JPH06509621A - ターボ遅れ解消方法および装置 - 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】 ターボ遅れ解消方法および装置 発明の技術分野および背景 本発明は、（内燃機関などのような）自動車の通常の動力かある動力要求の下で タービン助勢によって増大される、自動車などのタービン助勢動力の一般技術分 野に（［〜、本発明はさらにとくにタービン助勢が（内燃機関などのような）通 常の動力装置の運転状態によって要求されるタービン助勢動力装置を指向し、ま たとくにタービンが全力運転に入る前にタービン軸に回転速度を与えるどともに タービンに流入する濾過された空気の流れを妨害することのない方法および装置 を指向している。

タービン助勢動力装置を備えた、内燃機関などのような通常の動力源を有する自 動車などは、その動力が、タービンを最初にブーストするため電気的始動モータ を使用するように試みた設計以外に、十分な効果および最善の運転速度までター ビンを増速する時間を解消しまたは短縮するように要求されるとき、タービンを 最初に回転する装置によってタービンが増速されるような、従来技術は知られて いない。

発明の要約 本発明の一特徴によれば、タービン動力助勢エンジンにおいで、タービンをター ビン助勢の運転中かつタービン助勢の要求に先立って独立の動力源によってター ビンを回転すること、タービン助勢が必要になるときタービンを独立の動力源か ら切離すかまたはタービン速度に合致するように動力源の速度を増大することな しにタービンか全速度のタービンとして運転できるようにすること、タービン助 勢の必要性かもはや存在しないとき独立の動力源が引続いてタービンをタービン 動力に無関係に回転させることを含む、タービンが全力運転できるようにする前 記方法が提供される。

本発明の別の特徴によれば、ターボエンジンとして運転されないターボエンジン に独立に運動を与える装置は、タービン軸と共動的に組合わされた、電気モータ によって軸を駆動する装置、一方向軸受の使用によってタービンおよび電気モー タとして作用するとき軸が高速で運転できるようにする装置、およびタービンが タービンどして作用するのを停止するとき電気゛モータによってタービンの回転 を継続する装置を含む、前記装置が提供される。

山岳地帯における登板、高速道路への進入の際の急加速などのような、ある状態 に対して付加的動力を必要とするある種の負荷状態の下で、タービン動力によっ て自動車における内燃機関、ディーゼルおよび通常の動力設備を助勢するタービ ン動力装置の使用が世界中で増加している。

これらのタービン助勢自動車はきわめてよく作動し、かつ安全性を増加し、性能 の満足度を増加するとともにある種の通常のエンジンにおいて悪い状態の下で歪 みを減少した。

しかしながら、共通の課題はタービン動力が必要であることが最初に感知された 後、タービンがその全出力容量に達するまでの短時間のいわゆる“ターボラグが 存在することである。

このターボラグは慣性およびタービンを全速回転まで増速させる必要性によって 生ずる。ラグは数秒までの短いものであるが、この数秒の間とくに混んだ高速道 路などに進入する性能において差が生ずる。しかして、安全性もいくぶん含まれ ている。

タービンは電気モータなどによって機械的に作動され、タービンが運転される圧 力を完全に発生するのに先立って運転速度が増速される。

そのもっとも好ましい形式において、本発明の方法は、全圧力発生および自動車 の基本的動力供給に対する助勢としてのタービンの運転に先立って、タービン動 力が必要になるとき、手動によりまたは自動的作動によって、電気モータかター ビンの圧力発生の前にタービンに全速度またはほぼ全速度を与えるのに十分なト ルクおよび速度の電気モータによって、タービンを適当な運転速度に増速するこ とを含んでいる。

好ましくは、電気モータはターボ過給機のタービン装置と空気をエンジンの濾過 器から供給する導管との間に、かつモータの軸をタービンの軸に特殊な方法で取 付ることによって挿入される。

本発明は好ましくはタービンに最初の軸回転を伝達するためタービン助勢動力と ともに使用される方法および装置を提供する。本発明の方法および装置は、ター ボ助勢自動車などの電力供給源によって付勢される電気モータから運転されるの が便利である。さらに、本発明はタービンにタービン助勢動力を供給するため電 気モータを所定位置に設置する支持構造を提供する。

好ましくは、本発明は電気モータとタービンの二つのものの間に継手装置を備え た、ターボ助勢自動車のタービンに電気モータから駆動力を伝達する方法および 装置を提供する。さらに、本発明は電気モータの駆動軸とタービン軸との間の磁 気クラッチ継手を提供する。

図面の簡単な説明 第１図、エンジンに実施されたときの、本発明の構想を示す縮小した自動車の破 断側面図である。

第２図は本発明の装置を備えた通常のターボ過給機ユニットの部分破断、略断面 図である。

第３図は本発明のターボラグ制御装置の第１実施例の展開図である。

第４図は、第５図の４−４線に沿う空気取入れ導管を一点鎖線で示した、第３図 のターボラグ制御装置の、部分断面、拡大部分側面図である。

第５図は第４図の右側から見たターボラグ制御装置の側面図である。

第５Ａ図は第５図と同様であるが別の製造方法を示す破断図である。

第６図は本発明の第１の変型実施例を示す、第５図と同様の図である。

第７図は第６図の７−７線に沿う、一部が正面図の、破断断面図である。

第７Ａ図は第７図の一部の変型部分正面図である。

第８図は第７図の装置の各要素の展開図である。

第９図は第４図および第７図の装置を制御する別の方法において使用される、磁 気クラッチの一部正面、破断断面図である。

第１０図は本発明の制御回路の電気的線図である。

好ましい実施例の説明 第１図に示す略破断図は、エンジン室に、通常のターボ過給機Ｂなどを備えた自 動車Ａを示している。ターボ過給機は、通常、空気を空気濾過器から吸入してそ れをエンジンＥに送る空気圧縮機部分Ｃを有する。また排気ガスをエンジンから 排気導管に送る排気タービン部分りが設けられている。

本発明の装置は一般にり照符号１０によって示され、円筒形ハウジング１２を備 えている。このハウジングは拡大部分１４および縮小部分１６を有する。拡大お よび縮小部分はそれぞれ内径１８および２０を有する。

符号２２で示された複数の止めねじなどが、ハウジング１２を圧縮機部分Ｃの延 長部に固定している。

装置１０は圧縮機と空気濾過器との間に挿入して示されている。

ターボ過給機の圧縮機におけるタービン部分は、符号２８で示されている。駆動 軸は装置１０のハウジング内に設置されたモータ３０の駆動軸と一線上にある。

適切な位置にモータを支持することは、スパイダ集合体３６によって実施されて いる。

第３図の斜視図において、スパイダ３６は上向きに延びる間隔片および支持脚部 ４０．４１および４２を有する環状リング部分３８を形成している。これらの脚 部の外端面はハウジング１２の拡大部分１４の内径内に嵌合している。電気導線 ３４を備えたモータ３０はスパイダ集合体のリング部分３６によって形成された 円形開口の内径内側に嵌合している。

スパイダを所定位置に適切に固定しかっモータを所定位置に保持するため、ねじ 孔４６が脚部４０に設けられ、その中に長い止めねじ４８がモータハウジングと 接触するまでねじ込まれる。これらの止めねじは、ハウジング１２の拡大端部１ ４に設けられた対応するねじ孔５０を通ってねじ込まれる。

第５Ａ図の破断図は、スパイダをハウジング１２に固定するため止めねじを使用 しないことを望むならば、溶接部５２がその役目を果しうることを示している。

この場合、モータはねじ孔を通ってリング３８を貫通する止めねじ３９によって 固定される。

電気モータ３０の軸３２がその回転をターボ過給機ユニットにおけるタービン２ ８の軸に伝達するため、継手装置５４が設けられている。継手５４のねし孔５８ 内の止めねじ５６によって、モータ軸３２は回転運動を一対の一方向軸受（また は一方向クラッチもしくはフリーホイール）６０を介してスタブ軸６２に伝達す る。

スタブ軸はねじ付き拡大端部６４をアダプタナツト部材６６のねじ付き部分のね じに係合して示されている。

このナツトはターボ過給機のタービン軸上にある、ねじ付き端部７０にねじ込ま れている。

タービンの速度がモータ３０の回転数を超えるならば、一方向軸受６０はタービ ンまたはモータに反対方向応力を加えることなくスタブ軸とモータ軸との相対回 転ができるようにする。

流入および排出空気および排気ガスを処理する導管は、第２図にそれぞれ符号７ ２，７４，７６、および７８によって示されている。これらはきわめて簡単に図 示されているが、これらはこの技術において慣用の、種々の構造の導管などとす ることができる。

第６および８図に示された変型実施例において、ある場合には、装置１１０は二 つの部分の複合ハウジング１１２として構成されることが分かるであろう。拡大 部分は符号１１４でまた縮小部分は符号１１６で示されている。フランジ　１１ ５および１１７が二つの半部に対して設けられている。内径１１８および１２０ は、図示の型のターボ過給機に嵌合するため前方に縮小するように変化している 。開口１１９および１２１が固定具１２３に適合するように各フランジに設けら れている。部分１１６の縮小頚部は符号１２２で示され、図示しないクランプな どによってタービンの延長部分に固定されている。

この構造において、モータ　１３０は、その軸１３２が容器１３６によってター ビン軸と一線上に設置されるように適切に整合して保持されている。モータは容 器の壁の開口１３９を通りかつ容器の内径１４１内に嵌合している。配線１３４ は殻体１３８である容器１３６の円筒壁を貫通している。

容器１３６を拡大端部１１４内に適切に保持するため、一対の間隔片１４０およ び１４２が容器と一体に形成されている。これらの脚部の外端部は、端部１１４ の内径１１８に形成された整合溝１５２および１５４に嵌合する。ねじ　１４８ は端部１１４の開口１５０を貫通し、脚部１４０および１４２に形成されたねじ 孔１４６に螺合する。

この特殊な構造において、保持板１５５はさらにモータ１３０を移動しないよう に保持している。中央開口１５５ａはモータの後部が貫通できるようにするとと もに、保持板が容器　１３Ｂにまたモータハウジング後部に１３０ａにおいて固 定できるようにしている。開口１５５ｃ、ねじ１５５ｄ、を備えたタブ１５５ｂ 、ねじ１５５ｆを備えた開口１５５ｅはこの連結を完成する。

この実施例において、符号１５４て示された継手は、その止めねし　１５６およ びねし孔１５ｇによって、モータの軸１３２にて示されている。一方向軸受はス タブ軸１６２に駆動連結して示されている。これらの軸受１６０は回転を軸１６ ２ｂについでスタブ軸の　１６２の拡大端部１６２ａに伝達する。

この拡大端部におけるねじ付き開口　１７０は、タービンの保有するねじ付き軸 端１７１に螺合される。

継手スタブ軸の変型として、製造業者は単に軸をさらに　１８０まで突出させ、 第７図に示されたスタブ軸１６２を廃止することもできる。保持ナツト　１７１ は単にこの新しい構造の軸のねし付き部分に螺着される。

ある場合には、望むならば駆動連結を、付加した装置のモータとタービン軸との 間に、第９図の別の実施例として示された磁気クラッチ構造によって実施するこ とができる。

全体的に符号３００で示された磁気クラッチが、駆動軸３３２を有するモータ　 ３３０に取付けられている。固定クラッチ板３４２は、ねじ付き開口　３４０を 通る延長部３３６の止めねじ　３３８によって、開口３４４内に設置された軸３ ３２に固定されている。コイル３４４は作動されたとき、スピンドル３５０のス ピンドル板３５２がその一方向軸受３５４上で回転し、運動をタービン　３２４ の軸３４８に伝達できるようにしている。

作用において、ターボ助勢方法および装置は、基本的に空気かエンジンの空気濾 過器からターボ過給機ユニットのタービン部分に邪魔されずに流れることを可能 にし。

でいる。スパイダ構造は、電気モータをタービン軸と一線上に強固に支持し、ブ ースト動力の円滑な伝達を保障している。

一方向軸受は電気モータの軸が、タービン軸の速度が電気モータの速度を超える とき、一定の駆動状態にあることから釈放できるようになっている。

ある例においては、電気モータとタービンとの間の駆動を切離す構造は、第９図 に示されかつ説明された電気的に作動される磁気クラッチによって達成される。

参照符号４００によって示された第１０図の回路は、もちろん、本発明の電気モ ータの作用を制御する配線および回路を形成するわずか一つの方法に過ぎない。

望むならば、ターボ助勢エンジンのタービン製造業者は、第７Ａ図に示されたよ うに、タービンの軸に延長部を形成することができる。このことは第４および７ 図の実施例におけるアダプタスタブ軸の必要性を排除する。

一方向軸受が使用される図示しかつ説明した実施例は、一般的に競争レースに使 用される自動車用で、電気モータはつねに作動し、レース中数回作動を要求され る。

しかしながら、ターボ過給機が時々しか使用されない場合には、電気モータの駆 動軸を完全に切離すことが望ましい。このモードを選択するとき、磁気クラッチ の実施例は自動車に使用されることが一層望ましい。

最近、大自動車製造業者が二衝程エンジンの開発に尽力している。これらのエン ジンは低い燃焼温度を有し、このため発生する窒素酸化物はいちじるしく減少さ れた。

そのようなエンジンにおいて、各衝程が出力衝程であることのため、吸入チャー ジは加圧されなければならない。

このことは吸入チャージをクランクケース内に誘導することによって達成され、 ピストンはその下降衝程において空気燃料混合気を加圧し、それをシリンダに送 込む。

この過程は、クランクケース内の軸受を潤滑するため、クランクケース内のオイ ルを空気と混合させるか、さもなければ燃料混合気と混合させる。燃焼過程中の オイルの圧力は煙りまたは望ましくない汚染を生ずる。

したがって、クランクケースを通って誘導することなく空気を加圧することが望 ましい。この加圧はエンジンに組合わされることによって作動される空気ポンプ によりエンジンに過給することによって達成される。過給機は通常きわめて高価 でありまた運転するのにエンジン動力を使用する。電気モータターボ助勢は、タ ービンを運転するのに十分な排気ガスが発生されるときまで、エンジンを始動す るのに十分なターボブーストを発生することによって、この課題を解決すること ができる。しかして、本発明のような装置は経済的にかつ有効にそのようなエン ジンに対して必要な機能を提供する。

図示されかつ説明された本発明の実施例は所要の目的および利点を達成すること はできるが、そのような実施例は単に説明のためのもので、限定のためのもので ないことを理解されたい。

ｐ８〃 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ 、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、〜ｉＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ 、ＴＧ）、ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ 。

ＤＫ、　ＥＳ、ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、Ｍ Ｇ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ、ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．タービン動力助勢エンジンにおけるタービン全出力運転できるようにする方 法であって、前記方法が、タービンをタービン助勢エンジンの運転中かつタービ ン助勢要求に先立って独立の動力源によってタービンを回転し、タービン助勢が 要求されるとき独立の動力源を切離しまたはタービンの速度に適合するため動力 源の速度を増大することなくタービンが全速度でタービンとして運転することが できるようにし、タービン助勢の要求がもはや存在しないとき、独立の動力源が タービン動力に無関係にタービンの回転を継続することができるようにすること を特徴とする、タービン全出力運転可能方法。
2. ２．エンジンはまた独立の空気ポンプによってエンジン駆動軸に対して過給され ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ３．電気モータが、十分な排気ガスがタービンを回転するため発生されるまで、 エンジンを始動するのに十分なタービン助勢を発生するため利用される請求項１ に記載の方法。
4. ４．ターボエンジンとして運転されていないターボエンジンに独立して運動を与 える装置であって、その装置が、タービン軸に共働するように組合わされた、電 気モータによって前記軸を駆動する手段、前記軸が一方向軸受の使用によってタ ービンおよび前記電気モータとして作動するとき一層大きい速度で運転すること ができるようにする手段、およびタービンがタービンとして作動することを停止 するとき前記電気モータによって前記タービンの回転を継続する手段の組合わせ を有する装置。