JPH0988620A - 過給機付内燃機関 - Google Patents

過給機付内燃機関

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JPH0988620A
JPH0988620A JP7253388A JP25338895A JPH0988620A JP H0988620 A JPH0988620 A JP H0988620A JP 7253388 A JP7253388 A JP 7253388A JP 25338895 A JP25338895 A JP 25338895A JP H0988620 A JPH0988620 A JP H0988620A
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JP
Japan
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
supercharger
gear ratio
turbine
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Pending
Application number
JP7253388A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Harada
健一 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH0988620A publication Critical patent/JPH0988620A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Supercharger (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関回転数が高い場合には排気ガスの有
するエネルギを回収することにより省エネルギを達成す
ることのできる過給機付内燃機関を提供する。 【解決手段】 排気タービン141とコンプレッサ14
2とは一軸接続され、過給機を構成する。さらに過給機
と内燃機関11のクランク軸111とは無段変速装置1
46、147、148と増速装置144、145とによ
って接続されるが、無段変速装置の変速比は制御部15
によって制御される。過給圧が過剰である運転状態にあ
っては、過給機の軸トルクは内燃機関に伝達され排気ガ
スのエネルギが回収される。逆にタービンが低速回転す
る運転状態にあっては、内燃機関によってコンプレッサ
を駆動することにより加速感を改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は過給機付内燃機関に
係わり、特に過給圧が過剰であるときには排気ガスのエ
ネルギを回収することのできる過給機付内燃機関に関す
る。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の排気量を増加することなく内
燃機関の出力を増大するために、内燃機関に過給機(タ
ーボチャージャあるいはスーパーチャージャ)を設置す
ることは公知である。このうちターボチャージャは内燃
機関から排出される排気ガスによってタービンを駆動
し、このタービンに機械的に直結されたコンプレッサに
よって吸気を過給することにより内燃機関出力の増大す
るものである。
【0003】しかしターボチャージャの駆動源は排気ガ
スであるため内燃機関の回転数が低い状態から加速する
場合にはコンプレッサの増速に遅れが生じ、加速時の応
答性が悪化することは避けることができなかった。この
課題を解決するためにタービンとコンプレッサとを接続
する回転軸と内燃機関クランク軸とをクラッチおよび増
速機を介して連結し、加速時には内燃機関によってコン
プレッサの回転を助けることにより加速時の応答性を改
善した過給機が提案されている。(実開平2−1260
36公報参照)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記提案
にかかる過給機にあっては、増速機の増速比が内燃機関
の回転数が低い場合にも過給が行なえるように設定され
ているため内燃機関の回転数が高い場合にはタービンお
よびコンプレッサが過回転数となり過度な過給により内
燃機関が破損することを防止するためにクラッチにより
内燃機関とコンプレッサとの連結を遮断することとして
いる。
【0005】一方増速機を有しない従来から一般に使用
されているターボチャージャでは内燃機関の回転数が高
い場合には排気ガスが余剰となるためタービンをバイパ
スして大気に排出することが必要となる。即ち排気ガス
は、エネルギの回収がなされずに大気に排出されること
となり省エネルギの要請に反する結果となる。本発明は
上記課題に鑑みなされたものであって、内燃機関回転数
が高い場合には排気ガスの有するエネルギを回収するこ
とにより省エネルギを達成することのできる過給機付内
燃機関を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1にかかる過給機
付内燃機関は、内燃機関から排出される排気ガスによっ
て駆動されるタービンとタービンと同一回転軸で接続さ
れ吸気を過給するコンプレッサとから構成される過給機
と、過給機の回転軸トルクを内燃機関のクランク軸に伝
達する伝達手段と、伝達手段による過給機の回転軸トル
クの内燃機関のクランク軸への伝達を内燃機関の運転状
態に応じて遮断する遮断手段と、を具備する。
【0007】請求項2にかかる過給機付内燃機関は、伝
達手段が過給機の回転軸と内燃機関のクランク軸とを連
結する無段変速装置である。請求項3にかかる過給機付
内燃機関は、内燃機関が内燃機関の回転数と負荷とに基
づいて定められる目標過給圧よりも低い過給圧で運転さ
れている時には無段変速装置の変速比を内燃機関のクラ
ンク軸トルクが過給機に伝達される変速比に設定する変
速比設定手段をさらに具備する。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明にかかる過給機付内
燃機関の実施例の構成図であって、内燃機関11にはエ
アクリーナ121から吸入された吸気が、吸気管12
2、インテークマニフォールド123を介して供給され
る。なお内燃機関11に供給される吸気量は吸気管途中
に設置されるスロットル弁124によって制御される。
【0009】内燃機関11が排出する排気ガスはエギゾ
ーストマニフォールド131、排気管132を介して大
気中に放出される。排気管132に途中には排気ガスに
よって駆動されるタービン141が設置され、吸気管1
22途中に設置され吸気を過給するコンプレッサ142
と回転軸143によって直結される。
【0010】回転軸143には小径歯車144も設置さ
れるが、この小径歯車144は大径歯車145と嵌合し
増速装置を構成する。さらに内燃機関11のクランクシ
ャフト111にはプライマリプーリ146が設置され、
大径歯車145と同軸にはセカンダリプーリ147が設
置される。そしてプライマリプーリ146とセカンダリ
プーリ147とはベルト148によって連結されてい
る。そしてベルト148に作用するプライマリプーリ1
46とセカンダリプーリ147の有効プーリ径を変更す
ることにより増速比を制御することができる。
【0011】これらプライマリプーリ146、セカンダ
リプーリ147およびベルト148は無段変速装置を構
成しており、制御部15の出力指令によって変速比S
R、即ちプライマリプーリ146とセカンダリプーリ1
47の有効プーリ径が制御される。即ち制御部15には
回転数センサ(図示せず。)によって検出される内燃機
関11の回転数Ne およびスロットルセンサ(図示せ
ず。)によって検出されるスロットル弁124の開度T
Hとが取り込まれ、それらに応じて変速比SRが決定さ
れる。
【0012】図2は第1の変速比制御ルーチンのフロー
チャートであって、ステップ21において内燃機関回転
数Ne 、スロットル弁開度THおよび実際の過給圧PM
を読み込む。ステップ22において目標過給圧PT を内
燃機関回転数Ne およびスロットル弁開度THの関数と
して定める。
【0013】PT =PT (Ne ,TH) 図3は目標過給圧PT を決定するためのグラフであっ
て、縦軸に目標過給圧P T を、横軸に内燃機関回転数N
e をとる。なおパラメータはスロットル弁開度THであ
る。ステップ23において実際の過給圧PM が目標過給
圧PT より高であるかを判定する。
【0014】ステップ23で肯定判定されたときはステ
ップ24に進み、変速比SRを10%減少してステップ
27に進む。ステップ23で否定判定されたときはステ
ップ25に進み、実際の過給圧PMが目標過給圧PT
り低であるかを判定する。ステップ25で肯定判定され
たときはステップ26に進み、変速比SRを10%増加
してステップ27に進む。なおステップ25で否定判定
されたときは直接ステップ27に進む。
【0015】ステップ27において変速比SRを予め定
めた上下限値以内に制限する。例えばタービン141の
上限回転数は機械的破壊に至る回転数として決定され
る。一方下限増速比は増速比が減少から増大に転じた際
の応答性を考慮して決定される。ステップ28において
変速比SRを出力し、無段変速機の変速比を制御してこ
のルーチンを終了する。
【0016】ここで、変速後の内燃機関回転数が排気ガ
スのみによって駆動された時のタービン回転数より高で
あるときには内燃機関によりタービンが駆動され、逆に
変速後の内燃機関回転数が排気ガスのみによって駆動さ
れた時のタービン回転数より低であるときにはタービン
の出力が内燃機関に回収される。即ち、ステップ23,
24および27では、過給圧が過剰となり排気ガスのエ
ネルギを回収することができる領域において、増速比を
減少することにより過給機の回転軸トルクは内燃機関の
クランク軸へと伝達される。
【0017】一方ステップ23,25,26および27
では、過給圧が目標過給圧以下である領域において、増
速比を増大または不変とすることにより内燃機関のクラ
ンク軸トルクが過給機の回転軸に伝達されるまたはトル
クの伝達が遮断される。なお無段変速機をタービン14
1から内燃機関11へ動力が伝達される変速比に固定し
セカンダリプーリ147内に電磁クラッチを取り付け
て、タービン回転数が低となり内燃機関11からタービ
ン141に動力が伝達される運転状態となった場合に内
燃機関11からタービン141への動力の伝達を遮断す
るようにすることも可能である。
【0018】図4は第2の変速比制御ルーチンのフロー
チャートであって、ステップ41において内燃機関回転
数Ne 、スロットル弁開度THを読み込む。ステップ4
2において基本変速比BSRを内燃機関回転数Ne およ
びスロットル弁開度THの関数として決定する。 BSR=BSR(Ne ,TH) 図5は基本変速比BSRを決定するためのグラフであっ
て、横軸に内燃機関回転数Ne を、縦軸にスロットル弁
開度THをとる。なおパラメータは基本変速比BSRで
ある。
【0019】ステップ43においてスロットル弁開度T
Hの変化率ΔTHを算出し、ステップ44においてΔT
Hが所定のしきい値α以上であるか、即ち加速時である
かを判定する。ステップ44において肯定判定されたと
きは、ステップ45に進み変速比補正係数KSRをスロ
ットル弁開度変化率ΔTHの関数として決定してステッ
プ47に進む。
【0020】KSR=KSR(ΔTH) スロットル弁開度変化率ΔTHが大であるとき、即ちよ
り急速に加速したいときには変速比補正係数KSRを大
きく設定する。ステップ44において否定判定されたと
きは、ステップ46に進み変速比補正係数KSRを10
%低減してステップ47に進む。
【0021】KSR=0.9×KSR ステップ47において変速比補正係数KSRに基本変速
比BSRを乗算して変速比SRを算出し、ステップ48
で変速比SRを出力してこのルーチンを終了する。即ち
第2の変速比制御ルーチンによれば急速な加速が要求さ
れる場合には変速比SRを大きく設定し、内燃機関によ
ってコンプレッサを駆動することにより加速感を向上す
ることが可能となる。
【0022】図6は第3の変速比制御ルーチンのフロー
チャートであって、ステップ61において内燃機関回転
数Ne 、スロットル弁開度THを読み込む。ステップ6
2において基本変速比BSRを内燃機関回転数Ne およ
びスロットル弁開度THの関数として決定する。 BSR=BSR(Ne ,TH) ここまでの処理は第2の変速比制御ルーチンである。
【0023】ステップ63においてシフトダウン直後で
あるか否かを判定し、肯定判定されればステップ64に
進む。ステップ64においてスロットル弁開度THが予
め定められたしきい値β以上であるかを判定する。ステ
ップ64で肯定判定されたときは、ステップ65に進み
スロットル補正係数KTHをスロットル弁開度THの関
数として決定してステップ66に進む。
【0024】KTH=KTH(TH) 図7はスロットル補正係数KTHを決定するためのグラ
フであって、横軸にスロットル弁開度THを、縦軸にス
ロットル補正係数KTHをとる。即ちスロットル弁開度
THが小となるほどスロットル補正係数KTHを大とす
ることにより、内燃機関でタービンを駆動する方向に補
正する。
【0025】なおステップ63あるいはステップ64に
おいて否定判定されたときは、直接ステップ66に進
む。ステップ66において変速パターン、オーバドライ
ブスイッチのオンオフ、あるいは使用ギヤによる変速比
補正係数KSRを算出する。即ち低速ギヤ使用時、変速
パターンとしてパワーモード使用時あるいはオーバドラ
イブスイッチオフ時には、変速比補正係数KSRを大と
して内燃機関によりタービンが駆動されるように補正す
る。
【0026】逆に高速ギヤ使用時、変速パターンとして
ノーマルモード使用時あるいはオーバドライブスイッチ
オン時には、変速比補正係数KSRを小としてタービン
により内燃機関が駆動されるように補正する。図8は変
速比補正係数KSRを決定するためのグラフであって、
横軸に内燃機関回転数Ne を、縦軸に変速比補正係数K
SRをとる。
【0027】ステップ67において、基本変速比BSR
にスロットル補正係数KTHおよび変速比補正係数KS
Rを乗算して変速比SRを算出する。ステップ68にお
いて変速比SRを予め定めた上下限値以内に制限し、ス
テップ69において変速比SRを出力してこのルーチン
を終了する。即ち、本発明によれば過給圧に応じてクラ
ンク軸からターボチャージャ回転軸へ、またはターボチ
ャージャ回転軸からクランク軸へのトルク伝達が無段変
速機の変速比を制御することにより達成される。
【0028】
【発明の効果】第1および第2の請求項にかかる過給機
付内燃機関によれば、過給圧が過剰であるときには過給
機の軸トルクは内燃機関に伝達することにより、排気ガ
スの有するエネルギを内燃機関に回収することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の構成図である。
【図2】第1の変速比制御ルーチンのフローチャートで
ある。
【図3】目標過給圧を決定するためのグラフである。
【図4】第2の変速比制御ルーチンのフローチャートで
ある。
【図5】基本変速比を決定するためのグラフである。
【図6】第3の変速比制御ルーチンのフローチャートで
ある。
【図7】スロットル補正係数を決定するためのグラフで
ある。
【図8】変速比補正係数を決定するためのグラフであ
る。
【符号の説明】
11…内燃機関 121…エアクリーナ 122…吸気管 123…インテークマニフォールド 124…スロットル弁 131…エギゾーストマニフォールド 132…排気管 141…タービン 142…コンプレッサ 143…回転軸 144…小径歯車 145…大径歯車 146…プライマリープーリ 147…セコンダリプーリ 148…ベルト 15…制御部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関から排出される排気ガスによっ
    て駆動されるタービンと、該タービンと同一回転軸で接
    続され吸気を過給するコンプレッサと、から構成される
    過給機と、 前記過給機の回転軸トルクを内燃機関のクランク軸に伝
    達する伝達手段と、 前記伝達手段による前記過給機の回転軸トルクの内燃機
    関のクランク軸への伝達を内燃機関の運転状態に応じて
    遮断する遮断手段と、を具備する過給機付内燃機関。
  2. 【請求項2】 前記伝達手段が、 前記過給機の回転軸と内燃機関のクランク軸とを連結す
    る無段変速装置である請求項1に記載の過給機付内燃機
    関。
  3. 【請求項3】 内燃機関が内燃機関の回転数と負荷とに
    基づいて定められる目標過給圧よりも低い過給圧で運転
    されている時には、前記無段変速装置の変速比を内燃機
    関のクランク軸トルクが前記過給機に伝達される変速比
    に設定する変速比設定手段をさらに具備する請求項2に
    記載の過給機付内燃機関。
JP7253388A 1995-09-29 1995-09-29 過給機付内燃機関 Pending JPH0988620A (ja)

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