JPH0842364A - ターボコンパウンド型燃焼エンジン - Google Patents

ターボコンパウンド型燃焼エンジン

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JPH0842364A
JPH0842364A JP7113011A JP11301195A JPH0842364A JP H0842364 A JPH0842364 A JP H0842364A JP 7113011 A JP7113011 A JP 7113011A JP 11301195 A JP11301195 A JP 11301195A JP H0842364 A JPH0842364 A JP H0842364A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 重量自動車におけるコンパウンド型のエンジ
ンの、特に高速度下における、エンジンブレーキ効果を
増加させること。 【構成】 本発明は部分的に第１タービン（３）を駆動
してコンプレッサー（４）を駆動し、燃焼空気を供給、
圧縮し、また部分的に第２タービン（２）を駆動して機
械式伝達装置（１）を介して排気ガス中の残留エネルギ
ーをエンジンのクランクシャフト（１０）に伝達するコ
ンパウンド型の燃焼エンジン（７）を提供する。第２出
力タービン（２）の排気ガスの下流側に排気ガスブレー
キ（６）が位置し、これが与えられた排気ガス温度制限
の中でブレーキ効果を大きく増加させ、同一条件の下で
は従来型の過給機ディーゼルエンジンより２７％もブレ
ーキ効果を増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はターボコンパウンド型燃
焼エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】４行程の燃焼エンジンのブレーキ効果を
改善するための既知の手段は、排気ガスマニホルドの出
口に排気ガスブレーキダンパを配置することである。こ
の排気ガスダンパを閉じると、エンジンは排気行程中に
排気ガスを閉じられたダンパに向かってポンプ作用さ
せ、その結果エンジンブレーキ効果を増加させる。なか
でもブレーキ効果の応答をより速くするために、排気ガ
スブレーキダンパをシリンダーの排気ガス弁に対してで
きるだけ近接して配置する努力がなされてきており、好
ましくは、シリンダー状の排気ガス支管が合流して共通
の排気ガスダクトを形成する部位の直後に配置する努力
がなされてきている。ある種の場合には、エンジンの排
気ガス側における脈動ノイズを減少させるために、２あ
るいはそれ以上の別々の排気ガスマニホルドが排気ガス
をタービン内に２あるいはそれ以上の案内レールを有し
たタービンに導いている過給機（スーパーチャージャ
ー）の直後にダンパを位置させてもよい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ターボコンパウンド型
エンジンに関して言うと、ターボコンパウンド型エンジ
ンのブレーキ効果を増加させようとするための多数の解
決法に対して特許がなされてきている。例えば、ヨーロ
ッパ特許第２７２６８０号や米国特許第４７４８８１２
号はいわゆるジェイクブレーキ（Ｊａｋｅ ｂｒａｋ
ｅ）を有したエンジンに関する解決法が示されている。
そのようなブレーキは圧縮行程の終期に排気ガス弁を少
し開くことによりエンジンブレーキを作動させる。記述
した既知の解決法は、過給機タービンと出力タービンと
の間に配設された特別な排気ガスダンパを用いており、
スロットルダクトが開くと同時に過給機タービンからの
流れを閉じ、従って、出力タービンは出力タービンの伝
達装置が逆転されると同時にスロットルに対してポンプ
作用をすることができるようになっている。この解決法
は幾つかの歯車を有した逆転可能なギャボックスを含ん
でいて、技術的に複雑になり、高価になる。
【０００４】米国特許第５１１９６３３号は、いわゆる
ジェイクブレーキを備えたエンジンの他の例を示してお
り、出力タービンの単純なバイパスがエンジンブレーキ
が作動するやいなや作動する。増加するブレーキ効果は
クランクシャフトへ供給される出力タービン駆動出力に
よって達成されるようになっており、クランクシャフト
は出力タービンへの流れがなくなるので、大きく分離さ
れる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、コンパ
ウンド型燃焼エンジン、特に重量トラックやバスのため
の駆動装置の一部を形成するエンジンにおいて、エンジ
ンブレーキ効果、特に高速エンジン速度の時のブレーキ
効果を極めて大きく改善することにある。
【０００６】第２の目的は、排気ガスの温度を余り高く
せず、あるいは排気ガスの背圧をあまり大きくしない
で、より大きなブレーキ効果を提供することにある。
【０００７】更に他の目的は、与えられたブレーキ効果
において、基本エンジンにかかる温度負荷と圧力負荷と
を減少させ、それによって基本エンジンや、燃焼噴射器
およびシールの使用寿命を長くし、過大温度に到達せず
にエンジンブレーキの作動期間をより長くすることにあ
る。
【０００８】他の目的は、多数の歯車からなる特別な逆
転可能な機械的伝達装置や、複雑な排気ゲート装置を必
要とせずに、機械的に単純でかつ安価な系統を有した、
ターボコンパウンド型のエンジンに、大きなエンジンブ
レーキ効果を提供することにある。
【０００９】これらの点に関して、本発明の特徴は特許
請求の範囲第１項の特徴部分に示されている。
【００１０】
【実施例】図１は好ましくは大型トラックあるいは大型
バスのための駆動装置の一部を形成しているターボコン
パウンド型の燃焼エンジン７を示す。このエンジンは好
ましくは直接噴射式のディーゼルエンジンであり、排気
ガスによって駆動されるタービン３とタービン軸１９に
設けられたコンプレッサー４とを有する過給機１４が、
燃焼空気を圧縮、供給するために用いられる。
【００１１】入口空気は、従来通り、図中の白い矢印に
よって示されるように、入口ダクト１５を通って、図示
されてはいないが空気フィルターを通り、最初にコンプ
レッサー４へ送られ、その後で、給気クーラ５へ送ら
れ、その結果として圧縮されかつ冷却された空気がエン
ジン入口の分岐管９（図示せず）へ供給される。エンジ
ンからの排気ガスは最初に排気ガスマニホルド８に集め
られ、次に図中の黒色の矢印によって示されるように、
第１排気ガスダクト１１、ここでは分割されたタービン
３へのらせん状の入口、を通ってコンプレッサーを駆動
するための過給機タービン３へ導かれる。その後、排気
ガスは第２排気ダクト１２を通って、出力タービン２へ
送られ、また従来通りに第３排気ガスダクト１３を通っ
て、図示されてはいないサイレンサーや多分排気ガス浄
化装置へ送られる。出力タービン２はターボコンパウン
ド型エンジンにおいて、排気ガスが過給機タービンを通
過した後に、排気ガスから残留エネルギーを抽出するた
めに用いられる。排気ガスは通常のエンジン回転数の場
合、出力タービンを毎分６０，０００回転にもおよぶ極
めて高速で駆動させるが、この通常のエンジン回転数
は、重量トラックのディーゼルエンジンの場合で毎分約
１４００ないし２０００回転である。結果として得られ
る駆動トルクは伝達機構１を介して燃焼エンジンのクラ
ンクシャフト１０へ伝達される。伝達機構は回転速度を
段階的に降下させ、また流体クラッチ１６を効果的に組
み込んでいる。駆動装置の総合効率は、燃焼空気を圧縮
して、正の駆動トルクをエンジンのクランクシャフトに
供給するために、排気ガスをよりよく利用することによ
って改善される。排気ガスの支管８における約６５０℃
の通常の排気ガス温度から、排気ガスの温度は、単純な
過給機エンジンとコンパウンドエンジンとにおいて、過
給機タービン３を通過することにより約１５０℃低下す
るが、コンパウンドエンジンでは排気ガスの温度は出力
タービン２を通過する時に更に１００℃−１１０℃低下
する。この事実はタービンを通過する時に大きく圧力降
下することと組み合って、大量のエネルギーが出力ター
ビンによって利用され、かつ燃焼エンジンのクランクシ
ャフトに供給されることを意味している。
【００１２】本発明の特徴は、出力タービンの出口に連
結された第３の排気ガスダクト１３の出力タービン２の
下流側に、可変的なスロットルダンパ、好ましくは、排
気ガスブレーキダンパ６が配置されている点である。こ
のような位置関係によると、エンジンとダンパとの間で
集められる排気ガスの容積が比較的大きくなり、このこ
とは全体的なエンジンブレーキ効果を得るための応答時
間に関する明確な利点である。しかしながら、通常のエ
ンジン速度においては、この排気ガスの容積は、ブレー
キ効果の目立った遅れもなく比較的速く満たされる。
【００１３】排気ガスダンパ６は、所定の閉鎖力を有し
たサーボがダンパに作用している図１に示したような閉
位置において、ガス漏洩のないシールを提供するように
設計されている。サーボは圧力制御された制御シリンダ
ー１８の形をとっていてもよく、これは圧力アキュムレ
ータ１７に連結された制御弁２１を開くことによって加
圧される。重量車両の場合には、圧力アキュムレータ１
７はブレーキやその他の設備に関して用いられる圧縮空
気装置の一部分を従来のように形成していてもよく、か
つアキュムレータ１７の中に系統圧力を維持するための
コンプレッサー２６を組み入れている。
【００１４】制御シリンダー内に配置された戻しばね２
４の作用に抗して排気ガスダンパ６を閉鎖させることに
なる弁２１の開放操作は、自動車の運転手によって行わ
れるエンジンブレーキ操作に応じて制御装置２０を介し
て制御されるが、このことは運転手がブレーキペダル２
５を踏んだ後で自動的に行われ（このことはブレーキペ
ダル接点２２を介して検出される）るか、あるいは運転
手が特別なエンジンブレーキ制御装置２３を作動させた
時に行われる。
【００１５】気密性ダンパを圧力制御することによっ
て、エンジンと排気ガスダンパとの間に位置する排気ガ
ス容積が急速に満され、加圧されることになり、それに
よってエンジンを流れる空気の流れが少ないエンジン低
速度の場合でも、エンジンブレーキの迅速かつ良好な応
答が得られる。
【００１６】他の既知の場合においては、排気ガスダン
パには、最大排気ガス圧力を制限する目的で、所定のリ
ークギャップが設けられている。そのような解決法は、
エンジン速度が低い場合にエンジンブレーキの応答をよ
り遅くし、その効果をより小さくするという欠点を有し
ている。リークギャップはまた、エンジンの排気ガス弁
に関する弁ばねをより弱くして、従って、排気ガスマニ
ホルド内の排気ガス圧力が高くなって、排気ガス弁の開
放を開始させるという危険性をなくすることを可能にし
ているが、排気ガス弁がエンジンサイクルの中で全く不
適切な時期に開き、かつ作用するという危険性が次に生
じる。
【００１７】しかしながら、本発明によると、排気ガス
ダンパが所定の閉鎖力において、気密性シールを提供す
ることが利点である。このことは、排気ガスダンパを閉
じてエンジンブレーキに切り替わった時に、出力タービ
ンが排気ガスを排気ガスダンパに対してポンプ作用を開
始し、出力タービンの下流側を閉鎖力に対応した排気ガ
ス圧力に維持することを意味している。この目的のため
に、排気ガスダンパには排気ガスダクト１３に関して偏
心した枢軸が設けられていて、ダンパの大きい方の半体
が下流側に向けられていることが好ましく、従って、閉
鎖運動の間にはダンパの大きい方の半体が排気ガス流に
対抗して移動する。そのような偏心的な排気ガスダンパ
は、排気ガス圧力が大きくなり過ぎた時に開く。
【００１８】エンジンブレーキが作動していない常時に
も出力タービンからクランクシャフトへ流れていた出力
ガスの流れが、エンジンブレーキに切り替わった時に
は、逆転してエンジンから出力タービンへ流れる。この
ことは、出力タービンの伝達装置１内に配置された流体
クラッチ１６がエンジンブレーキの時には、正のスリッ
プの代わりに負のスリップをすることを意味している。
スリップは普通は約３ないし５％である。スリップのパ
ーセンテージは、１００−（ηpump−ηturb）／ηpump
で表わされ、ここでηpumpはタービンに連結された流体
クラッチの半体の回転速度を示し、ηturbはエンジンの
クランクシャフトに連結された流体クラッチの半体の回
転速度を示す。
【００１９】２つの同一の６気筒、１１リットルのディ
ーゼルエンジン、一方は過給機のみが設けられていて、
排気ガスブレーキが過給機タービンの出口より後に位置
しているターボエンジンと呼ぶエンジンであり、他方は
過給機タービンの下流側に出力タービンが設けられてい
て、排気ガスブレーキが出力タービンの下流側に配置さ
れているコンパウンドエンジンと呼ぶエンジンを実際的
に比較すると、許される最大排気ガス温度において、コ
ンパウンドエンジンの方にエンジンブレーキ効果がかな
り増大するということがわかる。毎分約２３００回転と
いう全速力でエンジンが作動している時に排気ガスブレ
ーキをかけると、コンパウンドエンジンは排気ガス温度
と排気ガスブレーキのタイプとが同じ場合に、最大排気
ガス温度を越えることなしに、ターボエンジンのブレー
キ効果よりほぼ２７％大きなブレーキ効果を得ることが
できる。
【００２０】テストによると、排気ガス温度が１℃上昇
する毎に、コンパウンドエンジンでは０．６０ｋｗのブ
レーキ効果を増大させ、ターボエンジンでは約０．４５
ｋｗのブレーキ効果の増大であることがわかる。
【００２１】排気ガスダンパの前における排気ガス圧力
に関するテストによると、コンパウンドエンジンでは圧
力が１バール増加するごとに４３．５ｋｗのブレーキ効
果が得られ、他方ターボエンジンでは約３４．６ｋｗの
増加であることがわかる。これらの結果は、純粋なター
ボエンジンと比較した“ジェイクブレーキ”によって制
御されるエンジンにおけるバイパス出力タービンに適用
された米国特許第５１１９６３３号によるブレーキトル
クの増加と比較してもよい。圧縮サイクルの閉鎖段階中
に排気ガス弁を開くために特別な装置を設け、かつ出力
タービンにバイパス制御装置を設けたこのより複雑なエ
ンジンは、ブレーキトルクを２５％以上に増加させるた
めに要求されている。
【００２２】本発明によるような、出力タービンの下流
側に排気ガスダンパを設けた単純な装置は、必ずしもで
はないが好ましくはバイパスダクトを省略することがで
き、極めて単純な装置によってエンジンブレーキ効果を
少なくとも同じように改善することができる。
【００２３】出力タービンの下流側に配置された排気ガ
スブレーキのスロットルが、与えられた限定的な許容排
気ガス温度において、ブレーキ効果をそのように大きく
増加させることができる理由は、出力タービンがエンジ
ンによって駆動されるように切り替わるからであり、そ
れによって多くの効果が発生する。最初に生じる効果
は、クランクシャフトがコンプレッサー状態になってポ
ンプとして出力タービンを駆動させるように切り替わっ
た時にクランクシャフトに伝えるブレーキトルクであ
り、排気ガスは排気ガスダンパに対してポンプ作用され
る。出力タービンは圧力制御の気密性ダンパと協動して
排気ガス圧力を増加した状態に維持し、これは排気ガス
ダンパを閉状態に維持しておくのに必要な制御圧力と一
致する。出力タービンが原理的には最大効率で排気ガス
によって駆動されるという事実は、その逆のポンプ機能
は、排気ガスブレーキの作動中は、効率が低いというこ
とを意味している。このことは出力タービンにかかる温
度負荷を増加させる大きな乱流の形成にも反映される。
しかしながら、出力タービンから得られるポンプ効果は
基本エンジンを通過する質量流量を、与えられたブレー
キ効果を維持しながら増加させ、それによって基本エン
ジン及びエンジン冷却装置にかかる温度負荷を軽減させ
ることになる。
【００２４】与えられた全体的なブレーキ効果に関して
言うと、本発明による排気ガスブレーキの位置どりによ
って、排気ガスが加えられた時にエンジンを通る質量流
量は増加するが、基本タービンにかかる温度負荷は出力
タービンにかかる温度負荷よりもかなりの程度低下する
という効果が得られる。この質量流量の増加は、部分的
にはある程度まで出力タービンから得られポンプ効果に
よるものである。その結果、総合ブレーキ効果は、例え
ば、排気ガスブレーキの制御圧力を増加させることによ
って増加させることができ、エンジンから出る排気ガス
の温度は、過給機タービンの後に排気ガスブレーキを配
置した従来型の過給機エンジンと同じ程度にまでなるこ
とができる。
【００２５】総合ブレーキ効果は２つの要素、すなわ
ち、基本エンジンのブレーキ効果と、出力タービンから
クランクシャフトに供給されるブレーキトルクとからな
っている。これら２つの要素は一緒になって、エンジン
を出ていく排気ガスの温度を与えられた許容温度にしな
がら、従来型の過給機エンジンで得られる総合ブレーキ
効果よりもかなり大きなブレーキ効果を与えることにな
り、それに対し、過給機エンジンでは排気ガスブレーキ
は過給機タービンの後に配置されていて、ブレーキ効果
は基本エンジンからしかこないことになっている。
【００２６】他の解決法（図示せず）によると、気密性
ダンパは、サーボによって閉鎖維持される。このサーボ
は、排気ガス圧力によっては作動せず、従ってダンパは
開き、また排気ガスダンパは燃焼エンジンの排気ガスマ
ニホルドにおける排気ガスの温度を検出する温度制御に
よって制御される。しかしながら、この解決法は、従来
型の排気ガスダンパを用いる場合には、非常に応答速度
の速い温度センサーを用いる必要がある。本質的なこと
は、エンジン排気ガスマニホルド内の温度が、エンジン
の噴射器やガスケットに影響を与えるような温度を越え
ないようにすることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気ガスブレーキがコンパウンド
タービンの下流側に配置されたタービンコンパウンド型
の燃焼エンジンの概略図。
【符号の説明】
２ 出力タービン ３ 過給機タービン ４ コンプレッサー ６ ブレーキスロットル ７ 燃焼エンジン ８ 排気ガスマニホルド １０ クランクシャフト １１ 第１排気ガスダクト １２ 第２排気ガスダクト １３ 第３排気ガスダクト １６ 流体クラッチ １８ サーボ機構 １９ シャフト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーカン フランソン スウェーデン国ブヨルンルンダ，グランベ ーゲン 27 (72)発明者 シグバード オレ スウェーデン国ソーデルタールイエ，スタ ラグンヒルドスガタン 37エイ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼エンジンからの排気ガスを受留め
    て、第１排気ガスダクト（１１）を通って、エンジンに
    供給される燃焼空気のためのコンプレッサー（４）を駆
    動する過給機タービン（３）へ通過させる排気ガスマニ
    ホルド（８）と、前記過給機タービンの出口に連結され
    た第２排気ガスダクト（１２）の過給機タービンの下流
    側に配置された出力タービン（２）とを具備し、前記出
    力タービンが伝達装置（１）を介して、排気ガスから抽
    出されたエネルギーを燃焼エンジンのクランクシャフト
    （１０）へ伝達するターボコンパウンド型燃焼エンジン
    （７）において、排気ガスブレーキスロットル（６）、
    好ましくは排気ガスダンパが、出力タービンの出口に連
    結された第３排気ガスダクト１３に配置されていること
    を特徴とするターボコンパウンド型燃焼エンジン。
  2. 【請求項２】 出力タービンの前記伝達装置（１）が機
    械的なものであり、出力タービン（２）とクランクシャ
    フト（１０）との間の速度差を吸収することのできる流
    体クラッチ（１６）を有している請求項１記載のターボ
    コンパウンド型燃焼エンジン。
  3. 【請求項３】 過給機のタービン（３）が被駆動コンプ
    レッサー（４）と同一のシャフト（１９）上に位置して
    いる請求項２記載のターボコンパウンド型燃焼エンジ
    ン。
  4. 【請求項４】 閉鎖位置に位置した排気ガスブレーキス
    ロットル（６）が、全体として、所定のリークギャップ
    がなく気密性を有する請求項１記載のターボコンパウン
    ド型燃焼エンジン。
  5. 【請求項５】 前記排気ガスブレーキスロットル（６）
    が所定の出力レベルになったサーボ装置（１８）を介し
    て閉鎖位置に維持され、排気ガスダンパは、排気ガス圧
    力が前記出力レベルに合致したレベルを越えた時に、開
    くことができる請求項４記載のターボコンパウンド型燃
    焼エンジン。
JP11301195A 1994-05-13 1995-05-11 ターボコンパウンド型燃焼エンジン Expired - Lifetime JP3789149B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9401651A SE502721C2 (sv) 1994-05-13 1994-05-13 Förbränningsmotor av turbocompoundtyp med avgasbroms
SE9401651-6 1994-05-13

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DE (1) DE19516971B4 (ja)
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