JPS61212632A - タ−ボコンパウンド機関 - Google Patents

タ−ボコンパウンド機関

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JPS61212632A
JPS61212632A JP60052493A JP5249385A JPS61212632A JP S61212632 A JPS61212632 A JP S61212632A JP 60052493 A JP60052493 A JP 60052493A JP 5249385 A JP5249385 A JP 5249385A JP S61212632 A JPS61212632 A JP S61212632A
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JP
Japan
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exhaust
engine
clutch
crankshaft
turbo
Prior art date
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JP60052493A
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English (en)
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JPH0579811B2 (ja
Inventor
Yuichi Nakamura
祐一 中村
Nobuhiko Yasuda
保田 順彦
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0579811B2 publication Critical patent/JPH0579811B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般車両用、荷役運搬機械用、建設機械用、
特車用、舶用等に使用される2サイクルまたは4サイク
ル内燃機関に広く利用することができるターボコンパウ
ンド機関に関する。
従来の技術 従来のターボコンパウンド機関は、第5図に示したよう
に、機関1の排気管2からの排気ガスを排気ターボ過給
機9のタービン29へ導いてこれを回転駆動し、これに
よりこのタービン29と同軸上に装着されたコンプレッ
サ10を駆動して機関1への吸入空気を加圧する。加圧
することにより昇温された吸入空気は給気冷却器3によ
り冷却された後、給気管4を通って機関に過給される。
排気ターボ過給機9のタービン29を出た排気ガスはタ
ービン後流部に設けられた低圧回収タービン28に導入
される。低圧回収タービン28は減速ギア列6を介して
機関1のクランク軸5に機械的に連結され、これにより
タービン29を出た排気ガスのエネルギは有効に回収さ
れることになり、機関の性能向上が計られている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記構成のターポコンノくランド機関に
は以下のような欠点がある。
(1)  回収排気エネルギ量の多い高負荷域での性能
向上は可能であるが、回収排気エネルギ量の少ない低速
域や中低負荷域では低圧回収タービン28を取り付けた
ことによる機関ポンぐング損失の°増大があるなど、デ
メリットを上回る性能向上が期待できず、機関の広い速
度、負荷範囲での性能向上が困難である。
(2)排気ガスのエネルギを低圧回収タービンで回収す
るようにした従来の方法では、回収タービンが低圧型の
ためにタービン外形が大きくなり、しかも排気ターボ過
給機と回収タービンとの間の配管など、機関本体を軽量
コンパクトにまとめることができない。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
は、ターボコンパランド機関の特性を有効に活用しなが
ら低速域や中低負荷域の性能向上を計り、機関本体も軽
量コンパクトにまとめることのできるターボコンパウン
ド機関を提供することにある。
問題点を解決するための手段 本発明によれば、低圧回収タービンを取り付けないで排
気ターボ過給機を減速ギア列を介して機関のクランク軸
へ結合するようにし、減速ギア列排気ターボ過給機側か
ら駆動された場合のみ接続可能なワンウェイクラッチと
を直列に挿入されており、排気ターボ過給機は可変ノズ
ル式としタービン入口ノズルを機関回転速度に応じて制
御して低速域や中低負荷域でタービン内に流入する排気
ガスの流速を高めるようにしている。
また、本発明によれば、機関回転速度、排気ターボ過給
機のタービン入口排気温度およびコンプレッサ出口給気
圧力、スロットル開度に応じて排気ターボ過給機の可変
ノズルの調整、クラッチの断続、燃料噴射ポンプの噴射
タイミングの制御を行ない、広い機関回転速度、負荷範
囲におし・て、排気ターボ過給状態およびターボ占ン・
くランド状態の有利な特性を引出している。
実施例 第1図は本発明によるターポコ/ノくランド機関の実施
例を示すもので、同図において、参照符号1は機関、2
は排気管、3は給気冷却器、4は給気管、5は機関クラ
ンク軸、6は減速ギア列、7はクラッチ、8はワンウェ
イクラッチ、9は排気ターボ過給機、lOはコンプレッ
サ、11はタービン動翼、12は可変ノズル(可変静翼
)、13は駆動リングをそれぞれ示している。
排気ターボ過給機9は機関1の排気管2の通路内に配設
されたタービン動翼11と機関1の吸気管4への通路内
に配設されタービン動翼11と同軸上に装着されたコン
プレッサ10とから構成されており、吸気通路内にはコ
ンプレッサ10により加圧されて昇温された空気を冷却
す゛る給気冷却器3が挿入されている。
排気ターボ過給機9のタービン部は、その詳細を第2図
に示したよ5にタービン動翼11の外側に可変静翼であ
る可変ノズル12が円周上に配置され、この可変ノズル
12にはリンクを介して駆動リング13が結合され、こ
の駆動リング13を制御することにより可変ノズル12
の開度な変更させてノズル面積を変更することができる
。このため機関回転数の低い場合にノズル面積を絞って
排気ガスの流速を高め、排気ターボ過給機9の応答性を
向上させることができる。
排気ターボ過給機9はまた、減速ギア列6を介して機関
クランク軸5に結合されており、その減ラッチ7が挿入
されており、さらに減速ギア列6にはクラッチ7と直列
に、排気ターボ過給機9側から駆動される場合でクラッ
チ7が接続されている時、クランク軸5に力が伝達され
、逆にクランク軸5から駆動される場合にはクラッチ7
が接続されていても排気ターボ過給機9には力が伝達さ
れないというワンウェイクラッチ8が挿入されている。
第3図は本発明による機関の制御系統を示す。
ここで、参照符号14はたとえば判型噴射ポンプで例示
した燃料噴射ポンプ、15は噴射タイミング変更アクチ
ュエータ、16は駆動リング駆動用アクチュエータ、1
7はクラッチ断続用アクチュ二一タ、18はスロットル
開度センサ、19は機関回転速度センサ、20はコンプ
レッサ出口給気圧力センサ、21はタービン入口排気温
度センサ、22はマイクロコンピュータ、23はクラッ
チ断続駆動回路、24は駆動リング用アクチュエータ駆
動回路、25は噴射タイミング変更アクチュエータ駆動
回路、26および27はA/D (アナログ・ディジタ
ル)変換器をそれぞれ示している。
可変ノズル12を駆動する駆動リング13はリンクを介
してアクチュエータ16に接続されており、機関回転速
度、コンプレッサ出口給気圧力。
燃料噴射量、タービン入口排気温度等に対して最適なノ
ズル面積が得られるよう電子制御装置であるマイクロコ
ンピュータ22により演算されて駆動リング用アクチュ
エータ駆動回路24からの制御信号によりアクチュエー
タ16が制御され、可変ノズル開度が決定される。
排気ターボ過給機9とクランク軸5との間を結合する減
速ギア列6に挿入されたクラッチ7は、機関1の排気タ
ーボ過給状態とターボコンパウンド状態とを切換える役
目を果すもので、その切換えの判定は、機関回転速度、
燃料噴射量、コンプレッサ出口給気圧力等に対してマイ
クロコンピュータ22により行なわれ、クラッチ断続駆
動回路23からの制御信号により、クラツ、チ断続用ア
クチュエータ17の作用で、クラッチ7の断続が行なわ
れる。なお、クラッチ7の断続を機関回転数できる。
機関回転速度は機関回転速度センサ19、燃料噴射量は
燃料噴射ポンプ14のスロットル開度センサ18により
検出され、マイクロコンピュータ22に入力される。ま
た、コンプレッサ出口給気圧力は圧力センサ20.ター
ビン入口排気温度は温度センサ21により検出され、そ
れぞれA/D変換器26,27を介してマイクロコンピ
ュータ22に入力される。マイクロコンピュータ22は
予め定めた制御プログラムに従って、ソフトウェアによ
るディジタル演算処理を実行するもので、中央処理装置
(CPU)、ランダムアクセス人\す(RAM)、  
リードオンリーメモリ(ROM)、入出力インタ−7エ
ース回路を主要部として構成される。
燃料噴射ポンプ14の噴射タイミング変更アクチュエー
タ15は機関1のターボコンパウンド状態または排気タ
ーボ過給状態における噴射タイミングを決定するもので
、それぞれの状態に対する最適な噴射タイミングは、機
関回転速度、コンプレッサ出口給気圧力、タービン入口
排気温度、および燃料噴射量を基にマイクロコンピュー
タ22により演算され、噴射タイミング変更駆動回路2
5からの制御信号により得られる。図示の例では、燃料
噴射ポンプ14を判型噴射ポンプで示しているため、噴
射タイミング変更アクチュエータ15は、いわゆる電子
式タイマよ相幽する。もちろん、燃料噴射ポンプ14が
ユニットインジェクタ型またはユニットポンプ型など、
他の形式の場合は、それらに相応する噴射タイミング機
構が噴射タイミンク変更アクチュエータとなる。
第4図は、出力(alをターボコンパウンド状態とチ、
(C)ワンウェイクラッチ、(d)ターベ可変ノズル面
積、(e)噴射ポンプ進角特性の状態を示す。
第4図において、出力特性(alの実線は排気ターボ過
給状態での出力範囲を示し、点鎖線は高出力化してター
ボコンパウンド状態姉切換えた場合の474負荷特性で
、斜線部はターボコンパウンド状態での出力範囲を示す
。この両状態の出力特性の切換えは、図示の如く、クラ
ッチの接続、タービン可変ノズル面積の変更、および燃
料噴射ポンプの噴射タイミング変更を自動的に行なうこ
とにより、行なわれる。
発明の効果 本発明によれば、排気ターボ過給機に可変ノズル式のも
のを採用しかつ減速ギヤ列にクラッチおよびワンウェイ
クラッチを挿入したことにより、回収排気エネルギ量の
少ない低速域や中低負荷域で排気ターボ過給機とクラン
ク軸との結合を解除することに加えて排気ガスのタービ
ン動翼への流速を高めることでその低速域、中低負荷域
での性能向上が可能となる。しかも、低圧回収タービン
が不要なため、排気系の配管が簡素化されて機関本体を
軽量コンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるターボコンパウンド機関の構成を
示す概要図、第2図は排気ターボ過給機のタービン部を
示す一部省略拡大図、第3図は本発明機関の制御系統図
、第4図は機関回転速度に対する出力特性および要部の
制御状態を示す図、第5図は従来のターボコンパウンド
機関の構成を示す図である。 1・・機関、2、・・排気管、3・・給気冷却器、4・
・給気管、5・;クランク軸、6・・減速ギア列、7・
・クラグチ、8・・ワンウェイクラッチ、9・・排気タ
ーボ過給機、10・・コンプレッサ、11・・タービン
動翼、12・・可変ノズル、13・・駆動リング、14
・・燃料噴射ポンプ、15・・噴射タイミング変更アク
チュエータ、16・・駆動リング駆動用アクチュエータ
、17・・クラッチ断続用アクチュエータ、18・・ス
ロットル開度センサ、19・・機関回転速度センサ、2
0・・圧力センサ、21・・温度センサ。 22・・マイクロコンピュータ、23,24.25・・
駆動回路、26.27・・A/D変換器。 第1図 1’jZ図 壺、←1%)JIJL齢曽

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 内燃機関の排気エネルギを給気の過給に利用すると
    共に機械的に回収するよう構成したターボコンパウンド
    機関において、排ガス導入口のタービンノズル面積を可
    変できる可変ノズル式排気ターボ過給機と、この排気タ
    ーボ過給機の回転軸を機関のクランク軸へ連結する減速
    ギア列と、この減速ギア列に介装されて前記クランク軸
    への動力伝達を断続させるクラツチと、このクラツチと
    直列に接続されて前記クランク軸への動力伝達のみが可
    能なワンウエイクラツチと、機関回転速度に応じて前記
    排気ターボ過給機の可変ノズルおよび前記クラツチを制
    御する制御装置とを具備してなるターボコンパウンド機
    関。 2 内燃機関の排気エネルギを給気の過給に利用すると
    共に機械的に回収するよう構成したターボコンパウンド
    機関において、排ガス導入口のタービンノズル面積を可
    変できる可変ノズル式排気ターボ過給機と、この排気タ
    ーボ過給機の回転軸を機関のクランク軸へ連結する減速
    ギア列と、この減速ギア列に介装されて前記クランク軸
    への動力伝達を断続させるクラツチと、このクラツチと
    直列に接続されて前記クランク軸への動力伝達のみが可
    能なワンウエイクラツチと、燃料噴射ポンプと、機関回
    転速度、排気ターボ過給機のタービン入口排気温度およ
    びコンプレツサ出口給気圧力、およびスロツトル開度を
    検出して前記排気ターボ過給機の可変ノズル、前記クラ
    ツチ、および前記燃料噴射ポンプの噴射タイミングを制
    御する制御装置とを具備してなるターボコンパウンド機
    関。
JP60052493A 1985-03-18 1985-03-18 タ−ボコンパウンド機関 Granted JPS61212632A (ja)

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JPS61212632A true JPS61212632A (ja) 1986-09-20
JPH0579811B2 JPH0579811B2 (ja) 1993-11-04

Family

ID=12916234

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000248985A (ja) * 1999-02-26 2000-09-12 Mitsubishi Automob Eng Co Ltd 予混合圧縮着火内燃機関
WO2008020550A1 (en) * 2006-08-18 2008-02-21 Joho Corporation 6-cycle engine with regenerator

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JPH0579811B2 (ja) 1993-11-04

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