JPH0255829A - 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。