JPH066902B2 - エンジンの過給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、排気ターボ過給機と機械式過給機とを並列に
有し、運転状態に応じて機械式過給機の吐出空気をター
ボコンプレッサ下流に流入させるようにしたエンジンの
過給装置に関する。

（従来技術） 従来、機械式過給機を排気ターボ過給機と並列的に設
け、車両の発進時や低速からの急加速時に排気ターボ過
給機に加えて機械式過給機を作動させることにより排気
ターボ過給機のエンジン低速時の過給圧不足を補い、エ
ンジン低速時におけるエンジンの出力およびトルクアッ
プを図ったものがある（例えば特開昭５９−１３８７４
８号公報参照）。

この従来装置はエンジンの低速時における排気ターボ過
給機の過給圧不足を補うため機械式過給機を作動させて
いるが、エンジンの高速時においては機械式過給機を用
いず排気ターボ過給機で過給を行なっている。ところが
エンジンの高速時においては、最高過給圧を高くしよう
とすると、排気ターボ過給機の負担すなわちタービン仕
事量が増加し、排圧が上昇する。これによって燃焼室に
燃焼ガスが残り、燃焼効率が低下し、また、ノッキング
が発生しやすくなる。したがってより一層の高出力化が
図り得ないものであった。

（発明の目的） 本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
特にエンジンの高速時における排気ターボ過給機の負担
を低減し、排圧をできるだけ抑えつつ過給圧を上昇させ
てエンジンの出力およびトルクの向上を図ることができ
るエンジンの過給装置を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、排気ガスにより駆動される排気ターボ過給機
と、エンジンにより駆動される機械式過給機とを並列に
備えたエンジンの過給装置において、エンジンの少なく
とも高速高負荷域で排気ターボ過給機による過給に加え
て上記機械式過給機の過給空気をエンジンに供給するよ
うに制御する手段と、上記排気ターボ過給機のタービン
をバイパスさせて排気ガスを導くバイパス通路と、この
バイパス通路を開閉させてエンジンへの最高過給圧を設
定値に制御するバイパス弁と、上記排気ターボ過給機に
よる過給に加えて機械式過給機の過給空気をエンジンに
供給する状態とするときは排気ターボ過給機のみによる
過給状態のときと比べて上記バイパス弁の設定値を高め
る補正手段とを設けたものである。

この構成により、エンジンが高速高負荷領域に入ると、
排気ターボ過給機と機械式過給機との両者によりエンジ
ンへ空気過給が行なわれ、一定の過給圧を得るために必
要な排気ターボ過給機のコンプレッサの吐出空気量は低
下する。つまり、排気ターボ過給機の仕事量が低下し、
排気ガスバイパス量が増加することにより、バイパス弁
の設定値を高めても、排気通路の排圧が上昇することは
なく、エンジンの燃焼性を良好に維持しつつ、十分な過
給効果が得られる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係るエンジンの過給装置の
構成図である。

第１図において、エンジン１は、シリンダ２と、ピスト
ン３と、燃焼室４に混合気を供給するための吸気弁５
と、混合気を点火させる点火プラグ６と、燃焼ガスを排
気通路７に排出するための排気弁８とを基本要素として
構成される。吸気通路９には、燃料噴射を行なうインジ
ェクタ１０が吸気弁５に向けて配設され、また、吸入空
気量を制御するためのスロットル弁９ａが設けられてい
る。

エアクリーナ１１は通路１２に空気を送り込むためのも
のである。この通路１２には、空気量を検出するための
エアフローメータ１３が設けられている。アクチュエー
タ１４は、通路２２に接続される空気圧導入通路１５の
空気圧により作動し、ウエストゲート弁（バイパス弁）
１６を開閉作動させるものである。このウエストゲート
弁１６は、後述するバイパス通路２１を開閉させてエン
ジン１への最高過給圧を設定値に制御するものである。
上記空気圧導入通路１５内の空気圧は、ソレノイド１７
によりコンプレッサ２０の上流側通路１２に遮断制御さ
れることにより補正される。

排気ターボ過給機１８は、排気通路７の上流側から送ら
れてきた排気ガスにより回転されるタービン１９と、こ
のタービン１９の回転により駆動されるコンプレッサ２
０とからなり、タービン１９は排気通路７に設けられ、
コンプレッサ２０は通路１２と通路２２との接続部に設
けられている。バイパス通路２１は、排気通路７に並列
的に接続され、タービン１９をバイパスさせて排気ガス
を排気通路７の下流側へ導くものである。インタクーラ
２３は、通路２２に設けられ、通路２２から送られてき
た空気を冷却し、吸気通路９に送るものである。エンジ
ンにより駆動される機械式過給機２４は、コンプレッサ
２０と並列的に通路２５に介在され、通路２５を通る空
気をＡＣＶ（エアーコントロールバルブ）２６方向へ送
るものである。リリーフバルブ２７は、通路２５に接続
されて機械式過給機２４をバイパスするリリーフ通路２
８に設けられ、機械式過給機２４の吐出側の空気圧を一
定に保持するものである。上記ＡＣＶ２６は、通路２５
の下流に設けられ、通路２５からの空気をインタクーラ
２３より下流の吸気通路９に送る状態と２次空気通路２
９に送る状態とに切換えるものである。なお、この２次
空気通路２９に流れる空気は２次空気として排気系へ送
られる。この２次空気通路２９には、２次空気の流量を
検出するための流量計３０が設けられている。

コントロールユニット３１は、流量計３０の出力とエア
フローメータ１３の出力とエンジン回転数とスロットル
開度（負荷）信号とを受けて所定の演算を行ない、点火
プラグ６とインジェクタ１０とＡＣＶ２６とソレノイド
１７とを制御するものである。とくにコントロールユニ
ット３１は、少なくとも高速高負荷域で上記機械式過給
機２４の過給空気をエンジンに供給するようにＡＣＶ２
６の制御によって機械式過給機２４の過給を制御する手
段を有するとともに、上記ウエストゲート弁１６の設定
値を高める補正出力手段を有する。

次に、この実施例の動作を説明する。コントロールユニ
ット３１は、エアフローメータ１３の出力から流量計３
０の出力を減算して吸気通路９の吸入空気量を算出し、
この吸入空気量に基づいてインジェクタ１０を作動させ
燃料噴射量を制御し、また、機械式過給機２４の吐出空
気を吸気通路９に流入させる制御を行なうと同時に過給
圧設定値の変更すなわちスロットルバルブ９ａのスロッ
トルバルブ開度とエンジン回転数とにより下記エンジン
運転状態を検出し、少なくとも高速高負荷の所定運転領
域におけるウエストゲート弁１６の開度設定値を高める
補正をソレノイド１７に与えられる過給圧制御信号によ
り行なう。

第２図はエンジンの運転領域Ａ，Ｂを示す図である。領
域ＡはＡＣＶ２６が２次空気通路２９側に切り換えら
れ、機械式過給機２４もからの吐出空気が２次空気とし
て排気系へ供給されている状態でエンジン１が駆動され
ている通常運転領域である。つまり、この領域Ａは、機
械式過給機２４側の吸気系統は非過給状態となって、排
気ターボ過給機１８のみで過給が行われる領域である。

また、領域ＢはＡＣＶ２６が吸気通路９側に切り換えら
れ、機械式過給機２４の過給空気がエンジンに供給され
る状態となって、２次空気が排気系へ供給されていない
状態でエンジン１が駆動されている所定運転領域であ
る。上記ＡＣＶ２６は、コントロールユニット３１から
の過給切換信号により作動される。

ここで、上記運転状態が領域Ａから領域Ｂへ移るときの
動作について説明する。機械式過給機２４はエンジン１
の駆動により回転され、排気ターボ過給機１８はエンジ
ン１の排気ガスにより回転されている。通常運転領域Ａ
における吸入空気は、エアクリーナ１１、通路１２、コ
ンプレッサ２０、通路２２、インタクーラ２３、吸気通
路９を流れ、インジェクタ１０により燃料が供給されて
エンジン１の燃焼室４に送り込まれる。一方、通路１２
から通路２５へ流れた空気は、機械式過給機２４により
加圧されてＡＣＶ２６を介して２次空気通路２９に流
れ、２次空気として排気系へ供給される。

エンジン運転状態が高速、高負荷側に移行するにつれ、
コンプレッサ２０により送出される過給圧が上昇する。
この過給圧が通路１５を介してアクチュエータ１４に導
かれ、過給圧が設定値に達した際にウエストゲート弁１
６を開作動させて最高過給圧を設定値に制御する。ま
た、この時、コントロールユニット３１はソレノイド１
７に閉作動信号を与えている。

さらに、エンジン運転状態がより高速、高負荷側に移行
すると通常運転領域Ａから所定運転領域Ｂに入る。所定
運転領域Ｂでは、排気ターボ過給機１８による過給に加
えて機械式過給機２４からの過給空気もエンジンに供給
するように、コントロールユニット３１は、過給切換信
号によりＡＣＶ２６を２次空気通路２９側から吸気通路
９側に切換える。また、コントロールユニット３１はソ
レノイド１７に開作動信号を与え、これにより通路１５
内の過給圧の一部がコンプレッサ上流側通路１２（大気
側）に逃がされ、アクチュエータ１４に導かれる過給圧
が相対的に低下し最高過給圧の設定値が高められる。

この所定運転領域Ｂにおける吸入空気は、エアクリーナ
１１，通路１２、コンプレッサ２０、通路２２、インタ
クーラ２３、吸気通路９、吸気弁５、燃焼室４と流れ
る。一方、通路１２を通った空気は、通路２５機械式過
給機２４およびＡＣＶ２６を介して吸気通路９に流れ
る。このような２つの経路により燃焼室４に空気が送ら
れ、排気ターボ過給機１８と機械式過給機２４の双方に
よりエンジンの高速高負荷時の過給が行なわれる。

第３図（ａ）はエンジンの回転数に対するトルクを示す
トルク特性図であり、第３図（ｂ）はエンジンの回転数
に対する排気ガス圧力を示す排気圧特性図である。この
第３図（ａ）において、破線ａｌはターボ過給機１８の
みにより空気過給され、上記通常運転領域Ａでエンジン
回転数Ｎ１以上であるときのトルク曲線であり、実線ａ
２はターボ過給機１８および機械式過給機２４により空
気過給される所定運転領域Ｂで、エンジン回転数Ｎ１以
上であるときのトルク曲線である。第３図（ｂ）におい
て、破線ｂ１はターボ過給機１８のみにより空気過給さ
れ、エンジン回転数Ｎ１以上であるときの排圧特性曲線
であり、実線ｂ２はターボ過給機１８および機械式過給
機２４により空気過給され、エンジン回転数Ｎ１以上で
あるときの排圧曲線である。

上記第３図（ａ）（ｂ）に示すように、エンジン回転数
Ｎ１以上で排気ガス圧力が減少され、これによりエンジ
ンのトルクが増大される。つまり、エンジン回転数Ｎ１
以上ではターボ過給機１８と機械式過給機２４との両者
で空気過給を行なうので、排気ターボ過給機１８の仕事
量が低下し、排気ガスバイパス量が増加することによ
り、排気通路７の排気ガス圧力を減少させることができ
る。これによりエンジン排圧が低下して燃焼効率が改善
されると共に、ノック限界、失火限界などが拡大され、
さらに過給圧を上げることが可能となり、エンジン出力
の向上が図れる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、エンジンの少なくとも高
速高負荷域では、排気ターボ過給機と機械式過給機との
両者によりエンジンへ空気過給が行なわれ、排気ターボ
過給機の負担が低減される。したがって、過給圧セット
を高めてもエンジンの排圧が上昇することはないので、
過給圧を上げることができ、エンジンの出力およびトル
クの向上を図ることができるとともに、エンジンの燃焼
状態は良好で燃焼効率が向上し、しかもノッキングの発
生をも低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るエンジンの過給装置の
構成図、第２図はエンジン運転領域を説明するための
図、第３図（ａ）はエンジン回転数に対するトルクを示
すトルク特性曲線図、第３図（ｂ）はエンジン回転数に
対する排気ガス圧力を示す排圧特性曲線図である。 １…エンジン、１８…排気ターボ過給機、１６…ウエス
トゲート弁（バイパス弁）、２１…バイパス通路、２４
…機械式過給機、３１…コントロールユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガスにより駆動される排気ターボ過給
   機と、エンジンにより駆動される機械式過給機とを並列
   に備えたエンジンの過給装置において、エンジンの少な
   くとも高速高負荷域で排気ターボ過給機による過給に加
   えて上記機械式過給機の過給空気をエンジンに供給する
   ように制御する手段と、上記排気ターボ過給機のタービ
   ンをバイパスさせて排気ガスを導くバイパス通路と、こ
   のバイパス通路を開閉させてエンジンへの最高過給圧を
   設定値に制御するバイパス弁と、上記排気ターボ過給機
   による過給に加えて機械式過給機の過給空気をエンジン
   に供給する状態とするときは排気ターボ過給機のみによ
   る過給状態のときと比べて上記バイパス弁の設定値を高
   める補正手段とを設けたことを特徴とするエンジンの過
   給装置。