JPS61190114A - インタ−ク−ラ付タ−ボ過給機のサ−ジング防止装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、コンプレッサにより加圧された吸気の温度を
低減すべくインタークーラが付設されたターボ過給機に
おけるサージシグを防止する、インタークーラ付ターボ
過給機のサージシグ防止装置に関する。

（従来技術） 排気通路にタービンが設置され、吸気通路にコンプレッ
サが設置されて装着されるターボ過給機を備え、排気通
路を流れる排気のエネルギーを利用して燃焼室内に導入
される吸気を加圧するようにしたターボ過給機付エンジ
ンにおいては、コンプレッサにより加圧された吸気は温
度上昇を生じ、さやに、加圧された吸気は吸気通路の壁
面との摩擦により、その温度が一段と上昇せしめられる
ものとなる。斯かる吸気、の温度上昇は、加圧された吸
気の体積膨張をまねいて燃焼室に導入される吸気の密度
を低下させ、その結果、燃焼室に対する吸気の充填効率
の低下をもたらすという不都合を生じる。

このため、例えば、実公昭５８−７０６２号公報にも記
載されている如く、ターボ過給機付エンジンの吸気通路
におけるターボ過給機のコンプレッサが設置された位置
の下流側に、インタークーラ（上記公報では空気冷却器
と称されている）を配設し、コンプレッサにより加圧さ
れた吸気をインタークーうによって冷却して、吸気の密
度を高めるようにすることが知られている。

しかしながら、斯かるインタークーラが装備される場合
には、インタークーラは、コンプレッサで加圧されて吸
気通路を流れる吸気に対する流通抵抗部を形成すること
になるので、加圧された吸気がインタークーラによる流
通抵抗に基づく圧損を被ることになり、特定のエンジン
の運転状態のもとにおいては、吸入空気流量に対してタ
ーボ過給機のタービンが過回転となり過給効率の低下を
まねくことになる、ターボ過給機におけるコンプレッサ
サージシグ状態になり易くなる問題が生じる。

斯かるコンプレッササージシグ状態は、エンジンの運転
状態が、例えば、第３図に縦軸にコンプレッサ圧力比π
がとられ、横軸に吸入空気流量Ｑがとられて示される特
性図において、斜線力＋（＝Ｊされて表される領域に対
応するものとなる場合に生じ、斯かる領域、即ち、コン
、プレソササージシグ領域は、吸入空気流量Ｑが比較的
小なる値をとる範囲において、コンプレッサ圧力比πが
大となるに従って広がる領域となる。なお、コンプレッ
サ圧力比πは、コンプレッサ入口側の圧力をＰｉとし、
コンプレッサ出口側の圧力をＰｏとするとき、Ｐｏ／Ｐ
ｉで表されるものである。

（発明の目的） 斯かる点に鑑み本発明は、エンジンの吸気通路に設置さ
れたコンプレッサにより加圧された吸気の温度を低下さ
せるべく、吸気通路におけるコンプレッサの下流側にイ
ンタークーラが配設されたインタークーラ付ターボ過給
機について、吸入空気流量が比較的小なる値をとる範囲
となるエンジンの運転状態のもとにおいても、コンプレ
ッササージシグ状態となることを防ぐことができるよう
にしたインタークーラ付ターボ過給機のサージシグ防止
装置を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明に係るインタークーラ付ターボ過給機のサージシ
グ防止装置は、ターボ過給機のコンプレッサが設置され
、さらに、その下流側にインタークーラが介設されたエ
ンジンの吸気通路に付設された、吸気通路におけるイン
タークーラの上流側と下流側とを連通ずるバイパス通路
と、このバイパス通路を開閉制御するバイパス弁と、コ
ンプレッサの上流側と下流側との圧力比が所定値以上で
あり、かつ、吸気通路における吸入空気流量が所定値以
下のとき、バイパス通路を開状態とすべくバイパス弁を
作動させる弁作動制御手段とを備えて構成される。

このように構成されることにより、コンプレッササージ
シグ領域に対応するものとなるエンジンの運転状態のも
とにおいて、吸気通路内を流れるコンプレッサにより加
圧された吸気を、インタークーラを側路してバイパス通
路を通過させ、インタークーラによる流通抵抗に基づく
圧損を被らないものとして、コンプレッサ圧力比を低下
させることができ、その結果、ターボ過給機がコンプレ
ッササージシグ状態となることを防ぐことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明に係るインタークーラ付ターボ過給機
のサージシグ防止装置の一例を、それが適用された、イ
ンタークーラ付ターボ過給機が装備されたエンジンの主
要部とともに示す概略構成図である。

第１図において、エンジン本体１０に形成された燃焼室
１２に、吸気通路１４と排気通路１６とが接続されてい
る。吸気通路１４には、排気通路１６に設置されたター
ボ過給機１８のタービン２０により駆動されるターボ過
給機１８のコンプレッサ２２が設置されており、さらに
その下流側にインタークーラ４２が介設されている。そ
して、エアクリーナ２３から導入された吸入空気が、こ
のコンプレッサ２２により加圧された後、インク−クー
ラ４２により冷却されて燃焼室１２に供給されるように
なされ、吸気過給が行われる。

このようにして燃焼室１２に供給される吸入空気は、吸
気通路１４に配されたスロットル弁２４により調量され
、燃焼室１２内で図示されていない燃料供給手段により
供給される燃料を燃焼させた後、排気ガスとして排気通
路１６に排出され、この排気ガスによってターボ過給ｊ
ａ１８のタービン２０が回転駆動される。排気通路１６
には、タービン２０を側路するバイパス通路２６が設け
られており、このバイパス通路２６は、ダイアフラム機
構３０により駆動されるウェイストゲート弁２８により
開閉される。

ダイアフラム機構３０は、そのケーシング３１内にウェ
イストゲート弁２８が連結されたダイアフラム３２とこ
のダイアフラム３２により画定された圧力室３４及び大
気室３６が設けられており、大気室３６にはウェイスト
ゲート弁２８がバイパス通路２６を閉じる方向にダイア
フラム３２を付勢するコイルスプリングが縮装されてい
る。圧力室３４には、吸気通路１４のインタークーラよ
り下流側でスロットル弁２４より上流側の部分にその一
端を開口する圧力通路４０を介して、吸気通路１４のス
ロットル弁２４より上流側の過給圧がダイアフラム３２
に作用するようにされている。

これにより、スロットル弁２４の開度が大とされ、吸気
通路１４におけるターボ過給機１８のコンプレッサ２２
の下流側に過給圧が予め設定された圧力値に達すると、
斯かる過給圧が圧力通路４０を介してダイアフラム機構
３０の圧力室３４内に作用して、ダイアフラム３２がコ
イルスプリングの付勢力に抗して押圧され、ウェイスト
ゲート弁２８がバイパス通路２６を開通させて排気ガス
の一部をバイパス通路２６に流し、その結果、吸気通路
１４におけるコンプレッサ２２の下流側の過給圧が予め
設定された圧力値以下に規制されるようにな、されてい
る。

そして、吸気通路１４に、それに介設されたインターク
ーラ４２を側路して、そのインレットボート４２ａの上
流側及びアウトレットボート４２ｂの下流側を連通させ
るバイパス通路４４が設けられている。このバイパス通
路４４は、ダイアフラム機構４８により駆動されるバイ
パス弁４６により開閉されるものとされている。ダイア
フラム機構４８は、そのケーシング５０内にバイパス弁
４６が連結されたダイアフラム５２と、このダイアフラ
ム５２により画定された圧力室５４及び大気室５６が設
けられており、大気室５６にはバイパス弁４６がバイパ
ス通路４４を閉じる方向にダイアフラム５２を付勢する
コイルスプリングが縮装されている。また、圧力室５４
には、吸気通路１４においてターボ過給４１！１８のコ
ンプレッサ２２の下流側にその一端を開口する圧力通路
５８が、ソレノイド弁６０を介して連結されている。

ソレノイド弁６０は、コントロールユニット６２から供
給される制御信号Ｓｖのレベルに応じて圧力通路５８を
開閉し、例えば、制御信号Ｓｖが所定の高レベルをとる
とき圧力通路５８を開通させるものとされている。

コントロールユニット６２には、吸気通路１４における
ターボ過給機１８のコンプレッサ２２の上流側に配され
たエアフローセンサ６４からの吸入空気流量Ｑに応じた
検出信号Ｓａ、同じく吸気通路１４におけるターボ過給
ｊａ１Ｂのコンプレッサ２２の上流側に設けられた吸気
圧センサ６６からの、コンプレッサ２２の入口側の圧力
Ｐｉに応じた検出信号ＳＰｉ、及び、コンプレッサ２２
の下流側に設けられた過給圧センサ６８からの、コンプ
レッサ２２の出口側の圧力ＰＯに応じた検出信号ＳＰｏ
が供給される。

斯かる構成において、吸気通路１４にインタークーラ４
２を側路して設けられたバイパス１ｍ路４４、このバイ
パス通路４４を開閉するバイパス弁４６、及び、バイパ
ス弁４６の作動制御を行うためのダイアフラム機構４８
．圧力通路５８．ソレノイド弁６０．コントロールユニ
ット６２．エアフローセンサ６４．吸気圧センサ６６及
び過給圧センサ６８等により、本発明に係るインタータ
ーラ付ターボ過給機のサージシグ防止装置の一例が形成
されている。

そして、コントロールユニット６２は、エアフローセン
サ６４からの吸入空気流量Ｑに応じた検出信号Ｓａ、吸
気圧センサ６６からのコンプレッサ２２の入口側の圧力
Ｐｉに応じた検出信号ｓｐｉ及び過給圧センサ６８から
のコンプレッサ２２の出口側の圧力Ｐｏに応じた検出信
号ＳＰｏに基づいて、エンジンの運転状態が第３図に示
される如くのコンプレッササージシグ領域に対応するも
のか否かの判断を行い、コンプレッササージシグ領域に
対応するものでない場合には、ソレノイド弁６０に低レ
ベルの制御信号Ｓｖを供給する。

斯かる状況では、ソレノイド弁６０は圧力通路５８を遮
断状態に保ち、そのため、ダイアフラム機構４８の圧力
室５４にはコンプレッサ２２の下流側の過給圧が供給さ
れず、バイパス弁４６がバイパス通路４４を閉塞する状
態に保たれる。従って、コンプレッサ２２により加圧さ
れた吸気は、インタークーラ４２を通過して冷却され、
密度が高められて燃焼室１２に供給されることになり、
燃焼室１２に対する高い充填効率をもっての燃料供給が
なされる。

一方、エンジンの運転状態が第３図に示される如くのコ
ンプレッササージシグ領域に対応するものとなる場合に
は、コントロールユニット６２は、ソレノイド弁６０に
高レベルの制御信号ＳＶを供給する。

斯かる場合には、ソレノイド弁６０は圧力通路５８を開
通させ、これにより、ダイアフラム機構４８の圧力室５
４にはコンプレッサ２２の下流側の過給圧が供給されて
、ダイアフラム５２に作用するコイルスプリングの付勢
力に抗してダイアフラム５２が押圧される。これにより
、バイパス弁４６は、第１図において一点鎖線で示され
る如くの開状態をとり、バイパス通路４４を開通させる
。

このため、コンプレッサ２２により加圧された吸気は、
その大部分がインタークーラ４２を側路し、バイパス通
路４４を通過して燃焼室１２に供給されることになる。

従って、コンプレッサ２２により加圧された吸気がイン
タークーラ４２による流通抵抗を殆ど受けることなく吸
気通路１４内を流れ、コンプレッサ２２の出口側の圧力
Ｐｏが低下して、コンプレッサ圧力比πが下がり、その
結果、エンジンの運転状態がコンプレッササージシグ領
域に対応するものとならなくなり、ターボ過給機がコン
プレッササージシグ状態となることが防止される。

上述の如くの、コントロールユニット６２による制御は
、コントロールユニット６２に内蔵されたマイクロコン
ピュータの動作に基づいて行われるが、斯かるマイクロ
コンピュータが実行するプログラムの一例を、第２図の
フローチャートを参照して説明する。

このプログラムの一例においては、スタート後、プロセ
ス１００において、エアフローセンサ６４から得られる
吸入空気流量Ｑに応じた検出信号Ｓａ、吸気圧センサ６
６及び過給圧センサ６８から得られる、夫々、コンプレ
ッサ２２の入口側の圧力Ｐｉ及びコンプレッサ２２の出
口側の圧力ＰＯに応じた検出信号ｓｐｉ及びＳＰｏを入
力する。

続くプロセス１０１において、検出信号ＳＰｉ及びＳＰ
ｏに基づいてコンプレッサ圧力比π＝ＰＯ／Ｐｉを求め
、プロセス１０２に進む。

プロセス１０２においては、プロセス１００において入
力された検出信号Ｓａに基づいて得られる吸入空気流量
Ｑと、プロセス１０１において求められたコンプレッサ
圧力比πとから、エンジンの運転状態が第３図に示され
る如くのコンプレッササージシグ領域に対応するものか
否かを判断し、コンプレッササージシグ領域に対応する
ものであ゛る場合には、バイパス弁４６を開状態とすべ
きとして、フラグＶに１をたてる。ここでは、エンジン
の運転状態がコンプレッササージシグ領域に対応するも
のか否かの判断は、予めメモリに記憶された第３図に示
される如くのコンプレッササージシグ領域を表すコンプ
レッササージシグ領域マツプが用いられ、斯かるマツプ
に、検出信号Ｓａに基づいて得られる吸入空気流量Ｑと
検出信号ｓｐｉ及びＳＰｏに基づいて求められたコンプ
レッサ圧力比πとが照合されて行われる。

続いてディシジョン１０３において、フラグＶが１か否
かを判断する。フラグ■が１でなければ、エンジンの運
転状態がコンプレッササージシグ領域に対応するものと
はなっていないので、バイパス弁４６を閉状態に保つべ
くプロセス１０４に進む。プロセス１０４では、ソレノ
イド弁６０に低レベルの制御信号Ｓｖを供給し、それに
よってバイパス弁４６を閉状態とし、バイパス通路４４
を閉状態に保つようにして、リターンを行う。

一方、ディシジョン１０３での判断でフラグＶが１であ
るときには、バイパス弁４６を開状態とすべくプロセス
１０５に進む。プロセス１０５では、ソレノイド弁６０
に高レベルの制御信号Ｓｖを供給し、それによってバイ
パス弁４６を開状態とし、バイパス通路４４を開通させ
る。そして、プロセス１０６でフラグＶを０に戻し、リ
ターンを行う。

以上のフローは、エンジンが作動している間、反復して
実行される。

このようにして、コントロールユニット６２による制御
が行われるのであるが、上述の例とは異なり、エンジン
の運転状態がコンプレッササージシグ領域に対応するも
のか否かの判断を、エアフローセンサ６４．吸気圧セン
サ６６及び過給圧センサ６８から夫々得られる、検出信
号Ｓａ、ＳＰｉ及びＳＰｏに基づいて行うに代えて、例
えば、エンジン本体１０に配されたエンジン回転数セン
サ７０及び吸気通路１４に配されたスロットル開度セン
サ８０から夫々検出される、第２図中破線で示される如
くの、エンジン回転数に応じた検出信号Ｓｎ及びスロッ
トル開度に応じた検出信号ＳＳに基づいて行うようにし
てもよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係るインターク
ーラ付ターボ過給機のサージシグ防止装置によれば、エ
ンジンの吸気通路に設置されたコンプレッサにより加圧
された吸気の温度を低下させるべく、吸気通路における
コンプレッサの下流側にインタークーラが付設されたイ
ンタークーラ付ターボ過給機について、吸入空気流量が
比較的小なる値をとる範囲となるエンジンの運転状態の
もとにおいても、コンプレッサにより加圧された吸気を
インタークーラを側路するバイパス通路を通じてして燃
焼室に導くようにすることにより、ターボ過給機がコン
プレッササージシグ状態となることを防ぐことができ、
過給効率の低下を回避できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るインタークーラ付ターボ過給機の
サージシグ防止装置の一例を、それが適用された、イン
タークーラ付ターボ過給機が装備されたエンジンの主要
部とともに示す概略構成図、第２図は第１図に示される
例のコントロールユニットに用いられるマイクロコンピ
ュータが実行するプログラムの一例を示すフローチャー
ト、第３図はターボ過給機のコンプレッササージシグ状
態の説明に供される特性線図である。 図中、１４は吸気通路、１６は排気通路、１８はターボ
過給機、２０はタービン、２２はコンプレッサ、４２は
インタークーラ、４４はバイパス通路、４６はバイパス
弁、４８はダイアフラム機構、５８は圧力通路、６０は
ソレノイド弁、６２はコントロールユニット、６４はエ
アフローセンサ、６６は吸気圧センサ、６８は過給圧セ
ンサである。 特許出願人　　　マツダ株式会社 吸入空気流量Ｑ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ターボ過給機のコンプレッサが設置されるとともに該コ
   ンプレッサの下流側にインタークーラが介設されたエン
   ジンの吸気通路に付設された、該吸気通路における上記
   インタークーラの上流側と下流側とを連通するバイパス
   通路と、該バイパス通路を開閉制御するバイパス弁と、
   上記コンプレッサの上流側と下流側との圧力比が所定値
   以上であり、かつ、上記吸気通路における吸入空気流量
   が所定値以下のとき、上記バイパス弁を上記バイパス通
   路を開状態とすべく作動させる弁作動制御手段とを備え
   て構成されたインタークーラ付ターボ過給機のサージシ
   グ防止装置。