JPS6233958Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は排気ターボ過給機付内燃機関に係り、
特に内燃機関の低負荷運転時に排気をタービンか
ら迂回させて無過給状態とするに際して、その軸
受部から負圧状態にある吸気系側に潤滑油が漏洩
するのを防止できる排気ターボ過給機を備えた内
燃機関に関するものである。

［従来の技術］ 一般にデイーゼル機関にあつては、低負荷運転
時でも高負荷運転時でも、シリンダ内に吸入され
る空気量は略一定であり、その出力制御は燃料噴
射量によつて行なわれている。従つて、逆にその
機関の最大出力は、吸入され得る空気量により燃
焼し得る燃料の量が制限を受けることに基づいて
決定されることになる。

他方、排気ターボ過給機は、主に内燃機関の吸
気系に設けられるコンプレツサと、その排気系に
設けられるタービンと、これらタービンとコンプ
レツサとを同軸で駆動すべく連結する駆動軸と、
この駆動軸を潤滑しつつ軸受する軸受部とから構
成され、排気によつて駆動されるタービンが駆動
軸を介してコンプレツサを駆動し、吸気を加圧し
て内燃機関に供給（過給）する機能を有してい
る。

このような排気ターボ過給機を、デイーゼル機
関の吸・排気系に介設して過給を行うことは、排
気のエネルギによつてシリンダ内に充填される空
気量を増加させ、その増加量分だけ燃焼し得る燃
料を負荷できることにより、機関の出力向上を達
成できることに他ならない。

ところが、デイーゼル機関は低・中負荷運転域
にあつては噴射される燃料の量に比して空気量が
過剰となつている。このため、このような低・中
負荷運転域において過給することは、徒にフリク
シヨンを増大させ燃費を悪化させるに過ぎない。

このようなデイーゼル機関の特性に鑑み、従来
低・中負荷運転時には、排気ターボ過給機全体の
機能を停止すべく内燃機関の排気をタービンから
迂回させてコンプレツサの機能をキヤンセルさ
せ、無過給状態、即ち、ピストンの吸引力によつ
てのみ吸気して機関を運転するように構成したも
のが知られている。

［考案が解決しようとする問題点］ しかし、このような無過給状態にあつては、内
燃機関の吸気作用によつてコンプレツサ周辺を含
む吸気系全体が大きな負圧状態におかれると共
に、他方排気系のタービン周辺は、内燃機関の排
圧によつて、大気圧より比較的高い正圧状態にあ
るため、これらタービンとコンプレツサとの間に
位置する軸受部内に圧力差を生じ、吸気系側から
大きな負圧吸引力が作用することになる。この軸
受部内には、駆動軸を潤滑すべく供給される潤滑
油が充満しており、その油洩れを抑止すべく堅牢
なシールが施されているが、それにも拘わらず無
過給状態の負圧吸引力及び上記圧力差によつて潤
滑油が吸気系側に漏洩してしまう問題があつた。
これに対処すべく、無過給時の給油量を調節する
ことが考えられるが、単に給油を停止するので
は、コンプレツサのキヤンセル状態でも駆動軸が
少量の排気ガスを受けるタービンにより回転され
ており、他方微量でも継続して給油するのでは油
洩れを生じさせる可能性があり、また瞬時に回転
を上昇する過給運転への移行時に軸受部の焼き付
きを誘発するため複雑な給油調節装置を必要とし
困難であつた。

他方、無過給状態とすべくタービンへの排気供
給を断つて排気ターボ過給機を完全に停止させて
しまうと、内燃機関が高負荷運転に移行したこと
で瞬時に過給しようとしても、直ぐにはコンプレ
ツサの回転が上昇せずその起動応答性を劣化さ
せ、スムーズな出力上昇を得られない問題があつ
た。これに対し、タービンを単に継続駆動させる
と、吸気をコンプレツサからバイパスさせる無過
給時には、コンプレツサが無負荷状態となるため
排気ターボ過給機がオーバー・ランしサージング
を生ずる虞れがあつた。

尚、関連する技術として、「過給機付機関」（実
開昭57−26号公報）が提案されている。

本考案は、上述した如き従来の問題点に鑑み、
これを一挙に且つ有効に解決すべく創案されたも
のである。

本考案の目的は、内燃機関の低・中負荷運転時
に排気をタービンから迂回させて無過給状態とす
るに際して、その軸受部から負圧状態にある吸気
系側に潤滑油が漏洩するのを防止できると共に、
コンプレツサのサージングを防止し得る排気ター
ボ過給機付内燃機関を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 内燃機関を過給すべく吸気系のコンプレツサを
同一駆動軸を介して排気系のタービンで駆動する
排気ターボ過給機と、吸・排気系夫々に接続され
吸・排気をこれらコンプレツサ及びタービンから
迂回させる吸・排気バイパス路と、これら吸・排
気バイパス路に夫々設けられ同期して作動される
吸・排気バイパス開閉弁と、吸気バイパス開閉弁
の開放に同期してコンプレツサの吐出口側圧力を
正圧とすべく吐出口側を閉じる仕切弁と、仕切弁
に形成され過剰圧力を逃がす絞りとを備えて構成
される。

［作用］ 本考案の作用について述べると、吸気バイパス
弁が吸気バイパス路を開放して無過給運転となり
コンプレツサの周辺が負圧状態となるに際して、
常開の排気系に依然流通する排気の一部でタービ
ンを駆動してコンプレツサを継続運転すると共
に、吸気バイパス弁の開放に同期させて仕切弁を
作動させてコンプレツサの吐出口側を閉じること
により、コンプレツサの吐出口側圧力を正圧に維
持すると共に、この吐出口側圧力が過剰に上昇し
ないように仕切弁の絞りで圧力調整を行うように
なつている。

［実施例］ 以下に、本考案に係る排気ターボ過給機付内燃
機関の好適一実施例を添付図面に従つて詳述す
る。

図に示す如く、１は内燃機関であり、そのシリ
ンダ２には、吸気弁３及び排気弁４を介して、吸
気系５及び排気系６が接続されている。この吸気
系５と排気系６とには、これらを結んで排気のエ
ネルギを吸気に付与させるための排気ターボ過給
機７が備えられている。。具体的には、この排気
ターボ過給機７は、主に排気系６の途中に設けら
れたタービン８と、吸気系５の途中に設けられた
コンプレツサ９と、これらコンプレツサ９とター
ビン８とを同軸で駆動すべく連結する駆動軸１０
と、この駆動軸１０を軸受する軸受部１１とから
構成されている。そして、この排気ターボ過給機
７は、内燃機関１の高負荷運転時、排気系６を流
通する排気によつて駆動されるタービン８が同軸
でコンプレツサ９を駆動し、吸気系５を流通する
吸気を加圧して内燃機関１に供給（過給）するよ
うに構成されている。また、この排気ターボ過給
機７の軸受部１１には、その内方に駆動軸１０を
潤滑すべく潤滑油が供給され充満されており、こ
の軸受部１１のコンプレツサ９及びタービン８側
には、その潤滑油が吸気系５及び排気系６側に漏
洩するのを抑止すべくシールが施こされている。

ところで、図示する如く、排気系６には、ター
ビン８の排気導入口８ａの上流側で分岐され排気
系６の下流側たるタービン８の排気導出口８ｂ下
流側に亙つて排気をタービン８から迂回させる排
気バイパス路１２が設けられると共に、他方吸気
系５には、コンプレツサ９の吸入口９ａ側から吐
出口９ｂ側に亙つて吸気をコンプレツサ９から迂
回させる吸気バイパス路１３が設けられる。更
に、これらバイパス路１２，１３には、これらを
互いに同期して開閉するための排気バイパス開閉
弁１４及び吸気バイパス開閉弁１５が設けられ
る。そして、内燃機関１の高負荷運転時には、こ
れらバイパス路１２，１３はバイパス開閉弁１
４，１５により共に閉成され、排気全部がタービ
ン８に供給されコンプレツサ９は吸気全部を内燃
機関１に過給するように構成される。他方、低・
中負荷運転時には、これらバイパス路１２，１３
はバイパス開閉弁１４，１５により共に開放され
ることになる。これに際し、排気バイパス路１２
は、排気ターボ過給機７を無過給状態とすべく排
気の大部分をタービン８から迂回させるように構
成される。また、吸気バイパス路１３は、無過給
状態において、内燃機関１のピストン１６の吸引
作用による吸気の流通が、吸気系５に介在するコ
ンプレツサ９によつて妨げられないように、吸気
をコンプレツサ９から迂回させるように構成され
る。特に、排気バイパス開閉弁１４は、排気バイ
パス路１２だけをタービン８の排気導入口８ａの
上流側で開閉するため、排気バイパス路１２の開
放時、即ち無過給状態にあつてもタービン８側は
連通され排気の一部がタービン８に供給されるの
で、タービン８は比較的低い回転数ながらも継続
して駆動されることになる。

また、特に本実施例にあつては吸気バイパス開
閉弁１５は、吸気バイパス路１３を開放する時、
即ち無過給時、コンプレツサ９の吐出口９ｂ側に
圧力室１７を区画形成する機能を有している。図
示する如く、吸気バイパス開閉弁１５は、コンプ
レツサ９の吐出口９ｂから連続して形成された吐
出口側通路１８と、これに略並行し下流側で互い
に連結される吸気バイパス路１３とを区画する区
画壁１９に貫通され、これに摺動自在に形成され
る。そしてこの吸気バイパス開閉弁１５は、その
基端部に吸気バイパス路１３を開閉する弁体部１
５ａを有すると共に、先端部に吐出口側通路１８
を区画する仕切弁たる仕切部１５ｂを一体的に有
している。この仕切部１５ｂは、吸気バイパス開
閉弁１５の開放に同期してコンプレツサ９の吐出
口側圧力を正圧とすべくその吐出口９ｂ側を閉じ
るようになつている。具体的には、吸気バイパス
路１３の閉成時には、仕切部１５ｂが区画壁１９
内方に収納されてコンプレツサ９の吐出口９ｂを
直ちに内燃機関１に連通させると共に、他方開放
時、即ち無過給時には、吐出口側通路１８を区画
して圧力室１７を形成するように構成される。従
つて、無過給時排気の一部で駆動されるタービン
８によりコンプレツサ９は、吸気バイパス路１３
側へ吸引される吸気の一部を引き込んで圧気を吐
出し圧力室１７内に蓄圧して、コンプレツサ９の
吐出口９ｂ側を正圧にし保持できることになる。

この圧力室１７を区画する仕切部１５ｂには、
圧力室１７内を正圧に保ちつつ過度な圧力上昇に
よるコンプレツサ９のサージング発生を防止すべ
く、適宜圧力を逃がすための絞りが備えられる。
本実施例にあつては、図示する如く、上記関係を
満たす所定の断面積で仕切部１５ｂを貫通する絞
り孔２０が形成されている。また、この絞り孔２
０は、コンプレツサ９の圧力比（＝コンプレツサ
の吐出口側圧力／コンプレツサの吸入口側圧力）
を適正な値として、無過給時のタービン８の排気
導入口８ａ側圧力（＝内燃機関の排圧）を上げる
ことなく、フリクシヨンを低減できるように構成
されている。

尚、図に示す如く、上記排気バイパス開閉弁１
４及び吸気バイパス開閉弁１５には、これら夫々
を同期して開閉作動させるための弁作動手段２１
…が設けられている。この弁作動手段２１…は、
シリンダ２２…と、このシリンダ２２…内を大気
圧室２３…と圧導入室２４…とに区画するダイヤ
フラム２５…と、このダイヤフラム２５…の撓み
でバイパス開閉弁１４，１５を作動するロツド２
６…とを有している。大気圧室２３…には、シリ
ンダ２２…に穿設された孔部２７…を介して大気
圧が導入されると共に、ダイヤフラム２５…を圧
導入室２４…側に付勢するバネ２８…が設けられ
ている。他方、圧導入室２４…には、三方切換電
磁弁２９を介して圧源３０…若しくは大気に接続
される。この電磁弁２９には、内燃機関１の負荷
状態を検出し電磁弁２９を励磁して切り換えるべ
くバツテリ３１等に接続された負荷検出スイツチ
３２が接続されている。

内燃機関１の低・中負荷運転時にあつては、こ
れを検出して負荷検出スイツチ３２は開となり、
電磁弁２９は励磁されず圧源３０と圧導入室２４
…とが連通され、バネ２８…に抗してダイヤフラ
ム２５…を撓ませることになる。ダイヤフラム２
５…が撓むことにより、バイパス開閉弁１４，１
５は、同期してバイパス路１２，１３を開放する
と共に、吸気バイパス開閉弁１５の仕切部１５ｂ
によりコンプレツサ９の吐出口９ｂ側に圧力室１
７が区画形成されることになる。他方、高負荷運
転に至つたことを負荷検出スイツチ３２が検出す
ると閉となり、電磁弁２９は励磁されて切り換え
られ大気と圧導入室２４…とが連通されることに
なる。

以上の構成の作用について述べる。

内燃機関１の低・中負荷運転時にあつては、吸
気をシリンダ２へ過給することは望ましくないの
で弁作動手段２１…によりバイパス開閉弁１４，
１５を同期して作動させ、吸気バイパス路１３及
び排気バイパス路１２を共に開放し、吸気及び排
気を排気ターボ過給機７から迂回させ、無過給状
態で運転することになる。これに際し、吸気系５
では、吸気バイパス開閉弁１５の仕切部１５ｂが
コンプレツサ９の吐出口側通路１８を区画して圧
力室１７を形成すると共に、他方排気系６では、
タービン８に排気の一部が流入してこれを駆動し
ている。従つて、コンプレツサ９は、無過給状態
にあつてもタービン８により駆動され、吸気の一
部を吸入して圧気を吐出し、圧力室１７内に蓄圧
してコンプレツサ９の吐出口９ｂ側を正圧に保持
できることになる。従つて、この圧力室１７によ
り、軸受部１１を吸気系５の負圧吸引力から遮断
でき、シールを介して潤滑油が吸気系５に漏洩す
るのを防止することができる。

また、コンプレツサ９の吐出口９ｂ側は正圧に
保持されるため、無過給時にあつてもコンプレツ
サ９にその圧力差に基く仕事をさせているので、
タービン８がオーバー・ランすることはなく、排
気ターボ過給機７を継続して駆動できる。

また更に、吸気バイパス開閉弁１５の仕切部１
５ｂに形成した絞り孔２０が圧力室１７内の過剰
な圧力上昇を回避させコンプレツサ９のサージン
グを防止できると共に、内燃機関１の排圧を上げ
ることなくフリクシヨンの低減を図ることができ
る。

尚、内燃機関１の高負荷運転時にあつては、バ
イパス開閉弁１４，１５がバイパス路１２，１３
を閉成することによつて、通常の過給状態で運転
されることになる。

また尚、本実施例においては、吸気バイパス路
１３の開放と同時に吐出口側通路１８を区画して
圧力室１７を形成する作用を１つの弁体、即ち、
吸気バイパス開閉弁１５によつて行なうとした
が、吸気バイパス路１３の開放と同期して吐出口
側通路１８を区画するものであれば別体でも良
い。

［考案の効果］ 以上要するに本考案によれば、以下の如き優れ
た効果を発揮する。

(1) 内燃機関の低負荷運転時に吸気バイパス路を
開放して無過給状態とするに際して、それに同
期させてコンプレツサの吐出口側を閉じるよう
にしたので、コンプレツサの吐出口側を正圧に
でき、軸受部を負圧な吸気系から遮断して潤滑
油の漏洩を防止することができる。

(2) 仕切弁に絞りを形成したので、コンプレツサ
の吐出側圧力の過度な圧力上昇を回避させてコ
ンプレツサのサージングを防止できる。

(3) 無過給時にあつても、コンプレツサにその吸
入口側と吐出口側の圧力差に基く仕事をさせる
ことができるので、タービンのオーバー・ラン
を防止しつつコンプレツサを継続して回転させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本考案に係る排気ターボ過給機付内燃機関
の好適一実施例を示す側断面図である。 図中、１は内燃機関、５は吸気系、６は排気
系、７は排気ターボ過給機、８はタービン、９は
コンプレツサ、１０は駆動軸、１２は排気バイパ
ス路、１３は吸気バイパス路、１４は排気バイパ
ス開閉弁、１５は吸気バイパス開閉弁、１５ｂは
仕切弁たる仕切部、２０は絞りとして例示した絞
り孔である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内燃機関を過給すべく吸気系のコンプレツサを
   同一駆動軸を介して排気系のタービンで駆動する
   排気ターボ過給機と、上記吸・排気系夫々に接続
   され吸・排気をこれらコンプレツサ及びタービン
   から迂回させる吸・排気バイパス路と、これら
   吸・排気バイパス路に夫々設けられ同期して作動
   される吸・排気バイパス開閉弁と、該吸気バイパ
   ス開閉弁の開放に同期して上記コンプレツサの吐
   出口側圧力を正圧とすべく該吐出口側を閉じる仕
   切弁と、該仕切弁に形成され過剰圧力を逃がす絞
   りとを備えたことを特徴とする排気ターボ過給機
   付内燃機関。