JP2016128675A - ターボコンパウンドエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】過給機と回収タービンとを備えたターボコンパウンドエンジンに関し、低負荷時の燃費を向上させる。【解決手段】過給機２と、回収タービン４と、回収タービン４に入力側クラッチ１０ａを介して接続された電動発電機５と、蓄電装置６と、電動発電機５に出力側クラッチ１０ｂを介して接続されると共に、クランクシャフト７と連結された動力伝達機構８と、高負荷運転状態のとき、入力側クラッチ１０ａを接とすると共に出力側クラッチ１０ｂを断として回収タービン４の排気エネルギーを蓄電装置６に電力として蓄電し、低負荷運転状態のとき、入力側クラッチ１０ａを断とすると共に出力側クラッチ１０ｂを接として蓄電された電力により電動発電機５を駆動してエンジンＥ側に動力として戻す制御手段とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、過給機と排気エネルギーを回収する回収タービンとを備えたターボコンパウンドエンジンに関する。

過給エンジンの燃費向上法の一つとして、過給機と回収タービンとを備えたターボコンパウンドエンジンがある。

従来のターボコンパウンドエンジンは、図３に示すように、エンジンＥの吸排気系に過給機２が接続されると共に、過給機２の排気タービン２ａの下流側の排気通路３に回収タービン４が接続され、回収タービン４の動力が流体継手４１及び減速歯車列４２を介してエンジンＥのクランクシャフト７へ伝えられる構成となっている。

これにより、ターボコンパウンドエンジン１では、エンジンＥの排気系からの排気により、過給機２の排気タービン２ａが駆動されてコンプレッサ２ｂが駆動されると共に、排気タービン２ａの下流側の排気エネルギーにより、回収タービン４が駆動されて動力が回収され、その回収された動力がエンジンＥ側に戻される。

このようなターボコンパウンドエンジンにおいては、高負荷時に、回収タービンからエンジン出力の５〜１０パーセント程度の動力が回収されるため、エンジンの燃費率が向上する。

特開昭６２−９３４３０号公報 実開平５−１８３１号公報 特開昭６２−１８４９２６号公報

しかし、エンジンの低負荷時には、排気エネルギーが少ないので、回収タービンで回収される排気エネルギーも少なくなる。このため、低負荷での運転が多い乗用車や小型トラックでは、エンジン出力の動力を十分に回収できず、燃費向上が得られなかった。

本発明は、エンジンの低負荷時の燃費を向上させることができる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。

本発明に係るターボコンパウンドエンジンは、過給機と回収タービンとを備えたターボコンパウンドエンジンにおいて、前記過給機の排気タービンよりも下流側の排気通路に接続され、排気エネルギーを回収する回収タービンと、前記回収タービンに入力側クラッチを介して接続された電動発電機と、前記電動発電機で発電した電力を蓄電すると共に、蓄電された電力により前記電動発電機を駆動する蓄電装置と、前記電動発電機に出力側クラッチを介して接続されると共に、エンジンのクランクシャフトと連結して前記電動発電機の駆動力を前記エンジンに伝達する動力伝達機構と、前記エンジンが高負荷運転状態のとき、前記入力側クラッチを接とすると共に前記出力側クラッチを断として前記電動発電機を駆動して前記回収タービンの排気エネルギーを前記蓄電装置に電力として蓄電し、前記エンジンが低負荷運転状態のとき、前記入力側クラッチを断とすると共に前記出力側クラッチを接として前記蓄電装置に蓄電された電力により前記電動発電機を駆動して前記エンジン側に動力として戻す制御手段とを備える。

本発明に係るターボコンパウンドエンジンによれば、エンジンの高負荷時に回収した動力を蓄えておき、低負荷時に放出することで、低負荷時の燃費を向上させることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の一実施形態に係るターボコンパウンドエンジンの概略図である。 エンジン性能曲線のマップを示すイメージ図である。 従来のターボコンパウンドエンジンの概略図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るターボコンパウンドエンジンを説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るターボコンパウンドエンジンの概略図である。

図１に示すように、ターボコンパウンドエンジン１は、エンジンＥの吸排気系に接続された過給機２と、過給機２の下流側の排気通路３に接続された回収タービン４と、回収タービン４に入力側クラッチ１０ａを介して接続された電動発電機５と、電動発電機５に接続された蓄電装置６と、電動発電機５に出力側クラッチ１０ｂを介して接続されると共に、クランクシャフト７に連結された動力伝達機構８と、クラッチ１０ａ，１０ｂを断接制御するエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと称する）２０と、を備えている。

過給機２は、エンジンＥの排気系３１に接続された排気タービン２ａと、エンジンＥの吸気系３２に接続されたコンプレッサ２ｂとを有している。排気タービン２ａとコンプレッサ２ｂとは、回転軸を介して連結されている。コンプレッサ２ｂの下流側の吸気通路には、インタークーラ３３が接続されている。

回収タービン４は、排気タービン２ａの下流側の排気通路３に接続されている。 電動発電機５は、発電機と電動モータの機能を有し、入力シャフト５ａが入力側クラッチ１０ａを介して回収タービン４の回転軸と接続され、出力シャフト５ｂが出力側クラッチ１０ｂを介して動力伝達機構８の入力軸と接続される。

電動発電機５には、インバータ６ｉとキャパシタ６ｃとからなる蓄電装置６が接続されている。

動力伝達機構８は、入力軸が出力側クラッチ１０ｂを介して電動発電機５の出力シャフト５ｂに接続されると共に、出力軸がクランクシャフト７に連結されている。

ＥＣＵ２０は、エンジン性能曲線マップＭと電動発電機クラッチ制御部２１とを有している。

エンジン性能曲線マップＭは、図２に示すような、エンジン回転数に対するエンジントルクの最大性能曲線を基に予め高負荷運転領域と低負荷運転領域が設定され、記憶されたものである。

電動発電機クラッチ制御部２１は、ＥＣＵ２０に入力された車両の運転状態に基づいて、エンジン性能曲線マップＭを参照することで、車両の運転状態を認識すると共に、入力側クラッチ１０ａ、出力側クラッチ１０ｂ、及びインバータ６ｉを制御するようになっている。

次に、本実施形態に係るターボコンパウンドエンジンの作用効果について、図１及び図２に基づいて説明する。

回収タービン４は、排気タービン２ａの下流側の排気によりタービンが駆動されて、排気エネルギーを回収する。

ここで、車両の運転状態が図２に示す高負荷運転領域であるときは、ＥＣＵ２０の電動発電機クラッチ制御部２１は、入力側クラッチ１０ａを接とし、出力側クラッチ１０ｂを断とする。これにより、回収タービン４の回転で電動発電機５が駆動されて発電する。また、電動発電機５で発電された電力は、インバータ６ｉを介してキャパシタ６ｃに蓄電される。

一方、車両の運転状態が図２に示す低負荷運転領域であるときは、ＥＣＵ２０の電動発電機クラッチ制御部２１は、入力側クラッチ１０ａを断とし、出力側クラッチ１０ｂを接とする。これにより、キャパシタ６ｃに蓄電された電力で電動発電機５が電動モータとして駆動され、この電動発電機５の駆動により、動力伝達機構８を介してクランクシャフト７に動力として伝達される。このとき、ＥＣＵ２０は、クランクシャフト７の回転数（エンジン回転数）と電動発電機５から動力伝達機構８を介して伝達される回転数が同期するようにインバータ６ｉの出力周波数を制御して電動発電機５のモータ回転数を制御する。

したがって、本実施形態に係るターボコンパウンドエンジン１によれば、エンジンＥの高負荷時には、回収タービン４で回収した排気エネルギーを電力として蓄えておき、低負荷時に、この電力により電動発電機５を駆動することで、エンジン側に動力として戻すことができるので、低負荷時の燃費を向上させることが可能になる。

なお、車両の運転状態が高負荷運転領域、低負荷運転領域のいずれにも該当しないとき、電動発電機クラッチ制御部２１は、クラッチ１０ａ，１０ｂの両方を断とする制御を行う。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、電動発電機５は、発電機と電動モータが一体として構成されているが、別体として構成されていてもよい。また、蓄電装置６には、キャパシタ６ｃではなく、リチウムイオン電池を用いてもよい。さらに、動力伝達機構８は、減速歯車機構を有する減速機構であってもよい。

１ ターボコンパウンドエンジン
２ 過給機
２ａ 排気タービン
３ 排気通路
４ 回収タービン
５ 電動発電機
６ 蓄電装置
７ クランクシャフト
８ 動力伝達機構
１０ａ 入力側クラッチ
１０ｂ 出力側クラッチ
２０ 制御手段（ＥＣＵ）

Claims (3)

1. 過給機と回収タービンとを備えたターボコンパウンドエンジンにおいて、
   前記過給機の排気タービンよりも下流側の排気通路に接続され、排気エネルギーを回収する回収タービンと、
   前記回収タービンに入力側クラッチを介して接続された電動発電機と、
   前記電動発電機で発電した電力を蓄電すると共に、蓄電された電力により前記電動発電機を駆動する蓄電装置と、
   前記電動発電機に出力側クラッチを介して接続されると共に、エンジンのクランクシャフトと連結して前記電動発電機の駆動力を前記エンジンに伝達する動力伝達機構と、
   前記エンジンが高負荷運転状態のとき、前記入力側クラッチを接とすると共に前記出力側クラッチを断として前記電動発電機を駆動して前記回収タービンの排気エネルギーを前記蓄電装置に電力として蓄電し、前記エンジンが低負荷運転状態のとき、前記入力側クラッチを断とすると共に前記出力側クラッチを接として前記蓄電装置に蓄電された電力により前記電動発電機を駆動して前記エンジン側に動力として戻す制御手段と、を備えた
   ことを特徴とするターボコンパウンドエンジン。
2. 前記制御手段は、車両のエンジン性能曲線のマップが記憶されると共に、エンジン回転数とエンジントルクの関係から高負荷運転領域と低負荷運転領域とが予め設定され、高負荷運転領域のとき、前記入力側クラッチを接とすると共に前記出力側クラッチを断とし、低負荷運転領域のとき、前記入力側クラッチを断とすると共に前記出力側クラッチを接とする
   請求項１に記載のターボコンパウンドエンジン。
3. 前記蓄電装置は、キャパシタまたはリチウムイオン電池である
   請求項１または２記載のターボコンパウンドエンジン。

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