JPS60259724A - 過給機付エンジンの過給圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、過給機を備えたエンジンにおいて該過給機下
流の過給圧をエンジンの運転状態に応じて目標過給圧に
フィードバック制御するようにした過給機付エンジンの
過給圧制御装置に関し、特に、その安定性および応答性
の向上対策に関する。

〈従来の技術） 従来より、エンジンの吸気通路に過給機を介設して、該
過給機により吸気を過給することにより、エンジンの吸
気の充填効率の向上、出方向」−を図るようにすること
は広く知られている。

そして、従来、このＪ：うな過給機付エンジンにおいて
は、例えば特開昭５７−１４６０２３号公報に開示され
るにうに、過給機下流の過給圧をエンジンの運転状態に
応じて目標過給圧にフィード−２＝ バック制御することにより、過給圧の異常上昇に伴うエ
ンジンの破損を防止して、エンジンの信頼性、耐久性を
確保しながら」−記充填効率向上、出方向上を有効に図
るようになされている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記の如き過給圧のフィードバック制御を行
う場合、その制御定数を適切に設定して、過給機下流の
過給圧を目標過給圧に応答性良く収束させるとともに、
その収束状態を安定性良く保持しておくのが望ましい。

しかるに、この場合、安定性を確保すべく制御定数を所
定値に設定すると、良好な安定性が得られるものの、目
標過給圧に向かう実際過給圧の変化勾配が緩やかである
ために目標過給圧への収束に時間を要して、応答性が損
われることになる。

一方、応答性を確保すべく制御定数を他の所定値に設定
すると、良好な応答性が得られものの、実際過給圧の変
化勾配が大きいために例えばエンジン運転状態を部分負
荷から全負荷状態に移行させた場合等には実際過給圧が
目標過給圧を越えてオー　３　− 一バシコートすることがあり、安定性が損われることに
なる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、安定性が要求される状態ではこれに
応じた制御定数に基づいて過給圧フィードバック制御を
行う一方、応答性が要求される状態ではこれに応じた制
御定数に切換変更して過給圧フィードバック制御を行う
ようにすることにより、過給圧フィードバック制御を安
定性および応答性良く行うことにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、第１図
に示すように、吸気過給のために吸気通路２に介設され
た過給機６と、エンジン１の運転状態を検出する運転状
態検出手段２５と、過給機６下流の圧力を検出する過給
圧検出手段２１と、上記運転状態検出手段２５の出力を
受け運転状態に対応した目標過給圧を決定する目標過給
圧決定手段３０と、該目標過給圧決定手段３０および過
給圧検出手段２１の出力を受け過給圧を上記目標過−４
− 給圧に制御する過給圧制御手段３１と、上記過給圧検出
手段２１および目標過給圧決定手段３０の出力を受け過
給圧の目標過給圧に対する変動量に応じて上記過給圧制
御手段３１の制御定数としての比例ゲインおよび微分ゲ
インの少なくとも一方を変更する制御定数変更手段３２
とを設けた得のである。

（作用） 上記構成により、本発明では、過給圧フィードバック制
御の制御定数を過給機下流の過給圧の目標過給圧に対す
る変動（至）に応じて切換変更することによって、実際
過給圧が目標過給圧付近に収束していて安定性が要求さ
れる定常状態と、目標過給圧よりも大きく離れていて応
答性が要求される過渡状態との両状態に対しても該制御
定数が常に適切な値に選択されて、過給圧フィードバッ
ク制御が安定性良く且つ応答性良く行われることになる
。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面を参−５− 照しながら説明する。

第２図において、１はエンジン、２はエンジン１に吸気
を供給するための吸気通路、３はエンジン１からの排気
ガスを排出するための排気通路、４は吸気通路２に配設
され吸気量を制御するスロットル弁、５は吸気通路２の
スロットル弁４下流に設けられたサージタンクである。

６は排気ターボ式の過給機であって、該過給機６は、排
気通路３に介設されたタービン６ａと、吸気通路２に介
設され該タービン６ａに連結軸６Ｃを介して駆動連結さ
れたコンプレッサ（ブロア）６ｂとからなり、排気ガス
流によって回転するタービン６ａによりコンプレッサ６
ｂが駆動し、このコンプレッサ６ｂの回転駆動により吸
気をエンジン１に過給するようにしたものである。

そして、上記排気通路３には、上記過給ｌｌｌ６のター
ビン６ａをバイパスするバイパス通路７が設けられてお
り、該バイパス通路７にはバイパス通路７を開閉するウ
ェストゲート弁８が配設され、該ウェストゲート弁８は
ウェストゲートアクチュー　６　− エータ９によって開閉制御される。該ウェストゲートア
クチュエータ９は圧力応動式のダイヤフラム装置よりな
り、ウェストゲート弁８にリンク連結されたダイヤフラ
ム９ａと、該ダイヤフラム９ａによって区画された圧力
室９ｂおよび大気室９Ｃと、該大気室９Ｃ内に縮装され
ウェストゲート弁８を閉弁方向に付勢するスプリング９
（１とを備え、上記圧力室９ｂは、過給圧連通路１０を
介して過給機６のコンプレッサ６ｂ下流でスロットル弁
４上流の吸気通路２に連通されていて、過給機６（コン
プレッサ６’ｂ）下流の過給圧を圧力室９ｂに導入する
一方、大気連通路１１および該大気連通路１１の先端開
口に設けたエアフィルタ１２を介して大気に連通されて
いて、圧力室９ｂを大気に開放するようにしている。し
かして、上記ウェストゲートアクチュエータ９の圧ノＪ
室９ｂに過給機６（コンプレッサ６ｂ）下流の過給圧が
過給圧連通路１０によって導入されたときには、ダイヤ
フラム９ａがスプリング９ｄの付勢力に抗して偏倚して
、ウェストゲ−１−弁８を開作動させ、バー　７　− イパス通路７を開くことにより、排気ガス流の一部が過
給１１１６のタービン６ａを迂回して流下し、このこと
によりタービン６ａの回転が抑えられるとともにコンプ
レッサ６ｂの回転が抑えられて、該過給１６　（−］ン
プレッサ６ｂ）下流の過給圧を低下させる。一方、上記
圧力室９ｂが大気連通路１１によって大気に開放された
ときには、スプリング９ｄの付勢力によりウェストゲー
ト弁８が閉作動してバイパス通路７を閉じることにより
、排気ガスの全潰が過給１１１６のタービン６ａに流れ
て、上記のタービン６ａの回転抑制による過給機６下流
の過給圧の低下を停止して増大させるにうに制御するよ
うにしている。

さらに、上記過給圧連通路１０の途中には該過給圧連通
路１０を開閉制御する第１制御弁１４が介設されている
とともに、上記大気連通路１１の途中には該大気連通路
１１を開閉制御する第２制御弁１５が介設されている。

該両制御弁１４，１５は該両制御弁１４．１５を作動制
御するコントロールユニット１６に信号の授受可能に接
続され−８− ていて、該コントロールユニット１６には、エンジン回
転数を検出する回転数センサ１７、エンジン温度をエン
ジン冷却水温度により検出する水温センサ１８、吸気温
度を検出する吸気温センサ１９、スロットル弁４の開度
を検出するスロワ１ヘル開度センサ２０および過給機６
（コンプレッサ６ｂ）下流でスロットル弁４上流の吸気
通路２の圧力（過給圧）を検出する過給圧検出手段とし
ての圧力センサ２１の各検出信号が入力されている。

上記水温センサ１８および吸気温センサ１９により、エ
ンジン１の運転状態を検出するようにした運転状態検出
手段２５が構成されている。ここで、上記各制御弁１４
．１５はデユーティソレノイド弁によって構成すること
が制御精度の面で好ましいが、比例ソレノイド弁で構成
してもよい。また、第１制御弁１４は常時開のものを、
第２制御弁１５は常時閉のものを使用することは、制御
系の故障時、過給圧を低下させるべく過給圧制御される
のでエンジン１の信頼性確保の１−で好ましい。また、
上記過給圧制御の際、スロットル開度センサー　９　− ２０に代えて吸入空気量を検出するエア７０−センサの
信号を用いてもよく、あるいは圧力セン１ノ２１に代え
てエア７０−センサの信号を用いてもにい。

加えて、−に記過給圧連通路１０の第１制御弁１４上流
には、導入される過給機６下流の過給圧（例えば５００
ｍｍ）−１ｏ）を減圧してウェストゲートアクチュエー
タ９の圧力室９ｂに加えられる過給圧をほぼ一定値（例
えば２００ｍｍｆ−１ｏ）に調整する圧力調整弁２２が
介設されている。尚、２３および２４はそれぞれ過給圧
連通路１０おｊ；び大気連通路１１に設けられたオリフ
ィスであって、両Ａリフイス２３．２４は各連通路１０
．１１の通路面積を絞ることによる圧力伝達作用の良好
な安定性の確保とＡ−バシコー１〜の発生防１１−とを
加味した適当な口径に設定されている。

次に、上記コンロ１−一ルユニッ１〜１６ににる第１お
よび第２の制御弁１４．１５の制御を第３図および第４
図に示すコントロールユニット〜１６の作動フ［ｌ−に
基づいて説明する。まず、第３図に−１０− 示す過給圧制御の基本フローチャートにおいて、スター
トしてステップＳ１において回転数センサ１７からのエ
ンジン回転数Ｎ１水温センサ１８がらのエンジン冷却水
温度Ｔｗ、吸気温セン１ｊ１９からの吸気温度ｌａおＪ
：びスロットル開麿センサ２０からのス［ｌットル開度
θの各信号データを入力する。そして、ステップＳ２に
おいて上記ステップＳ＋の各信号データに基づいて目標
過給圧ＰＤを下記の式により算出する。

Ｐｏ＝ＫＸＰｓａｓｅ ここで、Ｋは補正係数であって、エンジン冷却水温度Ｔ
ｗ、吸気温度王ａ１加速補正吊などによって決定される
。

次いで、ステップＳ３において圧力レンサ２１から実際
の過給圧Ｐａの信号データを入力したのち、ステップＳ
４において、実際の過給圧Ｐａと目標過給圧Ｐｏとの差
ｌ　Ｐａ　−Ｐｏ　ｌが所定値０１以上である過渡状態
か否かを判別し、ｌ　Ｐａ　−Ｐｏ　ｌ≦Ｐ１の定常状
態のＮｏの場合にはステップＳ５において第１．第２制
御弁１４．１５のデー　１１　− ューティ比制御における第６図中段に示すＪ：うな比例
制御によるパルス中ｔｐを、［Ｐ　−ＰＧＩ　Ｘ（Ｐａ
　−ＰＤ　）の式（ＰＧＭ：良好な安定性を確保すべく
設定された所定値の比例ゲイン）により算出するととも
に、今回の実際過給圧Ｐａ（ｎ）ど前回の実際過給圧Ｐ
ａ（ｎ−１）どの差に基づき同じく同図下段に示すよう
な微分制御にＪ：るパルスｒｉ１ｔｏを、ｔｏ＝ＤＧ＋
Ｘ（Ｐａ（ｎ）　Ｐａ　（ロー１））の式（ＤＧ＋　：
良好な安定性を確保すべく設定された所定値の微分ゲイ
ン）により算出する一方、ｌ　Ｐａ　−Ｐｏ　ｌ　＞Ｐ
＋の過渡状態のＹＥＳの場合にはステップｓ６において
上記と同様に比例制御にＪ：るパルス中ｔｐを、ｔρ−
ＰＯ２Ｘ　（Ｐａ　−ＰＤ　）の式（ＰＯ２：比例ゲイ
ンｒＰＧ２＜ＰＧＭ　）ににり算出するとともに、微分
制御によるパルス中［Ｄを、ｔｏ＝ＤＧ２Ｘ（ｐａ　（
ｎ　）　−Ｐａ　（ｎ　−＋　）　）の式（ＤＧ２　：
微分ゲインでＤＧ２　＞ＤＧ＋　）により算出する。

そして、ステップＳ７でこれらのパルス中ｔＰ。

ｔｏを加輝して制御パルス中（（−ｔｐ＋ｔｏ）−１２
− を算出する。

次に、ステップＳ８において、制御方向を決定すべく上
記実際過給圧ｐａと目標過給圧Ｐｏどの大小を比較判別
し、Ｐａ　−Ｐｏ　＞ＱのＹＥＳのとぎにはステップＳ
９で第１制御弁１４を駆動することにより、過給Ｉａ６
下流の過給圧を圧力調整弁２２で一定の圧力に調圧して
ウェストゲ−ドアクチ１エータ９の圧力室９１〕に加え
、実際過給圧Ｐａを目標過給圧Ｐｏに低下させるべく制
御する一方、ｐａ　−Ｐｏ　＜ＱのＮｏのときにはステ
ップＳ１０で第２制御弁１５を駆動することにより、ウ
ェストゲ−ドアクチコニ［−夕９の圧力室９ｂを大気に
開放し、実際過給圧ｐａを目標過給圧Ｐｏに増大させる
べく制御し、以後、」：記ステップＳ１に戻って同様の
制御動作を繰返す。

よって、上記過給圧制御基本フローのステップＳ２にお
けるエンジン冷却水温度Ｔ　Ｗ　Ｎ吸気温度Ｔａに基づ
く補正係数ＫによるｐＢａｓｅの補正により、運転状態
検出手段２５（水温センサ１８および吸気温Ｌンザ１９
）からの出力を受けて運転−１３− 状態に対応した目標過給圧Ｐｏを決定するにうにした目
標過給圧決定手段３０が構成されている。

また、上記ステップＳ２で目標過給圧Ｐｏを決定し且つ
ステップＳ３で実際過給圧ｐａを入力したのちは、これ
らの各値に応じてステップＳ４以降で第１および第２の
制御弁１４．１５を開閉制御することにより、ウェスト
ゲートアクチュエータ９を作動制御して、過給機６下流
の過給圧を目標過給圧Ｐｏに制御するようにした過給圧
制御手段３１が構成されている。

さらに、ステップＳ４において実際過給圧Ｐａと目標過
給圧Ｐｏとの差Ｉ　Ｐａ　−Ｐｏ　ｌが所定値１１以内
の定常状態時には、ステップＳ５において制御定数とし
て所定値の比例ゲインＰＧ＋および微分ゲインＤ　Ｇ　
＋を用いる一方、上記差１Ｐａ−Ｐｏｌが所定値Ｐ１を
越えている過渡状態時には、ステップ＄６において制御
定数として−Ｆ記比例ゲインＰＧ＋よりも小さい比例ゲ
インＰＧ２（ＰＯ２＜ＰＧＭ　）おにび−に記微分ゲイ
ンＤＧ＋よりも大きい微分ゲイン（ＤＧ２　＞ＤＧ＋　
）を用−１４＝ いることにより、実際過給圧Ｐａの目標過給圧ＰＤに対
する変動量１Ｐａ−Ｐｏｌの増大に応じて制御定数と１
ノでの比例ゲインＰＧを減少させると共に、制御定数と
しての微分ゲインＤＧを増大させるようにした制御定数
変更手段３２が構成されている。

尚、加速運転時には、加速性能の向上を図るべく最高過
給圧を所定時間上記目標過給圧Ｐｏよりも高くするよう
補正するために第４図に示す加速補正サブルーチンに基
づく動作が行われる。すなわち、ステップＳａで加速フ
ラグが「１」であるか否かを判別し、加速フラグ−１で
あるＹＥＳのときには加速補正中であると判断して直ち
にステップＳｅに移る一方、加速フラグ−〇であるＮ。

のときには加速補正中でないと判断してステップｓｂに
移る。このステップｓｂにおいて、スロットル開度θが
所定値Ｃ１よりも大きいが否か、およびスロットル開度
の変化率ｄθ／ｄｔが所定値Ｃ２よりも大きいか否かを
判別し、いずれかが小さいＮＯの場合には加速補正条件
が成立していない−１５− ど判断して直ちにステップＳｉに進み、最高過給圧の補
正係数ＣＡ　ＣＣ（１１’　）が基本値“１″であるか
否かを判別して、ＣＡｃｃ（ｎ）＝１のＹＥＳのときに
はそれで終了し、ｃＡｃｃ（ｎ）≠１のＮＯのときには
ステップＳ　１１に移る。

一方、−に記ステップＳ　ｂの判別が共に大きいＹＥＳ
の場合には加速補正条件が成立したと判断して、ステッ
プＳｃで加速フラグを「１」にしたのち、ステップＳｄ
において所定時間最高過給圧を上昇させるべくマツプＭ
ａｐ（Ｎ）からエンジン回転数Ｎに応じた最高過給圧の
補正係数ＣＡｃｃと補正時間ＴＡＣＣを読込む。その後
、ステップ３ｅにおいて、補正時間ＴＡｃｃ（ｎ）を１
１」ずつ減算して漸次減少させて行き、ステップＳｆで
ＴＡｃｃが「０」になったか否かを判別し、ＴＡＣＣ≠
０のＮｏのとぎには元に戻って上記動作を繰返してＴＡ
ＣＣ＝Ｏとなるのを待つ。そして、ＴＡＣＣ＝ＯのＹＩ
ＥＳになると、ステップＳ（＋で加速フラグを「０」に
したのち、ステップｓｈにおいて補正係数ＣＡｃｃ（ｎ
）を一定値Ｃ３ずつ減粋して、加速＝　１６　− 補正係数を一定の勾配で徐々に減少させることにより、
加速補正を１〜ルクシヨツクを生ずることなく終らせる
よう制御する。

したがって、上記実施例においては、実際過給圧ｐａが
目標過給圧ＰＤ近傍にあるＩＰａ−ＰＤ１≦Ｐ１の定常
状態時には、制御定数としての微分ゲインが過給圧フィ
ードバック制御の安定性の良好となる所定値Ｄ　Ｇ　＋
に設定されるので、第５図（ロ）に実線で示すように微
分制御のパルス巾ｔｏの過給圧変化に対する変化勾配は
小さくなって、上記実際過給圧Ｐａの目標過給圧Ｐｌ）
近傍の収束状態は安定性良く保持される。

一方、実際過給圧Ｐａが目標過給圧Ｐｏよりも大きく離
れたｌ　ｐａ　−Ｐｏ　ｌ　＞Ｐ＋の過渡状態時には、
制御定数としての微分ゲインが上記微分ゲインＤＧ＋よ
りも大きい値の微分ゲインＤＧ２（ＤＧ２　＞ＤＧ＋　
）に変更されるので、同図（ロ）に破線で示すように、
微分制御のパルス巾［○の過給圧変化に対する変化勾配
は大きくなって、実際過給圧ｐａの目標過給圧Ｐｏへの
収束が応答性−１７− 良く行われることになる。しかも、この過渡状態時での
制御定数としての比例ゲインＰ　Ｇ　２は定常状態時で
の比例ゲインＰＧ＋よりも小さいので（ＰＧ２　＜ＰＧ
＋　）　、比例制御のパルス巾ｊｐの変動量１Ｐａ−Ｐ
ｏｌに対する変化勾配は同図（イ）に示すように、定常
状態時に較べて小さくなり、このため実際過給圧ｐａは
目標過給圧Ｐ。

を越えてオーパージコートでることなく目標過給圧Ｐｏ
に向かって応答性良く収束することになる。

よって、実際、過給圧ｐａが目標過給圧ＰＤ近傍に収束
している定常状態時には、この収束状態を安定性良く保
持できるとともに、エンジン運転状態の変化に伴う過渡
状−への移行後も実際過給圧ｐａを応答性良くしかもΔ
−バージ］−１〜することなく目標過給圧Ｐｏに収束さ
せることができ、過給圧フィードバック制御の良好な安
定性おＪ：び応答性を一挙に向上させることができる。

尚、上記実施例では、制御定数としての比例ゲインおよ
び微分ゲインの双方を変更するようにしたが、いずれか
一方のみを変更しても上記実施例−１８− と同様の効果を得ることができる。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
その他種々の変形例をも包含するものである。例えば、
上記実施例では、過給圧制御を実際の過給圧の検出に基
づいてフィードバック制御するようにしたが、それに併
用してウェストゲート弁８の開度でポジションフードバ
ック制御づ”るようにしてもよい。

さらに、上記実施例では、吸気過給のための過給機とし
て、排気ターボ式のものを例示したが、その他ポンプ式
等の公知の過給機が採用可能である。また、過給機下流
の過給圧を制御するための装置として、上記実施例では
ウェストゲート方式のものについて述べたが、本発明は
、その他過給機下流の過給圧を直接リリータ制御するり
リーフ方式等の各種方式に対しても適用可能である。

（発明の効果） したがって、本発明の過給機付エンジンの過給圧制御装
置によれば、過給圧フィードバック制御の制御定数とし
ての比例ゲインおよび微分ゲイン−１９− の少なくとも一方が、実際過給圧の目標過給圧に対する
変動量に応じて変更されるので、過給圧フィードバック
制御を常に適切な値の制御定数でもって安定性おにび応
答性良く行うことができ、よってエンジン性能およびそ
の信頼性の向上を顕茗に図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図〜第６
図は本発明の実施例を示し、第２図は全体概略構成図、
第３図はコントロールユニットの旦本作動を説明覆るフ
ローチャート図、第４図は同加速補正のためのサブルー
チンを説明するフローチャート図、第５図（イ）および
（ロ）は作動説明図、第６図は過給圧のフィードバック
制御の様子を示す図である。 １・・・エンジン、２・・・吸気通路、６・・・過給機
、２１・・・過給圧検出手段、３０・・・目標過給圧決
定手段、３１・・・過給圧制御手段、３２・・・制御定
数変更手段。 −２０− 第４図 Ａ 加速力り１＝ＩＹＥＳ 〉Ｃ１ Ｎｏ　ＡＮＤ Ｓｃ　ｄｔ＞Ｃｚ 加速フラクパ二１ ＣＡＣＣ４−Ｍ卯（Ｎ） ＴＡＣＣ−Ｍａｐ　（Ｎ　） Ｓ＝　え。。い、−一。。（。５．−１Ｓ＋へ 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気過給のために吸気通路に介設された過給機と
   、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   過給機下流の圧力を検出する過給圧検出手段と、上記運
   転状態検出手段の出力を受け運転状態に対応した目標過
   給圧を決定する目標過給圧決定手段と、該目標過給圧決
   定手段および過給圧検出手段の出力を受【プ過給圧を上
   記目標過給圧に制御する過給圧制御手段と、上記過給圧
   検出手段および目標過給圧決定手段の出力を受け過給圧
   の目標過給圧に対する変動量に応じて上記過給圧制御手
   段の制御定数としての比例ゲインおよび微分ゲインの少
   な（とも一方を変更Ｊる制御定数変更手段とを設（プた
   ことを特徴とする過給機付エンジンの過給圧制御Ｉ！ｉ
   置。
2. （２）制御定数変更手段は過給圧の変動量の増大−１− に応じて制御定数としての比例ゲインを減少させ、若し
   くは微分ゲインを増大させる特許請求の範囲第（１）項
   記載の過給機付エンジンの過給圧制御装置。