JP2006299905A - Turbo compound engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボコンパウンドエンジンに関するものである。 The present invention relates to a turbo compound engine.
従来より、排気ガスから動力回収するターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンを経た排気ガスから更に動力回収するパワータービンとを備え、ターボチャージャで回収した動力を吸気を加圧するための過給動力として、パワータービンで回収した動力をエンジン駆動力として有効利用し得るようにしたターボコンパウンドエンジンが知られている。 Conventionally, a turbocharger that recovers power from exhaust gas and a power turbine that recovers power from exhaust gas that has passed through the turbine of the turbocharger are provided, and the power recovered by the turbocharger is used as supercharging power for pressurizing the intake air. A turbo compound engine is known in which power recovered by a power turbine can be effectively used as engine driving force.
図3は一般的なターボコンパウンドエンジンの一例を示すもので、ここに図示する例においては、エンジン本体1から排出された排気ガス2の持つエネルギーをターボチャージャ3のタービン4で動力として回収し、該タービン4により駆動されるコンプレッサ5でエンジン本体1に入る吸気6を加圧する一方、タービン4を経た排気ガス2からパワータービン7で更にエネルギーを動力として回収し、その回収した動力を第一ギアトレーン8、流体継手9、第二ギアトレーン10を介してエンジン本体1のクランクシャフト11に伝達するようにしてある。
FIG. 3 shows an example of a general turbo compound engine. In the example shown here, the energy of the
ここで、パワータービン7からクランクシャフト11への動力伝達系に流体継手9が含まれているのは、エンジン本体1のねじり振動やエンスト等の急激な回転変動が伝達されないようにするためである。
Here, the reason why the
また、図3中における12は第一ギアトレーン8の一要素を成す流体継手9の入力ギア、13は第二ギアトレーン10の一要素を成す流体継手9の出力ギア、14はフライホイールを示す。
In FIG. 3,
尚、この種のターボコンパウンドエンジンに関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献1等がある。
しかしながら、斯かる従来のターボコンパウンドエンジンにおいては、低負荷時に排気ガス2のエネルギーが減少してくると、パワータービン7で動力回収できなくなるばかりか、該パワータービン7の方が逆にエンジン本体1側から駆動されるようになってしまい、パワータービン7が寧ろエンジン本体1側から見た負荷となって動力損失が生じるという問題があった。
However, in such a conventional turbocompound engine, if the energy of the
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、低負荷時にパワータービンがエンジン本体側から駆動されることによる動力損失を低減し得るようにしたターボコンパウンドエンジンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a turbo compound engine capable of reducing power loss due to the power turbine being driven from the engine body side at a low load.
本発明は、排気ガスから動力回収するターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンを経た排気ガスから更に動力回収するパワータービンとを備え、該パワータービンで回収した動力を流体継手を介してクランクシャフトに伝達するようにしたターボコンパウンドエンジンにおいて、前記流体継手の動力伝達効率を低負荷時に低減する伝達効率抑制手段を備えたことを特徴とするものである。 The present invention includes a turbocharger that recovers power from exhaust gas, and a power turbine that further recovers power from exhaust gas that has passed through the turbine of the turbocharger. The power recovered by the power turbine is transferred to a crankshaft through a fluid coupling. The turbo compound engine configured to transmit is characterized by comprising transmission efficiency suppressing means for reducing the power transmission efficiency of the fluid coupling at a low load.
而して、このようにすれば、排気ガスのエネルギーが大きな中高負荷時において、ターボチャージャのタービンを経た排気ガスからパワータービンにより動力が回収され、その回収された動力が流体継手によりエンジン本体のクランクシャフトに伝達されて有効利用される一方、低負荷時にあっては、伝達効率抑制手段により流体継手の動力伝達効率が低減されるので、エンジン本体側からの動力が流体継手によりパワータービン側へ伝達され難くなり、該パワータービンがエンジン本体側から見てあまり大きな負荷とならずに済んで動力損失が著しく低減されることになる。 In this way, when the exhaust gas energy is large and medium and high, the power is recovered by the power turbine from the exhaust gas that has passed through the turbine of the turbocharger, and the recovered power is recovered from the engine body by the fluid coupling. While being transmitted to the crankshaft and effectively utilized, at low loads, the power transmission efficiency of the fluid coupling is reduced by the transmission efficiency suppression means, so the power from the engine body side is transferred to the power turbine side by the fluid coupling. As a result, it is difficult to transmit the power turbine, and the power turbine is not required to have a very large load when viewed from the engine body side, so that power loss is remarkably reduced.
また、本発明においては、流体継手にエンジンオイルを供給する供給ラインの途中に設けられた常時開の制御弁と、該制御弁の開度を低負荷時に小さくなるように制御して油量を絞る制御装置とにより伝達効率抑制手段を構成することが可能である。 Further, in the present invention, the amount of oil is controlled by controlling a normally-open control valve provided in the middle of a supply line for supplying engine oil to the fluid coupling and the opening degree of the control valve so as to become small at low load. It is possible to configure the transmission efficiency suppressing means by the control device for narrowing down.
このようにすれば、低負荷時に制御装置により供給ライン途中の制御弁の開度が小さくなって流体継手への油量が絞られるので、エンジン本体側から回転されるうちに流体継手内のエンジンオイルが足りなくなり、これにより流体継手の動力伝達効率が低減されてエンジン本体側からの動力がパワータービン側へ伝達され難くなる。 In this way, the opening of the control valve in the middle of the supply line is reduced by the control device when the load is low, and the amount of oil to the fluid coupling is reduced, so the engine in the fluid coupling is rotated while being rotated from the engine body side. The oil becomes insufficient, thereby reducing the power transmission efficiency of the fluid coupling and making it difficult for the power from the engine body side to be transmitted to the power turbine side.
更に、伝達効率抑制手段を構成するに際しては、流体継手にエンジンオイルを供給する供給ラインの途中に接続されて加圧空気源から加圧空気を導くエア導入ラインと、該エア導入ラインの途中に設けられた常時閉の制御弁と、該制御弁を低負荷時に開ける制御装置とにより伝達効率抑制手段を構成することが可能である。 Furthermore, when configuring the transmission efficiency suppressing means, an air introduction line that is connected in the middle of a supply line that supplies engine oil to the fluid coupling and guides pressurized air from a pressurized air source, and in the middle of the air introduction line The transmission efficiency suppressing means can be constituted by the normally closed control valve provided and the control device that opens the control valve at low load.
このようにすれば、低負荷時に制御装置によりエア導入ライン途中の常時閉の制御弁が開き、流体継手に供給されるエンジンオイルに加圧空気源から加圧空気が混入されるので、エンジンオイルの作動流体としての密度が小さくなり、これにより流体継手の動力伝達効率が低減されてエンジン本体側からの動力がパワータービン側へ伝達され難くなる。 In this way, the control device opens the normally closed control valve in the middle of the air introduction line when the load is low, and pressurized air is mixed from the pressurized air source into the engine oil supplied to the fluid coupling. Therefore, the power transmission efficiency of the fluid coupling is reduced, and the power from the engine body side is hardly transmitted to the power turbine side.
上記した本発明のターボコンパウンドエンジンによれば、低負荷時における流体継手の動力伝達効率を低減してエンジン本体側からパワータービン側への動力伝達を大幅に抑制することができるので、低負荷時にパワータービンがエンジン本体側から駆動されることによる動力損失を著しく低減することができるという優れた効果を奏し得る。 According to the turbo compound engine of the present invention described above, the power transmission efficiency of the fluid coupling at the time of low load can be reduced and the power transmission from the engine body side to the power turbine side can be greatly suppressed. It is possible to achieve an excellent effect that power loss due to the power turbine being driven from the engine body side can be remarkably reduced.
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明を実施する形態の一例を示すもので、以下の説明では、図1に図示されていない全体構成に関し、先に従来技術の説明で用いた図3も参照しながら説明することとする。 FIG. 1 shows an example of an embodiment for carrying out the present invention. In the following description, an overall configuration not shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 3 used in the description of the prior art. And
本形態例においては、前述した図3と略同様に構成したターボコンパウンドエンジンに関し、流体継手9の動力伝達効率を低負荷時に低減する伝達効率抑制手段を備えたところに特徴があり、ここに図示している例では、流体継手9に作動流体としてエンジンオイル15を供給する供給ライン16の途中に設けられた常時開の制御弁17と、該制御弁17の開度を低負荷時に小さくなるように開度指令信号17aにより制御して油量を絞る制御装置18とにより伝達効率抑制手段が構成されている。
The present embodiment is characterized in that a turbo compound engine having substantially the same configuration as that of FIG. 3 described above is provided with a transmission efficiency suppressing means for reducing the power transmission efficiency of the
また、前記制御装置18には、アクセル開度をエンジン本体1の負荷として検出するアクセルセンサ19(負荷センサ)からのアクセル開度信号19aと、エンジン本体1の機関回転数を検出する回転センサ20からの回転数信号20aとが入力されるようになっており、これらアクセル開度信号19aと回転数信号20aとに基づいて現在の運転状態が制御弁17の開度を小さくするべき低負荷状態にあるか否かが判断されるようになっている。
Further, the
尚、制御弁17の開度を小さくするべき低負荷状態とは、パワータービン7(図3参照)で動力回収できないほど排気ガス2のエネルギーが少なくて、パワータービン7の方がエンジン本体1側から駆動されてしまうような運転領域にある状態のことを指している。
The low load state in which the opening degree of the
ここで、図1を用いて流体継手9の詳細について捕捉説明しておくと、この流体継手9においては、多数のタービン翼21を環状に備えたタービン翼車22と、多数のインペラ翼23を環状に備えたインペラ翼車24とがケーシング25内で対向配置されており、この対向配置により相互間に画成された空間のタービン翼車22側にタービン室26が形成され、インペラ翼車24側にはインペラ室27が形成されるようになっている。
Here, the details of the
前記タービン翼車22は、第二ギアトレーン10(図3参照)の一要素を成す出力ギア13と一体的に回転する出力シャフト28に取り付けられ、前記インペラ翼車24は、前記出力シャフト28の出力ギア13と反対側の端部に回動自在に外嵌された入力シャフト29に取り付けられており、この入力シャフト29には、第一ギアトレーン8(図3参照)の一要素を成す入力ギア12が一体的に装備されている。
The
そして、前記タービン翼車22及びインペラ翼車24の相互間には、前記供給ライン16からのエンジンオイル15が、出力シャフトの出力ギア13と反対側の端部に穿設された油通路30を通して供給されるようになっており、このエンジンオイル15は、タービン翼車22を被包するようにインペラ翼車24の外周部に取り付けられたカバー31によりエンジン停止時でも半分程度の量が貯溜されるようになっている。
Between the
而して、このように流体継手9を構成すれば、排気ガス2のエネルギーが大きな中高負荷時において、ターボチャージャ3のタービン4を経た排気ガス2からパワータービン7により動力が回収され、その回収された動力が流体継手9によりエンジン本体1のクランクシャフト11に伝達されて有効利用される一方、低負荷時にあっては、制御装置18の開度指令信号17aにより供給ライン16途中の制御弁17の開度が小さくなって流体継手9への油量が絞られ、エンジン本体1側から回転されるうちに流体継手9内のエンジンオイル15が足りなくなり、これにより流体継手9の動力伝達効率が低減されるので、エンジン本体1側からの動力が流体継手9によりパワータービン7側へ伝達され難くなり、該パワータービン7がエンジン本体1側から見てあまり大きな負荷とならずに済んで動力損失が著しく低減されることになる。
Thus, when the
従って、上記形態例によれば、低負荷時における流体継手9の動力伝達効率を低減してエンジン本体1側からパワータービン7側への動力伝達を大幅に抑制することができるので、低負荷時にパワータービン7がエンジン本体1側から駆動されることによる動力損失を著しく低減することができる。
Therefore, according to the above embodiment, the power transmission efficiency of the
また、図2は本発明の別の形態例を示すもので、ここに図示する例においては、流体継手9にエンジンオイル15を供給する供給ライン16の途中に接続されてエアタンク32(加圧空気源)から加圧空気33を導くエア導入ライン34と、該エア導入ライン34の途中に設けられた常時閉の制御弁35と、該制御弁35を開度指令信号35aにより制御して低負荷時に開ける制御装置18とにより伝達効率抑制手段が構成されている。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. In the example shown here, an air tank 32 (pressurized air) is connected in the middle of a
このようにすれば、低負荷時に制御装置18からの開度指令信号35aによりエア導入ライン34途中の常時閉の制御弁35が開き、流体継手9に供給されるエンジンオイル15にエアタンク32から加圧空気33が混入されるので、エンジンオイル15の作動流体としての密度が小さくなり、これにより流体継手9の動力伝達効率が低減されてエンジン本体1側からの動力がパワータービン7側へ伝達され難くなる。
In this way, the normally closed
即ち、タービン翼車22側からインペラ翼車24を回転させる力は、作動流体の密度に流速を乗算したものとして表すことができるので、エンジンオイル15にエアタンク32からの加圧空気33が混入されて密度が小さくなれば、流体継手9における動力の伝達力が減少して動力伝達効率が低減されることになる。
That is, the force that rotates the
従って、斯かる構成とした場合でも、低負荷時における流体継手9の動力伝達効率を低減してエンジン本体1側からパワータービン7側への動力伝達を大幅に抑制することができるので、低負荷時にパワータービン7がエンジン本体1側から駆動されることによる動力損失を著しく低減することができる。
Therefore, even in such a configuration, the power transmission efficiency of the
尚、本発明のターボコンパウンドエンジンは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、伝達効率抑制手段には図示例以外の構成を採用しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Note that the turbo compound engine of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The transmission efficiency suppressing means may adopt a configuration other than the illustrated example, and otherwise depart from the gist of the present invention. Of course, various modifications can be made within the range not to be performed.
1 エンジン本体
2 排気ガス
3 ターボチャージャ
4 タービン
7 パワータービン
9 流体継手
11 クランクシャフト
15 エンジンオイル
16 供給ライン
17 制御弁(伝達効率抑制手段)
18 制御装置(伝達効率抑制手段)
32 エアタンク(加圧空気源:伝達効率抑制手段)
33 加圧空気
34 エア導入ライン(伝達効率抑制手段)
35 制御弁(伝達効率抑制手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine
18 Control device (transmission efficiency suppression means)
32 Air tank (Pressurized air source: Transmission efficiency suppression means)
33
35 Control valve (means for suppressing transmission efficiency)
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US20140075935A1 (en) * | 2011-03-02 | 2014-03-20 | Voith Patent Gmbh | Turbo-compound system, in particular of a motor vehicle |
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JPH05180089A (en) * | 1991-12-25 | 1993-07-20 | Hino Motors Ltd | Exhaust gas recirculating device for supercharge engine |
JP2002168201A (en) * | 2000-11-28 | 2002-06-14 | Komatsu Ltd | Engine driven hydraulic system |
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