JP2574757B2

JP2574757B2 - 過給機付エンジン

Info

Publication number: JP2574757B2
Application number: JP10179886A
Authority: JP
Inventors: 裕治赤木; 敏彦服部
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-04-30
Filing date: 1986-04-30
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPS62258130A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、過給機付エンジンに関するものである。

（従来技術）エンジンに備えられる機械式過給機として、例えばル
ーツポンプやベーンポンプ等の容積型過給機が多く用い
られる。そして、このような容積型過給機を実際にエン
ジンに装着するに際しては、当該過給機は走行燃費を悪
化させないために、一般に電磁クラッチを介して機関の
クランクシャフトに連結される一方、該過給機をバイパ
スするバイパス通路を設けてそこに所定の制御弁を配置
し、機関高負荷時には電磁クラッチを継ぐ一方でバイパ
ス通路を閉じ、他方機関低負荷時には上記バイパス通路
を開く一方で電磁クラッチを切るようにしたものが知ら
れている。

そして、エンジンへの吸入空気量を制御するスロット
ル弁は、一般に上記過給機吐出通路と上記バイパス通路
との合流部より下流に配置される。このようなエンジン
においては、上記ベーンポンプやルーツポンプ等から成
る機械式過給機自体が騒音を発生し、この音が吸気通路
を溯ってその開口部から外部に漏れる問題がある。さら
に、高負荷状態から低負荷状態に急激に負荷変化させる
場合には、上記スロットル弁が急閉する一方で電磁クラ
ッチが切られるが、仮りにそのような電磁クラッチが切
られても過給機は惰性で回転し続け、そのためにスロッ
トル弁上流に一時的に高圧が発生し、バイパス通路を構
成する部品に悪影響を与える問題もある。

上記騒音の発生は、上記過給機そのものの作動自体に
よるものとともに当該過給機の作動によって吸気通路内
に圧力脈動が発生し、これが圧力波となって吸気通路内
を外部まで伝播することによって生じる。

そこで、この問題を解決するために、従来上記スロッ
トル弁を上記過給機の上流側に設置し、その絞り効果に
より当該過給機からスロットル弁までの吸気通路の吸気
密度を低下させ圧力波の伝達係数を小さくするとともに
該スロットル弁自体を圧力波に対する反射板として機能
させることによって騒音の発生と圧力波による衝撃を防
止するようにした過給機付エンジンが提案されている
（実開昭60−77732号公報参照）。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、上記のようにスロットル弁を過給機上流に
設置した場合には、他方次のような新たな問題を生ぜし
める。

すなわち、今例えば第６図に示すように、エンジンの
吸気通路11′にルーツポンプよりなる機械式過給機２′
が設けられ、さらにその吸気上流側にスロットル弁３′
が設置されているとすると、比較的スロットル開度の小
さい状態で上記過給機２′が駆動された場合の当該過給
機２′前後（入出力側）の吸気の圧力関係は図示のよう
になり大きな圧力差を生じる。

つまり、本来ならば過給機２′の圧力比ｒは、スロッ
トル弁上流側の吸入空気圧をPi、過給機吐出側の吸入空
気圧、すなわち過給圧をPoとするとき、ｒ＝Po/Piであ
るはずのものが上記スロットル弁３の存在により過給機
２′の吸入空気圧がΔＰだけ降下して実質圧力比re＝Po
/（Pi−ΔＰ）となる。ところで、上記圧力比と過給機
２′の駆動抵抗との関係は次のようになる。

ただし、 G:吐出流量、k:比熱比、R:気体定数、T:吸入温度、A:熱
の仕事量、η：ポンプ効率上記関係式と ΔＰ＝ΔPi（N,φ） N:ポンプ回転数、φ：スロットル開度の関係を考慮すると、過給機２′が接続される時のスロ
ットル開度が小さくエンジン回転数が大きい程その駆動
抵抗は過大になり、その結果、過給機接続時のトルクシ
ョックが大きく、かつ吸気抵抗増大により加速が鈍ると
いう問題が生じる。

一例として、エンジン2000RPM程度、過給圧0.5Kg/cm²
G程度の状態を想定すると、スロットル全開の時の過給
機駆動抵抗を 1/4開度程度で過給機駆動抵抗をとすると、が得られる。すなわち、30％も駆動抵抗が余計に増大す
ることになる。この結果、特に加速性能が低下し過給機
本来の過給効果を充分に有効に得ることができない。

（問題点を解決するための手段）本発明は、上記の問題を解決することを目的としてな
されたもので、エンジンの吸気通路に設けられ当該エン
ジンへの吸入空気量を制御するスロットル弁と、上記エ
ンジンの吸気通路の上記スロットル弁下流側に位置して
設けられ、当該エンジンの駆動軸から伝達される力によ
って駆動される過給機と、該過給機の作動開始時に所定
期間内上記スロットル弁下流側に供給される吸気量をア
クセル踏み込み量に関係なく増加させる吸気絞り制御手
段とを設けてなるものである。

（作用）上記の手段によると、過給機の作動開始時には所定期
間吸気絞り制御手段が作動してスロットル弁下流側に供
給される吸気量をアクセル踏み込み量に関係なく増加さ
せるように作用するから、その時のスロットル開度以上
の吸気量の供給が可能となり、スロットル弁の上流側と
下流側（過給機上流側）間の圧力差を可及的に小さくす
ることができる。その結果、その分スロットル弁の吸気
絞り作用による過給機駆動抵抗がなくなることから、過
給機の駆動によるトルクショックが抑制され、上記過給
機の作動開始時の応答性は特に良好となり、当該過給機
による加速性能向上効果をより有効に得ることができ
る。

（実施例）第１図は、本発明の第１実施例に係る過給機付エンジ
ンを示している。

先ず第１図において、符号１はエンジン本体を示し、
該エンジン本体１の吸気通路11には、エアクリーナAC側
から順次エアフローメータ12、スロットル弁３、ルーツ
ポンプ（特許請求の範囲中の過給機に該当する）２が直
列に配設されている。上記ルーツポンプ２には、上記エ
ンジン本体１の駆動軸に例えば電磁クラッチを介してベ
ルト等の駆動力伝達手段で連結されており、当該エンジ
ンによって駆動されて吸気の過給を行うようになってい
る。該ルーツポンプ２の駆動は、上記電磁クラッチがON
になった時点で行われ、この電磁クラッチのON,OFF状態
の制御は、エンジンコントロールユニット４からのルー
ツポンプ制御信号ａによって行われる。

一方、上記ルーツポンプ２には、該ルーツポンプ２を
各々バイパスするバイパス通路13とリターン通路14とが
それぞれ並列に設けられており、上記バイパス通路13に
はダイヤフラム式のバイパス弁５が、また上記リターン
通路14には同じくダイヤフラム式のリターン弁９がそれ
ぞれ介装されている。上記バイパス弁５は、上記バイパ
ス通路13の吸気上流側とエンジン本体１の吸気ポート側
とに連通する補助回路15に介装された第１の三方電磁弁
６の共通ポートに対して当該ダイヤフラムの作動室5aを
連通せしめて構成されており、上記第１の三方電磁弁６
の連通状態に応じて開閉する。そして、開弁状態では上
記ルーツポンプ２をバイパスさせる一方、閉弁状態では
上記ルーツポンプ２による過給を可能とする。一方、第
１の三方電磁弁６の連通状態は、エンジンコントロール
ユニット４からの電磁弁コントロール信号ｂにより制御
される。

また、上記リターン弁９は、後述するスロットル弁３
側バイパス通路開閉弁７と連動して開閉作動するように
なっており、上記ルーツポンプ２の作動状態（過給時）
で開弁してルーツポンプ２下流側の吸気を上流側にリタ
ーン（逆流方向にバイパス）し積極的に循環させる機能
を果たす。

次に、上記スロットル弁３には、当該スロットル弁３
をバイパスするバイパス通路17が設けられており、該バ
イパス通路17には当該バイパス通路17を開閉するための
ダイヤフラム式の開閉弁（特許請求の範囲中の吸気絞り
制御手段に該当する）７が介装されている。

一方、上記バイパス通路17の上記開閉弁７の吸気上流
側と下流側とは補助通路18で連通され、該補助通路18に
は第２の三方電磁弁８が介装され、この第２の三方電磁
弁８の共通ポート側は上記開閉弁７の作動室7a内に連通
せしめられている。そして、上記開閉弁７は、上記第２
の三方電磁弁８の連通状態により上記スロットル弁３の
吸気上流側と吸気下流側との間の圧力差に応じて開閉作
動し、上記スロットル弁３部分の吸気のバイパス状態
を、すなわちスロットル弁３下流側への吸気供給量をア
クセル踏み込み量とは関係なく制御する。上記第２の三
方電磁弁８の連通状態は、またエンジンコントロールユ
ニット４からの電磁弁コントロール信号ｃによって制御
される。

上記エンジンコントロールユニット４は、例えばマイ
クロコンピュータを中心とする中央情報処理装置（CP
U）によって構成されており、エンジン回転数、吸入空
気量、ブースト圧、スロットル開度（TVO）、車速等の
各検出信号を入力し、エンジン運転状態の制御に必要な
各種の演算動作を行うようになっている。

なお、符号19は上記エアフローメータ12直後から上記
エンジン本体１の吸気ポートをリリーフ弁10を介してバ
イパス状態で連通せしめ、過給圧の異常上昇を防止する
リリーフ通路である。

上記の構成において、今エンジン運転領域が非過給領
域にある状態では、次のような動作となる。

すなわち、先ず上述の第２の三方電磁弁８は、通常上
記スロットル弁３の吸気上流側に開くように制御されて
いるために、上記開閉弁７の作動室7aには当該スロット
ル弁３の吸気上流側の空気圧が作用して該開閉弁７は閉
弁状態を維持し、そのために上記ルーツポンプ２側リタ
ーン通路14のリターン弁９もそれに連動して閉弁状態と
なっている。

従って、この状態では吸入空気は上記スロットル弁３
を経てルーツポンプ２側に供給される。

一方、ルーツポンプ制御用の上記第１の三方電磁弁５
は上記ルーツポンプ２の吸気上流側に開かれるように制
御されており、従って、上記バイパス弁５の作動室5a内
の空気圧は小さくなり、該バイパス弁５は開弁されてい
る。そのため、上記ルーツポンプ２はバイパスされて、
上記スロットル弁３を経て供給される吸入空気はバイパ
ス通路13を介してエンジン本体１に供給される。

他方、エンジンの運転領域が例えばスロットル開度
（TVO）とエンジン回転数等によって特定される過給領
域（マップデータ上の領域）になると、先ず上記エンジ
ンコントロールユニット４は、電磁クラッチコントロー
ル信号（ON指令信号）ａを出力して上記ルーツポンプ２
の電磁クラッチをONにしルーツポンプ２を駆動する。ま
た、これと同時に上記エンジンコントロールユニット４
により上記第２の三方電磁弁８がスロットル弁の下流側
に開かれて上記開閉弁７の作動室7a内に当該スロットル
弁３の下流側の低圧側空気が導入される。その結果、上
記スロットル弁３の上流側と下流側との間の空気圧の圧
力差により上記開閉弁７が瞬時に開弁（全開）し、上記
バイパス通路17を介して吸入空気がバイパスされて上記
スロットル弁３下流側ルーツポンプ２に供給される。一
方、この時上記リターン通路14のリターン弁９も同時に
開弁されるから、上記ルーツポンプ２出口側の加圧吸気
を入口側にリターンし、積極的に循環させる。この結
果、上記ルーツポンプ２の上流側にはルーツポンプ駆動
抵抗増大の原因となるスロットル弁前後の圧力差（圧力
降下）ΔＰ（第６図参照）を生じさせることなくルーツ
ポンプ２による過給作用を有効に行わしめることが可能
となる。しかも、この場合、上記スロットル弁３がバイ
パスされることになるが、上記リターン通路14のリター
ン弁９が実質的にスロットル弁と同様の負荷制御機能を
果たすから、ルーツポンプ２作動時の圧力脈動も有効に
解消され騒音の発生も抑制される。

今、特に加速時に於ける本実施例の上記過給動作を第
３図、第４図のタイムチャート並びに動作特性を参照し
てさらに詳細に説明すると、次のようになる。

すなわち、上記従来技術の説明で述べたように、特に
車両加速時には上記ルーツポンプ２の吸入空気量が多い
ために上記ルーツポンプ２の上流側が必然的に過大負圧
となり、これが最大のルーツポンプ駆動抵抗となる。

そして、特に上記加速が継続時間の長い緩加速の場合
には前述のスロットル弁前後の圧力差ΔＰが生じている
状態も長くなり、より加速性能が悪くなる。

ところが、上記のような加速時のスロットル弁３の開
度変化（第３図ａ）に対応し、当該スロットル弁３の所
定開度変化値検出時点t₁で上記スロットル弁バイパス通
路17の開閉弁７およびリターン通路14のリターン弁９を
瞬時に開弁（第２図b,c）し、該開弁状態を上記圧力差
ΔＰに応じて当該加速完了時までの所定時間Ｔ（＝t₂−
t₁）だけ継続させるように制御すると、先ずルーツポン
プ２による過給開始と同時に開閉弁７の開放によってス
ロットル弁３前後の圧力差ΔＰが解消され、その後は当
該スロットル弁３の動きに追従して圧力差ΔＰ＝０の状
態が保たれる。一方、それと同時に上記リターン弁９の
開放により、吸気圧の異常上昇を招かぬよう上記ルーツ
ポンプ２の上流側と下流側との圧力差を小さくしてい
る。その結果、ルーツポンプ２の駆動抵抗は最小となっ
て過給効果をより有効に得ることができる。

その結果、上記本発明の実施例による場合には、第４
図の特性に示すように、上記ルーツポンプ２をほぼ大気
圧下で過給作動せしめることができるようになる。

この加速時の制御動作をフローチャートにして示すと
第２図に示すようになる。

なお、上記実施例に於ける開閉弁７およびリターン弁
９に代えて第２実施例として例えばステッピングモータ
によって駆動される２つのスロットル弁を設けることに
よって同様の開閉制御を行わせるようにすることもでき
る。このようにステッピングモータにより駆動制御する
場合には、各スロットル弁の制御を独自かつ高精度に行
えるから、両者を必ずしも連動させる必要はなく、エン
ジンコントロールユニット４からの所定の制御信号で最
適の制御を行うようにすればよい。このように構成した
場合の制御特性は例えば第５図のようになる。

今第５図において、縦軸のメインスロットル開度φは
上記第１図のスロットル弁３の開度を示し、横軸のｄφ
/dtは当該スロットル弁３の開度変化率を示している。
そして、該第５図に示されるように、上記開閉弁７およ
びリターン弁９に代えて設けられたステッピングモータ
によって駆動されるスロットル弁は、第１図のスロット
ル弁３の開度が所定レベル以上に大きくなった過給機作
動時においてφとｄφ/dtに応じた所定の特性で共に開
弁制御されて上記と同様の作用を果たす。

また、別の実施例として例えばスロットル弁を一つに
して、加速時にその開度をアクセル踏み込み量に関係な
く一時的に大きくするように制御するようにしてもよ
い。

（発明の効果）本発明は、以上に説明したように、エンジンの吸気通
路に設けられ当該エンジンへの吸入空気量を制御するス
ロットル弁と、上記エンジンの吸気通路の上記スロット
ル弁下流側に位置して設けられ、当該エンジンの駆動軸
から伝達される力によって駆動される過給機と、該過給
機の作動開始時に所定期間内上記スロットル弁下流側に
供給される吸気量をアクセル踏み込み量に関係なく増加
させる吸気絞り制御手段とを設けたことを特徴とするも
のである。

従って、本発明によると、過給機の作動開始時には所
定期間吸気絞り制御手段が作動してスロットル弁下流側
に供給される吸気量をアクセル踏み込み量に関係なく増
加させるように作用するから、その時スロットル開度以
上の吸気量の供給が可能となり、スロットル弁の上流側
と下流側（過給機上流側）間の圧力差を可及的に小さく
することができる。その結果、その分スロットル弁の吸
気絞り作用による過給機駆動抵抗がなくなることから、
過給機の駆動によるトルクショックが抑制され、上記過
給機の作動開始時の応答性は特に良好となり、当該過給
機による加速性能向上効果をより有効に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例に係る過給機付エンジン
のシステム概略図、第２図は、その制御動作を示すフロ
ーチャート、第３図は、上記第１図のシステムにおける
スロットル弁と開閉弁、リターン弁間の動作関係を示す
タイムチャート、第４図は、上記実施例システム自体の
動作特性を示す動作特性図、第５図は、本発明の第２実
施例に係る過給機付エンジンの制御特性図、第６図は、
従来例の動作説明図である。１……エンジン本体２……ルーツポンプ３……スロットル弁４……エンジンコントロールユニット５……バイパス弁６……第１の三方電磁弁７……開閉弁８……第２の三方電磁弁９……リターン弁 11……吸気通路 14……リターン通路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの吸気通路に設けられ当該エンジ
ンへの吸入空気量を制御するスロットル弁と、上記エン
ジンの吸気通路の上記スロットル弁下流側に位置して設
けられ、当該エンジンの駆動軸から伝達される力によっ
て駆動される過給機と、該過給機の作動開始時に所定期
間内上記スロットル弁下流側に供給される吸気量をアク
セル踏み込み量に関係なく増加させる吸気絞り制御手段
とを設けてなる過給機付エンジン。