JPS6233959Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 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。

〔考案の技術的背景とその問題点〕

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なうことは、
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
燃料を付加できることにより、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。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。

また、無過給状態とすべく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。また、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、「過給機関」（実開昭57−26
号公報）が提案されている。

〔考案の目的〕

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。

〔考案の実施例〕

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。

第１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１
０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
流側に亘つてタービン８を迂回する排気バイパス
通路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９
ｂ側に亘つてコンプレツサ９を迂回する吸気バイ
パス通路１３が設けられる。更に、これらバイパ
ス通路１２，１３には、これらを互いに同期して
開閉するための第１のバイパス開閉弁１４及び第
２のバイパス開閉弁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
通路１２，１３はバイパス開閉弁１４，１５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、これらバイパス通路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、排気バイパス通路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、吸気バイパス通路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、第１のバイパス開閉弁１４は、排気バイパ
ス通路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、排気バイパス通路１２の
開成時、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、特にコンプレツサ９の吐出口９ｂに連続
して形成され、吸気バイパス通路１３の下流側に
連結される吐出口側通路１７には、これを閉成し
てコンプレツサ９の吐出口９ｂ側を所定圧（正
圧）に保持する圧力室１８を区画形成するための
仕切弁１９が設けられる。この仕切弁１９には、
これを作動すべく仕切弁開度制御手段２０が設け
られる。この仕切弁開度制御手段２０は、シリン
ダ２１と、このシリンダ２１内を大気圧室２２と
圧導入室２３とに区画するダイヤフラム２４と、
このダイヤフラム２４の撓みで仕切弁１９を作動
するロツド２５とを有している。大気圧室２２に
は、シリンダ２１に穿設された孔部２６を介して
大気圧が導入されると共に、ダイヤフラム２４を
圧導入室２３側に付勢するバネ２７が設けられて
いる。他方、圧導入室２３には、コンプレツサ９
の吐出口９ｂ側（仕切弁１９の閉成時には圧力室
１８内）の圧力を検出する圧力検出管２８が接続
されている。そして、コンプレツサ９の吐出口９
ｂ側の圧力が低い時には、バネ２７の付勢力によ
つて仕切弁１９が吐出口側通路１７を閉成し、他
方漸次昇圧し所定圧以上になつたことが圧力検出
管２８によつて検出されると、圧導入室２３に導
入された圧力がバネ２７と平衡すべくダイヤフラ
ム２４を撓ませて仕切弁１９を作動し、コンプレ
ツサ９の吐出口９ｂ側の圧力を所定圧に復帰させ
るべく吐出口側通路１７の開度を制御するように
構成される。従つて、無過給時にあつては、コン
プレツサ９の吐出口９ｂ側を含む吸気系５全体が
負圧状態となるので、仕切弁１９により吐出口側
通路１７が閉成されて圧力室１８が形成されると
共に、他方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、吸気バイパス通路１３側
へ吸引される吸気の一部を引き込んで圧気を吐出
するので、圧力室１８を昇圧してこれに臨むコン
プレツサ９の吐出口９ｂ側を所定圧（正圧）にで
きることになる。また、継続して吐出される圧気
により、圧力室１８内が所定圧を越えると、仕切
弁開度制御手段２０がこれを検出してその圧力を
逃がすべく仕切弁１９の開度を制御できるので、
過度な圧力上昇によるコンプレツサ９のサージン
グ発生を防止しつつ、コンプレツサ９の吐出口９
ｂ側を所定圧に保持できることになる。また、仕
切弁開度制御手段２０に備えられたバネ２７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、そのバネ定数
が設定されている。

尚、上記第１のバイパス開閉弁１４及び第２の
バイパス開閉弁１５には、これら夫々を開閉作動
させるべく上記仕切弁開度制御手段２０と同様な
構成でなる弁作動手段２９…が設けられている。
この弁作動手段２９…は、シリンダ２１…と、こ
のシリンダ２１…内を大気圧室２２…と圧導入室
２３…とに区画するダイヤフラム２４…と、この
ダイヤフラム２４…の撓みでバイパス開閉弁１
４，１５を作動するロツド２５…とを有してい
る。大気圧室２２…には、シリンダ２１…に穿設
された孔部２６…を介して大気圧が導入されると
共に、ダイヤフラム２４…を圧導入室２３…側に
付勢するバネ２７…が設けられている。他方、圧
導入室２３…には、三方切換電磁弁３４を介して
圧源３１…若しくは大気に接続される。この電磁
弁３４には、内燃機関１の負荷状態を検出し電磁
弁３４を励磁して切り換えるべくバツテリ３２等
に接続された負荷検出スイツチ３３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３３は開となり、
電磁弁３４は励磁されず圧源３１と圧導入室２３
…とが連通され、バネ２７…に抗してダイヤフラ
ム２４…を撓ませることになる。ダイヤフラム２
４…が撓むことにより、バイパス開閉弁１４，１
５は、同期してバイパス通路１２，１３を開成す
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３３が検出すると閉となり、電
磁弁３４は励磁されて切り換えられ大気と圧導入
室２３…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２９…によりバイパス開閉弁１
４，１５を作動させ、吸気バイパス通路１３及び
排気バイパス通路１２を共に開成し、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
では負圧状態となるため、仕切弁１９が吐出口側
通路１７を閉成して圧力室１８を区画形成すると
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
に駆動され、吸気の一部を吸入して圧気を吐出
し、圧力室１８内を昇圧してコンプレツサ９の吐
出口９ｂ側を所定圧（正圧）に保持できることに
なる。従つて、この圧力室１８により、軸受部１
１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、仕切弁１９は、圧力室１８内の圧力を検
出する仕切弁開度制御手段２０によつて適宜開度
が制御されるので、圧力室１８内を所定圧に保持
でき、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がバイパス通路１２，１
３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。これに際し、仕切弁１９
は、コンプレツサ９の吐出口９ｂ側の圧力によつ
て作動されるので、このようなコンプレツサ９が
高い吐出圧を有する時に吐出口側通路１７を閉成
することはなく、コンプレツサ９のサージングを
誘引することはない。

〔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無過給状態とする
に際して、コンプレツサの吐出口側に圧力室を
形成して圧気を圧力室内に蓄圧させコンプレツ
サの吐出口側を所定圧（正圧）にできるので、
軸受部を負圧な吸気系から遮断でき、潤滑油の
漏洩を防止することができる。

(2) 無過給時にあつても、コンプレツサに、その
吸気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
を防止することができる。

(3) 仕切弁の開度を圧力室内の圧力を検出する仕
切弁開度制御手段によつて制御するようにした
ので、逐次過度な昇圧を回避させてコンプレツ
サのサージングを防止できる。

【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、８はタービン、８ａはその排気導入口、９は
コンプレツサ、９ａはその吸入口、９ｂはその吐
出口、１０は駆動軸、１２は排気バイパス通路、
１３は吸気バイパス通路、１４は第１のバイパス
開閉弁、１５は第２のバイパス開閉弁、１７は通
路たる吐出口側通路、１８は圧力室、１９は仕切
弁、２０は仕切弁開度制御手段である。

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、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、上記吐出口側圧力の上昇に
   従つて上記仕切弁の開度を順次大きくする仕切弁
   開度制御手段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。