JPH06248966A - ターボコンパウンドエンジン - Google Patents
ターボコンパウンドエンジンInfo
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- JPH06248966A JPH06248966A JP5058082A JP5808293A JPH06248966A JP H06248966 A JPH06248966 A JP H06248966A JP 5058082 A JP5058082 A JP 5058082A JP 5808293 A JP5808293 A JP 5808293A JP H06248966 A JPH06248966 A JP H06248966A
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- Japan
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- turbine
- speed
- transmission
- turbocharger
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- 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
Landscapes
- Supercharger (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、高負荷時にはターボチャージャの
発電・電動機を発電運転して排気ガス圧力を低減し、エ
ネルギーを回収して膨張比を低減し、タービン効率を最
大効率領域で作動するターボコンパウンドエンジンを提
供する。 【構成】 本発明は、発電・電動機８を備えたターボチ
ャージャ１とパワータービン７を断熱エンジン１０に設
ける。パワータービン７は変速機２０を介在してクラン
ク軸１２に軸力を与えるように構成されている。高負荷
運転ではターボチャージャ１の発電・電動機８を発電機
運転して排気ガス圧力を低減し、変速機２０は高速では
増速側歯車列１１にシフトし、中速では減速側歯車列９
にシフトし、タービン効率点のマッチングを広範囲で行
えるようにした。
発電・電動機を発電運転して排気ガス圧力を低減し、エ
ネルギーを回収して膨張比を低減し、タービン効率を最
大効率領域で作動するターボコンパウンドエンジンを提
供する。 【構成】 本発明は、発電・電動機８を備えたターボチ
ャージャ１とパワータービン７を断熱エンジン１０に設
ける。パワータービン７は変速機２０を介在してクラン
ク軸１２に軸力を与えるように構成されている。高負荷
運転ではターボチャージャ１の発電・電動機８を発電機
運転して排気ガス圧力を低減し、変速機２０は高速では
増速側歯車列１１にシフトし、中速では減速側歯車列９
にシフトし、タービン効率点のマッチングを広範囲で行
えるようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、エンジンの排気エネ
ルギーによって駆動される発電・電動機を備えたターボ
チャージャとパワータービンとを有するターボコンパウ
ンドエンジンに関する。
ルギーによって駆動される発電・電動機を備えたターボ
チャージャとパワータービンとを有するターボコンパウ
ンドエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ターボチャージャとパワーター
ビンとを持つターボコンパウンドエンジンは、排気系に
発電・電動機を持つターボチャージャとパワータービン
を設け、エンジン駆動で発生する排気ガスエネルギーを
ターボチャージャとパワータービンで回収し、ターボチ
ャージャでコンプレッサを駆動したり、パワータービン
でクランク軸に駆動力として与えたり、或いは発電・電
動機を発電機運転して電気エネルギーとして回収するも
のである。
ビンとを持つターボコンパウンドエンジンは、排気系に
発電・電動機を持つターボチャージャとパワータービン
を設け、エンジン駆動で発生する排気ガスエネルギーを
ターボチャージャとパワータービンで回収し、ターボチ
ャージャでコンプレッサを駆動したり、パワータービン
でクランク軸に駆動力として与えたり、或いは発電・電
動機を発電機運転して電気エネルギーとして回収するも
のである。
【０００３】即ち、従来のターボコンパウンドエンジン
は、図６に示すように、エンジン４０から排気通路４５
を通じて排気される排気ガスが持つ排気ガスエネルギー
で駆動されるタービン４２、該タービン４２にシャフト
４４を通じて連結されているコンプレッサ４３及びシャ
フト４４上に配置した発電・電動機４８を備えたターボ
チャージャ４１、並びに該ターボチャージャ４１のター
ビン４２の出口側排気通路４９に連結したパワータービ
ン５０を有するものである。コンプレッサ４３は吸気通
路４６を通じてエンジン４０に吸気を送り込む機能を果
たす。パワータービン５０のタービン５１は、タービン
５１に連結したシャフト５３を通じてクランクシャフト
５２に伝動連結されている。図示していないが、シャフ
ト５３とクランクシャフト５２との伝達系には、減速機
等が介在している。
は、図６に示すように、エンジン４０から排気通路４５
を通じて排気される排気ガスが持つ排気ガスエネルギー
で駆動されるタービン４２、該タービン４２にシャフト
４４を通じて連結されているコンプレッサ４３及びシャ
フト４４上に配置した発電・電動機４８を備えたターボ
チャージャ４１、並びに該ターボチャージャ４１のター
ビン４２の出口側排気通路４９に連結したパワータービ
ン５０を有するものである。コンプレッサ４３は吸気通
路４６を通じてエンジン４０に吸気を送り込む機能を果
たす。パワータービン５０のタービン５１は、タービン
５１に連結したシャフト５３を通じてクランクシャフト
５２に伝動連結されている。図示していないが、シャフ
ト５３とクランクシャフト５２との伝達系には、減速機
等が介在している。
【０００４】また、上記ターボコンパウンドエンジンと
同様のエンジンとしては、例えば、特開昭６３−１００
２２５号公報に開示されたものがある。該公報に開示さ
れたターボコンパウンド機関は、内燃機関の排気管にタ
ーボ過給機とパワータービンを直列に接続し、パワータ
ービンの回転を機関のクランク軸へ伝達するとともに、
ターボ過給機とパワータービンとの接続管に設けたバイ
パス弁を機関の回転数と負荷に関連して制御する手段を
備えたものである。
同様のエンジンとしては、例えば、特開昭６３−１００
２２５号公報に開示されたものがある。該公報に開示さ
れたターボコンパウンド機関は、内燃機関の排気管にタ
ーボ過給機とパワータービンを直列に接続し、パワータ
ービンの回転を機関のクランク軸へ伝達するとともに、
ターボ過給機とパワータービンとの接続管に設けたバイ
パス弁を機関の回転数と負荷に関連して制御する手段を
備えたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ターボコン
パウンドエンジンは、タービン効率（即ち、排気タービ
ンの理論断熱熱落差に対するタービン出力に相当する熱
落差の割合）の高い点で作動させ、排気ガスエネルギー
の回収効率を上げることが重要である。タービン効率に
ついては、図５に示すように、タービン効率が最大効率
即ち高効率となる領域は、タービン回転数ＴＮと膨張比
ＥＲ（即ち、タービンの入口圧力を出口圧力で割った
値）とに関しては狭いものである。図５において、横軸
にタービン回転数ＴＮをとり、縦軸に排気ガスの膨張比
ＥＲをとると、例えば、タービン効率が７５％以上とな
るのは、タービン回転数ＴＮがＴＮ1 〜ＴＮ2 の範囲内
であり、且つ膨張比ＥＲがＥＲ1 〜ＥＲ2 の範囲内であ
る。言い換えれば、タービン効率は、タービン回転数と
流入排気ガスの圧力によって決定される。
パウンドエンジンは、タービン効率（即ち、排気タービ
ンの理論断熱熱落差に対するタービン出力に相当する熱
落差の割合）の高い点で作動させ、排気ガスエネルギー
の回収効率を上げることが重要である。タービン効率に
ついては、図５に示すように、タービン効率が最大効率
即ち高効率となる領域は、タービン回転数ＴＮと膨張比
ＥＲ（即ち、タービンの入口圧力を出口圧力で割った
値）とに関しては狭いものである。図５において、横軸
にタービン回転数ＴＮをとり、縦軸に排気ガスの膨張比
ＥＲをとると、例えば、タービン効率が７５％以上とな
るのは、タービン回転数ＴＮがＴＮ1 〜ＴＮ2 の範囲内
であり、且つ膨張比ＥＲがＥＲ1 〜ＥＲ2 の範囲内であ
る。言い換えれば、タービン効率は、タービン回転数と
流入排気ガスの圧力によって決定される。
【０００６】しかしながら、従来の大型ターボコンパウ
ンドエンジンにおける歯車式のパワータービンは、ター
ビン効率が最大効率（高効率）となる領域即ち効率点で
の排気ガスエネルギー回収効果は良好であるが、効率点
の領域が狭いため、１点マッチングができるのみであっ
た。
ンドエンジンにおける歯車式のパワータービンは、ター
ビン効率が最大効率（高効率）となる領域即ち効率点で
の排気ガスエネルギー回収効果は良好であるが、効率点
の領域が狭いため、１点マッチングができるのみであっ
た。
【０００７】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、排気ガスエネルギーで駆動される
発電・電動機を備えたターボチャージャ及び該ターボチ
ャージャの後流に配置されたパワータービンを有するタ
ーボコンパウンドエンジン、特に、大型のターボコンパ
ウンドエンジンにおいて、市街地、住宅街等の走行時の
中速走行と高速道路等の走行時の高速走行との運転条件
にタービン最大効率点をマッチングさせるため、パワー
タービンを歯車式に構成して変速機を介してクランク軸
に連結し、高速では変速機を増速側にシフトし、中速で
は減速側にシフトすることに加えて、特に、ターボチャ
ージャに発電・電動機を設け、高負荷時には発電・電動
機を発電運転して高負荷時の排気ガスエネルギーを回収
し、パワータービンに流入する排気ガス圧力を低下さ
せ、排気ガスの膨張比を低減してタービンの最大効率点
にマッチングさせ、中速走行と高速走行との運転条件に
広範囲にタービン最大効率点にマッチングさせるターボ
コンパウンドエンジンを提供することである。
解決することであり、排気ガスエネルギーで駆動される
発電・電動機を備えたターボチャージャ及び該ターボチ
ャージャの後流に配置されたパワータービンを有するタ
ーボコンパウンドエンジン、特に、大型のターボコンパ
ウンドエンジンにおいて、市街地、住宅街等の走行時の
中速走行と高速道路等の走行時の高速走行との運転条件
にタービン最大効率点をマッチングさせるため、パワー
タービンを歯車式に構成して変速機を介してクランク軸
に連結し、高速では変速機を増速側にシフトし、中速で
は減速側にシフトすることに加えて、特に、ターボチャ
ージャに発電・電動機を設け、高負荷時には発電・電動
機を発電運転して高負荷時の排気ガスエネルギーを回収
し、パワータービンに流入する排気ガス圧力を低下さ
せ、排気ガスの膨張比を低減してタービンの最大効率点
にマッチングさせ、中速走行と高速走行との運転条件に
広範囲にタービン最大効率点にマッチングさせるターボ
コンパウンドエンジンを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、エンジンの排気ガスエネルギーで駆動され
る発電・電動機を備えたターボチャージャ、該ターボチ
ャージャの後流に設け且つ負荷が中負荷時に高効率にな
るように設定されているパワータービン、該パワーター
ビンをクランク軸に連結する伝動系に介在した変速機、
エンジン回転数と負荷を検出する各センサー、及び該各
センサーの検出信号に応答して、高負荷時に前記発電・
電動機を発電運転させて膨張比を低減すると共に前記変
速機をシフトする制御を行うコントローラを有すること
を特徴とするターボコンパウンドエンジンに関する。
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、エンジンの排気ガスエネルギーで駆動され
る発電・電動機を備えたターボチャージャ、該ターボチ
ャージャの後流に設け且つ負荷が中負荷時に高効率にな
るように設定されているパワータービン、該パワーター
ビンをクランク軸に連結する伝動系に介在した変速機、
エンジン回転数と負荷を検出する各センサー、及び該各
センサーの検出信号に応答して、高負荷時に前記発電・
電動機を発電運転させて膨張比を低減すると共に前記変
速機をシフトする制御を行うコントローラを有すること
を特徴とするターボコンパウンドエンジンに関する。
【０００９】また、このターボコンパウンドエンジンに
おいて、前記コントローラはエンジン回転数が高速であ
ることに応答して前記変速機を増速側にシフトし、中速
であることに応答して前記変速機を減速側にシフトする
制御を行うものである。
おいて、前記コントローラはエンジン回転数が高速であ
ることに応答して前記変速機を増速側にシフトし、中速
であることに応答して前記変速機を減速側にシフトする
制御を行うものである。
【００１０】
【作用】この発明によるターボコンパウンドエンジン
は、上記のように構成されており、次のように作用す
る。即ち、このターボコンパウンドエンジンは、発電・
電動機を備えたターボチャージャ、負荷が中負荷時に高
効率になるように設定されているパワータービン及び該
パワータービンとクランクシャフトとの間の伝動系に設
けた変速機を有するので、高負荷時には前記ターボチャ
ージャの前記発電・電動機を発電運転し、排気ガスエネ
ルギーを電気エネルギーとして回収し、それによって、
前記パワータービンに流入する排気ガス圧力を低下させ
て前記パワータービンに流入する排気ガスの膨張比を低
減し、タービン最大効率点へマッチングさせる制御を行
うと共に、高速時には、前記変速機を増速側へシフト
し、中速時には、前記変速機を減速側へシフトして前記
パワータービンのタービン高効率領域を保持することが
できるように制御する。
は、上記のように構成されており、次のように作用す
る。即ち、このターボコンパウンドエンジンは、発電・
電動機を備えたターボチャージャ、負荷が中負荷時に高
効率になるように設定されているパワータービン及び該
パワータービンとクランクシャフトとの間の伝動系に設
けた変速機を有するので、高負荷時には前記ターボチャ
ージャの前記発電・電動機を発電運転し、排気ガスエネ
ルギーを電気エネルギーとして回収し、それによって、
前記パワータービンに流入する排気ガス圧力を低下させ
て前記パワータービンに流入する排気ガスの膨張比を低
減し、タービン最大効率点へマッチングさせる制御を行
うと共に、高速時には、前記変速機を増速側へシフト
し、中速時には、前記変速機を減速側へシフトして前記
パワータービンのタービン高効率領域を保持することが
できるように制御する。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるター
ボコンパウンドエンジンの一実施例を説明する。図１は
この発明によるターボコンパウンドエンジンの一実施例
を示す概略図、図２は図１のターボコンパウンドエンジ
ンの作動系を示す説明図、及び図３はエンジン回転数と
エンジン負荷に関してのパワータービンの効率点を示す
説明図である。
ボコンパウンドエンジンの一実施例を説明する。図１は
この発明によるターボコンパウンドエンジンの一実施例
を示す概略図、図２は図１のターボコンパウンドエンジ
ンの作動系を示す説明図、及び図３はエンジン回転数と
エンジン負荷に関してのパワータービンの効率点を示す
説明図である。
【００１２】図示するように、このターボコンパウンド
エンジンは、排気ガスエネルギーによって駆動されるタ
ーボチャージャ１及びパワータービン７を備えている断
熱エンジン１０に適用しているものである。この断熱エ
ンジン１０は、図示していないが、燃焼室を断熱構造に
構成しており、例えば、シリンダブロック、該シリンダ
ブロックに固定したシリンダヘッド、シリンダブロック
に構成したシリンダ、該シリンダ内を往復運動する断熱
構造のピストン、及び該ピストンの往復運動を回転運動
に変換するコンロッドとクランク軸を有している。シリ
ンダヘッドには、一例として、吸排気ポートが形成さ
れ、吸排気ポートには吸排気バルブが配置されている。
シリンダヘッドに形成した排気ポートは、マニホルドガ
スケットを介在して排気マニホルドに連結されている。
排気マニホルドの出口は、排気通路５に連通している。
排気通路５は、ターボチャージャ１のタービン２の入口
側通路に連通しており、該入口側通路はタービン２のタ
ービンスクロールに連結されている。また、ターボチャ
ージャ１のタービン２の出口側排気通路９Ｅにはパワー
タービン７のタービン１８のタービンスクロールが連結
されている。
エンジンは、排気ガスエネルギーによって駆動されるタ
ーボチャージャ１及びパワータービン７を備えている断
熱エンジン１０に適用しているものである。この断熱エ
ンジン１０は、図示していないが、燃焼室を断熱構造に
構成しており、例えば、シリンダブロック、該シリンダ
ブロックに固定したシリンダヘッド、シリンダブロック
に構成したシリンダ、該シリンダ内を往復運動する断熱
構造のピストン、及び該ピストンの往復運動を回転運動
に変換するコンロッドとクランク軸を有している。シリ
ンダヘッドには、一例として、吸排気ポートが形成さ
れ、吸排気ポートには吸排気バルブが配置されている。
シリンダヘッドに形成した排気ポートは、マニホルドガ
スケットを介在して排気マニホルドに連結されている。
排気マニホルドの出口は、排気通路５に連通している。
排気通路５は、ターボチャージャ１のタービン２の入口
側通路に連通しており、該入口側通路はタービン２のタ
ービンスクロールに連結されている。また、ターボチャ
ージャ１のタービン２の出口側排気通路９Ｅにはパワー
タービン７のタービン１８のタービンスクロールが連結
されている。
【００１３】このターボコンパウンドシステムにおける
ターボチャージャ１は、断熱エンジン１０からの排気ガ
スで駆動されるタービン２、該タービン２に取り付けた
シャフト４に取り付けたコンプレッサ３、及びシャフト
４上に配置した発電・電動機８を有している。コンプレ
ッサ３の出口側通路は、断熱エンジン１０に吸入空気を
供給する吸気通路６に接続している。また、発電・電動
機８は、発電機又は電動機として作動されるものであ
り、発電・電動機８を発電機として作動する場合には、
断熱エンジン１０から排気される排気ガスエネルギーを
回収する場合であり、発電・電動機８で発生した電力
は、駆動軸等へ駆動力として消費し、場合によっては、
バッテリー、コンデンサ等の蓄電装置に蓄電されるか、
補機等で消費されるものである。
ターボチャージャ１は、断熱エンジン１０からの排気ガ
スで駆動されるタービン２、該タービン２に取り付けた
シャフト４に取り付けたコンプレッサ３、及びシャフト
４上に配置した発電・電動機８を有している。コンプレ
ッサ３の出口側通路は、断熱エンジン１０に吸入空気を
供給する吸気通路６に接続している。また、発電・電動
機８は、発電機又は電動機として作動されるものであ
り、発電・電動機８を発電機として作動する場合には、
断熱エンジン１０から排気される排気ガスエネルギーを
回収する場合であり、発電・電動機８で発生した電力
は、駆動軸等へ駆動力として消費し、場合によっては、
バッテリー、コンデンサ等の蓄電装置に蓄電されるか、
補機等で消費されるものである。
【００１４】また、ターボコンパウンドシステムにおけ
るパワータービン７は、ターボチャージャ１のタービン
２から排気される排気ガスがタービン１８に送り込ま
れ、該タービン１８を排気ガスエネルギーで駆動するこ
とによってシャフト１９が回転し、次いで、シャフト１
９から変速機２０を通じてクランク軸１２に伝達され、
排気ガスエネルギーをクランク軸１２の軸力として回収
するものである。変速機２０は、増速側即ち高速側歯車
列１１と減速側即ち低速側歯車列９を有している。変速
機２０の終歯車１３は回収用歯車１４と噛合し、回収用
歯車１４はクランク軸１２に取り付けられている。即
ち、パワータービン７は、クランク軸１２に対して変速
機２０によって中速と高速の２条件に対応している。
るパワータービン７は、ターボチャージャ１のタービン
２から排気される排気ガスがタービン１８に送り込ま
れ、該タービン１８を排気ガスエネルギーで駆動するこ
とによってシャフト１９が回転し、次いで、シャフト１
９から変速機２０を通じてクランク軸１２に伝達され、
排気ガスエネルギーをクランク軸１２の軸力として回収
するものである。変速機２０は、増速側即ち高速側歯車
列１１と減速側即ち低速側歯車列９を有している。変速
機２０の終歯車１３は回収用歯車１４と噛合し、回収用
歯車１４はクランク軸１２に取り付けられている。即
ち、パワータービン７は、クランク軸１２に対して変速
機２０によって中速と高速の２条件に対応している。
【００１５】即ち、断熱エンジン１０が駆動されること
によって、ターボチャージャ１の発電・電動機８で発電
された直流電力は、インバータによって直流電力を交流
電力に変換して駆動モータ或いは補機で消費されたり、
蓄電装置に蓄電されたりするが、断熱エンジン１０の作
動状態即ち運転条件、例えば、エンジン回転数、負荷状
態によって排気ガスエネルギーが大幅に相違し、パワー
タービン７のタービン効率は変動する。そこで、このタ
ーボコンパウンドエンジンでは、パワータービン７をク
ランク軸１２に対して中速と高速の２条件に対応させ、
パワータービン７の効率点の設定を１／２負荷時に最大
効率となるように設定する（図３参照）。この場合に、
このターボコンパウンドエンジンでは、エンジン負荷が
増加すると、同一のエンジン回転数、言い換えれば、タ
ービン回転数ＴＮであっても、タービンの膨張比ＥＲが
大きくなり、効率点を外れてしまう現象が発生する（図
５参照）。
によって、ターボチャージャ１の発電・電動機８で発電
された直流電力は、インバータによって直流電力を交流
電力に変換して駆動モータ或いは補機で消費されたり、
蓄電装置に蓄電されたりするが、断熱エンジン１０の作
動状態即ち運転条件、例えば、エンジン回転数、負荷状
態によって排気ガスエネルギーが大幅に相違し、パワー
タービン７のタービン効率は変動する。そこで、このタ
ーボコンパウンドエンジンでは、パワータービン７をク
ランク軸１２に対して中速と高速の２条件に対応させ、
パワータービン７の効率点の設定を１／２負荷時に最大
効率となるように設定する（図３参照）。この場合に、
このターボコンパウンドエンジンでは、エンジン負荷が
増加すると、同一のエンジン回転数、言い換えれば、タ
ービン回転数ＴＮであっても、タービンの膨張比ＥＲが
大きくなり、効率点を外れてしまう現象が発生する（図
５参照）。
【００１６】そこで、この発明によるターボコンパウン
ドエンジンでは、エンジン作動に応じてパワータービン
７の最大効率点を外れる現象に対応するため、エンジン
負荷Ｌを検出する負荷センサー１６及びエンジン回転数
Ｎを検出する回転センサー１７を設け、エンジン作動状
態をコントローラ１５に入力し、コントローラ１５の指
令でターボチャージャ１の発電・電動機８の作動と変速
機２０のシフトとをコントロールするように構成されて
いる。エンジン作動状態に対するパワータービン７の効
率点は、図３に示すようになっている。図３は横軸にエ
ンジン回転数Ｎをとり、縦軸にエンジン負荷Ｌをとって
いる。即ち、このターボコンパウンドエンジンにおい
て、タービン最大効率点は、市街地等の走行で中速中負
荷の時は符号ＮM ＬM で示す領域であり、市街地等の走
行で中速高負荷の時は符号ＮM ＬHで示す領域であり、
また、高速道路等の走行で高速中負荷の時は符号ＮH Ｌ
M で示す領域であり、高速道路等の走行で高速高負荷の
時は符号ＮH ＬH で示す領域である。
ドエンジンでは、エンジン作動に応じてパワータービン
７の最大効率点を外れる現象に対応するため、エンジン
負荷Ｌを検出する負荷センサー１６及びエンジン回転数
Ｎを検出する回転センサー１７を設け、エンジン作動状
態をコントローラ１５に入力し、コントローラ１５の指
令でターボチャージャ１の発電・電動機８の作動と変速
機２０のシフトとをコントロールするように構成されて
いる。エンジン作動状態に対するパワータービン７の効
率点は、図３に示すようになっている。図３は横軸にエ
ンジン回転数Ｎをとり、縦軸にエンジン負荷Ｌをとって
いる。即ち、このターボコンパウンドエンジンにおい
て、タービン最大効率点は、市街地等の走行で中速中負
荷の時は符号ＮM ＬM で示す領域であり、市街地等の走
行で中速高負荷の時は符号ＮM ＬHで示す領域であり、
また、高速道路等の走行で高速中負荷の時は符号ＮH Ｌ
M で示す領域であり、高速道路等の走行で高速高負荷の
時は符号ＮH ＬH で示す領域である。
【００１７】具体的には、断熱エンジン１０が高負荷に
なった場合、即ち、図３に示す符号ＮM ＬH 及びＮH Ｌ
H の領域では、ターボチャージャ１の発電・電動機８を
発電運転して排気ガスエネルギーを回収し、パワーター
ビン７のタービン１８に流入する排気ガス流量即ち排気
ガス圧力を低減し、また、符号ＮM ＬM 及びＮM ＬHの
領域では、変速機２０を中速即ち減速側歯車列９へシフ
トし、符号ＮH ＬM 及びＮH ＬH の領域では、変速機２
０を高速即ち増速側歯車列１１へシフトする。即ち、パ
ワータービン７のタービン効率を７５％の最大効率点に
維持するため、コントローラ１５によって、ターボチャ
ージャ１の発電・電動機８の作動・非作動を制御した
り、また、変速機２０を中速又は高速側へシフトする制
御をして、タービン回転数ＴＮをＴＮ1 〜ＴＮ2 の範囲
で且つ膨張比ＥＲをＥＲ1 〜ＥＲ2の範囲になるように
コントロールする。
なった場合、即ち、図３に示す符号ＮM ＬH 及びＮH Ｌ
H の領域では、ターボチャージャ１の発電・電動機８を
発電運転して排気ガスエネルギーを回収し、パワーター
ビン７のタービン１８に流入する排気ガス流量即ち排気
ガス圧力を低減し、また、符号ＮM ＬM 及びＮM ＬHの
領域では、変速機２０を中速即ち減速側歯車列９へシフ
トし、符号ＮH ＬM 及びＮH ＬH の領域では、変速機２
０を高速即ち増速側歯車列１１へシフトする。即ち、パ
ワータービン７のタービン効率を７５％の最大効率点に
維持するため、コントローラ１５によって、ターボチャ
ージャ１の発電・電動機８の作動・非作動を制御した
り、また、変速機２０を中速又は高速側へシフトする制
御をして、タービン回転数ＴＮをＴＮ1 〜ＴＮ2 の範囲
で且つ膨張比ＥＲをＥＲ1 〜ＥＲ2の範囲になるように
コントロールする。
【００１８】このターボコンパウンドエンジンは、上記
のように構成されており、次のように作動される。この
ターボコンパウンドエンジンの作動の一実施例を図４を
参照して説明する。図４はこのターボコンパウンドエン
ジンの作動の一実施例を説明するための処理フロー図で
ある。このターボコンパウンドエンジンにおいて、断熱
エンジン１０が駆動されると、コントローラ１５には回
転センサー１７によって検出されたエンジン回転数Ｎが
入力され（ステップ２１）、負荷センサー１６によって
検出されたエンジン負荷Ｌが入力される（ステップ２
２）。コントローラ１５は、エンジン回転数Ｎが中速Ｎ
M であるか、又は高速ＮH であるかを判断する（ステッ
プ２３）。更に、エンジン回転数Ｎが中速ＮM である場
合に、エンジン負荷Ｌが中負荷ＬM であるか、又は高負
荷ＬH であるかを判断する（ステップ２４）。エンジン
回転数Ｎが中速ＮM で且つエンジン負荷Ｌが高負荷ＬH
である場合には、排気ガス圧力を低減するため、ターボ
チャージャ（ＴＣＧ）１の発電・電動機８を発電機運転
すると共に、断熱エンジン１０の回転数に合わせて効率
点を維持できるように変速機２０を減速側歯車列９にシ
フトする（ステップ２５）。また、エンジン回転数Ｎが
中速ＮM で且つエンジン負荷Ｌが中負荷ＬM である場合
には、排気ガス圧力を低減する必要がないので、発電・
電動機８の発電機運転はせずに、断熱エンジン１０の回
転数に合わせて効率点を維持できるように変速機２０を
減速側歯車列９にシフトする（ステップ２６）。
のように構成されており、次のように作動される。この
ターボコンパウンドエンジンの作動の一実施例を図４を
参照して説明する。図４はこのターボコンパウンドエン
ジンの作動の一実施例を説明するための処理フロー図で
ある。このターボコンパウンドエンジンにおいて、断熱
エンジン１０が駆動されると、コントローラ１５には回
転センサー１７によって検出されたエンジン回転数Ｎが
入力され（ステップ２１）、負荷センサー１６によって
検出されたエンジン負荷Ｌが入力される（ステップ２
２）。コントローラ１５は、エンジン回転数Ｎが中速Ｎ
M であるか、又は高速ＮH であるかを判断する（ステッ
プ２３）。更に、エンジン回転数Ｎが中速ＮM である場
合に、エンジン負荷Ｌが中負荷ＬM であるか、又は高負
荷ＬH であるかを判断する（ステップ２４）。エンジン
回転数Ｎが中速ＮM で且つエンジン負荷Ｌが高負荷ＬH
である場合には、排気ガス圧力を低減するため、ターボ
チャージャ（ＴＣＧ）１の発電・電動機８を発電機運転
すると共に、断熱エンジン１０の回転数に合わせて効率
点を維持できるように変速機２０を減速側歯車列９にシ
フトする（ステップ２５）。また、エンジン回転数Ｎが
中速ＮM で且つエンジン負荷Ｌが中負荷ＬM である場合
には、排気ガス圧力を低減する必要がないので、発電・
電動機８の発電機運転はせずに、断熱エンジン１０の回
転数に合わせて効率点を維持できるように変速機２０を
減速側歯車列９にシフトする（ステップ２６）。
【００１９】また、ステップ２３において、エンジン回
転数Ｎが高速ＮH である場合に、エンジン負荷Ｌが中負
荷ＬM であるか、又は高負荷ＬH であるかを判断する
（ステップ２７）。エンジン回転数Ｎが高速ＮH で且つ
エンジン負荷Ｌが高負荷ＬH である場合には、排気ガス
圧力を低減するため、ターボチャージャ（ＴＣＧ）１の
発電・電動機８を発電機運転すると共に、断熱エンジン
１０の回転数に合わせて効率点を維持できるように変速
機２０を増速側歯車列１１にシフトする（ステップ２
８）。また、エンジン回転数Ｎが高速ＮH で且つエンジ
ン負荷Ｌが中負荷ＬM である場合には、排気ガス圧力を
低減する必要がないので、発電・電動機８の発電運転は
せずに、断熱エンジン１０の回転数に合わせて最大効率
点を維持できるように変速機２０を増速側歯車列１１に
シフトする（ステップ２９）。このターボコンパウンド
エンジンでは、コントローラ１５による上記のような制
御を行うことによって、効率点にマッチングさせること
ができ、タービン効率を向上させることができる。
転数Ｎが高速ＮH である場合に、エンジン負荷Ｌが中負
荷ＬM であるか、又は高負荷ＬH であるかを判断する
（ステップ２７）。エンジン回転数Ｎが高速ＮH で且つ
エンジン負荷Ｌが高負荷ＬH である場合には、排気ガス
圧力を低減するため、ターボチャージャ（ＴＣＧ）１の
発電・電動機８を発電機運転すると共に、断熱エンジン
１０の回転数に合わせて効率点を維持できるように変速
機２０を増速側歯車列１１にシフトする（ステップ２
８）。また、エンジン回転数Ｎが高速ＮH で且つエンジ
ン負荷Ｌが中負荷ＬM である場合には、排気ガス圧力を
低減する必要がないので、発電・電動機８の発電運転は
せずに、断熱エンジン１０の回転数に合わせて最大効率
点を維持できるように変速機２０を増速側歯車列１１に
シフトする（ステップ２９）。このターボコンパウンド
エンジンでは、コントローラ１５による上記のような制
御を行うことによって、効率点にマッチングさせること
ができ、タービン効率を向上させることができる。
【００２０】
【発明の効果】この発明によるターボコンパウンドエン
ジンは、上記のように構成されており、次のような効果
を有する。即ち、このターボコンパウンドエンジンは、
発電・電動機を備えたターボチャージャ、負荷が中負荷
時に高効率になるように設定されているパワータービン
及び該パワータービンとクランク軸との間の伝動系に設
けた変速機を有するので、高負荷時には前記ターボチャ
ージャの前記発電・電動機を発電運転し、前記パワータ
ービンに流入する排気ガス圧力を低下させ、最適の膨張
比を制御して最大効率点を維持し、また、高速時には変
速機を増速側へシフトし、中速時には変速機を減速側へ
シフトし、断熱エンジンとの回転数を適合させると共
に、最適にエンジン回転数に維持することができ、それ
によって、パワータービンの高効率領域を保持すること
ができ、しかも、排気ガスエネルギーを前記ターボチャ
ージャと前記パワータービンとで効率的に回収すること
ができ、大型ターボコンパウンドエンジンを全作動領域
で高効率に作動させることができる。
ジンは、上記のように構成されており、次のような効果
を有する。即ち、このターボコンパウンドエンジンは、
発電・電動機を備えたターボチャージャ、負荷が中負荷
時に高効率になるように設定されているパワータービン
及び該パワータービンとクランク軸との間の伝動系に設
けた変速機を有するので、高負荷時には前記ターボチャ
ージャの前記発電・電動機を発電運転し、前記パワータ
ービンに流入する排気ガス圧力を低下させ、最適の膨張
比を制御して最大効率点を維持し、また、高速時には変
速機を増速側へシフトし、中速時には変速機を減速側へ
シフトし、断熱エンジンとの回転数を適合させると共
に、最適にエンジン回転数に維持することができ、それ
によって、パワータービンの高効率領域を保持すること
ができ、しかも、排気ガスエネルギーを前記ターボチャ
ージャと前記パワータービンとで効率的に回収すること
ができ、大型ターボコンパウンドエンジンを全作動領域
で高効率に作動させることができる。
【図１】この発明によるターボコンパウンドエンジンの
一実施例の外観を示す概略図である。
一実施例の外観を示す概略図である。
【図２】図１のこのターボコンパウンドエンジンの作動
系の一実施例を示す説明図である。
系の一実施例を示す説明図である。
【図３】エンジン回転数とエンジン負荷に関してのパワ
ータービンの効率点を示す説明図である。
ータービンの効率点を示す説明図である。
【図４】このターボコンパウンドエンジンの作動の一実
施例を説明するための処理フロー図である。
施例を説明するための処理フロー図である。
【図５】タービン回転数と膨張比に関してのタービン効
率を示すマップ図である。
率を示すマップ図である。
【図６】従来の断熱エンジンの一例を説明する説明図で
ある。
ある。
１ ターボチャージャ ２，１８ タービン ５，９Ｅ 排気通路 ７ パワータービン ８ 発電・電動機 ９ 減速側歯車列 １０ 断熱エンジン １１ 増速側歯車列 １２ クランク軸 １５ コントローラ １６ 負荷センサー １７ 回転センサー ２０ 変速機
Claims (2)
- 【請求項１】 エンジンの排気ガスエネルギーで駆動さ
れる発電・電動機を備えたターボチャージャ、該ターボ
チャージャの後流に設け且つ負荷が中負荷時に高効率に
なるように設定されているパワータービン、該パワータ
ービンをクランク軸に連結する伝動系に介在した変速
機、エンジン回転数と負荷を検出する各センサー、及び
該各センサーの検出信号に応答して、高負荷時に前記発
電・電動機を発電運転させて膨張比を低減すると共に前
記変速機をシフトする制御を行うコントローラを有する
ことを特徴とするターボコンパウンドエンジン。 - 【請求項２】 前記コントローラはエンジン回転数が高
速であることに応答して前記変速機を増速側にシフト
し、中速であることに応答して前記変速機を減速側にシ
フトする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の
ターボコンパウンドエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5058082A JPH06248966A (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | ターボコンパウンドエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5058082A JPH06248966A (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | ターボコンパウンドエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06248966A true JPH06248966A (ja) | 1994-09-06 |
Family
ID=13074003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5058082A Pending JPH06248966A (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | ターボコンパウンドエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06248966A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008138685A (ja) * | 1997-09-25 | 2008-06-19 | Denso Corp | 電動圧縮機の取付構造 |
| DE102011107436A1 (de) * | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Voith Patent Gmbh | Antriebsstrang, insbesondere Fahrzeugantriebsstrang |
-
1993
- 1993-02-24 JP JP5058082A patent/JPH06248966A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008138685A (ja) * | 1997-09-25 | 2008-06-19 | Denso Corp | 電動圧縮機の取付構造 |
| JP4569624B2 (ja) * | 1997-09-25 | 2010-10-27 | 株式会社デンソー | 電動圧縮機の取付構造 |
| DE102011107436A1 (de) * | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Voith Patent Gmbh | Antriebsstrang, insbesondere Fahrzeugantriebsstrang |
| WO2013004354A2 (de) | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Voith Patent Gmbh | Antriebsstrang, insbesondere fahrzeugantriebsstrang |
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