JPH04272429A - ターボ過給機付き内燃機関 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上流端がターボ過給機
のポンプインペラよりも上流側の吸気管内に連通すると
共に下流端がターボ過給機のポンプインペラとスロット
ル弁との間の吸気管内に連通するバイパス通路と、この
バイパス通路を開閉するバイパス弁とを具えたターボ過
給機付き内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】カルマン渦式流量計は、管路内を流れる
流体の流量を迅速且つ高精度に検出できることから、例
えば内燃機関に対する吸入空気量を検出するセンサ等と
して利用されている。このカルマン渦式流量計では、管
壁に沿って形成されるカルマン渦を何らかの手段にて計
数することにより、流体の流量を測定するようにしてい
るため、管路内を流れる流体がほぼ層流状態となってい
る必要がある。

【０００３】ところで、ターボ過給機を搭載した内燃機
関においては、車両の減速時に吸気管内がスロットル弁
により塞がれた状態となり、ポンプインペラの回転に伴
って圧縮された吸入空気が大きな背圧となり、スロット
ル弁やポンプインペラ等のメカニズムに悪影響を及ぼす
虞がある。

【０００４】このため、ターボ過給機を搭載した内燃機
関においては、ポンプインペラの上流側及び下流側にて
吸気管内に連通するバイパス通路を形成し、車両の減速
時にはポンプインペラの回転に伴って圧縮された吸入空
気がバイパス通路と吸気管との間を循環させ、スロット
ル弁やポンプインペラ等のメカニズムに悪影響を及ぼさ
ないように工夫したものが考えられている。

【０００５】このような構造を採用したターボ過給機付
き内燃機関の吸気系の一例を表す図４に示すように、吸
気弁１０１を介して機関１０２の燃焼室１０３に連通す
る吸気管１０４の途中には、排気弁１０５を介して機関
１０２の燃焼室１０３に連通する排気管１０６の途中に
組み込まれた図示しないタービンインペラと同軸一体の
ポンプインペラ１０７が組み込まれている。このポンプ
インペラ１０７と当該ポンプインペラ１０７よりも下流
側の吸気管１０４の途中に形成されたサージタンク１０
８との間の吸気管１０４の途中には、機関１０２の燃焼
室１０３側への吸入空気量を調整するためのスロットル
弁１０９が設けられ、更に吸気管１０４の最上流端に設
けられたエアクリーナ１１０の下流側には、エアフロー
センサ１１１が組み込まれている。

【０００６】下流側がポンプインペラ１０７とスロット
ル弁１０９との間の吸気管１０４内に連通すると共に上
流側がポンプインペラ１０７とエアフローセンサ１１１
との間の吸気管１０４内に連通するバイパス通路１１２
には、このバイパス通路１１２を開閉し得る機械式のバ
イパス弁１１３が設けられている。

【０００７】このバイパス弁１１３は、圧縮ばね１１４
が組み込まれたばね室１１５と弁体１１６が突設された
ベローズ１１７を挾んでこのばね室１１５と対向するリ
リーフ室１１８とを有し、ばね室１１５にはスロットル
弁１０９よりも下流側の吸気管１０４内に連通する第一
の調圧通路１１９が接続する一方、リリーフ室１１８に
はポンプインペラ１０７とスロットル弁１０９との間の
吸気管１０４内に連通する第二の調圧通路１２０が接続
している。

【０００８】従って、スロットル弁１０９が開いてポン
プインペラ１０７により圧縮された吸入空気が抵抗なく
機関１０２の燃焼室１０３側へ供給される状態では、ス
ロットル弁１０９の上流側と下流側とで圧力差が発生せ
ず、第一の調圧通路１１９内の圧力と第二の調圧通路１
２０内の圧力とは等しくなる。このため、バイパス弁１
１３の弁体１１６は圧縮ばね１１４のばね力によりバイ
パス通路１１２内を塞いだ通常の状態となる。

【０００９】ここで、運転者がアクセルペダルの踏み込
みを中止して車両が減速状態に移行すると、スロットル
弁１０９が閉じて吸気管１０４内を塞いだ状態となり、
このスロットル弁１０９の上流側と下流側とで圧力差が
発生し、スロットル弁１０９の上流側が正圧となると共
にその下流側が負圧となる。これにより、バイパス弁１
１３のばね室１１５内が負圧でリリーフ室１１８内が正
圧となり、圧縮ばね１１４のばね力に抗して弁体１１６
が図中、上方に持ち上げられ、バイパス通路１１２が開
いた状態となり、ポンプインペラ１０７により圧縮され
た吸入空気はバイパス通路１１２及びエアフローセンサ
１１１とスロットル弁１０９との間の吸気管１０４を循
環するようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ターボ過給機付き内燃
機関の吸気系にバイパス通路とこのバイパス通路を開閉
するバイパス弁とを組み込んだ図４に示す如き構造のも
のでは、車両の減速時におけるバイパス通路１１２の開
放動作を早めるためには、圧縮ばね１１４のばね力を弱
めに設定する必要がある。

【００１１】ところが、圧縮ばね１１４のばね力を弱め
に設定すると、車両が減速状態から加速状態に移行する
際に、バイパス通路１１２の閉鎖動作が緩慢となること
に加え、いわゆるターボラグにより車両の加速性が損な
われることとなる。このため、車両の加速性を確保する
ためには圧縮ばね１１４のばね力を逆に強めに設定する
必要がある。

【００１２】そこで、圧縮ばね１１４のばね力を強めに
設定すると、車両が減速状態に移行する際にバイパス通
路１１２の開放動作が緩慢となり、ポンプインペラ１７
の慣性回転に伴って発生する圧縮された吸気の圧力波が
エアフローセンサ１１１側へ伝わってしまい、エアフロ
ーセンサ１１１としてカルマン渦流量計を用いたもので
は、このエアフローセンサ１１１の誤動作により吸気量
が過大に読み取られる結果、燃料が余分に供給されてい
わゆるオーバーリッチの状態となり、減速ショックを発
生する。

【００１３】ここで、圧縮ばね１１４のばね力を強めに
設定した場合と弱めに設定した場合とにおける車両の加
速時での弁体１１６の押圧力の変化を図５に示し、車両
の減速時での弁体１１６の押圧力の変化を図６に示す。 又、バイパス弁１１３のばね室１１５及びリリーフ室１
１８の圧力差と弁体１１６のリフト量との関係を図７に
示す。何れも圧縮ばね１１４のばね力を強めに設定した
場合を実線で示し、圧縮ばね１１４のばね力を弱めに設
定した場合を破線で示す。

【００１４】これらのグラフからも明らかなように、圧
縮ばね１１４のばね力は車両の加速性を左右すると共に
車両の減速時におけるエアフローセンサ１１１の誤動作
を招来する一因となる。このため、従来では車両の加速
性と減速性とを勘案してバイパス弁の作動圧を設定して
おり、加速性及び減速性に対してそれぞれ最適なバイパ
ス弁の作動圧を選択することができなかった。

【００１５】

【発明の目的】本発明は、車両の減速時にエアフローセ
ンサの誤動作を防止することに加え、車両の加速性を確
保するために車両の加減速時に最適なタイミングでバイ
パス弁の開閉を制御し得るターボ過給機付き内燃機関を
提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第１番目の本発明による
ターボ過給機付き内燃機関は、上流端がターボ過給機の
ポンプインペラよりも上流側の吸気管内に連通すると共
に下流端が前記ターボ過給機のポンプインペラとスロッ
トル弁との間の吸気管内に連通するバイパス通路と、こ
のバイパス通路を開閉するためのバイパス弁と、このバ
イパス弁を開閉するアクチュエータと、前記スロットル
弁の開度を検出するスロットル開度センサと、このスロ
ットル開度センサからの検出信号に基づいて前記アクチ
ュエータの作動を制御する電子制御ユニットとを具えた
ものである。

【００１７】又、第２番目の本発明によるターボ過給機
付き内燃機関は、上記第１番目の構成に加えてターボ過
給機のポンプインペラとスロットル弁との間の吸気管内
の圧力を検出する圧力センサを設け、電子制御ユニット
はこの圧力センサ及びスロットル開度センサからの検出
信号に基づいてアクチュエータの作動を制御するように
したものである。

【００１８】

【作用】第１番目の発明では、電子制御ユニットがスロ
ットル開度センサにより検出されたスロットル弁の開度
に基づいてアクチュエータの作動を制御する。

【００１９】例えば、スロットル弁が開放側に動いてい
る、即ち車両を加速させる必要があると判断した場合に
は、バイパス弁が閉じるようにアクチュエータを作動さ
せる。逆に、スロットル弁が閉塞側に動いている、即ち
車両を減速させる必要があると判断した場合には、バイ
パス弁が開くようにアクチュエータを作動させる。

【００２０】第２番目の発明では、電子制御ユニットが
スロットル開度センサにより検出されたスロットル弁の
開度及び圧力センサにより検出されるターボ過給機のポ
ンプインペラとスロットル弁との間の吸気管内の圧力に
基づいてアクチュエータの作動を制御する。

【００２１】例えば、スロットル弁が開放側に動くか或
いはポンプインペラとスロットル弁との間の吸気管内の
圧力が低下しつつある、即ち車両を加速させる必要があ
ると判断した場合には、バイパス弁が閉じるようにアク
チュエータを作動させる。逆に、スロットル弁が閉塞側
に動くか或いはポンプインペラとスロットル弁との間の
吸気間内の圧力が上昇しつつある、即ち車両を減速させ
る必要があると判断した場合には、バイパス弁が開くよ
うにアクチュエータを作動させる。

【００２２】

【実施例】第一の本発明によるターボ過給機付き内燃機
関の一実施例の概略構成を表す図１に示すように、吸気
弁１１を介して機関１２の燃焼室１３に連通する吸気管
１４の途中には、排気弁１５を介して機関１２の燃焼室
１３に連通する排気管１６の途中に組み込まれた図示し
ないタービンインペラと同軸一体のポンプインペラ１７
が組み込まれている。このポンプインペラ１７と当該ポ
ンプインペラ１７よりも下流側の吸気管１４の途中に形
成されたサージタンク１８との間の吸気管１４の途中に
は、機関１２の燃焼室１３側への吸入空気量を調整する
ためのスロットル弁１９が設けられ、更に吸気管１４の
最上流端に設けられたエアクリーナ２０の下流側には、
エアフローセンサ２１が組み込まれている。

【００２３】下流側がポンプインペラ１７とスロットル
弁１９との間の吸気管１４内に連通すると共に上流側が
ポンプインペラ１７とエアフローセンサ２１との間の吸
気管１４内に連通するバイパス通路２２には、このバイ
パス通路２２を開閉し得るバイパス弁２３が設けられて
いる。

【００２４】このバイパス弁２３は、圧縮ばね２４が組
み込まれたばね室２５と弁体２６が突設されたベローズ
２７を挾んでこのばね室２５と対向するリリーフ室２８
とを有し、ばね室２５にはスロットル弁１９よりも下流
側の吸気管１４内に連通する第一の調圧通路２９が接続
する一方、リリーフ室２８にはポンプインペラ１７とス
ロットル弁１９との間の吸気管１４内に連通する第二の
調圧通路３０が接続している。

【００２５】前記第一の調圧通路２９の途中には、ソレ
ノイド３１により開閉が切り換えられて本発明によるア
クチュエータとして機能する三方切換弁３２が設けられ
ており、この三方切換弁３２はバイパス弁のばね室２５
に対してスロットル弁１９より下流側の吸気管１４内及
びポンプインペラ１７とスロットル弁１９との間の吸気
管１４内の何れか一方を車両の加減速状態に応じて連通
させるものである。

【００２６】このため、三方切換弁３２を介してばね室
２５側に連通し得る調圧切換通路３３が第二の調圧通路
３０に接続している。又、三方切換弁３２のソレノイド
３１に対する通電の制御は、電子制御ユニット３４から
の指令に基づいて行われるが、非通電時にはこの三方切
換弁３２に組み込まれた圧縮ばね３５のばね力により、
ばね室２５と調圧切換通路３３とが連通した状態となる
。

【００２７】前記スロットル弁１９には、その開度を検
出するスロットル開度センサ３６とスロットル弁１９の
全閉状態を検出するアイドルスイッチ３７とが組み付け
られ、これらの検出信号が電子制御ユニット３４に出力
され、電子制御ユニット３４はこれらの検出信号に基づ
いて三方切換弁３２のソレノイド３１に対する通電を制
御するようになっている。

【００２８】この処理の流れを表す図２に示すように、
まずＳ１にてスロットル開度センサ３６からの検出信号
やアイドルスイッチ３７オン／オフ情報等の入力データ
を読み込み、Ｓ２にてアイドルスイッチ３７がオフ状態
であるか否かを判定する。

【００２９】このＳ２のステップにてアイドルスイッチ
３７がオフ状態である、即ちスロットル弁１９が全閉状
態ではないと判断すると、Ｓ３にて単位時間当たりのス
ロットル開度の変化量、つまりスロットル開度変化率ｄ
θが予め設定した負の判定値−ΘＳよりも小さいか否か
を判定する。

【００３０】このＳ３のステップにてスロットル開度変
化率ｄθが負の判定値−ΘＳよりも小さい、即ちスロッ
トル弁１９が比較的急速に閉じつつあると判断した場合
には、Ｓ４にてソレノイド３１に対する通電時間の終了
を規定するためのタイマーのカウントダウンを開始し、
Ｓ５にてソレノイド３１に対する通電を行って前記Ｓ１
のステップに戻る。

【００３１】これにより、三方切換弁３２の圧縮ばね３
５のばね力に抗して弁棒３８が図中、上方に押し上げら
れて調圧切換通路３３を塞ぐと共に第一の調圧通路２９
を開放し始める。この結果、スロットル弁１９の上流側
と下流側とでの圧力差に対応してバイパス弁２３の弁体
２６が図中、上方に持ち上げられ、バイパス通路１１２
が開いた状態となり、ポンプインペラ１７により圧縮さ
れた吸入空気はバイパス通路２２及びエアフローセンサ
２１とスロットル弁１９との間の吸気管１４を循環し始
める。

【００３２】つまり、スロットル弁１９が吸気管１４内
を塞ぐ方向に動き始めると、これに対応してバイパス通
路２２が開く方向にバイパス弁２３が直ちに作動するた
め、吸気脈動によるエアフローセンサ２１側への悪影響
を回避することができる。

【００３３】前記Ｓ３のステップにてスロットル開度変
化率ｄθが負の判定値−ΘＳよりも大きい、即ちスロッ
トル弁１９が閉じ方が緩やかであるか或いはスロットル
弁１９が開放側に動いていると判断した場合には、Ｓ６
にて今度はスロットル開度変化率ｄθが予め設定した正
の判定値ΘＯよりも大きいか否かを判定する。

【００３４】このＳ６のステップにてスロットル開度変
化率ｄθが正の判定値ΘＯよりも大きくない、即ちスロ
ットル弁１９の開閉動作緩やかであると判断した場合に
は、Ｓ４のステップにて開始されたタイマーのカウント
ダウンが終了したか否かをＳ７にて判定する。

【００３５】そして、このＳ７のステップにてタイマー
のカウントが０である、つまりカウントダウンが終了し
ていると判断した場合には、Ｓ８にてソレノイド３１に
対する通電を中止し、再び前記Ｓ１のステップに戻る。

【００３６】これにより、三方切換弁３２の圧縮ばね３
５のばね力が作用して弁棒３８が図中、下方に押し下げ
られ、バイパス弁２３のばね室２５と調圧切換通路３３
とが連通状態となる。この結果、ばね室２５内の圧力は
ポンプインペラ１７とスロットル弁１９との間の吸気管
１４内の圧縮状態の吸気と同じになり、弁体２６はこの
吸気の圧力と圧縮ばね２４のばね力とで図中、下方に押
し下げられ、バイパス通路２２が強制的に塞がれる。

【００３７】つまり、スロットル弁１９が急速に塞がら
ない状態ではバイパス通路２２を塞ぐことにより、ター
ボ過給機を正常に機能させ、ポンプインペラ１７により
圧縮された吸気が機関１２の燃焼室１３側に強制的に送
り込み、車両の加速性を向上させることができる。

【００３８】なお、本実施例ではスロットル弁１９の開
度をスロットル開度センサ３６とアイドルスイッチ３７
とで検出するようにしたが、スロットル弁１９の全閉状
態をスロットル開度センサ３６のみで確実に検出するこ
とができる場合には、アイドルスイッチ３７を省略して
も良い。又、本実施例では図４の構成に加えて三方切換
弁３２等を追加して車両の加速性を確保するようにした
が、図４に示すバイパス弁に代えて電子制御ユニットに
よりバイパス通路を連続的に開閉するアクチュエータ作
動の調整弁を用いるようにしても良い。

【００３９】このような第二の本発明による一実施例の
概念を表す図３に示すように、吸気弁１１を介して機関
１２の燃焼室１３に連通する吸気管１４の途中には、排
気弁１５を介して機関１２の燃焼室１３に連通する排気
管１６の途中に組み込まれた図示しないタービンインペ
ラと同軸一体のポンプインペラ１７が組み込まれている
。このポンプインペラ１７と当該ポンプインペラ１７よ
りも下流側の吸気管１４の途中に形成されたサージタン
ク１８との間の吸気管１４の途中には、機関１２の燃焼
室１３側への吸入空気量を調整するためのスロットル弁
１９が設けられ、更に吸気管１４の最上流端に設けられ
たエアクリーナ２０の下流側には、エアフローセンサ２
１が組み込まれている。

【００４０】下流側がポンプインペラ１７とスロットル
弁１９との間の吸気管１４内に連通すると共に上流側が
ポンプインペラ１７とエアフローセンサ２１との間の吸
気管１４内に連通するバイパス通路２２には、本発明の
アクチュエータであるステッピングモータ３９の作動に
よりこのバイパス通路２２を開閉し得る開閉調整弁４０
が設けられている。

【００４１】前記スロットル弁１９には、その開度を検
出するスロットル開度センサ３６とスロットル弁１９の
全閉状態を検出するアイドルスイッチ３７とが組み付け
られ、更にポンプインペラ１７とスロットル弁１９との
間の吸気管１４には、この吸気管１４の部分の圧力を検
出する圧力センサ４１が設けられている。そして、これ
らの検出信号が電子制御ユニット３４に出力され、電子
制御ユニット３４はこれらの検出信号に基づいて開閉調
整弁４０のステッピングモータ３９に対する通電を制御
するようになっている。

【００４２】従って、車両が減速状態に移行する場合に
は、スロットル弁１９が閉じると共にポンプインペラ１
７とスロットル弁１９との間の吸気管１４内の圧力が上
昇する傾向となるため、この状態をスロットル開度セン
サ３６及び圧力センサ４１からの出力信号に基づいて電
子制御ユニット３４が判断し、このような場合にはステ
ッピングモータ３９を作動して開閉調整弁４０が開く方
向にその開度を制御する。

【００４３】これにより、バイパス通路２２が開く傾向
となってポンプインペラ１７により圧縮された吸気がバ
イパス通路２２と吸気管１４との間で循環を始めるため
、吸気脈動によるエアフローセンサ２１側への悪影響を
回避することができる。

【００４４】又、車両が加速状態に移行する場合には、
スロットル弁１９が開くと共にポンプインペラ１７とス
ロットル弁１９との間の吸気管１４内の圧力が低下する
傾向となるため、この状態をスロットル開度センサ３６
及び圧力センサ４１からの出力信号に基づいて電子制御
ユニット３４が判断し、このような場合にはステッピン
グモータ３９を作動して開閉調整弁４０が閉じる方向に
その開度を制御する。

【００４５】これにより、バイパス通路２２が塞がれる
傾向となってターボ過給機が正常に機能し始め、ポンプ
インペラ１７により圧縮された吸気が機関１２の燃焼室
１３側に強制的に送り込まれ、車両の加速性が向上する
。

【００４６】

【発明の効果】本発明のターボ過給機付き内燃機関によ
ると、電子制御ユニットがスロットル開度センサにより
検出されたスロットル弁の開度に基づいてアクチュエー
タの作動を制御するため、バイパス弁の開閉を迅速に行
うことが可能となり、車両の減速時にエアフローセンサ
の誤動作を防止することに加え、車両の加速性を確保す
るために車両の加減速時に最適なタイミングでバイパス
弁の開閉を制御することができる。

【００４７】又、電子制御ユニットがスロットル開度セ
ンサにより検出されたスロットル弁の開度及び圧力セン
サにより検出されるターボ過給機のポンプインペラとス
ロットル弁との間の吸気管内の圧力に基づいてアクチュ
エータの作動を制御するため、車両の加減速状態を迅速
に判定することが可能となり、これに伴ってバイパス弁
の開閉を車両の加減速に先立って行うことが可能となり
、制御の追従性を大幅に改善することができる。

【００４８】

【図面の簡単な説明】

【図１】第１番目の本発明によるターボ過給機付き内燃
機関の一実施例の概略機構を表す概念図である。

【図２】その制御の流れを表すフローチャートである。

【図３】第２番目の本発明によるターボ過給機付き内燃
機関の一実施例の概略機構を表す概念図である。

【図４】吸気系にバイパス通路とバイパス弁とを組み込
んだ従来のターボ過給機付き内燃機関の一例を表す機構
概念図である。

【図５】従来のバイパス弁を用いた車両の加速時におけ
る弁体の押圧力の変化を表すグラフである。

【図６】従来のバイパス弁を用いた車両の減速時におけ
る弁体の押圧力の変化を表すグラフである。

【図７】従来のバイパス弁のリリーフ室及びばね室の圧
力差と弁体のリフト量との関係を表すグラフである。

【符号の説明】

１２は機関、１４は吸気管、１７はポンプインペラ、１
９はスロットル弁、２１はエアフローセンサ、２２はバ
イパス通路、２３はバイパス弁、２４は圧縮ばね、２５
はばね室、２６は弁体、２７はベローズ、２８はリリー
フ室、２９は第一の調圧通路、３０は第二の調圧通路、
３１はソレノイド、３２は三方切換弁、３３は調圧切換
通路、３４は電子制御ユニット、３５は圧縮ばね、３６
はスロットル開度センサ、３７はアイドルスイッチ、３
８は弁棒、３９はステッピングモータ、４０は開閉弁、
４１は圧力センサである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　上流端がターボ過給機のポンプインペ
   ラよりも上流側の吸気管内に連通すると共に下流端が前
   記ターボ過給機のポンプインペラとスロットル弁との間
   の吸気管内に連通するバイパス通路と、このバイパス通
   路を開閉するためのバイパス弁と、このバイパス弁を開
   閉するアクチュエータと、前記スロットル弁の開度を検
   出するスロットル開度センサと、このスロットル開度セ
   ンサからの検出信号に基づいて前記アクチュエータの作
   動を制御する電子制御ユニットとを具えたターボ過給機
   付き内燃機関。
2. 【請求項２】　　上流端がターボ過給機のポンプインペ
   ラよりも上流側の吸気管内に連通すると共に下流端が前
   記ターボ過給機のポンプインペラとスロットル弁との間
   の吸気管内に連通するバイパス通路と、このバイパス通
   路を開閉するためのバイパス弁と、このバイパス弁を開
   閉するアクチュエータと、前記スロットル弁の開度を検
   出するスロットル開度センサと、前記ターボ過給機のポ
   ンプインペラと前記スロットル弁との間の吸気管内の圧
   力を検出する圧力センサと、これら圧力センサ及びスロ
   ットル開度センサからの検出信号に基づいて前記アクチ
   ュエータの作動を制御する電子制御ユニットとを具えた
   ターボ過給機付き内燃機関。