JP2003056310A - ハイブリッドエンジン、ハイブリッドパワーシステム、ハイブリッド車両およびハイブリッド車両の駆動方法 - Google Patents
ハイブリッドエンジン、ハイブリッドパワーシステム、ハイブリッド車両およびハイブリッド車両の駆動方法Info
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- JP2003056310A JP2003056310A JP2001278841A JP2001278841A JP2003056310A JP 2003056310 A JP2003056310 A JP 2003056310A JP 2001278841 A JP2001278841 A JP 2001278841A JP 2001278841 A JP2001278841 A JP 2001278841A JP 2003056310 A JP2003056310 A JP 2003056310A
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- 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
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/62—Hybrid vehicles
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】小型高性能、構造簡単、低コスト、低燃費、低
公害のハイブリッドエンジン、ハイブリッドパワーシス
テムおよびハイブリッド車輌ならびにハイブリッド車輌
の駆動方法を提供することを目的とする。 【構成】ハイブリッドエンジン10がコンプレッサ24
と、給水部15と、水蒸気爆発部16と、燃焼器18
と、フライホイールタービン20とを備え、水蒸気爆発
部16で作動水をアークと接触させて水蒸気爆発させ、
一方、圧縮空気と燃料との燃焼により燃焼器18で動力
ガスを発生させ、フライホイールタービンに水蒸気爆発
部と燃焼器とを接続して機械出力を得、この機械出力に
より推進装置52、56を駆動させるようにしたもので
ある。ハイブリッド車輌の運転パラメータによりコント
ローラ57で水蒸気爆発部16と燃料供給部の作動を選
択的に制御可能とし、低燃費と低公害化とを両立させる
ようにしたものである。
公害のハイブリッドエンジン、ハイブリッドパワーシス
テムおよびハイブリッド車輌ならびにハイブリッド車輌
の駆動方法を提供することを目的とする。 【構成】ハイブリッドエンジン10がコンプレッサ24
と、給水部15と、水蒸気爆発部16と、燃焼器18
と、フライホイールタービン20とを備え、水蒸気爆発
部16で作動水をアークと接触させて水蒸気爆発させ、
一方、圧縮空気と燃料との燃焼により燃焼器18で動力
ガスを発生させ、フライホイールタービンに水蒸気爆発
部と燃焼器とを接続して機械出力を得、この機械出力に
より推進装置52、56を駆動させるようにしたもので
ある。ハイブリッド車輌の運転パラメータによりコント
ローラ57で水蒸気爆発部16と燃料供給部の作動を選
択的に制御可能とし、低燃費と低公害化とを両立させる
ようにしたものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はハイブリッドエンジ
ン、ハイブリッドパワーシステム、ハイブリッド車両お
よびハイブリッド車両の駆動方法に関する。
ン、ハイブリッドパワーシステム、ハイブリッド車両お
よびハイブリッド車両の駆動方法に関する。
【0002】
【従来技術】近年、石油資源の枯渇化、自動車、船舶、
航空機、工場および発電プラント等における排ガスによ
る大気汚染ならびに地球温暖化防止が深刻な問題とな
り、その有効な1つの手段として、ハイブリッド車両の
研究開発が活発化している。
航空機、工場および発電プラント等における排ガスによ
る大気汚染ならびに地球温暖化防止が深刻な問題とな
り、その有効な1つの手段として、ハイブリッド車両の
研究開発が活発化している。
【0003】米国特許第5,495,906号および同
第5,722,502号には内燃機関で発生する動力の
一部で発電機を駆動して電力を発生させ、これによりバ
ッテリを充電させ、内燃機関と電動モータにより車両の
前後輪を駆動するようにしたハイブリッド車両が提案さ
れている。
第5,722,502号には内燃機関で発生する動力の
一部で発電機を駆動して電力を発生させ、これによりバ
ッテリを充電させ、内燃機関と電動モータにより車両の
前後輪を駆動するようにしたハイブリッド車両が提案さ
れている。
【0004】米国特許第6,048,289号、同第
6,059,064号、6,119,799号および同
第6,209,672号には内燃機関と電動モータとを
組み合わせたハイブリッド車両が提案されている。
6,059,064号、6,119,799号および同
第6,209,672号には内燃機関と電動モータとを
組み合わせたハイブリッド車両が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のハイブリッド車
両では大型の内燃機関と電動モータとをそれぞれ互いに
独立した構造の動力発生部を構成しているため、必然的
に動力発生部の構造が大型化して製造コストも高くな
り、ハイブリッドパワーシステムを小形高性能化するこ
とが困難であった。しかも、ハイブリッド車輌において
は内燃機関自体の運転時間比率が高いため、効率的に車
輌の燃費を改善し、同時に排ガスを低減する事は困難で
あった。
両では大型の内燃機関と電動モータとをそれぞれ互いに
独立した構造の動力発生部を構成しているため、必然的
に動力発生部の構造が大型化して製造コストも高くな
り、ハイブリッドパワーシステムを小形高性能化するこ
とが困難であった。しかも、ハイブリッド車輌において
は内燃機関自体の運転時間比率が高いため、効率的に車
輌の燃費を改善し、同時に排ガスを低減する事は困難で
あった。
【0006】本発明は小型高性能で、高効率、コンパク
ト、低コスト、低燃費、低公害のハイブリッドエンジ
ン、ハイブリッドパワーシステムおよびハイブッリド車
輌ならびにハイブリッド車両の駆動方法を提供すること
を目的とする。
ト、低コスト、低燃費、低公害のハイブリッドエンジ
ン、ハイブリッドパワーシステムおよびハイブッリド車
輌ならびにハイブリッド車両の駆動方法を提供すること
を目的とする。
【0007】
【問題を解決するための手段】本願第1の発明のハイブ
リッドエンジンは、燃料を供給する燃料供給部と、圧縮
空気を供給するするコンプレッサと、作動水を供給する
給水部と、前記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発
により高温高圧水蒸気を発生させる水蒸気爆発部と、前
記水蒸気爆発部にアーク電力を供給するアーク電源と、
前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の動力
ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前記燃
焼器に連通していて出力軸に動力を発生させるタービン
と、前記燃料供給部と前記アーク電源の作動を選択的に
制御するコントローラと、前記燃料供給部と前記アーク
電源の作動を選択的に制御するコントローラとを備えた
ものである。
リッドエンジンは、燃料を供給する燃料供給部と、圧縮
空気を供給するするコンプレッサと、作動水を供給する
給水部と、前記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発
により高温高圧水蒸気を発生させる水蒸気爆発部と、前
記水蒸気爆発部にアーク電力を供給するアーク電源と、
前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の動力
ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前記燃
焼器に連通していて出力軸に動力を発生させるタービン
と、前記燃料供給部と前記アーク電源の作動を選択的に
制御するコントローラと、前記燃料供給部と前記アーク
電源の作動を選択的に制御するコントローラとを備えた
ものである。
【0008】本願第2の発明のハイブリッドエンジン
は、前記水蒸気爆発部が給水部に連通するアーク反応室
と、アーク反応室内に配置されていてアーク電源に接続
されたアーク電極と、アーク電極に隣接してアーク反応
室に配置されていて作動水を通過させるための微小アー
ク通路を有する微小アーク発生部を備えるものである。
は、前記水蒸気爆発部が給水部に連通するアーク反応室
と、アーク反応室内に配置されていてアーク電源に接続
されたアーク電極と、アーク電極に隣接してアーク反応
室に配置されていて作動水を通過させるための微小アー
ク通路を有する微小アーク発生部を備えるものである。
【0009】本願第3の発明のハイブリッドエンジン
は、前記タービンが前記水蒸気と前記動力ガスの圧力エ
ネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイー
ルからなるものである。
は、前記タービンが前記水蒸気と前記動力ガスの圧力エ
ネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイー
ルからなるものである。
【0010】本願第4の発明のハイブリッドエンジン
は、さらに、前記コンプレッサと前記タービンとを互い
に隣接して収納したエンジンハウジングを備え、前記燃
焼器と前記水蒸気爆発部が互いに隣接して前記エンジン
ハウジングに形成されていて、前記エンジンハウジング
が前記コンプレッサと前記燃焼器とを連通させる圧縮空
気通路と、前記水蒸気爆発部と前記燃焼器とを前記ター
ビンに連結するジェット通路とを備えるものである。
は、さらに、前記コンプレッサと前記タービンとを互い
に隣接して収納したエンジンハウジングを備え、前記燃
焼器と前記水蒸気爆発部が互いに隣接して前記エンジン
ハウジングに形成されていて、前記エンジンハウジング
が前記コンプレッサと前記燃焼器とを連通させる圧縮空
気通路と、前記水蒸気爆発部と前記燃焼器とを前記ター
ビンに連結するジェット通路とを備えるものである。
【0011】本願第5の発明のハイブリッドエンジン
は、燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を供給する
するコンプレッサと、作動水を供給する給水部と、前記
作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高圧
水蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気爆発部
と、前記アーク電極にアーク電力を供給するアーク電源
と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の
動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前
記燃焼部とに連通するフライホイールタービンと、前記
燃料供給部と前記アーク電源とを間欠的に作動させるコ
ントローラとを備え、前記フライホイールタービンが前
記水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネル
ギーとして蓄積するものである。
は、燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を供給する
するコンプレッサと、作動水を供給する給水部と、前記
作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高圧
水蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気爆発部
と、前記アーク電極にアーク電力を供給するアーク電源
と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の
動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前
記燃焼部とに連通するフライホイールタービンと、前記
燃料供給部と前記アーク電源とを間欠的に作動させるコ
ントローラとを備え、前記フライホイールタービンが前
記水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネル
ギーとして蓄積するものである。
【0012】本願第6発明のハイブリッドパワーシステ
ムは、燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を供給す
るコンプレッサと、作動水を供給する給水部と、前記作
動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高圧水
蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気爆発部と、
前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の動力
ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前記燃
焼器とに連通していて出力軸に動力を発生させるフライ
ホイールタービンと、前記出力軸により駆動されて交流
出力を発生する交流発電機と、交流出力を直流出力に変
換する整流器と、整流器に接続されて直流出力を充電す
るバッテリと、前記バッテリに接続されてアーク電力を
前記アーク電極に供給するアーク電源と、前記燃料供給
部と前記アーク電源の作動を間欠制御するコントローラ
とを備え、前記フライホイールタービンが前記水蒸気と
前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとして
蓄積するものである。
ムは、燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を供給す
るコンプレッサと、作動水を供給する給水部と、前記作
動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高圧水
蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気爆発部と、
前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の動力
ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前記燃
焼器とに連通していて出力軸に動力を発生させるフライ
ホイールタービンと、前記出力軸により駆動されて交流
出力を発生する交流発電機と、交流出力を直流出力に変
換する整流器と、整流器に接続されて直流出力を充電す
るバッテリと、前記バッテリに接続されてアーク電力を
前記アーク電極に供給するアーク電源と、前記燃料供給
部と前記アーク電源の作動を間欠制御するコントローラ
とを備え、前記フライホイールタービンが前記水蒸気と
前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとして
蓄積するものである。
【0013】本願第7の発明のハイブリッド車輌は、車
輌本体と、前記車輌本体に搭載されたハイブリッドパワ
ーシステムと、前記ハイブリッドパワーシステムにより
駆動される推進装置とを備え、前記ハイブリッドパワー
システムが燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を供
給するコンプレッサと、作動水を供給する給水部と、前
記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高
圧水蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気爆発部
と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の
動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前
記燃焼器とに連通していて出力軸に動力を発生させるフ
ライホイールタービンと、前記出力軸により駆動されて
交流出力を発生する交流発電機と、交流出力を直流出力
に変換する整流器と、整流器に接続されて直流出力を充
電するバッテリと、バッテリに接続されてアーク電力を
前記アーク電極に供給するアーク電源と、前記燃料供給
部と前記アーク電源の作動を間欠制御するコントローラ
とを備え、前記フライホイールタービンが前記水蒸気と
前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとして
蓄積するものである。
輌本体と、前記車輌本体に搭載されたハイブリッドパワ
ーシステムと、前記ハイブリッドパワーシステムにより
駆動される推進装置とを備え、前記ハイブリッドパワー
システムが燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を供
給するコンプレッサと、作動水を供給する給水部と、前
記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高
圧水蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気爆発部
と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の
動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前
記燃焼器とに連通していて出力軸に動力を発生させるフ
ライホイールタービンと、前記出力軸により駆動されて
交流出力を発生する交流発電機と、交流出力を直流出力
に変換する整流器と、整流器に接続されて直流出力を充
電するバッテリと、バッテリに接続されてアーク電力を
前記アーク電極に供給するアーク電源と、前記燃料供給
部と前記アーク電源の作動を間欠制御するコントローラ
とを備え、前記フライホイールタービンが前記水蒸気と
前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとして
蓄積するものである。
【0014】本願第8の発明のハイブリッド車輌は、前
記バッテリーおよび前記整流器の接続部に接続されて直
流出力と交流出力との間で変換するパワーコンバータ
と、前記パワーコンバータに接続されて前記推進装置を
駆動するとともに減速エネルギーを回生電力として回収
するモータ/発電機とを備えるものである。
記バッテリーおよび前記整流器の接続部に接続されて直
流出力と交流出力との間で変換するパワーコンバータ
と、前記パワーコンバータに接続されて前記推進装置を
駆動するとともに減速エネルギーを回生電力として回収
するモータ/発電機とを備えるものである。
【0015】本願第9の発明のハイブリッド車輌は、前
記フライホイールタービンの膨張ガスから凝縮水を得る
凝縮器と、前記凝縮水を水蒸気爆発部に循環させるリサ
イクルラインを備えるものである。
記フライホイールタービンの膨張ガスから凝縮水を得る
凝縮器と、前記凝縮水を水蒸気爆発部に循環させるリサ
イクルラインを備えるものである。
【0016】本願第10の発明のハイブリッド車輌は、
前記出力軸が前記推進装置に連結され、前記推進装置が
前記フライホイールタービンと前記モータ/発電機によ
り駆動されるものである。
前記出力軸が前記推進装置に連結され、前記推進装置が
前記フライホイールタービンと前記モータ/発電機によ
り駆動されるものである。
【0017】本願第11の発明のハイブリッド車輌は、
アクセルの変位量に応じた電気信号を出力するアクセル
センサと、前記ハイブリッド車輌の速度に応じた電気信
号を出力するスピードセンサと、前記ハイブリッド車輌
の減速状態を検出して電気信号を出力する減速センサと
を備え、前記コントローラが前記電気信号に応答して前
記燃焼器及び前記水蒸気爆発部の作動を選択的に制御す
るものである。
アクセルの変位量に応じた電気信号を出力するアクセル
センサと、前記ハイブリッド車輌の速度に応じた電気信
号を出力するスピードセンサと、前記ハイブリッド車輌
の減速状態を検出して電気信号を出力する減速センサと
を備え、前記コントローラが前記電気信号に応答して前
記燃焼器及び前記水蒸気爆発部の作動を選択的に制御す
るものである。
【0018】本願第12の発明のハイブリッド車輌駆動
方法は、ハイブリッド車輌の駆動方法において、(a)
コンプレッサ及びフライホイールタービンを準備する工
程と、(b)前記コンプレッサから供給される圧縮空気
と燃料との混合物を燃焼させることにより動力ガスを生
成する工程と、(c)作動水をアークと接触させて水蒸
気爆発による高温高圧水蒸気を生成する工程と、(d)
前記動力ガスと前記水蒸気とを前記フライホイールター
ビンに供給して膨張させることにより機械出力を発生さ
せる工程と、(e)前記フライホイールタービンに前記
水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギ
ーとして蓄積させる工程と、(f)前記蓄積した回転エ
ネルギーにより前記ハイブリッド車輌を推進させる工程
と、(g)前記工程(b)と前記工程(c)とをコント
ローラにより間欠的に制御する工程とを備えるものであ
る。
方法は、ハイブリッド車輌の駆動方法において、(a)
コンプレッサ及びフライホイールタービンを準備する工
程と、(b)前記コンプレッサから供給される圧縮空気
と燃料との混合物を燃焼させることにより動力ガスを生
成する工程と、(c)作動水をアークと接触させて水蒸
気爆発による高温高圧水蒸気を生成する工程と、(d)
前記動力ガスと前記水蒸気とを前記フライホイールター
ビンに供給して膨張させることにより機械出力を発生さ
せる工程と、(e)前記フライホイールタービンに前記
水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギ
ーとして蓄積させる工程と、(f)前記蓄積した回転エ
ネルギーにより前記ハイブリッド車輌を推進させる工程
と、(g)前記工程(b)と前記工程(c)とをコント
ローラにより間欠的に制御する工程とを備えるものであ
る。
【0019】本願第13の発明のハイブリッド車輌の駆
動方法は、(h)前記ハイブリッド車輌の運転パラメー
タを検出して電気信号を出力させる工程と、(i)前記
電気信号に応じて前記コントローラにより前記工程
(g)を実行する工程とを備えるものである。
動方法は、(h)前記ハイブリッド車輌の運転パラメー
タを検出して電気信号を出力させる工程と、(i)前記
電気信号に応じて前記コントローラにより前記工程
(g)を実行する工程とを備えるものである。
【0020】
【発明の効果】請求項1のハイブリッドエンジンでは、
作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高圧
水蒸気を発生させる水蒸気爆発部と、圧縮空気と燃料と
を燃焼させて動力ガスを発生させる燃焼器とを備え、フ
ライホイールタービンに水蒸気爆発部と燃焼器とを連通
させ水蒸気と動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギ
ーとして蓄積することにより、動力発生機構のコンパク
ト化を実現し、同時にハイブリッドエンジンの小型軽量
化と、高性能化ならびに低コスト化を実現可能としたも
のである。しかも、水蒸気爆発による水蒸気の圧力は極
めて高圧となり、これをフライホイールで蓄積すること
で、コントローラによる水蒸気爆発部と燃焼器の間欠作
動を可能とし、大幅な低燃費化と低公害化とを両立させ
たものである。
作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温高圧
水蒸気を発生させる水蒸気爆発部と、圧縮空気と燃料と
を燃焼させて動力ガスを発生させる燃焼器とを備え、フ
ライホイールタービンに水蒸気爆発部と燃焼器とを連通
させ水蒸気と動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギ
ーとして蓄積することにより、動力発生機構のコンパク
ト化を実現し、同時にハイブリッドエンジンの小型軽量
化と、高性能化ならびに低コスト化を実現可能としたも
のである。しかも、水蒸気爆発による水蒸気の圧力は極
めて高圧となり、これをフライホイールで蓄積すること
で、コントローラによる水蒸気爆発部と燃焼器の間欠作
動を可能とし、大幅な低燃費化と低公害化とを両立させ
たものである。
【0021】請求項2のハイブリッドエンジンでは、水
蒸気爆発部をアーク反応室と、アーク反応室内に配置さ
れていて作動水を通過させるための微小アーク通路を形
成する微小アーク発生部とにより構成したため、作動水
とアークとの接触効率が高くなり、単位電気エネルギー
当たりの高圧水蒸気の発生効率が著しく向上し、エンジ
ンの出力効率が上昇する。
蒸気爆発部をアーク反応室と、アーク反応室内に配置さ
れていて作動水を通過させるための微小アーク通路を形
成する微小アーク発生部とにより構成したため、作動水
とアークとの接触効率が高くなり、単位電気エネルギー
当たりの高圧水蒸気の発生効率が著しく向上し、エンジ
ンの出力効率が上昇する。
【0022】請求項3のハイブリッドエンジンでは、フ
ライホイールタービンに水蒸気と動力ガスの圧力エネル
ギーと回転エネルギーとして蓄積することにより、燃焼
器の作動時間を大幅に短縮させてエンジンの燃費改善と
排ガスの大幅な削減を実施可能とするものである。
ライホイールタービンに水蒸気と動力ガスの圧力エネル
ギーと回転エネルギーとして蓄積することにより、燃焼
器の作動時間を大幅に短縮させてエンジンの燃費改善と
排ガスの大幅な削減を実施可能とするものである。
【0023】請求項4のハイブリッドエンジンでは、コ
ンプレッサとフライホイールタービンとを収納したエン
ジンハウジング内に燃焼器と水蒸気爆発部とを互いに隣
接して収納する構造を採用し、エンジンハウジング内に
ジェット通路を形成することで流路抵抗を少なくし、ハ
イブリッドエンジンの運転効率を改善するとともにエン
ジンの構造上の簡素化と生産性とを向上させたものであ
る。
ンプレッサとフライホイールタービンとを収納したエン
ジンハウジング内に燃焼器と水蒸気爆発部とを互いに隣
接して収納する構造を採用し、エンジンハウジング内に
ジェット通路を形成することで流路抵抗を少なくし、ハ
イブリッドエンジンの運転効率を改善するとともにエン
ジンの構造上の簡素化と生産性とを向上させたものであ
る。
【0024】請求項5のハイブリッドエンジンでは、フ
ライホイールタービンにより、高温高圧の水蒸気と動力
ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとして蓄積する
ことにより、燃焼器の作動時間を少なくして、より一層
の低燃費化と低公害化とを両立させるようにしたもので
ある。
ライホイールタービンにより、高温高圧の水蒸気と動力
ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとして蓄積する
ことにより、燃焼器の作動時間を少なくして、より一層
の低燃費化と低公害化とを両立させるようにしたもので
ある。
【0025】請求項6のハイブリッドパワーシステムで
は、高温高圧水蒸気と動力ガスをそれぞれタービンによ
り膨張させて出力軸に動力を発生させて交流発電機を駆
動し、交流出力を整流器で直流出力に変換してバッテリ
に充電し、バッテリにアーク電源を接続するようにした
ため、ハイブリッドパワーシステムの高出力化と、小型
軽量化と、低コスト化とが図れる。
は、高温高圧水蒸気と動力ガスをそれぞれタービンによ
り膨張させて出力軸に動力を発生させて交流発電機を駆
動し、交流出力を整流器で直流出力に変換してバッテリ
に充電し、バッテリにアーク電源を接続するようにした
ため、ハイブリッドパワーシステムの高出力化と、小型
軽量化と、低コスト化とが図れる。
【0026】請求項7のハイブリッド車輌では、高温高
圧水蒸気と動力ガスをフライホイールタービンにより膨
張させて出力軸に動力を発生させて交流発電機を駆動
し、交流出力を整流器で直流出力に変換してバッテリに
充電し、バッテリにアーク電源を接続することにより、
バッテリの小型化と低コスト化を図ることができる。
圧水蒸気と動力ガスをフライホイールタービンにより膨
張させて出力軸に動力を発生させて交流発電機を駆動
し、交流出力を整流器で直流出力に変換してバッテリに
充電し、バッテリにアーク電源を接続することにより、
バッテリの小型化と低コスト化を図ることができる。
【0027】請求項8のハイブリッド車輌では、バッテ
リと整流器の接続部にパワーコンバータを介してモータ
/発電機とを接続することにより、ハイブリッド車輌の
高性能化と低コスト化とを実現可能としたものである。
リと整流器の接続部にパワーコンバータを介してモータ
/発電機とを接続することにより、ハイブリッド車輌の
高性能化と低コスト化とを実現可能としたものである。
【0028】請求項9のハイブリッド車輌では、タービ
ンの膨張ガスを冷却して凝縮水を生成し、この凝縮水を
水蒸気爆発部に循環させるようにしたため、単位給水量
当たりの走行距離を大幅に延ばすことができ、給水タン
クも小型化できる。
ンの膨張ガスを冷却して凝縮水を生成し、この凝縮水を
水蒸気爆発部に循環させるようにしたため、単位給水量
当たりの走行距離を大幅に延ばすことができ、給水タン
クも小型化できる。
【0029】請求項10のハイブリッド車輌では、さら
に、推進装置がフライホイールタービンとモータ/発電
機により駆動されるようにしたため、車輌の走行状態に
合わせて効率的に推進できる。
に、推進装置がフライホイールタービンとモータ/発電
機により駆動されるようにしたため、車輌の走行状態に
合わせて効率的に推進できる。
【0030】請求項11のハイブリッド車輌では、さら
に、車輌の運転パラメータを検出して電気信号を出力
し、コントローラにより電気信号に応答して、燃焼器及
び水蒸気爆発部を選択的に制御するようにしたため、ハ
イブリッド車輌の低燃費化と高効率運転が可能となる。
に、車輌の運転パラメータを検出して電気信号を出力
し、コントローラにより電気信号に応答して、燃焼器及
び水蒸気爆発部を選択的に制御するようにしたため、ハ
イブリッド車輌の低燃費化と高効率運転が可能となる。
【0031】請求項12のハイブリッド車輌駆動方法で
は、水蒸気爆発により高温高圧水蒸気を生成するととも
に圧縮空気と燃料との燃焼とにより動力ガスを生成し、
共通のタービンで水蒸気と動力ガスとを膨張させるとと
もにこれらの圧力エネルギーを回転エネルギーとしてフ
ライホイールタービンに蓄積するようにしたことで、ハ
イブリッド車輌の高出力化を可能とし、同時に、低燃費
化と低公害化との実現を可能としたものである。
は、水蒸気爆発により高温高圧水蒸気を生成するととも
に圧縮空気と燃料との燃焼とにより動力ガスを生成し、
共通のタービンで水蒸気と動力ガスとを膨張させるとと
もにこれらの圧力エネルギーを回転エネルギーとしてフ
ライホイールタービンに蓄積するようにしたことで、ハ
イブリッド車輌の高出力化を可能とし、同時に、低燃費
化と低公害化との実現を可能としたものである。
【0032】請求項13のハイブリッド車輌の駆動方法
では、ハイブリッド車輌の運転パラメータに応じて動力
ガスを生成する工程と高温高圧水蒸気を生成する工程と
を選択的に制御する工程とを備えることで、ハイブリッ
ド車輌の高効率運転を可能とする。
では、ハイブリッド車輌の運転パラメータに応じて動力
ガスを生成する工程と高温高圧水蒸気を生成する工程と
を選択的に制御する工程とを備えることで、ハイブリッ
ド車輌の高効率運転を可能とする。
【0033】
【発明の実施の形態】図1によれば、本発明の望ましい
実施例のハイブリッドエンジン10を有するハイブリッ
ドパワーシステム12を搭載した車輌本体14aを有す
るハイブリッド車輌14のブロック図が示される。ハイ
ブリッドエンジン10は給水タンク11および給水ポン
プ13から作動水を供給する給水部15と、逆止弁V
と、作動水とアークとを接触させて水蒸気爆発を行わせ
る水蒸気爆発部16と、圧縮空気と燃料との混合気を爆
発燃焼させて高温高圧の動力ガスを生成する燃焼器18
と、燃料噴射弁18aと、ガソリン、軽油、天然ガス、
LPG等の炭化水素燃料、水素燃料等の燃料を燃料タン
ク(図示せず)から供給する燃料ポンプ19と、高温高
圧の水蒸気と動力ガスを膨張させ、かつ、これらの圧力
エネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイ
ールタービン20と、膨張ガスを冷却して排ガス成分G
と凝縮水とを分離する凝縮器21と、凝縮水を給水ポン
プ13を介して水蒸気爆発部16に循環するリサイクル
ライン22と、凝縮器21に冷却水を循環させる循環ポ
ンプPと、冷却水を生成するラジエータ23と、タービ
ン20に結合されて圧縮空気を燃焼器18に供給するコ
ンプレッサ24とを備える。燃料供給部は燃料ポンプ1
9から構成され、あるいは燃料タンクと燃料ポンプ19
との間に配置された開閉弁(図示せず)から構成され、
後述のごとく、制御信号により燃焼器18への燃料の供
給をオンオフ制御するものである。給水ポンプ13はコ
ンプレッサ24と同様にフライホイールタービン20に
連結されてこれにより駆動されてもよい。給水タンク1
1の作動水には望ましくは重量比で3〜7%のNaO
H、KOH等のアルカリ剤もしくは酢酸等のイオン化剤
が添加されて導電性が付与される。
実施例のハイブリッドエンジン10を有するハイブリッ
ドパワーシステム12を搭載した車輌本体14aを有す
るハイブリッド車輌14のブロック図が示される。ハイ
ブリッドエンジン10は給水タンク11および給水ポン
プ13から作動水を供給する給水部15と、逆止弁V
と、作動水とアークとを接触させて水蒸気爆発を行わせ
る水蒸気爆発部16と、圧縮空気と燃料との混合気を爆
発燃焼させて高温高圧の動力ガスを生成する燃焼器18
と、燃料噴射弁18aと、ガソリン、軽油、天然ガス、
LPG等の炭化水素燃料、水素燃料等の燃料を燃料タン
ク(図示せず)から供給する燃料ポンプ19と、高温高
圧の水蒸気と動力ガスを膨張させ、かつ、これらの圧力
エネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイ
ールタービン20と、膨張ガスを冷却して排ガス成分G
と凝縮水とを分離する凝縮器21と、凝縮水を給水ポン
プ13を介して水蒸気爆発部16に循環するリサイクル
ライン22と、凝縮器21に冷却水を循環させる循環ポ
ンプPと、冷却水を生成するラジエータ23と、タービ
ン20に結合されて圧縮空気を燃焼器18に供給するコ
ンプレッサ24とを備える。燃料供給部は燃料ポンプ1
9から構成され、あるいは燃料タンクと燃料ポンプ19
との間に配置された開閉弁(図示せず)から構成され、
後述のごとく、制御信号により燃焼器18への燃料の供
給をオンオフ制御するものである。給水ポンプ13はコ
ンプレッサ24と同様にフライホイールタービン20に
連結されてこれにより駆動されてもよい。給水タンク1
1の作動水には望ましくは重量比で3〜7%のNaO
H、KOH等のアルカリ剤もしくは酢酸等のイオン化剤
が添加されて導電性が付与される。
【0034】フライホイールタービン20の出力軸34
には交流発電機30が連結されて、交流出力が発生され
る。交流出力は整流器44で直流変換され、バッテリ4
6に充電される。整流器44とバッテリ46との接続部
にはパワーコンバータ48を介してモータ/発電機50
が接続される。パワーコンバータ48は公知のインバー
タ/コンバータからなるもので整流器44またはバッテ
リ46の直流出力を交流出力に変換してモータ/発電機
50を駆動して後輪からなる推進装置52を駆動する。
車輌14の減速時にはモータ/発電機50で発生したブ
レーキ回生電力はパーワーコンバータ48で直流変換さ
れてバッテリ46に充電される。なお、車輌14の加速
時にはモータ/発電機50に整流器44とバッテリ46
の双方の電力が供給され、パーワーアップされる。バッ
テリ46にはアーク電源28が接続され、直流出力を3
相交流出力に変換してアーク電力を水蒸気爆発部16に
供給する。アーク電源28はコンデンサおよび切換回路
からなる公知の昇圧回路、インバータならびに変圧器か
らなり、出力電圧50〜240V,出力周波数15〜6
0Hzの三相交流出力を水蒸気爆発部18に供給する。
燃焼器18は点火プラグ18aを備える。タービン20
の出力軸34は減速機54を介して前輪からなる推進装
置56に直接駆動力を伝達するように連結される。
には交流発電機30が連結されて、交流出力が発生され
る。交流出力は整流器44で直流変換され、バッテリ4
6に充電される。整流器44とバッテリ46との接続部
にはパワーコンバータ48を介してモータ/発電機50
が接続される。パワーコンバータ48は公知のインバー
タ/コンバータからなるもので整流器44またはバッテ
リ46の直流出力を交流出力に変換してモータ/発電機
50を駆動して後輪からなる推進装置52を駆動する。
車輌14の減速時にはモータ/発電機50で発生したブ
レーキ回生電力はパーワーコンバータ48で直流変換さ
れてバッテリ46に充電される。なお、車輌14の加速
時にはモータ/発電機50に整流器44とバッテリ46
の双方の電力が供給され、パーワーアップされる。バッ
テリ46にはアーク電源28が接続され、直流出力を3
相交流出力に変換してアーク電力を水蒸気爆発部16に
供給する。アーク電源28はコンデンサおよび切換回路
からなる公知の昇圧回路、インバータならびに変圧器か
らなり、出力電圧50〜240V,出力周波数15〜6
0Hzの三相交流出力を水蒸気爆発部18に供給する。
燃焼器18は点火プラグ18aを備える。タービン20
の出力軸34は減速機54を介して前輪からなる推進装
置56に直接駆動力を伝達するように連結される。
【0035】ハイブリッドエンジン10はさらにコント
ローラ57と、ハイブリッド車輌の運転パラメータ検出
用として、アクセルペダル58の変位量に応じて電気信
号を出力するアクセルセンサ58aと、車速に応じた電
気信号を出力するスピードセンサS1と、減速状態を検
出して電気信号を出力する減速センサS2とを備える。
コントローラ57はアクセルセンサ58a、スピードセ
ンサS1および減速センサS2からの入力信号に応答し
て制御信号57a〜57eを出力する。制御信号57a
は点火プラグ18bをオンオフ制御するもので、燃焼器
18を作動させるときは点火プラグ18bをオンとし、
作動を停止するときは点火プラグ18bをオフとする。
制御信号57bはアーク電源28をオンオフ制御するも
ので、水蒸気爆発部16を作動させるときはアーク電源
28をオンとし、その作動を停止するときはアーク電源
28をオフとする。図示していないが、このときコント
ローラから57から制御信号を出力して、アーク電源2
8に同期させて給水ポンプ13をオンオフ制御してもよ
い。制御信号57cは燃料供給部の燃料ポンプ19をオ
ンオフ制御するもので、燃焼器18を作動させるときは
燃料ポンプ19をオンとし、逆に作動を停止するときは
燃料ポンプ19をオフにする。制御信号57d,57e
はそれぞれパワーコンバータ48およびモータ/発電機
50を通常走行モードと減速走行モードに機能を切り替
えるように制御する。1例として、発進時/軽負荷時に
は水蒸気爆発部16のみを駆動して水蒸気によりフライ
ホイールタービン20を作動させ、ハイブリッド車両1
4の通常走行時には燃焼器18および燃料ポンプ19を
駆動して動力ガスのみによりフライホイールタービン2
0を作動させ、全開加速時には水蒸気爆発部16と燃焼
器18とを同時に駆動してフライホイールタービン20
の機械出力を増大させる。減速時にはコントローラ57
の制御信号57a〜57cをオフにして水蒸気爆発部1
6および燃焼器18の作動を停止する一方、制御信号5
7d、57eによりモータ/発電機50を交流発電機と
して機能させるとともにパワーコンバータ48をA/D
コンバータとして機能させる。このとき、減速エネルギ
ーで発電してこれを回生電力として回収してバッテリ4
6に充電させるようにハイブリッドエンジン10を制御
する。さらに、全開加速時にはモータ/発電機50に整
流器44とバッテリー46の両方の電力を供給すること
により、さらに出力アップが図れる。
ローラ57と、ハイブリッド車輌の運転パラメータ検出
用として、アクセルペダル58の変位量に応じて電気信
号を出力するアクセルセンサ58aと、車速に応じた電
気信号を出力するスピードセンサS1と、減速状態を検
出して電気信号を出力する減速センサS2とを備える。
コントローラ57はアクセルセンサ58a、スピードセ
ンサS1および減速センサS2からの入力信号に応答し
て制御信号57a〜57eを出力する。制御信号57a
は点火プラグ18bをオンオフ制御するもので、燃焼器
18を作動させるときは点火プラグ18bをオンとし、
作動を停止するときは点火プラグ18bをオフとする。
制御信号57bはアーク電源28をオンオフ制御するも
ので、水蒸気爆発部16を作動させるときはアーク電源
28をオンとし、その作動を停止するときはアーク電源
28をオフとする。図示していないが、このときコント
ローラから57から制御信号を出力して、アーク電源2
8に同期させて給水ポンプ13をオンオフ制御してもよ
い。制御信号57cは燃料供給部の燃料ポンプ19をオ
ンオフ制御するもので、燃焼器18を作動させるときは
燃料ポンプ19をオンとし、逆に作動を停止するときは
燃料ポンプ19をオフにする。制御信号57d,57e
はそれぞれパワーコンバータ48およびモータ/発電機
50を通常走行モードと減速走行モードに機能を切り替
えるように制御する。1例として、発進時/軽負荷時に
は水蒸気爆発部16のみを駆動して水蒸気によりフライ
ホイールタービン20を作動させ、ハイブリッド車両1
4の通常走行時には燃焼器18および燃料ポンプ19を
駆動して動力ガスのみによりフライホイールタービン2
0を作動させ、全開加速時には水蒸気爆発部16と燃焼
器18とを同時に駆動してフライホイールタービン20
の機械出力を増大させる。減速時にはコントローラ57
の制御信号57a〜57cをオフにして水蒸気爆発部1
6および燃焼器18の作動を停止する一方、制御信号5
7d、57eによりモータ/発電機50を交流発電機と
して機能させるとともにパワーコンバータ48をA/D
コンバータとして機能させる。このとき、減速エネルギ
ーで発電してこれを回生電力として回収してバッテリ4
6に充電させるようにハイブリッドエンジン10を制御
する。さらに、全開加速時にはモータ/発電機50に整
流器44とバッテリー46の両方の電力を供給すること
により、さらに出力アップが図れる。
【0036】図2〜図5はハイブリッドエンジン10の
具体的構造を示す。ハイブリッドエンジン10は第1〜
第3ゾーン60,62,64を有するタービンハウジン
グ66を備える。タービンハウジング66は外筒68
と、内筒70と、フロントエンドプレート72と、絶縁
性リヤエンドプレート74とを備える。第一ゾーン60
にはアークリアクタからなる水蒸気爆発部16と、燃焼
器18とが収納される。第2ゾーン62内にはコンプレ
ッサ24が配置され、第3ゾーン64内にフライホイー
ルタービン20が収納される。図2、図3から明らかな
ように、第一ゾーン60では水蒸気爆発部16がアーチ
状アーク反応室76とアーチ状の燃焼器18とを有する
絶縁ケーシング78が収納される。絶縁ケーシング78
はアーク反応室76と燃焼器18との中間部に形成され
た空気予熱室80を備える。第一ゾーン60はコンプレ
ッサ24と連通するように外筒68と内筒70との間に
形成された圧縮空気通路82と連通する。燃焼器18は
圧縮空気通路82と隣接して外筒68と内筒70との間
に形成されていてフライホイールタービン20に動力ガ
スを供給するためのジェット通路84と連通する。
具体的構造を示す。ハイブリッドエンジン10は第1〜
第3ゾーン60,62,64を有するタービンハウジン
グ66を備える。タービンハウジング66は外筒68
と、内筒70と、フロントエンドプレート72と、絶縁
性リヤエンドプレート74とを備える。第一ゾーン60
にはアークリアクタからなる水蒸気爆発部16と、燃焼
器18とが収納される。第2ゾーン62内にはコンプレ
ッサ24が配置され、第3ゾーン64内にフライホイー
ルタービン20が収納される。図2、図3から明らかな
ように、第一ゾーン60では水蒸気爆発部16がアーチ
状アーク反応室76とアーチ状の燃焼器18とを有する
絶縁ケーシング78が収納される。絶縁ケーシング78
はアーク反応室76と燃焼器18との中間部に形成され
た空気予熱室80を備える。第一ゾーン60はコンプレ
ッサ24と連通するように外筒68と内筒70との間に
形成された圧縮空気通路82と連通する。燃焼器18は
圧縮空気通路82と隣接して外筒68と内筒70との間
に形成されていてフライホイールタービン20に動力ガ
スを供給するためのジェット通路84と連通する。
【0037】水蒸気爆発部16はアーク反応室76の上
流側に配置された水噴射部85を備え、水噴射部85は
図1の逆止弁Vおよび給水ポンプ13を介して給水タン
ク11から給水される。水噴射部85は複数の水噴射口
85aが形成されていてアーク反応室76の上流側の外
周部、中央部ならびに内壁部近辺に複数の水流を供給す
る。アーク反応室76は微小アーク発生部86を備え
る。微小アーク発生部86はアーク反応室76内に等間
隔で配置されたアーク電極88,90,92からなる多
相交流電極と、アーク電極に対向してアーク反応室76
の底部に固定されて端子93を介してアーク電源28の
中性点に接続され、または接地された円弧状中性電極9
4とを備え、多相交流アーク電極にはアーク電源28か
ら三相交流電力が供給される。
流側に配置された水噴射部85を備え、水噴射部85は
図1の逆止弁Vおよび給水ポンプ13を介して給水タン
ク11から給水される。水噴射部85は複数の水噴射口
85aが形成されていてアーク反応室76の上流側の外
周部、中央部ならびに内壁部近辺に複数の水流を供給す
る。アーク反応室76は微小アーク発生部86を備え
る。微小アーク発生部86はアーク反応室76内に等間
隔で配置されたアーク電極88,90,92からなる多
相交流電極と、アーク電極に対向してアーク反応室76
の底部に固定されて端子93を介してアーク電源28の
中性点に接続され、または接地された円弧状中性電極9
4とを備え、多相交流アーク電極にはアーク電源28か
ら三相交流電力が供給される。
【0038】微小アーク発生部86はさらに望ましくは
タングステン等の耐熱性導体からなる球状電極体96
と、セラミック等の耐熱性の絶縁体98との混合物から
なり、エンジンの出力容量に応じて望ましくは絶縁体お
よび電極体は直径が3〜20mmのボールからなり、そ
の混合比は1:1.5〜1.5:1の範囲に選択され
る。球状電極体96の間には多数の微小アークを均一に
発生させるための微小アーク通路100が形成される。
前述の水はアーク反応室76の上流側の複数方向に噴射
され、アークの高熱により瞬時にスチームとなり、該ス
チームが微小アーク通路100内を通過しながら、その
中でスパークにより発生した2000℃〜2800℃の
微小アークと連続的に接触しながら最大20、000か
ら40,000atmの高温高圧水蒸気が生成される。
タングステン等の耐熱性導体からなる球状電極体96
と、セラミック等の耐熱性の絶縁体98との混合物から
なり、エンジンの出力容量に応じて望ましくは絶縁体お
よび電極体は直径が3〜20mmのボールからなり、そ
の混合比は1:1.5〜1.5:1の範囲に選択され
る。球状電極体96の間には多数の微小アークを均一に
発生させるための微小アーク通路100が形成される。
前述の水はアーク反応室76の上流側の複数方向に噴射
され、アークの高熱により瞬時にスチームとなり、該ス
チームが微小アーク通路100内を通過しながら、その
中でスパークにより発生した2000℃〜2800℃の
微小アークと連続的に接触しながら最大20、000か
ら40,000atmの高温高圧水蒸気が生成される。
【0039】図3より明らかなように、アーク反応室7
6の下流側は高圧水蒸気を燃焼器18を経由してタービ
ンに供給するための複数の開口部104を備える。絶縁
ケーシング78は水噴射部85に隣接した位置に形成さ
れていて水噴射部85に開口する水噴射口102を備
え、給水の一部が予熱室80に噴射され、圧縮空気と混
合される。絶縁ケーシング78は予熱室80から燃焼器
18に圧縮空気と噴射水との混合物を供給するための複
数の噴射口106を備える。燃焼器18には燃料噴射ノ
ズル18aから上述の燃料が供給され、燃料と圧縮空気
との混合気は点火プラグ30(図2参照)により着火さ
れ、爆発燃焼し、このとき水分も高温によりスチームと
なり、高温高圧の動力ガスが生成される。この動力ガス
はジェット通路84からフライホイールタービン20に
供給される。このように、燃焼器18は高圧水蒸気を通
過させる通路としても機能するが、この通路は燃焼器1
8から独立して形成してもよい。
6の下流側は高圧水蒸気を燃焼器18を経由してタービ
ンに供給するための複数の開口部104を備える。絶縁
ケーシング78は水噴射部85に隣接した位置に形成さ
れていて水噴射部85に開口する水噴射口102を備
え、給水の一部が予熱室80に噴射され、圧縮空気と混
合される。絶縁ケーシング78は予熱室80から燃焼器
18に圧縮空気と噴射水との混合物を供給するための複
数の噴射口106を備える。燃焼器18には燃料噴射ノ
ズル18aから上述の燃料が供給され、燃料と圧縮空気
との混合気は点火プラグ30(図2参照)により着火さ
れ、爆発燃焼し、このとき水分も高温によりスチームと
なり、高温高圧の動力ガスが生成される。この動力ガス
はジェット通路84からフライホイールタービン20に
供給される。このように、燃焼器18は高圧水蒸気を通
過させる通路としても機能するが、この通路は燃焼器1
8から独立して形成してもよい。
【0040】図2、図4において、フライホイールター
ビン20は内筒70内に固定支持されたステータ110
と、この中に収納されたフライホイール112とを備え
る。ステータ110は環状ステータリング114と、そ
の中央部から半径方向に延びる円弧状ステータブレード
116とを備える。フライホイール112は第1,第2
フライホイールロータ118,120を備える。図4よ
り明らかなように、ステータ110はそれぞれジェット
通路84と連通するジェットノズル122と、外筒68
と内筒70との間で形成された排気チャンバ124と連
通するアウトレット126とを備える。ジェットノズル
122とアウトレット126との間には仕切り部材12
8がステータリング114から半径方向内側に延びてい
てそれぞれジェットノズル122とアウトレット126
とに対面するジェットストリームガイド面130と、排
気ガイド面132を備える。
ビン20は内筒70内に固定支持されたステータ110
と、この中に収納されたフライホイール112とを備え
る。ステータ110は環状ステータリング114と、そ
の中央部から半径方向に延びる円弧状ステータブレード
116とを備える。フライホイール112は第1,第2
フライホイールロータ118,120を備える。図4よ
り明らかなように、ステータ110はそれぞれジェット
通路84と連通するジェットノズル122と、外筒68
と内筒70との間で形成された排気チャンバ124と連
通するアウトレット126とを備える。ジェットノズル
122とアウトレット126との間には仕切り部材12
8がステータリング114から半径方向内側に延びてい
てそれぞれジェットノズル122とアウトレット126
とに対面するジェットストリームガイド面130と、排
気ガイド面132を備える。
【0041】図2、図4において、フライホイール11
2は第1、第2フライホイールロータ118,120と
の間に形成されていてジェットノズル122とアウトレ
ット126とに連通する環状ジェット通路134を備
え、その中に円弧状ステータブレード116と仕切り部
材128が収納される。図5より明らかなように、ステ
ータブレード116はジェットノズル122に隣接して
ジェット流Sを第1,第2フライホイールロータ11
8,120に偏向させる楔状の偏向ガイド116aと、
周方向に間隔をおいて形成されていてジェット流を周期
的に遮断するためのブレード開閉部116bと、複数の
補助偏向ガイド116cとを備える。ブレード開閉部1
16bは周期的にジェット通路を遮断して、第1、第2
フライホイールロータ118,120にジェット流を激
突停止させて慣性力と反作用による力を生じさせ、トル
クを増大させるようにしたものである。
2は第1、第2フライホイールロータ118,120と
の間に形成されていてジェットノズル122とアウトレ
ット126とに連通する環状ジェット通路134を備
え、その中に円弧状ステータブレード116と仕切り部
材128が収納される。図5より明らかなように、ステ
ータブレード116はジェットノズル122に隣接して
ジェット流Sを第1,第2フライホイールロータ11
8,120に偏向させる楔状の偏向ガイド116aと、
周方向に間隔をおいて形成されていてジェット流を周期
的に遮断するためのブレード開閉部116bと、複数の
補助偏向ガイド116cとを備える。ブレード開閉部1
16bは周期的にジェット通路を遮断して、第1、第2
フライホイールロータ118,120にジェット流を激
突停止させて慣性力と反作用による力を生じさせ、トル
クを増大させるようにしたものである。
【0042】第1、第2フライホイールロータ118,
120はそれぞれロータディスク136,138を備え
る。ロータディスク136,138はそれぞれ出力軸3
4に装着された円筒基部140,142を備え、これら
に連結ボルト144が貫通している。ボルト144は出
力軸34のフランジ146と、押さえフランジ148と
の間に延びていてコンプレッサ24と、フライホイール
タービン20とを所定位置に保持する。図2,図4,図
5において、ロータディスク136,138はそれぞれ
周方向に間隔をおいて配置さされて軸方向に延びる複数
の円弧状タービンブレード150,152を備える。タ
ービンブレード150152はそれぞれジェット流が衝
突するアーチ状ブレード面とアーチ状背面とを備え、環
状ジェット通路136に沿って隣接するラジアル面また
はバルブ面150a、152aを有する。ジェット流は
タービンブレードに激突して膨張した後、アウトレット
126から排気チャンバ124に排気され、排出ポート
160から膨張ガスは図1の凝縮器21に送られ、排ガ
ス成分Gと凝縮液とに分離され、排ガス成分は大気に放
出され、凝縮液はリサイクルライン22で回収される。
120はそれぞれロータディスク136,138を備え
る。ロータディスク136,138はそれぞれ出力軸3
4に装着された円筒基部140,142を備え、これら
に連結ボルト144が貫通している。ボルト144は出
力軸34のフランジ146と、押さえフランジ148と
の間に延びていてコンプレッサ24と、フライホイール
タービン20とを所定位置に保持する。図2,図4,図
5において、ロータディスク136,138はそれぞれ
周方向に間隔をおいて配置さされて軸方向に延びる複数
の円弧状タービンブレード150,152を備える。タ
ービンブレード150152はそれぞれジェット流が衝
突するアーチ状ブレード面とアーチ状背面とを備え、環
状ジェット通路136に沿って隣接するラジアル面また
はバルブ面150a、152aを有する。ジェット流は
タービンブレードに激突して膨張した後、アウトレット
126から排気チャンバ124に排気され、排出ポート
160から膨張ガスは図1の凝縮器21に送られ、排ガ
ス成分Gと凝縮液とに分離され、排ガス成分は大気に放
出され、凝縮液はリサイクルライン22で回収される。
【0043】図2、図4、図6において、コンプレッサ
24は内筒70内にステータ110と同心的に圧入され
たステータ164と、この中に回転可能に収納された一
対のロータディスク166,168からなるロータ17
0とを備える。ステータ164は環状ステータリング1
72と、その中央部から半径方向内側に延びる円弧状ス
テータガイド174および仕切り部材176とを備え
る。ステータ164は仕切り部材176のアーチ状ガイ
ド面176aに隣接する吸入口178と、アーチ状ガイ
ド面176bに隣接する吐出口180とを備える。吐出
口180は空気予熱室80を介して燃焼部18に連通す
る。
24は内筒70内にステータ110と同心的に圧入され
たステータ164と、この中に回転可能に収納された一
対のロータディスク166,168からなるロータ17
0とを備える。ステータ164は環状ステータリング1
72と、その中央部から半径方向内側に延びる円弧状ス
テータガイド174および仕切り部材176とを備え
る。ステータ164は仕切り部材176のアーチ状ガイ
ド面176aに隣接する吸入口178と、アーチ状ガイ
ド面176bに隣接する吐出口180とを備える。吐出
口180は空気予熱室80を介して燃焼部18に連通す
る。
【0044】図4、図6において、ステータガイド17
4は吸入口178と吐出口180との間に延びていて、
吸入口178に隣接していてエアフイルタ(図示せず)
から空気をロータディスク166,168に偏向させる
偏向ガイド174aと、複数のバケット開閉部174b
と、複数のアーチ状バイパス通路174cとを備える。
ロータディスク166,168はボルト144により、
出力軸34に固定されていて環状溝182を備え、この
中にステータガイド174が収納されている。ロータデ
ィスク166,168はそれぞれフライホイールディス
ク184,186と、複数の円弧状ロータブレード18
4a、186aを備える。ロータブレード184a,1
86aの凹部は回転方向に対面している。ロータブレー
ド184a,186aの軸方向端部は環状溝182に沿
うように半径方向に延びていて、周期的にバケット開閉
部174bと係合して空気の逆戻りを防止する。ロータ
170の回転時に吸入口178の空気はバケット184
a,186aにより移動され、ガイド部174aから後
段のロータブレード184a,186aに給送され、バ
イパス通路174cを介して後段のブレードに送られ
る。このようにして、空気は連続的に高圧で吐出口18
0に圧送される。
4は吸入口178と吐出口180との間に延びていて、
吸入口178に隣接していてエアフイルタ(図示せず)
から空気をロータディスク166,168に偏向させる
偏向ガイド174aと、複数のバケット開閉部174b
と、複数のアーチ状バイパス通路174cとを備える。
ロータディスク166,168はボルト144により、
出力軸34に固定されていて環状溝182を備え、この
中にステータガイド174が収納されている。ロータデ
ィスク166,168はそれぞれフライホイールディス
ク184,186と、複数の円弧状ロータブレード18
4a、186aを備える。ロータブレード184a,1
86aの凹部は回転方向に対面している。ロータブレー
ド184a,186aの軸方向端部は環状溝182に沿
うように半径方向に延びていて、周期的にバケット開閉
部174bと係合して空気の逆戻りを防止する。ロータ
170の回転時に吸入口178の空気はバケット184
a,186aにより移動され、ガイド部174aから後
段のロータブレード184a,186aに給送され、バ
イパス通路174cを介して後段のブレードに送られ
る。このようにして、空気は連続的に高圧で吐出口18
0に圧送される。
【0045】上記実施例において、コントローラは燃料
ポンプを制御信号により、オンオフするものとして図示
したが、前述のごとく燃料供給部はコントローラから燃
料遮断用の制御信号が出力されたときに燃料を遮断する
ものであれば、燃料ポンプと燃料タンク(図示せず)と
の間に配置された開閉弁(図示せず)またはその他の方
法を採用してもよい。さらに、上記実施例において、給
水部は給水タンクからポンプで作動水を水蒸気爆発部に
供給するものとして示されたが、本発明のハイブリッド
エンジン及びハイブリッドパワーシステムを船外機また
は船舶推進用に利用する場合は、給水タンクおよび凝縮
器を削除して、船外機または船舶周辺の淡水または海水
を給水ポンプで直接吸入して水蒸気爆発部に供給しても
よい。
ポンプを制御信号により、オンオフするものとして図示
したが、前述のごとく燃料供給部はコントローラから燃
料遮断用の制御信号が出力されたときに燃料を遮断する
ものであれば、燃料ポンプと燃料タンク(図示せず)と
の間に配置された開閉弁(図示せず)またはその他の方
法を採用してもよい。さらに、上記実施例において、給
水部は給水タンクからポンプで作動水を水蒸気爆発部に
供給するものとして示されたが、本発明のハイブリッド
エンジン及びハイブリッドパワーシステムを船外機また
は船舶推進用に利用する場合は、給水タンクおよび凝縮
器を削除して、船外機または船舶周辺の淡水または海水
を給水ポンプで直接吸入して水蒸気爆発部に供給しても
よい。
【図1】本発明の望ましい実施例によるハイブリッドエ
ンジンを組み込んだハイブリッドパワーシステムを搭載
したハイブリッド車両のブロック図である。
ンジンを組み込んだハイブリッドパワーシステムを搭載
したハイブリッド車両のブロック図である。
【図2】図1のハイブリッドエンジンの部分断面図であ
る。
る。
【図3】図2のIII−III線の断面図である。
【図4】図2のIV−IVの断面図である。
【図5】図2のタービンのステータとタービンロータと
の関係図である。
の関係図である。
【図6】図2のコンプレッサのステータとロータとの関
係図である。
係図である。
10ハイブリッドエンジン、12ハイブリッドパワーシ
ステム、14ハイブリッド車両、15給水部、16水蒸
気爆発部、18燃焼器、19燃料ポンプ、20フライホ
イールタービン、21凝縮器、23ラジエータ、24コ
ンプレッサ、28プラズマ電源、44整流器、46バッ
テリ、48パワーコンバータ、50モータ/発電機
ステム、14ハイブリッド車両、15給水部、16水蒸
気爆発部、18燃焼器、19燃料ポンプ、20フライホ
イールタービン、21凝縮器、23ラジエータ、24コ
ンプレッサ、28プラズマ電源、44整流器、46バッ
テリ、48パワーコンバータ、50モータ/発電機
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
F02C 9/28 F02C 9/28 B
F03G 3/08 F03G 3/08 C
Claims (13)
- 【請求項1】燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を
供給するするコンプレッサと、作動水を供給する給水部
と、前記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により
高温高圧水蒸気を発生させる水蒸気爆発部と、前記水蒸
気爆発部にアーク電力を供給するアーク電源と、前記圧
縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の動力ガスを
発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前記燃焼器に
連通していて出力軸に動力を発生させるタービンと、前
記燃料供給部と前記アーク電源の作動を選択的に制御す
るコントローラと、前記燃料供給部と前記アーク電源の
作動を選択的に制御するコントローラとを備えるハイブ
リッドエンジン。 - 【請求項2】請求項1において、前記水蒸気爆発部が前
記給水部に連通するアーク反応室と、前記アーク反応室
内に配置されていてアーク電源に接続されたアーク電極
と、アーク電極に隣接してアーク反応室に配置されて前
記作動水を前記アークと接触させながら通過させる微小
アーク通路を有する微小アーク発生部を備えるハイブリ
ッドエンジン。 - 【請求項3】請求項1または2において、前記タービン
が前記水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エ
ネルギーとして蓄積するフライホイールタービンからな
るハイブリッドエンジン。 - 【請求項4】請求項1または2において、さらに、前記
コンプレッサと前記タービンとを互いに連結して収納し
たエンジンハウジングを備え、前記燃焼器と前記水蒸気
爆発部とが互いに連結して前記エンジンハウジングに形
成されていて、前記エンジンハウジングがさらに前記コ
ンプレッサと前記燃焼器とを連通させる圧縮空気通路
と、前記水蒸気爆発部と前記燃焼器とを前記タービンに
連通させるジェット通路とを備えるハイブリッドエンジ
ン。 - 【請求項5】燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を
供給するするコンプレッサと、作動水を供給する給水部
と、前記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により
高温高圧水蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気
爆発部と、前記アーク電極にアーク電力を供給するアー
ク電源と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温
高圧の動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発
部と前記燃焼部とに連通するフライホイールタービン
と、前記燃料供給部と前記アーク電源とを間欠的に作動
させるコントローラとを備え、前記フライホイールター
ビンが前記水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回
転エネルギーとして蓄積するハイブリッドエンジン。 - 【請求項6】燃料を供給する燃料供給部と、圧縮空気を
供給するコンプレッサと、作動水を供給する給水部と、
前記作動水をアークと接触させて水蒸気爆発により高温
高圧水蒸気を発生させるアーク電極を有する水蒸気爆発
部と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧
の動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と
前記燃焼器とに連通していて出力軸に動力を発生させる
フライホイールタービンと、前記出力軸により駆動され
て交流出力を発生する交流発電機と、交流出力を直流出
力に変換する整流器と、整流器に接続されて直流出力を
充電するバッテリと、前記バッテリに接続されてアーク
電力を前記アーク電極に供給するアーク電源と、前記燃
料供給部と前記アーク電源の作動を間欠制御するコント
ローラと、前記フライホイールタービンが前記水蒸気と
前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとして
蓄積するハイブリッドパワーシステム。 - 【請求項7】車輌本体と、前記車輌本体に搭載されたハ
イブリッドパワーシステムと、前記ハイブリッドパワー
システムにより駆動される推進装置とを備え、前記ハイ
ブリッドパワーシステムが燃料を供給する燃料供給部
と、圧縮空気を供給するコンプレッサと、作動水を供給
する給水部と、前記作動水をアークと接触させて水蒸気
爆発により高温高圧水蒸気を発生させる水蒸気爆発部
と、前記圧縮空気と前記燃料とを燃焼させて高温高圧の
動力ガスを発生させる燃焼器と、前記水蒸気爆発部と前
記燃焼器とに連通していて出力軸に動力を発生させるフ
ライホイールタービンと、前記出力軸により駆動されて
交流出力を発生する交流発電機と、交流出力を直流出力
に変換する整流器と、整流器に接続されて直流出力を充
電するバッテリと、バッテリに接続されてアーク電力を
前記水蒸気爆発部に供給するアーク電源と、前記燃料供
給部と前記アーク電源の作動を間欠制御するコントロー
ラとを備え、前記フライホイールタービンが前記水蒸気
と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エネルギーとし
て蓄積するハイブリッド車輌。 - 【請求項8】請求項7において、さらに、前記バッテリ
ーと前記整流器との接続部に接続されていて直流出力と
交流出力との間で変換するパワーコンバータと、前記パ
ワーコンバータに接続されて前記推進装置を駆動すると
ともに減速エネルギーを回生電力として回収するモータ
/発電機とを備えるハイブリッド車輌。 - 【請求項9】請求項7または8において、さらに、前記
フライホイールタービンの膨張ガスから凝縮水を得る凝
縮器と、前記凝縮水を水蒸気爆発部に循環させるリサイ
クルラインを備えるハイブリッド車輌。 - 【請求項10】請求項8または9において、さらに、前
記出力軸が前記推進装置に連結され、前記推進装置が前
記フライホイールタービンと前記モータ/発電機により
駆動されるハイブリッド車輌。 - 【請求項11】請求項7または8において、さらに、ア
クセルの変位量に応じた電気信号を出力するアクセルセ
ンサと、前記ハイブリッド車輌の速度に応じた電気信号
を出力するスピードセンサと、前記ハイブリッド車輌の
減速状態を検出して電気信号を出力する減速センサとを
備え、前記コントローラが前記電気信号に応答して前記
燃焼器及び前記水蒸気爆発部の作動を選択的に制御する
ハイブリッド車輌。 - 【請求項12】ハイブリッド車輌の駆動方法において、
(a)コンプレッサ及びフライホイールタービンを準備
する工程と、(b)前記コンプレッサから供給される圧
縮空気と燃料との混合物を燃焼させることにより動力ガ
スを生成する工程と、(c)作動水をアークと接触させ
て水蒸気爆発による高温高圧水蒸気を生成する工程と、
(d)前記動力ガスと前記水蒸気とを前記フライホイー
ルタービンに供給して膨張させることにより機械出力を
発生させる工程と、(e)前記フライホイールタービン
に前記水蒸気と前記動力ガスの圧力エネルギーを回転エ
ネルギーとして蓄積させる工程と、(f)前記蓄積した
回転エネルギーにより前記ハイブリッド車輌を推進させ
る工程と、(g)前記工程(b)と前記工程(c)とを
コントローラにより間欠的に制御する工程とを備えるハ
イブリッド車輌の駆動方法。 - 【請求項13】請求項12において、さらに、(h)前
記ハイブリッド車輌の運転パラメータを検出して電気信
号を出力させる工程と、(i)前記電気信号に応じて前
記コントローラにより前記工程(g)を実行する工程と
を備えるハイブリッド車輌の駆動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001278841A JP2003056310A (ja) | 2001-08-13 | 2001-08-13 | ハイブリッドエンジン、ハイブリッドパワーシステム、ハイブリッド車両およびハイブリッド車両の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001278841A JP2003056310A (ja) | 2001-08-13 | 2001-08-13 | ハイブリッドエンジン、ハイブリッドパワーシステム、ハイブリッド車両およびハイブリッド車両の駆動方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003056310A true JP2003056310A (ja) | 2003-02-26 |
Family
ID=19103138
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001278841A Pending JP2003056310A (ja) | 2001-08-13 | 2001-08-13 | ハイブリッドエンジン、ハイブリッドパワーシステム、ハイブリッド車両およびハイブリッド車両の駆動方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003056310A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6755033B2 (en) * | 2002-06-12 | 2004-06-29 | Denso Corporation | Hybrid compressor apparatus and method of controlling the same |
CN101649786B (zh) * | 2008-08-12 | 2012-10-17 | 彭德康 | 混合动力柔性发动机 |
-
2001
- 2001-08-13 JP JP2001278841A patent/JP2003056310A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6755033B2 (en) * | 2002-06-12 | 2004-06-29 | Denso Corporation | Hybrid compressor apparatus and method of controlling the same |
CN101649786B (zh) * | 2008-08-12 | 2012-10-17 | 彭德康 | 混合动力柔性发动机 |
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