JPS61178520A

JPS61178520A - 過給エンジン

Info

Publication number: JPS61178520A
Application number: JP1866385A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Matsumori; 松森　善郎; Takashige Tokushima; 徳島　孝成; Kingo Okitsu; 興津　謹吾
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-02-04
Filing date: 1985-02-04
Publication date: 1986-08-11

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】（産業上の利用分野）本発明は、ターボ過給機と機械式過給機との２種類の過
給機によっていわゆる複合過給を行うようにした過給エ
ンジンに関するものである。

（従来技術）過給が行われるエンジンは、大別して、エンジンの排気
エネルギによって駆動されるターボ過給機を用いたいわ
ゆるターボチャージャ式のものと、エンジンにより機械
的に駆動されるいわゆるスーパチャージャ式のものがあ
る。このターボ過給機を用いたものにあっては、エンジ
ン高回転域において大きな過給効果が得られる反面、エ
ンジン低回転域では十分な過給効果が得られず、かつ応
答性が良くないというような欠点を有する。これに対し
て、機械式過給機を用いたものにあっては、応答性が良
くかつエンジン低回転域において十分な過給効果が得ら
れる反面、エンジン高回転域においては十分な過給効果
が得られずまた高回転域での連続運転には特にその信頼
性の点から限界を有する。

このため、特開昭５８−２２２９１９号公報に示すよう
に、ターボ過給機と機械式過給機との両方を用いたいわ
ゆる複合過給を行うようにして、ターボ過給機と機械式
過給機との短所を互いに補うようにしたものが提案され
ている。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上述のような複合過給においては、エンジン
高回転域において機械式過給機の運転が停止されること
になるが、この停止をどの時点で行うかが、この種の過
給エンジンを実用化するに際しての大きな問題となる。

すなわち、エンジンこ高回転域で機械式過給機を停止し
た際、過給圧の変動すなわちトルク変動を生じることに
なるが、このトルク変動をいかに小さく抑えるかが問題
となる。

したがって、本発明の目的は、エンジンの吸気通路にタ
ーボ過給機と機械式過給機とを備えた過給エンジンにお
いて、エンジン高回転域で機械式過給機を停止する際の
トルク変動を極力小さくできるようにしたものを提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段、作用）前述の目的を達
成するため、本発明にあっては、先ず、過給圧を調整す
るため、より具体的にはターボ過給機と機械式過給機と
による過給圧が所定値以上になるのを抑制するため、タ
ーボ過給機および機械式過給機下流側の過給圧に応じて
、ターボ過給機の過給圧を調整するターボ用過給圧制御
手段を設けである。また一方、機械式過給機の断続を行
うため、エンジン出力軸と機械式過給機との間の動力伝
達経路にクラッチを設けてあり、このクラッチの切断を
、上記ターボ用過給圧制御手段が作動している領域にお
いて行うようにしである。具体的には、第１図に示すよ
うに。

エンジンの吸気通路に、エンジンの排気エネルギによっ
て駆動されるターボ過給機と、エンジン出力軸により機
械的に駆動される機械式過給機と、を備えた過給エンジ
ンにおいて、前記ターボ過給機および機械式過給機下流側の過給圧に
応じて前記ターボ過給機の過給圧を調整して、該下流側
過給圧が所定値以上になるのを抑制するターボ用過給圧
制御手段と、前記エンジン出力軸と機械式過給機との間の動力伝達経
路に設けられたクラッチと、前記ターボ用過給圧制御手段の作動領域において前記ク
ラッチを切断するクラッチ制御手段と、を備えた構成と
しである。

このような構成とすることにより、機械式過給機は、エ
ンジン回転数が上昇して、ターボ用過給圧制御手段が作
用する高回転域になると停止されることになる。そして
、この停止時には、ターボ過給機に余力があるため、す
なわちターボ用過給圧制御手段によりターボ過給機の過
給圧が抑制された状態にあるため、機械式過給機の停止
に伴う過給圧の低下に基づきターボ過給機の過給圧が上
昇されることとなる。このようにして、機械式過給機の
停止に伴う過給圧の低下が、ターボ過給機による過給圧
上昇によって補償されて、全体として過給圧の変動すな
わちトルク変動が極力小さなものされる。

（実施例）以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明する
。

第２図において、１はエンジン本体で、ピストン２によ
って画成された燃焼室３には、吸気ポート４、排気ポー
ト５が開口されている。また、ピストン２には、連接棒
６を介してクランク軸７が連結され、上記吸気ポート４
を開閉する吸気弁８および上記排気ポート５を開閉する
排気弁９が、このクランク軸７の回転に周期して周知の
タイミングで開閉されるようになっている。

吸気ポート４に連なる吸気通路１０は、その中間部分に
、互いに並列とされた第１、第２の分岐通路ｌｌ、１２
を有し、その分岐部Ａの上流側において、エアクリーナ
１３、エアフローメータ１４が配設されている。また、
第１、第２の分岐通路１１．１２の合流部Ｂ下流側の吸
気通路１０には、スロットル弁１５、燃料噴射弁１６が
配設されている。

一方、排気ポート５に連なる排気通路１７には、ターボ
過給機１８のタービンホイール１８ａが配設されている
。このターボ過給４！！ｉａのコンプレッサホイール１
８ｂは、前記第１分岐通路ｌ■に配設され、したがって
、排気エネルギによってタービンホイール１８ａが回転
されると、シャフト１８ｃを介してコンプレッサホイー
ル１８ｂも回転されて、これにより過給（ターボ過給）
が行われることになる。

また、前記排気通路１７゛には、タービンホイール１８
ａをバイパスするリリーフ通路１９が形成されている。

このリリーフ通路１９には、ウェストゲートバルブ２０
が設けられ、該ウェストゲート／Ｎ、ルブ２０は、圧力
作動式の７クチユエータ２１によってその開度が調整さ
れるようになっている。このアクチュエータ２１は、ダ
イヤフラム２１ａによって画成された圧力室２１ｂを有
し、このタイヤフラム２１ａにウェストゲートバルブ２
０が連結されると共に、圧力室２１ｂが、通路２８を介
して、前記合流部Ｂ下流でかつスロットル弁１５上流の
吸気通路１０内に開口されている。

これにより、゛ウェストゲートバルブ２０は、前記合流
部Ｂ下流側の圧力（過給圧）が、リターンスプリング２
１ｃによる設定圧力よりも高い第１所定圧力（例えば４
００　ｍｍＨｇ）になると開き始め、上記圧力が第２所
定圧力（例えば５００　ｍ　ｍＨｇ）にまで高まると開
（全開）とされる。勿論、このウェストゲートバルブ２
０の開度が大きくなるほどリリーフ通路１９を流れる排
気ガスが多くなって、ターボ過給機１８による過給圧が
調整されることになる。

また、実施例では、前記圧力作動式のアクチュエータに
対して電磁アクチュエータ２２が付設されて、この電磁
アクチュエータ２２がＯＮされたときは、合流部Ｂ下流
側の圧力とは無関係に、ウェストゲートバルブ２０が開
（全開）となるように当該圧力作動式のアクチュエータ
２１が作動されるようになっている。

前記第２分岐通路１２には、機械式過給機２３が配設さ
れ、実施例ではこの機械式過給ｌｊ！１２３が例えばベ
ーンポンプ等の容積型の過給ポンプにより構成されてい
る。この機械式過給機２３は、エンジン出力軸としての
クランク軸７により機械的に駆動されるもので１例えば
タイミ〉′グベルト等の連係機構２４を介して、該両者
２３と７とが連係されている。そして、この連係機構２
４の途中には、機械式過給＠２３の運転、停止を選択的
に切換えるための電磁クラッチ２５が介装されている。

なお、この第２分岐通路１２には、機械式過給機２３の
下流側においてシャツタ弁２６が配設されている。また
、前記第１分岐通路１１には、ターボ過給ａ１８の下流
側において、合流部Ｂへ向′　けての流れのみを許容す
る逆止弁２７が配設されている。

第２図３１は制御ユニットで、この制御ユニット３１に
は、前記エアフローメータ１４からの吸入空気量信号の
他、センサ３２．３３からの信号が入力されるようにな
っている。このセンサ３２．３３のうち、センサ３２は
エンジン回転数を検出するものであり、またセンサ３３
は、スロットル弁１５の開度すなわちエンジン負荷を検
出するものである。そして、制御ユニット３１からは、
前記燃料噴射弁１６、電磁アクチュエータ２２、電磁ク
ラッチ２５の他、シャツタ弁２６駆動用の電磁アクチュ
エータ３４へ出力されるようになっている。

前記制御ユニット３１は、例えばマイクロコンピュータ
により構成されて、燃料噴射量制御（この制御は本発明
とは直接関係がなくかつ従来より周知なので、その説明
は省略する）の他、過給制御を行うものである。以下こ
の過給制御について、第３図に示すフローチャートに基
づいて説明するが、実施例では、機械式過給機２３の運
転、停止の切換制御をエンジン負荷とエンジン回転数と
に基づいて行うようにしてあり、その運転態様を、ター
ボ過給機１８の運転態様と共に分脱すると、次のとおり
である。

エニンジン負荷小のときエンジン回転数にかかわりなく機械式過給機２３の運転
は常に停止（クラッチ２５の切断）され、またターボ過
給４ｆｉｌ１８による過給は、合流部Ｂ下流側の吸気通
路１０内圧力、すなわちターボ過給機１８による過給圧
に応じてアクチュエータ２１により制御される。

ＩＩエンジン負荷大のとき（１）エンジン低回転機械式過給機２３を運転する（クラッチ２５接続）−万
、ターボ過給ａ１８による過給を停［卜する（電磁アク
チュエータ２２を作動させてウェストゲートバルブ２０
を強制的に全開とする）。なお、ターボ過給機１８によ
る過給を停止するのは、エンジン低回転域では、ターボ
過給を行うことに伴う排圧の増大によって、機械式過給
機２３による過給効果が低減されることを防止するため
である。

■エンジン中回転域機械式過給機２３の運転を行なう一方、ターボ過給機１
８の運転をアクチュエータ２１の制御下に行なう。

（＄〉エンジン高回転域機械式過給ｊａ２３の運転を停止する一方、ターボ過給
ａ１８による過給がアクチュエータ２１の制御下に行わ
れる。

なお、シャツタ弁２６は、クラッチ２５と連動されて、
機械式過給機２３の運転を停止した際、すなわちクラッ
チ２５を切断した際には、シャツタ弁２６が閉じられて
、ターボ過給機１８による過給気が機械式過給機２３側
へ逆流するのが防止される一方、クラッチ２５が接続さ
れ機械式過給機２３の運転が行われる場合には、シャツ
タ弁２６が開くようにされている。また、逆止弁２７は
、ターボ過給機１８による過給が行われない場合に、機
械式過給ａ２３による過給気が第１分岐通路１１へ逆流
するのを防止する作用をなす。

以上のことを前提として、第３図に示すフローチャート
について詳述する。先ず、ステップＳＬにおいてフラグ
エが０にイニシャライズされるが、このフラグエは、エ
ンジン高回転域でクラッチ２５が切断（シャツタ弁３４
が閉）とされるときに１とされるものである。次いで、
ステップＳ２でスロットル開度θが読込まれた後、この
スロットル開度θが設定値（例えば６０％の開度）より
大きいか否かが判別される。そして、θ〉θ１ではない
と判別されたときは、ステップＳ４へ移行してフラグエ
をＯとした後、ステップＳ５において、クラッチ２５を
切断して機械式過給機２３の運転を停止する。勿論、こ
のときはターボ過給ａ１８は運転されているので、この
ターボ過給ｆｉ１８による過給気が機械式過給機２３へ
逆流するのを防止すべく、シャツタ弁２６が閉とされる
。

一方、前記ステップＳ３でθ〉θ１であると判別された
ときは、ステップＳ６でエンジン回転数Ｎが読込まれた
後、ステップＳ７において、このエンジン回転数Ｎが第
１設定回転数Ｎｌ　　（例えば２００Ｏｒｐｍ）よりよ
り小さいか否かが判別される。そして、Ｎ＜Ｎｉである
ときは、ステップＳ８でアクチュエータ２２を作動させ
てウェストケートバルブ２０を強制的に全開としてター
ボ過給機１８による過給を停止した後、ステップＳ９に
おいて機械式過給ａ２３が運転される（クラッチ２５の
切断およびシャツタ弁２６開）。

また、前記ステップＳ７でＮ＜Ｎｌではないと判別され
たときは、ステップＳＩＯへ移行して、　　゛エンジン
回転数Ｎが第２設定値Ｎ２　　（例えば４５００ｒｐｍ
）より大きいか否かが判別される。そして、Ｎ＞Ｎ２．
でないと判別されたときは、ステップＳ１０へ移行して
フラグエが０であるか否かが判別されるが、当初はＩ＝
０とされているためステップＳｌｌへ移行して、機械式
過給機２３の運転は継続されたものになる。

逆に、前記ステップＳＩＯでＮ＞Ｎ２であると判別され
たときは、機械式過給機２３による過給効果が小さい点
およびその信頼性の点を勘案して、ステップＳ１２おい
てこの機械式過給機２３の運転を停止（クラッチ２５の
切断、シャツタ弁２６閉）した後、ステップＳ１３でフ
ラグエを１にセットする。そして、フラグエが１のまま
再びステップＳＩＯへ移行したときに、Ｎ＞Ｎ２であれ
ばそのまま機械式過給ａ２３の運転を停止したままであ
り、かつＮ＞Ｎ２でなくともフラグエが０にリセットさ
れるまでは機械式過給機２３の運転が停止されたままと
される（ステップＳ１■）。すなわち、高負荷（θ〉θ
１）、高回転（Ｎ＞Ｎｌ　）の状態で機械式過給ａ２３
の運転が再開されるのは、一旦ステップＳ３でスロット
ル開度θが０１より大きくないときと判別されて。

ステップＳ４、Ｎ５のルートを経た場合にのみ。

行われることになる。

ここで、ステップＳ１０においてＮ＞Ｎ２であると判別
されたときは、この第２設定値Ｎ２が。

ウェストゲートバルブ２０が全開となるような回転数で
あるとしてあらかじめ設定されており、したがって、ス
テー、ブＳ１２で機械式過給機２３の運転が停止される
際には、ターボ過給機１８による過給にかなり余裕があ
る場合とされている。この点を第４図により説明すると
、ｔ１時点でウェストゲートバルブ２０が開き始めて、
機械式過給機２３の運転が停止されるｔ２時点では、こ
のウェストゲートバルブ２０は全開とされている。した
がって、Ｌ２時点で機械式過給ａ２３が停止された際、
この停止に伴う過給圧の低下は、ウェストゲートバルブ
２０の開度が小さくなることにより補償されて、過給圧
の若干の落ち込みの後、ｔｚ時点より若干遅れたｔ３時
点で再びｔ、〜ｔ２間の過給圧に復帰する。

上記第４図に示す過給圧の小さな変動を含めて、エンジ
ン回転数とエンジントルクとの関係を全体的に示したの
が第５図である。この第５図において、Ａは過給なしの
場合（自然吸入の場合）を示１−１、Ｂはターボ過給機
１８のみによる場合示し、Ｃは機械式過給機２３のみに
よる場合を示し、Ｄが本発明によるターボ過給機１８と
機械式過給機２３とを組合せて使用した場合を示す。そ
して、この第５図において、Ｎ′がウェストゲートバル
ブ２０が開き始めた時点であり、Ｎ２　（ステップＳＩ
ＯのＮ２に相当する）が機械式過給機２３が停止される
ときのエンジン回転数である。

ちなみに、比較のため、ウェストゲートバルブ２０が開
き始める前に機械式過給機２３を停止させた場合の過給
圧の変動を、第６図（第４図に対応）に示してあり、ｔ
４が機械式過給機２３を停止した時点で、ｔｓがこの機
械式過給機２３の停止に伴う過給圧変動が収まった時点
を示している。この第６図と前記第４図との比較から明
らかなように、本発明においては、エンジン高回転域で
機械式過給＠２３を停止させた際の過給圧変動すなわち
トルク変動がはるかに不さいことが容易に理解される。

以上実施例では、機械式過給機２３を停止させる基準値
として、ターボ過給４１！１８の過給余力を考慮したエ
ンジン回転数（ステップＳＩＯのＮ２）を利用した場合
を説明したが、要は、ターボ過給機１８に過給余力があ
る場合を検知すればよいのであるから、例えばウェスト
ゲートバルブ２０の開度（ストローク変位）を、機械式
過給機２３を停止させる基準値として用いることもでき
る。また、第３図ステップＳ８の処理を無くシて、ター
ボ過給機１８の運転を７クチユエータ２１の制御下に常
時行なうよううにしてもよい。勿論、制御ユニット３１
をマイクロコンピュータによって構成する場合は、デジ
タル式、アナログ式のいずれにあってもよいものである
。

（発明の効果）本発明は以上述べたことから明らかなように、ターボ過
給機と機械式過給機との両方の過給機により過給を行っ
ているエンジン高回転状態において、機械式過給機を停
止させた際の過給圧変動すなわちトルク変動を極力小さ
くすることができ、この種の過給エンジン実用化の上で
極めて効果的なものが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体ブロック図。第２図は本発明の一実施例を示す全体系統図。第３図は本発明の制御例を示すフローチャート。第４図は本発明において機械式過給機を停止させた際の
過給圧変動を示すグラフ。第５図はエンジン回転数とエンジントルクとの関係を示
すグラフ。第６図は本発明による場合の過給圧変動との比較のため
に用いるグラフで、第４図に対応したもの。１；エンジン本体７：クランク軸ＩＯ：吸気通路１１：第１分岐通路１２：第２分岐通路１７：排気通路１８：ターボ過給機１９：リリーフ通路２０：ウエストゲートバルブ２１：圧力作動式アクチュエータ２３：機械式過給機２４：連係機構２５：電磁クラッチ第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エンジンの吸気通路に、エンジンの排気エネルギ
によって駆動されるターボ過給機と、エンジン出力軸に
より機械的に駆動される機械式過給機と、を備えた過給
エンジンにおいて、前記ターボ過給機および機械式過給機下流側の過給圧に
応じて前記ターボ過給機の過給圧を調整して、該下流側
過給圧が所定値以上になるのを抑制するターボ用過給圧
制御手段と、前記エンジン出力軸と機械式過給機との間の動力伝達経
路に設けられたクラッチと、前記ターボ用過給圧制御手段の作動領域において前記ク
ラッチを切断するクラッチ制御手段と、を備えているこ
とを特徴とする過給エンジン。