JPS6236141B2 - - Google Patents

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JPS6236141B2
JPS6236141B2 JP54501036A JP50103679A JPS6236141B2 JP S6236141 B2 JPS6236141 B2 JP S6236141B2 JP 54501036 A JP54501036 A JP 54501036A JP 50103679 A JP50103679 A JP 50103679A JP S6236141 B2 JPS6236141 B2 JP S6236141B2
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JP
Japan
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engine
compressor
turbine
assembly
air
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Application number
JP54501036A
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Japanese (ja)
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JPS55500395A (en
Inventor
Benguto Nirusu Yohan Parumu
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Saab AB
Original Assignee
Saab Scania AB
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Publication date
Application filed by Saab Scania AB filed Critical Saab Scania AB
Publication of JPS55500395A publication Critical patent/JPS55500395A/ja
Publication of JPS6236141B2 publication Critical patent/JPS6236141B2/ja
Expired legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F02B37/10Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
    • F02B37/105Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump exhaust drive and pump being both connected through gearing to engine-driven shaft
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/06Engines with prolonged expansion in compound cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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。
Claim 1: A combination combustion engine assembly for a vehicle, comprising a diesel engine 1, a volumetric compressor 5, and a turbine 7, the compressor 5, for example a screw compressor, supplying air to the intake device 2 of the engine. in a combined combustion engine assembly designed to feed the combustion chamber of said engine 1 via said engine 1, said turbine 7 being designed to be driven by exhaust gases from said engine 1;
A mechanical transmission 9 with a fixed gear arrangement interconnects the output shaft 12 of the engine, the compressor shaft 11 and the turbine shaft 10, so that all the air produced by the compressor 5 is transferred to the engine. 1, the turbine 7 is connected to the compressor 5 in the intake device 2 of the engine when the pressure in the exhaust pipe 3 of the engine is operating above at least a certain engine speed and/or load. A combination vehicle combustion engine assembly characterized by exceeding the pressure occupied.

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。
2. In the composite vehicle combustion engine assembly according to claim 1, compressed air from the compressor 5 is supplied to the engine 1 via a supercharged air cooler 6 disposed within the intake device 2. A combination vehicle combustion engine assembly characterized by:

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。
3. In the composite vehicle combustion engine assembly according to claim 1 or 2, the amount of air compressed by the compressor 5 depending on the load applied to the engine 1 and/or the rotational speed of the engine 1. A combustion engine assembly for a hybrid vehicle, characterized in that a valve device 22 adjusts the .

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。
4. In the composite vehicle combustion engine assembly according to claim 3, when the compressor 5 is a screw compressor, the valve device 22
is a sliding valve 23, as known per se, integrated into the screw compressor 5.

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。
5. The combustion engine assembly for a composite vehicle as set forth in claim 4, wherein air that is not compressed in the compressor 5 is returned to the compressor intake port via a return pipe 26. Combustion engine assembly.

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。
6. In the composite vehicle combustion engine assembly according to claim 1, 3 or 5, the gear wheel 19 attached to the turbine shaft 10 is attached to the compressor shaft 11. A combination vehicle combustion engine assembly characterized by direct engagement with a gear wheel 18.

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。
7. In the composite vehicle combustion engine assembly according to claim 6, the compressor shaft 1
The gear wheel 18 on the engine shaft 1 is connected to the engine shaft 1 through the gear wheels 16 and 17 attached to the intermediate shaft 20.
1. A combustion engine assembly for a hybrid vehicle, characterized in that it engages a gear wheel 15 attached to a gear wheel 15 attached to a combustion engine assembly.

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。
8. In the composite vehicle combustion engine assembly according to any one of the preceding claims, the engine 1, the turbine 7, the compressor 5, and the transmission device 9 are arranged so that the engine 1 operates at full load. time, and said engine rotation speed is 600
Combustion engine assembly for a hybrid vehicle, characterized in that said turbines are adapted to each other so as to drive said compressor 5 and also contribute to increasing the output of said assembly when Three-dimensional.

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。
Description The present invention relates to a so-called hybrid combustion engine assembly comprising a diesel engine, a volumetric compressor, and a turbine, where the volumetric compressor, for example a screw compressor, directs air to the intake system of the engine. The turbine is then designed to be driven by the engine's exhaust gases.

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。
In assemblies of this type, it is already known to connect the turbine in a torque-transmitting manner to the compressor via a hydraulic transmission or a mechanical transmission with variable gearing. The compressed air supplied to the engine is adapted with respect to the rotational speed of the engine, such that the supercharged engine corresponds approximately to the maximum power of the engine over a relatively large part of its rotational speed range. Attempts have been made to generate power at high altitudes. In some cases, the turbine operates free-running, ie, without torque-transmitting coupling to the engine.

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。
It is also known to actively control the rotational speed of the turbine with respect to the rotational speed of the engine with mechanical devices. The coupling of the turbine and its engine is in this case adapted such that the turbine is driven over the entire operating range of the engine with an exhaust gas pressure that is less than the intake pressure of the engine. In this way, it is primarily possible to control the diesel engine to operate at maximum efficiency. In this connection, it has been proposed to utilize the energy of the compressed air produced by the compressor, which, when supercharging occurs above a certain pressure value, converts the excess air into the turbine and drives it. It is not used in diesel engines.

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。
However, the above solutions do not significantly improve efficiency compared to conventional diesel engines, and this has proven to increase the complexity of possible assemblies. Moreover, in the solutions already known, the transmission devices used are complex and often involve considerable energy losses.

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。
The invention is based on the problem of creating a combined combustion engine assembly especially intended for vehicles, which combines a diesel engine, a volumetric compressor, an exhaust gas driven turbine and a simple torque transfer transmission. The present invention has a device and allows effective collaboration between the devices incorporated within the assembly, thereby eliminating the drawbacks occurring with known solutions. In this regard, the assembly according to the invention provides that a mechanical transmission with a fixed gear system connects the output shaft of the engine, the compressor shaft and the turbine shaft to each other, and that all the compressed air produced by the compressor is supplied to the engine. and the turbine is designed with respect to the compressor so that the pressure in the engine exhaust pipe exceeds the pressure present in the engine intake pipe at least over a particular engine speed and/or load during operation. Features.

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。
The mechanical transmission with a fixed gear incorporated into the solution advantageously consists of a gear wheel, so that both the engine shaft and the turbine shaft are torque-transmitting connected to the compressor shaft. engine,
The compressor and turbine are then designed to be driven at a constant rotational speed ratio to each other. At low rotational speeds and loads, the engine then drives the compressor without the turbine contributing adequately to it. As the rotational speed of the engine and/or its load increases, the effectiveness of the turbine also increases, and the turbine is configured such that its power output exceeds the power requirements of the compressor even at relatively low rotational speeds and/or low loads. Above this operating point the turbine actively contributes to the total power output of the assembly. Pressure is thereby created on the exhaust side of the engine, which exceeds the pressure on the intake side of the engine. This causes the diesel engine to operate at suboptimal efficiency, resulting in more energy leaving the engine with its exhaust gases. However, within a wide operating range, a decrease in power production from the diesel engine is more than compensated for by an increase in power from the turbine.

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。
In order to obtain a high efficiency of the assembly according to the invention, it is important that all the air compressed in the compressor must be used in the diesel engine. There is therefore no energy available for compressed air that would not be rationally used later in the assembly according to the invention.

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。
In an advantageous embodiment of the invention, the discharge of air from the compressor is controlled by a valve arrangement, which regulates the volume of air drawn into the compressor and compressed. The engine charge can thereby be controlled to provide the assembly with torque characteristics suitable for driving the vehicle. Other significant features of the invention can be found from the following description and claims.

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。
Embodiments of the invention will now be described in detail with reference to the drawing, which diagrammatically shows a combustion engine assembly for driving a heavy vehicle. The assembly has a four-stroke diesel engine 1, which has an intake device 2 and an exhaust device 3. The combustion chamber (not shown) of the engine 1 is supplied with air via an intake device 2, the air is sucked into an air filter 4 and cleaned, then compressed in a volumetric compressor 5, and finally the air is supplied to the engine 1. It is cooled in the supercharger air cooler 6 before being supplied. The exhaust system 3 guides exhaust gas from the diesel engine 1 to a turbine 7, from where the air is guided into the atmosphere via a common exhaust gas extinguisher 8 or the like.

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。
The drive shafts 10, 11, 12 of the turbine 7, the compressor 5 and the diesel engine 1, respectively, are advantageously arranged parallel to each other and are fixed gear devices, i.e. the rotational speeds of the shafts 10, 11, 12 during operation are mutually similar. They are connected by a transmission 9 with a constant ratio device. The transmission device 9 is a gear wheel 15 with ordinary bevel teeth,
Consists of 16, 17, 18, and 19. intermediate shaft 2
The two gear wheels 16 and 17 on 0 are the engine shaft 1
The rotational speed of compressor 2 is changed ten times in two steps, and the compressor 5 is driven via a gear wheel 18 on its drive shaft 11. This compressor gear wheel 18 also engages a gear wheel 19 on the drive shaft 10 of the turbine 7, the gear ratio being made in this case such that the rotational speed of the turbine 7 is 2.5 times the rotational speed of the compressor 5. . Therefore, in the operating state, the gear system operates such that the diesel engine 1 operates at 2000 rpm, the compressor 5 operates at 20000 rpm, and the turbine 7 operates at 2000 rpm.
It can operate at 50,000 times/minute. Obviously other gear ratios can be chosen, but the rotational speeds mentioned above are suitable relative values for this purpose.

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。
The transmission 9 transmits torque in two directions, namely from the engine 1 to the compressor 5 and from the turbine 7 via the compressor 5 to the engine 1. A vibration isolation device 21 is placed in the transmission device 9 between the gear wheels 16, 17 on the intermediate shaft 20, which device can be hydraulic or designed to operate torsionally on the torque transmission shaft. good.

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。
The compressor 5 is advantageously a so-called screw compressor, which provides a predetermined pressure increase independent of the rotational speed. The pressure increase is achieved by a sliding valve 23 built into the compressor 5.
It is controlled by a valve device 22 in the form of . The sliding valve 23 adjusts the amount of air compressed depending on both the load applied to the diesel engine and the rotational speed of the engine. Conditioning is carried out by returning a certain amount of uncompressed air from the compression space of the compressor 5 via the tube 26 to its inlet. In this case, the load and rotational speed of the diesel engine 1 are controlled by the adjustment rod 2.
Approximately indicated by the position 7, this bar supplies fuel to the engine 1 both by actuation by the vehicle driver, such as by the accelerator pedal 28, and by the engine speed sensed by the centrifugal regulator 29. control. In a simple embodiment of the invention, the valve arrangement 22
is placed in the screw compressor 5 and adjusts in one or more stages the amount of air drawn in for compression according to a specific predetermined value for the load and rotational speed of the engine. It can be constructed with a sliding valve known per se.

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。
A screw compressor 5 adapted to a diesel engine 1 can advantageously provide a final pressure of the order of 2.5-3 bar (2.5-3.10 5 Pascals). The air heated during compression is cooled in a charge air cooler 6 before it is supplied to the diesel engine 1. In existing equipment, the cooling effect can be between 50-100°C depending on the cooling device used.

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。
The diesel engine 1 as a whole operates advantageously without valve overlap or possibly with very little valve overlap, ie the exhaust gas valve closes before or at least immediately after the inlet valve opens. The engine 1 is thereby able to generate a higher pressure on the exhaust gas side than on the intake side. In the present case, the exhaust gas system 3 and the turbine 7 installed therein have a pressure of 4 bar (4.10 5 Pascals) at full power point, i.e. in the operating state in which the engine 1 produces maximum power.
is chosen such that an exhaust gas pressure in the region of .

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。
The exhaust gas energy is converted into mechanical power in the turbine 7 by expansion of the exhaust gas. The pressure level of the exhaust gas therefore falls to a value just above atmospheric pressure, and the exhaust gas temperature simultaneously decreases to about 250
℃, so after turbine 7
The temperature will be around 450℃.

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。
The efficiency level of the turbine 7 will be 80-85%, which is within the normal operating range for a combustion engine assembly. Supercharged diesel engines designed for vehicles can achieve efficiency levels of approximately 37% at their full power point. It is assumed here that the engine operates at a higher intake pressure than the exhaust pressure. If this relationship is reversed, ie, if the exhaust gas pressure of the diesel engine is greater than the intake pressure, which is the case in the present invention, the efficiency level of the diesel engine decreases. However, the turbine 7 uses the increased energy content of the exhaust gas due to the increased exhaust gas pressure and transmits this in the form of mechanical power to the output shaft 12 of the assembly. This compensates for the loss in efficiency and the reduction in power output experienced by the diesel engine 1 due to the increase in exhaust gas pressure. The maximum efficiency of the assembly at full power operation can instead be increased by as much as 10% to about 41%. At said operating point, the compressor 5 is designed to operate at an efficiency level of approximately 80%, and the efficiency level of the transmission is in this case 94%.

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。
Assemblies designed for vehicle drives are advantageously designed to operate at maximum efficiency at engine speeds lower than those encountered at full power. A truly optimal diesel engine for a vehicle can achieve an operating efficiency of about 40% at the rotational speed where maximum torque is produced. Within a range around said rotational speeds, the overall efficiency level of the assembly according to the invention can be achieved to correspondingly higher values.

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。
Moreover, the overall efficiency level of the assembly can be increased by 6-7% if cooling losses in the diesel engine can be kept low. This can be conveniently achieved through the use of heat-resistant materials, with which exhaust gas temperatures can be reached as high as 1000°C, which significantly reduces the energy content in the exhaust gas that can be used by the turbine. It means to increase.

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。
The fact that the screw compressor 5 is directly driven by the diesel engine 1 makes it possible to achieve efficient engine supercharging even at low engine speeds. In this case, the compressor 5 is designed to operate at its best efficiency level at rotational speeds in the middle of the rotational speed range used to drive the vehicle. For diesel engine 1 used as an example, the rotational speed range is 1000 rpm to 2000 rpm.
Between the minutes. The turbine 7 incorporated into the assembly allows it to both drive the compressor 5 at full engine load and at rotational speeds of more than 600 rpm and contribute to increasing the power output of the assembly. . A desirable increase in torque production in the drive assembly within the vehicle at low rotational speeds is thereby achieved. However, at high engine loads the contribution of the turbine 7 to the output of the assembly is
It is clear that the entire rotational speed range of the engine 1 is covered. Furthermore, with the aid of the valve arrangement 22, the supercharging can be controlled such that the torque production increases with decreasing rotational speed, which reduces the need for gear changes when driving the vehicle, e.g. do. Said valve arrangement 22 also controls the supercharging of the engine 1, so that this decreases with decreasing load. In this way, the engine 1 does not receive an unnecessary amount of compressed air when operating under partial load;
And it is inter alia ensured that the assembly does not have to release power for producing said air. At low loads and low rotational speeds, the turbine 7 does not produce any useful power, and only at 1200 rpm, for example, can the turbine 7 drive the compressor, so that at high rotational speeds and a constant load the compressor This results in only a slight addition to the output of the assembly.

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。
The invention is not limited to the embodiments described above, as it can be modified in various ways within the scope of the appended claims.

JP54501036A 1978-06-30 1979-06-28 Expired JPS6236141B2 (en)

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JPS55500395A JPS55500395A (en) 1980-07-03
JPS6236141B2 true JPS6236141B2 (en) 1987-08-05

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GB2036486A (en) 1980-06-25
DE2948917A1 (en) 1981-01-08
JPS55500395A (en) 1980-07-03
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