JPH03501283A - 適合させたブースト圧力を使う過給方法及び過給装置 - 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】 発明の名称 適合させたブースト圧力を使う過給方法及び過給装置 関連出願 本願は、１９８８年６月１７日付米国特許願第２０８．０７２号明細書「適合ブ ースト圧力を使う過給方法及び過給装置」の追加に係わる。

技術的分野 本発明は、内燃機関に過給する方法及び装置、ことに、ブースト圧力をエンジン 回転速度に適合させとくに乗用車用の場合に向上した運転性、性能及び経済性の 得られるエンジンを提供する過給方法及び過給装置に関する。

発明の背景 内燃機関の過給は多年にわたって実施されている。

過給は、複数種類の吸気マニホルド圧力増大装置たとえばブロワ、スクリュ圧縮 機ダイナミック圧縮機及びターボ過給機のうちの１種類を使って行なわれるが、 従来及び現用の内燃機関への過給法の適用はターボ過給に集中している。１９７ ０年代の半ば及び後半には内燃機関へのターボ過給機の適用は、排気量の比較的 大きい自然吸引エンジン性能を確保すると共に燃料経済を向上する方法として認 められていた。

エンジンのターボ過給により若干の向上が得られたが、又成る程度の制限も認め られている。とくにターボ過給では所望の低いエンジン回転速度トルクが得られ なかった。さらに高いエンジン回転速度性能に適応するには圧縮比を下げなけれ ばならなくて、この場合自然吸引エンジンでは受入れられる圧縮比でデトネーシ ョンを生ずる。さらに潜在的なデトネーションの問題があるので、高オクタン価 の燃料が必要になっている。さらにエンジンは、ターボ過給機の損傷を避けると 共にデトネーションを避けるのに役立つようにピークのタービン流入温度を制御 するのに極めて濃いＷＯＴ（広く開いたスロットル）混合気で作動するように設 計しなければならないようになっている。

実際上エンジン設計者の主な目的の１つは、種種のエンジン回転速度に対し圧縮 比、点火タイミング、オクタン価の要求、空燃比及び許容ブースト圧力の変数を 最適にすることである。このような例はジャン・イーψライドキスト（Ｊａｎ　 Ｅ、　Ｒｙｄｑｕｉｓｔ　）等を発明者とする米国特許第４，４６７，６０７号 明細書に示しである。

この特許明細書ではエンジン回転速度の関数としての最高許容給気圧力（圧縮比 、空燃比及び点火タイミングの他の可変のパラメータを最適にしたものとする） は、与えられた燃料の品質及びノッキング防止のマージンに対し第２図にプロッ トしである。この場合ターボ過給機制御システムは、最高許容光てん圧力により 定まるエンジンノッキング限界に密接に追従するブースト圧力が得られるような 設計にしである。すなわち現今の技術動向は、全エンジン回転速度範囲にわたり 、デトネーションのおそれによってブースト圧力を最高にする方向に向かってい る。

エンジンターボ過給の際の不足分を考慮して、このようなエンジンは、極め狭い 市場すなわち「高い」性能に関心を持つ運転者に訴えるように主として設計しで ある。これ等の運転者の希望に適応するように、ターボ過給機は、エンジンが高 ｒｐｍの使用でピーク性能を生ずるという条件でエンジン構造に組込んである。

従ってピークのブースト圧力は高いエンジンｒｐｍで得られ、圧縮比を下げ高オ クタン価の燃料を使用して、このような高いブースト圧力に適応するように所要 の調整を行う。さらに、高いエンジン回転速度でエンジン性能を拡張するのに大 容量のタービン及び圧縮機を協働させる。従って内燃機関部品に加わる熱負荷が 増すことによシ、比較的高価な材料と共に比較的大きいラジェータ容量の使用を 必要とする。さらに最高のガス質量流量は著しく多くなることにょシ、比較的大 きいエアクリーナ、空気流量計、触媒コンバータ、排気システム部品等を必要と する。

低いエンジン回転速度性能を向上させることに注意が向けられているが、近年の 発展の主な推力は、高いエンジン回転速度性能の増加に対する市場の需要を満足 させるようにしている。このような発展によシ、燃料効率はあまシ増加しないで 動力システムの費用が全体として増加している。このようにして１つの努力とし て効率を増大し始めたシステムすなわち過給システムは、比較的高いエンジン回 転速度の運転で厳密な意味で性能を増大する手段となったがシステム全体では実 質的な費用が加わった。

このようなシステムは、これ等が向かっている極めて限定された市場には成功の もとに適合しているが、これ等のエンジンシステムは、極めて多数の運転者にめ られている特性は生じていない。過給エンシン又はターボ過給エンジンは、高い エンジン回転速度で最高動力を生ずるように設計され低速ないし中速のエンジン 回転速度では比較的低いトルクを生ずるから、このような構造は一般に、良好な 運転性、すなわち停止からの良好な加速、比較的容易な市内運転時の操縦へ安全 な傾斜路上の加速等を高いエンジン回転速度の運転を必要としないで好む平均的 な運転者に受入れられない。

これ等の特性は、従来は、大きい排気量の自然吸引式エンジンの使用で満足が得 られていたが、このようなエンジンは、実際に必要である以上の（そしてほとん ど使われない最高動力を生じ、そしてもちろん不必要に高いエンジン摩擦及びポ ンピング損失を伴い、従って効率も低い。今日求められている燃料経済上の要求 （将来の要求の見込みはなお一層きびしい）では、製造業者は、現在までの所最 適の操縦性を生じていないますます小形のエンジンに向かうよう−になっている 。

〔発明の説明〕

本発明は、前記した従来の欠点の多くを除くものである。本発明は、適合したブ ースト圧力又は吸気マニホルド圧力を生ずるように制御され、最適の操縦性すな わち低速ないし中速の範囲のエンジン回転速度における良好な加速、比較的容易 な市内運転時の操縦等を高いエンジン回転速度の運転を必要としないで生ずると 共に、平均の運転者に適当な最高動力を生ずるようにした過給機を提供するもの である。

本発明の１実施例によれば、内燃機関は、空気／燃料混合気が点火される燃焼室 を備えている。燃焼室への圧力を高めるように過給機を設けて、低いエンジン回 転速度で所定のブースト圧力を生じエンジン回転速度の増加に伴いブースト圧力 を低減するようにする。

この場合ブースト圧力は、ゲージ圧力（ｐｓｉｇ）を意味し、又吸気マニホルド 圧力という用語と互換性を持つように使われる。

すなわち本発明の１実施例によれば低いエンジン回転速度で比較的高いブースト 圧力が得られるが、この過給機は、エンジン吸気マニホルド圧力対エンジンｒｐ ｍの輪郭が一般にエンジン回転速度の増加に伴い負の傾斜を持つように制御され 又はとくに設計しである。

従ってこのように過給作用を受けるエンジンは、低いエンジン回転速度で極めて 高いトルクを生ずるが、比較的高いエンジン回転速度では適当な最高動力を保持 する。本発明の別の実施例によれば、エンジン回転速度又はエンジン回転速度を 指示する任意のパラメータを計測するセンサを設けである。このセンサに応答し て制御器によシ過給機を制御し、最高エンジン回転速度の４０％までのエンジン 回転速度で燃焼室へのブースト圧力が最高許容ブースト圧力に対し等しいか又は この圧力よシ低くなるようにする。最高エンジン回転速度の４０％以上のエンジ ン回転速度では、ブースト圧力を最高許容圧力よ）低くなるように制御する。制 御器は、最高許容ブースト以下一定のマージンのブースト圧力又は増大するマー ジンのブースト圧力を保持するようにされ、ブースト圧力がエンジン回転速度の 増加に伴い最高許容シースト値から遠ざかる（この許容値よシ絶えず低くなる） ようにしである。

従って本発明は、比較的小さい排気容量のエンジンに厳しく適合させたブースト 特性を適用するものである。基本の（自然吸引式の）エンジンに対し、空気吸入 口、排気システム又はエンジン冷却システムの最少の変更を行う。最高のブース ト圧力は低いエンジン回転速度で加えるが、高いエンジン回転速度ではほとんど 又は全くブースト圧力を加えない。最終の駆動比を選定することにより、低いエ ンジン回転速度では付加的なトルクを使い、自然吸引式の基本のエンジンに比べ 又は性能及び燃料経済の任意の組合せに比べて、向上した性能又は向上した燃料 経済が得られる。

本発明によシブ−スト圧力を加えるので、最高のブーストはデトネーションが避 けられるように十分に低く、比較的低オクタン価のガソリンを使うことができる 。さらにブースト給気を冷却する中間冷却器又はその他の部品のような付加的設 備を必要としない。最高のガス流量及び燃料流量は基本のエンジンの場合よシ多 くない。すなわちエアクリーナ、空気流量計、燃料ポンプ等を一層大きくする必 要がない。さらに熱負荷は自然吸引エンジンよシぎシぎシに大きくなるだけであ る。すなわち特殊な材料や部品の必要がなく、ラジェータ容量を大きくする必要 もない。

従って現在の技術レベルと本発明との間の差異は明らかである。前記したライド キスト等の特許明細書を含む現在の技術レベルにおける目標はデトネーションを 防止してエンジンから最高動力出力が得られるようにする最高許容ブースト圧力 を得ようとしている。これに反して本発明によれば、操縦性を高めるのに低いエ ンジン回転速度においてだけ最高許容ブーストを生じ、エンジン回転速度の増加 に伴いブーストを急速に低下させる。このようにしてエンジン設計者は、圧縮比 、点火タイミング及び空気／燃料比のような可変のパラメータを、高いエンジン 回転速度運転に対し自然吸引式エンジンで得られるのと同様に最適にすることが できる。

図面の簡単な説明 本発明の詳細について添付図面によシ説明する。

第１図は本発明による直列形エンジンを一部を切欠いて示す断面図である。

第２図は第１図の平面図である。

第６図は圧力増加装置の制御に使われるエンジンパラメータを示す本発明の圧力 増加部品の一部を切欠いた端面図である。

第４図は第６図に何区した制御単位のブロック図である。

第５図は本発明によりスロットル位置を変えるようにエンジン回転速度に対する エンジンブースト又は吸気マニホルド圧力の関係を示す線図である。

第５ａ図は成る特定エンジンの最高許容ブースト圧力と本発明の１実施例による ブースト圧力との間の関係を示す線図である。

第６図はエンジン回転速度に対するエンジンブースト圧力に関し第５図に示した 関係の変型を示す線図である。

第７図は本発明の好適な運転範囲に対するブースト圧力対エンジン回転速度（チ ）を示す線図である。

第８図は本発明及び従来のターボ過給エンジンのエンジン回転速度に対するエン ジンブースト圧力を示す線図である。

第９図は自然吸引式エンジンと比較した本発明の変型によるエンジンのエンジン 回転速度に対するエンジントルクの関係を示す線図である。

第１０図は本発明の他の変型によるエンジンの相対車両速度に対する相対けん引 力を示す線図である。

詳細な説明 本発明では、適合したブースト又は吸気マニホルド圧力を生じて最適の操縦特性 が得られるように制御され又はとくに設計した過給機を内燃機関に組込んで使用 するようにしである。このような特性は、停止からの良好な加速、低速ないし中 速の範囲のエンジン回転速度における加速、比較的容易な市内運転時の操縦性を 高いエンジン回転速度運転を必要としないで含む。

図面に例示した第１の実施例では、吸気フニホルド圧力を高める過給単位として ターボ過給機を使用する。

ターボ過給機を使用した第１実施例は、本発明の実施に使われる若干の圧力可変 装置の単に１例にすぎないのはもちろんである。すなわちこの第１実施例はター ボ過給機の使用を示すが任意の過給装置を使用することができる。過給装置又は 過給機という用語は、内燃機関に使われる可変圧力生成装置で、限定するもので はないが、ターボ過給機スクリュ圧縮機、プロワ（内部及び外部両方の圧縮ポジ ティブ容積形圧縮機）、ダイナミック圧縮機）等を含むのはもちろんである。す なわち本発明は、ターボ過給機の使用に限定するものではなくて、従来公知の又 は将来開発される他の可変圧力生成装置を含むのはもちろんである。

さらに以下に述べる第１実施例では、タービン及び圧縮機ロータの回転速度を変 えることによシブ−スト圧力を変えるのに、可変の入口幾何学的形状を持つター ボ過給機を使用している。しかし本発明は、その達成に可変の幾何学形状を持つ 入口の使用に限定するものではない。とくにブースト圧力を変える他の手段の使 用、たとえば排気逃し弁構造の使用と共に本発明の実施に指示されるようにブー スト圧力を変える他の方法の使用を行ってもよい。

第１図には本発明による直列形エンジンを一部を切欠いた断面図にして示しであ る。第２図は第１図の平面図である。第１図及び第２図に示すように直列４シリ ンダ２０は、コネクティングロッド２６を介してピストン２８を駆動するクラン クシャフト２４と共にシリンダ２２のような標準の部品を備えている。各ピスト ン２８は、カムシャフト及び協働する構造にょシ普通の方法で作動する排気弁３ ０及び吸気弁（図示してない）を持つ。

本発明は、このようなエンシンにこのエンジンの回転速度に適合させて過給を行 う方法及び装置にある。

第１図及び第２図に例示した実施例に示すようにこのような過給は、タービンハ ウジング５２に結合した圧縮機ハウジング５４と、それぞれハウジング内部で回 転するように取付けた圧縮機５８及びタービン５６とを持つターボ過給機５０を 使うことによって行う。圧縮機入口６２は、流入する空気又は空気／燃料混合気 を受入れるように設けである。又タービン排気口６０は消費ガスをターボ過給機 ５０から排出するように設けである。普通のターボ過給機の場合と同様に圧縮機 ５８は、空気又は空気燃料混合気をシリンダ２２に送出するように吸気マニホル ド８０に連通する出口６８を持つ。シリンダ２２からの排気は、排気弁３０を経 て排気マニホルド６６によジタービンハウジング５２の入口に送られる。本発明 ではノーパート・エル・オスボーア　（Ｎｏｒｂｅｒｔ　Ｌ、　０ｓｂｏｒｎ　 ）を発明者とする１９７９年１２月１８日付米国特許第４，１７９，２４７号明 細書ｒ可変面積のタービンノズルを持つターボ過給機ｊに示しである構造を持つ ターボ過給機を使う。

このような特許明細書の内容は本願の説明に参照しである。

この特許明細書の内容は本発明に参照しであるから、その詳細な説明は省くこと にする。しかしこの特許明細書に記載しであるターボ過給機構造では、可変面積 の幾何学的形状を持つ入口を使いタービンへの入口とタービンロータとの間でこ の入口内に円周方向に取付けたノズル羽根を設けである。第６図に示すようにこ れ等のノズルの面積は、タービンロータの入口内に位置させた羽根８２の運動に よシ制御される。このような羽根は適当な機械的制御器８４によシ制御する。各 羽根８２を操作し回動させることによジタービンロータへの入口面積を増減する 。入口面積のこの変化によジタービンロータに差向けられるガスの速度を変えて ロータの出力を変える。制御器８４は後述のように比例制御器９０によシ制御す る。

なお第６図には本発明によるターボ過給機の特定の制御を例示しである。第６図 に明らかなように、制御器８４は、羽根８２の１枚を取付けた延長部分９４に末 端を連結した制御棒９２を制御する。制御棒９２及び延長部分９４の運動によシ 、各羽根８２を同時に回動する相互連結りンケージを回動して、タービン５６に 当たる排ガスの速度を増減する。

制御器８４は、第４図に詳細に例示した比例制御器９０によシ制御する。本発明 の１実施例では制御器９０は、複数個のセンサ１００，１０２，１０４からアナ ログ入力を受けてマイクロプロセッサに使用できるディジタルフォーマットに変 換する変換システムを持りマイクログロセツサである。このマイクロプロセッサ は自動車エンジンマネージメントシステムに使われて込る一般型のものである。

比例制御器９０は又、このマイクロプロセッサから制御器８４に送られる信号を 増幅する増幅システムを備えている。マイクロプロセッサは、ノズル面積の変化 従って本発明により得られるようにターボ過給機圧縮機によシ生ずるブースト又 は吸気マニホルド圧力によジタービン出力を制御するようにプログラムしである 。

第４図に示すように各センサ１００．　１０２．　１０４は、それぞれエンジン 回転速度、スロットル位置及び吸気マニホルド圧力を計測するように設けられ、 このマイクロプロセッサに使うためにディジタル形に変換する場合に比例制御器 ９０に読込む対応するアナログ信号を生ずる。第３図及び第４図の例は吸気マニ ホルド圧力の計測を示すが、マニホルド圧力を指示する他のパラメータ、たとえ ばシリンダへの空気質量流量、燃料流量又はエンジントルクの計測値を代シに使 ってもよい。これ等の各センサは、各アナログディジタルコンバータ１０６，１ ０８，１１０に送るアナログ信号を生ずる。これ等の各センサによシ生ずる信号 は、計測するパラメータの数値を表わす１連のディジタル語に対応アナログディ ジタルコンバータ内で変換される。

各アナログディジタルコンバータによシ生ずるディジタル化信号は、比例制御器 ９０内に設けたマイクロプロセッサ１２０に送られる。マイクロプロセッサ１２ ０は、各センサ１００，１０２，１０４により計測されるパラメータを表わすデ ィジタル信号を受ける。

マイクロプロセッサ１２０は、適当なアルゴリズムによシ受信信号の組合せを評 価し、本発明によシターボ過給機の作動を制御する信号を生ずる。マイクロプロ セッサ１２０により生ずる出力信号は、対応するノズル制御信号を生ずるディジ タルアナログコンバータ１２２に転送する。ディジタルアナログコンバータ１２ ２の出力は、ノズル制御信号を増幅する制御単位ドライバ回路１２４に接続しで ある。増幅された信号は各ノズル羽根８２を選択的に位置決めするようにノズル 面積制御器８４に伝送する。ドライバ回路１２４は、ノズル制御信号の増幅を行 うだけでなく、又比例制御器９０を制御器８４からと共に比例制御器９０の領域 内に生ずる任意の擬似信号から隔離する。

本発明の比例制御器９０及び各センサ１００．　１０２゜１０４は、点火タイミ ング及び燃料計量用に自動車エンジン制御のために従来開発された技術を利用す る。

このような既存のシステムはＳＡＥテキストの１９８８年２月刊行５ｐ−７５９ の「エンジン及びドライブラインの制御システム、新規の開発及び傾向Ｊに記載 しである。このテキストの情報は本説明に参照しである。

この制御システムの操作に当たっては、マニホルド圧力を読み、特定のアルゴリ ズムと共にエンジン回転速度によシ定まる所望の圧力と比較する。この所望の圧 力がマニホルド圧力よシ低いか又は高い場合に制御器は各ノズル羽根の位置を適 当に変え、各羽根を閉じて圧力を高め又各羽根を開いて圧力を下げる等の作用を 行って所望のブーストを生ずる。この制御処理はもちろん連続的である。

本発明によればブースト圧力はエンジン回転速度と共に制御され、ターボ過給機 によシ低いエンジン回転速度で所定のブースト圧力を生じエンジン回転速度の上 昇に伴いブースト圧力を連続的に低下させデトネーションに対し防止マージンが 増大するようになる。この関係の例を第５図に示しである。第５図から明らかな ように本発明の１実施例ではブースト圧力は、比較的低いエンジン回転速度たと えば広く開いたスロットルで１２００ないし１６００　ｒｐｍにおいて最高値に なる。第５図に示した例では広く開いたスロットルにおけるこのエンジン回転速 度のブースト圧力は９　ｐｓｉｇの程度である。エンジン回転速度の増加に伴い 、この圧力生成装置は、ブースト圧力を低下させるように制御され又は設計しで ある。この例に示したようにブースト圧力は、エンジン回転速度の増加に伴い連 続的に低下し、４．８０　Ｏｒｐｍの程度の高いエンジン回転速度でブースト圧 力は１ないし２　ｐｓｉｇになる。このシステムは、高い方のエンジン回転速度 でブースト圧力が零になシ又は負になるように設定しである。第５図は又、部分 的絞シ作用に対するブースト圧力対エンジン回転速度を示す。とくに線１３２， １３４，１３６は広く開いたスロットルの９０％、８０％及び７０％に対するこ の関係を示す。

本発明の別の実施例では、ブースト圧力はエンジン回転速度の増加に伴い低下す るだけではない。この低下は、最高エンジン回転速度の４０％以下のエンジン回 転速度の値に対してブースト圧力が最高許容ブースト又はそれ以下になシ、又こ のレベル以上のエンジン回転速度に対してブースト圧力が最高許容ブースト圧力 よ＃）特定のマージン分だけ低くなるようにしである。

１実施例ではこの特定のマージンは一定である。なお別の実施例ではエンジンブ ーストは、ブースト圧力がエンジン回転速度の増加に伴い最高許容ブースト圧力 から遠ざかる（すなわちこのブースト圧力よシ絶えず低くなる）ようにしである 。最高許容ブースト圧力は、燃料の品質又はオクタン価、圧縮比、点火タイミン グ及び空気／燃料比を考えたときに許容できる（デトネーションからの適当な防 止マージンを許容する最高圧力である。最高許容ブースト圧力に関してさらに述 べるために、圧縮比、点火タイミング及び排ガス温度の拘束のような独立変数に 対してゼット・フイリツビ（Ｚ、　Ｆｉｌｉｐｉ　）　、ストーヤン・ペトロビ ック（ＳｔｏｊａｎＰｅｔｒｏｖｉｃ　）及びミラン・ポボビツク（Ｍｉｌａｒ 　Ｐｏｐｏｖｉｃ）によるＳＡＷ文書文書第８９０４芳８ 中間冷却気化器エンジンの開発及び実験的研究」を参照しである。

本発明では制御器は、最高エンジン回転速度の４０チ以下の最高許容レベルでブ ースト圧力を生ずるように作用するが、このレベル以上のブースト圧力を制限す る。この４０％のレベルは、このレベルがデトネーションによシ生ずるエンジン 損傷の可能性の増大のおそれを表示する点で重要である。このレベル以上のブー ストを制限することによシ、エンジン損傷のおそれは実質的に減る。さらに最高 エンジン回転速度の４０チ及びそれ以下では、このｒｐｍ領域が多くの運転が行 われるエンジン回転速度を表わすので最高の操縦性（たとえば最高トルク）が望 ましい。

このことはライドキスト等の特許明細書に示しであるようにターボ過給エンジン を種種のエンジン回転速度における最高許容給気圧力にできるだけ近い圧力で作 用するように設計した従来の技術とは異なっている。

本発明では所定のレベルよシ高いエンジン回転速度に対しては、ブースト圧力は 、許容最高値よシ低く１実施例では一層高いエンジン回転速度では最高許容ブー スト圧力から遠ざかる。この関係は第５ａ図に示しである。第５ａ図では線１３ ８はエンジン回転速度の関数としての最高許容給気圧力の基本値を表わす。当業 界にはよく知られているように、これ等のパラメータを固定し、デトネーション を避は排ガス温度を特定のレベル以下に保持するように拘束内で作用した後、最 高許容ブースト圧力は経験的に定めることができる。

最高許容ブースト圧力のこのような基本値は曲線１３８により第５ａ図に示しで ある。曲線１３８は、加鉛９７　ＲＯＮベトロールで駆動され、普通の給気圧力 制御の行われる標準の構造において２４　Ｑ　Ｎｍ　ＤＩＮの最高トルクで１１ ４ｋＷの最高動力を生ずるように作られた４シリンダ２．１ｔターボ過給エンジ ンを代表している。これ等の仕様は、ライドキスト等の前記した特許明細書から 取ったものであシ、単に説明用に提供したものである。次いで第５ａ図の曲線１ ３０′はエンジン回転速度を変えるだめのブースト圧力を表わす。

この例では最高エンジン回転速度の４０％までのエンジン回転速度でブースト圧 力は最高許容圧力以下であシ、又このような所定レベル以上のエンジン回転速度 に対してはブースト圧力は最高許容圧力より低い。なおとくに本発明によれば最 高エンジン回転速度の４０％までのエンジン回転速度ではブースト圧力は最高許 容圧力に等しく又はそれ以下に設定しなければならない。このような所定のレベ ル以上のエンジン速度に対してはブースト圧力は最高許容ブーストより低くなけ ればならない。

本発明のなお別の実施例によれば所定のエンジン回転速度レベル以上ではブース ト圧力は最高許容圧力以下で一定のマージンに保持される。又本発明のさらに別 の実施例では最高エンジン回転速度の４０％以上のエンジン回転速度に対してブ ースト圧力は最高許容圧力から遠ざかる。この実施例ではエンジン回転速度の増 加に伴い最高ブーストと最高許容ブースト圧力との間に増大するマージンを設け る。

従って本発明の利点が得られ、すなわちデトネーションを避け、比較的低いオク タン価の燃料の使用ができ、エンジンの付加的冷却の必要を減らすことができる 。この構造によシ、高いエンジン回転速度の全ブースト圧力に対し設計されたエ ンジンで工／ジン部品を一層大きくする必要、たとえばエアクリーナ、空気流量 計、触媒コンバータ及び排気システム部品を一層大きくする必要がなくなる。重 要なことにはこの構造により、高いエンジン回転速度でデトネーションの結果と して生ずる主なエンジン損傷のおそれがなくなる。

制御器及びその中のマイクロプロセッサは、ブースト圧力対エンジン回転速度の 輪郭がエンジン回転速度の増加に伴い、一定の傾斜以外のものでもよいが、一般 に負の傾斜を持つように構成しである。１実施例ではブースト圧力対エンジン速 度の輪郭は所定のレベル以上の速度で最高許容ブーストより一定のマージンだけ 低い。なお別の実施例ではブースト圧力は、エンジン回転速度の増加に伴い最高 許容ブーストから遠ざかる。これ等の変型は、タービン入口ノズル羽根８２の位 置をマイクロプロセッサによシ制御することによって得られ、このようなタービ ンロータに当たる排ガスの速度を変え次いでこのタービンロータの出力を変えて 、圧縮機によシブ−スト圧力を吸気マニホルドに送る。ターボ過給機又はその他 の使用過給機のその他の制御法は吸気マニホルド圧力を変えるのに容易に使われ るのはもちろんである。前記の説明はエンジン回転速度と共にブースト圧力の制 御に関するものであるが、このような制御はエンジン回転速度を示すパラメータ と共に得られるのはもちろんである。たとえばこのような制御は、オルタネータ 回転速度、ディストリビュータ回転速度、点火事象の数と共にその他に対応する ようにすることができる。同様に制御は、車両の速度及び歯車比と共に取った燃 料消費に基づいて行われ、エンジン回転速度に従ってブースト圧力を制御するこ とに関して前記したのと同じ結果が得られるようにしである。本発明は、前記し たようにブースト圧力を制御するためにエンジン回転速度を示す任意のパラメー タの使用を拘括するものである。

さらにエンジン設計者は、エンジンブーストを下げないでレベルを維持するか又 はティラー（ｔａｉｌｏｒ　）トルクまでわずかに増す場合に成る程度のプラト ー状態を生ずるように選定するのはもちろんである。しかしこの場合の全輪郭は エンジン回転速度の増加に伴いブースト圧力が低下する。このような構造は第６ 図に示しである。第６図ではエンジンは、エンジン回転速度の増加に伴い曲線１ ４０に従ってブースト圧力を低下させるように制御される。このような曲線は、 エンジン回転速度の増加に伴いブースト圧力が全体として低下する状態を保持す るがプラト一部分又はその他の変化部分１４２，１４４を持つ。本発明の範囲内 でこのような又類似した配置が考えられる。

本発明はその目的として、低いエンジン回転速度では所定のブースト圧力を生じ 一層高い回転速度では吸気マニホルド圧力が低下し又は一層低くなるようにする ものである。第７図に明らかなように最適の運転領域は広く開いたスロットルに 対して定められる。この領域は、最高エンジン回転速度の６０チでブースト圧力 が約４ないし１１　ｐｓｉｇになり１００％エンジン回転速度で約０ないし４ｐ ｓｉｇになるように定める。すなわち５．ＯＤ　Ｏｒｐｍの最高回転速度を持つ エンジンではブーストは１５００　ｒｐｍで約４ないし１１　ｐｓｉｇであシ、 約５００　Ｏｒｐｍでは約０ないし４　ｐｓｉｇの範囲である。

第８図は本発明におけるエンジン回転速度に対するブースト圧力の輪郭をターボ 過給エンジンにおける現用の輪郭と比較したものである。第８図に示すようにハ ツチング区域１８０は本発明によるブースト圧力対エンジン回転速度を示すが、 線１８２によシ示した境界内の区域は現用のターボ過給の輪郭を示す。線１８４ によシ示した境界内の区域は従来のターボ過給を示す。

とくに現用及び従来の構造ではターボ過給機は、ブースト圧力を低いエンジン回 転速度から最高ブースト圧力に高め又ブースト圧力をエンジン回転速度の増加を 通じて高めたレベルに保つように制御されている。このことは本発明とは異なシ 、本発明ではブースト圧力は低いエンジン速度で最高レベルにあり次いで低下す る。

実質的な利点は本発明を応用したときに得られる。

第１に本発明によシブ−スト圧力を加えるので、種種のエンジン回転速度におけ る最高ブーストはデトネーションを避けるように十分低く比較的低いオクタン価 のガソリンを使うことができる。さらにシースト給気を冷却する中間冷却器又は その他の部品のような付加的な設備は、これ等を本発明の若干の応用例では組込 んでもよいが必要がなくなる。最大のガス流量は基本のエンジンの場合よシぎり ぎシに多いだけである。すなわちエアクリーナ、空気流量計、触媒コンバータ又 は排気システム部品を一層大きくする必要がない。さらに最高の熱負荷は自然吸 引のエンジンよシぎシぎシに大きいだけである。すなわち特殊な材料又は部品或 は一層大きい容量のエンジン冷却部品を必要としない。

しかし本発明によるエンジンを運転することによシ生ずる低いエンジン回転速度 トルクは自然吸引エンジンよシ実質的に増す。第９図には典型的な２．５を自然 吸引４シリンダエンジンと、ターざ過給機を使う本発明によシ運転する典型的な ２．５　ｔ　４シリンダエンジンと、典型的な６．Ｏｔ自然吸引６シリンダエン ジンとのトルクを比較して示しである。２．５ｔの自然吸引４シリンダエンジン のトルクｌｂ、ｆｔは曲線１５０によシ示しである。本発明によシ修正した同じ エンジンのトルクは曲線１５２により示しである。又６．Ｏ２自然吸引６シリン ダエンジンによシ生ずるトルクは曲線１５４によシ示しである。曲線１５２は第 ５図に示したようなブースト圧力を使い広く開いたスロットルにおけるエンジン 回転速度に対するトルクを計算したものである。

４シリンダ自然吸引エンジンは平均的運転者の必要に対し高いエンジン回転速度 の運転で十分な最高トルク（及び馬力）を生ずる。又６シリンダ自然吸引エンジ ンは、低いエンジン回転速度のトルクであるが正常な駆動条件のもとで使われる よシも一層高いエンジン回転速度トルク（及び馬力）を生ずる。ハツチング区域 １５６は、全体として良好な操縦性すなわち低いエンジン回転速度時の良好なト ルクと共に高いエンジン回転速度時の十分な動力を生ずる、トルク又は動力の範 囲を定める。この性能は曲線１５２により表わした本発明によシ得られるのは明 らかである。

図示のように本発明によシ４シリンダ自然吸引エンジンのトルクを低い回転速度 範囲で６シリンダ自然吸引エンジンのトルクにほぼ等しいレベルまで向上すると 共に、高い回転速度範囲で適当なただしわずかだけしか向上していないトルクを 保持する。この構造は、低いエンジン回転速度時の高いトルク（たとえば１７０ １ｂ−ｆｔに近い）を持つと共に高い方のｒｐｍで適当な最高トルク（１Ｑ　５ １ｂ−ｆｔに近い）を保つ平均的運転者に対する操縦性の要求に理想的に適して いる。しかしこれ等の改良は、前記したように４シリンダエンジンにわずかな付 加的費用及び修正を加えることによシ行われる。

最終駆動比を選定することによシ、付加的なトルクを使い、基本のエンジンに比 べて向上した操縦性又は向上した燃料経済或は向上した性能及び向上した性能の 任意の組合せが得られる。たとえば第１０図は２．５を自然吸引式４シリンダエ ンジンに対する相対けん引力〔曲線１５０〕をプロットしたものであり、各曲線 １６０．１６２，１６４は、それぞれ１．００．１．１０及び１．２０の相対駆 動比を使い本発明により変更した同じエンジンによシ生ずる相対けん引力を示す 。すなわちけん引力は燃料経済に加わる対応する影響に適合させることができる 。

すなわち本発明では、適合したブースト圧力を生じて最適の操縦性を生じ、しか も高いエンジン回転速度の運転の必要がなく又過給を適用する自然吸引式の基本 エンジンを実質的に変更しないでできるように制御し又は設計した任意の構造の 過給機を使用する。本発明では吸気マニホルド内の圧力を高めるように過給機を 設ける。この過給機を制御するように制御構造を設けて、低いエンジン回転速度 で所定のブースト圧力を生ずるが、高いエンジン回転速度では一層低いブースト 圧力を生ずる。或はブースト装置は、この説明で教示しだブースト圧力対エンジ ン回転速度特性を自動的に生ずるように構成できる。

すなわち低いエンジンｒｐｍで実質的に高いブースト圧力を生ずるが、過給機は 、エンジン吸気マニホルド圧力対エンジン回転速度の輪郭がエンジン回転速度の 増加に伴い実質的に負の傾斜を持つように設計する。

従ってエンジンは低いエンジン回転速度時に極めて高いトルクを生ずると共に一 層高いエンジン回転速度では適当な最高動力を維持する。エンジンの空気流入又 は排気システムをわずかに変えるだけでよい。これは、低いエンジン回転速度で は最高のブースト圧力が加わシ高いエンジン回転速度ではブースト圧力がほとん ど又は全く加わらないことによる。すなわち最高のブースト圧力は、エンジン回 転速度により考えると、デトネーションが避けられるように十分に低く比較的低 オクタンのガソリンを使うことができる。さらにシースト給気を冷却する中間冷 却器又はその他の部品のような付加的な設備は必要としない。最大のガス流量は 基本エンジンの場合よシ多くはない。すなわちエアクリーナ、空気流量計、触媒 コンバータ又は排気システムの部品は一層大きくする必要がない。さらに最高熱 負荷は自然吸引式エンジンよシぎりぎシに大きいだけであシ、特殊な材料又は部 品を必要としない。

以上本発明をその実施例について詳細に説明したが本発明はなおその精神を逸脱 しないで種種の変化変型を行うことができるのはもちろんである。

ブースト（ＰＳＩＧ） ブースト（ＰＳＩＧ）　−一＋ ＷＯＴ　ブースト圧力（ＰＳＩＧ） ブースト圧力（ＰＳＩＧ）−一＋ ブレーキトルク（ＬＢＳ／ＦＴ） 相対車両速度 手続補正書（斌） １、事件ノ表示　ＰＣＴ／ＵＳ８９１０２５５９２、発明の名称　適合させたブ ースト圧力を使う過給方法及び過給装置 ３、補正をする者　事件との関係　特許出願人（平成２年１２月１１日発送） ７、釘の内容　別紙のとおり 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．エンジン駆動のために空気／燃料混合気を点火するようにした燃焼室と、 この燃焼室への圧力を高める過給機と、エンジン回転速度を指示する任意のパラ メータを検知するセンサと、 このセンサに応答して前記過給機を制御し、所定エンジン回転速度まてのエンジ ン回転速度では前記燃焼室へのブースト圧力が最高許容ブースト圧力に等しいか 又はこの圧力より低くなり、又所定以上のエンジン回転速度に対しては前記ブー スト圧力が最高許容圧力より低くなるようにした制御器と を包含する内燃機関。 ２．前記制御器により最高エンジン回転速度の４０％以上のエンジン回転速度に 対しブースト圧力を制御しこのブースト圧力が最高許容圧力より一定のマージン 分だけ低くなるようにした請求項１記載の内燃機関。 ３．制御器により最高エンジン回転速度の４０％以上のエンジン回転速度でブー スト圧力を制御しこのブースト圧力が最高許容圧力より低くこの許容圧力から遠 ざかるようにした請求項１記載の内燃機関。 ４．燃焼室への圧力の前記の低下が最高エンジン回転速度の約３０％から１００ ％のエンジン回転速度まで実質的に一様にした請求項１記載の内燃機関。 ５．最高値の３０％ないし１００％のエンジン回転速度における燃焼室への前記 ブースト圧力を、３０％における１１ｐｓｉｇの座標から１００％５における４ ｐｓｉｇの座標までの線により定まる値よりは低く又３０％における４ｐｓｉｇ の座標から１００％における０ｐｓｉｇの座標まての線により定まる値よりは高 くした請求項１記載の内燃機関。 ６．室内部で点火する空気／燃料混合気を受ける燃焼室と、 この燃焼室への圧力を高める過給機と、エンジン回転速度又はスロットル位置或 はエンジン回転速度やスロットル位置を指示する任意のパラメータを検知するセ ンサと、 このセンサに応答して前記過給機を制御し、最高エンジン回転速度の４０％まで のエンジン回転速度では前記燃焼室へのブースト圧力が最高許容ブースト圧力に 等しいか又はこの圧力より低くなり又最高エンジン回転速度の４０％以上のエン ジン回転速度に対してはブースト圧力が前記最高許容圧力より所定のマージン分 だけ低くなるようにした制御器と を包含する内燃機関。 ７．維持されたブースト圧力及び最高許容圧力の間のマージン分がエンジン回転 速度の増加に伴い増すようにした請求項６記載の内燃機関。 ８．維持されたブースト圧力及び最高許容圧力の間のマージン分がエンジン回転 速度の増加に対し一定であるようにした請求項６記載の内燃機関。 ９．最高値の３０％ないし１００％のエンジン回転速度における燃焼室への前記 ブースト圧力を、３０％における１１ｐｓｉｇの座標から１００％における４ｐ ｓｉｇの座標までの線により定まる値よりは低く又３０％における４ｐｓｉｇの 座標から１００％における０ｐｓｉｇの座標までの線により定まる値よりは高く した請求項６記載の内燃機関。 １０．空気／燃料混合気を内部で点火する燃焼室と、この燃焼室への圧力を高め てエンジン吸気マニホルド圧力対エンジン回転速度の輪郭がエンジン回転速度の 増加に伴い実質的に負の傾斜を持ち又最高エンジン回転速度の４０％以上のエン ジン回転速度に対しては最高許容ブースト圧力より低くなるようにした過給機と を包含する内燃機関。 １１．最高値の３０％女いし１００％のエンジン回転速度にかける燃焼室へのブ ースト圧力を、３０％における１１ｐｓｉｇの座標から１００％における４ｐｓ ｉｇの座標までの線により定まる値よりは低く又３０％における４ｐｓｉｇの座 標から１００％における０ｐｓｉｇの座標までの線により定まる値よりは高くし た請求項１０記載の内燃機関。 １２．空気／燃料混合気を点火する燃焼室と、この燃焼室への圧力を選択的に高 める過給機手段とを持つ内燃機関で、 前記過給機手段を制御して、低いエンジン回転速度では所定のブースト圧力を、 又最高エンジン回転速度の４０％以上のエンジン回転速度に対しては最高許容ブ ースト圧力より低くてエンジン回転速度の増加に伴いほぼ連続的に低下するブー スト圧力をそれぞれ生ずるようにする方法。 １３．燃焼室への圧力を最高エンジン回転速度の約３０％から１００％まで一様 に低下させる請求項１２記載の方法。 １４．ブースト圧力を制御して、最高値の３０％ないし１００％のエンジン回転 速度ではブーストが３０％における１１ｐｓｉｇの座標から１００％における４ ｐｓｉｇの座標までの線により定まる値より低く又３０５における４ｐｓｉｇの 座標から１００％における０ｐｓｉｇの座標までの線により定まる値より高くな るようにする請求項１２記載の方法。 １５．空気／燃料混合気を点火する１個又は複数個の燃焼室と、前記燃焼室への 圧力を選択的に高める過給機手段とを持つ内燃機関で、 前記過給機手段を制御し低いエンジン回転速度では高いエンジン回転速度におけ るよりも一層高いブースト圧力を生ずるようにし、 前記過給機手段を制御し最高許容ブースト圧力以下のレベルにおいて最高エンジ ン回転速度の４０％以上のエンジン回転速度でブースト圧力を生ずるようにする ことから成る方法。 １６．ブースト圧力を制御して、最高値の３０％ないし１００％のエンジン回転 速度でブーストが３０％で１１ｐｓｉｇの座標から１００％で４ｐｓｉｇの座標 までの線により定まる値よりは低く３０％で４ｐｓｉｇの座標から１００％で０ ｐｓｉｇの座標までの線により定まる値よりは高くなるようにする請求項１５記 載の方法。 １７．それぞれ吸気マニホルドに連通する吸気弁と排気弁とを持ち又それぞれ内 部で可動なピストンを持つ複数個のシリンダと、 これ等のシリンダに空気／燃料混合気を供給する燃料空気供給手段と、 前記空気／燃料混合気に点火する点火手段と、前記吸気マニホルド内の圧力を高 める過給機手段と、この過給機手段を制御し最高エンジン回転速度の４０％以上 のエンジン回転速度に対して最高許容ブースト圧力以下であるブースト圧力を生 ずるようにした制御手段と を包含する内燃機関。 １８．最高エンジン回転速度の４０％以上のエンジン回転速度におけるブースト 圧力を、最高許容ブースト圧力より一定のマージン分だけ低くした請求項１７記 載の内燃機関。 １９最高エンジン回転速度の４０％以上のエンジン回転速度に対するブースト圧 力を、最高許容ブースト圧力より、増加するエンジン回転速度に対する増加する マージン分だけ低くした請求項１７記載の内燃機関。 ２０．最高値の３０％ないし１００％のエンジン回転速度における燃焼室への前 記ブースト圧力を、３０％における１１ｐｓｉｇの座標から１００％における４ ｐｓｉｇの座標までの線により定まる値よりは低く又３０％における４ｐｓｉｇ の座標から１００５における０ｐｓｉｇの座標までの線により定まる値よりは高 くした請求項１９記載の内燃機関。