JPH08232669A

JPH08232669A - ターボチャージャ付内燃機関用の空気開放弁

Info

Publication number: JPH08232669A
Application number: JP7058294A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ishikawa; 健石川
Original assignee: H K S KK; HKS Co Ltd
Current assignee: H K S KK; HKS Co Ltd
Priority date: 1995-02-23
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 1996-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】ターボチャージャ付内燃機関用の空気開放弁
において、コンパクトな装置構成により、機関減速時等
のコンプレッサ下流からコンプレッサ上流への吸気の逆
流（吹き返し現象）を抑制すること。【構成】ターボチャージャ付内燃機関用の空気開放弁
２０において、ダイヤフラム２５の開作動により空気開
放通路２４を開く主弁３１と、主弁３１が空気開放通路
２４を開いた後にダイヤフラム２５の更なる開作動によ
り該空気開放通路２４を開く少なくとも１個の副弁３２
とを有してなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両等に供されるター
ボチャージャ付内燃機関用の空気開放弁に係り、特に吸
気通路のコンプレッサ下流に設けられる空気開放弁に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の排気通路に設けられ、
排気により駆動されるタービンを備えるとともに、内燃
機関の吸気通路に、上記タービンと同軸に設けられ、吸
気を過給するコンプレッサとを備えてなるターボチャー
ジャを有し、エアクリーナより吸入された空気を加圧
（過給）して燃焼室に供給する内燃機関が知られてい
る。

【０００３】このようなターボチャージャ付内燃機関の
減速時等には、燃焼室に供給される吸気流量を減らすた
め、吸気通路のコンプレッサ下流に配置されているスロ
ットルバルブが全閉状態になる。このとき、コンプレッ
サが高速回転し続けている状態下で、スロットルバルブ
が閉じられるため、スロットルバルブ上流の空気圧力が
高まり、結果としてコンプレッサ下流からコンプレッサ
上流への吸気の逆流（いわゆる吹き返し現象）を生ず
る。この吹き返しは、コンプレッサに衝撃を与えてター
ボチャージャの耐久性（インペラの破損、軸受部の損傷
等）を低下し、ターボチャージャの性能を低下し、或い
は吸気通路内空気圧力の脈動によりエアフローメータ信
号の乱れに伴う不正確な空気量検出による空燃費制御の
乱れを生じ、内燃機関の燃焼不安定を生ずる等の不都合
を招く。

【０００４】上述の吹き返しを抑制するため、図２（従
来例１）もしくは図３（従来例２）に示す如くの大気開
放型の空気開放弁が知られている。

【０００５】従来例１の空気開放弁は、コンプレッサ下
流の吸気通路に取付けられる。そして、この空気開放弁
は、弁体空気入口Ａより入るコンプレッサ下流の残圧を
主弁開放口Ｂから放出可能とする主弁１Ａと、吸気通路
のスロットルバルブ下流の吸気圧を空気開放弁作動口Ｃ
から印加せしめられて主弁１Ａの開閉作動力を発生させ
るダイヤフラム２とを有する。主弁１Ａは、ナット３に
よりダイヤフラム２に連結されている。また、ダイヤフ
ラム２には、主弁１Ａ及びダイヤフラム２を主弁閉じ方
向に付勢するスプリング４が取付けられている。

【０００６】従来例２の空気開放弁が、従来例１の空気
開放弁と異なる点は、主弁１Ｂの弁径と、主弁開放口Ｂ
２の面積を大きくし、主弁開放口Ｂ２からの空気放出量
の増大を図ったことにある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関の出力向上を
図るために、コンプレッサ下流の過給圧を上げた場合に
は、機関減速時等にコンプレッサ下流から吹き返される
流量も増大する。然るに、従来例１では、空気開放弁の
主弁１Ａが小径、主弁開放口Ｂが小面積であるため、空
気開放量は小量であるから、高過給圧時には絶対放出量
が不足し、コンプレッサ下流の空気を完全に放出するこ
とが困難であるため、吹き返し抑制効果が小である。

【０００８】そこで、従来例２は、過給空気の絶対放出
量を増やすため、主弁１Ｂの弁径並びに主弁開放口Ｂ２
の面積を大きくした。

【０００９】然しながら、従来例２では、空気絶対放出
量を増やすために、主弁１Ｂの弁径を大きくしたから、
この主弁１Ｂに作用する閉力Ｗ２（過給圧×主弁面積＋
スプリング力）も増大する。このため、主弁開力Ｚが主
弁閉力Ｗ２に打ち勝って初期作動するまで時間がかか
り、図９に示す如く、主弁１Ｂの開放（Ｔ３）が遅れ、
吹き返し現象を生ずる。このような吹き返しを発生させ
る主弁１Ｂの開放作動の遅れを防ぐためには、主弁１Ｂ
を閉方向に付勢させるスプリング４の取付荷重を低く設
定したり、主弁１Ｂの開力を発生させるダイヤフラム２
の有効面積を大きくすることが求められる。ところが、
スプリング４の取付荷重を低く設定することは、スプリ
ング４の耐久性を悪化し、へたり、破損を生じたり、閉
力Ｗ２が過小になって主弁１Ｂの開閉動作が不安定にな
る。また、ダイヤフラム２の有効面積を大きくすること
は、空気開放弁を大型にし、スペース上の制約がある車
両等のエンジンルームでは好ましくない。

【００１０】本発明は、ターボチャージャ付内燃機関用
の空気開放弁において、コンパクトな装置構成により、
機関減速時等のコンプレッサ下流からコンプレッサ上流
への吸気の逆流（吹き返し現象）を抑制することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関の排
気通路に設けられ、排気により駆動されるタービンを備
えるとともに、内燃機関の吸気通路に、上記タービンと
同軸に設けられ、吸気を過給するコンプレッサとを備え
てなるターボチャージャと、吸気通路のコンプレッサ下
流に設けられるスロットルバルブとを有してなるターボ
チャージャ付内燃機関用の空気開放弁において、吸気通
路のコンプレッサ下流で、スロットルバルブ上流に連通
され、コンプレッサ下流の吸気通路内の過給空気を開放
可能とする空気開放通路と、吸気通路のスロットルバル
ブ下流の吸気圧を印加せしめられ、該吸気圧の低下によ
り開作動するダイヤフラムと、ダイヤフラムの開作動に
より空気開放通路を開く主弁と、主弁が空気開放通路を
開いた後に、ダイヤフラムの更なる開作動により該空気
開放通路を開く少なくとも１個の副弁とを有してなるも
のである。

【００１２】

【作用】機関加速時、コンプレッサの回転により加圧された空
気は、吸気通路から空気開放弁にも及び、主弁並びに副
弁に閉力（Ｗ３、Ｗ４）を及ぼす。コンプレッサ下流の
圧力が高くなるに従って弁閉力も大きく、且つダイヤフ
ラムに作用する吸気圧（インテークマニホールド圧）も
高くなってこれに起因する弁開力は小さくなることか
ら、主弁と副弁は閉じ続ける。従って、機関出力の向上
を求め過給圧を高くした場合にも、主弁及び副弁からの
空気の洩れを防止できる。

【００１３】機関減速開始時、ダイヤフラムに作用す
る吸気圧（インテークマニホールド圧）が低下してダイ
ヤフラムに１次開力（主弁と副弁の両方は開けないが、
主弁だけは開くことができる程度の力）が働き、ダイヤ
フラムが主弁を開くだけの開作動する。これにより、主
弁が開き、吸気通路内の過給圧は主弁の弁開放口からコ
ンプレッサ下流外へと１次放出される。

【００１４】機関減速時、上記の１次放出により吸
気通路内の空気圧は低減し、この吸気通路内の空気圧が
副弁に及ぼす閉力（Ｗ４）は小さくなっている。これに
加えて、ダイヤフラムに作用する吸気圧（インテークマ
ニホールド圧）は上記より更に低下してダイヤフラム
に２次開力（Ｚ３）が働き、結果として、ダイヤフラム
が副弁も開くように更に開作動する。これにより、上記
の主弁に続いて副弁も開き、吸気通路内の過給圧は主
弁と副弁を合わせた大面積の弁開放口からコンプレッサ
下流外へと２次放出され、この空気の最大放出により吹
き返しを抑制する。

【００１５】このとき、本発明では、ダイヤフラムの開
作動により、主弁と副弁とを時間差をつけて開くように
したから、高過給圧時にも空気開放弁の開弁の初期作動
性が良く、瞬時に大流量の空気開放を可能とする。従っ
て、空気開放弁の開弁の初期作動性を向上するために、
スプリングの取付荷重を低く設定したり、ダイヤフラム
の有効面積を大きくする必要がなく、装置構成のコンパ
クトと作動の安定を確保できる。

【００１６】

【実施例】図１はターボチャージャ付内燃機関の吸気系
統を示す模式図、図２は従来例１に係る小径の空気開放
弁を示す模式図、図３は従来例２に係る大径の空気開放
弁を示す模式図、図４は本発明の一実施例に係る空気開
放弁を示す模式図、図５は図４のV-V 線に沿う矢視図、
図６は本発明による空気開放弁の作動状態において、機
関加速時における主弁並びに副弁の閉弁状態を示す模式
図、図７は本発明による空気開放弁の作動状態におい
て、主弁の開弁（空気１次放出）による空気放出状態を
示す模式図、図８は本発明による空気開放弁の作動状態
において、主弁の開弁（空気１次放出）並びに副弁の開
弁（空気２次放出）による空気最大放出状態を示す模式
図、図９はスロットルバルブ全閉後のコンプレッサ下流
のチャンバーパイプ内の圧力変化を示す模式図である。

【００１７】内燃機関１０は、ターボチャージャ１１を
有する。ターボチャージャ１１は、タービン１１Ａとコ
ンプレッサ１１Ｂとを備える。タービン１１Ａは、エキ
ゾーストマニホールド（排気通路）１２に設けられ、排
気により駆動される。コンプレッサ１１Ｂは、チャンバ
ーパイプ（吸気通路）１３に、タービン１１Ａと同軸に
設けられ、吸気を過給する。エアクリーナ１４を経て吸
入された空気は、サクションパイプ１５を通過してコン
プレッサ１１Ｂ内に導入される。このとき、エンジン１
０より排出された排気は、エキゾーストマニホールド１
２を通過し、タービン１１Ａに集められ、該タービン１
１Ａを高速回転させることにより、タービン１１Ａと同
軸に設けられたコンプレッサ１１Ｂを高速回転させ、コ
ンプレッサ１１Ｂに導入される空気を加圧し、内燃機関
１０に供給される吸気の充填効率の向上を図る。そし
て、コンプレッサ１１Ｂにより加圧された空気は、チャ
ンバーパイプ１３、インタークーラ１６、スロットルバ
ルブ１７、及びインテークマニホールド（吸気通路）１
８を経て内燃機関１０の燃焼室へと供給される。

【００１８】然るに、内燃機関１０の減速時等には、ス
ロットルバルブ１７が開弁状態から閉弁状態になるのに
伴い、スロットルバルブ上流であるコンプレッサ下流の
空気圧力が上昇することから、コンプレッサ下流からコ
ンプレッサ上流への空気の逆流（吹き返し現象）が生じ
る。

【００１９】このため、コンプレッサ下流のチャンバー
パイプ１３には、コンプレッサ下流の空気を放出するた
めの空気開放弁２０が設けられている。

【００２０】空気開放弁２０は、図４に示す如く、第１
弁箱２１、第２弁箱２２、ファンネル２３より外郭を形
成される。そして、空気開放弁２０は、空気取入口を介
してコンプレッサ下流でスロットルバルブ上流のチャン
バーパイプ１３に連通され、コンプレッサ下流の過給空
気を大気に放出可能とする空気開放通路２４を第１弁箱
２１に備えている。また、空気開放弁２０は、第１弁箱
２１と第２弁箱２２の間にダイヤフラム２５を備え、こ
のダイヤフラム２５の両側に第１室２６Ａと第２室２６
Ｂを設け、空気開放弁作動口Ｃを介してスロットルバル
ブ下流のインテークマニホールド１８に第１室２６Ａを
連通し、インテークマニホールド１８の吸気圧をダイヤ
フラム２５に印加し、この吸気圧の低下によりダイヤフ
ラム２５を開作動可能としている。２７は空気開放作動
管である。

【００２１】空気開放弁２０は、主弁３１と副弁３２と
を有している。主弁３１の弁軸３１Ａは、ダイヤフラム
２５にナット３３にて固定され、第１弁箱２１に設けら
れているオイルレスブッシュ３４を貫通し、その先端に
主弁３１を備えている。弁軸３１Ａが貫通する第１弁箱
２１にはシール３５が設けられている。副弁３２は、主
弁３１回りに同軸的に設けられ、そのボス３２Ａはオイ
ルレスブッシュ３６を介して弁軸３１Ａにガイドされ移
動可能になっている。副弁３２は、主弁３１が開閉する
主開口部３７（主弁開放口Ｄ）を備えるとともに、空気
開放通路２４を主開口部３７に連通する連通路３８を備
えている。また、副弁３２は、ファンネル２３の副開口
部３９（副弁開放口Ｅ）を開閉する。このとき、主弁３
１と副弁３２はダイヤフラム２５の第１室２６Ａ側に設
けられているスプリング４１のスプリング力と、空気開
放通路２４に印加しているチャンバーパイプ１３内の過
給圧とを閉じ力として主開口部３７、副開口部３９を閉
じる。４２はスプリングシート、４３はスプリング４１
の取付荷重を調整するためのボルトである。他方、主弁
３１はダイヤフラム２５の前述開作動により主弁移動距
離Ｌを遊動して主開口部３７を開く。また、副弁３２は
ダイヤフラム２５の更なる開作動により主弁３１が上記
主弁遊動距離Ｌを越えて遊動するときに、主弁３１に引
き動かされて副弁遊動距離Ｌ２を遊動して副開口部３９
を開く。

【００２２】尚、空気開放弁２０におけるスプリング４
１の取付荷重、ダイヤフラム２５の有効面積、空気取入
口Ａの有効面積は、図３の従来例２におけると同一とし
た。また、副弁３２の弁径、副弁開放口Ｅは、図３の従
来例２の主弁１Ｂにおけると同一とした。

【００２３】以下、空気開放弁２０の作動について説明
する。 (1) 機関加速時（図６）コンプレッサ１１Ｂの回転により加圧された空気は、チ
ャンバーパイプ１３から空気取入口Ａを経て空気開放弁
２０内の空気開放通路２４にも及び、主弁３１には主弁
閉力Ｗ３が作用し、副弁３２には副弁閉力Ｗ４が作用す
る。このとき、主弁３１にはスプリング４１のスプリン
グ力であるスプリング閉力Ｙも作用する。そして、上述
のＷ３とＷ４とＹの総和は、図３の従来例２における主
弁閉力Ｗ２と等しいことになる（Ｗ２＝Ｗ３＋Ｗ４）。
また、ダイヤフラム２５の有効面積が従来例２のダイヤ
フラム２の有効面積と同一であるから、空気開放弁２０
の一次開力Ｚ２は、従来例２の主弁開力Ｚに等しい（Ｚ
＝Ｚ２）。

【００２４】これらにより、コンプレッサ下流の圧力が
高くなるに従って弁閉力が大きく、且つダイヤフラム２
５に作用する吸気圧（インテークマニホールド圧）も高
くなってこれに起因する弁開力は小さくなることから、
主弁３１と副弁３２は閉じ続ける。従って、機関出力の
向上を求め過給圧を高くした場合にも、主弁３１及び副
弁３２からの空気の洩れを防止できる。

【００２５】(2) 機関減速開始時（図７）ダイヤフラム２５に作用するインテークマニホールド１
８の吸気圧が低下してダイヤフラム２５に一次開力Ｚ２
が作用する。この一次開力Ｚ２は、スプリング閉力Ｙと
主弁３１に作用する主弁閉力Ｗ３の総和より大きく、結
果として、ダイヤフラム２５が開作動し、主弁３１を開
く。このとき、副弁３２には、主弁一次放出Ｘを行なう
ための連通路３８、及び主弁開放口Ｄを形成するための
主開口部３７が設けられ、且つ主弁３１が開くことか
ら、空気一次放出通路が形成され、この通路から大気へ
の空気の放出がなされる。

【００２６】(3) 機関減速時（図８）上記(2) の１次放出によりチャンバーパイプ１３内の空
気圧は低減して、このチャンバーパイプ１３内の空気圧
が副弁３２に及ぼす閉力（Ｗ４）は小さくなっている。
これに加えて、ダイヤフラム２５に作用する吸気圧（イ
ンテークマニホールド圧）は上記(2) より更に低下して
ダイヤフラム２５に２次開力Ｚ３が働き、結果として、
ダイヤフラム２５が副弁３２も開くように更に開作動す
る。これにより、上記(2) の主弁３１に続いて副弁３２
も開き、チャンバーパイプ１３内の過給圧は主弁３１と
副弁３２を合わせた大面積の弁開放口から大気へと２次
放出され、この空気の最大放出により吹き返しを抑制す
る。

【００２７】よって、ターボチャージャ１１の保護や機
関加速時の応答性向上並びにエアフローメータ信号の乱
れによる不正確な空気検出を防止できる。

【００２８】このとき、空気開放弁２０では、一次放出
により副弁閉力Ｗ４は小さくなっていることから、図３
の従来例２におけるような同一面積の大口径の空気開放
口を持つものに比して、小開力で副弁３２を開弁させる
ため、コンプレッサ下流で吹き返し現象が発生したと
き、従来例２に比して速やかにチャンバーパイプ１３内
の空気を放出できる。

【００２９】そして、本実施例では、ダイヤフラム２５
の開作動により、主弁３１と副弁３２とを時間差をつけ
て開くようにしたから、高過給圧時にも空気開放弁２０
の開弁の初期作動性が良く、瞬時に大流量の空気開放を
可能とする。従って、空気開放弁２０の開弁の初期作動
性を向上するために、スプリング４１の取付荷重を低く
設定したり、ダイヤフラム２５の有効面積を大きくする
必要がなく、装置構成のコンパクトと作動の安定を確保
できる。

【００３０】図９は、スロットルバルブ全閉後の時間経
過に伴う、コンプレッサ下流のチャンバーパイプ内の圧
力変化を表わしたものである。

【００３１】図９において、横軸はスロットルバルブ全
閉（Ｔ０）後の時間経過を示し、縦軸はチャンバーパイ
プ内の圧力を示している。

【００３２】図９のは、空気開放弁がない場合を示し
ている。コンプレッサ下流のチャンバーパイプに空気開
放弁が取り付けられていないことから、圧力変化の値が
示すように、管内における圧力の脈動が生じていること
がわかる。このことは、言い換えれば、管内において吹
き返し現象が生じていることであり、ターボチャージャ
の耐久性を低下させたり、ターボチャージャの回転阻
害、及びエアフローメータ信号の乱れによる不正確な空
気検出が行なわれる等の不具合が生じる。

【００３３】図９のは、図３（従来例２）において示
した空気開放弁の場合を示しており、主弁開放による空
気開放は、Ｔ３の時点で行なわれ、チャンバーパイプ内
の圧力を低下させている。

【００３４】図９のは、本発明による空気開放弁の場
合を示しており、スロットルバルブ全閉であるＴ０時点
より、チャンバーパイプ内の圧力が上昇するが、Ｔ１の
時点において主弁開放による空気１次放出が行なわれ
る。その後、Ｔ２の時点において副弁開放による空気２
次放出が行なわれ、チャンバーパイプ内の圧力が低下さ
れる。

【００３５】図９において、との比較を行なうと図
３と同一の弁径を有する空気開放弁であっても、本発明
の空気開放弁の構造のように、２つの弁を設け且つ時間
差をつけて弁の開閉作動を行なうことにより、バルブ開
弁の初期作動に優れ、瞬時に大流量の空気開放が可能と
なり、チャンバーパイプ内の空気を効率よく放出するこ
とが可能となる。

【００３６】尚、本発明の実施において、例えば、図４
に示す如く、弁軸３１Ａの頭部にオリフィスを設ける等
により、ダイヤフラム２５に作用するインテークマニホ
ールド１８の吸気圧の低下を第１室２６Ａに印加すると
ともに、上記オリフィスを通じて第２室２６Ｂにも遅延
して印加させても良い。これによれば、ダイヤフラム２
５の初期開作動時に、ダイヤフラム２５に作用する開力
（Ｚ２、Ｚ３）は、第１室２６Ａ側の負圧と第２室２６
Ｂ側の正圧との差圧によってより大となり、バルブ開弁
の初期作動性を向上できる。

【００３７】また、本発明の実施においては、主弁と２
個以上の副弁とを設け、機関減速等に際し、まず主弁を
開き、その後、続いて２個以上の副弁のそれぞれを順に
開くように設定するものであっても良い。

【００３８】また、本発明の実施においては、空気開放
弁により開放されるコンプレッサ下流の過給空気を、大
気に放出するものでなく、コンプレッサ入口部（上流）
に放出するものであっても良い。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ターボチ
ャージャ付内燃機関用の空気開放弁において、コンパク
トな装置構成により、機関減速時等のコンプレッサ下流
からコンプレッサ上流への吸気の逆流（吹き返し現象）
を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はターボチャージャ付内燃機関の吸気系統
を示す模式図である。

【図２】図２は従来例１に係る小径の空気開放弁を示す
模式図である。

【図３】図３は従来例２に係る大径の空気開放弁を示す
模式図である。

【図４】図４は本発明の一実施例に係る空気開放弁を示
す模式図である。

【図５】図５は図４のV-V 線に沿う矢視図である。

【図６】図６は本発明による空気開放弁の作動状態にお
いて、機関加速時における主弁並びに副弁の閉弁状態を
示す模式図である。

【図７】図７は本発明による空気開放弁の作動状態にお
いて、主弁の開弁（空気１次放出）による空気放出状態
を示す模式図である。

【図８】図８は本発明による空気開放弁の作動状態にお
いて、主弁の開弁（空気１次放出）並びに副弁の開弁
（空気２次放出）による空気最大放出状態を示す模式図
である。

【図９】図９はスロットルバルブ全閉後のコンプレッサ
下流のチャンバーパイプ内の圧力変化を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１０内燃機関１１ターボチャージャ１１Ａタービン１１Ｂコンプレッサ１２エキゾーストマニホールド（排気通路）１３チャンバーパイプ（吸気通路）１７スロットルバルブ１８インテークマニホールド（吸気通路）２０空気開放弁２４空気開放通路２５ダイヤフラム３１主弁３２副弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ、排気に
より駆動されるタービンを備えるとともに、内燃機関の
吸気通路に、上記タービンと同軸に設けられ、吸気を過
給するコンプレッサとを備えてなるターボチャージャ
と、吸気通路のコンプレッサ下流に設けられるスロットルバ
ルブとを有してなるターボチャージャ付内燃機関用の空
気開放弁において、吸気通路のコンプレッサ下流で、スロットルバルブ上流
に連通され、コンプレッサ下流の吸気通路内の過給空気
を開放可能とする空気開放通路と、吸気通路のスロットルバルブ下流の吸気圧を印加せしめ
られ、該吸気圧の低下により開作動するダイヤフラム
と、ダイヤフラムの開作動により空気開放通路を開く主弁
と、主弁が空気開放通路を開いた後に、ダイヤフラムの更な
る開作動により該空気開放通路を開く少なくとも１個の
副弁とを有してなることを特徴とするターボチャージャ
付内燃機関用の空気開放弁。