JPH01116241A - 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］ この発明は、排気ガスのエネルギを回収しエンジンのク
ランク軸に戻すパワータービンを有したターボコンパウ
ンドエンジンに係り、特にエンジンの制動時にクランク
軸でパワータービンを逆転させ大きな制動力を作るよう
に構成したターボコンパウンドエンジンに関する。

［従来の技術］ エンジンの排気系にパワータービンを有し、そのパワー
タービンを逆転させて制動力を得るように構成したター
ボコンパウンドエンジンとしては本出願人の先の提案（
特願昭６ｌ−２２８１（１７号）がある。

この提案は第７図に示されるように排気ガスエネルギを
回収するパワータービンａを排気通路ｂ１に介設すると
共に、そのタービンａより上流の排気通路ｂ２にそのタ
ービンａを迂回する流体通路Ｃを接続し、排気ブレーキ
作動時で且つ上記タービンａにクランク軸ｄから駆動力
が伝達されたときに流体通路Ｃ上流の排気通路ｂ２を閉
成し、その流体通路Ｃを開成する流路切換手段ｅを設け
てターボコンパウンドエンジンを構成したものである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、パワータービンが効率良く排気エネルギを回
収されるためは８〜１０万ｒｐｌの回転数を要求される
が、しかし、パワータービンを正転から逆転に切換えて
大きな制動力を得ようとした場合、クランク軸とパワー
タービンとを連結する駆動力伝達系に大きな負荷が作用
されることについての問題点を残している。

即ち、第４図の制動力性能工に示すように、パワーター
ビンが正転から逆転に切換えられたときに、パワーター
ビンがコンプレッサ仕事を成し得る状態に構成しておく
と、パワータービンが正転から０になった直後に急激に
クラン軸荷重が増大するオーバーシュートを起すからで
ある。

これはパワータービンが逆転されたときに空気の掻混ぜ
仕事とコンプレッサ仕事との両方を行える状態にあるか
らで、このため、提案では上記伝達系の強度をオーバー
ニートを見込んだ強度に設定するか又はオーバーシュー
トを考慮して逆転時のパワータービンの回転数を制限し
て伝達系の損傷を防止する選択を余儀なくされているが
、いずれも制動能力を向上させる観点と、コストの観点
で好ましくなく新たな提案が望まれている。

［問題点を解決するための手段］ この発明は上記問題点を解決することを目的としており
、この発明は排気通路に介設されてクランク軸と反転機
構で連結されたパワータービンと、該タービンを迂回す
る排気バイパス通路の接続部上流にそれぞれ介設されて
反転時に閉作動される開閉弁と、上記タービンと上記バ
イパス通路間の排気通路に接続されて上記タービンが反
転されて０回転に至ってから開作動される開閉弁を有し
た吸気バイパス通路とからターボコンパウンドエンジン
を構成したものである。

［作　用］ パワータービンが反転機構で、正転から逆転に反転され
ると排気バイパス通路の接続部上流の開閉弁がそれぞれ
閉作動される。すると、パワータービンは、排気通路内
の排気ガスを撹拌するガスの掻混ぜ仕事、即ち負の仕事
を実行するから、このときは、エンジンの排気圧力の上
昇に伴った制動力と、掻混ぜ仕事に伴った制動力が作り
出される６反転後パワータービンの回転数が０回転に至
ってから、吸気バイパス通路の開閉弁が開かれると、パ
ワータービンは吸気バイパス通路から回転の上昇に伴っ
た空気を導入するから、パワータービンは空気のコンプ
レッサ仕事を行い上記制動力に更に制動力を加算するが
、制動力の急激な上昇はない、即ちオーバーシュートは
制止され、安定した制動力性能を得ることができること
になり、実質的にオーバーシュートによって規制されて
いた制動力限界を引き上ることができる。

［実施例］ 以下に、この発明の好適一実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第１図に示す１はエンジン、２はエンジン１の吸気ボー
ト、３はエンジン１の排気ポートである。

図示されるように、吸気ボート２には吸気通路４が接続
され、排気ポート３には排気通路５が接続される。

排気通路５の上流にはターボ過給機６のタービン６ａが
介設されると共に、そのタービン６ａよりさらに下流の
排気通路５ｂには排気エネルギを回収するパワータービ
ン７が介設される。ターボ過給機６のコンプレッサ６ｂ
は吸気通路４の上流に介設される。

排気通路５は一端がパワータービン７の上流の排気通路
５ａに接続され他端がパワータービン７の下流の排気通
路５ｂに接続された排気バイパス通路８で結ばれている
と共に、一端が吸気通路４の上流に他端がパワータービ
ン７より下流で且つ上記排気バイパス通路８の接続部よ
り上流の排気通路５ｂに接続された吸気バイパス通路９
で結ばれている。

排気バイパス通路８の下流には、流れ方向に沿って順に
排気バイパス通路８の排気ガス流量を絞る絞り部１０、
排気バイパス通路８を開閉する開閉弁１１が設けられ、
吸気バイパス通路９の上流には吸気バイパス通路９を開
閉する開閉弁１２が設けられる。

また、排気バイパス通路８の接続部上流の排気通路５ａ
、５ｂには、それぞれ排気通路５ａ。

５ｂを開閉する開閉弁１３．１４が設けられる。

これら開閉弁１１．１２．１３．１４は実施例にあって
は電磁切換弁から成る。

さて、パワータービン７の出力軸１５とエンジン１のク
ランク軸１６とは、パワータービン１５の回転駆動力を
クランク軸１６に戻すと共に、逆にクランク軸１６の回
転駆動力をパワータービン７に伝達する反転ａ構１７で
接続される。

反転機構１７は第２図に示しであるように構成される。

図示されるように、パワータービン７のタービン軸１５
の出力端には、出力歯車１８が固定されており、その出
力歯車１８には遊星歯車１９゜１９が噛合されている。

これらの遊星歯車１９゜１９はロックアツプ機構２０を
備えた流体継手２１の出力ポンプ車２１ｂと一体になっ
て回転さる環状歯車２２と噛合される。即ち、出力歯車
１８は遊星歯車１９．１９及び環状歯車２２から成る遊
星歯車機構２３によって流体継手２１に接続され、パワ
ータービン７から流体継手２１の出力ポンプ車２１ａに
回転駆動力を伝達するように梢成しである。

出力ポンプ車２１ａには、この出力ポンプ車２１ａと一
体となって回転する第１伝達歯車２４が固定される。

次に反転機構１７を主体的に構成する遊星歯車８１構２
５を説明する。

遊星歯車機構２５は大別して上記出力ポンプ車２１ａの
軸端に太陽歯車２６を固定した太陽歯車軸２７と、太陽
歯車２６の円周方向に等間隔を有し、その太陽歯車に噛
合された複数の遊星歯車２８と、これら遊星歯車２８と
噛合される内歯を有した環状歯車２９と、上記遊星歯車
２８の、太陽歯車２６回りに遊星歯車２８を自転さぜつ
つ公転させるキャリア３０と、上記第１伝達歯車２４に
噛合された第２伝達歯車３１と、この第２伝達歯車３１
に同軸上に設けられてワンウェイクラッチ３２で上記ク
ランク軸１６のクランク軸歯車３４の回転駆動力を第２
伝達歯車３１へ伝達する第３伝達歯車３３と、上記キャ
リア３０をフリーまたは固定する油圧クラッチ手段３５
とから構成される。

油圧クラッチ手段３５は、この実施例にあってはキャリ
ア３０の半径方向外方へ延出して形成したフランジ部分
、即ちクラッチ部３６に断続自在で、接続時にキャリア
３０の回転を止める油圧クラッチ３７と、この油圧クラ
ッチ３７に作動油を供給するポンプ３８と、ポンプ３８
と油圧クラッチ３７とを結ぶ作動油通路３９に介設した
開閉弁４０とから成る。

さて、この発明の実施例にあっては、第１図に示すよう
に上記パワータービン７の逆転時に、パワータービン７
の過回転を防止するために、パワータービン７の回転を
パルス数で検出する接触式または非接触式のセンサ４１
と、このセンサ４１からの検出信号等に基づいて上記開
閉弁１１゜１２．１３．１４の開閉制御を実行するコン
トローラ４２とが設けられる。

以下、コントローラ４２の構成とこのコントローラ４２
が実行する制御内容を第３図に示すフローチャートに基
づいて説明する。

コントローラ４２はその入力部にエンジン１のクラッチ
スイッチ（図示せず）の０Ｎ−ＯＦＦ信号、アクセルス
イッチ（図示せず）の０Ｎ−ＯＦＦ信号、エンジン１の
回転数信号、ブレーキコントロールスイッチ信号そして
センサ４１の回転パルス信号が入力されるように構成さ
れると共に、出力部に上記切換弁１１．１２．１３．１
４及び反転機構１７の開閉弁４０に制御信号を出力する
ように構成される。

次に制御内容を説明する。

アクセルスイッチ、クラッチスイッチが共にＯＦＦでエ
ンジン回転数が例えば７００ｒｐｍ以上であり、判断４
３でブレーキコントロールスイッチがＯＮであると判断
された場合、コントローラ４２は制動時と判断して開閉
弁１３．１４に閉信号を出力し、開閉弁１１に開信号を
出力するステップ４４を実行した後、ステップ４５で開
閉弁４０に開信号を出力して油圧クラッチ３５の接続を
実行させる。

すると反転機構１７によってパワータービン７にクラン
ク軸１６の回転駆動力が伝達され、パワータービン７は
正転がら逆転に切換えられる。

次に、コントローラ４２はセンサ４１からの検出信号に
基づいて判断４６でパワータービン７が回転しているか
否かを検出し、パワータービン７の回転が“Ｏ″に至っ
た時に、判断４７でパワータービン７の単位時間当りの
回転パルス数差内１−Ｎ２＋が設定パルス数Ｎ以上か否
かを判定する。

即ち、ステップ４７はパワータービン７が“ｏ″から逆
転され消費する排気ガスの掻混ぜ仕事を有効に行う回転
数まではパワータービン７に逆転の負の仕事、即ち、空
気の掻混ぜ仕事を実行させるようにしたものである。し
たがって、設定パルスＮは、各種パワータービン７の特
性によって与えられるテスト値となる。コントローラ４
２は判断４７でパルス数差が設定パルス数Ｎと等しくな
ると、開閉弁１２に開信号を出力して吸気バイパス通路
９を開くステップ４８を実行すると、パワータービン７
の回転数に応じて吸気バイパス通路９がら空気が導入さ
れ、パワータービン７は導入空気量に応じたコンプレッ
サ仕事を行う。

以上述べたように、逆転時にパワータービン７は空気の
掻混ぜ仕事とコンプレッサ仕事を同時に実行することが
なく、掻混ぜ仕事のピークを保持した状態で開閉弁１２
を開いてコンプレッサ仕事を上乗せするようにしながら
、第４図に示すようなオーバーシュートがなく、安定し
た制動力性能■を得るこことができる。

通常運転時にあって、コントローラ４２は開閉弁１３．
１４は開で、開閉弁１１，１２．４０は閉となるように
制御する。尚、絞り部１ｏはタービン７の前後の圧力比
を適正にするために設けられたものである。

尚、吸気バイパス通路９の開閉弁１２を実施例にあって
はコントローラ４２で制御する説明をしたが、この開閉
弁１２をタイマ、またはオリフィス等でスピードコント
ロールしたシリンダで開閉制御自在に構成し、第５図の
特性■に示すように、ブレーキコントロールスイッチの
ＯＮと同時に開閉弁１２の開度を略５　ｓｅｃ以内でリ
ニアに、且つゆつくり開かせてパワータービン７の過回
転、即ちオーバーシュートを抑制するようにしても構わ
ない。

また、第６図に示すように、油圧クラッチ３７の設定油
圧を可変とし、ブレーキコントロールスイッチのＯＮと
同時に設定油圧を低から高に順次切り換え、且つ、略５
　ｓｅｃ以内で設定油圧を最大（ｉｏｏｘ）になるよう
に、ゆっくり段階的に接続するように構成しても構わな
い、この場合制動力は第４図に示すような制動力等特性
１［［ａ、　ｎ［ｂを得ることができる。即ち、段階数
を増加させるとオーバーシュートの大ききさは小さくな
り制動力特性を滑らかに且つ安定させることができる。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように、この発明によれ
ば次の如き優れた効果を発揮する。

排気通路に介設されてクランク軸と反転機構で連結され
たパワータービンと、このパワータービンを迂回する排
気バイパス通路の接続部上流にそれぞれ介設されて反転
時に閉作動される開閉弁と、上記タービンと上記バイパ
ス通路間の排気通路に接続されて上記タービンが反転さ
れて０回転に至ってから　開作動される開閉弁を有した
吸気バイパス通路とを備えてターボコンパウンドエンジ
ンを構成したから、パワータービンの反転時に作り出す
ブレーキのオーバーシュートをなくし、安定した大きな
制動性能を得ると共に、制動時に於ける動力伝達系の信
頼性、耐久性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の好適一実施例を示すシステムの全体
図、第２図は反転機構の一例を示す要部詳細図、第３図
はコントローラの制御内容の一例を示ずフローチャート
、第４図は制動力性能線図、第５図は開閉弁の開度制御
例を示す制御図、第６図は油圧クラッチの油圧制御例を
示す制御図、第７図は関連技術としてのターボコンパウ
ンドエンジンを示す概略図である。 図中、１はエンジン、４は吸気通路、５は排気通路、６
はターボ過給機、７はパワータービン、８は排気バイパ
ス通路、９は吸気バイパス通路、１１〜１４は開閉弁、
１６はクランク軸、１７は反転機構である。 特許出願人　　いすり自動車株式会社 代理人弁理士　　絹　　谷　　信　　雄ＮＴＥＲ ＠３図 Ｇ′ＲＤ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気通路に介設されてクランク軸と反転機構で連結され
   たパワータービンと、該タービンを迂回する排気バイパ
   ス通路の接続部上流にそれぞれ介設されて反転時に閉作
   動される開閉弁と、上記タービンと上記バイパス通路間
   の排気通路に接続されて上記タービンが反転されて０回
   転に至ってから開作動される開閉弁を有した吸気バイパ
   ス通路とを備えて成るターボコンパウンドエンジン。