JP2521272B2 - エンジンの過給装置 - Google Patents
エンジンの過給装置Info
- Publication number
- JP2521272B2 JP2521272B2 JP61288561A JP28856186A JP2521272B2 JP 2521272 B2 JP2521272 B2 JP 2521272B2 JP 61288561 A JP61288561 A JP 61288561A JP 28856186 A JP28856186 A JP 28856186A JP 2521272 B2 JP2521272 B2 JP 2521272B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- engine
- blower
- passage
- turbocharger
- mechanical supercharger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの過給装置に関し、特にターボ過
給機を備えたエンジンの高過給時の対策に関するもので
ある。
給機を備えたエンジンの高過給時の対策に関するもので
ある。
（従来技術） 従来から、例えば特開昭59−150927号公報に示される
ように、排気通路に設けられたタービンにより吸気通路
に設けられたコンプレッサを駆動することにより、排気
エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機は広
く知られている。
ように、排気通路に設けられたタービンにより吸気通路
に設けられたコンプレッサを駆動することにより、排気
エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機は広
く知られている。
ところで、このようなターボ過給機を備えたエンジン
では過度の過給圧上昇をさけるように最高過給圧を規制
する必要があるので、通常、上記公報にも示されるよう
に、上記タービンをバイパスするウエストゲート通路と
過給圧に応じてこのウエストゲート通路を開閉するウエ
ストゲートバルブとを設け、過給圧が設定値に達したと
きに上記ウエストゲートバルブが開かれて排気ガスの一
部がウエストゲート通路に逃がされることにより、それ
以上に過給圧が上昇しないようになっている。しかしこ
れでは、エンジンの高速高負荷時に、上記ウエストゲー
ト通路に逃がされる排気ガスのエネルギーが無駄にな
り、排気エネルギーの利用効率の面からは改善の余地が
あった。
では過度の過給圧上昇をさけるように最高過給圧を規制
する必要があるので、通常、上記公報にも示されるよう
に、上記タービンをバイパスするウエストゲート通路と
過給圧に応じてこのウエストゲート通路を開閉するウエ
ストゲートバルブとを設け、過給圧が設定値に達したと
きに上記ウエストゲートバルブが開かれて排気ガスの一
部がウエストゲート通路に逃がされることにより、それ
以上に過給圧が上昇しないようになっている。しかしこ
れでは、エンジンの高速高負荷時に、上記ウエストゲー
ト通路に逃がされる排気ガスのエネルギーが無駄にな
り、排気エネルギーの利用効率の面からは改善の余地が
あった。
（発明の目的） 本発明は上記の事情に鑑み、ターボ過給機を備えたエ
ンジンにおいて、従来では過給圧調整の必要から無駄に
されていた排気エネルギーを有効に利用して、エンジン
のトルクアップを図るエンジンのターボ過給装置を提供
するものである。
ンジンにおいて、従来では過給圧調整の必要から無駄に
されていた排気エネルギーを有効に利用して、エンジン
のトルクアップを図るエンジンのターボ過給装置を提供
するものである。
（発明の構成） 本発明は、排気通路に設けられたタービンにより吸気
通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸気を過給す
るターボ過給機を備えたエンジンにおいて、上記コンプ
レッサより下流の吸気通路に、エンジンの出力軸に伝動
機構を介して連結された送風機を設けるとともに、少な
くとも高速高負荷域で上記送風機の体積流量がエンジン
の体積流量よりも小さくなるように上記送風機とエンジ
ンとの回転数比を設定するとともに、少なくとも高速高
負荷域で上記ターボ過給機から吐出された吸気が上記送
風機を介してエンジンに供給されるように構成したもの
である。
通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸気を過給す
るターボ過給機を備えたエンジンにおいて、上記コンプ
レッサより下流の吸気通路に、エンジンの出力軸に伝動
機構を介して連結された送風機を設けるとともに、少な
くとも高速高負荷域で上記送風機の体積流量がエンジン
の体積流量よりも小さくなるように上記送風機とエンジ
ンとの回転数比を設定するとともに、少なくとも高速高
負荷域で上記ターボ過給機から吐出された吸気が上記送
風機を介してエンジンに供給されるように構成したもの
である。
この構成において、体積流量とは、エンジンについて
いえばその体積効率に単位時間当りのエンジン吸入回数
を掛けた値を意味し、送風機についてもこれに準ずる。
いえばその体積効率に単位時間当りのエンジン吸入回数
を掛けた値を意味し、送風機についてもこれに準ずる。
この構成により、少なくともエンジンの高速高負荷域
では、上記送風機の上流側圧力が下流側圧力よりも高く
なり、送風機に膨張仕事が与えられてこれがエンジンに
伝達され、過給作用にとって余剰のエネルギーを回収す
る作用が得られる。
では、上記送風機の上流側圧力が下流側圧力よりも高く
なり、送風機に膨張仕事が与えられてこれがエンジンに
伝達され、過給作用にとって余剰のエネルギーを回収す
る作用が得られる。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示し、この図において、
エンジンの気筒１内のピストン２上方に形成された燃焼
室３には、吸気弁４によって開閉される吸気ポート５お
よび排気弁６によって開閉される排気ポート７が開口
し、これらのポートに吸気通路８および排気通路９が連
通している。また、10はターボ過給機であって、上記排
気通路９に設けられたタービン11と、吸気通路８に設け
られてタービン11の出力軸12に連結されたコンプレッサ
13とを備え、排気ガスにより駆動されて吸気を過給する
ようになっている。
エンジンの気筒１内のピストン２上方に形成された燃焼
室３には、吸気弁４によって開閉される吸気ポート５お
よび排気弁６によって開閉される排気ポート７が開口
し、これらのポートに吸気通路８および排気通路９が連
通している。また、10はターボ過給機であって、上記排
気通路９に設けられたタービン11と、吸気通路８に設け
られてタービン11の出力軸12に連結されたコンプレッサ
13とを備え、排気ガスにより駆動されて吸気を過給する
ようになっている。
上記排気通路９には、タービン11をバイパスするウエ
ストゲート通路14が形成され、このウエストゲート通路
14に、過給圧に応じて作動してこの通路を開閉するウエ
ストゲートバルブ15が設けられている。このウエストゲ
ートバルブ15は一般に知られているように、ウエストゲ
ート通路14への排気ガスバイパス量を調整することによ
り最高過給圧を規制するものであるが、高過給域での排
気ガスバイパス量は従来よりも少なくなるように、予め
上記ウエストゲートバルブ15の作動条件が設定されてい
る。
ストゲート通路14が形成され、このウエストゲート通路
14に、過給圧に応じて作動してこの通路を開閉するウエ
ストゲートバルブ15が設けられている。このウエストゲ
ートバルブ15は一般に知られているように、ウエストゲ
ート通路14への排気ガスバイパス量を調整することによ
り最高過給圧を規制するものであるが、高過給域での排
気ガスバイパス量は従来よりも少なくなるように、予め
上記ウエストゲートバルブ15の作動条件が設定されてい
る。
また、上記コンプレッサ13より下流の吸気通路８に
は、送風機としてルーツブロア型等の機械式過給機16が
設けられている。この機械式過給機16は、その回転軸に
連結されたプーリ18と、エンジンの出力軸19に連結され
たプーリ20と、これらに掛渡されたベルト21とからなる
伝動機構17を介し、エンジン出力軸19に連動連結されて
いる。上記伝動機構17においては機械式過給機16とエン
ジンとの回転数比が可変とされている。つまり、第２図
に示すように、上記伝動機構17は、各プーリ18,20の有
効プーリ径が可変とされることにより、プーリ比が可変
となっている。そして、エアフローメータ22およびエン
ジン回転数センサ23からの信号を受ける制御部24によ
り、アクチュエータ25を介して上記プーリ比が制御され
るようになっている。
は、送風機としてルーツブロア型等の機械式過給機16が
設けられている。この機械式過給機16は、その回転軸に
連結されたプーリ18と、エンジンの出力軸19に連結され
たプーリ20と、これらに掛渡されたベルト21とからなる
伝動機構17を介し、エンジン出力軸19に連動連結されて
いる。上記伝動機構17においては機械式過給機16とエン
ジンとの回転数比が可変とされている。つまり、第２図
に示すように、上記伝動機構17は、各プーリ18,20の有
効プーリ径が可変とされることにより、プーリ比が可変
となっている。そして、エアフローメータ22およびエン
ジン回転数センサ23からの信号を受ける制御部24によ
り、アクチュエータ25を介して上記プーリ比が制御され
るようになっている。
さらに吸気通路８には、上記機械式過給機16をバイパ
スするバイパス通路26が設けられ、このバイパス通路26
には、上記制御部24からの制御信号に応じてこの通路を
開閉するバイパスバルブ27が設けられている。28はアク
セル操作に応じて吸気量を調整するスロットル弁であ
り、このスロットル弁28は少なくとも機械式過給機16よ
り上流に設けられ、図ではコンプレッサ13より上流に設
けられている。また、29は過給気を冷却するインタクー
ラである。
スするバイパス通路26が設けられ、このバイパス通路26
には、上記制御部24からの制御信号に応じてこの通路を
開閉するバイパスバルブ27が設けられている。28はアク
セル操作に応じて吸気量を調整するスロットル弁であ
り、このスロットル弁28は少なくとも機械式過給機16よ
り上流に設けられ、図ではコンプレッサ13より上流に設
けられている。また、29は過給気を冷却するインタクー
ラである。
この過給装置における上記機械式過給機16とエンジン
との回転数比は、少なくとも高速高負荷域で上記機械式
過給機16の体積流量がエンジンの体積流量よりも小さく
なるように設定されている。すなわち、機械式過給機16
の体積効率をηvp、同回転速度をNp、エンジンの体積効
率をηve、同回転速度をNe、エンジンの気筒数をｍとす
ると、少なくとも高速高負荷域で ηvp×Np＜ηve×Ne×m/2 となるように、従って機械式過給機16とエンジンとの回
転数比PR（＝Np/Ne）が PR＜（ηve/ηvp）×（m/2） となるように設定されている。このような条件が満足さ
れれば、コンプレッサ13と機械式過給機16との間の圧力
P1が機械式過給機16下流の圧力P2よりも高くなる。
との回転数比は、少なくとも高速高負荷域で上記機械式
過給機16の体積流量がエンジンの体積流量よりも小さく
なるように設定されている。すなわち、機械式過給機16
の体積効率をηvp、同回転速度をNp、エンジンの体積効
率をηve、同回転速度をNe、エンジンの気筒数をｍとす
ると、少なくとも高速高負荷域で ηvp×Np＜ηve×Ne×m/2 となるように、従って機械式過給機16とエンジンとの回
転数比PR（＝Np/Ne）が PR＜（ηve/ηvp）×（m/2） となるように設定されている。このような条件が満足さ
れれば、コンプレッサ13と機械式過給機16との間の圧力
P1が機械式過給機16下流の圧力P2よりも高くなる。
とくに当実施例では、上記伝動機構17および制御部24
により、第３図に示すように、所定エンジン回転数N0以
上で上記条件を満足する程度にプーリ比（回転数比PR）
を小さくする一方、所定エンジン回転数N0未満ではプー
リ比を大きくし、低速域では機械式過給機16の下流圧力
P2が上流圧力P1より大きくなるようにしている。さらに
上記バイパスバルブ27を、所定エンジン回転数N0よりあ
る程度低いエンジン回転数から徐々に開いて、所定エン
ジン回転数N0に達すると閉じるように制御している。こ
のようにバイパスバルブ27を制御しているのは、プーリ
比切替わり時の急激なトルク変動を緩和するためであ
る。
により、第３図に示すように、所定エンジン回転数N0以
上で上記条件を満足する程度にプーリ比（回転数比PR）
を小さくする一方、所定エンジン回転数N0未満ではプー
リ比を大きくし、低速域では機械式過給機16の下流圧力
P2が上流圧力P1より大きくなるようにしている。さらに
上記バイパスバルブ27を、所定エンジン回転数N0よりあ
る程度低いエンジン回転数から徐々に開いて、所定エン
ジン回転数N0に達すると閉じるように制御している。こ
のようにバイパスバルブ27を制御しているのは、プーリ
比切替わり時の急激なトルク変動を緩和するためであ
る。
以上のような過給装置の動作を次に説明する。
ターボ過給機13においてエンジンの要求過給圧以上の
過給能力が得られるような高速高負荷域では、前述のよ
うに機械式過給機16の体積流量がエンジンの体積流量よ
り小さくなるように回転数比PRが設定されて、機械式過
給機16の上流圧力P1が下流圧力P2よりも大きくなるた
め、機械式過給機16において過給気の流通が制限される
ような状態となる。従って、ターボ過給機10に要求過給
圧に応じたエネルギーより過剰の排気エネルギーが与え
られても、機械式過給機16を経た過給気の圧力が適度に
抑制されるとともに、機械式過給機16が本来の圧縮機と
しての機能とは逆に膨張機として作用することとなり、
これによって機械式過給機16には膨張仕事が与えられ
る。そして、この膨張仕事が伝動機構17を介してエンジ
ンに伝えられることにより、過給作用にとっては余剰の
排気エネルギーがエンジン駆動力として回収されること
となる。さらに、上記膨張仕事によって吸気温度を引下
げる作用も得られ、ノッキングの防止等にも有利とな
る。
過給能力が得られるような高速高負荷域では、前述のよ
うに機械式過給機16の体積流量がエンジンの体積流量よ
り小さくなるように回転数比PRが設定されて、機械式過
給機16の上流圧力P1が下流圧力P2よりも大きくなるた
め、機械式過給機16において過給気の流通が制限される
ような状態となる。従って、ターボ過給機10に要求過給
圧に応じたエネルギーより過剰の排気エネルギーが与え
られても、機械式過給機16を経た過給気の圧力が適度に
抑制されるとともに、機械式過給機16が本来の圧縮機と
しての機能とは逆に膨張機として作用することとなり、
これによって機械式過給機16には膨張仕事が与えられ
る。そして、この膨張仕事が伝動機構17を介してエンジ
ンに伝えられることにより、過給作用にとっては余剰の
排気エネルギーがエンジン駆動力として回収されること
となる。さらに、上記膨張仕事によって吸気温度を引下
げる作用も得られ、ノッキングの防止等にも有利とな
る。
上記機械式過給機16における膨張仕事による回収馬力
HPは、膨張効率をηpe、機械効率（伝動機構の伝動効率
を含む）をηpm、空気流量をＧ、気体定数をＲ、比熱比
をＫ、機械式過給機16上流の温度をT1とすると、 HP＝ηpe×ηpm×Ａ×Ｂ ただしＡ＝Ｇ×Ｒ×T1/75c Ｂ＝１−（P2/P1）ｃ ｃ＝（Ｋ−１）/K となる。機械式過給機16上流の温度T1と下流の温度との
差ΔＴは ΔＴ＝（T1/ηpe）｛１−（P2/P1）ｃ） となる。
HPは、膨張効率をηpe、機械効率（伝動機構の伝動効率
を含む）をηpm、空気流量をＧ、気体定数をＲ、比熱比
をＫ、機械式過給機16上流の温度をT1とすると、 HP＝ηpe×ηpm×Ａ×Ｂ ただしＡ＝Ｇ×Ｒ×T1/75c Ｂ＝１−（P2/P1）ｃ ｃ＝（Ｋ−１）/K となる。機械式過給機16上流の温度T1と下流の温度との
差ΔＴは ΔＴ＝（T1/ηpe）｛１−（P2/P1）ｃ） となる。
また、当実施例のように低速域で回転数比PRを大きく
すれば、このような領域では機械式過給機16が本来の圧
縮機として働くこととなる。従って、ターボ過給機10に
よって充分な過給作用が得られない低速域では機械式過
給機16によって過給作用が補われる。
すれば、このような領域では機械式過給機16が本来の圧
縮機として働くこととなる。従って、ターボ過給機10に
よって充分な過給作用が得られない低速域では機械式過
給機16によって過給作用が補われる。
なお、上記実施例では機械式過給機とエンジンの回転
数比を２段階に切替えているが、多段階もしくは無段階
に上記回転数比を変化させてもよい。また、送風機（実
施例においていう機械式過給機）に低速時の過給助成作
用を期待しなければ、上記回転数比を一定に設定してお
いてもよい。
数比を２段階に切替えているが、多段階もしくは無段階
に上記回転数比を変化させてもよい。また、送風機（実
施例においていう機械式過給機）に低速時の過給助成作
用を期待しなければ、上記回転数比を一定に設定してお
いてもよい。
（発明の効果） 以上のように本発明は、ターボ過給機のコンプレッサ
より下流に、エンジン出力軸に連動する送風機を設け、
少なくとも高速高負荷域で、上記送風機を膨張機として
作用するようにしているため、ターボ過給機においてエ
ンジンの要求過給圧以上の過給能力が得られる高速高負
荷時に、過給作用にとって余剰の排気エネルギーを上記
送風機を介してエンジンに回収することができ、これに
よってエンジンのトルクを高めることができるものであ
る。
より下流に、エンジン出力軸に連動する送風機を設け、
少なくとも高速高負荷域で、上記送風機を膨張機として
作用するようにしているため、ターボ過給機においてエ
ンジンの要求過給圧以上の過給能力が得られる高速高負
荷時に、過給作用にとって余剰の排気エネルギーを上記
送風機を介してエンジンに回収することができ、これに
よってエンジンのトルクを高めることができるものであ
る。
第１図は本発明の一実施例を示す装置全体の概略図、第
２図は回転数比制御部分の概略図、第３図は伝動機構に
おけるプーリ比およびバイパスバルブの制御動作を示す
説明図である。 ８……吸気通路、９……排気通路、10……ターボ過給
機、11……タービン、13……コンプレッサ、16……機械
式過給機（送風機）、17……伝動機構。
２図は回転数比制御部分の概略図、第３図は伝動機構に
おけるプーリ比およびバイパスバルブの制御動作を示す
説明図である。 ８……吸気通路、９……排気通路、10……ターボ過給
機、11……タービン、13……コンプレッサ、16……機械
式過給機（送風機）、17……伝動機構。
Claims (1)
- 【請求項１】排気通路に設けられたタービンにより吸気
通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸気を過給す
るターボ過給機を備えたエンジンにおいて、上記コンプ
レッサより下流の過気通路に、エンジンの出力軸に伝動
機構を介して連結された送風機を設けるとともに、少な
くとも高速高負荷域で上記送風機の体積流量がエンジン
の体積流量よりも小さくなるように上記送風機とエンジ
ンとの回転数比を設定するとともに、少なくとも高速高
負荷域で上記ターボ過給機から吐出された吸気が上記送
風機を介してエンジンに供給されるように構成したこと
を特徴とするエンジンの過給装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61288561A JP2521272B2 (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | エンジンの過給装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61288561A JP2521272B2 (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | エンジンの過給装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63140821A JPS63140821A (ja) | 1988-06-13 |
| JP2521272B2 true JP2521272B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=17731844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61288561A Expired - Lifetime JP2521272B2 (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | エンジンの過給装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2521272B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2230817B (en) * | 1989-04-27 | 1993-12-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | A supercharger air pump control system. |
| US5056314A (en) * | 1989-10-30 | 1991-10-15 | Paul Marius A | Internal combustion engine with compound air compression |
| US8640458B2 (en) * | 2009-10-28 | 2014-02-04 | Eaton Corporation | Control strategy for an engine |
| EP2846019A1 (de) * | 2013-09-10 | 2015-03-11 | Arno Hofmann | Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und Verbrennungsmotor zur Durchführung des Verfahrens |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0521634Y2 (ja) * | 1986-10-15 | 1993-06-03 |
-
1986
- 1986-12-02 JP JP61288561A patent/JP2521272B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63140821A (ja) | 1988-06-13 |
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