JP2001073784A - エンジンの過給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で実用化に有利であり、しかもエ
ンジンの低速回転時から高速回転時まで常に効率的な過
給圧を得ることのできるエンジンの過給装置を提供す
る。 【解決手段】 エンジンＥの低速回転時に最も過給効率
の高くなる第１の過給機１と、エンジンＥの高速回転時
に最も過給効率の高くなる第２の過給機２とを備え、低
速回転時は第１の過給機１のみを駆動し、高速回転時は
第２の過給機２のみを駆動することにより、各過給機
１，２が高効率の回転数領域の小さい速度型の過給機で
あっても、エンジンＥの低速回転時から高速回転時まで
常に効率的な過給圧を得ることができる。また、エンジ
ンＥの低速回転時と高速回転時の中間では、各過給機
１，２の両者を駆動しながら各過給機１，２の吐出量を
合わせた流量がエンジンＥの必要空気量となるように制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に自動車に用いら
れ、エンジンの駆動力によって回転する機械式過給機に
より、燃料混合空気を強制的にエンジンのシリンダ内に
送り込んで吸入圧を高めるエンジンの過給装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の高性能，高出力化に伴
い、燃料の吸入圧を高める過給機を備えたエンジンが多
く用いられるようになっている。過給機は、排気タービ
ンによって駆動される排気駆動式のものと、エンジンの
出力軸によって駆動される機械式のものに大別され、そ
れぞれ混合空気を強制的にエンジンのシリンダ内に送り
込んで吸入空気の密度を高めることにより、トルクや燃
料消費率の向上を図るための装置である。

【０００３】従来、一般の自動車に搭載される過給機と
しては排気駆動式のものが多くを占めていたが、自動車
の排気ガス規制等により、エンジン始動時の温度の低い
排気ガスに含まれる有害ガスを低減する必要性が高ま
り、排気系の熱容量の低減、つまり排気ガスを流通する
部材を少なくして排気ガスの温度を短時間で上昇させよ
うとする傾向がある。このため、排気駆動式の過給機の
ように排気ガスを専用の管路によってタービンに送り込
んでから排出する構造では、排気系に使用する部材が多
くなり、排気ガスの温度を短時間で上昇させるためには
不利である。そこで、排気系の構造に関与しない機械式
の過給機が注目され始めている。

【０００４】機械式の過給機には容積型と速度型の二つ
のタイプがあり、容積型はルーツ式，バンケル式，Ｇラ
ーダー式，リショルム式等、いわゆる密閉型の圧縮機を
用いたもので、速度型は遠心式の開放型圧縮機を用いた
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、容積型
の過給機は大型で高価な上に、内部に異物等が侵入する
と回転が止まって吸気閉塞を起こすため、このような場
合にエンジンを保護するためのバイパス管路を設ける必
要があり、構造が複雑になるという難点もあった。一
方、遠心型の過給機は構造が簡単であるとともに、故障
等によりタービンが停止した場合でも空気の通る隙間が
あるため吸気閉塞の恐れがなく、容積型よりも実用化に
は好都合である。しかしながら、遠心型の過給機はエン
ジンの回転数に対して効率の高い過給効率の得られる回
転数領域が小さく、例えばエンジンの回転数が低いとき
は有効な過給圧が得られず、反対にエンジンの回転数が
高いときは過給圧が過大となり意図的に圧力を逃がさな
ければならないといった不具合があった。

【０００６】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、構造が簡単で実用化
に有利であり、しかもエンジンの低速回転時から高速回
転時まで常に効率的な過給圧を得ることのできるエンジ
ンの過給装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、請求項１では、エンジンの駆動力によって
回転し、互いに異なるエンジン回転数に対して過給効率
の高くなる複数の遠心型過給機と、エンジン及び各過給
機の間に配置され、各過給機の駆動及び停止を行う複数
のクラッチと、エンジンの吸気口に連通する各過給機の
吐出側流路を相互に切り替える流路切替手段と、エンジ
ンの回転数を検出する回転数検出手段と、エンジンの回
転数に対して過給効率の最も高い過給機のみが駆動され
るように各クラッチを制御するとともに、駆動される過
給機の吐出側流路がエンジンの吸気口に連通するように
流路切替手段を制御する制御手段とを備えている。これ
により、エンジンの回転数に対して過給効率の最も高い
過給機のみが駆動されるとともに、駆動される過給機の
吐出側流路がエンジンの吸気口に連通するように各過給
機の吐出側流路が相互に切替わることから、低速回転時
から高速回転時まで常に効率的な過給圧が得られる。ま
た、遠心型過給機を用いることによって構造が簡単にな
る。

【０００８】また、請求項２では、エンジンの駆動力に
よって回転し、互いに異なるエンジン回転数に対して過
給効率の高くなる複数の遠心型過給機と、エンジン及び
各過給機の間に配置され、エンジンの回転数に対する各
過給機の回転数をそれぞれ制御可能な複数のクラッチ
と、エンジンの吸気口に連通する各過給機の吐出側流路
を相互に切り替える流路切替手段と、エンジンの回転数
を検出する回転数検出手段と、エンジンの回転数に対し
て過給効率の高い過給機が駆動されるように各クラッチ
を制御するとともに、駆動される過給機の吐出側流路が
エンジンの吸気口に連通するように流路切替手段を制御
し、エンジンの回転数が二つの過給機の過給効率の高い
回転数の中間にある場合は、これらの過給機の両方を駆
動しながら各過給機の吐出量を合わせた流量が任意の流
量となるように各過給機の回転数を制御するとともに、
各過給機の吐出側流路からエンジンの吸気口への流量が
各過給機の吐出量に対応するように流路切替手段を制御
する制御手段とを備えている。これにより、エンジンの
回転数に対して過給効率の高い過給機が駆動されるとと
もに、駆動される過給機の吐出側流路がエンジンの吸気
口に連通するように各過給機の吐出側流路が相互に切替
わることから、低速回転時から高速回転時まで常に効率
的な過給圧が得られる。その際、エンジンの回転数が二
つの過給機の過給効率の高い回転数の中間にある場合
は、各過給機がエンジンの回転数に対する回転数を制御
されながら駆動され、各過給機の吐出量を合わせた流量
が任意の流量となるように制御されることから、各過給
機が切り替わる際に急激なエンジン出力の変化を生ずる
ことがない。また、遠心型過給機を用いることによって
構造が簡単になる。

【０００９】また、請求項３では、請求項２記載のエン
ジンの過給装置において、前記各クラッチに、それぞれ
エンジンの回転数に対する過給機の回転数をデューティ
制御可能な電磁クラッチを用いている。これにより、請
求項２の作用に加え、電磁クラッチのデューティ制御に
よってエンジンの回転数に対する各過給機の回転数が制
御されることから、回転数制御のための機械的な手段を
追加する必要がない。

【００１０】また、請求項４では、請求項１または２記
載のエンジンの過給装置において、前記各クラッチを、
互いに周面を径方向に対向させて同軸状に相対的に回転
可能に配置され、それぞれの対向面を軸方向一端側から
他端側に向かって傾斜するように形成した一対のクラッ
チ部材と、各クラッチ部材の対向面間に配置された多数
のローラと、各ローラを互いに各クラッチ部材の周方向
に間隔をおいて転動自在に保持する保持体と、各クラッ
チ部材の対向面が互いに接近する方向に各クラッチ部材
の少なくとも一方を軸方向に押圧可能な押圧手段とから
構成し、各ローラの転動軸をクラッチ部材の回転軸に対
して所定の角度をなすように傾斜させるとともに、各ロ
ーラの転動軸をクラッチ部材の回転軸を含む平面に対し
て２５°よりも大きく９０°よりも小さい角度をなすよ
うに傾斜させている。これにより、請求項１または２の
作用に加え、押圧手段の押圧力によって各クラッチ部材
を押圧すると、一方のクラッチ部材の回転力が各ローラ
を介して他方のクラッチ部材に伝達される。その際、各
ローラがクラッチ部材の回転軌道に対して傾斜した方向
に転動しようとするのを保持体によって拘束されながら
クラッチ部材の回転軌道に沿って転動するため、各クラ
ッチ部材が接続される際、各ローラと各クラッチ部材と
の間に各ローラの滑りと転動による摩擦力が発生する。
各ローラの転動軸がクラッチ部材の回転軸を含む平面に
対してなす角度を２５°よりも大きく９０°よりも小さ
くすることにより、常に有効で安定した摩擦力が発生す
る。

【００１１】また、請求項５では、請求項４記載のエン
ジンの過給装置において、前記各ローラの転動軸をクラ
ッチ部材の回転軸を含む平面に対して互いに同一方向に
傾斜させるとともに、各ローラの転動軸がクラッチ部材
の回転軸に対してなす角度を５°よりも大きく２０°よ
りも小さくしている。これにより、請求項４の作用に加
え、各ローラの転動軸がクラッチ部材の回転軸を含む平
面に対して互いに同一方向に傾斜していることから、ク
ラッチ部材の回転方向によってそれぞれ異なった摩擦力
が発生する。この場合、各ローラの転動軸がクラッチ部
材の回転軸に対してなす傾斜角を５°よりも大きく２０
°よりも小さくすることにより、常に有効で安定した摩
擦力が発生する。

【００１２】また、請求項６では、請求項５記載のエン
ジンの過給装置において、前記保持体をクラッチ部材の
軸方向に複数備え、少なくとも一つの保持体を他の保持
体に対してローラの回転軸が互いに反対方向に傾斜する
ように配置している。これにより、請求項５の作用に加
え、互いに反対向きに傾斜したローラが複数列に配置さ
れていることから、同一方向に傾斜したローラによって
クラッチ部材の一方の回転方向において発生する摩擦力
と、他方の回転方向において発生する摩擦力とが複合的
に作用する。

【００１３】また、請求項７では、請求項４記載のエン
ジンの過給装置において、前記各ローラの転動軸をクラ
ッチ部材の回転軸を含む平面に対して所定の個数ずつ反
対方向に傾斜させるとともに、各ローラの転動軸がクラ
ッチ部材の回転軸に対してなす角度を３°よりも大きく
２０°よりも小さくしている。これにより、請求項４の
作用に加え、各ローラの転動軸がクラッチ部材の回転軸
を含む平面に対して所定の個数ずつ反対方向に傾斜して
いることから、互いに反対方向に傾斜するローラの個数
を任意に設定することにより、クラッチ部材の各回転方
向における摩擦力の大きさをそれぞれ任意に設定するこ
とが可能であり、互いに反対方向に傾斜するローラの個
数を同数ずつにすれば、クラッチ部材が何れの方向に回
転する場合でも等しい摩擦力が発生する。この場合、各
ローラの転動軸がクラッチ部材の回転軸に対してなす傾
斜角を３°よりも大きく２０°よりも小さくすることに
より、常に有効で安定した摩擦力が発生する。

【００１４】また、請求項８では、請求項４、５、６ま
たは７記載のエンジンの過給装置において、前記各クラ
ッチ部材におけるローラとの接触面を、ローラの転動軸
を含む断面においてそれぞれローラの外周面に対して凸
状をなすように形成している。これにより、請求項４、
５、６または７の作用に加え、各ローラの軸方向両端側
の接触圧を減少させることが可能である。

【００１５】また、請求項９では、請求項４、５、６ま
たは７記載のエンジンの過給装置において、前記各クラ
ッチ部材に接触するローラの外周面を、ローラの転動軸
を含む断面においてそれぞれ各クラッチ部材の接触面に
対して凸状をなすように形成している。これにより、請
求項４、５、６または７の作用に加え、各ローラの軸方
向両端側の接触圧を減少させることが可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１乃至図３は本発明の第１の実
施形態を示すもので、図１は過給装置の概略構成図、図
２は過給機の性能線図、図３はエンジンの回転数と過給
機の動作との関係を示す図である。

【００１７】この過給装置は、エンジンＥの駆動力によ
って回転する第１及び第２の過給機１，２と、各過給機
１，２を制御する制御部３とを備え、各過給機１，２は
それぞれ周知の遠心型過給機からなる。各過給機１，２
はその回転軸に増速機１ａ，２ａを介して電磁クラッチ
１ｂ，２ｂが連結され、各電磁クラッチ１ｂ，２ｂ側の
回転軸は一対の歯車１ｃ，２ｃによって互いに連結され
ている。また、一方の電磁クラッチ１ｂの回転軸にはプ
ーリ１ｄが取付けられ、プーリ１ｄはベルト１ｅを介し
てエンジンＥの出力軸に連結されている。

【００１８】各過給機１，２は過給効率の高い回転数に
対応するエンジン回転数が互いに異なるように構成さ
れ、具体的には第１の過給機１の過給効率はエンジンＥ
が低速回転時のときに高くなり、第２の過給機２の過給
効率はエンジンＥが高速回転時のときに過給効率が高く
なる。例えば、エンジンＥの回転数をＮ（Ｎ1 ＜Ｎ2 ＜
Ｎ3 ＜…）とすると、図２(a) に示すように第１の過給
機１の過給効率η（η1＜η2 ＜…）はエンジンＥの回
転数がほぼＮ1 〜Ｎ3 の間で最も高くなり、図２(b) に
示すように第２の過給機２の過給効率ηはエンジンＥの
回転数がほぼＮ6〜Ｎ8 の間で最も高くなるように設定
されている。このような設定は、各過給機１，２の単体
性能や各増速機１ａ，２ａのギヤ比の選定により可能で
ある。

【００１９】前記過給装置の吸気系は、エアクリーナ４
から吸入した空気を各過給機１，２に供給する第１の吸
気流路５と、各過給機１，２から吐出した空気をエンジ
ンＥの吸入口に供給する第２の吸気流路６とからなり、
エンジンＥの排気口には排気流路７が接続されている。
第１の吸気流路５はその一端側にエアフローメータ８を
有し、その他端側は二つの流路５ａ，５ｂに分岐してそ
れぞれ各過給機１，２の吸入側に連通している。第２の
吸気流路６の一端側は各過給機１，２の吐出側に連通す
る二つの流路６ａ，６ｂからなり、各流路６ａ，６ｂは
第２の吸気流路６の途中で合流し、この合流部分には各
流路６ａ，６ｂを相互に切り替える流路切替弁９が設け
られている。また、第２の吸気流路６の他端側にはイン
タークーラ１０及びスロットルバルブ１１が設けられて
いる。

【００２０】制御部３はマイクロコンピュータによって
構成され、各過給機１，２の電磁クラッチ１ｂ，２ｂ、
エアフローメータ８、流路切替弁９及びスロットルバル
ブ１１に接続されるとともに、エンジンＥの回転数を検
出する回転数センサ１２に接続されている。即ち、この
制御部３では、回転数センサ１２、スロットルバルブ１
１及びエアフローメータ８の検出結果に基づいて各過給
機１，２の電磁クラッチ１ｂ，２ｂを制御するようにな
っている。

【００２１】ここで、前記制御部３の動作を図４を参照
して説明する。即ち、エンジンＥの回転数がＮ5 以下の
とき（低速回転時）は、第１の過給機１の電磁クラッチ
１ｂをオン、第２の過給機２の電磁クラッチ２ｂをオフ
とし、流路切替弁９により第１の過給機１側の流路６ａ
のみをエンジンＥ側に連通する。これにより、第１の過
給機１のみが駆動され、第２の過給機２は停止状態とな
る。この場合、第１の過給機１の過給効率はエンジン回
転数がほぼＮ1 〜Ｎ3 の間で最も高くなるので、エンジ
ンＥに低速回転時の必要空気量が効率良く送り込まれ
る。

【００２２】また、エンジンＥの回転数がＮ5 よりも高
いとき（高速回転時）は、第１の過給機１の電磁クラッ
チ１ｂをオフ、第２の過給機２の電磁クラッチ２ｂをオ
ンとし、流路切替弁９により第２の過給機２側の流路６
ｂのみをエンジンＥ側に連通する。これにより、第１の
過給機１が停止状態となり、第２の過給機２のみが駆動
される。この場合、第２の過給機２の過給効率はエンジ
ン回転数がほぼＮ6 〜Ｎ8 の間で最も高くなるので、エ
ンジンＥに高速回転時の必要空気量が効率良く送り込ま
れる。

【００２３】このように、本実施形態の過給装置によれ
ば、エンジンＥの低速回転時に最も過給効率の高くなる
第１の過給機１と、エンジンＥの高速回転時に最も過給
効率の高くなる第２の過給機２とを備え、低速回転時は
第１の過給機１のみを駆動し、高速回転時は第２の過給
機２のみを駆動するようにしたので、各過給機１，２が
高効率の回転数領域の小さい速度型の過給機であって
も、エンジンＥの低速回転時から高速回転時まで常に効
率的な過給圧を得ることができ、エンジン出力の安定化
及び燃料消費率の向上を図ることができる。この場合、
速度型の過給機１，２を用いる利点として、小型で安価
に構成することができ、しかも容積型の過給機のように
吸気閉塞を起こした場合にエンジンを保護するためのバ
イパス経路を設ける必要がなく、構造の簡素化を図るこ
とができる。

【００２４】尚、前記実施形態では、エンジンＥの回転
数のみに基づいて各過給機１，２を制御するように説明
したが、実際には回転数センサ１２の検出結果に加え、
スロットルバルブ１１の開度やエアフローメータ８の吸
気量等の情報にも基づきながら、各過給機１，２の動作
が最適となるように制御する。また、前記実施形態では
計２つの過給機１，２を備えたものを示したが、過給効
率の高い回転数がエンジン回転数によって異なる計３つ
以上の過給機を備えたものであってもよい。

【００２５】尚、前記実施形態では各過給機１，２の何
れか一方のみを駆動するようにしたが、エンジンＥの回
転数が各過給機１，２の過給効率の高い回転数の中間に
ある場合は、各過給機１，２の両方を駆動しながら各過
給機１，２の吐出量を合わせた流量が必要空気量となる
ように各過給機１，２の回転数を制御するようにしても
よい。この場合、各過給機１，２の電磁クラッチ１ｂ，
２ｂの単位時間あたりのオン時間（デューティ比）を任
意に制御することにより、各過給機１，２のエンジンＥ
に対する回転数を制御する。

【００２６】即ち、図４に示すようにエンジンＥの回転
数がＮ4 以下のとき（低速回転時）は、第１の過給機１
の電磁クラッチ１ｂのデューティ比Ｄ1 を１００％、第
２の過給機２の電磁クラッチ２ｂのデューティ比Ｄ2 を
０％とし、流路切替弁９により第１の過給機１側の流路
６ａのみをエンジンＥ側に連通する。これにより、第１
の過給機１が常時オン状態で駆動され、第２の過給機２
は停止状態となる。

【００２７】また、エンジンＥの回転数がＮ6 以上のと
き（高速回転時）は、第１の過給機１の電磁クラッチ１
ｂのデューティ比Ｄ1 を０％、第２の過給機２の電磁ク
ラッチ２ｂのデューティ比Ｄ2 を１００％とし、流路切
替弁９により第２の過給機２側の流路６ｂのみをエンジ
ンＥ側に連通する。これにより、第１の過給機１が停止
状態となり、第２の過給機２は常時オン状態で駆動され
る。

【００２８】更に、エンジンＥの回転数がＮ4 とＮ6 の
中間のときは、各過給機１の電磁クラッチ１ｂ，２ｂの
デューティ比Ｄ1 ，Ｄ2 及び流路切替弁９の各流路６
ａ，６ｂに対する開度をエンジン回転数に応じてそれぞ
れ制御する。即ち、各過給機１，２の電磁クラッチ１
ｂ，２ｂのデューティ比Ｄ1 ，Ｄ2 をそれぞれ１００％
よりも小さくし、流路切替弁９を各流路６ａ，６ｂが任
意の開度でそれぞれエンジンＥ側に連通するように制御
する。これにより、各過給機１，２の両者がエンジンＥ
の回転数に対する回転数を制御されながら駆動され、各
過給機１，２の吐出量を合わせた流量がエンジンＥの必
要空気量となるように制御される。

【００２９】これにより、各過給機１，２が切り替わる
際の急激なエンジン出力の変化を防止することができ、
常に安定したエンジン出力の特性を得ることができる。
この場合、各電磁クラッチ１ｂ，２ｂをデューティ制御
するようにしたので、各過給機１，２の回転数を制御す
るための機械的な手段を追加する必要がなく、部品点数
の低減を図ることができる。

【００３０】図５乃至図１２は本発明の第２の実施形態
で、前記各過給機１，２に用いるクラッチの他の構成を
示すものである。即ち、図５はクラッチの側面断面図、
図６はその要部正面断面図、図７はその要部側面断面
図、図８はローラ及びケージの平面図、図９はローラの
傾斜角を示す概略図、図１０はクラッチの動作説明図、
図１１及び図１２はローラの傾斜角と摩擦トルクとの関
係を示す図である。

【００３１】同図に示すクラッチ２０は、軸心を中心に
回転する一方のクラッチ部材２１と、クラッチ部材２１
の回転軌道に沿って配列された多数のローラ２２と、各
ローラ２２を間にして一方のクラッチ部材２１に径方向
に対向する他方のクラッチ部材２３と、各ローラ２２を
互いに間隔をおいて転動自在に保持するケージ２４と、
一方のクラッチ部材２１を軸方向に押圧可能な電磁石２
５とを備え、一方のクラッチ部材２１は前記実施形態の
増速機１ａ（または２ａ）側に連結される第１の回転部
材２６と一体に回転し、他方のクラッチ部材２３は前記
実施形態のプーリ１ｄ側に連結される第２の回転部材２
７と一体に回転するようになっている。この場合、各回
転部材２６，２７は互いに同軸状に配置され、それぞれ
ケース２８に回動自在に支持されている。

【００３２】一方のクラッチ部材２１はその回転軸を中
心に環状に形成され、その外周面には他方のクラッチ部
材２３と対向する軌道面２１ａが形成されている。軌道
面２１ａはクラッチ部材２１の回転軸を中心とするテー
パ状をなすとともに、図７に示すようにその回転軸に平
行な断面において凹状の曲線をなすように形成されてい
る。また、クラッチ部材２１は内周面側にスプライン状
の多数の突部２１ｂを有し、第１の回転部材２６側に設
けられた多数の溝２６ａに各突部２１ｂを軸方向に移動
自在に嵌合されている。

【００３３】各ローラ２２は外周面が軸方向に一様に延
びる円柱形状をなし、各クラッチ部材２１，２３の周方
向に等間隔で配列されている。

【００３４】他方のクラッチ部材２３は一方のクラッチ
部材２１の回転軸を中心に環状に形成され、その内周面
には一方のクラッチ部材２１と対向する軌道面２３ａが
形成されている。軌道面２３ａは一方のクラッチ部材２
１の回転軸を中心とするテーパ状をなすとともに、図７
に示すようにその回転軸に平行な断面において凸状の曲
線をなすように形成されている。また、クラッチ部材２
３は外周面側にスプライン状の多数の突部２３ｂを有
し、第２の回転部材２７側に設けられた多数の溝２７ａ
に各突部２３ｂを軸方向に移動自在に嵌合されている。

【００３５】ケージ２４は各クラッチ部材２１，２３の
回転軸を中心に環状に形成され、各軌道面２１ａ，２３
ａに沿って湾曲したテーパ状をなすとともに、その厚さ
は各ローラ２２の外径よりも小さく形成されている。ケ
ージ２４には各ローラ２２を転動自在に収容する多数の
孔２４ａが設けられ、各孔２４ａはケージ２４の周方向
に等間隔で配置されている。また、各孔２４ａは、図８
に示すように各ローラ２２の転動軸がそれぞれ同一方向
に傾斜するように形成されている。

【００３６】電磁石２５は周知の電磁クラッチに用いら
れるものと同等の構成を有し、各クラッチ部材２１，２
３の軸方向一端が側に配置されている。即ち、この電磁
石２５は、第１の回転部材２６の各溝２６ａに軸方向に
移動自在に係合する一方の押圧部材２５ａと、一方の押
圧部材２５ａに軸方向に対向する他方の押圧部材２５ｂ
との間に各クラッチ部材２１，２３を配置し、電磁石２
５の励磁により一方の押圧部材２５ａを他方の押圧部材
２５ｂ側に吸引することにより、各クラッチ部材２１，
２３を各軌道面２１ａ，２３ａが互いに接近する方向に
押圧するようになっている。

【００３７】図９(a) に示すように各ローラ２２の転動
軸２２ａはクラッチ部材２１の回転軸２１ｃに対してそ
れぞれ所定の傾斜角α1 をなすとともに、図９(b) に示
すようにクラッチ部材２１の回転軸２１ｃを含む平面に
対してそれぞれ所定の傾斜角β1 をなす。この場合、各
ローラ２２の傾斜角α1 は５°よりも大きく２０°より
も小さく設定され、傾斜角β1 は２５°よりも大きく、
９０°よりも小さく設定されている。尚、傾斜角β1 は
ローラ２２の転動軸２２ａに直交する方向から見た角度
である。

【００３８】以上のように構成されたクラッチ２０にお
いては、第１の回転部材２６が回転している状態で、図
１０に示すように電磁石２５によって各クラッチ部材２
１，２３を押圧すると、各ローラ２２が各クラッチ部材
２１，２３の軌道面２１ａ，２３ａに接しながら転動
し、これに追従してケージ２４も回転する。その際、図
１０(a) に示すように各ローラ２２はクラッチ部材２１
の軸方向一方、即ち図中破線矢印で示すように回転軌道
に対して角度β1 だけ傾斜した方向（クラッチ部材２１
の径の小さくなる方向）に転動しようとするのをケージ
２４で規制されながら図中実線矢印で示すようにクラッ
チ部材２１の回転軌道に沿って滑りながら転動するた
め、各ローラ２２と各クラッチ部材２１，２３との間に
軸方向の荷重Ｆ（電磁石２５の吸引力）に応じた摩擦力
が発生する。この場合、各ローラ２２の転動により一方
のクラッチ部材２１の回転力が他方のクラッチ部材２３
側に徐々に伝達され、やがて各ローラ２２の転動が停止
して一方のクラッチ部材２１の回転力が他方のクラッチ
部材２３側に完全に伝達されるようになる。また、電磁
石２５の吸引力を解除すれば、一方のクラッチ部材２１
の回転力は他方のクラッチ部材２３側に伝達されなくな
る。

【００３９】ところで、前記クラッチ２０を前記実施形
態の過給装置に用いる場合、第１の回転部材２６は一方
の回転方向にのみ回転することになるが、このクラッチ
２０を他の目的に用いる場合など、前述の反対方向に回
転させた場合は以下のように作用する。

【００４０】即ち、図１０(b) に示すように一方のクラ
ッチ部材２１が回転すると、各ローラ２２は図中破線矢
印で示すように回転軌道に対して角度β1 だけ傾斜した
方向（クラッチ部材２１の径の大きくなる方向）に転動
しようとするのをケージ２４で規制されながら図中実線
矢印で示すようにクラッチ部材２１の回転軌道に沿って
転動するため、各ローラ２２と各クラッチ部材２１，２
３との間に軸方向の荷重Ｆに応じた摩擦力が発生する。
この場合、各ローラ２２は前述とは反対にクラッチ部材
２１の径の大きくなる方向に転動することから、両方の
回転方向における荷重Ｆが等しい場合でも、クラッチ部
材２１の回転方向によって発生する摩擦力の大きさはそ
れぞれ異なる。この場合、図１０(b) に示す回転方向に
おける摩擦力はその反対方向（図１０(a) の場合）より
も小さくなる。

【００４１】また、出願人は各ローラの傾斜角α1,β1
と摩擦トルクＰとの関係を、傾斜角α1 は３°から４０
°、傾斜角β1 は５°から８５°の範囲について実験及
び理論解析によって確認した。

【００４２】即ち、クラッチ部材２１が図１０(a) に示
す回転方向においては、図１１に示すように各ローラ２
２の傾斜角α1 が５°以下の場合、傾斜角β1 が小さく
なるに従って摩擦トルクＰが急激に大きくなる特性を示
し、各クラッチ部材２１，２３が互いにロックし易い状
態となる。また、傾斜角α1 が５°よりも大きい場合
は、摩擦トルクＰの急激な変動は示さなくなるが、傾斜
角α1 が２０°以上になると、傾斜角β1 の大きさに拘
わらず、実用上有効な値以上の摩擦トルクＰが得られな
くなる。一方、各ローラ２２の傾斜角β1 が２５°より
も大きい場合は、傾斜角α1 が５°以下の場合を除き、
摩擦トルクＰは急激な変動を示さないが、傾斜角β1 が
２５°以下になると、摩擦トルクＰが大きく減少し、実
用上有効な値以上の摩擦トルクＰが得られなくなる。

【００４３】また、クラッチ部材２１が図１０(b) に示
す回転方向においては、図１２に示すように傾斜角α1
が何れの場合も、傾斜角β1 が小さくなると摩擦トルク
Ｐが一様に減少する特性を示すが、傾斜角α1 が２０°
以上になると、傾斜角β1 の大きさに拘わらず、実用上
有効な値以上の摩擦トルクＰが得られなくなる。また、
傾斜角α1 が２０°より小さい場合でも、傾斜角β1 が
２５°以下では実用上有効な値以上の摩擦トルクＰが得
られなくなる。尚、傾斜角β1 が８５°よりも大きい場
合については実際に確認していないが、実験データによ
れば傾斜角β1が９０°までの摩擦トルクＰは８５°の
場合とほぼ等しくなると推測される。

【００４４】このように、前記クラッチ２０によれば、
多数の傾斜したローラ２２を一対のクラッチ部材２１，
２３の間に配置し、各クラッチ部材２１，２３を接続す
る際、各ローラ２２を転動させながら滑り摩擦を発生さ
せるようにしたので、例えば多板クラッチのように複数
のクラッチ板同士を面接触させる構造に比べて摩耗が極
めて少なく、前記過給装置のようにクラッチ２０をデュ
ーティ制御する場合には耐久性において極めて有利であ
る。

【００４５】尚、前記実施形態のクラッチ２０では、各
クラッチ部材２１，２２を押圧する手段として電磁石２
５を用いたものを示したが、油圧シリンダ等、他の押圧
手段を用いることも可能である。

【００４６】また、前記実施形態の構成では、図８のＩ
−Ｉ線矢視方向断面図、即ちローラ２２の転動軸２２ａ
を含む断面において、図１３に示すように各軌道面２１
ａ，２３ａをローラ２２の外周面に軸方向に均一に接触
させた場合、ローラ２２の軸方向両端側の接触圧が中央
側よりも大きくなる。そこで、図１４に示すようにロー
ラ２の転動軸を含む断面における各軌道面２１ａ，２３
ａをそれぞれローラ２２の外周面に対して凸状をなすよ
うな曲線形状にすれば、ローラ２２の軸方向両端側の接
触圧を減少させることができる。従って、各軌道面２１
ａ，２３ａの曲線形状をローラ２２の軸方向の接触圧が
均等になるように形成することにより、各ローラ２２に
軸方向に偏った摩耗を生ずることがなく、各ローラ２２
の耐久性を向上させることができる。また、図１５に示
すようにローラ２２の転動軸を含む断面において各軌道
面２１ａ，３ａを直線状に形成した場合でも、ローラ２
２の外周面を各軌道面２１ａ，２３ａに対して凸状をな
すような曲線形状にすることにより、前述と同等の効果
を得ることができる。

【００４７】図１６乃至図１８は本発明の第３の実施形
態を示すもので、前記クラッチ２０における各ローラ２
２の配置を変えたものである。即ち、図１６はローラ及
びケージの平面図、図１７はローラの傾斜角を示す概略
図、図１８はローラの傾斜角と摩擦トルクとの関係を示
す図である。

【００４８】即ち、本実施形態では各ローラ２２をクラ
ッチ部材２１の回転軸を含む平面に対して一つずつ交互
に反対方向に傾斜させている。図１７(a) に示すように
各ローラ２２の転動軸２２ａはクラッチ部材２１の回転
軸２１ｂに対してそれぞれ所定の傾斜角α2 をなすとと
もに、図１７(b) に示すようにクラッチ部材２１の回転
軸２１ｂを含む平面に対してそれぞれ所定の傾斜角β2
をなす。この場合、各ローラ２２の傾斜角α2 は３°よ
りも大きく２０°よりも小さく設定され、傾斜角β2 は
２５°よりも大きく、９０°よりも小さく設定されてい
る。尚、傾斜角β2 はローラ２２の転動軸２２ａに直交
する方向から見た角度である。

【００４９】以上の構成により、本実施形態において
は、前記第２の実施形態と同様、各ローラ２２と各クラ
ッチ部材２１，２３との間に軸方向の荷重Ｆに応じた摩
擦力を発生させることができる。この場合、各ローラ２
２はクラッチ部材２１の回転軸を含む平面に対して一つ
ずつ交互に反対方向に傾斜しているので、何れの回転方
向においても等しい摩擦力が発生する。

【００５０】また、前記実施形態において、本出願人は
各ローラ２２の傾斜角α2,β2 と摩擦トルクＰとの関係
を、傾斜角α2 は３°から４０°、傾斜角β2 は５°か
ら８５°の範囲について実験及び理論解析によって確認
した。

【００５１】即ち、図１８に示すように各ローラ２２の
傾斜角α2 が何れの場合も傾斜角β2 が小さくなると摩
擦トルクＰが一様に減少する特性を示すが、傾斜角α2
が２０°以上になると、傾斜角β2 の大きさに拘わら
ず、実用上有効な値以上の摩擦トルクＰが得られなくな
る。また、傾斜角α2 が２０°より小さい場合でも、傾
斜角β2 が２５°以下では実用上有効な値以上の摩擦ト
ルクＰが得られなくなる。尚、傾斜角β2 が８５°より
も大きい場合については実際に確認していないが、前記
実験データによれば傾斜角β2 が９０°までの摩擦トル
クＰは８５°の場合とほぼ等しくなると推測される。

【００５２】尚、前記実施形態では各ローラ２２をクラ
ッチ部材２１の回転軸を含む平面に対して一つずつ交互
に反対方向に傾斜させた場合を示したが、反対方向に傾
斜するローラ２２を複数ずつ交互に配置してもよい。ま
た、異なった個数ずつそれぞれ反対方向に傾斜させるよ
うにすれば、クラッチ部材２１の各回転方向における摩
擦力の大きさをそれぞれ任意に設定することが可能であ
る。

【００５３】図１９は本発明の第４の実施形態を示すロ
ーラ及びケージの平面図である。即ち、本実施形態では
互いに軸方向に配置された一対のケージ２９を備え、各
ケージ２９にはローラ２２を収容する多数の孔２９ａが
それぞれ同一方向に傾斜するように設けられている。こ
の場合、各ケージ２９は互いの各孔２９ａが反対向きに
傾斜するように配置されている。即ち、本実施形態では
互いに反対向きに傾斜したローラ２２が二列に配置され
ていることから、前記第２の実施形態のように同一方向
に傾斜した一列の各ローラ２２によってクラッチ部材２
１の一方の回転方向において発生する摩擦力と、他方の
回転方向において発生する摩擦力とが複合的に作用す
る。この場合、本実施形態では何れの回転方向において
も互いに等しい摩擦力が発生する。また、各ケージ２９
を計３つ以上設け、少なくとも一つのケージ２９を他の
ケージ２９に対して各孔２９ａを反対向きに傾斜させて
配置するようにしてもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のエンジ
ンの過給装置によれば、エンジンの低速回転時から高速
回転時まで常に効率的な過給圧を得ることができるの
で、エンジン出力の安定化及び燃料消費率の向上を図る
ことができる。また、速度型の過給機を用いて小型で安
価に構成することができるので、実用化に際して極めて
有利である。この場合、容積型の過給機のように吸気閉
塞を起こした場合にエンジンを保護するためのバイパス
経路を設ける必要がないので、構造の簡素化を図ること
ができる。

【００５５】また、請求項２のエンジンの過給装置によ
れば、請求項１と同等の効果を有するとともに、各過給
機が切り替わる際の急激なエンジン出力の変化を防止す
ることができるので、常に安定したエンジン出力の特性
を得ることができる。

【００５６】また、請求項３のエンジンの過給装置によ
れば、請求項２の効果に加え、各過給機の回転数を制御
するための機械的な手段を追加する必要がないので、部
品点数の低減を図ることができる。

【００５７】また、請求項４、５、６及び７のエンジン
の過給装置によれば、請求項１または２の効果に加え、
各過給機のクラッチにおいて常に安定した摩擦力を発生
させることができ、しかも多板クラッチのように各クラ
ッチ板同士を面接触させる構造に比べて摩耗を極めて少
なくすることができるので、耐久性を格段に向上させる
ことができる。

【００５８】また、請求項８及び９のエンジンの過給装
置によれば、請求項４、５、６または７の効果に加え、
各クラッチ部材に対するローラの軸方向両端側の接触圧
を減少させることができるので、各ローラに軸方向に偏
った摩耗を生ずることがなく、各ローラの耐久性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す過給装置の概略
構成図

【図２】第１の過給機の性能線図

【図３】第２の過給機の性能線図

【図４】電磁クラッチのデューティ比とエンジン回転数
との関係を示す図

【図５】本発明の第２の実施形態を示す過給装置に用い
るクラッチの側面断面図

【図６】クラッチの要部正面断面図

【図７】クラッチの要部側面断面図

【図８】ローラ及びケージの平面図

【図９】ローラの傾斜角を示す概略図

【図１０】クラッチの動作説明図

【図１１】ローラの傾斜角と摩擦トルクとの関係を示す
図

【図１２】ローラの傾斜角と摩擦トルクとの関係を示す
図

【図１３】各軌道面及びローラの外周面を直線状に形成
した場合を示す図８のＩ−Ｉ線矢視方向断面図

【図１４】各軌道面を曲線状に形成した例を示す図８の
Ｉ−Ｉ線矢視方向断面図

【図１５】ローラの外周面を曲線状に形成した例を示す
図８のＩ−Ｉ線矢視方向断面図

【図１６】本発明の第３の実施形態を示すローラ及びケ
ージの平面図

【図１７】ローラの傾斜角を示す概略図

【図１８】ローラの傾斜角と摩擦トルクとの関係を示す
図

【図１９】本発明の第４の実施形態を示すローラ及びケ
ージの平面図

【符号の説明】

１…第１の過給機、２…第１の過給機、３…制御部、１
ｂ，２ｂ…電磁クラッチ、９…流路切替弁、１２…回転
数センサ、２１…クラッチ部材、２２…ローラ、２３…
クラッチ部材、２４…ケージ、２５…電磁石、２９…ケ
ージ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの駆動力によって回転し、互い
   に異なるエンジン回転数に対して過給効率の高くなる複
   数の遠心型過給機と、 エンジン及び各過給機の間に配置され、各過給機の駆動
   及び停止を行う複数のクラッチと、 エンジンの吸気口に連通する各過給機の吐出側流路を相
   互に切り替える流路切替手段と、 エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、 エンジンの回転数に対して過給効率の最も高い過給機の
   みが駆動されるように各クラッチを制御するとともに、
   駆動される過給機の吐出側流路がエンジンの吸気口に連
   通するように流路切替手段を制御する制御手段とを備え
   たことを特徴とするエンジンの過給装置。
2. 【請求項２】 エンジンの駆動力によって回転し、互い
   に異なるエンジン回転数に対して過給効率の高くなる複
   数の遠心型過給機と、 エンジン及び各過給機の間に配置され、エンジンの回転
   数に対する各過給機の回転数をそれぞれ制御可能な複数
   のクラッチと、 エンジンの吸気口に連通する各過給機の吐出側流路を相
   互に切り替える流路切替手段と、 エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、 エンジンの回転数に対して過給効率の高い過給機が駆動
   されるように各クラッチを制御するとともに、駆動され
   る過給機の吐出側流路がエンジンの吸気口に連通するよ
   うに流路切替手段を制御し、エンジンの回転数が二つの
   過給機の過給効率の高い回転数の中間にある場合は、こ
   れらの過給機の両方を駆動しながら各過給機の吐出量を
   合わせた流量が任意の流量となるように各過給機の回転
   数を制御するとともに、各過給機の吐出側流路からエン
   ジンの吸気口への流量が各過給機の吐出量に対応するよ
   うに流路切替手段を制御する制御手段とを備えたことを
   特徴とするエンジンの過給装置。
3. 【請求項３】 前記各クラッチに、それぞれエンジンの
   回転数に対する過給機の回転数をデューティ制御可能な
   電磁クラッチを用いたことを特徴とする請求項２記載の
   エンジンの過給装置。
4. 【請求項４】 前記各クラッチを、 互いに周面を径方向に対向させて同軸状に相対的に回転
   可能に配置され、それぞれの対向面を軸方向一端側から
   他端側に向かって傾斜するように形成した一対のクラッ
   チ部材と、 各クラッチ部材の対向面間に配置された多数のローラ
   と、 各ローラを互いに各クラッチ部材の周方向に間隔をおい
   て転動自在に保持する保持体と、 各クラッチ部材の対向面が互いに接近する方向に各クラ
   ッチ部材の少なくとも一方を軸方向に押圧可能な押圧手
   段とから構成し、 各ローラの転動軸をクラッチ部材の回転軸に対して所定
   の角度をなすように傾斜させるとともに、 各ローラの転動軸をクラッチ部材の回転軸を含む平面に
   対して２５°よりも大きく９０°よりも小さい角度をな
   すように傾斜させたことを特徴とする請求項１または２
   記載のエンジンの過給装置。
5. 【請求項５】 前記各ローラの転動軸をクラッチ部材の
   回転軸を含む平面に対して互いに同一方向に傾斜させる
   とともに、 各ローラの転動軸がクラッチ部材の回転軸に対してなす
   角度を５°よりも大きく２０°よりも小さくしたことを
   特徴とする請求項４記載のエンジンの過給装置。
6. 【請求項６】 前記保持体をクラッチ部材の軸方向に複
   数備え、 少なくとも一つの保持体を他の保持体に対してローラの
   回転軸が互いに反対方向に傾斜するように配置したこと
   を特徴とする請求項５記載のエンジンの過給装置。
7. 【請求項７】 前記各ローラの転動軸をクラッチ部材の
   回転軸を含む平面に対して所定の個数ずつ反対方向に傾
   斜させるとともに、 各ローラの転動軸がクラッチ部材の回転軸に対してなす
   角度を３°よりも大きく２０°よりも小さくしたことを
   特徴とする請求項４記載のエンジンの過給装置。
8. 【請求項８】 前記各クラッチ部材におけるローラとの
   接触面を、ローラの転動軸を含む断面においてそれぞれ
   ローラの外周面に対して凸状をなすように形成したこと
   を特徴とする請求項４、５、６または７記載のエンジン
   の過給装置。
9. 【請求項９】 前記各クラッチ部材に接触するローラの
   外周面を、ローラの転動軸を含む断面においてそれぞれ
   各クラッチ部材の接触面に対して凸状をなすように形成
   したことを特徴とする請求項４、５、６または７記載の
   エンジンの過給装置。