JPS5951648B2 - 排気タ−ボ過給式エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、排気ガスによって駆動される過給幾すなわち
排気ターボ過給機を備えたエンジンに関するものである
。

排気ターボ過給機は、エンジンからの排気ガスが持つエ
ネルギをエンジンの出力向上に利用で゛きる特長を有す
るこは周知である。

しかし、排気ターボ過給機を駆動するためには可成りの
排気ガスエネルギを必要とするため、スロットル弁の開
度が全開又は全開に近い高負荷領域では、排気ガス量が
多く排気ガスエネルギが大きいのでエンジン出力及び燃
料消費率（単位時間・単位馬力当たりの燃料の消費量）
は、排気ターボ過給機を使用しない普通のエンジンに比
べて著しく向上するが、スロットル弁の部分開度の部分
負荷領域では、排気ガスエネルギが少なくて排気ターボ
過給機の駆動のために燃焼室からの排気圧力が普通のエ
ンジンに場合よりも高くなり、その結果、普通のエンジ
ンに比べて同じ出力に対する燃料消費率がむしろ悪化す
る。

しかも同じ出力に対する燃料消費率の悪化はスロットル
弁に開度の低減つまり負荷の低減と共に増大する傾向を
呈するのである。

そして、これをエンジン出力と燃料消費率との関係とし
て図に表すと、第６図に示すようになり、排気ターボ過
給機を使用しない普通のエンジンにおける曲線Ａに対し
て、排気ターボ過給機によるエンジンの曲線Ｂは、出力
の増大方向に略平行に移行して部分負荷領域のＣの点で
クロスし、このクロス点より以下の負荷領域では、普通
の工ンジンに場合の曲線Ａよりも上方に位置する。

そこで先行技術としての実開昭５０−２３５１０号公報
は、排気ターボ過給機付きのエンジンにおいて、前記排
気ターボ過給機における排気タービンに対して排気切換
弁付き排気迂回通路を、ブロワ−圧縮機に対して吸気切
換弁付き吸気迂回通路を各々設け、前記排気切換弁及び
吸気切換弁を、エンジンからの排気圧又は排気温度に関
連することより、排気圧又は排気温度が高くなる高負荷
域においては、エンジンからの排気ガスの全量を排気タ
ービンに、エンジンへの吸入空気の全量をブロワ−圧縮
機に各々流れるようにして前記排気ターボ過給機を作動
するターボ過給とし、それ以外の負荷域においては、エ
ンジンからの排気ガスの全量を排気迂回通路に、エンジ
ンへの吸入空気の全量を吸気迂回通路に各々流れるよう
にして前記排気ターボ過給機を作動しないオフターボに
すると言うように、ターボ過給とオフターボとに適宜切
換えることを提案している。

しかし、このものは、前記排気切換弁及び吸気切換弁に
よるオフターボからターボ過給への切換え及びターボ過
給からオフターボへの切換えが、排気圧又は排気温度の
成る値を境界としてそれ以下であるときにはオフターボ
で、それ以上のときはターボ過給であると言うように各
々オン・オフ的な制御であるから、オフターボからター
ボ過給への切換え時における排気ターボ過給機の回転遅
れ、及びターボ過給からオフターボへの切換え時におけ
る排気ターボ過給機の慣性回転によって吸気圧の変動が
大きく、従って前記切換え時の吸気圧の変動のために、
エンジン出力が急激に増大又は減少して、ドライバービ
リティ−が著しく悪化するのであった。

本発明は、排気タービンの排気迂回通路に対する排気切
換弁、及びブロワ−圧縮機の吸気迂回通路に対する吸気
切換弁によって、低負荷域においてオフターボに、高負
荷域においてターボ過給になるように各々切換え制御す
るに際して、その切換え制御に、スロワＩ・ル弁より下
流側の吸気圧と該吸気圧にて作動するダイヤフラム駆動
装置とを使用することにより、前記先行技術の欠点であ
るところのターボ過給とオフターボとの相互切換え時に
エンジンの出力が大きく変動することを防止するもので
ある。

しかし、このように排気切換弁及び吸気切換弁の両方を
、スロットル弁より下流の吸気圧に関連した場合、スロ
ワ）・ル弁を短い時間だけ閉してのち直ぐ開くように操
作する小さい減速時においても、排気ターボ過給機が一
旦オフターボになって、排気ターボ過給機の回転かオロ
ツプすることより、小さい減速後における加速に際して
の排気ターボ過給機の回転アップが遅れ気味となり、加
速レスポンスが低下することになるので、本発明では、
この点を前記排気切換弁に設けた遅延手段にて回避する
もので゛ある。

このため本発明は、エアクリーナからの吸気通路中に排
気ターボ過給機におけるブロワ−圧縮機とスロワ１ヘル
弁とを、大気への排気通路中に前記排気ターボ過給機に
おける排気タービンを各々備え、斗つ前記吸気通路にブ
ロワ−圧縮機を迂回する吸気切換弁付き吸気迂回通路を
、前記排気通路に排気タービンを迂回する排気切換弁付
き排気迂回通路を各々設は成るエンジンにおいて、前記
吸気切換弁及び排気切換弁を、前記スロットル弁より下
流の吸気圧に関連するダイヤフラム駆動装置によって、
スロットル弁より下流の吸気圧が真空側の負圧になると
吸気切換弁が吸気迂回通路を吸気通路に、排気切換弁が
排気迂回通路を排気通路にそれぞれ連通ずるように開作
動させるように構成すると共に、前記排気切換弁には、
当該排気切換弁が排気迂回通路を排気通路に連通するよ
うに開作動するときその開作動を遅延させるようにした
遅延手段を設けた構成にしたものである。

以下本発明を実施例の図面について説明すると、図にお
いて１０は吸気マニホール１１と排気マニホールド１２
とを有する直列多気筒エンジン、１３は排気タービン１
４とブロワ−圧縮機１５とを直結した排気ターボ過給機
、１６は排気ガスを大気中に放出するマフラーを各々示
し、前記吸気マニホールド］１にはエンジン１０におけ
る各気筒ごとに燃料噴射装置１７を備えている。

また、吸気マニホールド１１における集合部１８には、
エンジン１０への吸入空気量を増減調節するためのスロ
ットル弁 １９を備え、且つ集合部１８は吸入通路２０
を介して前記ブロワ−圧縮機１５の吐出側に接続され、
ブロワ−圧縮機１５の吸入側は空気導入通路２１を介し
てエアクリーナ２２に接続され、導入通路２１中にはフ
ロメータ２３が設けられている。

一方、前記排気タービン１４の排気側は排気管２４を介
して前記マフラー１６に接続され、排気タービン１４の
入口側には排気通路２５を介して前記排気マニホールド
１２が接続されている。

該排気通路２５の途中から排気タービン１４を迂回して
マフラー１６又は排気管２４に至る排気迂回通路２６に
分岐する個所には、弁体２８によって排気通路２５から
の排気ガスを排気タービン１４への通路２９及び排気迂
回通路２６に選択的に切換えるようにした排気切換弁２
７を肢け、また、前記吸気導入通路２１の途中からブロ
ワ−圧縮機１５を迂回して吸入通路２０に至る吸気圧ｍ
１通路３０に分岐する個所には、弁体３２によって、導
入通路２１からの吸入空気をブロワ−圧縮機１５への通
路３３及び吸気迂回通路３０に選択的に切換えるように
した吸気切換弁３１を設ける。

そして、これら両切換弁２７．３１における弁体２８，
３２を連結した連杆３４を、ダイヤフラム式駆動装置３
５におけるダイヤフラム室３６内のダイヤフラム３７に
連結し、ダイヤフラム室３６内に設けたばね３８にて、
両切換弁２７．３１が第１図に示すように迂回通路２６
．３０を各々閉じる一方、排気マニホールド１２がらの
排気通路２５が排気タービン１４への通路２９に、エア
クリーナ２２からの空気導入通路２１がブロワ−圧縮機
１５への通路３３に各々全開連通するように押圧し、ダ
イヤフラム室３６を吸気取出通路３９を介して前記吸気
マニホールド１１におけるスロットル弁１９より下流側
のセンシングポート４０に接続することにより、吸気マ
ニホールド１１内に吸気圧が真空側の負圧になると、両
切換弁２７．３１における弁体２８，３２が、第２図に
示すように排気通路２５を通路２９及び排気迂回通路２
６の両方に連通し、空気導入通路２１を通路３３及び吸
気迂回通路３０の両方に各々連通する過度期の状態を経
て、第３図に示すように排気通路２５を排気迂回通路２
６のみに、空気導入通路２１を吸気迂回通路３０のみに
各々全開連通するように構成する。

また、前記吸気取出通路３９中には、絞りオリフィス４
２とダイヤフラム室３６への方向にのみ開くようにした
逆止弁４３とを並列してなる遅延手段４１を設ける。

そして、今エンジンの運転中においてスロットル弁１９
が全開又は全開に近い高負荷の状態では、吸気マニホー
ルド１１内の圧力は、大気中に近いか大気圧以上になっ
ていて両切換弁２７，３１の弁体２８，３２はばね３８
力によって第１図に示すように切換わり、すなわち、排
気切換弁２７の弁体２８は排気通路２５がらマフラー１
６への排気迂回通路２６を閉じ排気タービン１４への通
路２９を開くように、吸気切換弁３１は導入通路２１か
ら吸入通路２０への吸気迂回通路３０を閉じブロワ−圧
縮機１５への通路３３を開くように切換わっで保持され
る。

従って、エンジンからの排気ガスは総て排気タービン１
４に流れることより、排気タービン１４によってブロワ
−圧縮機１５が駆動される一方、エアクリーナ２２から
の吸入空気はブロワ−圧縮機１５を通って吸気されるか
ら、エンジン１０はターボ過給の状態つまりオンターボ
で運転され。

る。

スロットル弁１９を閉方向に回転して負荷を次第に下げ
ると、吸気マニホールド１１の吸気圧が真空側の負圧に
なり、該負圧がダイヤフラム室３６内のばね３８よりも
大きくなった時点から、排気切換弁２７の弁体２８が排
気通路２５がらマフラー１６への排気迂回通路２６を開
き、排気通路２５から排気タービン１４への通路２９を
閉じ始める一方、これと同時に吸気切換弁３１の弁体３
２は導入通路２１から吸入通路２０への吸気迂回通路３
０を開き、導入通路２１がらブロワ−圧縮機１５への通
路３３を閉じ始め、やがて、負圧が更に高なった時点で
、両切換弁２７，３１が第３図に示すように切換わり、
排気通路２５がらマフラー１６への排気迂回通路２６が
全開し排気タービンへの通路２９が全閉する一方、導入
通路２１から吸入通路２０への吸気迂回通路３０が全開
しブロワ−圧縮機１５への通路３３が全閉することにな
る。

従って、エンジンからの排気ガスは排気タービン１４を
経由することなく総てこれを迂回してマフラー１６に至
り、エアクリーナ２２からの吸入空気もブロワ−圧縮機
１５を経由することなく総てこれを迂回してエンジンに
吸気されるから、排気ターボ過給機１３によるターボ過
給は停止して、エンジンは普通の吸気状態つまりオフタ
ーボの状態に自動的に切換えられるのである。

また、エンジンの始動から負荷を次第に上昇する場合も
、ダイヤフラム室３６内のばね３８による設定部分負荷
域までは、両切換弁２７．３１によってオフターボの状
態が保持され、それ以上負荷が上昇すｉｃばターボ過給
に自動的に切換えられるのである。

この場合、オフターボからターボ過給又はターボ過給か
らオフターボに切換える時期は、エンジンの特性等に応
じて任意に設定すれば良いが、その切換えの時期を、例
えば第６図に示す両燃料消費曲線Ａ、 Ｂがクロスする
点Ｃに設定すれば、このクロス点Ｃより高い負荷領域で
はターボ過給による出力−燃料消費曲線Ｂに沿い、クロ
ス点Ｃより低い負荷領域では普通のエンジンにおける出
力−燃料消費曲線Ａに沿って各々運転できることになる
。

そして、前記両切換弁２７．３１は、スロワ）−ル弁１
９より下流の吸気圧にダイヤフラム駆動装置３５を介し
て関連し、吸気圧はスロットル弁１９の開閉に応じて大
気圧から真空側に又は真空側から大気圧に次第に変化す
ることにより、両切換弁２７．３１における弁体２８，
３２の開閉動作は、前記吸気圧の変化に追従するから、
当該切換弁２７．３１による切換えの途中には、第２図
に示すようにエンジンからの排気ガスが排気タービン１
４側とマフラー１６側とに同時に流れ、エアクリーナか
らの吸入空気がブロワ−圧縮機１５と吸気迂回通路３０
とに同時に流れる過度期の状態が存在する。

この切換え途中において過度期が存在することは、この
過度期において負荷の増大時には排気タービンが助走を
始めてエンジンへの吸気圧が次第に上昇し、負荷の低減
時には排気タービンが減速してエンジンへの吸気圧が次
第に低減する作用が行なわれるから、オフターボからタ
ーボ過給に、またターボ過給からオフターボへの切換え
時において、吸気マニホールドにおける吸気圧が大きく
変動するのが防止され、大きな出力変動を伴うことなく
オフターボからターボ過給に、またターボ過給からオフ
ターボに円滑に切換えできるのであり、また、エンジン
の減速に際してスロットル弁１９を急閉すると、吸気マ
ニホールド１１内の吸気圧が急速に真空側の負圧になり
、これに応じて吸気切換弁３１及び排気切換弁２７が吸
気迂回通路３０及び排気迂回通路２６を急開数すること
により、排気ターボ過給機１３はオフターボに切換えら
れるのである。

また、吸気マニホールド１１における吸気圧をダイヤフ
ラム駆動装置３５のダイヤフラム室３６に伝達するため
の吸気取出通路３９中に遅延手段４１が設けられていな
いときには、吸気マニホールド１１における負圧が遅れ
なくダイヤフラム室３６に伝達するので、スロットル弁
１９を少しの時間だけ急閉操作する小さい減速時におい
ても排気ターボ過給機１３は一旦オフターボになって回
転がドロップし、次の加速時において排気ターボ過給機
１３の回転上昇が遅れて、加速レスポンスが低下するこ
とになるが、本発明は前記のように吸気取出通路３９中
に、絞りオリフィス４２とダイヤフラム室３６への方向
にのみ開くようにした逆止弁４３とを並列してなる遅延
手段４１を設けたことより、スロットル弁１９の急閉に
伴う吸気マニホールド１１内の負圧のダイヤフラム室３
６への伝達が遅延され、スロットル弁１９を少しの時間
だけ急閉操作する小さい減速時において排気ターボ過給
機１３がオフターボに切換わることを防止できるから、
エンジンの小さい減速時において排気ターボ過給機１３
の回転がドロップすることはなく、次の加速時において
加速レスポンスが低下することを回避できるのである。

この場合、オフターボ時における排気ターボ過給機１３
の回転ドロップは、排気タービンに供給される排気ガス
量の低減又は供給停止が主たる原因であるから、吸気切
換弁３１に対する遅延手段４１は必ずしも必要ではない
が、前記実施例のように、排気切換弁２７と吸気切換弁
３１の両方に対して遅延手段４１を設けておけば、より
効果的であり、また、両切換弁２７．３１は、第１図に
示すように一つのダイヤフラム駆動装置３５によって同
時に切換え作動することに代えて、第４図に示すように
別々のダイヤフラム駆動装置３５゜３５′によって別々
に切換え作動するようにし、且つ、排気切換弁２７にお
けるダイヤフラム駆動装置３５に遅延手段４１を設ける
か、排気切換弁２７におけるダイヤフラム駆動装置３５
に遅延手段４１を設けることに加えて、吸気切換弁３１
におけるダイヤフラム駆動装置３５′にも絞りオリフィ
ス４６と逆止弁４７とからなる遅延手段４５を設けるよ
うにしても良く、更に、前記第１図の実施例においては
、両切換弁２７，３１の弁体２８．３２を連結する連杆
と途中に適宜の緩衝手段４４を設けて、吸気切換弁３１
の作動を遅延するようにしても良いのである。

なお、前記第１図中における符号４８は、ターボ過給時
における過給圧を設定値以上にならないようにして安全
を保つために、吸気圧取出通路３９中に設けた三方弁を
示し、ターボ過給中において吸気マニホールド１１にお
ける吸気圧が、通路４９を介して接続のコンピュータ５
０に予め設定した設定値以上になって危険な状態になれ
ば、コンピュータ５０の指令によって三方弁４８が、吸
気マニホールドの吸気圧を管路５１を介してダイヤフラ
ム駆動装置３５における他方のダイヤフラム室５２に伝
達し、一方のダイヤフラム室３６を大気に連通ずるよう
に切換わることにより、両切換弁２７，３１がオフター
ボに切換わって過過給を防止するように構成されている
。

更に、第５図は他の実施例（但し、前記実施例と同じ部
品又は部分には同じ符号の末尾に（ａ）を付して示す）
を示す。

この実施例における吸気切換弁３１ａは、排気切換弁２
７ａのダイヤフラム駆動装置３５ａとは別のダイヤフラ
ム駆動装置３５ａ′に連動し、ターボ過給時には、吸気
迂回通路３０ａを閉じエアクリーナ２２ａからスロット
ル弁１９ａを経て導入される吸入空気の総てをブロワ−
圧縮機１５ａに導いてターボ過給を行うが、オフターボ
時には、吸気迂回通路３０ａを開いて吸入空気を当該吸
気迂回通路３０ａからも吸気するようにしたものであり
、導入通路２１ａ中のスロットル弁１９８個所に二点鎖
線で示すように気化器５３を設けたり、或いは切換弁３
１ａよりも下流側の吸気マニホールドｌｌａにスロット
ル弁付き気化器５３を設けたりすることができる一方、
これら気化器に代えて前記第１図の実施例と同様に燃料
噴射装置によって燃料を供給することもできる共に、排
気切換弁２７ａのダイヤフラム駆動装置３５ａ及び吸気
切換弁３１ａのダイヤフラム駆動装置３５４ａ′の両方
に遅延手段４１ａ、４５ａが各々設けられている。

そしてこの第５図の実施例は、過過給の防止制御をスプ
ール式の制御弁５４にて行うもので、その弁箱５５内の
スプール５６をばね５７にて、吸気圧取出通路３９ａが
ポート５８を介してダイヤフラム駆動装置３５ａにおけ
る一方のダイヤフラム室３６ａに、他方のダイヤフラム
室５２ａが通路５９及びポート６０，６１を介して大気
に各々連通するように保持する一方、排気マニホールド
１２ａ内の排気圧を通路６２を介して弁箱５５内の圧力
室６３に導入したものである。

ターボ過給の状態で排気圧がばね５７の設定値よりも低
い正常なときは、制御弁５４のスプール５６は吸気圧取
出通路３９ａを駆動装置３５ａに連通する状態にあるの
で、エンジンはある特定の部分負荷以下ではオフターボ
に、特定の部分負荷以上ではターボ過給に各々切換え制
御でき、ターボ過給中における小さい減速時には、排気
切換弁２７ａが遅延手段４１ａによって適宜時間遅れて
オフターボに切換わることより、小さい減速時における
排気ターボ過給機における回転ドロップを防止できる一
方、過過給になって排気圧が高くなれば、制御弁５４の
スプール５６が排気圧によってばね５７に抗して摺動し
、駆動装置３５Ｈにおける一方のダイヤフラム室３６ａ
をポート６０゜６１を介して大気に連通すると同時に、
他方のダイヤフラム室５２ａにポート６４及び通路５９
から大気圧より高い吸気圧が導入されるから、排気切換
弁２７ａが排気タービン１４ａへの通路２９ａを閉じて
、マフラー１６ａへの排気迂回通路２６ａを開くように
切換って、一定以上の過過給が防止されるのである。

以上要するに本発明は、特許請求の範囲に記載したよう
に、排気ターボ過給機における排気タービンに対する排
気迂回通路の排気切換弁、及び排気ターボ過給機におけ
るブロワ−圧縮機に対する吸気迂回通路の吸気切換弁の
開閉作動によって、エンジンの高負荷域ではターボ過給
に、低負荷域ではオフターボに各々切換えするに際して
、前記排気切換弁及び吸気切換弁を、ダイヤフラム駆動
装置を介してスロットル弁より下流側の吸気圧に関連し
たことより、オフターボからターボ過給への切換え時に
おいて排気ターボ過給機の回転を助走加速できると共に
、ターボ過給からオフターボへの切換え時において排気
ターボ過給機の回転を減速できるから、オフターボから
ターボ過給への切換え時における排気ターボ過給機の回
転上昇遅れ、及びターボ過給からオフターボへの切換え
時における排気ターボ過給機の慣性回転によって、エン
ジンの吸気圧ひいてはエンジンの出力が大きく変動する
ことを低減できて、エンジンの出力の増大及び減少が滑
らかになって、ドライバービリティ−を、向上で゛きる
ので゛ある。

しかも、本発明によると、大きく開いている（従ってタ
ーボ過給の状態）スロットル弁を少しの時間だけ急閉し
たのちスロットル弁を再び開き操作するような小さい減
速時において、排気ターボ過給機が一旦オフターボにな
ることを、排気切換弁に対して設けた遅延手段にて防止
することができるから、小さい減速操作後における加速
レスポンスの低下を確実に回避できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は第１実施例の図
、第２図及び第３図は第１図の作動図、第４図は第２実
施例の図、第５図は第３実施例の図、第６図はエンジン
出力と燃料消費率との関係を示す図である。 １０・・・エンジン、１１，１１ａ・・・吸気マニホー
ルド、１２，１２ａ・・・排気マニホールド、１９゜１
９ａ・・・スロットル弁、１３，１３２・・・排気ター
ボ過給機、１４，１４ａ・・・排気タービン、１５゜１
５ａ・・・ブロワ−圧縮機、２２，２２ａ・・・エアク
リーナ、２６，２６ａ・・・排気迂回通路、２７，２７
ａ・・・排気切換弁、３０．３０ａ・・・吸気迂回通路
、３１，３１ａ・・・吸気切換弁、４１． ４５． ４
１ａ、４５ａ・・・遅延手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エアクリーナからの吸気通路中に排気ターボ過給機
   におけるブロワ−圧縮機とスロットル弁とを、大気への
   排気通路中に前記排気ターボ過給機における排気タービ
   ンを各々備え、且つ前記給気通路にブロワ−圧縮機を迂
   回する吸気切換弁付き吸気迂回通路を、前記排気通路に
   排気タービンを迂回する排気切換弁付き排気迂回通路を
   各々設けて成るエンジンにおいて、前記吸気切換弁及び
   排気切換弁を、前記スロットル弁より下流の吸気圧に関
   連するダイヤフラム駆動装置によって、スロットル弁よ
   り下流の吸気圧が真空側の負圧になると吸気切換弁が吸
   気迂回通路を吸気通路に、排気切換弁が排気迂回通路を
   排気通路にそれぞれ連通するように開作動させるように
   構成すると共に、前記排気切換弁には、当該排気切換弁
   が排気迂回通路を排気通路に連通するように開作動する
   ときその開作動を遅延させるようにした遅延手段を設け
   たことを特徴とする排気ターボ過給式エンジン。