JPH0324567B2 - - Google Patents

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機械式過給機のバイパス制
御装置に関する。

〔従来の技術〕

機械式過給内燃機関として、スロツトル弁の下
流に機械式過給機及びこれをバイパスするバイパ
ス通路を設けたものがある（例えば特開昭59−
5831号公報参照）。スロツトル弁の下流に機械式
過給機を設けることにより、機械式過給機をバイ
パスするバイパス通路を介して空気が流れること
により発生する気流音が上流に伝わるのを遮断
し、騒音を低減することができる。機械式過給機
はクラツチを介して機関クランク軸に連結され、
クラツチは機関回転数が所定値より大きいとき係
合され、、機械式過給機を駆動する。また、バイ
パス通路にバイパス制御弁が設けられ、バイパス
制御弁はクラツチの係合に準じて作動され、過給
運転時にはバイパス制御弁は閉鎖され、非過給運
転時はバイパス制御弁は開放される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の技術ではクラツチが係合するとき（過給
運転時）はバイパス制御弁を閉鎖し、クラツチが
解放するとき（非過給運転時）はバイパス制御弁
を開放している。即ち、クラツチとバイパス制御
弁の動作する運転条件とは同期的に駆動される。
過給条件はエンジンの負荷が大きいときである。
またクラツチの係合・解除を頻繁に行うと、その
耐久性上好ましくないので、高回転側では係合状
態を維持したい。そこで、クラツチはエンジンの
低回転でかつ低負荷域のみ係合され、その以外の
運転域では解除される。従つて、クラツチ制御に
準じてバイパス制御弁を制御するシステムではバ
イパス制御弁は低回転でかつ低負荷域のみ開放さ
れ、それ以外の運転域では閉鎖されることにな
る。ところが、クラツチの作動に準じてバイパス
制御弁を制御する場合、過給システムがスロツト
ル弁の下流に機械式過給機及びこれを迂回するバ
イパス通路を設けた過給システムであるとする
と、高回転で低負荷時に吸入空気温度が高くなり
易い欠点がある。それは、スロツトル弁が絞られ
ており、かつバイパス通路も閉鎖しているため過
給機を通過する空気量が少なくなるためである。

この発明の目的は、スロツトル弁の下流に機械
式過給機及びこれを迂回するバイパス通路を設け
たものにおいてクラツチを高回転側で係合維持し
つつ吸入空気温度が上昇するのを防止することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明によれば、機関吸気系に回転ポンプと
しての過給機を配置し、該過給機を機関回転軸に
連結し、過給機の下流に吸入空気冷却器が設けら
れる内燃機関において、前記過給機はスロツトル
弁の下流に位置しており、バイパス通路が一端で
吸入空気冷却器の下流において吸気系に接続さ
れ、バイパス通路の他端は過給機の上流であるが
スロツトル弁よりは下流において吸気系に接続さ
れ、該バイパス通路を開閉するバイパス制御弁を
有し、バイパス制御弁はスロツトル弁下流の吸気
管圧力が導かれるダイヤフラムに接続され、バイ
パス制御弁はスロツトル弁下流の負圧に応じて機
関低負荷時に開弁され、機関高負荷時に閉弁さ
れ、更に、過給機を低回転かつ低負荷時に停止
し、それ以外の運転時に作動させる過給機制御手
段を具備した内燃機関の過給機のバイパス制御装
置が提供される。

〔作用〕

スロツトル弁下流の負圧はダイヤフラムに導入
され、低負荷時はバイパス制御弁は開弁し、高負
荷時はバイパス制御弁は閉弁する。

クラツチは低回転でかつ低負荷時のみ解放さ
れ、それ以外は係合される。

高回転で低負荷時はクラツチは係合し、バイパ
ス制御弁は開弁する。吸入空気冷却器を通過した
冷却された吸入空気がバイパス通路を介してスロ
ツトル弁の下流で機械式過給機の上流に戻され
る。

〔実施例〕

第１図において、１０はエンジン本体であり、
シリンダブロツク１１、ピストン１２、コネクテ
イングロツド１４、クランク軸１６、クランクピ
ン１８、オイルパン２０、シリンダヘツド２２、
吸気弁２４、排気弁２６、バルブスプリング２
８、カム軸３０、カム軸ハウジング３１等の構成
要素より成る。

シリンダヘツド２２内に吸気ポート３２が形成
され、吸気管３４を介してサージタンク３６に接
続される。３８はスロツトル弁であり、吸気管４
０内に配置される。スロツトル弁３８はリンク４
２を介してアクセルペダル４４に連結される。ス
ロツトル弁３８の上流にエアフロメータ４６が設
けられ、その上流に空気クリーナ４８が位置す
る。

シリンダヘツド２２内に排気ポート５０が形成
され、排気マニホルド５２を介して、触媒コンバ
ータ５４に接続されている。

この実施例では内燃機関は燃料噴射式であり、
吸気管３４に燃料インジエクタ５６が設けられて
いる。５８はデイストリビユータである。

スロツトル弁３８の下流において吸気管４０に
機械式過給機（ルーツポンプ）６０が接続され
る。過給機６０はハウジング６２と、ハウジング
６２内の一対のまゆ型のロータ６４とより成る。
一対のロータ６４はその回転軸６６上に図示しな
い相互に噛み合う歯車が設けられる。そのためロ
ータ６４が反対方向にハウジング６２の内周に微
少間隙を維持しながら回転する。ロータ６４の一
方の回転軸６６上にプーリ付クラツチ６８が設け
られ、クラツチ６８のプーリ部はベルト７０を介
してクランク軸１６上のプーリ７２に連結され
る。プーリ付クラツチ６８は第８図のように構成
され、過給機６０のハウジング６２から延びる駆
動軸６６の端部にボルト止めした円板６８−１
と、ハウジング６２に固定されるスリーブ６８−
２上にベアリング６８−３を介して取付けたソレ
ノイドホルダ６８−４とよりなり、ソレノイドホ
ルダ６８−４上にベルト７０に係合するプーリ部
６８−５が形成される。円板６８−１に弾性部材
６８−６を介して係合部材６８−７が取付けら
れ、係合部材６８−７はソレノイドホルダ６８−
４に僅かな間隙をもつて対面している。これらの
面間に摩擦係合面が形成される。ソレノイド６
８′がソレノイドホルダの断面コの字状凹所内に
配置され、図示しないステーによつてスリーブ６
８−２に固定される。ソレノイド６８′は非通電
時は係合部材６８−７はソレノイドホルダ６８−
４から離れるよう弾性部材６８−６により引張ら
れる。ソレノイド６８′への通電により係合部材
６８−７はソレノイドホルダ６８−４と係合し、
プーリ部６８−５からのエンジン回転が過給機軸
６６に伝達されることになる。

過給機６０とサージタンク３６との間には過給
機６０による圧縮の結果高温となつた空気の冷却
のための冷却器（所謂インタクーラ）７４が設け
られる。インタクーラ７４はこの実施例では空冷
式であり、過給機側の入口タンク７６と、サージ
タンク側の出口タンク７８と、入口タンク７６と
出口タンク７８とを結ぶ熱交換パイプ８０と、熱
交換パイプ８０の表面上に設けたフイン８２とよ
り成る。熱交換パイプ８０間に外気が流通可能に
なつており、ここでの熱交換によつて過給機６０
からサージタンク３６に向かう空気の冷却が行わ
れる。インタクーラ７４としては必ずしも図の様
な空冷式に限定されず、水冷式でも良い。

８４はバイパス通路であり、バイパス通路８４
は一端８４′で過給機６０の下流で、インタクー
ラ７４の下流において吸気管に接続される。バイ
パス通路８４の他端８４″は過給機６０の上流で
かつスロツトル弁３８の下流が吸気管に接続され
る。バイパス通路８４上にバイパス制御弁８６が
設けられる。バイパス制御弁８６はダイヤフラム
式として構成され、弁体８８とダイヤフラム９０
とばね９２と負圧作動室９４とより成る。負圧作
動室９４は負圧パイプ９６を介して、スロツトル
弁３８の下流において吸気管に形成される負圧ポ
ート９８に接続される負圧ポート９８は図ではス
ロツトル弁３８と過給機６０との間に設置されて
いるが、必ずしもこの部位に限定されず過給機６
０の下流に設置することもできる。

１００は電磁クラツチ６８の制御回路であり、
運転条件の検知センサ群からの信号によつてクラ
ツチ６８への作動信号を形成する。制御回路１０
０はエンジンの空燃比制御又は点火時期制御用の
制御回路と共用させることができる。もちろん専
用の制御回路としてもかまわない。運転条件セン
サとしては前述のエアフロメータ４６と、デイス
トリビユータ５８に設けた回転数センサ１０２と
より成る。エアフロメータ４６は第２図のように
ポテンシヨメータとして構成され、弁軸の位置即
ち吸入空気量Ｑに応じたアナグロ信号を生ずる。
一方回転数センサ１０２は第１図のようにデイス
トリビユータ５８の分配軸５８′上のマグネツト
１０４に対向して設けたホール素子として構成さ
れ、分配軸５８′の回転数即ちエンジン回転数Ｎ
に応じた信号を出力する。

制御回路１００は第２図のブロツクダイヤグラ
ムのように構成され、マイクロコンピユータシス
テムより成る。即ち、マイクロプロセシングユニ
ツト（MPU）１０６、リードオンリメモリ
（ROM）１０８、ランダムアクセスメモリ
（RAM）１１０を有し、これらはバス１１２を
介して相互に結線され、更にバス１１２は入出力
（Ｉ／Ｏ）ポート１１４に結線される。１１６は
クロツクパルス発生量である。エアフロメータ４
６はアナグロデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１８を
介してＩ／Ｏポート１１４に結線され、回転数セ
ンサ１０２は成形回路１２０を介してＩ／Ｏポー
ト１１４に結線される。更にＩ／Ｏポート１１４
はラツチ１２２を介してクラツチ６８の駆動用ト
ランジスタ１２４のベースに結線され、同トラン
ジスタ１２４のコレクターエミツタ回路にクラツ
チ６８の駆動ソレノイド６８′が位置し、このソ
レノイド６８′の通電制御によつてクラツチ６８
の係合及び解放、換言すれば過給機６０の作動及
び停止の切替を行うことができる。

マイクロコンピユータは過給制御以外のその他
のエンジン制御、例えば空燃比制御や点火時期制
御を分担させることができ、そのため種々のセン
サやアクチユエータがＩ／Ｏポート１１４に接続
されているが、これは本発明の特徴と直接には関
係しないため図示および説明を省略する。

ROM１０８内にはクラツチ６８の制御用プロ
グラム及びその他のエンジン運転制御用のプログ
ラムが格納されている。次にそのプログラムを本
発明の関連部分に限つて説明する。

第３図はメインルーチンのプログラムの流れを
示すものであり、メインルーチン内では高速性を
要求される種々の処理が行われる。２００のステ
ツプでプログラムが起動されると、２０２ではイ
ニシヤライズが行われ、MPU１０６の各レジス
タ、RAM１１０、Ｉ／Ｏポート１１４の初期設
定が行われる。２０４ではMPU１０６はエアフ
ロメータ４６よりの吸入空気量信号のＡ／Ｄ変換
指令をＡ／Ｄ変換器１１８に出し、吸入空気量Ｑ
に応じたデジタル信号はRAM１１０の所定アド
レスに格納される。次の２０６では回転数センサ
１０２からの回転数Ｎを表すデジタル信号が入力
され、RAM１１０の所定アドレスに格納され
る。２０８のステツプでは、吸入空気量Ｑに対す
る回転数Ｎの比が計算され、RAM１１０に格納
される。Ｑ／Ｎは機関の負荷相当値であることは
周知のとおりである。プログラムは次の２１０以
下のステツプに進み、メインルーチンにおける他
の制御のための種々の処理（例えば空燃比制御に
おけるフイードバツク処理等）が行われ、その際
Ｑ、Ｎ、Ｑ／Ｎの計算結果が適宜利用される。

第４図は過給機の制御のためのプログラムを示
すものであり、この実施例では所定時間（例えば
35ｍｓ）毎に行われる時間割込ルーチンである。
所定時間の経過毎にMPU１０６の割込みポート
に割込み要求が入り３００よりルーチンが実行に
移り、302ではRAM１１０のＮ領域に格納され
ている回転数データが所定値ａ（第５図）より大
きいか否かが、次いで３０４ではRAM１１０の
Ｑ／Ｎ領域に格納されている吸入空気量Ｑの回転
数Ｎに対する此のデータがｂより大きいか否か判
定される。第５図の過給機作動マツプから明らか
な通り、３０２でNO（Ｎ≦ａ）で、３０４でも
NO（Ｑ／Ｎ≦ｂ）である運転域は過給機の停止
域であり、この場合プログラムは３０６に進む。
MPU１０６はＩ／Ｏポート１１４よりラツチ１
２２にリセツト信号を印加する。そのためトラン
ジスタ１２４はカツトオフとなり、クラツチ６９
のソレノイド６８′は消磁され、クラツチ６８は
解放となる。

第４図の３０２でYES（Ｎ＞ａ）か又は３０２
でNO（Ｎ＜ａ）でも３０４でYES（Ｑ／Ｎ＞ｂ）
の場合は過給機の作動域であり、プログラムは３
０８に進み、Ｉ／Ｏポート１１４よりラツチ１２
２にセツト信号を印加する。そのためトランジス
タ１２４はONとなり、クラツチ６８のソレノイ
ド６８′に通電されるため、クラツチ６８は係合
される。その結果、エンジンクランク軸１６の回
転はプーリ７２、ベルト７０、クラツチ６８を介
し過給機６０の回転軸６６に伝達され、一対のロ
ータ６４は反対方向に回転され、空気は圧縮され
サージタンク３６、吸気管３４を経て、吸気ポー
ト３２より機関内に導入される。過給機の作動域
を決める回転数設定値ａ、負荷代表値であるＱ／
Ｎの設定値ｂは、過給機のOFFからONへ切替の
シヨツクを小さくし、かつクラツチの摩擦係合部
材の耐久性という面ではなるべく低回転側が良い
が、燃料消費率を悪化させるので両者の調和によ
つて決められる。

スロツトル弁３８の下流の負圧取出ポート９８
にはスロツトル開度に応じた負圧が現れる（第６
図）。即ち、スロツトル３８が解放される程に負
圧が弱くなり、大気圧に近づく。この負圧は負圧
パイプ９６を介してダイヤフラム９０に作用し所
定以上の負圧レベル即ちスロツトル開度が小さい
ときはダイヤフラム９０はばね９２に抗して図の
下方に引張られ、弁体８８はリフトしバイパス通
路８４が解放される。また、スロツトル弁３８が
θ₁の開度を越えて解放されると、ダイヤフラム９
０に働く負圧力はばね９２に打ち勝ち得ず弁体８
８のリフトは零になり、バイパス８４は閉じられ
る。以上のバイパス装置の作動から明らかなよう
に、バイパス通路８４はスロツトル開度３８がθ₁
より大きい、高負荷時に閉じられた圧縮された全
空気が機関に導入される。一方スロツトル開度が
θ₁より小さい軽負荷域ではバイパス８４は解放さ
れ、圧縮空気は一部がバイパスに逃れることにな
る（第７図参照）。クラツチ６８は第５図に関連
して説明したように低回転かつ低負荷時にのみ離
脱され、その以外の回転数及び負荷では係合され
ている。即ち過給機の作動域であつても高回転の
負荷の低い領域（第５図の破線の囲つた領域）は
バイパス制御弁８６は開弁され、バイパスが行わ
れる。このようなバイパス作動によりスロツトル
弁３８の下流に機械式過給機６０を配置した図示
システムにおいて吸入空気温度が増大するのを抑
制する効果がある。即ち、このようなバイパスを
行わないとすると第５図の破線が囲つた高回転の
低負荷時に機械式過給機６０の入口の圧力は絞ら
れたスロツトル弁３８の下流にあるため負圧とな
る。そのため、過給機６０を通過する空気量が少
なくなりエンジンへの吸入空気の温度が高くな
る。然るに、この実施例に従つて高回転で低負荷
域ではバイパス制御弁８６は開弁しており、バイ
パス通路８４から過給機６０に戻る空気の流れが
形成され、過給機６０を通る空気量がバイパス分
だけ多くなる。加えて、バイパスされる空気はイ
ンタクーラ７４の下流から取り出しているため、
インタクーラ７４により冷却を受けており、冷却
された空気を戻しているためこれも吸入空気温度
増大防止に寄与させることができる。更に、低負
荷高回転時にバイパス弁を開くことにより、バイ
パス分だけ圧縮仕事を低減させ、燃料消費率の向
上を図ることができる。

実施例ではバイパス制御弁８６はその弁体が過
給機の下流の吸気管圧力を受けとめるように構成
されているため、高回転高負荷時の過給圧リミツ
タとして役立たせることができる。即ち、過給圧
が過大になると（このときは負圧作動室の圧力は
スロツトル弁の全開によつてほとんど大気圧）、
弁体８８はばね９２に抗して解放し、圧力をリリ
ーフさせ、過給圧がそれ以上に増大するのが防止
される。

〔発明の効果〕 スロツトル弁の下流に機械式過給機及びバイパ
ス通路を配置し、機械式過給機の下流に吸入空気
冷却器を配置し、吸入空気冷却器の下流よりバイ
パス通路を取り出し、かつクラツチは低回転で低
負荷域のみ非係合、それ以外の領域では係合さ
せ、さらにバイパス制御弁は負荷が大きいとき閉
鎖、小さいとき開放しており、これによりクラツ
チが係合される高回転で低負荷時にバイパス制御
弁を開弁させ、吸入空気冷却器により冷却された
空気をバイパス通路より過給機の入口側に戻すこ
とで吸入空気温度が過大になり易い条件であるに
も係わらず、吸入空気温度の上昇を効果的に抑制
することができる効果がある上、バイパス分だけ
圧縮仕事を低減させ、燃料消費率の向上を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシステムの全体図。第２図は
制御回路のブロツクダイヤフラム図。第３図。第
４図は制御回路の作動を説明するフローチヤー
ト。第５図は過給機の作動マツプ図。第６図はス
ロツトル弁開度に対する負圧特性図。第７図はバ
イパス制御弁の作動マツプ図。第８図はクラツチ
の構成を示す断面図。 １０……機関本体、３８……スロツトル弁、６
０……機械式過給機、７４……インタクーラ（吸
入空気冷却器）、８４……バイパス通路、８６…
…バイパス制御弁、９０……ダイヤフラム、９４
……負圧作動室、９８……負圧ポート、１００…
…制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関吸気系に回転ポンプとしての過給機を配
   置し、該過給機を機関回転軸に連結し、過給機の
   下流に吸入空気冷却器が設けられる内燃機関にお
   いて、前記過給機はスロツトル弁の下流に位置し
   ており、バイパス通路が一端で吸入空気冷却器の
   下流において吸気系に接続され、バイパス通路の
   他端は過給機の上流であるがスロツトル弁よりは
   下流において吸気系に接続され、該バイパス通路
   を開閉するバイパス制御弁を有し、バイパス制御
   弁はスロツトル弁下流の吸気管圧力が導かれるダ
   イヤフラムに接続され、バイパス制御弁はスロツ
   トル弁下流の負圧に応じて機関低負荷時に開弁さ
   れ、機関高負荷時に閉弁され、更に、過給機を低
   回転かつ低負荷時に停止し、それ以外の運転時に
   作動させる過給機制御手段を具備した内燃機関の
   過給機のバイパス制御装置。