JPS6346249B2 - - Google Patents
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- JPS6346249B2 JPS6346249B2 JP57130074A JP13007482A JPS6346249B2 JP S6346249 B2 JPS6346249 B2 JP S6346249B2 JP 57130074 A JP57130074 A JP 57130074A JP 13007482 A JP13007482 A JP 13007482A JP S6346249 B2 JPS6346249 B2 JP S6346249B2
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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
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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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ガスエネルギ
ー回収装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an exhaust gas energy recovery device for 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、空気と燃料の混合気体をシリンダ内
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 and diesel engines, which are internal combustion engines, burn a mixture of air and fuel in a cylinder and use the energy generated to push down a piston to generate power, and the exhaust gas generated by combustion in the cylinder is It is directly discharged from the exhaust manifold to the outside air. 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、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、かつ伝達効率が悪いため、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。 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 energy recovery device returns the energy to the crankshaft, but the structure of the entire energy recovery device is complex and the transmission efficiency is poor, which not only makes the overall price of the internal combustion engine expensive, but also does not provide very good operating efficiency. It also had the disadvantage that it could not be used under partial load, and was not very effective.
また、一台のタービンで排気ガスのエネルギー
を有効に取り出すようにしているので、タービン
には多数のタービンブレードを有するものを用い
ており、高価なものとなつていた。 Furthermore, since the energy of the exhaust gas is effectively extracted using one turbine, the turbine has to have a large number of turbine blades, making it expensive.
また、エンジンから排出される排気ガス流によ
つて、回転駆動されるタービンを備えた発電機
と、該発電機にて発生される電力によつて回転さ
れるモータと、前記発電機に接続され、エンジン
回転数検出器により、検出されたエンジン回転数
に応じて前記モータの回転を制御するコントロー
ラと、前記モータとエンジンとの間に介在されて
該モータの回転力をエンジンに断続伝達するとと
もに、前記コントローラによつてその断続が制御
される電磁クラツチと、からなることを特徴とす
る排気エネルギー回収装置が、実開昭58−30727
号公報に記載されている。この装置は、前記従来
例のものとは異り、排気タービンにて駆動される
発電機にてエンジンに結合されたモータを駆動
し、エンジンを助成するものであるが、該排気タ
ービン1個のみでは、排気ガスが有する余剰のエ
ネルギーを完全に回収することが困難である。ま
た、2つのタービンを配置して、通常の運転状態
では排気タービン1のみを使用し、出力増大時1
及び1′を直列に併用する手段も考えられている
が、2段回収システムを機械的に構成するには、
軸出力の和を損失を少なくして取り出すことが、
非常に困難であつた。 Further, a generator includes a turbine rotationally driven by an exhaust gas flow discharged from the engine, a motor rotated by electric power generated by the generator, and a motor connected to the generator. , a controller that controls the rotation of the motor according to the engine rotation speed detected by the engine rotation speed detector; and a controller that is interposed between the motor and the engine and intermittently transmits the rotational force of the motor to the engine. An exhaust energy recovery device is disclosed in Utility Model Application Publication No. 58-30727, comprising: an electromagnetic clutch whose on/off is controlled by the controller;
It is stated in the No. This device differs from the conventional example described above in that a generator driven by an exhaust turbine drives a motor connected to the engine to assist the engine, but only one exhaust turbine is used. Therefore, it is difficult to completely recover the excess energy contained in the exhaust gas. In addition, by arranging two turbines, only the exhaust turbine 1 is used during normal operating conditions, and when the output increases, the exhaust turbine 1 is used.
A method of using 1' and 1' in series is also being considered, but to mechanically configure a two-stage recovery system,
To extract the sum of shaft outputs with less loss,
It was extremely difficult.
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、タービンとして構造の簡単な二台のタ
ービンを設けることによつてコストの低減を図る
ようにする排気ガス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 gas energy recovery device that reduces costs by providing two turbines with simple structures as turbines.
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.
第1図は本発明の構成図であり、同図中1はセ
ラミツクライナである。2は排気ポートライナで
あり、内壁はセラミツクスまたは、空気層を有す
るステンレス中空材で構成されて、断熱構造とな
つている。排気ポートライナ2の先端には排気マ
ニホールドインシユレータ3を設けた排気マニホ
ールド13が接続され、その先端には高圧用排気
タービン6のタービンインシユレータ4が接続さ
れている。高圧用排気タービン6には一方に吸気
用コンプレツサを他方にジエネレータ(直流)を
配設し、それらの回転軸を排気タービン6の軸と
直結させる。高圧用排気タービン6の排気側には
配管を介してさらに低圧用排気タービン7を接続
する。低圧用排気タービン7にジエネレータ(直
流)を配設し、該ジエネレータの回転軸を排気タ
ービン7の軸と直結させる。この場合、高圧用排
気タービン6および低圧用排気タービン7として
はタービンブレードの段数の少ない構造の簡単
な、製作の容易なものを用いる。8は吸気ダクト
であり、一端は吸気コンプレツサに、他端はエン
ジンの吸気ポートに接続されている。9は排気バ
ルブであり、セラミツクスで構成されている。1
0はシリンダヘツドであり、燃焼室形成部分には
シリンダヘツド断熱板5が張設されている。11
はピストンであり、セラミツクスで構成され、上
述のセラミツクライナ1、シリンダヘツド断熱板
5および排気バルブ9とで燃焼室を断熱構造に形
成する。14はクランク軸であり、歯車を介して
直流モータ15と連結されている。直流モータ1
5は上述の高圧用排気タービン6、低圧用排気タ
ービン7により駆動される2つのジエネレータに
より発電された電力でもつて駆動される。 FIG. 1 is a block diagram of the present invention, and numeral 1 in the figure is a ceramic liner. Reference numeral 2 denotes an exhaust port liner, the inner wall of which is made of ceramics or hollow stainless steel material having an air layer, and has a heat insulating structure. An exhaust manifold 13 provided with an exhaust manifold insulator 3 is connected to the tip of the exhaust port liner 2, and a turbine insulator 4 of a high-pressure exhaust turbine 6 is connected to the tip. The high-pressure exhaust turbine 6 is provided with an intake compressor on one side and a generator (DC) on the other side, and their rotating shafts are directly connected to the axis of the exhaust turbine 6. A low pressure exhaust turbine 7 is further connected to the exhaust side of the high pressure exhaust turbine 6 via piping. A generator (DC) is disposed in the low-pressure exhaust turbine 7, and the rotating shaft of the generator is directly connected to the axis of the exhaust turbine 7. In this case, the high-pressure exhaust turbine 6 and the low-pressure exhaust turbine 7 are of a simple structure with a small number of turbine blade stages and are easy to manufacture. 8 is an intake duct, one end of which is connected to an intake compressor, and the other end connected to an intake port of the engine. 9 is an exhaust valve, which is made of ceramics. 1
0 is a cylinder head, and a cylinder head heat insulating plate 5 is stretched over the combustion chamber forming part. 11
A piston is made of ceramic, and the above-described ceramic liner 1, cylinder head heat insulating plate 5, and exhaust valve 9 form a combustion chamber with a heat insulating structure. 14 is a crankshaft, which is connected to a DC motor 15 via gears. DC motor 1
5 is also driven by electric power generated by two generators driven by the above-mentioned high-pressure exhaust turbine 6 and low-pressure exhaust turbine 7.
第2図は本発明エンジンの排気ガスエネルギー
回収装置を示すブロツク構成図であり、エンジン
E、高圧用排気タービン6、低圧用排気タービン
7、およびモータ15は第1図に示した構成を有
している。61はその回転軸が上述のように高圧
用排気タービン6の軸と直結した吸気コンプレツ
サであり、該吸気用コンプレツサ61には一般に
用いられている構造のものを用いる。62,72
はその回転軸が上述のように高圧用排気タービン
6および低圧用排気タービン7の軸とそれぞれ直
結したジエネレータ(直流)であり、ジエネレー
タ62,72には高速回転用のものを用いる。1
6はエネルギ加算システムであり、電圧を重畳す
るように作用するものであり、従来用いられてい
る構成のものを用いる。17は電流制御回路であ
り、電流検出器18からの制御信号により電流の
制御をする。電流検出器18はエンジンE、ジエ
ネレータ62および72からの信号を検出し、そ
れらの信号に基づいて、制御すべき信号が電流制
御回路17へ発信される。また、電流制御回路1
7は低速回転時の電流の逆流の防止も行うもので
ある。 FIG. 2 is a block configuration diagram showing an exhaust gas energy recovery device for an engine according to the present invention, and the engine E, high pressure exhaust turbine 6, low pressure exhaust turbine 7, and motor 15 have the configuration shown in FIG. ing. Reference numeral 61 denotes an intake compressor whose rotating shaft is directly connected to the shaft of the high-pressure exhaust turbine 6 as described above, and the intake compressor 61 has a commonly used structure. 62, 72
is a generator (direct current) whose rotating shaft is directly connected to the shafts of the high-pressure exhaust turbine 6 and the low-pressure exhaust turbine 7, respectively, as described above, and the generators 62 and 72 are for high-speed rotation. 1
Reference numeral 6 denotes an energy addition system that acts to superimpose voltages, and has a conventionally used configuration. A current control circuit 17 controls the current based on a control signal from the current detector 18. Current detector 18 detects signals from engine E and generators 62 and 72, and based on these signals, a signal to be controlled is transmitted to current control circuit 17. In addition, the current control circuit 1
7 also prevents current backflow during low speed rotation.
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Eが回転を始めて、エンジンEから高
温の排気ガスが排出されると、高圧用排気タービ
ン6、ついで低圧用排気タービン7のタービンブ
レードが回転を始め、ジエネレータ62,72が
駆動されて、発電を始める。ジエネレータ62,
72で発生した電力を直流モータ15に供給して
これを駆動しようとするが、高圧用排気タービン
6および低圧用排気タービン7の回転数が少ない
ため、ジエネレータ62,72の出力電圧も小さ
く、直流モータ15を駆動するに至らない。 When the engine E starts rotating and high-temperature exhaust gas is discharged from the engine E, the turbine blades of the high-pressure exhaust turbine 6 and then the low-pressure exhaust turbine 7 start rotating, driving the generators 62 and 72 to generate electricity. Start. generator 62,
An attempt is made to supply the electric power generated in 72 to the DC motor 15 to drive it, but since the rotational speed of the high-pressure exhaust turbine 6 and the low-pressure exhaust turbine 7 is low, the output voltage of the generators 62 and 72 is also small, and the DC motor 15 is The motor 15 cannot be driven.
一方、直流モータ15はエンジンEにより回転
され、発電機となつて直流電圧を発生するが、電
流制御回路17により逆流が防止されるので、直
流モータ15で発電された電力は逆流しない。 On the other hand, the DC motor 15 is rotated by the engine E and acts as a generator to generate DC voltage, but the current control circuit 17 prevents reverse current, so the electric power generated by the DC motor 15 does not flow backward.
エンジンE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、ジエネレ
ータ62,72の出力電圧も上昇し、遂に直流モ
ータ15を駆動するようになる。そして、直流モ
ータ15はエンジンEのクランク軸をその出力が
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Eのクランク軸
に帰還される。エンジンの回転数が変化しても電
流制御回路17は電流検出器からの制御信号に応
じて常に直流モータ15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 E gradually increases, the amount of exhaust gas increases, and the temperature thereof also increases, the output voltages of the generators 62 and 72 also increase, and the DC motor 15 is finally driven. Since the DC motor 15 drives the crankshaft of the engine E in a direction that increases its output, the energy contained in the exhaust gas is recovered and fed back to the crankshaft of the engine E. Even if the engine speed changes, the current control circuit 17 controls the DC motor 15 so that it can always be driven under optimal load conditions in response to the control signal from the current detector.
また、何かの原因で直流モータ15に過大な負
荷がかかり、定格以上の電流が流れようとする
と、これを電流検出器18が検出し、この検出信
号により電流制御回路17を最適負荷条件のもと
で駆動できるように制御する。 Furthermore, if an excessive load is applied to the DC motor 15 for some reason and a current exceeding the rating is about to flow, the current detector 18 detects this, and this detection signal causes the current control circuit 17 to adjust to the optimum load condition. control so that it can be driven at the same time.
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出来るので、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、第1の
タービンにより回転駆動される発電機の外に、第
1のタービンの下流に、該第1のタービンの作動
圧力よりも低い圧力にて作動する第2のタービン
とこれにより回転される発電機とを設け、これら
発電機から発生する電気エネルギーを直流モータ
に与えてこれを駆動してエンジンの排気ガスエネ
ルギーを回収するように構成したことにより、コ
ストの低減を図りつつ、エンジンから排出される
エネルギーを有効に回収して、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排気ガスエ
ネルギー回収装置を提供できる。 As described in detail above, the present invention provides a generator that is operated at a pressure lower than the operating pressure of the first turbine, in addition to the generator rotationally driven by the first turbine, and downstream of the first turbine. A second turbine is provided, and a generator rotated by the second turbine is provided, and the electric energy generated from these generators is applied to a DC motor to drive it and recover the exhaust gas energy of the engine. Therefore, it is possible to provide an exhaust gas energy recovery device that can effectively recover energy emitted from an engine and dramatically improve combustion efficiency of the engine while reducing costs.
第1図は本発明の実施例の要部を一部断面で示
す側面図、第2図は本発明の実施例を示すブロツ
ク構成図である。
E……エンジン、6……排気タービン(高圧
用)、7……排気タービン(低圧用)、13……排
気マニホールド、14……クランク軸、15……
直流モータ、62,72……ジエネレータ(直
流)。
FIG. 1 is a side view partially showing a main part of an embodiment of the invention in cross section, and FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the invention. E... Engine, 6... Exhaust turbine (for high pressure), 7... Exhaust turbine (for low pressure), 13... Exhaust manifold, 14... Crankshaft, 15...
DC motor, 62, 72... Generator (DC).
Claims (1)
ービン軸に直結され回転する第1の発電機、さら
に該第1のタービンの下流に、該第1のタービン
の作動圧力よりも低い圧力にて作動する第2のタ
ービンとこれにより回転される第2の発電機を設
け、排気ガスが有するエネルギーをタービンの回
転力として取り出すエンジンの排気ガスエネルギ
ー回収装置において、 前記第1と第2の発電機から出力される電力を
加算するエネルギー加算システムと、前記エンジ
ンに回収エネルギーを帰還するべく加算された電
力により駆動されるモータとを具備してなること
を特徴とするエンジンの排気ガスエネルギー回収
装置。[Claims] 1. A first turbine in the exhaust system of the engine, a first generator that is directly connected to the turbine shaft and rotates, and further downstream of the first turbine, which is connected to the operating pressure of the first turbine. An exhaust gas energy recovery device for an engine that includes a second turbine that operates at a lower pressure and a second generator rotated by the second turbine, and extracts the energy of the exhaust gas as rotational force of the turbine. An engine exhaust gas comprising: an energy addition system that adds electric power output from a second generator; and a motor driven by the added electric power to return recovered energy to the engine. Gas energy recovery equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57130074A JPS5920526A (en) | 1982-07-26 | 1982-07-26 | Equipment for recovering exhaust gas energy of engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57130074A JPS5920526A (en) | 1982-07-26 | 1982-07-26 | Equipment for recovering exhaust gas energy of engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5920526A JPS5920526A (en) | 1984-02-02 |
| JPS6346249B2 true JPS6346249B2 (en) | 1988-09-14 |
Family
ID=15025366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57130074A Granted JPS5920526A (en) | 1982-07-26 | 1982-07-26 | Equipment for recovering exhaust gas energy of engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5920526A (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6293421A (en) * | 1985-10-19 | 1987-04-28 | Isuzu Motors Ltd | Turbo-compound engine |
| JPS6293429A (en) * | 1985-10-19 | 1987-04-28 | Isuzu Motors Ltd | Turbo compound engine |
| JPS62195420A (en) * | 1986-02-20 | 1987-08-28 | Agency Of Ind Science & Technol | Hybrid engine |
| JPH0627504B2 (en) * | 1986-05-12 | 1994-04-13 | いすゞ自動車株式会社 | Engine energy recovery system |
| JPS62284923A (en) * | 1986-06-04 | 1987-12-10 | Isuzu Motors Ltd | Energy recovering device by exhaust gas turbine |
| GB0624599D0 (en) | 2006-12-09 | 2007-01-17 | Aeristech Ltd | Engine induction system |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5789828U (en) * | 1980-11-21 | 1982-06-02 |
-
1982
- 1982-07-26 JP JP57130074A patent/JPS5920526A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5920526A (en) | 1984-02-02 |
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