JP4557784B2 - ターボコンパウンドエンジン - Google Patents

Description

本発明は、ターボコンパウンドエンジンに関するものである。

従来より、排気ガスから動力回収するターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンを経た排気ガスから更に動力回収するパワータービンとを備え、ターボチャージャで回収した動力を吸気を加圧するための過給動力として、パワータービンで回収した動力をエンジン駆動力として有効利用し得るようにしたターボコンパウンドエンジンが知られている。

図３は一般的なターボコンパウンドエンジンの一例を示すもので、ここに図示する例においては、エンジン本体１から排出された排気ガス２の持つエネルギーをターボチャージャ３のタービン４で動力として回収し、該タービン４により駆動されるコンプレッサ５でエンジン本体１に入る吸気６を加圧する一方、タービン４を経た排気ガス２からパワータービン７で更にエネルギーを動力として回収し、その回収した動力を第一ギアトレーン８、流体継手９、第二ギアトレーン１０を介してエンジン本体１のクランクシャフト１１に伝達するようにしてある。

ここで、パワータービン７からクランクシャフト１１への動力伝達系に流体継手９が含まれているのは、エンジン本体１のねじり振動やエンスト等の急激な回転変動が伝達されないようにするためである。

また、図３中における１２は第一ギアトレーン８の一要素を成す流体継手９の入力ギア、１３は第二ギアトレーン１０の一要素を成す流体継手９の出力ギア、１４はフライホイールを示す。

尚、この種のターボコンパウンドエンジンに関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
特開平９−２２２０２６号公報

しかしながら、斯かる従来のターボコンパウンドエンジンにおいては、特に冷間での始動直後にアクセルが深く踏み込まれて急激にエンジン回転が高くなると、未だ潤滑系統に十分な油圧が立ち上がっていない状況下でパワータービン７がエンジン本体１側から強引に駆動されてしまい、パワータービン７のフローティングメタルやスラストメタルの損傷を招くという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、始動時に潤滑系統の油圧が十分に立ち上がっていない状況下でアクセルが深く踏み込まれても、パワータービンを確実に保護し得るようにしたターボコンパウンドエンジンを提供することを目的とする。

本発明は、排気ガスから動力回収するターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンを経た排気ガスから更に動力回収するパワータービンとを備え、該パワータービンで回収した動力を流体継手を介してクランクシャフトに伝達するようにしたターボコンパウンドエンジンにおいて、始動時に流体継手内のエンジンオイルを喪失させるオイル喪失手段を備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、始動時にオイル喪失手段により流体継手内のエンジンオイルが喪失して該流体継手による動力伝達が断たれ、始動直後にアクセルが深く踏み込まれてエンジン回転数が急激に上昇してしまったとしても、エンジン本体側からの動力が流体継手によりパワータービン側へ伝達されることがないため、未だ潤滑系統に十分な油圧が立ち上がっていない状況下でパワータービンがエンジン本体側から駆動されてしまうことが未然に回避され、パワータービンのフローティングメタルやスラストメタル等の損傷が防止される。

また、本発明においては、流体継手にエンジンオイルを供給する供給ラインの途中に設けられた常時開の制御弁と、始動時に潤滑系統の油圧及び水冷系統の水温の少なくとも何れか一方に基づいて給油遅れ時間マップからパワータービンへの給油遅れ時間を読み出し且つその給油遅れ時間が経過するまで前記制御弁を閉じ続ける制御装置とによりオイル喪失手段を構成することが可能である。

このようにすれば、始動時に制御装置により潤滑系統の油圧及び水冷系統の水温の少なくとも何れか一方に基づいて給油遅れ時間マップからパワータービンへの給油遅れ時間が読み出され、その給油遅れ時間が経過するまで制御弁が閉じ続けられてエンジンオイルの供給が停止される結果、エンジン本体側から流体継手が駆動され始めると直ぐに該流体継手内に残留しているエンジンオイルが流出して喪失してしまうので、始動直後にアクセルが深く踏み込まれてエンジン回転数が急激に上昇してしまったとしても、エンジン本体側からの動力はパワータービン側へ伝達されなくなる。

尚、潤滑系統に十分な油圧が立ち上がった頃合でパワータービンへの給油遅れ時間が経過すると、制御装置により閉じ続けられていた制御弁が開となり、流体継手内が供給ラインを通し新たに供給されるエンジンオイルで満たされて流体継手が正常な動力伝達を行い得る状態に復帰することになる。

更に、本発明においては、流体継手のカバーの外周部下方位置に穿設されて該カバー内に貯溜するエンジンオイルをエンジン停止時に漏出させる適宜数のリーク孔によりオイル喪失手段を構成することも可能である。

このようにすれば、エンジン停止時に流体継手のカバーのリーク孔からエンジンオイルが漏出し、長時間のエンジン停止の後に始動した時点では、流体継手内のエンジンオイルがすっかり喪失してしまっているので、始動直後にアクセルが深く踏み込まれてエンジン回転数が急激に上昇してしまったとしても、エンジン本体側からの動力はパワータービン側へ伝達されなくなる。

尚、潤滑系統に十分な油圧が立ち上がって流体継手内に新たなエンジンオイルが供給され始めると、流体継手に供給されるエンジンオイルの量がリーク孔から漏出する量よりも多くなり、流体継手内がエンジンオイルで満たされて流体継手が正常な動力伝達を行い得る状態に復帰することになる。

上記した本発明のターボコンパウンドエンジンによれば、始動時に流体継手内のエンジンオイルを喪失させて該流体継手による動力伝達を遮断することができるので、未だ潤滑系統に十分な油圧が立ち上がっていない状況下でパワータービンがエンジン本体側から駆動されてしまう虞れを未然に回避することができ、パワータービンをフローティングメタルやスラストメタル等の損傷から確実に保護することができるという優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、以下の説明では、図１に図示されていない全体構成に関し、先に従来技術の説明で用いた図３も参照しながら説明することとする。

本形態例においては、前述した図３と略同様に構成したターボコンパウンドエンジンに関し、始動時に流体継手９内のエンジンオイル１５を喪失させるオイル喪失手段を備えたところに特徴があり、ここに図示している例では、流体継手９に作動流体としてエンジンオイル１５を供給する供給ライン１６の途中に設けられた常時開の制御弁１７と、始動時に潤滑系統の油圧及び水冷系統の水温の少なくとも何れか一方に基づいて給油遅れ時間マップからパワータービン７への給油遅れ時間を読み出し且つその給油遅れ時間が経過するまで前記制御弁１７を閉じ続ける制御装置１８とによりオイル喪失手段が構成されている。

より具体的に述べると、前記制御装置１８には、始動時に潤滑系統の油圧を検出する油圧センサ１９からの油圧信号１９ａと、水冷系統の水温を検出する温度センサ２０からの温度信号２０ａと、スタータ３２からの始動信号３２ａとが入力されるようになっており、始動信号３２ａによりエンジン本体１の始動が確認された時に、油圧信号１９ａ及び温度信号２０ａに基づいて給油遅れ時間マップからパワータービン７への給油遅れ時間が読み出され、その給油遅れ時間が経過するまで制御弁１７を閉じ続ける閉弁信号１７ａが制御弁１７へ向けて出力されるようになっている。

ここで、図１を用いて流体継手９の詳細について捕捉説明しておくと、この流体継手９においては、多数のタービン翼２１を環状に備えたタービン翼車２２と、多数のインペラ翼２３を環状に備えたインペラ翼車２４とがケーシング２５内で対向配置されており、この対向配置により相互間に画成された空間のタービン翼車２２側にタービン室２６が形成され、インペラ翼車２４側にはインペラ室２７が形成されるようになっている。

前記タービン翼車２２は、第二ギアトレーン１０（図３参照）の一要素を成す出力ギア１３と一体的に回転する出力シャフト２８に取り付けられ、前記インペラ翼車２４は、前記出力シャフト２８の出力ギア１３と反対側の端部に回動自在に外嵌された入力シャフト２９に取り付けられており、この入力シャフト２９には、第一ギアトレーン８（図３参照）の一要素を成す入力ギア１２が一体的に装備されている。

そして、前記タービン翼車２２及びインペラ翼車２４の相互間には、前記供給ライン１６からのエンジンオイル１５が、出力シャフトの出力ギア１３と反対側の端部に穿設された油通路３０を通して供給されるようになっており、このエンジンオイル１５は、タービン翼車２２を被包するようにインペラ翼車２４の外周部に取り付けられたカバー３１によりエンジン停止時でも半分程度の量が貯溜されるようになっている。

このように構成すれば、始動時に制御装置１８により潤滑系統の油圧及び水冷系統の水温に基づいて給油遅れ時間マップからパワータービン７への給油遅れ時間が読み出され、その給油遅れ時間が経過するまで制御弁１７が閉じ続けられてエンジンオイル１５の供給が停止される結果、エンジン本体１側から流体継手９が駆動され始めると直ぐに該流体継手９内に残留しているエンジンオイル１５が流出して喪失し、作動流体を失った流体継手９にて動力伝達が断たれることになる。

而して、始動直後にアクセルが深く踏み込まれてエンジン回転数が急激に上昇してしまったとしても、エンジン本体１側からの動力が流体継手９によりパワータービン７側へ伝達されることがないため、未だ潤滑系統に十分な油圧が立ち上がっていない状況下でパワータービン７がエンジン本体１側から駆動されてしまうことが未然に回避され、パワータービン７のフローティングメタルやスラストメタル等の損傷が防止される。

尚、潤滑系統に十分な油圧が立ち上がった頃合でパワータービン７への給油遅れ時間が経過すると、制御装置１８からの閉弁信号１７ａが出力されなくなって制御弁１７が開となり、流体継手９内が供給ライン１６を通し新たに供給されるエンジンオイル１５で満たされて流体継手９が正常な動力伝達を行い得る状態に復帰することになる。

従って、上記形態例によれば、始動時に流体継手９内のエンジンオイル１５を喪失させて該流体継手９による動力伝達を遮断することができるので、未だ潤滑系統に十分な油圧が立ち上がっていない状況下でパワータービン７がエンジン本体１側から駆動されてしまう虞れを未然に回避することができ、パワータービン７をフローティングメタルやスラストメタル等の損傷から確実に保護することができる。

また、図２は本発明の別の形態例を示すもので、ここに図示する例においては、流体継手９のカバー３１内に貯溜するエンジンオイル１５をエンジン停止時に少しずつ漏出し得るよう流体継手９のカバー３１の外周部下方位置に適宜数のリーク孔３３が穿設されており、この各リーク孔３３自体が始動時に流体継手９内のエンジンオイル１５を喪失せしめるオイル喪失手段を成すようになっている。

而して、このように流体継手９のカバー３１にリーク孔３３を穿設すれば、エンジン停止時に前記リーク孔３３から少しずつエンジンオイル１５が漏出し、長時間のエンジン停止の後に始動した時点では、流体継手９内のエンジンオイル１５がすっかり喪失してしまっているので、始動直後にアクセルが深く踏み込まれてエンジン回転数が急激に上昇してしまったとしても、エンジン本体１側からの動力はパワータービン７側へ伝達されなくなる。

尚、潤滑系統に十分な油圧が立ち上がって流体継手９内に新たなエンジンオイル１５が供給され始めると、流体継手９に供給されるエンジンオイル１５の量がリーク孔３３から漏出する量よりも多くなり、流体継手９内がエンジンオイル１５で満たされて流体継手９が正常な動力伝達を行い得る状態に復帰することになる。

従って、斯かる構成とした場合でも、始動時に流体継手９内のエンジンオイル１５を喪失させて該流体継手９による動力伝達を遮断することができるので、未だ潤滑系統に十分な油圧が立ち上がっていない状況下でパワータービン７がエンジン本体１側から駆動されてしまう虞れを未然に回避することができ、パワータービン７をフローティングメタルやスラストメタル等の損傷から確実に保護することができる。

尚、本発明のターボコンパウンドエンジンは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、オイル喪失手段には図示例以外の構成を採用しても良いこと、また、潤滑系統の油圧及び水冷系統の水温の何れか一方だけを用いて給油遅れ時間マップからパワータービンへの給油遅れ時間を読み出すようにしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。 本発明の別の形態例を示す断面図である。 従来例を示す概略図である。

符号の説明

１ エンジン本体
２ 排気ガス
３ ターボチャージャ
４ タービン
７ パワータービン
９ 流体継手
１１ クランクシャフト
１５ エンジンオイル
１６ 供給ライン
１７ 制御弁（オイル喪失手段）
１７ａ 閉弁信号
１８ 制御装置（オイル喪失手段）
１９ 油圧センサ
１９ａ 油圧信号
２０ 温度センサ
２０ａ 温度信号
３１ カバー
３３ リーク孔（オイル喪失手段）

Claims (3)

1. 排気ガスから動力回収するターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンを経た排気ガスから更に動力回収するパワータービンとを備え、該パワータービンで回収した動力を流体継手を介してクランクシャフトに伝達するようにしたターボコンパウンドエンジンにおいて、始動時に流体継手内のエンジンオイルを喪失させるオイル喪失手段を備えたことを特徴とするターボコンパウンドエンジン。
2. 流体継手にエンジンオイルを供給する供給ラインの途中に設けられた常時開の制御弁と、始動時に潤滑系統の油圧及び水冷系統の水温の少なくとも何れか一方に基づいて給油遅れ時間マップからパワータービンへの給油遅れ時間を読み出し且つその給油遅れ時間が経過するまで前記制御弁を閉じ続ける制御装置とによりオイル喪失手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載のターボコンパウンドエンジン。
3. 流体継手のカバーの外周部下方位置に穿設されて該カバー内に貯溜するエンジンオイルをエンジン停止時に漏出させる適宜数のリーク孔によりオイル喪失手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載のターボコンパウンドエンジン。

Images