JPS63272908A - 排気エネルギ−回収エンジン - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は排気エネルギー回収エンジンに関する。

（従来の技術） 近年、内燃機関（エンジン）の各部をセラミックで構成
したいわゆるセラミックエンジンが開発されている。セ
ラミックエンジンは冷却の必要がないため、高温度の排
気エネルギーを回収してエンジンの駆動系に帰還させる
ことにより、エンジンの熱効率を更に向上させることが
期待されている。

かような排気エネルギー回収エンジンとして従来開発さ
れているものに、エンジンの排気系に設けたタービンの
回転駆動力を減速機を介して直接エンジンの出力軸に帰
還させるように構成したいわゆるターボコンパウンドエ
ンジンがあるが、高速のタービン回転数をエンジン回転
数に整合させるのにきわめて減速比の大きな減速機を必
要とし、装置全体が大型になってしまうこと、動力伝達
効率が低下すること等の欠点があった。

このため、タービンの回転駆動力を機械的に直接エンジ
ンの出力軸に帰還させる方式ではなく、タービンにより
発電機を駆動し、発電電力をエンジンの駆動系に設けた
電動機に供給することにより駆動力として帰還させる方
式の排気エネルギー回収エンジンが本発明者らにより開
発されており例えば特開昭５８−２１４６１５号公報お
よび特願昭６０−２３３９３８号に記載されたものがあ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来の排気エネルギー回収エンジン
は、車両の走行状態により常に変動するタービンおよび
電動機の出力条件をチェックすることなくして電動機を
駆動するように構成したものであるため、タービンおよ
び電動機を常に最良の効率で運転させることができない
という問題がある。

一般に、車両の駆動時に電動機に負荷が作用すると発電
機にも負荷が作用し、従ってタービンの回転数は徐々に
低下する反面、タービン出力は徐々に上昇していく。こ
のため、タービン出力の上昇状態をチェックしながら電
動機の回転数を増大させ、電動機の最大トルク発生回転
数近傍領域で？Ｅ　励機を駆動させることによってター
ビンおよび電動機を常に最良の効率で運転させることが
可能となる。

従って本発明の目的は、タービンおよび電動機を常に最
良の効率で運転させることにより、上記問題点を解決で
きる排気エネルギー回収エンジンを提供することにある
。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明によれば、エンジンの
排気系に設けたタービンと、該タービンにより駆動され
る発電機と、該発電機の電力で駆動されエンジンの駆ａ
系に設けた電動機と、該ｉ動機を制御するインバータと
を備えた排気エネルギー回収エンジンにおいて、前記タ
ービンの最良出力条件を選択してタービン制御を実行す
る排気エネルギー回収エンジンが提供される。

（作用） 本発明の排気エネルギー回収エンジンでは、電動機の回
転数制御をインバータで行なうべく、電動機としては誘
導電動機を使用するが、一般に誘導電動機は印加電圧を
増大するとトルクも増加し、更にすべりの増加と共に発
生トルクも増大してゆき、最大トルク発生回転数を超え
るといわゆる脱調現象が生じ、発生トルクは一挙に低下
するという特性を有する。従って、誘導電動機を最大効
率で運転するためには、最大トルク発生回転数で回転す
ることが望まれるが、脱調現象を招かないように安定し
て運転するには、最大トルク発生回転数よりも同期速度
に近い回転速度であって最高のすべり回転数をもった回
転速度で回転させることが必要であり、本発明ではイン
バータによりこの制御を行なわせるものである。また、
誘導電動機のトルク上昇は電圧を上昇させることにより
行なうのが最も簡単であるため、昇圧回路により電圧を
上昇させつつ、インバータによりすべり回転数を最適化
しながらトルクアップを図ろうとするものである。

また、車両の駆動力が小さく、電動機による駆動力をエ
ンジンに帰還させる必要が無いときには、発電機による
発電電圧を検出し、バッテリ定圧に揃えた状態でバッテ
リの充電を行なうようになっている。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面を用いて説明第１図は
本発明による排気エネルギー回収エンジンの概略構成を
示すブロック図であり、図において、１は内燃機関すな
わちエンジン、２はエンジン１の排気系（例えば排気マ
ニホルド）に設けたタービンであり、排気ガスにより駆
動される。

該タービン２の回転軸には発電機（図示の例では三相交
流発電機）Ｇが取付けてあり、該発電機Ｇの発生電力は
、昇圧回路３、インバータ４を介して電動機（図示の例
では三相誘導電動機）Ｍに供給されると共に、整流・電
圧コントローラ５を介して車両のバッテリ６に供給され
るようになっている。また、電動機Ｍは、エンジンから
の駆動系（例えばエンジンの出力軸又は車軸）に取付け
られていて、登板時あるいは加速時などのように大きな
駆動力が必要とされる走行条件下では、電動１１１Ｍの
出力がエンジン１の出力に帰還される。

一方、アイドリンク時あるいは低速走行時などのように
特に大きな駆動力が必要とされていないときには、発電
機Ｇにより発生された電力はバッテリ６に’ＩＦ、雷さ
れる。Ｓ＋はエンジン１の回転数を検出するセンサ、Ｓ
２はタービン２の回転数を検出するセンサである。また
、７はマイクロコンピュータからなる電子制御装置であ
り、センサｓ１、ｓ２、昇圧回路３．インバータ４．整
流・電圧コントローラ５および発電機Ｇからの各信号を
入力すると共に、昇圧回路３．インバータ４および整流
・電圧コントローラ５にこれからの制御信号を出力する
。

尚、第１図に示すブロック図においては、タービン２の
回転軸に発電機Ｇのみを取付けた例を示しであるが、タ
ービン２の回転軸にタービンコンプレッサを取付けてエ
ンジン１の吸気系に過給するターボチャージャとして構
成することもできるし、また、図示の例のように発電機
Ｇと電動機Ｍとを別個の構成とする代りに、単体で発電
機の機能と電動機の機能とを具備する電動−発電機（Ｍ
−Ｇ）を使用することもできる。

次に、第３図のフローチャートに基いて本発明の排気エ
ネルギー回収エンジンの作動を説明する。

まずステップ１では、車両の現在の走行状態からみて、
車両が駆動力を必要とする状況にあるか否かを判定する
。この判定は、例えばエンジン回転数検出センサＳ１か
らの入力信号に基き、エンジン回転数が所定の回転数（
例えば８００ｒｐｍ）以上であるか以下であるかにより
行なう。駆動力を必要とすると判定したときは、ステッ
プ２〜ステツプ４においてタービン回転数Ｎ１．発電電
力Ｗ１およびエンジン回転数の検出を行なう。次に、こ
れらの検出データに基いて、現在の走行条件下での電動
機Ｍの最適すべり速度を決定しくステップ５）、電動機
Ｍがこのすべり速度で回転されるようにインバータ４を
制御する（ステップ６）、これを第２図に示すグラフに
基いて説明すると、電動機Ｍの回転数ωと発生トルクＴ
との関係は、回転数ωの増加と共に発生トルクＴも増大
する。電動機Ｍを最大効率で駆動するためには、最大ト
ルクＴｍａｘを発生するωａで回転させるのが望ましい
が、誘導電動機の特性としてωａ以下の回転数領域では
いわゆる脱調現象を生じ、発生トルクＴが急激に減少す
ると共に安定した運転が不可能となってしまう、従って
、本発明では、最大トルク発生回転数ωａ以上でかつω
ａに近い値の回転数ωｒで電動機を駆動させるべくイン
バータ４を制御することにしたものである。

しかるに、電動機の回転はエンジンに律速されるため発
電機による出力を、どの様に電動機に伝達するかが問題
である。第２図の様に、回転がωａで決っている時、４
０％電圧では脱調し易いので、最適の６０％で運転する
よう制御する。この判別は、発電電力とエンジン回転数
から演算する。電圧は、８０％に上げるとトルクは上昇
し負荷が増し、発電機の回転数を低下させることになる
。

次に、ステップ７およびステップ８では、車両の走行状
態により時々刻々変化するタービン２の回転数Ｎ２およ
び発電機Ｇの発電電力Ｗ２をチェックし、現在のタービ
ン回転数Ｎ２および発電電力Ｗ２と、ステップ２および
ステップ３でもとめたそれぞれタービン回転数Ｎ１およ
び発電電力ｗ１との大小を比較判定する６判定の結果、
Ｎ２　＜Ｎ１すなわちＹＥＳのときは、電動機Ｍに負荷
が作用しタービン回転数Ｎ２が低下（これによりタービ
ン効率は上昇）したことを意味するものであるから、電
動機Ｍによるエンジン１への出力帰還作動を続行すべく
ステップ８へ移行するが、Ｎ２　＞Ｎ１すなわ−ちＮＯ
のときは電動機Ｍに負荷が作用せず、車両がアイドリン
グまたは低速走行中であることから、ステップ２に戻り
以上のサイクルを繰り返す。また、ステップ８での判定
の結果Ｗ２＞ｗｌすなわちＹＥＳのときはタービントル
クが上昇出来るため、電動機Ｍのトルク上昇を図るため
、昇圧回路３をＯＮとする（ステップ９）が、ｗ２　＜
ｗｌすなわちＮｏのときはステップ２に戻り以上のサイ
クルを繰り返す。ステップ１０〜ステツプ１２は、新た
なタービン回転数条件の下でのエンジン回転数、すべり
速度およびインバータ駆動条件を決定するものであり、
前述のステップ４〜ステツプ６で決定したそれぞれの条
件の修正を行う。ステップ１３では発電機Ｇによる発電
電力Ｗ３と、ステップ８で求めた発電電力Ｗ２どの大小
を比較判定し、ｗ、＜ｗ２すなわちＮＯのときは発生電
力をΔ■だけ減少させ（ステップ１４）、この電圧の下
における電動ｍＭのすべり速度制御を行ない（ステップ
１５）、以後ステップ１に戻り以上のサイクルを繰返す
。また、ｗ３＜ｗ２のときすなわちステップ１３での判
定結果がＮｏのときは、ステップ９に戻り以上のサイク
ルを繰返す。

ステップ１６〜ステツプ２３は、車両の現在の走行状態
からみて、車両が特に大きな駆動力を必要としない状況
すなわちアイドリング時や低速走行中であることをステ
ップ１において判定した場合の作動を示すものである。

ステップ１６では発電機Ｇでの発電電力を測定し、現在
のバッテリ電圧Ｂとバッテリ６の規定最低電圧Ｂ　ｌｏ
ｗｅｒとを比較した結果（ステップ１７　）　、　Ｂ　
＜　Ｂ　ｌｏｗｅｒすなわちＹＥＳであるときは、スイ
ッチングデユーティを決定して（ステップ１８）、バッ
テリ充電スイッチをＯＮにしくステップ１９）、バッテ
リ６を充電する。この後ステップ１に戻り、以上のサイ
クルを繰返す。また、ステップ１７での判定の結果、Ｂ
　＞　Ｂ　ｌｏｗｅｒすなわちＮｏであるときはステッ
プ２０に移行して、現在のバッテリ電圧Ｂとバッテリ６
の規定最高電圧Ｂ　ｕｐｐｅｒを比較する。この結果、
Ｂ　＞　Ｂ　１ｏｖｅｒすなわちＹＥＳであるときはバ
ッテリ充電スイッチをＯＦＦとしくステップ２１）、バ
ッテリ６への充電を遮断してステップ１へ戻り、以上の
サイクルを繰返す。また、ステップ２０での判定の結果
、Ｂ　＜　Ｂ　ｕｐｐｅｒすなわちＮＯであるときは、
スイッチングデユーティを決定して（ステップ２２）、
バッテリ充電スイッチをＯＮとしくステップ２３）、バ
ッテリ６を充電する。その後、ステップ１に戻り以上の
サイクルを繰返す。

（発明の効果） 以上のように、本発明の排気エネルギー回収エンジンは
、車両の走行状態により常に変動するタービンおよび電
動機の出力条件を常にチェックして、タービンの最高効
率が得られる回転数の下でタービン制御を行い、更に電
動機もまた最適トルクで駆動されるように構成しである
ため、エンジンの排気エネルギーをきわめて有効に再利
用することが可能であり、特に冷却を必要としないセラ
ミックエンジンの排気エネルギーを回収することによっ
て、セラミックエンジンの効率を一層高めることができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排気エネルギー回収エンジンの概略構
成を示すブロック図、第２図は電動機の回転数と発生ト
ルクとの関係を示す説明図、第３図は本発明の排気エネ
ルギー回収エンジンの作動を説明するフローチャートで
ある。 １・・・エンジン、２・・・タービン、３・・・昇降回
路、４・・・インバータ、５・・・整流・電圧コントロ
ーラ、７・・・電子制御装置、Ｇ・・・発電機、Ｍ・・
・電動機。 特許出願人　いすＸ自動車株式会社 代　理　人　弁理士　辻　　　　實 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの排気系に設けたタービンと、該タービンによ
   り駆動される発電機と、該発電機の電力で駆動されエン
   ジンの駆動系に設けた電動機と、該電動機を制御するイ
   ンバータとを備えた排気エネルギー回収エンジンにおい
   て、前記タービンの最良出力条件を選択してタービン制
   御を実行することを特徴とする排気エネルギー回収エン
   ジン。