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JP3059233B2 - タ−ボ過給機を有する2サイクルエンジン - Google Patents

タ−ボ過給機を有する2サイクルエンジン

Info

Publication number
JP3059233B2
JP3059233B2 JP3084821A JP8482191A JP3059233B2 JP 3059233 B2 JP3059233 B2 JP 3059233B2 JP 3084821 A JP3084821 A JP 3084821A JP 8482191 A JP8482191 A JP 8482191A JP 3059233 B2 JP3059233 B2 JP 3059233B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
engine
generator
turbocharger
motor
permanent magnet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP3084821A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH05176506A (ja
Inventor
河村英男
Original Assignee
株式会社いすゞセラミックス研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社いすゞセラミックス研究所 filed Critical 株式会社いすゞセラミックス研究所
Priority to JP3084821A priority Critical patent/JP3059233B2/ja
Publication of JPH05176506A publication Critical patent/JPH05176506A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3059233B2 publication Critical patent/JP3059233B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はタ−ボ過給機のコンプレ
ッサを電気的に駆動するようにしたタ−ボ過給機を有す
る2サイクルエンジンの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】タ−ボ過給機をエンジンの吸排気系統に
設けたいわゆるコンパウンドシステムはエンジンの排気
ガスのエネルギを利用してタ−ビンを回転し、このタ−
ビンによりコンプレッサを回転してエンジンに燃焼用空
気を過給しエンジン効率を向上するとともに、タービン
軸に連結した電動−発電機をタービンで回転せしめて電
動ー発電機にて発電しながら蓄電手段に充電し、排気ガ
スのエネルギが低い段階でその充電した電力により電動
−発電機を電動機運転してコンプレッサを駆動し、エン
ジンに燃焼用空気を過給してエンジン効率を向上するよ
うにしている。そして、このようなシステムは、例え
ば、特願平1−282554号として出願されている。
【0003】
【発明が解決しょうとする課題】一方、2サイクルエン
ジンは、理論上4サイクルエンジンの2倍の出力を出す
ことができるという利点がある。しかしながら、2サイ
クルエンジンはその掃気圧が排気圧よりも高いことが条
件であり、掃気圧が排気圧よりも低いときには十分な掃
気ができなくなり2サイクルエンジンのサイクルが成立
しない。上記コンパウンドシステムはエンジンの排気ガ
スのエネルギを利用して、あるいは電力を使用してコン
プレッサを作動させ、エンジンの吸気圧を上昇せしめよ
うとするものである。したがって、このようなコンパウ
ンドシステムは2サイクルエンジンに適用した場合、吸
気圧すなわち掃気圧を上昇せしめることができ、極めて
好都合なシステムであるといえる。しかしながら、上記
電動−発電機を電動機として使用し、コンプレッサを回
転して過給するには大量の電力を必要とする。まして、
アイドリング時のようにエンジンの回転数が低く、通常
のACジェネレ−タの発電量も少なく、蓄電手段に蓄え
られている電力が少ない場合には、過給することができ
ないという不具合が生じる。
【0004】本発明は上記問題を解決するためになされ
たものであり、2サイクルエンジンにコンパウンドシス
テムを採用するに当たり、エンジンから排出される排気
ガス圧が低い場合であっても、コンパウンドシステムか
ら供給される吸気圧が常に排気ガス圧よりも高く保持で
きるようなタ−ボ過給機を有する2サイクルエンジンを
提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本願の請求項1に係る発明では、エンジンの回転
軸に結合したフライホイールの外周面に、合成樹脂と磁
性粉末を混合して構成した永久磁石とこの外周面に炭素
繊維にプラスチックを含浸せしめた薄い補強層を形成し
た回転子を設けるとともに、該回転子の永久磁石の外周
面に近接して前記永久磁石の磁束と鎖交するコイルを有
するステータを設け、前記回転子とステータとで電動一
発電機を構成したことを特徴とするターボ過給機を有す
る2サイクルエンジンが提供される。本願の請求項2に
係る発明では、請求項1に係る発明に加えて、前記電動
ー発電機が発電機として作動した時に発生した電力をタ
ーボ過給機に結合した電動機に供給してターボ過給機の
回転を付勢することを特徴とするターボ過給機を有する
2サイクルエンジンが提供される。本願の請求項3に係
る発明では、請求項1に係る発明に加えて、前記電動一
発電機を電動機として作動せしめてエンジンの負荷を構
成することを特徴とするターボ過給機を有する2サイク
ルエンジンが提供される。
【0006】
【作用】本発明はこのように構成することにより、フラ
イホールが回転すると、フライホイールの外周にはめ込
まれた永久磁石の磁束がステータを通過することにより
発電電流が発生する。そこで例えばアイドリング時のよ
うにエンジンの負荷が低下して排気ガスの圧力が低下
し、排気ガスが保有するエネルギがタービンを駆動する
のに不十分になったときにターボ過給機の電動−発電機
に電力を供給してターボ過給気の電動−発電機を電動機
として駆動し、コンプレッサを回転して過給する。ま
た、バッテリ・蓄電器等の蓄電手段からフライホイール
に設けた電動−発電機に電力を供給してフライホイール
を回転することによりエンジンをスタートさせることも
可能である。さらに、エンジンに回転むらが発生し始め
たとき、フライホイールに設けた電動−発電機を発電機
として作用させ、発生した電力を蓄電手段に供給する等
してエンジンに負荷を掛け、低負荷時における2サイク
ルエンジンの回転むらを防止することが可能になる。
【0007】
【実施例】以下本発明の一実施例について説明する。図
1において、エンジンのシリンダヘッド1の排気管20
にはタ−ボチャ−ジャ2が設けられ吸気ポ−ト3から燃
焼用空気が過給される。このタ−ボチャ−ジャ2にはタ
−ボチャ−ジャ2のタ−ビンにより回転される電動−発
電機4が設けられている。フライホイ−ル5の外周に
は、電動−発電機を構成する回転子100が設けられて
いる。図2に明確に示す様に、該フライホイ−ル5の外
周には永久磁石6が全周にわたってはめ込まれている。
この永久磁石6は鉄ネオジ型またはサマリウムコバルト
等の粉末をプラスチック内に混合したものであり遠心力
に弱い。したがって、補強のためにその外周を炭素繊維
で巻き該炭素繊維にプラスチックを含浸しこれを固化し
て薄い補強層9を設けている。永久磁石6の外周には、
等間隔で非磁性体である合成樹脂製のスペーサ8がはめ
込まれている。この永久磁石6の製作方法として、前記
鉄ネオジ型またはサマリウムコバルト等の粉末を弾性の
あるプラスチック材に混合し、これを直線のベルト状に
形成し、その表面に、等間隔をもって非磁性体である合
成樹脂製のスペーサ8を埋め込み、これをフライホイ−
ル5の外周に貼着した後、炭素繊維またはステンレスワ
イヤを巻くという方法もあるし、また、フライホイ−ル
5の外周に対して一体成型法で永久磁石6とスペ−サ8
とを形成する方法もある。この永久磁石6の外周には、
小さな間隙を介してステータ10が全周に設けられてい
る。このステ−タ10は、図3に詳細に示す様に、薄い
アモルファス磁性体板を円筒状に積層してステータ本体
7を形成する。該ステータ本体7の内面は平坦に形成さ
れており、該平坦面には、所謂波巻き方法など周知の巻
線方法で巻き線が施されている。図3では明確ではない
が、該巻き線は強力な接着剤によりステータ本体7の内
面に堅固に接着されて、コイル11が形成されている。
コントロ−ラ12は中央処理装置の外メモリ等を備えた
マイクロコンピュータとしての構成を有する外、ステー
タ10、回転子100を含む電動−発電機あるいはター
ビン軸に直結されている電動−発電機4に導線50ある
いは導線51を介して電力を供給したり、電動−発電機
4から送られる電力を直流に変換する装置などを備えて
いる外、エンジン制御のためのソフトウエアを備えてい
る。13はフライホイ−ル5の回転位相をチェックする
周知の回転位置センサ、14は負荷センサ、15は回転
センサ、16はブ−ストセンサ、17は蓄電手段であ
る。
【0009】このように構成した本実施例の作用につい
て次に説明する。エンジンが高負荷時においては排気ガ
スの圧力が高いので、この排気ガスの有するエネルギに
よりタ−ボチャ−ジャ2のタ−ビンは回転されコンプレ
ッサを駆動して燃焼用空気が過給されるとともに電動−
発電機4はタービンから回転力を受けて回転され、発電
機となって発電し、その電力は蓄電手段17に蓄電され
る。このようにエンジンが高負荷時ではフライホイ−ル
6に設けた電動−発電機も発電機として作用して蓄電手
段17への電力の蓄積に寄与しても良いし、また電動−
発電機4により発電された電力によりフラ−ホイール6
に設けた電動−発電機を電動機運転し、エンジンの回転
力をアシストしても良い。いずれにしてもこれらの制御
はコントロ−ラ12が行なう。車両の運転中あるいは車
両の停止中にエンジンの負荷が低下して排気ガス量が低
下し所定の圧力以下になったときにはブ−ストセンサ1
6によりそれを検知し、その信号がコントロ−ラ12に
入力されてフライホイ−ル5の回転を利用しフライホイ
−ル5に設けた電動−発電機が発電する。そしてこの発
電された電力により電動−発電機4を電動機駆動し、タ
−ボチャ−ジャ2のコンプレッサを回転して吸気圧を昇
圧し過給する。このようにして、排気ガスの圧力が高い
段階ではタ−ボチャ−ジャ2により過給し、エンジンの
負荷が低下して排気ガスの圧力が低下したときにはフラ
イホイ−ル5を利用した発電により電動−発電機4を駆
動してコンプレッサを回転し過給するので、エンジンの
負荷あるいは回転数に関係なく常時過給されることにな
る。
【0010】つぎに、フライホイ−ル5を利用した電動
−発電機をスタ−タとして機能させる場合には、最初に
コントローラ12から極めて周波数の低い低周波を印加
し、低回転で動作させる。そして順次その周波数を上昇
させてエンジンの回転軸にトルクを付与する。しかしこ
の種の回転機は起動トルクが小さいので、通常のスター
タモータの補助機構として使用すると良い。また、2サ
イクルエンジンは低負荷時に回転が不安定になることが
良くあるが、このような時にはコントロ−ラ12にてエ
ンジンの回転数が一定になるように発電量を制御してフ
ライホイ−ル5を介して適度の負荷をエンジンに与える
とともに燃料の供給量をも制御し、低負荷時におけるエ
ンジンの回転を安定化することが可能になる。なお、本
発明において、フライホイ−ル5に設けた電動−発電機
を動作させる時には回転位置センサ13からの入力信号
によりその位相を常時監視して回転機制御を円滑に行な
うことは勿論のことである。
【0011】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、エ
ンジンの回転軸に結合したフライホイ−ルの外周に、合
成樹脂と磁性粉末を混合して構成した永久磁石を有する
回転子を設けるとともに、該回転子の永久磁石に近接し
て前記永久磁石の磁束と鎖交するコイルを有するステ−
タを設け、前記回転子とステータとで電動−発電機を構
成したので、エンジンの回転数が低い領域においても、
エンジンの回転力で発電が可能であり、エンジンの低回
転領域で電力を必要とする部分に十分に電力を供給する
ことができる。従って、タービンの回転軸に電動機を持
ったターボ過給機においては、エンジンの負荷全域にお
いて過給することができ、2サイクルエンジンの掃気を
効率よく行いエンジン効率を大幅に向上することができ
る。また、このフライホイ−ルを利用した発電機は電動
機としての機能を有するように構成されているので、ス
タ−タとしての機能を持たせることができるとともに、
フライホイ−ルを介して発電機としての負荷をエンジン
に付加することができるので、低負荷時におけるエンジ
ンの回転を安定化することができる。
【0012】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示す模式図である。
【図2】 回転子の部分の部分拡大図である。
【図3】 ステータの部分拡大図である。
【符号の説明】
1…シリンダヘッド 2…タ−ボチャ−ジャ(タ−ボ過給機) 4…電動−発電機 5…フライホイ−ル 6…永久磁石 10…ステ−タ 11…コイル 12…コントロ−ラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02K 1/27 501 H02K 1/27 501L (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 21/12 F02B 37/00 302 F02B 37/10 F02B 61/00 F02N 11/00 H02K 1/27 501

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの回転軸に結合したフライホイ
    ールの外周面に、合成樹脂と磁性粉末を混合して構成し
    た永久磁石とこの外周面に炭素繊維にプラスチックを含
    浸せしめた薄い補強層を形成した回転子を設けるととも
    に、該回転子の永久磁石の外周面に近接して前記永久磁
    石の磁束と鎖交するコイルを有するステータを設け、前
    記回転子とステータとで電動一発電機を構成したことを
    特徴とするターボ過給機を有する2サイクルエンジン。
  2. 【請求項2】前記電動ー発電機が発電機として作動した
    時に発生した電力をターボ過給機に結合した電動機に供
    給してターボ過給機の回転を付勢することを特徴とする
    請求項1記載のターボ過給機を有する2サイクルエンジ
    ン。
  3. 【請求項3】前記電動一発電機を電動機として作動せし
    めてエンジンの負荷を構成することを特徴とする請求項
    1記載のターボ過給機を有する2サイクルエンジン。
JP3084821A 1991-03-25 1991-03-25 タ−ボ過給機を有する2サイクルエンジン Expired - Lifetime JP3059233B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3219487A1 (en) * 2016-03-18 2017-09-20 Crompton Technology Group Limited Composite flywheel

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5682231B2 (ja) * 2010-10-28 2015-03-11 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US8816543B2 (en) * 2012-04-03 2014-08-26 The Boeing Company Flexible magnet directional stiffening methods

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JPH05176506A (ja) 1993-07-13

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