JPH01219318A - Ｖ型エンジンの交流機付きターボチャージャ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、自動車等のエネルギー回収装置を備えたＶ
型エンジンの交流機付きターボチャージャ装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、低速から高速までの広い領域にわたって適量且つ
十分な吸気過給を可能にする内燃機関のターボチャージ
中は、例えば、特開昭６０−１９５３２９号公報に開示
されている。この内燃機関のターボチャージャについて
は、内燃機関の排気ポートに連通ずる排気マニホルドに
ターボチャージャのタービンのスクロールが連通し、内
燃機関の本体に設けた燃料噴射ポンプに燃料噴射量部ち
負荷の大きさを検出する負荷センサーが設けられたもの
であり、特に、内燃機関の排気ガスのエネルギーによっ
て駆動されるタービンと、該タービンの駆動によってシ
リンダ内に吸気過給するコンプレツサとから成り、前記
タービンによって駆動される交流機である電動・発電機
を有し、前記電動・発電機は内燃機関の運転状態に応じ
て電動機又は発電機として作動されるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のような従来の内燃機関のターボチ
ャージャについては、内燃機関の排気ポートに連通する
排気マニホルドにターボチャージャのタービンのスクロ
ールが連通したものであるが、例えば、エンジンの低負
荷時又はアイドリング時の排気ガス流量が少な（なる場
合におけるジェネレータの発電能力を発揮させるという
ものではない。

また、■型エンジンにおいて、ターボチャージャを左右
列のバンクにそれぞれ有している場合には、エンジンの
低負荷時又はアイドリング時のような排気ガスが少ない
場合には、エネルギー回収装置によって十分な出力を得
るということができないものであり、例えば、−列に配
置した４気筒又は６気筒のエンジンと比較して、配列上
、同様な制御を行うことができず、■型エンジンの低負
荷時又はアイドリング時のような排気ガスが少ない場合
に、いかにすればエネルギー回収装置によって十分な出
力を得ることができるかの課題があった。

この発明の目的は、上記の課題を解決し、■型エンジン
においてエンジンの低負荷時又はアイドリング時の排気
ガス流量が少なくなった場合にも、交流機を備えたター
ボチャージャに、各バンクの気筒からの排気及び排出空
気を送込み、該ターボチャージャの発電能力を増加させ
ることができるＶ型エンジンの交流機付きターボチャー
ジャ装置を堤供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記の課題を解決し、上記目的を達成する
ために、次のように構成されている。即ち、この発明は
、一方のバンクの排気管に閉鎖弁を設け且つ該排気管の
下流にターボチャージャ又は交流機付きターボチャージ
ャを配置し、他方のバンクの排気管に交流機付きターボ
チャージャを配置し、前記閉鎖弁の上流部位の前記排気
管を他方のバンクの前記排気管に開閉弁を組込んだバイ
パス管によって連通可能に構成したことを特徴とするＶ
型エンジンの交流機付きターボチャージャ装置に関する
。

〔作用〕

この発明は、以上のように構成されており、次のように
作用する。即ち、この発明による■型エンジンの交流機
付きターボチャージャ装置は、−方のバンクの排気管に
閉鎖弁を設け且つ該排気管の下流にターボチャージ中又
は交流機付きターボチャージ中を配置し、他方のバンク
の排気管に交流機付きターボチャージャを配置し、前記
閉鎖弁の上流部位の前記排気管を他方のバンクの排気管
に開閉弁付きバイパス管によって連通可能に構成したの
で、エンジンの低負荷時又はアイドリング時に、一方の
前記ターボチャージャについて吸気はターボチャージャ
のコンプレッサ仕事を必要としないから、一方の前記排
気管を前記閉鎖弁で閉鎖し且つバイパス管の前記開閉弁
を開放して、コンプレッサとして作動する気筒からの排
出気体（即ち、燃焼していない吸気と同じ気体）を、他
方の排気管に設けた交流機を持つターボチャージ中のタ
ービンに送り込んで該タービンを回転させる気体を増加
させ、交流機付きターボチャージャの発電能力を増加さ
せる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明によるＶ型エンジンの
交流機付きターボチャージャ装置の一実施例を詳述する
。

第１図は、この発明によるＶ型エンジンの交流機付きタ
ーボチャージャ装置の一実施例を示す概略断面図である
。第１図において、この発明を適用した■型エンジンが
符号１０によって全体的に示されている。該■型エンジ
ンｌＯには、一方のバンク２の下流に交流機２３（第２
図参照）を備えたターボチャージャ２０と、他方のバン
ク３の下流に交流機を備えていないターボチャージ中３
０が設けられている。別の実施例として、両バンク２．
３の気筒の下流に交流機２３付きのターボチャージャを
配置してもよいことは勿論である。

この発明による■型エンジンの交流機付きターボチャー
ジャ装置が適用された■型エンジン１０については、該
Ｖ型エンジン１０の右列バンク２（第１図では右側）に
交流機２３付きターボチャージャ２０を配置し、また、
左列バンク３（第１図では左側）にタービン３４の入口
側、例えば、排気管５（或いは排気管の一部であるター
ビンスクロール３８）に閉鎖弁４を備えたターボチャ−
ジャ３０を配置している。ここでは、この■型エンジン
１０は、例えば、右列バンク２に３気筒及び左列バンク
３に３気筒を備えている６気筒■型エンジンであるもの
とする。更に、■型エンジン１０において、左右列のバ
ンク２．３の気筒の下流に位置する排気マニホルドを含
む排気管５を開閉弁１４を組込んだバイパス管１５によ
って連通可能に構成したものである。即ち、Ｖ型エンジ
ン１０の一方のバンク３の気筒の下流の排気管５に設け
た閉鎖弁４の上流部位にバイパス管１５を分岐し、該バ
イパス管１５を他方のバンク２の気筒の下流の排気管５
に接続し、このバイパス管１５の途中に開閉弁１４を組
込んでいる。この開閉弁１４の開閉作動は、排気管５に
設けた閉鎖弁４の開閉作動に応答するように構成されて
いる。即ち、一方の排気管５に設置された閉鎖弁４が開
放状態である時には、バイパス管１５に設置された開閉
弁１４は閉鎖状態になり、また、閉鎖弁４が閉鎖状態で
ある時には、開閉弁１４は開放状態になるようにコント
ローラによって制御するように構成されている。

コントローラによる制御については、例えば、アクセル
センサーによってアクセルの踏込み量を検出し、該検出
値によってエンジンの低負荷状態又はアイドリング状態
を検出し、これらの状態を該アクセルセンサーが検出し
た場合に、該信号に応答して、閉鎖弁４を閉鎖し且つ開
閉弁１４を開放するように設定しである。しかるに、エ
ンジンの低負荷時又はアイドリング時には、一方のター
ボチャージャ３０については吸気はターボチャー　　・
ジャ３０のコンプレッサ仕事を必要としない。そこで、
一方のバンク３の気筒をコンプレッサとして作動し、他
方のバンク２の気筒のみをエンジンとして作動すると共
に、一方の排気管５を閉鎖弁４で閉鎖し且つバイパス管
１５の開閉弁１４を開放して、コンプレッサとして作動
する該気筒からの排出気体（ｉｌｌち、燃焼していない
吸気と同じ気体）を、他方の排気管５に設けた交流機２
３を持つターボチャージャ２０のタービン２４に送り込
み、エンジンとして作動する気筒からの排気ガスに上記
排出気体を加え、タービン２４を回転させる気体を増加
させ、それによって、該タービン２４を回転させるよう
に制御する。従って、交流機付きターボチャージ中２０
の発電能力は、従来大気に放出していた上記排出気体分
だけ増加させることができるようになる。

この発明が適用された■型エンジン１０は、冷却エンジ
ン及び断熱エンジンに適用できるが、特に、断熱エンジ
ンｌについては、燃焼室１３を構成するシリンダヘッド
１２のシリンダヘッド下面及びシリンダライナ上部を窒
化珪素、炭化珪素等のセラミック材料で形成すると共に
、シリンダヘッド１２との間にチタン酸カリウムウィス
カー、アルミナファイバ等のセラミック材料、カーボン
等から成る断熱材を介在させて断熱構造に構成している
。更に、シリンダボディ７には同様に窒化珪素等から成
るセラミック材料製のシリンダライナ８を嵌合している
。また、ピストン９については、断熱構造に構成したも
のＴあり、ピストンヘッドを窒化珪素、炭化珪素等のセ
ラミック材料で構成してセラミック材料、カーボン等か
ら成る断熱材を介してピストンスカートに固定している
。

ピストンヘッドの形状については、ピストンヘッド自体
に燃焼室を形成してもよく、又はピストンヘッドをセラ
ミック材料から成る薄型円板によって構成することもで
きる。また、断熱エンジン１の各シリンダヘッド１２に
は、各排気ポート６を介して排気マニホルドを含む排気
管５、次いで交流機付きターボチャージャ２０のタービ
ンスクロール２８、及びターボチャージャ３０のタービ
ンスクロール３８に連通している。排気ポート６を構成
する排気ポートライナは、セラミック材料、断熱材等に
よって断熱構造に構成することができる。また、排気ポ
ート６には、同様にセラミック部材、断熱材等によって
断熱構造に構成した排気マニホルドである排気管５が接
続されている。更に、排気マニホルドである排気管５に
は、同様にセラミック部材、断熱材等によって断熱構造
に構成したタービンスクロール２８．３８が接続されて
いる。そして、排気管５からの排気ガスは、り−ビンス
クロール２８．３８を通じて交流機付きターボチャージ
中２０のタービン２４、及びターボチャージャ３０のタ
ービン３４に送込まれるように構成されている。タービ
ン２４．３４には、同様にセラミック部材、断熱材等に
よって断熱構造に構成した排気パイプ１９．３３が接続
されている。

第１図において、符号４１は電動機を示し、該電動機４
１はクランク軸４０に取付けられた減速歯車４２に伝動
連結されている。また、符号４３はインバータ等を含む
コントローラを示し、該コントローラ４３はターボチャ
ージャ２０の交流機２３から発生した電気出力を周波数
変換して軸出力とするための機能を果たすものである。

次に、交流機付きターボチャージ中２０については、エ
ネルギー回収装置として機能できる交流機２３を備えた
ターボチャージ中から成り、ここでは、第２図に示すよ
うに、断熱エンジン１の排気ガスによって駆動されるタ
ービン２４、タービン２４の駆動によって過給するコン
プレッサ２２、及びタービン２４によって駆動される永
久磁石等から成る交流機２３から構成され、断熱エンジ
ン１に吸気を送り込むターボチャージャの機能と排気エ
ネルギーを回収し又は負荷に作用できる発電・電動機の
８１能を有するものである。この交流機付きターボチャ
ージ中２０は、軸受２５を介してハウジング２１に回転
可能に支持されたシャフト２６の一端にタービン２４を
他端にコンプレッサ２２を取付け、軸受２５とコンプレ
フサ２２との間に交流機２３を配置したものであり、断
熱エンジン１の排気ガスの排気エネルギーによって断熱
エンジン１に吸気を送り込むと共に、交流機２３によっ
て排気エネルギーを電気エネルギーとして回収するもの
である。タービン２４のタービンブレード２７はタービ
ンスクロール２８に送込まれる排気ガスの流れ即ち排気
ガスエネルギーを受けて回転し、排気ガスは矢印Ｃの方
向に流れる。また、吸気は、矢印Ａで示すように、吸気
管等から交流機付きターボチャージ中２０のコンプレフ
サ２２に導入され、該コンプレッサ２２から送り込まれ
る吸気は、更に矢印Ａで示すように、空気通路２９を通
じて断熱エンジン１の吸気マニホルド１１に送込む作用
を果たす、また、交流機２３については、前掲特開昭６
０−１９５３２９号公報等に開示された内燃機関のター
ボチャージ中と同様に、電動・発電機として作用できる
ものである。

この交流機２３は、ハウジング２１内を貫通するシャフ
ト２６の中央部に配置された軸方向に伸長する永久磁石
である磁石ロータ、ステータコイル等から成る。シャフ
ト２６はハウジング２１に固定された一対の軸受２５に
回転自在に支持されている。軸受２５の配置位置はター
ビン２４と交流機２３との間で一対で支持する構造に構
成できることは勿論である。交流機２３は、タービン２
４によって駆動され、ステータコイルに電流を誘起し、
この電流を電源側に戻す機能を果たすものであり、即ち
回生電流をバッテリに充電したり又は負荷として利用で
きるものである。

また、ターボチャージ中３０は、ここでは、第３図に示
すように、タービン３４及びコンプレッサ３２から成り
、軸受３５を介してハウジング３１に回転可能に支持さ
れたシャフト３６の一端にタービン３４を取付は且つ他
端にコンプレッサ３２を取付けたものであり、断熱エン
ジンｌの排気ガスの排気エネルギーによって断熱エンジ
ンｌに吸気を多量に送り込むものである。タービン３４
のタービンブレード３７はタービンスクロール３８に送
込まれる排気ガスの流れ即ち排気ガスエネルギーを受け
て回転し、排気ガスは矢印Ｃの方向に流れる。また、吸
気は、矢印Ａで示すように、吸気管等からターボチャー
ジ中３０のコンプレッサ３２に導入され、該コンプレッ
サ３２から送り込まれる吸気は、更に矢印Ａで示すよう
に、空気通路３９を通じて断熱エンジン１の吸気マニホ
ルド１１に送込む作用を果たす。

この発明による■型エンジンの交流機付きターボチャー
ジ中装置におけるＶ型エンジン１ｏについては、以上の
ように構成した断熱エンジン１、交流機付きターボチャ
ージャ２０及びターボチャージ＋３０から成り、特に、
次の点に特徴を有している。即ち、この発明によるＶ型
エンジンの交流機付きターボチャージャ装置は、Ｖ型エ
ンジン１０の低負荷時又はアイドリング時には、一方の
バンク３の気筒をコンプレッサとして作動するため、該
バンク３の各気筒への燃料即ちガソリンの供給を停止し
、点火プラグの点火作動を停止した状態で、該気筒に吸
気管１１がら空気のみを送り込むようにする。これによ
り、各気筒は吸気管１１からの空気をそのままの状態で
排出気体として排気管５に送り出し、各気筒はコンプレ
ッサとして機能することになる。勿論、エンジンの低負
荷状態、又はアイドリング状態は、種々のセンサーに　
よって検出することができるものであり、例えば、上記
のように、エンジンの負荷状態はアクセルペダルの踏込
み量をアクセルセンサーで検出することができ、エンジ
ンのアイドリング状態はアクセルペダルを踏込んでいな
い状態で検出できるものである。また、他方のバンク２
の気筒は、通常どおりにエンジンとして作動させる。

■型エンジン１０の両バンク２．３の気筒を上記のよう
に作動させる場合には、排気管５（又はタービンスクロ
ール３８）に設置した閉鎖弁４を閉鎖してターボチャー
ジャ３０のタービン３４に入り込む排出気体を遮断し、
バイパス管１５に設置した開閉弁１４を開放して左右列
のバンク２゜３の排気管５を連通状態にし、一方のバン
ク３（図では左側）の排気マニホルドの排気管５を通る
排出気体（言い換えれば、吸気管１１から各気筒を経て
排出される気体で、空気そのもの）を全て他方のバンク
２（図では右側）の排気マニホルドの排気管５に集めて
交流機２３を備えたターボチャージ中２０のタービン２
４に送り込むようにする。即ち、Ｖ型エンジン１００両
バンク２，３の各気筒からの排出気体を交流機２３を備
えたターボチャージ中２０に送り込むことができる。言
い換えれば、交流機２３を備えたターボチャージ＋２０
のタービン２４には、コンプレッサとして機能するバン
ク３の気筒からの吐き出し気体が、排気管５及びバイパ
ス管１５を通って他方のバンク２の排気管５に送り込ま
れるので、タービン２４に送り込まれる気体はその分だ
け多くなり、タービンブレード２７は回転数が上昇し、
回転力を上昇させることができる。従って、Ｖ型エンジ
ン１０の低負荷時又はアイドリング時に、ターボチャー
ジ中２０における交流１１２３による発電能力を、コン
プレッサとして機能するバンク３の気筒から排出される
気体骨だけ増加させることができる。

〔発明の効果〕

この発明による■型エンジンの交流機付きターボチャー
ジャ装置は、以上のように構成されているので、次のよ
うな特有の効果を奏する。即ち、このＶ型エンジンの交
流機付きターボチャージャ装置は、一方のバンクの排気
管に閉鎖弁を設け且つ該排気管の下流にターボチャージ
中又は交流機付きターボチャージ中を配置し、他方のバ
ンクの排気管に交流機付きターボチャージャを配置し、
前記閉鎖弁の上流部位の前記排気管を他方のバンクの排
気管に開閉弁付きバイパス管によって連通可能に構成し
たので、エンジンの低負荷時又はアイドリング時に、一
方の前記ターボチャージ中について吸気はターボチャー
ジャのコンプレッサ仕事を必要としないから、一方の前
記排気管を前記閉鎖弁で閉鎖し且つバイパス管の前記開
閉弁を開放して、コンプレッサとして作動する気筒から
の排出気体（即ち、燃焼していない吸気と同じ気体）を
、他方の排気管に設けた交流機を持つターボチャージ中
のタービンに送り込んで該タービンを回転させる気体を
増加させることができ、交流機付きターボチャージャの
発電能力を増加させることができる。従って、Ｖ型エン
ジンの低負荷時又はアイドリング時のような排気ガスの
少ない状態の時でも該排気ガスを一方に集め、前記ター
ボチャージャに設けた前記交流機の出力を増加させるこ
とができる。言い換えれば、前記ターボチャージ中に設
けた交流機の発電性能を十分に発揮させることができる
。なお、前記■型エンジンにおいて、前記ターボチャー
ジャ及び前記交流機付きターボチャージャを左右列のバ
ンク側面に配置すると、スペースを有効に利用すること
ができ、前記■型エンジンそのものをコンパクトに構成
することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるＶ型エンジンの交流機付きター
ボチャージャ装置の一実施例を示す概略断面図、第２図
は第１図の■型エンジンに設けた交流機付きターボチャ
ージ中を示す概略図、及び第３図は第１図の■型エンジ
ンに設けたターボチャージャを示す概略図である。 １−一一一一・−断熱エンジン、２，３−・−・・・ｖ
型エンジンの左右列のバンク、４−・−−−−一閉鎖弁
、５−・−・−・−排気管、１０・・・・・・・Ｖ型エ
ンジン、１４・−・・−ＩＪ開閉弁１５−・−バイパス
管、２０−・・・・・−交流機付きターボチャージャ、
２４．３４・−・・−タービン、２８．３８−・・・・
−タービンスクロール、３０−・・−・−・ターボチャ
ージャ。 出願人　　いすｙ自動車株式会社 代理人　　弁理士　尾　仲　−宗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一方のバンクの排気管に閉鎖弁を設け且つ該排気管の下
   流にターボチャージャ又は交流機付きターボチャージャ
   を配置し、他方のバンクの排気管に交流機付きターボチ
   ャージャを配置し、前記閉鎖弁の上流部位の前記排気管
   を他方のバンクの前記排気管に開閉弁を組込んだバイパ
   ス管によって連通可能に構成したことを特徴とするＶ型
   エンジンの交流機付きターボチャージャ装置。