JPH0465208B2 - - Google Patents

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
ンプ仕事を行つ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機構を有するターボコ
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８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によつて更に回収し、こ
のタービン４によつて取り出した軸回転力を機関
２のクランク軸５に供給して機関２の高出力化を
達成するようになつている。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、従来のフツトブレーキ、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。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正逆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ツプリング機構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つている。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によつて開閉制
御され、機関制動時（タービン逆転等）のみ吸気
をタービン４へ供給するようになつている。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。更に過給機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１５を開度制御するバイパス弁１６
とから成る排気パイパス機構１７が備えられてい
る。この排気バイパス機構１７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
却つて排気通路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
は排気タービン４からの迂回させるようになつて
いる。このバイパス弁１６は第９図に示すよう
に、機関負荷に対応する、例えばガバナのラツク
位置が設定負荷範囲内であつて、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つている。こ
の関係をグラフとして示すと第１０図のように、
機関２の通常運転域Ｄ、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
Ｄ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１１
図に示すように、キースイツチ３１、アクセルス
イツチ１８、クラツチスイツチ１９、排気ブレー
キスイツチ２０、タービンブレーキスイツチ２１
並びにラツチセンサ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ツト２
４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１０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や各
弁１２〜１４，１６に制御信号が出力されるよう
になつている。殊に、上述の排気バイパス制御に
関しては、ラツチセンサ２２、機関回転数センサ
２３及びタービンブレーキスイツチ２１が関与
し、タービンブレーキスイツチ２１の切換えを条
件として、タービンによる機関制動域Ｆと機関の
通常運転域Ｄ、Ｅとが切り換えられ、またラツチ
センサ２２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Ｄ、Ｅが切り換えられる
ようになつている。

［発明が解決しようとする問題点］ とこで従来における各弁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つて行われていた（第１
２図、第１３図参照）。

コントロールユニツト２４に初期値をセツトす
るイニシヤライズ後の機関運転状態においては、
コントロールユニツト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ツチスイツチ１
９によりクラツ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１５が開かれて（バイパス弁１
６、開）、排気はタービン４を迂回して流される
ようになつている。

次いで、タービンブレーキスイツチ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。この際の各弁１
２〜１４，１６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
イツチ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ツチ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Ｄへの移行に際しては第１
０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Ｄへ移るよう
に制御が設定されていた（図中、Ｈで示す）。し
かしながら、このような制御では、次のような問
題があつた。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ツクセンサ２２
及び機関回転数センサ２３によつて検出されて認
識される（第１０図中、Ｊで示す）が、バイパス
弁１６の制御に関しては従来第１３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
じられる方向にあつて排気通路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つた。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１
６の開制御を経てタービン運転が制御されるた
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
つた。

［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
へ移る際にラツク移動速度が設定速度を越えたと
き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、機関負荷の大きな変動に対応して
ラツクの移動速度が設定速度を越えたときに強制
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瞬間的な機関
の加速制御に対して滑らかな出力上昇を得るよう
になつている。

［実施例］ 以下に本発明の好適実施例を添付図面に従つて
詳述する。

エンジンシステム自体の構成は、上記従来例で
説明したものと同様である（第８図〜第１１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ツト２４におけるタービン４
逆転時（機関制動域Ｆ）から機関２を加速してタ
ービン４による機関駆動域Ｄ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CPU２８に
おける制御フローとして設定される。

（第１実施例） 以下、第１図〜第３図を参照して制御フローに
従つて説明する。基本的な制御フローは従来と同
様である。

コントロールユニツト２４に初期値をセツトす
るイニシヤライズ後の機関運転状態においては、
コントロールユニツト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Ｄ、Ｅにおいてクラツチスイ
ツチ１９によりクラツ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１
３、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
流されるようになつている。

次いで、タービンブレーキスイツチ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。この際の各弁１
２〜１４，１６の制御は、吸気導入路１１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
ツチ２０の作動の下に開閉されることになる。以
上は従来と同様である。

その後タービンブレーキスイツチ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。

ここに本発明にあたつては、タービンブレーキ
スイツチ２１のOFF後ラツクの移動速度dL／dt
（Ｌはラツクの移動量）が設定速度αを越えた場
合には、機関２が相当の加速状態にあると判定し
て、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ツチ２
１のOFF後CPU２８内のタイマが起動される
（INC FLG ta）と共に、新たな機関制御に対応
するラツク移動量Ｌがラツクセンサ２２から入力
リードされ、ラツクの移動速度dL／dtの計算が
行われる。この計算は、第４図に示すように、微
小時間dt（0.1秒程度）毎にラツク移動量dLが検出
されて行われる。そして基本的には、ラツクの移
動速度dL／dtが設定速度αを越えたことが判定
されると、時間加算中再びタービンブレーキスイ
ツチ２１がON動作されない限り、設定時間taに
達するまで（FLG ta＝Ｎ）バイパス弁１６は閉
じられた状態に維持することになる。尚本実施例
では、併せてラツクの移動量Ｌが設定移動量Ls
を超えたか否かも判定され、ラツクの移動速度
dL／dtが設定速度α以下であつてもラツクの移
動量Ｌが設定移動量Lsを超えたときには、相当
の機関加速状態であると判定してバイパス弁１６
を閉じるようになつている。他方、ラツクの移動
速度dL／dt及び移動量Ｌがいずれも設定量α、
Ls以下である場合には、通常のバイパス弁１６
の制御による機関運転制御に移行させるようにな
つている。これをロジツクで示すと、第５図のよ
うにdL／dt＞αまたはＬ＞Lsが満たされたとき
にバイパス弁１６が強制的に閉じられることにな
る。尚、設定時間taはその後クリアされる
（CLR FIG ta）。ここに設定時間ta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
レーキスイツチ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３〜５
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
行する際に排気バイパス制御を強制的にカツトす
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つたのを解消し
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。

（第２実施例） 第６図及び第７図には、第２実施例に関する制
御フロー及びその特性が示されている。

タービンブレーキスイツチ２１のOFF後、直
ちにバイパス弁１６が閉じられると共にCPU２
８内のタイマが起動されて（INC FLG tb）所定
時間tbその状態が維持される。そしてこの時間tb
において各微小時間dtにおけるラツク移動速度
dL／dtが設定速度αを何回超えたか（INC FLG
ON）を判定し、超えた回数が設定回数Naを上
回つたこと（FLG ON≧Na）に応じて機関２が
加速状態であると判定してバイパス弁１６を閉じ
るようになつている。そして所定時間tb経過後パ
イパス弁６が閉じられた後には、再びタービンブ
レーキスイツチ２１がON作動されたり、ラツク
の移動量Ｌが設定量Lsを下回らない限り、別途
設定された設定時間tc内でバイパス弁１６は強制
的に閉じられるようになつている。この設定時間
tcは上述と同様である。

本実施例にあつても、上記実施例と同様な効果
を奏することはもちろんである。

［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
ラツクの移動速度が設定速度を超えたことに応じ
て制御手段により設定時間閉じるようにしたの
で、ラツクにより機関加速状態を判定して機関制
動直後に機関を加速する際であつてもタービンへ
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、通常の機関低負荷に対応する排気バイパ
ス制御に支障を与えることなく、機関加速に応じ
た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図は本発明の第１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ヤ
ート、第２図は各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図はラツク移動速度の検出内容を説
明する図、第５図はバイパス弁の制御ロジツクを
示す回路図、第６図は本発明の第２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
フローチヤート、第７図は機関出力と制御時間と
の関係を示すグラフ、第８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９図はバイパス弁の制御ロジツクを示す回
路図、第１０図はバイパス弁の制御マツプを示す
図、第１１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１２図は従来の制御フロー
を示すフローチヤート、第１３図は従来の各弁の
開閉状態を説明するため図である。 図中、２は機関、４はタービン、１５はバイパ
ス路、１６はバイパス弁、２４は制御手段たるコ
ントロールユニツトである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   にラツク移動速度が設定速度を越えたとき設定時
   間閉じる制御手段を備えたことを特徴とするター
   ボンコンパウンドエンジン。