JPS6357824A - タ−ボコンパウンドエンジン - 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１ この発明は高過給エンジンとしてのターボコンパウンド
エンジンに係り、特に出力が同等の無過給エンジンに対
して同等以上のエンジンブレーキ力を得ようとしたター
ボコンパウンドエンジンに関する。

〔従来の技術］ 一般に過給機を儀えたエンジンは、このエンジンより排
気量の大きい無過給エンジンに比較して■燃費性能が良
い、■出力性能が同等以上である、■エンジンが軽量コ
ンパクトである、等の優れた長所をもっている。この長
所を更に押し進めたものが高過給エンジン、ターボコン
パウンドエンジンである。ターボコンパウンドエンジン
は、第６図に示すようにエンジンｂからの排気ガスをま
ずターボ過給ｉｃの過給仕事として回収し、次いでその
ターボ過給機Ｃから排出される排気ガスをパワータービ
ンｄの動力仕事として回収するようにしたものである。

これによってエンジンｂの出力性能、燃費性能、ゲイン
を総合的に向上させることができる。ここでターボコン
パウンドエンジンの総合性能を更に向上させるためには
ターボ過給８１　ｃの膨張比及びパワータービンｄのｉ
張比を上げる必要が生じる。即ち、過給圧をさらに高め
る程ターボコンパウンドエンジンの有用性を高めること
ができる。

この種の先行する従来例としては実開昭６０−１５７９
４１号公報記載の内燃機関がある。

この内燃機関は第７図に示されるようにターボ過給１ｌ
ｃｔとパワータービン直上流の排気通路ｅに、そのパワ
ータービンｄ１を迂回するバイパス通路ｒを接続し、そ
の排気通路ｅとバイパス通路ｆとの接続部Ｑに、エンジ
ン（図示せず）を操作するアクセルペダルの踏み込み量
に応じて排気通路ｅを閉じてバイパス通路ｒを開く切換
弁りを設けて構成される。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の内燃機関は排ガスの流量が少なく排気ガスエネル
ギが小さいことをアクセルペダルの踏込闇の大きさから
知り、排気ガスエネルギが小さいときに排気ガスをバイ
パス通路ｆヘバイパスさせることによってターボ過給機
Ｃ１のタービンに作用する背圧を上げて出力性能の低下
を防止しようとしたものである。

しかし、上記の内燃機関を車両に採用するにあたって、
出力性能の増加に見あうエンジンブレーキ力（排気プレ
ー主力）の確保が課題として残されている。これは第８
図に示すように、無過給エンジンと高過給エンジンにお
けるエンジン回転数Ｎｅに対してのエンジン出力ｐｍｃ
、エンジンブレーキ力ｐｎ＋ｆとの関係から知ることが
できる。

同図において実線が出力性能を示し、破線がエンジンブ
レーキ力を示す。

ここで代表回転数としての１００％定格回転数Ｎ１００
％での相対的ブレーキ力（エンジン回転数／エンジン出
力）についてみるとＢＮ　／　ＳＮ　＞　８７／ＳＴの
関係にあることがわかる。

但し、ＢＮ・・・無過給エンジンのエンジンブレーキ力
、 ＳＮ・・・無過給エンジンのエンジン出力ＢＴ・・・高
過給エンジンのエンジン ブレーキ力 ８丁・・・高過給エンジンのエンジン出力このように、
過給圧値を高めることによって相対的ブレーキ力は小さ
くなる。エンジンブレーキ力の確保は車両の操作性はも
とより、車両の安全走行上必要不可欠な要素であり、タ
ーボコンパウンドエンジンの長所を生かすためにも重要
な課題となる。

Ｅ問題点を解決するための手段］ この発明は上記問題点を解決することを目的としている
。この発明はエンジンの排気通路に介設されて排気ガス
エネルギを回収するパワータービンと、このパワーター
ビンとエンジンとの間の排気通路に接続された流体通路
と、上記エンジンの排気ブレーキ作動時に上記流体通路
より上流側の排気通路を閉じてバイパス通路を開く流路
切換え手段とからターボコンパウンドエンジンを構成す
るものである。

［作　用］ 通常運転時でのパワータービンはエンジンからの排気ガ
スエネルギを回収する。この回収エネルギは機関の駆動
エネルギとして再利用される。

排気ブレーキ時には、流路切換手段によって、流体通路
の上流側の排気通路が閉じられ、且つそのパワータービ
ン直上流の排気通路と流体通路とが連通される。これに
よって本来エネルギ回収用のパワータービンが流体通路
の空気を採り込むコンプレッサとなり負の仕事即ちポン
プ仕事を行なう。したがって排気ブレーキ時にはエンジ
ンのモータフリクション、ポンプ仕事（負の仕事）と排
気ブレーキ力が加算された大きなエンジンブレーキ力を
作り出すことができる。

［実施例］ 以下に、この発明のターボコンパウンドエンジンの好適
−実施例を添付口面に基づいて説明する。

第１図に示される１はエンジン、２は吸気マニホールド
、３は排気マニホールドである。

図示されるように排気マニホールド３には排気通路４が
接続され、吸気マニホールド２には吸気通路５が接続さ
れている。

この排気通路４には、排気通路４の途中にターボ過給機
１０のタービン１０ａが介設され、そのターボ過給１ｆ
１１０のコンプレッサ１０ｂは吸気通路５の途中に介設
される。ターボ過給ｌ１１１０の下流側の排気通路４に
はパワータービン１２が介設される。この実施例に於け
るパワータービン１２の出力軸１３は複数列のギヤトレ
ーン２０を介してエンジン１のクランク軸１５に連結さ
れており、そのギヤトレーン２０の１列には流体継手２
１が設けられる。

この流体継手２１は入力側（パワータービン側）のポン
プ車２１ａと出力側（クランク軸側）のポンプ車２１ｂ
との間に作動油を行ききするように　−し、入出力側い
ずれかのポンプ車２１ａ　、２１ｂが作動されたときに
他方のポンプ車２１８゜２１ｂに作動油を供給して回転
出力を伝達するように構成される。

ところで、この発明のターボコンパウンドエンジンの目
的とするところは、エンジン１の出力性能に応じたエン
ジンブレーキ力を確保することにある。エンジンブレー
キ力を壜入させるためにはクランク軸１５に直接または
間接的に回転を阻止する抵抗を加え、クランク＠１５に
大きな負の仕事を行なわせることが有効であると考えら
れる。

このため、この発明のターボコンパウンドエンジンでは
クランク軸１５にギヤトレーン２０を介して連結さたパ
ワータービン１２に大きな負の仕事を行なわせる。

即ち、パワータービン１２を効率の悪いコンプレッサと
して運転させる。

そこで、第２図にも示すように上記パワータービン１２
と上記ターボ過給機１０のタービン１０ａとの間に一端
が接続された流体通路２５が形成され、その流体通路２
５の接続部２７を開閉する流路切換手段３０が設けられ
る。

この流路切換手段３０は第２図にも示されるように、一
端が排気通路４に回動自在に支持されて、流体通路２５
の一端の接続部より上流側となる排気通路４を閉じたと
きに、パワータービン１２の直上流側の排気通路４と上
記流体通路２５とを連通させる切換弁３１と、この切換
弁３１を切換作動する駆動装置３２とから構成される。

駆ｖＪ装置３２は以下のように構成される。

第２図に示すように切換弁３１の支持部３１ａには、そ
の切換弁３１に一体的に設けられ、且つ排気通路４外へ
延びたレバ部材３３が設けられる。

このレバ部材３３の自由端側には、アクチュエータ３４
の動作ロッド３５が接続されている。したがってこのア
クチュエータ３４の動作ロッド３５を伸長させることに
よって切換弁３１が動作される。

第１図に示す３６は、流体供給ＭＡ置で、この流体供給
装置３６と上記アクチュエータ３４の動作ｖ３７とは、
流体送給通路３９によって結ばれており、この流体送給
通路３９の途中には通電されたときに上記動作室３７と
流体供給通路３９を連通状態にする電磁弁４０が介設さ
れる。この電磁弁４０は第１図に示すように、エンジン
１のニュートラルセンサ４１、クラッチスイッチセンサ
４２、そして排気ブレーキスイッチ４３の全スイッチが
ＯＮ作動時に通電されるようになっている。

４５はバッテリーなどの直流電源である。

次にこの発明のターボコンパウンドエンジンの作用を添
付図面に暴づいて説明する。

第１図に示されるように排気ブレーキスイッチ４３がＯ
ＦＦのときは、エンジン１から排気ガスが排気マニホー
ルド３、排気通路４へと送られる。

この排気ガスからターボ過給機１ｏのタービン１０ａに
よって排気ガスエネルギが回収される。

タービン１０ａは同軸上のコンプレッサ１０ｂを回転駆
動するからエンジン１の筒内に過給された空気を送り込
む。ターボ過給１１１０のタービン１０ａを出た排気ガ
スは、パワータービン１２に回転駆動力を与える。即ち
、このパワータービン１２にて再び排気ガスエネルギが
回収される。ここでパワータービン１２により回収され
た排気ガスエネルギは、ギヤトレーン２０．流体継手２
１を介してクランク軸１５の回転エネルギとして使用さ
れる。

次に排気ブレーキ作動時について説明する。

排気ブレーキ作動時はニュートラルセンサスイッチ４１
、クラッチ作動スイッヂ４２、そして排気ブレーキスイ
ッチ４３全てがＯＮのときであるから、この時に電磁弁
４０がＯＮとなって流体供給装置２３６から７クチユエ
ータ３４の動作空３７へ作Ｉｌｌ流体が供給される。こ
れにより動作ロッド３５が、レバ部材３３を介して切換
弁３１を動作し、排気通路４を閉じて、その切換弁３１
より下流の排気通路４と流体通路２５とを連通ずる。し
たがってパワータービン１２には排気ガスによる回転力
が与えられなくなるから、ギヤトレーン１５、流体継手
２１を介して逆にクランク軸１５の回転力がパワーター
ビン１２へ伝達される。即ち、パワータービン１２は第
３図に示すように、流体通路２５からの空気を排気通路
４下流へ送る効率の悪いコンプレッサとなる。このパワ
ータービン１２の空気の掻き混ぜ仕事はクランク軸１５
にとって大きな負の仕事となるため、これに排気ブレー
キによる負の仕事及びエンジンの７リクシヨンが加えら
れた大きなエンジンブレーキ力が作り出される。排気ブ
レーキとしての構成は排気マニホールド３、下流に設け
られた排気ブレーキ弁（図示せず）の動作によってなさ
れ、このブレーキ弁が全閉されることによる排気抵抗の
増大、即ち、ボンピング仕事の増大が排気ブレーキ弁に
よるエンジンブレーキ力となる。

第４図にはターボ過給機１ｏ及びパワータービン１２を
もたないベースエンジンと、それらを装備したターボコ
ンパウンドエンジンのエンジンブレーキ力性能が示され
ている。

図示されるように、（イ）はベースエンジンのモータフ
リクション、（ハ）はターボコンパウンドエンジンのモ
ータフリクションを示している。

（ロ）はターボコンパウンドエンジンで、ターボ過給１
１０とパワータービン１２間、またはパワータービン１
２より下流の排気通路４を閉じたときのエンジンブレー
キ力性能を示しく第５図幸照）、（ニ）はベースエンジ
ンで排気ブレーキ作動時のエンジブレーキ性能を示す。

（ホ）はターボコンパウンドエンジンで排気ブレーキ作
動時のエンジンブレーキ力性能を示す。

これらからエンジンブレーキ力性能は（ホ）が優れてい
ることがわかるが、出力性能が高いターボコンパウンド
エンジンにとってはエンジンブレーキ力が小さい。そこ
でターボコンパウンドエンジンでターボ過給機１０とパ
ワータービン１２間の排気通路４を閉じ且つパワーター
ビン１２に空気の掻き雑ぜ仕事を行なわせた（へ）のエ
ンジンブレーキ力性能は、（ホ）に対して向上すること
がわ）する。（ト）はこの発明のターボコンパウンドエ
ンジンの排気ブレーキ時のエンジンブレーキ力性能を示
し大きなエンジンブレーキ力が得られることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように、この発明のター
ボコンパウンドエンジンによれば、次のごとき優れた効
果を発揮できる。

（１）　　エンジンの排気通路に介設されて排気ガスエ
ネルギを回収するパワータービンとこのパワータービン
とエンジンとの間の排気通路に接続された流体通路と、
上記エンジンの排気ブレーキ作動時に上記流体通路の上
流側の排気通路を閉じて上記バイパス通路を間く流路切
換手段とからターボコンパウンドエンジンを構成したの
で、排気ブレーキ時にエンジンのフリクション、パワー
タービンの負の仕事、排気ブレーキ力を加算した大きな
エンジンブレーキ力を発生させることができる。

（り　ターボコンパウンドエンジンの高性能を発揮させ
るに十分なエンジンブレーキ力が確保できるので、信頼
性を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のターボコンパウンドエンジンの好適
一実施例を示す概略図、第２図は第１図の要部詳細図、
第３図はパワータービンのガスの流れを示す概略図、第
４図はエンジンブレーキ力性能を示すグラフ、第５図は
第４図に於ける（口）の性能を得るための概略図、第６
図、第７図は従来例を示す概略図、第８図は無過給エン
ジンと高過給エンジンとのエンジンブレーキ力性能の比
較を示すグラフである。 図中、１はエンジン、４は排気通路、１２はパワーター
ビン、２５は流体通路、２０は切換弁３１と駆動装置３
２とから成る流路切換手段である。 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの排気通路に介設されて排気ガスエネルギを回
   収するパワータービンと、このパワータービンとエンジ
   ンとの間の排気通路に接続された流体通路と、上記エン
   ジンの排気ブレーキ作動時に上記流体通路より上流側の
   排気通路を閉じて上記流体通路を開く流路切換手段とを
   備えたことを特徴とするターボコンパウンドエンジン。