JPS6138127A - 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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JPS6138127A
JPS6138127A JP15883584A JP15883584A JPS6138127A JP S6138127 A JPS6138127 A JP S6138127A JP 15883584 A JP15883584 A JP 15883584A JP 15883584 A JP15883584 A JP 15883584A JP S6138127 A JPS6138127 A JP S6138127A
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turbine
engine
exhaust
bypass valve
turbo
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JP15883584A
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Nobuhiko Yasuda
保田 順彦
Akira Numata
明 沼田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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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〕 本発明は高負荷域ではターボコンパウンド機関として運
転し、低速域や中低負荷域ではターボ過給機関として運
転する高性能の電子制御ターがコンパウンドエンジンに
関スる。
〔従来の技術〕
第5図は従来公知のターボコンパウンド機関の一例を示
す。本図に示す如く機関1の排気管2よりの排気ガスは
排気ターがチャージャのタービン9に導かれこれによっ
てコンプレッサを駆動し、吸入空気を加圧する。加圧さ
れて温度上昇した給気は給気冷却器(インタークーラ〕
3によシ冷却された後、給気管4を通って機関1に過給
される。
通常の過給機関では排気ターボチャージャのタービン9
を出た排気ガスのエネルギは大気中に排棄されるが、タ
ーボコンパウンド機関ではタービン後流部に回収タービ
ン7を設け、この回収タービン7を減速ギア列6を介し
て機関1のクランク軸5に機械的に結合する事によシ、
排気ターボチャージャのタービン9出口排気エネルギを
回収タービン7によシ有効に回収して、機関の性能向上
、効率向上を計ろうとするものである。
〔考案が解決しようとする問題点〕
ところが回収エネルギ量の多い高負荷域での性能向上は
期待できるが、回収排気エネルギ量の少ない低速域や中
低負荷域では、回収タービン7を取シ付ける事による機
関側のポンピング損失増大などのディメリットが回収タ
ービン7の取付によるメリットを上まわシ性能向上が期
待できず、機関の広い速度範囲、広い負荷範囲での性能
向上が困難である(第6図参照) 本発明の目的は、前記問題点が解消し、前記タープコン
パウンド機関において広い機関回転速度範囲、負荷範囲
での使用が必要である車両用機関としても利用できるよ
う高速高負荷域のみならず低速域や中低負荷域の性能向
上も計ったターポコ Aンノにランド機関を提供するに
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明のコンノeつ/ド機関はターボコンミ99フド機
関の高負荷域における高性能特性を有効に活用し、低速
域、中低負荷域での性能不良を出来る限シカバーするた
めに (リ 排気ターがチャージャのタービン入口ノズル面積
を制御信号により変更できる可変ノズル方式とし、さら
に排気ターデチャーソヤのタービン出口と回収タービン
入口の間に制御信号によシ開閉可能な排気バイパス弁と
を設けた。
(2)  (1)の組合せによシターボコンノぐランド
機関として有利な特性を引き出すことのできる高負荷域
においては、排気ターボチャージャのタービン出口と回
収タービン間に設けた排気バイノeス弁を閉じターがコ
ン・やランド機関として運転し、排気ターボチャージャ
のタービンノズル面積を開きターボコンパウンド機関と
して最適な開度に可変ノズル面積を設定する。さらに低
速度域や中低負荷域のように通常の排気タービン過7給
仕様とした方がよシ良い機関性能を期待できる速度負荷
範囲においては、前記排気バイパス弁を開きタービンの
可変ノズルを絞り、その速度、負荷に応じて最適なター
ビンノズル面積となるように可変ノズル面積を設定する
(3)  (1)、(2)により同一機関でもターボコ
ン・ぐランド機関仕様及び排気タービン過給仕様とに切
り換えでき、しかもターぎチャージャのタービンノズル
面積も可変とし、それぞれの場合に応じ有利な条件にな
るよう制御信号によシ自動的にこれらの切り換えを行う
ことによシ広い機関速度範囲、機関負荷範囲において両
仕様の有利な特性を引き出し広範囲の回転及び負荷条件
において性能向上をはかるようにしたのがこのターデコ
ンノぐランドエンジンの特徴である。
〔実施例〕
以下第1〜4図を参照して本発明の一実施例について説
明する。
ここにおいて、前記従来装置と同一もしくは均等構成部
分には、同一符号を用いて説明する。
第2図は本発明の具体的な構成ビその特徴を成す可変ノ
ズル10が円周上に配置され、この可変ノズル開度を適
宜変更させる駆動リング11がリンクを介して可変ノズ
ル10と結合されておシ、駆動リング11を制御信号に
よシ駆動する事によシ可変ノズル10のノズル面積を変
更することが出来る。又タービン出口と回収タービン7
の入口間には制御信号によシ開閉可能な排気バイパス弁
12が設けられている。
その他の構成は第5図と同様で機関1、排気管2、給気
冷却器3、給気管4、クランク軸5、減速ギヤ列6、コ
ンルッサ8等がある。
第3図は可変ノズル部10の詳細図で、ノズル10の実
線は高速時2点鎖線は低速時のノズル開度を示す。
第1図は、第2図に示したターぎコンノやランド機関の
制御システムの概要を示す。本図では、燃料噴射ポンプ
13を判型噴射ポンプで図示しているが、ユニットイン
ジェクタ型であっても基本構成に変9はない、可変ノズ
ル10を駆動する駆動リング11は、リンクを介して可
変ノズルアクチュエータ15に接続されておシ、機関回
転速度、コンプレッサ出口給気圧力、燃料噴射量に対し
て最適なノズル面積が得られるような電子制御装置であ
るコントローラ20によシ演算されて可変ノズルアクチ
ュエータ駆動回路からの制御信号によシ可変ノズル開度
を決定する。排気パイ・ぐス弁12は機関のタルボコン
パウンド仕様、排気ターボ過給仕様を切り換える役目を
果すためのもので、機関回転数速度、コンプレッサ出口
給気圧力、燃料噴射量に対して両仕様の判定がマイクロ
コンピュータ20によシ行われ、排気パイ・ぐス弁開閉
駆動回路23からの制御電流によシミ磁弁等によシ構成
される排気バイパス弁開閉アクチュエータ16を介して
排気バイノクス弁の開閉を行う。
機関回転速度は機関回転速度センサ18、燃料噴射量は
燃料噴射ポンプ13のスロットル開度センサ17によシ
検出されコントローラ20に入力される。コンプレッサ
出口給気圧力は圧力センサ19により検出され0変換器
24を介してコントローラ20に入力される。
コントローラ20は予め定められ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CPU 、 ROM 、 RAM 、 I10回
路部等を主要部上して構成されている。
第1図に示す燃料噴射ボン7°13の噴射タイミング変
更アクチュエータ14はターボコンパウンド機関、排気
ターボ過給仕様、それぞれに対して最適な噴射タイミン
グが得られるように機関回転速度、コンプレッサ出口給
気圧力、燃料噴射量に対してコントローラ20により演
算され、噴射タイミング変更駆動回路からの制御信号に
よシ噴射タイミングを決定する。通常排気ターボ過給仕
様からターボコンパウンド仕様へ切り換えた場合噴射タ
イミングを遅延させることにより最適タイミングとする
事が出来る。
第1図に図示している例では、燃料噴射ポンダ13は判
型噴射ポンプで示している為噴射タイミング変更アクチ
ュエータ14はいわゆる電子タイマに相当するが、燃料
噴射Iンゾ13がユニットインジェクタ型である場合、
それに対応する噴射タイミング変更機構であればよく、
本図に示す基本構造と変らない。
第6図はターボン特性ランド仕様及び排気ターボ過給仕
様を切り換えた場合で、(、)はタービン可変ノズル面
積、(b)は噴射ポンダ進角特性、(C)は排気バイパ
ス弁の開閉状態を示す。(d)は出力特性で実線及び一
点鎖線は排気ターボ過給仕様の4/4負荷特性を示し、
点線はさらに高出方化してターボコンパウンド仕様に切
り換えた場合v4負荷特性で斜線はターボコンパウンド
機関での出力範囲を示す。ターボコン・やランド仕様へ
の出力特性の切り換えは、図示の如く排気パイ・ぐス弁
の開閉、噴射−ンゾ噴射タイミングの遅延、タービン可
変ノズル面積の縮7ノ)によって行われる。
〔発明の効果〕
前述のとおシ、本発明のターボコンパウンド機関は、高
負荷域ではターボコンパウンド機関としチャージャのタ
ービン特性を高速向きとし、又低速域、中低負荷域では
排気パイ・ぐス弁を開いて、通常の排気タービン仕様と
するとともに、可変のターヒンノズルを絞りターボチャ
ージャのターボ・ン特性を低速向きとするようにし、こ
れらはエンジン回転速度センサ、コンプレッサ出口給気
圧力センサ、スロットル開度センサよりの信号を介して
自動的に制御できるようにしたので、広い回転速度範囲
、負荷範囲で使用される車両用エンジンとしても適した
高性罷のターボコン・ぐランドエンジンを提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のターボコン・ぐランド機関の制御シス
テム図、第2図は本発明の具体的構成図、第3図は可変
ノズルの詳細図、第4図はターボコン・ぞランド仕様及
び排気ターボ過給仕様に切り換えた場合のエンジンr−
pemに対しくa)はタービンノズル面積、(b)は噴
射ポンダ進角特性、(c)は排気バイパス弁の開閉、(
d)は4/4出力の変化状況を示す−Rコン・ぐランド
機関の構成図、第6図はターボコン・やランド機関は排
気ターボ過給機関に比べ高負荷では性能が向上するが、
低速域や中低負荷域ではかえって機関性能が悪化するこ
とを示す線図である。 7 ・回収タービン、9・・・ターボチャージャのター
ビン、10・・・可変ノズル、12・・排気バイハス弁
、15・・(可変ノズノ9アクチュエータ、16・・(
排気バイパスラアクチュエータ、17・・・スロットル
開度センサ、18・・・回転速度センサ、19・・・給
気圧カセ/す、20・・・コントローラ、22・・・可
変ノズルアクチュエー(駆動回路、23・・・排気バイ
パス弁アクチュエータ駆動回路。 第1図 第2wJ 第4図 機関回転」度

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  排気ターボチャージャのタービン翼の外周に設けられ
    ガスの流路面積及び流出角を変更できる可変ノズルと、
    排気ターボチャージャのタービン出口と回収タービンの
    入口間に設けられた開閉可能な排気バイパス弁と、アク
    チュエータと駆動リングを介して前記可変ノズルの開度
    の変更を行わせる可変ノズルアクチュエータ駆動回路と
    、アクチュエータを介して前記排気バイパス弁の開閉を
    行わせる排気バイパス弁アクチュエータ駆動回路と、エ
    ンジン回転速度センサ、給気圧センサ及びスロットル開
    度センサよりの信号を受けて演算を行い前記両駆動回路
    に出力し運転状態に対し最適なノズル面積開度及び排気
    バイパス弁の切り換えを行わせるコントローラとを有し
    てなり高速回転時にはタービン可変ノズル面積を開きさ
    らに排気バイパス弁を閉じてターボコンパウンドエンジ
    ンとして運転し、低速時にはタービン可変ノズルを絞り
    排弁バイパス弁を開きターボ過給エンジンとして運転す
    ることを特徴とするターボコンパウンド機関。
JP59158835A 1984-07-31 1984-07-31 ターボコンパウンド機関 Expired - Lifetime JPH0612069B2 (ja)

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