JPH0255829A - 過給機付内燃機関 - Google Patents

過給機付内燃機関

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JPH0255829A
JPH0255829A JP63207086A JP20708688A JPH0255829A JP H0255829 A JPH0255829 A JP H0255829A JP 63207086 A JP63207086 A JP 63207086A JP 20708688 A JP20708688 A JP 20708688A JP H0255829 A JPH0255829 A JP H0255829A
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JP
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control valve
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mechanical supercharger
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JP63207086A
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Kazuya Suzuki
一也 鈴木
Masao Isobe
磯部 正男
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Asmo Co Ltd
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Asmo Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0255829A publication Critical patent/JPH0255829A/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/34Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
    • F02B33/36Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of positive-displacement type
    • F02B33/38Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of positive-displacement type of Roots type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/44Passages conducting the charge from the pump to the engine inlet, e.g. reservoirs
    • F02B33/446Passages conducting the charge from the pump to the engine inlet, e.g. reservoirs having valves for admission of atmospheric air to engine, e.g. at starting
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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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J 本発明は過給機を備えた内燃機関に関し、特に、機械式
過給機と排気ターボ過給機との2台の過給機を備え、加
速性能を向上させた装置に関する。
r従来の技術」 排気ターボ過給機のターボ遅れ及び低速回転時の過給性
能の悪化を補うため、機械式過給機を付加し、たちのが
ある。この種の2台の過給機を備えたものには、2つの
過給機を吸気通路に直列に接続したものと、並列に接続
したものがそれぞれ提案されている。
しかし、直列に接続したものでは、極く低速回転時に排
気ターボ過給機が逆に11荷となって加速応答性が低下
するという問題点があった。
また、並列に接続したものでは、排気ターボ過給機が効
き始める時点に、機械式過給機と競合して排気ターボ過
給機が仕事をしなりしなかつf:二りし圧力変動を生じ
、排気ターボ過給機のタービン・軸に軸ねじり振動が加
わって軸受部の耐久性に悪影響を及ぼすことがあるとい
う問題点があった。
「発明が解決しようとする課題」 本発明は」1記の問題点を解決するためなされたもので
あり、その目的とするところは、低速回転域から安定し
た過給ができ、ターボ遅れを解消して浸れた加速性能を
奏することができる過給機付内燃機関を提供することに
ある。
「課題を解決するための手段」 上記の目的を達成するため、本発明では、機械式過給機
と排気ターボ過給機とを吸気通路内に直列に接続可能な
吸気管路を有する過給機付内燃機関において、前記機械
式過給機をバイパスする第1のバイパス管路、その第1
のバイパス管路を開閉する第1の制御弁及びそのアクチ
ュエータと、前記排気ターボ過給機をバイパスする第2
のバイパス管路、その第2のバイパス管路を開閉する第
2の制御弁及びそのアクチュエータと、スロットルセン
サ、エンジン回転数センサ等の運転状層センサと、その
運転状態センサからの信号に基づき力n速の開始を判別
する加速判別手段と、その判別結果に従って、加速開始
直後は前記第1の制御弁を閉成1−かつ前記第2の制御
弁を開放した第1の状態とし、その後、第1の制御弁は
閉成し第2の制御弁も閉成した第2の状態とし、次いで
、第1の制御弁を開放し第2の制御弁を閉成した第3の
状態とずべく、順次各制御弁のアクチュエータを駆動す
る制御弁切換手段と、を備えることを特徴とする過給機
付内燃機関が提供される。
また、前記制御弁切換手段は、前記第1の状態から前記
第2の状73への切換えは加速開始後の所定時間の経過
を検出して行い、前記第2の状態から前記第3の状態へ
の切換えはエンジン回転数が所定回転数以上に到達した
ことを検出して行うようにすることが好ましい。
さらに、萌記機械式過給機を、電磁結合手段を介して内
燃機関の回転が伝達され駆動される機械式過給機とし、
前記第1及び第2の状態では回転を伝達し前記第3の状
態では回転の伝達を断つべく電磁結合手段を制御するよ
うにすることができる。
「作用」 上記のように構成された過給機付内燃機関においては、
加速が開始されると第1及び第2の制御弁が層成開閉さ
れ、加速開始直後の第1の状態、その後の第2の状態、
さらに第3の状態と各バイパス管路の開閉状態が順次切
換えられる。
加速開始直後の第1の状態では、機械式過給機による過
給が行われ、吸気圧の素早い立上がりが図られる。この
とき、排気ターボ過給機も回転の立上がりを開始するが
、第2のバイパス管路が開かれており、排気ターボ過給
機の吸入口及び吐出1」は同じ圧力がかかることになる
ため、タービン軸の回転むちによるねじり振動は生じな
い。
第2の状態に切換わる時点では、排気ターボ過給機の回
転がある程度立上がっており、安定したタービン軸の回
転が′Fi′J能になっている。第2の状態では機械式
過給機が排気ターボ過給機に直列に接続され、未だ回転
立上がり途上にある排気ターボ過給機を補助するように
して過給を行う。
第3の状態に切換わる時点では、排気ターボ過給機の回
転が充分に立上がっている。そして、第3の状態では排
気ターボ過給機によってのみ過給が行われ、第1のバイ
パス管路は開かれる。従って、機械式過給機の運転を停
止しても吸気圧に変動を生じない。
このように、機械式過給機は排気ターボ過給機の回転の
立上がりにおいて過給を補助し、排気ターボ過給機の回
転の立上がりに従って機械式過給機から排気ターボ過給
機にスムーズに過給手段が切換えられる。それ故、加速
開始直後の吸気圧の上昇を早めることができ、かつ、切
換えに伴う吸気圧の急激な圧力変動(サージ)を生じな
い。
また、電磁結合手段を備えた機械式過給機を用いるもの
にあっては、機械式過給機の補助を必要としない高速回
転時に回転の伝達が断たれるから、高速回転時に機械式
過給機が内燃機関の負荷にならない。
「実施例J 本発明の実施例について図面を参照し説明する。
第1図は第1の実施例を示す概略構成図である。
エアクリーナ1からエンジン2の吸気マニホールド3に
至る吸気管路4,5.6には機械式過給機7と排気ター
ボ過給機8とが直列に接続され、エアクリーナ1を通過
した空気が機械式過給機7゜排気ターボ過給機8のコン
プレッサ9.インタクーラ10.スロットルバルブ11
を顆次経由して吸気マニホールド3に至るように吸気通
路が設けられている。排気ターボ過給機8のコンプレッ
サ9の下流には圧力センサ12が設けられ、スロットル
バルブ11にはスロットルセンサ11Aが設けられてい
る。
また、上記吸気管路4,5.6には、機械式過給機7を
バイパスする第1のバイパス管路21と、排気ターボ過
給機8のコンプレッサ9をバイパスする第2のバイパス
管路22が設けられている。
各バイパス管路21.22にはそれぞれ制御弁23.2
4が設けられ、それぞれのバイパス管路21.22を独
立に開閉できるようにされている。
各制御弁23.24はそれぞれギヤ付サーボモータから
なるアクチュエータ23A、24Aにより開閉駆動され
る。第1のバイパス管路21を開閉する制御弁を第1の
制御弁23と、第2のバイパス管路22を開閉する制御
弁を第2の制御弁24と称することとする。第1の制御
弁23はアクチュエータ23Aに通電時に閉成される常
時開放型に構成され、第2の制御弁24はアクチュエー
タ24Aに通電時に開放される常時閉成型に構成されて
いる。
機械式過給機7は、ベルト駆動されるルーツ式の小型圧
縮機であり、ロータ31,32とプーリ33との連結を
断続する電磁クラッチ34を備えている。電磁クラッチ
34はエンジンの回転を伝達する電磁結合手段をなす0
機械式過給機7のプーリ33はエンジン2のクランク軸
35に設けられたプーリ36にベルト37により連結さ
れ、クランク軸35の回転により回転駆動される。クラ
ンク軸35のプーリ36は機械式過給機7のプーリ33
に比べて大径であり、エンジン2の回転を増速して機械
式過給機7を駆動するようにされている。さらに、機械
式過給機7は小型でロータ31.32等の慣性モーメン
トが小さくされ、エンジン2の低回転域から十分過給で
きる構成にされている。
エンジン2の排気マニホールド41は排気通路42によ
り排気ターボ過給機8の排気タービン43に連通され、
排気タービン43を通過した排気は図示しない消音器を
経由して排出される。また、排気通路42には排気ター
ビン43をバイパスするウェストゲート管路44が設け
られ、ウェストゲート管路44のRmを行うウェストゲ
ート制御弁45及びそのアクチュエータ45Aが、設け
られている。
各制御弁23,24.45のアクチュエータ23A、2
4A、45A及び機械式過給機7の電磁クラッチ34は
電子制御装置(ECU)50に接続され制御される。電
子制御装置50には、圧力センサ12からの圧力信号P
、スロットルセンサ11Aからのスロットル開度信号θ
、エンジン2に設けられた回転センサ51からのエンジ
ン回転信号Nなどの各種運転状態信号が入力される。ス
ロントル開度信号θは、第2図に示す様に、スロットル
11が所定角以上開かれた場合にハイレベルとなるディ
ジタル信号である。エンジン回転信号Nは、第3図に示
す様に、エンジン回転数が所定回転数似」二に上昇した
場合にハイレベルとなるディジタル信号である。圧力信
号Pは、第4図に示す様に、吸気圧が所定圧以上に上昇
した場合にハイレベルとなるディジタル信号である。
電子制御装置50は、これらの信号に基づいて加速の開
始を判別し加速の開始を検出する加速判別手段52と、
各制御弁23.24のアクチュエータ23A、24Aを
駆動して第1及び第2のバイパス管路21.22の開閉
を切換える制御弁切換手段53とを有する。
加速の開始はスロットル開度信号θがハイレベルであり
、かつ、エンジン回転信号Nがロウレベルであることを
検出することにより行われる。アクセルが踏み込まれス
ロツ)−ルが開かれているにもかかわらず、未だエンジ
ンの回転数が上昇していない状態だからである。加速判
別手段52はANDゲート【ごよる単純なゲート回路で
実現することができ、また、マイクロプロセッサを用い
た内部処理によっても容易に実現できる。
第1及び第2の制御弁23.24の切換えは加速開始の
検出後制御弁切換手段53によりシーケンシャルに行わ
れる。
このシーケンシャルな制御について第5図を参照し説明
する。
初期状R8Oでは各制御弁23.24のアクチュエータ
23A、24Aは通電されておらず、第1のバイパス管
路21が開かれ第2のバイパス管路22が閉じられた状
態にある。また、機械式過給8!7の電磁クラッチ34
にも通電されておらず、プーリ33は空回りをしている
電子制御装置50は、エンジン回転信号Nがロウレベル
時のスロットル開度信号θの立上がりにより加速の開始
を検出すると、直ちにtl!l械式過給機7の電磁クラ
ッチ34を励磁し、機械式過給機7の回転駆動を開始す
る。同時に、第1のアクチュエータ23Aに通電して第
1の制御弁23を閉成し、第2のアクチュエータ24A
にも通電して第2の制御弁24を開放する。これにより
、第1のバイパス管路21が閉成され第2のバイパス管
路22が開放された第1の状態S1とされ、機械式過給
fi7のみによる過給が開始される。
加速の開始後所定時間t1が経過すると、第2のアクチ
ュエータ24Aへの通電を遮断し、第1のバイパス管路
21が閉成され第2のバイパス管路22も閉成された第
2の状態S2に移行する。
第2の状WAS2では機械式過給機7と排気ターボ過給
機8との直列接続により過給が行われる。所定時間t1
はたとえば2秒弱程度に設定する。
エンジン2の回転数が上昇しエンジン回転信号Nがハイ
レベルになると、第1のアクチュエータ23Aへの通電
を31!断し、第1のバイパス管路21を開放し第2の
バイパス管路22を閉成した第3の状態S3に移行する
。この状F1!S3では単独の排気ターボ過給機8のみ
による過給が行われる。第3の状fis3はバイパス管
路21..22の開閉状態は初期状!11sOと同じ状
態である。第3の状R83に移行後、所定時間1.2経
過すると電磁クラッチ34への通電を遮断し機械式過給
機7の回転駆動を終了する。第1のバイパス管路21を
開放した後に電磁クラッチ34を切るので、圧力変動を
生ずることなくスムーズに切換えができる。
以後は排気ターボ過給機8による過給運転が続けられ、
過給圧が高くなりすぎ吸気圧が所定圧以上に上昇したと
きはウェストゲート制御弁45が開かれ排気タービン4
3をバイパスさせる通常の過給圧制御が行われる。
上記のように各制御弁23.24を第1の状態Sl、第
2の状態S2.第3の状fis3と順次切換える制御弁
切換手段53は、時限回路と論理ゲート回路との組み合
わせにより容易に実現することができる。また、マイク
ロプロセッサを備えた電子制御装置を用い、その内部処
理として実現することも可能である。
上記の電子制御装置50の制御に基づき作動について説
明する。
加速開始前の初期状態SOにおいてはエンジン2への給
気は排気ターボ過給機8のコンプレッサ9を経由して行
われる。しかし、排気ターボ過給機8の回転数は掻く低
いため過給は行われない。
この状態は従来の排気ターボ過給機を備えたエンジンと
同じである。
加速の開始が検出され第1の状態S1に移行すると機械
式過給817による過給が行われる1機械式過給817
はベルト増速して駆動され、かつ、小型で慣性モーメン
トが小さく、エンジン2の低速回転域で効率よく過給能
力を発揮するように構成されているため、排気ターボ過
給機8の回転が立上がる前に素早く過給圧を立上がらせ
る。また、排気ターボ過給機8はバイパスされているた
め負荷となることはない、加速開始直後はエンジン2の
回転数も比較的低いため、機械式過給機7により十分な
給気量を供給できる。この間に、排気ターボ過給機8は
徐々に回転数を上昇するが、吸入口と吐出口が連通され
圧力が均衡されるためタービン軸に回転むらを生じない
第2の状R82に移行すると機械式過給機7と排気ター
ボ過給機8との直列接続による過給が行われる。この時
点では排気ターボ過給機8の回転がある程度上昇してい
るため、コンプレッサ9が逆に負荷になるようなことは
ない。
第3の状FJIS3に移行すると排気ターボ過給機8単
独による過給が行われる。第1のバイパス管路21が開
放されているため、エンジン2の回転数が上昇しても給
気量が不足する事態は生じない。
このようにバイパス管路21.22の切換えにより機械
式過給機7から排気ターボ過給機8に過給の負担を切換
えているので2つの過給機7.8が互いに競合すること
なく切換えがスムーズに行われ、切換時の圧力変動がな
い。また、第5図では簡明に表示するため各制御弁23
.24の開閉が瞬時に行われるかのように記載したが、
実際には若干の時間を要して開閉され、負担の切換えは
さらに滑らかになる。
本実施例は機械式過給機7がベルト増速して駆動され、
かつ、エンジン2の低速回転時のみに使用されるもので
あるから、機械式過給機7が通常使用されるものより大
幅に小型にでき、スペースを取らないという利点がある
以上述べた実施例では、#1%械式過給機7をクランク
@35によりベルト駆動されるものとしたが、電動機駆
動される機械式過給機を用いてもよいことは明白である
また、制御弁23.24のアクチュエータ23A、24
Aにモータを使用することとしたが、これに限るもので
はなく、負圧式又は正正式のダイヤフラムとこれらの圧
力室の圧力を制御する電磁弁からなるものなど、種々の
アクチュエータが考えられる。
さらに、前記実施例では機械式過給機7を排気ターボ過
給機8の上流に配置したが、第6図に示す様に、排気タ
ーボ過給機8の下流に機械式過給機7を配置しても同様
の効果が期待できる。
また、単に加速時の過渡応答を向上させるだけではなく
、経済走行をしたい場合は運転者の選択により、第1及
び第2の制御弁23.24をいずれも開放とし、ウェス
トゲート制御弁45も全開とする機能を電子制御装置5
0に備えることにより、2つのバイパス管路21.22
を経由した自然給気を行わせ、吸排気効率を向上させて
燃費を向上させた運転を可能とすることも容易に実現で
きる。
「発明の効果」 以上説明したように本発明は上記の構成を有し、排気タ
ーボ過給機を補助する機械式過給機を設け、バイパス管
路の開閉によりそれぞれの負担を切換えるものであるか
ら、低速回転域がらの加速時の過給が極めてすみやかに
行われ、加速時の応答遅れ(ターボ遅れ)の現像が解消
できるという優れた効果がある。また、2つの過給機の
負担の切換えをスムーズに行うことができるという効果
、排気ターボ過給機の回転立上がり時に生ずることがあ
る回転むらを防止し、タービン軸のねじり振動の発生を
防止して軸受は部の寿命を延ばすという効果がある。
また、電磁結合手段(電磁クラッチ34)を備えたもの
にあっては、高速回転時に機械式過給機が回転駆動され
ず内燃機関の11荷とならないという効果があり、機械
式過給機の構造を機関の低速回転にのみ適合させたもの
とすることができる利点がある。
エンジン回転数センサ、 53、、、制御弁切換手段。
加速判別手段、
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示し、第1図は第1の実施例を
示す概略構成図、第2図、第3図及び第4図は各センサ
の人力と出力信号との関係を示す特性図、第5 itA
は作動を説明するタイミングチー・−1−図、第6図は
第2の実施例を示す概略構成図である。 2 、エンジン、 4.5,6.、、吸気管路、7  
機械式過給機、 831.排気ターボ過給機、11A、
、スロットルセ/す、 12.圧力センサ、 21 、
第1のバイパス管路、 221.第2のバイパス管路、
 23.、、第1の制御弁、24 、、、第2の制御弁
、 340.電磁クラッチ(電磁結合手段)、 50.
、、電子制御装置、 51’、)’、:)勇珍 第 2−図 スロットル開度 →大 第 図 エンジン回転、−大 第 図 吸気圧 →大 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 機械式過給機と排気ターボ過給機とを吸気通路内に
    直列に接続可能な吸気管路を有する過給機付内燃機関に
    おいて、 前記機械式過給機をバイパスする第1のバイパス管路、
    その第1のバイパス管路を開閉する第1の制御弁及びそ
    のアクチュエータと、 前記排気ターボ過給機をバイパスする第2のバイパス管
    路、その第2のバイパス管路を開閉する第2の制御弁及
    びそのアクチュエータと、 スロットルセンサ、エンジン回転数センサ等の運転状態
    センサと、 その運転状態センサからの信号に基づき加速の開始を判
    別する加速判別手段と、 その判別結果に従って、加速開始直後は前記第1の制御
    弁を閉成しかつ前記第2の制御弁を開放した第1の状態
    とし、その後、第1の制御弁は閉成し第2の制御弁も閉
    成した第2の状態とし、次いで、第1の制御弁を開放し
    第2の制御弁を閉成した第3の状態とすべく、順次各制
    御弁のアクチュエータを駆動する制御弁切換手段と、 を備えることを特徴とする過給機付内燃機関。 2 前記制御弁切換手段は、前記第1の状態から前記第
    2の状態への切換えは加速開始後の所定時間の経過を検
    出して行い、前記第2の状態から前記第3の状態への切
    換えはエンジン回転数が所定回転数以上に到達したこと
    を検出して行うようにしたことを特徴とする請求項1に
    記載の過給機付内燃機関。 3 前記機械式過給機は、電磁結合手段を介して内燃機
    関の回転が伝達され駆動される機械式過給機であり、前
    記第1及び第2の状態では回転を伝達し前記第3の状態
    では回転の伝達を断つべく電磁結合手段を制御するよう
    にしたことを特徴とする請求項1に記載の過給機付内燃
    機関。
JP63207086A 1988-08-19 1988-08-19 過給機付内燃機関 Pending JPH0255829A (ja)

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JP63207086A JPH0255829A (ja) 1988-08-19 1988-08-19 過給機付内燃機関

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8141361B2 (en) * 2005-02-10 2012-03-27 Volkswagen Ag Natural gas fueled turbocharged internal combustion engine
JP2017015056A (ja) * 2015-07-06 2017-01-19 トヨタ自動車株式会社 内燃機関用過給システム
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