JPH0643471Y2

JPH0643471Y2 - 内燃機関の過給装置

Info

Publication number: JPH0643471Y2
Application number: JP3244689U
Authority: JP
Inventors: 衛吉岡; 徹木所
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2004-03-22
Also published as: JPH02124229U

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記載する）
は排気タービンの特性上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記載する）を併設し
た内燃機関の過給装置が特開昭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、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
ることにより然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
を遮断する機関回転速度が常に一定のためつぎのような
問題点がある。高地になると大気圧が低下し空気密度が低下するため機
関回転速度に対する排気ガスの持つエネルギーが小さく
なり、同一機関回転速度における過給圧が平地に比べ低
下する。従って、平地におけるスーパーチャージャ停止
条件と同一の機関回転速度で電磁クラッチを遮断してス
ーパーチャージャを停止させると、スーパーチャージャ
停止時にターボチャージャによる過給圧が十分でないた
め、過給圧が一時的に低下し出力が低下する。高地における上述のスーパーチャージャ停止時の過給圧
低下を防止するため、スーパーチャージャ停止条件を高
地においてターボチャージャによる過給圧が十分になる
ような高めの機関回転速度に設定すると、平地ではター
ボチャージャによる過給圧が十分な低回転側の領域にお
いてもスーパーチャージャを作動させることになり燃費
が悪化する。本考案は、大気圧に応じた最適なスーパーチャージャ停
止条件を設定できるようにすることにより、上述の問題
点を解決する。

【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、ターボチャージ
ャＢと、電磁クラッチＣを介して内燃機関Ｄにより駆動
されるスーパーチャージャＥを吸気通路Ａ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Ｃを遮断する内燃機関の過給装置におい
て、大気圧検出手段Ｆと、大気圧が低い程電磁クラッチ
Ｃの遮断回転速度を高回転側に設定する電磁クラッチ遮
断回転速度設定手段Ｇとが設けられている。

【作用】

この本考案によれば上記構成により、大気圧が低下する
高地では、電磁クラッチ遮断回転速度が高回転側に設定
されるため、ターボチャージャによる過給が十分に確保
される機関回転速度に達した状態でスーパーチャージャ
が停止する。

【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１の実施例）まず、本考案の第１の実施例を説明する。第２図を参照すると内燃機関本体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が形成され図示しない吸気弁、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。コンプレッサ25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。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を介してスロットル弁44下
流の吸気通路16へ連通する。電磁弁50のオン作動により
作動室48へ大気を供給し第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下
流の過給圧を受け、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が開弁される。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はオン作動によ
り作動室54へ大気を供給し第２の制御弁42を閉弁する。
電磁弁56は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、スーパーチャー
ジャ22下流の圧力が所定値以下では第２の制御弁42は閉
弁され、所定値以上では開弁される。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、52ともオフ作動され第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によって吸気抵抗が増
大することが防止される。この時スーパーチャージャ22
下流の圧力が低いため第２の制御弁は閉弁している。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、第１の制御弁40は閉弁され
る。第１のバイパス通路36はスーパーチャージャ22の過
給圧が所定値以上になるとリリーフを行い過給圧を制御
する。この時、第２の制御弁42は閉弁される。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
が高いため閉弁される。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、80を介してエアフ
ロメータ78、大気圧センサ86に接続される。また入力ボ
ート74は、機関回転速度センサ84、および排気通路内に
設けられたO₂センサ88にも接続される。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
図はスロットル開度が一定の場合における過給圧と機関
回転速度NEとの関係を表しており、図中実線は平地にお
いて電磁クラッチ30を接続しスーパーチャージャ（図中
S/Cと略す）22を作動させターボチャージャ（図中T/Cと
略す）20と複合過給を行った場合を示す。過給圧は機関
回転速度NEの上昇と共に上昇し、設定圧Ｐになると第１
の制御弁40が開弁し過給圧をリリーフして設定圧P₀に保
たれる。この平地においてターボチャージャ20による過
給圧は、図中一点鎖線に示すように機関回転速度NEがNE
1となった時設定圧P₀となるため、NE1以上の機関回転速
度では電磁クラッチ30を遮断してスーパーチャージャ22
の作動を停止しすることにより十分な過給圧を得ると共
に無駄な動力の消費を防止して然費の向上を図ってい
る。高地において電磁クラッチ30を接続しスーパーチャージ
ャ22を作動させターボチャージャ20と複合過給を行った
場合を点線に示す。また高地におけるターボチャージャ
20による過給圧を二点鎖線で示す。高地においては空気
密度が低下するため機関回転速度に対する排気ガスのエ
ネルギーが低下し、二点鎖線に示すように平地に同一機
関回転速度に対する過給圧が低下する。従ってターボチ
ャージャ20とスーパーチャージャ22による複合過給圧も
平地に比べ低下する。この高地において、平地と同じ機
関回転速度NE1で電磁クラッチ30を遮断してスーパーチ
ャージャ22の作動を停止すると、この時ターボチャージ
ャ20による過給圧は設定圧P₀より低いP₁までしか上昇し
ていないため、図中・・・で示すようにP₁まで過給圧が
低下する。本実施例では、この過給圧の低下を防止するため、高地
では、ターボチャージャ20による過給圧が設定圧P₀とな
る機関回転速度NE2まで、電磁クラッチ30の遮断を禁止
してスーパーチャージャ22の作動を継続する。第４図を参照して上述の作動を達成する第１実施例のフ
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。まずス
テップ101では、エアフローメータ78で検出された吸入
空気量Ｑと、機関回転速度センサ84で検出された機関回
転速度NEから機関一回転当たりの吸入空気量Q/Nが所定
値Ａ（例えば0.61/回転）以上か否かが判断される。Q/N
が所定値Ａ以下の時は軽負荷であり過給を必要としない
のでステップ107へ進み電磁クラッチ30を遮断しスーパ
ーチャージャ22の作動を停止してこのルーチンを終了す
る。ステップ101でQ/Nが所定値以上、即ち中・高負荷と
判断されるとステップ102へ進む。ステップ102では大気
圧センサ86より検出された大気圧によって第５図に示す
マップより電磁クラッチ遮断回転速度NECが求められ
る。電磁クラッチ遮断回転速度NECはターボチャージャ2
0による過給圧が設定圧P₀を超える機関回転速度であり
大気圧が低い程高回転速度になる様定められている。ス
テップ102の次はステップ103へ進み電磁クラッチ遮断フ
ラグFCが１か否かが判断される。最初はFC＝０のためス
テップ104に進み機関回転速度NEがステップ102で求めた
電磁クラッチ遮断回転速度NEC以上か否かが判断され
る。NE＜NECの時は、ターボチャージャ20による過給圧
がまだ設定圧P₀に達していないためステップ105に進ん
で電磁クラッチ30を接続しスーパーチャージャ22の作動
を行いこのルーチンを終了する。ステップ104でNE＞NEC
の時は、ターボチャージャ20による過給圧が設定圧P₀を
超えているためステップ106で電磁クラッチ遮断フラグF
Cを１としてステップ107へ進み電磁クラッチ30を遮断し
スーパーチャージャ22の作動を停止する。従って、大気
圧の低下に応じて電磁クラッチ30の遮断回転速度NECが
高回転側となるので高地においても電磁クラッチ30の遮
断時、即ちスーパーチャージャ22停止時の過給圧の低下
が防止されるとともに、平地においてのスーパーチャー
ジャ22の無駄な過給が防止できる。次にステップ103で電磁クラッチ遮断フラグFCが１と判
断されると、つまり１度機関回転速度NEが電磁クラッチ
遮断回転速度NECを超え電磁クラッチ30が遮断された後
は、ステップ108へ進む。ステップ108では機関回転速度
NEが電磁クラッチ遮断回転速度NECからヒステリシス巾N
E′（例えば400rpm）を引いた回転速度以下か否かが判
定される。NE＞NEC−NE′の時は、ターボチャージャ20
による過給圧が十分なためステップ107へ進み電磁クラ
ッチ30の遮断を保持してこのルーチンを終了する。 NE＜NEC−NE′の時は、ターボチャージャ20による過給
圧が低下しているためステップ109へ進み電磁クラッチ3
0を接続してスーパーチャージャ22を作動させこのルー
チンを終了する。尚、電磁クラッチ30の遮断状態から接
続への復帰時にヒステリシスを設けているのは、電磁ク
ラッチ30の遮断−接続のハンチングを防止するためであ
る。以上のように第４図に示す第１の実施例では、大気圧の
低下に伴い電磁クラッチ30の遮断回転速度NECを高回転
側とすることができる。なお、NECは予め実験によりタ
ーボチャージャ20による過給圧を大気圧に応じて求める
ことにより設定すれば良い。（第２の実施例）次に第２の実施例を第６、７、８、９図を参照して説明
する。第１の実施例では大気圧センサ86により大気圧を
直接検出して電磁クラッチ30の遮断回転速度を求めてい
るが、第２実施例では大気圧を基本空燃比のズレから間
接的に求めて電磁クラッチ30の遮断回転速度を設定す
る。内燃機関の燃料供給量TAUは、機関−回転当たりの吸入
空気量Q/Nより基本噴射量TPが TP＝Q/N ＊ｋとして求められ、この基本噴射量TPを機関運転状態によ
って補正することにより、 TAU＝TP ＊（FAF＋KG）＊ｋとして決定される。（ここで、ｋは冷却水温等による補
正値である） FAFはフィードバック（以下F/Bと略す）補正係数であ
り、排気通路18に設けたO₂センサ88（第１図参照）の信
号により算出される。第６図を参照すると、O₂センサ88
は空燃比（以下A/Fと略す）がリッチの時0.9V程度、リ
ーンの時は0.1V程度の出力電圧を出している。（第６図
参照）この信号が電子制御装置64内で比較電圧VRと比
較され第６図に示すようなリッチ・リーン信号とな
る。F/B補正係数FAFは第６図に示すようにリーンから
リッチへ反転した時スキップ量RS減少しその後積分定数
Kiに従って漸減される。またリッチからリーンへ反転し
た時にはスキップ量RS増大しその後積分定数Kiに従って
漸増する。従って燃料供給量TAUは、O₂センサ88がリッ
チ信号を出力している時には減量され、リーン信号を出
力している時には増量されることになる。このようにし
てA/Fが理論空燃比とされる。 KGは高度学習値であり、FAFの中心を1.0近傍とするもの
である。即ち、高地になると空気密度が低下するため機
関−回転当たりの吸入空気量Q/Nより求めた基本噴射量T
PではA/Fがリッチとなるため、FAFの値が1.0より小さく
なり1.0以下を中心として振れることになる。FAFが1.0
から大きく離れると運転状態が急変した時あるいは非F/
B状態からF/B状態へ移行した時の制御性が悪化するた
め、高度学習値KGを用いてFAFを1.0近傍を中心にして振
れるようにしているのである。第７図には高度学習値KG
の学習ルーチンを示している。このルーチンは所定クラ
ンク角毎に割り込み処理され、まずステップ201では学
習領域か否かが判定される。機関冷間時や加速時等、FA
Fの値が乱れる機関運転状態では誤学習を防止するため
学習を行わずこのルーチンを終了する。ステップ201で
学習領域と判断されるとステップ202へ進みFAFの平均値
FAFAVEが計算される。FAFAVEの計算は、その学習してい
る真近の２回のステップ前の値（第６図のＡ時点で学
習ルーチンを実行している時は、B₁・B₂のFAFの値）の平
均値（B₁+B₂/2）をFAFAVEとする。ステップ203では、FA
FAVEが1.0以上か否かが判断される。FAFAVE＞1.0の時
は、ステップ204で今までのKGにｋが加算され、FAFAVE
＜1.0の時は、ステップ205で今までのKGから所定値Δｋ
が減算されることによりKGWを更新してルーチンを終了
する。従ってFAFAVEが1.0より大きい時にはKGが小とな
り、FAFAVEが1.0より小さい時にはKGが大となる。ここ
で高地においては、前述のとうりFAFの値が小さくなる
ためFAFAVEも小さくなる。従って高度学習値KGは大きく
なり、空気密度の低下が増大する高地になればなる程KG
の値は大きくなる。第２実施例では、この高度学習値KGを大気圧の代用値と
して用いるものでありKGに対する電磁クラッチ遮断回転
速度NECは第８図に示すように、KGの増大とともに上昇
する。第９図には第２実施例におけるフローチャートを示して
あるが、第１実施例で説明した第４図のフローチャート
と異なるのは、ステップ302で高度学習値KGより電磁ク
ラッチ遮断回転速度NECを求めている点のみであり、そ
の他のステップは同じであるのであるので説明は省略す
る。KGからのNECの求め方は、第８図に示すようなマッ
プから求められる。この第２実施例によっても、大気圧の低下にともない電
磁クラッチ30の遮断回転速度NECを高回転側とすること
ができ、ターボチャージャ20による過給圧とKGの値との
関係を実験によって求めKGとNECとの関係を適切に設定
することにより、高地におけるスーパーチャージャ22の
無駄な過給を防止できる。尚、上述の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を設けた実施例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。この第２実施例
によれば高度学習値KGに基づいて電磁クラッチ遮断回転
速度を求めるようにしたので、大気圧センサを新たに設
ける必要がなく、その分構成が簡単になる利点がある。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、大気圧が低い程スーパー
チャージャを停止する機関回転速度を高回転側となるよ
うにしたので、高地におけるスーパーチャージャ停止時
の過給圧の低下を防止できるとともに平地ではスーパー
チャージャによる無駄な過給を防止でき燃費を向上する
ことができる。

【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図乃至第６図
は第１の実施例を示す図で、第２図は全体構成図、第３
図は作動を示す特性図、第４図は作動を説明するための
フローチャート、第５図は大気圧と電磁クラッチ遮断回
転速度との関係を表す特性図、第６図はフィードバック
補正係数FAFとO₂センサ出力との関係を表すタイムチャ
ート、第７図乃至第９図は第２の実施例を示す図で、第
７図は高度学習値KGを求めるフローチャート、第８図は
高度学習値KGと電磁クラッチ遮断回転速度NECとの関係
を表す特性図、第９図は作動を説明するためのフローチ
ャートである。 20……ターボチャージャ 22……スーパーチャージャ 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……大気圧センサ 88……O₂センサ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【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内燃機関の過給
装置において、大気圧検出手段と、大気圧が低い程前記電磁クラッチ遮
断回転速度を高回転速度側に設定する電磁クラッチ遮断
回転速度設定手段を設けたことを特徴とする内燃機関の
過給装置。