JPS6329852Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

［考案の技術分野］ 本考案は排気ターボ過給機付内燃機関に係り、
特に低速トルクを向上させるようにセツテイング
された排気ターボ過給機付内燃機関において、高
速域でのトルクアツプ、最高出力の向上を達成で
きる排気ターボ過給機付内燃機関に関する。 ［考案の技術的背景とその問題点］ 一般に排気ターボ過給機（以下、「過給機」と
いう。）にあつては機関保護やタービンのオーバ
ーランを防止するために最高過給圧が設定されて
いる。過給圧制御はウエストゲート弁等が制御さ
れ排気ガス等が一部バイパスされて行なわれ最高
過給圧以上の吸気過給が規制される。このような
過給圧制御が開始されるインターセプトポイント
回転（機関回転速度）は、低速トルク重視の機関
では低く設定され、またブロア容量も小さく設定
される。 低速トルク重視の過給機付内燃機関にあつては
機関低速域で過給機を適切に作動させ、十分な吸
気量を過給させて所望のトルク向上、出力アツプ
を達成するが、最高過給圧が発生される機関回転
速度（以下「限界速度」という。）を超える機関
高速域においては、上述したような過給機設定条
件に基づきその性能を充分に発揮させ得ないた
め、トルクや最高出力が無過給機関と略同様とい
う不満足な性能しか得られず、反面無過給機関に
比べ燃費が悪くなるという問題があつた。高速域
では上述したようにブロアによる吸気過給が規制
される結果、各気筒に供給される吸気量が不足す
るからである。 そこで、低速トルクを重視して過給機をセツテ
イングした場合、高速域では過給機をキヤンセル
して（例えば、吸・排気路に過給機をバイパスす
る通路を設け、これを機関回転速度に応じて開閉
弁等で制御するもの）無過給機関として運転する
よう構成し、高速域での燃費向上を図ることが考
えられる。 しかしこのような構成では、過給機を備えなが
ら低速域のみでしか利用できず、高速域でのトル
ク向上や最高出力アツプを望むことができないと
いう不満足な結果しか得られない。 ところで従来種々の過給機付内燃機関が提案さ
れている。 第１図に示すものは実開昭53−115204号公報に
開示されたものである。該考案は吸・排気通路
ａ，ｂの途中に切換弁ｃ，ｄを介して吸・排気バ
イパスｅ，ｆを分岐形成し、これらバイパスｅ，
ｆに過給機ｇを設け、切換弁制御により機関ｈを
通常モードと過給気モードとで択一的に運転する
ものである。該考案は上述した過給機をキヤンセ
ルする考え方に基づくものと考えられ、過給機ｇ
をキヤンセルしたときには十分なトルク、出力を
得られず、上記問題を解決することはできない。 第２図に示すものは特開昭56−154127号公報に
開示されたものである。該発明は、同一のクラン
ク軸で連結された２つの機関（機関グループｉ，
ｊ）を備えた構成で成り、一方は過給機ｋを有し
て過給運転され、他方は無過給運転されるもので
ある。該発明にあつても過給機ｋを低速トルク向
上のためにセツテイングした場合、機関ｉでの高
速域におけるトルク、最高出力は無過給機関と同
等となる。従つて当該発明にあつては、機関双方
を駆動しても高速域ではちようど無過給機関を２
つ運転するのと同様な結果しか得られないもので
ある。 ［考案の目的］ 本考案は上述したような問題点に鑑みて創案さ
れたものである。 本考案者は、過給機が限界速度以下の作動状態
に抑えられるならば機関の高速域においても所定
の過給圧で所定量の吸気を過給することに着目
し、該過給機を一部気筒に連結し、限界速度以下
の作動状態に抑えつつその供給量で賄い得る一部
気筒に過給吸気を供給し、他の気筒には無過給気
を供給して機関全体の吸気不足を解消しつつ高速
域でも過給気を利用することを見出して本考案を
完成するに至つたものである。 本考案の目的は低速トルクを向上させるために
セツテイングされた過給機付内燃機関において高
速域でのトルクアツプ、最高出力の向上を達成で
きる排気ターボ過給機付内燃機関を提供すること
にある。 ［考案の概要］ 上記目的は、本考案によれば次の構成により達
成される。 即ち、排気ターボ過給機を備え内燃機関に過給
気を給排するための第１の吸・排気系と、上記内
燃機関に無過給気を給排するための第２の吸・排
気系と上記内燃機関に過給気と無過給気とを給排
させるために、各気筒夫々に独立に上記第１の
吸・排気系と第２の吸・排気系とを連通させるた
めの系路切換機構と、上記内燃機関の回転速度と
負荷とを検出して、低速高負荷時全気筒に過給気
を供給し、高速高負荷時一部気筒に過給気を供給
し、他の気筒に無過給気を供給すべく上記系路切
換機構を制御する検出制御手段とを備えて成るも
のである。 ［考案の実施例］ 以下に本考案の好適一実施例を添付図面に従つ
て詳述する。 第３図に示すように、１は内燃機関であり、図
示例にあつては６気筒C₁〜C₆のものが示される。
この機関１には夫々インテークマニホールド２、
エキゾーストマニホールド３を介して吸気を供給
し、排気を排出するための第１の吸・排気系５，
６が接続される。この第１の吸・排気系５，６に
は排気エネルギで吸気を過給するための排気ター
ボ過給機７が介設される。この排気ターボ過給機
７は低速トルク重視のためインターセプトポイン
ト回転を低く、且つ又ブロア容量が小さく設定さ
れている。 また、この機関１には無過給気を給排するため
の第２の吸・排気系８，９がインテークマニホー
ルド２とエキゾーストマニホールド３を介して接
続される。図示例にあつては、第２の吸気系８
は、一端がブロア７ａ上流側の第１の吸気系５に
接続され他端がインテークマニホールド２の上記
第１の吸気系５が接続された側と反対側の端部に
接続される。また第２の排気系９は、一端がター
ビン７ｂ下流側の第１の排気系６に接続され他端
がエキゾーストマニホールド３の上記第１の排気
系６が接続された側と反対側の端部に接続され
る。即ち、これら第２の吸・排気系８，９は過給
機７をバイパスして無過給気が流通され機関１に
給排するように構成される。以上のように接続さ
れた２系統の吸・排気系５，６，８，９とこれら
を機関１に接続するためのインテークマニホール
ド２、エキゾーストマニホールド３とには機関１
の各気筒C₁〜C₆夫々に択一的に過給気又は無過
給気を給排すべく、各気筒C₁〜C₆に対して個別
に第１の吸・排気系５，６又は第２の吸・排気系
８，９を連通させるために系路を切り換える系路
切換機構が備えられる。 この系路切換機構は、図示例にあつては５つの
開閉弁V₁〜V₅から構成される。 第２の吸・排気系８，９には、これら系路を遮
断して無過給気の流通を規制し、吸・排気を第１
の吸・排気系５，６に流通させて過給機７の駆動
により機関１に無過給気を供給させるための第１
の開閉弁V₁と第２の開閉弁V₂とが夫々に介設さ
れる。これら第１，第２の開閉弁V₁，V₂は同期
して作動される。第１、第２の開閉弁V₁，V₂が
閉成される際には、第３〜第５の開閉弁V₃〜V₅
は開放され、機関１の全気筒C₁〜C₆には過給吸
気が供給されて機関１は過給運転されるようにな
つている。 また、第１の吸気系５にはブロア７ａの下流側
に該系路を遮断して過給気の流通を規制し、吸気
を第２の吸気系８に流通させて機関１の全気筒
C₁〜C₆を無過給運転させるための第３の開閉弁
V₃が設けられる。第３の開閉弁V₃が閉成される
際には、第１、第２の開閉弁V₁，V₂と第４，第
５の開閉弁V₄，V₅とは開放されて機関１は無過
給機関として構成される。この場合、排気は第
１、第２の排気系６，９に流通される。第１の排
気系６に流通される排気の一部はタービン７ｂを
継続的に緩かに回転駆動する。 これはブロア７ａからの油洩れ防止と、過給運
転への切換時、過給機７の立上りを向上させるた
めの構造であり、従つて無過給運転時にあつても
ブロア７ａは低速ながら回転駆動される。このブ
ロア駆動により第３の開閉弁V₃に遮断されたブ
ロア７ａ下流側が昇圧されてブロア７ａがサージ
ングを起すのを防止するため、第１の吸気系５に
は、第３の開閉弁V₃をバイパスさせて昇圧空気
を逃がすための絞り通路１０が設けられる。該第
３の開閉弁V₃を絞り弁に代替すれば、絞り通路
を省略しても良い。 更に第１の吸・排気系５，６と第２の吸・排気
系８，９とが夫々両端に接続されたインテークマ
ニホールド２とエキゾーストマニホールド３には
同時に供給される過給気と無過給気とを機関１の
各気筒C₁〜C₆夫々に個別的に導入するために、
各気筒C₁〜C₆に第１の吸・排気系５，６又は第
２の吸・排気系８，９を独立に連通させるべくそ
れら内方を所定気筒毎に区画遮断する第４、第５
の開閉弁V₄，V₅が設けられる。これら第４，第
５の開閉弁V₄，V₅は吸気側と排気側とに対称に
設けられ、同期して作動される。図示例にあつて
は、第４、第５の開閉弁V₄，V₅は夫々第４気筒
C₄と第５気筒C₅との間に対称に設けられ、第１
〜第４気筒C₁〜C₄には第１の吸・排気系５，６
から過給気が給排され、第５、第６気筒C₅，C₆
には、第２の吸・排気系８，９から無過給気が給
排されるように構成される。これら第４、第５の
開閉弁V₄，V₅が閉成される際には、第１〜第３
の開閉弁V₁〜V₃全てが開放され、機関１には各
気筒C₁〜C₆夫々に並行して過給気と無過給気と
が給排されるようになつている。 他方これら開閉弁V₁〜V₅には、機関１の運転
状態（機関負荷、機関回転速度）を検出してこれ
らを開閉制御し、系路を切り換えるための検出制
御手段１２が接続される。この検出制御手段１２
は、主に電源部１３、検出部１４、記憶部１５、
演算部１６とから構成される。検出部１４は機関
回転速度Ｎを検出する回転数センサ１４ａと機関
負荷（例えば燃料噴射量等を検出対象とする。）
Ｌを検出する負荷センサ１４ｂとから成り、これ
らの検出値はインプツトデータとして逐次演算部
１６に入力されるように構成される。記憶部１５
は、上記系路切換機構を制御するために、検出部
１４から入力されるデータと比較される設定デー
タを記憶する。このデータは第８図に示すように
縦軸に機関負荷Ｌ、横軸に機関回転速度Ｎがとら
れた座標上に設定負荷Lcと設定回転速度Ncが与
えられて負荷−回転速度グラフ（以下「Ｌ−Ｎグ
ラフという。）として記憶される。 設定負荷Lcは、燃費に関し低負荷から高負荷
まで最良燃費が得られるように、無過給運転の方
が燃費が良い場合と過給運転の方が燃費が良い場
合とに対応させて設定される（図中、Lc＝ｆ
（Ｎ）で示す。）。 設定回転速度Ncはブロア７ａの容量により定
まる。即ち、第６図に実線Pbcで示すように全気
筒過給運転するとき最高過給圧Pbmaxを維持で
きる機関の限界速度Nc′を超えると過給圧Pbは降
下し、ブロア７ａはオーバーランを生じる。そこ
で設定回転速度Ncはオーバーランが生じる前の
機関回転速度Nc（≒Nc′）として与えられる。即
ち、設定負荷Lcは無過給で機関１を運転した方
が燃費が良い上限の負荷を与え、設定回転速度
Ncは過給運転した場合、過給圧Pbが最高過給圧
Pbmaxから降下し始める機関回転速度を与える
ものである。 このようにして与えられた設定値により、Ｌ−
Ｎグラフ上には機関１の運転状態に対応させた３
つの領域（以下、「領域」、「領域」、「領域」
という。）が与えられる。即ち、領域は低速高
負荷状態、領域は高速高負荷状態、領域は低
負荷状態である。従つて、検出部１４によつて検
出されたデータと、記憶部１５に記憶させたＬ−
Ｎグラフとを比較することにより、現実の機関運
転状態が上記領域に対応して判断されることにな
る。 第３図に示すように、演算部１６は機関１の運
転期間中逐次記憶部１５のデータと検出部１４か
らのデータとを比較演算化して系路切換機構を制
御するように構成される。その制御は〈表〉に示
される。

【表】 尚、図中１７はウエストゲート弁であり、シリ
ンダ１８内に過給圧が導入されてバネ１９に抗し
て撓むダイヤフラム２０に作動されるロツド２１
を備えたアクチユエータ２２によつて開閉制御さ
れ、排気の一部を開放して過給圧制御を施すよう
に構成される。 次に本考案の作用について述べる。 第４図のフローチヤートに従つて説明する。 キースイツチを作動し、機関１を始動させると
検出制御手段１２の演算部１６は記憶部１５から
Ｌ−Ｎグラフを読み込む。 Ｌ−Ｎグラフを読み込んだ演算部１６は、機関
起動時の初期制御として系路切換機構の作動を領
域にセツトする。 領域は機関１が低負荷状態にあることに対応
させたものであり、全気筒無過給運転が行なわれ
る。〈表〉に示すように、第３の開閉弁V₃のみが
閉成され、過給運転がキヤンセルされる。第１、
第２、第４、第５の開閉弁V₁，V₂，V₄，V₅が開
成されることにより、吸気は第２の吸気系８を介
して全気筒C₁〜C₆の吸入負圧で吸入され、排気
は第２の排気系９を介して排出される。尚、排気
の一部は第１の排気系６に流通されタービン７ｂ
を駆動する。 次に、キースイツチの作動により機関１が停止
されない限り、演算部１６は検出部１４から検出
値を読み込む。検出部１４の回転数センサ１４
ａ、機関負荷センサ１４ｂは逐次機関回転速度Ｎ
と機関負荷Ｌとを同期してアウトプツトする。 次に演算部１６は検出部１５から入力されたデ
ータＬ、Ｎと記憶部１５から読み込んだ設定デー
タ（Ｌ−Ｎグラフ）とを逐次比較演算する。 検出負荷Ｌと設定負荷Lcとの比較 (a) Ｌ＜Lcの場合 機関１は低負荷状態にあり、
機関１を無過給運転に維持でき燃費が良いこと
から系路切換機構の制御は領域に保持され
る。領域は低負荷状態にある限り、全速度域
に亙つてセツトされる。 (b) Ｌ≧Lcの場合 機関１が高負荷状態にあり、
過給運転することが必要となるため以後演算部
１６はの比較を行なう。 検出回転速度Ｎと設定回転速度Ncとの比較 (a) Ｎ＜Ncの場合 機関１は低速高負荷状態に
あり、演算部１６はこれに対応させた領域に
セツトして系路切換機構を制御する。領域で
は全気筒過給運転が行なわれる。〈表〉に示す
ように、第１、第２の開閉弁V₁，V₂が閉成さ
れ、無過給運転がキヤンセルされる。第３〜第
５の開閉弁V₃〜V₅が開成されることにより、
吸気は第１の吸気系５を介し、過給機７で全気
筒C₁〜C₆に過給され、排気は全て第２の排気
系６を介しタービン７ｂを駆動して排出され
る。ところで過給運転では、第６図に実線Pbc
で示すようにインターセプトポイント回転Ni
を超えると過給圧を最高過給圧Pbmaxに保持
するためにウエストゲート弁１７が作動され
る。従つてインターセプトポイント回転Niが
低く設定された低速トルク重視の機関１にあつ
ては、最高過給圧Pbmaxを維持できる限界速
度Nc′よりも低速域では、無過給運転時の吸気
量カーブAn（図中、破線で示す。）より充分に
上回つていた過給運転時の吸気量カーブAc（図
中、実線で示す。）が、上記限界速度Nc′（≒
Nc）を超える高速域では吸気量が一定となる。
そして爾後過給圧Pbが急激に低下し、設定回
転速度Nc以上の回転ではブロア７ａはオーバ
ーランを起こす。その結果、高速域での過給運
転は不可能となる。しかしながらインターセプ
トポイント回転Niを超えて最高過給圧Pbmax
に抑えられて過給される吸気量は、全気筒に対
しては不足であるが、一部気筒に供給するなら
ば充分なものである。 以上のことから低速トルク重視の機関１にあ
つては全気筒C₁〜C₆への過給では吸気量が不
足する設定回転速度Ncを超える高速高負荷状
態に対応させて以下の(b)の制御が行なわれる。 (b) Ｎ≧Ncの場合 機関１は高速高負荷状態に
あり、演算部１６はこれに対応させた領域に
セツトして系路切換機構を制御する。領域で
は一部気筒過給運転で他の気筒は無過給運転が
行なわれる。〈表〉に示すように、第４、第５
の開閉弁V₄，V₅や閉成され、機関１を所定気
筒数毎に区画遮断すると共に、第１〜第３の開
閉弁V₁〜V₃が開成され、機関１の各気筒C₁〜
C₆夫々には独立的に第１の吸・排気系５，６
と第２の吸・排気系８，９とが連通され、並行
して過給気と無過給気とが導入される。 本実施例にあつては第３図に示すように、過
給気は第１〜第４の気筒C₁〜C₄へ、無過給気
は第５、第６の気筒C₅，C₆へ供給される。 この場合過給機には４気筒分の排ガスが供給
されることになるので６気筒分の排ガス流量よ
り少なく過給機自体は機関の限界速度Nc′以下
の作動状態に復帰されることとなり、爾後４気
筒過給運転となつて機関高速域で再び増速され
インターセプトポイント回転Ni′（過給機７の速
度としては機関回転速度Ni′でNiと等しい）を
超えて再度最高過給圧Pbmaxで吸気が過給さ
れることになる（第６図に二点鎖線Pbvで示
す）。従つて、第６図に示すように領域（高
速負荷時）において再び最高過給圧Pbmaxを
得ることができその吸気量カーブ（図中、二点
鎖線Avで示す）は再び過給機７が増速されて
過給されるブロア７ａの最大容量に無過給気筒
C₅，C₆の吸気量（２気筒分）を加えたものと
なり、本考案において吸気量カーブAvは無過
給運転時の吸気量カーブAnを超えることがで
きるものとすることができる。従つて第５図に
示すように、本考案により低速トルク重視の機
関であつても、従来のように低速域のみならず
（図中、二点鎖線Tcで示す。）そのトルクカー
ブ（図中、実線Tvで示す。）は、限界速度
Nc′を超えた高速域においても高くなり、高速
域でのトルク向上、最高出力の向上を達成でき
る。即ち、低速トルク向上のためにセツテイン
グされた過給機７ではインターセプトポイント
回転Niが低く設定され且つまたブロア７ａ容
量も小さいため機関高速域での過給吸気量が制
限されるものであるが、高速域において該制限
された吸気量を一部気筒に過給し、他の気筒の
吸気は無過給で供給することにより吸気量不足
を解消し、無過給機関の吸気量カーブAnより
も上回る吸気量カーブAvが得られるようにし
て低速トルク重視の機関の高速域でのトルクア
ツプTv、最高出力の向上を達成できるもので
ある。 尚、本考案によれば、低負荷時機関１を無過給
運転とすることから、可及的に燃費向上をも図り
得る。また、高速高負荷運転時（領域）では、
一部気筒が過給運転されるため過給の消音効果に
より、全気筒無過給運転するよりもエンジン騒音
低減も図り得る。 ［変形実施例］ 上記実施例にあつては、領域と領域との２
つの領域のみで制御するようにしたがインテーク
マニホールドとエキゾーストマニホールドとに開
閉弁を増設し、設定回転数Nc₁を新たに加えて過
給気筒と無過給気筒を順次増減させるように構成
すれば多段階な切換えをなし得、第７図に示すよ
うに滑らかなトルクカーブを与えて運転性能を向
上させることができる。 ［考案の効果］ 以上要するに本考案によれば次のような優れた
効果を発揮する。 低速トルクを向上させるようにセツテイングさ
れた排気ターボ過給機付内燃機関において、最高
過給圧を維持できる機関回転速度（限界速度）を
超える高速域で過給気を一部気筒に給排させ、他
の気筒に無過給気を給排させ、一部気筒への過給
により高速域でのトルク向上、最高出力の向上を
達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来例を示す概略構成図、
第３図は本考案の好適一実施例を示す概略構成
図、第４図は本考案の作動を説明するためのフロ
ーチヤート図、第５図はトルク−機関回転速度の
関係を示すグラフ図、第６図は吸気量、過給圧−
機関回転速度の関係を示すグラフ図、第７図は変
形例に係るトルク−機関回転速度の関係を示すグ
ラフ図、第８図は記憶部に記憶される機関負荷−
機関回転速度の関係を示すグラフ図である。 図中、１は内燃機関、５は第１の吸気系、６は
第１の排気系、７は排気ターボ過給機、８は第２
の吸気系、９は第２の排気系、V₁〜V₅は系路切
換機構を構成する第１〜第５の開閉弁、１２は検
出制御手段である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気ターボ過給機を備え内燃機関に過給気を給
   排する第１吸・排気系と、内燃機関に無過給気を
   給排する第２吸・排気系と、内燃機関の各気筒
   夫々に独立に第１吸・排気系と第２吸・排気系と
   を連通させる系路切換機構と、内燃機関の回転速
   度と負荷とを検出し、低速高負荷時全気筒に過給
   気を供給し、高速高負荷時一部気筒に過給気を供
   給し他の気筒に無過給気を供給すべく系路切換機
   構を制御する検出制御手段とを備えた排気ターボ
   過給機付内燃機関。