JP2501865Y2

JP2501865Y2 - 複合過給内燃機関における過給制御装置

Info

Publication number: JP2501865Y2
Application number: JP1989062428U
Authority: JP
Inventors: 衛 ▲吉▼岡; 徹木所
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-05-31
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1996-06-19
Anticipated expiration: 2004-05-31
Also published as: JPH035935U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この考案はターボ式過給機と機械式過給機とを併用し
た複合過給内燃機関における過給制御装置に関する。

〔従来の技術〕

ターボ式過給機と機械式過給機とを併用した過給シス
テムではエンジン低回転側で機械式過給機を主として使
用し、高回転側でターボ式過給機を主として使用するも
のである。機械式過給機ターボ式過給機との切替のため
機械式過給機を迂回するバイパス通路が設けられ、バイ
パス通路には過給圧制御弁が設けられる。バイパス通路
はターボ式過給機が作動しない低回転域では閉鎖され、
機械式過給機による過給が行われる。ターボ式過給機が
作動する高回域では過給圧制御弁は解放され、バイパス
通路を空気がバイパスされるため、機械式過給機の作動
は実質的に停止され、過給はターボ式過給機により行わ
れる。所定過給圧が得られた後ターボ式過給機が完全に
立ち止まるまでの余剰空気はリリーフ通路を介して吸気
管に再導される。ターボ式過給機と機械式過給機との併
用システムについては例えば特開昭62-91626号など参
照。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来技術ではターボ式過給機により過給域に移行する
までの機械式過給機により余った空気は吸気管に導入さ
れる。この場合リリーフ空気の流れターボ式過給機から
の空気の流れに衝突され、吸入空気同志の衝突より吸気
抵抗が増加され、その結果燃料消費率の悪化がある。

この考案では吸入空気同志の衝突を防止し、効率を向
上させることを目的とする。

〔課題を解決するために手段〕

この考案によれば、リリーフ通路にリリーフ制御弁が
設けられ、機械式過給機の下流の吸気管圧力を検出する
圧力センサにより検出される圧力が設定値になるまで
（即ち、圧力垂直PSW2がONとなるまで）、リリーフ制御
弁を閉鎖している。機械式過給機下流の圧力が設定値に
なるまでリリーフを禁止しているため、機械式過給機の
立ち上がりが遅れることなく、リリーフしたとしたとき
と比較して加速性能の悪化を防止しかつ効率を高めるこ
とができる。また、リリーフ制御弁は機械式過給機下流
の圧力が設定値に達した後のリリーフ量の制御の最適を
図ることができ、最適な過給制御を実現することができ
る。即ち、機械式過給機とターボ式過給機による２段制
御においては機械式過給機の圧力が設定値を越えるとノ
ッキングの恐れがあるが、設定過給圧値に達した後のリ
リーフ量を制御することによりノッキングを防止しつつ
最適な過給作動を実現することができる。

〔実施例〕

第１図において、10はエンジン本体、12はピストン、
14はクランク軸、16は吸気弁、18は排気弁、20は吸気ポ
ート、22は排気ポートである。吸気ポート20は吸気管2
2、スロットル弁23を介してエアクリーナ24に接続さ
れ、排気ポート25は排気管26を介して触媒コンバータ28
およびマフラ30に接続される。

ターボ式過給機32はコンプレッサ34とタービン36とを
有し、コンプレッサ34はスロットル弁23の上流における
吸気管に配置される。タービン36は排気管26に配置され
る。タービン36を迂回して、バイパス通路38が排気管に
接続され、バイパス通路38にウエストゲート弁40が配置
される。ウエストゲート弁40はリンク42を介してアクチ
ュエータ44に接続され、アクチュエータ44は圧力導管46
を介してコンプレッサ34の下流の圧力取りだしポート48
に接続される。周知のようにアクチュエータ44は過給圧
に応じてウエストゲート弁40を開閉するダイヤフラム44
aを具備している。即ち、過給圧が小さいときはアクチ
ュエータ44はウエストゲート弁40を閉鎖位置させ、過給
圧が設定圧を越えるときはアクチュエータ44はウエスト
ゲート弁40を開放位置させる。

機械式過給機50はルーツポンプとして構成され、スロ
ットル弁23の下流における吸気管に配置される。吸気管
50は噛み合い回転する一対のロータ52、54を有し、駆動
側のロータ54の軸上にクラッチ付プーリ56が設けられ、
このプーリ56はベルト58を介してクランク軸14上のプー
リ60に連結される。機械式過給機50を迂回するバイパス
通路60が吸気管に接続され、バイパス通路60にバタフラ
イ型の通路切替弁62が配置され、過給圧制御弁62はリン
ク64を介してアクチュエータ66に連結される。アクチュ
エータ66はダイヤフラム66aを有し、ダイヤフラム66aは
三方切替弁（VSV1）68によってエアクリーナ24に接続さ
れる状態（ON）と、スロットル弁23の下流の圧力取りだ
しポート70に接続される状態（OFF）との間を切替され
る。大気圧がアクチュエータ66に導入されるON位置では
アクチュエータ66はスプリング66bの力によって過給圧
制御弁62を閉鎖する。ポート70からの過給圧がアクチュ
エータ66に導入されるOFF位置ではアクチュエータ66は
スプリング66bの力に坑して過給圧制御弁62を開放せし
める。

この考案によれば機械式過給機50の下流の吸気管22よ
りリリーフ通路70が分岐され、そのリリーフ通路70の下
流端はターボ式過給機32のタービン36の上流の排気管26
に接続される。リリーフ通路70に排気ガスに逆流を防止
するためのチエック弁72が配置される。チエック弁72の
上流にバタフライ型のリリーフ制御弁74が設けられ、リ
リーフ制御弁74はリンク76を介してアクチュエータ78に
連結される。アクチュエータ78はダイヤフラム78aを有
し、ダイヤフラム78aは三方切替弁（VSV2）80によって
エアクリーナ24に接続される状態（ON）と、スロットル
弁23の下流の圧力取りだしポート81に接続される状態
（OFF）との間を切替される。大気圧がアクチュエータ7
8に導入されるON位置でアクチュエータ78はスプリング7
8bの力によってリリーフ制御弁74を閉鎖する。ポート81
からの過給圧がアクチュエータ78に導入されるOFF位置
でアクチュエータ78はスプリング78bの力に坑してリリ
ーフ制御弁74を開放せしめる。制御回路87はマイクロコ
ンピュータシステムとして構成され、この考案の過給圧
制御を行うものである。制御回路87には種々のセンサか
らの運転条件信号が入力される。第１圧力センサ82（ス
イッチPSW1）はターボ式過給機32のコンプレッサ34の下
流の圧力を検出する。第２圧力センサ（スイッチPSW2）
84は機械式過給機50の下流の圧力を検出する。吸入空気
温度センサ85はエンジンに導入される吸入空気の温度を
検出する。排気管26に設けられる酸素センサは空燃比を
検出するため設けられる。制御回路80から第１切替弁68
（VSV1）及び第２切替弁80（VSV2）への制御信号が印加
される。

第２図は制御回路87による過給圧制御を概略的に示す
フローチャートである。ステップ100ではエンジン回転
数NE＜NE₀か否か、ステップ102では、吸気空気量−回転
数比等により代表されるエンジン負荷Ｌ＞Ｌ₀か否か判
別される。NE＞NE₀でもＬ＞Ｌ₀でもない低回転、低負荷
時はステップ104でプーリ56のクラッチ部に解放信号が
送られ、クラッチは解放され、エンジンクランク軸は機
械式過給機50から切り離されるため機械式過給機50によ
る過給は行われない。ステップ106では第１切替弁68（V
SV1）がOFFされ、制御弁62は全閉される。ステップ108
では第２切替弁80（VSV2）がOFFされ、リリーフ弁74は
コンプレッサ34の下流の圧力に応じて制御される。即
ち、コンプレッサ34の下流の圧力がスプリング78bの設
定に打ち勝つまではリリーフ弁74は全閉され、コンプレ
ッサ34の回転数の増加によりコンプレッサ34の下流の圧
力がスプリング78bの設定に打ち勝つとリリーフ弁74は
開弁される。

ステップ100でNE＞NE₀若しくはステップ102でＬ＞Ｌ₀
のときは高回転、高負低負荷時であり、ステップ110で
プーリ56のクラッチ部に係合信号が送られクラッチは係
合され、エンジンクランク軸は機械式過給機50に機械的
に連結されるため機械式過給機50による過給が行われ
る。ステップ112では第２圧力センサ（PSW2）84がONか
否か、ステップ114では第１圧力センサ（PSW1）82がON
か否か判別される。機械式過給機50とターボ式過給機32
とでは機械式過給機50による過給圧の立ち上がりが早い
ため最初は機械式過給機50の下流の第２圧力センサ84が
設定圧に到達するが、最初は（低回転域では）この第２
圧力センサ84もOFFであるためステップ115,116に流れ、
ステップ115では第１切替弁68（VSV1）がONされるた
め、アクチュエータ66に大気が導入され、制御弁62は全
閉される。ステップ116では第２切替弁80（VSV2）がON
されるため、アクチュエータ78に大気が導入され、制御
弁62は全閉される。

立ち上がりの早い機械式過給機50の下流の第２圧力セ
ンサ84がONとなると、ターボ式過給機が未立ち上がりと
すれば第１圧力センサ82（スイッチPSW1）は依然OFFの
ため、ステップ112よりステップ114に流れる。ステップ
117では第１切替弁68（VSV1）はONを維持されるため、
アクチュエータ66は大気圧を維持し、アクチュエータ66
は制御弁62の閉鎖を継続する。一方、ステップ118で第
２切替弁80（VSV2）がOFFされるため、ポート81からの
過給圧がダイヤフラム78aに導入され、その圧力によっ
てスプリング78bに坑してダイヤフラム78aは図の左方に
押され、リリーフ制御弁74の開度は過給圧の上昇に応じ
て次第に大きくなる。そして、吸気管から吸入空気に一
部は通路70より分岐され、チエック弁72を介して排気管
26に矢印ａのように導入され、この導入空気はターボ式
過給機のタービン36の駆動エネルギーの一部となり、そ
の回転数の上昇速度の増大に寄与することになる。

ターボ式過給機の立ち上がりが完了するとその下流の
圧力スイッチPSW1（圧力センサ82）がONとなり、ステッ
プ114よりステップ120に流れる。ステップ120では第１
切替弁68（VSV1）がOFFされるため、アクチュエータ66
に過給圧が導入され、通路切替弁62が開放され、そのた
めターボ式過給機からの過給された空気はその殆どが機
械式過給機50を迂回される。一方、ステップ124で第２
切替弁80（VSV2）が再びONされるため、アクチュエータ
78に大気圧が導入され、リリーフ制御弁74は再び閉鎖さ
れ、リリーフ通路70への吸入空気の分流は停止される。
そして、ターボ式過給機のコンプレッサ34の下流の圧力
も設定値に達するのでポート48の圧力によりアクチュエ
ータ44はウエストゲート弁40を開放し、過給圧を設定圧
に維持する働きをすることになる。

第３図において（イ）は機械式過給機の作動状態を示
し、ONは制御弁62が閉鎖状態（クラッチ係合）で機械式
過給機50による過給が実行される状態を意味し、OFF制
御弁62が開放状態（クラッチも解放）で機械式過給機50
による過給が停止される状態を意味する。（ロ）はエン
ジン回転数に対する過給圧の変化を示し、太い実線はタ
ーボ式過給機と機械式過給機との総和としての燃焼室に
最終的に導入されるガス圧としての過給圧（即ち、第２
圧力センサ84によって計測される圧力）を示し、一点鎖
線はそれに占めるターボ式過給機の寄与（即ち、第１圧
力センサ82によって計測される圧力）を示す。（ハ）は
リリーフ弁74の開度の変化を示し、過給圧が設定値に到
達するまでは全閉であり、ターボ式過給機32による過給
の効果が高まると共に、ダイヤフラム78aの圧力が高ま
るので（（ロ）の一点鎖線）、リリーフ弁74の開度は回
転数NEの増大とともに徐々に大きくなる。（ニ）は第２
切替弁80（VSV2）の作動を示し、機械式過給機50の下流
の圧力が設定圧に達して第２圧力センサ84がONとなるＡ
の時点においてONからOFFに切り替わり、第２切替弁80
がOFFの間はリリーフ通路70に空気が分流され、分流空
気の流量はターボ式過給機32の過給の立ち上がりと共に
増大する。この分流空気はチエック弁72を介してターボ
式過給機のタービン36の上流の排気管26に導入され、タ
ービン36の回転数の上昇を促進する。即ち、余剰の過給
空気がタービン36の駆動エネルギとして役立つことにな
る。ターボ式過給機のコンプレッサ34の下流の圧力が設
定値に到達したＢの時点（スイッチPSW1のON）で第２切
替弁80（VSV2）は再びONとなり、アクチュエータ78はリ
リーフ弁74を閉に戻す。（ホ）は通路切替弁62の作動を
示し、ターボ式過給機が立ち上がりを完了するＢの時点
まで閉鎖され、その後、開放される。吸入空気は機械式
過給機50をバイパスされる。（ヘ）は通路切替弁62の作
動を行う切替弁68（VSV1）の動作を示し、Ｂの時点まで
はONされ、アクチュエータ66はバイパス通路60を閉鎖
し、機械式過給機50による過給が実行され、Ｂの時点以
後においてOFFされ、アクチュエータ66に過給圧が導入
されるため、通路切替弁62は全開され、ターボ式過給機
32からの空気は機械式過給機50を迂回することになる。
（ト）はウエストゲート弁40の動作を示し、ターボ式過
給機32が全過給能力を発揮するＢの時点まで閉鎖である
が、その時点以後はアクチュエータ44への過給圧により
ウエストゲート弁40は回転数NEに応じて開放され、ター
ボ式過給機のコンプレッサ34の下流の圧力を設定圧力に
維持する働きをする。

第４図はターボ式過給機32のタービン36を通過するガ
ス量とタービン36の回転数との関係を示す。排気ガスの
流量がＥ₁の時点を考えると、そのときのタービン回転
数はＴ₁により現される。この考案により機械式過給機
が全過給圧に達したがターボ式過給機が未到達のとき、
機械式過給機50による過給されたガスと、ターボ式過給
機による過給されたガスとの総和から設定過給圧に対し
て余剰分がリリーフ通路70より分流され、タービン36に
導入される。このリリーフ通路70からの分流ガスの寄与
をｘで現すと、そのときのタービン回転数はTxで現さ
れ、これがリリーフ吸入空気によるタービン回転数の増
加分となる。第５図の破線は機械式過給機とターボ式過
給機とを併合した全過給に対するターボ式過給機の過給
割合をエンジン回転数に対して示すものであり、実線が
従来であり、斜線領域で示す領域が吸入空気の排気への
リリーフによるターボ式過給機の過給割合の寄与を示
す。

〔効果〕

この考案によれば、機械式過給機の下流をターボ式過
給機のタービンの上流の排気通路に接続するリリーフ通
路の流量を制御するリリーフ制御弁を設けると共に、機
械式過給機下流の圧力が設定値に達するまではリリーフ
通路が全閉されるべくリリーフ制御弁を制御することに
より、機械式過給機の迅速な立ち上がりを得ることがで
きると共に、機械式過給機の立ち上がり後はリリーフ量
を制御することによりノッキングのない最適な過給制御
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の装置の概略構成図。第２図はこの考案の装置の作動を説明するフローチャー
ト。第３図はこの考案の装置の作動を説明するタイミング
図。第４図はタービン通過ガス量とタービン回転数との関係
を示すグラフ。第５図は全過給に占めるターボ式過給機の過給割合をエ
ンジン回転数に対して示すグラフ。 10……エンジン本体、12……ピストン、14……クランク
軸、23……スロットル弁、32……ターボ式過給機、40…
…ウエストゲート弁、44……アクチュエータ、50……機
械式過給機、60……バイパス通路、62……通路切替弁、
66……アクチュエータ、68……第１切替弁、70……リリ
ーフ通路、72……チェック弁、74……過給圧制御弁、78
……アクチュエータ 80……第２切替弁、82……第１圧力センサ 84……第２圧力センサ、87……制御回路

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ターボ式過給機と機械式過給機とを備え、
ターボ式過給機のコンプレッサは機械式過給機の上流に
おける吸気管に位置し、機械式過給機の下流をターボ式
過給機のタービンの上流の排気通路に接続するリリーフ
通路を具備し、該リリーフ通路に排気ガスの逆流を防止
するためのチエツク弁を設けた複合過給内燃機関におい
て、前記リリーフ通路にリリーフ通路の流量制御するリ
リーフ制御弁を設けると共に、機械式過給機下流の吸気
管圧力を検出する圧力検出手段を設け、該圧力検出手段
が検出する機械式過給機下流の圧力が設定値に達するま
ではリリーフ通路が全閉されるべくリリーフ制御弁を制
御することを特徴とする複合過給内燃機関における過給
制御装置。