JPS61149521A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般に過給機付内燃機関に関し、より詳しくは
排気ターボ過給機と機械駆動式過給機とを兼備してなる
過給機付内燃機関に関する。

〔従来技術〕

過給機付内燃機関の歴史は比較的古いが、特に近年の車
両用内燃機関等にあっては、排気エネルギを利用する排
気ターボ過給式の内燃機関が主流を占めるようになった
。しかるに、排気ターボ過給機と機械駆動式過給機とは
それぞれに特色があり、燃費の低減や加速レスポンスの
向上などの点から、これら双方の特色を生かすべく２つ
の型の過給機を兼備した内燃機関が開発されている。

上述したごとき従来の過給機付内燃機関としては、例え
ば実開昭５６−１２７３３４号公報掲載に係る提案があ
る。第４図は該提案に係る過給機付内燃機関を図示した
もので、容積型のメカニカル過給機１０９はエアクリー
ナ１５１とターボ過給＠　ｉｏｉの速度型のコンプレッ
サ１０３との間の吸気路１０５に設けられている。前記
容積型のメカニカル過給機１０９と機関１２５との間に
はクラッチ１２２を含めた過給１１１０９への動力伝達
機構１５５が設けられている。

前記クラッチ１２２は機関１２５の回転数に応じてコン
トローラ１２４により制御される。排気ターボ過給機１
０１は機関１２５の排気路１２９に臨ませた排気タービ
ン１４３と機関１２５の吸気路１０５に臨ませた速度型
のコンプレッサ１０３とからなり、該速度型のコンプレ
ッサ１０３は前記容積型のメカニカル過給機１０９の下
流側に直列に配置されている。前記容積型のメカニカル
過給＠　１０９はエアクリーナ１５１を介して導かれた
空気を強制的にターボ過給機の速度型のコンプレッサ１
０３に給気し、該コンプレッサ１０３から吸気路１０５
を介して機関１２５に過給圧空気が供給される。なお参
照番号１５７はタービン１４３の吐出側に設けられた排
気マフラ、１５３は逆止弁である。

上記のように構成された過給機付内燃機関において、ま
ず機関１２５が低速領域の状態では、メカニカル過給機
１０９からターボ過給機のコンプレッサ１０３に強制的
な給気が行なわれることによってその充填空気量の不足
を補い、それだけ低速時のトルクを向上させると共に良
好な加速性能を保持させることができる。又、機関１２
５が高速領域の状態では、コントロールユニット　１２
４を介してクラッチ１２２を断の状態となすことにより
、メカニカル過給機１０９を回転させることなく、逆止
弁１５３を介してエアクリーナ１５１から直接ターボ過
給機のコンプレッサ１０３に空気を供給し、得られた過
給圧を機関１２５に供給して高いトルク特性を保持させ
ることができる。

しかしながら、このような従来の過給機付内燃機関にあ
っては、エアクリーナ　１５１を介して吸入された空気
が容積型のメカニカル過給Ｉａ１０９において圧縮され
た後にターボ過給機の速度型のコンプレッサ１０３に供
給されることとなる。そのため機関１２５の運転状態が
低回転域から次第に高回転域へと移行するに際して機関
１２５からの排気流量が増加し、容積型のメカニカル過
給機１０９とともにターボ過給機の速度型のコンプレッ
サ１０３が作動する領域においては所謂二段圧縮となり
、前記速度型のコンプレッサ１０３の入口圧力が大気圧
よりも高い状態となっている。よって機関に供給される
空気流量をＧ（一定）、速度型コンプレッサ１０３に流
入する空気の温度をＴ１該コンプレッサにおける入口圧
力をＰとしたときの、該コンプレッサ１０３における修
正空気流１：ＧＰ「／Ｐは小さくなり、速度型コンプレ
ッサの特性であるサージング領域に入りやすいという問
題点を生ずる。

〔目　　的〕

従って本発明は上述したごとき従来の問題点に鑑みて創
案されたもので、その目的は、容積型のメカニカル過給
機とターボ過給機の速度型のコンプレッサとが共に作動
する領域においてもターボ過給機の速度型のコンプレッ
サがサージング領域に入るのを防止することが可能な過
給機付内燃機関を提供することにある。

ＣＩ　　　成〕 上記目的を達成するための本発明は、機関の吸気路に設
けられた速度型のコンプレッサを機関の排気路に設けら
れたタービンで駆動するターボ過給機と、機関の吸気路
に設けられ、該機関の出力軸に連繋して駆動される容積
型の機械過給機とを有してなる過給機付内燃機関におい
て、前記容積型の機械過給機を、前記速度型のコンプレ
ッサの下流側の吸気路に設けて過給機付内燃機関を構成
し　Ｉこ　。

〔作　　用〕

上記のごとき構成において、機関の運転状態が低回転域
にあるときには機関からの排気流量が少ないために排気
によって作動されるターボ過給機の速度型コンプレッサ
の作動量は極めて小さく、機関への過給は主に機関の出
力軸に連繋して作動する容積型の機械過給機によって行
なわれる。機関の運転状態が低回転域から次第に高回転
域へと移行するに伴い、機関からの排気流量が増加する
にしたがってターボ過給機の速度型コンプレッサの作動
量は徐々に大きくなり、やがて機械過給機とともに機関
への過給を行なう領域に到達する。

しかるに前記速度型のコンプレッサは容積型の機械過給
機の上流側の吸気路に設けられているので、２つの過給
機が同時に作動しても前記速度型のコンプレッサにおけ
る空気の修正流量：　Ｇ　ＪＴ／　Ｐ（Ｇ：空気流量（
＝一定）、Ｔ：空気の温度、Ｐ：入口圧力）はＰが大気
圧であるために小さくならず従って前記速度型のコンプ
レッサがサージング領域に入ることを防止できるもので
ある。なお、容積型の機械過給機については、容積型過
給機の特性として入口圧力が上昇してもサージング領域
に入ることはないために前記速度型のコンプレッサの下
流側に設けても支障は生じない。

〔実施例〕

以下図面により本発明の詳細な説明する。なお、第１図
〜第３図において、参照番号が同符号のものは同一物を
示す。

第１図は本発明の第１の実施例に従う過給機付内燃機関
を示した図である。

第１図において、機関２５に連通している吸気路即ち吸
気管５の上流にはターボ過給機１の速度型コンプレッサ
３が臨んでいる。該速度型コンプレッサ３は軸４５の一
端側に固着されており、該軸４５の他端側に固着された
排気路即ち排気管２９に臨んでいるタービン４３が機関
２５からの排気によって回転駆動されることにより作動
するものである。該速度型コンプレッサ３の出口側近傍
にはダイヤフラム室３３へと連通しているコンプレッサ
出口圧導管３１が開口している。前記速度型コンプレッ
サ３の下流側の吸気管５には絞り弁７が設けられており
、該絞り弁７の下流側には容積型の機械過給機即ち機械
駆動式過給ｌ１１９が設けられている。該機械駆動式過
給機９の回転軸１１には従動プーリ１３が設けられてお
り、該従動プーリ１３は機関２５の出力軸２１に設けら
れた駆動プーリ１７とベルト１５を介して連繋されてい
る。前記吸気管５は、その下流端において機関２５に設
けられた気筒の数に応じて分岐して吸気分岐管２３を形
成し各々の気筒の吸気ボートに開口している。機関２５
の各々の気筒の排気ボートには図のごとく排気分岐管２
７が接続されており、これら排気分岐管２７は合流して
排気管２９の上流端に接続されている。該排気管２９に
は前記ターボ過給機１のタービン４３が臨んでいる箇所
の上流側で開口して該タービン４３をバイパスするバイ
パス管４７が設けられており、該バイパス管４７は、タ
ービン４３の下流側の排気管２９に開口している。

前記バイパス管４７にはバイパス弁４１と弁座３９とが
設けられている。ダイヤフラム室３３には前記バイパス
弁４１と連繋し、コンプレッサ出口圧導管３１を介して
導かれるコンプレッサ出口圧に応動するダイヤフラム３
５と、前記バイパス弁４１を常時開成方向に付勢してい
るスプリング３７とが設けられている。

上記構成の作用を以下に説明する。

機関２５の運転状態が低回転域にある場合においては機
関２５から排気管２９を介してタービン４３に供給され
る排気流量は少ないのでタービン４３の回転数は小さく
速度型コンプレッサ３の回転数も小さい。従って吸気管
５を介して吸入された空気は速度型コンプレッサ３では
殆んど過給されることなく容積型の機械駆動式過給機９
に到る。一方法機械駆動式過給機９は機関２５の出力軸
２１の回転駆動力によって駆動されているので、機関２
５の運転状態が低回転域にあるときにも速度型コンプレ
ッサ３を介して吸入された空気を圧縮して機関２５へ過
給圧空気を供給している。機関２５の運転状態が低回転
域から次第に高回転域側へと移行するにつれて機関２５
からの排気流量も徐々に増加する。これに伴ってタービ
ン４３の回転数も次第に増加するので速度型コンプレッ
サ３の回転数も増大し該速度型コンプレッサ３において
も吸入された空気を圧縮して機関２５へ過給圧空気を供
給するようになり、速度型コンプレッサ３において圧縮
した空気を更に機械駆動式過給機９で圧縮する所謂二段
圧縮の状態となる。機関２５の運転状態が更に高回転域
側へと移行するにつれて機関２５からの排気流量は増加
しこれによって速度型コンプレッサ３の回転数も増加す
ると該コンプレッサ３の出口圧力も上昇する。該コンプ
レッサ３の出口圧力が一定値以上に上昇するとダイヤフ
ラム３５はスプリング３７の付勢に抗して下動し、バイ
パス弁４１を開成する。これによって機関２５からター
ビン４３へ供給される排気流量が調整され速度型コンプ
レッサ３による過給が一定値以上になるのを規制してい
る。

このようにして機関２５の運転状態が速度型コンプレッ
サ３と機械駆動式過給機９とが共に作動する領域に達し
ても、速度型コンプレッサ３における空気の修正流量：
　Ｇ　１ｒ１２／　Ｐは該コンプレッサの入口圧力が大
気圧であるために小さくなることはなく速度型コンプレ
ッサ３の特性である修正流量が小さくなったことによっ
てサージング領域に入りやすくなるという不具合を防止
することが可能となる。なお容積型の機械駆動式過給機
９は所謂二段圧縮の状態になって前記速度型コンプレッ
サ３から圧縮された空気が供給され該容積型の機械駆動
式過給機９の入口圧力が上昇しても、容積型過給機の特
性としてサージング領域に入ることはない。

第２図は本発明の第２の実施例に従う過給機付内燃機関
を示した図である。

本実施例は、前記第１の実施例の構成に、新たに機関２
５の出力軸２１に機関２５からの動力を断続する電磁ク
ラッチ２２と、マイクロコンピュータのごとき電子回路
制御機器類を内蔵したコントロールユニット２４と、コ
ンプレッサ出口圧導管３１内の出口圧を検出して信号を
出力する圧力センサ３２とを付加したものである。上述
したごとき構成においてコントロールユニット２４は圧
力センサ３２からの検出信号が予め設定された基準値を
越えたと判断すると電磁クラッチ２２に指令信号を出力
して該電磁クラッチ２２を断状態として機械駆動式過給
機９の作動を停止させたものである。よって機関２５の
運転状態が高回転域にあるときには専らターボ過給１１
１で機関２５へ過給することとなるので燃料消費量の低
減を図ることが可能となる。

第３図は本発明の第３の実施例に従う過給機付内燃＠関
を示したものである。

本実施例は、前記第２の実施例の構成に、新たに機械駆
動式過給！ｌ１９をバイパスするバイパス通路１０と、
このバイパス通路１０を開閉するバイパス弁１２と、前
記コントロールユニット２４から出力される指令信号に
基づいてこのバイパス弁１２の開度を制御するためのア
クチュエータ１４と、スロットル弁７の開度を検出して
信号を出力する開度検出器８とを付加したものである。

上述したごとき構成において、機関２５の運転状態が比
較的低回転域にあるときには容積型の機械駆動式過給機
９が作動して機ｒｍ２５への過給を行なう。機関２５の
運転状態が次第に高回転域側へと移行するにつれてター
ビン４３の回転数が増加するので速度型コンプレッサ３
においても過給するようになる。機関２５の運転状態が
更に高回転域側へと移行するにつれて速度型コンプレッ
サ３の出口圧力も上昇し圧力センサ３２が予め設定され
た基準値を越えたと判断するとコントロールユニット２
４はアクチュエータ１４に指令信号を出力して開度調整
を施しながらバイパス弁１２を開成せしめる。これによ
り機械駆動式過給機９の出口側の空気が入口側に還流す
るので吸気分岐！！２３における圧力が低減される。機
関２５の運転状態がより高回転域側へと移行したときは
バイパス弁１２を全開とするとともに電磁クラッチ２２
を断状態とする。なお、スロットル弁７を全開として機
関２５から大きな出力を得たいとき即ち開度検出器８か
ら予め設定した開度以上の信号が出力されたときには圧
力センサ３２から検出された速度型コンプレッサ３の出
口圧力が予め設定された基準値を越えていてもコントロ
ールユニット２４にバイパス弁１２を閉じると共に電磁
クラッチ２２を断操作することなく容積型コンプレッサ
を駆動しつづける制御をさせ、いわゆるオーバブースト
を行なうこともできる。

本実施例では、機関２５の運転状態が低回転域から高回
転域側に移行するにつれてバイパス弁１２の開度制御を
行なって機械駆動式過給機９０作動量を徐々に低減する
ことができるので、電磁クラッチ２２を断状態としたと
きの機関２５の出力変動を小さくすることが可能である
。

なお上述した内容はあくまで本発明に従う実施例に関す
るものであって、本発明が上記内容のみに限定されるも
のでないのは勿論である。

（効　　果〕 以上説明したように本発明によれば、容積型の機械過給
機を、速度型のコンプレッサの下流側の吸気路に設けた
ので、速度型のコンプレッサの入口圧力は常時大気圧に
保たれ、速度型のコンプレッサにおける空気の修正流量
が小さくなることがないために、容積型の機械過給機と
ターボ過給機の速度型のコンプレッサとが共に作動する
領域においてもターボ過給機の速度型のコンプレッサが
サージング領域に入るのを防止することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に従う過給機付内燃機関
を示した図、第２図は本発明の第２の実施例に従う過給
機付内燃機関を示した図、第３図は本発明の第３の実施
例に従う過給機付内燃機関を示した図、第４図は従来技
術に従う過給機付内燃ｍ関の一例を示した図である。 １、ターボ過給ｔａ　　　　　５．吸気管３、速度型コ
ンプレッサ ９、容積型の機械駆動式過給機 １１、回転軸　　　　　　　２５１機関１３、従動プー
リ　　　　　２９．排気管１５、ベルト　　　　　　　
４３．タービン１７、駆動プーリ ２１、出力軸 特許出願人　　日産自動車株式会社 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　機関の吸気路に設けられた速度型のコンプレッサを機
   関の排気路に設けられたタービンで駆動するターボ過給
   機と、機関の吸気路に設けられ、該機関の出力軸に連繋
   して駆動される容積型の機械過給機とを有してなる過給
   機付内燃機関において、前記容積型の機械過給機を、前
   記速度型のコンプレッサの下流側の吸気路に設けてなる
   ことを特徴とする過給機付内燃機関。