JPH0925827A - スーパーチャージャーおよびエンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非過給時にエンジンでロータを回す際の負荷
の軽減を図る。 【解決手段】 スーパーチャージャー１０のロータ１２
の一端に、非過給時にエンジン８０の吸入エアの流体エ
ネルギーによって回転させられるタービン５０を連結
し、タービン５０とロータ１２の間に、過給時にロータ
１２からタービン５０を切り離すワンウェイクラッチ３
０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンのクラン
クシャフトから駆動力を得て機械的に作動させられる機
械駆動式のスーパーチャージャー、およびそのスーパー
チャージャーを備えたエンジンの吸気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スーパーチャージャーは、スロットルバ
ルブとエンジンの吸気口（図示略）との間の吸気通路の
途中に介装され、エンジンのクランクシャフトの回転を
利用したベルト駆動によって直接機械的に作動させられ
ることにより、エンジンのシリンダ内に強制的に過給を
行うものである。

【０００３】この場合、過給を行わないパーシャル時に
もロータをエンジンで回すと、エンジンの駆動ロスが大
きくなるので、一般的には、ベルトプーリ内に電磁クラ
ッチを装備し、非過給時に電磁クラッチをＯＦＦにし
て、クランクシャフトとスーパーチャージャーを切り離
すようにしている。

【０００４】図３は従来のスーパーチャージャーを備え
たエンジンの吸気装置の構成例を示す。スロットルバル
ブ１とエンジンの吸気口（図示略）との間の吸気通路２
の途中にスーパーチャージャー３が介装されており、ス
ーパーチャージャー３のベルトプーリに電磁クラッチ４
が内蔵されている。電磁クラッチ４は、十分な過給がで
きないような低回転時や、低負荷時などに、図示しない
制御信号によってＯＦＦされ、エンジンの回転からスー
パーチャージャー３を切り離して、駆動ロスを無くす。

【０００５】また、スーパーチャージャー３の吸入側５
と吐出側６は、バイパスバルブ８を備えたバイパス路９
で連通されており、過給しないときは、図（ａ）に示す
ように、クラッチ４をＯＦＦにすると共に、バイパスバ
ルブ８を開いて、吸入エアを実線矢印のようにバイパス
路９を通してエンジンに導入する。また、過給時は、図
（ｂ）に示すように、クラッチをＯＮにしてスーパーチ
ャージャー３を作動させ、バイパスバルブ８を操作する
ことで、吐出圧を吸入側５へ逃がし、過給圧を調節す
る。さらに、フル過給のときは、図（ｃ）に示すように
バイパスバルブ８を最大に絞り、全吐出圧を過給に回し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来ではロ
ータを常時エンジンで回転させる形式にした場合、駆動
ロスが大きくなるので、電磁クラッチを装備しなくては
ならなかった。また、駆動ロスを無くす目的で電磁クラ
ッチを付けた場合、次の問題が生じていた。

【０００７】すなわち、電磁クラッチ４をＯＦＦにした
場合、バイパス路９を通して吸入エアをエンジンに供給
するため、スーパーチャージャー３の回転が止まる。そ
のため、次にクラッチ４をＯＮしたとき、回転ショック
が生じ、作動の円滑化を損なうことがあった。

【０００８】また、パーシャル時（非過給時）には、ス
ロットルバルブの開度を絞ることでエンジンの吸入エア
量を制御しているが、スロットルバルブの絞りによるポ
ンピングロスが発生し、エンジンの効率低下を招いてい
た。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮し、電磁クラッ
チ無しの場合は駆動ロスの低減を図ることができ、電磁
クラッチ付きの場合はクラッチをＯＦＦからＯＮに切り
換えたときの作動の円滑化を図ることができ、さらにパ
ーシャル時のポンピングロスの低減を図ることのできる
スーパーチャージャー、およびそのスーパーチャージャ
ーを備えたエンジンの吸気装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、エン
ジンの回転でロータが直接駆動されることによりエンジ
ンに対する過給を行うスーパーチャージャーにおいて、
ロータの一端に、非過給時にエンジンの吸入エアの流体
エネルギーによって回転させられるタービンを連結した
ことを特徴とする。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１記載のスーパ
ーチャージャーであって、ロータがエンジンの回転によ
って常時駆動されることを特徴とする。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１記載のスーパ
ーチャージャーであって、エンジンからロータに駆動力
を伝達する動力伝達経路に、動力の伝達を断続する電磁
クラッチが介装されていることを特徴とする。

【００１３】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
かに記載のスーパーチャージャーであって、前記タービ
ンとロータの間に、タービンからロータへのトルクの伝
達を許し且つロータからタービンへのトルクの伝達を遮
断するワンウェイクラッチが設けられていることを特徴
とする。

【００１４】請求項５の発明のエンジンの吸気装置は、
スロットルバルブとエンジンの吸気口との間の吸気通路
に、請求項１〜４のいずれかに記載のスーパーチャージ
ャーが介装され、該スーパーチャージャーのコンプレッ
サ側の吐出口と前記タービン側の吐出口とがエンジンの
吸気口に接続されると共に、コンプレッサ側の吸入口と
タービン側の吸入口とが、スロットルバルブを通過した
エアを前記いずれかの吸入口へ選択的に導入する切換弁
を介してスロットルバルブに接続され、さらに非過給時
にタービン側へエアを送るよう切換弁を切換え且つ過給
時にコンプレッサ側へエアを送るよう切換弁を切換える
制御手段が設けられていることを特徴とする。

【００１５】請求項１の発明では、非過給時に、エンジ
ンの吸入エアの流体エネルギーによってタービンが回転
し、それに連結されたロータが回転する。従って、本発
明をエンジンからの駆動力を断続する電磁クラッチ付き
スーパーチャージャーに適用した場合は、クラッチをＯ
ＦＦする非過給時でもロータが回転していることによ
り、次にクラッチをＯＮしたときのロータの回転ショッ
クが軽減される。また、電磁クラッチ付きスーパーチャ
ージャーの場合は、パーシャル時（非過給時）にバイパ
ス路を通して（スーパーチャージャーを通さずに）エン
ジンにエアを吸わせており、その際スロットルバルブを
絞るため、エンジンのポンピングロスを生じるが、本発
明では、非過給時にエンジンのエア吸引力によってター
ビンを回すため、そのポンピングロス分のエネルギーを
ロータの回転に振り向けることができ、エネルギーのロ
スを軽減することができる。この場合、エアはタービン
を経由することで、エネルギー消費された後にエンジン
に導入されるので、パーシャル時にスロットルバルブを
絞ろうとした分に相応する吸入量だけ、エアがエンジン
に導入される。

【００１６】また、電磁クラッチ付きでなく、常時エン
ジンの回転によってロータを回す形式のスーパーチャー
ジャーに本発明を適用した場合は、非過給時にタービン
の回転によってロータの回転が助けられるので、パーシ
ャル時のエンジンの負荷が軽減される。この場合、スロ
ットルバルブの絞りによりポンピングロスとなっていた
エネルギーで、タービンを回転つまりロータを回転させ
るので、エネルギーロスが減少する。

【００１７】請求項２の発明では、エンジンによってロ
ータは常時回転させられているが、非過給時にはタービ
ンの回転によってロータの回転が助けられ、エンジンの
負担が軽減される。また、タービンを回すエネルギーに
は、スロットルバルブを絞った際に生じていたポンピン
グロス分を振り向けることができるので、エネルギーロ
スが軽減される。

【００１８】請求項３の発明では、非過給時には、駆動
ロスを減らすため電磁クラッチがＯＦＦされることによ
り、エンジンからの機械的な駆動力が遮断されるが、エ
ンジンの吸入エアの流体エネルギーによって、タービン
が回されることで、ロータが回転させられる。従って、
次にクラッチをＯＮしたときのロータの回転ショックが
軽減される。また、スロットルバルブの絞りにより生じ
るポンピングロス分のエネルギーを、タービンを回すた
めに消費するので、ロスの軽減を図ることができる。

【００１９】請求項４の発明では、ワンウェイクラッチ
の働きにより、タービンからロータには回転が伝わる
が、ロータからタービンには回転が伝わらなくなる。従
って、非過給時にタービンが回ると、その回転トルクが
ロータに伝わり、エンジンによりロータが駆動されてい
ない場合（電磁クラッチ付きの場合）でも、ロータが回
る。また、エンジンによって常時ロータが回転させられ
ている場合（電磁クラッチ無しの場合）は、タービンの
回転がロータに伝わることで、ロータの回転を助け、エ
ンジンの負荷を軽減する。一方、過給時には、エンジン
によって駆動されるロータがタービンと切り離されるの
で、タービンは回らず、駆動ロスの増加が抑えられる。

【００２０】請求項５の発明では、非過給時に切換弁が
切り換わることで、スロットルバルブを通過した吸入エ
アがタービンに流入し、タービンを回して、ロータを回
転させる。また、過給時には、スロットルバルブを通過
した吸入エアはコンプレッサに流入し、コンプレッサか
らエンジンに送り込まれる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００２２】図１は実施形態のスーパーチャージャーを
備えた吸気装置の構成図、図２はスーパーチャージャー
の断面図である。

【００２３】このスーパーチャージャー１０は、リショ
ルム型のスーパーチャージャーであって、図２に示すよ
うにケーシング１１の内部に、コンプレッサ４０として
の機能を果たす第１、第２の２つのロータ１２、１３を
有し、両ロータ１２、１３の回転により、吸気口６１か
ら吸い込んだエアを、圧縮して吐出口６２から吐き出
す。第１、第２のロータ１２、１３はロータシャフト１
４、１５に結合されており、それぞれベアリング１６、
１７、１８、１９を介してケーシング１１に回転自在に
支持されている。

【００２４】各ロータシャフト１４、１５の一端には相
互に噛合するタイミングギヤ２１、２２が設けられてい
る。第２のロータ１３側のロータシャフト１５は、増速
ギヤ２３、２４を介してベルトプーリ２８に接続されて
いる。このベルトプーリ２８には電磁クラッチが内蔵さ
れていない。ベルトプーリ２８は、図１に示すようにエ
ンジン８０の回転によりベルト駆動され、ベルトプーリ
２８の回転により、ロータ１２、１３が常時回転させら
れるようになっている。

【００２５】また、このスーパーチャージャー１０に
は、ベルトプーリ２８を設けた側と反対側にタービン５
０が一体的に設けられている。このタービン５０は、非
過給時にエンジン２０の吸入エアの流体エネルギーによ
って回転させられるもので、コンプレッサ４０側のケー
シング１１と一体に結合されたタービンケーシング５１
と、タービンブレード５２とを有する。

【００２６】タービンブレード５２はタービンシャフト
５３に結合され、タービンシャフト５３は、第１のロー
タ１２のロータシャフト１４の端部に、ワンウェイクラ
ッチ３０を内蔵したカップリング３１を介して連結され
ている。ワンウェイクラッチ３０は、タービン５０から
ロータ１２へのトルクの伝達を許し、且つロータ１２か
らタービン５０へのトルクの伝達を遮断する機能を有し
ている。

【００２７】図１に示すエンジンの吸気装置では、エア
フィルタ１０１の後段のスロットルバルブ１０２と、エ
ンジン８０の吸気口８１との間の吸気通路１０３の途中
に、図２のスーパーチャージャー１０が介装され、スー
パーチャージャー１０のコンプレッサ４０側の吐出口６
２と、タービン５０側の吐出口６４とが共にエンジン８
０の吸気口８１に接続され、コンプレッサ４０側の吸入
口６１と、タービン５０側の吸入口６３とが、スロット
ルバルブ１０２を通過したエアをいずれかの吸入口６
１、６３へ選択的に導入する切換弁１０５を介して、ス
ロットルバルブ１０２に接続されている。

【００２８】また、スーパーチャージャー１０のコンプ
レッサ４０側の吸入口６１と吐出口６２との間には、バ
イパスバルブ１０８を備えたバイパス路１０９が設けら
れている。さらに、この吸気装置では、切換弁１０５と
バイパスバルブ１０８を制御するコントローラ１１２が
設けられている。このコントローラ１１２は、エンジン
８０の回転信号Ｓ１、ノック信号Ｓ２、車速信号Ｓ３、
スロットル開度信号Ｓ４等を取り込んで、それらに基づ
いて切換弁１０５およびバイパスバルブ１０８に制御信
号Ｓ６、Ｓ７を送る。

【００２９】次に、図１を参照しながら作用を説明す
る。

【００３０】この吸気装置では、スーパーチャージャー
１０に電磁クラッチが内蔵されていないので、エンジン
８０の回転によりロータ１２、１３が常時回っている。

【００３１】過給時は、切換弁１０５がコンプレッサ４
０側の吸入口６１へエアを送るように切り換わるので、
スロットルバルブ１０２を通過したエアが、点線矢印の
ように、スーパーチャージャー１０のコンプレッサ４０
に流れ込み、ここで圧縮されて、エンジン８０に送り込
まれる。

【００３２】また、バイパスバルブ１０８の開度に応じ
て一点鎖線矢印のように、バイパス路１０９を通して吐
出側の圧が吸入側に逃げることにより、エンジン８０へ
の過給圧が調節される。このような過給時には、ロータ
１２側の回転がタービン５０側の回転（エアが流れない
ので略停止）以上になるので、ロータ１２の回転がター
ビン５０に伝わらず、駆動ロスが抑えられる。

【００３３】一方、パーシャル時は非過給であるため、
切換弁１０５がタービン５０側にエアを送るように切り
換わる。それにより、エンジン８０のポンピング作用
で、スロットルバルブ１０２を通過したエアが、実線矢
印のように、タービン５０に流れ込み、その流体エネル
ギーによって、タービン５０のタービンブレード５２が
回転し、その回転がワンウェイクラッチ３０を介してロ
ータ１２に伝えられて、ロータ１２、１３が回転する。

【００３４】従って、エンジン８０によるロータ１２、
１３の回転が助けられ、パーシャル時のエンジン８０の
負荷が軽減される。この場合も、ワンウェイクラッチ３
０の作用により、タービン５０の回転がロータ１２より
遅い間は、タービン５０の回転がロータ１２に伝わら
ず、タービン５０の回転がロータ１２より速くなった時
点で、タービン５０の回転がロータ１２に伝わる。よっ
て、タービン５０があることにより、エンジン８０の負
担が増加することはない。

【００３５】また、非過給時には、エンジン８０の吸気
作用によってタービン５０を回すため、タービン５０で
エネルギーが消費され、エネルギー消費された後のエア
がエンジン８０に導入されることになる。従って、スロ
ットルバルブ１０２の絞りでエアの吸気量を絞るのと同
じ作用を、タービン５０が果たすことになり、スロット
ルバルブ１０２を絞った際に生じていたポンピングロス
分のエネルギーを、タービン５０の回転に振り当てるこ
とができ、エネルギーロスの軽減を図ることができる。
よって、タービン５０で吸気量が減少方向に調節される
分だけ、スロットルバルブ１０２を若干開き気味に調節
すればよい。

【００３６】なお、上記実施形態では、エンジン８０か
らスーパーチャージャー１０を切り離すための電磁クラ
ッチをベルトプーリ２８内に設けない形式を示したが、
電磁クラッチ付きのスーパーチャージャーに本発明を適
用してもよい。その場合、非過給時には、駆動ロスを減
らすため電磁クラッチをＯＦＦするが、エンジンの吸入
エアの流体エネルギーによって、タービン５０が回り、
ロータ１２、１３が回転する。つまり、クラッチをＯＦ
Ｆする非過給時でもロータ１２、１３が回転しているこ
とにより、次にクラッチをＯＮしたときのロータ１２、
１３の回転ショックが軽減される効果が期待できる。ま
た、スロットルバルブ１０２の絞りによるポンピングロ
ス分のエネルギーを、タービン５０の回転に振り向ける
効果は上記と同様である。

【００３７】また、上記実施形態では、リショルム型の
スーパーチャージャーに本発明を適用した場合を示した
が、本発明はその他の形式のスーパーチャージャー、例
えばルーツ型やベーン型のスーパーチャージャーにも適
用することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、非過給時に、エンジンの吸込エアの流体エネル
ギーによって、タービンを回し、ロータを回すので、本
発明を電磁クラッチ付きのスーパーチャージャーに適用
した場合は、次にクラッチをＯＮしたときの回転ショッ
クを緩和することができる。また、電磁クラッチ付きで
なく常時回転式のスーパーチャージャーに本発明を適用
した場合は、タービンが回転させられることによって、
ロータの回転を助けるので、ロータを回すためのエンジ
ンの負荷を軽減することができる。従って、別の言い方
をすれば、駆動ロスを少なくする目的で電磁クラッチを
設けていたが、駆動ロスの減少により、電磁クラッチを
設けずに済ますことも可能になる。さらに、タービンの
回転には、スロットルバルブの絞りによるポンピングロ
ス分のエネルギーを振り当てることができるので、エン
ジンのエネルギー損失の軽減を図ることができる。

【００３９】請求項２の発明によれば、非過給時に、エ
ンジンの吸込エアの流体エネルギーによってタービンを
回し、ロータを回すので、ロータを常時回転させるエン
ジンの負担を軽減することができる。

【００４０】請求項３の発明によれば、非過給時に、エ
ンジンの吸込エアの流体エネルギーによって、タービン
を回し、ロータを回すので、電磁クラッチＯＦＦから次
にＯＮしたときの回転ショックを緩和することができ
る。また、タービンの回転にはスロットルバルブの絞り
によるポンピングロス分のエネルギーを振り当てること
ができるので、エンジンのエネルギー損失の軽減を図る
ことができる。

【００４１】請求項４の発明によれば、タービンとロー
タの間にワンウェイクラッチを設けたので、過給時にタ
ービンが回ることはなく、駆動ロスの増加が抑えられ
る。

【００４２】請求項５の発明によれば、切換弁の働きに
より、非過給時には吸入エアをタービンに送り込み、過
給時にはコンプレッサに送り込むことができる。従っ
て、このようにエアの流通経路を切り換えることによ
り、駆動ロスの少ない吸気制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の概略構成図である。

【図２】同実施形態におけるスーパーチャージャーの断
面図である。

【図３】従来例の構成および作用説明図である。

【符号の説明】

１０ スーパーチャージャー １２ ロータ ３０ ワンウェイクラッチ ４０ コンプレッサ ５０ タービン ６１ コンプレッサ側の吸入口 ６２ コンプレッサ側の吐出口 ６３ タービン側の吸入口 ６４ タービン側の吐出口 ８０ エンジン ８１ 吸気口 １０２ スロットルバルブ １０５ 切換弁 １１２ コントローラ（制御手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの回転でロータが直接駆動され
   ることにより、エンジンに対する過給を行うスーパーチ
   ャージャーにおいて、前記ロータの一端に、非過給時に
   エンジンの吸入エアの流体エネルギーによって回転させ
   られるタービンを連結したことを特徴とするスーパーチ
   ャージャー。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスーパーチャージャーで
   あって、前記ロータがエンジンの回転によって常時駆動
   されることを特徴とするスーパーチャージャー。
3. 【請求項３】 請求項１記載のスーパーチャージャーで
   あって、前記エンジンからロータに駆動力を伝達する動
   力伝達経路に、動力の伝達を断続する電磁クラッチが介
   装されていることを特徴とするスーパーチャージャー。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のスーパ
   ーチャージャーであって、前記タービンとロータの間
   に、タービンからロータへのトルクの伝達を許し且つロ
   ータからタービンへのトルクの伝達を遮断するワンウェ
   イクラッチが設けられていることを特徴とするスーパー
   チャージャー。
5. 【請求項５】 スロットルバルブとエンジンの吸気口と
   の間の吸気通路に、請求項１〜４のいずれかに記載のス
   ーパーチャージャーが介装され、該スーパーチャージャ
   ーのコンプレッサ側の吐出口と前記タービン側の吐出口
   とが共にエンジンの吸気口に接続され、コンプレッサ側
   の吸入口とタービン側の吸入口とが、スロットルバルブ
   を通過したエアを前記いずれかの吸入口へ選択的に導入
   する切換弁を介してスロットルバルブに接続され、さら
   に非過給時にタービン側へエアを送るよう切換弁を切換
   え且つ過給時にコンプレッサ側へエアを送るよう切換弁
   を切換える制御手段が設けられていることを特徴とする
   エンジンの吸気装置。