JP5430443B2

JP5430443B2 - 内燃機関の過給システム

Info

Publication number: JP5430443B2
Application number: JP2010041708A
Authority: JP
Inventors: 尚吾井阪; 孝治藤井
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP2011179336A

Description

本発明は、排気ターボ過給機を具備する内燃機関の過給システムに関する。

エンジンの排気でタービンを回転させてコンプレッサを駆動し吸気を過給するターボ過給機にあっては、排気ガスの一部をタービンに導入せずに迂回させるバイパス及びウェイストゲートバルブを設け、このウェイストゲートバルブの開閉を通じて過給圧を調整することが通例である。ウェイストゲートバルブは、制御室（ダイヤフラム室）に過給気が導入されるダイヤフラム式アクチュエータによって駆動する（例えば、特許文献１を参照）。

ところで、従来周知のウェイストゲートバルブを備えたシステムでは、エンジンブレーキを利用すべくアクセルペダルから足が離され、スロットルバルブが閉じられるとき、制御室に一時的に高い過給圧が流入し、ウェイストゲートバルブが開かれる。その直後に再度加速を行うべくアクセルペダルが踏み込まれると、開いていたウェイストゲートバルブが閉じるまでの遅れが発生し、これがターボラグと相俟って良好な再加速性を得られないという問題がある。

特開２００９−１８０１１２号公報

本発明は、以上の点に着目してなされたものであり、減速後に再加速を行うような状況における過給の応答遅れを緩和ないし解消することを所期の目的とする。

すなわち、本発明に係る内燃機関の過給システムは、アクチュエータの制御室に導入される過給圧が設定圧を上回った場合に、ウェイストゲートバルブを開いて過給圧を低減させる方向に制御し得るようにした排気ターボ過給機付きの内燃機関において、前記制御室に過給圧を導くための過給圧導入経路と、前記過給圧導入経路に設けた第１の開閉バルブと、前記制御室にスロットルバルブ下流の吸気負圧を導くための吸気負圧導入経路と、前記吸気負圧導入経路に設けた第２の開閉バルブと、スロットルバルブが閉じられる状況下で前記第１の開閉バルブを閉じるとともに、前記第２の開閉バルブを開くようにするためのコントローラとを具備することを特徴とする。

このようなものであれば、スロットルバルブを閉じてエンジンブレーキを利用するとき等において、スロットルバルブ下流の吸気負圧をアクチュエータの制御室に導き、確実にウェイストゲートバルブを閉じることができる。従って、再加速に際して、開いていたウェイストゲートバルブが閉じるまでの遅れが生じない。

本発明によれば、減速後に再加速を行う際の過給の応答遅れを緩和ないし解消することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給システムの概要を示す図。同実施形態に係る作用説明図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態の排気ターボ過給機１は、例えば自動車用の内燃機関に装着されるもので、内燃機関から排出される排気ガスのエネルギー即ち排気圧を受けて回転する排気タービン２と、排気タービン２によって駆動されるコンプレッサ３とを要素とする。エアクリーナ４を通して吸入した空気は、コンプレッサ３で圧縮されて内燃機関に供給される。並びに、排気タービン２を迂回するバイパス通路６を形成し、そのバイパス通路６にウェイストゲートバルブ７を介設している。バイパス通路６の内径は、排気タービン２のホイール径の約０．６〜１．０倍である。ウェイストゲートバルブ７は、ダイヤフラム式のアクチュエータ８で開閉駆動する。

アクチュエータ８は、調圧スプリング８３により弾性付勢されたダイヤフラム８１及びその制御室８２（ダイヤフラム室）を設けてなり、制御室８２内の圧力が所定のセット圧Ｐ₀を上回る場合に、調圧スプリング８３の付勢力に抗してダイヤフラム８１が変位し作動ロッド８４を前方へ進出させる仕組みとなっている。ウェイストゲートバルブ７は、この作動ロッド８４により駆動される。すなわち、ウェイストゲートバルブ７は、制御室８２内の圧力がセット圧Ｐ₀以上である場合に開く。

しかして本実施形態では、前記制御室８２にコンプレッサ３下流の過給圧を導くための過給圧導入経路９と、前記過給圧導入経路９に設けた第１の開閉バルブ１０と、前記制御室８２にスロットルバルブ１４下流の吸気負圧を導くための吸気負圧導入経路１１と、前記吸気負圧導入経路１１に設けた第２の開閉バルブ１２と、前記第１の開閉バルブ１０及び第２の開閉バルブ１２を個別に開閉操作することのできるコントローラ１３とを付設している。

過給圧導入経路９は、コンプレッサ３下流の吸気通路５と、制御室８２とを連通する。

第１の開閉バルブ１０は、過給圧導入経路９を遮断する閉止状態と、過給圧導入経路９を開通する開放状態との間で遷移可能である。第１の開閉バルブ１０は、例えば、弁体を電磁アクチュエータで作動させるもので、開放時間の長さを規定するデューティ比を有した制御電圧信号（パルス電圧）を電磁アクチュエータに印加することで、そのデューティ比に応じた開度に制御可能である。

吸気負圧導入経路１１は、スロットルバルブ１４下流の吸気通路５（図示例ではサージタンク１５）と、制御室８２とを連通する。

第２の開閉バルブ１２は、吸気負圧導入経路１１を遮断する閉止状態と、吸気負圧導入経路１１を開通する開放状態との間で遷移可能である。第２の開閉バルブ１２も、例えば、第１の開閉バルブ１０と同様の電磁弁とすることができる。

なお、吸気負圧導入経路１１は、制御室８２の手前で過給圧導入経路９に合流している。その合流箇所は、第１の開閉バルブ１０と第２の開閉バルブ１２との間に位置する。本実施形態では、アクチュエータ８の制御室８２が直接大気圧に連通することはない。

内燃機関の各所には、この内燃機関の種々の状況を検出するために、サージタンク１５内の吸気圧（過給圧）を検出する吸気圧センサ１６、スロットルバルブ１４の開度を検出するスロットル開度センサ１７、内燃機関の冷却水温度を検出する水温センサ１８、エンジン回転数を検出する回転数センサ１９、排気ガスの空燃比を検出するＯ₂センサ２０等を取り付けている。

これら各センサからの信号を受信して処理し、内燃機関の運転状態を制御するコントローラ１３（ＥＣＵ）は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、Ｉ／Ｏインタフェース等を包有するマイクロコンピュータシステムである。各種制御用のプログラムはＲＯＭ又はフラッシュメモリに格納されており、そのプログラムがＲＡＭに読み込まれＣＰＵによって解読される。コントローラ１３は、当該プログラムに従い、燃料噴射量の制御、点火時期の制御、その他各種の制御を実施する。

以下、本実施形態の過給システムにおけるウェイストゲートバルブ７の開閉制御について図２を参照しつつ詳述する。

まず、排気ターボ過給機１による吸気の過給を行いたい状況では、図２の（ｂ）に示すように、コントローラ１３が、スロットルバルブ１４を所要の開度に開くとともに、第１の開閉バルブ１０及び第２の開閉バルブ１２をともに閉止状態とする。このとき、サージタンク１５内の吸気圧Ｐ₁は予め定められた最大ブースト圧（設定圧Ｐ_s）よりも低い。コンプレッサ３下流の過給気はアクチュエータ８の制御室８２に流入せず、ウェイストゲートバルブ７は閉じられる。従って、排気タービン２に全排気が供給されてコンプレッサ３の駆動がなされる。

次に、サージタンク１５内の吸気圧Ｐ₁が設定圧Ｐ_sを超えてしまう状況では、図２の（ｃ）に示すように、コントローラ１３が、第１の開閉バルブ１０を開放状態とし、第２の開閉バルブ１２を閉止状態とする。結果、コンプレッサ３下流の過給気の一部がアクチュエータ８の制御室８２に流入する。このとき、スロットルバルブ１４より上流の部分の過給圧Ｐ₂がセット圧Ｐ₀を超えると、調圧スプリング８３の付勢力に抗してダイヤフラム８１が変位してウェイストゲートバルブ７が開かれる。これにより、排気の一部がバイパスされて排気タービン２に供給されず、コンプレッサ３による過給が適宜抑制される。

また、エンジン負荷が所定負荷よりも低いような状況で、過給を必要としない場合には、図２の（ａ）に示すように、コントローラ１３が、第１の開閉バルブ１０を開放状態とし、第２の開閉バルブ１２を閉止状態とする。結果、コンプレッサ３下流の過給気の一部がアクチュエータ８の制御室８２に流入する。このとき、スロットルバルブ１４より上流の部分の過給圧Ｐ₂がセット圧Ｐ₀を超えると、調圧スプリング８３の付勢力に抗してダイヤフラム８１が変位してウェイストゲートバルブ７が開かれる。これにより、コンプレッサ３による過給が抑制され、低回転域で過給することによるポンプロスが削減され、また、過給圧が不必要な場面において、過給圧をかけず余分な燃料を噴射させないことで燃費の向上が図られる。

その上で、スロットルバルブ１４が閉じられる状況においては、図２の（ｄ）に示すように、コントローラ１３が、第１の開閉バルブ１０を閉止状態とし、第２の開閉バルブ１２を開放状態とする。さすれば、スロットルバルブ１４の下流で発生した吸気負圧、換言すればサージタンク１５内の吸気負圧Ｐ₁が吸気負圧導入経路１１を経てアクチュエータ８の制御室８２に導入される。そして、ウェイストゲートバルブ７が強く閉じられる。

スロットルバルブ１４が閉じられた後、再加速すべく再度スロットルバルブ１４が開かれたあかつきには、図２の（ｄ）の状態から速やかに同図の（ｂ）の状態に移行することができる。あるいは、スロットルバルブ１４が閉じられた後、エンジン負荷が所定負荷以下となった場合には、図２の（ｄ）の状態から同図の（ａ）の状態へと移行する。

以上に述べたように、本実施形態の過給システムによれば、スロットルバルブ１４が閉じられる状況において、第１の開閉バルブ１０を閉止状態とし、第２の開閉バルブ１２を開放状態とする制御を行うことにより、制御室８２に吸気負圧を導入してダイヤフラム８１及び作動ロッド８４を制御室８２側に引き込み、ウェイストゲートバルブ７を強く閉じることが可能である。従って、スロットルバルブ１４を閉じた直後に再びスロットルバルブ１４が開かれるような場合に、ウェイストゲートバルブ７が閉じるまでの遅れが生じず、減速後に再加速を行う際の過給の応答遅れを緩和ないし解消することができる。

加えて、吸気負圧をアクチュエータ８の制御室８２に導入してウェイストゲートバルブ７を閉じることにより、過給圧の変動に伴いウェイストゲートバルブ７が高頻度で開閉するチャタリングの発生も防ぐことができる。

なお、本発明は以上に述べた実施の形態に限らない。

例えば、第１の開閉バルブ及び第２の開閉バルブは、開度をＤＵＴＹ制御可能な電磁弁には限られない。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

１…排気ターボ過給機
７…ウェイストゲートバルブ
８…アクチュエータ
８２…制御室
９…過給圧導入経路
１０…第１の開閉バルブ
１１…吸気負圧導入経路
１２…第２の開閉バルブ
１３…コントローラ
１４…スロットルバルブ

Claims

アクチュエータの制御室に導入される過給圧が設定圧を上回った場合に、ウェイストゲートバルブを開いて過給圧を低減させる方向に制御し得るようにした排気ターボ過給機付きの内燃機関において、
前記制御室に過給圧を導くための過給圧導入経路と、
前記過給圧導入経路に設けた第１の開閉バルブと、
前記制御室にスロットルバルブ下流の吸気負圧を導くための吸気負圧導入経路と、
前記吸気負圧導入経路に設けた第２の開閉バルブと、
スロットルバルブが閉じられる状況下で前記第１の開閉バルブを閉じるとともに、前記第２の開閉バルブを開くようにするためのコントローラと
を具備することを特徴とする内燃機関の過給システム。