JPS593146Y2 - 過給機付内燃機関の出力制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は過給機を備えた内燃機関において、最大過給圧
を略一定に制御して機関出力を安定状態に制御する出力
制御装置に関する。

排気ターボ過給機等の過給機を備えた内燃機関において
は、機関高回転速度域で吸気過給圧が上がり過ぎると燃
焼室に異常に多量の混合気が供給されて機関出力が過大
となり、ノッキングを生じてピストン、排気弁等の破損
に至る危険性がある。

かかる過大出力の発生を防止するため過給機のコンプレ
ッサ下流側の吸気通路に形成し、た大気との連通路に圧
力応動型の開閉弁を設け、吸気過給圧が所定圧力に達す
ると前記開閉弁が開いて吸気を大気にリリーフすること
により過給圧の異常上昇を抑制するようにしたものがあ
る。

排気ターボ過給機の場合には、タービン上流側の通路と
下流側の通路とをタービンをバイパスさせて接続したバ
イパス通路に、吸気過給圧を検出して開閉する開閉弁を
介装し、過給圧の異常上昇時に前記バイパス通路を連通
させることによって排気タービンへの排気流通量を減少
させてタービン及びこれと一体のコンプレッサの回転速
度を低下させ、もって過給圧の上昇を抑制する構成が一
般的に採用されている。

しかし、タービンへの排気流通量を減少させてもコンプ
レッサはしばらく慣性によって高回転を続けるため、急
減速時、急加速時には即時に過給圧が低下せずに時間遅
れを生じ、やはり前記した過大出力による機関への悪影
響を招くから、この場合でも吸気通路に形成した大気圧
連通路に開閉弁を設は吸気過給圧の過昇を迅速に防止し
て機関への悪影響をできるだけ少なくするようにするこ
とが好ましい。

しかしながらかかる大気へのリリーフ弁として使用され
る開閉弁は、従来、スプリングで閉弁方向に付勢された
受圧面積一定の弁体１個のみで形成されているため、吸
気過給圧の設定値以上で開弁し始めた後さらに圧力上昇
に応じて弁開度が除々に増大する特性を有し、従って開
弁後の過給圧は第４図Ａに示す如く機関回転速度の増大
に応じて圧力上昇率を徐々に低下させながら所定圧に接
近するという緩やがな上昇曲線を描き定圧に制御するこ
とができながった（例えば特開昭５４−１３７５１４号
公報など）。

このため開閉弁の初期開弁圧力を必要充分な機関出力が
得られる要求過給圧に設定すると機関高速域での過給圧
が上昇し過ぎて前記出力過大による欠点を免れず、又、
機関高速域で大となる過給圧を要求過給圧に合わせて設
定すると低速域における過給圧の低下が著しくなって出
力低下を招き運転性が悪化してしまう。

本考案はかかる従来の欠点に鑑みなされたもので、吸気
過給機付内燃機関の吸気通路に形成した大気開放路に、
吸気通路側に面した受圧面積小の第１弁体、大気側に面
した受圧面積大の第２弁体とを一体に軸結した弁体を設
け、過給圧が開弁圧力に達すると第１弁体を開き、かつ
この過給吸気が空室と第２弁体との全周に亘る開口部が
ら大気に放出されるとき、第２弁体のより瞬時に第１弁
体の弁開度を増大し、過大な過給圧を防いで機関を保護
するようにした過給機付内燃機関の出力制御装置を提供
するものである。

以下に、この考案を図面に示す実施例にしたがって説明
する。

第１図において、１は上流側吸気通路である。

排気ターボ過給機２はコンプレッサー３とタービン９を
軸１０で直結した構造をそなえる。

コンプレッサー３は入口部３′、出力部３“を、タービ
ン９は人口部９′、出口部９″をそなえる。

上流側吸気通路１の一端にはエアクリーナー１５、エア
フローメーター１６が接続してあり、他端には排気ター
ボ過給機２のコンプレッサー３の入口部３′が接続しで
ある。

コンプレッサー３の出口部３“には下流側吸気通路４が
連結しである。

５は絞弁であり、下流側吸気通路４の出口側付近にもう
けである。

下流側吸気通路４は内燃機関７本体に固定した吸気マニ
ホールド６に連結しである。

燃料噴射弁３０は吸気マニホールド６に取付けである。

内燃機関７本体に固定した排気マニホールド８に、上流
側排気通路１１の一端が接続され、他端にタービン９の
入口部９′が接続されている。

タービン９の出口部９“には下流側排気通路１２が連結
している。

さらに、上流側排気通路１１と下流側排気通路１２は、
バイパス通路１４で連通しており、該バイパス通路１４
にはバイパス弁１３があって、バイパス通路１４を開閉
制御する。

バイパス弁１３は下流側吸気通路４の出口側付近にもう
けた絞弁５の上流側の吸気過給圧で制御するようになっ
ている。

絞弁下肢にしない理由は、弁１３のダイヤフラムが正負
両方の圧力を受ける材質にすることが高価になり耐久性
上問題があること及び絞弁上下流で部分負荷時に圧力差
があり、排気バイパス前後での運転性に問題があること
によりバイパス弁の信号を絞弁上流とした。

下流側吸気通路４の絞弁５下流には大気と連通ずる大気
開放路１８を形成し、該大気開放路１８に本考案に係る
圧力応動型開閉弁１９を接続する。

該開閉弁１９は次のように構成されている。

即ち、前記大気開放路１８の内周壁に螺着するコネクタ
２０の内周壁にケース２１の小径部２１Ａが圧嵌される
。

ケース２１は前記小径部２１Ａと段付部を介して連続す
る大径部２１ Ｂとを有した筒状体に形成される。

該ケース２１の段付部内周面に形成される弁座２１ ａ
には第１弁体２２を着座させ、又、大径部２１ Ｂの端
部周壁一部を中心側に陥凹させた係止部２１ ｂには大
径部２１ Ｂ内空間Ａ側から挿入したスプリング座金２
３の周縁部を係止させ、該スプリング弁座２３と前記第
１弁体２２の周辺部との間に圧縮コイルスプリング２４
を介装し、第１弁体２２を常時弁座２１ ａに着座すべ
く付勢する。

スプリング座金２３には第３図に示す如く周辺部に複数
の空気流通孔２３ ａが開口され、又、中心部に設けた
孔２３ ｂにはガイドブツシュ２５が嵌挿して固定しで
ある。

第１弁体２２に一端を固定したシャフト２６を前記ガイ
ドブツシュ２５に摺動自由に貫通させ、その他端をケー
ス２１の大径部２１ Ｂ側聞口端面を開閉する第２弁体
２７に固定する。

該大径部２１ Ｂ開口端面を開閉する第２弁体２７の受
圧面積Ａ２は小径部２１Ａの開口面を開閉する第１弁体
２２の受圧面積Ａ１に比べて当然のことながら大きく形
成されている。

尚、第２弁体２７と大径部２１ Ｂの開口端面との間に
は第１弁体２２の閉弁時に大径部２１ Ｂ内空間Ａが大
気圧に保たれるよう僅がな隙間をもたせである。

次にかかる構成の作動を説明する。

内燃機関７本体から排気マニホールド８へ排出された排
気は、上流側排気通路１１をとおり、タービン９の入口
部９′に入り、タービン９を回転させた後、出口部９″
から下流側排気通路１２へ流れる。

この時のタービン９の回転は軸１０で直結したコンプレ
ッサー３を回転させる。

コンプレッサー３の回転によって、エアクリーナー１５
、エアフローメーター１６、上流側吸気通路１を経てコ
ンプレッサー３の入口部３′へきた空気を圧縮して、出
口部３″へ圧送する。

圧送された過給空気は下流側吸気通路４へ入り、バタフ
ライ式の絞弁５で流量調整されてから吸気マニホールド
６をとおり、内燃機関７へ入る。

内燃機関７内では過給空気は燃料噴射弁３０から吸気マ
ニホールド６へ噴射されたガソリンとよく混合し、燃焼
が充分に行なわれる。

空気は排気ターボ過給機２からの過給空気のため、充分
確保されているので未燃焼になることが少ない。

次に、エンジン回転が上昇し排気が多量にでてくるよう
になった場合は、排気によりタービン９が回転するが、
これにともなってコンプレッサー３も高回転するので、
下流側吸気通路４へ過給空気が多量に入り過給しすぎる
場合が起こる。

そこで、下流側吸気通路４で絞弁５上流側の過給圧力が
設定値以上（例えば３５０ ｍｍＨｇ ）になると、そ
の圧力が管１７からバイパス弁１３へ伝わり、バイパス
弁１３を開口させるようになっている。

バイパス弁１３が開くことにより、排気は抵抗体となる
タービンのないバイパス通路１４を通って逃げるため、
タービン９の回転が低下し、それとともにコンプレッサ
ー３の回転も遅くなって過給空気量が減少し、最終的に
は内燃機関７の退出力がなくなる。

ところが、バイパス弁１３を開きバイパス通路１４へ排
気を逃がしてもすぐにタービンの回転が遅くなりにくく
、慣性による回転がしばらく続き、次第にタービンの回
転が遅くなっていくため間に合わない。

そこで急減速時には、コンプレッサー３が過給を続けて
も下流側吸気通路４で絞弁５上流側の過給圧力が設定値
以上（例えば３８０ ｍｍ′Ｈｇ）に急激にあがった時
は、第１弁体２２及びこれと一体の第２弁体２７がコイ
ルスプリング２４のセット圧力に抗して押し開かれ、過
給空気の一部が開口された第１弁体２２と弁座２１ ａ
との開口部から大径部２１ Ｂ内空間Ａを経て、第２弁
体２７と大径部２１Ｂ開口端面との全周に亘る開口部か
ら大気に排出されるため、燃焼室への吸気過給圧の過昇
が抑制されるのである。

この場合、第１弁体２２が僅かに開弁しただけでも大径
部２１ Ｂ内空間Ａが吸気通路４内圧力Ｐ１と等しくな
り、該圧力が受圧面積大の第２弁体２７に作用し、これ
が更に第１弁体を開口する方向の力となって作用する。

従って、第１弁体２２を開弁させる瞬間の開弁力に比べ
受圧面積が増大した分だけ開弁方向の力が急激に増大す
るため、第１弁体２２及び第２弁体２７は一気に全開又
はこれに近い弁開度まで押し開かれる。

このように過給圧が一旦第１弁体２２の開弁圧力Ｐ１に
達すると弁体２２．２７が一気に略全問近くまで開きそ
のまま保持されるから、この状態から機関回転速度を増
大させても過給圧は殆んど上昇することなく略一定値に
制御される。

即ち、過給圧特性は第４図のＢで示すように広範な機関
の常用速度域に亘って必要かつ充分な一定過給圧に保持
される。

又、一旦開弁じた後閉弁する時の過給圧Ｐ２は前記第１
弁体２２の開弁圧力Ｐ１に比べて第２弁体２７の受圧面
積が大きい分だけ小さい値Ｐ２となり、第５図に示すよ
うなヒステリシス特性を有する。

このため吸気過給圧の設定圧付近での脈動に対しても弁
体２２．２７は自励振動を生じることなく開弁状態に安
定して保持される。

かかる開閉弁の開弁圧力、閉弁圧力２２．２７形状及び
スプリング２４０セツト圧力等を適当に設定して行なえ
ばよい。

尚、本実施例は絞弁を有した排気ターボ過給機付ガソリ
ン機関に適用したが、排気ターボ過給機以外のルーツ式
等の過給機にも適用でき、又、過給機付テ゛イーゼル機
関にも適用できることはいうまでもない。

本考案は以上説明したように、過給機付内燃機関の過給
機のコンプレッサ下流側の吸気通路に大気開放路を形成
し、該開放路に吸気通路側に受圧面積小、大気側に受圧
面積大の弁体を空気を隔てて一体に連結した構造の開閉
制御弁を設けたから、吸気過給圧が設定圧に達すると第
１弁体を押し開き、かつこの過給吸気が空室と第２弁体
との全周に亘る開口部から大気に放出されるとき、第２
弁体により瞬時に第１弁体の弁開度が増大でき、過大な
過給圧を防いで機関の保護が一段と確実にできる。

また、弁軸はスプリング座金の中心部にガイドブツシュ
を設けて保持するので、摺動抵抗が小さくでき弁体の傾
きを防いで開弁圧力を略一定にできる。

更に、第１弁体の開弁圧力に比べて閉弁圧力が小さくで
きるため、弁体の自励振動の発生も防止でき、機関の常
用速度域の全域に亘って過給圧を略一定に制御でき、低
速域での出力低下、高速域でのノッキングの発生等を防
止して安定した出力特性が得られる。

又、電気的手段等を用いない簡易な構造であるから低コ
ストに実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す全体系統図、第２図は
同実施例に使用する開閉弁の断面図、第３図は第２図の
Ｂ−Ｂ矢視断面図、第４図は同上実施例及び従来例にお
ける機関回転速度と吸気過給圧との関係を示すグラフ、
第５図は前記開閉弁の吸気過給圧に対する弁開度特性を
示すグラフである。 ２・・・・・・排気ターボ過給機、１８・・・・・・大
気圧連通路、１９・・・・・・圧力応動型開閉弁、２２
・・・・・・第１弁体、２４・・・・・・圧縮コイルス
プリング、２６・・・・・・シャフト、２７・・・・・
・第２弁体、Ａ・・・・・・空間。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 過給機のコンプレッサ下流側の吸気通路に大気と連通ず
   る大気開放路を形成すると共に、吸気通路側に面した受
   圧面積小の第１弁体及びこれを収納するケース内の空室
   を隔てて該ケースの頂端開口面を覆って配設され大気側
   に面した受圧面積大の第２弁体を一体に軸結してなる弁
   体と、該弁体を閉弁方向に付勢するセットスプリングと
   、該スプリング座金の中心部に設けられ、弁軸を嵌装し
   たガイドブツシュとを備えた圧力応動型開閉弁を前記大
   気開放路に介設し、前記過給機のコンプレッサ下流側吸
   気通路の吸気が吸気過給圧の所定値以上で前記第１弁体
   を押し開き、かつ該吸気が該空室と第２弁体との全周に
   亘る開口部から大気に排出されるとき、第２弁体により
   第１弁体の開弁を増大するように構成したことを特徴と
   する過給機付内燃機関の出力制御装置。