JPH0745819B2

JPH0745819B2 - 過給機付き内燃機関

Info

Publication number: JPH0745819B2
Application number: JP61014693A
Authority: JP
Inventors: 秀夫宮城
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-01-28
Filing date: 1986-01-28
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPS62174535A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は内燃機関の吸気通路に機械式過給機を設け、
かつ過給機を迂回するバイパス通路にバイパス制御弁を
配置したものに関する。

〔従来の技術〕

機械式過給機を備えた内燃機関では過給機を迂回するバ
イパス通路にバイパス制御弁が配置される。このバイパ
ス制御弁は高負荷時閉弁され、全吸入空気が過給機に送
られる。また低，中負荷にはバイパス制御弁は負荷に応
じ閉弁，開弁され、空気は過給機を迂回してバイパス通
路を通過するようになっている。機械式過給機はクラッ
チを介してクランク軸に連結され、クラッチを係合また
は解放することにより過給機を作動または停止すること
ができる。そして、バイパス制御弁は普通は負圧作動式
であって、エンジンの負荷に応じて開弁，閉弁する。
（関連技術として実願昭59−98468号。）機械式過給機を機関クランク軸に連結するのは、機関負
荷が所定以上になった時に行なわれる。この機関負荷
は、クラッチの耐久性等からクラッチのON−OFF頻度が
それほど多くなく、運転性、燃料消費率等も満足できる
値に決定される。その結果、クラッチが解放から係合に
移るときの負荷では吸気管圧力は相当大きな、例えば−
10又は−20mmHgといった値となる。これは、クラッチが
係合するに先立ってこれより相当小さな負荷でバイパス
制御弁が閉じることを意味する。かくして、機械式過給
機の作動域でないのに機械式過給機が回されることにな
り、燃料消費率の面では不利となる。

そこで、実開昭58−42332号公報ではバイパス制御弁の
駆動用ダイヤフラムの上下に圧力作動室を形成し、片側
の圧力作動室はチェック弁を介して負圧源に接続される
が、他方の負圧作動室は通常は上下の圧力作動室を連通
するが、過給時には後者の負圧作動室に過給圧を導く制
御弁を設けている。従って、非過給時に上下の負圧作動
室の圧力は均衡し、ダイヤフラムに作用するスプリング
力によってバイパス制御弁の確実な開弁が得られる。一
方、前者の負圧作動室の圧力はチェック弁によって維持
されるため、過給作動の移行時に上下の圧力室に即座に
圧力差が生成され、制御弁の急速な閉弁が得られ、即座
に全過給が実施される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術は過給作動移行時にバイパス制御弁は即座に閉
弁されるため、急加速時の迅速な過給の立上がりが得ら
れる。ところが、緩和速時にもバイパス制御弁は急速閉
鎖されるため急加速時と同様な過給の立ち上がりとな
り、運転者は緩慢な加速感を得体のにエンジンのトルク
は急に高まるため、ショックや違和感を感ずることがあ
る。

この発明は運転者の要求する加速感に適合した過給圧の
増加特性を得ることができるようすることを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の過給機付き内燃機関は、内燃機感の吸気通路
に配置され、内燃機関の回転軸により駆動される機械式
過給機と、機械式過給機を迂回するように吸気通路に接
続されるバイパス通路と、バイパス通路を開閉するため
の圧力作動式のバイパス制御弁と、バイパス制御弁を開
放させる圧力を生ずる圧力源に接続される第１の圧力通
路と、バイパス制御弁を開放させる圧力を生ずる圧力源
に接続される第２の圧力通路と、バイパス制御弁の圧力
作動室を非過給作動時には第１の圧力通路に接続し、過
給作動時には第２の圧力通路に接続するように切り替え
る切替手段と、第１の圧力通路に配置され圧力作動室を
バイパス制御弁を開放させる圧力に保持するチェック弁
とを具備して成り、上記切替手段は急加速か緩加速時か
を検出し、急加速と検出した場合はバイパス制御弁の圧
力作動室に即座に第２の圧力通路からの閉弁圧力を導入
し、緩加速と検出した場合にバイパス制御弁の圧力作動
室に徐々に第２の圧力通路からの閉弁圧力を導入するよ
うに構成されることを特徴とする。

〔作用〕

過給状態においては圧力作動室は第２の圧力通路に連通
され、そのためバイパス制御弁はエンジンの負荷状態に
応じ開弁，閉弁される。非過給状態では圧力作動室は第
１の圧力通路に接続され、バイパス制御弁は開弁され
る。そして、作動室が第１の圧力通路に通じた非過給時
はチェック弁は、エンジン運転条件に関わらず、バイパ
ス制御弁の圧力作動室の圧力を開弁させるための圧力に
維持する。

上記切替手段は急加速か緩加速時かを検出し、急加速と
検出した場合はバイパス制御弁の圧力作動室に即座に第
２の圧力通路からの閉弁圧力を導入し、緩加速と検出し
た場合にバイパス制御弁の圧力作動室に徐々に第２の圧
力通路からの閉弁圧力を導入する。

〔実施例〕

第１図において、10は内燃機関の本体、12は吸気管、14
はサージタンク、16,18は吸気管、20はスロットル弁、2
2はエアーフローメータ、23はアークリーナである。

機械式過給機24は例えばルーツポンプとして構成され
る。機械式過給機24は一対のロータ26を備え、その一方
の回転軸上にプーリ付きクラッチ28が設けられる。クラ
ッチ28のプーリ部はベルト29を介して内燃機関のクラン
ク軸10a上に固設されるプーリ10bに連結される。クラッ
チ28の係合又は解放によってクランク軸10aの回転は選
択的に機械式過給機24に伝達される。バイパス通路30が
機械式過給機24を迂回するように設けられ、一端は機械
式過給機24の上流の空気管18に接続され、他端は機械式
過給機24の下流のサージタンク14に接続される。バイパ
ス制御弁31はバイパス通路30に位置する弁体32と、弁体
32に連結されるダイヤフラム34と、弁体32が閉弁するよ
うにダイヤフラム34を付勢するばね36とより成る。ダイ
ヤフラム36の上側に負圧作動室38が形成され、この作動
室38に吸気管圧力が導かれ、これにより後述のようにバ
イパス制御が行われる。電磁３方弁である切替弁40は第
１圧力通路42と第２圧力通路44とを選択的に作動室38に
連通するものであり、第１圧力通路42は非過給作動時に
作動室38内を弁体32をばね34に抗して開弁させるに十分
低い圧力（負圧）とするものであり、第２圧力通路44は
過給作動時に作動室38をばね36が弁体32をエンジンの負
荷に応じ開弁、閉弁するようにその時の負荷に応じた開
弁，閉弁するようにその時の負荷に応じた圧力とするも
のである。この実施例では第１圧力通路42と第２圧力通
路46とはａの点で合体され、共通通路46によってスロッ
トル弁20の下流で機械式過給機24より上流の機械式過給
機18の圧力取出ポート48に接続される。

第１圧力通路42にチェック弁50が配置される。このチェ
ック弁50は非過給作動時に作動室38内の圧力を、ダイヤ
フラム34がばね36に抗して上に変位し弁体３を開弁する
上限の圧力より低く維持するためのものである。作動室
38の圧力がその値より大きくなると弁体50aが着座閉鎖
するため、その圧力が維持される。

70は制御回路を示しており、運転条件に応じてクラッチ
28及び切替弁40の駆動を行うものであり、この実施例で
はマイクロコンピュータシステムとして構成される。制
御回路70はマイクロプロセシングユニット（MPU）70a、
メモリ70b、入力ポート70c、出力ポート70d及びこれら
の要素を接続するバス70eより成る。入力ポート70cには
各センサが接続され、運転条件信号が印加される。エア
ーフローメータ22からは吸入空気量に応じた信号Ｑが入
力される。また、エンジン回転数センサ72が設置され、
クランク軸10aの回転に応じた信号Ｎが入力される。MPU
70aはメモリ70dに格納されたプログラムに従って演算を
行い、出力ポート70dに駆動信号を供給する。出力ポー
ト70aはアクチュエータであるクラッチ28及び切替弁40
のソレノイドに接続され、前記駆動信号によってこれら
のユニットが駆動される。

チェック弁50（以下第１チェック弁と称する）の上流に
おける第１圧力通路42に圧力制御弁54が配置される。こ
の圧力制御弁54はダイヤフラム54aとばね54bとダイヤフ
ラム室54cと圧力パイプ54dとより成る。ダイヤフラム室
54c内の圧力が絶対圧力で所定レベル以下となるダイヤ
フラム54aに固設される弁体54eにはパイプ54dを塞ぐ。
そのため、圧力制御弁54よ下流の圧力配管42、即ちバイ
パス制御弁31の作動38の圧力はこの所定レベルより下が
らない。

第１圧力通路42と第２圧力通44とは通路58によって相互
に連通され、この通路58に電磁式の２方弁である開閉弁
60が設置される。この開閉弁60の下流の第１の圧力通路
42に圧力伝達遅延装置62が配置される。この遅延装置62
はチェック弁62aと、絞り62bとより成る。絞り62bは緩
加速時にバイパス制御弁31の作動室38の圧力を徐々に高
め、バイパス制御弁31を徐々に閉鎖するように働くもの
である。

さらに、第１圧力通路４と第２圧力通路44との接合部ａ
より下流の第２の圧力通路44に第２のチェック弁66が配
置される。このチェック弁66は圧力ポート48が低いとき
閉鎖され、減速時における圧力制御弁54による負圧制御
作用を確保するものである。

第２図は第１実施例における制御回路の作動説明するフ
ローチャートである。ステップ80から92はクラッチ28の
駆動ルーチンである。ステップ94では吸入空気量−回転
数比の現在の値Q/Nと前回の値Q/N′との差ΔQNが演算さ
れる。これは負荷の変化割合を示す。ステップ96ではΔ
QNが所定値Ａより大きいか否か判別される。ΔQN＞Ａの
ときはステップ98に進み過給機作動表示フラグＦ＝１か
否か判別される。クラッチ28の解放時はＦ＝０であるた
め、後述ステップ112を介し、ステップ100,102に流れ、
切替弁40及び開閉弁60のソレノイドは消磁され、両者は
白抜きのポート位置を取る。そのため、作動室38は、第
１圧力通路42、チェック弁50、圧力制御弁54、共通通路
46を介して圧力取出ポート48に接続される。

負荷の変化割合が高い状態において（ΔQN＞Ａ）、過給
機の作動状態（Ｆ＝１）の場合は急加速と判断され、ス
テップ98よりステップ104に進み、切替弁40のソレノイ
ドが通電され、黒塗りのポート位置を取る。そのため、
バイパス制御弁31の圧力室38は第２圧力通路44、チェッ
ク弁66を介して圧力取出ポート48に連通される。ステッ
プ106では開閉弁60がONされる。

負荷の変化割合が小さいときはΔQN≦Ａであり、ステッ
プ96よりステップ108に進み、過給機作動表示フラグＦ
＝１か否か判別される。Ｆ＝０とすればステップ108よ
りステップ112に進み緩加速でクラッチが係合されてか
らの時間計測カウンタＣに初期値δが設定されている。

負荷の変化が小さい場合において過給機の作動条件が継
続するとステップ108でYesであるためステップ118に進
み、カウンタＣのデクリメントが実行され、ステップ12
0ではカウンタＣの値が零まで落ちたか否か判別され、N
oのときはステップ114に進み、切替弁40のOFF、開閉弁6
0のNOの状態が継続される。ステップ114では切替弁40の
ソレノイドは消磁され、ステップ116では開閉弁60のソ
レノイド60が励磁される。即ち、切替弁40は白抜き位
置、開閉弁60は黒塗り位置をとり、バイパス制御弁31の
作動室38は遅延装置62、開閉弁60、第２圧力通路44、第
２チェック弁66、及び共通通路46を介して圧力ポート48
に連通される。Ｃ≦０となるステップ120よりステップ1
22に進み、切替弁40がONされ、そのため、作動室38は第
２圧力通路44を介して圧力取出ポート48に連通される。
ステップ123では開閉弁60がONされる。

第３図は以上説明した第１実施例の作動を説明するタイ
ミング図であり、時刻t₁以前では、スロットル弁の開度
が一定した定常状態であり、このとき切替弁40及び開閉
弁60はOFFであり、共に白抜きのポート位置にある。従
って、バイパス制御弁作動室38は第１圧力通路42を介し
て圧力ポート48に連通される。スロットル弁20の開度は
小さいことから、ポート48の圧力は低く、ダイヤフラム
34はばね36に抗して引き上げられ、弁体32はリフトさ
れ、バイパス通路30は開けられる。そのため、吸入空気
はバイパス通路30を経由して、エンジン10に供給され
る。この間、第１のチェック弁50は第１実施例と同様に
作動室38の圧力を所定レベルP_A以下に保持する。即ち、
ポート48の圧力がこのレベルより上がるとチェック弁50
は閉鎖するため、作動室38の圧力は前記レベルより上が
らない。一方、圧力制御弁54はポート48の圧力が所定レ
ベルP_Bより上に維持する働きをする。即ち、ポート48の
圧力がこのレベルP_B以下となるとダイヤフラム54aはパ
イプ54aを塞ぎ、作動室の圧力はこのレベル以下となら
ない。圧力制御弁54のこの設定圧力レベルP_Bはチェック
弁50aによる設定圧力P_Aよりは幾分低い。即ち、作動室3
8の圧力は弁体32をリフトするには十分であるが、その
レベルより余り低くない値に維持されることになる。そ
の結果、加速に移行したのちのバイパスの閉鎖が速やか
に行われることになる。

第３図の時刻t₁においてスロットル弁20が開かれ、加速
に入ったとし、且つこの場合緩加速状態（第２図のステ
ップ96でNo）であるとする。時刻t₂で吸入空気量−回転
数比Q/Nが閾値（Q/N）_０を超え、（ニ）のようにクラッ
チ28が係合され、切替弁40は白抜きのOFF状態を維持す
るが、開閉弁60は（ヘ）のように直ぐに黒塗りのON状態
となる。（尚、（ヘ）のようにカウンタＣがセットされ
る（第２図のステップ112）。）従って、緩加速状態に
入った直後はバイパス制御弁作動室38は開閉弁60より第
２圧力通路44を介して、圧力信号ポート48に連通され
る。スロットル弁20は開けられているため、ポート48の
圧力は上がっているが、この圧力は絞り62bを介して緩
慢に作動室38に伝達される。そのため、加速の直後は作
動室38の圧力は低く弁体32はリフト状態を維持し、バイ
パス通路30が開放するため空気は一部バイパス通路30よ
りエンジンに供給される。緩加速状態ではクラッチ28の
係合により過給機が急激に回転するとショックである
が、空気の一部をバイパスに逃すことによりこのような
ショックを防止することができる。

加速の開始より短い時間Ｔが経過すると、カウンタＣの
デクリメントの結果カウントダウンが完了すし（時刻
t₃）、切替弁40は作動される。そのため、作動室38は第
２圧力通路44を介して圧力信号ポート48に連通される。
かくして、圧力ポートの圧力が直ぐに作動室38に伝達さ
れ、バイパス制御弁31はその時のエンジンの負荷に応じ
た開弁状態になり、バイパス通路30が制御されて内燃機
関10内に送られる。

減速に移ると圧力信号ポート48の圧力は著しく低下す
る。この場合、第２チェック弁66が閉弁する。かくし
て、減速時は作動室38の圧力は圧力制御弁により決定さ
れる圧力に維持され、バイパス通路30は開放状態を保つ
ことになる。

時刻t₄において、吸入空気量−回転数比Q/Nが閾値（Q/
N）_１以下となると、クラッチは開放され、切替弁40及
び開閉弁60はOFFされる。

時刻t₅で再び加速が開始されるが、今度は急加速状態で
あるとする（ハ）。そのため、吸入空気量−回転数比Q/
Nが閾値（Q/N）_０を超えれば直ぐにクラッチ28が係合さ
されると同時に、切替弁40がONされる。かくして、バイ
パス制御弁作動室38は第２圧力通路44を介して直ぐに大
気圧に近い圧力が信号ポート48から伝達され、バイパス
制御弁31は閉弁され、バイパス通路30が閉じられる。即
ち、急加速時は加速の最初から全吸入空気量が過給機に
供給されることになる。

第４図の第２実施例は遅延弁及び開閉弁60を備えず、そ
の代わりに切替弁40をデューティ制御することが特徴で
ある。第５図にデューティ比制御のためのフローチャー
トを示す。なおクラッチ制御の部分は第２図のと同様
に構成することができる。ステップ100では切替弁40の
作動デューティ比の設定値のマップ演算が実行される。
即ち、メモリ70b内には負荷や回転数に応じたバイパス
流量を得るためのデューティ比のデータが格納されてい
る。そして、現在の負荷や回転数に応じてデューティ比
Dutyの目標値が補間演算される。ここにデューティ比Du
tyは１サイクルにおける切替弁40へのON信号の割合であ
り、そのためデューティ比に応じて作動室38の、第２圧
力通路44への連通時間の割合、換言すれば作動室38の圧
力が連続制御される。ステップ102では吸入空気量−回
転数比Q/Nの変化割合ΔQNが演算される。ステップ104で
は負荷変化割合が大か否か判別され、肯定判断のときは
ステップ106に進み、Ｆ＝１か否か判別される。非過給
条件のときはNoであり、ステップ108に進みテューティ
比Duty＝０とする。そのため、切替弁40は常時OFFとな
り、作動室38は第１圧力通路42に連通し、チェック弁50
及び圧力制御弁54によって保持される一定圧力に作動室
38は保持され、バイパス制御弁31は開弁する。

負荷変化割合が大きくて、過給条件のとき、即ち急加速
のときはステップ106でYesであり、ステップ110に進
み、デューティ比Duty＝Mapとされる。そのため、バイ
パス制御弁31は運転条件に応じたマップ値に基づく開度
を直ぐに取るように制御される。

負荷の変化割合が小さいときはステップ104でNoと判別
され、ステップ112に進みＦ＝１か否か判別される。Ｆ
＝０のときは108のステップに進み、デューティ比Duty
＝０に維持され、バイパス制御弁31は全開となる。過給
条件に切り替わっているとＦ＝１であるためYesと判別
され、ステップ116に進み、デューティ比Dutyはαだけ
インクリメントされる。ステップ118ではデューティ比D
utyがステップ100で演算されるマップ値Mapに到達した
か否か判別される。Yesのときはデューティ比Dutyとし
てマップ値Mapに固定される。そのため、緩加速条件で
はデューティ比は０より徐々にMapに向かって制御され
るため、クラッチ28が係合してから、バイパス制御弁32
は徐々に閉鎖される。そのため、エンジントルクの急増
が押さえられ、ショックのない過給機作動制御を行うこ
とができる。

尚、ステップ122は、ステップ108,110,114,120で設定さ
れるデューティ比の信号の形成処理を示す。デューティ
信号は出力ポート70dより切替弁40のソレノイドに印加
される。そのため、切替弁40は各ステップで設定された
デューティ比を持つように駆動されることになる。

〔発明の効果〕

この発明はバイパス制御弁の開放を吸気管圧力によって
行うものにおいて、そのバイパス制御弁の作動室38が圧
力源に連通しているとき、作動室38を開弁圧力に保持す
るチェック弁50を設けることにより、非過給作動時に吸
気管圧力の変化に関わらずバイパス制御弁を確実に開弁
保持することができる。そのため、非過給時に過給機が
無駄に回転することを防止することができ、燃料消費率
を上げることができる。更に、この発明によれば、急加
速ではバイパス制御弁32は即座に開弁され緩加速ではバ
イパス制御弁32が徐々に閉弁されるため、加速の程度に
応じた過給の立ち上がりを得ることができ、加速状態に
適合した加速フィーリングを得ることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の全体構成図。第２図は第１図の制御回路の作動を説明するフローチャ
ート。第３図は第１実施例の作動を説明するタイミングチャー
ト。第４図は第２実施例の構成図。第５図は第４図の制御回路の作動を説明するフローチャ
ート。 10……内燃機関 12,16,18……吸気通路 22……エアーフローメータ 26……機械式過給機 28……クラッチ 30……バイパス通路 31……バイパス制御弁 40……切替弁 42……第１圧力通路 44……第２圧力通路 50……第１チェック弁 54……圧力制御弁 60……開閉弁 66……第２チェック弁 70……制御回路 72……回転数センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の構成要素、即ち、内燃機関の吸気通路に設置され、内燃機関の回転軸によ
り駆動される機械式過給機と、機械式過給機を迂回するように吸気通路に接続されるバ
イパス通路と、バイパス通路を開閉するための圧力作動式のバイパス制
御弁と、バイパス制御弁を開放させる圧力を生ずる圧力源に接続
される第１の圧力通路と、バイパス制御弁を開放させる圧力を生ずる圧力源に接続
される第２の圧力通路と、バイパス制御弁の圧力作動室を非過給作動時には第１の
圧力通路に接続し、過給作動時には第２の圧力通路に接
続するように切り替える切替手段と、第１の圧力通路に配置され圧力作動室をバイパス制御弁
を開放させる圧力に保持するチェック弁とを具備して成
り、上記切替手段は急加速か緩和速時かを検出し、急加速と
検出した場合はバイパス制御弁の圧力作動室に即座に第
２の圧力通路からの閉弁圧力を導入し、緩和速と検出し
た場合にバイパス制御弁の圧力作動室に徐々に第２の圧
力通路からの閉弁圧力を導入するように構成されること
を特徴とする過給機付き内燃機関。
【請求項２】前記切替手段は圧力作動室を第１の圧力通
路と第２の圧力通路との間で切り替える切替弁と、第１
の圧力通路に配置される絞りと、チェック弁と絞りとの
間の第１の圧力通路と第２の圧力通路との間に配置され
た開閉弁とより成り、開閉弁は加速開始後直ぐに作動さ
れるが、切替弁は加速開始から或る時間経過後に作動さ
れる特許請求の範囲１に記載の過給機付き内燃機関。
【請求項３】前記切替手段は圧力作動室を第１の圧力通
路と第２の圧力通路との間で切り替える切替弁と、運転
条件に応じたバイパス開度となるように切替弁の断続駆
動信号におけるデューティ比を設定する手段と、緩和速
時に徐々に設定デューティ比まで変化するように切替弁
を駆動する手段とより成る特許請求の範囲１に記載の過
給機付き内燃機関。
【請求項４】前記第１の圧力通路内の開弁圧力は所定値
を超えないように保持される特許請求の範囲１に記載の
過給機付き内燃機関。
【請求項５】前記第１の圧力通路と第２の圧力通路とは
スロットル弁の下流の吸気通路に接続され、バイパス制
御弁を開弁させる圧力の伝達を禁止するため第２の圧力
通路に第２のチェック弁が配置される特許請求の範囲１
に記載の過給機付き内燃機関。