專利名稱：渦輪復合發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種車輛用的渦輪復合發(fā)動機，它能以動力渦輪膨脹功的形式回收排氣能量，并將此回收能量通過齒輪系傳給像發(fā)動機曲軸那樣的驅動軸，在車輛減速時則呈倒拖狀使動力渦輪迥轉以期獲取制動效果。本發(fā)明特別涉及的是渦輪復合發(fā)動機具有帶離合器的齒輪系，該離合器用于吸收動力渦輪呈倒拖狀時所產(chǎn)生的巨大載荷。
一種將來自發(fā)動機的排氣能量以增壓器中增壓空氣能量的形式來回收，同時將來自渦輪增壓器的排氣能量以動力渦輪中的多變膨脹功的形式來回收的渦輪復合發(fā)動機近來在日本已經(jīng)得到發(fā)展。
在這種渦輪復合發(fā)動機上，其功率輸出特性，油耗率，及發(fā)動機效率均由于渦輪增壓器及動力渦輪的膨脹比的提高而改善了。然而，在另一方面，為抵消發(fā)動機輸出功率的增長，如何獲取足夠的制動作用，還是一個問題(例如靠排氣制動)。換言之，由于增壓壓力的增加，止住發(fā)動機的制動作用有所降低，以致為抵消總制動力的相對下降，必須使用主制動裝置(即腳蹬閘)。保證足夠的制動力不僅對車輛的機動性及安全性來說是重要的(發(fā)動機的制動力必須約大于額定輸出功率的60%)，而且為了更有效地使用渦輪復合發(fā)動機也是重要的。
因之，本代理人提出一種在日本專利申請61-228107(228107/1986)號中所發(fā)表的“渦輪復合發(fā)動機”。
在本申請中，如附圖3所示，在車輛的排氣通道4b內(nèi)設置有回收排氣能量用的動力渦輪12，并有一流道25和動力渦輪12的上游排氣通道b2相連通以便使動力渦輪12有一旁通。在排氣通道b1及流道25的交匯處設置有流道的切換器30，當車輛在減速狀態(tài)下要把驅動用的功率由曲軸15傳至動力渦輪12而打開流道25時，該切換器可以把流道25上游處的排氣通道b1封閉。
本結構裝置使動力渦輪從發(fā)動機回收排氣能量成為可能，從而在正常行駛時得以把回收的能量用作驅動的能量。
當排氣制動及車輛離合器在接合狀態(tài)下時，流道切換器30將流道25上游的排氣通道b1封閉，同時將通道b2和通道25相接通并在其連結處造成節(jié)流。與此同時，曲軸15的轉動通過齒輪系之一傳至動力渦輪12并靠此齒輪系使渦輪反轉。相應地，原設計用于回收能量的動力渦輪12造成泵氣功，亦即動力渦輪將排氣通道b2中的空氣壓縮后送入流道25。因此，就有可能獲得包括拖動發(fā)動機的摩擦功、動力渦輪的負泵氣功及當排氣制動時的排氣制動力在內(nèi)的巨大制動作用。
然而，當車輛在正常行駛時，動力渦輪的轉速范圍為自80，000至100，000轉/分，在此種轉速下其轉動能量與通常發(fā)動機的飛輪的轉動慣性相當(面積慣性極距)。因此，當動力渦輪由正常轉向切換為逆向時，必須將可觀的能量在由曲軸至動力渦輪間的某處消耗掉。
經(jīng)試驗后得出由逆轉之始至倒拖著的動力渦輪轉速達極大值上所取的時間相對來說甚短時(2-3秒)，該能量的值達極大值。因之，期待著一種能靠某種位于曲軸至動力渦輪間的裝置以吸收上述能量的渦輪復合發(fā)動機的出現(xiàn)。
當動力渦輪反向轉動時，如果上述能量未被吸收，則出現(xiàn)下列弊端(假定在曲軸至動力渦輪間各元件的強度足夠的情況下);
(1)車輛瞬間打滑。
(2)在打滑時反驅動力引起作用在車輛驅動系統(tǒng)上的極端巨大的負荷。
(3)輪胎，制動片或制動靴發(fā)生非正常磨損。
(4)乘坐的舒適性惡化。
本發(fā)明的目標之一是提供一種包含二套齒輪系的渦輪復合發(fā)動機，該二齒輪系將位于發(fā)動機排氣路線中的動力回收渦輪和發(fā)動機的功率輸出軸相連結以使驅動功率的傳遞方向得以逆轉并在齒輪系切換至反轉方式時使瞬間急劇增長的巨大負荷不致產(chǎn)生，由此使驅動功率的傳輸系統(tǒng)的壽命及車輛的可操縱性得以改善。
本發(fā)明所提的渦輪復合發(fā)動機在連結發(fā)動機輸出軸與動力渦輪的齒輪系中包含有功率反向裝置，該功率反向裝置具有一液力離合器，在離合器連結時可以互相滑移，所以當動力渦輪呈倒拖狀時所產(chǎn)生的巨大能量可以被液力離合器所吸收。
為完成上述目標，按本發(fā)明提出一種在液力離合器連結狀態(tài)下在由曲軸向動力渦輪相連結的齒輪系中包含有行星齒輪的渦輪復合發(fā)動機，這就使行星齒輪能改變來自曲軸的轉向。
當車輛減速時，液力離合器在連結狀態(tài)下，動力渦輪被行星齒輪所倒拖。當動力渦輪處于正向轉動及反向轉動兩者之間時，液力離合器發(fā)生滑移，藉此使從曲軸到動力渦輪間所產(chǎn)生的能量被吸收。


圖1是按本發(fā)明提出的渦輪復合發(fā)動機一最佳實施例的系統(tǒng)圖。
圖2是圖1中渦輪復合發(fā)動機的流程圖。
圖3是表示相互關系的示意圖。
本發(fā)明中的渦輪復合發(fā)動機的最佳實施例的描述將結合附圖進行。
在圖1中標號1表示車輛(未顯示)的發(fā)動機，2表示發(fā)動機1的進氣支管，3表示發(fā)動機1的排氣支管。
如圖1所示，排氣管道4a和排氣支管3相連，而空氣進氣管道5與進氣支管2相連接。渦輪增壓器10的渦輪10a設置在排氣管道4a的中間點處而壓氣機10b則設置在進氣管道5內(nèi)。在渦輪增壓器10下游的排氣管道4b中設置有回收排氣能量用的動力渦輪12。流道25由動力渦輪12及渦輪增壓器10的渦輪10a間的排氣管道4b處分出并和動力渦輪12下游處的流道4c相連結。在動力渦輪12的上游流道25與管道4b的連結處有一通道的切換器30，是為關閉通道25并將管道4b節(jié)流至預先指定的程度用的。此切換器30所用結構形式是這樣的它至少有二個切換位置。排氣通道4c將流道25與動力渦輪12的出氣口6相連結而外部空氣導管7則與此排氣通道4c相連結。在通道7與4c相交會處裝設有切換器31，它能在關閉排氣通道4c時將外部空氣導管7打開。此外，有一個排氣制動閥32裝設在切換閥30及渦輪10a間的通道4b上。
現(xiàn)在將要說明連結動力渦輪12與曲軸15的齒輪系。
如圖1所示，在動力渦輪12的軸13的末端13a上裝有輸出齒輪16，有行星齒輪17a及17b與之相嚙合。行星齒輪17a與17b再與齒圈18相嚙合，該齒圈與配有鎖緊機構21a的液力偶合器21的輸入泵輪21b一起迥轉。換句話說，輸出齒輪16是通過包含有行星齒輪17a及17b的行星齒輪機構19而和液力偶合器21相連結的，所以動力渦輪的轉動傳遞給了液力偶合器21的輸出泵輪21c。周轉齒輪19的使用是因為它具有大的減速比及高的傳動效率。在輸出泵輪21c上固定地接裝有齒輪20并與泵21c一起旋轉，而在曲軸15上固定地接裝有曲軸齒輪23。
為使曲軸(齒輪)23與齒輪20相連結，以及在正常及倒拖狀態(tài)下為使動力渦輪12旋轉而用的另一周轉齒輪系40將在下面予以說明。
周轉齒輪系40包含一中心齒輪軸42及一中心齒輪41;一齒圈44，該齒圈與沿其周邊方向以一定間隔繞中心齒輪41周邊而設的許多行星齒輪43相嚙合;當行星齒輪43繞中心齒輪自轉而又公轉時，為保持行星齒輪43與中心齒輪41間相對的位置關系不變而設置的齒輪架45。
現(xiàn)在將更深入說明周轉齒輪系40。
中心齒輪軸42上裝有第一級傳動齒輪46，它和曲軸一端上的曲軸齒輪23相嚙合，并靠在其另一端附近的軸承47支承著上述齒輪架45。在另一方面，齒圈44具有和齒輪20相嚙合的第二級傳動齒輪48。第二級傳動齒輪48包含一空心軸49，空心軸內(nèi)包著在第一和第二兩級傳動齒輪46及48間的一部分中心齒輪軸42?？招妮S49繞軸42而旋轉并裝有單向離合器50。單向離合器50只有當驅動功率是從齒輪46傳至曲軸15時才使第一級傳動齒輪46和軸49相連接。齒輪架45包含一徑向往外伸出的離合器元件51。
液力離合裝置包含一附裝在行星齒輪上的齒輪架上的離合器板，以及與上述離合器板相偶合的離合器板，使該兩離合器板在互相基于所供入的油壓而相己匣蚍擲氳淖饔悶鰲 周轉齒輪系40的轉動方向受液力離合裝置55所控制。在本實施例中，離合器裝置55包合一液力離合器56，它能和上述離合器元件51相連接，從而在連接方式下能使齒輪架45停止不動;向液力離合器56供工作油的泵57;裝在連接泵57和液力離合器56的工作油導管58中的閥59;以及控制著閥59的控制器60。
來自發(fā)動機1的離合器開關62的通合-斷開信號;來自加速開關63的通合-斷開信號;來自發(fā)動機1的轉速傳感器61的轉速信號;以及來自制動控制開關64的制動控制信號均輸入到控制器60中去，而從控制器60則把控制信號輸出到切換閥30及31去;到排氣制動閥32去;到周轉齒輪系19去以及到遮斷閥59去。圖示實施例中的制動控制開關64具有一個“斷開”位，一個“1”位及一個“2”位?？刂破?0在“1”位下僅輸出一個全部關閉排氣制動閥32的命令信號;在“2”位下控制器輸出一個關閉排氣通道4c同時打開空氣進氣道7的命令信號;一個使流道25上的切換閥30作用至預定的節(jié)流開度的命令信號;一個全部關閉液力離合器56的遮斷閥59的命令信號以及一個取消鎖緊機構21a的鎖緊作用的命令信號。當制動控制開關64向控制器60提供一個“斷開”位的指令時，控制器60就給切換閥30發(fā)出全關閉流道25的指令;給切換閥31發(fā)出全關閉外界空氣導管7的指令，給鎖緊機構21a發(fā)出鎖緊指令;給閥59發(fā)出全關閉指令以使液力離合器56從離合器元件51中放松開來。
現(xiàn)在將用圖2來描述控制器60在車輛減速時的一種控制方法。
在正常駕駛時，在控制器60中，在第70步時判別加速開關63是否“斷開”位;在71步時判別離合器開關62是否“通合”位;在第72步時判別發(fā)動機轉速是否大于或等于700轉/分。當在70，71，72步時的答案均為“是”時，控制器60認為車輛正在減速，就執(zhí)行下一步。首先，在73步將排氣制動閥32全關閉以提高排氣壓力，然后判別制動控制開關64是否在2位。如果在74步的答案是“否”，程序轉向70步并重復上述過程。如果在70至72步中的答案中有一個是“否”，它意味著制動控制開關64處于“斷開”位，程序跳至第82步。如果74步的答案為“是”時，如圖中標號為75的方框中所述，控制器60向液力偶合器21的鎖緊機構21a送出一取消鎖緊的命令信號。然后控制器在第76步向閥30送出一命令信號以使流道25可以節(jié)流至預先指定的程度，同時在第77步向閥31送出一信號使排氣通道4c關閉并打開外界空氣導管7。在第78步根據(jù)命令信號關閉了遮斷閥59。
返回來參照圖1，一俟遮斷閥59關閉后，離合器元件51與液力離合器56互相連接在一起。于是，通過第一級傳動齒輪46及行星齒輪43，曲軸15的驅動功率從曲軸齒輪23傳給了功率傳遞方向已被逆轉的中心齒輪41，然后驅動功率從中心齒輪41傳給也被倒轉的齒輪20。此后，功率通過液力偶合器21傳給周轉輪系19。周轉輪系19變?yōu)槟嫦蜣D動并把迥轉功率傳給動力渦輪12，就使動力渦輪的迥轉方向和它自己在車輛正常行駛時的迥轉方向相反，空氣因之通過管道7被吸入而動力渦輪起著空氣壓縮機的作用。動力渦輪作為通常排氣制動作用的補充把空氣壓縮所消耗的能量用作發(fā)動機1的制動作用。因此，巨大的制動作用可施加于發(fā)動機1。與此同時，可以把離合器元件51及液力離合器56結構設計成如此形式，使在離合器元件51及液力離合器56間允許足夠的滑移發(fā)生，就有可能吸收動力渦輪反向時所產(chǎn)生的能量。
再次參閱圖2，在第79步對液力離合器56的連接是否持續(xù)3分鐘進行判別。如果答案是“否”，則重復第75步至78步，以使液力離合器56中產(chǎn)生的熱量限制在某一預先設定的范圍內(nèi)，不致在某種情況下，有過分巨大的制動作用施加于發(fā)動機1上。當?shù)?9步的答案為“是”時鎖緊機構21a開始作用。然后，如果制動控制開關64在第81步仍處于“通合”狀態(tài)，也即如果制動控制開關處于“1”位或“2”位，上述減速控制重復進行。減速控制的重復性使發(fā)動機轉速得以逐步降低，同時液力離合器56的負荷受到抑制。當?shù)?1步的答案為“是”時，則完成的控制是正常行駛。更具體地說，就是控制器60輸出命令信號到閥30，31及59，使液力離合器56關斷并封閉流道25及空氣管7。因此，動力渦輪12在正常方式下用排氣啟動迥轉并將正常轉向下的迥轉功率通過行星齒輪系19，及其它齒輪20，48，46及23傳給曲軸15。
權利要求
1.一種渦輪復合發(fā)動機包含有功率反向機構及液力離合裝置。該功率反向機構設置在把發(fā)動機輸出軸與設置在發(fā)動機排氣道中的動力渦輪相連結的齒輪系中。液力離合裝置的連接狀態(tài)在預定的時間內(nèi)有所滑移的該液力離合裝置設置在功率反向機構中。
2.權利要求1中的一種渦輪復合發(fā)動機，其中所述之排氣道具有一使上述功率回收渦輪旁通的旁通路線;在旁通路線的上游設置有排氣制動閥;在旁通路線與排氣路線的交匯處設有當車輛減速而開啟旁通路線時得以關閉排氣路線的開關閥;在旁通路線及功率回收渦輪間的一部分排氣路線上連接有一外界空氣導管;以及用以在外界空氣導管打開時關閉上述部分排氣路線的設置在上述部分排氣路線上的開關閥。
3.權利要求1中的一種渦輪復合發(fā)動機，其中所述之功率反向機構包含一個中心齒輪;與中心齒輪相嚙合的行星齒輪;具有內(nèi)齒與行星齒輪相嚙合、具有外齒與連向功率回收渦輪的齒相嚙合的齒圈;限制行星齒輪迥轉的液力離合器裝置;由一個和齒圈一起迥轉的空心軸所支承通過一單向離合器以便和上述輸出軸齒輪相嚙合的傳動齒輪;以及一個和穿過空心軸的中心齒輪軸一起迥轉的傳動齒輪。
4.由權利要求1至3中之一種渦輪復合發(fā)動機，其中所述之液力離合裝置包含一附裝在行星齒輪的齒輪架上的離合器板，和上述離合器板相偶合的離合器板，使該兩離合器板互相基于所供入的油壓而相偶合或分離的作用器。
5.一種渦輪復合發(fā)動機包含著一種車用發(fā)動機，該車用發(fā)動機具有一可迥轉的輸出軸及排氣路線，一帶渦輪的渦輪增壓器，一個設置在渦輪增壓器渦輪下游的排氣路線內(nèi)以便回收排氣能量的功率回收渦輪;使功率回收渦輪旁通的排氣旁通路線;設置于排氣旁通路線上游的排氣制動閥;一個設置于旁通路線及排氣路線交匯處，當車輛減速時能使旁通路線打開并關閉排氣路線的開關閥;一個和在功率回收渦輪出氣口及旁通路線之間的一部分排氣路線相連的外界空氣導管;設置在功率回收渦輪出氣口及旁通路線間的上述一部分排氣路線上的，當車輛減速時為使外界空氣導管得以打開，排氣路線得以關閉的一個開關閥;一個使發(fā)動機輸出軸和設置在排氣路線上的功率回收渦輪相連結的齒輪系;為使發(fā)動機輸出軸與功率回收渦輪相連結并使輸出軸和功率回收渦輪間的迥轉功率得以反向傳遞的功率反向裝置;設置在上述連結發(fā)動機輸出軸及功率回收渦輪間的在發(fā)動輸出軸和功率回收渦輪連接后的預先設定的時間內(nèi)液力離合裝置允許滑移的液力離合裝置，開關排氣制動閥及用于車輛減速的諸切換閥并操作液力離合裝置的一個控制器。
6.權利要求5中之渦輪復合發(fā)動機，其中所述功率反向裝置包含一個中心齒輪;與中心齒輪相嚙合的行星齒輪;具有內(nèi)齒與行星齒輪相嚙合，具有外齒與連向功率回收渦輪的齒輪相嚙合的齒圈;限制行星齒輪迥轉的液力離合裝置;由一個和齒圈一起迥轉的空心軸所支承，通過一單向離合器以便和上述輸出軸齒輪相嚙合的傳動齒輪;以及一個和穿過空心軸的與中心齒輪軸一起迥轉的傳動齒輪。
7.權利要求5或8中的渦輪復合發(fā)動機，其中所述之液力離合裝置包含一附裝在行星齒輪的齒輪架上的離合器板，一個和上述離合器板相偶合的離合器板，使該兩離合器板互相基于所供入的油壓而相偶合或分離的作用器。
8.權利要求5中之渦輪復合發(fā)動機，其中所述的控制器按如下形式結構而成它發(fā)出命令信號以關閉排氣制動閥;操作位于旁通路線上的切換閥及位于功率回收渦輪下游的切換閥，并操作連結用的離合器裝置。
全文摘要
一種渦輪復合發(fā)動機包含具有一輸出軸及排氣路線的發(fā)動機，在此排氣路線上設有功率回收渦輪、連結功率回收渦輪及發(fā)動機輸出軸的齒輪系、功率反向機構、該功率反向機構包含有裝有齒輪系的液力離合器，它可使動力渦輪所利用的能量在切換功率反向機構后，用作對車輛的制動作用，并自反向機構切換后的一段時間內(nèi)允許液力離合器有所滑動，從而使某種情況下所產(chǎn)生的巨大負荷不致作用在齒輪系上，藉此保護車輛的驅動功率傳輸系統(tǒng)并改善了可操縱性。
文檔編號F02B41/10GK1031124SQ8810453
公開日1989年2月15日 申請日期1988年7月29日 優(yōu)先權日1987年7月30日
發(fā)明者岡田正貴 申請人:五十鈴汽車公司