JPH01116238A - 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］ 本発明は、排気エネルギを回収して機関を駆動し、また
機関側から逆転駆動されることによりポンプ仕事を行っ
て機関を制動させるタービンを有すると共に、このター
ビンから排気を迂回させるバイパス路及びこのバイパス
路の開度を調節するバイパス弁から構成されてタービン
運転、機関運転を制御する排気バイパスａ！ｓを有する
ターボコンパウンドエンジンに関する。

［従来の技術］ 一般にターボコンパウンドエンジンは第４図に示すよう
に、排気ターボ過給機１を備えた機関２において、過給
機１により吸気過給に利用した排気エネルギを、過給機
１よりも下流側の排気通路３に介設したタービン４によ
って更に回収し、このタービン４によって取り出しな軸
回転力を機関２のクランク軸５に供給して機関２の高出
力化を達成するようになっている。他面、このように吸
気過給に加えてタービン４により機関２へ回転駆動力を
付加させるようにしたエンジンシステムでは、相当の制
動能力が要求される。

近年、上述の排気エネルギ回収用のタービン４を反対に
機関２．ｆ［から駆動させ、且つその回転を逆転させて
ポンプ仕事を行うブロアとして機能させることにより、
従来のフットブレーキ、排気ブレーキに加えて機関制動
力を付加させるエンジンシステムが懸案されている０図
示するものはその一例であり、タービン４とクランク軸
５との間に、タービン４を正逆転させるための反転装置
６、並びにタービン４の正逆回転切換時の回転慣性（ス
ベリ）を吸収しまた回転数調整を施す減速ギヤと流体継
手とから成るカップリング機構７を介設することにより
、タービン４の正逆回転並びにクランク軸５とタービン
４との間の駆動力の相互伝達を達成させるようになって
いる。尚、８．９は夫々、反転装置６を制御する油圧系
及び正逆転切換時のスベリ等による発熱を冷却する冷却
用の油圧系である。

またこのエンジンシステムには、タービン４を正転駆動
して機関２を駆動させるためにタービン４へ排気を供給
する（図中、矢印Ａ）通常の排気通路３に加えて、機関
２側から駆動されてプロアとして機能するタービン４の
ポンプ仕事に吸気を利用させるために、吸気通路１０か
らタービン４の出口側に吸気を導入する（図中、矢印Ｂ
）吸気導入路１１が設けられている。この導入路１１は
、これに介設された開閉弁１２によって開閉制御され、
機関制動時（タービン逆転時）のみ吸気をタービン４へ
供給するようになっている。また排気通路３には、ター
ビン逆転時にこれを閉じて排気の逆流を規制する逆止弁
１３が設けられている。更に過給′Ｒ１とタービン４と
の間には、排気ブレーキ作動に際し排気通路３を閉じる
ための排気ブレーキ弁１４が設けられている。

更に本システムには、排気をタービン４から迂回させる
（図中、矢印Ｃ）バイパス路１５と、このバイパス路１
５を開度制御するバイパス弁１６とから成る排気バイパ
ス機構１７が備えられている。この排気バイパス機構１
７は、機関２の低負荷時において排気をタービン４へ供
給することが却って排気通路３内の背圧を徒らに高め、
過給機１、延いては機関２に無用な動力損失を生じさせ
ることを考慮して、このような運転状態の場合には排気
をタービン４から迂回させるようになっている。このバ
イパス弁１６は第５図に示すように、機関負荷に対応す
る、例えばガバナのラック位置・が設定負荷範囲内であ
って、且つ機関回転数が設定回転数範囲内であるとき（
タービンによる機関駆動域Ｄ）に閉じられて排気バイパ
スを中断し、タービン４に排気を供給してタービン４に
より機関２を駆動させると共に、他方このような範囲以
外であるとき（排気バイパス域Ｅ）には開かれて排気を
バイパスさせるようになっている。この関係をグラフと
して示すと第６図のように、機関２の通常運転域り、Ｅ
（タービンによる機関制動域Ｆ以外）において、設定さ
れた機関回転数と機関負荷とで囲まれる領域の内外（機
関駆動域りと排気バイパス域Ｅ）で排気バイパスが切り
替えられることになる。

そしてこのようなエンジンシステムでは第７図に示すよ
うに、キースイッチ３１、アクセルスイッチ１８、クラ
ッチスイッチ１９、排気ブレーキスイッチ２０、タービ
ンブレーキスイッチ２１並びにラックセンサ２２、機関
回転数センサ２３からの各検出信号が夫々コントロール
ユニット２４の入力回路２５、Ａ／Ｄ変換器２６、波形
整形器２７を経てＣＰＵ２８に入力され、ここでＲＯＭ
２９に記憶された第６図に示すマツプ等を下に演算処理
されて出力回路３０から反転装置６や答弁１２〜１４．
１６に制御信号が出力されるようになっている。殊に、
上述の排気バイパス制御に関しては、ラックセンサ２２
、機関回転数センサ２３及びタービンブレーキスイッチ
２１が関与し、タービンブレーキスイッチ２１の切換え
を条件として、タービンによる機関制動域Ｆとｍ開の通
常運転域り、Ｅとが切り換えられ、またラックセンサ２
２と機関回転数センサ２３からの検出値により排気バイ
パス制御り、Ｅが切り換えられるようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで従来における答弁１２〜１４，１６　、特に排
気バイパス機構１７のバイパス弁１６の制御は次のよう
なフローに従って行われていた（第８図、第９図参照）
。

コントロールユニット２４に初期値をセットするイニシ
ャライズ後の機関運転状態においては、コントロールユ
ニット２４では各種検出信号を入力リードし計算を行う
ことになる。

先ず、通常運転域においてクラッチスイッチ１９により
クラッチが接続されていることが検出されたならば、機
関負荷並びに機関回転数に基づいて排気バイパス制御が
行われる。この際には、開閉弁１２は常閉、排気ブレー
キ弁１４は常開とされ、タービン４が正転駆動状態（領
域Ｄ）にあるときには排気通路３が開かれ（逆止弁１３
、開）バイパス路１５が閉じられて（バイパス弁１６、
閉）排気がタービンに供給されると共に、他方排気バイ
パス状態（領域Ｅ）にあるときには排気通路３が閉じら
れる傾向にあり（逆止弁１３、閉又は開）バイパス路１
５が開かれて（バイパス弁１６、開）、排気はタービン
４を迂回して流されるようになっている。

次いで、タービンブレーキスイッチ２１がＯＮ作動され
ると、タービン４は逆転されて機関２の制動制御（領域
Ｆ）に移行する。この際の多弁１２〜１４、１６の制御
は、吸気導入路１１の開閉弁１２とバイパス路１５のバ
イパス弁１６が開かれてタービン４がブロアとして駆動
されると共に、排気通路３の逆止弁１３が閉じられるこ
とになる。また排気ブレーキ弁１４は排気ブレーキスイ
ッチ２０の作動の下に開閉されることになる。

その後タービンブレーキスイッチ２１がＯＦＦ作動され
ると、再び上述した通常の排気バイパス制御に戻される
ことになる。

ここに、タービンによる機関制動域Ｆからタービンによ
る機関駆動域りへの移行に際しては第６図に示すように
、機関制動域Ｆから通常運転域の排気バイパス制御にお
ける排気バイパス域Ｅを経過してタービンによる機関駆
動域りへ移るように制御が設定されていた（図中、Ｈで
示す）、シかしながら、このような制御では、次のよう
な問題があった。即ち、機関制動状態から機関２を瞬時
に加速させたい場合、この要求は機関負荷並びに機関回
転数の瞬間的な上昇がラックセンサ２２及び機関回転数
センサ２３によって検出されて認識される（第６図中、
Ｊで示す）が、バイパス弁１６の制御に関しては従来第
９図に示すように、排気バイパス域Ｅの存在のためにバ
イパス弁１６が開かれたままでバイパス路１５が相当の
時間開放状態に維持され、第３図に示すように排気バイ
パス域Ｅの最終段階ではバイパス弁１６も閉じられる方
向にあって排気通路３の圧力も上昇してタービン回転数
も上昇してくるが、それまでの間（図中、Ｇで示す）機
関２の加速に対応して機関に多量の燃料が供給され排気
通路３内の圧力が上昇してもその上昇圧力がバイパス路
１５を介して解放されてしまい、排気通路３内の圧力上
昇を十分に得ることができずタービン４の回転上昇に“
息つき”を生じて、出力応答性に段差が生じて応答性が
良くないという問題があった。即ち、機関制動の解除か
ら通常運転域の機関制御に移る際、必ず排気バイパス域
Ｅにおけるバイパス弁１６の開制御を経てタービン運転
が制御されるなめ、排ガス温度、排ガス圧力の上昇に応
じたタービンのスムーズな回転上昇を得ることができな
かった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、排気エネルギを回収して機関を駆動し逆転さ
れて機関を制動させるタービンから排気を迂回させるバ
イパス路を開度制御して機関運転を制御するバイパス弁
を、機関制動から機関駆動へ移る際に設定時間閉じる制
御手段を備えて構成される。

［作用］ 本発明の作用について述べると、タービンの逆転による
機関制動状態から機関の通常運転状態へ移行する際には
、強制的に設定時間だけバイパス弁を閉じるように制御
することにより、タービンへ排気を供給する排気通路内
の圧力上昇を適正に確保して滑らかな出力上昇を得るよ
うになっている。

［実施例］ 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従って詳述す
る。

エンジンシステム自体の構成は、従来例で説明したもの
と同様である（第４図〜第７図参照）。

本発明の特長とするところは、制御手段たるコントロー
ルユニット２４におけるタービン４逆転時（Ｉ１間制動
域Ｆ）から機関２を加速してタービン４による機関駆動
域りに機関運転が移行するに際しての排気バイパス制御
、殊にバイパス弁１６の制御にあり、この制御内容はＣ
ＰＵ２８における制御フローとして設定される。以下、
第１図〜第３図を参照して制御フローに従って説明する
。基本的な制御フローは従来と同様である。

コントロールユニット２４に初期値をセットするイニシ
ャライズ後の機関運転状態においては、コントロールユ
ニット２４では各種検出信号を入力リードし計算を行う
ことになる。

先ず、通常運転域り、Ｈにおいてクラッチスイッチ１９
によりクラッチが接続されていることが検出されたなら
ば、機関負荷並びに機関回転数に基づいて排気バイパス
制御が行われる。この際には、開閉弁１２は常閉、排気
ブレーキ弁１４は常開とされ、タービン４が正転駆動状
態（領域Ｄ）にあるときには排気通路３が開かれ（逆止
弁１３、開）バイパス路１５が閉じられて（バイパス弁
１６、閉）排気がタービン４に供給されると共に、他方
排気バイパス状態（領域Ｅ）にあるときには排気通路３
が閉じられる傾向にあり（逆止弁１３、閉又は開）バイ
パス路１５が開かれて（バイパス弁１６、開）排気はタ
ービン４を迂回して流されるようになっている。

次いで、タービンブレーキスイッチ２１がＯＮ作動され
ると、タービン４は逆転されて機関２の制動制御（領域
Ｆ）に移行する。この際の答弁１２〜１４．１６の制御
は、吸気導入路１１の開閉弁１２とバイパス路１５のバ
イパス弁１６が開かれてタービン４がブロアとして駆動
されると共に、排気通路３の逆止弁１３が閉じられるこ
とになる。また排気ブレーキ弁１４は排気ブレーキスイ
ッチ２０の作動の下に開閉されることになる０以上は従
来と同様である。

その後タービンブレーキスイッチ２１がＯＦＦ作動され
ると、タービンの逆転駆動による機関の制動状態が解除
されることになる。

ここに、本発明にあっては、タービンブレーキスイッチ
２１のＯＦＦ後排気バイパス域Ｅで設定時間バイパス弁
１６を強制的に閉じる制御が実行される（第２図参照）
、具体的には、タービンブレーキスイッチ２１０　Ｆ　
Ｆ後ＣＰＵ２８内のタイマが起動され（ＩＮＣＦＬＧ　
ｔ）　、時間加算中再びタービンブレーキスイッチ２１
がＯＮ動作されない限り、時間を加算し、設定時間に達
したら（ＦＬＧ　ｔ＝Ｎ）通常の排気バイパス制御、即
ち、バイパス弁１６の制御による機関運転制御に移行さ
せるようになっている。

ここ番＝設定時間とは、機関性能や一般的な機関の加速
制御においてタービンブレーキスイッチ２１のＯＦＦか
らタービン４による機関駆動に移行するまでに必要とさ
れる時間（排気通路３内の排気圧力、排気温度等の上昇
率を考慮した時間）として与えられ、例えば３〜５１秒
程度に設定される。

このように機関制動状態から機関駆動状態に移　４行す
る際に排気バイパス制御を強制的にカットすることによ
り、従来この移行制御中に介在していたバイパス弁１６
の開放による排気通路３内の圧力上昇の妨げでタービン
４の回転上昇が遅れ、そのために出力応答性が十分でな
かったのを解消して、第３図に実線で示すように適正な
圧力上昇を確保して滑らかな出力上昇を確保することが
できる。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のような優れた効果を発
揮する。

排気エネルギを回収して機関を駆動し逆転されて機関を
制動させるタービンから排気を迂回させるバイパス路を
開度制御して機関運転を制御するバイパス弁を、機関制
動から機関駆動へ移る際に制御手段により設定時間閉じ
るようにしなので、機関制動直後に機関を加速する際で
あってもタービンへ排気を供給する排気通路内の圧力上
昇を適正に確保でき滑らかな出力上昇を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適一実施例を示すターボコンパウン
ドエンジンの制御に採用されるフローチャート、第２図
は答弁の開閉状態を説明するための図、第３図は機関出
力と制御時間との関係を示すグラフ、第４図は本発明が
採用されるターボコンパウンドエンジンの一例を示す系
統図、第５図はバイパス弁の制御ロジックを示す回路図
、第６図はバイパス弁の制御マツプを示す図、第７図は
ターボコンパウンドエンジンの制御系を示す回路図、第
８図は従来の制御フローを示すフローチャート、第９図
は従来の各弁の開閉状態を説明するための図である。 図中、２は機関、４はタービン、１５はバイパス路、１
６はバイパス弁、２４は制御手段たるコントロールユニ
ットである。 特許出願人　　　いすゾ自動車株式会社代理人弁理士　
　　絹　　谷　　信　　雄ａｒｔｑ％１１リラｙ’）オ
委七Ｔ阿１ｆ、ｚ帥すテ劃即第３図 第６図 ａｍｓす％ｒｓ　＄ｒｉ　’！４１−ｆ？’Ｊ’ｌｔ’
ｊｐ第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気エネルギを回収して機関を駆動し逆転されて機関を
   制動させるタービンから排気を迂回させるバイパス路を
   開度制御して機関運転を制御するバイパス弁を、機関制
   動から機関駆動へ移る際に設定時間閉じる制御手段を備
   えたことを特徴とするターボコンパウンドエンジン。