JPS64579B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジンの吸気装置に係り、エンジン
の排気ガスの圧力によつて駆動されるターボチヤ
ージヤを利用してエンジンに吸気を供給するよう
にしたエンジンの吸気装置に関する。

内燃機関から成るエンジンにターボチヤージヤ
を装備することによつて、その出力の向上を図る
ことができる。しかしターボチヤージヤのタービ
ンは、エンジンの排気ガスの圧力によつて駆動さ
れるようになつているために、エンジンの回転数
が低い場合には排気ガスの圧力も当然低くなつて
おり、このためにターボチヤージヤの効率が低
く、従つてエンジンの回転数が低い場合にはター
ボチヤージヤが十分な効果を発揮しないという欠
点がある。すなわち一般にターボ過給エンジンは
低速トルクが低くなる。従つて排気量が小さく、
しかも高過給型のターボエンジンを、例えばダン
プ車等の大きな発進力を要する車両に採用するこ
とができなかつた。

そこでターボチヤージヤを備えたエンジンの低
速トルクを補う対策として、ターボチヤージヤの
コンプレツサの効率を向上させたり、エンジンの
回転数が低い場合に圧縮空気をタービンに吹込ん
だり、慣性過給を行なつたりしていた。あるいは
またウエストゲートを設けることによつてターボ
チヤージヤを低速型に構成する等の対策もなされ
ていた。しかし上記の何れの対策によつても、十
分な低速トルクが得られておらず、このために強
い発進力を要するダンプ車のような車両において
は、排気量が小さくて高過給型のターボエンジン
が採用できなかつた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたも
のであつて、低速トルクが十分に得られるように
したエンジンの吸気装置を提供することを目的と
するものである。

斯る目的を達成するために本発明では、エンジ
ンの排気ガスの圧力によつて駆動されるターボチ
ヤージヤのコンプレツサからエンジンの吸気マニ
ホールドに至る吸気管の一部をメインパイプで構
成し、このメインパイプに並列に接続した分岐管
に前記エンジンの出力の一部によつて駆動される
スーパーチヤージヤを介装したうえで、該スーパ
ーチヤージヤの上下流において前記分岐管を連通
させるバイパスパイプを設けている。そして前記
分岐管とメインパイプとの接続部及び前記バイパ
スパイプにそれぞれ切換えバルブを設けるととも
に、前記各切換えバルブのアクチユエータに制御
信号を出力するマイクロコンピユータを設けるこ
とにより、このマイクロコンピユータが前記エン
ジンを搭載した車両の発進時、急加速時及びエキ
ゾーストブレーキの作動を検出したときは前記分
岐管を開いて前記メインパイプ及び前記バイパス
パイプを閉じ、マイクロコンピユータが前記エン
ジンを搭載した車両が中速あるいは高速での走行
に供されていることを検出したときは前記分岐管
を閉じて前記メインパイプ及び前記バイパスパイ
プを開くよう前記各切換えバルブを切換制御する
ようにしたことを特徴としている。

このようにマイクロコンピユータが車両の発
進、急加速に供されていることを検出したとき
は、ターボチヤージヤから吐出された空気がスー
パーチヤージヤの圧縮作用を受けた後にエンジン
に供給され、しかもスーパーチヤージヤの吸引作
用によつてターボチヤージヤのコンプレツサの出
口側の圧力が入口側の圧力よりも低くなつてコン
プレツサの回転の上昇が促進されるために、ター
ボチヤージヤの回転立上り特性が改善される。よ
つてターボチヤージヤを備えたエンジンの特性で
ある低速トルクの不足及び急加速性能の不足が改
善され、車両の発進特性及び急加速性能が向上す
る。またエキゾーストブレーキの作動時にもター
ボチヤージヤから吐出された空気がスーパーチヤ
ージヤで圧縮された後にエンジンに供給されるた
めに、エンジンのポンピングロスが増加するとと
もにスーパーチヤージヤを駆動することによつて
エンジンの負荷が増加し、これによつてエンジン
ブレーキの制動能力が向上する。

一方車両が中・高速域での走行に供されている
とき、つまりターボチヤージヤが効率の高い領域
で駆動されているときはターボチヤージヤから吐
出された空気がスーパーチヤージヤをバイパスし
てエンジンに供給される。同時に、スーパーチヤ
ージヤの上下流間がバイパスパイプを介して連通
保持されるために、スーパーチヤージヤによつて
圧縮された空気が分岐管とバイパスパイプとによ
る通路を循環してスーパーチヤージヤがエンジン
の負荷となることを防止する。このために運転頻
度が高い中・高速での走行時における燃費の悪化
が必要最小限に抑制される。

このようにエンジンの排気ガスのエネルギ（排
気ガスの圧力）によつて駆動されるターボチヤー
ジヤを常に駆動して過給作用を行なわせつつ、タ
ーボチヤージヤの効率が低い領域及びエンジンの
ポンピングロスを増加させることが望ましい領域
においてのみスーパーチヤージヤを前記ターボチ
ヤージヤからエンジンに至る吸気通路に実質的に
介在させ、ターボチヤージヤの効率が高い領域で
はスーパーチヤージヤを実質的に切離してエンジ
ンの負荷となることを回避するようにしているた
めに、燃費の悪化を伴なうことなく発進性能及び
急加速性能が向上し、エンジンブレーキの効きが
改善される。

以下に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。図面は本実施例に係る６気筒のデイー
ゼルエンジン１を示しており、このエンジン１の
各シリンダへは、吸気管２および吸気マニホール
ド３によつて順次吸気が供給されるようになつて
いる。そしてシリンダ内における燃焼爆発によつ
て生じた排気ガスは排気マニホールド４および排
気管５によつて大気中に放出されるようになつて
いる。さらにこのエンジン１はターボチヤージヤ
６を備えており、そのタービン７は上記排気管５
に接続されている。またターボチヤージヤ６のコ
ンプレツサ８は吸気管２に接続されている。さら
に吸気管２にはエアクリーナ９が接続されるよう
になつている。

上記吸気管２の一部分はメインパイプ１０から
構成されており、分岐管を構成するルーツパイプ
１１を前記メインパイプ１０に並列に接続してい
る。さらにメインパイプ１０およびルーツパイプ
１１に並列にバイパスパイプ１２が設けられてい
る。また前記ルーツパイプ１１にはルーツ送風機
によるスーパーチヤージヤ（以下、ルーツスーパ
ーチヤージヤと云う）１３を介装し、このルーツ
スーパーチヤージヤ１３より上流のルーツパイプ
１１とルーツスーパーチヤージヤ１３より下流の
バイパスパイプ１１とを連通させている。ルーツ
スーパーチヤージヤ１３は歯車１４を備えてお
り、この歯車１４はエンジン１のクランクシヤフ
ト１５に固着された歯車１６と噛合つている。す
なわちルーツスーパーチヤージヤ１３はエンジン
１の出力の一部によつて駆動されるように構成さ
れている。そしてメインパイプ１０とルーツパイ
プ１１との分岐部には切換え弁１７，１８が設け
られており、これらの切換え弁１７，１８はそれ
ぞれエアアクチユエータ１９，２０によつて切換
えが行なわれるようになつている。

そしてエアアクチユエータ１９，２０への圧縮
空気の供給は、電磁弁２１，２２によつて制御さ
れるようになつている。またバイパスパイプ１２
の出口側を閉塞するように切換え弁２３が設けら
れており、この切換え弁２３もエアアクチユエー
タ２４によつてその開閉が制御されるようになつ
ている。そしてエアアクチユエータ２４への圧縮
空気の供給も電磁弁２５によつて制御されるよう
になつている。さらに上記３つの電磁弁２１，２
２，２５はそれぞれマイクロコンピユータ２６か
らの制御信号によつて制御されるようになつてい
る。マイクロコンピユータ２６へは、エンジン１
の回転を検出する回転検出センサ２７およびエキ
ゾーストブレーキの作動を検出するブレーキセン
サ２８の検出出力がそれぞれ入力されている。

つぎに以上の構成に係るターボ過給エンジン１
の動作について説明する。まずこのエンジン１を
搭載した車両が発進する場合や急加速を行なう場
合、あるいは急な坂道を登る場合には、ルーツス
ーパーチヤージヤ１３によつて吸気をより圧縮し
てその体積効率を高めるようにしている。すなわ
ち回転検出センサ２７によつてエンジン１の回転
数が高くないことが検出された場合には、マイク
ロコンピユータ２６が電磁弁２１，２２へ制御信
号を供給し、アクチユエータ１９，２０へ圧縮空
気を供給するようにこれらの弁２１，２２を開く
ことになる。従つてこの場合には一対の切換え弁
１７，１８が図中鎖線で示す位置へ回動され、吸
気管２のメインパイプ１０を閉塞する。さらにマ
イクロコンピユータ２６の指示によつて電磁弁２
５を開き、図外のエアタンクからエアアクチユエ
ータ２４に圧縮空気を供給してバイパスパイプ１
２を切換え弁２３によつて閉塞する。

従つてこの場合にはエアクリーナ９およびター
ボチヤージヤ６のコンプレツサ８を通過した吸気
は、吸気管２のルーツパイプ１１を通過すること
になる。しかもこのパイプ１１にはルーツスーパ
ーチヤージヤ１３が接続されており、エンジン１
によつて歯車１６，１４を介して駆動されている
ために、このスーパーチヤージヤ１３によつて吸
気が圧縮されることになる。そしてこの圧縮され
た空気が吸気マニホールド３を通してエンジン１
の各シリンダに供給されることになる。しかもこ
の時にはより多くの燃料が図外の燃料噴射ポンプ
からエンジン１の各シリンダへ供給され、上記の
吸気と混合されて燃焼爆発を起こすことにより、
より高い出力が得られることになる。またこのよ
うな発進時あるいは急加速の場合は、エンジン１
の要求空気量よりターボチヤージヤ６のコンプレ
ツサ８から吐出される空気の量が少いのでコンプ
レツサ８の出口側の圧力が入口側の圧力よりも低
くなる。そしてこのような圧力の逆転現象はルー
ツスーパーチヤージヤ１３の吸引作用によつて更
に倍加されてより多量の空気がコンプレツサ８を
通過しようとするために、この通過空気によつて
コンプレツサ８が逆に駆動されてその回転数の上
昇が促進される。よつてルーツスーパーチヤージ
ヤ１３の吸引作用による吸入空気量の増加及びタ
ーボチヤージヤ６の回転数の上昇促進の相乗作用
で排気のエネルギが急速に増大し、ターボチヤー
ジヤ６のタービン７の駆動力が急速に高くなる。
従つてターボチヤージヤ６の回転立上り特性が改
善され、エンジン１を搭載した車両の発進特性及
び急加速性能が向上するのである。

このように本実施例のエンジン１においては、
その回転数が低い場合であつて、しかも大きなト
ルクを必要とする場合にはルーツスーパーチヤー
ジヤ１３によつて吸気の充填効率を高めることに
より、出力の向上が図られることになる。従つて
たとえエンジン１の回転数が低く、ターボチヤー
ジヤ６の効果が十分に発揮されなくても、ルーツ
スーパーチヤージヤ１３によつて低速トルクを補
うことが可能となり、しかもルーツスーパーチヤ
ージヤ１３による吸引作用でターボチヤージヤ６
の回転立上りが促進されるので極めて短時間のう
ちにターボチヤージヤ６の回転が上昇して効率の
高い過給作用を開始する。このために強い発進力
が得られ、あるいは急加速を可能とし、また急な
坂道をも十分に登ることができるようになる。従
つてこのようなエンジンは、小排気量でしかも高
過給型のエンジンの低速トルクの不足を補うのに
好適なものとなる。

つぎにこのエンジン１を搭載した車両が中速あ
るいは高速で走行する場合には、このことを回転
検出センサ２７によつて検出し、マイクロコンピ
ユータ２６が電磁弁２１，２２をそれぞれ閉じる
ようにする。従つてアクチユエータ１９，２０へ
の圧縮空気の供給が絶たれ、切換え弁１７，１８
は図中実線で示す位置へ回動されることになる。
従つてこの場合にはルーツパイプ１１およびバイ
パスパイプ１２へ吸気が流れることがなくなる。
すなわち吸気は総てメインパイプ１０を通過する
ことになる。よつてエンジン１の回転数が十分に
高い場合には、ターボチヤージヤ６のコンプレツ
サ８によつて吸気を圧縮してエンジン１の各シリ
ンダへ供給し、これによつて出力の向上を図るよ
うにしている。

そしてこの場合にはマイクロコンピユータ２６
の指示によつて電磁弁２５を閉じ、アクチユエー
タ２４によつて着換え弁２３を図中実線で示す位
置に切換えるようにしている。従つてルーツパイ
プ１１とバイパスパイプ１２とがエンドレスな空
気の通路を形成することになる。従つてルーツス
ーパーチヤージヤ１３で圧縮された空気はこのパ
イプ１１，１２からなる通路を無限に循環するこ
とになり、これによつてルーツスーパーチヤージ
ヤ１３の仕事を回収することができる。従つてエ
ンジン１と歯車１６，１４を介して連結されてい
るルーツスーパーチヤージヤ１３が、上記エンジ
ン１に対して負荷となることを防止し、燃費の悪
化を最小限に押えるようにしている。

つぎにこのエンジン１を搭載した車両がエンジ
ンブレーキをかけた場合には、このことをエンジ
ンブレーキセンサ２８が検出する。そしてこれに
よつてマイクロコンピユータ２６が３つの電磁弁
２１，２２，２５へそれぞれ制御信号を供給し、
３つのアクチユエータ１９，２０，２４へ圧縮空
気を供給する。従つてこの場合には上記発進の場
合と同様に、３つの切換え弁１７，１８，２３は
図中鎖線で示す位置に回動されることになる。従
つてこの場合にはターボチヤージヤ６によつて圧
縮された吸気がさらにルーツスーパーチヤージヤ
１３によつて圧縮されるようになる。すなわちル
ーツスーパーチヤージヤ１３はエンジン１の出力
の一部を利用して吸気をさらに圧縮することにな
り、この結果ルーツスーパーチヤージヤ１３がエ
ンジンに対して負荷として働き、しかもルーツス
ーパーチヤージヤ１３で圧縮された多量の空気が
エンジン１に供給されるので、このエンジン１の
ポンピングロスが増加することになる。従つてこ
のことからエンジン１の制動力がさらに高まつ
て、エンジンブレーキの制動力をより大きくする
ことが可能となる。

以上本発明を図示の一実施例につき述べたが、
本発明は上記実施例によつて限定されることな
く、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が
可能である。例えば上記実施例においては、ルー
ツスーパーチヤージヤ１３を使用しない場合には
ルーツパイプ１１とバイパスパイプ１２とによつ
てスーパーチヤージヤ１３の仕事を回収するよう
にしているが、エンジン１とルーツスーパーチヤ
ージヤ１３との間にクラツチを介装してもよい。
また上記実施例においてはルーツスーパーチヤー
ジヤ１３によつて、主として低速トルクを向上さ
せるようにしているが、ルーツスーパーチヤージ
ヤに代えてその他各種のスーパーチヤージヤを用
いることが可能である。

以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、エンジンの燃費に悪影響を及ぼさないターボ
チヤージヤの効率が高い領域においては、ターボ
チヤージヤのコンプレツサからエンジンの吸気マ
ニホールドに至る通路からスーパーチヤージヤを
実質的に切離して効率の高い過給を行なわせつ
つ、スーパーチヤージヤの経路を無限循環経路と
してこのスーパーチヤージヤのエネルギ消費を充
分に抑制しつつ、発進、急加速のようにターボチ
ヤージヤの効率が低い領域ではターボチヤージヤ
から吐出された空気をスーパーチヤージヤで圧縮
した後にエンジンに供給して低速トルクの不足を
補うとともに加速性能を向上させ、しかもスーパ
ーチヤージヤの吸引作用でターボチヤージヤの回
転立上り特性を向上させることもできるので発進
性及び急加速性能が大幅に向上する。さらにエン
ジンブレーキの作動時においても発進、急加速時
の場合と同様にターボチヤージヤから吐出された
空気をスーパーチヤージヤで圧縮してエンジンに
供給するように構成しているために、スーパーチ
ヤージヤがエンジンに負荷として作用し、かつ圧
縮された空気をエンジンに送り込むことによつて
エンジンのポンピングロスをも増大できるのでエ
ンジンブレーキの制動力をより大きなものとする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例に係るエンジンの吸気
装置を示す平面図である。 なお図面に用いた符号において、１……デイー
ゼルエンジン、２……吸気管、６……ターボチヤ
ージヤ、１０……メインパイプ、１１……ルーツ
パイプ、１３……ルーツスーパーチヤージヤ、１
７，１８……切換え弁、１９，２０……エアアク
チユエータである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンの排気ガスの圧力によつて駆動され
   るターボチヤージヤのコンプレツサからエンジン
   の吸気マニホールドに至る吸気管の一部を構成す
   るメインパイプと、該メインパイプに並列に接続
   した分岐管と、該分岐管に介装され前記エンジン
   の出力の一部によつて駆動されるスーパーチヤー
   ジヤと、該スーパーチヤージヤの上下流において
   前記分岐管を連通させるバイパスパイプと、前記
   分岐管とメインパイプとの接続部及び前記バイパ
   スパイプに設けた切換えバルブと、前記各切換え
   バルブのアクチユエータに制御信号を出力するマ
   イクロコンピユータとを備え、前記エンジンを搭
   載した車両の発進時、急加速時及びエキゾースト
   ブレーキの作動を検出したときは前記分岐管を開
   いて前記メインパイプ及び前記バイパスパイプを
   閉じる一方、前記エンジンを搭載した車両が中速
   あるいは高速で走行していることを検出したとき
   は前記分岐管を閉じて前記メインパイプ及び前記
   バイパスパイプを開くよう前記各切換えバルブを
   切換制御するようにしたことを特徴とするエンジ
   ンの吸気装置。