JPS58222919A - エンジン用複合過給装置 - 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】 おける過給システムに関するものである。

従来，エンジンからの排気ガスを駆動エネルギよいヶ□
１え＃Ｆ”ｊｉｉ．　ｌ’　−　ｅ　ｙ□カツ□，ツエ
　パ；これを「夕−がチャージャ」と呼ぶ）が一般に知
られている。該ターボチャージャにおいては，中速以上
のエンジン回転数でのエンノン出力の増加あるいは低燃
費等を目的として排気エネルギの回収を排気タービンに
より行なわせ，その排気タービンと同軸上に設けられた
コンプレッサを駆動させることによりエンジン過給を行
なっていた。しかし、そのような過給機では，定常状態
（中速以上）での出力の増加は得られるとしても，ある
過渡的な場合，例えば一定エンジン回転からのスロット
ル全開又は急激なスロットル開放運転に移った場合には
排気タービンの回転数の上昇に遅れが生じ。

象を起こしてしまう。その原因はスロットル全開等の直
後にはスロットル開度の変位に比べ，エンジン出力の変
化が少ない為，エンジン出力増加に伴なう排気ガス量の
増加もわずかに過ぎず，したがって排気タービンの回転
数の上昇速度もにふぐなることにある。これが、いわゆ
るターボラグと呼ばれるものである。

さらに、エンジン低速回転時においては排気ガス量が少
ないために排気タービンの回転数が低く必要過給圧を与
えることができず，その稍果，中。

高速エンジン回転域に比べてエンジンの出力トルク不足
を招いてしまうという問題もある。

それ故に本発明の目的はエンジン急加速時にも過給圧の
応答をすばやく，かつ適切に行ない，エンジン低速回転
時にも必要過給圧を与えることを可能としたエンジン用
複合過給システムの提供にある。

本発明は，エンジンの回転力等で駆動される機械駆動式
過給機（以下これを便宜上「スー・ぐ−チャジャ」と呼
ぶ）をターボチャージャに組み合わせて使用したことに
基いている。

以下図面を参照しながら実施例を用いて説明する。

第１図は本発明によるエンジン用複合過給システムの一
実施例をエンジン１に組み合わせた状態で示している。

この過給システムはターボチャージャ２とスーノ？ーチ
ャージャ３を含み，ターボチャージャ２は排気タービン
２ａとターボチャノヤ２の排気タービン回転力にて駆動
されるコンプレッサ２ｂとを有したものである。タービ
ン２ａはエンジン１のニゲシーストマニホールド４から
の排気管５に連接され、排気ガスエネルギにより回転駆
動される。コンプレッサ２ｂはエンジン１のインテーク
マニホールド６とエアクリーナ７との間の流入管８に組
み込まれている。一方、スーパーチャージャ３はエンジ
ン１の回転力によりコンプレッサ３ａを駆動（エン・シ
ン回転の他にエンジン油圧等信の駆動源を使用しても同
様である）され。

しかもこのコンプレッサ３ａへの動力伝達を電磁クラッ
チ３ｂにて掛は外しできるようにされたものである。（
又、上記伝達力の掛は外しをエンジン油圧等で行なうこ
とが可能なのは言うまでもない。） さらに、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ｂの吐出
管部分９とスーパーチャジャ３のコンプレッサ３ａの吸
入管部分１１とを互に連接させた連通管１２を設けであ
る。この連通管１２と前記コンプレッサ２ｂの吐出管部
分９との接続部分に三方弁］　３を具備し、又連通管１
２と、前記コンプレッサ３ａの吸入管部分１１との間に
は、前記コンプレッサ２ｂ及び吐出管９の吸気経路とは
別に、エアクリーナ７と上記連通管１２及び上記吸入管
部分１１とを直接連通する吸気管路１５を具備し、該吸
気管路１５の接続部分には圧力応動ダンノぐ１４を備え
ている。三方弁１３は吐出管部分９をインテークマニホ
ールド６に直接に接続するか連通管１２に接続するかを
切換えることかできるものである。ここで連通管１２と
ターがチャジャ２めコンプレッサ２ｂの吐出管部分９と
が三方弁１３により連通状態にある場合には前記圧力応
動ダンパ１４は連通管１２内圧力（上記吐出管部分９内
圧力に等しい）と前記吸気管路１５内圧力との差圧で、
駆動されて開度を変化するものである。一方連通管１２
と上記吐出管部９とが三方弁１３によって閉じられると
、上記圧力応動ダン・ぐ１４は該コンプレッサ３ａの吸
気管部分１１内　　　゛゛圧力前記吸気管路１５内圧力
との差圧により該吸気管路１５を上記吸気管部１１に全
面開放するよう動作するものである。こうしてターボチ
ャ、シャ２のコンプレッサ２ｂとスーツに一チャーツヤ
３のコンプレッサ３ａとを三方弁１３の切換えにより互
いに並列及び直列に接続させることが可能となるよう構
成されているものである。

ここで上記構成にてなるシステムにおける動作例を述べ
る。前記両方のコンルッサ２ｂと３ａが直列に接続され
ている状態において例えばエンノン１の低速運転時にコ
ンプレッサ２ｂの吐出能力はパー・や−チャージャ３の
吸入能力に比して劣っている為に該コンプレッサ２ｂｉ
ｄパー・ぞ−チャージャ３にとってかえって吸気の抵抗
となりうるような場合がある。そのような場合には、圧
力応動ダン・や１４は上部吸気管路１５の開口面積を広
げるように開度を変化し前記コンプレッサ３ａにとって
コンプレッサ２ｂが吸気抵抗となるのを防止する。又、
パー・ぐ−チャーツヤ３は吸入空気量よりコンフ０レッ
サ２ｂ、吐出空気量が、多い場合つまり吐出管路部分９
内が正圧状態となった場合には吸気管路１５内圧力によ
り、連通管路１２内圧力が高くなり圧力応動ダン・ぐ１
４は吸気管路１５を閉じるよう作動する。

上記動作によりコンプレッサ２ｂからの吐出空気とエア
クリーナ７からの吸気空気の割合を選択シス−パーチャ
ージャ３の必要吸入空気量が最適状態で得られることと
なる。尚、圧力応動ダン・ぐ１４は第２図に示すように
上流吸気管部分１５にスプリング１４ａと絹み合わされ
て備えられ、この上流部吸気管１５内圧力とパー・ぐ−
チャージャ吸気管部分１１内圧力の圧力差に応じて開閉
するものであってもよい。

サラにスーツや−１−ヤージャ３のコンプレッサ３ａの
吸入管部分１１と吐出管部分１６とを直接に接続したパ
イ・ぐス管１７を設けると共に、インテークマニホール
ド６の圧力で作動するアクチーエータ１８によってその
バイノｆス管１７を開閉できるようにしである。尚イン
テークマニホールド６の圧力のアクチュエータ１８への
伝達は三方弁１９によシ制御される。

又排気管５にもターボチャージャ２のタービン２ａをパ
イノ’？スするパイノＥス管２１を設けこのパイノクス
管２１もインテークマニホールド６の圧力で作動するア
クチュエータ２２によって開閉できるようにしである。

このアクチュエータ２２への圧力伝達も上述の三方弁１
９により制御されるよう構成されている。

その上吐出管部分９の圧力を検出する圧力センサ２３と
エンノンｌの回転数を検出するエンジン回転数センサ２
４とを設けこれらのセンサ２３゜２４からの信号に基き
、制御装置２５によってター・ぐ−チャージャ３の電磁
クラッチ３ｂと二つの三方弁１３．１９を制御する。

次にエンノン１の運転状態に制御装置２５による制御例
を作用とともに説明する。

先ず中速以上の定常運転時には、排気ガス量が多いため
ターボチャーツヤ２の駆動エネルギが十分あり、したが
ってターボチ□“ヤージャ２のみによって必要過給圧及
び空気流量を得ることが可能である。この場合スーパー
チャージャ３を運転させていだのでは不必要な駆動エネ
ルギを使用しているに過ぎずなんのメリットも得られな
い。

そこで、圧力センサ２３及びエンジン回転数センサ２４
等からの信号により、制御装置２５がターボチャージャ
２の単独運転で必要過給圧が得られているか否かを判断
し必要過給圧が得られる場合には制御装置２５からの信
号によシス−・ぐ−チャージャ３の電磁クラッチ３ｂを
オフする等によりター・ぐ−チャージャ３の運転を停止
させ、同時に三方弁１３の切り替えにより連通管１２を
閉じる。こうしてコンプレッサ２ｂからの吐出空気がす
べて流入管８に送シ込まれるよう制御する。

このときのエンジン回転数は、ターがチャージャ２の単
独運転での過給圧とエンジン回転数との関係に基きター
ボチャーツヤ２の性能特性によりターがチャージャ２の
単独運転に決定されるものであり、吐出管部分９内の圧
力については直列。

！　７１　Ｒ（７）”ｙ）ｙ３ｍ＠″″“′−”？ｆ、
−ｕ、２（７）　　Ｉｔ：吐出側圧力（吐出管部分９内
圧力）との関係より決定可能といえる。

この場合、過給圧コントロールは、パイ／ｐスｔ２１に
設けたアクチュエータ２２により行なワレるわけである
が２その際、流入管８の空気圧は三方弁１９の切り替え
によりアクチュエータ２２にのみ作用するよう制御され
、それにより必要過給圧具」二に流入管８内圧力が上昇
した場合、アクチーエータ２２が作動してパイ・ぐス管
２１を開く。

これによりタービン２ａを回転させる排気量が減少し、
同時にタービン２ａの回転も低下し、結果として過給圧
が低下することと々る。

一方、低速運転時には排気ガス量が少ないためターボチ
ャージャ２の排気タービン２ａの回転数が低くその為、
過給圧は非常に低いかもしくはインテークマニホールド
６内は負圧状態となってしまう。そこで電磁クラッチ３
ｂの制御によりスーパーチャー・ツヤ３を駆動するとと
もに三方弁１３を切り換えることにより直列もしくは並
列運転を行なわせるものである。

この状態においては、ターボチャージャ２のコンプレッ
サ２ｂとスーパーチャージャ３のコンプレッサ３ａとが
直列もしくは並列に接続されて駆動されることにより、
過給圧が高められ、その結果必要過給圧を得ることが可
能となる。

この場合の過給圧コントロールは、前記パイ・ぞス管１
７内に設けられたアクチュエータ１８により行なわれる
ものでアクチュエータ１８を制御する流入管８内圧力は
三方弁１９の切り換えによりアクチュエータ１８にのみ
作動するよう制御される。為に必要過給圧以上に管路８
内圧力が上がった場合、アクチーエータ１８が動作して
パイ・ぐス管路１７を開き、−走過給圧を保つこととな
る。

上記方式により排気タービン２ａと、該排気タービン吐
出管２６を連通ずるパイ・ぞス管路２１に設けられたア
クチュエータ２２は作動せずパイ／Ｆス管路２１は閉じ
られている。それにより排気エネルギ回収用の排気ター
ビン２ａの回収エネルギ（コンプレッサ２ｂ駆動エネル
ギ）を減らすことなく利用し過給空気をバイパス回路１
７をパイ・セスサセスーｉｅ　−チャージャ３のコンプ
レッサ３ａに再吸入させることでスーパーチャージャ３
の負荷も軽減することとなる。

次にある過渡的な場合、たとえば急加速時等の動作につ
いて述べる″。

ターボチャージャ２の単独運転により必要過給圧が得ら
れているエンジン中、高速回転数のスロットル一定開度
の状態よりスロットル全開又は。

急激なスロットル開度差が生じた場合、流入管８内圧力
は急激に低下する。その為エンジン回転数センサ２４か
らの信号では、ターボチャージャ２の学独運転で必要過
給圧が得られていることを制御装置２５に伝えたとして
もそれは、スロットル全開以後の必要空気流量を満して
いるか否かの判断を行なっているわけではない。しかし
吐出管部分９に設けられた圧力センサ２３により過給圧
の低下を知らせる信号が制御装置２５に送られることに
より、複合過給の必要性を検知し、制御装置２５よりの
信号で電磁クラッチ３ｂをオンさせ。

複合過給を行なわせる。

上述の動作により、急激に過給圧不足を招くようなスロ
ットル全開等の急加速時においても、排出ガス量により
その過給圧が左右されるターボチャージャ２とは別に１
機械的に駆動されるパー・母−チャージャ３を、過給圧
の不足を検知すると同時に稼動させてやることで、すみ
やかに必要過給圧が得られるわけであるから、ターボラ
グ等の応答遅れもなく、エンジン過給が行なえることと
なる。

以上述べてきた複合過給システムにおいて、その特性を
第３図、第４図および第５図に示しである。なおＳＣは
パー・母−チャージャ単独運転時の特性曲線、ＴＣはタ
ーボチャージャ単独運転時の特性曲線である。

第３図は、あるエンジン回転数におけるスーパーチャー
ジャとターボチャージャのＰ−Ｑ特性を示す。破線は直
列運転時の特性曲線であり、並列運転では必要空気量Ｑ
ｆｆｉは得られても、必要過給圧Ｐ、が得られないが、
直列にするとＰ　ｌ　ｒ　Ｑ　■とちらも満足される場
合のものである。

第４図は、並列運転によシ必要空気量Ｑｒｉ　及び　　
１１．′必要過給圧Ｐ１が得られる場合の、あるエンジ
ン回転数におけるスーパーチャージャとターボチャーツ
ヤのＰ−Ｑ特性を示す。ここで破線は並列運転時の特性
曲線である。

第５図は、直・並列どちらでも必要空気量Ｑ□及び必要
過給圧Ｐ１が得られる場合のあるエンジン回転数におけ
るパー・ぐ−チャージヤとターボチャージャのＰ−Ｑ特
性を示す。ここで破線は直列運転時の特性曲線、一点鎖
線は並列運転時の特性曲線である。

この場合、直列運転で複合過給を行なわせた場合、必要
空気量ＱｌｌＩではＳｌで示す点の複合過給が得られ、
並列運転で必要空気量Ｑ□の場合にはＳ２に示す点の複
合過給圧が得られるととを表わしている。しかし、前述
した過給圧コントロールにより、直・並列運転どちらの
動作点も０点にあるわけであり、しかも過給圧コントロ
ールはスーパーチャージャのバイパスにより行うため、
パー・ぐ−チャージャの直列運転時の動作点はＳ３であ
り、並列運転時の動作点はＳ４であるといえる。

即ち、直列の場合のパー・ぐ−チャージャの動作点Ｓ３
は必要空気量ＱＩｌｌ上の、０点（必要過給圧Ｐ−から
ターボチャージャの動作圧を差引いた圧力ΔＰが圧縮圧
力となる点となり、並列運転の場合のスーパーチャージ
ャの動作点Ｓ４は、必要過給圧Ｐｌ上の、０点からター
ボチャーツヤの動作風量を差引いた風量Δｑが所要風量
となる点となる。このように直列・並列、どちらの運転
も可能なエンジン運転状態では、スーパーチャーツヤの
動作圧力は、直列の場合の方がはるかに低くてすむこと
となる。

ここで第６図に過給圧に対するスーパーチャーツヤの消
費馬力を示しであるが１．過給圧が高まると一般に容積
式のスーツＪ？−チャージャでは消費馬力も増加するこ
とを示しておりこの結果より直列・並列どちらでも運転
可能な運転状態においては直列運転による複合過給が望
ましいと言え２本発明においては直列・並列どちらでも
必要過給可能な領域においては、より少ない消費馬力で
パー・、ｐ＝チャージャを運転可能となるよう直列運転
に切り替えるよう制御することが可能となるものである
。

以上説明したように２本発明のエンジン用複合過給シス
テムによれば、ターがチャーツヤ特有の欠点であるエン
ノジ低速回転時の出力不足を補ない、急加速運転時の応
答性の向上がはかれ、かつ中・高速回転時には、ターボ
チャージャのもつメリットを全面的ＩＣ利用して過給を
行なわせることが可能なばかりか、従来の複合システム
にみられる。直列運転の際にターがチャージャおよびス
ーパーチャージャにかかる負荷を軽減し、又、直・並列
の切り替えにより消費馬力の少ない運転となるよう選択
されることで、エン・シンにかかる負荷も軽減されるだ
けでなく、必要過給圧以上で過給が行なわれないよう制
御されていることで、エンジンの機械的損失を伴うこと
なく適正な過給が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図。 第２図は同じく変形実施例を示す要部のみの構成説明図
、第３図は直列運転時のＰ−Ｑ特性曲線図。 ゛　第４図は並列運転時のＰ−Ｑ特性曲線図、第５図は
直列運転と並列運転と示どちらでも可能な場合のＰ−Ｑ
特注曲線図、第６図は過給圧に対するパー・ぐ−チャー
ジャの消費馬力を示す図である。 １・・・エンジン、２・・・排気タービン駆動式過給機
。 ３・・・機械駆動式過給機、５・・・排気管、６・・・
インテークマニホールド、７・・・エアクリーナ、１２
・・・連通管、１３・・・三方弁、１４・・・圧力応動
エン・♀。 １７・・・パイ・やス管、１８・・・アクチュエータ、
１９・・・三方弁、２１・・・バイパス管、２２・・・
アクチュエータ、２３・・・圧力上ンサ、２４・・・エ
ンシン回転数センザ、２５・・・制御装置、２６・・・
マフラ一連通管。 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　エアクリーナとエンジンインテークマニホールドと
   の間にエンジン排気エネルギで駆動される第一の過給機
   のコンプレッサと工Ｚジン駆動力等で駆動される第二の
   過給機のコンプレッサとを具備し、該第−の過給機のコ
   ンプレッサの吐出管を該第二の過給機のコンプレッサの
   吸入管に連通させた連通部を設けると共に、上記第一の
   過給機のコンプレッサを経由せず上記エアクリーナに直
   接該第二の過給機のコンプレッサ吸入管とを連通させる
   管路を設け、かつ該両方のコンプレッサの接続を直列及
   び並列間で切り換えることのできる。流路切換え装置を
   設けたことを特徴とするエンジン用複合過給システム。 ２、特許請求の範囲第１項記載のエンジン用複合過給シ
   ステムにおいて、上記流路切換え装置は上記第一の過給
   機のコンプレッサの吐出管と第二の過給機のコンプレッ
   サの吸入管連通部に設けた三方弁と、上記第二の過給機
   のコンプレッサ吸入管とエアクリーナとを連通させた連
   通管路と、該第二の過給機のコンプレッサ吸入管との連
   通部に設けたダン・ぐ機構とを有していることを特徴と
   した複合過給システム。 ３、特許請求の範囲第２項記載のエンノン用複合過給シ
   ステムにおいて、上記ダン・ぐは上記第二の過給機のコ
   ンプレッサ吸入管内圧と上記エアクリーナと第二の過給
   機のコンプレッサの吸入管とを結ぶ連通管路内圧との圧
   力差により駆動されて開度を変化するようになっている
   ことを特徴とするエンジン用複合過給システム。 ４、　特許請求の範囲第２項又は第３項記載のエンジン
   用複合過給システムにおいて上記三方弁は上記第一の過
   給機のコンプレッサ吐出ポートと上記三方弁を連通ずる
   管路内圧力及びエンジン回転数信号に基いて駆動制御さ
   れるようになっていることを特徴とするエンジン用複合
   過給システム。 ５、特許請求の範囲第１項記載のエンジン用複合過給シ
   ステムにおいて上記第二の過給機のコンゾレッサの吸入
   管と、吐出管とを短絡させた第一のパイ・やス路と上記
   第一の過給機の排気駆動タービン部分のエンノン排気流
   入管を該第−の過給機の排気駆動タービン排気流出管に
   短絡させた第二のパイ・ぐス路と、該第−及び第二のパ
   イ・ぞス路を上記エンノンインテークマニホー・ルドの
   圧力に基いて開閉する過給圧制御装置を２設けたことを
   特徴とするエンノン用複合過給システム。 ６　特許請求の範囲第５項記載のエンジン用複合過給シ
   ステムにおいて、上記過給圧制御装置は。 上記第一のパイ・ぐス路に配設された第一の圧力応動弁
   及び、上記第二のバイパス路に配設された第二の圧力応
   動弁と、さらに上記エンジンインテークマニホールドを
   該第−及び第二の圧力応動弁に選択的に切換え接続可能
   な三方弁を有していることを特徴とする複合過給システ
   ム。 ７、　特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記
   載のエンジン用複合過給システムにおいて直列、並列の
   複合過給と上記第一の過給機単独運転との切換えを該第
   −の過給機のコンルッサ吐出ポートと、上記三方弁とを
   連通ずる管路内圧力信号及びエンジン回転数信号により
   上記第二の過給機のコンプレッサの運転を停止すること
   により行なわせることを特徴としたエンジン複合過給シ
   ステム。 ８　特許請求の範囲第７項記載の複合過給システムにお
   いて上記第一の過給機単独運転時には上記第二のパイ・
   ぐス路に配設された圧力応動弁の動作により過給圧を制
   御し又直列、並列の複合過給時には、上記第一のパイ・
   ぐス路に配設された圧力応動弁を２作動させることによ
   り、過給圧の制御を行なうことを特徴としたエンジン複
   合過給システム。