JP3537820B2 - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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JP3537820B2
JP3537820B2 JP51999393A JP51999393A JP3537820B2 JP 3537820 B2 JP3537820 B2 JP 3537820B2 JP 51999393 A JP51999393 A JP 51999393A JP 51999393 A JP51999393 A JP 51999393A JP 3537820 B2 JP3537820 B2 JP 3537820B2
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、内燃機関用加圧給気機器に関する。 この加圧給気機器は一般的に、周知された実施例の場
合、空気圧で制御されるウェイストゲート機構により機
関ブースト・レベルが制御されるようにしたターボ過給
機または過給機でも良い。機関ブースト・レベルは、吸
気マニホルド内の給気がターボ過給機や過給機により圧
縮される、大気のそれと相対的な圧力レベル、として定
義される。ブースト・レベルを制御するウェイストゲー
トの状態は、次いで、ブースト制御電磁弁で調整される
空気圧を制御することによって制御される。ウェイスト
ゲート作動器機構と圧力源(もしくは溜め)との間に取
り付けられたブースト制御電磁弁は、電気制御信号によ
り作動される。これは、電圧、周波数または使用率(働
いている時間の割合)の形態であってもよい。このブー
スト制御電磁弁は、「低」信号がソレノイドへ供給され
た際に全供給圧力がウェイストゲート作動器へ向けられ
て、(低い機関ブーストを生起しつつ)それを完全に開
くようにする形式である。全供給圧力が外へ出るように
向けられるが、(高い機関ブーストを生起しつつ)ウェ
イストゲート作動器には圧力が全く到達せず、この場合
には、「高」信号はソレノイドへ供給されない。 ブースト制御電磁弁への信号は通常、電気制御ユニッ
ト(ECU)から供給されるが、それに、入って来るパラ
メタの中の機関回転数、ブースト圧力および機関負荷を
用いることができる。これにより、ブースト制御電磁弁
を介し、ブースト圧力を望むままに制御することができ
る。ECUは、入って来るパラメタに応じて所望のブース
ト・レベルをもたらすべく、前以てプログラミングされ
ている。機関の負荷(例えば振動または燃焼デトネーシ
ョン)の状態の下でブースト制御電磁弁へ低信号が送ら
れるように、または車両安全上の抑止(運行制御操作、
車両制動および歯車転換操作がその例)のために、ECU
の入力へ付加的な安全装置を組み込むこともできる。 現行の装置にあっては、ブースト制御電磁弁に対する
電気信号に変化が生じた場合、ウェイスゲート作動器が
新しい位置につく前に遅延が生ずる。この遅延は、管路
の長さやウェイストゲート作動器の容積のようなシステ
ムの制御力学に依存し、一般に小さくなるよう、工学的
に処理される。ブースト制御電磁弁への信号を変更する
状況の下では、トラッキング誤差、即ち所要および実際
の信号レベル間の差異も存在する。これは、機関加速の
状況下で生ずる可能性がある。 現行の装置の場合、ECUへの入力の特性またはECUから
ブースト制御電磁弁への出力の状態の何れに応答して変
更されることも許容されない。 本発明によれば、機関吸気口、ウェイストゲート、機
関吸気口内の圧力を変えるためにウェイストゲートを開
閉するウェイストゲート作動器を含み、ウェイストゲー
ト作動器を制御するブースト制御器、ウェイストゲート
作動器とブースト制御器とに接続された第1弁装置およ
び、特に絞り全開センサからの信号により、第2弁装置
の作動を依存させて制御し、それによりウェイストゲー
ト作動器を制御すべく作用する制御装置を含むことを特
徴とする内燃機関用加圧給気機器が得られる。 本発明の好適な実施例の場合、空気を供給する装置に
は空気圧縮機が含まれる。第1弁装置には、大気へ通気
すべく一位置で作用するブースト制御電磁弁が含まれ
る。第2弁装置は、ウェイストゲート作動器を(反対側
で)空気を供給する装置または大気へ接続すべく作用す
る。ブースト制御器は、0ないし100%の間を無段階に
変動し得る使用率でブースト制御電磁弁を作動させるべ
くプログラミングされている。この使用率は、100%お
よび70%が好都合である。 本発明を一層明確に理解し得るよう、その二つの実施
例を添付図面につき、例示としてここに説明する。 第1図は、現行の内燃機関ブースト制御システムを図
式的に示し、 第2図は、本発明による内燃機関ブースト制御システ
ムを図式的に示し、 第3a図は、(第1図については実線で示し、第2図に
ついては点線で示した)第1図および第2図の装置につ
き、機関回転数に対してプロットされた使用率を示す。 第3b図は、機関回転数に対してプロットされた機関の
吸気マニホルド圧力を示し、圧力は、(第1図について
は実線で示し、第2図については点線で示し、且つ定常
状態の装置については鎖線で示した)第1図および第2
図の装置に対する第3a図の使用率の値に対応している。 第4a図は、(第1図については実線で示し、第2図に
ついては点線で示した)第1図および第2図の装置につ
き、時間に対してプロットされた使用率を示す。 第4b図は、(第1図については実線で示し、第2図に
ついては点線で示した)第1図および第2図の装置につ
き、時間に対してプロットされた機関の吸気マニホルド
圧力を示し、 第4c図は、時間に対してプロットされた、切換弁に向
けられる信号を示し、 第5図は、第2図のシステムの作動についての論理シ
ーケンス図を示し、 第6図は、第1図の従来技術のシステムについての第
5図と類似の論理図を示し、 第7図は、第2図のそれの代替実施例を示し、 第8a図は、時間に対する使用率のグラフを示し、 第8b図は、時間に対する切換弁信号のグラフを示し、 第8c図は、時間に対するマニホルドのブースト圧力の
グラフを示し(第7図の実施例につき、全てのグラフ8
a、8bおよび8cが休止からの絞り全開加速を受け)、 第9図は、第7図の実施例に対するウェイストゲート
の特定の形態を示す。 第1図について説明すると、このシステムには、ブー
スト制御電子制御ユニット(ECU)1、ブースト制御電
磁弁2およびウェイストゲート作動器3が含まれてい
る。ソレノイドは、ECUの制御の下に、空気圧管路5を
経由する空気圧供給源4からの空気流を制御し、それを
ベント6または次いでウェイストゲート(図示せず)を
制御するウェイストゲート作動器3の何れかに向ける。
ブースト制御器ECUは、車両のワイヤリング・ハーネス
を介して信号を受信する。これらは、ノック・センサ、
運行制御装置、ブレーキ灯、ブースト圧力測定装置およ
び機関回転数測定装置からの信号を含むこともある。 ブースト制御ECU1には、第3図に示すそれと類似の使
用率「マップ」および、第4図に示すそれと類似のブー
スト「マップ」が包有されている。使用率マップ値は、
機関により達成される結果的なブースト値が、ブースト
・マップ内に包有されるブースト値よりわずかに高くな
るように選択される。ブースト制御ECU1の内部機能によ
り、実際の機関のブースト・レベルが監視される。ブー
スト・マップ値に達すれば、ブースト制御電磁弁2に対
する使用率信号を適度にすることができる。この信号は
その場合、使用率マップ内に保持されるそれよりも少な
い。この低減された信号に応答してウェイストゲートが
更に開き、ブーストを生成する機関の能力を低減させ
る。従ってブースト・レベルは低下する。いったんブー
スト・レベルがブースト・マップ値より下に低下する
と、使用率信号は、信号率マップ内に包有されたそれに
復帰される。このフィードバック・システムは連続的で
ある。使用率マップ内でブースト・マップ・レベルおよ
び値を達成するための、実際の使用率の整合は、入念に
なされなければならない。差異が余りに大であれば、機
関ブースト・レベルの荒い振動がもたらされる恐れがあ
る。上記に言及された全負荷使用率マップは、実際上、
約70%の最大値を有する。低い機関負荷および回転数に
おける同様の値は100%に近い。 上述のシステムの場合、ウェイストゲートは、休止か
ら絞り全開加速を受ける機関につき、次の態様で作動す
る。休止状態にあっては、機関が無負荷運転されてウェ
イストゲートが完全に閉鎖され、ブースト制御電磁弁2
へ100%の電気使用率信号が供給される。絞り全開が適
用されると、機関は、トルクコンバータ(歯車)の失速
速度まで急速に加速する。この速度では、70%の使用率
に応答してウェイストゲートが開かれるべきであること
を、使用率全負荷マップ内の値が示している。これは問
題の状態である。ウェイストゲートが開かれ、しかも、
ブースト・マップ内のブースト値が達成されていない。
開かれたウェイストゲートは、ある程度のブースト遅延
(および要求を満たし得ない性能)の原因をなしてい
る。いったんブースト・レベルがブースト・マップ内の
レベルに達すると、使用率が前述の如く「適度にされ
る」。次いで機関は、所望の定常状態の最大出力全負荷
状態に近い態様で回転する。このシステムの作動につい
ての論理シーケンス図表が第6図に示されている。 この論理図表により、3通りの重要な結果が得られる
ことがわかる。 1) ブースト制御電磁弁は、何れかの能動的抑制に応
答して零の使用率を受ける。これにより、抑制が能動的
である限り、ウェイストゲートが完全に開かれる。 2) ウェイストゲート位置が常に変更された状態にあ
り、従って機関ブースト・レベルが所望の「マップ」値
に近接して制御される。これは、機関の「正常な」定常
状態の運転状態である。 3) 機関の連続的な「ノック」の状態の下では、ブー
スト制御電磁弁に「送られ」た使用率値が結局、零の値
まで減少する。これは、「正常な」機関運転状態ではな
い。 ブーストECU、ブースト制御電磁弁、ウェイストゲー
ト作動器およびウェイストゲート位置は、現行のブース
ト制御装置の概略図から視認できる。 第2図について説明すると、ここでは同等の部分が第
1図におけると同様の参照数字を備えており、本発明の
システムには、付加的な電子制御ユニット(ECU)10が
含まれている。これは第1図の実施例においてECU1の位
置を占め、ブースト制御ECU1と連通している。車両電気
配線を経由して受信される信号に加えて、新しいECU10
もまた絞り全開センサ13からの信号を受ける。第2図に
もまた、切換弁11が含まれている。この弁11およびブー
スト制御電磁弁2は、新しいECU10からの信号を受信す
べく接続されている。空気管が切換弁から、圧力供給源
4、ブースト制御電磁弁2およびウェイストゲート作動
器3の反対側へ延びている。電磁弁2もまた、第1図の
システムにおける如く、ベント6に達し、切換弁はベン
トに達している。ウェイストゲート作動器には、ウェイ
ストゲート自体のための作動部材3dが接続されたダイア
フラム3cにより分離された2組の室3a、3bが含まれてい
る。室3aは作動器の正の側であり、室3bは作動器の負ま
たは反対の側である。ダイアフラム3cは、圧縮ばね3eに
より偏せられる。 上述のシステムの場合、第2図の装置による、休止か
らの機関の絞り全開加速の下での作動は次の如くであ
る。 機関は休止状態において、前と同様に無負荷運転され
ている。絞り全開状態は、直前の15秒間には用いられ
ず、制動抑制は能動的でない。 絞り全開が適用され、ブーストECU1信号がオーバライ
ドされる。ブースト制御電磁弁2には100%の使用信号
が向けられる。ウェイストゲートを確実に閉鎖するた
め、切換弁に信号が向けられ、ブースト制御ソレノイド
に送られた高信号を捕足する。 ウェイストゲートは、オーバブースト限界値に達する
まで閉鎖したままであり、この装置により、この期間中
のブースト遅延への要考慮問題が最小化される。 前以て定められたオーバブースト限界値にいったん達
すると、正常な信号減速制御のためブーストECU1へ制御
を戻す前の短時間の間、新しいECU10により、70%の使
用率が得られる。この70%の使用率における短期間は、
制御ハンドオーバに対する大きなブースト・アンダシュ
ート補正を回避するために必要である。 この新しいECU10には数多くの「フェイルセイフ」が
組み込まれており、その若干を下記に列挙する。 1) 回路は何れかの15秒間に(しかも中間期間中に絞
りを戻さずに)1回「オーバブースト」することしかで
きない。 2) 機関のデトネーション、運行制御および制動抑制
により制御はブーストECUへ戻される。 3) 空気圧ブースト・センサに対する配線の障害によ
り制御はブーストECUへ戻される。 4) オーバブースト・レベルがある時間内に達成され
なかった場合、制御はブーストECUへ戻る。 上述の作動についての論理シーケンス図表が第5図に
示されている。 第3a図のグラフには、現行の、および提案され装置の
双方についての、機関回転数に対する使用率が示されて
いる。この例においては、2600rpmの機関回転数で所望
のオーバブースト圧力に達し、2750rpmで定常状態形式
の制御が回復されることがわかる。現行のブースト制御
システムからの使用率値が2000から2600rpmまでオーバ
ライドされていることがわかる。実際にこのシステム
は、絞り全開適用の瞬間からオーバライドされている。
例示の図がこのようにあるので、無負荷回転と2000rpm
との間での、現行のブースト制御システムからの使用率
値は、それらをオーバライドするそれと同じである。 第3b図のグラフには、第3a図のグラフからの使用率値
に対応する機関吸気マニホルド圧力が示されている。こ
の例においては、現行の装置の場合、実際のブースト値
が定常状態値を2800rpmの機関回転数に至るまで遅延さ
せることがわかる。この「遅延」領域においては機関の
全能力が実現されていない。提案された装置において
は、実際のブースト値が2250rpmに至るまでしか遅延さ
せない。機関は2250ないし2750rpmの間において「オー
バブーストされ」、機関の過渡性能を充分に活用する。 第4a図のグラフには時間に対する使用率が示されてい
るが、第4b図のグラフには、対応的な吸気マニホルド圧
力が示されている。第4c図のグラフには、時間に対す
る、切換弁へ供給された信号が示されている。特性曲線
は、第3a図および第3b図のグラフに対するものと同じで
ある。但し水平軸線は、実際のシャシの伝動システム内
のたわみ軸継手によりゆがめられている。 早期に開くウェイストゲートの問題は、この装置によ
り克服される。それらの短時間の定常状態値より高い機
関ブースト・レベルに耐える機関の能力も、それにより
活用される。 新しいECU10は、(0ないし100%の間で無段階に変動
し得る使用率を用いて)従来技術のブースト・システム
を制御ソレノイドへ接続し、または、従来技術のシステ
ムを他の使用率とオーバライドすることができる。この
オーバライド期間中、システムの改善には更に周到な段
階(即ち可変段階)が必要となろうが、例示のため、10
0%および70%の両値が選択された。 第7図には第二実施例が示されており、ここでは、第
2図の実施例と同等の部分が同じ参照数字を備えてい
る。この第二実施例においては、付加的なECU10が、絞
り全開センサ13および、吸気マニホルド14に取り付けら
れた圧力センサからの信号を受信する。現行の車両のブ
ースト制御システムは、定位置に留まっている。付加的
なECU10からの信号を受信すべく、付加的な切換弁11が
接続されている。切換弁から空気圧供給原4Aおよびウェ
イストゲート作動器3の反対側へ、空気管が通ってい
る。 上述のシステムの場合、機関の休止からの絞り全開加
速の下での作動は次の如くである。 絞り全開が適用されると付加的なECUが切換弁へ高信
号を供給し、ウェイストゲート室3b内に高圧を生じさせ
る。トルクコンバータ失速速度まで機関が加速される
と、標準ブーストECU1がブースト制御ソレノイド2へ高
信号を供給して、ウェイストゲート室3a内に低圧を生じ
させる。従ってウェイストゲートは完全に閉鎖する。い
ったんトルクコンバータ失速速度が満たされると、ブー
スト制御ECU1内の使用率全負荷マップが、ブースト制御
ソレノイドへの信号が70%に低減されることを指令す
る。しかし、付加的なECU内に設定された、前以て定め
られたレベルをマニホルド・ブースト圧力が未だに満た
していないので、切換弁への高信号は保留される。これ
は、ウェイストゲートを閉鎖されたまにさせるに充分で
ある。定常状態マニホルド・ブースト圧力に達すると、
標準ブースト制御ECUによりブースト制御ソレノイドへ
供給された信号は、70%から更に低減し始める。付加的
なECUからの高信号が切換弁へ送られ続けているので、
ウェイストゲートは閉鎖したままである。ウェイストゲ
ートばね力3e、排気背圧およびウェイストゲート室3aを
考慮してもウェイストゲート室3b内の圧力が充分に高い
ことを保証することにより、全ての絞り全開機関作動状
態の下で、切換弁における高信号がウェイストゲート弁
を閉鎖させることを保証することが可能である。従って
標準ブースト制御はオーバライドされる。いったん、前
以て定められたオーバブースト限界値に達すると、付加
的なECUが切換弁における信号を徐々に低減させ、マニ
ホルド・ブースト圧力の制御された低減を生じさせる。
切換弁における信号が零に達した場合、ウェイストゲー
ト位置は完全に、標準ECUがブースト制御ソレノイドへ
送る信号の制御下にある。従って、標準作動状態が回復
される。 第8a図、第8b図および第8c図には、休止からの絞り全
開加速の下での、時間に対する使用率(ブースト制御ソ
レノイド)、信号(切換弁)およびマニホルド・ブース
ト圧力が示されている。 このシステムは、それを、標準ブースト制御システム
に対する付加物として容易に取り付け得る点で、統合さ
れたブーストおよびオーバブースト・システムについて
の重要な利点を有する。標準ブースト制御システムによ
り使用される現行のセンサを用い得るように、このシス
テムを拡張し得ることは明白である。第一実施例は、運
行制御および制動抑制に関連して、現行のマニホルド圧
力センサとノック・センサ信号とが使用されているもの
である。それにも拘わらず、この2種のECUを組み合わ
せて、完全に統合されたブースト制御システムを生成す
ることができる。機関の燃料補給および点火の制御に関
連して、完全に統合された機関管理システムを目論むこ
ともできる。 切換弁の意義は次の如くである。 i.それによれば、最大ブーストを必要とする場合、ウェ
イストゲートを確実に閉鎖することにより、迅速なウェ
イストゲート応答が可能となる。 ii.それによって、システムの独立性が得られ、それに
より現行のブースト制御システムを元の場所に残すこと
ができる。これは「アフターマーケット性能キット」に
対する著しい利点である。 iii.それにより、排気背圧に対する高度の無感応が可能
となる。これは、「ポペット」形式の弁がウェイストゲ
ートとして使用される場合、特に重要である。第9図に
は、この種の装置が示されている。この設計の場合に
は、排気が弁案内20を通過して漏出し、高排気背圧の下
でダイアフラム3cを効果的に偏せることができる。切換
弁によって制御されるダイアフラムの反対側3bの正圧
は、完全に閉鎖されたウェイストゲート状態から絞り全
開加速状態が利益を得ても、この歓迎されない偏い圧力
がウェイストゲートを開き始めないことを保証できる。 上記の諸実施例が例示のためにのみ説明されているこ
と、および、本発明の範囲を逸脱することなく数多くの
変更が可能であることが理解されるであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 37/18

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機関吸気口への加圧空気供給装置(4)、
    ウェイストゲート、および機関吸気口内の圧力を変える
    ためにウェイストゲートを開閉するウェイストゲート作
    動器(3)を含む内燃機関用加圧給気機器にして、ウェ
    イストゲート作動器(3)はウェイストゲート作動部材
    (3d)が接続されたダイアフラム(3c)によって分離さ
    れた第1室(3a)および第2室(3b)、空気供給装置
    (4)からウェイストゲート作動器(3)の第1室(3
    a)へ、空気流を制御するために、または第1ベント
    (6)を経て大気へウェイストゲートの開口を制御する
    ために第1電子ブースト制御器(1)から信号を受ける
    第1弁装置(2)を備え、第2電子制御器(10)と、第
    2電子制御器(10)から信号を受けウェイストゲート作
    動器(3)の第2室(3b)に空気供給装置(4)を接続
    しまたは第2ベント(12)を経て第2室(3b)を大気に
    通すウェイストゲートの閉成を制御する第2弁装置(1
    1)と、第2弁装置(11)にウェイストゲートを閉じさ
    せるために第2電子制御器(10)に信号を絞り全開状態
    で供給する絞り全開センサ(13)とによって第1弁装置
    (2)の第1電子ブースト制御器(1)によるブースト
    制御を優先させ、そして予め決められたオーバブースト
    限界値に達すると、第2電子制御器(10)が第2弁装置
    (11)の信号を減らしマニホルドブースト圧力を徐々に
    制御減少させることを特徴とする加圧給気機器。
  2. 【請求項2】請求の範囲第1項に記載の加圧給気機器に
    おいて、空気供給装置が空気圧縮機(4)を含むように
    された加圧給気機器。
  3. 【請求項3】請求の範囲第1項または第2項に記載の加
    圧給気機器において、第1弁装置(2)がブースト制御
    電磁弁(2)を含むようにされた加圧給気機器。
  4. 【請求項4】請求の範囲第3項に記載の加圧給気機器に
    おいて、第1電子ブースト制御器(1)が、0ないし10
    0%の間で無段階に変動し得る使用率でブースト制御電
    磁弁(2)を作動させるべくプログラミングされるよう
    にした加圧給気機器。
  5. 【請求項5】請求の範囲第3項に記載の加圧給気機器に
    おいて、100%の使用率でブースト制御弁を作動させる
    べく、第1電子ブースト制御器(1)がプログラミング
    されるようにした加圧給気機器。
  6. 【請求項6】請求の範囲第3項に記載の加圧給気機器に
    おいて、70%の使用率でブースト制御電磁弁(2)を作
    動させるべく、第1電子ブースト制御器(1)がプログ
    ラミングされるようにした加圧給気機器。
  7. 【請求項7】請求の範囲第1項から第6項の何れか一つ
    の項に記載の加圧給気機器において、第2弁装置(11)
    が切換弁(11)を含み、第1電子ブースト制御器(1)
    および第2電子制御器(10)が組み合わされ、かつ第2
    電子制御器(10)が切換弁(11)を作動させるべくプロ
    グラミングされるようにした加圧給気機器。
  8. 【請求項8】請求の範囲第7項に記載の加圧給気機器に
    おいて、全閉および全開の間で無段階に変動し得る様態
    で切換弁(11)を作動させるべく第2電子制御器(10)
    がプログラミングされるようにした加圧給気機器。
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