JPH03275936A - Compression ratio variable two-stage supercharge internal combustion engine - Google Patents

Compression ratio variable two-stage supercharge internal combustion engine

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Publication number
JPH03275936A
JPH03275936A JP2073525A JP7352590A JPH03275936A JP H03275936 A JPH03275936 A JP H03275936A JP 2073525 A JP2073525 A JP 2073525A JP 7352590 A JP7352590 A JP 7352590A JP H03275936 A JPH03275936 A JP H03275936A
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JP
Japan
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compression ratio
turbocharger
pressure
valve
exhaust
Prior art date
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Pending
Application number
JP2073525A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromichi Yanagihara
弘道 柳原
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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  • Supercharger (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

PURPOSE:To suppress knocking and improve an efficiency of an engine by lowering a compression ratio in an operation range of a miniture turbocharger, and increasing the compression ratio in the operation range of a large turbocharger. CONSTITUTION:At the time of closing an exhaust switching valve 38, supercharge is performed by a small turbocharger 18. At the opening of the valve 38, the supercharge is performed by a large turbocharger 17. At the time of operating of the small turbocharger 18, the compression ratio of an internal combustion engine is decreased in a compression control mechanism. The compression ratio is increased in the compression control mechanism at the time of operating the large turbocharger 17.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は2段過給を行い、かつ過給状態に応じて圧縮
比を可変とする内燃機関に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an internal combustion engine that performs two-stage supercharging and has a compression ratio that is variable depending on the state of supercharging.

〔従来技術〕[Prior art]

特願昭45−9084号公報は大型ターボチャージャと
小型ターボチャージャとを直列に配置し、小型ターボチ
ャージャを迂回する排気バイパス通路に排気切替弁を設
け、小型ターボチャージャの作動域では排気切替弁を閉
鎖し、大型ターボチャージャの作動域では排気切替弁を
開放している。2段過給を行うことによりエンジン回転
数の小さい領域からエンジン回転数の大きい領域までの
広い範囲に渡って過給効果を得ることができる。
Japanese Patent Application No. 45-9084 discloses a system in which a large turbocharger and a small turbocharger are arranged in series, an exhaust switching valve is provided in the exhaust bypass passage that bypasses the small turbocharger, and the exhaust switching valve is installed in the operating range of the small turbocharger. The exhaust switching valve is closed and the exhaust switching valve is opened in the operating range of the large turbocharger. By performing two-stage supercharging, the supercharging effect can be obtained over a wide range from a low engine speed range to a high engine speed range.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来の2段過給方式では小型ターボチャージャの作動す
るエンジンの低速領域においてノッキングが発生し易い
問題がある。それは、小型ターボチャージャの使用域で
は径が小さいことにより排気ガスの流れ抵抗が大きいた
め排圧が大きくなり、燃焼内への残留ガスの量が多くな
るためである。
The conventional two-stage supercharging system has a problem in that knocking tends to occur in the low speed range of the engine when a small turbocharger operates. This is because in the range of use of small turbochargers, the small diameter creates a large flow resistance for exhaust gas, resulting in a large exhaust pressure and a large amount of residual gas in the combustion chamber.

この発明は2段過給過給内燃機関におけるエンジン低速
時にノッキングの発生を抑制するこを目的とする。
An object of the present invention is to suppress the occurrence of knocking in a two-stage supercharged internal combustion engine at low engine speeds.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

この発明によれば、大型ターボチャージャと小型ターボ
チャージャとをガスの流れ方向に直列lJ。
According to this invention, a large turbocharger and a small turbocharger are connected in series in the gas flow direction.

配ffL、小型ター・ボヂャージャを辻同−dる朗気バ
イパス通路に排気切替弁を設け、排気切替弁を開閉づる
ことにより小型ターボチャージやと大型ターボヂーヤー
、−ジャεで作動域を切り替えるようにし、さらに圧縮
比を可変とする圧縮比制御機構をわシ5、小型ターボチ
ャージャの作動域で圧縮比4小さくし、大型ターボチャ
ー・−ジャの作動域で圧縮比が大きくすることを特徴と
する迂縮比可Ffc′2段過給内燃機関が提供される。
An exhaust switching valve is installed in the air bypass passage that connects the small turbocharger and small turbocharger, and by opening and closing the exhaust switching valve, the operating range can be switched between the small turbocharger, the large turbocharger, and the large turbocharger. The present invention is further characterized in that it has a compression ratio control mechanism that makes the compression ratio variable, and the compression ratio is reduced by 4 in the operating range of a small turbocharger, and is increased in the operating range of a large turbocharger. A bypass compression ratio capable Ffc' two-stage supercharged internal combustion engine is provided.

〔作用〕[Effect]

排気切替弁の閉鎖時には小型夕〜ボザヤージャによって
過給が行われ、排気切替弁の開放時には大型ターボチャ
ージャにより過給が行われる。
When the exhaust switching valve is closed, supercharging is performed by a small turbo charger, and when the exhaust switching valve is open, supercharging is performed by a large turbocharger.

小型ターボチャージャの作動時に圧縮比制御機構は内燃
機関の圧縮比を小さくし、大型ターボチャージャの作動
時圧縮比制御機構+J圧縮比を大きくする。
When the small turbocharger is operating, the compression ratio control mechanism reduces the compression ratio of the internal combustion engine, and when the large turbocharger is operating, the compression ratio control mechanism+J compression ratio is increased.

〔実施例〕〔Example〕

第1[Jはこの発明の実施例を示(2でおり、10は、
1′:/シ:/本体であり、吸気管12と排気管14(
!−が接続される。吸気管j4は燃料インジゴフタ15
と、スロットル弁16を有−する。人望ターボプーヤー
 ジャ17と小型り・−ボデ〜ヤー ジャ18とが直列
に配置される。大型ターボチャー ジャt7はコンプレ
ッ→、1120と、タービン22と、回転軸24とから
構成される。小型ターボチャージャ18はコンプレッサ
26と、タービン?8と、回転軸25とから構成される
。吸気管12におし)で吸入空気の流れ方向に、大型夕
・〜ボチャージャ17の:ズンフ1./ツサ20、小型
ターボヂヤージャ18のコンプレッサ26の順で配置さ
れ、その下流にインタクーラ29が配置され、インタク
ーラ29の下流にスロットル弁1Gが配置される。排気
管において排気ガスの流れ方向に、小型ターボヂャ・、
−ジャ18のタービン28、大型ターボチャージャ17
のタービン22の順で配置される。
1st [J indicates an embodiment of this invention (2, 10,
1':/shi:/main body, including the intake pipe 12 and exhaust pipe 14 (
! - is connected. Intake pipe j4 is fuel indigo lid 15
and a throttle valve 16. The popular turbocharger 17 and the small body holder 18 are arranged in series. The large turbocharger t7 is composed of a compressor 1120, a turbine 22, and a rotating shaft 24. The small turbocharger 18 is a compressor 26 and a turbine? 8 and a rotating shaft 25. At the intake pipe 12), in the direction of the flow of intake air, insert a large valve into the intake pipe 12. The compressor 26 of the small turbo charger 18 is arranged in this order, the intercooler 29 is arranged downstream of the compressor 26, and the throttle valve 1G is arranged downstream of the intercooler 29. A small turbo is installed in the exhaust pipe in the direction of exhaust gas flow.
- Turbine 28 of engine 18, large turbocharger 17
The turbines 22 are arranged in this order.

大型ターボチャージャ17のタービンを迂回して第1の
排気バイパス通路30が排気管に接続され、第1の排気
バイパス通路30に蝶型弁であるウニ、イストゲ−1・
弁32が配置される。ウニイストゲ− 4に連結され、そのダイヤフラム34aはバイパス弁3
2に連結される。バイパス弁32はスプリング34bに
よ−って通常は閉鎖するべく付勢されるが、ダイヤフラ
ム34aに如才)る負圧によってスプリング34bに抗
してウェイストゲート弁32の開弁が行われる。
A first exhaust bypass passage 30 is connected to the exhaust pipe by bypassing the turbine of the large turbocharger 17, and a butterfly valve, ie, a butterfly valve, is connected to the first exhaust bypass passage 30.
A valve 32 is arranged. The diaphragm 34a is connected to the bypass valve 3.
2. Although the bypass valve 32 is normally urged to close by the spring 34b, the wastegate valve 32 is opened by the negative pressure generated in the diaphragm 34a against the spring 34b.

小型り・−ボチャージャ18のタービン28を迂回して
第2の排気バイパス通路36が設iフられ、この第2の
バイパス通路36に蝶型弁としての排気切替弁38が設
けられる。排気切替弁38はそのアクチュエータ40に
連結され、アクチュエータ40は2段ダイヤフラム機構
として構成される。
A second exhaust bypass passage 36 is provided to bypass the turbine 28 of the small-sized battery charger 18, and an exhaust switching valve 38 as a butterfly valve is provided in the second bypass passage 36. The exhaust switching valve 38 is connected to its actuator 40, and the actuator 40 is configured as a two-stage diaphragm mechanism.

このアクチュエータ4Qは、後述のように、大型ターボ
チャージャ17が全過給能力を発揮するまでは排気切替
弁38を閉鎖し、大型ターボヂャジャ17がその全過給
能力を発揮するに至る排気切替弁38を急速に開放せし
める特性を持っている。アクチュエータ40はダイヤフ
ラム40a、 40bと、スプリング40c、 40d
を供え、一方のダイヤフラム40aは11ツド4.Oe
を介して排気切替弁40に連結され、もう−・つのダイ
ヤフラム40bはロット40「に連結される。ダイヤフ
ラム40aに過給圧を作用させるか、ダイヤフラム40
bに過給圧を作用させるか、で排気切替弁38のスデッ
プ的な開放特性が得られる。即ち、ダイヤフラム40b
に過給圧を作用させた場合、スプリング40cの力と、
スプリング40dと合力に抗して排気切替弁38を開弁
させるため、開弁は緩慢に行われる。ダイヤフラム40
aに過給圧が作用した場合はスプリング40cの力のみ
に抗して排気切替弁38の開弁が行われため、その間弁
作動は迅速となる。
As will be described later, this actuator 4Q closes the exhaust switching valve 38 until the large turbocharger 17 exerts its full supercharging capacity, and closes the exhaust switching valve 38 until the large turbocharger 17 exerts its full supercharging capacity. It has the property of rapidly opening up. The actuator 40 includes diaphragms 40a, 40b and springs 40c, 40d.
and one diaphragm 40a is 11 to 4. Oe
The other diaphragm 40b is connected to the exhaust switching valve 40 through the lot 40.
A step-like opening characteristic of the exhaust switching valve 38 can be obtained by applying supercharging pressure to b. That is, the diaphragm 40b
When supercharging pressure is applied to , the force of spring 40c and
In order to open the exhaust switching valve 38 against the resultant force of the spring 40d, the valve is opened slowly. diaphragm 40
When supercharging pressure is applied to a, the exhaust switching valve 38 is opened against only the force of the spring 40c, so that the valve operation is quick during that time.

小型ターボチャージャ18のコンプレッサ26を迂回す
る吸気バイパス通路44が設けられ、この吸気バイパス
通路44に吸気バイパス弁46が配置される。切替弁4
6はダイヤフラムアクチコエータ48に連結され、その
ダイヤフラム48aに加わる圧力により吸気バイパス弁
46の作動が制御される。この吸気バイパス弁46は大
型ターボチャージャ17の立ち上がりが完了しない小型
ターボチャージャI8の作動域では吸気バイパス通路4
4を閉鎖するも、その完了の後は過給圧がダイヤフラム
48aに下側から作用し、吸気バイパス弁46の開弁が
行われる。
An intake bypass passage 44 that bypasses the compressor 26 of the small turbocharger 18 is provided, and an intake bypass valve 46 is disposed in the intake bypass passage 44. Switching valve 4
6 is connected to a diaphragm acticoator 48, and the operation of the intake bypass valve 46 is controlled by the pressure applied to the diaphragm 48a. This intake bypass valve 46 is connected to the intake bypass passage 4 in the operating range of the small turbocharger I8 where the startup of the large turbocharger 17 is not completed.
4 is closed, but after that is completed, supercharging pressure acts on the diaphragm 48a from below, and the intake bypass valve 46 is opened.

この実施例では内燃機関は排気ガス再循環(EGR)装
置を供え、このEGR装置は排気ガス再循環通路(EG
R通路)50と、EGR通路50上の排気ガス再循環制
御弁(EGR弁)52とからなり、EGR弁52はダイ
ヤフラム52aを供え、ダイヤフラム52aに加わる圧
力に応じてその開弁、閉弁が制御される。
In this embodiment, the internal combustion engine is provided with an exhaust gas recirculation (EGR) device, the EGR device comprising an exhaust gas recirculation passage (EGR).
R passage) 50, and an exhaust gas recirculation control valve (EGR valve) 52 on the EGR passage 50.The EGR valve 52 is provided with a diaphragm 52a, and opens and closes depending on the pressure applied to the diaphragm 52a. controlled.

ウェイストゲート弁34のアクチュエータ34への圧力
制御のため3方電磁弁(VSVI) 54が設けられ、
この電磁弁54はダイヤフラム34aに大気圧を導入す
る位置と、小型ターボチャージャ18のコンプレッサ2
6の下流で、インタクーラ29の上流の位置56の過給
圧を導入する位置とで切り替わる。大気圧導入時に、ス
プリング34bによってウェイストゲート弁32は閉鎖
駆動され、過給圧導入時にスプリング34bに抗してウ
ェイストゲート弁32の開弁が行われる。
A three-way solenoid valve (VSVI) 54 is provided for pressure control to the actuator 34 of the wastegate valve 34,
This solenoid valve 54 is located at a position where atmospheric pressure is introduced into the diaphragm 34a and at the compressor 2 of the small turbocharger 18.
6 and a position 56 upstream of the intercooler 29 where supercharging pressure is introduced. When atmospheric pressure is introduced, the wastegate valve 32 is driven to close by the spring 34b, and when the supercharging pressure is introduced, the wastegate valve 32 is opened against the spring 34b.

3方電磁弁(VSV2) 5 Bは排気切替弁38のア
クチュエータ40のダイヤフラム40aのへ圧力制御の
ため設けられ、この電磁弁58はダイヤフラム40aに
大気圧を導入する位置と、小型ターボチャージャ18の
出口60の過給圧を導入する位置とで切り替わる。また
、ダイヤフラム40bには小型ターボチャージャ18の
コンプレッサ出口60の圧力が常時導入されている。
A three-way solenoid valve (VSV2) 5B is provided to control the pressure on the diaphragm 40a of the actuator 40 of the exhaust switching valve 38. It changes depending on the position of the outlet 60 where the supercharging pressure is introduced. Moreover, the pressure of the compressor outlet 60 of the small turbocharger 18 is constantly introduced into the diaphragm 40b.

吸気バイパス弁47のアクチュエータ48への圧力制御
のため二つの3方電磁弁64.66が設けられる。3方
電磁弁(VSV3) 64は吸気バイパス弁46のアク
チュエータアクチュエータ48のダイヤフラム48aの
上側へ圧力制御のため設けられ、この電磁弁64はダイ
ヤフラム48aの上側に大気圧を導入する位置と、小型
ターボチャージャ18のコンプレッサ出口60の過給圧
を導入する位置とで切り替わる。また、3方電磁弁(V
SV4) 66は吸気バイパス弁46のアクチュエータ
アクチュエータ48のダイヤフラム48aの下側への圧
力制御のため設けられ、この電磁弁66はダイヤフラム
48aの下側にスロットル弁16の下流の位置68の負
圧を導入する位置と、小型ターボチャージャ26のコン
プレッサ出口60の過給圧を導入する位置とで切り替わ
る。
Two three-way solenoid valves 64, 66 are provided for pressure control to the actuator 48 of the intake bypass valve 47. A three-way solenoid valve (VSV3) 64 is provided above the diaphragm 48a of the actuator actuator 48 of the intake bypass valve 46 for pressure control. It changes depending on the position at which the supercharging pressure is introduced at the compressor outlet 60 of the charger 18. In addition, a 3-way solenoid valve (V
SV4) 66 is provided to control the pressure below the diaphragm 48a of the actuator actuator 48 of the intake bypass valve 46, and this solenoid valve 66 controls the negative pressure at a position 68 downstream of the throttle valve 16 below the diaphragm 48a. It is switched between the position where the pressure is introduced and the position where the supercharging pressure of the compressor outlet 60 of the small turbocharger 26 is introduced.

3方電磁弁(VSV5) 70 ハEGR弁52の作動
制御のため設けられ、この電磁弁70はダイヤフラム5
2aに大気圧を導入する位置と、スロットル弁16の下
流の位置68の負圧を導入する位置とで切り替わる。
Three-way solenoid valve (VSV5) 70 is provided to control the operation of the EGR valve 52, and this solenoid valve 70 is connected to the diaphragm 5.
The position is switched between a position where atmospheric pressure is introduced into 2a and a position where negative pressure is introduced at a position 68 downstream of the throttle valve 16.

制御回路72はこの発明における過給制御のため設けら
れ、各電磁弁54 (VSVI )、 58 (VSV
2)、 64 (VSV3)、 66(VSV4)、 
70(VSV5)、燃料インジェクタ15の駆動を行う
。まて、イグナイタ74、ディストリビュータ76を介
して点火栓の制御も行うが、これらの制御はこの発明と
直接に関係しないので詳細説明は省略する。そして、制
御回路72にはこの発明に従った制御を実行するため各
種のセンサに接続される。まず、大型ターボチャージャ
17のコンプレッサ20の出口圧力P、を検出するため
第1の圧力センサ78が設けられ、また小型ターボチャ
ージャ18のコンプレッサ26の出口圧力P2を検出す
るため第2の圧力センサ80が設けられる。大型ターボ
チャージャ17のタービン22の下流に空燃比センサ8
2か設けられる。その外、図示しないが吸気空気量Qを
計測せるエアフローメータ、変速機(図示しない)のギ
ヤ位置を検出手段するセンサが具備され、またタイミン
グ制御のためクランク角度で30°、720°毎のパル
ス信号が入力される。
A control circuit 72 is provided for supercharging control in this invention, and each solenoid valve 54 (VSVI), 58 (VSV
2), 64 (VSV3), 66 (VSV4),
70 (VSV5), the fuel injector 15 is driven. Incidentally, the ignition plug is also controlled via the igniter 74 and the distributor 76, but since these controls are not directly related to the present invention, detailed explanation will be omitted. The control circuit 72 is connected to various sensors in order to execute control according to the present invention. First, a first pressure sensor 78 is provided to detect the outlet pressure P of the compressor 20 of the large turbocharger 17, and a second pressure sensor 80 is provided to detect the outlet pressure P2 of the compressor 26 of the small turbocharger 18. is provided. An air-fuel ratio sensor 8 is installed downstream of the turbine 22 of the large turbocharger 17.
2 can be provided. In addition, an air flow meter (not shown) that measures the amount of intake air Q, a sensor that detects the gear position of the transmission (not shown), and a pulse pulse every 30° and 720° of the crank angle for timing control are provided. A signal is input.

また、この発明によれば圧縮比を可変とする機構が設け
られ、この機構は公知のどのようなものであっても良い
が、例えば特開昭63−12837号に開示されたもの
と同様の機構とすることができる。
Further, according to the present invention, a mechanism for making the compression ratio variable is provided, and this mechanism may be of any known type; It can be a mechanism.

この機構の概略が第2図、第3図に示される。偏心リン
グ85をコネクティングロッド86の上端部とピストン
ピン87との間に配置し、油圧駆動のロックビン89に
よって偏心リング85をロックを係脱自在としたもので
ある。即ち、偏心リング85の最大偏心部が最もド側l
ご釆たときピストンピン87が最も上にσI置するため
I)縮比は最大とな0、偏心リング85の最大偏心部が
最もト側に来たときピストンピン87が最もiに位置す
るためLE縮比は最小となる。そ(、で、偏ICxリン
グ85をフリーにし、た状態マ・・はピストン92の位
置に応じて偏心リング8bは回転(7、ピストン92 
Q) 、、1r。
This mechanism is schematically shown in FIGS. 2 and 3. The eccentric ring 85 is disposed between the upper end of the connecting rod 86 and the piston pin 87, and the eccentric ring 85 can be freely engaged and disengaged by a hydraulically driven lock bin 89. That is, the maximum eccentric portion of the eccentric ring 85 is located at the farthest side l.
When the piston pin 87 is positioned at the highest position σI, the compression ratio is at its maximum. The LE reduction ratio becomes minimum. In that state, the eccentric ring 8b is rotated according to the position of the piston 92 (7, the eccentric ICx ring 85 is set free).
Q) ,,1r.

死点では偏心リング85の最大偏心部が最も]−側に位
置(2、ピストン92の下死点では偏心リング85の最
大偏心部が最も下側に位置する。偏心リング85の最大
偏心部が最も下側に位置しまた状態を保持すれば、上死
点におけるビス)−1/ 97の位置を最も」二とする
こごができ、最大の圧縮比が得られる。圧縮比の最大を
得る位置に偏心リング85をL1ツクするため、偏心リ
ング85に■コック溝91が形成され、一方、ロックピ
ン89がフネクティ゛ノグロ・ンド86に設けられる。
At the dead center, the maximum eccentric part of the eccentric ring 85 is located at the lowest position (2, at the bottom dead center of the piston 92, the maximum eccentric part of the eccentric ring 85 is located at the lowest position. If the position is maintained at the lowest position, the position of the screw (-1/97) at the top dead center can be set to the lowest position, and the maximum compression ratio can be obtained. In order to lock the eccentric ring 85 to the position where the maximum compression ratio is obtained, a cock groove 91 is formed in the eccentric ring 85, and a lock pin 89 is provided in the neck groove land 86.

臼・ンクピ二/89の下部に第1油圧室90が形成され
、油圧室90に“油圧を導入(、また状態では、ピスト
ン92が下死点まで下降したときにロックビン89が偏
心リング85のロック溝91に嵌合17、偏心り゛/グ
85の最大偏心部が最も下側に付置[7た状態j:::
、l ロック、\れ、上死点Y゛のピストン位置が最も
高くなるので最大の圧縮比が得られる。小みい圧縮比を
得るためには、反対側の油圧室93から油圧をかけるご
とにより+1ツクビン89は下降し、1ノツク溝91か
ら外れる。この場合、偏心リング85はフリーとなり、
上死点位置で番、上編)l:+’リング85の最大偏心
部が最も上に来るので、ピストンピン87の位置は相苅
的にF降L7、最小のB6縮比が得られる。
A first hydraulic chamber 90 is formed in the lower part of the mortar/ink pin 2/89, and in this state, when the piston 92 descends to the bottom dead center, the lock bin 89 closes the eccentric ring 85. Fitted into the lock groove 91 17, the maximum eccentric part of the eccentric ring 85 is placed at the lowest position [7]:::
, l lock, \re, the piston position at top dead center Y' is highest, so the maximum compression ratio can be obtained. In order to obtain a small compression ratio, each time hydraulic pressure is applied from the hydraulic chamber 93 on the opposite side, the +1 knob 89 is lowered and removed from the 1 knot groove 91. In this case, the eccentric ring 85 becomes free,
At the top dead center position, the maximum eccentric part of the ring 85 is at the top, so the position of the piston pin 87 is proportionally F lowered to L7, and the minimum B6 compression ratio is obtained.

油圧室90.93−\の油圧通路95.96がニフネク
ティング「jラド86に形成され、特開昭63−128
37号に記載l、六ように、7クランク軸97内の潤滑
油通路、クランクジャーナル内の油通路、エンジン本体
内の油通路を介して、外部ω油圧源98 il:接続さ
れる。そして、制御油圧の流れ方間の切替えのための切
替装a100が具備され、この切替装置1(]Oは切替
弁102.104が設ζノられる。即ち、油圧室90に
油圧を導入するとき(高圧縮比)は切替弁102をON
、104をONとし、油B:室93に油圧を導入すると
き(低圧縮比)は切替弁102を叶ト”、104をOF
Fとする。第1図に示すように切替装置100は制御回
路72からの制御信号によっC駆動される。
The hydraulic passages 95.96 of the hydraulic chambers 90.93-\ are formed in the Nifnecting "jrad 86" and are
As described in No. 37, an external ω oil pressure source 98 is connected via a lubricating oil passage in the crankshaft 97, an oil passage in the crank journal, and an oil passage in the engine body. A switching device a100 is provided for switching between flow directions of the control hydraulic pressure, and this switching device 1(]O is equipped with switching valves 102 and 104. That is, when introducing hydraulic pressure into the hydraulic chamber 90, a switching device a100 is provided. (High compression ratio), turn on the switching valve 102
, 104 is turned ON, and when introducing hydraulic pressure into the oil B chamber 93 (low compression ratio), the switching valve 102 is turned ON, and 104 is turned OFF.
Let it be F. As shown in FIG. 1, the switching device 100 is driven by a control signal from the control circuit 72.

以下制御回路72の作動2第4図のフ[Ii−ヂャトに
よって説明する。第4図は過給圧の制御のためのルーチ
ンを示す。ステップ120では小型ターボチャ・−ジャ
18のコンプレッサ出口圧力P。
The operation of the control circuit 72 will be explained below with reference to the diagram in FIG. FIG. 4 shows a routine for controlling boost pressure. In step 120, the compressor outlet pressure P of the small turbocharger 18 is determined.

)大型ターボチャージャ17の」ンブレッサ出[j圧力
FJ1が成立するか否か判別される。第5図はスロット
ル弁16の開度を一定に固定した場合におけるエンジン
回転数NEど過給圧(ターボヂャ・−ジャ出口圧力)と
の関係を示しており、小型ターボチャージャ出口圧力P
2の立ち上がりが大型ターボチャージャ出口圧力P、の
立ち上がりより早くなっている。したがって、エンジン
の回転がまだ上がっていない状態ではP2 >r’、が
成立し、ステップ122で電磁弁54(VSVIンがO
FFされ、ダイヤフラム34aに大気圧が導入され、ス
プリング34bによってウェイストゲート弁32は閉鎖
される。ステップ126でアクチュエータ40を制御す
る電磁弁58 (VSV2>がOFFされる。そのため
、アクチュエータ40のダイヤフラム40aに大気L]
−が作用ツる。一方、ダイヤフラム40bには小型ター
ボチャージャ18のコンプレッサ出L1圧力が常に導入
されでいるため、スプリング40e、 40dの合力に
応じたスプリング力に対抗する小型ターボチャージャ1
8のコンブレッザ出[コ圧力によって排気切替弁38の
作動が制御される。即ち、スプリング力が過給Ef、P
2に優勢であるかぎりは、排気切替弁38は全閉を維持
するが、過給圧))2が所定値PSpTに到達する回転
数(第5図のNE、)までは排気切替弁38は全閉を維
持し、P2−所定値PSε丁に到達した時点で排気切替
弁38はスプリング40e、 40dの合力である閉鎖
付勢力に抗して徐々に開弁を開始することになる。低回
転時の吸気バイパス弁46の作動に一ついていうと、ス
テップ126で電磁弁64(VSν3ンはONとなりタ
ーボチャージャ18のコンプレッサ出口圧P2がダイヤ
フラム48aの上側に作用するため吸気バイパス弁46
は閉鎖される。また、ステップ128では電磁弁66(
V5V4)がOFFされるためスロットル弁16の下流
の吸気管圧力(このときは負圧)がダイヤフラム4.8
aの下側に作用するため、ダイヤフラム48aは下側に
引っ張られ、吸気バイパス弁46の閉鎖力を上げ、その
確実な閉弁を確保している。ステップ129は圧縮比を
低くする制御を示している。そのため電磁弁102及び
104をOFF L、油圧室93に油圧を導入し、油圧
室95から油圧を抜く。そのため、ロックピン89がロ
ック溝91から抜け、偏心リング85は自由に回転可能
となり、前記のようにピストン92の上死点位置では偏
心リング85の最大偏心部が最も上に来ることができる
ため最小圧縮比が得られる。
) It is determined whether or not the pressure FJ1 of the large turbocharger 17 is satisfied. Figure 5 shows the relationship between engine speed NE and supercharging pressure (turbocharger outlet pressure) when the opening degree of throttle valve 16 is fixed constant, and shows the relationship between small turbocharger outlet pressure P
2 rises earlier than the rise of large turbocharger outlet pressure P. Therefore, in a state where the engine speed has not yet increased, P2 >r' holds true, and in step 122, the solenoid valve 54 (VSVI input is turned off).
FF is applied, atmospheric pressure is introduced into the diaphragm 34a, and the wastegate valve 32 is closed by the spring 34b. In step 126, the solenoid valve 58 (VSV2> that controls the actuator 40 is turned off. Therefore, the diaphragm 40a of the actuator 40 is exposed to the atmosphere L]
- is effective. On the other hand, since the compressor output L1 pressure of the small turbocharger 18 is always introduced into the diaphragm 40b, the small turbocharger 1 resists the spring force corresponding to the resultant force of the springs 40e and 40d.
The operation of the exhaust switching valve 38 is controlled by the compressor output pressure of 8. That is, the spring force is the supercharging Ef, P
2, the exhaust switching valve 38 remains fully closed, but the exhaust switching valve 38 remains closed until the number of revolutions (NE in FIG. 5) at which the supercharging pressure)) 2 reaches the predetermined value The exhaust switching valve 38 is maintained fully closed, and when it reaches P2-predetermined value PSε, the exhaust switching valve 38 gradually starts to open against the closing urging force which is the resultant force of the springs 40e and 40d. Regarding the operation of the intake bypass valve 46 at low rotation speeds, the solenoid valve 64 (VSν3) is turned on in step 126, and the compressor outlet pressure P2 of the turbocharger 18 acts on the upper side of the diaphragm 48a, so that the intake bypass valve 46 is activated.
will be closed. Further, in step 128, the solenoid valve 66 (
V5V4) is turned off, the intake pipe pressure (negative pressure at this time) downstream of the throttle valve 16 is reduced to 4.8
a, the diaphragm 48a is pulled downward, increasing the closing force of the intake bypass valve 46 and ensuring its reliable closing. Step 129 shows control to lower the compression ratio. Therefore, the solenoid valves 102 and 104 are turned off, hydraulic pressure is introduced into the hydraulic chamber 93, and hydraulic pressure is removed from the hydraulic chamber 95. Therefore, the lock pin 89 comes out of the lock groove 91, the eccentric ring 85 becomes freely rotatable, and the maximum eccentric part of the eccentric ring 85 can be at the top at the top dead center position of the piston 92 as described above. A minimum compression ratio is obtained.

加速状態において、エンジンの回転数NEがNH3まで
上昇し、大型ターボチャージャ17のコンプレッサ出口
圧力P、の立ち上がりが小型ターボチャージャ18のコ
ンプレッサ出口圧力P2に追いつき、P2=P、となる
とステップ120よりステップ130で進み電磁弁54
(VSVI)がONされ、ダイヤフラム34aに位置5
6からの過給圧が導入され、スプリング34bに抗して
ウェイストゲート弁32は開放方向に付勢される。ステ
ップ132で排気切替弁38の作動用電磁弁58(VS
V2)がONされる。そのため、ダイヤフラム40aに
過給圧が作用するため、過給圧に対抗する排気切替弁3
8を閉じる力にスプリング40bは関与しなくなり、ス
プリング40cの弱い付勢力のみが閉じる力に関与する
。そのため、アクチュエータ40は排気切替弁38を一
気に開弁に至らしめる。ステップ134では電磁弁66
(VSV4)がOFFされるため大気圧がダイヤフラム
48aの上側に作用し、ステップ136で電磁弁66(
VSV4)がONされ、過給圧がダイヤフラム48bの
下側に作用するため、ダイヤフラム48aは上方に押圧
され、吸気バイパス弁46は一気に開弁される。
In the acceleration state, the engine speed NE increases to NH3, the rise of the compressor outlet pressure P of the large turbocharger 17 catches up with the compressor outlet pressure P2 of the small turbocharger 18, and when P2=P, the step starts from step 120. Proceed at 130 and proceed with solenoid valve 54
(VSVI) is turned on, and the diaphragm 34a is placed at position 5.
6 is introduced, and the wastegate valve 32 is urged in the opening direction against the spring 34b. In step 132, the solenoid valve 58 (VS
V2) is turned on. Therefore, since supercharging pressure acts on the diaphragm 40a, the exhaust switching valve 3 counteracts the supercharging pressure.
The spring 40b is no longer involved in the force that closes 8, and only the weak biasing force of the spring 40c is involved in the closing force. Therefore, the actuator 40 opens the exhaust switching valve 38 all at once. In step 134, the solenoid valve 66
(VSV4) is turned off, atmospheric pressure acts on the upper side of the diaphragm 48a, and in step 136, the solenoid valve 66 (
VSV4) is turned on and supercharging pressure acts on the lower side of the diaphragm 48b, so the diaphragm 48a is pushed upward and the intake bypass valve 46 is opened all at once.

ステップ138は圧縮比を高くする制御を示している。Step 138 shows control to increase the compression ratio.

即ち、電磁弁102及び104をONt、、油圧室90
に油圧を導入し、油圧室93から油圧を抜く。そのため
、偏心リング85が最初に下死点に来て、偏心リング8
5の最大偏心部が下向きになったときロックピン89は
ロック溝91に嵌合され、偏心リング85はこの位置に
ロックされるため、高い圧縮比が得られる。
That is, the solenoid valves 102 and 104 are turned on, and the hydraulic chamber 90 is turned on.
The hydraulic pressure is introduced into the hydraulic chamber 93, and the hydraulic pressure is removed from the hydraulic chamber 93. Therefore, the eccentric ring 85 comes to the bottom dead center first, and the eccentric ring 85 reaches the bottom dead center first.
When the maximum eccentric portion of the compressor 5 is directed downward, the lock pin 89 is fitted into the lock groove 91 and the eccentric ring 85 is locked in this position, resulting in a high compression ratio.

第6図は出口圧力P3と大型ターボチャージャのタービ
ン出口圧力P4とを夫々示す。Aの地点が排気切替弁3
8の開き始めに対応し、Bの地点は排気切替弁38が一
気に開く点(P2=P、が得られる点)に対応する。排
気切替弁38が急開するBの地点の前は小型ターボチャ
ージャのタービンの前後圧力は大きく、小型ターボチャ
ージャの過給仕事量が大きくなるので排圧か上がり、残
留ガスが増加することによりノッキングが起こりやすい
。この発明では圧縮比を下げることによりこの点を解消
することができる。一方、排気切替弁が完全に開いた後
は排圧が上がることはないため、圧縮比を高くすること
により性能の向上を図ることができる。
FIG. 6 shows the outlet pressure P3 and the turbine outlet pressure P4 of the large turbocharger, respectively. Point A is exhaust switching valve 3
The point B corresponds to the point where the exhaust switching valve 38 opens all at once (the point where P2=P is obtained). Before the point B where the exhaust switching valve 38 suddenly opens, the pressure in the front and back of the turbine of the small turbocharger is high, and the amount of supercharging work of the small turbocharger increases, so the exhaust pressure rises and the residual gas increases, causing knocking. is likely to occur. In the present invention, this problem can be solved by lowering the compression ratio. On the other hand, since the exhaust pressure does not increase after the exhaust gas switching valve is completely opened, performance can be improved by increasing the compression ratio.

以上述べた実施例では制御を簡単とするため、排気切替
弁38の作動と連動して圧縮比を切替制御している。即
ち、排気切替弁38がP2=Pとなり急開する前は圧縮
比を低(し、p2=pとなり排気切替弁38が急開した
後は圧縮比を高くしている。この代わりに、過給圧を検
出することにより圧縮比を切替作動することができる。
In the embodiment described above, in order to simplify control, the compression ratio is switched and controlled in conjunction with the operation of the exhaust switching valve 38. That is, before the exhaust switching valve 38 suddenly opens when P2=P, the compression ratio is set low (and after p2=p and the exhaust switching valve 38 suddenly opens, the compression ratio is set high. The compression ratio can be switched by detecting the supply pressure.

第6図において、線lは小型ターボチャージャ18のコ
ンプレッサ26の前後差圧(=P2−P、’)を示し、
これは小型ターボチャージャ18による過給仕事の分担
量を示している。小型ターボチャージャ18が過給して
いる場合に排圧が大きくなり、ノッキングが起こりやす
くなる。そこで、小型ターボチャージャの前後差圧が最
も多くなる領域を含んだ図のラインmより左側の小型タ
ーボチャージャの前後差圧領域で圧縮比を小さくし、右
側の小型ターボチャージャの前後差圧領域で圧縮比を高
くする制御をするようにしてもよい。または、大型ター
ボチャージャのコンプレッサ出口圧力P2によって同様
な制御を行うことができる。
In FIG. 6, line l indicates the differential pressure across the compressor 26 of the small turbocharger 18 (=P2-P,'),
This indicates the amount of supercharging work to be shared by the small turbocharger 18. When the small turbocharger 18 is supercharging, the exhaust pressure increases, making knocking more likely to occur. Therefore, the compression ratio is reduced in the differential pressure region across the small turbocharger on the left side of line m in the diagram, which includes the region where the differential pressure across the small turbocharger is largest, and the compression ratio is reduced in the differential pressure region across the small turbocharger on the right side. Control may be performed to increase the compression ratio. Alternatively, similar control can be performed using the compressor outlet pressure P2 of the large turbocharger.

即ち、第5図のラインmより左側における大型ターボチ
ャージャ17のコンプレッサ出口圧力P2の領域では小
型ターボチャージャ18の仕事量が大きくノッキング発
生のおそれがあるので圧縮比を下げ、ラインmより右側
におiJる大壁ターボチャージャ17のTjンブ1ノッ
ザ出「]汗動力ゝ、の領域では小型ター、−ボチャージ
ャ18が山める過給仕事の割合は減少(2、排圧が下が
り、フッ4−ングのおぞれが少なくなっているので圧縮
比を高くする制御を行うことになる。
That is, in the region of the compressor outlet pressure P2 of the large turbocharger 17 on the left side of line m in FIG. 5, the work of the small turbocharger 18 is large and there is a risk of knocking, so the compression ratio is lowered and In the area of large-wall turbocharger 17's Tj unit output, the proportion of supercharging work that small turbo charger 18 accumulates decreases (2, the exhaust pressure decreases, and 4- Since the compression ratio is reduced, control is performed to increase the compression ratio.

〔効男〕[Ekio]

小をターボチャージャの作動域は圧縮比を低くし、大型
ターボチャージャの作動域は圧縮比を高くすることで、
ノッキングの抑制とエンジンの効率向上との矛膚する要
求を調和させることができる。
By lowering the compression ratio in the operating range of a small turbocharger, and by increasing the compression ratio in the operating range of a large turbocharger,
The conflicting demands of suppressing knocking and improving engine efficiency can be reconciled.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の実施例の構成を示す図。 第2図は実施例における可変圧縮比機構を示す図。 第3図は第2図のI−III線に沿って表す断面図。 第4図は実施例の制御回路の作動を説明するフローヂャ
−1・6、 第5図はこの発明的過給装置によ、る同転数に対づる私
給圧特性図。 第6図は回転数に対する排圧特性図。 IO・エンジン本体、12・・・吸気琶、14・・排気
管、17・・・大型ターボチャージャ、i8・・小型タ
ーボチャージャ、。 30・・第1排気バイパス通路、。 32・・ウェイストゲート弁、 36・・・第2排気バイパス通路、 38・・・排気切替弁、44・・・吸気バイパス弁、5
0−4GR通路、54.58,64.66−電磁弁(V
SV)、78、80・・・圧カセンヅ、85・・・偏心
リング、89・・〔1ツクビン、81・・・ロック満、
9093・・・油圧室、98・・・油圧ポンプ、100
・・・油圧切替装置、102,104・・・電磁弁。 100・・・油圧切替装置 第 図 第 図
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a variable compression ratio mechanism in an embodiment. FIG. 3 is a sectional view taken along line I-III in FIG. 2. FIG. 4 shows flowcharts 1 and 6 for explaining the operation of the control circuit of the embodiment, and FIG. 5 is a private supply pressure characteristic diagram with respect to the rotation speed by this inventive supercharging device. Figure 6 is an exhaust pressure characteristic diagram with respect to rotational speed. IO/engine body, 12...intake pipe, 14...exhaust pipe, 17...large turbocharger, i8...small turbocharger. 30...first exhaust bypass passage. 32... Waste gate valve, 36... Second exhaust bypass passage, 38... Exhaust switching valve, 44... Intake bypass valve, 5
0-4GR passage, 54.58, 64.66-Solenoid valve (V
SV), 78, 80...Pressure force, 85...Eccentric ring, 89...[1 Tsukbin, 81...Lock full,
9093...Hydraulic chamber, 98...Hydraulic pump, 100
... Hydraulic switching device, 102, 104 ... Solenoid valve. 100...Hydraulic switching device diagram diagram diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 大型ターボチャージャと小型ターボチャージャとをガス
の流れ方向に直列に配置し、小型ターボチャージャを迂
回する排気バイパス通路に排気切替弁を設け、排気切替
弁を開閉することにより小型ターボチャージャと大型タ
ーボチャージャとで作動域を切り替えるようにし、さら
に圧縮比を可変とする圧縮比制御機構を有し、小型ター
ボチャージャの作動域で圧縮比を小さくし、大型ターボ
チャージャの作動域で圧縮比が大きくすることを特徴と
する圧縮比可変2段過給内燃機関。
A large turbocharger and a small turbocharger are arranged in series in the gas flow direction, an exhaust switching valve is provided in the exhaust bypass passage that bypasses the small turbocharger, and the small turbocharger and large turbocharger can be connected by opening and closing the exhaust switching valve. and a compression ratio control mechanism that makes the compression ratio variable, reducing the compression ratio in the operating range of a small turbocharger and increasing the compression ratio in the operating range of a large turbocharger. A two-stage supercharged internal combustion engine with variable compression ratio.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003507630A (en) * 1999-08-25 2003-02-25 グレン・アレキサンダー・トンプソン Variable volume apparatus and its system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003507630A (en) * 1999-08-25 2003-02-25 グレン・アレキサンダー・トンプソン Variable volume apparatus and its system

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