JPS63170524A - 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】 本発明は機関の出力軸へ連結するスクリュー型過給機と
排ガスエネルギーによる小圧作用を有する過給機（排気
ターボ過給機、コンプレックス過給機）とを備えた過給
機付付期内燃機関に係わり、更に詳しくは前記スクリュ
ー型過給機の容量を制御する事によって機関の部分負荷
域におけるスクリュー型過給機の無駄な給気圧縮仕事損
失を減少させて燃費を改善すると共に、前記排ガスエネ
ルギーによる小圧作用を有する過給機が発生する過給圧
を有効に利用して機関の高負荷域における燃費を改善し
たものに関する。

一般に上記過給機付内撚機関の構成は、第１図に示す様
に機関Ｅの出力軸へ連結するスクリュー型過給機Ｓの上
流側に排ガスエネルギーによる小圧作用を有する過給機
Ｔ（排気ターボ過給機、又はコンプレックス過給機――
図では前者）が少なくとも１個備えられ、過給機Ｔによ
り加圧された給気もスクリュー型過給機Ｓにより更に加
圧して機関に過給を行う様になっている。

４，７は給気冷却器であり、スクリュー型過給機Ｓは雄
ローター１と雌ローター２とも有し、作動室３（雄ロー
ター１、雌ローター２、ローターケーシング、サイドケ
ーシングにより形成される空間を言う）内に一杯に吸入
された給気は作動室３の容積の縮小によって密閉的に圧
縮され、ほぼ吐出側の圧力に等しくなった時点で吐出側
へ吐出される様になっている。

作動室３のＰ−Ｖ線図（圧力‐容積線図）を第２図に示
すが、極めて高い全断熱効率を有するものである。

さて以上の様に構成された過給機付内撚機関では、機関
Ｅがディーゼル機関の場合には、機関の出力の調節は燃
料噴射量によって行なわれる為、機関の負荷如何によら
ずスクリュー型過給機の作動室３のＰ−Ｖ線図は常時第
２図の如く描かれ（ｐｓは給気通路５内の圧力である）
、機関の部分付加域においては無駄な給気圧縮仕事損失
の為に機関の燃費は相当に悪化を余儀なくされる。

又、機関Ｅがオットー機関の場合には機関の出力の調節
は給気通路５又は８に備えられた絞弁により給気を絞る
事により行なわれ、例えば部分負荷域では作動室３のＰ
−Ｖ線図は第３図の如く描かれるが（ｐｓはほぼ大気圧
である）、機関が部分負荷域の時は本来はスクリュー型
過給機Ｓの吸気圧縮仕事は不要であるはずで、この無駄
な吸気圧縮仕事損失の為に機関の部分負荷域においては
燃費は相当に悪化する。

更には機関の高負荷域において最大燃焼圧力を制御する
為、スクリュー型過給機Ｓの上流側の圧力（スクリュー
型過給機Ｓと過給機Ｔとの間の給気通路５内の圧力）が
過度に上昇しない様にする必要があるが、この目的の為
には一般にウェイストゲート弁９が使用される。

このウェイストゲート弁９は機関の低速トルクの確保や
機関の応答性向上の為には必要不可欠なもので、現在全
てのものに備えられている。

しかしながらスクリュー型過給機Ｓの上流側の過給圧（
過給機Ｔによる過給圧）が規定値を越えたらウェイスト
ゲート弁９を開いて排ガスをここからバイパスさせる事
は、本来利用すべき排ガスエネルギーを無駄に捨てる事
になり、この分機関の燃費は確実に悪化を余儀なくされ
る。

即ち、ウェイストゲート弁９を開かず排ガスエネルギー
の全てを使い尽して過給機Ｔにより高過給圧を発生せし
め、この効果給圧により機関の吸気行程において正の仕
事を与えてやれば燃費は大幅に向上するはずであるが、
前述の様に最大燃焼圧力が過度に上昇する為、ウェイス
トゲート弁９を開いて排ガスエネルギーを無駄に捨てざ
るを得ないのである。

この場合、ウェイストゲート弁９を開かず過給機Ｔによ
る過給圧がスクリュー型圧縮機Ｓの下流側の圧力（給気
通路６内の圧力）の規定値にほぼ等しくなった時点でス
クリュー型過給機Ｓをバイパスさせて過給機Ｔのみによ
り機関に過給圧を供給し、スクリュー型過給機Ｓの給気
圧縮仕事損失をなくす事も考えられるが、２つの過給機
Ｓ，Ｔによる過給圧を過給機Ｔのみで発生させ得るのは
機関の高負荷・高速域のみであって、通常の運転域では
不可能であるから、この様な方法は一般には採用する事
ができない。

本発明は以上の様な欠点を解決する為、スクリュー型過
給機Ｓの容量を制御する事によって機関の部分負荷域に
おける無駄な給気圧縮仕事損失を減少させて燃費を改善
すると共に、機関の高負荷域においては過給機Ｔが発生
する過給圧を有効に利用して機関の燃費を改善しようと
したもので、以下図面に従って説明する。

第４図は本発明による過給機付内撚機関におけるスクリ
ュー型過給機の一実施例を示し、従って本発明による過
給機付内撚機関は第１図においてスクリュー型過給機Ｓ
を第４図に示すスクリュー型過給機で置き換えたものに
よって示される。

第４図において、ローターケーシング１０に形成された
溝１３の中をローター軸方向に移動可能な中央制御弁１
４を備えると共に中央制御弁１４が嵌り込んでいる溝１
３の両側に形成されかつローターケーシング１０に形成
された溝１５の中をローター軸方向に移動可能な制御弁
１６が備えられている中央制御弁１４、制御弁１６は右
側に示した断面図の様にリニァボールベァリング等によ
って支えられ、滑らかに移動できる様になっており、各
々の内壁面はいずれもローターケーシング１０の内周面
の一部を形成している。

中央制御弁１４、制御弁１６は各々レバー１９，２０に
よって移動せしめられ、レバー１９は適当なプロフィー
ルを有するカムを介してレバー２０に連動しており、レ
バー２０の位置に対応してレバー１９の制御位置が定め
られる様になっている（前記カムを立体カムとし、この
立体カムをその軸方向に移動させる事によって複雑な制
御の要求に答えられる様にしても良い）。

レバー２０は例えば第５図に示す如くアクセルペダルに
連動するレーバー２５により駆動する様にするわけで、
この場合レバー２５はバネ２４によりロッド接触部２３
に常時強く押圧されており、レバー２５の回動はロッド
２２を介してレバー２１，２０の回動となり、制御弁１
６を移動せしめる事になるのである。

機関の全負荷域では中央制御弁１４、制御弁１６は第１
０図に示す制御位置にあるが、機関の部分負荷域では第
４図に示す制御位置まで移動せしめられている。

即ちアクセルペダルに連動するレバー２５により制御弁
１６は第４図に示す制御位置まで移動せしめられ、カム
を介してレバー２０に連動するレバー１９により中央制
御弁１４は第４図に示す制御位置まで移動せしめられて
おり、作動室３内に一杯に吸入された給気は溝１３，１
５の吸入側（スクリュー型過給機の吸入側）へ連通する
部分を介して通路１７から吸入側へ所定量だけ圧縮され
ずにそのまま戻され、然る後に同作動室３内に残留した
給気を動作動室３の容積の縮小によって密閉的に圧縮し
、吐出側（スクリュー型過給機の吐出側）の圧力にほぼ
等しくなった時点で溝１３の吐出側へ連通する部分を介
して通路１８から吐出側へ吐出される様になっている。

かくして、スクリュー型過給機の容量を適宜に制御する
ことによって無駄な給気圧縮仕事損失を減少させている
のである。

この場合、スクリュー型過給機の容量を制御する際には
制御弁１６を移動させると共に中央制御弁１４をも移動
させる場合もあるし、状況によっては制御弁１６は移動
させるが中央制御弁１４は移動させない場合もあるわけ
である。

即ち本発明においては、中央制御弁１４及び制御弁１６
を同時的に又は非同時的に移動させる事によって作動室
３内の給気を溝１３，１５の吸入側へ連通する部分を介
して吸入側へ戻す時の戻し終り時期及び同作動室３内に
残留した給気を溝１３の吐出側へ連通する部分を介して
吐出側へ吐出する時の吐出開始時期を同時的に又は非同
時的に変化させる様にしているのである。

機関の部分負荷域における作動室３のＰ−Ｖ線図を第７
図に示す。

ディーゼル機関では機関の出力の調節は燃料噴射量によ
って行う為、作動室３のＰ−Ｖ線図は常時第２図に示す
様に描かれるが、本発明によれば第７図に示す如くスク
リュー型過給機の容量を適宜に制御して無駄な給気圧縮
仕事損失を減少させる事ができるので、機関の部分負荷
域における燃費を大幅に改善することができる。

第４図において制御弁１６を更に移動させてスクリュー
型過給機の容量を一段と制御すると共に中央制御弁１４
を所定位置まで移動せしめ、作動室３内の給気を吸入側
へ戻し終る直前で、この作動室３と吐出側との連通が開
始される様にすれば、同作動室３のＰ−Ｖ線図は第８図
の如く描かれるから、スクリュー型過給機の給気圧縮仕
事は０となり、オットー機関においては部分負荷域にお
ける燃費を大幅に改善する事ができる（オットー機関で
は、従来は部分負荷域においても第３図に示す如くスク
リュー型過給機の給気圧縮仕事損失を伴う）、又、制御
弁１６、中央制御弁１４を更に移動せしめてスクリュー
型過給機の吐出側の圧力（給気通路６内の圧力）が負圧
となるまで容量を制御すれば、作動室３のＰ−Ｖ線図は
第９図の如く描かれ（ｐｓはほぼ大気圧である）、斜線
の部分に相当する仕事、即ち動力がスクリュー型過給機
に発生し、機関の燃費を大幅に改善することができる（
ディーゼル機関でも騒音・振動等の低減の為に給気通路
６内を負圧――１．５〜２．０ｍＡｇ程度であるが――
となるまで絞弁により絞る場合があるが、この様な場合
がこれに該当する）。

次に、機関の高負荷域を考える。

今、第６図に示す如くアクセルペダルが一杯に踏み込ま
れると、制御弁１６、中央御弁１４は第１０図に示す位
置まで移動せしめられるが、スクリュー型過給機の上流
側の圧力（過給機Ｔによる給気通路５内の圧力――第１
図参照）が上昇して規定値Ｐｂを越えると、これを感知
してダイアフラム装置２６が内部に備えられたバネ及び
バネ２４に抗してロッド２２を移動させ（この時、レバ
ー２５は動かない）、レバー２０を介して制御弁１６を
所定位置まで移動せしめてスクリュー型過給機の容量を
制御する。

従って、作動室３内に一杯に吸入された給気は所定量だ
け吸入側へ圧縮されずにそのまま戻され（スクリュー型
過給機の上流側の圧力が規定値Ｐｂに達していないとき
は、アクセルペダルを一杯に踏み込んでも容量は制御さ
れない）、更に同作動室３内に残留した給気は同作動室
３の容積の縮小によって密閉的に圧縮され、吐出側の圧
力にほぼ等しくなった時点で吐出側に吐出され、給気通
路６を経て機関へ供給される様になっている。

この場合、同作動室３内に一杯に吸入した給気を吸入側
へ所定量だけ戻しているわけであるが、スクリュー型過
給機の上流側の圧力（過給機Ｔによる過給圧）は既に規
定値Ｐｂを越えているから、機関のシリンダー内へ充填
される給気重量そのものは不変である。

同作動室３のＰ−Ｖ線図を第１１図に示すが、図からも
明らかな様に斜線の部分に相当する仕事分、即ち動力分
だけスクリュー型過給機の給気圧縮仕事損失は減少し、
換言すれば同作動室３内の給気を圧縮しないでそのまま
吸入側へ戻したものに相当する分だけスクリュー型過給
機の駆動々力は減少しているのである。

スクリュー型過給機の上流側の圧力（過給機Ｔによる過
給圧）が更に高まれば、制御弁１６は更に容量を制御す
る方向に移動せしめられ、第１１図における斜線の部分
の面積は一層大となり、スクリュー型過給機の給気圧縮
仕事損失を一段と減少させるのである。

かくして、機関の最大燃焼圧力を過度に上昇させる事な
く（給気通路６内の圧力をほぼ一定に保ちながら）ウェ
イストゲート弁９を開かずにスクリュー型過給機の上流
側の圧力（過給機Ｔによる過給圧）を思い切り高め、こ
れによりスクリュー型過給機の給気圧縮仕事損失を大幅
に減少させているので、排ガスエネルギーの全てを使い
尽す事が可能となり、機関の燃費を大幅に向上させる事
ができる。

機関の高負荷・高速域においては過給機Ｔの過回転及び
排圧の上昇を回避する為、ウェイストゲート弁９を開く
様にしても良い。

（この様な事から、本発明における過給機Ｔはタービン
ノズルの断面積が可変となる構造のものが望ましい） この様に本発明によれば、スクリュー型過給機の容量を
自在に制御する事ができるので、機関の部分負荷域にお
ける無駄な給気圧縮仕事損失を減少させて燃費を改善す
る事ができると共に、排ガスエネルギーによる小圧作用
を有する過給機が発生する過給圧を有効に利用して機関
の高負荷域における燃費を大幅に改善する事ができる。

かくして本発明の目的を達成するのである。

制御弁１６（レバー２０）をアクセルペダルにより移動
させる方法の他には、機関がニューマチックガバナー付
ディーゼル機関である場合には、本発明における制御弁
１６（レバー２０）を第１２図に示す如くニューマチッ
クガバナーへ導入される負圧により作動するダイアフラ
ム装置３０により移動させる方法が考えられる。

即ち第１２図において、過給機Ｔの吸入側へ接続する給
気通路２７に備えられた小ベンチュリ２９で発生した負
圧により作動するダイアフラム装置３０によってレバー
２０を駆動せしめ、制御弁１６を移動させるのである。

２８はアクセルペダルに連動する絞弁で、小ベンチュリ
２９で発生した負圧はニューマチックガバナーへ導入さ
れているから、ダイアフラム装置３０は燃料噴射量に応
じた制御位置に制御弁１６を移動させる事になる。

又、アクセルペダルが一杯に踏み込まれ、スクリュー型
過給機の上流側の圧力（過給機Ｔによる過給圧―給気通
路５内の圧力）が規定値Ｐｂを越えると、これを感知す
るダイアフラム装置２６によりロッド３２が引き戻され
、制御弁１６をスクリュー型過給機の容量を制御する方
向に移動させ、給気圧縮仕事損失も減少させるのである
。

かくして本発明の目的を達成する。

制御弁１６を移動させる方法としてはこの他、コンピュ
ーターにより制御されるステッピングモーターによる方
法がある。

即ちアクセルペダルの開度、機関の回転速度等を電気信
号としてコンピューターに入力すると、コンピューター
はこれらの入力値に相応する演算結果を出力し、このコ
ンピューターからの出力信号によりステッピングモータ
ーを作動させて、制御弁１６を移動させる様にするので
ある。

第４図において中央制御弁１４が作動室３内の給気も吸
入側へ戻す時の戻し終り時期を変化させる役割を果し、
制御弁１６が作動室３内に残留した給気を吐出側へ吐出
する時の吐出開始時期を変化させる役割を果す様に構成
した実施例を、第１３図に示す（中央制御弁１４、制御
弁１６を移動させるレバーは省略してある）。

即ち第１３図においては、中央制御弁１４及び制御弁１
６を同時的に又は非同時的に移動させる事によって作動
室３内の給気を溝１３の吸入側へ連通する部分を介して
吸入側へ戻す時の戻し終り時期及び同作動室３内に残留
した給気を溝１５（溝１３を含む場合もある）の吐出側
へ連通する部分を介して吐出側へ吐出する時の吐出開始
時期を同時的に又は非同時的に変化させる様にしている
のである。

中央制御弁１４を移動させる方法については第５，６，
１２図で説明したとおりであり（第５，６，１２図にお
いてレバー２０により中央制御弁１４を移動せしめ、制
御弁１６は中央制御弁１４の制御位置に対応して移動せ
しめられる様にする）、かくしてスクリュー型過給機の
容量を自在に制御する事によって機関の部分負荷域にお
ける無駄な給気圧縮仕事損失を減少させて燃費を改善す
ると共に、機関の高負荷域においては排ガスエネルギー
による小圧作用を有する過給機が発生する過給圧を有効
に利用してスクリュー型過給機の給気圧縮仕事損失を減
少させ、燃費を大幅に改善する事ができる。

本発明は以上の如く構成されているので、スクリュー型
過給機の容量を適宜に制御して機関の燃費を大幅に改善
する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の過給機付内撚機関の図、第２・３・７・
８・９・１１図はＰ−Ｖ線図、第４・１０・１３図は本
発明による過給機付内撚機関におけるスクリュー型過給
機の図、第５・６・１２図は制御弁、中央制御弁を移動
させる装置の図である。 １は雄ローター、２は雌ローター、３は作動室、４・７
は給気冷却器、５・６・８・２７は給気通路、９はウェ
イストゲート弁、１０はローターケーシング、１１・１
２はサイドケーシング、１３・１５は溝、１４は中央制
御弁、１６は制御弁、１７・１８は通路、１９・２０・
２１・２５・３１はレバー、２２・３２はロッド、２３
はロッド接触部、２４はバネ、２６・３０はダイアフラ
ム装置、２８は絞弁、２９は小ベンチュリである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）雄ローターと雌ローターとを有するスクリュー型
   過給機のローターケーシングに形成された溝の中をロー
   ター軸方向と移動可能な中央制御弁を備えると共に前記
   中央制御弁が嵌り込んでいる溝に両側に形成されかつ前
   記ローターケーシングに形成された溝の中をローター軸
   方向に移動可能な制御弁を備え、前記中央制御弁及び制
   御弁の各々の内壁面はいずれも前記ローターケーシング
   内周面の一部を形成しており、前記中央制御弁及び制御
   弁を同時的に又は非同時的に移動させる事によって、ス
   クリュー型過給機の作動室内の給気を前記溝の吸入側へ
   連通する部分を介して吸入側へ戻す時の戻し終り時期及
   び前記作動室内に残留した給気を前記溝の吐出側へ連通
   する部分を介して吐出側へ吐出する時の吐出開始時期を
   同時的に又は非同時的に変化させる様にし、以上の如く
   構成された機関の出力軸へ連結するスクリュー型過給機
   の上流側に機関の排ガスエネルギーによる小圧作用を有
   する過給機を備えた過給機付内撚機関において、前記ス
   クリュー型過給機の上流側の圧力が規定値を越えたら前
   記中央制御弁及び制御弁を同時的に又は非同時的に移動
   させる事によって前記作動室内の給気を前記作動室の最
   大容積状態から所定の容積状態まで吸入側へ戻し、然る
   後に前記作動室内に残留した給気を吐出側へ吐出する棒
   にした事を特徴とする過給機付内燃機関。