JP2007518031A - ハイドロダイナミックリバースクラッチを有する駆動力伝達装置 - Google Patents

ハイドロダイナミックリバースクラッチを有する駆動力伝達装置 Download PDF

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Abstract

第１のインターフェイス（１）と第２のインターフェイス（２）を有する駆動力伝達装置；第１と第２のインターフェイスの間の駆動結合内に、ハイドロダイナミッククラッチ（３）が接続されている；駆動結合内に、ハイドロダイナミッククラッチに対して直列に第１のギア列（４）と第２のギア列（５）が互いに対して並列に接続されており、その場合に第２のギア列（５）は第１のギア列（４）に対して、２つのインターフェイス（１、２）の一方において回転方向反転をもたらす。本発明に基づく駆動力伝達装置は、次の特徴を特徴としている：ハイドロダイナミッククラッチは、互いに分離された２つの作業室（３．１、３．２）を有しており、それら作業室はハイドロダイナミッククラッチ（３）のそれぞれ翼配列を有する一次ホィール（３．３、３．４）から少なくとも１つの翼配列を有する二次ホィール（３．５）へトルクを伝達するために、互いに独立して作業媒体によって充填および排出可能であって、その場合に一次ホィールと少なくとも１つの二次ホィールの翼配列は対向して配置されている；第１のギア列は、第１の一次ホィール（３．１）と常に駆動結合されており、第２のギア列（５）は第２の一次ホィール（３．２）と常に駆動結合されている；２つのギア列（４、５）は、２つのインターフェイス（１、２）の一方と常に駆動結合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に自動車ドライブトレイン内の２本の軸間で駆動力を伝達するための駆動力伝達装置に関する。実施形態によれば、本発明は、内燃機関のクランク軸と排ガス利用タービンの間にこの種の駆動力伝達装置を有する、いわゆるターボコンパウンドシステムに関する。
請求項１の上位概念にまとめられている特徴を有する駆動力伝達装置は、たとえば特許文献１に開示されている。そこに示されている駆動力伝達装置は、駆動力伝達装置から、ないしは駆動力伝達装置へ駆動力を伝達するための２つのインターフェイスを有している。一方のインターフェイスは、エンジンクランク軸と結合されており、他方のインターフェイスは排ガス利用タービンと結合されている。図示の駆動力伝達装置は、パワーをいわゆるタービン駆動においては排ガス利用タービンからクランク軸へ伝達し、いわゆるブレーキ駆動においてはエンジンクランク軸から排ガス利用タービンへ伝達するために、流体クラッチを有している。その場合にブレーキ駆動においては、排ガス利用タービンをポンプとして駆動して、従ってブレーキモーメントを発生させるために、排ガス利用タービンの回転方向が反転される。回転方向反転は、たとえば特許文献２に開示されているような、排ガス利用タービンが常に同一方向に回転する、ターボコンパウンドシステムにおけるよりも、比較的大きいブレーキモーメントを発生させることができる、という利点を有している。
ブレーキ駆動において排ガス利用タービンの回転方向反転を達成するために、エンジンクランク軸とハイドロダイナミッククラッチとの間に、２つの並列のギア列を有するリバーストランスミッションが配置されており、その場合に一方のギア列には、出力側において他方のギア列に対して逆の回転方向をもたらすために、付加的な中間歯車が設けられている。２つのギア列は、機械的クラッチを使用することによって、駆動接続内で常に一方のギア列のみが駆動力を伝達するように、構成されている。
図示のシステムは、ギア列間の切り替えと機械的クラッチ、特に多板クラッチの使用に基づいて、製造が比較的複雑で、従って高価であり、かつ多数の機械的な、切り替え可能なコンポーネントにもとづいて故障が生じやすく、かつ保守に手間がかかる、という欠点を有している。
米国特許第４７４８８１２号 米国特許第５８８４４８２号
本発明の課題は、従来技術に比較して改良されている、駆動力伝達装置を提供することである。特に、ほとんど摩耗のない切り替え機能を可能とし、構造的な手間とコストを減少させようとしている。その場合に本発明に基づく駆動力伝達装置は、特に、ターボコンパウンドシステムにおいて使用することができる。
本発明に基づく駆動力伝達装置は、互いに分離して配置された２つの作業室を有し、それら作業室がそれぞれ翼配列を有する一次ホィールから翼配列を有する二次ホィールへトルクを伝達するために、互いに独立して作業媒体によって充填可能である、ハイドロダイナミッククラッチを特徴としている。２つの作業室を形成するために、２つの一次ホィールと少なくとも１つの二次ホィールが設けられており、その場合に二次ホィールは好ましくは２つの翼配列を、すなわち２つの作業室の各々のためにそれぞれ翼配列を有している。２つの翼配列は、たとえば共通の二次ホィール内にバック−ツー−バック配置で形成することができる。
それぞれ一次ホィールの翼と少なくとも１つの二次ホィールの対応する翼配列は、−ハイドロダイナミッククラッチにおいて一般的であるように−対向して配置されており、それによってトーラス形状の作業室が形成される。
２つの並列のギア列が設けられており、それらは常に２つのインターフェイスの一方と駆動結合されている。第１のギア列は、さらに、第１の一次ホィールと駆動結合されており、第２のギア列は第２の一次ホィールと常に駆動結合されている。
本発明の主旨において、「充填可能」ないし「充填された」というのは、完全な充填でもあり、部分的な充填でもある。「排出可能」ないし「排出された」というのは、完全な排出あるいは作業室内の予め定められた残留作業媒体量までの排出である。
好ましい形態によれば、少なくとも１つの二次ホィール、特に共通の二次ホィールが、第１のインターフェイスと常に駆動結合されており、２つのギア列は第２のインターフェイスと常に直接駆動結合されている。その場合にたとえば、一次ホィールは共通の軸上に配置することができ、その場合に好ましくは一方の一次ホィールが相対回動不能に、他方の一次ホィールは回転可能に、共通の軸上に軸承されている。好ましくは、共通の軸は、さらに、２つのギア列の一方のものの歯車を相対回動不能に支持している。
少なくとも１つの二次ホィール、特に共通の二次ホィールは、好ましくは同様に共通の軸上に、特に２つの一次ホィール間に、配置することができる。その場合に少なくとも１つの二次ホィールは、共通の軸上に回転可能に、すなわちいわゆる相対軸承によって、軸承されている。
２つのギア列のそれぞれの歯車も、共通の軸上に軸承することができ、その場合に好ましくは、共通の軸上に回転可能に配置されている一次ホィールと直接駆動結合されているギア列の歯車が、共通の軸上に回転可能に配置されており、共通の軸上に相対回動不能に軸承されている一次ホィールと直接駆動結合されている、第２のギア列の歯車も、同様に共通の軸上に相対回動不能に軸承されているので、該当するトルクが共通の軸を介して一次ホィールとギア列の間で伝達される。
好ましくは一次ホィールと少なくとも１つの二次ホィールの翼が、ハイドロダイナミッククラッチの中心軸に対して斜めに配置されており、すなわちそれらはハイドロダイナミッククラッチの作業室を通る半径部分の平面に対して垂直ではない。
このように翼が斜めに配置されている場合に、互いに対する相対運動に関して、突き当たる配置と避け合う配置が区別される。２つの配置において、対向する翼は、互いに整合する。突き当たる配置においては、駆動するホィールの翼は駆動されるホィール側の軸方向端部から始まって、駆動するホィールの回転方向に抗して傾斜しており、避け合う配置においては、駆動するホィールの翼は駆動されるホィール側の軸方向端部から始まって、駆動するホィールの回転方向に傾斜している。
好ましい形態によれば、２つの作業室の翼は、該当する作業室の排除される駆動中に生じる回転方向において、対向する翼が互いに対して避けて回転するように、斜めに配置されている。
共通の二次ホィールは、ハイドロダイナミッククラッチのハウジングと共に、２つの一次ホィールを少なくとも部分的に包囲し、それは後で説明し、かつ図面に示す実施例によってさらに良く理解される。
本発明に基づくターボコンパウンドシステムは、クランク軸を有する内燃機関と排ガス利用タービンを有しており、排ガス利用タービンは内燃機関の排ガス流内に配置されており、かつ内燃機関のクランク軸との駆動結合へ切り替え可能である。その限りにおいて、本発明に基づくターボコンパウンドシステムは、既知のターボコンパウンドシステムの通常の特徴を有している。
しかし、本発明に基づくターボコンパウンドシステムにおいては、排ガス利用タービンとクランク軸の間の駆動結合内に、上述した本発明に基づく特徴を有する駆動力伝達装置が接続されている。一方のインターフェイスは常にクランク軸と駆動結合されており、他方のインターフェイスは排ガス利用タービンと常に駆動結合されている。本発明に基づく駆動力伝達装置の切り替えによって、一方または他方の作業室を所望に充填することにより、２つのインターフェイス内の軸が同じ回転方向に、あるいは逆の回転方向に回転し、それによってクランク軸から排ガス利用タービンへの、あるいは排ガス利用タービンからクランク軸への、それに応じた駆動パワーの流れが達成される。
もちろん、クラッチの内部で付加的なブレーキモーメントを発生させるために、２つの作業室を同時に作業媒体によって充填することも可能である。その場合にはこの種のシステムは、いわゆるターボコンパウンドリターダシステムのように働く。
以下、実施例と図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１には、インターフェイス１が示されており、そのインターフェイスは概略的に示される内燃機関１１のクランク軸１２によって形成される。駆動装置１０の軸方向反対側の、他方の端部には、インターフェイス２が見られ、そのインターフェイスは軸１１によって形成されており、その軸は第１のギア列４と第２のギア列５のピニオン１２と１３を支持しており、かつ排ガス利用タービン１３のロータと相対回動不能に結合されている。クランク軸１２は、さらに歯車１４を支持しており、その歯車は、ハウジング３．６に相対回動不能に接続された、ないしはこのハウジングと一体的に形成された歯車１５を介してハイドロダイナミッククラッチ３の二次ホィール３．５を駆動し、その二次ホィールはハウジング３．６に相対回動不能に接続され、ないしそのハウジングと一体的に形成されている。
共通の軸７（ハイドロダイナミッククラッチ３の中心軸６に沿った）は、ハイドロダイナミッククラッチの両側に、ないしは駆動力伝達装置１０の軸方向の端部に、回転可能に軸承されており、かつ第１の一次ホィール３．３および第１のギア列４の歯車１６と相対回動不能に結合されている。ピニオン１３と噛合する、第２のギア列５の歯車１７は、共通の軸１７上に相対的に軸承され、すなわち共通の軸７によって回転可能に支持されている。
共通の軸７は、さらに、共通の二次ホィール３．５を回転可能に支持しており、すなわち二次ホィール３．５は共通の軸７上に相対軸承されている。ハイドロダイナミッククラッチ３のハウジング３．６は、共通の二次ホィール３．５に接続され、ないしはそれと一体的に形成されているので、従ってハウジング３．６も二次ホィール３．５の軸受を介して共通の軸７上に回転可能に支持される。
ハイドロダイナミッククラッチ３は、２つの作業室３．１と３．２を有しており、それらは互いに独立して駆動媒体を充填し、あるいは空にすることができる。第１の作業室３．１は一次ホィール３．３と二次ホィール３．５の第１の部分によって形成され、第２の作業室３．２は一次ホィール３．４と二次ホィール３．５の第２の部分によって形成される。一次ホィールと二次ホィールの該当する部分は、ハイドロダイナミッククラッチにおいて知られているように、各作業室がトーラス形状のリングとして形成されるように、対向している。
一次ホィールないし共通の二次ホィールの翼配列と翼配列の回転は、作業室内に示す矢印によって概略的に示されている。その場合に概略的な表示は、翼が軸方向の上面で示されており、それに応じて回転方向が軸方向の上面で示唆されるものとする。第１の一次ホィール３．３は、翼配列３．３．１を支持し、第２の一次ホィール３．４は、翼配列３．４．１を支持しており、共通の二次ホィール３．５は、翼配列３．５．１と３．５．２を支持している。図に示すように、二次ホィール３．５の翼配列３．５．１と３．５．２は、バック−ツー−バック配置で形成されている。
特にコンパクトな配置は、共通の二次ホィール３．５がハウジング３．６と共に２つの一次ホィール３．３と３．４を３つの側で包囲することによって得られ、その場合に第４の側は共通の軸７によって覆われている。従って２つの作業室３．１と３．２を周囲に対して容易にシールすることも可能である。
排ガス利用タービンは、−ターボコンパウンドシステムにおいて一般的なように−内燃機関の排ガス流１４内に配置されている。もちろん、たとえば、他の排ガス利用タービンとコンプレッサとを有する排ガスターボチャージャのような、他の排ガス利用システムを設けることもできる。
第１と第２のギア列４と５の２つのピニオン１２と１３を相対回動不能に支持する軸１１を介して２つのギア列４、５と常に駆動結合されている排ガス利用タービン１３は、２つの逆の回転方向に駆動することができる。これは、ピニオン１２と第１のギア列４の歯車１６との間に、他の反転歯車１７が挿入されていることによって、達成される。
図示の装置の異なる駆動モードを、以下で説明する：
矢印１００によってパワーの流れ、すなわち駆動力伝達の方向が示唆されている。タービン駆動とも称される、定格駆動を示す図１によれば、駆動力は排ガス利用タービン１３からクランク軸１２へ伝達される。排ガス利用タービン１３は軸１１を、特に矢印１０５で示さされる回転方向に、駆動する。その場合にすべての回転方向は、矢印１０１で示されるような、視線方向に関する。軸１１の回転運動は、第２のギア列５を介して第２の一次ホィール３．４へ伝達される。第２の作業室３．２は、作業媒体で満たされているので、第２の一次ホィール３．４は二次ホィール３．５を同じ回転方向に従って駆動する（作業室３．２内の矢印を参照）。この回転方向は、２つの歯車−歯車５とピニオン１３−のみが互いに噛合していることに基づいて、軸１１の回転方向とは逆であって、矢印１０４で示されている。それに応じてハウジング３．６も同じ回転方向に回転する（矢印１０３を参照）。ハウジング３．６は、歯車１５を介して歯車１４と噛合しているので、クランク軸１２は逆の方向に駆動される（矢印１０２を参照）。
２つのギア列４および５と排ガス利用タービン１３の出力軸との間の恒常的な駆動結合に基づいて、第１のギア列４も駆動される。従って第１のギア列４を介して共通の軸７が、特に付加的な中間歯車１７に基づいて、軸１１と同じ方向に駆動される。従って共通の軸７を介して第１の一次ホィール３．３も、第１の一次ホィール３．１の翼配列３．３．１の上方の矢印によって示されるように、すなわち第２の一次ホィール３．４とは反対の方向に、駆動される。従って第１の一次ホィール３．３は二次ホィール３．５とは反対の方向に回転し、２００パーセントのスリップが生じる。しかし、第１の一次ホィール３．３と二次ホィール３．５の間の作業室３．１は作業媒体で充填されておらず、あるいは予め定められた残留作業媒体量まで満たされていないので、第１の一次ホィール３．３から二次ホィール３．５へトルクはまったく、あるいはほとんど伝達されず、従って排ガス利用タービン１３によるクランク軸１２の駆動に関して損失パワーは発生しない。損失パワーをこのように最低限に抑えることは、特に、第１の一次ホィールと二次ホィールの対向して配置されている翼配列３．３．１と３．５．１が、ハイドロダイナミッククラッチ３の長手軸６に対して、図示の駆動モードにおいて互いに避け合うように、角度をもって配置されていることによって、達成される。それに対して第２の一次ホィールと二次ホィールの対向して配置されている翼配列３．４．１と３．５．２は、長手軸６に対して第１の作業室３．１内の翼配列とは逆に角度をつけられているので、それらは図示の駆動モードにおいて互いに対して突き合うように駆動され、それが第２の一次ホィール３．４と共通の二次ホィール３．５の間の特に効果的なパワー伝達とそれに応じて排ガス利用タービン１３からクランク軸１２への駆動パワーの損失の少ない伝達をもたらす。
図２には、第２の駆動モード、すなわちブレーキ駆動モードが図示されている。この駆動モードにおいては、クランク軸１２から駆動パワーが排ガス利用タービン１３へ伝達され（矢印１００の方向を参照）、それが一方では、クランク軸１２の制動をもたらし、他方では排ガス利用タービン１３が、その回転方向をタービン駆動に対して反転させることによって、ポンプとして比較的高い効率で作動する。排ガス利用タービンの回転方向反転に従って、排ガス利用タービン１３が排ガス流を定格駆動における排ガス流方向とは逆に、絞り箇所１８へ向かって汲み上げる（排ガス流を示唆する矢印１４の反転を参照）。
クランク軸１２は、歯車１４を介して変更されない回転方向（矢印１０２を参照）にハウジング３．６とそれに伴って二次ホィール３．５を、特に定格駆動に対して同様に変更されない回転方向１０３で、駆動する。というのは、クランク軸１２は、常に同一の回転方向に回転するからである。
しかし、図２に示すブレーキ駆動においては、作業室３．１が作業媒体で充填されているので、トルクは二次ホィール３．５から第１の一次ホィール３．１へ伝達される。それに応じて今度は、一次ホィール３．３が二次ホィール３．５と同じ回転方向に回転するので、共通の軸７は今度は定格駆動に関して反対の方向に回転する（矢印１０６を参照）。第１のギア列４を介して軸１１が、特に共通の軸７の回転方向に相当する回転方向で駆動される（矢印１０５を参照）。軸１１のこの回転方向（矢印１０５）は、定格駆動において排ガス利用タービン１３による駆動に基づいて生じる回転方向とは逆なので、排ガス利用タービンは逆の方向に駆動される。
排ガス利用タービンと第２のギア列５が常に回転結合されていることに基づいて、さらに、第２の一次ホィール３．４が駆動され、これは今度は二次ホィール３．５とは逆に回転する。しかし、第２の作業室３．２は空にされており、あるいは予め定められた残留作業媒体量まで空にされているので、第２の一次ホィール３．４から二次ホィール３．５へはトルクはまったく、あるいはほとんど伝達されず、それに応じた損失パワーもわずかである。第２の一次ホィール３．４は、二次ホィール３．５に対して２００パーセントのスリップで回転する。図から明らかなように、選択された斜めの翼配列によって、第２の一次ホィール３．４と二次ホィール３．５の間に避け合う運動が達成され、それが損失パワーを最小限に抑えることを支援する。
本発明に基づく駆動力伝達装置ないし本発明に基づくターボコンパウンドシステムは、種々の利点を提供する：すなわち、切り替え機能が摩耗なしにハイドロダイナミッククラッチ内に統合されている。付加的に必要とされる歯車は、「高速」側に配置されており、従って小さい。ブレーキ駆動において、「アクティブな」循環、すなわち作業媒体によって満たされている循環は、避け合うように駆動される。これは、所望の充填変化によってクラッチスリップとそれに伴って、ポンプとして駆動される排ガス利用タービンの回転数を変化させることができる、という利点を有している。従ってたとえば、排ガス利用タービンの過剰回転数または過剰トルクを防止することができる。
「インアクティブな」循環、すなわち作業媒体によって満たされていない、あるいは予め定められた残留作業媒体量によってのみ満たされている作業室を、所望に充填することによって、ハイドロダイナミッククラッチの内部で付加的なブレーキモーメントを発生させることができる。
定格駆動において本発明に基づく駆動力伝達装置を有するターボコンパウンドシステム内のパワーの流れを概略的に示している。 図１に示す、本発明に基づくターボコンパウンドシステムを、ブレーキ駆動において示している。

Claims (8)

  1. 駆動力伝達装置であって、
    １．１ 駆動力伝達装置から駆動力伝達装置へ駆動力を伝達するための、第１のインターフェイス（１）を有し；
    １．２ 駆動力伝達装置から駆動力伝達装置へ駆動力を伝達するための、第２のインターフェイス（２）を有し；
    １．３ 第１と第２のインターフェイス（１、２）が互いに対して駆動結合されており、その場合に第１の駆動モードにおいては駆動力が第１のインターフェイスから第２のインターフェイスへ伝達され、第２の駆動モードにおいては駆動力が第２のインターフェイスから第１のインターフェイスへ伝達され；
    １．４ 第１と第２のインターフェイス（１、２）の間の駆動結合内へ、ハイドロダイナミッククラッチ（３）が接続されており；
    １．５ 駆動結合内でハイドロダイナミッククラッチ（３）に対して直列に、第１のギア列（４）と第２のギア列（５）が互いに対して並列に接続されており、その場合に第２のギア列（５）は第１のギア列（４）に対して、２つのインターフェイス（１、２）の一方において回転方向反転をもたらす；
    前記駆動力伝達装置において、次の特徴、すなわち：
    １．６ ハイドロダイナミッククラッチ（３）は、互いに分離された２つの作業室（３．１、３．２）を有しており、前記作業室はハイドロダイナミッククラッチ（３）のそれぞれ翼配列を有する一次ホィール（３．３、３．４）から少なくとも１つの翼配列を有する二次ホィール（３．５）へトルクを伝達するために、互いに独立して作業媒体を充填および排出可能であって、その場合に一次ホィール（３．３、３．４）と少なくとも１つの二次ホィール（３．５）の翼（３．３．１、３．５．１、３．５．２、３．４．１）が対向して配置されており；
    １．７ 第１のギア列（４）は第１の一次ホィール（３．１）と常に駆動結合されており、第２のギア列（５）は第２の一次ホィール（３．２）と常に駆動結合されており；
    １．８ ２つのギア列（４、５）が、２つのインターフェイス（１、２）の一方と常に駆動結合されている、
    ことを特徴とする駆動力伝達装置。
  2. ２つの作業室（３．１、３．２）が、共通の二次ホィール（３．５）によって画成されており、その場合に二次ホィール（３．５）が２つの作業室（３．１、３．２）の二次ホィール翼配列（３．５．１、３．５．２）をバック−ツー−バックで支持していることを特徴とする請求項１に記載の駆動力伝達装置。
  3. 少なくとも１つの二次ホィール（３．５）、特に共通の二次ホィールが、第１のインターフェイス（１）と常に結合されており、２つのギア列（４、５）が第２のインターフェイス（２）と常に直接駆動結合されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の駆動力伝達装置。
  4. それぞれ一次ホィール（３．３、３．４）と少なくとも１つの二次ホィール（３．５）の対向して配置されている翼（３．３．１、３．５．１、３．５．２、３．４．１）が、ハイドロダイナミッククラッチ（３）の中心軸（６）に対して斜めに配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動力伝達装置。
  5. 第１の駆動モードにおいては第１の作業室（３．１）のみが作業媒体によって充填されており、第２の駆動モードにおいては第２の作業室（３．２）のみが作業媒体によって充填されており、対向して配置されている翼（３．３．１、３．５．１、３．５．２、３．４．１）の斜め配置は、ハイドロダイナミッククラッチ（３）内でトルク伝達する場合にそれぞれ空にされた作業室内で対向して配置された翼配列が互いに対して避け合って移動するように、形成されていることを特徴とする請求項４に記載の駆動力伝達装置。
  6. 共通の二次ホィール（３．５）がハイドロダイナミッククラッチ（３）のハウジング（３．６）と相対回動不能に形成されており、かつハウジングと共に２つの一次ホィール（３．３、３．４）を少なくとも部分的に包囲することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の駆動力伝達装置。
  7. ２つの一次ホィール（３．３、３．４）が共通の軸（７）上に配置されており、その場合に一方の一次ホィール（３．３）は相対回動不能に、他方の一次ホィール（３．４）は回転可能に共通の軸（７）上に軸承されており、かつ少なくとも１つの二次ホィール（３．５）が軸方向において２つの一次ホィール（３．３、３．４）の間で回転可能に共通の軸（７）上に軸承されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の駆動力伝達装置。
  8. ８．１ クランク軸（１２）を有する内燃機関（１１）と；
    ８．２ 内燃機関（１１）の排ガス流（１４）内に配置されており、かつクランク軸（１２）との駆動結合へ切り替え可能な、排ガス利用タービン（１３）と；
    を有するターボコンパウンドシステムにおいて、
    ８．３ 排ガス利用タービン（１３）とクランク軸（１２）の間の駆動結合内へ、請求項１から７のいずれか１項に記載の駆動力伝達装置（１０）が接続されており、その場合に一方のインターフェイス（１、２）、特に第１のインターフェイス（１）がクランク軸（１２）と常に駆動結合されており、他方のインターフェイス（１、２）、特に第２のインターフェイス（２）が排ガス利用タービン（１３）と常に駆動結合されていることを特徴とするターボコンパウンドシステム。
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