JP4665643B2 - エンジンの過給装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気を過給する過給機を有するエンジンの過給装置に関し、エンジンの吸気システムの技術分野に属する。

従来より、エンジントルクの増大を図る手段として、排気ガスのエネルギやエンジン自体の回転により、或いは電動機によって駆動されて、吸気を燃焼室に過給する過給機を備えた吸気システムがある。例えば、特許文献１には、吸気通路に該通路を開閉する制御弁を配設すると共に、該制御弁の上、下流側を連通する過給通路を設けて、該過給通路上に過給機を配設し、所定の運転領域で前記制御弁を閉じた状態で該過給機を作動させるように構成した吸気システムが開示されている。

そして、過給時には、過給機から圧送された空気が吸気通路に導入され、該吸気通路から燃焼室に圧送される。この結果、燃焼室への空気の充填効率が向上し、図１８に示すように、自然吸気のみにより得られるエンジントルク以上のトルクが得られることになる。
特開２００４−３４６９１０号公報

ところで、このような過給機では、高回転領域における過給能力に対して改善の余地がある。つまり、低回転側では充填効率を向上させるために空気の圧力が要求されるのに対して、高回転側では空気の流量が要求されるので、過給機の過給能力が一定の場合、前述のように制御弁を閉じた状態で過給機を作動させると排気量の大きなエンジンに対して過給する場合に、空気の流量が不足し、高回転側では十分な充填効率が得られないことがある。この結果、図１８に示すように、理想的な曲線Ｌに比べて、中回転以上におけるトルク不足が生じる。

また、電動式の過給機の場合においては、過給機への供給電力に応じて充填効率が向上する。つまり、過給機に対する供給電力が大きいときは高回転側に広範囲のトルク増大作用が得られるが、同一の過給機において省電力化を図る場合に供給電力を小さくしたときは、空気の流量が十分に確保できず、高回転側において十分なトルクが得られない。

これに対して、過給機を複数配置して高回転領域で必要となる空気の流量を確保することが考えられるが、部品点数の増加によるコスト増が問題になる。

そこで、本発明は、エンジンの過給装置において、単一の過給機により、運転領域が高回転側にあるときの充填効率を向上させることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、吸気通路の上流側と下流側とを連通する過給通路が設けられ、かつ、該過給通路上に、空気を下流側に圧送する過給機が配設され、エンジン負荷とエンジン回転数との内少なくとも１つのパラメータに基いて設定された運転領域が所定の過給領域にあるときに、該過給機を作動させるエンジンの過給装置であって、前記過給通路の下流端部が、ノズル状に形成されて、吸気通路との接続部において該吸気通路内の下流側方向を指向して突入され、かつ、該突入部の直下流側に吸気通路の径を縮小させた縮径部が設けられていると共に、吸気通路の開度を調整する制御弁が配設され、前記過給通路は吸気通路における該制御弁の上、下流側を連通するように構成され、かつ、前記制御弁の開度を制御する制御弁制御手段が備えられ、該制御弁制御手段は、運転領域が過給領域内で、エンジン回転数が所定回転数以下のときに前記制御弁を閉じると共に、エンジン回転数が所定回転数以上のときに前記制御弁を開くように制御することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、吸気通路の上流側と下流側とを連通する過給通路が設けられ、かつ、該過給通路上に、空気を下流側に圧送する過給機が配設され、エンジン負荷とエンジン回転数との内少なくとも１つのパラメータに基いて設定された運転領域が所定の過給領域にあるときに、該過給機を作動させるエンジンの過給装置であって、前記過給通路の下流端部が、ノズル状に形成されて、吸気通路との接続部において該吸気通路内の下流側方向を指向して突入され、かつ、該突入部の直下流側に吸気通路の径を縮小させた縮径部が設けられていると共に、前記過給機は、空気を下流側に旋回状態で吐出する遠心式過給機であり、かつ、前記吸気通路は、略直交する上流側通路と下流側通路とで成り、これらの通路の接続部に、前記過給通路の下流端部が下流側通路の軸線に沿って突入され、上流側通路は、該通路から接続部に導入される空気が前記遠心式過給機から吐出される空気の旋回流と同方向を指向するように、その軸線が前記下流側通路の軸線に対してオフセットされていることを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、吸気通路の上流側と下流側とを連通する過給通路が設けられ、かつ、該過給通路上に、空気を下流側に圧送する過給機が配設され、エンジン負荷とエンジン回転数との内少なくとも１つのパラメータに基いて設定された運転領域が所定の過給領域にあるときに、該過給機を作動させるエンジンの過給装置であって、前記過給通路の下流端部が、ノズル状に形成されて、吸気通路との接続部において該吸気通路内の下流側方向を指向して突入され、かつ、該突入部の直下流側に吸気通路の径を縮小させた縮径部が設けられていると共に、前記突入部は、吸気通路に対して突入量が変更可能に設けられ、かつ、該突入部の突入量を制御する突入量制御手段が備えられ、該突入量制御手段は、運転領域が過給領域にあるときに、エンジン回転数が大きいほど突入量を小さくすることを特徴とする。

そして、請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載のエンジンの過給装置において、前記突入部は、所定量突入したときに、その先端が縮径部の入口に当接すると共に、前記突入量制御手段は、運転領域が過給領域内で、エンジン回転数が所定回転数以下のときに、突入部を所定量突入させることを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明によれば、過給時に、過給機から吐出された空気が過給通路の下流端部に設けられた突入部から吸気通路内の下流側方向に吐出され、吸気通路に吐出された空気は、突入部の直下流側に設けられた縮径部に導入される。このとき、突入部からの空気の噴射に伴って、吸気通路における過給通路との接続部の上流側に負圧が生じ、さらに噴射された空気の吸気通路下流方向の運動エネルギによって、接続部の上流側の空気が下流側に吸引され、空気の流量を増大させることができる。この結果、空気の流量が要求される高回転側における充填効率が向上する。また、電動式に駆動される過給機にあっては、省電力化を図りつつ過給可能な領域を高回転側に拡大することができる。

さらに、この発明によれば、過給領域内で、エンジン回転数が所定回転数以下のときに制御弁が閉じられた状態で過給機が作動される。この結果、過給通路から吸気通路に吐出された空気により、吸気通路における制御弁の上流側の圧力を増加させることができ、低回転側における充填効率が向上する。また、過給領域内で、エンジン回転数が所定回転数以上のときに制御弁が開かれた状態で過給機が作動される。この結果、前述のように、空気の吐出に伴って、吸気通路における過給通路との接続部の上流側の空気が下流側に吸引され、空気の流量を増大させることができ、高回転側における充填効率が向上する。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明と同様に、突入部からの空気の噴射に伴って、吸気通路における過給通路との接続部の上流側に負圧が生じると共に、噴射された空気の吸気通路下流方向の運動エネルギによって、接続部の上流側の空気が下流側に吸引され、空気の流量が要求される高回転側における充填効率が向上する。そして、この発明によれば、遠心式過給機により吐出された空気の旋回流が旋回状態を維持しながら過給通路の下流端部の突入部から吸気通路における接続部内に吐出される。さらに、前記過給通路の下流端部は下流側通路の軸線に沿って突入されているので、吸気通路内に吐出された空気は、下流側通路に導入される。また、上流側通路は、該通路から接続部に導入される空気が前記遠心式過給機から吐出される空気の旋回流と同方向を指向するように、その軸線が前記下流側通路の軸線に対してオフセットされているので、接続部において上流側通路から導入された空気が旋回流を生成し、突入部から吐出された空気の旋回流と同方向に旋回する状態で合流することになる。この結果、過給機から吐出された空気に対する通気抵抗を低減させることができ、過給効率が向上する。

ところで、このような両通路の接続部の構成においては、突入部内の通路の径ｄと、過給通路から吐出された空気が吸気通路の下流側通路の入口における拡がりの径Ｄとの比ｄ／Ｄに応じて、下流側通路における空気の流量と圧力の特性が決定される。つまり、ｄ／Ｄの値が大きいほど過給により得られる空気の圧力が大きくなり、ｄ／Ｄの値が小さいほど、圧力エネルギが空気の流量に変換されて得られる空気の流量が大きくなる。

そして、請求項３に記載の発明によれば、請求項１、２の発明と同様に、突入部からの空気の噴射に伴って吸気通路における過給通路との接続部の上流側に生じる負圧と、噴射された空気の吸気通路下流方向の運動エネルギとによって、高回転側における充填効率が向上するように構成されていると共に、前記突入部は、吸気通路に対して突入量が変更可能に設けられており、突入量制御手段により突入量が制御されるようになっている。ここで、突入部における空気の通路の径が前記径ｄに相当すると共に、突入部から吐出された空気は下流側で径方向に拡がり、縮径部の入口における拡がりの径が前記径Ｄに相当する。そして、径ｄは不変であるが、突入部の先端から縮径部の入口までの距離が大きいほど径Ｄは大きくなる。

そして、突入量制御手段は、運転領域が過給領域にあるときに、エンジン回転数が大きいほど突入量を小さくするので、高回転において径Ｄが大きくなると共にｄ／Ｄの値が小さくなって、空気の流量が確保され、充填効率が向上する。

さらに、請求項４に記載の発明によれば、突入量制御手段は、運転領域が過給領域内で、エンジン回転数が所定回転数以下のときに、突入量を所定量突入させる。このとき、突入部の先端が縮径部の入口に当接するので、吸気通路における該当接部の上、下流側の連通が遮断される。この結果、低回転側では突入部から吐出された空気が吸気通路における上流側に漏れることが防止され、空気の圧力を高めることができ、低回転における充填効率が向上する。

以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。

図１に、本実施の形態に係るエンジンの吸気システム１を示す。この吸気システム１は、新気が導入される吸気通路１０を有し、該吸気通路１０には、上流側からエアクリーナ１１、該通路１０の開度を調整する制御弁１２、スロットル弁１３、サージタンク１４が設けられ、該サージタンク１４から各気筒＃１〜＃４に連通する複数の独立吸気通路１５…１５が分岐されている。また、吸気通路１０における前記制御弁１２の上、下流側を連通する過給通路２０が設けられ、該過給通路２０には過給機３０が配設されている。

図２に示すように、前記吸気通路１０は、制御弁１２が配置された上流側通路１０ａと、該上流側通路１０ａに対して略直角方向に延びる下流側通路１０ｂと、前記上流側通路１０ａと下流側通路１０ｂとの間に設けられた屈曲部１０ｃとを有している。屈曲部１０ｃは下流側通路１０ｂに比べて大径とされ、これらの接続部は緩やかな斜面でもって接続されている。また、前記下流側通路１０ｂは、上流端部近傍即ち前記屈曲部１０ｃとの接続部近傍に、径が小さく形成された縮径部１０ｂ′が設けられていると共に、該縮径部１０ｂ′の下流側の径は徐々に拡大するように形成され、拡大された部位に前記スロットル弁１３が設けられている。また、前記屈曲部１０ｃには、上流側通路１０ａと連通する開口と下流側通路１０ｂと連通する開口と、後述する過給通路２０の下流部２２を接続するための開口とが設けられている。

一方、前記過給通路２０は、吸気通路１０の上流側通路１０ａにおける制御弁１２の上流側から分岐して伸びる上流部２１と、下流端部で吸気通路１０の屈曲部１０ｃに接続される下流部２２とを有している。そして、前記上流部２１と下流部２２との間には前記過給機３０が配置されている。該過給機３０は、モータ３１を駆動させることによりブロア３２が回転し、上流部２１から吸入した空気を下流部２２に圧送するようになっている。

また、図３に示すように、前記過給通路２０の下流部２２には環状のフランジ２２ａが形成されている。さらに、該下流部２２は、前記屈曲部１０ｃにおける下流側通路１０ｂに対向する壁部から、該屈曲部１０ｃ内に設けられたミキシングスペース１０ｃ′内に所定長突入する突入部２２ｂが形成される状態で、前記フランジ２２ａが屈曲部１０ｃの外壁に当接する。そして、該フランジ２２ａと屈曲部１０ｃの外壁とが複数のボルト２２ｃ…２２ｃで締結されている。このとき、前記下流側通路１０ｂと突入部２２ｂとは同一軸線ｘ上に設けられている。

そして、吸気通路１０の屈曲部１０ｃと過給通路２０の下流部２２における突入部２２ｂとでエジェクタ４０が構成されている。

ところで、図１に示すように、エンジン全体を制御するエンジンコントロールユニット１００に、エンジン負荷を検出するものとしてアクセル５０ａの踏込み量を検出するアクセル開度センサ５０からの信号、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ５１からの信号等が入力されるようになっている。

そして、エンジンコントロールユニット１００は、これらの入力信号に基いて、スロットル弁１３を開閉駆動するスロットルアクチュエータ５２、吸気システムコントローラ１０１などに各種の制御信号を出力する。

前記吸気システムコントローラ１０１は、エンジンコントロールユニット１００から入力された制御信号に応じて吸気システム１の各機器を制御するようになっており、制御弁１２を開閉駆動する制御弁アクチュエータ５３、電動過給機コントローラ１０２などに制御信号を出力する。該過給機コントローラ１０２は、前記過給機３０のモータ３１への電力供給量の制御などを行う。

また、電動過給機コントローラ１０２に電力を供給するバッテリ６０とエンジン駆動により発電を行うオルタネータ６１とが備えられ、バッテリ６０はオルタネータ６１で発電した電力を蓄電するようになっている。

なお、この過給機３０は、定格出力が２ｋＷとされているが、効率化のために１ｋＷで作動させるようになっている。つまり、電力消費量が１ｋＷを超えるとノッキングの発生により実質的に得られるトルクが抑制されるので、電力消費を抑制して効率的な過給を行うために１ｋＷで作動させるようになっている。

ところで、図４に示すように、前記エンジンコントロールユニット１００には、各運転領域が設定された制御マップが記憶されている。このマップには、主に低負荷側に自然吸気領域が設定され、高負荷側に過給領域が設定されている。さらに、過給領域の低回転側（エンジン回転数がＮ１以下の領域）には低回転領域（ａ）が設定され、中回転側（エンジン回転数がＮ１とＮ２の間の領域）には中回転領域（ｂ）が設定され、高回転側（エンジン回転数がＮ２以上の領域）には高回転領域（ｃ）が設定されている。

自然吸気領域では、エンジンコントロールユニット１００は、吸気システムコントローラ１０１を介して制御弁アクチュエータ５３に制御弁１２を全開にするための信号を出力する。

過給領域では、エンジンコントロールユニット１００は、吸気システムコントローラ１０１を介して制御弁アクチュエータ５３に制御弁１２を制御する信号と、吸気システムコントローラ１０１及び電動過給機コントローラ１０２を介して過給機３０への電力供給量を制御する信号とを出力する。過給領域における制御弁１２を制御する信号は、低回転領域（ａ）では制御弁１２を全閉にするための信号であり、中回転領域（ｂ）では制御弁１２を半開にするための信号であり、高回転領域（ｃ）では制御弁１２を全開にするための信号である。

なお、前記屈曲部１０ｃは請求項１に記載のエンジンの過給装置の接続部に相当し、前記エンジンコントロールユニット１００は、同じく請求項１に記載のエンジンの過給装置の制御弁制御手段に相当する。

以上のような構成の吸気システム１によれば、自然吸気領域では、エンジンコントロールユニット１００から制御弁１２を全開にするための信号が出力されているので、制御弁１２が開かれ、吸気通路１０に導入された空気が、上流側通路１０ａ、屈曲部１０ｃ、下流側通路１０ｂを通って各気筒＃１〜＃４の燃焼室に供給される。このとき、図５に示すように、自然吸気のみによって、高回転で比較的大きなエンジントルクを出力する出力特性が得られる。

また、過給領域では、吸気通路１０に導入された空気の一部又は全部が上流側通路１０ａから過給通路２０の上流部２１に導入される。また、過給機３０を作動させる信号が出力されているので、上流部２０ａに導入された空気は、過給機３０のブロア３２の回転によりエジェクタ４０に圧送されることになる。

低回転領域（ａ）では、エンジンコントロールユニット１００から制御弁１２を全閉にするための信号が出力されているので、制御弁１２が閉じられ、吸気通路１０の上流側通路１０ａとエジェクタ４０とは連通しないことになる。そして、エジェクタ４０において、過給機３０から下流部２２に圧送された空気は、突入部２２ｂから屈曲部１０ｃ内に設けられたミキシングスペース１０ｃ′に吐出され、該スペース１０ｃ′から下流側通路１０ｂを介して各気筒＃１〜＃４の燃焼室に供給される。

このとき、図６の「制御弁全閉」の曲線に示すように、下流側通路１０ｂでは空気の流量は少ないが圧力は高くなる過給特性が得られる。そして、この低回転領域（ａ）では、このように過給によって空気の圧力を高めることにより、図５のエンジントルク特性に示すようにトルクを増大させる。

中回転領域（ｂ）では、エンジンコントロールユニット１００から制御弁１２を半開にするための信号が出力されているので、制御弁１２が半開にされ、吸気通路１０の上流側通路１０ａとエジェクタ４０とが一部連通することになる。そして、図７の矢印アに示すように、エジェクタ４０において、過給機３０から下流部２２に圧送された空気は、突入部２２ｂからミキシングスペース１０ｃ′に吐出され、該スペース１０ｃ′から下流側通路１０ｂの縮径部１０ｂ′に導入される。このとき、ミキシングスペース１０ｃ′に負圧を生じさせるエジェクタ４０の効果により、矢印イに示すように、上流側通路１０ａからミキシングスペース１０ｃ′に導入された空気が、突入部２２ｂから吐出された空気と混合されつつ、下流側通路１０ｂに吸入されることになる。

このとき、図６の「制御弁半開」の曲線に示すように、下流側通路１０ｂでは空気の流量を確保しつつ、空気の圧力も確保できる過給特性が得られる。そして、この中回転領域（ｂ）では、このように過給によって空気の流量及び圧力を確保して、図５のエンジントルク特性に示すようにトルクを増大させる。

高回転領域（ｃ）では、エンジンコントロールユニット１００から制御弁１２を全開にするための信号が出力されているので、制御弁１２が全開にされ、吸気通路１０の上流側通路１０ａとエジェクタ４０とが連通することになる。そして、図７の矢印アに示すように、エジェクタ４０において、過給機３０から下流部２２に圧送された空気は、突入部２２ｂからミキシングスペース１０ｃ′に吐出され、下流側通路１０ｂの縮径部１０ｂ′に導入される。このとき、ミキシングスペース１０ｃ′に負圧を生じさせるエジェクタ４０の効果により、矢印イに示すように、上流側通路１０ａからミキシングスペース１０ｃ′に導入された空気が、突入部２２ｂから吐出された空気と混合されつつ、下流側通路１０ｂに吸入されることになる。ここでは、前記中回転領域（ｂ）に比べて、制御弁１２の上、下流の連通量が大きいので、上流側通路１０ａからより多量の空気が下流側通路１０ｂに吸入されることになる。

このとき、図６の「制御弁全開」の曲線に示すように、下流側通路１０ｂでは空気の圧力は小さいが流量は大きい過給特性が得られる。そして、この高回転領域（ｃ）では、このように過給によって空気の流量を確保して、図５のエンジントルク特性に示すようにトルクを増大させる。

図５に示すように、本構成によれば、エジェクタ４０の作用により低回転〜高回転に亘る全ての領域において過給によるエンジントルクを増大させる作用が得られることになる。つまり、鎖線で示すエジェクタ４０不使用時の特性は中回転以上では過給によるトルク増大作用が得られないのに対して、エジェクタ４０を使用することによりトルク増大作用が得られる領域を高回転側に拡大することができ、過給機３０の１ｋＷでの作動による過給の効率化を図ると共に、２ｋＷでの作動時に近い広範囲におけるトルク増大作用が得られるようになる。

ここで、過給によるエンジントルクを増大させる作用を得るためには、低回転領域においては空気の圧力が要求され、中回転領域においては圧力と流量のいずれかが要求され、高回転領域においては空気の流量が要求されるが、制御弁１２の開度を調節することにより、図６に示したように、下流側通路１０ｂで得られる空気の流量と圧力との特性が変更されることになって、前述の各要求に対応することができるのである。

一方、図７に示すように、前記エジェクタ４０の特性は、突入部２２ｂの通路径ｄと、下流側通路１０ｂの縮径部１０ｂ′の通路径Ｄと比ｄ／Ｄによって決まる。つまり、下流側通路１０ｂにおいて、ｄ／Ｄの値が大きいほど空気の圧力が高くなり、ｄ／Ｄの値が小さいほど空気の流量は大きくなる。エジェクタ４０は、圧力エネルギを空気の流量に変換する作用があるので、空気の圧力と流量は反比例の関係になる。そして、高回転における十分な空気の流量が確保できるように径ｄ、Ｄが設定されることになる。

なお、この例においては全ての回転領域においてトルク増大作用が得られる場合を示しているが、高排気量のエンジンにおいては、トルク増大作用が得られる領域を高回転側に拡大する作用が得られるようになる。また、必ずしも制御弁１２は必要ではないと共に、過給機３０として、排気のエネルギにより駆動されるターボチャージャやクランク軸の動力により駆動されるスーパーチャージャを用いてもよい。なお、ターボチャージャ、スーパーチャージャのいずれの場合もエンジン回転数に応じて一義的に過給性能が決まってしまうものではなく、ウエストゲートバルブや、エンジン回転数が上昇してもスーパーチャージャを効率点で回転可能とする可変速機構などが必要になる。

次に、前記エジェクタ４０の変形例について説明する。この例においては、図８に示すように、前記過給機３０として、遠心式過給機２００が使用されている。

遠心式過給機２００は、円錐形のブロア２０１と、該ブロア２０１に対向させて中央に空気入口２０２ａが設けられていると共にブロア２０１の外周面を取り巻くように吐出通路２０２ｂを形成するハウジング２０２とを有している。該ハウジング２０２の空気入口２０２ａは過給通路２０の上流部２１の下流端に連通し、前記ブロア２０１が回転することにより、矢印ウに示す該下流部２１から吸い込まれた空気が、前記吐出通路２０２ｂの接線方向に送られる。このとき、ブロア２０１側から吐出通路２０２ｂに、矢印エに示すように該吐出通路２０２ｂ内に旋回流を形成しつつ円滑に空気が導入されることになる。そして、吐出通路２０２ｂは過給通路２０の下流部２２の上流端に連通し、吐出通路２０２ｂ内の空気の旋回流が下流部２２に旋回状態を維持しながら送出されるようになっている。

一方、図９，１０に示すように、エジェクタ３００における屈曲部３１０は、吸気通路１０の上流側通路１０ａの軸線ｙが下流側通路１０ｂの軸線ｘとオフセットした位置で接続されている。つまり、上流側通路１０ａの下流端部が屈曲部１０ｃに対して接線方向に接続されている。

この結果、矢印オに示す上流側通路１０ａからミキシングスペース３１１に導入された空気は、ミキシングスペース３１１において、矢印カに示す前記遠心式過給機２００から吐出された空気の旋回流と同方向に旋回することになる。このように、エジェクタ３００において合流する空気が互いに同方向に旋回するので、通気抵抗が低減されて円滑な空気の合流が実現され、過給効率の向上が実現される。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

この実施の形態は、前記第１の実施の形態に対してエジェクタ４０の構成が変更されたものであって、変更に係る部分以外については前記第１の実施の形態に係る各部と同一の符号を付す。

図１１に示すように、本実施の形態に係るエジェクタ４００は、内部にミキシングスペース４１１を形成する屈曲部４１０と、過給通路２０の下流部２２の下流端部に嵌挿されて該下流部２２に対して移動可能に支持されたノズル４２０とで構成されている。また、上流側通路１０ａに対向する屈曲部４１０の壁部には前記ノズル４２０を進退させる移動機構４３０が設けられている。さらに、屈曲部４１０における下流側通路１０ｂとの接続部には円錐面４１２が形成されており、前記ノズル４２０の先端が該円錐面４１２に当接可能になっている。なお、本実施の形態においては、上流側通路１０ａに制御弁１２が設けられていない。

前記ノズル４２０は、内部に径ｄ′の通路４２１が形成され、先端部に外径が大きく形成された拡径部４２２が設けられている。また、該拡径部４２２に隣接して係止部４２３が設けられ、該係止部４２３は前記移動機構４３０から伸びるフォーク４３１が係合するようになっている。

図１に鎖線で示すように、前記移動機構４３０は、エンジンコントロールユニット１００からの信号により、前記フォーク４３１の移動を制御するようになっている。また、屈曲部４１０の壁部の前記フォーク４３１の移動範囲には開口が設けられているが、空気が逃げないように移動機構４３０自体により密閉されている。なお、前記ノズル４２０は、先端が前記円錐面４１２に当接する「前進位置」、係止部４２３が下流部２２の下流端面に当接する「退避位置」、前進位置と退避位置との中間に相当する「中間位置」のいずれかに位置するように制御される。

そして、図１２に示すように、前記エンジンコントロールユニット１００に記憶された運転領域のマップには、主に低負荷側に自然吸気領域が設定され、高負荷側に過給領域が設定されている。過給領域の低回転側（エンジン回転数がＮ３以下の領域）には低回転領域（ａ）が設定され、中回転側（エンジン回転数がＮ３とＮ４の間の領域）には中回転領域（ｂ）が設定され、高回転側（エンジン回転数がＮ４以上の領域）には高回転領域（ｃ）が設定されている。

自然吸気領域では、エンジンコントロールユニット１００は、吸気システムコントローラ１０１を介してノズル４２０を退避位置に移動させる信号を出力する。

過給領域では、エンジンコントロールユニット１００は、吸気システムコントローラ１０１を介してノズル４２０の進退を制御する信号と、吸気システムコントローラ１０１及び電動過給機コントローラ１０２を介して過給機３０に電力供給を行わせるための信号とを出力する。過給領域におけるノズル４２０の進退を制御する信号は、低回転領域（ａ）ではノズル４２０を前進位置に移動させるための信号であり、中回転領域（ｂ）ではノズル４２０を中間位置に移動させるための信号であり、高回転領域（ｃ）ではノズル４２０を退避位置に移動させるための信号である。

なお、前記ノズル４２０は請求項３に記載のエンジンの過給装置における突入部に相当し、前記エンジンコントロールユニット１００は同じく突入量制御手段に相当し、前記円錐面４１２は請求項４に記載のエンジンの過給装置における縮径部の入口に相当する。

そして、このようなエジェクタ４００を備えた吸気システム１は、図１３に示すフローチャートに基いて制御される。

まず、ステップＳ１で、アクセル開度センサ５０により検出されたアクセル開度の信号、及びエンジン回転数センサ５１により検出されたエンジン回転数の信号などを入力し、ステップＳ２でこれらの信号に基いて図１２に示した制御マップにより過給領域か否かを判定する。

ステップＳ２で運転領域が過給領域にあると判定されたときは、ステップＳ３に進み、過給機３０を作動させる。そして、ステップＳ４で、前記ステップＳ１で検出したエンジン回転数に基いて、ノズル４２０の移動制御を開始する。

まず、エンジン回転数が低回転領域（ａ）にあるときは、ステップＳ５でノズル４２０を前進位置に移動制御する。このとき、図１４の矢印キに示すように、過給機３０から吐出された空気は、過給通路２０の下流部２２及びノズル４２０内の通路４２１から直接下流側通路１０ｂに供給される。このとき、ノズル４２０の拡径部４２２が前記円錐面４１２に当接することによりミキシングスペース４１１と下流側通路１０ｂとの連通が遮断され、上流側通路１０ａからミキシングスペース４１１に供給された空気が下流側通路１０ｂに導入されないと共に、過給により下流側通路１０ｂの内の空気の圧力が高められる。

この結果、図１５に示すように、低回転領域（ａ）でのトルク増大作用が得られる。なお、ここでは、ノズル４２０から供給された空気がミキシングスペース４１１において径方向に拡がる領域（以下、「ミキシング領域」という）の下流側通路１０ｂの上流端における径Ｄ１は、空気がミキシングスペース４１１を通過しないので、ゼロとなる。

また、エンジン回転数が中回転領域（ｂ）にあるときは、ステップＳ６でノズル４２０を中間位置に移動制御する。このとき、図１６の矢印クで示すように、過給機３０から吐出された空気は、過給通路２０の下流部２２及びノズル４２０内の通路４２１を介してミキシングスペース４１１に吐出される。そして、吐出された空気は、ミキシングスペース４１１から下流側通路１０ｂに導入される。このとき、エジェクタ４００の効果によりミキシングスペース４１１に負圧が生じ、矢印ケで示すように、該ミキシングスペース４１１内の空気ないし上流側通路１０ａ内の空気が下流側通路１０ｂに吸入されることになる。

この結果、下流側通路１０ｂ内の空気の圧力及び流量が確保され、図１５のエンジントルク特性に示すように中回転領域（ｂ）でのトルク増大作用が得られる。なお、このときミキシング領域の下流側通路１０ｂの上流端における径は、空気がミキシングスペース４１１を進む間に広がるので、径ｄ′よりも大きなＤ２となる。

さらに、エンジン回転数が高回転領域（ｃ）にある時は、ステップＳ７でノズル４２０を退避位置に移動制御させる。このとき、図１７の矢印コに示すように、過給機３０から吐出された空気は、過給通路２０の下流部２２及びノズル４２０内の通路４２１を介してミキシングスペース４１１に吐出される。そして、吐出された空気は、ミキシングスペース４１１から下流側通路１０ｂに導入される。このとき、エジェクタ４００の効果によりミキシングスペース４１１に負圧が生じ、矢印サで示すように、該ミキシングスペース４１１内の空気ないし上流側通路１０ａ内の空気が下流側通路１０ｂに吸入されることになる。

この結果、下流側通路１０ｂ内の空気の流量が確保され、図１５のエンジントルク特性に示すように高回転領域（ｃ）でのトルク増大作用が得られる。なお、このとき、ミキシング領域の下流側通路１０ｂの上流端における径Ｄ３は、ノズル４２０が中間位置にあるときの径Ｄ２よりも大きいと共に、ノズル４２０の通路４２１の径ｄ′は一定であるので、ｄ′／Ｄ２＞ｄ′／Ｄ３となって、より多くの量のミキシングスペース４１１の空気が下流側通路１０ｂに吸い込まれることになる。また、ノズル４２０の突入量小さいほど、該ノズル４２０の先端から下流側通路１０ｂの上流端までの距離が大きくなり、これに伴って径Ｄも大きくなる。そして、空気の流量が要求される高回転側ほどノズル４２０の突入量を小さくすれば、要求を満たす空気の流量が得られるのである。

一方、ステップＳ２で、運転領域が過給領域にないとき、即ち自然吸気領域にあるときは、ステップＳ８に進み、過給機３０を停止させると共に、ステップＳ７に進み、ノズル４２０を退避位置に移動させる。ここでノズル４２０を退避位置に移動させる理由は、ノズル４２０が上流側通路１０ａから下流側通路１０ｂに流れる空気の通気抵抗として作用することを防止するためである。

以上の構成によれば、ノズル４２０の移動によって、ミキシングスペース４１１と下流側通路１０ｂとの連通量を変化させることができ、前記制御弁１２と同様に機能させることができる。そして、前述の第１の実施の形態と同様に、図１５に示したように、トルク増大作用が得られる領域が高回転側に拡大され、広い範囲で過給によるトルク増大作用を得ることが可能となる。

本発明は、吸気を過給する過給機を有するエンジンの過給装置に関し、自動車産業に広く好適である。

本発明の第１の実施の形態に係る吸気システムの全体図である。 同吸気システムの要部拡大図である。 エジェクタの斜視断面図である。 エンジンの運転領域を示すマップである。 エンジンの出力特性の説明図である。 下流側通路における空気の圧力と流量の関係を示すグラフである。 エジェクタの作用の説明図である。 遠心式過給機の説明図である。 図２のＡ−Ａ線による断面図である。 図９のＢ−Ｂ線による断面図である。 第２の実施の形態に係るエジェクタの説明図である。 同エンジンの運転領域を示すマップである。 ノズルの進退制御のフローチャートである。 ノズルが前進位置にあるときの説明図である。 エンジンの出力特性の説明図である。 ノズルが中間位置にあるときの説明図である。 ノズルが退避位置にあるときの説明図である。 従来の問題点の説明図である。

符号の説明

１ 吸気システム
１０ 吸気通路
１０ａ 上流側通路
１０ｂ 下流側通路
１０ｂ′ 縮径部
１０ｃ 屈曲部
１２ 制御弁
２０ 過給通路
２２ 下流部
２２ｂ 突入部
３０ 過給機
１００ エンジンコントロールユニット
４２０ ノズル

Claims (4)

1. 吸気通路の上流側と下流側とを連通する過給通路が設けられ、かつ、該過給通路上に、空気を下流側に圧送する過給機が配設され、エンジン負荷とエンジン回転数との内少なくとも１つのパラメータに基いて設定された運転領域が所定の過給領域にあるときに、該過給機を作動させるエンジンの過給装置であって、
   前記過給通路の下流端部が、ノズル状に形成されて、吸気通路との接続部において該吸気通路内の下流側方向を指向して突入され、かつ、該突入部の直下流側に吸気通路の径を縮小させた縮径部が設けられていると共に、
   吸気通路の開度を調整する制御弁が配設され、前記過給通路は吸気通路における該制御弁の上、下流側を連通するように構成され、かつ、前記制御弁の開度を制御する制御弁制御手段が備えられ、
   該制御弁制御手段は、運転領域が過給領域内で、エンジン回転数が所定回転数以下のときに前記制御弁を閉じると共に、エンジン回転数が所定回転数以上のときに前記制御弁を開くように制御することを特徴とするエンジンの過給装置。
2. 吸気通路の上流側と下流側とを連通する過給通路が設けられ、かつ、該過給通路上に、空気を下流側に圧送する過給機が配設され、エンジン負荷とエンジン回転数との内少なくとも１つのパラメータに基いて設定された運転領域が所定の過給領域にあるときに、該過給機を作動させるエンジンの過給装置であって、
   前記過給通路の下流端部が、ノズル状に形成されて、吸気通路との接続部において該吸気通路内の下流側方向を指向して突入され、かつ、該突入部の直下流側に吸気通路の径を縮小させた縮径部が設けられていると共に、
   前記過給機は、空気を下流側に旋回状態で吐出する遠心式過給機であり、かつ、
   前記吸気通路は、略直交する上流側通路と下流側通路とで成り、これらの通路の接続部に、前記過給通路の下流端部が下流側通路の軸線に沿って突入され、
   上流側通路は、該通路から接続部に導入される空気が前記遠心式過給機から吐出される空気の旋回流と同方向を指向するように、その軸線が前記下流側通路の軸線に対してオフセットされていることを特徴とするエンジンの過給装置。
3. 吸気通路の上流側と下流側とを連通する過給通路が設けられ、かつ、該過給通路上に、空気を下流側に圧送する過給機が配設され、エンジン負荷とエンジン回転数との内少なくとも１つのパラメータに基いて設定された運転領域が所定の過給領域にあるときに、該過給機を作動させるエンジンの過給装置であって、
   前記過給通路の下流端部が、ノズル状に形成されて、吸気通路との接続部において該吸気通路内の下流側方向を指向して突入され、かつ、該突入部の直下流側に吸気通路の径を縮小させた縮径部が設けられていると共に、
   前記突入部は、吸気通路に対して突入量が変更可能に設けられ、かつ、該突入部の突入量を制御する突入量制御手段が備えられ、
   該突入量制御手段は、運転領域が過給領域にあるときに、エンジン回転数が大きいほど突入量を小さくすることを特徴とするエンジンの過給装置。
   
4. 前記請求項３に記載のエンジンの過給装置において、
   前記突入部は、所定量突入したときに、その先端が縮径部の入口に当接すると共に、
   前記突入量制御手段は、運転領域が過給領域内で、エンジン回転数が所定回転数以下のときに、突入部を所定量突入させることを特徴とするエンジンの過給装置。

Images