JP3828209B2 - 過給式エンジンの吸気装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク軸で駆動されるスーパーチャージャあるいは排気ガスにより回転駆動されるターボチャージャ等の過給機を備えた過給エンジンの吸気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年のエンジンでは、出力の向上を図るために、排気ガス,あるいはクランク軸によりコンプレッサを回転駆動し、該コンプレッサにより昇圧させた空気を燃焼室に過給するターボチャージャ,スーパチャージャ等の過給機を備えたものがある。この種の過給式エンジンでは、中速〜高速運転状態からスロットル弁を急激に全閉にする急減速運転状態では、吸気通路のスロットル弁上流側の圧力が上昇し、極端な場合はコンプレッサが破損するおそれがある。
【0003】
このようなコンプレッサの損傷を防止するために、従来、急減速時に吸気通内の圧縮空気を逃がすようにしたものがある。これは、図4に示すように、吸気通路51のスロットル弁52より上流側にブローオフ通路53を連通接続し、該ブローオフ通路53にブローオフバルブ54を配置して構成されている。また上記ブローオフバルブ54には制御室55を上室56と下室57とに区分けするダイヤフラム58が接続されており、上室56は吸気通路51のスロットル弁52より下流側部分に連通接続されている。また上記上室56にはブローオフバルブ54を閉方向に付勢するスプリング59が配設されている。
【0004】
通常運転時には、吸気通路51の圧力(過給圧)と上室56にかかる圧力とが同一となることからブローオフバルブ54は閉じている(図4(a)参照)。そして上記運転状態からスロットル弁52を急閉すると、スロットル弁52下流側に発生した負圧によりブローオフバルブ54が開き、これにより吸気通路51内の圧縮空気はブローオフ通路53を通ってコンプレッサ上流側に戻される(図4(b)参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の構造では、図4(c),(d)に示すように、エンジンブレーキ時,アイドリング時にブローオフバルブ54が開いたままの状態となる場合がある。特にエンジンブレーキ状態が比較的長くなると吸気通路51のスロットル弁52の上流側,下流側とも負圧となることからブローオフバルブ54が開き易い。このためスロットル弁52を全閉状態から開いた場合の過給圧の立ち上がりが遅くなるというタイムラグが生じ、加速性能が得られないという問題がある。
【0006】
ここで、上記ブローオフバルブ54のスプリング59のセット荷重を大きくすることにより、アイドリング時にブローオフバルブ54が開かないようにすることが考えられる。しかしながら、アイドリング負圧はエンジン機種によって異なることから、場合によってはセット荷重が過大となって上述の急減速時におけるブローオフバルブ54の作動に支障をきたすという懸念もある。
【0007】
本発明は上記従来の状況に鑑みてなされたもので、急減速時における過給圧の上昇を抑制でき、かつ加速時の過給圧の立ち上がりを速くできる過給式エンジンの吸気装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、吸気通路の途中に介設されたコンプレッサにより過給するようにした過給式エンジンの吸気装置において、上記吸気通路のスロットル弁より上流側部分を上記コンプレッサより上流側部分又は大気に連通するブローオフ通路を設け、該ブローオフ通路に該通路を開閉するブローオフバルブを配設し、上記スロットル弁の下流側,上流側がそれぞれ負圧,正圧となるスロットル急閉運転域ではブローオフバルブを開状態とし、上記スロットル弁の下流側,上流側が、両方とも正圧となる通常運転域及び両方とも負圧となる低スロットル開度運転域では上記ブローオフバルブを閉状態とするブローオフバルブ制御手段を設け、上記ブローオフバルブは、ブローオフ通路に形成され空気の流れ方向に同軸配置された第1,第2シール面を有するバルブ室と、該バルブ室内に第1,第2シール面の軸方向に進退自在に挿入配設されたバルブシャフトと、該バルブシャフトに上記第1シール面又は第2シール面に密接可能なよう軸方向に移動自在に装着されたバルブヘッドとを備え、上記バルブシャフトに、該シャフトを前進させたとき上記バルブヘッドを第1,第2シール面の何れにも密接しない開位置に移動させるストッパを設けた構成となっており、上記ブローオフバルブ制御手段は、上記バルブシャフトが接続されたダイヤフラムにより大気圧室と作動室とに区分けされた制御室と、上記作動室に上記スロットル弁下流側の圧力を導入する導圧通路とを備え、上記スロットル急閉運転域ではバルブシャフトが作動室に導入され負圧により前進してバルブヘッドを開位置に移動させ、上記通常運転域では、上記スロットル弁下流側の正圧により上記バルブシャフトを後退させるとともに上記スロットル弁上流側の正圧によりバルブヘッドを第2シール面に密接する通常運転時位置に移動させ、上記低スロットル開度運転域では、上記スロットル弁下流側の負圧によりバルブシャフトを前進させるとともに上記スロットル弁上流側の負圧によりバルブヘッドを第1シール面に密接する低スロットル開度運転時位置に移動させることを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1ないし図3は、本発明の一実施形態による過給式4サイクルエンジンの吸気装置を説明するための図であり、図1は全体構成図、図2はブローオフバルブの断面図、図3(a)〜図3(d)はそれぞれブローオフバルブの動作を示す図である。
【0011】
本実施形態の4サイクルエンジン1は、シリンダブロック2にシリンダベッド3,ヘッドカバー4を締結し、該シリンダブロック2のシリンダボア2a内にピストン5を摺動自在に配置し、該ピストン5をコンロッド6を介してクランク軸(不図示)に連結した概略構造のものである。
【0012】
上記シリンダヘッド3下面のシリンダボア2aに臨む部分には燃焼室を構成する燃焼凹部3aが凹設されており、該燃焼凹部3aには点火プラグ7が挿入配置されている。また上記シリンダヘッド3には燃焼室に連通する排気ポート10,吸気ポート11が形成されており、各ポート10,11には排気バルブ12,吸気バルブ13が配置されている。この各バルブ12,13はロッカアーム14,14を介してカム軸15,15で開閉駆動される。
【0013】
上記排気ポート10には排気管16が接続されており、該排気管16の下流端には触媒コンバータ17を介在させてマフラ18が接続されている。また上記吸気ポート11には吸気管20が接続されており、該吸気管20の上流端にはエアクリーナ21が接続されている。この吸気管20の吸気ポート11に臨む部分には燃料を噴射するインジェクタ22が挿入配置されており、これの上流側には吸気管20の通路面積を可変制御するスロットル弁23が配置されている。また上記エアクリーナ21の吐出口にはエアフローメータ24が配設されている。
【0014】
上記エンジン1は過給機30を備えている。この過給機30は排気管16の途中に排気タービン31を、吸気管20の途中にコンプレッサ32をそれぞれ配置し、排気タービン31とコンプレッサ32とをシャフト33で結合して構成されている。上記吸気管20のコンプレッサ32より下流側には圧縮空気を冷却する水冷式又は空冷式のインタクーラ34が、またスロットル弁23の下流側にはサージタンク35がそれぞれ介設されている。
【0015】
上記排気管16の排気タービン31より上流側部分と下流側部分とは排気バイパス通路25により連通接続されており、該バイパス通路25には該通路25を開閉する排気バイパスバルブ26が配設されている。このバイパスバルブ26にはダイヤフラム機構27が接続されており、このダイヤフラム機構27は、上記吸気管20内の過給圧が所定値を越えるとバイパスバルブ26を開くようになっており、これにより過給圧の過剰上昇を防止している。
【0016】
上記吸気管20の、上記スロットル弁23より上流側部分と上記コンプレッサ32より上流側部分とはブローオフ通路36により連通接続されており、該ブローオフ通路36の吸気管20への接続部にはブローオフバルブ37が介設されている。
【0017】
上記ブローオフバルブ37は以下の構造を有している。略L字状のケーシング38の上流部に略樽状のバルブ室38aを膨出形成し、該バルブ室38aの入口,出口部分内面に空気の流れ方向に同軸配置された第1,第2シール面38d,38cを形成する。また上記バルブ室38a内にバルブシャフト39を上記第1,第2シール面38d,38cと同軸にかつ進退可能に配置し、該バルブシャフト39に略樽状のバルブヘッド40を軸方向に摺動自在に装着する。そして上記バルブシャフト39の上端部39aをシール材41aを介在させてケーシング38から外方に突出させる。上記ケーシング38の吸気口38eは吸気管20に溶接接続され、吐出口38bはジョイントを介してブローオフ通路36に接続されている。上記バルブヘッド40は樹脂,あるいはアルミ合金からなる中空状のもので、外表面にはシール性を確保するためのゴム膜(不図示)がコーティングされている。
【0018】
またバルブヘッド40はバルブシャフト39に対して回転可能にかつ軸方向移動可能に装着されており、上記第1シール面38d,又は第2シール面38cに密接可能となっている。また上記バルブヘッド40は、上記バルブシャフト39の中間段部に嵌着されたワッシャ(ストッパ)41bにより上方向への移動量が規制されており、バルブシャフト39が後退(上昇)位置にある場合にのみ上記第2シール面38cに密接可能となっている。なお、バルブヘッド40はバルブシャフト39の前進,後退の何れにおいても第1シール面38dに密接可能となっている。また上記バルブシャフト39の外表面にはバルブヘッド40の摺動による食い付きを防止するための皮膜(不図示)がコーティングされている。
【0019】
これにより上記バルブヘッド40は第2シール面38cに密接してブローオフ通路を閉塞する通常運転時位置Aと、バルブベッド40がバルブシャフト39により吸気口38e側に押しやられてブローオフ通路を開くスロットル急閉運転時位置Bと、第1シール面38dに密接してブローオフ通路を閉塞する低スロットル開度運転時位置Cとの間で移動可能となっている。
【0020】
上記ブローオフバルブ37にはブローオフバルブ制御手段としてのダイヤフラム機構42が配設されている。このダイヤフラム機構42の制御室44は、上記バルブシャフト39の上端部39aを囲むようにケーシング38に一体形成されたロアケース38eにアッパケース43を気密に締結してなり、該制御室44は上記両ケース38e,43間にダイヤフラム45を介在させて大気室44aと作動室44bとに区分けされている。
【0021】
上記ダイヤフラム45には一対の支持板45a,45aを介して上記バルブシャフト39の上端部39aが締結固定されている。この下側支持板45aとロアケース38eの底面との間にはバルブシャフト39を上方(後退方向)に付勢するスプリング46が配設されており、このスプリング46の付勢力はバルブシャフト39を上端位置に保持できる程度の大きさに設定されている。また上記アッパケース43の内壁には上側支持板45aが当接するストッパ部43aが突出形成されている。
【0022】
そして上記作動室44bには導圧通路47が連通接続されており、該導圧通路47は上記スロットル弁23の下流側に配設されたサージタンク35に連通接続されている。また上記アッパケース43には大気室44aと外気とを連通する連通孔44bが形成されている。
【0023】
次に本実施形態のブローオフバルブ37の動作について説明する。
スロットル弁23が所定値以上開かれている通常運転域(低中速〜高速運転域)では、吸気管20内は過給機30からの過給圧によりスロットル弁23の下流側,上流側共に正圧となっており、そのため制御室44の作動室44bも正圧となることから、バルブシャフト39はダイヤフラム45の上昇によって上昇端に位置している。またバルブヘッド40は吸気管20内の正圧によって通常運転時位置Aに上昇し、第2シール面38cに密接してブローオフ通路36を閉じている(図3(a)参照)。
【0024】
上記通常運転状態からスロットル弁23を急激に閉じる急減速運転域(スロットル急閉運転域)に移行すると、サージタンク35内の降圧に伴って作動室44bが負圧となることから、バルブシャフト39はダイヤフラム45によって下降され、バルブヘッド40をスロットル急閉時位置Bに押し下げる。これによりブローオフ通路36が開き、バルブ室38aとバルブヘッド40との間から吸気管20内の高圧の空気がコンプレッサ32の上流側に戻される(図3(b)参照)。これにより吸気管20内の圧力上昇が抑制され、コンプレッサ32の損傷を防止できる。
【0025】
一方エンジンブレーキが比較的長く続いた時,あるいはアイドリング時のように、スロットル弁23が所定の小開度に保持される低スロットル開度運転域では、上記バルブシャフト39は作動室44bの負圧により上記スロットル急閉運転域と同じ下降位置に保持され、バルブヘッド40は吸気管20内が負圧になることから低スロットル開度運転時位置Cに移動し、第1シール面38dに密接してブローオフ通路36を閉じる(図3(c),(d)参照)。
【0026】
本実施形態では、バルブシャフト39をスロットル弁23の下流側の正圧,負圧によって上昇,下降するよう構成するとともに、バルブヘッド40をバルブシャフト39に軸方向に移動可能に装着したので、通常運転域では、バルブシャフト39が吸気管20のスロットル弁23の下流側の正圧によって上昇し、かつバルブヘッド40が吸気管20のスロットル弁23上流側の正圧によって上昇して第2シール面38cに密接し、ブローオフ通路36を閉状態に保持できる。
【0027】
そしてスロットル急閉運転域では、バルブシャフト39がスロットル弁下流側の負圧により下降し同時にバルブヘッド40を中間位置に下降させ、ブローオフ通路36を開き、吸気管20内の過剰昇圧を回避できる。
【0028】
一方、低スロットル開度運転域では、スロットル弁23上流側が負圧になることからバルブヘッド40が下降して第1シール面38dに密接し、ブローオフ通路36を閉状態に保持する。
【0029】
このように本実施形態によれば、エンジンブレーキ時,アイドリング時のような低スロットル開度運転域では吸気管20内のスロットル弁23上流側の負圧によりバルブヘッド40がブローオフ通路36を閉じるので、スロットル弁23を全閉状態から開いたときの過給圧の立ち上がりを速くすることができ、加速性能を向上できる。
【0030】
また本実施形態では、バルブヘッド40をバルブシャフト39に対して摺動可能とするだけの構造により、吸気管20内のスロットル弁23の下流側,上流側の圧力により自動的にバルブヘッド40を昇降させブローオフ通路36を開閉することができ、簡単な構造で済み、コストの上昇を抑制できる。
【0031】
また上記バルブヘッド40をバルブシャフト39に対して回転可能としたので、該バルブヘッド40を各シール面38c,38dに確実に密接させることが可能となり、それだけシール性を向上できる。また、バルブ室38a,及びバルブヘッド40を略樽状に形成したので、流路抵抗を小さくできる。
【0032】
また本実施形態では、ブローオフバルブ制御手段をダイヤフラム機構42により構成し、該ダイヤフラム機構42によりブローオフバルブ37を開閉駆動するようにしたので、ブローオフバルブ37の開閉制御を簡単な構造で実現でき、この点からもコストの上昇を抑制できる。
【0033】
なお、上記実施形態では、排気タービン31によりコンプレッサ32を回転駆動する,いわゆるターボチャージャを例に説明したが、本発明はクランク軸によりコンプレッサを回転駆動するスーパーチャージャにも勿論適用できる。
【0034】
また上記実施形態では、ダイヤフラム機構によりブローオフバルブ制御手段を構成した場合を説明したが、本発明のブローオフバルブ制御手段はこれに限られるものではない。例えば、吸気管内圧力を圧力センサで検出し、該検出値に基づいてコントローラによりアクチュエータを介してブローオフバルブを開閉駆動するようにしてもよい。さらに上記実施形態では、4サイクルエンジンを例に説明したが、本発明は2サイクルエンジンにも適用できる。
【0035】
【発明の効果】
以上のように請求項1の発明にかかる過給式エンジンの吸気装置によれば、スロットル急閉運転域ではブローオフ通路を開き、通常運転域,及びスロットル低開度運転域ではブローオフ通路を閉じるブローオフバルブ制御手段を設けたので、エンジンブレーキ時,アイドリング時にはブローオフ通路を閉状態に保持でき、スロットル弁を全閉から開いたときの過給圧の立ち上がりを速くすることができ、加速性能を向上できる効果がある。
【0036】
また、ブローオフバルブを、バルブ室内にて進退するバルブシャフトと、該バルブシャフトに軸方向に移動可能に装着したバルブヘッドとを備えたものとし、ブローオフバルブ制御手段を、バルブシャフトを駆動するダイヤフラムの作動室内に吸気通路のスロットル弁下流側圧力を導入する構造としたので、ブローオフ通路を、スロットル急閉運転域でのみ開き、他の運転域では閉じる動作を、簡単な構造で実現でき、コストの上昇を抑制できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による過給式エンジンの吸気装置を説明するための概略構成図である。
【図2】上記吸気装置のブローオフバルブの断面図である。
【図3】上記ブローオフバルブの動作を示す図である。
【図4】従来のブローオフバルブの動作を示す図である。
【符号の説明】
1 過給式エンジン
20 吸気通路
23 スロットル弁
32 コンプレッサ
36 ブローオフ通路
37 ブローオフバルブ
38a バルブ室
38e,38c 第1,第2シール面
39 バルブシャフト
40 バルブヘッド
41b ワッシャ(ストッパ)
44 制御室
44a 大気圧室
44b 作動室
45 ダイヤフラム
47 導圧通路
A 通常運転時位置
B スロットル急閉運転位置(閉位置)
C 低スロットル開度運転時位置
Claims (1)
- 吸気通路の途中に介設されたコンプレッサにより過給するようにした過給式エンジンの吸気装置において、上記吸気通路のスロットル弁より上流側部分を上記コンプレッサより上流側部分又は大気に連通するブローオフ通路を設け、該ブローオフ通路に該通路を開閉するブローオフバルブを配設し、上記スロットル弁の下流側,上流側がそれぞれ負圧,正圧となるスロットル急閉運転域ではブローオフバルブを開状態とし、上記スロットル弁の下流側,上流側が、両方とも正圧となる通常運転域及び両方とも負圧となる低スロットル開度運転域では上記ブローオフバルブを閉状態とするブローオフバルブ制御手段を設け、上記ブローオフバルブは、ブローオフ通路に形成され空気の流れ方向に同軸配置された第1,第2シール面を有するバルブ室と、該バルブ室内に第1,第2シール面の軸方向に進退自在に挿入配設されたバルブシャフトと、該バルブシャフトに上記第1シール面又は第2シール面に密接可能なよう軸方向に移動自在に装着されたバルブヘッドとを備え、上記バルブシャフトに、該シャフトを前進させたとき上記バルブヘッドを第1,第2シール面の何れにも密接しない開位置に移動させるストッパを設けた構成となっており、上記ブローオフバルブ制御手段は、上記バルブシャフトが接続されたダイヤフラムにより大気圧室と作動室とに区分けされた制御室と、上記作動室に上記スロットル弁下流側の圧力を導入する導圧通路とを備え、上記スロットル急閉運転域ではバルブシャフトが作動室に導入され負圧により前進してバルブヘッドを開位置に移動させ、上記通常運転域では、上記スロットル弁下流側の正圧により上記バルブシャフトを後退させるとともに上記スロットル弁上流側の正圧によりバルブヘッドを第2シール面に密接する通常運転時位置に移動させ、上記低スロットル開度運転域では、上記スロットル弁下流側の負圧によりバルブシャフトを前進させるとともに上記スロットル弁上流側の負圧によりバルブヘッドを第1シール面に密接する低スロットル開度運転時位置に移動させることを特徴とする過給式エンジンの吸気装置。
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JP26248096A JP3828209B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 過給式エンジンの吸気装置 |
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JP26248096A JP3828209B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 過給式エンジンの吸気装置 |
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JPH1089079A JPH1089079A (ja) | 1998-04-07 |
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1996
- 1996-09-10 JP JP26248096A patent/JP3828209B2/ja not_active Expired - Lifetime
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