JPS6246825Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の排気過給装置に関する。

内燃機関の排気ガスのもつエネルギを利用して
吸気を過給するものとして、ターボチヤージヤが
知られているが、一般的には第１図のように構成
されている。

１はシリンダ、２はピストン、３は吸気弁、４
は排気弁で、吸気通路５にはターボチヤージヤ６
の吸気コンプレツサ７が、また排気通路８には排
気タービン９がそれぞれ介装される。

排気タービン９は排気ガスの圧力により回転
し、回転軸１２を介して吸気コンプレツサ７を駆
動する。

吸気コンプレツサ７は空気をシリンダ１内の内
部へ圧送し、これにより単にピストン２のポンプ
作用で吸入されるときよりも多くの空気をシリン
ダ内へと供給し、高出力を発揮させる。

ところで、自動車用エンジンのように、主とし
て低中速回転域での使用頻度が高いものでは、タ
ーボチヤージヤのマツチングを、この運転域に合
せているため、高速回転域では過給圧が高くなり
過ぎ、エンジン耐久性などの点からは好ましくな
いので、通常は排気タービン９の手前から排気バ
イパス通路１０を分岐し、ブースト圧（過給圧）
が所定値以上に達したならば排気バイパス弁１１
を開いて、高速回転域での排気タービン９の回転
を抑制し、過給圧がそれ以上高くならないように
している。

しかし、このように高速回転域で排気バイパス
弁１１を開いて排気をバイパスさせるのでは、排
気のもつエネルギをほとんどそのまま捨て去るこ
とになり、機関の効率は必らずしも良くない。

これに対して、小流量型の吸気コンプレツサを
用いて低速回転域での過給圧を上げるようにした
ものもあるが、この場合には高速回転域でのコン
プレツサ効率が著しく低下するので、上記と同様
機関効率が悪いという問題がある。

本考案はこのような問題を解決するために、排
気バイパス通路に第２の排気タービンを設け、排
気バイパス弁を開いたときにこの第２の排気ター
ビンを駆動し、このタービン出力を機関出力軸に
加えるようにして、外部に捨て去る排気エネルギ
を回収し、機関効率の向上をはかつた内燃機関の
過給装置を提供するものである。

また、本考案では所定の負荷領域で第１のター
ビンを迂回して排気を供給することによりポンピ
ング損失を低減することを目的としている。

このために本考案では、排気圧力で駆動される
排気タービンを排気通路に介装し、排気タービン
と同軸に結合されて吸気を圧送するコンプレツサ
を吸気通路に配設した内燃機関の過給装置におい
て、排気通路の排気タービンを迂回するバイパス
通路を設け、このバイパス通路に第２の排気ター
ビンを配置し、第２の排気タービンの出力を機関
の出力軸に付加する伝達手段を設ける一方、前記
バイパス通路を開閉する排気バイパス弁と、この
排気バイパス弁を所定値以上の圧力に基づいて開
弁駆動するダイアフラム装置と、機関の負荷状態
を検出する負荷検出手段と、この負荷検出手段と
協働し前記圧力としてコンプレツサ下流の吸気管
圧力または圧力源からの圧力を選択的に前記ダイ
アフラム装置に導入する三方電磁弁とを備え、か
つ前記三方電磁弁は所定の部分負荷領域では圧力
源からの圧力をダイアフラム装置に導入し、それ
以外の運転領域では前記吸気管圧力を導入する設
定とした。

以下、本考案の実施例を図面にもとづいて説明
する。

第２図に示すように、排気バイパス通路１０の
途中には、第２の排気タービン１３が介装され、
この排気タービン１３の出力を機関出力軸（クラ
ンク軸）もしくはフライホイール１４に、電磁ク
ラツチ１５及び減速歯車１６を介して伝達するよ
うになつている。

排気バイパス弁１１は、ダイヤフラム装置１７
に通路１８を介して供給される過給圧が所定値以
上になると開弁する。

また、機関要求空気量の少ない低負荷域などで
も排気バイパス弁１１を開いて、機関の圧縮仕事
損失を減じるように、部分負荷状態を検出する負
荷検出手段１９を設け、この検出信号にもとづい
て切換る三方電磁弁２０を介して圧力源としての
エアポンプ２１からの加圧空気をダイヤフラム装
置１７に供給する。

排気バイパス弁１１の開弁を検出するスイツチ
２２が設けられ、このスイツチ２２を介して上記
電磁クラツチ１５の作動が制御されるのであり、
排気バイパス弁１１が開いたときに電磁クラツチ
１５が継がり、排気タービン１３の出力が機関出
力側へと付加される。

その他の構成において第１図と同一部分には同
一符号を付し、次に作用を説明する。

機関低中速回転域で、比較的負荷の高い運転域
では、排気バイパス弁１１が開かないため、排気
通路８を流れる排気の全量が排気タービン９へと
流入し、これにもとづいて吸気コンプレツサ７を
駆動して高効率で過給を行う。

これに対して、機関高回転域など過給圧が所定
値以上に上昇すると、ダイヤフラム装置１７が作
動して排気バイパス弁１１が開く。（ただし、三
方電磁弁２０は負荷検出手段１９からの信号がな
いときは、過給供給ラインを開いている） このため、排気の一部が排気バイパス通路１０
へと流れ込み、第２の排気タービン１３を駆動し
始める。排気バイパス弁１１の開弁を検出するス
イツチ２２を介して電磁クラツチ１５が継がるた
め、第２の排気タービン１３の出力は機関出力軸
（フライホイール１４）へと伝達され、機関出力
を高める。

同様にして、機関が低負荷状態にあるときなど
負荷検出手段１９がオンになると、三方電磁弁２
０が切り換わつてエアポンプ２１からの吐出圧を
ダイヤフラム装置１７に導くので、排気バイパス
弁１１が開いて排気エネルギを第２の排気タービ
ン１３で回収することができる。

なお、電磁クラツチ１５は排気バイパス弁１１
が開いたときのみ、すなわち第２の排気タービン
１３の出力回転時のみ動力を伝達するので、この
排気タービン１３の出力がないときに機関出力側
から逆に動力が伝わり出力損失が生じるのを防げ
る。

以上のようにして、部分負荷域や高速回転域で
排気をバイパスさせ、排気エネルギを第２の排気
タービン１３で回収するので、機関効率はこれに
よつて高められるのであり、また一方で吸気コン
プレツサ７としては低流量域での過給圧の高い小
流量型のものを用いることができ、第３図にも示
すように、これによつて低流量（低速回転域）か
ら高流量（高速回転域）まで、過給圧の変動巾の
少ない好ましい過給特性が得られる。

なお、点線は大流量型コンプレツサで、実線が
小流量型コンプレツサの特性を示している。

上記実施例において、排気バイパス弁１１の制
御を、例えばアクセル開度に比例して行うように
することもできる。

以上のように本考案によれば、排気バイパス通
路に第２の排気タービンを設け、バイパスされる
排気エネルギを回収するようにしたので、過給特
性としては低速回転域から高速回転域まで好まし
い特性を付与できる一方で、機関の出力効率も同
時に向上させることができるという効果がある。

また、本考案では過給圧が過度に上昇しようと
する高負荷領域のみならず、所定の部分負荷領域
においてもバイパス通路を開き、排気を第１の排
気タービンを迂回して第２の排気タービン側へと
流すことにより、要求空気量の少ない状態下で無
用な過給及び圧縮圧力の上昇を起こさないように
したので、部分負荷領域での圧縮仕事損失を減ら
してさらに効率を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の概略構成図、第２図は本考
案の概略構成図、第３図はコンプレツサの特性図
である。 ５……吸気通路、６……ターボチヤージヤ、７
……吸気コンプレツサ、８……排気通路、９……
排気タービン、１０……排気バイパス通路、１１
……排気バイパス弁、１３……排気タービン、１
４……機関出力軸（フライホイール）、１５……
電磁クラツチ、１６……減速歯車、１７……ダイ
ヤフラム装置、１９……負荷検出手段、２０……
三方電磁弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気圧力で駆動される排気タービンを排気通路
   に介装し、排気タービンと同軸に結合されて吸気
   を圧送するコンプレツサを吸気通路に配設した内
   燃機関の過給装置において、排気通路の排気ター
   ビンを迂回するバイパス通路を設け、このバイパ
   ス通路に第２の排気タービンを配置し、第２の排
   気タービンの出力を機関の出力軸に付加する伝達
   手段を設ける一方、前記バイパス通路を開閉する
   排気バイパス弁と、この排気バイパス弁を所定値
   以上の圧力に基づいて開弁駆動するダイアフラム
   装置と、機関の負荷状態を検出する負荷検出手段
   と、この負荷検出手段と協働し前記圧力としてコ
   ンプレツサ下流の吸気管圧力または圧力源からの
   圧力を選択的に前記ダイアフラム装置に導入する
   三方電磁弁とを備え、かつ前記三方電磁弁は所定
   の部分負荷領域では圧力源からの圧力をダイアフ
   ラム装置に導入し、それ以外の運転領域では前記
   吸気管圧力を導入する設定としたことを特徴とす
   る内燃機関の過給装置。