JPH06100098B2 - 過給機付エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複数の気筒に接続された吸気通路に、出力軸
により回転駆動される過給機が配設されて成る過給機付
エンジンに関する。

（従来の技術） 自動車に搭載されるガソリンエンジン等において、各気
筒における吸気充填効率を向上させて出力トルクを増大
させるべく、例えば、実開昭60-1923号公報にも示され
る如くに、エンジンの出力軸（クランクシャフト）によ
り回転駆動される機械式過給機（所謂、スーパーチャー
ジャであり、以下単に過給機と称す）を吸気通路に配設
し、その過給機により吸気を加圧して各気筒に過給する
ようにしたものが、過給機付エンジンとして知られてい
る。斯かる過給機付エンジンにおいては、通常、過給機
がエンジンの出力軸に対して一定の回転数比をもって回
転するようになされており、エンジンの出力軸の回転数
（エンジン回転数）が比較的高い値をとるとき、過給機
の回転数（ポンプ回転数）が許容上限値をとるように設
定される。そして、その過給機は、例えば、自動車に搭
載されるに際しての設置スペースの低減やエンジンに対
する駆動負担の軽減等の面から可及的に小型化が図られ
たものとされることが望まれ、しかも、エンジンの性能
向上の面からエンジンの出力軸の回転数における実用変
化範囲全体に亙って所定の過給圧が得られるものである
ことが望まれる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の如くに、その出力軸に対して一定
の回転数比をもって回転するようにされた過給機が装備
された従来の過給機付エンジン、特に、排気量が比較的
大である過給機付多気筒エンジンにおいては、通常、第
６図に示される過給圧−出力軸回転数特性にみられる如
くに、出力軸の回転数が比較的低いときには過給機の回
転数も低くなり、出力軸の回転数が高いときに比して過
給機の過給能力が低下して過給圧が大幅に低減され、従
って、エンジンが低回転域動作状態にある場合には所望
の過給圧が得られず、出力トルクの増大がなされなくな
る。そして、エンジンの出力軸の回転数が比較的低いと
きにも所望の過給圧が得られるようにされる場合には、
過給機の大型化が伴われ、設置スペース及びエンジンに
対する駆動負担の増大をまねくことになる不都合を生じ
る。

そこで、このような問題を解決するための方策として、
エンジンの出力軸と過給機との間に可変プーリ等の回転
数比変更手段を設けて過給機と出力軸との回転数比を変
化させ、エンジンの出力軸の回転数と過給機の回転数と
の関係をあらわす第７図において実線で示される如く
に、一点鎖線で示される回転数比変更手段が設けられて
いない場合の過給機の回転数に比して、エンジンの出力
軸の回転数が比較的低いときにおいて高められた過給機
の回転数を得るようにすることが考えられる。

ところが、このように回転数比変更手段が設けられて過
給機の回転数が出力軸の回転数が低いときにも低下しな
いようにされた過給機付エンジンにあっては、出力軸の
回転数が高いときには、回転数比変更手段により過給機
と出力軸との回転数比を低下させて過給機の回転数を許
容上限値以下に維持することが必要となり、このため、
出力軸の回転数が高い場合に全ての気筒に対して過給を
行うためには、小型の過給機では加圧容量が不足して充
分な過給を行うことができず、出力トルクの低下をまね
く虞がある。

斯かる点に鑑み、本発明は、設置スペースの低減及びエ
ンジンに対する駆動負担の軽減が図られる比較的小型な
過給機が設けられて複数の気筒に対する過給が行われる
もとで、出力軸の回転数が比較的高い場合にも充分な過
給効果が実質的に得られ、その結果、出力軸の回転数の
実用変化範囲全体に亙って出力トルクを効率良く向上さ
せることができるものとされ得る過給機付エンジンを提
供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成すべく、本発明に係る過給機付エンジ
ンは、複数の気筒を有するエンジン本体と、このエンジ
ン本体の複数の気筒に接続された吸気通路と、吸気通路
に配設されてエンジン本体の出力軸によりその出力軸の
回転数に対して可変とされる回転数比をもって回転駆動
され、出力軸の回転数が第１の所定値以上となるもとで
回転数の上限値が設定される過給機と、エンジン本体の
出力軸の回転数を検出する検出手段と、検出手段から得
られる信号に基づいて、過給機による複数の気筒に対す
る過給状態を制御する過給制御手段とを備えてなり、過
給制御手段が、過給機による過給を、エンジン本体の出
力軸の回転数が第１の所定値以上とされる第２の所定値
以上のときには複数の気筒のうちの一部にのみ行われ、
エンジン本体の出力軸の回転数が第２の所定値未満のと
きには複数の気筒全部に行われるように制御するものと
されて構成される。

（作 用） 上述の如くに構成された本発明に係る過給機付エンジン
においては、その出力軸の回転数が第２の所定値未満の
とき、即ち、第２の所定値未満のエンジン回転数をもっ
て作動しているときには、制御手段による制御のもと
に、過給機による過給が全気筒に対してなされる状態が
とられる。斯かる状態では、過給機の回転数がエンジン
の出力軸の回転数に対して充分なものとされて充分な過
給能力が得られ、そのため、所望の過給圧が得られて各
気筒における吸気充填効率が向上せしめられ、出力トル
クが増大される。

一方、その出力軸の回転数が第２の所定値以上のとき、
即ち、第２の所定値以上の高いエンジン回転数をもって
作動しているときには、制御手段による制御のもとに、
過給機による過給が、全気筒に対してではなく、一部の
気筒に対してのみなされ、他の気筒に対しては自然吸気
がなされる状態がとられる。斯かる状態では、エンジン
回転数が第２の所定値以下とされる第１の所定値以上で
あることにより、過給機の回転数が許容限界値以下に抑
えられ、エンジンの出力軸の回転数に対して不充分なも
のとされて過給能力が不足し、全気筒に対して過給機に
よる過給が行われる場合には、各気筒に関して充分な過
給圧が得られなくなって出力トルクの増大が図れなくな
る虞があるが、上述の如くに、過給機による過給が一部
の気筒に対してのみ行われ、他の気筒に対しては自然吸
気が行われるので、過給がなされる一部の気筒において
は過給圧が集中せしめられて充分な過給圧が得られ、そ
れにより、吸気充填効率が向上せしめられて出力トルク
が増大される。その結果、総合的には、エンジンが第２
の所定値以上の高いエンジン回転数をもって作動してお
り、過給機の回転数が許容限界値以下に抑えられている
ときにも、効果的な出力トルクの増大が図れることにな
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して述べる。

第１図及び第２図は、本発明に係る過給機付エンジンの
一例を示し、エンジン本体10には、第２図に示される如
くに、４個の気筒11,12,13及び14が設けられている。気
筒11〜14の夫々には、第１図において気筒11におけるも
のが示される如くに、ピストン16が嵌挿されている。ま
た、気筒11〜14の夫々には、排気弁18を伴って排気通路
の上流部分を形成する分岐通路部19が接続されるととも
に、吸気弁20を伴って吸気通路の下流部分を形成する分
岐通路部21,22,23及び24夫々が接続されている。分岐通
路部21と分岐通路部24とは、合流部25において合流して
合流通路部26を形成し、また、分岐通路部22と分岐通路
部23とは合流部27で合流して合流通路部28を形成してい
る。さらに、合流通路部26と合流通路部28も、それらの
上流側で合流して共通通路部29を形成するものとされて
おり、この共通通路部29はエアフィルター31を介して大
気に連通している。

上述の分岐通路部21〜24,合流部25及び27,合流通路部26
及び28、及び、共通通路部29と、後述されるバイパス通
路部40とによって吸気通路が構成されている。そして、
この吸気通路の各分岐通路部21〜24には、燃料噴射弁33
a,33b,33c及び33dが夫々臨設され、また、合流通路部26
及び28の下流側部分には、図示されていないアクセルペ
ダルの踏込量に応じた開度をもって開かれるスロットル
弁34及び36が夫々配されている。

合流通路部26及び28におけるスロットル弁34及び36より
上流側の部分には、合流通路部26と合流通路部28とを連
通させるバイパス通路部40が設けられており、合流通路
部28のバイパス通路部40が開口する部分より上流側に
は、アクチュエータ43に駆動されて合流通路部28を開閉
する第１の開閉弁41が配され、また、バイパス通路部40
に、アクチュエータ44により駆動されてバイパス通路部
40を開閉する第２の開閉弁42が配されいる。なお、アク
チュエータ43及び44は、夫々、それらに供給される後述
される如くの制御信号Ca及びCbのレベルに応じて、各々
の駆動ロッド43a及び44aを突出させ、もしくは、引き込
むようにされており、駆動ロッド43a及び44aが突出せし
められたときには、第１の開閉弁41及び第２の開閉弁42
が夫々開状態とされ、駆動ロッド43a及び44aが引き込ま
れたときには、第１の開閉弁41及び第２の開閉弁42が夫
々閉状態とされる。

合流通路部26のバイパス通路部40が開口する部分より上
流側には、エンジン本体10の出力軸（クランクシャフ
ト）45により回転駆動されるベーンポンプ型の過給機50
が配設されている。この過給機50には、出力軸45の回転
が電磁クラッチ47及び可変プーリ48を介してベルト伝導
されるようになされており、出力軸45の回転数に対して
可変とされた回転数比をもって回転駆動される。

さらに、このような構成に加えて、燃料噴射弁33a〜33
d,第１の開閉弁41,第２の開閉弁42及び電磁クラッチ47
に対する制御を行うコントロールユニット100が備えら
れている。このコントロールユニット100には、出力軸4
5の回転数、即ち、エンジン回転数を検出する回転数セ
ンサ61から得られる出力軸45の回転数に応じた検出信号
Snと，スロットル弁36の開度を検出するスロットル開度
センサ62から得られるエンジン負荷に応じた検出信号Sl
と，合流部25及び27における吸気圧を夫々検出する圧力
センサ63及び64から得られる、気筒11及び14と気筒12及
び13とに夫々供給される給気量に応じた検出信号Sa及び
Sbが供給される。

コントロールユニット100は、これらの検出信号のうち
の検出信号Sn及びSaに基づいて、燃料噴射弁33a及び33d
から噴射されるべき燃料の量に応じた噴射パルスPaを形
成してこれを燃料噴射弁33a及び33dに供給するととも
に、検出信号Sn及びSbに基づいて、燃料噴射弁33b及び3
3cから噴射されるべき燃料の量に応じた噴射パルスPbを
形成してこれを燃料噴射弁33b及び33cに供給する。

また、コントロールユニット100は、上述の検出信号Sa,
Sb,Sl及びSnのうちの検出信号Slに基づいて、エンジン
負荷が所定値より低い低負荷時には、低レベルをとるク
ラッチ制御信号Ccを電磁クラッチ47に供給して、出力軸
45の回転が過給機50に伝達されないように電磁クラッチ
47を遮断状態にするとともに、アクチュエータ43及び44
に夫々低レベルをとる制御信号Ca及びCbを供給して、ア
クチュエータ43及び44に夫々の駆動ロッド43a及び44aを
突出せしめて第１の開閉弁41及び第２の開閉弁42を開状
態とする動作を行わせる。これにより、気筒11〜14に対
する過給を行ってエンジンの出力トルクを増大させる必
要のない低負荷時には、過給機50の作動が停止されると
ともに、気筒11〜14の夫々に、共通通路部29,第１の開
閉弁41が開状態とされた合流通路部28,第２の開閉弁42
が開状態とされたバイパス通路部40,合流通路部26,合流
部25及び27、及び、分岐通路部21〜24を通じて吸気供給
がなされる自然吸気態様がとられる。これにより、低負
荷時においては、過給機50の駆動に伴われるエネルギー
ロス等が生じない状態がとられる。

一方、エンジン負荷が所定値以上となる高負荷時には、
コントロールユニット100は、高レベルをとるクラッチ
制御信号Ccを電磁クラッチ47に供給して、出力軸45の回
転が過給機50に伝導されるようにするとともに、検出信
号Snに基づいて出力軸45の回転数に応じたプーリ制御信
号Cpを形成してこれを可変プーリ48に供給する。これに
より、過給機50が、可変プーリ48の径が出力軸45の回転
数に応じて縮小される状態のもとに、出力軸45の回転数
に対して可変とされる回転数比をもって回転駆動され、
過給機50の回転数が前述された第７図において実線で示
される如くに変化するものとされる。即ち、過給機50
は、出力軸45の回転数に対して可変とされる回転数比を
もって回転駆動され、出力軸45の回転数が所定値（第１
の所定値）以上となるもとで回転数の上限値が設定され
るものとされる。

斯かる状態において、第１の開閉弁41が閉状態とされる
とともに第２の開閉弁42が開状態とされると、過給機50
によって加圧された吸気が、合流通路部26,バイパス通
路部40,合流通路部28,合流部25及び27、及び、分岐通路
部21〜24を介して気筒11〜14の夫々に供給され、気筒11
〜14の全てに対しての過給機50による過給（以下、全気
筒過給と称す）が行われる。一方、第１の開閉弁41が開
状態されるとともに第２の開閉弁42が閉状態とされる
と、気筒12及び13には共通通路部29,合流通路部28,合流
部27,分岐通路部22及び23を介して自然吸気が行われる
とともに、過給機50によって加圧された吸気が、合流通
路部26,合流部25,分岐通路部21及び24を介して気筒11及
び14に供給され、気筒11及び14に対しての過給機50によ
る過給（以下、部分気筒過給と称す）が行われる。

このような、エンジン負荷が所定値以上となる高負荷時
において、エンジン回転数の実用変化範囲の全域に亙っ
て全気筒過給態様，部分気筒過給態様及び自然吸気態様
で夫々エンジンを作動させると、出力軸45の回転数に対
する出力トルクの変化は第３図に示される如くのものと
なることが確認された。第３図において、実線曲線は全
気筒過給態様の場合、破線曲線は部分気筒過給態様の場
合、一点鎖線曲線は自然吸気態様の場合を示す。これよ
りして、出力軸45の回転数が所定値No（第２の所定値で
あって、第１の所定値以上）未満である場合には、部分
気筒過給態様の場合より全気筒過給態様の場合の方が出
力トルクが増大するが、出力軸45の回転数が所定値No以
上のときには、過給機50の過給能力の不足に起因して、
全気筒過給態様の場合よりむしろ部分気筒過給態様の場
合の方が出力トルクが増大する結果となることが理解さ
れる。

斯かる確認結果及びそれに基づく考察により、本例にお
いては、コントロールユニット100が、検出信号Sl及びS
nに基づき、エンジン負荷が所定値以上であって出力軸4
5の回転数が所定値No以上のときには、アクチュエータ4
3に、制御信号Caを第４図Ａにおいて実線で示される如
くに低レベルをとるものとして供給するとともに、アク
チュエータ44に、制御信号Cbを第４図Ｂにおいて実線で
示される如くに高レベルをとるものとして供給しこれに
より、アクチュエータ43がその駆動ロッド43aを突出さ
せて第１の開閉弁41を開状態にするとともに、アクチュ
エータ44がその駆動ロッド44aを引込んで第２の開閉弁4
2を閉状態にする。また、エンジン負荷が所定値以上で
あって出力軸45の回転数が所定値No未満のときには、ア
クチュエータ43に、制御信号Caを第４図Ａにおいて実線
で示される如くに高レベルをとるものとして供給すると
ともに、アクチュエータ44に、制御信号Cbを第４図Ｂに
おいて実線で示される如くに低レベルをとるものとして
供給する。

これにより、エンジン負荷が所定値以上であって出力軸
45の回転数が所定値No以上のときには、アクチュエータ
43がその駆動ロッド43aを突出させて第１の開閉弁41を
開状態にするとともに、アクチュエータ44がその駆動ロ
ッド44aを引込んで第２の開閉弁42を閉状態にし、その
結果、上述した如くの部分気筒過給が行われ、また、エ
ンジン負荷が所定値以上であって出力軸45の回転数が所
定値No未満のときには、アクチュエータ43がその駆動ロ
ッド43aを引き込んで第１の開閉弁41を閉状態にすると
ともに、アクチュエータ44がその駆動ロッド44aを突出
させて第２の開閉弁42を開状態にし、その結果、上述し
た如くの全気筒過給が行われる。

このように、コントロールユニット100によって、エン
ジン負荷が所定値以上であるもとで、出力軸45の回転数
が所定値No以上のときには部分気筒過給が行われ、ま
た、出力軸45の回転数が所定値No未満のときには全気筒
過給が行われるように制御されることにより、出力軸45
の回転数が所定値No以上とされるとき、それが第１の所
定値以上であることにより、回転数が許容上限値以下に
抑えられる状態におかれて、過給能力の不足をきたすよ
うな比較的小型の過給機50が用いられた場合にも、その
特性が有効に利用されて、エンジン回転数の実用変化範
囲全域に亙って出力トルクが効率良く向上せしめられる
ことになる。

上述の如くの制御を行うコントロールユニット100は、
例えば、マイクロコンピュータが用いられて構成され、
斯かる場合におけるマイクロコンピュータが実行する可
変プーリ48の径の制御と給気態様の制御を行うためのプ
ログラムの一例を、第５図に示されるフローチャートを
参照して説明する。

このプログラムにおいては、スタート後、プロセス101
でスロットル開度センサ62から得られる検出信号Sl及び
回転数センサ61から得られる検出信号Snを読み込んで、
ディシジョン102に進む。ディシジョン102では、検出信
号Slがあらわすエンジン負荷が所定値Lo以上か否かを判
断し、以上でないと判断された場合にはプロセス103に
進み、電磁クラッチ47に低レベルをとるクラッチ制御信
号Ccを供給して、それを遮断状態にし、プロセス104に
進む。プロセス104においては、アクチュエータ43及び4
4に低レベルの制御信号Ca及びCbを夫々供給し、第１の
開閉弁41及び第２の開閉弁42を共に開状態として、元に
戻る。これにより、気筒11〜14の夫々に対して自然吸気
が行われる。

一方、ディシジョン102においてエンジン負荷が所定値L
o以上であると判断された場合には、プロセス105に進
み、電磁クラッチ47に高レベルをとるクラッチ制御信号
Ccを供給してこれを接続状態にした後、ディシジョン10
6に進む。ディシジョン106においては、検出信号Snがあ
らわす出力軸45の回転数が所定値No以上か否かを判断し
以上であると判断された場合にはプロセス107に進む。
そして、プロセス107においてアクチュエータ43に低レ
ベルをとる制御信号Caを供給するとともにアクチュエー
タ44に高レベルをとる制御信号Cbを夫々供給し、第１の
開閉弁41を開状態にするとともに第２の開閉弁42を閉状
態として、これにより、部分気筒過給が行われる。続く
プロセス109においては、検出信号Snに基づいて出力軸4
5の回転数に応じたプーリ制御信号Cpを形成してこれを
可変プーリ48に供給する。それにより、過給機50と出力
軸48との回転数比が変化せしめられ、過給機50の回転数
が出力軸45の回転数に対して、第７図において実線で示
される如くの変化をするものとされる。そして、その
後、フローは元に戻る。

また、ディシジョン106において、出力軸45の回転数が
所定値No以上でないと判断された場合には、プロセス10
8に進み、プロセス108においてアクチュエータ43に高レ
ベルをとる制御信号Caを供給するとともにアクチュエー
タ44に低レベルをとる制御信号Cdを夫々供給し、第１の
開閉弁41を閉状態にするとともに第２おの開閉弁42を開
状態として、これにより、全気筒過給が行われる。続い
て、上述したプロセス109を実行して元に戻る。

なお、上述の如くに、出力軸45の回転数に基づいて、部
分気筒過給態様から全気筒過給態様に急激に切換える
際、あるいは、全気筒過給態様から部分気筒過給態様に
急激に切換える際に、給気量の急変に起因するトルクシ
ョックを生じる虞があるが、斯かる虞がある場合には、
制御信号Ca及びCbのレベルを、第４図Ａ及びＢにおいて
一点鎖線で示される如くに、出力軸45の回転数が所定値
No近傍の値をとるときレベルを徐々に変化させるように
なせばよい。また、上述の例においては、部分気筒過給
が行われる場合には、２つの気筒（11,14）に対する過
給がなされることになるが、これに代えて、過給が１つ
の気筒のみ、あるいは、３つの気筒に対して行われるよ
うにされてもよく、さらには、出力軸45の回転数に応じ
て部分気筒過給が行われる際に、過給される気筒数を変
化させるようにされてもよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係る過給機付エ
ンジンにおいては、その出力軸の回転数が、過給機の回
転数が上限値以下に抑えられることになる第１の所定値
以上とされる第２の所定値以上のとき、即ち、第２の所
定値以上の高いエンジン回転数をもって作動している場
合には、過給機による部分気筒過給が行われ、また、そ
の出力軸の回転数が第２の所定値未満のときには、過給
機による全気筒過給が行われる。このため、出力軸の回
転数が第２の所定値未満であり、過給機の回転数がエン
ジンの出力軸の回転数に対して充分なものとされて充分
な過給能力が得られる時には、全気筒に対する過給が行
われ、各気筒における吸気充填効率が向上せしめられて
出力トルクが著しく増大される。一方、その出力軸回転
数が第２の所定値以上であり、過給機の回転数がエンジ
ンの出力軸の回転数に対して不充分となって過給能力が
不足する虞があるときには、一部の気筒のみに対して過
給が行われるとともに他の気筒に対しては自然吸気が行
われ、過給がなされる一部の気筒においては過給圧が集
中せしめられて充分な過給圧が得られて、吸気充填効率
が向上せしめられ、その結果、総合的にみて出力トルク
の増大が図られることになる。

従って、本発明に係る過給機付エンジンによれば、その
出力軸回転数が高くなるときには、回転数が許容上限値
以内に抑えられて、全気筒に対する過給が行われると過
給能力が不足することになる比較的小型な過給機が用い
られる場合にも、出力軸回転数の実用変化範囲全体に亙
って出力トルクを効率良く向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る過給機付エンジンの一例を示す概
略構成図、第２図は第１図に示される例の部分平面図、
第３図は第１図に示される例の動作説明に供される特性
図、第４図は第１図に示される例の動作説明に供される
波形図、第５図は第１図に示される例におけるコントロ
ールユニットにマイクロコンピュータが用いられる場合
において斯かるマイクロコンピュータが実行するプログ
ラムの一例を示すフローチャート、第６図は過給機付エ
ンジンにおける過給圧と出力軸の回転数との関係を示す
特性図、第７図は回転数比変更手段が設けられた過給機
付エンジンにおける過給機の動作特性の説明に供される
図である。 図中、10はエンジン本体、11〜14は気筒、21〜24は分岐
通路部、26及び28は合流通路部、40はバイパス通路部、
41及び42は夫々第１及び第２の開閉弁、43及び44はアク
チュエータ、45は出力軸、48は可変プーリ、50は過給
機、100はコントロールユニットである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の気筒を有するエンジン本体と、 上記複数の気筒に接続された吸気通路と、 該吸気通路に配設されて、上記エンジン本体の出力軸に
   より該出力軸の回転数に対して可変とされる回転数比を
   もって回転駆動され、上記出力軸の回転数が第１の所定
   値以上となるもとで回転数の上限値が設定される過給機
   と、 上記出力軸の回転数を検出する検出手段と、 該検出手段から得られる信号に基づいて、上記過給機に
   よる過給を、上記出力軸の回転数が上記第１の所定値以
   上とされる第２の所定値以上のときには上記複数の気筒
   の一部にのみ行われ、上記出力軸の回転数が上記第２の
   所定値未満のときには上記複数の気筒の全部に行われる
   ものとすべく制御する過給制御手段と、を具備して構成
   される過給機付エンジン。