JP2003328763A - ターボ過給機付エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンプレッサ側の容量変化とタービン側の容量
変化とをエンジンの運転状態に応じ制御して、ターボ過
給機の容量変化を大きくし、低空気量から高空気量に至
るまで効率よく最適な過給特性を発揮する。 【解決手段】ＥＣＵは、エンジン回転数が高回転且つエ
ンジン負荷が高負荷状態の場合は、排気カット弁を開く
と同時に、案内プレートをコンプレッサディフューザ部
に突出させて高速高流量の吸気をエンジンに供給する。
エンジン停止或いはエンジン回転数が低回転且つエンジ
ン負荷が低負荷状態の場合は、排気カット弁を閉じると
同時に、案内プレートをコンプレッサディフューザ部か
ら引き込ませてエンジンの運転状態に見合った低速低流
量の吸気をエンジンに供給する。それ以外の状態では、
排気カット弁を閉じると同時に、案内プレートをコンプ
レッサディフューザ部に突出させて高速高流量の吸気を
エンジンに供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に、コンプレッ
サディフューザ部を通過する吸気の流量とタービンスク
ロール部を通過する排気ガスの流量とが可変自在なター
ボ過給機付エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ターボ過給機付エンジンで
は、コンプレッサ側を通過する吸気の流量を可変する技
術として、例えば、実開平５−４２６４３号公報に、タ
ーボ過給機のコンプレッサディフューザ部にディフュー
ザ角が可変な可動ベーンを設け、コンプレッササージ現
象を解決する技術が開示されている。また、特開平８−
２５４１２７号公報には、コンプレッサディフューザ部
に突出・引き込み可能な案内羽根を設け、コンプレッサ
効率を向上させる技術が開示されている。

【０００３】一方、タービン側を通過する排気ガスの流
量を可変する技術としては、例えば、特公平５−６２２
１９号公報において、タービンに排気ガスを供給する排
気通路を複数の独立した通路に分割すると共に、その一
部の通路に該通路を開通、遮断する開口弁を設けて構成
し、排気ガス量に応じて最適な効率が得られるようにす
る技術が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
実開平５−４２６４３号公報或いは特開平８−２５４１
２７号公報の技術では、タービン側の容量を変化させて
いないので、その複雑な機構の割には、ターボ過給機の
容量変化は小さく効果が少ないという課題があった。

【０００５】また、上述の特公平５−６２２１９号公報
の技術では、コンプレッサ側の容量を変化させていない
ので、その複雑な機構の割には、ターボ過給機の容量変
化は小さく効果は少ないという問題がある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
コンプレッサ側の容量変化とタービン側の容量変化とを
エンジンの運転状態に応じ制御して、ターボ過給機の容
量変化を大きくし、低空気量から高空気量に至るまで効
率よく最適な過給特性を発揮することが可能なターボ過
給機付エンジンを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の本発明によるターボ過給機付エンジン
は、ターボ過給機のコンプレッサ側を通過する吸気の流
量を可変自在なコンプレッサ側容量可変手段と、上記タ
ーボ過給機のタービン側を通過する排気ガスの流量を可
変自在なタービン側容量可変手段と、エンジン運転状態
に応じて上記コンプレッサ側容量可変手段と上記タービ
ン側容量可変手段とを制御する制御手段とを備えたこと
を特徴としている。

【０００８】また、請求項２記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項１記載のターボ過給機付エ
ンジンにおいて、上記コンプレッサ側容量可変手段は、
上記ターボ過給機のコンプレッサディフューザ部に突没
自在な案内プレートを有していることを特徴としてい
る。

【０００９】更に、請求項３記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項１記載のターボ過給機付エ
ンジンにおいて、上記コンプレッサ側容量可変手段は、
上記ターボ過給機のコンプレッサディフューザ部に角度
が可変自在な案内プレートを有していることを特徴とし
ている。

【００１０】また、請求項４記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項１乃至請求項３の何れか１
つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記ター
ビン側容量可変手段は、上記ターボ過給機のタービンス
クロール部を複数の排気通路で形成し、該排気通路の少
なくとも１つの通路入口部に排気カット弁を設けたこと
を特徴としている。

【００１１】更に、請求項５記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項４記載のターボ過給機付エ
ンジンにおいて、上記制御手段は、エンジンが高回転か
つ高負荷の運転状態では上記案内プレートを高流量側と
すると共に上記排気カット弁を開き、エンジンが低回転
かつ低負荷の運転状態では上記案内プレートを低流量側
とすると共に上記排気カット弁を閉じ、上記エンジン運
転状態以外では低負荷領域側で上記案内プレートを高流
量側とすると共に上記排気カット弁を閉じることを特徴
としている。

【００１２】また、請求項６記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項４記載のターボ過給機付エ
ンジンにおいて、上記制御手段は、エンジンが高回転か
つ高負荷の運転状態では上記案内プレートを高流量側と
すると共に上記排気カット弁を開き、エンジンが低回転
かつ低負荷の運転状態では上記案内プレートを低流量側
とすると共に上記排気カット弁を閉じ、上記エンジン運
転状態以外では低負荷領域側で上記案内プレートを低流
量側とすると共に上記排気カット弁を開くことを特徴と
している。

【００１３】更に、請求項７記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項４乃至請求項６の何れか１
つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記排気
カット弁は、開く際は、排気ガス流の下流側に向けて開
くことを特徴としている。

【００１４】また、請求項８記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項７記載のターボ過給機付エ
ンジンにおいて、上記制御手段は、上記排気カット弁が
閉じた状態で、過給状態が設定過給圧値から上記排気カ
ット弁を全開とする過給圧値の間の領域では、上記排気
カット弁の開度を制御して過給圧制御を実行することを
特徴としている。

【００１５】更に、請求項９記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項４乃至請求項６の何れか１
つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記排気
カット弁は、開く際は、排気ガス流の上流側に向けて開
くことを特徴としている。

【００１６】また、請求項１０記載の本発明によるター
ボ過給機付エンジンは、請求項１乃至請求項３の何れか
１つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記タ
ービン側容量可変手段は、上記ターボ過給機のタービン
スクロール部に排気ガスの流量を可変する角度変化自在
な排気側ベーンを設けて形成することを特徴としてい
る。

【００１７】更に、請求項１１記載の本発明によるター
ボ過給機付エンジンは、請求項１０記載のターボ過給機
付エンジンにおいて、上記制御手段は、エンジンが高回
転かつ高負荷の運転状態では上記案内プレートを高流量
側とすると共に上記排気側ベーンを高流量側とし、エン
ジンが低回転かつ低負荷の運転状態では上記案内プレー
トを低流量側とすると共に上記排気側ベーンを低流量側
とし、上記エンジン運転状態以外では低負荷領域側で上
記案内プレートを高流量側とすると共に上記排気側ベー
ンを低流量側とすることを特徴としている。

【００１８】また、請求項１２記載の本発明によるター
ボ過給機付エンジンは、請求項１０記載のターボ過給機
付エンジンにおいて、上記制御手段は、エンジンが高回
転かつ高負荷の運転状態では上記案内プレートを高流量
側とすると共に上記排気側ベーンを高流量側とし、エン
ジンが低回転かつ低負荷の運転状態では上記案内プレー
トを低流量側とすると共に上記排気側ベーンを低流量側
とし、上記エンジン運転状態以外では低負荷領域側で上
記案内プレートを低流量側とすると共に上記排気側ベー
ンを高流量側とすることを特徴としている。

【００１９】すなわち、請求項１記載のターボ過給機付
エンジンは、制御手段がエンジン運転状態に応じてコン
プレッサ側容量可変手段を制御しターボ過給機のコンプ
レッサ側を通過する吸気の流量を可変させ、更に、ター
ビン側容量可変手段を制御しターボ過給機のタービン側
を通過する排気ガスの流量を可変させる。このため、コ
ンプレッサ側の容量変化とタービン側の容量変化とがエ
ンジンの運転状態に応じ制御されるため、ターボ過給機
の容量変化を大きくし、低空気量から高空気量に至るま
で効率よく最適な過給特性を発揮することが可能とな
る。

【００２０】この際、コンプレッサ側容量可変手段は、
具体的には、請求項２記載のように、ターボ過給機のコ
ンプレッサディフューザ部に突没自在な案内プレートを
有して構成され、或いは、請求項３記載のように、ター
ボ過給機のコンプレッサディフューザ部に角度が可変自
在な案内プレートを有して構成される。

【００２１】また、タービン側容量可変手段は、具体的
には、請求項４記載のように、ターボ過給機のタービン
スクロール部を複数の排気通路で形成し、該排気通路の
少なくとも１つの通路入口部に排気カット弁を設けて構
成される。

【００２２】この請求項４のようにタービン側容量可変
手段を構成した場合、制御手段は、例えば、請求項５記
載のように、エンジンが高回転かつ高負荷の運転状態で
は案内プレートを高流量側とすると共に排気カット弁を
開き、エンジンが低回転かつ低負荷の運転状態では案内
プレートを低流量側とすると共に排気カット弁を閉じ、
エンジン運転状態以外では低負荷領域側で案内プレート
を高流量側とすると共に排気カット弁を閉じるように制
御する。この制御により、エンジンが高回転かつ高負荷
とエンジンが低回転かつ低負荷以外のエンジン運転状態
の低負荷領域側において、特に自動変速機の車両におけ
る、キックダウン等の急激なエンジン回転上昇時の過給
レスポンスを良好に確保する。

【００２３】また、請求項４のようにタービン側容量可
変手段を構成した場合、制御手段は、例えば、請求項６
記載のように、エンジンが高回転かつ高負荷の運転状態
では案内プレートを高流量側とすると共に排気カット弁
を開き、エンジンが低回転かつ低負荷の運転状態では案
内プレートを低流量側とすると共に排気カット弁を閉
じ、上記エンジン運転状態以外では低負荷領域側で案内
プレートを低流量側とすると共に排気カット弁を開くよ
うに制御する。この制御により、エンジンが高回転かつ
高負荷とエンジンが低回転かつ低負荷以外のエンジン運
転状態の領域の低負荷領域側において、排圧を下げ、燃
費向上を図り、また、タービン回転数が低下させられる
ので、コンプレッサ側は低流量側としターボ効率を向上
させる。

【００２４】また、請求項４乃至請求項６のように排気
カット弁を用いる場合、この排気カット弁を、請求項７
記載のように、開く際は、排気ガス流の下流側に向けて
開くようにして構成するようにすれば、排圧が過大にな
りすぎることが防止でき好ましい。そして、この場合、
請求項８記載のように、制御手段は、排気カット弁が閉
じた状態で、過給状態が設定過給圧値から排気カット弁
を全開とする過給圧値の間の領域では、排気カット弁の
開度を制御して過給圧制御を実行するようにすることも
できる。

【００２５】更に、請求項４乃至請求項６のように排気
カット弁を用いる場合、この排気カット弁を、請求項９
記載のように、開く際は、排気ガス流の上流側に向けて
開くように構成すれば、排気カット弁を閉じる力に排気
ガス流が利用できるので確実に閉じさせることが可能で
あり、そのシール機構も容易に構成できる。

【００２６】一方、請求項１乃至請求項３の何れか１つ
に記載のターボ過給機付エンジンにおいては、タービン
側容量可変手段は、具体的には、請求項１０記載のよう
に、ターボ過給機のタービンスクロール部に排気ガスの
流量を可変する角度変化自在な排気側ベーンを設けて形
成しても良い。

【００２７】この請求項１０のようにタービン側容量可
変手段を構成した場合、制御手段は、例えば、請求項１
１記載のように、エンジンが高回転かつ高負荷の運転状
態では案内プレートを高流量側とすると共に排気側ベー
ンを高流量側とし、エンジンが低回転かつ低負荷の運転
状態では案内プレートを低流量側とすると共に排気側ベ
ーンを低流量側とし、エンジン運転状態以外では低負荷
領域側で案内プレートを高流量側とすると共に排気側ベ
ーンを低流量側とする。この制御により、エンジンが高
回転かつ高負荷とエンジンが低回転かつ低負荷以外のエ
ンジン運転状態の低負荷領域側において、特に自動変速
機の車両における、キックダウン等の急激なエンジン回
転上昇時の過給レスポンスを良好に確保する。

【００２８】また、請求項１０のようにタービン側容量
可変手段を構成した場合、制御手段は、例えば、請求項
１２記載のように、エンジンが高回転かつ高負荷の運転
状態では案内プレートを高流量側とすると共に排気側ベ
ーンを高流量側とし、エンジンが低回転かつ低負荷の運
転状態では案内プレートを低流量側とすると共に排気側
ベーンを低流量側とし、上記エンジン運転状態以外では
低負荷領域側で案内プレートを低流量側とすると共に排
気側ベーンを高流量側とする。この制御により、エンジ
ンが高回転かつ高負荷とエンジンが低回転かつ低負荷以
外のエンジン運転状態の領域の低負荷領域側において、
排圧を下げ、燃費向上を図り、また、タービン回転数が
低下させられるので、コンプレッサ側は低流量側としタ
ーボ効率を向上させる。

【００２９】

【実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図面に基
づいて説明する。図１乃至図７は本発明の実施の一形態
を示し、図１はターボ過給機付エンジンの全体構成説明
図、図２は電子制御系の回路構成図、図３は排気カット
弁の開閉動作の概略説明図、図４はエンジン回転数とエ
ンジン負荷で設定する各領域の説明図、図５はターボ過
給機に関するタービン側容量とコンプレッサ側容量設定
に関する制御プログラムのフローチャート、図６は過給
圧制御のフローチャート、図７は排気カット弁による過
給圧制御のフローチャートである。

【００３０】先ず、本発明が適用されるターボ過給機付
エンジンの全体構成について、図１に従い説明する。同
図において符号１はターボ過給機付エンジン（以下「エ
ンジン」と略記する）であり、本形態においては水平対
向式４気筒ガソリンエンジンを示す。エンジン１のシリ
ンダブロック２の左右両バンクには、シリンダヘッド３
がそれぞれ設けられ、各シリンダヘッド３に吸気ポート
４と排気ポート５とが形成されている。

【００３１】吸気ポート４には吸気マニホルド６が連通
され、この吸気マニホルド６の上流側集合部に、エアー
チャンバ７を介してスロットルボディ８が連通されてい
る。このスロットルボディ８の上流側には、吸気管９を
介してエアクリーナ１０が取付けられ、このエアクリー
ナ１０がエアインテークチャンバ１１に連通されてい
る。

【００３２】また、排気ポート５には排気マニホルド１
２を介して排気管１３が連通され、この排気管１３に触
媒コンバータ１４が介装されてマフラ１５に連通されて
いる。

【００３３】また、スロットルボディ８には、スロット
ル弁１６が設けられ、このスロットルボディ８の直上流
の吸気管９にインタークーラ１７が介装され、さらに、
吸気管９のエアクリーナ１０の下流側にレゾネータチャ
ンバ１８が介装されている。

【００３４】レゾネータチャンバ１８と吸気マニホルド
６とは、スロットル弁１６の上流側と下流側とをバイパ
スするバイパス通路１９によって連通されており、この
バイパス通路１９に、アイドル空気量を調整するアイド
ルスピードコントロールバルブ（アイドル回転数制御
弁；ＩＳＣ弁）２０が介装されている。更に、ＩＳＣ弁
２０の直下流側に、吸気圧が負圧のとき開弁し、ターボ
過給機２１により過給されて吸気圧が正圧になったとき
閉弁するチェックバルブ２２が介装されている。

【００３５】ターボ過給機２１は、そのコンプレッサ２
３が吸気管９のレゾネータチャンバ１８の下流側に介装
され、タービン２４が排気管１３に介装されている。

【００３６】ターボ過給機２１のコンプレッサ側には、
コンプレッサ２３外周のコンプレッサディフューザ部２
５に可変ディフューザ用アクチュエータ２６により突没
自在な案内プレート２７がコンプレッサ側容量可変手段
として設けられている。そして、この案内プレート２７
は、後述する制御手段としての電子制御装置（ＥＣＵ）
６０により、燃料噴射量、吸入空気量等で代表されるエ
ンジン負荷と、エンジン回転数とに応じて突没制御され
る。

【００３７】また、ターボ過給機２１のタービン側のタ
ービンスクロール部２８は、第１の排気通路２８ａと第
２の排気通路２８ｂの２つの排気通路に区画して構成さ
れており、第１の排気通路２８ａの通路入口部には、こ
の第１の排気通路２８ａへの排気ガスの流入を遮断自在
なタービン側容量可変手段としての排気カット弁２９
が、排気カット弁用アクチュエータ３０と連接されて開
閉自在に設けられている。そして、この排気カット弁２
９は、ＥＣＵ６０により、燃料噴射量、吸入空気量等で
代表されるエンジン負荷と、エンジン回転数とに応じて
開閉制御される。

【００３８】ここで、本実施の形態においては、排気カ
ット弁２９は、図３（ａ）に示すように、開く際は、排
気ガス流の下流側に向けて開くように構成されており、
ＥＣＵ６０は、過給状態が設定過給圧値から排気カット
弁を全開とする過給圧値の間の領域で、排気カット弁２
９の開度を制御して過給圧制御を実行するようになって
いる。尚、排気カット弁２９が開の領域では、後述のウ
エストゲート弁３１により過給圧制御が実行される。こ
のように、排気カット弁２９を、排気ガス流の下流側に
向けて開くように構成することにより、排圧が一定以上
に上昇した場合、排気カット弁２９が開く方向に向かう
ので、ターボ過給機２１に何らかの異常が生じても排圧
が異常に高くなることが防止でき、エンジン１にとって
好ましい構成となっている。

【００３９】尚、排気カット弁２９は、図３（ｂ）に示
すように、開く際は、排気ガス流の上流側に向けて開く
構成としても良い。このような構成とした場合、排気ガ
ス流の圧力を利用して、排気カット弁２９の確実な閉状
態が容易に実現できる。

【００４０】ターボ過給機２１のタービンハウジング流
入口には、ウエストゲート弁３１が介装され、このウエ
ストゲート弁３１にウエストゲート弁作動用アクチュエ
ータ３２が連設されている。このウエストゲート弁作動
用アクチュエータ３２は、ダイヤフラムにより２室に仕
切られ、一方がウエストゲート弁制御デューティソレノ
イド弁３３に連通する圧力室を形成し、他方がウエスト
ゲート弁３１を閉方向に付勢するスプリングを収納した
スプリング室を形成している。

【００４１】また、ウエストゲート弁制御デューティソ
レノイド弁３３は、ウエストゲート弁作動用アクチュー
タ３２の圧力室に連通するポートと、ターボ過給機２１
のコンプレッサ下流に連通するポートと、レゾネータチ
ャンバ１８に連通するポートとを有する電磁三方弁であ
り、ＥＣＵ６０から出力される制御信号のデューティ比
に応じてレゾネータチャンバ１８に連通するポートの弁
開度が調節され、レゾネータチャンバ１８側の圧力とコ
ンプレッサ下流側の圧力とが調圧されてウエストゲート
弁作動用アクチュエータ３２の圧力室に制御圧が供給さ
れ、ウエストゲート弁３１の開度が調節されて過給圧が
制御される。

【００４２】一方、吸気マニホルド６の各気筒の各吸気
ポート４の直上流側にはインジェクタ３４が臨まされ、
図示しない燃料タンク内の燃料が図示しない燃料ポンプ
によって圧送され、同じく図示しないプレッシャレギュ
レータによってインジェクタ３４への燃料圧力が所定の
圧力に調圧される。

【００４３】更に、シリンダヘッド３の各気筒毎に、そ
の先端を燃焼室に露呈する点火プラグ３５が取付けら
れ、この点火プラグ３５に、各気筒毎に配設された点火
コイル３６を介してイグナイタ３７が接続されている。

【００４４】ここで、ターボ過給機２１に関する制御
（ターボ過給機２１に関するタービン側容量とコンプレ
ッサ側容量設定に関する制御）について簡単に説明す
る。ターボ過給機２１は、タービン２４に導入する排気
エネルギによりコンプレッサ２３が回転駆動され、空気
を吸入、加圧して過給する。

【００４５】この際、ターボ過給機２１のタービンスク
ロール部２８の第１の排気通路２８ａの排気カット弁２
９は、ＥＣＵ６０からのデューテイ信号等の制御信号に
よってデューティソレノイド或いはステッピングモータ
で構成する排気カット弁用アクチュエータ３０が作動さ
れることにより、燃料噴射量、吸入空気量等で代表され
るエンジン負荷と、エンジン回転数とに応じて、予め設
定しておいたマップに基づいて開閉制御される。同様
に、ターボ過給機２１のコンプレッサディフューザ部２
５の案内プレート２７は、ＥＣＵ６０からのデューテイ
信号等の制御信号によってデューティソレノイド或いは
ステッピングモータで構成する可変ディフューザ用アク
チュエータ２６が作動されることにより、燃料噴射量、
吸入空気量等で代表されるエンジン負荷と、エンジン回
転数とに応じて、予め設定しておいたマップに基づいて
突没制御される。

【００４６】ここで、上述の排気カット弁２９の開閉制
御及び案内プレート２７の突没制御の基となるマップ
は、例えば、図４に示すように、エンジン高回転で高負
荷側の領域が領域Ａとして、エンジン低回転で低負荷側
の領域が領域Ｂとして設定され、それ以外の領域（領域
Ａと領域Ｂの間の領域）が領域Ｃとして予め設定されて
いる。

【００４７】そして、領域Ａは、タービン側では、排気
カット弁２９を開いて全ての通路から排気ガスをタービ
ンに供給して排圧の上昇によるエンジン出力の低下を防
止する。これと同時に、コンプレッサ側では、案内プレ
ート２７をコンプレッサディフューザ部２５に突出させ
て高速高流量の吸気をエンジン１に供給してエンジン１
の運転状態に見合った効率の良い過給圧制御を行わせ
る。

【００４８】また、領域Ｂは、タービン側では、排気カ
ット弁２９を閉じて一部の通路のみからタービンに排気
ガスを供給することにより、排気ガスの流速を高めて所
要の過給効果を確保する。これと同時に、コンプレッサ
側では、案内プレート２７をコンプレッサディフューザ
部２５から引き込ませてエンジン１の運転状態に見合っ
た低速低流量の吸気をエンジン１に供給して効率の良い
過給圧制御が行わせる。

【００４９】更に、領域Ｃは、特に比較的低負荷領域側
で、タービン側では、排気カット弁２９を閉じて一部の
通路のみからタービンに排気ガスを供給することによ
り、排気ガスの流速を高めて所要の過給効果を確保す
る。これと同時に、コンプレッサ側では、案内プレート
２７をコンプレッサディフューザ部２５に突出させて高
速高流量の吸気をエンジン１に供給する。これにより、
特に自動変速機仕様の車両のキックダウン等の急激なエ
ンジン回転上昇時の過給レスポンスの向上を図れるよう
になっている。

【００５０】尚、車両諸元（車両重量や、エンジン出力
特性の設定等）や運転状態（変速位置等）により、領域
Ｃは、以下のように設定することも可能である。すなわ
ち、特に比較的低負荷領域側で、タービン側では、排気
カット弁２９を開き、これと同時に、コンプレッサ側で
は、案内プレート２７をコンプレッサディフューザ部２
５から引き込ませる。これにより、排圧を下げ、燃費の
向上を図り、また、タービン回転数が下がるのでコンプ
レッサ側を低流量側としてターボ効率を向上するのであ
る。

【００５１】尚、本実施の形態においては、コンプレッ
サ側の容量可変を、突没自在な案内プレート２７で行う
ようになっているが、予めコンプレッサディフューザ部
２５に角度が可変自在な案内プレートを設け、この案内
プレートの角度を可変することで吸気流量を可変するよ
うにしても同様の効果が得られる。

【００５２】また、本実施の形態においては、タービン
側の容量可変を、第１の排気通路２８ａへの排気ガスの
流入を遮断自在な排気カット弁２９により行うようにな
っているが、タービンスクロール部に排気ガスの流量を
可変する角度変化自在な排気側ベーンを設けて構成し、
この排気側ベーンの角度を可変することで排気流量を可
変するようにしても同様の効果が得られる。

【００５３】次に、各種センサについて説明する。絶対
圧センサ３８が吸気管圧力／大気圧切換ソレノイド弁３
９によりスロットル弁１６下流の吸気管圧力（吸気マニ
ホルド６内の吸気圧）と大気圧とを選択して検出するよ
う設けられている。また、シリンダブロック２にノック
センサ４０が取付けられると共に、左右両バンクを連通
する冷却水通路４１に冷却水温センサ４２が臨まされ、
排気管１３にはＯ２センサ４３が装着されている。さら
に、スロットル弁１６にスロットル開度センサ４４が連
設され、エアクリーナ１０の直下流に吸入空気量センサ
４５が配設されている。

【００５４】また、エンジン１のクランクシャフト４６
にクランクロータ４７が軸着され、このクランクロータ
４７の外周に電磁ピックアップ等からなるクランク角セ
ンサ４８が対設されている。さらに、動弁機構における
カムシャフト４９に連設するカムロータ５０に、電磁ピ
ックアップ等からなる気筒判別センサ５１が対設されて
いる。

【００５５】クランク角センサ４８、気筒判別センサ５
１は、それぞれクランクロータ４７、カムロータ５０に
所定間隔毎に形成された突起をエンジン運転に伴い検出
し、クランクパルス、気筒判別パルスを出力する。そし
て、ＥＣＵ６０において、クランクパルスの間隔時間
（突起の検出間隔）からエンジン回転数を算出すると共
に、点火時期及び燃料噴射時期等を演算し、さらに、ク
ランクパルス及び気筒判別パルスの入力パターンから気
筒判別を行う。

【００５６】次に、図２に基づき電子制御系の構成につ
いて説明する。ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ６１、ＲＯＭ６
２、ＲＡＭ６３、バックアップＲＡＭ６４、カウンタ・
タイマ群６５、及びＩ／０インターフェイス６６をバス
ラインを介して接続したマイクロコンピュータを中心と
して構成され、各部に所定の安定化電源を供給する定電
圧回路６７、駆動回路６８、Ａ／Ｄ変換器６９等の周辺
回路を備えている。

【００５７】尚、カウンタ・タイマ群６５は、フリーラ
ンカウンタ、気筒判別センサ信号（気筒判別パルス）の
入力計数用カウンタ等の各種カウンタ、燃料噴射用タイ
マ、点火用タイマ、定期割込みを発生させるための定期
割込み用タイマ、及びシステム異常監視用のウオッチド
ッグタイマ等の各種タイマを便宜上総称するものであ
り、その他、各種のソフトウエアカウンタ・タイマを含
む。

【００５８】定電圧回路６７は、２回路のリレー接点を
有する電源リレー７０の第１のリレー接点を介してバッ
テリ７１に接続され、電源リレー７０は、そのリレーコ
イルの一端が接地され、リレーコイルの他端が駆動回路
６８に接続されている。尚、電源リレー７０の第２のリ
レー接点には、バッテリ７１から各アクチュエータに電
源を供給するための電源線が接続されている。バッテリ
７１には、イグニッションスイッチ７２の一端が接続さ
れ、このイグニッションスイッチ７２の他端がＩ／Ｏイ
ンターフェイス６６の入力ポートに接続されている。

【００５９】更に、定電圧回路６７は、直接、バッテリ
７１に接続され、バッテリ７１に接続されるイグニッシ
ョンスイッチ７２のＯＮがＩ／Ｏインターフェイス６６
の入力ポートで検出されて電源リレー７０の接点が閉と
なると、ＥＣＵ６０内の各部へ電源を供給する一方、イ
グニッションスイッチ７２のＯＮ，ＯＦＦに拘らず、常
時、バックアップＲＡＭ６４にバックアップ用の電源を
供給する。

【００６０】また、Ｉ／Ｏインターフェイス６６の入力
ポートには、ノックセンサ４０、クランク角センサ４
８、気筒判別センサ５１、車速センサ５２が接続されて
いる。更に、Ｉ／Ｏインターフェイス６６の入力ポート
には、Ａ／Ｄ変換器６９を介して吸入空気量センサ４
５、スロットル開度センサ４４、冷却水温センサ４２、
Ｏ２センサ４３、絶対圧センサ３８が接続されると共
に、バッテリ電圧ＶＢが入力されてモニタされる。

【００６１】一方、Ｉ／Ｏインターフェイス６６の出力
ポートには、ＩＳＣ弁２０、インジェクタ３４、排気カ
ット弁用アクチュエータ３０、可変ディフューザ用アク
チュエータ２６、ウエストゲート弁制御デューティソレ
ノイド弁３３、吸気管圧力／大気圧切換ソレノイド弁３
９、及び、電源リレー７０のリレーコイルが駆動回路６
８を介して接続されると共に、イグナイタ３７が接続さ
れている。

【００６２】そして、イグニッションスイッチ７２がＯ
Ｎされると、電源リレー７０がＯＮし、定電圧回路６７
を介して各部に定電圧が供給され、ＥＣＵ６０が各種制
御を実行する。すなわち、ＥＣＵ６０においてＣＰＵ６
１が、ＲＯＭ６２に格納されている制御プログラムに基
づき、Ｉ／Ｏインターフェイス６６を介して各種センサ
からの検出信号を入力処理し、ＲＡＭ６３及びバックア
ップＲＡＭ６４に記憶されている各種データ、ＲＯＭ６
２に格納されている固定データに基づき、各種制御量を
演算する。

【００６３】そして、ＥＣＵ６０は、駆動回路６８を介
して、前述の如く、予め設定しておいたマップに基づき
排気カット弁用アクチュエータ３０、可変ディフューザ
用アクチュエータ２６にデューティ信号等の制御信号を
出力し、ターボ過給機２１に関するタービン側容量とコ
ンプレッサ側容量設定に関する制御を行い、また、排気
カット弁用アクチュエータ３０、ウエストゲート弁制御
デューティソレノイド弁３３に制御信号を出力し、過給
圧制御を行う。また、演算した燃料噴射量を定める駆動
パルス幅信号を所定のタイミングで該当気筒のインジェ
クタ３４に出力して燃料噴射制御を行い、また、所定の
タイミングでイグナイタ３７に点火信号を出力して点火
時期制御を実行し、ＩＳＣ弁２０に制御信号を出力して
アイドル回転数制御等を実行する。

【００６４】以下、ＥＣＵ６０で実行される、ターボ過
給機に関するタービン側容量とコンプレッサ側容量設定
に関する制御について、図５のフローチャートで説明す
る。

【００６５】まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１
０１で必要なパラメータを読み込み、Ｓ１０２に進み、
エンジン１が回転中か否か判定する。そして、この判定
の結果、エンジン１が停止しているのであればＳ１０７
にジャンプし、エンジン１が回転中であればＳ１０３に
進む。

【００６６】Ｓ１０２の判定でエンジン回転中と判定し
てＳ１０３に進むと、エンジン回転数とエンジン負荷の
演算（或いは、既に演算したものを参照でも良い）が行
われる。

【００６７】そして、Ｓ１０４に進み、図４に示すマッ
プを参照し、エンジン回転数が高回転且つエンジン負荷
が高負荷状態か判定され、エンジン回転数が高回転且つ
エンジン負荷が高負荷状態の場合は、Ｓ１０６に進む。

【００６８】Ｓ１０４の判定の結果、エンジン回転数が
高回転且つエンジン負荷が高負荷状態ではない場合はＳ
１０５に進み、図４に示すマップを参照し、エンジン回
転数が低回転且つエンジン負荷が低負荷状態か判定さ
れ、エンジン回転数が低回転且つエンジン負荷が低負荷
状態の場合は、Ｓ１０７に進み、それ以外の場合はＳ１
０８に進む。

【００６９】こうして、Ｓ１０４からエンジン回転数が
高回転且つエンジン負荷が高負荷状態であるとしてＳ１
０６に進むと、前述の領域Ａにおける制御が実行され
る。すなわち、タービン側では、排気カット弁２９を開
いて全ての通路から排気ガスをタービンに供給して排圧
の上昇によるエンジン出力の低下を防止する。これと同
時に、コンプレッサ側では、案内プレート２７をコンプ
レッサディフューザ部２５に突出させて高速高流量の吸
気をエンジン１に供給してエンジン１の運転状態に見合
った効率の良い過給圧制御を行わせる。

【００７０】また、Ｓ１０２でエンジン停止、或いは、
Ｓ１０５からエンジン回転数が低回転且つエンジン負荷
が低負荷状態であるとしてＳ１０７に進むと、前述の領
域Ｂにおける制御が実行される。すなわち、タービン側
では、排気カット弁２９を閉じて一部の通路のみからタ
ービンに排気ガスを供給することにより、排気ガスの流
速を高めて所要の過給効果を確保する。これと同時に、
コンプレッサ側では、案内プレート２７をコンプレッサ
ディフューザ部２５から引き込ませてエンジン１の運転
状態に見合った低速低流量の吸気をエンジン１に供給し
て効率の良い過給圧制御が行わせる。

【００７１】更に、Ｓ１０５でエンジン回転数が低回転
且つエンジン負荷が低負荷状態ではないと判定してＳ１
０８に進んだ場合は、前述の領域Ｃにおける制御が実行
される。すなわち、タービン側では、排気カット弁２９
を閉じて一部の通路のみからタービンに排気ガスを供給
することにより、排気ガスの流速を高めて所要の過給効
果を確保する。これと同時に、コンプレッサ側では、案
内プレート２７をコンプレッサディフューザ部２５に突
出させて高速高流量の吸気をエンジン１に供給する。こ
れにより、特に自動変速機仕様の車両のキックダウン等
の急激なエンジン回転上昇時の過給レスポンスの向上を
図れるようになっている。尚、前述の如く、このＳ１０
８では、車両諸元（車両重量や、エンジン出力特性の設
定等）や運転状態（変速位置等）により、領域Ｃは、以
下のように設定することも可能である。すなわち、特に
比較的低負荷領域側で、タービン側では、排気カット弁
２９を開き、これと同時に、コンプレッサ側では、案内
プレート２７をコンプレッサディフューザ部２５から引
き込ませる。これにより、排圧を下げ、燃費の向上を図
り、また、タービン回転数が下がるのでコンプレッサ側
を低流量側としてターボ効率を向上する。

【００７２】次に、ＥＣＵ６０で実行される過給圧制御
について、図６のフローチャートで説明する。

【００７３】まず、Ｓ２０１で、図４に示すマップを参
照し、現在のターボ過給機２１に関するタービン側容量
とコンプレッサ側容量の設定が、排気カット弁２９を閉
じる領域にあるか否か、すなわち、図４のマップで、領
域Ｂ又は領域Ｃの状態か否か判定する。

【００７４】この判定の結果、排気カット弁２９を閉じ
る領域にないと判定した場合は、Ｓ２０２に進み、目標
過給圧が予め設定しておいた閾値（設定値２）より大き
いか判定し、大きい場合はＳ２０３に進んで、ウエスト
ゲート弁３１を制御して過給圧制御を実行する。また、
このＳ２０２の判定の結果、目標過給圧が設定値２以下
の場合は、そのままプログラムを抜ける。

【００７５】一方、Ｓ２０１で、排気カット弁２９を閉
じる領域にあると判定した場合は、Ｓ２０４に進み、目
標過給圧が予め設定しておいた閾値（設定値１）より大
きいか判定し、大きい場合はＳ２０５に進んで、排気カ
ット弁２９を制御して過給圧制御を実行する。また、こ
のＳ２０４の判定の結果、目標過給圧が設定値１以下の
場合は、そのままプログラムを抜ける。

【００７６】ここで、上述のＳ２０５で実行される排気
カット弁２９を制御して実行する過給圧制御は、例え
ば、図７に示すフローチャートの如く行われる。

【００７７】まず、Ｓ３０１で過給圧制御領域にあるか
否か判定し、過給圧制御領域にない場合は、Ｓ３０２に
進み、今回、排気カット弁用アクチュエータ３０に出力
する信号ＤＵＴＹnを０、すなわち、ＤＵＴＹn＝０とし
てルーチンを抜ける。

【００７８】逆に、Ｓ３０１で過給圧制御領域にあると
判定した場合は、Ｓ３０３に進み、目標過給圧からの実
際の過給圧（実過給圧）の差が予め設定しておいた閾値
（設定値３）以上か、すなわち、目標過給圧−実過給圧
≧設定値３か判定する。

【００７９】このＳ３０３の判定の結果、目標過給圧−
実過給圧≧設定値３で、過給圧の偏差が大きい場合はＳ
３０４に進み、今回、排気カット弁用アクチュエータ３
０に出力する信号ＤＵＴＹnをＤＵＴＹn＝ＤＵＴＹＢ＋
Ｐ＋Ｉn-1＋ｉ（ＤＵＴＹＢはスロットル開度とエンジ
ン回転数とから演算される基本ＤＵＴＹ値、Ｐはフィー
ドバック項の比例分、Ｉn-1はフィードバック項の積分
分、ｉは積分分変化率）として、開度を大きくしてルー
チンを抜ける。

【００８０】一方、Ｓ３０３の判定の結果、目標過給圧
−実過給圧＜設定値３の場合は、Ｓ３０５に進み、目標
過給圧からの実過給圧の差が予め設定しておいた閾値
（設定値４；但し、設定値３＞設定値４）以下か、すな
わち、目標過給圧−実過給圧≦設定値４か判定する。

【００８１】このＳ３０５の判定の結果、目標過給圧−
実過給圧≦設定値４で、過給圧の偏差が小さい場合はＳ
３０６に進み、今回、排気カット弁用アクチュエータ３
０に出力する信号ＤＵＴＹnをＤＵＴＹn＝ＤＵＴＹＢ−
Ｐ＋Ｉn-1−ｉとして、開度を小さくしてルーチンを抜
ける。

【００８２】逆に、目標過給圧−実過給圧＞設定値４の
場合（すなわち、設定値４＜目標過給圧−実過給圧＜設
定値３の場合）はＳ３０７に進み、今回、排気カット弁
用アクチュエータ３０に出力する信号ＤＵＴＹnを前
回、排気カット弁用アクチュエータ３０に出力した信号
ＤＵＴＹn-1として、すなわち、ＤＵＴＹn＝ＤＵＴＹn-
1としてルーチンを抜ける。

【００８３】このように、本実施の形態においては、排
気カット弁２９が閉じた状態で、過給状態が設定過給圧
値から排気カット弁２９を全開とする過給圧値の間の領
域では、排気カット弁２９の開度を制御して過給圧制御
を精度良く適切に実行するように構成されている。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ンプレッサ側の容量変化とタービン側の容量変化とをエ
ンジンの運転状態に応じ制御して、ターボ過給機の容量
変化を大きくし、低空気量から高空気量に至るまで効率
よく最適な過給特性を発揮することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ターボ過給機付エンジンの全体構成説明図

【図２】電子制御系の回路構成図

【図３】排気カット弁の開閉動作の概略説明図

【図４】エンジン回転数とエンジン負荷で設定する各領
域の説明図

【図５】ターボ過給機に関するタービン側容量とコンプ
レッサ側容量設定に関する制御プログラムのフローチャ
ート

【図６】過給圧制御のフローチャート

【図７】排気カット弁による過給圧制御のフローチャー
ト

【符号の説明】

１ ターボ過給機付エンジン ２１ ターボ過給機 ２３ コンプレッサ ２４ タービン ２５ コンプレッサディフューザ部 ２６ 可変ディフューザ用アクチュエータ ２７ 案内プレート（コンプレッサ側容量可変手段） ２８ タービンスクロール部 ２８ａ 第１の排気通路 ２８ｂ 第２の排気通路 ２９ 排気カット弁（タービン側容量可変手段） ３０ 排気カット弁用アクチュエータ ３１ ウエストゲート弁 ６０ ＥＣＵ（制御手段）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｐ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｎ ３０１Ｒ Ｆターム(参考） 3G005 EA04 EA15 FA05 GA02 GA07 GB16 GB24 GB28 GC04 GC08 GD13 GD14 GD17 GD18 GE01 GE09 GE10 JA02 JA24 JA39 JA42 JA45 3G092 AA15 AA18 DB03 DC12 DG06 DG09 EA22 EC08 FA01 GA05 GA06 GA17 GA18 HA05Z HA11Z HA16X HA16Z HC05Z HE01Z HE03Z HE05Z HE06Z

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターボ過給機のコンプレッサ側を通過す
   る吸気の流量を可変自在なコンプレッサ側容量可変手段
   と、 上記ターボ過給機のタービン側を通過する排気ガスの流
   量を可変自在なタービン側容量可変手段と、 エンジン運転状態に応じて上記コンプレッサ側容量可変
   手段と上記タービン側容量可変手段とを制御する制御手
   段と、 を備えたことを特徴とするターボ過給機付エンジン。
2. 【請求項２】 上記コンプレッサ側容量可変手段は、上
   記ターボ過給機のコンプレッサディフューザ部に突没自
   在な案内プレートを有してい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。
3. 【請求項３】 上記コンプレッサ側容量可変手段は、上
   記ターボ過給機のコンプレッサディフューザ部に角度が
   可変自在な案内プレートを有してい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。
4. 【請求項４】 上記タービン側容量可変手段は、上記タ
   ーボ過給機のタービンスクロール部を複数の排気通路で
   形成し、該排気通路の少なくとも１つの通路入口部に排
   気カット弁を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求
   項３の何れか１つに記載のターボ過給機付エンジン。
5. 【請求項５】 上記制御手段は、エンジンが高回転かつ
   高負荷の運転状態では上記案内プレートを高流量側とす
   ると共に上記排気カット弁を開き、エンジンが低回転か
   つ低負荷の運転状態では上記案内プレートを低流量側と
   すると共に上記排気カット弁を閉じ、上記エンジン運転
   状態以外では低負荷領域側で上記案内プレートを高流量
   側とすると共に上記排気カット弁を閉じることを特徴と
   する請求項４記載のターボ過給機付エンジン。
6. 【請求項６】 上記制御手段は、エンジンが高回転かつ
   高負荷の運転状態では上記案内プレートを高流量側とす
   ると共に上記排気カット弁を開き、エンジンが低回転か
   つ低負荷の運転状態では上記案内プレートを低流量側と
   すると共に上記排気カット弁を閉じ、上記エンジン運転
   状態以外では低負荷領域側で上記案内プレートを低流量
   側とすると共に上記排気カット弁を開くことを特徴とす
   る請求項４記載のターボ過給機付エンジン。
7. 【請求項７】 上記排気カット弁は、開く際は、排気ガ
   ス流の下流側に向けて開くことを特徴とする請求項４乃
   至請求項６の何れか１つに記載のターボ過給機付エンジ
   ン。
8. 【請求項８】 上記制御手段は、上記排気カット弁が閉
   じた状態で、過給状態が設定過給圧値から上記排気カッ
   ト弁を全開とする過給圧値の間の領域では、上記排気カ
   ット弁の開度を制御して過給圧制御を実行することを特
   徴とする請求項７記載のターボ過給機付エンジン。
9. 【請求項９】 上記排気カット弁は、開く際は、排気ガ
   ス流の上流側に向けて開くことを特徴とする請求項４乃
   至請求項６の何れか１つに記載のターボ過給機付エンジ
   ン。
10. 【請求項１０】 上記タービン側容量可変手段は、上記
    ターボ過給機のタービンスクロール部に排気ガスの流量
    を可変する角度変化自在な排気側ベーンを設けて形成す
    ることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つ
    に記載のターボ過給機付エンジン。
11. 【請求項１１】 上記制御手段は、エンジンが高回転か
    つ高負荷の運転状態では上記案内プレートを高流量側と
    すると共に上記排気側ベーンを高流量側とし、エンジン
    が低回転かつ低負荷の運転状態では上記案内プレートを
    低流量側とすると共に上記排気側ベーンを低流量側と
    し、上記エンジン運転状態以外では低負荷領域側で上記
    案内プレートを高流量側とすると共に上記排気側ベーン
    を低流量側とすることを特徴とする請求項１０記載のタ
    ーボ過給機付エンジン。
12. 【請求項１２】 上記制御手段は、エンジンが高回転か
    つ高負荷の運転状態では上記案内プレートを高流量側と
    すると共に上記排気側ベーンを高流量側とし、エンジン
    が低回転かつ低負荷の運転状態では上記案内プレートを
    低流量側とすると共に上記排気側ベーンを低流量側と
    し、上記エンジン運転状態以外では低負荷領域側で上記
    案内プレートを低流量側とすると共に上記排気側ベーン
    を高流量側とすることを特徴とする請求項１０記載のタ
    ーボ過給機付エンジン。