JP3330196B2 - 機械式過給機付エンジンの負圧供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸気通路に機械式過給
機を備えるとともに、この過給機の上流と下流とを連通
するリリーフ通路、およびこのリリーフ通路を低負荷時
に開く制御弁を備えている機械式過給機付エンジンの負
圧供給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば実開昭６３−５１１２１号
公報に示されるように、吸気通路に、エンジンで駆動さ
れる機械式過給機を設けるとともに、スロットル弁の下
流において上記過給機の上流側と下流側とを連通するバ
イパス通路を形成し、このバイパス通路に、低負荷時に
開かれて高負荷時に閉じられる制御弁を設けた過給機付
エンジンは知られている。

【０００３】なお、この公報に示されているエンジンで
は、エンジン出力軸から機械式過給機への回転伝達部分
に電磁クラッチを組込み、低負荷時にはこの電磁クラッ
チをＯＦＦにして機械式過給機を停止させるようにして
いるが、構造および制御の簡略化等のため、上記電磁ク
ラッチを省略して低負荷域を含む全運転領域で機械式過
給機がエンジンにより駆動されるようにしたものも考え
られている。この場合、過給機上流と下流とを連通する
バイパス通路（リリーフ通路）は、低負荷時に吸気を過
給機下流から上流へリサーキュレートする作用をなす。
つまり、低負荷時には、過給機が駆動されつつ、バイパ
ス通路の制御弁が開かれることにより、過給機から吐出
された吸気がバイパス通路を通って上流側へリサーキュ
レートされ、これによって過給機でのエネルギー損失が
低減されるとともに過給機の吐出温度の上昇が抑制され
る。一方、高負荷域では、上記制御弁が閉じられること
により過給圧が高められる。

【０００４】また、このような過給機付エンジンにおい
て、上記公報にも示されるように、吸気弁閉時期を一般
のエンジンと比べてかなり遅く設定することにより、有
効圧縮比を膨張比と比べて小さくし、ポンピングロス低
減および高負荷域での出力性能向上を図るという技術も
知られている。このようにすると、低負荷域では吸気負
圧を小さくしてポンピングロスを低減することができ、
また高負荷域では、シリンダ内での圧縮仕事の減少によ
って圧縮温度上昇を小さくし、かつ吸気通路でインタク
ーラ等により過給気を十分に冷却しながら過給圧を高め
ることにより、ノッキングや排気温度上昇を抑制しつつ
充填効率を高め、有効に出力アップを図ることができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンが
搭載される車両には、ブレーキのブレーキブースターや
その他各種の負圧作動機器が装備されていて、これらに
対して作動負圧を供給する必要がある。そのための負圧
供給装置としては、スロットル弁を備えたエンジンでは
スロットル弁の下流に生じる吸気負圧を取り出すように
したものが一般的であり、機械式過給機付エンジンであ
ればスロットル弁と過給機との間の部分から吸気負圧が
取出される。また、例えば上記のように吸気弁遅閉じと
されて有効圧縮比が小さくされるような場合には、吸気
負圧が充分に得られにくい状態となることがあるので、
エンジンで駆動されるバキュームポンプを具備し、この
バキュームポンプと吸気負圧とを併用することも考えら
れている。

【０００６】しかし、従来の負圧取り出し装置による
と、始動時などの低回転時に負圧が不足し易く、例えば
ＡＴ車（自動変速機付車両）において始動直後のＤレン
ジへの切換えの際にブレーキが踏み込まれるときに、ブ
レーキブースターへの供給負圧が不充分となって、ブー
スト性能が低下する可能性がある。とくに、上記のよう
な吸気弁遅閉じ等で有効圧縮比が小さくされている場合
にこの傾向が顕著になる。また、エンジンで駆動される
バキュームポンプを用いても、回転数が低いときに充分
な負圧を生成することが難しい。

【０００７】本発明は、上記の事情に鑑み、機械式過給
機付エンジンにおいて、始動時などの低回転時の吸気負
圧を増大させ、これをブレーキのブレーキブースター等
の負圧作動機器に対する作動負圧として取り出し、低回
転時における負圧作動機器の性能を確保することができ
る機械式過給機付エンジンの負圧供給装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、吸気通路にエンジンにより駆動される機
械式過給機と、この過給機の上流に位置するスロットル
弁と、上記スロットル弁の下流の吸気通路における過給
機上流側と過給機の下流側とを連通するリリーフ通路
と、このリリーフ通路を低負荷時に開く制御弁とを設け
た機械式過給機付エンジンにおいて、上記制御弁とスロ
ットル弁と機械式過給機とで区画される吸気通路又はリ
リーフ通路に、負圧を取り出す負圧取出し口を設け、負
圧受け入れ部と接続するとともに、上記制御弁を低負荷
時に開いて負荷が高くなるにつれて 閉じるようにする一
方、エンジン始動時からエンジン回転数が所定回転数よ
り大きくなるまでの低回転時には、エンジン負荷に関係
なく上記制御弁を強制的に閉じる事を特徴としたもので
ある。

【０００９】

【作用】本発明によると、上記制御弁が基本的には低負
荷時に開かれるが、このような状態では本来的に吸気負
圧が充分に得られにくい低回転時には、上記制御弁が閉
じられることにより、吸気通路における上記制御弁とス
ロットル弁と機械式過給機とで区画される部分の吸気負
圧が過給機の作動に伴って増大し、これが上記負圧取り
出し口から取り出される。

【００１０】従って、低回転時、例えばエンジン回転数
が所定回転数に上昇するまでのエンジン始動時に、上記
負圧取り出し口からバキュームチャンパー、ブレーキブ
ースター等の負圧受入れ部に充分に大きい負圧が供給さ
れる。

【００１１】特に、負圧受け入れ部をブレーキ装置のブ
レーキブースターにすることにより、始動直後にブレー
キが踏み込まれた場合にもブレーキブースターに充分な
吸気負圧が供給され、ブレーキ性能が確保される。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例による負圧供給装
置を備えた機械式過給機付エンジンの全体構造を示し、
この図において、１はエンジン本体、２は上記エンジン
本体１に吸気を供給する吸気通路である。この吸気通路
２の途中には、リショルム型過給機等の機械式過給機３
が設けられ、この過給機３は、図外の伝動手段を介して
エンジン出力軸により駆動されるようになっている。

【００１４】上記過給機３はエンジンの低回転域を含む
運転領域で駆動され、当実施例では全運転領域で駆動さ
れる常時駆動となっている。

【００１５】吸気通路２における過給機３の上流には、
アクセルペダルの操作等によって開度が調節されるスロ
ットル弁５が設けられ、さらにスロットル弁５よりも上
流側にレゾネータ６が配置されている。一方、吸気通路
２における過給機３の下流には、過給気を冷却するイン
タークーラ７が設けられている。図示の例では、Ｖ型エ
ンジンのようにエンジン本体１の気筒が２グループに分
けられる場合に適用される構造として、過給機３の下流
で吸気通路２が第１の通路２ａと第２の通路２ｂとに分
岐し、その第１，第２の通路２ａ，２ｂにそれぞれイン
タークーラ７が設けられ、さらにインタークーラ７の下
流で各通路２ａ，２ｂにサージタンク８が形成され、こ
のサージタンク８の下流の気筒別通路９がエンジン本体
１に接続されている。

【００１６】また、吸気通路２におけるスロットル弁５
の下流において過給機３の上流側と下流側とを連通する
リリーフ通路１１が形成され、このリリーフ通路１１
に、低負荷時に開いて高負荷時に閉じるように運転状態
に応じて作動する制御弁１２が設けられている。

【００１７】この制御弁１２は、リリーフ通路１１中に
形成された弁室１３内に位置する弁体１４を備え、この
弁体１４がダイヤフラム１５に連結され、このダイヤフ
ラム１５の片側に負圧室１６が形成されており、ダイヤ
フラムの他の側の室１７は大気に開放されている。上記
負圧室１６には弁体１４を閉弁方向に付勢するスプリン
グ１８が設けられている。また、負圧室１６に通じる通
路２０が、第１，第２のソレノイドバルブ２１，２２を
介し、上記レゾネータ６に通じる大気導入通路２３とバ
キュームチャンバー２５に通じる負圧通路２４とに接続
されている。そして、上記ソレノイドバルブ２１，２２
がデューティ制御されることにより、上記負圧室１６に
対して負圧と大気との導入割合が調節され、それに応じ
て上記弁体１４が作動される。つまり、大気が導入され
たときは弁体１４が閉じられ、負圧導入割合が多くなる
とそれにつれて弁体１４が開かれるようになっている。

【００１８】上記バキュームチャンバー２５は負圧受入
れ部の１つであり、負圧受入れ部としてはこのほかにも
ブレーキ装置のブレーキブースター２６等がある。

【００１９】負圧受入れ部に対する負圧供給のため、吸
気通路２に負圧取り出し口３１，３２が設けられる一
方、バキュームポンプ３３が装備されている。負圧取り
出し口３１，３２は、上記吸気通路２における制御弁１
２とスロットル弁５と機械式過給機３とで区画される部
分に設けられており、例えば制御弁１２の弁体１４の上
流の弁室１３に２つの負圧取り出し口３１，３２が開口
している。また、上記バキュームポンプ３３はエンジン
出力軸に伝動手段（図示せず）を介して連結されてい
る。

【００２０】上記負圧取り出し口３１，３２とバキュー
ムポンプ３３とは、連通路を介して同一の負圧受入れ部
に接続されている。すなわち、バキュームタンク２５に
通じる通路３４に対し、負圧取り出し口３１に通じる吸
気負圧供給用通路３５とバキュームポンプ３３に通じる
ポンプ負圧供給用通路３６とが互いに連通する状態で接
続され、これらの通路３４，３５，３６により、バキュ
ームタンク２５と負圧取り出し口３１とバキュームポン
プ３３との間の連通路が構成されている。また、ブレー
キブースター２６に通じる通路３７に対し、負圧取り出
し口３２に通じる吸気負圧供給用通路３８とバキューム
ポンプ３３に通じるポンプ負圧供給用通路３９とが互い
に連通する状態で接続されて、これらの通路３７，３
８，３９により、ブレーキブースター２６と負圧取り出
し口３２とバキュームポンプ３３との間の連通路が構成
されている。

【００２１】上記バキュームタンク２５に対する吸気負
圧供給用通路３５には、負圧取り出し口３１側からバキ
ュームタンク２５側への負圧移動（バキュームタンク２
５側から負圧取り出し口３１側への空気流通）のみを許
容する一方向弁４０が設けられ、一方、ポンプ負圧供給
用通路３６にはバキュームポンプ３３側からバキューム
タンク２５側への負圧移動（バキュームタンク２５側か
らバキュームポンプ３３側への空気流通）のみを許容す
る一方向弁４１が設けられている。これらの一方向弁４
０，４１により、バキュームポンプ３３の生成負圧と上
記負圧取り出し口３１の生成負圧とのうちの大きい方の
負圧を優先してバキュームタンク２５に導く負圧導入調
整手段が構成されている。

【００２２】同様にして、ブレーキブースター２６に対
する吸気負圧供給用通路３８およびポンプ負圧供給用通
路３９にそれぞれ一方向弁４２，４３が設けられ、これ
らの一方向弁４２，４３により、バキュームポンプ３３
の生成負圧と上記負圧取り出し口３２の生成負圧とのう
ちの大きい方の負圧を優先してブレーキブースター２６
に導く負圧導入調整手段が構成されている。

【００２３】上記制御弁１２の開度は、制御手段として
のコントロールユニット（ＥＣＵ）４５により制御され
るようになっている。上記コントロールユニット４５
は、マイクロコンピュータ等で構成され、スロットル弁
５の開度を検出するスロットル開度センサ４６およびエ
ンジン回転数を検出する回転数センサ４７等からの信号
を受け、上記各ソレノイドバルブ２１，２２にデューテ
ィ制御信号を出力している。

【００２４】上記コントロールユニット４５は、運転状
態に応じ、上記各ソレノイドバルブ２１，２２をデュー
ティ制御することにより制御弁１２を制御するもので、
基本的には低負荷時に制御弁１２を開き、負荷が高くな
るにつれて制御弁１２を閉じるようになっており、例え
ば、図２に示すような特性で制御する。すなわち、図２
は、エンジン回転数を横軸、負荷に相当するスロットル
開度を縦軸にとり、制御弁の各種開度θ１，θ２，θ
３，θ４，θ５，θ６の等開度ラインを実線で表してお
り、これらの開度はθ１＜θ２＜θ３＜θ４＜θ５＜θ
６であって、低負荷側ほど開度大、高負荷側ほど開度小
となっている。

【００２５】さらに上記コントロールユニット４５は、
基本的制御によると制御弁１２が開かれるべき低負荷域
であっても低回転時には、制御弁１２を強制的に閉作動
するようにしている。例えば、図２中に示す所定回転数
Ｎ0 以下の始動領域に相当する低回転数域で、制御弁１
２を強制的に閉作動するようにしている。

【００２６】なお、エンジン本体１の各気筒の吸気弁お
よび排気弁を開閉作動する動弁機構においては、少なく
とも低回転域における低負荷から高負荷にまでわたる運
転領域で、有効圧縮比が有効膨張比よりも小さくなるよ
うに、吸・排気弁の開閉タイミングが設定されている。
例えば図３に示すように、排気弁の開閉タイミングＥＶ
は一般的なタイミングとする一方、吸気弁は閉時期を下
死点ＢＤＣよりも大きく遅らせる（例えば下死点後５０
°以上）ように開閉タイミングＩＶが設定されることに
より、有効圧縮比が小さくされている。あるいは、吸気
弁の閉時期を下死点ＢＤＣよりも早くすることによって
有効圧縮比を小さくしてもよい。

【００２７】以上のような機械式過給機付エンジンとこ
れに設けられた負圧供給装置の動作を、次に説明する。

【００２８】上記過給機３はエンジン出力軸により常時
駆動されており、この状態で、上記コントロールユニッ
ト４５による運転状態に応じた制御弁１２の制御によ
り、基本的には、低負荷時に制御弁１２が開かれる。こ
れにより、低負荷時には、過給機３の下流から上流へ吸
気がリサーキュレートされて、過給機吸入側圧力に対す
る過給機吐出側圧力の比（吐出側圧力／吸入側圧力）が
小さくなるため、過給機３でのエネルギーロスが低減さ
れ、また、上記圧力比に依存する過給機吐出温度の上昇
が抑制される。一方、高負荷時には、上記制御弁１２が
閉じられることにより、過給機３の過給作用が充分に発
揮されて、エンジン出力が高められる。

【００２９】この過給機付エンジンにおいて、前記のよ
うに有効圧縮比が有効膨張比と比べて小さくなるように
吸・排気弁の開閉タイミングが設定されていると、低負
荷時にはポンピングロスが低減され、また高負荷時に
は、シリンダ内での圧縮仕事の減少によって圧縮温度上
昇が小さくされ、ノッキングや排気温度上昇が抑制され
つつ過給圧が高められる。

【００３０】また、上記バキュームタンク２５およびブ
レーキブースター２６には、上記負圧取り出し口３１，
３２からの吸気負圧またはバキュームポンプ３３からの
ポンプ負圧が供給され、上記吸気負圧とポンプ負圧とが
効果的に併用される。

【００３１】すなわち、運転状態によっては吸気負圧が
充分に得られない場合があり、とくに有効圧縮比が有効
膨張比と比べて小さくなるように吸・排気弁の開閉タイ
ミングが設定されている場合、全般的に吸気負圧が小さ
くなる傾向がある。そこでバキュームポンプ３３が設け
られるが、吸気負圧も利用することでバキュームポンプ
３３の小型化を図るために、負圧取り出し口３１，３２
の生成負圧とバキュームポンプ３３の生成負圧とのうち
の大きい方が優先して導かれるようにしている。

【００３２】そして、とくに所定回転数以下の低回転域
（始動域）では、基本的制御によると制御弁１２が開か
れるべき低負荷域であっても、この制御弁１２が強制的
に閉じられるように、上記コントロールユニット４５に
よってソレノイドバルブ２１，２２が制御される。この
ようにされると、スロットル弁５で吸気流通が制限さ
れ、かつリリーフ通路１１が閉じられた状態で過給機３
が駆動されるため、これらで区画された部分に設けられ
た上記負圧取り出し口３１，３２に生じる負圧は、上記
基本的制御で制御弁１２が開かれた状態となる場合と比
べて増大される。従って、バキュームポンプ３３の生成
負圧が不足しがちな低回転時に、大きな吸気負圧が得ら
れて、例えばＡＴ車において始動直後にブレーキが踏み
込まれた場合にもブレーキブースター２６に充分な吸気
負圧が供給され、ブレーキ性能が確保される。

【００３３】さらに、このように始動時に制御弁１２が
閉じられると、筒内圧力が高められることにより、始動
性が向上され、エンジン回転数の上昇が促進される。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明は、制御弁とスロッ
トル弁と機械式過給機とで区画される吸気通路又はリリ
ーフ通路に、負圧を取り出す負圧取出し口を設け、負圧
受け入れ部と接続するとともに、エンジン始動時からエ
ンジン回転数が所定回転数より大きくなるまでの低回転
時には、エンジンの負荷に関係なく上記制御弁を強制的
に閉じるようにしているため、吸気通路又はリリーフ通
路における制御弁とスロットル弁と機械式過給機で区画
される部分の負圧が過給機の作動に伴って増大し、エン
ジン始動期においても大きい負圧を負圧取り出し口から
取り出すことが可能となる。

【００３５】特に、負圧受け入れ部をブレーキブースタ
ーにすることにより、始動直後にブレーキが踏み込まれ
た場合にもブレーキブースターに充分な吸気負圧が供給
され、ブレーキ性能が確保される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による負圧供給装置を備えた
機械式過給機付エンジン全体の概略図である。

【図２】運転状態に応じた制御弁の作動特性を示す説明
図である。

【図３】吸・排気弁の開閉タイミングを示す図である。

【符号の説明】

１ エンジン本体 ２ 吸気通路 ３ 機械式過給機 ５ スロットル弁 １１ リリーフ通路 １２ 制御弁 ２５ バキュームタンク ２６ ブレーキブースター ３１，３２ 負圧取り出し口 ３３ バキュームポンプ ３５，３６，３７，３８ 負圧供給用通路 ４０，４１，４２，４３ 一方向弁（負圧導入調整手
段） ４５ コントロールユニット（制御手段）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−298636（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−136426（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−239312（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−51801（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 33/00 B60T 17/00 F02M 35/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気通路にエンジンにより駆動される機
   械式過給機と、 この過給機の上流に位置するスロットル弁と、 上記スロットル弁の下流の吸気通路における過給機上流
   側と過給機の下流側とを連通するリリーフ通路と、 このリリーフ通路を低負荷時に開く制御弁とを設けた機
   械式過給機付エンジンにおいて、 上記制御弁とスロットル弁と機械式過給機とで区画され
   る吸気通路又はリリーフ通路に、負圧を取り出す負圧取
   出し口を設け、負圧受け入れ部と接続するとともに、 上記制御弁を低負荷時に開いて負荷が高くなるにつれて
   閉じるようにする一方、 エンジン始動時からエンジン回転数が所定回転数より大
   きくなるまでの低回転時には、エンジン負荷に関係なく
   上記制御弁を強制的に閉じる事を 特徴とする機械式過給
   機付エンジンの負圧供給装置。