JPS6119935A - 内燃機関の過給機のバイパス制御装置 - 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 本発明は内燃機関の機械式過給機のバイパス制御装置に
関する。

従来の技術 機械式過給内燃機関として、過給機をバイパスするバイ
パス通路を設け、バイパス通路内に機関負荷に応じて制
御されるバイパス制御弁を設けたものが知られている。

（特開昭５６−１６７８１７号参照）。

バイパス制御弁は過給機を駆動するクラノナが係合され
る過給運転域における過給空気量の制御のために設けら
れる。即ち、バイパス制御弁は機関高負荷時は閉であり
、バイパス通路に空気が流れず、そのため、機関へ十分
高い圧力の空気が送られる。機関の負荷が小さくなると
バイパス制御弁は開となり、空気は一部がバイパス通路
へ分流されるため過給圧は降下する。バイパスによって
過給機の圧縮仕事が減少し燃料消費率の向上が得られる
。また、機関の負荷が高くないときに全量の過給を行う
と、吸入空気の温度が上がりすぎるから、これを防止し
、適正な吸入空気温度を得ることができるという効果も
ある。

しかしながら、この従来システムでは機関の急減速時に
おける騒音発生が大きい問題がある。即ち、このシステ
ムではスロットル弁は過給機の下流に設けられているこ
とから、スロットル弁が減速によって全閉になると、一
時的な大量の空気の流れが慣性力によって生じ、これが
バイパス通路に流入し騒音の原因となる。

発明が解決しようとする問題点 本発明はかかる従来技術の問題点に鑑みなされたもので
あり、全負荷からの減速運転時における騒音発生を押さ
えることにある。

問題点解決のための手段 本発明によれば、機関吸気系に回転ポンプとしての過給
機を配置し、該過給機を機関回転軸に連結して成る内燃
機関において、前記過給機はスロットル弁の下流に位置
しており、バイパス通路が一端で過給機の下流において
吸気系に接続され、バイパス通路の他端は過給機の上流
であるがスロットル弁よりは下流において吸気系に接続
され、該バイパス通路を機関運転状態に応じて開閉する
バイパス制御手段を有した内燃機関の過給機のバイパス
制御装置が提供される。

作用 バイパス制御手段は機関の高負荷時にバイパスを閉とし
、負荷がある値より小さくなるとバイパスを開とする。

バイパスが開となったとき過給機からの空気の一部はバ
イパスに分岐され、圧力の上昇及び吸気温の増大が防止
される。

実施例 第１図において、１０はエンジン本体であり、シリンダ
ブロック１１、ピストン１２、’：Ｉネ９ティングロッ
ド１４、クランク軸１６、クランクピン１８、オイルパ
ン２０．シリンダヘッド２２、吸気弁２４、排気弁２６
、バルブスプリング２８、カム軸３０、カム軸ハウジン
グ３１等の構成要素より成る。

シリンダヘッド２２内に吸気ポート３２が形成され、吸
気管３４を介してサージタンク３６に接続される。３８
はスロットル弁であり、吸気管４０内に配置される。ス
ロットル弁３８はリンク４２を介してアクセルペダル４
４に連結される。スロソ〔ル弁３８の上流にエアフロー
メータ４６が設けられ、その上流に空気クリーナ４８が
位置する。

シリンダヘッド２２内に排気ポート５０が形成され、排
気マニホルド５２を介して、触媒コンバータ５４に接続
されている。

この実施例では内燃機関は燃料噴射式であり、吸気管３
４に燃料インジェクタ５６が設けられている。５８はデ
ィストリビュータである。

本発明によればスロットル弁３８の下流において吸気管
４０に機械式過給機としてのルーツポンプ６０が接続さ
れる。ルーツポンプ６０はハウジング６２と、ハウジン
グ６２内の一対のまゆ型のロータ６４とより成る。一対
のロータ６４はその回転軸６６上に図示しない相互に噛
合う歯車が設けられる。そのためロータ６４は反対方向
にハウジング６２の内周に対し微少間隙を維持しながら
回転する。ロータ６４の一方の回転軸６６上にプーリ付
クラッチ６８が設けられ、クラッチ６８のプーリ部はベ
ルト７０を介してクランク軸１６上のプーリ７２に連結
される。ブーり付クランク６８は第９図のように構成さ
れ、過給６０のハウジング６２から延びる駆動軸６６の
端部にボルト止めした円板６８−１と、ハウジング６２
に固定されるスリーブ６８−２上にベアリング６８−３
を介して取付けたソレノイドホルダ６８−４とよりなり
、ソレノイドホルダ６８−４上にベルト７０に係合する
プーリ部６８−５が形成される。円板６８−１に弾性部
材６８−６を介して保合部材６８−７が取付けられ、保
合部材６８−７はソレノイドホルダ６８−４に僅かな間
隙をもって対面している。これらの面間に摩擦保合面が
形成される。

ソレノイド６８′がソレノイドホルダの断面コの字状凹
所内に配置され、図示しないステーによってスリーブ６
８−２に固定される。ソレノイド６８′に非通電時は保
合部材６８−７はソレノイドホルダ６８−４から離れる
よう弾性部材６８−６により引張られる。

ソレノイド６８′への通電により係合部材６８〜７はソ
レノイドホルダ６８−４と係合し、プーリ部６８〜５か
らのエンジン回転が過給機軸６６に伝達されることにな
る。

過給８１６０とサージタンク３６との間には、場合によ
っては、過給機６０による圧縮の結果高温となった空気
の冷却のための冷却器（所謂インタクーラ）７４を設け
ても良い、インタクーラ７４はこの実施例では空冷式で
あり、過給機側の入口タンク７６と、サージタンク側の
出口タンク７８と、人口タンク７６と出ロタンイク７８
とを結ぶ熱交換パイプ８０と、熱交換パイプ８０の表面
上に設けたフィン８２とより成る。熱交換バイ１８０間
に外気が流通可能になっており、ここでの熱交換によっ
て過給１１６０からサージタンク３６に向かう空気の冷
却が行われる。インククーラ７４としては必ずしも図の
様な空冷式に限定されず、水冷式でも良い。また前述の
ようにインククーラは任意的な要素であり必ずしも設け
なくても良い。

８４はバイパス通路であり、バイパス通路８４は一端８
４′で過給１１６０の下流の吸気管に接続され、図のよ
うに、インタクーラ７４が過給１１６０の下流に設置さ
れている場合は、インタクーラ７４の下流において吸気
管に接続される。バイパス通路８４の他端８４″は過給
１１６０の上流でかつスロットル弁３８の下流が吸気管
に接続される。バイパス通１ｌＲ８４上にバイバスｗ１
′＃ｌ弁８Ｇが設けられる。バイパスｍｖｓ弁８６は実
施例ではダイヤフラム式として構成され、弁体８８とダ
イヤフラム９０とばね９２と負圧作動室９４とより成る
。負圧作動室９４は負圧バイブ９６を介して、スロット
ル弁３８の下流において吸気管に形成される負圧ポート
９８に接続される。負圧ポート９８は図ではスロットル
弁３８と過給５１６０との間に設置されているが、必ず
しもこの部位に限定されず過給機６０の下流に設置する
こともできる。

１００は電磁クラッチ６８の＊ｍ回路であり、運転条件
の検知センサ群からの信号によってクラッチ６８への作
動信号を形成する。制御回路１００はエンジンの空燃比
制御又は点火時期制御用の１１ｍ回路と共用させること
ができる。もちろん専用の制御回路としてもかまわない
。運転条件センサとしては前述のエアフローメータ４６
と、ディストリビュータ５８に設けた回転数センサ１０
２とより成る。エアフローメータ４６は第２図のように
ポテンショメータとして構成され、弁軸の位置即ち吸入
空気量Ｑに応じたアナログ信号を生ずる。−大回転数セ
ンサ１０２は第１図のようにディストリビュータ５８の
分配軸５８′上のマグネット１０４に抵抗して設けたホ
ール素子として構成され、分配軸５８′の回転数即ちエ
ンジン回転数Ｎに応じた信号を出力する。

制御回路１００は第２図のブロックダイヤグラムのよう
に構成され、マイクロコンピュータシステムより成る。

即ち、マイクロプロセシングユニソ）　（ＭＰＵ）　１
０６　、リードオンリメモリ　（ＲＯＭ）１０８、ラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３１０を有し、これらは
バス１１２を介して相互に結線され、更にバス１１２は
入出力ポート（Ｉｌｏ）ポート１１４に結線される。１
１６はクロックパルス発生己である。エアフローメータ
４６はアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１８を介し
てＩ１０ポート１１４に結線され、回転数センサ１０２
は成形回路１２０を介してＩ１０ポート１１４に結線さ
れる。更にＩ１０ポート１１４はラッチ１２２を介して
クラッチ６８の駆動用トランジスタ１２４のベー＼に結
線され、同トランジスタ１２４のコレクターエミッタ回
路にクラッチ６８の駆動ソレノイド６８′が位置し、こ
のソレノイド６８′の通電制御によってクラッチ６８の
保合及び解放、換言すれば過給１１６０の作動及び停止
の切替を行うことができる。

マイクロコンピュータは過給制御以外のその他のエンジ
ン制御、例えば空燃比制御や点火時期制御を分担させる
ことができ、そのため種々のセンサやアクチュエータが
Ｉ１０ポート１１４に接続されているが、これは本発明
の特徴と直接には関係しないため図示および説明を省略
する。

ＲＯＭ１０８内にはクラッチ６８の制御用プログラム、
及びその他のエンジン運転制御用のプログラムが格納さ
れている。次のそのプログラムを本発明の関連部分に限
って説明する。

第３図はメインルーチンのプログラムの流れを示すもの
であり、メインルーチン内では高速性を要求される種々
の処理が行われる。２００のステップでプログラムが起
動されると、２０２ではイニシャライズが行われ、ＭＰ
Ｕ１０６の各レジスタ、ＲＡＭｌｌ０１１．１０ポー目
１４の所期設定が行われる。２０４では１ＩＰｔｌ１０
６はエアフローメータ４６よりの吸入空気量信号のＡ／
Ｄ変換指令をＡ／Ｄ変換器１１８に出し、吸入空気１ｔ
Ｑに応じたデジタル信号はＲＡＭｌｌ０の所定アドレス
に格納される。次の２０６では回転数センサ１０２から
の回転数Ｎを表すデジタル信号が入力され、ＲＡＭｌｌ
０の所定アドレスに格納される。

２０８のステップでは、映入空気景Ｑに対する回転数Ｎ
の比が計算され、Ｉ？Ａ旧１０に格納される。Ｑ／Ｎは
機関の４両相当値であることは周知のとうりである。プ
ログラムは次は２１０以下のステップに進み、メインル
ーチンにおける他の制御のための種々の処理（例えば空
燃比制御におけるフィードバンク処理等）が行われ、そ
の際Ｑ、Ｎ、Ｑ／Ｎの計算結果が適宜利用される。

第４図は過給機の制御のためのプログラムを示すもので
あり、この実施例では所定時間（例えば３５勤）毎に行
われる時間割込ルーチンである。

所定時間の経過毎に計り１０６の割込みポートに割込み
要求か入り３００よりルーチンが実行に移り、３０２で
はＲＡＭｌｌ０のＮ領域に格納されている回転数データ
が所定値ａ（第５図）より大きいか否かが、次イＴ：３
０４　テハＲＡＭ１１０（７）Ｑ／Ｎｗｉ域に格納され
ティる吸入空気量Ｑの回転数Ｎに対する此のデータがｂ
より大きいか否か判定される。第５図の過給機作動マツ
プから明らかな通り、３０２でＮｏ　　（Ｎ＜ａ）で、
３０４でもＮｏ　　（Ｑ／Ｎ＜ｂ）である運転域は過給
機の停止域であり、この場合プログラムは３０６に進む
。肝Ｕ１０６はＩ１０ポート１１４よりランチ１２２に
リセット信号を印加する。そのためトランジスタＬ２４
はカットオフとなり、クラッチ６８のソレノイド６８′
は消磁され、クラ、７チ６８は解放となる。そのため、
クランク軸１６の回転は過給機６０のロータ６４には伝
わらない。スロットル弁３８からサージタンク３６に向
かう空気の流れによって゛ロータ６４は空回りを起こす
だけで過給は行われない。

第４図の３０２でＹｅｓ（Ｎ＞ａ）か又は３０２でＮ。

（Ｎ＜ａ）でも３０４でＹｅｓ　（Ｑ／　Ｎ　＞　ｂ　
）の場合は過給機の作動域であり、プログラムは３０８
に進み、ＭＰＵ１０６は１１０ポート１１４よりラッチ
１２２にセット信号を印加する。そのためトランジスタ
１２４はＯＮとなり、クラッチ６８のソレノイド６８′
に通電されるため、クラッチ６８は係合される。

その結果、エンジンクランク軸１６の回転はプーリ７２
、ヘルド７０、プーリ６８を介し過給機＋２０の回転軸
６６に伝達され、一対のロータ６４は反対方向に回転さ
れ、空気は圧縮されサージタンク３６、吸気管３４を経
て、吸気ポート３２より機関内に導入される。過給機の
作動域を決める回転数設定値ａ、負荷代表値であるＱ／
Ｎ（＋）設定値すは、過給機のＯＦＦからＯＮへの切替
のシぢツクを小さくし、かつクラッチの摩擦係合部材の
耐久性という面ではなるべく低回転側が良いが、燃料消
費率を悪化させるので両者の調和によって決められる。

スロットル弁３８の下流の負圧取出ポート９８にはスロ
ットル開度に応じた負圧が現れる（第６図）、、即ち、
スロットル３８が解放される程に負圧か弱くなり、大気
圧に近づく。この負圧は負圧バイブ９６を介してダイヤ
フラム９０に作用し所定以上の負圧レベル即ちスロット
ル開度が小さいときはダイヤフラム９０はばね９２に抗
して図の下方に引張られ、弁体８８はリフトしバイパス
通路８４が解放される。また、スロットル弁３８が０１
の開度を越えて解放されると、ダイヤプラム９０に働く
負圧力はばね９２に打ち勝ち得ず弁体８８のリフトは零
になり、バイパス８４は閉じられる。以上のバイパス装
置の作動から明らかなように、バイパス通路８４はスロ
ットル開度３８が０１より大きい、高負荷時に閉じられ
た圧縮された全空気が機関に導入される。一方スロソト
ル開度が０１より小さい軽負荷域ではバイパス８４は解
放され、圧縮空気は一部がバイパスに逃れることになる
。このようなバイパス作用によって、軽負荷域における
圧縮空気の温度上昇を押さえることができ、またバイパ
スによって過給機の駆動力が軽減されることから燃料消
費率の向上を図ることができる。

本発明によればスロットル弁３８は過給機６０及びバイ
パス８４の上流に位置している。そのため高負荷運転域
からスロットル弁を全閉したときの騒音の発生は少ない
ことが確認されている。即ち、スロットル弁３８の全開
の瞬間に過給機６０への空気量が全開のスロットル弁３
８によって絞られることにより減少し、バイパス８４に
大量の空気が入るようなことはないからである。また、
スロットル弁が閉じていることによって空気振動による
音の伝達が遮断されるからである。これに比較して公知
技術（特開昭５６−１６７８１７号）ではスロットル弁
が過給機の下流のバイパスの下流コこ設けられ、減速時
一時的に悟性によって過給機からの空気が大量にバイパ
スに流れ、高圧となり、その振動が直接伝わって来るこ
とによる騒音の問題があった。

バイバス！１ｌＪｉ弁８６はその弁体が過給機の下流の
吸気管圧力を受けとめるように構成されると、高回転高
負荷時の過給圧リミッタとして役立たセることができる
。即ち、過給圧が過大になると（このときは負圧作動室
の圧力はスロットル弁の全開によってほとんど大気圧で
ある。）、弁体８８はばね９２に抗して解放し、圧力を
リリーフさせ、過給圧がそれ以上に増大するのが防止さ
れる。

本発明の実施例として、第１図のように過給機６０の下
流でバイパス８４の取出口８４′の上流にインククーラ
７４を位置させることができる。

過給機６０による圧縮によって吸入空気の温度は高まる
がインククーラ７４に入り、入口タンク７０から出口タ
ンク７８の間の熱交換パイプ８０を通過する間に冷却を
受け、適正な温度まで降下される。また、バイパス取出
口８４′をインタクーラ７４の下流に位置させることで
、冷却した空気を過給機６０に循環させることができる
。これは、前述のようにバイパスが解放する部分負荷時
は過給機６０によって空気が加熱傾向となりこれを防止
することがセきる効果を奏する。また、インククーラ７
４を通した空気のバイパスを行うことにより、バイパス
量がインククーラのない場合より少なくても所期とする
温度低下効果が得られる。

このため、バイパス径をより絞ることができる。

別の実施例として第１図に示すようにバイパス制御弁８
６と負圧ポート９８とを結ぶ負圧パイプ９６上に電磁３
方切替弁１３０が設けられる。この切替弁１３０は非通
電時は白のポート位置を取り、バイパス制御弁８６のダ
イヤフラム９０に負圧が作用される。通電されると黒の
ポート位置を取り、ダイヤフラム９０にエアクリーナ４
８からの大気圧が作用する。切替弁１３０は制御回路１
００によって駆動されるものであり、第２図に示すよう
に、ラッチ１３１　とトランジスタ１３２とを有し、切
替ブ↑１３０のソレノイド１３０′はトランジスタのコ
レクターエミッタ回路に配置される。切替弁１３０の作
動のプログラムは第７図の通りであり、このプログラム
は第４図の一部に組み込むことができる。

４００でエンジン回転数が所定値以上か否かが判定され
、Ｙｅｓの場合（Ｎ　＞　Ｃ）は４０２に進みラッチ１
３１にセット信号が出され、トランジスタ１３２がＯＮ
するため切替弁１３０のソレノイド１３０に通電され、
同切替弁１３０は実線位置をとり、ダイヤフラム９０に
大気圧が作用する。一方４００でＮｏの場合（Ｎ＜Ｃ）
の場合は４０４に進み、ラッチ１３１がリセットされト
ランジスタ１３２はオフとなり、切替弁１３０は黒のポ
ート位置をとりダイヤフラム９０に負圧が働く。

バイパス制御弁は第８図の開閉特性を持つ。即ち、エン
ジン回転数がＣ以下ではダイヤフラム９０に大気圧が働
くので必ず閉となり、回転数がＣ以上では、ダイヤフラ
ムに働く負圧がばね９２の設定圧に等しいｄ以下で閉ｄ
以上で開となる。ここに回転数の設定値Ｃは第５図の過
給機の作動マツプにおけるＯＦＦからＯＮへの切替設定
値ａより相当大きく設定されエンジンの所定の高回転を
検知していることとなる。このような回転数の要因もと
り入れた制御によって高回転高負荷域のみバイパスを閉
じ、それ以外の空気温の上昇し易い領域にバイパスを行
うことで適正な空気温度を得ることができる。即ち、過
給機からの空気の温度は回転数が大きいときでかつ負荷
が小さいときほど高くなるからである。これは、高負荷
でもエンジン低回転側ではバイパスの開閉が行われない
ことになり、定常運転時におけるバイパス開閉による出
力変動がなく、この点で切替弁１３０を設けない実施例
に比較し好ましい。

その他の変形実施例として、バイパスの制御因子として
吸入空気量を検知して行うことができる。

また、負圧レベルをばね９２で設定する代わりに、負圧
をセンサで直接検知し、バイパスを開閉するような制御
も採用することができる。

発明の効果 本発明によればスロットル弁を過給機の上流に配置し、
かつ過給機をバイパスする通路をスロットル弁の下流と
し、バイパスを機関運転状態に応じて開閉する゛ことで
、軽負荷域での温度上昇の防止と、減速からの騒音防止
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシステム全体図、 第２図は１１ｍ回路のブロック図、 第３図、第４図は制御回路のソフトウェアを示すフロー
チャート図、 第５図は過給機の作動マツプ図、 第６図はスロットル開度に対する負圧特性図、第７図は
バイパス通路上の電磁切替弁の作動フローチャート図、 第８図は第７図の実施例のバイパス制御マツプ図、 第９図はクラッチの構成を示す断面図。 ｌＯ・・・機関本体、　　３２・・・スロットＪし弁、
６０・−・ｌ給ｌ！、　　　　７４−・・インタクーラ
、８４・・・・バイパス通路、 ８６・・・ダイヤフラム式ツマイノぐス制御弁、９４・
・・負圧作動室、　９６・・・負圧配管、９８・・・負
圧取出ポート〜 １００・・・制御回路、　　１３０・・・切替弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機関吸気系に回転ポンプとしての過給機を配置し、
   該過給機を機関回転軸に連結して成る内燃機関において
   、前記過給機はスロットル弁の下流に位置しており、バ
   イパス通路が一端で過給機の下流において吸気系に接続
   され、バイパス通路の他端は過給機の上流であるがスロ
   ットル弁よりは下流において吸気系に接続され、該バイ
   パス通路を機関運転状態に応じて開閉するバイパス制御
   手段を有した内燃機関の過給機のバイパス制御装置。 ２、前記バイパス制御手段は、ダイヤフラム式バイパス
   制御弁と、該ダイヤフラム式制御弁の負圧作動室をスロ
   ットル弁の下流に位置する負圧信号取出ポートに接続す
   る負圧配管とより成る特許請求の範囲第１項の装置。 ３、前記バイパス制御手段は、ダイヤフラム式バイパス
   制御弁と、該ダイヤフラム式制御弁の負圧作動室をスロ
   ットル弁の下流に位置する負圧信号取出ポートに接続す
   る負圧配管と、該負圧配管内に設けられ負圧作動室に負
   圧を導く位置と大気圧を導く位置とで切替える切替弁と
   、該切替弁を機関運転状態に応じて切替作動する制御手
   段とより成る特許請求の範囲第１項の装置。 ４、バイパスパイプの前記一端は過給機の下流にある吸
   入空気冷却器の下流において機関吸気系に接続されてい
   る特許請求の範囲第１項の装置。