JPH09195781A - エンジンの過給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 並列型の２つの給気路を有する過給装置を提
供する。 【解決手段】 給気路１０はターボチャージャ１４を配
設した第１給気路１１と、エンジンＥのクランク軸１５
の回転に連動して駆動されるスーパチャージャ１６を配
設した第２給気路１２とを有している。給気路１０は、
エアクリーナ１７を経た空気が並列に配設された第１給
気路１１あるいは第２給気路１２を介して給気ポート３
に連通することにより構成されている。第１給気路１１
と第２給気路１２との給気ポート３側の合流部には第１
給気路１１と第２給気路１２とを切り換える切換弁１８
を設けている。エンジン回転数が高い領域においては、
切換弁１８を実線のように切り換えるとともにターボチ
ャージャ１４で過給を行い、エンジン回転数が低い領域
においては、切換弁１８を破線のように切り換えるとと
もにスーパチャージャ１６で過給を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの過給装置
に関し、詳しくはターボチャージャとスーパチャージャ
とを併用するエンジンの過給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にエンジンの過給装置としては、ク
ランク軸の回転により駆動するスーパチャージャと、排
気ガスのエネルギーで駆動するターボチャージャとが知
られているが、スーパチャージャはクランク軸の回転を
利用するため、エンジンの動力損失が生じる問題があ
り、一方、ターボチャージャはエンジンの始動時や低速
運転時に排気ガスのエネルギーが少ないために駆動力が
弱くなって十分に過給圧力を得ることができない問題が
ある。

【０００３】このような問題を解決するために、例え
ば、特開平７−９１２６７号に開示されている方法があ
る。図４は特開平７−９１２６７号に開示された過給装
置の概略構成を示す図であり、図４に示すようにエンジ
ンＥの給気路５１の上流側にターボチャージャ５２を設
け、このターボチャージャ５２の下流側で給気冷却装置
５３及びスロットル弁５４の上流にスーパチャージャ５
５を設けている。またスーパチャージャ５５の前後はバ
イパス路５６で連通してあり、このバイパス路５６に開
閉制御弁５７を設けている。

【０００４】そして、エンジンＥの低速運転時は、バイ
パス路５６の開閉制御弁５７を閉じて、クランク軸５８
の回転によりスーパチャージャ５５を駆動して確実に給
気を行うようにし、一方、エンジンＥの高速運転時には
スーパチャージャ５５の駆動を停止し、バイパス路５６
の開閉制御弁５７を開弁してターボチャージャ５２のみ
で過給を行うようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では以下の課題が生じる。 スーパチャージャ５２とターボチャージャ５５が直列
に配列されているので、給気路の全長が長くなり、過給
の効率が低下する。 エンジンＥの高速運転時にはバイパス路５７を使用す
ることによりスーパチャージャ５５の影響をほぼなくせ
るが、エンジンＥの低速運転時にはスーパチャージャ５
５はターボチャージャ５２を介して作用する。つまり、
エンジンＥの低速運転時にはターボチャージャ５２の過
給率とスーパチャージャ５５の過給率との積算になり、
結果としてエンジンＥの給気ポートにおいて得られる過
給圧をエンジン特性に応じて調整することが難しくな
る。

【０００６】

【発明の目的】本発明の目的は簡単な構成で上記課題を
解決することができるエンジンの過給装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１のエンジンの過給装置は、ターボチャージ
ャを配設した第１給気路と、エンジンのクランク軸の回
転に連動して駆動されるスーパチャージャを配設した第
２給気路と、第１給気路と第２給気路との給気ポート側
の合流部に配設され第１給気路と第２給気路とを切り換
える切換弁と、エンジン回転数を検出するエンジン回転
数検出手段と、検出されたエンジン回転数に基づいて所
定低速域の回転数であればスーパチャージャを駆動し、
所定高速域の回転数であればターボチャージャを駆動
し、その駆動切換動作に応答して第１給気路、第２給気
路の連通状態を切換弁で切り換えるように制御を行う制
御手段とを備えたことを特徴とする。請求項２のエンジ
ンの過給装置は、上記の構成に加えてさらにターボチャ
ージャの駆動、解除動作を行うクラッチ装置と、スーパ
チャージャの駆動、解除動作を行うクラッチ装置とを備
えたことを特徴としている。

【０００８】

【発明の作用および効果】請求項１のエンジンの過給装
置によれば、エンジン回転数検出手段がエンジン回転数
を検出し、制御装置が検出されたエンジン回転数に基づ
いて、並列的に配設された第１給気路、第２給気路のい
ずれかを選択して過給を行う。具体的には、検出された
エンジン回転数が所定低速域の回転数であれば給気ポー
トがスーパチャージャが配設された第２給気路を介して
外部と連通するように切換弁を操作するとともに、スー
パチャージャを駆動する。また、検出されたエンジン回
転数が所定高速域の回転数であれば給気ポートがターボ
チャージャの配設された第１給気路を介して外部と連通
するように切換弁を操作するとともに、ターボチャージ
ャを駆動する。

【０００９】このように構成することにより、並列的に
低速回転域ではスーパチャージャで過給し、高速回転域
ではターボチャージャで過給するように構成することが
できるとともに、給気路の長さを短くすることができ
る。さらに切換弁を設けることなく並列的に２つの給気
路を設けた構成では、一方で過給された空気が他方の給
気路から抜けてしまうが、上記請求項１に記載の構成と
することにより、これを防ぐことができ、実用的な過給
装置を提供できる。また、低速回転域ではスーパチャー
ジャのみで過給し、高速回転域ではターボチャージャの
みで過給できるので、低速域、高速域に応じた要求過給
圧の設定が簡単であり、それぞれの回転域に応じた過給
特性の調整が容易にできるという利点がある。

【００１０】請求項２のエンジンの過給装置によれば、
ターボチャージャの駆動、解除動作を行うクラッチ装置
と、スーパチャージャの駆動、解除動作を行うクラッチ
装置とを備えたことにより、制御装置から各クラッチ装
置に指令を出すだけで自動的に上記作用をなす切換動作
を行うことができる利点がある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を示す添
付図面によって詳細に説明する。図１は本発明の第１実
施形態に係るエンジンの過給装置の構成図である。エン
ジンＥとして本実施形態では２サイクルディーゼルエン
ジンＥを例にとっている。図１においてディーゼルエン
ジンＥはシリンダ１内にピストン２を上下摺動自在に挿
入し、シリンダ１内上方に給気ポート３と排気ポート４
を設け、給気ポート３に給気弁５を、排気ポート４に排
気弁６をそれぞれ設け、給気ポート３に給気路１０を連
通して設け、排気ポート４に排気路７を連通して設けて
ある。

【００１２】給気路１０はターボチャージャ１４を配設
した第１給気路１１とエンジンＥのクランク軸１５の回
転に連動して駆動されるスーパチャージャ１６を配設し
た第２給気路１２を有している。給気路１０は、エアク
リーナ１７を経た空気が並列に配設された第１給気路１
１あるいは第２給気路１２を介して給気ポート３に連通
することにより構成されている。第１給気路１１と第２
給気路１２との給気ポート３側の合流部には第１給気路
１１と第２給気路１２とを切り換える切換弁１８が配設
されている。なお、合流部と給気ポート３との間には給
気を冷却して給気密度を高めるための給気冷却装置８が
設けられている。

【００１３】ターボチャージャ１４には、制御装置１９
からの過給制御信号によりタービン２０の軸２０ａと送
風機２１の回転軸２１ａの連結状態を解除、あるいは連
結するターボクラッチ装置２３が設けられている。排気
路７に設けられたタービン２０の回転により、第１給気
路１１において大気を吸い込み、圧縮空気を給気ポート
３に送りこむ作用は従来のターボチャージャと同様であ
る。スーパチャージャ１６は２つのまゆ型のロータがケ
ースの中で逆方向に回転するルーツ式過給機が採用さ
れ、制御装置１９からの過給制御信号によりスーパクラ
ッチ装置２４により、スーパチャージャ１６とクランク
軸１５との連結状態が解除あるいは連結状態となるよう
に構成されている。

【００１４】また、クランク軸１５には回転数検出器２
５が設けられ、エンジンの回転数は制御装置１９に入力
される。図２は図１に示すエンジンの過給装置の制御装
置１９が行う過給制御の概略を示すフローチャートであ
る。このフローチャートに基づいて本過給装置の動作を
説明する。

【００１５】まず、ステップＳＰ１において回転数検出
器２５で検出したエンジン回転数を制御装置１９に入力
し、ステップＳＰ２においてスーパチャージャ１６によ
って過給を行う機械過給回転数域であるか、ターボチャ
ージャ１４によって過給を行うターボ過給回転数域であ
るか判別し、検出された回転数が機械過給回転数域にあ
ると判別された場合はステップＳＰ３においてスーパク
ラッチ装置２４を連結状態とすることによりスーパチャ
ージャ１６をオンにするとともにターボクラッチ装置２
３を解除状態とすることによりターボチャージャ１４を
オフにし、ステップＳＰ４において第２給気路１２が給
気ポート３に連通するとともに第１給気路１１が給気ポ
ート３と遮断するように切換弁１８を操作して一連の処
理を終了する。

【００１６】一方、ステップＳＰ２において検出された
回転数がターボ過給回転数域にあると判別された場合は
ステップＳＰ３においてスーパクラッチ装置２４を解除
状態とすることによりスーパチャージャ１６をオフにす
るとともにターボクラッチ装置２３を連結状態とするこ
とによりターボチャージャ１４をオンにし、ステップＳ
Ｐ４において第２給気路１２が給気ポート３と遮断する
とともに第１給気路１１が給気ポート３と連通するよう
に切換弁１８を操作して一連の処理を終了する。

【００１７】この過給装置の動作についてさらに図３を
参照しつつ説明する。図３は横軸にエンジン回転数、縦
軸に給気圧力を示した図である。前述したように低速回
転域においてはターボ過給だけでは十分な過給圧を得る
ことができない。そこで、所定低速回転域（機械過給回
転数域）にある場合は、スーパチャージャ１６だけで所
定の過給圧を得るようにし、境目となる切換回転数Ｎｃ
以上のターボ過給回転数域ではターボチャージャ１４の
過給のみで所定過給圧を得るようにしている。

【００１８】図３における切換回転数Ｎｃは、スーパチ
ャージャ１６による過給圧とターボチャージャ１４によ
る過給圧が同じになるような回転数が選ばれる。この場
合、使用されるエンジンの用途、特性において切換回転
数Ｎｃは適宜変更できる。つまり、エンジンの用途、特
性において切換による影響が比較的出にくい回転数とな
るように、スーパチャージャ１６の減速比、ターボチャ
ージャ１４のタービン２０の大きさ、形状、出力などを
調整して、影響が出にくい回転数においてターボチャー
ジャ１４の過給圧とスーパチャージャ１６の過給圧が等
しくなるようにするのである。

【００１９】なお、実際にスーパチャージャ１６がオン
あるいはターボチャージャ１４がオンしても各給気圧は
即座には上昇しないので、各クラッチ装置２３，２４の
解除、連結動作は給気圧の上昇時間の余裕を持って早め
に切換操作される。図３におけるｎｔはスーパチャージ
ャからターボチャージャに切り換える時のターボチャー
ジャのオン回転数、ｎｓはターボチャージャからスーパ
チャージャに切り換える時のスーパチャージャのオン回
転数である。

【００２０】この発明は上記実施形態に限定されるもの
ではなく、この発明の要旨を変更しない範囲内において
種々の設計変更を施すことが可能である。以下、そのよ
うな実施形態を説明する。 （１）図１に示す切換弁の構成は模式的に示したもの
で、従来から公知の各種の切換弁が適用できる。 （２）ディーゼルエンジンのみならず、ガソリンエンジ
ン、ガスエンジンにおいても過給装置を取り付ける場合
があるが、そのようなエンジンにも適用できることは明
らかである。 （３）図１に示す構成では第１給気路１１と第２給気路
１２とはエアクリーナ１７の前で合流している構成とな
っているが、エアクリーナ１７の前の位置において区画
壁を形成して２つの給気路１１，１２が合流しない構成
とすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンの過給装
置の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態の動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【図３】本発明のエンジンの過給装置の動作を説明する
ための図であり、横軸に回転数、縦軸に過給圧力を取っ
た図である。

【図４】特開平７−９１２６７号に開示された過給装置
の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

３…給気ポート、１１…第１給気路、１２…第２給気
路、１４…ターボチャージャ、１５…クランク軸、１６
…スーパチャージャ、１８…切換弁、１９…制御装置、
２３…ターボクラッチ装置、２４…スーパクラッチ装
置、２５…回転数検出器、Ｅ…エンジン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターボチャージャ（１４）を配設した第
   １給気路（１１）と、エンジン（Ｅ）のクランク軸（１
   ５）の回転に連動して駆動されるスーパチャージャ（１
   ６）を配設した第２給気路（１２）と、第１給気路（１
   １）と第２給気路（１２）との給気ポート（３）側の合
   流部に配設され第１給気路（１１）と第２給気路（１
   ２）とを切り換える切換弁（１８）と、エンジン回転数
   を検出するエンジン回転数検出手段（２５）と、検出さ
   れたエンジン回転数に基づいて所定低速域の回転数であ
   ればスーパチャージャ（１６）を駆動し、所定高速域の
   回転数であればターボチャージャ（１４）を駆動し、そ
   の駆動切換動作に対応して第１給気路（１１）、第２給
   気路（１２）の連通状態を切換弁（１８）により切り換
   える制御手段（１９）とを備えたことを特徴とするエン
   ジンの過給装置。
2. 【請求項２】 ターボチャージャ（１４）の駆動、解除
   動作を行うクラッチ装置（２３）と、スーパチャージャ
   （１６）の駆動、解除動作を行うクラッチ装置（２４）
   とを備えた請求項１に記載のエンジンの過給装置。