JPH05508695A - 2 and 4 cycle combined diesel engine with CVT drive mechanism - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 ＣＶＴ駆動機構を備えた２および ４サイクル複合ディーゼル機関 この発明は、ターボチャージされる内燃機関が連続的可変磁動装置（ＣＶＴ）を 介してその機関の出力軸に結合するターボチャージャーまたは最低圧ターボチャ ージャーを備えて、ターボチャージャーから出力軸へ過剰な動力を供給する種類 の複合動カニニットに関する。[Detailed description of the invention] 2 and with CVT drive mechanism 4-stroke combined diesel engine This invention provides that a turbocharged internal combustion engine uses a continuously variable magnetic transmission (CVT). A turbocharger or lowest pressure turbocharger coupled to the output shaft of that engine through Type equipped with a turbocharger to supply excess power from the turbocharger to the output shaft Regarding compound movement crab knit.

この分野における提案の多くは、おもに理論的なものであり、その構成がそのよ うな動力部の効率を向上するであろうことが認識されているが、機関の全体的な トルク特性、特に低機関運転速度における利用可能なトルクの著しい低下を、変 えるものではない、また、主たる実用的な構成においては、ターボチャージャー によって駆動され、そしてそれ自体がＣＶＴを介して出力軸を駆動する別個の動 力タービンが必要であった。Many of the proposals in this field are primarily theoretical and their structure is It is recognized that this would improve the efficiency of the power section, but the overall efficiency of the engine Torque characteristics, especially the significant reduction in available torque at low engine operating speeds, Also, in the main practical configuration, a turbocharger and a separate drive which itself drives the output shaft via the CVT. A power turbine was required.

その−面において、本発明は、出力軸と連続的可変伝動手段を介して機関出力軸 に接続する少なくとも一個のターボチャージャーとを有する往復内燃機関と、何 等かの意味においてその運転状態にしたがって、ターボチャージャーと機関出力 軸との間で動力を転送するために連続的可変伝動手段を制御する手段とを含む複 合動カニニットで構成されるものである。In that aspect, the present invention provides an engine output shaft through an output shaft and a continuously variable transmission means. a reciprocating internal combustion engine having at least one turbocharger connected to the Depending on its operating condition, the turbocharger and engine output and means for controlling a continuously variable transmission means for transferring power to and from the shaft. It is composed of combined crab knit.

好ましい実施例においては、このユニットは直列の２個以上のターボチャージャ ーで構成され、ＣＶＴ手段は最低圧ターボチャージャーに結合される。In a preferred embodiment, this unit includes two or more turbochargers in series. The CVT means is coupled to the lowest pressure turbocharger.

制御手段は、エンジンブーストプレッシャー、エンジン回転数または出力軸速度 、あるいはこれらの組合せに応答するものとすることができる。また、この制御 手段は、過剰なシリンダ圧力を防ぐために、可変弁開閉時期調整機構を制御する ことができる。Control means are engine boost pressure, engine speed or output shaft speed , or a combination thereof. Also, this control Means controls variable valve opening/closing timing adjustment mechanism to prevent excessive cylinder pressure be able to.

既に述べたように別個の動力タービンを必要とする同等の従来の複合エンジン構 成と比較して、本構成は、以下の効果を有する。Equivalent conventional compound engine configurations that require a separate power turbine as already mentioned Compared to the above configuration, this configuration has the following effects.

１、第３のタービンがなくなり、著しい機械的な簡略化およびはるかにコンパク トな配置構成につながる。1. The third turbine is eliminated, resulting in significant mechanical simplification and much more compactness. This leads to a complex layout configuration.

２、従来の複合構成においては、最大燃料供給時における回転数の減少は、一般 に、熱力学的効率および出力トルクの対応する損失を伴った、ブーストプレッシ ャーの損失およびその結果としての別個の出力タービンの動力貢献の急速な低下 につながる。ここに提案される構成においては、ＬＰターボチャージャーを機関 出力軸に接続するＣＶＴの利用が、ユニットが高い回転速度を維持することを可 能にし、したがって、全回転数範囲にわたってブーストプレッシャーが高レベル に維持されることを確保し、ユニットが、回転数が減じるにしたがって高くかつ 継続的に増大するトルクをもたらすことを可能にしている。したがって、意外な ことに、適切な運転条件においてターボチャージャーを駆動するためにエンジン から動力を利用することが、エンジンの効率の、通宮予想されるところの低下で はなく、上昇につながる。2. In conventional combined configurations, the reduction in rotational speed at maximum fuel supply is generally boost pressure, with corresponding losses in thermodynamic efficiency and output torque. loss of power and the consequent rapid decline in the power contribution of the separate power turbine. Leads to. In the configuration proposed here, the LP turbocharger is The use of a CVT connected to the output shaft allows the unit to maintain high rotational speeds. and therefore a high level of boost pressure over the entire rpm range. ensure that the unit remains high and low as the RPM decreases. This makes it possible to provide continuously increasing torque. Therefore, unexpected In particular, in order to drive the turbocharger under suitable operating conditions, the engine The expected reduction in engine efficiency due to the use of power from Instead, it leads to an increase.

３、ＣＶＴは、ＬＰターボチャージャーから機関出力軸に過剰な動力を伝送する か、あるいは、ＬＰターボチャージャーにおいて動力不足が生じている場合に、 反対方向に動力を伝送する二重の機能を行うものである。しかし、いずれにしろ 、このようにして伝送される動力の大きさは、ＬＰツタ−ンにおいて生じる動力 に対して小さなものであり、対応した低損失を伴う小型でかつコンパクトなＣＶ Ｔを用いることができる。3. CVT transmits excess power from the LP turbocharger to the engine output shaft Or, if there is a lack of power in the LP turbocharger, It performs the dual function of transmitting power in opposite directions. But in any case , the magnitude of the power transmitted in this way is the power generated in the LP turn. Small and compact CV with correspondingly low loss T can be used.

４、本構成は、回転数の減少にしたがってトルクレベルが高くかつ継続的に増大 する結果として、ターボチャージされるものまたは別個の動力タービンを伴う従 来の複合構成よりも、はるかに大きな運転上のフレキシビリティ−を提供するも のである。このことは、必要とされる歯数比がより小さくなり、伝動システムの 簡略化を結果としてもたらす。4. With this configuration, the torque level is high and continuously increases as the rotation speed decreases. As a result of the It also offers much greater operational flexibility than traditional composite configurations. It is. This means that the required tooth ratio is smaller and the transmission system resulting in simplification.

５、エンジン回転数に対してＬＰターボチャージャー速度を変化させる能力が、 より良い過渡応答およびより容易なエンジン始動を結果としてもたらす。5. The ability to vary the LP turbocharger speed with respect to engine speed, Resulting in better transient response and easier engine starting.

６、また、エンジン回転数に対してＬＰターボチャージャー速度を変化させる能 力が、このような機能が存在しないターボチャージされるものまたは従来の複合 機関に比較して、排出を減少させるかまたは最小にするように空燃比を制御する 手段を提供する。6. Also, the ability to vary the LP turbocharger speed with respect to engine speed. Power may be turbocharged or conventional compound where such functionality does not exist Controlling the air-fuel ratio to reduce or minimize emissions relative to the engine provide the means.

別の一面において５本発明は、複合動カニニットと内燃機関と連続的可変伝動袋 ＠　（ＣＶＴ）を介して機関出力軸に接続する一個以上のターボチャージャーと で構成され、機関とターボチャージャーとの間で動力をいずれにも転送できるよ うにしている。In another aspect, the present invention provides a composite moving crab knit, an internal combustion engine, and a continuously variable transmission bag. @ One or more turbochargers connected to the engine output shaft via (CVT) It consists of a turbocharger that can transfer power between the engine and the turbocharger. I'm doing it.

本発明は、多様に行うことができるものであり、可能な実施例の特定な一例を、 以下に、添付の図面と照し合わせて説明する。The invention can be implemented in many different ways, one particular example of a possible embodiment being: The following description will be made in conjunction with the accompanying drawings.

図１は、図式的な構成を示し： 図２は、そのような動力プラントの性能を示すトルク−スピード曲線であり、 図３は、ＬＰターボチャージャーの概念上の制御工程表である。Figure 1 shows the schematic configuration: FIG. 2 is a torque-speed curve showing the performance of such a power plant, FIG. 3 is a conceptual control process chart for the LP turbocharger.

図１において、１０は動力プラントの全体を示し、出力軸１２を有する２または ４サイクルの往復機関１１と、歯車箱１２ａと、その全体を１３で示すターボチ ャージングユニットと、ターボチャージングユニット１３とシャフト１２との間 において結合される連続的可変伝動装置１４と、制御ユニットＩＳとでなる。In FIG. 1, 10 indicates the entire power plant, and 2 or 2 having an output shaft 12 or A four-cycle reciprocating engine 11, a gear box 12a, and a turbo engine, the entirety of which is indicated by 13. between the charging unit, the turbocharging unit 13 and the shaft 12 a continuously variable transmission 14 coupled to the control unit IS.

ターボチャージングユニット１３は、管１６を介して機関１１から排気を受け、 これがタービン１７そして直列に接続される低圧タービン１８を駆動する。各タ ービンは、それぞれのシャフトを介してそれが駆動するところの付随する圧縮機 １９．２０を備え、空気が入口２３を通って低圧圧縮機１９に吸い込まれ、そし て中間冷却器２４を通って高圧圧縮機２０へと送られるようになっている。これ が、今度は、加圧空気を、後置冷却器２５を通して機関１１へ供給する０機関に 入る空気の圧力は、圧力ドランスデューサ２６によって監視される。The turbocharging unit 13 receives exhaust air from the engine 11 via a pipe 16, This drives a turbine 17 and a low pressure turbine 18 connected in series. Each type The bin has an associated compressor through which it drives through its respective shaft. 19.20, air is drawn into the low pressure compressor 19 through the inlet 23 and The air is then sent to the high pressure compressor 20 through an intercooler 24. this However, this time, pressurized air is supplied to the engine 11 through the aftercooler 25. The pressure of the entering air is monitored by a pressure transducer 26.

中間冷却器２４および後置冷却器２５は、より高い熱力学的効率および熱負荷の 低減をもたらすために設けられるものである。Intercooler 24 and postcooler 25 provide higher thermodynamic efficiency and lower heat load. It is provided to bring about a reduction.

出力軸１２の速度を監視するために速度トランスデユーサ２７が設けられ、この トランスデユーサと圧力ドランスデューサ２６との両方の出力が制御ユニット１ ５に入力される。好適にはマイクロプロセッサであるユニット１５は、伝送路２ ８上にＣＶＴ１４の制御信号を生成する。制御ユニット１５は、トランスデュＪ す２６．２７により示される運転状態によって、かつ例えば図３に関連して以下 に述べるような制御工程表にしたがって、低圧タービン１８と出力軸１２との間 で動力をいずれかに転送するためにＣＶＴ１４を制御する。A speed transducer 27 is provided to monitor the speed of the output shaft 12; The outputs of both the transducer and the pressure transducer 26 are connected to the control unit 1. 5 is input. The unit 15, which is preferably a microprocessor, is connected to the transmission line 2. 8 to generate a control signal for the CVT 14. The control unit 15 is a transducer 26.27, and with reference to Figure 3, for example: between the low pressure turbine 18 and the output shaft 12 according to the control process chart as described in controls the CVT 14 to transfer power to either of the two.

図２に示した出力軸トルク−スピード曲線において、曲線Ａは、６０％の定格回 転数において約２５％トルクバックアップをもたらす二段ターボチャージ機関に 一般的なものである。“従来”の複合トルク特性、曲線Ｂは、同様な割合の定格 速度において、比較的にかなり高レベルのトルクバックアップを示している。低 圧ターボチャージャーへのＣＶＴ駆動装置を備えた、この出願の主題である複合 機関は、最小と定格回転数との間のある中間回転数レベルにおいてではなく、む しろ最小の調速可能機関回転数において達成される約５０％トルクバックアップ を示す、大きく向上したトルク曲線Ｃを有する。In the output shaft torque-speed curve shown in Figure 2, curve A is 60% of the rated speed. A two-stage turbocharged engine that provides approximately 25% torque backup at rotational speed. It is common. “Conventional” combined torque characteristics, curve B, is rated for similar percentages. At speed, it exhibits a relatively high level of torque backup. low The compound that is the subject of this application with a CVT drive to a pressure turbocharger The engine is not at some intermediate speed level between the minimum and the rated speed Approximately 50% torque backup achieved at the minimum engine speed that can be controlled It has a greatly improved torque curve C that shows.

図３は、ＣＶＴおよび弁機構の概念上の制御工程表を示すものであり、前者は機 関回転数の減少にともなってエンジン・クランクシャフト・スプロケットへの出 力回転数ターボチャージャー・スプロケットからの入力回転数として、また負荷 のファンクシ目ンとして定義されるＣＶＴ回転数比の累加的な減少を示している 。この場合は４サイクル機関の、弁機構の制御工程表は、減少する回転数のみの ファンクシランとしての入口弁の閉止の累加的な進行を示している。Figure 3 shows a conceptual control process chart for the CVT and valve mechanism; As engine speed decreases, output to the engine, crankshaft, and sprocket decreases. Power rotation speed As the input rotation speed from the turbocharger sprocket, and as the load It shows a cumulative decrease in the CVT rotation speed ratio defined as the function of . In this case, the control schedule for the valve mechanism of the 4-cycle engine is based on only the decreasing rotation speed. Figure 2 shows the cumulative progression of inlet valve closure as Funk Silane.

４サイクル機関に対しては、可変弁開閉時期機構２９を、制御ユニット１５の制 御の下に設けることができる。この可変的な入口の開閉が、高ブーストプレッシ ャーにおける過剰なシリンダ圧力の増大を防いでいる。For a 4-cycle engine, the variable valve timing mechanism 29 is controlled by the control unit 15. It can be established under the control of the government. This variable opening and closing of the inlet produces high boost pressure. This prevents excessive cylinder pressure from building up in the cylinder.

本質的に機械的なＣＶＴを示したが、同様に適用可能な油圧的または電気的な同 等のものが、説明したＣＶＴに含まれるべきことを理解すべきである。また、説 明した構成は、−個のターボチャージャーのみを有する複合機関にも活用できる 。Although CVTs have been shown that are mechanical in nature, hydraulic or electrical equivalents are equally applicable. It should be understood that the following should be included in the CVT described. Also, theory The configuration described can also be used for complex engines with only - turbochargers. .

要　約 ＣＶＴ　えた２および ４サイクル　Ａデ　−ゼル この発明は、複合動カニニットに関する。動力プラントまたはユニット１０が、 出力軸１２を有する往復機関１１と、その全体を１３で示すターボチャージング ユニットと、ユニット１３の低圧タービン１８と軸１２との間に結合する連続的 可変伝動装置（ＣＶＴ）１４と、プラント１０の運転状態によって、タービン１ ８と軸１２との間で動力を転送するためにＣＶＴ１４を動作させる制御ユニット １５とを備える。summary CVT Eta 2 and 4 cycle A dezel The present invention relates to a compound moving crab knit. The power plant or unit 10 is A reciprocating engine 11 having an output shaft 12 and a turbocharging engine generally designated by 13 a continuous unit coupled between the low pressure turbine 18 of the unit 13 and the shaft 12; Depending on the operating conditions of the variable transmission (CVT) 14 and the plant 10, the turbine 1 a control unit that operates the CVT 14 to transfer power between the shaft 12 and the shaft 12; 15.

図１ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成５年１月２７日口Figure 1 Submission of translation of written amendment (Article 184-8 of the Patent Law) January 27, 1993

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] １．出力軸と連続的可変伝動手段を介して機関出力軸に接続する少なくとも一個 のターボチャージャーとを有する内燃機関と、その運転状態にしたがって、ター ボチャージャーと機関出力軸とをいずれかに転送するために連続的可変伝動装置 （ＣＶＴ）手段を制御する手段とを含むことを特徴とする複合動力ユニット。1. at least one unit connected to the engine output shaft via the output shaft and continuously variable transmission means; An internal combustion engine with a turbocharger and a turbocharger according to its operating condition. Continuously variable transmission for transferring between the vocharger and the engine output shaft and means for controlling (CVT) means. ２．直列に接続された２個以上のターボチャージャーをさらに備え、ＣＶＴ手段 は、最低圧ターボチャージャーに結合されることを特徴とする請求項１記載のユ ニット。2. It further comprises two or more turbochargers connected in series, and a CVT means. 2. The unit of claim 1, wherein the unit is coupled to a lowest pressure turbocharger. knit. ３．制御手段は、エンジンブーストブレッシャー、エンジン回転数または出力軸 速度、あるいはこれらの組合せに応答することを特徴とする請求項１または請求 項２記載のユニット。3. Control means are engine boost braker, engine speed or output shaft Claim 1 or Claims characterized in that it is responsive to speed, or a combination thereof. The unit described in item 2. ４．可変弁開閉時期調整機構をさらに備え、制御手段は、シリンダ圧力を制御す るために該機構を制御することを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の ユニット。4. It further includes a variable valve opening/closing timing adjustment mechanism, and the control means controls the cylinder pressure. according to any of the preceding claims, characterized in that the mechanism is controlled to unit. ５．ＣＶＴは、電気によるものあるいは電気的に動作可能なものであることを特 徴とする複合動力ユニット。5. A CVT is characterized by being electrical or electrically operable. A complex power unit with a characteristic. ６．機関とターボチャージャーとの間で動力をどちらにも転送できるようにする ことを特徴とする複合動力ユニットと内燃機関と連続的可変伝動装置（ＣＶＴ） を介して機関出力軸に接続する一個以上のターボチャージャー。6. Allows power to be transferred between the engine and the turbocharger A compound power unit, an internal combustion engine, and a continuously variable transmission (CVT) characterized by one or more turbochargers connected to the engine output shaft via. ７．実質的に添付の図面に照し合わせて上述した複合動力ユニット。7. A compound power unit substantially as hereinbefore described with reference to the accompanying drawings.