(57)【要約】【課題】低負荷時にパワータービンがエンジン本体側から駆動されることによる動力損失を低減し得るようにしたターボコンパウンドエンジンを提供する。【解決手段】排気ガスから動力回収するターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンを経た排気ガスから更に動力回収するパワータービンとを備え、該パワータービンで回収した動力を流体継手９を介してクランクシャフトに伝達するようにしたターボコンパウンドエンジンに関し、前記流体継手９の動力伝達効率を低負荷時に低減する伝達効率抑制手段を、流体継手９に作動流体としてエンジンオイル１５を供給する供給ライン１６の途中に設けられた常時開の制御弁１７と、該制御弁１７の開度を低負荷時に小さくなるように開度指令信号１７ａにより制御して油量を絞る制御装置１８とにより構成して備える。【選択図】図１
2006299905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスから動力回収するターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンを経た排気ガスから更に動力回収するパワータービンとを備え、該パワータービンで回収した動力を流体継手を介してクランクシャフトに伝達するようにしたターボコンパウンドエンジンにおいて、前記流体継手の動力伝達効率を低負荷時に低減する伝達効率抑制手段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。
【請求項２】
流体継手にエンジンオイルを供給する供給ラインの途中に設けられた常時開の制御弁と、該制御弁の開度を低負荷時に小さくなるように制御して油量を絞る制御装置とにより伝達効率抑制手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載のターボコンパウンドエンジン。
【請求項３】
流体継手にエンジンオイルを供給する供給ラインの途中に接続されて加圧空気源から加圧空気を導くエア導入ラインと、該エア導入ラインの途中に設けられた常時閉の制御弁と、該制御弁を低負荷時に開ける制御装置とにより伝達効率抑制手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載のターボコンパウンドエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボコンパウンドエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気ガスから動力回収するターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンを経た排気ガスから更に動力回収するパワータービンとを備え、ターボチャージャで回収した動力を吸気を加圧するための過給動力として、パワータービンで回収した動力をエンジン駆動力として有効利用し得るようにしたターボコンパウンドエンジンが知られている。
【０００３】
図３は一般的なターボコンパウンドエンジンの一例を示すもので、ここに図示する例においては、エンジン本体１から排出された排気ガス２の持つエネルギーをターボチャージャ３のタービン４で動力として回収し、該タービン４により駆動されるコンプレッサ５でエンジン本体１に入る吸気６を加圧する一方、タービン４を経た排気ガス２からパワータービン７で更にエネルギーを動力として回収し、その回収した動力を第一ギアトレーン８、流体継手９、第二ギアトレーン１０を介してエンジン本体１のクランクシャフト１１に伝達するようにしてある。
【０００４】
ここで、パワータービン７からクランクシャフト１１への動力伝達系に流体継手９が含まれているのは、エンジン本体１のねじり振動やエンスト等の急激な回転変動が伝達されないようにするためである。
【０００５】
また、図３中における１２は第一ギアトレーン８の一要素を成す流体継手９の入力ギア、１３は第二ギアトレーン１０の一要素を成す流体継手９の出力ギア、１４はフライホイールを示す。
【０００６】
尚、この種のターボコンパウンドエンジンに関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
【特許文献１】特開平９−２２２０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、斯かる従来のターボコンパウンドエンジンにおいては、低負荷時に排気ガス２のエネルギーが減少してくると、パワータービン７で動力回収できなくなるばかりか、該パワータービン７の方が逆にエンジン本体１側から駆動されるようになってしまい、パワータービン７が寧ろエンジン本体１側から見た負荷となって動力損失が生じるという問題があった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、低負荷時にパワータービンがエンジン本体側から駆動されることによる動力損失を低減し得るようにしたターボコンパウンドエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、排気ガスから動力回収するターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンを経た排気ガスから更に動力回収するパワータービンとを備え、該パワータービンで回収した動力を流体継手を介してクランクシャフトに伝達するようにしたターボコンパウンドエンジンにおいて、前記流体継手の動力伝達効率を低負荷時に低減する伝達効率抑制手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、排気ガスのエネルギーが大きな中高負荷時において、ターボチャージャのタービンを経た排気ガスからパワータービンにより動力が回収され、その回収された動力が流体継手によりエンジン本体のクランクシャフトに伝達されて有効利用される一方、低負荷時にあっては、伝達効率抑制手段により流体継手の動力伝達効率が低減されるので、エンジン本体側からの動力が流体継手によりパワータービン側へ伝達され難くなり、該パワータービンがエンジン本体側から見てあまり大きな負荷とならずに済んで動力損失が著しく低減されることになる。
【００１１】
また、本発明においては、流体継手にエンジンオイルを供給する供給ラインの途中に設けられた常時開の制御弁と、該制御弁の開度を低負荷時に小さくなるように制御して油量を絞る制御装置とにより伝達効率抑制手段を構成することが可能である。
【００１２】
このようにすれば、低負荷時に制御装置により供給ライン途中の制御弁の開度が小さくなって流体継手への油量が絞られるので、エンジン本体側から回転されるうちに流体継手内のエンジンオイルが足りなくなり、これにより流体継手の動力伝達効率が低減されてエンジン本体側からの動力がパワータービン側へ伝達され難くなる。
【００１３】
更に、伝達効率抑制手段を構成するに際しては、流体継手にエンジンオイルを供給する供給ラインの途中に接続されて加圧空気源から加圧空気を導くエア導入ラインと、該エア導入ラインの途中に設けられた常時閉の制御弁と、該制御弁を低負荷時に開ける制御装置とにより伝達効率抑制手段を構成することが可能である。
【００１４】
このようにすれば、低負荷時に制御装置によりエア導入ライン途中の常時閉の制御弁が開き、流体継手に供給されるエンジンオイルに加圧空気源から加圧空気が混入されるので、エンジンオイルの作動流体としての密度が小さくなり、これにより流体継手の動力伝達効率が低減されてエンジン本体側からの動力がパワータービン側へ伝達され難くなる。
【発明の効果】
【００１５】
上記した本発明のターボコンパウンドエンジンによれば、低負荷時における流体継手の動力伝達効率を低減してエンジン本体側からパワータービン側への動力伝達を大幅に抑制することができるので、低負荷時にパワータービンがエンジン本体側から駆動されることによる動力損失を著しく低減することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、以下の説明では、図１に図示されていない全体構成に関し、先に従来技術の説明で用いた図３も参照しながら説明することとする。
【００１８】
本形態例においては、前述した図３と略同様に構成したターボコンパウンドエンジンに関し、流体継手９の動力伝達効率を低負荷時に低減する伝達効率抑制手段を備えたところに特徴があり、ここに図示している例では、流体継手９に作動流体としてエンジンオイル１５を供給する供給ライン１６の途中に設けられた常時開の制御弁１７と、該制御弁１７の開度を低負荷時に小さくなるように開度指令信号１７ａにより制御して油量を絞る制御装置１８とにより伝達効率抑制手段が構成されている。
【００１９】
また、前記制御装置１８には、アクセル開度をエンジン本体１の負荷として検出するアクセルセンサ１９（負荷センサ）からのアクセル開度信号１９ａと、エンジン本体１の機関回転数を検出する回転センサ２０からの回転数信号２０ａとが入力されるようになっており、これらアクセル開度信号１９ａと回転数信号２０ａとに基づいて現在の運転状態が制御弁１７の開度を小さくするべき低負荷状態にあるか否かが判断されるようになっている。
【００２０】
尚、制御弁１７の開度を小さくするべき低負荷状態とは、パワータービン７（図３参照）で動力回収できないほど排気ガス２のエネルギーが少なくて、パワータービン７の方がエンジン本体１側から駆動されてしまうような運転領域にある状態のことを指している。
【００２１】
ここで、図１を用いて流体継手９の詳細について捕捉説明しておくと、この流体継手９においては、多数のタービン翼２１を環状に備えたタービン翼車２２と、多数のインペラ翼２３を環状に備えたインペラ翼車２４とがケーシング２５内で対向配置されており、この対向配置により相互間に画成された空間のタービン翼車２２側にタービン室２６が形成され、インペラ翼車２４側にはインペラ室２７が形成されるようになっている。
【００２２】
前記タービン翼車２２は、第二ギアトレーン１０（図３参照）の一要素を成す出力ギア１３と一体的に回転する出力シャフト２８に取り付けられ、前記インペラ翼車２４は、前記出力シャフト２８の出力ギア１３と反対側の端部に回動自在に外嵌された入力シャフト２９に取り付けられており、この入力シャフト２９には、第一ギアトレーン８（図３参照）の一要素を成す入力ギア１２が一体的に装備されている。
【００２３】
そして、前記タービン翼車２２及びインペラ翼車２４の相互間には、前記供給ライン１６からのエンジンオイル１５が、出力シャフトの出力ギア１３と反対側の端部に穿設された油通路３０を通して供給されるようになっており、このエンジンオイル１５は、タービン翼車２２を被包するようにインペラ翼車２４の外周部に取り付けられたカバー３１によりエンジン停止時でも半分程度の量が貯溜されるようになっている。
【００２４】
而して、このように流体継手９を構成すれば、排気ガス２のエネルギーが大きな中高負荷時において、ターボチャージャ３のタービン４を経た排気ガス２からパワータービン７により動力が回収され、その回収された動力が流体継手９によりエンジン本体１のクランクシャフト１１に伝達されて有効利用される一方、低負荷時にあっては、制御装置１８の開度指令信号１７ａにより供給ライン１６途中の制御弁１７の開度が小さくなって流体継手９への油量が絞られ、エンジン本体１側から回転されるうちに流体継手９内のエンジンオイル１５が足りなくなり、これにより流体継手９の動力伝達効率が低減されるので、エンジン本体１側からの動力が流体継手９によりパワータービン７側へ伝達され難くなり、該パワータービン７がエンジン本体１側から見てあまり大きな負荷とならずに済んで動力損失が著しく低減されることになる。
【００２５】
従って、上記形態例によれば、低負荷時における流体継手９の動力伝達効率を低減してエンジン本体１側からパワータービン７側への動力伝達を大幅に抑制することができるので、低負荷時にパワータービン７がエンジン本体１側から駆動されることによる動力損失を著しく低減することができる。
【００２６】
また、図２は本発明の別の形態例を示すもので、ここに図示する例においては、流体継手９にエンジンオイル１５を供給する供給ライン１６の途中に接続されてエアタンク３２（加圧空気源）から加圧空気３３を導くエア導入ライン３４と、該エア導入ライン３４の途中に設けられた常時閉の制御弁３５と、該制御弁３５を開度指令信号３５ａにより制御して低負荷時に開ける制御装置１８とにより伝達効率抑制手段が構成されている。
【００２７】
このようにすれば、低負荷時に制御装置１８からの開度指令信号３５ａによりエア導入ライン３４途中の常時閉の制御弁３５が開き、流体継手９に供給されるエンジンオイル１５にエアタンク３２から加圧空気３３が混入されるので、エンジンオイル１５の作動流体としての密度が小さくなり、これにより流体継手９の動力伝達効率が低減されてエンジン本体１側からの動力がパワータービン７側へ伝達され難くなる。
【００２８】
即ち、タービン翼車２２側からインペラ翼車２４を回転させる力は、作動流体の密度に流速を乗算したものとして表すことができるので、エンジンオイル１５にエアタンク３２からの加圧空気３３が混入されて密度が小さくなれば、流体継手９における動力の伝達力が減少して動力伝達効率が低減されることになる。
【００２９】
従って、斯かる構成とした場合でも、低負荷時における流体継手９の動力伝達効率を低減してエンジン本体１側からパワータービン７側への動力伝達を大幅に抑制することができるので、低負荷時にパワータービン７がエンジン本体１側から駆動されることによる動力損失を著しく低減することができる。
【００３０】
尚、本発明のターボコンパウンドエンジンは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、伝達効率抑制手段には図示例以外の構成を採用しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の別の形態例を示す断面図である。
【図３】従来例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  エンジン本体
２  排気ガス
３  ターボチャージャ
４  タービン
７  パワータービン
９  流体継手
１１  クランクシャフト
１５  エンジンオイル
１６  供給ライン
１７  制御弁（伝達効率抑制手段）
１８  制御装置（伝達効率抑制手段）
３２  エアタンク（加圧空気源：伝達効率抑制手段）
３３  加圧空気
３４  エア導入ライン（伝達効率抑制手段）
３５  制御弁（伝達効率抑制手段）
【図１】
2006299905.tif 000003
【図２】
2006299905.tif 000004
【図３】
2006299905.tif 000005