JPH02125930A - 内燃機関の複合過給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は排気式過給機と機械式過給機とを備えた内燃機
関の複合過給装置に関する。

〔従来の技術〕

排気式過給機（ターボチャージャ）はエンジンの低回転
数域では十分に作動しないため、この低回転域における
吸入空気の過給を確保すべく排気式過給機の下流側に機
械式過給機（スーパーチャージャ）を配設した複合過給
装置が、従来知られている。特開昭６２−　９１６２６
号公報に記載された複合過給装置は、機械式過給機の１
流側と下流側を２本のバイパス通路により連結するとと
もに各バイパス通路にそれぞれ制御弁を設け、これらの
制御弁をエンジン回転数域に応じて独立に開閉制御し、
全回転数域にわたっ゛ζ十分な過給効果を確保している
。すなわち、一方のバイパス通路はターボチャージャの
吐出圧力に応じて開放・ｌしめられ、他方のバイパス通
路はスＣトントル弁開度に応じて開放−〇しめられ、こ
れによりスーパーチャージャの制御かノ、Ｊ、−ズＣ昌
ｉζ（わり、ろ。

［発明が解決し、ようと４−る課題］ ４）開閉６２−　９１［ｉ２６号−公報に記載された複
合過給装置６′は、上述のように機能の異なる２一つの
バイパス通路をイ］するため構成が複雑であり、車両−
・の搭載の点において不利である。本発明は、バイパス
通路を１本と゛づるととも乙こ、内燃機関の運転状態に
より変化する吸気圧力（正圧・負圧）を用いて、１個の
バイパス制御ブｉを駆動１ｉＪ能とずろことにより構成
が簡単かつ小形で、車両への搭載上有利であり、しかも
：［ンジンの全回転数域において所定の過給圧を得るこ
とができる複合過給装置を１：Ｉるごとを目ｎ勺とする
。

〔課題を解決ずろための手段〕

本発明に係る複合過給装置は、吸気通路に設けられたｌ
Ｊ＋気弐過給機と、上記吸気通路の排気式過給機、Ｌリ
ド流側に設けられノコ機械式過給機と　十に３） 記吸気通路の排気式過給機と機械式過給機との間に配設
されたスロットル弁と、」−記機械代過給機の上流側と
−Ｆ流側とを連結するバイパス通路に設けられ、正圧室
および負圧室に導かれた圧力に応じてバイパス通路を開
閉し、負圧室内に閉弁方向に作用するばねを有するバイ
パス制御弁１とを備え、上記負圧室は、機関の軽負荷運
転貼り記スロノル弁と機械式過給機の間の圧力を導かれ
、に記止圧室は、機関の高負荷運転時上記機械式過給機
、ｌ、り下流側の圧力を降圧・ｌしめられζ（４＃られ
る制御圧を導かれることを特徴とし゛（いる。

〔作　用〕

機関の軽負荷運転時、負圧室にはスロットル弁と機械式
過給機の間の圧力が導かれ、この９、圧が大きくなるほ
どバイパス通路が解放される。機関の高負荷運転時、正
圧室には過給圧を降圧−Ｂしめて得られる制御圧が導か
れ、この制御圧か大きくなるほどバイパス通路が解放さ
れる。このよ・うに高負荷時には過給圧を降圧さ・口Ｃ
用いるため、低負荷時に比較的弱い吸気管負圧でノ・・
イバス通路を開放して吸気抵抗を低減さ−ｌること、お
よび高負荷時に比軽的高い過給圧に達するま−（）＼イ
バス通路を閉して出力を向上さｌろごとが両Ｉ′ｌ〕で
きる。

〔実施例〕

以１−１図小実施例により本発明を説明する。

第１図は本発明に係るン復合過給装置の第１実施例を示
す。エンジン本体ＩＩの燃焼室１２に連通ずる吸気通路
１；（Ｇこ番、１、ＩＩ気浅過給機すなわちタホー１−
ヤーシャ１４と機械式過給機ずなわちスバーチ中−７／
ヤＩ　５１！：が設けられる。スーパー−ｙ〜中−ノヤ
１５はターボ−ｆ−ｌ−−’−ヤＩ４の下流側に設Ｇ）
られる。

エア／ｌリーり川６は吸気通路１３の最もに流側に設け
られ、工）２フ１−ＩメータＩ７はぞの下流側に設しＪ
ら拍ｊ。さらに−「流側にはターボチャージャ１４の一
１ンプレノリ１４．］が配設され、スーパーチャージャ
１５はこの：１ンブレノ（月４ａの下流側に設けられる
。ス「トットル弁１８は、吸気通路１３（：）〕 のターボチャージャ１４とスーパーチャージャ。

１５の間に設けられ、アクセルペダル（図示−１ず）に
連動して吸気通路の流路面積を変化させる。

一方、排気通路２１の途中には、クーホチャノヤ１４の
タービン１４ｂが設しＪられ、またこのタービン１４ｔ
１を迂回する排気バイパス通路２２か形成される。ター
ボチャージャ１４のタービン１４ｂは、排気通路２１を
通過する排気ガスにより回転駆動され、これにより：１
７１１２１月４ａが回転して吸入空気が過給されろ。ウ
ェス１ゲートハルゾ２３は排気バイパス通路２２を開閉
し７てタービン＋４ｂへ供給する排気ガスの量を調節し
、ターボチャージャ１４の回転を制御する。ウェス１ゲ
ートバルブ２３を開閉駆動するアクチーＪ−エーク２４
は、従来公知のように、圧力室２４ａを自し、この圧力
室２４ａ内には通路２５を介してコンプレン１ノ下流の
吸気通路部分２６に連結されターボ過給圧が伝達される
ようになっている。しかして、圧力室２４ａ内の圧力か
ばね２４ｂの弾発力に打ち勝つとウェストケートバルブ
２３はバイパス通路２２を解放し、ターじン１４ｂを通
過するｂ＋気ガスを制御してターボ−１−ヤージャ■４
のコンプレ／す１４ｂの出「１圧を・定植以下に抑えろ
。

ターボチャージャ１４により過給された吸入空気は、ス
ーパーチャー　ジャ１５に流入する。スーパーチャージ
ャ１５の駆動軸は、電磁クラッチをイｊするプーリ１５
ａに連結され、このプーリ１５ａは、エンジン本体１１
に設けられたクランクプーリＩｆ；ｉに、無端状にヘル
ド２７により連結される。

スーパーチャージ中１５は、電磁クラッチが接続状態に
ある時、クランクプーリ１５ａを介して駆動される。

本実施例において、スーパーチ、１・−ジャ１５のト流
側と一ド流側は吸気バイパス通路３１により連結され、
このバイパス通路３Ｉにはバイパス制御弁４１が設けら
れる。バイパス制御弁４１は、シェル４２とダイアフラ
ム４３により正圧室４４と負圧室４５とに区画するとと
もに負圧室４５内にばね４Ｇを設け、ダ・イアソラＪ、
４３に弁体４７を連結し′ζ構成される。弁体４７は、
シェル４２から突出し、バイパス通路３１内に臨んでこ
れを開閉する。ばね４６はダイアフラム４３を正圧室４
４の方向に付勢し、ずなわち弁体４７を閉弁方向に付勢
する。弁体４２は、正圧室４４および負圧室４５に導か
れた圧力に応じて変位し、バイパス通路３１を開閉する
。

正圧室４４は通路５１により、吸気通路１３のスーパー
チャージャ１５より下流側に連結され、この通路５１に
は第１の負、圧切換弁５２が設けられる。第１の負圧切
換弁５２は、スーパーチャージャ１５より下流側部分と
人気とを選択的に正圧室４４に連通させる。通路５１の
途中であゲ（バイパス制御弁４１と第１の負圧切換弁５
２との間は、絞り５３を有する通路５４によりエアクリ
ーナ１６に連結される。しかして、第１の負圧切換弁５
２は正圧室４４に、オン状態の時スーパーチャージャ１
５の下流側の過給圧と大気圧の合成圧である制御圧を導
き、オフ状態の時大気圧を導く。

負圧室４５は通路５５により、吸気通路１３のスロット
ル弁１８とスーパーチャージャ１５の間に連結され、こ
の通路５５には第２の負圧切換弁５６が設けられる。第
２の負圧切換弁５６は、スロットル弁ｆ１８とスーパー
チャージャ１５の間の部分と人気とを選択的に負圧室４
５に連通させる。

しかし′（、第２の負圧切換弁５Ｇは負圧室４５に、オ
ン状態の特大気圧？！：導き、；４”ソ状態の時スｌ：
Ｊ　’７１ル弁１８とスーパーチャージ中１５の間の部
分の圧力を導く。

第１および第２の負圧切換弁５２　、５Ｇは、マ・イタ
１］コンピユータを備えた制御回路６１により、エンジ
ンの１′１荷の大きさに応じて切り換え制御される。こ
のため制御回路６１は、スロットル弁１８に連結された
スロットル開度センサ６２、エアフロメータ１７、およ
びエンジン回転数センザ６３からそれぞれ検出信号を入
力され、この検出信号に基すいて第１および第２の負圧
切換弁５２　、５６を切り換える。また制御回路６１は
、スーパーチャジャ１５の駆動制御のため、クラッチに
接続される。

［、述のような構成を自する本実施例装置は次ぎのよう
に作用する。

アイドル運転あるいは部分負荷運転等の軽負荷運転時、
第１および第２の負圧切換弁１１２．５Ｇは」フ状態に
切り換え制御される。この結果、正圧室４４には大気圧
が導かれ、また負圧室４５にはスロットル弁１８とスー
パーチャーツヤ１５の間の負圧が導かれる。したがって
、ダイアフラノ、４３は負圧室４５内の負圧の大きさに
応じて、ばね４６に抗して変位し、これにより弁体４７
は開弁する。第２図の上の図は負圧室４５内の圧力とバ
イパス制御弁４１の開度との関係を示す。この図におい
て、バイパス制御弁４１の開度は、負圧が第１の値（−
ａ）より小さいとき全閉状態にあり、負圧が第２の値（
−ｂ）より大きいとき全開状態にあり、第１の値（−ａ
）から第２の埴（＝ｂ）へかけて直線的に増加する。

しかし゛ζバイパス制御弁４１の開度はスロワ１−ル弁
１８の下流側の負圧の大きさに応じて変化し、これによ
りスーパーチャージャ１５による過給圧が制御される。

一方、クラッチを接続させてスパーチャージャ１５を始
動させるとき、バイパス制御弁４１が開放されているた
め、吸入空気はノ＼イパス通路３１を通ることとなり、
これによりスパーチャージャ１５による圧縮１ｆｉ失が
低減されろ。ｒＥだ、クラッチを遮断してスーパーチ→
２−ジャ１５タイ、・ン市さ−１るとき、バイパス市Ｉ
Ｉ′４卸弁４１が開放されているため、吸入空気はノ＼
イパス通路３１を通るごととなり、これによりスーパー
チャジャ１５による吸気１員失が低減される。

これに対して高負荷運転時、第１および第２の口圧切換
弁５２　、５（ｉはオン状態に切り換え制御される。ご
の結果、正圧室４４にはスーパーチャージャ１５の下流
側の過給圧と大気圧の合成圧、ずなわら過給圧がブリー
トされ降圧せしめられて得られる制御圧が導かれ、また
ｆ１圧室４５には大気圧が導かれる。したがって、ダイ
アフラム４３は正圧室４４内の正圧の大きさに応じて、
ばね４６に抗して変位し、これにより弁体４７は開弁す
る。

第２Ｍの下の図は正圧室４４内の圧力と）＼イパス制御
弁４１の開度との関係を示す。この図において、バイパ
ス制御弁４１の開度は実線により示されるように、正圧
が第３の値（ｃ）、Ｌり小さいとき全閉状態にあり、正
圧が第４の値（ｄ）より大きいとき全開状態にあり、第
３の稙（Ｃ）から第４の値（ｄ）へかりて直線的に増加
４−る。

しかしてバイパス制御弁４１の開度は、スーパチャージ
ャ１５の下流側の過給圧と大気圧の合成圧である制御圧
に応じて変化し、これによりスパーチャージャ１５によ
る過給１三が制御される。

すなわち、低回転数域においては、バイパス制御弁４１
が閉塞してターボチャージャ１４とスーパーチャージャ
１５による複合過給が行われ、高回転数域においては、
バイパス制御弁４１が開放して吸入空気の過給圧が設定
値よりも高くならないように制御卸される。

第２図の下の図において破線は、バイパス制御弁４１と
第１の負圧切換弁５２との間に大気に連通する通路５４
を連結さセなかった場合、すなわち正圧室４４に過給圧
を直接導いた場合における、バイパス制御弁４１の開閉
特性を示す。この破線に示されるように、バイパス制御
弁４１は、正圧が第１の値（ａ）より低いとき全閉とな
り、正圧が第２の稙（ｂ）より高いとき全開となる。つ
まり制′４２１１弁４１は、負１室４４に負圧が導かれ
たときと同し開閉特性をＴＩ’Ｌ、、　Ｌ、たがって高
負荷運転時、比較的低い過給圧に、１、り開弁してしま
う。この結果、１分な過給圧が１与られないこととなる
。

しかし本実施例においては、通路５４が設けられている
ため、高負荷運転時バイパス制御弁４１はさらに高い過
給圧のとき開放されることとなり、これによりＩ−分な
過給圧が得られる。

したがって本実施例によれば、軽負荷運転時、適当な大
きさの過給圧が得られるとともに、スーパーチャージャ
１５のクラ、チのオンオフ時このスーパーチャージャに
よる圧縮を員失および吸気損失が低減される。また高負
荷運転時、低回転数域においてはターボチャージャとス
ーパーチャージャによる複合過給が行われ、高回転数域
においては１−分な過給圧が得られる。また本実施例は
、バイパス制御弁４１が１個だけ設けＱ）れるものであ
（Ｉ３） るから、従来のように２つの制御弁を有するものに比べ
′ζ構成が筒車であり、車両・＼の搭載の点において有
利である。

さて＝上記第１実施例は、−Ｌ述のように、高負荷運転
時バイパス制御弁４Ｉの正圧室４４に導か才する制御圧
は、過給圧を大気にブリートし−（得られるものである
ため、このブリードによろ降圧の割合は−・定である。

したがって過給圧のト昇に対する制御弁４１の開度は、
第３図（ａ）に破線Ｐで示すように、直線的に増加し、
そし７て制御弁４１の開度の増加に対するバイパス通路
３■の空気流量の増加の割合は、第３図（ｂ）に破線Ｑ
で示すように、開度の小さい時はど大きくなる。ところ
が実際に必要な空気流量は、第３図（ｂ）に実線Ｒで示
すように、制御弁４１の開度に対してほぼ直線的に増加
するようなものであり、このため過給圧が第３図（Ｃ）
に破線Ｓで示すように、設定圧Ｐ。の周りで大きくハン
チングするおそれがある。

そごで本発明の第２実施例におい°ζは、このハンチン
グを抑制ず・・、く、制御弁４１の開度が小さい領域に
おいて空気流星の増加を抑える構成、すなわｔｌ、制御
弁４１の開度の増加割合が第３図（ａ）に実線Ｔで示す
ように過給圧が低いほど少なくなる構成を有する。

第４図は第２実施例を示し、通路５４は第１実施例と異
ｌ（す、ターボ−ｆ−ヤーン、１・１４の下流側の吸気
通路部分２８に連結されている。ずなわち制御弁４Ｉの
正圧室４４は、過給圧と大気圧の合成圧が導かれるので
はなく、スーパーチャージャ１５によろ過給圧をタルボ
チャージ−１川４の下流側のブリー１し７て得られる制
御月が導かれる。その他の構成Ｌ５１第１実施例と同様
−（あるので、その説明を省略する。

通路５４が連結される吸気通路部分２８の圧力ずなわら
ターボチャージャ１４による過給圧は、エンジン回転数
の［、ｙ−とともに高くなる。したがって、上ンジン回
軒数が高くなるほど通路５４によるブリー１゛星は減少
し、この結果、制御弁４１の開度の増加割合は、第３図
（ａ）の実線Ｔのように過給圧が高いほど大きく、また
過給圧が低いほど小さくなる。しかして制御弁４１の開
度勅１ソ１は、低過給圧倒において鈍い感度を有するも
のとなり、第３図（ｃ）に実線【Ｊで示すように過給圧
のハンチングを抑制することができ、過給圧を安定化さ
せることができる。

上記第２実施例において、燃費向にを図るため、負圧室
４５内のばね４６のばね定数を小さくシ゛（部分負荷域
で制御弁４１が開放するようにすると、高回転数域にお
いて、吸気通路部分２８にお（、Ｊるターボチャージャ
１４の過給圧によって制御弁４１が開放してしまう可能
性がある。ごのよ・）な場合には、第５図に示す第３実
施例のように、通路５４を途中で分岐させ、第１の分岐
通路５４ａをエアクリーナ１６に、第２の分岐通路５４
ｂを吸気通路部分２Ｂにそれぞれ連結させる構成をとれ
ばよい。第１および第２の分岐通路５４　ｔｒ　、　＋
＋４　ｂには、それぞれ絞り５３　、５７が形成される
。その他の構成は、第１および第２実施例と同様である
。

この第３実施例の作用を第６図（ａ）、（ｂ）により説
明するよ、ターボチャージャ１４の出口圧力はエンジン
回転数が高いほど大きいため、通路５４による過給圧の
ブリード量は、エンジン回転数が高いほど小さくなる。

したがって通路５４による吸気通路部分２Ｂへのブリー
ド量は、エンジン回転数が高いほど少なくなり、ごれに
より制御弁４Ｉが吸気通路部分２８の圧力によって開放
することが防止される。よって制御弁４１を、低回転数
域において開放しやすく、かつ高回転数域においては開
放しにくくすることができる。

（発明の効果］ 以１−のように本発明は、構成が簡単かつ小形で、車両
への搭載−１−有利であり、しかもエンジンの全回転数
域に、Ｊ３いて所定の過給圧を得ることができる複合過
給装置が得られる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る複合過給装置を示す
図、 第２図は正圧室および負圧室の圧力によるハイパス制御
弁の開閉特性を示すグラフ、 第３図（ａ）は過給圧と＠外弁開度の関係を示すグラフ
、 第３図（ｂ）は制御弁開度と空気流量の関係を示すグラ
フ、 第３図（ｃ）は過給圧の時間的変化を示ずグラフ、 第４図は第２実施例の複合過給装置を示す図、第５図は
第３実施例の複合過給装置を示す図、第６図（ａ）はエ
ンジン回転数とターホチートジャ出口圧力の関係を示す
グラフ、 第６図（ｂ）はエンジン回転数とブリートｌの関係を示
すグラフである。 １３・・・吸気通路、　　　　１４・・・ｌＪｉ気式渦
式過給機５・・・機械式過給機、　　１８・・・スジ１
ノトル弁、３１・・・バイパス通路、　４１・・・バイ
パス制御弁、４４・・・正圧室、　　　　４５・・・９
、圧室、４６・・・ばね。 （！８） ５ｇ！禦田 ４１１冨　　　　　　４１１ε 罫暑を置餡 エンジン回転数 （Ｑ） 第 図 エンジン回転数 （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、吸気通路に設けられた排気式過給機と、上記吸気通
   路の排気式過給機より下流側に設けられた機械式過給機
   と、上記吸気通路の排気式過給機と機械式過給機との間
   に配設されたスロットル弁と、上記機械式過給機の上流
   側と下流側とを連結するバイパス通路に設けられ、正圧
   室および負圧室に導かれた圧力に応じて該バイパス通路
   を開閉し、該負圧室内に閉弁方向に作用するばねを有す
   るバイパス制御弁とを備え、上記負圧室は、機関の軽負
   荷運転時上記スロットル弁と機械式過給機の間の圧力を
   導かれ、上記正圧室は、機関の高負荷運転時上記機械式
   過給機より下流側の圧力を降圧せしめられて得られる制
   御圧を導かれることを特徴とする内燃機関の複合過給装
   置。