(57)【要約】【課題】パワータービンの過回転による損傷を確実に回避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２から動力回収するターボチャージャ３と、該ターボチャージャ３のタービン４を経た排気ガス２から更に動力回収するパワータービン７とを備え、該パワータービン７で回収した動力をクランクシャフト１１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、パワータービン７の回転数を検出する回転センサ２２と、該回転センサ２２からの回転数信号２２ａに基づきパワータービン７の回転数が第一の閾値を超えた時に燃料噴射量を絞る制御装置１６とを備える。【選択図】図１
2006299907.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クランクシャフトに伝達し得るようにしたターボコンパウンドエンジンにおいて、前記パワータービンの回転数を検出する回転センサと、該回転センサからの検出信号に基づき前記パワータービンの回転数が第一の閾値を超えた時に燃料噴射量を絞る制御装置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。
【請求項２】
始動時に潤滑系統の油圧及び水冷系統の水温の少なくとも何れか一方に基づいて給油遅れ時間マップからパワータービンへの給油遅れ時間を読み出し且つその給油遅れ時間内でパワータービンの回転数又はエンジン回転数が第二の閾値を超えた時にも燃料噴射量を絞るように制御装置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】
尚、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】
他方、ここに図示しているターボコンパウンドエンジンでは、直噴式のディーゼル機関に採用した場合を例示しており、エンジン本体１の各気筒への燃料噴射が、複数のインジェクタ（図中には説明の便宜上から二つだけを図示）から成る燃料噴射装置１５により実行されるようになっている。
【０００７】
そして、この燃料噴射装置１５による燃料噴射の噴射タイミング及び噴射量は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１６からの燃料噴射信号１５ａにより適切に制御されるようになっており、より具体的には、燃料噴射装置１５を成すインジェクタの電磁弁が前記燃料噴射信号１５ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量（開弁時間）が制御されるようになっている。
【０００８】
また、この制御装置１６には、アクセル開度をエンジン負荷として検出するアクセルセンサ１７からのアクセル開度信号１７ａと、エンジン本体１の機関回転数を検出する回転センサ１８からの回転数信号１８ａとが入力されるようになっており、これらの信号に基づき燃料噴射制御マップから適切な燃料噴射量が読み出されて燃料噴射信号１５ａとして出力されるようになっている。
【０００９】
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】
【００１０】
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、万一、流体継手９の油路が詰まって内部のエンジンオイルが流失することで動力伝達が断たれたり、動力伝達系ギア類の異常摩耗により動力伝達が断たれたりした場合に、パワータービン７にとってのエンジン本体１側の負荷が喪失してしまい、フリーになったパワータービン７が、損傷を招きかねない危険な過回転に陥る虞れがあった。
【００１１】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パワータービンの過回転による損傷を確実に回避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】
【００１２】
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クランクシャフトに伝達し得るようにしたターボコンパウンドエンジンにおいて、前記パワータービンの回転数を検出する回転センサと、該回転センサからの検出信号に基づき前記パワータービンの回転数が第一の閾値を超えた時に燃料噴射量を絞る制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
而して、このようにすれば、パワータービンの回転数が回転センサにより常に監視されることになり、流体継手の油路の詰まりや動力伝達系ギア類の異常摩耗等による負荷喪失でパワータービンの回転数が急激に上昇しても、パワータービンが危険な過回転に陥る前に該パワータービンの回転数が第一の閾値を超えて制御装置により直ちに燃料噴射量を絞り込む制御が実行されるので、排気ガスのエネルギーが減少してパワータービンの回転数が下がり、該パワータービンの過回転が未然に回避されてパワータービンが保護されることになる。
【００１４】
また、本発明においては、始動時に潤滑系統の油圧及び水冷系統の水温の少なくとも何れか一方に基づいて給油遅れ時間マップからパワータービンへの給油遅れ時間を読み出し且つその給油遅れ時間内でパワータービンの回転数又はエンジン回転数が第二の閾値を超えた時にも燃料噴射量を絞るように制御装置を構成することも可能である。
【００１５】
このようにすれば、始動時に制御装置により潤滑系統の油圧及び水冷系統の水温の少なくとも何れか一方に基づいて給油遅れ時間マップからパワータービンへの給油遅れ時間が読み出され、その給油遅れ時間内でパワータービンの回転数又はエンジン回転数が第二の閾値を超えた時にも制御装置により燃料噴射量を絞り込む制御が実行されるので、この給油遅れ時間が経過するまでの間にアクセルが深く踏み込まれても、その燃料噴射が制限されて急激な吹け上がりが防止され、未だ潤滑系統に十分な油圧が立ち上がっていない状況下でパワータービンがエンジン本体側から強引に駆動されてしまうことが未然に回避される。
【発明の効果】
【００１６】
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、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１７】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、流体継手の油路の詰まりや動力伝達系ギア類の異常摩耗等による負荷喪失でパワータービンの回転数が急激に上昇しても、パワータービンが危険な過回転に陥る前に燃料噴射を制限して排気ガスのエネルギーを低減し、これによりパワータービンの回転数を下げることができるので、該パワータービンの過回転を未然に回避することができてパワータービンの損傷を防止することができる。
【００１８】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、始動時に未だ潤滑系統に十分な油圧が立ち上がっていない状況下でアクセルが深く踏み込まれても、その燃料噴射を制限して急激な吹け上がりを防止することができるので、エンジン回転の急激な上昇を未然に回避することができてパワータービンをフローティングメタルやスラストメタル等の損傷から確実に保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２１】
図１に示す如く、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、パワータービン７の回転数を検出する回転センサ２２が前記パワータービン７の駆動軸近傍に装備され、この回転センサ２２からの回転数信号２２ａが制御装置１６に入力されるようにしてある。
【００２２】
そして、この制御装置１６では、前記回転センサ２２からの回転数信号２２ａに基づき前記パワータービン７の回転数が第一の閾値を超えた時に、燃料の噴射量を絞る燃料噴射信号１５ａが燃料噴射装置１５へ向けて出力されるようになっており、ここで用いられる第一の閾値とは、前記パワータービン７が危険な過回転領域に入る手前の回転数として設定されるものである。
【００２３】
即ち、制御装置１６では、アクセル開度信号１７ａ及び回転数信号１８ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１５ａが決定されるようになっている一方、前記回転センサ２２からの回転数信号２２ａに基づきパワータービン７の回転数が第一の閾値を超えた時に異常検知モードに切り替わり、この異常検知モードに切り替わった際には、各気筒への燃料の噴射量を通常モードの場合よりも抑制した別の燃料噴射制御マップが採用されるようになっている。
【００２４】
而して、このように構成すれば、パワータービン７の回転数が回転センサ２２により常に監視されることになり、流体継手９の油路の詰まりや動力伝達系ギア類の異常摩耗等による負荷喪失でパワータービン７の回転数が急激に上昇しても、パワータービン７が危険な過回転に陥る前に該パワータービン７の回転数が第一の閾値を超えて制御装置１６が通常モードから異常検知モードに切り替わり、該制御装置１６により異常検知モードの燃料噴射制御マップが採用されて燃料の噴射量を絞り込む制御が実行されるので、排気ガス２のエネルギーが減少してパワータービン７の回転数が下がり、該パワータービン７の過回転が未然に回避されてパワータービン７が保護されることになる。
【００２５】
従って、上記形態例によれば、流体継手９の油路の詰まりや動力伝達系ギア類の異常摩耗等による負荷喪失でパワータービン７の回転数が急激に上昇しても、パワータービン７が危険な過回転に陥る前に燃料噴射を制限して排気ガス２のエネルギーを低減し、これによりパワータービン７の回転数を下げることができるので、該パワータービン７の過回転を未然に回避することができてパワータービン７の損傷を防止することができる。
【００２６】
図２は本発明の別の形態例を示すもので、ここに図示している例では、前述した回転センサ２２からの回転数信号２２ａに加えて、潤滑系統の油圧を検出する油圧センサ１９からの油圧信号１９ａと、水冷系統の水温を検出する温度センサ２０からの温度信号２０ａと、スタータ２１からの始動信号２１ａとが制御装置１６に入力されるようにしてあり、このスタータ２１からの始動信号２１ａにより制御装置１６にてエンジン本体１の始動が確認された時に、前記油圧信号１９ａ及び温度信号２０ａに基づいて給油遅れ時間マップからパワータービン７への給油遅れ時間が読み出され、その給油遅れ時間内で回転センサ２２からの回転数信号２２ａに基づくパワータービン７の回転数、又は回転センサ１８からの回転数信号１８ａに基づくエンジン本体１の回転数が第二の閾値を超えた時にも異常検知モードに切り替わり、各気筒への燃料の噴射量を通常モードの場合よりも抑制した別の燃料噴射制御マップが採用されるようになっている。
【００２７】
即ち、本発明で対象としているようなターボコンパウンドエンジンにあっては、特に冷間での始動時において、その始動直後にアクセルが深く踏み込まれて急激にエンジン回転が高くなってしまったような場合に、未だ潤滑系統に十分な油圧が立ち上がっていない状況下でパワータービン７がエンジン本体１側から強引に駆動されてしまい、パワータービン７のフローティングメタルやスラストメタルの損傷を招く虞れがあるので、前述した第一の閾値によるパワータービン７の回転数の監視を継続しながら、この第一の閾値よりも低いレベルの第二の閾値による監視が始動時の給油遅れ時間内でのみ限定的に実施されるようにしているのである。
【００２８】
尚、図１の形態例の場合のように、流体継手９の油路の詰まりや動力伝達系ギア類の異常摩耗等による負荷喪失でパワータービン７が過回転に陥る虞れを想定した場合には、パワータービン７自体の回転数を直接監視する必要があるが、ここで説明している図２の形態例のように、始動時にパワータービン７がエンジン本体１側から強引に駆動されてしまう虞れを想定した場合には、パワータービン７の回転数とエンジン本体１の回転数の何れを監視しても良いのであり、パワータービン７の回転数を監視した場合と、エンジン本体１の回転数を監視した場合とで、第二の閾値が夫々の監視対象に応じた異なる回転数で設定されることになるのは勿論である。
【００２９】
而して、このように構成すれば、始動時に制御装置１６により潤滑系統の油圧及び水冷系統の水温に基づいて給油遅れ時間マップからパワータービン７への給油遅れ時間が読み出され、その給油遅れ時間が経過するまでの間でパワータービン７の回転数又はエンジン本体１の回転数が第二の閾値を超えた時に、異常検知モードの燃料噴射制御マップが採用されて燃料の噴射量が絞られることになるので、この給油遅れ時間が経過するまでの間にアクセルが深く踏み込まれても、その燃料噴射が制限されて急激な吹け上がりが防止され、未だ潤滑系統に十分な油圧が立ち上がっていない状況下でパワータービン７がエンジン本体１側から強引に駆動されてしまうことが未然に回避される。
【００３０】
従って、上記形態例によれば、前述した図１の形態例の場合と同様に、パワータービン７の過回転を未然に回避してパワータービン７の損傷を防止できることに加え、始動時に未だ潤滑系統に十分な油圧が立ち上がっていない状況下でアクセルが深く踏み込まれても、その燃料噴射を制限して急激な吹け上がりを防止することができるので、エンジン回転の急激な上昇を未然に回避することができてパワータービン７をフローティングメタルやスラストメタル等の損傷から確実に保護することができる。
【００３１】
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、燃料噴射の形式は必ずしも直噴式でなくて良いこと、また、潤滑系統の油圧及び水冷系統の水温の何れか一方を用いて給油遅れ時間マップからパワータービンへの給油遅れ時間を読み出すようにしても良いこと、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】
【００３２】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の別の形態例を示す概略図である。
【図３】従来例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
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
１１  クランクシャフト
１５  燃料噴射装置
１５ａ  燃料噴射信号
１６  制御装置
１８  回転センサ
１８ａ  回転数信号（検出信号）
１９  油圧センサ
１９ａ  油圧信号
２０  温度センサ
２０ａ  温度信号
２１  スタータ
２１ａ  始動信号
２２  回転センサ
２２ａ  回転数信号（検出信号）
【図１】
2006299907.tif 000003
【図２】
2006299907.tif 000004
【図３】
2006299907.tif 000005