JPS61275531A

JPS61275531A - 排気タ−ボ過給装置

Info

Publication number: JPS61275531A
Application number: JP60117341A
Authority: JP
Inventors: Asao Tadokoro; 朝雄田所; Ikuo Matsuda; 松田　郁夫; Masami Nakao; 中尾　正美
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-05-29
Filing date: 1985-05-29
Publication date: 1986-12-05
Also published as: JPH0562220B2

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）本発明は自動車用等のエンジンに装備される排気ターボ
過給装置、特にタービンに排気ガスを供給する排気通路
が複数の通路に分割され、これらの通路のうちの少なく
とも１つが開閉可能とされた排気ターボ過給装置に関す
る。

（従　　来　　技　　術）排気ターボ過給装置は、エンジンから排出される排気ガ
スのエネルギーを利用して吸気を過給することにより、
吸気充填効率ないしエンジン出力を向上させるものであ
るが、この種の排気ターボ過給装置には、自動車用エン
ジンのように常用運転領域が広いエンジンに適用された
場合に、上記のようなエンジン出力の向上効果が限られ
たｍ域内でしか得られないという欠点がある。つまり、
排気ガス量の多いエンジンの高出力高回転領域で所要の
過給圧が得られるように排気通路やタービンノズルの寸
法、形状等を設定すると、排気ガス量の少ない低出力低
回転領域でタービンに供給される排気ガスの流速が遅く
なって所要の過給圧が得られず、また低出力低回転領域
で排気ガスの流速を高めて所要の過給圧が得られるよう
に排気通路の通路断面積やタービンノズルの開口面積を
小さくすれば、排気ガス量の多い高出力高回転領域で排
圧が著しく上昇してエンジン出力が却って低下するので
ある。尚、この種の過給装置には、過給圧が過度に上昇
することを防止するため、必要以上の排気ガスをタービ
ンに供給することなく放出するバイパス弁装置が設けら
れ、これにより過給圧を所定値に保持するようになって
いるが、上記バイパス弁装置のバイパス能力には限界が
あるので、排気ガス農が一定限度を超えて多くなると排
圧の上昇によるエンジン出力の低下を生じるのである。

排気ターボ過給装置における上記のような問題に対処す
るものとして、例えば特開昭５８−１８５２２＠公報に
開示されているように、タービンに排気ガスを供給する
排気通路を主通路と０１通路とに分割すると共に、副通
路に該通路を開通、遮断する開閉弁を設けて、該弁の開
閉により過給特性を切換えるようにしたものがある。こ
れによれば、排気ガス量の少ないエンジンの運転領域で
は開閉弁を閉じて主通路のみからタービンに排気ガスを
供給することにより、該排気ガスの流速を高めて所要の
過給効果を確保し、また排気ガス量の多い運転領域では
開閉弁を開いて副通路及び主通路の両者から排気ガスを
タービンに供給することにより、排圧の上昇によるエン
ジン出力の低下を防止することができる。その場合に、
上記開閉弁のＲ閉制御をどのような時期に行うのが最適
であるかが問題となるが、上記公報に示された排気ター
ボ過給装置では、この開開弁の開閉制御を次のように行
っている。

つまり、第５図に示すように、開閉弁を閉じれば、エン
ジン回転数に対して過給圧が速かに立上る特性■が得ら
れるので、先ず低回転領域では該開開弁を閉じて符号（
イ）で示すよう′に特性Ｉによって過給圧の速かな立上
りを得ると共に、該過給圧が所定値Ｐｏを超えるエンジ
ン回転数Ｎ１でバイパス弁を開いて符号（ロ）で示すよ
うに過給圧を所定値Ｐｏに保持する。そして、この特性
工によればエンジン回転数の上昇に従って排気ガスのバ
イパス量が著しく増大するので、高回転領域に移行する
エンジン回転数Ｎ２でｌＦｉ閉弁を開いて、エンジン回
転数の上昇に対する過給圧の上昇が緩かな特性■に移行
させる。その場合に、開閉弁を開くエンジン回転数が特
性■によって所定過給圧Ｐｏが得られる所定回転数Ｎｏ
以下の回転数Ｎ２′であると、過給特性の切換わりに伴
って符号（ハ）で示すように過給圧が所定１１１Ｐｏよ
り落ち込むことになるので、開開弁を開く回転数Ｎ２は
上記の所定回転数Ｎｏより高回転側に設定されるのであ
る。これにより、低回転域で所要の過給圧が得られ、且
つ高回転域では排圧の著しい上昇が防止される。

しかし、この制御方法においては、開閉弁を開く回転数
Ｎ２が該開閉弁を開いた場合の特性■で過給圧が所定値
Ｐｏに達するエンジン回転数Ｎ。

より高回転側に設定されているため、該回転数Ｎ０−Ｎ
２の間で排圧が大きくなり、そのためエンジン出力が次
第に低下すると共に、回転数Ｎ２に達した時点で開閉弁
を開いた時に排圧の急激な低下によりエンジン出力が増
大する方向に急変するという問題が生じる。

また、間■弁を閉じた時の過給特性工及び開いた時の過
給特性■は、エンジン出力に応じて変化し、該出力が小
さい時はエンジン回転数の上昇に対する過給圧の上昇の
割合、即ち第５図の特性Ｉ。

■の勾配が小さくなるので、常に一定のエンジン回転数
Ｎ２で開閉弁を開くように設定しておくと、低エンジン
出力時に該回転数Ｎ２が開開弁を開いた状態で過給圧が
所定ｆａＰｏとなる回転数よりも低くなり、その結果、
開閉弁を開いた時に第５図に符号（ハ）で示すような過
給圧の落込みによるエンジン出力の低下を生ずることに
なる。

そこで、開閉弁を開く時期を、該弁を開いている場合の
特性■で過給圧が所定１ｉ１Ｐｏとなる時期に設定する
と共に、この時期はエンジン回転数とは無関係に、当該
過給装置の形状や寸法等と、タービンに供給される排気
ガス量もしくはこれに対応する吸気量とによって定まる
ので、排気ガス量もしくは吸気量が上記特性■で過給圧
が所定値ＰＯとなる時の所定量となった時に開閉弁を開
くようにすることが考えられ、このようにすれば、エン
ジン出力の変動を伴うことなく、開閉弁を開いて過給特
性を特性Ｉから特性■に切換えることが可能となる。

しかし、このように開閉弁の開作動時期を設定しても、
動作遅れのために該開閉弁が上記時期を過ぎてから開作
動し、その間に排圧が著しく上昇してエンジン出力が一
時、的に落ち込むといった不具合が生じる。そして、こ
のような不具合は特にエンジンの急加速時において排気
ガス量が急激に増大する場合に生じ易くなり、また開閉
弁の開−作動の遅れによって排圧が著しく上昇すると、
特に該開閉弁が排圧に抗して開作動するように設けられ
ている場合に、該弁の開作動が困難になる。

（発　　明　　の　　目　　的）本発明はタービンに排気ガスを供給する排気通路が複数
の通路に分割され且つこれらの通路の少なくとも１つに
開閉弁が備えられた排気ターボ過給装置における上記の
ような同題に対処するもので、上記ＩＦｉｌ閏弁の閉弁
■制御を常に最適の時期に行わせることにより、エンジ
ン出力の急変を伴うことなく過給特性を切換え得るよう
にすると共に、特に急加速時等に上記開閉弁の開作動が
遅れることによるエンジン出力の低下や該弁の開作動不
良等の不具合を防止することを目的とする。

（発　　明　　の　　構　　成）本発明に係る排気ターボ過給装置は上記目的達成のため
次のように構成したことを特徴とする。

即ち、タービンノズルに至る排気通路が複数の通路に分
割され、且つこれらの通路のうちの少なくとも１つを開
閉する開閉弁装置が備えられた構成において、過給圧が
所定値を超えた時に一部の排気ガスをタービンをバイパ
スさせて流す排気バイパス弁装置と、エンジンの吸気量
もしくは排気ガス量を検出する流量検出手段と、上記開
閉弁装置をｔｍｍ制御する制御装置とを備える。この制
御装置は、少なくともエンジンの急加速時に、上記流量
検出手段からの信号を受けて、吸気量もしくは排気ガス
量が、上記ｒＭｒｒ＋弁装置が開いている状態で排気バ
イパス弁装置が開作動を開始する時の量より設定偽少な
い量となった時に１Ｆｆｌ閏弁装置を開作動させる。

このような構成によれば、エンジンの運転状態に拘らず
、常にエンジン出力の急変を伴うことなく同閉弁装置の
開作動、即ち過給特性の切換えを行うことが可能となる
と共に、特に急加速時等における開閉弁の同作動の遅れ
が防止されることになる。

（発　　明　　の　　効　　果）以上のように本発明によれば、複数の排気通路の少なく
とも１つを開閉する開閉弁ＶｔＷを設けて、排気ガス量
の少ないエンジンの低出力低回転領域では該開閉弁装置
を閉じることによ、り排気ガスの流速を高めて所要の過
給効果を確保し、また排気ガス量の多い高出力高回転領
域では開閉弁装置を開くことにより排圧の著しい上昇を
防止するようにした排気ターボ過給装置において、上記
開閉弁装置をエンジン出力の急変を伴うことなくｒＭｔ
＋ｎさせるごとが可能となり、これによりこの種の排気
ターボ過給装置として、エンジンの広い運転領域で出力
向上効果が得られ、しかも過給特、性の切換え時にトル
クショックを生じない過給装置が実現される。そして、
特にエンジンの急加速時等における開閉弁の開作動の遅
れが防止されるため、この連れに起因するエンジン出力
の低下や開閉弁の同作動が困難になる等の不具合が防止
されることになる。

（実　　施　　例）以下、本発明の実施例について説明する。

第１図に示すように、エンジン１にはエアクリーナ２か
ら吸入した空気を各気筒の吸気ボート３・・・３を経て
燃焼室に供給する吸気通路４と、該燃焼室から排気ボー
ト５・・・５に排出された排気ガスを外部に導く排気通
路６とが設けられている。そして、吸気通路４には、上
流部に吸気量を検出する流量検出器７が、下流部にスロ
ットルバルブ８及びサージタンク９が夫々設けられてお
り、また、排気通路６には、図示しないが、排気浄化装
置や消音器等が設けられている。

また、このエンジン１には、上記吸気通路４と排気通路
６とに跨って排気ターボ過給機１０が備えられている。

この過給機１０は、吸気通路４内に配置されたブロワ１
１と、排気通路６内に配置されたタービン１２とをター
ビンシャフト１３を介して連結した構造で、タービン１
２が排気通路６内を通過する排気ガスのエネルギーによ
って駆動されることにより、ブロワ１１が上記エアクリ
ーナ２から吸入した空気を各気筒の燃焼室に加圧供給す
るようになっている。

然して、この過給ｖ１１０においては、タービン１２の
周囲に開口するタービンノズル１４に通−じる渦巻き状
の排気通路がその通路方向に沿って設けられた仕切壁１
５により主通路１６と８１通路１７とに分割されている
と共に、副通路１７の入口部には該通路１７を開通、遮
断する開閉弁１８が設けられ、また該開閉弁１８を開閉
動作させるアクチュエータ１９が備えられている。この
アクチュエータ１９には、上記吸気通路４におけるサー
ジタンク９から逆止弁２０及び制御弁２１を介して導か
れた負圧導入通路２２が接続されている。

そして、上記制御弁２１が負圧導入通路２２の上、下流
部２２ａ、２２ｂを連通させた時に、該アクチュエータ
１９の圧力室１９ａにサージタンク９から負圧が導入さ
れることによりダイヤフラム１９ｂがスプリング１９Ｃ
に抗してａ方向に変位し、これによりロッド１９ｄを介
して上記開閉弁１８が閉作動し、また上記制御弁２１が
負圧導入通路２２の上流部２２ａを遮断して下流部２２
ｂを大気解放ボート２１ａ　ＩＰ一連通させた時に、ア
クチュエータ１９の圧力室１９ａに大気が導入されてダ
イヤフラム１９ｂがｂ方向に変位されることにより、上
記開閉弁１８が開作動するようになっている。ここで、
上記逆止弁２０はサージタンク９内が正圧状態となった
時に、この正圧がアクチュエータ１９に流入することを
阻止するものであるが、このようにサージタンク９内が
正圧状態となった優においてもＩＩＪｗ弁２１の大気解
放ボート２１ａが閉じられている時は、該逆止弁２０と
アクチュエータ１９との間に閉じ込められた負圧によっ
て該アクチュエータ１９のダイヤフラム１９ｂがａ方向
に変位した状態に保持される。

また、この排気ターボ過給機１０には、上記主通路１６
を排気通路６のタービン下流部に直接連通させるバイパ
ス通路２３が設けられていると共に、該バイパス通路２
３の主通路１６への開口部を開開するバイパス弁２４と
、該バイパス弁２４を開閉動作させるアクチュエータ２
５とが備えられている。このアクチュエータ２５の圧力
室２５ａには上記吸気通路４におけるブロワ下流部から
導かれた過給圧導入通路２６が接続され、過給圧が所定
値を超えた時にダイヤフラム２５ｂがスプリング２５ｃ
に抗してＣ方向に変位することにより上記バイパス弁２
４が開作動する。これにより、主通路１６に流入した排
気ガスの一部がバイパス通路２３を通って直接放出され
てタービン１２に供給される排気ガスｍが減少されると
共に、これに伴って上記過給圧が低下すればバイパス弁
２４がｄ方向に閉作動し、その結果、過給圧が所定値に
保持されるようになっている。

そして、以上の構成に加えて、この排気ターボ過給装置
には上記ＩＩＩ御弁２１に制御信号ｅを送出してアクチ
ュエータ１９に負圧を導入する状態と大気を導入する状
態、即ちｒＷＩｌ］弁１８を閉じた状態と開いた状態と
に切換える制御装置２７が備えられている。この制御装
Ｍ２７は、上記流量検出器７から出力される吸気量信号
「と、スロットルバルブ８の開動作速度等からエンジン
１の加速状態を検出する加速センサ２８から出力される
加速信号ｇとを受け、これらの信号ｆ、Ｑに応じて上記
制御信号０を出力するようになっている。

次に、この実施例の作用を制御装置２７の作動に従って
説明する。

先ず、エンジン１が低回転領域にあって吸気通路４のブ
ロワ下流側における圧力、即ち過給圧が所定値Ｐｏ以下
の場合は、過給１１１０においてはバイパス弁２４及び
開閉弁１８が共に閉じている。

この状態でエンジン回転数が上昇すると、過給圧は第２
図に符号（ニ）で示すように開閉弁１８を閉じた時の過
給特性Ｉに従って急速に上昇すると共に、上記所定値Ｐ
ｏに達した時点でバイパス弁２４が開き、一部の排気ガ
スがタービン１２に供給されることなくバイパス通路２
３を通って直接放出されることにより、符号（ホ）で示
すように過給圧が上記所定値Ｐｏに保持される。

そして、エンジン回転数の上昇に対応して第１図に示す
流量検出器７によって検出される吸気量が成る所定量Ｑ
ｏとなった時に、吸気量信号「が入力されている制御装
置ｉ２７から制御弁２１に制御信号ｅが出力されること
により、該１１Ｊ　ｍｌ弁２１が７クチユエータ１９に
大気を導入して上記開閉弁１８を開作動させる。これに
より、過給４６１１０の過給特性は第２図の特性工から
特性■に移行することになるが、上記の所定吸気量Ｑｏ
は、開閉弁１８が開いている場合の特性用によって過給
圧が所定値Ｐｏとなる時の吸気量であって、例えばスロ
ットルバルブ８の全開時においては第２図に示すエンジ
ン回転数Ｎｏとなった時の吸気量であり、この所定吸気
ｔｉＱｏとなった時に開閉弁１８を開作動させれば、そ
の作動の前後でエンジン１の出力トルクが一定に保持さ
れるのである。つまり、吸気量が上記所定ＩＱｏに達す
る前に（エンジン回転数Ｎｏより低回転側で）開閉弁１
８を開いて特性工から特性■に移行させると、過給圧が
所定値Ｐｏ以下に落込んで出力トルクが低下し、また吸
気量が所定ＩＱｏを超えてから（エンジン回転数Ｎｏよ
り高回転側で）開閉弁１８を開くと排圧の上昇により一
旦低下した出力トルクが排圧の減少により急激に増大す
ることになる。従って、上記所定吸気量Ｑｏとなった時
にｒＭ開閉弁８を開く場合のみ、その開閉の前後でエン
ジン１の出力トルクが一定に保持されるのである。そし
て、この所定吸気量Ｑｏとなるのは第３図に曲線■で示
すように出力トルクが低いほど＾エンジン回転数側に移
行するので、この所定吸気量曲線■を低吸気量側（低出
力低回転側）の領域Ｘから高吸気量側（高出力高回転側
）の領域Ｙに越える時に開閉弁１８を開作動させるよう
にすれば、常にエンジン１の出力トルクの急変を伴うこ
となく過給特性を特性Ｉから特性■に移行させることが
できるのである。

然して、エンジン１の急加速時においては、吸気量が上
記の所定ＩＱｏとなってから（運転状態が第３図の所定
吸気量曲線■を越えてから）開閉弁１８を開作動させる
と、その作動が遅れて、第３図の領域Ｙにかなり入った
時点で該弁１８が開作動することになり、その間に排圧
が上昇してエンジン１の出力トルクが落ち込むと共に、
開閉弁１８が開いた時点で排圧の急激な低下により出力
トルクが増大する方向に急変することになる。また、第
１図に示すように開閉弁１８が排気通路６内の排圧に抗
して同作動する構成においては、大ぎな排圧に抗して該
開閉弁１８が一作動しなければならないので、その作動
が困難となる。

そこで、上記制御装置２７は、エンジン１の急加速時に
は加速センサ２８からの加速信＠ｇを受けて、上記流量
検出器７からの信号「が示す吸気量が上記の所定吸気ｆ
ｆ１Ｑｏより設定最少ない第２所定吸気量Ｑｏ’　とな
った時に制御信号０を出力し、第３図に示す第２所定吸
気量曲線■′を越える時にＲ１１ｌ弁１８を同作動させ
るように作動する。

これにより、エンジン１の急加速時にお、ける開閉弁１
８の同作動の遅れが防止され、該作動の遅れによる排圧
の上昇ないし出力トルクの低下や、開閉弁１８の開作動
不良等の不具合が防止されることになる。

尚、以上の説明では開閉弁１８の開作動時期を急加速時
のみ所定吸気ＩＱｏより設定最少ない第２所定吸気ＩＱ
ｏ　’　となった時期とするようにしたが、通常の運転
状態でも開閉弁１８の同作動の遅れが生じることがある
ので、常に第２所定吸気ｍＱｏ　’　となった時期に開
作動させるようにしてもよい。また、所定吸気１１Ｑｏ
と第２所定吸気ｍＱｏ’　との差ＡＱｏは、当該自動車
の変速機にお番プる変速段に応じて可変とし、低変速段
時はどこの差ＡＱｏを大きくするようにしてもよい。つ
まり低変速段時はどエンジン回転数が急速に上昇するの
で、開閉弁１８の開作動の遅れを防止するためには高変
速段時よりも早目に該弁１８を間作動させるのが望まし
いのである。

また、この実施例では上記のような所定吸気量曲線ｍ、
ｍ’　による開閉弁１８の基本的な制御に加えて、次の
ような修正ＩＩＩ　ＩＩＩが行われるようになっている
。

即ち、上記のように、この実施例では開閉弁１８に排気
通路６内の排圧が常時閉方向に作用するので、該開閉弁
１８の開時にはこの排圧に抗して該弁１８を開かなけれ
ばならない。そして、今、エンジン１の運転状態が第４
図に符号Ｚで示す領域、即ち低出力高回転領域であって
、ｊＩｍ弁１８が閉じられる所定吸気量曲線■の低吸気
−側の領域にあり、この状態からスロットルバルブ８が
急に開動されたものとすると、吸気量の急増に伴って開
閉弁１８に閉方向に作用する排圧も急上昇するため、該
ｇｌｌｆｌｌ弁１８がこれに抗して開作動できない状態
が生じる。一方、上記のような領域２は一般にエンジン
１の減速領域であって高い過給圧を要しない領域であり
、従って開閉弁１８を開いておいても実害を生じないの
である。そこで、この実施例では、第１図に示すエンジ
ン回転センサ２９からの回転信号りを制御装置２７に入
力し、エンジン回転数が第４図に示す回転数Ｎ３の所定
エンジン回転数ライン■を越えた高回転領域Ｚでは、所
定吸気量曲線■より低吸気量側であっても開閉弁１８を
開くように制御する。

また、エンジン１の運転状態が上記のようにして一般定
された所定吸気量曲線■又は所定エンジン四転数うイン
■上に頂度位置し或いはその近傍に位置した時には開閉
弁１８がハンチングを生じることになる。そこで、この
実施例では上記ライン１、ＩＶの低吸気量側に鎖線で示
すように一定のヒステリシスゾーンを設けて第２ｊｌ閉
制御ラインＶを設定し、開閉弁１８の開領域Ｙ、Ｚから
閉領域Ｘへの移行時には、吸気量がこの第２開閉制御ラ
インＶの低吸気量側まで低下した時点で閉じるように制
御する。

尚、以上の実施例では、吸気量を検出して＆ＩＪ　ＩＩ
Ｉするようにしたが、これに代えて排気ガス量を用いて
もよく、或いはこれらに対応するタービン下流側の排圧
等を用いるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の実施例を示すもので、第１図は制
御システム図、第２．３図は基本制御特性を示す過給圧
特性図及び出力トルク特性図、第４図は修正制御を示す
特性図である。第５図は従来例の制御特性を示す特性図
である。７・・・流量検出手段（流量検出器）、１ｏ・・・過給
機、１２・・・タービン、１４・・・タービンノズル、
１６．１７・・・排気通路（１６・・・主通路、１７・
・・副通路）、１８・・・開閉弁装置（ｌ開弁）、２４
・・・排気バイパス弁装置゛（バイパス弁）、２７・・
・制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）タービンノズルに至る排気通路を複数の通路に分
割し、これらの通路のうちの少なくとも１つを開閉する
開閉弁装置を備えた排気ターボ過給装置であつて、過給
圧が所定値を超えた時に一部の排気ガスをタービンをバ
イパスさせて流す排気バイパス弁装置と、エンジンの吸
気量もしくは排気ガス量を検出する流量検出手段とを備
えると共に、少なくともエンジンの急加速時に、上記流
量検出手段によつて検出される吸気量もしくは排気ガス
量が、上記開閉弁装置が開いている状態で排気バイパス
弁装置が開作動を開始する時の量より設定量少ない量と
なつた時に上記開閉弁装置を開作動させる制御装置を備
えたことを特徴とする排気ターボ過給装置。