JPH0329547Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はターボチヤージヤを備えた内燃機関の
過給圧制御装置の改良に関する。

（従来の技術） 機関の吸気充填効率を高めるために、排気のエ
ネルギを利用して吸気を過給するターボチヤージ
ヤが知られているが、この過給も特定の運転条件
下にあつては、機関に過大な熱負荷を及ぼす危険
があるため、高速高負荷運転時など機関の耐久性
が損なわれることのないように、種々の手段によ
り過給圧が異常に上昇するのを防止している。

例えば、ターボチヤージヤの排気タービンをバ
イパスする通路に、過給圧が所定値を越えたら開
く排気バイパスバルブを設け、機関の高負荷時な
どの過給圧が上限を越えないように排気の一部を
バイパスさせるようにしている。

したがつて機関の高負荷時など過給圧が目標値
を越えるとバイパスバルブが開き、排気タービン
をバイパスして排気を流すため、排気タービンの
回転が減少し、吸気コンプレツサの過給圧が低下
するのである。

さらに上記にあつては、例えば排気バイパスバ
ルブを駆動するダイヤフラムアクチユエータに供
給する信号圧力を制御する電磁弁などが何等かの
原因で作動不良を起こし、信号圧力の制御が不能
もしくは不安定になり、過給圧が上昇してもダイ
ヤフラムアクチユエータを応答良く作動させるこ
とができず、過給圧が上限値を越えるような事態
が生じたときは、フエイルセーフの機能として、
機関に対する燃料の供給を総てカツトするように
なつている。

燃料をカツトすれば、排気タービンの回転が低
下して過給圧を強制的に低下させることができる
のであり、この場合、過給圧が所定値まで低下す
ると再び燃料の供給を再開している。

ところがこのように過給圧の異常上昇時に各気
筒に対しての燃料供給を総てカツトすると、燃料
カツトに伴う機関出力の急減によりトルクシヨツ
クが発生し、運転者に不快感を与えるという問題
があつた。

そこで特開昭57−122142号公報により、過給圧
が所定の上限値を越えたときに、燃料の供給回数
（供給量）を減らして機関出力を徐々に低下させ、
過給圧の異常上昇を回避して機関の破損を防止す
るようにしたものが提案されている。

この場合は、全気筒の燃料を同時にガツトする
のではないので、機関出力が急激に低下するのを
防止でき、前記に比較してトルクシヨツクは小さ
くなるという利点がある。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、この場合も過給圧が所定値まで
低下すれば燃料の供給を再開するため、もし前記
した電磁弁による信号圧力の制御不能または制御
が不安定の状態が継続しているならば、燃料供給
の再開に伴い再び過給圧が上限値を越えてしま
い、この結果機関は燃料供給とカツトの繰り返し
により断続的に出力変動を起こすことになり、い
ずれにせよ運転フイーリングの悪化は免れられな
い。

本考案はこのような問題を解決することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） そこで本考案は、第１図に示すように、排気の
エネルギにより駆動され吸気を過給するターボチ
ヤージヤ５０と、ターボチヤージヤ５０の排気タ
ービンに対する流入排気の制御機構（排気バイパ
スバルブ、可変翼）５１と、この排気制御機構５
１を駆動する圧力アクチユエータ５２と、この圧
力アクチユエータ５２に駆動圧力を供給する圧力
通路５３と、この圧力の一部を制御信号に応じて
大気にリークする電磁弁５４と、ターボチヤージ
ヤ５０による過給圧を検出する手段５５と、この
検出過給圧が所定の目標値となるように前記電磁
弁５４を開閉制御するフイードバツク制御手段５
６と、過給圧が予め設定された上限値を越える間
は機関に対する燃料の供給を停止する手段５７
と、過給圧の上昇に伴い燃料供給をいつたん停止
した後は前記フイードバツク制御を停止するとと
もに前記圧力アクチユエータ５２に吸気コンプレ
ツサの下流の圧力をそのまま作用させるフイード
バツク解除手段５９とから構成する。

（作用） このようにしたので、過給圧が目標値の範囲内
でフイードバツク制御されている状態から、何等
かの原因で電磁弁５４が作動不良となり、排気制
御機構５１を駆動する圧力アクチユエータ５２の
駆動圧力の制御が不能または不安定になり、過給
圧が上限値を越えて上昇したとすると、まず機関
に対する燃料の供給が停止され、過給圧を強制的
に低下させる。そしてこの燃料の供給停止後は、
前記過給圧のフイードバツク制御が停止されると
ともに、電磁弁５４を実質的に閉じて吸気コンプ
レツサ５８の下流の吸気圧力を直接的に圧力アク
チユエータ５２に作用させるので、いわゆる機械
的なフイードバツク制御により排気制御機構５１
が開閉し、電磁弁５４の作動不良にもかかわらず
過給圧を所定の値に安定して制御することが可能
となる。

（実施例） 以下本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第２図において、１は機関本体、２は吸気通
路、３は排気通路で、この排気通路３にターボチ
ヤージヤ４の排気タービン５が介装されると共
に、その吸気コンプレツサ６が吸気通路２に介装
され、排気ガスの圧力で駆動される排気タービン
５の回転により吸気コンプレツサ６が作動して機
関の吸入空気を過給する。

排気タービン５の入口から出口へとバイパスす
る通路７が形成され、このバイパス通路７には排
気バイパスバルブ８が設けられ、このバイパスバ
ルブ８を開閉することにより排気タービン５に流
入する排気量を制御する一方、排気タービン５の
入口部には可変翼９が設けられ、この可変翼９の
開度に応じて排気ガスのタービン流入速度を制御
するようになつており、これらにより排気タービ
ン５に対する流入排気の制御機構を構成してい
る。

排気バイパスバルブ８と可変翼９とはいずれも
圧力アクチユエータとしてのダイヤフラム装置１
０と１１により駆動され、このダイヤフラム装置
１０，１１の作動圧力は電磁弁１２と１３を介し
て制御される。各ダイヤフラム装置１０，１１に
は圧力通路１４，１５を介して前記吸気コンプレ
ツサ６と吸気絞弁１６との間の過給圧（大気圧よ
りも高い正圧）が導かれると共に、これら圧力通
路１４，１５を低圧側の吸気コンプレツサ６の上
流とそれぞれ連通する解放通路１７，１８の途中
に前記電磁弁１２と１３が介装される。電磁弁１
２，１３が開けば過給圧が低圧側に逃げ、ダイヤ
フラム装置１０，１１に対する供給圧が低下し、
逆に閉じれば供給圧が上昇するのであり、これに
伴い排気バイパスバルブ８と可変翼９とが駆動さ
れてその開度を増減する。つまり供給圧力が上昇
して排気バイパスバルブ８の開度が増加すると、
排気タービン５に対する流入量が減少してタービ
ン回転が低下するし、また同様にして可変翼９の
開度が増加すると排気流速が低下しタービン回転
が低下する。

これら電磁弁１２，１３の開度を運転状態に応
じて制御するためにマイクロコンピユータなどで
構成される制御回路２０が設けられ、吸気通路２
に設けた吸入空気量を検出するエアーフローメー
タ２１、吸気絞弁１６の開度を検出する絞弁開度
スイツチ２２、機関回転数を検出するクランク角
センサ２３、機関冷却水温度を検出する水温セン
サ２４、吸気通路２の過給圧を検出する圧力セン
サ２５からの信号が制御回路２０に入力される
と、これらに基づいて過給圧が所定の目標値とな
るように電磁弁１２，１３の開度をフイードバツ
ク制御するのである。

そして制御回路２０は同時にこれらの検出信号
に基づいて機関に供給する混合気が所定の空燃比
となるように、燃料噴射弁９から噴射される燃料
の噴射量を制御するとともに、後述するように、
検出した過給圧が所定の上限値を越えるとその間
燃料の噴射を停止させ、またいつたん燃料噴射を
停止するとその後は前記電磁弁１２，１３の開度
を実質的に全閉に保持してフイードバツク制御を
中止するようになつている。

前記排気バイパスバルブ８と可変翼９とは、第
３図Ａのように、低負荷域ではで示すように排
気バイパスバルブ８と可変翼９を共に全閉とし、
中負荷域ではで示すように排気バイパスバルブ
８を全閉に保持したまま可変翼９をフイードバツ
ク制御し、高負荷域ではで示すように排気バイ
パスバルブ８をフイードバツク制御すると共に可
変翼９を全開に保持する。可変翼９が全閉状態
（ただし完全に閉じるのではなく、所定の最小開
度に保持される）では排気タービン５に流入する
排気流速は最大となり、排気タービン５の回転を
上昇させる方向に制御され、可変翼９の開度を増
大すると排気流速が低下してタービン回転が抑制
される。また排気バイパスバルブ８の開度を増加
すると排気タービン５を排気がバイパスしていく
ため、タービン回転数の上昇は抑制される。な
お、低負荷域では排気バイパスバルブ８と可変翼
９を共に全閉に保持するのは、機関の排気量、排
気圧が共に少なく、このように両方共全閉に保持
しても排気タービン５の回転が上がりにくいため
である。

第３図Ｂは過給圧と排気バイパスバルブ８と可
変翼９との制御デユーテイの関係を示すもので、
いずれも制御デユーテイが大きくなるほど（最大
値100％）過給圧が上昇するようになつている。

つまり、排気バイパスバルブ８の開度を制御す
る電磁弁１２は制御デユーテイが０％のときは全
閉し、圧力通路４から過給圧が解放通路１７に逃
げることなくそのままダイヤフラム装置１０に作
用して排気バイパスバルブ８を全開して過給圧を
低下させるし、逆に制御デユーテイが100％のと
きは電磁弁１７が全開して、圧力通路１４からの
過給圧を低圧側の解放通路１７に逃がしてダイヤ
フラム装置１０に対する供給圧を低下させ、排気
バイパスバルブ８を全閉保持して過給圧を上昇さ
せる。また同じようにして、可変翼９の開度を制
御する電磁弁１３も制御デユーテイが０％のとき
は、ダイヤフラム装置１１に対する供給圧を高め
て可変翼９の開度を全開にし、過給圧を低下させ
る方向に制御する一方、制御デユーテイが100％
のときは供給圧を低下させ、可変翼９の開度を全
閉保持して過給圧を上昇させるのである。

第３図Ｃは過給圧の制御目標値Pmの特性を示
すものであるが、機関吸入空気量により変化する
が、中負荷域では最大値として例えば425mmHgに
設定され、低負荷域と高負荷域とではこれよりも
若干低くなるように設定してある。

このようにして通常の運転状態では過給圧が目
標値となるように、排気バイパスバルブ８と可変
翼９の開度がフイードバツク制御されるのである
が、この制御にも拘わらず、圧力センサ２５で検
出される過給圧が目標値を越えて上昇していく場
合、制御回路２０は前記排気バイパスバルブ８と
可変翼９の開度を制御するための信号、つまり制
御デユーテイを強制的に減じて排気バイパスバル
ブ８と可変翼９を開いて過給圧を低下する方向に
補正する。そしてこの制御は過給圧が第３図Ｃに
示す目標値Pmよりも高い第１の制御圧力値（フ
エイルセーフ圧力値）Psを越えたときに行なわ
れ、またこの第１の圧力値Psよりもさらに高い
第２の圧力値（フユーエルカツト圧力値）Pcを
越えたときは、機関に対する燃料の供給が停止さ
れるようになつている。

そしてこのように燃料カツトがいつたん行なわ
れると、その後は前記過給圧のフイードバツク制
御が停止され、前記電磁弁１２，１３が実質的に
全閉状態に保持され、ダイヤフラム装置１０，１
１には圧力通路１４，１５からの過給圧がそのま
ま導入される。これにより、排気バイパスバルブ
８と可変翼９の開度は過給圧を直接的に感知して
制御され、過給圧が所定値以上になれば排気バイ
パスバルブ８が開き、また可変翼９が全開となる
ので、過給圧の異常上昇を防止することができる
のである。

この制御動作について第４図のフローチヤート
にしたがつて説明すると、まず機関吸気量（また
は機関回転数）と過給圧P₂を読み込み、ついて
この吸気量に対応した過給圧の目標値Pm、この
目標値よりも高い第１の圧力値（フエイルセーフ
圧力値）Ps、及び第２の圧力値（フユーエルカ
ツト圧力値）Pcをそれぞれメモリから読みだす。
この場合、メモリに設定された圧力値PsとPcは、
機関の吸気量が増大する高負荷域に低下する特性
となつており、したがつて高負荷域ほど前記過給
圧の強制補正制御並びに燃料カツトは早期、つま
り過給圧の低い領域で開始されるようになつてい
る。

次にP₂とPsを比較してP₂＞Psでないと判断し
たときは、通常の過給圧のフイードバツク制御を
行う。これに対してP₂＞Psのときは、P₂とPcを
比較して、P₂＞Pcでないときは排気バイパスバ
ルブ８（WGと称する）と可変翼９（VNと称す
る）の制御デユーテイを強制的に50％だけ減少さ
せ、過給圧を減少する方向に強制制御する。

ただしこのように過給圧が上昇する高負荷側で
は開度制御しているのは排気バイパスバルブ８の
みで、可変翼９の開度は全開に保持されているた
め、排気バイパスバルブ８のみ開き方向に強制的
に制御してもよい。この結果、排気の一部が排気
タービン５をバイパスして流れるので、ターボチ
ヤージヤ４の回転数が減少して過給圧が低下する
ように修正される。この場合、過給圧は低下して
も燃料をカツトもしくは減少させたときのように
機関出力が大幅に低下することはなく、高出力運
転時にいきなりエンジンブレーキがかかるような
運転フイーリングの悪化は回避される。

一方、このような操作にも拘わらず、例えば吸
気通路２に逆流したブローバイガス中のエンジン
オイルが、圧力通路１４，１５や解放通路１６，
１７を経由して電磁弁１２，１３に付着し、電磁
弁１２，１３の作動が不安定になり、制御回路２
０からの制御信号に対して追従性が悪化すると、
例えば排気バイパスバルブ８の開度を増大させる
信号が入力しているにもかかわらずダイヤフラム
装置１０の信号圧力は高まらなかつたりすると、
排気バイパスバルブ８が開かずに過給圧がさらに
上昇する。このように過給圧が上昇してついには
P₂＞Pcとなると、燃料噴射弁１９からの燃料の
供給を停止するように制御される。

そしてこの燃料カツトと共に、前記WG（VN）
の制御デユーテイを１％に固定して電磁弁１２，
１３を実質的に開弁保持する。

電磁弁１２，１３を閉弁保持するとダイヤフラ
ム装置１０，１１には圧力通路１４，１５を介し
て吸気コンプレツサ６の下流の過給圧が直接的に
作用することになり、したがつてダイヤフラム装
置１０，１１はこの導入された過給圧とスプリン
グとのバランスに基づいて排気バイパスバルブ８
と可変翼９の開度を制御する。

この制御は実際の過給圧に基づくいわゆる機械
的なフイードバツク制御であり、制御目標値とし
てはダイヤフラム装置１０，１１に導かれる過給
圧が大気で希釈されないため、燃料カツト前のフ
イードバツク制御目標値よりも若干低い値で排気
バイパスバルブ８が開き始めることから、制御さ
れる過給圧はその分だけわずかに低下する。

しかし電磁弁１２，１３による圧力制御ではな
いため、電磁弁１２，１３の作動不良に伴う制御
の不安定化は回避され、そのまま電磁弁１２，１
３のフイードバツク制御を持続したときに生じる
燃料カツトの繰り返しを防止することができる。

つまり、作動の安定しない電磁弁１２，１３に
よりフイードバツク制御を継続したとすると、燃
料の供給を再開した後に再び過給圧が上昇して上
限値Pcを越えることになり、燃料カツトが繰り
返えされてトルクシヨツクを生じるのであるが、
燃料のカツト後は電磁弁１２，１３による圧力制
御を中止するため、このような現象を回避できる
のである。

なお、上記制御動作において、燃料のカツト時
はＫ＝１として、またそれ以外はＫ＝０として所
定の時間サイクルで制御が繰り返えされるように
なつているため、いつたんＫ＝１となるとフイー
ドバツク制御の解除が継続されることになる。た
だしこれは機関を停止させることにより、初期状
態に復帰するので、機関の再始動後に過給圧が同
様にして上限値Pcを越えない限り、通常のフイ
ードバツク制御に戻るのであり、仮に電磁弁１
２，１３の作動不良がオイル付着や侵入水分の凍
結などの一時的な原因による場合、オイルが自然
に除去されたり凍結が解除されれば、通常のフイ
ードバツク制御に復帰しても何等問題はない。

なお、この実施例ではダイヤフラム装置１０，
１１の信号圧力を、過給圧を大気にリークして制
御するようにしているが、別の圧力源からの圧力
を導入してリーク制御することも可能で、ただし
この場合はフイードバツク制御の停止時にダイヤ
フラム装置１０，１１に過給圧を直接作用させる
ように切換通路などを設ける必要がある。

（考案の効果） 以上のように本考案は、過給圧が目標値の範囲
内でフイードバツク制御されている状態から、何
等かの原因で過給圧が目標値を越えて上昇したと
きは、いつたん機関の燃料供給をカツトした後の
運転において、過給圧を圧力アクチユエータに直
接作用させ、これにより排気バイパスバルブや可
変翼などの過給圧制御機構を作動させるようにし
たので、圧力アクチユエータに対する信号圧力を
制御する電磁弁がオイルの付着や侵入水分の凍結
により作動不良を起こして、過給圧の制御が不安
定になり、やがて過給圧が上限値を越えたような
場合でも、電磁弁のフイードバツク制御を停止さ
せて過給圧による直接制御に切り替えることで、
それ以降の過給圧制御を安定させることができ、
この結果、そのままフイードバツク制御を継続し
ていたときに生じる燃料カツトの繰り返えしを回
避して運転フイーリングの改善や、寒冷地での凍
結路面の走行時における車輪のスリツプを防止で
きるという効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成図、第２図は本考案の実
施例を示す概略構成図、第３図Ａは排気バイパス
バルブと可変翼との制御領域を示す説明図、第３
図Ｂは過給圧と制御デユーテイの関係を示す説明
図、第３図Ｃは過給圧の制御圧力値の特性を示す
説明図、第４図は制御動作のフローチヤートであ
る。 １……機関本体、２……吸気通路、３……排気
通路、４，５０……ターボチヤージヤ、５……排
気タービン、６……吸気コンプレツサ、８……排
気バイパスバルブ、９……可変翼、１０，１１…
…ダイヤフラム装置、１２，１３……電磁弁、２
０……制御回路、２１……エアフローメータ、２
２……絞弁開度スイツチ、２３……クランク角セ
ンサ、２５……圧力センサ、５１……排気制御機
構、５２……圧力アクチユエータ、５６……圧力
通路、５４……電磁弁、５５……過給圧検出手
段、５６……フイードバツク制御手段、５７……
燃料供給停止手段、５９……フイードバツク解除
手段。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気のエネルギにより駆動され吸気を過給する
   ターボチヤージヤと、ターボチヤージヤの排気タ
   ービンに対する流入排気の制御機構と、この排気
   制御機構を駆動する圧力アクチユエータと、この
   圧力アクチユエータに駆動圧力を供給する通路
   と、この圧力の一部を制御回路からの信号により
   大気にリークする電磁弁と、ターボチヤージヤに
   よる過給圧を検出する手段と、この検出過給圧が
   所定の目標値となるように前記電磁弁を開閉制御
   するフイードバツク制御手段と、過給圧が予め設
   定された上限値を越える間は機関に対する燃料の
   供給を停止する手段と、過給圧の上昇に伴い燃料
   供給をいつたん停止した後は前記フイードバツク
   制御を停止するとともに前記圧力アクチユエータ
   に吸気コンプレツサ下流の圧力をそのまま作用さ
   せるフイードバツク解除手段とを備えたことを特
   徴とする内燃機関の過給圧制御装置。