JPS61277817A - 排気タ−ボ過給機付エンジン - 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、排気通路に配設したタービンにより吸気通路
に配設したブロアを駆動して過給を行う排気ターボ過給
機を備えたエンジンに関し、特に加速時におけるタービ
ン回転数の上昇遅れ（ターボラグ）の防止対策に関する
ものである。

（従来の技術） 従来より、排気ターボ過給機を備えたエンジンにおいて
は、その回転部が慣性を持つために、過渡時にはこの回
転部を加速する必要があり、このため、加速時にタービ
ン回転数が上界するのに遅れ、いわゆるターボラグが生
じて、加速応答性が悪いという問題があった。特に、低
速低負荷時には、排気ガスエネルギーが低いため、回転
部の回転速度は非常に低く、この状態から急加速する場
合の遅れが著しく、過給圧あ上昇寸なゎち出力上昇が遅
れて、加速性能が充分に得られないもの゛である。さり
とて、回転部の慣性を小さくするために、回転部質量を
小さくした小型排気ターボ過給機を使用すると、高速域
の過給容量不足により出力低下が大きくなる問題がある
。

そこで、従来、この問題に対処するため、特開昭５３−
８６９１５号公報に開示されるように、排気ターボ過給
機のブロアをバイパスするバイパス通路を設け、低負荷
時にブロアの流入側もしくは流出側を閉じ、バイパス通
路を開いて自然吸入を行うことにより、低負荷時でのタ
ービン回転数を高く維持しておいて加速時に備え、加速
時にはブロアを早期に高回転にしてターボラグを低減し
、加速性を改善するようにしたもの−が提案されている
。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、上記提案のものでは、低負荷時に排気ターボ
過給機のブロアの流入側もしくは流出側通路を完全に閉
じると、ターボ特性がサージングラインを越えてしまい
、異音発生やタービン逆転などの現象が発生し、過給機
の耐久性に悪影響を与えて信頼性の点で問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされた゛もので、その目的
とするところは、低負荷時、排気ターボ過給機のブロア
の流入側もしくは流出側通路を完全に閉じるのではなく
絞ることにより、排気ターボ過給機の信頼性を損うこと
なく、低負荷時にｊ３けるタービン回転数を高く維持し
て、加速時のターボラグを短くし、加速応答性を向、Ｆ
さ♂ることにある。

しかし、この場合、低負荷時のうち、低速域と較べて吸
気流速の速い高速域では、タービン回転数が、十分に高
くて上述の絞り効果が少な（、かえって絞りを解除して
吸気流速を高め吸気の慣性力を大きくしておく方が、こ
の高速低負荷域からの加速時における加速応答性の点で
好ましい。

そのため、さらに本発明の目的は、低負荷時であっても
その低速域と高速域とに応じてブロアの流入側もしくは
流出側通路の絞り状態を開閉調整することにより、各運
転領域の特性を活かしてそれぞれ各運転領域での加速応
答性の向上を図ることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、排気
ターボ過給機を備えたエンジンにおいて、吸気通路のブ
ロア上下流をブロアをバイパスして連通ずるバイパス通
路と、該バイパス通路を開閉するバイパス弁と、上記ブ
ロアの流出通路もしくは流入通路を絞り調整する絞り弁
とを設けるとともに、低負荷低速域では上記バイパス弁
を開き上記絞り弁を絞り、低負荷高速域ではバイパス弁
を開き絞り弁を全開にし、高負荷域ではバイパス弁を閉
じ絞り弁を全開にするように制御する制御・装置を備え
る構成としたものである。

（作用） 上記の構成により、本発明では、タービンへの流入排気
ガス量が一定の状態ではブロア前後の圧力比が高（なる
程タービン回転数が上昇することから、低負荷低速域で
は、ブロアの流出通路もしくは流入通路をターボ特性が
サージングラインを越えない範囲で絞り弁で絞って、ブ
ロアの前後の圧力比を高くすることにより、排気ターボ
過給機の信頼性を損うことなくタービン回転数が高く維
持さ°れることになる。また、ブロアの流出通路もしく
は流入通路を絞っているときにはバイパス弁の開作動に
よりバイパス通路を開いて自然吸入を行うことにより、
低負荷低速時のエンジンへの必要空気量が確保される。

このように低負荷低速域での回転慣性力を高めておくこ
とで、回転上昇に必要なエネルギーが小さくなるので、
この低負荷低速域からの加速時のタービンの回転上昇が
早くなってターボラグを低減できることになる。

一方、吸気流速が速くてタービン回転数が高くなってい
る低負荷高速域では、バイパス通路を開いた状態のまま
で絞り弁を全開にしてブロアの流出通路および流入通路
を開くことにより、吸気流速が高められて吸気の慣性力
が太き（確保されることになる。よって、このようにタ
ービンの回転慣性力および吸気の慣性力の双方が高めら
れた低負荷高速域からの加速時には、タービンの回転上
昇が効率良く素早く行われて、ターボラグの低減により
良好な加速応答性が得られることになる。

なお、高負荷時には、バイパス通路を閉じてブロアの流
出通路および流入通路を開くことにより、吸入空気全量
に対するブロアによる過給によって吸気の充填効率が高
められて、出力向上が確保される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の実施例の全体概略構成を示し、１はエ
ンジン本体、２はエンジン本体１のピストン３上方に形
成された燃焼室であって、該燃焼室２には、それぞれ吸
気弁４および排気弁５によって開閉される吸気ボート６
および排気ボート７が開口している。該吸気ボート６に
は燃焼室２に吸気を供給するための吸気通路８が、排気
ボート７には燃焼室２からの排気ガスを排出するための
排気通路９がそれぞれ接続されている。上記吸気通路８
は、その上流端がエアクリーナ１０を介して大気に開口
しており、吸気通路８の途中には、上流から順に、吸入
空気間を検出するエアフローメータ１１、吸入空気量を
制御するス４０ツトル弁１２、吸気拡大室としてのサー
ジタンク１３および燃料を噴射供給する燃料噴割弁１４
がそれぞれ配設されている。また、上記排気通路９には
排気ガス浄化用の触媒装置１５が配設されている。

１６は排気ターボ過給機であって、該排気ターボ過給−
１６は、排気通路９の触！＆を装置１５上流に介設され
たタービン１６ａと、吸気通路８のエアフローメータ１
１下流でスロットル弁１２上流に介設され該タービン１
６ａに連結軸１６Ｃを介して駆動連結されたブロア１６
ｂとを備えてなり、排気ガス流により回転するタービン
１６ａによってブロア１６１）を駆動して吸気の過給を
行う゛ものである。

さらに、上記吸気通路８には上記排気ターボ過給１１１
６のブロア１６ｂの流入通路１７と流出通路１８とをブ
ロア１６ｂをバイパスして連通接続するバイパス通路１
つが設けられている。該バイパス通路１９にはバイパス
通路１９を開閉するバイパス弁２０が配設されていると
ともに、上記ブロア１６ｂの流出通路１８にはこの流出
通路１８を絞り調整する絞り弁２１が配設されている。

上記バイパス弁２０および絞り弁２１には６弁２０゜２
１を開閉作動するアクチュエータ２２．２３がそれぞれ
連結されて４５す、該各アクチュエータ２２．２３はＣ
ＰＵ等よりなるコント〔１−ルユニット２４により作動
制御される。そして、該コントロールユニット２４には
、エンジン回転数を検出する回転数センサ２５からの信
号、およびスロットル弁１２下流の吸気圧力を検出する
圧力センサ２６からの信号が入力可能になっており、こ
れら両センサ２５．２６からの信号を入力し、エンジン
の運転状態（エンジン回転数および吸気圧力）に応じて
バイパス弁２０および絞り弁２１を開閉制御して吸気の
ブロア１６ｂを通過するブロア流闇とバイパス通路１９
を通過づるバイパス流量とを制御し、低負荷低速域では
絞り弁２１を絞った状態に閉じ、バイパス弁２０を開く
ことにより、吸気をバイパス通路１９を介して自然吸入
によって行い、低負荷高速域ではバイパス弁２０を開い
たままで絞り弁２１を全開にすることにより、吸気をバ
イパス通路１９を介してリリーフしながらブロア１６ｂ
によって加圧された過給気によって行う一方、高負荷域
ではバイパスブ？２０を閉じて校り弁２１を全開にする
ことにより、吸気は全てブロア１６ｂによって加圧され
た過給気によって行うように制御する副υＩ装置２７が
構成されている。尚、２８は排気通路９の排気ガスをタ
ービン１６ａを迂回して流下させるためのウェストゲー
ト弁であって、過給圧を所定値（最大過給圧値）以下に
保持するものである。

すなわら、第２図に示すように、ブ〔１ア流量とブロア
前後の圧力比との関係において、タービン速度が一定Ｎ
−Ｎ＋〜Ｎ４　　（Ｎｌ　＜Ｎｚ　＜Ｎ３　＜Ｎ４）の
ラインを平行曲線で示し、外側になる程タービン速度は
速くなる。一方、タービン１６ａへの流入排気ガス聞が
一定で絞り弁２１の絞り量を変更した場合の特性は、鎖
線で示すように、絞り弁２１の開麿を小さくして絞り量
が大きくなると、タービン回転数が上昇する方向に移行
するものである。また、絞り量を太き（づると、圧力比
が増大して、破線で示すサージングラインＳを越える方
向に移行する。よって、低負荷低速時には、このサージ
ングラインＳを越えない範囲において絞り弁２１の開度
が小さくなるように絞り量を調整するものひある。

さらに、前記較り弁２１の開度は、第３図Ａに示すブロ
ア流量と圧力比とのグラフにおいて、低負荷低速時にお
けるザージングラインＳに近接して沿う設定ラインに括
づいて、排気ガス量の増大ａ−Ｃ（エンジン回転数の増
大）にＪ：つでタービン回転数が上昇するのに対応して
絞り量が小さくなるように制御する。そして、エンジン
回転数の増大により？３速域になると、バイパス弁２０
の開および較り弁２１の全開により例えばＱ　−＊　ｃ
’　へ移行してブｌ」ア流量が増大してタービン回転数
が高められる。また、第３同日に示すエンジン回転数と
トルクとの特性を示すグラフにおいて、大気圧ライン＜
ａｈａ＞より若干低い設定圧ライン以下の低負荷域でか
つ低速域で上記絞り弁２１を絞るように作動領域Ｉを設
定し、各負荷Ｗ態に応じて各排気ガスＩａ−Ｃ（１％気
ガス１一定ライン）に対応したタービン回転数が最も高
くなる絞りωに１４整する。つまり、タービン１６ａへ
の流入排気ガス量が一定のラインａ−Ｃでは、同−絞り
弁間麿でよいのである。また、設定圧ラインより下方で
もニシジン回転数が高い低負荷高速領域■および設定ラ
インよりも上方の高負荷領域■においては・絞り弁２１
を全開状態としてタービン回転数が過回転状態となるの
を防止している。

したがって、上記実施例において（ま、低負荷低速時に
は、絞り弁２１がサージラインを越えない範囲で可及的
に絞られ、ブロア前後の圧力比を大きくすることによっ
てタービン回転数が高い状態に維持されるとともに、バ
イパス弁２０の開によりバイパス通路１９が間かれて上
記絞り弁２１の絞りによって不足する吸気量がこのバイ
パス通路１９から供給され、必要な吸気量が確保される
。

その結果、この低負荷低速域から急激に負荷が増大する
加速時においては、較り弁２１を開いて過給を開始する
が、それ以前におけるタービン回転数が高いことからそ
の回転上昇が速かで応答性に優れ、早期に過給圧が上昇
して出力の向上が図れるので、ターボラグを低減して良
好な加速応答性が１ｑられることになる。一方、低負荷
高速時には、バイパス弁２０を開いたままで較り弁２１
が全開になることにより、吸気流速が速いことからター
ビン回転数が高く絞り弁２１の絞り効果の少ない高速域
の特性を活かして、吸気流速が高められ吸気の慣性力が
高い状態に維持される。その結果、この低負荷高速域か
らの加速時においては、それ以前におけるタービン回転
数（回転慣性力）および吸気慣性力が高いことからその
回転上昇が素早く行われ、直ちに過給圧が上昇して出力
が応答性良く向上するので、加速応答性の向上を図るこ
とができる。尚、高負荷時には、絞り弁２１が全開とな
り、バイパス弁２０が閉じられて、吸気はその全量がブ
ロア１６ｂを通過して該ブロア１６ｂによって加圧され
た過給気によって行われるので、高負荷時での吸気の充
屓効串が高められて出力向上が図られる。

今、この効果を具体的に示すに、第４図Ａ−Ｅは加速時
の特性を示すものであり、大線工および■がそれぞれが
本発明による低負荷低速域および低負荷高速域からの加
速特性を示し、破線Ｉ　Ｊ’；よび■がそれぞれバイパ
ス弁２０および絞り弁２１を有しない従来例によるもの
を対応させて示している。スロットル弁１２の開度がＡ
に示すようにほぼ全開状態から急激に全開状態になる実
線工で示す低速域からの加速時においては、このスロッ
トル開度変化に対して、スロットル弁下流の吸気圧力が
Ｃに示すように負圧状態から大気圧に急激に上昇し、大
気圧よりも若干低い設定圧を越えると、Ｂｒ夾線工で示
すように絞り弁２１が絞り状態から全開状態に聞く。そ
して、排気ターボ過給機１６のタービン回転数は、Ｄで
実線Ｔで示すように加速前の回転数が絞り弁２１の作動
によって破線工で示すものより高く維持され、スロット
ル弁１２の開作動に伴う排気ガス流量の増大により早期
にタービン回転数が上昇し、エンジン回転数もＥに示す
ように上昇が速くなって加速応答性が向上している。ま
た、　ＡＩ、１５いてスロットル開度が所定開度から急
激に全開状態になる実線■で示す高速域からの加速時に
は、絞り弁２１はＢぐ実線■で示すように全開状態のま
まであるが、Ｄにおいて実線■で示すようにタービン回
転数は、加速前では実線工よりも高く維持されているも
のの、バイパス弁２ｏの開により破線■よりも低く抑え
られて過回転が防止されており、加速時、スロットル弁
１２の開作動およびバイパス弁２０の閉に伴う排気ガス
流量の急激な増大により破線■よりも回転上昇の立上り
が速く、その侵は破線■と同様の回転上昇特性となり、
エンジン回転数もＥに示すように上昇が速くなって加速
応答性が向上している。さらに、上記加速時のエンジン
回転数とトルクとの関係は、第５図に示すように、低速
域お・よび高速域からの加速時双方共に、大気圧ライン
からの立上り時期が速くなり、中期に高いトルクが得ら
れて加速性能が向上している。

なお、上記実施例においては、絞り弁２１の絞り量の制
御は、エンジン回転数とスロットル弁下流の吸気圧力に
基づいて行うようにしているが、その他、排気ガス流量
と相関関係のある排気圧力などに応じて制御するように
してもよい。また、絞り弁２１は１０７１６ｂの流入通
路１７に配設するようにしてもよい。

（発頭の２１１宋） 以上説明したＪ、うに、本発明の排気ターボ過給機付エ
ンジンによれば、低負荷低速時にはブロアの通路を絞っ
て、信頼性を損うことなくタービン回転数を高く維持し
、吸気流速の速い低負荷高速時にはブロアの通路を開き
かつ過給気をバイパスリリーフして、タービン回転数を
過回転することなく高く維持しながら吸気の慣性力を高
く維持することにより、回転慣性力及び吸気慣性力を運
転領域に応じて最適制御１１Ｉするようにしたので、加
速時のターボラグを低減して加速応答性を効果的に向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における排気ターボ過給機を
備えたエンジンの全体概略構成図、第２図は排気ターボ
過給機のブロア流量と圧力比との関係において絞り弁の
開度とエンジン回転数の関係を示す特性図、第３図Ａお
よびＢはエンジンの運転状態に対でる絞り量の制御例を
示す特性図、第４図Ａ〜Ｅは加速時のスロットル開度、
ｌｉｔ　Ｖ）　ｔＦ開度、吸気圧力、タービン回転数お
よびエンジン回転数の変化を従来例とともに示づ゛グラ
フ、第５図は加速時のトルクカーブを従来例とともに示
すグラフである。 １・・・エンジン本体、８・・・吸気通路、９・・・排
気通路、１６・・・排気ターボ過給機、１６ａ・・・タ
ービン、１６ｂ・・・ブロア、１７・・・流入通路、１
８・・・流出通路、１つ・・・バイパス通路、２０・・
・バイパス弁、２１・・・絞り弁、２４・・・コントロ
ールユニット、２７・・・制御装置。 特許出願人　　　　７ツダ株式会社　　　２．、＋−＝
Ｚ、。 代　　理　　人　　　　　弁理士　　前　　１）　　弘
　；２．。 Ｊ堕− 第１図 ＾　　　　　　　　へ　　　　　　　　＾ＬＬＩ　　　
　　　　　　　　Ｑ　　　　　　　　　　Ｑ宝７１１要
　　　　Ｋｎ警ふ益峡 ヨ　　　　　　　ミ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気通路に配設されたタービンにより吸気通路に
   配設されたブロアを駆動して過給を行う排気ターボ過給
   機を備えたエンジンにおいて、吸気通路のブロア上下流
   をブロアをバイパスして連通するバイパス通路と、該バ
   イパス通路を開閉するバイパス弁と、上記ブロアの流出
   通路もしくは流入通路を絞り調整する絞り弁と、低負荷
   低速域では上記バイパス弁を開き上記絞り弁を絞り、低
   負荷高速域ではバイパス弁を開き較り弁を全開にし、高
   負荷域ではバイパス弁を閉じ絞り弁を全開にするように
   制御する制御装置とを備えたことを特徴とする排気ター
   ボ過給機付エンジン。