JPH01116237A - ターボコンパウンドエンジン - 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、排気エネルギを回収して機関を駆動するター
ビンを有すると共に、このタービンから排気を迂回させ
るバイパス路及びこのバイパス路の開度を開閉制御する
バイパス弁から構成されてタービン運転、機関運転を制
御する排気バイパス機構を有するターボコンパウンドエ
ンジンに関する。

［従来の技術］ 一般にターボコンパウンドエンジンは第４図に示すよう
に、排気ターボ過給機１を備えた機関２において、過給
機１により吸気過給に利用した排気エネルギを、過給ｎ
１よりも下流側の排気通路３に介設したタービン４によ
って更に回収し、このタービン４によって取り出しな軸
回転力を機関２のクランク軸５に供給して機関２の高出
力化を達成するようになっている。

このエンジンシステムには、タービン４を正転駆動して
機関２を駆動させるためにタービン４へ排気を供給する
（図中、矢印Ａ）通常の排気通路３に加えて、排気をタ
ービン４から迂回させる（図中、矢印Ｃ）バイパス路１
５と、このバイパス路１５を開度制御するバイパス弁１
６とから成る排気バイパス機＃１１７が備えられている
。この排気バイパス機構１７は、機関２の低負荷時にお
いて排気をタービン４へ供給することが却って排気道Ｒ
３内の背圧を徒らに高め、過給Ｉｌｌ、延いては機関２
に無用な動力損失、燃費の悪化を生じさせることを考慮
して、このような運転状態の場合には排気をタービン４
から迂回させるようになっている。

このバイパス弁１６は第５図に示すように、機関負荷に
対応する、例えばガバナのラック位置が設定負荷範囲内
であって、且つ機関回転数が設定回転数範囲内であると
き（タービンによる機関駆動域Ｄ）に閉じられて排気バ
イパスを中断し、タービン４に排気を供給してタービン
４により機関２を駆動させると共に、他方このような範
囲以外であるとき（排気バイパス域Ｅ）には開かれて排
気をバイパスさせるようになっている。この関係をグラ
フとして示すと第３図のように、機関２の通常運転域り
、Ｈにおいて、設定された機関回転数と機関負荷とで囲
まれる領域の内外（機関駆動域りと排気バイパス域Ｅ）
で排気バイパスが切り替えられることになる。

そしてこのようなエンジンシステムでは第６図に示すよ
うに、キースイッチ３１、アクセルスイッチ１８、クラ
ッチスイッチ１９、排気ブレーキスイッチ２０、タービ
ンブレーキスイッチ２１並びにラックセンサ２２、機関
回転数センサ２３からの各検出信号が夫々コントロール
ユニット２４の入力回路２５、Ａ／Ｄ変換器２６、波形
整形器２７を経てＣＰＵ２８に入力され、ここでＲＯＭ
２９に記憶された第３図に示すマツプ等を下に演算処理
されて出力回路３０から制御信号が出力されるようにな
っている。殊に、上述の排気バイパス制御に関しては、
ラックセンサ２２及び機関回転数センサ２３が関与し、
これらからの検出値により排気バイパス制御り、Ｅが切
り換えられるようになっている。

尚、第４図に示したエンジンシステムには、吸気過給に
加えてタービン４により機関２へ回転駆動力を付加させ
るようにしたエンジンシステムでは相当の制動能力が要
求されることかべ、上述の排気工木ルギ回収用のタービ
ン４を反対に機関２側から駆動させ、且つその回転を逆
転させてポンプ仕事を行うブロアとして機能させること
により、従来のフットブレーキ、排気ブレーキに加えて
機関制動力を増強させる構成が採用されている。タービ
ン４とクランク軸５との間に、タービン４を正逆転させ
るための反転装ｒＩ１６、並びにタービン４の正逆回転
切換時の回転慣性（スベリ）を吸収しまた回転数調整を
施す減速ギヤと流体継手とから成るカップリング機構７
を介設することにより、タービン４の正逆回転並びにク
ランク軸５とタービン４との間の駆動力の相互伝達を達
成させるようになっている。尚、８．９は夫々、反転装
置６を制御する油圧系及び正逆転切換時のスベリ等によ
る発熱を冷却する冷却用の油圧系である。また排気通路
３には、機関２ｆｌ！ｌから駆動されてブロアとして機
能するタービン４のポンプ仕事に吸気を利用させるため
に、吸気通路１０からタービン４の出口側に吸気を導入
する（図中、矢印Ｂ）吸気導入路１１が設けられている
。この導入路１１は、これに介設された開閉弁１２によ
って開閉制御され、機関制動時（タービン逆転時）のみ
吸気をタービン４へ供給するようになっている。また排
気通路３には、タービン逆転時にこれを閉じて排気の逆
流を規制する逆止弁１３が設けられている。更に過給機
１とタービン４との間には、排気ブレーキ作動に際し排
気通路３を閉じるための排気ブレーキ弁１４が設けられ
ている。

［発明が解決しようとする問題点コ ところで上述のエンジンシステムにおける答弁１２〜１
４，１６　、特に排気バイパス機構１７のバイパス弁１
６の開閉＄１１６１は次のように行われていた。

通常運転域り、Ｅにおいてクラッチスイッチ１９により
クラッチが接続されていることが検出されたならば、機
関負荷並びに機関回転数に基づいて排気バイパス制御が
行われる。この際には、開閉弁１２は常閉、排気ブレー
キ弁１４は常開とされ、タービン４が正転駆動状態（機
関駆動域Ｄ）にあるときには排気通路３が開かれ（逆止
弁１３、開）バイパス路１５が閉じられてくバイパス弁
１６、閉）排気がタービン４に供給されると共に、他方
排気バイパス状態（排気バイパス域Ｅ）にあるときには
排気通路３が閉じられる傾向にあり（逆止弁１３、閉又
は開）バイパス路１５が開かれて（バイパス弁１６、開
）、排気はタービン４を迂回して流されるようになって
いる。

ここに、排気バイパス域Ｅからタービンによる機関駆動
域りへの移行に際しては、排気通路３内のガス状態（圧
力、温度等）に関わりなく、各スイッチ、センサからの
検出信号をコントロールユニット２４が読み込んで演算
処理した後バイパス弁１６の開閉制御に必要とされる相
当の制御時間の経過後、自動的に排気がタービン４に供
給されて排気バイパス域Ｅからタービンによる機関駆動
域りへ移るように制御が設定されていた。しかしながら
、このような制御では次のような問題があった。

即ち、機関２を瞬時に加速させたい場合、この要求は機
関負荷並びに機関回転数の瞬間的な上昇がラックセンサ
２２及び機関回転数センサ２３によって検出されて認識
されることにより、バイパス弁１６が順次閉じられて排
気がタービン４に供給されるが、このような機関運転状
°態において排気通路３内のガス状態、特に排気温度が
必ずしもタービン４に有効なエネルギ回収をさせ得る程
度にまで上昇されているとはいえず、却って機関２側か
らタービン４を駆動させるような状態となって、動力損
失や燃費を悪化させてしまうおそれがあった。

即ち、排気バイパス域Ｅから機関駆動域りに移る際、排
気温度の上昇遅れに対してバイパス弁１６を閉じるため
の制御が一定状態で行われるため、その後のタービン駆
動に際して十分な排気温度上昇が確保されているとはい
えず、タービン４のスムーズな回転上昇を得ることがで
きなかった。

［問題点を解決するための手段〕 本発明は、排気エネルギを回収してｌ１間を駆動するタ
ービンと、タービンから排気を迂回させるバイパス路を
開閉制御してタービン運転を制御するバイパス弁と、タ
ービンによる機関駆動に移る際に排気温度が設定温度を
超えるまでバイパス弁を開放する制御手段とを備えて構
成される。

［作用］ 本発明の作用について述べると、機関が低負荷状Ｂ（排
気バイパス域）から高負荷状態（機関駆動域）へ移行す
る機関加速時に、排気温度が設定温度を超えるまで強制
的にバイパス弁を開放状態に維持するように制御するこ
とにより、昇温した排気のタービンへの供給を確保して
タービンの適正な出力上昇を確保するようになっている
。

［実施例］ 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従って詳述す
る。

エンジンシステム自体の基本的構成は上述したエンジン
システム（第４図〜第６図参照）と同様であり、第１図
に示すように排気ターボ過給機１を備えた機関２は、排
気通路３の過給機１下流側に連設されたタービン４で回
収され軸回転力として取り出される排気エネルギが、ク
ランク軸５を介して供給されて高出力で運転されるよう
になっている。

ここに、排気ターボ過給機１とその下流側に連設された
タービン４との間の排気通路３には、排気温度Ｔを検出
する温度センサ３２が設けられる。

この温度センサ３２は、制御手段たるコントロールユニ
ット２４に接続され、逐次検出温度信号を出力するよう
になっている。

本発明の特長とするところは、排気温度Ｔを検出するこ
の温度センサ３２からの検出信号に基づいて、コントロ
ールユニット２４における排気バイパス域Ｅから機関２
を加速して機関駆動域りに機関運転が移行するに際して
のバイパス弁１６の制御にあり、この制御内容はＣＰＵ
２８における制御フローとして設定される。以下、第２
図を参照して制御フローに従って説明する。

コントロールユニット２４では各種検出信号、特に本発
明との関係では機関回転数Ｎ、ラック位置し及び排気温
度Ｔを入力リードし計算を行って通常の排気バイパス制
御を行う、この際には、開閉弁１２は常開、排気ブレー
キ弁１４は常閉とされ、タービン４が正転駆動状態（機
関駆動域Ｄ）にあるときには排気通路３が開かれ（逆止
弁１３、開）バイパス路が閉じられて（バイパス弁１６
、閉）排気がタービン４に供給されると共に、他方排気
バイパス状態（領域Ｅ）にあるときには排気通路３が閉
じられる傾向にあり（逆止弁１３、閉又は開）バイパス
路１５が開かれて（バイパス弁１６、開）排気はタービ
ン４を迂回して流されるようになっている。

ここに本発明にあっては、排気バイパス域Ｅから機関駆
動域りに移行する際、バイパス弁１６を強制的に開放状
態に維持する制御が実行される。具体的には、機関回転
数Ｎが機関駆動域りに相当する切換境界Ｒ回転数の範囲
内に存在す本か否か（Ｎａ　＜Ｎ＜Ｎｂ　）　、並びに
ラック位置りが切換境界Ｒラック位置以上であるか否か
（Ｌ＞Ｌｓ　）が判定され、機関２の運転状態が既に機
関駆動域りに移行している（図中、Ｋで示す）ことが検
出されたときに依然排気温度Ｔが設定温度Ｔａを下回っ
ている場合には、バイパス弁１６を開放状態に維持する
ようになっている。尚、この際逆止弁１３は閉じられて
いる。ここに、Ｎａは切換境界Ｒ下限回転数、Ｎｂは切
換境界Ｒ上限回転数、ＬＳは切換境界Ｒ下限ラック位置
である。

このように排気バイパス域Ｅから機関駆動域りに移行す
る際、殊に急加速時に排気バイパス制御を強制的にカッ
トしてバイパス弁１６を開放状態に維持することにより
、従来この移行制御中にバイパス弁１６が閉じられ温度
の低い排気がタービン４に供給されてタービン４を十分
に駆動できずに動力ロスとなっていたのを解消して、適
正な排気温度を確保してタービン４の滑らかな出力上昇
を確保することができる。

ここに、設定温度Ｔａとは、機関性能や一般的な機関の
加速制御においてタービン４を駆動するのに必要な温度
として設定される。

そして以後、排気温度Ｔが設定温度Ｔａを上回ったこと
が判定されると、通常の排気バイパス制御に戻されるこ
とになる。

他方、これら判定条件（Ｎａ　＜Ｎ＜Ｎｂ　、Ｌ＞ＬＳ
）を満たさない場合には、機関２が排気バイパス域Ｅあ
るとしてバイパス弁１６の強制的な作動は行われない、
また、排気温度Ｔが設定温度Ｔａ以上ならば、通常のバ
イパス弁制御により排気バイパス域Ｅから機関駆動域り
に移行させるようになっている。

尚、ラックを検出することに替えて、アクセルペダルの
踏込量等を検出対象としても良いことはもちろんである
。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のような優れた効果を発
揮する。

排気エネルギを回収して機関を駆動するタービンから排
気を迂回させるバイパス路を開度制御して機関運転を制
御するバイパス弁を、機関加速時排気温度が設定温度を
超えるまで制御手段により開放状態に維持するようにし
たので、タービンへ供給すべき排気の昇温を確保してタ
ービンの適正な出力上昇を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適一実施例を示すターボコンパウン
ドエンジンの系統図、第２図は本発明の制御に採用され
るフローチャート、第３図は機関負荷と機関回転数との
関係を示すグラフ、第４図は提案されているターボコン
パウンドエンジンの一例を示す系統図、第５図はバイパ
ス弁の制御ロジックを示す回路図、第６図はターボコン
パウンドエンジンの制御系を示す回路図である。 図中、２は機関、４はタービン、１５はバイパス路、１
６はバイパス弁、２４は制御手段たるコントロールユニ
ットである。 特許出願人　　　いすず自動車株式会社代理人弁理士　
　　絹　　谷　　信　　雄第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気エネルギを回収して機関を駆動するタービンと、該
   タービンから排気を迂回させるバイパス路を開閉制御し
   てタービン運転を制御するバイパス弁と、上記タービン
   による機関駆動に移る際に排気温度が設定温度を超える
   まで上記バイパス弁を開放する制御手段とを備えたこと
   を特徴とするターボコンパウンドエンジン。