JPH01117949A - 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、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３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１
ｆｉｌ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
た軸回転力を機関２のクランク軸５に供給してｌｌ開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側から駆動させ、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７ツトブレーキ、排気ブレーキに加えて機関制動力を
増強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の逆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
０反転装置６には、その作動を制御する制御油圧系８及
びタービン４の正逆転切換時のスベリ等による発熱を冷
却する冷却用の制御油圧系９が接続されている。制御油
圧系８は、反転装Ｎ６に作動油を供給する油圧ポンプｐ
ａと、この油圧ポンプｐａからの作動油の供給を制御す
る加圧用電磁弁Ｖａ及びこれに並列に組込まれた減圧用
三方電磁弁ｖｂと、反転装置６内に供給された油圧力を
検出する圧力センサＣａと、油圧系８内の作動油の油圧
力を検出する圧力スイッチＳａから構成されている。ま
た、冷却用の制御油圧系９は、油冷却タンク１０を介し
て反転装置６に冷却油を供給する油圧ポンプｐｂと、冷
却油の反転装置６への供給を制御する電磁弁ＶＣとから
構成されている。

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）通常の排気道ＴＩ？１３に加えて
、機関２側から駆動されてブ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
１１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１２が設けられている。この導入路
１６は、これに介設された電磁開閉弁Ｖｄ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
する電磁逆止弁Ｖｅが設けられている。更に過給ｔｌｉ
１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を閉じるための電磁排気ブレーキ弁■ｆ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１３と、このバイパス路１
３を開度制御する電磁バイパス弁ｖｇとから成る排気バ
イパスｌｉ！ｌ構１４が備えられている。

この排気バイパス１ｌｌｉ１４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Ｖｇは、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）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）には開かれて排気をバイパスさせるよ
うになっている。

そしてこのようなエンジンシステムでは図示するように
、主にアクセルスイッチ１５、クラッチスイッチ１６、
及びタービンブレーキスイッチ１７の０Ｎ−ＯＦＦ、並
びに制御油圧系の圧力センサＣａ及び圧力スイッチＳａ
からの各検出信号が夫々コントロールユニット１８に入
力され、ここで演算処理されて逆転制御系を構成する多
弁Ｖａ〜Ｖｇ、ポンプＰ　ａ、　Ｐ　ｂに制御信号が出
力されるようになっている。殊に、タービン４による機
関２の制動及びその解除は、タービンブレーキスイッチ
１７の０Ｎ−ＯＦＦによって切り換えられるようになっ
ている。

し発明が解決しようとする問題点コ ところで上述のエンジンシステムにあっては、逆転制御
系を構成する各制御油圧系８．９を制御する圧力センサ
Ｃａや圧力スイッチＳａ、電磁弁Ｖａ〜ｖＣ，ポンプＰ
　ａ、　Ｐ　ｂ等に故障が生じた場合、機関制動力が働
かなくなるおそれがあり、このような場合に危急状態を
回避できる安全システムの案出が望まれている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、機関に逆転駆動されて機関制動力を発生する
タービンと、タービンを逆転駆動させる制御油圧系と、
制御油圧系の失調を検出してタービンの駆動を制御する
制御手段と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、制御手段で制御油圧
系の失調を検出させてタービン駆動を制御させることに
より、危急状態を運転者に認識させ、できる限り通常の
エンジンシステムに回復させるようになっている。

［実施例コ 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、上述したものと同様で
ある（第３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１８における制御油圧
系の失調の検出とタービンの駆動制御にあり、この制御
内容はコントロールユニット１８における制御フローと
して設定される。

先ず制御油圧系８．９の危急回避について説明する。ま
ず圧力センサＣａの故障に関しては、これに接続される
＋５ｖ、シグナル、グランドの３本の配線が断線、若し
くはショートした場合、またはショート等に至らなくて
も異常値を示す場合が考えられる。この場合は、作動油
圧の制御が不能となり、特に油圧が異常上昇すると周辺
機器に故障を生じさせるおそれがあり、逆に低すぎると
タービン４を逆転制御することができない、この対策と
しては、通常運転時にあっては、警告灯を点灯し、運転
者に逆転制御系の故障を知らせる。

また、その後タービンブレーキスイッチ１７をＯＮして
も、タービンによる制動が効かないようにする。（ｌ！
１方、制動中には、異常が検出された直後がらタービン
ブレーキスイッチ１７により制動が解除されるまで設定
圧Ｐｄに保つ。詳しくは、この設定圧Ｐｄは、圧力スイ
ッチＳａの設定圧であり、圧力スイッチＳａにより圧力
センサＣａの危急状態をバックアップするものである。

圧力スイッチＳａにより設定圧Ｐｄに達したことが検出
されると、油圧ポンプＰａをＯＦＦとして一旦油圧を下
げ、その後所定圧αだけ下がった圧力Ｐｄ−αで再び油
圧ポンプｐａを作動して油圧を上げるようになっている
。更に、タービン作動初期に故障が生じた場合には、通
常作動初期には油圧を徐々に高めて反転装置内のクラッ
チを半クラツチ状態から接続状態に移行させるが、この
場合にはいきなりクラッチ接続状態となる。しかしなが
ら、このような状態は回数が少ないため、機器が苛酷な
状態には至らないと考えられる。そして、このような故
障が一度生じた後には、タービンブレーキスイッチ１７
を再度ＯＮしてもタービン制動は効かないようになって
いる。

次に圧力スイッチＳａが断線又はショートした場合は、
本来このスイッチＳａがバックアップ用であることから
故障しても危急状態に至ることはないので、警告灯の点
灯のみとする。

加圧用電磁弁Ｖａ及び減圧用電磁弁ｖｂは、安全側を考
慮して、加圧用弁Ｖ４は励磁時“閉”、また減圧用弁ｖ
ｂは励磁時油圧を解放させる経路を開放するように設定
される。このように設定することにより、制動中にこれ
ら弁Ｖ　ａ、　Ｖ　ｂに断線やショート等の故障が生じ
ても油圧は圧力スイッチＳａの制御に−より設定油圧域
（Ｐｄ−α〜Ｐｄ）に調整され、タービンによる制動を
ある程度確保することができ、制動力が突然失われるこ
とはない。その後制動を解除した後は、排気バイパス状
！ｌ！（バイパス弁７ｇ常開）とし再度タービンによる
制動は行わない。これは、タービンによる制動を解除し
ても油圧系の油圧が落ちるのに相当の時間がかかり、そ
の間タービン４は機関２側から逆転駆動されている状態
にあるため、このときにタービン４に突然排気が供給さ
れると、タービン４に逆方向の力が加わって機器を破損
するおそれがあるためである。他方、通常運転時、にこ
れら弁Ｖａ、Ｖｂに支障が生じた場合には、警告灯を点
灯して運転者に知らせ、その後はタービン制動が作動し
ないようにする。

油圧ポンプｐａの故障については、圧力値異常という形
で検出がなされ、圧力センサＣａと同様の制御が行われ
る。

冷却用の制御油圧系９に関し、その電磁弁Ｖｃは通常時
励磁状態で“閉”と設定しておき、断線やショートして
非励磁状態とされるときに“開”となるように設定して
おくことにより、安全側に作用する。このときは、警告
灯の点灯のみで良い。

油圧ポンプｐｂが故障するとタービンによる制動初期の
半クラツチ状態で発生する熱の冷却が不能となる。ここ
では、回路の断線、ショートを常時チエツクし、制動中
に故障が発生すれば制御油圧系８の油圧を瞬時に上昇さ
せて半クラツチ状態を無くして冷却すべき熱の発生を防
ぐことになる。

通常運転時の故障では、警告灯を点灯させ、その後はタ
ービンによる制動を行わない。

更にこれらが複合した故障状態にあっても、上記対策で
回避できることはもちろんである。

以上のようにすることにより、制御油圧系８゜９に故障
が起きても、タービン制動中に突然制動が解除されるこ
とはなく、解除後も走行を続けることができ、また通常
運転時に故障が生じても運転者に警告することができる
。そしてその後はタービンによる制動は行われず、危急
状態を回避して安全性を高めることができる。

また上述のエンジンシステムにあっては、逆転制御系を
構成する各空気通路３，１１．１２の開閉を制御する電
磁弁Ｖｄ−Ｖｇに故障が生じた場合も同様に、タービン
４による機関制動力が突然失われたり、他の周辺機器に
故障を拡大させるおそれがある。

ここに、本実施例にあっては、各空気通路３゜１１．１
２を開閉制御する電磁弁Ｖｄ〜Ｖ９についても危急回避
を行うようになりおり、これら弁Ｖｄ〜ＶＱについては
、作動の安全性を考慮して、ＯＦＦ状態（非励磁状態）
が機関２の通常運転状態（タービン４による機関制動の
解除状態）とされる（表１参照）。

く表　１〉 ここに、電磁弁Ｖｄ〜ｖｇが断線したり、ショートした
ときは、コントロールユニット１８においてその異常を
検出し、その回路だけをカットして該当する電磁弁をＯ
ＦＦするようになっている。

この検出方法については第２図に示されている。

図において、抵抗器Ｒを経てモニタ信号Ｓｌを検出する
回路が断線、ショートを検出する回路である。モニタ信
号Ｓｌは、Ａ／Ｄ変換器等によりデジタル信号に変換さ
れてＣＰＵに送られて断線等の判定を行うようになって
いる。電磁弁Ｖの故障はその駆動信号Ｓｄとモニタ信号
Ｓｌｌとの組合わせにより検出することができる。駆動
信号ＳｄがＯＮの場合、モニタ信号Ｓｎがアース電圧（
Ｏｖ）であれば電磁弁Ｖを含めて回路は正常であるが、
電源電圧＋ＶＢであれば弁駆動用のトランジスタＴ「が
故障（オープン状態）シていることが判定される。＠方
、駆動信号ＳｄがＯＦＦの場合、モニタ信号Ｓ１ｍが電
源電圧＋ＶＢであれば電磁弁Ｖを含めて回路は正常であ
るが、モニタ信号ＳＩＩがアース電圧であれば、電磁弁
Ｖが断線しているか、トランジスタＴ「がショートして
いるか、またはハーネスを含めて回路がショートしてい
ることが判定されろく表２参照）。

く表　２〉 機関２の通常運転時にはこれら弁Ｖｄ〜ｖｇに故障が起
きても走行に影響はないため、警告灯の点灯で運転者に
異常を知らせることになる。これに対し、タービンによ
る機関制動中にあっては、これらｔ磁弁Ｖｄ〜ｖｇの故
障は次のような危急状態を生じさせる（表３参照）。

く表　３〉 タービンによる機関制動中の危急状態を回避する制御は
、次のようになされる。

排気通路３の電磁逆止弁Ｖｅの故障が検出された場合に
は、この電磁弁Ｖｅの回路をカットして警告灯を点灯さ
せる。この際には、ある程度タービン４による制動状態
を保つために、その後相当の時間（を秒）他の電磁弁及
び油圧系８．９は制動状態とし、その時間の経過後に制
動を解除する。

これにより、ある程度制動力を持続させつつ排気通路３
内の温度が安全範囲を超えないようにすることができる
。その後は、再度タービンブレーキスイッチ１７をＯＮ
してタービン制動に移行しようとしても、作動されない
ようにする。

他の電磁弁Ｖ　ｄ、　Ｖ　ｆ、　Ｖ　（＋はコントロー
ルユニット１８では対処できないため、ハード的な手段
により安全対策を施すことになる。バイパス路１３のバ
イパス弁■ｇ及び吸気導入路１２の開閉弁Ｖｄについて
は、タービンによる機関制動時にＯＮ作動（励磁状態）
されるように設定されていたものを、通常運転時にＯＮ
作動され、タービン制動時にＯＦＦ作動されるように切
り換える（表４参照）。

く表　４〉 このようにすれば、タービン制動時にこれら電磁弁ｖｄ
、ｖｇに故障が発生しても制動力が失われることはない
、しかし、このように電磁弁の０Ｎ−ＯＦＦ設定を変更
すると、電磁弁Ｖｄ、Ｖｇに故障が生じて電磁弁をＯＮ
作動できなくなった場合に支障を生ずることが考えられ
るが、バイパス弁ｖ９については、通常運転時開放状態
に維持されて排気をバイパスさせるだけでタービンによ
る機関駆動の効率が下がるのみである。他方、吸気導入
路１２の開閉弁Ｖｄについては、排気通路３が吸気通路
１１に連通されるためＥＧＲ的な状、態となり、走行に
影響はない、更に排気ブレーキ弁ｖｆに関しては、特別
の処置を施さず、排気通路３の逆止弁Ｖｅの故障時にこ
の弁Ｖｅに施す危急時制御で対処するように設定する。

このように設定することにより、各電磁弁Ｖｄ〜■ｇに
故障が生じても危急状態を回避でき、また機関運転、走
行にもさほどの悪影響を与えることがない。

次に本実施例の作用を制御フロー（第１図）に従って説
明する。

コントロールユニット１８に初期値を入力するイニシャ
ライズ後の通常運転時においては、弁Ｖｄ〜Ｖｇの断線
、ショート等のチエツクと共に、その他各部Ｖａ、Ｖｂ
、Ｃａ、Ｓａ、Ｐａ、Ｐｂの断線・ショート等をチエツ
クし、異常がなければその状態が維持される。弁Ｖｄ〜
ｖｇに異常があれば警告灯′を点灯させ、タービンブレ
ーキスイッチ１７への入力をリレー等によりハード的に
カットする。

また各部に断線等が生°じて異常状態ならば、同様に警
告灯を点灯させ、その後機関運転が排気バイパス状！ｒ
！ｋ（排気をタービン４から迂回させて作動させない状
態）か否かを判定し、バイパス状態ならば通常運転に移
行させ、バイパス状態でないならばそのまま運転状態を
維持する。

次に上記正常状態における運転時に、アクセルスイッチ
１５及びクラッチスイッチ１６のＯＮの条件の下にター
ビンブレーキスイッチ１７がＯＮされると、タービンに
よる制動が開始される。

先ず、電磁弁Ｖｄ〜■９のチエツクをし、正常であれば
、次ステツプＨに進む、他方、異常であれば警告灯を点
灯する。ここで、特に弁Ｖｅ、Ｖｆに異常がなければ次
ステップト■に進む。他方、これら弁Ｖｅ、Ｖｇに異常
があれば、タービンによる制動を制御しつつｔ秒をカウ
ントする。そしてカウント終了後、タービンブレーキス
イッチ１７への入力をハード的にカットしてタービンブ
レーキを解除する。これにより、制動力の突然の減少を
抑えることができる。

次のステップＨでは、弁ｖａ−ｖｃ及びポンプＰａのチ
エツクを行い、正常であればタービン制動を開始させる
。他方、弁ｖａ、ｖｂが異常であれば警告灯を点灯させ
、次いで圧力センサＣａと圧力スイッチＳａをチエツク
する。これらが−いずれも正常であれば、弁Ｖａ、Ｖｂ
の作動設定を逆にして非励磁状態で夫々を“閉”、“開
”とする。その後、油圧系８，９、吸排気系の弁Ｖｄ〜
■ｇによりタービン制動を行う。その後タービン制動が
解除されたならば排気バイパス制御へ移行させて制御を
戻し、タービン制動が解除されない場合も制御を戻す。

他方、このフロー中、圧力センサＣａ、圧力スイッチＳ
ａ共に異常なときは、そのままの運転状態を継続させる
。

更に、弁Ｖｃが異常の場合には、警告灯を点灯させる。

更にポンプＰａが異常のときは警告灯を点灯させ、作動
油圧を一定値（ＰＱ；Ｐｅ　＜ｐｄ）に固定し、その後
ポンプＰａを停止させる。その後、他の各部でタービン
制動制御を行い、タービンブレーキが解除されたらその
運転を維持し、解除されなければ制御を戻す。

弁Ｖ　ａ、　Ｖ　ｂ等に異常がなく、適切にタービン制
動に移行した場合には、圧力センサＣａからの圧力値を
チエツクしつつ制動制御を行う。他方、圧力値が異常な
らば、警告灯を点灯し、圧力スイッチＳａをチエツクし
て、正常ならばタービン制動を続行し、異常ならばター
ビン制動を解除することになる。尚タービン制動の正常
時の解除は、タービンブレーキスイッチ１７のＯＦＦ、
クラッチスイッチ１６のＯＦＦ又はアクセルスイッチ１
５のＯＮで達成される。

［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。

制御手段で制御油圧系の失調を検出させてタービン駆動
を制御させることにより、危急状態□を運転者に認識さ
せ、できる限り通常のエンジンシステムに回復させるこ
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
は断線、ショートの検出方法を示す回路図、第３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
示す系統図である。 図中、２は機関、４はタービン、２４は制御手段たるコ
ントロールユニット、ｖａ　−、−ｖｃ、ｃａ。 Ｓ　ａ、　Ｐ　ａ、　Ｐ　ｂは制御油圧系を構成する電
磁弁、圧力センサ、圧力スイッチ及び油圧ポンプである
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関に逆転駆動されて機関制動力を発生するタービンと
   、該タービンを逆転駆動させる制御油圧系と、該制御油
   圧系の失調を検出して上記タービンの駆動を制御する制
   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。