JPH06323143A - ターボクーリングエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンの高速高負荷時に低温の高圧給気が
供給され低速低負荷時にも給気不足を生じることのない
軽量コンパクトで低燃費化と低ＮＯ_X が得られるターボ
クーリングエンジンを提供するにある。 【構成】 ターボ過給機４５とターボクーリング過給機
７９の両回転軸を電磁クラッチ１１を介して連結し、さ
らに空気冷却器６の出口と給気管１０を逆止弁装置１３
を含むバイパス管路１２を介して連結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンに冷却した過給
空気を供給して低燃費低ＮＯ_X 化をはかったターボクー
リングエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】図２はディーゼルエンジンの給気を極度
に低温化し、低燃費化低ＮＯ_X 化をはかった従来形のタ
ーボクーリングシステムの一例を示したものである。図
において０１はエンジン本体、０２は排気管、０３は給
気溜、０４は排気管０２からの排気によって駆動される
排気タービン、０５は大気を圧縮する第１コンプレッサ
で排気タービン０４と第１のコンプレッサ０５は同一軸
線上に配設され排気ターボ過給機０４５を構成してい
る。

【０００３】０６は第１コンプレッサから吐出された圧
縮空気を冷却する第１の空気冷却器、０７は第１の空気
冷却器をへた圧縮空気をさらに圧縮する第２のコンプレ
ッサ、０８は第２のコンプレッサをへた圧縮空気を冷却
する第２の空気冷却器、０９は第２の空気冷却器をへた
圧縮空気を膨張せしめて低温化する膨張タービンであ
り、第２のコンプレッサ０７と膨張タービン０９は同一
軸線上に配設され、ターボクーリング過給機０７９を構
成している。

【０００４】次に前記従来例の作用について説明する。
エンジンの排気管０２からの排気によって駆動された排
気タービンは第１のコンプレッサ０５を廻わし大気を吸
入圧縮する。この圧縮空気は空気冷却器０６により冷却
された後第２のコンプレッサ０７に導かれ、さらに空気
冷却器０８をへて冷却された後膨張タービン０９を膨張
せしめてさらに圧縮空気を冷却した後給気管０１０をへ
てエンジンの給気溜０３に供給される。このように従来
例の過給システムではエンジンの排気のエネルギを利用
して高圧でかつ０℃〜１０℃レベルの極低温の給気をエ
ンジンに供給し燃費改善と低ＮＯ_X を同時に実現するこ
とをねらっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが図２に示す前
記従来システムは次のような欠点を有している。 １）エンジンが低速低負荷域の場合には排気エネルギが
少ないため第１コンプレッサ０５で十分な高圧空気が得
られず、その結果膨張タービン０９を出た空気は十分な
低温化が得られないのみならず圧力レベルも低下してい
るため、エンジンの要求する密度の高い給気が得られ
ず、燃費不良や吐煙の悪化を来すことになる。

【０００６】この不具合を防止するため、例えば第１の
空気冷却器０６出口と給気管０１０の間を開閉制御可能
な弁装置を介して連結し、高負荷域ではこの弁を閉と
し、低負荷域ではこれを開とすることによってターボク
ーリング過給機０７９をバイパスさせる考案（実開昭６
１−１５５６３８，特開昭６０−７５４９５）がされて
いるが、大量の空気を低圧損でエンジンに導くための大
容量でかつエンジンの負荷に応じて開閉制御が可能であ
る電磁弁装置は高価でかつ重量及びスペースが大きくな
り実用的でない。

【０００７】２）第１のコンプレッサ０５の圧縮動力は
排気タービン０４の回転力により、また第２のコンプレ
ッサ０７の圧縮動力は膨張タービン０９の回転力によっ
て発生されるが、排気タービン０４の回転力に比べ膨張
タービン０９の回転力は少なく、このため両コンプレッ
サ０５，０７に生じる圧縮圧力比に大きな差を生じてい
る。

【０００８】通常このような２段圧縮、２段冷却（０６
および０８）の圧縮システムでは圧縮総合効率を最高と
するには両コンプレッサの圧力比が略同等レベルである
ことが望ましいが、従来システムでは上記事情により圧
縮総合効率が低く、従って同一の給気圧力でかつ低温度
化を得るには、それだけ多くの排気エネルギを必要と
し、エンジンはそれだけ燃費の悪化を生じていた。

【０００９】本発明の目的は高速高負荷時に低温の高圧
給気が供給され、低速低負荷時にも給気不足を生じるこ
とのない軽量コンパクトで低燃費化と低ＮＯ_X が得られ
るターボクーリングエンジンを提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のターボクーリン
グエンジンは、エンジンの排気で駆動される排気タービ
ン４及び大気を吸入圧縮する第１のコンプレッサ５から
なる排気ターボ過給機４５と、該第１コンプレッサから
の圧縮空気を冷却する第１の空気冷却器６と該第１の空
気冷却器を出た空気をさらに圧縮する第２のコンプレッ
サ７と該第２のコンプレッサを出た空気を冷却する第２
の空気冷却器８と該第２の空気冷却器を出た空気を膨張
せしめて低温化する膨張タービン９とを具え前記第２の
コンプレッサ７と前記膨張タービン９は同一軸上に配置
されてターボクーリング過給機７９を形成した過給エン
ジンにおいて；前記ターボ過給機４５と前記ターボクー
リング過給機７９との間に位置し動力を断続可能に接続
する電磁クラッチ１１と、前記第１の空気冷却器６を出
た空気をエンジンへ向う流れのみを許容する逆止弁装置
１３を介してエンジンの給気管１０へ導く給気管１０
と、エンジンの低速低負荷域では前記電磁クラッチ１１
を遮断しエンジンの高速高負荷域では接続するコントロ
ーラ１４とを有してなることを特徴としている。

【００１１】

【作用】

１）エンジンが高速高負荷域で運転中には電磁クラッチ
１１を接続状態とすることにより、排気タービン４の駆
動力の一部が第２のコンプレッサ７に供給され、該第２
のコンプレッサの圧力比を第１のコンプレッサの圧力比
と同一レベルに高めることができる。そのため２段圧
縮、２段冷却の圧縮総合効率が高められ、排気エネルギ
の増大による燃費の悪化を来すことなく高効率で給気の
低温化が図れる。またこのときは第１のコンプレッサ５
の吐出圧力に比べ給気管の圧力は高められているので、
逆止弁装置は自動的に閉じられた状態となってバイパス
流れは生じない。

【００１２】２）エンジンが低速低負荷域で運転中に
は、電磁クラッチ１１を遮断状態とすると第２のコンプ
レッサの圧力比が低下するので給気圧力は第１のコンプ
レッサ５の吐出力より低下するため、自動的に逆止弁装
置が開となり、ターボクーリング過給機をバイパスし、
第１の空気冷却器６の出口から直接給気管１０に圧縮空
気が導かれるため、給気圧力の低下によるエンジン性能
の悪化を防ぐことができる。

【００１３】

【実施例】１〜１０および４５，７９は図２の従来例の
ものの０１〜０１０および０４５，０７９と同一であ
る。１１は電磁クラッチ装置でこの装置を介して排気タ
ーボ過給機からターボクーリング過給機７９へ動力伝達
が行なえるように接続されている。なお図示されていな
いが前記動力伝達は減速機を介して行なわれてもよい。
１２はバイパス管路で第１の空気冷却器６の出口と給気
管１０とを逆止弁装置１３を介して接続されている。逆
止弁装置１３は図３，図４に示すように簡単な構造で且
通路面積が大きくとれるようになっている。

【００１４】１）すなわち本発明の構造を従来例と比較
しながら説明するとエンジンを低速、低負荷域で運転す
るときに簡易な弁システムによってターボクーリング過
給機をバイパスさせる手段として、第１の空気冷却器６
の出口から直接エンジンの給気溜へ空気を導びくバイパ
ス管路１２を設け、かつこのバイパス管路中にエンジン
へ向かう流れのみを許容する逆止弁装置１３を設ける。

【００１５】しかし、図２に示す従来システムにおい
て、前記のような逆止弁装置１３を設けると、前記両コ
ンプレッサの圧力比の関係で第２のコンプレッサ０７に
おける圧力上昇が少ないために、膨張タービン０９出口
の圧力、すなわちエンジンへの給気圧力は第１のコンプ
レッサ０５の出口圧力すなわち第１の空気冷却器０６の
出力よりも低くなって常時バイパス管路１２の逆止弁は
開となり、バイパス流れが常時発生しターボクーリング
の機能を生じさせることができない。

【００１６】２）高速高負荷域では第１のコンプレッサ
０５に比べて圧力比が低い第２のコンプレッサ０７の圧
力比を高めるため排気タービン過給機０４５とターボク
ーリング過給機０７９の回転軸を動力伝達が行なえるよ
うに接続し、第２のコンプレッサ０７の駆動力を排気タ
ーボ過給機０４５側から補充してやることにより両コン
プレッサ０５および０７の圧力比を略同一レベルとして
圧縮総合効率を高めることができるようにする。以上の
ようにして排気タービン過給機０４５とターボクーリン
グ過給機０７９の回転軸を接続して動力伝達が行われる
ようにすると、第２のコンプレッサ０７の圧力比が、上
昇するため膨張タービン０９出口での圧力が第１のコン
プレッサ０５の出口圧力より高くなり上記１）に述べた
バイパス管路の逆止弁も閉鎖された状態となって十分な
ターボクーリングシステムとして機能が得られるように
する。

【００１７】３）以上の２項を充足させるため排気ター
ボ過給機０４５とターボクーリング過給機０７９の接続
軸の途中に断続可能な電磁クラッチ１１を設け、エンジ
ン運転が低速低負荷域にあるときにはこれを遮断する。
それにより第２のコンプレッサ０７の駆動力が減少して
膨張タービン０９出口の圧力が低下し、第１のコンプレ
ッサ０５の出口圧力よりも低くなるため、自動的に逆止
弁装置が開かれ、ターボクーリング過給機０７９のバイ
パス流れが生じ給気圧力の低下による性能の悪化を防止
するようにした。

【００１８】次に前記実施例の作用について説明する。 １）エンジンが高速高負荷域では電磁クラッチ１１を接
続状態とすると、第２のコンプレッサ９の圧力比が第１
のコンプレッサ５の圧力比と同一レベルに高められ、第
１のコンプレッサ５の吐出圧力に比べて給気管１０の圧
力は高められ逆止弁装置は閉の状態となりバイパス流れ
は生じない。従って２段圧縮２段冷却の圧縮冷却総合効
率が高められ、燃費の悪化を来すことなく効率よく給気
の低温化が図られる。

【００１９】２）エンジンの低速低負荷時では電磁クラ
ッチ１１を遮断状態とすると第２のコンプレッサ７の圧
力比が低下しこれに伴ない給気圧力は第１のコンプレッ
サ５の吐出圧力より低下するため、自動的に逆止弁装置
は開の状態となり、ターボクーリング過給機７９をバイ
パスして第１の空気冷却器６の出口から直接給気管に圧
縮空気が導かれるため給気圧力の低下によるエンジン性
能の悪化を防止することができる。

【００２０】

【発明の効果】

１）エンジンの高速高負荷時には電磁クラッチは接続状
態となるので、圧縮総合効率が高められ、少ない排気エ
ネルギで効力よく給気の低温化が図られ低燃費化と低Ｎ
Ｏ_X 化が得られる。 ２）エンジンの低速低負荷時には電磁クラッチは遮断状
態となるので、給気流れは自動的にバイパスすることに
なり、ターボクーリング過給機付エンジンにおいても又
給気の供給が不十分となり、エンジン性能が悪化するこ
とはない。 以上の結果より本発明を適用することによりターボクー
リングエンジンはすべての運転状態で燃焼改善が行われ
低燃費化や低ＮＯ_X 化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の構成図

【図２】逆止弁装置の構成図

【図３】従来例の図１応当図

【符号の説明】

４…排気タービン、５…第１のコンプレッサ、４５…排
気ターボ過給機、６…第１の空気冷却器、７…第２のコ
ンプレッサ、８…第２の空気冷却器、９…膨張タービ
ン、４５…ターボ過給機、７９…ターボクーリング過給
機、１１…電磁クラッチ、１３…逆止弁装置、１２…バ
イパス管路、１０…給気管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気で駆動される排気タービ
   ン（４）及び大気を吸入圧縮する第１のコンプレッサ
   （５）からなる排気ターボ過給機（４５）と、該第１の
   コンプレッサからの圧縮空気を冷却する第１の空気冷却
   器（６）と、該第１の空気冷却器を出た空気をさらに圧
   縮する第２のコンプレッサ（７）と、該第２のコンプレ
   ッサを出た空気を冷却する第２の空気冷却器（８）と該
   第２の空気冷却器を出た空気を膨張せしめて低温化する
   膨張タービン（９）とを具え前記第２のコンプレッサ
   （７）と前記膨張タービン（９）は同一軸上に配置され
   てターボクーリング過給機（７９）を形成した過給エン
   ジンにおいて；前記ターボン過給機（４５）と前記ター
   ボクーリング過給機（７９）との間に位置し動力を断続
   可能に接続する電磁クラッチ（１１）と、前記第１の空
   気冷却器（６）を出た空気をエンジンへ向う流れのみを
   許容する逆止弁装置（１３）を介してエンジンの給気管
   （１０）へ導く給気管（１０）と、エンジンの低速低負
   荷域では前記電磁クラッチ（１１）を遮断しエンジンの
   高速高負荷域では接続するコントローラ（１４）とを有
   してなるターボクーリングエンジン。