JPS6236141B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 複合型車両用燃焼エンジン組立体にしてヂー
ゼルエンジン１と、容積コンプレツサー５とそし
てタービン７とを有し、例えばねじコンプレツサ
ーである前記コンプレツサー５は空気を前記エン
ジンの取入装置２を経て前記エンジン１の燃焼室
に供給するよう設計され、前記タービン７は前記
エンジン１からの排気ガスで駆動されるよう設計
されている複合型燃焼エンジン組立体において、
固定ギヤー装置を持つ機械的伝動装置９が前記エ
ンジンの出力軸１２と、前記コンプレツサーの軸
１１と前記タービンの軸１０とを互に結合し、前
記コンプレツサー５によつて生ずるすべての空気
は前記エンジン１に供給され、前記タービン７は
前記コンプレツサー５に関して、前記エンジンの
前記排気パイプ３内の圧力が少くとも特定のエン
ジン回転速度及び又は負荷以上で作動する時に前
記エンジンの前記取入装置２内に占める圧力を越
えることを特徴とする複合型車両用燃焼エンジン
組立体。

２ 請求の範囲第１項記載の複合型車両用燃焼エ
ンジン組立体において、前記コンプレツサー５か
らの圧縮空気は前記取入装置２内に置かれた過給
空気冷却器６を経て前記エンジン１に供給される
ことを特徴とする複合型車両用燃焼エンジン組立
体。

３ 請求の範囲第１項又は第２項記載の複合型車
両用燃焼エンジン組立体において、前記コンプレ
ツサー５が前記エンジン１に加えられる負荷及び
又は前記エンジン１の回転速度によつて圧縮する
空気の量を弁装置２２が調節することを特徴とす
る複合型車両用燃焼エンジン組立体。

４ 請求の範囲第３項記載の複合型車両用燃焼エ
ンジン組立体において、前記コンプレツサー５は
ねじコンプレツサーである場合、前記弁装置２２
は前記ねじコンプレツサー５内に組込まれたそれ
自身知られている摺動弁２３であることを特徴と
する複合型車両用燃焼エンジン組立体。

５ 請求の範囲第４項記載の複合型車両用燃焼エ
ンジン組立体において、前記コンプレツサー５内
で圧縮されない空気は、戻りパイプ２６を経て前
記コンプレツサー取入口に戻されることを特徴と
する複合型車両用燃焼エンジン組立体。

６ 請求の範囲第１項第３項又は第５項の何れか
に記載の複合型車両用燃焼エンジン組立体におい
て、前記タービン軸１０に取付けられたギヤー車
１９は前記コンプレツサー軸１１に取付けられた
ギヤー車１８と直接係合することを特徴とする複
合型車両用燃焼エンジン組立体。

７ 請求の範囲第６項記載の複合型車両用燃焼エ
ンジン組立体において、前記コンプレツサー軸１
１上の前記ギヤー車１８は中間軸２０に取付けら
れたギヤー車１６，１７を経て前記エンジン軸１
２に取付けられたギヤー車１５に係合することを
特徴とする複合型車両用燃焼エンジン組立体。

８ 請求の範囲前各項の何れかに記載の複合型車
両用燃焼エンジン組立体において、前記エンジン
１、前記タービン７、前記コンプレツサー５及び
前記伝動装置９は、前記エンジン１が全負荷で作
動する時、そして前記エンジン回転速度が600
回／分を越える時、前記タービンが前記コンプレ
ツサー５を駆動してそして又前記組立体の出力を
増加するよう寄与するように互に適合しているこ
とを特徴とする複合型車両用燃焼エンジン組立
体。

明細書 本発明はいわゆる複合型の燃焼エンジン組立体
に関し、該組立体はヂーゼルエンジンと、容積コ
ンプレツサーと、タービンとを有し、ここで例え
ばねじコンプレツサーである容積コンプレツサー
は空気をエンジンの取入れ装置を経てエンジンの
燃焼室に供給するよう設計され、そして、タービ
ンはエンジンの排気ガスで駆動されるよう設計さ
れる。

この種の組立体で、液圧式伝動装置又は可変ギ
ヤー装置を持つ機械的伝動装置を経てタービンを
コンプレツサーにトルク−伝達するよう結合する
ことは既に知られている。エンジンに供給される
圧縮空気をエンジンの回転速度に関し適合させ
て、それによつてこのように過給気されたエンジ
ンがその回転速度範囲の比較的大部分にわたつて
エンジンの最大動力にほぼ該当する高さの動力を
発生出来る試みがされている。場合によつて、タ
ービンは自由運転、即ちエンジンとのトルク−伝
達結合なしに運転をする。

エンジンの回転速度に関しタービンの回転速度
を機械的装置で積極的に制御することも知られて
いる。タービンとそのエンジンとの結合とはこの
場合、タービンがエンジンの全作動範囲にわたつ
てエンジンの取入圧力より小さい排気ガス圧で駆
動されるように適応される。このようにして、ヂ
ーゼルエンジンを最大の効率で作動させるよう制
御することが主として可能である。これに関連し
て、コンプレツサーで生ずる圧縮空気のエネルギ
ーを利用することが提案されており、このエネル
ギーは或る圧力値以上で過給気が起る時タービン
に過剰空気を転換してこれを駆動することによる
ヂーゼルエンジンでは利用されていない。

しかし、上記の解決は通常のヂーゼルエンジン
に比べて効率を著しく改善してなく、これは考え
られる組立体の複雑さを増すことが証明されてい
る。その上、既に知られている解決では、使われ
る伝動装置が複雑で、多くの場合相当のエネルギ
ー損失を伴なう。

本発明は複合型特に車両用に意図される複合型
燃焼エンジン組立体を作る問題を基とし、該組立
体はヂーゼルエンジンと、容積コンプレツサーと
排気ガスで駆動されるタービンと且簡単なトルク
伝達伝動装置とを有し、組立体内で組入れられる
装置間で効果的な共同を可能にし、それによつて
既知の解決で生ずる欠点を排除する。これに関
し、本発明による組立体は、固定ギヤー装置を持
つ機械的伝動装置がエンジンの出力軸、コンプレ
ツサー軸そしてタービン軸を互に結合している
事、コンプレツサーで生ずる圧縮空気のすべてが
エンジンに供給されると、そしてタービンがコン
プレツサーに関し、エンジンの排気パイプ内の圧
力がエンジンの取入パイプ内に占める圧力を、少
くとも作動時に特定のエンジン回転速度及び又は
荷重を越えるよう設計されていることを特徴とす
る。

解決の中に組入れられた固定ギヤーを持つ機械
的伝動装置は、ギヤー車で有利に成り立ち、それ
でエンジン軸とタービン軸との両方はコンプレツ
サー軸にトルク伝達的に結合される。エンジン、
コンプレツサーそしてタービンはそれで互に一定
の回転速度比で駆動されるよう設計される。低い
回転速度及び荷重では、それでエンジンはコンプ
レツサーをタービンがこれに適切に寄与しないで
駆動する。エンジンの回転速度及び又はその荷重
が増加すると、タービンの効果も増加し、タービ
ンはその出力がコンプレツサーの所要動力を比較
的低い回転速度及び又は低い荷重でも越えるよう
構成される。この作動点の上ではタービンは組立
体の全出力に積極的に寄与する。それによつて圧
力がエンジンの排気側に生じ、これがエンジンの
取入側の圧力を越える。これがヂーゼルエンジン
を最適でない効率で作動することとなり、この結
果より多くのエネルギーがその排気ガスと共にエ
ンジンから出ることとなる。しかし、広い作動範
囲内で、ヂーゼルエンジンからの出力発生の減少
はタービンからの出力の増加によつてより以上に
補正される。

本発明による組立体の高効率を得るために、コ
ンプレツサー内で圧縮されるすべての空気がヂー
ゼルエンジンで使われねばならないことは重要で
ある。それゆえ本発明による組立体内であとで合
理的に使われない圧縮空気のために効力が使われ
ることはない。

本発明の有利な実施例において、コンプレツサ
ーからの空気の排出は弁装置で制御され、弁装置
はコンプレツサーに吸入され圧縮される空気の容
積を調節する。エンジンの過給気はそれによつ
て、組立体に車両の駆動に適するトルク特性を与
えるために制御することが出来る。本発明のその
他の著しい特徴は次の記載及び請求の範囲から見
出される。

本発明の実施例は次に図面を参照して詳しく述
べられ、図面は重車両駆動用燃焼エンジン組立体
を図解的に示している。組立体は４ストローク型
のヂーゼルエンジン１を有し、エンジンは取入装
置２と排気装置３とを有する。エンジン１の燃焼
室（図示なし）は取入装置２を経て空気を供給さ
れ、空気は空気フイルター４内に吸入され清浄さ
れ、次に容積コンプレツサー５内で圧縮され、最
后に空気がエンジン１に供給される前に過給器空
気冷却器６内で冷却される。排気装置３はヂーゼ
ルエンジン１からの排気ガスをタービン７に導
き、ここから空気は普通の排気ガス消容器８など
を経て大気中に導かれる。

タービン７、コンプレツサー５及びヂーゼルエ
ンジン１の駆動軸１０，１１，１２は夫々、平行
に有利に配置され、且互に固定ギヤー装置、即ち
作動時の軸１０，１１，１２の回転速度が互に一
定の比の装置を持つ伝動装置９で結合される。伝
動装置９は普通のベベル歯を持つギヤー車１５，
１６，１７，１８，１９で構成される。中間軸２
０上の２個のギヤー車１６，１７はエンジン軸１
２の回転速度を２段階で10倍に変え、コンプレツ
サー５をその駆動軸１１上のギヤー車１８を経て
駆動する。このコンプレツサーギヤー車１８は又
タービン７の駆動軸１０上のギヤー車１９と係合
し、ギヤー比はこの場合、タービン７の回転速度
がコンプレツサー５の回転速度の2.5倍になるよ
う作られる。それゆえ、ギヤー装置は作動状態に
おいてヂーゼルエンジン１が2000回／分で、コン
プレツサー５が20000回／分で、タービン７が
50000回／分で作動することが出来る。明らかに
その他のギヤー比も選ぶことが出来るが、前記回
転速度がこの目的に対し適当な相対値である。

伝動装置９はトルクを２方向に伝達し、即ちエ
ンジン１からコンプレツサー５に、そしてタービ
ン７からコンプレツサー５を経てエンジン１に伝
達する。中間軸２０上のギヤー車１６，１７の間
の伝動装置９に振動絶縁装置２１が置かれ、この
装置は液圧式のものでも、又はトルク伝達軸上の
捩りで作動するよう設計されたものでもよい。

コンプレツサー５はいわゆるねじコンプレツサ
ーが有利であり、これは回転速度に無関係に予め
決められた圧力増を与えるものである。圧力増
は、コンプレツサー５内に組込まれた摺動弁２３
の形の弁装置２２で制御される。ヂーゼルエンジ
ンに加えられる荷重と、エンジンの回転速度との
両方によつて摺動弁２３は圧縮される空気の量を
調節する。調節は特定量の圧縮されない空気をコ
ンプレツサー５の圧縮空間から管２６を経てその
入口に戻すことによつて行なわれる。ヂーゼルエ
ンジン１の荷重及び回転速度はこの場合調節棒２
７の位置によつてほぼ表示され、この棒は加速ペ
ダル２８などによる車両運転者の作動及び、遠心
調節器２９によつて検知されるエンジン回転速度
の両方によつてエンジン１への燃料の供給を制御
する。本発明の簡単な実施例では、弁装置２２
は、ねじコンプレツサー５内に置かれて、エンジ
ンの荷重及び回転速度に対し特定の予め決められ
た値によつて、圧縮に対し吸引される空気の量を
一段又はそれ以上の段階で調節するそれ自身知ら
れている摺動弁で構成することが出来る。

ヂーゼルエンジン１に適合するねじコンプレツ
サー５は2.5−３バール（2.5−3.10⁵パスカル）の
大きさの最終圧力を都合よく与えることが出来
る。圧縮中に加熱される空気は、これがヂーゼル
エンジン１に供給される前に過給空気冷却器６で
冷却される。既存の装置では冷却効果は使われる
冷却装置の如何によつて50−100℃の間にするこ
とが出来る。

ヂーゼルエンジン１は弁の重なり無しに又はこ
とによると極めて僅かの弁の重なりで全体として
都合よく作動し、即ち排気ガス弁は、入口弁が開
く前又は少くとも開いた直后に閉ぢる。エンジン
１はそれによつて取入側より排気ガス側でより高
い圧力を生ずることが出来る。今の場合、排気ガ
ス装置３とその中に組入れられるタービン７と
は、全出力点、即ちエンジン１が最大の動力を生
ずる作動状態の時に４バール（4.10⁵パスカル）
の領域の排気ガス圧力が生ずるように選ばれる。

排気ガスエネルギーはタービン７内で、排気ガ
スの膨張によつて機械的動力に変換される。排気
ガスの圧力レベルはそれゆえ、大気圧のすぐ上の
値に下降し、そして排気ガス温度は同時に約250
℃ほど下降し、それで、タービン７のあとでは
450℃程度になる。

タービン７の効率のレベルは、燃焼エンジン組
立体では通常の作動範囲内の80−85％になる。車
両用に設計された過給式ヂーゼルエンジンはその
全出力点で約37％の効率レベルに達成することが
出来る。ここでエンジンは排気圧力より高い取入
圧力で作動すると仮定されている。もしこの関係
が反転すると、即ちもしヂーゼルエンジンの排気
ガス圧力が本発明の場合である取入圧力より大で
あると、ヂーゼルエンジンの効率レベルは減少す
る。しかし、タービン７が、上昇した排気ガス圧
力のためである排気ガスの増加したエネルギー含
有を使い、これを機械的動力の型で組立体の出力
軸１２に伝えている。この事が効率の低下と、排
気ガス圧力の上昇のためにヂーゼルエンジン１が
受ける動力出力の減少とを補正する。全出力作動
時の組立体の最大効率は代りに10％乃至約41％程
度増加することが出来る。前記作動点で、コンプ
レツサー５は約80％の効率レベルで作動するよう
設計され、伝動の効率レベルはこの場合94％であ
る。

車両駆動用に設計された組立体は全出力の時に
占めるものより低いエンジン回転速度で最大効率
で作動するよう好都合に設計される。車両用の眞
に最適のヂーゼルエンジンは、最大トルクが生ず
る回転速度で約40％の作動効率を達成することが
出来る。前記回転速度の付近の範囲内で、本発明
による組立体の全効率レベルは該当してより高い
値に達成することが出来る。

その上組立体の全効率レベルは、もしヂーゼル
エンジンの冷却損失を低く保つことが出来るなら
ば６−７％上昇することが出来る。この事は耐熱
材料の使用で好都合に達成することが出来、この
材料で排気ガスの温度を1000℃にすることが出
来、これは、タービンに使うことの出来る排気ガ
ス内のエネルギー含有が相当に増加することを意
味する。

ねじコンプレツサー５がヂーゼルエンジン１で
直接駆動される事は、低いエンジン回転速度でも
効率のよいエンジンの過給を達成することを可能
にする。この場合コンプレツサー５は、車両の駆
動に使われる回転速度範囲の中間部にある回転速
度で最良の効率レベルで作動するよう設計され
る。例として使われるヂーゼルエンジン１に対
し、前記回転速度範囲は1000回／分乃至2000回／
分の間にある。組立体内に組入れられるタービン
７は、エンジンの全負荷で且600回／分以上の回
転速度でこれがコンプレツサー５を駆動するこ
と、組立体の出力を増加するのに寄与することの
両方を可能にする。低回転速度で車両内の駆動組
立体でトルクの発生を望ましく増加することがそ
れによつて達成される。しかし、高エンジン負荷
ではタービン７による組立体の出力への寄与は、
エンジン１の全回転速度範囲にわたることは明ら
かである。その上弁装置２２の助力によつて、過
給はトルクの発生が回転速度の下降と共に増加す
るよう制御することが出来、この事は車両を登板
などで駆動する時のギヤー変更の必要を減少す
る。前記弁装置２２は又エンジン１の過給を制御
し、それでこれは負荷の減少と共に減少する。こ
のようにして、エンジン１は部分的負荷駆動時に
は不必要な量の圧縮空気を受けることのない事、
そして組立体が前記空気を作るための動力を放出
する必要がない事がとりわけ確保される。低負
荷、低回転速度で、タービン７はどんな有効動力
も生じず、そして例えば1200回／分になつて始め
てタービン７はコンプレツサーを駆動することが
出来、それで高い回転速度と不変の負荷でコンプ
レツサーは組立体の出力に僅かな補足だけを生じ
る。

本発明は、添附請求の範囲内で色々の解決とし
て修正が出来るから前記実施例に限定されるもの
ではない。