JPS62142825A - 複合過給装置 - 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〕 この発明は吸気管に直列に排気式過給機と機械式過給機
とを配置した複合過給装置に関する。

〔従来の技術〕

過給機には排気式過給機と機械式過給機とがあるが、こ
の両者は利害得失を持っている。即ち、排気式過給機は
その駆動に排気エネルギを使うことから経済的な駆動が
できるが、所謂ターボラグと称する応答遅れがある。一
方、機械式過給機にはこのような応答遅れがない利点が
あるが、過給機の駆動にエンジン動力の一部を利用する
ことから燃料消費率の面では不利である。

そこで、両者の欠点を補完し、長所を活かすため排気式
過給機と機械式過給機とを併用したものが知られている
。（実開昭５９−６７５３７）〔発明が解決しようとす
る問題点〕 従来の複合過給装置は排気式過給機と機械式過給機とを
組合せ、加速時に機械式過給機から機械弐過給機に円滑
に移行させるために、通常のスロットル弁（吸気絞り弁
）に加えて機械式過給機を迂回するバイパス通路に制御
弁を設け、この制御弁の開度を運転状態に応じて制御す
ることにより、機械式過給機から排気式過給機への円滑
な過給状態の移行が行われるようにしている。このため
、従来システムでは吸気管の弁装置の数が増え、その配
置が複雑となる問題があった。

この発明はこの問題点を解決するため、吸気管内の弁装
置の配置を簡略化することができる複合過給装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明によれば、第１図において、内燃機関１の吸気
管１ａに直列に排気式過給機２と機械式過給機３とを設
置し、機械式過給機３を迂回するようにバイパス通路４
を設置し、機械式過給機３は過渡時に過給作動を行うよ
うにバイパス通路４に設置される制御弁５とともに駆動
される複合過給装置において、吸気管１ａに通常設置さ
れる吸気絞り弁が廃止され、機関の負荷要求に相当する
アクセルペダル６の踏み込みに応じた信号を発生する手
段７と、制御弁５の開度を制御するモータ手段８と、過
渡状態では機械式過給機３から排気式過給機２へ過給作
動が推移するようにモータ手段８を駆動する手段９ａと
、過渡状態以外ではアクセルペダル６の開度に連動して
バイパス通路４を通過する吸入空気量が制御されるよう
にモータ手段８を駆動する手段９ｂを有したことを特徴
とする複合過給装置が提供される。

〔実施例〕

第２図はこの発明の実施例の構成全体を示すものであり
、１２はシリンダブロック、１４はピストン、１６はコ
ネクティングロッド、１８はクランク軸、２０はシリン
ダヘッド、２２は吸気弁、２４は吸気ボート、２６は排
気弁、２８は排気ポートである。吸気ボート２４は吸気
管３０Ａ。

３０Ｂ、３０Ｃを介してエアークリーナ３１に接続され
る。排気ポート２８は排気管３２Ａ、３２Ｂに接続され
る。

この発明によれば、吸気管に通常設置される吸気絞り弁
は省略される。後述のように機械式過給機を迂回するバ
イパス通路の制御弁がこの代わりをする。

３４は排気式過給機で、コンプレフサ３４Ａは吸気管３
０Ｃと３０Ｂとの間に配置され、タービン３４Ｂは排気
管３２Ａと３２Ｂとの間に配置される。タービン３４Ｂ
を迂回するようにバイパス通路３６が接続され、ウェイ
ストゲート弁３８が配置される。ウェイストゲート３８
はリンク機構４０及びロッド４２を介してダイヤフラム
４４に連結される。ばね４６はウェイストゲート弁３８
が閉鎖する方向のばね力をダイヤフラム４４に加えてい
る。ダイヤフラム４４は圧力導管４６を介してコンプレ
ッサ３４Ａの下流の吸気管３０Ｂに接続される。コンプ
レッサの出口圧かばね４６の設定に打ち勝つとダイヤフ
ラム４４はばね４６に抗して変位され、ウェイストゲー
ト弁３８は開弁じ、出口圧は所定値に制御される。

４６は機械式の過給機で、ルーツポンプとして構成され
、一対のロータ４６Ａ、４６Ｂより成る。

機械式過給機４６は吸気管３０Ｂと３０Ａとの間に配置
される。一方のロータ４６Ｂの回転軸上にプーリ付きク
ラッチ４８が取付られ、そのプーリ部はベルト４９を介
して、クランク軸Ｉ８上のプーリ５０に連結される。ク
ラッチ４８の保合時にクランク軸１８の回転はプーリ５
０．ベルト４９及びクラッチ４８のブーり部を介してロ
ータ４６Ｂ、４６Ａに伝達される。そのため、ロータは
反対方向に回転され、過給作動が行われる。クラッチ４
８の解放時はクランク軸１８の回転はロータに伝達され
ず、過給は行われない。

機械式過給機４６を迂回するようにバイパス通路５０が
配置される。バイパス通路５０に制御弁５２が配置され
る。制御弁５２はこの実施例では蝶型弁であり、その弁
軸にステップモータ５４等の回転モータが連結され、ス
テップモータ５４の回転に応じて制御弁５２の開度、即
ちバイパス通路５０を通過する空気量の連続制御が可能
になっている。

制御回路５６はこの発明に従って、機械式過給機４６の
クラッチ４８、及び制御弁５２の駆動モータ５４を制御
するためのものであり、マイクロコンピュータシステム
として構成される。制御回路５６はマイクロプロセシン
グユニット＜ＭＰＵ）５６Ａと、メモリ５６Ｂと、入力
ポート５６Ｃと、出カポ−）５６Ｄと、これらの要素間
を接続するバス５６Ｅとよりなる。入力ポート５６Ｇは
各センサに接続され、種々のエンジン運転状態信号が印
加される。エアーフローメータ５８はエアークリーナの
下流の吸気管３０Ｇに設置され、吸入空気量Ｑに応じた
信号が入力ポート５６Ｃに送られる。エンジン回転数セ
ンサ６０はエンジンのクランク軸１８の回転数ＮＥに応
じた信号を入力ポート５６Ｃに供給する。また、アクセ
ルペダル開度センサ６２はアクセルペダル６４に連結さ
れ、アクセルペダル６４の踏み込み程度に応じた信号Ａ
が入力ポート５６Ｇに印加される。更に、圧力センサ６
５がコンプレッサ３４の下流の吸入空気３０Ｂに設置さ
れ、コンプレッサ出口圧力Ｐに応じた信号が入カポ−）
５６Ｃに印加される。

ＭＰＵ５６Ａは上記の各センサによって検知した運転状
態因子より、メモリ５６Ｂに格納されたプログラムに従
って演算を行う。その結果、機械式過給機のクラッチ４
８及びバイパス通路５０に設置されたステップモータ５
４の駆動信号が得られ、出力ポート５６Ｄにセントされ
る。出力ポート５６Ｄはクラッチ４８及びステップモー
タ５４に接続され、演算された駆動信号によって駆動さ
れる。

以下、制御回路５６の作動を第３．４図のフローチャー
トによって説明する。この作動を実現するためのプログ
ラムは勿論メモリ５６Ｂに格納されである。第３図はス
テップモータの駆動ステップ数を設定するとともに、機
械式過給機４６のクラッチ４８の駆動ルーチンを示して
おり、このルーチンは所定の時間間隔毎に実行される時
間割り込みルーチンとする。ステップ７０ではアクセル
ペダル開度センサ６２の信号によって現在のアクセルペ
ダル開度が全閉位置か否か判定される。アクセルペダル
６４が全閉位置にあると判定されるときはステップ７０
よりステップ７１に進み、出力ポート５６Ｄよりクラッ
チ４８に解放信号が出力される。そのため、クランク軸
１８の回転は過給機４６のロータ４６Ｂ、４６Ａに伝達
されない。

ステップ７２では回転数センサ６０によって検知したエ
ンジン回転数ＮＥがアイドル回転、またはそれより幾分
大きい回転数、例えば８００ｒｐｍより小さいか否か判
別される。ステップ７２でＮＯの判定のときは、アクセ
ルペダル全閉であるのに回転数がアイドル回転数より大
きいことから、減速時と判断され、ステップ７２よりス
テップ７３に進み、ステップモータ５２のステップ位置
５ＴＥＰを０に設定する。ここに５ＴＥＰ＝Ｏは制御弁
５２の全開に相当する。

ステップ７２でＹｅｓと判定されるときはアイドル要求
にあると判断される。このときはステップ７２よりステ
ップ７３に進み、エンジン回転数ＮＥが設定アイドル回
転数、例′えば７５０ｒｐｍより大きいか否か判別され
る。実測回転数が設定アイドル回転数より大きいときは
ステップ７４に進み、ステップモータ５４の目標位置は
所定ステップα減少される。そのため、制御弁５２の開
度は小さくなり、バイパス通路５０を通過する吸入空気
が減少するので、エアーフローメータ５８はこれを検知
し、図示しない燃料噴射制御ルーチンによって図示しな
い燃料噴射弁からの燃料供給量が減少し、エンジン回転
数は設定アイドル回転数に向かって減少することになる
。逆に、実測回転数が設定アイドル回転数より大きくな
いときはステップ７３よりステップ７５に進み、目標位
置５ＴＥＰはαだけ増加される。そのため、制御弁５２
の開度は大きくなり、バイパス通路５０を通過する吸入
空気は大きくなるのでエンジン回転数は設定回転数に向
かって増加することになる。アイドル時はこのような、
フィードバック制御によってエンジン回転数が設定アイ
ドル回転数に制御される。アクセルペダル開度が全開で
ないときはステップ７０よりステップ７７に進み、アク
セルペダル６４の開度が全負荷走行に相当する所定値、
例えば４０″より大きいか否か判定される。ＮＯのとき
は部分負荷走行と判別され、ステップ７８に進み機械式
過給機４６のクラッチ４８は解放される。そのため、機
械式過給機４６は回転駆動されない。次にステップ７９
に進み、アクセルペダル６４の開度に応じた制御弁５２
の開度設定のためのマツプ演算が行われる。即ち、メモ
リ５６Ｂにはアクセルペダル６４の開度Ａの増加に応じ
て増加するステップモータ５４の回転位置のマツプＳＴ
ＥＰＭＡＰ　１が格納されである。ＭＰＵ５６Ａは現在
のアクセルペダル６４の開度に応じたステップモータの
目標位置をマツプより演算する。ステップ８０ではマツ
プＳＴＩｌｉＰＭＡＰ　１によって演算された値が５Ｔ
ＥＰに入れられる。以上述べた部分負荷時には、制御弁
５２はアクセルペダル６４の開度の増加に比例して開度
が大きくなる。即ち、制御弁５４が通常の吸気絞り弁と
同じ働きをすることになる。

ステップ７７でＹｅｓの判定のときは全負荷運転であり
、ステップ８２に進みクラッチ４８が係合しているか否
か判定される。部分負荷状態から移行した時点とすれば
クラッチは解放されているのでＮｏの判定になり、ステ
ップ８３に進みターボチャージャ３４の出口の、圧力セ
ンサ６５によって検知される圧力がターボチャージャの
作動開始の指標となる所定値、例えば５０＋ｎＨｇ未満
か否かが判別される。加速の開始直後はＹｅｓと判定さ
れ、ステップ８４に進み、出力ポート５６Ｄよりクラッ
チ４８の保合信号が出力される。そのため、クラッチ４
８は係合され、クランク軸１８の回転はブーＩＪ５０、
ベルト４９を介してロータに伝達され、機械式過給機４
６の作動が開始される。次のステップ８５では、アクセ
ルペダル開度Ａに応じた制御弁５２の開度がマツプ演算
される。

この場合、制御弁５２はアクセルペダル開度が大きくな
るに従って開度が小さくなるように制御される。即ち、
メモリ５６Ｂにはアクセルペダル開度Ａの増加とともに
減少するステップモータ５４の角度位置のデータがマツ
プＳＴＥＰＭＡＰ　２に格納されてあり、ＭＰＵ５６Ａ
はそのときの実測アクセルペダル開度より目標ステップ
モータ位置の演算を実行することになる。ステップ８６
ではマツプ演算値ＳＴＥＰＭＡＰ　２が５ＴＥＰに移さ
れる。このように、エンジンが加速を開始すると、機械
式過給機４６の回転が許容されて、これによる過給作動
が行われ、そしてバイパス通路５０はアクセルペダル６
４の踏み込みが大きくなるに従って閉鎖され、そのため
アクセルペダルの踏み込み程度に適合した機械式過給機
４６による過給効果が得られる。

尚、このとき、ターボチャージャ３４はターボラグによ
ってまだ作動を開始していない。

全負荷運転を継続しながら次にこのルーチンに入ると、
クラッチ４８が係合しているためステップ８２ではＹｅ
ｓと判別され、ステップ８８に進み、ターボモヤ−ジャ
出口圧力Ｐが所定値５０鶴Ｈｇを超えたか否か判定され
る。ＮＯの場合は未だターボチャージャがターボラグを
解消していないと考え、ステップ８４に進み機械式過給
機４６の作動がｍ続される。

ターボチャージャがその作動を開始する状態に至るとス
テップ８４で圧力Ｐは所定値より大きくなり、ステップ
８８でＹｅｓと判定され、ステップ８９に進み、排気式
過給機３４の出口圧力Ｐが、ウェイストゲート弁３８の
開弁時の圧力（例えば４００ｍＨｇ）より幾分低い所定
圧力（例えば３９０ｍＨより大きいか否か判定される。

最初はＮＯであり、ステップ９０に進み５ＴＥＰが所定
ステップＴだけインクリメントされる。従って、排気式
過給機が効いてくるに従って制御弁５２は全開に向かっ
て徐々に開放制御されることになる。圧力Ｐが所定値よ
り大きくなるとステップ８９ではＹｅｓと判別　。

され、ステップ９１に進み、出力ポート５６Ｄよりクラ
ッチ４８の解放命令が出される。そのため、クランク軸
１８の回転の機械式過給機４６の伝動が中止され、機械
式過給機の作動は停止され、排気式過給機３４のみの作
動域に入る。ステップ９２ではステップモータ５４の目
標位置５ＴＥＰに制御弁５２の全開相当であるＭＡＸが
入れられる。

その後、定常運転に入ると、アクセルペダル開度〉４０
°で、クラッチ４８が解放でかつ圧力Ｐ〉５０鶴Ｈｇで
あるので、ステップ７７．８２゜８３．７８よりステッ
プ７９に進み、アクセルペダルの踏み込み度に応じた制
御弁５２の制御が行われ、制御弁は従来の吸気絞り弁の
機能を果たすことになる。

第４図はステップモータ５４の駆動ルーチンを示し、こ
のルーチンはステップモータ５４が１ステツプの回転を
実行するのに必要な時間より多少長い時間間隔毎に実行
開始される時間割り込みルーチンである。ステップ９４
ではステップモータ５４の現在位置５ＴＥＰｒｅａｌの
入力が行われる。ステップ９５ではステップモータの目
標位置５ＴＥＰと現在位置５ＴＥＰｒｅａ　ｌとの比較
が行われる。ステップモータが目標位置まで回転してい
ないときはステップ９５よりステップ９６に進み、ステ
ップモータ５４の１ステツプ正転命令が出力ボート５６
Ｄより出され、ステップ９７では５ＴＢＰｒｅａ　１が
インクリメントされる。ステップモータ５４が目標位置
より回り過ぎているときはステップ９５よりステップ９
９に進み、ステップモータ５４を１ステンプ逆転させる
命令が出され、ステップ１００では５ＴＥＰｒｅａ　ｌ
がデクリメントされる。このようなフィードバック制御
によってステップモータ位置の目標値と実測値とが一致
するとステップ９５よりステップ１０１に進み、ステッ
プモータ５４は羊の位置にホールドされる。

第５図はこの発明の詳細な説明するタイミングチャート
である６時刻ｔＡまではアイドル運転であり第３図のス
テップ７３以下によってエンジン回転数は設定値に維持
されるようにステップモータは駆動される（ｌ、）。

時刻ｔＡよりアクセルペダル６４が踏み込まれるが、踏
み込み程度が小さい部分負荷であるので機械式過給機の
クラッチ４８は解放維持される。

ステップモータ５４は第３図のステップ７９におけるマ
ツプＭＡＰＩに従ってその開度が制御され（図５の（ニ
）のｌ１２）、バイパス通路５０の制御弁５２は従来の
吸気絞り弁の働きをする。即ち、第６図（１）に示すよ
うにアクセルペダル６２の踏み込みに応じて制御弁５２
の開度が変化され、バイパス通路５０を矢印ｆのように
通過する吸入空気量が制御される。機械式過給機４６に
は空気は流れない。

時刻ｔｌＩでアクセルペダルが再び踏み込まれると、今
度は踏み込みが大きいので、全負荷域と判別され、クラ
ッチ４８が係合される（第３図のステップ８４）。そし
て、ステップモータの位置は制御弁５２の開度が徐々に
小さくなるように制御される（ｌ、）。そのためアクセ
ルペダル開度に応じた機械式過給機の効果が得られる。

機械式過給機の出口圧力は第５図（ロ）のａで示すよう
にアクセルペダルの踏み込みに直ぐに応答して上昇する
。この過渡時は排気式過給機の圧力はｂに示すように直
ぐには応答しない。この過渡状態での作動は第６図（２
）に示すように、制御弁５２は閉鎖され、空気は矢印ｇ
のように機械式過給機４６を介してエンジンに供給され
る。

第５図の時刻ｔ、で機械式過給機の出口圧力Ｐが所定値
より大きくなると、ステップモータ５４は制御弁５２が
バイパス通路５０を全開するようＭＡＸに向かって開放
され（１４）、機械式過給機の作動は弱められる。時刻
ｔｏになり、排気式過給機３４がその全能力を発揮する
、排気式過給機の出口圧力Ｐが、第２図のウェイストゲ
ート３８が解放されるときの圧力より多少低い、３９０
ｎＨｇとなると、クラッチ４８は解放され、排気式過給
機のみが過給作動に寄与することになる。第６図（３）
は排気式過給機の作動時の状態を示し、機械式過給機４
６の回転は停止され、吸入空気はバイパス通路５０を経
て矢印りのようにエンジンに供給されることになる。

〔発明の効果〕

この発明では、バイパス通路５０に設置される制御弁５
２に吸気絞り弁の機能も兼備させることにより、従来の
吸気絞り弁を廃止するたとができ、吸気管内の弁装置の
配置を単純化することができる。また、制御弁はアイド
ル運転時はアイドル回転を制御するように駆動すること
で従来のアイドルスピード制御弁の機能も兼用すること
ができ、　　　゛部品点数減少による費用低減が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す図。 第２図はこの発明の実施例の構成を示す図。 第３図及び第４図は制御回路の作動を示すフローチャー
ト図。 第５図はこの発明の詳細な説明するタイミング線図。 第６図はこの発明のバイパス装置の作動を説明する概略
図。 ３０（Ａ、　Ｂ、　Ｃ）・・・吸気管 ３４・・・排気式過給機 ４６・・・機械式過給機 ４８・・・クラッチ ５０・・・バイパス通路 ５２・・・制御弁 ５４・・・ステップモータ ５６・・・制御回路 ６２・・・アクセルペダル開度センサ ６４・・・アクセルペダル ６５・・・圧力センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の吸気管に直列に排気式過給機と機械式過給機
   とを設置し、機械式過給機を迂回するようにバイパス通
   路を設置し、機械式過給機は過渡時に過給作動を行うよ
   うにバイパス通路に設置される制御弁とともに駆動され
   る複合過給装置において、吸気管に通常設置される吸気
   絞り弁が廃止され、機関の負荷要求に相当するアクセル
   ペダルの踏み込みに応じた信号を発生する手段と、制御
   弁の開度を制御するモータ手段と、過渡状態では機械式
   過給機から排気式過給機へ過給作動が推移するようにモ
   ータ手段を駆動する手段と、過渡状態以外ではアクセル
   ペダルの開度に連動してバイパス通路を通過する吸入空
   気量が制御されるようにモータ手段を駆動する手段を有
   したことを特徴とする複合過給装置。