JP3501894B2 - ターボコンパウンドエンジンの制御装置 - Google Patents

ターボコンパウンドエンジンの制御装置

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JP3501894B2
JP3501894B2 JP05362096A JP5362096A JP3501894B2 JP 3501894 B2 JP3501894 B2 JP 3501894B2 JP 05362096 A JP05362096 A JP 05362096A JP 5362096 A JP5362096 A JP 5362096A JP 3501894 B2 JP3501894 B2 JP 3501894B2
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、ターボコンパウン
ドエンジンの制御装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】ターボコンパウンドエンジンにおけるエ
ネルギーの回収のためのパワータービンへのガス供給量
の制御を、パワータービンへの排気ガスを制御する排気
バイパス電磁弁より上流の位置に排気ガスエネルギー状
態検出センサを設け、排気バイパス電磁弁をパワーター
ビンへ流れてくる排気ガスエネルギー状態に見合った制
御を行うようにしたターボコンパウンドエンジンの制御
装置が特開平1−116245号で提供されている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】上記従来装置では、エ
ンジン運転状況をパワータービンへ流れてくる排気ガス
エネルギー状態を検出して排気バイパス電磁弁を制御
し、パワータービンによる回収エネルギーをクランク軸
に伝達するようにした技術思想であるが、パワータービ
ンへ流れてくる排気ガスエネルギー状態では広範囲のエ
ンジン運転状況を検出することができず、ターボコンパ
ウンドシステムの信頼性及び軽負荷時の燃費に難点があ
る。 【0004】本発明の目的は、広範囲のエンジン運転状
況に基づき、パワータービンのタービン効率の高い状態
でエネルギーの回収を行い、ターボコンパウンドシステ
ムの信頼性向上及び軽負荷時の燃費改善を図ったことで
ある。 【0005】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の構成要旨は、排気管にターボチャージャ
と、このターボチャージャの下流にパワータービンとを
配設し、前記パワータービンとエンジンのクランク軸と
を有段ギヤ変速機構若しくは遊星歯車機構による変速伝
達装置を介して結合し、前記ターボチャージャの出口と
パワータービンの入り口とを結ぶ排気通路の途中にパワ
ータービンを迂回するバイパス通路を設け、このバイパ
ス通路の分岐部にバイパス弁を配置したターボコンパウ
ンドエンジンにおいて、前記変速伝達装置に電磁又は油
圧クラッチを設け、エンジン始動時におけるスターター
ON時,初爆〜完爆,吹き上がり/アイドリング/加減
速/定常走行時における高負荷,低負荷/オーバーラン
/エキゾーストブレーキ作動時/エンジンストップの各
検出信号によるエンジン運転状況に基づき、前記バイパ
ス弁を制御して前記バイパス通路によるガス流量を制御
するためのアクチュエータと、前記変速伝達装置の入力
側と出力側との回転差を検出し、入力側の回転数がエン
ジン回転数の近傍に達した時点で電磁又は油圧クラッチ
を接続制御するためのアクチュエータとを備え、前記パ
ワータービンの回転と前記電磁又は油圧クラッチをコン
ピュータによって制御するようにしたことを特徴とする
ものである。 【0006】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図1において、1は排気管に配置さ
れたターボチャージャであり、2は前記ターボチャージ
ャ1の下流に配設されたパワータービンである。7は前
記パワータービン2とエンジンのクランク軸11とを結
合している有段ギヤ変速機構(変速伝達装置)であり、
12はフライホイールである。 【0007】前記ターボチャージャ1の出口とパワータ
ービン2の入り口とを結ぶ排気通路3の途中にパワータ
ービン2を迂回するバイパス通路4が設けられ、このバ
イパス通路4の分岐部にアクチュエータ6によって排気
ガス流量をパワータービン2とバイパス通路4とに制御
するバイパス弁5が配置されている。 【0008】前記パワータービン2と前記有段ギヤ変速
機構7の入力側とは第1ギヤトレーン9を介して連繋さ
れており、前記有段ギヤ変速機構7の出力側とエンジン
のクランク軸11とは第1ギヤトレーン10を介して連
繋されている。そして、有段ギヤ変速機7には、アクチ
ュエータ13によって回転伝達を遮断,接続制御する電
磁又は油圧クラッチ8が設けられている。 【0009】前記バイパス弁を制御するアクチュエータ
6と有段ギヤ変速機構7の回転伝達を遮断,接続制御す
る電磁又は油圧クラッチ8のアクチュエータ13はエン
ジン運転状況に基づきコンピュータ14の指令信号によ
ってコントロールされる。 【0010】前記エンジン運転状況は図5の表で示すよ
うに、エンジン始動時におけるスターターON時,初爆
〜完爆,吹き上がり/アイドリング/加減速/定常走行
時における高負荷,低負荷/オーバーラン/エキゾース
トブレーキ作動時/エンジンストップの各検出信号をコ
ンピュータ14に入力している。 【0011】そこで、図3で示すように、前記エンジン
始動時におけるスターターON時の検出はスタータ信号
であり、初爆〜完爆,吹き上がりの検出はエンジン回転
数信号である。アイドリングの検出はエンジン回転数信
号あるいはアクセル位置又は燃料噴射装置のラック位置
の負荷信号である。 【0012】さらに、前記加減速の検出はトランスミッ
ション信号又はクラッチ信号であり、前記定常走行時に
おける高負荷,低負荷の検出はエンジン回転数信号,負
荷信号,パワータービンの回転数センサ15によるパワ
ータービン回転数信号の何れでもよい。前記オーバーラ
ンの検出はエンジン回転数信号であり、前記エキゾース
トブレーキ作動時の検出はエキゾーストブレーキ信号、
前記エンジンストップの検出はエンジン回転数信号であ
る。 【0013】尚、図1で示す有段ギヤ変速機構7(変速
伝達装置)に代えて図2で示すように、遊星歯車機構1
8を採用してもよい。この遊星歯車機構18においても
パワータビン2と遊星歯車機構18との間にアクチュエ
ータ13によって回転伝達を遮断,接続制御する電磁又
は油圧クラッチ20を配置する。19はキャリヤ回転用
モータであり、コンピュータ14の指令によって制御さ
れる。 【0014】上記の構成において、エンジン状態に対す
るパワータビン2と電磁又は油圧クラッチ8の制御につ
いて説明する。図5の表で示すように、エンジン始動時
におけるスターターON時,初爆〜完爆ではパワーター
ビン2の入力がエネルギー少であり、吹き上がりでは入
力がエネルギー少→中である。この時のエンジンの回転
変動は何れも大である。 【0015】そこで、図5の表の○と△印で示すよう
に、排気ガス流量をバイパス通路4に流してパワーター
ビン2をバイパスするようバイパス弁5を制御し、かつ
同時に変速伝達装置(有段ギヤ変速機構7又は遊星歯車
機構18)の電磁又は油圧クラッチ8,20を遮断して
パワータービン2からクランク軸11の回転伝達をカッ
トする。これにより、パワータービン2の減速時の振動
伝達を低減する。 【0016】アイドリングではパワータービン2の入力
がエネルギー少であるが、エンジン状態は排圧が上昇す
る。この時も図5の表の○と△印で示すように、排気ガ
ス流量をバイパス通路4に流してパワータービン2をバ
イパスするようバイパス弁5を制御し、かつ同時に変速
伝達装置(有段ギヤ変速機構7又は遊星歯車機構18)
の電磁又は油圧クラッチ8,20を遮断してパワーター
ビン2からクランク軸11の回転伝達をカットする。こ
れにより、排圧の上昇によるガス抵抗の影響を防止す
る。 【0017】加減速ではパワータービン2の入力がエネ
ルギーに変動があり、エンジン状態は回転変動が大であ
る。この時も図5の表の○と△印で示すように、排気ガ
ス流量をバイパス通路4に流してパワータービン2をバ
イパスするようバイパス弁5を制御し、かつ同時に変速
伝達装置(有段ギヤ変速機構7又は遊星歯車機構18)
の電磁又は油圧クラッチ8,20を遮断してパワーター
ビン2からクランク軸11の回転伝達をカットする。 【0018】定常走行時における高負荷ではパワーター
ビン2の入力がエネルギー大であり、エンジン状態は排
圧が上昇する。この時は排気ガス流量をパワータービン
2に流すようバイパス弁5を制御し、かつ同時に変速伝
達装置(有段ギヤ変速機構は遊星歯車機構18)の電磁
又は油圧クラッチ8,20を接続して図5の表の◎印で
示すように、パワータービン2からクランク軸11へ回
転伝達する。 【0019】一方、定常走行時における低負荷ではパワ
ータービン2の入力がエネルギー少であるがエンジン状
態は排圧が上昇あり、この時は図5の表の○と△印で示
すように、排気ガス流量をバイパス通路4に流してパワ
ータービン2をバイパスするようバイパス弁5を制御
し、かつ同時に変速伝達装置(有段ギヤ変速機構7又は
遊星歯車機構18)の電磁又は油圧クラッチ8,20を
遮断してパワータービン2からクランク軸11の回転伝
達をカットする。 【0020】オーバーランではパワータービン2の入力
がエネルギー少であり、エキゾーストブレーキ作動時で
はエンジンストップではパワータービン2の入力がエネ
ルギー無しで、エキゾーストブレーキ作動時のエンジン
状態は排圧大、エンジンストップでのエンジン状態は回
転変動大である。これらのオーバーラン/エキゾースト
ブレーキ作動時/エンジンストップの時も図5の表の○
と△印で示すように、排気ガス流量をバイパス通路4に
流してパワータービン2をバイパスするようバイパス弁
5を制御し、かつ同時に変速伝達装置(有段ギヤ変速機
構7又は遊星歯車機構18)の電磁又は油圧クラッチ
8,20を遮断してパワータービン2からクランク軸1
1の回転伝達をカットする。 【0021】尚、エキゾーストブレーキの制動力をアッ
プさせたい車両においては、エキゾーストブレーキ作動
時に電磁又は油圧クラッチ8,20を接続して、エンジ
ンクランク軸11からパワータービン2を回転させるよ
うにする。これによりエネルギーが吸収され、制動力が
増すことになる。 【0022】上記の各制御によって、従来では得られな
い広範囲のエンジン運転状況に基づき、パワータービン
のタービン効率の高い状態でエネルギーの回収を行い、
エネルギーの回収効率を上げることができる。 【0023】また、ターボコンパウンドシステムの信頼
性向上及び軽負荷時の燃費改善が得られる。 【0024】さらに、本発明は前記変速伝達装置(有段
ギヤ変速機構7又は遊星歯車機構18)の入力側と出力
側とに、例えば図1で示す有段ギヤ変速機7においては
回転数センサ16,17を配設し、入力側と出力側の回
転差を検出して、これをコンピュータ14に入力し、図
4で示すように、入力側(パワータービン2)の回転数
Aがエンジン回転数Bの近傍に達した時点Cで電磁又は
油圧クラッチ8を接続制御するようにしている。 【0025】これは、フリクションが大であるエンジン
回転数とパワータービン2の回転差があると電磁又は油
圧クラッチ8の接続時にショックが発生するが、両回転
差を少なくした状態で電磁又は油圧クラッチ8を接続さ
せることによりショックを低減することができ、電磁又
は油圧クラッチ8を小型化することができる。 【0026】 【発明の効果】以上述べたように本発明によると、従来
では得られない広範囲のエンジン運転状況に基づき、パ
ワータービンのタービン効率の高い状態でエネルギーの
回収を行い、エネルギーの回収効率を上げることがで
き、また、ターボコンパウンドシステムの信頼性向上及
び軽負荷時の燃費改善が得られる利点を有している。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のターボコンパウンドエンジンの制御装
置を示す図 【図2】遊星歯車機構による変速伝達装置を示す図 【図3】コンピュータに入力されるエンジン運転状況の
信号を示す図 【図4】電磁又は油圧クラッチの接続時を示す線図 【図5】本発明におけるエンジン状態に対するパワータ
ービン並びに変速伝達装置のクラッチ制御表 【符号の説明】 1 ターボチャージャ 2 パワータービン 3 排気通路 4 バイパス通路 5 バイパス弁 6 アクチュエータ(バイパス弁の) 7 有段ギヤ変速機構(変速伝達装置) 8 電磁又は油圧クラッチ 9 第1ギヤトレーン 10 第2ギヤトレーン 11 クランク軸 12 フライホイール 13 アクチュエータ(電磁又は油圧クラッチの) 14 コンピュータ 15 回転数センサ 16 回転数センサ 17 回転数センサ 18 遊星歯車機構(変速伝達装置) 19 キャリヤ回転用モータ 20 電磁又は油圧クラッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−255519(JP,A) 特開 平1−116243(JP,A) 特開 昭63−85222(JP,A) 実開 昭63−110634(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 41/10 F02B 37/013 F02B 37/00 302 F02B 37/18 F02B 39/12

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 排気管にターボチャージャと、このター
    ボチャージャの下流にパワータービンとを配設し、前記
    パワータービンとエンジンのクランク軸とを有段ギヤ変
    速機構若しくは遊星歯車機構による変速伝達装置を介し
    て結合し、前記ターボチャージャの出口とパワータービ
    ンの入り口とを結ぶ排気通路の途中にパワータービンを
    迂回するバイパス通路を設け、このバイパス通路の分岐
    部にバイパス弁を配置したターボコンパウンドエンジン
    において、前記変速伝達装置に電磁又は油圧クラッチを
    設け、エンジン始動時におけるスターターON時,初爆
    〜完爆,吹き上がり/アイドリング/加減速/定常走行
    時における高負荷,低負荷/オーバーラン/エキゾース
    トブレーキ作動時/エンジンストップの各検出信号によ
    エンジン運転状況に基づき、前記バイパス弁を制御し
    て前記バイパス通路によるガス流量を制御するためのア
    クチュエータと、前記変速伝達装置の入力側と出力側と
    の回転差を検出し、入力側の回転数がエンジン回転数の
    近傍に達した時点で電磁又は油圧クラッチを接続制御す
    るためのアクチュエータとを備え、前記パワータービン
    の回転と前記電磁又は油圧クラッチをコンピュータによ
    って制御するようにしたことを特徴とするターボコンパ
    ウンドエンジンの制御装置。
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