JPH02256829A - 過給機付内燃機関 - 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、過給機付内燃機関に係り、詳しくは吸気多弁
式の過給機付内燃機関に関する。

（従来の技術） 内燃機関においては機関出力の向上を図るためにターボ
チャージャが多く採用されている。このようなターボチ
ャージャは排気エネルギーの小さい低回転時に必要な過
給圧を得ることが困難であり、低回転時のトルクが低い
のが通例である。また、絞り弁を急全開して加速する時
には、タービンの慣性モーメントに起因する給気圧力の
上昇の時間遅れ、いわゆるターボラグを生じる。そのた
め、吸気系にスーパーチャージャを配設し、加速時など
に応答遅れを防止するようにしたものが提案されている
。

従来の過給機付内燃機関としては、例えば特開昭６０−
１６９６３号公報に記載のものがあり、第３図のように
示される。第３図において、エンジン１には１つの気筒
に対し主吸気弁２と副吸気弁３が設けられ、主吸気弁２
には主吸気通路４が、副吸気弁３には副吸気通路５が接
続される。主吸気通路４には排気通路６を流れる排気に
より駆動されるターボチャージャ７が設けられ、副吸気
通路５にはエンジン１により駆動されるスーパーチャー
ジャ８が設けられる。ターボチャージャ７およびスーパ
ーチャージャ８はエアクリーナ９からそれぞれ独立かつ
並列的に吸気を過給し、これらターボチャージャ７およ
びスーパーチャージャ８により過給された空気はそれぞ
れエンジン１および主吸気弁２から気筒の燃焼室に導か
れる。これにより、低回転時から高回転時まで有効に過
給が行われるようにし、エンジンの総合的な性能アップ
を意図している （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の過給機付内燃機関にあ
っては、ターボチャージャとスーパチャージャによって
過給機された空気が独立した吸気弁により燃焼室に導か
れる構造となっていたため、吸気弁が両方とも開いた場
合に過給圧力がターボチャージャかスーパチャージャの
どちらか低い方になってしまう可能性があり、しかも１
つの吸気弁の空気通過容量には限度がある。したがって
、双方の過給機とも１つの吸気弁で十分な空気過給容量
を満たすことしかできず、高速高負荷域での過給圧が高
（空気抵抗の少ない大容量の空気流量確保（出力向上）
と、低速高負荷での比較的容量が小さいながらもトルク
レスポンスのよい空気流量確保とを適切に両立させるこ
とができないという問題があった。

また、吸気多弁式の構造を適切に利用したスワールの制
御もできない（例えば強いスワールが得られない）とい
う問題点があった。

（発明の目的） そこで本発明は、低速高負荷域での強いスワールによる
トルクレスポンスの改善と、高速高負荷域での空気抵抗
の少ない大容量の空気流量確保による出力向上を図るこ
とのできる過給機付内燃機関を提供することを目的とし
ている。

（課題を解決するための手段） 本発明過給機付内燃機関は上記目的達成のため機関本体
により駆動される機械式過給機と、排気により駆動され
る排気タービン過給機とを備え、吸気弁を複数有する過
給機付内燃機関において、前記一方の吸気弁が開閉する
吸気ポートをヘリカルポートとするとともに、他方の吸
気弁が開閉する吸気ポートをタンジェンシャルボートと
し、前記排気タービン過給機からの吸気通路を分岐して
前記各吸気ポートに連通させるとともに、分岐した各吸
気通路に開閉弁を設け、前記機械式過給機の吸入口を排
気タービン過給機の吸入口より上流側の吸気通路に連通
させるとともに、その吐出口を、ヘリカルポートに連通
ずる吸気通路に設けられた開閉弁と吸気弁との間の該吸
気通路に連通させ、各過給機の吐出圧力を検出する圧力
検出手段と、機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段と、排気タービン過給機による過給圧が所定値以上の
ときに、機械式過給機の作動を停止するとともに、少な
くとも前記各開閉弁を全開とする制御手段と設けている
。

（作用） 本発明では、低速域では排気タービン過給機と機械式過
給機の双方を並列に用いてヘリカルポートへの吸気が行
われ、高速高速域では機械式過給機の作動を停止すると
ともに、排気タービン過給機よりタンジェンシャルポー
トにも吸気が行われる。

したがって、低速域での強いスワールによるトルクレス
ポンスの改善と、高速域での空気抵抗の少ない大容量の
空気流Ｍ確保による出力向上が実現する。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１．２図は本発明に係る過給機付内燃機関の一実施例
を示す図である。まず、構成を説明する。

第１図は過給機付内燃機関の全体構成図であり、この図
において、１１は４気筒のエンジンである。

エンジン１１の１つの気筒１２（４気筒の中の１つを指
す）には２つの吸気弁（図示略）が設けられ、それぞれ
ヘリカルポーＨ３およびタンジエンシャルボート１４を
開閉する。

一方、エアクリーナ１５からの吸気は通路１６を経てタ
ーボチャージャ（排気タービン過給機）１７にに導かれ
、そのコンプレッサ１７ａによって過給された後、通路
１８に吐出される。通路１８は途中で分岐して通路１９
．２０に別れ、通路１９の始端には開閉弁２１が、通路
２０の始端には開閉弁２２が設けられ、これら開閉弁２
１．２２は一体化して駆動部２３により、開閉駆動され
る。また、通路１９はヘリカルポート１３に連通、通路
２０はタンジェンシャルポート１４に連通ずる。

一方、エアクリーナ１５の下流では通路１６が２又に分
岐して通路２４となっており、通路２４はスーパチャー
ジャ（機械式過給機）２５を介して通路１９に連通して
いる。エンジン１１の排気は排気通路２６からターボチ
ャージャ１７に導かれ、その排気タービン１７ｂを駆動
しマフラ２７を介して外部に排出される。スーパチャー
ジャ２５としてはルーツブロワ、ベーンポンプ又はロー
タリコンプレッサ等が採用され、クラッチ２８を介しベ
ルト２９によってエンジン１１により駆動されている。

なお、クラッチ２Ｂにより駆動のオン／オフが可能であ
る。ターボチャージャ１７における排気タービン１７ｂ
側にはウェストゲート弁３６が設けられており、ウェス
トゲートバルブ３０は排気タービン１７ｂをバイパスし
て排気を流すことが可能である。

スーパチャージャ２５の下流における通路２４の圧力Ｐ
、は圧力センサ３１により検出され、ターボチャージャ
１７の下流における通路１８の圧力Ｐ２は圧力センサ３
２により検出される。またアクセルペダルの開度はアク
セルセンサ３３により検出され、エンジン１１の回転数
は回転数センサ３４により検出される。これらセンサ３
１〜３４からの出力はコントロールユニット４０に入力
されており、コントロールユニット４０は制御手段とし
ての機能を有し、センサ情報に基づいてターボチャージ
ャ１７およびスーパチャージャ２５による過給圧を制御
するための制御値を演算し、演算結果に応じて各開閉弁
２１．２２．３０および通路２４の作動を制御する。詳
しくは、Ｐ。

＞ｐ２のときは開閉弁２１が全開、開閉弁２２が微開、
ｐ、＝ｐ、のときは開閉弁２１．２２とも半開、Ｐ。

≦Ｐ２のときは開閉弁２１．２２とも全開、ｐ、＞ｐｏ
（設定値）のときはウェストゲートバルブ３０が全開と
なるように制御する。なお、クラッチ２８の作動はアク
セルセンサ３３、回転数センサ３４の出力および圧力Ｐ
１に基づいて制御する。上記圧力センサ３１および圧力
センサ３２は圧力検出手段４１を構成し、アクセルセン
サ３３および回転数センサ３４は運転状態検出手段４２
を構成する。

次に、第２図に示す作動例を参照して作用を説明する。

なお、第２図中では各部材の番号を以下のように表示し
ている。

ターボチャージャ１７　　→Ｔ／Ｃ スーパチャージャ２５　　→Ｓ／Ｃ 開閉弁２エ　　　−弁２１ 開閉弁２２　−弁２２ ウェストゲートバルブ３０　　→弁３０低速瓜πｋ まず、低速低負荷ではクラッチ２８をオフとしてスーパ
チャージャ２５を停止する。一方、このとき開閉弁２２
は全開、開閉弁２１は微開して大半の吸気をヘリカルポ
ート１３からエンジン１１に供給する。

そのため、筒内はスワールによる自然吸気状態となり、
良好な燃焼が得られる。また、スーパチャージャ２５が
停止しているため、燃費もよい。

低速裔立貸 低速高負荷になると、クラッチ２８がオンとなる。

これにより、スーパチャージャ２５による過給が行われ
、それらは全てヘリカルポート１３からエンジン１１に
供給されるため、筒内には以前より強いスワールを発生
させることができる。したがって、高負荷時におけるト
ルクレスポンスとその大きさが改善される。一方、スー
パチャージャ２５の下流の高い過給圧力は開閉弁２１が
全開のため、ターボチャージャ１７側へ漏れることはな
い。次いで、工ンジン回転が上昇してターボチャージャ
１７の吐出圧力が高くなり、Ｐ、’、Ｐ、になると開閉
弁２１．２２が半開しターボチャージャ１７とスーパチ
ャージャ２５の両者による過給が行われるようになる。

このとき、へりカルボート１３とタンジェンシャルボー
ト１４の両者より空気が筒内に流入するため、スワール
比は適度な値となる。

音速質１符 さらに、高速高負荷になると、ターボチャージャ１７の
吐出圧Ｐ２が所定の設定圧Ｐ。を越えるため、スーパチ
ャージャ２５の駆動が停止され、不要な動力損失の低減
を図りながら、全量の空気がターボチャージャ１７によ
り過給される。また、このとき開閉弁２ｋ　２２が全開
するため、ヘリカルポート１３およびタンジエンシャル
ポー目４の両者により筒内への吸気が行われる。したが
って、吸気抵抗が少なく、かつオーバスワールにならず
に効率よく空気の供給が行われる。その結果、十分な空
気流量を確保しつつ、過給度合が高まり出力向上を図る
ことができる。なお、ターボチャージャ１７の出口圧力
が必要以上に高まると、ウェストゲートバルブ３０が開
いて排気の一部を逃がし、ターボチャージャ１７の損傷
を避ける。

（効果） 本発明によれば、中低速高負荷ではスーパチャージャに
よる過給空気がヘリカルポートより筒内へ供給されるた
めに強いスワールが得られ、トルクのレスポンスとその
大きさを改善することができる。また、高速高負荷では
ターボチャージャのみの過給となりかつ２つの吸気ボー
トより筒内へ供給されるため、空気抵抗が少なくかつス
ワールも適度に抑制することができ、十分な空気流量を
確保しつつ過給度合を高めて出力向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明に係る過給機付内燃機関の一実施例
を示す図であり、第１図はその全体構成図、第２図はそ
の制御の領域を示す図、第３図は従来の過給機付内燃機
関の構成図である。 １１・・・・・・エンジン、 １２・・・・・・気筒、 １３・・・・・・ヘリカルポート、 １４・・・・・・タンジエンシャルボート、１６．１８
〜２０．２４・・・・・・通路、１７・・・・・・ター
ボチャージャ（排気タービン過給機）、２１．２２・・
・・・・開閉弁、 ２３・・・・・・駆動部、 ２５・・・・・・スーパチャージャ（機械式過給機）、
２８・・・・・・クラッチ、 ２９・・・・・・ベルト、 ３０・・・・・・ウェストゲートバルブ、３１．３２・
・・・・・圧力センサ、 ３３・・・・・・アクセルセンサ、 ３４・・・・・・回転数センサ ４０・・・・−・コントロールユニット（制御手段）、
４１・・・・・・圧力検出手段、 ４２・・・・・・運転状態検出手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 機関本体により駆動される機械式過給機と、排気により
   駆動される排気タービン過給機とを備え、吸気弁を複数
   有する過給機付内燃機関において、前記一方の吸気弁が
   開閉する吸気ポートをヘリカルポートとするとともに、
   他方の吸気弁が開閉する吸気ポートをタンジェンシャル
   ポートとし、前記排気タービン過給機からの吸気通路を
   分岐して前記各吸気ポートに連通させるとともに、分岐
   した各吸気通路に開閉弁を設け、 前記機械式過給機の吸入口を排気タービン過給機の吸入
   口より上流側の吸気通路に連通させるとともに、その吐
   出口を、ヘリカルポートに連通する吸気通路に設けられ
   た開閉弁と吸気弁との間の該吸気通路に連通させ、 各過給機の吐出圧力を検出する圧力検出手段と、機関の
   運転状態を検出する運転状態検出手段と、排気タービン
   過給機による過給圧が所定値以上のときに、機械式過給
   機の作動を停止するとともに、少なくとも前記各開閉弁
   を全開とする制御手段とを設けたことを特徴とする過給
   機付内燃機関。