JPS5970831A - 内燃機関の吸気過給装置 - 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】 この発明は、一般輸送機器等に用いられる内燃機関の吸
気過給装置に関する。

輸送機器等に使用される内燃機関の各種効率を向上させ
る目的で、従来より種々の吸気過給装置が用いられてい
るが、これらの装置は、大別して、機関軸出力により直
接駆動さ、れる機械式のものと、該機関の排気エネルキ
をタービン等にて回収し７、これにより駆動する方式（
いわゆるターボ式）とに分けられる。

ことで、前者の装置においては、機関を過給器をも含め
て一つの制御系と考えたとき、インプットに関わる過給
器が、当該系のアウトプットである軸出力にて、駆動さ
れているため、最も大きな伝達遅れが生じ、加減速時の
応答性に問題があり、また、これを改善すべく電子回路
等によシ最適制御を行なおうとしても、過給器と機関出
力軸とが機械的に直結となっているため困難であった。

さらに、この機械駆動方式では、構成上、過給器の回転
数をそれ程高回転化できないため、必然的に過給量自体
の寸法が大きく、通常の車体内に収納できなかったり、
車体側の変更、修正が必要となるなど、レイアウト面で
困難がともなった。また、この系は、ポジティブ・フィ
ードバックがかかった状態にあるため、制御系としての
安定度が低く、危険が伴ったり、機関の寿命を縮めるこ
とにもつながり易い、という欠点があった。

また、後者の方式においては、過給コンプレッサが、非
常に高温となる排気タービンに隣接し、かつ同一の軸に
より駆動される構成であるため、通過する吸気を加熱し
てしまう。このため、たとえ体積充填効率は向上したと
しても、実質的な供給酸素量を思うように増すことがで
きない。このことは結果として機関出力の向上が達成で
きないばかりでなく、必要以上の過給を施すことを要求
され機関寿命を縮めることにもつながり、また加圧した
吸気をもう一度冷却するためにインタークーラなどを新
たに備える必要も生じて、装置寸法の大型化や重量の増
加、あるいは複雑化に伴なう信頼性の低下などを招いた
。

壕だ、コンプレッサが、該機関の排気エネルギという、
系としての最終的なアウトプットに依存しているだめ伝
達遅れが最も大きい状態にあり、さらに、タービン及び
コンプレッサといった回転質量による慣性モーメントの
介在もあり、応答性を著しく劣化させる。これに対して
も前者の場合と同様に各ユニットが機械的に直結してい
るだめ電子的制御を適用し難い。

その他、排気エネルギを回収する関係上核装置のレイア
ウトの自由度は極めて小さく、エネルギ変換に伴なう熱
の問題と合わせて車体等の設計上困難が伴った。さらに
機関の低回転域における排気エネルギ回収効率の向上や
応答性の改善などを狙って、゛タービン、コンプレッサ
等を小径化すると必然的に超高速回転にて使用すること
を余儀なくされる。この様な状態においては、単に遠心
力による応力のみならず、該機関を塔載する車両等の姿
勢変化や事故などに起因するプリセス（ｐｒｅｃｅｓｓ
）により、非常に大きな力が生じ、極めて危険性が高い
。

また、このことから、この方式においては熱的条件も含
めて、高価な材料を高度な工作精度にて加工する必要が
生じ、生産性、経済性に問題があった。

本発明者は、輸送機器等に用いられる内燃機関において
は応答性を向上させることが重要であるが、その為には
従来の系に存在したポジティブ・フィードバック・ルー
プを解き、独立した制御系により過給器を制御すること
が有利であること、丑だ各制御を最適化する上で、現在
、電子制御し易い形式が有利であること、さらに過給に
際し、吸気温度の上昇を極カ防ぐことにより必要過給圧
を低減でき、機関寿命に悪影響を与えないと共に過給器
、駆動エネルギの低減につながること、さらにまだ上記
のような対策を講じた場合、過給器駆動に要するエネル
ギは比較的小さく、車載のバッテリ、発電装置等により
電気モータにて充分駆動可能であること、等に着目した
ものである。

本発明は、このような観点に立って、上記のような欠点
を除去するだめに提案されたものであり、その目的は、
簡単な構成により機関全回転域にわたって応答性の高い
適切な過給を施すことのできる吸気過給装置を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は、吸気を加熱するこのない吸気過給
装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、吸気制御の容易な吸気過給装
置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、安価な材料を用い、生産性の
高い加工法にて製作可能な危険性の低い吸気過給装置を
提供することにある。

本発明の更に他の目的は、車体設計等において、熱的問
題も含めてレイアウトの自由度の高い吸気過給装置を提
供することにある。

上記の本発明は、Ｃ，Ｆ、Ｒ，Ｐ等、比強度の高い材質
から成る過給コンプレッサを、電気モータにて駆動し、
これを該機関の軸出力及び排気エネルギ等に依存せず独
立して制御することにより達成される。

次に本発明を図面に示された実施例にもとづいて更に詳
しく説明することとする。

第１図ないし第４図は、いずれも本発明の実施例をブロ
ック・ダイアグラムにて示したものである。

うち第１図図示の例は最も基本的な実施例で、吸気系内
に、電気モータにて駆動されるコンプレッサ（Ｃ）　　
を配し、吸気系内圧を圧力センサ（Ｉ）　Ｓ　）により
検出し、この値および設定圧力値を参照することにより
、コンプレッサ駆動モータをフィードバック制御する構
成である。この実施例においては、当該機関の状態にか
かわらず、たえず一定圧の過給が行なえるため、機関の
低回転域からも充分な過給を施こすことができ応答性に
ついても問題が生じない。さらにこのフィードバック・
ループにより制御系が閉じ、安定制御が行なえる、とい
った特徴がある。

第２図に示した実施例においては、特別に圧力センサ等
を設けず、コンプレッサ駆動用モータに、他励直流モー
り（界磁が永久磁石であるものを含む）を用い、これを
定電流駆動するものである。この方法においては、他励
直流モータの、電流−トルク特性を積極的に利用するこ
とにより、モータ自身に圧力センサとしての働きを兼ね
させることができる。すなわち、他励直流モータでは、
ある回転数範囲内においては５駆動電流が一定であれば
、軸トルクは、回転数によらずほぼ一定となる特性を有
するだめ、例えば機関が減速状態にありスロットル・バ
ルブが閉じている場合、すなわち　−吸気流量が少ない
場合には、コンプレッサが低速で回転しても容易に所定
の圧力に達し、それ以上に圧力が上昇しようとすると駆
動トルクが増加するだめ、定電流回路により回転の上昇
（過給圧の上昇）が制限され、逆にスロットル・バルブ
が開き加速状態に移行した場合には、吸気系の圧力が下
が９、それに伴ってコンプレッサ駆動トルクも減少する
ため、自動的に回転が上昇して一定の圧力を保つように
働く。以上の総合的な働きにより、このような単純な構
成にて自律安定性を備え、吸気流量の多少にかかわらず
に一定の過給が行なえる、といった特徴がある。

さらに第３図には、上記第２図図示の実施例における定
電流駆動回路の設定電流値を、スロットル・バルブ開度
に従って可変とした実施例が示されている。この方法に
おいては、過給圧が該機関の状態に依存せず、直接、操
作主体である人間の意志の反映であるスロットル・バル
ブ開度にて決捷るだめ、フィードフォワードを施こした
効果があり、自律安定性を保ったまま応答性を著しるし
く向上させることができる。まだ、必要以外の場合に過
給が施こされてし捷うといつだ不合理が全くない為、加
速特性たけでなく減速に対する応答性や、燃料効率も向
上する。さらに同様の理由から、機関の負担を最小限度
に抑えられる、といった特徴がある。さらに、この方法
の応用として、急減速時に前記設定電流値を負とじ一種
の発電動作をさせることにより、減速に対する応答性を
いっそう向上させると共に、エネルギを回収できる。こ
の実施例は操作する人間を含めた系の応答性が特に高い
ので、自動車等に用いる機関に適するであろう。

以上３例においては、いずれも、その駆動エネルギ源と
して、機関軸出力にて駆動される発電機（ＧＥＮ）　、
及びこれによりバッテリに蓄積された電気エネルギを用
いていたが、従来のいわゆるターボ式過給器に相等する
実施例を第４図に示す。この実施例では、排気エネルギ
を電気エネルギとして回収する目的で、排気タービンお
よび発電機を備える。そして必要時以外は機関軸出力を
損わないよう、従来の軸出力駆動の発電機（ＧＥＮ）と
、排気駆動の発電機（ＴＧ）、およびバッテリを総合的
に制御する。一方、コノプレノサ側は、上記３例のいず
れの方法を用いてもよいものとする。この方法は従来の
ターボ式過給器に比べて、排気系と吸気系との間に機械
的結合がないので、伝導、輻射などにより吸気を加熱す
ることがなく、また同様、の理由からレイアウトの自由
度が高く、さらに電子制御が容易といった特徴がある。

これら４つの実施例の構成に関して、′気化器まだはイ
ンジェクタ等ヨと１コンフレツカとは、いずれを吸気系
の上流下流に配置してもよいものとする。まだ、コンプ
レッサ形式は公知のいかなる機構のものを用いてよい。

さら１てコンプレツサの制御方法として、公知の方法に
より、外気温、外気圧機関状態等を鑑みて、点火時期、
燃料噴射量等と共に総合的に制御してもよい事勿論であ
る。

以上、各実施例に個有の特徴の他に、本発明の基本的な
効果として、各実施例に共通な次のような効果があげら
れる。

脣ス、コンプレッサ本体、コンプレッサ駆動軸が高温と
ならないだめ、吸気温度の上昇が防止でき、有効に実質
的な充填効率を高めることができる。さらに、このこと
から、より低い過給圧から効果がありコンプレノザ駆動
動力が少なくて済むと同時に機関寿命に悪影響を与えな
い、といった効果がある。

址た、コンプレッサが電気モータにて駆動されるため、
電子制御を非常に容易に行なうことができ、このことか
ら制御系を量的化し易い。

さらに、コンプレッサ本体、コンプレッサ駆動軸等が高
温とならないことは、コンプレッサ構成部品を、非金属
材料（例えばＣ，Ｆ、Ｒ，Ｐ、　（Ｃａｒｄｏｎ　ｐｉ
ｂｅｒ　Ｒｅ１ｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃ）等）
にて構成可能とし、これにより、生産性の向上、コスト
の低減、軽量化といった効果があり、特に軽量部品にて
コンプレッサの回転部分を構成することは、応答性の向
上にも大きな効果がある。

寸だ、排気系との機械的な結合がないためコンプレッサ
の配置の自由度が非常に高い。このことから、例えば従
来の空気ろ過器（ＡＣ）等と一体化するといったことも
可能である。

さらに、コンプレッサの回転速度について制約を受けな
いので、コンプレッサ本体の設計が自由に行なえ、より
低回転型のコンプレッサとすることができるだめ、諸応
力を低減し、安全性をさらに高めることが可能となる。

以上のように本発明の吸気過給装置は、極めて簡潔な構
成にて、従来の過吸装置の欠点をことごとく改善する効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、本発明の吸気過給装置実施例の
ブロック・ダイアグラムを示すものである。 （１）・・・吸気過給装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気モータをその駆動力源とする、内燃機関の吸気
   過給装置。 ２、電気モータが、直流モータである、前記特許請求の
   範囲第１項記載の吸気過給装置。 ３　電気モータが、界磁が永久磁石であるものを含む他
   励直流モータである、前記特許請求の範囲第２項記載の
   吸気過給装置。