JPH0346653B2 - - 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ビン
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転エネルギに変
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、高出力を必要としないエンジンの低
速低負荷の定常運転時において、タービンへの排
気ガス導入通路径を絞り込むと、排圧の上昇に伴
つて内部EGRが増加し、エンジンの燃焼性が過
度に阻害されるうえ、排気ガス温度が低下し、ま
た燃焼性を確保するために、燃料を増量する必要
が生じて、燃費性能が悪化するといつた問題があ
る。

一方、特開昭58−176417号公報には、タービン
ノズル面積を可変とし、該タービンノズル面積を
低回転域で絞り、高回転域で広がるようにし、か
つエンジン負荷に対応して高負荷域では絞り、低
負荷域では広がる特性にしたがつて制御するよう
にしたターボ過吸機付エンジンが提案されてい
る。

このものは、タービンノズル面積を回転数及び
負荷に応じて微細に制御できるものの、制御が複
雑化するうえ、低速域では、タービンノズル面積
が小さく設定されるため、タービンノズル面積を
大小２段に切り換える前記従来例と基本的に同様
の問題がある。即ち、排気ガス流量に比例させて
タービンノズル面積を制御する方法は、一見きわ
めて合理的なように思えるが、前述したように、
排気ガス温度の低下という問題は、制御を考える
うえで重要な要素である。

また、中速負荷からの加速（高負荷）運転に移
行する場合、タービンノズル面積は中速低負荷域
で相当に広くなつているため、ターボ過吸機によ
る高出力はさほど望めない状態にあり、加速初期
において加速応答性を有効に確保することができ
ない問題がある。

［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、制御を複雑化することなしに
タービンノズル径をエンジンの種々の運転領域に
応じて最適に制御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
設けたエンジンにおいて、低速・低負荷運転領域
に及び高速・高負荷運転領域において上記径可変
手段により排気ガス導入通路の径を大きくする一
方、上記２つの運転領域以外の運転領域において
は、負荷の大小に拘わらず上記径可変手段により
排気ガス導入通路の径を小さくするようにしたこ
とを特徴とする排気ターボ過吸機付エンジンの制
御装置を提供するものである。

［発明の効果］ 本発明によれば、エンジンの低速・低負荷運転
時、つまり軽負荷運転時において、排圧を比較的
低圧に保持することができ、燃焼性の向上，燃費
性能の向上を図ることができ、排気ガスの温度低
下を有効に防止することができるので、エミツシ
ヨン性能を大幅に向上できる。

また、中速運転域では排気ガス導入通路径を絞
つて過吸圧を高めることによりエンジンの高出力
を保証することができ、とりわけ中速低負荷から
の加速運転において加速応答性を向上させること
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制御
してNOxの発生を抑制する。

上記ウエストバルブ２１，切替バルブ１８，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１４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２９により行なう。

この切替アクチユエータ２９に対して排圧を導
入する排圧導入通路３０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３１が介設されており、この第１コ
ントロールバルブ３１が開作動されて、切替アク
チユエータ２９の第１圧力室２９ａに排圧が作用
すると、ダイヤフラム２９ｂはダイヤフラム２９
ｂに一端が固定された作動ロツド２９ｃをコイル
バネ２９ｄのバネ力に抗して図の矢印Ａ方向に押
し、リンク機構２９ｅ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２９の
第２圧力室２９ｆには、スロツトル弁１３の吸気
通路５に負圧取出口を有する負圧導入通路３２を
連通させ、この負圧導入通路３２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３３を介設している。この負圧
導入通路３２および第２コントロールバルブ３３
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
２９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２９ｆに導入することにより、切替アク
チユエータ２９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３４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３４に吐出圧を導く圧力導入通路３５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３６を設け、このリリーフ通路３６
の途中には、リリーフ量を制御するコントロール
バルブ３７を介設している。このコントロールバ
ルブ３７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３７を閉作
動してリリーフ通路３６を閉じ、圧力導入通路３
５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の全運転領域
を計３つの運転ゾーンＡ，Ｂ，Ｃに区分けし、各
運転ゾーンごとに以下の如くに切替バルブ１８の
開閉制御を行なう。

（） 低速・低負荷運転ゾーンＡ この低速・低負荷運転ゾーンＡ、つまり回転数
センサ２６によつて検出されるエンジン回転数が
設定回転数以下で、かつ圧力センサ２７によつて
検出されるエンジン負荷が設定値以下である運転
域では、コンピユータ２５により、第１，第２コ
ントロールバルブ３１，３３を同時に開作動す
る。従つて、この場合には、切替アクチユエータ
２９の第１圧力室２９ａには排圧が、第２圧力室
２９ｆにはスロツトル弁１３下流の高い吸気負圧
が夫々作用する結果、両圧力室２９ａ，２９ｆ間
の差圧が大となつて切替アクチユエータ２９は確
実に開作動される。このため、切替バルブ１８
は、高速用排気ガス導入通路１７を開き、排気ガ
スは低速用，高速用の両方の排気ガス導入通路１
６，１７を通してタービン９に導入される。つま
り、排気ガス導入通路全体の通路径（Ａ／Ｒ）は
拡大された状態に設定される。その結果、タービ
ン９上流の排圧は比較的低圧に維持され、排圧の
上昇に伴う燃焼性の低下が補償され、排気ガス温
度が極度に低下してエミツシヨン性能が悪化する
こともない。つまり、この運転ゾーンＡでは、さ
ほど高い出力性能を必要としないので、燃焼性，
燃費性能を重視した制御を行なう。

（） 中間運転ゾーンＢ この運転ゾーンＢ、つまり、全運転領域のうち
で低速・低負荷運転ゾーンＡ及び高速・高負荷運
転ゾーンＣを除いた、排気ガス量が比較的少ない
運転ゾーンでは、切替バルブ１８を閉作動する。
このめ、コンピユータ２５は、第１，第２コント
ロールバルブ３１，３３の両方を閉作動する。従
つて、この場合には、切替アクチユエータ２９は
コイルスプリング２９ｄのバネ力によつて切替バ
ルブ１８を閉作動するように機能し、高速用排気
ガス導入通路１７を閉じる。その結果、排気ガス
は専ら低速用排気ガス導入通路１６を通してター
ビン９に導入されるようになり、排気ガスは低速
用排気ガス導入通路１６によつて絞り込まれて高
速となつてタービン９に流入し、タービン９を高
速駆動し、ブロア１０は吸気を有効に昇圧して、
この運転ゾーンＢにおける吸気過給を実効あるも
のとする。

従つて、この運転ゾーンＢでは、必要な高出力
が得られることになる。とりわけ、エンジンの中
速運転域では負荷の大小に拘わらず排気ガス導入
通路を絞つて高出力を保証しているため、中速低
負荷から加速を行つた場合にも、エンジン出力が
スムーズに立上がり、良好な加速応答性が得られ
る。

なお、この運転ゾーンＢでは、低速・低負荷運
転ゾーンＡに比して排気ガス量が全体として増加
しており、排気ガス温度の低下は、排気ガス浄化
装置の浄化性能をさほど悪化させることはない。

（） 高速・高負荷運転ゾーンＣ この運転ゾーンＣでは、ターボ過給機７の本来
の目的である過給による出力性能の向上を図るた
め、切替バルブ１８を開作動する。この場合に
は、タービン９上流の排圧が十分に高いので、第
１コントロールバルブ３１をコンピユータ２５に
よつて開作動すれば、それだけで切替アクチユエ
ータ２９を開作動させることができ、切替バルブ
１８はこれに応じて高速用排気ガス導入通路１７
を開き、低速用、高速用両方の排気ガス導入通路
１６，１７から多量の排気ガスをタービン９に導
入し、タービン９、したがつてブロア１０を高速
駆動する。その結果、エンジン１の出力は過給に
よる充填効率のアツプに応じてアツプされ、高出
力化が達成される。

なお、過給圧は前述したウエストゲートバルブ
２１の制御を通じて、予め設定した最高過給圧を
越えて上昇しないように制御される。

なお、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
式の一例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、２５……コンピユータ、２９……切
替アクチユエータ、３１……第１コントロールバ
ルブ、３２……負圧導入通路、３３……第２コン
トロールバルブ。

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、 低速・低負荷運転領域に及び高速・高負荷運転
   領域において上記径可変手段により排気ガス導入
   通路の径を大きくする一方、上記２つの運転領域
   以外の運転領域においては、負荷の大小に拘わら
   ず上記径可変手段により排気ガス導入通路の径を
   小さくするようにし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。