JPH0694814B2 - 過給機付エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複数の気筒に接続された吸気通路に、出力軸
により回転駆動される過給機が配設されて成る過給機付
エンジンに関する。

（従来の技術） 自動車に搭載されるガソリンエンジン等において、各気
筒における吸気充填効率を向上させて出力トルクを増大
させるべく、例えば、実開昭60-1923号公報にも示され
る如くに、エンジンの出力軸（クランクシャフト）によ
り回転駆動される機械式過給機（所謂、スーパーチャー
ジャであり、以下単に過給機と称す）を吸気通路に配設
し、その過給機により吸気を加圧して各気筒に過給する
ようにしたものが、過給機付エンジンとして知られてい
る。斯かる過給機付エンジンにおいては、通常、過給機
がエンジンの出力軸に対して所定の回転数比をもって回
転するようになされており、エンジンの出力軸回転数
（エンジン回転数）が上限値（許容限界値）をとると
き、過給機の回転数（ポンプ回転数）も許容上限値をと
るように設定される。そして、その過給機は、例えば、
自動車に搭載されるに際しての設置スペースの低減やエ
ンジンに対する駆動負担の軽減等の面から可及的に小型
化が図られたものとされることが望まれ、しかも、エン
ジンの性能向上の面からエンジンの出力軸回転数の実用
変化範囲全体に亙って所定の過給圧が得られるものであ
ることが望まれる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の如くに、その出力軸に対して所定
の回転数比をもって回転するようにされた過給機が装備
された従来の過給機付エンジン、特に、排気量が比較的
大である過給機付多気筒エンジンにおいては、通常、第
６図に示される過給圧−出力軸回転数特性にみられる如
くに、出力軸回転数が比較的低いときにはそれが高いと
きに比して過給機の過給能力が低下して過給圧が大幅に
低減され、従って、エンジンが低回転域動作状態にある
場合には所望の過給圧が得られず、出力トルクの増大が
なされなくなる。そして、エンジンの出力軸回転数が比
較的低いときにも所望の過給圧が得られるようにされる
場合には、過給機の大型化が伴われ、設置スペース及び
エンジンに対する駆動負担の増大をまねくことになる不
都合を生じる。

斯かる点に鑑み、本発明は、設置スペースの低減及びエ
ンジンに対する駆動負担の軽減が図られる比較的小型な
過給機が設けられて複数の気筒に対する過給が行われる
もとで、出力軸回転数が比較的低い場合にも充分な過給
効果が実質的に得られ、その結果、出力軸回転数の実用
変化範囲全体に亙って出力トルクを効果良く向上させる
ことができるものとされ得る過給機付エンジンを提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成すべく、本発明に係る過給機付エンジ
ンは、複数の気筒を有するエンジン本体と、このエンジ
ン本体の複数の気筒に接続された吸気通路と、吸気通路
に配設されてエンジン本体の出力軸により回転駆動され
る過給機と、エンジン本体の出力軸の回転数もしくはそ
れに対応する回転数を検出する検出手段と、検出手段か
ら得られる信号に基づいて過給機による複数の気筒に対
する過給状態を制御する過給制御手段とを備えてなり、
過給制御手段が、過給機による過給を、エンジン本体の
出力軸の回転数が所定値未満のときには複数の気筒のう
ちの一部にのみ行われ、エンジン本体の出力軸の回転数
が所定値以上のときには複数の気筒全部に行われるよう
に制御するものとされて構成される。

（作 用） 上述の如くに構成された本発明と係る過給機付エンジン
においては、その出力軸回転数が所定値以上のとき、即
ち、所定値以上のエンジン回転数をもって作動している
ときには、制御手段による制御のもとに、過給機による
過給が全気筒に対してなされる状態がとられる。斯かる
状態では、過給機の回転数が所定値以上とされて充分な
過給能力が得られ、そのため、所望の過給圧が得られて
各気筒における吸気充填効率が向上せしめられ、出力ト
ルクが増大される。一方、その出力軸回転数が所定値未
満のとき、即ち、所定値未満の比較的低いエンジン回転
数をもって作動しているときには、制御手段による制御
のもとに、過給機による過給が、全気筒に対してではな
く、一部の気筒に対してのみなされ、他の気筒に対して
は自然吸気がなされる状態がとられる。斯かる状態で
は、過給機の回転数が所定値未満の比較的低いものとな
って過給能力が低下し、全気筒に対して過給機による過
給が行われる場合には、各気筒に関して充分な過給圧が
得られなくなって出力トルクの増大が図れなくなる虞が
あるが、上述の如くに、過給機による過給が一部の気筒
に対してのみ行われ、他の気筒に対しては自然吸気が行
われるので、過給がなされる一部の気筒においては過給
圧が集中せしめられて充分な過給圧が得られ、それによ
り、吸気充填効率が向上せしめられて出力トルクが増大
される。その結果、総合的には、エンジンが所定値未満
の比較的低いエンジン回転数をもって作動しているとき
にも、効果的な出力トルクの増大が図れることになる。

従って、エンジン出力軸回転数が比較的低くなってその
回転数が比較的低いものとされるときには充分な過給能
力が得られなくなる比較的小型な過給機が用いられる場
合にも、出力軸回転数の実用変化範囲全体に亙って出力
トルクを効率良く向上させることができることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して述べる。

第１図及び第２図は、本発明に係る過給機付エンジンの
一例を示し、エンジン本体10には、第２図に示される如
くに、４個の気筒11,12,13及び14が設けられている。気
筒11〜14の夫々には、第１図において気筒11におけるも
のが示される如くに、ピストン16が嵌挿されている。ま
た、気筒11〜14の夫々には、排気弁18を伴って排気通路
の上流部分を形成する分岐通路部19が接続されるととも
に、吸気弁20を伴って吸気通路の下流部分を形成する分
岐通路部21,22,23及び24夫々が接続されている。分岐通
路部21と分岐通路部24とは、合流部25において合流して
合流通路部26を形成し、また、分岐通路部22と分岐通路
部23とは合流部27で合流して合流通路部28を形成してい
る。さらに、合流通路部26と合流通路部28も、それらの
上流側で合流して共通通路部29を形成するものとされて
おり、この共通通路部29はエアフィルター31を介して大
気に連通している。

上述の分岐通路部21〜24,合流部25及び27,合流通路部26
及び28、及び、共通通路部29と、後述されるバイパス通
路部40とによって吸気通路が構成されている。そして、
この吸気通路の各分岐通路部21〜24には、燃料噴射弁33
a,33b,33c及び33dが夫々臨設され、また、合流通路部26
及び28の下流側部分には、図示されていないアクセルペ
ダルの踏込量に応じた開度をもって開かれるスロットル
弁34及び36が夫々配されている。

合流通路部26及び28におけるスロットル弁34及び36より
上流側の部分には、合流通路部26と合流通路部28とを連
通させるバイパス通路部40が設けられており、合流通路
部28のバイパス通路部40が開口する部分より上流側に
は、アクチュエータ43に駆動されて合流通路部28を開閉
する第１の開閉弁41が配され、また、バイパス通路部40
には、アクチュエータ44により駆動されてバイパス通路
部40を開閉する第２の開閉弁42が配されいる。なお、ア
クチュエータ43及び44は、夫々、それらに供給される後
述される如くの制御信号Ca及びCbのレベルに応じて、各
々の駆動ロッド43a及び44aを突出させ、もしくは、引き
込むようにされており、駆動ロッド43a及び44aが突出せ
しめられたときには、第１の開閉弁41及び第２の開閉弁
42が夫々開状態とされ、駆動ロッド43a及び44aが引き込
まれたときには、第１の開閉弁41及び第２の開閉弁42が
夫々閉状態とされる。

合流通路部26のバイパス通路部40が開口する部分より上
流側には、エンジン本体10の出力軸（クランクシャフ
ト）45により回転駆動されるベーンポンプ型の過給機50
が配設されている。この過給機50には、出力軸45の回転
が電磁クラッチ47を介してベルト伝達され、出力軸45の
回転数に対して所定の回転数比、例えば、2:1の回転数
比をもって（即ち、過給機50の回転数は出力軸45の回転
数の1/2とされて）回転駆動される。なお、この場合、
出力軸45の回転数が上限値（許容限界値）とされると
き、過給機50の回転数も許容上限値をとるようにされて
いる。

さらに、このような構成に加えて、燃料噴射弁33a〜33
d,第１の開閉弁41,第２の開閉弁42及び電磁クラッチ47
に対する制御を行うコントロールユニット100が備えら
れている。このコントロールユニット100には、出力軸4
5の回転数、即ち、エンジン回転数を検出する回転数セ
ンサ61から得られる出力軸45の回転数に応じた検出信号
Snと，スロットル弁36の開度を検出するスロットル開度
センサ62から得られるエンジン負荷に応じた検出信号Sl
と，合流部25及び27における吸気圧を夫々検出する圧力
センサ63及び64から得られる、気筒11及び14と気筒12及
び13とに夫々供給される給気量に応じた検出信号Sa及び
Sbが供給される。

コントロールユニット100は、これらの検出信号のうち
の検出信号Sn及びSaに基づいて、燃料噴射弁33a及び33d
から噴射されるべき燃料の量に応じた噴射パルスPaを形
成してこれを燃料噴射弁33a及び33dに供給するととも
に、検出信号Sn及びSbに基づいて、燃料噴射弁33b及び3
3cから噴射されるべき燃料の量に応じた噴射パルスPbを
形成してこれを燃料噴射弁33b及び33cに供給する。

また、コントロールユニット100は、上述の検出信号Sa,
Sb,Sl及びSnのうちの検出信号Slに基づいて、エンジン
負荷が所定値より低い低負荷時には、低レベルをとるク
ラッチ制御信号Ccを電磁クラッチ47に供給して、出力軸
45の回転が過給機50に伝達されないように電磁クラッチ
47を遮断状態にするとともに、アクチュエータ43及び44
に夫々低レベルをとる制御信号Ca及びCbを供給して、ア
クチュエータ43及び44に夫々の駆動ロッド43a及び44aを
突出せしめて第１の開閉弁41及び第２の開閉弁42を開状
態とする動作を行わせる。これにより、気筒11〜14に対
する過給を行ってエンジンの出力トルクを増大させる必
要のない低負荷時には、過給機50の作動が停止されると
ともに、気筒11〜14の夫々に、共通通路部29,第１の開
閉弁41が開状態とされた合流通路部28,第２の開閉弁42
が開状態とされたバイパス通路部40,合流通路部26,合流
部25及び27、及び、分岐通路部21〜24を通じて吸気供給
がなされる自然吸気態様がとられる。これにより、低負
荷時においては、過給機50の駆動に伴われるエネルギー
ロス等が生じない状態がとられる。

一方、エンジン負荷が所定値以上となる高負荷時には、
コントロールユニット100は、高レベルをとるクラッチ
制御信号Ccを電磁クラッチ47に供給して、出力軸45の回
転が過給機50に伝達されるように電磁クラッチ47を接続
状態とする。これにより、過給機50が出力軸45に対して
上述の所定の回転数比をもって回転駆動される。

斯かる状態において、第１の開閉弁41が閉状態とされる
とともに第２の開閉弁42が開状態とされると、過給機50
によって加圧された吸気が、合流通路部26,バイパス通
路部40,合流通路部28,合流部25及び27、及び、分岐通路
部21〜24を介して気筒11〜14の夫々に供給され、気筒11
〜14の全てに対しての過給機50による過給（以下、全気
筒過給と称す）が行われる。一方、第１の開閉弁41が開
状態されるとともに第２の開閉弁42が閉状態とされる
と、気筒12及び13には共通通路部29,合流通路部28,合流
部27,分岐通路部22及び23を介して自然吸気が行われる
とともに、過給機50によって加圧された吸気が、合流通
路部26,合流部25,分岐通路部21及び24を介して気筒11及
び14に供給され、気筒11及び14に対しての過給機50によ
る過給（以下、部分気筒過給と称す）が行われる。

このような、エンジン負荷が所定値以上となる高負荷時
において、エンジン回転数の実用変化範囲の全域に亙っ
て全気筒過給態様，部分気筒過給態様及び自然吸気態様
で夫々エンジンを作動させると、出力軸45の回転数に対
する出力トルクの変化は第３図に示される如くのものと
なることが確認された。第３図において、実線曲線は全
気筒過給態様の場合、破線曲線は部分気筒過給態様の場
合、一点鎖線曲線は自然吸気態様の場合を示す。これよ
りして、出力軸45の回転数が所定値No以上である場合に
は、部分気筒過給態様の場合より全気筒過給態様の場合
の方が出力トルクが増大するが、出力軸45の回転数が所
定値No未満のときには、過給機50の過給能力の低下に起
因して、全気筒過給態様の場合よりむしろ部分気筒過給
態様の場合の方が出力トルクが増大する結果となること
が理解される。

斯かる確認結果及びそれに基づく考察により、本例にお
いては、コントロールユニット100が、検出信号Sl及びS
nに基づき、エンジン負荷が所定値以上であって出力軸4
5の回転数が所定値No未満のときには、アクチュエータ4
3に、制御信号Caを第４図Ａにおいて実線で示される如
くに低レベルをとるものとして供給するとともに、アク
チュエータ44に、制御信号Cbを第４図Ｂにおいて実線で
示される如くに高レベルをとるものとして供給し、ま
た、エンジン負荷が所定値以上であって出力軸45の回転
数が所定値No以上のときには、アクチュエータ43に、制
御信号Caを第４図Ａにおいて実線で示される如くに高レ
ベルをとるものとして供給するとともに、アクチュエー
タ44に、制御信号Cbを第４図Ｂにおいて実線で示される
如くに低レベルをとるものとして供給する。これによ
り、エンジン負荷が所定値以上であって出力軸45の回転
数が所定値No未満のときには、アクチュエータ43がその
駆動ロッド43aを突出させて第１の開閉弁41を開状態に
するとともに、アクチュエータ44がその駆動ロッド44a
を引込んで第２の開閉弁42を閉状態にし、その結果、上
述した如くの部分気筒過給が行われ、また、エンジン負
荷が所定値以上であって出力軸45の回転数が所定値No以
上のときには、アクチュエータ43がその駆動ロッド43a
を引き込んで第１の開閉弁41を閉状態にするとともに、
アクチュエータ44がその駆動ロッド44aを突出させて第
２の開閉弁42を開状態にし、その結果、上述した如くの
全気筒過給が行われる。

このように、コントロールユニット100によって、エン
ジン負荷が所定値以上であるもとで、出力軸45の回転数
が所定値No未満のときには部分気筒過給が行われ、ま
た、出力軸45の回転数が所定値No以上のときには全気筒
過給が行われるように制御されることにより、出力軸45
の回転数が所定値No未満のときには過給能力の低下をき
たすような比較的小型の過給機50が用いられた場合に
も、その特性が有効に利用されて、エンジン回転数の実
用変化範囲全域に亙って出力トルクが効率良く向上せし
められることになる。

上述の如くの制御を行うコントロールユニット100は、
例えば、マイクロコンピュータが用いられて構成され、
斯かる場合におけるマイクロコンピュータが実行する給
気態様の制御を行うためのプログラムの一例を、第５図
に示されるフローチャートを参照して説明する。

このプログラムにおいては、スタート後、プロセス101
でスロットル開度センサ62から得られる検出信号Sl及び
回転数センサ61から得られる検出信号Snを読み込んで、
ディシジョン102に進む。ディシジョン102では、検出信
号Slがあらわすエンジン負荷が所定値Lo以上か否かを判
断し、以上でないと判断された場合にはプロセス103に
進み、電磁クラッチ47に低レベルをとるクラッチ制御信
号Ccを供給して、それを遮断状態にし、プロセス104に
進む。プロセス104においては、アクチュエータ43及び4
4に低レベルの制御信号Ca及びCbを夫々供給し、第１の
開閉弁41及び第２の開閉弁42を共に開状態として、元に
戻る。これにより、気筒11〜14の夫々に対して自然吸気
が行われる。

一方、ディシジョン102においてエンジン負荷が所定値L
o以上であると判断された場合には、プロセス105に進
み、電磁クラッチ47に高レベルをとるクラッチ制御信号
Ccを供給してこれを接続状態にした後、ディシジョン10
6に進む。ディシジョン106においては、検出信号Snがあ
らわす出力軸45の回転数が所定値No以上か否かを判断
し、以上でないと判断された場合にはプロセス107に進
む。そして、プロセス107においてアクチュエータ43に
低レベルをとる制御信号Caを供給するとともにアクチュ
エータ44に高レベルをとる制御信号Cbを夫々供給し、第
１の開閉弁41を開状態にするとともに第２の開閉弁42を
閉状態として、元に戻る。これにより、部分気筒過給が
行われる。

また、ディシジョン106において、出力軸45の回転数が
所定値No以上であると判断された場合には、プロセス10
8に進み、プロセス108においてアクチュエータ43に高レ
ベルをとる制御信号Caを供給するとともにアクチュエー
タ44に低レベルをとる制御信号Cbを夫々供給し、第１の
開閉弁41を閉状態にするとともに第２の開閉弁42を開状
態として、元に戻る。これにより、全気筒過給が行われ
る。

なお、上述の如くに、出力軸45の回転数に基づいて、部
分気筒過給態様から全気筒過給態様に急激に切換える
際、あるいは、全気筒過給態様から部分気筒過給態様に
急激に切換える際に、給気量の急変に起因するトルクシ
ョックを生じる虞があるが、斯かる虞がある場合には、
制御信号Ca及びCbのレベルを、第４図Ａ及びＢにおいて
一点鎖線で示される如くに、出力軸45の回転数が所定値
No近傍の値をとるときレベルを徐々に変化させるように
なせばよい。また、上述の例においては、部分気筒過給
が行われる場合には、２つの気筒（11,14）に対する過
給がなされることになるが、これに代えて、過給が１つ
の気筒のみ、あるいは、３つの気筒に対して行われるよ
うにされてもよく、さらには、出力軸45の回転数に応じ
て部分気筒過給が行われる際に、過給される気筒数を変
化させるようにされてもよい。

さらに、上述の例においては、エンジン負荷が所定値以
上となるもとで、出力軸45の回転数が所定値No以上とな
る回転域においては全気筒過給が行われるようにされて
いるが、出力軸45の回転数が上限値に達する以前に過給
機50の回転数が許容上限値となるように出力軸45と過給
機50の回転数比が設定される場合には、過給機50の回転
数が許容上限値より高くなることになる出力軸45の回転
域においては、出力軸45と過給機50との回転数比が可変
プーリ等が用いられて変化せしめられ、過給機50の回転
数が許容上限値を越えないようにされるとともに、その
回転領域においては部分気筒過給が行われるようにされ
てもよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係る過給機付エ
ンジンにおいては、その出力軸回転数が所定値以上のと
き、即ち、所定値以上のエンジン回転数をもって作動し
ている場合には、過給機による部分気筒過給が行われ、
また、その出力軸回転数が所定値未満のとき、即ち、所
定値未満の比較的低いエンジン回転数をもって作動して
いるときには、過給機による部分気筒過給が行われる。
このため、出力軸回転数が所定値以上であり、過給機の
回転数が所定値以上とされて充分な過給能力が得られる
時には、全気筒に対する過給が行われ、各気筒における
吸気充填効率が向上せしめられて出力トルクが著しく増
大される。一方、その出力軸回転数が所定値未満であ
り、過給機の回転数が所定値未満とされて過給能力の低
下が生じる虞があるときには、一部の気筒のみに対して
過給が行われるとともに他の気筒に対しては自然吸気が
行われ、過給がなされる一部の気筒においては過給圧が
集中せしめられて充分な過給圧が得られて、吸気充填効
率が向上せしめられ、その結果、総合的にみて出力トル
クの増大が図られることになる。

従って、本発明に係る過給機付エンジンによれば、その
出力軸回転数が比較的低くなるときには充分な過給能力
が得られなくなる比較的小型な過給機が用いられる場合
にも、出力軸回転数の実用変化範囲全体に亙って出力ト
ルクを効率良く向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る過給機付エンジンの一例を示す概
略構成図、第２図は第１図に示される例の部分平面図、
第３図は第１図に示される例の動作説明に供される特性
図、第４図は第１図に示される例の動作説明に供される
波形図、第５図は第１図に示される例におけるコントロ
ールユニットにマイクロコンピュータが用いられる場合
において斯かるマイクロコンピュータが実行するプログ
ラムの一例を示すフローチャート、第６図は過給機付エ
ンジンにおける出力軸回転数と過給圧との関係を示す特
性図である。 図中、10はエンジン本体、11〜14は気筒、21〜24は分岐
通路部、26及び28は合流通路部、40はバイパス通路部、
41及び42は夫々第１及び第２の開閉弁、43及び44はアク
チュエータ、45は出力軸、50は過給機、100はコントロ
ールユニットである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の気筒を有するエンジン本体と、上記
   複数の気筒に接続された吸気通路と、該吸気通路に配設
   されて上記エンジン本体の出力軸により回転駆動される
   過給機と、上記出力軸の回転数もしくはそれに対応する
   回転数を検出する検出手段と、該検出手段から得られる
   信号に基づいて、上記過給機による過給を、上記出力軸
   の回転数が所定値未満のときには上記複数の気筒の一部
   にのみ行われ、上記出力軸の回転数が所定値以上のとき
   には上記複数の気筒の全部に行われるものとすべく制御
   する過給制御手段とを具備して構成される過給機付エン
   ジン。