JPH06323149A - 排気駆動過給機付エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気駆動過給機付エンジンのターボラグを減
少させる。 【構成】 吸気通路１１のコンプレッサ２１よりエンジ
ン１０側の部分１１ｂを大気側に連通する吸気バイパス
通路３０を設け、この吸気バイパス通路に吸気バイパス
弁３１を設ける。判定手段３はエンジン１０の作動状態
を示す少なくとも１つのセンサ２の信号に基づいて排気
駆動過給機２０がターボラグを生じる運転条件となって
いるか否かを判断し、制御手段１は、ターボラグを生じ
る運転条件にあると判定手段３が判定したときは作動装
置３２を介して吸気バイパス弁３１を開くと共にその判
定より所定時間経過すれば同吸気バイパス弁を再び閉じ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸気通路に設けたコン
プレッサを排気通路に設けたタービンにより駆動するよ
うにした排気駆動過給機付エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の排気駆動過給機付エンジンにお
いては、低負荷低回転状態から急激に加速した際にター
ボラグ（加速開始から過給機が実質的に作動を開始する
までの時間遅れ）が生じ、このためエンジン出力の立上
りが遅れるという問題がある。これは排気エネルギが増
大しても、過給圧の増大に伴うコンプレッサの負荷の増
大と、翼車系の慣性質量によりコンプレッサの回転上昇
が遅れるためであり、従来はタービンロータのセラミッ
ク化などによる翼車系の軽量化、ツインターボ化などに
よりこの問題を解決している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の解決手段は高価になるという問題がある。
本発明は、ターボラグを生じる運転条件となった際にコ
ンプレッサの負荷を減少させることにより、このような
問題を解決することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このために、本発明によ
る排気駆動過給機付エンジンは、図１に示すように、排
気駆動過給機２０のコンプレッサ２１及びタービン２２
を、それぞれエンジン１０の吸気通路１１及び排気通路
１２に設けてなる排気駆動過給機付エンジンにおいて、
前記吸気通路１１の前記コンプレッサ２１より前記エン
ジン１０側の部分１１ｂを大気側に連通する吸気バイパ
ス通路３０と、この吸気バイパス通路３０に設けた吸気
バイパス弁３１と、前記エンジン１０の作動状態を示す
少なくとも１つのセンサ２の信号に基づいて前記排気駆
動過給機２０がターボラグを生じる運転条件となってい
るか否かを判断する判定手段３と、前記吸気バイパス弁
３１を開閉する作動装置３２と、ターボラグを生じる運
転条件にあると前記判定手段３が判定したときは前記作
動装置３２を介して前記吸気バイパス弁３１を開くと共
にその判定から所定時間経過すれば同吸気バイパス弁を
閉じる制御手段１を備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００５】

【作用】判定手段３は、エンジン１０の作動状態を示す
センサ２からの信号が、吸気管圧力（過給圧）が低くか
つスロットル開度の増加率が大きいなどターボラグを生
じる運転条件となっているか否かを判定し、そのような
運転条件にあると判定すれば制御手段１は作動装置３２
を介して吸気バイパス弁３１を開く。これによりコンプ
レッサ２１の負荷が減少するので、排気駆動過給機２０
の回転速度は速やかに上昇する。所定時間経過すれば、
制御手段１は吸気バイパス弁３１を閉じて、回転速度が
上昇している排気駆動過給機２０による過給を行う。

【０００６】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、ターボ
ラグを生じる運転条件でも速やかに回転速度が上昇した
排気駆動過給機により過給が行われるので、ターボラグ
によるエンジン出力の立上りの遅れは減少する。また、
これに必要とするのはごくありふれた部品である吸気バ
イパス通路、吸気バイパス弁及びその作動装置であり、
センサ、制御手段及び判定手段は通常のエンジンがすで
に備えているものを転用すればよいので、経済的に実施
することができる。

【０００７】

【実施例】先ず図２に示す第１実施例の説明をする。自
動車等のエンジン１０は、吸気通路１１の途中に設けた
コンプレッサ２１と、排気通路１２の途中に設けたター
ビン２２よりなる排気駆動過給機２０を備えている。コ
ンプレッサ２１とタービン２２の翼車２１ａ，２２ａは
タービン軸２３により連結されており、エンジン１０か
らの排気エネルギによりタービン翼車２２ａが回転され
れば、コンプレッサ２１も回転駆動されて過給を行う。

【０００８】コンプレッサ２１よりも上流側となる吸気
通路１１の部分１１ａには大気側開放端部にエアクリー
ナ１４が設けられ、コンプレッサ２１とエンジン１０の
間に位置する部分１１ｂにはスロットル開度センサ４１
を備えたスロットルバルブ１３、吸気圧センサ４２及び
エアフローメータ４３が設けられている。図示は省略し
たが、本実施例では、スロットルバルブ１３より下流側
に位置する吸気通路１１に設けた噴射弁より、吸入空気
量に応じた量のガソリンが噴射されるようになってい
る。

【０００９】排気通路１２には、タービン２２の上流側
と下流側の各部分１２ａ，１２ｂを連結する排気バイパ
ス通路２８が設けられ、この排気バイパス通路２８には
下流側部分１２ｂへの開口部にウェイストゲート弁２５
が設けられている。このウェイストゲート弁２５を作動
させるダイアフラム式のアクチュエータ２６は制御通路
２７によりコンプレッサ２１の出口側に連通され、コン
プレッサ２１の過給圧が所定値以上となればウェイスト
ゲート弁２５を開いてタービン２２の出力を制御し、過
給圧が過度に上昇することを防止している。

【００１０】吸気通路１１には、コンプレッサ２１の上
流側と下流側の各部分１１ａ，１１ｂを連結する吸気バ
イパス通路３０が設けられ、その途中には吸気バイパス
弁３１が設けられている。本実施例では、この吸気バイ
パス弁３１を作動させる作動装置３２は、ダイアフラム
式の空気圧アクチュエータであり、不作動状態ではスプ
リング３２ａにより吸気バイパス弁３１を閉じている。
吸気通路１１のスロットルバルブ１３より下流の位置に
は吸気管負圧を取り出すセンシングポート３６が設けら
れ、ここから取り出した負圧はチエックバルブ３５を経
て蓄圧タンク３４に蓄積される。次に述べる電子制御装
置４０により制御される三方電磁弁３７の２つのポート
は蓄圧タンク３４と空気圧アクチュエータ３２に接続さ
れ、残る１つのポートはエアフィルタ３８を経て大気に
解放されている。

【００１１】エンジン１０全体の制御を行うと共に三方
電磁弁３７を制御する電子制御装置４０には、前述のス
ロットル開度センサ４１、吸気圧センサ４２及びエアフ
ローメータ４３が接続されている。この電子制御装置４
０は、エンジン１０の作動状態を示すこれらのセンサか
らの信号を演算処理してターボラグを生じる運転条件に
あるか否かを判定し、またこの判定から所定時間経過し
たことを内蔵するタイマにより判定し、先ずターボラグ
を生じる運転条件にあると判定すれば三方電磁弁３７及
び空気圧アクチュエータ３２を介して吸気バイパス弁３
１を開き、所定時間t0（例えば約0.5秒、（タービン最
高回転速度に達するまでの時間）×0.7〜0.8に設定）経
過したと判定すれば吸気バイパス弁３１を閉じるもので
ある。

【００１２】エンジン１０がターボラグを生じる運転条
件にあるか否かの判定は、例えばスロットル開度センサ
４１により検出されるスロットルバルブ１３の開度Ｄの
増加率ΔＤ／Δｔと、吸気圧センサ４２により検出され
る吸気管圧力（過給圧）Ｐにより行い、ΔＤ／Δｔが所
定値Ａ（例えば100 deg／sec）よりも大きく、かつＰが
所定値P0（例えば+450 mmHg）よりも低い場合にターボ
ラグを生じる運転条件にあると判定する。あるいはスロ
ットル開度Ｄが最小位置付近で、かつその増加率が大き
い場合にターボラグを生じる運転条件にあると判定して
もよい。

【００１３】特許請求の範囲に記載した構成と実施例の
対比において、スロットル開度センサ４１、吸気圧セン
サ４２及びエアフローメータ４３はセンサに対応し、空
気圧アクチュエータ３２は作動装置に対応し、電子制御
装置４０、蓄圧タンク３４、三方電磁弁３７等は制御手
段及び判定手段に対応する。

【００１４】次に上記実施例の作動を、図３に示す作動
状態図及び図４に示すフローチャートにより説明する。
エンジンのメインスイッチを入れれば、電子制御装置４
０は各変数を所定の初期値に設定して作動を開始し、所
定の短時間間隔で割込み信号が入力される都度、図４の
フローチャートによる作動を繰り返し実行する。

【００１５】電子制御装置４０は、先ずステップ１０で
スロットル開度センサ４１及び吸気圧センサ４２からス
ロットル開度Ｄ及び吸気管圧力Ｐを読み込み、ステップ
１１でスロットル開度の増加率ΔＤ／Δｔが所定値Ａよ
りも大きく、かつ吸気管圧力Ｐが所定値P0よりも小さい
かどうかを判定する。図３(a) の時点t1まではスロット
ル開度Ｄは最小値またはその付近の値D1で一定であり、
この状態ではＰ＜P0ではあるがΔＤ／Δｔ＞Ａではない
ので、電子制御装置４０は制御動作をステップ１１から
ステップ１７に進め、割込み信号の都度ステップ１０、
ステップ１１、ステップ１７、ステップ１８を繰り返
す。この状態では、空気圧アクチュエータ３２は三方電
磁弁３７によりエアフィルタ３８を経て大気に連通さ
れ、吸気バイパス弁３１はスプリング３２ａにより閉じ
たままである。従って図３(b)及び図３(c)のN1及びP1に
示すようにタービン回転速度は低く、吸気管圧力は低
く、過給は行われない。

【００１６】時点t1においてスロットル開度が相当な開
度D2まで急激に開かれれば、ΔＤ／Δｔ＞Ａとなりかつ
Ｐ＜P0であるので、電子制御装置４０はエンジン１０が
ターボラグを生じる運転条件にあると判定し、制御動作
をステップ１１からステップ１２に進めて内蔵するクロ
ックにより作動するタイマーを起動させ、このタイマー
の計時時間が所定時間t0に達するまではステップ１３〜
１５を繰り返す。その間は空気圧アクチュエータ３２は
三方電磁弁３７により蓄圧タンク３４に連通され、スプ
リング３２ａに抗してロッド３１ａを後退させて吸気バ
イパス弁３１を開く。これによりコンプレッサ２１前後
の圧力差がなくなってコンプレッサ２１の負荷が減少す
るので、排気駆動過給機２０のタービン回転速度は、図
３(b) の破線N2に示すように速やかに上昇する。

【００１７】タイマーの計時時間ｔが所定時間t0に達す
れば、電子制御装置４０はステップ１６でタイマーを停
止させて制御動作を停止する。この時点ではスロットル
開度の過渡的な増大は終了しており、次の割込み信号に
よる作動の際は、ステップ１０、ステップ１１、ステッ
プ１７、ステップ１８が繰り返されて吸気バイパス弁３
１を閉じる。これにより回転速度が上昇しているコンプ
レッサ翼車２１ａにより過給がなされ、吸気管圧力は図
３(c) の破線P2に示すように増大する。この過給開始に
よるコンプレッサ翼車２１ａの負荷の増大により、速や
かに増大したタービン回転速度は、図３(b) の破線N2に
示すように、一旦低下してエンジン１０の作動状態に応
じた所定値となる。

【００１８】このように本実施例によれば、ターボラグ
を生じる運転条件でも排気駆動過給機２０は速やかに回
転速度が上昇し、回転速度が上昇したところで吸気バイ
パス弁３１が閉じて過給が行われるので、ターボラグに
よるエンジン出力の立上りの遅れは減少する。これに対
し吸気バイパス通路３０及び吸気バイパス弁３１を備え
ていない従来技術では、エンジン１０がターボラグを生
じる運転条件において本実施例のようなコンプレッサ翼
車の負荷の減少がないので、タービン回転速度の上昇は
図３(b) の実線N3に示すように遅れ、吸気管圧力の上昇
も図３(c) の実線P3に示すように遅れて、ターボラグに
よる出力の立上りは第１実施例によるものに比して時間
Ｔだけ遅れる。

【００１９】次に、図５に示す第２実施例の説明をす
る。この第２実施例は作動装置３２がサーボモータより
なり、ロッド３１ａを軸動させて吸気バイパス弁３１を
開閉するようになっている。従って三方電磁弁３７、蓄
圧タンク３４等は不要である。これ以外の構造は第１実
施例と同じであるので、同一部分には第１実施例と同一
符号を付して示し、詳細な説明は省略する。この第２実
施例では、電子制御装置４０が制御手段及び判定手段に
対応する。

【００２０】電子制御装置４０は、通常は吸気バイパス
弁３１を閉じるようにサーボモータ３２を作動させてい
る。エンジン１０がターボラグを生じる運転条件にある
と判定すれば、電子制御装置４０はサーボモータ３２を
作動させ、ロッド３１ａを後退させて吸気バイパス弁３
１を開く。これによりコンプレッサ２１の負荷が減少す
るので、排気駆動過給機２０の回転速度は速やかに上昇
する。そして所定時間経過すれば、電子制御装置４０は
再びサーボモータ３２を逆向きに作動させて吸気バイパ
ス弁３１を閉じ、回転速度が上昇している排気駆動過給
機２０による過給を行う。従って第１実施例と同様にタ
ーボラグによるエンジン出力の立上りの遅れはなくな
る。

【００２１】なお第１実施例では、空気圧アクチュエー
タ３２に作用する圧力を三方電磁弁３７により蓄圧タン
ク３４の負圧と大気圧に選択的に切り換えているので、
吸気バイパス弁３１は実質的に開閉のみを行い、従って
所定時間経過して吸気バイパス弁３１が閉じる際に急激
にエンジン１０の出力が上昇していわゆる加速ショック
を生じる恐れがある。しかし作動装置３２としてサーボ
モータを使用した第２実施例によれば、吸気バイパス弁
３１の開度をゆっくり減少させて閉じるようにして、加
速ショックをなくすことができる。

【００２２】なお、上記各実施例は吸気管噴射式ガソリ
ンエンジンの場合について説明したが、本発明は排気駆
動過給機を設けた気化器式ガソリンエンジンあるいはデ
ィーゼルエンジンにも適用可能である。ディーゼルエン
ジンの場合は、第１実施例の蓄圧タンク３４に対する負
圧の蓄積は、バキュームサーボブレーキ等に使用するバ
キュームポンプを利用して行えばよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による排気駆動過給機付エンジンの全
体構成図である。

【図２】 本発明による排気駆動過給機付エンジンの第
１実施例の全体図である。

【図３】 図２に示す第１実施例の作動状態を示す図で
ある。

【図４】 図２に示す第１実施例のフローチャートであ
る。

【図５】 本発明による排気駆動過給機付エンジンの第
２実施例の全体図である。

【符号の説明】

２…センサ、１０…エンジン、１１…吸気通路、１１ｂ
…部分、１２…排気通路、２０…排気駆動過給機、２１
…コンプレッサ、２２…タービン、３０…吸気バイパス
通路、３１…吸気バイパス弁、３２…作動装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気駆動過給機のコンプレッサ及びター
   ビンを、それぞれエンジンの吸気通路及び排気通路に設
   けてなる排気駆動過給機付エンジンにおいて、前記吸気
   通路の前記コンプレッサより前記エンジン側の部分を大
   気側に連通する吸気バイパス通路と、この吸気バイパス
   通路に設けた吸気バイパス弁と、前記エンジンの作動状
   態を示す少なくとも１つのセンサの信号に基づいて前記
   排気駆動過給機がターボラグを生じる運転条件となって
   いるか否かを判断する判定手段と、前記吸気バイパス弁
   を開閉する作動装置と、ターボラグを生じる運転条件に
   あると前記判定手段が判定したときは前記作動装置を介
   して前記吸気バイパス弁を開くと共にその判定から所定
   時間経過すれば同吸気バイパス弁を閉じる制御手段を備
   えたことを特徴とする排気駆動過給機付エンジン。