(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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