JPS59108824A - 過給機付エンジンの過給圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は過給機を装着したエンジンの過給圧制御装置に
関する。

従来から自動車の排気エネルギーを利用し、排気タービ
ンと該タービンと同軸の吸気コンプレッサを回転させ、
エンジンＥこ供給する吸入空気を過給することによって
エンジンの充填効率を高くした、いわゆる排気ターボ過
給機付エンジンは一般１こ知られている。また、前記タ
ーボ過給装置は排気タービンの上・下流間を連通させた
排気バイパス路を設け、該排気バイパス路Ｉζ吸気側の
過給圧により開閉されるウェストゲートバルブを設置し
たり、あるいは、吸気コンプレッサの上・下流間を連通
させた吸気バイパス路を設け、該吸気バイパス路１こ吸
気の過給圧により開閉されるブローオフバルブを設けた
り、さらには、吸気コンプレッサー下流をブローオフバ
ルブを介して大気に開放したりして、高速回転域での過
過給を防止してエンジンの信頼性を改善していた。しか
し、前述のように排気バイパス通路と吸気バイパス通路
のうちいずれか一万のみを設置した場合、前記ウェスト
ゲートバルブあるいはブローオフバルブが故障しｔこ時
に、高速回転域において過過給となりすぎ、エンジンが
破損してしまう不具合があった。

このような不具合を防止するものとして、従来排気バイ
パス通路と吸気バイパス通路を並設したものがあり、こ
のものにおいては、排気バイパスにより第１図１こ示す
ような過給圧制御を行０、吸気バイパスハ、該吸気バイ
パス通路のブローオフノ（ルブのリリーフ設定圧をウェ
ストゲ−トノ（ルブより若干高くして、ウェストゲ−ト
ノ（ルブの故一時あるいは、急減速時の過過給Ｉこ対す
る安全装置として使用していｔこ。

まｔこ、吸気バイパス通路と排気］くイノ（入通路を同
時に制御するものとして、特開昭５６−２０７２Ｑｅに
示されるようＩζ、エンジン各部に取り付けたセンサー
により吸気バイパス及び排気パイ／ｆス時期を電子楠抑
するようＩζしたものもめろ。

一方、過給機Ｉこは第２図に示す性能曲線（ｂ）、（Ｃ
）のようｊこ、２つの種類がある。すなわち、排気ター
ビン及び吸気ブロアの径を大きくとり、高速回転域にお
いて過給するよう１こした第２図の曲線（ｅ）のような
大型のターボ過給機と、排気タービン及び吸気ブロアの
径を小さくとり、低速回転から過給するようｌこした第
２図の曲線（ｂ）のようなｚＪｓ型のターボ過給機であ
る。また、一般Ｉこ排気ターボ過給機等の強制過給機を
備えｊこエンジンＩ乙お０ては、過給することによって
充填効率が高く、且つ圧縮比も高くなり、エンジンが破
損する恐れがあるｔこめ、圧縮比がノンターボエンジン
ｌζ比べ低く設定されている。このため、大型のターボ
過給機全装着しｔこエンジンにおいては、高速回転域に
おいて吸気の充填効率が高くなるのを見込んで設定圧縮
比を下げているため、過給が行われない低速回転域にお
いて燃費が悪化する不具合があった。

これを改善するものとして、低速回転域から過給できる
小型のターボ過給機を装着したエンジンがあるが、この
ものにおいては一般に高速回転域における充填効率が大
型のターボ過給機よりも低いため、設定圧縮比を高くし
て全回転域における燃費を向上させている。しかし、前
記小型のターボ過給機を装着したものにおいては、低速
回転域から過給が始まり、且つ、圧縮比も高く設定して
いるため、登板時のような低速回転高負荷域１こおいて
ノックが発生する不具合があった。

また、小型及び大型のターボ過給機を装着したエンジン
ｌこおいては高速回転Ｍｌζおいて共通ノ問題がゐツｔ
こ。すなわち、卑両曝こエンジンを搭載しｔこ場合のエ
ンジンの最高回転数は、第８図看こ示すよう覗こ抵抗馬
力曲線（（１）と、各エンジン１こおζする性能曲線（
ａ）、（１））、（ｃ＞とのぶつかり合う点になるがこ
の場合、ノンターボエンジンの性能曲線（ａ）　ｔこお
けろ最高回転数Ｅこ比べ小型ターボを装着しｔこエンジ
ンの性能曲線（ｂ）における最高回転数、及び、大型タ
ーボを装着しｔこエンジンの性能曲線（０月とおける最
高回転数は、それぞれＡ％Ｂの分だけ高くなる。このた
め、最近のエンジンのように軽量化、コストダウンを図
って、肉厚をできるｔごけ助＜シたエンジン艮過給機を
装着した場合、最高回転数が藁くなりエンジン本体の耐
久性を著しく損うという不具合を生じるのでめった。

本発明は、排気ターボ過給機を装着しｔこエンジンＩこ
おいて従来からの排気バイ１＜入通路及び吸気バイパス
路とは別に第２の吸気）くイノ＜入通路をエンジンの回
転数によって開閉するコントロールバルブを介して設け
、該コントロールレノ（ルブを、小型のターボ過給機を
装着しｔこ場合Ｉこ蚤よ低速回転域及び高速回転域にお
いて、大型のターボ過給機を装着しｔこ場合暑こは高速
回転域艮おいてそれぞれ開成するよう＋ζ制都すること
によって、前述しＩこ不具合をことごとく解消し１こも
のである。

以下、本発明のうち小型のターボ過給機を装着しｔコ場
合（こおける一実施例を第４図、第５図を一ボ過給機を
示している。そして、エアークリーナ３からエンジン本
体１の吸気ボート１　ａ　＋を至る吸気系路４と、エン
ジン本体１の排気ボート１ｂから触媒コンバータ５を経
由して図示しないマフラーに至る排気系路６をそれぞれ
設けている。

吸気系路４側は、エアークリーナ８を介して取り入れら
ねｔコ給気が排気ターボ過給機２の吸気コンプレッサ７
Ｉこ導かれ、この吸気コンプレッサ７（こよって加圧さ
れｔこ後、インテークエアーサージタンク８円Ｉζ充填
され、更１ここのエアーサーザタンク８から気化器９を
経てエンジン本体１の吸気ボート１ａからエンジン本体
１内艮供給され得るようＩこ構成されている。一方、排
気系路６側はエンジン本体１の排気ボートｌｂから排出
される排気がエキゾーストマニホールド１０を経て排気
ターボ過給機２の排気タービン１１＋こ導かれ、該排気
タービン１１を回転駆動させた後、触媒コンバータ５お
よび図示しないマフラー等を介して大気中ｔこ放出され
１４るよう曇こ構成されている。なお６１１記排気タ一
ボ過給機２は従来、公知のものであるが、通常の過給機
に比べて小型、軽量のものを使用している・ そして、吸気系路４には、前記吸気コンプレッサ７の上
・下流間を連通させる第１の吸気バイパス通路１６を設
けている。この第１の吸気バイパス通路１６は、その一
端をブローオフバルブ１７を介してインテークエアーサ
ージタンク８Ｉこ接続するとともに、他端をエアークリ
ーナ８Ｉこ直結してなる。しかして、前記ブローオフバ
ルブ１７はスロットルを急減Ｉこ閉じた時、あるいは、
ウェストケート・バルブ１９が故障した時等、インテー
クエアーサージタンク８内の過給圧が所定の値を越えた
場合Ｅこ開弁して過給気を吸気コンプレッサ７の上流側
に再循環させ、前記吸気コンプレッサ７を保護するよう
１こなっている。

また、前記吸気系路４に、第１の吸気バイパス通路１６
に併設して吸気コンプレッサ７の上、下流間を連通させ
る第２の吸気バイパス通路１２を設けている。この第２
の吸気バ・イハス通路１２Ｉこはその一端をインテーク
エアーサージタンク８磨こ接続するとともに、他端をエ
アークリーナ８Ｉこ接続するもので、この第２の吸気バ
イパス通路１２の途中に電磁弁等よりなるコントロール
バルブ１３を介在させている。このコントロールバルブ
１８はエンジン本体１の回転速度を検知してυ：］閉動
作するよう構成されるもので、イグニッションコイル１
４より検出されるエンジンの回転速度ｌこ比例しｒこパ
ルス信号を回転コントローラ１５に入力しこの回転コン
トローラ１５＋こ予め設定される回転速度領域で前記コ
ントロールバルブ１８＋こ励磁信号を出力して、該バル
ブ１３の開閉駆動を行なうよう着こしている。また、前
記回転コントローラ１５は、エンジンの回転速度が零か
ら、例えば、　２０００ｒ　ｌ１ｍまでの低速回転領域
と、例えば、　６０００ｒｌ’ｍを越えろ高速回転領域
でコントロールバルブ１８艮動ｍ信号を出力して、該バ
ルブ１３の開成動作を行なわしめるようにしたもので、
これらの低速及び高速回転領域では第２の吸気バイパス
通路１２が開路して、過給をカットするようＩｃ　ｌ、
ている。

−万、排気系路６側普こは、前記排気タービン１１の上
、下流間を連通させる排気バイパス路１８を設け、この
排気バイパス通路１８の途中にウェイストゲ−トバルブ ェイストゲートバルブ 有するバルブコントローラ２１＋こまって開閉制御さオ
′するもので、該バルブコントローラ２１のスプリング
２２側を大気１こ開放するとともに、ダイアフラム室２
３を過給圧案内路２４を介して前記吸気系路４の吸気コ
ンプレッサ７の吐出口付近に連通させている。また、ダ
イアフラム２０の中心ｌこ作！１ｆＩＪ棒２５の一端を
連結し、該作動棒２５の他端り・ウェイストゲートバル
ブ１９１こ連結している。

つまり、前記ウェイストゲートバルブ１９は吸気系路４
側の過給圧の大きさによって開閉制御されるもので、設
定過給圧以下では全開状態となり、設定過給圧を越える
と、その過給圧ｌζ応じたバルブＮ（ｆがバルブコント
ローラ２１１こよって与えられ、排出ガスがこのバルブ
開度ｔこ応じて排気バイパス通路１８内をバイパスして
マフラー側ｉこ排出され、最大過給圧を適正値１こ維持
するようになっている。

このような構成によれは、エンジンの回転速度が回転コ
ントローラ１５＋こ設定される低速回転領域内では、コ
ントロールバルブ１３が開成状態にあるため、第２の吸
気バイパス通路１２が開通して過給をカットした状態ｆ
こゐる。つまり、この低速回転領域内では過給機を装着
しないエンジンとして作動し、出力特性は第５図１こホ
ず低速回転領域Ｉ内の実線部で示すようなものｌこなる
。

ついで、エンジンの回転速度がｉ前記低速回転領域１を
越え、かつ、回転コントローラ１５に設定される高速回
転領域１＋こ遅するまでの中速回転領［１１内では、コ
ントロールバルブ１８が閉成状Ｍｒこゐるため、第２の
吸気バイパス通路１２が閉塞されて排気ターボ過給機２
による過給が作用する状態となる。つまり、この中速回
転領域■内では過給機を装着したエンジンとして作動し
、出力特性は第５図に示す中速回転領域Ｎ円の実線部で
示すようなものＪこなる。

ついで、エンジンの回転速度が高速回転領域回内Ｉこ達
すると、コントロールバルブ１３が再び開成状態となっ
て、第２のバイパス通路１２が開通し、再び過給がカッ
トされた状態ｌこなる。つまり、この高速回転領域凹円
でも、過給機を装着しないエンジンとして作動し、出力
特性は第５図に示す誦速回転領域■円の実線部で示すよ
うなものになる。

したがって本装置によれば、回転コントローラ１５に予
め設定される低速回転領域１と高速回転領域ＩＩ乙おい
ては、過給機を装着しない、いわゆるノンターボエンジ
ンとして作動するｔこめ、特に小型の過給機を採用する
場合において問題となっていｔこ登板時等の低速回転高
負荷域に生じるノックが解消され、ま１゛こ高速回転域
でのエンジン回転数をノンターボエンジンＩｎおけるエ
ンジンＤａ転数ｆ乙抑えることができるため、ターボ過
給機を装着するＥこ際して特にオーバーラン対策等１乙
よるエンジンの補強を施さなくてもよいので、従来のエ
ンジンが流用でき、コストダウン及び生産性の向上が可
能である。

また、本装置ξこよれば第４図（こ実線部で示すような
出力特性が得られるｔこめ、特（こ低速回転領域Ｉから
過給の始まる中速回転領域１１ζ移行する際Ｉｎ、急激
な出力の増加があるため、良好な加速感が得られろ。才
、た、第５図からも分るように、低速回転領域Ｉから中
速回転領域１＋こかけて、大型の過給機を装着した場合
に近似した出力特性を示すことから、小型の過給機を搭
載しながら、あたかも大型の過給機を搭載しているよう
な印象を与えろこともできる。しかも、本装置による場
合は最も常用される中、低速回転域（中速回転領域…Ｅ
おける低速側）で大型の過給機を装着した場合よりも出
力が大きい利点がある。

ここで、第５図の破線で示す各曲線（ａ）　（ｂ）　（
（１）は第２図１こおける曲線（ａ）　（ｂ）　（ｅ）
をそのまま用いたもので、曲線（ａ）は過給機を装着し
ない場合、曲線（ｂ）は小型の過給機を装着した場合、
曲線（ｅ）は大型の過給機を装着した場合のエンジンの
出力特性を示したものである。

まｔこ、本実施例中のブローオフバルブ１７及びウェイ
ストゲートバルブ１９はｍｔ記コントロールバルブ１３
とは独立して作用し、それぞれコンプレッサ７の保護及
び最大過給圧を適正に維持すべく作動する。

さらｌこ、本実施例においてブローオフバルブ１７とコ
ントロールバルブ１３を別々Ｅこ設け、吸気バイパス通
路を共用させるようＩこしても同様の効果を得ることが
できる。

なお、本発明は、前記実施例のものに限定されないのは
匁論であり、例えば、ブローオフバルブおよびウェイス
トゲートバルブのいずれか一方を省略したり、第１及び
第２の吸気バイパス通路を大気に開放する等、種々変形
が可能である。

以上、一実施例として小型の過給機を装着し１こ場合１
４ついて説明しｔコが、本発明は排気ターボ過給機を装
着しｔこエンジン暑こおいて従来からの排気バイパス通
路及び吸気バイパス通路とは別に第２の吸気バイパス通
路をエンジンの回転数ｌこよつて開ＷＡするコントロー
ルバルブを介して設けたので、前記コントロールバルブ
が故障した時、あるいは、ウェストゲートバルブが故障
した時などｌこおける安全性がブローオフバルブを介し
た吸気バイパス通路１こより確保できる。

さらに、前記コントロールバルブを、小型のターボ過給
機を装着した場合１こは低速回転域及び高速回転域Ｃ乙
おいて、大型のターボ過給機を装着した場合には高速回
転域＋１おいてそれぞれ開成するように制御したので、
小型のターボ過給機を装着しｔコ場合ｌこおける登板時
等の低速回転高負荷域でのノックを防止するとともに、
小型及び大型のターボ過給機を装着し・た場合１とおけ
る高速回転域での過回転を抑えてエンジンｌこ対する負
荷を軽減し、特ｌこエンジンを補強することなくターボ
過給機を装着することができ、従来のエンジンが流用で
きる等のコストダウン及び生産性向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は排気ターボ過給機の過給圧制御特性を示す図、
第２図は過給機の有無及びその規模ｍ基くエンジンの出
力特性を示す図、第８図はエンジンの出力に対する最高
回転数を示す図、第４図は本発明の一実施例を示すシス
テム図、第５図は本発明によるエンジンの出力特性を示
す図である。 １・・・エンジン本体　　２・・・排気ターボ過給機７
・・・吸気コンプレッサ １２・・・第２の吸気バイパス通路 １３・・・コントロールバルブ １６・・・第１の吸気バイパス通路 代理人　弁理士　赤澤−博 第１図 □回転速度（ｒｐｍ） 第２図 一回転待屋（ｒｐｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気ターボ過給機を備えたエンジンｆこおいて吸気コン
   プレッサの下流に、該コンプレッサ下流の過給圧が所定
   以上になると開成するブローオフバルブを介設した第１
   の吸気バイパス通路ト、エンジンの回転数によって開閉
   するコントロールバルブを介設した第２の吸気バイパス
   通路とを設は前記両通路を吸気コンプレッサ上流側、あ
   るいは大気に開放したことを特徴とする過給機付エンジ
   ンの過給圧制御装置。