(57)【要約】【課題】エンジンの高回転運転領域に於いても排気エネルギの回収効率の低下を抑制し燃費の悪化を抑制する事が出来るエンジン吸排気構造を提供する。【解決手段】第一排気管１０１と、第一排気管１０１と並列に設置される第二排気管１０２と、吸気管１０３と、第一排気管１０１の途中に設置される第一タービン１０４と、吸気管１０３の途中に設置されると共に第一タービン１０４の運動エネルギによって駆動される第一コンプレッサ１０５と、第二排気管１０２の途中に設置される絞気弁１０６と、絞気弁１０６の開度を制御するコントローラ１０７と、第二排気管１０２を通じ排出される排気の持つ排気エネルギを回収する排気エネルギ回収機構１０９を備えるエンジン吸排気構造１００によって課題を解決する事が出来る。【選択図】図１
2019007406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一排気管と、
前記第一排気管と並列に設置される第二排気管と、
吸気管と、
前記第一排気管の途中に設置されると共に排気エネルギによって駆動される第一タービンと、
前記吸気管の途中に設置されると共に前記第一タービンの運動エネルギによって駆動される第一コンプレッサと、
前記第二排気管の途中に設置されると共に前記第二排気管を通じ排出される排気の量を調整する絞気弁と、
前記絞気弁の開度を制御するコントローラと、
前記第一排気管及び／又は前記第二排気管を通じ排出される排気の持つ排気エネルギを回収する排気エネルギ回収機構と、
を備える
事を特徴とするエンジン吸排気構造。
【請求項２】
前記第二排気管の途中であって前記絞気弁の排気下流側に設置されると共に排気エネルギによって駆動される第二タービンを更に備え、
前記排気エネルギ回収機構は、前記第二タービンの運動エネルギをクランクシャフトに伝達し排気エネルギを回収する
請求項１に記載のエンジン吸排気構造。
【請求項３】
前記排気エネルギ回収機構は、前記第一タービンの運動エネルギも前記クランクシャフトに伝達し排気エネルギを回収する
請求項２に記載のエンジン吸排気構造。
【請求項４】
前記第二排気管の途中であって前記絞気弁の排気下流側に設置されると共に排気エネルギによって駆動される第二タービンと、
前記吸気管の途中に設置されると共に前記第二タービンの運動エネルギによって駆動される第二コンプレッサと、
を更に備え、
前記排気エネルギ回収機構は、前記第一タービンの運動エネルギをクランクシャフトに伝達し排気エネルギを回収する
請求項１に記載のエンジン吸排気構造。
【請求項５】
前記第二排気管の途中であって前記絞気弁の排気下流側に設置されると共に排気エネルギによって駆動される第二タービンと、
前記第二タービンの運動エネルギによって駆動されるジェネレータと、
前記ジェネレータが発電した電力を蓄えるバッテリと、
を更に備え、
前記排気エネルギ回収機構は、前記第一タービンの運動エネルギをクランクシャフトに伝達し排気エネルギを回収する
請求項１に記載のエンジン吸排気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン吸排気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に示す様に、従来のエンジン吸排気構造５００は、排気管５０１と、吸気管５０２と、タービン５０３と、コンプレッサ５０４と、を備える。
【０００３】
排気管５０１は、排気マニホールド５０５に接続される。吸気管５０２は、吸気マニホールド５０６に接続される。排気マニホールド５０５と吸気マニホールド５０６は、複数の気筒５０７の夫々に接続される。吸気管５０２の途中であってコンプレッサ５０４の吸気下流側にインタクーラ５０８が設置される。
【０００４】
タービン５０３とコンプレッサ５０４は、回転軸５０９を介し接続される。タービン５０３は、排気管５０１の途中に設置されると共に排気エネルギによって駆動される。コンプレッサ５０４は、吸気管５０２の途中に設置されると共にタービン５０３の運動エネルギによって駆動される。
【０００５】
従来より、エンジン吸排気構造５００に於いては、排気エネルギによって駆動されるタービン５０３の運動エネルギを排気エネルギ回収機構５１０を通じクランクシャフト５１１に伝達し排気エネルギを回収する事によってエンジンの出力を増加させるターボコンパウンドという技術が使用されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０８５２２６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１０８３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
然し乍ら、エンジンの高回転運転領域に於いては、排気圧力が高く成る為、タービン５０３の容量に依ってはエンジン回転数の上昇に伴って増大する排気エネルギの全てを処理する事が出来ず、排気エネルギの回収効率が低下し燃費が悪化する。
【０００８】
従って、本発明は、エンジンの高回転運転領域に於いても排気エネルギの回収効率の低下を抑制し燃費の悪化を抑制する事が出来るエンジン吸排気構造を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第一排気管と、前記第一排気管と並列に設置される第二排気管と、吸気管と、前記第一排気管の途中に設置されると共に排気エネルギによって駆動される第一タービンと、前記吸気管の途中に設置されると共に前記第一タービンの運動エネルギによって駆動される第一コンプレッサと、前記第二排気管の途中に設置されると共に前記第二排気管を通じ排出される排気の量を調整する絞気弁と、前記絞気弁の開度を制御するコントローラと、前記第一排気管及び／又は前記第二排気管を通じ排出される排気の持つ排気エネルギを回収する排気エネルギ回収機構と、を備えるエンジン吸排気構造を提供する。
【００１０】
前記第二排気管の途中であって前記絞気弁の排気下流側に設置されると共に排気エネルギによって駆動される第二タービンを更に備え、前記排気エネルギ回収機構は、前記第二タービンの運動エネルギをクランクシャフトに伝達し排気エネルギを回収する事が望ましい。
【００１１】
前記排気エネルギ回収機構は、前記第一タービンの運動エネルギも前記クランクシャフトに伝達し排気エネルギを回収する事が望ましい。
【００１２】
前記第二排気管の途中であって前記絞気弁の排気下流側に設置されると共に排気エネルギによって駆動される第二タービンと、前記吸気管の途中に設置されると共に前記第二タービンの運動エネルギによって駆動される第二コンプレッサと、を更に備え、前記排気エネルギ回収機構は、前記第一タービンの運動エネルギをクランクシャフトに伝達し排気エネルギを回収する事が望ましい。
【００１３】
前記第二排気管の途中であって前記絞気弁の排気下流側に設置されると共に排気エネルギによって駆動される第二タービンと、前記第二タービンの運動エネルギによって駆動されるジェネレータと、前記ジェネレータが発電した電力を蓄えるバッテリと、を更に備え、前記排気エネルギ回収機構は、前記第一タービンの運動エネルギをクランクシャフトに伝達し排気エネルギを回収する事が望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によって、エンジンの高回転運転領域に於いても排気エネルギの回収効率の低下を抑制し燃費の悪化を抑制する事が出来るエンジン吸排気構造を提供する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のエンジン吸排気構造の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の別のエンジン吸排気構造の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の別のエンジン吸排気構造の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の別のエンジン吸排気構造の構成を示す概略図である。
【図５】従来のエンジン吸排気構造の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に順って説明する。
【００１７】
図１に示す様に、本発明の実施の形態に係るエンジン吸排気構造１００は、第一排気管１０１と、第二排気管１０２と、吸気管１０３と、第一タービン１０４と、第一コンプレッサ１０５と、絞気弁１０６と、コントローラ１０７と、第二タービン１０８と、排気エネルギ回収機構１０９と、を備える。
【００１８】
第一排気管１０１と第二排気管１０２は、排気マニホールド１１０に接続される。第二排気管１０２は、第一排気管１０１と並列に設置される。第一排気管１０１と第二排気管１０２は、個別の排気系統を構成する。吸気管１０３は、吸気マニホールド１１１に接続される。排気マニホールド１１０と吸気マニホールド１１１は、複数の気筒１１２の夫々に接続される。排気マニホールド１１０は、複数の気筒１１２の夫々を通じ排出される排気を第一排気管１０１又は第二排気管１０２に合流する。吸気マニホールド１１１は、吸気管１０３を通じ供給される吸気を複数の気筒１１２の夫々に分流する。
【００１９】
吸気管１０３の途中であって第一コンプレッサ１０５の吸気下流側にインタクーラ１１３が設置される。インタクーラ１１３は、第一コンプレッサ１０５が圧縮し昇温した吸気を冷却する。
【００２０】
第一タービン１０４と第一コンプレッサ１０５は、第一回転軸１１４を介し接続される。第一タービン１０４は、第一排気管１０１の途中に設置されると共に排気エネルギによって駆動される。第一コンプレッサ１０５は、吸気管１０３の途中に設置されると共に第一タービン１０４の運動エネルギによって駆動される。
【００２１】
絞気弁１０６は、第二排気管１０２の途中に設置されると共に第二排気管１０２を通じ排出される排気の量を調整する。
【００２２】
コントローラ１０７は、絞気弁１０６の開度を制御する。具体的に言えば、排気圧力（第一排気管１０１に於ける排気圧力）が高い時は絞気弁１０６を開く（絞気弁１０６の開度を大きくする）と共に排気圧力（第一排気管１０１に於ける排気圧力）が低い時は絞気弁１０６を閉じる（絞気弁１０６の開度を小さくする）。排気圧力は、第一排気管１０１の途中に設置した排気圧力検出器（不図示）によって検出される。尚、排気圧力に代えエンジン回転数に応じ絞気弁１０６の開度を制御しても構わない。エンジン回転数に応じ絞気弁１０６の開度を制御する場合は、エンジン回転数が高い時は絞気弁１０６を開く（絞気弁１０６の開度を大きくする）と共にエンジン回転数が低い時は絞気弁１０６を閉じる（絞気弁１０６の開度を小さくする）。エンジン回転数は、クランクシャフトに設置したエンジン回転数検出器（クランク角度検出器）によって検出される。
【００２３】
第二タービン１０８は、第二排気管１０２の途中であって絞気弁１０６の排気下流側に設置されると共に排気エネルギによって駆動される。
【００２４】
排気エネルギ回収機構１０９は、第二タービン１０８の運動エネルギをクランクシャフト１１５に伝達し排気エネルギを回収する。排気エネルギ回収機構１０９は、例えば、第二タービン１０８に接続される第二回転軸１１６とクランクシャフト１１５とを接続するギヤとシャフトとによって構成される。尚、排気エネルギ回収機構１０９は、ギヤとシャフトとに代え第二回転軸１１６とクランクシャフト１１５とを接続するベルト又はチェーンによって構成されても構わない。
【００２５】
エンジン吸排気構造１００に於いては、第一排気管１０１に於ける排気圧力が高く成るエンジンの高回転運転領域に於いて絞気弁１０６を開く事によって、第一タービン１０４によって処理する事が出来る容量を超える排気を第二排気管１０２に分流し余剰の排気エネルギを排気エネルギ回収機構１０９によって回収する事が出来る。
【００２６】
従って、エンジンの高回転運転領域に於いても排気エネルギの回収効率の低下を抑制し燃費の悪化を抑制する事が出来る。
【００２７】
尚、エンジン吸排気構造１００に於いては、排気エネルギ回収機構１０９は、第二タービン１０８の運動エネルギをクランクシャフト１１５に伝達し排気エネルギを回収するとしたが、図２のエンジン吸排気構造２００の様に、排気エネルギ回収機構２０１は、第二タービン１０８の運動エネルギに加え第一タービン１０４の運動エネルギもクランクシャフト１１５に伝達し排気エネルギを回収しても構わない。
【００２８】
図３に示す様に、本発明の別の実施の形態に係るエンジン吸排気構造３００は、エンジン吸排気構造１００と比較すると、第二コンプレッサ３０１を更に備えると共に排気エネルギ回収機構１０９に代え排気エネルギ回収機構３０２を備える。
【００２９】
第二タービン１０８と第二コンプレッサ３０１は、第二回転軸１１６を介し接続される。第二コンプレッサ３０１は、吸気管１０３の途中であって第一コンプレッサ１０５の吸気上流側に設置されると共に第二タービン１０８の運動エネルギによって駆動される。尚、第二コンプレッサ３０１は、第一コンプレッサ１０５の吸気下流側に配置されても構わない。
【００３０】
絞気弁１０６を閉じている時は第二タービン１０８が駆動されない為、エンジン吸排気構造３００は、第二コンプレッサ３０１が吸気抵抗と成らない様に第二コンプレッサ３０１を迂回する迂回吸気管３０３を更に備える。
【００３１】
排気エネルギ回収機構３０２は、第一タービン１０４の運動エネルギをクランクシャフト１１５に伝達し排気エネルギを回収する。
【００３２】
エンジン吸排気構造３００に於いては、第一排気管１０１を通じ排出される排気の持つ排気エネルギを排気エネルギ回収機構３０２によって回収する事が出来る。更に、第一排気管１０１に於ける排気圧力が高く成るエンジンの高回転運転領域に於いて絞気弁１０６を開く事によって、第一タービン１０４によって処理する事が出来る容量を超える排気を第二排気管１０２に分流し余剰の排気エネルギによって第二コンプレッサ３０１を駆動させる事が出来る。
【００３３】
従って、エンジンの高回転運転領域に於いても排気エネルギの回収効率の低下を抑制し燃費の悪化を抑制する事が出来ると共に、ターボコンパウンドと排気タービン式過給機とを併用する事によって排気エネルギを有効に活用する事が出来る。
【００３４】
図４に示す様に、本発明の別の実施の形態に係るエンジン吸排気構造４００は、エンジン吸排気構造３００と比較すると、第二コンプレッサ３０１に代えジェネレータ４０１とバッテリ４０２とを備える。
【００３５】
ジェネレータ４０１は、第二回転軸１１６を介し第二タービン１０８に接続されると共に第二タービン１０８の運動エネルギによって駆動される。尚、ジェネレータ４０１は、モータジェネレータによって構成されても構わない。
【００３６】
バッテリ４０２は、鉛バッテリ又はリチウムイオンバッテリによって構成されると共にジェネレータ４０１が発電した電力を蓄える。
【００３７】
エンジン吸排気構造４００に於いては、第一排気管１０１を通じ排出される排気の持つ排気エネルギを排気エネルギ回収機構３０２によって回収する事が出来る。更に、第一排気管１０１に於ける排気圧力が高く成るエンジンの高回転運転領域に於いて絞気弁１０６を開く事によって、第一タービン１０４によって処理する事が出来る容量を超える排気を第二排気管１０２に分流し余剰の排気エネルギによってジェネレータ４０１を駆動させる事が出来る。
【００３８】
従って、エンジンの高回転運転領域に於いても排気エネルギの回収効率の低下を抑制し燃費の悪化を抑制する事が出来ると共に、ターボコンパウンドと発電システムとを併用する事によって排気エネルギを有効に活用する事が出来る。更に、バッテリ４０２に蓄えた電力を電装品に供給したりハイブリッドシステムに供給したりする事によって更なる燃費の向上を図る事が出来る。
【００３９】
尚、エンジン吸排気構造１００乃至４００を組み合わせても構わない。例えば、エンジン吸排気構造３００及び４００を組み合わせて第二排気管１０２を通じ排出される排気の持つ排気エネルギによって第二コンプレッサ３０１とジェネレータ４０１とを同時に駆動させても構わない。
【符号の説明】
【００４０】
１００  エンジン吸排気構造
１０１  第一排気管
１０２  第二排気管
１０３  吸気管
１０４  第一タービン
１０５  第一コンプレッサ
１０６  絞気弁
１０７  コントローラ
１０８  第二タービン
１０９  排気エネルギ回収機構
１１０  排気マニホールド
１１１  吸気マニホールド
１１２  気筒
１１３  インタクーラ
１１４  第一回転軸
１１５  クランクシャフト
１１６  第二回転軸
２００  エンジン吸排気構造
２０１  排気エネルギ回収機構
３００  エンジン吸排気構造
３０１  第二コンプレッサ
３０２  排気エネルギ回収機構
３０３  迂回吸気管
４００  エンジン吸排気構造
４０１  ジェネレータ
４０２  バッテリ
【図１】
2019007406.tif 000003
【図２】
2019007406.tif 000004
【図３】
2019007406.tif 000005
【図４】
2019007406.tif 000006
【図５】
2019007406.tif 000007