JP3386559B2

JP3386559B2 - エンジンの過給装置

Info

Publication number: JP3386559B2
Application number: JP06272594A
Authority: JP
Inventors: 久典中根; 直之山形; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 2003-03-17
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JPH0726972A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボチャージャーを
備えたエンジンの過給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の過給装置の中には、例えば特開平
３−２４９３２９号公報に示されるように、コンプレッ
サホイールとタービンホイールとをつなぐターボ回転軸
に油圧タービンを装着し、これに作動油を噴射してター
ボ回転軸を補助駆動することにより、ターボチャージャ
ーの出力を高めるようにしたものが知られている。

【０００３】しかしながら、上記ターボチャージャーの
コンプレッサホイール及びタービンホイール（特にター
ビンホイール）は大きな慣性モーメントを有しているた
め、これに外部から補助駆動力を与えることにより十分
な応答性を得るためには、非常に大きな補助駆動力を要
する。よって、その駆動源として他の用途のポンプ（例
えばパワーステアリング用ポンプ）を流用すると、十分
な応答性を得ることは困難になる。

【０００４】そこで、特開平１−２０００２２号公報に
は、ターボ回転軸をコンプレッサ側軸とタービン側軸と
に分割可能に構成し、両軸の間にクラッチを設けるとと
もに、加速時等には上記クラッチによりコンプレッサ側
軸とタービン側軸とを切り離して上記コンプレッサ側軸
のみを補助駆動し、タービン回転数がコンプレッサ回転
数に近づいた場合には上記クラッチで両軸を連結して上
記補助駆動を停止するようにしたものが示されている。
このような装置によれば、クラッチ手段でコンプレッサ
側軸とタービン側軸とを連結した状態で、通常のターボ
チャージャーと同様に、タービンで排気ガスエネルギを
回収してこのエネルギでコンプレッサを駆動し、過給を
行う一方、上記排気ガスエネルギが不十分な場合には、
慣性モーメントの小さいコンプレッサ及びコンプレッサ
側軸のみを補助駆動することにより、高い応答性でコン
プレッサを作動させることが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなコンプレ
ッサの補助駆動を効率良く行うには、補助駆動開始とほ
ぼ同時にコンプレッサ側軸とタービン側軸とを切り離す
ことが肝要である。ここで、上記公報に示される装置で
は、クラッチのオンオフ制御、及び補助駆動のオンオフ
制御をそれぞれ行うべく、クラッチ制御用の油圧切換弁
と補助駆動制御用の油圧切換弁とを併用しており、この
ため、部品点数が多く、また配線及び制御プログラムが
複雑であり、その分コストが増大するという欠点があ
る。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑み、簡単か
つ低廉な構成で、コンプレッサ側軸とタービン側軸との
連結及び切離しの制御と補助駆動制御との双方を的確に
行うことができるエンジンの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】上記課題を解決するため
の手段として、本願請求項１記載の発明は、吸気通路内
に設けられるコンプレッサと排気通路内に設けられるタ
ービンとを連結するターボ回転軸がコンプレッサ側軸と
タービン側軸とに切離し可能に構成されたターボチャー
ジャーと、上記コンプレッサ側軸に補助駆動力を供給す
る補助駆動手段とを備えたエンジンの過給装置におい
て、エンジンの運転状態に応じて上記補助駆動手段によ
る補助駆動を制御する過給制御手段と、上記コンプレッ
サ側軸とタービン側軸とを両者が一体に回転するように
連結する連結保持力を有しかつ上記補助駆動手段による
補助駆動開始時にはその補助駆動力を受けて上記コンプ
レッサ側軸とタービン側軸とを相対回転可能に切り離す
クラッチ手段とを備え、上記補助駆動手段として、上記
コンプレッサ側軸に設けられた補助駆動用タービンと、
この補助駆動用タービンに作動油を圧送することにより
同補助駆動用タービンを回転駆動する油圧ポンプとを備
え、上記クラッチ手段として、油圧供給を受けない状態
では上記コンプレッサ側軸とタービン側軸とを連結し、
油圧供給を受けることにより上記コンプレッサ側軸とタ
ービン側軸とを切り離す油圧クラッチを備えるととも
に、上記補助駆動用タービンに圧送される作動油の一部
を上記油圧クラッチに軸切離し用作動油として分配する
ように構成したものである。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の装
置において、エンジンの運転速度を検出する速度検出手
段を備え、この速度検出手段により検出される運転速度
が一定以下の場合に上記補助駆動手段を作動させるよう
に上記過給制御手段を構成したものである。

【０００９】請求項３記載の発明は、上記請求項１また
は２記載の装置において、上記ターボチャージャーのハ
ウジングに単一の作動油供給ポートを設け、この作動油
供給ポートから供給される作動油を上記油圧タービンと
上記油圧クラッチとに分配する油路を上記ハウジング内
に形成したものである。

【００１０】請求項４記載の発明は、上記請求項１〜３
のいずれかに記載の装置において、エンジンの加速状態
を検出する加速検出手段を備え、この加速検出手段によ
りエンジンの加速が検出された場合に上記補助駆動手段
を作動させるように上記過給制御手段を構成するととも
に、上記油圧ポンプとしてパワーステアリング用ポンプ
を用いたものである。

【００１１】請求項５記載の発明は、上記請求項１〜４
のいずれかに記載の装置において、上記油圧クラッチと
して、上記コンプレッサ側軸、タービン側軸のいずれか
一方に設けられ、奥に向かうに従って開口径の小さくな
るテーパー状内周面をもつ外側クラッチ部と、他方にお
いて上記外側クラッチ部と同軸の位置に設けられ、上記
外側クラッチ部の上記テーパー状内周面に内側から圧接
可能な形状のテーパー状外周面をもつ内側クラッチ部
と、上記テーパー状外周面と上記テーパー状内周面とを
圧接させる圧接手段とを備えるとともに、上記補助駆動
用タービンに作動油が圧送された場合にその油圧で上記
圧接手段による上記テーパー状外周面と上記テーパー状
内周面との圧接力が解除するように上記油圧クラッチを
構成したものである。

【００１２】請求項６記載の発明は、上記請求項５記載
の装置において、上記コンプレッサ側軸に上記内側クラ
ッチ部を設け、上記タービン側軸に上記外側クラッチ部
を設けたものである。

【００１３】請求項７記載の発明は、上記請求項１〜６
のいずれかに記載の装置において、上記油圧ポンプを、
エンジンの動力により駆動されるように構成するととも
に、この油圧ポンプの動力入力部と上記エンジンの動力
出力部とを連結する状態と切り離す状態とに切換えられ
るポンプクラッチ手段を備えたものである。

【００１４】請求項８記載の発明は、上記請求項１〜７
のいずれかに記載の装置において、上記油圧ポンプから
圧送される作動油の油路と、上記コンプレッサ側軸及び
タービン側軸を支持する軸受の潤滑油の油路とを互いに
独立させたものである。

【００１５】請求項９記載の発明は、上記請求項１〜８
のいずれかに記載の装置において、上記油圧ポンプから
油圧クラッチに供給される作動油の油路を、上記タービ
ン側軸内とこのタービン側軸の外側に設けられたハウジ
ング内とにわたって設けたものである。

【００１６】請求項１０記載の発明は、上記請求項１〜
９のいずれかに記載の装置において、上記コンプレッサ
側軸及びタービン側軸をそれぞれ軸受を介して共通の軸
受ハウジングに回転可能に支持したものである。

【００１７】

【作用】請求項１記載の装置によれば、基本的に、クラ
ッチ手段のもつ連結保持力でコンプレッサ側軸とタービ
ン側軸とが連結される一方、上記排気ガスエネルギが不
十分な場合、例えば運転領域が低速域である場合（請求
項２）や、高い応答性が要求される場合等に、過給制御
手段による制御の下、補助駆動手段によるコンプレッサ
側軸の補助駆動が開始されることにより、その補助駆動
力を受けた上記クラッチ手段が自己のもつ連結保持力に
抗してコンプレッサ側軸をタービン側軸から自動的に切
離し、コンプレッサ側軸及びコンプレッサのみが補助駆
動される状態にする。これにより、上記補助駆動手段に
よる補助駆動力を特に高めることなく、コンプレッサ及
びタービンの双方を補助駆動する場合よりも高い応答性
でコンプレッサが作動する。その後、上記クラッチ手段
の連結保持力で両軸が再び連結されると、通常のターボ
チャージャーと同様に、タービンで排気ガスエネルギを
回収してこのエネルギでコンプレッサが駆動され、ター
ボ過給が実行される。

【００１８】さらに、請求項１記載の装置では、油圧ポ
ンプから圧送される作動油によって補助駆動用タービン
が駆動されると同時に、上記作動油の一部が油圧クラッ
チに分配され、その油圧でコンプレッサ側軸とタービン
側軸とが切り離される。すなわち、共通の作動油を用い
て補助駆動用タービンの駆動と油圧クラッチの切換との
双方が行われ、また、補助駆動用タービンの駆動とほぼ
同時に油圧クラッチでの切離しが自動的に行われる。

【００１９】ここで、請求項３記載の装置では、油圧ポ
ンプの吐出油がターボチャージャーハウジングの単一の
作動油供給ポートに供給され、このハウジング内に形成
された分配通路を通じて上記油圧タービンと油圧クラッ
チとに分配される。

【００２０】また、請求項４記載の装置では、上記油圧
ポンプとしてパワーステアリング用ポンプが用いられる
とともに、通常はステアリングホイールが操作されるこ
とのほとんどない（すなわちパワーステアリング機能が
ほとんど使用されない）加速時に、補助駆動用タービン
への作動油供給が行われるようになっているので、この
作動油供給にパワーステアリング用ポンプを共用して
も、本来のパワーステアリング性能をほとんど損なわな
い。

【００２１】請求項５記載の装置では、上記油圧クラッ
チにおいて、外側クラッチ部のテーパー状内周面に対
し、テーパー状外周面をもつ内側クラッチ部が同軸状態
で内側から圧接することにより、その圧接でコンプレッ
サ側軸とタービン側軸とが連結されるので、この連結時
に、上記外側クラッチ部内への内側クラッチ部の圧入に
よってコンプレッサ側軸とタービン側軸との軸心がずれ
ることが確実に防がれる。

【００２２】ここで請求項６記載の装置では、上記コン
プレッサ側軸に内側クラッチ部、すなわち外側クラッチ
部よりも外径が小さくよって慣性モーメントも小さいク
ラッチ部を設けているので、コンプレッサ側軸に外側ク
ラッチ部を固定する場合よりもコンプレッサ側の慣性モ
ーメントはより小さくなる。

【００２３】請求項７記載の装置では、上記油圧ポンプ
の駆動に特別の駆動源を用いず、エンジンの動力で駆動
できるとともに、このエンジンと油圧ポンプとの間のポ
ンプクラッチ手段の切換により、上記油圧ポンプのオン
オフ切換、すなわち、補助駆動のオンオフ切換並びにク
ラッチ手段によるコンプレッサ側軸とタービン側軸との
連結状態の切換を行うことができる。

【００２４】請求項８記載の装置では、上記作動油の油
路と、コンプレッサ側軸及びタービン側軸の軸受の潤滑
油の油路とが互いに独立しているので、上記作動油と潤
滑油とが混合されない。従って、両者に互いに異なる油
を使用することが可能である。

【００２５】上記各装置において、作動油の油路を形成
するに当り、この油路をコンプレッサ側軸内とこのコン
プレッサ側軸の外側に設けられたハウジングとにわたっ
て設けると、両者の相対回転に起因して作動油にせん断
力が働き、その抵抗でコンプレッサ側軸の必要駆動トル
クが増大することになる。しかし、請求項９記載の装置
では、上記油圧ポンプから油圧クラッチに供給される作
動油の油路を、タービン側軸内とこのタービン側軸の外
側に設けられたハウジング内とにわたって設けているの
で、コンプレッサ側軸の回転に影響を与えることがな
い。

【００２６】請求項１０記載の装置では、上記コンプレ
ッサ側軸及びタービン側軸の双方が共通の軸受ハウジン
グに支持されているので、両軸の軸心ずれがより確実に
防がれる。

【００２７】

【実施例】本発明の第１実施例を図１〜図５に基づいて
説明する。

【００２８】図３に示すエンジン１０の各気筒には、吸
気マニホールド１２を介して共通吸気管１４が接続され
ており、その途中にスロットル弁１５、インタクーラー
１６、ターボチャージャー（実際には後述のように補助
駆動されるスーパーチャージャーとしての機能も兼ね備
えたターボチャージャー）２４、エアクリーナー１８等
が設けられている。上記各気筒には排気マニホールド１
９を介して共通排気管２０が接続されており、その途中
に上記ターボチャージャー２４、排ガス浄化用触媒２２
等が設けられている。

【００２９】上記ターボチャージャー２４の内部構造を
図１，２に示す。このターボチャージャー２４は、通常
のターボチャージャーと同様、コンプレッサ２６及びタ
ービン２８を備えている。コンプレッサ２６はコンプレ
ッサハウジング３０に収容され、タービン２８はタービ
ンハウジング３２に収容されている。コンプレッサハウ
ジング３０は上記共通吸気管１４の途中に組み込まれ、
タービンハウジング３２は上記共通排気管２０の途中に
組み込まれており、両ハウジング３０，３２は略円筒状
の本体ハウジング３４を介して連結されている。

【００３０】なお、上記コンプレッサ２６はアルミニウ
ム等の比較的軽量な材料で比較的薄肉に形成されている
のに対し、タービン２８は、排気ガスの高熱に耐えるべ
く鉄系材料等の比較的重い材料で厚肉に形成されてい
る。従って、タービン２８の慣性モーメントは上記コン
プレッサ２６の慣性モーメントよりも大幅に大きくなっ
ている。

【００３１】この本体ハウジング３４内の中央には、こ
れと同軸状態でコンプレッサ側軸３６及びタービン側軸
３８が収容されている。そして、コンプレッサ側軸３６
の外側端部（図１では右側端部）が上記コンプレッサ２
６の中心部に固定され、タービン側軸３８の外側端部
（図１では左側端部）がタービン２８の中心部に固定さ
れている。

【００３２】上記コンプレッサ側軸３６の内側端部（図
１では左側端部）は、先端に向かって開口する筒部３７
とされ、タービン側軸３８の内側端部（図１では右側端
部）は、上記筒部３７内に相対回転可能に嵌入される小
径の嵌入部３９とされている。

【００３３】上記コンプレッサ側軸３６の径方向外側に
は、これと一体に回転する状態で外筒４１が外嵌され、
この外筒４１において上記タービン側よりの部分（図１
では左側よりの部分；本体ハウジング３４内において左
右方向略中央の部分）に、油圧タービン（補助駆動用タ
ービン）４３が一体形成されている。この油圧タービン
４３は、この実施例ではペルトンホイール状に形成さ
れ、その外周部に所定方向から作動油が吹き付けられる
ことにより、上記外筒４１及びコンプレッサ側軸３６と
一体に回転駆動されるように構成されている。

【００３４】本体ハウジング３４の内側には、その軸方
向略全域にわたって延びる筒状の軸受ハウジング４０が
嵌挿されている。そして、この軸受ハウジング４０に、
上記コンプレッサ側軸３６外側の外筒４１と、タービン
側軸３８の双方が、軸受４２を介して回転可能に支持さ
れている。また、各軸受４２の傍らには油路形成リング
４５が配設されている。

【００３５】上記コンプレッサ側軸３６とタービン側軸
３８との間には、図２に示すような油圧クラッチ４４が
設けられている。この油圧クラッチ４４は、油路形成ブ
ロック４６、スリーブ４８、外側クラッチ部材５０、内
側クラッチ部５２、スプリング５８等で構成されてい
る。

【００３６】上記油路形成ブロック４６は、後述の油圧
クラッチ作動油用油路が形成されたものであり、全体が
筒状をなしている。この油路形成ブロック４６のタービ
ンよりの部分は上記軸受ハウジング４０内周面にほぼ摺
接する大径部４６ａとされ、コンプレッサよりの部分は
上記大径部４６ａよりも小径の小径部４６ｂとされてお
り、油路形成ブロック４６全体がタービン側軸３８に外
嵌、固定されている。また、この油路形成ブロック４６
の大径部４６ａと小径部４６ｂとの境界部分にはリング
５５が固定されている。

【００３７】外側クラッチ部材５０は、タービン側軸３
８の外径よりも大きな内径をもつ筒状部を有し、ナット
５１と上記油路形成ブロック４６との間に挾まれた状態
でタービン側軸３８の途中部分に固定されている。上記
筒状部は、コンプレッサ側軸３６に向かって開口してお
り、この開口端の周縁内周面は、筒状部の奥（図２では
左側）に向かうに従って縮径するテーパー状内周面５３
とされている。

【００３８】これに対し、内側クラッチ部５２はコンプ
レッサ側軸３６の筒部３７の端部に一体形成されたもの
であり、筒状をなしている。そして、この内側クラッチ
部５２の外周面は、上記外側クラッチ部材５０のテーパ
ー状内周面５３に内側から圧接可能なテーパー状外周面
５４とされている。

【００３９】スリーブ４８は、上記外側クラッチ部材５
０の外周面に外側から摺接しており、そのコンプレッサ
側端部（図２右側端部）には、上記内側クラッチ部５２
をコンプレッサ側から抱きかかえるリング５６が固定さ
れている。また、このスリーブ４８の適所からは内方の
油路形成ブロック４６に向かって突出するつば部４９が
形成されており、このつば部４９と上記リング５５との
間に油圧室５９が形成されている。

【００４０】上記つば部４９と上記外側クラッチ部材５
０との間には、スプリング（圧接手段）５８が圧入され
ている。このスプリング５８は、その弾発力でスリーブ
４８及び上記リング５６をタービン側に付勢している。
この弾発力により、上記リング５６にコンプレッサ側か
ら抱きかかえられるようにしてコンプレッサ側軸３６が
タービン側に押圧され、この押圧により、通常は上記内
側クラッチ部５２の外側テーパー面５４が外側クラッチ
部材５０の内側テーパー面５３に内側から圧接し、これ
らテーパー面５３，５４の圧接により、コンプレッサ側
軸３６とタービン側軸３８とが同軸状態で相対回転不能
に連結されるようになっている。

【００４１】次に、このターボチャージャー２４に形成
されている作動油の油路（分配通路）を説明する。な
お、この実施例では上記作動油と軸受４２の潤滑油とが
共用されている。

【００４２】本体ハウジング３４の側壁適所には、単一
の作動油供給ポート６２が形成され、この作動油供給ポ
ート６２は作動油供給路６４を介して軸受ハウジング４
０に連通されている。軸受ハウジング４０の側壁には、
上記作動油供給路６４と通ずる溝６５が全周にわたって
形成され、かつこの溝６５と軸受ハウジング４０内とを
連通する複数の作動油噴射口６３が穿設されている。各
作動油噴射口６３の位置は、該噴射口６３から噴射され
た作動油が上記油圧タービン４３の外周部に吹き付けら
れ、これによって油圧タービン４３が回転駆動される位
置に設定されている。

【００４３】上記作動油供給路６４からは作動油供給路
６６が分岐しており、この作動油供給路６６は、軸受ハ
ウジング４０において上記溝６５と異なる位置に開口し
ている。軸受ハウジング４０において上記開口に臨む部
分には、溝６９が全周にわたって形成されるとともに、
この溝６９と軸受ハウジング４０内における上記油路形
成ブロック４６の大径部４６ａ外周面とを連通する複数
の作動油供給口６７が形成されている。

【００４４】タービン側軸３８の中央には、その中心軸
に沿って作動油路７０が形成されている。このタービン
側軸３８及び油路形成ブロック４６の大径部４６ａに
は、上記作動油供給口６７と作動油路７０とを径方向に
連通する作動油路７１，６８が形成されている。さら
に、上記タービン軸３８において上記作動油路７１より
もコンプレッサ側の部分及び油路形成ブロック４６の小
径部４６ｂには、上記作動油路７０と前記油圧室５９と
を径方向に連通する作動油路７３，７２が形成されてい
る。

【００４５】そして、これらの作動油路７３，７２から
上記油圧室５９内に作動油が供給されることにより、そ
の油圧でスリーブ４８及びリング５６がスプリング５８
の弾発力に抗してコンプレッサ側に押され（図２二点鎖
線参照）、これにより両テーパー面５３，５４の圧接が
解除されてコンプレッサ側軸３６とタービン側軸３８と
が相対回転可能に切り離されるようになっている。

【００４６】本体ハウジング３４には、上記軸受ハウジ
ング４０内に通ずる作動油回収路８１，８２が形成され
ており、これらは作動油排出ポート８４に合流してい
る。

【００４７】本体ハウジング３４において、上記作動油
供給ポート６２と異なる位置には、潤滑油供給ポート８
６が形成されている。この潤滑油供給ポート８６は、本
体ハウジング３４内に形成された潤滑油供給路８８，９
４を通じて軸受ハウジング４０の外周面に連通されてい
る。

【００４８】軸受ハウジング４０の外周面において、上
記潤滑油供給路８８，９４につながる位置には、全周に
わたって溝８９，９６が形成されており、さらに、この
軸受ハウジング４０及び油路形成リング４５には、上記
溝８９，９６に通ずる潤滑油路９０，９８が形成されて
いる。各油路形成リング４５には、各潤滑油路９０，９
８と通ずるオイルジェット９２，９９が形成されてお
り、各オイルジェット９２，９９の向きは、これらオイ
ルジェット９２，９９から噴射された潤滑油が各軸受４
２の滑動部分に供給されるように設定されている。

【００４９】また、本体ハウジング３４には、上記軸受
ハウジング４０の両端開口と通ずる潤滑油回収路８０，
８３が形成されており、これらは上記作動油排出ポート
８４に合流している。

【００５０】なお、図２において７８は通路確保用の栓
であり、１００は本体ハウジング３４に形成されたウォ
ータジャケットである。

【００５１】図３に示すように、エンジン１０のクラン
ク軸１０２には、駆動伝達機構１０４、及びポンプクラ
ッチ１０６を介して油圧ポンプ１０８が連結され、油圧
ポンプ１０８は調圧弁１１０を介して上記作動油供給ポ
ート６２に接続されている。上記ポンプクラッチ１０６
は、上記駆動伝達機構１０４と油圧ポンプ１０８とをつ
なぐオン状態と、両者を切り離すオフ状態とに切換えら
れ、オン状態で上記クランク軸１０２の駆動力を駆動伝
達機構１０４を介して油圧ポンプ１０８に伝達すること
により、この油圧ポンプ１０８を作動させるように構成
されている。油圧ポンプ１０８は、その作動により、上
記エンジン１０内の潤滑油を作動油として上記調圧弁１
１０を介し作動油供給ポート６２に圧送するように構成
されている。

【００５２】このエンジンには、上記コンプレッサ２６
の単位時間当りの回転数Ｎｃを検出するコンプレッサ回
転数センサ１１２、上記タービン２８の単位時間当りの
回転数Ｎｔを検出するタービン回転数センサ１１４、ス
ロットル弁１５のスロットル開度θを検出するスロット
ルセンサ１１６、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジ
ン回転数センサ１１７、吸気管内圧力を検出するエンジ
ン吸気管ブーストセンサ１１８等を備えており、これら
のセンサ類がＥＣＵ（コントロールユニット；駆動制御
手段）１２０に接続されている。このＥＣＵ１２０は、
各センサの検出信号に基づき、上記ポンプクラッチ１０
６のオンオフ制御を行うように構成されている。

【００５３】次に、このＥＣＵ１２０の行う制御動作並
びに装置全体の作用を図４のフローチャートを参照しな
がら説明する。

【００５４】ＥＣＵ１２０は、回転数Ｎｔ，Ｎｃ等につ
いての各検出信号を取込む（ステップＳ１）。現時点で
ポンプクラッチ１０６をオフにしている場合には（ステ
ップＳ２でＹＥＳ）、スロットル開度θの時間変化量ｄ
θ／ｄｔ及びエンジン回転数Ｎｅを監視し、上記時間変
化量ｄθ／ｄｔが所定値Ｃ₁以上の場合（すなわち一定
以上の速度で加速操作されている場合；ステップＳ３で
ＹＥＳ）であって、かつエンジン回転数Ｎｅが所定値Ｃ
₂以下の場合（ステップＳ４でＹＥＳ）にのみ、ポンプ
クラッチ１０６をオンに切換える（ステップＳ５）。

【００５５】この切換により、油圧ポンプ１０８が作動
し、エンジン１０内の潤滑油が調圧弁１１０で一定圧力
に調圧された後にターボチャージャー２４の作動油供給
ポート６２に供給される。この作動油は、作動油供給路
６４及び溝６５を通じて作動油噴射口６３から外筒４１
の油圧タービン４３に噴射され、これにより上記外筒４
１と一体にコンプレッサ側軸３６さらにはコンプレッサ
２６が補助回転駆動される。

【００５６】一方、上記作動油供給ポート６２から導入
された作動油は、作動油供給路６６、溝６９、作動油供
給口６７、作動油路６８，７１，７０，７３，７２を順
に通って油圧室５９内に導入され、スプリング５８の弾
発力に抗してスリーブ４８をコンプレッサ側（図２右
側）に押し返す。これにより、それまでスプリング５８
がその弾発力でリング５６を介し内側クラッチ部５２を
外側クラッチ部材５０の内側に押し込んでいた力が解除
され、これに伴い、上記内側クラッチ部５２の外側テー
パー面５３と外側クラッチ部材５０の内側テーパー面５
４との圧接も解除される。従って、この圧接力に起因す
る摩擦力でそれまで連結されていたコンプレッサ側軸３
６とタービン側軸３８とが、互いに相対回転可能な状態
に切り離される。

【００５７】すなわち、上記作動油の供給により、油圧
タービン４３の回転駆動とほぼ同時にコンプレッサ側軸
３６とタービン側軸３８との切離しが行われる。これに
より、コンプレッサ側軸３６及びコンプレッサ２６のみ
が補助回転駆動され、この回転によりエンジン１０に対
して過給が行われる。

【００５８】このようにしてポンプクラッチ１０８がオ
ンに切換えられた状態、もしくはステップＳ２で既にポ
ンプクラッチがオンであった状態では、コンプレッサ回
転数Ｎｃとタービン回転数Ｎｔとの比較が行われる（ス
テップＳ６）。そして、タービン回転数Ｎｔがコンプレ
ッサ回転数Ｎｃに追い着いた時点で（ステップＳ６でＹ
ＥＳ）、すなわち油圧クラッチ４４における連結にトラ
ブルの生じるおそれのなくなった時点で、実際にポンプ
クラッチ１０６がオフに切換えられ、補助駆動が停止さ
れるとともに、油圧クラッチ４４による再連結が行われ
る（ステップＳ７）。

【００５９】具体的には、油圧ポンプ１０８の駆動が止
められることにより、油圧タービン４３及び油圧室５９
への作動油の供給が停止される。これに伴い、作動油に
よるコンプレッサ側軸３６の駆動が停止されるととも
に、スプリング５８の弾発力で内側クラッチ部５２のテ
ーパー状外周面５４が外側クラッチ部材５０のテーパー
状内周面５２に再び圧接し、この圧接による摩擦力で、
コンプレッサ側軸３６とタービン側軸３８とが同軸の状
態で相対回転不能に相互連結される。

【００６０】従ってこの状態では、従来のターボチャー
ジャーと同様、排気ガスのエネルギによるタービン２８
の回転が連結軸である両軸３８，３６を介して吸気側の
コンプレッサ２６に伝達され、このコンプレッサ２６の
回転により、エンジン各気筒に対して過給が行われる。

【００６１】なお、この連結のタイミングに関し、上記
のように直接コンプレッサ回転数Ｎｃ及びタービン回転
数Ｎｔを検出するのではなく、これらの回転数を予測し
てその予測値に基づきタイミングを設定することも可能
である。具体的に、コンプレッサ回転数Ｎｃについて
は、このコンプレッサ回転数Ｎｃとエンジン回転数Ｎｅ
及びエンジン吸気管ブーストとの関係をマップ等の形で
ＥＣＵ１２０に記憶させておき、実際にエンジン回転数
センサ１１７及びエンジン吸気管ブーストセンサ１１８
で検出された検出値と上記マップ等とに基づいて上記Ｅ
ＣＵ１２０によりコンプレッサ回転数Ｎｃの予測値を演
算するようにすればよい。また、タービン回転数Ｎｔ
は、ポンプクラッチ１０６がオンに切換えられてからの
運転履歴に基づいて予測することが可能である。具体的
には、エンジン回転数及び吸気管ブースとから、ターボ
チャージャー２４に与えるエネルギを経過時間毎に積算
することによって予測できる。

【００６２】以上のように、この装置では、排気ガス量
の少ない低回転時で（ステップＳ４でＹＥＳ）、また高
い応答性が要求される加速開始時（ステップＳ３でＹＥ
Ｓ）に、慣性モーメントの大きなタービン２８及びター
ビン側軸３８から比較的慣性モーメントの小さいコンプ
レッサ２８及びコンプレッサ側軸３６を切離し、これら
コンプレッサ２８及びコンプレッサ側軸３６のみを作動
油の供給によって補助回転駆動するようにしているの
で、油圧ポンプ１０８の負荷を大きくすることなく、コ
ンプレッサ２８を高い応答性でもって駆動することがで
きる。従って、排ガス流量の低い低速領域であっても十
分な加速性を得ることができる。

【００６３】このため、従来のターボチャージャー付き
エンジンでは、図５破線１３１に示すように、発進して
から比較的長い期間にわたって出力トルク（エンジン負
荷Ｐｅ）がターボチャージャーなしエンジンの出力トル
ク（図５二点鎖線１３０）を下回る状態（同図斜線領
域）が続くのに対し、この実施例装置に示すエンジンで
は、同図実線１３２に示すように、発進してから比較的
短時間で出力トルクを十分な値まで迅速に高めることが
可能となる。

【００６４】さらに、この実施例に示す装置では、次の
ような利点がある。

【００６５】(a) 油圧ポンプ１０８から圧送される作動
油を、油圧タービン４３側と、油圧クラッチ４４におけ
る油圧室５９側とに分配しているので、共通の作動油で
コンプレッサ側軸３６の補助駆動と、油圧クラッチ４４
の切換の双方を行うことができ、また、上記補助駆動
と、軸３６，２８の切離しをほぼ同時にかつ自動的に行
うことができる。すなわち、油圧タービン４３に供給さ
れる補助駆動力を油圧クラッチ４４に分配して油圧クラ
ッチ４４をオン状態からオフ状態に切換えるようにして
いるので、作動油供給ポート６２への作動油供給の制御
を行うだけで、上記補助駆動の制御と、油圧クラッチ４
４での切換制御とを同時に行うことができ、油圧配管及
び制御内容の複雑化や部品点数の増加を避けながら確実
な制御を行うことができる。

【００６６】(b) 上記油圧クラッチ４４において、テー
パー状内周面５３をもつ外側クラッチ部材５０内にテー
パー状外周面５４をもつ内側クラッチ部５２を圧入する
ことにより軸３６，３８同士の連結を行っているので、
この連結時に両軸３６，３８の軸心がずれるのを確実に
防ぐことができる。従って、この軸心ずれに起因する不
都合、例えば各軸受４１の焼き付きや両軸３６，３８の
破損等を、未然に防ぐことができる。

【００６７】(c) 上記油圧クラッチ４４において、コン
プレッサ側軸３６に小径の内側クラッチ部５２、タービ
ン側軸に大径の外側クラッチ部材５０を設けているの
で、これが逆の場合に比べ、コンプレッサ２６側の慣性
モーメントをより小さくすることができる。

【００６８】(d) コンプレッサ側軸３６及びタービン側
軸３８の双方を共通の軸受ハウジング４０に支持してい
るので、両軸の軸心ずれをより確実に防止できる。

【００６９】(e) 油圧ポンプ１０８をエンジン１０の動
力で駆動しているので、この油圧ポンプ１０８の駆動に
特別の駆動源が不要である。しかも、ポンプクラッチ１
０６のオンオフ切換だけで、コンプレッサ側軸２６の駆
動のオンオフ切換と、クラッチ手段によるコンプレッサ
側軸とタービン側軸との連結状態の切換とを行うことが
できる。

【００７０】(f) 作動油の油路を形成するに当り、この
油路をコンプレッサ側軸３６内と軸受ハウジング４０と
にわたって設けると、両者の相対回転に起因して作動油
にせん断力が働き、その抵抗でコンプレッサ側軸３６の
必要駆動トルクが増大することになるが、この実施例で
は、上記油路を、タービン側軸３８の側に設けているの
で、コンプレッサ側軸３６の補助回転駆動に悪影響を及
ぼすことがない。

【００７１】(g) 本体ハウジング３４には、単一の作動
油供給ポート６２のみを設け、この作動油供給ポート６
２に供給された作動油を上記油圧タービン４３と油圧ク
ラッチ４４とに分配する分配通路を本体ハウジング３４
内に形成しているので、ターボチャージャーへの接続配
管が１本ですみ、その配管構造及び配管作業がより簡略
化される。

【００７２】以上の効果に加え、上記ターボチャージャ
ーとして、その排気吸込み側通路を可変的に絞るバルブ
機構を備えたものを用いれば、上記補助駆動が行われな
い運転領域であってしかも比較的排気ガス流量の低い低
速時には、上記バルブ機構の絞りで排気吸込み流速を高
めることにより、高い加速性を維持することが可能であ
る。

【００７３】また、上記油圧ポンプ１０８としてパワー
ステアリング用ポンプを流用すれば、作動油供給用に特
別な油圧ポンプを追加する必要がなくなり、より低コス
トの構造で上記効果を得ることができる。しかも、上記
実施例の場合、通常はステアリングホイールが操作され
ることのほとんどない（すなわちパワーステアリング機
能がほとんど使用されない）加速時に作動油供給を行う
ようにしているので、この作動油供給をパワーステアリ
ング用ポンプで行っても、パワーステアリング性能をほ
とんど損なうことがない。

【００７４】また、高速用のターボチャージャー及び低
速用のターボチャージャーとを備え、運転速度に応じて
これに見合ったターボチャージャーを使用すべく通路切
換が行われるような装置においては、上記低速用のター
ボチャージャーに上記のものを適用することにより、高
速、中速（低速用ターボチャージャーにおいてコンプレ
ッサ軸とタービン軸とを連結）、低速（低速用ターボチ
ャージャーにおいてコンプレッサ軸とタービン軸とを分
割）の３段階に過給システムを切換えることが可能にな
る。

【００７５】なお、この実施例では、加速操作時でかつ
低速運転時に補助駆動を行うものを示したが、本発明に
おいて補助駆動を行う条件は適宜設定すれば良く、例え
ば、加速操作がされているか否かにかかわらず低速運転
時には補助駆動させるような制御を行ってもよい。

【００７６】次に、第２実施例を図６に基づいて説明す
る。

【００７７】上記実施例では、ターボチャージャー作動
用の作動油と軸受４１の潤滑油とが共用され、これらの
油路が共通の作動油回収ポート８４に合流しているが、
この実施例では、作動油用油路と潤滑用油路とが完全に
独立した状態に形成されている。

【００７８】具体的には、潤滑油回収路８０，８３が潤
滑油排出ポート８４Ａに接続され、作動油回収路８５が
上記潤滑油排出ポート８４Ａから隔離された作動油排出
ポート８４Ｂに接続されている。また、外筒４１におい
て上記油圧タービン４３よりもコンプレッサ側の部分
（図では左側の部分）には大径部４１ａが形成され、こ
の大径部４１ａの外周部と軸受ハウジング４０との内周
面との間にシール部材が設けられており、この部分で潤
滑油室（図の右側）と作動油室（図の左側）とが隔離さ
れている。

【００７９】このような装置によれば、上記作動油と潤
滑油とに互いに異なる油を使用することができる。従っ
て、潤滑油には潤滑性の高いエンジン油を使用しなが
ら、作動油には上記潤滑油よりも粘性が小さくかつエン
ジンオイルのようにカーボン等の不純物の混入の少ない
例えばパワーステアリング油を使用して潤滑性向上と性
能及び信頼性の向上との両立を図ることができる。

【００８０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば次の効果
を得ることができる。

【００８１】請求項１記載の装置は、コンプレッサ側軸
とタービン側軸とを連結する連結保持力をもつクラッチ
手段を備え、上記コンプレッサ側軸の補助駆動時にはそ
の補助駆動力で上記クラッチ手段の連結保持力に抗して
コンプレッサ側軸とタービン側軸とが切り離されるよう
にしたものであるので、排気ガスエネルギが不十分な場
合、例えば運転領域が低速域である場合（請求項２）
や、高い応答性が要求される場合、例えばエンジンが加
速状態にある場合等には、コンプレッサ及びコンプレッ
サ側軸のみを補助駆動手段で駆動するだけの簡単な制御
で、この補助駆動開始に伴い上記コンプレッサ側軸をタ
ービン側軸から自動的に切り離してコンプレッサ側のみ
を補助駆動することができ、これによって発進加速性の
大幅な向上や低燃費化を図ることができる一方、上記連
結保持力で両軸が連結された状態では、通常のターボチ
ャージャーと同様に、タービンで排気ガスエネルギを回
収してこのエネルギでコンプレッサを駆動し、過給を行
うことができる。すなわち、コンプレッサ側軸とタービ
ン側軸との連結切換のために特別な制御手段を要さず、
簡単かつ低廉な構造で補助駆動制御及び軸連結切換制御
の双方を的確に行うことができる効果がある。

【００８２】より具体的に、請求項１記載の装置では、
油圧ポンプからの作動油の圧送によって、補助駆動用タ
ービンの駆動を行うとともに、上記作動油の油圧によっ
て油圧クラッチにおけるコンプレッサ側軸とタービン側
軸との切離しを行うようにしているので、共通の作動油
を用いて、補助駆動用タービンの駆動と油圧クラッチに
よる軸切離しとをほぼ同時にかつ自動的に行うことがで
きる効果がある。

【００８３】ここで、請求項３記載の装置では、ターボ
チャージャーハウジングに単一の作動油供給ポートを設
け、この作動油供給ポートに導入される作動油を上記補
助駆動用タービンと油圧クラッチとの双方に分配する分
配通路をハウジング内に形成しているので、上記ターボ
チャージャーに接続される油圧配管をより簡素化するこ
とができる効果がある。

【００８４】また、請求項４記載の装置では、上記油圧
ポンプとしてパワーステアリング用ポンプを利用してい
るので、作動油供給用の油圧ポンプを特別に設ける必要
がない。しかも、通常はステアリングホイールが操作さ
れることのほとんどない（すなわちパワーステアリング
機能がほとんど使用されない）加速時に補助駆動用ター
ビンへの作動油供給を行うようにしているので、この作
動油供給を行っても車両のパワーステアリング性能を損
なうことがほとんどない。

【００８５】請求項５記載の装置では、上記油圧クラッ
チにおいて、テーパー状内周面をもつ外側クラッチ部内
に、テーパー状外周面をもつ内側クラッチ部を同軸状態
で圧入し、両テーパー状面同士の圧接によりコンプレッ
サ側軸とタービン側軸とを連結しているので、両軸の連
結時に両軸間に軸心ずれが生じるのを確実に防ぐことが
できる。従って、この軸心ずれに起因する軸受の焼き付
きや各軸の破損等といった不都合を未然に防ぐことがで
きる効果がある。

【００８６】ここで請求項６記載の装置では、上記コン
プレッサ側軸に内側クラッチ部、すなわち外側クラッチ
部よりも外径が小さくて慣性モーメントの小さいクラッ
チ部を設けているので、コンプレッサ側軸に外側クラッ
チ部を設ける場合よりもコンプレッサ側の慣性モーメン
トを小さくし、その必要駆動トルクをさらに低減するこ
とができる効果がある。

【００８７】請求項７記載の装置では、上記油圧ポンプ
の駆動に特別の駆動源を用いず、エンジンの動力で駆動
できるとともに、このエンジンと油圧ポンプとの間のポ
ンプクラッチ手段の切換だけで、コンプレッサ側軸の駆
動状態の切換と、クラッチ手段によるコンプレッサ側軸
とタービン側軸との連結状態の切換との双方を行うこと
ができる効果がある。

【００８８】請求項８記載の装置では、上記作動油の油
路と、コンプレッサ側軸及びタービン側軸の軸受の潤滑
油の油路とを互いに独立させているので、上記作動油と
潤滑油とが混合されず、両者に互いに異なる油を使用す
ることができる。従って、上記潤滑油には潤滑性の高い
エンジン油を使用しながら、作動油には上記潤滑油より
も粘性が小さくかつエンジンオイルのようにカーボン等
の不純物の混入の少ない例えばパワーステアリング油を
使用して潤滑性向上と性能及び信頼性の向上との両立を
図ることができる。

【００８９】請求項９記載の装置では、上記油圧ポンプ
から油圧クラッチに供給される作動油の油路を、タービ
ン側軸内とこのタービン側軸の外側に設けられたハウジ
ング内とにわたって設けているので、上記油路をコンプ
レッサ側軸内とこのコンプレッサ側軸の外側に設けられ
たハウジングとにわたって設ける場合と異なり、上記作
動油がコンプレッサ側軸の補助回転駆動に悪影響を及ぼ
すのを回避することができる効果がある。

【００９０】請求項１０記載の装置では、上記コンプレ
ッサ側軸及びタービン側軸の双方を共通の軸受ハウジン
グに支持しているので、両軸の軸心ずれをより確実に防
ぐことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるターボチャージャ
ーの全体断面図である。

【図２】図１の一部拡大図である。

【図３】上記ターボチャージャーを備えたエンジンの全
体構成図である。

【図４】上記エンジンに設けられたＥＣＵの制御動作を
示すフローチャートである。

【図５】従来のエンジン及び上記実施例のエンジンにお
けるエンジン負荷の時間変化を示すグラフである。

【図６】本発明の第２実施例におけるターボチャージャ
ーの全体断面図である。

【符号の説明】

１０エンジン１４共通吸気管２０共通排気管２４ターボチャージャー２６コンプレッサ２８タービン３６コンプレッサ側軸３８タービン側軸４０軸受ハウジング４２軸受４３油圧タービン（補助駆動用タービン）４４油圧クラッチ５８スプリング（圧接手段）６２作動油供給ポート１０２クランク軸（エンジン出力軸）１０６ポンプクラッチ（ポンプクラッチ手段）１０８油圧ポンプ１１７エンジン回転数センサ（速度検出手段）１２０ＥＣＵ（過給制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−200022（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 37/10 F02B 39/12 F02B 39/00 F02B 39/10 F16D 25/0632 H02K 49/00 F16D 7/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気通路内に設けられるコンプレッサと
排気通路内に設けられるタービンとを連結するターボ回
転軸がコンプレッサ側軸とタービン側軸とに切離し可能
に構成されたターボチャージャーと、上記コンプレッサ
側軸に補助駆動力を供給する補助駆動手段とを備えたエ
ンジンの過給装置において、エンジンの運転状態に応じ
て上記補助駆動手段による補助駆動を制御する過給制御
手段と、上記コンプレッサ側軸とタービン側軸とを両者
が一体に回転するように連結する連結保持力を有しかつ
上記補助駆動手段による補助駆動開始時にはその補助駆
動力を受けて上記コンプレッサ側軸とタービン側軸とを
相対回転可能に切り離すクラッチ手段とを備え、上記補
助駆動手段として、上記コンプレッサ側軸に設けられた
補助駆動用タービンと、この補助駆動用タービンに作動
油を圧送することにより同補助駆動用タービンを回転駆
動する油圧ポンプとを備え、上記クラッチ手段として、
油圧供給を受けない状態では上記コンプレッサ側軸とタ
ービン側軸とを連結し、油圧供給を受けることにより上
記コンプレッサ側軸とタービン側軸とを切り離す油圧ク
ラッチを備えるとともに、上記補助駆動用タービンに圧
送される作動油の一部を上記油圧クラッチに軸切離し用
作動油として分配す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。
【請求項２】請求項１記載のエンジンの過給装置にお
いて、エンジンの運転速度を検出する速度検出手段を備
え、この速度検出手段により検出される運転速度が一定
以下の場合に上記補助駆動手段を作動させるように上記
過給制御手段を構成したことを特徴とするエンジンの過
給装置。
【請求項３】請求項１または２記載のエンジンの過給
装置において、上記ターボチャージャーのハウジングに
単一の作動油供給ポートを設け、この作動油供給ポート
から供給される作動油を上記油圧タービンと上記油圧ク
ラッチとに分配する油路を上記ハウジング内に形成した
ことを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のエンジ
ンの過給装置において、エンジンの加速状態を検出する
加速検出手段を備え、この加速検出手段によりエンジン
の加速が検出された場合に上記補助駆動手段を作動させ
るように上記過給制御手段を構成するとともに、上記油
圧ポンプとしてパワーステアリング用ポンプを用いたこ
とを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載のエンジ
ンの過給装置において、上記油圧クラッチとして、上記
コンプレッサ側軸、タービン側軸のいずれか一方に設け
られ、奥に向かうに従って開口径の小さくなるテーパー
状内周面をもつ外側クラッチ部と、他方において上記外
側クラッチ部と同軸の位置に設けられ、上記外側クラッ
チ部の上記テーパー状内周面に内側から圧接可能な形状
のテーパー状外周面をもつ内側クラッチ部と、上記テー
パー状外周面と上記テーパー状内周面とを圧接させる圧
接手段とを備えるとともに、上記補助駆動用タービンに
作動油が圧送された場合にその油圧で上記圧接手段によ
る上記テーパー状外周面と上記テーパー状内周面との圧
接力が解除するように上記油圧クラッチを構成したこと
を特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項６】請求項５記載のエンジンの過給装置にお
いて、上記コンプレッサ側軸に上記内側クラッチ部を設
け、上記タービン側軸に上記外側クラッチ部を設けたこ
とを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載のエンジ
ンの過給装置において、上記油圧ポンプを、エンジンの
動力により駆動されるように構成するとともに、この油
圧ポンプの動力入力部と上記エンジンの動力出力部とを
連結する状態と切り離す状態とに切換えられるポンプク
ラッチ手段を備えたことを特徴とするエンジンの過給装
置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載のエンジ
ンの過給装置において、上記油圧ポンプから圧送される
作動油の油路と、上記コンプレッサ側軸及びタービン側
軸を支持する軸受の潤滑油の油路とを互いに独立させた
ことを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載のエンジ
ンの過給装置において、上記油圧ポンプから油圧クラッ
チに供給される作動油の油路を、上記タービン側軸内と
このタービン側軸の外側に設けられたハウジング内とに
わたって設けたことを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載のエン
ジンの過給装置において、上記コンプレッサ側軸及びタ
ービン側軸をそれぞれ軸受を介して共通の軸受ハウジン
グに回転可能に支持したことを特徴とするエンジンの過
給装置。