JPH065019B2

JPH065019B2 - 排気タ−ボ過給機付エンジン

Info

Publication number: JPH065019B2
Application number: JP60119453A
Authority: JP
Inventors: 光夫人見; 秀寿延本; 文雄日當瀬; 和明梅田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1994-01-19
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPS61277820A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、排気通路に配設したタービンにより吸気通路
に配設したブロアを駆動して過給を行う排気ターボ過給
機を備えたエンジンに関し、特に加速時におけるタービ
ン回転数の上昇遅れ（ターボラグ）の防止対策に関する
ものである。

（従来の技術）従来より、排気ターボ過給機を備えたエンジンにおいて
は、その回転部が慣性を持つために、過渡時にはこの回
転部を加速する必要があり、このため、加速時にタービ
ン回転数が上昇するのに遅れ、いわゆるターボラグが生
じて、加速応答性が悪いという問題があった。特に、低
速低負荷時には、排気ガスエネルギーが低いため、回転
部の回転速度は非常に低く、この状態から急加速する場
合の遅れが著しく、過給圧の上昇すなわち出力上昇が遅
れて、加速性能が充分に得られないものである。さりと
て、回転部の慣性を小さくするために、回転部質量を小
さくした小型排気ターボ過給機を使用すると、高速域の
過給容量不足により出力低下が大きくなる問題がある。

そこで、従来、この問題に対処するため、特開昭５３−
８６９１５号公報に開示されるように、排気ターボ過給
機のブロアをバイパスするバイパス通路を設け、低負荷
時にブロアの流入側もしくは流出側を閉じ、バイパス通
路を開いて自然吸入を行うことにより、低負荷時でのタ
ービン回転数を高く維持しておいて加速時に備え、加速
時にはブロアを早期に高回転にしてターボラグを低減
し、加速性を改善するようにしたものが提案されてい
る。

（発明が解決しようとする課題）しかるに、上記提案のものでは、低負荷時に排気ターボ
過給機のブロアの流入側もしくは流出側通路を完全に閉
じると、ターボ特性がサージングラインを越えてしま
い、異音発生やタービン逆転などの現象が発生し、過給
機の耐久性に悪影響を与えて信頼性の点で問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、低負荷時、排気ターボ過給機のブロアの
流入側もしくは流出側通路を完全に閉じるのではなく絞
ることにより、排気ターボ過給機の信頼性を損うことな
く、低負荷時におけるタービン回転数を高く維持して、
加速時のターボラグを短くし、加速応答性を向上させる
ことにある。

しかし、この場合、減速時には、過給不要時であること
からタービン回転数を高く維持すべくブロアの流入側も
しくは流出側通路を直ちに絞ると、タービン回転数が未
だ高くバイパス通路に空気が十分に流れていない減速直
後ではブロア前後の圧力比が急激に上昇し、またブロア
流量が急激に減少することから、ターボ特性がサージン
グラインを越えてしまい（第２図参照）、減速初期にサ
ージングが生じることになる。

そのため、さらに本発明の目的は、減速時、ブロアの流
入側もしくは流出側通路を直ちに絞らずに遅延させるこ
とにより、減速初期でのサージングの発生を防止するこ
とにある。

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、排気
ターボ過給機を備えたエンジンにおいて、吸気通路のブ
ロア上下流をブロアをバイパスして連通するバイパス通
路と、該バイパス通路を開閉するバイパス弁と、上記ブ
ロアの流出通路もしくは流入通路を絞り調整する絞り弁
段とを設ける。さらに、低負荷時には上記バイパス弁を
開いて上記絞り弁を絞り、高負荷時にはバイパス弁を閉
じて絞り弁を全開にし、減速時にはバイパス弁を減速検
出から開いた状態にする一方、、絞り弁を減速初期の所
定期間全開状態にした後絞るように制御する制御装置を
備える構成としたものである。

（作用）上記の構成により、本発明では、タービンへの流入排気
ガス量が一定の状態ではブロア前後の圧力比が高くなる
程タービン回転数が上昇することから、低負荷時には、
ブロアの流出通路もしくは流入通路をターボ特性がサー
ジングラインを越えない範囲で絞り弁で絞って、ブロア
の前後の圧力比を高くすることにより、排気ターボ過給
機の信頼性を損うことなくタービン回転数が高く維持さ
れることになる。また、ブロアの流出通路もしくは流入
通路を絞っているときにはバイパス弁の開によりバイパ
ス通路を開いて自然吸入を行うことにより、低負荷時の
エンジンへの必要空気量が確保される。このように低負
荷時の回転慣性力を高めておくことで、回転上昇に必要
なエネルギーが小さくなるので、過渡時のタービンの回
転上昇が早くなってターボラグを低減できることにな
る。一方、高負荷時には、バイパス弁の閉によりバイパ
ス通路を閉じるとともに絞り弁の全開によりブロアの流
出通路および流入通路を開くことにより、吸入空気全量
に対するブロアによる過給によって吸気の充填効率が高
められて、出力向上が確保される。

そして、減速時には、バイパス弁を開にしてバイパス通
路を減速検出から開いた状態にする一方、絞り弁は減速
初期の所定期間の間はブロアの流出通路および流入通路
を開いた全開状態にされ、その後にブロアの流出通路も
しくは流入通路を絞るように遅延制御されるので、この
遅延期間によりバイパス通路に空気が十分に流れるよう
になって、絞り弁の絞り作動時でのブロア前後の圧力比
の上昇が抑制されることになり、減速初期にターボ特性
がサージングラインを越えるのが防止される。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の実施例の全体概略構成を示し、１はエ
ンジン本体、２はエンジン本体１のピストン３上方に形
成された燃焼室であって、該燃焼室２には、それぞれ吸
気弁４および排気弁５によって開閉される吸気ポート６
および排気ポート７が開口している。該吸気ポート６に
は燃焼室２に吸気を供給するための吸気通路８が、排気
ポート７には燃焼室２からの排気ガスを排出するための
排気通路９がそれぞれ接続されている。上記吸気通路８
は、その上流端がエアクリーナ１０を介して大気に開口
しており、吸気通路８の途中には、上流から順に、吸入
空気量を検出するエアフローメータ１１、吸入空気量を
制御するスロットル弁１２、吸気拡大室としてのサージ
タンク１３および燃料を噴射供給する燃焼噴射弁１４が
それぞれ配設されている。また、上記排気通路９には排
気ガス浄化用の触媒装置１５が配設されている。

１６は排気ターボ過給機であって、該排気ターボ過給機
１６は、排気通路９の触媒装置１５上流に介設されたタ
ービン１６ａと、吸気通路８のエアフローメータ１１下
流でスロットル弁１２上流に介設され該タービン１６ａ
に連結軸１６ｃを介して駆動連結されたブロア１６ｂと
を備えてなり、排気ガス流により回転するタービン１６
ａによってブロア１６ｂを駆動して吸気の過給を行うも
のである。

さらに、上記吸気通路８には上記排気ターボ過給機１６
のブロア１６ｂの流入通路１７と流出通路１８とをブロ
ア１６ｂをバイパスして連通接続するバイパス通路１９
が設けられている。該バイパス通路１９にはバイパス通
路１９を開閉するバイパス弁２０が配設されているとと
もに、上記ブロア１６ｂの流出通路１８にはこの流出通
路１８を絞り調整する絞り弁２１が配設されている。上
記バイバス弁２０および絞り弁２１には各弁２０，２１
を開閉動作するアクチュエータ２２，２３がそれぞれ連
結されており、該各アクチュエータ２２，２３はＣＰＵ
等よりなるコントロールユニット２４により作動制御さ
れる。そして、該コントロールユニット２４には、エン
ジン回転数を検出する回転数センサ２５からの信号、お
よびスロットル弁１２下流の吸気圧力を検出する圧力セ
ンサ２６からの信号が入力可能になっており、これら両
センサ２５，２６からの信号を入力し、エンジンの運転
状態（エンジン回転数および吸気圧力）に応じてバイパ
ス弁２０および絞り弁２１を開閉制御して吸気のブロア
１６ｂを通過するブロア流量とバイパス通路１９を通過
するバイパス流量とを制御し、高負荷時には絞り弁２１
を絞った状態に閉じ、バイパス弁２０を開くことによ
り、吸気をバイパス通路１９を介して自然吸入によって
行う一方、高負荷時にはバイパス弁２０を閉じて絞り弁
２１を全開にすることにより、吸気は全てブロア１６ｂ
によって加圧された過給気によって行う。さらに、スト
ッル弁１２下流の吸気圧力の変化が所定値以下のときを
減速時と判定し、この減速時には、バイパス弁２０を減
速検出から開いた状態にする一方、絞り弁２０を減速初
期の所定期間は全開状態にし、所定期間経過後に絞るこ
とにより、吸気がバイパス通路１９を介して十分に流れ
るようになった状態でブロア１６ｂの流出通路１８を絞
るように制御する制御装置２７が構成されている。上記
の遅延される所定期間は、減速の程度に応じて変更さ
れ、高速域からの減速時には長く、低速域からの減速時
には短く設定されるものである。尚、２８は排気通路９
の排気ガスをタービン１６ａを迂回して流下させるため
のウェストゲート弁であって、過給圧を所定値（最大過
給圧値）以下に保持するものである。

すなわち、第２図に示すように、ブロア流量とブロア前
後の圧力比との関係において、タービン速度が一定Ｎ＝
Ｎ_１〜Ｎ_４（Ｎ_１＜Ｎ_２＜Ｎ_３＜Ｎ_４）のラインを平行
曲線で示し、外側になる程タービン速度は速くなる。一
方、タービン１６ａへの流入排気ガス量が一定で絞り弁
２１の絞り量を変更した場合の特性は、鎖線で示すよう
に、絞り弁２１の開度を小さくして絞り量が大きくなる
と、タービン回転数が上昇する方向に移行するものであ
る。また、絞り量を大きくすると、圧力比が増大して、
破線で示すサージングラインＳを越える方向に移行す
る。よって、低負荷時には、このサージングラインＳを
越えない範囲において絞り弁２１の開度が小さくなるよ
うに絞り量を調整するものである。

さらに、前記絞り弁２１の開度は、第３図Ａに示すブロ
ア流量と圧力比とのグラフにおいて、低負荷時における
サージングラインＳに近接して沿う設定ラインに基づい
て、排気ガス量の増大ａ〜ｄによってタービン回転数が
上昇するのに対応して、絞り量が小さくなるように制御
する。また、第３図Ｂに示すエンジン回転数とトルクと
の特性を示すグラフにおいて、大気圧ライン（鎖線）よ
り若干低い設定圧ライン以下の低負荷域で上記絞り弁２
１を絞るように作動領域Ｉを設定し、各負荷状態に応じ
て各排気ガス量ａ〜ｄ（排気ガス量一定ライン）に対応
したタービン回転数が最も高くなる絞り量に調整する。
つまり、タービン１６ａへの流入排気ガス量が一定のラ
インａ〜ｄでは、同一絞り弁開度でよいのである。ま
た、設定圧ラインより上方の領域IIIおよび設定圧ライ
ンより下方でもエンジン回転数が高く負荷も大気圧ライ
ンに近付く領域IIにおいては、絞り弁２１を全開状態と
してタービン回転数が過回転状態となるのを防止してい
る。

したがって、上記実施例においては、低負荷時には、絞
り弁２１がサージラインを越えない範囲で可及的に絞ら
れ、ブロア前後の圧力比を大きくすることによってター
ビン回転数が高い状態に維持されるとともに、バイパス
弁２０の開によりバイパス通路１９が開かれて上記絞り
弁２１の絞りによって不足する吸気量がこのバイパス通
路１９から供給され、必要な吸気量が確保される。その
結果、この低負荷域から急激に負荷が増大する加速時に
おいては、絞り弁２１を開いて過給を開始するが、それ
以前におけるタービン回転数が高いことからその回転上
昇が速かで応答性に優れ、早期に過給圧が上昇して出力
の向上が図れ、ターボラグを低減して良好な加速応答性
が得られることになる。尚、高負荷時には、絞り弁２１
が全開となり、バイパス弁２０が閉じられて、吸気はそ
の全量がブロア１６ｂを通過して該ブロア１６ｂによっ
て加圧された過給気によって行われるので、高負荷時で
の吸気の充填効率が高められて出力向上が図られる。

そして、減速時には、バイパス弁２０は減速検出から開
かれた状態にされるが、絞り弁２１は減速初期の所定期
間は全開状態にされ、その後に絞られるよう遅延制御さ
れることにより、この遅延期間においてバイパス通路１
９に十分に空気が流れるようになって、絞り弁２１の絞
り作動時にブロア１６ｂ前後の圧力比が上昇するのが抑
制されることになる。その結果、第２図に示す如くター
ボ特性がタージングラインＳを越えることがなく、減速
初期のサージングを防止することができる。

今、この効果を具体的に示すに、第４図Ａ〜Ｃは減速時
の特性を示すものであり、実線が本発明による減速特性
を、破線が絞り弁２１を減速開始から絞る比較例による
ものをそれぞれ示している。スロットル弁１２の開度が
ほぼ全開状態から急激にほぼ全閉状態になる減速時にお
いては、このスロットル開度変化に対して、絞り弁２１
はＡに示すように、比較例の如く減速検出と同時に全開
状態から絞り状態に閉じられるのではなく、減速検出か
ら所定の遅延時間ｔの間は全開状態が維持され、この遅
延時間ｔの経過後に全開状態から絞り状態に閉じられ
る。一方、バイパス弁２０はＢに示すように比較例と同
様に減速検出と同時に全閉状態から全開状態となる。こ
のため、Ｃに示すように、ブロア１６ｂ下流の吸気圧力
は、比較例の如く減速初期に急激に上昇してサージング
領域に入るのに対し、絞り弁２１の全開状態の遅延作用
により減速検出と同時にスムーズに低下してブロア１６
ｂ前後の圧力比の上昇が抑制され、サージングを生じる
ことがない。

なお、上記実施例においては、絞り弁２１の絞り量の制
御は、エンジン回転数とスロットル弁下流の吸気圧力に
基づいて行うようにしているが、その他、排気ガス流量
と相関関係のある排気圧力などに応じて制御するように
してもよい。また、絞り弁２１はブロア１６ｂの流入通
路１７に配設するようにしてもよい。

また、減速時の検出は、上記実施例の如くスロットル弁
１２下流の吸気圧力の変化に依るほか、スロットル弁１
２の開度変化などによって検出するようにしてもよい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の排気ターボ過給機付エン
ジンによれば、低負荷時にはブロアの流出側もしくは流
入側の通路を絞って、信頼性を損うことなくタービン回
転数を高く維持するようにしたので、加速時のターボラ
グを低減して加速応答性の向上を図ることができる。し
かも、減速時にはバイパス通路に十分に空気が流れるよ
うになってからブロア通路を絞るようにしたので、減速
初期のブロア前後の圧力比の上昇を抑えてサージングの
発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における排気ターボ過給機を
備えたエンジンの全体概略構成図、第２図は排気ターボ
過給機のブロア流量と圧力比との関係において絞り弁の
開度とエンジン回転数の関係を示す特性図、第３図Ａお
よびＢはエンジンの運転状態に対する絞り量の制御例を
示す特性図、第４図Ａ〜Ｃは減速時の絞り弁開度、バイ
パス弁開度およびブロア下流の吸気圧力の変化を比較例
とともに示すグラフである。１…エンジン本体、８…吸気通路、９…排気通路、１６
…排気ターボ過給機、１６ａ…タービン、１６ｂ…ブロ
ア、１７…流入通路、１８…流出通路、１９…吸気バイ
パス通路、２０…バイパス弁、２１…絞り弁、２４…コ
ントロールユニット、２７…制御装置。

フロントページの続き (72)発明者梅田和明広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭58−74828（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に配設されたタービンにより吸気
通路に配設されたブロアを駆動して過給を行う排気ター
ボ過給機を備えたエンジンにおいて、吸気通路のブロア上下流をブロアをバイパスして連通す
るバイパス通路と、該バイパス通路を開閉するバイパス
弁と、上記ブロアの流出通路もしくは流入通路を絞り調
整する絞り弁と、低負荷時には上記バイパス弁を開いて
上記絞り弁を絞り、高負荷時にはバイパス弁を閉じて絞
り弁を全開にし、減速時にはバイパス弁を減速検出から
開いた状態にする一方、絞り弁を減速初期の所定期間全
開状態にした後絞るように制御する制御装置とを備えた
ことをを特徴とする排気ターボ過給機付エンジン。