JP2004522896A - 内燃機関及び排気タービン過給機を備える駆動装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、クランク軸を有する内燃機関と、排気ガス管と、けん引駆動において正のトルクをクランク軸へ伝達するための、排気ガス管の作用を受け内燃機関の後に接続される排気ガスタービンと、排気ガスタービンの後に接続された、トーラス形の動作空間を共に形成する２つの羽根車を有する流体式装置を含む駆動装置であって、流体式装置が動力伝達系統と駆動接続され、排気ガスタービンの一次羽根車を固定するために、錠止ブレーキが設けられている駆動装置に関する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を含む駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術文献は、タービン複合構造における内燃機関を有する駆動装置を開示している。この装置には、タービンを駆動するために、けん引運転の際に排気ガスを内燃機関から導き出すタービンが設けられている。タービンは流体式クラッチを通じてクランク軸と駆動連結されている。こうして、排気ガスの中になお残っているエネルギーを利用し尽くすことが可能になる。
【０００３】
上記駆動装置では、タービンの後にさらに１つの排気ガス管が接続されている。この排気ガス管には排気ガス弁が設けられている。けん引運転から制動運転へ移行する際には、排気ガス弁は閉じられる。これを通じてタービンの後では排気ガス圧が上昇し、排気ガス圧はある一定の値に達すると排気ガス弁を開放に導く（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
別の２つの従来技術文献は、同じく排気ガスエネルギーを取り戻すための装置を有する駆動装置を開示している（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００５】
確かに、この形式の駆動装置は、排気ガス中に含まれる残留熱が場合によっては排気タービン過給機を通過することによって利用し尽くされるという利点を有する。それでも、この駆動装置は制動運転の際に制動には直接寄与しない。上述の排気ガス弁は、排気ガス制動絞りとして通常のそれ自体周知の機能を実行する。
【特許文献１】
独国特許第１９５１６９７１号明細書
【特許文献２】
独国特許第３７２８６８１号明細書
【特許文献３】
独国特許第３９０４３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の形式の駆動装置を、排気ガス中に含まれている残留エネルギーをけん引運転の際に利用し尽くすのみならず、駆動装置を制動運転の際に制動に寄与させるように形成するという課題に基づくものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１による特徴によって解決される。
【０００８】
これに応じて、両羽根車を有する流体式装置は特別の様式に形成されている。すなわち、羽根車は両方とも、これらが回転子として働くことができるように形成され配置されている。この場合、その構造は流体式クラッチ又は制動機の羽根車の構造と基本的に同じである。それでも流体式クラッチとの、または制動機との相違は、両回転子の１つが回転に対して錠止可能であるか、または固定可能であるという点である。両回転子は１つのハウジング中に配置されている。動作空間は流動可能な媒質、例えば、水または油によって満たされている。両回転子の１つを固定するために、どのような種類の錠止装置も使用することができ、例えば、円板クラッチを使用することができる。
【０００９】
このような駆動装置は下記のように作動する。
すなわち、けん引駆動では、すなわち原動機が負荷の下で回転するとき、両回転子のいずれも回転式に固定されていないので、流体式装置の両回転子が回転する。１つの回転子がタービンによって駆動され、この回転子は自身の側で他の１つの回転子を駆動し、こうしてその回転子はトルクを動力伝達系統に伝える。こうして流体式装置は通常の流体式クラッチとして作動する。それに応じてこの装置は、広範囲にわたってトルク衝撃がないという長所、いわゆる柔らかな駆動を有する。これは始動の場合のみならず全けん引運転中においても言える。こうして負荷のピークは緩和される。
【００１０】
自動車がけん引運転から制動運転に移行すると（一次羽根車）、両回転子の１つが停止するので、動力伝達系統にトルクはもはや伝達されない。その代わりに動力伝達系統からトルクが取り消される。この際、流体式装置のタービンに向く側にある回転子は停止する。
【００１１】
回転子の停止（制動）の代りに、流体式装置の作動に介入してトルクの影響の断絶に導くという他の対策も考えられる。
【００１２】
錠止ブレーキ、例えば円板クラッチによって一次羽根車を制動することが最もよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を、図面を用いてさらに詳しく説明する。
【００１４】
図１に概略的に示す第１実施形態による駆動装置は、排気ガスタービン３を含む。これは、ここには図示されていない原動機の排気ガス流の作用を受ける。排気ガスタービン３は排気タービン過給機の構成要素ではないことが注目される。排気タービン過給機は上記の排気ガスタービン３の前に接続されている。
【００１５】
さらに流体式装置４も認められる。これは一次羽根車４．１と二次羽根車４．２とを備えている。両羽根車は、流体式クラッチ又は流体式ブレーキの羽根車として形成されている。それでも、両羽根車は実質的に回転自在である。一次羽根車４．１には錠止ブレーキ４．３が取り付けられている。これによって一次羽根車４．１は錠止される。
【００１６】
図示するように、排気ガスタービン３は一次羽根車と機械的駆動連結状態になっており、より厳密には駆動軸３．１、第１歯車列５、並びに駆動軸４．１．１を介している。
【００１７】
二次羽根車４．２は、さらに別の駆動軸４．２．１と回転するように固定されている。これは第２歯車列６を動かし、第２歯車列はさらに軸７と駆動連結状態にある。軸７はクランク軸を動かすことができ、または他のエネルギー消費装置、例えば、ファンの羽根車に作用することができる。
【００１８】
正規の走行の場合、原動機が負荷の下で回転すると、排気ガスは排気ガスタービン３へ導かれる。錠止ブレーキ４．５は機能していないので、両羽根車４．１、４．２は自由に回転することができる。排気ガスタービン３は排気ガス流の作用を受けるので、トルクを発生させ、トルクは一次羽根車４．１へ伝達されてこれを回転させる。流体式装置４の動作空間中に含まれる作動流体を通じて、トルクは二次羽根車４．２へ伝達され、そこからクランク軸７ないしは別のエネルギー消費装置へ伝達される。
【００１９】
制動運転の場合には、いずれにしてもわずかな排気ガス流が生じる。これは迂回されるのでタービン３に作用しない。錠止ブレーキ４．５は、一次羽根車４．１が定められるように操作される。これによって、流体式装置４は制動機となる。軸７がクランク軸と駆動連結状態になると、図示した装置は制動に貢献する。
【００２０】
図２に示す第２実施形態の駆動装置は、構造（制動機）的に第１実施形態の駆動装置と似た構成である。ただし、流体式装置４は、流体式ブレーキ４．１、４．２と、流体式クラッチ４．３、４．４とを含む。
【００２１】
この場合、制動機の羽根車４．１は固定子を形成し、羽根車４．２は回転子を形成する。
【００２２】
クラッチの両羽根車４．３、４．４は自由に回転することができる。制動機の羽根車４．２及びクラッチの羽根車４．３は互いに回転式に固定されて連結されているので、共に回転する。さらにこれらを一体式の鋳造部分として製造することもできる。
【００２３】
それ以外に、第２実施形態の駆動装置では、第１実施形態における錠止ブレーキ４．５は第２実施形態では存在しないことを除いて、第１実施形態の駆動装置におけるものと同じか同等の要素が存在する。
【００２４】
第２実施形態の駆動装置は下記のように作動する。すなわち、
けん引運転では、制動機４．１、４．２の動作空間は空であるが、クラッチ４．３、４．４の動作空間は作業媒体、一般には油によって満たされている。
【００２５】
排気ガスタービン３は、ここには図示されていない内燃機関からの排気ガス流の作用を受ける。排気ガスタービン３は、軸３．１を介して第１歯車列５を、並びに軸４．１．１を介してクラッチの一次羽根車４．４を駆動する。これはトルクを、クラッチの二次羽根車４．３と制動機の羽根車４．２とによって形成されたタンデム装置に伝達する。これらの両羽根車は互いに回転するように固定連結され、いわゆる背面組合せ装置を形成する。ここからトルクはさらに軸４．２．１と第２歯車列６とを介してクランク軸７に伝達される。
【００２６】
制動運転の場合、制動機４．１、４．２の動作空間は充填されている。流体式クラッチ４．３、４．４の動作空間は引き続き充填されたままである。充填によって、制動機４．１、４．２はその制動機能を実行する。今や排気ガスタービン３が排気ガス管の中に逆圧を発生させ、この逆圧はシリンダ空間の中に達し、装置全体の制動効果を強化する。
【００２７】
図３は駆動装置を示す。これは内燃機関１を含んでいる。内燃機関１には主排気ガス管１．１が接続されている。これは排気ガスを排気タービン過給機２に導き、厳密にはそのタービン部分２．１に導く。タービン部分２．１から流出する排気ガスは、第２排気ガス管を介して別の排気ガス管３に達する。
【００２８】
流体式装置４が示されている。これは一次羽根車４．１と二次羽根車４．２とを含む。一次羽根車４．１はさらに別の排気ガスタービン３と、厳密には上昇変速を示す第１歯車列５を介して駆動結合されている。二次羽根車４．２は第２歯車列６を介してクランク軸７と駆動連結されている。
【００２９】
両羽根車４．１、４．２は回転可能に取り付けられており（制動機）、したがって基本的に回転子として構成されている。これらは、流体式クラッチ又は流体式ブレーキの通常の羽根を有する。羽根はこれらの自由縁部において互いに向かい合っている。羽根車４．１は一次部分として働き、羽根車４．２は二次部分として働く。羽根車４．１は機械錠止装置によって、例えば、円板クラッチによって錠止可能である。
【００３０】
駆動装置は、もちろん他の構成部分、例えば、冷却装置及びファンを含んでいるが、これらはここでは単に概略的に示す。吸い込み空気は白い矢印で示され、これに対して排気ガスは黒い矢印で示されている。
【００３１】
原動機１がけん引運転において負荷の下で回転すると、主排気ガス管１．１に導かれる排気ガスが排気タービン過給機２のタービン部分２．１に作用する。排気タービン過給機２のコンプレッサ部分２．２は周知の方法で、吸い込まれた空気を圧縮する。
【００３２】
次に排気ガスは、第２排気ガス管１．２の中に入り、別の排気ガスタービン３のタービン翼に作用する。別の排気ガスタービン３は、第１歯車列５を介して、流体式装置４の一次羽根車４．１を駆動する。次にトルクが二次歯車４．２に伝達されるが、厳密には流体式装置の動作空間に含まれる作動流体によって伝達される。二次歯車４．２は、このトルクをさらにクランク軸７もしくは駆動装置内の他の必要個所に渡す。排気ガスは最終的に第３排気ガス管１．３を通じて駆動装置を離れる。
【００３３】
制動運転では原動機は無負荷で回転し、この場合、排気ガスはわずかな量だけ生じる。これによって別の排気ガスタービン３は単にわずかに作用を受ける。この場合、別の排気ガスタービンは概して作用を受けず、これによって駆動エネルギーも動力伝達系統に伝達されないことが望ましい。それゆえに、制動の場合に生じるわずかな排気ガス流もなお迂回させて、これが別の排気ガスタービン３に作用できないことが目的に適っている。
【００３４】
それでも、決定的な対策は、一次羽根車を上述の方法で、したがって何らかの性質の機械的ブレーキを介して固定することからなる。そこで一次羽根車４．１は固定子羽根車として作動する。これによって、流体式装置は制動機として作動するので、駆動エネルギーは動力伝達系統に到達せず、反対にエネルギーは動力伝達系統から取り去られるので、制動作業への貢献が達成される。
【００３５】
流体式装置の羽根車（場合によっては制動機とクラッチとから構成される）を、流体式装置の回転軸に対して傾斜して、したがって平行にならないように配置することができる。
【００３６】
上記の歯車の代りに、チエーン駆動などの他の動力伝達装置も適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態による駆動装置の概略図である。
【図２】第２実施形態による駆動装置の概略図である。
【図３】個別の構成部分を幾つかさらに具体的に示した駆動装置の図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 原動機
１．１ 主排気ガス管
１．２ 第２排気ガス管
１．３ 第３排気ガス管
２ 排気タービン過給機
２．１ 排気タービン過給機のタービン部分
２．２ 排気タービン過給機のコンプレッサ部分
３ 排気ガスタービン
４ 流体式装置
５ 第１歯車列
６ 第２歯車列
７ クランク軸
１０ 錠止ブレーキ

Claims (5)

  1. クランク軸（７）を有する内燃機関（１）と、
    排気ガス管（１．１）と、
    けん引駆動において正のトルクをクランク軸（７）へ伝達するための、排気ガス管（１．１）の作用を受け前記内燃機関（１）の後に接続される排気ガスタービン（３）と、を備える駆動装置において、
    前記排気ガスタービン（３）の後に接続される、トーラス形の動作空間（４．１、４．２）を共に形成する回転自在の羽根車を有する流体式装置（４）を備え、
    前記流体式装置（４）が動力伝達系統と駆動接続され、
    前記流体式装置（４）の羽根車（４．１、４．２）の一方（４．１）を固定するために、錠止ブレーキ（４．５）が設けられていることを特徴とする駆動装置。
  2. 前記錠止ブレーキ（４．５）が円板クラッチに取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
  3. 車両の駆動装置であって、
    クランク軸（７）を有する内燃機関（１）と、
    排気ガス管（１．１）と、
    けん引駆動において正のトルクをクランク軸（７）へ伝達するための、排気ガス管（１．１）の作用を受け前記内燃機関（１）の後に接続される排気ガスタービン（３）と、を備える駆動装置において、
    前記排気ガスタービン（３）が流体式装置（４）の後に、流体式クラッチ（４．３、４．４）並びに流体式ブレーキ（４．１、４．２）によって接続され、
    前記流体式クラッチ（４．３、４．４）と前記流体式ブレーキ（４．１、４．２）が互いに同軸に配置され、
    前記流体式クラッチの二次羽根車（４．３）と前記流体式ブレーキの回転子（４．２）が、背面組合せ配置で互いに回転式に固定連結され、
    前記流体式ブレーキ（４．１、４．２）の動作空間を充填及び空にすることができることを特徴とする駆動装置。
  4. 前記排気ガス管（１．１）に導かれる排気ガス流を前記排気ガスタービン（３）の周りに迂回させるためのバイパス管が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の駆動装置。
  5. 原動機（１）の運転状態を把握して、対応する信号を中央処理装置へ送るために設けられたセンサと、
    一次羽根車（４．１）を固定するための取付け装置と、を含む請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の駆動装置。
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