JPS60212622A - 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】 本発明は、過給装置に関するもので、とくに、高速回転
をする小形過給機を用いて車両用エンジンに過給する過
給装置として好適なものである。

車両用過給機の主な目的として、エンジン低速時のトル
ク向上がある。これを実現する方法としては、一般にウ
ェストゲートパルプが使用されている。すなわち、過給
機のタービン容量をエンジン排気量の少ない低速側に合
わせて、小さめに選択して過給圧を高めておき、高速時
にエンジン排気の一部をバイパスさせて過給圧の過大上
昇を防ぐ方式である。この方式は、簡便であるが、高速
時に排気エネルギーを有効利用できないという欠点があ
る。この欠点は低速トルク向上を目指すほど顕著になる
。この欠点をカバーする方法として、種々の過給装置が
考えられているが、タービンの可変ノズル方式が最も有
効であるとされている。す々わち、過給機のタービン容
量を高速側に合わせて大きめに選択しておき、排気量の
少ない低速時には、ノズル流路面積を絞ってタービン前
の排気圧力を保持し、そのエネルギーを有効利用しよう
とするものである。しかし、可変ノズルを使用しても、
極低速時のトルク向上には限界がある。その理由は、ノ
ズル側面の間隙からの漏洩損失が相対的に犬さくなるこ
とが避けられないからである。

本発明は、エンジン排気量の少々い極低速時には、外部
に蓄電されている電気エネルギーによって過給機の回転
速度を積極的に上げ、給気圧力を高めるとともに、排気
量が過剰ぎみとなる高速時には、排気エネルギーの一部
を電気エネルギーに変えることにより、給気圧力を一定
に保って、排気エネルギーの有効利用をはかることがで
きる過給装置を提供することを目的とするものである。

このだめ、本発明の構成は、過給機のコンプレッサ側の
回転軸端に機械的に接続された発電機兼電動機としての
高速誘導機と、この誘導機に電気的に接続されたインバ
ータと、このインバータに電気的に接続されたバッテリ
イと、このバツテリイと前記誘導機とに電気的に接続さ
れて該誘導機の出力を制御する整流器兼出力制御装置と
、前記過給機からエンジンへ給気される過給圧力を検出
する検出器と、この検出器で検出された実際の過給圧力
が前記エンジンの回転速度およびアクセルの踏込量に応
じて設定された設定値より低い低速域では該誘導機を電
動機として前記バツテリイから放電させて過給圧力を上
昇させるように前記インバータに指令信号を出力し、該
検出器で検出された実際の過給圧力が前記設定値より高
い高速域では該誘導機を発電機として該過給機に負荷を
追加して前記バツテリイへ充電させて過給圧力を抑える
ように前記出力制御装置に指令信号を出力するコンピュ
ータと、前記エンジンの排気側に設けられて該過給機を
バイパスする非常用ガス逃し弁のラインとを備えている
ことを特徴としている。

以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図は本発明の一実施例を示した説明図である。

第１図において、１は高速回転をする小形の過給機で、
詳細については後述するが、タービン２、コンプレッサ
３、軸受４、軸継手５などを有している。６は発電機兼
電動機としての高速誘導機で、軸継手５に機械的に接続
されている。７はインバータ（周波数発生器）で、高速
誘導機乙に電気的に接続されている。８はバツテリイ（
蓄電池）で、インバータ７に電気的に接続されている。

９は整流器兼出力制御装置で、バツテリイ８と高速誘導
機６とに電気的に接続されて交流を直流に整流する機能
を有するとともに高速誘導機６の出力を制御するように
なっており、インバータ７とは並列になっている。

１０はエンジン、１１は前記コンプレッサ６への吸気ラ
イン、１２は該コンプレッサ３からエンジン１０への給
気ライン、１３は該エンジン１０からタービン２への排
気供給ライン、１４は該ライン１３の途中から分岐して
いる非常用排気バイパスライン、１５は該ライン１４の
途中に設けられた非常用ガス逃し弁、１６は該タービン
２からの排気放出ライン、１７はアクセルである。１８
は前記給気ライン１２の過給圧力を直接検出する圧力検
出器であるが、過給機１の回転速度を検出してその回転
速度から過給圧力をめる間接式の圧力検出器にしてもよ
い。

１９はミニコンピユータで、後述するように、圧力検出
器１８で検出された実際の過給圧力がエンジン１０の回
転速度およびアクセル１７の踏込量に応じて設定された
設定値（設定圧力）より低い低速域では高速誘導機６を
電動機としてバツテリイ８から放電させて過給機１の回
転速度を上昇させて過給圧力を上昇させるようにインバ
ータ７に指令信号を出力し、逆に、圧力検出器１８で検
出された実際の過給圧力が５０記設定値より高い高速域
では高速誘導機６を発電機として過給機１に負荷を追加
してバツテリイ８へ充電させて過給圧力を抑えるように
整流器兼出力制御装置９に指令信号を出力する。なおこ
のミニコンピユータ１９はエンジン全体に装備されてい
るコンピュータの機能の一部を借用するようにしてもよ
い。

第２図は、第１図の過給機１を拡大して示しだ断面側面
図である。

第２図において、２０はタービン翼車、２１はタービン
車室、２２は水冷遮熱室、２３はコンプレッサ羽根車、
２４はコンプレッサ車室、２５は過給機の回転軸、２６
はエアフィルタ、２７は前記タービン車室２１の外周部
と水冷遮熱室２２の外周部とコンプレッサ車室２４の外
周部とを締結しているボルトである。すなわち、第１図
に示した過給機１の形式は、第２図に示すように、ター
ビン２とコンプレッサ３が背中合せになり、回転軸２５
がコンプレッサ３の吸気側で玉軸受４によって片持式に
支持されていて、さらに、回転軸２５の軸端に軸継手５
が設けられている。そして、この軸継手５を介して第１
図に示した高速誘導機６が機械的に接続されている。

第３図は、第１図のミニコンピユータ１９へ記憶させる
過給圧力設定値の一例を示したもので、横軸は単位時間
当りのエンジン回転数（回転速度）、縦軸は過給圧力で
あり１曲線ａはアクセル踏込量が最大の場合、曲線すは
それが最大より少なく、曲線Ｃはそれがもつと少なく、
曲線ｄはそれが最小の場合である。このように、第１図
のエンジン１０の回転速度とアクセル１７の踏込量に応
じて、必要な過給圧力、つ寸や、過給圧力の設定値が定
寸る。

第４図は、目標圧力とタービン特性との関係の一例を示
したもので、横軸は単位時間当りのエンジン回転数（回
転速度）、縦軸は過給圧力であゆ、曲線ｅは第１図およ
び第２図のタービン２の選択された容量の過給圧特性曲
線、点では平衡点（中速域）で、この平衡点ｆより左方
が低速域、右方が高速域である。また左方の平行斜線を
施した部分ｇは第１図の高速誘導機６が電動機として作
動する機能域、右方の平行斜線を施した部分りは高速誘
導機６が発電機として作動する機能域である。

第５図は、タービン容素特性の一例を示したもので、横
軸はタービン容素、縦軸はタービン入口圧力（比）であ
る。すなわち、単位時間当りの回転数（回転速度）が増
すと、容量はやや減じ、点１のように入口圧力は高めに
保たれる。

これは低速域でも同じことがいえる。逆に、その回転数
が低下すると、容量はやや増し、点３のように入口圧力
は低めに落ち着く。これは高速域でも同じことがいえる
。

第１図に示すように構成された過給装置においては、ま
ず、エンジン１０の単位時間当りの回転数に対して必要
な過給圧力（設定値）を、アクセル１７の踏込量をパラ
メータとして（第６図参照）ミニコンピユータ１９に記
憶させておく。そして、実際の信号としで、エンジン１
０からのその回転数、圧力検出器１８からのその過給圧
力、アクセル１７からのその踏込量をミニコンピユータ
１９に入力させる。そこで、もし、実際の退庁の過給圧
力が設定値より低い場合には、ミニコンピユータ１９か
らインバータ７に指示し、バツテリイ８からインバータ
７を経て高速誘導機６へ高周波電流を送り、高速誘導機
６を電動機として作動させ、過給機１の回転数（回転速
度）の増加を促進し、コンプレッサ３からエンジン１０
へ給気する過給圧力を上昇させる。反対に、実際の過給
圧力が設定値よφ高い場合には、ミニコンピユータ１９
から整流器兼出力制御装置９に指示し、高速誘導機６を
発電機と作動させて過給機１に負荷を追加し、したがっ
て、コンプレッサ５の過給圧力を抑えるとともに、高速
誘導機６で発電された電力を整流器兼出力制御装置９で
整流してバッテリイ８へ充電する。このように、インバ
ータ７と整流器兼出力制御装置９は、どちらか一方が機
能し、同時に働くことはない。

またタービン２の容量は基本的には、エンジン１０の中
速域（第４図の点ｆ参照）に合わせて決めておく。この
ようにすることにより、第４図で説明したように、高速
誘導機６が低速域では電動機としての機能を発揮し、高
速域では発電機としての機能を発揮する。すなわち、低
速域では排ガス量が不足でも過給機１の回転数が上昇す
るため、第５図で説明したように、タービン容量もや−
小さめに移り、逆に高速域では回転数の抑制により、タ
ービン容量もやヤ大きめとなり、排ガス量の過不足を幾
分緩和することになる。しかし、バツテリイ８が飽和状
態に橙っていて、充電が不可能なときは、発電機として
作動している高速誘導機乙に負荷がかからないので、排
ガス量がチョークしてエンジン排圧の上昇を招くことに
なるから、過給機１をバイパスする安全弁としての非常
用ガス逃し弁１５を設け、非常の場合に作動させる。一
方、バツテリイ８の蓄電量が不足して電動機としての機
能が不十分にならないように１通常のエンジン発電機か
らも充電できるようにしておく。

すなわち、バツテリイ８は共用として容量を大きめに設
計しておく方法もある。

なお過給機１の容量、とくに、タービン２の容量および
バツテリイ８の容量などは、自動車全体の設計の中で最
適に選択する。

上述のように、本発明は、過給機のコンプレッサ側の回
転軸端に発電機兼電動機としての高速誘導機を接続し、
出力制御装置およびインバータにより、発電機および電
動機として作動せしめ、かつ、前記出力制御装置とイン
バータとをコンピュータによってどちらか一方が働くよ
うに制御するから、エンジン低速域での過給効果が向上
し、またエンジン高速域での排ガスの有効利用をはかる
ことができる。すなわち、エンジン低速域では、誘導機
を電動機として作動させ、過給機がその回転駆動力の助
けを借りることにより、アイドリンク回転域を除く極低
速域でも、過給圧力を所定の値まで高めることができ、
この点では、従来の可変ノズルタービンよりも優れてい
る。またエンジン高速域では、過剰なガスエネルギーを
発電に利用して電気エネルギーとしてバツテリイに蓄え
るとともに、過給圧力の上り過ぎを防止するので、この
点で、エンジン回転数の広い範囲にわたって排ガスを捨
てている従来のウェストゲート方式よりも、はるかに優
れている。しかも、前記高速誘導機は、コンプレッサ側
の軸端部であるだめ、タービンからの熱影響がなく、か
つ、高速回転であるため、高速回転をする過給機との結
合に大がかりな減速装置を必要としないから、きわめて
コンパクトに納めることができる。また過給機をバイパ
スする非常用ガス逃し弁のラインをエンジンの排気側に
設けたので、非常の場合に安全であるなど、本発明の奏
する効果は、きわめて太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した説明図、第２図は第
１図の過給機を拡大して示しだ断面側面図、第６図は過
給圧力設定値を定める一例を示した説明図、第４図は目
標圧力とタービン特性の関係の一例を示しだ説明図、第
５図はタービン容量特性の一例を示した説明図である。 １・・・過給機、２・・・タービン、６・・・コンプレ
ッサ、４・・・軸受、５・・・軸継手、６・・・高速誘
導機、７・・・インバータ、８・・・バツテリイ、９・
・・整流器兼出力制御装置、１０・・・エンジン、１４
−　、ｉＩＥ常用排気バイパスライン、１５・・・非常
用ガス逃し弁、１７・・・アクセル、１８・・・圧力検
出器、１９・・・ミニコンピユータ、２５゜・・回転軸
。 第　１　已 第　３　目　竿　４　目 第　５Ｉ２１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、過給機のコンプレッサ側の回転軸端に機械的に接続
   された発電機兼電動機としての高速誘導機と、この誘導
   機に電気的に接続てれたインバータと、このインバータ
   に電気的に接続されたバツテリイと、このバツテリイと
   前記誘導機とに電気的に接続されて該誘導機の出力を制
   御する整流器兼出力制御装置と、前記過給機からエンジ
   ンへ給気される過給圧力を検出する検出器と、この検出
   器で検出された実際の過給圧力が前古上エンジンの回転
   速度およびアクセルの踏込量に応じて設定された設定値
   より低い低速域では該誘導機を電動機として前記バツテ
   リイから放電させて過給圧力を上昇させるように前記イ
   ンバータに指令信号を出力し、該検出器で検出てれた実
   際の過給圧力が前記設定値より高い高速域では該誘導機
   を発電機として該過給機に負荷を追加して前記パッテリ
   イへ充電させて過給圧力を抑えるように前記出力制御装
   置に指命信号を出力するコンピュータと、前記エンジン
   の排気側に設けられて該過給機をバイパスする非常用ガ
   ス逃し弁のラインとを備えていることを特徴とする、過
   給装置。