JPH01116229A - ターボコンパウンドエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、排気ガスのエネルギを回収しエンジンのク
ランク軸に戻すパワータービンを有したターボコンパウ
ンドエンジンに係り、特にエンジンの制動時にクランク
軸でパワータービンを逆転させ大きな制動力を作るよう
に構成したターボコンパウンドエンジンに関する。

［従来の技術］ エンジンの排気系にパワータービンを有し、そのパワー
タービンを逆転させて制動力を得るように構成したター
ボコンパウンドエンジンとしては本出願人の先の提案（
特願昭６１−２２８１０７号）がある。

この提案は第６図に示されるように排気ガスエネルギを
回収するパワータービンａを排気通路ｂ１に介設すると
共に、そのタービンａより上流の排気通路ｂ２にそのタ
ービンａを迂回する流体通路Ｃを接続し、排気ブレーキ
作動時で且つ上記タービンａにクランク軸ｄから駆動力
が伝達されたときに流体通路Ｃ上流の排気通路ｂ２を閉
成し、その流体通路Ｃを開成する流路切換手段ｅを設け
てターボコンパウンドエンジンを構成したものである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、パワータービンが効率良く排気エネルギを回
収されるためは８〜１０万ｒｐＨの回転数を要求される
が、しかし、パワータービンを正転から逆転に切換えて
大きな制動力を得ようとした場合、クランク軸とパワー
タービンとを連結する駆動力伝達系に大きな負荷が作用
されることについての問題点を残している。

即ち、第５図の制動力性能工に示すように、パワーター
ビンが正転から逆転に切換えられたときに、パワーター
ビンがコンプレッサ仕事を成し得る状態に構成しておく
と、パワータービンが正転から０になった直後に急激に
クラン軸荷重が増大するオーバーシュートを起すからで
ある。

これはパワータービンが逆転されたときに空気の掻混ぜ
仕事とコンプレッサ仕事との両方を行える状態にあるか
らで、このため、提案では上記伝達系の強度をオーバー
ニートを見込んだ強度に設定するか又はオーバーシュー
トを考慮して逆転時のパワータービンの回転数を制限し
て伝達系の損傷を防止する選択を余儀なくされているが
、いずれも制動能力を向上させる観点と、コストの観点
で好ましくなく新たな提案が望まれている。

［問題点を解決するための手段］ この発明は上記問題点を解決することを目的としており
、この発明は摩擦クラッチの接続時に回転方向を逆転さ
せる反転機構で排気通路のパワータービンとクランク軸
とを接続し、上記クラッチに接続時に上記タービンの回
転を０回転にする摩擦トルクを発生させると共に、その
摩擦トルク限界でさらに大きな摩擦トルクを発生させる
付勢手段を設けてターボコンパウンドエンジンを構成し
たものである。

［作　用］ パワータービンとクランク軸を接続する反転機構の摩擦
クラッチを接続方向に動作すると、事前に排気通路の排
気ガスで正転方向に駆動されていたパワータービンが、
クランク軸によって逆転方向に駆動されてクランク軸に
対して負の仕事を負荷し制動力を作り出す。

このとき付勢手段は、まず逆転時にパワータービンの回
転数が０に至るまでの摩擦トルクを発生させる付勢力で
上記摩擦クラッチを押圧し、次いでその摩擦トルクを越
えたときに付勢手段による押圧力をさらに増してパワー
タービンを逆転させるために必要な摩擦トルクを発生さ
せる。

したがって摩擦クラッチによってクランク軸とパワータ
ービンとが大きな摩擦力で瞬時に接続されるものと異な
り、オーバーシュートを阻んで安定した制動力を作り出
すことができる。

［実施例］ 以下に、この発明の好適一実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第２図に示す１はエンジン、２はエンジン１の吸気ボー
ト、３はエンジン１の排気ボートである。

図示されるように、吸気ボート２には吸気通路４が接続
され、排気ボート３には排気通路５が接続される。

排気通路５の上流にはターボ過給ｆｉ６のタービン６ａ
が介設されると共に、そのタービン６ａよりさらに下流
の排気通路５には排気エネルギを回収するパワータービ
ン７が介設される。ターボ過給機６のコンプレッサ６ｂ
は吸気通路４の上流に介設される。

排気通路５は一端がパワータービン７の上流の排気通路
５ａに接続され他端がパワータービン７の下流の排気通
路５ｂに接続された排気バイパス通路８で結ばれている
と共に、一端が吸気通路４の上流に他端がパワータービ
ン７より下流で且つ上記排気バイパス通路８の接続部よ
り上流の排気通路５ｂに接続された吸気バイパス通路９
で結ばれている。

排気バイパス通路８の下流には、流れ方向に沿って順に
排気バイパス通路８の排気ガス流量を絞る絞り部１０、
排気バイパス通路８を開閉する開閉弁１１が設けられ、
吸気バイパス通路９の上流には吸気バイパス通路９を開
閉する開閉弁１２が設けられる。

また、排気バイパス通路８の接続部上流の排気通路５ａ
、５ｂには、それぞれ排気通路５ａ。

５ｂを開閉する開閉弁１３．１４が設けられる。

これら開閉弁１１．１２．１３．１４は実施例にあって
は電磁切換弁から成る。

さて、パワータービン７の出力軸１５とエンジン１のク
ランク軸１６とは、パワータービン１５の回転駆動力を
クランク軸１６に戻すと共に、逆にクランク軸１６の回
転駆動力をパワータービン７に伝達する反転機構１７で
接続される。

反転ａ楕１７は第１図に示しであるように構成される。

図示されるように、パワータービン７のタービン軸１５
の出力端には、出力歯車１８が固定されており、その出
力歯車１８には遊星歯車１９゜１９が噛合されている。

これらの遊星歯車１９゜１９はロックアツプ機構２０を
備えた流体継手２１の出力ポンプ車２１ｂと一体になっ
て回転さる環状歯車２２と噛合される。即ち、出力歯車
１８は遊星歯車１９゜１９及び環状歯車２２から成る遊
星歯車機構２３によって流体継手２１に接続され、パワ
ータービン７から流体継手２１の出力ポンプ車２１ａに
回転駆動力を伝達するように構成しである。

出力ポンプ車２１ａには、この出力ポンプ車２１ａと一
体となって回転する第１伝達歯車２４が固定される。

次に反転機構１７を主体的に構成する遊星歯車機構２５
を説明する。

遊星歯車機１１１２５は大別して上記出力ポンプ車２１
ａの軸端に太陽歯車２６を固定した太陽歯車軸２７と、
太陽歯車２６の円周方向に等間隔を有し、その太陽歯車
に噛合された複数の遊星歯車２８と、これら遊星歯車２
８と噛合される内歯を有した環状歯車２９と、上記遊星
歯車２８の、太陽歯車２６周りに遊星歯車２８を自転さ
せつつ公転させるキャリア３０と、上記第１伝達歯車２
４に噛合された第２伝達歯車３１と、この第２伝達歯車
３１に同軸上に設けられてワンウェイクラッチ３２で上
記クランク軸１６のクランク軸歯車３４の回転駆動力を
第２伝達歯車３１へ伝達する第３伝達歯車３３と、上記
キャリア３０をフリーまたは固定する油圧クラッチ手段
３５とから構成される。

ところで、反転機構１７を切り変えパワータービン７を
正転から逆転させるときに、制動力のオーバーシュート
を阻むためには油圧クラッチ手段のホールド力を小から
大に段階的切り換え、反転の初期で発生する過大な負荷
をクラッチのすべりとして吸収させることが有効である
ことがわかった。そこで、油圧クラッチ手段を、この実
施例にあってはキャリア３０の半径方向外方へ延出して
形成したフランジ部分、即ちクラッチ部３６に断続自在
で、接続時にキャリア３０の回転を止める摩擦クラッチ
としての油圧クラッチ３７と、この油圧クラッチ３７に
供給する作動油の吐出量を調節することで油圧クラッチ
３７のホールド力を可変させる能力可変自在に構成され
た付勢手段たるポンプ３８と、ポンプ３８と油圧クラッ
チ３７とを結ぶ作動油通路３９に介設した開閉弁４０と
で構成する一方、上記ポンプ３８等を制御するコントロ
ーラ４２を以下の如く構成する。

コントローラ４２はその入力部にエンジン１のクラッチ
スイッチ（図示せず）の０Ｎ−ＯＦＦ信号、アクセルス
イッチ（図示せず）の０Ｎ−ＯＦＦ信号、エンジン１の
回転数信号（センサ４５による）、ブレーキコントロー
ルスイッチ信号、パワータービン７の回転をパルス数で
検出するセンサ４１の回転パルス信号、そして上記開閉
弁４０と油圧クラッチ３７間の作動油通路３９内の作動
油圧力を検出する油圧センサ４３の油圧信号が入力され
るように構成され、出力部に上記切換弁１１，１２゜１
３．１４及び反転機構１７の開閉弁４０に制御信号を出
力するように構成されると共に、パワータービン７、の
反転時に、エンジン回転数とパワータービン７の回転数
に基づいて（具体的にはエンジン回転数信号と回転パル
ス数信号とに基づいて）上記ポンプ３８の吐出量を可変
させる制御信号を出力する制御マツプを有して構成され
る。

実権例にあって、制御マツプ４４は、第４図に示される
ように構成される。即ち、あるエンジン回転数（Ｎｅｎ
ｇ）でパワータービン７が逆転に切換えられたとき、即
ち、エンジンブレーキ時に反転開始から所定時間内（例
えば１〜１．５ｓｅｃ）でパワータービン７を０回転に
至らせるために必要なホ−ルド圧力Ｐａと、０回転から
逆転方向に所定時間内（例えば１〜１，５Ｓ８Ｃ）で加
速させるためにれようなホールド圧力Ｐ１と、加速され
てから安全な大きさの伝達トルクでパワータービン７を
駆動するために必要なホールド圧力Ｐ２を求め、第５図
に示すように順次ホールド圧力特性ｐｏ　、　ｐｉ　。

Ｐ２として特性化して記憶させたものが制御マツ１４４
となる。

次にコントローラ４２の制御内容を説明する。

アクセルスイッチ、クラッチスイッチが共にＯＦＦでエ
ンジン回転数が例えば７００ｒｐ１以上であり、判断４
６でブレーキコントロールスイッチがＯＮであると判断
された場合、コントローラ４２は制動時と判断して開閉
弁１３．１４辷閉信号を出力し、開閉弁１１に開信号を
出力するステップ４４を実行した後、開閉弁４０に開信
号を出力して油圧クラッチ３７の接続を実行させる。す
ると反転機構１７によってパワータービン７にクランク
軸１６の回転駆動力が伝達され、パワータービン７は正
転から逆転に切換え可能になる。

この直後、コントローラ４２はセンサ４５で検出された
エンジン回転数Ｎｅｎｇをステップ４７で知り、上記マ
ツプ４４に対照させて、Ｐａ　、ＰＩを決定するステッ
プ４８を実行後、油圧ポンプ３８の吐出量をホールド圧
力Ｐａになるように制御するステップ４９を実行する、
この後センサ４１によるパワータービン７の回転が“０
”か否かを判断５０で判定する９判断５０がＹＥＳであ
るときコントローラ４２は再度エンジン回転数を測定し
た後、上記油圧ポンプ３８の吐出量をホールド圧力Ｐ１
になるように制御するステップ５１を実行する。

この後、コントローラ４２はステップ５２で上記パワー
タービン７のギヤ比（反転機構１７によるギヤ比）を知
り、このギヤ比Ｇとエンジンのギヤ比Ｇｏとの比が０．
９を越えているか否かを判断５３で判定し、ＮＯであれ
ばステップ５１にリターン、ＹＥＳであれば、Ｐｌを０
．５　Ｎｌ５ｅｃ間保持させるステップ５４を経てステ
ップ５５で油圧ポンプ３８の吐出量をホールド油圧Ｐ２
になるように制御する。尚、コントローラ４２はステッ
プ４９以降、開閉弁１２に閉信号を出力して吸気バイパ
ス通路９を開く、すると、このときパワータービン７の
回転数に応じて吸気バスパス通路９がら空気が導入され
、パワータービン７は導入空気量に応じたコンプレッサ
仕事を行う。

通常運転時ステップ５６にあって、コントローラ４２は
開閉弁１３．１４は開で、開閉弁１１゜１２．４０は閉
となるように制御する。尚、絞り部１０はタービン７の
前後の圧力比を適正にするために設けられたものである
。

ところで開閉弁１１〜１４．４０及び油圧ポンプ３８を
実施例にあってはコントローラ４２で制御する説明をし
たが、この開閉弁１１〜１４゜４０をタイマで開閉する
ように構成し、このタイマで上記ホールド油圧を制御す
るようにリレー回路で構成された油圧コントローラを連
動するように構成しても構わない、５６は冷却用オイル
をクラッチ部３６へ供給する冷却用オイルポンプである
。尚、パワータービン７のギヤ比Ｇ及びエンジンのギヤ
比Ｇｏは非接触式のセンサで計測される。

また、上記油圧ポンプ３８によるホールド圧力Ｐａ　、
Ｐ＋　、Ｐ２を各エンジン回転数（Ｎｅｎｇ）において
油圧センサ４３の計測値に基づいて小から大に順次制御
するように構成しても構わない。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように、この発明によれ
ば次の如き優れた効果を発揮する。

摩擦クラッチの接続時に回転方向を逆転させる反転機構
で排気通路のパワータービンとクランク軸とを接続し、
上記クラッチに接続時に上記タービンの回転を０回転に
する摩擦トルクを発生させると共に、その摩擦トルク限
界でさらに大きな摩擦トルクを発生させる付勢手段を設
けてターボコンパウンドエンジンを構成したから、パワ
ータービンの反転時に作り出すブレーキのオーバーシュ
ートをなくし、安定した大きな制動性能を得ると共に、
制動時に於ける動力伝達系の信顆性、耐久性を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は反転機構の一例を示す要部詳細図、第２図はこ
の発゛明の好適一実施例を示すシステムの全体図、第３
図はコントローラの制御内容の一例を示すフローチャー
ト、第４図は制御マツプを示す制御図、第５図は第４図
の制御マツプを得るためのホールド圧力とその所要時間
及びパワータービンの回転数の変化と制動力変化を示す
性能線図、第６図は関連技術としてのターボコンパウン
ドエンジンを示す概略図である。 図中、１はエンジン、４は吸気通路、５は排気通路、６
はターボ過給機、７はパワータービン、８は排気バイパ
ス通路、９は吸気バイパス通路、１１〜１４は開閉弁、
１６はクランク軸、１７は反転機構、３７は油圧クラッ
チ、３８は付勢、手段たるポンプである。 特許出願人　　いすり自動車株式会社 代理人弁理士　　絹　　谷　　信　　雄木−ルＦ：３由
圧（ｋｇ７ｃの ♂　　　　　　　　　袋

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　摩擦クラッチの接続時に回転方向を逆転させる反転機
   構で排気通路のパワータービンとクランク軸とを接続し
   、上記クラッチに接続時に上記タービンの回転を０回転
   にする摩擦トルクを発生させると共に、その摩擦トルク
   限界でさらに大きな摩擦トルクを発生させる付勢手段を
   設けたことを特徴とするターボコンパウンドエンジン。