JPH06323153A - エンジンの過給装置 - Google Patents

エンジンの過給装置

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JPH06323153A
JPH06323153A JP5116145A JP11614593A JPH06323153A JP H06323153 A JPH06323153 A JP H06323153A JP 5116145 A JP5116145 A JP 5116145A JP 11614593 A JP11614593 A JP 11614593A JP H06323153 A JPH06323153 A JP H06323153A
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rotation speed
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な過給応答性を確保しながら、ターボチ
ャージャーにおけるコンプレッサの過回転を防止する。 【構成】 ターボチャージャー24のコンプレッサ回転
軸に、エンジンクランク軸102と連動する油圧ポンプ
108の吐出油で回転駆動される補助駆動用油圧タービ
ンを設ける。共通吸気管14には、上記ターボチャージ
ャー24の過給リリーフを行うバイパス通路17及び吸
気バイパス弁21を設ける。上記ターボチャージャー2
4のコンプレッサの回転数が一定値に達した時点で上記
バイパス通路17を開き、コンプレッサの仕事量を増や
すことによりコンプレッサ回転数の上昇を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ターボチャージャーを
備えたエンジンの過給装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、ターボチャージャーが装備され
たエンジンは、ターボチャージャーを有しないエンジン
よりも発進加速性が劣る傾向がある。これは、発進時の
エンジン回転数が不足しているため、ターボチャージャ
ーのコンプレッサ及びタービンを所望の加速性が得られ
るトルクで駆動するだけの排気ガス量が得られず、ター
ボチャージャーによる過給の分だけエンジンの圧縮比が
予め低く設定されているために却って出力トルクが低下
することに起因する。
【0003】そこで従来は、例えば特公昭59−516
49号公報に示されるように、コンプレッサホイールと
タービンホイールとをつなぐシャフトに油圧タービンを
装着し、発進加速時等の所定の条件下で、エンジン動力
を受けて作動する油圧ポンプから吐出した作動油を油圧
タービンに向けてノズルを通じ噴射することにより、上
記油圧タービンと一体に上記シャフトを補助的に駆動
し、これによってターボチャージャーの出力を高めるよ
うにした過給装置が提案されるに至っている。
【0004】ところで、上記のようなエンジンは一般に
図6に示すような特性を有している。図において、横軸
は吸気体積流量Qa、縦軸は圧力比(コンプレッサ上流
側圧力poに対するコンプレッサ下流側圧力(すなわち
吸気圧力)Pの比)p/poであり、両者の関係が各コ
ンプレッサ回転数について曲線で示されている。また、
破線から成る曲線はコンプレッサの限界回転数(過回転
による焼き付き等の不都合が生じない最大のコンプレッ
サ回転数)におけるQa−p/po特性を示している。
【0005】ここで、上記油圧ポンプはエンジンの動力
を受けて駆動されるものであり、その吐出圧はエンジン
回転数の上昇に伴って増大するので、この油圧ポンプを
上記油圧タービンに単純に直結すると、エンジン回転数
の増大に伴ってコンプレッサ回転数も急激に増大する。
従って、現在の運転状態が例えば点Aで示される状態す
なわち適当なコンプレッサ回転数が得られている状態で
あったとしても、その後のわずかなエンジン回転数の増
大で運転状態は短時間で点Bまで至り、コンプレッサの
過回転を招いてしまうことになる。
【0006】そこで、上記公報に示される装置では、上
記油圧ポンプと油圧タービンとの間に圧力制御弁が介設
され、エンジン回転数の増大によって油圧ポンプの吐出
圧が一定値以上に達した時点から上記圧力制御弁が吐出
圧のリリーフを行うように構成されている。このような
装置によれば、上記油圧タービンに一定値以上の油圧が
作用するのを防ぐことにより、コンプレッサ回転数が過
度に上昇するのを未然に防ぐことが可能である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記公報に示される装
置において、エンジンの加速が比較的緩やかに行われる
場合には、油圧ポンプの吐出圧も緩やかに上昇するた
め、この吐出圧が予め設定された圧力に達した時点でコ
ンプレッサ回転数も十分な値まで高まることになるが、
エンジンが急激に加速される場合には、油圧ポンプ吐出
圧の急上昇に対してコンプレッサ回転数の応答が遅れる
ため、このコンプレッサ回転数が十分高い値に到達する
前に(例えば図6では点Aに至る前に)油圧ポンプ吐出
圧が先行して所定のリリーフ圧に到達し、この時点で油
圧がリリーフされるため、十分なコンプレッサ回転数が
得られないうちにこのコンプレッサの補助駆動が停止し
て加速応答性を害する不都合がある。
【0008】本発明は、このような事情に鑑み、エンジ
ン加速時、特に急加速時において、コンプレッサ回転数
の急上昇によるコンプレッサ過回転を防ぎながら、高い
加速応答性を得るために十分なコンプレッサ回転数を確
保することができるエンジンの過給装置を提供すること
を目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、ターボチャー
ジャーにおいて吸気通路内に設けられるコンプレッサと
排気通路内に設けられるタービンとを相互連結する連結
軸に補助駆動用タービンを設けるとともに、エンジン動
力で駆動されることにより少なくともエンジン加速時に
上記補助駆動用タービンに作動流体を圧送して上記連結
軸を補助駆動する流体ポンプを備えたエンジンの過給装
置において、上記補助駆動時にエンジン回転数の増大に
伴って上記流体ポンプから上記補助駆動用タービンに供
給される流体の圧力が上昇するように上記流体ポンプ及
び補助駆動用タービンを配するとともに、上記エンジン
加速開始後の所定時点から上記コンプレッサを迂回して
その上流側と下流側との連通を開始するバイパス手段を
備えたものである(請求項1)。
【0010】上記バイパス手段の切換に関しては、上記
コンプレッサの回転数が一定値以上である状態にのみ上
記バイパス手段を開通可能な状態に切換える過給制御手
段を備えたものや(請求項2)、過給圧が一定値以上の
場合にのみ連通状態に切換えられるように上記バイパス
手段を構成したもの(請求項4)等が好適である。上記
コンプレッサ回転数については、これを直接検出する手
段を設けてもよいが、上記コンプレッサ回転数エンジン
の吸気圧に基づいてコンプレッサ回転数の予測値を演算
するコンプレッサ回転数予測手段を備え、このコンプレ
ッサ回転数の予測値に基づいて上記バイパス手段の切換
制御を行うように上記過給制御手段をこせすればより好
ましいものとなる(請求項3)。
【0011】また、上記エンジンの過給装置において、
上記連結軸を互いに同軸状態で並ぶコンプレッサ側軸と
タービン側軸とに分割し、これらコンプレッサ側軸とタ
ービン側軸とを互いに連動回転するように連結する連結
状態と互いに相対回転するように切り離す切離し状態と
に切換えられるクラッチ手段を備え、コンプレッサ側軸
に上記補助駆動用タービンを設けるとともに、加速開始
時に上記クラッチ手段を上記切離し状態に切換える切換
制御手段を備えることにより、後述のようなより優れた
効果が得られる(請求項5)。
【0012】
【作用】請求項1記載の装置では、エンジンの加速時、
エンジン回転数の上昇に伴って流体ポンプから上記補助
駆動用タービンに供給される流体の圧力が上昇し、この
流体圧圧力の上昇に伴って補助駆動用タービンの回転数
が増大する、すなわちターボチャージャーが加速される
ことになるが、適当な時期にバイパス手段が遮断状態か
ら連通状態に切換えられ、このバイパス手段を通じて上
記ターボチャージャーのコンプレッサの下流側吸気がコ
ンプレッサ上流側に還流されることにより、コンプレッ
サの仕事量が増え、その分コンプレッサ回転数の上昇が
抑制されてこのコンプレッサ回転数が許容値を一気に超
えることが阻止される。すなわち、従来のように上記流
体ポンプからの流体圧をリリーフしてコンプレッサの仕
事量を減らすことなく、コンプレッサの過回転を防ぎ、
かつ、コンプレッサの回転数を適当な回転数まで確実に
高めることができる。
【0013】より具体的に、請求項2記載の装置では、
コンプレッサ回転数が一定値に達するまでは上記バイパ
ス手段が遮蔽状態に保たれることにより、コンプレッサ
の回転数上昇が促され、コンプレッサ回転数が一定値に
達した後は、適当なタイミングで上記バイパス手段が開
通状態に切換えられることにより、それ以上のコンプレ
ッサ回転数の上昇が抑制される。
【0014】ここで、請求項3記載の装置では、エンジ
ンの吸気圧を検出し、その検出値に基づいてコンプレッ
サ回転数の予測値を演算するようにしているので、特別
なコンプレッサ回転数検出手段を設けることなく、上記
予測値に基づいて、コンプレッサ回転数に見合った過給
制御を行うことができる。
【0015】請求項4記載の装置では、吸気圧が予め設
定された圧力に達した状態で上記バイパス手段が連通状
態に切換わることにより、過給圧が略一定に保たれなが
らコンプレッサ回転数が漸次的に上昇する。
【0016】請求項5記載の装置では、加速開始時に、
コンプレッサ側軸を慣性モーメントの大きなタービン及
びタービン側軸から切離し、このコンプレッサのみを補
助駆動用タービン及び油圧ポンプで補助駆動することに
より、コンプレッサ回転数を所望の回転数までより迅速
に上昇させることができる。
【0017】
【実施例】本発明の第1実施例を図1〜図5に基づいて
説明する。
【0018】図3に示すエンジン10の各気筒には、吸
気マニホールド12を介して共通吸気管14が接続され
ている。この共通吸気管14の途中には、エアフローセ
ンサ13、スロットル弁15、インタクーラー16、タ
ーボチャージャー(実際には後述のように補助駆動を受
けるスーパーチャージャーとしての機能も兼ね備えたタ
ーボチャージャー)24、エアクリーナー18等が設け
られている。
【0019】共通吸気管14において、上記ターボチャ
ージャー24の上流側通路14Aと下流側通路14Bと
は、同ターボチャージャー24を迂回するバイパス通路
17で接続され、このバイパス通路17の途中に吸気バ
イパス弁21が設けられており、これらによって本発明
におけるバイパス手段が構成されている。
【0020】上記吸気バイパス弁21の構造を図4に示
す。この吸気バイパス弁21はダイヤフラム弁211を
備え、その内部に、上記バイパス通路17を開閉する弁
体212と、この弁体212を同弁体212がバイパス
通路17を閉じる状態に保持するスプリング213とが
設けられている。このスプリング側室は通路214を介
して三方電磁弁215に接続されており、この三方電磁
弁215は通路216,217をそれぞれ介してターボ
チャージャー上流側通路14A及び吸気マニホールド1
2に連通されている。上記三方電磁弁215は、後述の
制御信号を受けることにより、上記通路214と通路2
17とを連通する状態と、上記通路214と通路216
とを連通する状態とに選択的に切換えられるようになっ
ている。
【0021】図3において、上記各気筒には排気マニホ
ールド19を介して共通排気管20が接続されている。
この共通排気管20の途中には、上記ターボチャージャ
ー24、排ガス浄化用触媒22等が設けられており、上
記ターボチャージャー24の上流側部分と下流側部分と
は同ターボチャージャー24を迂回しながらウエストゲ
ート23を介して接続されている。
【0022】上記ターボチャージャー24の内部構造を
図1,2に示す。このターボチャージャー24は、通常
のターボチャージャーと同様、コンプレッサ26及びタ
ービン28を備えている。コンプレッサ26はコンプレ
ッサハウジング30に収容され、タービン28はタービ
ンハウジング32に収容されている。コンプレッサハウ
ジング30は上記共通吸気管14の途中に組み込まれ、
タービンハウジング32は上記共通排気管20の途中に
組み込まれており、両ハウジング30,32は略円筒状
の本体ハウジング34を介して連結されている。
【0023】なお、上記コンプレッサ26はアルミニウ
ム等の比較的軽量な材料で比較的薄肉に形成されている
のに対し、タービン28は、排気ガスの高熱に耐えるべ
く鉄系材料等の比較的重い材料で厚肉に形成されてい
る。従って、タービン28の慣性モーメントは上記コン
プレッサ26の慣性モーメントよりも大幅に大きくなっ
ている。
【0024】この本体ハウジング34内の中央には、こ
れと同軸状態でコンプレッサ側軸36及びタービン側軸
38が収容されている。そして、コンプレッサ側軸36
の外側端部(図1では右側端部)が上記コンプレッサ2
6の中心部に固定され、タービン側軸38の外側端部
(図1では左側端部)がタービン28の中心部に固定さ
れている。
【0025】上記コンプレッサ側軸36の内側端部(図
1では左側端部)は先端に向かって開口する筒部37と
され、タービン側軸38の内側端部(図1では右側端
部)は、上記筒部37内に相対回転可能に嵌入される小
径の嵌入部39とされている。
【0026】上記コンプレッサ側軸36の径方向外側に
は、これと一体に回転する状態で外筒41が外嵌され、
この外筒41において上記タービン側よりの部分(図1
では左側よりの部分;本体ハウジング34内において左
右方向略中央の部分)に、油圧タービン(補助駆動用タ
ービン)43が一体形成されている。この油圧タービン
43は、この実施例ではペルトンホイール状に形成さ
れ、その外周部に所定方向から作動油が吹き付けられる
ことにより、上記外筒41及びコンプレッサ側軸36と
一体に回転駆動されるように構成されている。
【0027】本体ハウジング34の内側には、その軸方
向略全域にわたって延びる筒状の軸受ハウジング40が
嵌挿されている。そして、この軸受ハウジング40に、
上記コンプレッサ側軸36外側の外筒41と、タービン
側軸38の双方が、軸受42を介して回転可能に支持さ
れている。また、各軸受42の傍らには油路形成リング
45が配設されている。
【0028】上記コンプレッサ側軸36とタービン側軸
38との間には、図2に示すような油圧クラッチ44が
設けられている。この油圧クラッチ44は、油路形成ブ
ロック46、スリーブ48、外側クラッチ部材50、内
側クラッチ部52、スプリング58等で構成されてい
る。
【0029】上記油路形成ブロック46は、後述の油圧
クラッチ作動油用油路が形成されたものであり、全体が
筒状をなしている。この油路形成ブロック46のタービ
ンよりの部分は上記軸受ハウジング40内周面にほぼ摺
接する大径部46aとされ、コンプレッサよりの部分は
上記大径部46aよりも小径の小径部46bとされてお
り、油路形成ブロック46全体がタービン側軸38に外
嵌、固定されている。また、この油路形成ブロック46
の大径部46aと小径部46bとの境界部分にはリング
55が固定されている。
【0030】外側クラッチ部材50は、タービン側軸3
8の外径よりも大きな内径をもつ筒状部を有し、ナット
51と上記油路形成ブロック46との間に挾まれた状態
でタービン側軸38の途中部分に固定されている。上記
筒状部は、コンプレッサ側軸36に向かって開口してお
り、この開口端の周縁内周面は、筒状部の奥(図2では
左側)に向かうに従って縮径するテーパー状内周面53
とされている。
【0031】これに対し、内側クラッチ部52はコンプ
レッサ側軸36の筒部37の端部に一体形成されたもの
であり、筒状をなしている。そして、この内側クラッチ
部52の外周面は、上記外側クラッチ部材50のテーパ
ー状内周面53に内側から圧接可能なテーパー状外周面
54とされている。
【0032】スリーブ48は、上記外側クラッチ部材5
0の外周面に外側から摺接しており、そのコンプレッサ
側端部(図2右側端部)には、上記内側クラッチ部52
をコンプレッサ側から抱きかかえるリング56が固定さ
れている。また、このスリーブ48の適所からは内方の
油路形成ブロック46に向かって突出するつば部49が
形成されており、このつば部49と上記リング55との
間に油圧室59が形成されている。
【0033】上記つば部49と上記外側クラッチ部材5
0との間には、スプリング58が圧入されている。この
スプリング58は、その弾発力でスリーブ48及び上記
リング56をタービン側に付勢している。この弾発力に
より、上記リング56にコンプレッサ側から抱きかかえ
られるようにしてコンプレッサ側軸36がタービン側に
押圧され、この押圧により、通常は上記内側クラッチ部
52の外側テーパー面54が外側クラッチ部材50の内
側テーパー面53に内側から圧接し、これらテーパー面
53,54の圧接により、コンプレッサ側軸36とター
ビン側軸38とが同軸状態で相対回転不能に連結される
ようになっている。
【0034】次に、このターボチャージャー24に形成
されている作動油の油路を説明する。なお、この実施例
では上記作動油に軸受42の潤滑油の軸受とが共用され
ている。
【0035】本体ハウジング34の側壁適所には、作動
油供給ポート62が形成され、この作動油供給ポート6
2は作動油供給路64を介して軸受ハウジング40に連
通されている。軸受ハウジング40の側壁には、上記作
動油供給路64と通ずる溝65が全周にわたって形成さ
れている。この溝65と軸受ハウジング40内とを連通
する複数の作動油噴射口63が穿設されている。各作動
油噴射口63の位置は、該噴射口63から噴射された作
動油が上記油圧タービン43の外周部に吹き付けられ、
これによって油圧タービン43が回転駆動される位置に
形成されている。
【0036】本体ハウジング34側壁において、上記作
動油供給ポート62と異なる位置には作動油供給ポート
66が設けられ、この作動油供給ポート66は、軸受ハ
ウジング40において上記溝65と異なる位置に開口し
ている。軸受ハウジング40において上記開口に臨む部
分には、溝69が全周にわたって形成されるとともに、
この溝69と軸受ハウジング40内における上記油路形
成ブロック46の大径部46a外周面とを連通する複数
の作動油供給口67が形成されている。
【0037】タービン側軸38の中央には、その中心軸
に沿って作動油路70が形成されている。このタービン
側軸38及び油路形成ブロック46の大径部46aに
は、上記作動油供給口67と作動油路70とを径方向に
連通する作動油路71,68が形成されている。さら
に、上記タービン軸38において上記作動油路71より
もコンプレッサ側の部分及び油路形成ブロック46の小
径部46bには、上記作動油路70と前記油圧室59と
を径方向に連通する作動油路73,72が形成されてい
る。
【0038】そして、これらの作動油路73,72から
上記油圧室59内に作動油が供給されることにより、そ
の油圧でスリーブ48及びリング56がスプリング58
の弾発力に抗してコンプレッサ側に押され(図2二点鎖
線参照)、これにより両テーパー面53,54の圧接が
解除されてコンプレッサ側軸36とタービン側軸38と
が相対回転可能に切り離されるようになっている。
【0039】本体ハウジング34には、上記軸受ハウジ
ング40内に通ずる作動油回収路81,82が形成され
ており、これらは作動油排出ポート84に合流してい
る。
【0040】本体ハウジング34において、上記作動油
供給ポート62と異なる位置には、潤滑油供給ポート8
6が形成されている。この潤滑油供給ポート86は、本
体ハウジング34内に形成された潤滑油供給路88,9
4を通じて軸受ハウジング40の外周面に連通されてい
る。
【0041】軸受ハウジング40の外周面において、上
記潤滑油供給路88,94につながる位置には、全周に
わたって溝89,96が形成されており、さらに、この
軸受ハウジング40及び油路形成リング45には、上記
溝89,96に通ずる潤滑油路90,98が形成されて
いる。各油路形成リング45には、各潤滑油路90,9
8と通ずるオイルジェット92,99が形成されてお
り、各オイルジェット92,99の向きは、これらオイ
ルジェット92,99から噴射された潤滑油が各軸受4
2の滑動部分に供給されるように設定されている。
【0042】また、本体ハウジング34には、上記軸受
ハウジング40の両端開口と通ずる潤滑油回収路80,
83が形成されており、これらは上記作動油排出ポート
84に合流している。
【0043】なお、図2において78は通路確保用の栓
であり、100は本体ハウジング34に形成されたウォ
ータジャケットである。
【0044】図3に示すように、エンジン10のクラン
ク軸102には、駆動伝達機構104、及びポンプクラ
ッチ106を介して油圧ポンプ108が連結され、油圧
ポンプ108は上記作動油供給ポート62,66に直接
接続されている。
【0045】上記ポンプクラッチ106は、上記駆動伝
達機構104と油圧ポンプ108とをつなぐオン状態
と、両者を切り離すオフ状態とに切換えられ、オン状態
で上記クランク軸102の駆動力を駆動伝達機構104
を介して油圧ポンプ108に伝達することにより、この
油圧ポンプ108を作動させるように構成されている。
油圧ポンプ108は、その作動により、上記エンジン1
0内の潤滑油を作動油として作動油供給ポート62,6
6に直接圧送するように構成されている。
【0046】すなわち、上記油圧ポンプ108、油圧タ
ービン43等によって、コンプレッサ側軸36を補助的
に回転駆動する補助駆動手段が構成され、エンジン回転
数の上昇に略比例して油圧ポンプ108から油圧タービ
ン43へ供給される流体の圧力が上昇するようになって
いる。
【0047】このエンジンには、上記エアフローセンサ
13のほか、上記タービン28の単位時間当りの回転数
Ntを検出するタービン回転数センサ114、スロット
ル弁15のスロットル開度θを検出するスロットルセン
サ116、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転
数センサ117、吸気管内圧力を検出するエンジン吸気
管ブーストセンサ118等を備えており、これらのセン
サ類が上記ECU120に接続されている。このECU
120は、各センサの検出信号に基づき、ポンプクラッ
チ106のオンオフ制御及び三方電磁弁215の切換制
御を行うように構成されている。
【0048】次に、このECU120の行う制御動作並
びに装置全体の作用を図5のフローチャートを参照しな
がら説明する。
【0049】ECU120は、各センサからの検出信号
を取込み、スロットル開度θの時間変化量dθ/dtが
所定値C以上の場合(すなわち一定以上の速度で加速操
作されている場合;ステップS1でYES)には、ポン
プクラッチ106をオンに切換える(ステップS2)。
【0050】この切換により、油圧ポンプ108が作動
し、エンジン10内の潤滑油がターボチャージャー24
の作動油供給ポート62に供給される。この作動油は、
作動油供給路64及び溝65を通じて作動油噴射口63
から外筒41の油圧タービン43に噴射され、これによ
り上記外筒41と一体にコンプレッサ側軸36さらには
コンプレッサ26が補助回転駆動される。
【0051】一方、上記作動油は、作動油供給ポート6
6、溝69、作動油供給口67、作動油路68,71,
70,73,72を順に通って油圧室59内に導入さ
れ、スプリング58の弾発力に抗してスリーブ48をコ
ンプレッサ側(図2右側)に押し返す。これにより、そ
れまでスプリング58がその弾発力でリング56を介し
内側クラッチ部52を外側クラッチ部材50の内側に押
し込んでいた力が解除され、これに伴い、上記内側クラ
ッチ部52の外側テーパー面53と外側クラッチ部材5
0の内側テーパー面54との圧接も解除される。従っ
て、この圧接力に起因する摩擦力でそれまで連結されて
いたコンプレッサ側軸36とタービン側軸38とが、互
いに相対回転可能な状態に切り離される。
【0052】すなわち、上記作動油の供給により、油圧
タービン43の回転駆動とほぼ同時にコンプレッサ側軸
36とタービン側軸38との切離しが行われる。これに
より、コンプレッサ側軸36及びコンプレッサ26のみ
が補助回転駆動され、この回転によりエンジン10に対
して過給が行われる。しかも、上記油圧ポンプ108は
エンジン本体1のクランク軸102と連動しているの
で、エンジン回転数Neの上昇に伴ってポンプ吐出圧が
高まり、よってコンプレッサ回転数Ncも上昇する。
【0053】なお、この初期状態ではECU120から
の制御信号により吸気バイパス弁21における三方電磁
弁215が通路214と通路217とを連通する状態に
切換えられており、これら通路217,214から供給
されるコンプレッサ吐出圧(過給圧)とスプリング21
3の弾発力とにより吸気バイパス弁21における弁体2
12はバイパス通路17を閉じる位置に保持されてい
る。
【0054】この状態で、ECU120は、検出される
吸気管負圧Boostと、吸気流量Qaとに基づき、コンプ
レッサ回転数Ncの予測値を演算する(ステップS
3)。この予測値は、予めコンプレッサ回転数Ncの演
算のために設定された関数と、それまでの運転履歴とに
基づいて演算される。そして、このコンプレッサ回転数
Ncが予め設定された回転数Noを超えた時点で(ステ
ップS4でYES)、三方電磁弁215に制御信号を出
力して通路214と通路216とを連通する状態に切換
える(ステップS5)。これにより、ダイヤフラム弁2
11のスプリング側室内圧力はコンプレッサ上流側圧力
と同等となるため、この圧力とスプリング213の弾発
力との和をコンプレッサ下流側圧力が上回った時点で弁
体212が押し開かれ、このバイパスにより過給圧が略
一定に保たれる。
【0055】ここで、もし従来のようにバイパス通路1
7による吸気還流が行われないとすると、例えば図6矢
印ABに示すように過給圧の上昇に伴ってコンプレッサ
回転数Ncが急上昇し、すぐに限界回転数に到達してし
まうおそれがあるが、本実施例のように吸気バイパスが
行われると、例えば図6矢印ACに示すように過給圧が
略一定に保たれながらコンプレッサ回転数Ncが漸次的
に上昇することとなり、このコンプレッサ回転数Ncが
限界回転数を上回ることが避けられる。
【0056】その後、タービン回転数Ntがコンプレッ
サ回転数Ncに到達した時点で、ポンプクラッチ106
がオフに切換えられるとともに、三方切換弁215が通
路214,217を連通する状態、すなわちダイヤフラ
ム弁211によってバイパス通路17を閉じる状態に切
換えられる(ステップS7)。上記ポンプクラッチ10
6のオフによって油圧ポンプ108の駆動が止められる
ため、油圧室59内への作動油の供給が止められ、スプ
リング58の弾発力で内側クラッチ部52のテーパー状
外周面54が外側クラッチ部材50のテーパー状内周面
52に再び圧接し、この圧接による摩擦力で、コンプレ
ッサ側軸36とタービン側軸38とが同軸の状態で相対
回転不能に相互連結されるとともに、油圧タービン43
の駆動も止められる。従って、コンプレッサ26はター
ビン28と一体に回転することとなり、ターボチャージ
ャー24は一般のターボチャージャーと同様に排気ガス
エネルギで駆動される状態となる。
【0057】なお、ステップS1において所定の加速操
作が行われていない場合(ステップS1でNO)、ポン
プクラッチ106がオフであればその状態が維持され
(ステップS8でNO)、オンである場合には(ステッ
プS8でYES)上記ステップS3以降の動作が行われ
る。
【0058】このような装置によれば、次の効果を得る
ことができる。
【0059】(a) 従来のように、エンジン本体1と連動
する油圧ポンプ108の吐出圧をリリーフしてコンプレ
ッサ回転数Ncの上昇を抑えるのではなく、このコンプ
レッサ回転数Ncが一定値以上に達した時点でバイパス
通路17を開いて吸気還流を行い、コンプレッサ26の
仕事量を増やすことによりコンプレッサ回転数Ncの上
昇を抑制するようにしているので、急激な加速等により
油圧ポンプ108の吐出圧が急上昇しても、従来のよう
にコンプレッサ回転数Ncが十分に高まる前に吐出圧上
昇が止められるといったおそれがなく、コンプレッサ回
転数Ncを十分な回転数まで確実に高め、かつその過回
転を防止することができる。
【0060】(b) 吸気バイパス弁21をコンプレッサ上
流側圧力と下流側圧力とのバランスにより開閉する弁で
構成しているので、複雑な制御を行うことなく、自動的
に過給圧を略一定に保つように吸気バイパス弁21を開
閉させることができる。
【0061】(c) 既存のエンジン吸気管ブーストセンサ
118やエアフローセンサ13の検出信号に基づいてコ
ンプレッサ回転数Ncの予測値を演算するようにしてい
るので、コンプレッサ回転数Ncを直接検出するコンプ
レッサ回転数センサを設ける場合に比べ、装置のコスト
を削減することができる。ただし、本発明ではコンプレ
ッサ回転数センサ等を用いてコンプレッサ回転数を直接
検出しても、良好な制御を行うことができることはいう
までもない。
【0062】(d) 燃料カット領域に入ってから所定時間
が経過するまではコンプレッサ側軸36とタービン側軸
38とを相対回転可能に切り離し、コンプレッサ26の
みを単独で駆動しているので、両軸36,38を連結し
てコンプレッサ26と慣性モーメントの大きいタービン
28とを一体的に補助駆動する場合に比べ、コンプレッ
サ回転数Ncをより短時間で十分な回転数まで上昇させ
ることができ、その分、過給応答性を高めることができ
る。その後は、適当なタイミングでコンプレッサ側軸3
6を慣性モーメントの大きなタービン28及びタービン
側軸両軸36に連結することにより、コンプレッサ26
が単独で過回転するのを確実に防ぐことができる。
【0063】なお、上記実施例では過給圧を略一定にす
るようにバイパス通路17を開閉する吸気バイパス弁2
1を示したが、この吸気バイパスは、コンプレッサ26
の仕事量を増やしてその過回転を阻止できれば具体的な
バイパス量は問わない。
【0064】また、上記実施例では吸気バイパス弁21
が開通状態と遮蔽状態とに選択的に切換えられるものを
示したが、本発明はこれに限らず、例えばコンプレッサ
回転数等に基づいてバイパス量をアナログ的に調節でき
るものであってもよい。
【0065】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば次の効果
を得ることができる。
【0066】請求項1記載の装置は、エンジン回転数の
上昇に伴って流体ポンプから上記補助駆動用タービンへ
の供給流体圧を増大させるとともに、適当な時期にバイ
パス手段を遮断状態から連通状態に切換えてコンプレッ
サの下流側吸気をコンプレッサ上流側に還流させ、コン
プレッサの仕事量を増やすことによりコンプレッサ回転
数の上昇を抑制するようにしたものであるので、従来の
ように上記流体ポンプからの流体圧をリリーフするもの
と異なり、急加速時等において油圧ポンプの吐出圧が急
上昇しても、コンプレッサ回転数が十分に高まる前に上
記吐出圧がリリーフされて回転数不足を生じるといった
ことがなく、コンプレッサの過回転を防ぎながらコンプ
レッサ回転数を十分な回転数まで高めることができ、こ
れにより良好な過給応答性を確保することができる効果
がある。
【0067】具体的に、請求項2記載の装置では、コン
プレッサ回転数が一定値に達するまでは、バイパス手段
を遮蔽状態に保つことにより、コンプレッサ回転数の迅
速な上昇を図り、上記コンプレッサ回転数が一定値に達
した後は、適当にバイパス手段を開通状態に切換えるこ
とにより、コンプレッサ回転数の上昇を抑制してその過
回転を防ぐことができる。
【0068】また、請求項3記載の装置では、エンジン
の吸気圧を検出し、その検出値に基づいてコンプレッサ
回転数の予測値を演算するようにしているので、特別な
コンプレッサ回転数検出手段が不要であり、装置を低廉
化することができる効果がある。
【0069】請求項4記載の装置では、吸気圧が予め設
定された圧力に達した状態で上記バイパス手段を連通状
態に切換えるようにしているので、吸気圧の上昇を抑え
ながらコンプレッサ回転数を緩やかに上昇させることが
できる。
【0070】請求項5記載の装置では、加速開始時に、
コンプレッサ側軸を慣性モーメントの大きなタービン及
びタービン側軸から切離し、このコンプレッサのみを補
助駆動用タービン及び油圧ポンプで補助駆動することに
より、コンプレッサ回転数を所望の回転数までより迅速
に上昇させることができ、その後、適当なタイミングで
両軸を連結することにより、コンプレッサが単独で過回
転するのを確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例におけるターボチャージャ
ーの全体断面図である。
【図2】図1の一部拡大図である。
【図3】上記ターボチャージャーを備えたエンジンの全
体構成図である。
【図4】上記エンジンにおいて設けられる吸気バイパス
弁の具体的な構造を示した図である。
【図5】上記エンジンに設けられたECUの制御動作を
示すフローチャートである。
【図6】上記エンジンにおける吸気体積流量Qaと圧力
比P/Poとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10 エンジン 14 共通吸気管 17 バイパス通路(バイパス手段を構成) 20 共通排気管 21 吸気バイパス弁(過給リリーフ手段を構成) 24 ターボチャージャー 26 コンプレッサ 28 タービン 36 コンプレッサ側軸 38 タービン側軸 43 油圧タービン(補助駆動用タービン) 44 油圧クラッチ(クラッチ手段) 62,66 作動油供給ポート 102 クランク軸(エンジン出力軸) 108 油圧ポンプ 120 ECU(過給制御手段、コンプレッサ回転数予
測手段、及び切換制御手段)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターボチャージャーにおいて吸気通路内
    に設けられるコンプレッサと排気通路内に設けられるタ
    ービンとを相互連結する連結軸に補助駆動用タービンを
    設けるとともに、エンジン動力で駆動されることにより
    少なくともエンジン加速時に上記補助駆動用タービンに
    作動流体を圧送して上記連結軸を補助駆動する流体ポン
    プを備えたエンジンの過給装置において、上記補助駆動
    時にエンジン回転数の増大に伴って上記流体ポンプから
    上記補助駆動用タービンに供給される流体の圧力が上昇
    するように上記流体ポンプ及び補助駆動用タービンを配
    するとともに、上記エンジン加速開始後の所定時点から
    上記コンプレッサを迂回してその上流側と下流側との連
    通を開始するバイパス手段を備えたことを特徴とするエ
    ンジンの過給装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のエンジンの過給装置にお
    いて、上記コンプレッサの回転数が一定値以上の場合に
    上記バイパス手段を上記連通可能な状態に切換える過給
    制御手段を備えたことを特徴とするエンジンの過給装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のエンジンの過給装置にお
    いて、エンジンの吸気圧に基づいてコンプレッサ回転数
    の予測値を演算するコンプレッサ回転数予測手段を備
    え、このコンプレッサ回転数の予測値に基づいて上記バ
    イパス手段の切換制御を行うように上記過給制御手段を
    構成したことを特徴とするエンジンの過給装置。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載のエンジ
    ンの過給装置において、過給圧が一定値以上の場合にの
    み連通状態に切換えられるように上記バイパス手段を構
    成したことを特徴とするエンジンの過給装置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載のエンジ
    ンの過給装置において、上記連結軸を互いに同軸状態で
    並ぶコンプレッサ側軸とタービン側軸とに分割し、これ
    らコンプレッサ側軸とタービン側軸とを互いに連動回転
    するように連結する連結状態と互いに相対回転するよう
    に切り離す切離し状態とに切換えられるクラッチ手段を
    備え、コンプレッサ側軸に上記補助駆動用タービンを設
    けるとともに、加速開始時に上記クラッチ手段を上記切
    離し状態に切換える切換制御手段を備えたことを特徴と
    するエンジンの過給装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2779180A1 (fr) * 1998-05-30 1999-12-03 Daimler Chrysler Ag Moteur a combustion interne comportant un turbocompresseur et procede pour faire fonctionner un tel moteur a combustion interne
KR100551282B1 (ko) * 2002-03-06 2006-02-10 현대자동차주식회사 엔진의 터보 차저 보호 제어장치 및 방법
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JP2021099062A (ja) * 2019-12-23 2021-07-01 マツダ株式会社 ターボ過給機付エンジンの制御装置

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