JPH0220425Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、内燃機関の給気装置に関するもの
で、特に急速起動時や急負荷上昇時等におけるエ
ンジン性能を改善し得る内燃機関の給気装置に係
る。

従来より、内燃機関の排気ガスエネルギを機関
の出力軸に回収して機関の熱効率を向上するため
に、エンジン出力軸とパワータービンとを歯車列
を介して連動させるようにしたターボコンパウン
ドエンジンが用いられている。その具体例を第１
図に示すが、このターボコンパウンドエンジン
は、エンジン１からの排気ガスＧをまず第１段目
としてパワータービン２に導き、次いで第２段目
として排気ガスタービン過給機３に導くようにし
たもので、パワータービン２の軸４を歯車列５を
介してエンジン１の出力軸６に連結することによ
つて排気ガスエネルギを出力軸６に回収すると共
に、排気ガスタービン７の回転によつてブロア８
から過圧空気Ａを空気冷却器９を通してエンジン
１へと導くようにしたものである。また、第２図
にはターボコンパウンドエンジンの他の公知例を
示すが、これはエンジン１からの排気ガスＧを第
１段目として排気ガスタービン過給機３に導き、
次いで第２段目としてパワータービン２に導くよ
うにしたものであつて、他の部分は上記第１図に
示すのと同様のものである。

上記したいずれのターボコンパウンドエンジン
においても、燃焼に必要な過圧空気は排気ガスタ
ービン過給機３のブロア８から供給される訳であ
るが、起動時が低負荷時には、排気ガスのエネル
ギが少ないこと、及び排気ガスエネルギが２つの
タービンにおいてそれぞれ損失されることが原因
となつて、ブロア８の回転が十分ではなく、した
がつて起動時や急負荷投入時等に必要な空気量が
得られず、燃焼不良やトルク不足を招くという欠
点がある。

また、ターボコンパウンドエンジン以外の、パ
ワータービン２を有しない通常のエンジンにおい
ても、上記と同様な現象が生じており、この点が
欠点の１つとなつている。

この考案は上記に鑑みなされたもので、その目
的は、急速起動、急負荷投入、急速逆転等に際し
てのエンジン性能を改善し得る内燃機関の給気装
置を提供することにある。

上記目的に沿うこの考案の内燃機関の給気装置
は、エンジンからの排気ガスによつて駆動される
と共にエンジン側へ燃焼用の過圧空気を供給する
排気ガスタービン過給機と、上記エンジンへの排
気通路における排気ガスタービン過給機より下流
側に介設されたブロアと、エンジンからの給気通
路に介設されたパワータービンとを有し、上記ブ
ロアとパワータービンとは歯車列を介してエンジ
ン出力軸に連動可能に接続されると共に、上記ブ
ロアと歯車列との間にはワンウエイクラツチを介
設し、上記ワンウエイクラツチはその入力軸をエ
ンジン出力軸側に、その出力軸をブロア側にそれ
ぞれ配置し、その出力軸の回転速度が入力軸の回
転速度よりも低いときに上記エンジン出力軸でブ
ロアを駆動する一方、出力軸の回転速度が入力軸
の回転速度以上であるときにブロアの空転を許容
すべく構成して成るものとなる。

上記のようにエンジンと排気ガスタービン過給
機とを結ぶ給気通路にブロアを介設し、このブロ
アを歯車列及びワンウエイクラツチを介してエン
ジン出力軸によつて駆動し得るようにしてあるの
で、機関の低負荷時においては、ブロアは歯車列
及びワンウエイクラツチを介してエンジン出力軸
によつて駆動されることになり、常に燃焼に必要
な空気量をエンジンと供給することができ、急速
起動時、低負荷から急負荷上昇したような場合、
およびトルクリツチ運転等にも十分耐え得る運転
を行うことが可能となる。また、エンジンの出力
が上昇すると排気ガスタービン過給機から供給さ
れる空気量も増加するが、この状態になると、こ
の空気流によつてブロアが高速で回転され、その
結果ワンウエイクラツチの係合が解かれる。そし
てブロアは高速での空転を続けると共に、燃焼に
必要な空気は排気ガスタービン過給機からエンジ
ンへと供給されることになる。しかもこのような
高負荷状態においては、パワータービンの回転数
が高いことから、パワータービンがエンジン出力
軸へと動力を回収するが、この場合、ブロアは上
記のように空転しているため駆動動力の損失は生
じない。また、上記ブロアは、給気通路における
排気ガスタービン過給機より下流側に配置され、
且つ大量の過圧空気が必要になる高負荷時には空
転し得る構成になされているため、給気通路の流
路抵抗が増大しないので、エンジンの出力が一層
増大し、並びに負荷に対する応答性が一層向上す
る。

次ぎにこの考案の内燃機関の給気装置をターボ
コンパウンドエンジンにおいて実施した場合の具
体例について図面を参照しつつ詳細に説明する。

第３図において、１１はエンジンであつて、こ
のエンジン１１の排気ガスＧは、まず第１段目は
排気ガスタービン過給機１３へと導かれ、次いで
第２段目としてパワータービン１２へと導かれて
おり、このパワータービン１２の軸１４は、互い
にかみ合う複数の歯車より成る歯車列１５によつ
てエンジン１１の出力軸１６と連動し得るような
されている。この場合、上記パワータービン１２
の軸１４の回転は、所定比率減速して出力軸１６
に伝えられるものとする。上記排気ガスタービン
過給機１３は、排気ガスＧによつて駆動される排
気ガスタービン１７と、この排気ガスタービン１
７と同軸に支持され、共に回転するブロア１８と
を有しており、このブロア１８によつて空気が過
圧される。

この排気ガスタービン過給機１３によつて過圧
された空気は、給気通路１９を通つてエンジン１
１へと導かれるが、この給気通路１９には２つの
空気冷却器２０，２１とブロア２２とが介設され
ている。すなわち、排気ガスタービン過給機１３
から導出された過圧空気Ａは、第１空気冷却器２
０、ブロア２２及び第２空気冷却器２２を順次通
過してエンジン１１へと導かれる。

上記ブロア２２の回転軸２２ａは、ワンウエイ
クラツチ２３を介して、上記歯車列１５における
中間歯車２４の回転軸に接続されている。この場
合、ワンウエイクラツチ２３は、その入力軸が歯
車列１５側に、またその出力軸がブロア２２側に
それぞれ位置するように配置されている。その結
果ブロア２２自体の回転数が少ない場合には、こ
のブロア２２はエンジン出力軸１６によつて、歯
車列１５及びワンウエイクラツチ２３を介して、
駆動されることになる。上記におけるワンウエイ
クラツチ２３は、例えばラチエツト機構のような
ものである場合もあるが、主として外輪と内輪と
の間にスプラグを介設せしめ、外輪又は内輪の一
方向への回転に対してのみトルクを伝達し、他方
向への回転に対しては空転するという機能を有す
るものを用いる。なお、上記歯車列１５における
ギヤ比は、例えばエンジン出力軸１６に対してブ
ロア２３の軸２２ａはその２倍の回転数、パワー
タービン１２の軸１４はその４倍の回転数となる
ような比率を適宜選択するものとする。

上記のようなターボコンパウンドエンジンにお
いては、低負荷時のように排気ガスエネルギが少
ない場合には、排気ガスタービン過給機１３から
の過圧空気量が少なく、ブロア２２もこの過圧空
気によつて回転されることはないので、ブロア２
２はエンジン出力軸１６によつて、歯車列１５及
びワンウエイクラツチ２３を介して駆動され、こ
のブロア２２によつて空気を過圧してエンジン１
１へと送る。このように、排気ガスタービン過給
機１３が充分作動し得ないような低負荷時におい
ても、上記ブロア２２によつて燃焼に必要な空気
量をエンジンへと供給することが可能となる。一
方、エンジンの負荷が高くなつて、排気ガスエネ
ルギが増加し、排気ガスタービン過給機１３が充
分に機能するような状態となると、給気通路１９
内の風量が増加する訳であるが、この状態ではこ
の空気量によつてブロア２２が高速で回転され、
ワンウエイクラツチ２３の係合が解かれると共
に、ブロア２２は空転を続け、燃焼に必要な空気
は排気ガスタービン過給機１３からエンジン１１
へと供給されることになる。なお、この状態にお
いては、パワータービン１２の出力は歯車列１５
を介してエンジン出力軸１６へと伝えられ、排気
ガスエネルギの回収を図つている。また、大量の
過圧空気Ａをエンジン１１に供給することが必要
になる高負荷時には、上記ブロア２２は給気通路
１９における排気ガスタービン過給機１３より下
流側に配置され、且つ空転しているために、給気
通路１９の流路抵抗が増大しないので、その分だ
けエンジン１１に圧送される過圧空気Ａの風量が
増えてエンジン１１の出力が増大し、負荷に対す
る応答性も鋭敏になる。

なお、上記実施例においては、排気ガスを、第
１段目として排気ガスタービン過給機に、第２段
目としてパワータービンにそれぞれ導いている
が、これとは逆に第１段目にパワータービンに、
第２段目として排気ガスタービン過給機にそれぞ
れ導くようにすることもある。

以上にこの考案の内燃機関の給気装置の一実施
例を説明したが、この考案の内燃機関の給気装置
は上記実施例に限られるものではなく、種々変更
して実施することが可能である。例えば、エンジ
ンの出力軸と歯車列とを接続する位置、すなわち
出力軸に取付ける歯車の位置は、歯車列の振動を
防止するという点からは、エンジンのクランク軸
における振動の節、あるいはこれに近い位置が好
ましい訳であるが、特にこれに限定されるもので
はない。

この考案の内燃機関の給気装置は上記のように
構成されたものであり、したがつてこの考案の内
燃機関の給気装置によれば、排気ガスタービン過
給機とエンジンとを結ぶ給気通路にブロアを介設
し、このブロアを歯車列及びワンウエイクラツチ
を介して、エンジン出力軸によつて駆動し得るよ
うにしてあるので、機関の低負荷時においては、
ブロアは歯車列及びワンウエイクラツチを介して
エンジン出力軸によつて駆動され、常に燃焼に必
要な空気量をエンジンへと供給することができ、
急速起動時、低負荷から急負荷上昇したような場
合、およびトルクリツチ運転等にも十分耐え得る
運転を行うことが可能となる。また、エンジンの
出力が上昇すると排気ガスタービン過給機から供
給される空気量が増加するが、この状態になる
と、この空気によつてブロアが高速で回転され、
その結果ワンウエイクラツチの係合が解かれると
共に、ブロアは空転を続け、燃焼に必要な空気は
排気ガスタービン過給機からエンジンへと供給さ
れる。しかもこの場合、排気ガスタービン過給機
には何ら特別の機能を付加している訳ではないの
で、従来より用いられている排気ガスタービン過
給機をそのまま用いることができ、便利である。
さらに上記のようにワンウエイクラツチを用いて
いるので、ブロアの駆動方式の切換を全く自動的
に行うことができ、そのため従来のクラツチ係脱
方式のように検出器を必要とする訳ではなく、こ
の結果、その制御機構を簡素で、かつ安定したも
のとすることができる。しかもこの場合、パワー
タービンが作動してエンジン出力軸へと動力を回
収することになるが、ブロアは空転状態であるた
め、駆動動力の損失が生じないという利点が生じ
ることになる。特に、上記ブロアは、給気通路に
おける排気ガスタービン過給機より下流側に配置
され、且つ大量の過圧空気が必要になる高負荷時
には空転しているため、給気通路の流路抵抗の増
大を防止することができ、エンジンの出力を一層
増大させることができると共に、負荷に対する応
答性を一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のターボコンパウンド
エンジンを示す説明図、第３図はこの考案の内燃
機関の給気装置をターボコンパウンドエンジンと
して実施した一実施例の説明図である。 １１……エンジン、１３……排気ガスタービン
過給機、１５……歯車列、１６……出力軸、１７
……排気ガスタービン、１９……給気通路、２２
……ブロア、２３……ワンウエイクラツチ、Ｇ…
…排気ガス、Ａ……過圧空気。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. エンジンから排気ガスによつて駆動されると共
   にエンジン側へ燃焼用の過圧空気を供給する排気
   ガスタービン過給機と、上記エンジンへの給気通
   路における排気ガスタービン過給機より下流側に
   介設されたブロアと、エンジンからの排気通路に
   介設されたパワータービンとを有し、上記ブロア
   とパワータービンとは歯車列を介してエンジン出
   力軸に連動可能に接続されると共に、上記ブロア
   と歯車列との間にはワンウエイクラツチを介設
   し、上記ワンウエイクラツチはその入力軸をエン
   ジン出力軸側に、その出力軸をブロア側にそれぞ
   れ配置し、その出力軸の回転速度が入力軸の回転
   速度よりも低いときに上記エンジン出力軸でブロ
   アを駆動する一方、出力軸の回転速度が入力軸の
   回転速度以上であるときにブロアの空転を許容す
   べく構成して成る内燃機関の給気装置。