JPS62101836A - 車両用エンジンの複合過給装置 - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は、車両用エンジンの複合過給装置に関し、詳し
くは、排気タービン駆動式過給機と機械駆動式過給機を
組合わせたシステムに関する。 車両用エンジンの過給に関しては、主として排気タービ
ン駆動式過給機〈以下ターボチャージャと称する）が用
いられているが、低回転域での過給圧が充分に上らない
ため、ターボ領域は高回転側に限定される。そこで、低
速型のものを用いて低回転での過給圧を高めると、高回
転でのタービン効率が低下し、吸気温度の上昇を１ｒ１
り。また、低回転域での急加速時にアクセル踏込み後過
給圧が上′Ｒするまでに時間がかかり、いわゆるターボ
ラグを生じる等の不具合がある。 一方、過給機としては、ターボチャージャの外にエンジ
ン動力による機械駆動式（以ｒスーパーヂャージ！／と
称する）のものがあり、これは低目転職での過給圧を高
くすることができる。加速時の応答性も速い。しかるに
、高回転では、スーパーヂャージＶを駆動するのに要す
るトルクが大きく、一般的に同一過給圧のターボチャー
ジャより正味トルクが若干低い等の特性を有する。 このことから、上記ターボチャージャとスーパーチャー
ジャとの２種類の過給機を組合わせ、両名の利点を最大
限発揮させて全域ターボ化を図ることが試みられている
。

【従来の技術１ そこで従来、上記ターボチャージャとスーパー″ｆ−１
ｒ−ジャを組合わせた複合過給に関しては、例えば特開
昭５８−２２２９１９号公報の先行技術がある。ここで
、ターボチャージャとスーパーチャージャとを直列と並
列接続可能に組合わせ、スーパーチャージャに対するバ
イパス管には過給圧により開閉するアクチュエータを設
けることが示されている。 【発明が解決しようとする問題点】 ところで、上記先行技術の構成のものにあっては、直列
と並列運転が可能になっているが、構造が複雑化するだ
りで、実用上のメリットに欠ける。 また、スーパーチャージャのバイパス管におけるアクチ
ュエータはオン・オフ動作するものであるから、ターボ
チャージャの単独運転およびスーパーチャージャとの複
合運転の移行の際のｉｌｌ　ｌｉｔを行うことができな
い。更に、エンジン負荷との関係での制器がなされてい
ないので、低速の低負荷と高負荷の過給圧制御に欠ける
等の問題がある。 本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、ター
ボチャージャ単独およびそれとスーパーチャージャとの
複合の運転領域を最適化し、かつ両速転領域の移行をス
ムーズに制御づるようにした車両用エンジンの複合過給
装置を提供リ−ることを目的としている。 【問題点を解決するための手段゛１ 上記目的を達成するため、本発明は、排気タービン駆動
式の第１の過給機の吐出側を、機械駆動式の第２の過給
機およびそのバイパス通路を介してエンジン本体の吸気
系に連通し、第２の過給機の吐出側過給圧を第１の過給
機のウェイストゲート弁のアクチュエータに導き、第２
の過給機のバイパス通路には弁開度可変式の制御弁を設
け、第２の過給機はエンジンクランク軸と電磁クラッチ
を介して作動構成し、エンジン回転数とスロットル開度
のセンナ信号を制御ユニットに入力し、該制御ユニット
の出力信号で電磁クラッチをオン・オフ動作し、制御弁
の開度を制御し、低回転で中。 高負荷の複合領域では第１の過給機に加えて第２の過給
機を運転し、低回転で低負荷の単独領域では第１の過給
機のみを運転し、複合領域から単独領域へ移行する場合
に、制御弁をスロットル開度の減少に応じて開くように
構成されている。 【作　　用１ 上記構成に基づき、第１の過給機は常に運転状態にあり
、これに対して第２の過給機は電磁クラッチと制御弁に
より運転が制器される。そして低回転で中、高負荷の複
合領域では、第２の過給機も運転して過給圧特性を向上
し、低回転で低負荷の単独領域では、第１の過給機のみ
の運転で駆動損失が無くなる。前者から後者への移行時
には、制御弁の開弁動作により第２の過給機の過給圧が
徐々に低下し、第１の過給機の単独運転にスムーズに移
るようになる。 こうして、本発明によれば低回転で中、高口荷領域での
加速性を向上し、複合運転から単独運転へ移行する際の
ショックを防ぐことが可能となる。 【実　施　例１ 以下、本発明の実施例を図面に基づい、て説明する。 第１図において、全体的な複合過給システムについて説
明すると、符号１はエンジン本体であり、その吸入系に
おいてエアクリーナ２からの吸入管３がターボチャージ
ャ４のコンプレッサ４ａに連通し、＝ｌンブレッサ４ａ
の吐出管５がスーパーグーヤージャ６のコンプレッサ６
ａに連通する。スーパーチャージャ６のコンプレッサ６
ａは容積型であり、吐出量は負荷による影響が少なく略
エンジン回転数のみに依′ｒ７するため、低負荷でも吐
出ｍが下らない特性を有する。また、コンプレッサ６ａ
の吐出管１はインタークーラ８に連通し、インタークー
ラ８は更にスロットル弁９を介してエンジン本体１に連
通構成される。 スーパーチャージャ６のコンプレッサ６ａに対してはバ
イパス通路１０が連設され、このバイパス通路１０に弁
開度可変式の制御弁１１が設けられる。排気系において
、エンジン本体１の排気′Ｑ１２がターボチャージャ４
のタービン４ｂに連通し、タービン４ｂからマフラ１３
に連通する。タービン４ｂに対してもバイパス通路１４
が連設され、このバイパス通路１４にウェイストゲート
弁１５が設けられる。こうしてターボチャージャ４とス
ーパーチャージャ６とが、エンジン吸気系に直列に配設
される。そして、スーパーチャージャ６の吐出管７と制
御弁１１のバイパス通路１０との合流点とスロットル弁
９との間に開口する過給圧取出口１６が通路１７を介し
てウェイストゲート弁１５のアクチュエータ１８に連通
し、常に全体の過給圧を制御するようになっている。 スーパーチャージャ６の機械式駆動系として、エンジン
本体１のクランク軸２０におけるプーリ２１が、ベルト
２２を介して電磁クラッチ２３に伝勅栴成される。電磁
クラッチ２３の出力側には中間軸２４が取出され、この
中間軸２４どコンプレツナ６ａの駆動軸２５とがベルト
２６とプーリ２７．２８で連結され、エンジンの回転に
よりスーパーチャージャ６を駆動する構成になっている
。 制御系においては、エンジン回転数を検出するクランク
角センサ３０．スロットル弁開度を検出するスロットル
センサ３１．ウエイストゲート弁１５の動作を検出する
スイッチ３２を有し、これらのセンサ信号等が制御ユニ
ット３３に入力する。そして、制御ユニット３３の出力
信号で制御弁１１を開閉させるステッピングモータ３４
を動作し、電磁クラッチ２３をオン・オフする。 ここでエンジン回転数Ｎとスロットル開度θの各エンジ
ン運転状態で、ターボチャージｗ４とスーパーチャージ
ャＧの運転領域が第２図のように設定されている。即ち
所定のエンジン回転数ＮＯと所定のスロットルＥａθ０
を定め、Ｎ＜Ｎｏでθくθ０の領域１．Ｎ＞Ｎｏの領域
ＩＩ、Ｎ≦Ｎ０でθ≧θ０の領域■である。そしてＮ＞
Ｎｏまたはθくθ０の単独領域１．ＩＩでは、電磁クラ
ッチ２３をオフすると共に制御弁１１の開度ψを全開に
し、ターボチャージャ４のみを運転する。Ｎ≦Ｎｏでθ
≧θ０の領域■では、電磁クラッチ２３をオンして制御
弁１１を全開し、ターボチャージャ４とスーパーチャー
ジャ６を運転する。またθ０とそれより大きい所定のス
ロットル開度θ１との間には移（１領域Ｉｖを設け、こ
の領域ＩＶでは制御弁開度ψを、第３図（ｅ）のように
スロットル開度の減少に応じて開弁動作する。ただし、
０１〜００間のψの変化は直線に限らない。 次いで、このように構成された複合過給装置の作用につ
いて第３図と第４図のフローチャートを用いて説明する
。第３図（へ）において、曲線り丁はターボチャージャ
単独の特性であり、１０はスーパーチャージャとターボ
チャージャの合成特性である。 そこでエンジン運転時には、排気エネルギによりターボ
チャージャ４が常に駆動状態にあり、アイドリングを含
む低負荷時θ〈θ０の領域工では、電磁クラッチ２３が
オフすることでスーパーチャージャ６は停止しており、
制御弁１１が全開して吸入空気のすべてがバイパス通路
１０を経る。従って、ターボチャージャ４の単独運転と
なるが、排気エネルギが小さいため実質的な過給は行わ
れない、・また、スーパーチャージャ６がその特性によ
り過給して余分な仕事を行うことに伴う損失も回避され
る。 次いで、スロットル弁９が開いてθ≧θＯの領域■に入
ると、電磁クラッチ２３がオンするためエンジン動力が
スーパーチャージャ６に伝達して駆動を開始し、制御弁
１１が全閉することでターボチャージャ４からの加圧空
気が更にスーパーチャージャ６により加圧され、インタ
ークーラ８で冷却してエンジン本体１に吸入される。従
って、ターボチャージ１７４とスーパーチャージャ６の
複合運転となり、過給効果を発揮することになる。 そして領域■から１に戻る場合、つまりエンジン回転数
が一定でスロットル開度を閉じてゆく走行条件を考える
と、過給圧Ｐｏで第２図の移行領域ｒＶ　（スロットル
開度θ１）に入り、スロットル１７ｆ１度の減少により
過給圧の作動点はＰａ→Ｐ１→Ｐ２と下がる。同時にス
ロットルセンサ３１の出力によりステッピングモータ３
４が作動して♂す！Ｈ１ｊｆ−１１を第３図（ｅ）のよ
うに徐々に開かせる。第３図（Ｃ）においては、制御弁
１１が全開となるので、スーパーチャージャ６の吐出側
と吸込側の圧力差はなくなって、過給圧はターボチャー
ジャ４のみによって確保される。 このとき、スロットル開度はθ０となり、スーパーチャ
ージャ６による過給圧が実質的に略零になり、θくθ０
の領域■に入った時点では、電磁クラッチ２３がＡフし
、制御弁１１も全開してスーパーチャージャ６による過
給は行われなくなる。従って、これ以降はターボチャー
ジャ４の単独運転で過給圧が制御される。 以上、本発明の一実施例は、第２図で領域■がらＴへ−
のエンジン出力が減少する場合について述べたが、逆の
、領域工から■への変化で、前述の移行領域ＩＶと同じ
制御を行ってもよく、あるいは両者の制御にヒステリシ
スを持たせてもよく、上記実施例のみに限定されもので
はない。 【発明の効果１ 以上述べてきたように、本発明によれば、ターボチャー
ジャにスーパーチャージャが直列配置され、低回転の中
、高負荷の領域で両者が複合過給されるので、この領域
の過給特性、急加速の応答性を向上させることができる
。 ７Ｍ合運転からスロットル開度の減少によりターボチャ
ージ？単独運転に移行する場合に、ｆｌ、ＩＩ罪弁の開
弁動作でスーパーチャージャの過給が徐々に消失される
ので、スーパーチャージ１ｔカツトに伴うショックを防
ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合過給装置の実施例を示す全体の構
−成図、第２図はターボチャージャと３−バーヂャージ
ャの運転領域を示す図、第３図は過給圧と制御弁および
スロットル開度の特性図、第４図は作用を説明するフロ
ーチャート図である。 １・・・エンジン本体、４・・・ターボチャージャ、６
・・・スーパーチャージャ、１０・・・バイパス通路、
１１・・・１ｉＩＩＩｉ′ｌｌ弁、１５・・−ウェイス
トゲート弁、１８・−・アクチュエータ、２３・・・電
磁クラッチ、３０・・・クランク角センサ、３１・・・
スロットルセンサ、３３・・・制御ユニット、３４・・
・ステッピングモータ。 特許出願人　　　　富士重工業株式会社代理人　弁理士
　　小　橋　信　浮 量　　弁理士　　村　注　　　進 エ〉ジ゛〉峻１良 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 排気タービン駆動式の第１の過給機の吐出側を、機械駆
   動式の第２の過給機およびそのバイパス通路を介してエ
   ンジン本体の吸気系に連通し、第２の過給機の吐出側過
   給圧を第１の過給機のウェイストゲート弁のアクチュエ
   ータに導き、上記バイパス通路には弁開度可変式の制御
   弁を設け、 第２の過給機はエンジンクランク軸と電磁クラッチを介
   して作動構成し、 エンジン回転数とスロットル開度のセンサ信号を制御ユ
   ニットに入力し、該制御ユニットの出力信号で電磁クラ
   ッチをオン・オフ動作し、制御弁の開度を制御し、 低回転で中、高負荷の複合領域では第１の過給機に加え
   て第２の過給機を運転し、低回転で低負荷の単独領域で
   は第１の過給機のみを運転し、複合領域から単独領域へ
   移行する場合に、制御弁をスロットル開度の減少に応じ
   て開く車両用エンジンの複合過給装置。