JPH06323158A - 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
- JPH06323158A JPH06323158A JP5134184A JP13418493A JPH06323158A JP H06323158 A JPH06323158 A JP H06323158A JP 5134184 A JP5134184 A JP 5134184A JP 13418493 A JP13418493 A JP 13418493A JP H06323158 A JPH06323158 A JP H06323158A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust
- exhaust pipe
- stroke
- engine
- pipe
- 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.)
- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/12—Control of the pumps
- F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
- F02B37/183—Arrangements of bypass valves or actuators therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
- F02B41/02—Engines with prolonged expansion
- F02B41/10—Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、排圧を低減してエンジンの仕事量
を低減してエネルギー回収を向上させるターボコンパウ
ンドエンジンを提供する。 【構成】 本発明は、第１排気ポート１２に連通する第
１排気管７にターボチャージャ５を且つターボチャージ
ャ５の後流の後続排気管８にエネルギー回収装置６を配
設する。第２排気管９は第２排気ポート１４を後続排気
管８に連通する。第１排気弁１３は第１排気ポート１２
を膨張行程後半で開放し且つ排気行程半ばまでに閉鎖す
る。第２排気弁１５は第２排気ポート１４を排気行程前
半で開放し且つ吸入行程前半までに閉鎖する。バイパス
排気管１０は第１排気管７を第２排気管９に接続し、第
１排気管７の排圧を低減できるように構成する。
を低減してエネルギー回収を向上させるターボコンパウ
ンドエンジンを提供する。 【構成】 本発明は、第１排気ポート１２に連通する第
１排気管７にターボチャージャ５を且つターボチャージ
ャ５の後流の後続排気管８にエネルギー回収装置６を配
設する。第２排気管９は第２排気ポート１４を後続排気
管８に連通する。第１排気弁１３は第１排気ポート１２
を膨張行程後半で開放し且つ排気行程半ばまでに閉鎖す
る。第２排気弁１５は第２排気ポート１４を排気行程前
半で開放し且つ吸入行程前半までに閉鎖する。バイパス
排気管１０は第１排気管７を第２排気管９に接続し、第
１排気管７の排圧を低減できるように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、エンジンの排気エネ
ルギーによって駆動されるターボチャージャとエネルギ
ー回収装置を備えているターボコンパウンドエンジンに
関する。
ルギーによって駆動されるターボチャージャとエネルギ
ー回収装置を備えているターボコンパウンドエンジンに
関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ターボチャージャを備えたエン
ジンについて、過給圧をコントロールする場合には、排
気マニホルドに連通したターボチャージャをバイパスす
る排気通路に設けたウエィストゲートを設け、該ウエィ
ストゲートの開閉を行って最大圧力のみをコントロール
している。ウエィストゲートは、一種の逃がしバルブで
あり、ターボチャージャのタービンをバイパスする排気
ガス通路に設けているものである。
ジンについて、過給圧をコントロールする場合には、排
気マニホルドに連通したターボチャージャをバイパスす
る排気通路に設けたウエィストゲートを設け、該ウエィ
ストゲートの開閉を行って最大圧力のみをコントロール
している。ウエィストゲートは、一種の逃がしバルブで
あり、ターボチャージャのタービンをバイパスする排気
ガス通路に設けているものである。
【０００３】従来、ターボコンパウンド内燃機関として
は、実公昭６２−４００９６号公報に開示されたものが
ある。該ターボコンパウンド内燃機関は、ターボチャー
ジャの排気タービンの下流の機関排気通路に排気圧力で
駆動されるパワータービンを介装し、該パワータービン
の出力を機関出力軸に付加するターボチャージャ付き内
燃機関であり、排気タービン及びパワータービンをバイ
パスする排気バイパス通路を設け、該排気バイパス通路
を機関低負荷時及び機関高回転速度域に開通する通路開
閉弁を設けたものである。該ターボコンパウンド内燃機
関は、上記構成によって、機関低負荷時でのポンピング
ロスの増大を解消し、燃費効率を向上させ、また、ター
ボチャージャによる給気過剰を防止し、高回転域での燃
費の改善を図らんとするものである。
は、実公昭６２−４００９６号公報に開示されたものが
ある。該ターボコンパウンド内燃機関は、ターボチャー
ジャの排気タービンの下流の機関排気通路に排気圧力で
駆動されるパワータービンを介装し、該パワータービン
の出力を機関出力軸に付加するターボチャージャ付き内
燃機関であり、排気タービン及びパワータービンをバイ
パスする排気バイパス通路を設け、該排気バイパス通路
を機関低負荷時及び機関高回転速度域に開通する通路開
閉弁を設けたものである。該ターボコンパウンド内燃機
関は、上記構成によって、機関低負荷時でのポンピング
ロスの増大を解消し、燃費効率を向上させ、また、ター
ボチャージャによる給気過剰を防止し、高回転域での燃
費の改善を図らんとするものである。
【０００４】また、特開平５−３３６６４号公報に開示
されたターボチャージャを備えたエンジンは、排気マニ
ホルドに連通する排気通路にターボチャージャをバイパ
スするバイパス通路を設け、バイパス通路の開度を調節
するウエィストゲートを設ける。ウエィストゲートの開
度は、コントローラによってセンサーよるエンジンの作
動状態の検出信号に応答して、予めセットしたブースト
マップに従ってエンジンスピード及びエンジン負荷に応
じてエンジン出力を低下させないで、ＮＯX の発生量を
低減する最適過給圧になるように制御できる。
されたターボチャージャを備えたエンジンは、排気マニ
ホルドに連通する排気通路にターボチャージャをバイパ
スするバイパス通路を設け、バイパス通路の開度を調節
するウエィストゲートを設ける。ウエィストゲートの開
度は、コントローラによってセンサーよるエンジンの作
動状態の検出信号に応答して、予めセットしたブースト
マップに従ってエンジンスピード及びエンジン負荷に応
じてエンジン出力を低下させないで、ＮＯX の発生量を
低減する最適過給圧になるように制御できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ターボコン
パウンドエンジンでは、排気ガスエネルギーによってタ
ーボチャージャとエネルギー回収装置を作動して排気ガ
スエネルギーを回収するが、排気ガスの圧力を上昇させ
ないと、ターボチャージャ及びエネルギー回収装置のタ
ービン仕事を増大させることができない。しかしなが
ら、排気管内の排圧が増加すると、エンジンの排気行程
で仕事をしなければならず、その仕事のためタービンに
よるエネルギー回収量が低減されることになる。
パウンドエンジンでは、排気ガスエネルギーによってタ
ーボチャージャとエネルギー回収装置を作動して排気ガ
スエネルギーを回収するが、排気ガスの圧力を上昇させ
ないと、ターボチャージャ及びエネルギー回収装置のタ
ービン仕事を増大させることができない。しかしなが
ら、排気管内の排圧が増加すると、エンジンの排気行程
で仕事をしなければならず、その仕事のためタービンに
よるエネルギー回収量が低減されることになる。
【０００６】図５には、排圧とターボコンパウンドエン
ジンの平均有効圧との関係がグラフで示されている。図
５において、横軸に排気管内の排圧をとり、縦軸にター
ボコンパウンドエンジンの平均有効圧をとると、例え
ば、図５の符号Ａで示すように、排気管内の排圧の増大
に伴って、ターボコンパウンドエンジンの平均有効圧は
低下していく。そのため、符号Ｂで示すように、排気管
内の排圧が所定値を超えると、エンジンの排気行程で仕
事をすることになり、タービンによるエネルギー回収の
出力は低下することになる。
ジンの平均有効圧との関係がグラフで示されている。図
５において、横軸に排気管内の排圧をとり、縦軸にター
ボコンパウンドエンジンの平均有効圧をとると、例え
ば、図５の符号Ａで示すように、排気管内の排圧の増大
に伴って、ターボコンパウンドエンジンの平均有効圧は
低下していく。そのため、符号Ｂで示すように、排気管
内の排圧が所定値を超えると、エンジンの排気行程で仕
事をすることになり、タービンによるエネルギー回収の
出力は低下することになる。
【０００７】そこで、この発明の目的は、上記のよう
に、燃焼ガスが十分な流速を有する排気行程の前半では
排気ガスを第１排気ポートを通じてターボチャージャに
送り込んで排気ガスエネルギーでターボチャージャを駆
動してエネルギーを回収し、燃焼ガスの流速が低下した
排気行程の後半では排気ガスを第２排気ポートを通じて
ターボチャージャをバイパスしてエネルギー回収装置に
送り込み、エネルギー回収装置のタービン入口の背圧が
低いので排気行程におけるエンジン仕事が低下し、背圧
が減少した分の排気ガスが有するエネルギーを回収して
エンジン出力を増加させるターボコンパウンドエンジン
を提供することである。
に、燃焼ガスが十分な流速を有する排気行程の前半では
排気ガスを第１排気ポートを通じてターボチャージャに
送り込んで排気ガスエネルギーでターボチャージャを駆
動してエネルギーを回収し、燃焼ガスの流速が低下した
排気行程の後半では排気ガスを第２排気ポートを通じて
ターボチャージャをバイパスしてエネルギー回収装置に
送り込み、エネルギー回収装置のタービン入口の背圧が
低いので排気行程におけるエンジン仕事が低下し、背圧
が減少した分の排気ガスが有するエネルギーを回収して
エンジン出力を増加させるターボコンパウンドエンジン
を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、遮熱構造の燃焼室に連通するシリンダヘッ
ドに形成した第１排気ポートと第２排気ポート、前記第
１排気ポートに連通する第１排気管に配設されたターボ
チャージャ、該ターボチャージャの後流の後続排気管に
配設されたエネルギー回収装置、前記第２排気ポートを
前記後続排気管に連通する第２排気管、前記第１排気ポ
ートを膨張行程後半で開放し且つ排気行程半ばまでに閉
鎖する第１排気弁、及び前記第２排気ポートを排気行程
前半で開放し且つ吸入行程前半までに閉鎖する第２排気
弁、を有することを特徴とするターボコンパウンドエン
ジンに関する。
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、遮熱構造の燃焼室に連通するシリンダヘッ
ドに形成した第１排気ポートと第２排気ポート、前記第
１排気ポートに連通する第１排気管に配設されたターボ
チャージャ、該ターボチャージャの後流の後続排気管に
配設されたエネルギー回収装置、前記第２排気ポートを
前記後続排気管に連通する第２排気管、前記第１排気ポ
ートを膨張行程後半で開放し且つ排気行程半ばまでに閉
鎖する第１排気弁、及び前記第２排気ポートを排気行程
前半で開放し且つ吸入行程前半までに閉鎖する第２排気
弁、を有することを特徴とするターボコンパウンドエン
ジンに関する。
【０００９】また、このターボコンパウンドエンジンに
おいて、前記第１排気弁は前記第１排気ポートを膨張行
程下死点前２０°〜５０°で開放し且つ排気行程下死点
後９０°〜１２０°までに閉鎖し、また、前記第２排気
弁は前記第２排気ポートを排気行程下死点後５０°〜９
０°で開放し且つ吸入行程上死点後１０°〜２０°まで
に閉鎖するものである。
おいて、前記第１排気弁は前記第１排気ポートを膨張行
程下死点前２０°〜５０°で開放し且つ排気行程下死点
後９０°〜１２０°までに閉鎖し、また、前記第２排気
弁は前記第２排気ポートを排気行程下死点後５０°〜９
０°で開放し且つ吸入行程上死点後１０°〜２０°まで
に閉鎖するものである。
【００１０】また、このターボコンパウンドエンジンに
おいて、前記第１排気管を前記第２排気管に接続し且つ
第１制御弁が配設されているバイパス排気管を有するも
のである。
おいて、前記第１排気管を前記第２排気管に接続し且つ
第１制御弁が配設されているバイパス排気管を有するも
のである。
【００１１】また、このターボコンパウンドエンジンに
おいて、前記第２排気管と前記後続排気管との接続部に
は第２制御弁が配設されているものである。
おいて、前記第２排気管と前記後続排気管との接続部に
は第２制御弁が配設されているものである。
【００１２】
【作用】この発明によるターボコンパウンドエンジン
は、上記のように構成されており、次のように作用す
る。即ち、このターボコンパウンドエンジンは、第１排
気ポートに連通する第１排気管にターボチャージャを配
設し、該ターボチャージャの後流の後続排気管にエネル
ギー回収装置を配設し、第２排気管によって前記第２排
気ポートを前記後続排気管に連通し、第１排気弁によっ
て前記第１排気ポートを膨張行程後半で開放し且つ排気
行程半ばまでに閉鎖し、また、第２排気弁によって前記
第２排気ポートを排気行程前半で開放し且つ吸入行程前
半までに閉鎖したので、燃焼室から排気される排気ガス
エネルギーが低減した状態では、排気ガスは第２排気管
を通じてエネルギー回収装置へ送り込まれる。そして、
前記後続排気管では排圧が低いので排気行程でのエンジ
ンの仕事量が低減し、しかもエネルギー回収装置でエネ
ルギー回収が行われ、エンジン出力と回収効率が向上
し、燃費が向上する。
は、上記のように構成されており、次のように作用す
る。即ち、このターボコンパウンドエンジンは、第１排
気ポートに連通する第１排気管にターボチャージャを配
設し、該ターボチャージャの後流の後続排気管にエネル
ギー回収装置を配設し、第２排気管によって前記第２排
気ポートを前記後続排気管に連通し、第１排気弁によっ
て前記第１排気ポートを膨張行程後半で開放し且つ排気
行程半ばまでに閉鎖し、また、第２排気弁によって前記
第２排気ポートを排気行程前半で開放し且つ吸入行程前
半までに閉鎖したので、燃焼室から排気される排気ガス
エネルギーが低減した状態では、排気ガスは第２排気管
を通じてエネルギー回収装置へ送り込まれる。そして、
前記後続排気管では排圧が低いので排気行程でのエンジ
ンの仕事量が低減し、しかもエネルギー回収装置でエネ
ルギー回収が行われ、エンジン出力と回収効率が向上
し、燃費が向上する。
【００１３】また、このターボコンパウンドエンジンで
は、前記第１排気管を前記第２排気管に接続し且つ第１
制御弁が配設されているバイパス排気管を有するので、
第１排気管での排圧は後続排気管の排圧まで低下し、排
気ガスの燃焼室即ちシリンダ内への残留量が減少し、吸
入空気の充填効率が増加する。
は、前記第１排気管を前記第２排気管に接続し且つ第１
制御弁が配設されているバイパス排気管を有するので、
第１排気管での排圧は後続排気管の排圧まで低下し、排
気ガスの燃焼室即ちシリンダ内への残留量が減少し、吸
入空気の充填効率が増加する。
【００１４】また、このターボコンパウンドエンジンで
は、前記第２排気管と前記後続排気管との接続部には第
２制御弁が配設されているので、前記後続排気管から前
記第２排気管への排気ガスの逆流は発生することなく、
エンジンの駆動を的確に且つスムースに続行させること
ができる。
は、前記第２排気管と前記後続排気管との接続部には第
２制御弁が配設されているので、前記後続排気管から前
記第２排気管への排気ガスの逆流は発生することなく、
エンジンの駆動を的確に且つスムースに続行させること
ができる。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるター
ボコンパウンドエンジンの一実施例を説明する。図１は
この発明によるターボコンパウンドエンジンの一実施例
を示す概略説明図、図２は図１のターボコンパウンドエ
ンジンのバルブタイミングを示す説明図、図３はこのタ
ーボコンパウンドエンジンに組み込まれているターボチ
ャージャを示す概略説明図、及び図４はこのターボコン
パウンドエンジンに組み込まれているエネルギー回収装
置を示す概略説明図である。
ボコンパウンドエンジンの一実施例を説明する。図１は
この発明によるターボコンパウンドエンジンの一実施例
を示す概略説明図、図２は図１のターボコンパウンドエ
ンジンのバルブタイミングを示す説明図、図３はこのタ
ーボコンパウンドエンジンに組み込まれているターボチ
ャージャを示す概略説明図、及び図４はこのターボコン
パウンドエンジンに組み込まれているエネルギー回収装
置を示す概略説明図である。
【００１６】このターボコンパウンドエンジンは、エン
ジンの排気エネルギーによって駆動されるターボチャー
ジャ５及びエネルギー回収装置６を有している。このタ
ーボコンパウンドエンジンは、シリンダブロック１８、
該シリンダブロック１８に固定したシリンダヘッド３、
シリンダブロック１８に形成した孔部に嵌合したシリン
ダライナ１６、シリンダヘッド３に形成した穴部に配置
された主室１を形成するヘッドライナ４、シリンダライ
ナ１６とヘッドライナ４とで構成されるシリンダ１７、
該シリンダ１７内を往復運動するピストン１１、シリン
ダヘッド３の穴部３７に配置された副室２を形成する副
室部材３８、副室２に燃料を噴霧する燃料噴射ノズル３
４を有している。
ジンの排気エネルギーによって駆動されるターボチャー
ジャ５及びエネルギー回収装置６を有している。このタ
ーボコンパウンドエンジンは、シリンダブロック１８、
該シリンダブロック１８に固定したシリンダヘッド３、
シリンダブロック１８に形成した孔部に嵌合したシリン
ダライナ１６、シリンダヘッド３に形成した穴部に配置
された主室１を形成するヘッドライナ４、シリンダライ
ナ１６とヘッドライナ４とで構成されるシリンダ１７、
該シリンダ１７内を往復運動するピストン１１、シリン
ダヘッド３の穴部３７に配置された副室２を形成する副
室部材３８、副室２に燃料を噴霧する燃料噴射ノズル３
４を有している。
【００１７】シリンダヘッド３には、内壁面４４をセラ
ミックス等で遮熱構造に構成された少なくとも第１排気
ポート１２と第２排気ポート１４とが形成され、図示し
ていないが、吸気ポートはシリンダヘッド３又はシリン
ダ下部に形成されている。第１排気ポート１２には、第
１排気ポート１２を第１カム３５の作動で開閉する第１
排気弁１３が配設されている。また、第２排気ポート１
４には、第２排気ポート１４を第２カム３６の作動で開
閉する第２排気弁１５が配設されている。第１排気ポー
ト１２と第２排気ポート１４とは、図１では１個ずつ示
されているが、それぞれ複数個から構成されてもよいも
のである。
ミックス等で遮熱構造に構成された少なくとも第１排気
ポート１２と第２排気ポート１４とが形成され、図示し
ていないが、吸気ポートはシリンダヘッド３又はシリン
ダ下部に形成されている。第１排気ポート１２には、第
１排気ポート１２を第１カム３５の作動で開閉する第１
排気弁１３が配設されている。また、第２排気ポート１
４には、第２排気ポート１４を第２カム３６の作動で開
閉する第２排気弁１５が配設されている。第１排気ポー
ト１２と第２排気ポート１４とは、図１では１個ずつ示
されているが、それぞれ複数個から構成されてもよいも
のである。
【００１８】主室１と副室２とは、副室部材３８に形成
された複数の連絡孔２２で連通されている。連絡孔２２
は、副室２から主室１の周辺方向へと傾斜して形成され
ている。ピストン１１は、ピストンヘッド２３と該ピス
トンヘッド２３に固定されたピストンスカート２４から
構成されている。主室１と副室２とは、セラミックス等
によって遮熱構造に構成されている。ヘッドライナ４
は、セラミックスから成るヘッド下面部３２と該ヘッド
下面部３２に一体構造に構成したライナ上部３３から構
成されている。なお、シリンダヘッド３に吸気ポートが
形成された場合には、該吸気ポートには吸気バルブが配
設されている。
された複数の連絡孔２２で連通されている。連絡孔２２
は、副室２から主室１の周辺方向へと傾斜して形成され
ている。ピストン１１は、ピストンヘッド２３と該ピス
トンヘッド２３に固定されたピストンスカート２４から
構成されている。主室１と副室２とは、セラミックス等
によって遮熱構造に構成されている。ヘッドライナ４
は、セラミックスから成るヘッド下面部３２と該ヘッド
下面部３２に一体構造に構成したライナ上部３３から構
成されている。なお、シリンダヘッド３に吸気ポートが
形成された場合には、該吸気ポートには吸気バルブが配
設されている。
【００１９】このターボコンパウンドエンジンにおい
て、シリンダヘッド３に形成した第１排気ポート１２
は、マニホルドガスケット等を介在して排気通路である
主排気管である第１排気管７に連通され、第１排気管７
にはターボチャージャ５のタービン２５のタービンスク
ロール３９に連通している。ターボチャージャ５は、例
えば、図３に示すように、発電・電動機２６を備えたタ
ーボチャージャを使用でき、エンジンの排気ガスが送り
込まれるタービン２５、該タービン２５を一端に固定し
たシャフト２８、該シャフト２８の他端に取付けたコン
プレッサ２７及びシャフト２８上に取付けた発電・電動
機２６を有している。また、ターボチャージャ５の出口
側排気通路即ち後続排気管８には、エネルギー回収装置
６が配置されている。エネルギー回収装置６は、図４に
示すように、後続排気管８に接続するタービンスクロー
ルを通じて導入される排気ガスによって駆動されるター
ビン２９を有し、該タービン２９に固定したシャフト３
１上には発電機３０が配設されている。
て、シリンダヘッド３に形成した第１排気ポート１２
は、マニホルドガスケット等を介在して排気通路である
主排気管である第１排気管７に連通され、第１排気管７
にはターボチャージャ５のタービン２５のタービンスク
ロール３９に連通している。ターボチャージャ５は、例
えば、図３に示すように、発電・電動機２６を備えたタ
ーボチャージャを使用でき、エンジンの排気ガスが送り
込まれるタービン２５、該タービン２５を一端に固定し
たシャフト２８、該シャフト２８の他端に取付けたコン
プレッサ２７及びシャフト２８上に取付けた発電・電動
機２６を有している。また、ターボチャージャ５の出口
側排気通路即ち後続排気管８には、エネルギー回収装置
６が配置されている。エネルギー回収装置６は、図４に
示すように、後続排気管８に接続するタービンスクロー
ルを通じて導入される排気ガスによって駆動されるター
ビン２９を有し、該タービン２９に固定したシャフト３
１上には発電機３０が配設されている。
【００２０】このターボコンパウンドエンジンは、特
に、遮熱構造の燃焼室即ち主室１と副室２に連通するシ
リンダヘッド３に形成した第１排気ポート１２と第２排
気ポート１４、第１排気ポート１２に連通する第１排気
管７に配設されたターボチャージャ５、ターボチャージ
ャ５の後流の後続排気管８に配設されたエネルギー回収
装置６、第２排気ポート１４を後続排気管８に連通する
第２排気管９、第１排気ポート１２を膨張行程後半で開
放し且つ排気行程半ばまでに閉鎖するように設定された
第１排気弁１３、及び第２排気ポート１４を排気行程前
半で開放し且つ吸入行程前半までに閉鎖するように設定
された第２排気弁１５を有していることである。具体的
には、第１排気弁１３は第１排気ポート１２を膨張行程
下死点前２０°〜５０°で開放し且つ排気行程下死点後
９０°〜１２０°までに閉鎖するように設定されてい
る。また、第２排気弁１５は第２排気ポート１４を排気
行程下死点後５０°〜９０°で開放し且つ吸入行程上死
点後１０°〜２０°までに閉鎖するように設定されてい
る。
に、遮熱構造の燃焼室即ち主室１と副室２に連通するシ
リンダヘッド３に形成した第１排気ポート１２と第２排
気ポート１４、第１排気ポート１２に連通する第１排気
管７に配設されたターボチャージャ５、ターボチャージ
ャ５の後流の後続排気管８に配設されたエネルギー回収
装置６、第２排気ポート１４を後続排気管８に連通する
第２排気管９、第１排気ポート１２を膨張行程後半で開
放し且つ排気行程半ばまでに閉鎖するように設定された
第１排気弁１３、及び第２排気ポート１４を排気行程前
半で開放し且つ吸入行程前半までに閉鎖するように設定
された第２排気弁１５を有していることである。具体的
には、第１排気弁１３は第１排気ポート１２を膨張行程
下死点前２０°〜５０°で開放し且つ排気行程下死点後
９０°〜１２０°までに閉鎖するように設定されてい
る。また、第２排気弁１５は第２排気ポート１４を排気
行程下死点後５０°〜９０°で開放し且つ吸入行程上死
点後１０°〜２０°までに閉鎖するように設定されてい
る。
【００２１】更に、第１排気管７はバイパス排気管１０
によって第２排気管９に接続されており、しかもバイパ
ス排気管１０には第１制御弁１９が配設されている。ま
た、第２排気管９と後続排気管８との接続部４０には第
２制御弁２０が配設されている。更に、第２排気管９と
バイパス排気管１０との接続部４１には逆止弁２１が配
設されている。バイパス排気管１０に設けた第１制御弁
１９は、アクチュエータ４２によって開閉制御され、ま
た、第２排気管９に設けられた第２制御弁２０は、アク
チュエータ４３によって開閉制御される。アクチュエー
タ４２，４３は、例えば、第１排気管７、第２排気管９
及び後続排気管８内のガス圧即ち排圧に応答して、場合
によっては、設定した作動タイミング、或いはエンジン
負荷、エンジン回転数等のエンジンの作動状態に応答し
てコントローラの指令で作動され、バイパス排気管１０
の第１制御弁１９及び第２排気管９が第２制御弁２０が
開閉作動されるように構成されている。主室１と副室２
の遮熱構造については、燃焼ガスに晒される面は窒化ケ
イ素等の耐熱性に富んだセラミックスで構成されると共
に、図示していないが、該セラミックスの外側にはチタ
ン酸アルミニウム、チタン酸カリウム、アルミナファイ
バー等のセラミックスが介在することによって遮熱構造
に構成されている。
によって第２排気管９に接続されており、しかもバイパ
ス排気管１０には第１制御弁１９が配設されている。ま
た、第２排気管９と後続排気管８との接続部４０には第
２制御弁２０が配設されている。更に、第２排気管９と
バイパス排気管１０との接続部４１には逆止弁２１が配
設されている。バイパス排気管１０に設けた第１制御弁
１９は、アクチュエータ４２によって開閉制御され、ま
た、第２排気管９に設けられた第２制御弁２０は、アク
チュエータ４３によって開閉制御される。アクチュエー
タ４２，４３は、例えば、第１排気管７、第２排気管９
及び後続排気管８内のガス圧即ち排圧に応答して、場合
によっては、設定した作動タイミング、或いはエンジン
負荷、エンジン回転数等のエンジンの作動状態に応答し
てコントローラの指令で作動され、バイパス排気管１０
の第１制御弁１９及び第２排気管９が第２制御弁２０が
開閉作動されるように構成されている。主室１と副室２
の遮熱構造については、燃焼ガスに晒される面は窒化ケ
イ素等の耐熱性に富んだセラミックスで構成されると共
に、図示していないが、該セラミックスの外側にはチタ
ン酸アルミニウム、チタン酸カリウム、アルミナファイ
バー等のセラミックスが介在することによって遮熱構造
に構成されている。
【００２２】このターボコンパウンドエンジンの作動の
一実施例を、図２に示すバルブタイミングを参照して説
明する。このターボコンパウンドエンジンは、吸入行
程、圧縮行程、燃焼行程即ち膨張行程及び排気行程の４
つのサイクルで作動されるものであり、吸入行程では通
常の作動行程、例えば、図２で符号Ｉで示すように、吸
気弁が吸気ポートを開放して主室１へ吸入空気が導入さ
れる。次いで、ピストン１１の上昇で圧縮行程では通常
の作動行程と同様に行われ、例えば、圧縮行程終端近傍
で燃料噴射ノズル３４から副室２に燃料が噴射される。
副室２で燃料が空気と混合して着火燃焼し、膨張行程に
なり、エンジンは仕事即ちクランクシャフトを回転さ
せ、次いで排気行程に移行する。この時、第１制御弁１
９はアクチュエータ４２の作動で閉鎖状態であり、ま
た、第２制御弁２０はアクチュエータ４３の作動で閉鎖
状態である。
一実施例を、図２に示すバルブタイミングを参照して説
明する。このターボコンパウンドエンジンは、吸入行
程、圧縮行程、燃焼行程即ち膨張行程及び排気行程の４
つのサイクルで作動されるものであり、吸入行程では通
常の作動行程、例えば、図２で符号Ｉで示すように、吸
気弁が吸気ポートを開放して主室１へ吸入空気が導入さ
れる。次いで、ピストン１１の上昇で圧縮行程では通常
の作動行程と同様に行われ、例えば、圧縮行程終端近傍
で燃料噴射ノズル３４から副室２に燃料が噴射される。
副室２で燃料が空気と混合して着火燃焼し、膨張行程に
なり、エンジンは仕事即ちクランクシャフトを回転さ
せ、次いで排気行程に移行する。この時、第１制御弁１
９はアクチュエータ４２の作動で閉鎖状態であり、ま
た、第２制御弁２０はアクチュエータ４３の作動で閉鎖
状態である。
【００２３】そこで、膨張行程では、図２の符号Ｅ1 で
示すように、第１カム３５によって、第１排気弁１３が
作動して第１排気ポート１２を膨張行程後半で開放し、
続く排気行程半ばにリターンスプリングによって第１排
気弁１３が復帰して第１排気ポート１２を閉鎖するよう
に作動される。具体的には、第１排気弁１３は第１排気
ポート１２を膨張行程下死点前２０°〜５０°で開放し
且つ排気行程下死点後９０°〜１２０°までに閉鎖す
る。それによって、主室１からの排気ガスは第１排気ポ
ート１２から第１排気管７を通ってターボチャージャ５
に送り込まれ、ターボチャージャ５のタービン２５を駆
動してコンプレッサ２７を作動すると共に、発電・電動
機２６を駆動して排気ガスエネルギーを回収できる。発
電・電動機２６の発電モードは、エンジンの高速高負荷
時に特に有効である。次いで、排気ガスはターボチャー
ジャ５から後続排気管８を通じてエネルギー回収装置６
へ送り込まれてエネルギー回収装置６を駆動して発電機
３０でエネルギーが回収される。
示すように、第１カム３５によって、第１排気弁１３が
作動して第１排気ポート１２を膨張行程後半で開放し、
続く排気行程半ばにリターンスプリングによって第１排
気弁１３が復帰して第１排気ポート１２を閉鎖するよう
に作動される。具体的には、第１排気弁１３は第１排気
ポート１２を膨張行程下死点前２０°〜５０°で開放し
且つ排気行程下死点後９０°〜１２０°までに閉鎖す
る。それによって、主室１からの排気ガスは第１排気ポ
ート１２から第１排気管７を通ってターボチャージャ５
に送り込まれ、ターボチャージャ５のタービン２５を駆
動してコンプレッサ２７を作動すると共に、発電・電動
機２６を駆動して排気ガスエネルギーを回収できる。発
電・電動機２６の発電モードは、エンジンの高速高負荷
時に特に有効である。次いで、排気ガスはターボチャー
ジャ５から後続排気管８を通じてエネルギー回収装置６
へ送り込まれてエネルギー回収装置６を駆動して発電機
３０でエネルギーが回収される。
【００２４】次いで、第２排気弁１５は、図２の符号Ｅ
2 で示すように、第２カム３６によって排気行程前半、
具体的には、排気行程下死点後５０°〜９０°で第２排
気ポート１４を開放すると共に、アクチュエータ４２，
４３が作動して第１制御弁１９及び第２制御弁２０をを
開放し、主室１内に残存している排気ガスを第２排気ポ
ート１４を通じて後続排気管８に送り込むと共に、第１
排気管７及びバイパス排気管１０を通じて後続排気管８
に送り込む。従って、第１排気ポート７内の排圧は後続
排気管８の排圧と同等の低い排圧になり、排気ガスはエ
ネルギー回収装置６を作動してエネルギーが回収され
る。次いで、第１排気弁１３は閉鎖するが、主室１内に
残存している排気ガスは第２排気ポート１４を通じて後
続排気管８に送り込まれ、排気ガスはエネルギー回収装
置６を作動してエネルギーが回収される。この時、第２
排気管９とバイパス排気管１０との接続部４１には逆止
弁２１が配設されているので、第２排気管９からバイパ
ス排気管１０への排気ガスの逆流は発生しない。次い
で、第２排気弁１５は、吸入行程前半、具体的には、吸
入行程上死点後１０°〜２０°においてリターンスプリ
ングによって復帰し、第２排気弁１５は第２排気ポート
１４を閉鎖する。ターボチャージャ５及びエネルギー回
収装置６のエネルギーの回収作動は終わると共に、アク
チュエータ４２，４３が作動して第１制御弁１９はバイ
パス排気管１０を閉鎖し、また、第２制御弁２０は第２
排気管９を閉鎖する。
2 で示すように、第２カム３６によって排気行程前半、
具体的には、排気行程下死点後５０°〜９０°で第２排
気ポート１４を開放すると共に、アクチュエータ４２，
４３が作動して第１制御弁１９及び第２制御弁２０をを
開放し、主室１内に残存している排気ガスを第２排気ポ
ート１４を通じて後続排気管８に送り込むと共に、第１
排気管７及びバイパス排気管１０を通じて後続排気管８
に送り込む。従って、第１排気ポート７内の排圧は後続
排気管８の排圧と同等の低い排圧になり、排気ガスはエ
ネルギー回収装置６を作動してエネルギーが回収され
る。次いで、第１排気弁１３は閉鎖するが、主室１内に
残存している排気ガスは第２排気ポート１４を通じて後
続排気管８に送り込まれ、排気ガスはエネルギー回収装
置６を作動してエネルギーが回収される。この時、第２
排気管９とバイパス排気管１０との接続部４１には逆止
弁２１が配設されているので、第２排気管９からバイパ
ス排気管１０への排気ガスの逆流は発生しない。次い
で、第２排気弁１５は、吸入行程前半、具体的には、吸
入行程上死点後１０°〜２０°においてリターンスプリ
ングによって復帰し、第２排気弁１５は第２排気ポート
１４を閉鎖する。ターボチャージャ５及びエネルギー回
収装置６のエネルギーの回収作動は終わると共に、アク
チュエータ４２，４３が作動して第１制御弁１９はバイ
パス排気管１０を閉鎖し、また、第２制御弁２０は第２
排気管９を閉鎖する。
【００２５】このターボコンパウンドエンジンは、上記
作動サイクルを繰り返して駆動されるものである。それ
故に、排気行程において、バイパス排気管１０を通じて
排気ガスを後続排気管８に排気することによって第１排
気管７の排圧は低下し、排気行程でのエンジンの仕事量
は図５の符号Ｃで示すように減少し、従って、エネルギ
ー回収効率は図５の符号Ｄで示すように増加することに
なり、エンジン性能を向上させ、燃費を従来のものに比
較して約１０％は向上させることができる。即ち、従来
のようなターボコンパウンドエンジンでは、ターボチャ
ージャの上流側の排気管内の排圧以下には主室の排気ガ
スが排気されなかったが、この発明によるターボコンパ
ウンドエンジンでは、主室１内の排気ガスは後続排気管
８の排圧にまで排気され、主室１即ちシリンダ１７内の
排気ガスの残留量が減少し、吸入空気の充填効率が向上
し、燃焼を良好にさせ、スモーク、すす、ＨＣ等のパテ
ィキュレートの発生を抑制することができる。
作動サイクルを繰り返して駆動されるものである。それ
故に、排気行程において、バイパス排気管１０を通じて
排気ガスを後続排気管８に排気することによって第１排
気管７の排圧は低下し、排気行程でのエンジンの仕事量
は図５の符号Ｃで示すように減少し、従って、エネルギ
ー回収効率は図５の符号Ｄで示すように増加することに
なり、エンジン性能を向上させ、燃費を従来のものに比
較して約１０％は向上させることができる。即ち、従来
のようなターボコンパウンドエンジンでは、ターボチャ
ージャの上流側の排気管内の排圧以下には主室の排気ガ
スが排気されなかったが、この発明によるターボコンパ
ウンドエンジンでは、主室１内の排気ガスは後続排気管
８の排圧にまで排気され、主室１即ちシリンダ１７内の
排気ガスの残留量が減少し、吸入空気の充填効率が向上
し、燃焼を良好にさせ、スモーク、すす、ＨＣ等のパテ
ィキュレートの発生を抑制することができる。
【００２６】
【発明の効果】この発明によるターボコンパウンドエン
ジンは、上記のように構成されており、次のような効果
を有する。即ち、このターボコンパウンドエンジンは、
第１排気ポートに連通する第１排気管にターボチャージ
ャを配設し、該ターボチャージャの後流の後続排気管に
エネルギー回収装置を配設し、第２排気管によって前記
第２排気ポートを前記後続排気管に連通し、第１排気弁
によって前記第１排気ポートを膨張行程後半で開放し且
つ排気行程半ばまでに閉鎖し、また、第２排気弁によっ
て前記第２排気ポートを排気行程前半で開放し且つ吸入
行程前半までに閉鎖するように作動でき、前記主室から
第１排気管への排気ガスの勢いのある噴出時にはターボ
チャージャを効果的に駆動してエネルギーを回収し、次
いで、主室から排気される排気ガスエネルギーが低減し
た状態では、排気ガスはターボチャージャをバイパスし
て第２排気管を通じてエネルギー回収装置へ送り込ま
れ、エネルギー回収を行う。そして、前記後続排気管で
は排圧が低いので、それに伴って主室内の排気ガスの残
留量が低減し、排気行程でのエンジンの仕事量が小さく
なり、エンジン出力と回収効率が向上し、燃費が向上す
る。しかもエネルギー回収装置で十分に排気ガスエネル
ギーは回収されることになる。
ジンは、上記のように構成されており、次のような効果
を有する。即ち、このターボコンパウンドエンジンは、
第１排気ポートに連通する第１排気管にターボチャージ
ャを配設し、該ターボチャージャの後流の後続排気管に
エネルギー回収装置を配設し、第２排気管によって前記
第２排気ポートを前記後続排気管に連通し、第１排気弁
によって前記第１排気ポートを膨張行程後半で開放し且
つ排気行程半ばまでに閉鎖し、また、第２排気弁によっ
て前記第２排気ポートを排気行程前半で開放し且つ吸入
行程前半までに閉鎖するように作動でき、前記主室から
第１排気管への排気ガスの勢いのある噴出時にはターボ
チャージャを効果的に駆動してエネルギーを回収し、次
いで、主室から排気される排気ガスエネルギーが低減し
た状態では、排気ガスはターボチャージャをバイパスし
て第２排気管を通じてエネルギー回収装置へ送り込ま
れ、エネルギー回収を行う。そして、前記後続排気管で
は排圧が低いので、それに伴って主室内の排気ガスの残
留量が低減し、排気行程でのエンジンの仕事量が小さく
なり、エンジン出力と回収効率が向上し、燃費が向上す
る。しかもエネルギー回収装置で十分に排気ガスエネル
ギーは回収されることになる。
【００２７】また、このターボコンパウンドエンジンで
は、前記第１排気管を前記第２排気管に接続し且つ第１
制御弁が配設されているバイパス排気管を有するので、
第１排気管での排圧は後続排気管の排圧まで低下し、燃
焼室即ちシリンダ内への排気ガスの残留量が減少し、吸
入行程での吸入空気の充填効率を増加させることができ
る。
は、前記第１排気管を前記第２排気管に接続し且つ第１
制御弁が配設されているバイパス排気管を有するので、
第１排気管での排圧は後続排気管の排圧まで低下し、燃
焼室即ちシリンダ内への排気ガスの残留量が減少し、吸
入行程での吸入空気の充填効率を増加させることができ
る。
【００２８】また、このターボコンパウンドエンジンで
は、前記第２排気管と前記後続排気管との接続部には第
２制御弁が配設されているので、前記後続排気管から前
記第２排気管への排気ガスの逆流は発生することなく、
エンジンの駆動を的確に且つスムースに続行させること
ができる。
は、前記第２排気管と前記後続排気管との接続部には第
２制御弁が配設されているので、前記後続排気管から前
記第２排気管への排気ガスの逆流は発生することなく、
エンジンの駆動を的確に且つスムースに続行させること
ができる。
【図１】この発明によるターボコンパウンドエンジンの
一実施例を示す概略説明図である。
一実施例を示す概略説明図である。
【図２】図１のターボコンパウンドエンジンの第１排気
弁、第２排気弁及び吸気弁の各バルブタイミングを示す
説明図である。
弁、第２排気弁及び吸気弁の各バルブタイミングを示す
説明図である。
【図３】このターボコンパウンドエンジンに組み込まれ
ているターボチャージャを示す概略説明図である。
ているターボチャージャを示す概略説明図である。
【図４】このターボコンパウンドエンジンに組み込まれ
ているエネルギー回収装置を示す概略説明図である。
ているエネルギー回収装置を示す概略説明図である。
【図５】排気管内の排圧とターボコンパウンドエンジン
の平均有効圧との関係がグラフで示されている。
の平均有効圧との関係がグラフで示されている。
１ 主室 ２ 副室 ３ シリンダヘッド ４ ヘッドライナ ５ ターボチャージャ ６ エネルギー回収装置 ７ 第１排気管 ８ 後続排気管 ９ 第２排気管 １０ バイパス管 １１ ピストン １２ 第１排気ポート １３ 第１排気弁 １４ 第２排気ポート １５ 第２排気弁 １７ シリンダ １９ 第１制御弁 ２０ 第２制御弁
Claims (4)
- 【請求項１】 遮熱構造の燃焼室に連通するシリンダヘ
ッドに形成した第１排気ポートと第２排気ポート、前記
第１排気ポートに連通する第１排気管に配設されたター
ボチャージャ、該ターボチャージャの後流の後続排気管
に配設されたエネルギー回収装置、前記第２排気ポート
を前記後続排気管に連通する第２排気管、前記第１排気
ポートを膨張行程後半で開放し且つ排気行程半ばまでに
閉鎖する第１排気弁、及び前記第２排気ポートを排気行
程前半で開放し且つ吸入行程前半までに閉鎖する第２排
気弁、を有することを特徴とするターボコンパウンドエ
ンジン。 - 【請求項２】 前記第１排気弁は前記第１排気ポートを
膨張行程下死点前２０°〜５０°で開放し且つ排気行程
下死点後９０°〜１２０°までに閉鎖し、また、前記第
２排気弁は前記第２排気ポートを排気行程下死点後５０
°〜９０°で開放し且つ吸入行程上死点後１０°〜２０
°までに閉鎖することを特徴とする請求項１に記載のタ
ーボコンパウンドエンジン。 - 【請求項３】 前記第１排気管を前記第２排気管に接続
し且つ第１制御弁が配設されているバイパス排気管を有
することを特徴とする請求項１に記載のターボコンパウ
ンドエンジン。 - 【請求項４】 前記第２排気管と前記後続排気管との接
続部には第２制御弁が配設されていることを特徴とする
請求項１に記載のターボコンパウンドエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5134184A JPH06323158A (ja) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | ターボコンパウンドエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5134184A JPH06323158A (ja) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | ターボコンパウンドエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06323158A true JPH06323158A (ja) | 1994-11-22 |
Family
ID=15122408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5134184A Pending JPH06323158A (ja) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | ターボコンパウンドエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06323158A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997044572A1 (es) * | 1996-05-22 | 1997-11-27 | Pedro Santana Gonzalez | Motor endotermico turbo-alternativo |
| JP2009002283A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
| WO2009030694A3 (de) * | 2007-09-05 | 2009-06-18 | Mahle Int Gmbh | Kolbenmotor |
| WO2012121800A3 (en) * | 2011-03-10 | 2012-11-01 | Caterpillar Inc. | Gaseous fuel-powered engine system having turbo-compounding |
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| WO2015083493A1 (ja) | 2013-12-04 | 2015-06-11 | 三菱重工業株式会社 | ターボコンパウンドシステムの制御装置 |
| GB2513619B (en) * | 2013-05-01 | 2017-09-20 | Jaguar Land Rover Ltd | Internal combustion engine with multiple exhaust turbomachines |
| US9903296B2 (en) | 2013-12-04 | 2018-02-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Control device for turbocharger |
| US10006348B2 (en) | 2013-12-04 | 2018-06-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbocharger device |
| US10197003B2 (en) | 2013-12-04 | 2019-02-05 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Control device for supercharging system |
| US10428748B2 (en) | 2013-12-04 | 2019-10-01 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Control device for supercharging system |
-
1993
- 1993-05-13 JP JP5134184A patent/JPH06323158A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| GB2320521B (en) * | 1996-05-22 | 2000-03-08 | Gonzalez Pedro Santana | Turbo-reciprocating endothermic engine |
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