(57)【要約】【課題】エネルギーの損失を抑えつつ給気側にＥＧＲガスを環流させることができるターボコンパウンドエンジンを提供する。【解決手段】内燃機関２と、内燃機関２からの排ガスで駆動されるタービン３を有すると共にタービン３の回転力で内燃機関２への給気を圧縮するコンプレッサ４を有するターボチャージャ５と、内燃機関２、タービン３間の排気通路６から内燃機関２、コンプレッサ４間の給気通路７に排ガスを環流させるＥＧＲ通路８と、ＥＧＲ通路８に設けられＥＧＲ通路８を開閉可能なＥＧＲ弁９と、タービン３から排出された排ガスで駆動されるターボコンパウンド１０と、ターボコンパウンド１０からの回転をエンジン回転に同期させるべく減速する無段変速機１１と、無段変速機１１と内燃機関２との間の動力伝達系１２を断接するクラッチ１３と、ＥＧＲ量を調節すべくクラッチ１３及び無段変速機１１を制御する制御装置１４とを備えるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、前記内燃機関からの排ガスで駆動されるタービンを有すると共に前記タービンの回転力で前記内燃機関への給気を圧縮するコンプレッサを有するターボチャージャと、前記内燃機関、前記タービン間の排気通路から前記内燃機関、前記コンプレッサ間の給気通路に排ガスを環流させる排気再循環通路と、前記排気再循環通路に設けられ前記排気再循環通路を開閉可能な排気再循環弁と、前記タービンから排出された排ガスで駆動されるターボコンパウンドと、前記ターボコンパウンドからの回転をエンジン回転に同期させるべく減速する無段変速機と、前記無段変速機と前記内燃機関との間の動力伝達系を断接するクラッチと、前記内燃機関への排気再循環量を調節すべく前記クラッチ及び前記無段変速機を制御す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】
前記クラッチは摩擦クラッチからなり、前記制御装置は、前記内燃機関の運転状態に基づいて環流すべき排ガスの目標流量を設定し、環流される排ガス流量が前記目標流量となるように前記クラッチ及び前記無段変速機を制御する請求項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】
ターボチャージャが設けられた内燃機関では、排気エネルギーを利用してエンジン給気圧を高めるため、運転状態によってはエンジン給気圧がエンジン排気圧よりも高くなることがある。また、かかる内燃機関に排気再循環（ＥＧＲ）通路を設け、このＥＧＲ通路にＥＧＲ弁を設ける場合、エンジン給気圧がエンジン排気圧よりも高いときには、ＥＲＲ弁を開いても排ガスを給気側に環流できない。
【０００３】
このため、ＥＧＲ通路に逆止弁（リードバルブ）を設け、吸排気の脈動によってエンジン排気圧がエンジン給気圧より高くなった瞬間に給気側に排ガスを環流させるようにしたり、ターボチャージャを可変翼ターボとし、その可変翼でタービン側の流路を絞ることでエンジン排気圧を上昇させ、排気側から給気側に排ガスを環流させるようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１１２２８７号公報
【特許文献２】特表２０１２−５０９４３７号公報
【特許文献３】特開平０６−２６４７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＥＧＲ通路に逆止弁を設けると圧力損失が大きくなるという課題があり、可変翼ターボはエンジン高出力時にタービン側の流路を絞ると圧力損失が大きくなってしまうという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、エネルギーの損失を抑えつつ給気側にＥＧＲガスを環流させることができるターボコンパウンドエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、内燃機関と、前記内燃機関からの排ガスで駆動されるタービンを有すると共に前記タービンの回転力で前記内燃機関への給気を圧縮するコンプレッサを有するターボチャージャと、前記内燃機関、前記タービン間の排気通路から前記内燃機関、前記コンプレッサ間の給気通路に排ガスを環流させる排気再循環通路と、前記排気再循環通路に設けられ前記排気再循環通路を開閉可能な排気再循環弁と、前記タービンから排出された排ガスで駆動されるターボコンパウンドと、前記ターボコンパウンドからの回転をエンジン回転に同期させるべく減速する無段変速機と、前記無段変速機と前記内燃機関との間の動力伝達系を断接するクラッチと、前記内燃機関への排気再循環量を調節すべく前記クラッチ及び前記無段変速機を制御する制御装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のターボコンパウンドエンジンによれば、エネルギーの損失を抑えつつ給気側にＥＧＲガスを環流させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態に係るターボコンパウンドエンジンの説明図であり、（ｂ）はターボコンパウンドエンジンの正面図である。
【図２】制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１１】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ターボコンパウンドエンジン１は、内燃機関２と、内燃機関２からの排ガスで駆動されるタービン３を有すると共にタービン３の回転力で内燃機関２への給気を圧縮するコンプレッサ４を有するターボチャージャ５と、内燃機関２、タービン３間の排気通路６から内燃機関２、コンプレッサ４間の給気通路７に排ガスを環流させる排気再循環（ＥＧＲ）通路８と、ＥＧＲ通路８に設けられＥＧＲ通路８を開閉可能なＥＧＲ弁９と、タービン３から排出された排ガスで駆動されるターボコンパウンド１０と、ターボコンパウンド１０からの回転をエンジン回転に同期させるべく減速する無段変速機１１と、無段変速機１１と内燃機関２との間の動力伝達系１２を断接するクラッチ１３と、内燃機関２へのＥＧＲ量を調節すべくクラッチ１３及び無段変速機１１を制御する制御装置１４とを備える。
【００１２】
内燃機関２は、ディーゼルエンジンからなり、トラック、バス等の車両（図示せず）に搭載される。
【００１３】
ＥＧＲ通路８は、具体的には、内燃機関２の排気マニホルド２ｂに接続されると共に、吸気マニホルド２ｃに接続されており、排気マニホルド２ｂからの排ガスを吸気マニホルド２ｃに環流させるようになっている。また、排気マニホルド２ｂ及び吸気マニホルド２ｃには、圧力センサ１６、１７が設けられている。圧力センサ１６、１７はそれぞれ制御装置１４に電気的に接続されており、圧力センサ１６、１７で検出したエンジン排気圧及びエンジン給気圧が制御装置１４に入力されるようになっている。
【００１４】
ＥＧＲ弁９は、全開、全閉可能な開閉弁からなる。ＥＧＲ弁９は、制御装置１４からの電気信号で全開または全開されるようになっている。
【００１５】
ターボコンパウンド１０は、内燃機関２からの排ガスエネルギによって回転されるタービン（図示せず）を備え、このタービンの回転を無段変速機１１の入力軸１１ａに伝達するようになっている。
【００１６】
無段変速機１１は、連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）からなる。無段変速機１１は、ターボコンパウンド１０から入力軸１１ａに入力される回転（例えば１５００００ｒｐｍ）をエンジン回転数（例えば１５００ｒｐｍ）まで減速して出力軸１１ｂに出力するようになっている。
【００１７】
クラッチ１３は、摩擦クラッチからなり、制御装置１４からの電気信号によって断接されると共に、接の強さが調節可能にされている。
【００１８】
動力伝達系１２は、クラッチ１３の出力側と内燃機関２のクランクシャフト２ａとをプーリ１５ａ、１５ｂ及びベルト１５ｃで接続するベルト機構１５を備える。なお、動力伝達系１２は、ベルト機構１５に換えてギヤ機構（図示せず）やチェーン機構（図示せず）を備えるものとしてもよい。
【００１９】
図２に示すように、制御装置１４は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）からなる。制御装置１４は、圧力センサ１６からエンジン排気圧を取得する排気圧取得部１９と、圧力センサ１７からエンジン給気圧を取得する給気圧取得部２０と、内燃機関２の運転状態１８に基づいてＥＧＲ弁９、クラッチ１３及び無段変速機１１を制御するＥＧＲ制御部２１とを備える。また、制御装置１４には、燃料噴射量、吸入空気量、エンジン回転数、エンジン排気圧、エンジン給気圧等の運転状態１８が入力されるようになっている。
【００２０】
ＥＧＲ制御部２１は、内燃機関２の運転状態に基づいてＥＧＲを実施すべきか否かを判断し、ＥＧＲを実施するとき、ＥＧＲ弁９を全開すると共に、エンジン給気圧がエンジン排気圧より高くならないようにクラッチ１３及び無段変速機１１を制御する。また、ＥＧＲ制御部２１は、ＥＧＲを実施するとき、内燃機関２の運転状態１８に基づいて環流すべき排ガスの目標流量（目標ＥＧＲ量）を設定し、環流される排ガス流量（ＥＧＲ量）が目標ＥＧＲ量となるようにクラッチ１３及び無段変速機１１を制御する。
【００２１】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００２２】
図１及び図２に示すように、内燃機関２を搭載した車両が、内燃機関２からの動力で走行しているとき、制御装置１４のＥＧＲ制御部２１は、内燃機関２の運転状態１８に基づいてＥＧＲを実施すべきか否かを判断する。この判断は、例えば、運転状態１８に基づいて内燃機関２の筒内温度等を推定し、筒内温度が所定温度（ＮＯｘが発生し始める温度）以上となったか否かで行う。
【００２３】
制御装置１４は、ＥＧＲを実施するとき、ＥＧＲ弁９を全開にすると共に、目標ＥＧＲ量を設定し、ＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量となるようにクラッチ１３及び無段変速機１１を制御する。
【００２４】
例えば、内燃機関２が高負荷・高回転で運転されている場合、ターボチャージャ５は効率よく駆動され、エンジン給気圧がエンジン排気圧よりも高いこともある。このような状態で単にＥＧＲ弁を開いても排気マニホルド２ｂから吸気マニホルド２ｃに排ガスを環流させることはできない。しかし、クラッチ１３を接とすることにより、内燃機関２のクランクシャフト２ａと接続されたターボコンパウンド１０が排ガスの抵抗となり、ターボチャージャ５のタービン３の背圧が上昇し、タービン３の回転数が下がり、コンプレッサ４による給気の圧縮が抑えられる。これにより、エンジン給気圧が下がり、排気マニホルド２ｂから吸気マニホルド２ｃに排ガスを環流させることができる。
【００２５】
また、クラッチ１３の接続具合、無段変速機１１の減速比を調節することでＥＧＲ量が調節される。例えば、クラッチ１３の接続を強めると、ターボコンパウンド１０による排ガスの抵抗が大きくなり、タービン３の回転数が下がり、過給圧が下がり、ＥＧＲ量が増える。また逆に、クラッチ１３の接続を弱めると、タービン３の回転数が上がり、過給圧が上がり、ＥＧＲ量が減る。
【００２６】
またさらに、クラッチ１３が接となることにより、ターボコンパウンド１０の回転駆動力が内燃機関２のクランクシャフト２ａに伝達されて付加され、排気エネルギーがクランクシャフト２ａの駆動力として回収される。このとき、クラッチ１３の接続が強くなると、回収される排気エネルギーは大きくなり、クラッチ１３の接続が弱くなると、回収される排気エネルギーは小さくなる。
【００２７】
このように、ターボコンパウンドエンジン１が、内燃機関２と、内燃機関２からの排ガスで駆動されるタービン３を有すると共にタービン３の回転力で内燃機関２への給気を圧縮するコンプレッサ４を有するターボチャージャ５と、内燃機関２、タービン３間の排気通路６から内燃機関２、コンプレッサ４間の給気通路７に排ガスを環流させるＥＧＲ通路８と、ＥＧＲ通路８に設けられＥＧＲ通路８を開閉可能なＥＧＲ弁９と、タービン３から排出された排ガスで駆動されるターボコンパウンド１０と、ターボコンパウンド１０からの回転をエンジン回転に同期させるべく減速する無段変速機１１と、無段変速機１１と内燃機関２との間の動力伝達系１２を断接するクラッチ１３と、ＥＧＲ量を調節すべくクラッチ１３及び無段変速機１１を制御する制御装置１４とを備えるものとしたため、クラッチ１３を接続することでターボコンパウンド１０からの回転を内燃機関２のクランクシャフト２ａに付加でき、排気エネルギーを回収しつつエンジン給気圧をエンジン排気圧よりも低くでき、エネルギーの損失を抑えつつ給気側にＥＧＲガスを環流させることができる。そして、従来必要であったリードバルブを不要にでき、圧力損失を低減できる。
【００２８】
また、クラッチ１３は摩擦クラッチからなり、制御装置１４は、内燃機関２の運転状態１８に基づいて目標ＥＧＲ量を設定し、ＥＧＲ量が目標ＥＧＲ量となるようにクラッチ１３及び無段変速機１１を制御するものとしたため、運転状態に応じてＥＧＲ量を最適にできる。
【００２９】
なお、内燃機関２はディーゼルエンジンに限るものではない。例えば、内燃機関２は、ガソリンエンジン等の他のレシプロエンジンであってもよく、ロータリーエンジン等であってもよい。
【００３０】
また、ＥＧＲ弁９は、全開または全閉が可能な開閉弁からなるものとしたが、流量が調節可能な流量調整弁からなるものとしてもよい。この場合、ＥＧＲ弁９は、制御装置１４により開度を調節されるものとし、ＥＧＲ量を微調整するものとしてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  ターボコンパウンドエンジン
２  内燃機関
３  タービン
４  コンプレッサ
５  ターボチャージャ
６  排気通路
７  給気通路
８  排気再循環通路（ＥＧＲ通路）
９  排気再循環弁（ＥＧＲ弁）
１０  ターボコンパウンド
１１  無段変速機
１２  動力伝達系
１３  クラッチ
１４  制御装置
【図１】
2016098707.tif 000003
【図２】
2016098707.tif 000004