 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 익스팬더/제너레이터에 의해 발생된 전력을 수용하여 전력의 위상(phase), 주파수 또는 전압 중 적어도 하나를 조절하도록 익스팬더/제너레이터에 결합되는 전자 패키지를 더 포함하며, 상기 전자 패키지는 익스팬더/제너레이터로부터 배기되는 가스를 수용하기 위해서 익스팬더/제너레이터에 추가로 결합되는 내연기관 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 전자 패키지는 익스팬더/제너레이터의 능동 자기 베어링을 제어하기 위한 자기 베어링 제어기를 더 포함하는 내연기관 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 익스팬더/제너레이터와 전자 패키지 모두를 수납하는 하우징을 더 포함하는 내연기관 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 익스팬더/제너레이터는 영구자석 회전자를 갖는 제너레이터를 포함하는 내연기관 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 익스팬더/제너레이터는 익스팬더/제너레이터의 회전자를 지지하는 자기 베어링을 갖는 제너레이터를 포함하는 내연기관 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 익스팬더/제너레이터는 회전자의 속도와 동일한 속도로 회전시키도록 제너레이터의 회전자에 결합되는 터빈을 포함하는 내연기관 시스템.
  12. 내연기관에 결합된 터보차저에 의해, 내연기관의 작동 요구조건을 넘어선 과잉 압축 공기를 발생시키는 단계와,
    과잉 압축 공기를 팽창시켜 전기를 발생시키는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 과잉 압축 공기를 팽창시켜 전기를 발생시키는 단계는 터보차저에 의해 발생된 총 압축 공기의 일부를 내연기관으로부터 익스팬더/제너레이터로 전환하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 내연기관의 작동 요구조건에 기초하여 익스팬더/제너레이터로 전환되는 압축 공기의 양을 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 익스팬더/제너레이터로부터 전자 패키지로 공기를 배기하는 단계를 더 포함하고, 전자 패키지는 익스팬더/제너레이터로부터 전력을 공급받고 전력의 위상, 주파수 또는 전압 중 적어도 하나를 조절하는 방법.
  16. 제13항에 있어서, 익스팬더/제너레이터의 터빈으로부터 익스팬더/제너레이터의 제너레이터를 통해 공기를 유도하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 내연기관으로부터의 배기가스를 수용하기 위해 내연기관에 결합되는 터보차저를 갖고, 내연기관으로부터의 배기가스에 의해 압축 공기를 발생시키고 압축 공기를 연소를 위해 내연기관에 제공하도록 구동되는 내연기관에서 수행되는 방법이며,
    압축 공기의 적어도 일부를 공급받고 공급된 압축 공기를 팽창시켜 전기를 발생시키기 위해 터보차저와 내연기관 사이에 익스팬더/제너레이터를 결합시키는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 터보차저와 내연기관 사이에 익스팬더/제너레이터를 결합시키는 단계는 터보차저와 내연기관 사이의 흡기 도관에 익스팬더/제너레이터를 결합시키고 익스팬더/제너레이터와 흡기 도관 사이에 밸브를 제공하는 것을 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 익스팬더/제너레이터의 출구를 전자 패키지에 결합하여 익스팬더/제너레이터로부터 전자 패키지로 공기를 배출하는 단계를 더 포함하며, 전자 패키지는 익스팬더/제너레이터에 의해 생성되는 전력의 위상, 주파수 또는 전압 중 적어도 하나를 조절하도록 작동 가능한 유형의 것인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 익스팬더/제너레이터 및 전자 패키지는 공통의 하우징 내에 존재하는 방법.
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