JPS6287618A - 内燃機関の複合過給装置 - 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〕 本発明は排気ターボ過給機と機械式過給機とを具えた内
燃機関の複合過給装置に関する。

〔従来の技術〕

排気ターボ過給機（ターボチャージャ）はエンジンの低
回転域では作動しないため、この低同転域での過給を確
保するべくルーツポンプ等の容積型圧縮機（機械式過給
機）を付設して、回転数域に応じて両過給機を切換使用
し、実質上全回転域に亘って過給を確保するようにと２
だ複合過給装置は公知である。

ところでターボチャージャにはターゼ過給Ｌ［を所定の
ト限値以下に制御するウェイストゲートバルブが設けら
れている。ウェイストゲートヘルプはターボチャージャ
の排気タービンを迂回するバイパス排気通路の入口に設
けられ、ターボチャージャの過給圧に応じて開閉作動せ
しめられ、過給圧が所定の上限値に達するとウェイスト
ゲートハルブが閉弁し排気ガスを排気タービンに送るこ
となくバイパス排気通路に迂回させるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに上記の如き機械式過給機（スーパーチャージャ
）とターボチャージャとを直列に配設した複合過給装置
においては、ターボチャージャが作動しない低回転数６
１域においてはスーパーチャージャが過給を行う訳であ
るが、スーパーチャージャによる過給圧がターボチャー
ジャのウェイストゲートバルブの開弁設定圧を越えると
ターボチャージャが不作動にも拘らずウェイストゲート
バルブが開弁し、排気はバイパス排気通路に迂回してし
まう。従ってターボチャージャは不作動あるいは低回転
数のままであり回転がなかなか上昇しないということに
なる。そのため、エンジン回転数がターボチャージャの
作動領域に入るとスーパーチャージャが作動を停止しタ
ーボチャージャによる過給に移行するがこのスーパーチ
ャージャからターボチャージャへの切換時にターボチャ
ージャの作動が不充分で滑らかな切り換えが行なえない
。

つまりスーパーチャージャからターボチャージャへのつ
なぎが悪く出力が切換直後に一旦大きく低下しターボチ
ャージャが所要の作動状態に達するまで所要の出力は得
られないという問題がある。

また、スーパーチャージャの停止とターボチャージャの
作動との間に上記の如く不連続点があると、出力のｍ続
がスムーズに行われないためショックが発生し運転性を
大幅に損う。

本発明の目的は上記の如き問題点を解消すべくスーパー
チャージャによる過給圧がターボチャージャのウェイス
トゲートバルブの開弁設定圧を越えないように制御する
ことにより切換時の出力低下や運転性の悪化といった問
題の発生を防止することにある。

〔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に本発明によれば、吸気通路
内に主として機関低回数域で作動する機械式過給機と主
として機関高回転域で作動する排気タービン付ターボ過
給機とを直列に配置し、機械式過給機を迂回する吸気バ
イパス通路内に該吸気バイパス通路への吸気の流入を制
御する開閉弁を設けると共にターボ過給機の排気タービ
ンを迂回するバイパス排気通路に過給吸気圧により作動
せしめられるウェイストゲートバルブを設けてターボ過
給圧を所定値以下に制御するようにした内燃機関の複合
過給装置において、機械式過給機の過給作動時にターボ
過給機のウェイストゲートバルブに作用する作動過給吸
気圧をウェイストゲートバルブの開弁設定圧以下に制御
する過給吸気圧解放手段が設けられる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例につき説
明する。

第１図は本発明に係る複合過給装置の一実施例を示すも
ので、吸気通路１１内にはルーツポンプ等のスーパーチ
ャージャ１３とターボチャージャ１５とが直列に設けら
れる。吸気通路１１の一部にはスーパーチャージャ１３
を迂回するバイパス吸気通路（以下吸気バイパスと略称
する）１７が形成される。吸気バイパス１７内には開閉
弁２１が設けられるがこれについては後述する。スーパ
ーチャージャ１３は公知の如く電磁クラッチ１９の接・
断によりエンジン本体１ｏがらの作動、停止を抑制せし
められる。電磁クラッチ】９の接・断はコンピュータ３
０により制御される。

ターボチャージャ１５は公知の如く吸気通路１１内に設
けられるコンプレッサ１６と排気通路２３内に配置され
るタービン１８とを有し、排気ガスにより駆動されるタ
ービン１８の回転をｚンブレッサ１６に伝え吸気の過給
を行う。尚、２５゜２６．２７ハ夫々吸気通路内に配置
されるスロットル弁インテークマニホルド、サージタン
クである。

また、３２　、３４はエアクリーナ及びエアフロメータ
である。

ターボチャージャの排気タービン１８を迂回するバイパ
ス排気通路（以下、排気バ１′バスと略称する）４３内
にはターボチャージャの過給圧の上限値を制御するウェ
イストゲートバルブ４５が設けられる。ウェイストゲー
トバルブ４５はリンク機構５１を介してアクチュエータ
（例えばダイヤフラム装置）４７に連結される。ダイヤ
フラム装置４７の圧力作動室４８は圧力管４９を介して
サージタンク２７に連結される。サージタンク内の過給
吸気圧が所定値になると圧力作動室４８に作用する過給
圧がダイヤフラム４９を押動せしめ、リンク機構を介し
てウェイストゲートバルブ４５を開弁じ排気ガスを排気
バイパス４３にバイパスする。

一方、吸気バイパス１７内に設Ｂ、ｌられる開閉弁２１
は例えばエンジンが所定の回転数になったときにコンピ
ュータ３０からの信号に基づきアクチュエータ（例えば
ステップモータ）３６により開弁せしめられ、その結果
吸気はスーパーチャージャ１３を通ることなく吸気バイ
パス１７内に流れ、スーパーチャージャ１３による過給
は実質上停止する。尚、このとき、スーパーチャージャ
１３の電磁クラッチ１９もコンビエータ３０からの信号
によりエンジン１０から切り離され、スーパー千ヤージ
ャ１３は作動を停止する。

彷て上述の如き複合過給装置において、スーパーチャー
ジャ１３の作動時にはターボチャージャ１５が未だ作動
していないときであっても過給圧がウェイストゲートバ
ルブ４５の開弁設定値を越えてしまうとアクチェエータ
４７はウェイストゲートバルブ４５を開弁じてしよいタ
ーボチャージャがなかなか作動開始しない吉い・う事態
が発生する。このような事態を防止するために本発明に
よればスーパーチャージャ１３のバイパス１７の開閉２
１の開弁量をコンピュータ３０により制御し７てスーパ
ーチャージャによる過給圧がウェイストゲートバルブの
開弁設定圧を越えないように過給圧を一部解放する。

そのため、まず第１に本発明の一実施例ではウェイスト
ゲートバルブ４７の作動圧力取出口６１は前述の如（エ
ンジンのスロットル弁２５のＦ流域、例えばサージタン
ク２７あるいはインテークマニホルド２６に設けられる
。そしてこの圧力取出Ｉコロ１と同一の領域の圧力を検
出する第１の圧力センサ６３を設けてその検出信号Ｓ１
をコンピュータに入力する。

また、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６の上流
側吸気圧力を検出する第２の圧力センサ６７及びコンプ
レッサ１６の下流側吸気圧力を検出する第３の圧力セン
サ６９が夫々設けられ、夫々の検出信号Ｓ２．Ｓ３がコ
ンピュータ３０に入力される。

次に第３図を参照して第１図に示す実施例の作動を説明
する。一般にスーパーチャージャ１３はターボチャージ
ャが作動不可の低回転領域でのみ作動せしめられるがス
ロットル弁２５の開度がある値（例えば６０°）以上間
いていないときは過給を行う意味がないのでステップ３
０１でスロットル開度が所定値以上でかつステップ３０
２でエンジン回転数が所定値（例えば４０００ｒｐｍ）
以下の場合のみスーパーチャージャ１３が電磁クラッチ
１９によりエンジン１０に連結され、回転駆動せしめら
れる。尚、スーパーチャージャは上ｉ＆の如くターボチ
ャージャの不作動領域で作動せしめられるので第２圧カ
センサ６７、第３圧カセンサ６９によりターボチャージ
ャのコンプレッサの上下流の圧力差ΔＰが所定値ΔＰ、
（例えばΔＰ、　−５０ｍｍＨｇ）以下か否かを検出す
る（ステップ３０３）ことによりターボチャージャが作
動しζいるか否かを知ることができる。尚、ステップ３
０１，３０２，３０３は実質」−同時に生じる。

ステップ３０４でスーパーチャージャ１３がＯＮになる
と過給圧が上昇していき過給圧がウェー（ストゲートバ
ルブ４５の開弁設定圧Ｐ２　　（例えばＰｚ＝４００璽
１ｇ）に近い値ｐ、　　（例えばＰ、＝３９０＋＋ｕｎ
Ｈｇ）を越えると（ステップ３０５）以下のステップで
開閉弁２１の開度をフィードバック制御することになる
。過給圧が３９０ｍｍＨｇを越えない限り開閉弁２１は
全閉状態を保持され（ステップ３０６）スーパーチャー
ジャは過給を続ける。尚、スロットル開度信号Ｓ４及び
エンジン回転数信号Ｓ、は夫々スロットル開度センサ８
及び回転数センサ６によりコンビニ−々３０（ご人力さ
れる。

ステップ３０Ｌ３０２でスロットル開度が６０°以下、
あるいはエンジン回転数が４００Ｏｒｐｍ以上のときは
電磁クラッチ１９はＯＦＦにされ（ステップ３０７）そ
れと同時に開閉弁２１は全開せしめられ（ステップ３０
８）、スーパーチャージャ１３は作動しない。

スーパーチャージャによる過給圧がウェイストゲートバ
ルブの開弁設定圧４００ｉｎＨｇを越えたら（ステップ
３０９）開閉弁２１の弁開度を大きくしくステップ３１
０）、一方、４００ｍｍＨｇより小さい場合は開閉弁２
１の弁開度を小さくする（ステップ３１１）。こう１／
：′スーパーチャージャの過給圧に応（−；て開閉弁２
１の弁開度をフィードバック制御し、過給圧の−・部を
開閉弁２１を介して解放することにより過給圧がターボ
チャージャのウェイストゲートバルブの開弁設定圧を越
えることのないようにする。

尚、ターボチャージャ１５のコンプレッサの上下流の圧
力差ΔＰが所定値（例えばΔＰ　＝３９０ｍｍＨｇ）を
越えると（ステ・ノブ３１２）、そ鮮はターボチャージ
ャが十分な回転作動領域に達したことを意味するから、
その時へてスーパーチャージャの電磁クラッチ１０を０
トド ーチャージャの過給お作土しクーホ゛Ｊーヤージャによ
る過給へ移る。尚、ステップ３１３ば圧力差Δ！ンが５
０ｍｍ）Ｉｇと３９０ｉｎｌ１ｇとの間にある場合に前
回の状態を保持するだめのものである。

以上に記載した如く本発明によれば、ス・−パルチャ・
−パ２ヤ乙、：よる過給圧がつニーｒストう４−トハル
ブの開弁設定圧を越えないよらＱこすること乙こより、
第２図に示ず々ＩＩ　＜スーパー千ヤー：：５　、＋．
　ｌ，７よる過給からターボチャージャ４，τよる過給
−２の切換え′））＜出力の大幅な低下を伴うことなく
滑らかにｊ″ｒλ−、はぼフラットな出力特性が得られ
る。第２図にすンいて破線はスーパーチャ・−ジう・ζ
，二よる過給設定圧（第３図のＰ，に相）を示す。

第４図は本発明の第２の実施例を示すもので第１図と同
一部品は同一番号を付（７て説明を省略する。

第４図においてはウェイストゲートバルブ４５の作動圧
力を解放する手段が異なる点を除き第１図の実施例と実
質上同様の構成を有する。

即ち、第１図番こおいてはスーパーチャージャＩ３のバ
イパス１７の開閉弁２１の弁開度を制御することにより
スーパーチャージャの過給圧がウェイストゲートバルブ
４５の開弁設定圧を超えないように制御するものである
のに対し、第４図においてはスーパーチャージャによる
過給圧は減少させずにウェイストゲートバルブ４５を作
動せしめるアクチェエータ４７の作動圧力のみを解放す
ることによって同様の目的を果たすものである。

つまり、第４図においてはウェイストゲートバルブ４５
のダイヤフラムアクチュエータ４７の圧力作動室４８を
吸気管１７に連結する圧力惑知管４９内には例えば電磁
弁の形態をした第１制？１１１弁７１が設けられ、また
、圧力作動室４日は第２の電磁制御弁７３を介して人気
に連通せしめられる。

第１、第２制御弁７１　、　７３はコンピュータ３０か
らの信号に基づき第１図の場合と同様の方法により開閉
制御される。

第５図は第４図に示す実施例の作動フローチャートを示
すものであるが、ステップ４０１〜４０３は第３図と全
く同様である。

ステ・ノブ３０４　で電磁クラッチ１９がＯＮになり、
ステップ４０５で開閉弁２１が全閉すると、即ちスーパ
ーチャージャ１３がＯＮになると過給圧が上昇していき
過給圧がウニイストゲ＝−・Ｉ・バルブ４５の開弁設定
圧Ｐ（例えばＰ　＝　４００１１ｍＨｇ）を装えると（
ステップ４０６）、第１制御弁７１が閉弁しくステップ
４０７）かつ第２制御弁７３が開弁する（ステップ４０
８）、その結果、スーパーチャージャによる過給圧がた
とえターボチャージャのウェイストゲートバルブ４５の
開弁設定圧をこえても、その過給圧は閉弁位置にある第
１制御弁７１によりウェイストゲートバルブ１１５の７
クチユエ・−タ４７乙こはもはや伝えられず、しかも？
り千ユエータ・ｔ゛７の圧力作動室４８は開弁位置Ｃ＝
ある第２制御１ｐ　７　３により大笑、（、１：解放せ
しめられるのでアクチームエータ４７は不作動のままで
ある。従って、ウ−Ｌイストゲートハルブ４５は開弁じ
ない。

−力、スーパーチャージャ乙こよるａ　給圧力４００ｍ
ｍＨｇに達しない限り第１制御弁７１は開弁位置にあり
（ステップ４０９）、かつ第２制御弁′７３は閉弁位置
にある（ステップ４１０）。

ステップ４０１，４０２でスロットル開度が６０″以下
、あるいはエンジン回転数が４００Ｏｒｐｍ以上のとき
は電磁クラッチ１９はＯＦＦにされ（ステップ４１１）
、それと同時に開閉弁２１は全開せしめられ（ステップ
４１２）、スーパーチャージャ１３は作動しない。

尚、ターボチャージャ１５のコンプレッサの上下流の圧
力差ΔＰが所定値（例えばΔＰ　＝３９０ｎｕｎｆ（ｇ
）を越えると（ステップ４１３）、それはターボチャー
ジャが十分な回転作動領域に達したことを意味するから
、その時点でスーパーチャー・ジャの電磁クラッチ１９
をＯＦＦにしくステップ４１１）でスーパーチャージャ
の過給を停止しターボチャージャによる過給へ移る。こ
とは第３図と同様である。またステップ４１４で圧力差
ΔＰが５０■＊Ｈｇと３９０寓ｌＨｇとの間にある場合
に前回の状態を保持することも第３図の場合と同様であ
る。

〔発明の効果〕

以上に記載した如く本発明によれば、うエイストゲート
バルブのアクチュエータに作用するスーパーチャージャ
による過給圧がウニイストゲ−１バルブの開弁設定圧を
越えないようにすること！、４二より、スーパーチャー
ジャζ、：　Ｊ＝ろ過給からターボチャージャによる過
給への切換えが出力の大幅な低下を伴うことなく滑らか
に行え、はぼフラ７．・トな出力特性が得られ、それと
同時にターボチャージャの作動立ち上りを良好にするこ
とができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る複合過給装置の全体
構造を示す図解図、第２図は本発明の効果を示す吸気圧
力特性線図１、第３図は第１図に示す装置の作動フロー
チャート図、第４図は本発明の第２実施例に係る過給装
置を示す第１図と同様の図、第５図は第４図に示す装置
の作動フローチャート図。 １１・・・吸気通路、 １３・・・スーパーチャージャ、 １５・・・ターボチャージャ、 １７・・・バイパス通路、　２１・・・開閉弁、４５・
・・ウェイストゲートバルブ、 ４７・・・アクチュエータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気通路内に主として機関低回数域で作動する機械式過
   給機と主として機関高回転域で作動する排気タービン付
   ターボ過給機とを直列に配置し、機械式過給機を迂回す
   る吸気バイパス通路内に該吸気バイパス通路への吸気の
   流入を制御する開閉弁を設けると共にターボ過給機の排
   気タービンを迂回するバイパス排気通路に過給吸気圧に
   より作用せしめられるウェイストゲートバルブを設けて
   ターボ過給圧を所定値以下に制御するようにした内燃機
   関の複合過給装置において、機械式過給機の過給作動時
   にターボ過給機のウェイストゲートバルブに作用する作
   動過給吸気圧をウェイストゲートバルブの開弁設定圧以
   下に制御する過給吸気圧解放手段を設けたことを特徴と
   する複合過給装置。