JPH03117649A - 内燃機関の吸気装置 - 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、内燃機関の吸気装置に関し、更に詳細には、
内燃機関の燃焼温度が低いと排気ガス中の有害成分、特
にパティキュレート中の可溶成分濃度が増加することを
防止した内燃機関の吸気装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関の出力を向上させるために、ターボ過給
機を使用して吸気の充填効率を高めることは、例えば特
開昭６１−２０７８２７号公報などによって知られてい
る。

ところで、ターボ過給機で吸気を加圧すると温度が上昇
するので吸入通気（以下吸気という）の充填効率を低下
させるという問題があり、インタークーラを設けて加圧
した吸気を冷却することが従来から行われている。この
インタークーラーを有するターボ過給内燃機関は吸気温
度が低い冷間時にはインタークーラーをバイパスさせて
直接加圧した吸気を内燃機関に送り、また吸気温度が設
定値以上となると吸気通路をインタークーラー側に切り
換えるように制御することが従来から行われている。

なお、前記公報の先行技術は、低速回転におけるトルク
を向上させるためにタービンのノズルを絞ると高速回転
の際に過給圧が高くなり過ぎるので、タービンのノズル
ベーンの開度を可変にした可変容量型ターボ過給機を使
用し、過給圧が設定値以上の過給圧とならないように制
御することに関するものである。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、従来のインタークーラー付きターボ過給内燃
機関は、前記説明のとおり大気温度が低いときにインタ
ークーラーをバイパスさせて過給機のコンプレッサによ
る加圧で積極的に吸気を温めるようにしたものである。

ところで、内燃機関の燃焼温度を高くすると排気ガス中
の有害成分含有量、特にパティキュレート中の可溶成分
（以下ＳＯＦ分という）を低くすることができる。した
がって、大気温度が常温のときにもインタークーラーを
バイパスさせて吸気温度を高（設定することが考えられ
るが、このようにすると充填効率が悪化して内燃機関の
出力が低下したり、スモークが増大するなどの欠点が生
じる。

本発明は、以上の問題に着目して成されたものであり、
内燃機関の燃焼温度を適性に保ち、排気ガス中の有害成
分台を量、特にパティキュレート中のＳＯＦ分を低減さ
せ、しかも温度を高めたために吸気の充填効率が低下す
ることを防止した内燃機関の吸気装置を提供することを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

以上の目的を達成するための本発明の内燃機関の吸気装
置の構成は、内燃機関に可変容量型ターボ過給機を取付
け、前記内燃機関の吸気ポートと前記ターボ過給機のコ
ンプレッサとの間に、吸気冷却用のインタークーラと、
このインタークーラのバイパス通路とを切り換え可能に
取付け、過給吸気の温度センサと、前記内燃機関の負荷
センサ及び回転速度センサとを取付け、前記各センサの
検出値が設定温度以上で、前記内燃機関の負荷が低中負
荷領域、且つ回転速度が中高速回転速度領域の値である
と、前記バイパス通路を開く信号と、前記ターボ過給機
の容量を絞る信号とを出力する制御装置を設けたもので
ある。

前記回転速度センサ、負荷センサ及び温度センサは、従
来から使用されるものを適宜使用することができる。ま
た前記インナークーラ側吸気通路とバイパス通路との切
り換えは、３方弁によってもよいが、バイパス通路に弁
を設け、流路抵抗を利用して切り換えるようにしてもよ
い。また、前記弁の開度を調節して中間開度を与えるよ
うにして、吸気温度を細かく制御可能にすることもでき
る。

本発明を実施するに際し、従来の制御、即ち吸気温度が
低い場合にインタークーラをバイパスさせる従来の制御
や、過給圧が設定値以上になった場合に可変容量型過給
機の容量を絞る従来の制御など、インタークーラを有す
る可変容量型ターボ過給機付き内燃機関の運転に必要と
する制御手段を併用することができる。

〔実施例〕

以下添付の図面を対照して実施例により本発明を具体的
に説明する。

第１図は、ノズルベーン開度を２段階に切り換える可変
容量型ターボ過給機を使用した第１実施例の内燃機関の
吸気装置の概要説明図である。図において、内燃機関１
の排気マニホルド２には可変容量型のターボ過給機４の
タービン６を接続しており、このターボ過給機４のコン
プレッサ８の吐出側に接続した吸気通路１０は、途中に
インタークーラー１２を介装して内燃機関１の吸気マニ
ホルド１３（吸気ポートを省略記載している）に接続し
ている。そして吸気通路１０にインタークーラー１２を
バイパスするバイパス通路１４を設け、このバイパス通
路１４に開閉弁から成る切換弁１６を介装した。

次に第２図及び第３図によって本実施例に使用した可変
容量型ターボ過給機４の容量調節手段について説明する
。図において、ノズルベーン１７は、タービンハウジン
グ１８内のノズル部２０に配置されて、このノズル部２
０から羽根車２２に吹き出す排気ガス流速を調節するも
のである。

ノズルベーン１７の開度を調節する回転軸２３は、ター
ビンハウジング１日に設けた軸受を兼ねる貫通穴２４に
軸支され、他方の端部がハウジング２５内に設けた制御
レバー２６に固定されている。制御レバー２６の自由端
２８は制御リング３０に設けた凹部３２＋　に係合して
いる。制御リング３０を回転制御する駆動レバー３４．
は、自由端側が制御リング３０に設けた凹部３２□に係
合しており、他端がハウジング２５に軸支された回転軸
３６によってハウジング２５の外に配置された駆動レバ
ー３４□と一体的をなす構造をしている。

いま駆動レバー３４！を回転させると、駆動レバー３４
．が制御リング３０を介して制御レバー２６に固定した
ノズルベーン１８を回転させ、ノズル部２０の開口面積
変更してターボ過給機の容量を変化させることができる
。

制御装置３８は、図示しないマイクロコンピュータを内
蔵しており、吸気マニホルド１３に取付けた吸気温度セ
ンサ４０及び吸気圧センサ４２の検出信号と、内燃機関
１に取付けた回転速度センサ４４及び負荷センサ４６と
が検出した信号が与えられ、演算処理した制御信号を切
換弁１６のアクチュエータ６４と駆動レバー３４□のア
クチュエータ５０とに与える。前記各センサ４０．４２
，４４．４６は、図示しないマイクロコンピュータに入
力可能の信号を出力するセンサであれば従来から使用さ
れるいずれのセンサも使用することができる。

以下に示す第１表によって本実施例の制御パターンを説
明する。第１表に示す制御パターンは、制御制御装置３
８の前記マイクロコンピュータに記憶させた本実施例の
制御パターンを示すものであり、第１表の太線で囲んだ
領域が本実施例の制御対象領域である。本実施例におい
ては、吸気温度が設定値以上であり本来インタークーラ
ー１２側に吸気通路１０を切り換える場合でも、これに
優先して第１表の制御を行うようにしたものである。

（本頁以下余白） 第 表 第３図は、温度センサ４０の設定温度が吸気通路１０を
インククーラ１２側に切り換える温度を検出した場合に
、回転速度センサ４４の検出値が中高回転速度であるこ
と示し、また負荷センサ４６の検出値が低中負荷領域で
あることを示す場合の吸気の流れの制御状態を示す。制
御の詳細を省略するが本実施例では、前記過給圧センサ
４２は検出信号を制御装置３８に与え、常時過給圧を監
視し、ノズルベーン１７を絞ったために過給圧が上昇し
過ぎた場合に開放して過給圧を低下させることに使用す
る。

次に第２図及び第３図で示した可変ノズルベーン１７を
３段に膜制御可能にした第２実施例について説明する。

第５図は、第２実施例の吸気装置の構成の概要説明図で
ある。図において、第１図と同様の部材には同じ記号を
付して説明を省略する。

第５図において、駆動レバー３４□を駆動するアクチュ
エータ５９は、空気作動のシリンダ装置から成り、シリ
ンダ５２．．５２□に装着されたピストンロッド５４１
．５４□に軸着されたリンク腕５６と駆動レバー３４□
との間にロッド５８を軸着したものであり、前記シリン
ダ５２．．５２□に作動空気を送るエアタンク６０との
間にはエア制御弁６２．．６２□を介装したエア通路６
４を取付けている。なお６６はピストンロッド５４．．
５４□の戻しスプリングである。

アクチュエータ５０の動作を第５図によって説明すると
、シリンダ５２Ｉ、５２ｇのいずれかに作動空気を供給
した場合、シリンダ５２．．５２２の両方に作動空気を
供給した場合と供給しない場合の４通りの制御モードが
ある。リンク腕５６の中心にロッド５８を軸着してノズ
ルベーン１７の位置を３段階に制御することも、また前
記中心から一方に偏らせて軸支すると前記４通りの制御
モードで４段階にベーン開度を制御することもできる。

なお、本実施例の制御装置３８の制御動作を第６図に示
すフローチャートによって説明する。

なお第４図に示すフローチャートの説明中３１゜３２、
・・・は処理手順（ステップ）番号を示している。

第６図に示すフローチャートがスタートすると、Ｓｌに
おいて内燃機関の回転速度Ｎを読込み、Ｓ２において負
荷量を読込み、Ｓ３において吸気温度を読込み、Ｓ４に
おいて吸気圧を読み込む。次いでＳ５において、前記各
ステップで読み込んだデータを使用して吸入空気の重量
流量Ｑｍを算出し、Ｓ６において、制御装置３８が記憶
する制御マツプから吸気の目標温度Ｔｔ、目標空気量Ｑ
ｔを読み込む。

次いでＳ７において実測空気温度Ｔｍが目標温度Ｔｔ以
上であるか否かを判別し、肯定結果、即ち充填効率が低
いと判別されると３８に移り、温度が低いとする判別結
果が得られと３９に移る。Ｓ９においては切換弁１６を
バイパス側に切り換える操作をした後Ｓｌｌに移る。

またＳ８においては実測空気温度が目標温度に等しいか
否かが判別される。ここで目標温度とは、一定の幅を持
った温度を意味している。

Ｓ８において否定する判別結果、即ち実測温度が目標温
度より高い結果が得られると、３１０において切換弁１
６をインナークーラ側に切り換えて吸気を冷却する操作
をした後３１１に移る。

Ｓｌｌにおいては実測重量空気量が目標空気重量以上で
あるか否かが判別され、否定する判別結果が得られると
３１２でノズルベーン５の開度を１段階絞る操作をした
後スタートに戻る。また肯定する判別結果が得られると
、Ｓ１３で実測重量空気量が目標空気量に一致するか否
がが判別される。

３１３で肯定する判別結果が得られると、ノズルベーン
５の開度をそのままにしてスタートに戻り、否定する判
別結果が得られると３１４でノズルベーン５の開度を１
段階上げる操作をした後スタートに戻る。なお前記目標
空気重量Ｑｔは、目標温度Ｔｔと同様に一定の幅で設定
している。

第６図のフローチャートでは、−回の制御サイクルで初
期の制御ができない場合には、次回サイクルでより目標
に近い制御を実現する。第４図のフローチャートの変形
例として、Ｓ１２及びＳ１４の制御動作を、目標値に達
するまで繰り返すようにプログラムすることもできる。

また３１２でノズルベーン５を絞った場合、過給圧が上
がり過ぎることを防止するために、設定過給圧以上にな
った場合にはノズルベーン５を開く制御動作を組み込む
こともできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の内燃機関の吸気装置を構成
したので、内燃機関の回転速度が中高速領域であり、負
荷が中低負荷領域である場合に、内燃機関の燃焼温度を
上昇させて排気ガ４゜ ス中の有害物質濃度、特にパティキュレート中の可溶性
成分を低減させ、しかも可変ノズルベーンの開度を絞り
充填効率の低下を防止して出力低下、スモークの増大を
防止することができる効果が得られる。したがって、本
発明は信頼性の高い内燃機関を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例による内燃機関の吸気装置の構成を
説明する概要図、第２図は第１図に使用したターボ過給
機の要部断面図、第３図は第２図の■−■線断面図、第
４図は第１図のバイパスを使用する場合の吸気流れを示
す図、第５図は第２実施例による内燃機関の吸気装置の
構成を説明する概要図、第６図は第２実施例の制御動作
を説明するフローチャート図である。 １・・・内燃機関、４・・・ターボ過給機、６・・・タ
ービン、８・・・コンプレッサ、１０・・・吸気通路、
１２・・・インタークーラ、１３・・・吸気マニホルド
、１４・・・バイパス通路、１６・・・切換弁、１７・
・・可変ノズルベーン、３８・・・制御装置、４０・・
・温度センサ、４４・・・回転速度センサ、 ４６・・・負荷センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関に可変容量型ターボ過給機を取付け、前記内燃
   機関の吸気ポートと前記ターボ過給機のコンプレッサと
   の間に、吸気冷却用のインタークーラと、このインター
   クーラのバイパス通路とを切り換え可能に取付け、過給
   吸気の温度センサと、前記内燃機関の負荷センサ及び回
   転速度センサとを取付け、前記各センサの検出値が設定
   温度以上で、前記内燃機関の負荷が低中負荷領域、且つ
   回転速度が中高速回転速度領域の値であると、前記バイ
   パス通路を開く信号と、前記ターボ過給機の容量を絞る
   信号とを出力する制御装置を設けた内燃機関の吸気装置
   。