JPH0568619B2 - - Google Patents

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
し、また機関側から逆転駆動されることによりポ
ンプ仕事を行つて機関を制動させるタービンを有
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調節する
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、過給機１よりも下流側の排気通路
３に介設したタービン４によつて更に回収し、こ
のタービン４によつて取り出した軸回転力を機関
２のクランク軸５に供給して機関２の高出力化を
達成するようになつている。他面、このように吸
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。

近年、上述の排気エネ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フロアとして機能さ
せることにより、従来のフツトブレーキ、排気ブ
レーキに加えて機関制動力を付加させるエンジン
システムが懸案されている。図示するものはその
一例であり、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置
６、並びにタービン４の正逆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ツプリング機構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つている。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、機関２側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によつて開閉制
御され、機関制動時（タービン逆転時）のみ吸気
タービン４へ供給するようになつている。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。

更に本システムには、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１５と、こ
のバイパス路１５を開度制御するバイパス弁１６
とから成る排気バイパス機構１７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
却つて排気通路３内の背圧を徒らに高め、過給機
１、延いては機関２に無用な動力損失を生じさせ
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つて
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、例えばガバナのラツク
位置が設定負荷範囲内であつて、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つている。こ
の関係をグラフとして示すと第６図にように、機
関２の通常運転域Ｄ，Ｅ（タービンによる機関制
動域Ｆ以外）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Ｄ
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７図
に示すように、キースイツチ３１、アクセルスイ
ツチ１８、クラツチスイツチ１９、排気ブレーキ
スイツチ２０、タービンブレーキスイツチ２１並
びにラツクセンサ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ツト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ROM２
９に記憶された第６図に示すマツプ等を下に演算
処理されて出力回路３０から反転装置６や各弁１
２〜１４，１６に制御信号が出力されるようにな
つている。殊に、上述の排気バイパス制御に関し
ては、ラツクセンサ２２、機関回転数センサ２３
及びタービンブレーキスイツチ２１が関与し、タ
ービンブレーキスイツチ２１の切換えを条件とし
て、タービンによる機関制動域Ｆと機関の通常運
転域Ｄ，Ｅとが切り換えられ、またラツクセンサ
２２と機関回転数センサ２３からの検出値により
排気バイパス制御Ｄ，Ｅが切り換えられるように
なつている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで従来における各弁１２〜１４，１６、
特に排気バイパス機構１７のバイパス弁１６の制
御は次のようなフローに従つて行われていた（第
８図、第９図参照）。

コントロールユニツト２４に初期値をセツトす
るイニシヤライズ後の機関運転状態においては、
コントロールユニツト２４では各種検出信号を入
力リードし計算を行うことになる。

先ず、通常運転域においてクラツチスイツチ１
９によりクラツ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（領域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（バイパス弁１６、
閉）排気がタービン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１
６、開）、排気はタービン４を迂回して流される
ようになつている。

次いで、タービンブレーキスイツチ２１がON
作動されると、タービン４は逆転されて機関２の
制号制御（領域Ｆ）に移行する。この際の各弁１
２〜１４，１６の制御は、吸気導入路１１の開閉
弁１２とバイパス路１５のバイパス弁１６が開か
れてタービン４がブロアとして駆動されると共
に、排気通路３の逆止弁１３が閉じられることに
なる。また排気ブレーキ弁１４は排気ブレーキス
イツチ２０の作動の下に開閉されることになる。

その後、タービンブレーキスイツチ２１が
OFF作動されると、再び上述した通常の排気バ
イパス制御に戻されることになる。

ここに、タービンによる機関制動域Ｆからター
ビンによる機関駆動域Ｄへの移行に際しては第６
図に示すように、機関制動域Ｆから通常運転域の
排気バイパス制御における排気バイパス域Ｅを経
過してタービンによる機関駆動域Ｄへ移るように
制御が設定されていた（図中、Ｈで示す）。しか
しながら、このような制御では、次のような問題
があつた。即ち、機関制動状態から機関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ツクセンサ２２及
び機関回転数センサ２３によつて検出されて認識
される（第６図中、Ｊで示す）が、バイパス弁１
６の制御に関しては従来第９図に示すように、排
気バイパス域Ｅの存在のためにバイパス弁１６が
開かれたままでバイパス路１５が相当の時間開放
状態に維持され、第３図に示すように排気バイパ
ス域Ｅの最終段階ではバイパス弁１６も閉じられ
る方向にあつて排気通路３の圧力も上昇してター
ビン回転数も上昇してくるが、それまでの間（図
中、Ｇで示す）機関２の加速に対応して機関に多
量の燃料が供給され排気通路３内の圧力が上昇し
てもその上昇圧力がバイパス路１５を介して解放
されてしまい、排気通路３内の圧力上昇を十分に
得ることができずタービン４の回転上昇に“息つ
き”を生じて、出力応答性に段差が生じて応答性
が良くないという問題があつた。即ち、機関制動
の解除から通常運転域の機関制御に移る際、必ず
排気バイパス域Ｅにおけるバイパス弁１６の開制
御を経てタービン運転が制御されるため、排ガス
温度、排ガス圧力の上昇に応じたタービンのスム
ーズな回転上昇を得ることができなかつた。

［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機関を駆動
し逆転されて機関を制動させ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、機関制動から機関駆動
へ移る際にラツク移動量が設定量を超えたとき設
定時間閉じる制御手段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、タービンの逆
転による機関制動状態から機関の通常運転状態へ
移行する際に、機関負荷の大きな変動に対応して
ラツクの移動量が設定量を超えたときに強制的に
設定時間だけバイパス弁を閉じるように制御する
ことにより、タービンへ排気を供給する排気通路
内の圧力上昇を適正に確保して瞬間的な機関の加
速制御に対して滑らかな出力上昇を得るようにな
つている。

実施例 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従つ
て詳述する。

エンジンシステム自体の構成は、従来例で説明
したものと同様である（第４図〜第７図参照）。
本発明の特長とするところは、制御手段たるコン
トロールユニツト２４におけるタービン４逆転時
（機関制動域Ｆ）から機関２を加速してタービン
４による機関駆動域Ｄに機関運転が移行するに際
しての排気バイパス制御、殊にバイパス弁１６の
制御にあり、この制御内容はCPU２８における
制御フローとして設定される。以下、第１図〜第
３図を参照して制御フローに従つて説明する。基
本的な制御フローは従来と同様である。

コントロールユニツト２４に初期値をセツトす
るイニシヤライズ後の機関運転状態においては、
コントロールユニツト２４では各種検出信号を入
力リードし計算を行うことになる。

先ず、機関運転域Ｄ，Ｅにおいてクラツチスイ
ツチ１９によりクラツ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（領域Ｄ）
にあるときには排気通路３が開かれ（逆止弁１
３、開）バイパス路１５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
流されるようになつている。

次いで、タービンブレーキスイツチ２１がON
作動されると、タービン４は逆転されて機関２の
制動制御（領域Ｆ）に移行する。この際の各弁１
２〜１４，１６の制御は、吸気導入路１１の開閉
弁１２とバイパス路１５のバイパス弁１６が開か
れてタービン４がブロアとして駆動されると共
に、排気通路３の逆止弁１３が閉じられることに
なる。また排気ブレーキ弁１４は排気ブレーキス
イツチ２０の作動の下に開閉されることになる。
以上は従来と同様である。

その後タービンブレーキスイツチ２１がOFF
作動されると、タービンの逆転駆動による機関の
制動状態が解除されることになる。

ここに本発明にあつては、タービンブレーキス
イツチ２１のOFF後排気バイパス域Ｅでラツク
の移動量Leが設定量Lsを超えた場合には、機関
２が相当の加速状態にあると判定して、バイパス
弁１６を強制的に閉じる制御が実行される（第２
図参照）。具体的には、タービンブレーキスイツ
チ２１のOFF後、直ちにバイパス弁１６が閉じ
られると共にCPU２８内のタイマが起動されて
所定時間ta（0.5秒程度）その状態が維持される。
これは、タービンブレーキスイツチ２１のOFF
に続く次の機関制御が行われるまでの待ち時間と
して設定される。その後新たな制御に対応するラ
ツク移動量Leがラツクセンサ２２から入力リー
ドされ、計算が行われる。そしてこのラツク移動
量Leが設定量Lsを超えた場合には機関２が相当
の加速制御されていると判定して、その後再びタ
ービンブレーキスイツチ２１がON動作されない
限り、バイパス弁１６を強制的に設定時間tc閉じ
ることになる（第３図参照）。このラツク移動量
の判定に際しては、別の時間tb（0.1秒程度）が設
定されタイマ起動（INC FLG tb）から設定時間
内（FLG tb＝Ｎ）に設定量を超えない場合には
機関２の加速制御は行われないか、小さいものと
して通常の排気バイパス制御に移行するようにな
つている。そして設定時間tcが経過したならば、
通常の排気バイパス制御、即ちバイパス弁１６の
制御による機関運転制御に移行させるようになつ
ている。尚各時間ta〜tcは、その後クリアされる
（CLR FLG ta〜tc）。ここに設定時間tcとは、機
関性能や一般的な機関の加速制御において、ター
ビンブレーキスイツチ２１のOFFからタービン
４による機関駆動に移行するまでに必要とされる
時間（排気通路３内の排気圧力、排気温度等の上
昇率を考慮した時間）として与えられ、例えば、
３〜５秒程度に設定される。

このように機関制動状態から機関駆動状態に移
行する際に排気バイパス制御を強制的にカツトす
ることにより、従来この移行制御中に介在してい
たバイパス弁１６の開放による排気通路３内の圧
力上昇の妨げでタービン４の回転上昇が遅れ、そ
のために出力応答性が十分でなかつたのを解消し
て、第３図に実線で示すように適正な圧力上昇を
確保して滑らかな出力上昇を確保することができ
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し逆転され
た機関を制動させ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、機関制動から機関駆動へ移る際に
ラツクの移動量が設定量を超えたことに応じて制
御手段により設定時間閉じるようにしたので、ラ
ツクにより機関加速状態を判定して機関制動直後
に機関を加速する際であつてもタービンへ排気を
供給する排気通路内の圧力上昇を適正に確保で
き、通常の機関低負荷に対応する排気バイパス制
御に支障を与えることなく、機関加速に応じた滑
らかな出力上昇を得ることができる。

【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制御に採用されるフローチ
ヤート、第２図は各弁の開閉状態を説明するため
の図、第３図は機関出力と制御時間との関係を示
すグラフ、第４図は本発明が採用されるターボコ
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ツクを示す回路図、第６
図はバイパス弁の制御マツプを示す図、第７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、第８図は従来の制御フローを示すフローチヤ
ート、第９図は従来の各弁の開閉状態を説明する
ための図である。 図中、２は機関、４はタービン、１５はバイパ
ス路、１６はバイパス弁、２４は制御手段たるコ
ントロールユニツトである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排気エネルギを回収して機関を駆動し逆転さ
   れて機関を制動させ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、機関制動から機関駆動へ移る際
   にラツク移動量が設定量を超えたとき設定時間閉
   じる制御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。