JP4587923B2 - ターボコンパウンドエンジン - Google Patents

Description

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。

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。

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から排気マニホールド２を介して排出された排気ガス３の持つエネルギーをターボチャージャ４のタービン５で動力として回収し、該タービン５により駆動されるコンプレッサ６でエンジン本体１に入る吸気（図示せず）を加圧する一方、タービン５を経た排気ガス３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、前記パワータービン７を経た排気ガス３は排気管１２を介して車外へ排出するようにしてある。尚、図３中における１３は排気ブレーキ、１４はフライホイールを示す。

近年、斯かるターボコンパウンドエンジンにおいては、各気筒のバルブの開閉タイミングやリフトを任意に変更し得る可変バルブ機構を備え、アクセルオフによる惰性走行の際にバルブの開弁動作を停止させて閉状態に保持し、これによりエンジンフリクションを下げて車両の速度低下を抑えることが考えられている。

即ち、バルブの開弁動作を停止した気筒では、バルブが閉状態に保持されて気筒内に空気が封止されることになるが、この空気は気筒内で拡縮されるだけで出力を下げる作用が生じることはなく（圧縮時の抵抗が膨張時に相殺されるため）、寧ろバルブの開弁動作を継続させた場合（燃料噴射だけをカットした場合）に空気が出入りすることで生じる抵抗が回避されるので、エンジンフリクションが低下して車両の速度低下が抑えられ、該車両の燃費が従来よりも大幅に向上されることになる。

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。
特開平９−２２２０２６号公報

しかしながら、前述した如きターボコンパウンドエンジンでアクセルオフ時に各気筒のバルブの開弁動作を停止してしまうと、ターボチャージャ４のタービン５の駆動力となる作動流体（アクセルオフ時にあっては空気）がなくなってしまい、ターボチャージャ４のタービン５の回転が大幅に低下してしまうため、次にアクセルを踏み込んで再加速した場合に、ターボチャージャ４のタービン５を大幅に落ち込んだ回転数から駆動しなければならなくなってターボラグ（加速時などで実際に排気ガスの量が増加してタービンによる過給が始まるまでの時間遅れ）が大きくなり、加速性の悪化や黒煙の増加といった問題を招く虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、アクセルオフ時に各気筒のバルブの開弁動作を停止しても、再加速時におけるターボラグを抑制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。

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するようにしたターボコンパウンドエンジンにおいて、アクセルオフ時に各気筒のバルブの開弁動作をバルブ動作停止手段により停止して惰性走行を行い得るように構成し、パワータービンより下流側の排気管から分岐して排気マニホールドに至るバイパス流路を設け、該バイパス流路の途中に第一の開閉バルブを備え且つ前記排気管におけるバイパス流路の分岐位置より下流側に第二の開閉バルブを備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、アクセルオフ時に各気筒のバルブの開弁動作がバルブ動作停止手段により停止され、各気筒のバルブが閉状態となってターボチャージャのタービンに作動流体（アクセルオフ時にあっては空気）が入らなくなるため、パワータービンにも作動流体が導かれなくなって動力回収ができなくなるが、惰性走行により回転するクランクシャフト側から本来の動力伝達とは逆向きにパワータービン側へ動力が伝達されて該パワータービンが駆動されることになる。

この際、アクセルオフと同時に第一の開閉バルブを開け且つ第二の開閉バルブを閉じておけば、前記惰性走行で駆動されるパワータービンにより、排気系に残存する空気がバイパス流路を介して排気マニホールドに循環され、該排気マニホールドからの空気の循環流でターボチャージャのタービンの回転が維持されるため、次にアクセルを踏み込んで再加速した場合のターボラグが大幅に抑制されることになる。

また、本発明をより具体的に実施するに際しては、例えば、アクセルオフ時に各気筒のバルブの開弁動作を停止するバルブ動作停止手段が可変バルブ機構により構成されていたり、第二の開閉バルブが排気ブレーキを兼ねたものであっても良い。

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、アクセルオフ時にエンジンフリクションを低下して燃費の向上を図るべく各気筒のバルブの開弁動作を停止しても、バイパス流路を開通させて排気系の残存空気を排気マニホールドに循環することができ、該排気マニホールドからの空気の循環流でターボチャージャのタービンの回転を維持することができるので、次にアクセルを踏み込んで再加速した場合のターボラグを大幅に抑制することができ、加速性の悪化や黒煙の増加といった問題を未然に回避することができるという優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、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、アクセルオフ時に各気筒のバルブの開弁動作を後述のバルブ動作停止手段により停止して惰性走行を行い得るように構成すると共に、パワータービン７より下流側の排気管１２から分岐して排気マニホールド２に至るバイパス流路１５を設け、該バイパス流路１５の途中に開閉バルブ１６（第一の開閉バルブ）を備え且つ前記排気管１２におけるバイパス流路１５の分岐位置より下流側に排気ブレーキ１３（第二の開閉バルブ）を備えている。

ここで、前記排気ブレーキ１３は、アクセルオフ時に排気管１２の流路を絞り込んで排気系の残存空気の流れをバイパス流路１５側へ切り替える機能を兼ね備えたものとなっており、要するに、バルブが通常通り開弁動作され且つバイパス流路１５が不通状態となっている条件下でアクセルオフ時に閉じれば排気ブレーキとして機能し、バルブの開弁動作が停止され且つバイパス流路１５が開通状態となっている条件下でアクセルオフ時に閉じれば流路切り替え用の第二の開閉バルブとして機能するようになっている。

また、図２は本形態例のターボコンパウンドエンジンに採用されたバルブ動作停止手段の一例を示すもので、バルブ１７（図中には排気弁を図示）の開閉タイミングやリフトを任意に変更し得る手段として従来から知られている可変バルブ機構１８をバルブ動作停止手段として採用している。

即ち、図２に例示する油圧式の可変バルブ機構１８においては、気筒１９の並び方向に延びるカムシャフト２０に、各気筒１９に対応して吸気用と排気用のカム２１（図中では排気用のカムを図示）が並設されており、前記カムシャフト２０の近傍を平行に延びるロッカーシャフト２２には、前記カム２１により一端をローラ２３ａを介し押し上げられて傾動するロッカーアーム２３が装備されている。

そして、このロッカーアーム２３の一端が上方の油圧ユニット２４に備えられたマスターピストン２５を押し上げ、前記油圧ユニット２４内に穿設された開弁用油通路２６に油圧を発生させてブリッジ３１直上のスレーブピストン２７を下降せしめ、このスレーブピストン２７によりブリッジ３１を介し両バルブ１７を押し下げて開弁し得るようになっている。

ここで、前記油圧ユニット２４内の開弁用油通路２６には、該開弁用油通路２６の油圧の保持・開放を切り替えるための３ウェイ式のソレノイドバルブ２８（油圧供給手段）を介して給油通路２９が接続されており、図示しないエンジン駆動のオイルポンプにより送り込まれる作動油３０を開弁用油通路２６に導き入れて該開弁用油通路２６内を満たし、マスターピストン２５の作動時には、開弁用油通路２６の油圧の保持・開放を適宜に切り替えてスレーブピストン２７の追従時期や作動量を制御することでバルブ１７の開閉タイミングやリフトを調節し得るようにしてある。

即ち、マスターピストン２５の作動時において、ソレノイドバルブ２８により開弁用油通路２６の油圧を保持すれば、マスターピストン２５の作動に直ちに追従してスレーブピストン２７が作動することになるが、マスターピストン２５の作動により生じる開弁用油通路２６の油圧をソレノイドバルブ２８の切り替えでアキュームレータ等へ逃がせば、マスターピストン２５が作動していてもスレーブピストン２７が追従しなくなるので、その追従時期を遅らせたり作動量を減らしたりすることが可能となり、更には、バルブ１７の開弁動作を完全に停止することも可能となる。

而して、長い下り坂などで排気ブレーキ１３による制動を効かせたい場合を除く通常の走行状態にあって、燃費向上を目的として惰性走行での車両の速度低下を抑えたい場合に、アクセルオフ（アクセルオフをアクセルセンサなどにより直接検出しなくても燃料噴射制御系での燃料噴射の停止の信号などを流用してエンジン制御コンピュータ［ＥＣＵ：Electronic Control Unit］で判定させれば良い）と同時に可変バルブ機構１８のソレノイドバルブ２８をアキュームレータへ油圧を開放した状態に保持すると、マスターピストン２５が作動していてもスレーブピストン２７が追従しなくなる結果、各気筒１９におけるバルブ１７の開弁動作が停止され、各気筒１９のバルブ１７が閉状態となって作動流体（アクセルオフ時にあっては空気）がエンジン本体１から排出されなくなる。

この結果、図１のターボチャージャ４のタービン５に作動流体が入らなくなるため、パワータービン７にも作動流体が導かれなくなって動力回収ができなくなるが、惰性走行により回転するクランクシャフト１１側から本来の動力伝達とは逆向きに第二ギアトレーン１０、流体継手９、第一ギアトレーン８を介しパワータービン７側へ動力が伝達されて該パワータービン７が駆動されることになる。

この際、アクセルオフと同時に開閉バルブ１６を開け且つ排気ブレーキ１３を閉じておけば、前記惰性走行で駆動されるパワータービン７により、排気系に残存する空気がバイパス流路１５を介して排気マニホールド２に循環され、該排気マニホールド２からの空気の循環流でターボチャージャ４のタービン５の回転が維持されるため、次にアクセルを踏み込んで再加速した場合のターボラグが大幅に抑制されることになる。

従って、上記形態例によれば、アクセルオフ時にエンジンフリクションを低下して燃費の向上を図るべく各気筒１９のバルブ１７の開弁動作を停止しても、バイパス流路１５を開通させて排気系の残存空気を排気マニホールド２に循環することができ、該排気マニホールド２からの空気の循環流でターボチャージャ４のタービン５の回転を維持することができるので、次にアクセルを踏み込んで再加速した場合のターボラグを大幅に抑制することができ、加速性の悪化や黒煙の増加といった問題を未然に回避することができる。

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、バルブ動作停止手段は各気筒のバルブの開弁動作を停止し得るようになっていれば良く、必ずしも可変バルブ機構をバルブ動作停止手段として用いなくても良いこと、また、第二の開閉バルブは必ずしも排気ブレーキと兼用させる必要はなく、排気ブレーキと独立して別途設ける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。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 本形態例に採用されたバルブ動作停止手段の一例を示す断面図である。 従来例を示す概略図である。

符号の説明

２ 排気マニホールド
３ 排気ガス
４ ターボチャージャ
５ タービン
７ パワータービン
１１ クランクシャフト
１２ 排気管
１３ 排気ブレーキ（第二の開閉バルブ）
１５ バイパス流路
１６ 開閉バルブ（第一の開閉バルブ）
１７ バルブ
１８ 可変バルブ機構（バルブ動作停止手段）
１９ 気筒

Claims (3)

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するようにしたターボコンパウンドエンジンにおいて、アクセルオフ時に各気筒のバルブの開弁動作をバルブ動作停止手段により停止して惰性走行を行い得るように構成し、パワータービンより下流側の排気管から分岐して排気マニホールドに至るバイパス流路を設け、該バイパス流路の途中に第一の開閉バルブを備え且つ前記排気管におけるバイパス流路の分岐位置より下流側に第二の開閉バルブ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。
2. バルブ動作停止手段が可変バルブ機構により構成されている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。
3. 第二の開閉バルブが排気ブレーキを兼ねてい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。

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