JPS5951651B2 - 排気タ−ボ過給式エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、排気ガスによって駆動される過給機つまり排
気ターボ過給機を備えたエンジンに関するものである。

排機ターボ過給機は、エンジンからの排気ガスが持つエ
ネルギをエンジンの出力向上に利用できる特徴を有する
ことは周知の通りである。

しかし、排気ターボ過給機を駆動するには可成りの排気
ガスエネルギを必要とするため、エンジンの低負荷・低
回転域で排気ガス量が少ない運転域では、エンジンから
の排気ガスの圧力（排気圧）が排気ターボ過給機の駆動
のために高くなる一方、排気ターボ過給機の回転も十分
な過給を行う状態には達していないから、この低負荷・
低回転域から排気ターボ過給機を作動すると、エンジン
の出力は排気圧の上昇のためにむしろ低下するのであり
、また、エンジンの高負荷・高回転域で排気ガス量が多
い運転域ぜは、排気ターボ過給機は著しく高回転となっ
て、エンジンに対する過給が過度になり勝ちの傾向を呈
するのである。

そこで先行技術として実公昭４７−３８６６３号公報は
、排気ターボ過給機における排気タービンに対して排気
ガスが迂回するように設けたバイパス通路中に、当該バ
イパス通路を開閉する制御弁を設け、該制御弁をエンジ
ンの吸気圧に関連すると共に、ソレノイド及び圧力スイ
ッチを介してエンジンにおける潤滑油の圧力に関連し、
エンジンの回転数が低いときには前記制御弁を開いて排
気ターボ過給機の作動を抑制し、エンジンの回転が上昇
すると前記圧力スイッチのＯＮに基づきソレノイドによ
り制御弁を閉作動して排気ターボ過給機を駆動してター
ボ過給にし、ターボ過給における吸気圧が最大過給圧に
近付き、換言すると過過給の状態になると、その過過給
の吸気圧により前記制御弁を開いて排気ターボ過給機の
それ以上の回転上昇を抑制することより、過度の過給に
ならないように制御することを提案している。

しかしこのものは、エンジンの回転数に略比例して上昇
する潤滑油の油圧がある値になったとき、排気タービン
に対するバイパス通路中に設けた制御弁をソレノイドに
よって閉じるもので、その閉作動が急激に行なわれて、
排気ターボ過給機の回転上昇に遅れを生じるから、エン
ジンの出力が急変するものであり、しかも、この先行技
術のものは、最大過給圧付近における吸気圧の制御を、
吸気圧のみによって行うようにしていて、最大過給圧付
近における吸気１１＝ ｎ ＮＩＪ御に、エンジンにお
ける回転数が一次的要素として加わっておらす、制御弁
の開作動が急速に行なわメ′上るから、この時期の制御
においてもエンジンの出力が急変するのである。

つまり先行技術のものは、排気タービンに対するバイパ
ス通路中に設けた制御弁による制御に際し、てのエンジ
ン出力の変動が大きくて、ドライバービリティ−が悪化
する欠点があった。

本発明は、この欠を解消するものである。

このため本発明は、エンジンに装着した排気ターボ過給
機における排気タービンに、当該排気タービンを排気ガ
スが迂回するバイパス通路を設け、該バイパス通路中に
制御弁を設けて成る排気ターボ過給式エンジンにおいて
、前記制御弁には、エンジンにおける吸気圧に関連し当
該吸気圧が負圧側のとき制御弁を開作動し吸気圧が負圧
側から大気圧に高くなるにつれて制御弁を閉作動しそし
て吸気圧が一定限度の過給圧を越えると制御弁を開作動
するようにした圧力式弁作動機構を設けると共に、エン
ジンの回転数に比例して制御弁を前記圧力式弁作動機構
に拘わらず開閉作動に拘わらず開作動するようにした弁
作動機構を設けた構成にしたものである。

すなわち、このように構成すると、エンジンのからの排
気ガス量の少ない低負荷・低回転域では、吸気圧が大気
圧以下の負圧になることにより、バイパス通路中の制御
弁がこの負圧により圧力式弁作動機構を介して開に保持
されて、排気ガスの一部をバイパス通路から排気タービ
ンに対して迂回させることができるから、この運転域に
おいて排気圧の上昇に伴うエンジン出力の低下を防止で
きる一方、エンジンにおける負荷・回転数の上昇に伴っ
て吸気圧が大気圧以上に高くなると、前記制御弁が圧力
式弁作動機構によって閉作動することより、排気ターボ
過給機が駆動されてターボ過給状態になるのであり、こ
の場合、エンジンへの吸気圧は、負荷・回転数に伴って
次第に変化し、従ってこの吸気圧に圧力式弁作動機構を
介して関連する制御弁も、吸気圧の変化に追従して次第
に開又は閉に作動し、制御弁が急速に開閉作動すること
か゛ないから、エンジンの出力も滑らかに変化するもの
で゛ある。

そして、エンジンの回転数が上昇すると、前記制御弁は
回転数に関連する弁作動機構により、前記圧力式弁作動
機構による開閉作動に拘わらず、回転数に比例して開作
動されるから、エンジン回転数の上昇に伴って過給が過
度になる傾向を低減できると共に、この回転数による制
御弁の開作動に際してもエンジン出力には大きい変動が
ないのである。

また、エンジンへの吸気圧が一定限度の過給圧に達する
と、前記制御弁は圧力式弁作動機構により開作動するこ
とにより、吸気圧が一定限度の過給圧を越えないよう制
御されるが、この状態ではエンジンの回転数が高く、従
って前記制御弁は、エンジンの回転数に関連する弁作動
機構により、予め開かれているから、吸気圧の上昇によ
って制御弁が開作動する場合における変動は緩和され、
エンジンの出力の大きい変動を防止できるのである。

従って本発明によると、低負荷・低回転域における一部
の排気ガスの迂回放出、ターボ過給域において回転数に
比例して増大する排気ガスの迂回放出、及び過過給時に
おける排気ガスの迂回放出を達成することができるから
、エンジンの低負荷・低回転域におけるエンジン出力の
低下、及び排気ターボ過給機による過過給を、確実に防
止することができる一方、この制御に際してエンジンの
出力が大きく変動することを回避できて、エンジンにお
けるドライバービリティ−を向−Ｌで゛きるから、排気
ターボ過給式エンジンを、全運転域にわたって滑らかに
且つ効率良く運転できる効果を有する。

以下本発明の実施例を図面について説明すると、図にお
いて１は吸気マニホールド２及び排気マニホールド３を
有するエンジン、４は排気タービン５とブロワ−圧縮機
６とをその間に位置する軸受ハウジング７で直結した排
気ターボ過給機を各々示し、排気タービン５の入１」側
には前記排気マニホールド３がらの排気通路８が、出口
側には排気ガスを大気に放出するための排気管９が各々
接続され、ブロワ−圧縮機６の吐出側は過給通路１０を
介して前記吸気マニホールド２に、吸入側は吸入通路１
１を介してエアクリーナ１２に各々接続され、吸入通路
１１には吸入空気調節用のスロットル弁１４を備えた燃
料供給用気化器１３が設けられている。

この場合、他の実施例としては過給通路１０に吸入空気
調節用のスロットル弁のみを設ける一方、吸気マニホー
ルド２に燃料噴射ノズルを設けて燃料を供給するもので
も良い、また、前記排気ターボ過給機４の軸受ハウジン
グ７には、その内部の軸受に対する潤滑油入口ポー１〜
７′と、軸受からの潤滑油出口ポート７″とを備えてい
る。

前記エンジン１の側面には、オイルフィルタ１５が取付
き、エンジンのオイルパン１６内から潤滑油ポンプ１７
で汲み上げた潤滑油はオイルフィルタ１５を経てメイン
ギヤラリ−１８に至り、ここからエンジンのピストン、
動弁機構、及び種々の軸受等の各種作動部分に送られる
ようになっている。

そして、前記排気通路８と排気管９との間には、排気タ
ービン５を迂回するバイパス通路１９を設け、該バイパ
ス通路１９には、この通路を開閉する制御弁２０を設け
る。

この制御弁２０における弁体２１の弁棒２２には、作動
杆２３の中途部をピン枢着し、該作動杆２３の一端には
、潤滑油の油圧によって前記制御弁２０を作動するよう
にしたダイヤフラム式の弁作動機構２４におけるダイヤ
フラム２５を、ロッド２６を介して連結し、ダイヤフラ
ム２５に設けたばね６０にて、前記制御弁２０の弁体２
１を閉方向に付勢し、前記潤滑油ポンプ１７の吐出側で
あるメインギヤラリ−１８に分岐ポート２７を設け、該
分岐ポート２７と前記ダイヤフラム式弁作動機構２４に
おける圧力室２８とを潤滑油通路２９を介して接続する
一方、圧力室２８をオリフィス３１を備えた潤滑油リタ
ーン通路３０を介してエンジンのオイルパン１６に接Ｐ
する。

この場合、前記ダイヤフラム式弁作動機構２４における
ばね６０は、潤滑油の油圧がエンジンの中速回転（例え
ば、毎分２０００回転）に相当する圧力に達するまでは
弁体２１を閉方向に付勢しているが、エンジンの回転数
がそれ以上になると潤滑油の油圧に負けて弁体２１が開
くようなばね定数に設定されている。

一方、前記作動杆２３の他端を、吸気圧によるダイヤフ
ラム式等の圧力式弁作動機構３２において２つの圧力室
３３．３４に区成するダイヤフラム３５に、ロッド３６
を介して連結し、一方の圧力室３３内には、前記制御弁
２０における弁体２１を閉方向に付勢するばね３７を設
ける一方、前記過給通路１０又は吸気マニホールド２に
はスロットル弁１４より下流側の圧力検出用のポート３
８を設け、該圧力検出用ポー１−３８と前記圧力式弁作
動機構３２との間に圧力切換弁３９を設りする。

この圧力切換弁３９は、通路４０を介して大気に連通ず
るダイヤフラム室４１と通路４３を介して前記圧力検出
用ポート３８に連通するダイヤフラム室４２とに区成す
るダイヤフラム４４、該ダイヤフラム４４に連結した２
つの弁体４５，４６、及び弁室４７，４８，４９を備え
、第１弁室４７を通路５０を介して前記圧力式弁作動機
構３２の一方の圧力室３３に、第２弁室４８を通路５１
を介して圧力検出用ポート３８からの分岐通路４３に、
そして第３弁室４９を通路５２を介して前記圧力式弁作
動機構３２の他方の圧力室３４に各々接続し、両弁体４
５，４６をダイヤフラム室４２内に設けたばね５３にて
、第１弁室４７が第２弁室４８と遮断状態で大気と連通
し、第３弁室４９が大気と遮断状態で第２弁室４８と連
通ずるように保持し、更に、圧力検出用ポート３８の吸
気圧が、大気圧より低い負圧側になれば、両弁体４５．
４６がばね５３に抗して動いて、第１弁室４７が大気と
遮断すると同時に第２弁室４８に連通し、第３弁室４９
が第２弁室４８と遮断すると同時に大気に連通ずるよう
に構成されている。

なお、前記メインギヤラリ−１８における分岐ポート２
７と弁作動機構２４における圧力室２８とを繋ぐ潤滑油
通路２９中には、第１と第２の２つのオリフィス５４，
５５を直列に設ける一方、該両オリフィス５４．５５間
における部位５６と排気ターボ過給機４における軸受ハ
ウジング７の潤滑油入口ポート７′とをオリフィス５７
付き潤滑油供給通路５８を介して接続し、軸受ハウジン
グ７の潤滑油出口ポート７″を戻り通路５９を介して前
記リターン通路３０はオイルパン１６に接続することに
より、前記分岐ポート２７からの潤滑油の一部によって
排気ターボ過給機をも潤滑するように構成されている。

この構成において、エンジンの運転中にエンジンから排
出された排気ガスは、排気通路８から排気タービン５に
入り、排気タービン５を回転してこれに直結したブロワ
−圧縮機６を回転駆動することにより、エアクリーナ１
２からの吸入空気はブロワ−圧縮機６で圧縮され、過給
通路１０を介して吸気マニホールド２からエンジンに吸
気される。

この場合、スロットル弁１４が全閉又は全閉に近い低負
荷・低回転域では、吸気マニホールド２内の吸気圧は負
圧側に高く、この負圧が通路４３を介して圧力切換弁３
９のダイヤフラム室４２に作用し、圧力切換弁３９の両
弁体４５，４６がそのばね５３に抗して切換わって、圧
力式弁作動機構３２における他方の圧力室３４が大気に
連通する一方、当該圧力式弁作動機構３２における一方
の圧力室３３に吸気で二ボールド２内の負圧が作用する
から、制御弁２０の弁体２１はそのばね３７に抗して、
前記作動杆２３の他端における弁作動機構２４に拘わら
ず開くことになる（このとき、弁作動機構２４における
圧力室２８には、潤滑油の油圧が作用するが、前記の低
負荷・低回転の運転域では潤滑油の油圧は、そのばね６
０に打ち勝つまでには達していないから、弁作動機構２
４によって制御弁２０の弁体２１が開くことはない）。

この弁体２１の開により、エンジンからの排気ガスの一
部はバイパス通路１９から排気タービン５を迂回して排
気管９に直接放出されることになり、このバイパス通路
１９からの一部の排気ガスの放出によって、エンジンか
らの排気ガス圧力に上昇が低減され、出力の低下を防止
できる。

次に、スロットル弁１４を前記全閉又は全閉に近い状態
から次第に開らけば、エンジンへの吸入空気が多くなっ
て回転が上昇する一方、吸気マニホールド２内の負圧は
次第に大気圧に近付くように高くなるから、制御弁２０
の弁体２１は前記負圧の変化に応じてそのばね３７によ
って次第に閉じることになり、これによってバイパス通
路１９からの迂回排気ガス量は次第に減少し、これに伴
って排気タービン５はその回転が次第に上昇して、ター
ボ過給による運転状態に滑らかに移行する。

このターボ過給による運転状態において、エンジンの回
転が早くなり、この回転に略比例して上昇する潤滑油の
圧力がエンジンの中速回転（例えば、毎回２０００回転
）時における圧力を越えると、弁作動機構２４における
ダイヤフラム２５は、圧力室２８内の潤滑油圧によって
ばね６０に抗する方向に押圧され、制御弁２０の弁体２
１を、作動杆２３の一端の前記圧力式弁作動機構３２に
拘わらず、潤滑油圧の上昇ひいてはエンジン回転数の上
昇に比例して次第に開くことになるから、エンジンの回
転数の上昇に伴って増大した排気ガス量は、その増大し
た分に略見合う量だけバイパス通路１９から排気タービ
ン５を迂回して放出される。

従って、排気タービン５への排気ガス量は、エンジン回
転数の上昇に伴って急激に増大することはなく、エンジ
ンの回転数の上昇に拘わらす略一定乃至は緩やかに増大
するから、ターボ過給による運転状態においては、エン
ジン回転数の上昇に伴ってエンジンに対する過給が過度
になり過ぎる傾向を小さく抑制できる。

一方、ターボ過給の状態においては、吸気マニホールド
２内の吸気圧は大気圧を越えることにより、圧力切換弁
３９は図示のように、吸気圧による圧力式弁作動機構３
２における一方の圧力室３３を大気に開放し、他方の圧
力室３４に吸気圧が作用するように切換わっでいるから
、吸気圧が一定限度の過給圧（例えば、＋２００ｍｍＩ
（ｇ）を越えて高くなれば、制御弁２０の弁体２１が、
前記弁作動機構２４により開作動に加算して更に大きく
開作動することになる。

これにより、排気タービン５を迂回する排気ガス量が増
大する一方、排気タービン５を通る排気ガス量が少なく
なるから、排気タービンの回転上昇は規制され、エンジ
ンに対するターボ過給がエンジンの危険な回転を越えて
過過給になることが防止される。

そして、以上の制御関係を図によって説明すれば、エン
ジンの回転数を一定にした場合における吸気圧による制
御弁２０の弁体２１のリフトを、第２．図に一点鎖線Ａ
で示すように設定する一方、潤滑油の油圧ひいてはエン
ジン回転による制御弁２０の弁体２１のリフトを、点線
Ｂで示すように設定することにより、両者を合せた実際
のリフトは実線りで示すようになり、低負荷・低回転域
における一部の排気ガスの迂回放出、ターボ過給域にお
いて回転数に比例して増大する排気ガスの迂回放出、及
び過過給時における排気ガスの迂回放出を達成できると
共に、これらを滑らかに連続化できるのである。

なお、上記実施例は、エンジンの回転数に略比例する潤
滑油の油圧によって、制御弁２０を、圧力式弁作動機構
３２に拘わらず作動させる場合であったが、制御弁２０
は、潤滑油の油圧以外の手段によって、エンジンの回転
数に関連するようにしても良いことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、第２図は制御弁にお
ける弁体のリフト制御を示す図である。 １・・・エンジン、４・・・排気ターボ過給機、５・・
・排気タービン、６・・・ブロワ−圧縮機、８・・・排
気通路、１０・・・過給通路、１４・・・スロットル弁
、１９・・・バイパス通路、２０・・・制御弁、２４・
・・弁作動機構、３２・・・圧力式弁作動機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンに装着した排気ターボ過給機における排機
   タービンに、当該排気タービンを排気ガスが迂回するバ
   イパス通路を設け、該バイパス通路中に制御弁を設けて
   成る排気ターボ過給式エンジンにおいて、前記制御弁に
   は、エンジンにおける吸気圧に関連し当該吸気圧が負圧
   側のとき制御弁を開作動し吸気圧が負圧側から大気圧に
   高くなるにつれて制御弁を閉作動しそして吸気圧が一定
   限度の過給圧を越えると制御弁を開作動するようにした
   圧力式弁作動機構を設けると共に、エンジンの回転数に
   比例して制御弁を前記圧力式弁作動機構による開閉作動
   に拘わらず開作動するようにした弁作動機構を設けたこ
   とを特徴とする排気ターボ過給式エンジン。