JPH03229927A - ターボコンパウンドエンジン - Google Patents
ターボコンパウンドエンジンInfo
- Publication number
- JPH03229927A JPH03229927A JP2025053A JP2505390A JPH03229927A JP H03229927 A JPH03229927 A JP H03229927A JP 2025053 A JP2025053 A JP 2025053A JP 2505390 A JP2505390 A JP 2505390A JP H03229927 A JPH03229927 A JP H03229927A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- engine
- exhaust
- pipe
- compressor
- discharge passage
- 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.)
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-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Supercharger (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、軸出力がタービンによって取り出されるガ
ス発生機形のターボコンパウンドエンジンに関する。
ス発生機形のターボコンパウンドエンジンに関する。
（従来の技術）
この種のガス発生機形ターボコンパウンドエンジンは、
第３図に示すように、エンジン３０１の排気によってタ
ービン３０３が駆動し、出力軸３０５には、タービン３
０３の駆動力のみがギア３０７を介して伝達される。ま
た、圧縮機３０９はエンジン３０１によりギア３１１を
介して駆動され、圧縮機３０９により圧縮された空気は
エンジン３０１に供給される。
第３図に示すように、エンジン３０１の排気によってタ
ービン３０３が駆動し、出力軸３０５には、タービン３
０３の駆動力のみがギア３０７を介して伝達される。ま
た、圧縮機３０９はエンジン３０１によりギア３１１を
介して駆動され、圧縮機３０９により圧縮された空気は
エンジン３０１に供給される。
このようなガス発生機のターボコンパウンドエンジンの
具体例としては、第４図に示すよなものがある。この例
の場合は、エンジン４０１として空冷２サイクルデイー
ゼルエンジンを用い、２個のターボ型の圧縮機４０３，
４０５と１個の出力タービン４０７とを備えている。前
記一方の圧縮機４０３はエンジン４０１の掃気（過給）
用とし、前記他方の圧縮機４０５はエンジン４０１の冷
却用として設け、エンジン４０１からの排気と冷却後の
空気とを合流させた後、出力タービン４０７にこの合流
空気を導入して出力タービン４０７から出力を得る。圧
縮機４０５から吐出される冷却用空気は、エンジン４０
１を冷却して放熱を回収した後排気と合流し、出力ター
ビン４０７を駆動するので、エンジン４０１の冷却損失
が回収されることになる。（「機械の研究」第３９巻第
７号１９８７年７月号Ｐ、２４参照） （発明が解決しようとする課題） しかしながらこのような従来のガス発生機形ターボコン
パウンドエンジンにあっては、エンジン４０１の排気を
直接出力タービン４０７に導く構成となっているため、
排気中に残留する未燃焼物（Ｃｏ、ＨＣ，カーボンなど
）のもつ熱量が利用されないまま、またＮＯｘが処理さ
れないまま、出力タービン４０７を通過して大気中に放
出され大気環境を汚染し、エネルギ資源が無駄に捨てら
れるという問題点があった。
具体例としては、第４図に示すよなものがある。この例
の場合は、エンジン４０１として空冷２サイクルデイー
ゼルエンジンを用い、２個のターボ型の圧縮機４０３，
４０５と１個の出力タービン４０７とを備えている。前
記一方の圧縮機４０３はエンジン４０１の掃気（過給）
用とし、前記他方の圧縮機４０５はエンジン４０１の冷
却用として設け、エンジン４０１からの排気と冷却後の
空気とを合流させた後、出力タービン４０７にこの合流
空気を導入して出力タービン４０７から出力を得る。圧
縮機４０５から吐出される冷却用空気は、エンジン４０
１を冷却して放熱を回収した後排気と合流し、出力ター
ビン４０７を駆動するので、エンジン４０１の冷却損失
が回収されることになる。（「機械の研究」第３９巻第
７号１９８７年７月号Ｐ、２４参照） （発明が解決しようとする課題） しかしながらこのような従来のガス発生機形ターボコン
パウンドエンジンにあっては、エンジン４０１の排気を
直接出力タービン４０７に導く構成となっているため、
排気中に残留する未燃焼物（Ｃｏ、ＨＣ，カーボンなど
）のもつ熱量が利用されないまま、またＮＯｘが処理さ
れないまま、出力タービン４０７を通過して大気中に放
出され大気環境を汚染し、エネルギ資源が無駄に捨てら
れるという問題点があった。
この発明は、このような従来の問題点に着目したなされ
たもので、環境保全と熱エネルギの有効利用とを図るこ
とを目的としている。
たもので、環境保全と熱エネルギの有効利用とを図るこ
とを目的としている。
［発明の構成コ
（課題を解決するための手段）
前記課題を解決するためにこの発明は、エンジンによっ
て駆動される圧縮機に第１の吐出通路及び第２の吐出通
路がそれぞれ接続され、第１の吐出通路はエンジンの吸
気通路に連通する一方、第２の吐出通路はエンジンの排
気通路に合流し、第２の吐出通路と排気通路との合流部
の下流側にエンジンの排気により駆動されて出力軸に連
結する膨脹機を備えたターボコンパウンドエンジンにお
いて、前記合流部より上流側の排気通路に排気清浄装置
を設ける構成としである。
て駆動される圧縮機に第１の吐出通路及び第２の吐出通
路がそれぞれ接続され、第１の吐出通路はエンジンの吸
気通路に連通する一方、第２の吐出通路はエンジンの排
気通路に合流し、第２の吐出通路と排気通路との合流部
の下流側にエンジンの排気により駆動されて出力軸に連
結する膨脹機を備えたターボコンパウンドエンジンにお
いて、前記合流部より上流側の排気通路に排気清浄装置
を設ける構成としである。
（作用）
エンジンから排出される排気は、排気清浄装置に導かれ
てここで清浄化される。一方、圧縮機の吐出空気は、第
１の吐出通路を通ってエンジンに供給されるとともに、
第２の吐出通路を通って前記清浄化された排気と合流部
にて合流する。合流後の排気及び空気は膨脹機に供給さ
れる。
てここで清浄化される。一方、圧縮機の吐出空気は、第
１の吐出通路を通ってエンジンに供給されるとともに、
第２の吐出通路を通って前記清浄化された排気と合流部
にて合流する。合流後の排気及び空気は膨脹機に供給さ
れる。
（実施例）
以下、この発明の実施例を図に基づいて説明する。
第１図はエンジンとして空冷ガソリンエンジン（以下、
エンジンと略称する）１を用いた実施例である。第１図
のコンパウンドエンジンは、エンジン１と、このエンジ
ン１によって直接に、あるいは増速装置３を介して駆動
される１個のターボ型の圧縮機５と、エンジン１の排気
によって駆動される膨脹機としてのラジアル型の出力タ
ービン７とを備えていることを基本構成としている。
エンジンと略称する）１を用いた実施例である。第１図
のコンパウンドエンジンは、エンジン１と、このエンジ
ン１によって直接に、あるいは増速装置３を介して駆動
される１個のターボ型の圧縮機５と、エンジン１の排気
によって駆動される膨脹機としてのラジアル型の出力タ
ービン７とを備えていることを基本構成としている。
チ縮機５の上流側にはエアクリーナ９が設けられ、圧縮
機５の吐出側には、第１の吐出通路１１と第２の吐出通
路１３とが接続される。第１の吐出通路１１は、エンジ
ン１の過給用として、スロットル１５を介してエンジン
１の吸気通路としての吸気管１７に接続される。第２の
吐出通路１３は、エンジン１の冷却用として、バルブ装
置１９を介し、エンジン１．排気通路としての排気管２
９および後述する排気清浄装置３１の周囲を覆っている
エンクロージャ２１に接続される。エンクロージャ２１
の出口部２３はタービンスクロール２５の入口に排気合
流管２７を介して接続される。
機５の吐出側には、第１の吐出通路１１と第２の吐出通
路１３とが接続される。第１の吐出通路１１は、エンジ
ン１の過給用として、スロットル１５を介してエンジン
１の吸気通路としての吸気管１７に接続される。第２の
吐出通路１３は、エンジン１の冷却用として、バルブ装
置１９を介し、エンジン１．排気通路としての排気管２
９および後述する排気清浄装置３１の周囲を覆っている
エンクロージャ２１に接続される。エンクロージャ２１
の出口部２３はタービンスクロール２５の入口に排気合
流管２７を介して接続される。
排気合流管２７内にはエンジン１の排気管２つの排気出
口部３３が開口して合流部としてのエジェクタ構造部３
５となっており、このエジェクタ構造部３５とエンジン
１の排気口２９ａとの間の排気管２９には、例えば三元
触媒で構成した前記排気清浄装置３１を接続しである。
口部３３が開口して合流部としてのエジェクタ構造部３
５となっており、このエジェクタ構造部３５とエンジン
１の排気口２９ａとの間の排気管２９には、例えば三元
触媒で構成した前記排気清浄装置３１を接続しである。
タービンスクロール２５はタービンノズル３７に連通し
、出力タービン７の出口部には消音装置３９が接続され
ている。タービンロータ４１の出力軸４３には、直接に
又は、減速装置４５を介してオートマチックトランスア
クスル４７が連結され、このオートマチックトランスア
クスル４７には、図示は省略したが通常の車両の駆動系
が接続されている。
、出力タービン７の出口部には消音装置３９が接続され
ている。タービンロータ４１の出力軸４３には、直接に
又は、減速装置４５を介してオートマチックトランスア
クスル４７が連結され、このオートマチックトランスア
クスル４７には、図示は省略したが通常の車両の駆動系
が接続されている。
次に前記構成の作用を説明する。
エンジン１の動力は、増速装置３を介して圧縮機５を増
速駆動し、一方大気は塵埃がエアクリーナ９によって除
去されて圧縮機５に導かれ、増速駆動している圧縮機５
て加圧される。圧縮機５を出た圧縮空気は第１の吐出通
路１１と第２の吐出通路１３の２系統に分けられる。
速駆動し、一方大気は塵埃がエアクリーナ９によって除
去されて圧縮機５に導かれ、増速駆動している圧縮機５
て加圧される。圧縮機５を出た圧縮空気は第１の吐出通
路１１と第２の吐出通路１３の２系統に分けられる。
第１の吐出通路１１に流入した圧縮空気は、エンジン１
の過給用としてスロットル１５を介して吸気管１７に供
給される。圧縮空気がエンジン１に供給されて、爆発、
燃焼を終えた燃焼ガスは、圧縮機５の駆動に必要な膨張
行程を終えた後、通常のエンジンよりは高温高圧の状態
で排気口２９ａより排気管２９内に排出される。排気管
２９内に排出された排気は、排気清浄装置３１に導かれ
、排気の清浄化処理が行われる。即ち、エンジン１のシ
リンダ内で燃え残ったＣｏ、ＨＣ等の未燃焼物は、排気
清浄装置３１内の触媒の燃焼作用によって再燃焼し、排
気はこの再燃焼によって発生した熱量を吸収して温度が
再び上昇し、排気出口部３３から排気合流管２７内に排
出される。
の過給用としてスロットル１５を介して吸気管１７に供
給される。圧縮空気がエンジン１に供給されて、爆発、
燃焼を終えた燃焼ガスは、圧縮機５の駆動に必要な膨張
行程を終えた後、通常のエンジンよりは高温高圧の状態
で排気口２９ａより排気管２９内に排出される。排気管
２９内に排出された排気は、排気清浄装置３１に導かれ
、排気の清浄化処理が行われる。即ち、エンジン１のシ
リンダ内で燃え残ったＣｏ、ＨＣ等の未燃焼物は、排気
清浄装置３１内の触媒の燃焼作用によって再燃焼し、排
気はこの再燃焼によって発生した熱量を吸収して温度が
再び上昇し、排気出口部３３から排気合流管２７内に排
出される。
一方、第２の吐出通路１３に流入した圧縮空気はバルブ
装置１９を通ってエンクロージャ２１内に流入し、エン
ジン１からの放熱を吸収する。これにより、通常はエン
ジン１の冷却損失として捨てられている熱量を回収する
。エンジン１がらの放熱を吸収した空気は、排気清浄装
置３１の周囲を流れ、その触媒による再燃焼作用を妨げ
ない程度に排気清浄装置３１を冷却する。過大な冷却に
より前記再燃焼作用が妨げられるような場合には、排気
清浄装置３１の周囲を適宜な断熱材で覆うようにするこ
ともある。
装置１９を通ってエンクロージャ２１内に流入し、エン
ジン１からの放熱を吸収する。これにより、通常はエン
ジン１の冷却損失として捨てられている熱量を回収する
。エンジン１がらの放熱を吸収した空気は、排気清浄装
置３１の周囲を流れ、その触媒による再燃焼作用を妨げ
ない程度に排気清浄装置３１を冷却する。過大な冷却に
より前記再燃焼作用が妨げられるような場合には、排気
清浄装置３１の周囲を適宜な断熱材で覆うようにするこ
ともある。
排気清浄装置３１の不要な熱量を吸収したエンクロージ
ャ２１内の空気は排気合流管２７に導かれ、排気管２９
の出口部３３から排出される排気と合流する。排気合流
管２７はタービンスクロール２５の入口に位置していて
出口部３３からの排気は排気合流管２７の中心側に排出
され、エンクロージャ２１からの冷却空気は外周側に排
出される。このため、タービンスクロール２５の入口で
は高温の排気を比較的低温の冷却空気でくるんだ状態で
タービンノズル３７に導かれることになり、タービンス
クロール２５の壁面は高温の排気が直接触れる構造のも
のよりも低温度に保たれ、これによりタービンスクロー
ル２５の耐久性が向上する上、熱損失も従来のものに比
べて少なくなる。
ャ２１内の空気は排気合流管２７に導かれ、排気管２９
の出口部３３から排出される排気と合流する。排気合流
管２７はタービンスクロール２５の入口に位置していて
出口部３３からの排気は排気合流管２７の中心側に排出
され、エンクロージャ２１からの冷却空気は外周側に排
出される。このため、タービンスクロール２５の入口で
は高温の排気を比較的低温の冷却空気でくるんだ状態で
タービンノズル３７に導かれることになり、タービンス
クロール２５の壁面は高温の排気が直接触れる構造のも
のよりも低温度に保たれ、これによりタービンスクロー
ル２５の耐久性が向上する上、熱損失も従来のものに比
べて少なくなる。
前記実施例では、出力タービン７としてラジアルタービ
ンを用いているので、膨脂比を大きくとることができ、
小型化の観点からは有利である。
ンを用いているので、膨脂比を大きくとることができ、
小型化の観点からは有利である。
また、排気清浄装置３１は出力タービン７の上流側に設
けているので、出力タービン７の下流に排気清浄装置を
設けた場合に比べ、出力タービン７の出口背圧を下げる
ことができ、出力タービン７による出力特性は良好なも
のとなる。エンクロージャ２１は、エンジン１および排
気清浄装置３１の全周囲を覆うほか、排気管２９の全体
を覆っているので、このエンクロージャ２１内を流れる
冷却空気はコンパウンドエンジンシステム全体から放散
される熱量を充分に捕捉できて出力タービン７に有効に
利用できる。
けているので、出力タービン７の下流に排気清浄装置を
設けた場合に比べ、出力タービン７の出口背圧を下げる
ことができ、出力タービン７による出力特性は良好なも
のとなる。エンクロージャ２１は、エンジン１および排
気清浄装置３１の全周囲を覆うほか、排気管２９の全体
を覆っているので、このエンクロージャ２１内を流れる
冷却空気はコンパウンドエンジンシステム全体から放散
される熱量を充分に捕捉できて出力タービン７に有効に
利用できる。
第２の吐出通路１３に設けているバルブ装置１９を、排
気清浄装置３１の触媒入口温度が所定値以下の場合には
自動的に閉じるように構成しておけば、低温状態からの
始動における排気性能の改善に有効となる。即ち、低温
状態での始動時にバルブ装置１９が閉じて冷却空気の流
通が阻止されることで、エンクロージャ２１内の空気は
断熱層となって始動時のエンジン１の暖機を迅速に行う
ことができ、特に熱容量の小さい空冷時のエンジン１に
とっては都合がよい。
気清浄装置３１の触媒入口温度が所定値以下の場合には
自動的に閉じるように構成しておけば、低温状態からの
始動における排気性能の改善に有効となる。即ち、低温
状態での始動時にバルブ装置１９が閉じて冷却空気の流
通が阻止されることで、エンクロージャ２１内の空気は
断熱層となって始動時のエンジン１の暖機を迅速に行う
ことができ、特に熱容量の小さい空冷時のエンジン１に
とっては都合がよい。
なお、エンジン１の排気口２９ａのできるだけ近くに排
気清浄装置３１を位置させるようにすれば、排気清浄装
置３１の触媒入口温度が充分に高いものとなり、触媒の
活性化が早められて再燃焼作用はより促進され、より清
浄な排気が消音装置３９を介して大気に排出され、大気
汚染防止に一層有効となる。
気清浄装置３１を位置させるようにすれば、排気清浄装
置３１の触媒入口温度が充分に高いものとなり、触媒の
活性化が早められて再燃焼作用はより促進され、より清
浄な排気が消音装置３９を介して大気に排出され、大気
汚染防止に一層有効となる。
出力タービン７の出力軸４３には減速装置４５を介して
オートマチックトランスアクスル４７が直接連結されて
おり、通常、オートマチックトランスミッションに必要
なトルクコンバータを設けていない。これは、出力ター
ビン７の出力トルク特性が、低速回転では高く、高速回
転では低い、車両用として理想的な形を有してるからで
ある。
オートマチックトランスアクスル４７が直接連結されて
おり、通常、オートマチックトランスミッションに必要
なトルクコンバータを設けていない。これは、出力ター
ビン７の出力トルク特性が、低速回転では高く、高速回
転では低い、車両用として理想的な形を有してるからで
ある。
トルクコンバータが不要となることで、その滑りによる
燃費の悪化がなくなって動力伝達効率は向上すると共に
、パワートレイン系の重量が軽減する。
燃費の悪化がなくなって動力伝達効率は向上すると共に
、パワートレイン系の重量が軽減する。
第２図にはこの発明の第２実施例を示した。
この第２実施例は、エンジン５１としてディーゼルエン
ジンを使用したものであり、前記第１図の第１実施例に
おける第１の吐出通路１１に設けているスロットル１５
を廃止することができる。
ジンを使用したものであり、前記第１図の第１実施例に
おける第１の吐出通路１１に設けているスロットル１５
を廃止することができる。
これによって、圧縮機５の圧縮仕事をより有効に活用す
ることができ、省資源をより一層図ることが可能となる
。
ることができ、省資源をより一層図ることが可能となる
。
この第２実施例の他の構成部材については前記第１図の
第１実施例と同一であり、第２図、第１図共に同一符号
を付して構造の説明は省略した。
第１実施例と同一であり、第２図、第１図共に同一符号
を付して構造の説明は省略した。
従って、この第２実施例も前記第１実施例の場合と同様
の作用効果が得られる。
の作用効果が得られる。
［発明の効果］
以上によって明らかなようにこの発明の構成によれば、
圧縮機による圧縮空気の一部と排気との合流部より上流
の排気通路に排気清浄装置を設けたので、排気清浄装置
によって未燃焼物が再燃焼１ して燃料のもっている熱量が最大限に発揮され、合流部
の下流にある膨脹機によって有効に回収される。このた
め、燃料のもっているエネルギの利用効率が向上すると
同時に、有害な排気物質も清浄化できて大気環境汚染を
防止できる。
圧縮機による圧縮空気の一部と排気との合流部より上流
の排気通路に排気清浄装置を設けたので、排気清浄装置
によって未燃焼物が再燃焼１ して燃料のもっている熱量が最大限に発揮され、合流部
の下流にある膨脹機によって有効に回収される。このた
め、燃料のもっているエネルギの利用効率が向上すると
同時に、有害な排気物質も清浄化できて大気環境汚染を
防止できる。
第１図はこの発明の第１実施例を示す全体構成図、第２
図はこの発明の第２実施例を示す全体構成図、第３図は
従来例の概要を示すブロック図、第４図は従来の具体例
を示す全体構成図である。 １．５１・・・エンジン ５・・・圧縮機７・・・出力
タービン（膨脹機） １１・・・第１の吐出通路 １３・・・第２の吐出通路 １７・・・吸気管（吸気通路） ２９・・・排気管（排気通路） ２９ａ・・・排気口 ３１・・・排気清浄装置 ３５・・・エジェクタ構造部（合流部）４３・・・出力
軸 ２ ω ｍ ！ 〈 ） １ハ乙 ｍ−リー
図はこの発明の第２実施例を示す全体構成図、第３図は
従来例の概要を示すブロック図、第４図は従来の具体例
を示す全体構成図である。 １．５１・・・エンジン ５・・・圧縮機７・・・出力
タービン（膨脹機） １１・・・第１の吐出通路 １３・・・第２の吐出通路 １７・・・吸気管（吸気通路） ２９・・・排気管（排気通路） ２９ａ・・・排気口 ３１・・・排気清浄装置 ３５・・・エジェクタ構造部（合流部）４３・・・出力
軸 ２ ω ｍ ！ 〈 ） １ハ乙 ｍ−リー
Claims (1)
- エンジンによって駆動される圧縮機に第１の吐出通路及
び第２の吐出通路がそれぞれ接続され、第１の吐出通路
はエンジンの吸気通路に連通する一方、第２の吐出通路
はエンジンの排気通路に合流し、第２の吐出通路と排気
通路との合流部の下流側にエンジンの排気により駆動さ
れて出力軸に連結する膨脹機を備えたターボコンパウン
ドエンジンにおいて、前記合流部より上流側の排気通路
に排気清浄装置を設けたことを特徴とするターボコンパ
ウンドエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2025053A JPH03229927A (ja) | 1990-02-06 | 1990-02-06 | ターボコンパウンドエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2025053A JPH03229927A (ja) | 1990-02-06 | 1990-02-06 | ターボコンパウンドエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03229927A true JPH03229927A (ja) | 1991-10-11 |
Family
ID=12155179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2025053A Pending JPH03229927A (ja) | 1990-02-06 | 1990-02-06 | ターボコンパウンドエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03229927A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7104060B2 (en) * | 2001-11-02 | 2006-09-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust energy recovery system for combustion engine |
-
1990
- 1990-02-06 JP JP2025053A patent/JPH03229927A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7104060B2 (en) * | 2001-11-02 | 2006-09-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust energy recovery system for combustion engine |
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