JPH0656106B2 - 過給機付エンジンの吸気装置 - Google Patents

過給機付エンジンの吸気装置

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JPH0656106B2
JPH0656106B2 JP63274120A JP27412088A JPH0656106B2 JP H0656106 B2 JPH0656106 B2 JP H0656106B2 JP 63274120 A JP63274120 A JP 63274120A JP 27412088 A JP27412088 A JP 27412088A JP H0656106 B2 JPH0656106 B2 JP H0656106B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は過給機付エンジンの吸気装置に関するものであ
る。
（従来技術） 最近のエンジンでは、慣性過給あるいは共鳴過給と呼ば
れるように、吸気の動的過給効果によって体積効率の向
上すなわちトルクの向上を図るようにしたものが多くな
っている。この動的過給効果は、あるエンジン回転数を
同調回転数として得られるものであり、したがって、エ
ンジン回転数の広い範囲に渡って動的過給効果を得るた
め、この同調回転数を切換える切換手段が設けられる。
また、最近のエンジンでは過給機を利用した過給を行な
うようにしたものも多くなっており、この過給機付エン
ジンにおいて上述のような吸気の動的過給効果を行なう
ようにしたものも提案されている（例えば実開昭６２−
４９６２５号公報参照）。
ここで、過給機付のエンジンにあっては、種々の要因か
ら過給圧を大きくすることに限界を生じる。この過給圧
の大きさに限界を与える要因をエンジン回転数をパラメ
ータとして着目してみると、次のようになる。すなわ
ち、エンジン低回転域ではノッキングによる限界があ
り、エンジン中回転域では燃焼圧による限界があり、エ
ンジン高回転域では熱負荷による限界がある。そして、
これ等各限界要因により決定される許容過給圧（許容最
大過給圧）の大きさは、熱負荷限界によるものがもっと
も小さくなる。したがって、最大過給圧の設定は、従
来、熱負荷限界からくる許容過給圧に応じて設定してい
るのが一般的である。
（発明が解決しようとする問題点） ところで、過給機による最大過給圧を熱負荷限界に応じ
て設定した場合、エンジンの低回転域あるいは中回転域
においては過給圧をさらに大きくする余裕を有すること
になる。このため、最大過給圧をエンジン回転数をパラ
メータとして変更すること、すなわち簡単化のためにエ
ンジン回転域を大小２段階に分けて考えた場合に、低回
転域では過給圧を大きくし、高回転域では過給圧を小さ
くすることが考えられる。
しかしながら、この場合は、過給圧の切換に応じてトル
クショックを生じ、この点をいかに対策するかが問題と
なる。
したがって、本発明の目的は、エンジン回転数に応じて
過給機からの最大過給圧の大きさを変更するようにした
ものを前提として、この最大過給圧の大きさを変更する
際のトルクショックを防止し得るようにした過給機付エ
ンジンの吸気装置を提供することにある。
（問題点を解決するための手段、作用） 前述の目的を達成するため、本発明にあっては次のよう
な構成としてある。すなわち、 エンジン低回転域における吸気の動的過給効果を得るた
めの第１特性線とエンジン高回転域における吸気の動的
過給効果を得るための第２特性線との交点のエンジン回
転数よりも所定回転数高いエンジン回転数を切換回転数
として、該切換回転数よりもエンジン回転数が低回転の
ときには過給機からの最大過給圧の大きさを大きくし、
該切換回転数よりもエンジン回転数が高回転のときには
該最大過給圧の大きさを小さくなるように切換える第１
切換手段と、 前記第１、第２特性線のいずれかの特性を切換利用可能
とする第２切換手段と、 前記第１切換手段の切換に前記第２切換手段の切換を同
期させて、前記最大過給圧が小さくなったときには、前
記第２特性線を利用させ、前記最大過給圧が大きくなっ
たときには、前記第１特性線を利用させる同期手段と、 を備えていることを特徴とす過給機付エンジンの吸気装
置とした構成としてある。
このような構成とすることにより、最大過給圧の大小切
換え時に生じるトルク変動が、吸気の動的過給効果を切
換えることによるトルク変化により補償されて、トルク
ショックが低減されることになる。
（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。
第１図において、１はオット式とされた直列４気筒型の
エンジン本体を示し、その４つの気筒Ｃ１〜Ｃ４にはそ
れぞれ吸気ポート２、排気ポート３が開口されている。
この両ポート２、３は、図示を略す吸気弁あるいは排気
弁によって、エンジン出力軸と同期して周知のタイミン
グで開閉される。
各気筒Ｃ１〜Ｃ４に吸気を供給する吸気通路１１は、そ
の途中に、第１圧力反転部としてのサージタンク１２を
有する。このサージタンク１２には、１本の共通吸気通
路１３から吸気が供給されるようになっており、該共通
吸気通路１３は、その上流側から下流側へ順次、エアク
リーナ１４、エアフローメータ１５、排気ターボ式過給
機１６のコンプレッサ１６ａ、インタクーラ１７が配設
されている。
上記サージタンク１２下流の吸気通路１１は、２本の分
岐吸気通路１８Ａと１８Ｂとに分岐されて、各分岐吸気
通路１８Ａと１８Ｂとに互いに連動したスロットル弁１
９Ａと１９Ｂが配設されている。このうち、一方の分岐
吸気通路１９Ａに対しては、スロットル弁１９Ａの下流
側において、独立吸気通路２０−１あるいは２０−４を
介して、互いに点火順序の隣合わない１番気筒Ｃ１と４
番気筒Ｃ４との各吸気ポート２が個々独立して連通され
ている。また、他方の分岐吸気通路１８Ｂに対しては、
スロットル弁１９Ｂの下流側において、独立吸気通路２
０−２あるいは２０−３を介して、互いに点火順序の隣
合わない２番気筒Ｃ２と３番気筒Ｃ３との各吸気ポート
２が個々独立して連通されている。そして、各独立吸気
通路２０−１〜２０−４には、それぞれ燃料噴射弁２１
が配設されている。
上記両分岐吸気通路１８Ａと１８Ｂ同士は、サージタン
ク１２とは反対側端において、第２圧力反転部としての
連通路２２により連通され、該連通路２２には、第２切
換手段としての開閉弁からなる切換弁２３が配設されて
いる。各吸気ポート２からサージタンク１２（第１圧力
反転部）までの長さは、各吸気ポート２から連通路２２
（第２圧力反転部）までの長さよりも長くなっている。
これにより、切換弁２３が閉じているときは、サージタ
ンク１２が圧力反転部となる等価吸気管長の長いものと
されて、エンジン低回転域を同調回転数とした吸気の動
的過給効果が得られる。また、上記切換弁２３が開いた
ときは、連通路２２が圧力反転部となる等価吸気管長の
短いものとされて、エンジン高回転域を同調回転数とし
た吸気の動的過給効果が得られる。このような切換弁２
３の開閉に伴なう体積効率変化の様子を第２図（ａ）に
示してあり、Ｘ１が切換弁２３が閉じているときの様子
を、またＹ１が切換弁２３が開いているときの様子を示
している。
一方、排気ポート３に連なる排気通路２４は、最終的に
一本に合流されて、この合流分下流側において、前記過
給機１６のタービン１６ｂが配設されている。このター
ビン１６ｂは、シャフト１６ｃを介して前記コンプレッ
サ１６ａに連結されて、排気エネルギによってタービン
１６ｂが回転されることによってコンプレサ１６ａが回
転され、これにより過給が行われる。そして、排気通路
２４には、上記タービン１６ｂをバイパスするバイパス
通路２５が設けられて、このバイパス通路２５に対し
て、第１切換手段となる最大過給圧調整用のウエストゲ
ート弁２６が配設されている。
前記ウエストゲート弁２６の開弁圧は、圧力往動式のア
クチュエータ３１によって調整される。このアクチュエ
ータ３１は、第１作動室３１ａを画成する第１ダイヤフ
ラム３１ｂと、第２作動室３１ｃを画成する第２ダイヤ
フラム３１ｄを有し、両ダイヤフラム３１ｂと３１ｄと
は、シャフト３２を介してウエストゲート弁２６に連結
されている。そして、常時は、リータンスプリング３１
ｅによって、ウエストゲート弁２６が閉じる方向に付勢
されている。
前記第１作動室３１ａは、信号路３３を介して、コンプ
レッサ１６ａの下流の共通吸気通路１３と常時連通され
ている。前記第２作動室３１ｃは、電磁式の三方切換弁
３４が接続された信号路３５を介して、上記信号路３３
に接続されている。この切換弁３４は、信号路３５を３
３に連通させる第１状態と、信号路３５を大気に解放す
る第２状態とに切換えるものである。これにより、切換
弁３４が上記第２状態にあるときは、第２作動室３１ｃ
が大気に解放されると共に過給機１６による過給圧が第
１作動室３１ａに供給されて、ウエストゲート弁２６は
比較的大きな第１最大過給圧ＰＭ１となったときに開か
れる。また、切換弁３４が上記第１状態となったとき
は、過給機１６による過給圧が第１、第２の両作動室３
１ａと３１ｃとに供給されて、ウエストゲート弁２６は
比較的小さな第２最大過給圧ＰＭ２となったときに開か
れる。なお、上記ＰＭ１とＰＭ２は、第２図（ｃ）に示
してある。
前記切換弁２３は、圧力往動式のアクチュエータ３６に
よって開閉駆動される。このアクチュエータ３６は、作
動室３６ａを画成するダイヤフラム３６ｂを有し、該ダ
イヤフラム３６ｂが切換弁２３と連結されている。上記
作動室３６ａには、前述した切換弁３４下流の信号路３
５より分岐した信号路３７が連なっている。これによ
り、切換弁３４が前記第２状態となったときに、作動室
３６ａが大気に解放されて切換弁２３が閉じる。また、
切換弁３４が前記第１状態となったときは、作動室３６
ａに過給圧が供給されて切換弁２３が開かれる。このよ
うに、吸気の動的過給効果を得るための同調回転数切換
用の切換弁２３は、最大過給圧の大小切換えに応じて切
換えられることになり、この切換回転数を第２図におい
てＥ２として示してある。
前述した切換弁３４をエンジン回転数に応じて切換える
ため、制御ユニットＵが設けられて、この制御ユニット
Ｕには、エンジン回転数を検出するセンサ３８からの信
号が入力される。勿論、この制御ユニットＵは、センサ
３８で検出されるエンジン回転数が前記Ｅ２となった時
点を境として、切換弁３４を前述のような態様で切換え
る。
ここで、第２図（ｂ）には、前述した切換弁３４の切換
制御により得られるトルク曲線を示してある。このトル
ク曲線のうち、Ｘ２が最大過給圧がＰＭ１（大）でかつ
等価吸気管長が長いときのものを示し、またＹ２が最大
過給圧がＰＭ２（小）でかつ等価吸気管長が短いときの
ものを示す。そして、切換回転数Ｅ２は、このＸ２とＹ
２とが交差する時点となるように設定されている。な
お、符号Ｚで示したトルク曲線は比較例であって、最大
過給圧ＰＭ２（小）でかつ等価吸気管長の長いときのも
のを示す。なお、第２図Ｅ１で示すエンジン回転数は、
最大過給圧の変更を行わない状態で、吸気の動的過給効
果を得るための同調回転数を切換えるようにしてなる従
来のものを示す。一方、第３図には、前述した切換回転
数Ｅ２と最大過給圧ＰＭ１、ＰＭ２とがエンジン限界に
対してどのように設定されているかを示してある。この
第３図において、α線がノッキング限界線を、β線が燃
焼圧限界線を、γ線が熱負荷限界線を示してある。
このように、本発明では、エンジン回転数に応じて最大
過給圧を切換える場合に、この切換時点でのトルク変動
を防止できることになる。そして、エンジン低回転域で
の最大過給圧を大きくし得ることにより、オット式エン
ジンにあっては低速トルク確保に有利となり、またディ
ーゼルエンジンにあっては特に急加速時等のレスポンス
確保に有利となる。
第４図は、吸気の動的過給効果を得るための同調回転撰
数の切換えを、吸気ポート２の閉タイミングを変更する
ことにより得るようにしたものである。すなわち閉タイ
ミングを変更して、エンジン回転数の大きいときも小さ
いときも共に、吸気の動的過給効果による正の圧力波が
吸気ポート２が閉じられる直前となるようにしてある。
なお、このような吸気のタイミングを変更する切換手段
は既に種々提案されているのでその詳細な説明は省略す
る。
第５図は本発明のさらに他の実施例を示すものであり、
第１図に示すものと同一構成要素には同一符号を付して
その説明は省略する。
本実施例では、過給機をエンジン出力軸により機械的に
駆動されるいわゆるスーパーチャージャ式のものを用い
てある。すなわち、共通吸気通路１３に対してルーツ式
過給機４１が配設されて、この過給機４１が電磁クラッ
チ４２を介してエンジン出力軸と連係されている。ま
た、スロットル弁４３が、過給機４１上流の共通吸気通
路１３に設けたものとなっている。このスロットル弁４
３下流の共通吸気通路１３には、それぞれ過給機４１を
バイパスするように、バイパス通路４４およびリリーフ
通路４５が互いに並列に設けられている。このバイパス
通路４４には開閉弁４６が配設され、またリリーフ通路
４５には開閉弁４７が配設されている。そして、各弁２
３、４６、４７は、電磁式のアクチュエータ４８、４９
あるいは５０によって開閉駆動されるようになってい
る。さらに、制御ユニットＵには、エンジン回転数を検
出するセンサからの信号の他、過給圧を検出するセンサ
５１からの信号が入力される。
以上のような構成によって、エンジン回転数が設定回転
数よりも小さいとき、すなわち過給機５１の駆動抵抗が
極端に大きくならない回転域においては、クラッチ４２
が接続されて過給機４１が駆動される。このとき、切換
弁２３は閉じられて、サージタンク１２を圧力反転部と
する等価吸気管長の長いものとされる。勿論、このとき
は、開閉弁４６は閉じられている。一方、エンジン回転
数が所定回転数よりも大きくなると、クラッチ４２が切
断されて過給機４１が停止されると共に、開閉弁２３が
開かれる。これにより、最大過給圧の小さい状態（実際
には非過給圧状態となる）でかつ等価吸気管長が短くさ
れた過給状態となる。勿論、過給機４１が停止されたと
きは、開閉弁４６が開かれる。
以上のようにして、過給機４１の運転と停止との切換え
に同期して、吸気の動的過給効果を得るための同調回転
数を切換えることにより、第１図での実施例の場合と同
様にこの切換えに伴なうトルクショックが防止される。
ここで、リリーフ用の開閉弁４７は、過給機４１の運転
中に何等かの原因で過給圧が異常上昇したときに開かれ
る。もっとも、このリリーフ用の開閉弁４７を利用し
て、過給機４１の運転中に最大過給圧を第１図の実施例
の場合のように変更して、この最大過給圧の変更に同期
して切換弁２３の切換えを行うようにしてもよい。
以上実施例では、最大過給圧を２段階に切換える場合に
ついて説明したが、この最大過給圧を第３図に示す限界
線に極力沿うように３段階以上に切換えるようにしても
よく、この場合は吸気の動的過給効果を得るための同調
回転数も３段階以上に切換可能としておけばよい。
（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、エンジン
回転数に応じて最大過給圧の大きさを変更することによ
って、エンジンの広い回転域に渡って常に十分な過給を
行いつつ、上記最大過給圧の変更に伴なうトルクショッ
クを低減することができる。
しかも、この場合、上記トルクショック防止は、吸気の
動的過給効果を得るための同調回転数を切換えることを
利用しているため、この動的過給効果を利用した過給と
いうものをも常時得つつ、トルクショック低減を行うこ
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を示す全体系統図。 第２図は第１図に示す実施例の作用を図式的に示す図。 第３図は各種限界要因と過給圧と切換回転数との関係を
示す図。 第４図は本発明の他の実施例を示すもので吸気ポートの
開閉タイミングを示す図。 第５図は本発明のさらに他の実施例を示す全体系統図。 １……エンジン本体 ２……吸気ポート １１……吸気通路 １２……サージタンク（第１圧力反転部） １６……過給機 １８Ａ、１８Ｂ……分岐吸気通路 ２２……連通路（第２圧力反転部） ２３……切換弁（第２切換手段） ２５……バイパス通路 ２６……ウエストゲート弁（第１切換手段） ３１……アクチュエータ ３４……切換弁 ３６……アクチュエータ ３８……センサ（エンジン回転数） ４１……過給機 ４２……クラッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 暢男 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61−200331（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−27812（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−5772（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジン低回転域における吸気の動的過給
    効果を得るための第１特性線とエンジン高回転域におけ
    る吸気の動的過給効果を得るための第２特性線との交点
    のエンジン回転数よりも所定回転数高いエンジン回転数
    を切換回転数として、該切換回転数よりもエンジン回転
    数が低回転のときには過給機からの最大過給圧の大きさ
    を大きくし、該切換回転数よりもエンジン回転数が高回
    転のときには該最大過給圧の大きさを小さくなるように
    切換える第１切換手段と、 前記第１、第２特性線のいずれかの特性を切換利用可能
    とする第２切換手段と、 前記第１切換手段の切換に前記第２切換手段の切換を同
    期させて、前記最大過給圧が小さくなったときには、前
    記第２特性線を利用させ、前記最大過給圧が大きくなっ
    たときには、前記第１特性線を利用させる同期手段と、 を備えていることを特徴とする過給機付エンジンの吸気
    装置。
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