JPH01116243A - 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６１−２２８１０７号）がある。

この提案は第６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
が伝達されたとき即ち、パワータービンｄが逆転される
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。

ところで提案にあって流路切換手段ｅは、大小二つのボ
ート切換可能なロータリーバルブを採用し逆転時には小
ボートを流体通路Ｃと接続するように構成しである。

［発明が解決しようとする問題点コ 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ｒｐｍの回転数を要求される
が、しかし、第４図の回転数性能の工及び第５図の制動
力性能■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、パワータービンが排気通路の空
気（または排気）の掻混ぜ仕事とコンプレッサ仕事とを
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になった直後に過回転を起し急激にクラン軸荷重
が増大させるオーバーシュートを発生させる問題及び過
回転による駆動力伝達系の強度と制動力性能の耐久性・
信頼性の問題がある。また過回転が起り易い条件として
は坂道を下るときに排気ブレーキ弁をしめるときのよう
な低速高負荷時に起り得ると考えられる。

［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Ｉ
！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の
反転時に開作動される開閉弁を有した吸気バイパス通路
と上記タービンの過回転時にパワータービン直上流の空
気を逃すウェストゲート手段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
開作動される。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０反転後パワータービンの回転数が０から所定
の逆転回転数に達し、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コンプレ
ッサ仕事による制動力を加算するが、制動力の急激な上
昇はない、さらにウェストゲート手段はパワータービン
が過回転されてパワータービン直上流の圧力が上昇した
ときにパワータービン直上流の空気を逃すから空気の排
出流量が増加し制動は安定性能のまま増加する。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１Ａ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の排気ボートである。

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、排気ボート３には排気通路５が接続される。

排気通路５の上流５ａにはターボ過給機６のタービン６
ａ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に伝達する反転機構１７で
接続される。

反転８１１１７は第１Ｂ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構成しである。

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機構２５
を説明する。

遊星歯車機＃Ｉ２５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
せつつ公転させるキャリア３０と、上記第１伝達歯車２
４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。

ところで、反転時等にパワータービン７の過回転を防止
するなめにはパワータービン７の直上流の排気通路５ａ
の空気を逃し、空気流量を増加させることが有効である
と考えられる。そこで、この発明の実施例にあっては、
上記排気バイパス通路８を開閉弁１１の上流で分岐し、
その開閉弁１１をバイパスさせる分岐路６０を形成する
。そして後述するコントローラ４２で開閉制御される開
閉弁６１を設けてウェストゲート手段を構成する。　但
し排気通路５ａからの空気の逃し量は反転時に制動力を
も潜在的に増加させることになるから、このときの制動
力増加分は第５図に示したオーバーシュートＤ相当とす
るように吸気バイパス通路８の絞り１０の開口面積と、
分岐路６０の開口面積との総和を定める。

さて、この発明の実施例にあっては、パワータービン７
の回転数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（センサ７０による）、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
１１，１２，１３．１４及び反転機構１７の開閉弁４０
、分岐路６０の開閉弁６１に制御信号を出力するように
構成される。

次に制御内容を第２図に示すフローチャートに基づいて
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７０Ｇｒｏｍ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
正転から逆転に切換えられる。

パワータービン７の回転数をパルス数Ｎｅとして測定し
、判断５０でその検出パルス数Ｎｅの大小を測定する。

即ち、過回転に相当する設定パルス数Ｎｏを超えたか否
かが判断５０が判定され、ＹＥＳであれば、過回転とし
て分岐路６０の開閉弁６１を開くステップ４８を実行し
て吸気バイパス通路９及び分岐路６０から下流の排気通
路５ｂへ空気を排出させる。したがって空気の排出量が
増加するだけでパワータービン７の過回転が制止され、
この分だけ制動力としての吸収エネルギが増大するから
安定した制動力を作り出す準備が完了する。ここで判１
１ｒ５０がＮＯであれば開閉弁６１を閉じるステップ５
２を実行する。

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４９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５０でパワータービン７の単位時間当りの回転パ
ルス数差Ｎ＋　−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“０″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に逆転による負の仕事、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、設定パルス数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４２は判断５０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５１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Ｗ＆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たから
、第５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
制御するが、ここでもパワータービン７の過回転を検出
する。即ち、ステップ５２でパワータービンの回転数を
検出し、ステップ５３で上記ステップ４７と同様に判定
を行いステップ５５．５６のいずれか一方で開閉弁６１
を制御する。尚、絞り部１０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。

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１
２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、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。

即ち、この場合は、パワータービン７の回転数がＯ回転
から所定回転数に至ったことを想定するものである。

［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
れて所定回転に至ったときに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１Ａ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１Ｂ図は反転機構の一例を示す要部詳細図、第
２図はコントローラの制御内容の一例を示すフローチャ
ート、第３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、第４図はパワータービンの回転数
性能図、第５図は制動力性能線図である。 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、６０は分岐路、６
１は開閉弁である。 特許出願人　　いすゾ自動車株式会社 代理人弁理士　　絹　　谷　　信　　雄ＧＲＤ 第５図

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の反転時に開作動
   される開閉弁を有した吸気バイパス通路と上記タービン
   の過回転時にパワータービン直上流の空気を逃すウェス
   トゲート手段を備えて成るターボコンパウンドエンジン
   。