JPH10169455A - ターボ過給エンジン - Google Patents

ターボ過給エンジン

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JPH10169455A
JPH10169455A JP8346605A JP34660596A JPH10169455A JP H10169455 A JPH10169455 A JP H10169455A JP 8346605 A JP8346605 A JP 8346605A JP 34660596 A JP34660596 A JP 34660596A JP H10169455 A JPH10169455 A JP H10169455A
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exhaust
power turbine
engine
turbocharger
turbine
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Yukihiro Tsuji
幸浩 辻
Nobuhiro Funayama
悦弘 舩山
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Hino Motors Ltd
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ターボ過給機の効率の低下を招くことな
くパワータービンによるエネルギの回収効率を高くす
る。 【解決手段】 エンジン7の排気通路に介装した排気タ
ーボ過給機1の排気タービン1aの入口および出口から
分岐してパワータービン3の入口に排気を供給する通路
9、10を設けるとともに、両通路9、10にそれぞれ
流量制御弁9a、10aを設ける。エンジン7の運転状
態に応答して流量制御弁9a、10aの開度を可変制御
して排気ターボ過給機1を優先運転するコントロールユ
ニットを設けたことにより、排気ターボ過給機1の効率
の低下を招くことなくパワータービン3によるエネルギ
の回収効率を高くしてエンジン7の燃費を改善するよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気によって駆動
される排気ターボ過給機とパワータービンを備えたター
ボ過給エンジンに係り、特に、エンジンのクランク軸に
出力軸を結合したパワータービンによる排気エネルギの
回収効率を高くすることができるようにしたターボ過給
エンジンに関するものである。
【0002】
【従来の技術】排気ターボ過給機およびパワータービン
を備えたターボ過給エンジンにおいては、エンジンの排
気エネルギで吸気を加圧して燃焼室への空気充填率を高
くすることができるとともに、余剰の排気エネルギでパ
ワータービンを駆動してクランク軸を駆動することがで
きるために、排気エネルギの回収効率が高いという利点
がある。
【0003】このために、従来では例えば特開平7−2
08187号公報などに見られるように、排気ターボ過
給機の排気バイパス通路にパワータービンを介装するこ
とにより、例えば高速・高負荷領域での運転時のように
過過給を回避すべく排気バイパス弁が開かれたときにパ
ワータービンを駆動させて余剰の排気エネルギを回収す
るようにしたものがある。
【0004】しかしながら、このように排気ターボ過給
機の排気バイパス通路にパワータービンを介装したもの
では、パワータービンの稼働領域が限定されたものとな
り、しかも、排気ターボ過給機の排気タービンから流出
した排気のエネルギを有効利用することができないので
燃費を改善するにも限界があった。
【0005】また、このような不具合を解消するため
に、例えば図2に示したように排気ターボ過給機1の排
気タービン1aの出口から図示しないマフラに至る排出
通路2にパワータービン3を介装することにより、排気
の全量をパワータービン3に供給して該パワータービン
3の稼働領域を拡大することが考えられる。
【0006】図2中、1bは排気ターボ過給機のコンプ
レッサ、4は排気バイパス通路5に設けた排気バイパス
弁、6はパワータービン3の出力軸3aとエンジン7の
クランク軸7aを結合する伝動機構、7bは吸気マニホ
ールド、7cは排気マニホールド、8はインタークーラ
であり、前記伝動機構6は、例えば流体クラッチ、無段
変速機および歯車列などで構成されている。
【0007】しかしながら、このように排気ターボ過給
機1の下流にパワータービン3を直列に配した場合は、
パワータービン3を介装したことで排気タービン1aの
上下流間の差圧が減少するために、排気ターボ過給機1
の効率が低下してしまうという不具合がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであって、排気ターボ過給機の効率の
低下を招くことなくパワータービンによるエネルギの回
収効率を高くすることができるターボ過給エンジンを提
供することを課題としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、エンジンの排気通路に介装した排気ターボ
過給機およびパワータービンを備え、排気ターボ過給機
の排気タービン入口および出口から分岐してパワーター
ビンの入口に排気を供給する通路にそれぞれ流量制御弁
を設けている。そして、エンジンの運転状態に応答して
前記両流量制御弁の開度を可変制御して排気ターボ過給
機を優先運転するコントロールユニットを設けたことを
特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図に基
づいて詳細に説明する。図1は本発明に係るターボ過給
エンジンの一実施形態を示す概略構成図である。なお、
図2に示した従来例と同一機能を有する部分には同一の
符号を付してその詳細な説明を省略する。
【0011】図1において、高空気過剰率による燃焼を
実現したリーンバーンエンジン7の排気マニホールド7
cおよび排気ターボ過給機1の排気タービン1aの出口
から分岐してパワータービン3の入口に至る上流側分岐
通路9および下流側分岐通路10を設けて排気ターボ過
給機1とパワータービン3を並列に接続している。ま
た、前記両分岐通路9、10ならびに排気タービン1a
の出口から図示しないマフラに至る排出通路11にそれ
ぞれ流量制御弁9a、10a、11aを設けることによ
り、エンジンの運転状態に応答して図示しないコントロ
ールユニットから各流量制御弁9a、10a、11aに
それぞれ制御信号を供給して排気ターボ過給機1を優先
運転するようにしている。
【0012】上記のような構成になるターボ過給エンジ
ンにおいて、通常は図示しないコントロールユニットか
ら出力された制御信号によって上流側分岐通路9に設け
た流量制御弁9aが半開、下流側分岐通路10に設けた
流量制御弁10aが全閉、排出通路11に設けた流量制
御弁11aが全開状態に保持されている。従って、エン
ジン7の運転にともなって排気マニホールド7cから流
出した排気の一部は、排気タービン1aに導かれるが、
残りの排気は上流側分岐通路9を通ってパワータービン
3に供給される。
【0013】このために、エンジン7の運転中は必ず排
気ターボ過給機1が駆動されることになり、図示しない
エアクリーナでろ過された空気がコンプレッサ1bで加
圧されて温度上昇する。そして、加圧によって温度上昇
した空気は、インタークーラ8で冷却された後に吸気マ
ニホールド7bを経て各燃焼室に分配供給される。
【0014】一方、排気マニホールド7cから流出した
排気は、上流側分岐通路9を通ってパワータービン3に
も供給される。従って、エンジン7の運転中は排気ター
ボ過給機1による過給が維持され、しかも、排気ターボ
過給機1では必要としない余剰の排気がパワータービン
3を駆動し、このパワータービン3の出力が伝動機構6
を介してエンジン7のクランク軸7aに伝達されてエン
ジン7の出力に乗畳されるために、燃費が改善される。
【0015】ここに、例えばエンジン7の負荷または回
転数が低下して排気の流量または圧力が減少した場合
は、図示しないコントロールユニットから流量制御弁9
aに減少信号が供給される。すると、上流側分岐通路9
に設けた流量制御弁9aの開度が減少制御されてパワー
タービン3に供給される排気の流量が減少補正されるた
めに、パワータービン3による回収エネルギが減少す
る。ところが、このように流量制御弁9aの開度が減少
補正された場合は、排気タービン1aに供給される排気
の流量または圧力が増大補正されて排気ターボ過給機1
の回転が確保されるために、所期の過給作用が維持され
る。
【0016】また、エンジン7が例えば高速・高負荷領
域で運転されるなどして排気の流量もしくは圧力が上昇
した場合は、排気ターボ過給機1の回転数が必要以上に
高くなって過過給の状態を招く可能性がある。ところ
が、この場合は図示しないコントロールユニットから流
量制御弁9aに増大信号が供給されるために、上流側分
岐通路9に設けた流量制御弁9aの開度が増大補正され
る。
【0017】すると、上流側分岐通路9を通ってパワー
タービン3に供給される排気の流量が増加して排気ター
ボ過給機1の排気タービン1aに供給する排気の流量を
減少させるために、排気ターボ過給機1による過剰な過
給が予防される。さらに、上記のようにして流量制御弁
9aの開度が増大補正されると、パワータービン3に供
給される排気の流量が増加するために、パワータービン
3による回収エネルギが増加して燃費が改善される。
【0018】他方、例えばエンジン7が低速・軽負荷領
域で運転されるなどして排気の流量あるいは圧力が低下
した場合は、流量制御弁9aが全閉状態に切換制御され
る。すると、この場合は排気の全量が排気タービン1a
に供給されるために、排気ターボ過給機1の回転数が確
保されて所定の過給圧が得られる。
【0019】このように排気の全量が排気タービン1a
に供給されている状態で排気ターボ過給機1の出力に余
裕があるときは、排出通路11に設けた流量制御弁11
aの開度が減少補正される。すると、排気タービン1a
から流出した排気の一部がパワータービン3aに供給さ
れるために、パワータービン3によるエネルギ回収が行
なわれる。なお、この場合は流量制御弁11aの開度を
小さくし過ぎることによる排圧の上昇で排気ターボ過給
機1の効率の低下を回避する必要性がある。
【0020】すなわち、エンジン7の運転中は図示しな
いセンサから出力された各種の制御情報に基づいてコン
トロールユニットが流量制御弁9a、10a、11aの
開度をそれぞれ増減制御して最適過給圧を得るように排
気ターボ過給機1を優先運転しつつ、排気ターボ過給機
1の余剰排気をパワータービン3に供給してエネルギ回
収を行ない、このパワータービン3の出力をエンジン7
の出力に乗畳させるために、燃費が改善される。
【0021】ところで、パワータービン3による回収エ
ネルギは、パワータービン3に供給される排気の流量が
増加するにつれて増大するものであり、パワータービン
3の入口温度が上昇するにともなって回収エネルギが増
加することはよく知られている。
【0022】従って、本実施形態のように高空気過剰率
で排気流量が多いリーンバーンエンジン7との組合せに
よって排気ターボ過給機1とパワータービン3を並列に
接続して排気ターボ過給機1を優先運転するようにした
場合は、排気ターボ過給機1の過給作用による燃焼の改
善を行なわせつつ、排気タービン1aを経由しない高温
の排気を上流側分岐通路9からパワータービン3に直接
供給することができるために、パワータービン3による
エネルギ回収率が高くなってエンジン7の燃費をより低
減することができる。
【0023】なお、上記実施形態においては、燃費に優
れ、しかも、排気流量が多い空気過剰率の高いリーンバ
ーンエンジンに本発明を適用することにより、排気ター
ボ過給機1およびパワータービン3の可動領域を広くす
るようにしているが、空気過剰率をさほど高くしない通
常のエンジンに適用した場合にも前記同様の作用効果を
得ることができる。
【0024】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、エンジンの排気通路に介装した排気ターボ過給機の
排気タービン入口および出口から分岐してパワータービ
ンの入口に排気を供給する通路を設けて排気ターボ過給
機とパワータービンを並列に接続し、前記両通路にそれ
ぞれ流量制御弁を設けるとともに、エンジンの運転状態
に応答して前記両流量制御弁の開度を可変制御して排気
ターボ過給機を優先運転するコントロールユニットを設
けたものであるから、排気ターボ過給機の効率の低下を
招くことなくパワータービンによるエネルギの回収効率
を高くすることができるために、特に、高空気過剰率の
リーンバーンエンジンとの組合せにおいてエンジンの燃
費を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るターボ過給エンジンの一実施形態
を示す概略構成図である。
【図2】ターボ過給エンジンの従来例を示す概略構成図
である。
【符号の説明】
1 排気ターボ過給機 1a 排気タービン 1b コンプレッサ 3 パワータービン 3a 出力軸 6 伝動機構 7 エンジン 7a クランク軸 7b 吸気マニホールド 7c 排気マニホールド 8 インタークーラ 9 上流側分岐通路 9a 流量制御弁 10 下流側分岐通路 10a 流量制御弁 11 排出通路 11a 流量制御弁

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの排気通路に介装した排気ター
    ボ過給機およびパワータービンを備え、排気ターボ過給
    機の排気タービン入口および出口から分岐してパワータ
    ービンの入口に排気を供給する通路にそれぞれ流量制御
    弁を設けるとともに、エンジンの運転状態に応答して前
    記両流量制御弁の開度を可変制御して排気ターボ過給機
    を優先運転するコントロールユニットを備えてなるター
    ボ過給エンジン。
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