JPH0622118Y2 - エンジンの過給装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、排気ターボ過給機と機械式過給機とを併用
し、エンジン低速域、特に低速域の加速時に、機械式過
給機によって応答性が良く且つ十分に大きい過給効果を
得るようにしたエンジンの過給装置に関する。

（従来技術） エンジンに供給する吸気を加圧して充填量を増大させる
手段としては、エンジンの排気エネルギーによってター
ビンを回転しタービンに連結されたコンプレッサを駆動
するようにした排気ターボ過給機（いわゆるターボチャ
ージャー）と、エンジンにより機械的に駆動される機械
式過給機（いわゆるスーパチャージャー）が通常用いら
れている。

ところで、排気ターボ過給機は、高速域において大きな
過給効果が得られる反面、低速域では十分な過給効果が
得られず、しかも応答性が良くない。とくに、エンジン
回転が非常に低い状態からの加速時にはターボラグが顕
著にあらわれ過給遅れが大きくなる。一方、機械式過給
機は、低速域の加速時においても、過給遅れの無いしか
も十分に大きい過給効果を得ることができるが、高速域
での過給効果は十分とは言えず、また、信頼性の面から
回転数にも限界がある。そこで、これら排気ターボ過給
機と機械式過給機とを併用して、高速域においては排気
ターボ過給機により十分に過給効果を高め、低速域にお
いては、機械式過給機によって、過給遅れのないしかも
十分に大きな過給効果を得るようにということで、これ
ら排気ターボ過給機と機械式過給機をいろいろな形で組
み合わせることも提案されている。

排気ターボ過給機と機械式過給機は、両者を直列的に組
み合わせることもでき、また並列的に組み合わせること
も可能である。しかしながら、両過給機を直列に設けた
場合には、相互に他方の過給機が流路抵抗となるため過
給効果が上がりにくい。また、とくに低速域の加速時を
考えると、排気ターボ過給機の下流に機械式過給機を設
けたものでは、排気ターボ過給機の回転が十分に上がる
までは機械式過給機に流れる空気量自体が十分でなく、
したがって、応答性の良い過給効果を得にくいし、排気
ターボ過給機の上流に機械式過給機を設けた場合だと、
機械式過給機から吐出された加圧空気が、やはり排気タ
ーボ過給機の回転が上がるまでは十分にエンジン側に流
れないといった問題がある。それに対し、例えば特開昭
６１−２０５３３２号公報に記載されたものでは、エン
ジンの吸気通路に排気ターボ過給機と機械式過給機を並
列に設け、エンジン出力軸と機械式過給機との間の動力
伝達経路に設けたクラッチを、エンジンの低回転域では
接続し、高回転では切るようにしている。また、とく
に、エンジン高回転域で機械式過給機を停止する際のト
ルク変動を小さくするために、クラッチの切断に際して
あらかじめ一時的に過給圧を上昇させる手段を設けてい
る。このように二つの過給機を並列に設けたものでは、
一方の過給機によって過給を行っているときに他方が流
路抵抗となるようなことはなく、とくに、低速域の加速
時に、機械式過給機による過給が排気ターボ過給機の緩
慢な立ち上がりによって阻害されるようなことはない。
したがって、とくに低速域での応答性を改善するために
は、上記のように排気ターボ過給機と機械式過給機を並
列に配設し、低速域で機械式過給機による過給を行うよ
うにするのが有利である。

このように、吸気通路に排気ターボ過給機と機械式過給
機を並列に配設するとともに、エンジン出力軸と機械式
過給機との間にクラッチを設けて、これを低速域で接続
し高速域で切るようにし、また、機械式過給機下流で排
気ターボ過給機側吸気通路との合流位置の手前に開閉弁
を設けて、これを低速域で開き高速域で閉じるようにす
ることで、高速域においては専ら排気ターボ過給機によ
って十分な過給を行い、低速域では、排気ターボ過給機
による過給に加えて機械式過給機による過給を行うよう
にすることができる。その際、機械式過給機は、それに
よって実際に過給を行う前から駆動されていなければ十
分に応答性の良い過給を行うことは難しい。そのため
に、クラッチを接続する領域は、開閉弁を開いて実際に
過給を行う領域よりも広めに設定するとともに、実際に
過給を行うまでは、仕事量の増大を防ぐために、例えば
特開昭６２−７９３２号公報に記載されたように、機械
式過給機をバイパスする形で吐出圧を上流側に逃がすリ
リーフ通路を設ける必要がある。

ところが、機械式過給機の吐出側から延びるリリーフ通
路を、上記特開昭６２−７９３２号公報記載のように単
に機械式過給機の吸入側に接続したのでは、加圧され高
温になった吸気がリリーフ通路を介して再び機械式過給
機に入るということで、そういった高温吸気の循環が続
くと、過給機自体が高温となって耐熱温度を越える恐れ
もあり、また、過給を始めても、温度が高くなっている
ために十分な充填効率が得られないということもあっ
て、信頼性および過給効果の双方に問題がある。

（考案の目的） 本考案は上記問題点に鑑みてなされたものであって、排
気ターボ過給機と機械式過給機を併用し、機械式過給機
によってとくに低速域の加速時における応答性を改善す
るとともに、機械式過給機の温度上昇を抑制して機械式
過給機による過給時の充填効率を向上させ、また機械式
過給機自体の信頼性を向上させることを目的とする。

（考案の構成） 本考案は、排気ターボ過給機のコンプレッサと機械式過
給機を並列に配設したことによる特有の吸気の流れを利
用して、リリーフ通路に送られたエアが機械式過給機自
体に循環しない構造を実現し、しかも、そのような構造
によって、低負荷時の気化・霧化の促進と、コンプレッ
サおよび機械式過給機の駆動損失の低減をも可能にした
ものであって、その構成はつぎのとおりである。すなわ
ち、本考案に係るエンジンの過給装置は、吸気通路に排
気ターボ過給機のコンプレッサと機械式過給機とを並列
に設け、所定の作動領域で前記機械式過給機を作動させ
て少なくとも低速域での加速時に該機械式過給機による
過給を行うようにしたエンジンの過給装置において、機
械式過給機吐出側を吸気通路上流側に接続するリリーフ
通路を設け、該リリーフ通路を、前記吸気通路の機械式
過給機側への分岐位置より下流で且つコンプレッサ吸入
口より上流に接続するとともに、機械式過給機吐出側の
リリーフ通路開口位置より下流で排気ターボ過給機側と
の合流位置より上流に、前記作動領域のうち実際に機械
式過給機による過給を実行する過給実行領域への移行域
として設定した非過給実行領域では閉作動することによ
って前記機械式過給機から吐出されたエアを前記リリー
フ通路を介して前記コンプレッサ吸入口の上流に導き、
前記過給実行領域でのみ開作動することによって機械式
過給機による過給を実行に移す開閉弁を設けたことを特
徴としている。

（作用） エンジンが作動すると、その排気ガスのエネルギーによ
って排気ターボ過給機のタービンが回転しコンプレッサ
が駆動される。そして、それによって吸気が加圧され、
とくに高速域において大きな過給効果が得られる。ま
た、低速域での加速時には機械式過給機による過給が行
われる。

機械式過給機の吐出圧を逃がすリリーフ通路は、また、
機械式過給機吐出側のリリーフ通路開口位置より下流で
排気ターボ過給機側との合流位置より上流に設けられた
開閉弁は、非過給実行領域で閉じられ、その際、機械式
過給機から吐出されたエアは吸気通路の分岐位置より下
流で且つコンプレッサ吸入口より上流に導かれ、機械式
過給機には常に上流側の冷たい吸気が取り入れられる。
したがって、機械式過給機の温度が異常に高くなって充
填効率を十分に高められなくなったり、過給機自体の耐
熱温度を越したりといった不都合が生じない。また、暖
められた吸気がコンプレッサに導入されるので、とくに
低負荷時には吸気温度が上昇して燃料の気化・霧化状態
が良好となる。リリーフ時には、リリーフエアによって
コンプレッサ上流の負圧が小さくなり、その分だけター
ビン側排圧が低下する。また、コンプレッサ吸入口に近
いところにリリーフ通路が接続されているのでリリーフ
圧力が低く、そのため、機械式過給機の駆動トルクが小
さい。したがって、このような位置にリリーフ通路を接
続したことで、両過給機の駆動損失が低減され、その分
エンジンの出力が向上する。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本考案の一実施例を示す全体図である。

この実施例において、エンジン１の吸気通路２は、エア
クリーナ３の下流で主吸気通路４と副吸気通路５に分岐
し、スロットル弁６の直上流で再び集合する形に形成さ
れ、主吸気通路４の途中には排気ターボ過給機７のコン
プレッサ８が、また、副吸気通路５の途中には機械式過
給機９が配設されている。

コンプレッサ８は、エンジン１の排気通路１０に配設さ
れたタービン１１に一体連結されており、排気ガスのエ
ネルギーによって回転駆動される。

主吸気通路４には、排気ターボ過給機９の下流にインタ
ークーラ１２が介設されている。副吸気通路５は、機械
式過給機９下流の吐出通路部がインタークーラ１２下流
に開口するよう接続されている。

機械式過給機９の駆動軸１３に設けられた被駆動プーリ
１４は、ベルト１５を介しクランク軸１６側の駆動プー
リ１７に連結されている。駆動プーリ１７とエンジン１
のクランク軸１６との間には電磁クラッチ１８が設けら
れている。

副吸気通路５には、機械式過給機９の下流で主吸気通路
４へ合流する直前の位置に開閉弁１９が設けられてい
る。また、機械式過給機９の吐出側に開口するリリーフ
通路２０が設けられ、リリーフ通路２０の他端は、主吸
気通路４の副吸気通路５分岐位置より下流で排気ターボ
過給機７より上流の位置に開口するよう接続されてい
る。リリーフ通路２０の途中には、制御弁２１が設けら
れている。

吸気通路２の、エアクリーナ３直下流位置にはエアフロ
ーメータ２２が配設されている。また、スロットル弁６
にはスロットル弁開度センサ２３が付設されている。ス
ロットル弁６下流にはサージタンク２４が形成され、そ
こから、エンジン１の各気筒に至る６本の独立吸気通路
２５が分岐している。

排気ターボ過給機７のタービン室２６はデュアルポート
タイプの排気マニホルド２７に接続されている。また、
タービン室２６をバイパスするバイパス通路２８が形成
され、該バイパス通路２８には、ウエストゲートバルブ
２９が設けられている。

エンジン１が作動すると、排気ガスのエネルギーによっ
てタービン１１が回転し、コンプレッサ８を駆動する。
それによって、主吸気通路４を流れる吸気が加圧されて
過給が行われる。エンジン高速域においては、この排気
ターボ過給機７によって十分に過給を行うことができ
る。

機械式過給機９による過給は、コントロールユニット３
０からの駆動信号によって電磁クラッチ１８が接続さ
れ、またワイヤ３１を介し開閉弁１９が開かれることに
よって行われる。コントロールユニット３０にはエンジ
ン回転数信号のほか、エアフローメータ２２からの吸入
空気量信号、スロットル弁開度センサ２３からのスロッ
トル弁開度信号等が入力され、それらに基づいて機械式
過給機９の作動領域および過給実行領域が判定される。

この実施例において、機械式過給機９が作動する領域
（作動領域）およびそれにより実際に過給が行われる領
域（過給実行領域）は、第２図に示すようにエンジン回
転数と負荷によって設定されている。第２図において、
（イ）は走行抵抗と駆動力がつり合うラインであり、
（ロ）は排気ターボ過給機による過給が効果的に行われ
る領域の下限を示している。電磁クラッチ１８が接続さ
れて機械式過給機９が作動するのは、第２図に斜線で示
すように、比較的低負荷域まで含む所定の負荷範囲で、
しかもエンジン回転数が所定値よりも低い領域Ａであ
る。また、開閉弁１９を開いて機械式過給機による過給
を実際に行う領域はそれよりも狭い二重斜線の領域Ｂで
ある。過給実行領域Ｂは、走行抵抗ラインより高負荷側
で、しかも低回転域に設定されている。このような低速
域では、排気ターボ過給機７だけでは十分な過給効果が
得られないが、同時に機械式過給機９による過給が行わ
れることで過給効果が高められる。また、低速域、とく
に低速域の加速時には、機械式過給機９が応答性よく作
動するので過給遅れが生じない。

電磁クラッチ１８が接続され機械式過給機９が作動して
いるが開閉弁１９が開かれていないといった領域では、
機械式過給機９から吐出されたエアはリリーフ通路２０
を介して排気ターボ過給機７の上流に逃がされる。この
間、加圧されて高温となったエアが機械式過給機９に循
環することはなく、常にエアクリーナ３からの冷たい空
気が流入するので、機械式過給機９の温度が過渡に上昇
することはない。したがって、機械式過給機９による過
給を開始した時の充填効率が低下するような現象は生じ
ない。また、機械式過給機９の過給領域においてリリー
フエアが流れても、温度の高いリリーフエアが機械式過
給機に吸入されることはないので、低速域での充填効率
を十分に向上させることができる。

第３図は、本考案の上記実施例（本案）における、機械
式過給機による過給領域でのエアポンプ（機械式過給
機）側吸入空気量を、リリーフ通路を機械式過給機の吸
入側に接続した場合（比較例）と比較して示している。
本案の場合は、吸入されるエアの温度が低く、しかもエ
アポンプ自体の温度も低いので、エアポンプ側から吸入
される空気量は大きい。その代わり、コンプレッサ側か
ら吸入される空気量は幾分落ちる。しかし、エアポンプ
側からの吸入空気量の増大は、それを補って余りある。

この実施例では、第２図に示すように、機械式過給機９
自体比較的低負荷域においても作動しており、そのよう
な低負荷時には暖められたリリーフエアが吸入されるこ
とによって燃料の気化・霧化が促進される。また、この
ような位置にリリーフ通路を接続することで、排気ター
ボ過給機７上流の負圧は低減され、また、リリーフ圧力
は低くなる。したがって、両過給機の駆動損失が小さく
なる。

なお、上記実施例においては、機械式過給機の作動領域
を比較的低負荷域にまで広げ、低速域ではほぼ常時機械
式過給機を作動させるようにしているが、この機械式過
給機の作動領域をもう少し高負荷側に限定するなど、適
宜設定を変更し得るものである。

（考案の効果） 本考案は以上のように構成されているので、排気ターボ
過給機と機械式過給機の併用において、機械式過給機の
温度上昇を抑制して機械式過給機による過給時の充填効
率を向上させることができ、また、機械式過給機の信頼
性を向上させることができる。また、燃料の気化・霧化
を促進し、また、両過給機の駆動損失を低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す全体図、第２図は同実
施例の作動を説明する領域図、第３図は同実施例の作用
効果の比較説明図である。 １：エンジン、２：吸気通路、７：排気ターボ過給機、
８：コンプレッサ、９：機械式過給機、１８：電磁クラ
ッチ、１９：開閉弁、２０：リリーフ通路、３０：コン
トロールユニット。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気通路に排気ターボ過給機のコンプレッ
   サと機械式過給機とを並列に設け、所定の作動領域で前
   記機械式過給機を作動させて少なくとも低速域での加速
   時に該機械式過給機による過給を行うようにしたエンジ
   ンの過給装置において、機械式過給機吐出側を吸気通路
   上流側に接続するリリーフ通路を設け、該リリーフ通路
   を、前記吸気通路の機械式過給機側への分岐位置より下
   流で且つコンプレッサ吸入口より上流に接続するととも
   に、機械式過給機吐出側のリリーフ通路開口位置より下
   流で排気ターボ過給機側との合流位置より上流に、前記
   作動領域のうち実際に機械式過給機による過給を実行す
   る過給実行領域への移行域として設定した非過給実行領
   域では閉作動することによって前記機械式過給機から吐
   出されたエアを前記リリーフ通路を介して前記コンプレ
   ッサ吸入口の上流に導き、前記過給実行領域でのみ開作
   動することによって機械式過給機による過給を実行に移
   す開閉弁を設けたことを特徴とするエンジンの過給装
   置。