JPH0454221A - エンジンの過給装置 - 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、吸気系に過給機が備えられたエンジンの過
給装置に関する。

（従来の技術） 近年、燃焼室へのエア供給量を増大させて出力を向上さ
せるため、吸気系に過給機を備えたエンジンが実用化さ
れているが、この種の過給機は、排気エネルギーを利用
する排気ターボ式過給機と、エンジン出力軸により駆動
される機械式過給機とに大別される。

前者の排気ターボ式過給機は、排気通路に設置したター
ビンと、吸気通路に設置したコンプレッと、両者を連結
する連結軸とを備え、燃焼後の排気ガスが持つ運動力に
よってタービンを回転させ、その回転力によってコンプ
レッサを駆動することにより、吸気を強制的に圧縮する
構成とされる（例えば、実開昭６０−１７８３２９号公
報参照）、シたがって、排気ターボ式過給機によれば、
排気エネルギーを回収できてエネルギー効率が向上する
という利点がある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この種の排気ターボ式過給機を備えたエンジ
ンにおいては、燃焼室の過剰な温度上昇を防ぐと共にエ
ンジン構成部品の機械的強度を確保するために、排気通
路におけるタービンの上流部と下流部とをバイパスさせ
た通路に、過給圧が所定の圧力に達したときに排気ガス
圧力を開放するウェストゲートバルブが設置されるよう
になっている。

したがって、ウェストゲートバルブが作動した状態では
、過給圧が一定圧に抑えられることから、特に高出力が
要求される高速時でのエンジン出力が制約されるばかり
でなく、排気ガスの運動エネルギーが無駄に捨てられる
ことになって、排気ガスエネルギーの回収効率の面から
も改善の余地が残ることになる。

この発明は、吸気系に排気ターボ式過給機が備えられた
エンジンにおける上記の実情に対処するもので、エンジ
ン出力の一層の向上を図ると共に、排気ガスエネルギー
の回収効率も向上させうる過給装置を実現することを目
的としている。

（課題を解決するための手段） すなわち、本願の請求項１に係る発明く以下、第１発明
という）に係るエンジンの過給装置は、吸気系に排気タ
ーボ式過給機を備えたエンジンにおいて、上記過給機よ
りも下流側の吸気通路に、吸気の膨張により回転力を出
力させる膨張機と、この膨張機をバイパスするバイパス
通路とを設けて、上記膨張機の出力軸をクラッチ手段を
介してエンジンの出力軸に連動連結すると共に、上記過
給機よりも直下流側の吸気圧力を検出する吸気圧検出手
段と、検出された吸気圧力が所定値以上のときに、上記
膨張機を作動させるように上記クラッチ手段を接続作動
させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本願の請求項２の発明（以下、第２発明という）
に係るエンジンの過給装置は、吸気系に排気ターボ式過
給機を備えたエンジンにおいて、上記過給機よりも下流
側の吸気通路に、吸気の膨張により回転力を出力させる
膨張機と、この膨張機をバイパスするバイパス通路とを
設けて、上記膨張機の出力軸をクラッチ手段を介してエ
ンジンの出力軸に連動連結すると共に、上記過給機より
も直下流側の吸気温度を検出する吸気温検出手段と、検
出された吸気温度が所定値以上のときに、上記膨張機を
作動させるように上記クラッチ手段を接続作動させる制
御手段とを備えたことを特徴とする。

そして、本願の請求項３の発明（以下、第３発明という
）に係るエンジンの過給装置は、吸気系に排気ターボ式
過給機を備えたエンジンにおいて、上記過給機よりも下
流側の吸気通路に配設されて、吸気の膨張により回転力
を発生させてエンジンの出力軸に伝達する膨張機と、エ
ンジンの低回転高負荷運転時に、上記膨張機における吸
気の入口部と出口部とを切り換える通路切換手段とを備
えたことを特徴とする。

（作　　　用） 第１〜第３発明によれば、排気ターボ式過給機よりも下
流側の吸気通路に、吸気の■により回転力を発生させて
エンジン出力軸に伝達する膨張機が配設されているので
、この膨張機の作動によりエンジン出力軸が駆動される
ことになって、排気ガスエネルギーの回収効率がより向
上すると共に、エンジン出力が向上することにもなる。

また、第２発明によれば、上記過給機の下流側の吸気温
度が所定温度以上になって膨張機が作動した状態では、
膨張機において発生した回転力がエンジン出力軸に伝達
されると共に、膨張仕事によって吸気温度が低下して充
填効率が増大することになり、エンジン出力がより向上
することになる。

さらに、第３発明によれば、エンジンの低回転高負荷運
転時に上記膨張機の入口部と出口部とが切り換えられる
ので、該膨張機が過給機として作動することになって、
高負荷低回転時のエンジン出力がより向上することにな
る。

（実　施　例） 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図に示すように、エンジン１には吸、排気弁２，３
を介して燃焼室４にそれぞれ連通された吸気通路らおよ
び排気通路６が設けられていると共に、吸気通路５には
上流側から過給機７、インタークーラ８、膨張機９、ス
ロットル弁１０が配設されている。

上記過給機７は、排気ガスによって駆動される排気ター
ボ式過給機であって、吸気通路５に設置されて吸気を圧
縮するコンプレッサ１１と、排気通路６に設置されたタ
ービン１２と、両者を連結する連結軸１３とを有する。

そして、上記排気通路６には上記タービン１２の上流部
と下流部とをバイパスする通路１４が設けられて、この
通路１４に圧力作動式のアクチュエータ１５によって開
閉制御される周知のウェストゲートバルブ１６が設置さ
れている。上記アクチュエータ１５には、過給機７より
も直下流の吸気通路５から分岐したパイロット通路１７
を介して吸気圧が供給され、この吸気圧が所定の圧力に
達しなときに該アクチュエータ１５が作動して、上記ウ
ェストゲートバルブ１６を開動させるようになっている
。

ここで、上記膨張機９の構成について説明すると、この
膨張機９は、入口部１８ａと出口部１８ｂとをそれぞれ
開口させたハウジング１８と、このハウジング１８に偏
心した状態で回転自在に内装され、かつ半径方向に進退
動自在とされた複数のベーン１９・・・１９を有するロ
ータ２０と、該ロータ２０に一体回転する出力軸２１と
を備え、図のように、上記ハウジング１８におけるロー
タ２０との間隔が反時計回り方向に増大する部位に上記
入口部１８ａが形成され、また該間隔が反時計回り方向
に減少する部位に出口部１８ｂが形成されている。そし
て、この膨張機９における上記入口部１８ａが吸気通路
５の上流側に、また出口部１８ｂが吸気通路５の下流側
にそれぞれ連通されている。

一方、上記エンジン１の出力軸２２には電磁クラッチ２
３を介してプーリ２４が取り付けられていると共に、こ
の１−リ２４と上記膨張機９の出力軸２１に取り付けら
れたプーリ２５との間に動力伝達用のベルト２６が巻き
掛けられている。

また、上記吸気通路５の膨張機９の入口側におけるイン
タークーラ８の下流部と、該膨張機９の出口側における
スロットル弁１０の上流部との間には、該膨張機９をバ
イパスするバイパス通路２７が設けられていると共に、
該バイパス通ｌ５２７にアクチュエータ２８の作動によ
り該通路２７を通過するエア量を制御するバイパスバル
ブ２９が備えられている。

このエンジン１には、上記バイパスバルブ２９の開閉制
御と、上記電磁クラッチ２３の断接制御とを行うコント
ロールユニット３０が備えられており、このコントロー
ルユニット３０に、上記過給機７の直下流の吸気圧を検
出する吸気圧センサ３１からの吸気圧信号ａと、同しく
過給機７の直下流の吸気温を検出する吸気温センサ３２
からの吸気温信号すと、エンジン回転数を検出するエン
ジン回転数センサ３３からのエンジン回転数信号Ｃと、
エンジン負荷を検出するエンジン負荷センサ３４からの
エンジン負荷信号ｄとが一人力されるようになっている
。そして、コントロールユニット３０は、上記バイパス
バルブ２９の制御と、電磁クラッチ２３の断接制御とを
、それぞれ次のように行う。

すなわち、バイパスバルブ２９の開閉制御については、
第２図に示すように、エンジン回転数とエンジン負荷と
をパラメータとする全運転領域中に、低負荷低回転領域
■と、中負荷中回転領域■と、高負荷高回転領域■とを
設定すると共に、上記エンジン回転数信号Ｃとエンジン
負荷信号ｄとに基づいて現在の運転状態がいずれの領域
に属するかを判定する。そして、低負荷低回転領域■に
あるときにはバイパスバルブ２９を全開とし、高負荷高
回転領域■ではバイパスバルブ２９を全閉とし、中負荷
中回転領域■ではエンジン回転数ないしエンジン負荷の
増大に従って該バルブ２９の開度を小さくするように、
バルブ開度信号ｅを上記アクチュエータ２８に出力する
。

さらに、コントロールユニット３０は、上記吸気圧セン
サ３１からの吸気圧信号ａと、吸気温センサ３２からの
吸気温信号すとに基づいて、吸気圧信号ａが示す吸気圧
が所定圧力よりも低下し、また吸気温信号すが示す吸気
温が所定温度よりも低下すると、上記バイパスバルブ２
９がｍ動するようにインタラブドを発生する。

一方、電磁クラッチ２３の断接制御については、エンジ
ン１の運転状態が第２図の領域マツプにおける低負荷低
回転領域■に属するときには電磁クラッチ２３を切断す
るように、また該領域工に属しないときには電磁クラッ
チ２３を接続するようにクラッチ制御信号ｆを出力する
。そして、上記吸気圧信号ａが示す吸気圧が所定圧力よ
りも低下し、また吸気温信号すが示す吸気温が所定温度
よりも低下するときには、電磁クラッチ２３が切断する
ようにインタラブドを発生する。

次に、上記実施例の作用を説明する。

すなわち、上記過給機７の直下流における吸気通路５の
圧力Ｐ１および温度Ｔ１が低い状態では、電磁クラッチ
２３が切断されると共に、バイパスバルブ２９が全開状
態となる。これにより、過給機７から吐出された吸気の
主流は、バイパス通路２７を通って燃焼室４に流入する
ことになって膨張機９が作動せず、燃焼室４の直上流の
圧力Ｐ２および温度Ｔ２が極端に低下することがなくな
って、充填効率が下がりすぎることがなくなってエンジ
ンストールの発生が回避されると共に、エンジン出力軸
２２と膨張機９との動力伝達状態が遮断されることから
、動力損失が低減されてエンジン出力の低下も防止され
る。

そして、過給圧が所定圧力に達すると、エンジンｌの運
転状態に応じて、バイパスバルブ２９が閉弁方向に駆動
されると共に、電磁クラッチ２３が切断される。これに
より、吸気の主流が膨張機９の入口部１８ａからハウジ
ング１８内に流入し、その膨張力によってベーン１９を
押圧しながらロータ２０を反時計回りに回動させると共
に、その膨張仕事によって圧力および温度を低下させた
状態で出口部１８ｂから流出することになる。

これにより、燃焼室４の直上流の圧力Ｐ２および温度Ｔ
２が低下することになって、充填効率の低下が抑制され
る。したがって、過給機７の過給圧を高めに設定するこ
とが可能となって、排気ガスのエネルギー回収効率が向
上することになる。また、上記膨張機９で発生した回転
力は、ベルト２６を介してエンジン出力軸２２に伝達さ
れることから、エンジン出力が向上することにもなる６
次に、第３図により本発明の第２実施例を説明すると、
この実施例においては、第１図における吸気通路５の膨
張機９の入口部１８ａよりも上流部と、該膨張機９の出
口部１８ｂよりも下流部とを、第１、第２通路４０．４
１を介してそれぞれ連通させると共に、第１通路４０の
上流端部に該通路４０および上記入口部１８ａへの吸気
の流路を切り換える第１通路切換弁４３を設置し、また
第２通路４１の下流端部に該通路４１および上記出口部
１８ｂからの吸気の流路を切り換える第２通路切換弁４
３を設置している。

そして、この第２実施例においては、上記吸気通路５に
おける第１通路４０の上流部と、第２通路４１の下流部
との間に、上記膨張１８−９をバイパスするバイパス通
路２７を設けて、このバイパス通路２７に上記第１実施
例と同様に該通路２７を通過するエア量をＭｇｉするバ
イパスバルブ２９を設置している。

なお、これらの相違を除いては、第１図に示した第１実
施例の過給装置と共通した構成とされている。

そして、この実施例においても第４図に示すように、エ
ンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとする領域
マツプが設定されている。すなわち、上記バイパスバル
ブ２９は、第１実施例と同様に、低負荷低回転領域Ｉで
は開とされ、高負荷高回転領域■では閉とされ、また中
負荷中回転領域■ではエンジン回転数ないしエンジン負
荷が増大するほど開度が減少するように制御される。

なお、電磁クラッチ２３も上記領域マツプの低負荷低回
転領域Ｉに属するときには切断され、また該領域Ｉに属
しないときには接続されるように制御されるようになっ
ている。

そして、この実施例では、第４図に示す領域マツプの高
負荷低回転領域■においては、第５図に示すように、上
記第１通路切換弁４３が吸気通路５の上流側と膨張機９
の入口部１８ａとの連通状態を遮断するように制御され
、第２通路切換弁４３が吸気通路５の下流側と該膨張機
９の出口部１８ｂとの連通状態を遮断するように制御さ
れるよう構成されている。

したがって、通常の運転状態においては、第３図に示す
ように、吸気通路５の上流から流れてきた吸気流が、膨
張機９の入口部１８ａからハウジング１８内に流入し、
その膨張力によってベーン１９を押し動かして出口部１
８ｂから吐出するような流動傾向を示し、これにより膨
張機９としての本来の機能を営むことになる。

一方、高負荷低回転時には、第５図に示すように、吸気
通路５の上流側から流れてきた吸気流が第１通路切換弁
４３によって方向を変えて第１通路４０へ分岐し、第２
通路切換弁４３によって下流側への連通状態を遮断され
た出口部１８ｂから、膨張機９のハウジング１８内へ流
入する。そして、エンジン出力軸２２によって回転駆動
されるロータ２０の回転に伴って、ベーン１９によって
押されながら該ロータ２０とハウジング１８との狭隘部
を通過して圧縮された状態で入口部１８ａから吐出され
、第２通路４１を経て吸気通路５の下流側へと流出して
いく。したがって、この場合には、膨張機９が過給機と
しての作用を営むことになり、上記過給機７による過給
効果が殆ど期待できない低回転時のエンジン出力が向上
するという利点がある。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、排気ターボ式過給機より
も下流側の吸気通路に、吸気の膨張により回転力を発生
させてエンジン出力軸に伝達する膨張機が配設されてい
るので、この膨張機の作動によりエンジン出力軸が駆動
されることになって、排気ガスエネルギーの回収効率が
より向上すると共に、エンジン出力が向上するという効
果が得られる。

また、第２発明によれば、上記過給機の下流側の吸気温
度が所定温度以上になって膨張機が作動した状態では、
膨張機において発生した回転力がエンジン出力軸に伝達
されると共に、膨張仕事によって吸気温度が低下して充
填効率が増大することになり、エンジン出力がより向上
することになる。

さらに、第３発明によれば、エンジンの低回転高負荷運
転時に上記膨張機の入口部と出口部とが切り換えられる
ので、該膨張機が過給機として作動することになって、
高負荷低回転時のエンジン出力がより向上することにな
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は第１実施
例に係る過給装置の制御システム図、第２図は第１実施
例における電磁クラッチおよびバイパスバルブのエンジ
ンの運転状態に応じた基本制御領域を示す領域図、第３
図は第２実施例を示す要部構成図、第４図は第２実施例
における電磁クラッチ、バイパスバルブおよび第１、第
２通路切換弁のエンジンの運転状態に応じた一基本制御
領域を示す領域図、第５図は第２実施例の作用を示す要
部構成図である。 ５・・・吸気通路、７・・・過給機、９・・・膨張機、
１０ａ・・・入口部、１０ｂ・・・出口部、２１・・・
出力軸、２２・・・エンジン出力軸、２３・・・電磁ク
ラッチ（クラッチ手段）、２７・・・バイパス通路、３
０・・・コントロールユニット（制御手段）、３１・・
・吸気圧センサ（吸気圧検出手段）、３２・・・吸気温
センサ（吸気温検出手段）、４２．４３・・・通路切換
弁（通路切換手段）。 凹Ｓ肇ヨ 第 ３シ 第 ら 第 エンジンロ親■（

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気系に排気ターボ式過給機を備えたエンジンの
   過給装置であって、上記過給機よりも下流側の吸気通路
   に、吸気の膨張により回転力を出力させる膨張機と、こ
   の膨張機をバイパスするバイパス通路とが設けられて、
   上記膨張機の出力軸がクラッチ手段を介してエンジンの
   出力軸に連動連結されていると共に、上記過給機よりも
   直下流側の吸気圧力を検出する吸気圧検出手段と、検出
   された吸気圧力が所定値以上のときに、上記膨張機を作
   動させるように上記クラッチ手段を接続作動させる制御
   手段とが備えられていることを特徴とするエンジンの過
   給装置。
2. （２）吸気系に排気ターボ式過給機を備えたエンジンの
   過給装置であって、上記過給機よりも下流側の吸気通路
   に、吸気の膨張により回転力を出力させる膨張機と、こ
   の膨張機をバイパスするバイパス通路とが設けられて、
   上記膨張機の出力軸がクラッチ手段を介してエンジンの
   出力軸に連動連結されていると共に、上記過給機よりも
   直下流側の吸気温度を検出する吸気温検出手段と、検出
   された吸気温度が所定値以上のときに、上記膨張機を作
   動させるように上記クラッチ手段を接続作動させる制御
   手段とが備えられていることを特徴とするエンジンの過
   給装置。
3. （３）吸気系に排気ターボ式過給機を備えたエンジンの
   過給装置であって、上記過給機よりも下流側の吸気通路
   に配設されて、吸気の膨張により回転力を発生させてエ
   ンジンの出力軸に伝達する膨張機と、エンジンの低回転
   高負荷運転時に、上記膨張機における吸気の入口部と出
   口部とを切り換える通路切換手段とが備えられているこ
   とを特徴とするエンジンの過給装置。