JPS62258130A - 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、過給機付エンジンに関するものである。

（従来技術） エンジンに備えられる機械式過給機として、例えばルー
ツポンプやベーンポンプ等の容積型過給機が多く用いら
れる。そして、このような容積型過給機を実際にエンジ
ンに装着するに際しては、当該過給機は走行燃費を悪化
させないために、一般に電磁クラッチを介して機関のク
ランクシャフトに連結される一方、該過給機をバイパス
するバイパス通路を設けてそこに所定の制御弁を配置し
、機関高負荷時には電磁クラッチを継ぐ一方でバイパス
通路を閉じ、他方機関低負荷時には上記バイパス通路を
開く一方で電磁クラッチを切るようにしたものが知られ
ている。

そして、エンジンへの吸入空気量を制御するスロットル
弁は、一般に上記過給機吐出通路と上記バイパス通路と
の合流部より下流に配置される。

このようなエンジンにおいては、上記ベーンポンプやル
ーツポンプ等から成る機械式過給機自体が騒音を発生し
、この音が吸気通路を湖ってその間口部から外部に帰れ
る問題がある。さらに、高負荷状態から低負荷状態に急
激に負荷変化させる場合には、上記スロットル弁が急閉
する一方で電磁クラッチが切られるが、仮りにそのよう
に１磁クラツチが切られても過給機は惰性で回転し続け
、そのためにスロットル弁上流に一時的に高圧が発生し
、バイパス通路を構成する部品に悪影響を与える問題も
ある。

上記騒音の発生は、上記過給機その乙のの作動自体によ
るものとともに当該過給機の作動によって吸気通路内に
圧力脈動が発生し、これが圧力波となって吸気通路内を
外部まで伝播することによって生じる。

そこで、この問題を解決するために、従来上記スロット
ル弁を上記過給機の上流側に設置し、その絞り効果によ
り当該過給機からスロットル弁までの吸気通路の吸気密
度を低下させ圧力波の伝達係数を小さくするとともに該
スロットル弁自体を圧力波に対する反射板として機能さ
せることによって騒音の発生と圧力波による衝撃を防止
するようにした過給機付エンジンが提案されている（実
開昭Ｇ　Ｏ−７７７３２号公報参照）。

（発明が解決しようとする問題点） ところか、上記のようにスロットル弁を過給機上流に設
置した場合には、他方次のような新たな問題を生ぜしめ
ろ。

すなわち、今例えば第６図に示すように、エンジンの吸
気通路１ビにルーツポンプよりなる機械式過給機２′が
設けられ、さらにその吸気上流側にスロットル弁３′が
設置されているとすると、比較的スロットル開度の小さ
い状態で上記過給機２′が駆動された場合の当該過給機
２′前後（入出力側）の吸気の圧力関係は図示のように
なり大きな圧力差を生じる。

つまり、本来ならば過給機２′の圧力比ｒは、スロット
ル弁上流側の吸入空気圧をＰｉ、過給機吐出側の吸入空
気圧、すなわち過給圧をＰｏとするとき、ｒ＝Ｐｏ／Ｐ
ｉであるはずのものか上記スロットル弁３の存在により
過給機２′の吸入空気圧がΔＰだけ降下して実質圧力比
ｒｅ＝　Ｐ　ｏ／　（Ｐ　ｉ−ΔＰ）となる。ところで
、上記圧力比と過給機２′の駆動抵抗との関係は次のよ
うになる。

ただし、 Ｉｆｌ：駆動抵抗、Ｇ：吐出流ｆｆｉ、ｋ＋比熱比、Ｒ
：気体定数、Ｔ：吸入温度、Ａ：熱の仕事量、η：ポン
ブ効率上記関係式と 八Ｐ＝ΔＰｉ（Ｎ、φ） Ｎ；ポンプ回転数、φ：スロットル開度の関係を考慮す
ると、過給機２′が接続される時のスロットル開度が小
さくエンジン回転数が大きい程その駆動抵抗は過大にな
り、その結果、過給機接続時のトルクショックが大きく
、かつ吸気抵抗増大により加速が鈍るという問題が生じ
る。

−例として、エンノン２０００ＴＩＰＭ程度、過給圧０
．５Ｋｇ／ｃｍ’Ｇ程度の状態を想定すると、スロット
ル全開の時の過給機駆動抵抗を）Ｐｗ、１７４開度程度
での過給機駆動抵抗をＦＰ＋４とすると、）Ｐ　、、／
　田ｗ＝　１．３ が得られる。すなわち、３０％も駆動抵抗が余計に増大
することになる。この結果、特に加速性能が低下し過給
機本来の過給効果を充分に有効に得ることができない。

また、スロットル弁を過給機下流の吸気通路に設けた場
合には、過給機によって高圧にされた吸気をスロットル
の絞り作用によって低圧にしてエンジンに供給されるた
め過給機の駆動抵抗が余計に増大するという上記と同様
の問題がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の問題を解決することを目的としてなさ
れたもので、エンジンの吸気通路に、当該エンジンの駆
動軸から伝達される力によって駆動される過給機とエン
ジンへの吸入空気量を制御するスロットル弁とを直列に
配置するとともに上記過給機にリターン通路を設け、さ
らに上記過給機の作動開始時に所定期間内上記スロット
ル弁を通過する吸気量を増加させる吸気絞り制御手段と
、上記リターン通路を上記所定期間開くバイパス通（作
　用） 上記の手段によると、過給機の作動開始時に所定期間過
給機をバイパスするバイパス通路が開かれるとともにス
ロットル弁を通過する吸気量を増加させるから、スロッ
トル弁の上流と下流および過給機上流と下流の圧力差を
小さくすることができる。すなわち、スロットル弁の絞
り作用による過給機駆動抵抗がないことから、過給機の
駆動によろトルクショックが抑制され、上記過給機の作
動開始時の応答性は特に良好となり、当該過給機による
加速性能向上の効果をより有効に得ることができる。

（実施例） 第１図は、本発明の第１実施例に係る過給機付エンジン
を示している。

先ず第１図において、符号１はエンジン本体を示し、該
エンジン本体ｌの吸気通路１１には、エアクリーナＡＣ
側から順次エアフローメータ１２、スロットル弁３、ル
ーツポンプ（特許請求の範囲中の過給機に該当する）２
が直列に配設されている。上記ルーツポンプ２には、上
記エンジン本体１の駆動軸に例えばＮ磁りラッチを介し
てベルト等の駆動力伝達手段で連結されており、当該エ
ンノンによって駆動されて吸気の過給を行うようになっ
ている。該ルーツポンプ２の駆動は、上記電磁クラッチ
がＯＮになった時点で行われ、この電磁クラッチのＯＮ
、ＯＦＦ状態の制御は、エンジンコントロールユニット
４からのルーツポンプ制御信号ａによって行われる。

一方、上記ルーツポンプ２には、該ルーツポンプ２をバ
イパスするバイパス通路１３とリターン通路Ｉ４とがそ
れぞれ並列に設けられており、上記バイパス通路１３に
はダイヤフラム式のバイパス弁５が、また上記リターン
通路１４には同じくダイヤプラム式のリターン弁９がそ
れぞれ介装されている。上記バイパス弁５は、上記バイ
パス通路１３の吸気上流側とエンジン本体１の吸気ボー
ト側とに連通ずる補助回路１５に介装された第１の三方
電磁弁６の共通ポートに対して当該ダイヤフラムの作動
室５ａを連通せしめて構成されており、上記第１の三方
電磁弁６の連通状態に応じて開閉する。そして、開弁状
態では上記ルーツポンプ２をバイパスさせる一方、閉弁
状態では上記ルーツポンプ２による過給を可能とする。

一方、第１の三方電磁弁６の連通状態は、エンジンコン
トロールユニット４からの電磁弁コントロール信号すに
より制御される。

また、上記リターン弁９は、後述するスロットル弁３側
バイパス通路開閉弁（特許請求の範囲中のバイパス通路
開閉手段に該当する）７と連動して開閉作動するように
なっており、上記ルーツポンプ２の作動状態（過給時）
で開弁じてルーツポンプ２下流側の吸気を上流側にリタ
ーンし積極的に循環させる機能を果たす。

次に、上記スロットル弁３には、当該スロットル弁３を
バイパスするバイパス通路１７が設けられており、該バ
イパス通路１７には当該バイパス通路１７を開閉するた
めのダイヤフラム式の開閉弁７が介装されている。

一方、上記バイパス通路１７の上記開閉弁７の吸気上流
側と下流側とは補助通路Ｉ８で連通され、該補助通路１
８には第２の三方電磁弁８が介装され、この第２の三方
電磁弁８の共通ボット側は上記開閉弁７の作動室７ａ内
に連通せしめられている。そして、上記開閉弁７は、上
記第２の三方電磁弁８の連通状態により上記スロットル
弁３の吸気上流側と吸気下流側との圧力差に応じて開閉
作動し、上記スロットル弁３部分の吸気のバイパス状態
を制御する。上記第２の三方電磁弁８の連通状態は、ま
たエンジンコントロールユニット４がらの電磁弁コント
ロール信号Ｃによって制御される。

上記エンジンコントロールユニット４は、例えばマイク
ロコンピュータを中心とする中央情報処理装置（ＣＰ　
Ｕ）によって構成されており、エンジン回転数、吸入空
気潰、ブースト圧、スロットル開度（ＴＶＯ）、車速等
の各検出信号を人力し、エンジン運転状聾の制御に必要
な各種の演算動作を行うようになっている。

なお、符号１９は上記エアフローメータＩ２直後から上
記エンジン本体ｌの吸気ボートをリリーフ弁１０を介し
てバイパス状態で連通せしめ、過給圧の異常上昇を防止
するリリーフ通路である。

上記の構成において、今エンジン運転領域が非過給領域
にある状態では、次のような動作となる。

すなわち、先ず上述の第２の三方電磁弁８は、通常上記
スロットル弁３の吸気上流側に開くように制御されてい
るために、上記開閉弁７の作動室７ａには当該スロット
ル弁３の吸気上流側の空気圧が作用して該開閉弁７は閉
弁状態を維持し、そのために上記ルーツポンプ２側リタ
ーン通路１４のリターン弁９もそれに連動して閉弁状態
となっている。

従って、この状態では吸入空気は上記スロットル弁３を
経てルーツポンプ２側に供給される。

一方、ルーツポンプ制御用の上記第１の三方電磁弁５は
上記ルーツポンプ２の吸気上流側に開かれるように制御
されており、従って、上記バイパス弁５の作動室５ａ内
の空気圧は小さくなり、該バイパス弁５は開弁されてい
る。そのため、上記ルーツポンプ２はバイパスされて、
上記スロットル弁３を経て供給される吸入空気はバイパ
ス通路Ｉ３を介してエンジン本体ｌに供給される。

他方、エンジンの運転領域が例えばスロットル開度（Ｔ
ＶＯ）とエンジン回転数等によって特定される過給領域
（マツプデータ上の領域）になると、先ず上記エンジン
コントロールユニット４は、電磁タラッヂコントロール
信号（ＯＮ指令信号）ａを出力して上記ルーツポンプ２
の電磁クラッチをＯＮにしルーツポンプ２を駆動する。

また、これと同時に上記エンジンコントロールユニット
４により上記第２の三方電磁弁８がスロットル弁の下流
側に開かれて上記開閉弁７の作動室７ａ内に当該スロッ
トル弁３の下流側の低圧側空気が導入される。その結果
、上記スロットル弁３の上流側と下流側の空気圧の圧力
差により上記開閉弁７が瞬時に開弁（全開）し、上記バ
イパス通路Ｉ７を介して吸入空気がバイパスされて上記
ルーツポンプ２に供給される。一方、この時上記リター
ン通路１４のリターン弁９も同時に開弁されるから、上
記ルーツポンプ２出口側の加圧吸気を入口側にリターン
し、積極的に循環させる。この結果、上記ルーツポンプ
２の上流側にはルーツポンプ駆動抵抗増大の原因となる
スロットル弁萌後の圧力差（圧力降下）八Ｐ（第６図参
照）を生じさせることなくルーツポンプ２による過給作
用を汀効に行わしめることが可能となる。しかも、この
場合、上記スロットル弁３がバイパスされることになる
が、上記リターン通路１４のリターン弁９が実質的にス
ロツ舌 トル弁と同様の負→制御機能を果たすから、ルーツポン
プ２作動時の圧力脈動も有効に解消され騒音の発生も抑
制される。

今、特に加速時に於ける本実施例の上記過給動作を第３
図、第４図のタイムチャート並びに動作特性を参照して
さらに詳細に説明すると、次のようになる。

すなわち、上記従来技術の説明で述べたように、特に車
両加速時には上記ルーツポンプ２の吸入空気量が多いた
めに上記ルーツポンプ２の上流側が必然的に過大負圧と
なり、これが最大のルーツポンプ駆動抵抗となる。

そして、特に上記加速が継続時間の長い緩加速の場合に
は前述のスロットル弁前後の圧力差ΔＰが生じている状
態も長くなり、より加速性能が悪くなる。

ところが、上記のような加速時のスロットル弁３の開度
変化（第３図ａ）に対応し、当該スロットル弁３の所定
開度変化値検出時点１．で上記スロットル弁バイパス通
路１７の開閉弁７およびリターン通路１４のリターン弁
９を瞬時に開弁（第２図す。

ｃ）シ、該開弁状態を上記圧力差ΔＰに応じて当該加速
完了時までの所定時間Ｔ　（−ｔｔ−ｔｔ）だけ継続さ
せるように制御すると、先ずルーツポンプ２による過給
開始と同時に開閉弁７の開放によってスロットル弁３前
後の圧力差ΔＰが解消され、その後は当該スロットル弁
３の動きに追従して圧力差ΔＰ＝０の状態が保たれる。

一方、それと同時に上記リターン弁９の開放により、吸
気圧の異常上昇を招かぬよう上記ルーツポンプ２の上流
側と下流側との圧力差を小さくしている。その結果、ル
ーツポンプ２の駆動抵抗は最小となって過給効果をより
有効に得ることができる。

その結果、上記本発明の実施例による場合には、第４図
の特性に示すように、上記ルーツポンプ２をほぼ大気圧
下で過給作動せしめることができるようになる。

この加速時の制御動作をフローヂャートにして示すと第
２図に示すようになる。なお、上記実施例に於ける開閉
弁７およびリターン弁９に代えて第２実施例として例え
ばステッピングモータによって駆動されるメインとサブ
の２つのスロットル弁を設けることによって同様の開閉
制御を行わせろようにすることらできろ。このようにス
テッピングモータにより駆動制御する場合には、各スロ
ットル弁の制御を独自かつ高精度に行えるから、両者を
必ずしも連動させろ必要はなく、エンジンコントロール
ユニット４からの所定の制御信号で最適の制御を行うよ
うにすればよい。このように構成した場合の制御特性は
例えば第５図のようになる。また、スロットル弁を一つ
にして加速時にその開度を一時的に大きくするように制
御してもよい。

（発明の効果） 本発明は、以上に説明したように、エンジンの吸気通路
に、当該エンジンの駆動軸から伝達される力によって駆
動される過給機とエンジンへノ吸入空気量を制御するス
ロットル弁とを直列に配置するとともに上記過給機にリ
ターン通路を設け、さらに上記過給機の作動開始時に所
定期間内上記スロットル弁を通過する吸気量を増加させ
る吸気絞り制御手段と、上記リターン通路を上記所定期
間開くバイパス通路開閉手段とを設けたことを特徴とす
るものである。

従って、本発明によると、過給機の作動開始時に所定期
間過給機をバイパスするバイパス通路が開かれるととも
にスロットル弁を通過する吸気量を増加させるから、ス
ロットル弁の上流上下流過給機の上流と下流の圧力差を
小さくすることができる。すなわち、スロットルＪの絞
り作用による過給機駆動抵抗がないことから、過給機の
駆動によるトルクショックを抑制することができると共
に上記過給機作動時の応答性は特に良好となり、当該過
給機による加速性能向上の効果をより有効に得ることか
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る過給機付エンジンのシ
ステム概略図、第２図は、その制御動作を示すフローヂ
ャート、第３図は、上記第１図のシステムにおけるスロ
ットル弁と開閉弁、リターン弁間の動作関係を示すタイ
ムチャート、第・１図は、上記実施例システム自体の動
作特性を示す動作特性図、第５図は、本発明の第２実施
例に係る過給機付エンジンの制御特性図、第６図は、従
来例の動作説明図である。 ｌ・・・・・ニンジン本体 ２・・・・・ルーツポンプ ３・・・・・スロットル弁 ４−・・自・エンジンコントロールユニット５・・・・
・バイパス弁 ６・・・・・第１の三方電磁弁 ７・・・・・開閉弁 ８・・・・・第２の三方電磁弁 ９・・・・・リターン弁 １１・・・・吸気通路 １４・−・・リターン通路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジンの吸気通路に、当該エンジンの駆動軸から
   伝達される力によって駆動される過給機とエンジンへの
   吸入空気量を制御するスロットル弁とを直列に配置する
   とともに上記過給機にリターン通路を設け、さらに上記
   過給機の作動開始時に所定期間内上記スロットル弁を通
   過する吸気量を増加させる吸気絞り制御手段と、上記リ
   ターン通路を上記所定期間開くバイパス通路開閉手段と
   を設けてなる過給機付エンジン。 ２、上記スロットル弁を上記過給機よりも吸気上流側の
   吸気通路に配置してなる特許請求の範囲第１項記載の過
   給機付エンジン。