JPH0429061Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、過給機を有する内燃機関（２サイク
ル，４サイクル式のものを含み、しかもガソリン
エンジン，デイーゼルエンジンを含む）に関し、
特に機械駆動によつても排気駆動によつても作動
しうる過給機をもつた内燃機関に関する。

なお、このような内燃機関は、自動車や鉄道車
両などの一般車両に搭載されることはもちろんの
こと、特殊車両（戦車や甲装車を含む），荷役運
搬機械，建設機械，船舶等にも搭載あるいは装備
されるものである。

〔従来の技術〕

従来より、内燃機関の出力軸としてのクランク
軸からの出力によつて機械駆動される過給機や排
気エネルギーによつて駆動される過給機（排気タ
ーボチヤージヤ）を有する内燃機関が各種開発さ
れている。

また、車両の走行性能向上のため排気ターボチ
ヤージヤにクランク軸からの機械駆動系を付加し
た１段排気ターボチヤージヤ機械駆動方式も提案
されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような１段排気ターボチヤ
ージヤ機械駆動方式のものでは、高速回転域まで
機械駆動を行なうと、駆動系強度の点で問題とな
り、また高速部分負荷域で燃費不良等を招くとい
う問題点がある。

そこで、この駆動系に電磁式あるいは油圧式の
クラツチ機構を設け、中速回転域になると、機械
駆動系を切断することも考えられるが、このよう
な手段では、作動の信頼性の点で問題が残り、更
に機構の複雑化を招くという問題点がある。

本考案は、このような問題点を解決しようとす
るもので、クラツチ機構としてワンウエイクラツ
チを用い、更にこのワンウエイクラツチの噛み合
い状態（接状態）を解除できる手段を工夫するこ
とにより、高い信頼性でしかも簡素な構成の機械
駆動兼排気駆動式過給機付きの内燃機関を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本考案の機械駆動兼排気駆動式過給
機付きの内燃機関は、給気系に介装されたブロア
と排気系に介装され上記ブロアに連結されて同ブ
ロアを排気で駆動するためのタービンとを有する
過給機をもつた内燃機関において、同内燃機関の
出力軸と上記タービンの回転軸とが上記の出力軸
からタービンの回転軸への動力の伝達のみを許容
するワンウエイクラツチを介して連結されるとと
もに、上記内燃機関の出力軸の回転速度情報を検
出する第１回転速度センサと上記タービンの回転
軸の回転速度情報を検出する第２回転速度センサ
と、上記両回転速度センサからの検出信号を受け
て上記ワンウエイクラツチを断状態にすべき回転
速度を検出するコントローラとが設けられ、同コ
ントローラからの制御信号により作動して上記ワ
ンウエイクラツチを断状態にすべく上記タービン
の回転速度を高くし上記ワンウエイクラツチの過
給機タービン回転軸側回転速度を内燃機関出力軸
側回転速度よりも高くしうる排気流速調整手段が
設けられたことを特徴としている。

〔作用〕

上述の本考案の機械駆動兼排気駆動式過給機付
きの内燃機関では、内燃機関を始動させると、内
燃機関の低速回転域では主として内燃機関出力軸
からの動力によつて過給機が作動せしめられる。
しかし、中〜高速回転域になると、排気流速調整
手段によつて一時的に排気流速がはやめられ、こ
れによりタービン回転速度が高くなり、その結果
ワンウエイクラツチの過給機タービン回転軸側回
転速度が内燃機関出力軸側回転速度よりも高くな
るため、ワンウエイクラツチが噛み合い状態から
空転状態（噛み合い解除状態）となる。したがつ
てその後は排気エネルギーによつて過給が行なわ
れる。

〔実施例〕

以下、図面により本考案の一実施例としての機
械駆動兼排気駆動式過給機付きの内燃機関につい
て説明すると、第１図はその模式的概略構成図、
第２図はそのワンウエイクラツチの一部を示す模
式図である。

第１図に示すごとく、この内燃機関（以下「エ
ンジン」ということがある）Ｅは、過給機９をそ
なえているが、この過給機９は給気通路に介装さ
れたブロア（又はコンプレツサ）９１と排気通路
１０に介装されたタービン９２とを有している。
ここでブロア９１の回転軸とタービン９２の回転
軸とは共軸化されて両者が連結されている。した
がつてタービン９２が排気エネルギーによつて回
転駆動されると、これに伴いブロア９１が作動し
て、加圧空気がエンジン燃焼室側へ供給されるよ
うになつている。

また、内燃機関Ｅの出力軸としてのクランク軸
８に取り付けられたクランクギヤ１はワンウエイ
クラツチ２のクランク軸側ギヤ２４と噛み合つて
おり、過給機９の回転軸（この回転軸はブロア９
１の回転軸とタービン９２の回転軸とが共軸化さ
れたものである）に取り付けられた過給機駆動ギ
ヤ３は、ワンウエイクラツチ２の過給機側ギヤ２
５と噛み合つている。

ここで、ワンウエイクラツチ２はデイスエンゲ
ージ型のワンウエイクラツチとして構成されてい
る。すなわちワンウエイクラツチ２は、第２図に
示すごとく、クランク軸側ギヤ２４付きの外輪２
１と、過給機側ギヤ２５付きの内輪２２と、これ
らの外輪２１と内輪２２との間に介装された多数
の変形ひょうたん形のスプラグ２３（これはこま
を意味し、くさび作用をなす）とをそなえて構成
されており、外輪２１の回転速度が内輪２２の回
転速度よりも高いときは、動力が外輪２１，スプ
ラグ２３を介して内輪２２へ伝達されるが、内輪
２２の回転速度が外輪２１の回転速度よりも高く
なると、スプラグ２３が第２図に矢印ａで示すよ
うに回転し更には遠心力でスプラグ２３が外輪２
１側に押し付けられることによりスプラグ２３が
内輪２２から遊離して、上記のような動力の伝達
が遮断される構造となつている。

すなわち、クランク軸８とタービン回転軸と
が、クランク軸８からタービン回転軸への動力の
伝達のみを許容するワンウエイクラツチを介して
連結されていることになる。

ところで、クランクギヤ１の回転速度情報を検
出する第１回転速度センサ５が設けられるととも
に、過給機駆動ギヤ３の回転速度情報を検出する
第２回転速度センサ６が設けられており、これら
のセンサ５，６からの検出信号はコントローラ７
へ入力されるようになつている。

また、排気通路１０におけるタービン９２の配
設部分よりも上流側の部分（タービン９２の入口
側部分）には、排気流速調整弁４が介装されてお
り、この排気流速調整弁４はステツピングモータ
やDCモータ等のアクチユエータ４１によつて開
閉駆動されるようになつている。

コントローラ７は、センサ５，６からの検出信
号を受けて、スプラグ２３が内輪２２から遊離す
る空転速度以上の回転速度（この回転速度は通常
中〜高速回転域に含まれる）を検出すると、排気
流速調整弁４を絞つて排気流速をあげるような制
御信号をアクチユエータ４１へ出力できるように
構成されている。そして、かかる機能を実現する
ためのハードウエアやソフトウエアがコントロー
ラ７内に実装されている。

このとき排気流速調整弁４が絞られて排気流速
があげられると、このときタービン９２の回転速
度が高くなるので、ワンウエイクラツチ２におけ
る内輪２２の回転速度が外輪２１の回転速度より
も高くなるため、スプラグ２３が第２図に矢印ａ
方向に回動してスプラグ２３が内輪２２から遊離
して外輪２１側へ押し付けられる。これによりワ
ンウエイクラツチ２は空転状態になり、強制的に
断状態（OFF状態）となる。すなわち排気流速
調整弁４やコントローラ７等で、タービン９２の
回転速度を高くしてワンウエイクラツチ２の過給
機タービン回転軸側回転速度を内燃機関出力軸
（クランク軸）側回転速度よりも高くしうる排気
流速調整手段EVMが設けられていることになる。

なお、第２図中の符号Ｇはスプラグ２３の重心
位置を示す。

上述の構成により、エンジンを始動させてか
ら、エンジン回転速度をあげてゆくことを考え
る。まずエンジン低速回転域においては、過給機
９のターボチヤージヤとしての機能が十分発揮さ
れないので、過給機９をクランク軸８からの動力
によつて駆動する機械駆動方式がとられる。すな
わちクランク軸８付きのクランクギヤ１からの動
力はワンウエイクラツチ２を介して過給機駆動ギ
ヤ３へ伝えられて、過給機９を回転駆動すること
により、過給状態を実現する。

しかし、エンジン中速回転域から高速回転域に
なると、過給機９のターボチヤージヤとしての機
能が十分発揮される半面、上記機械駆動方式によ
る不具合は現われるので、コントローラ７は、ワ
ンウエイクラツチ２が空転遊離する設定回転速度
以上になると、センサ５，６からの信号に基づき
アクチユエータ４１へ排気流速調整弁４を一時的
に絞るための制御信号を出力する。これによりタ
ービン９２が一時的に増速されて、ワンウエイク
ラツチ２の各スプラグ２３が第２図に矢印ａで示
す方向に一斉に回動して、ワンウエイクラツチ２
がOFF状態になる。このようにワンウエイクラ
ツチ２がOFF状態になると、ワンウエイクラツ
チ２は空転し、その後は排気によつてのみ過給機
９が作動される。

このようにして、車両特性上有利な機械駆動式
排気ターボ過給機において、駆動系強度や部分負
荷性能不良が問題となる機関の中〜高速回転域で
は、駆動系の接続を切つて、フルターボ過給運転
に切り換えることができる。

なお、排気流速調整弁４は適当な時期に元に戻
しておく。このとき、ワンウエイクラツチ２を空
転遊離する設定回転速度以上にタービン９２の回
転速度が維持されていると、依然としてワンウエ
イクラツチ２はOFF状態を保持する。

また、エンジン回転速度が下がつてくると、自
動的にワンウエイクラツチ２は接状態（ON状
態）に復帰するため、エンジン低速回転域では、
再度過給機９を機械駆動方式で作動させることが
できる。

このようにして、機械駆動方式と排気駆動方式
との各利点（長所）をうまく選択して使用するこ
とができるので、内燃機関の性能向上におおいに
寄与するものである。

また、公知の電磁クラツチや油圧式クラツチを
用いずに、デイスエンゲージタイプのワンウエイ
クラツチを使用することにより、クラツチ部の小
型簡素化をはかることができ、しかも信頼性の高
いクラツチ機構とすることができる。

なお、レシプロエンジンに限らずロータリエン
ジンに上記のような過給システムを付設したもの
にも、本考案を同様にして適用できることはいう
までもない。

〔考案の効果〕

以上詳述したように、本考案の機械駆動兼排気
駆動式過給機付きの内燃機関によれば、給気系に
介装されたブロアと排気系に介装され上記ブロア
に連結されて同ブロアを排気で駆動するためのタ
ービンとを有する過給機をもつた内燃機関におい
て、同内燃機関の出力軸と上記タービンの回転軸
とが上記の出力軸からタービンの回転軸への動力
の伝達のみを許容するワンウエイクラツチを介し
て連結されるとともに、上記内燃機関の出力軸の
回転速度情報を検出する第１回転速度センサと上
記タービンの回転軸の回転速度情報を検出する第
２回転速度センサと、上記両回転速度センサから
の検出信号を受けて上記ワンウエイクラツチを断
状態にすべき回転速度を検出するコントローラと
が設けられ、同コントローラからの制御信号によ
り作動して上記ワンウエイクラツチを断状態にす
べく上記タービンの回転速度を高くし上記ワンウ
エイクラツチの過給機タービン回転軸側回転速度
を内燃機関出力軸側回転速度よりも高くしうる排
気流速調整手段が設けられるという簡素な構成
で、機械駆動方式による過給と排気駆動方式によ
る過給との切換えが、切換えに最適な運転状態時
に、正確に行うことができ、これにより高い信頼
性でしかも機関性能の大幅な向上をはかれる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の一実施例としての機械駆動兼排気
駆動式過給機付きの内燃機関を示すもので、第１
図はその模式的概略構成図、第２図はそのワンウ
エイクラツチの一部を示す模式図である。 １……クランクギヤ、２……ワンウエイクラツ
チ、３……過給機駆動ギヤ、４……排気流速調整
弁、５，６……回転速度センサ、７……コントロ
ーラ、８……クランク軸、９……過給機、１０…
…排気通路、２１……外輪、２２……内輪、２３
……スプラグ、２４……クランク軸側ギヤ、２５
……過給機側ギヤ、４１……アクチユエータ、９
１……ブロア、９２……タービン、Ｅ……内燃機
関、EVM……排気流速調整手段、Ｇ……スプラ
グの重心位置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 給気系に介装されたブロアと排気系に介装され
   上記ブロアに連結されて同ブロアを排気で駆動す
   るためのタービンとを有する過給機をもつた内燃
   機関において、同内燃機関の出力軸と上記タービ
   ンの回転軸とが上記の出力軸からタービンの回転
   軸への動力の伝達のみを許容するワンウエイクラ
   ツチを介して連結されるとともに、上記内燃機関
   の出力軸の回転速度情報を検出する第１回転速度
   センサと上記タービンの回転軸の回転速度情報を
   検出する第２回転速度センサと、上記両回転速度
   センサからの検出信号を受けて上記ワンウエイク
   ラツチを断状態にすべき回転速度を検出するコン
   トローラとが設けられ、同コントローラからの制
   御信号により作動して上記ワンウエイクラツチを
   断状態にすべく上記タービンの回転速度を高くし
   上記ワンウエイクラツチの過給機タービン回転軸
   側回転速度を内燃機関出力軸側回転速度よりも高
   くしうる排気流速調整手段が設けられたことを特
   徴とする、機械駆動兼排気駆動式過給機付きの内
   燃機関。