JPS61294131A - ツイン・タ−ボエンジン - Google Patents

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〉 本発明はツインターボエンジンに関する。特に一方の過
給機を冷却用送風機として利用したツインターボエンジ
ンに関するものである。

〈従来技術およびその問題点〉 従来、ツインターボエンジンは、２つのターボ過給機を
備え、二段過給用として使用されている。

即ち二つのターボ過給機の内一方は高圧用、他方は低圧
用として利用し給気圧の圧力比の向上を計っている。

このツインターボエンジンで二段過給して圧力比を上げ
たとしても、それに見合った空気密度の空気を供給しな
ければ、燃料の対空気過剰割合に対して燃料を増供給し
ても、燃焼が有効に行なえず、ツインターボの効果を充
分発揮できなかった。

空気密度を上げるためには、給気を冷却すれば良いが、
給気の冷却は、他のエネルギーを利用して冷却しなけれ
ばならなかった。即ち冷却の為のウォータポンプ、ある
いは送風機等の被駆動機器の動力源をエンジン軸出力か
ら得なければならず。

このため有効軸出力は、これら補機の動力を差し引いた
ものとなり有効熱効率を低下せしめている。

更て、ツインターボの排気ガスの利用においては、高圧
段側ガスタービンを経て低圧段側ガスタービンを駆動す
るため背圧の上昇が著しく、又その上限での過給性能が
限定される。このため、エンジンの背圧上昇による燃焼
室内のガス交換能力が低下し燃焼異常を引き起す場合が
ある。それ故。

・　ツインターボは比較的大型のエンジンにしか利用で
きないという問題点があるた。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明はツインターボ内の一つのターボ過給機をエンジ
ンの給気に、他のターボ過給機を給気冷却と冷却水冷却
用の送風機として利用したツインターボエンジンを提供
することを目的とするものである。

即チ、本発明のツインターボエンジンは、エンジント、
該エンジンの排気ガスの動圧を利用して過給用ブロワ−
を駆動する排気ガスタービン過給機ト、前記エンジンの
排気ガスを静圧化する排気ガス溜めと、該排気ガス溜め
から供給された静圧ガスによって冷却ブロワ−を駆動す
る排気ガスターボ送風機と、前記過給用ブロワ−からの
高温高圧空気を冷却ブロワ−からの空気によって冷却す
る熱交換器とを備えており、該熱交換器によって冷却さ
れた空気全エンジンの燃焼室に供給するようにしたもの
である。

〈発明の作用〉 −１−記の構成によれば、′本発明のツインターボエン
ジンは、エンジンからの排気ガスが過給機用の排気ガス
タービンに吹き付けられ、これによりこの排気ガスター
ビンを駆動し、一方、排気ガス溜めで静圧化した排気ガ
スでターボ送風機の排気ガスタービンを駆動し、それぞ
れの排気ガスター　ビンと同軸の過給用ブロワ−と冷却
用ブロワ−とを回転駆動している。そして過給用ブロワ
−から得られる高温高圧空気は、前述の冷却用ブロワ−
からの低温の空気によって、熱交換器において冷却され
、その冷却した空気密度の高い空気がエンジンに供給さ
れる。

〈実施例〉 以下２本発明の実施例を添付図面を参照して詳エンジン
Ｅは、ピストン１と燃焼室２とを備えている。該燃焼室
２には、吸気弁３と、動圧駆動排気ガスタービン過給機
７に接続される・ぞイア″７１への排気ガスを制御する
排気弁４が設けられている。エンジンＥで燃焼したガス
は排気行程でパイシフ１を通って放出される。排気ガス
のエネルギーのうちブローダウンエネルギーを利用する
ため。

この排気ガスは動圧駆動排気ガスタービン過給機７の動
圧排気がスタービン１２に吹き付けられ。

との動圧排気がスタービン１２を、駆動する。この時に
動圧排気ガスタービン１２と同軸の過給ブロワ−１３が
回転し、エアクリナ−１９を介して外気を取り込み・母
イブ７２を通して熱交換器１６に圧送する。

一方、動圧駆動排気ガスタービン１２を駆動した排気ガ
スは、排気ガス溜６に送られ静圧化され。

パイシフ３を通って冷却用ターボ送風機８の静圧駆動排
気ガスタービン１４を回転させ、マフラー１１より外部
に放出される。静圧排気ガスタービン１４には冷却ブロ
ワ−１５が同軸で設けられていて、ガスタービン１４の
回転に供って回転し。

エアクリナ−１６から外気を取り込み、ツヤイノ７４に
送り込んでいる。この場合、ガスタービン１４は静圧さ
れた排気ガスで駆動されるので、ブロワ１５からの空気
は低圧低温である。この低温の空気は熱交換器１６に噴
き付けられて、前述の過給器プロワ−１３からパイプ７
２を通して熱交換器１６に送り込捷れたエンジンＥへの
過給気を冷却している。

熱交換器１６に噴き伺けられた冷空気は更にラジェター
１７に噴き付けられて、循環ポンプ２４でエンジンＥを
冷却するために、ウォータジャケト ッ７８とラジェター１７内を循環させている冷却液の冷
却に利用されている。

尚２５は、冷却液流量弁で温度の変化に応じて開閉し、
ウォータジャケット１８とラジェター１７の間の冷却液
の循環を制御している。

又、過給用ブロワ−１３から熱交換器１６へのパイシフ
２の途中から冷却ブロワ−１５と熱交換器１６とを接続
する分岐管２３を設け、１だパイプ７４の途中から熱交
換器１６をパイ・やスするパイ・にス管２４が設けられ
ている。そして分岐管２３にはアクチェーター２２によ
って制御される給気制御弁２１が開閉可能に設けられ、
パイ・ぐス管７４には風量調節弁２６が設けられている
。前記の給気制御弁２１はパイノア２内の空気圧が高く
なると開き、空気を、分岐管２３に分配させ、逆に空気
圧が低下すると閉じる。かくして過給用ブロワ１３で過
給される空気圧が高すぎるとき、過剰分が分岐管２３か
らパイプ７４の方へ逃がされる。

又、風量調整弁２６は／Ｆイゾ７４に送り込まれる空気
が多くなると開いて、空気をバイパス管２４に分配し直
接ラジェター１７の冷却用として送り込まれている。そ
して熱交換器１６並にパイ・やス管２４からラジェター
１７に送り込まれた空気は。

ラジェター１７を冷却した後には大気へ放出される。

更に、この実施例には燃焼室２に別の排気弁５を設け、
この排気弁を通過して排気ガス溜め６に排気ガスを送り
込むパイプ７２が設けられている。

即ち、排気弁５から放出される排気ガスは一旦排気ガス
溜６に送り込寸れ、との部内でガスタービン１２を通過
した排気ガスと一緒になり、脈動を静圧化され静圧ガス
を静圧排気ガスタービン１４に供給している。

前述のように、ターボ過給機７はエンジンＥへの空気の
過給を行ない、ターボ送風機８は、冷却のために外部空
気を取り込むだけであるので１両者は当然特性が異なる
。したがって、排気ガスをそれぞれの特性に応じて分配
することが排気ガスエネルギーの有効利用のためにも必
要である。

このような目的のために、排気バイア°７１と別に排気
パイプ７２を設け、この排気・ξイブ７２に排気制御弁
２０ｂを設けており、前述の制御弁２１とともにターボ
過給機７およびターボ送風機８の性能をエンジンの負荷
状態に応じて維持できるようにしている。

先ず、排気側の制御について説明すると、燃焼室２と排
気ガス溜６を結ぶパイプ７２との間に設けた排気制御弁
２０ｂを制御するアクチーータ２０は、排気ガス溜６内
の圧力がある設定点に達すると。

排気制御弁２０ｂを閉じ、低くなると開くように。

アクチェーターにスプリング２０ａを設け、ガス溜６内
の圧力と平衝するようにされている。従って排気制御弁
２０ｂが開いてパイシフ２内に排気ガスが通って排気ガ
ス溜６に排気ガスが送り込１れると。

前述のパイプ７１と動圧排気ガスタービン１２を通って
送り込捷れた排気ガスと併せられて排気ガス溜６内の圧
力を高める。そして設定点以上に圧力が高くなると排気
ガス制御弁２０ｂが閉じる。この為・やイゾ７２より排
気ガス溜６内に送り込まれていた排気ガスは止まり、一
方排気弁４からパイプ７１を通して動圧駆動排気ガスタ
ービン１２の作動力を増強し、エンジンへの給気量を増
加させる。

従って、エンジンの負荷変動時に排気制御弁２０ｂが作
動するが、エンジンの立上り時の給気密度のあまり高く
ない給気に見合った燃料を噴射する内は直ちに排気制御
弁２０ｂが閉じて、パイシフ１に排気ガスを集中的に送
り込み、動圧駆動排気ガスタービン１２を駆動し、高密
度給気を生成し、ター？過給ラグを極力小さくし給気効
率を高めている。

一方、給気圧の制御も、給気制御弁２１を作動すること
によって達成される。即ち、前述したように、パイノア
４への給気圧が所定の設定値より高圧となるとアクチー
ータ２２のスプリング２２ａに勝って、給気制御弁２１
が開き、高圧給気は分岐管２３を通ってパイプ７４に送
り込まれ、冷却風となって熱交換器１６に噴出され、給
気量にラジェターの冷却に利用される。

第２図乃至第４図は排気弁５の作動を示した他の実施例
であり、これらの実施例は、排気弁５゛の駆動を排気弁
４の作動に対し独立して作動させることによって、各駆
動の特性に対応せしめたものである。

第２図の例においては、排気弁４と排気弁５は各々スプ
リング４１と５１によって付勢されており、排気弁４は
ロッカーアーム４２の先端に、排気弁５は補助アーム５
２の先端に取付けられている。ロッカーアーム４２は他
端側全ノンシーロッド４３とカム４４によってピストン
１の上下運動Ｃ１０） と連動させている。このためロッカーアーム４２はピン
４５を中心としてシーソー運動を行う。又ビン５３によ
って、ロッカーアーム４２に枢支された排気弁５は第３
図に示すように油圧ポンプ５３と開閉弁５４．５５によ
って制御される油圧アクチーータ５６．カム５７によっ
て制御されている即ち、排気弁５を作動させる場合には
、カム５７によって補助アーム５２をロッカーアーム４
２に固定状態に七ッ卜させ、ロッカーアーム４２と連動
させることによって排気弁４と同期させる。又。

排気弁５の作動を停止する場合は、第４図の如くカム５
７を補助アーム５２から離脱させると補助アーム５２は
フリーとなす、ロッカーアーム４２のみがシーソー渦動
し、排気弁４のみ作動させる。

第２図から第４図に示す排気弁５の制御機構を採用して
いる場合には、排気制御弁２０ｂ、アクチーータ２０を
採用しなくても良い。

また簡略な構成を必要とするときは、排気弁５゜・ぐイ
ブ７２．制御弁２０ｂの構成を採用することなく排気弁
４のみを設けた構成としても良いことは明らかである。

〈発明の効果〉 本発明は９以上のような構成を有している。従って、排
気ガスによって駆動する二つの排気がスタービンの一方
をエンジンの過給用に、他方を給気や冷却水の冷却に使
うため、各補機の駆動に必要々動力源を他に求める必要
がなく、排気ガスの有効利用によりエンジン全体の熱・
効率を高めることができ、しかも小型のターボ過給機を
二個装着するのみで他の補益等が不要でエンジン全体が
小型化され、かつ各機器内の配管等が簡素化出来て。

又冷却作動流体に空気を用いているため水等の補給も不
要である。

更に、排気ガス溜を設けることによって、排気ガスの背
圧上昇を緩和し、かつ給気に排気ガスの動圧を利用する
ことによって、燃焼室内のガス交換及び燃焼状態をよく
することができる。

又、実施例のように排気ガス及び給気の制御弁を設ける
ことによってエンジンの負荷に応じた過給効果も期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例を示した構造説明図、第２
図は、排気弁の制御状態を示した構造説明図、第３図は
、第２図の２つの排気弁の連動状態を示した説明図、第
４図は、第２図の２つの排気弁の不連動状態を示した説
明図である。 １・・・ピストン、２・・・燃焼室、３・・・吸気弁、
４゜５・・・排気弁、６・・・排気ガス溜、７・・・動
圧駆動排気ガスタービン過給機、８・・・静圧駆動排気
ガスタービン送風機、９．１０・・・エアクリナー、１
１・・・マフラー、１２・・・動圧駆動排気ガスタービ
ン、１３・・・過給用ブロワ−９１４・・・静圧駆動排
気ガスタービン、１５・・・冷却用ブロワ−８１６・・
・熱交換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジンと、前記エンジンの排気ガスの動圧を利用
   して過給用ブロワーを、駆動する排気ガスタービン過給
   機と、前記エンジンの排気ガスを静圧化する排気ガス溜
   と、前記排気ガス溜から供給された静圧ガスによって冷
   却用ブロワ−を駆動する排気ガスターボ送風機と、前記
   過給用ブロワーからの高温高圧空気を前記冷却用ブロワ
   ーからの空気によって冷却する熱交換器とを備え、該熱
   交換器によって冷却された空気をエンジンの燃焼室に供
   給するようにしたことを特徴とするツインターボエンジ
   ン。