JPS60209629A - 過給機付内燃機関 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、たとえばガソリンエンジン、ロータリエンジ
ンなどといった自動車用エンジンの吸気系に燃焼用空気
を強制給送するためにそのエンジンにて駆動されるエア
ポンプを用いてなる機械式過給機を備えた内燃機関に関
し、特にその非過給時における機関側での吸気損失を上
述した過給機用エアポンプにて効率よく回収し得るよう
にした過給機付内燃機関に関する。

〔従来技術〕

内燃機関、の過給機としては、ターボ式と機械式のもの
とが従来から知ら°れており、これらはいずれも、その
機関出力を増大させ、また燃費節約を図るうえで効果的
なものであり、かなり以前から利用され、現在は上述し
た二種類のうち、排気タービンを用いたターボ式過給機
が一般に採用されている。そして、このようなターボ式
過給機は、エンジンからの排気にて排気タービンを回転
させることによりタービン圧縮機を駆動して空気をエン
ジンの吸気系に給送する構成であり、はとんど無駄に捨
てられる高温排気を駆動源として利用しているため、排
気エネルギを有効に回収して省エネルギ化を図れ、しか
も余分な馬力損失がないという利点がある。

しかしながら、このようなターボ式過給機にあっては、
所望の過給特性（ブースト圧）を得るためには、エンジ
ンをかなり高い回転数で運転しなければならず、エンジ
ン回転数が低い領域では過給効果が得られず、却ってエ
ンジン出力が足りないという結果となる。また、エンジ
ン排気を駆動源として利用することからエンジンの激し
い回転数変動に応じて瞬時に過給機の回転を追随させる
ことは困難で、若干の時間遅れを生じ、エンジンの出力
不足を招き加速性が悪いという問題もある。そして、こ
のような問題を取除くために各種の制御機構を必要とし
、また耐熱性や強度も要求され、コスト面からも好まし
いものではない。

これに対し、エンジンにより直接回転駆動されるエアポ
ンプを用いてなる機械式の過給機は、エンジンの回転数
の低い領域でも迅速かつ確実な過給効果を得ることがで
き、たとえば坂道上り走行などの高負荷・低回転時にお
いてエンジン出力を向上させ得るという点でターボ式過
給機に比べて有利であり、またその構成も比較的簡単で
、しかも燃費節約を図るうえでも効果を発揮し得るもの
であり、特に近年自動車用として用いることについてそ
の注目を集めている。

しかし、このような機械式の過給機を実用化するにあた
って、その駆動および制御方式について若干の問題を生
じている。すなわち、自動車の走行時に−おいて実際に
過給動作が必要とされるのは、エンジン回転数の大、小
にかかわらず、加速要求時のみであり、その動作時間は
自動車の走行時間のうちわずかである。したがって、こ
の種の機械式過給機においては、過給不要時すなわち自
然吸気運転時に、そのエアポンプがエンジンおよびエン
ジンの吸気系における空気の流れに対しそれぞれ負荷と
ならないような対策を講じることが必要となっている。

そして、一方において、過給運転時にあっては、エンジ
ンの回転数の大、小にかかわらず、ブースト圧を円滑か
つ適切に上昇させることが必要とされている。

このため、上述した機械式の過給機において、エアポン
プをエンジンに電磁クラッチを介して連結し、この電磁
クラッチを過給必要時にのみ作動させるように構成する
とともに、このエアポンプの吸込側と吐出側とを制御弁
を介して接続し、この制御弁を運転者が操作するアクセ
ルペダルの踏み角の変位量（すなわち加速要求）に応じ
て制御するように構成したものが既に提案されている。

その−例を第１図を用いて簡単に説明すると、図中符号
１はエンジン２により電磁クラッチ３を介して選択的に
駆動されるエアポンプ１で、その吸込側が通路４にてエ
アフィルタ５ａを有する空気取入れ口５に、また吐出側
が通路６によりエンジン２の吸気系（図示の場合気化器
７）にそれぞれ接続されている。また、ポンプ吸込側通
路４とポンプ吐出側通路６とを連通ずる連通路８中には
自然吸気運転時（ＮＡ時）には開けられ、過給運転時に
閉弁されてブースト圧を制御する調節弁９が配設されて
いる。そして、この調節弁９はアクセルペダルｌＯに連
動して開閉制御される気化器７のスロットル弁１１の駆
動系に直結され、アクセルペダルｌＯの踏み角（スロッ
トル開度）に応じた変位量により回動してポンプ吸込側
と吐出側とを連通または遮断するように構成されている
。

なお、図中１２はアクセルペダルｌＯが所定量踏み込ま
れたときにのみ電磁クラッチ３をオンし、エアポンプ１
を作動させるためのスイッチである。

そして、このような構成によれば、自然吸気運転時すな
わち非過給運転時においては、前記アクセルペダルｌＯ
の踏み角が小さいため調節弁９は連通路８を開放してお
り、これにより必要とされる空気量がこの連通路８を介
してエンジン２偏に給送され、通常のエンジン駆動状態
が得られるものである。勿論、この非過給運転時におい
ては、前述したエアポンプｌは電磁クラッチ３がオフさ
れていることにより非作動状態となっている。

また、アクセルペダルｌＯが運転者の加速要求に応じて
大きく踏み込まれた場合における過給運転時には、上述
した連通路８は調節弁９により閉塞されるとともに、電
磁クラッチ３がオンされ、エアポンプ１が作動して必要
とされるに十分な空％ｉがエンジン２に給送され、その
結果ブースト圧を上昇させて所要のエンジン出力が得ら
れるものである。そして、この過給運転時において、上
述した調節弁９は、連通路８を徐々に閉塞してブ−スト
圧すなわちエンジン出力の急激な上昇を押える役割を果
たし、実用上支障ないように配慮されている。

したがって、このような構成においては、エアポンプｌ
がその必要時にのみ電磁クラッチ３にてエンジン２に連
結されて駆動され、自然吸気運転時にはエンジン２から
切離されているため１、過給運転不必要時にエアポンプ
ｌがエンジン２の負荷とならず、無駄な馬力ロスを生じ
ることがなく、エンジン２に対するポンプ１駆動のため
の負荷が軽減され、燃費節約が図れるとともに、エンジ
ンの吸気系における吸込み動作も制御弁の開状態により
適切に行なえるといった利点がある。

しかしながら、上述した構成によれば、エアポンプｌを
オン拳オフ操作するために電磁クラッチ３が必要で、全
体の大型化やコスト高を招くとともに、エアポンプｌの
オン・オフ動作が繰り返えされるために各部の耐久性の
面でも好ましくないといった問題を生じるものであった
。このため、上述したエアポンプｌを、自然吸気運転時
においては、無負荷状態として、そのまま空運転にて駆
動させるようにしたものも知られているが、この場合に
あっては、エアポンプｌとエンジン２が連結されている
ことから、どうしてもその機械駆動による駆動損失を避
けられないものであった。

さらに、各種の内燃機関において、たとえばガソリンエ
ンジンなどのように、その空気給送量つまりエンジン出
力を、アクセルペダルｌＯの踏み角に応じて変化される
スロットル開度により制御するものでは、その空気給送
通路中にスロットル弁１１による絞りが存在し、この絞
りによる吸気抵抗によってエンジンには常に負圧が発生
するもので、この負圧がいわゆる吸気損失としてエンジ
ン出力に悪影響（すなわちエンジン２内を大気圧まで上
昇させるまでの間の駆動ロス）を及ぼすといった問題を
生じるもので、これは上述したように機械式過給機を付
設した内燃機関でも避けられないものであった。そして
、このような吸気損失は、エンジン出力の約１０％にも
及ぶものであり、そのロスは大きいものであった。

したがって、この種の機械式の過給機付内燃機関におい
ては、エアポンプをエンジンにて駆動する場合に問題と
される駆動損失に対する何らかの対策が必要とされると
ともに、内燃機関自身にて問題とされる吸気損失をも合
せて解消し得る対策を講じることが望まれるもので、こ
のような要求を満足し得る過給機付内燃機関の出現が要
望されている。

〔発明の概要〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
燃焼用空気をエンジンの吸気系に強制給送するエアポン
プを可変容量型とし、アクセルペダルによる加速要求に
応じてその吐出量を増減させるように構成することによ
り非過給運転時における給送量をエンジンの通常吸気量
以下の容量とするという簡単な構成によって、非過給運
転時において機関側で発生した負圧により上述したエア
ポンプを負圧モータとして駆動し、これにより機関での
吸気損失を効率よく回収して、エンジン出力を向上させ
るとともに、その燃費を大幅に改善することができ、し
かも上述した吸気損失回収用として既存の過給機用エア
ポンプをそのまま使用できるためその実用上の効果は大
きく、またこのエアポンプを常時駆動させるため従来の
ような非過給運転時における駆動馬力ロスがなくなるば
かりでなく、高価で大型化を招く電磁クラッチは不要で
、装置全体構成の簡素化と小型、軽量化、さらにはコス
ト低減化などを図り、また各部の耐久性や性能を大幅に
向上させることができ、さらに非過給運転時から過給運
転時までの一貫した吸気量制御を適切かつ確実に行なう
ことが可能となる等といった利点を奏することが可能と
なる過給機付内燃機関を提供するものである。

〔実施例〕

以下、゛′本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に
説明する。

第２図は本発明に係る過給機付内燃機関の一実施例を示
すものであり、同図において、第１図と同一または相当
する部分には同一番号を付しており、またその要部とす
るエアポンプ１部分のみを拡大して示している。

さて、本発明によれば、前述したような構成を有する過
給機付内燃機関において、前記エアポンプｌを可変容量
型とし、アクセルペダルによる加速要求に応じてその吐
出量を増減させるように構成することによりその非過給
運転時における空気給送量を過給運転時に比べて減少さ
せるように構成したところに特徴を有している。

これを詳述すると、図中２０は可変容量型エアポンプ１
のポンプハウジング、２１はその内部で可動自在に支持
さればね２２およびアクチュエータ２３のロッド２３ａ
にて動作されることによりロータ２４との間に形成され
るポンプ室容積を可変することが可能となる可動筒体で
ある。なお、図中２５はポンプ作用を行なうロータ２４
内に組込まれた三枚のベーン、２６はロータ２４をエン
ジンにて回転駆動するためのベルトである。

ここで、図中３０は上述したようにエアポンプ１の容量
を可変するためのアクチュエータ２３を作動させるコン
トローラで、ポンプ吐出側通路６内の圧力を検出する圧
力センサ３１、運転者からの加速要求信号すなわちアク
セルペダルの踏み角の大、小を検出する踏み角センサ３
２、さらにエンジン側での各種条件（たとえば回転数な
ど）を検出するセンサ３３等からの信号を比較する比較
演算ｍ３４と増巾器３５などを備えている。

そして、このような構成によれば、第３図および第４図
に示すように、エアポンプｌの容量を自由に可変し得る
もので、これにより非過給運転時（自然吸気運転時）に
おけるエアポンプｌからの空気給送量を通常のエンジン
吸気量よりも小さくなるように制御し、このエアポンプ
ｌを自然吸気運転時の空気給送用として用いることが可
能となる。

すなわち、上述した過給機用のエアポンプｌは、その作
動時において、通常、エンジン２で必要とされる吸気量
より・も大きい（約１．４倍程度）送風量を持つもので
ある。したがって、このようなエアポンプ１を、自然吸
気運転時つまり非過給運転時において空気給送用として
用いるには、上述した大きな送風量を、通常のエンジン
吸気量以下に減少させることが必要とされるとともに、
その送風量を運転者の加速要求（アクセルペダルの踏み
角）に応じて無段階またはこれに準じる変化をもつよう
に制御することが必要とされるものである。

以上のような構成を有する本発明による過給機付内燃機
関によれば、過給機用のエアポンプｌを、可変容量型と
することによって上述したように非過給運転時において
エンジン吸気量以下の容量に減少させるようにしている
ため、このエアポンプ１が機関側でその自然吸気運転時
に生じる負圧により負圧モータとして回転駆動されるも
のであり、これにより吸気損失が簡単かつ確実に回収さ
れ、回収エネルギとして機関側に伝達させることが可能
となる。すなわち、エアポンプ１が上述した負圧により
駆動されることによりその回転がエンジン２の出力軸に
駆動力として伝達回収されるものである。しかも、この
エアポンプｌは上述したように負圧にて回転されるため
、その機械駆動損失も小さいもので、この点でも実用上
有利である。

ここで、上述した構成による過給機付内燃機関によれば
、その可変容量を適切に制御することにより、過給運転
時においては本来の過給特性を発揮させ得ることは勿論
であり、さらにこの過給運転時におけるブースト圧制御
をより適切に行なうようにすればその効果をより一層発
揮させ得ることも容易に理解されよう。

そして、上述した構成による過給機付内燃機関では、非
過給運転時の吸気量制御をその吐出量を減少させ得るよ
うに制御されるエアポンプ１にて行なうため、ガソリン
エンジンなどの内燃機関においてその気化器に通常設け
られているスロットル弁を削除し得るものであり、しか
もこのように構成することによって、第３図および第４
図に示されるように、その自然吸気運転時（非過給運転
時）から過給運転時に至る吸気量制御およびブースト圧
制御を一貫した制御方式で制御することが簡単かつ適切
に行なえるもので、その利点は太きいものである。

さらに、上述した構成によれば、その非過給運転時に機
関側で生じる負圧による吸気損失を、過給機側のエアポ
ンプｌを負圧モータとして用いることにより効率よく回
収し得るため、エンジン出力を向上させ、さらに燃費を
大幅に改善することができるものであり、また装置全体
の構成の簡素化と小型かつコンパクト化などを図り、し
かも本来この種の過給機において用いられるエアポンプ
１を可変容量型として利用するだけであるため、その構
成部品が少なくてよいといった利点がある。

特に、本発明によれば、過給機を構成するエアポンプｌ
を、過給運転時以外に非過給運転時においても駆動させ
、常時駆動方式を採用することからその駆動馬力ロスを
なくし、また従来のような高価でしかも装置全体の大型
化を招く電磁クラッチ３が不要となり、その小型、軽量
かつコンパクト化を図り、しかも大４１なコスト低減化
を達成し得るものである。

ここで、本発明による過給機付内燃機関において、注意
することは、上述したエアポンプ１の各部において、そ
のシール性を確保して可変容量型とし、その吐出量制御
を適切に行なえるようにすることである。

また、上述した可変容量制御は、加速要求度、機関側で
の負圧の大きさなどにより適宜設定するものであり、さ
らに過給運転時においては、エンジン回転数５負荷の大
、小、その他エンジン各部の状況に応じて最適なブース
ト圧制御を行なえるようにすればよいものである。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定されず、各部
の形状、構造等を、適宜変形、変更することは自由であ
る。

たとえば、上述した実施例では、その特徴とする可変容
量型のエアポンプ１としてその一例を例示したにすぎな
いもので、その変形例として種々構造のものが考えられ
るものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る過給機付内燃機関によ
れば、燃焼用空気をエンジンの吸気系に強制給送するエ
アポンプを可変容量型とし、アクセルペダルによる加速
要求に応じてその吐出量を増減させるように構成したの
で、簡単かつ安価な構成にもかかわらず、その非過給運
転時における空気給送量を過給運転時に比べて誠少させ
通常のエンジン吸気量以下の容量となるように制御する
ことができ、これにより非過給運転時において機関側で
発生した負圧により上述したエアポンプを負圧モータと
して駆動して１機関での吸気損失を効率よく回収し、エ
ンジン出力を向上させるとともに、その燃費を大幅に改
善することができ、しかも上述した吸気損失回収用とし
てこの種の過給機付内燃機関に付設されるエアポンプを
利用するためその実用上の効果は大きく、またこのエア
ポンプを常時駆動させるため従来のような非過給運転時
における駆動馬力ロスはなくなり、これにより高価な電
磁クラッチは不要で、全体構成の簡素化と小型化、さら
にコスト低減化などを図ることの吸気量制御から過給運
転時のブースト圧制御までの一貫した制御にて適切かつ
確実に吸気制御を行なうことが可能となる等といった実
用上程々優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は過給機付内燃機関の従来構成を示す概略構成図
、第２図は本発明に係る過給機付内燃機関の一実施例を
示す要部構成図、第３図および第４図はアクセルペダル
踏み角に対するポンプ吐出量、ブースト圧特性を示す特
性図である。 Ｉｌｌ・・・エアポンプ、２・争・・エンジン、４・Φ
・・ポンプ吸込側通路、５・拳・・空気取入れ口、６・
・・・ポンプ吐出側通路、７・・・・気化器、ｌＯ・・
・・アクセルペダル、２０１１・争・ポンプハウジング
、２１・・争・可動筒体、２２・Φ・・ばね、２３・拳
・φアクチュエータ、３０Φ・・・コントローラ、３１
・・・・圧力センサ、３２・・・伽踏み角センサ。 特許出願人　自動車機器株式会社 ４＋　理　大　山　川音ＭＭ（ほか２名）第３図 第４図 アクこルヘ０グＩし踏ケ市

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンにより駆動されて燃焼用空気をエンジンの吸気
   系に強制給送するエアポンプを備えてなる過給機付内燃
   機関において、前記エアポンプを可変容量型とし、アク
   セルペダルによる加速要求に応じてその吐出量を増減さ
   せるように構成したことを特徴とする過給機付内燃機関
   。