JPS62240427A - 機械式過給機付エンジン - 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） 本発明は機械式過給機付エンジンに関するもので、該過
給機からの吐出空気圧力つまり過給圧の制御方法に改良
を加えたものである。

（従来の技術） 近年、自動車用等のエンジンに備えられる過給機として
、従来の排気ターボ過給機に代えて、エンジンのクラン
ク軸等によって駆動される機械式過給ｖ１（実開昭６０
−７７７３２号公報参照）の使用が試みられ或は実用化
されている。この機械式過給機によれば、当該エンジン
の低回転領域から良好な過給効果が得られ且つ加速レス
ポンスの向上等が図られることになるが、その一方にお
いて、該過給機からの吐出空気温度が上昇（過上昇）し
た場合にその信頼性ないし耐久性が著しく損われるとい
う難点がある。つまり、上記機械式過給機として例えば
ルーツ式過給機が用いられる場合には、該過給機のロー
タが熱膨張することによりハウジングとの間に層接及び
これに起因する摩耗や焼付きが生じ、またベーン式過給
機が用いられる場合には、ベーン或はハウジングの熱変
形により各摺動部に異常摩耗が生じて円滑な回転ないし
作動が妨げられることになり、この両者更にはこれら以
外の型式のものにおいてもその信頼性は過給機の温度な
いし吐出空気温度に依存するのである。従って、この種
の過給機においては、上記の如き種々の熱害を招くこと
なく該過給機を良好に作動させ得る吐出空気温度の上限
値、つまり信頼性限界温度が設定される。

然して、上記の如き機械式過給機をエンジンに装備した
場合、その吐出空気圧力つまり過給圧の制御は、以下の
ようにして行うのが通例である。

即ち、吸気通路の所定部位に過給機からの過給圧を検出
する過給圧検出手段（例えば過給圧センサ）を設け、該
手段により検出された現実の過給圧が予め設定された設
定圧力を超えないように調整し、しかも→−分な過給効
果を必要とする当該エンジンの高回転高負荷領域等にお
いては上記の如く検出された現実の過給圧が上記設定圧
力に維持されるように例えばフィードバック制御等を行
うのである。この場合において、上記設定圧力としては
、過給機からの吐出空気温度が最も高くなる条件下にあ
る時、つまり外気温が高い例えば夏であってしかも当該
エンジンの運転領域が高回転高負荷領域にある時の上記
信頼性限界温度に対応する過給圧が用いられる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、機械式過給機における過給圧の制御を、上記
の如く特定の条件下において設定された一定の設定圧力
に基いて行う場合には、次のような問題点がある。

即ち、過給機の信頼性限界温度が第５図に示ず所定温度
［０に設定されており、且つ制御の基準とされる設定圧
力が上記限界温度ｔｏに対応させて同図に示す所定圧力
ａ□に定められているらのとすると、エンジン回転数の
上昇に伴い過給圧及び吐出空気温度が同図に夫々符号（
Ａ）、（Ｂ）で示すように徐々に増大されている間に、
過給圧が所定のエンジン回転数１０で上記設定圧力ａＯ
に達した。場合には、これ以上エンジン回転数が上昇し
ても該過給圧は上記設定圧力ａ、）に保持された状態と
なる。この場合、上記設定圧力ａ□は、上述の如く過給
機からの吐出空気温度が最も高くなるエンジンの高回転
高負荷時等に対応させて設定されているために、エンジ
ン回転数が上記所定の回転数ｎ□から更に高回転側に至
るまでの所定の範囲内においては吐出空気温度を信頼性
限界温度ｔｏまで上昇させることが可能であるにも拘わ
らず、該温度が上記限界温度ｔｏまで達しないことにな
る。従って、過給機は、同図に示す斜線部（Ｂｘ　）に
おいて実際の吐出空気温度と上記限界温度【０との差分
に対応する量だけその過給能力が活用されていないこと
になる。更に、上記設定圧力ａＯは、上述の如く外気温
が高くなる例えば夏に対応させて設定されているため、
冬のように外気温ないし吸気温が低い時には、同図に破
線の特性曲線（Ｂ′　）で示すように吐出空気温度が全
般にわたって低下し、そのため高回転高負荷領域等にお
ける信頼性限界温度【０との温度差が更に大きくなって
、過給能力を十分に活用できない度合及び領域が一層拡
大されることになる。また、上記の所定エンジン回転数
ｎｏよりも低回転側の領域においては、吐出空気温度が
信頼性限界温度【０に達するまで過給圧を積極的に上昇
させることが可能であるにも拘わらず、そのような配慮
がなされていないために十分な過給効果が得られないこ
とになる。

以上のように従来においては、一定の設定圧力のみに基
づいて過給圧の制御を行っていたために、この種の過給
機の能力が最大限に発揮されず、より一府のエンジン高
出力化を図る上での妨げとなっていた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ルーツ式過給機やベーン式過給機等の機械式
過給機が装備されたエンジンに関する上記のような問題
に対処するものであり、上記機械式過給機の信頼性限界
が吐出空気温度により決定されるという特性に着目して
過給圧の制御方法を変更ないし改良することにより、該
過給機の有する過給能力を最大限に発揮させて高出力を
要するエンジン高回転域（高回転高負荷領域）における
過給効果及び吸気充填効率を外気温の変化等に拘わらず
可能な限り向上させると共に、低、中回転域においても
過給能力を好適に向上させて吸気充填効率の改善を図る
ことを目的とする。そして、このような目的を達成すべ
く本発明は以下のように構成したことを特徴とする特 即ち、エンジンの吸気系に、クランク軸等によって駆動
される機械式過給機を備えた構成において、上記過給機
からの吐出空気温度を検出する吐出空気温度検出手段を
設け、且つ該手段からの出力信号を受けて上記吐出空気
温度が設定温度を超えないように該過給機による過給圧
つまり最高過給圧を制御する制御手段を設ける。このυ
１１１１手段は、過給圧の増大に伴って上記吐出空気温
度が上昇した場合に、該温度が予め設定された設定温度
、つまり信頼性限界温度（種々の熱害を招くことなく過
給機が良好に作動し得る吐出空気温度の上限値）を超え
ることなくこの限界温度に保持されるように過給圧（最
高過給圧）の制御を行う。その具体的手段ないし方法と
しては、例えば上記過給機をバイパスするバイパス通路
に制御弁を設けて、上記吐出空気温度検出手段からの出
力信号に応じてこの制御弁を開閉作動させるように構成
し、吐出空気温度が上記信頼性限界温度を超えようとし
た時には上記制御弁を開作動させて、過給機により加圧
された空気を上記バイパス通路を介してエアクリーナ側
に逃がすことにより、吐出空気温度の上昇を阻止するよ
うに制御を行う。また、これ以外に、クランクシ１７フ
トと過給機との間に備えられる駆８ｍ構の構成要素とし
て可変ピッチ径ブーりを用い、上記吐出空気温度検出手
段からの出力信号に応じてこのプーリのビッヂ径を可変
制御し得るように構成し、これによりクランクシャフト
から過給機（ロータシャフト）への回転伝達比を好適に
変化させて、吐出空気温度が信頼性限界温度を超えない
範囲内で可能な限り過給圧を増大させるようにしてもよ
い。

（作　　　用） 上記の構成によれば、機械式過給機の過給圧の制御を、
該過給機からの吐出空気温度に、基づいて行うようにし
、且つ該温度が信頼性限界温度を超えないようにしたか
ら、ロータやハウジング等の熱膨張や熱変形に伴う種々
の弊害を招くことなく過給機が良好に作動されて十分な
信頼性ないし耐久性が確保されることになる。

そして、特に本発明によれば、過給圧に束縛されること
なく制御が行われるので、高出力を要するエンジンの高
回転高負荷領域等において過給圧の上界が徒らに阻止さ
れて過給様の有する能力が十分に活用されないという不
具合が回避される。

つまり、従来においては、吐出空気温度が最も高くなる
条件下具体的には外気温が高い夏等であって且つ当該エ
ンジンの高回転高負荷時に対応させて定められた設定圧
力を超えないように過給圧のａｉｌ制御を行っていたた
めに、上記の如き条件下にない場合には吐出空気温度が
信頼性限界温度まで上昇していないにも拘わらず、過給
圧が上記設定圧力に達した時点で該過給圧の上昇が妨げ
られることになる。そのため、現実の吐出空気温度と上
記限界温度との差分に対応する昂だけ過給機の能力が十
分に活用されないといった事態を招いていたのであるが
、本発明によれば上記の如く過給圧の大きさに束縛され
ることなく吐出空気温度に基づいて制御が行われること
により、過給機の能力を最大限に発揮させることが可能
となる。これにより、特に外気温が低い冬等の季節にお
いて、過給機の能力が十分活用されて吸気充填効率が高
められ、当該エンジンの高出力化が図られることになる
。また、上記制御手段として上述の可変ビッヂ径プーリ
が用いられる場合には、低、中回転領域においても過給
圧を積極的に上昇させるこ、とができるようになるため
、このような領域においても必要に応じて過給機の能力
を十分に活用してエンジンの高出力化を図ることが可能
となる。

尚、上記機械式過給機の信頼性限界は、排気ターボ過給
機に比して低いものであるため、上述の如く信頼性限界
温度を超えない範囲内であれば過給圧を十分に高めても
、ノッキングの発生等を招来する虞れはない。

（実　　施　　例） 以下、本発明の詳細な説明する。

先ず、本発明の第１実施例について説明すると、第１図
に示すようにエンジン１の燃焼室２には、吸、ＩＪｔ気
弁３．４を介して吸気通路５及び排気通路６が夫々連通
されていると共に、吸気通路５には上流側からエアクリ
ーナ（図示せず）、エアフローメータ７、機械式過給機
８、スロットルバルブ９、サージタンク１０、燃料噴射
ノズル１１が備えられ、また排気通路６には図示しない
が、排気浄化装置や消音器等が備えられている。

上記機械式過給８１８は、この実施例においては一対の
繭形ロータ１２．１３をハウジング１４内に回転可能な
状態に保持させてなるルーツブローワタイブの過給機と
されている。そして、上記両ロータ１２．１３のうちの
一方のロータ１３〈駆動ロータ）のロータシャフト１３
ａに取付けられたロータシャフトプーリ１５と、クラン
クシャフト１６に固着されたクランクシャフトプーリ１
７との間にはベルト等の伝導部材１８が谷掛けられてお
り、ピストン１９の往復運動に伴うクランクシャフト１
６の回転が該伝導部材１８を介して上記ロータ１３（１
２）に伝達されることにより過給機８が駆動される構成
とされている。その場合、エアクリーナから吸気通路５
内に導入されたエアは、上記過給機８の吸入ボート２０
を介してハウジング１４内（ポンプ室）に吸い込まれる
と共に、上記一対のロータ１２．１３の所定方向への回
転に伴う圧縮作用により該エアが加圧された状態で吐出
ポート２１を介して吸気通路５におけるスロワ１−ルバ
ルブ９の直上流側に吐出され、更にこの加圧状態のエア
がナージタンク１０を介して燃焼室２に供給されること
により吸気充填効率が高められるようになっている。尚
、上記過給機８における駆動ロータ１３のシャフト１３
ａとロータシャフトプーリ１５との間には、エンジン１
の運転領域等に応じて該過給１！１８を駆動させ或いは
停止させるための電磁クラッチが介設されている。

また、上記吸気通路５には、過給機８をバイパスするバ
イパス通路２２が設けられていると共に、このバイパス
通路２２には該通路２２を開閉制御する制御弁２３が備
えられ、且つ該制御弁２３を電気的信号に基づいて開閉
駆動するアクチュエータ２４が所定部位に配設されてい
る。

以上の構成に加えてこのエンジン１には、上記過給１８
からの吐出空気圧力つまり過給圧を制御するコントロー
ルユニット２５が備えられている。

このコントロールユニット２５は、主たる動作として、
過給機８のハウジング１４（吐出ポート２１の近傍）に
取付けられた吐出空気温度センサ２６からの温度信号ａ
を入力して、該信号ａが示す過給１！１８からの吐出空
気温度が、予め設定された設定温度つまり信頼性限界温
度を超えようとし　□ているか否かを判定し、この判定
結果に基いて、上記バイパス通路２２の制御弁２３を開
閉駆動するアクチュエータ２４に制御信号すを出力する
ようになっている。その場合、該ユニット２５は、上記
吐出空気温度が信頼性限界温度以下である時には上記制
御弁２３を閉作動させるための制御信号すをアクチュエ
ータ２４に送出することにより、エアがバイパス通路２
２を通過することなく過給１８内で加圧された状態で吸
気通路５の下流側に吐出されるようにする。また、上記
吐出空気温度が信頼性限界温度を超えようとした場合に
は、該ユニット２５は上記制御弁２３を所定部だけ開弁
させるための制御信号すを出力することにより、上記過
給機８内で圧縮された加圧エアをバイパス通路２２を介
して吸気通路５の上流側に逃がすようにする。そして、
このような動作によって過給機８による過給圧ないし最
高過給圧の制御を行うのである。この場合において、上
記信頼性限界温度は、過給機８におけるロータ１２．１
３の熱膨張等により該ロータ１２．１３とハウジング１
４とが摺接してこの両者間に摩耗や焼付き等が発生する
といった事態を回避し得る吐出空気温度の上限値として
設定されるものである。

尚、このコントロールユニット２５は、上記スロットル
バルブ９の開度を検出する開度センサ２７からのスロッ
トル開度信号Ｃを入力して、エンジン１７の運転領域が
上記過給機８による過給効果を必要とする領域にあるか
否かを判定すると共に、この判定結果が例えばアイドル
領域等のように過給効果を要しない領域つまり過給機８
の作動が上記電磁クラッチの切断により停止される領域
であることを示す時には、上記制御弁２３を全開状態と
するための制御信号すをアクチュエータ２４に送出する
。また、このコントロールユニット２５は、上記過給機
８による過給圧を検出する圧力センサ２８からの過給圧
信号ｄを入力して過給圧の異常状態（過上昇）を判定す
ると共に、異常状態の判定がなされた時には制御弁２３
を開作動させるための制御信号すを出力することにより
、過給圧の過上昇等に起因するノッキングの発生成いは
過給機８の耐久性の低下等を防止し得るように配慮され
ている。

次に、上記第１実施例の作用を説明する。

エンジン１の作動時に、コントロールユニット２５に入
力されるスロットル開度信＠Ｃが過給効果を必要とする
運転領域であることを示す時には、バイパス通路２２に
設けられた制御弁２３を開弁状態に保持するための制御
信＠ｂが該ユニット２５からアクチュエータ２４に送出
されて上記バイパス通路２２は閉鎖状態になる。このよ
うな状態で、エンジン回転数の上昇に伴って過給１８の
ロータ１２．１３の回転速度が上昇した場合には、過給
圧が第２図に符号（Ｄｌ）で示すように徐々に増大され
ると共に、これに伴って該過給機８からの吐出空気温度
も同図に符号（Ｅｌ）で示すように徐々に上背すること
になる。

そして、この場合、上記コントロールユニット２５は、
過給１ａ８の吐出側に設けられた吐出空気温度レンザ２
６からの温度信号ａに基いて、吐出空気温度が予め設定
された信頼性限界温度Ｔｏを超えようとしているか否か
の判定を行うのであるが、該限界温度Ｔｏを超えようと
していることが判定されるまでの間は、過給圧の如何に
拘わらず上述の如くバイパス通路２２を閉鎖状態とした
上で過給機８の作動を継続して行わせる。このような状
態から、更にエンジン回転数が上昇することにより、上
記吐出空気温度が信頼性限界温度Ｔ。

を超まようとしていることが判定された場合には、該ユ
ニット２５から上記アクチュエータ２４に制御弁２３を
所定沿だけ開弁させるための制御信号すを送出して、バ
イパス通路２２を適度な連通比で開通させる。これによ
り、上記過給機８から吐出された加圧エアの一部がバイ
パス通路２２を介して吸気通路５の上流側に逃がされて
吐出空気温度が上記限界温度Ｔｏを上回ることが阻止さ
れると共に、これ以上のエンジン回転数の上昇に対して
も同様に制御が行われることになり、従って吐出空気温
度が上記限界温ｆｉＴｏに達する所定のエンジン回転数
Ｎ１以上の領域においては、第２図に符号（Ｄｌ）で示
すように該吐出空気温度が信頼性限界温度Ｔｏに保持さ
れることになる。

このように、過給圧の大ぎざに束縛されることなく吐出
空気温度に基いて過給圧ないし最高過給圧の制御が行わ
れることにより、従来のように特定の条件下つまり外気
温が高い夏等の季第であってしかもエンジン高回転高負
荷時において設定された設定圧力Ｐｏを超えないように
過給圧の制御を行っていた場合と比較して、同図に示す
斜線部（ＤＸ　）の温度差に対応する聞だけ過給機８の
能力が活用されることになる。これにより、同図に符号
（Ｅ２）で示すようにエンジン回転数がＮ。

からＮ２に至るまでの所定の高回転域等において過給圧
を十分に上昇させることが可能となる。

更に、外気温ないし吸気温が低い冬等の季節においては
、低温状態のエアを加圧することになるので吐出空気温
度が信頼性限界温度ＴＯに違するまでには同図に示す点
斜線部（ＤＸ’）の温度差に対応する量だけ過給圧を上
昇させ得るようになり、従ってこのような条件の下では
、同図に破線の特性曲線（Ｅ２’）で示すように広いエ
ンジン回転域（主として高回転域）においてより一層過
給圧を上昇させることが可能となる。尚、上記過給ａ８
の信頼性限界は、排気ターボ過給機等に比して低いもの
であるため、信頼性限界温度ＴＯを超えない範囲内であ
れば、上述の如く過給圧を十分高めてもノッキングの発
生等を招く虞れはない。

以上のように上記第１実施例によれば、過給機８からの
吐出空気温度が信頼性限界温度Ｔｏを超えないように且
つ主としてエンジン高回転域ではこの限界温度Ｔｏに保
持されるように、バイパス通路２２における制御弁２３
の開度を調整して過給圧の制御を行うようにしたから、
この種の過給機の信頼性ないし耐久性を損うことなく該
過給機の能力が十分に活用されて、特に高出力化を要す
るエンジン高回転域で吸気充填効率が従来と比較して効
果的に高められることになる。

次に、第３図に示す本発明の第２実施例を説明する。

この第２実施例は４気筒エンジンに本発明を適用したも
のであって、同図に示すようにエンジン３０の吸気通路
３１は、サージタンク３２の下流側で４本の独立吸気通
路３３・・・３３に分岐された上で各燃焼室３４・・・
３４に連通されている。そして、上記吸気通路３１にお
けるサージタンク３２の上流側には、ルーツブローワタ
イブもしくはベーンタイプ等の機械式過給機３５が備え
られ、該過給ｔａ３５内のポンプ室が吸入ボート３６お
よび吐出ポート３７を介して吸気通路３１に連通されて
いると共に、上記過給Ｗａ３５をバイパスするバイパス
通路３８には該過給機３５の非駆動時に開弁される制御
弁３９が備えられている。また、上記過給機３５による
過給圧を制御すべく備えられたコントロールユニツ４０
には、上記第１実施例と同様に、過給効果を要する運転
領域を判定するためのスロワ］・ルバルブ４１からのス
ロットル開度信号ｅと、過給圧の異常状態（過上昇）を
検出する圧力センサ４２からの過給圧信号ｔと、上記過
給機３５からの吐出空気温度を検出する温度センサ４３
からの温度信号ｑとが入力されるようになっている。

然して、この第２実施例においては、上記過給機３５の
ロータシャフト４４とクランクシャフト４５との間の駆
動機構を構成するクランクシャフトプーリ４５ａ及びロ
ータシャフトプーリ４４ａが両者共に有効ピッチ径可変
の可変ピッチ径プーリとされ（いずれか一方の１−りの
みを可変ピッチ径ブーりとしてもよい）、この両プーリ
４４ａ、４５ａ間にベルト４６が巻掛けられている。そ
して、上記コントロールユニット４０は、この両プーリ
４４ａ　、４５ａにピッチ径コントロール信号ｈ＋、ｈ
２を送出すべく備えられたブーり作動ユニット４７に対
して制御信号ｉを出力するようになっている。その場合
、コントロールユニット４０は、上記温度信号ｇに基い
て過給機３５からの吐出空気温度が信頼性限界温度Ｔｏ
’よりも低いことを判定した場合には、上記ロータシャ
フトプーリ４４ａの有効ピッチ径をクランクシャフトプ
ーリ４５ａの有効ピッチ径よりも相対的に小さくするた
めの制御信号ｉをプーリ作動ユニット４７に送出するこ
とにより、クランクシャフト４５からロータシャフト４
４への回転伝達比を大きくして過給機３５による過給作
用を増大さける。また、上記吐出空気温度が信頼性限界
温度Ｔｏ’　を超えようとした場合には、コントロール
ユニット４０は上記の場合と逆にロータシャフトプーリ
４４ａの有効ピッチ径をクランクシャフトプーリ４５ａ
よりも相対的に大きくするための制御信号ｉを出力して
、過給機３５による過給作用を低下させる。

このような処理が行われることにより、過給′ａ３５か
らの吐出空気温度が信頼性限界温度Ｔｏ’を上回ること
なく且つ所定のエンジン回転数（比較的低い回転数）以
上の領域においては、第４図に符号（Ｆ）で示すように
該温度が上記限界温度ＴＯ′に保持されることになる。

従って、過給圧は、同図に符号（Ｇ）で示すように比較
的低回転側の領域から従来の設定圧力Ｐｏ’　よりも高
められることになる。

このように、この第２実施例においては、エンジン高回
転域に限らず低、中回転域においても過給機の信頼性な
いし耐久性を損うことなく過給圧を積極的に上昇させる
ことができるようになり、過給機の有する能力を最大限
に発揮して、広い運転領域にわたってエンジンの高出力
化を図ることが可能となる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、機械式過給機を備えたエ
ンジンにおいて、該過給機からの吐出空気温度を検出す
ると共に、この温度が予め設定された設定温度（信頼性
限界温度）を超えないように、所定の手段ないし構成を
用いて過給圧を制御するようにしたから、従来のように
設定圧力を超えないように過給圧の制御を行っていた場
合と比較して過給機の能力が十分に活用されることにな
るので、高出力化を要するエンジン高回転域等において
過給機の信頼性を損うことなく過給圧を可能な限り上昇
させて吸気充填効率の向上を図ることが可能となる。ま
た、本発明によれば、エンジンの低、中回転域において
過給圧を好適に八めることも可能となるので、広い運転
領域にわたって過給機の有する能力を最大限に発揮しな
がら、エンジンの高出力化が図られることになる。

【図面の簡単な説明】

第１、第２図は本発明の第１実施例を示すもので、第１
図は本発明に係る機械式過給機付エンジンの過給圧制御
システムを示す概略構成図、第２図は作用効果を示すグ
ラフである。第３、第４図は本発明の第２実ＩＩＭｌｆ
４を示すもので、第３図は本発明に係る機械式過給機付
きエンジンの過給圧制御システムを示す概略構成図、第
４図は作用効果を示すグラフである。また、第５図は、
従来の問題点を示すグラフである。 １．３ｏ・・・エンジン、８．３５・・・機械式過給機
、２３・・・制御弁、２４・・・アクチュエータ、２５
．４０・・・コントロールユニット、２６゜４３・・・
吐出空気温度検出手段（吐出空気温度センソ）　、４４
ａ　、４５ａ・・・可変ピッチ径プーリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、吸気系に機械式過給機を備えたエンジンであっ
   て、上記機械式過給機からの吐出空気温度を検出する吐
   出空気温度検出手段を設けると共に、該手段からの出力
   信号を受けて上記過給機からの吐出空気温度が設定温度
   を超えないように該過給機による最高過給圧を制御する
   制御手段を設けたことを特徴とする機械式過給機付エン
   ジン。