JPS60209627A - 過給機付内燃機関 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、たとえばガソリンエンジン、ロータリエンジ
ンなどといった自動車用エンジンの吸気系に燃焼用空気
を強制給送するためにそのエンジンにて駆動されるエア
ポンプを用いてなる機械式過給機を備えた内燃機関に関
し、特にその非過給時における機関側ｐの吸気損失を上
述した過給機用エアポンプにて効率よく回収し得るよう
にした過給機付内燃機関に関する。

〔従来技術〕

内燃機関の過給機と１では、ターボ式と機械式のものと
が従来から知られており、これらはいずれも、その機関
出力を増大させ、また燃費節約を図るうえで効果的なも
のであり、かなり以前から利用され、現在は上述した二
種類のうち、排気タービンを用いたターボ式過給機が一
般に採用されている。そして、このようなターボ式過給
機は、エンジンからの排気にて排気タービンを回転させ
ることによりタービン圧縮機を駆動して空気をエンジン
の吸気系に給送する構成であり、はとんど無駄に捨て、
られる高温排気を駆動源として利用しているため、排気
エネルギを有効に回収して省エネルギ化を図れ、しかも
余分な馬力損失がないという利点がある。

しかしながら、このようなターボ式過給機にあっては、
所望の過給特性（ブースト圧）を得るためには、エンジ
ンをかなり高い回転数で運転しなければならず、エンジ
ン回転数が低い領域では過給効果が得られず、却ってエ
ンジン出力が足りないという結果となる。また、エンジ
ン排気を駆動源として利用することからエンジンの激し
い回転数変動に応じて瞬時に過給機の回転を追随させる
ことは困難で、若干の時間遅れを生じ、エンジンの出力
不足を招き加速性が悪いという問題もある。そして、こ
のような問題を取除くために各種の制御機構を必要とし
、また耐熱性や強度も要求され、コスト面からも好まし
いものではない。

これに対し、エンジンにより直接回転駆動されるエアポ
ンプを用いてなる機械式の過給機は、エンジンの回転数
の低い領域でも迅速かつ確実な過給効果を得ることがで
き、たとえば坂道上り走行などの高負荷・低回転時にお
いてエンジン出力を向上させ得るという点でターボ式過
給機に比べて有利であり、またその構成も比較的簡単で
、しかも燃費節約を図るうえでも効果を発揮し得るもの
であり、特に近年自動車用として用いることについてそ
の注目を集めている。

しかし、このような機械式の過給機を実用化するにあた
って、その駆動および制御方式について若干の問題を生
じている。すなわち、自動車の走行時において実際に過
給動作が必要とされるのは、エンジン回転数の大、小に
かかわらず、加速要求時のみであり、その動作時間は自
動車の走行時間のうちわずかである。したがって、この
種の機械式過給機においては、過給不要時すなわち自然
吸気運転時に、そのエアポンプがエンジンおよびエンジ
ンの吸気系における空気の流れに対しそれぞれ負荷とな
らないような対策を講じることが必要となっている。そ
して、一方において、過給運転時にあっては、エンジン
の回転数の大、小にかかわらず、ブースト圧を円滑かつ
適切に上昇させることが必要とされている。

このため、上述した機械式の過給機において、エアポン
プをエンジンに電磁クラッチを介して連結し、この電磁
クラッチを過給必要時にのみ作動させるように構成する
とともに、このエアポンプの吸込側と吐出側とを制御弁
を介して接続し、この制御弁を運転者が操作するアクセ
ルペダルの踏み角の変位Ｍ（すなわち加速要求）に応じ
て制御するように構成したものが既に提案されている。

その−例を第１図を用いて簡単に説明すると、図中符号
ｌはエンジン２により電磁クラッチ３を介して選択的に
駆動されるエアポンプ１で、その吸込側が通路４にてエ
アフィルタ５ａを有する空気取入れ口５に、また吐出側
が通路６によりエンジン２の吸気系（図示の場合気化器
７）にそれぞれ接続されている。また、ポンプ吸込側通
路４とポンプ吐出側通路６とを連通する連通路８中には
自然吸気運転時（ＮＡ時）には開けられ、過給運転時に
閉弁されてブースト圧を制御する調節弁９が配設されて
いる。そして、この調節弁９はアクセルペダル１０に連
動して開閉制御される気化器７のスロットル弁１１の駆
動系に直結され、アクセルペダル１０の踏み角（スロッ
トル開度）に応じた変位量により回動してポンプ吸込側
と吐出側とを連通または遮断するように構成されている
。

なお、図中１２はアクセルペダル１０が所定量踏み込ま
れたときにのみ電磁クラッチ３をオンし、エアポンプｌ
を作動させるためのスイッチである。

そして、このような構成によれば、自然吸気運転時すな
わち非過給運転時においては、前記アクセルペダル１０
の踏み角が小さいため調節弁９は連通路８を開放してお
り、これにより必要とされる空気量がこの連通路８を介
してエンジン２偏に給送され、通常のエンジン駆動状態
が得られるものである。勿論、この非過給運転時におい
ては、前述したエアポンプｌは電磁クラッチ３がオフさ
れていることにより非作動状態となっている。

また、アクセルペダルｌＯが運転者の加速要求に応じて
大きく踏み込まれた場合における過給運転時には、上述
した連通路８は調節弁９により閉塞されるとともに、電
磁クラッチ３がオンされ、エアポンプ１が作動して必要
とされるに十分な空気量がエンジン２に給送され、その
結果ブースト圧を上昇させて所要のエンジン出力が得ら
れるものである。そして、この過給運転時において、上
述した調節弁９は、連通路８を徐々に閉塞してブースト
圧すなわちエンジン出力の急激な上昇を押える役割を果
たし、実用上支障ないように配慮されている。

したがって、このような構成においては、エアポンプｌ
がその必要時にのみ電磁クラッチ３にてエンジン２に連
結されて駆動され、自然吸気運転時にはエンジン２から
切離されているため、過給運転不必要時にエアポンプ１
がエンジン２の負荷とならず、無駄な馬力ロスを生じる
ことがなく、エンジン２に対するポンプｌ駆動のための
負荷が軽減され、燃費節約が図れるとともに、エンジン
の吸気系における吸込み動作も制御弁の開状態により適
切に行なえるといった利点がある。

しかしながら、上述した構成によれば、エアポンプ１を
オン・オフ操作するために電磁クラッチ３が必要で、全
体の大型化やコスト高を招くとともに、エアポンプｌの
オン−オフ動作が繰り返えされるために各部の耐久性の
面でも好ましくないといった問題を生じるものであった
。このため、上述したエアポンプｌを、自然吸気運転時
においては、無負荷状態として、そのまま空運転にて駆
動させるようにしたものも知られているが、この場合に
あっては、エアポンプ１とエンジン２が連結されている
ことから、どうしてもその機械駆動による駆動損失を避
けられないものであった。

さらに、各種の内燃機関において、たとえばガソリンエ
ンジンなどのように、その空気給送量つまりエンジン出
力を、アクセルペダル１０の踏み角に応じて変化される
スロットル開度により制御するものでは、その空気給送
通路中にスロットル弁１１による絞りが存在し、この絞
りによる吸気抵抗によってエンジンには常に負圧が発生
するもので、この負圧がいわゆる吸気損失としてエンジ
ン出力に悪影響（すなわちエンジン２内を大気圧まで上
昇させるまでの間の駆動ロス）を及ぼすといった問題を
生じるもので、これは上述したように機械式過給機を付
設した内燃機関でも避けられないものであった。そして
、このような吸気損失は、エンジン出力の約ｌθ％にも
及ぶものであり、そのロスは大きいものであった。

したがって、この種の機械式の過給機付内燃機関ニオｕ
’テは、エアポンプをエンジンにて駆動する場合に問題
とされる駆動損失に対する何らかの対策が必要とされる
とともに、内燃機関自身にて問題とされる吸気損失をも
合せて解消し得る対策を講じることが望まれるもので、
このような要求を満足し得る過給機付内燃機関の出現が
要望されている。

〔発明の概要〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
燃焼用空気をエンジンの吸気系に強制給送するエアポン
プと、このエアポンプを駆動するエンジンとの間に、こ
れら両者間での回転伝達比を可変制御する変速駆動機構
を設け、非過給運転時における空気給送量を過給運転時
に比べて減少させることによりエンジンの通常吸気量以
下の容量とするという簡単な構成によって、非過給運転
時において一関何で発生した負圧により上述したり機関
での吸気損失を効率よく回収して、エンジン出力を向上
させるととも、に、その燃費を大幅に改善することがで
き、しかも上述した吸気損失回収用として既存の過給機
用エアポンプをそのまま　・使用できるためその実用上
の効果は大きく、またこのエアポンプを常時駆動させる
ため従来のような非過給運転時における駆動馬力ロスが
なくなるばかりでなく、高価で大型化を招く電磁クラッ
チは不要で、装置全体構成の簡素化と小型、軽量化、さ
らにはコスト低減化などを図り、また各部の耐久性や性
能を大幅に向上させることができ。

さらに非過給運転時から過給運転時までの一貫した吸気
量制御を適切かつ確実に行なうことが可能となる等とい
った利点を奏することが可能となる過給機付内燃機関を
提供するものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に説明
する。

第２図は本発明に係る過給機付内燃機関の一実匈翰ル壬
＋ムの予飢４１　開園においで、筑１図と同−または相
当する部分には同一番号を付しており、またその要部と
するエアポンプ１とこれを駆動するエンジン２どの駆動
系部分のみを拡大して示している。

さて、本発明によれば、前述したような構成を有する過
給機付内燃機関において、前記エアポンプｌに対するエ
ンジン２からの回転伝達比を可変制御する変速駆動機構
２０を設け、この変速駆動機構２０により非過給運転時
における空気給送量を過給運転時に比べて減少させるよ
うに構成したところに特徴を有している。

これを詳述すると、図中２１はエンジン２の出力軸、２
２はこの出力軸２１上に設けられたブ仝りで、この場合
プーリ２２は軸線方向において対向しベルト保合用のＶ
字状溝を形成する一対の羽根部材２２ａ、２２ｂを有し
これら両部材は出力軸２１上で回り止めされて支持され
るとともに、ばね２３にて互いに接近する方向に付勢力
が付与されている。そして、これら両部材間には、所望
の回転半径をもって回転出力伝達用としてのＶベルト２
４が介装して添接されている。

また、このＶベルト２４を介してエンジン２と連結され
るエアポンプ１の入力軸２５には、上述したプーリ２２
とのブーり比を可変し得る可変プーリ２６が回り止めさ
れた状態でその軸線方向に摺動自在に支持されている。

すなわち、この可変プーリ２６は、一対の羽根部材２６
ａ、２６ｂによって構成されるとともに、その間に前記
■ベルト２４を介装して添接するＶ字状溝が形成されて
いる。そして、その一方において、この可変プーリ２６
は、その外側部材２６ａが内側部材２６ｂから離間する
方向にばね２７にて付勢力が付与されるとともに、この
外側部材２６ａの外方端側には前記入力軸２５の先端に
ねじ止めされたカバー２８とによって油圧などの圧力流
体が導入される圧力室２９が形成されている。この圧力
室２９は、上述した可変プーリ２６のＶベルト２４添接
半径を可変させるものであって、その内圧が小さいとき
にはＶベルト２４の回転半径が小さく、これによりプー
リ比が大きくなり、また逆に内圧が大きくなるとプーリ
比が小さくなることは容易に理解されよう。ここで、図
中３０はオイルタンク３１から圧油を上述した圧力室２
９に給送するオイルポンプ、３２はこのオイルポンプ３
０からの圧力室２９に対する圧油給送量を制御する圧力
制御弁、３３はこの圧力制御弁３２に対し圧油制御信号
ヲ送るコントローラで、このコントローラ３３には運転
者からの加速要求信号すなわちアクセルペダルの踏み角
の大、小を検出する踏み角センサ３４と、前記エアポン
プ１のポンプ吐出側通路６中に設けられその給送空気圧
力を検出する圧力センサ３５からの信号が与えられるよ
うに構成されている。なお、３６．３７はエアポンプ１
およびその入力軸２５に設けられた圧油供給路である。

そして、このような構成によれば、第３図に示すように
、エアポンプｌとこれを駆動するエンジン２との間のプ
ーリ比を自由に可変し得るもので、これにより非過給運
転時（自然吸気運転時）エンジン吸気量よりも小さくな
るように制御し、このエアポンプｌを自然吸気運転時の
空気給送用として用いることが可能となる。

すなわち、上述した過給機用のエアポンプ１は、その作
動時において、通常、エンジン２で必要とされる吸気量
よりも大きい（約１．４倍程度）送風量を持つものであ
る。したがって、このようなエアポンプｌを、自然吸気
運転時つまり非過給運転時において空気給送用として用
いるには、上述した大きな送風量を、通常のエンジン吸
気量以下に減少させることが必要とされるとともに、そ
の送風量を運転者の加速要求（アクセルペダルの踏み角
）に応じて無段階またはこれに準じる変化をもつように
制御することが必要となっている。

そして、このような要請に応えるためには、上述したよ
うにプーリ比を可変制御することにより、エアポンプ１
を必要に応じて緩急自在に回転駆動することが必要で、
特に自然吸気運転時（非過給運転時）においては、上述
したブーり比をｌ：ｌ転時よりもかなり低速にて回転さ
せなければならないものである。

以上のような構成を有する本発明による過給機付内燃機
関によれば一過給機用のエアポンプ１を、プーリ比を可
変する変速駆動機構２０によって上述したように非過給
運転時においてエンジン吸気量以下の容量に減少させる
ようにしているため、このエアポンプｌが機関側でその
自然吸気運転時に生じる負圧により負圧モータとして回
転駆動されるものであり、これにより吸気損失が簡単か
つ確実に回収され、回収エネルギとして機関側に伝達さ
せることが可能となる。すなわち、エアポンプｌが上述
した負圧により駆動されることによりその回転がエンジ
ン２の出力軸に駆動力として伝達回収されるものである
。しかも、このエアポンプｌは上述したように負圧にて
回転されるため、その機械駆動損失も小さいもので、こ
の点でも実用上有利である。

ここで、上述した構成による過給機付内燃機関によれば
、そのプーリ比を適切に制御することにより、過給運転
時においては本来の過給特性を発揮させ得ることは勿論
であり、さらにこの過給運転時におけるプーリ比制御を
より適切に行なうようにすればその効果をより一層発揮
させ得ることも容易に理解されよう。

そして、上述した構成による過給機付内燃機関では、非
過給運転時の吸気量制御をその吐出量を減少させ得るよ
うに制御されるエアポンプｌにて行なうため、ガソリン
エンジンなどの内燃機関においてその気化器に通常設け
られているスロットル弁を削除し得るものであり、しか
もこのように構成することによって、第４図および第５
図に示されるように、その自然吸気運転時（非過給運転
時）から過給運転時に至る吸気量制御およびブースト圧
制御を一貫した制御方式で制御することが簡単かつ適切
に行なえるもので、その利点は大きいものである。

さらに、上述した構成によれば、その非過給運転時に機
関側で生じる負圧による吸気損失を、過給機側のエアポ
ンプ１を負圧モータとして用いることにより効率よく回
収し得るため、エンジン出力を向上させ、さらに燃費を
大幅に改善することができるものであり、また装置全体
の構成の簡素化と小型かつコンパクト化などを図り、し
かも本来この種の過給機において用いられているエアポ
ンプ１をそのまま利用しているため、その構成部品が少
なくてよいといった利点がある。

特に、本発明によれば、過給機を構成するエアポンプｌ
を、過給運転時以外に非過給運転時においても駆動させ
、常時駆動方式を採用することからその駆動馬力ロスを
なくし、また従来のような高価でしかも装置全体の大型
化を招く電磁クラッチ３が不要となり、その小型、軽量
かつコンパクト化を図り、しかも大幅なコスト低減化を
達成し得るものである。

ここで、本発明による過給機付内燃機関において、注意
することは、上述したエアポンプｌの各部において、そ
のシール性を確保して固定容量型とし、その吐出量制御
を適切に行なえるようにすることである。

また、上述したプーリ比制御は、加速要求度、ポンプ吐
出量、機関側での負圧の大きさなどにより適宜設定する
ものであり、さらに過給運転時においては、エンジン回
転数、負荷の大、小、その他エンジン各部の状況に応じ
て最適なブースト圧制御を行なえるようにすればよいも
のである。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定されず、各部
の形状、構造等を、適宜変形、変更することは自由であ
る。

たとえば、上述した実施例では、その特徴とする変速駆
動機構２０として、油圧によって作動されるアクチュエ
ータを利用した場合を説明したが、本発明はこれに限定
されず、その駆動源としては、空気圧、電磁力を始めと
して種々の方式を一採用し得るものである。また、上述
した変速駆動機構２０としても、前述したようなブーり
比を可変制御する場合に限定されず、種々の変形例が考
えられるものである。

〔発明の効果〕

以上説明し７たように本発明に係る過給機付内燃機関に
よれば、燃焼用空気をエンジンの吸気系に強制給送する
エアポンプと、このエアポンプを駆動するエンジンとの
間に、これら両者間での回転伝達比を可変制御する変速
駆動機構を設け、非過給運転時にお（する空気給送量を
過給運転時に比べて減少させることにより通常のエンジ
ン吸気量以下の容量となるように制御するようにしたの
で、簡単かつ安価な構成にもかかわらず、非過給運転時
において機関側で発生した負圧により上述したエアポン
プを負圧モータとして駆動し、これにより機関での吸気
損失を効率よく回収し、エンジン出力を向上させるとと
もに、その燃費を大幅に改善することができ、しかも上
述した吸気損失回収用としてこの種の過給機付内燃機関
に付設されている既存のエアポンプをそのまま使用でき
るためその実用上の効果は大きく、またこのエアポンプ
を常時駆動させるため従来のような非過給運転時におけ
る駆動馬力ロスはなくなり、これにより高価な電磁クラ
ッチは不要で、全体構成の簡素化と小型化、さらにコス
ト低減化などを図ることができ、またこの変速駆動方式
では非過給運転時の吸気量制御から過給運転時のブース
ト圧制御までの一貫した制御にて適切かつ確実に吸気制
御を行なうことが可能となる等といった実用上程々優れ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は過給機付内燃機関の従来構成を示す概略構成図
、第２図は本発明に係る過給機付内燃機関の一実施例を
示す要部構成図、第３図は本発明によるエアポンプの変
速駆動状態を示す特性図、第４図および第５図はアクセ
ルペダル踏み角に対するポンプ吐出量、ブースト圧特性
を示す特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンにより駆動されて燃焼用空気をエンジンの吸気
   系に強制給送するエアポンプを備えてなる過給機付内燃
   機関において、前記エアポンプに対するエンジンからの
   回転伝達比を可変制御する変速駆動機構を設け、非過給
   運転時における空気給送量を過給運転時に比べて減少さ
   せるように構成したことを特徴とする過給機付内燃機関
   。