(57)【要約】【課題】吸気マニホールドへの排気ガスの逆流を防止してエンジンの吸気効率を高め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】排気バルブを介して排気された排気ガスから動力回収するターボチャージャと、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、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するようにしたターボコンパウンドエンジンにおいて、排気バルブの閉止タイミングに対して吸気バルブの開放タイミングを遅らせるよう構成する。【選択図】図１
2007262932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気バルブを介して排気された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、前記排気バルブの閉止タイミングに対して吸気バルブの開放タイミングを遅らせるよう構成し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】
吸気バルブの開放タイミングを、排気バルブの閉止タイミングと同時、もしくは排気バルブの閉止タイミングより後にしたことを特徴とする請求項１記載のターボコンパウンドエンジン。
【請求項３】
吸気バルブの開放タイミングを、排気上死点より遅いタイミングにするようクランク角で１０°から３０°までにしたことを特徴とする請求項１又は２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２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から排気バルブ（図示せず）を介して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。なお、図２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している。
【０００４】
ここで、エンジン本体１では、通常、図３に示す如く、排気ガス２を排気するために開いた排気バルブ（図示せず）を、排気上死点より遅いタイミング（クランク角で約１０°）で閉止する（図中の閉止位置ａ）と共に、新気を導入するために開く吸気バルブ（図示せず）を、排気上死点より早いタイミング（クランク角で約−１０°）で開放し（図中の閉止位置ｂ）、排気バルブの閉止と吸気バルブの開放をオーバラップさせて掃気効率を上げるようにしている。
【０００５】
なお、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】
【０００６】
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、パワータービン７により排気マニホールド（図示せず）の圧が高くなるため、排気バルブと吸気バルブとのオーバラップ部分で排気ガス２が吸気バルブ側に逆流し、エンジンの吸気効率が低下するという問題があった。
【０００７】
ここで、その例を示すと、通常のターボエンジンにおいて排気バルブを開放した場合には、図４に示す如く、排気上死点（ＴＤＣ）から排気バルブの閉止位置ａまでの範囲で、排気マニホールドの圧Ｐ０が吸気マニホールドの圧Ｐ１より低下し、エンジンの掃気が行われるが、ターボコンパウンドエンジンにおいて排気バルブを開放した場合には、排気上死点（ＴＤＣ）から排気バルブの閉止位置ａまでの範囲であっても、排気マニホールドの圧Ｐ２は吸気マニホールドの圧Ｐ１より高く、エンジンの掃気を適切に行うことができない。なお、図中、Ｐａはターボコンパウンドエンジンでのシリンダ内の圧を示し、クランク角のｂは吸気バルブの開放位置を示している。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、吸気マニホールドへの排気ガスの逆流を防止してエンジンの吸気効率を高め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、排気バルブを介して排気された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、前記排気バルブの閉止タイミングに対して吸気バルブの開放タイミングを遅らせるよう構成し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、排気バルブの閉止タイミングに対して吸気バルブの開放タイミングを遅らせるので、排気バルブの閉止と吸気バルブの開放とのオーバラップ部分を低減し、パワータービンにより排気バルブ側の圧が高い場合であっても、吸気側への排気ガスの逆流を抑制してエンジンの吸気効率を高めることができる。
【００１１】
また、本発明においては、吸気バルブの開放タイミングを、排気バルブの閉止タイミングと同時、もしくは排気バルブの閉止タイミングより後にすることが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、排気バルブの閉止と吸気バルブの開放とのオーバラップ部分を無くし、吸気側への排気ガスの逆流を防止してエンジンの吸気効率を適切に高めることができる。
【００１３】
また、本発明においては、吸気バルブの開放タイミングを、排気上死点より遅いタイミングにするようクランク角で１０°から３０°までにすることが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、吸気側への排気ガスの逆流を防止すると同時に吸気側からの新気の導入を好適にするので、エンジンの吸気効率を一層適切に高めることができる。
【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、吸気側への排気ガスの逆流を防止してエンジンの吸気効率を高め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例において排気バルブの閉止と吸気バルブの開放の関係を示すもので、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２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２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、排気バルブ（図示せず）の閉止タイミングと吸気バルブ（図示せず）の開放タイミングを調整したところに特徴があり、ここに図示している例では、制御装置（図示せず）により排気バルブと吸気バルブを制御している。
【００１９】
制御装置は、排気バルブの閉止タイミングに対して吸気バルブの開放タイミングを遅らせるようにしており、具体的には、排気バルブの閉止タイミングを、排気上死点（ＴＤＣ）より遅いタイミングにするようにクランク角で０°から１０°までにすると共に、吸気バルブの開放タイミングを、排気上死点（ＴＤＣ）より遅いタイミングにするようクランク角で１０°から３０°までにし、排気バルブの閉止と吸気バルブの開放のオーバラップさせる部分を無くしている。
【００２０】
ここで、吸気バルブの開放タイミングは、排気バルブの閉止タイミングと同時、もしくは排気バルブの閉止タイミングより後になるならば、特に制限されるものではないが、エンジン内への新気の導入を考慮した場合には、図１に示す如く、吸気バルブの開放タイミングと排気バルブの閉止タイミングとを同時にすることが好ましく（図１ではＡの位置）、特に、吸気バルブの開放タイミングを排気上死点（ＴＤＣ）より遅いタイミングであってクランク角で１５°から２５°までにすることが好ましい。又、制御手段は、パワータービン７（図２参照）の状況によって、吸気バルブの開放タイミング及び排気バルブの閉止タイミングを変更するようにしても良い。なお、図中、ｂは従来の吸気バルブの開放位置を示している。
【００２１】
而して、上記形態例によれば、排気バルブの閉止タイミングに対して吸気バルブの開放タイミングを遅らせるので、排気バルブの閉止と吸気バルブの開放とのオーバラップ部分を低減し、パワータービン７により排気マニホールドの圧が高い場合であっても、吸気マニホールドへの排気ガス２の逆流を抑制してエンジンの吸気効率を高めることができる。
【００２２】
また、吸気バルブの開放タイミングを、排気バルブの閉止タイミングと同時、もしくは排気バルブの閉止タイミングより後にすると、排気バルブの閉止と吸気バルブの開放とのオーバラップ部分を無くし、吸気マニホールドへの排気ガス２の逆流を防止してエンジンの吸気効率を適切に高めることができる。
【００２３】
また、排気バルブの閉止タイミングを、排気上死点（ＴＤＣ）より遅いタイミングにするようにクランク角で０°から１０°までにすると共に、吸気バルブの開放タイミングを、排気上死点（ＴＤＣ）より遅いタイミングにするようクランク角で１０°から３０°までにすると、吸気マニホールドへの排気ガス２の逆流を防止すると同時に吸気マニホールドからの新気の導入を好適にするので、エンジンの吸気効率を一層適切に高めることができる。ここで、排気バルブの閉止タイミングをクランク角で排気上死点（ＴＤＣ）の０°より前にすると、排気ガス２の排気を十分に行うことができず、吸気バルブの開放タイミングをクランク角で排気上死点（ＴＤＣ）より３０°遅くすると、エンジンへの新気の導入が大幅に遅れ、エンジンの吸気効率を高めることができない。又、吸気バルブの開放タイミングを、排気上死点（ＴＤＣ）より遅いクランク角で１５°から２５°までにした場合には、エンジンの吸気効率を最適に高めることができる。
【００２４】
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、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】
【００２５】
【図１】本発明を実施する形態例におけるバルブリフトカーブを示すグラフである。
【図２】従来例を示す概略図である。
【図３】従来のバルブリフトカーブを示すグラフである。
【図４】ターボコンパウンドエンジンにおいて排気マニホールドの圧が吸気マニホールドの圧より高いことを示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
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
【図１】
2007262932.tif 000003
【図２】
2007262932.tif 000004
【図３】
2007262932.tif 000005
【図４】
2007262932.tif 000006