JP3253346B2

JP3253346B2 - 過給装置

Info

Publication number: JP3253346B2
Application number: JP09138292A
Authority: JP
Inventors: 正夫寺岡
Original assignee: 栃木富士産業株式会社
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 2002-02-04
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: JPH05288066A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の過給装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の過給装置としては、機械式過給機
（スーパーチャージャ）と、排気式過給機（ターボチャ
ージャ）とが知られている。

【０００３】機械式過給機は、エンジンのクランクシャ
フトによりコンプレッサを直接駆動し、エンジンのシリ
ンダ内に多量の空気を送り込むもので、エンジンの回転
数に適した過給を確実に行うことができる点で優れてい
る。

【０００４】一方、排気式過給機は、エンジンからの排
気によって回転するタービンによりコンプレッサを駆動
し、エンジンのシリンダ内に多量の空気を送り込むもの
で、排気エネルギーを有効に活用できる点で優れてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な機械式過給機にあっては、コンプレッサを駆動するエ
ネルギを全てエンジンから得ているので、燃費効率の低
下を伴う場合が多い。一方排気式過給機は、機械式過給
機のように燃費効率が低下する恐れは少ないが、エンジ
ンの低速回転時において、充分な過給効果が得られない
という不都合が生じる。

【０００６】ここで、エンジンの燃費を向上させること
が可能なコンパウンドターボが、例えば特開昭６１−２
８６５３１号公報に開示されている。

【０００７】このコンパウンドターボは、エンジンの排
気通路にパワータービンを設け、パワータービンの回転
軸とクランクシャフトとを連動連結し、排気エネルギに
よりクランクシャフトへ回転力を与えるものである。

【０００８】ところが、このようなコンパウンドターボ
は、パワータービンの回転数をエンジンの回転数まで落
とさなければならず、減速装置が必要となるが、減速装
置を設けて装置を複雑化するわりには相当の効果が得ら
れない。

【０００９】また、機械式過給機と排気式過給機とを並
設することにより上記不都合を回避する過給装置が、例
えば特開昭６１−８９１２９号公報に開示されている。

【００１０】この過給装置は、排気通路に設けられたタ
ービンと吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと
を、回転軸によって接続すると共に、回転軸をタービン
から突出させて延設し、この突出部分に遊星歯車を装着
し、クランクシャフトと回転軸とを、減速機、無段変速
機、及び遊星歯車を介して連動連結したものである。

【００１１】ところが、この過給装置は、回転軸をター
ビンから突出させて、この突出部分に遊星歯車、無段変
速機及び減速機を設けているため、装置の大型化が不可
避となる。従って、装置の大型化が比較的許容される定
置型のエンジンには適するが、装置の大きさ及び重さに
制限が課せられる車両用のエンジン等には適さない。

【００１２】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、低
速回転時に充分な過給効果が得られ、高速回転時に出力
トルクが向上し、また、過給に伴う燃費効率の低下を抑
制でき、かつ、装置の小型軽量化が可能な過給装置を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の過給装置は、回転自在に軸支された第１
軸と、この第１軸の一端に設けられ排気通路内で回転す
るタービンホイールと、前記第１軸の他端に設けられ吸
気通路内で回転するコンプレッサインペラとを備えた過
給装置であって、前記第１軸と前記タービンホイールと
前記コンプレッサインペラとを一体のケースに支持し、
前記第１軸と所定の間隔を有する第２軸を回転自在に設
け、前記第１軸のタービンホイールとコンプレッサイン
ペラとの間に設けたサンギヤと、前記ケースに回転自在
に取り付けられ前記サンギヤと噛み合うピニオンギヤ
と、前記第１軸を覆うように前記ケースにベアリングを
介して回転自在に支持され前記ピニオンギヤと噛み合う
インターナルギヤとを備えて前記第１軸のタービンホイ
ールとコンプレッサインペラとの間を前記第２軸の一端
側に連動連結し前記第２軸の回転を増速し第１軸に伝え
るプラネタリギヤ式の増速機構を設け、前記第２軸の他
端側をクランクシャフトに連動連結して該クランクシャ
フトの回転を調速して第２軸に伝える変速装置を設けた
ことを特徴とするものである。

【００１４】また、請求項２の過給装置は、請求項１記
載の過給装置であって、前記第２軸と、前記増速機構
と、前記変速装置とを一体の前記ケースに支持したこと
を特徴とするものである。

【００１５】

【作用】請求項１の過給装置によれば、エンジンの低速
回転時には、クランクシャフトの回転が、変速装置、第
２軸及び増速機構を介して第１軸に伝えられ、コンプレ
ッサインペラが回転して適正な過給が行われ、高速回転
時には、タービンホイールによってコンプレッサインペ
ラが回転して適正な過給が行われると共に、タービンホ
イールによる第１軸の回転が、増速機構、第２軸及び変
速装置を介してクランクシャフトに伝えられてエネルギ
が回収され、燃費効率が向上する。

【００１６】ここで、増速機構を、第１軸のタービンホ
イールとコンプレッサインペラの間と第２軸の一端側と
を連動連結するように設けたので、装置全体の小型軽量
化が可能となる。

【００１７】また、請求項２の過給装置によれば、前記
第１軸と、前記タービンホイールと、前記コンプレッサ
インペラと、前記第２軸と、前記増速機構と、前記変速
装置とを一体のケースに支持したので、過給装置が一体
に形成され、過給装置の組付が容易となり、生産性が向
上する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図面に基づいて
説明する。

【００１９】図１は、本発明による過給装置にかかる第
１実施例の側面断面図（図２のＡ−Ｏ−Ａ断面図）であ
り、図２は、図１の過給装置の正面図である。

【００２０】図１に示すように、第１軸としてのホイー
ル軸１は、フルフロートベアリング３を介してケース５
に回転自在に軸支され、ホイール軸１の一端にはタービ
ンホイール７が、他端にはコンプレッサインペラ９がそ
れぞれ設けられている。ケース５には、タービンハウジ
ング１１とコンプレッサハウジング１３とが取り付けら
れ、タービンホイール７はタービンハウジング１１に、
コンプレッサインペラ９はコンプレッサハウジング１３
にそれぞれ収容されている。図示しないエンジンには、
排気通路である排気管と吸気通路である吸気管とが接続
され、タービンハウジング１１は排気管に、コンプレッ
サハウジング１３は吸気管に、それぞれ接続されてい
る。

【００２１】ホイール軸１のタービンホイール７とコン
プレッサインペラ９の間（以下、ホイール軸１の中央部
分と称する）には、サンギア１５が設けられ、サンギア
１５は、ケース５に固着された支軸１７にベアリング１
９を介して回転自在に取り付けられたピニオンギア２１
と噛み合っている。

【００２２】ホイール軸１の中央部分の外周には、ホイ
ール軸１を覆うようにケース５の支軸部２３が延設さ
れ、支軸部２３の外周には、第１のギア２５とインター
ナルギア２７とが一体形成された増速ギア２９がベアリ
ング３１を介して回転自在に取り付けられている。

【００２３】第２軸としての入力軸は、ホイール軸１と
平行となるように、ベアリング３５を介してケース５に
回転自在に軸支され、入力軸３３の一端側には、第２の
ギア３７が一体に形成されている。第２のギア３７は増
速ギア２９の第１のギア２５と、増速ギア２９のインタ
ーナルギア２７はピニオンギア２１とそれぞれ噛み合
い、サンギア１５、ピニオンギア２１、増速ギア２９及
び第２のギア３７は増速機構３９を構成する。ケース５
は、２分割可能に形成され、増速機構３９をケース５内
に収容した後、ボルト４１によって一体化される。

【００２４】コンプレッサインペラ９の背面の部分のホ
イール軸１には、メカニカルシール４３が設けられ、ケ
ース５には、フロートベアリング３への潤滑油が供給さ
れる潤滑油流入孔４５が形成されている。

【００２５】入力軸３３の他端側には、被動プーリ４７
が、ケース５外に突出した状態でナット４９により組み
付けられている。第１図に示すように、被動プーリ４７
は、入力軸３３に固定された固定シーブ５１を右側に有
すると共に、軸方向に可動の可動シーブ５３を左側に有
し、固定シーブ５１と可動シーブ５３との間には、Ｖベ
ルト５５が巻回されるＶ溝５７が形成されている。入力
軸３３の端部には、円錐板５９が設けられ、可動シーブ
５３の背面と円錐板５９との間には、遠心力発生用のこ
ろ（重錘）６１が収容保持され、また、コイルバネ６２
により可動プーリ５３に対し軸方向に付勢力を与えてい
る。

【００２６】ケース５にはフランジ部６３が延設され、
フランジ部６３には、固定中空軸６５が、入力軸３３と
平行となるようにボルト６７によって固着されている。
図２に示すように、入力軸３３と固定中空軸６５の軸心
を通る平面は、ホイール軸１と入力軸３３の軸心を通る
平面に対して所定の角度θ（θ＜π／２）を有し、固定
中空軸６５には、駆動プーリ７１が、ベアリング７３を
介して回転自在に取り付けられている。駆動プーリ７１
は、左側の固定シーブ７５と、右側の可動シーブ７７と
を有し、これによりＶ溝が形成される。固定シーブ７５
は、固定中空軸６５に対して軸方向位置が決められ、そ
の位置で回転自在になるように、ベアリング７３のアウ
タレースを保持する筒状部８１を一体に有する。

【００２７】駆動プーリ７１の可動シーブ７７の背面と
筒状部８１に位置決めされた端板８３との間には、７枚
の皿ばね８５が備えられ、可動シーブ７７は、皿ばね８
５の付勢力を受けて軸方向に移動する。固定シーブ７５
には、プーリ８７が取り付けられ、プーリ８７は、図示
しないエンジンのクランクシャフトにより平ベルトを介
して駆動される。すなわち、変速装置８９は、皿ばね８
５を備えた駆動プーリ７１、Ｖベルト５５、及びころ６
１を備えた被動プーリ４７とによって構成されている。

【００２８】固定中空軸６５の軸芯部には、ロッド９１
が貫通しており、図示しない油圧ポンプから油孔９３を
通りシリンダ９５内に流入する制御油の油圧によって、
ロッド９１が軸方向に移動し、ベアリング９７を介して
ピン９９が可動シーブ７７を軸方向に移動させる。シリ
ンダ９５、ロッド９１、ベアリング９７及びピン９９に
より油圧制御部１０１を構成する。

【００２９】次に、本実施例の作用を図１に基づいて説
明する。

【００３０】エンジンの低速回転時には、排気流量が少
なく、排気流速が低速であるため、排気によってタービ
ンホイール７は充分に回転せず、ホイール軸１は、増速
機構３９、入力軸３３及び変速装置８９を介して、クラ
ンクシャフトによって駆動される。このとき、被動プー
リ４７のころ６１が内径側に保持されて可動シーブ５３
が左側に位置し、駆動プーリ７１の皿ばね８５が伸びて
可動シーブ７７が左側に位置する。従って、変速装置８
９は、入力軸３３の回転数を最大限に増加させるように
作用する。これにより、コンプレッサインペラ９の回転
数が必要充分に確保され、エンジンへの適正な過給がな
され、低速回転時でも充分な出力トルクを得ることがで
きる。

【００３１】エンジンの回転数が上昇すると、クランク
シャフトの回転数も上昇し、入力軸３３の回転数が上昇
する。これにより、被動プーリ４７のころ６１が外径側
へ移動して可動シーブ５３が右側へ移動し、駆動プーリ
７１の皿ばね８５が縮んで可動シーブ７７が右側に移動
する。従って、入力軸３３の回転数を最大限に増加させ
るように作用していた変速装置８９は、回転数の増加量
を徐々に減少させ、さらには、回転数を減少させるよう
に作用し始める。駆動プーリ７１側に配置された油圧制
御部１０１の制御作用を行わずとも、ころ６１、コイル
バネ６２及び皿バネ８５による遠心力の作用のみで、変
速装置８９は適正な変速作用を行うことができる。これ
により、コンプレッサインペラ９の回転数が、エンジン
の運転状態に適した回転数に維持され、常に適正な過給
を行うことができる。

【００３２】また、このとき、排気流量及び排気流速が
増加上昇し、排気によるホイール軸１の駆動力も増加す
るので、排気による駆動力の分だけクランクシャフトか
らホイール軸１へ伝えられる駆動力が低減され、エンジ
ンにかかる負担が減少する。これにより、過給に伴うエ
ンジンの燃費効率の低下が抑制される。

【００３３】エンジンの高速回転時には、入力軸３３の
回転数がさらに上昇し、被動プーリ４７のころ６１が外
径側に保持されて可動シーブ５３が右側に位置し、駆動
プーリ７１の皿ばね８５が縮んで可動シーブ７７が右側
に位置する。従って、変速装置８９は、入力軸３３の回
転数を最小限に減少させるように作用し、適正な過給が
行われる。また、排気流量及び排気流速がさらに増加上
昇するため、排気によるホイール軸１の駆動力が増加
し、これに伴いエンジンにかかる負担が減少して、燃費
効率が向上する。

【００３４】さらに、排気による駆動力がクランクシャ
フトによる駆動力を上回ると、この上回る分が、低速回
転時とは反対に、ホイール軸１から増速機構３９、入力
軸３３及び変速装置８９を介して、クランクシャフトに
伝達回収される。この場合、油圧制御回路１０１は、変
速装置８９をエンジンの運転状態により最適な変速制御
を行う。これにより、排気エネルギを有効に活用してク
ランクシャフトを駆動する、いわゆるエネルギの回収が
行われ、高速回転時におけるエンジンの出力トルクを向
上させることができる。

【００３５】このように、本実施例によれば、エンジン
の低速回転時でも充分な出力トルクを得ることができる
と共に、過給に伴うエンジンの燃費効率の低下を抑制す
ることができる。さらに高速回転時には、排気エネルギ
の回収がなされ、出力トルクの向上及び燃費効率の向上
を図ることができる。

【００３６】また、ホイール軸１と入力軸３３とをケー
ス５に軸支し、ホイール軸１の中央部分と入力軸３３と
を連動連結し、増速機構３９をケース５内に収容し、か
つ、駆動プーリ７１をケース５の所定の部位に固着した
固定中空軸６５に取り付けたので、過給装置全体を小型
軽量化すると共に一体化することができ、汎用性が有
り、容易に組付加工を行うことが可能な過給装置を得る
ことができる。

【００３７】次に、本発明の第２実施例を図３に基づい
て説明する。

【００３８】本実施例は、前記第１実施例の第１のギア
２５に替えて第１のスプロケット９１を、また、第２の
ギア３７に替えて第２のスプロケット９３を設け、第１
のスプロケット９１と第２のスプロケット９３をチェー
ン９５によって連結したもので、増速機構９７は、サン
ギア１５、ピニオンギア２１、増速ギア２９、第２のス
プロケット９３及びチェーン９５によって構成され、他
の構成は第１実施例と同様である。

【００３９】本実施例によれば、チェーン９５の長さを
変更することにより、ホイール軸１と入力軸３３との軸
間距離を自由に設定することができ、装置全体の形状を
より小型化、かつ多様化することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、低速回転時に充分な過給効果が得られ、高速回転時
に出力トルクが向上し、また、過給に伴う燃費効率の低
下を抑制でき、かつ、装置の小型軽量化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による過給装置にかかる第１実施例の側
面断面図（図２のＡ−Ｏ−Ａ断面図）である。

【図２】図１の過給装置の正面図である。

【図３】本発明による過給装置にかかる第２実施例の要
部断面図である。

【符号の説明】

１ホイール軸（第１軸）５ケース７タービンホイール９コンプレッサインペラ３３入力軸（第２軸）３９増速機構８９変速装置９７増速機構

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転自在に軸支された第１軸と、この第
１軸の一端に設けられ排気通路内で回転するタービンホ
イールと、前記第１軸の他端に設けられ吸気通路内で回
転するコンプレッサインペラとを備えた過給装置であっ
て、前記第１軸と前記タービンホイールと前記コンプレ
ッサインペラとを一体のケースに支持し、前記第１軸と
所定の間隔を有する第２軸を回転自在に設け、前記第１
軸のタービンホイールとコンプレッサインペラとの間に
設けたサンギヤと、前記ケースに回転自在に取り付けら
れ前記サンギヤと噛み合うピニオンギヤと、前記第１軸
を覆うように前記ケースにベアリングを介して回転自在
に支持され前記ピニオンギヤと噛み合うインターナルギ
ヤとを備えて前記第１軸のタービンホイールとコンプレ
ッサインペラとの間を前記第２軸の一端側に連動連結し
前記第２軸の回転を増速し第１軸に伝えるプラネタリギ
ヤ式の増速機構を設け、前記第２軸の他端側をクランク
シャフトに連動連結して該クランクシャフトの回転を調
速して第２軸に伝える変速装置を設けたことを特徴とす
る過給装置。
【請求項２】請求項１記載の過給装置であって、前記
第２軸と、前記増速機構と、前記変速装置とを一体の前
記ケースに支持したことを特徴とする過給装置。