JP2007303295A - Method and device for controlling 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の制御方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for controlling 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、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 to pressurize 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6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1から排出された排気ガス2をターボチャージャ4に導き、排気ガス2の持つエネルギーをタービン6で動力として回収し、該タービン6により駆動されるコンプレッサ5でエンジン1に入る吸気を加圧する一方、タービン6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1のクランクシャフト11に伝達するようにしてある。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。
FIG. 6 shows an example of a general turbo compound engine. In the example shown here, the
また、図6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は大気を清浄にするエアクリーナを示す。
Further, in FIG. 6, 12 is an input gear of the
図7は、前記流体継手9の詳細を示したもので、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が形成されている。
FIG. 7 shows the details of the
前記タービン翼車22は、第二ギアトレーン10(図6参照)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6参照)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、供給ライン16からの作動油15(エンジンオイル)が、出力シャフト28の出力ギア13と反対側の端部に穿設された油通路17及び通路18を通して供給されるようになっており、この作動油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19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
更に、前記供給ライン16には、該流体継手9に作動油15を供給して動力の伝達状態と、流体継手9に対する作動油15の供給を遮断して動力の非伝達状態とに切り替えるようにした切替弁20(切替手段)を備えている。
Further, the
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、エンジン1の運転中は、常に切替弁20を開けて流体継手9に作動油15を供給することにより流体継手9を伝達状態に保持している。このため、エンジン1の高速・高負荷域においては流体継手9によりパワータービン7の動力を有効にクランクシャフト11に伝達して回収することができるが、エンジン1の低速・低負荷域においては前記パワータービン7が負荷となってクランクシャフトの動力ロスを生じてしまい、このために、ターボコンパウンドエンジンの性能を十分に発揮することができないという問題を有していた。
However, in such a conventional turbo compound engine, during operation of the
また、前記ターボコンパウンドエンジンを利用して、エンジンのブレーキ力を高めるようにしたものは従来提案されていなかった。 Further, there has not been proposed in the past that uses the turbo compound engine to increase the braking force of the engine.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、エンジンの低速・低負荷域においてパワータービンが負荷になることを防止してターボコンパウンドエンジンの性能を高く維持するこができ、更に、エンジンのブレーキ力を有効に高められるようにしたターボコンパウンドエンジンの制御方法及び装置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 it is possible to prevent the power turbine from becoming a load in the low speed / low load region of the engine and maintain the performance of the turbo compound engine high. An object of the present invention is to provide a turbo compound engine control method and apparatus capable of effectively increasing the braking force.
本発明のターボコンパウンドエンジンの制御方法は、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、作動油により前記パワータービンで回収した動力をクランクシャフトに伝達する流体継手と、該流体継手に作動油を供給することによる動力の伝達状態と作動油の供給を遮断することによる動力の非伝達状態とに切り替える切替手段とを備えたターボコンパウンドエンジンの制御方法であって、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力を回収できる動力回収領域内にある時は前記切替手段により流体継手を伝達状態に切り替えてパワータービンの動力をクランクシャフトで回収し、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力回収領域外にある時は前記切替手段により流体継手を非伝達状態に切り替えてパワータービンからクランクシャフトに伝えられる動力ロスを遮断することを特徴とする。 The turbo compound engine control method of the present invention includes a turbocharger that recovers power from exhaust gas, a power turbine that further recovers power from exhaust gas that has passed through the turbine of the turbocharger, and power recovered by the power turbine by hydraulic oil. A turbo compound comprising: a fluid coupling that transmits to a crankshaft; and a switching means that switches between a power transmission state by supplying hydraulic fluid to the fluid coupling and a power non-transmission state by shutting off the supply of hydraulic fluid. When the engine speed and fuel injection amount are within a power recovery region where the power of the power turbine can be recovered, the fluid coupling is switched to the transmission state by the switching means and the power of the power turbine is crankshaft. The engine speed and fuel injection amount are When in the extracellular region characterized by interrupting the power loss transmitted from the power turbine to the crankshaft by switching the fluid coupling to the non-transmission state by the switching means.
上記手段によれば、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力回収領域外にあるとき、前記切替手段により流体継手を非伝達状態に切り替えてパワータービンからクランクシャフトに伝えられる動力ロスを遮断するため、エンジンの低速・低負荷時にパワータービンが負荷になることを防止してターボコンパウンドエンジンの性能を高く維持することができる。 According to the above means, when the engine speed and the fuel injection amount are outside the power recovery area of the power turbine, the switching means switches the fluid coupling to the non-transmission state to cut off the power loss transmitted from the power turbine to the crankshaft. Therefore, it is possible to keep the performance of the turbo compound engine high by preventing the power turbine from becoming a load at the time of low speed and low load of the engine.
また、上記ターボコンパウンドエンジンの制御方法において、前記切替手段により流体継手を伝達状態と非伝達状態とに切り替える操作は、エンジン回転数・燃料噴射量の2次元マップにより求めた回収境界線によって行うことを特徴としており、これにより、流体継手による動力の伝達状態と動力の非伝達状態との切り替えを自動的且つ好適に行うことができる。 In the turbo compound engine control method, the operation of switching the fluid coupling between the transmission state and the non-transmission state by the switching means is performed by a recovery boundary obtained from a two-dimensional map of the engine speed and the fuel injection amount. Thus, switching between the power transmission state and the power non-transmission state by the fluid coupling can be performed automatically and suitably.
また、上記ターボコンパウンドエンジンの制御方法において、前記ターボチャージャの出口とパワータービンの出口とを結んでパワータービンを迂回し途中にバイパスバルブを備えたバイパスダクトを設け、ブレーキ時には、前記バイパスバルブを開けて排気ガスをバイパスダクトに流すと共に、前記切替手段により流体継手を伝達状態に切り替えて、クランクシャフトでパワータービンを駆動することによる抵抗によりブレーキ力を高めることを特徴としており、これにより、パワータービンをクランクシャフトで駆動する抵抗を利用してブレーキ力を高めることができる。 Further, in the above turbo compound engine control method, a bypass duct having a bypass valve is provided in the middle of bypassing the power turbine by connecting the outlet of the turbocharger and the outlet of the power turbine, and the bypass valve is opened during braking. The exhaust gas is caused to flow through the bypass duct, the fluid coupling is switched to the transmission state by the switching means, and the braking force is increased by resistance by driving the power turbine by the crankshaft. The braking force can be increased using the resistance driven by the crankshaft.
本発明のターボコンパウンドエンジンの制御装置は、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、作動油により前記パワータービンで回収した動力をクランクシャフトに伝達する流体継手と、該流体継手に作動油を供給することによる動力の伝達状態と作動油の供給を遮断することによる動力の非伝達状態とに切り替える切替手段とを備えたターボコンパウンドエンジンの制御装置であって、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力を回収できる動力回収領域内か動力回収領域外かを演算する演算手段と、該演算手段で求めたエンジン回転数・燃料噴射量が動力回収領域内の場合は前記切替弁を開作動し、エンジン回転数・燃料噴射量が動力回収領域外の場合は前記切替弁を閉作動する制御手段と、を備えたことを特徴とする。 The turbo compound engine control apparatus of the present invention includes a turbocharger that recovers power from exhaust gas, a power turbine that recovers power from exhaust gas that has passed through the turbine of the turbocharger, and power recovered by the power turbine by hydraulic oil. A turbo compound comprising: a fluid coupling that transmits to a crankshaft; and a switching means that switches between a power transmission state by supplying hydraulic fluid to the fluid coupling and a power non-transmission state by shutting off the supply of hydraulic fluid. An engine control device for calculating whether the engine speed / fuel injection amount is within a power recovery area where the power of the power turbine can be recovered or outside the power recovery area, and the engine speed / When the fuel injection amount is within the power recovery area, the switching valve is opened, and the engine speed and fuel injection amount are opened. If outside the power recovery area, characterized in that and a control means for closing operation of the switching valve.
上記手段によれば、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力回収領域外にあるとき、前記切替弁により流体継手を非伝達状態に切り替えてパワータービンからクランクシャフトに伝えられる動力ロスを遮断するため、エンジンの低速・低負荷時にパワータービンが負荷になることを防止してターボコンパウンドエンジンの性能を高く維持できる装置が提供できる。 According to the above means, when the engine speed and the fuel injection amount are outside the power recovery area of the power turbine, the fluid coupling is switched to the non-transmission state by the switching valve to cut off the power loss transmitted from the power turbine to the crankshaft. Therefore, it is possible to provide a device that can prevent the power turbine from becoming a load at a low speed and a low load of the engine and maintain the performance of the turbo compound engine high.
上記ターボコンパウンドエンジンの制御装置において、前記ターボチャージャの出口とパワータービンの出口とを結んでパワータービンを迂回し途中にバイパスバルブを備えたバイパスダクトを設け、前記制御手段にはブレーキ信号を入力し、制御手段は、ブレーキ信号が入力されると前記バイパスバルブを開けて排気ガスをバイパスダクトに流すと共に、前記切替弁により流体継手を伝達状態に切り替えるようにしたことを特徴としており、これにより、パワータービンをクランクシャフトで駆動する抵抗を利用してブレーキ力を高められる装置が提供できる。 In the turbo compound engine control device, a bypass duct having a bypass valve is provided in the middle of connecting the outlet of the turbocharger and the outlet of the power turbine to bypass the power turbine, and a brake signal is input to the control means. The control means is characterized in that when a brake signal is inputted, the bypass valve is opened to flow the exhaust gas to the bypass duct, and the fluid coupling is switched to the transmission state by the switching valve. It is possible to provide a device that can increase the braking force by utilizing the resistance that drives the power turbine with the crankshaft.
上記した本発明のターボコンパウンドエンジンの制御方法及び装置によれば、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力回収領域外にある時に、前記切替手段により流体継手を非伝達状態に切り替えてパワータービンからクランクシャフトに伝えられる動力ロスを遮断することにより、エンジンの低速・低負荷域においてパワータービンが負荷になることを防止してターボコンパウンドエンジンの性能を高く維持できるという優れた効果を奏し得る。 According to the above-described turbo compound engine control method and apparatus of the present invention, when the engine speed and the fuel injection amount are outside the power recovery region of the power turbine, the switching means switches the fluid coupling to the non-transmission state to By blocking the power loss transmitted from the turbine to the crankshaft, it is possible to prevent the power turbine from becoming a load in the low speed / low load range of the engine and to achieve an excellent effect of maintaining the performance of the turbo compound engine high. .
また、ブレーキ時に、バイパスバルブを開けて排気ガスをバイパスダクトに流すと共に、流体継手を伝達状態に切り替えることにより、パワータービンをクランクシャフトで駆動する抵抗によってブレーキ力が高められるという優れた効果を奏し得る。 Also, when braking, the bypass valve is opened to allow exhaust gas to flow into the bypass duct, and the fluid coupling is switched to the transmission state, so that the braking force is enhanced by the resistance that drives the power turbine with the crankshaft. obtain.
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、前述した図6、図7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、エンジン1の低速・低負荷域においてパワータービンが負荷になることを防止して、ターボコンパウンドエンジンの性能を高く維持できるようにしている。
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention, and relates to a turbo compound engine configured substantially the same as FIGS. 6 and 7 described above, in which a power turbine becomes a load in a low speed / low load region of the
このため、図1に示している例では、エンジン回転数31と燃料噴射量32に基づいて、図7の流体継手9に作動油15を供給する供給ライン16に設けた切替弁20(切替手段)の開閉を制御するための制御装置30を備えている。該制御装置30は、エンジン回転数31と燃料噴射量32を入力し、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービン7の動力を回収できる動力回収領域内にあるか動力回収領域外であるかを演算する演算手段33と、該演算手段33で求めたエンジン回転数・燃料噴射量が動力回収領域内の場合には前記切替弁20を開作動して流体継手9を伝達状態に切り替えることによりパワータービン7の動力をクランクシャフト11で回収し、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力回収領域外にある場合には前記切替弁20を閉作動し流体継手9を非伝達状態に切り替えることによりパワータービン7からクランクシャフト11に伝えられる動力ロスを遮断するように制御する制御手段34とを有する。
For this reason, in the example shown in FIG. 1, based on the
前記演算手段33は、図2に示すエンジン回転数と燃料噴射量の2次元マップからパワータービン動力を回収できる回収境界線35を作成しており、従って前記制御手段34は、エンジン1が前記演算手段33で求めた回収境界線35以上の高速・高負荷域においては前記切替弁20を開作動し、エンジン1が前記演算手段33で求めた回収境界線35より低い低速・低負荷域では前記切替弁20を閉作動するようにしている。
The calculation means 33 creates a
上記した図1の形態においては、図3の制御フローチャートに示すように、エンジン回転数・燃料噴射量が、図2に示した2次元マップの回収境界線35以上の動力回収領域内にあるエンジン1の高速・高負荷域では、パワータービン7の動力が回収可能であるため、前記切替弁20を開作動して流体継手9を伝達状態に保持し、これによりパワータービン7の動力をクランクシャフト11に伝達・回収する。従って、エンジン1の高速・高負荷域においてはターボコンパウンドエンジンの性能を十分に発揮することができる。
In the above-described form of FIG. 1, as shown in the control flowchart of FIG. 3, the engine speed / fuel injection amount is in the power recovery region above the
一方、エンジン回転数・燃料噴射量が、図2に示した2次元マップの回収境界線35より低い動力回収領域外にあるエンジン1の低速・低負荷域では、パワータービン7の動力を回収できないため、前記切替弁20を閉作動して流体継手9を非伝達状態に保持し、これによりパワータービン7の負荷がクランクシャフト11に伝えられて動力ロスとなることを遮断する。従って、エンジン1の低速・低負荷域においてはパワータービン7が負荷になることによってターボコンパウンドエンジンの性能が低下する問題を防止できる。
On the other hand, the power of the
図4は本発明を実施する形態の他の例を示すもので、前述した図6、図7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、図1の構成に加え、ブレーキ時に、パワータービン7を利用してターボコンパウンドエンジンのブレーキ力を高めるようにしている。 FIG. 4 shows another example of the embodiment of the present invention. The turbo compound engine configured substantially the same as the above-described FIG. 6 and FIG. 7 relates to the turbo compound engine shown in FIG. It is used to increase the braking force of the turbo compound engine.
このため、図4に示した例では、前記ターボチャージャ4の出口4aとパワータービン7の出口7aとを結んでパワータービン7を迂回し、途中にバイパスバルブ36を備えたバイパスダクト37を設けている。
For this reason, in the example shown in FIG. 4, the outlet 4a of the turbocharger 4 and the outlet 7a of the
更に、前記制御装置30の制御手段34にブレーキ信号38を入力するようにしている。上記図4の形態においては、図5の制御フローチャートに示すように、切替弁20が開で流体継手9が伝達状態の時と、切替弁20が閉で流体継手9が非伝達状態の時の何れの場合においても、制御手段34にブレーキ信号38が入力されると、制御手段34は、前記バイパスバルブ36を開けて排気ガスをバイパスダクト37に流す(パワータービン7を迂回する)と共に、前記切替弁20を開にして流体継手9を伝達状態に保持する。これにより、パワータービン7がクランクシャフト11によって駆動されるようになり、パワータービン7がクランクシャフト11の負荷となるため、パワータービン7の抵抗を利用してターボコンパウンドエンジンのブレーキ力を高めることができる。
Further, a
尚、本発明のターボコンパウンドエンジンの制御方法及び装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、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。 The turbo compound engine control method and apparatus of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 エンジン
2 排気ガス
4 ターボチャージャ
7 パワータービン
9 流体継手
11 クランクシャフト
15 作動油
20 切替弁(切替手段)
30 制御装置
31 エンジン回転数
32 燃料噴射量
33 演算手段
34 制御手段
35 回収境界線
36 バイパスバルブ
37 バイパスダクト
38 ブレーキ信号
DESCRIPTION OF
30
Claims (5)
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- 2006-05-09 JP JP2006130135A patent/JP2007303295A/en active Pending
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