JP2015161174A - エンジンの過給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気バイパス弁（ＡＢＶ）の小型化と開弁応答性の向上を図ること。
【解決手段】コンプレッサより下流の吸気通路3とコンプレッサより上流の吸気通路3との間に設けられた吸気バイパス通路41には、ＡＢＶ42が設けられる。ＡＢＶ42は、ダイアフラム式弁であって、ダイアフラム63によりハウジング61が区画されて圧力室62が形成される。吸気バイパス通路41上に設けられた弁座64には、ダイアフラム63と一体的に設けられた弁体65が着座可能に設けられる。弁体65はスプリング66により弁座64へ着座する方向へ付勢される。圧力室62には、スロットル弁より下流のサージタンクに連通する圧力通路43が接続される。弁体65には、コンプレッサより下流の吸気通路3と圧力室62とを連通させる連通孔65aが形成される。
【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンの吸気を昇圧させる過給機を備えたエンジンの過給装置に関する。

従来、過給機を備えたエンジンでは、過給機を構成するコンプレッサの入口側の圧力と出口側の圧力との間の圧力差が大きくなり過ぎると、コンプレッサの翼面で空気流が不安定となり、空気流に自励振動が発生する、すなわち「サージング」が起きるおそれがある。そこで、このサージングを防止するために、コンプレッサより上流の吸気通路とコンプレッサより下流の吸気通路との間をバイパスする吸気バイパス通路を設けると共に、その吸気バイパス通路に吸気バイパス弁を設けている。そして、この吸気バイパス弁を必要に応じて開弁することにより、コンプレッサの入口側の圧力と出口側の圧力との圧力差を低減してサージングを防止するようにしている。

下記の特許文献１には、過給機に付随して設けられたこの種の吸気バイパス通路と吸気バイパス弁が記載されている。吸気バイパス弁は、スロットル弁より下流の吸気通路（サージタンク）で発生する負圧を利用して開弁するダイアフラム式弁より構成される。図１０に、この種の吸気バイパス弁７１の概略を断面図により示す。この吸気バイパス弁７１は、ハウジング７２と、ハウジング７２の内部を圧力室７３に区画するダイアフラム７４と、ダイアフラム７４の中心に設けられた板状の弁体７５と、弁体７５が着座可能に設けられた弁座７６と、弁体７５が弁座７６に着座する方向へ付勢するスプリング７７とを含む。圧力室７３は、圧力通路７８を介し、スロットル弁より下流の吸気通路（サージタンク）に連通する。そして、エンジンの減速運転時等にスロットル弁が閉弁してサージタンク内が負圧になると、サージタンクにつながる圧力通路７８を介して圧力室７３に負圧が導入され、ダイアフラム７４がスプリング７７の力に抗して引かれる。これにより、弁体７５が開いて吸気バイパス通路７９が吸気通路８０に連通し、コンプレッサの入口側の圧力と出口側の圧力との間の圧力差が低減してサージングを防止することができる。

特開昭６０−１５０４３０号公報

ところが、上記した吸気バイパス弁７１では、エンジンの過給時に吸気通路８０に作用する過給圧（コンプレッサ出口側圧力）Ｐ１がサージタンク圧力Ｐ３より大きくなる。そのため、弁体７５を閉弁状態に維持するためには、スプリング７７の力を強くし、ダイアフラム７４の外径を大きくしなければならなかった。その結果、吸気バイパス弁７１の開弁時の応答性が悪化するおそれがあった。

また、ＥＧＲ装置を備えたエンジンでは、ＥＧＲ作動時にサージタンク内にＥＧＲガスを含んだ吸気が侵入している。エンジンの加減速運転でサージタンクの圧力が変化すると、サージタンクと連通している吸気バイパス弁７１の圧力室７３にはＥＧＲガスを含んだ吸気が出入りし、エンジン停止後もＥＧＲガスが圧力室７３に残存するおそれがあった。このように圧力室７３に残存したＥＧＲガスがエンジン停止後に冷やされると、ＥＧＲガス中の水分により凝縮水が発生するおそれがあった。その結果、ダイアフラム７４やスプリング７７、ハウジング７２が腐食したり、凝縮水が凍結することで、それらの正常
な動作が阻害されるおそれがあった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、吸気バイパス弁の小型化と開弁応答性の向上を図ることを可能としたエンジンの過給装置を提供することにある。この発明の別の目的は、上記目的に加え、吸気バイパス弁の圧力室に残留するＥＧＲガスを掃気することを可能としたエンジンの過給装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの吸気通路と排気通路との間に設けられ、吸気通路における吸気を昇圧させるための過給機と、過給機は、吸気通路に配置されたコンプレッサと、排気通路に配置されたタービンと、コンプレッサとタービンを一体回転可能に連結する回転軸とを含むことと、コンプレッサより下流の吸気通路とコンプレッサより上流の吸気通路との間をバイパスする吸気バイパス通路と、吸気バイパス通路を開閉するための吸気バイパス弁と、吸気バイパス弁は、吸気通路における吸気圧力の導入により作動する圧力作動式弁であって、ハウジングと、ハウジングを区画し圧力室を容量可変に形成する作動体と、吸気バイパス通路上に設けられた弁座と、作動体と一体的に設けられ、弁座に着座可能に設けられた弁体と、弁体を弁座へ着座する方向へ付勢するスプリングとを含むことと、圧力室に吸気圧力を導入するための圧力通路と、吸気通路における吸気量を調節するために設けられたスロットル弁と、圧力通路は、スロットル弁より下流の吸気通路に連通することとを備えたエンジンの過給装置において、コンプレッサより下流の吸気通路と圧力室とを連通させる連通孔を弁体に設けたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、弁体の一方の面には、コンプレッサの出口側の圧力が作用し、弁体の他方の面には、圧力室に作用する、スロットル弁より下流の吸気通路の圧力が作用する。ここで、弁体を閉弁状態に保持するためには、コンプレッサの出口側の圧力よりも、スロットル弁より下流の吸気通路の吸気圧力とスプリングの力との和を大きくする必要がある。特に、エンジンの過給時には、過給圧であるコンプレッサの出口側の圧力による弁体の開弁を阻止するために、スプリングの力を強くする必要があり、その分だけ弁体の開弁応答性が不利になる傾向がある。上記発明の構成によれば、コンプレッサより下流の吸気通路と圧力室とを連通させる連通孔が弁体に設けられるので、エンジンの過給時には、弁体にかかるコンプレッサの出口側の圧力とスロットル弁より下流の吸気通路の圧力との圧力差が小さくなり、弁体を閉弁状態に保持するためのスプリングの力を比較的弱くすることが可能となる。一方、エンジンの減速運転時には、スロットル弁より下流の吸気通路における吸気圧力が負圧となり、その負圧が圧力通路を通じて圧力室に作用するので、弁体の連通孔を通じて圧力室の中へ気体を流すことが可能となる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、圧力通路を開閉するための開閉手段を更に備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、開閉手段により圧力通路から圧力室への圧力導入が遮断されることにより、弁体の両面にかかる圧力がほぼ等価となる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、開閉手段は、逆止弁であることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、圧力通路から圧力室への圧力導入を遮断するための構成が逆止弁により比較的簡易なものとなる。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、開閉手段は、電動弁であり、エンジンの運転状態に応じて電動弁を制御する制御手段を更に備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、圧力通路から圧力室への圧力導入が、エンジンの運転状態に応じて電動弁により遮断が可能となる。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、スロットル弁の開度をスロットル開度として検出するためのスロットル開度検出手段を更に備え、制御手段は、検出されたスロットル開度からスロットル開閉速度を求め、スロットル開度とスロットル開閉速度に基づいて電動弁の開閉を制御することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、スロットル開度とスロットル開閉速度に基づいて電動弁の開閉が制御されるので、圧力通路から圧力室への圧力導入が、エンジンの加速運転時（過給時）、減速運転時（非過給時）に応じて電動弁により遮断が可能となる。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の発明において、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして吸気通路へ流して燃焼室へ還流させる排気還流通路と、排気還流通路における排気還流ガスの流れを調節するための排気還流弁とを更に備え、制御手段は、排気還流弁が開かれて排気還流通路に排気還流ガスが流れるときに電動弁を閉弁することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項４又は５に記載の発明の作用に加え、圧力通路から圧力室への圧力導入が、排気還流ガスが排気還流通路から吸気通路へ流れるときに合わせて電動弁により遮断される。

上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の発明において、圧力室を圧力通路に連通させるためにハウジングに連通口が形成され、連通口の開口面積が、連通孔の開口面積よりも大きいことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の作用に加え、ハウジングに形成された連通口の開口面積が、弁体の連通孔の開口面積よりも大きいので、弁体に連通孔を設けても圧力通路から圧力室へ作用する圧力がダイアフラムに有効に作用する。

上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れかに記載の発明において、圧力作動式弁はダイアフラム式弁であって、作動体はダイアフラムであり、弁体がダイアフラムと一体的に設けられたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の作用と同等の作用が得られる。

上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れかに記載の発明において、圧力作動式弁はピストン式弁であって、作動体はハウジングをシリンダとして作動するピストンであり、弁体がピストンと一体的に設けられたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の作用と同等の作用が得られる。

請求項１に記載の発明によれば、吸気バイパス弁を小型化することができ、吸気バイパス弁の開弁応答性を向上させることができる。また、圧力室の中を新気と入れ替えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、弁体を閉弁するためのスプリングの力を弱くすることができ、吸気バイパス弁の開弁応答性を更に向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、スロットル弁より下流の吸気通路の圧力が正圧となるときに吸気バイパス弁を閉弁するための構成を簡略化することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、エンジンの運転状態に合わせて吸気バイパス弁を適正に閉弁することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、エンジンの過給時、非過給時に合わせて吸気バイパス弁を適正に開閉することができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項４又は５に記載の発明の効果に加え、エンジンの過給時に、スロットル弁より下流の吸気通路から吸気バイパス弁の圧力室へ排気還流ガスが流入することを防止することができる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の効果に加え、吸気バイパス弁の弁体に連通孔を設けても吸気バイパス弁の機能を確保することができる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の効果と同等の効果が得られる。

請求項９に記載の発明によれば、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の効果と同等の効果が得られる。

第１実施形態に係り、過給機付きガソリンエンジンシステムを示す概略構成図。 第１実施形態に係り、ＡＢＶ等の概略構成を示す断面図。 第１実施形態に係り、逆止弁の開弁圧力ΔＰをサージタンク圧力Ｐ３とコンプレッサ出口側圧力Ｐ１との関係により示すグラフ。 第２実施形態に係り、過給機付きガソリンエンジンシステムを示す概略構成図。 第２実施形態に係り、ＡＢＶ等の概略構成を示す断面図。 第２実施形態に係り、ＥＣＵが実行するＶＳＶのための制御内容を示すフローチャート。 第３実施形態に係り、ＥＣＵが実行するＶＳＶのための制御内容を示すフローチャート。 第４実施形態に係り、ＡＢＶ等の概略構成を示す断面図。 第５実施形態に係り、ＡＢＶ等の概略構成を示す断面図。 従来例に係り、吸気バイパス弁等の概略構成を示す断面図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明におけるエンジンの過給装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態における過給機付きガソリンエンジンシステムを概略構成図により示す。このエンジンシステムは、レシプロタイプのエンジン１を備える。エンジン１の吸気ポート２には、吸気通路３が接続され、排気ポート４には、排気通路５が接続される。吸気通路３の入口には、エアクリーナ６が設けられる。エアクリーナ６より下流の吸気通路３には、排気通路５との間に、吸気通路３における吸気を昇圧させるための過給機７が設けられる。

過給機７は、吸気通路３に配置されたコンプレッサ８と、排気通路５に配置されたタービン９と、コンプレッサ８とタービン９を一体回転可能に連結する回転軸１０とを含む。過給機７は、排気通路５を流れる排気によりタービン９を回転させて回転軸１０を介してコンプレッサ８を一体的に回転させることにより、吸気通路３における吸気を昇圧させる、すなわち過給を行うようになっている。

過給機７に隣接して排気通路５には、タービン９を迂回する排気バイパス通路１１が設けられる。この排気バイパス通路１１には、ウェイストゲートバルブ１２が設けられる。ウェイストゲートバルブ１２により排気バイパス通路１１を流れる排気が調節されることにより、タービン９に供給される排気流量が調節され、タービン９及びコンプレッサ８の回転速度が調節され、過給機７による過給圧が調節されるようになっている。

吸気通路３において、過給機７のコンプレッサ８とエンジン１との間には、インタークーラ１３が設けられる。このインタークーラ１３は、コンプレッサ８により昇圧されて高温となった吸気を適温に冷却するためのものである。インタークーラ１３とエンジン１との間の吸気通路３には、サージタンク３ａが設けられる。また、インタークーラ１３より下流であってサージタンク３ａより上流の吸気通路３には、電動式のスロットル弁である電子スロットル装置１４が設けられる。電子スロットル装置１４は、吸気通路３に配置されるバタフライ形のスロットル弁２１と、そのスロットル弁２１を開閉駆動するためのＤＣモータ２２と、スロットル弁２１の開度（スロットル開度）ＴＡを検出するためのスロットルセンサ２３とを備える。スロットルセンサ２３は、本発明のスロットル開度検出手段の一例に相当する。電子スロットル装置１４は、運転者によるアクセルペダル２６の操作に応じてスロットル弁２１がＤＣモータ２２により開閉駆動されることにより、スロットル弁２１の開度が調節されるように構成される。この実施形態で、電子スロットル装置１４は、本発明の吸気量調節弁の一例に相当する。また、タービン９より下流の排気通路５には、排気を浄化するための排気触媒としての触媒コンバータ１５が設けられる。

過給機７に隣接して吸気通路３には、コンプレッサ８を迂回する吸気バイパス通路４１が設けられる。すなわち、吸気バイパス通路４１は、コンプレッサ８より下流の吸気通路３とコンプレッサ８より上流の吸気通路３との間をバイパスするようになっている。この吸気バイパス通路４１には、同通路４１を開閉する吸気バイパス弁（以下「ＡＢＶ」と言う。）４２が設けられる。ＡＢＶ４２により吸気バイパス通路４１を流れる吸気が調節されることにより、コンプレッサ８の入口側の圧力と出口側の圧力との間の圧力差を低減し、サージングの発生を防止するようになっている。ＡＢＶ４２には、ＡＢＶ４２の圧力室６２（図２参照）に圧力を導入するための圧力通路４３が設けられる。圧力通路４３の一端はＡＢＶ４２の圧力室６２に接続されて連通し、他端はサージタンク３ａに接続されて連通する。このＡＢＶ４２の近傍であって圧力通路４３には、逆止弁４４が設けられる。この逆止弁４４は、圧力室６２からサージタンク３ａへ向かう気体の流れを許容し、サージタンク３ａから圧力室６２へ向かう気体の流れを阻止するように構成される。この逆止弁４４は、この発明における開閉手段の一例に相当する。

エンジン１には、燃焼室１６に燃料を噴射供給するための、インジェクタ２５が設けられる。インジェクタ２５には、燃料タンク（図示略）から燃料が供給されるようになっている。また、エンジン１には、各気筒に対応して点火プラグ２９が設けられる。各点火プラグ２９は、イグナイタ３０から出力される高電圧を受けて点火動作する。各点火プラグ２９の点火時期は、イグナイタ３０による高電圧の出力タイミングにより決定される。点火プラグ２９とイグナイタ３０により点火装置が構成される。

この実施形態において、エンジン１には、大量ＥＧＲを実現するためのＥＧＲ装置が設けられる。ＥＧＲ装置は、エンジン１の燃焼室１６から排気通路５へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）１７と、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲガスの流れを調節するためにＥＧＲ通路１７に設けられた排気還流弁（ＥＧＲ弁）１８とを備える。この実施形態で、ＥＧＲ装置は低圧ループ式であって、ＥＧＲ通路１７は、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５と、コンプレッサ８より上流の吸気通路３との間に設けられる。すなわち、排気通路５を流れる排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１７を通じて吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させるために、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａは、コンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。また、ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂは、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５に接続される。ＥＧＲ通路１７には、同通路１７を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０が設けられる。この実施形態で、ＥＧＲ弁１８は、ＥＧＲクーラ２０より下流のＥＧＲ通路１７に配置される。

図１に示すように、ＥＧＲ弁１８は、ポペット弁として、かつ、電動弁として構成される。すなわち、ＥＧＲ弁１８は、ＤＣモータ３１により駆動される弁体３２を備える。弁体３２は、略円錐形状をなし、ＥＧＲ通路１７に設けられた弁座３３に着座可能に設けられる。ＤＣモータ３１は直進的に往復運動（ストローク運動）可能に構成された出力軸３４を備え、その出力軸３４の先端に弁体３２が固定される。出力軸３４は軸受３５を介してＥＧＲ通路１７を構成するハウジングに支持される。そして、ＤＣモータ３１の出力軸３４をストローク運動させることにより、弁座３３に対する弁体３２の開度が調節されるようになっている。ＥＧＲ弁１８の出力軸３４は、弁体３２が弁座３３に着座する全閉状態から、弁体３２が軸受３５に当接する全開状態までの間で所定のストロークだけストローク運動可能に設けられる。この実施形態では、大量ＥＧＲを実現するために、従前の技術に比べて弁座３３の開口面積が拡大されている。それに合わせて、弁体３２が大型化されている。

この実施形態では、エンジン１の運転状態に応じて燃料噴射制御、点火時期制御、吸気量制御、ＥＧＲ制御及び過給制御等をそれぞれ実行するために、インジェクタ２５、イグナイタ３０、電子スロットル装置１４のＤＣモータ２２及びＥＧＲ弁１８のＤＣモータ３１がそれぞれエンジン１の運転状態に応じて電子制御装置（ＥＣＵ）５０により制御されるようになっている。ＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）と、所定の制御プログラム等を予め記憶したり、ＣＰＵの演算結果等を一時的に記憶したりする各種メモリと、これら各部と接続される外部入力回路及び外部出力回路とを備える。この実施形態で、ＥＣＵ５０は本発明の制御手段の一例に相当する。外部出力回路には、イグナイタ３０、インジェクタ２５及びＤＣモータ２２，３１が接続される。外部入力回路には、スロットルセンサ２３をはじめエンジン１の運転状態を検出するための運転状態検出手段の一例に相当する各種センサ等２７，５１〜５５が接続され、各種エンジン信号が入力されるようになっている。

ここで、各種センサとして、スロットルセンサ２３の他に、アクセルセンサ２７、吸気圧センサ５１、回転速度センサ５２、水温センサ５３、エアフローメータ５４、空燃比センサ５５が設けられる。アクセルセンサ２７は、アクセルペダル２６の操作量であるアクセル開度ＡＣＣを検出する。吸気圧センサ５１は、サージタンク３ａにおける吸気圧ＰＭを検出する。すなわち、吸気圧センサ５１は、スロットル弁２１より下流のサージタンク３ａにおける吸気圧ＰＭを検出するようになっている。回転速度センサ５２は、エンジン１のクランクシャフト１ａの回転角（クランク角）を検出するとともに、そのクランク角の変化をエンジン１の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥとして検出する。水温センサ５３は、エンジン１の冷却水温ＴＨＷを検出する。エアフローメータ５４は、エアクリーナ６の直下流の吸気通路３を流れる吸気量Ｇａを検出する。空燃比センサ５５は、触媒コンバータ１５の直上流の排気通路５に設けられ、排気中の空燃比Ａ/Ｆを検出する。

この実施形態で、ＥＣＵ５０は、エンジン１の全運転領域において、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ制御を実行するためにＥＧＲ弁１８を制御するようになっている。また、ＥＣＵ５０は、通常は、エンジン１の加速運転時又は定常運転時に検出される運転状態に基づきＥＧＲ弁１８を開弁制御し、エンジン１の停止時、アイドル運転時又は減速運転時にＥＧＲ弁１８を全閉に閉弁制御するようになっている。

この実施形態で、ＥＣＵ５０は、運転者の要求に応じてエンジン１を運転するために、アクセル開度ＡＣＣに基づいて電子スロットル装置１４を制御するようになっている。また、ＥＣＵ５０は、エンジン１の加速運転時又は定常運転時にアクセル開度ＡＣＣに基づき電子スロットル装置１４を開弁制御し、エンジン１の停止時又は減速運転時に電子スロットル装置１４を閉弁制御するようになっている。これにより、スロットル弁２１は、エンジン１の加速運転時又は定常運転時には開弁され、エンジン１の停止時又は減速運転時には全閉に閉弁されるようになっている。

次に、ＡＢＶ４２の構成について説明する。図２に、ＡＢＶ４２等の概略構成を断面図により示す。ＡＢＶ４２は、吸気通路３における吸気圧力の導入により作動する本発明の圧力作動式弁に相当し、より詳しくは、図２に示すように、スロットル弁２１より下流の吸気通路（サージタンク）３ａで発生する負圧を利用して開弁するダイアフラム式弁より構成される。このＡＢＶ４２は、ハウジング６１と、ハウジング６１の内部を区画し圧力室６２を容量可変に形成する本発明の作動体としてのダイアフラム６３と、吸気バイパス通路４１上に設けられた弁座６４と、ダイアフラム６３の中心にてダイアフラム６３と一体的に設けられ、弁座６４に着座可能に設けられた板状の弁体６５と、弁体６５を弁座６４へ着座する方向へ付勢するスプリング６６とを含む。圧力室６２に吸気圧力を導入するために、圧力室６２は、スロットル弁２１より下流のサージタンク３ａに圧力通路４３を介して連通する。ここで、コンプレッサ８より下流の吸気通路３と圧力室６２とを微少に連通させるために、弁体６５には、板厚方向へ貫通する複数の微細な連通孔６５ａが形成されている。

そして、エンジン１の減速運転時等にスロットル弁２１が閉じてサージタンク３ａ内が負圧になると、その負圧が圧力通路４３を介して圧力室６２に作用し、ダイアフラム６３がスプリング６６の力に抗して引かれる。これにより、弁体６５が開いて吸気バイパス通路４１がコンプレッサ８より上流の吸気通路３とコンプレッサ８より下流の吸気通路３との間を連通する。この結果、コンプレッサ８の入口側の圧力と出口側の圧力との間の圧力差を低減することができ、吸気通路３におけるサージングの発生を防止することができる。

ハウジング６１には、圧力室６２を圧力通路４３に連通させるために連通口６１ａが形成される。この連通口６１ａの開口面積は、弁体６５に形成された複数の連通孔６５ａの総開口面積よりも大きくなるように設定される。この実施形態では、連通口６１ａに逆止弁４４が設けられ、その逆止弁４４に圧力通路４３の一端が接続され、圧力通路４３の他端がサージタンク３ａに接続される。

図３に、逆止弁４４の開弁圧力ΔＰを、サージタンク３ａの圧力（サージタンク圧力）Ｐ３とコンプレッサ８の出口側の圧力（コンプレッサ出口側圧力＝過給圧）Ｐ１との関係によりグラフで示す。このグラフ中、太線は逆止弁４４の開弁圧力ΔＰの下限値を示し、実線はコンプレッサ出口側圧力Ｐ１を意味する。太線と実線との差が圧力差Δｐとなる。この実施形態では、弁体６５に連通孔６５ａを形成したので、コンプレッサ出口側圧力Ｐ１とサージタンク圧力Ｐ３とがほぼ等しくなる。ここで、逆止弁４４の開弁圧力ΔＰと圧力差Δｐとの関係を「ΔＰ＞Δｐ＋α」とすると（αは所定値を意味する。）、エンジン１の過給域では逆止弁４４が開弁しないので、弁体６５に連通孔６５ａを設けることで、コンプレッサ出口側圧力Ｐ１とサージタンク圧力Ｐ３とをほぼ等しくしている。

以上説明したこの実施形態におけるエンジンの過給装置によれば、ＡＢＶ４２の弁体６５の一方の面には、コンプレッサ出口側圧力Ｐ１が作用し、弁体６５の他方の面には、圧力室６２においてサージタンク圧力Ｐ３が作用する。ここで、弁体６５を閉弁状態に保持するためには、コンプレッサ出口側圧力Ｐ１よりも、サージタンク圧力Ｐ３とスプリング６６の力との和を大きくする必要がある。特に、エンジン１の過給時には、過給圧であるコンプレッサ出口側圧力Ｐ１の作用によって弁体６５が開弁するのを阻止するために、スプリング６６の力を比較的強くする必要があり、その分だけ弁体６５の開弁応答性が不利になる傾向がある。この実施形態では、ＡＢＶ４２の弁体６５に、コンプレッサ８より下流の吸気通路３と圧力室６２とを微少に連通させる連通孔６５ａが設けられる。従って、エンジン１の過給時には、弁体６５にかかるコンプレッサ出口側圧力Ｐ１（過給圧）とサージタンク圧力Ｐ３との差圧が極めて小さくなり、弁体６５を閉弁状態に保持するためのスプリング６６の力を比較的弱くすることが可能となる。この結果、ダイアフラム６３の外径を極力小さくすることができてＡＢＶ４２を小型化することができ、ＡＢＶ４２の開弁応答性を向上させることができる。

一方、エンジン１の減速運転時には、サージタンク圧力Ｐ３が負圧となり、その負圧が圧力通路４３から圧力室６２へ作用するので、弁体６５の連通孔６５ａを通じて圧力室６２の中へ気体を流すことが可能となる。この実施形態では、エンジン１にＥＧＲ装置が設けられるので、サージタンク３ａにはＥＧＲガスが流れ込む。また、サージタンク圧力Ｐ３を圧力室６２へ作用させて弁体６５を開閉させるので、ＥＧＲガスが圧力室６２に侵入して、エンジン１の停止後も圧力室６２の中にＥＧＲガスが残留することがあり、凝縮水を発生させるなどの不具合を招くおそれがある。これに対し、この実施形態では、上記したように圧力室６２の中へ新気を導入することが可能となるので、圧力室６２の中に残留するＥＧＲガスを掃気することができ、圧力室６２の中を新気と入れ替えることができる。すなわち、エンジン１の停止前には、エンジン１が減速／軽負荷となり、ＥＧＲ弁１８が閉弁してＥＧＲカットが行われ、サージタンク圧力Ｐ３は負圧となる。そのため、ＡＢＶ４２の弁体６５の連通孔６５ａから圧力室６２へ新気が導入され、圧力室６２に残留するＥＧＲガスがサージタンク３ａへ掃気される。このため、圧力室６２の中で凝縮水が発生する不具合を防止することができる。また、ＡＢＶ４２の車両への搭載制約の自由度を向上させることができる。

この実施形態によれば、逆止弁４４により圧力通路４３から圧力室６２への圧力導入が遮断されることにより、弁体６５の両面にかかる圧力がほぼ等価となる。このため、弁体６５を閉弁するためのスプリング６６の力を弱くすることができ、ＡＢＶ４２の開弁応答性を更に向上させることができる。ここで、圧力通路４３から圧力室６２への圧力導入を遮断するための構成が逆止弁４４により比較的簡易なものとなる。このため、サージタンク圧力Ｐ３が正圧となるときにＡＢＶ４２を閉弁するための構成を簡略化することができる。

この実施形態では、ハウジング６１に形成された連通口６１ａの開口面積が、弁体６５の連通孔６５ａの総開口面積よりも大きいので、弁体６５に連通孔６５ａを設けても圧力通路４３から圧力室６２へ作用するサージタンク圧力Ｐ３がダイアフラム６３に有効に作用する。このため、ＡＢＶ４２の弁体６５に連通孔６５ａを設けてもＡＢＶ４２の機能を確保することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明におけるエンジンの過給装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の各実施形態において、前記第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明するものとする。

図４に、この実施形態における過給機付きガソリンエンジンシステムを概略構成図により示す。図５に、ＡＢＶ４２等の概略構成を断面図により示す。この実施形態では、第１実施形態における逆止弁４４に代わりバキューム・スイッチング・バルブ（ＶＳＶ）４５が設けられる。このＶＳＶ４５は、ＥＣＵ５０により、エンジン１の運転状態に応じて制御されるようになっている。このＶＳＶ４５は、本発明の開閉手段及び電動弁の一例に相当する。

図６に、ＥＣＵ５０が実行するＶＳＶ４５のための制御内容をフローチャートにより示す。処理がこのルーチンへ移行すると、先ずステップ１００で、ＥＣＵ５０は、スロットルセンサ２３の検出値に基づきスロットル開度ＴＡを取り込む。

次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ５０は、スロットル開閉速度ΔＴＡを求める。ＥＣＵ５０は、今回のスロットル開度ＴＡと前回のスロットル開度ＴＡとの差をスロットル開閉速度ΔＴＡとして求めることができる。

次に、ステップ１２０で、ＥＣＵ５０は、スロットル開度ＴＡが所定の第１基準値Ａ１より小さいか否かを判断する。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は処理をステップ１３０へ移行する。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をステップ１６０へ移行し、ＶＳＶ４５を閉弁制御して、処理をステップ１００へ戻す。

ステップ１３０では、ＥＣＵ５０は、スロットル開閉速度ΔＴＡが所定の第２基準値Ｂ１よりも小さいか否かを判断する。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は処理をステップ１５０へ移行する。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は処理をステップ１４０へ移行する。

ステップ１５０では、ＥＣＵ５０は、ＶＳＶ４５を開弁制御して、処理をステップ１００へ戻す。

ステップ１４０では、ＥＣＵ５０は、スロットル開度ＴＡが所定の第３基準値Ｃ１より小さいか否かを判断する。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は処理をステップ１６０へ移行する。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は処理を１５０へ移行する。

上記制御によれば、ＥＣＵ５０は、検出されたスロットル開度ＴＡからスロットル開閉速度ΔＴＡを求め、スロットル開度ＴＡとスロットル開閉速度ΔＴＡとに基づいてＶＳＶ４５の開閉を制御するようになっている。

以上説明したこの実施形態におけるエンジンの過給装置によれば、第１実施形態の作用効果に加え、次のような作用効果を有する。すなわち、圧力通路４３からＡＢＶ４２の圧力室６２への圧力導入が、エンジン１の運転状態に応じてＶＳＶ４５により遮断が可能となる。このため、エンジン１の運転状態に合わせてＡＢＶ４２を適正に閉弁することができる。

また、この実施形態では、スロットル開度ＴＡとスロットル開閉速度ΔＴＡに基づいてＶＳＶ４５の開閉が制御されるので、圧力通路４３からＡＢＶ４２の圧力室６２への圧力導入が、エンジン１の加速運転時（過給時）、減速運転時（非過給時）に応じてＶＳＶ４５により遮断が可能となる。このため、エンジン１の過給時、非過給時に合わせてＡＢＶ４２を適正に開閉することができる。また、この実施形態では、エンジン１の過給時、すなわちＥＧＲ弁１８が開かれてＥＧＲ通路１７にＥＧＲガスが流れるときにＶＳＶ４５が閉弁される。従って、圧力通路４３から圧力室６２への圧力導入が、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１７から吸気通路３へ流れるときに合わせてＶＳＶ４５により遮断される。このため、エンジン１の過給時に、サージタンク３ａからＡＢＶ４２の圧力室６２へＥＧＲガスが流入することを防止することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明におけるエンジンの過給装置を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、ＶＳＶ４５の制御内容の点で第２実施形態と異なる。図７に、ＥＣＵ５０が実行するＶＳＶ４５のための制御内容をフローチャートにより示す。図７のフローチャートは、図６のフローチャートのステップ１２０に代わるステップ１２５が設けられる点で図６のフローチャートと異なる。

図７のフローチャートのルーチンでは、ステップ１００，１１０の処理を実行した後、ステップ１２５で、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲカットが行われたか否か、すなわちＥＧＲ弁１８が閉弁されたか否かを判断する。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は処理をステップ１３０へ移行する。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は処理をステップ１６０へ移行する。

従って、この実施形態でも第２実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明におけるエンジンの過給装置を具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図８に、ＡＢＶ４２等の概略構成を断面図により示す。この実施形態では、前記各実施形態において圧力通路４３に設けられた逆止弁４４及びＶＳＶ４５を省略した点で前記各実施形態と構成が異なる。

従って、この実施形態では、前記各実施形態とは異なり、圧力通路４３からＡＢＶ４２の圧力室６２への過給圧の導入を選択的に規制することができないものの、ＡＢＶ４２の弁体６５には連通孔６５ａが設けられるので、スプリング６６の力を比較的弱くすることが可能となる。このため、ダイアフラム６３の外径を極力小さくすることができてＡＢＶ４２を小型化することができ、ＡＢＶ４２の開弁応答性を向上させることができる。また、弁体６５の連通孔６５ａから圧力室６２へ新気を導入することができ、圧力室６２に残留するＥＧＲガスをサージタンク３ａへ掃気することができる。このため、圧力室６２の中で凝縮水が発生する不具合を防止することができる。また、ＡＢＶ４２の車両への搭載制約の自由度を向上させることができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明におけるエンジンの過給装置を具体化した第５実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図９に、ＡＢＶ４２等の概略構成を断面図により示す。この実施形態では、ＡＢＶ４２の構成について前記各実施形態と異なる。

図９に示すように、ＡＢＶ４２は、圧力作動式弁としてのピストン式弁であって、本発明の作動体としてハウジング６１をシリンダとして作動するピストン６７を備える。弁体６５はこのピストン６７と一体的に設けられる。すなわち、ピストン６７は、扁平な有底円筒状に形成され、その底壁が弁体６５となっている。ピストン６７の外周壁には、気密性を保持するためのシールリング６８が設けられる。また、ハウジング６１の連通口６１ａには、第１実施形態と同様に逆止弁４４が設けられる。このＡＢＶ４２のその他の構成については、前記各実施形態のＡＢＶ４２と同じである。そして、圧力室６２に吸気圧が導入されることにより、ピストン６７がハウジング６１をシリンダとして上下方向へ移動し、圧力室６２の容量が変化するようになっている。このようなピストン６７の動きにより、弁体６５が弁座６４に対して開閉動作するようになっている。

従って、この実施形態では、サージタンク３ａの負圧が圧力通路４３を介して圧力室６２に作用することにより、ピストン６７がスプリング６６の力に抗して上方へ引かれる。これにより、弁体６５が開いて吸気バイパス通路４１がコンプレッサ８より上流の吸気通路３とコンプレッサ８より下流の吸気通路３との間を連通する。この結果、コンプレッサ８の入口側の圧力と出口側の圧力との間の圧力差を低減することができ、吸気通路３におけるサージングの発生を防止することができる。

また、この実施形態では、ＡＢＶ４２の弁体６５に、コンプレッサ８より下流の吸気通路３と圧力室６２とを微少に連通させる連通孔６５ａが設けられるので、エンジン１の過給時には、弁体６５にかかるコンプレッサ出口側圧力Ｐ１（過給圧）とサージタンク圧力Ｐ３との差圧が極めて小さくなり、弁体６５を閉弁状態に保持するためのスプリング６６の力を比較的弱くすることが可能となる。この結果、ピストン６７の外径を極力小さくすることができてＡＢＶ４２を小型化することができ、ＡＢＶ４２の開弁応答性を向上させることができる。その他、この実施形態でも前記第１実施形態と基本的に同様の作用効果を得ることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することができる。

前記各実施形態では、本発明におけるエンジンの過給装置をＥＧＲ装置を備えたエンジンシステムに具体化したが、ＥＧＲ装置を持たないエンジンシステムに具体化することもできる。

この発明は、自動車に搭載されるガソリンエンジンシステムに利用することができる。

１ エンジン
３ 吸気通路
３ａ サージタンク
７ 過給機
８ コンプレッサ
９ タービン
１０ 回転軸
１４ 電子スロットル装置（吸気量調節弁）
１７ ＥＧＲ通路
１７ａ 出口
１７ｂ 入口
１８ ＥＧＲ弁
２１ スロットル弁
２３ スロットルセンサ（スロットル開度検出手段）
４１ 吸気バイパス通路
４２ ＡＢＶ（吸気バイパス弁）
４３ 圧力通路
４４ 逆止弁（開閉手段）
４５ ＶＳＶ（開閉手段、電動弁）
６１ ハウジング
６１ａ 連通口
６２ 圧力室
６３ ダイアフラム（作動体）
６４ 弁座
６５ 弁体
６５ａ 連通孔
６６ スプリング
６７ ピストン（作動体）
ＴＡ スロットル開度
ΔＴＡ スロットル開閉速度

Claims (9)

1. エンジンの吸気通路と排気通路との間に設けられ、前記吸気通路における吸気を昇圧させるための過給機と、
   前記過給機は、前記吸気通路に配置されたコンプレッサと、前記排気通路に配置されたタービンと、前記コンプレッサと前記タービンを一体回転可能に連結する回転軸とを含むことと、
   前記コンプレッサより下流の前記吸気通路と前記コンプレッサより上流の前記吸気通路との間をバイパスする吸気バイパス通路と、
   前記吸気バイパス通路を開閉するための吸気バイパス弁と、
   前記吸気バイパス弁は、前記吸気通路における吸気圧力の導入により作動する圧力作動式弁であって、ハウジングと、前記ハウジングを区画し圧力室を容量可変に形成する作動体と、前記吸気バイパス通路上に設けられた弁座と、前記作動体と一体的に設けられ、前記弁座に着座可能に設けられた弁体と、前記弁体を前記弁座へ着座する方向へ付勢するスプリングとを含むことと、
   前記圧力室に吸気圧力を導入するための圧力通路と、
   前記吸気通路における吸気量を調節するために設けられたスロットル弁と、
   前記圧力通路は、前記スロットル弁より下流の前記吸気通路に連通することと
   を備えたエンジンの過給装置において、
   前記コンプレッサより下流の前記吸気通路と前記圧力室とを連通させる連通孔を前記弁体に設けたことを特徴とするエンジンの過給装置。
2. 前記圧力通路を開閉するための開閉手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの過給装置。
3. 前記開閉手段は、逆止弁であることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの過給装置。
4. 前記開閉手段は、電動弁であり、前記エンジンの運転状態に応じて前記電動弁を制御する制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの過給装置。
5. 前記スロットル弁の開度をスロットル開度として検出するためのスロットル開度検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記検出されたスロットル開度からスロットル開閉速度を求め、前記スロットル開度と前記スロットル開閉速度に基づいて前記電動弁の開弁を制御する
   ことを特徴とする請求項４に記載のエンジンの過給装置。
6. 前記エンジンの燃焼室から前記排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして前記吸気通路へ流して前記燃焼室へ還流させる排気還流通路と、前記排気還流通路における排気還流ガスの流れを調節するための排気還流弁とを更に備え、
   前記制御手段は、前記排気還流弁が開かれて前記排気還流通路に前記排気還流ガスが流れるときに前記電動弁を閉弁する
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載のエンジンの過給装置。
7. 前記圧力室を前記圧力通路に連通させるために前記ハウジングに連通口が形成され、前記連通口の開口面積が、前記連通孔の開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のエンジンの過給装置。
8. 前記圧力作動式弁はダイアフラム式弁であって、前記作動体はダイアフラムであり、前記弁体が前記ダイアフラムと一体的に設けられたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のエンジンの過給装置。
9. 前記圧力作動式弁はピストン式弁であって、前記作動体は前記ハウジングをシリンダとして作動するピストンであり、前記弁体が前記ピストンと一体的に設けられたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のエンジンの過給装置。

Images