JPS62142823A - 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、複数の気筒に接続された吸気通路に、出力軸
により回転駆動される過給機が配設されて成る過給機付
エンジンに関する。

（従来の技術） 自動車に搭載されるガソリンエンジン等において、各気
筒における吸気充填効率を向上させて出力トルクを増大
させるべく、例えば、実開昭６０−１９２３号公報にも
示される如くに、エンジンの出力軸（クランクシャフト
）により回転駆動される機械式過給機（所謂、スーパー
チャージャであり、以下単に過給機と称す）を吸気通路
に配設し、その過給機により吸気を加圧して各気筒に過
給するようにしたものが、過給機付エンジンとして知ら
れている。斯かる過給機付エンジンにおいては、通常、
過給機がエンジンの出力軸に対して一定の回転数比をも
って回転するようになされており、エンジンの出力軸の
回転数（エンジン回転数）が比較的間い値をとるとき、
過給機の回転数（ポンプ回転数）が許容上限値をとるよ
うに設定される。

そして、その過給機は、例えば、自動車に搭載されるに
際しての設置スペースの低減やエンジンに対する駆動負
担の軽減等の面から可及的に小型化が図られたものとさ
れることが望まれ、しかも、エンジンの性能向上の面か
らエンジンの出力軸の回転数における実用変化範囲全体
に亙って所定の過給圧が得られるものであることが望ま
れる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の如くに、その出力軸に対して一定
の回転数比をもって回転するようにされた過給機が装備
された従来の過給機付エンジン、特に、排気量が比較的
大である過給機付多気筒エンジンにおいては、通常、第
６図に示される過給圧−出力軸回転数特性にみられる如
くに、出力軸の回転数が比較的低いときには過給機の回
転数も低くなり、出力軸の回転数が高いときに比して過
給機の過給能力が低下して過給圧が大幅に低減され、従
って、エンジンが低回転域動作状態にある場合には所望
の過給圧が得られず、出力トルクの増大がなされなくな
る。そして、エンジンの出力軸の回転数が比較的低いと
きにも所望の過給圧が得られるようにされる場合には、
過給機の大型化が伴われ、設置スペース及びエンジンに
対する駆動負担の増大をまねくことになる不都合を生じ
る。

そこで、このような問題を解決するための方策として、
エンジンの出力軸と過給機との間に可変プーリ等の回転
数比変更手段を設けて過給機と出力軸との回転数比を変
化させ、エンジンの出力軸の回転数と過給機の回転数と
の関係をあられす第７図において実線で示される如くに
、一点鎖線で示される回転数比変更手段が設けられてい
ない場合の過給機の回転数に比して、エンジンの出力軸
の回転数が比較的低いときにおいて高められた過給機の
回転数を得るようにすることが考えられる。

ところが、このように回転数比変更手段が設けられて過
給機の回転数が出力軸の回転数が低いときにも低下しな
いようにされた過給機付エンジンにあっては、出力軸の
回転数が高いときには、回転数比変更手段により過給機
と出力軸との回転数比を低下させて過給機の回転数を許
容上限値以下に維持することが必要となり、このため、
出力軸の回転数が高い場合に全ての気筒に対して過給を
行うためには、小型の過給機では加圧容量が不足して充
分な過給を行うことができず、出力トルクの低下をまね
く虞がある。

斯かる点に層み、本発明は、設置スペースの低減及びエ
ンジンに対する駆動負担の軽減が図られる比較的小型な
過給機が設けられて複数の気筒に対する過給が行われる
もとで、出力軸の回転数が比較的高い場合にも充分な過
給効果が実質的に得られ、その結果、出力軸の回転数の
実用変化範囲全体に互って出力トルクを効率良く向上さ
せることができるものとされ得る過給機付エンジンを提
供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成すべく、本発明に係る過給機付エンジ
ンは、複数の気筒を有するエンジン本体と、このエンジ
ン本体の複数の気筒に接続された吸気通路と、吸気通路
に配設されてエンジン本体の出力軸により回転駆動され
る過給機と、エンジン本体の出力軸の回転数もしくはそ
れに対応する回転数を検出する検出手段と、検出手段か
ら得られる信号に基づいて、過給機による複数の気筒に
対する過給状態を制御する過給制御手段とを備えてなり
、過給制御手段が、過給機による過給を、エンジン本体
の出力軸の回転数が所定値以上のときには複数の気筒の
うちの一部にのみ行われ、エンジン本体の出力軸の回転
数が所定値未満のときには複数の気筒全部に行われるよ
うに制御するものとされて構成される。

（作　用） 上述の如くに構成された本発明に係る過給機付エンジン
においては、その出力軸の回転数が所定値未満のとき、
即ち、所定値未満のエンジン回転数をもって作動してい
るときには、制御手段による制御のもとに、過給機によ
る過給が全気筒に対してなされる状態がとられる。斯か
る状態では、過給機の回転数がエンジンの出力軸の回転
数に対して充分なものとされて充分な過給能力が得られ
、そのため、所望の過給圧が得られて各気筒における吸
気充填効率が向上せしめられ、出ノｊトルクが増大され
る。

一方、その出力軸の回転数が所定値以上のとき、即ち、
所定値以上の高いエンジン回転数をもって作動している
ときには、制御手段による制御のもとに、過給機による
過給が、全気筒に対してではなく、一部の気筒に対して
のみなされ、他の気筒に対しては自然吸気がなされる状
態がとられる。

斯かる状態では、過給機の回転数が許容限界値以下に抑
えられ、エンジンの出力軸の回転数に対して不充分なも
のとされて過給能力が不足し、全気筒に対して過給機に
よる過給が行われる場合には、各気筒に関して充分な過
給圧が得られなくなって出力トルクの増大が図れなくな
る虞があるが、上述の如くに、過給機による過給が一部
の気筒に対してのみ行われ、他の気筒に対しては自然吸
気が行われるので、過給がなされる一部の気筒において
は過給圧が集中せしめられて充分な過給圧が得られ、そ
れにより、吸気充填効率が向上せしめられて出力トルク
が増大される。その結果、総合的には、エンジンが所定
値以上の高いエンジン回転数をもって作動しており、過
給機の回転数が許容限界値以下に抑えられているときに
も、効果的な出力トルクの増大が図れることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して述べる。

第１図及び第２図は、本発明に係る過給機付エンジンの
一例を示し、エンジン本体１０には、第２図に示される
如くに、４個の気筒１１，１２゜１３及び１４が設けら
れている。気筒１１〜１４の夫々には、第１図において
気筒１１におけるものが示される如くに、ピストン１６
が嵌挿されている。また、気筒１１〜１４の夫々には、
排気弁１８を伴って排気通路の上流部分を形成する分岐
通路部１９が接続されるとともに、吸気弁２０を伴って
吸気通路の下流部分を形成する分岐通路部２１．２２．
２３及び２４夫々が接続されている。

分岐通路部２１と分岐通路部２４とは、合流部２５にお
いて合流して合流通路部２６を形成し、また、分岐通路
部２２と分岐通路部２３とは合流部２７で合流して合流
通路部２８を形成している。

さらに、合流通路部２６と合流通路部２８も、それらの
上流側で合流して共通通路部２９を形成するものとされ
ており、この共通通路部２９はエアフィルター３１を介
して大気に連通している。

上述の分岐通路部２１〜２４２合流部２５及び２７、合
流通路部２６及び２８、及び、共通通路部２９と、後述
されるバイパス通路部４０とによって吸気通路が構成さ
れている。そして、この吸気通路の各分岐通路部２１〜
２４には、燃料噴射弁３３ａ、３３ｂ、３３ｃ及び３３
ｄが夫々臨設され、また、合流通路部２６及び２８の下
流側部分には、図示されていないアクセルペダルの踏込
量に応じた開度をも、って開かれるスロットル弁３４及
び３６が夫々配されている。

合流通路部２６及び２８におけるスロットル弁３４及び
３６より上流側の部分には、合流通路部２６と合流通路
部２８とを連通させるバイパス通路部４０が設けられて
おり、合流通路部２８のバイパス通路部４０が開口する
部分より上流側には、アクチュエータ４３に駆動されて
合流通路部２８を開閉する第１の開閉弁４１か配され、
また、バイパス通路部４０には、アクチュエータ４４に
より駆動されてバイパス通路部４０を開閉する第２の開
閉弁４２が配されいる。なお、アクチュエータ４３及び
４４は、夫々、それらに供給される後述される如くの制
御信号Ｃａ及びｃｂのレヘルに応じて、各々の駆動ロッ
ド４３ａ及び４４ａを突出させ、もしくは、引き込むよ
うにされており、駆動ロフト４３ａ及び４４ａが突出せ
しめられたときには、第１の開閉弁４１及び第２の開閉
弁４２が夫々開状態とされ、駆動ロッド４３ａ及び４４
ａが引き込まれたときには、第１の開閉弁４１及び第２
の開閉弁４２が夫々閉状態とされる。

合流通路部２６のバイパス通路部４０が開口する部分よ
り上流側には、エンジン本体１０の出力軸（クランクシ
ャフト）４５により回転駆動されるベーンポンプ型の過
給機５０が配設されている。

この過給機５０には、出力軸４５の回転が電磁クラッチ
４７及び可変プーリ４８を介してヘルド伝導されるよう
になされており、出力軸４５の回転数に対して可変とさ
れた回転数比をもって回転駆動される。

さらに、このような構成に加えて、燃料噴射弁３３ａ　
〜３３ｄ、第１の開閉弁４１．第２の開閉弁４２及び電
磁クラッチ４７に対する制御を行うコントロールユニッ
ト１００が備えられている。

このコントロールユニット１００には、出力軸４５の回
転数、即ち、エンジン回転数を検出する回転数センサ６
１から得られる出力軸４５の回転数に応した検出信号Ｓ
ｎと、スロットル弁３６の開度を検出するスロットル開
度センサ６２から得られるエンジン負荷に応じた検出信
号Ｓβと９合流部２５及び２７における吸気圧を夫々検
出する圧力センサ６３及び６４から得られる、気筒１１
及び１４と気筒１２及び１３とに夫々供給される給気量
に応じた検出信号Ｓａ及びｓｂが供給される。

コントロールユニット１００は、これらの検出信号のう
ちの検出信号Ｓｎ及びＳａに基づいて、燃料噴射弁３３
ａ及び３３ｄから噴射されるべき燃料の量に応じた噴射
パルスＰａを形成してこれを燃料噴射弁３３ａ及び３３
ｄに供給するとともに、検出信号Ｓｎ及びｓｂに基づい
て、燃料噴射弁３３ｂ及び３３ｃから噴射されるべき燃
料の量に応じた噴射パルスｐｂを形成してこれを燃料噴
射弁３３ｂ及び３３ｃに供給する。

また、コントロールユニット１００は、上述の検出信号
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｊ！及びＳｎのうちの検出信号ＳＸに基
づいて、エンジン負荷が所定値より低い低負荷時には、
低レベルをとるクラッチ制御信号Ｃｃを電磁クラッチ４
７に供給して、出力軸４５の回転が過給機５０に伝達さ
れないように電磁クラッチ４７を遮断状態にするととも
に、アクチュエータ４３及び４４に夫々低レベルをとる
制御信号Ｃａ及びｃｂを供給して、アクチュエータ４３
及び４４に夫々の駆動ロッド４３ａ及び４４ａを突出せ
しめて第１の開閉弁４１及び第２の開閉弁４２を開状態
とする動作を行わせる。これにより、気筒１１〜１４に
対する過給を行ってエンジンの出力トルクを増大させる
必要のない低負荷時には、過給機５０の作動が停止され
るとともに、気筒１１〜１４の夫々に、共通通路部２９
．第１の開閉弁４１が開状態とされた合流通路部２８゜
第２の開閉弁４２が開状態とされたバイパス通路部４０
２合流通路部２６９合流部２５及び２７、及び、分岐通
路部２１〜２４を通じて吸気供給がなされる自然吸気態
様がとられる。これにより、低負荷時においては、過給
機５０の駆動に伴われるエネルギーロス等が生じない状
態がとられる。

一方、エンジン負荷が所定値以上となる高負荷時には、
コントロールユニット１００は、高レベルをとるクラッ
チ制御信号Ｃｃを電磁クラッチ４７に供給して、出力軸
４５の回転が過給機５０に伝導されるようにするととも
に、検出信号Ｓｎに基づいて出力軸４５の回転数に応じ
たプーリ制御信号Ｃｐを形成してこれを可変プーリ４８
に供給する。これにより、過給機５０が、可変プーリ４
８の径が出力軸４５の回転数に応じて縮小される状態の
もとに、出力軸４５に対して可変の回転数比をもって回
転駆動され、過給機５０の回転数が前述された第７図に
おいて実線で示される如くに変化するものとされる。

斯かる状態において、第１の開閉弁４１が閉状態とされ
るとともに第２の開閉弁４２が開状態とされると、過給
機５０によって加圧された吸気が、合流通路部２６．バ
イパス通路部４０２合流通路部２８１合流部２５及び２
７、及び、分岐通路部２１〜２４を介して気筒１１〜１
４の夫々に供給され、気筒１１〜１４の全てに対しての
過給機５０による過給（以下、全気筒過給と称す）が行
われる。一方、第１の開閉弁４１が開状態されるととも
に第２の開閉弁４２が閉状態とされると、気筒１２及び
１３には共通通路部２９１合流通路部２８、合流部２７
９分岐通路部２２及び２３を介して自然吸気が行われる
とともに、過給機５０によって加圧された吸気が、合流
通路部２６１合流部２５１分岐通路部２１及び２４を介
して気筒１１及び１４に供給され、気筒１１及び１４に
対しての過給機５０による過給（以下、部分気筒過給と
称す）が行われる。

このような、エンジン負荷が所定値以上となる高負荷時
において、エンジン回転数の実用変化範囲の全域に亙っ
て全気筒過給態様９部分気筒過給態様及び自然吸気態様
で夫々エンジンを作動させると、出力軸４５の回転数に
対する出力トルクの変化は第３図に示される如くのもの
となることが確認された。第３図において、実線曲線は
全気筒過給態様の場合、破線曲線は部分気筒過給態様の
場合、一点鎖線曲線は自然吸気態様の場合を示す。

これよりして、出力軸４５の回転数が所定値Ｎ。

未満である場合には、部分気筒過給態様の場合より全気
筒過給態様の場合の方が出力トルクが増大するが、出力
軸４５の回転数が所定値８０以上のときには、過給機５
０の過給能力の不足に起因して、全気筒過給態様の場合
よりむしろ部分気筒過給態様の場合の方が出力トルクが
増大する結果となることが理解される。

斯かる確認結果及びそれに基づく考察により、本例にお
いては、コントロールユニッ）１０ｉ＜、検出信号Ｓ１
及びＳｎに基づき、エンジン負荷が所定値以上であって
出力軸４５の回転数が所定値８０以上のときには、アク
チュエータ４３に、制御信号Ｃａを第４図Ａにおいて実
線で示される如くに低レベルをとるものとして供給する
とともに、アクチュエータ４４に、制御信号ｃｂを第４
図已において実線で示される如くに高レベルをとるもの
として供給しこれにより、アクチュエータ４３がその駆
動ロッド４３ａを突出させて第１の開閉弁４１を開状態
にするとともに、アクチュエータ４４がその駆動ロッド
４４ａを引込んで第２の開閉弁４２を閉状態にする。ま
た、エンジン負荷が所定値以上であって出力軸４５の回
転数が所定値Ｎｏ未満のときには、アクチュエータ４３
に、制御信号Ｃａを第４図Ａにおいて実線で示される如
くに高レベルをとるものとして供給するとともに、アク
チュエータ４４に、制御信号ｃｂを第４図Ｂにおいて実
線で示される如くに低レベルをとるものとして供給する
。

これにより、エンジン負荷が所定値以上であって出力軸
４５の回転数が所定値８０以上のときには、アクチュエ
ータ４３がその駆動ロッド４３ａを突出させて第１の開
閉弁４１を開状態にするとともに、アクチュエータ４４
がその駆動ロフト４４ａを引込んで第２の開閉弁４２を
閉状態にし、その結果、上述した如くの部分気筒過給が
行われ、また、エンジン負荷が所定値以上であって出力
軸４５の回転数が所定値８０未満のときには、アクチュ
エータ４３がその駆動ロッド４３ａを引き込んで第１の
開閉弁４１を閉状態にするとともに、アクチュエータ４
４がその駆動ロッド４４ａを突出させて第２の開閉弁４
２を開状態にし、その結果、上述した如くの全気筒過給
が行われる。

このように、コントロールユニット１００によって、エ
ンジン負荷が所定値以上であるもとで、出力軸４５の回
転数が所定値８０以上のときには部分気筒過給が行われ
、また、出力軸４５の回転数が所定値８０未満のときに
は全気筒過給が行われるように制御されることにより、
出力軸４５の回転数が所定値Ｎｏ以上とされて回転数が
許容上限値以下に抑えられる場合に過給能力の不足をき
たすような比較的小型の過給機５０が用いられた場合に
も、その特性が有効に利用されて、エンジン回転数の実
用変化範囲全域に亙って出力トルクが効率良く向上せし
められることになる。

上述の如くの制御を行うコントロールユニット１００は
、例えば、マイクロコンピュータが用いられて構成され
、斯かる場合におけるマイクロコンピュータが実行する
可変プーリ４８の径の制御と給気態様の制御を行うため
のプログラムの一例を、第５図に示されるフローチャー
トを参照して説明する。

このプログラムにおいては、スター１１＆、プロセス１
０１でスロットル開度センサ６２から得られる検出信号
Ｓｌ及び回転数センサ６１から得られる検出信号Ｓｎを
読み込んで、ディシジョン１０２に進む。ディシジョン
１０２では、検出信号ＳＺがあられすエンジン負荷が所
定値ＬＯ以上か否かを判断し、以上でないと判断された
場合にはプロセス１０３に進み、電磁クラッチ４７に低
レベルをとるクラッチ制御信号ＣＣを供給して、それを
遮断状態にし、プロセス１０４に進む。プロセス１０４
においては、アクチュエータ４３及び４４に低レベルの
制御信号Ｃａ及びｃｂを夫々供給し、第１の開閉弁４１
及び第２の開閉弁４２を共に開状態として、元に戻る。

これにより、気筒１１〜１４の夫々に対して自然吸気が
行われる。

一方、ディシジョン１０２においてエンジン負荷が所定
値Ｌｏ以上であると判断された場合には、プロセス１０
５に進み、電磁クラッチ４７に高レベルをとるクラッチ
制御信号Ｃｃを供給してこれを接続状態にした後、ディ
シジョン１０６に進む。

ディシジョン１０６においては、検出信号Ｓｎがあられ
す出力軸４５の回転数が所定値Ｎｏ以上か否かを判断し
以上であると判断された場合にはプロセス１０７に進む
。そして、プロセス１０７においてアクチュエータ４３
に低レベルをとる制御信号Ｃａを供給するとともにアク
チュエータ４４に高レベルをとる制御信号Ｃｂを夫々供
給し、第１の開閉弁４１を開状態にするとともに第２の
開閉弁４２を閉状態として、これにより、部分気筒過給
が行われる。、続くプロセス１０９においては、検出信
号Ｓｎに基づいて出力軸４５の回転数に応じたブーり制
御信号Ｃｐを形成してこれを可変プーリ４８に供給する
。それにより、過給機５０と出力軸４８との回転数比が
変化せしめられ、過給機５０の回転数が出力軸４５の回
転数に対して、第７図において実線で示される如くの変
化をするものとされる。そして、その後、フローは元に
戻る。

また、ディシジョン１０６において、出力軸４５の回転
数が所定値Ｎｏ以上でないと判断された場合には、プロ
セス１０８に進み、プロセス１０８においてアクチュエ
ータ４３に高レベルをとる制御信号Ｃａを供給するとと
もにアクチュエータ４４に低レベルをとる制御信号ｃｂ
を夫々供給し、第１の開閉弁４１を閉状態にするととも
に第２の開閉弁４２を開状態として、これにより、全気
筒過給が行われる。続いて、上述したプロセス１０９を
実行して元に戻る。

なお、上述の如くに、出力軸４５の回転数に基づいて、
部分気筒過給態様から全気筒過給態様に急激に切換える
際、あるいは、全気筒過給態様から部分気筒過給態様に
急激に切換える際に、給気量の急変に起因するトルクシ
ョックを生じる虞があるが、斯かる虞がある場合には、
制御信号Ｃａ及びｃｂのレベルを、第４図Ａ及びＢにお
いて一点鎖線で示される如（に、出力軸４５の回転数が
所定値ＮＯ近傍の値をとるときレベルを徐々に変化させ
るようになせばよい。また、上述の例においては、部分
気筒過給が行われる場合には、２つの気筒（１１，１４
）に対する過給がなされることになるが、これに代えて
、過給が１つの気筒のみ、あるいは、３つの気筒に対し
て行われるようにされてもよく、さらには、出力軸４５
の回転数に応じて部分気筒過給が行われる際に、過給さ
れる気筒数を変化させるようにされてもよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係る過給機付エ
ンジンにおいては、その出力軸の回転数が所定値以上の
とき、即ち、所定値以上の高いエンジン回転数をもって
作動している場合には、過給機による部分気筒過給が行
われ、また、その出力軸の回転数が所定値未満のときに
は、過給機による全気筒過給が行われる。このため、出
力軸の回転数が所定値未満であり、過給機の回転数がエ
ンジンの出力軸の回転数に対して充分なものとされて充
分な過給能力が得られる時には、全気筒に対する過給が
行われ、各気筒における吸気充填効率が向上せしめられ
て出力トルクが著しく増大される。一方、その出力軸回
転数が所定値以上であり、過給機の回転数がエンジンの
出力軸の回転数に対して不充分となって過給能力が不足
する虞があるときには、一部の気筒のみに対して過給が
行われるとともに他の気筒に対しては自然吸気が行われ
、過給がなされる一部の気筒においては過給圧が集中せ
しめられて充分な過給圧が得られて、吸気充填効率が向
上せしめられ、その結果、総合的にみて出力トルクの増
大が図られることになる。

従って、本発明に係る過給機付エンジンによれば、その
出力軸回転数が高くなるときには、例えば、回転数が許
容上限値以内に１ｍえられて、全気筒に対する過給が行
われると過給能力が不足することになる比較的小型な過
給機が用いられる場合にも、出力軸回転数の実用変化範
囲全体に亙って出力トルクを効率良く向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る過給機付エンジンの一例を示す概
略構成図、第２図は第１図に示される例の部分平面図、
第３図は第１図に示される例の動作説明に供される特性
図、第４図は第゛１図に示される例の動作説明に供され
る波形図、第５図は第１図に示される例におけるコント
ロールユニットにマイクロコンピュータが用いられる場
合において斯かるマイクロコンピュータが実行するプロ
グラムの一例を示すフローチャート、第６図は過給機付
エンジンにおける過給圧と出力軸の回転数との関係を示
す特性図、第７図は回転数比変更手段が設けられた過給
機付エンジンにおける過給機の動作特性の説明に供され
る図である。 図中、１０はエンジン本体、１１〜１４は気筒、２１〜
２４は分岐通路部、２６及び２８は合流通路部、４０は
バイパス通路部、４１及び４２は夫々第１及び第２の開
閉弁、４３及び４４はアクチュエータ、４５は出力軸、
４８は可変プーリ、５０は過給機、１００はコントロー
ルユニットである。 第３図 Ｎ。 出力軸回転数 第４図 出力軸回転数 第５図 第６図 第７図 出力軸回転数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の気筒を有するエンジン本体と、上記複数の気筒に
   接続された吸気通路と、該吸気通路に配設されて上記エ
   ンジン本体の出力軸により回転駆動される過給機と、上
   記出力軸の回転数もしくはそれに対応する回転数を検出
   する検出手段と、該検出手段から得られる信号に基づい
   て、上記過給機による過給を、上記出力軸の回転数が所
   定値以上のときには上記複数の気筒の一部にのみ行われ
   、上記出力軸の回転数が所定値未満のときには上記複数
   の気筒の全部に行われるものとすべく制御する過給制御
   手段とを具備して構成される過給機付エンジン。