JPH0745802B2 - 内燃機関のエネルギ−回収装置 - Google Patents
内燃機関のエネルギ−回収装置Info
- Publication number
- JPH0745802B2 JPH0745802B2 JP62189739A JP18973987A JPH0745802B2 JP H0745802 B2 JPH0745802 B2 JP H0745802B2 JP 62189739 A JP62189739 A JP 62189739A JP 18973987 A JP18973987 A JP 18973987A JP H0745802 B2 JPH0745802 B2 JP H0745802B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine
- internal combustion
- combustion engine
- generator
- steam
- Prior art date
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-
- 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
Landscapes
- Supercharger (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の排気エネルギーを回収させることの
可能なターボチャージャ付コンパウンドエンジンに係
り、特に排気タービンからの排気ガスからも熱交換器に
よるエネルギーを回収する内燃機関のエネルギー回収装
置に関する。
可能なターボチャージャ付コンパウンドエンジンに係
り、特に排気タービンからの排気ガスからも熱交換器に
よるエネルギーを回収する内燃機関のエネルギー回収装
置に関する。
（従来の技術） 近年、内燃機関の各部、例えば排気マニホールドの外
壁、シリンダライナー、シリンダヘッド断熱板、ピスト
ンなどにセラミックスを使用した断熱式の内燃機関が開
発されている。この内燃機関によれば、その内部に発生
した熱を放熱して内燃機関を冷却する必要がなく、発生
した高温度の排気ガスの持つエネルギーを回収させて内
燃機関の出力軸に帰還させ、内燃帰還の出力の向上に利
用できる。
壁、シリンダライナー、シリンダヘッド断熱板、ピスト
ンなどにセラミックスを使用した断熱式の内燃機関が開
発されている。この内燃機関によれば、その内部に発生
した熱を放熱して内燃機関を冷却する必要がなく、発生
した高温度の排気ガスの持つエネルギーを回収させて内
燃機関の出力軸に帰還させ、内燃帰還の出力の向上に利
用できる。
この種、排気エネルギーの回収方法として、例えば特開
昭59−141713号公報及び特願昭60−233935号などに示さ
れている。これらの提案によれば、排気ガスのエネルギ
ーによって駆動される排気タービンに設けられた発電機
の出力をもって電動機を駆動し、内燃機関のトルクを付
勢するもので、これによりエネルギーの回収が行われて
いる。
昭59−141713号公報及び特願昭60−233935号などに示さ
れている。これらの提案によれば、排気ガスのエネルギ
ーによって駆動される排気タービンに設けられた発電機
の出力をもって電動機を駆動し、内燃機関のトルクを付
勢するもので、これによりエネルギーの回収が行われて
いる。
（発明が解決しようとする問題点） このような排気タービンにおいては、高温高圧の内燃機
関からの排気ガスを断熱膨張させてエネルギーをタービ
ンブレードに与えており、この状態では前記排気タービ
ンの排気ガスは未だ回収可能なエネルギーを保有してい
るにも拘らず流速が低下しており再び排気タービンによ
るエネルギー回収はできないため、従来は排気ガスとと
もに保有しているエネルギーは捨てられ回収されていな
い。
関からの排気ガスを断熱膨張させてエネルギーをタービ
ンブレードに与えており、この状態では前記排気タービ
ンの排気ガスは未だ回収可能なエネルギーを保有してい
るにも拘らず流速が低下しており再び排気タービンによ
るエネルギー回収はできないため、従来は排気ガスとと
もに保有しているエネルギーは捨てられ回収されていな
い。
本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、従来のター
ボチャージャ及び排気タービンによるエネルギーの回収
に加えて、さらに熱交換器と蒸気タービンを含めたエネ
ルギーの回収を行い、高いエネルギーの回収率を有する
内燃機関のエネルギー回収装置を提供することを目的と
している。
ボチャージャ及び排気タービンによるエネルギーの回収
に加えて、さらに熱交換器と蒸気タービンを含めたエネ
ルギーの回収を行い、高いエネルギーの回収率を有する
内燃機関のエネルギー回収装置を提供することを目的と
している。
（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、回転軸に電動・発電機が配設されたタ
ーボチャージャを有する内燃機関のエネルギー回収装置
において、前記内燃機関は遮熱機構を有し、前記ターボ
チャージャの排気タービンの下流側に排気ガスと水蒸気
により駆動されるタービンと、該タービンから排出され
る排気ガスから熱を回収し水蒸気を発生させる熱交換機
と、該熱交換器に高圧の水を供給するコンプレッサと、
前記タービンの回転軸に配設された発電機と、前記内燃
機関の出力軸に取付けられ回収電力が受入自在な電動機
と、前記ターボチャージャの電動・発電機が発電機とし
て動作するときの発電電力と前記タービンの回転軸に配
設された発電機の発電電力とを加算する手段を有する制
御装置とを備えた内燃機関のエネルギー回収装置が提供
される。
ーボチャージャを有する内燃機関のエネルギー回収装置
において、前記内燃機関は遮熱機構を有し、前記ターボ
チャージャの排気タービンの下流側に排気ガスと水蒸気
により駆動されるタービンと、該タービンから排出され
る排気ガスから熱を回収し水蒸気を発生させる熱交換機
と、該熱交換器に高圧の水を供給するコンプレッサと、
前記タービンの回転軸に配設された発電機と、前記内燃
機関の出力軸に取付けられ回収電力が受入自在な電動機
と、前記ターボチャージャの電動・発電機が発電機とし
て動作するときの発電電力と前記タービンの回転軸に配
設された発電機の発電電力とを加算する手段を有する制
御装置とを備えた内燃機関のエネルギー回収装置が提供
される。
（作用） 本発明では、ターボチャージャの排気タービンの排出口
部に設けられた熱交換器とその熱交換器に高圧の水をお
くるコンプレッサによって高圧の水蒸気を作り、該高圧
の水蒸気にてスチームタービンを駆動して、そのスチー
ムタービンにより発電機を駆動し発電すると共にターボ
チャージャの電動・発電機を発電機として作動させ、前
記発電機の電力と電動・発電機の発電電力とを加算しエ
ネルギーを有効に回収する （実施例） 次に本発明に係る内燃機関のエネルギー回収装置の一実
施例について図面を参照し詳細に説明する。
部に設けられた熱交換器とその熱交換器に高圧の水をお
くるコンプレッサによって高圧の水蒸気を作り、該高圧
の水蒸気にてスチームタービンを駆動して、そのスチー
ムタービンにより発電機を駆動し発電すると共にターボ
チャージャの電動・発電機を発電機として作動させ、前
記発電機の電力と電動・発電機の発電電力とを加算しエ
ネルギーを有効に回収する （実施例） 次に本発明に係る内燃機関のエネルギー回収装置の一実
施例について図面を参照し詳細に説明する。
第１図は本発明に係る上記エネルギー回収装置の一実施
例を示す構成説明図である。
例を示す構成説明図である。
図において、１は断熱構造を備えた内燃機関であり、図
示しないがピストン、シリンダライナーなどの燃焼室
と、排気ポートがセラミックスによる断熱構造を形成
し、排気マニホールド２には交流発電−電動機４を有す
るターボチャージャ３が取付けられている。
示しないがピストン、シリンダライナーなどの燃焼室
と、排気ポートがセラミックスによる断熱構造を形成
し、排気マニホールド２には交流発電−電動機４を有す
るターボチャージャ３が取付けられている。
ターボチャージャ３の回転軸には、タービンブレード3a
と、交流発電−電動機４のロータ4aと、コンプレッサブ
レード3bとが同軸上に直結して取付けられている。ロー
タ4aは希土類元素などよりなる強力な磁気力を持つ永久
磁石で構成され、該ロータ4aに対向して設けられたステ
ータ4bに図示していないが、バッテリよりインバータを
介して所定周波数の交流電力が供給されると、ロータ4a
は回転して、コンプレッサブレード3bを駆動して内燃機
関１に過給気を圧送し、また、内燃機関１の排気マニホ
ールド２から排出される排気ガスにて、タービンブレー
ド3aが回転してロータ4aが駆動されると発電機になって
ステータ4bに接続した図示しないが変圧器に交流電力を
入力する。なお、上記の排気マニホールド２からの排気
ガスによって、タービンブレード3aが駆動され、コンプ
レッサブレード3bの回転による過給気を内燃機関１に圧
送することも、勿論行われる。
と、交流発電−電動機４のロータ4aと、コンプレッサブ
レード3bとが同軸上に直結して取付けられている。ロー
タ4aは希土類元素などよりなる強力な磁気力を持つ永久
磁石で構成され、該ロータ4aに対向して設けられたステ
ータ4bに図示していないが、バッテリよりインバータを
介して所定周波数の交流電力が供給されると、ロータ4a
は回転して、コンプレッサブレード3bを駆動して内燃機
関１に過給気を圧送し、また、内燃機関１の排気マニホ
ールド２から排出される排気ガスにて、タービンブレー
ド3aが回転してロータ4aが駆動されると発電機になって
ステータ4bに接続した図示しないが変圧器に交流電力を
入力する。なお、上記の排気マニホールド２からの排気
ガスによって、タービンブレード3aが駆動され、コンプ
レッサブレード3bの回転による過給気を内燃機関１に圧
送することも、勿論行われる。
５は交流発電機６を有する排気タービンであり、前記の
ターボチャージャ３の排出口3cに接続され、タービンブ
レード3aを経て排気エネルギーの残存している排気ガス
Ｇにて駆動されるタービンブレード5aを有している。タ
ービンブレード5aと同軸上には、強力な残留磁気力を持
つ永久磁石よりなるロータ6aが設けられ、該ロータ6aと
対向する交流巻線を有するステータ6bとともに交流発電
機６を構成している。また、該交流発電機６と同軸上に
は、後述する過熱蒸気にて回収するスチームタービン７
のブレード7aが設けられている。
ターボチャージャ３の排出口3cに接続され、タービンブ
レード3aを経て排気エネルギーの残存している排気ガス
Ｇにて駆動されるタービンブレード5aを有している。タ
ービンブレード5aと同軸上には、強力な残留磁気力を持
つ永久磁石よりなるロータ6aが設けられ、該ロータ6aと
対向する交流巻線を有するステータ6bとともに交流発電
機６を構成している。また、該交流発電機６と同軸上に
は、後述する過熱蒸気にて回収するスチームタービン７
のブレード7aが設けられている。
８は過熱蒸気又は過熱空気を発生するための熱交換器で
ある。該熱交換器は、排気タービン５から排出される排
気ガスが導入され、かつこの熱により過熱蒸気を発生す
る蒸気発生手段を有する。
ある。該熱交換器は、排気タービン５から排出される排
気ガスが導入され、かつこの熱により過熱蒸気を発生す
る蒸気発生手段を有する。
なお、熱交換器８には過熱蒸気を作りスチームタービン
７に送り込むために必要な空気と水とを混合させ雰霧状
にして送り出すコンプレッサ９が設けられている。以上
のような構成とすることにより、タービンブレード5aの
回転によって発電されるステータ6bからの発電電力は、
蒸気排気タービン５の排気ガスG2の有する残存エネルギ
ーを熱交換器８を介して得られる過熱蒸気Ｓによって駆
動されるスチームタービン７のブレード7aの回転によっ
て増強され、それだけ排気ガスG2によりのエネルギー回
収量が増加することになる。以上のようにして得られた
発電電力はエレクトロニクスコントローラ11を介して内
燃機関１の回転軸に取付けられた電動機10を駆動して、
内燃機関の回転を付勢する。
７に送り込むために必要な空気と水とを混合させ雰霧状
にして送り出すコンプレッサ９が設けられている。以上
のような構成とすることにより、タービンブレード5aの
回転によって発電されるステータ6bからの発電電力は、
蒸気排気タービン５の排気ガスG2の有する残存エネルギ
ーを熱交換器８を介して得られる過熱蒸気Ｓによって駆
動されるスチームタービン７のブレード7aの回転によっ
て増強され、それだけ排気ガスG2によりのエネルギー回
収量が増加することになる。以上のようにして得られた
発電電力はエレクトロニクスコントローラ11を介して内
燃機関１の回転軸に取付けられた電動機10を駆動して、
内燃機関の回転を付勢する。
エレクトロニクスコントローラ11は、発電−電動機４と
交流発電機６との発電電力を加算し、前記電動機10の回
転を制御するための電力の周波数変換など行うものであ
る。
交流発電機６との発電電力を加算し、前記電動機10の回
転を制御するための電力の周波数変換など行うものであ
る。
次に本発明に係るエネルギー回収装置の熱交換器８によ
り過熱蒸気としてエネルギーを回収し、スチームタービ
ンを駆動する動作について第２図のフローチャートによ
り説明する。
り過熱蒸気としてエネルギーを回収し、スチームタービ
ンを駆動する動作について第２図のフローチャートによ
り説明する。
先ず排気タービン５の排気温度を測り、第１の設定温度
TE1より高いかどうかを判断する（ステップａ）。設定
温度TE1より低いときはステップｍへ飛び、高いときは
ステップｂへ進みコンプレサ９を始動させる。次にコン
プレッサ９により空気及び水を混合し雰霧状としすでに
前記排気ガスにより温度が上昇している熱交換器８へ送
り込み過熱蒸気を発生させる（ステップｃ）。このとき
発生する蒸気圧、スチームタービンの回転速度を見て、
スチームタービン７の過熱蒸気吹出口7bの面積を、排気
温度TE1に見合う初期設定値として制御を開始させる。
（ステップd,e,f）。この状態で熱交換器８の排気ガス
の排気出口8bの温度TE0を測定し、200℃より低いときは
元に戻り、高いときはさらに排気のエネルギー回収量を
増すためステップｈ以下に進む（ステップｇ）。ステッ
プｈ〜ｌではコンプレッサ９の回転を増加し、蒸気圧ス
チームタービン７の回転数を見て、及びスチームタービ
ン７の水蒸気吹出口7bの面積を増加させスチームタービ
ン７へ供給する蒸気量を増加させる（ステップh,i,j,k,
l）。このように排気温度が第１の設定温度以上のとき
は排気口8dの温度が200℃となるように制御される。次
に排気温度が第２の設定温度TE2で前記TE1より低くTE1
〜TE2の間にあるときは、ステップｍにて排気温度が第
２の設定温度TE2より低いときは、排気ガスG2より熱交
換器８によって回収するエネルギーーが少ないのでコン
プレッサ９、及び水蒸気の発生をOFFとし（ステップu,
w）、TE2より高くTE1との間にあるときはステップｎ以
下へ進むステップｍ）。ステップｎ〜ｑではコンプレッ
サ９を駆動させ、水蒸気の圧力を見て、スチームタービ
ン７の蒸気吹出口7bの面積を初期値に設定し制御を開始
する。
TE1より高いかどうかを判断する（ステップａ）。設定
温度TE1より低いときはステップｍへ飛び、高いときは
ステップｂへ進みコンプレサ９を始動させる。次にコン
プレッサ９により空気及び水を混合し雰霧状としすでに
前記排気ガスにより温度が上昇している熱交換器８へ送
り込み過熱蒸気を発生させる（ステップｃ）。このとき
発生する蒸気圧、スチームタービンの回転速度を見て、
スチームタービン７の過熱蒸気吹出口7bの面積を、排気
温度TE1に見合う初期設定値として制御を開始させる。
（ステップd,e,f）。この状態で熱交換器８の排気ガス
の排気出口8bの温度TE0を測定し、200℃より低いときは
元に戻り、高いときはさらに排気のエネルギー回収量を
増すためステップｈ以下に進む（ステップｇ）。ステッ
プｈ〜ｌではコンプレッサ９の回転を増加し、蒸気圧ス
チームタービン７の回転数を見て、及びスチームタービ
ン７の水蒸気吹出口7bの面積を増加させスチームタービ
ン７へ供給する蒸気量を増加させる（ステップh,i,j,k,
l）。このように排気温度が第１の設定温度以上のとき
は排気口8dの温度が200℃となるように制御される。次
に排気温度が第２の設定温度TE2で前記TE1より低くTE1
〜TE2の間にあるときは、ステップｍにて排気温度が第
２の設定温度TE2より低いときは、排気ガスG2より熱交
換器８によって回収するエネルギーーが少ないのでコン
プレッサ９、及び水蒸気の発生をOFFとし（ステップu,
w）、TE2より高くTE1との間にあるときはステップｎ以
下へ進むステップｍ）。ステップｎ〜ｑではコンプレッ
サ９を駆動させ、水蒸気の圧力を見て、スチームタービ
ン７の蒸気吹出口7bの面積を初期値に設定し制御を開始
する。
次に水蒸気量を一定としコンプレッサ９の回転を増加さ
せ蒸気圧とスチームタービンの回転速度を見て、スチー
ムタービン７の蒸気吹出口7bの面積を増加させて、排気
ガスG2よりのエネルギーの回収を増加させる。
せ蒸気圧とスチームタービンの回転速度を見て、スチー
ムタービン７の蒸気吹出口7bの面積を増加させて、排気
ガスG2よりのエネルギーの回収を増加させる。
なお、本発明を一実施例により説明したが、本発明の主
旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらを本発明
の範囲から排除するものではない。
旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらを本発明
の範囲から排除するものではない。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は従来の内燃機関の
エネルギー回収装置に加えて、排気タービンから排出さ
れる排気ガス中に残存するエネルギーを過熱蒸気として
取出し、この高圧の水蒸気として取出し、この高圧の水
蒸気によりスチームタービンを回転させ、そのスチーム
タービンにより発電機を駆動し発電すると共にターボチ
ャージャの電動・発電機を発電機として作動させ、前記
発電機の電力と電動・発電機の発電電力とを加算しエネ
ルギーを回収し内燃機関の出力軸に帰還しているので、
従来の排熱回収装置では回収不可能であった排気エネル
ギー、例えば内燃機関の低速運転領域での排気エネルギ
ー、をも回収可能であり、内燃機関の熱効率を飛躍的に
向上せしめることができる。
エネルギー回収装置に加えて、排気タービンから排出さ
れる排気ガス中に残存するエネルギーを過熱蒸気として
取出し、この高圧の水蒸気として取出し、この高圧の水
蒸気によりスチームタービンを回転させ、そのスチーム
タービンにより発電機を駆動し発電すると共にターボチ
ャージャの電動・発電機を発電機として作動させ、前記
発電機の電力と電動・発電機の発電電力とを加算しエネ
ルギーを回収し内燃機関の出力軸に帰還しているので、
従来の排熱回収装置では回収不可能であった排気エネル
ギー、例えば内燃機関の低速運転領域での排気エネルギ
ー、をも回収可能であり、内燃機関の熱効率を飛躍的に
向上せしめることができる。
第１図は本発明に係るターボコンパウンドエンジンのエ
ネルギー回収装置の一実施例を示す構成説明図、第２図
は熱交換器とスチームタービンの作動を示すフローチャ
ートである。 １……内燃機関、２……排気マニホールド、３……ター
ボチャージャ、４……発電−電動機、５……排気タービ
ン、６……交流発電機、７……スチームタービン、８…
…熱交換器、９……コンプレッサ、10……電動機、11…
…エレクトロニクスコントローラ。
ネルギー回収装置の一実施例を示す構成説明図、第２図
は熱交換器とスチームタービンの作動を示すフローチャ
ートである。 １……内燃機関、２……排気マニホールド、３……ター
ボチャージャ、４……発電−電動機、５……排気タービ
ン、６……交流発電機、７……スチームタービン、８…
…熱交換器、９……コンプレッサ、10……電動機、11…
…エレクトロニクスコントローラ。
Claims (2)
- 【請求項１】回転軸に電動・発電機が配設されたターボ
チャージャを有する内燃機関のエネルギー回収装置にお
いて、前記内燃機関は遮熱機構を有し、前記ターボチャ
ージャの排気タービンの下流側に排気ガスと水蒸気によ
り駆動されるタービンと、該タービンから排出される排
気ガスから熱を回収し水蒸気を発生させる熱交換機と、
該熱交換器に高圧の水を供給するコンプレッサと、前記
タービンの回転軸に配設された発電機と、前記内燃機関
の出力軸に取付けられ回収電力が受入自在な電動機と、
前記ターボチャージャの電動・発電機が発電機として動
作するときの発電電力と前記タービンの回転軸に配設さ
れた発電機の発電電力とを加算する手段を有する制御装
置とを備えたことを特徴とする内燃機関のエネルギー回
収装置。 - 【請求項２】上記制御装置が、排気ガスの温度により前
記タービンの蒸気量を制御する手段を有することを特徴
とする請求項第１項に記載の内燃機関のエネルギー回収
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62189739A JPH0745802B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 内燃機関のエネルギ−回収装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62189739A JPH0745802B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 内燃機関のエネルギ−回収装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6432007A JPS6432007A (en) | 1989-02-02 |
| JPH0745802B2 true JPH0745802B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=16246368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62189739A Expired - Lifetime JPH0745802B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 内燃機関のエネルギ−回収装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0745802B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100819813B1 (ko) * | 2006-12-19 | 2008-04-07 | 삼성테크윈 주식회사 | 촬상 장치 |
| DE102011007386B4 (de) * | 2011-04-14 | 2016-08-18 | Man Diesel & Turbo Se | Abgasnutzturbine, Abwärmerückgewinnungssystem und Verfahren zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems |
| CN107269366A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-10-20 | 中国北方发动机研究所(天津) | 一种利用排气热能提高发动机高原功率的方法及发动机 |
| CN111570089A (zh) * | 2019-02-19 | 2020-08-25 | 上海必修福企业管理有限公司 | 尾热发电装置及方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5922042A (ja) * | 1982-07-07 | 1984-02-04 | チバ・ガイギ−・ア−ゲ− | 固定焦点引伸機 |
| JPS62258108A (ja) * | 1986-05-02 | 1987-11-10 | Nippon Denso Co Ltd | エンジンの排熱回収装置 |
-
1987
- 1987-07-29 JP JP62189739A patent/JPH0745802B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6432007A (en) | 1989-02-02 |
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