KR950003743B1 - 과급기(過給機)부착엔진의 흡기장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

과급기(過給機)부착엔진의 흡기장치
제 1 도는 본 발명의 일실시예에 의한 흡기장치 전체의 개략도.
제 2 도는 제어밸브작동부분의 구조설명도.
제 3 도는 제어밸브 및 바이패스밸브의 밸브개방도 특성을 표시한 도면.
제 4 도는 리서큘레이션통로 및 바이패스통로의 공기유통상태를 표시한 설명도.
제 5 도는 제어밸브 및 바이패스밸브의 밸브개방도 특성에 대해서의 다른예를 표시한 도면.
제 6 도는 ECU에 의한 제어의 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 엔진본체 3 : 흡기통로
4 : 과급기(過給機) 5 : 드로틀밸브
7 : 인터쿨러 11 : 리서큘레이션통로
12 : 인터쿨러바이패스통로 15 : 제어밸브
17 : 밸브체 20 : 작동기
30 : 바이패스밸브 31 : 작동기
본 발명은, 흡기통로에 과급기 및 인터쿨러를 구비하는 동시에, 엔전저부하시에 과급공기를 리서큘레이트하기 위한 리서큘레이션통로 및 제어밸브를 설치한 과급기부착엔진의 제어장치에 관한 것이다.
종래, 예를들면 일본국 특개평 2-283816호 공보에 표시되는 바와 같이, 흡기통로에, 엔진출력축에 의해 구동되는 기계식과급기를 구비하는 동시에, 저부하시의 과급공기릴리프용의 통로 및 제어밸브를 구비한 흡기장치는 알려져 있다.
상기 공보에 표시되어 있는 흡기장치는, 흡기통로의 드로틀밸브하류에 기계식 과급기가 배치되고, 또 그 하류에 과급공기를 냉각하기 위한 인터쿨러가 배치되는 동시에, 인터쿨러로부터 하류의 흡기통로와 과급기 상류의 흡기통로사이에 리서큘레이션통로(과급바이패스통로)가 형성되고, 이 통로에 제어밸브가 설치되어 있다. 상기 제어밸브는, 드로틀밸브하류의 압력이 인도되는 압력응동식(應動式)의 작동기에 연결되므로서, 드로틀밸브하류의 압력이 낮은 저부하시에는 개방되고, 엔진부하가 높아짐에 따라 드로틀밸브하류의 압력이 상승하면 폐쇄되도록 되어 있다.
그런데, 상기와 같은 흡기장치에 있어서는, 과급기가 구동되어 있는 상태에서 상기 제어밸브가 개방되어 있을 때, 과급기로부터 토출되는 공기는 인터쿨러를 통과한 다음, 필요량이 연소실에 공급되는 동시에 잉여분이 과급기상류로 리서큘레이트되고, 이때문에, 흡입공기량의 적은 영역에서 과냉각을 초래하는 동시에, 인터쿨러에서의 유통저항에 의해 과급기와 인터쿨러 사이의 압력이 충분히 저감되지 않고 에너지손실로 연결된다.
그래서, 과급기의 하류와 상류와는 연통하는 리서큘레이션통로에 추가하여, 과급기의 하류에 있어서 인터쿨러를 바이패스하는 인터쿨러바이패스통로를 형성하고, 저부하시에는 인터쿨러바이패스통로를 통해서 흡기를 엔진에 공급하는 것을 생각할 수 있다. 다만 이 경우에, 출력 및 연비성능의 요구에 접합하도록 상기 리서쿨레이션통로의 공기유통을 운전상태에 따라서 조정할 필요가 있으며, 또 흡기량이 적은 저부하 영역에서 상기 과냉각방지등이 요구되는 한편, 리서큘레이션통로가 개방되어 있는 영역중에서 흡기량이 어느정도 많은 영역에서는 리서큘레이트에 의한 온도상승을 억제하는 것이 요구되고, 단순히 리서큘레이션통로와 인터쿨러바이패스통로를 동일하게 개폐하는 것만으로는 상기 요구를 충분히 만족할 수 없다.
본 발명은, 상기 사정에 비추어, 과급기 및 인터쿨러를 구비한 엔진에 있어서, 운전상태에 따라서 흡기의 리서큘레이트를 조정하는 동시에, 과급기에서의 에너지손실저감, 흡기온도의 조정등을 양호하게 행할 수 있는 과급기부착엔진의 흡기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 의 발명은, 흡기통로에 과급기와 그 하류에 위치하는 인터쿨러를 설치하는 동시에, 흡기통로의 과급기하류쪽과 상류쪽을 연통하는 리서큘레이션통로를 형성하고, 이 리서큘레이션통로에, 엔진저부하쪽에서 개방되고 고부하쪽에서 폐쇄되는 제어밸브를 설치한 과급기부착엔진으로서, 과급기하류의 흡기통로에 상기 인터쿨러를 바이패스하는 인터쿨러바이패스통로를 형성하고, 이 통로에 엔진저부하쪽에서 개방되고 고부하쪽에서 폐쇄되는 바이패스밸브를 설치하는 동시에, 과급기하류의 압력이 대기압보다도 낮은 압력에서부터 대기압보다 높은 압력에 까지의 소정범위에 걸쳐서 변화하는 동안에 상기 제어밸브를 개방상태로부터 폐쇄상태로 차치로 변화시키는 제어밸브 작동제어수단과, 상기 과급기하류의 압력이 상기 소정범위내이고, 제어밸브절반 개방상태에 대응하는 특정압력영역으로되는 운전영역에서, 상기 바이패스밸브의 개폐상태를 절환하는 바이패스밸브작동제어수단을 형성한 것이다.
본 발명의 제 2 의 발명은, 본 발명의 제 1 의 발명에 있어서, 상기 리서큘레이션통로 및 인터쿨러바이패스통로가 흡기통로의 과급기와 인터쿨러사이의 부분에 접속된 공통통로부로부터 서로 분기하고, 리서큘레이션통로의 유출쪽 단부가 흡기통로의 과급기상류부분에 이루는 한편, 인터쿨러바이패스통로의 하류단부가 흡기통로의 인터쿨러하류부분에 이루도록, 이들 통로를 배설하고, 상기 공통통로부로부터의 분기개소와 과급기 상류쪽부분 사이의 리서큘레이션통로에 상기 제어밸브를 설치하는 동시에, 상기 공통통로부에 바이패스밸브를 설치한 것이다.
본 발명의 제 3 의 발명은, 본 발명의 제1 또는 제 2 의 발명에 있어서, 상기 제어밸브작동제어수단은, 제어밸브의 밸브체에 과급기하류의 압력과 과급기상류이고 드로틀밸브하류의 압력을 양쪽으로부터 작용시키도록 형성된 밸브체 수용부와, 상기 밸브체에 연결된 다이아프램과, 과급기하류의 압력을 도입해서, 밸브체에의 과급기하류압력작용방향과는 반대방향으로 이 압력을 다이아프램에 작용시키는 제 1 압력실과, 다이아프램을 사이에 끼워서 상기 압력실과 반대쪽에 위치해서 대기압을 도입하는 제 2 압력실과, 상기 다이아프램에 대해서 그 변위량에 따른 복원량을 부여하는 스프링을 구비하고 있는 구성으로 한 것이다.
본 발명의 제 4 의 발명은, 흡기통로에 과급기와 그 하류에 위치하는 인터쿨러를 설치하는 동시에, 흡기통로의 과급기하류쪽과 상류쪽을 연통하는 리서큘레이션통로를 형성하고, 이 리서큘레이션통로에, 엔진저부하쪽에서 개방하고 고부하쪽에서 폐쇄하는 제어밸브를 설치한 과급기부착엔진으로서, 과급기하류의 흡기통로에 있어서, 상기 인터쿨러를 바이패스하는 인터쿨러바이패스통로를 구비하고, 리서큘레이션통로 및 인터쿨러바이패스통로가 흡기통로의 과급기와 인터쿨러사이의 부분에 접속된 공통통로부로부터 서로 분기해서, 리서큘레이션통로의 유출쪽단부가 흡기통로의 과급기상류부분에 이루는 한편, 인터쿨러바이패스통로의 하류단부가 흡기통로의 인터쿨러하류부분에 이루도록, 이들 통로를 배설하고, 상기 공통통로부로부터의 분기개소와 과급기상류쪽부분사이의 리서큘레이션통로에 상기 제어밸브를 설치하는 동시에, 상기 공통통로부에 엔진저부하쪽에서 개방하고 고부하쪽에서 폐쇄하는 바이패스밸브를 설치하고, 또한, 상기 바이패스밸브의 개폐상태가 절환되는 운전영역보다도 고부하쪽의 운전영역에서 상기 제어밸브의 개폐상태가 절환되도록 이들 밸브의 작동을 제어하는 작동제어수단을 형성한 것이다.
본 발명의 제 5 의 발명은 흡기통로에 과급기를 설치하는 동시에, 흡기통로의 과급기하류쪽과 상류쪽을 연통하는 리서큘레이션통로를 형성하고, 이 리서큘레이션통로에, 엔진부하쪽에서 개방하는 제어밸브를 설치한 과급기부착엔진으로서, 과급기하류의 흡기압력이 소정압력으로 되기까지의 운전영역에서는 상기 흡기압력이 높아짐에 따라서 상기 제어밸브를 폐쇄방향으로 작동하고, 또한 상기 과급기하류의 압력을 과급기상류로 새게하는 미소유통부분을 남겨두도록한 리서큘레이션 조절수단과, 상기 흡기압력이 상기 소정압력을 초과하는 소정운전영역에 도달하였을 때에 상기 미소유통부분도 폐쇄해서 리서큘레이션통로를 완전폐쇄하는 완전폐쇄용 작동수단과, 상기 소정운전영역에 도달하였을 때의 상기 완전폐쇄용 작동수단의 작동을, 운전상태의 변화가 완만할 때는 서서히 행하게 하고 운전상태급변시에는 신속하게 행하게 하도록 제어하는 제어수단을 형성한 것이다.
본 발명의 제 6 의 발명은, 리서큘레이션조절수단, 제어밸브의 밸브체에 과급기하류의 압력과 드로틀밸브하류의 압력을 양쪽으로부터 작용시키도록 형성된 밸브체수용부와, 상기 밸브체에 연결된 다이아프램과, 이 다이아프램의 양쪽에 위치하는 제1 및 제 2 압력실과, 상기 다이아프램에 대해서 그 변위량에 따른 복원력을 부여하는 스프링을 가지고, 상기 밸브체에 작용하는 과급기하류압력을 취소하도록 과급기하류의 압력을 상기 제 1 압력실로 도입하는 동시에, 대기압을 상기 제 2 압력실로 도입해서, 이 대기압과 상기 밸브체에 작용하는 드로틀밸브하류압력과의 압력차에 따라, 제어밸브완전개방상태로부터 미소한 틈을 남겨둔 거의 완전폐쇄상태까지의 범위에서 제어밸브의 밸브체를 작동하도록 구성되어 있고, 한편, 상기 완전폐쇄용 작동수단은, 상기 제 2 압력실에의 도입압력을 대기압에서부터 부압으로 절환하는 절환수단에 의해 구성되어 있는 것이다.
본 발명의 구성에 의하면, 상기 흡기압력이 낮은 저부하영역에서는, 상기 리서큘레이션통로의 제어밸브가 개방되므로서, 과급기를 통과한 공기중의 잉여분이 리서큘레이션되고, 또한, 인터쿨러바이패스통로의 바이패스밸브가 개방되므로서, 인터쿨러에 의한 흡기의 과냉각을 피할 수 있다. 한편, 전제부하 또는 이것에 가까운 고부하영역에서는, 상기 제어밸브 및 바이패스밸브가 폐쇄상태가 되어, 과급작용 및 흡기냉각작용을 높이게 된다. 그리고, 이들 영역사이의 영역에 있어서, 흡기압력의 상승에 따라서 상기 제어밸브가 개방상태로부터 폐쇄상태로 까지에 작동되나, 제어밸브가 폐쇄상태로 도달하기 까지의 영역중에 있어서도 흡기량이 어느정도 많아서 리서큘레이션에 의한 흡기온도의 상승이 크게 되는 영역에서는, 상기 바이패스밸브가 폐쇄되어서 인터쿨러에 의한 냉각작용을 높이게 된다.
또, 본 발명의 구성에 의하면, 과급기하류의 흡기압력이 소정압력에 도달하기까지의 운전영역에서는, 최대리서큘레이션상태로부터 상기 미소유통부분을 남겨두는 상태까지의 범위에서 리서큘레이션량이 운전상태에 따라서 조절되고, 한편, 상기 흡기압력이 상기 소정압력을 초과하는 소정운전영역에서는 확실하게 리서큘레이션 저지상태가 되어서 엔진으로의 과급작용을 높이게 된다. 그리고, 리서큘레이션 저지상태에의 이행에 의한 토오크 상승의 빠름이, 운전상태의 변화가 완만한 통상적 운전시와 운전상태가 급변하는 가속시동에 따라서 조절된다.
본 발명의 실시예를 도면에 의거해서 설명한다.
제 1 도는 본 발명의 일실시예에 의한 과급기부착엔진의 흡기장치의 전체구조를 표시하고, 이 도면에 있어서, (1)은 복수의 실린더(2)를 구비한 엔진본체, (3)은 상기 엔진본체(1)에 대한 흡기통로이며, 이 흡기통로(3)에는 흡기를 가압공급하는 과급기(4)가 설치되어 있다. 이 과급기(4)는 리솔름형 과급기등의 기계적과급기이며, 그 회전축단부에 설치된 풀리등의 동력전달용부분(4a)가 도면생략의 엔진출력에 벨트등을 개재해서 연결되므로서, 엔진출력축에 의해서 구동되도록 되어 있다. 또, 엔진의 각 실린더(2)의 흡기포트에 설치되어 있는 흡기밸브(도시생략)는, 통상 엔진과 비교해서 폐쇄시기가 상당히 지연되게 되는 폐쇄지연하게 설정되고, 이에 의해, 저부하시에 펌핑손실이 저감되는 동시에, 고부하시에는 흡기과급과 흡기냉각과 흡기밸브지연폐쇄의 작용으로 유효하게 충전효율을 높일 수 있도록 되어 있다.
흡기통로(3)에 있어서의 과급기(4) 상류에는, 엑셀페달의 조작등에 의해서 개방도가 조절되는 드로틀밸브(5)가 설치되고, 또 흡기통로(3)의 상류단부쪽에는 에어클리너(6)이 배치되어 있다. 또, 흡기통로(3)에 있어서의 과급기(4)의 하류에는, 과급기를 냉각하는 인터쿨러(7)이 설치되어 있다. 인터쿨러(7)로부터 하류의 흡기통로(3)에는 서지탱크(8)이 형성되고, 이 서지탱크(8)의 하류의 분기흡기통로(9)가 엔진본체(1)의 각 실린더(2)의 흡기포트에 연속해 있다.
상기 흡기통로(3)에 대해서, 과급기(4)의 하류쪽과 상류쪽을 연통하는 리서큘레이션통로(11)과, 상기 인터쿨러(7)을 바이패스하는 인터쿨러바이패스통로(12)가 형성되어 있다. 당 실시예에서는, 리서큘레이션통로(11)의 흡기유입쪽부분과 인터쿨러바이패스통로(12)의 상류쪽부분에 공용되는 공통통로부(13)이, 흡기통로(3)의 과급기(4)와 인터쿨러(7) 사이의 부분에 접속되고, 이 공통통로부(13)으로부터 리서큘레이션통로(11) 및 인터쿨러바이패스통로(12)가 서로 분기하고, 리서큘레이션통로(11)의 유출쪽단부가 흡기통로(3)의 과급기상류부분에 이루는 한편, 인터쿨러바이패스통로(12)의 하류단부가 흡기통로(3)의 인터쿨러하류부분에 이루도록, 이들 통로(11), (12)가 형성되어 있다.
상기 리서큘레이션통로(11)에는 제어밸브(15)가 설치되고, 또 인터쿨러바이패스통로(12)에는 바이패스밸브(30)이 설치되어 있다. 당 실시예에서는 인터쿨러바이패스통로(12)의 상류쪽부분에 상당하는 상기 공통통로부(13)에 바이패스밸브(30)이 배치되는 동시에, 상기 공통통로부(13)으로부터의 분기개소와 과급기상류쪽 부분사이의 리서큘레이션통로(11)에 제어밸브(15)가 배치되어 있다.
상기 제어밸브(15)는 다이아프램식의 작동기(20)에 의해 과급기하류의 흡기압력에 따라서 작동되도록 되어 있다. 즉, 제 1 도중에 표시하는 동시에 제 2 도에 표시한 바와 같이, 상기 제어밸브(15)는, 리서큘레이션통로(11)에 개재 설치된 밸브체수용부(16) 내부에 밸브체(17)를 구비하고, 이 밸브체(17)과 상기 작동기(20)의 다이아프램(21)과 로드(22)를 개재해서 연결되어 있다. 상기 밸브체(17)에는 한쪽편으로부터 과급기 하류의 흡기압력 P2가 밸브개방방향으로 작용하는 동시에 반대쪽으로부터 과급기상류에서 드로틀밸브하류의 압력 P1이 작용하도록 되어 있으며, 이와 같이 형성된 밸브체수용부(16)과 작동기(20)으로, 제어밸브작동제어수단이 구성되어 있다.
상기 작동기(20)은, 다이아프램(21)에 대해서 밸브체폐쇄작동방향으로 압력을 작용시키도록 상기 다이아프램(21)의 한측방에 배치된 제 1 압력실(23)과, 다이아프램(21)을 사이에 끼워서 상기 제 1 압력실(23)과 반대쪽에 위치하는 제 2 압력실(24)를 구비하고, 상기 제 1 압력실(23)에는, 과급기하류의 흡기압력 Pa가 상기 로드(22)의 내부에 형성된 도통로(25)를 통해서 도입되도록 되어 있다. 또, 제 2 압력실(24)에는, 도통로(26)을 개재하여, 대기압에 상당하는 드로틀밸브상류의 압력 P0가 도입되도록 되어 있다. 당 실시예에서는, 상기 도통로(26)이 3방향전자밸브(27)을 개재해서 드로틀밸브상류의 흡기통로(3)과 진공탱크(50)에 선택적으로 연통되고, 통상시는 드로틀밸브상류의 압력 P0가 제 2 압력실(24)에 도입되나, 후술하는 강제완전 폐쇄시에는 부압이 제 2 압력실(24)에 도입되도록 되어 있다. 상기 양입력실(23), (24)에는, 다이아프램(21)을 양쪽에서부터 압압하는 스프링(28), (29)가 구비되어 있다. 또한, 상기 다이아프램(21)과 밸브체(17)을 압을 받는 면적이 동등하게 되어 있다.
또, 상기 바이패스밸브(30)은, 작동기(31)에 접속되어 있다. 이 작동기(31)은, 바이패스밸브(30)에 연결된 다이아프램(32)과, 이 다이아프램(32)을 바이패스밸브의 밸브폐쇄방향으로 부세하는 스프링(33)과, 다이아프램(32)의 한쪽편에 위치하는 압력실(34)를 구비하고, 상기 압력실(34)에 도통로(35) 및 3방향전자밸브(36)을 개재해서 진공탱크(50)으로부터의 부압과 대기압이 선택적으로 도입되도록 되어 있으며, 부압도입시에는 바이패스밸브(30)을 개방하고, 대기압도입시에는 바이패스밸브(30)을 폐쇄하도록 되어 있다.
또 흡기통로(3)에 대해서, 주로 과급압이 과대하게 상승하였을 때에 과급공기를 릴리프하기 위하여, 상기 제어밸브(15)의 밸브체(17)을 바이패스해서 그 양쪽의 리서큘레이션통로(11)을 연결하는 릴리프용 보조통로(38)과, 이 통로(38)을 개폐하는 릴리프밸브(39)와, 이 릴르프밸브(39), 작동기(40)이 배설되어 있다. 이 작동기(40)은, 상기 릴리프밸브(39)에 연결된 다이아프램(41)과 그 한쪽편에 위치하는 압력실(42) 및 스프링(43)을 가지고, 그 압력실(42)가 도통로(44) 및 3방향전자밸브(45)를 개재해서 드로틀밸브상류의 흡기통로(3)과 진공탱크(50)에 선택적으로 연통가능하게 되어 있다. 그리고, 통상은 드로틀밸브상류의 흡기통로(3) 내부의 압력이 상기 압력실(42)에 도입된 상태로 유지되고, 상기 릴리프밸브(39)에 과급기하류의 흡기압이 작용하고, 그 압력이 스프링(43)등에 의한 설정압력이상으로 과대상승하였을 때에 릴리프밸브(39)가 개방되도록 되어 있다. 또, 이와 같은 과급압과대상승시외에, 상기 압력실(42)에 부압이 도입되면 릴리프밸브(39)가 개방되어, 필요에 따라서 강제적으로 릴리프밸브(39)를 개방할 수도 있도록 되어 있다.
상기 진공탱크(50)은, 체크밸브(51)을 개재하고, 드로틀밸브하류의 흡기통로 또는 진공펌프등의 부압원(도시생략)에 접속되어 있다. 상기 각 3방향전자밸브(27), (36), (45)는 제어유니트(ECU)(55)에 의해 제어된다. 이 ECU(55)는, 드로틀밸브(5)의 개방도를 검출하는 드로틀개방도센서(56), 엔진회전수를 검출하는 회전수센서(57)등으로부터의 신호를 받고, 운전상태에 따라서 상기 각 3방향전자밸브(27), (36), (45)를 제어하므로서, 밸브(15), (30), (39)의 작동을 제어하도록 되어 있다.
상기 제어밸브(15)의 밸브체(17) 및 작동기(20)의 다이아프램(21)에 작용하는 압력과 그에 따른 제어밸브(15)의 동작을 제 2 도에 의거해서 구체적으로 설명한다. 과급기하류의 압력 P2는 상기 밸브체(17)에 한쪽편으로부터 작용하는 동시에 작동기(20)의 제 1 압력실(23)에 도입되어서 다이아프램(21)에도 작용하고, 이들의 힘을 서로 마취소한다. 또, 1쌍의 스프링(28), (29)가 다이아프램을 양쪽에서부터 압압하고 있으나, 밸브체(17)과 밸브시이트사이에 미소한 틈(0.5mm 정도)이 남겨진 거의 완전폐쇄상태에서 스프링(28), (29)에 의한 하중이 0이 되도록, 미리 설정되어 있다.
이와 같이 하였을 경우, 상기 작동기(20)의 제 2 압력실(24)에 드로틀밸브상류의 압력 P0가 도입되고 있는 상태에서는, 밸브체(17)에 대해서 폐쇄방향으로 작용하는 드로틀밸브하류의 압력 P1과 다이아프램에 대해서 밸브체개방방향으로 작용하는 드로틀밸브상류의 압력 P0와, 밸브체(17) 및 다이아프램(21)의 압을 받는 면적 S와, 상기 스프링(28), (29)에 의한 하중이 0으로 되는 위치를 기준으로 한 밸브체의 개방방향변위량 X와, 스프링의 탄성정수 K로부터, 다음의 관계식이 성립한다.
(P0-P1)S=K·X
이 식중, S, K는 일정한 값이므로, 드로틀밸브상류의 압력 P0와 드로틀밸브하류의 압력 P1과의 압력차(P0-P1)에 따라서 밸브체(17)이 변위한다. 그리고, 상기 압력차가 소정치이상으로 되면, 밸브체(17)의 변위량이 완전개방상당량(밸브체와 밸브시이트사이의 개구면적이 다른 부분의 통로면적에 균형을 이루는 정도가 되는 량)이상으로 되어서, 제어밸브(15)가 개방하게 된다.
제 3 도는, 상기 제어밸브(15) 및 바이패스밸브(30)의 각 밸브개방도와 흡기압력과의 관계를 표시하고, 이 도면에 있어서의 횡축은 과급기하류의 흡기압력(부스트)을 표시하고 있다. 이 부스트가 낮은 저부하영역에서는, 드로틀밸브하류의 압력 P1이 낮아서 상기 압력차(P0-P1)가 크고, 부수트가 높은 고부하영역에서는, 드로틀밸브하류의 압력 P1이 대기압에 근접하므로서 상기 압력차가 작아진다. 따라서, 제어밸브(15)는, 상기 관계식과 같이 압력차에 따라서 밸브체(17)이 변위하므로서, 제 3 도중에 실선으로 표시한 바와 같이, 부스트가 낮고 상기 압력차가 큰 저부하영역에서는 완전개방으로 되고, 부스트가 대기압보다도 낮은 소정압력 Pa의 부분으로부터 밸브개방도가 작아지기 시작한다. 그리고, 상기 부스트가 대기압이 되는 부분에서도 제어밸브(15)가 어느정도 개방한 절반개방상태로 되고, 부스트가 대기압보다도 어느정도 높게된 부분에서 제어밸브(15)가 거의 완전폐쇄가 되도록, 상기 관계식에 있어서의 탄성정수 K등이 설정되어 있다.
또한, 이 제어밸브(15)의 완전개방으로부터 거의 완전폐쇄(미소한 틈을 남겨둔 상태)까지의 밸브개방도 특성은 작동 작동기(20) 등으로 이루어진 기계적인 작동 제어수단에의해 얻게되나, 또 당 실시예에서는, 완전부하에 가까운 고부하영역에서 확실하게 제어밸브(15)를 완전폐쇄상태로 하기 때문에, 부스트가 소정고압력 Pb 이상이 되는 고부하영역에 도달하였을때에는, ECU(55)로부터의 제어신호에 의해, 상기 작동기(20)의 제 2 압력실(24)에 진공탱크(50)으로부터 부압이 되입 되도록 3방향전자밸브(27)이 절환되고, 제어밸브(15)가 강제적으로 완전폐쇄상태가 되도록 되어 있다.
한편, 바이패스밸브(30)은, 제 3 도중에 1점쇄선으로 표시한 바와 같이, 상기 부스트가 상기 소정범위중에서 제어밸브절반개방상태에 대응하는 특정압력이 되는 부분에서 개폐상태가 절환되고, 예를 들면 부스트가 대체로 대기압이 되는 부분에서 절환되어서, 이에 의해 저부하쪽에서 개방상태, 고부하쪽에서 폐쇄상태로 된다. 이와 같은 바이패스밸브(30)의 작동은, ECU(55)에 의한 운전상태에 따른 3방향전자밸브(36)의 제어에 의해 행하여지고, 즉, ECU(55)에 의해 운전상태가 점검되어서, 부스트가 대체로 대기압이 되는 운전상태일때는, 3방향전자밸브(36)을 절환하는 전기신호가 ECU(55)로부터 출력된다. 이렇게하여 3방향전자밸브(36) 및 ECU(55)등에 의해서, 바이패스밸브작동제어수단이 구성되어 있다.
이와 같은 당 실시예의 흡기장치에 의한 작용을, 제 4 도를 참조해서 설명한다.
드로틀밸브(5)가 완전폐쇄 또는 이에 가까운 저부하시에는, 상기 제어밸브(15) 및 바이패스밸브(30)이 개방되므로서, 과급기(4)를 통과한 공기가, 제 4 도에 절선화살표시로 표시한 바와 같이, 인터쿨러(7)과 인터쿨러바이패스통로(12)와 리서큘레이션통로(12)로 흐른다. 즉, 엔진에 흡입되는 공기는, 일부가 인터쿨러(7)을 통과하고, 나머지가 인터쿨러바이패스통로(12)를 통과하므로서, 흡기의 과냉각이 방지되고, 한편, 잉여공기는 과급기바로 하류로부터 리서큘레이션통로(11)을 통과해서 과급기상류로 리서큘레이션되므로서, 과급기하류압력과 과급기 상류압력의 압력비가 작아지며, 과급기(4)에서의 에너지손실이 작아진다.
또, 드로틀밸브(5)가 차차로 개방되면, 상기 부스트가 대기압보다는 작은 소정압력 Pa의 부분으로부터 제어밸브(15)의 밸브개방도가 차차로 작아진다. 이와 같이 제어밸브(15)의 밸브개방도가 서서히 변화하므로서, 드로틀개방도의 변화에 대응해서 토오크가 리니어로 변화하고, 토오크의 급변을 피하게 된다. 또, 부스트가 대기압을 초과하는 과급병역에 도달하더라도, 어느정도의 압력까지는 제어밸브(15)가 완전폐쇄가 되지 않고, 알맞은 저도로 과급공기가 리서큘레이트되어, 과급기에서의 에너지손실저감을 도모할 수 있다.
한편, 상기 바이패스밸브(30)은 부스트가 대체로 대기압으로 되는 운전영역에서 개방상태로부터 폐쇄상태로 절환되어, 제어밸브(15)가 거의 완전폐쇄로 도달하고 있지 않더라도 흡기량이 어느정도 많게되는 영역에서는 바이패스밸브(30)이 폐쇄된다. 이 상태에서는, 제 4 도에 실선화살표시로 표시한 바와 같이, 과급기(4)로부터 토출된 공기가 인터쿨러(7)을 통과한 다음에, 이 공급중의 필요량이 연소실에 공급되는 동시에, 잉여량이 인터쿨러(7) 하류로부터 바이패스통로(12) 하류부분 및 리서큘레이션통로(11)를 거쳐서 과급기(4)의 상류에 리서큘레이트된다.
이에 의해, 엔진에 공급되는 흡기 및 과급기(4)의 온도상승이 억제된다. 즉, 이와같은 영역에서는 상기 리서큘레이트에 의해 흡기온도가 상승하기 쉽게 되나, 엔진에 공급되는 흡기가 인터쿨러(7)에서 충분히 냉각되므로서, 흡기온도상승에 따른 충전효과의 저하를 피하게 되고, 또한, 과급기(4) 상류에 리서큘레이트되는 공기도 일단 인터쿨러(7)을 통과하므로서 냉각되므로, 과급기(4)에 대한 냉각 작용도 얻을 수 있다.
과급영역중에서도 부스트가 어느 정도 높은 영역에 도달하면, 상기 제어밸브(15)가 거의 완전폐쇄내지는 완전한 완전폐쇄상태가 되고, 또한, 바이패스밸브(30)이 폐쇄상태로 유지된다. 이 상태에서는, 과급기(4)에 의한 과급작용을 높이게 되는 동시에, 인터쿨러(7)에 의해서 흡기가 냉각되어서, 흡기의 충전효율을 높이게 된다.
또 상기 ECU(55)는, 후술하는 순서도에 따른 제어를 행하므로서, 상기 소정 운전영역으로 도달하였을때의 운전상태의 변화정도에 따라서 상기 제어밸브 완전폐쇄상태로 절환된 속도를 조절하는 제어수단을 구성하고, 운전상태가 완만한때는 제어밸브완전폐쇄상태로 절환되는 것을 서서히 행하게 하도록 3방향전자밸브(27)에 출력하는 신호의 듀티를 변화시키고, 운전상태급변시에는 제어밸브완전폐쇄상태로의 절환을 급속히 행하게 하도록 3방향전자밸브(27)을 제어한다.
또한, 바이패스밸브(30)은, 제 3 도중에 1점쇄선으로 표시한 바와 같이, 상기 부스트가 상기 소정범위중에서 제어밸브절반개방상태에 대응하는 특정압력으로 되는 운전영역에서 개폐상태가 절환되고, 예를 들면 부스트가 대체로 대기압으로 되는 부분에서 절환되어서, 이보다 저부하쪽에서 개방상태, 고부하쪽에서 페쇄상태로 된다. 이와 같은 바이패스밸브(30)의 작동은, ECU(55)에 의한 운전상태에 따른 3방향전자밸브(36)의 제어에 의해 행하여지고, 즉, ECU(55)에 의해 운전상태가 점검되어서, 부스트가 대체로 대기압이 되는 운전상태일때는, 3방향전자밸브(36)을 절환하는 전기신호가 ECU(55)로부터 출력된다.
제 6 도는 상기 ECU(55)에 의한 처리의 일예를 순서도로 표시하고 있다.
이 순서도에 있어서, 먼저 스텝 S1에서 드로틀개방도 및 엔진회전수가 판독입력되고 이들에 의해 운전상태가 점검되고, 스텝 S2에서 운전상태가 절환라인으로부터 고부하쪽의 소정영역에 있는지 여부가 판정되고, 그 판정이 YES일때는 스텝 S3에서 소정영역으로의 이행직후인지 여부가 판정된다. 그리고, 소정영역으로의 이행직후에는, 스텝 S4에서, 드로틀개방도변화속도 ΔTVO가 소정치보다도 큰지 여부에 따라, 운전상태의 변화가 급격한지 완만한지가 판정된다. 그리고, 운전상태의 변화가 급격할때(급가속시)에는, 3방향 전자밸브(27)을 제어하는 신호가 OFF로부터 ON으로 급속히 절환되고(스텝 S5), 운전상태의 변화가 완만할 때에는, 3방향전자밸브(27)을 제어하는 신호의 듀티가 OFF 상당의 값으로부터 ON 상당의 값까지 서서히 변화된다(스텝 S6).
3방향전자밸브(27)이 ON으로 된후에, 운전상태가 소정영역에 있는 상태가 지속하고 있을때는, 3방향전자밸브(27)의 ON 상태가 유지된다(스텝 S7). 또, 운전상태가 절환라인으로부터 고부하쪽의 영역으로 되면, 3방향전자밸브(27)이 OFF로 된다(스텝 S8).
또한, 상기 실시예에서는, 제 3 도중에 표시한 제어밸브(15)의 밸브개방도의, 완전개방으로부터 거의 완전폐쇄까지의 특성이, 제 1 도 및 제 2 도에 표시한 기계적인 구조에 의해서 간단하고 또한 확실하게 달성되도록 되어 있으나, 전기적 제어에 의한 듀티제어등에 의해 제어밸브의 개방도를 제어하더라도 된다.
또, 리서큘레이션통로 및 바이패스통로의 통로구성으로서는, 과급기의 하류와 상류를 연결하는 리서큘레이션통로와 그 하류에 있어서 인터쿨러를 바이패스하는 바이패스통로를 독립적으로 형성해서, 각 통로에 제어밸브 및 바이패스밸브를 각각 배설해도 된다. 이 경우도, 제어밸브 및 바이패스밸브는 제 3 도에 표시한 바와 같은 특성에 의해서 운전상태에 따라서 작동시키도록 해두므로서, 제어밸브 및 바이패스밸브가 개방되는 저부하영역에서의 과냉각방지등의 작용, 제어밸브 및 바이패스밸브가 폐쇄되는 고부하영역에서의 과급 및 냉각등의 작용을 얻게 되고, 또 제어밸브가 거의 완전폐쇄로 도달하고 있지 않더라도 흡기량이 어느정도 많게 되는 영역에서는 바이패스밸브가 폐쇄되어서, 엔진에 공급되는 흡기를 알맞는 정도로 냉각하는 작용을 얻을 수 있다.
또, 제어밸브작동 특성으로서는, 제 3 도중에 표시한 바와 같이, 부스트의 소정범위에 걸친 영역에서 밸브개방도가 차차로 변화하도록 설정해두는 것이, 리니어인 토오크변화를 부여할 수 있어서 바람직하나, 제 5 도와 같이 특정영역에서 제어밸브를 개방상태로부터 폐쇄상태로 절환작동하도록 하여도 된다.
이 경우, 통로구성등은 제 1 도에 표시한 실시예와 마찬가지로 하는 동시에, 제어밸브를 절환작동영역을 바이패스밸브의 절환작동영역보다도 고부하쪽으로 설정하므로서, 제어밸브가 개방되는 영역중의 저부하쪽에서 바이패스밸브가 개방되어, 제어밸브가 개방되는 영역중의 고부하쪽과 제어밸브가 폐쇄되는 고부하영역에서 바이패스밸브가 폐쇄되도록 해둔다.
이 실시예에서도, 제어밸브가 개방되어 있는 영역중에서도 흡기량이 적은 저부하영역에 있어서의 과냉각 방지, 에너지손실저감등의 작용, 제어밸브가 개방되어 있는 영역중에서 흡기량이 어느정도 많은 영역에 있어서의 온도상승억제등의 작용, 제어밸브가 폐쇄되는 고부하영역에 있어서의 과급 및 냉각등의 작용은 상기 실시예와 마찬가지이다.
본 발명의 제 1 의 발명은, 과급기하류쪽과 상류쪽을 연통하는 리서큘레이션통로에 설치한 제어밸브를, 과급기하류의 흡기압력이 대기압보다도 낮은 압력으로부터 대기압보다 높은 압력에까지 걸친 소정범위에서 변화하는 동안에 개방상태로부터 폐쇄상태로 차차로 변화시키도록 제어하는 한편, 과급기하류의 인터쿨러 바이패스통로에 설치한 바이패스밸브를, 상기 소정범위중의 제어밸브절반개방상태에 대응하는 특정영역에서 개폐상태가 절환되도록 제어하고 있다.
이 때문에, 드로틀개방도등에 따른 과급공기리서큘레이션에 의한 토오크조정을 양호하게 행할 수 있는 위에, 저부하영역에서는 과냉각을 방지하는 동시에 과급기의 에너지손실을 저감하고, 제어밸브가 개방상태로 부터 폐쇄상태로 이행하는 도중의 영역으로부터는 냉각작용을 높이고, 흡기량이 비교적 많은 영역에서 리서큘레이션이 행하여져 있을때의 흡기의 온도상승을 방지할 수 있다.
상기의 구성에 있어서, 본 발명의 제 2 의 발명과 같이 리서큘레이션통로 및 바이패스통로가 흡기통로의 과급기와 인터쿨러사이의 부분에 접속된 공통통로부로부터 서로 분기하고, 그 리서큘레이션통로에 상기 제어밸브를 배치하는 한편, 상기 공통통로에 바이패스밸브를 설치한 구조로 하면, 상기 효과에 더하여, 흡기량이 비교적 많은 영역에서 리서큘레이션이 행하여져 있을 때의 과급기의 온도상승을 억제하여, 과급기의 신뢰성을 높이는 작용도 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 제 3 의 발명과 같이, 제어밸브작동제어수단이, 제어밸브의 밸브체 및 이에 연결된 다이아프램에 과급기하류의 압력, 드로틀밸브하류의 압력, 대기압, 스프팅하주등이 작용하는 구조로 되므로서, 밸브체 및 다이아프램에 작용하는 압력의 변화에 따라서 밸브체가 변위하도록 되어 있으면, 상기와 같은 흡기압력의 변화에 따른 작동이 기계적인 기구에 의해 간단하게 또한 확실하게 행하여진다.
또, 본 발명의 제 4 의 발명은, 리서큘레이션통로 및 바이패스통로가 흡기통로의 과급기와 인터쿨러사이의 부분에 접속된 공통통로로부터 서로 분기하고, 그 리서큘레이션통로에 상기 제어밸브를 배치하는 한편, 상기 공통통로부에 바이패스밸브를 설치한 구조로 하는 동시에, 상기 바이패스밸브의 개폐상태가 절환하게 되는 운전영역보다도 고부하쪽의 운전영역에서 상기 제어밸브의 개폐상태가 절환하게 되도록 구성하고 있기 때문에, 저부하영역에서는 과냉각을 방지하는 동시에 과급기의 에너지손실을 저감하고, 흡기량이 어느정도 많은 영역에 있어서 공기가 리서큘레이션되고 있을때는, 흡기온도의 상승을 방지하는 동시에, 과급기의 온도상승을 방지해서 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명의 제 5 의 발명은, 과급기부착엔진에 있어서의 과급기 하류의 흡기압력이 소정압력에 도달하기까지의 운전영역에서는, 상기 흡기압력이 높아짐에 따라서 리서큘레이션통로 제어밸브를 폐쇄방향으로 작동하고, 또한 과급기하류의 압력을 새게하는 미소유통부분을 남겨두도록 하는 한편, 상기 흡기압력이 상기 소정압력을 초과하는 영역에 도달했을때에 상기 미소유통부분도 폐쇄해서 리서큘레이션통로를 완전폐쇄로 하고 있기 때문에, 상기 소정압력을 초과하는 운전영역에서는, 운전상태에 따른 과급공기리서큘레이션에 의한 토오크조정을 양호하게 행할 수 있는 동시에 과급기의 에너지손실을 저감할 수 있고, 또한, 상기 소정압력을 초과하는 운전영역으로 되었을때, 리서큘레이션을 정지해서 과급압을 높이게 하는 상태에의 이행을 확실하게 행할 수 있다. 그위에 특히, 상기 완전폐쇄로의 이행을, 운전상태의 변화가 완만했을때는 서서히 행하게 하고 운전상태 급변시에는 신속하게 행하게 하도록 하고 있기 때문에, 운전상태의 변화가 완만한 통상운전시에 토오크쇼크를 억제할 수 있는 동시에, 가속시등의 과도시에는 응답성좋게 토오크를 상승시킬 수 있다.
상기의 구성에 있어서, 본 발명의 제 6 의 발명과 같이, 제어밸브의 밸브체에 연결된 다이아프램과 그 양쪽의 제1, 제 2 압력실, 스프링등에 의해, 그 제 2 압력실에 대기압이 도입되어 있는 상태에서, 드로틀밸브하류의 압력변화에 따라서 제어밸브가 완전개방으로부터 미소한 틈을 남겨두는 상태까지 변화하도록, 리서큘레이션조절수단이 형성되는 동시에, 상기 제 2 압력실에의 도입압력을 대기압으로부터 부압으로 절환하는 절환수단에 의해, 리서큘레이션통로를 완전폐쇄로하는 완전폐쇄용 작동수단이 구성되어 있기 때문에, 상기와 같은 운전상태에 따른 제어밸브의 제어 및 상기 완전폐쇄로의 이행을, 비교적 간단한 구조에 의해서 확실하게 행하게 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 흡기통로에 과급기와 그 하류에 위치하는 인터쿨러를 설치하는 동시에, 흡기통로의 과급기하류쪽과 상류쪽을 연통하는 리서큘레이션통로를 형성하고, 이 리서큘레이션통로에, 엔진저부하쪽에서 개방되고 고부하쪽에서 폐쇄되는 제어밸브를 설치한 과급기부착엔진으로서, 과급기 하류의 흡기통로에 상기 인터쿨러를 바이패스하는 인터쿨러바이패스통로를 형성하고, 이 통로에 엔진저부하쪽에서 개방되고 고부하쪽에서 폐쇄되는 바이패스밸브를 설치하는 동시에, 과급기하류의 압력이 대기압보다도 낮은 압력에서부터 대기압보다 높은 압력에 까지의 소정범위에 걸쳐서 변화하는 동안에 상기 제어밸브를 개방상태로부터 폐쇄상태로 차차로 변화시키는 제어밸브작동제어수단과, 상기 과급기하류의 압력이 상기 소정범위내이고, 제어밸브절반개방상태에 대응하는 특정압력영역으로 되는 운전영역에서, 상기 바이패스밸브의 개폐상태를 절환하는 바이패스밸브 작동제어수단을 형성한 것을 특징으로 하는 과급기부착엔진의 흡기장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 리서큘레이션통로 및 인터큘러바이패스밸브가 흡기통로의 과급기와 인터쿨러사이의 부분에 접속된 공통통로부로부터 서로 분기하고, 리서큘레이션통로의 유출쪽단부가 흡기통로의 과급기 상류부분에 이루는 한편, 인터쿨러바이패스통로의 하류단부가 흡기통로의 인터쿨러하류부분에 이루도록, 이들 통로를 배설하고, 상기 공통통로부로부터의 분기개소와 과급기상류쪽 부분사이의 리서큘레이션통로에 상기 제어밸브를 설치하는 동시에, 상기 공통통로부에 바이패스밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 과급기부착엔진의 흡기장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어밸브작동제어수단은, 제어밸브의 밸브체에 과급기하류의 압력과 과급기상류이고 드로틀밸브하류의 압력을 양쪽으로부터 작용시키도록 형성된 밸브체수용부와, 상기 밸브체에 연결된 다이아프램과, 과급기하류의 압력을 도입해서, 밸브체의 과급기하류압력작용방향과는 반대방향으로 이 압력을 다이아프램에 작용시키는 제 1 압력실과, 다이아프램을 사이에 끼워서 상기 압력실과 반대쪽에 위치해서 대기압을 도입하는 제 2 압력실과, 상기 다이아프램에 대해서 그 변위량에 따른 복원력을 부여하는 스프링을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 과급기부착엔진의 흡기장치.
  4. 흡기통로에 과급기와 그 하류에 위치하는 인터쿨러를 설치하는 동시에, 흡기통로의 과급기하류쪽과 상류쪽을 연통하는 리서큘레이션통로를 형성하고, 이 리서큘레이션통로에, 엔진저부하쪽에서 개방하고 고부하쪽에서 폐쇄하는 제어밸브를 설치한 과급기부착엔진으로서, 과급기하류의 흡기통로에 있어서 상기 인터쿨러를 바이패스하는 인터쿨러바이패스통로를 구비하고, 리서큘레이션통로 및 인터쿨러바이패스통로가 흡기통로의 과급기와 인터쿨러사이의 부분에 접속된 공통통로부로부터 서로 분기해서, 리서큘레이션통로의 유출쪽단부가 흡기통로의 과급기상류부분에 이루는 한편, 인터쿨러바이패스통로의 하류단부가 흡기통로의 인터쿨러하류부분에 이루도록, 이들 통로를 배설하고, 상기 공통통로부로부터의 분기개소와 과급기상류쪽 부분사이의 리서큘레이션통로에 상기 제어밸브를 설치하는 동시에, 상기 공통통로부에 엔진저부하쪽에서 개방하고 고부하쪽에서 폐쇄하는 바이패스밸브를 설치하고, 또한, 상기 바이패스밸브의 개폐상태가 절환되는 운전영역보다도 고부하쪽의 운전영역에서 상기 제어밸브의 개폐상태가 절환되도록 이들 밸브의 작동을 제어하는 작동제어수단을 형성한 것을 특징으로 하는 과급기부착엔진의 흡기장치.
  5. 흡기통로에 과급기를 설치하는 동시에, 흡기통로의 과급기하류쪽과 상류쪽을 연통하는 리서큘레이션통로를 형성하고, 이 리서큘레이션통로에, 엔진저부하쪽에서 개방하는 제어밸브를 설치한 과급기부착엔진으로서, 과급기하류의 흡기압력이 소정압력으로 되기까지의 운전영역에서는 상기 흡기압력이 높아짐에 따라서 상기 제어밸브를 폐쇄방향으로 작동하고, 또한 상기 과급기하류의 압력을 과급기상류로 새게하는 미소유통부분을 남겨두도록한 리서큘레이션조절수단과, 상기 흡기압력이 상기 소정압력을 초과하는 소정 운전영역에 도달하였을 때에 상기 미소유통부분도 폐쇄해서 리서큘레이션통로를 완전폐쇄하는 완전폐쇄용 작동수단과, 상기 소정운전영역에 도달하였을때의 상기 완전폐쇄용 작동수단의 작동을, 운전상태의 변화가 완만할때는 서서히 행하게 하고 운전상태 급변시에는 신속하게 행하게 하도록 제어하는 제어수단을 형성한 것을 특징으로 하는 과급기부착엔진의 흡기장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 리서큘레이션조절수단은, 제어밸브의 밸브체에 과급기하류의 압력과 드로틀밸브하류의 압력을 양쪽으로부터 작용시키도록 형성된 밸브체수용부와, 상기 밸브체에 연결된 다이아프램과, 이 다이아프램의 양쪽에 위치하는 제1 및 제 2 압력실과,상기 다이아프램에 대해서 그 변위량에 따른 복원력을 부여하는 스프링을 가지고, 상기 밸브체에 작용하는 과급기하류압력을 취소하도록 과급기하류의 압력을 상기 제 1 압력실로 도입하는 동시에, 대기압을 상기 제 2 압력실로 도입해서, 이 대기압과 상기 밸브체에 작용하는 드로틀밸브하류압력과의 압력차에 따라, 제어밸브완전개방상태로부터 미소한 틈을 남겨둔 거의 완전폐쇄상태까지의 범위에서 제어밸브의 밸브체를 작동하도록 구성되어 있고, 한편, 상기 완전폐쇄용 작동수단은, 상기 제 2 압력실에의 도입압력을 대기압에서부터 부압으로 절환하는 절환수단에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 과급기부착엔진의 흡기장치.
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