JPH06323153A

JPH06323153A - エンジンの過給装置

Info

Publication number: JPH06323153A
Application number: JP5116145A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Nakane; 久典中根
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-05-18
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1994-11-22
Anticipated expiration: 2016-02-26
Also published as: JP3137804B2

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１２０ＥＣＵ（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

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。