JPH0568617B2 - - Google Patents

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JPH0568617B2
JPH0568617B2 JP61308776A JP30877686A JPH0568617B2 JP H0568617 B2 JPH0568617 B2 JP H0568617B2 JP 61308776 A JP61308776 A JP 61308776A JP 30877686 A JP30877686 A JP 30877686A JP H0568617 B2 JPH0568617 B2 JP H0568617B2
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Japan
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engine
gear
power turbine
crankshaft
exhaust
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Masaki Okada
Takaharu Kishishita
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/004—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/005—Exhaust driven pumps being combined with an exhaust driven auxiliary apparatus, e.g. a ventilator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10—Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

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タービンの膨
張仕事として回収し、回収エネルギをクランク軸
等の駆動軸の回転エネルギとして使用するターボ
コンパウンドエンジンに係り、特に出力が同等の
無過給エンジンに対して同等以上のエンジンブレ
ーキ力を得ようとしたターボコンパウンドエンジ
ンに関する。
［従来の技術］ 一般に過給機を備えたエンジンは、このエンジ
ンより排気量の大きい無過給エンジンに比較して
燃費性能が良い、出力性能が同等以上であ
る、エンジンが軽量コンパクトである、等の優
れた長所をもつている。この長所を更に押し進め
たものにターボコンパウンドエンジンがある。こ
のターボコンパウンドエンジンは、エンジンから
の排気ガスエネルギをまずターボ過給機の過給仕
事として回収し、次いでそのターボ過給機から排
出される排気ガスをパワータービンの断熱膨張仕
事として回収するようにしたものである。これに
よつてエンジンの出力性能、燃費性能、ゲインを
総合的に向上させることができる。ところでター
ボコンパウンドエンジンの総合性能を更に向上さ
せるためにはターボ過給機の膨張比及びパワータ
ービンの膨張比を上げて過給圧をさらに高め、有
用性を高めることができるが、しかし、出力性能
の増加に見あうエンジンブレーキ力（排気ブレー
キ力）の確保が課題として残されている。これは
第６図に示すように、無過給エンジンと高過給エ
ンジンにおけるエンジン回転数Neに対してのエ
ンジン出力Pme、エンジンブレーキ力Pmfとの関
係から知ることができる。
同図において実線が出力性能を示し、破線がエ
ンジンブレーキ力を示す。
ここで代表回転数ととしての100％定格回転数
N100％での相対的ブレーキ力（エンジン回転
数／エンジン出力）についてみるとBN／SN＞
BT／STの関係にあることがわかる。
但し、BN…無過給エンジンのエンジンブレー
キ力 SN…無過給エンジンのエンジン出力 BT…高過給エンジンのエンジンブレー
キ力 ST…高過給エンジンのエンジン出力 このように、過給圧値を高めることによつて相
対的エンジンブレーキ力は小さくなり、この分だ
け主ブレーキ（フツトブレーキ）操作を必要とす
る。エンジンブレーキ力の確保は車両への操作性
はもとより、車両の安全走行上必要不可欠な要素
（エンジンブレーキ力は定格出力の60％以上を要
求される。）であり、ターボコンパウンドエンジ
ンの長所を生かすためのも重要な課題となる。
そこで、本出願人は先に「ターボコンパウンド
エンジン」の提案（特願昭61−228107号）を行つ
ていた。
この提案は第７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ｂ黐を閉成し、その
流体通路ｃを開成する流路切換手段ｅとを設けて
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 通常運転時でのパワータービンはエンジンから
の排気ガスエネルギを回収する。この回収エネル
ギは機関の駆動エネルギとして再利用される。
排気ブレーキ時でクラツチの接続時には、流路
切換手段によつて、流体通路の上流側の排気通路
が閉じられ、且つそのパワータービン直上流の排
気通路と流体通路とが絞つて開成される。これに
よつて本来エネルギ回収用のパワータービンにク
ランク軸の回転がギヤトレーンにより逆転されて
伝達される。このためパワータービンは、下流の
排気通路から空気を採り込んで排気通路へ圧送す
る負の仕事即ちポンプ仕事を行なう。したがつて
排気ブレーキ時にはエンジンのモータフリクシヨ
ン、ポンプ仕事（負の仕事）と排気ブレーキ力が
加算された大きなエンジンブレーキ力を作り出す
ことができる。
ところが、排気ブレーキの作動は、エンジンの
定格回転を越える運転がなされているときにも行
なわれる場合があり、このときにパワータービン
がオーバーランに至る問題が生じる可能性が高く
解決しようとする問題点となつていた。オーバー
ランはパワータービンの回転部及び軸受の回転性
能を著しく低下させ焼付を発生させる要因にな
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
している。この発明はパワータービンとクランク
軸とを、排気ブレーキ作動時に連結する電磁クラ
ツチを有し、クランク軸の回転をパワータービン
へ伝達するギヤトレーンで接続すると共に、該ギ
ヤトレーンの歯車比を排気ブレーキ非作動時にパ
ワータービンの回転力をクランク軸に伝達するギ
ヤトレーンの歯車比より小さくしてターボコンパ
ウンドエンジンを構成したものである。
［作 用］ 排気ブレーキ作動時には電磁クラツチが接続さ
れてクランク軸の回転をパワータービンへ伝達す
るギヤトレーンを動作するから、パワータービン
はクランク軸の回転が伝達され逆転方向に駆動さ
れる。ここで排気ブレーキ非作動時にパワーター
ビンからクランク軸へ回転を伝達するギヤトレー
ンの歯車比に対して、クランク軸からパワーター
ビンへ回転を伝達するギヤトレーンの歯車比は小
さくしてあるから、排気ブレーキ時におけるパワ
ータービンにオーバーランを起こさせることがな
い。
［実施例］ 以下に、この発明のターボコンパウンドエンジ
ンの好適一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
第１図に示される１はエンジン、２は吸気マニ
ホールド、３は排気マニホールドである。
図示されるように排気マニホールド３には排気
通路４ａが接続され、吸気マニホールド２には吸
気通路５が接続されている。
この排気通路４ａには、排気通路４ａの途中に
ターボ過給機１０のタービン１０ａが介設され、
そのターボ過給機１０のコンプレツサ１０ｂは吸
気通路５の途中に介設される。ターボ過給機１０
の下流側の排気通路４ｂには排気ガスエネルギを
回収するパワータービン１２が介設される。
ところで、この発明のターボコンパウンドエン
ジンは、エンジン１の出力性能に応たエンジンブ
レーキ力を確保することにある。エンジンブレー
キ力を増大させるためにはクランク軸１５に直接
または間接的に回転を阻止する抵抗を加え、クラ
ンク軸１５に大きな負の仕事を行なわせることが
有効であると考えられる。
このため、この発明のターボコンパウンドエン
ジンでは排気ブレーキの作動時にパワータービン
１２を逆転させて、パワータービン１２に大きな
負の仕事を行なわせるように構成される。
第１図に示すように、パワータービン１２とタ
ーボ過給機１０のタービン１０ａとの間の排気通
路４ｂには、これに一端が接続され他端がパワー
タービン１２より下流側の排気通路４ｃに接続さ
れた流体通路２５が形成されており、この流体通
路２５のパワータービン１２より上流側の接続部
には流路切換手段３０が設けられる。
この実施例にあつて流路切換手段３０は第１図
乃至第３図に示されるように上記接続部に設けら
れた排気切換弁としてのロータリバルブ３１と、
このロータリバルブ３１を動作する駆動装置３２
とから構成される。ロータリバルブ３１は第２
図、第３図にも示されるようにケーシング３１ａ
内に回動自在なロータ３１ｂを収容し、このロー
タ３１ｂに二つの第１ポートＡ、第２ポートＢを
形成して構成される。一方の第１ポートＡのポー
ト直径d1は排気通路４ｂの通路直径d0に等しく、
他方の第２ポートＢのポート直径d2は流体通路２
５の通路直径d3より小さく形成される。一方、ケ
ーシング３１ａには、排気通路４ｂの一部となる
通口３１ｃが開口されている。各第１ポートＡ、
第２ポートＢの回転位置関係は、排気通路４ｂと
第１ポートＡが接続されたときには排気通路４ｂ
と流体通路２５との接続が断たれるような関係に
設定される。
このロータリバルブ３１を切換制御する駆動装
置３２は以下のように構成される。
第１図、第２図に示されるように、ロータ３１
ｂにはこれに一端が固定されたレバ部材３５が接
続されており、この排気通路４ｂの径方向外方へ
延出されたレバ部材３５の自由端には、アクチユ
エータ３４の動作ロツド３３が接続される。
第１図に示す３６は、流体供給装置で、この流
体供給装置３６と上記アクチユエータ３４の動作
室３７とは、流体送給通路３９によつて結ばれて
おり、この流体送給通路３９の途中には通電され
たときに上記動作室３７と流体送給通路３９を連
通状態にする電磁弁４０が介設される。この電磁
弁４０はエンジン１のニユートラルセンサスイツ
チ４１、クラツチ作動スイツチ４２、そして排気
ブレーキスイツチ４３の全スイツチがON作動時
に通電されるようになつている。４５はバツテリ
ーなどの直流電源である。
４７は逆転用の電磁クラツチスイツチであり、
常開接点（ａ接点）となつている。
次に、パワータービン１２とクランク軸１５と
を連結するギヤトレーンについて説明する。
第１図に示されるように、パワータービン１２
のタービン軸１３の出力端１３ａには出力歯車１
６が一体的に設けられており、この出力歯車１６
には遊星歯車１７ａ，１７ｂが噛合されている。
それら遊星歯車１７ａ，１７ｂは流体継手２１の
入力ポンプ車２１ａと一体になつて回転する環状
歯車１８に噛合されている。
即ち、出力歯車１６は遊星歯車１７ａ，１７ｂ
及び環状歯車１８から成る遊星歯車機構１９によ
つて流体継手２１に接続され、パワータービン１
２からの回転力を流体継手２１の出力ポンプ車２
１ｂに伝達するように構成されている。ここで遊
星歯車機構１９を設けたのは、遊星歯車機構１９
が大きな減速比をもつこと、伝達効率がよいこと
からである。出力ポンプ車２１ｂには、この出力
ポンプ車２１ｂと一体になつて回転する入出力歯
車２が固着されている。
ところで、クランク軸１５には、電磁クラツチ
２２を内蔵し、その電磁クラツチ２２によつて回
転が断続される第１クランク軸歯車２３、及び第
２クランク軸歯車２４が一体に設けられており、
第２クランク軸歯車２４は、ワンウエイクラツチ
２６を内蔵する第２中間歯車２７に噛合される。
第２中間歯車２７は同軸上に接続された第１中間
歯車２８を介して上記入出力歯車２０に連結され
る。
また、第１中間歯車２８と第１クランク軸歯車
２３とは、逆転用のアイドルギヤ２９により連結
されており、電磁クラツチ２２が“入”、即ち上
記電磁クラツチスイツチ４７がONのときに、第
１クランク軸歯車２３と第１中間歯車２８とを接
続し、クランク軸１５からの回転駆動力が上記入
出力歯車２０へ伝達されるようになつている。こ
のとき第２中間歯車２７と第２クランク軸歯車２
４との間はワンウエイクラツチ２６を設けること
によつて回転力の伝達はなされず、ワンウエイク
ラツチ２６のみフリー回転するようになつてい
る。
ところで、この発明の目的とするところは、エ
ンジンの定格回転数でパワータービン１２にクラ
ンク軸１５からの駆動力が伝達されたときにパワ
ータービン１２のオーバーランを防止することに
あるから、エンジン１が定格回転数のときに、パ
ワータービン１２がオーバーランを生じない回転
数に、入出力歯車２０と第２クランク軸歯車２４
との間の歯車比に対し、第１クランク軸歯車２３
と入出力歯車２０との間の歯車比を小さくするよ
うに、各歯車（第１クランク軸歯車２３、アイド
ルギヤ２９、第１中間歯車２８、入出力歯車２
０）の歯車比が定められる。
具体的にこの実施例では第１クランク軸歯車２
３と第１中間歯車２８との歯車比が第２クランク
軸歯車２４と第２中間歯車２７との歯車比に対し
て小さくなるように構成されている。
ここで、第２クランク軸車２４、ワンウエイク
ラツチ２６、第１中間歯車２８、入出力歯車２０
がパワータービン１２からクランク軸１５へ回転
を伝達するギヤトレーン５６を、第１クランク軸
歯車２３、アイドルギヤ２９、第１中間歯車２
８、入出力歯車２０がクランク軸１５からパワー
タービン１２へ回転を伝達するギヤトレーン５７
を構成する。
次にこの発明のターボコンパウンドエンジンの
作用を添付図面に基づいて説明する。
第１図に示されるように排気ブレーキスイツチ
４３がOFFのときは、電磁弁４０がOFFである
から、第２図に示すようにパワータービン１２の
直上流の排気通路４ｄとロータリバルブ３１の上
流側の排気通路４ｂとが第１ポートＡを介して接
続される。エンジン１から排気ガス排気マニホー
ルド３、排気通路４ａへと送られターボ過給機１
０のタービン１０ａによつて排気ガスエネルギが
回収される。タービン１０ａは同軸上のコンプレ
ツサ１０ｂを回転駆動するからエンジン１の筒内
に、過給された空気を送り込む。ターボ過給機１
０のタービン１０ａを出た排気ガスは、パワータ
ービン１２に回転駆動力を与える。即ち、このパ
ワータービン１２にて再び排気ガスエネルギが回
収される。このときは電磁クラツチ２２が“切”
となつているから、パワータービン１２により回
収された排気ガスエネルギは、まず遊星歯車機構
１９で減速され、この減速後の回転が入出力歯車
２０より第２中間歯車２７、第２クランク軸２４
に伝達される。この結果、クランク軸１５に回転
力が伝達され、回転エネルギとして使用される。
次に排気ブレーキ作動時について説明する。
排気ブレーキ作動時はニユートラルセンサスイ
ツチ４１、クラツチ作動スイツチ４２、そして排
気ブレーキスイツチ４３全てがONのときであ
り、このときは電磁クラツチスイツチ４７が
“入”であるから、この時に電磁弁４０がONと
なつて流体供給装置３６からアクチユエータ３４
動作室３７へ作動流体が供給される。これにより
動作ロツド３３が、レバ部材３５を介してロータ
リーバルブ３１を動作し、排気通路４ｂを閉じ
て、そのロータリバルブ３１より下流の排気通路
４ｄと流体通路２５とを第２ポートＢを介して連
通する。したがつてパワータービン１２には排気
ガスによる回転力が与えられなくなつた状態で逆
に、第１クランク軸歯車２３、アイドルギヤ２
９、第１中間歯車２８を介してクランク軸１５の
駆動力が入出力歯車２０及び流体継手２１に伝達
される。即ち、パワータービン１２は第５図に示
すように、逆転されて、パワータービン１２より
下流の排気通路４ｃから流体通路２５の接続部へ
空気を送る効率の悪いコンプレツサとなる。また
第２ポートＢによつて流体通路２５へ送るガスが
絞られるため流速が速められる。このパワーター
ビン１２の空気の掻き混ぜ仕事及びコンプレツサ
仕事はクランク軸１５にとつて大きな負の仕事と
なる。したがつて排気ブレーキ作動時にはこの負
の仕事と排気ブレーキによる負の仕事及びエンジ
ンのフリクシヨンが加えられた大きなエンジンブ
レーキ力が作り出される。排気ブレーキとしての
構成は排気マニホールド３、下流に設けられた排
気ブレーキ弁（図示せず）の動作によつてなさ
れ、このブレーキ弁が全閉されることにより排気
抵抗の増大、即ち、ポンピング仕事の増大が排気
ブレーキ弁によるエンジンブレーキ力となる。こ
こで第２ポートＢの直径はパワータービン１２の
形状によつて一義的に決定される。このポート直
径d2もまたパワータービン１２をオーバーランさ
せないような開口径に設定される。（第４図、第
５図参照） ところで、この実施例にあつては、パワーター
ビン１２より下流の排気通路４ｃと流体通路２５
との接続部４ｅの、その排気通路４ｃ側に三方弁
５５を介設することも可能であり、このように構
成することによつて上記排気ブレーキ作動時に、
排気通路４ｃを閉じて、排気ガスに比較して浄化
された大気を直接採り込むことができるようにな
る。
尚、この発明の実施例で排気通路４及び流体通
路２５の切換もロータリバルブ３１で行なうよう
に説明したが、これに限らず、排気ブレーキ作動
時で、パワータービン１２にクランク軸１５から
の逆転方向の駆動力が伝達された場合には、流体
通路２５の接続部より上流となる排気通路４ｂを
全閉にする開閉弁と、流体通路２５の通路径を所
定の開度に絞る絞り弁とを連動させるようにして
もよい。さらに予め流体通路２５を所定開度に絞
つて形成し、流体通路２５上流の排気通路４ｂを
開閉させてもよい。
［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
明のターボコンパウンドエンジンによれば、次の
ごとき優れた効果を発揮できる。
(1) 排気ブレーキ時にこのエンジンのフリクシヨ
ン、パワータービンの負の仕事、排気ブレーキ
力を加算した大きなエンジンブレーキ力を発生
させることができると共に、パワータービンの
オーバーランを防止できる。
(2) ターボコンパウンドエンジンの高性能を発揮
させるに十分なエンジンブレーキ力が確保でき
るので、信頼性を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明のターボコンパウンドエンジ
ンの好適一実施例を示す概略図、第２図、第３図
は第１図の要部詳細図、第４図はロータリバルブ
の第２ポートＢの直径とエンジンブレーキ力との
関係を示すグラフ、第５図はパワータービンのガ
スの流れを示す概略図、第６図は無過給エンジン
と高過給エンジンとのエンジンブレーキ力性能の
比較を示すグラフ、第７図は従来例を示す概略図
である。 図中、１はエンジン、４は排気通路、１２はパ
ワータービン、２２は電磁クラツチ、２５は流体
通路、３０は切換弁３１と駆動装置３２とから成
る流路切換手段、５６はパワータービンからクラ
ング軸へ回転を伝達するギヤトレーン、５７はク
ランク軸からパワータービンへ回転を伝達するギ
ヤトレーンである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ パワータービンとクランク軸とを、排気ブレ
    ーキ作動時に連結する電磁クラツチを有し、クラ
    ンク軸の回転をパワータービンへ伝達するギヤト
    レーンで接続すると共に、該ギヤトレーンの歯車
    比を排気ブレーキ非作動時にパワータービンの回
    転力をクランク軸に伝達するギヤトレーンの歯車
    比より小さくしたターボコンパウンドエンジン。
JP61308776A 1986-12-26 1986-12-26 タ−ボコンパウンドエンジン Granted JPS63162936A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61308776A JPS63162936A (ja) 1986-12-26 1986-12-26 タ−ボコンパウンドエンジン
US07/136,319 US4800726A (en) 1986-12-26 1987-12-22 Turbo compound engine
DE8787118996T DE3779591T2 (de) 1986-12-26 1987-12-22 Turbo-verbund-maschine.
EP87118996A EP0272680B1 (en) 1986-12-26 1987-12-22 Turbo compound engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61308776A JPS63162936A (ja) 1986-12-26 1986-12-26 タ−ボコンパウンドエンジン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63162936A JPS63162936A (ja) 1988-07-06
JPH0568617B2 true JPH0568617B2 (ja) 1993-09-29

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Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61308776A Granted JPS63162936A (ja) 1986-12-26 1986-12-26 タ−ボコンパウンドエンジン

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4800726A (ja)
EP (1) EP0272680B1 (ja)
JP (1) JPS63162936A (ja)
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