JPH0643470Y2 - 内燃機関の過給装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本考案は、排気ターボ過給機と機械式過給機を備えた内
燃機関の過給装置に関する。

【従来の技術】

排気ターボ過給機（以下ターボチャージャという）は機
関の低回転領域では過給効果が比較的低いため、この低
回転域での過給を確保するべく内燃機関によって駆動さ
れるルーツポンプ等の機械式過給機（以下スーパーチャ
ージャという）を併設した内燃機関の過給装置が例えば
特開昭62-91624号公報で提案されている。 この公報に記載された過給装置では、機関の低・中回転
域ではスーパーチャージャによる過給を行い十分な過給
圧を得るとともに、ターボチャージャによる過給が十分
になる高回転域になると、内燃機関の動力をスーパーチ
ャージャに伝達する電磁クラッチを遮断しスーパーチャ
ージャを停止して、無駄な過給を防止することにより燃
費の向上を図っている。

【考案が解決しようとする課題】

しかしこのような従来の過給装置では、電磁クラッチを
遮断する電磁クラッチ遮断回転速度が内燃機関の運転状
態にかかわらず常に一定のため次のような問題点があ
る。 ターボチャージャは排気ガスのエネルギーで駆動される
ため応答遅れ（ターボラグ）が生じ、特に機関回転速度
の上昇速度が速い時にはその影響が大きく、機関回転速
度が高回転に達しているにもかかわらずターボチャージ
ャによる過給圧が十分上昇しない。 したがって、低変速段における加速時のように機関回転
速度の上昇速度が速い時にも十分な過給圧を得るため
に、電磁クラッチ遮断回転速度を（機関回転速度の上昇
速度が速い時の大きなターボラグが生じても、ターボチ
ャージャによる過給圧が十分得られる）高回転速度に設
定して、スーパーチャージャ停止時に過給圧が低下する
のを防止する必要がある。しかし、このようにすると高
変速段における加速時のように機関回転速度の上昇速度
が遅い時にはターボラグの影響が小さいため、ターボチ
ャージャによる過給圧が十分となった機関回転速度に達
してもスーパーチャージャが作動することになり、スー
パーチャージャが無駄な過給を行い燃費が悪化する。こ
のスーパーチャージャの無駄な過給を防止するため、電
磁クラッチ遮断回転速度を低回転速度側に設定すると、
前述の低変速段における加速時のように機関回転速度の
上昇速度が速い時には、スーパーチャージャ停止時にタ
ーボラグによってターボチャージャの過給圧がまだ十分
に上昇していないので、過給圧の低下が発生し加速性能
が悪化する。 本考案は、ターボラグの大きい時にはターボチャージャ
による過給圧が十分になるまでスーパーチャージャを作
動することにより、加速性能の向上と燃費の向上の両立
を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

そこで本考案は第１図に示すように、排気ターボ過給機
（ターボチャージャ）Ａと、電磁クラッチＢを介して内
燃機関Ｃにより駆動される機械式過給機（スーパーチャ
ージャ）Ｄを吸気通路Ｅに備え、機関回転速度が電磁ク
ラッチ遮断回転速度以上となった時電磁クラッチＢを遮
断する電磁クラッチ制御手段Ｆを有する内燃機関の過給
装置において、 変速機の変速段を検出する変速段検出手段Ｇと、機関回
転速度が前記電磁クラッチ遮断回転速度以上になった後
所定期間前記電磁クラッチの遮断を禁止する遮断禁止手
段Ｈと、前記電磁クラッチの遮断を禁止する前記所定期
間を変速段が低変速段程長く設定する遮断禁止期間設定
手段Ｊとを設けたことを特徴とする。

【作用】

本考案によれば上記構成により、機関回転速度が電磁ク
ラッチ遮断回転速度以上となっても、所定期間の間電磁
クラッチの遮断を禁止する。そして、電磁クラッチの遮
断が禁止される期間は低変速段程長く設定される。した
がって、低変速段における加速時に機関回転速度の上昇
速度が速くターボラグの影響が大きくても、ターボチャ
ージャによる過給圧が十分上昇するまでスーパーチャー
ジャによる過給が行われる。

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。 第２図は、全体構成図を示している。第２図に示すよう
に内燃機関本体10に形成したシリンダ内にピストン12が
配置されている。ピストン12の上部には燃焼室14が形成
され、吸気弁、排気弁を介して吸気通路16、排気通路18
と連通している。 本実施例ではターボチャージャ20の下流へスーパーチャ
ージャ22が設けられている。ターボチャージャ20は、吸
気通路16内に設けられたコンプレッサ24と排気通路18内
に設けられた排気ガスのエネルギーによって回転される
タービン26よりなる。このコンプレッサ24は伝達軸を介
してタービン26により駆動される。 スーパーチャージャ22は双葉状ロータを有するルーツポ
ンプからなり、一方のローター28の支持軸に設けられた
電磁クラッチ30を介してベルト32によりクランクプーリ
34によって駆動される。 吸気通路16には、スーパーチャージャ22の上下流を連通
する第１のバイパス通路36、およびこの第１のバイパス
通路36の更に上下流を連通する第２のバイパス通路38が
設けられる。図示しないアクセルペダルと連動するスロ
ットル弁44は、第２のバイパス通路38の上流側連通部と
コンプレッサ24との間の吸気通路16内へ設けられてい
る。 第１のバイパス通路36および第２のバイパス通路38には
それぞれ第1,第２の制御弁40,42が設けられる。第１の
制御弁40はポペット弁からなりダイヤフラムアクチュエ
ーター46によって作動する。ダイヤフラムアクチュエー
ター46の作動室48は、電磁弁50を介して大気あるいはス
ロットル弁44下流の吸気通路16へ選択的に連通する。電
磁弁50のオン作動により、作動室48へ大気が供給され第
１の制御弁40を閉弁する。この時第１の制御弁40の弁体
40aは、スーパーチャージャ22下流の過給圧を受け、そ
の過給圧が所定値以上の時には開弁して過給圧をリリー
フする。また電磁弁50のオフ作動によって、作動室48へ
スロットル弁44下流の圧力が伝達され第１の制御弁40を
開弁する。 第２の制御弁42はバタフライ弁よりなりダイヤフラムア
クチュエーター52によって作動する。ダイヤフラムアク
チュエーター52の作動室54は、電磁弁56を介して大気あ
るいはスーパーチャージャ22の下流の吸気通路16へ連通
される。電磁弁56のオン作動により、作動室54へ大気が
供給され第２の制御弁42を閉弁する。また電磁弁56のオ
フ作動により、作動室54へスーパーチャージャ22下流の
圧力が伝達される。この時、第２の制御弁42はスーパー
チャージャ22下流の圧力が所定値以下では閉弁し、所定
値以上では開弁する。 以上のように構成された吸気系により、過給の必要がな
くスーパーチャージャ22が停止される軽負荷時には、電
磁弁50、56ともオフ作動され、第１の制御弁40が負圧の
伝達で開弁して第１のバイパス通路36が連通することに
より、吸入空気が第１のバイパス通路を通過できるの
で、スーパーチャージャ22による吸気抵抗の増大が防止
される。この時ダイヤフラムアクチュエーター52にはス
ーパーチャージャ22下流の圧力が伝達されるが、この圧
力が低いため第２の制御弁は閉弁している。負荷が増大
して過給が必要になりスーパーチャージャ22が駆動され
ると電磁弁50,56はオン作動される。そして、大気圧の
伝達により第１の制御弁40は閉弁されるが、弁体40aに
作用するスーパーチャージャ22の過給圧が所定値以上に
なると開弁され、第１のバイパス通路36を介してリリー
フを行い過給圧を制御する。この時、ダイヤフラムアク
チュエーター52には大気圧が伝達されて第２の制御弁42
は閉弁される。さらに機関回転速度が上昇しターボチャ
ージャ20による過給が十分になりスーパーチャージャ22
が停止されると、電磁弁50はオン作動され電磁弁56はオ
フ制御される。この時、第１の制御弁40はスロットル弁
44下流の圧力が伝達されるが、この圧力が高いため閉弁
され、第２の制御弁42はスーパーチャージャ22下流の圧
力が高いため開弁される。従って第２のバイパス通路38
の通路面積を大きくすることによって吸気抵抗を増大す
ることなく空気を供給することができる。 他方、排気通路18にはターボチャージャ20のタービン26
を迂回するバイパス通路58が設けられ、ウエストゲート
弁60によって開閉される。ウエストゲート弁60はターボ
チャージャ20のコンプレッサ24下流の吸気通路内圧力に
よって作動するダイヤフラムアクチュエーター62により
駆動され、ターボチャージャ20の過給圧が所定値以上に
なるとウエストゲート弁60を開弁しターボチャージャ20
が許容回転数を超えて回転することを防止する。 電子制御装置64はデジタルコンピューターからなり双方
向性バス66によって相互に接続されたROM（リードオン
リメモリ）68、RAM（ランダムアクセスメモリ）70、CPU
（マイクロプロセッサ）72、入力ポート74、および出力
ポート76を備えている。 入力ポート74は、A/Dコンバータ77を介してエアフロメ
ータ78に接続されている。また入力ポート74には、機関
回転速度センサ84、および変速段検出手段としてのシフ
ト位置センサ86が接続されている。手動変速機の場合、
シフト位置センサ86はシフトレバーがどの変速段にシフ
トされているかを検出するものでよい。自動変速機の場
合は、変速機のライン油圧から現在どの変速段にシフト
されているかを検出するものでよい。出力ポート76は駆
動回路82を介して電磁クラッチ30へ接続されている。 次に第３図を参照して本実施例の作動を説明する。第３
図は本実施例の作動を表すタイムチャートであり，図中
実線が本実施例の作動を示している。加速を行うと第３
図に示すように機関回転速度NEが上昇し、シフトアッ
プと同時に機関回転速度NEが低下する。機関回転速度NE
の上昇速度は低変速段程速くなる。 変速段が１速の時には機関回転速度NEの上昇速度が速い
ため、ターボチャージャ20のターボラグが大きく第３図
中一点鎖線で示すように、ターボチャージャ20による
過給圧は機関回転速度NEに対し応答遅れが大きい。
（尚、ターボラグが無い場合のターボチャージャ20によ
る過給圧を二点鎖線で示してある。）。したがって、機
関回転速度NEが電磁クラッチ遮断回転速度NECを超える
とただちに電磁クラッチ30を遮断してスーパーチャージ
ャ22の作動を停止した場合、スーパーチャージャ22の停
止時にはターボチャージャ20の過給圧が十分上昇してい
ないので、図中点線で示すようにスーパーチャージャ22
の停止と同時に過給圧が低下するとともに、その後の機
関回転速度NEの上昇速度が低下して加速性能が悪化す
る。 本実施例は、機関回転速度NEが電磁クラッチ遮断回転速
度NEC以上となっても所定期間TD（第３図参照）の間
電磁クラッチ30の遮断を禁止して、機関回転速度NEが電
磁クラッチ遮断回転速度NEC以上となってもターボチャ
ージャ20の過給圧が十分上昇するまでの間、スーパーチ
ャージャ22の接続を継続する（第３図参照）ことによ
り、スーパーチャージャ22停止時のターボラグによる過
給圧の低下を防止する。また、ターボラグは機関回転速
度NEの上昇速度の速い低変速断程大きいので、低変速段
程電磁クラッチ30の遮断を禁止する期間を長くすること
により、スーパーチャージャ22の無駄な過給を防止す
る。 次に第４図を参照して上述の作動を達成するフローチャ
ートを説明する。第４図に示すルーチンは所定時間毎、
例えば50msec毎に割り込み処理される。ステップ101で
はエアーフローメータ78より検出される吸入空気量と機
関回転速度センサ84から検出される機関回転速度NEとか
ら求められる機関一回転当たりの吸入空気量Q/Nが、所
定値Ｘ（例えば0.61/回転）以上か否かが判断される。Q
/N＜Ｘ、即ち軽負荷の時は過給をする必要がないためス
テップ109へ進み、電磁クラッチ30を遮断してこのルー
チンを終了する。Q/N＞Ｘの時、即ち中・高負荷の時は
ステップ102へ進む。 ステップ102ではフラグFCが１か否かが判断さる。最初
はFC＝０であるためステップ103へ進み、機関回転速度N
Eが電磁クラッチ遮断回転速度NEC（例えば4800rpm）以
下か否かが判断される。NE＜NECのときはターボチャー
ジャ20による過給圧が十分でないのでステップ104へ進
み電磁クラッチ30を接続して、ターボチャージャ20とス
ーパーチャージャ22とによる複合過給を行いこのルーチ
ンを終了する。NE＞NECの時はステップ105へ進み、フラ
グＦが１か否かが判断される。フラグＦはタイマが起動
されたことをしめすフラグであり、最初はＦ＝０である
ためステップ106へすすむ。ステップ106ではタイマを起
動するとともに、フラグＦを１とする。またステップ10
6では、シフト位置センサ86から検出された変速段よ
り、第５図に示すマップから電磁クラッチ30の遮断禁止
期間TDをもとめる。遮断禁止期間TDは、第５図に示すよ
うに変速段が低変速段程長くなるように設定されてい
る。ステップ106の次は、ステップ107へ進みタイマの値
Ｔが遮断禁止期間TD以上となったか否かが判断される。
最初はＴ＜TDのため、ステップ104へ進み電磁クラッチ3
0を接続してこのルーチンを終了するが、Ｔ＞TDとなる
とステップ108へ進みタイマを停止するとともに、フラ
グFCを１、フラグＦを０とする処理を行いステップ109
へ進み、電磁クラッチ30を遮断してこのルーチンを終了
する。 したがって、機関回転速度NEが電磁クラッチ遮断回転速
度NEC以上になった時、この時の変速段に応じた遮断禁
止期間TDの間、電磁クラッチ30の遮断が禁止される。よ
って、ターボラグがあってもターボチャージャ20の過給
圧が十分になるまでスーパーチャージャ22が作動するの
で、スーパーチャージャ22の停止時に過給圧が低下する
ことが防止できる。そして、遮断禁止期間TDは低変速段
程長いので、ターボラグの大きい低変速段では確実にタ
ーボチャージャ20の過給圧が上昇した後にスーパーチャ
ージャ22を停止できるとともに、ターボラグの小さい高
変速段ではスーパーチャージャ22の無駄な過給を防止で
きる。 次に、一度電磁クラッチ30が遮断されるとフラグFC＝１
となるので、ステップ102ではFC＝１と判定されステッ
プ110へ進む。ステップ110では機関回転速度NEが電磁ク
ラッチ復帰回転速度NEL（例えば4400rpm）以上か否かが
判断される。NE＞NELの時は、ターボチャージャ20によ
る過給圧が十分なのでステップ109へ進み電磁クラッチ3
0の遮断を保持したままこのルーチンを終了する。NE＜N
ELの時は、ターボチャージャ20による過給圧が低下して
いるのでステップ111へ進みフラグFCを０としてステッ
プ104へ進み、電磁クラッチ30を接続してスーパーチャ
ージャ22を作動してターボチャージャ20とスーパーチャ
ージャ22の複合過給を行いこのルーチンを終了する。 以上説明したように、本実施例では機関回転速度NEが電
磁クラッチ遮断回転速度NEC以上になった時、その時の
ターボラグの大きさに応じた遮断禁止期間TDの間電磁ク
ラッチ30の遮断が禁止されるので、ターボラグがあって
もターボチャージャ20の過給圧が十分になるまでスーパ
ーチャージャ22が作動して、スーパーチャージャ22の停
止時に過給圧が低下することが防止できる。そして、遮
断禁止期間TDは低変速段程長いので、ターボラグの大き
い低変速段では確実にターボチャージャ20の過給圧が上
昇した後にスーパーチャージャ22を停止できるととも
に、ターボラグの小さい高変速段ではスーパーチャージ
ャ22の無駄な過給を防止でき燃費が向上できる。 尚、本実施例ではターボチャージャ20の下流へスーパー
チャージャ22を設けた内燃機関について説明したが、ス
ーパーチャージャ22の下流へターボチャージャ20を設け
たタイプの内燃機関であっても良い。 以上、本考案の実施例について説明をしたが、本考案
は、この実施例に限定されるものでなく、実用新案登録
請求の範囲に記載の範囲内で種々の実施態様が包含され
るものである。

【考案の効果】

本考案によれば、ターボチャージャとスーパーチャージ
ャを設けた内燃機関において、機関回転速度が電磁クラ
ッチ遮断回転速度を超えた後電磁クラッチの遮断を、変
速段が低変速段程長い間禁止するので、スーパーチャー
ジャ停止時の過給圧の低下が防止できとともに、スーパ
ーチャージャによる無駄な過給を防止でき燃費を向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成を示す概念図、第２図は実施例の
全体構成図、第３図は実施例の作動を示すタイムチャー
ト、第４図は実施例の作動を説明するためのフローチャ
ート、第５図は変速段と遮断禁止期間TDとの関係を示し
たマップを表す図である。 20……ターボチャージャ （排気ターボ過給機） 22……スーパーチャージャ （機械式過給機） 30……電磁クラッチ 64……電子制御装置 84……機関回転速度センサ 86……シフト位置センサ （変速段検出手段）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ターボ過給機と、電磁クラッチを介し
   て内燃機関により駆動される機械式過給機とを吸気通路
   に備え、機関回転速度が電磁クラッチ遮断回転速度以上
   となった時前記電磁クラッチを遮断する電磁クラッチ制
   御手段を有する内燃機関の過給装置において、 変速機の変速段を検出する変速段検出手段と、機関回転
   速度が前記電磁クラッチ遮断回転速度以上になった後所
   定期間前記電磁クラッチの遮断を禁止する遮断禁止手段
   と、前記電磁クラッチの遮断を禁止する前記所定期間を
   変速段が低変速段程長く設定する遮断禁止期間設定手段
   とを設けたことを特徴とする内燃機関の過給装置。