JPH0647937B2 - Turbo Compound Engine - Google Patents

Turbo Compound Engine

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JPH0647937B2
JPH0647937B2 JP61149586A JP14958686A JPH0647937B2 JP H0647937 B2 JPH0647937 B2 JP H0647937B2 JP 61149586 A JP61149586 A JP 61149586A JP 14958686 A JP14958686 A JP 14958686A JP H0647937 B2 JPH0647937 B2 JP H0647937B2
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JP
Japan
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exhaust
valve
turbine
exhaust gas
exhaust passage
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JP61149586A
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英男 河村
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/04Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using kinetic energy
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はターボコンパウンドエンジンに関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a turbo compound engine.

[従来の技術] 断熱エンジンの燃焼室をセラミックで形成し、排気マニ
ホールドにターボチャージャーとタービンを接続して、
排気ガスエネルギを効率よく回収しようとするものとし
て、一般にターボコンパウンドエンジンが知られてい
る。
[Prior Art] A combustion chamber of an adiabatic engine is made of ceramic, and a turbocharger and a turbine are connected to an exhaust manifold,
A turbo compound engine is generally known as a device for efficiently recovering exhaust gas energy.

このターボコンパウンドエンジンは、エンジンの熱発生
期間はできる限り断熱し、排気ガスに移動した熱エネル
ギによりターボチャージャーとタービンを駆動するディ
ーゼルエンジンサイクルとブライトンサイクルにより排
気ガスエネルギの回収を図ろうとするものである。
This turbo compound engine aims to recover the exhaust gas energy by the diesel engine cycle and the Brighton cycle that drive the turbocharger and the turbine by the heat energy transferred to the exhaust gas by insulating as much as possible during the heat generation period of the engine. is there.

ところでターボコンパウンドエンジンの先行例には第7
図に示す如き「2段過給内燃機関」(実開昭59-152142
号公報)の提案がある。
By the way, the preceding example of turbo compound engine is No. 7
"Two-stage supercharged internal combustion engine" as shown in the figure
Issue).

この提案は、高圧排気弁aを低圧排気弁bより先に開
き、かつ高圧排気弁を低圧排気弁bより先に閉じるよう
に構成することによって、高圧マニホールドcから排出
される高い圧力の脈動によって、先に高圧段ターボチャ
ージャーdを作動し、次に高圧段ターボチャージャーd
を経由した排気ガスと、高圧段ターボチャージャーdを
迂回して高圧段ターボチャージャーdの下流でかつ低圧
段ターボチャージャーeの上流に供給されたエンジンE
の排気ガスとの合流した排気ガスの静圧によって、低圧
段ターボチャージャーeを作動するように構成したもの
であり、排気ガスエネルギを有効に回収しエンジンEの
ポンピング損失を減少させるというものである。
According to this proposal, the high-pressure exhaust valve a is opened before the low-pressure exhaust valve b and the high-pressure exhaust valve is closed before the low-pressure exhaust valve b. , The high-pressure turbocharger d is activated first, and then the high-pressure turbocharger d
The engine E supplied to the downstream side of the high-pressure stage turbocharger d and the upstream side of the low-pressure stage turbocharger e, bypassing the exhaust gas via the high-pressure stage turbocharger d
The low pressure turbocharger e is configured to operate by the static pressure of the exhaust gas that merges with the exhaust gas, and the exhaust gas energy is effectively recovered to reduce the pumping loss of the engine E. .

[発明が解決しようとする課題] しかし、提案のように、全ての回転数、負荷において、
高圧排気弁を低圧排気弁より先に開き、かつ高圧排気弁
を低圧排気弁より先に閉じるように構成すると、排気ガ
スの流量が少ないときにあっても、高圧段ターボチャー
ジャー及び低圧段ターボチャージャーに充分な流量の排
気ガスを供給することができなくなり、適正な過給圧を
得ることができなくなってしまうという問題がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, as proposed, at all rotation speeds and loads,
When the high pressure exhaust valve is opened before the low pressure exhaust valve and the high pressure exhaust valve is closed before the low pressure exhaust valve, the high pressure turbocharger and the low pressure turbocharger are provided even when the flow rate of exhaust gas is low. However, there is a problem in that exhaust gas cannot be supplied at a sufficient flow rate and an appropriate boost pressure cannot be obtained.

本発明の目的は、排気流量が少ないときにもターボチャ
ージャーを良好に作動して適正な過給圧が得られるよう
に構成したターボコンパウンドエンジンを提供するにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a turbo compound engine configured so that a turbocharger operates well and an appropriate supercharging pressure is obtained even when the exhaust gas flow rate is small.

[課題を解決するための手段] 本発明は上記目的を達成するために、シリンダヘッドに
主排気弁により開閉される主排気通路と副排気弁により
開閉される副排気通路とを設け、その主排気通路にター
ボチャージャーのタービンを設け、かつそのタービンの
下流側に別にタービンを設けたターボコンパウンドエン
ジンにおいて、上記副排気通路の下流端を上記主排気通
路のターボチャージャーのタービンと別のタービンとの
間に連通させて接続し、上記副排気弁の開閉時期を上記
主排気弁より遅れて開弁するように、かつ主排気弁と同
時に閉じるように設定し、上記副排気通路にその副排気
弁の下流側に、エンジンの排気ガス流量に応じて副排気
通路の開度を調節する開閉弁を設けたものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a cylinder head with a main exhaust passage opened and closed by a main exhaust valve and a sub exhaust passage opened and closed by a sub exhaust valve. In a turbo compound engine in which a turbocharger turbine is provided in the exhaust passage and a turbine is separately provided on the downstream side of the turbine, the downstream end of the auxiliary exhaust passage is separated from the turbine of the turbocharger in the main exhaust passage and another turbine. The auxiliary exhaust valve is set to be opened and closed later than the main exhaust valve and to be closed at the same time as the main exhaust valve. An opening / closing valve that adjusts the opening degree of the sub exhaust passage according to the exhaust gas flow rate of the engine is provided on the downstream side of the.

[作用] 開閉弁は、排気ガス流量が充分なとき、たとえば高速高
負荷時に副排気通路を全開にする。このとき主排気弁に
遅れて副排気弁が開かれると、従来筒内に残留されてし
まっていた排気ガスが残留することなく副排気通路から
排出される。このため、筒内の圧力は下がりエンジンの
排気工程時の仕事量は減少し、吸気行程時の仕事量は減
少する。
[Operation] The on-off valve fully opens the sub exhaust passage when the exhaust gas flow rate is sufficient, for example, at high speed and high load. At this time, if the sub exhaust valve is opened later than the main exhaust valve, the exhaust gas that has been left in the cylinder in the past is discharged from the sub exhaust passage without remaining. For this reason, the pressure in the cylinder decreases, the work amount in the exhaust process of the engine decreases, and the work amount in the intake stroke decreases.

また開閉弁は、排気ガス流量が少ないときは、副排気通
路を、排気ガス流量に応じた開度に調節する。このた
め、副排気通路から主排気通路への排気ガス供給量は制
限される。よって、排気ガス流量が少ないときもターボ
チャージャーのタービンは良好に回転され、適正な過給
圧が確保される(例えば、エンジンにとって排気ガス流
量が最低量のときは、開閉弁は全閉となり、筒内の排気
ガスは、副排気通路から主排気通路へは供給されず、主
排気通路を通じてターボチャージャーのタービンへ供給
される)。
Further, the on-off valve adjusts the opening degree of the sub exhaust passage to an opening degree according to the exhaust gas flow rate when the exhaust gas flow rate is low. Therefore, the amount of exhaust gas supplied from the sub exhaust passage to the main exhaust passage is limited. Therefore, even when the exhaust gas flow rate is low, the turbine of the turbocharger is rotated well and an appropriate supercharging pressure is secured (for example, when the exhaust gas flow rate is the minimum amount for the engine, the on-off valve is fully closed, The exhaust gas in the cylinder is not supplied from the auxiliary exhaust passage to the main exhaust passage, but is supplied to the turbocharger turbine through the main exhaust passage).

[実施例] 以下に本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。
[Embodiment] A preferred embodiment of the turbo compound engine of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図にターボコンパウンドエンジンの概略断面を示
す。
FIG. 1 shows a schematic cross section of a turbo compound engine.

図において1はシリンダボディ、2はシリンダライナ、
3はピストン、4はシリンダヘッド、7は主排気弁であ
る。
In the figure, 1 is a cylinder body, 2 is a cylinder liner,
3 is a piston, 4 is a cylinder head, and 7 is a main exhaust valve.

シリンダライナ2は断熱性の高いセラミックにて形成さ
れており、そのシリンダライナ2内には、往復動自在に
ピストン3が収容される。シリンダボディ1上に着座し
て一体的に接合されるシリンダヘッド4,上記シリンダ
ライナ2,ピストン3とによりシリンダ室5が区画され
る。このシリンダヘッド4内には、シリンダ室5に連通
する主排気通路6が形成されており、シリンダヘッド4
内に往復動自在に設けられた主排気弁7によって開閉さ
れるようになっている。8aは、その主排気弁7のバル
ブフェイス7aが着座するバルブシートである。また、
シリンダヘッド4内には、上記主排気通路6に並行する
位置に、シリンダ室5に連通する副排気通路9が形成さ
れており、この副排気通路9は、シリンダヘッド4内に
往復動自在に設けられた副排気弁10によって開閉され
るようになっている。8bはその副排気弁10のバルブ
フェイス10aが着座するバルブシートである。主排気
通路6及び副排気通路9には、それぞれ排気マニホール
ドが接続されて排気系が構成される。
The cylinder liner 2 is made of highly heat-insulating ceramic, and the piston 3 is reciprocally housed in the cylinder liner 2. A cylinder chamber 5 is defined by the cylinder head 4, the cylinder liner 2, and the piston 3 which are seated on the cylinder body 1 and integrally joined thereto. Inside the cylinder head 4, a main exhaust passage 6 communicating with the cylinder chamber 5 is formed.
It is adapted to be opened and closed by a main exhaust valve 7 which is reciprocally provided therein. 8a is a valve seat on which the valve face 7a of the main exhaust valve 7 is seated. Also,
A sub-exhaust passage 9 communicating with the cylinder chamber 5 is formed in the cylinder head 4 at a position parallel to the main exhaust passage 6, and the sub-exhaust passage 9 is reciprocally movable in the cylinder head 4. It is adapted to be opened and closed by the auxiliary exhaust valve 10 provided. 8b is a valve seat on which the valve face 10a of the auxiliary exhaust valve 10 is seated. An exhaust system is constructed by connecting an exhaust manifold to each of the main exhaust passage 6 and the auxiliary exhaust passage 9.

第1図,第2図に示すように主排気通路6に接続の排気
マニホールド11は、一つの集合管としてターボチャー
ジャー12のタービンスクロール導入部12aに接続さ
れ、このターボチャージャー12の排出部14に接続の
排気マニホールド18は、排気ガスエネルギ回収用のタ
ービン15のタービンスクロール導入部16に接続され
ている。タービン15の排出部15aはマフラを備えた
排気マニホールド17に接続される。したがって、ター
ボチャージャー12,タービン15は主排気通路6の一
部となる排気マニホールド11,18,17に、その下
流方向に順次介設される。排気ガスエネルギ回収用のタ
ービン15には、これにより直接または間接的に作動さ
れて排気ガスエネルギを再利用できるエネルギとして回
収するエネルギ回収装置30が接続される。エネルギ回
路装置30としては例えば電力として排気ガスエネルギ
を回収するオルタネータが採用される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust manifold 11 connected to the main exhaust passage 6 is connected to the turbine scroll introduction portion 12 a of the turbocharger 12 as one collecting pipe, and is connected to the exhaust portion 14 of the turbocharger 12. The connected exhaust manifold 18 is connected to the turbine scroll introducing portion 16 of the turbine 15 for recovering exhaust gas energy. The exhaust part 15a of the turbine 15 is connected to an exhaust manifold 17 having a muffler. Therefore, the turbocharger 12 and the turbine 15 are sequentially provided in the exhaust manifolds 11, 18, and 17, which are part of the main exhaust passage 6, in the downstream direction. The turbine 15 for recovering exhaust gas energy is connected to an energy recovery device 30 that is directly or indirectly operated by this and recovers exhaust gas energy as energy that can be reused. As the energy circuit device 30, for example, an alternator that recovers exhaust gas energy as electric power is adopted.

一方、副排気通路9は副排気マニホールド19を介して
上記ターボチャージャー12,タービン15の接続部間
の排気マニホールド18に接続されており、この副排気
通路9には、エンジンEの排気ガス流量に応じて開度が
調節される開閉弁手段が設けられている。この開閉弁手
段は開閉弁20と、この開閉弁20の開度を調節するコ
ントローラ21及びそのコントローラ21の命令により
開閉弁20を動作するアクチュエータ22,エンジンの
排気ガス流量を検出しそのコントローラ21に検出値を
入力するセンサ(図示せず)から構成される。センサと
してはエンジンの排気ガス流量を検出できるものであれ
ば良く、具体的には負荷センサ,回転数センサまたは過
給圧センサ等が設けられる。
On the other hand, the auxiliary exhaust passage 9 is connected to an exhaust manifold 18 between the connecting portions of the turbocharger 12 and the turbine 15 via an auxiliary exhaust manifold 19, and the auxiliary exhaust passage 9 is connected to the exhaust gas flow rate of the engine E. An on-off valve means is provided whose opening is adjusted accordingly. The on-off valve means includes an on-off valve 20, a controller 21 for adjusting the opening degree of the on-off valve 20, an actuator 22 for operating the on-off valve 20 according to a command from the controller 21, an exhaust gas flow rate of the engine, and the controller 21 for detecting the exhaust gas flow rate. It is composed of a sensor (not shown) for inputting a detection value. Any sensor may be used as long as it can detect the exhaust gas flow rate of the engine, and specifically, a load sensor, a rotation speed sensor, a boost pressure sensor, or the like is provided.

第2図において25は吸気通路、26は吸気マニホール
ドで、その吸気通路25は吸気マニホールド26を介し
てターボチャージャー12及びタービン15のコンプレ
ッサ27に接続される。
In FIG. 2, 25 is an intake passage, 26 is an intake manifold, and the intake passage 25 is connected to the compressor 27 of the turbocharger 12 and the turbine 15 via the intake manifold 26.

第3図に主,副排気弁7,10の開閉時期を示す。FIG. 3 shows the opening and closing timings of the main and auxiliary exhaust valves 7 and 10.

図示されるように主排気弁7は、下死点(BDC)前で
開かれ上死点(TDC)を越えた位置で閉じられるよう
になっているのに対して、副排気弁10は、その主排気
弁7の最大リフト時に開作動されて主排気弁7と同時期
に閉じられるようになっている。
As shown in the figure, the main exhaust valve 7 is designed to be opened before bottom dead center (BDC) and closed at a position beyond the top dead center (TDC), while the sub exhaust valve 10 is The main exhaust valve 7 is opened at the maximum lift and closed at the same time as the main exhaust valve 7.

以下に本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。
The operation of the turbo compound engine of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図,第2図に示すように、エンジンEが始動されて
回転数,負荷が小さいときには、排気ガス流量が少な
い。このときコントローラ21は、その排気ガス流量に
応じて開閉弁20を閉作動するようにアクチュエータ2
2の動作量を調節する。したがって副排気通路9の開度
が小さくなるため、主排気通路6へ排気ガスのほとんど
が流れることになり、この排気ガスがターボチャージャ
ー12,タービン15を順次作動する。勿論排気ガス流
量がエンジンEにとって最低量であるときには、開閉弁
20が全閉に作動される。よって排気ガス流量が不足し
がちな低回転低負荷時にあっても、ターボチャージャー
12が良好に駆動され、適正な過給圧が得られと共にタ
ービン15の作動によって排気エネルギが有効に回収さ
れる。
As shown in FIGS. 1 and 2, when the engine E is started and the rotation speed and load are small, the exhaust gas flow rate is small. At this time, the controller 21 causes the actuator 2 to close the on-off valve 20 according to the flow rate of the exhaust gas.
Adjust the movement amount of 2. Therefore, since the opening degree of the sub exhaust passage 9 becomes small, most of the exhaust gas flows into the main exhaust passage 6, and this exhaust gas sequentially operates the turbocharger 12 and the turbine 15. Of course, when the exhaust gas flow rate is the minimum amount for the engine E, the on-off valve 20 is fully closed. Therefore, even at the time of low rotation and low load where the exhaust gas flow rate tends to be insufficient, the turbocharger 12 is driven well, an appropriate supercharging pressure is obtained, and the exhaust energy is effectively recovered by the operation of the turbine 15.

コントローラ21は、排気ガス流量が充分な高速高負荷
時は、アクチュエータ22を制御して開閉弁20を全開
とし、副排気通路9を全開にする。このとき主排気弁7
に遅れて副排気弁10が開かれると、従来シリンダ室5
内に残留されてしまっていた排気ガスは、残留すること
なく副排気通路9から排出される。このため、シリンダ
室5内の圧力は下がりエンジンの排気行程時の仕事量及
び吸気行程時の仕事量は減少する。
When the exhaust gas flow rate is high and the load is high, the controller 21 controls the actuator 22 to fully open the open / close valve 20 and fully open the sub exhaust passage 9. At this time, the main exhaust valve 7
When the auxiliary exhaust valve 10 is opened after the delay, the conventional cylinder chamber 5
The exhaust gas left inside is discharged from the auxiliary exhaust passage 9 without remaining. For this reason, the pressure in the cylinder chamber 5 decreases, and the work amount during the exhaust stroke and the work amount during the intake stroke of the engine decrease.

第4図は本発明の実施例のターボコンパウンドエンジン
と、従来のターボコンパウンドエンジンとの比較を示す
p−v線図である。
FIG. 4 is a p-v diagram showing a comparison between the turbo compound engine of the embodiment of the present invention and a conventional turbo compound engine.

図において実線aが本発明の実施例、破線bが従来例を
示す。
In the figure, the solid line a indicates the embodiment of the present invention, and the broken line b indicates the conventional example.

このp−v線図では、エンジンのディーゼルサイクルD
S とターボチャージャー12,タービン15のタービン
サイクルTS とが複合されて表されている。図において
ディーゼルサイクルDS はイが圧縮始め、ロが圧縮端、
ハが熱発生期間、ニ−ホが膨張行程、ホ−ヘがブローダ
ウン期間、ヘ−トが排気行程、チ−イが吸気行程であ
る。また、PB は過給圧を示している。
In this p-v diagram, the diesel cycle D of the engine
S and the turbine cycle TS of the turbocharger 12 and the turbine 15 are represented as a composite. In the figure, in the diesel cycle DS, a begins to compress and b the compression end,
C is the heat generation period, N is the expansion stroke, W is the blowdown period, HEAT is the exhaust stroke, and CH is the intake stroke. Further, PB indicates supercharging pressure.

まず高速高負荷時のように排気ガスエネルギが充分であ
る場合について説明する。
First, the case where the exhaust gas energy is sufficient as in the case of high speed and high load will be described.

従来例bが示すディーゼルサイクルのように、吸排気行
程時のヘ−ト−チ−イは、過給圧PB を基準とした場合
にエンジンにとって負の仕事となり大きな負担となる。
これに対し本発明の実施例aでは排気ガスエネルギが充
分な高速,高負荷時にあっては、コントローラ21の指
令により、アクチュエータ22が開閉弁20を全開にし
て、主排気通路6のみならず副排気通路9に排気ガスが
供給されるようにしているため、シリンダ室5内に排気
ガスが残留してしまうことがない。よってシリンダ室5
の圧力は第4図のリ位置からヌ位置まで降下される。こ
の状態で排気行程を終了しても主排気通路6からの排気
ガスにターボチャージャー12を駆動できる充分な排気
ガスエネルギがある場合には、過給圧がPB に保持され
る。したがって、排気行程時においてシリンダ室5の内
圧を低くすることができ、吸気行程時に新気をシリンダ
室5内にスムーズに導入させることができる。即ち、第
4図のヌ−ルに示す排気行程は過給圧PB よりも低くな
り、吸排気行程時のリ−ト−チ−ヲを仕事として減少さ
せヲ−ヌ−ル−チを正の仕事とすることができる。ター
ビン15を駆動する排気ガスエネルギはエネルギ回収装
置30により回収されるため、この回収エネルギが再び
動力,電力エネルギとして有効利用される。また排気ガ
スをシリンダ室5内に残さずに排出できることはシリン
ダ室5内の高温化を防ぎ、吸気を熱することを抑えるこ
とになるため、吸気の吸入効率を安定させて出力の低下
を抑えることができる。なお実施例にあって副排気弁1
0を開弁させるリ位置は排気ガスエネルギ,エンジンの
フリクションを考慮して排気行程の途中の適正な位置に
設定される。
As in the diesel cycle shown in the conventional example b, the gate charge during the intake / exhaust stroke becomes a negative work for the engine when the boost pressure PB is taken as a reference, and becomes a heavy burden.
On the other hand, in the embodiment a of the present invention, when the exhaust gas energy is sufficiently high speed and high load, the actuator 22 fully opens the on-off valve 20 according to the command of the controller 21, so that not only the main exhaust passage 6 but also the auxiliary exhaust passage 6 is opened. Since the exhaust gas is supplied to the exhaust passage 9, the exhaust gas does not remain in the cylinder chamber 5. Therefore, the cylinder chamber 5
The pressure of is dropped from the re-position in FIG. 4 to the n-position. Even if the exhaust stroke is completed in this state, if the exhaust gas from the main exhaust passage 6 has sufficient exhaust gas energy to drive the turbocharger 12, the boost pressure is maintained at PB. Therefore, the internal pressure of the cylinder chamber 5 can be lowered during the exhaust stroke, and fresh air can be smoothly introduced into the cylinder chamber 5 during the intake stroke. That is, the exhaust stroke shown by the number in FIG. 4 becomes lower than the supercharging pressure PB, and the reach-wheel during the intake-exhaust stroke is reduced as a work to make the positive one-wheel reach. Can be a job. Since the energy of the exhaust gas that drives the turbine 15 is recovered by the energy recovery device 30, this recovered energy is effectively used again as power and electric energy. Further, exhaust gas can be exhausted without being left inside the cylinder chamber 5, which prevents the temperature inside the cylinder chamber 5 from rising and suppresses heating of the intake air. Therefore, intake efficiency of intake air is stabilized and decrease in output is suppressed. be able to. In the embodiment, the auxiliary exhaust valve 1
The reposition for opening 0 is set to an appropriate position in the middle of the exhaust stroke in consideration of exhaust gas energy and engine friction.

これらの結果は、ディーゼルサイクル及びタービンサイ
クル(=ブライトンサイクル)にも好影響を与える。即
ちターボチャージャー12の仕事は膨張行程でタ−レに
示すように低下されて、タービン15のタービン仕事
が、レ−ソまで増加される。これはタービン仕事量を増
加できることを示し、排気ガスエネルギ回収効率を向上
できることを示す。このことは、エネルギ回収装置30
を駆動するタービン15の仕事量が増えることになっ
て、この増加に伴って再利用できる回収エネルギが増加
することを示す。本実施例では、エネルギ回収装置30
としてのオルタネータが駆動され、タービン仕事の増加
に応じた電力を得ることができる。ここで得られた電力
は再び動力などに再利用される。
These results also positively affect the diesel cycle and turbine cycle (= Brighton cycle). That is, the work of the turbocharger 12 is reduced in the expansion stroke as shown in the tare, and the turbine work of the turbine 15 is increased to the laser. This shows that the turbine work can be increased and the exhaust gas energy recovery efficiency can be improved. This means that the energy recovery device 30
It means that the amount of work of the turbine 15 that drives the engine increases, and the recovered energy that can be reused increases with this increase. In this embodiment, the energy recovery device 30
As the alternator is driven, electric power can be obtained according to the increase of turbine work. The electric power obtained here is reused for power again.

次に低速,低負荷時のように排気ガスエネルギ、即ち排
気ガス流量の少ない場合について説明する。この場合、
副排気弁10は、リ位置で開かれることになるが、コン
トローラ21は、アクチュエータ22を制御して副排気
通路9を全閉側に作動する。よって主排気弁7より副排
気弁10が遅れて開かれても、副排気通路9から主排気
通路6へは排気ガスは供給されず、シリンダ室5内の排
気ガスは全て主排気通路6のみに供給される。よって、
排気ガス流量が少ないときあってもターボチャージャー
12タービンは良好に回転し、適正な過給圧が得られ
る。
Next, the case where the exhaust gas energy, that is, the exhaust gas flow rate is small, as in the case of low speed and low load, will be described. in this case,
The auxiliary exhaust valve 10 is opened at the reposition, but the controller 21 controls the actuator 22 to operate the auxiliary exhaust passage 9 to the fully closed side. Therefore, even if the auxiliary exhaust valve 10 is opened later than the main exhaust valve 7, the exhaust gas is not supplied from the auxiliary exhaust passage 9 to the main exhaust passage 6, and the exhaust gas in the cylinder chamber 5 is entirely in the main exhaust passage 6. Is supplied to. Therefore,
Even when the exhaust gas flow rate is small, the turbocharger 12 turbine rotates well and an appropriate boost pressure can be obtained.

したがって、ターボコンパウンドエンジンのように排気
ガスのエネルギを2つのタービンで有効に利用すること
ができ、回転機のように風量の変化が二次関数的に増加
する高速高負荷時に於けるエネルギ回収と、低速低負荷
時に於けるエネルギ回収とを両立させることができる。
Therefore, the energy of the exhaust gas can be effectively used by the two turbines as in the turbo compound engine, and the energy recovery at the time of high speed and high load where the change of the air volume increases quadratically like the rotating machine and It is possible to achieve both energy recovery at low speed and low load.

なお、第5図及び第6図に示すように、主排気通路6の
ターボチャージャー12の下流に、タービン15の代わ
りに第2のターボチャージャー15bを設けてエンジン
を過給するように構成することも当然可能である。
As shown in FIGS. 5 and 6, a second turbocharger 15b is provided instead of the turbine 15 downstream of the turbocharger 12 in the main exhaust passage 6 so as to supercharge the engine. Of course it is possible.

[発明の効果] 以上説明したことから明らかなように本発明のターボコ
ンパウンドエンジンによれば次の如き優れた効果を発揮
できる。
[Effects of the Invention] As is apparent from the above description, the turbo compound engine of the present invention can exhibit the following excellent effects.

高速高負荷時の排気行程及び吸気行程の仕事量を減少さ
せることができ、かつ排気ガス流量の少ないときにあっ
ても適正な過給圧を得ることができる。
The work of the exhaust stroke and the intake stroke at high speed and high load can be reduced, and an appropriate boost pressure can be obtained even when the exhaust gas flow rate is small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のターボコンパウンドエンジンの第1実
施例を示す概略図、第2図は第1図のターボコンパウン
ドエンジンの全体図、第3図は主,副排気弁の開閉時期
を示す図、第4図はディーゼルサイクルとタービンサイ
クルを示すp−v線図、第5図は本発明のターボコンパ
ウンドエンジンの第2実施例を示す概略図、第6図は第
5図のターボコンパウンドエンジンの全体図、第7図は
従来の2段過給内燃機関を示す概略図である。 図中、6は主排気通路、9は副排気通路、12はターボ
チャージャー、15は排気ガスエネルギ回収用のタービ
ン、20は開閉弁、Eはエンジンである。
FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a turbo compound engine of the present invention, FIG. 2 is an overall view of the turbo compound engine of FIG. 1, and FIG. 3 is a view showing opening / closing timings of main and auxiliary exhaust valves. FIG. 4 is a p-v diagram showing a diesel cycle and a turbine cycle, FIG. 5 is a schematic diagram showing a second embodiment of the turbo compound engine of the present invention, and FIG. 6 is a turbo compound engine of FIG. An overall view and FIG. 7 are schematic views showing a conventional two-stage supercharged internal combustion engine. In the figure, 6 is a main exhaust passage, 9 is an auxiliary exhaust passage, 12 is a turbocharger, 15 is a turbine for collecting exhaust gas energy, 20 is an opening / closing valve, and E is an engine.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリンダヘッドに主排気弁により開閉され
る主排気通路と副排気弁により開閉される副排気通路と
を設け、その主排気通路にターボチャージャーのタービ
ンを設け、かつそのタービンの下流側に別にタービンを
設けたターボコンパウンドエンジンにおいて、上記副排
気通路の下流端を上記主排気通路のターボチャージャー
のタービンと別のタービンとの間に連通させて接続し、
上記副排気弁の開閉時期を上記主排気弁より遅れて開弁
するように、かつ主排気弁と同時に閉じるように設定
し、上記副排気通路にその副排気弁の下流側に、エンジ
ンの排気ガス流量に応じて副排気通路の開度を調節する
開閉弁を設けたことを特徴とするターボコンパウンドエ
ンジン。
1. A cylinder head is provided with a main exhaust passage opened and closed by a main exhaust valve and a sub exhaust passage opened and closed by a sub exhaust valve, a turbine of a turbocharger is provided in the main exhaust passage, and a downstream of the turbine. In a turbo compound engine in which a turbine is separately provided on the side, the downstream end of the auxiliary exhaust passage is connected to be connected between the turbine of the turbocharger of the main exhaust passage and another turbine,
The opening / closing timing of the auxiliary exhaust valve is set to be opened later than the main exhaust valve and to be closed at the same time as the main exhaust valve, and the engine exhaust gas is provided in the auxiliary exhaust passage downstream of the auxiliary exhaust valve. A turbo compound engine having an on-off valve for adjusting the opening of the auxiliary exhaust passage according to the gas flow rate.
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