JP5678522B2 - 発進補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、スーパーチャージャを用いて発進を円滑にする発進補助装置に係り、発進がより円滑になる発進補助装置に関する。

エンジンにターボチャージャを付加することで、過給を行って吸気量を増加させることができる。しかし、車両の発進性能については、無過給エンジンに比べて過給エンジンは劣る。これは、吸気量が少ない発進直前のアイドル状態から吸気量が十分に増加するまでの応答時間が長いためである。この傾向は、過給率が高いほど顕著となる。

そこで、ターボチャージャを付加したエンジンにさらにスーパーチャージャを追加し、発進時の過給を直列二段で行う発進補助装置が考えられている。

図５に示されるように、従来の発進補助装置５１は、エンジン２の排気管３に配置されたタービン４により吸気管５に配置されたコンプレッサ６を駆動するターボチャージャ７と、エンジン２のシャフト又は図示しない電動モータで駆動されるスーパーチャージャ９とを備える。詳しくは、エンジン２の排気マニホールド１０にターボチャージャ７のタービン４の入口が接続され、タービン４とコンプレッサ６はターボチャージャ７の内部のシャフトで連結され、排気ガスによるタービン４の回転がコンプレッサ６に伝達されるようになっている。コンプレッサ６の入口には図示しないエアフィルタを介して大気からの吸気管５が接続される。コンプレッサ６の出口には、過給側吸気管１１が接続される。過給側吸気管１１は、インタークーラ１２を介して吸気マニホールド１３に接続される。

インタークーラ１２と吸気マニホールド１３の間の過給側吸気管１１に、スーパーチャージャ９を有するバイパス管１４が接続される。一方、バイパス管１４と並列になった過給側吸気管１１には、吸気流路が圧力差によって機械的に切り替わる自動切替バルブ１５が挿入される。自動切替バルブ１５は、揺動自在なフラップからなり、下流よりも上流の圧力が高ければ開放され、下流よりも上流の圧力が低ければ閉鎖される。

エンジン２に設けられたエンジン回転速度センサ１６の信号と、アクセルペダル１７に設けられたアクセル開度センサ１８の信号がコントローラ１９に入力される。コントローラ１９は、いわゆる電子制御装置（Electronical Control Unit；ＥＣＵ）であり、図示以外にも車両やエンジンの公知のパラメータ信号が入力される。

スーパーチャージャ９は、電磁クラッチ２０によりスーパーチャージャ用プーリ２１に断接自在に連結される。スーパーチャージャ用プーリ２１とエンジン２のシャフト８に取り付けられたクランクプーリ２２は、ベルト２３を介して連結される。コントローラ１９が電磁クラッチ２０を作動させると、エンジン２の回転でスーパーチャージャ９が駆動されることになる。

スーパーチャージャ９が使用されないときは、コンプレッサ６の出口からの吸気は、インタークーラ１２、自動切替バルブ１５を経て吸気マニホールド１３に導入される。スーパーチャージャ９が使用されると、コンプレッサ６の出口からの吸気は、インタークーラ１２、スーパーチャージャ９を経て吸気マニホールド１３に導入される。この構成により、発進時にスーパーチャージャ９を使用することで、短時間での吸気量の増加が得られるようになり、無過給エンジンと同等の発進性能が期待できる。

図５の発進補助装置について吸排気流れを単純化して図６に示す。エンジン２からの排気ガスは、ターボチャージャ７のタービン４を経て図示しない排気浄化装置に流れる。一方、図示しないエアフィルタからの吸気は、ターボチャージャ７のコンプレッサ６で圧縮され、インタークーラ１２から自動切替バルブ１５を通ってエンジン２に至る。

なお、スーパーチャージャ９は、発進時に限らずエンジン２が定常運転されている通常走行時でもエンジン回転速度が低いとき使用することができる。図７に示されるように、エンジン回転速度が２０００〜６０００ｒｐｍと高い領域では、ターボチャージャ７のみにより過給を行うが、エンジン回転速度が２０００ｒｐｍ以下において、大きなトルクを得たいとき、スーパーチャージャ９による過給を加える。

特開２００９−２１００６０号公報

ところで、近年では、エンジン２をダウンサイジングすることが要求される。例えば、排気量３０００ｍ³を１５００ｍ³にすることで、燃費の低減を図る。すなわち、ダウンサイジングにより、エンジン２が軽量化されると共に部品の小型化によって摩擦が低減されて燃費が低減できる。また、同じ出力を得るのに、排気量の大きいエンジン２を低トルク領域で稼動させるより、排気量の小さいエンジン２を高トルク領域で稼動させるほうが効率が良く、燃費が低減できることが知られている。

エンジン２をダウンサイジングして同じ出力を得るためには、過給率を高くすることが必要となる。前述したように、過給率を高くすると発進時の吸気量増加が遅れるので、スーパーチャージャ９が必要となる。

しかし、従来の発進補助装置５１は、ターボチャージャ７のコンプレッサ６に対してスーパーチャージャ９が直列に設けられている。すなわち、コンプレッサ６の出口から導かれた過給側吸気管１１にスーパーチャージャ９を有するバイパス管１４が接続されている。

このため、発進時のスーパーチャージャ作動時に、コンプレッサ６とインタークーラ１２を経由してスーパーチャージャ９に空気が入る。このときターボチャージャ７の回転がまだ上昇していないので、コンプレッサ６のブレードが通気の抵抗となり、さらにインタークーラ１２の熱交換器が通気の抵抗となるため、スーパーチャージャ９に空気が入りにくくなる。これに加え、インタークーラ１２の容積が大きいため、スーパーチャージャ９の吸い込みに対する応答が遅れる。これらの要因のため、過給圧が上がりにくくなる。この結果、スーパーチャージャ９で過給することにより発進を円滑にする効果がそがれ、期待通りには発進が補助できない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、発進がより円滑になる発進補助装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気管に配置されたタービンにより吸気管に配置されたコンプレッサを駆動するターボチャージャと、前記エンジンのシャフト又は電動モータで駆動されるスーパーチャージャとを備えた発進補助装置において、前記スーパーチャージャの吸気入口が前記コンプレッサより大気側に設けられたものである。

前記スーパーチャージャが容積型スーパーチャージャであること。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）発進がより円滑になる。

本発明の一実施形態を示す発進補助装置の吸排気流れ図である。 容積型スーパーチャージャの断面図である。 本発明の発進補助装置における発進時過給器切り替えの特性図である。 本発明の一実施形態を示す発進補助装置の上面図である。 従来の発進補助装置の上面図である。 従来の発進補助装置の吸排気流れ図である。 従来の発進補助装置におけるエンジン回転速度と出力トルクに対する過給器切り替えの特性図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る発進補助装置１は、エンジン２の排気管３に配置されたタービン４により吸気管５に配置されたコンプレッサ６を駆動するターボチャージャ７と、エンジン２のシャフト８で駆動されるスーパーチャージャ９とを備えた発進補助装置１において、スーパーチャージャ９の吸気入口がコンプレッサ６より大気側に設けられたものである。スーパーチャージャ９の吸気入口は、例えば、図示しないエアフィルタの出口に接続される。

図６との比較で分かるように、従来の発進補助装置５１との相違点は、スーパーチャージャ９の吸気入口がコンプレッサ６より大気側に設けられた点である。従来の発進補助装置５１のスーパーチャージャ９がターボチャージャ７と直列配置であるのに対し、本発明の発進補助装置１のスーパーチャージャ９はターボチャージャ７と並列配置となる。

また、本発明の発進補助装置１では、コントローラ（図４参照）は、適宜なパラメータ信号から車両の発進を判定し、発進時にはスーパーチャージャ９を作動させるようになっている。

また、本発明の発進補助装置１では、スーパーチャージャ９には、ルーツブロア、リショルムコンプレッサ等の公知の容積型スーパーチャージャが使用される。

図１中、従来の発進補助装置５１と同等の部材は、説明を省略する。

容積型スーパーチャージャのひとつであるルーツブロアは、図２に示されるように、２つの円筒が部分的に重ねられるように合成された双子円筒形の圧縮室４１に２つの回転子４２，４３を収容したものである。圧縮室４１は、２つの円形を部分的に重ねたような断面を有する。各回転子４２，４３は、圧縮室４１の２つの中心にそれぞれ位置する回転軸４４，４５の回りを回転するもので、圧縮室４１に内接する凸部から回転軸４４，４５近くまで径が小さくなった凹部まで連続的に径が変化している。各回転子４２，４３は、相互に接しかつ圧縮室４１に内接した状態を保ちつつ、互いに逆方向に回転するようになっている。圧縮室４１内の空間は、２つの回転子４２，４３によって、３つの気密な空間に分割される。分割空間のうち、図示状態で入口４６に連通している右上の分割空間が回転子４２の回転に伴って左回りに移動して入口４６から遮断され、その後、出口４７に連通する。図示状態で入口４６にも出口４７にも連通していない下の分割空間は回転子４３の回転に伴って右回りに移動して出口４７に連通する。

以下、本発明の発進補助装置１の動作を説明する。

コントローラ１９は、例えば、エンジン回転速度がアイドル回転速度のときにアクセル開度が大きくなると、車両の発進と判定してスーパーチャージャ９を作動させる。すなわち、コントローラ１９は、電磁クラッチ２０を接に作動させる。エンジン２のシャフト８の回転がクランクプーリ２２からベルト２３を介してスーパーチャージャ用プーリ２１に伝達されているため、電磁クラッチ２０が接に作動されると、スーパーチャージャ９はエンジン回転速度に比例して回転する。

スーパーチャージャ９は、電磁クラッチ２０の接により、即座に過給を開始することになる。エアフィルタの出口からの空気がスーパーチャージャ９で圧縮され、エンジン２に至る。このとき、インタークーラ１２の出口の圧力はスーパーチャージャ９の出口の圧力より低いので、自動切替バルブ１５は閉鎖され、スーパーチャージャ９による吸気がインタークーラ１２に逆流することがない。このようにして、スーパーチャージャ９のみによる過給が実現される。このとき、従来技術とは異なり、スーパーチャージャ９の入口より上流にはコンプレッサ６やインタークーラ１２による通気の抵抗がないため、瞬時にスーパーチャージャ９に空気が吸い込まれ、過給圧が迅速に立ち上がる。これにより、従来よりも発進が円滑になる。

発進後、ある程度（例えば、２秒）時間が経過すると、ターボチャージャ７の回転が上昇し、ターボチャージャ７のみでエンジン２が運転可能となる。そこで、コントローラ１９は、電磁クラッチ２０を断にする。スーパーチャージャ９の作動が停止し、その一方で、インタークーラ１２の出口の圧力が上昇してくるので、自動切替バルブ１５は開放され、ターボチャージャ７からの空気がインタークーラ１２を経てエンジン２に過給されるようになる。このとき、スーパーチャージャ９は、容積型であるので、停止中は空気が流通せず、逆流することがない。

図３に示されるように、エンジン２が定常運転されている通常走行時、エンジン回転速度が１０００ｒｐｍ程度では、一点鎖線で示すように、トルクは小さい。エンジン２の暖気が不十分な走行開始時は、二点鎖線で示すように、トルクはさらに小さい。このような状況で発進を行うとき、本発明の発進補助装置１は、スーパーチャージャ９による過給圧が迅速に立ち上がるので、実線で示すように、トルクが大きくできる。

図４に示されるように、本発明の発進補助装置１は、コンプレッサ６より上流で吸気管５を分岐してコンプレッサ６とスーパーチャージャ９に接続することで実現できる。従って、従来の発進補助装置５１に対して配管のみを変更すればよく、簡素な構成で実現できる。

ところで、坂路下りのように無負荷時に惰行走行してエンジン２をアイドル回転速度にしているときは、アクセル開度が大きくなっても、車両の発進ではないので、コントローラ１９は、車速やその他のパラメータ信号から車両の発進ではないことを判定し、その場合はスーパーチャージャ９を作動させない。例えば、変速機から得られるギア段信号に基づき、発進ギア段でなければ車両の発進でないと判定することができる。すなわち、本発明の発進補助装置１では、スーパーチャージャ９を発進のときのみしか作動させない。これにより、スーパーチャージャ９を発進以外のときにも作動させていた従来技術に比べて、燃費が改善される。

本発明の発進補助装置１では、スーパーチャージャ９の作動時はインタークーラ１２を通らない吸気がエンジン２に供給される。一般に、インタークーラ１２は吸気の温度を低下させることでエンジン効率の向上に寄与しており、インタークーラ１２を通さない吸気は温度が高くエンジン効率を損なうと考えられている。しかし、過給によって吸気温度が上がるのは過給率が相当に高いときである。その点、本発明の発進補助装置１では、発進時のみインタークーラ１２を通らない吸気がエンジン２に供給されるのであり、その時の吸気温度はエンジン効率に影響するほど高くはないので、問題ない。

本実施形態では、スーパーチャージャ９をベルト駆動としたが、これに限らず、ギア駆動でもよいし、電動モータで駆動するようにしてもよい。

本発明の発進補助装置１は、ダウンサイジングされたエンジン２に好適に適用されるが、これに限らず、従来どおりの通常サイズのエンジン２に対しても適用することができる。

本発明の発進補助装置１は、従来と同一サイズのスーパーチャージャ９を用いた場合に、従来より発進性能が向上するが、発進性能は従来と同程度でよいとした場合、より小型のスーパーチャージャ９を採用することができ、いっそうのダウンサイジングを図ることができる。

１ 発進補助装置
２ エンジン
３ 排気管
４ タービン
５ 吸気管
６ コンプレッサ
７ ターボチャージャ
８ シャフト
９ スーパーチャージャ

Claims (2)

1. エンジンの排気管に配置されたタービンにより吸気管に配置されたコンプレッサを駆動するターボチャージャと、前記エンジンのシャフトで駆動される容積型スーパーチャージャとを備えた発進補助装置において、
   前記スーパーチャージャの吸気入口が前記コンプレッサより大気側に設けられ、
   前記コンプレッサより下流側の吸気管にインタークーラが設けられ、
   前記インタークーラと前記エンジンとの間の吸気管に、下流よりも上流の圧力が高ければ開放され、下流よりも上流の圧力が低ければ閉鎖される自動切替バルブが挿入され、
   前記自動切替バルブと前記エンジンとの間の吸気管に前記スーパーチャージャの出口が接続され、
   前記スーパーチャージャに、前記エンジンの前記シャフトと前記スーパーチャージャとを断接可能に連結する電磁クラッチが設けられ、
   前記電磁クラッチは、コントローラにより、車両の発進時に接にされ、前記車両の発進後に断にされることを特徴とする発進補助装置。
2. 前記コントローラは、前記車両の発進時から２秒が経過したとき、前記電磁クラッチを断にすることを特徴とする請求項１記載の発進補助装置。

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