JPH0734891A - 車両用エンジンの過給装置およびその制御方法 - Google Patents

車両用エンジンの過給装置およびその制御方法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 建設機械等の車両用エンジンで加速性の良
い、小型で高出力が得られる車両用エンジンの過給方法
およびその装置の提供。 【構成】 機械的手段によりエンジン１の出力で駆動さ
れる機械式過給機４２を搭載したエンジンに連結され、
かつ、動力を機械式過給機用および車両走行用に分配す
る差動制限手段１５，１６を有する差動遊星歯車装置１
０と、差動遊星歯車装置を介して駆動される機械式過給
機とを有し、上記機械式過給機、もしくは、機械式過給
機およびターボ過給機によりエンジン出力を増加させる
車両用エンジンにおいて、車両が停止から発進で、か
つ、車両が停止した状態のときには車両の駆動力伝達系
にブレーキをかけることでエンジンの全出力を差動遊星
歯車装置により増速して機械式過給機に出力し、これを
回しておき発進の指令が来た時点でブレーキを外して差
動遊星歯車装置によりエンジン出力を機械式過給機およ
び走行用に分配して、車両を発進加速させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両用エンジンの過給
装置およびその制御方法に係わり、特に、建設機械等の
車両用のエンジンの給気を過給し、エンジン出力の増加
を図るエンジン過給装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、乗用車、トラック、ホィールロー
ダ、クレーン車等、主に、車輪をもって走行する車両用
エンジンにおいては、加速性を確保しつつ、小型高出力
化するために過給機が用いられている。この過給機（ス
パーチャージャ）には、エンジンの出力の一部、あるい
は、他の機関の動力を用いる機械式過給方式と、排気ガ
スを用いるターボチャージャによる過給方式とがある。
機械式過給方式としては、一般的にルーツブロア等の圧
縮機を用いて、エンジンからベルト等を介して機械的に
駆動している。
【０００３】
【発明が解決しようする課題】ところが、従来の機械式
過給方式では、高速低負荷領域においては、必要がない
のに所定以上の無駄な過給を行い、同過給機の機械的損
失を増し、エンジンの総合効率を悪化させている。ま
た、ターボチャージャによる過給方式では、エンジンが
ローアイドル回転状態からでは車両の加速性が悪いとい
う問題がある。これは、エンジンからの排気エネルギー
が少ないためにターボチャージャの回転が少なく、この
状態ではエンジンに過給する空気量が少ないために高ト
ルクを発生することが出来ない。これにより、車両では
少しの停滞感をもった後で加速を始めるターボラグが生
じ、オペレータには応答性が悪い車両という感覚を与え
る。また、過給機の採用による小排気量高出力のエンジ
ンにおいては、エンジンブレーキが利きにくいという問
題がある。
【０００４】本発明は、上記従来の問題点に着目し、車
両用エンジンの過給方法およびその装置に係わり、特
に、建設機械等の車両用エンジンで加速性の良い、小型
で高出力が得られる車両用エンジンの過給方法およびそ
の装置の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の発明では、機械的手段によりエンジ
ンの出力で駆動される機械式過給機を搭載した車両用エ
ンジンにおいて、エンジンに連結され、かつ、動力を機
械式過給機用および車両走行用に分配する差動制限手段
を有する差動遊星歯車装置と、差動遊星歯車装置を介し
て駆動される機械式過給機と、からなる。
【０００６】第１の発明を主体とする第２の発明では、
エンジンの出力を制御するアクセル装置に付設されたア
クセル位置検出センサあるいはエンジンの回転速度を検
出するエンジン回転速度検出センサと、車両の速度を選
択するシフトレバーに付設されたシフト位置検出センサ
と、アクセル位置検出センサあるいはエンジン回転速度
検出センサ、およびシフト位置検出センサからの信号に
より差動遊星歯車装置の差動制限手段の制御を行う制御
手段と、からなる。
【０００７】第１の発明あるいは第２の発明を主体とす
る第３の発明では、差動遊星歯車装置の差動制限手段の
制御が車両速度検出センサからの車両速度の信号を含め
た制御手段による。
【０００８】第４の発明では、機械的手段によりエンジ
ンの出力で駆動される機械式過給機を搭載した車両用エ
ンジンにおいて、エンジンに連結され、かつ、動力を機
械式過給機用および車両走行用に分配する差動制限手段
を有する差動遊星歯車装置と、差動遊星歯車装置を介し
て駆動される機械式過給機と、エンジンからの排気ガス
により駆動されるターボ過給機と、機械式過給機とター
ボ過給機との間に配設される給気回路開閉切換弁と、か
らなる。
【０００９】第４の発明を主体とする第５の発明では、
エンジンからターボ過給機への排気ガス回路に排気回路
開閉切換弁が配設される。
【００１０】第４の発明あるいは第５の発明を主体とす
る第６の発明では、エンジンの出力を制御するアクセル
装置に付設されたアクセル位置検出センサあるいはエン
ジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出センサ
と、車両の速度を選択するシフトレバーに付設されたシ
フト位置検出センサと、アクセル位置検出センサあるい
はエンジン回転速度検出センサ、およびシフト位置検出
センサからの信号により、少なくとも差動遊星歯車装置
の差動制限手段と給気回路開閉切換弁、あるいは排気回
路開閉切換弁も含めて制御を行う制御手段と、からな
る。
【００１１】第４の発明、第５の発明あるいは第６の発
明を主体とする第７の発明では、差動遊星歯車装置の差
動制限手段あるいは給気回路開閉切換弁の制御が車両速
度検出センサからの車両速度の信号を含めた制御手段に
よる。
【００１２】第１の発明あるいは第４の発明を主体とす
る第８の発明では、機械式過給機の給気回路に過給圧力
を調整するリリーフバルブを配設する。
【００１３】第８の発明を主体とする第９の発明では、
過給圧力を調整するリリーフバルブの制御が少なくと
も、車両速度検出センサ、エンジン回転速度検出セン
サ、あるいは、シフト位置検出センサからのいずれかの
信号を受けた制御手段による。
【００１４】第１０の発明では、機械的手段によりエン
ジンの出力で駆動される機械式過給機、もしくは、機械
式過給機およびターボ過給機によりエンジン出力を増加
させる車両用エンジンにおいて、車両が停止から発進
で、かつ、車両が停止した状態のときには車両の駆動力
伝達系にブレーキをかけることでエンジンの全出力を差
動遊星歯車装置により増速して機械式過給機に出力し、
これを回しておき発進の指令が来た時点でブレーキを外
して差動遊星歯車装置によりエンジン出力を機械式過給
機および走行用に分配して車両を発進加速させる。
【００１５】第１１の発明では、機械的手段によりエン
ジンの出力で駆動される機械式過給機、もしくは、機械
式過給機およびターボ過給機により、エンジン出力を増
加させる車両用エンジンにおいて、車両が停止から発進
で加速状態にあるときには、差動遊星歯車装置の差動制
限手段を接合して、エンジン回転と機械式過給機を直結
駆動として車両を発進加速させる。
【００１６】第１２の発明では、機械的手段によりエン
ジンの出力で駆動される機械式過給機、もしくは、機械
式過給機およびターボ過給機によりエンジン出力を増加
させる車両用エンジンにおいて、車両が高速度所定走行
からの減速時に、車両が減速状態にある時には差動遊星
歯車装置の差動制限手段を接合してエンジン出力を機械
式過給機および走行用に分配し、機械式過給機にブレー
キ作用を与えて車両の制動動力を増加する。
【００１７】第１３の発明では、機械的手段によりエン
ジンの出力で駆動される機械式過給機およびターボ過給
機によりエンジン出力を増加させる車両用エンジンにお
いて、車両が増速から高速所定速度移行時で、車両が増
速を終了し所定速度になった時に、機械式過給機の動力
損失を低減するために差動遊星歯車装置の差動制限手段
を離脱するとともに、給気回路開閉切換弁を切り換えて
エンジンへの空気の供給を機械式過給機または機械式過
給機プラスターボ過給機からターボ過給機のみに変換す
る。
【００１８】第１４の発明では、機械的手段によりエン
ジンの出力で駆動される機械式過給機およびエンジンか
らの排気ガスにより駆動されるターボ過給機によりエン
ジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が
停止から発進のときには車両の駆動力伝達系にブレーキ
をかけてエンジンの出力を差動遊星歯車装置により増速
して機械式過給機に出力するとともに、排気回路開閉切
換弁を切り換えてエンジンからの排気をそのまま大気に
放出し、車両が増速から高速所定速度移行時で、車両が
増速し所定速度になった時に、機械式過給機の動力損失
を低減するために差動遊星歯車装置の差動制限手段を離
脱するとともに、給気回路開閉切換弁および排気回路開
閉切換弁を切り換えて、エンジンへの空気の供給を機械
式過給機からターボ過給機に、かつ、エンジンからの排
気をターボ過給機に供給する。
【００１９】第１５の発明では、機械的手段によりエン
ジンの出力で駆動される機械式過給機およびエンジンか
らの排気ガスにより駆動されるターボ過給機によりエン
ジン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が
高速所定速度から減速移行時で、車両が高速所定速度か
ら減速状態にある時に、給気回路開閉切換弁を切り換え
て、エンジンへの空気の供給をターボ過給機から機械式
過給機にするとともに、機械式過給機の給気回路を絞る
ことで、機械式過給機の駆動損失を増大させブレーキ作
用を与えて車両の制動動力を増加する。
【００２０】第１０の発明、第１１の発明あるいは第１
４の発明を主体とする第１６の発明では、シフト位置が
中立で、かつ、車両が停止のときには、機械式過給機の
動力損失を低減するために機械式過給機からエンジンへ
の空気の過給圧力を低圧にする。
【００２１】
【作用】上記構成によれば、前進１速、前進２速等の低
速度を選定して停止状態から発進する場合には、エンジ
ンの必要とする空気量を機械的手段によりエンジンの出
力で駆動される機械式過給機に差動遊星歯車装置を介し
て増速して供給するので、エンジン出力の立ち上がりが
急激となり、車両の応答性が向上する。また、発進し高
速定速走行に移行するまでの間は、差動遊星歯車装置の
差動制限手段を接合することにより、エンジンの回転速
度に合った機械式過給機の回転速度が得られるので、小
型のエンジンでも機械式過給機の特性である応答性がよ
く、高出力のエンジン出力が得られる。さらに、高速定
速走行に移行すると、機械式過給機からターボ過給機に
切り換えることにより、必要がないのに所定以上の無駄
な過給を行うことがなくなり、エンジンの総合効率が向
上する。また、車両停止状態では、機械式過給機からの
過給圧力を低圧にすることにより、動力損失が少なくな
り、燃費が向上する。
【００２２】減速時には、差動遊星歯車装置の差動制限
手段を接合することにより、車両のタイヤからの強制回
転トルクを、エンジンと機械式過給機の両方で分担して
受け持つのでブレーキ制動力が向上する。総じて低速高
負荷域の出力特性が大巾に向上することで、エンジント
ルクと車両走行負荷のマッチング特性、あるいは燃費特
性ｇ／ｐｓｈは図１５から図１６の如く変化する。すな
わち、エンジントルクと車両走行負荷のマッチング点
は、図１の従来のマッチング点、が、本発明のマッ
チング点 (1)、(2) に、より低速側でより燃費の良好な
領域にもってくることができる。これにより、実車での
低燃費と低騒音を実現することができる。
【００２３】
【実施例】以下に、本発明に係わる車両用エンジンの過
給装置およびその制御方法の実施例を図面を参照して詳
細に説明する。図１は、本発明に係る第１実施例を示す
車両用エンジンの過給装置の概念図である。エンジン１
の出力軸１ａには差動遊星歯車装置１０が付設され、差
動遊星歯車装置１０からの動力は二つの分配され、一つ
としてはミッション等からなる駆動力伝達系２０に、他
の一つはエンジンに空気を押し込む機械式過給機４０に
伝達されている。エンジンからは、排気ガスが排気管５
０を経て排出されている。
【００２４】差動遊星歯車装置１０は、サンギャー１１
と、プラネットギャー１２と、プラネットキャリア１３
と、リングギャー１４と、ロックアップクラッチＬから
なる差動制限部材１５、１６と、からなる。エンジン１
の出力軸１ａにはプラネットキャリア１３が固設して連
結され、プラネットキャリア１３には通常３個のプラネ
ットギャー１２が等間隔に回転自在に取着されている。
３個のプラネットギャー１２の内方にはサンギャー１１
が、また、外方にはリングギャー１４が噛合している。
サンギャー１１の内方にはエンジン１の出力軸１ａが回
転自在に配設されている。また、サンギャー１１の一端
にはギャー１１ａが設けられ、このギャー１１ａには機
械式過給機４０用の駆動ギヤー４１が噛合している。リ
ングギャー１４には後述する動力伝動系２０の軸が連結
されている。また、リングギャー１４の内方とプラネッ
トキャリア１３の外方との間には差動制限部材１５、１
６が配設されている。差動制限部材１５は、通常ではリ
ングギャー１４に固設され、また、差動制限部材１６は
プラネットキャリア１３の外方に設けられた図示しない
歯と差動制限部材１６の内方に設けられた歯とが噛合
し、さらに、差動制限部材１６は軸方向に摺動自在に配
設され、図示しないピストンにより差動制限部材１５に
押圧される。差動遊星歯車装置１０はクラッチ２１を介
して駆動力伝達系２０に接続される。
【００２５】駆動力伝達系２０は各種のミッション等が
あるが、ここでは本発明の一例として前進用のみを考慮
したミッションの事例を説明する。従って、遊星歯車装
置と油圧クラッチ等のミッション、あるいは、遊星歯車
装置と電磁クラッチ等のミッションでも良い。駆動力伝
達系は最約的にはタイヤ３５に伝達される。タイヤ部に
はブレーキ３６が付設されている。なお、上記におい
て、駆動力伝達系２０への２点鎖線で表示した信号は電
気信号でも、油圧を用いてバルブ等で制御された信号で
も良い。
【００２６】機械式過給機４０は、機械式過給機４０用
の駆動ギヤー４１と、リショルムコンプレッサー等の圧
縮機４２と、過給圧力を調整するリリーフバルブ４３
と、および給気回路の給気管４４とからなる。リリーフ
バルブ４３は後述する制御装置６０からの信号を受けて
セット圧力を調整している。
【００２７】制御装置６０はコンピュータ等からなり、
シフトレバー６１に付設してあるシフト位置センサー６
１ａ、アクセルペタル６３に付設してあるアクセル位置
センサー６３ａ、出力軸３２に付設してある回転速度セ
ンサー６４、およびエンジンの出力軸１ａに付設してあ
るエンジン回転速度センサー６５、等からの信号を受け
て、後述する記憶あるいは演算を行い、ロックアップク
ラッチＬ、および駆動力伝達系２０、クラッチ２１、あ
るいはリリーフバルブ４３にそれぞれの作動の指令信号
を出力する。なおクラッチペダルは存在せずクラッチ２
１の作動は、全て制御装置６０からの指令信号に基づき
人力ではなく機械的に行われる。
【００２８】上記構成において、次に作動について説明
する。まず、車両の停止時から加速発進する場合（以
下、ゼロ発進という。）について説明する。オペレータ
がシフトレバー６１を前進１速に入れる。シフト位置セ
ンサー６１ａからの「前進１速」、およびアクセル位置
センサー６３から「まだアクセルはふみこまれていな
い」という信号を受け、制御装置６０は「まだブレーキ
３６は作動状態のまま保持する」ようにという指令を出
しつづけるとともに、リリーフバルブ４３に指令を出力
して過給圧力を低く「ほぼゼロ」に設定する。またクラ
ッチ２１に対しては、それを接続する指令を出し、これ
を接合する。
【００２９】これにより、差動遊星歯車装置１０のリン
グギャー１４は、接合されたクラッチ２１、駆動力伝達
系２０およびブレーキ３６の作動により固定されたタイ
ヤを経て車両の停止により回転せずに固定されている。
従って、エンジン１の出力は、順次、出力軸１ａ、プラ
ネットキャリア１３、プラネットギャー１２、サンギャ
ー１１、およびギャー１１ａを経て、圧縮機４２を駆動
する。このとき、サンギャー１１の回転速度は次式の数
式１の通り増速される。
【数式１】 Ｎｓ＝〔（Ｚｒ）＋（Ｚｓ）〕×Ｎｐ／（Ｚｓ） ただし、Ｎｓ：サンギャの回転速度、 Ｎｐ：プラネットキャリアの回転速度、 Ｚｒ：リングギャの歯数、 Ｚｓ：サンギャの歯数、
【００３０】従って、これによりギャー１１ａを経て駆
動される圧縮機４２は、高速に回転されるとともに、リ
リーフバルブ４３によりほぼゼロに設定されているため
に圧縮機４２の駆動馬力も非常に小さく、エンジン１の
出力は全出力が圧縮機４２に伝達され、圧縮機４２は急
激に回転速度を上昇する。
【００３１】次に、エンジン回転速度センサー６５から
の信号、あるいは、アクセル位置センサー６３ａからの
踏み込み量の信号によりオペレータが、「アクセルを踏
み込み」、車両を発進加速させようとしていると感知す
れば、制御装置６０からリリーフバルブ４３に指令を出
力してリリーフバルブ４３を閉じて過給圧力を所定値に
設定する。また同時にブレーキ３６を解除する指令を出
す。これにより、エンジン１に多量の空気が供給できて
エンジン１の出力は急激に上昇し、タイムラグの少ない
加速が得られて車両は発進する。
【００３２】車両が発進し、次第に高速走行に移り、シ
フトレバーが前進１速から２速、３速と変わるにつれ、
タイヤ３５の負荷が低速高負荷から高速低負荷にかわ
る。差動遊星歯車装置１０を有しているので、これに伴
い機械式過給機４２の負荷も高負荷から低負荷にかわ
り、無駄な機械損失を発生させず経済的な走行が可能と
なる。このように、エンジン１の出力は停止、信号待ち
状態では全出力が圧縮機４２に伝達され供給過給圧が高
められた後に、アクセルの踏み込みと同時にブレーキが
解除されて車両としてするどい加速力を得るとともに、
増速後は機械式過給機の負荷を下げて、経済的な走行を
させる。
【００３３】上記の結果は図２で縦軸に車速を、横軸に
変速位置を表し、従来と本発明との関係を比較すると、
本発明は実線（Ｍ）のごとく、従来品の一点鎖線（Ｎ）
より、立ち上がりが早くなる。以上第１実施例における
各部の作動の関係は図３にて表にして説明して見た。ま
た加速時のタイムチャート図を図４に減速時のタイムチ
ャート図を図５に示す。なお、上記実施例において、リ
リーフバルブ４３を開放して低圧にしたが、そのままに
しておき、圧縮機４２の過給圧を高めたままにしても良
い。
【００３４】次に、車両の定速走行時から減速する場合
（以下、減速走行という。）について説明する。オペレ
ータがシフトレバー６１を前進３速から２速に入れると
ともに、アクセルペタル６３から足を離して減速しよう
とする。前進３速から２速へのシフト位置センサー６１
ａからの検出信号、およびアクセル位置センサー６３ａ
からのアクセルオフの検出信号を受け、制御装置６０は
駆動力伝達系２０の中の図示しない前進３速のギヤ系列
から前進２速のギヤ系列にきりかえるとともにクラッチ
２１を接合し、またロックアップクラッチＬとも接合さ
せる。
【００３５】これにより、タイヤからのトルクは、駆動
力伝達系２０、クラッチ２１を経て、リングギヤ１４に
入る。このときロックアップクラッチＬが接合されてい
るため、リングギヤ１４とプラネットキャリア１３とサ
ンギヤ１１はロックされ全てが同じ回転数にてまわされ
る。このとき１つのトルクはロックアップクラッチＬ、
出力軸１ａからエンジン１に到達してエンジン１に逆駆
動力を与える、即ち、エンジンブレーキがかかる状態と
なる。このとき、他の一つとのトルクは、プラネットキ
ャリア１３、プラネットギャー１２、サンギャー１１、
およびギャー１１ａを経て、圧縮機４２を駆動する。こ
の圧縮機４２の駆動トルクは車両を減速するトルクとな
り、いわゆるエンジンブレーキが増した状態となる。従
って、従来のエンジンのみのエンジンブレーキに比し
て、ブレーキの効きが増している。
【００３６】次に、同じ図３の構造をとりながら、加速
時の制御方法をかえた、第２実施例について説明する。
まず、車両の停止時から加速発進する場合、（以下ゼロ
発進という）について説明する。オペレータがシフトレ
バー６１を前進１速に入れる。シフト位置センサー６１
ａから前進１速、およびアクセル位置センサー６３か
ら、まだアクセルは踏み込まれていないという信号を受
け制御装置６０は、「まだブレーキ３６は作動状態のま
ま」とし、かつ、「クラッチ２１はまだ切った状態のま
ま」という指令を出している。一方、ロックアップクラ
ッチＬに対しては、これを接合するという指令を出す。
【００３７】これにより、差動遊星歯車装置１０の中の
リングギヤ１４とプラネットキャリア１３とサンギヤ１
１はロックされ、全てが同じ回転数にまわされる。すな
わち、機械式過給機４２はエンジンに対して直結駆動状
態となって発進に備える。またリリーフバルブ４３には
これを開放し、機械式過給機４２の駆動ロスを減速する
よう指令する。次に、エンジン回転速度センサー６５か
らの信号、あるいはアクセル位置センサー６３ａからの
踏み込み量の信号により、オペレータがアクセルを踏み
込み、車両を発進加速させようとしていると感知すれ
ば、制御装置から、リリーフバルブ４３に指令を出力し
てリリーフバルブ４３を閉じて、過給圧力を所定値に設
定する。また同時にブレーキ３６を解除し、クラッチ２
１を接合する指令を出す。これにより、エンジン１の出
力は直結駆動された機械式過給機４２からのレスポンス
のよい過給圧を得ながらスムーズに上昇し、タイムラグ
の少ない、力強い加速を得られて車両は発進する。
【００３８】車両が発進し、次第に高速走行に移りシフ
トレバーが前進１速から２速にかわっていくところまで
は、この直結状態の駆動方式を保持するが、３速に切り
変わった時点で、シフト位置センサ６１ａからの信号を
受けて、制御装置６０は、ロックアップクラッチＬに対
して解除の指令を出す。ロックアップクラッチＬが解除
されると、タイヤ３５の負荷が高速低負荷状態にあるの
で、これにつりあう形で、機械式過給機４２も低負荷運
転にかわる。これにより無駄な機械損失を発生させず、
経済的な走行が可能となる。なお、定常走行や減速時の
制御方法は第１実施例と同じである。以上第２実施例に
おける各部の作動の関係は図６にて、表にして説明して
見た。また加速時のタイムチャート図を図７に示す。
【００３９】図８は、本発明に係る第３実施例を示す車
両用エンジンの過給装置の概念図である。なお、第１実
施例と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。
第３実施例では、エンジンに空気を押し込む機械式過給
機１４０およびターボ過給機１７０と、機械式過給機１
４０とターボ過給機１７０との間に配設される給気回路
開閉切換弁１８０と、エンジン１からの排気管１５０に
配設されターボ過給機１７０への排気回路開閉切換弁１
９０が配設されている。また、機械式過給機１４０は、
駆動ギヤー４１と、リショルムコンプレッサ等の圧縮機
４２と、過給圧力を調整するリリーフバルブ１４３とか
らなる。リリーフバルブ１４３は後述する制御装置１６
０からの信号を受けてセット圧力を調整している。
【００４０】ターボ過給機１７０は、エンジン１からの
排気ガスにより駆動される排気タービン１７１と、排気
タービン１７１により駆動されるコンプレッサ１７２
と、からなる。給気回路開閉切換弁１８０は、後述する
制御装置１６０からの信号を受けて、エンジン１への給
気を機械式過給機１４０から、あるいは、ターボ過給機
１７０からの切替えをおこなっている。排気回路開閉切
換弁１９０は、エンジン１からの排気がターボ過給機１
７０へ流れるか、そのまま排気されるかの切替えをおこ
なっている。制御装置１６０はコンピュータ等からな
り、第１実施例の外に、機械式過給機１４０によるエン
ジン１への給気のセット圧力を調整するリリーフバルブ
１４３への指令と、給気回路開閉切換弁１８０および排
気回路開閉切換弁１９０への切替えの指令を行ってい
る。 なお、クラッチペダルは存在せず、クラッチ２１
の作動は全て、制御装置１６０からの指令信号に基づき
人力ではなく、機械的に行われる。
【００４１】上記構成において、次に作動について、図
９、図１０および図１１により説明する。 図９では、
縦軸に、始動時、発進時、加速時等車両の状態、および
その状態時の中立、１速等のシフトレバーの位置を表し
ている。横軸には、アクセルペタルの踏み込みの有、ク
ラッチの係合、あるいはロックアップクラッチＬの係合
等の作動を、また、給気回路開閉切換弁１８０の位置、
排気回路開閉切換弁１９０の位置を表示している。図１
０と図１１では、車両の速度と、シフトレバーの位置、
クラッチの係合、ロックアップクラッチＬの係合、ある
いは機械式過給機の回転速度等の作動のタイムチャート
を表している。
【００４２】まず、図８において、車両の始動時におい
ては、シフトレバーの位置はパーキング（Ｐ）であり、
アクセルペタルは踏み込まれておらず、ロックアップク
ラッチＬはＯＮの表示より係合を示し、給気回路開閉切
換弁１８０の位置（Ｂ）より機械式過給機１４０が作動
して供給している状態を示している。シフトレバーがニ
ュートラルＮを経て、第１速に入れられると、ロックア
ップクラッチＬは解除され同時にリリーフバルブ１４３
を開放して低圧にする。またクラッチ２１は接合される
が、ブレーキ３６がＯＮの状態であるので動力伝動部材
２０の抵抗馬力よりも圧縮機４２の駆動馬力を小さくな
るので、タイヤは回転せずエンジン１の出力は圧縮機４
２に全て伝達される。圧縮機４２は数式１により増速さ
れている。また、排気回路開閉切換弁１９０の位置
（Ｃ）よりターボ過給機１７０は作動せずに排気ガスは
そのまま大気に排出されている。この状態は、図１０で
は、車両停止の位置で、車両がいつでも発進出来る状態
（タイムチャートの（イ）の左側）を示している。この
とき、第１実施例と同様に、機械式過給機１４０は差動
遊星歯車装置１０の増速により高速に回転している。
【００４３】次に、オペレータがアクセルを踏み込み車
両を発進加速させようとしているということを、アクセ
ル位置センサー６３ａからの踏み込み量の信号により感
知すれば、制御装置１６０からリリーフバルブ１４３に
指令を出してリリーフバルブ１４３を閉じて過給圧力を
所定値に設定する。また同時にブレーキ３６を解除する
指令を出す。これにより、エンジン１に多量の空気が供
給出来て、エンジン１の出力は急激に上昇し、タイムラ
グの少ない加速が得られて車両は発進する。
【００４４】車両が発進し、次第に高速走行に移りシフ
トレバーが前進１速から２速、３速とかわるにつれ、タ
イヤ３５の負荷が低速高負荷から、高速低負荷にかわ
る。差動遊星歯車装置１０を有しているので、これに伴
い、機械過給機の負荷も高負荷から低負荷にかわる。シ
フトレバーが３速に入った時点で制御装置１６０から給
気回路開閉切換弁１８０に指令が出て、弁をＢ位置から
Ａ位置にきりかえ、排気回路開閉切換弁１９０にも指令
が出て弁をＣ位置からＤ位置にきりかえる。これによ
り、機械式過給機１４０が完全に停止するとともに、燃
費の良いターボ過給機１７０に切り換えられる。そして
前進３速の定常走行時では、上記の燃費の良いターボ過
給機１７０が作動して走行するために、燃費効率が向上
する。この状態は、図１０では、車両が３速の定常状態
（タイムチャートの（ホ）の右側）を示している。
【００４５】次に、車両が定速走行時から減速する場合
（以下減速走行という。）について説明する。参考図と
して、図９および図１１を示す。オペレータがシフトレ
バー６１を前進３速から２速に入れるとともにアクセル
ペダル６３から足をはなして減速しようとする。前進３
速から２速へのシフト位置センサ６１ａからの信号、お
よびアクセル位置センサー６３ａからのアクセルオフの
検出信号を受け、制御装置１６０は給気回路開閉切換弁
１８０に指令を出し、弁をＡ位置からＢ位置にきりか
え、排気回路開閉切換弁１９０にも指令が出て、弁をＤ
位置からＣ位置にきりかえる。これによりターボ過給機
１７０が停止するとともに機械式過給機１４０に切り換
えられる。また、このとき、制御装置１６０はロックア
ップクラッチＬに指令を出力して、差動制限部材１５と
１６とを係合する。
【００４６】これによりタイヤからのトルクは駆動力伝
達系２０、クラッチ２１を経てリングギヤ１４に入る。
このときロックアップクラッチＬが接合されているた
め、リングギヤ１４とプラネットキャリア１３とサンギ
ヤ１１はロックされ全てが同じ回転数にて回される。こ
のとき１つのトルクはロックアップクラッチＬ出力軸１
ａからエンジン１に到達してエンジン１に逆駆動力を与
える、即ち、エンジンブレーキがかかる状態となる。ま
た他の一つとのトルクは、プラネットキャリア１３、プ
ラネットギャー１２、サンギャー１１、およびギャー１
１ａを経て、圧縮機４２を駆動する。この圧縮機４２の
駆動トルクは車両を減速するトルクとなり、いわゆるエ
ンジンブレーキが増した状態となる。
【００４７】従って、従来のエンジンのみのエンジンブ
レーキに比して、圧縮機４２によるブレーキの効きが増
している。このとき、圧縮機４２によるブレーキの効き
を調整するために、制御装置６０からの信号によりリリ
ーフバルブ４３のセット圧力を調整して圧縮機４２の駆
動トルクを調整しても良い。さらに、減速が行われシフ
トレバー６１において２速から１速を経て、車両速度が
停止の状態に達すると、車両の停止を速度センサ６４の
信号により感知して、制御装置１６０はロックアップク
ラッチＬに指令を出力して、差動制限部材１５と１６と
を離脱する。
【００４８】図１２から図１４は、本発明に係る他の構
成を示す実施例である。なお、図においては制御装置の
表示は省略してある。図１２の第４実施例では、第１実
施例の給気回路で機械式過給機の構成が変更され、第１
実施例の機械式過給機４０が、駆動ギヤー４１と、リシ
ョルムコンプレッサ等の圧縮機４２と、圧縮機４２から
の給気を制御する給気回路開閉切換弁２８０と、給気回
路開閉切換弁２８０とエンジン１との間に配置されてい
る逆止弁２９０とから構成されている。
【００４９】上記において、前進１速、あるいは、加速
時に給気回路開閉切換弁２８０をポート（Ｅ）に切り換
えて、差動遊星歯車装置１０にて駆動される圧縮機４２
によりエンジン１に給気し、エンジンの立ち上がりを早
める。また、変速中立Ｎ時あるいは停止時には差動遊星
歯車装置１０のロックアップクラッチＬを離脱して機械
式過給機２４０を完全に停止して、機械式過給機２４０
の機械損失を低くする。さらに、前進３速のような高速
時には、給気回路開閉切換弁２８０をポート（Ｆ）に切
り換えて、逆止弁２９０からエンジン１に給気する。こ
のとき、高速時に差動遊星歯車装置１０のロックアップ
クラッチＬを離脱して機械式過給機２４０を完全に停止
し、オーバ加給を防止する。また、減速時には、差動遊
星歯車装置１０のロックアップクラッチＬを係合して機
械式過給機２４０を用いて制動力を増加させる。上記の
ような制御がコントローラからの指令により適宜選択す
ることができる。
【００５０】図１３の第５実施例では、第４実施例の給
気回路の機械式過給機２４０が、駆動ギヤー４１と、リ
ショルムコンプレッサ等の圧縮機４２と、圧縮機４２か
らの給気を制御する給気回路開閉切換弁２８０と、給気
回路開閉切換弁２８０とエンジン１との間に配置されて
いる逆止弁２９０と、過給圧力を調整するリリーフバル
ブ２４３と、から構成されている。上記において、第４
実施例に、停止時、あるいは、発進の低速時にリリーフ
バルブ２４３のセット圧力を低下して、圧縮機４２の駆
動馬力を低減している。これにより、停止時の燃費の向
上が図れる。また、このとき、発進の低速時にリリーフ
バルブ２４３のセット圧力を低くし、かつ、圧縮機４２
を高速に増速しておいて、この状態から一気にリリーフ
バルブ２４３のセット圧力を高圧にして、瞬時に高い加
給圧力をエンジンに送り込み、エンジン立ち上がりを早
めて応答性をよくしても良い。
【００５１】図１４の第６実施例では、第４実施例の給
気回路に、さらに、ターボ加給機１７０が追加されてい
る。ターボ加給機１７０からの給気管２７１は逆止弁２
９０と、圧縮機４２とに接続されている。上記におい
て、前進１速、あるいは、加速時に給気回路開閉切換弁
２８０をポート（Ｅ）に切り換えて、差動遊星歯車装置
１０にて駆動される圧縮機４２とターボ加給機１７０に
よりエンジン１に給気し、エンジンの立ち上がりを早め
る。前進３速のような高速時には、給気回路開閉切換弁
２８０をポート（Ｆ）に切り換えて、ターボ加給機１７
０により逆止弁２９０からエンジン１に給気する。この
とき、高速時に差動遊星歯車装置１０のロックアップク
ラッチＬを離脱して機械式過給機１４０を完全に停止
し、オーバ加給を防止する。また、減速時には、差動遊
星歯車装置１０のロックアップクラッチＬを係合して機
械式過給機１４０を用いて制動力を増加させる。上記の
ような制御がコントローラからの指令により適宜選択す
ることができる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる車
両用エンジンの過給装置およびその制御方法では、発進
時、前進１速時の低速時には、差動遊星歯車装置を介し
て機械式過給機を駆動しするので、エンジン出力の立ち
上がりが急激となり車両の応答性が向上する。発進し高
速定速走行に移行するまでの間には、差動遊星機構の特
性により、エンジンの負荷に合った機械式過給機の回転
速度が得られ、小型のエンジンでも機械式過給機の特性
である応答性がよく、また、動力損失の少ない、高出力
のエンジン出力を得ることができる。さらに、高速定速
走行に移行すると、機械式過給機からターボ過給機に切
り換えることにより無駄な過給を行うことがなくなりエ
ンジンの総合効率が向上する。さらに、停止状態では機
械式過給機からの過給圧力を低圧にすることにより、動
力損失が少なくなり、燃費を向上できる。減速時には、
差動制限手段を接合することにより、車両のタイヤから
の強制回転トルクを、エンジンと機械式過給機の両方で
分担して受け持つのでブレーキ制動力を向上できるとい
う優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施例を示す車両用エンジン
の過給装置の概念図である。
【図２】本発明に係る車両用エンジンの過給装置と従来
の過給装置とのエンジン出力の立ち上がりを示す図であ
る。
【図３】本発明に係る第１実施例を示す車両用エンジン
の過給装置と車速、シフトレバー位置等の作動を説明す
る図である。
【図４】本発明に係る第１実施例を示す車両用エンジン
の過給装置と車速、シフトレバー位置等の増速時のタイ
ムチャート図である。
【図５】本発明に係る第１実施例を示す車両用エンジン
の過給装置と車速、シフトレバー位置等の減速時のタイ
ムチャート図である。
【図６】本発明に係る第２実施例を示す車両用エンジン
の過給装置と車速、シフトレバー位置等の作動を説明す
る図である。
【図７】本発明に係る第２実施例を示す車両用エンジン
の過給装置と車速、シフトレバー位置等の増速時のタイ
ムチャート図である。
【図８】本発明に係る第３実施例を示す車両用エンジン
の過給装置の概念図である。
【図９】車両用エンジンの過給装置と車速、シフトレバ
ー位置等の作動を説明する図である。
【図１０】本発明に係る第３実施例を示す車両用エンジ
ンの過給装置と車速、シフトレバー位置等の増速時のタ
イムチャート図である。
【図１１】本発明に係る第３実施例を示す車両用エンジ
ンの過給装置と車速、シフトレバー位置等の増速時のタ
イムチャート図である。
【図１２】本発明に係る第４実施例を示す車両用エンジ
ンの過給装置の概念図である。
【図１３】本発明に係る第５実施例を示す車両用エンジ
ンの過給装置の概念図である。
【図１４】本発明に係る第６実施例を示す車両用エンジ
ンの過給装置の概念図である。
【図１５】従来のエンジントルクと車両走行負荷のマッ
チング特性図
【図１６】本発明のエンジントルクと車両走行負荷のマ
ッチング特性図
【符号の説明】
１ エンジン １０ 差動遊星歯車装置、 １５、１６ 差動制限部
材、２０ 動力伝動部材 ４０、１４０、２４０、３４０ 機械式過給機、 ４
２ 圧縮機、４３、１４３、２４３ リリーフバルブ、
５０ 排気管、６０、１６０ 制御装置、１７０ ター
ボ過給機、 １７１ 排気タービン、 １７２ コンプ
レッサ、１８０ 給気回路開閉切換弁、１９０ 排気回
路開閉切換弁、Ｌ ロックアップクラッチ、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｂ 39/12 9332−3Ｇ Ｆ０２Ｄ 29/02 ３４１ // Ｆ１６Ｈ 48/30

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機械的手段によりエンジンの出力で駆動
    される機械式過給機を搭載した車両用エンジンにおい
    て、エンジンに連結され、かつ、動力を機械式過給機用
    および車両走行用に分配する差動制限手段を有する差動
    遊星歯車装置と、差動遊星歯車装置を介して駆動される
    機械式過給機と、からなることを特徴とする車両用エン
    ジンの過給装置。
  2. 【請求項２】 エンジンの出力を制御するアクセル装置
    に付設されたアクセル位置検出センサあるいはエンジン
    の回転速度を検出するエンジン回転速度検出センサと、
    車両の速度を選択するシフトレバーに付設されたシフト
    位置検出センサと、アクセル位置検出センサあるいはエ
    ンジン回転速度検出センサ、およびシフト位置検出セン
    サからの信号により差動遊星歯車装置の差動制限手段の
    制御を行う制御手段と、からなる請求項１記載の車両用
    エンジンの過給装置。
  3. 【請求項３】 差動遊星歯車装置の差動制限手段の制御
    が車両速度検出センサからの車両速度の信号を含めた制
    御手段による請求項１あるいは請求項２記載の車両用エ
    ンジンの過給装置。
  4. 【請求項４】 機械的手段によりエンジンの出力で駆動
    される機械式過給機を搭載した車両用エンジンにおい
    て、エンジンに連結され、かつ、動力を機械式過給機用
    および車両走行用に分配する差動制限手段を有する差動
    遊星歯車装置と、差動遊星歯車装置を介して駆動される
    機械式過給機と、エンジンからの排気ガスにより駆動さ
    れるターボ過給機と、機械式過給機とターボ過給機との
    間に配設される給気回路開閉切換弁と、からなることを
    特徴とする車両用エンジンの過給装置。
  5. 【請求項５】 エンジンからターボ過給機への排気ガス
    回路に排気回路開閉切換弁が配設される請求項４記載の
    車両用エンジンの過給装置。
  6. 【請求項６】 エンジンの出力を制御するアクセル装置
    に付設されたアクセル位置検出センサあるいはエンジン
    の回転速度を検出するエンジン回転速度検出センサと、
    車両の速度を選択するシフトレバーに付設されたシフト
    位置検出センサと、アクセル位置検出センサあるいはエ
    ンジン回転速度検出センサ、およびシフト位置検出セン
    サからの信号により、少なくとも差動遊星歯車装置の差
    動制限手段と給気回路開閉切換弁、あるいは排気回路開
    閉切換弁も含めて制御を行う制御手段と、からなる請求
    項４あるいは５記載の車両用エンジンの過給装置。
  7. 【請求項７】 差動遊星歯車装置の差動制限手段あるい
    は給気回路開閉切換弁の制御が車両速度検出センサから
    の車両速度の信号を含めた制御手段による請求項４、請
    求項５あるいは請求項６記載の車両用エンジンの過給装
    置。
  8. 【請求項８】 機械式過給機の給気回路に過給圧力を調
    整するリリーフバルブを配設する請求項１あるいは請求
    項４記載の車両用エンジンの過給装置。
  9. 【請求項９】 過給圧力を調整するリリーフバルブの制
    御が少なくとも、車両速度検出センサ、エンジン回転速
    度検出センサ、あるいは、シフト位置検出センサからの
    いずれかの信号を受けた制御手段による請求項８記載の
    車両用エンジンの過給装置。
  10. 【請求項１０】 機械的手段によりエンジンの出力で駆
    動される機械式過給機、もしくは、機械式過給機および
    ターボ過給機によりエンジン出力を増加させる車両用エ
    ンジンにおいて、車両が停止から発進で、かつ、車両が
    停止した状態のときには車両の駆動力伝達系にブレーキ
    をかけることでエンジンの全出力を差動遊星歯車装置に
    より増速して機械式過給機に出力し、これを回しておき
    発進の指令が来た時点でブレーキを外して差動遊星歯車
    装置によりエンジン出力を機械式過給機および走行用に
    分配して、車両を発進加速させることを特徴とする車両
    用エンジンの過給装置の制御方法。
  11. 【請求項１１】 機械的手段によりエンジンの出力で駆
    動される機械式過給機、もしくは、機械式過給機および
    ターボ過給機により、エンジン出力を増加させる車両用
    エンジンにおいて、車両が停止から発進で加速状態にあ
    るときには、差動遊星歯車装置の差動制限手段を接合し
    て、エンジン回転と機械式過給機を直結駆動として車両
    を発進加速させることを特徴とする車両用エンジンの過
    給装置の制御方法。
  12. 【請求項１２】 機械的手段によりエンジンの出力で駆
    動される機械式過給機、もしくは、機械式過給機および
    ターボ過給機によりエンジン出力を増加させる車両用エ
    ンジンにおいて、車両が高速度所定走行からの減速時
    に、車両が減速状態にある時には差動遊星歯車装置の差
    動制限手段を接合してエンジン出力を機械式過給機およ
    び走行用に分配し、機械式過給機にブレーキ作用を与え
    て車両の制動動力を増加することを特徴とする車両用エ
    ンジンの過給装置の制御方法。
  13. 【請求項１３】 機械的手段によりエンジンの出力で駆
    動される機械式過給機およびターボ過給機によりエンジ
    ン出力を増加させる車両用エンジンにおいて、車両が増
    速から高速所定速度移行時で、車両が増速を終了し所定
    速度になった時に、機械式過給機の動力損失を低減する
    ために差動遊星歯車装置の差動制限手段を離脱するとと
    もに、給気回路開閉切換弁を切り換えてエンジンへの空
    気の供給を機械式過給機、または、機械式過給機とター
    ボ過給機からターボ過給機のみに変更することを特徴と
    する車両用エンジンの過給装置の制御方法。
  14. 【請求項１４】 機械的手段によりエンジンの出力で駆
    動される機械式過給機およびエンジンからの排気ガスに
    より駆動されるターボ過給機によりエンジン出力を増加
    させる車両用エンジンにおいて、車両が停止から発進の
    ときには車両の駆動力伝達系にブレーキをかけてエンジ
    ンの出力を差動遊星歯車装置により増速して機械式過給
    機に出力するとともに、排気回路開閉切換弁を切り換え
    てエンジンからの排気をそのまま大気に放出し、車両が
    増速から高速所定速度移行時で、車両が増速し所定速度
    になった時に、機械式過給機の動力損失を低減するため
    に差動遊星歯車装置の差動制限手段を離脱するととも
    に、給気回路開閉切換弁および排気回路開閉切換弁を切
    り換えて、エンジンへの空気の供給を機械式過給機から
    ターボ過給機に、かつ、エンジンからの排気をターボ過
    給機に供給することを特徴とする車両用エンジンの過給
    装置の制御方法。
  15. 【請求項１５】 機械的手段によりエンジンの出力で駆
    動される機械式過給機およびエンジンからの排気ガスに
    より駆動されるターボ過給機によりエンジン出力を増加
    させる車両用エンジンにおいて、車両が高速所定速度か
    ら減速移行時で、車両が高速所定速度から減速状態にあ
    る時に、給気回路開閉切換弁を切り換えて、エンジンへ
    の空気の供給をターボ過給機から機械式過給機に変換す
    るとともに、機械式過給機の給気回路を絞ることで、機
    械式過給機の駆動損失を増大させ、ブレーキ作用を与え
    て車両の制動動力を増加することを特徴とする車両用エ
    ンジンの過給装置の制御方法。
  16. 【請求項１６】 シフト位置が中立で、かつ、車両が停
    止のときには、機械式過給機の動力損失を低減するため
    に機械式過給機からエンジンへの空気の過給圧力を低圧
    にする請求項１０、請求項１１あるいは請求項１４記載
    の車両用エンジンの過給装置。
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