JPH0324571B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、吸気を過給するための排気ターボ過
給機を備えるとともに、該排気ターボ過給機のタ
ービンへの排気ガス導入通路の径をエンジン運転
状態に応じて可変にする径可変手段を設けたエン
ジンに関するものである。

［従来技術］ 従来より、エンジン回転数や負荷等のエンジン
運転状態に応じてタービン上流の排気通路の通路
径を大小２段に切替えるようにし、エンジンの低
速運転時には上記通路径を“小”側にセツトし、
排気ガスを絞り込んでタービンへの排気の流入速
度を高め、タービンを高速回転させることによつ
て過給圧を早期に向上させ、低速域におけるエン
ジンの出力性能の向上を図るようにしたターボ過
給機付エンジンは公知である（実開昭56−161139
号公報参照）。

かかる構造のエンジンでは、低速域においてタ
ービン出力の向上により過給効率を向上すること
ができ、それにともなつて、エンジンの出力性能
をある程度向上することができる。

しかしながら、低速域においては、排気ガス導
入通路の径が小さく絞り込まれているため、エン
ジン回転数の増大にともなつてタービン上流側の
排圧は急激に上昇する。このような排圧の上昇は
内部EGR量（燃焼室内にそのまま残留する排気
ガス量）の増加等エンジンの燃焼性を阻害する大
きな要因となる。

そのうえ、上記の如き排気ガス導入通路の通路
径の絞り込みは、排気ガス温度の極度の低下を招
来する。即ち、通路径の絞り込みによつて排気ガ
ス流速が増大すると、確かにタービン出力は向上
するが、その反面、排気ガス流速が早くなると、
排気ガスが有する熱エネルギが運動エネルギに変
換され、タービンに吸収されて排気ガス温度がそ
の分だけ低下する。この低下は、排気ガス浄化の
面から極力避けることが好ましい。

とりわけ、エンジン温度自体が低いエンジン冷
機時にあつては、エンジンから排出される排気ガ
ス温度も低温であり、上記のように、通路径の絞
り込みで排気ガス温度がさらに低下されると、タ
ービン下流に設ける触媒式等の排気ガス浄化装置
の暖機の促進が阻害されるといつた不具合を生ず
る。

［発明の目的］ 本発明の目的は、タービンへの排気ガス導入通
路の通路径の径可変手段を備えたターボ過給機付
エンジンにおいて、排気ガス浄化装置の冷機時に
おける上記不具合を解消して、排気ガス浄化装置
を早期に暖機することができるターボ過給機付エ
ンジンの制御装置を提供することである。

［発明の構成］ このため、本発明においては、排気ガス浄化装
置の冷機時には、エンジンの運転状態がタービン
への排気ガス導入通路の径を小さくすべき運転状
態であつても強制的に通路径を大きくするように
したことを基本的な特徴としている。

［発明の効果］ 本発明によれば、排気ガス浄化装置の冷機時に
はタービンへの排気ガス導入通路の通路径を大き
くしたので、排気ガス温度の低下を可及的に防止
することができ、比較的高温の排気ガスによつて
排気ガス浄化装置を早期に暖機することができ
る。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。

第１図に示すように、エンジン１は、吸気弁
２、排気弁３によつて夫々燃焼室４に対して開閉
される吸気通路５と排気通路６とにまたがつて設
置したターボ過給機７を備えており、排気通路６
を流下する排気ガスによつてタービン９が駆動さ
れると、これに連動してブロア１０が駆動され、
ブロア１０によつて昇圧した吸気を燃焼室４に供
給することによつて、所謂吸気過給を行なうよう
にした基本構造を有している。

上記吸気通路５のブロア１０の上流側には、エ
アクリーナ１１が設置され、その下流には、時々
刻々の吸気量を計量するエアフローメータ１２が
介設されている。また吸気通路５のブロア１０の
下流側には、エンジン１の負荷に応じて開閉され
るスロツトル弁１３が介設されるとともに、その
下流には、燃料噴射弁１４が臨設されている。

一方、排気通路６は、タービン９の排気導入口
部において、仕切壁１５によつて低速用排気ガス
導入通路１６と高速用排気ガス導入通路１７とに
仕切られていて、高速用排気ガス導入通路１７の
上流側は、本発明にいう径可変手段としての切替
バルブ１８によつてオン、オフ的に開閉されるよ
うになつている。また、タービン９下流の排気通
路６には、触媒式排気ガス浄化装置１９が介設さ
れている。

上記低速用排気ガス導入通路１６には、タービ
ン９をバイパスしてタービン９下流の排気通路６
に排気ガスの一部をバイパスさせるウエストゲー
ト通路２０が開口されており、該通路２０をウエ
ストゲートバルブ２１によつて開閉制御すること
により、以下に説明するように、過給圧が予め設
定した最高過給圧を越えて高圧とならないように
過給圧を制御する。

また、タービン９と触媒式排気ガス浄化装置１
９との間の排気通路６とスロツトル弁１３下流の
吸気通路５とは、排気ガス還流通路（以下、単に
EGR通路という。）２２によつて連通され、EGR
通路２２に介設した排気ガス還流制御バルブ（以
下、EGRバルブという。）２３が開かれたときに
は、排気ガスの一部を吸気側に還流させ、よく知
られているように、不活性な還流排気ガスによつ
てエンジン１の最高燃焼温度の過度の上昇を抑制
してNOxの発生を抑制する。

上記ウエストゲートバルブ２１、切替バルブ１
８、燃焼室４に臨設した点火プラグ２４および燃
料噴射弁１４等のエンジン１の燃焼性に直接、間
接に関与するものについては、以下に詳述するよ
うに、車両に装備したコンピユータ２５によつて
制御を行なう。

このコンピユータ２５は、エアフローメータ１
２によつて検出される吸気量、回転数センサ２６
によつて検出されるエンジン回転数、スロツトル
弁１３下流の吸気通路５に設置した圧力センサ２
７によつて検出される過給圧もしくは負荷および
タービン９下流の排気通路６に設置した圧力セン
サ２８によつて検出される排圧を、さらにはエン
ジン１の冷却水通路に設置した水温センサ２９に
よつて検出される水温を基本データとして、切替
バルブ１８に対する開閉制御の他、燃料噴射弁１
４に対する燃料制御、点火プラグ２４に対する点
火進角制御等を実行する。

上記切替バルブ１８の開閉は、基本的には、切
替バルブ１８を設置した排気通路６のタービン上
流部分における排圧を作動源とするダイヤフラム
式の切替アクチユエータ３０により行なう。

この切替アクチユエータ３０に対して排圧を導
入する排圧導入通路３１の途中には、上記コンピ
ユータ２５によつて開閉が制御される第１コント
ロールバルブ３２が介設されており、この第１コ
ントロールバルブ３２が開作動されて、切替アク
チユエータ３０の第１圧力室３０ａに排圧が作用
すると、ダイヤフラム３０ｂはダイヤフラム３０
ｂに一端が固定された作動ロツド３０ｃをコイル
スプリング３０ｄのバネ力に抗して図の矢印Ａ方
向に押し、リンク機構３０ｆを介して切替バルブ
１８を開作動させる。また、切替アクチユエータ
３０の第２圧力室３０ｅには、スロツトル弁１３
下流の吸気通路５に負圧取出口を有する負圧導入
通路３３を連通させ、この負圧導入通路３３の途
中には、コンピユータ２５によつて開閉が制御さ
れる第２コントロールバルブ３４を介設してい
る。この負圧導入通路３３および第２コントロー
ルバルブ３４は、以下に詳述するように、エンジ
ンの低速・低負荷運転時のように、排圧が切替ア
クチユエータ３０を開作動させるのに十分な程度
にまで高くない段階で、スロツトル弁１３下流の
吸気負圧を第２圧力室３０ｅに導入することによ
り、切替アクチユエータ３０を確実に開作動させ
るためのものである。

なお、ウエストゲートバルブ２１の開閉は、ブ
ロア１０の吐出圧を駆動源とするダイヤフラム式
のウエストゲート・アクチユエータ３５によつて
行なうようにし、このウエストゲート・アクチユ
エータ３５に吐出圧を導く圧力導入通路３６の途
中には、ブロア１０上流の吸気通路５に連通する
リリーフ通路３７を設け、このリリーフ通路３７
の途中には、リリーフ量を制御するコントロール
バルブ３８を介設している。このコントロールバ
ルブ３８はコンピユータ２５によつて制御するよ
うにし、排気通路６に設置した圧力センサ２８に
よつて検出される排圧が設定値を越えて上昇しよ
うとした際には、コントロールバルブ３８を閉作
動してリリーフ通路３７を閉じ、圧力導入通路３
６を通してブロア１０の吐出圧を作用させ、ウエ
ストゲートバルブ２１を開作動し、排気ガスの一
部をウエストゲート通路２０を通してタービン９
をバイパスさせ、過給圧の過度の上昇を防止す
る。

次に、本発明の特徴である切替バルブ１８に対
する制御方式を説明する。

第２図に示すように、エンジン１の運転の開始
にともなつて、コンピユータ２５による切替バル
ブ１８に対する制御が開始されると、まず、ステ
ツプ101において、水温センサ２９によつて検出
されるエンジン冷却水温が設定温度（例えば60℃
に設定する。）より低いか否かが判断される。エ
ンジン冷却水温が設定水温に達していないエンジ
ンの冷機時には、ステツプ102において、エンジ
ン１の運転状態に無関係に切替バルブ１８を強制
的に開作動させる。この場合、コンピユータ２５
は、第１、第２コントロールバルブ３２，３４の
両方に同時に開作動指令を出力し、第１圧力室３
０ａにはタービン９上流の排圧を、第２圧力室３
０ｅにはスロツトル弁１３下流の吸気負圧を夫々
導入することにより、切替アクチユエータ３０を
確実に開作動させ、切替バルブ１８を開く。その
結果、タービン９への排気ガス導入通路１６，１
７の通路径が拡大され、排気ガスは拡大された通
路径を通つてタービン９に導入されることとな
り、排気ガス温度の大幅な低下が防止され、排気
ガス浄化装置１９の暖機が促進されることにな
る。

一方、エンジン１の冷却水温が設定温度以上に
上昇したエンジン１の暖機後にあつては、ステツ
プ103において、切替バルブ１８が閉じられるべ
き領域（閉領域）か否かが判断される。この判断
は、例えば第３図に示すように、エンジン回転数
に伴つて上昇する排圧Peが設定排圧Peoに達する
までは閉領域とし、設定排圧Peoを越えて大きく
なる領域を開領域として行なう。この設定排圧
Peoとしては、エンジン全開時の排圧上昇ライン
のエンジン回転数3000rpmに相当する排圧の値、
例えば200mmHgに設定する。

そして、ステツプ103において、エンジン１の
運転状態が閉領域であると判断された場合には、
ステツプ104において切替バルブ１８が閉作動さ
れる。このためには、コンピユータ２５により第
１、第２コントロールバルブ３２，３４をオフす
るようにすればよい。切替アクチユエータ３０
は、内蔵したコイルスプリング３０ｄのバネ力に
より、切替バルブ１８を閉作動する。この切替バ
ルブ１８の閉作動により、排気ガスは低速用排気
ガス導入通路１６のみから流速を早めてタービン
９内に導入し、タービン出力を向上させてブロア
１０による過給効率の向上を保証する。つまり、
低速域における過給を行ない、エンエジン出力を
向上させる。

一方、タービン９下流の排圧Peが設定排圧Peo
を越えて上昇する高速運転時には、ステツプ102
において切替バルブ１８を開作動する。この場合
には、タービン９上流の排圧も十分高くなつてい
ることから、第１コントロールバルブ３２をコン
ピユータ２５によつて開作動するだけで、切替ア
クチユエータ３０は切替バルブ１８を開くように
動作する。

そして、以後は、低速用、高速用排気ガス導入
通路１６，１７の両方から多量の排気ガスをター
ビン９に送り込んでタービン９を高速駆動し、高
速時（高負荷時）に必要な過給圧にまでブロア１
０により吸気を加圧し、高出力を保証する。

なお、以上の実施例では、排気ガス浄化装置の
冷機時をエンジンの冷却水温により判定するよう
にしたが、例えば排気ガス浄化装置の温度を直接
検出してもよいのはいうまでもなく、その他のエ
ンジン状態検出手段により検出してもよい。

また、以上の実施例では、タービン９への排気
ガス導入通路を低速用、高速用の２つの排気ガス
導入通路１６，１７に分けて、高速用排気ガス導
入通路１７を切替バルブ１８によつて開閉するこ
とによつて通路径を切替えるようにしたが、本発
明は、比較的小径の排気ガス導入通路を有する低
速用ターボ過給機と、比較的大径の排気ガス導入
通路を有する高速用ターボ過給機とを備え、低速
時においては低速用ターボ過給機を専用するよう
にし、高速時には高速用ターボ過給機を専用する
か両ターボ過給機を併用するようにした型式のエ
ンジンにも適用しうることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかるエンジンのシ
ステム構成図、第２図は切替バルブの開閉制御方
式を示すフローチヤート、第３図は切替バルブの
閉領域および開領域を示すグラフである。 １……エンジン、５……吸気通路、６……排気
通路、７……ターボ過給機、９……タービン、１
０……ブロア、１４……燃料噴射弁、１６，１７
……低速用、高速用排気ガス導入通路、１８……
切替バルブ、２４……点火プラグ、２５……コン
ピユータ、２９……水温センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸気を過給するための排気ターボ過給機を備
   えるとともに、該排気ターボ過給機のタービンへ
   の排気ガス導入通路の径をエンジン運転状態に応
   じて可変にする径可変手段を設けたエンジンにお
   いて、 タービン下流の排気通路に排気ガス浄化装置を
   設け、該排気ガス浄化装置の冷却時に、上記径可
   変手段によりエンジンの運転状態に拘わらずター
   ビンへの排気ガス導入通路の径を大きくする制御
   手段を設けたことを特徴とする排気ターボ過給機
   付エンジンの制御装置。