JPH11287127A - 内燃機関の過給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動安定性に優れた内燃機関の過給装置を提
供すること。 【解決手段】 排気通路８１に設けたタービンホイール
１１と，吸気通路８２に設けたコンプレッサインペラ１
２と，タービンホイール１１とコンプレッサインペラ１
２との間の動力伝達を行うシャフト３とを有する内燃機
関の過給装置１である。過給装置１には，コンプレッサ
インペラ１２が昇圧させた吸気圧力が所定圧力以上にな
った際にタービンホイール１１とコンプレッサインペラ
１２との間の動力伝達を遮断するクラッチ機構部４を設
けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，作動安定性に優れた内燃機関の
過給装置に関する。

【０００２】

【従来技術】例えば，船舶，自動車等に用いられる内燃
機関においては，高出力を得るための手段として，排気
ガスのエネルギーを利用した過給装置（ターボチャージ
ャ）が広く用いられている。従来の過給装置９は，図５
に示すごとく，排気通路８１に設けたタービンホイール
９１と，吸気通路８２に設けたコンプレッサインペラ９
２と，上記タービンホイール９１と上記コンプレッサイ
ンペラ９２との間の動力伝達を行うシャフト９３とより
なる基本構成を有している。

【０００３】また，過給装置９は，同図に示すごとく，
吸気通路８２にはウェイストゲートバルブアクチュエー
タ９４を，一方，排気通路８１にはバイパス通路９５及
びその進入口を開閉するためのウェイストゲートバルブ
９６を設けてある。これらは，周知のごとく，タービン
ホイール９１部に流入する排ガス量を規制することによ
りタービンホイール９１のオーバーランを防止するもの
である。そして，このようなウェイストゲートバルブ９
６等を備えた過給装置９は，上記基本構成だけでは実現
できない低速から高速までの広い範囲での有効な過給圧
特性を得ることができる。

【０００４】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来の内
燃機関の過給装置９においては次の問題がある。即ち，
上記ウェイストゲートバルブ９６は，上記排気通路８１
内の高温状態の排ガス中において進退する構造を有して
いる。そのため，ウェイストゲートバルブ９６は，優れ
た耐熱性を有する材料を用いて作製する必要があり，コ
ストが高くなる。

【０００５】また，排気通路８１内の排ガスはカーボン
を含有しているため，そのカーボンがウェイストゲート
バルブ９６に固着して作動不良を来す場合がある。ま
た，ウェイストゲートバルブ９６はその軸部９６０を排
気通路８１の外部に位置する上記ウェイストゲートバル
ブアクチュエータ９４に連結させてある。これに起因し
て，軸部９６０とバイパス通路９５との間に隙間が生
じ，ここから排ガス漏れが生じる場合がある。

【０００６】即ち，上記従来のウェイストゲートバルブ
９６を用いた過給装置９においては，上記種々の不具合
が発生するために，作動状態が必ずしも安定していると
は言えなかった。

【０００７】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，作動安定性に優れた内燃機関の過給装置
を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，排気通路に設け
たタービンホイールと，吸気通路に設けたコンプレッサ
インペラと，上記タービンホイールと上記コンプレッサ
インペラとの間の動力伝達を行うシャフトとを有する内
燃機関の過給装置において，該過給装置には，上記コン
プレッサインペラが昇圧させた吸気圧力が所定圧力以上
になった際に上記タービンホイールと上記コンプレッサ
インペラとの間の動力伝達を遮断するクラッチ機構部を
設けてあることを特徴とする内燃機関の過給装置にあ
る。

【０００９】本発明において最も注目すべきことは，上
記過給装置には，上記タービンホイールと上記コンプレ
ッサインペラとの間の動力伝達を遮断するためのクラッ
チ機構部を設けてあることである。

【００１０】上記クラッチ機構部としては，後述するご
とく種々の構成をとることができる。少なくとも，上記
クラッチ機構部は，上記のごとく，吸気圧力が所定圧力
以上になった際に上記タービンホイールと上記コンプレ
ッサインペラとの間の動力伝達を遮断するよう構成す
る。

【００１１】即ち，上記クラッチ機構部は，上記コンプ
レッサインペラにより昇圧される吸気圧力が所定圧力に
達するまでは，上記タービンホイールとコンプレッサイ
ンペラとの連結状態を維持し，一方，上記吸気圧力が所
定圧力を超えた際には，上記タービンホイールとコンプ
レッサインペラとの連結状態を解いて両者間の動力伝達
を止めるよう構成する。

【００１２】ここで，吸気圧力の上記所定圧力として
は，例えば，吸気圧力が内燃機関にとって過剰となる圧
力値，又はそれより低い圧力値に設定することができ
る。

【００１３】次に，本発明の作用につき説明する。本発
明の内燃機関の過給装置は，上記のごとくクラッチ機構
部を有している。そのため，内燃機関が低速運転時であ
る場合のように上記吸気圧力が低く所定圧力未満である
場合には，上記クラッチ機構部によって上記タービンホ
イールとコンプレッサインペラとの連結状態が維持され
る。これにより，吸気圧力が上記所定圧力に満たない場
合には，過給装置本来の作用を十分に発揮させることが
できる。

【００１４】一方，内燃機関が高速運転時である場合の
ように上記吸気圧力が高くこれが所定圧力以上となった
場合には，上記クラッチ機構部の作用によって上記ター
ビンホイールとコンプレッサインペラとの係合状態が解
かれる。そのため，上記タービンホイールが高速回転し
ていても，その動力がコンプレッサインペラに伝達され
ない。それ故，コンプレッサインペラのオーバーランは
防止され，昇圧される吸気圧力は所定圧力未満に維持さ
れて必要以上の吸気を内燃機関に送ることがない。

【００１５】このように，本発明においては，上記クラ
ッチ機構部を設けることにより，従来のウェイストゲー
トバルブを設けた場合と同様に，内燃機関の高速運転時
等における吸気圧力の過剰昇圧を抑制することができ
る。そして，ここに重要なことは，上記クラッチ機構部
を設けることにより，従来のウェイストゲートバルブの
ような排気通路内において進退移動する部品を設ける必
要がないことである。

【００１６】そのため，本発明の過給装置は，高価な耐
熱性部品の使用によるコストアップ，カーボン固着によ
る作動不良，排ガスの漏れ等という従来の不具合の発生
を確実に防止することができる。それ故，上記過給装置
は，従来よりも安定した作動状態を維持することができ
る。

【００１７】したがって，本発明によれば，作動安定性
に優れた内燃機関の過給装置を提供することができる。

【００１８】次に，請求項２の発明のように，上記クラ
ッチ機構部は，上記シャフトを分割してなる第１シャフ
トと第２シャフトとの間に設けてあると共に，上記第１
シャフトに設けた第１歯車と，上記第２シャフトに設け
た第２歯車と，両者間の動力伝達を行う第３歯車とより
なり，かつ，該第３歯車は，上記吸気圧力に応じて駆動
するアクチュエータに連結してあると共に，該アクチュ
エータの駆動によって上記吸気圧力が所定圧力以上にな
った際に上記第１歯車と上記第２歯車との係合状態を解
除するよう構成してあることが好ましい。

【００１９】この場合には，上記第３歯車を上記アクチ
ュエータの駆動によって移動させることにより，容易に
第１歯車と第２歯車との係合状態を制御することができ
る。ここで，上記アクチュエータとしては，種々のアク
チュエータを用いることができる。例えば，従来のウェ
イストゲートバルブアクチュエータと同様に吸気通路に
連結されたダイアフラムを用いて構成することもでき
る。また，吸気通路とは無関係に独立した構成のアクチ
ュエータを用いることもできる。

【００２０】また，上記第１歯車，第２歯車，第３歯車
としては，種々の歯車列を適用することができる。その
中でも，特に，請求項３の発明のように，上記第１歯
車，第２歯車，第３歯車は，いずれも傘歯車であること
が好ましい。これにより，上記第１シャフトと第２シャ
フトを同一軸芯上に維持したまま容易に上記第１〜第３
歯車による歯車列よりなるクラッチ機構部を配設するこ
とでき，構造を簡単にすることができる。

【００２１】また，請求項４の発明のように，上記クラ
ッチ機構部は，互いに回動可能に設けた上記シャフトと
上記コンプレッサインペラとの間に設けてなり，上記シ
ャフトは，該シャフトと共に回動するディスクを有して
おり，一方，上記コンプレッサインペラには，上記ディ
スクに係合可能な揺動片を設けてあると共に，該揺動片
を上記ディスクと係合する方向に付勢するバネを設けて
あり，かつ，上記揺動片は上記コンプレッサインペラの
回転数が上記所定圧力に相当する所定回転数以上になっ
た際に遠心力により上記バネに抗して上記ディスクとの
係合状態を解除するよう構成することもできる。

【００２２】この場合には，上記クラッチ機構部の構造
が簡単であり，かつ上記の歯車列の場合のようなアクチ
ュエータを必要としない。それ故，さらに部品点数を少
なくすることができると共に，構造を簡単にすることが
できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかる内燃機関の過給装置につ
き，図１を用いて説明する。本例の過給装置１は，図１
に示すごとく，排気通路８１に設けたタービンホイール
１１と，吸気通路８２に設けたコンプレッサインペラ１
２と，上記タービンホイール１１と上記コンプレッサイ
ンペラ１２との間の動力伝達を行うシャフト３とを有す
る。

【００２４】この過給装置１には，コンプレッサインペ
ラ１２が昇圧させた吸気圧力が所定圧力以上になった際
に上記タービンホイール１１と上記コンプレッサインペ
ラ１２との間の動力伝達を遮断するためのクラッチ機構
部４を設けてある。

【００２５】本例のクラッチ機構部４は，図１に示すご
とく，シャフト３を分割してなる第１シャフト３１と第
２シャフト３２との間に設けてある。第１シャフト３１
はタービンホイール１１に，第２シャフト３２はコンプ
レッサインペラ１２にそれぞれ固定されている。また，
第１シャフト３１及び第２シャフト３２は，いずれも軸
受部３６を介してケース３５内に回動可能に支持されて
いる。

【００２６】また，図１に示すごとく，上記クラッチ機
構部４は第１シャフト３１に設けた第１歯車４１と，第
２シャフト３２に設けた第２歯車４２と，両者４１，４
２間の動力伝達を行う第３歯車４３とよりなる。いずれ
の歯車４１〜４３も傘歯車により構成してある。そし
て，第１歯車４１と第２歯車４２は互いの回転軸（第１
シャフト３１及び第２シャフト３２）を同一軸芯上に設
け，第３歯車の回転軸４３０はこれらと直角をなすよう
設けてある。

【００２７】また，上記第３歯車４３は，図１に示すご
とく，アンギュラボールベアリングよりなる軸受３８に
よりケース３５内に支持されていると共に，その軸芯方
向に進退可能に配設されている。また，第３歯車４３
は，その回転軸４３０を上記吸気圧力に応じて駆動する
アクチュエータ５に連結してある。

【００２８】アクチュエータ５は，図１に示すごとく，
ダイアフラム５０を利用して構成してあり，これにより
区画される第１室５１は吸気通路８２に連通してあり，
一方，第２室５２にはダイアフラム５０を矢印Ａ方向，
即ち第３歯車４３が第１，第２歯車４１，４２と係合す
る方向に付勢するスプリング５３を配設してある。

【００２９】また，上記第１室５１には，上記第３歯車
４３の回転軸４３０を挿入配置してあると共に，これを
軸受４３１を介して回動可能にダイアフラム５０上に設
けてある。そして，上記ダイアフラム５０の駆動によっ
て回転軸４３０が進退し，これに伴って第３歯車４３が
第１歯車４１及び第２歯車４２と係脱するよう構成して
ある。

【００３０】なお，本例においては，上記第１歯車４１
と第２歯車４２の歯数は同じにしてある。そのため，上
記第１シャフト３１と第２シャフト３２とは，動力伝達
状態においては互いに逆方向に同じ回転数で回転する。
上記歯数については，必要に応じて変更することもでき
る。また，符号８５は内燃機関のシリンダ，８６はピス
トン，８７は吸気バルブ，８８は排気バルブである。

【００３１】次に，本例の作用につき説明する。本例の
内燃機関の過給装置１は，上記のごとくクラッチ機構部
４を有している。そして，クラッチ機構部４の第３歯車
４３には，上記アクチュエータ５を連結してある。

【００３２】そのため，内燃機関が低速運転時である場
合のように上記吸気圧力が低く所定圧力未満である場合
には，上記アクチュエータ５がスプリング５３の付勢力
により矢印Ａ方向に引き上げられた状態が維持される。
これにより，第３歯車４３は第１歯車４１及び第２歯車
４２と係合した状態を維持する。

【００３３】それ故，吸気圧力が所定圧力未満の場合に
は，タービンホイール１１の回動が第１シャフト３１，
第１歯車４１，第３歯車４３，第２歯車４２，第２シャ
フト３２を介して伝達され，コンプレッサインペラ１２
がタービンホイール１１と共に回転する。これにより，
排ガス圧力に応じて吸気圧力が昇圧される。

【００３４】一方，内燃機関が高速運転時である場合の
ように上記吸気圧力が高くこれが所定圧力以上となった
場合には，上記アクチュエータ５の第１室５１に高圧の
吸気が導入され，ダイアフラム５０が矢印Ａと反対方向
に引き下げられる。これに伴い第３歯車４３が引き下げ
られて第１歯車４１及び第２歯車４２との係合状態が解
除される。

【００３５】それ故，吸気圧力が所定圧力以上の場合に
は，コンプレッサインペラ１２とタービンホイール１１
との間の動力伝達が遮断される。これにより，コンプレ
ッサインペラ１２により昇圧される吸気圧力は所定圧力
未満に維持され，必要以上の吸気を内燃機関に送ること
が防止される。

【００３６】このように，本例においては，上記クラッ
チ機構部４を設けることにより，従来のウェイストゲー
トバルブを設けた場合と同様に，内燃機関の高速運転時
等におけるコンプレッサインペラ１２のオーバーランを
防止して吸気圧力の過剰昇圧を抑制することができる。
また，本例の過給装置１は従来のウェイストゲートバル
ブと異なり，排気通路内において進退移動する部品を設
ける必要がない。

【００３７】そのため，本例の過給装置１は，高価な耐
熱性部品の使用によるコストアップ，カーボン固着によ
る作動不良，排ガスの漏れ等という従来の不具合の発生
を確実に防止することができる。それ故，上記過給装置
１は，従来よりも安定した作動状態を維持することがで
きる。

【００３８】実施形態例２ 本例は，図２に示すごとく，実施形態例１における第１
〜第３歯車４１〜４３を平歯車に代えた例である。即
ち，同図に示すごとく，第３歯車４３の回転軸を第１シ
ャフト３１及び第２シャフト３２と同一方向に設けると
共に，これをブラケット４３５により支持し，さらにブ
ラケット４３５から延設した軸部４３６を上記アクチュ
エータ５のダイヤフラム５０に接続してある。その他は
実施形態例１と同様である。

【００３９】この場合には，軸部４３６を回動させる必
要がないため，軸受等の部品を省略することができ，構
造が簡単となる。また，第１シャフト３１と第２シャフ
ト３２との回転方向を同方向にすることもできる。その
他は実施形態例１と同様の効果が得られる。なお，上記
アクチュエータ５の進退方向をシャフト３と同方向とし
て，第３歯車４３をシャフト３の軸芯方向にずらす構造
とすることもできる。

【００４０】実施形態例３ 本例は，図３，図４に示すごとく，互いに回動可能に設
けたシャフト６とコンプレッサインペラ１２との間にク
ラッチ機構部４０３を設けた具体例である。上記シャフ
ト６は，該シャフト６と共に回動するディスク６６を有
している。一方，上記コンプレッサインペラ１２には，
ディスク６６に係合可能な揺動片７を設けてあると共
に，該揺動片７をディスク６６と係合する方向に付勢す
るバネ７１を設けてある。

【００４１】また，上記揺動片７は上記コンプレッサイ
ンペラ１２の回転数が上記所定圧力に相当する所定回転
数以上になった際に遠心力により上記バネ７１に抗して
上記ディスク６６との係合状態を解除するよう構成して
ある。以下，これを詳説する。

【００４２】図３に示すごとく，上記シャフト６はその
一端６１をタービンホイール１１に固定してあると共
に，他端６２をコンプレッサインペラ１２と互いに回動
可能となるように係合させている。また，シャフト６の
他端６２には，コンプレッサインペラ１２よりも小径の
上記ディスク６６を設けてある。このディスク６６はシ
ャフト６に固定してあり，シャフト６と共に回動するよ
う設けてある。また，図３に示すごとく，コンプレッサ
インペラ１２の内面１２１に対してわずかな隙間を空け
て対面させてある。

【００４３】一方，図４に示すごとく，コンプレッサイ
ンペラ１２の内面１２１には，２つの揺動片７を軸芯を
挟んで対称に設けてある。この揺動片７は，支持ピン７
０を中心に回動可能に設けられていると共に，板バネ７
１によって内方に付勢されている。これにより，同図に
示すごとく，コンプレッサインペラ１２の静止状態にお
いては，揺動片７はその内側面７５をディスク６６の外
周面６６５に当接した状態となる。

【００４４】また，上記板バネ７１の付勢力は，コンプ
レッサインペラ１２が所定回転数に達した際に揺動片７
に生ずる遠心力に合わせてある。即ち，揺動片７は，コ
ンプレッサインペラ１２の回転数がが所定回転数以上に
なった場合に上記板バネ７１の付勢力に抗して外方に広
がるよう設けられている。ここで，本例においては，上
記所定回転数として，吸気圧力が過剰となる上限の回転
数に設定してある。その他の構造は，実施形態例１と同
様である。

【００４５】次に本例の作用につき説明する。本例のク
ラッチ機構部４０３は，上記のごとく，シャフト６に設
けたディスク６６とコンプレッサインペラ１２に設けた
揺動片７とよりなる。そのため，内燃機関の低速運転時
等におけるタービンホイール１１の低速回転時において
は，コンプレッサインペラ１２も低速回転となり，上記
ディスク６６と揺動片７との係合状態が維持される。

【００４６】一方，内燃機関の高速運転時等のタービン
ホイール１１の高速回転時においては，コンプレッサイ
ンペラ１２の回転数が上記所定回転数を超えた時点にお
いて揺動片７に作用する遠心力が板バネ７１の付勢力よ
りも大きくなる。そのため，揺動片７とディスク６６と
の係合状態は解かれ，タービンホイール１１からコンプ
レッサインペラ１２への動力伝達が遮断される。

【００４７】このように，本例においても，実施形態例
１と同様に，コンプレッサインペラ１２のオーバーラン
を確実に防止することができ，過給装置の有効領域を適
正に維持することができる。また，本例においては，実
施形態例１の場合のように，アクチュエータを必要とし
ない。また，クラッチ機構部４０３自体の構造も上記の
ごとく簡単である。それ故，過給装置全体の部品点数の
削減，構造の簡易化を図ることができる。

【００４８】

【発明の効果】上述のごとく，本発明によれば，作動安
定性に優れた内燃機関の過給装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における，過給装置の構造を示す
説明図。

【図２】実施形態例２における，過給装置の構造を示す
説明図。

【図３】実施形態例３における，過給装置の構造を示す
説明図。

【図４】実施形態例３における，ディスクと揺動片との
係合状態を図３の矢印Ｂ方向から見た説明図。

【図５】従来例における，過給装置の構造を示す説明
図。

【符号の説明】

１．．．過給装置， １１．．．コンプレッサインペラ， １２．．．タービンホイール， ３，６．．．シャフト， ３１．．．第１シャフト， ３２．．．第２シャフト， ４，４０３．．．クラッチ機構部， ４１．．．第１歯車， ４２．．．第２歯車， ４３．．．第３歯車， ５．．．アクチュエータ， ５０．．．ダイアフラム， ６６．．．ディスク， ７．．．揺動片， ７１．．．板バネ，

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路に設けたタービンホイールと，
   吸気通路に設けたコンプレッサインペラと，上記タービ
   ンホイールと上記コンプレッサインペラとの間の動力伝
   達を行うシャフトとを有する内燃機関の過給装置におい
   て，該過給装置には，上記コンプレッサインペラが昇圧
   させた吸気圧力が所定圧力以上になった際に上記タービ
   ンホイールと上記コンプレッサインペラとの間の動力伝
   達を遮断するクラッチ機構部を設けてあることを特徴と
   する内燃機関の過給装置。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記クラッチ機構部
   は，上記シャフトを分割してなる第１シャフトと第２シ
   ャフトとの間に設けてあると共に，上記第１シャフトに
   設けた第１歯車と，上記第２シャフトに設けた第２歯車
   と，両者間の動力伝達を行う第３歯車とよりなり，か
   つ，該第３歯車は，上記吸気圧力に応じて駆動するアク
   チュエータに連結してあると共に，該アクチュエータの
   駆動によって上記吸気圧力が所定圧力以上になった際に
   上記第１歯車と上記第２歯車との係合状態を解除するよ
   う構成してあることを特徴とする内燃機関の過給装置。
3. 【請求項３】 請求項２において，上記第１歯車，第２
   歯車，第３歯車は，いずれも傘歯車であることを特徴と
   する内燃機関の過給装置。
4. 【請求項４】 請求項１において，上記クラッチ機構部
   は，互いに回動可能に設けた上記シャフトと上記コンプ
   レッサインペラとの間に設けてなり，上記シャフトは，
   該シャフトと共に回動するディスクを有しており，一
   方，上記コンプレッサインペラには，上記ディスクに係
   合可能な揺動片を設けてあると共に，該揺動片を上記デ
   ィスクと係合する方向に付勢するバネを設けてあり，か
   つ，上記揺動片は上記コンプレッサインペラの回転数が
   上記所定圧力に相当する所定回転数以上になった際に遠
   心力により上記バネに抗して上記ディスクとの係合状態
   を解除するよう構成してあることを特徴とする内燃機関
   の過給装置。