JPH02125929A - 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〕 本発明は排気式過給機と機械式過給機とを備えた内燃股
間の複合過給装置に関する。

［従来の技術］ 排気式過給機（ターボチャージャー）はエンジンの低回
転数域では十分に作動しないため、この低回転数域にお
ける吸入空気の過給を確保すべく排気式過給機とともに
機械式過給機（スーパーチャージャ）を配設した複合過
給装置が、従来知られている。このような複合過給装置
において、スーパーチャージャからターボチャージャへ
の切り換えの判断を、単にエンジン回転数のみによって
行うと、ターボチャージャが十分作動していない場合エ
ンジン出力が一時的に大きく低下してしまう。そこで、
特開昭６２−８７６１７号公報に記載された複合過給装
置は、吸入空気量が所定値以下のときのみスーパーチャ
ージャを作動させるように構成されている。また実開昭
５９−１９４５３４号公報のように、エンジン回転数お
よびアクセル開度によってスーパーチャージャの作動を
制御する構成も公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来装置によっても、ターボチャージャのみの駆動
への切り換え時に、エンジンの運転条件によってはター
ボチャージャが定常状態で作動していない場合があり、
エンジン出力が一時的に低下するおそれがある。本発明
は、ターボチャージャのみへの切り換え時に、エンジン
出力を低下させることなく確実に上昇させることのでき
る複合過給装置を得ることを目的とする。

［ｖ１題を解決するための手段〕 本発明に係る複合過給装置は、第１図の発明の構成図に
示すように、吸気通路１３に設けられた排気式過給機Ｉ
４および機械式過給機１５と、この機械式過給機１５の
駆動源１１ａに対する連結および遮断を行うクラッチと
、このクラッチの連結遮断を制御する手段Ａと、機関の
負荷を検出する手段Ｂとを備えるものであり、上記制御
手段Ａは、上記排気式過給機１４と機械式過給機１５が
ともに駆動されている状態で機関負荷が所定値に達した
時、その後所定時間経過してから上記クラッチを遮断す
る。

〔作　用〕

機関の軽負荷運転時、ターボチャージャとスーパーチャ
ージャはともに作動している。負荷が所定値まで大きく
なると、その後所定時間の間はターボチャージャとスー
パーチャージャがともに作動し続けるが、所定時間経過
後クラッチが遮断され、スーパーチャージャは停止する
。

〔実施例〕

以下、図示実施例により本発明を説明する。

第２図は本発明に係る複合過給装置の一実施例を示す。

エンジン本体１１の燃焼室１２に連通ずる吸気通路１３
には、排気式過給機すなわちターボチャージャ１４と機
械式過給機すなわちスーパーチャージャ１５とが設けら
れている。スーパーチャージャ１５はターボチャージャ
１４の下流側に設けられる。

エアクリーナ１６は吸気通路１３の最も上流側に設けら
れ、エアフロメータ１７はその下流側に設けられる。さ
らに下流側にはターボチャージャ１４のコンプレッサ１
４ａが配設され、スーパーチャージャ１５はこのコンプ
レッサ１４ａの下流側に設けられる。スロットル弁１８
は、吸気通路１３のターボチャージャ１４とスーパーチ
ャージャ１５の間に設けられ、アクセルペダル（図示せ
ず）に連動して吸気通路の流路面積を変化させる。

一方、排気通路２１の途中には、ターボチャージャ１４
のタービン１４ｂが設けられ、またこのタービン１４ｂ
を迂回する排気バイパス通路２２が形成される。ターボ
チャージャ１４のタービン１４ｂは、排気通路２１を通
過する排気ガスにより回転駆動され、これによりコンプ
レッサ１４ａが回転して吸入空気が過給される。ウェス
トゲートバルブ２３は排気バイパス通路２２を開閉して
タービン１４ｂへ供給する排気ガスの量を調節し、ター
ボチャージャ１４の回転を制御する。ウェストゲートバ
ルブ２３を開閉駆動するアクチュエータ２４は、従来公
知のように、圧力室２４ａを有し、この圧力室２４ａ内
には通路２５を介してコンプレッサ下流の吸気通路部分
２６に連結されターボ過給圧が伝達されるようになって
いる。しかして、圧力室２４ａ内の圧力がばね２４ｂの
弾発力に打ち勝つと、ウェストゲートバルブ２３はバイ
パス通路２２を解放し、タービン１４ｂを通過する排気
ガスを制御してターボチャージャ１４のコンプレッサ１
４ｂの出口圧を一定価以下に抑える。

ターボチャージャ１４により過給された吸入空気は、ス
ーパーチャージャ１５に流入する。スーパーチャージャ
１５の駆動軸は、電磁クラッチを有するプーリ１５ａに
連結され、このプーリ１５ａは、エンジン本体１１に設
けられたクランクプーリ１１ａに、無端状のベルト２７
により連結される。

スーパーチャージャ１５は、電磁クラッチが接続状態に
ある時、クランクブー１月５８を介して駆動される。

スーパーチャージャ１５の上流側と下流側は第１吸気バ
イパス通！３１により連結され、このバイパス通路３１
にはバイパス制御弁３２が設けられる。バイパス制御弁
３２を開閉制御するアクチュエータ３３は、シェル３４
内にダイアフラム３５により変圧室３６を区画形成する
とともにこの変圧室３６内にばね３７を設け、ダイアフ
ラム３５にバイパス制御弁３２を連結して構成される。

ばね３７は、ダイアフラム３５をバイパス制御弁３２の
閉弁方向に付勢する。バイパス制御弁３２は、変圧室３
６に導かれた圧力に応じて変位し、バイパス通路３１を
開閉する。変圧室３６は通路５１により、吸気通路１３
のスーパーチャージャ１５より上流側に連結され、この
通路５１には第１の負圧切換弁５２が設けられる。第１
の負圧切換弁５２は、スーパーチャージャ１５より上流
側部分と大気とを選択的に変圧室３６に連通させる。

吸気通路１３であって、第１吸気バイパス通路３１の上
流側連結部分よりもさらに上流側と、第１吸気バイパス
通路３Ｉの下流側連結部分よりもさらに下流側とは、第
２吸気バイパス通路６１により連結される。この第２吸
気バイパス通路６１の断面積は、第１吸気バイパス通路
３１の断面積よりも大きい。第２吸気バイパス通路６１
にはバイパス制御弁６２が設けられる。バイパス制御弁
６２を開閉制御するアクチュエータ６３は、シェル６４
内をダイアフラム６５により区画して大気室６６と変圧
室６７を形成するとともに大気室６６内にばね６８を設
け、ダイアフラム６５にバイパス制御弁６２を連結して
構成される。ばね６８は、ダイアフラム６５を制御弁６
２の閉弁方向に付勢する。制御弁６２は、変圧室６７に
導かれた圧力に応じて変位し、バイパス通路６１を開閉
する。変圧室６７は通路７１により、吸気通路１３のス
ーパーチャージャ１５より下流側に連結され、この通路
７１には第２の負圧切換弁７２が設けられる。第２の負
圧切換弁７２は、スーパーチャージャ１５より下流側部
分と大気とを選択的に変圧室６７に連通させる。

第１および第２の負圧切換弁５２　、７２は、マイクロ
コンピュータを備えた制御回路８１により、エンジン負
荷およびエンジン回転数の大きさに応じて切り換え制御
される。制御回路８１は、中央演算処理装置（ＣＰＩＩ
）　８２、メモリ８３、出力ポート８４、および入力ポ
ート８５を備え、これらはバス８６により相互に接続さ
れる。出力ポート８４は、第１および第２の負圧切換弁
５２　、７２、およびスーパーチャージャの電磁クラッ
チに接続され、入力ポート８５は、スロットル弁１８に
連結されたスロットル開度センサ９１、エアフロメータ
１７、およびエンジン回転数センサ９２に接続される。

第３図は、上述した構成を有する本実施例装置の作用を
示す。

この図示例において、スロットル弁１８は実線Ｅで示す
ように、初め全閉であり、その後直線的に開度を大きく
し、全開状態になっている。スロットル弁が全閉状態の
とき、実線Ｉで示すように電磁クラッチがオン状態にあ
ってスーパーチャージャが駆動されていても、スロット
ル弁１８の下流側の吸気管負圧によりバイパス弁３２が
開放するため、実線Ｆで示すように過給圧はまだ負圧で
ある。

次いでスロットル弁１８の開度が大きくなり始めると、
吸気管負圧が小さくなるため、バイパス制御弁３２の開
度が小さくなり、スーパーチャージャ１５による過給の
効果が出始めて過給圧が上昇しはじめる（実ＭＦ）、こ
のスロットル弁の開き始めのとき、エンジン回転数がま
だ低いため、ターボチャージャ１４は十分作用していな
い。次いでスロットル弁の開度がある程度大きくなると
、ターボチャージャによる過給効果が増加し、スーパー
チャージャによる過給効果の割合が減少してくる。なお
、図中ハツチングの領域Ｓは、過給圧のうちスーパーチ
ャージャが寄与する部分を示す。

さて、過給圧がＰｌに達すると、実線Ｇで示すようにバ
イパス制御弁６２が開放しはじめ、これによりスーパー
チャージャの効果が減少しはじめて過給圧の上昇が符号
Ｆ１で示すように停止する。

なおＰｌは、もし定常状態であればターボチャージャの
みにより得ることができる過給圧である。

また−点＄Ｊ［Ｊはバイパス制御弁６２により過給圧を
制御しない場合の過給圧を示す。

さて、バイパス制御弁６２が全開になると、スーパーチ
ャージャは効かなくなり、過給圧はター（ｌＯ） ポチャージャのみによって、符号Ｆ２で示すように再び
上昇しはじめる。したがって、このようにターボチャー
ジャのみにより過給が行われるようになってからスーパ
ーチャージャを停止させれば、過給圧が低下することは
ない。そこで本実施例では、過給圧がＰｌになってから
所定のデイレイ時間りだけ経過すると、実線Ｉで示すよ
うに電磁クラッチがオフにされてスーパーチャージャが
停止せしめられる。その後過給圧がＰ２になると、実線
Ｈで示すようにウェストゲートバルブ２３が開放しはじ
め、これにより過給圧はＰ２より上昇しなくなる。

上記デイレイ時間りの長さは、過給圧がＰ、に達した時
点におけるエンジン回転数によって定まる。すなわちデ
イレイ時間りは、第４図に示すように、エンジン回転数
が大きくなるほど短くなり、また４０００ｒｐｍより低
い回転数では、スーパーチャージャが駆動されているた
め、定められない。このようにデイレイ時間がエンジン
回転数により短くなるのは、高回転はどターボチャージ
ャの応答遅れが短くなるからである。

以上のように本実施例は、過給圧がＰｌになった後、エ
ンジン回転数によって定まるデイレイ時間だけ経過して
から、スーパーチャージャを停止させるように構成され
ており、このデイレイ時間はターボチャージャが十分な
過給圧を発揮するのに必要十分な時間である。したがっ
て、スーパーチャージャの停止時、過給圧は低下するこ
とはなく、スーパーチャージャとターボチャージャの複
合過給からターボチャージャのみの過給へスムーズに切
り換えられる。また、第４図のグラフ、すなわちターボ
チャージャのみにより十分な過給が行われるまでの時間
とエンジン回転数との関係は、予め実験等により求めて
おけばよい。しかして、複合過給からターボチャージャ
のみへの過給を、迅速かつ確実に判断することができ、
したがってスーパーチャージャの作動時間を減少させて
、その駆動損失を低減させることができる。

第５図は制御回路８１による過給圧制御ルーチンのフロ
ーチャートを示し、このルーチンにより、上述した制御
が行われる。このルーチンは所定の時間間隔で割り込み
処理される。

ステップ１００では、タイマフラグｆ□がゼロが否か判
別される。タイマフラグｆ７は、後述するようにステッ
プ１２５においてエンジン負荷（Ｑ／Ｎ）が１．２ｊ２
／ｒｅｖより大きくなり、かつエンジン回転数（Ｎ）が
４００Ｏｒｐｍを越えたとき１に定められるが、これよ
りも軽負荷あるいは低回転数のときはＯである。したが
って、例えばアイドル運転時等の軽負荷運転時、ステッ
プ１００がらステップ１０１へ進み、吸入空気量（Ｑ）
とエンジン回転数（Ｎ）から負荷（Ｑ／Ｎ）が求められ
る。負荷力０．７１！　／　ｒｅｖよりも小さいとき、
ステップ１０２からステップ１０３へ進み、スーパーチ
ャージャ１５の電磁クラッチがオフ状態にされる。次い
でステップ１０４において第１の負圧切換弁５２がオフ
状態にされるとともに、ステップ１０５において第２の
負圧切換弁７２がオン状態にされ、このルーチンは終了
する。この結果、アクチュエータ３３は変圧室３６にス
ロットル弁１８の下流例の吸気管負圧を導かれ、制御弁
３２はこの負圧の大きさに応じてバイパス通路３１を開
放する。一方、制御弁６２は、変圧室６７に大気圧を導
かれるため、ばね６８の弾発力によってバイパス通路６
１を閉塞する。したがって、吸入空気はスーパーチャー
ジャを直接通過せず、バイパス通路３１を通過する。こ
のため、休止中のスーパーチャージャによる吸気抵抗が
減少する。

負荷が０．７　ｅ　／　ｒｅｖよりも大きくなると、ス
テップ１０２からステップ１１１へ進み、カットフラグ
ｆ、がゼロか否かが判別される。カットフラグｆｃは、
後述するように高負荷運転状態となりスーパーチャージ
ャを停止させるときステップ１３２において１に定めら
れる。負荷が０．７４！／ｒｅｖを越えた直後、まだフ
ラグｆｃはゼロであり、次ぎにステップ１１２が実行さ
れ、電磁クラッチがオン状態にされる。すなわちスーパ
ーチャージャ１５が始動する。ステップ１１３では、負
荷（Ｑ／Ｎ）が０．８１／ｒｅｖよりも大きいか否かが
判別され、小さければこのルーチンはこのまま終了する
が、大きければステップ１１４　、１１５が実行される
。ステップ１１４では第１の負圧切換弁５２がオン状態
にされ、ステップ１１５では第２の負圧切換弁７２がオ
フ状態にされる。この結果、アクチュエータ３３は変圧
室３６に大気圧を導かれ、制御弁３２はバイパス通路３
１を閉塞し、また制御弁６２は変圧室６７に過給圧を導
かれ、この過給圧の大きさに応じてバイパス通路６１を
開放する。

ステップ１２１では負荷（Ｑ／Ｎ）が１．２１１／ｒｅ
ｖよりも大きいか否かが判別される。本実施例において
は、負荷が１．２１７　ｒｅｖよりも大きくなること、
これは、定常状態であればターボチャージャ１４だけで
十分な過給圧が得られる運転状態であるとして、次ぎに
所定時間経過した後スーパーチャージャ１５を停止させ
る。負荷が１．２１／ｒｅｖよりも小さいとき、このル
ーチンはこのまま終了するが、９荷がこれよりも大きい
とき、ステップ１２１からステップ１２２へ進み、エン
ジン回転数（Ｎ）が４０００ｒｐｍよりも大きいか否か
判別される。

エンジン回転数（Ｎ）が４００Ｏｒｐｍよりも小さいと
き、ステップ１２７においてフラグＩｔ、ｆｃがゼロに
リセットされ、またステップ１２８において後述するタ
イマが停止せしめられて、このルーチンは終了する。こ
れに対し、ステップ１２２においてエンジン回転数が４
００Ｏｒｐｍを越えているとき、ステップ１２３〜１２
６が実行され、スーパーチャージャ１５を停止させると
きのデイレイ時間が設定される。

ステップ１２３では、マツプからデイレイ時間が求めら
れる。デイレイ時間は第４図に示されるように、エンジ
ン回転数が大きくなるほど小さくなり、エンジン回転数
が４００Ｏｒｐｍより小さいときはスーパーチャージャ
は運転を継続されるため、規定されていない。ステップ
１２４では、タイマフラグｆ７がゼロか否かが判別され
る。通常の運転状態においてこのステップ１２４が実行
されるとき、タイマフラグ【７はゼロにリセットされて
いるため、通常ステップ１２５へ進み、タイマフラグｆ
ｔが１にセットされた後、ステップ１２６においてタイ
マが起動される。これに対し、いったんステラプ１２５
が実行されてタイマが作動しているとき、ステップ１２
４ではフラグｒ７がゼロではないと判定されるため、ス
テップ１２５　、１２６はステップされる。すなわちタ
イマは、負荷が１．２１．７　ｒｅｖよれ大きくなり、
かつエンジン回転数が４０００ｒｐｍを越えてからの時
間を計測する。

ステップ１３１では、負荷が１．２１／ｒｅｖより大き
くなり、かつエンジン回転数が４００Ｏｒｐｍを越えて
からの経過時間（Ｔ）がステップ１２３で求めたデイレ
イ時間を越えたか否か判別される。経過時間（Ｔ）がデ
イレイ時間を越えていないとき、このルーチンはこのま
ま終了する。この場合、次の実行において、ステップ１
００でフラグｆ↑が１であるために、このステップ１０
０からステップ１２２へ進み、エンジン回転数（Ｎ）が
監視され、その後エンジン回転数が４００Ｏｒｐｍを越
えたまま経過時間（Ｔ）がデイレイ時間を越えると、ス
ーパーチャージャ１５を停止させるために、ステップ１
３２゜１３３　、１３４が実行される。すなわちステッ
プ１３２では、タイマフラグｆ７がゼロにクリアされる
とともに、カットフラグｆｃが１にセットされる。

そしてステップ１３３ではタイマが停止され、ステップ
１３４では電磁クラッチが遮断されて、このルーチンは
終了する。

なお、上記実施例ではエンジン負荷を吸入空気量とエン
ジン回転数の比により判断しているが、これに代え、ス
ロットル弁の開度によって判断してもよい。

さて上記実施例においては、エンジン負荷（Ｑ／Ｎ）が
０．７１／ｒｅｖよりも小さい状態から加速運転された
場合、スーパーチャージャ１５の電磁クラッチ１５ａは
遮断状態から接続状態になった後、再び遮断状態に変化
し、すなわちオンオフを繰り返す。このようなオンオフ
の繰り返しは、エンジン回転数が高くても常に行われ、
したがって電磁クラッチ１５ａの耐久性の点で好ましく
ない。また、電磁クラッチ１５ａの接続時にはエンジン
出力が変化するためショックが発生し、これは高回転は
ど大きくなる。一方、エンジンの高回転時、特にウェス
トゲートパルプ２３が開弁し始めるインクセブト回転数
よりも高回転時における加速運転時においては、負荷（
Ｑ／Ｎ）が０．７１！／ｒｅｖ以下の状態であっても、
スーパーチャージャ１５を駆動することなくターボチャ
ージャ１４のみによって十分な過給圧が得られる。また
、第６図に示すようにターボチャージャ１４の応答遅れ
、すなわちターボラグは、エンジン回転数の上昇ととも
に小さくなり、インタセプト回転数Ａ（たとえば４００
０ｒｐｍ）よりも約１１００Ｏｒｐ以上高いエンジン回
転数になると、はとんどなくなる。

したがって、エンジン回転数が例えば５０００ｒｐｍ以
上の高回転数からの加速運転においては、スーパーチャ
ージャ１５の駆動を禁止し、ターボチャージャ１４のみ
を駆動することが好ましい。なお、第６図において破線
にはターボチャージャ１４のみを駆動した時の過給圧の
変化、実線りはターボチャージ中１４とスーパーチャー
ジャ１５を共に駆動した時の過給圧の変化を示す。

第７図は本発明の第２の実施例を示し、この実施例は、
電磁クラッチの接続ショックの減少と耐久性の向上を図
ったものである。

この図において、ステップ９９がステップ１００と１０
１の間に設けられており、その他のステップは全て第５
図のルーチンと同様である。すなわち、ステップ１００
においてタイマフラグ「が０の時、ステップ９９におい
てエンジン回転数Ｎが５００Ｏｒｐｍよりも低いか否か
が判別され、低い場合にはステップ１０２以下が実行さ
れるが、高い場合にはステップ１０３　、１０４　、１
０５が実行され、電磁クラッチ１５ａが遮断されるとと
もに、第１の負圧切換弁５２がオフ状態に、また第２の
負圧切換弁７２がオン状態に切換えられる。

したがって、エンジンの高回転時（例えば５００゜ｒｐ
ｍ以上）には、電磁クラッチ１５ａのオンオフ制御が行
われなくなり、これにより電磁クラッチ１５ａの接続に
よるショックが減少し、また電磁クラッチ１５ａの耐久
性が向上する。

なおステップ１００において、タイマフラグｆが既に１
にセットされている場合、ステップ１２２へ進み、エン
ジン回転数が５００Ｏｒｐｍ以上の高回転になっでもデ
イレイ時間が経過するまで電磁クラッチ１５ａは接続状
態を維持する。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ターボチャージャとスー
パーチャージャの複合過給からターボチャージャのみの
過給への切り換え時に、エンジン出力を低下させること
なく確実に上昇させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、 第２図は本発明の一実施例に係る複合過給装置を示す図
、 第３図は実施例装置の作用を示すグラフ、第４図はエン
ジン回転数とデイレイ時間の関係を示すグラフ、 第５図は過給圧制御ルーチンのフローチャート、第６図
はエンジン回転数とターボラグおよび過給圧との関係を
示すグラフ、 第７図は過給圧制御ルーチンの他のフローチャ一トであ
る。 １３・・・吸気通路、 １４・・・排気式過給機（ターボチャージャ）、１５・
・・機械式過給ａ（スーパーチャージャ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、吸気通路に設けられた排気式過給機および機械式過
   給機と、この機械式過給機の駆動源に対する連結および
   遮断を行うクラッチと、このクラッチの連結遮断を制御
   する手段と、機関の負荷を検出する手段とを備え、上記
   制御手段は、上記排気式過給機と機械式過給機がともに
   駆動されている状態で機関負荷が所定値に達した時、そ
   の後所定時間経過してから上記クラッチを遮断すること
   を特徴とする内燃機関の複合過給装置。