JP2717255B2

JP2717255B2 - 内燃機関の過給圧制御装置

Info

Publication number: JP2717255B2
Application number: JP63046412A
Authority: JP
Inventors: 克彦豊田
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1988-02-29
Publication date: 1998-02-18
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JPH01219319A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は内燃機関の過給圧制御装置に係り、特に低
温時等において過給圧が徒に高くなるのを防止し得ると
ともに、燃料噴射弁やエアフローメータ等を含む吸排気
系構成要素の容量を小さくして廉価とし、しかも吸排気
系構成要素の容量及び仕様の決定を簡単に果し得る内燃
機関の過給圧制御装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の出力を向上させるべく内燃機関に吸気を圧
送する過給機においては、過給圧が上昇し過ぎると過給
機や内燃機関の損傷を招くことになる。そこで、従来
は、過給圧が外気温度や機関回転数等によって決定され
る設定値に達した際に、過給機のコンプレッサ下流側の
吸気の一部を上流側にリリーフさせて設定値を越えない
ように制御するものや、あるいは第６図に示す如く過給
機の排気タービン上流側の排気の一部を下流側にバイパ
スさせて設定値を越えないよう制御するものがある。即
ち、第６図において、２は内燃機関、４は過給機、10は
吸気通路、12は排気通路である。過給機４は、吸気通路
12に臨ませて設けたコンプレッサ６を排気通路12に臨ま
せて設けた排気タービン８により回転させ、エアクリー
ナ16から取入れた空気を圧送するものである。コンプレ
ッサ６から内燃機関２の燃焼室26に至る吸気通路10に
は、吸気絞り弁18を設けてある。なお、符号14は空気量
を検出するエアフローメータ、20はサージタンク、30は
燃料噴射弁である。

このような内燃機関２の過給機４の排気タービン８を
迂回して排気通路12を連通するバイパス通路32を設け
る。バイパス通路32は、排気タービン８の上流側の第１
排気通路12−１に設けた入口34に開口始端させ、前記排
気タービン８の下流側の第２排気通路12−２に設けた出
口36に開口終端させて設ける。このバイパス通路12は、
入口34を開閉するスイング式のウエイストゲート弁38を
設ける。

ウエイストゲート弁38は、アクチュエータ40により作
動される。アクチュエータ40は、本体42内にダイヤフラ
ム44により区画形成した圧力室46と大気室48とを有して
いる。ダイヤフラム44にはロッド50の一端側が接続さ
れ、このロッド50の他端側は前記ウエイストゲート弁38
の回動レバー52に連結されている。前記圧力室46には、
コンプレッサ６の下流側の第２吸気通路10−１に開口始
端する導圧通路56を開口終端させて設ける。また、ダイ
ヤフラム44により区画形成された大気室48内には、圧力
室46の縮小方向に付勢するスプリング54を弾圧して設け
る。

これにより、アクチュエータ40は、圧力室46に作用す
る過給圧とスプリングの付勢力とにより作動ロッド50を
押進・引退動させ、この作動ロッド50の押進・引退動に
よりウエイストゲート弁38を開閉作動して排気の一部を
バイパスさせ、過給圧を設定値に制御している。

また、このような内燃機関の過給圧制御装置として
は、例えば特公昭60−5773号公報に開示されている。こ
の公報に記載のものは、過給機より下流の過給圧を調整
する過給圧調整装置と、過給圧の最高値がエンジンの低
中速回転域ではエンジンの回転数に無関係にほぼ一定に
なり、エンジンの高速回転域ではエンジン回転数の上昇
に伴って徐々に低下する特性に調整されるように過給圧
調整装置を制御させることにより、吸入空気量がさほど
多くない内燃機関の低中速回転高負荷運転時においても
過給圧が異常に高くなるのを阻止し、ノッキングの誘発
を防止するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、過給圧制御装置においては、第７図に示す
如く、設定常温時空気量として、略常温である外気温度
が25℃時の全開空気量が設定（Ｓライン）されており、
機関回転数に応じて吸入空気量が決定されている。即
ち、第７図において、外気温度が25℃の際に、Ｍから加
速した際に、吸入空気量がＳラインよりも多くなるが、
この吸入空気量がＳラインを越えた後に直ぐにＳライン
に収束され、これにより、過給圧が上昇するのを防止し
ている。

しかしながら、第８図に示す如く、外気温度が低くな
って−20℃の際には、空気密度が大きくなり、上述のＳ
ラインで設定した第６図におけるアクチュエータ40のス
プリング54のばね荷重では、バイパス通路32から排出す
る排気量が外気温度が25℃で設定した場合と略変わらな
いので、吸入空気量が多くなり、このため、過給圧が徒
に高くなってしまい、最悪の場合には内燃機関の損傷を
招くという不都合があり、改善が望まれていた。

また、低温時等において吸入空気量が増加し、過給圧
が増大した場合のことを考慮すると、燃料噴射弁やエア
フローメータ等を含む吸排気系構成要素の容量を大きく
する必要があり、高価になってしまい、また、吸排気系
構成要素の容量及び仕様の決定が困難になるという不都
合があった。

〔発明の目的〕

そこで、この発明の目的は、上述の不都合を除去すべ
く、緩加速時や暖機後の急加速時には吸入空気量を設定
常温空気量に収束させ、低温時においても吸入空気量を
調整して過給圧が徒に高くなるのを防止して、内燃機関
の損傷を回避させるとともに、燃料噴射弁やエアフロー
メータ等を含む吸排気構成要素の容量を小さくして廉価
とし、しかも吸排気系構成要素の容量及び仕様の決定を
簡単に果し得る内燃機関の過給圧制御装置を実現するに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために、この発明は、過給機の排
気タービンを迂回して排気通路を連通するバイパス通路
に設けたウエイストゲート弁により内燃機関に供給する
過給圧を制御する内燃機関の過給圧制御装置において、
前記ウエイストゲート弁を動作するアクチュエータを設
け、このアクチュエータの圧力室に作用させる前記過給
機のコンプレッサ下流側吸気通路の圧力を調整する圧力
制御弁を設け、設定常温時空気量とこの設定常温時空気
量よりも大きい過給圧制御判定空気量とこの過給圧制御
判定空気量よりも大きい加速時制御判定空気量とが機関
回転数状態に応じて設定されて前記内燃機関への吸気温
度状態に拘らず緩加速時に吸入空気量が前記過給圧制御
判定空気量を基準にして前記設定常温時空気量に収束す
べく前記圧力制御弁を作動制御するとともに暖機後の急
加速時には吸入空気量が前記加速時制御判定空気量を基
準にして前記設定常温時空気量に収束すべく前記圧力制
御弁を作動制御する制御手段を設けたことを特徴とす
る。

〔作用〕

この発明の構成によれば、低温時等において空気密度
が大きい場合に、制御手段は、吸気温度状態に拘らず、
緩加速時に吸入空気量が過給圧制御判定空気量を基準に
して、また、緩暖後の急加速時には吸入空気量が加速時
制御判定空気量を基準にして、アクチュエータの圧力室
にウエイストゲート弁がバイパス通路を開放するような
圧力を作用すべく圧力制御弁を作動し、吸入空気量を調
整して過給圧を制御する。これにより、低温時等に、過
給圧が低くなり、内燃機関の損傷を回避させるとができ
る。また、燃料噴射弁やエアフローメータ等を含む吸排
気弁構成要素の容量は低温時における過給圧の増大を考
慮する必要がないので、吸排気系構成要素の容量を小さ
くすることができるとともに、吸排気系構成要素の容量
及び仕様の決定が簡単になる。

〔実施例〕

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体
的に説明する。

第１〜５図は、この発明の実施例を示すものである。
図において、２は内燃機関、４はコンプレッサ６と排気
タービン８とにより構成された過給機、10は吸気通路、
12は排気通路である。過給機４のコンプレッサ６上流側
の第１吸気通路10−１にエアフローメータ14を介してエ
アクリーナ16が設けられ、またコンプレッサ６下流側の
第２吸気通路10−２には吸気絞り弁18を介してサージタ
ンク20が備えられている。このサージタンク20下流側の
第３吸気通路10−３は、吸気ポート22に連通している。
この吸気ポート22は、吸気弁24を介して内燃機関２の燃
焼室26に連通している。また、この燃焼室26は、排気弁
28を介して第１排気通路12−１に連通している。この第
１排気通路12−１下流側に過給機４の排気タービン８が
設けられ、またこの排気タービン８下流側には第２排気
通路12−２が連通している。

また、吸気ポート22に臨んで、燃料噴射弁30が設けら
れている。

前記過給機４の排気タービン８を迂回し第１排気通路
12−１と第２排気通路12−２とを連通すべく、バイパス
通路32が設けられている。このバイパス通路32は、一端
側が第１排気通路12−１に開口する入口34に接続すると
ともに、他端側が第２排気通路12−１に開口する出口36
に接続している。このバイパス通路32の入口34は、ウエ
イストゲート弁38により開閉される。このウエイストゲ
ート弁38は、アクチュエータ40により作動されるもので
ある。

このアクチュエータ40には、本体42内のダイヤフラム
44によって圧力室46と大気室48とが区画形成される。こ
のダイヤフラム44の一面に作動ロッド50の一端側が接続
され、この作動ロッド50の他端側がウエイストゲート弁
38に連結する回動レバー52に連設している。

また、前記アクチュエータ40の本体42の大気室48に
は、ダイヤフラム44を圧力室46の縮小方向に付勢するス
プリング54が配設されている。

前記アクチュエータ40の圧力室46には、過給機４下流
側の第２吸気通路10−２に一端側が開口する導圧通路56
の他端側が開口している。

この導圧通路56途中には、一端側が該導圧通路56に開
口するとともに、他端側が過給機４上流側の第１吸気通
路10−１に連通する圧力制御用通路58が連通している。

この圧力制御用通路58途中には、前記導圧通路56から
アクチュエータ40の圧力室46に作用する圧力を調整する
圧力制御弁60が設けられている。また、前記圧力制御用
通路58において圧力制御弁60よりも導圧通路56側には、
この導圧通路56から圧力制御弁60に作用する圧力を所定
に調整すべく所定開口面積を有する絞り61が設けられて
いる。

前記圧力制御弁60には、温度状態、例えば外気温度に
拘らず、該圧力制御弁60を内燃機関２に供給する吸入空
気量が調整されるように作動制御する制御手段62が連絡
している。

この制御手段62には、吸入空気量を検出するようにエ
アフローメータ14と、吸気絞り弁18の開度や加速状態を
検出するようにスロットルセンサ62と、過給圧を検出す
べくサージタンク20に設けられた圧力センサ66と、内燃
機関２の冷却水温度を検出する水温センサ68と、吸気温
度を検出すべくエアクリーナ16近傍の第１吸気通路10−
１に設けられた吸気温センサ70と、そして燃料噴射弁30
とが連絡している。

また、前記制御手段62には、第４図に示す如く、吸入
空気量の設定値である設定常温時空気量としての外気温
度25℃時全開空気量（Ａライン）と、この外気温度25℃
時全開空気量（Ａライン）よりも吸入空気量が大きい吸
入空気量の制御の判定値としての過給圧制御判定空気量
（Ｂライン）と、この過給圧制御判定空気量（Ｂライ
ン）よりも吸入空気量が大きい加速時の判定値としての
加速時制御判定量（Ｃライン）とが機関回転数状態に応
じて設定されている。即ち、この第４図においては、過
給圧無制御時を示すもので、位置「０」から急加速した
場合に、吸入空気量が、Ａライン及びＢラインを越えて
多くなるが、すぐにＡラインに収束され、また、位置
「Ｐ」から緩加速をした場合に、吸入空気量が、Ａライ
ンよりも少し多くなるが、すぐにＡラインに収束され
る。

更に、前記制御手段62には、第５図に示す如く、上述
の第４図の場合と同様にＡ、Ｂ、Ｃラインが設定される
とともに、ＡラインとＢラインとの間には、制御値とし
て過給圧制御空気量（Ｄライン）が設定されている。即
ち、この第５図においては、過給圧制御時を示すもので
あり、過給圧制御時に、吸入空気量をＡラインとＢライ
ン間で制御するものである。

次に、この実施例の作用を、第３図のフローチャート
及び第４、５図における機関回転数と吸入空気量との関
係を示す図に基づいて説明する。

例えば、第４、５図において、位置「Ｏ」から急加速
をした際に、吸入空気量は、破線Ｘのように変化する。
そして、制御手段62においてプログラムがスタート（ス
テップ102）すると、先ず、吸入空気量Qa＞外気温度25
℃時の全開空気量Ａを判断する（ステップ104）。

このステップ104においてQa＜ＡでNOの場合には、こ
の判断状態を継続させる。

一方、前記ステップ104においてQa＞ＡでYESの場合に
は、つまり、第４図において、吸入空気量がＡライン及
びＢラインよりも多くなった際に、内燃機関２の冷却水
温度Tw＞暖機判定冷却水温度Tw₁を判断する（ステップ1
06）。つまり、内燃機関２が暖気されたか否かを判定さ
せる。

このステップ106においてTw＞Tw₁でNOの場合には、吸
入空気量Qa＞過給圧制御判定空気量Ｂを判断する（ステ
ップ108）。このステップ108においてQa＜ＢでNOの場合
には、前記ステップ104に戻す。

また、第４、５図において、位置「Ｐ」から緩加速を
した時には、吸入空気量が破線Ｙのように変化し、そし
て、この吸入空気量は、Ａライン又はＢラインよりも多
くなった後に、Ａラインにすぐに収束される。

前記ステップ108においてQa＞ＢでYESの場合には、圧
力制御弁60（VSV）を閉作動する（ステップ110）。この
ように圧力制御弁60を閉鎖させることにより、アクチュ
エータ40の圧力室46に作用する圧力を増大せしめ、作動
ロッド50及び回動レバー52を介してウエイストゲート弁
38を入口34から離間させて、排気をバイパス通路32から
排出させ、過給圧を低下させる。

次いで、ステップ112において吸入空気量Qa＜外気温
度25℃時全開空気量Ａを判断する。このステップ112に
おいてQa＞ＡでNOの場合には、前記ステップ110に戻
す。

一方、前記ステップ112においてQa＜ＡでYESの場合に
は、圧力制御弁60を開作動する（ステップ114）。即
ち、圧力制御弁60は、圧力制御用通路58を開放し、導圧
通路56からの一部圧力を第１吸気通路10−１側に流去さ
せることにより、アクチュエータ40の圧力室46に作用す
る圧力を低下せしめ、入口34を閉鎖すべくウエイストゲ
ート弁38を作動させて過給圧を高くする。そして、前記
ステップ114で圧力制御弁60を開作動した後は、後述す
るステップ130に移行させる。

一方、前記ステップ106においてTw＞Tw₁でYESの場合
には、つまり内燃機関２が暖気された際には、吸気絞り
弁変化量／時間ΔTH＞加速判定吸気絞り弁変化量／時間
ΔTH₁の判断をする（ステップ116）。つまり、暖機後
に、加速度合いを判断するために、Ａラインを越える前
の一定時間内の吸気絞り弁18の変化量と吸入空気の変化
量とを判定する。

このステップ116においてΔTH＜ΔTH₁でNOの場合に
は、ステップ118において吸入空気量Qa＞過給圧制御判
定空気量Ｂを判断させる（ステップ118）。

このステップ118においてQa＜ＢでNOの場合には、前
記ステップ116に戻す。

一方、前記ステップ118においてQa＞Ｂの場合には、
後述するステップ124に移行させ、圧力制御弁60を閉鎖
させる。

前記ステップ116においてΔTH＞TH₁でYESの場合に
は、吸入空気変化量／時間ΔQa＞加速判定吸入空気変化
量／時間ΔQa₁を判断する（ステップ120）。

このステップ120においてΔQa＜ΔQa₁でNOの場合に
は、前記ステップ118に戻す。

前記ステップ120においてΔQa＞ΔQa₁でYESの場合に
は、つまり急加速の場合には、吸入空気量Qa＞加速時制
御判定空気量Ｃを判断する（ステップ122）。このステ
ップ122においてQa＜ＣでNOの場合には、前記ステップ1
16に戻す。

前記ステップ122においてQa＞ＣでYESの場合には、つ
まり、吸入空気量がＣラインを越えた場合には、圧力制
御弁60を閉鎖させる（ステップ124）。

次いで、ステップ126において吸入空気量Qa＜外気温
度25℃時の全開空気量Ａを判断する。つまり、吸入空気
量がＡラインを下回ったかを判定する。このステップ12
6においてQa＞ＡでNOの場合には、前記ステップ124に戻
して圧力制御弁60を閉鎖させておく。

一方、前記ステップ126においてQa＜ＡでYESの場合に
は、圧力制御弁60を開放する（ステップ128）。

次に、ステップ130において吸入空気量Qa＞外気温度2
5℃時の全開空気量Ａを判断する。つまり吸気絞り弁18
が全開のままか、減速状態なのかを判定させる。このス
テップ130においてQa＜ＡでNOの場合には、前記ステッ
プ116に戻す。つまり、内燃機関２が減速と判定する。

前記ステップ130においてQa＞ＡでYESの場合には、吸
入空気量Qa＞過給圧制御空気量Ｄを判断する（ステップ
132）。このステップ132においてQa＜ＤでNOの場合に
は、前記ステップ130に戻す。

一方、前記ステップ132においてQa＞ＤでYESの場合に
は、ステップ134において圧力制御弁60を閉鎖し、その
後、前記ステップ126に戻す。つまり、吸気絞り弁18が
全開の間は、ＡラインとＤラインとの間で圧力制御弁62
のON−OFFを繰返し、アクチュエータ40の圧力室46に作
用する圧力を増減する。これにより、アクチュエータ40
の圧力室46に作用する導圧通路56の圧力を調整し、作動
ロッド50及び回動レバー52を動作させて、ウエイストゲ
ート弁38を開閉動作させる。

この結果、特に低温時等において空気密度が高い場合
に、吸入空気量を調整して過給圧が徒に増大するのを防
止し、内燃機関２が損傷するという危険性をなくすこと
が可能となる。

また、吸排気系構成要素の一である燃料噴射弁30の容
量を、低温時の吸入空気量の増加で、過給圧の増大を考
慮する必要がないので、小さく設定することができ、廉
価とし得る。

更に、燃料噴射弁30やエアフローセンサ14等の吸排気
系構成要素の容量の設定をテストして決定する際に、低
温時などの吸入空気量の増加分を考慮する必要がないの
で、常温の要求で決定することができ、吸排気系構成要
素の容量及び仕様の決定が簡単となり、実用上有利であ
る。

なお、この実施例においては、制御の例として吸入空
気量を挙げて説明したが、その他に圧力センサの出力電
圧、制御手段62の負荷データ、制御手段62からの燃料噴
射弁30への噴射時間等に置き換えて同様の制御を行わせ
ることができることは勿論である。

また、この実施例によれば、機関回転数毎に最大吸入
空気量及び圧力制御弁60のON−OFF制御空気量を設定す
ることができ、また、１回目の圧力制御弁60の作動空気
量のON−OFF制御空気量とを別々に設定することがで
き、更に急加速時と緩加速時の圧力制御弁60の作動空気
量とを別々設定することができる。

更に、急加速時においては、圧力制御弁60の作動を遅
らせて圧力制御弁60が頻繁に作動するのを防止すること
ができる。

更にまた、暖機前と暖機後の圧力制御弁60の作動空気
量を別々に設定し、また、ON−OFF制御後の圧力制御弁6
0の作動空気量の差を圧力で0.5kg/cm²以下にすることが
でき、実用上大なる効果を有する。

〔発明の効果〕

以上詳細な説明から明らかなようにこの発明によれ
ば、ウエイストゲート弁を動作するアクチュエータを設
け、アクチュエータの圧力室に作用する過給機のコンプ
レッサ下流側吸気通路の圧力を調整する圧力制御弁を設
け、設定常温時空気量とこの設定常温時空気量よりも大
きい過給圧制御判定空気量とこの過給圧制御判定空気量
よりも大きい加速時制御判定空気量とが機関回転数状態
に応じて設定されて内燃機関への吸気温度状態に拘らず
緩加速時に吸入空気量が過給圧制御判定空気量を基準に
して設定常温時空気量に収束すべく圧力制御弁を作動制
御するとともに暖機後の急加速時には吸入空気量が加速
時制御判定空気量を基準にして設定常温時空気量に収束
すべく圧力制御弁を作動制御する制御手段を設けたこと
により、低温時等において吸入空気量を調整して過給圧
が徒に高くなるのを防止して、内燃機関の損傷を回避さ
せるとともに、吸排気系構成要素の容量を小さくして廉
価とし、しかも吸排気系構成要素の容量及び仕様の決定
を簡単に果し得て、実用上有利である。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図はこの発明の実施例を示し、第１図は過給圧
制御装置の構成図、第２図は第１図における過給圧制御
装置の要部拡大構成図、第３図は過給圧制御のフローチ
ャート、第４図は過給圧無制御時における機関回転数と
吸入空気量との関係を示す図、第５図は過給圧制御時に
おける機関回転数と吸入空気量との関係を示す図であ
る。第６図は従来の過給圧制御装置の構成図、第７図は外気
温度が25℃における機関回転数と吸入空気量との関係を
示す図、第８図は外気温度が−20℃における機関回転数
と吸入空気量との関係を示す図である。図において、２は内燃機関、４は過給機、10は吸気通
路、18は吸気絞り弁、30は燃料噴射弁、32はバイパス通
路、34は入口、36は出口、38はウエイストゲート弁、40
はアクチュエータ、46は圧力室、56は導圧通路、58は圧
力制御用通路、60は圧力制御弁、61は絞り、62は制御手
段、60はスロットルセンサ、66は圧力センサ、68は水温
センサ、そして70は吸気温センサである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】過給機の排気タービンを迂回して排気通路
を連通するバイパス通路に設けたウエイストゲート弁に
より内燃機関に供給する過給圧を制御する内燃機関の過
給圧制御装置において、前記ウエイストゲート弁を動作
するアクチュエータを設け、このアクチュエータの圧力
室に作用させる前記過給機のコンプレッサ下流側吸気通
路の圧力を調整する圧力制御弁を設け、設定常温時空気
量とこの設定常温時空気量よりも大きい過給圧制御判定
空気量とこの過給圧制御判定空気量よりも大きい加速時
制御判定空気量とが機関回転数状態に応じて設定されて
前記内燃機関への吸気温度状態に拘らず緩加速時に吸入
空気量が前記過給圧制御判定空気量を基準にして前記設
定常温時空気量に収束すべく前記圧力制御弁を作動制御
するとともに暖機後の急加速時には吸入空気量が前記加
速時制御判定空気量を基準にして前記設定常温時空気量
に収束すべく前記圧力制御弁を作動制御する制御手段を
設けたことを特徴とする内燃機関の過給圧制御装置。