JPS6233960Y2

JPS6233960Y2 -

Info

Publication number: JPS6233960Y2
Application number: JP1982109676U
Authority: JP
Priority date: 1982-07-20
Filing date: 1982-07-20
Publication date: 1987-08-31
Also published as: JPS5914926U

Description

【考案の詳細な説明】この考案はエンジンの過給を排気エネルギを用
いて行なうターボ過給機に関する。

ターボ過給機はタービンと圧縮機とを備え、こ
れらは回転部材としてのタービンホイールおよび
インペラを支持する。このターボ過給機はエンジ
ンの排気をタービンホイールで受けてタービン出
力を発生させ、このタービン出力を圧縮機駆動力
として用いて翼車を回転させ、給気圧を上昇させ
てエンジンの過給を行なう。このようなターボ過
給機はエンジンが低速回転、たとえばアイドル運
転時にあるとタービン側に送られてくる排気の流
量が少ないため、タービンホイールおよびこれと
直結される圧縮機の翼車の回転が低く、給気圧を
高くできない。この場合、エンジンはその給気圧
が低下することより、排煙濃度の限度やエンジン
の熱効率の低下による規制を受け、燃料流量の増
大を図ることができず、エンジンの低速回転時の
トルクの増大を望めない。このようなエンジンは
その低速回転時、たとえばアイドル運転時に、発
進加速を行なうと、ターボ過給機の回転部材の回
転増への立上りが遅れ、エンジンの低速回転時の
トルクが直ちに高くはならず、その応答遅れが生
じ、加速性が悪いという欠点がある。

この考案はエンジンの発進加速時の応答性を向
上させるターボ過給機を提供することを目的とす
る。

この考案によるターボ過給機は、エンジンから
の排気を受けるタービンと、上記エンジンの給気
路にある圧縮機とを備え、上記タービンと圧縮機
とに収容される回転部材を用いエンジンの過給を
行なうものであり、上記タービン又は上記圧縮機
を形成するケーシングに設けられ上記回転部材に
対向る吹出ノズルと、同吹出ノズルにエア源の高
圧空気を電磁弁を介し導びく空気管とより構成さ
れた噴出装置、上記電磁弁に導びく高圧空気の加
熱手段、および車両運転状態情報を出力する検出
センサの出力信号に基づいて上記電磁弁の開閉を
制御するコントローラを具備し、上記検出センサ
が車両発進情報を検知したとき上記電磁弁を介し
て上記高圧空気を上記吹出ノズルより上記回転部
材に噴出せしめるように構成したことを特徴とし
ている。

このようなターボ過給機によれば、アイドル運
転時に発進加速を行なう際、噴出装置が作動し、
高圧、高温の空気を回転部材に向けて噴出させ
る。これにより、回転部材はエンジンの排気の状
態に関係なく急速に回転数を増大させ、圧縮機が
過給作動し、エンジンのトルクを増加させること
になり、エンジンの発進加速時の応答性が向上す
る。

以下、この考案を添付図面と共に説明する。

第１図にはこの考案の一実施例としてのターボ
過給機１を示した。このターボ過給機１は図示し
ない自動車に塔載されたデイーゼルエンジン（以
後単にエンジンと記す）２に取以けられ、このエ
ンジンの給気口３に達する給気路４上に圧縮機５
を配置し、同エンジンの排気口６より延出する排
気路７上にタービン８を配置している。これら圧
縮機５とタービン８は共にハウジング９，１０を
有し、これらはベアリングケース１１により一体
的に連結される。圧縮機５とタービン８とは回転
部材としての翼車１２とこれと一体的なタービン
ホイール１３とを支持する。この内、翼車１２を
覆う圧縮機ハウジング９は空気を吸入する入口１
４と、翼車１２で加圧した空気を給気口３側へ送
出する出口１５とが形成される。同じく、タービ
ンホイール１３を覆うタービンハウジング１０は
エンジン２からの排気が流入する入口１６と、タ
ービンホイール１３からの排気を流出する出口１
８とが形成される。

タービンの出口１８には排気管１９が接続され
ており、その排気管の途中には空気−排ガス熱交
換器（以後単に熱交換器と記す）２０が連結され
る。一方、タービンの入口１６側にはタービンホ
イール１３に向け高温、高圧の空気を吹付け、そ
の回転を促進させる高圧空気の噴出装置（以後単
に噴出装置と記す）２１が対設される。

噴出装置２１はタービンハウジング１０に一体
的に形成される吹出ノズル２２と、この吹出ノズ
ルに接続される空気管２３を開閉する電磁弁２４
と、この電磁弁２４より上流側に接続される熱交
換器２０と、この熱交換器に高圧空気を供給する
エアタンク２５とで形成される。第２図および第
３図に示すように、吹出ノズル２２はタービンホ
イール１３の外周端近傍に３つ対向配備され、こ
れらは空気管２３を介しすべて電磁弁２４側にお
いて合流し、かつ、タービンホイール１３の回転
円の接縁方向に近似した向きに空気を吹出させる
よう形成される。しかも、この吹出ノズル２２は
末広ノズルとして形成される。ここで、吹出ノズ
ル２２の入口側に達する高圧空気の流速をゼロと
仮定し、吹出ノズルの出口側の速度w₂を求める
と第１式で表わされる。

ここでP₁はノズル前の圧力、P₂はノズル後の圧
力、T₁はノズル前の温度、Ｒはガス定数、Ｋは
比熱比を示す。更に、高圧空気がタービンホイー
ル１３に与えるトルクＴは、Ｇをノズル流量、u₂
をノズル吹出場所のタービンホイール１３の周
速、r₂をノズル吹付場所の半径とすると第２式で
表わされる。

Ｔ＝Ｇ／ｇ（w₂−u₂）r₂ …(2) 第(2)式より明らかなように、w₂＞u₂を保つこ
とによりタービンホイール１３にトルクを、即
ち、タービン出力を与えることになる。一方、ノ
ズル流量ＧはFsをノズルのど部断面積とすると
第３式で表わされる。

第３式より明らかなようにノズル流量Ｇは、ノ
ズル前温度T₁の平方根に逆比例するため、高圧
空気の温度を上げると流量Ｇは小さくなる。しか
し、この場合、第１式より明らかなように、ノズ
ル出口の速度w₂が高められることより、タービ
ンホイールの回転数の高い範囲までw₂＞u₂を保
持でき、タービンホイール１３はトルクＴを受け
ることができる。

このように、末広ノズルとして形成された吹出
ノズル２２を用いれば、高温高圧空気の熱エネル
ギを効率よく利用できる。

電磁弁２４には空気制御器としてのコントロー
ラ２６が接続され、このコントローラには車両運
転状態情報を出力する検出センサとしてのエンジ
ン回転数の検出センサ２７、エンジン負荷の検出
センサ２８およびトランスミツシヨン２９が発進
時の段数にあるのを検出するスイツチ３０、とが
接続される。コントローラ２６はエンジン２の回
転数が設定される低回転域にあり、エンジン負荷
としてのアクセル開度が設定値以上であり、トラ
ンスミツシヨン２９が発進時段数にある時、高温
高圧空気をタービンホイール１３に吹付け、この
タービンホイールと一体的な翼車１２を回転さ
せ、圧縮機が直ちに給気圧を上昇させて過給を行
なうという特性を内蔵する。

熱交換器２０は高圧空気の流動する空気管２３
の一部として形成される熱交換体３１を排気路７
中に配備する。なお、この熱交換体３１はセラミ
ツク等の耐熱材料を用いて作られ、コンパクトで
熱効率のよいものが望ましい。

第１図に示したターボ過給機１の作動を説明す
る。

ターボ過給機１を備えたエンジン２を塔載した
自動車が走行する場合、ターボ過給機１は排気の
持つ熱エネルギと吹出エネルギをタービン８で受
け、タービン出力を発生させ、このタービン出力
を圧縮機５が受けて給気圧を上昇させ、給気口３
へ大気圧以上の圧力の給気を供給し、エンジン２
の過給を行なう。このようにエンジン回転数が
中、高速回転域にある場合、タービン８は比較的
流量の多い排気をエンジン２より供給され、ター
ビン出力を十分発生できる。このため、タービン
出力の増加と共に、これが圧縮機駆動力を上回
り、その余剰出力で給気圧を十分に増大でき、エ
ンジン２の充填効率を上昇させ、これにより、エ
ンジンのトルクを増大できる。

一方、自動車が一時停止するとエンジンはアイ
ドリング状態を保持する。この場合、エンジン２
の排気の流量は低減し、タービンの入口１６より
タービンホイール１３に吹出される排気は十分な
熱エネルギを持たない。このため、タービンホイ
ール１３および翼車１２は低速回転するのみで、
この圧縮機５は給気圧の上昇を行なうに十分な圧
縮機駆動力を持たない。この状態において、トラ
ンスミツシヨン２９を発進時段数に操作すると、
段数検出スイツチ３０がオンする。続いて自動車
の発進のためアクセルを踏込むことにより、負荷
検出センサ２８がオンし、エンジン２の低回転域
を検出している回転数センサ２７もオン状態にあ
ることより、コントローラ２６は出力信号を電磁
弁２４に伝える。すると、エアタンク２５からの
高圧空気は熱交換器２０で加熱されて吹出ノルズ
２２より吹出される。この時、タービンホイール
１３はエンジンからの排気で低速回転している
が、高温高圧空気を吹付けられることにより、直
ちにその回転速度を上昇させる。このため、圧縮
機５は直ちに過給を行なうことになり、エンジン
２はその回転数が低速域にあるにもかかわらず過
給によるトルク増を計られ、このトルク増により
エンジン自体の回転数を急速に上昇できる。この
後、エンジン回転数の上昇によりコントローラ２
６の出力信号はカツトされ、高圧空気の吹出は停
止され、通常のターボ過給機付エンジンとしての
運転が行なわれる。

このように、ターボ過給機１はエンジン２の発
進加速時における応答性を向上させることができ
る利点がある。しかも、排気温度を利用して高圧
空気を加熱し、その熱エネルギを増大させ、吹出
ノズル２２から吹出される際のタービンホイール
１３に加えるトルクＴをより増加させることがで
きる。

第４図にはこの考案の他の実施例としてのター
ボ過給機３２を示した。このターボ過給機３２は
第１図に示したターボ過給機１と同一部材を含む
ため、同一部材には同一符号を付し、その重複説
明を略す。

ターボ過給機３２は圧縮機５の翼車１２に高温
高圧空気を吹付ける噴出装置３３を対設する。こ
の噴出装置は圧縮機ハウジング９に一体的に形成
された吹出ノズル３４と、この吹出ノズルに接続
される空気管２３を開閉する電磁弁２４と、この
電磁弁より上流側に接続される予熱タンク３５
と、この予熱タンクに高圧空気を供給するエアタ
ンク２５とで形成される。吹出ノズル３４は翼車
１２の外周端近傍に３つ対向配備され（１つのみ
図示した）、これらは翼車１２の回転円の接線方
向に近似した向きに空気を吹出させるよう形成さ
れる（第２図参照）。しかも各吹出ノズル３４は
第１図で説明したと同様の末広ノズルとして形成
され、同様の作用効果を有する。これら吹出ノズ
ル３４は空気管２３を介し１つに集合され、電磁
弁２４側で合流している。この電磁弁２４には第
１図で説明したと同様のコントローラ２６、回転
数検出センサ２７、負荷センサ２８、トランスミ
ツシヨン２９の発進時段数検出スイツチ３０が同
様に接続される。

予熱タンク３５は、ほぼ１回の発進加速時に噴
射され得る高圧空気を貯える容量を有し、その内
部には加熱回路３６に接続されるヒータ３７が配
備される。この加熱回路３６は電源３６１とサー
モスタツト３６２からなり、予熱タンク３５の高
圧空気を常に一定温度にまで加熱すると共に、そ
のオーバーヒートを防止できる。

このようなターボ過給機３２を備えたエンジン
２を塔載した自動車が走行する際、エンジン２が
中高速回転域にあると、ターボ過給機３２は、通
常の作動を行ないエンジン２を過給する。

一方、自動車が停止し、アイドリング状態を保
持する場合、エンジンの排気の熱エネルギは少な
く、タービンホイール１３および翼車１２は低速
回転するのみでエンジン２の過給を行なうことが
できずエンジントルクも低い。この状態即ち、回
転数検出センサ２７がオンの状態において、トラ
ンスミツシヨン２９を発進時段数に操作し、段数
検出スイツチ３０がオンし、負荷センサ２８がオ
ンすると、コントローラ２６が出力信号を電磁弁
２４に伝える。すると、予熱タンク３５内の高温
高圧空気が吹出ノズル３４より噴出する。これに
より翼車１２は大きなトルクを高温高圧空気より
直接受け、これを圧縮機駆動力として用い、エン
ジン２の過給を行なう。これによりエンジン２は
直ちにトルク増が計られ、その回転数を急速に上
昇させることができる。なお、予熱タンク３５の
高圧空気は、エンジン回転数の急上昇により、コ
ントローラ２６が出力信号をカツトし電磁弁２４
が閉成されることにより、流出を止められる。こ
の時、エアタンク２５側から新たに高圧空気が流
入してくるが、これは予熱タンク３５内でヒータ
３７で加熱され、次の発進加速時まで滞留する。

このターボ過給機３２もエンジン２の発進加速
時における応答性を向上させることができる。し
かも、高圧空気を予熱タンク３５で所定の温度に
前以つて加熱し、これを翼車１２に吹付けるた
め、高温高圧空気に熱エネルギを十分加えること
ができ、タービン出力を増大できる利点がある。
更に、高温高圧空気はその熱エネルギを翼車１２
に加えた後に、給気路４を通りエンジンの給気口
３に流入することになり、低速回転域にあるエン
ジン２の過給に高圧空気自体が寄与できる。

上述の処において、予熱タンク３５はヒータ３
７および加熱回路３６を備えていたが、これに代
え、第５図に示すように、単に電源３８に接続さ
れる瞬時加熱型ヒータ３９を用いてもよい。この
ヒータ３９は高温化するとその電気抵抗を大きく
増加させ、電流を自から規制できるため、第４図
に示したような加熱回路３６を必要としない利点
がある。

なお、第１図に示したターボ過給機１の噴出装
置２１と、第４図に示したターボ過給機３２の噴
出装置３３とをそれぞれ説明したが、これらは各
吹出ノズル２２，３４以外を互いに交換した構成
としてもよく、この場合も各ターボ過給機はエン
ジンの発進加速時の応答性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第４図はこの考案の各々異なる実
施例としてのターボ過給機の概略断面図、第２図
は第１図のターボ過給機のタービンホイールの正
面図、第３図は同上タービンホイールの要部断面
図、第５図は第４図に示した噴出装置に代えて用
いられる他の噴出装置の概略正面図をそれぞれ示
している。１，３２……ターボ過給機、２……エンジン、
１２……翼車、１３……タービンホイール、２
１，３３……噴出装置。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

エンジンからの排気を受けるタービンと、上記
エンジンの給気路にある圧縮機とを備え、上記タ
ービンと圧縮機とに収容される回転部材を用いエ
ンジンの過給を行なうターボ過給機において、上
記タービン又は上記圧縮機を形成するケーシング
に設けられ上記回転部材に対向する吹出ノズル
と、同吹出ノズルにエア源の高圧空気を電磁弁を
介し導びく空気管とより構成された噴出装置、上
記電磁弁に導びく高圧空気の加熱手段、および車
両運転状態情報を出力する検出センサの出力信号
に基づいて上記電磁弁の開閉を制御するコントロ
ーラを具備し、上記検出センサが車両発進情報を
検知したとき上記電磁弁を介して上記高圧空気を
上記吹出ノズルより上記回転部材に噴出せしめる
ように構成したことを特徴とするターボ過給機。