JPH1089079A - 過給式エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 急減速時のコンプレッサの損傷を防止できる
とともに、過給圧の立ち上がりを速くして加速性能を向
上できる過給式エンジンの吸気装置を提供する。 【解決手段】 吸気通路の途中に介設されたコンプレッ
サにより過給するようにした過給式エンジンの吸気装置
において、上記吸気通路２０のスロットル弁２３より上
流側部分をコンプレッサ上流側部分に接続するブローオ
フ通路３６を設け、該ブローオフ通路３６に該通路３６
を開閉するブローオフバルブ３７を配設し、上記スロッ
トル弁２３の下流側，上流側がそれぞれ負圧，正圧とな
るスロットル急閉運転域ではブローオフバルブ３７を開
状態とし、上記スロットル弁２３の下流側，上流側が、
両方とも正圧となる通常運転域及び両方とも負圧となる
低スロットル開度運転域では上記ブローオフバルブ３７
を閉状態とするブローオフバルブ制御手段（ダイヤフラ
ム機構）４２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クランク軸で駆動
されるスーパーチャージャあるいは排気ガスにより回転
駆動されるターボチャージャ等の過給機を備えた過給エ
ンジンの吸気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のエンジンでは、出力の向上を図る
ために、排気ガス，あるいはクランク軸によりコンプレ
ッサを回転駆動し、該コンプレッサにより昇圧させた空
気を燃焼室に過給するターボチャージャ，スーパチャー
ジャ等の過給機を備えたものがある。この種の過給式エ
ンジンでは、中速〜高速運転状態からスロットル弁を急
激に全閉にする急減速運転状態では、吸気通路のスロッ
トル弁上流側の圧力が上昇し、極端な場合はコンプレッ
サが破損するおそれがある。

【０００３】このようなコンプレッサの損傷を防止する
ために、従来、急減速時に吸気通内の圧縮空気を逃がす
ようにしたものがある。これは、図４に示すように、吸
気通路５１のスロットル弁５２より上流側にブローオフ
通路５３を連通接続し、該ブローオフ通路５３にブロー
オフバルブ５４を配置して構成されている。また上記ブ
ローオフバルブ５４には制御室５５を上室５６と下室５
７とに区分けするダイヤフラム５８が接続されており、
上室５６は吸気通路５１のスロットル弁５２より下流側
部分に連通接続されている。また上記上室５６にはブロ
ーオフバルブ５４を閉方向に付勢するスプリング５９が
配設されている。

【０００４】通常運転時には、吸気通路５１の圧力（過
給圧）と上室５６にかかる圧力とが同一となることから
ブローオフバルブ５４は閉じている（図４（ａ）参
照）。そして上記運転状態からスロットル弁５２を急閉
すると、スロットル弁５２下流側に発生した負圧により
ブローオフバルブ５４が開き、これにより吸気通路５１
内の圧縮空気はブローオフ通路５３を通ってコンプレッ
サ上流側に戻される（図４（ｂ）参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
構造では、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、エンジン
ブレーキ時，アイドリング時にブローオフバルブ５４が
開いたままの状態となる場合がある。特にエンジンブレ
ーキ状態が比較的長くなると吸気通路５１のスロットル
弁５２の上流側，下流側とも負圧となることからブロー
オフバルブ５４が開き易い。このためスロットル弁５２
を全閉状態から開いた場合の過給圧の立ち上がりが遅く
なるというタイムラグが生じ、加速性能が得られないと
いう問題がある。

【０００６】ここで、上記ブローオフバルブ５４のスプ
リング５９のセット荷重を大きくすることにより、アイ
ドリング時にブローオフバルブ５４が開かないようにす
ることが考えられる。しかしながら、アイドリング負圧
はエンジン機種によって異なることから、場合によって
はセット荷重が過大となって上述の急減速時におけるブ
ローオフバルブ５４の作動に支障をきたすという懸念も
ある。

【０００７】本発明は上記従来の状況に鑑みてなされた
もので、急減速時における過給圧の上昇を抑制でき、か
つ加速時の過給圧の立ち上がりを速くできる過給式エン
ジンの吸気装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、吸気
通路の途中に介設されたコンプレッサにより過給するよ
うにした過給式エンジンの吸気装置において、上記吸気
通路のスロットル弁より上流側部分を上記コンプレッサ
より上流側部分又は大気に連通するブローオフ通路を設
け、該ブローオフ通路に該通路を開閉するブローオフバ
ルブを配設し、上記スロットル弁の下流側，上流側がそ
れぞれ負圧，正圧となるスロットル急閉運転域ではブロ
ーオフバルブを開状態とし、上記スロットル弁の下流
側，上流側が、両方とも正圧となる通常運転域及び両方
とも負圧となる低スロットル開度運転域では上記ブロー
オフバルブを閉状態とするブローオフバルブ制御手段を
設けたことを特徴としている。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１において、上
記ブローオフバルブは、ブローオフ通路に形成され空気
の流れ方向に同軸配置された第１，第２シール面を有す
るバルブ室と、該バルブ室内に第１，第２シール面の軸
方向に進退自在に挿入配設されたバルブシャフトと、該
バルブシャフトに上記第１シール面又は第２シール面に
密接可能なよう軸方向に移動自在に装着されたバルブヘ
ッドとを備え、上記バルブシャフトに、該シャフトを前
進させたとき上記バルブヘッドを第１，第２シール面の
何れにも密接しない開位置に移動させるストッパを設け
た構成となっており、上記ブローオフバルブ制御手段
は、上記バルブシャフトが接続されたダイヤフラムによ
り大気圧室と作動室とに区分けされた制御室と、上記作
動室に上記スロットル弁下流側の圧力を導入する導圧通
路とを備え、上記スロットル急閉運転域ではバルブシャ
フトが作動室に導入され負圧により前進してバルブヘッ
ドを開位置に移動させ、上記通常運転域では、上記スロ
ットル弁下流側の正圧により上記バルブシャフトを後退
させるとともに上記スロットル弁上流側の正圧によりバ
ルブヘッドを第２シール面に密接する通常運転時位置に
移動させ、上記低スロットル開度運転域では、上記スロ
ットル弁下流側の負圧によりバルブシャフトを前進させ
るとともに上記スロットル弁上流側の負圧によりバルブ
ヘッドを第１シール面に密接する低スロットル開度運転
時位置に移動させることを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１ないし図３は、本発明の
一実施形態による過給式４サイクルエンジンの吸気装置
を説明するための図であり、図１は全体構成図、図２は
ブローオフバルブの断面図、図３（ａ）〜図３（ｄ）は
それぞれブローオフバルブの動作を示す図である。

【００１１】本実施形態の４サイクルエンジン１は、シ
リンダブロック２にシリンダベッド３，ヘッドカバー４
を締結し、該シリンダブロック２のシリンダボア２ａ内
にピストン５を摺動自在に配置し、該ピストン５をコン
ロッド６を介してクランク軸（不図示）に連結した概略
構造のものである。

【００１２】上記シリンダヘッド３下面のシリンダボア
２ａに臨む部分には燃焼室を構成する燃焼凹部３ａが凹
設されており、該燃焼凹部３ａには点火プラグ７が挿入
配置されている。また上記シリンダヘッド３には燃焼室
に連通する排気ポート１０，吸気ポート１１が形成され
ており、各ポート１０，１１には排気バルブ１２，吸気
バルブ１３が配置されている。この各バルブ１２，１３
はロッカアーム１４，１４を介してカム軸１５，１５で
開閉駆動される。

【００１３】上記排気ポート１０には排気管１６が接続
されており、該排気管１６の下流端には触媒コンバータ
１７を介在させてマフラ１８が接続されている。また上
記吸気ポート１１には吸気管２０が接続されており、該
吸気管２０の上流端にはエアクリーナ２１が接続されて
いる。この吸気管２０の吸気ポート１１に臨む部分には
燃料を噴射するインジェクタ２２が挿入配置されてお
り、これの上流側には吸気管２０の通路面積を可変制御
するスロットル弁２３が配置されている。また上記エア
クリーナ２１の吐出口にはエアフローメータ２４が配設
されている。

【００１４】上記エンジン１は過給機３０を備えてい
る。この過給機３０は排気管１６の途中に排気タービン
３１を、吸気管２０の途中にコンプレッサ３２をそれぞ
れ配置し、排気タービン３１とコンプレッサ３２とをシ
ャフト３３で結合して構成されている。上記吸気管２０
のコンプレッサ３２より下流側には圧縮空気を冷却する
水冷式又は空冷式のインタクーラ３４が、またスロット
ル弁２３の下流側にはサージタンク３５がそれぞれ介設
されている。

【００１５】上記排気管１６の排気タービン３１より上
流側部分と下流側部分とは排気バイパス通路２５により
連通接続されており、該バイパス通路２５には該通路２
５を開閉する排気バイパスバルブ２６が配設されてい
る。このバイパスバルブ２６にはダイヤフラム機構２７
が接続されており、このダイヤフラム機構２７は、上記
吸気管２０内の過給圧が所定値を越えるとバイパスバル
ブ２６を開くようになっており、これにより過給圧の過
剰上昇を防止している。

【００１６】上記吸気管２０の、上記スロットル弁２３
より上流側部分と上記コンプレッサ３２より上流側部分
とはブローオフ通路３６により連通接続されており、該
ブローオフ通路３６の吸気管２０への接続部にはブロー
オフバルブ３７が介設されている。

【００１７】上記ブローオフバルブ３７は以下の構造を
有している。略Ｌ字状のケーシング３８の上流部に略樽
状のバルブ室３８ａを膨出形成し、該バルブ室３８ａの
入口，出口部分内面に空気の流れ方向に同軸配置された
第１，第２シール面３８ｄ，３８ｃを形成する。また上
記バルブ室３８ａ内にバルブシャフト３９を上記第１，
第２シール面３８ｄ，３８ｃと同軸にかつ進退可能に配
置し、該バルブシャフト３９に略樽状のバルブヘッド４
０を軸方向に摺動自在に装着する。そして上記バルブシ
ャフト３９の上端部３９ａをシール材４１ａを介在させ
てケーシング３８から外方に突出させる。上記ケーシン
グ３８の吸気口３８ｅは吸気管２０に溶接接続され、吐
出口３８ｂはジョイントを介してブローオフ通路３６に
接続されている。上記バルブヘッド４０は樹脂，あるい
はアルミ合金からなる中空状のもので、外表面にはシー
ル性を確保するためのゴム膜（不図示）がコーティング
されている。

【００１８】またバルブヘッド４０はバルブシャフト３
９に対して回転可能にかつ軸方向移動可能に装着されて
おり、上記第１シール面３８ｄ，又は第２シール面３８
ｃに密接可能となっている。また上記バルブヘッド４０
は、上記バルブシャフト３９の中間段部に嵌着されたワ
ッシャ（ストッパ）４１ｂにより上方向への移動量が規
制されており、バルブシャフト３９が後退（上昇）位置
にある場合にのみ上記第２シール面３８ｃに密接可能と
なっている。なお、バルブヘッド４０はバルブシャフト
３９の前進，後退の何れにおいても第１シール面３８ｄ
に密接可能となっている。また上記バルブシャフト３９
の外表面にはバルブヘッド４０の摺動による食い付きを
防止するための皮膜（不図示）がコーティングされてい
る。

【００１９】これにより上記バルブヘッド４０は第２シ
ール面３８ｃに密接してブローオフ通路を閉塞する通常
運転時位置Ａと、バルブベッド４０がバルブシャフト３
９により吸気口３８ｅ側に押しやられてブローオフ通路
を開くスロットル急閉運転時位置Ｂと、第１シール面３
８ｄに密接してブローオフ通路を閉塞する低スロットル
開度運転時位置Ｃとの間で移動可能となっている。

【００２０】上記ブローオフバルブ３７にはブローオフ
バルブ制御手段としてのダイヤフラム機構４２が配設さ
れている。このダイヤフラム機構４２の制御室４４は、
上記バルブシャフト３９の上端部３９ａを囲むようにケ
ーシング３８に一体形成されたロアケース３８ｅにアッ
パケース４３を気密に締結してなり、該制御室４４は上
記両ケース３８ｅ，４３間にダイヤフラム４５を介在さ
せて大気室４４ａと作動室４４ｂとに区分けされてい
る。

【００２１】上記ダイヤフラム４５には一対の支持板４
５ａ，４５ａを介して上記バルブシャフト３９の上端部
３９ａが締結固定されている。この下側支持板４５ａと
ロアケース３８ｅの底面との間にはバルブシャフト３９
を上方（後退方向）に付勢するスプリング４６が配設さ
れており、このスプリング４６の付勢力はバルブシャフ
ト３９を上端位置に保持できる程度の大きさに設定され
ている。また上記アッパケース４３の内壁には上側支持
板４５ａが当接するストッパ部４３ａが突出形成されて
いる。

【００２２】そして上記作動室４４ｂには導圧通路４７
が連通接続されており、該導圧通路４７は上記スロット
ル弁２３の下流側に配設されたサージタンク３５に連通
接続されている。また上記アッパケース４３には大気室
４４ａと外気とを連通する連通孔４４ｂが形成されてい
る。

【００２３】次に本実施形態のブローオフバルブ３７の
動作について説明する。スロットル弁２３が所定値以上
開かれている通常運転域（低中速〜高速運転域）では、
吸気管２０内は過給機３０からの過給圧によりスロット
ル弁２３の下流側，上流側共に正圧となっており、その
ため制御室４４の作動室４４ｂも正圧となることから、
バルブシャフト３９はダイヤフラム４５の上昇によって
上昇端に位置している。またバルブヘッド４０は吸気管
２０内の正圧によって通常運転時位置Ａに上昇し、第２
シール面３８ｃに密接してブローオフ通路３６を閉じて
いる（図３（ａ）参照）。

【００２４】上記通常運転状態からスロットル弁２３を
急激に閉じる急減速運転域（スロットル急閉運転域）に
移行すると、サージタンク３５内の降圧に伴って作動室
４４ｂが負圧となることから、バルブシャフト３９はダ
イヤフラム４５によって下降され、バルブヘッド４０を
スロットル急閉時位置Ｂに押し下げる。これによりブロ
ーオフ通路３６が開き、バルブ室３８ａとバルブヘッド
４０との間から吸気管２０内の高圧の空気がコンプレッ
サ３２の上流側に戻される（図３（ｂ）参照）。これに
より吸気管２０内の圧力上昇が抑制され、コンプレッサ
３２の損傷を防止できる。

【００２５】一方エンジンブレーキが比較的長く続いた
時，あるいはアイドリング時のように、スロットル弁２
３が所定の小開度に保持される低スロットル開度運転域
では、上記バルブシャフト３９は作動室４４ｂの負圧に
より上記スロットル急閉運転域と同じ下降位置に保持さ
れ、バルブヘッド４０は吸気管２０内が負圧になること
から低スロットル開度運転時位置Ｃに移動し、第１シー
ル面３８ｄに密接してブローオフ通路３６を閉じる（図
３（ｃ），（ｄ）参照）。

【００２６】本実施形態では、バルブシャフト３９をス
ロットル弁２３の下流側の正圧，負圧によって上昇，下
降するよう構成するとともに、バルブヘッド４０をバル
ブシャフト３９に軸方向に移動可能に装着したので、通
常運転域では、バルブシャフト３９が吸気管２０のスロ
ットル弁２３の下流側の正圧によって上昇し、かつバル
ブヘッド４０が吸気管２０のスロットル弁２３上流側の
正圧によって上昇して第２シール面３８ｃに密接し、ブ
ローオフ通路３６を閉状態に保持できる。

【００２７】そしてスロットル急閉運転域では、バルブ
シャフト３９がスロットル弁下流側の負圧により下降し
同時にバルブヘッド４０を中間位置に下降させ、ブロー
オフ通路３６を開き、吸気管２０内の過剰昇圧を回避で
きる。

【００２８】一方、低スロットル開度運転域では、スロ
ットル弁２３上流側が負圧になることからバルブヘッド
４０が下降して第１シール面３８ｄに密接し、ブローオ
フ通路３６を閉状態に保持する。

【００２９】このように本実施形態によれば、エンジン
ブレーキ時，アイドリング時のような低スロットル開度
運転域では吸気管２０内のスロットル弁２３上流側の負
圧によりバルブヘッド４０がブローオフ通路３６を閉じ
るので、スロットル弁２３を全閉状態から開いたときの
過給圧の立ち上がりを速くすることができ、加速性能を
向上できる。

【００３０】また本実施形態では、バルブヘッド４０を
バルブシャフト３９に対して摺動可能とするだけの構造
により、吸気管２０内のスロットル弁２３の下流側，上
流側の圧力により自動的にバルブヘッド４０を昇降させ
ブローオフ通路３６を開閉することができ、簡単な構造
で済み、コストの上昇を抑制できる。

【００３１】また上記バルブヘッド４０をバルブシャフ
ト３９に対して回転可能としたので、該バルブヘッド４
０を各シール面３８ｃ，３８ｄに確実に密接させること
が可能となり、それだけシール性を向上できる。また、
バルブ室３８ａ，及びバルブヘッド４０を略樽状に形成
したので、流路抵抗を小さくできる。

【００３２】また本実施形態では、ブローオフバルブ制
御手段をダイヤフラム機構４２により構成し、該ダイヤ
フラム機構４２によりブローオフバルブ３７を開閉駆動
するようにしたので、ブローオフバルブ３７の開閉制御
を簡単な構造で実現でき、この点からもコストの上昇を
抑制できる。

【００３３】なお、上記実施形態では、排気タービン３
１によりコンプレッサ３２を回転駆動する，いわゆるタ
ーボチャージャを例に説明したが、本発明はクランク軸
によりコンプレッサを回転駆動するスーパーチャージャ
にも勿論適用できる。

【００３４】また上記実施形態では、ダイヤフラム機構
によりブローオフバルブ制御手段を構成した場合を説明
したが、本発明のブローオフバルブ制御手段はこれに限
られるものではない。例えば、吸気管内圧力を圧力セン
サで検出し、該検出値に基づいてコントローラによりア
クチュエータを介してブローオフバルブを開閉駆動する
ようにしてもよい。さらに上記実施形態では、４サイク
ルエンジンを例に説明したが、本発明は２サイクルエン
ジンにも適用できる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明にかかる過
給式エンジンの吸気装置によれば、スロットル急閉運転
域ではブローオフ通路を開き、通常運転域，及びスロッ
トル低開度運転域ではブローオフ通路を閉じるブローオ
フバルブ制御手段を設けたので、エンジンブレーキ時，
アイドリング時にはブローオフ通路を閉状態に保持で
き、スロットル弁を全閉から開いたときの過給圧の立ち
上がりを速くすることができ、加速性能を向上できる効
果がある。

【００３６】請求項２の発明では、ブローオフバルブ
を、バルブ室内にて進退するバルブシャフトと、該バル
ブシャフトに軸方向に移動可能に装着したバルブヘッド
とを備えたものとし、ブローオフバルブ制御手段を、バ
ルブシャフトを駆動するダイヤフラムの作動室内に吸気
通路のスロットル弁下流側圧力を導入する構造としたの
で、ブローオフ通路を、スロットル急閉運転域でのみ開
き、他の運転域では閉じる動作を、簡単な構造で実現で
き、コストの上昇を抑制できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による過給式エンジンの吸
気装置を説明するための概略構成図である。

【図２】上記吸気装置のブローオフバルブの断面図であ
る。

【図３】上記ブローオフバルブの動作を示す図である。

【図４】従来のブローオフバルブの動作を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 過給式エンジン ２０ 吸気通路 ２３ スロットル弁 ３２ コンプレッサ ３６ ブローオフ通路 ３７ ブローオフバルブ ３８ａ バルブ室 ３８ｅ，３８ｃ 第１，第２シール面 ３９ バルブシャフト ４０ バルブヘッド ４１ｂ ワッシャ（ストッパ） ４４ 制御室 ４４ａ 大気圧室 ４４ｂ 作動室 ４５ ダイヤフラム ４７ 導圧通路 Ａ 通常運転時位置 Ｂ スロットル急閉運転位置（閉位置） Ｃ 低スロットル開度運転時位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気通路の途中に介設されたコンプレッ
   サにより過給するようにした過給式エンジンの吸気装置
   において、上記吸気通路のスロットル弁より上流側部分
   を上記コンプレッサより上流側部分又は大気に連通する
   ブローオフ通路を設け、該ブローオフ通路に該通路を開
   閉するブローオフバルブを配設し、上記スロットル弁の
   下流側，上流側がそれぞれ負圧，正圧となるスロットル
   急閉運転域ではブローオフバルブを開状態とし、上記ス
   ロットル弁の下流側，上流側が、両方とも正圧となる通
   常運転域及び両方とも負圧となる低スロットル開度運転
   域では上記ブローオフバルブを閉状態とするブローオフ
   バルブ制御手段を設けたことを特徴とする過給式エンジ
   ンの吸気装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記ブローオフバル
   ブは、ブローオフ通路に形成され空気の流れ方向に同軸
   配置された第１，第２シール面を有するバルブ室と、該
   バルブ室内に第１，第２シール面の軸方向に進退自在に
   挿入配設されたバルブシャフトと、該バルブシャフトに
   上記第１シール面又は第２シール面に密接可能なよう軸
   方向に移動自在に装着されたバルブヘッドとを備え、上
   記バルブシャフトに、該シャフトを前進させたとき上記
   バルブヘッドを第１，第２シール面の何れにも密接しな
   い開位置に移動させるストッパを設けた構成となってお
   り、上記ブローオフバルブ制御手段は、上記バルブシャ
   フトが接続されたダイヤフラムにより大気圧室と作動室
   とに区分けされた制御室と、上記作動室に上記スロット
   ル弁下流側の圧力を導入する導圧通路とを備え、上記ス
   ロットル急閉運転域ではバルブシャフトが作動室に導入
   され負圧により前進してバルブヘッドを開位置に移動さ
   せ、上記通常運転域では、上記スロットル弁下流側の正
   圧により上記バルブシャフトを後退させるとともに上記
   スロットル弁上流側の正圧によりバルブヘッドを第２シ
   ール面に密接する通常運転時位置に移動させ、上記低ス
   ロットル開度運転域では、上記スロットル弁下流側の負
   圧によりバルブシャフトを前進させるとともに上記スロ
   ットル弁上流側の負圧によりバルブヘッドを第１シール
   面に密接する低スロットル開度運転時位置に移動させる
   ことを特徴とする過給式エンジンの吸気装置。