JPS6219574B2 - - Google Patents
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- JPS6219574B2 JPS6219574B2 JP57126880A JP12688082A JPS6219574B2 JP S6219574 B2 JPS6219574 B2 JP S6219574B2 JP 57126880 A JP57126880 A JP 57126880A JP 12688082 A JP12688082 A JP 12688082A JP S6219574 B2 JPS6219574 B2 JP S6219574B2
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Hybrid Electric Vehicles (AREA)
- Supercharger (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、エンジンにおける排気および制動エ
ネルギー回収装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an exhaust and braking energy recovery system in an engine.
内燃機関であるガソリンエンジンやデイーゼル
エンジンは、燃料をシリンダ内で燃焼させて発生
するエネルギーによつてピストンを押し下げて出
力を発生し、シリンダ内での燃焼により発生した
排気ガスはそのまま排気マニホールドから外気方
向に排出される。この排気ガスは高温かつ高圧で
あり、まだかなりのエネルギーを保持している。 Gasoline engines and diesel engines, which are internal combustion engines, use the energy generated by burning fuel in the cylinder to push down the piston to generate output, and the exhaust gas generated by combustion in the cylinder is directly released from the exhaust manifold to the outside air. ejected in the direction. This exhaust gas is at high temperature and pressure and still retains considerable energy.
ところで、最近内燃機関の各部たとえば排気マ
ニホールドの外壁、シリンダライナー、シリンダ
ヘツド断熱板、排気バルブ、ピストンなどにセラ
ミツクスを使用した断熱式の内燃機関が開発され
ている。この内燃機関は、従来の如くその内部に
発生した熱を放熱して内燃機関を冷却するという
ことを行わず、従来のものよりも高熱の排気ガス
を取り出してこのエネルギーをクランク軸に帰還
させて運転効率を高めようとするものであつて、
従来から行なわれているものを説明すると、排気
ガスにより回転されるタービンを排気口近くに配
設せしめておき、このタービンから得られた余剰
の回転力を多段のギヤによる速度変換により減速
し、クランク軸に帰還させるものであるが、排気
タービンの回転は非常に高速であり、それをエン
ジンのクランク軸へ伝達するためには約1/20〜1/
100の減速を行うことが必要であり、かつクラツ
チの設置を必要とするなど、かかる装置はエネル
ギー回収装置全体の構造が複雑であり、かつ伝達
効率も悪いため、内燃機関全体の値段を高価なも
のにするばかりか運転効率もあまり良くはなく、
部分負荷では使用できないという欠点もあつて、
あまり有効なものではなかつた。またエンジンブ
レーキ時に発生する動力は何ら有効に利用される
ことなく放置されていた。 Recently, heat-insulating internal combustion engines have been developed in which ceramics are used in various parts of the engine, such as the outer wall of the exhaust manifold, the cylinder liner, the cylinder head insulation plate, the exhaust valve, and the piston. This internal combustion engine does not cool the internal combustion engine by dissipating the heat generated inside it, as in the past, but instead extracts hotter exhaust gas and returns this energy to the crankshaft. The aim is to improve operational efficiency,
To explain what has been done in the past, a turbine rotated by exhaust gas is placed near the exhaust port, and the surplus rotational power obtained from this turbine is reduced by speed conversion using multi-stage gears. The exhaust turbine rotates at a very high speed, and in order to transmit it to the engine's crankshaft, the rotation speed of the exhaust turbine is approximately 1/20 to 1/20.
The overall structure of the energy recovery device is complicated, and the transmission efficiency is poor, so the overall price of the internal combustion engine is increased. Not only is the efficiency of operation not very good,
It also has the disadvantage that it cannot be used under partial load.
It wasn't very effective. Furthermore, the power generated during engine braking was left unused without any effective use.
本発明は、このような従来の欠点を改善せんと
するものであり、その目的は、内燃機関の排気ガ
スが保持しているエネルギーを効率良く回収して
クランク軸に効率良く帰還せしめることができる
とともに、エンジンブレーキ時の動力も有効に利
用できるような排気および制動エネルギー回収装
置を提供することにある。 The present invention aims to improve these conventional drawbacks, and its purpose is to efficiently recover the energy held in the exhaust gas of an internal combustion engine and efficiently return it to the crankshaft. Another object of the present invention is to provide an exhaust and braking energy recovery device that can effectively utilize the power generated during engine braking.
次に本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説
明する。 Next, one embodiment of the present invention will be described in detail using the drawings.
図は本発明の構成を示し、同図中1は断熱形式
のエンジンである。このエンジンは、前述のよう
に、シリンダライナー、シリンダヘツド断熱板、
排気バルブ、ピストンなどにセラミツクスを使用
した断熱式のものである。2は排気マニホールド
であり、内壁はセラミツクスで構成されて、断熱
構造となつている。排気マニホールド2の先端に
は、排気タービン3が接続されている。4は高圧
の交流発電機であり、その回転軸は排気タービン
3のタービン軸と直結している。交流発電機4
は、回転子が永久磁石で構成され、固定側に電機
子巻線を配設した2極交流発電機である。この交
流発電機4は、排気タービン3により、最高1分
間に約10万回程度の回転数で駆動されるので、回
転子は細くかつ回転軸方向に長く形成されてお
り、高速回転により生ずる遠心力を極力少なくし
て、回転子の破壊を防止している。また、この交
流発電機4は高速回転であるため、自動車用とし
ては高電圧の約200V程度、周波数約3.5KHz程度
の交流電圧を発生する。5はエンジン1のクラン
クシヤフトであり、先端にギヤ6を有している。
7は直流電動機であり、その回転軸に設けた電動
機ギヤ13は前記ギヤ6と噛合うように配置され
る。この直流電動機7は電動機ギヤ13、ギヤ6
を介してほぼエンジン1の回転数とマツチする回
転数で動作するようにする。8はエレクトロニク
スコントローラであり、電流の変換、調整をする
とともに、アクセルスイツチ10からの信号およ
びギヤポジシヨンスイツチ9からの信号およびエ
ンジンブレーキ状態(直流電動機7が発電機とし
て作動する場合)を検出し、エンジンブレーキ時
には、直流電動機7の界磁を強めることにより誘
導起電力を強めるか(分巻電動機)、直巻巻線の
接続を変更する(直巻電動機)等の制御動作を行
わせ、従来の直流電動機を発電機に変更すること
により発電される。11は発電機のレギユレータ
あるいは電圧変換器で、エンジンブレーキ時の発
電電流をバツテリ12へ蓄電するために設けられ
ている。直流電動機7が通常電動機あるいは発電
機として作動する場合は200V等の高電圧である
が、自動車等に塔載されているバツテリ12の電
圧は12Vあるいは24Vであり、両者の間には前記
電圧変換器11のような電圧変換システムが必要
なのである。 The figure shows the configuration of the present invention, and 1 in the figure is an adiabatic type engine. As mentioned above, this engine has cylinder liners, cylinder head insulation plates,
It is an insulated type that uses ceramics for the exhaust valve, piston, etc. 2 is an exhaust manifold, the inner wall of which is made of ceramics and has a heat insulating structure. An exhaust turbine 3 is connected to the tip of the exhaust manifold 2. 4 is a high-pressure alternator, the rotational shaft of which is directly connected to the turbine shaft of the exhaust turbine 3; AC generator 4
is a two-pole alternating current generator in which the rotor is composed of a permanent magnet and the armature winding is arranged on the fixed side. This alternator 4 is driven by the exhaust turbine 3 at a maximum rotation speed of about 100,000 times per minute, so the rotor is thin and long in the direction of the rotation axis, and the centrifugal The force is minimized to prevent rotor damage. Furthermore, since the alternating current generator 4 rotates at a high speed, it generates an alternating current voltage of about 200 V and a frequency of about 3.5 KHz, which is a high voltage for use in automobiles. 5 is a crankshaft of the engine 1, which has a gear 6 at its tip.
7 is a DC motor, and a motor gear 13 provided on its rotating shaft is arranged so as to mesh with the gear 6. This DC motor 7 has a motor gear 13 and a gear 6.
The engine is operated at a rotational speed that approximately matches the rotational speed of the engine 1. 8 is an electronics controller that converts and adjusts current, and also detects signals from the accelerator switch 10, signals from the gear position switch 9, and engine braking status (when the DC motor 7 operates as a generator). During engine braking, control operations such as increasing the field of the DC motor 7 to strengthen the induced electromotive force (shunt-wound motor) or changing the connection of the series windings (series-wound motor) are performed. Electricity is generated by replacing a DC motor with a generator. Reference numeral 11 denotes a generator regulator or voltage converter, which is provided to store the generated current in the battery 12 during engine braking. When the DC motor 7 normally operates as a motor or a generator, the voltage is high, such as 200V, but the voltage of the battery 12 installed in a car or the like is 12V or 24V, and there is no voltage conversion between the two. Therefore, a voltage conversion system such as the voltage converter 11 is required.
次に本発明の動作について説明する。 Next, the operation of the present invention will be explained.
エンジン1が回転を始めて、エンジン1から高
温の排気ガスが排出されると、排気タービン3が
作動し始め、交流発電機4が駆動されて発電を始
める。交流発電機4で発生した電力を直流電動機
7に供給してこれを駆動しようとするが、排気タ
ービン3の回転数が小さいため、交流発電機4の
出力電圧も小さく、直流電動機7を駆動するに至
らない。 When the engine 1 starts rotating and high-temperature exhaust gas is discharged from the engine 1, the exhaust turbine 3 starts operating, and the alternating current generator 4 is driven to start generating electricity. An attempt is made to supply the electric power generated by the AC generator 4 to the DC motor 7 to drive it, but since the rotation speed of the exhaust turbine 3 is small, the output voltage of the AC generator 4 is also small, and the DC motor 7 is driven. It does not reach.
一方、直流電動機7はエンジン1により回転さ
れ、発電機となつて直流電圧を発生し、この状態
およびアクセルスイツチ10、ギヤポジシヨン9
からの信号をエレクトロニクスコントローラ8が
検出し、発電機として作動する直流電動機7およ
び電圧変換器を制御し、該発電機7で発生した電
流をバツテリ12へ蓄電させる。 On the other hand, the DC motor 7 is rotated by the engine 1 and acts as a generator to generate DC voltage.
The electronics controller 8 detects the signal from the generator, controls the DC motor 7 operating as a generator and the voltage converter, and stores the current generated by the generator 7 in the battery 12.
エンジン1の回転数が漸次上昇して排気ガスの
量も多くなり、その温度も上昇すると、交流発電
機4の出力電圧も上昇し、逐に直流電動機7を駆
動するようになる。そして、直流電動機7はエン
ジン1のクランクシヤフト5をその出力が増加す
る方向に駆動するため、排気ガスが有するエネル
ギーが回収されてエンジン1のクランクシヤフト
5に帰還される。エンジン1の回転数が変化して
もエレクトロニクスコントローラ8が調整をする
ので、直流電動機7を最適負荷条件のもとで駆動
できるように制御する。 When the rotational speed of the engine 1 gradually increases, the amount of exhaust gas increases, and the temperature thereof also increases, the output voltage of the alternator 4 also increases, and the DC motor 7 is gradually driven. Since the DC motor 7 drives the crankshaft 5 of the engine 1 in a direction that increases its output, the energy contained in the exhaust gas is recovered and fed back to the crankshaft 5 of the engine 1. Since the electronics controller 8 makes adjustments even if the rotational speed of the engine 1 changes, it controls the DC motor 7 so that it can be driven under optimal load conditions.
また、何かの原因で直流電動機7は過大な負荷
がかかり、定格以上の電流が流れようとすると、
これもエレクトロニクスコントローラ8が検出
し、電流を調節し、常に直流電動機7を最適負荷
条件のもとで駆動できるように制御する。 In addition, if for some reason an excessive load is applied to the DC motor 7 and a current exceeding the rating begins to flow,
The electronics controller 8 also detects this, adjusts the current, and controls the DC motor 7 so that it can always be driven under optimal load conditions.
このような回路構成にすれば、回路全体を高電
圧の回路系にて構成できるので、自動車で通常使
用されている12Vあるいは24V系の回路構成に比
べて、損失も少なくなる。 With this type of circuit configuration, the entire circuit can be configured with a high-voltage circuit system, resulting in less loss compared to the 12V or 24V circuit configurations normally used in automobiles.
以上詳細に説明したように、本発明は、エンジ
ンの排気マニホールド先端に配設した排気タービ
ンのタービン軸に交流発電機の回転軸を直結する
とともに、前記エンジンの出力軸に直流電動機の
回転軸を駆動連結し、交流発電機から発生する電
気エネルギーを直流電動機に与えてこれを駆動
し、直流電動機の出力をエンジンの出力軸に帰還
せしめ、さらに前記直流電動機にはバツテリを接
続し、該直流電動機が発電機として作動するとき
の電力を貯えるように構成したので、従来の装置
のように全負荷状態のみしか排気エネルギーを回
収してエンジンに帰還させることができないもの
や、エンジンブレーキ時に発生する動力を何ら有
効に利用されることなく放置されていたものと異
なり、エンジンの部分出力時において排気エネル
ギーのエンタルピーが低い時でも容易に回収で
き、エンジンブレーキ時の発生電力も有効に使わ
れることになる。また、従来の機械系にて排気エ
ネルギーを回収するものに比べて摩擦損失が少な
く、電気回路抵抗損失も回路電圧を高くするなど
して減少させることができるので、従来のものに
比べてエンジンの燃焼効率を飛躍的に増進させる
ことができる。 As described above in detail, the present invention directly connects the rotating shaft of an alternator to the turbine shaft of an exhaust turbine disposed at the tip of an exhaust manifold of an engine, and connects the rotating shaft of a DC motor to the output shaft of the engine. A driving connection is made, and electrical energy generated from the alternating current generator is applied to the DC motor to drive it, and the output of the DC motor is returned to the output shaft of the engine.Furthermore, a battery is connected to the DC motor to drive the DC motor. Since it is configured to store the electric power generated when the engine operates as a generator, it can be used to recover exhaust energy and return it to the engine only under full load conditions, unlike conventional devices, and the power generated during engine braking. Unlike those that were left unused without any effective use, they can be easily recovered even when the enthalpy of exhaust energy is low when the engine is at partial output, and the power generated during engine braking can also be used effectively. . In addition, compared to conventional mechanical systems that recover exhaust energy, friction loss is lower, and electric circuit resistance loss can also be reduced by increasing the circuit voltage. Combustion efficiency can be dramatically improved.
図は本発明の一実施例を示す構成図である。
1……エンジン、2……排気マニホールド、3
……排気タービン、4……交流発電機、5……ク
ランクシヤフト、7……直流電動機、12……バ
ツテリ。
The figure is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. 1...Engine, 2...Exhaust manifold, 3
...Exhaust turbine, 4...Alternator, 5...Crankshaft, 7...DC motor, 12...Battery.
Claims (1)
ビンを備えたエンジンにおいて、前記排気タービ
ンのタービン軸に交流発電機の回転軸を直結する
とともに前記エンジンの出力軸に直流電動機の回
転軸を駆動連結し、交流発電機から発生する電気
エネルギーを直流電動機に与えてこれを駆動し、
直流電動機の出力をエンジンの出力軸に帰還せし
め、さらに前記直流電動機にはバツテリを接続
し、該直流電動機が発電機として作動するときの
電力を貯えるようにしたことを特徴とするエンジ
ンの排気エネルギー回収装置。1. In an engine that suppresses the radiation of heat generated internally and is equipped with an exhaust turbine, the rotating shaft of an alternator is directly connected to the turbine shaft of the exhaust turbine, and the rotating shaft of a DC motor is driven to the output shaft of the engine. The electric energy generated from the alternating current generator is connected to the direct current motor to drive it.
Exhaust energy of an engine, characterized in that the output of the DC motor is returned to the output shaft of the engine, and a battery is connected to the DC motor to store electric power when the DC motor operates as a generator. Collection device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57126880A JPS5918231A (en) | 1982-07-21 | 1982-07-21 | Recovering device of energy from engine exhaust gases and braking energy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57126880A JPS5918231A (en) | 1982-07-21 | 1982-07-21 | Recovering device of energy from engine exhaust gases and braking energy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5918231A JPS5918231A (en) | 1984-01-30 |
| JPS6219574B2 true JPS6219574B2 (en) | 1987-04-30 |
Family
ID=14946126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57126880A Granted JPS5918231A (en) | 1982-07-21 | 1982-07-21 | Recovering device of energy from engine exhaust gases and braking energy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5918231A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0210833B1 (en) * | 1985-07-26 | 1991-06-26 | Isuzu Motors Limited | Control system for a supercharged internal combustion engine |
| JPH086583B2 (en) * | 1987-04-24 | 1996-01-24 | 株式会社日立製作所 | Exhaust energy recovery method for internal combustion engine |
| JPH03117632A (en) * | 1989-09-29 | 1991-05-20 | Isuzu Motors Ltd | Composite turbo compound engine |
-
1982
- 1982-07-21 JP JP57126880A patent/JPS5918231A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5918231A (en) | 1984-01-30 |
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