JPS6233412B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は過給機を装着したエンジンの過給圧制
御装置に関する。

従来から自動車の排気エネルギーを利用し、排
気タービンと該タービンと同軸の吸気コンプレツ
サを回転させ、エンジンに供給する吸入空気を過
給することによつてエンジンの充填効率を高くし
た、いわゆる排気ターボ過給機付エンジンは一般
に知られている。また、前記ターボ過給装置は排
気タービンの上・下流間を連通させた排気バイパ
ス路を設け、該排気バイパス路に吸気側の過給圧
により開閉されるウエストゲートバルブを設置し
たり、あるいは、吸気コンプレツサの上・下流間
を連通させた吸気バイパス路を設け、該吸気バイ
パス路に吸気の過給圧により開閉されるブローオ
フバルブを設けたり、さらには、吸気コンプレツ
サー下流をブローオフバルブを介して大気に開放
したりして、高速回転域での過過給を防止してエ
ンジンの信頼性を改善していた。しかし、前述の
ように排気バイパス通路と吸気バイパス通路のう
ちいずれか一方のみを設置した場合、前記ウエス
トゲートバルブあるいはブローオフバルブが故障
した時に、高速回転域において過過給となりす
ぎ、エンジンが破損してしまう不具合があつた。
このような不具合を防止するものとして、従来排
気バイパス通路と吸気バイパス通路を並設したも
のがあり、このものにおいては、排気バイパスに
より第１図に示すような過給圧制御を行い、吸気
バイパスは、該吸気バイパス通路のブローオフバ
ルブのリリーフ設定圧をウエストゲートバルブよ
り若干高くして、ウエストゲートバルブの故障時
あるいは、急減速時の過過給に対する安全装置と
して使用していた。

また、吸気バイパス通路と排気バイパス通路を
同時に制御するものとして、特開昭56―20720号
に示されるように、エンジン各部に取り付けたセ
ンサーにより吸気バイパス及び排気バイパス時期
を電子制御するようにしたものもある。

一方、過給機には第２図に示す性能曲線ｂ，ｃ
のように、２つの種類がある。すなわち、排気タ
ービン及び吸気ブロアの径を大きくとり、高速回
転域において過給するようにした第２図の曲線ｃ
のような大型のターボ過給機と、排気タービン及
び吸気ブロアの径を小さくとり、低速回転から過
給するようにした第２図の曲線ｂのような小型の
ターボ過給機である。また、一般に排気ターボ過
給機等の強制過給機を備えたエンジンにおいて
は、過給することによつて充填効率が高く、且つ
圧縮比も高くなり、エンジンが破損する恐れがあ
るため、圧縮比がノンターボエンジンに比べ低く
設定されている。このため、大型のターボ過給機
を装着したエンジンにおいては、高速回転域にお
いて吸気の充填効率が高くなるのを見込んで設定
圧縮比を下げているため、過給が行われない低速
回転域において燃費が悪化する不具合があつた。
これを改善するものとして、低速回転域から過給
できる小型のターボ過給機を装着したエンジンが
あるが、このものにおいては一般に高速回転域に
おける充填効率が大型のターボ過給機よりも低い
ため、設定圧縮比を高くして全回転域における燃
費を向上させている。しかし、前記小型のターボ
過給機を装着したものにおいては、低速回転域か
ら過給が始まり、且つ、圧縮比も高く設定してい
るため、登坂時のような低速回転高負荷域におい
てノツクが発生する不具合があつた。

また、小型及び大型のターボ過給機を装着した
エンジンにおいては高速回転域において共通の問
題があつた。すなわち、車両にエンジンを搭載し
た場合のエンジンの最高回転数は、第３図に示す
ように抵抗馬力曲線ｄと、各エンジンにおける性
能曲線ａ，ｂ，ｃとのぶつかり合う点になるがこ
の場合、ノンターボエンジンの性能曲線ａにおけ
る最高回転数に比べ小型ターボを装着したエンジ
ンの性能曲線ｂにおける最高回転数、及び、大型
ターボを装着したエンジンの性能曲線ｃにおける
最高回転数は、それぞれＡ，Ｂの分だけ高くな
る。このため、最近のエンジンのように軽量化、
コストダウンを図つて、肉厚をできるだけ薄くし
たエンジンに過給機を装着した場合、最高回転数
が高くなりエンジン本体の耐久性を著しく損うと
いう不具合を生じるのであつた。

本発明は、排気ターボ過給機を装着したエンジ
ンにおいて従来からの排気バイパス通路及び吸気
バイパス路とは別に第２の吸気バイパス通路をエ
ンジンの回転数によつて開閉するコントロールバ
ルブを介して設け、該コントロールバルブを、少
なくとも最高回転域において開成させることによ
つて、すなわち、小型のターボ過給機を装着した
場合には低速回転域及び高速回転域において、大
型のターボ過給機を装着した場合には高速回転域
においてそれぞれ開成するように制御することに
よつて、前述した不具合をことごとく解消したも
のである。

以下、本発明のうち小型のターボ過給機を装着
した場合における一実施例を第４図、第５図を参
照して説明する。

第４図において１はエンジン本体、２は排気タ
ーボ過給機を示している。そして、エアークリー
ナ３からエンジン本体１の吸気ポート１ａに至る
吸気系路４と、エンジン本体１の排気ポート１ｂ
から触媒コンバータ５を経由して図示しないマフ
ラーに至る排気系路６をそれぞれ設けている。

吸気系路４側は、エアークリーナ３を介して取
り入れられた給気が排気ターボ過給機２の吸気コ
ンプレツサ７に導かれ、この吸気コンプレツサ７
によつて加圧された後、インテークエアーサージ
タンク８内に充填され、更にこのエアーサーザタ
ンク８から気化器９を経てエンジン本体１の吸気
ポート１ａからエンジン本体１内に供給され得る
ように構成されている。一方、排気系路６側はエ
ンジン本体１の排気ポート１ｂから排出される排
気がエキゾーストマニホールド１０を経て排気タ
ーボ過給機２の排気タービン１１に導かれ、該排
気タービン１１を回転駆動させた後、触媒コンバ
ータ５および図示しないマフラー等を介して大気
中に放出され得るように構成されている。なお前
記排気ターボ過給機２は従来、公知のものである
が、通常の過給機に比べて小型、軽量のものを使
用している。

そして、吸気系路４には、前記吸気コンプレツ
サ７の上・下流間を連通させる第１の吸気バイパ
ス通路１６を設けている。この第１の吸気バイパ
ス通路１６は、その一端をブローオフバルブ１７
を介してインテークエアーサージタンク８に接続
するとともに、他端をエアークリーナ３に直結し
てなる。しかして、前記ブローオフバルブ１７は
スロツトルを急激に閉じた時、あるいは、ウエス
トゲート・バルブ１９が故障した時等、インテー
クエアーサージタンク８内の過給圧が所定の値を
越えた場合に開弁して過給気を吸気コンプレツサ
７の上流側に再循環させ、前記吸気コンプレツサ
７を保護するようになつている。

また、前記吸気系路４に、第１の吸気バイパス
通路１６に併設して吸気コンプレツサ７の上、下
流間を連通させる第２の吸気バイパス通路１２を
設けている。この第２の吸気バイパス通路１２に
はその一端をインテークエアーサージタンク８に
接続するとともに、他端をエアークリーナ３に接
続するもので、この第２の吸気バイパス通路１２
の途中に電磁弁等よりなるコントロールバルブ１
３を介在させている。このコントロールバルブ１
３はエンジン本体１の回転速度を検知して開閉動
作するよう構成されるもので、イグニツシヨンコ
イル１４より検出されるエンジンの回転速度に比
例したパルス信号を回転コントローラ１５に入力
しこの回転コントローラ１５に予め設定される回
転速度領域で前記コントロールバルブ１３に励磁
信号を出力して、該バルブ１３の開閉駆動を行な
うようにしている。また、前記回転コントローラ
１５は、エンジンの回転速度が零から、例えば、
2000rpmまでの低速回転領域と、例えば、
6000rpmを越える高速回転領域でコントロールバ
ルブ１３に励磁信号を出力して、該バルブ１３の
開成動作を行なわしめるようにしたもので、これ
らの低速及び高速回転領域では第２の吸気バイパ
ス通路１２が開路して、過給をカツトするように
している。

一方、排気系路６側には、前記排気タービン１
１の上、下流間を連通させる排気バイパス路１８
を設け、この排気バイパス通路１８の途中にウエ
イストゲートバルブ１９を介設している。このウ
エイストゲートバルブ１９はダイアフラム２０を
有するバルブコントローラ２１によつて開閉制御
されるもので、該バルブコントローラ２１のスプ
リング２２側を大気に開放するとともに、ダイア
フラム室２３を過給圧案内路２４を介して前記吸
気系路４の吸気コンプレツサ７の吐出口付近に連
通させている。また、ダイアフラム２０の中心に
作動棒２５の一端を連結し、該作動棒２５の他端
をウエイストゲートバルブ１９に連結している。
つまり、前記ウエイストゲートバルブ１９は吸気
系路４側の過給圧の大きさによつて開閉制御され
るもので、設定過給圧以下では全閉状態となり、
設定過給圧を越えると、その過給圧に応じたバル
ブ開度がバルブコントローラ２１によつて与えら
れ、排出ガスがこのバルブ開度に応じて排気バイ
パス通路１８内をバイパスしてマフラー側に排出
され、最大過給圧を適正値に維持するようになつ
ている。

このような構成によれば、エンジンの回転速度
が回転コントローラ１５に設定される低速回転領
域内では、コントロールバルブ１３が開成状態に
あるため、第２の吸気バイパス通路１２が開通し
て過給をカツトした状態にある。つまり、この低
速回転領域内では過給機を装着しないエンジンと
して作動し、出力特性は第５図に示す低速回転領
域内の実線部で示すようなものになる。

ついで、エンジンの回転速度が前記低速回転領
域を越え、かつ、回転コントローラ１５に設定
される高速回転領域に達するまでの中速回転領
域内では、コントロールバルブ１３が閉成状態
にあるため、第２の吸気バイパス通路１２が閉塞
されて排気ターボ過給機２による過給が作用する
状態となる。つまり、この中速回転領域内では
過給機を装着したエンジンとして作動し、出力特
性は第５図に示す中速回転領域内の実線部で示
すようなものになる。

ついで、エンジンの回転速度が高速回転領域
内に達すると、コントロールバルブ１３が再び開
成状態となつて、第２のバイパス通路１２が開通
し、再び過給がカツトされた状態になる。つま
り、この高速回転領域内でも、過給機を装着し
ないエンジンとして作動し、出力特性は第５図に
示す高速回転領域内の実線部で示すようなもの
になる。

したがつて本装置によれば、回転コントローラ
１５に予め設定される低速回転領域と高速回転
領域においては、過給機を装着しない、いわゆ
るノンターボエンジンとして作動するため、特に
小型の過給機を採用する場合において問題となつ
ていた登坂時等の低速回転高負荷域に生じるノツ
クが解消され、また高速回転域でのエンジン回転
数をノンターボエンジンにおけるエンジン回転数
に抑えることができるため、ターボ過給機を装着
するに際して特にオーバーラン対策等によるエン
ジンの補強を施さなくてもよいので、従来のエン
ジンが流用でき、コストダウン及び生産性の向上
が可能である。

また、本装置によれば第４図に実線部で示すよ
うな出力特性が得られるため、特に低速回転領域
から過給の始まる中速回転領域に移行する際
に、急激な出力の増加があるため、良好な加速感
が得られる。また、第５図からも分るように、低
速回転領域から中速回転領域にかけて、大型
の過給機を装着した場合に近似した出力特性を示
すことから、小型の過給機を搭載しながら、あた
かも大型の過給機を搭載しているような印象を与
えることもできる。しかも、本装置による場合は
最も常用される中、低速回転域（中速回転領域
における低速側）で大型の過給機を装着した場合
よりも出力が大きい利点がある。

ここで、第５図の破線で示す各曲線ａ，ｂ，ｃ
は第２図における曲線ａ，ｂ，ｃをそのまま用い
たもので、曲線ａは過給機を装着しない場合、曲
線ｂは小型の過給機を装着した場合、曲線ｃは大
型の過給機を装着した場合のエンジンの出力特性
を示したものである。

また、本実施例中のブローオフバルブ１７及び
ウエイストゲートバルブ１９は前記コントロール
バルブ１３とは独立して作用し、それぞれコンプ
レツサ７の保護及び最大過給圧を適正に維持すべ
く作動する。

さらに、本実施例においてブローオフバルブ１
７とコントロールバルブ１３を別々に設け、吸気
バイパス通路を共用させるようにしても同様の効
果を得ることができる。

なお、本発明は、前記実施例のものに限定され
ないのは勿論であり、例えば、ブローオフバルブ
およびウエイストゲートバルブのいずれか一方を
省略したり、第１及び第２の吸気バイパス通路を
大気に開放する等、種々変形が可能である。

以上、一実施例として小型の過給機を装着した
場合について説明したが、本発明は排気ターボ過
給機を装着したエンジンにおいて従来からの排気
バイパス通路及び吸気バイパス通路とは別に第２
の吸気バイパス通路をエンジンの回転数によつて
開閉するコントロールバルブを介して設けたの
で、前記コントロールバルブが故障した時、ある
いは、ウエストゲートバルブが故障した時などに
おける安全性がブローオフバルブを介した吸気バ
イパス通路により確保できる。

さらに、前記コントロールバルブを、少なくと
も高速回転域において開くように制御しているの
で、すなわち具体的には小型のターボ過給機を装
着した場合には低速回転域及び高速回転域におい
て、大型のターボ過給機を装着した場合には高速
回転域においてそれぞれ開成するように制御した
ので、小型のターボ過給機を装着した場合におけ
る登坂時等の低速回転高負荷域でのノツクを防止
するとともに、小型及び大型のターボ過給機を装
着した場合における高速回転域での過回転を抑え
てエンジンに対する負荷を軽減し、特にエンジン
を補強することなくターボ過給機を装着すること
ができ、従来のエンジンが流用できる等のコスト
ダウン及び生産性向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は排気ターボ過給機の過給圧制御特性を
示す図、第２図は過給機の有無及びその規模に基
くエンジンの出力特性を示す図、第３図はエンジ
ンの出力に対する最高回転数を示す図、第４図は
本発明の一実施例を示すシステム図、第５図は本
発明によるエンジンの出力特性を示す図である。 １…エンジン本体、２…排気ターボ過給機、７
…吸気コンプレツサ、１２…第２の吸気バイパス
通路、１３…コントロールバルブ、１６…第１の
吸気バイパス通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排気ターボ過給機を備えたエンジンにおい
   て、吸気コンプレツサの下流に、該コンプレツサ
   下流の過給圧が所定以上になると開成するブロー
   オフバルブを介設した第１の吸気バイパス通路
   と、エンジンの回転数によつて開閉し少なくとも
   高速回転域において開くコントロールバルブを介
   設した第２の吸気バイパル通路とを設け、前記両
   通路を吸気コンプレツサ上流側、あるいは、大気
   に開放したことを特徴とする過給機付エンジンの
   過給圧制御装置。