JPH0219609A - 複合過給機エンジン - 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］ 本発明は排気ターボ過給機（ターボチャージャ）と機械
式過給機（スーパーチャージャ）とを設置した複合過給
機エンジンに関する。

〔従来の技術〕

排気ターボ過給機はエンジン回転数が低いときには過給
効果が比較的に低（、機械式過給機は低回転数域におい
ても十分な過給効果を得ることができる特徴があり、従
って、排気ターボ過給機と機械式過給機とを組み合わせ
て使用すれば、実質的に全回転数領域でを効な過給を行
うことができる。また、このような複合過給機エンジン
においては、エンジン回転数が十分に上昇したら機械式
過給機の作動を停止して排気ターボ過給機のみによって
過給を行うことができ、この場合、機械式過給機が吸気
抵抗となるのを防止するために機械弐過給機を迂回する
バイパス通路を設けるようになっている。

例えば特開昭６２−９１６２６号公報に記載の複合過給
機エンジンは、排気ターボ過給機と機械式過給機とを直
列に配置し、且つ機械式過給機を迂回する第１及び第２
のバイパス通路を設け、第１のバイパス通路内に排気タ
ーボ過給圧に応動する第１の制御弁を配置し、第２のバ
イパス通路内にスロットル開度に応動する第２の制御弁
を配置したものである。従って、第１のバイパス制御弁
は機械式過給機の作動中に排気ターボ過給圧が十分に高
くなったときに第１のバイパス通路を開放し、よってそ
の後で機械式過給機の作動を停止しても吸気ショック等
が生しず、また、第１のバイパス制御弁は軽負荷時に開
き、よって軽負荷時に燃費向上のために機械式過給機の
作動を停止させることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

排気ターボ過給機と機械式過給機とを直列に配置した複
合過給機エンジンでは、排気ターボ過給機と機械式過給
機との複合作用により過給圧は急速に上昇する。排気タ
ーボ過給機単独の場合には、従来から排気ターボ過給機
の下流の過給圧で作動するウェイストゲートバルブが設
けられて過給圧を所定値以下に制限するようにしている
が、複合過給機エンジンの場合には従来と同様のウェイ
ストゲートバルブを使用しても排気ターボ過給機の下流
側（ウェイストゲートバルブの駆動用過給圧取り出しボ
ートの下流側）に位置する機械式過給機の下流側の過給
圧を制御することができない。

機械式過給機の下流側の過給圧を制御するためには、機
械式過給機を迂回するバイパス通路を利用して、過給圧
をバイパス制御弁から断続的にリリーフすることが考え
られる。ここで、バイパス通路（又はバイパス制御弁）
の通路断面積が大きいと、バイパス制御弁がオフからオ
ンになる時に大量の空気がリリーフされて過給圧の低下
が大きくなり、それからバイパス制御弁がオンからオフ
になる時にオーバーシュートしながら過給圧が上昇し、
かくして過給圧にハンチングが発生する。

ハンチングを防止する観点からはバイパス通路の通路断
面積は比較的に小さいものの方がよいことになる。しか
しながら、排気ターボ過給機単独で十分な過給圧が得ら
れるほどにエンジン回転数が上昇して機械式過給機の作
動を停止した時に、バイパス通路を開放して排気ターボ
過給機から直接に（機械式過給機を通さずに）エンジン
へ空気を供給することになるが、この時にバイパス通路
の通路断面積が小さいと、十分な通路が確保されないの
で一部の空気は機械式過給機を通ることになり吸気抵抗
が増大するという問題がある。

本発明は２個のバイパス通路と適切な制御弁を用いて上
記問題点を解決しようとするものである。

なお、上記公報でも２個のバイパス通路を使用している
が、その大きさ関係及び制御弁の構成が本願の発明とは
異なるものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による複合過給機エンジンは、吸気通路の排気タ
ーボ過給機下流に電磁クラッチを介して駆動される機械
式過給機を直列に配置し、該吸気通路に対して、該排気
ターボ過給機と該機械式過給機との間の位置と該機械式
過給機の下流側の位置との間で連結される第１及び第２
のバイパス通路を設け、該第１及び第２のバイパス通路
にそれぞれ第１及び第２の制御弁を配置し、さらに該第
１のバイパス通路の通路断面積を該第２のバイパス通路
の通路断面積よりも小さくし、前記機械式過給機を作動
させる所定のエンジン回転数領域において前記第２の制
御弁を閉じ且つ前記第１の制御弁を前記機械式過給機の
下流側の圧力を前記第。

１のバイパス通路から前記機械式過給機の上流側ヘリリ
ーフせしめて過給圧を所定の値に制御するように構成し
、エンジン回転数が前記所定のエンジン回転数領域より
も高いときに前記第２のバイパス通路を開放するように
したことを特徴とするものである。

〔作　用〕

上記構成によれば、所定のエンジン回転数領域において
、機械式過給機を作動させるとともに、前記第２の制御
弁を閉じる。このときに第１の制御弁も閉じていれば、
機械式過給機の過給効果により機械式過給機の下流側の
圧力が上昇する。機械式過給機の上流側には排気ターボ
過給機により過給された空気が供給されているので、機
械式過給機の下流側の圧力は排気ターボ過給機と機械式
過給機によって２段に過給されて急速に上昇する。

前記第１の制御弁は前記機械式過給機の下流側の圧力を
前記第１のバイパス通路から前記機械式過給機の上流側
ヘリリーフせしめて過給圧を所定の値にするように構成
し、複合過給によって急速に上昇する過給圧を第１の制
御弁によって制御する。

この場合、第１のバイパス通路の通路断面積が比較的に
小さいので、ハンチングのない圧力制御を行うことがで
きる。そして、エンジン回転数が前記所定のエンジン回
転数領域よりも高いときに前記第２のバイパス通路を開
放する。従って、作動が活発となった排気ターボ過給機
によって供給された空気が第２のバイパス通路を通って
エンジンに供給され、この時に第２のバイパス通路の通
路断面積が比較的に大きいので、吸気抵抗が小さくなっ
ている。

〔実施例〕

第１図を参照すると、エンジン本体１０に形成したシリ
ンダボア内には往復運動するピストン１２が配置される
。ピストン１２の上部には燃焼室１４が形成される。吸
気管１６は排気管１８とが公知の吸気弁及び排気弁を介
して燃焼室１４に連通ずるように取りつけられる。

本発明においては、排気ターボ過給機２ｏと機械式過給
機２２とが直列に設けられる。排気ターボ過給機２０は
吸気管１６の途中に配置されるコンプレッサ２４と排気
管１日の途中に配置されるタービン２６とからなり、排
気エネルギーによって駆動されるタービン２６から軸を
介してコンプレッサ２４を回転させるものである。機械
式過給機２２は空気圧縮機からなり、この場合には双葉
状のロータ２８を有するルーツポンプからなる。

一方のロータ２８の支持軸には電磁クラッチ３０が取り
つけられる。電磁クラッチ３０のプーリはタイミングベ
ルト３２によってクランクプーリ３４に連結され、機械
式過給機２２が電磁クラッチ３０を介してエンジンから
駆動される。

第１のバイパス通路３６及び第２のバイパス通路３８が
、排気ターボ過給機２０と機械式過給機２２との間の位
置と機械式過給機２２の下流側の位置との間で吸気管１
６に連結される。第１及び第２のバイパス通路３６．３
８にはそれぞれ第１及び第２の制御弁４０．４２が配置
され、第１のバイパス通路３６の通路断面積は第２のバ
イパス通路３８の通路断面積よりも小さくなっている。

スロットル弁４４はこれらのバイパス通路３６．３８の
上流側の連結部よりも上流側の位置に設けられる。また
、吸気管１６の最上流部にはエアクリーナ４６及びエア
フローメータ４８がある。

第１の制御弁４０はポペット弁からなり、下側に形成さ
れた弁座４０ａに保合可能であるとともに、その上面（
機械式過給機２２の上流側）及び下面（機械式過給機２
２の下流側）からの圧力を受けるように配置されている
。また、第１の制御弁４０は、ロンドを介してダイヤフ
ラムアクチュエータ５０のダイヤフラム５２に連結され
ている。

ダイヤフラム５２の一方側には作動圧力室５４が形成さ
れ、作動圧力室５４にはダイヤフラム５２を第１の制御
弁４０の閉弁方向に付勢するスプリング５６が配置され
ている。従って、第１の制御弁４０ば機械式過給機２２
が作動している時にスプリング５６の設定圧に従って機
械式過給機２２の下流側の過給圧をリリーフさせること
ができる。

また、作動圧力室５４は電磁弁５８を介して吸気管１６
の作動圧取り出しボートに連結される。電磁弁５８はさ
らに大気開放ボートを有し、従って、そのオン制御によ
って作動圧力室５４に大気圧を供給しく黒ボートの連通
）、オフ制御によって作動圧力室５４に吸気圧力、特に
スロットル弁４４が比較的に閉じた位置にあるときに発
生する吸気負圧を供給する（第２Ａ図、白ボートの連通
）ことができる。

第２の制御弁４２はバタフライ弁からなり、ダイヤフラ
ムアクチュエータ６０及び電磁弁６２によって作動され
るようになっている。ダイヤフラムアクチュエータ６０
はダイヤフラム６４、作動圧力室６６、スプリング６８
を有し、作動圧力室６６が電磁弁６２を介して吸気管１
６の作動圧取り出しボートに連結される。スプリング６
８はダイヤフラム６４を第２の制御弁４２が閉じる方向
に付勢する。また、電磁弁６２は上記電磁弁５８と同様
の構成であり、そのオン制御によって作動圧力室６６に
大気圧を供給しく黒ポートの連通）、オフ制御によって
作動圧力室６６に吸気圧力、特に排気ターボ過給機２０
の作動が活発となった時の高過給圧を供給する（第２Ｄ
図、白ボートの連通）ことができる。

さらに、排気管１８にも排気ターボ過給機２０のタービ
ン２６を迂回するバイパス通路７０が設けられ、バイパ
ス通路７０にウェイストゲート弁７２が配置される。ウ
ェイストゲート弁７２のダイヤフラムアクチュエータ７
４は、ダイヤフラム７６、作動圧力室７８、スプリング
８０を有し、作動圧力室７日が吸気管１６の排気ターボ
過給機２０のコンプレッサ２４の直ぐ下流に位置する圧
力取り出しボートに連結される。従って、ウェイストゲ
ート弁７２は排気ターボ過給機２０のコンプレッサ２４
の直ぐ下流の過給圧を所定値以下に制御するものである
。

さらに、マイクロプロセッサを含む電子制御装置８２が
設けられる。電子制御装置８２はエアフローメータ４８
、スロットルボフシ式ンセンサ８４、回転数センサ（図
示せず）、水温センサ（図示せず）等の検出信号に基づ
いて電磁クラッチ３０、及び電磁弁５８．６２に第２Ａ
図から第２Ｄ図に示されるように制御信号を送ることが
できる。

先に第３図を参照すると、−点鎖線は排気ターボ過給機
（Ｔ／Ｃ）　２０のみを使用する場合の過給圧を示し、
゛二点鎖線は機械式過給機（Ｓ／Ｃ）　２２のみを使用
する場合の過給圧を示し、実線はこれら両者を使用する
場合の合計の過給圧を示している。

なお、第３図はエンジン高負荷時の特性を示したもので
あり、機械式過給機２２はエンジン低回転数から作動さ
れているものとする。第３図においては、合計の過給圧
はエンジン回転数Ｘにおいて所定値Ｐ０に達し、エンジ
ン回転数Ｙにおいて排気ターボ過給機２０のみの過給圧
がこの所定値Ｐ０に達する。エンジン回転数がＸ以上、
Ｙ以下においては、排気ターボ過給機２０のみの過給圧
はまだ低いのでウェイストゲート弁７２は開弁せず、第
１及び第２の制御弁４０．４２が閉じていると合計の過
給圧は所定値Ｐ６を越えて上昇しようとする。

このときに第１の制御弁４０が圧力に応じて断続的に開
弁し、過給圧をリリーフさせ、よって合計の過給圧が所
定値２０以上にならないように制御することができる。

その後で、排気ターボ過給機２０のみの過給圧が所定値
Ｐ０を越えるようになると、第２の制御弁４２が開放さ
れ、機械式過給機２２の作動は電磁クラッチ３０を切る
ことによって停止される。この状態では、排気ターボ過
給機２０のみによって十分に高出力を得ることができ、
機械式過給機２２の作動を停止することによってエンジ
ンの駆動損失を低下することができる。

第２Ａ図はエンジンが軽負荷運転域にある状態を示し、
このときには高出力を必要としないので電磁クラッチ３
０を切って機械式過給機２２の作動を停止している。電
磁弁５８はオフにされており、ダイヤフラムアクチュエ
ータ５０の作動圧力室５４には（スロットル弁４４が比
較的に閉じているときに発生する）吸気負圧が導入され
、第１の制御弁４０が第１のバイパス通路３６を開いて
いる。また、電磁弁６２もオフにされ、ダイヤフラムア
クチュエータ６０の作動圧力室６６には吸気圧力が導入
されているが、第２の制御弁４２は過給圧が所定値Ｐ６
近くになったときに開弁するものであり、このときには
閉じている。従って、第２Ａ図に示す軽負荷運転域にお
いては、排気ターボ過給機２０で過給された空気が第１
のバイパス通路３６を通って供給される。

第２Ｂ図は高負荷低回転数運転域（第３図、Ｘ以下）に
ある状態を示し、このときには電磁クラッチ３０を継い
で機械式過給機２２を作動させ、電磁弁５８．６２はと
もにオンにされる。従って、ダイヤフラムアクチュエー
タ５０．６０の作動圧力室５４゜６６にはともに大気が
供給される。この状態では、第１及び第２の制御弁４０
．４２は閉じている。

第２Ｃ図は高負荷中目転数運転域（第３図、Ｘ−ｙ）に
ある状態を示し、このときには機械式過給機２２を作動
させ、電磁弁５８．６２をともにオンにしたままである
。第２の制御弁４２は閉じたままである。第１の制御弁
４０は合計の過給圧の上昇によってスプリング５６に抗
して開くようになり、それによって過給圧が低下すると
閉じ、これを繰り返しながら、過給圧を所定値Ｐ０に維
持する。しかしながら、この間に、排気ターボ過給機２
０のみの過給圧は上昇している。

第２Ｄ図は高負荷高回転数運転域（第３図、Ｙ以上）に
ある状態を示し、このときには排気ターボ過給機２０の
みの過給圧が十分に高くなり、電磁弁５８をオンにした
まま、電磁弁６２をオフにする。電磁弁６２をオフにす
ると、十分に高くなった過給圧がダイヤフラムアクチュ
エータ６０の作動圧力室６６に導入され、第２の制御弁
４２が開く、そこで、機械式過給機２２の作動を停止さ
せる。

第４図は電子制御装置８２で実施される機械式過給機２
２の制御ルーチンの１例を示すフローチャートである。

ステップ９０において、エンジン負荷を代表する回転数
カたりの吸入空気量（Ｑ／Ｎ）を取り込み、ステップ９
１においてＱ／Ｎが所定値Ａよりも大きいかどうかを判
断する。ノーであればステップ９６に進み、機械式過給
機（Ｓ／Ｎ）２２の作動を停止する。これは第２Ａ図の
状態に相当する。

ステップ９１においてイエスであれば、ステップ９２に
進んでＱ／Ｎが所定値Ａよりも大きいもう１つの所定値
Ｂよりも大きいかどうかを判断する。ステップ９２の判
定がノーであればステップ９３に進んで機械式過給機２
２を作動させ、イエスであればステップ９４．９５に進
んでさらにエンジン回転数（ＮＥ）が所定値（Ｃ）より
も大きいかどうかを判定する。ノーであればステップ９
３に進んで機械式過給機２２を作動させ、イエスであれ
ばステップ９６に進んで機械式過給機２２の作動を停止
する。

ステップ９２の判定は第２Ｃ図の状態から第２Ｄ図の状
態に移行するときの機械式過給機２２の停止条件−を設
定するために設けられたものであり、ステップ９４．９
５の回転数の判定に対して、補助的に設けられたもので
ある。第３図の説明ではエンジン回転数がＹ以上になっ
たときに機械式過給機２２の作動を停止するようになっ
ていたが、この実施例では機械式過給機２２の作動停止
条件をエンジン回転数とＱ／Ｎとの組み合わせで行い、
加速中のトルクの落ち込みを防止しようとするものであ
る。即ち、加速中には吸入空気量が増加していく過程に
あり、回転数のみの条件設定で機械式過給機２２の作動
を停止するようにすると排気ターボ過給機２０のみの過
給圧では増大していく吸入空気を維持できなくなって過
給圧が落ち込むことがあるので、Ｑ／Ｎが過給圧が落ち
込むことがないような所定値Ａよりも大きいかどうかを
判断することによってトルクダウンを防止する。なお、
定常時には回転数のみの条件設定で機械式過給機２２の
作動を停止するようにし、加速等の過渡時にはエンジン
回転数とＱ／Ｎとの組み合わせの条件設定で機械式過給
機２２の作動を停止するよう・にすることもできる。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、排気ターボ過給
機と機械式過給機とを有する複合過給機エンジンにおい
て、機械式過給機を迂回して設けた第１及び第２のバイ
パス通路のうちの第１のバイパス通路の通路断面積を該
第２のバイパス通路の通路断面積よりも小さ（し、小さ
い方の第１のバイパス通路に配置した第１の制御弁を機
械式過給機を作動させる所定のエンジン回転数領域にお
いて機械式過給機の下流側の圧力を第１のバイパス通路
から機械式過給機の上流側ヘリリーフ甘しめて過給圧を
所定の値に制御するように構成し、大きい方の第２のバ
イパス通路に配置した第２の制御弁を機械式過給機を作
動させる所定のエンジン回転数領域において閉じるとと
もにエンジン回転数が前記所定のエンジン回転数領域よ
りも高いときに開放するようにしたので、機械式過給機
の作動時に複合された過給圧を適切に制御できるととも
に、さらにエンジン回転数がさらに高くなって機械式過
給機の作動を停止させても吸気抵抗を増大することなく
第２のバイパス通路を通って空気を供給することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による複合過給機エンジンの構成図、第
２Ａ図から第２Ｄ図は第１図の複合過給機エンジンの種
々の運転状態を示す図、第３図は複合過給機の過給圧お
特性を示す図、第４図は複合過給機エンジンの機械式過
給機の制御ルーチンの１例を示すフローチャートである
。 １６・・・吸気管、　　　２０・・・排気ターボ過給機
、２２・・・機械式過給機、 ３６・・・第１のバイパス通路、 ３８・・・第２のバイパス通路、 ４０・・・第１の制御弁、４２・・・第２の制御弁、４
４・・・スロットル弁、５６・・・スプリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気通路の排気ターボ過給機下流に電磁クラッチを介し
   て駆動される機械式過給機を直列に配置し、該吸気通路
   に対して、該排気ターボ過給機と該機械式過給機との間
   の位置と該機械式過給機の下流側の位置との間で連結さ
   れる第１及び第２のバイパス通路を設け、該第１及び第
   ２のバイパス通路にそれぞれ第１及び第２の制御弁を配
   置し、さらに該第１のバイパス通路の通路断面積を該第
   ２のバイパス通路の通路断面積よりも小さくし、前記機
   械式過給機を作動させる所定のエンジン回転数領域にお
   いて前記第２の制御弁を閉じ且つ前記第１の制御弁を前
   記機械式過給機の下流側の圧力を前記第１のバイパス通
   路から前記機械式過給機の上流側へリリーフせしめて過
   給圧を所定の値に制御するように構成し、エンジン回転
   数が前記所定のエンジン回転数領域よりも高いときに前
   記第２のバイパス通路を開放するようにした複合過給機
   エンジン。