JPH0550034U

JPH0550034U - 内燃エンジンの過給装置

Info

Publication number: JPH0550034U
Application number: JP10305891U
Authority: JP
Inventors: 悦正松良; 秀雄黒木; 聖川谷; 美政野々村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】低出力時の過給性能を向上させ、装置の小型
化を図り、好ましくは、エンジンの運転状態に応じた過
給制御を行なう。【構成】エンジン１の吸気路２２に配設され、排ガス
により駆動される第１のターボチャージャ１０と、第１
のターボチャージャと直列に吸気路に配設され、圧油に
より駆動される第２のターボチャージャ３０と、第２の
ターボチャージャに圧油を供給するオイルポンプ５１と
を備えている。好ましくは、オイルポンプは、圧油の供
給量を変化させる電磁開閉弁５２と、エンジンの運転状
態を検出するセンサ６１、６２、６３と、センサが検出
したエンジンの運転状態に基づいて電磁開閉弁５２を制
御するコントローラ６０とを備えている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、内燃エンジンの過給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

内燃エンジンの過給装置は、エンジンの排ガスにより駆動されるターボチャージャを１台だけ備えているのが一般的である。このような過給装置では、例えば、高出力化を図るため、最高出力点重視の大型のターボチャージャが用いられる。このため、排ガスエネルギが低下する低出力時、例えばアイドル時には、ターボチャージャの回転数を十分に高めることができず、過渡運転時、又は発進時に空気量が不足して、十分なトルクを確保することができなかったり、あるいは、すすを多量に排出させるという問題がある。

【０００３】このような問題を解決するものとして、まず、排ガスにより駆動されるタービンに加えて、高圧油による補助駆動装置を備えたターボチャージャ、つまり、オイルジェットによるぺルトンホール付きターボチャージャがある。このターボチャージャでは、圧縮機とタービンとを連結するドライブシャフトにぺルトンホールが設けられ、高圧油をオイルジェットから高速噴射することによりぺルトンホール先端部に衝撃力を加え、排ガスエネルギが低下する低出力時に、圧縮機を高速で回転させるようにしたものである。

【０００４】次に、排ガスで駆動される主ターボチャージャと直列に、補助ターボチャージャを配設した過給装置がある。この補助ターボチャージャは、動力源となるエンジンのクランク軸等に、歯車、プーリ、クラッチ、遊星歯車等を介して機械的に連結され駆動される、機械駆動式のターボチャージャである。この補助ターボチャージャは排ガスエネルギが低下する低出力時に作動して、回転数の低下した主ターボチャージャを補助するものである。なお、過渡運転時、或いは発進時に、補助ターボチャージャを作動させて十分なエンジントルクを確保し、また、すすの排出を低減させるためには、補助ターボチャージャの増速比を９０程度に設定しなければならない。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上述した従来の内燃エンジンの過給装置において、まず、オイルジェットによるぺルトンホール付きターボチャージャでは、オイルシール等に不具合が発生したときにオイルがタービン側に漏れ、この漏れたオイルが排ガスに混入して、排ガス中のオイルパティキュレートを増大させるという問題がある。また、この過給装置では、１台のターボチャージャにより低出力時から高出力時までの過給を行わせるため、圧縮機性能がこれに追従できず、結論的に、エンジンの全運転域においては所望の過給が達成できないという問題がある。

【０００６】また、機械駆動式の補助ターボチャージャを用いた過給装置においては、補助ターボチャージャの増速比を上述の９０程度にまで高めようとすると、耐久性を確保するため駆動機構、例えば、歯車箱等が大型化し、特に、エンジンのクランク軸を駆動源にする場合には歯車箱等の取付け位置が限定されることになり、搭載性の問題がある。

【０００７】本考案はこのような問題を解決するためになされたもので、過渡運転時、或いは発進時に十分な過給を行い、低出力時のエンジントルクを向上させ、すすの排出を低減させる一方、搭載性を向上させ、排ガスへのオイル漏れが発生しないように図った内燃エンジンの過給装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上述の目的を達成するために、本考案の内燃エンジンの過給装置は、内燃エンジンの吸気路に配設され、該エンジンの排ガスにより駆動される第１のターボチャージャと、前記第１のターボチャージャと直列に該吸気路に配設され、圧油により駆動される第２のターボチャージャと、前記第２のターボチャージャに圧油を供給する圧油供給手段とを備えたことを特徴とする。

【０００９】好ましくは、前記圧油供給手段は、該圧油の供給量を変化させる圧油供給量変化手段と、該エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段が検出したエンジンの運転状態に基づいて前記圧油供給量変化手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】

上述の内燃エンジンの過給装置は、排ガスにより駆動される第１のターボチャージャと直列に、圧油により駆動される第２のターボチャージャを備えたので、排ガスのみを駆動源にする過給装置に比べ、エンジンの低出力時における過給性能を著しく向上させることができると共に、第２のターボチャージャを圧油駆動式にしたので、該装置全体を小型化することができ、また、排ガスと圧油との双方により駆動されるターボチャージャのようにオイルが排ガスに混入するようなこともない。

【００１１】好ましくは、圧油供給手段は、第２のターボチャージャに供給する圧油の供給量を変化させる圧油供給量変化手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段が検出したエンジンの運転状態に基づいて圧油供給量変化手段を制御する制御手段とを備えたので、第２のターボチャージャに、エンジンの運転状態、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷、エンジン冷却水温度等の変化に応じた過給を行わせることができる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本考案の内燃エンジンの過給装置の具体的構成を示す。エンジン１の給排気系は、略、エンジン１、第１のターボチャージャ１０、インタクーラ２０、自動開閉弁２１、第２のターボチャージャ３０、そして、これらの吸気系要素を接続する吸気パイプ（吸気路）２２と排気系要素を接続する排気パイプ２３とにより構成されている。

【００１３】第１のターボチャージャ１０は、遠心式コンプレッサロータ１１と排ガス駆動のタービンロータ１２とにより構成される、最高出力点重視の大型のターボチャージャである。すなわち、第１のターボチャージャ１０は高出力時に、この１台のみで、エンジン１に対して十分な過給を行うことができる。また、インタークーラ２０は、内部を通過する圧縮空気を走行風により空冷するものである。自動開閉弁２１は、バルブハウジング２１ａにバタフライ型バルブ２１ｂの回転軸２１ｃが偏芯して軸支されており、バルブ入口２１ｄがバルブ出口２１ｅより高圧になったとき開弁し、バルブ出口２１ｅがバルブ入口２１ｄより高圧になったとき閉弁する、自動弁である。

【００１４】第２のターボチャージャ３０は、小型の高効率圧油駆動式ターボチャージャであり、図２に示されるように、遠心式コンプレッサロータ３１と衝撃型タービンロータ３２とがドライブシャフト３３により連結され、このドライブシャフト３３が、２個のベアリング３４，３５を介してハウジング３４に軸支されて、遠心式コンプレッサロータ３１と衝撃型タービンロータ３２とが一体に回転する。遠心式コンプレッサロータ３１の周囲のハウジング３４には、ディフューザ３７が形成され、コンプレッサ入口３８から流入し遠心式コンプレッサロータ３１により圧縮されて増速された空気流を減速し、圧力上昇させる。ディフューザ３７には、コンプレッサ出口３９が設けられている。また、ベアリング３４のコンプレッサロータ３１側にはシール４０が配設され、オイルがコンプレッサロータ３１側のハウジング３４内に漏れるのを防止している。タービンロータ３２の図示右方には、高圧のオイル（圧油）をタービンロータ３２に噴射しこれを高速回転させるオイルノズル４１が複数個だけ配設され、これらのノズル４１はマニホールド４２に接続されている。また、ハウジング３４には、マニホールド４２にオイルを供給するオイル供給口４３と、ノズル４１からハウジング３４内に噴射されたオイルを排出するオイル排出口４４とが、夫々設けられている。

【００１５】そして、空気を導く吸気路パイプ２２が第１のターボチャージャ１０のコンプレッサ入口１１ａに接続され、コンプレッサ出口１１ｂはインタクーラ２０の入口２０ａに接続される。また、インタクーラ２０の出口２０ｂは、第２のターボチャージャ３０のコンプレッサ入口３８と自動開閉弁２１のバルブ入口２１ｄとに夫々接続され、第２のターボチャージャ３０のコンプレッサ出口３９とインタクーラ２０のバルブ出口２１ｅとが、エンジン１の吸気ポート２に夫々接続されている。一方、エンジン１の排気ポート３は、第１のターボチャージャ１０のタービン入口１２ａに接続され、第１のターボチャージャ１０のタービン出口１２ｂには、排ガスを排気する排気パイプ２３が接続されている。

【００１６】また、本過給装置には、一組の増速型ベルトプーリ５０を介しエンジン１のクランクシャフト４に連結されて駆動されるオイルポンプ（圧油供給手段）５１と、コントローラ（制御手段）６０に電気的に接続され、コントローラ６０の電気信号により開閉される電磁開閉弁（圧油供給量変化手段）５２とが配設される。そして、オイルポンプ５１の入口５１ａと電磁開閉弁５２の出口５２ｂとがオイルタンク５３に夫々接続され、オイルポンプ５１の出口５１ｂと電磁開閉弁５２の入口５２ａとが第２のターボチャージャ３０のオイル供給口４３に夫々接続されている。なお、第２のターボチャージャ３０のオイル排出口４４はタンク５３に接続される（図示せず）。

【００１７】コントローラ６０には、夫々がエンジン運転状態検出手段を構成する、エンジンの回転数Ｎe を検出するエンジン回転数センサ６１、エンジンの負荷Ｆを検出するエンジン負荷センサ６２、エンジンの冷却水温度Ｔを検出するエンジン冷却水センサ６３等が接続されている。コントローラ６０は、これらのセンサ６１、６２、６３が夫々検出したＮe 、Ｆ、Ｔに基づいて、電磁開閉弁５２を制御する。

【００１８】このように本過給装置では、第２のターボチャージャを圧油駆動式にしたので、装置全体を小型化することができ、取付け位置の自由度を高めることができる。これにより、搭載性を大巾に改善することができる。また、排ガスと圧油との双方により駆動されるターボチャージャのように、オイルが排ガスに混入することもない。

【００１９】次に、電磁開閉弁５２の開弁時と閉弁時とにおける本過給装置の作動について、図１を参照して説明する。第１のターボチャージャ１０は、エンジン１の作動中、そのタービンロータ１２が排ガスにより常時駆動されており、これにより、コンプレッサロータ１１が吸入空気を断熱圧縮する。断熱圧縮されて温度上昇した空気は、インタクーラ２０に送られて走行風により十分に空冷される。

【００２０】一方、オイルポンプ５１は、エンジン１の作動時に常時プーリ５０を介してクランクシャフト４により駆動され、オイルタンク５３内に収容されているオイルをポンプ出口５１ｂから吐出する。このとき、電磁開閉弁５２が閉弁していると、オイルポンプ５１から吐出されたオイルが第２のターボチャージャ３０のオイル供給口４３に供給され、第２のターボチャージャ３０が作動する。これにより、インタクーラ２０で冷却された圧縮空気は、第２のターボチャージャ３０のコンブレッサロータ３１により圧縮される。このため、自動開閉弁２１のバルブ出口２１ｅがバルブ入口２１ｄより高圧になるので、自動開閉弁２１は閉弁する。このようにして、第２のターボチャージャ３０で圧縮された空気は、エンジン１の吸気ポート２に供給される。つまり、電磁開閉弁５２が閉弁の場合には、エンジン１は、第１のターボチャージャ１０と第２のターボチャージャ３０とにより過給されて作動する。

【００２１】また、電磁開閉弁５２が開弁していると、オイルポンプ５１から吐出されたオイルは、オイルポンプ５１と電磁開閉弁５２との間で循環する。このため、第２のターボチャージャ３０のオイル供給口４３に高圧のオイルが供給されなくなるので、第２のターボチャージャ３０は不作動になる。また、このとき自動開閉弁２１のバルブ入口２１ｄがバルブ出口２１ｅより高圧になるので、自動開閉弁２１は開弁する。これにより、インタクーラ２０で冷却された圧縮空気は自動開閉弁２１を通過して、エンジン１の吸気ポート２に供給される。つまり、電磁開閉弁５２が開弁の場合には、エンジン１は、第１のターボチャージャ１０のみにより過給されて作動する。

【００２２】次に、コントローラ６０により実行される過給制御について、図３乃至図５を参照して説明する。コントローラ６０は、まず、エンジン回転数センサ６１が検出したエンジン回転数Ｎe 、エンジン負荷センサ６２が検出したエンジン負荷Ｆ、エンジン冷却水センサ６３が検出したエンジン冷却水温度Ｔを読み込む（ステップＳ１０）。そして、エンジン冷却水温度Ｔが所定設定温度Ｔ0 以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。この所定設定温度Ｔ0 は、エンジン１始動時の外気温度が低温状態にある否かを判定するために設定されたエンジン冷却水温度Ｔであり、例えば、１０℃に設定される。

【００２３】ステップＳ１４の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合には、図４に示されるマップを参照して電磁開閉弁５２の作動が決定される（ステップＳ１４）。ここで、図４は、エンジン冷却水温度ＴがＴ≦Ｔo の場合における、エンジン回転数Ｎe とエンジン負荷Ｌと電磁開閉弁５２の開閉状態との関係を示す。すなわち、エンジン回転数Ｎe が第１の所定設定回転数Ｎe1以下のとき、エンジン負荷Ｌに係わりなく電磁開閉弁５２は開弁される。このＮe1は、アイドル回転数（Ｎe0）より、例えば、１５０rpm だけ低い回転数に設定される。つまり、エンジン１の始動時には、まず、電磁開閉弁５２は開弁されて第２のターポチャージャ３０は不作動にされる。但し、この時点では排ガスエネルギも略零なので、第１のターポチャージャ１０も実質的に不作動である。

【００２４】また、エンジン回転数Ｎe が第１の所定設定回転数Ｎe1を超え、且つ、第２の所定設定回転数Ｎe2以下のとき、エンジン負荷Ｌに係わりなく電磁開閉弁５２は閉弁される。このＮe2は、エンジン１の出力が上昇し、排ガスエネルギで駆動される第１のターボチャージャ１０のみによりエンジン１に対して十分な過給ができるようになるエンジン回転数Ｎe であり、例えば、最大エンジン回転数Ｎe ma x.の４０％〜５０％の回転数Ｎe に設定されている。つまり、エンジン回転数Ｎ e がアイドルよりやや低い回転数Ｎe1から、第１のターボチャージャ１０だけでエンジン１に対して十分な過給ができるようになる回転数Ｎe2までの間につき、第２のターポチャージャ３０が作動し、エンジン１に対して十分な過給が行われる。これにより、エンジン１の低出力時における過給性能が著しく向上し、過渡運転時、或いは発進時におけるエンジントルクを増加させることができると共に、すすの排出を効果的に低減することができる。なお、エンジン回転数Ｎe が、アイドル回転数（Ｎe0）より、例えば、１５０rpm だけ低く設定された第１の所定設定回転数Ｎe1を超えたときから第２のターポチャージャ３０を作動させるのは、発進時にクラッチを接合させたとき、エンジン回転数Ｎe が一時的にアイドル回転数（Ｎe0）以下になることがあり、このようなとき、第２のターポチャージャ３０が作動域に入らないようにするためである。

【００２５】また、低温始動時にアイドルにおいて第２のターボチャージャを作動させるようにしたので、吸入空気が第２のターボチャージャにより温度上昇され、白煙の排出を低減することができると共に、エンジンの暖気性を向上させることができる。なお、白煙の排出低減とエンジンの暖気性向上は、低温始動時にのみ必要とされるものであり、水温上昇後は不要なので、後述のように、エンジン冷却水温度ＴがＴ＞Ｔo の場合には電磁開閉弁５２が開弁され、第２のターボチャージャ３０は不作動にされる。

【００２６】そして、エンジン回転数Ｎe が第２の所定設定回転数Ｎe2を超えたとき、エンジン負荷Ｌに係わりなく電磁開閉弁５２が開弁される。すなわち、エンジン回転数Ｎe が第２の所定設定回転数Ｎe2を超えたとき、第１のターボチャージャ１０のみによりエンジン１に対して十分な過給ができるようになるため、第２のターボチャージャ３０の作動が停止され、オイルポンプ５１の負荷運転に必要な出力分だけ、エンジン１の出力損失が防止される。

【００２７】一方、ステップＳ１４の判定結果が否定（Ｎｏ）の場合には、図５のマップを参照して電磁開閉弁５２の作動が決定される（ステップＳ１６）。ここで、図５は、エンジン冷却水温度ＴがＴ＞Ｔo のときにおける、エンジン回転数Ｎe とエンジン負荷Ｌと電磁開閉弁５２の開閉状態との関係を示し、以下の点を除いて、上述した図４と同一である。

【００２８】すなわち、図５によれば、エンジン回転数Ｎe が第３の所定設定回転数Ｎe3を超え且つ第２の所定設定回転数Ｎe2以下のとき、且つ、エンジン負荷Ｌが所定設定負荷Ｌ1 以下のときに、電磁開閉弁５２が開弁される。このＮe3は、第１の所定設定回転数Ｎe1とアイドル回転数（Ｎe0）との間に設けられた回転数Ｎe であり、例えば、アイドル回転数（Ｎe0）より５０〜７０rpm だけ低い回転数Ｎe に設定される。この理由は、上述した第１の所定設定回転数Ｎe1の場合と同様である。また、所定設定負荷Ｌ1 は、最大エンジン負荷Ｌmax.の２０％〜４０％の負荷Ｌとして設定される。すなわち、エンジン冷却水温度ＴがＴ＞Ｔo の場合には、アイドル時および発進時に電磁開閉弁５２を開弁し第２のターボチャージャを不作動にして、オイルポンプ５１の負荷運転に伴う出力損失を防止し、アイドル燃費の向上、発進加速性の向上、過渡運転時のすすの排出を低減している。

【００２９】このように、ステップＳ１４又はＳ１６で決定された作動態様に基づいて、電磁開閉弁５２が作動され（ステップＳ１８）、当該ルーチンは終了してプログラムがリターンされる。なお、本考案は上述した一実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、圧油供給手段を構成するオイルポンプ５１は、電動モータ駆動式のオイルポンプであってもよい。また、電動モータ駆動式のオイルポンプの場合には、ポンプとモータとを電磁クラッチで断接し、電磁クラッチにより圧油供給量変化手段を構成するようにしてもよい。

【００３０】また、オイルポンプ５１から第２のターボチャージャ３０に供給される圧油の供給量を、エンジンの運転状態に応じて連続的に変化させ、第２のターボチャージャ３０の出力を更に細かく変化させるようにしてもよい。この場合には、電磁開閉弁５２の代わりに、例えば、その開口面積を電気的に連続的に変化させることができるサーボバルブ等を設けて、圧油供給量変化手段を構成すればよい。

【００３１】

【考案の効果】

以上詳細に説明したように、上述した内燃エンジンの過給装置は、排ガスにより駆動される第１のターボチャージャに直列に、圧油により駆動される第２のターボチャージャを備え、エンジンの低出力時における過給性能を向上させたので、過渡運転時、或いは発進時におけるエンジントルクを増加させることができると共に、すすの排出を効果的に低減することができる。また、第２のターボチャージャを圧油駆動式にして該装置全体を小型化し、取付け位置の自由度を高めたので、搭載性を改善することができる。更に、排ガスと圧油との双方により駆動されるターボチャージャのようにオイルが排ガスに混入するようなことがない。

【００３２】好ましくは、第２のターボチャージャに、エンジンの運転状態、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷、エンジン冷却水温度等に応じた過給を行わせるようにしたので、エンジンの全運転域において、適切、且つ、きめ細かな過給制御を達成することができる。例えば、低温始動時に、アイドルにおいて第２のターボチャージャを作動させ、白煙の低減とエンジンの暖気性向上とを図ることができる一方、高温始動時に、アイドルにおいて第２のターボチャージャを不作動にし、アイドル燃費の向上、発進加速性の向上、過渡運転時のすすの排出を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の内燃エンジンの過給装置の、具体的構
成を示すブロック図である。

【図２】図１中の第２のターボチャージャ３０の、内部
構成を示す側面図である。

【図３】図１中のコントローラ６０により実行される、
過給制御の手順を示すフローチャートである。

【図４】エンジン冷却水温度Ｔw がＴw ≦Ｔwoのとき
の、エンジン回転数Ｎe とエンジン負荷Ｌと電磁開閉弁
５２の開閉状態との関係を示すマップである。

【図５】エンジン冷却水温度Ｔw がＴw ＞Ｔwoのとき
の、エンジン回転数Ｎe とエンジン負荷Ｌと電磁開閉弁
５２の開閉状態との関係を示すマップである。

【符号の説明】

１エンジン１０第１のターボチャージャ２０インタクーラ２１自動開閉弁２２吸気パイプ（吸気路）２３排気パイプ３０第２のターボチャージャ５１オイルポンプ（圧油供給手段）５２電磁開閉弁（圧油供給量変化手段）６０コントローラ（制御手段）６１エンジン回転数センサ（運転状態検出手段）６２エンジン負荷センサ（運転状態検出手段）６３冷却水温度センサ（運転状態検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者野々村美政東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】内燃エンジンの吸気路に配設され、該エ
ンジンの排ガスにより駆動される第１のターボチャージ
ャと、前記第１のターボチャージャと直列に該吸気路に
配設され、圧油により駆動される第２のターボチャージ
ャと、前記第２のターボチャージャに圧油を供給する圧
油供給手段とを備えたことを特徴とする内燃エンジンの
過給装置。
【請求項２】前記圧油供給手段は、該圧油の供給量を
変化させる圧油供給量変化手段と、該エンジンの運転状
態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手
段が検出したエンジンの運転状態に基づいて前記圧油供
給量変化手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴
とする、請求項１記載の内燃エンジンの過給装置。