JP2001280151A - 過給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン低回転域における過給および加速レ
スポンスの改善を図った過給装置を提供すること。 【解決手段】 エンジン（Ｅ）のクランク軸で駆動され
る過給用フライホイール（９）と、その過給用フライホ
イール（９）に断、接自在に設けられたクラッチ（１
２）と、そのクラッチ（１２）の出力軸（１４）で駆動
される過給機（１）と、エンジン（Ｅ）に設けられた回
転速度センサ（１６）と、その回転速度センサ（１６）
に接続され回転速度センサ（１６）からの信号によって
前記クラッチ（１２）の断、接を制御する制御装置（１
８）、とで構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気エ
ネルギーを利用して吸入空気を圧縮する過給装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図９において、従来の過給機１Ａの配置
の一例を示している。過給機１Ａは、エンジンＥの排気
マニホールドＭｅに装着された排気タービン２Ａと、軸
４Ａによって同軸に接続されたコンプレッサ３Ａとで構
成されている。

【０００３】この過給機１Ａは、排出ガス量の少ない低
回転域では排気タービン２Ａに十分な回転力が与えられ
ず過給が不十分である。従って、エンジン加速に際して
過給の立ち上がりが遅れるという欠点がある。

【０００４】また、過給機がスーパーチャージャの様な
機械駆動式過給機の場合には、特に低回転域ではその駆
動に要する動力が損失となって出力の低減、燃費性能の
悪化をもたらしている。

【０００５】なお、特開平８ー１７７５０７号公報にお
いて、内燃機関の過給装置及びその方法が開示されてい
るが、排気タービン駆動式過給機と機械駆動式過給機と
を組み合わせて低回転域での過給を補い、高回転域では
トルクの回収をはかったもので、本発明の技術とは構成
と目的が異なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、エンジン
低回転域における過給および加速レスポンスの改善を図
った過給装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の過給装置は、エ
ンジンの排気エネルギーを利用して吸入空気を圧縮する
過給装置において、前記エンジンのクランク軸で駆動さ
れる過給用フライホイールと、その過給用フライホイー
ルに断、接自在に設けられたクラッチと、そのクラッチ
の出力軸で駆動される過給機と、前記エンジンに設けら
れた回転速度センサと、その回転速度センサに接続され
回転速度センサからの信号によって前記クラッチの断、
接を制御する制御装置、とで構成されている。

【０００８】上記クラッチは、機械式でもその他の方式
でもよい。機械式であれば、接合の応答が明瞭で作動遅
れがない。上記構成によって、エンジンの排気エネルギ
ーの少ない低回転速度域では、過給用フライホイールに
蓄えた慣性エネルギーで過給機を回転させ過給不足を補
うことが出来る。

【０００９】前記過給機は、ターボチャージャまたはス
ーパーチャージャであるのが好ましい。

【００１０】ここで過給機は、排気タービン駆動式過給
機のターボチャージャ方式でも機械駆動式過給機のスー
パーチャージャ方式でもよい。

【００１１】また、前記クラッチは、流体カップリング
であるのが好ましい。

【００１２】流体カップリングであれば、接合にショッ
クがなく、運転が滑らかである。

【００１３】或いは、前記クラッチは、磁性流体カップ
リングであるのが好ましい。

【００１４】磁性流体カップリングであれば、接合にシ
ョックがなく、断、接を滑らかに行う制御が比較的容易
である。

【００１５】それに加えて前記過給用フライホイール
は、前記クランク軸に断、接自在に設けられたフライホ
イール駆動用クラッチを介して接続されているのが好ま
しい。

【００１６】フライホイール駆動用クラッチによって、
過給用フライホイールに慣性エネルギーが蓄えられてい
れば、クラッチを切断して回転摩擦を低減させることが
できる。

【００１７】この場合、前記過給用フライホイールは、
前記制御装置の制御指示によって移動する半径方向に摺
動自在な重錘を備えているのが好ましい。

【００１８】その様に構成すれば、過給用フライホイー
ルの慣性を重錘の移動によって増減可能とし、たとえ
ば、エンジン加速が必要なときには過給用フライホイー
ルの慣性を小さくし、定常回転速度の際には、過給用フ
ライホイールの慣性を大にして蓄えるエネルギーを大に
することができるからである。

【００１９】さらに本発明の実施に際しては、前記過給
機と前記過給用フライホイールとの間に増速機を介装す
ることが好適である。

【００２０】エンジンの回転数が、例えば３０００ｒｐ
ｍ程度のオーダーであるのに対して、過給機の回転数
は、場合によっては数十万ｒｐｍのオーダーにまで達っ
する。この様に回転数が非常に異なる場合には、クラッ
チによる回転力の伝達・遮断が困難となることがある。

【００２１】これに対して増速機（変速手段）を介装す
れば、エンジン或いは過給用フライホイールの回転数
と、過給機の回転数との差異を小さくして、クラッチに
よる断・接を容易にすることが出来る。

【００２２】なお、増速機或いは変速手段としては、公
知・市販のものを採用することが出来る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の過
給装置の実施の形態を説明する。図１は、過給機がター
ボチャージャである過給装置の全体構成のブロック図を
示している。

【００２４】図１において、エンジンＥのクランク軸で
駆動される第１の軸７にフライホイール駆動ギヤ８が接
続され、そのフライホイール駆動ギヤ８が過給（機駆
動）用フライホイール（以降、フライホイールと略記す
る。）９の外部に設けられたギヤに噛み合っている。

【００２５】フライホイール９の軸心に設けられた第２
の軸１１にクラッチ１２の入力側が接続され、そのクラ
ッチ１２の出力側は第３の軸１４によってターボチャー
ジャ１に接続されている。この場合のクラッチ１２は機
械式のクラッチである。

【００２６】ターボチャージャ１は、排気マニホールド
Ｍｅに接続するタービン２と、図示のない吸気マニホー
ルドに接続するコンプレッサ３と、タービン２とコンプ
ラッサ３とを同軸に結ぶ連結軸４とで構成されている。

【００２７】エンジンＥに、エンジンＥの回転速度を検
出する回転速度センサ１６が装着され、その回転速度セ
ンサ１６は、信号線１７を介して制御装置１８に接続さ
れている。

【００２８】制御装置１８は、制御線２０を介して前記
クラッチ１２に接続されている。その制御装置１８は、
エンジンＥの回転速度を入力とし、内蔵する各種デー
タ、演算プログラムによって最適制御の方法を求め、ク
ラッチ１２の断、接を制御する機能を有している。

【００２９】上記構成による過給装置の作用を、図２の
フローチャートによって説明する。

【００３０】ステップＳ１において、エンジンＥの回転
速度を回転速度センサ１６によって検出する。

【００３１】ステップＳ２においては、エンジンＥの回
転速度が所定の低回転であるか否かを制御装置１８で判
定する。判定の結果、エンジン回転が低回転域にあれば
ステップＳ３に行き、所定の低回転域を越える高速側回
転であればステップＳ４に行く。

【００３２】ステップＳ３では、クラッチ１２を接合す
る。そして、フライホイール９の回転慣性でタービン２
を回転させ、排気エネルギと相俟って所要の回転エネル
ギをコンプレッサ３にあたえるようにする。そして、ス
テップＳ５に行く。

【００３３】ステップＳ４では、クラッチ１２を断状態
にする。従って、過給機１は、排気エネルギで駆動され
る自給状態にある。次に、ステップＳ５に行く。ステッ
プＳ５では、上記のクラッチ１２の断、接の制御を継続
させるか否かを判定する。制御継続、即運転継続であれ
ば、ステップＳ１に戻る。制御継続が不要であれば、終
了する。

【００３４】上記のように、エンジン回転速度が低く排
気エネルギが不足の場合には、フライホイール９に蓄え
た慣性エネルギを使用してコンプレッサ３に所要の回転
エネルギを与える。

【００３５】図３は、前記図１における機械式クラッチ
１２の代わりに流体カップリング１２ｃを装着した構成
のブロック図である。この構成は、図１に対し、制御装
置１８の制御内容が異なるが、その他は実質的に同じで
ある。

【００３６】この構成では、フライホイール９の慣性エ
ネルギを過給機１に伝達する媒体が粘性油であり、断、
接が衝撃なくスムーズに行われる長所がある。

【００３７】作用は、前述の図２のフローチャートと基
本的に同じである。

【００３８】図４は、前記図１における機械式クラッチ
１２または図３における流体カップリング１２ｃの代わ
りに磁性流体カップリング１２ｄを装着した構成のブロ
ック図である。制御装置１８の制御内容が異なるが、そ
の他は図１、図３と実質的に同じである。

【００３９】この構成では、フライホイール９の慣性エ
ネルギを過給機１に伝達する媒体が磁性流体であり、
断、接が衝撃なくスムーズに行われる長所がある。ま
た、磁性の強さで制御するので、制御が容易である。作
用は、前述の図２のフローチャートと基本的に同じであ
る。

【００４０】図５は、前記図１におけるホイール駆動ギ
ヤ８の駆動をエンジン直接駆動とせずにクラッチ１０を
介するよう構成した構成のブロック図である。このエン
ジンＥとホイール駆動ギヤ８の間へのクラッチ１０の介
装と、クラッチ１０を制御線１９を介して制御する制御
装置１８ｅの機能以外は図１と同じである。

【００４１】作用としては、フライホイール９に十分な
回転慣性トルクが蓄えられた時には、クラッチ１０を切
断して、フライホイール９を回転させる際の摩擦トルク
を減少させたり、エンジンＥの加速抵抗を低減させるよ
うさせている。その他は、前記図２のフローチャートと
実質的に同じである。

【００４２】図６は、機械駆動式過給機のスーパーチャ
ージャ３ｆを駆動補助する構成を示したブロック構成図
である。

【００４３】スーパーチャージャ３ｆは、エンジンＥで
駆動されるギヤトレーンとなるホイール２２とギヤ２３
によって駆動されるよう構成されている。

【００４４】このスーパーチャージャ３ｆは、クラッチ
１２ｆの出力軸１４ｆでも駆動されるよう構成されてい
る。即ち、エンジンＥによって駆動される第１の軸７に
ホイール駆動ギヤ８が接続され、そのフライホイール駆
動ギヤ８がフライホイール９の外部に設けられたギヤに
噛み合っている。

【００４５】そのフライホイール９の軸心に設けられた
第２の軸１１に、クラッチ１２ｆが接続されている。

【００４６】作用としては、図２のフローチャートと同
様であって、エンジン低回転時のスーパーチャージャ３
ｆの不足回転力をフライホイール９の慣性回転トルクで
補っている。

【００４７】図７は、図５を基本構成にして回転慣性の
変えられるフライホイール９ｇを装着した構成ブロック
図である。

【００４８】フライホイール９ｇは、半径方向に摺動自
在な複数の重錘２５を設けていて、その重錘２５を摺動
させるアクチュエータ２４がフライホイール９ｇに装着
されている。そして、アクチュエータ２４と制御装置１
８ｇは、制御線１９で接続れている。

【００４９】上記構成の作用を、図８のフローチャート
によって説明する。

【００５０】ステップＳ１１において、エンジンＥの回
転速度を回転速度センサ１６によって検出する。

【００５１】ステップＳ１２においては、フライホイー
ル９ｇが回転開始直後が否かを判定する。回転開始直後
ＹＥＳであれば、ステップＳ１３で、例えば、エンジン
回転速度の加速を早めるために慣性質量である重錘２５
を半径方向内方即ち、軸心方向にアクチュエータ２４に
よって移動させる。そして、フライホイール９ｇの回転
慣性質量を減少させる。そして、ステップＳ１５に行
く。

【００５２】フライホイール９ｇが回転開始直後でない
ＮＯであれば、ステップＳ１４で、重錘２５を半径方向
外方に移動させ、回転慣性質量を増加させる。そして、
ステップＳ１５に行く。

【００５３】ステップＳ１５では、上記の重錘２５の移
動によるフライホイール９ｇの回転慣性増減の制御を継
続させるか否かを判定する。制御継続、即運転継続であ
れば、ステップＳ１１に戻る。制御継続が不要であれ
ば、終了する。

【００５４】上記のようにして、例えば、エンジン回転
速度の加速が必要時には、フライホイール９ｇの回転慣
性を小さくし、フライホイール９ｇの回転速度即ちエン
ジン回転速度が定常であれば慣性エネルギを大きく蓄え
るよう重錘の位置を変動させる。

【００５５】図１０は、本発明のさらに別の実施形態を
示している。図１０では、フライホイール９（過給用フ
ライホイール）とクラッチ１２との間に増速機４０を介
装している。より詳細には、フライホイール９の軸心に
設けられた第２の軸１１に、増速機４０が介装されてい
る。

【００５６】上述した様に、エンジンの回転数が例えば
３０００ｒｐｍ程度のオーダーであるのに対して、過給
機の回転数は場合によっては数十万ｒｐｍのオーダーに
まで達っする。そのため、フライホイール９の第２の軸
１１の回転数と、第３の軸１４の回転数との差が非常に
大きくなり、クラッチ１２のみにより回転力の伝達・遮
断を行うことは困難である。

【００５７】これに対して増速機４０を介装すれば、上
述した回転数の差を小さくして、クラッチ１２による断
・接を容易且つ確実に行うことが出来るのである。

【００５８】ここで増速機４０の介装位置は、ターボチ
ャージャ１（過給機）側の慣性力を出来る限り小さくす
るという趣旨からは図１０で示す位置が好ましいが、ク
ラッチ１２とターボチャージャ１との間に介装すること
も可能である。

【００５９】図１０の実施形態におけるその他の構成及
び作用効果は、図１−図８で説明した実施形態と同様で
ある。

【００６０】図示の実施形態はあくまでも例示であり、
本発明の技術的範囲を限定する趣旨のものではない。ま
た、図示の実施形態は、種々の変形が可能である。例え
ば、図１−図８、図１０の実施形態を適宜組み合わせて
実施することが出来る。

【００６１】

【発明の効果】本発明の作用効果を、以下に列記する。 （１） 本発明の過給装置によって、エンジンの排気エ
ネルギーの少ない低回転速度域では、過給用フライホイ
ールに蓄えた慣性エネルギーで過給機を回転させ過給不
足を補うことができる。 （２） クラッチは、機械式でもその他の方式でもよ
い。機械式であれば、接合の応答が明瞭で作動遅れがな
い。 （３） 過給機は、排気タービン駆動式過給機のターボ
チャージャ方式でも機械駆動式過給機のスーパーチャー
ジャ方式でも適用可能である。 （４） クラッチは、流体カップリングであれば、接合
にショックがなく、運転が滑らかである。磁性流体カッ
プリングであれば、接合にショックがなく、断、接を滑
らかに行う制御が比較的容易である。 （５） 過給用フライホイールに半径方向に摺動自在な
重錘を備えて重錘の移動によって回転慣性の増減を可能
にすれば、たとえば、エンジン加速が必要なときには過
給用フライホイールの慣性を小さくし、定常回転速度の
際には、過給用フライホイールの慣性を大にして蓄える
エネルギーを大にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であり、過給機がターボチャ
ージャである過給装置を示すブロック構成図。

【図２】図１の過給装置の作用を示すフローチャート
図。

【図３】図１のクラッチが流体カップリングである過給
装置のブロック構成図。

【図４】図１のクラッチが磁性流体カップリングである
過給装置のブロック構成図。

【図５】過給用フライホイールがフライホイール駆動用
クラッチを介してクランク軸に接続されている過給装置
のブロック構成図。

【図６】過給機がスーパーチャージャである過給装置を
示すブロック構成図。

【図７】過給用フライホイールに慣性増減用の重錘が設
けられている過給装置を示すブロック構成図。

【図８】図７の過給装置の作用を示すフローチャート
図。

【図９】従来の過給装置を示すブロック構成図。

【図１０】本発明のさらに別の実施形態を示すブロック
図。

【符号の説明】

Ｅ・・・エンジン Ｍｅ・・排気マニホールド １・・・過給機（ターボチャージャ） ２・・・タービン ３・・・コンプレッサ ４・・・連結軸 ７・・・第１の軸 ８・・・フライホイール駆動ギヤ ９・・・過給用フライホイール １１・・・第２の軸 １２・・・クラッチ １２ｃ・・流体カップリング １２ｄ・・磁性流体カップリング １４・・・第３の軸 １６・・・回転速度センサ １７・・・信号線 １８・・・制御装置 ２０・・・制御線

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気エネルギーを利用して吸
   入空気を圧縮する過給装置において、前記エンジンのク
   ランク軸で駆動される過給用フライホイールと、その過
   給用フライホイールに断、接自在に設けられたクラッチ
   と、そのクラッチの出力軸で駆動される過給機と、前記
   エンジンに設けられた回転速度センサと、その回転速度
   センサに接続され回転速度センサからの信号によって前
   記クラッチの断、接を制御する制御装置、とで構成され
   ることを特徴とする過給装置。
2. 【請求項２】 前記過給機はターボチャージャまたはス
   ーパーチャージャである請求項１の過給装置。
3. 【請求項３】 前記クラッチは、流体カップリングであ
   る請求項１または請求項２の過給装置。
4. 【請求項４】 前記クラッチは、磁性流体カップリング
   である請求項１または請求項２の過給装置。
5. 【請求項５】 前記過給用フライホイールは、前記クラ
   ンク軸に断、接自在に設けられたフライホイール駆動用
   クラッチを介して接続されている請求項１〜４のいずれ
   か１項の過給装置。
6. 【請求項６】 前記過給用フライホイールは、前記制御
   装置の制御指示によって移動する半径方向に摺動自在な
   重錘を備えている請求項１〜５のいずれか１項の過給装
   置。
7. 【請求項７】 前記過給機と前記過給用フライホイール
   との間に増速機を介装した請求項１〜６のいずれか１項
   の過給装置。