JPS63140821A - Supercharger for engine - Google Patents
Supercharger for engineInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、:[ンジンの過給装置に関し、特にターボ過
給機を備えたエンジンの高過給時の対策に関するもので
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a supercharging device for an engine, and particularly to measures against high supercharging of an engine equipped with a turbo supercharger.
(従来技術)
従来から、例えば特開昭59−150927号公報に示
されるように、排気通路に設けられたタービンにより吸
気通路に設けられたコンプレッサを駆動することにより
、排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給
機は広く知られ−(いる。(Prior Art) Conventionally, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 59-150927, for example, a turbine provided in the exhaust passage drives a compressor provided in the intake passage, thereby utilizing exhaust energy to generate intake air. Turbochargers that supercharge fuel are widely known.
ところで、このようなターボ過給機を備えたエンジンで
は、過度の過給圧上昇をさけるように最高過給圧を規制
する必要があるので、通常、上記公報にも示されるよう
に、上記タービンをバイパスするウェストゲート通路と
過給圧に応じてこのウェストゲート通路を開閉するウェ
ストゲートバルブとを設け、過給圧が設定値に達したと
きに上記つ1ストゲ〜トバルプが聞かれて排気ガスの一
部がウェストゲート通路に逃がされることにより、ぞれ
以、ヒに過給圧が−L昇しない、にうになっている。By the way, in an engine equipped with such a turbocharger, it is necessary to regulate the maximum boost pressure to avoid an excessive increase in boost pressure. A waste gate passage that bypasses the waste gate passage and a waste gate valve that opens and closes this waste gate passage according to the boost pressure are provided. By letting a part of the pressure into the wastegate passage, the supercharging pressure does not rise to -L.
しかしこれでは、エンジンの高速高負荷時に、ト記つL
ストゲート通路に逃がされる排気ガスの[ネルギーが無
駄になり、排気エネルギーの利用効率の面からは改にの
余地があった。However, with this, when the engine is running at high speed and under high load,
The energy of the exhaust gas escaping into the strike gate passage was wasted, and there was room for improvement in terms of exhaust energy utilization efficiency.
(発明の目的)
本発明は上記の事情に鑑み、ターボ過給機を備えたエン
ジンにJ3いて、従来では過給圧調整の必要から無駄に
されていた排気エネルギーを有効に利用して、1ンジン
のトルクアップを図るエンジンのターボ過給装置を提供
するものである。(Purpose of the Invention) In view of the above circumstances, the present invention has been developed in a J3 engine equipped with a turbo supercharger. The present invention provides an engine turbocharging device that increases engine torque.
(発明の構成)
本発明は、排気通路に設けられたタービンにより吸気通
路に設けられたコンプレッサを駆動して吸気を過給する
ターボ過給機を備えたエンジンにおいて、上記−」ンブ
レツサより下流の吸気通路に、エンジンの出力軸に伝動
機構を介して連結された送風機を設けるとともに、少な
くとら高速高負荷域で上記送風機の体積流量がエンジン
の体積流量よりも小さくなるように上記送風機とエンジ
ンとの回覧数比を設定したものである。(Structure of the Invention) The present invention provides an engine equipped with a turbocharger that supercharges intake air by driving a compressor provided in an intake passage by a turbine provided in an exhaust passage. A blower connected to the output shaft of the engine via a transmission mechanism is provided in the intake passage, and the blower and the engine are connected so that the volumetric flow rate of the blower is smaller than the volumetric flow rate of the engine at least in a high-speed, high-load range. The ratio of the number of circulations is set.
この構成において、体積流1詐と覧よ、エンジンについ
ていえばその体積効率に単位時間当りのエンジン吸入同
数を掛けた値を意味し、送風機についてもこれに準する
。In this configuration, "volume flow 1" means the value obtained by multiplying the volumetric efficiency of the engine by the same number of engine intakes per unit time, and this also applies to the blower.
この構成により、少なくともエンジンの高速高負荷域で
は、上記送風機の上流側圧力が下流側用力よりも高くな
り、送風機に膨張仕事が与えられてこれがエンジンに伝
達され、過給作用にとって余剰のエネルギーを回収する
作用が得られる。With this configuration, at least in the high-speed, high-load range of the engine, the upstream pressure of the blower is higher than the downstream utility power, giving expansion work to the blower and transmitting it to the engine, which uses excess energy for supercharging. A recovering effect can be obtained.
(実施例)
第1図は本発明の一実施例を示し、この図にJ3いて、
エンジンの気筒1内のピストン2上方に形成された燃焼
室3には、吸気弁4によって開閉される吸気ボート5お
よび排気弁6によって開閉される排気ポート7が間口し
、これらのボートに吸気通路8および排気通路9が連通
している。また、10はターボ過給機であって、上記排
気通路9に設けられたタービン11と、吸気通路8に設
けられてタービン11の出力軸12に連結されたコンプ
レッサ13とを備え、排気ガスにより駆動されて吸気を
過給するようになっている。(Embodiment) FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
A combustion chamber 3 formed above a piston 2 in a cylinder 1 of the engine has an intake port 5 opened and closed by an intake valve 4 and an exhaust port 7 opened and closed by an exhaust valve 6, and an intake passage is connected to these boats. 8 and an exhaust passage 9 are in communication with each other. Reference numeral 10 denotes a turbo supercharger, which includes a turbine 11 provided in the exhaust passage 9 and a compressor 13 provided in the intake passage 8 and connected to the output shaft 12 of the turbine 11. It is driven to supercharge the intake air.
上記排気通路9には、タービン11をバイパスするウェ
ストゲート通路14が形成され、このウェストゲート通
路14に、過給圧に応じて作りロノてこの通路を開閉す
るウェストゲートバルブ1bが設けられている。このウ
ェストゲートバルブ15は一般に知られているように、
ウェストゲート通路14への排気ガスバイパス量を調整
することにより最高過給圧を規制する乙のであるが、高
過給域での排気ガスバイパス伍は従来より;b少なくな
るように、予め上記ウェストゲートバルブ15の作動条
件が設定されている。The exhaust passage 9 is formed with a waste gate passage 14 that bypasses the turbine 11, and the waste gate passage 14 is provided with a waste gate valve 1b that opens and closes a lever passage according to the boost pressure. . As generally known, this waste gate valve 15 is
The maximum supercharging pressure is regulated by adjusting the amount of exhaust gas bypassed to the waste gate passage 14, but in order to reduce the amount of exhaust gas bypass in the high supercharging range compared to conventional methods, The operating conditions for the gate valve 15 are set.
また、上記コンプレッサ13より下流の吸気通路8には
、送風機としてルーツブロア型等の機械式過給機16が
設けられている。この機械式過給機16は、その回転軸
に連結されたプーリ18と、エンジンの出力軸1つに連
結されたプーリ20と、これらにil)渡されたベルト
21とからなる伝動機構17を介し、エンジン出力軸1
9にM動連結されている。上記伝動機構17においては
機械式過給機16とエンジンとの同転数比が可変とされ
ている。つまり、第2図に示すように、上記伝動機8I
117は、各プーリ18.20の有効ブーり径が111
変とされることにより、ブーり比が可変となっている。Further, in the intake passage 8 downstream of the compressor 13, a mechanical supercharger 16 such as a Roots blower type is provided as an air blower. This mechanical supercharger 16 has a transmission mechanism 17 consisting of a pulley 18 connected to its rotating shaft, a pulley 20 connected to one output shaft of the engine, and a belt 21 passing between these. Through, engine output shaft 1
9 is connected in an M-motion manner. In the transmission mechanism 17, the rotation speed ratio between the mechanical supercharger 16 and the engine is variable. In other words, as shown in FIG.
117, the effective diameter of each pulley 18.20 is 111
By making it variable, the boolean ratio is variable.
そして、エアフローメータ22およびエンジン回転数セ
ンサ23からの信号を受ける制御部24により、アクチ
ュエータ25を介して上記ブーり比が制御されるように
なっている。The control section 24 receives signals from the air flow meter 22 and the engine speed sensor 23, and the boolean ratio is controlled via the actuator 25.
さらに吸気通路8には、上記機械式過給機16をバイパ
スするバイパス通路26が設けられ、このバイパス通路
26には、上記制御部24からの制御信号に応じてこの
通路を開閉するバイパスバルブ27が設けられている。Furthermore, the intake passage 8 is provided with a bypass passage 26 that bypasses the mechanical supercharger 16, and this bypass passage 26 has a bypass valve 27 that opens and closes this passage in response to a control signal from the control section 24. is provided.
28はアクセル操作に応じて吸気6)を調整するスロッ
トル弁であり、このスロットル弁28は少なくとも機械
式過給機16より上流に設けられ、図ではコンプレッサ
13より−[流に設けられている。また、29は過給気
を冷却するインタクーラである。Reference numeral 28 denotes a throttle valve that adjusts the intake air 6) according to the accelerator operation, and this throttle valve 28 is provided at least upstream of the mechanical supercharger 16, and in the figure, it is provided in the -[flow] direction from the compressor 13. Further, 29 is an intercooler that cools the supercharged air.
この過給装置における上記機械式過給機16とエンジン
との回転数比は、少なくとも高速高負荷域で上記機械式
過給機16の体積流量がエンジンの体積流量よりも小さ
くなるように設定されている。すなわち、機械式過給機
16の体積効率をηvp、同回転速度をND、エンジン
の体積効率をηR8、同回転速度をN エンジンの気
筒数をmとe ゝ
すると、少なくとも高速高負荷域で
ηVpxNp〈ηV8×Nexm/2
となるように、従って機械式過給!fi16とエンジン
との回転数比P12(=NO/No)がPR<(η、。The rotation speed ratio between the mechanical supercharger 16 and the engine in this supercharging device is set such that the volumetric flow rate of the mechanical supercharger 16 is smaller than the volumetric flow rate of the engine at least in the high speed and high load range. ing. In other words, if the volumetric efficiency of the mechanical supercharger 16 is ηvp, the same rotational speed is ND, the volumetric efficiency of the engine is ηR8, and the same rotational speed is N, the number of engine cylinders is m and e, then ηVpxNp at least in the high speed and high load range. 〈ηV8×Nexm/2 Therefore, mechanical supercharging! The rotation speed ratio P12 (=NO/No) between fi16 and the engine is PR<(η,).
/ηvp ) ×(m / 2 )となるように設定さ
れている。このような条件が満足されれば、]コンプレ
ッサ3と機械式過給機16との間の圧力1〕1が機械式
過給機16下流の圧力P2より高くなる。/ηvp)×(m/2). If such conditions are satisfied, the pressure 1]1 between the compressor 3 and the mechanical supercharger 16 becomes higher than the pressure P2 downstream of the mechanical supercharger 16.
とくに当実施例では、上記伝動機構17および制御部2
4により、第3図に示づように、所定エンジン回転数N
o以、!二でF記条件を満足する程度にブーり比(回転
数比r’ F< )を小さくする一方、所定エンジン回
転数No未満ではプーリ比を大きくし、低速域では機械
式過給機16の下流圧力P2がhi圧力P1より大きく
なるようにしている。In particular, in this embodiment, the transmission mechanism 17 and the control section 2
4, as shown in FIG.
Yes,! In step 2, the boolean ratio (rotational speed ratio r'F<) is reduced to the extent that the condition F is satisfied, while the pulley ratio is increased below the predetermined engine speed No., and the mechanical supercharger 16 is increased in the low speed range. The downstream pressure P2 is made larger than the hi pressure P1.
さらに上記バイパスバルブ27を、所定エンジン回転数
Noよりある程度低いエンジン回転数から徐々に聞いて
、所定エンジン回転数Noに達すると開じるように制御
している。このようにバイパスバルブ27を制御してい
るのは、ブーり比切替わり時の急激なトルク変動を緩和
するためである。Furthermore, the bypass valve 27 is controlled to gradually open at an engine speed that is lower than a predetermined engine speed No. when the engine speed reaches the predetermined engine speed No. The reason why the bypass valve 27 is controlled in this way is to alleviate sudden torque fluctuations when switching the boolean ratio.
以上のような過給装置の動作を次に説明する。The operation of the supercharging device as described above will be explained next.
ターボ過給機13においてエンジンの要求過給圧以上の
過給能力が得られるような高速^負荷域では、前述のよ
うに機械式過給機16の体積流量がエンジンの体積流量
より小さくなるように回転数比PRが設定されて、機械
式過給機16の上流圧力P1が下流圧力P2よりも大き
くなるため、機械式過給機16において過給気の流通が
制限されるような状態となる。従つ工、ターボ過給機1
0に要求過給圧に応じたエネルギーより過剰の排気エネ
ルギーが与えられても、機械式過給機16を経た過給気
の圧力が適度に抑制されるとともに、機械式過給機16
が本来の圧縮機としての改能とは逆に膨張機として作用
することとなり、これによって機械式過給機16には膨
張仕事が与えられる。そして、この膨張仕事が伝動機構
17を介してエンジンに伝えられることにより、過給作
用にとっ一〇は余剰の排気エネルギーがエンジン駆動力
として回収されることとなる。ざらに、上妃膨張仕りS
によって吸気温度を引下げる作用も得られ、ノッキング
の防止等にも有利となる。In a high-speed load range where the turbo supercharger 13 has a supercharging capacity higher than the engine's required supercharging pressure, the volumetric flow rate of the mechanical supercharger 16 becomes smaller than the engine's volumetric flow rate as described above. Since the rotation speed ratio PR is set to , and the upstream pressure P1 of the mechanical supercharger 16 becomes larger than the downstream pressure P2, the flow of supercharged air in the mechanical supercharger 16 is restricted. Become. Follower, turbo supercharger 1
Even if excessive exhaust energy is given to the engine 0 than the energy corresponding to the required boost pressure, the pressure of the supercharged air passing through the mechanical supercharger 16 is moderately suppressed, and the mechanical supercharger 16
The mechanical supercharger 16 functions as an expander, contrary to its original function as a compressor, and thereby gives expansion work to the mechanical supercharger 16. By transmitting this expansion work to the engine via the transmission mechanism 17, excess exhaust energy is recovered as engine driving force for supercharging. Zarani, upper princess expansion S
This also provides the effect of lowering the intake air temperature, which is also advantageous in preventing knocking.
上記機械式過給機16における膨張仕事による回収馬力
HPは、膨張効率をη 、機械効率(伝c
動機構の伝動効率を含む)をR0、空気i量をG1気体
定数をR1比熱比をに、機械式過給機16上流の温度を
T1とすると、
1−I P =ηp e XηpIaxAxBただし△
−G×1シXl−1/75C
8=1− (R2/P1 )0
C==(K−1)/に
となる。機械式過給機16上流の温度「1と下流の温度
との差Δ丁は
ΔT−(’r+ /77 ) (1−(R2/P1
)c)c
となる。The recovered horsepower HP due to the expansion work in the mechanical supercharger 16 is determined by the expansion efficiency as η, the mechanical efficiency (including the transmission efficiency of the transmission mechanism) as R0, the amount of air i as G1, the gas constant as R1, and the specific heat ratio as , If the temperature upstream of the mechanical supercharger 16 is T1, then 1-I P = ηp e XηpIaxAxB However, △
-G×1Xl-1/75C 8=1-(R2/P1)0 C==(K-1)/. The difference ΔT between the temperature ``1'' upstream of the mechanical supercharger 16 and the temperature downstream is ΔT-('r+/77) (1-(R2/P1
) c) c.
また、当実施例のように低速域で回転数比rRを大きく
1れば、このような領域では機械式過給機16が本来の
圧縮機として動くこととなる。従って、ターボ過給機1
0によって充分な過給作用が得られない低速域では機械
式過給機16によって過給作用が補われる。Furthermore, if the rotational speed ratio rR is increased to 1 in the low speed range as in this embodiment, the mechanical supercharger 16 operates as an original compressor in such a range. Therefore, turbocharger 1
In the low speed range where sufficient supercharging cannot be obtained due to the 0, the mechanical supercharger 16 supplements the supercharging.
なお、上記実施例では機械式過給機とエンジンの回転数
比を2段階に切替えているが、多段階もしくは無段階に
上記回転数比を変化させてもよい。In the above embodiment, the rotational speed ratio between the mechanical supercharger and the engine is changed in two stages, but the rotational speed ratio may be changed in multiple stages or steplessly.
また、送風機(実施例においていう機械式過給機)に低
速時の過給助成作用を期待しなければ、上記回転数比を
一定に設定しておいてもよい。Furthermore, if the blower (mechanical supercharger in the embodiment) is not expected to assist supercharging at low speeds, the rotational speed ratio may be set constant.
(発明の効果)
以上のように本発明は、ターボ過給機のコンプレッサよ
り下流に、エンジン出力軸に連動する送風機を設け、少
なくとも高速高負荷域で、上記送風機を膨張機として作
用するようにしているため、ターボ過給機においてエン
ジンの要求過給圧以上の過給能力が得られる高速高負荷
時に、過給作用にとって余剰の排気エネルギーを上記送
風機を介してエンジンに回収することができ、これによ
ってエンジンのトルクを高めることができるものである
。(Effects of the Invention) As described above, the present invention provides a blower that is linked to the engine output shaft downstream of the compressor of the turbocharger, and allows the blower to act as an expander at least in the high speed and high load range. Therefore, at high speed and high load when the turbo supercharger has a supercharging capacity higher than the engine's required supercharging pressure, excess exhaust energy for the supercharging action can be recovered to the engine via the blower, This allows the engine torque to be increased.
第1図は本発明の一実施例を示す装置全体の概略図、第
2図は回転数比制御部分の概略図、第3図は伝動機構に
おけるプーリ比およびバイパスパルスの1lil制御動
作を承す説明図である。
8・・・吸気通路、9・・・排気通路、10・・・ター
ボ過給灘、11・・・タービン、13・・・]ンブレッ
サ、16・・・機械式過給礪(送風機)、17・・・伝
動機構。
特許出願人 マ ツ ダ 株式会社代 理
人 弁理士 小谷 悦i1同
弁理モ 艮1) 正向 弁理士
板谷 康夫窮30
エッジン回転敷Fig. 1 is a schematic diagram of the entire device showing one embodiment of the present invention, Fig. 2 is a schematic diagram of the rotation speed ratio control section, and Fig. 3 is a diagram showing the pulley ratio and bypass pulse 1lil control operation in the transmission mechanism. It is an explanatory diagram. 8... Intake passage, 9... Exhaust passage, 10... Turbo supercharger, 11... Turbine, 13... ] Bresser, 16... Mechanical supercharger (blower), 17 ...Transmission mechanism. Patent applicant Mazda Co., Ltd. Agent
Person Patent Attorney Etsu Kotani I1
Patent Attorney Mo 1) Masayuki Patent Attorney
Yasuo Itaya 30 Edgin rotating bed
Claims (1)
けられたコンプレッサを駆動して吸気を過給するターボ
過給機を備えたエンジンにおいて、上記コンプレッサよ
り下流の吸気通路に、エンジンの出力軸に伝動機構を介
して連結された送風機を設けるとともに、少なくとも高
速高負荷域で上記送風機の体積流量がエンジンの体積流
量よりも小さくなるように上記送風機とエンジンとの回
転数比を設定したことを特徴とするエンジンの過給装置
。1. In an engine equipped with a turbocharger that supercharges intake air by driving a compressor installed in the intake passage by a turbine installed in the exhaust passage, there is a A blower is provided that is connected to the engine through a transmission mechanism, and the rotation speed ratio between the blower and the engine is set so that the volumetric flow rate of the blower is smaller than the volumetric flow rate of the engine at least in a high-speed, high-load range. A supercharging device for engines.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61288561A JP2521272B2 (en) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | Engine supercharger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61288561A JP2521272B2 (en) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | Engine supercharger |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPS63140821A true JPS63140821A (en) | 1988-06-13 |
JP2521272B2 JP2521272B2 (en) | 1996-08-07 |
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ID=17731844
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61288561A Expired - Lifetime JP2521272B2 (en) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | Engine supercharger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2521272B2 (en) |
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-
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- 1986-12-02 JP JP61288561A patent/JP2521272B2/en not_active Expired - Lifetime
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US10036308B2 (en) | 2013-09-10 | 2018-07-31 | Arno Hofmann | Method for operating a combustion engine and combustion engine for carrying out the method |
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---|---|
JP2521272B2 (en) | 1996-08-07 |
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