(57)【要約】【課題】エンジンの低速・低負荷域においてパワータービンが負荷になることを防止してターボコンパウンドエンジンの性能を高く維持する。【解決手段】エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービン７の動力を回収できる動力回収領域内にある時は切替弁２０により流体継手９を伝達状態に切り替えてパワータービン７の動力をクランクシャフト１１で回収し、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービン７の動力回収領域外にある時は切替弁２０により流体継手９を非伝達状態に切り替えてパワータービン７からクランクシャフト１１に伝えられる動力ロスを遮断する。【選択図】図１
2007303295.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、作動油により前記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流体継手と、該流体継手に作動油を供給することによる動力の伝達状態と作動油の供給を遮断することによる動力の非伝達状態とに切り替える切替手段とを備えたターボコンパウンドエンジンの制御方法であって、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力を回収できる動力回収領域内にある時は前記切替手段により流体継手を伝達状態に切り替えてパワータービンの動力をクランクシャフトで回収し、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力回収領域外にある時は前記切替手段により流体継手を非伝達状態に切り替えてパワータービンからクランクシャフトに伝えられる動力ロスを遮断することを特徴とするターボコンパウンドエンジンの制御方法。
【請求項２】
前記切替手段により流体継手を伝達状態と非伝達状態とに切り替える操作は、エンジン回転数・燃料噴射量の２次元マップにより求めた回収境界線によって行う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の制御方法。
【請求項３】
前記ターボチャージャの出口とパワータービンの出口とを結んでパワータービンを迂回し途中にバイパスバルブを備えたバイパスダクトを設け、ブレーキ時には、前記バイパスバルブを開けて排気ガスをバイパスダクトに流すと共に、前記切替手段により流体継手を伝達状態に切り替えて、クランクシャフトでパワータービンを駆動することによる抵抗によりブレーキ力を高める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の制御方法。
【請求項４】
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、作動油により前記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流体継手と、該流体継手に作動油を供給することによる動力の伝達状態と作動油の供給を遮断することによる動力の非伝達状態とに切り替える切替手段とを備えたターボコンパウンドエンジンの制御装置であって、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力を回収できる動力回収領域内か動力回収領域外かを演算する演算手段と、該演算手段で求めたエンジン回転数・燃料噴射量が動力回収領域内の場合は前記切替弁を開作動し、エンジン回転数・燃料噴射量が動力回収領域外の場合は前記切替弁を閉作動する制御手段と、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の制御装置。
【請求項５】
前記ターボチャージャの出口とパワータービンの出口とを結んでパワータービンを迂回し途中にバイパスバルブを備えたバイパスダクトを設け、前記制御手段にはブレーキ信号を入力し、制御手段は、ブレーキ信号が入力されると前記バイパスバルブを開けて排気ガスをバイパスダクトに流すと共に、前記切替弁により流体継手を伝達状態に切り替えるようにしたことを特徴とする請求項４に記載のターボコンパウンドエンジンの制御装置。
【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の制御方法及び装置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、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６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１から排出された排気ガス２をターボチャージャ４に導き、排気ガス２の持つエネルギーをタービン６で動力として回収し、該タービン６により駆動されるコンプレッサ５でエンジン１に入る吸気を加圧する一方、タービン６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１のクランクシャフト１１に伝達するようにしてある。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。
【０００４】
また、図６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は大気を清浄にするエアクリーナを示す。
【０００５】
図７は、前記流体継手９の詳細を示したもので、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が形成されている。
【０００６】
前記タービン翼車２２は、第二ギアトレーン１０（図６参照）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６参照）の一要素を成す入力ギア１２が一体的に装備されている。
【０００７】
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、供給ライン１６からの作動油１５（エンジンオイル）が、出力シャフト２８の出力ギア１３と反対側の端部に穿設された油通路１７及び通路１８を通して供給されるようになっており、この作動油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１９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。
【０００８】
更に、前記供給ライン１６には、該流体継手９に作動油１５を供給して動力の伝達状態と、流体継手９に対する作動油１５の供給を遮断して動力の非伝達状態とに切り替えるようにした切替弁２０（切替手段）を備えている。
【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、エンジン１の運転中は、常に切替弁２０を開けて流体継手９に作動油１５を供給することにより流体継手９を伝達状態に保持している。このため、エンジン１の高速・高負荷域においては流体継手９によりパワータービン７の動力を有効にクランクシャフト１１に伝達して回収することができるが、エンジン１の低速・低負荷域においては前記パワータービン７が負荷となってクランクシャフトの動力ロスを生じてしまい、このために、ターボコンパウンドエンジンの性能を十分に発揮することができないという問題を有していた。
【００１１】
また、前記ターボコンパウンドエンジンを利用して、エンジンのブレーキ力を高めるようにしたものは従来提案されていなかった。
【００１２】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、エンジンの低速・低負荷域においてパワータービンが負荷になることを防止してターボコンパウンドエンジンの性能を高く維持するこができ、更に、エンジンのブレーキ力を有効に高められるようにしたターボコンパウンドエンジンの制御方法及び装置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】
【００１３】
本発明のターボコンパウンドエンジンの制御方法は、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、作動油により前記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流体継手と、該流体継手に作動油を供給することによる動力の伝達状態と作動油の供給を遮断することによる動力の非伝達状態とに切り替える切替手段とを備えたターボコンパウンドエンジンの制御方法であって、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力を回収できる動力回収領域内にある時は前記切替手段により流体継手を伝達状態に切り替えてパワータービンの動力をクランクシャフトで回収し、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力回収領域外にある時は前記切替手段により流体継手を非伝達状態に切り替えてパワータービンからクランクシャフトに伝えられる動力ロスを遮断することを特徴とする。
【００１４】
上記手段によれば、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力回収領域外にあるとき、前記切替手段により流体継手を非伝達状態に切り替えてパワータービンからクランクシャフトに伝えられる動力ロスを遮断するため、エンジンの低速・低負荷時にパワータービンが負荷になることを防止してターボコンパウンドエンジンの性能を高く維持することができる。
【００１５】
また、上記ターボコンパウンドエンジンの制御方法において、前記切替手段により流体継手を伝達状態と非伝達状態とに切り替える操作は、エンジン回転数・燃料噴射量の２次元マップにより求めた回収境界線によって行うことを特徴としており、これにより、流体継手による動力の伝達状態と動力の非伝達状態との切り替えを自動的且つ好適に行うことができる。
【００１６】
また、上記ターボコンパウンドエンジンの制御方法において、前記ターボチャージャの出口とパワータービンの出口とを結んでパワータービンを迂回し途中にバイパスバルブを備えたバイパスダクトを設け、ブレーキ時には、前記バイパスバルブを開けて排気ガスをバイパスダクトに流すと共に、前記切替手段により流体継手を伝達状態に切り替えて、クランクシャフトでパワータービンを駆動することによる抵抗によりブレーキ力を高めることを特徴としており、これにより、パワータービンをクランクシャフトで駆動する抵抗を利用してブレーキ力を高めることができる。
【００１７】
本発明のターボコンパウンドエンジンの制御装置は、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、作動油により前記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流体継手と、該流体継手に作動油を供給することによる動力の伝達状態と作動油の供給を遮断することによる動力の非伝達状態とに切り替える切替手段とを備えたターボコンパウンドエンジンの制御装置であって、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力を回収できる動力回収領域内か動力回収領域外かを演算する演算手段と、該演算手段で求めたエンジン回転数・燃料噴射量が動力回収領域内の場合は前記切替弁を開作動し、エンジン回転数・燃料噴射量が動力回収領域外の場合は前記切替弁を閉作動する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
上記手段によれば、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力回収領域外にあるとき、前記切替弁により流体継手を非伝達状態に切り替えてパワータービンからクランクシャフトに伝えられる動力ロスを遮断するため、エンジンの低速・低負荷時にパワータービンが負荷になることを防止してターボコンパウンドエンジンの性能を高く維持できる装置が提供できる。
【００１９】
上記ターボコンパウンドエンジンの制御装置において、前記ターボチャージャの出口とパワータービンの出口とを結んでパワータービンを迂回し途中にバイパスバルブを備えたバイパスダクトを設け、前記制御手段にはブレーキ信号を入力し、制御手段は、ブレーキ信号が入力されると前記バイパスバルブを開けて排気ガスをバイパスダクトに流すと共に、前記切替弁により流体継手を伝達状態に切り替えるようにしたことを特徴としており、これにより、パワータービンをクランクシャフトで駆動する抵抗を利用してブレーキ力を高められる装置が提供できる。
【発明の効果】
【００２０】
上記した本発明のターボコンパウンドエンジンの制御方法及び装置によれば、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力回収領域外にある時に、前記切替手段により流体継手を非伝達状態に切り替えてパワータービンからクランクシャフトに伝えられる動力ロスを遮断することにより、エンジンの低速・低負荷域においてパワータービンが負荷になることを防止してターボコンパウンドエンジンの性能を高く維持できるという優れた効果を奏し得る。
【００２１】
また、ブレーキ時に、バイパスバルブを開けて排気ガスをバイパスダクトに流すと共に、流体継手を伝達状態に切り替えることにより、パワータービンをクランクシャフトで駆動する抵抗によってブレーキ力が高められ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】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、前述した図６、図７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、エンジン１の低速・低負荷域においてパワータービンが負荷になることを防止して、ターボコンパウンドエンジンの性能を高く維持できるようにしている。
【００２４】
このため、図１に示している例では、エンジン回転数３１と燃料噴射量３２に基づいて、図７の流体継手９に作動油１５を供給する供給ライン１６に設けた切替弁２０（切替手段）の開閉を制御するための制御装置３０を備えている。該制御装置３０は、エンジン回転数３１と燃料噴射量３２を入力し、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービン７の動力を回収できる動力回収領域内にあるか動力回収領域外であるかを演算する演算手段３３と、該演算手段３３で求めたエンジン回転数・燃料噴射量が動力回収領域内の場合には前記切替弁２０を開作動して流体継手９を伝達状態に切り替えることによりパワータービン７の動力をクランクシャフト１１で回収し、エンジン回転数・燃料噴射量がパワータービンの動力回収領域外にある場合には前記切替弁２０を閉作動し流体継手９を非伝達状態に切り替えることによりパワータービン７からクランクシャフト１１に伝えられる動力ロスを遮断するように制御する制御手段３４とを有する。
【００２５】
前記演算手段３３は、図２に示すエンジン回転数と燃料噴射量の２次元マップからパワータービン動力を回収できる回収境界線３５を作成しており、従って前記制御手段３４は、エンジン１が前記演算手段３３で求めた回収境界線３５以上の高速・高負荷域においては前記切替弁２０を開作動し、エンジン１が前記演算手段３３で求めた回収境界線３５より低い低速・低負荷域では前記切替弁２０を閉作動するようにしている。
【００２６】
上記した図１の形態においては、図３の制御フローチャートに示すように、エンジン回転数・燃料噴射量が、図２に示した２次元マップの回収境界線３５以上の動力回収領域内にあるエンジン１の高速・高負荷域では、パワータービン７の動力が回収可能であるため、前記切替弁２０を開作動して流体継手９を伝達状態に保持し、これによりパワータービン７の動力をクランクシャフト１１に伝達・回収する。従って、エンジン１の高速・高負荷域においてはターボコンパウンドエンジンの性能を十分に発揮することができる。
【００２７】
一方、エンジン回転数・燃料噴射量が、図２に示した２次元マップの回収境界線３５より低い動力回収領域外にあるエンジン１の低速・低負荷域では、パワータービン７の動力を回収できないため、前記切替弁２０を閉作動して流体継手９を非伝達状態に保持し、これによりパワータービン７の負荷がクランクシャフト１１に伝えられて動力ロスとなることを遮断する。従って、エンジン１の低速・低負荷域においてはパワータービン７が負荷になることによってターボコンパウンドエンジンの性能が低下する問題を防止できる。
【００２８】
図４は本発明を実施する形態の他の例を示すもので、前述した図６、図７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、図１の構成に加え、ブレーキ時に、パワータービン７を利用してターボコンパウンドエンジンのブレーキ力を高めるようにしている。
【００２９】
このため、図４に示した例では、前記ターボチャージャ４の出口４ａとパワータービン７の出口７ａとを結んでパワータービン７を迂回し、途中にバイパスバルブ３６を備えたバイパスダクト３７を設けている。
【００３０】
更に、前記制御装置３０の制御手段３４にブレーキ信号３８を入力するようにしている。上記図４の形態においては、図５の制御フローチャートに示すように、切替弁２０が開で流体継手９が伝達状態の時と、切替弁２０が閉で流体継手９が非伝達状態の時の何れの場合においても、制御手段３４にブレーキ信号３８が入力されると、制御手段３４は、前記バイパスバルブ３６を開けて排気ガスをバイパスダクト３７に流す（パワータービン７を迂回する）と共に、前記切替弁２０を開にして流体継手９を伝達状態に保持する。これにより、パワータービン７がクランクシャフト１１によって駆動されるようになり、パワータービン７がクランクシャフト１１の負荷となるため、パワータービン７の抵抗を利用してターボコンパウンドエンジンのブレーキ力を高めることができる。
【００３１】
尚、本発明のターボコンパウンドエンジンの制御方法及び装置は、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】
【００３２】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概要説明図である。
【図２】エンジン回転数と燃料噴射量の２次元マップである。
【図３】図１の形態の制御フローチャートである。
【図４】本発明を実施する形態の他の例を示す概要説明図である。
【図５】図４の形態の制御フローチャートである。
【図６】一般的なターボコンパウンドエンジンの一例を示す概要説明図である。
【図７】流体継手の詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  エンジン
２  排気ガス
４  ターボチャージャ
７  パワータービン
９  流体継手
１１  クランクシャフト
１５  作動油
２０  切替弁（切替手段）
３０  制御装置
３１  エンジン回転数
３２  燃料噴射量
３３  演算手段
３４  制御手段
３５  回収境界線
３６  バイパスバルブ
３７  バイパスダクト
３８  ブレーキ信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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