JPH05179972A - エネルギー回収システム - Google Patents

エネルギー回収システム

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JPH05179972A
JPH05179972A JP3356498A JP35649891A JPH05179972A JP H05179972 A JPH05179972 A JP H05179972A JP 3356498 A JP3356498 A JP 3356498A JP 35649891 A JP35649891 A JP 35649891A JP H05179972 A JPH05179972 A JP H05179972A
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JP
Japan
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turbine
exhaust gas
energy
energy recovery
exhaust
Prior art date
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Pending
Application number
JP3356498A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Miyajima
和夫 宮島
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
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Publication of JPH05179972A publication Critical patent/JPH05179972A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、排気ガスエネルギーの回収効率を
低減させないエネルギー回収システムを提供する。 【構成】 本発明は、エンジン1の排気通路5に設けた
タービン6と該タービン6で作動される発電機7を備え
たエネルギー回収装置2、タービン6の出口側通路10
に連結されたタービン8と該タービン8によって作動さ
れる過給用のコンプレッサ9を備えたターボチャージャ
3、及びタービン6の出口側通路10に設置されたウエ
ィストゲート4を有する。排気ガスの高温時にエネルギ
ー回収装置2でエネルギー回収を行うので、エネルギー
回収が有効に行われる。また、高ブースト圧の時に、ウ
ェィストゲート4を開放して排気ガスを放出するが、排
気ガスエネルギーは高温時に既にエネルギー回収装置2
で回収されており、排気ガスエネルギーの回収効率を低
下させることがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、エンジンの排気ガス
エネルギーによって駆動されるエネルギー回収装置とタ
ーボチャージャとを備えたエネルギー回収システムに関
する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ターボチャージャを備えたエン
ジンについて、過給圧をコントロールする場合には、排
気マニホルドに連通したターボチャージャをバイパスす
る排気通路に設けたウエィストゲートを設け、該ウエィ
ストゲートの開閉を行って最大圧力のみをコントロール
している。ウエィストゲートは、一種の逃がしバルブで
あり、ターボチャージャのタービンをバイパスする排気
ガス通路に設けているものである。
【0003】また、図3に示すように、エンジン30の
排気通路37の一段目に、排気ガスエネルギーで駆動す
るタービン32と該タービン32で駆動する過給するた
めのコンプレッサ33とを備えたターボチャージャ即ち
過給用タービン31を配置し、該過給用タービン31の
後流即ち排気通路38の二段目にタービン35と発電機
36を備えたエネルギー回収装置即ち発電用タービン3
4を配置し、過給用タービン31と発電用タービン34
との間の排気通路38に排気をバイパスするウエィスト
ゲート39を設けたものが開示されている。
【0004】従来、排気エネルギー回収掃気ポート付き
エンジンとしては、特開昭59−141712号公報に
開示されたものがある。該排気エネルギー回収掃気ポー
ト付きエンジンは、エンジンの内部で発生する熱の放熱
を抑制するとともに、排気ガスのエネルギーを利用して
排気タービンを動作させるものであり、排気回路に排気
ガスエネルギーを回収する第1の排気タービンを設け、
該排気タービンの後段には残余の排気エネルギーを回収
する第2の排気タービンを設け、前記第1の排気タービ
ンのタービン軸に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電動機の回転軸を結合し、発電機
から発生する電気エネルギーを電動機に与えてこれを駆
動し、電動機の出力をエンジンの出力軸に帰還せしめる
とともに前記第2の排気タービンにて吸気用のコンプレ
ッサを駆動するものである。更に、該エンジンは、前記
第1の排気タービンをバイパスする排気バイパス回路を
設け、前記第1の排気タービンと前記排気バイパス回路
を通過する排気ガスの通過量を制御して最適状態にエン
ジンを運転するものである。
【0005】また、ターボコンパウンド内燃機関として
は、実公昭62−40096号公報に開示されたものが
ある。該ターボコンパウンド内燃機関は、ターボチャー
ジャの排気タービンの下流の機関排気通路に排気圧力で
駆動されるパワータービンを介装し、該パワータービン
の出力を機関出力軸に付加するターボチャージャ付き内
燃機関であり、排気タービン及びパワータービンをバイ
パスする排気バイパス通路を設け、該排気バイパス通路
を機関低負荷時及び機関高回転速度域に開通する通路開
閉弁を設けたものである。該ターボコンパウンド内燃機
関は、上記構成によって、機関低負荷時でのポンピング
ロスの増大を解消し、燃費効率を向上させ、また、ター
ボチャージャによる給気過剰を防止し、高回転域での燃
費の改善を図らんとするものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図3に示す
ようなターボチャージャを備えたエンジンでは、排気系
の一段目にタービン32及びコンプレッサ33を備えた
過給用タービン即ちターボチャージャ31を設置し、該
ターボチャージャ31の後流に発電機36を持つタービ
ン35から成る発電用タービン34即ちエネルギー回収
装置を設置している。しかしながら、上記のように、一
段目に過給用タービン31を配置し且つ二段目に発電用
タービン34を設置すると、排気ガスエネルギーを回収
する場合に、高ブースト圧になった時に、ウェィストゲ
ート39を開放して一段目の過給用タービン31から排
気ガスを放出するので、二段目の発電用タービン34の
仕事が低減するという問題があった。
【0007】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、排気系の一段目に排気ガスエネル
ギーを回収する発電用タービンを配置し、二段目に過給
タービンを配置することによって、高ブースト圧になっ
た時に、ウェィストゲートを開放して排気ガスを放出す
る場合に、排気ガスエネルギーが回収されて温度の低く
なった排気ガスをウェィストゲートから放出するように
構成し、高温状態の排気ガスから有効に排気ガスエネル
ギーを回収し、発電用タービンに十分な仕事をさせるこ
とができるエネルギー回収システムを提供することであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、エンジンの排気通路に設けられ排気ガスエ
ネルギーによって駆動される第1タービンと該第1ター
ビンで作動される発電機を備えたエネルギー回収装置、
前記第1タービンの出口側通路に連結された第2タービ
ンと該第2タービンによって作動される前記エンジンに
過給するコンプレッサを備えたターボチャージャ、並び
に前記第1タービンの前記出口側通路に設置されたウエ
ィストゲートを有するエネルギー回収システムに関す
る。
【0009】
【作用】この発明によるエネルギー回収システムは、上
記のように構成されており、次のように作用する。即
ち、このエネルギー回収システムは、エンジンの排気通
路の一段目に発電機を備えたエネルギー回収装置を配置
し、二段目にエンジンに過給するコンプレッサを備えた
ターボチャージャを配置し、前記エネルギー回収装置の
第1タービンの出口側通路にウエィストゲートを設置し
たので、排気ガスの高温時に前記エネルギー回収装置で
排気ガスエネルギーを回収することができる。また、高
ブースト圧になった時に、前記ウェィストゲートを開放
して排気ガスを放出するが、排気ガスは高温時に既に前
記エネルギー回収装置で排気ガスエネルギーが回収され
ており、損失エネルギーが小さくなり、排気ガスエネル
ギーの回収効率を低下させることがない。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるエネ
ルギー回収システムの一実施例を説明する。図1はこの
発明によるエネルギー回収システムの一実施例を示す概
略説明図、及び図2は排気ガス温度とエンタルピーの関
係を示すグラフである。
【0011】このエネルギー回収システムは、ターボチ
ャージャ及びエネルギー回収装置を備えたエンジン1に
適用されたものであり、エンジン1の排気ガスエネルギ
ーによって駆動されるタービンを有している。このエネ
ルギー回収システムが適用されたエンジン1は、図示し
ていないが、例えば、シリンダブロック、該シリンダブ
ロックに固定したシリンダヘッド、シリンダブロックに
形成したシリンダ、該シリンダ内を往復運動するピスト
ン、シリンダヘッドに配置した燃料噴射ノズル等を有し
ている。シリンダヘッドには排気ポートと吸気ポートが
形成され、排気ポートには排気バルブが配置され、吸気
ポートには吸気バルブが配置されている。シリンダヘッ
ドに形成した排気ポートは、排気系のマニホルドガスケ
ット等を介在して排気通路である排気マニホルドに連結
され、次いで排気管等の排気通路5へと連通している。
【0012】このエネルギー回収システムは、エンジン
1の排気通路5の一段目にエネルギー回収装置2が設置
され、次いで二段目に過給を行うターボチャージャ3が
設置されている。また、エネルギー回収装置2とターボ
チャージャ3との間の排気通路10にはウェィストゲー
ト4が設けられている。エネルギー回収装置2は、エン
ジン1の排気ガスエネルギーによって駆動される第1タ
ービンである発電用タービン6と該タービン6によって
シャフト12を通じて作動される発電機7を備えてい
る。また、ターボチャージャ3は、発電用タービン6の
出口側通路である排気通路10に連結した第2タービン
である過給用タービン8と該タービン8によってシャフ
ト13を通じて作動されるコンプレッサ9を備えてい
る。エンジン1はコンプレッサ9によって吸気通路11
を通じて過給されるものである。
【0013】このエネルギー回収システムを組み込んだ
エンジン1は、発電用タービン6の出口側通路即ち排気
通路10にウエィストゲート4を設けており、該ウエィ
ストゲート4を通じて排気がバイパスするように構成さ
れている。
【0014】図2において、横軸に排気ガス温度EGT
(℃)をとり、縦軸にエンタルピーEをとって排気ガス
温度EGTに対するエンタルピーEの関係を示してい
る。排気ガスが高温TH の時には、タービンで仕事をさ
せた場合には熱落差Aが大きく、また、排気ガスが低温
L の時には、タービンで仕事をさせた場合には熱落差
Bが小さいものである。即ち、タービンで仕事をさせる
場合には、排気ガスの温度が高温の時にタービン仕事を
させることが有利であり、エネルギー回収を十分に行う
ことができるものである。従って、このエネルギー回収
システムでは、排気ガスが高温である一段目の排気通路
5にエネルギー回収装置2を設置し、該エネルギー回収
装置2のタービン6で排気ガスエネルギーを回収するよ
うに構成されている。
【0015】このウエィストゲート4は、例えば、コン
トローラの指令で作動するステッピングモータによって
開閉作動されてもよく、或いは、電磁バルブで構成する
こともできることは勿論である。従って、ウエィストゲ
ート4がコントローラの指令等で開放すれば、タービン
8の機能は低下し、ターボチャージャ3のコンプレッサ
9の機能が低下し、ブースト圧即ち過給圧は低下する。
また、ウエィストゲート4がコントローラの指令等で閉
鎖すれば、排気ガスは全てタービン8へ送り込まれ、タ
ーボチャージャ3のコンプレッサ9の機能が上昇し、ブ
ースト圧即ち過給圧は上昇する。
【0016】ウエィストゲート4をコントローラの指令
で制御する場合には、コントローラには、エンジンの作
動状態、即ち、過給圧センサーで検出された過給圧、負
荷センサーで検出されたエンジン負荷及び回転センサー
で検出されたエンジンスピードの各検出信号が入力され
る。過給圧センサーによる過給圧は給気系の給気圧力を
検出すればよく、負荷センサーによるエンジン負荷は燃
料供給量或いはアクセルペダルの踏込み量を検出すれば
よく、また、回転センサーによるエンジンスピードはク
ランク軸の回転数を検出すればよい。コントローラは、
これらの検出信号に応答してウエィストゲート4の開度
を調節して過給圧即ちブースト圧を適正に制御するもの
である。
【0017】このエネルギー回収システムでは、高ブー
スト圧になった時に、ウエィストゲート4を作動させて
排気ガスをウエィストゲート4からバイパスさせて放出
し、ブースト圧を適正に制御するが、排気ガスがターボ
チャージャ3に送り込まれる前に排気ガスは既にエネル
ギー回収装置2のタービン6で仕事をしているので、排
気ガスエネルギーはエネルギー回収装置2で十分に回収
されており、ウエィストゲート4から排気ガスを放出し
ても、エネルギー回収効率を低下させることは防止でき
る。
【0018】
【発明の効果】この発明によるエネルギー回収システム
は、上記のように構成されており、次のような効果を有
する。即ち、このエネルギー回収システムは、エンジン
の排気通路に設けられ排気ガスエネルギーによって駆動
される第1タービンと該第1タービンで作動される発電
機を備えたエネルギー回収装置、前記第1タービンの出
口側通路に連結された第2タービンと該第2タービンに
よって作動される前記エンジンに過給するコンプレッサ
を備えたターボチャージャ、並びに前記第1タービンの
前記出口側通路に設置されたウエィストゲートを有する
ので、排気系の一段目に前記発電機を備えた前記エネル
ギー回収装置を設置し、二段目にエンジンに過給する前
記コンプレッサを備えた前記ターボチャージャを設置し
た状態であり、排気ガスが高温状態で前記エネルギー回
収装置の前記第1タービンに作用し、排気ガスエネルギ
ーは有効に前記発電機でエネルギー回収される。
【0019】また、高ブースト圧になった時に、前記ウ
ェィストゲートを開放して排気ガスを放出すると、ブー
スト圧は低下して適正ブースト圧に制御されるが、排気
ガスは既に前記エネルギー回収装置で排気ガスエネルギ
ーが有効に回収されているので、損失エネルギーが小さ
くなり、排気ガスエネルギーの回収効率を低下させるこ
とはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明によるエネルギー回収システムの一実
施例を説明するための概略説明図である。
【図2】排気ガス温度とエンタルピとの関係を示すグラ
フである。
【図3】従来のエネルギー回収システムの一例を示す概
略説明図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 エネルギー回収装置 3 ターボチャージャ 4 ウエィストゲート 5 排気通路 6 タービン 7 発電機 8 タービン 9 コンプレッサ 10 排気通路 11 吸気通路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの排気通路に設けられ排気ガス
    エネルギーによって駆動される第1タービンと該第1タ
    ービンで作動される発電機を備えたエネルギー回収装
    置、前記第1タービンの出口側通路に連結された第2タ
    ービンと該第2タービンによって作動される前記エンジ
    ンに過給するコンプレッサを備えたターボチャージャ、
    並びに前記第1タービンの前記出口側通路に設置された
    ウエィストゲート、を有するエネルギー回収システム。
JP3356498A 1991-12-25 1991-12-25 エネルギー回収システム Pending JPH05179972A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3356498A JPH05179972A (ja) 1991-12-25 1991-12-25 エネルギー回収システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3356498A JPH05179972A (ja) 1991-12-25 1991-12-25 エネルギー回収システム

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JPH05179972A true JPH05179972A (ja) 1993-07-20

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ID=18449320

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JP3356498A Pending JPH05179972A (ja) 1991-12-25 1991-12-25 エネルギー回収システム

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JP (1) JPH05179972A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0884550A2 (en) 1997-06-13 1998-12-16 Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. Heat exchanger, heat exchange apparatus comprising the same, and heat exchange apparatus-carrying gas engine
US6119457A (en) * 1997-04-23 2000-09-19 Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. Heat exchanger apparatus using porous material, and ceramic engine provided with supercharger driven by thermal energy recorded from exhaust gas by the same apparatus
US7454911B2 (en) 2005-11-04 2008-11-25 Tafas Triantafyllos P Energy recovery system in an engine

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6119457A (en) * 1997-04-23 2000-09-19 Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. Heat exchanger apparatus using porous material, and ceramic engine provided with supercharger driven by thermal energy recorded from exhaust gas by the same apparatus
EP0884550A2 (en) 1997-06-13 1998-12-16 Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. Heat exchanger, heat exchange apparatus comprising the same, and heat exchange apparatus-carrying gas engine
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