JPH02140425A - 過給機付き内燃機関の給気制御装置 - 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） 本発明は、所謂ハイブリッド型の機械式過給機と排気タ
ーボ過給機を併用する内燃機関に関するものである。

（従来技術及びその問題点） 従来から周知のように、スーパーチャージャと称呼され
る機械式過給機は低速域での過給能力が高く、排気ター
ボ過給機は高速域での過給能力が高い。

内燃機関をスクリュー駆動用の舶用主機として使用する
場合には、港湾内での低速航行及び前進、後進の切換え
の頻度等の面から前述の両過給機を併用することが有効
である。

この種の併用機関の分野では、機械式過給機の作動を電
磁クラッチで制御するようにした先行技術が例えば特開
昭８１−１４９５２１号で既に知られている。

しかしながら、機械式過給機の作動、停止に応じて給気
通路と給気圧を制御する制御弁としては、従来から貫通
軸型または片持ち軸型のバタフライ弁が知られている。

しかし、バタフライ弁の開閉用にモータ、ソレノイド等
のアクチュエーターが必要であったり、シール性の面で
不十分である。

（発明の目的） 本発明は、所謂ノ１イブリッド過給機関において、機械
式過給機の作動、停止に応じて給気通路切換えと必要に
応じて給気圧を制御する過給機付き内燃機関の給気制御
装置を提供することを目的としている。

（発明の構成） （１）技術的手段 本発明は、内燃機関の排気系と給気系の間に排気ターボ
過給機を設け、排気ターボ過給機のブロワに一端が接続
し、他端が大気に開口した給気通路の途中に機械式過給
機を設けた過給機付き内燃機関において、給気通路に機
械式過給機をパイ、（スするバイパス通路を設け、この
バイパス通路の途中に逆ｌＬ、弁とリリーフ弁を一体化
した制御弁を介装し、この制御弁の本体をその両端が前
記バイパス通路の途中に直列に連結した略筒状に形成し
、本体の内面に環状の弁座を形成し、機械式過給機の給
気圧で弁座に圧接する逆止弁を本体の内部で本体の軸方
向に摺動自在に設け、逆止弁の肉厚内にバイパス通路上
流側と下流側を連通ずる内部通路を形成し、この内部通
路を開閉制御する給気圧制御用のリリーフ弁を前記逆止
弁に本体の軸方向に摺動自在に設け、リリーフ弁を開弁
する向きに働くバイパス通路下流側の給気圧に抗してリ
リーフ弁を閉弁方向に付勢するばね部材をリリーフ弁と
逆止弁の間に設けたことを特徴とする過給機付き内燃機
関の給気制御装置である。

（２）作用 機械式過給機の停止時には逆ＩＬ弁が開弁して機械式過
給機をバイパスするバイパス通路を形成し、大気はバイ
パス通路を通じて排気ターボ過給機のブロワに供給され
る。

機械式過給機の作動時に上記逆止弁は閉弁して過給空気
の後流を防止し、過給圧が上昇し過ぎる場合には、リリ
ーフ弁が給気通路の圧力で開弁じて過給圧を下げる。

（実施例） （１）第１実施例 本発明を舶用ディーゼル機関、特に船舶のスクリュー駆
動用の舶用主機に採用した場合を示す第１図で、１０は
ディーゼル機関本体である。機関本体１０の排気系１１
と給気系１２の間には排気ターボ過給機１３が設けられ
ている。排気ターボ過給機１３のタービン１４には排気
管１５が接続している。ブロワ１６には給気管１７が接
続し、給気管１７の途中にはインタークーラ１８を介装
しである。

ブロワ１６には給気通路２０の一端が接続し、給気通路
２０の他端は大気に開口している。給気通路２０の途中
にはルーツ型の機械式過給機２１（スーパーチャージャ
）を設けである。機械式過給機２１は例えばベルト２２
（動力伝達機構）等で機関本体１０の出力軸２３から動
力を取り出すようになっている。出力軸２３側のプーリ
ー２４には電磁クラッチ２５を介装しである。したがっ
て、電磁クラッチ２５を切断した時にはベルト２２は回
転せず、ベルト２２の寿命を延ばすようになっている。

ベルト２２に他にはギヤトレイン、チェーン等を採用す
ることもできる。

給気通路２０には機械式過給機２１をバイパスするバイ
パス通路２６を接続してあり、バイパス通路２６の途中
には制御弁２７を介装しである。

制御弁２７は逆止弁２８とリリーフ弁２９を一体化した
構造になっている。機械式過給機２１が停止している時
には逆止弁２８が開弁して、機械式過給機２をバイパス
するバイパス通路２６を通じてブロワ１６へ大気を供給
し、機械式過給機２】が作動している時には、逆止弁２
８は閉弁し、また機械式過給機２１の過給給気量が多す
ぎる時にはリリーフ弁２９を開弁して過給給気の一部を
バイパス通路２６の上流側に放出するようになっている
。

電磁クラッチ２５の制御装置を示す第２図で、符号３０
は出力軸２３の回転数を非接触で検出する回転センサー
である。回転センサー３０の検出信号３１はコントロー
ラ３２に入力し、コントローラ３２で信号処理された後
に、コントローラ３２から制御信号３３を電磁クラッチ
２５へ出力する構造になっている。制御信号３３は例え
ば定格時の略７０％程度の回転数で電磁クラッチ２５を
断続制御し、中低速時には電磁クラッチ２５を接続し、
高速時には切断するようになっている。

前記制御弁２７は第３図に示すように、本体３５の人口
３６をバイパス通路２６の上流側（人口側）に接続し、
出口３７をバイパス通路２６の下流側（機関側）に接続
してバイパス通路２６の途中に介装しである。

制御弁２７の詳細構造は第４図に示すように、本体３５
、逆＋ｈ弁２８、リリーフ弁２９等からなる。まず、本
体３５は左ケース４０、右ケース４１を接続した略筒状
をなし、左ケース４０には全周にわたって連続した環状
の弁座４２を形成しである。右ケース４１にはブラケッ
ト部４３で支持された円筒状のボス部４４を有している
。ボス部４４の周囲にはブラケット部４３のＩＵＪに通
路４５を形成しである。このボス部４４には逆止弁２８
のスリーブ部４６がその中心線を本体３５の中心線と一
致して軸方向に摺動自在に嵌合している。

逆止弁２８は図示の閉弁状態では通路４５から室４７へ
流れ込む給気圧力で押されて、前記弁座４２に圧接する
ようになっている。

逆止弁２８には室４７と室４８を連通ずる内部通路４つ
が穿孔してあり、内部通路４つの室４８側端部をリリー
フ弁２９の弁座５０に形成しである。リリーフ弁２９は
弁座５０に断続する所謂きのこ形弁で、リリーフ弁２９
のバルブステム５１はその中心線が本体３５の中心線と
一致した状態で、逆止弁２８の孔５２に軸方向へ摺動自
在に嵌合している。バルブステム５１の右端部にはねじ
部５３が形成され、ねじ部５３には環状板形のスプリン
グシート５４が螺合し、スプリングシート５４はナツト
５５で固定されている。このスプリングシート５４とリ
リーフ弁２９のナツト５５の間にはバルブスプリング５
６（ばね部材）が介装され、バルブスプリング５６のば
ね力でリリーフ弁２９を閉弁方向へ引っ張っている。

したがって、第４図に図示する逆止弁２８の閉弁状態に
おいて、室４７から内部通路４９を通ってリリーフ弁２
９に働く圧力がバルブスプリング５６のばね力に打勝つ
まで上昇するとリリーフ弁２９は開弁じ、それ以下の圧
力ではリリーフ弁２９は閉弁するようになっている。

次に作用を説明する。第１図の過給機関では、電磁クラ
ッチ２５の切換制御によって機械式過給機２１が定格回
転数の略７０９６以下の中低速域で作動しく排気ターボ
過給機１３は全域で作動）、定格回転数の略７０％以上
の高速域では機械式過給機２１が停止し、排気ターボ過
給機１３だけが作動する。

したがって、制御弁２７は機械式過給機２１と排気ター
ボ過給機１３が作動する中低速域では第４図のように逆
止弁２８が閉弁し、リリーフ弁２９が開閉して過給圧力
を調整する。リリーフ弁２９が開弁している状態で内部
通路４つから逆流した給気は再び機械式過給機２１に流
入する。機械式過給機２１が停止して、排気ターボ過給
機１３だけが作動する高速時には、第５図のように室４
７の吸入負圧で逆止弁２８が図中の右方へ引っ張られて
逆止弁２８が開弁し、室４８と室４７が連通して吸気が
給気通路２０から排気ターボ過給機１３へ流れる。この
高速時にはリリーフ弁２９は閉弁している。

逆止弁２８が閉弁している第４図の中低速域において、
リリーフ弁２９による過給圧制御は、機関回転数Ｎ−過
給圧力Ｐのグラフである第６図に示すようになる。第６
図で、機械式過給機２１の回転数を機関回転数Ｎの１．
２５倍に増速した場合に、アイドル時のＮ＋から７０％
定格時の０．７ＸＮ２までの領域で、過給圧ＰはＰｌか
らＰ２にまで上昇するが、２１〜２３間では過給圧Ｐは
略直線状に上昇し、リリーフ弁２９が開弁するＰ２近傍
で圧力上昇が緩慢になって、Ｐ２以下に制御される。

機関回転数Ｎ＝平均有効圧Ｐｅのグラフを示す第７図に
おいて、中低速域で要求されるトルク特性はＸｉに対し
て、過給圧を制御しない場合は、特性Ｘｌ上で点ａから
点すまで＝Ｒ均有効圧Ｐｃを上昇させると、筒内最高圧
が点すで許容限度に達してしまい、点す以上の回転域で
は特性Ｘ２が筒内最高圧の許容限度となり、特性Ｘ２以
上の平均有効圧では運転できない。

ところが、機械式過給機２１のリリーフ弁２９によって
過給圧を制御した場合には制御する圧力により特性Ｘ３
．Ｘ４のように平均ａ動圧Ｐｅを上げることが可能にな
る。第７図の定格の略７０％の回転数以上の領域では機
械式過給機２１は停止し、排気ターボ過給機１３だけが
作動する。

（２）第２実施例 本発明の第２実施例は、機械式過給機２１の増速比を小
さくしたり、燃焼室、噴射時期等のマツチングに工夫を
することにより、過給圧を制御しなくても筒内最高圧の
許容限度を越えずに特性Ｘｌ上での運転が可能になる場
合であって、第２実施例の制御弁２７ａを示す第８図で
、制御弁２７ａは中低速域のハイブリット過給時には第
９図のように閉弁して逆止弁として働き、高速域では第
１０図のように吸入負圧で開弁じて機械式過給機２１を
バイパスする。

この制御弁２７ａは第１Ｉ図、第１２図に示すようにリ
リーフ弁２９を設けずに逆ｒｂ、弁２８だけを軸方向に
摺動自在に設けである。また、ボス部４４は有底円筒状
に形成され、空気抜き６０を開口しである。

（発明の効果） 以上説明したように本発明による過給機付き内燃機関の
給気制御装置では、次の効果を奏する。

まず、第１請求項では、バイパス通路２６の途中に介装
される本体３５に、室４７の給気圧で閉弁する逆止弁２
８を設け、室４７の給気圧で開弁するリリーフ弁２９を
設けたので、複雑な制御手段を使用せずに、逆止弁２８
とリリーフ弁２９を一体化した制御弁２７を提供できる
。

機械式過給機２１が作動している時には、逆１１弁２８
が閉弁して過給給気の逆流を防市でき、機械式過給機２
１と排気ターボ過給機１３がハイブリッド過給を行う中
低速域で、過給圧が高くなり過ぎる場合に、リリーフ弁
２９を開弁して過給圧を制御することができる。

第２請求項では、リリーフ弁２９を設けすに逆止弁２８
だけを使用した構造が簡単な制御弁２７ａを提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した過給機関の構造略図、第２図
は電磁クラッチの制御系を小す構造略図、第３図は第１
実施例の制御弁の構造略図、第４図は制御弁の縦断面図
、第５図は逆１１−弁の開弁時を示す制御弁の縦断面図
、第６図は機関回転数−過給圧力のグラフ、第７図は機
関回転数−平均自゛動圧のグラフ、第８図は第２実施例
の給気制御装置の構造略図、第９図は閉弁時の制御弁の
縦断面図、第１Ｏ図は開弁時の制御弁の縦断面図、第１
１図は制御弁の縦断面図、第１２図は第１１図のＡ矢視
図である。１０・・・機関本体、１３・・・排気ターボ
過給機、２０・・・給気通路、２１・・・機械式過給機
、２７・・・制御弁、２８・・・逆止弁、２９・・・リ
リーフ弁、３５・・・本体、 ２・・・弁座、 ６・・・バルブスプリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気系と給気系の間に排気ターボ過給
   機を設け、排気ターボ過給機のブロワに一端が接続し、
   他端が大気に開口した給気通路の途中に機械式過給機を
   設けた過給機付き内燃機関において、給気通路に機械式
   過給機をバイパスするバイパス通路を設け、このバイパ
   ス通路の途中に逆止弁とリリーフ弁を一体化した制御弁
   を介装し、この制御弁の本体をその両端がバイパス通路
   の途中に直列に連結した略筒状に形成し、本体の内面に
   環状の弁座を形成し、機械式過給機の給気圧で弁座に圧
   接する逆止弁を本体の内部で本体の軸方向に摺動自在に
   設け、逆止弁の肉厚内にバイパス通路上流側と下流側を
   連通する内部通路を形成し、この内部通路を開閉制御す
   る給気圧制御用のリリーフ弁を前記逆止弁に本体の軸方
   向に摺動自在に設け、リリーフ弁を開弁する向きに働く
   バイパス通路下流側の給気圧に抗してリリーフ弁を閉弁
   方向に付勢するばね部材をリリーフ弁と逆止弁の間に設
   けたことを特徴とする過給機付き内燃機関の給気制御装
   置。
2. （２）内燃機関の排気系と給気系の間に排気ターボ過給
   機を設け、排気ターボ過給機のブロワに一端が接続し、
   他端が大気に開口した給気通路の途中に機械式過給機を
   設けた過給機付き内燃機関において、給気通路に機械式
   過給機をバイパスするバイパス通路を設け、このバイパ
   ス通路の途中に機械式過給機の作動時には過給給気の逆
   流を防止する逆止弁として働き、機械式過給機の停止時
   には吸入負圧で開弁し、バイパス通路を形成する弁とし
   て働く制御弁を設け、この制御弁の本体をその両端が前
   記バイパス通路の途中に直列に連結した略筒状に形成し
   、本体の内面に環状の弁座を形成し、弁座にバイパス通
   路上流側と下流側の圧力差で弁座に断続する弁体を本体
   の内部で本体の軸方向に摺動自在に設けたことを特徴と
   する過給機付き内燃機関の給気制御装置。