JP2003139034A - ターボ過給機付エンジンの点火制御装置 - Google Patents
ターボ過給機付エンジンの点火制御装置Info
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Abstract
排気管で燃焼させる技術が知られている。排気管燃焼が
前提となるため、排気管温度が高まり、排気管の傷みが
激しくなる。また、エミッションが悪化する虞れもあ
る。 【解決手段】図(a)において、閉じ状態のスロットル
を点P1から急速に開けたとする。このとき、グラフに
示した急開しきい値より左であれば、急開とみなす。
(c)において、スロットル速度が急開しきい値を超え
たとの情報を受けた点P3にて、点火時期を通常点火時
期から補正点火時期に切換える。 【効果】 スロットルバルブを急開したときには点火時
期を通常点火時期より進角させる。これにより、燃焼開
始が早まり、エンジンの回転数を上昇させることがで
き、排気タービンの立上りを早めることができ、ドライ
バビリティ(操縦性能)の向上を図ることができる。
Description
ジンの点火制御装置の改良に関する。
でエンジン出力を大幅に向上させる技術は良く知られい
る。しかし、エンジン加速時には、エンジンより遅れて
ターボ過給機が増速するというターボラグが不可避的に
発生し、過給圧の供給タイミングが遅れるという欠点を
有する。
804号公報「ターボ過給機付エンジンの制御装置」が
知られている。この技術は、ターボ過給機をより早く作
動させるために、エンジン加速時には濃い混合気を排気
管(エキゾーストマニホールド)に供給し、そこで燃焼
させることで従来より高い排気圧を得、この高い排気圧
で排気タービンの回転数を高め、高い過給圧を得るとい
うものである。
ンジン加速時に必要な過給圧を吸気系へ供給することが
でき、エンジンの応答性をより高めることができる。し
かし、排気管燃焼が前提となるため、排気管温度が高ま
り、排気管の傷みが激しくなる。また、エミッションが
悪化する虞れもある。
ばすことができ、エミッションを良好に保ちつつエンジ
ンの加速時の応答性を高めることのできる技術を提供す
ることにある。
に請求項1は、点火時期を調整する点火時期制御部、及
びターボ過給機を備えたエンジンにおいて、点火時期制
御部は、閉じているスロットルバルブを急速に開いたこ
とを条件として、通常点火時期であった点火時期を、通
常点火時期よりも進角させた補正点火時期に切換える制
御を実施することを特徴とする。
バルブを急開した直後にノッキングタフネスが向上す
る。そこで、スロットルバルブを急開したときには点火
時期を通常点火時期より進角させる。これにより、燃焼
開始が早まり、エンジンの出力向上と排気ガスの発生を
促し、排気タービンの立上りを早めることができ、ドラ
イバビリティ(操縦性能)の向上を図ることができる。
従来は排気管での燃焼が前提となっていたが、請求項1
では通常の燃焼室内燃焼で済ませることができるため、
排気管温度が異常に上がる虞れはなく、排気管の寿命を
延ばすことができ、エミッションを良好に保つことがで
きる。
ルバルブを急開しないこと及びノッキングを発生させな
いことを条件として、上限若しくはその近傍に設定する
ことを特徴とする。
傍に設定する、すなわち極力進角させることにより、燃
焼開始を早め、排気ガスの発生を促し、排気タービンの
立上りを早めることができ、過給圧の増加を促すことが
できる。
火時期に切換えた時点でエンジンの回転量の積算を開始
し、この積算回転量が一定値に達した時点から通常点火
時期に戻す制御を実施することを特徴とする。
十分に立上り、高い過給圧が得られる。そこで、積算回
転量が一定値に達した時点から補正点火時期を通常点火
時期に戻す。過度な進角はノッキングを誘発する。この
点、請求項3ではノッキングを回避しつつ良好なエンジ
ン運転を継続させることができる。
づいて以下に説明する。なお、前後、左右は運転者から
見たを方向をいう。また、図面は符号の向きに見るもの
とする。図1は本発明に係るターボ過給機付エンジンを
搭載したジェット推進艇の平面図であり、ジェット推進
艇10は艇体11の上面に前から後に操舵ハンドル1
2、運転者シート13、同乗者シート14を備え、これ
らのシート13,14の左右にステップ15L,15R
(Lは運転者から見て左、Rは同右を示す。)を備え
る。艇体11内部の装備品は符号のみを示し、その内容
は図2で説明する。
動二輪車と同様にアクセルグリップ16を捻ることでエ
ンジン回転数を制御することができる。また、17はラ
ンヤードであり、一端をメインスイッチに繋ぎ、他端の
リング18を運転者の腕若しくは身体に結ぶことによ
り、運転者が正規の位置から大きく離れたときに、ラン
ヤード17にテンションが掛り、メインスイッチが抜け
て、エンジンが止まるようにするための部品である。
により、艇体11内に配置した燃料タンクに給油するこ
とができる。21はステアリングノズルであり、操舵ハ
ンドル12に連動してピン22を中心にして左右にスイ
ングする。この結果、ジェット水の噴射方向が変り、艇
体11をターン(操舵)させることができる。
ンを搭載したジェット推進艇の側面図であり、艇体11
はハル23にデッキ24を被せてなる中空構造体であ
る。ジェット推進艇10は、艇体11内に燃料タンク2
5、エンジン26、推進軸27、エギゾーストマニホー
ルド28、ターボ過給機30、ウオータマフラー41、
逆U字状の連結パイプ42などを収納し、推進軸27の
先に設けたインペラ43で発生したジェット水を噴射す
ることで前進する小型船であるからジェット推進艇と呼
ぶ。
マニホールド28、ターボ過給機30、ウオータマフラ
ー41、逆U字状の連結パイプ42の順で流れ、ターボ
過給機30で保有エネルギーの一部を吸気加圧の形態で
回収し、水を溜めたウオータマフラー41で消音及び低
温化を図り、逆U字状の連結パイプ42を介して排気ガ
スを水中へ若しくはジェット水へ排出する。
ターボ過給機の作動説明図であり、先ず、ターボ過給機
30は、過給機ケース31に排気タービン32、吸気コ
ンプレッサ33及びこれらを連結する連結軸34を収納
し、エギゾーストマニホールド28を介してタービン入
口35に高温の排気ガスを取入れ、この排気ガスで排気
タービン32を回し、用済の排気ガスをタービン出口3
6から排出する。
ッサ入口37に導入したエアは吸気コンプレッサ33で
加圧し、この加圧に伴なって温度上昇した分をインター
クーラ46で冷却した後に、インテークマニホールド4
7を通じてエンジンのシリンダ48へ送給する。シリン
ダ48では適量の燃料とエアとを混ぜた混合気に点火栓
49で着火してピストン51を押し下げる。
ルワイヤ52で図示せぬスロットルバルブの開度を制御
するが、同時にスロットルバルブの開度を直接若しくは
間接的にスロットル量センサ53で検出する。更に、本
発明ではスロットル量センサ53の検出信号を点火時期
制御部54に取り込み、この点火時期制御部54で点火
栓49の点火時期調整を実施するようにした。
給圧コントロール機構60を付属した。過給圧コントロ
ール機構60は、相対的に排気ガス圧が高くなり過ぎる
又は過給対象エア量が少なくなり過ぎるなどして負荷バ
ランスが崩れ、排気タービン32並びに吸気コンプレッ
サ33が異常に高速回転することを防止する機構であ
り、例えば排気タービン32にバイパス通路61を付設
し、このバイパス通路61をウエイストゲート62で締
切り可能にし、このウエイストゲート62をゲートアク
チュエータ63で駆動させ、このゲートアクチュエータ
63の作動圧をゲート制御ソレノイド64及び過給圧制
御部65で実施する構成を採用する。
ガスの全量が排気タービン32に至り、排気タービン3
2の回転は増加する。回転が増加すれば過給圧は上昇す
る。ウエイストゲート62が開であれば、排気ガスの一
部がバイパス通路61に逃れ、残部が排気タービン32
に至るため排気タービン32の回転は減少する。回転が
減少すれば過給圧は低下する。従って、ウエイストゲー
ト62の開閉制御で過給圧を制御することができる。
回転数Sn1、スロットル量(スロットル開度)Sn
2、吸気温度Sn3、エンジン油温Sn4、過給圧Sn
5などを取り込み、これらから目標過給圧Cpを算出す
る。
過給圧制御部65は圧力差(Sn5−Cp)に応じて、
ゲート制御ソレノイド64を開く、若しくは開度を増加
する又はパルス制御であれば開タイミングを増加する。
ゲートアクチュエータ63に矢印のごとく作用してい
た加圧エアの一部が、矢印のごとく逃れ、導圧管66
の圧力が低下する。この結果、矢印の押圧力が低下
し、ウエイストゲート62が開き、排気ガスの一部がバ
イパス通路61へ逃げるため、排気タービン32の回転
数が低下し、過給圧が下がる。
逆の作用によりウエイストゲート62を閉じて、過給圧
を上げる。
バルブを急開すると次の問題が起こる。図においてアク
セルグリップ16を閉から全開へ急開すると、エンジン
26は良好に応答してクランク回転数を増加する。一
方、排気タービン32、連結軸34及び吸気コンプレッ
サ33は当然マス(質量)を有し、このマスを加速する
には、ある程度の加速時間が必要となり、排気ガスが増
加しても直に立上がることはない。これがターボラグと
いう課題である。
ー(熱及び量)を増すほど加速時間が短縮できることは
周知であり、本発明者らは排気ガスのエネルギーの増加
策を研究するなかで、次の点に着目した。すなわち、ス
ロットル急開時に一時的に過給圧が低下する現象に着目
した。この現象はスロットル急開に対応してピストンの
速度が増加するものの、吸気コンプレッサ33はターボ
ラグによりエア供給が遅れる。ピストンの吸引作用が勝
るため、過給圧が低下するからである。
過給圧の上昇がノッキング発生に繋がり、逆に過給圧の
低下はノッキングタフネスが向上する。ノッキングタフ
ネスが向上すれば、点火時期を進角させることが可能と
なる。点火時期をある程度早めてもノッキングが起こら
ないからである。点火時期を進角させれば、燃焼開始が
早まり、エンジンの出力向上と排気ガスの発生を促すこ
とができる。この結果、普通(通常)制御よりも一瞬早
くエンジンの回転を上昇させることができ、排気タービ
ンの立上げを早めることができる。
が、この制御フローで用いるマップ(グラフ、演算式な
どの総称)を先に説明する。図4(a)〜(c)は通常
点火時期の説明図であり、(a)はスロットル開度、
(b)はエンジン回転数、(c)は点火時期を示し、何
れも横軸は時間軸である。
点P1で通常の速度で開けたとする。このときのスロッ
トル変化量をΔθとし、変化時間をtとすれば、速度θ
vは、θv=(Δθ/t)で求めることができる。グラ
フに示した急開しきい値より右にあれば、通常の速度と
みなす。
たことにより、エンジン回転数は増加する。(c)にお
いて、通常はエンジン回転数に対応した点火時期を設定
してあるので、エンジン回転数の増加に応じて点火時期
が変化する。すなわち、(c)に示すグラフが通常点火
時期となる。
正点火時期の説明図であり、(a)はスロットル開度、
(b)はエンジン回転数、(c)は点火時期を示し、何
れも横軸は時間軸である。
点P1から急速に開けたとする。このとき、グラフに示
した急開しきい値より左であれば、急開とみなす。
(b)において、スロットルバルブが開いたことによ
り、エンジン回転数は増加するが、スロットルを急開し
たために点P2の直後に曲線は急に立上がる。
きい値を超えたとの情報を受けた点P3にて、点火時期
を通常点火時期から補正点火時期に切換える。この補正
点火時期は通常点火時期にDegl又はDeghだけ進
角させたものである。進角量Degl,Deghについ
ては後に説明する。
Neだけ続け以降、進角量を除々に減じて通常点火時期
に戻る。この結果、(b)の曲線が得られるといえる。
ンジン油温と進角量との関係グラフである。(a)は低
速時(例えばエンジン回転数が3000rpm未満のと
き)の進角量Deglを求めるグラフであり、エンジン
油温Toilに対応した進角を求める。(b)は高速時
(例えばエンジン回転数が3000rpm以上のとき)
の進角量Deghを求めるグラフであり、エンジン油温
Toilに対応した進角を求める。
℃を超えるときは進角量をゼロ(0)にしたのは、エン
ジン油温が上がると吸気温度も上がるため、ノッキング
が発生しやすくなるからである。また、低速時はエンジ
ン温度が低く、ノッキングタフネスが見込めるので、進
角を大きく取り、高速時は逆であるから進角を小さくし
た。これにより、より細かい補正点火時期の設定が行え
る。
あり、ST××はステップ番号を示す。 ST01:通常点火時期による点火制御を実施している
とする(図4(c)参照)。 ST02:スロットル開閉の方向を調べる。閉方向であ
ればスタートへ戻す。スロットルが閉から開に変化して
いれば、ST03に進む。 ST03:そのときのスロットル変化量Δθ及び変化時
間tを読込む(図4(a)参照)。
ロットル速度θvを演算する(図4(a)参照)。 ST05:求めたθvが急開しきい値以上であるか否か
を調べる(図4(a),図5(a)参照)。NOであれ
ばスタートへ戻し、YESであればスロットルが急開さ
れたと判断してST06に進む。 ST06:エンジン油温Toil及びエンジン回転数N
eを読込む。 ST07:エンジン油温Toilが40℃以下であるか
否かを調べ、NOであればスタートへ戻し、YESであ
ればST08へ進む。
何れであるかを調べる。低速ならST09へ進み、高速
ならST10へ進む。 ST09:図6(a)のグラフ若しくは算式により、進
角量Deglを決定する。 ST10:図6(b)のグラフ若しくは算式により、進
角量Deghを決定する。 ST11:通常点火時期にDegl又はDeglを進角
させることで、補正点火時期を決定する。
開始する。 ST13:同開始と同時にエンジン回転量を積算する。
この積算値はΣNeとする(図5(c)参照)。 ST14:エンジン回転量(積算値)ΣNeが、所定回
転量Nb以上になるまで、進角点火制御を行い、ΣNe
が、所定回転量Nb以上になった時点でST15へ進
む。 ST15:点火時期を補正点火時期から通常点火時期へ
徐々に戻す(図5(c)参照)。
ターボラグを解消するのに留らず、本発明は点火時期の
適正化を図ることができる。
好適実施例を説明する。図8(a)〜(d)は過給圧制
御の新旧対比説明図であり、(a),(b)は比較例、
(c),(d)は実施例を示す。なお、横軸は全て高度
を示す。(a)は縦軸が圧力であり、エンジン特性から
定めた目標過給圧を太い実線で示した。一方、破線で示
した大気圧は高度が増すほど低くなる。
り、回転機械であるから機械的理由により許容回転数の
制約を受ける。太い実線で示した実回転数は、高度に比
例して右上りに増加する。この理由は、次の通りであ
る。吸気エア圧は大気圧に依存するため、高度が増すと
吸気エア圧が下がる。そこで、制御部は吸気コンプレッ
サの回転を増ことにより、(a)に示す目標過給圧を発
生させようとする。このために、高度が増すほど、実回
転数が増加し、ついには許容回転数を超える虞れが出て
くる。
標過給圧をある高度からは小さくする。この結果、
(d)に示す通りに、実回転数を許容回転数に収めるこ
とができる。
れば、平地ではエンジン出力の向上が達成でき、高地で
はターボ過給機の過回転を防止することができるため、
高度に関係なく適切なエンジン出力を発生させることが
できる。
ルブを急速に開いた」とは、スロットルバルブのフル開
度の30%以上の開度変化、すなわち30〜100%開
度変化に適用する。制御が複雑になる割りに効果が少な
いから30%未満の開度変化には適用しない。
ボ過給機付エンジンであれば、船舶エンジン、陸上エン
ジン(二輪車用エンジン、四輪用エンジン、産業機械用
エンジンを問わない。)、航空機エンジンの何れに適用
してもよい。
する。ターボ過給機付エンジンでは、スロットルバルブ
を急開した直後にノッキングタフネスが向上する。そこ
で、スロットルバルブを急開したときには点火時期を通
常点火時期より進角させる。これにより、燃焼開始が早
まり、エンジンの出力向上と排気ガスの発生を促すこと
ができる。すなわち、エンジンの回転数を上昇させるこ
とができ、排気タービンの立上りを早めることができ、
ドライバビリティ(操縦性能)の向上を図ることができ
る。従来は排気管での燃焼が前提となっていたが、請求
項1では通常の燃焼室内燃焼で済ませることができるた
め、排気管温度が異常に上がる虞れはなく、排気管の寿
命を延ばすことができ、エミッションを良好に保つこと
ができる。
ルバルブを急開しないこと及びノッキングを発生させな
いことを条件として、上限若しくはその近傍に設定する
ことを特徴とする。
傍に設定する、すなわち極力進角させることにより、燃
焼開始を早め、排気ガスの発生を促し、排気タービンの
立上りを早めることができ、過給圧の増加を促すことが
できる。
火時期に切換えた時点でエンジンの回転量の積算を開始
し、この積算回転量が一定値に達した時点から通常点火
時期に戻す制御を実施することを特徴とする。
十分に立上り、高い過給圧が得られる。そこで、積算回
転量が一定値に達した時点から補正点火時期を通常点火
時期に戻す。過度な進角はノッキングを誘発する。この
点、請求項3ではノッキングを回避しつつ良好なエンジ
ン運転を継続させることができる。
たジェット推進艇の平面図
たジェット推進艇の側面図
機の作動説明図
係グラフ
コンプレッサ、34…連結軸、54…点火時期制御部、
60…過給圧コントロール機構、65…過給圧制御部。
23)
バルブを急開した直後は、通常運転時と比較して過給圧
が低くその為にノッキングタフネスが向上する。そこ
で、スロットルバルブを急開したときには点火時期を通
常点火時期より進角させる。これにより、燃焼開始が早
まり、エンジンの出力向上と排気ガスの発生を促し、排
気タービンの立上りを早めることができ、ドライバビリ
ティ(操縦性能)の向上を図ることができる。従来は排
気管での燃焼が前提となっていたが、請求項1では通常
の燃焼室内燃焼で済ませることができるため、排気管温
度が異常に上がる虞れはなく、排気管の寿命を延ばすこ
とができ、エミッションを良好に保つことができる。
過給圧の上昇がノッキング発生に繋がり、逆に過給圧の
低下はノッキングタフネスの向上に繋がる。ノッキング
タフネスが向上すれば、点火時期を進角させることが可
能となる。点火時期をある程度早めてもノッキングが起
こらないからである。点火時期を進角させれば、燃焼開
始が早まり、エンジンの出力向上と排気ガスの発生を促
すことができる。この結果、普通(通常)制御よりも一
瞬早くエンジンの回転を上昇させることができ、排気タ
ービンの立上げを早めることができる。
何れであるかを調べる。低速ならST09へ進み、高速
ならST10へ進む。 ST09:図6(a)のグラフ若しくは算式により、進
角量Deglを決定する。 ST10:図6(b)のグラフ若しくは算式により、進
角量Deghを決定する。 ST11:通常点火時期にDegl又はDeghを進角
させることで、補正点火時期を決定する。
Claims (3)
- 【請求項1】 点火時期を調整する点火時期制御部、及
びターボ過給機を備えたエンジンにおいて、前記点火時
期制御部は、閉じているスロットルバルブを急速に開い
たことを条件として、通常点火時期であった点火時期
を、通常点火時期よりも進角させた補正点火時期に切換
える制御を実施することを特徴としたターボ過給機付エ
ンジンの点火制御装置。 - 【請求項2】 前記通常点火時期は、スロットルバルブ
を急開しないこと及びノッキングを発生させないことを
条件として、上限若しくはその近傍に設定することを特
徴とする請求項1記載のターボ過給機付エンジンの点火
制御装置。 - 【請求項3】 前記点火時期制御部は、前記補正点火時
期に切換えた時点でエンジンの回転量の積算を開始し、
この積算回転量が一定値に達した時点から前記通常点火
時期に戻す制御を実施することを特徴とする請求項1記
載のターボ過給機付エンジンの点火制御装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001333309A JP3789804B2 (ja) | 2001-10-30 | 2001-10-30 | ターボ過給機付エンジンの点火制御装置 |
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