JPS6316131A - タ−ボチヤ−ジヤ付き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） 本発明はターボチャージャ付きエンジンの過給圧制御装
置に関する。

（従来の技術） 自動車用エンジンのように負荷条件が大幅に変動するも
のにターボチャージャによって過給する場合、要求され
る過給圧は運転状態に応じて様々に変化する。

そこで、従来から特開昭６０−２１９４１８号公報にも
あるように過給圧を運転状態の変化に応じて調整するよ
うにしている。

エンジンの高速高負荷時のように、排気圧力、流量が増
大する領域ではターボチャージャの回転が異常に上昇す
るのを防いで過給圧を適正に維持するのに、排気タービ
ンをバイパスして排気を逃がす排気バイパス弁を備えて
いるし、また、低速低負荷時のように排気圧力、流量が
減少する領域でターボチャージャの回転が大幅に低下す
るのを防ぐのに、タービン入口部に設けた可変ノズルを
絞り込み、排気流速を高めるようにしている。　　゛こ
のようにして、高出力運転時に過給圧の過昇を防いでエ
ンジンの耐久性を高める一方、低出方運転時には、ター
ボチャージャの回転低下を抑制して、加速の立ち上がり
の応答性を高めるようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記した排気バイパス弁や可変ノズルの開度
は、運転状態に応じて目標の過給圧が得られるように、
実際の過給圧を検出しながらフィードバック制御される
。

この場合、エンジン吸入空気量（負荷）に応じて予め目
標となる過給圧が設定してあり、この設定特性値が得ら
れるようにフィードバック制御が行なわれる。

しかしながら、従来はこの目標過給圧の設定値が標準的
な運転パターンに対応して決定された単一の特性のみで
あったため、エンジン加速時のように、過渡的な運転状
態下で要求される過給圧特性が異なった場合、これに対
応することができなかった。

急加速時と緩加速時とでは吸入空気量の変化率が異なり
、例えば急加速時に緩加速時の目標過給圧を採用してい
ると、フィードバック制御による遅れ分を含めて実際の
過給圧がエンジンの要求過給圧に対応しきれず、エンジ
ン加速性能等を十分に引き出せな（なる。

本発明はこのような問題を解決することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ｔｊｆＪ１図に示すように吸入空気量を検出
する手段と、過給圧を検出する手段と、ターボチャージ
ャの過給圧をｌ！ｌ整する手段と、吸入空気量に応じて
の目標過給圧を複数の異なった特性値として設定した手
段と、吸入空気量の増加率を演算する手段と、この増加
率に応じて前記複数の特性値から特定の特性値を選択す
る手段と、選び出した特性値に基づく目標過給圧と実際
の過給圧が一致するように前記調整手段をフィードバッ
ク制御する手段とを備えるようにした。

（作用） したがって、過渡運転時にも、加速度合に応じて最適な
目標過給圧特性値が選び出され、それにしたがって過給
圧が制御されるので、過給圧の不足によるエンジントル
クの低下や過給圧の異常上昇に伴うエンジン過剰負荷状
態を未然に防止することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図〜第４図に基づいて説明
する。

ｆＪＳ２図に、エンジン本体１は吸気管２及び吸気マニ
ホールド３を通して吸気を導入する。吸気管２にはエア
７０−メータ４、ターボチャージャ５のコンプレッサ室
６、絞弁７及び逃し弁８が設けられており、吸気をエフ
７０−メータ４で計！して、その吸入空気量Ｑａをコン
トロールユニット（制御手段）９に入力する。また吸気
はコンプレッサ室６に収納されたコンプレッサ１０によ
り加圧され、絞弁７で制御された後、吸気マニホールド
３から各気筒に分配される。絞弁７の開度は絞弁開度セ
ンサ１１により検出され、その開度Ｔ１０をコントロー
ルユニットに入カスる。また、エンジン回転数Ｎｅはク
ランク角センサ（回転数検出手段）１２により検出され
コントロールユニット９に入力される。

更に、吸気圧センサ１３はコンプレフサ下流の吸気圧即
ち過給圧Ｐ２を検出して同様にコントロールユニット９
にこれが入力される。

エンジンの排気は排気マニホールド１４で集合され、排
気管１５を通して排出される。排気管１５には可変ノズ
ル１６とタービン室１７が設けられ、タービン室１７に
コンプレッサ１０と同軸のタービン１８を収納し、可変
ノズル１６の開度を変化させることによりタービン１８
への排気流量特性（速度）を変える。

第３図はタービンを省略した可変ノズル１６を示す図で
、中央円形部１９にタービンが収納され、その周囲に面
積が徐々に小さくなるスクロール２０が設けられ、その
入口部２１がスロートになっており、ここに可動の７ラ
ツプ弁２２が軸２３を中心に回動可能に設けられ、これ
により、排気の入口部２１に可変ノズル（Ｖ／Ｎ）１６
を構成しているものである。

第２図において、可変ノズル１６の輸２３はアーム２４
とロッド２５を介してアクチュエータ２６のダイヤフラ
ム２７に連結され、このダイヤフラム２７により大気室
２８と正王室３０が画成される。大気室２８に設けたば
ね２９により可変ノズル１６を閉方向に（第３図におい
てＬ方向への回動）ダイヤフラム２７を押す、正圧室３
０は導管３１によりコンプレッサ１０の下流の吸気管２
に接続され、過給圧Ｐ２が導入される。

導管３１には固定絞り３２を設け、これらの途中を電磁
弁３３を介して導管３４により、コンプレッサ１０の上
流の吸気管（大気部）３５に接続し、電磁弁３３をコン
トロールユニット９からの信号でデユーティ制゛御する
ことにより、過給圧Ｐ２を大気部３５に洩らす６例えば
、デユーティ値ＤＨが大きくなると、電磁弁３３の開作
動時間が大きくなり、正圧室３０の駆動圧（正圧）を低
下させ、ロッド２５の下降により可変ノズル１６の開度
な減少させる。

可変ノズル１６の開度が減少すると、排気のタービン流
入速度が高まり、ターボチャージャ５の回転数の低下を
防ぐ。

更に、排気マニホールド１４には排気バイパス弁３６を
設け、これをベルクランク３７、口７ド３８を介してア
クチュエータ３９のダイヤフラム４０に連結する。大気
室４１に介装したばね４２はダイヤフラム４０を正圧室
４３側に押圧し、排気バイパス弁３６を閉じ方向に付勢
する。正圧室４３は導管４４でコンプレッサ下流の吸気
管２に接続し、絞り４５を介して過給圧Ｐ２が導入され
る。そして、この途中を電磁弁４６を介して導管４７に
より大気部３５と接続し、この電磁弁４６をコントロー
ルユニット９からの信号でデユーティ制御し、例えばデ
ユーティ値が小さくなるとアクチュ・エータ３９の正圧
が増大して、排気バイパス弁３６を開く。

排気バイパス弁３６が開くとタービン１８をバイパスし
て排気が流れ、ターボチャージャ５の回転数の上限が規
制され、過給圧の異常上昇が防止される。

コントロールユニット９は、主にマイクロプロセッサと
、メモリと、インタフェースとからなるマイクロコンピ
ュータで構成され、そのインタフェースにはエア７０−
メータ４、絞弁開度センサ１１、クランク角センサ１２
及び吸気圧センサ１３からの各信号が入力される。こけ
らの信号のうちアナログ信号にあってはＡ／Ｄ変換器を
介してデジタル信号として入力される６メモリにはマイ
クロプロセッサが実行する演算に必要な各種データが格
納され、メモリは外部からとりこんだデータの一部記憶
を行う、マイクロプロセッサは前記プログラムに従って
、燃料噴射量、噴射時期及び点火時期を演算して運転状
態に適切な噴射信号ＳＩ及び点火信号ＳＰを出力すると
共に、前述の電磁弁３３及び４６のデユーティ値を演算
してインタフェースより制御信号ＤＨとして出力する。

過給圧の調整手段としての可変ノズル１６、排気バイパ
ス弁３６を制御するこれら電磁弁３３゜４６を運転状態
に応じて駆動するため、吸入空気量に対応して異なった
特性の目標過給圧が設定された複数のデータテーブルが
メモリに備えられる。

複数のテーブルに設定された特性値は、例えば第５図７
〜つのように定常運転状態、緩やかな加速状態あるいは
急激な加速状態というように様々な運転状態を想定して
、その時々において吸入空気量に対する最も適切な目標
過給圧が設定される。

そして、運転状態を判断して最適なテーブルを選択し、
このテーブル値にしたがって目標過給圧と実際の過給圧
が一致するようにフィードバック制御を行うのである。

第４図は、その制御動作ルーチンを示すフローチャート
であり、まず吸入空気量Ｑａと過給圧Ｐ２を検出し、吸
入空気量Ｑａの時間当たりの増加率ｄＱａ／ｄｔを演算
する。これにより、加速の度合が判断できるので、この
加速度合に応じて複数のテーブルから最適なテーブルを
選択する。

その運転状態での最適テーブル値が決まったら、そのと
きの吸入空気量Ｑａから目標過給圧を選び、実際の過給
圧Ｐ２が目標値と一致するように、可変ノズル１６や排
気バイパス弁３６の開度をデユーティ制御するのである
。

このようにしたので、様々の加速に対しても、応答よく
精度の高い過給圧制御ができ、過給圧が不足することに
よる出力トルクの落ち込みや必要以上に過給圧が上昇す
ることによるエンジン耐久性の低下などを防止できる。

第６図の実施例は、エンジン負荷に応じて作動するター
ボチャージャの数を切換える複数のターボチャージャを
有するエンジンに適用したものである。

エンジン１から出た排気〃スは排気通路５２ａを通り前
段のプライマリターボチャージャ５３のタービン５３ａ
に入り、さらにタービン５３ａを出た排気がスは、排気
通路５２ｂを通って後段のセカングリターポチャージヤ
５４のタービン５４ａに流入する。プライマリターボチ
ャージャ５３のタービン５３ａをバイパスする排気バイ
パス通路５５が設けられ、この通路５５には、エンジン
負荷（吸入空気量）に応じて排気〃スの分配流量を変え
る過給圧の調整手段としての排気切換弁５６が設けられ
ており、この切換弁５６は例えばステップモータ５７に
より開閉駆動される。一方、吸気側はエアクリーナ５８
、エア７０−メータ４を通過した吸気が、吸気通路６０
ａを経てセカングリターボチャージャ５４のコンプレッ
サ５４ｂに入り、さらに吸気通路６０ｂのプライマリタ
ーボチャージャ５３のコンプレッサ５３ｂから絞弁７を
通ってエンジン１に供給される。また、プライマリター
ボチャージャ５３のコンプレッサ５３ｂをバイパスする
吸気バイパス通路６２が設けられ、この通路６２には、
プライマリターボチャージャ５３のコンプレッサ５３ｂ
からの吐出空気が、該コンプレフサ５３ｂの入口側へ流
れるのを防ぐ逆止弁６３が設けられている。

コントロールユニット９はプライマリターボチャーツヤ
５３のコンプレッサ５３ｂの吐出圧（過給圧Ｐ２）を検
出する吸気圧センサ１３、及びエア７０−メータ４の信
号等を受け、吸入空気量に応じて目標過給圧が得られる
ようにステップモータ５７へ排気切換弁５６の開閉を指
令する。

そして、排気切換弁５６を駆動するための吸入空気量に
対する目標過給圧のｒニーティ値を設定したテーブルを
、前記と同様に加速状態に応じて複数個用意しておき、
加速の度合に応じて上記複数のテーブルから加速に見合
ったテーブル値を選択し排気切換弁５６のフィードバッ
ク補正を行うことにより、過給圧を適正に制御する。

加速と同時に排気切換弁５６が閉じ、排気〃スの全量が
プライマリターボチャージャ５３のタービン５３ａに入
るため、急速に回転が上昇してコンプレッサ５３ｂから
の吐出空気流量が急増し、鋭い加速特性が得られる。そ
して、その後の過給圧に応じて排気切換弁５６が開いて
過給圧を適正値に制御するが、このように空気流量の立
ち上がりが早くても、それに適したテーブルを持ってい
るため、要求に応じて精度良く過給圧をＩＩＩ御できる
のである。

（発明の効果） 以上説明したようにこの発明によれば、吸入空気量に対
する目標過給圧を設定したテーブルとして異なった特性
のものを複数用意しておき、加速の度合に応じて適りな
テーブルを選択し、この選択したテーブル値により過給
圧の調整手段をフィードバック制御するようにしたため
、緩加速や急加速あるいは定常状態のそれぞれにおいて
過給圧を応答遅れなく精度良く要求値に制御することが
でき、したがって過渡時に過給圧が不足することによる
トルク低下や、逆に過給圧が異常上昇することによるエ
ンジンの破損を確実に防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

ｔｊｆＪｉ図は、本発明の構成図（クレーム対応図）、
第２図は本発明の実施例を示す全体構成図、１ｒＪ３図
は同じくタービン入口部の断面図、ｔｔｒ１４図は本発
明の制御動作を示すフローチャート、第５図はテーブル
の特性値を示す説明図、第６図は本発明の他の実施例の
構成図である。 １・・・エンジン、４・・・エア７０−メータ、５・・
・ターボチャージャ、９・・・コントロールユニット、
１３・・・吸気圧センサ、１６・・・可変ノズル、３６
・・・排気バイパス弁、３３．４６・・・電磁弁、５３
・・・プライマリターボチャージャ、５６・・・排気切
換弁、５４・・・セカングリターボチャージャ。 第２図 土 第４図 第５図 吸入：フ、ｔ　　→ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸入空気量を検出する手段と、過給圧を検出する手段と
   、ターボチャージャの過給圧を調整する手段と、吸入空
   気量に応じての目標過給圧を複数の異なった特性値とし
   て設定した手段と、吸入空気量の増加率を演算する手段
   と、この増加率に応じて前記複数の特性値から特定の特
   性値を選択する手段と、選び出した特性値に基づく目標
   過給圧と実際の過給圧が一致するように前記調整手段を
   フィードバック制御する手段とを備えたことを特徴とす
   るターボチャージャ付きエンジンの過給圧制御装置。