JP4758828B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は排気駆動過給式内燃機関に関する。

内燃機関の効率を高めるべく、内燃機関に排気駆動過給機を装備することは従来から公知である。排気駆動過給運転ないしターボチャージ運転の場合、エンジンから排出される排気ガスが排気駆動過給機のタービンで膨張し、その際、タービンがエンジンに供給すべき燃焼空気を圧縮する圧縮機を駆動する。この圧縮済み燃焼空気を所定の温度に冷却するため、排気駆動過給機の圧縮機とエンジンとの間にインタクーラが接続されている。かかる排気駆動過給運転ないしターボチャージ運転により、内燃機関の効率が向上する。

排気駆動過給機は、排気駆動過給機が内燃機関のエンジンにおける最良の空燃比を得るために必要ない余剰動力を用意する程の高い効率を示す。その余剰動力を利用すべく、特許文献１は、排気駆動過給機で発生した余剰動力を駆動動力に転換するため、排気駆動過給機に液圧ポンプを連結し、内燃機関の駆動軸に液圧モータを連結することを開示している。更に特許文献１は、排気ガスエネルギが不足している内燃機関の運転時、排気駆動過給機に連結された液圧ポンプを、駆動軸に連結された液圧モータから切り離し、液圧ポンプを電動補助ポンプによってモータとして駆動することを提案している。
独国特許第３５３２９３８号明細書

上述の点から出発して、本発明の課題は、新しい内燃機関を提供することにある。

この課題は請求項１に記載の内燃機関により解決される。本発明に従う内燃機関はエンジンと排気駆動過給機とを利用し、エンジンは燃料を燃焼させて燃料燃焼で生じた動力でエンジンの駆動軸を駆動し、排気駆動過給機は内燃機関のエンジンから出る排気ガス流をタービン内で膨張させ、その際に得られた動力で、エンジンに供給する燃焼空気流を圧縮すべく圧縮機を駆動し、排気駆動過給機のタービンロータと圧縮機インペラで形成された排気駆動過給機ランナは第１液圧機械に連結され、エンジンの駆動軸は第２液圧機械に連結される。エンジンがその負荷上限値より大きな負荷で運転されているとき、排気駆動過給機ランナに連結された第１液圧機械が、液圧を発生するジェネレータ運転で排気駆動過給機ランナから機械的動力を取り出して液圧動力に転換し、この液圧動力が、エンジンの駆動軸に連結された第２液圧機械のモータ運転で機械的動力に転換され、駆動軸に伝達されこれを駆動する。エンジンがエンジン負荷下限値より小さな負荷で運転されているとき、エンジンの駆動軸に連結された第２液圧機械のジェネレータ運転で駆動軸から機械的動力を取り出して液圧動力に転換し、この液圧動力が、排気駆動過給機ランナに連結された第１液圧機械の、液圧を回転力に変換するモータ運転で機械的動力に転換され、排気駆動過給機に伝達されてこれを駆動する。排気駆動過給機ランナに連結された第１液圧機械と、駆動軸に連結された第２液圧機械とは、エンジン油槽を介在してエンジン油回路の油管を介して接続されている。

このため本発明による内燃機関では、排気駆動過給機ランナに連結された第１液圧機械および駆動軸に連結された第２液圧機械が、内燃機関のエンジン負荷上限値より大きな負荷運転時並びにエンジン負荷下限値より小さな負荷運転時、エンジン油回路の油管並びにエンジン油回路のエンジン油槽を介して接続される。本発明に従い、従来の特許文献１における技術で必要であった補助ポンプ等の別個の液圧配管が省かれる。この結果内燃機関の構造は著しく単純になる。排気駆動過給機を駆動軸に液圧的に連結するためにエンジン油回路を利用することで、内燃機関の構造を非常にコンパクトになし得る。

本発明の有利な実施態様を従属請求項および以下の説明から明らかにする。次に図を参照して本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。

以下図１〜図４を参照して本発明を詳細に説明する。

図１および図２は、本発明に基づく内燃機関１０の第１実施例を、２つの異なった運転状態について示している。内燃機関１０はエンジン１１を利用し、該エンジン１１は燃料を燃焼させ、その燃焼で発生した動力で、エンジン１０のクランク軸ないし駆動軸１２を駆動する。また内燃機関１０は排気駆動過給機１３を利用し、該過給機１３はタービンと圧縮機を備えている。内燃機関１０のエンジン１１から出る排気ガス流が排気駆動過給機１３のタービン内で膨張し、その際に生じた動力が、エンジン１１に供給する燃焼空気流を圧縮すべく、排気駆動過給機の圧縮機に供給される。排気駆動過給機１３のタービンロータと圧縮機インペラは軸を介して連結され、排気駆動過給機１３の所謂排気駆動過給機ランナを形成している。

図１および図２において、排気駆動過給機１３にクラッチ１４を介して第１液圧機械１５が連結されている。また、エンジン１１の駆動軸１２にクラッチ１６を介して第２液圧機械１７が連結されている。両液圧機械１５、１７はジェネレータ運転並びにモータ運転で駆動でき、内燃機関１０のエンジン油回路のエンジン油槽１８に油管１９〜２１（図１参照）ないし油管２２〜２４（図２参照）を介して接続されている。

図１は、エンジン１１がエンジン全負荷の好適には８５％のエンジン負荷上限値より大きな負荷で運転されている運転状態にある内燃機関を示しれている。この運転状態では、図１に示すように、エンジン油槽１８が油管１９を介して、排気駆動過給機１３に連結された第１液圧機械１５に接続され、該液圧機械１５が油管２０を介して、駆動軸１２に連結された第２液圧機械１７に接続され、この第２液圧機械１７が油管２１を介してエンジン油槽１８に接続されている。この場合、排気駆動過給機１３に連結された第１液圧機械１５はジェネレータ運転され、排気駆動過給機１３の機械的余剰動力が、第１液圧機械１５によって液圧動力に転換され、この動力は第２液圧機械１７のモータ運転により機械的動力に転換され、駆動軸１２に伝達されてこれを駆動する。従って、エンジン負荷上限値より大きなエンジン負荷時に、両液圧機械１５、１７により排気駆動過給機１３の機械的余剰動力が、駆動軸１２用の駆動動力に転換される。両液圧機械１５、１７は油管１９、２０、２１を介して相互に、並びにエンジン油回路のエンジン油槽１８に接続されている。

エンジンがエンジン全負荷の、好適には２５％のエンジン負荷下限値より小さな負荷で運転されている場合、図２に示すように、エンジン油槽１８が油管２２を経て駆動軸１２に連結された第２液圧機械１７に接続され、この第２液圧機械１７が油管２３を経て排気駆動過給機１３に連結された第１液圧機械１５に接続され、第１液圧機械１５が油管２４を経てエンジン油槽１８に接続されている。この際、駆動軸から機械的動力を取り出し、液圧動力に転換すべく、駆動軸１２に連結された第２液圧機械１７がジェネレータ運転される。その液圧動力は、排気駆動過給機１３に連結された第１液圧機械１５によって機械的動力に転換され、排気駆動過給機１３に伝達されてこれを駆動する。従ってこの運転状態の場合も、両液圧機械１５、１７はエンジン油回路の油管を介して接続されている。

図１と２の実施例では、液圧機械１５、１７を定容積形液圧機械として形成している。両液圧機械１５、１７を貫流する流量は、可調整吸込み絞り２５、２６で調整できる。エンジン１１をエンジン負荷上限値より大きな負荷で運転している図１の運転状態では、吸込み絞り２５は活動し、吸込み絞り２６は活動していない。これに対しエンジン１１をエンジン負荷下限値より小さな負荷で運転している図２の運転状態では、吸込み絞り２６が活動し、吸込み絞り２５が活動していない。両吸込み絞り２５、２６は、油の流れ方向において各液圧機械１５、１７に前置接続されている。油管１９〜２１並びに油管２２〜２４を通る油の流れ方向を、図１および図２では油管内の矢印で示している。

従って、本発明に基づく内燃機関では、両液圧機械は、エンジン負荷上限値より大きな負荷運転状態とエンジン負荷下限値より小さな負荷運転状態では、エンジン油回路の油管を経て互いに接続されている。本発明に従い元来存在するエンジン油回路の油管を利用することで、追加的な液圧配管を必要としない内燃機関の非常にコンパクトな構造を実現でき。この内燃機関は、コンパクトな構造と小さな単位出力当たり重量の点で優れている。

図３と４は、本発明に基づく内燃機関２７の異なる実施例を示す。これら図に示す実施例の内燃機関２７は、ほぼ図１と２の実施例の内燃機関１０に相当している。従って、両者における同一構造群についての重複説明を避けるべく、同一構造群に同一符号を付している。図３は、エンジン負荷上限値より大きな負荷運転状態における内燃機関、図４は、エンジン負荷下限値より小さな負荷運転状態における内燃機関を示している。以下、図３と４の内燃機関２７が図１と２の内燃機関と異なっている点だけを説明する。

即ち図３と４の実施例では、液圧機械１５、１７を可変容積形液圧機械として形成し、もって別個に形成した吸込み絞りを省いている。この種可変容積形液圧機械では、それを貫流する容積流量を直接調整できる。かかる可変容積形液圧機械を利用する場合、内燃機関の構造を簡素化し、構造重量を一層減少できる。

本発明に基づく内燃機関の第１実施例におけるエンジン負荷上限値より大きな負荷運転状態の概略図。 図１の内燃機関におけるエンジン負荷下限値より小さな負荷運転状態の概略図。 本発明に基づく内燃機関の第２実施例におけるエンジン負荷上限値より大きな負荷運転状態の概略図。 図３の内燃機関におけるエンジン負荷下限値より小さな負荷運転状態の概略図。

符号の説明

１０、２７ 内燃機関、１１ エンジン、１２ 駆動軸、１３ 排気駆動過給機、１４、１６ クラッチ、１５、１７ 液圧機械、１８ エンジン油槽、１９〜２３ 油管、２５、２６ 吸込み絞り

Claims (3)

1. エンジン油槽（１８）を装備してなるエンジン（１１）と排気駆動過給機（１３）とを備え、前記エンジン（１１）で燃料を燃焼させ、当該燃焼で発生した動力によってエンジン（１１）の駆動軸（１２）を駆動し、前記排気駆動過給機（１３）が当該内燃機関における前記エンジン（１１）から排出される排気ガス流をタービン内で膨張せしめ、当該膨張の際に得られた動力によって、前記エンジンに供給すべき燃焼空気流を圧縮する圧縮機を駆動するように設定されており、かつ前記排気駆動過給機（１３）のタービンロータと圧縮機インペラとで形成された排気駆動過給機ランナが第１液圧機械（１５）に連結されていると共に、前記エンジン（１１）の前記駆動軸（１２）が第２液圧機械（１７）に連結されている内燃機関において、
   （ａ） 前記エンジン（１１）が、当該エンジン（１１）における所定の負荷上限値よりも大きな負荷で運転されている状態にあるときには、前記第１液圧機械（１５）の液流出口を、前記エンジン（１１）に装備されている前記エンジン油槽（１８）を介すことなく直接に前記第２液圧機械（１７）の液流入口へと接続すると共に、前記第２液圧機械（１７）の液流出口を、前記エンジン（１１）に装備されている前記エンジン油槽（１８）を介して間接に前記第１液圧機械（１５）の液流入口に接続することで、前記排気駆動過給機ランナに連結された前記第１液圧機械（１５）を液圧ジェネレータとして機能せしめて、前記排気駆動過給機ランナの機械的動力を液圧動力に転換し、当該液圧動力を前記第２液圧機械（１７）へと直接に流体的に伝達し、当該第２液圧機械（１７）によって前記液圧動力を機械的動力に転換せしめて、当該機械的動力を前記駆動軸（１２）の軸出力に追加し、
   （ｂ） 前記エンジン（１１）が、当該エンジン（１１）における所定の負荷下限値よりも小さな負荷で運転されている状態にあるときには、前記第２液圧機械（１７）の液流出口を、前記エンジン（１１）に装備されている前記エンジン油槽（１８）を介すことなく直接に前記第１液圧機械（１５）の液流入口へと接続すると共に、前記第１液圧機械（１５）の液流出口を、前記エンジン（１１）に装備されている前記エンジン油槽（１８）を介して間接に前記第２液圧機械（１７）の液流入口に接続することで、前記駆動軸（１２）に連結された前記第２液圧機械（１７）を液圧ジェネレータとして機能せしめて、前記駆動軸（１２）の機械的動力の少なくとも一部分を液圧動力に転換し、当該液圧動力を前記第１液圧機械（１５）へと直接に流体的に伝達し、当該第１液圧機械（１５）によって前記液圧動力を機械的動力に転換せしめて、当該機械的動力を前記排気駆動過給機（１３）の駆動力として用いる
   ように設定されており、
   かつ、
   前記エンジン負荷上限値が、前記エンジン（１１）における前記圧縮機に供給される駆動力に余裕が生じる負荷の閾値である、前記エンジン（１１）の全負荷の８５％であり、前記エンジン負荷下限値が、前記エンジン（１１）における前記圧縮機に供給される駆動力に不足が生じる負荷の閾値である、前記エンジン（１１）の全負荷の２５％である
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 前記第１液圧機械（１５）および前記第２液圧機械（１７）が、それら自体を各々貫流する液体の容積流量を直接調節可能な可変容積形液圧機械として形成されたものである
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
3. 前記第１液圧機械（１５）および前記第２液圧機械（１７）が、定容積形液圧機械として形成され、当該各液圧機械（１５、１７）には、それぞれ吸込み絞り（２５、２６）が前置接続（つまり液流入口側に配置）されている
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
   

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