JPS62271933A - 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】 ３、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の改良に係り、詳しくは、過
給機に導入される吸気などを冷却する吸気冷却手段によ
り、過給機から吐出される吸気の温度を所定の範囲内と
なるように調整できるようにした過給機付エンジンに関
する。

〔従来技術〕

自動車などに装備される過給機付エンジンは、エンジン
の回転駆動力または排気によりブロアを駆動させ、エン
ジンに過給を行い、吸気の先頃効率の向上を図るように
したものである。ところで、過給機により加圧送給され
る吸気は、かなり高温になるため密度が低下し、充填効
率がそれ程上らず、効果的に出力の向上を図り得ないこ
とがある。

このような難点を解消するものとして、例えば、ターボ
チャージャー付エンジンにあっては、従来、ターボチャ
ージャーの下流側に冷却手段を設け、加圧後の吸気を冷
却するようにしたものがある。

この冷却手段は、冷却フィン付きの冷却装置を放熱しや
すい個所に設けたもので、かなり大きな伝熱面積を必要
とし、かつ加圧送給される吸気の通路抵抗による圧力損
失を小さくするために通路面積を大きくする必要があっ
た。したがって、加速運転時には過給圧の上昇が遅れ、
応答性が低下すると共に、冷却装置自体が大きくなり過
ぎるという問題があった。また、上記冷却装置は、加圧
後の吸気を冷却するため、充分な耐圧性やシール性が要
求されると共に、冷却フィンが外気に当たるような位置
に配置されることから、非常に長い吸気通路を必要とし
た。

そこで、このような問題を解決しようとしたものとして
、車室冷房等に使用される冷凍装置により、しかも給気
ブロアで加圧される前の吸気を冷却するようにしたター
ボチャージャ付エンジンの給気冷却装置が実開昭５７−
１７７２３号公報に開示されている。これは、エンジン
の排気ガスで駆動される排気タービンにより、吸気通路
に設けた給気ブロアを回して、給気を過給するようにし
たターボチャージャー付エンジンにあって、給気ブロア
の上流の吸気通路に冷却器を配設すると共に、この冷却
器にエンジンの負荷が所定以上の時に冷媒を循環させる
ように冷凍装置を設けたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ターボチャージャーにあっては、通常のエンジン運転時
に特に耐久温度を懸念する必要はないが、機械式過給機
の場合、熱膨張によるロータとハウジング間の焼き付き
を防ぐ必要があり、その正常な作動が維持できる耐久温
度は例えば１００〜１５０℃であり、過給能力は、過給
機から吐出される吸気温度がこの耐久温度を超過しない
範囲内に制約される。したがって、外気の温度が高い時
には、冷却能力如何によって上記の耐久温度を超過して
過給機が焼き付きを生じる可能性があり、過給機にダメ
ージを与えてしまうことが懸念される。

このため、機械式過給機では、上流側に冷却手段を設け
、しかも、この冷却手段を制御して、機械式過給機が耐
久温度を超えないようにする必要がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、過
給機から吐出される吸気の温度を所定め範囲となるよう
に調整できるようにした機械式の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〕

上記の目的を達成するための本発明の手段は、吸気通路
に機械式過給機を備えたエンジンにあって、過給機上流
に設けられ導入される吸気を冷却する吸気冷却手段と、
過給機から吐出される吸気の温度を検出する温度検出手
段と、該温度が所定の範囲となるように上記吸気冷却手
段の作動を調整する制御手段とを装備したことである。

〔作　　　用〕

温度検出手段により過給機から吐出される吸気の温度が
検出され、その温度が所定範囲外にあると、過給機上流
に設けられ導入される吸気を冷却する吸気冷却手段の作
動が制御手段により調整される。したがって、過給機か
ら吐出される吸気の温度が所定の範囲となる。

〔発明の効果〕

本発明の過給機付エンジンは、過給機上流に設けられ導
入される吸気を冷却する吸気冷却手段と、過給機から吐
出される吸気の温度を検出する温度検出手段と、該温度
が所定の範囲となるように調整する制御手段とを装備し
ているので、外気の温度条件の如何を問わず、過給機か
ら吐出される吸気の温度が所定の範囲となるように調整
され、機械式過給機における過給能力を充分に発揮させ
ることができる。

〔実　施　例〕

以下に、本発明をその実施例に基づき詳細に説明する。

実施例に示す過給機付エンジンは、第１図に示すように
、エンジン１の吸気通路２に機械式の過給機３が設けら
れ、その上流側に吸気を冷却する吸気冷却手段４が設け
られ、温度検出手段１０により過給機３から吐出される
吸気の温度が検出され、その温度が所定の範囲に維持さ
れるように上記吸気冷却手段４の作動を調整する制御手
段５が設けられている。

吸気通路２０入口には吸気を浄化するためのエアクリー
ナ６が設けられ、その下流に吸気流量を計測するエアフ
ローメータ７が設けられ、次いで、浄化された吸気を冷
却するための上記吸気冷却手段４である冷却用熱交換器
が配置される。冷却用熱交換器４の下流側には、制御手
段５により開度が調整され、過給圧を制御するための過
給圧制御バルブ８が設けられ、その下流にはエンジン１
への吸気量を調整するためのスロットルバルブ９が設け
られる。そして、過給機３を配置するためのバイパス２
ａが、冷却用熱交換器４の下流で吸気通路２から分岐し
、過給圧制御バルブ８とスロットルバルブ９の中間の吸
気通路２に接続するように設けられる。この過給機３に
隣接する下流側に温度検出手段１０である温度センサが
設けられ、過給機３から吐出される加圧された吸気の温
度が計測され、その計測値が制御手段５に人力されるよ
うになっている。

過給機３は、ベル）３ｂを介してクランク軸１ａの回転
で駆動される例えばルーツブロアであり、冷却用熱交換
器４で冷却された吸気をエンジン１に加圧送給するもの
である。

冷却用熱交換器４は、蛇行状に形成されたエバポレータ
であり、制御手段５により開度の調整がなされるエクス
パンションバルブ４ａによす、前記したようにエアクリ
ーナ６で浄化された吸気を冷却するようになっている。

冷却用熱交換器４にあって、被冷却媒体である吸気から
吸熱して気化したエバポレータ内の冷媒は、エンジン１
から図示しないベルトを介して回転駆動されるコンプレ
ッサ４ｂに導入されて圧縮され、高圧高温の状態とされ
る。次いで、コンデンサ４ｃで放熱して液化され、タン
ク４ｄに貯留されると共に、冷却用熱交換器４に循環す
るようになっている。なお、上記の液化された冷媒は、
エクスパンションバルブ４ａで絞り膨張され、低圧低温
の気液混合状態となりエバポレータに送給され、前述し
たように、吸気から熱を奪い気化してコンプレッサ４ｂ
に導入される。上記コンプレッサ４ｂには、制御手段５
により継切動作する電磁クラッチ４ｅが装着されている
。

制御手段５は、マイクロコンピュータにより構成され、
各種演算を行う演算処理部（ＣＰ　Ｕ）、制御プログラ
ムを内蔵する読み取り専用メモリ　（ＲＯＭ）、および
各種データを一時記憶する随時書込みメモリ　（ＲＡＭ
）などを含んでいる。

以上のように構成される過給機付エンジンは、第２図に
示すフローチャートに従い、以下のように作動される。

例えばスロットルバルブ９の開度を検出する開度検出ス
イッチがあり、それによりスロットルバルブ９の開度が
所定以上となったことが検出されると、エンジン１の負
荷が過給領域になったこと（フローチャートのステップ
１、以下８１などと記す）が制御手段５で確認される。

過給圧制御バルブ８が閉止され、吸気はバイパス２ａの
みを通過して加圧送給されて過給が開始される。温度セ
ンサ１０により検出される加圧後の吸気の温度Ｔａが、
冷却を必要とする下限温度Ｔ１以上であれば（Ｓ２）、
制御手段５により電磁クラック４ｅが継続炭柱とされ、
コンプレッサ４ｂが作動されると共に、エクスパンショ
ンバルブ４ａが開かれ、冷媒が冷却熱交換器４内に送給
され、吸気の冷却が開始される（Ｓ３）。吸気の温度Ｔ
ａが過給機３の耐久温度Ｔ２と比較され、Ｔａ＞Ｔ２で
あれば（Ｓ４）、冷却能力の上限に達する（Ｓ５）まで
、冷却能力の増大が図られる（Ｓ６）。冷却能力が上限
に達する（Ｓ５）と、制御手段５により過給圧制御バル
ブ８の開度が調整され、過給圧が低下される（Ｓ７）。

その結果、過給機３自体の昇温が停止して、その過熱が
防止される。

ところで、上記作動中におけるコンプレッサ４ｂの負荷
、過給圧および過給機３から吐出される吸気の温度は、
例えば、第３図（ａｌ〜（Ｃ）に示すように、制御手段
５により調整される。すなわち、エンジン１のトルクが
上昇し、スロットルバルブ９が所定の開度以上に開かれ
る（なお、外気温の高いときはトルクＱｌ、低いときは
トルクＱ２の時）と、過給機３が作動を開始し、過給圧
が上昇し始めると共に、過給機３から吐出される吸気の
温度も上昇する。そして、過給機３から吐出される吸気
の温度が服罪温度（前記した下限温度Ｔｌ）に到達した
ことが温度センサ１０で検出される（トルクＱ３．Ｑ４
の時）と、コンプレッサ４ｂが作動されると共に、エク
スパンションバルブ４ａ−が開かれ、冷媒が冷却用熱交
換器４内に導入される。加圧前の吸気が強制的に冷却さ
れ、過給機３から吐出される吸気の温度は、充填効率を
高めるために上記下限温度Ｔ１となるように調整される
。

したがって、エンジン１の高負荷時にも過給圧を最大限
に上げて吸気の充愼効率を向上させ、所期の出力向上を
図ることができる。なお、気温が高い時（図示実線）は
、低い時（図示破線）より早く吐出温度が下限温度Ｔ１
に達するため、コンプレフサ４ｂは、より早く作動が開
始され、過熱がを効に防止される。また、加圧後の吸気
の密度すなわち過給圧は、加圧される前の吸気の温度が
低い程高（なるため、気温が高い時に得られる過給圧の
最大値は、気温の低い時より若干低くなっている。

上記の実施例において、過給機３として容積形送風機で
あるルーツブロアを例にして述べたが、他の各種機械式
送風機または圧縮機でも、本思想を適用することができ
る。

第４図は異なる実施例で、ルーツブロア３の回転を制御
して過給圧の調整ができるようにした過給機付エンジン
である。これは、ルーツブロア３とクランク軸１ａとに
、それぞれ周知の可変直径プーリＩＩＡ、ＩＩＢを取付
けてベルト３ｂで伝動し、制御手段５によりルーツブロ
ア３の回転数を調整するようにしたものである。なお、
前記実施例で採用された過給圧制御バルブ８に代えて、
吸気通路２の開閉動作のみを行う過給切換バルブ８ａが
設けられ、その切換えにより、過給圧の調整は上記した
ようにもっばらルーツブロア３により行われるので、よ
り優れた制御応答性を得ることができる。

第５図はさらに異なる実施例で、特に寒冷地域などの外
気の温度が非常に低い条件下で使用される場合をも対象
として、弁装置の切換えなどにより、加圧前の吸気を冷
却せず、加圧後の吸気を冷却することもできるようにし
たものである。これは、外気の温度が非常に低い場合、
過給機３の上流に配置された冷却用熱交換器４で加圧前
の吸気を冷却すると、氷点下では凍結することがあり、
そのため、ブロア３やエンジン１のシリンダなどへ損傷
を与えたり、作動に異常を来したりなどして好ましくな
いことから、加圧後の昇温した吸気を冷却するようにし
ている。

図にて、エアクリーナ６には、外気の温度を検出して制
御手段５に入力するための外気温度センサ１２が設けら
れる。そして、過給機３を迂回するようにバイパス２ｂ
が設けられ、バイパス２ｂの上流側の吸気通路２に第１
開閉弁１３が、下流側の吸気通路２に第２開閉弁１４が
設けられ、それぞれ制御手段５により開閉される。なお
、上記バイパス２ｂには、バイパスバルブ８ｂが設けら
れている。

第１開閉弁１３の上流の吸気通路２がら第１分岐通路１
５が、上記バイパス２ｂの上流側の分岐点と過給機３と
の間の吸気通路２から第２分岐通路１６が、過給機３と
上記第２開閉弁１４との間の吸気通路２から第３分岐通
路１７が、上記第２開閉弁１４とスロットルバルブ９と
の間の吸気通路２から第４分岐通路１８がそれぞれ分岐
されている。また、冷却用熱交換器４の入口側に第１切
換弁１９が、出口側に第２切換弁２０が配置され、第１
切換弁１９には上記第１分岐通路１５と第３分岐通路１
７が接続され、第２切換弁２０には上記第２分岐通路１
６と第４分岐通路１８が接続される。上記の第１切換弁
１９と第２切換弁２０は、制御手段５により冷却用熱交
換器４の入口および出口をいずれか一方の通路に導通さ
せるために切換えられる。

このような過給機付エンジンにあっては、外気温度セン
サ１２により検出される外気の温度が凍結が懸念される
所定の温度以下の低温であれば、制御手段５により冷却
用熱交換器４の入口を第３分岐通路１７に導通させると
共に、出口を第４分岐通路１８に導通させるように、第
１切換弁１９と第２切換弁２０が切換えられる一方、第
１開閉弁１３が開かれ、第２開閉弁１４とバイパスバル
ブ８ｂが閉じられる。したがって、エアクリーナ６から
吸気通路２に導入される吸気は、まず、過給機３により
加圧された後に、第３分岐通路１７を経て冷却用熱交換
器４に導入される。そして、温度センサ１０で検出され
た吸気の吐出温度が冷却を必要とする下限温度Ｔ１以上
であれば、制御手段５によりエクスパンションバルブ４
ａが開かれると共に、コンプレッサ４ｂが始動されて加
圧後の吸気の冷却が開始される。冷却された吸気は、第
４分岐通路１８を経てエンジン１に供給される。

このように、外気が凍結の懸念される程低温である場合
には、吸気をすぐに冷却することなく、先に過給機３に
より加圧して、昇温後に冷却するようにしたので、吸気
の充填効率を向上させつつ、凍結を回避することができ
、エンジン１や過給機３に損傷を与えたり、作動に異常
を来すことなく、出力の向上を図ることができる。なお
、外気の温度が凍結を懸念するほどの低温でなければ、
冷却用熱交換器４の入口は第１分岐通路１５に、出口は
第２分岐通路１６に導通され、かつ第１開閉弁１３とバ
イパスバルブ８ｂは閉じ、第２開閉弁１４は開かれた状
態で、最初の実施例と同様の作動が行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の過給機付エンジンの実施例における制
御系統図、第２図は作動を説明するためのフローチャー
ト、第３図（ａｌはコンプレッサの負荷、（ｂｌは過給
圧、（Ｃ１は過給機からの吐出温度がトルクに応じて変
化する状態を示すグラフ、第４図および第５図は異なる
実施例における制御系統図である。 １−エンジン、２・−吸気通路、３・・−過給機（ルー
ツブロア）、４・・・吸気冷却手段（冷却用熱交換器）
、５−・−制御手段、１０・一温度検出手段（温度セン
サ）。 特許出願人　　　マ　ツ　ダ　株式会社代理人　弁理士
　言付　勝俊（ばか１名）ｊｇ２図 第３図 μルク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気通路に機械式過給機を備えたエンジンにおい
   て、 上記過給機上流に設けられ導入される吸気を冷却する吸
   気冷却手段と、 過給機から吐出される吸気の温度を検出する温度検出手
   段と、 該温度が所定の範囲となるように上記吸気冷却手段の作
   動を調整する制御手段とを装備したことを特徴とする過
   給機付エンジン。