(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボチャージャ及び機械式過給機による過給を燃費を悪化させることなく切り換えることができる過給機切換装置を提供する。【解決手段】エンジン２の排気で駆動され、吸気を圧縮するターボチャージャ３と、エンジン２にクラッチを介して連結され、吸気を圧縮する機械式過給機５とを備え、低回転域でクラッチを接にして機械式過給機５を駆動し、高回転域でクラッチを断にして機械式過給機５の駆動を停止させる過給機切換装置１において、クラッチを断接するアクチュエータ６を、ターボチャージャ３のコンプレッサ１０の出口圧力で作動するダイアフラム式アクチュエータ６で構成したものである。【選択図】図２
2015151888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気で駆動され、吸気を圧縮するターボチャージャと、前記エンジンにクラッチを介して連結され、吸気を圧縮する機械式過給機とを備え、低回転域で前記クラッチを接にして前記機械式過給機を駆動し、高回転域で前記クラッチを断にして前記機械式過給機の駆動を停止させる過給機切換装置において、
前記クラッチを断接するアクチュエータを、前記ターボチャージャのコンプレッサの出口圧力で作動するダイアフラム式アクチュエータで構成したことを特徴とする過給機切換装置。
【請求項２】
前記機械式過給機には、駆動プーリが連結され、前記エンジンにはクランクプーリが接続され、前記駆動プーリと前記クランクプーリとの間には、クランクプーリからの駆動力を前記駆動プーリに伝達する一対のアイドルプーリが配設され、これらアイドルプーリの一方には、他方のアイドルプーリに接合するクラッチ部材が軸方向に移動可能に連結されて両アイドルプーリを断接する請求項１に記載の過給機切換装置。
【請求項３】
前記一方のアイドルプーリには、前記クラッチ部材が他方のアイドルプーリと常時接となるよう押圧するためのスプリングが設けられ、
前記ダイアフラム式アクチュエータは、前記クラッチ部材を、前記スプリングに抗して押し、前記他方のアイドルプーリから断とするように構成された請求項２に記載の過給機切換装置。
【請求項４】
前記ダイアフラム式アクチュエータは、前記コンプレッサの出口圧力で作動するダイアフラムと、該ダイアフラムに設けられ、前記クラッチ部材の回転中心を前記一方のアイドルプーリ側に押すためのニードルとを備えた請求項３に記載の過給機切換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械式過給機とターボチャージャとを備えるエンジンの過給機切換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３に示すように、エンジンの過給システム６０には、エンジン２からの駆動力で作動する機械式過給機（スーパーチャージャ）５と、排気路７に接続したタービン８からの駆動力で作動するターボチャージャ３と、エンジン２から機械式過給機５への駆動力を断接する電磁クラッチ６１とを備えたものがある。
【０００３】
一般的に機械式過給機５は、高回転になると効率が落ちるため、エンジン２が高回転になったとき電磁クラッチ６１でエンジン２のクランクプーリ２１の回転から機械式過給機５を切り離し、ターボチャージャ３のみの過給に切り換えることで排ガス性能と燃費性能との両立を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２７７８３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１１９２９号公報
【特許文献３】特開平１−１７７４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図４に示すように電磁クラッチ６１は、電磁コイル６２に通電されることでアーマチャディスク６３が電磁的に摩擦パッド６４付きの駆動ドライブハブ６５に引き付けられ、駆動ドライブハブ６５のトルクが出力ドライブ６６側へ伝達されるものであるため、機械式過給機５を駆動させている間は常に消費電力が発生する。
【０００６】
具体的には、電磁クラッチ６１への通電には、１２Ｖ系の場合、概ね３〜４Ａの電流が必要となり、２４Ｖ系ではその半分が必要となる。消費電力として３６〜４８Ｗがオルタネータの負荷にそのまま上乗せされるため、燃費の悪化に繋がるという課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、ターボチャージャ及び機械式過給機による過給を燃費を悪化させることなく切り換えることができる過給機切換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明は、エンジンの排気で駆動され、吸気を圧縮するターボチャージャと、前記エンジンにクラッチを介して連結され、吸気を圧縮する機械式過給機とを備え、低回転域で前記クラッチを接にして前記機械式過給機を駆動し、高回転域で前記クラッチを断にして前記機械式過給機の駆動を停止させるための過給機切換装置において、前記クラッチを断接するアクチュエータを、前記ターボチャージャのコンプレッサの出口圧力で作動するダイアフラム式アクチュエータで構成したものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の過給機切換装置によれば、ターボチャージャ及び機械式過給機による過給を燃費を悪化させることなく切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る過給機切換装置の要部拡大断面図であり、（ａ）は機械式過給機への駆動力を切断した状態を示し、（ｂ）は前記駆動力を接続した状態を示す。
【図２】過給機切換装置を備えたエンジンの説明図である。
【図３】従来のエンジンの説明図である。
【図４】従来のエンジンに用いられる電磁クラッチの断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１２】
図２に示すように、過給機切換装置１は、エンジン２の排気で駆動され、吸気を圧縮するターボチャージャ３と、エンジン２にクラッチ４（図１参照）を介して連結され吸気を圧縮する機械式過給機５と、クラッチ４を断接するアクチュエータ６とを備える。
【００１３】
ターボチャージャ３は、エンジン２の排気路７に接続され排気路７を流れる排気で駆動されるタービン８と、エンジン２の吸気路９に接続されタービン８からの駆動力で吸気を圧縮するコンプレッサ１０とを備える。タービン８は、排気の流れを受けて回転するタービンホイール（図示せず）を有する。タービンホイールは、ベーン開度が調節できるように形成されており、ベーン開度を調節することでタービン効率を調節できるようになっている。コンプレッサ１０の上流側の吸気路９には、インテークスロットル１１が接続されている。また、タービン８の下流側の排気路７には、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等の排気浄化装置１２が接続されている。
【００１４】
機械式過給機５は、リショルム式のスーパーチャージャからなり、一対のスクリューロータ１３、１４と、これらスクリューロータ１３、１４を気密に収容すると共に回転自在に支持する筐体１５とを備える。また、一方のスクリューロータ１３は、エンジン２からの駆動力で回転するロータ駆動軸１６を有し、他方のスクリューロータ１４は、ロータ駆動軸１６とギアを介して接続されるロータ従動軸１７を有する。機械式過給機５のロータ駆動軸１６は、動力伝達機構１８を介してエンジン２のクランク軸１９と連結されている。
【００１５】
動力伝達機構１８は、機械式過給機５のロータ駆動軸１６に設けられた駆動プーリ２０と、エンジン２のクランク軸１９に設けられたクランクプーリ２１と、駆動プーリ２０とクランクプーリ２１の間に設けられクランクプーリ２１からの駆動力を駆動プーリ２０に伝達する一対のアイドルプーリ２２、２３と、これらアイドルプーリ２２、２３に設けられアイドルプーリ２２、２３間での動力の伝達を断接するクラッチ４（図１参照）とを備える。
【００１６】
駆動プーリ２０は、クランクプーリ２１に対して軸方向に位置をずらして配置されている。
【００１７】
一方のアイドルプーリ２２はクランクプーリ２１とベルト２４を介して接続されており（以下、一次アイドルプーリ２２という）、他方のアイドルプーリ２３は、駆動プーリ２０とベルト２５を介して接続されている（以下、二次アイドルプーリ２３という）。一次アイドルプーリ２２と二次アイドルプーリ２３は、同軸上に配置されている。また、一次アイドルプーリ２２は、クランクプーリ２１と軸方向の位置が同じとなるように配置されており、二次アイドルプーリ２３は、駆動プーリ２０と軸方向の位置が同じとなるように配置されている。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、一次アイドルプーリ２２と二次アイドルプーリ２３は、フレーム等の固定系に設けられたフード２６に覆われると共に、フード２６にベアリング２７及び軸受部材２８を介して軸支されている。
【００１９】
クラッチ４は、一次アイドルプーリ２２に設けられた第１クラッチ面２９と、二次アイドルプーリ２３に軸方向に移動可能に設けられ第１クラッチ面２９と接合するクラッチ部材３０と、二次アイドルプーリ２３に設けられクラッチ部材３０を一次アイドルプーリ２２側に押すスプリング３１とを備える。
【００２０】
クラッチ部材３０は、円錐台状に形成された本体部３２と、本体部３２に軸方向に突出して設けられ二次アイドルプーリ２３に軸方向移動自在、かつ、回転方向の移動が規制されて係合されるピン３３とを備える。本体部３２は、二次アイドルプーリ２３と同軸上に配置されると共に小径側が一次アイドルプーリ２２側に配置される。本体部３２の外周には、第１クラッチ面２９と面接触する第２クラッチ面３４が形成されている。また、ピン３３は、本体部３２に軸方向に貫通されると共に中心軸上に位置して設けられている。ピン３３は、一端に頭部３５を有し、本体部３２の小径側の先端には、頭部３５を収容するための凹部３６が形成されている。頭部３５は、頂面を平坦に形成されている。
【００２１】
本体部３２から二次アイドルプーリ２３側に突出するピンの他端部３７は、二次アイドルプーリ２３の中心軸上に形成された係合穴３８内に挿入されると共に係合穴３８とスプライン係合されている。係合穴３８は、ピン３３の他端部３７と間隔を隔てて対向する底面３９を有する。
【００２２】
スプリング３１は、コイルバネからなり、ピン３３の他端部３７と係合穴３８の底面３９との間に圧縮された状態で介設されている。
【００２３】
また、一次アイドルプーリ２２の側面には、クラッチ部材３０が嵌入される嵌入部４０が形成されている。嵌入部４０は、クラッチ部材３０の外周形状に沿う形状、すなわち、側面視円形、かつ、奥側から開口側に向かうにつれて拡径する形状に形成されており、内周面が第２クラッチ面３４となっている。また、嵌入部４０は、クラッチ部材３０が嵌入されたとき、クラッチ部材３０の先端とは当接しないように形成されており、第１クラッチ面２９と第２クラッチ面３４とがくさび増力効果で強く圧着されるようになっている。
【００２４】
また、ターボチャージャ３のコンプレッサ１０と機械式過給機５との間の吸気路９には、コンプレッサ１０からの圧縮空気を冷却するための中間クーラ４１が設けられている。またさらに、コンプレッサ１０と中間クーラ４１との間の吸気路９には、排気路７から排気を環流させるための排気再循環路（ＥＧＲ路）４２が接続されている。排気再循環路４２には、排気を冷却するための排気再循環クーラ（ＥＧＲクーラ）４３が接続されると共に、排気再循環弁（ＥＧＲ弁）４４が接続されている。
【００２５】
また、機械式過給機５の入口側の吸気路９と出口側の吸気路９には、機械式過給機５を使用しないとき機械式過給機５を迂回してコンプレッサ１０からの圧縮空気をエンジン２に供給するためのバイパス路４５が接続されている。バイパス路４５には、給気の流れを切り替えるための給気切換バルブ４６が接続されている。機械式過給機５とエンジン２との間の吸気路９には、機械式過給機５で圧縮された圧縮空気を冷却するための給気クーラ４７が接続されている。なお、図中の４８はＭＡＰセンサであり、４９は小型ディーゼルパティキュレートフィルタ（小型ＤＰＦ）である。
【００２６】
アクチュエータ６は、ターボチャージャ３のコンプレッサ１０の出口圧力で作動するダイアフラム式アクチュエータからなる。アクチュエータ６は、一次アイドルプーリ２２と同軸上に隣接して配置されると共にフード２６に設けられている。アクチュエータ６は、フード２６に取り付けられるケーシング５０と、ケーシング５０内に設けられコンプレッサ１０の出口圧力で作動するダイアフラム５２と、ダイアフラム５２に設けられクラッチ部材３０の回転中心を二次アイドルプーリ２３側に押すためのニードル５３とを備える。
【００２７】
ダイアフラム５２は、ケーシング５０に設けられることでケーシング５０内に、コンプレッサ１０の出口圧力が導入される圧力導入室５１を形成する。圧力導入室５１は、耐圧耐熱のホース等からなる配管５４を介してコンプレッサ１０の出口側の吸気路９と接続されている。
【００２８】
ダイアフラム５２は薄い金属板からなる。ダイアフラム５２は、圧力室５１内の圧力が高くなることでニードル５３をクラッチ部材３０側に押すようになっている。
【００２９】
ニードル５３は、基端がダイアフラム５２の中心に取り付けられ、クラッチ部材３０に向けて延びると共にケーシング５０を挿通してケーシング５０外に突出されている。ニードル５３は、クラッチ部材３０のピン３３の頭部３５に点で接触するように先端が尖って形成されており、ピン３３の頭部３５を押したとき、ピン３３の回転の影響を受けないようになっている。ケーシング５０には、一次アイドルプーリ２２を回転自在に支持する支軸５５が設けられている。支軸５５には、ニードル５３を挿通させるための孔５６が形成されており、ニードル５３と支軸５５が干渉しないようになっている。
【００３０】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００３１】
エンジン２の回転数が低いとき、タービン８の回転数も低く、コンプレッサ１０で圧縮された圧縮空気の圧力も低くなっている。このため、図１（ｂ）に示すように、アクチュエータ６がクラッチ部材３０を押し動かすことはなく、クラッチ部材３０が一次アイドルプーリ２２の嵌入部４０に嵌入された状態になっている。すなわち、第１クラッチ面２９と第２クラッチ面３４とが圧着され、クラッチ４が接続された状態になっている。
【００３２】
エンジン２のクランクプーリ２１からの駆動力は一対のアイドルプーリ２２、２３を介して機械式過給機５のロータ駆動軸１６に伝達され、機械式過給機５が駆動される。このとき、給気切換バルブ４６は閉弁（全閉）されている。ターボチャージャ３のコンプレッサ１０で圧縮された圧縮空気は中間クーラで冷却されたのち、機械式過給機５で更に圧縮され、給気クーラで冷却されたのちエンジン２に供給される。低回転域では、ターボチャージャ３の効率は低いが、機械式過給機５はエンジン２の駆動力で駆動されるため、コンプレッサ１０からの圧縮空気を効率よく圧縮することができ、酸素不足による排気性能の悪化を防ぐことができる。また、コンプレッサ１０の出口圧力が低い低回転域ではスプリング３１の力でクラッチ４を接続して機械式過給機５を駆動するものとしたため、従来のように電磁クラッチを用いた場合よりもオルタネータ（図示せず）の負荷を軽減でき、燃費を向上させることができる。
【００３３】
この後、エンジン回転数が上がり、圧力室５１内の圧力が所定の作動設定過給圧を超えると、アクチュエータ６がスプリング３１の付勢力に抗してクラッチ部材３０を押し動かす。このとき、クラッチ部材３０は回転しているが、ニードル５３は尖った先端がクラッチ部材３０の回転中心に接しているので、ニードル５３がクラッチ部材３０から回転方向の力を受けることはない。クラッチ部材３０が一次アイドルプーリ２２から離間してクラッチ４が切断される。作動設定過給圧は、アクチュエータ６のセットフォース（スプリング３１のプリロード）で決定される。作動設定過給圧は、ターボチャージャ３及び機械式過給機５の２段過給において機械式過給機５の効率が悪い領域に入る直前のコンプレッサ１０出口圧力となったときクラッチ４が切断されるように、すなわち、スプリング３１が縮退されるように決定される。
【００３４】
クラッチ４が切断されることにより、エンジン２からの駆動力が機械式過給機５に伝達されなくなる。機械式過給機５は、高回転域では効率が落ちるが、クラッチ４が切断されて機械式過給機５の駆動が停止されることで、機械式過給機５がエンジン２の負荷になるのを防ぐことができ、燃費の悪化を防ぐことができる。
【００３５】
また、エンジン回転数が所定値を超えたとき、給気切換バルブ４６は、図示しない制御装置からの制御信号を受けて開弁（全開）される。このとき、制御装置は、図示しないセンサから入力される回転数情報に基づいて給気切換バルブ４６を開弁させる。また、給気切換バルブ４６の開弁のタイミングは、クラッチ４の切断より若干早いタイミングが好ましいが、クラッチ４の切断と同時であってもよい。
【００３６】
このように、クラッチ４を断接するアクチュエータ６を、ターボチャージャ３のコンプレッサ１０の出口圧力で作動するダイアフラム５２式アクチュエータで構成したため、電磁クラッチで機械式過給機５の駆動力を断接する場合のようにオルタネータの負荷が増えることはなく、燃費を向上できる。また、電磁クラッチ制御用のポート（ＥＣＵポート）が不要となり、コストが削減できる。そして、電磁クラッチ断接に伴う複雑な制御を不要にでき、エンジン制御ソフトウェアの開発コストを低減できると共に、制御装置の負荷を低減できる。
【００３７】
また、機械式過給機５には、駆動プーリ２０が連結され、エンジン２にはクランクプーリ２１が接続され、駆動プーリ２０とクランクプーリ２１との間には、クランクプーリ２１からの駆動力を駆動プーリ２０に伝達する一次アイドルプーリ２２及び二次アイドルプーリ２３が配設され、二次アイドルプーリ２３には、一次アイドルプーリ２２に接合するクラッチ部材３０が軸方向に移動可能に連結されて両アイドルプーリ２２、２３を断接するものとしたため、簡単な構造でエンジン２から機械式過給機５への駆動力が断接できる。
【００３８】
またさらに、二次アイドルプーリ２３には、クラッチ部材３０が一次アイドルプーリ２２と常時接となるよう押圧するためのスプリング３１が設けられ、アクチュエータ６は、クラッチ部材３０をスプリング３１に抗して押し、一次アイドルプーリ２２から断とするように構成されるものとしたため、更に簡単な構造でエンジン２から機械式過給機５への駆動力を断接できる。
【００３９】
また、アクチュエータ６は、コンプレッサ１０の出口圧力で作動するダイアフラム５２と、ダイアフラム５２に設けられ、クラッチ部材３０の回転中心を二次アイドルプーリ２３側に押すためのニードル５３とを備えるものとしたため、クラッチ切断時にアクチュエータ６がクラッチ部材３０から回転方向の力を受けないようにでき、アクチュエータ６を簡単な構造にできると共に、信頼性が高いものにできる。
【００４０】
なお、機械式過給機５は、リショルム式のスーパーチャージャからなるものとしたがルーツ式等の他の方式のスーパーチャージャからなるものとしてもよい。
【００４１】
また、機械式過給機５は、ターボチャージャ３のコンプレッサ１０より上流の吸気路９に接続されるものとしてもよい。この場合、機械式過給機５の入口側の吸気路９と出口側の吸気路９との間をバイパス路４５で接続し、バイパス路４５に給気切換バルブ４６を接続するとよい。
【００４２】
また、第１クラッチ面２９が一次アイドルプーリ２２に形成され、クラッチ部材３０及びスプリング３１が二次アイドルプーリ２３に設けられるものとしたが、逆に第１クラッチ面２９が二次アイドルプーリ２３に形成され、クラッチ部材３０及びスプリング３１が一次アイドルプーリ２２に設けられるものとしてもよい。
【００４３】
また、給気切換バルブ４６は、機械式過給機５の出口側（エンジン２側）の圧力が入口側（ターボチャージャ３のコンプレッサ１０側）の圧力より高くなったとき閉じると共に、機械式過給機５の出口側の圧力が入口側より低くなったときに閉じる逆止弁（図示せず）であってもよい。制御装置による電気的な制御を更に減らすことができる。
【００４４】
また、配管５４に電磁バルブ（図示せず）を設け、制御装置で開閉制御するものとしてもよい。コンプレッサ１０の一時的な圧力低下を吸収してクラッチ４の過度な断接を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  過給機切換装置
２  エンジン
３  ターボチャージャ
４  クラッチ
６  アクチュエータ
５  機械式過給機
１０  コンプレッサ
２０  駆動プーリ
２１  クランクプーリ
２２  一次アイドルプーリ（アイドルプーリ）
２３  二次アイドルプーリ（アイドルプーリ）
３０  クラッチ部材
３１  スプリング
５２  ダイアフラム
５３  ニードル
【図１】
2015151888.tif 000003
【図２】
2015151888.tif 000004
【図３】
2015151888.tif 000005
【図４】
2015151888.tif 000006