JP2517584B2

JP2517584B2 - エンジンの機械式過給装置

Info

Publication number: JP2517584B2
Application number: JP62070059A
Authority: JP
Inventors: 朝雄田所; 晴男沖本; 年道赤木; 誠司田島
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-03-24
Filing date: 1987-03-24
Publication date: 1996-07-24
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: JPS63235624A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はエンジンの機械式過給装置に関し、特に吸気
特性を可変にしたエンジンにおいて、該エンジンにより
有段変速機構を介して過給機を駆動するようにしたもの
に関する。

（従来の技術）従来、エンジンの機械式過給装置として、例えば実開
昭59−110330号公報に開示されるように、エンジンの出
力軸に、電磁クラッチを介して機械式過給機を連結し、
エンジン回転数が設定回転数よりも低いときには上記電
磁クラッチを離脱して過給機を停止させ、エンジンの吸
収馬力を低減する一方、エンジン回転数が設定回転数よ
りも高いときには電磁クラッチを結合して過給機を作動
させエンジンに吸気を過給し、エンジンの出力を向上さ
せるようにしたものが知られている。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、上記従来のものでは、エンジン回転数が設
定回転数よりも低いときには一切吸気が過給されず、低
回転域でエンジン出力を高めることができない。又、エ
ンジン回転数が設定回転数よりも高いときにおいても、
単一の過給能力しか得られないので、高回転域で回転数
に応じてエンジン出力を有効に高めることができない。

そこで、エンジンと過給機との間に、過給機の回転数
を複数段に変速する有段変速機構を設け、エンジン回転
数が所定の変速回転数以下の低回転域では有段変速機構
を低速段にシフトし、変速回転数以上の高回転域では有
段変速機構を回転数に応じた高速段にシフトして過給能
力を適宜変更するようにして、エンジンの全回転域に亘
って出力の向上を有効に図ることが考えられる。

一方、エンジンの吸気装置においてその吸気特性を可
変にする技術として、例えば吸気通路の長さを長短２通
りに切換えられるように設け、エンジン回転数が所定の
切換回転数よりも低いときには吸気通路が長くなるよう
切換える一方、エンジン回転数が上記切換回転数よりも
高くなると吸気通路が短くなるよう切換えて、上記切換
回転数を境にしてそれよりも低回転側および高回転側の
各領域で吸気慣性効果を有効に得て吸気特性を向上させ
出力向上を図るようにしたものが知られている。このよ
うな吸気特性を可変にする吸気装置を上述した有段変速
機構付機械式過給装置を備えたエンジンに設けた場合、
エンジン回転数に応じた過給機回転数の制御及び吸気慣
性効果の制御により、エンジン出力を一層高めることで
きる。

ところが、このような吸気装置を備えたエンジンで
は、全体の吸気特性は、低回転域にピークをもつ低回転
側の吸気特性と高回転域にピークをもつ高回転側の吸気
特性とを切換回転数を境にしてつなぎ合わせたものにな
るので、切換回転数の付近にトルクの谷が生ずるという
問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、エン
ジンの吸気特性を可変にする吸気装置を備えたエンジン
において過給能力を変化させる場合、吸気特性の切換時
期と過給能力の変更時期との関係を適切に設定すること
により、吸気特性の切換により生じるトルクの谷を可及
的に埋めることにある。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明では、吸気装置の切
換回転数よりも低速側から過給能力を上昇させることに
より、切換回転数の付近の吸気特性を過給能力により補
填してトルクの谷を埋めることである。

具体的に、本発明の講じた解決手段は、第１図に示す
ように、エンジン１の吸気特性を可変にする吸気特性可
変手段51と、エンジン回転数を検出する検出手段22と、
該検出手段22の出力を受け、エンジン回転数が所定の切
換回転数になると吸気特性を変えるよう上記吸気特性可
変手段51を切変える吸気特性制御手段52とを備えるとと
もに、エンジン１によって駆動される過給機９と、エン
ジン１と過給機９との間に設けられ過給機９の回転数を
複数段に変速する有段変速機構10と、上記検出手段22の
出力を受け、エンジン回転数の上昇に伴ってエンジン回
転数が所定の変速回転数になると上記有段変速機構10を
低速段から高速段へ変速する変速制御手段53とを備え、
該変速制御手段53の変速回転数は、上記吸気特性制御手
段52の切換回転数よりも低回転側に設定する構成とした
ものである。

（作用）上記の構成により、本発明では、吸気特性制御手段52
により、切換回転数で吸気特性が切換えられる。また、
変速制御手段53により、エンジン回転数の上昇に伴い変
速回転数で有段変速機構10が低速段から高速段に変速さ
れる。

その場合、変速回転数が切換回転数よりも低速側に設
定されているので、切換回転数の付近では有段変速機構
10が高速段に変速されて過給能力が高められていて、こ
の過給能力の増加分により、吸気特性の切換によって生
じるトルクの谷が可及的に埋められることになる。特
に、本発明の制御によれば低速域をもっぱら吸気特性制
御手段により出力向上させ得るので、過給機を低速側で
使うことができ、駆動ロスが少なく、トルク特性も平坦
とすることができる。さらに、ノッキングに対しても不
必要な過給をしないので有利である。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の第１実施例に係る機械式過給装置を
備えたエンジンを示し、１はエンジン、２は該エンジン
１のシリンダ３に摺動自在に嵌挿したピストン４により
容積可変に形成される燃焼室、５は一端がエアクリーナ
６を介して大気に連通し、他端が上記燃焼室２に開口し
て吸気をエンジン１に供給するための吸気通路、７は一
端が上記燃焼室２に開口し、他端が大気に開放されて排
気を排出するための排気通路であって、上記吸収通路５
の途中には、吸入空気量を制御するスロットル弁８が配
設されている。また、該スロットル弁８下流の吸気通路
５には、ルーツタイプの過給機９が配設されており、該
過給機９は、例えば２段変速タイプの有段変速機構10を
介してエンジン１の出力軸1aに連結されている。さら
に、上記過給機９下流の吸気通路５には、吸気を冷却す
るためのインタークーラ11が配設されている。該インタ
ークーラ11下流の吸気通路５にはサージタンク12が介設
され、該サージタンク12と下流側吸気通路５との間には
バタフライ式の切換弁13が設けられており、該切換弁13
は、吸気負圧を作動源とするダイヤフラム式アクチュエ
ータ15により駆動される。また、サージタンク12と下流
側吸気通路５とは、上記切換弁13を迂回するように設け
られた低速用吸気通路14により連通されており、切換弁
13を閉じると、サージタンク12内の吸気が低速用吸気通
路14を介して下流側吸気通路５に導かれて吸気通路長さ
が実質的に長くなり、低回転域にマッチした吸気慣性効
果を得る一方、切換弁13を開くと、サージタンク12内の
吸気が直接に下流側吸気通路５に導かれて吸気通路長さ
が実質的に短くなり、高回転域にマッチした吸気慣性効
果を得るようにしている。この切換弁13及びアクチュエ
ータ15により、エンジン１の吸気特性を可変にする吸気
特性可変手段51を構成している。

さらに、上記サージタンク12の下流にはエンジン１に
燃料を噴射供給する燃料噴射弁16が配設されている。ま
た、上記吸気通路５には、過給機９およびインタークー
ラ11をバイパスするリリーフ通路17が設けられ該リリー
フ通路17にはリリーフ弁18が介設されている。尚、19は
吸気弁、20は排気弁、25は燃焼室２の混合気を点火する
ための点火プラグである。

また、21はスロットル弁８上流の吸気通路５に設けら
れ、吸入空気量を検出するエアフローセンサ、22はエン
ジン回転数を検出する検出手段としての回転数センサ、
23はスロットル弁８の開度により負荷を検出するスロッ
トルセンサである。そして、上記センサ21〜23の各検出
信号はコントローラ30に入力されていて、該コントロー
ラ30により、上記有段変速機構10、リリーフ14、アクチ
ュエータ15および燃料噴射弁16が各々制御される。

次に、上記過給機９および有段変速機構10について詳
述する。第３図において、31は過給機９のケーシングで
あって、該ケーシング31内は、吸入ポート32を介して上
流側吸気通路５に連通されているとともに、吐出ポート
33を介して下流側吸気通路５に連通されている。また、
該ケーシング31内には一対の繭形のロータ34,34が配設
され、該ロータ34,34が互いに逆方向に回転することに
よって、ケーシング31とロータ34,34との間に形成され
た作動室35により吸気を吸入ポート32側から吐出ポート
33側に移動せしめることにより吸気を吐出側において高
圧空気の逆流により圧縮して過給するようにしている。

上記各ロータ34はそれぞれ支軸36を介して上記ケーシ
ング31に回転自在に支持されており、該支軸36,36は互
いに平行に配されている。該支軸36,36の一側（図では
左側）には、同一歯数のカウンターギヤ37,37が互いに
歯合するように取り付けられており、ロータ34,34を互
いに逆方向に回転させるようにしている。

また、上記過給機９の一側（図では左側）には有段変
速機構10が配設されている。該有段変速機構10は、下側
のロータ34の支軸36に対向するように上記ケーシング31
に回転自在に支持された中空の第１入力軸41と、上側の
ロータ34の回転数が第１入力軸41の回転数の２分の１に
なるように第１入力軸41と上側ロータ34の支軸36との間
に取付けられた一対の減速用ギヤ42,43と、第１入力軸4
1の回転数が上側ロータ支軸36の回転数よりも高いとき
に結合し且つ第１入力軸41の回転数が上側ロータ支軸36
の回転数よりも低いときに離脱するよう上側ロータ支軸
36と減速用ギヤ43との間に配設されたワンウェイクラッ
チ44と、上記第１入力軸41内に、該第１入力軸41に対し
て回転自在に配設され且つ下側ロータ支軸36に連結され
た第２入力軸45とからなる。上記第１入力軸41にはプー
リ46が取付けられ、該プーリ46はベルト47を介してエン
ジン出力軸1aに連結されている。一方、該プーリ46の一
側には上記コントローラ30に接続された電磁コイル48が
ケーシング31に対して固定されているとともに、プーリ
46を挾んで上記電磁コイル48と対向する位置にはクラッ
チ板49が配設され、該クラッチ板49は第２入力軸45に対
して固定されている。よって、有段変速機構10を低速段
に変速すべく、上記電磁コイル48への通電を停止する
と、クラッチ板49がプーリ46から離間して、プーリ46の
回転力が第１入力軸41から減速用ギヤ42,42を介し、さ
らに上側ロータ34自体が回転しないことによって結合し
ているワンウェイクラッチ44を介して上側ロータ支軸36
に伝達され、ロータ34,34がプーリ46の回転数の２分の
１の回転数でもって互いに逆方向に回転し、一方、有段
変速機構10を高速段に変速すべく上記電磁コイル48に通
電すると、電磁コイル48の磁束によって上記プーリ46に
誘起される電磁力によりクラッチ板49がプーリ46に結合
し、プーリ46の回転力が第２入力軸45を介して下側ロー
タ支軸36に伝達され、ロータ34,34がプーリ46の回転数
と同一の回転数でもって互いに逆方向に回転し、またこ
の回転によって離脱したワンウェイクラッチ44により、
減速ギヤ42,43は空転するようにしている。

次に、上記コントローラ30を作動を第４図のフローチ
ャートに基づいて説明するに、まずステップS₁で吸入空
気量Ｑ、エンジン回転数Ｎ等、各種センサ21〜23の信号
を読込み、切換弁13を制御すべくステップS₂で、エンジ
ン回転数Ｎが第５図に示す切換回転数N₁を超えたか否か
を判定し、Ｎ≦N₁と判定したNOのときにはステップS₃で
切換弁13を閉じて、第６図の左側に示すように低回転域
にピークをもつ吸気特性を得る一方、Ｎ＞N₁と判定した
YESのときにはステップS₄で切換弁13を開いて、第６図
の右側に示すように高回転域にピークをもつ吸気特性を
得る。

この切換弁13の制御後、有段変速機構10を制御する。
すなわち、エンジン１が第５図に示す高速段による運転
領域にあるか否かを判定すべく、ステップS₅でエンジン
回転数Ｎが変速回転数N₂を超えたか否かを、ステップS₆
で負荷Ｌが変速負荷L₂を超えたか否かをそれぞれ判定
し、Ｎ≦N₂またはＬ≦L₂のときには高速段による運転領
域にないと判断してステップS₇で有段変速機構10を低速
段に変速する一方、Ｎ＞N₂およびＬ＞L₂のときには高速
段による運転領域にあると判断してステップS₈で有段変
速機構10を高速段に変速する。ここで、上記変速回転数
N₂は切換回転数N₁よりも低速側に設定されており、切換
回転数N₁付近では有段変速機構10が高速段に変速されて
いて過給能力が高められ、この過給能力の増加分により
第６図に示すように、吸気特性の切換によって生じトル
クの谷Ｖを埋めるようにしている。

以上のフローにおいて、ステップS₂〜S₄により、検出
手段（回転数センサ22）の出力を受け、エンジン回転数
が所定の切換回転数N₁になると吸気特性を変えるよう上
記吸気特性可変手段51を切換える吸気特性制御手段52を
構成するとともに、ステップS₅〜S₈により、上記検出手
段（回転数センサ22）の出力を受け、エンジン回転数の
上昇に伴ってエンジン回転数Ｎが所定の変速回転数N₂に
なると有段変速機構10を低速段から高速段へ変速する変
速制御手段53を構成している。

したがって、上記実施例においては、エンジン回転数
Ｎの上昇に伴い、有段変速機構10を低速段から高速段へ
変速する変速回転数N₂を、吸気特性を切換える切換回転
数N₁よりも低速側に設定したので、変速回転数N₂と切換
回転数N₁との間で得た過給能力の増加分により、吸気特
性の切換によって生じるトルクの谷Ｖが可及的に埋めら
れて少なくなり、運転性能の向上を図ることができる。

さらに、第７図は他の実施例を示し、本発明の機械式
過給装置をロータリピストンエンジンに適用したもので
ある。同図において、61はトロコイド状内周面を有する
ケーシングであって、該ケーシング61内には多角形状の
ロータ62が配置され、該ロータ62が遊星回転運動するこ
とによって、ケーシング61内に区画形成された３つの作
動室63,63,63に吸気、圧縮、爆発、膨張及び排気の各行
程を順に行わせるものである。64は一端がエアクリーナ
65を介して大気に連通し、他端が吸気行程にある作動室
63に開口する主吸気ポート66に接続されて吸気を自然吸
入によりエンジンに供給するための主吸気通路、67は該
主吸気通路64から分岐され上記主吸気ポート66よりもト
レーリング側において作動室63に開口する補助吸気ポー
ト68に接続されて吸気行程後半から圧縮行程初期にかけ
て吸気を作動室63に過給するための補助吸気通路、69は
一端が排気行程にある作動室63に開口する排気ポート70
に接続され、他端が大気に開口されて排気を排出するた
めの排気通路である。上記主吸気通路64の途中には、負
荷の増大に応じて開作動し、所定負荷以上になると全開
となる主スロットル弁71が配設されている。また、上記
補助吸気通路67の途中には、所定負荷までは全閉で所定
負荷以上になると上記主スロットル弁71と連動して開作
動する補助スロットル弁72が配設されているとともに、
補助スロットル弁72の上流に、過給機９が配設されてお
り、該過給機９は、有段変速機構10を介してエンジンの
出力軸に連結されている。さらに、上記過給機９下流に
は、過給エアを冷却するためのインタークーラ73が配設
されている。そして、補助吸気通路67には、過給機およ
びインタークーラ73をバイパスするリリーフ通路74が設
けられ、該リリーフ通路74にはリリーフ弁75が介設され
ている。また、補助吸気通路67の補助スロットル弁72下
流には、吸気行程後半から圧縮行程初期にかけて開くロ
ータリバルブ76が設けられている。さらに、このロータ
リバルブ76直上流の補助吸気通路67は、ロータリバルブ
76の開弁期間前半に主吸気ポート66に連通する第１通路
67aと、ロータリバルブ76の開弁期間後半に主吸気ポー
ト66に連通する第２通路67bとに分割されており、該第
１通路67aにはバタフライ式の切換弁77が設けられ、該
切換弁77は吸気負圧を作動源とするダイヤフラム式アク
チュエータ78により駆動される。そして、この切換弁77
を閉じると、第８図に破線で示すように、ロータリバル
ブ開弁期間後半のみに作動室３に過給エアが供給され、
一方切換弁77を開くと、同図に実線で示すように、ロー
タリバルブ開弁期間の全期間に亘って作動室３に過給エ
アが供給されるようになされている。この切換弁77及び
アクチュエータ78により、エンジンの吸気特性を可変に
する吸気特性可変手段51′を構成している。また、主吸
気通路64の主スロットル弁71下流にはエンジンに燃料を
噴射供給する燃料噴射弁79が配設されている。一方、上
記排気通路69の途中には排気ガスを浄化する触媒装置80
が配設されている。

また、81は２次エアを排気通路69に供給する２次エア
通路であって、一端が補助吸気通路67の過給機９下流に
連通し、他端が２つに分岐しており、その一方が排気ポ
ート70に連通して過給エアをポートエアとして触媒装置
80上流の排気通路69に供給し、他方が触媒装置80内に開
口して過給エアをスプリットエアとして触媒装置80内に
供給するようにしている。上記ポートエアおよびスプリ
ットエアの供給は、ポートエア弁82およびスプリットエ
ア弁83によりそれぞれ制御される。

一方、85は主吸気通路64の補助吸気通路７分岐部上流
に設けられ、吸入空気量を検出するエアフローセンサ、
86はエンジン回転数を検出する回転数センサ、87はスロ
ットル弁71,72の開度により負荷を検出するスロットル
センサ、88は２次エア通路81に設けられ、２次エア供給
量を検出する二次エアセンサである。そして、上記セン
サ85〜88の各検出信号はコントローラ30′に入力されて
いて、該コントローラ30′により、上記変速機構10、リ
リーフ弁75および燃料噴射弁79並びにポートエア弁82お
よびスプリットエア弁83が各々制御される。

上記コントローラ30′は先の実施例と同様に作動し、
エンジン回転数Ｎが切換回転数N₁よりも低いときには切
換弁77を閉じて低回転域にピークをもつ吸気特性を得る
一方、エンジン回転数Ｎが切換回転数N₁よりも高いとき
には切換弁77を開いて高回転域にピークをもつ吸気特性
を得る。

そして、エンジン回転数Ｎが変速回転数N₂よりも低い
ときまたは負荷が変速負荷L₂よりも低いときには有段変
速機構10を低速段に変速する一方、エンジン回転数Ｎが
変速回転数N₂よりも高く且つ負荷Ｌが変速負荷L₂よりも
高いときには有段変速機構10を高速段に変速する。そし
て、変速回転数N₂は切換回転数N₁よりも低速側に設定さ
れている。このことにより、上記実施例と同様の作用、
効果を奏するものである。

尚、吸気特性可変手段51としては、他に例えば吸気の
動的効果により得られる吸気特性をエンジン回転数に応
じて可変にするようにしたもの等を用いることもでき
る。

（発明の効果）以上説明したように、本発明のエンジンの機械式過給
装置によれば、エンジンの回転数の上昇に伴い有段変速
機構を低速段から高速段へ変速する回転数を、エンジン
の吸気特性を切換える回転数よりも低速側に設定したの
で、エンジンの吸気特性の切換により生じるトルクの谷
も過給機による過給能力の増加分により可及的に少なく
することができ、よって、全回転域でトルクショックの
ない高出力特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図〜第６
図は実施例を示し、第２図は全体概略構成図、第３図は
過給機及び有段変速機構の断面図、第４図はコントロー
ラの作動を示すフローチャート、第５図は有段変速機構
の変速特性及び切換弁の切換特性のマップ図、第６図は
吸気特性を示す説明図である。又、第７図及び第８図は
変形例を示し、第７図は全体概略構成図、第８図は吸気
特性を示す説明図である。１……エンジン、９……過給機、10……有段変速機構、
22……回転数センサ、51,51′……吸気特性可変手段、5
2……吸気特性制御手段、53……変速制御手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田島誠司広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭61−218720（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの吸気特性を可変にする吸気特性
可変手段と、エンジン回転数を検出する検出手段と、該
検出手段の出力を受け、エンジン回転数が所定の切換回
転数になると吸気特性を変えるよう上記吸気特性可変手
段を切換える吸気特性制御手段とを備えるとともに、エ
ンジンによって駆動される過給機と、エンジンと過給機
との間に設けられ過給機の回転数を複数段に変速する有
段変速機構と、上記検出手段の出力を受け、エンジン回
転数の上昇に伴ってエンジン回転数が所定の変速回転数
になると上記有段変速機構を低速段から高速段へ変速す
る変速制御手段とを備え、該変速制御手段の変速回転数
は、上記吸気特性制御手段の切換回転数よりも低回転側
に設定されていることを特徴とするエンジンの機械式過
給装置。