JPH04255528A - 内燃機関ターボシステム - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関ターボシステム
に係り、特に広い範囲のエンジンの回転速度に対応して
排気ガスでタービンを駆動し、補機に電力を供給する内
燃機関ターボシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車ではエンジンの回転によって直接
駆動或いは発電機を駆動させ、得られた電力をバッテリ
ーに蓄電しながらその電力で間接的に、エアコン、冷却
ファン、冷却水ポンプ、オイルポンプスタートモータな
どの自動車の走行に必要なエネルギー以外のエネルギー
を消費する所謂補機を作動させている。一方でエンジン
の排気ガスのエネルギーを利用してタービンを回転駆動
することにより、過給機を作動させてエンジンへ過気（
密度を高めた新気）を供給し出力及び加速特性を高める
ことが行なわれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の補機へ
の電力の供給では、エンジンの回転で発動機を駆動しバ
ッテリーを充電しているので、エンジンの回転エネルギ
ーで走行のエネルギーと補機を作動させるエネルギーと
を賄う必要がある。また、従来の過給機は主にエンジン
の高速回転時に作動し、広い範囲のエンジンの回転速度
で作動するものではないことが、利用者に完全な満足を
与えない難点であった。

【０００４】本発明は、前述したような従来の自動車に
おける補機駆動のための電力の供給と、過給機の作動の
現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジ
ンに負荷をかけず、従来捨てられていた排気ガスのエネ
ルギーを電力に変換して利用し、該電力をエアコン、冷
却ファン、冷却水ポンプ、オイルポンプ、スタートモー
タなどの補機に供給することができ、また、エンジンの
広い回転速度で過給機を作動させ得る内燃機関ターボシ
ステムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明はエンジンの排気ガスにより回転駆動され、
少なくとも低速用タービンと高速用タービンとを含む複
数のタービンと、該複数のタービンによりそれぞれ駆動
される発電機と、これらの発電機で得られる電力を補機
に供給する電力供給手段と、前記エンジンの回転速度に
対応して前記エンジンの排気ガスを前記複数のタービン
へ切り替え供給する切替制御手段とを有する構成となっ
ており、前記タービンにより駆動され、かつ前記エンジ
ンへの過給動作を行なうコンプレッサーを更に設けたも
のである。

【０００６】

【作用】このように構成されているので、エンジンの回
転速度に対応して切替制御手段を作動させて、選択させ
、その回転速度に最適のタービンに排気ガスを供給して
そのタービンを回転駆動させ、前記タービンの回転によ
って発電機が回転駆動されてバッテリーへの充電と補機
への電力の供給が、エンジンへ直接負荷を与えることな
く行なわれる。またタービンにより駆動されるコンプレ
ッサーを併設することにより同時にエンジンへの過給を
行なうこともできる。

【０００７】

【実施例】以下本発明の実施例を図面（図１乃至図５）
を参照して説明する。ここで図１は第１の実施例の構成
を示す説明図、図２は第１の実施例の構成モデル図、図
３は第２の実施例の構成モデル図、図４は第３の実施例
の構成モデル図、図５は第１の実施例の動作特性図であ
る。

【０００８】図１に示すように、第１の実施例ではエン
ジン１の排気ガスを導く排気管２が設けられ、この排気
管２は分岐管２ａと分岐管２ｂとに分岐され、分岐位置
には切替バルブ３が設けてある。分岐管２ａには、エン
ジンにより異なるが、例えば５００〜１５００ｒｐｍの
回転速度で回転駆動される低速用タービン５が接続して
あり、分岐管２ａから送り込まれる排気ガスによって低
速用タービン５が回転駆動されるように取り付けてある
。この低速用タービン５には、低速用タービン５の回転
によって作動する第１の発電機６が接続してあり、エン
ジンへの過給が必要な場合は第１の発電機６の回転軸に
は第１のコンプレッサー７が接続してある。同様にして
、分岐管２ｂには、例えば１５００ｒｐｍ以上の回転速
度で回転駆動される高速用タービン８が接続され、この
高速用タービン８には高速用タービン８の回転によって
作動する第２の発電機１０が接続してある。なお、エン
ジンへの過給が必要な場合は第１の発電機６と同様に第
２の発電機１０の回転軸に第２のコンプレッサー１１を
接続する。この第１の実施例では、図２に示すようにタ
ービン（５、８）の回転軸に発電機（６、１０）が接続
されており、また第２の実施例では図３に示すように発
電機（６、１０）の回転軸のタービン（５、８）の相対
する端部にコンプレッサー（７、１１）が接続されてい
る。

【０００９】前記第１の発電機６及び前記第２の発電機
１０の出力端子が、それぞれ切替スイッチ１２の切替端
子ｔ１、ｔ２に接続してあり、切替スイッチ１２のコモ
ン端子ｔ０には、バッテリー１３が充電可能に接続して
あり、このバッテリーにはエアコン１５ａ、冷却ファン
１５ｂ、冷却ポンプ１５ｃ、オイルポンプ１５ｄなどの
補機が互いに並列に接続してある。そして、切替制御手
段として制御回路１７が設けてあり、エンジン１の回転
数検出センサ１ａの出力端子が制御回路１７の入力端子
に接続してあり、制御回路１７の出力端子が前記切替バ
ルブ３と前記切替スイッチ１２とに接続してある。また
、前記低速用タービン５及び前記高速用タービン８の回
転速度と出力トルクの間の関係は、それぞれ図５の曲線
Ａ、曲線Ｂに示すようになっている。

【００１０】図４は第３の実施例の構成モデル図であり
、この第３の実施例ではタービンに対する発電機とコン
プレッサーとの接続順序がすでに説明した第２の実施例
とは異なっていて、タービン（５、８）の回転軸にコン
プレッサー（７、１１）が接続され、このコンプレッサ
ー（７、１１）の回転軸に発電機（６、１０）が接続さ
れている。第３の実施例のその他の部分の構成は、すで
に図２を用いて説明した第２の実施例と同一である。

【００１１】このような構成の実施例の動作を次に説明
する。エンジン１が始動されエンジン１の回転速度が５
００〜１５００ｒｐｍであることを回転数検出センサ１
ａが検出すると、制御回路１７から切替バルブ３と前記
切替スイッチ１２に第１の制御信号が与えられ、この第
１の制御信号によって切替バルブ３は排気管２を分岐管
２ａ側に切り替え接続し、切替スイッチ１２は切替端子
ｔ１側にコモン端子ｔ０を切り替える。この切り替えに
よってエンジン１の排気ガスが分岐管２ａに送り込まれ
、この排気ガスによって低速用タービン５が回転し、低
速用タービン５の回転によって第１の発電機６が作動す
る。前記低速用タービンは図５の曲線Ａに示すように、
５００〜１５００ｒｐｍにトルクの最大値があるような
回転力特性を持っているので、第１の発電機６は充分な
回転力で駆動される。

【００１２】このように第１の発電機６が作動するので
、バッテリー１３は第１の発電機６により充電されると
共に、エアコン１５ａ、冷却ファン１５ｂ、冷却ポンプ
１５ｃ、オイルポンプ１５ｄなどの補機への電力の供給
が可能な状態となり、作動状態にある補機へバッテリー
１３と共に電力が供給される。また、エンジン１への過
給のため第１の発電機６の回転軸に第１のコンプレッサ
ー７を接続すると、エンジン１に図１に仮想線で示すよ
うに、過気を供給するので５００〜１５００ｒｐｍの比
較的低回転速度においてもエンジン１の出力は増加され
、また加速特性は高められる。

【００１３】エンジン１の回転速度が上昇し、１５００
ｒｐｍを越えると回転数検出センサ１ａがこれを検出し
、その検出信号によって制御回路１７から切替バルブ３
と前記切替スイッチ１２に第２の制御信号が与えられ、
この第２の制御信号によって切替バルブ３は排気管２を
分岐管２ｂ側に切り替え接続し、切替スイッチ１２は切
替端子ｔ２側にコモン端子ｔ０を切り替える。この切り
替えによってエンジン１の排気ガスが分岐管２ｂに送り
込まれ、この排気ガスによって高速用タービン８が回転
し、高速用タービン８の回転によって第２の発電機１０
が作動する。高速用タービン８は図５の曲線Ｂに示すよ
うに、１５００ｒｐｍ以上の回転速度でトルクが高くな
るような特性を持っているので、この場合第２の発電機
１０は充分な回転力で駆動される。

【００１４】このように第２の発電機１０が作動するの
で、バッテリー１３は第２の発電機１０により充電され
ると共に、エアコン１５ａ、冷却ファン１５ｂ、冷却ポ
ンプ１５ｃ、オイルポンプ１５ｄなどの補機への電力の
供給が可能な状態となり、作動状態にある補機へバッテ
リー１３と共に電力が供給される。また、エンジン１へ
の過給のため第２の発電機１０の回転軸に第２のコンプ
レッサー１１を接続すると、エンジン１に図１に仮想線
で示すように、過気を供給するので１５００ｒｐｍの高
回転速度においてエンジン１の出力は増加され、また加
速特性は高められる。

【００１５】前述のように実施例によると、エンジン１
の５００〜１５００ｒｐｍの低回転速度では排気ガスに
よって低速用タービン５が回転駆動され、１５００ｒｐ
ｍ以上の高回転速度では排気ガスによって高速用タービ
ン８が回転駆動される。そして前記低回転速度では、低
速用タービン５によって第１の発電機６が駆動され、前
記高速用タービン８によって第２の発電機１０が駆動さ
れるので、低回転速度から高回転速度までの広いエンジ
ン１の回転速度に対して、補機への電力の供給が安定に
行なわれる。更にエンジン１への過給のため低速用ター
ビン８によって第１のコンプレッサー７を、また高速用
タービン８によって第２のコンプレッサー１１を駆動す
るよう構成すると、エンジン１への過気の供給も安定し
て行われる。従来のように、エンジンのクランク軸にベ
ルト掛けされて発電機が回転駆動されるのではなく、排
気ガスで駆動される低速用タービン５或いは高速用ター
ビン８で第１の発電機６或いは第２の発電機１０が駆動
されるので、エンジン１に直接負荷が加えられることが
なく、また全体の構造も小型化される。

【００１６】なお、実施例では低速用タービンと高速用
タービンとの二台のタービンを使用する場合を説明した
が、本発明は実施例に限定されるものでなく、例えば中
速用タービンを加えて三台のタービンを使用することも
可能であり、また低速用と高速用のタービンの切換時に
おけるいわゆる「トルクの谷」を防止して円滑な回転速
度の上昇が得られる。

【００１７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明では
エンジンの排気ガスにより回転駆動され、少なくとも低
速用タービンと高速用タービンとを含む複数のタービン
と、これらのタービンにより駆動され、補機へ電力を供
給する発電機と、前記エンジンの回転速度に対応して前
記エンジンの排気ガスを前記複数のタービンへ切り替え
供給する切替制御手段とを具備しているので、エンジン
の広い回転速度範囲に対応して、エンジンに直接負荷を
かけずに補機への電力の供給とを安定に行なうことがで
き、また必要に応じ、前記タービンにより駆動されるコ
ンプレッサーを設けることによりエンジンへの過気の供
給をも安定に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図２】本発明の第１の実施例の構成モデル図である。

【図３】本発明の第２の実施例の構成モデル図である。

【図４】本発明の第３の実施例の構成モデル図である。

【図５】本発明の実施例の動作特性図である。

【符号の説明】

１　　エンジン ２　　排気管 ３　　切替バルブ ５　　低速用タービン ６　　第１の発電機 ７　　第１のコンプレッサー ８　　高速用タービン １０　　第２の発電機 １１　　第２のコンプレッサー １３　　バッテリー １５ａ　　エアコン １５ｂ　　冷却ファン １５ｃ　　冷却水ポンプ １７　　制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エンジンの排気ガスにより回転駆動さ
   れ、少なくとも低速用タービンと高速用タービンとを含
   む複数のタービンと、該複数のタービンによりそれぞれ
   駆動される発電機と、これらの発電機で得られる電力を
   補機に供給する電力供給手段と、前記エンジンの回転速
   度に対応して前記エンジンの排気ガスを前記複数のター
   ビンへ切り替え供給する切替制御手段とを有することを
   特徴とする内燃機関ターボシステム。
2. 【請求項２】　　前記タービンにより駆動され、かつ前
   記エンジンへの過給動作を行なうコンプレッサーを更に
   設けた請求項１記載の内燃機関ターボシステム。