JP2002201952A - ターボコンパウンド内燃エンジン - Google Patents

ターボコンパウンド内燃エンジン

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JP2002201952A JP2001311671A JP2001311671A JP2002201952A JP 2002201952 A JP2002201952 A JP 2002201952A JP 2001311671 A JP2001311671 A JP 2001311671A JP 2001311671 A JP2001311671 A JP 2001311671A JP 2002201952 A JP2002201952 A JP 2002201952A
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、補助タービンの機械的な性能に影
響する故障を検出することのできるターボコンパウンド
内燃エンジンを提供することを目的とする。 【解決手段】 駆動シャフト19と、タービン3 およびコ
ンプレッサー4 を備えたターボチャージャー2 と、補助
タービン13と、変速機20とを備えているターボコンパウ
ンド内燃エンジン1 において、補助タービン13の回転速
度を検出する角速度センサ28と、角速度センサ28に接続
されて補助タービン13の回転速度を制御し、その回転速
度の許容範囲を計算する計算手段40, 41と、許容値の範
囲と測定された回転速度とを比較する比較手段42, 54
と、この比較手段42, 54の出力によって内燃エンジン1
の動作パラメータを制御して補助タービンの回転速度を
許容範囲内に維持する制御手段38, 39とを備えた制御装
置31とを備えていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるターボコ
ンパウンド内燃エンジンに関し、特に，産業用ビークル
のためのターボコンパウンド内燃エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】“ターボコンパウンド”内燃エンジンは
知られており、それはターボチャージャーのタービンか
ら下流で駆動シャフトに機械的に連結され、排気ガスの
残留エネルギの一部のを再生して駆動シャフトに対する
機械的パワーに変換する補助タービンを有している。
【０００３】補助タービンおよび駆動シャフトは、通常
はギア減速装置および或程度の“スリップ”を許容する
液圧継手を含む変速機によって機械的に連結されている
（ここでは剛性の連結とは対照的に機械的パワーの伝達
能力の広い意味で使用される）。液圧継手または相対的
な液圧供給回路の破壊の場合に、補助タービンは駆動シ
ャフトから機械的に遮断され、そのため駆動シャフトの
回転によって生成されたブレーキトルクによって影響を
受けないので、排気ガスだけによって駆動されるタービ
ンの速度は安全限界を越えてタービンの破壊が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この問題を解決する方
法として、ターボコンパウンド内燃エンジンにおいて油
圧継手の油の圧力を検出するために安全制御装置が開発
され、それは圧力が予め定められた限界より低下すると
き介入する。しかしながら、この形式の装置は油圧系統
の故障の場合にのみ有効であり、介入するが、油圧継手
のトルク伝達機構の故障の場合には、例えばシステムの
回路は健全であるがオイルが粒子で汚染されている場合
でも故障が生じることが認められた。
【０００５】本発明の目的は、補助タービンの速度制御
装置から従来の装置について上述したような欠点を除去
したターボコンパウンド内燃エンジンを提供することで
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
ような欠点のないターボコンパウンド内燃エンジンが提
供される。本発明は、駆動シャフトと、タービンおよび
コンプレッサーを備えたターボチャージャーと、このタ
ーボチャージャーのタービンから下流の排気ガスの通路
に沿って位置している補助タービンと、補助タービンと
駆動シャフトとの間の変速機手段とを具備しているター
ボコンパウンド内燃エンジンにおいて、補助タービンの
回転速度を検出するための第１の角速度センサと、第１
の角速度センサに接続されて補助タービンの回転速度を
制御し、補助タービンの回転速度の許容値の範囲を計算
する計算手段と、許容値の範囲と第１の角速度センサに
よって測定された補助タービンの回転速度とを比較する
比較手段と、この比較手段によって生成されたエネーブ
ル信号に応答して内燃エンジンの動作パラメータを制御
して補助タービンの回転速度を許容値の範囲内に維持す
る制御手段とを備えた制御装置とを具備していることを
特徴とする。
【０００７】本発明はまたターボコンパウンド内燃エン
ジンの制御方法を提供する。本発明は、駆動シャフト
と、タービンおよびコンプレッサーを備えたターボチャ
ージャーと、このターボチャージャーの前記タービンか
ら下流の排気ガスの通路に沿って位置している補助ター
ビンと、前記補助タービンと前記駆動シャフトとの間の
変速機手段とを具備しているターボコンパウンド内燃エ
ンジンを制御する方法において、補助タービンの回転速
度を第１の角速度センサによって測定し、補助タービン
の回転速度の許容値の範囲を計算し、許容値の範囲と前
記第１の角速度センサによって測定された前記補助ター
ビンの回転速度とを比較し、この比較の結果に応答して
内燃エンジンの動作パラメータを制御して補助タービン
の回転速度を許容値の範囲内に維持することを特徴とす
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の限定されない例示として
添付図面を参照にして好ましい実施形態について説明す
る。図１では産業用ビークルのターボコンパウンド内燃
エンジンの全体が符号1 で示されている。内燃エンジン
1 は共通のシャフトに固定されたタービン3 およびコン
プレッサー4 を備えたターボチャージャー2 を備えてい
る。タービン3 は内燃エンジン1 のニホルド6 に接続さ
れた入口5 および出口7 を有している。コンプレッサー
4 は空気取入れ回路8 に接続された入口と、内部冷却器
10を介して内燃エンジンの空気取入れマニホルド（図示
せず）に接続された出口9 を有している。
【０００９】内燃エンジン1 はまた補助タービン（パワ
ータービン）13を備え、それはタービン3 の出口7 に連
結された入口14と排気系統16に接続された出口15を備え
ている。補助タービン13はシャフト18に固定され、この
シャフト18は全体を20で示されている変速機によって内
燃エンジン1 の駆動シャフト19に機械的に連結されてい
る。さらに詳しく説明すると、変速機20は第１のギア減
速機構24と液圧継手25と、駆動シャフト19に出力が接続
された第２のギア減速機構26とを備えている。
【００１０】本発明によれば、シャフト18に取付けられ
ているパルス発生ホイール29またはシャフト18に取付け
られて固定速度で回転するその他の部材で構成された角
速度センサ28は、補助タービン13の回転速度を検出し、
制御装置31の第１の入力に接続されて燃料の供給および
タービン3 の幾何学的な形状を制御し、入力30に補助タ
ービン13の回転速度に関係する信号Ｉ1 を供給する。第
２のセンサ34は通常の形式であり（図示せず）、例えば
駆動シャフトの角速度（以下単にエンジン速度と言う）
を検出するためにビークルの変速機の入力シャフトと関
連し、制御装置31の第２の入力に接続されて信号Ｉ2 を
供給する。
【００１１】図２は制御装置31のブロック図を示してい
る。制御装置31は信号Ｉ2 に基づいて補助タービン13の
理論的速度ｎＴＣteorを計算する第１のブロック36を備
えている。この第１のブロック36は制御装置31の第２の
入力35に接続され、実質的に変速機20の伝達比を考慮に
入れた定数と内燃エンジン速度とを乗算する乗算器を含
んでおり、その出力はブロック37に接続されている。ブ
ロック37は補助タービンの実際の速度を、上記のように
計算された理論的速度に基づいて定められた許容値の範
囲と比較する。さらに詳しく説明すると、ブロック37
は、定数（例えば10,000 rpm）をｎＴＣteorに加算する
ことによって補助タービン13の理論的最大速度ｎＴＣma
x を計算する第１の加算器40と、定数（例えば20,000 r
pm）をｎＴＣteorから減算することによって補助タービ
ン13の理論的最小速度ｎＴＣmin を計算する第２の加算
器41とを備えている。
【００１２】２つの値ｎＴＣmax およびｎＴＣmin は補
助タービン13の速度ｎＴＣの許容値の範囲を定める第１
のしきい値比較装置42に供給される。速度ｎＴＣはセン
サ28からの信号Ｉ1 に基づいて、制御装置31の第１の入
力30に接続されたインターフェースブロック43において
既知の方法で計算され、このインターフェースブロック
43はまた既知の方法でセンサ28の動作状態を示す診断信
号44を発生し、例えばセンサ28が正確に動作していると
きには論理値０を有し、センサ28の信号Ｉ1 が妥当でな
くなった場合、例えば信号がなくなったり無価値となっ
た場合には論理値１を有する。
【００１３】第１のしきい値比較装置42はインターフェ
ースブロック43から信号ｎＴＣを受取ってそれをしきい
値ｎＴＣmax およびｎＴＣmin と比較する。さらに詳し
く説明すると、第１のしきい値比較装置42はｎＴＣがし
きい値ｎＴＣmax とｎＴＣmin の間にある場合には値１
のデジタル信号45を発生し、ｎＴＣがしきい値ｎＴＣma
x およびｎＴＣmin によって規定された範囲の外側にあ
る場合には値０を発生する。
【００１４】デジタル信号45は第１のアンドゲート46の
一方の入力に供給され、その他方の入力にはノットゲー
ト48により反転された診断信号44に等しい信号47が供給
される。アンドゲート46の出力は時間フィルタブロック
50に接続され、この時間フィルタブロック50は、入力信
号が予め定められた時間インターバルにわたって安定と
ていれば入力信号として同じ論理値の信号53を発生す
る。信号53はフリップフロップ55のリセット入力54に供
給される。
【００１５】第１の加算ブロック40によって計算された
ｎＴＣmax 値は第２のしきい値比較装置54のスイッチン
グしきい値を設定するために使用され、この第２のしき
い値比較装置54はインターフェースブロック43によって
発生された信号ｎＴＣを受信し、ｎＴＣがｎＴＣmax よ
りも大きい場合に論理値１の信号56を発生し、したがっ
て補助タービン13の故障を示し、ｎＴＣがｎＴＣmax よ
りも小さい場合には論理値０を示す。
【００１６】第２のしきい値比較装置54からの出力信号
56およびノットゲート48からの信号47は第２のアンドゲ
ート57の入力に供給される。
【００１７】第２のアンドゲート57の出力は第２の時間
フィルタブロック58に接続され、この第２の時間フィル
タブロック58は入力信号が予め定められた時間インター
バルにわたって安定していれば入力信号として同じ論理
値の信号59を発生する。信号59はフリップフロップ55の
セット入力60に供給される。
【００１８】フリップフロップ55は出力信号０１を発生
し、それはタービン3 の幾何学的形状を制御するブロッ
ク38およびインジェクタによって供給される燃料を制御
するブロック39に供給される。ブロック39の動作は詳細
に後述するが、このブロック39はまた補助タービン13の
速度に関する信号ｎＴＣを受取る。
【００１９】制御装置31の動作は前述の説明で部分的に
明らかであるが、以下全体的に説明する。動作の開始に
おいて、センサ28は正確に動作していると仮定し、それ
故、信号44は値１であり、ｎＴＣの値にのみ依存してい
るアンドゲート46，57の出力には影響はない。
【００２０】補助タービン13の速度ｎＴＣが許容可能な
値の範囲で低下し、センサ28が正確に動作している場合
には、第１のアンドゲート46の出力は１であり、この値
が時間の経過に対して安定に保持される場合にはフリッ
プフロップ55のリセット入力もまた１に等しい。
【００２１】ｎＴＣが許容可能な値の範囲で低下するな
らば、条件ｎＴＣ＜ｎＴＣmax が確実に規定され、した
がって、第２のしきい値比較装置54の出力は０であり、
第２のアンドゲート57の出力も０であり、この値が時間
の経過に対して安定に保持される場合にはフリップフロ
ップ55のセット入力もまた０である。その結果、フリッ
プフロップ55の出力信号０１が０であり、そのため、ブ
ロック38，39の部分に信号は供給されず、これらのブロ
ックの装置による動作の介入は行なわれない。
【００２２】図２のブロック図の上方のブランチは全体
を31ａで示され、正確な動作を決定するための認識回路
として動作する。補助タービン13の速度ｎＴＣが許容可
能な値の範囲内に入らないで、センサ28が正確に動作し
ている場合には、第１のアンドゲート46の出力は０であ
り、この値が時間の経過に対して安定に保持される場合
にはフリップフロップ55のリセット入力もまた０に等し
い。
【００２３】ｎＴＣがｎＴＣmax よりも大きい場合に
は、第２のしきい値比較装置54の出力は１であり、第２
のアンドゲート57の出力も１であり、この値が時間の経
過に対して安定に保持される場合には、フリップフロッ
プ55のセット入力もまた１である。したがって、この場
合には、フリップフロップ55の出力信号０１が１に等し
く、タービン3 の幾何学的形状および燃料供給の変更が
可能にされる。図２のブロック図の下方のブランチ31ｂ
は故障状態であることを決定するための認識回路として
動作する。
【００２４】反対に、ｎＴＣがｎＴＣmin よりも小さい
場合には、第２のしきい値比較装置54の出力は０であ
り、第２のアンドゲート57の出力も０であり、この値が
時間の経過に対して安定に保持される場合には、フリッ
プフロップ55のセット入力もまた０である。フリップフ
ロップ55の入力は両方とも０であり、存在している状態
が維持される。
【００２５】センサ28についての故障が検出された場合
（すなわち、診断信号44が値１の場合）に同じことが
（すなわち、検出されたｎＴＣの値に関係なく）適用さ
れ、その場合信号47は０であり、そのため両アンドゲー
ト46, 57の出力は０である。
【００２６】信号０１の論理１値が存在する場合に、ブ
ロック38はタービン3 の幾何学的形状を全開条件に設定
し、したがってスーパーチャージを減少させ、同時に、
ブロック39は直ちに予め定められたスタート値にインジ
ェクターによって供給される燃料を減少させその後補助
タービン13の速度を一定に維持するために燃料供給値を
変化させ、許容可能な値、例えばｎＴＣmaに等しくす
る。
【００２７】本発明の内燃エンジン1 の利点、特に制御
装置31の利点は、上述の説明から明らかであろう。特
に、装置31によって補助タービン13の回転速度を決定す
ることによって、タービンの機械的な性能に影響する故
障が検出される。
【００２８】補助タービン13の完全性が決定的に危険で
ある場合に、装置31の制御論理装置のみが内燃エンジン
の動作パラメータ（タービン3 の形状および燃料供給）
を補正を行う。すなわち、故障がセンサ28の故障に依存
する可能性があるとき、または、故障が補助タービン13
の完全性に脅威でないとき（ｎＴＣ＜ｎＴＣmin ）には
介入動作は行なわれない。
【００２９】さらに、補助タービン13の過度の加速を阻
止するために制御される内燃エンジンに適用することに
よって、介入はビークルの緊急動作を可能にするように
設計される。
【００３０】特許請求の範囲に記載された本発明の技術
的範囲を逸脱することなく種々の変形、変更が内燃エン
ジン1 および、特に制御装置に対して行なわれることが
できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるターボコンパウンド内燃エンジン
の概略図。
【図２】図１の内燃エンジンの制御装置のブロック図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 501393933 イベコ・モトーレンホルシュング・アーゲ ー ＩＶＥＣＯ ＭＯＴＯＲＥＮＦＯＲＳＣＨ ＵＮＧ ＡＧ スイス国、9320 アルボン、シュロッスガ ッセ（番地なし) (72)発明者 ジアンカルロ・デローラ イタリア国、10036 セッティモ・トリネ ーゼ、 ビア・トリノ 42 (72)発明者 ワーナー・ツェーナー スイス国、シーエイチ−9038、レヘトベ ル・ソンネンベルクシュトラーセ ２ Ｆターム(参考） 3G005 DA07 EA15 EA19 FA27 GA17 GB47 JA40

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動シャフト(19)と、タービン(3) とコ
    ンプレッサー(4) とを備えたターボチャージャー(2)
    と、このターボチャージャー(2) の前記タービン(3) か
    ら下流の排気ガスの通路に沿って位置している補助ター
    ビン(13)と、この補助タービン(13)と駆動シャフト(19)
    との間に設けられた変速機手段(20)とを具備しているタ
    ーボコンパウンド内燃エンジン(1) において、 補助タービン(13)の回転速度を検出する第１の角速度セ
    ンサ(28)と、 この第１の角速度センサ(28)に接続されて補助タービン
    (13)の回転速度を制御し補助タービン(13)の回転速度の
    許容値の範囲を計算する計算手段(40, 41)と、前記許容
    値の範囲と第１の角速度センサ(28)により測定された補
    助タービン(13)の回転速度とを比較する比較手段(42, 5
    4)と、この比較手段(42, 54)によって生成されたエネー
    ブル信号(01)に応答して内燃エンジン(1) の動作パラメ
    ータを制御して補助タービン(13)の回転速度を前記許容
    値の範囲内に維持するように制御する制御手段(38, 39)
    とを備えた制御装置(31)とを具備していることを特徴と
    するターボコンパウンド内燃エンジン。
  2. 【請求項２】 前記許容値の範囲を計算する計算手段(4
    0, 41)は駆動シャフト(19)の回転速度を検出する第２の
    角速度センサ(34)と、駆動シャフト(19)の回転速度に基
    づいて補助タービン(13)の回転速度の少なくとも最大値
    を計算する処理手段(40, 41)とを具備している請求項１
    記載の内燃エンジン。
  3. 【請求項３】 ターボチャージャー(2) のタービン(3)
    は幾何学的形状が可変の形式であり、内燃エンジンの動
    作パラメータを制御する制御手段(38, 39)はタービンの
    幾何学的形状を変化させる手段を備えている請求項１ま
    たは２記載の内燃エンジン。
  4. 【請求項４】 前記形状が可変のタービン(3) の幾何学
    的形状を変化させる手段(38)は、形状が可変のタービン
    の全開状態を設定する手段を備えている請求項３記載の
    内燃エンジン。
  5. 【請求項５】 内燃エンジンの動作パラメータを制御す
    る制御手段(38, 39)は、前記最大値の範囲内に補助ター
    ビン(13)の前記回転速度を維持するために可変燃料供給
    手段(39)を備えている請求項２乃至４のいずれか１記載
    の内燃エンジン。
  6. 【請求項６】 前記制御装置(31)は、前記第１のセンサ
    (28)から受信された信号の妥当性を決定する手段と、前
    記信号の妥当でない状態の検出に応じて内燃エンジンの
    動作パラメータを制御する制御手段(38, 39)をディスエ
    ーブルにするディスエーブル手段(46, 57)とを具備して
    いる請求項１乃至５のいずれか１記載の内燃エンジン。
  7. 【請求項７】 駆動シャフト(19)と、タービン(3) およ
    びコンプレッサー(4) を備えたターボチャージャー(2)
    と、このターボチャージャー(2) の前記タービン(3) か
    ら下流の排気ガスの通路に沿って位置している補助ター
    ビン(13)と、前記補助タービン(13)と前記駆動シャフト
    (19)との間に設けられている変速機手段(20)とを具備し
    ているターボコンパウンド内燃エンジンを制御する方法
    において、 補助タービン(13)の回転速度を第１の角速度センサ(28)
    によって測定し、 補助タービン(13)の回転速度の許容値の範囲を計算し、 前記許容値の範囲と第１の角速度センサ(28)によって測
    定された補助タービン(13)の回転速度とを比較し、 この比較の結果に応答して内燃エンジン(1) の動作パラ
    メータを制御して補助タービン(13)の回転速度を前記許
    容値の範囲内に維持することを特徴とする制御方法。
  8. 【請求項８】 前記内燃エンジン(1) の動作パラメータ
    は、ターボチャージャー(2) のタービン(3) の形状およ
    び燃料供給を含んでいる請求項７記載の制御方法。
  9. 【請求項９】 前記内燃エンジン(1) の動作パラメータ
    を制御するステップは、ターボチャージャー(2) のター
    ビン(3) を全開状態に設定する動作および最大限界内に
    補助タービン(13)の回転速度を維持するように燃料供給
    を変化させる動作を含んでいる請求項８記載の制御方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記第１のセンサ(28)から受信された
    信号（Ｉ1)の妥当性を決定するステップと、前記信号(I
    1)の妥当でない状態の検出に応じて内燃エンジンの動作
    パラメータを制御するステップをディスエーブルにする
    ステップとを含んでいる請求項７乃至９のいずれか１項
    記載の制御方法。
JP2001311671A 2000-10-06 2001-10-09 ターボコンパウンド内燃エンジン Expired - Fee Related JP4064650B2 (ja)

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IT2000TO000940A IT1320703B1 (it) 2000-10-06 2000-10-06 Motore endotermico turbocompound.
IT2000A000940 2000-10-06

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