JP3750872B2 - 車両用エンジンの過給装置およびその制御方法 - Google Patents

車両用エンジンの過給装置およびその制御方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両用エンジンの過給装置およびその制御方法に係わり、特に、建設機械等の車両用のエンジンの給気を過給し、エンジン出力の増加を図るエンジン過給装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、乗用車、トラック、ホィールローダ、クレーン車等、主に、車輪をもって走行する車両用エンジンにおいては、加速性を確保しつつ、小型高出力化するために過給機が用いられている。この過給機（スパーチャージャ）には、エンジンの出力の一部、あるいは、他の機関の動力を用いる機械式過給方式と、排気ガスを用いるターボチャージャによる過給方式とがある。機械式過給方式としては、一般的にルーツブロア等の圧縮機を用いて、エンジンからベルト等を介して機械的に駆動している。
【０００３】
【発明が解決しようする課題】
ところが、従来の機械式過給方式では、高速低負荷領域においては、必要がないのに所定以上の無駄な過給を行い、同過給機の機械的損失を増し、エンジンの総合効率を悪化させている。また、ターボチャージャによる過給方式では、エンジンがローアイドル回転状態からでは車両の加速性が悪いという問題がある。これは、エンジンからの排気エネルギーが少ないためにターボチャージャの回転が少なく、この状態ではエンジンに過給する空気量が少ないために高トルクを発生することが出来ない。これにより、車両では少しの停滞感をもった後で加速を始めるターボラグが生じ、オペレータには応答性が悪い車両という感覚を与える。また、過給機の採用による小排気量高出力のエンジンにおいては、エンジンブレーキが利きにくいという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、車両用エンジンの過給方法およびその装置に係わり、特に、建設機械等の車両用エンジンで加速性の良い、小型で高出力が得られる車両用エンジンの過給方法およびその装置の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の発明では、機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機を搭載した車両用エンジンにおいて、エンジンに連結され、かつ、動力を機械式過給機用および車両走行用に分配する差動制限手段を有する差動遊星歯車装置と、差動遊星歯車装置を介して駆動される機械式過給機と、からなる。
【０００６】
第１の発明を主体とする第２の発明では、エンジンの出力を制御するアクセル装置に付設されたアクセル位置検出センサあるいはエンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出センサと、車両の速度を選択するシフトレバーに付設されたシフト位置検出センサと、アクセル位置検出センサあるいはエンジン回転速度検出センサ、およびシフト位置検出センサからの信号により差動遊星歯車装置の差動制限手段の制御を行う制御手段と、からなる。
【０００７】
第１の発明あるいは第２の発明を主体とする第３の発明では、差動遊星歯車装置の差動制限手段の制御が車両速度検出センサからの車両速度の信号を含めた制御手段による。
【０００８】
第４の発明では、機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機を搭載した車両用エンジンにおいて、エンジンに連結され、かつ、動力を機械式過給機用および車両走行用に分配する差動制限手段を有する差動遊星歯車装置と、差動遊星歯車装置を介して駆動される機械式過給機と、エンジンからの排気ガスにより駆動されるターボ過給機と、機械式過給機とターボ過給機との間に配設される給気回路開閉切換弁と、からなる。
【０００９】
第４の発明を主体とする第５の発明では、エンジンからターボ過給機への排気ガス回路に排気回路開閉切換弁が配設される。
【００１０】
第４の発明あるいは第５の発明を主体とする第６の発明では、エンジンの出力を制御するアクセル装置に付設されたアクセル位置検出センサあるいはエンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出センサと、車両の速度を選択するシフトレバーに付設されたシフト位置検出センサと、アクセル位置検出センサあるいはエンジン回転速度検出センサ、およびシフト位置検出センサからの信号により、少なくとも差動遊星歯車装置の差動制限手段と給気回路開閉切換弁、あるいは排気回路開閉切換弁も含めて制御を行う制御手段と、からなる。
【００１１】
第４の発明、第５の発明あるいは第６の発明を主体とする第７の発明では、差動遊星歯車装置の差動制限手段あるいは給気回路開閉切換弁の制御が車両速度検出センサからの車両速度の信号を含めた制御手段による。
【００１２】
第１の発明あるいは第４の発明を主体とする第８の発明では、機械式過給機の給気回路に過給圧力を調整するリリーフバルブを配設する。
【００１３】
第８の発明を主体とする第９の発明では、過給圧力を調整するリリーフバルブの制御が少なくとも、車両速度検出センサ、エンジン回転速度検出センサ、あるいは、シフト位置検出センサからのいずれかの信号を受けた制御手段による。
【００１５】
第１０の発明では、機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機、もしくは、機械式過給機およびターボ過給機により、エンジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が停止から発進で加速状態にあるときには、差動遊星歯車装置の差動制限手段を接合して、エンジン回転と機械式過給機を直結駆動として車両を発進加速させる。
【００１６】
第１１の発明では、機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機、もしくは、機械式過給機およびターボ過給機によりエンジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が高速度所定走行からの減速時に、車両が減速状態にある時には差動遊星歯車装置の差動制限手段を接合してエンジン出力を機械式過給機および走行用に分配し、機械式過給機にブレーキ作用を与えて車両の制動動力を増加する。
【００１７】
第１２の発明では、機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機およびターボ過給機によりエンジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が増速から高速所定速度移行時で、車両が増速を終了し所定速度になった時に、機械式過給機の動力損失を低減するために差動遊星歯車装置の差動制限手段を離脱するとともに、給気回路開閉切換弁を切り換えてエンジンへの空気の供給を機械式過給機または機械式過給機プラスターボ過給機からターボ過給機のみに変換する。
【００１８】
第１３の発明では、機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機およびエンジンからの排気ガスにより駆動されるターボ過給機によりエンジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が停止から発進のときには車両の駆動力伝達系にブレーキをかけてエンジンの出力を差動遊星歯車装置により増速して機械式過給機に出力するとともに、排気回路開閉切換弁を切り換えてエンジンからの排気をそのまま大気に放出し、車両が増速から高速所定速度移行時で、車両が増速し所定速度になった時に、機械式過給機の動力損失を低減するために差動遊星歯車装置の差動制限手段を離脱するとともに、給気回路開閉切換弁および排気回路開閉切換弁を切り換えて、エンジンへの空気の供給を機械式過給機からターボ過給機に、かつ、エンジンからの排気をターボ過給機に供給する。
【００１９】
第１４の発明では、機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機およびエンジンからの排気ガスにより駆動されるターボ過給機によりエンジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が高速所定速度から減速移行時で、車両が高速所定速度から減速状態にある時に、給気回路開閉切換弁を切り換えて、エンジンへの空気の供給をターボ過給機から機械式過給機にするとともに、機械式過給機の給気回路を絞ることで、機械式過給機の駆動損失を増大させブレーキ作用を与えて車両の制動動力を増加する。
【００２０】
第１０の発明あるいは第１３の発明を主体とする第１５の発明では、シフト位置が中立で、かつ、車両が停止のときには、機械式過給機の動力損失を低減するために機械式過給機からエンジンへの空気の過給圧力を低圧にする。
【００２１】
【作用】
上記構成によれば、前進１速、前進２速等の低速度を選定して停止状態から発進する場合には、エンジンの必要とする空気量を機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機に差動遊星歯車装置を介して増速して供給するので、エンジン出力の立ち上がりが急激となり、車両の応答性が向上する。また、発進し高速定速走行に移行するまでの間は、差動遊星歯車装置の差動制限手段を接合することにより、エンジンの回転速度に合った機械式過給機の回転速度が得られるので、小型のエンジンでも機械式過給機の特性である応答性がよく、高出力のエンジン出力が得られる。
さらに、高速定速走行に移行すると、機械式過給機からターボ過給機に切り換えることにより、必要がないのに所定以上の無駄な過給を行うことがなくなり、エンジンの総合効率が向上する。また、車両停止状態では、機械式過給機からの過給圧力を低圧にすることにより、動力損失が少なくなり、燃費が向上する。
【００２２】
減速時には、差動遊星歯車装置の差動制限手段を接合することにより、車両のタイヤからの強制回転トルクを、エンジンと機械式過給機の両方で分担して受け持つのでブレーキ制動力が向上する。総じて低速高負荷域の出力特性が大巾に向上することで、エンジントルクと車両走行負荷のマッチング特性、あるいは燃費特性ｇ／ｐｓｈは図１５から図１６の如く変化する。すなわち、エンジントルクと車両走行負荷のマッチング点は、図１の従来のマッチング点▲１▼、▲２▼が、本発明のマッチング点 (1)、(2) に、より低速側でより燃費の良好な領域にもってくることができる。これにより、実車での低燃費と低騒音を実現することができる。
【００２３】
【実施例】
以下に、本発明に係わる車両用エンジンの過給装置およびその制御方法の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る第１実施例を示す車両用エンジンの過給装置の概念図である。エンジン１の出力軸１ａには差動遊星歯車装置１０が付設され、差動遊星歯車装置１０からの動力は二つの分配され、一つとしてはミッション等からなる駆動力伝達系２０に、他の一つはエンジンに空気を押し込む機械式過給機４０に伝達されている。エンジンからは、排気ガスが排気管５０を経て排出されている。
【００２４】
差動遊星歯車装置１０は、サンギャー１１と、プラネットギャー１２と、プラネットキャリア１３と、リングギャー１４と、ロックアップクラッチＬからなる差動制限部材１５、１６と、からなる。
エンジン１の出力軸１ａにはプラネットキャリア１３が固設して連結され、プラネットキャリア１３には通常３個のプラネットギャー１２が等間隔に回転自在に取着されている。３個のプラネットギャー１２の内方にはサンギャー１１が、また、外方にはリングギャー１４が噛合している。サンギャー１１の内方にはエンジン１の出力軸１ａが回転自在に配設されている。また、サンギャー１１の一端にはギャー１１ａが設けられ、このギャー１１ａには機械式過給機４０用の駆動ギヤー４１が噛合している。リングギャー１４には後述する動力伝動系２０の軸が連結されている。また、リングギャー１４の内方とプラネットキャリア１３の外方との間には差動制限部材１５、１６が配設されている。差動制限部材１５は、通常ではリングギャー１４に固設され、また、差動制限部材１６はプラネットキャリア１３の外方に設けられた図示しない歯と差動制限部材１６の内方に設けられた歯とが噛合し、さらに、差動制限部材１６は軸方向に摺動自在に配設され、図示しないピストンにより差動制限部材１５に押圧される。差動遊星歯車装置１０はクラッチ２１を介して駆動力伝達系２０に接続される。
【００２５】
駆動力伝達系２０は各種のミッション等があるが、ここでは本発明の一例として前進用のみを考慮したミッションの事例を説明する。従って、遊星歯車装置と油圧クラッチ等のミッション、あるいは、遊星歯車装置と電磁クラッチ等のミッションでも良い。
駆動力伝達系は最約的にはタイヤ３５に伝達される。タイヤ部にはブレーキ３６が付設されている。なお、上記において、駆動力伝達系２０への２点鎖線で表示した信号は電気信号でも、油圧を用いてバルブ等で制御された信号でも良い。
【００２６】
機械式過給機４０は、機械式過給機４０用の駆動ギヤー４１と、リショルムコンプレッサー等の圧縮機４２と、過給圧力を調整するリリーフバルブ４３と、および給気回路の給気管４４とからなる。リリーフバルブ４３は後述する制御装置６０からの信号を受けてセット圧力を調整している。
【００２７】
制御装置６０はコンピュータ等からなり、シフトレバー６１に付設してあるシフト位置センサー６１ａ、アクセルペタル６３に付設してあるアクセル位置センサー６３ａ、出力軸３２に付設してある回転速度センサー６４、およびエンジンの出力軸１ａに付設してあるエンジン回転速度センサー６５、等からの信号を受けて、後述する記憶あるいは演算を行い、ロックアップクラッチＬ、および駆動力伝達系２０、クラッチ２１、あるいはリリーフバルブ４３にそれぞれの作動の指令信号を出力する。なおクラッチペダルは存在せずクラッチ２１の作動は、全て制御装置６０からの指令信号に基づき人力ではなく機械的に行われる。
【００２８】
上記構成において、次に作動について説明する。
まず、車両の停止時から加速発進する場合（以下、ゼロ発進という。）について説明する。オペレータがシフトレバー６１を前進１速に入れる。シフト位置センサー６１ａからの「前進１速」、およびアクセル位置センサー６３から「まだアクセルはふみこまれていない」という信号を受け、制御装置６０は「まだブレーキ３６は作動状態のまま保持する」ようにという指令を出しつづけるとともに、リリーフバルブ４３に指令を出力して過給圧力を低く「ほぼゼロ」に設定する。またクラッチ２１に対しては、それを接続する指令を出し、これを接合する。
【００２９】
これにより、差動遊星歯車装置１０のリングギャー１４は、接合されたクラッチ２１、駆動力伝達系２０およびブレーキ３６の作動により固定されたタイヤを経て車両の停止により回転せずに固定されている。
従って、エンジン１の出力は、順次、出力軸１ａ、プラネットキャリア１３、プラネットギャー１２、サンギャー１１、およびギャー１１ａを経て、圧縮機４２を駆動する。
このとき、サンギャー１１の回転速度は次式の数式１の通り増速される。
【数式１】
Ｎｓ＝〔（Ｚｒ）＋（Ｚｓ）〕×Ｎｐ／（Ｚｓ）
ただし、Ｎｓ：サンギャの回転速度、
Ｎｐ：プラネットキャリアの回転速度、
Ｚｒ：リングギャの歯数、
Ｚｓ：サンギャの歯数、
【００３０】
従って、これによりギャー１１ａを経て駆動される圧縮機４２は、高速に回転されるとともに、リリーフバルブ４３によりほぼゼロに設定されているために圧縮機４２の駆動馬力も非常に小さく、エンジン１の出力は全出力が圧縮機４２に伝達され、圧縮機４２は急激に回転速度を上昇する。
【００３１】
次に、エンジン回転速度センサー６５からの信号、あるいは、アクセル位置センサー６３ａからの踏み込み量の信号によりオペレータが、「アクセルを踏み込み」、車両を発進加速させようとしていると感知すれば、制御装置６０からリリーフバルブ４３に指令を出力してリリーフバルブ４３を閉じて過給圧力を所定値に設定する。また同時にブレーキ３６を解除する指令を出す。これにより、エンジン１に多量の空気が供給できてエンジン１の出力は急激に上昇し、タイムラグの少ない加速が得られて車両は発進する。
【００３２】
車両が発進し、次第に高速走行に移り、シフトレバーが前進１速から２速、３速と変わるにつれ、タイヤ３５の負荷が低速高負荷から高速低負荷にかわる。差動遊星歯車装置１０を有しているので、これに伴い機械式過給機４２の負荷も高負荷から低負荷にかわり、無駄な機械損失を発生させず経済的な走行が可能となる。
このように、エンジン１の出力は停止、信号待ち状態では全出力が圧縮機４２に伝達され供給過給圧が高められた後に、アクセルの踏み込みと同時にブレーキが解除されて車両としてするどい加速力を得るとともに、増速後は機械式過給機の負荷を下げて、経済的な走行をさせる。
【００３３】
上記の結果は図２で縦軸に車速を、横軸に変速位置を表し、従来と本発明との関係を比較すると、本発明は実線（Ｍ）のごとく、従来品の一点鎖線（Ｎ）より、立ち上がりが早くなる。以上第１実施例における各部の作動の関係は図３にて表にして説明して見た。また加速時のタイムチャート図を図４に減速時のタイムチャート図を図５に示す。
なお、上記実施例において、リリーフバルブ４３を開放して低圧にしたが、そのままにしておき、圧縮機４２の過給圧を高めたままにしても良い。
【００３４】
次に、車両の定速走行時から減速する場合（以下、減速走行という。）について説明する。オペレータがシフトレバー６１を前進３速から２速に入れるとともに、アクセルペタル６３から足を離して減速しようとする。
前進３速から２速へのシフト位置センサー６１ａからの検出信号、およびアクセル位置センサー６３ａからのアクセルオフの検出信号を受け、制御装置６０は駆動力伝達系２０の中の図示しない前進３速のギヤ系列から前進２速のギヤ系列にきりかえるとともにクラッチ２１を接合し、またロックアップクラッチＬとも接合させる。
【００３５】
これにより、タイヤからのトルクは、駆動力伝達系２０、クラッチ２１を経て、リングギヤ１４に入る。このときロックアップクラッチＬが接合されているため、リングギヤ１４とプラネットキャリア１３とサンギヤ１１はロックされ全てが同じ回転数にてまわされる。このとき１つのトルクはロックアップクラッチＬ、出力軸１ａからエンジン１に到達してエンジン１に逆駆動力を与える、即ち、エンジンブレーキがかかる状態となる。このとき、他の一つとのトルクは、プラネットキャリア１３、プラネットギャー１２、サンギャー１１、およびギャー１１ａを経て、圧縮機４２を駆動する。この圧縮機４２の駆動トルクは車両を減速するトルクとなり、いわゆるエンジンブレーキが増した状態となる。従って、従来のエンジンのみのエンジンブレーキに比して、ブレーキの効きが増している。
【００３６】
次に、同じ図３の構造をとりながら、加速時の制御方法をかえた、第２実施例について説明する。
まず、車両の停止時から加速発進する場合、（以下ゼロ発進という）について説明する。オペレータがシフトレバー６１を前進１速に入れる。
シフト位置センサー６１ａから前進１速、およびアクセル位置センサー６３から、まだアクセルは踏み込まれていないという信号を受け制御装置６０は、「まだブレーキ３６は作動状態のまま」とし、かつ、「クラッチ２１はまだ切った状態のまま」という指令を出している。一方、ロックアップクラッチＬに対しては、これを接合するという指令を出す。
【００３７】
これにより、差動遊星歯車装置１０の中のリングギヤ１４とプラネットキャリア１３とサンギヤ１１はロックされ、全てが同じ回転数にまわされる。すなわち、機械式過給機４２はエンジンに対して直結駆動状態となって発進に備える。またリリーフバルブ４３にはこれを開放し、機械式過給機４２の駆動ロスを減速するよう指令する。次に、エンジン回転速度センサー６５からの信号、あるいはアクセル位置センサー６３ａからの踏み込み量の信号により、オペレータがアクセルを踏み込み、車両を発進加速させようとしていると感知すれば、制御装置から、リリーフバルブ４３に指令を出力してリリーフバルブ４３を閉じて、過給圧力を所定値に設定する。また同時にブレーキ３６を解除し、クラッチ２１を接合する指令を出す。これにより、エンジン１の出力は直結駆動された機械式過給機４２からのレスポンスのよい過給圧を得ながらスムーズに上昇し、タイムラグの少ない、力強い加速を得られて車両は発進する。
【００３８】
車両が発進し、次第に高速走行に移りシフトレバーが前進１速から２速にかわっていくところまでは、この直結状態の駆動方式を保持するが、３速に切り変わった時点で、シフト位置センサ６１ａからの信号を受けて、制御装置６０は、ロックアップクラッチＬに対して解除の指令を出す。ロックアップクラッチＬが解除されると、タイヤ３５の負荷が高速低負荷状態にあるので、これにつりあう形で、機械式過給機４２も低負荷運転にかわる。これにより無駄な機械損失を発生させず、経済的な走行が可能となる。
なお、定常走行や減速時の制御方法は第１実施例と同じである。
以上第２実施例における各部の作動の関係は図６にて、表にして説明して見た。また加速時のタイムチャート図を図７に示す。
【００３９】
図８は、本発明に係る第３実施例を示す車両用エンジンの過給装置の概念図である。なお、第１実施例と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。
第３実施例では、エンジンに空気を押し込む機械式過給機１４０およびターボ過給機１７０と、機械式過給機１４０とターボ過給機１７０との間に配設される給気回路開閉切換弁１８０と、エンジン１からの排気管１５０に配設されターボ過給機１７０への排気回路開閉切換弁１９０が配設されている。また、機械式過給機１４０は、駆動ギヤー４１と、リショルムコンプレッサ等の圧縮機４２と、過給圧力を調整するリリーフバルブ１４３とからなる。リリーフバルブ１４３は後述する制御装置１６０からの信号を受けてセット圧力を調整している。
【００４０】
ターボ過給機１７０は、エンジン１からの排気ガスにより駆動される排気タービン１７１と、排気タービン１７１により駆動されるコンプレッサ１７２と、からなる。
給気回路開閉切換弁１８０は、後述する制御装置１６０からの信号を受けて、エンジン１への給気を機械式過給機１４０から、あるいは、ターボ過給機１７０からの切替えをおこなっている。
排気回路開閉切換弁１９０は、エンジン１からの排気がターボ過給機１７０へ流れるか、そのまま排気されるかの切替えをおこなっている。
制御装置１６０はコンピュータ等からなり、第１実施例の外に、機械式過給機１４０によるエンジン１への給気のセット圧力を調整するリリーフバルブ１４３への指令と、給気回路開閉切換弁１８０および排気回路開閉切換弁１９０への切替えの指令を行っている。 なお、クラッチペダルは存在せず、クラッチ２１の作動は全て、制御装置１６０からの指令信号に基づき人力ではなく、機械的に行われる。
【００４１】
上記構成において、次に作動について、図９、図１０および図１１により説明する。 図９では、縦軸に、始動時、発進時、加速時等車両の状態、およびその状態時の中立、１速等のシフトレバーの位置を表している。横軸には、アクセルペタルの踏み込みの有、クラッチの係合、あるいはロックアップクラッチＬの係合等の作動を、また、給気回路開閉切換弁１８０の位置、排気回路開閉切換弁１９０の位置を表示している。
図１０と図１１では、車両の速度と、シフトレバーの位置、クラッチの係合、ロックアップクラッチＬの係合、あるいは機械式過給機の回転速度等の作動のタイムチャートを表している。
【００４２】
まず、図８において、車両の始動時においては、シフトレバーの位置はパーキング（Ｐ）であり、アクセルペタルは踏み込まれておらず、ロックアップクラッチＬはＯＮの表示より係合を示し、給気回路開閉切換弁１８０の位置（Ｂ）より機械式過給機１４０が作動して供給している状態を示している。シフトレバーがニュートラルＮを経て、第１速に入れられると、ロックアップクラッチＬは解除され同時にリリーフバルブ１４３を開放して低圧にする。またクラッチ２１は接合されるが、ブレーキ３６がＯＮの状態であるので動力伝動部材２０の抵抗馬力よりも圧縮機４２の駆動馬力を小さくなるので、タイヤは回転せずエンジン１の出力は圧縮機４２に全て伝達される。圧縮機４２は数式１により増速されている。また、排気回路開閉切換弁１９０の位置（Ｃ）よりターボ過給機１７０は作動せずに排気ガスはそのまま大気に排出されている。
この状態は、図１０では、車両停止の位置で、車両がいつでも発進出来る状態（タイムチャートの（イ）の左側）を示している。このとき、第１実施例と同様に、機械式過給機１４０は差動遊星歯車装置１０の増速により高速に回転している。
【００４３】
次に、オペレータがアクセルを踏み込み車両を発進加速させようとしているということを、アクセル位置センサー６３ａからの踏み込み量の信号により感知すれば、制御装置１６０からリリーフバルブ１４３に指令を出してリリーフバルブ１４３を閉じて過給圧力を所定値に設定する。また同時にブレーキ３６を解除する指令を出す。これにより、エンジン１に多量の空気が供給出来て、エンジン１の出力は急激に上昇し、タイムラグの少ない加速が得られて車両は発進する。
【００４４】
車両が発進し、次第に高速走行に移りシフトレバーが前進１速から２速、３速とかわるにつれ、タイヤ３５の負荷が低速高負荷から、高速低負荷にかわる。差動遊星歯車装置１０を有しているので、これに伴い、機械過給機の負荷も高負荷から低負荷にかわる。シフトレバーが３速に入った時点で制御装置１６０から給気回路開閉切換弁１８０に指令が出て、弁をＢ位置からＡ位置にきりかえ、排気回路開閉切換弁１９０にも指令が出て弁をＣ位置からＤ位置にきりかえる。これにより、機械式過給機１４０が完全に停止するとともに、燃費の良いターボ過給機１７０に切り換えられる。
そして前進３速の定常走行時では、上記の燃費の良いターボ過給機１７０が作動して走行するために、燃費効率が向上する。
この状態は、図１０では、車両が３速の定常状態（タイムチャートの（ホ）の右側）を示している。
【００４５】
次に、車両が定速走行時から減速する場合（以下減速走行という。）について説明する。参考図として、図９および図１１を示す。
オペレータがシフトレバー６１を前進３速から２速に入れるとともにアクセルペダル６３から足をはなして減速しようとする。前進３速から２速へのシフト位置センサ６１ａからの信号、およびアクセル位置センサー６３ａからのアクセルオフの検出信号を受け、制御装置１６０は給気回路開閉切換弁１８０に指令を出し、弁をＡ位置からＢ位置にきりかえ、排気回路開閉切換弁１９０にも指令が出て、弁をＤ位置からＣ位置にきりかえる。これによりターボ過給機１７０が停止するとともに機械式過給機１４０に切り換えられる。また、このとき、制御装置１６０はロックアップクラッチＬに指令を出力して、差動制限部材１５と１６とを係合する。
【００４６】
これによりタイヤからのトルクは駆動力伝達系２０、クラッチ２１を経てリングギヤ１４に入る。このときロックアップクラッチＬが接合されているため、リングギヤ１４とプラネットキャリア１３とサンギヤ１１はロックされ全てが同じ回転数にて回される。このとき１つのトルクはロックアップクラッチＬ出力軸１ａからエンジン１に到達してエンジン１に逆駆動力を与える、即ち、エンジンブレーキがかかる状態となる。また他の一つとのトルクは、プラネットキャリア１３、プラネットギャー１２、サンギャー１１、およびギャー１１ａを経て、圧縮機４２を駆動する。この圧縮機４２の駆動トルクは車両を減速するトルクとなり、いわゆるエンジンブレーキが増した状態となる。
【００４７】
従って、従来のエンジンのみのエンジンブレーキに比して、圧縮機４２によるブレーキの効きが増している。このとき、圧縮機４２によるブレーキの効きを調整するために、制御装置６０からの信号によりリリーフバルブ４３のセット圧力を調整して圧縮機４２の駆動トルクを調整しても良い。
さらに、減速が行われシフトレバー６１において２速から１速を経て、車両速度が停止の状態に達すると、車両の停止を速度センサ６４の信号により感知して、制御装置１６０はロックアップクラッチＬに指令を出力して、差動制限部材１５と１６とを離脱する。
【００４８】
図１２から図１４は、本発明に係る他の構成を示す実施例である。なお、図においては制御装置の表示は省略してある。
図１２の第４実施例では、第１実施例の給気回路で機械式過給機の構成が変更され、第１実施例の機械式過給機４０が、駆動ギヤー４１と、リショルムコンプレッサ等の圧縮機４２と、圧縮機４２からの給気を制御する給気回路開閉切換弁２８０と、給気回路開閉切換弁２８０とエンジン１との間に配置されている逆止弁２９０とから構成されている。
【００４９】
上記において、前進１速、あるいは、加速時に給気回路開閉切換弁２８０をポート（Ｅ）に切り換えて、差動遊星歯車装置１０にて駆動される圧縮機４２によりエンジン１に給気し、エンジンの立ち上がりを早める。また、変速中立Ｎ時あるいは停止時には差動遊星歯車装置１０のロックアップクラッチＬを離脱して機械式過給機２４０を完全に停止して、機械式過給機２４０の機械損失を低くする。さらに、前進３速のような高速時には、給気回路開閉切換弁２８０をポート（Ｆ）に切り換えて、逆止弁２９０からエンジン１に給気する。このとき、高速時に差動遊星歯車装置１０のロックアップクラッチＬを離脱して機械式過給機２４０を完全に停止し、オーバ加給を防止する。また、減速時には、差動遊星歯車装置１０のロックアップクラッチＬを係合して機械式過給機２４０を用いて制動力を増加させる。
上記のような制御がコントローラからの指令により適宜選択することができる。
【００５０】
図１３の第５実施例では、第４実施例の給気回路の機械式過給機２４０が、駆動ギヤー４１と、リショルムコンプレッサ等の圧縮機４２と、圧縮機４２からの給気を制御する給気回路開閉切換弁２８０と、給気回路開閉切換弁２８０とエンジン１との間に配置されている逆止弁２９０と、過給圧力を調整するリリーフバルブ２４３と、から構成されている。
上記において、第４実施例に、停止時、あるいは、発進の低速時にリリーフバルブ２４３のセット圧力を低下して、圧縮機４２の駆動馬力を低減している。これにより、停止時の燃費の向上が図れる。また、このとき、発進の低速時にリリーフバルブ２４３のセット圧力を低くし、かつ、圧縮機４２を高速に増速しておいて、この状態から一気にリリーフバルブ２４３のセット圧力を高圧にして、瞬時に高い加給圧力をエンジンに送り込み、エンジン立ち上がりを早めて応答性をよくしても良い。
【００５１】
図１４の第６実施例では、第４実施例の給気回路に、さらに、ターボ加給機１７０が追加されている。ターボ加給機１７０からの給気管２７１は逆止弁２９０と、圧縮機４２とに接続されている。
上記において、前進１速、あるいは、加速時に給気回路開閉切換弁２８０をポート（Ｅ）に切り換えて、差動遊星歯車装置１０にて駆動される圧縮機４２とターボ加給機１７０によりエンジン１に給気し、エンジンの立ち上がりを早める。前進３速のような高速時には、給気回路開閉切換弁２８０をポート（Ｆ）に切り換えて、ターボ加給機１７０により逆止弁２９０からエンジン１に給気する。このとき、高速時に差動遊星歯車装置１０のロックアップクラッチＬを離脱して機械式過給機１４０を完全に停止し、オーバ加給を防止する。また、減速時には、差動遊星歯車装置１０のロックアップクラッチＬを係合して機械式過給機１４０を用いて制動力を増加させる。
上記のような制御がコントローラからの指令により適宜選択することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる車両用エンジンの過給装置およびその制御方法では、発進時、前進１速時の低速時には、差動遊星歯車装置を介して機械式過給機を駆動しするので、エンジン出力の立ち上がりが急激となり車両の応答性が向上する。発進し高速定速走行に移行するまでの間には、差動遊星機構の特性により、エンジンの負荷に合った機械式過給機の回転速度が得られ、小型のエンジンでも機械式過給機の特性である応答性がよく、また、動力損失の少ない、高出力のエンジン出力を得ることができる。さらに、高速定速走行に移行すると、機械式過給機からターボ過給機に切り換えることにより無駄な過給を行うことがなくなりエンジンの総合効率が向上する。さらに、停止状態では機械式過給機からの過給圧力を低圧にすることにより、動力損失が少なくなり、燃費を向上できる。減速時には、差動制限手段を接合することにより、車両のタイヤからの強制回転トルクを、エンジンと機械式過給機の両方で分担して受け持つのでブレーキ制動力を向上できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施例を示す車両用エンジンの過給装置の概念図である。
【図２】本発明に係る車両用エンジンの過給装置と従来の過給装置とのエンジン出力の立ち上がりを示す図である。
【図３】本発明に係る第１実施例を示す車両用エンジンの過給装置と車速、シフトレバー位置等の作動を説明する図である。
【図４】本発明に係る第１実施例を示す車両用エンジンの過給装置と車速、シフトレバー位置等の増速時のタイムチャート図である。
【図５】本発明に係る第１実施例を示す車両用エンジンの過給装置と車速、シフトレバー位置等の減速時のタイムチャート図である。
【図６】本発明に係る第２実施例を示す車両用エンジンの過給装置と車速、シフトレバー位置等の作動を説明する図である。
【図７】本発明に係る第２実施例を示す車両用エンジンの過給装置と車速、シフトレバー位置等の増速時のタイムチャート図である。
【図８】本発明に係る第３実施例を示す車両用エンジンの過給装置の概念図である。
【図９】車両用エンジンの過給装置と車速、シフトレバー位置等の作動を説明する図である。
【図１０】本発明に係る第３実施例を示す車両用エンジンの過給装置と車速、シフトレバー位置等の増速時のタイムチャート図である。
【図１１】本発明に係る第３実施例を示す車両用エンジンの過給装置と車速、シフトレバー位置等の増速時のタイムチャート図である。
【図１２】本発明に係る第４実施例を示す車両用エンジンの過給装置の概念図である。
【図１３】本発明に係る第５実施例を示す車両用エンジンの過給装置の概念図である。
【図１４】本発明に係る第６実施例を示す車両用エンジンの過給装置の概念図である。
【図１５】従来のエンジントルクと車両走行負荷のマッチング特性図
【図１６】本発明のエンジントルクと車両走行負荷のマッチング特性図
【符号の説明】
１ エンジン
１０ 差動遊星歯車装置、 １５、１６ 差動制限部材、
２０ 動力伝動部材
４０、１４０、２４０、３４０ 機械式過給機、 ４２ 圧縮機、
４３、１４３、２４３ リリーフバルブ、
５０ 排気管、
６０、１６０ 制御装置、
１７０ ターボ過給機、 １７１ 排気タービン、 １７２ コンプレッサ、
１８０ 給気回路開閉切換弁、
１９０ 排気回路開閉切換弁、
Ｌ ロックアップクラッチ、

Claims (15)

  1. 機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機を搭載した車両用エンジンにおいて、エンジンに連結され、かつ、動力を機械式過給機用および車両走行用に分配する差動制限手段を有する差動遊星歯車装置と、差動遊星歯車装置を介して駆動される機械式過給機と、からなることを特徴とする車両用エンジンの過給装置。
  2. エンジンの出力を制御するアクセル装置に付設されたアクセル位置検出センサあるいはエンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出センサと、車両の速度を選択するシフトレバーに付設されたシフト位置検出センサと、アクセル位置検出センサあるいはエンジン回転速度検出センサ、およびシフト位置検出センサからの信号により差動遊星歯車装置の差動制限手段の制御を行う制御手段と、からなる請求項１記載の車両用エンジンの過給装置。
  3. 差動遊星歯車装置の差動制限手段の制御が車両速度検出センサからの車両速度の信号を含めた制御手段による請求項１あるいは請求項２記載の車両用エンジンの過給装置。
  4. 機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機を搭載した車両用エンジンにおいて、エンジンに連結され、かつ、動力を機械式過給機用および車両走行用に分配する差動制限手段を有する差動遊星歯車装置と、差動遊星歯車装置を介して駆動される機械式過給機と、エンジンからの排気ガスにより駆動されるターボ過給機と、機械式過給機とターボ過給機との間に配設される給気回路開閉切換弁と、からなることを特徴とする車両用エンジンの過給装置。
  5. エンジンからターボ過給機への排気ガス回路に排気回路開閉切換弁が配設される請求項４記載の車両用エンジンの過給装置。
  6. エンジンの出力を制御するアクセル装置に付設されたアクセル位置検出センサあるいはエンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出センサと、車両の速度を選択するシフトレバーに付設されたシフト位置検出センサと、アクセル位置検出センサあるいはエンジン回転速度検出センサ、およびシフト位置検出センサからの信号により、少なくとも差動遊星歯車装置の差動制限手段と給気回路開閉切換弁、あるいは排気回路開閉切換弁も含めて制御を行う制御手段と、からなる請求項４あるいは５記載の車両用エンジンの過給装置。
  7. 差動遊星歯車装置の差動制限手段あるいは給気回路開閉切換弁の制御が車両速度検出センサからの車両速度の信号を含めた制御手段による請求項４、請求項５あるいは請求項６記載の車両用エンジンの過給装置。
  8. 機械式過給機の給気回路に過給圧力を調整するリリーフバルブを配設する請求項１あるいは請求項４記載の車両用エンジンの過給装置。
  9. 過給圧力を調整するリリーフバルブの制御が少なくとも、車両速度検出センサ、エンジン回転速度検出センサ、あるいは、シフト位置検出センサからのいずれかの信号を受けた制御手段による請求項８記載の車両用エンジンの過給装置。
  10. 機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機、もしくは、機械式過給機およびターボ過給機により、エンジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が停止から発進で加速状態にあるときには、差動遊星歯車装置の差動制限手段を接合して、エンジン回転と機械式過給機を直結駆動として車両を発進加速させることを特徴とする車両用エンジンの過給装置の制御方法。
  11. 機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機、もしくは、機械式過給機およびターボ過給機によりエンジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が高速度所定走行からの減速時に、車両が減速状態にある時には差動遊星歯車装置の差動制限手段を接合してエンジン出力を機械式過給機および走行用に分配し、機械式過給機にブレーキ作用を与えて車両の制動動力を増加することを特徴とする車両用エンジンの過給装置の制御方法。
  12. 機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機およびターボ過給機によりエンジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が増速から高速所定速度移行時で、車両が増速を終了し所定速度になった時に、機械式過給機の動力損失を低減するために差動遊星歯車装置の差動制限手段を離脱するとともに、給気回路開閉切換弁を切り換えてエンジンへの空気の供給を機械式過給機、または、機械式過給機とターボ過給機からターボ過給機のみに変更することを特徴とする車両用エンジンの過給装置の制御方法。
  13. 機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機およびエンジンからの排気ガスにより駆動されるターボ過給機によりエンジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が停止から発進のときには車両の駆動力伝達系にブレーキをかけてエンジンの出力を差動遊星歯車装置により増速して機械式過給機に出力するとともに、排気回路開閉切換弁を切り換えてエンジンからの排気をそのまま大気に放出し、車両が増速から高速所定速度移行時で、車両が増速し所定速度になった時に、機械式過給機の動力損失を低減するために差動遊星歯車装置の差動制限手段を離脱するとともに、給気回路開閉切換弁および排気回路開閉切換弁を切り換えて、エンジンへの空気の供給を機械式過給機からターボ過給機に、かつ、エンジンからの排気をターボ過給機に供給することを特徴とする車両用エンジンの過給装置の制御方法。
  14. 機械的手段によりエンジンの出力で駆動される機械式過給機およびエンジンからの排気ガスにより駆動されるターボ過給機によりエンジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が高速所定速度から減速移行時で、車両が高速所定速度から減速状態にある時に、給気回路開閉切換弁を切り換えて、エンジンへの空気の供給をターボ過給機から機械式過給機に変換するとともに、機械式過給機の給気回路を絞ることで、機械式過給機の駆動損失を増大させ、ブレーキ作用を与えて車両の制動動力を増加することを特徴とする車両用エンジンの過給装置の制御方法。
  15. シフト位置が中立で、かつ、車両が停止のときには、機械式過給機の動力損失を低減するために機械式過給機からエンジンへの空気の過給圧力を低圧にする請求項１０あるいは請求項１３記載の車両用エンジンの過給装置。
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