JPH0745827B2

JPH0745827B2 - 排気タ−ボ過給装置

Info

Publication number: JPH0745827B2
Application number: JP61066817A
Authority: JP
Inventors: 弘海老野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPS62223419A

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装置に関し、特に過給機に至る
排気通路の通路面積を増減調整して、低負荷低回転域か
らの加速時の過給遅れ（ターボラグ）を低減するように
したものの改良に関する。

（従来の技術）従来より、この種の排気ターボ過給装置として、過給機
のタービンノズルに至る排気通路を複数の分岐通路に分
割するとともに、該分岐通路の少なくとも１つに該分岐
通路を開閉する弁を設け、吸入空気量（又はそれと等価
の排気ガス量）の多い領域では、上記弁体を開作動させ
て排気通路面積を所期通り大きく確保することにより、
排気抵抗を低減して高いタービン効率でもって吸気を良
好に過給する一方、逆に吸入空気量等の少ない領域で
は、基本的に弁体を閉作動させて排気通路面積を小さく
することにより、排気ガスの流速を速めてタービン効率
を高めてターボラグを低減し、この低吸入空気量時過給
性能の向上を図る。さらに、例えば上記弁体が排圧に抗
して開作動する形式のものである場合では、上記吸入空
気量の少ない領域であっても、エンジン高回転数域では
この領域からの急加速時等に排圧が急上昇して弁体の早
期の開作動が困難になる等の観点から、この形式の弁体
を有するものを含む又は含まない種々の構成において、
基本的に弁体を閉作動させる少吸入空気量域であって
も、エンジン高回転数域では予め弁体を積極的に開作動
させておく構成を採用して、上記吸入空気量の多い領域
への移行に備えるようにしたものが知られている（例え
ばマツダ株式会社の昭和60年９月発行「RE−TECS構造と
設備」参照）。

（発明が解決しようとする課題）しかるに、上記従来の如く吸入空気量とエンジン回転数
とに応じて排気通路面積を増減変更する排気ターボ過給
装置では、車両の高地走行時に下記の如き不具合が生じ
る憾みがある。

すなわち、第５図に示すようなエンジン回転数−トルク
特性において、例えば所定吸入空気量ａを境に弁体の開
領域と閉領域とを区画するとともに、この弁体の閉領域
でも設定エンジン回転数b₁を越えた領域で弁体を開制御
する場合、車両の高地走行時には、空気密度の低下によ
りエンジンへの吸気充填量が減少して排気エネルギーが
減少する関係上、それを補償すべく弁体の閉領域を同図
に破線で示す如く、より吸入空気量の多い領域まで拡大
してタービン効率の向上を図る必要がある。この場合、
拡大された弁体の閉領域のうち、同図の定速走行曲線Ｒ
を越える加速領域、つまり本来過給作用を行うべき領域
では、弁体を確実に閉制御してタービン効率を向上させ
る必要があるものの、平地走行時と同様に設定エンジン
回転数b₁を越えた時点で弁体が開制御されると、図中斜
線で示す領域で排気通路面積が元に拡大復帰してタービ
ン効率が低下するため、この領域では所期の過給性能を
良好に発揮し得ず、走行性能の低下を招くことになる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、弁体の閉領域でも予めエンジン回転数に応じて弁
体を開制御して排気通路面積を大きくする場合には、大
気の圧力に応じて弁体の閉領域を適宜補正することによ
り、車両の高地走行時、空気密度の低下に伴い弁体の閉
領域が拡大された場合にも、この拡大領域で弁体を確実
に閉制御して排気通路面積を小さく維持し得て、上記の
如く弁体の早期開作動に起因するタービン効率の低下を
防止し、よって高地走行時にもタービン効率を常に高く
保持して過給性能の向上を図ることにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、第１図
に示すように、過給機10に至る排気通路４に設けられ、
排気通路面積を調整するための弁体15を備えるととも
に、定速走行曲線よりもエンジン低負荷側に少くとも位
置する上記設定エンジン回転数b1曲線等で構成される第
１の切換線、及び該第１の切換線よりもエンジン高負荷
側で且つエンジン低回転数側に位置し、上記第１の切換
線よりも傾きが小さい上記吸入空気量ａ曲線等で構成さ
れる第２の切換線を基準として、エンジン回転数が前記
第１の切換線を越えた領域、又は低吸入空気量側から高
吸入空気量側への移行により前記第２の切換線を越えた
領域で、上記排気通路面積を大きくし、その他の領域で
排気通路面積を小さくするよう上記弁体15を作動制御す
る弁体制御手段36とを備える。そして、大気の圧力を検
出する大気圧検出手段34と、該大気圧検出手段34で検出
した大気圧が低いとき、上記第１の切換線をエンジン高
回転数側に補正すると共に、上記第２の切換線を高吸入
空気量側に補正する補正手段37とを設ける構成としたも
のである。

特に、特許請求の範囲第（２）項記載の排気ターボ過給
装置では、弁体制御手段は、第２の切換線を越えたか否
かを、吸入空気量により検出する構成である。

また、特許請求の範囲第（３）項記載の排気ターボ過給
装置では、弁体制御手段は、第１の切換線を越えたか否
かを、エンジン回転数が設定回転数を越えたか否かによ
り検出する構成である。

（作用）上記の構成により、本発明では、車両の平地走行時、弁
体15の作動は第１の切換線及び第２の切換線を基準に弁
体制御手段36により制御され、第２の切換線を換える高
吸入空気量域では開制御されて排気通路面積が拡大し、
排気抵抗が軽減されて吸入空気量の増大に対応するの
で、吸気過給が高いタービン効率でもって良好に行われ
る。一方、上記第２の切換線以下の低負荷領域では、基
本的に弁体15が閉制御されて排気通路面積が狭くなるの
で、少量の吸入空気量でも排気ガス流速が速まってター
ビン効率が高くなり、過給性能が向上する。また、この
低負荷領域内でも特に第１の切換線を越える高エンジン
回転数域では、予め弁体15が弁体制御手段36により開制
御されて、吸入空気量の多い領域への移行に備えられて
いる。

また、車両の高地走行時には、空気密度の低下に伴い補
正手段37が第２の切換線を高吸入空気量側に補正して、
弁体15の閉領域が拡大され、これにより、空気密度の低
下に伴うエンジンへの吸気充填量の減少によって排気エ
ネルギーが減少しても、これを補償するように排気ガス
流速が速まってタービン効率が高まるので、ターボラグ
が低減されて、過給性能が向上する。更に、この高地走
行時には、低負荷減に位置する第１の切換線が補正手段
37により平地走行時よりもエンジン高回転数側に補正さ
れるので、上記拡大された弁体15の閉領域のうち、第５
図の斜線部分の領域でも第１の切換線以下の低回転数領
域に属して、常に弁体15が閉制御されて排気通路面積が
小さく維持されることになり、その結果、タービン効率
が高く維持されて、走行性能が向上することになる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明に係る排気ターボ過給装置の全体概略構
成を示し、１は４つの気筒1a〜1dを有する４気筒エンジ
ン、２は一端がエアクリーナ３を介して大気に連通し、
他端がエンジン１の各気筒1a〜1dに対応して４つに分岐
して該各気筒1a〜1dに連通する吸気通路、４は一端がエ
ンジン１の各気筒1a〜1dに連通し、他端が集合部4aで集
合されて大気に開放された排気通路である。上記吸気通
路２の途中には、吸入空気量を制御するスロットル弁５
と、該スロットル弁５上流側で吸入空気量を計測検出す
るエアフローメータ６とが各々配設されているととも
に、上記スロットル弁５下流側の吸気通路２にはサージ
タンク７が設けられている。

また、上記吸気通路２と排気通路４とに、排気ターボ過
給機10が該両通路2,4に跨って配置されている。該過給
機10は、排気通路４の集合部4a下流側に回転自在に配置
されたタービン10aと、該タービン10aに連結軸10bを介
して連結され且つ吸気通路２のスロットル弁５上流側で
エアフローメータ６下流側に配置されたブロワ10cとを
備え、タービン10aが排気通路４を流通する排気ガスか
ら排気エネルギーを受けて回転することにより、ブロワ
10cを回転駆動してエンジン１への吸入空気を過給する
ものである。

そして、上記排気ターボ過給機10において、タービン10
a周囲に開口するタービンノズル11に対し、該タービン
ノズル11近傍の排気通路４は渦巻状に形成され且つ仕切
壁12により二分割されて主分岐通路13と副分岐通路14と
が形成されているとともに、該副分岐通路14の上流端に
は、該副分岐通路14を開閉する弁体15が配置されてい
る。また、該弁体15には、リンク機構16を介して該弁体
15を開閉作動させるアクチュエータ17が接続されてい
る。該アクチュエータ17は、上記リンク機構16に連結さ
れたダイヤフラム17aと、該ダイヤフラム17aにより本体
内部を二分割してなる大気室17bおよび圧力室17cと、該
圧力室17cに縮装されたスプリング17dとから成り、上記
圧力室17cには、圧力導入通路19および負圧導入通路20
を介して吸気通路２のスロットル弁５下流の吸気負圧
が、また上記圧力導入通路19から大気圧導入通路21を介
して大気圧が各々導入可能になっていて、該３つの導入
通路19〜21の接続部には、圧力導入通路19を負圧導入通
路20と大気圧導入通路21とに選択的に連通接続する三方
弁22が設けられていて、該三方弁22が圧力導入通路19を
負圧導入通路20に連通する負圧導入位置（図示の位置）
にあるときには、アクチュエータ17の圧力室17cに負圧
が導入されてダイヤフラム17aがスプリング17dの付勢力
に抗して図中右方向に偏倚することにより、リンク機構
16を介して弁体15を副分岐通路14を閉じるよう閉作動さ
せる一方、三方弁22が圧力導入通路19を大気圧導入通路
21に連通した大気圧導入位置にあるときには、圧力室17
cに大気圧が導入されてダイヤフラム17aがスプリング17
dにより図中左方向に偏倚することにより、弁体15を排
気通路４の排圧に抗して副分岐通路14を開くよう図中上
方に開作動させることで排気通路面積を調整するように
している。

さらに、上記排気ターボ過給機10には、最大過給圧を規
制するウェストゲート機構25が備えられている。該ウェ
ストゲート機構25は、排気通路４の主分岐通路13を過給
機10のタービン10a下流側の排気通路４に連通して該タ
ービン10aをバイパスするバイパス通路26と、該バイパ
ス通路26を開閉するウェストゲート弁27と、該ウェスト
ゲート弁27を吸気通路２のスロットル弁５上流側の圧力
（過給圧）に応じて開閉作動させるアクチュエータ28と
から成り、吸気通路２の過給圧が設定値（最大過給圧）
に達すると、アクチュエータ28によりウェストゲート弁
27を開作動させて主分岐通路13の排気ガスの一部をバイ
パス通26に流通させ、過給機10のタービン10aをバイパ
スしてその下流側の排気通路４に排出することにより、
それ以上の過給圧の上昇を規制して最大過給圧を保持す
るようにしている。尚、図中、30は負圧導入通路20に介
設された一方向弁であって、スロットル弁５の拡開時
に、吸気負圧が大気圧に近づいてアクチュエータ17の圧
力室17cの負圧値以上になった場合にも、この吸気負圧
が負圧室17cに作用するのを阻止するものである。

そして、上記三方弁22の作動はCPU等を内蔵する制御装
置32によりエンジン運転状態に応じて適宜制御されるも
のである。該制御装置32には、上記エアフローメータ６
からの吸入空気量信号と、エンジン回転数を検出する回
転数センサ33からのエンジン回転数信号と、車両周りの
大気の圧力を検出する大気検出手段としての大気圧セン
サ34からの大気圧信号とが各々入力されている。そし
て、該制御装置32の内部には、第３図に示すように、吸
気通路２の吸入空気量に応じて開閉制御される第１スイ
ッチSW1と、エンジン回転数に応じて開閉制御される第
２スイッチSW2と、該両スイッチSW1,SW2の双方の閉時に
AND回路35を介してON作動して三方弁22の励磁コイル22a
への通電を行わせる制御トランジスタTrとが備えられて
いる。

次に、上記制御装置32による三方弁22の作動制御を第４
図のフローチャートに基づいて説明する。すなわち、ス
タートしてステップS₁でエアフローメータ６からの吸入
空気量Q₃信号を読込んだのち、ステップS₂で吸入空気量
Qaを第２の切換線としての所定吸入空気量値ａと大小比
較し、Qa＞ａのYESの場合には弁体15を開作動させるべ
くステップS₃で第１スイッチSW1を開制御する一方、Qa
≦ａのNOの場合には逆に弁体15を閉作動させるべくステ
ップS₄で第１スイッチSW1を閉制御する。

しかる後、ステップS₅で回転数センサ33からのエンジン
回転数Ｎ信号を読込むとともに、ステップS₆で大気圧セ
ンサ34からの大気圧信号を読込み、その後、ステップS₇
で第６図に示す如く大気圧に応じたエンジン回転数の補
正特性に基づいて弁体15を開制御すべき第１の切換線と
してのエンジン回転数ｂを設定する。

ここで、第５図に示すように、上記弁体15の開閉制御の
基準となるエンジン回転数（第１の切換線）ｂは、同図
に示す定速走行曲線Ｒよりもエンジン低負荷側（図中下
側）に位置する部分を少くとも有する。また、上記弁体
15の開閉制御の基準となる吸入空気量値（第２の切換
線）ａは、第５図に示すように、該第１の切換線ｂより
も高負荷側（図中側）で且つ低エンジン回転数側に位置
すると共に、前記第１の切換線ｂの傾きよりも小さい傾
きを有する。

また、上記第６図の大気圧に応じたエンジン回転数値
（第１の切換線）の補正特性は、大気圧の低下に応じて
エンジ回転数が増大する直線特性であり、その直線の傾
きは、第５図に示す如く、平地走行時には吸入空気量ａ
曲線と定速走行曲線Ｒとの交点におけるエンジン回転数
b₁となり、高地走行時には弁体15の開領域が同図に破線
で示す如く拡大した場合にその吸入空気量ａ′曲線と定
速走行曲線Ｒとの交点におけるエンジン回転数b₂となる
傾きに設定されている。

そして、その後はステップS₈で現在のエンジン回転数Ｎ
と上記設定値ｂとを大小比較し、Ｎ＞ｂのYESの場合に
は弁体15を開作動させるべくステップS₉で第２スイッチ
SW2を開制御する一方、Ｎ≦ｂのNOの場合には逆に弁体1
5を閉作動させるべくステップS₁₀で第２スイッチSW2を
閉制御する。その結果、ステップS₁₁で両スイッチSW1,S
W2の双方の閉時には制御トランジスタTrのON作動により
三方弁22の励磁コイル22aに通電されて、該三方弁22が
負圧導入位置に位置付けられることにより、弁体15が閉
作動して副分岐通路14が閉じ、排気通路面積が縮小され
る。一方、少なくとも一方のスイッチSW1,SW2の開時に
は、逆に制御トランジスタTrがOFF作動して三方弁22の
励磁コイル22aへの通電が停止し、三方弁22が大気圧導
入位置に位置付けられることにより、弁体15が開作動し
て副分岐通路14が開き、排気通路面積が拡大されること
になる。

よって、上記第４図の作動フローにおいて、ステップS₁
〜S₅,S₈〜S₉により、エアフローメータ６により検出さ
れた吸入空気量Qaが、その低吸入空気量側から高吸入空
気量側へ増量する移行によって、所定吸入空気量曲線
（第２の切換線）ａのうちその検出時のエンジン回転数
における所定吸入空気量値を越えた（Qa＞ａ）領域、及
びエンジン回転数Ｎが上昇して設定回転数値（第１の切
換線）ｂを越えた（Ｎ＞ｂ）領域では、排気通路面積を
大きくし、その他の領域では排気通路面積を小さくする
ように弁体15を作動制御するようにした弁体制御手段36
を構成している。

また、ステップS₂〜S₄,S₆及びS₇により、エアフローメ
ータ６により検出した吸入空気量Qaが吸入空気量の増量
に応じて所定吸入空気量曲線ａのうちその吸入空気量検
出時のエンジン回転数における吸入空気量値を越えた時
に体積吸入空気量としては例えば第５図に破線で示す如
く所定吸入空気量ａ′に増大している大気圧の場合に
は、この吸入空気量Qa＞ａの状況で第１スイッチSW1を
開制御して、吸入空気量曲線（第２の切換線）ａを第５
図に示すように高吸入空気量側の吸入空気量曲線ａ′に
補正すると共に、大気圧センサ34で検出した大気圧が低
くなるほど上記弁体制御手段36の設定エンジン回転数値
（第１の切換線）ｂを第６図の回転数特性に基づいて高
回転数側に補正するようにした補正手段37を構成してい
る。

したがって、上記実施例において、平地走行時、弁体15
は弁体制御手段36により開閉制御されて、第５図に示す
如く吸入空気量がその増量により所定吸入空気量（第２
の切換線）ａを越えた高負荷領域では、開制御されて排
気通路面積が拡大し、多量の排気が主分岐通路13に加え
て副分岐通路14からも排気抵抗少なく過給機１のタービ
ン10aに供給されるので、吸気は高いタービン効率でも
って良好に過給される。一方、所定吸入空気量（第２の
切換線）ａ以下の低負荷領域では、弁体15は基本的に閉
制御されて、副分岐通路14が閉じられて排気通路面積が
縮小し、このことにより少量の排気は主分岐通路13で絞
られて排気流速を速めながら過給機10のタービン10aに
供給されるので、タービン効率が高まってターボラグが
低減され、過給性能の向上が図られる。また、この弁体
15が閉じる低負荷領域であっても、エンジン回転数がそ
の上昇により設定回転数値（第１の切換線）b₁を越えた
高回転数域では、弁体15が低い排圧に抗して比較的容易
に開制御されて、予め副分岐通路14が開いて排気通路面
積が拡大するので、高エンジン回転数域からの急加速時
に備えられる。

また、車両の高地走行時において、空気密度の低下に伴
い排気エネルギーが減少して、エアフローメータ６によ
り検出される吸入空気量Qaがその増量により所定値ａを
越える大気圧の場合には、体積吸入空気量としては例え
ば第５図に破線で示す如く所定吸入空気量ａ′に増大し
ていて、所定吸入空気量値（第２の切換線）ａが高吸入
空気量側の所定空気量値ａ′に補正手段37により補正さ
れるので、弁体15の閉領域が拡大する。この場合、予め
弁体15を開制御すべき設定エンジン回転数（第１の切換
線）ｂも補正手段37により第６図の補正特性に基づいて
平地平行時よりも高回転数側に補正されて、例えば設定
値b₂（b₂＞b₁）に変更されるので、上記拡大された弁体
15の閉領域では、弁体15がその全域で確実に閉制御され
て排気通路面積が小さく維持され、平地平行時の設定エ
ンジン回転数（第１の切換線）b₁をそのまま保持する場
合の如く第５図の斜線部分、つまりタービン効率の向上
を要する領域の一部分であるのに弁体15が開制御されて
タービン効率が低下するのが防止される。よって、車両
の高地走行時にも、常にタービン効率を高めて過給性能
の向上を図ることができ、走行性能の向上に寄与するこ
とができる。

尚、上記実施例では、排気通路４を主分岐通路13と副分
岐通路14とに二分割し、副分岐通路14に弁体15を設けて
排気通路面積を２段階に大小制御したが、その他排気通
路４を多分割し、そのうち複数個の分岐通路に各々弁体
を配置して排気通路面積を多段階に大小制御するなど、
排気通路面積を調整するようにしてもよい。また、上記
実施例では、吸気通路２の吸入空気量により弁体15の開
領域と閉領域とを区画したが、排気通路４の排気ガス量
により区画してもよい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、排気通路面積を
弁体の開閉動作により大小調整する排気ターボ過給装置
において、上記弁体の動作を、定速走行曲線よりも低負
荷側に少くとも位置する第１の切換線と、該第１の切換
線よりも高負荷側で且つ低回転数側に位置する第２の切
換線とを基準として開閉制御する場合、車両の高地走行
時には、上記第１の切換線を高回転数側に補正すると共
に、第２の切換線を高吸入空気量側に補正したので、低
地走行時よりも高負荷側で、空気密度の低下に伴う排気
エネルギーの減少を排気ガス流速の上昇により補償し
て、タービン効率の向上を図り得ると共に、第２の切換
線以下の低負荷域では、第１の切換線よりも低回転数域
で弁体を確実に閉制御して排気通路面積を小さく維持
し、この領域の一部で弁体が開作動するのを防止して過
給機のタービン効率を常に高く維持することができ、よ
って高地走行時での高負荷領域及び低負荷領域の全域で
過給性能ひいては走行性能の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。第２図
ないし第６図は本発明の実施例を示し、第２図は全体概
略構成図、第３図は制御装置の内蔵機器のブロック図、
第４図は制御装置の作動を示すフローチャート図、第５
図は弁体の開領域および閉領域を示す説明図、第６図は
大気圧に対するエンジン回転数の補正特性を示す図であ
る。１……エンジン、４……排気通路、６……エアフローメ
ータ、10……排気ターボ過給機、10a……タービン、11
……タービンノズル、13……主分岐通路、14……副分岐
通路、15……弁体、17……アクチュエータ、22……三方
弁、32……制御装置、33……回転数センサ、34……大気
圧センサ、36……弁体制御手段、37……補正手段、SW1
……第１スイッチ、SW2……第２スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】過給機に至る排気通路に設けられ、排気通
路面積を調整するための弁体と、定速走行曲線よりもエ
ンジン低負荷側に少くとも位置する第１の切換線、及び
該第１の切換線よりもエンジン高負荷側で且つエンジン
低回転数側に位置し、上記第１の切換線よりも傾きが小
さい第２の切換線を基準として、エンジン回転数が前記
第１の切換線を越えた領域、又は低級入空気量側から高
吸入空気量側への移行により前記第２の切換線を越えた
領域で、上記排気通路面積を大きくし、その他の領域で
排気通路面積を小さくするよう上記弁体を作動制御する
弁体制御手段とを備えるとともに、大気の圧力を検出す
る大気圧検出手段と、該大気圧検出手段で検出した大気
圧が低いとき、上記第１の切換線をエンジン高回転数側
に補正すると共に、上記第２の切換線を高吸入空気量側
に補正する補正手段とを備えたことを特徴とする排気タ
ーボ過給装置。
【請求項２】弁体制御手段は、第２の切換線を越えたか
否かを、吸入空気量により検出することを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の排気ターボ過給装置。
【請求項３】弁体制御手段は、第１の切換線を越えたか
否かを、エンジン回転数が設定回転数を越えた否かによ
り検出することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の排気ターボ過給装置。