JPH037018B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はターボチヤージヤ付内燃機関のターボ
チヤージヤ焼付防止方法、特にアイドル時のター
ボチヤージヤの油圧不足および油流量不足による
焼付を防止する方法に関する。

内燃機関に使用されるターボチヤージヤは自動
車の出力向上、排気ガスの清浄、燃費の向上およ
び低騒音を達成する目的で利用されるものであ
り、例えば、エンジンのエキゾーストマニホール
ド側でタービン羽根車を利用して排気ガスの流動
エネルギーを回転運動に変換し、次いでその回転
運動によりインテークマニホールド側のコンプレ
ツサ羽根車を回転させ、エンジンに燃焼用空気を
圧縮して送り込む作用をなすものである。

ところが、例えば自動車のエンジン高速回転走
行、あるいは昇り坂での高負荷走行時において、
エンジンよりの排気ガス温度は非常に高温となる
のであるが、その様な走行後、未だ排気系の温度
が低下しない内にアイドル状態になつた場合、タ
ーボチヤージヤの焼付がしばしば発生し、再度エ
ンジンの出力を上げることができないというトラ
ブルを生じていた。

この原因は、エンジンより発生した大量の熱に
よりアイドル時にはほとんど回転していないター
ボチヤージヤの軸と軸受が潤滑油の油圧不足も加
わつて焼付くために、生じたものであつた。

この問題を解決するものとして、アイドル時に
常に通常レベル以上のエンジン回転速度を保持さ
せる方法がある。

すなわち、エンジン回転速度を比較的高く設定
することにより、エンジンよりターボチヤージヤ
へのオイルの流量を増大させて、ターボチヤージ
ヤを冷却および潤滑して、ターボチヤージヤの焼
付を防止するものである。

ところが、この方法によると、アイドル時に焼
付を生じないような条件でも常にエンジンが比較
的高速回転となるところから、燃費が悪化すると
いう問題が生じてきた。

本発明は上述したターボチヤージヤの焼付防止
と燃費の節約という相矛盾する問題を解決する方
法を提供するものである。

すなわち、本発明の要旨とするところは、ター
ボチヤージヤ付内燃機関において、アイドル状態
検出手段、ターボチヤージヤ油圧状態検出手段、
内燃機関回転速度検出手段およびターボチヤージ
ヤのコンプレツサ羽根車とスロツトルバルブをバ
イパスするアイドルスピードコントロール手段に
より、前記内燃機関がアイドル状態であつて油圧
が予め定めた油圧基準値以下の状態および内燃機
関の回転速度が予め定めた回転速度基準値未満の
状態のときに、アイドルスピードコントロール手
段の空気流量調節のためのコントロールバルブ開
度を調節して、内燃機関の回転速度を前記回転速
度基準値に調節することを特徴とするターボチヤ
ージヤ焼付防止方法にある。

次に図面を参照しつつ本発明を説明する。

第１図は本発明方法の一実施例を表わすエンジ
ン周辺部分の概略断面図である。

ここにおいて、１はターボチヤージヤ、４はイ
ンテークマニホールド、５はエンジン、および６
はエキゾーストマニホールドである。

ターボチヤージヤ１はその両端に羽根車２，３
を備え、その一方のコンプレツサ羽根車２はコン
プレツサハウジング２ａに覆われている。そのコ
ンプレツサ羽根車２の中心に対向したハウジング
部分に吸入空気入口部２ｂが設けられ、コンプレ
ツサ羽根車２の周辺に対向したハウジング部分に
吸入空気出口部２ｃが設けられている。

上記吸入空気入口部２ｂは、空気上流方向Ｆで
エアフローメータ、エアクリーナに連なるパイプ
７に接続されている。

上記吸入空気出口部２ｃは、インテークマニホ
ールド４に連なるパイプ８に接続されている。

インテークマニホールド４はその一部が膨脹し
た形でサージタンク９を形成している。そしてサ
ージタンク９の上流側にスロツトルバルブ１０、
下流側にインジエクタ１１が設けられている。

上記パイプ７と上記サージタンク９の間には、
ターボチヤージヤ１のコンプレツサ羽根車２、パ
イプ８およびスロツトルバルブ１０をバイパスし
て、アイドルスピードコントロール装置１２が配
設されている。

アイドルスピードコントロール装置１２は、途
中にコントロールバルブ１２ａが設けられたパイ
プ構造をなし、上流側コントロールパイプ１２ｂ
は、コンプレツサハウジング２ａと接続している
パイプ７の内部に開口し、一方、下流側コントロ
ールパイプ１２ｃはサージタンク９の内部に開口
している。

ターボチヤージヤ１のもう一方の羽根車である
タービン羽根車３はタービンハウジング３ａに覆
われている。そのタービン羽根車３の中心に対向
したハウジング部分に排気ガス出口部３ｂが設け
られ、タービン羽根車３に周辺に対向したハウジ
ング部分に排気ガス入口部３ｃが設けられてい
る。

上記排気ガス出口部３ｂは空気下流方向Ｂで排
気管１４に連なるパイプ１３に接続されている。

上記排気ガス入口部３ｃは、エキゾーストマニ
ホールド６に連なるパイプ１５に接続されてい
る。

上記パイプ１３とパイプ１５はダイヤフラム１
６のためのバイパス１７で一体に接続されてい
る。

２０は電子制御ユニツトであり、ダツシユボー
ド等エンジンから離れ、熱や振動の影響を受けに
くい場所に設けられている。

２１は車速センサである。車速センサ２１は例
えばトランスミツシヨンアウトプツトシヤフトに
設けられて回転する回転永久磁石２１ａと、この
永久磁石２１ａによつてオン・オフ動作されるリ
ードスイツチ２１ｂとにより構成されて車速に比
例したパルス信号を電子制御ユニツト２０に送つ
ている。

油圧センサ２２は軸受１ａに付設され、潤卸用
オイル入口１ｃより流入し、潤滑用オイル出口１
ｄより流出するオイルの油圧信号を電子制御ユニ
ツト２０に送つている。

２３は回転速度検出手段に該当する回転角セン
サである。該回転角センサ２３はデイストリビユ
ータ１８内においてクランクシヤフトと同期して
回転するロータ２３ａと、このロータ２３ａの鋸
歯状外周縁に対設された電磁ピツクアツプ２３ｂ
とにより構成され、クランクシヤフトが一定角
度、例えば30゜回転する毎にパルスを電子制御ユ
ニツト２０に送つている。

２４はスロツトルポジシヨンセンサである。該
スロツトルポジシヨンセンサ２４はインテークマ
ニホールド４の上流側に位置し、スロツトルバル
ブ１０の開度を検出し、開度に応じた信号を電子
制御ユニツト２０に送つている。

以上の各センサの信号を受けた電子制御ユニツ
ト２０は、それら各信号データを演算および解析
判定し、必要ならば、アイドルスピードコントロ
ール装置に出力信号を送り、コントロールバルブ
１２ａのソレノイドにより、開度を調節して、ア
イドル時にエンジン燃焼室２５への燃料および空
気の供給量を増加させる。

次に走行時における空気および排気ガスの流れ
を説明する。

燃焼用空気は外部より図示しないエアクリーナ
より取り込まれ、上流方向Ｆよりパイプ７を通過
して、ターボチヤージヤ１のコンプレツサ羽根車
２へ流入する。

ここで、空気はコンプレツサ羽根車２にて圧縮
され、パイプ８を通つてインテークマニホールド
４へ至る。

空気はインテークマニホールド４の上流側に設
けられているスロツトルバルブ１０の開度に相応
する量でサージタンク９へ流れ込み、次いでイン
ジエクタ１１より噴出した燃料と混合し、インレ
ツトバルブ２６が開いた時にエンジンの燃焼室２
５へ流入する。

燃焼室２５内で爆発し、そのエネルギーをピス
トン運動に変えた後の排気ガスは、アウトレツト
バルブ２７が開くとともにエキゾーストマニホー
ルド６へ押し出され、次いでパイプ１５を通過し
てタービン羽根車３に至り、タービン羽根車３に
回転運動を与えた後、排気管１４から外部へ排出
される。

上記タービン羽根車３の回転力は軸１ｂを共通
とするコンプレツサ羽根車２にそのまま伝わり、
燃焼用空気を圧縮する力として利用される。

第２図は、上記第１図において説明した実施例
の電子制御を説明する回路図である。

電子制御ユニツト２０は、デジタルコンピユー
タとして構成され、各種の演算処理を行なうマイ
クロプロセツサ（MPU）５１、制御プログラム、
演算定数等が予め格納されているリードオンリメ
モリ（ROM）５２、ランダムアクセスメモリ
（RAM）５３および各種クロツク信号を発生す
るクロツク発生器５４からその記憶および演算処
理部分が構成されている。

これらMPU５１、ROM５２およびRAM５３
は双方向バス６８を介して互いに接続されてお
り、クロツク発生器５４はMPU５１に接続され
て、直接MPU５１にクロツク信号を送つている。

また、電子制御ユニツト２０は、油圧センサ２
２からの信号を受信し、記憶および演算処理を行
うために、バツフア５６、マルチプレクサ５７、
Ａ／Ｄ変換器５８および入出力ポート５９を具備
している。

油圧センサ２２よりのアナログ信号はバツフア
５６を介して、マルチプレクサ５７の転速制御の
もとにＡ／Ｄ変換器５８に至る。ここでアナログ
信号は２進数のデジタル信号に変換され入出力ポ
ート５９とデータバス６８を介して、MPU５１
内に読み込まれる。

更に、電子制御ユニツト２０は、スロツトルセ
ンサ２４、車速センサ２７および回転角センサ２
３からの信号を受信し、記憶および演算処理を行
うために、整形回路６３および入力ポート６１を
具備している。

スロツトルポジシヨンセンサ２４は、例えば、
スロツトルバルブの開度に応じた４ビツト信号を
発するものであり、該信号は入力ポート６１とデ
ータバス６８を介して、MPU５１へ読み込まれ
る。スロツトルポジシヨンセンサ２４はアイドル
状態を検出するためのものであるから、代りにア
イドリングスイツチを用いることもできる。

車速センサ２１および回転角センサ２３よりの
パルス信号は整形回路６３により、MPU５１が
読み取れるようにパルス波形が整形された後、入
力ポート６１とデータバス６８を介して、MPU
５１に読み込まれる。

MPU５１は、以上の各センサよりのデータと、
ROM５２あるいはRAM５３中の各種定数やデ
ータを比較演算して、エンジンの状況を判定し、
必要な場合に、出力ポート６７に信号を出力す
る。

MPU５１よりの信号は出力ポート６７を介し
て、駆動回路へ入り、アイドルスピードコントロ
ールバルブ１２ａの開度を調整する。

第３図は本発明の一実施例のフローチヤートを
表わす。この場合、該フローチヤートの処理は、
自動車エンジンの各種制御処理の内の一部分とし
て設定されているので、第３図はアイドルスピー
ドコントロール（ISC）計算ルーチン７１として
部分図で表わされている。

ここにおいて、ステツプ72はISCフイードバツ
クがなされているか否かを判定するステツプであ
り、スロツトルポジシヨンセンサ２４の信号と車
速センサ２１の信号に基づいて判定する。この場
合、スロツトルバルブ１２ａが閉じており、車速
が０ならばISCフイードバツク中（「YES」）であ
ると判定して、処理はステツプ73に移る。そうで
なければ「NO」と判定して、処理はステツプ80
にうつる。

ステツプ73はターボチヤージヤ１の油圧が、必
要とする値であるか否かを判定するステツプであ
り、ターボチヤージヤ１の軸受１ａに付設された
油圧センサ２２の信号に基づいて判定する。この
実施例では油圧が0.7Kg／cm²以下ならば「YES」
と判定して、処理はステツプ74に移り、0.7Kg／
cm²を越えるならば「NO」と判定して、処理はス
テツプ78に移る。

ステツプ74は、既にシフト状態あるいはエアコ
ン等による負荷状態に適応して設定されているエ
ンジン目標回転速度が、必要とする値に設定され
ているか否かを判定するステツプであり、電子制
御ユニツトのRAM中に設定された値に基づいて
判定する。この実施例ではエンジン回転速度の設
定値が、回転速度基準値である700rpm未満であ
れば、「YES」と判定して、処理はステツプ75に
移り、700rpm以上ならば「NO」と判定して、
処理はステツプ78に移る。

ステツプ75は、エキゾーストマニホールド側の
温度が低下するまでISCバルブがエンジン目標回
転速度に見合つた分だけの開度を保持するある一
定の時間（TD）の計時が開始されるステツプを
表わす。計時はタイマーによりなされ、計時スタ
ート前には必ずリセツトがなされる。

ステツプ76は上記RAM中のエンジン目標回転
速度の値を700rpmに設定するステツプを表わす。
実際の回転速度は常に回転角センサ２３からのデ
ータを電子制御ユニツト２０が監視し、RAM中
のエンジン目標回転速度に調節されている。

ステツプ77はステツプ76にて設定されたエンジ
ンの目標回転速度の値に基づき、ISCのバルブが
開かれ、エンジン回転速度を目標値に調節するス
テツプを表わす。

ステツプ78はステツプ75にてタイマーにより開
始された計時はISCバルブ開度保持時間TDを経
過したか否かを、例えば、フラグにより判定する
ステツプを表わす。TDが経過したならば
「YES」と判定して、処理はステツプ77に移り、
そうでなければ「NO」と判定して、処理はステ
ツプ76に移る。

ステツプ79はISCフイードバツク時以外のアイ
ドル状態、例えばエンジン始動直後のアイドル状
態等のために設定された学習値に基づきISCバル
ブを開くステツプを表わす。

ステツプ80は車両走行状態において、特にエン
ジン出力を必要とする状態である過給域、例え
ば、昇じ坂の走行等においてエンジン出力を高め
る必要がある場合をスロツトルバルブ１０の開度
により判定するステツプを表わす。ここで
「YES」と判定されれば処理はステツプ81に移
り、「NO」と判定されればステツプ79に移る。

ステツプ81はISCバルブを完全に閉鎖するステ
ツプを表わす。

次にエンジンの状態を想定してフローチヤート
の流れを追つてみる。

エンジンの水温が低い時のアイドル状態では
ISCのフイードバツクは行わないので、ステツプ
72では、「NO」と判定され、処理はステツプ80
に移る。

ステツプ80ではエンジン高出力はまだ必要ない
のでターボチヤージヤは過給機として働かず、
「NO」と判定され、処理はステツプ79に移る。

ステツプ79では、ISCフイードバツク時以外の
アイドル状態あるいは高出力を必要としない走行
状態のために予め設けられたエンジン回転速度に
該当する学習値分だけ、ISCバルブを開く。

次いで処理は本ルーチンを抜け出し、他の処理
Ａに向う。

次に車両が昇り坂の走行や、高速走行等の状態
にあつて、エンジンが高負荷状態あるいは高速回
転状態となり、ターボチヤージヤが過給機として
働かなければならないときは、処理はステツプ
72、80を経てステツプ81に至り、ISCバルブを全
閉し、ターボチヤージヤのコンプレツサ羽根車に
よつて圧縮された空気を逃さないようにしてい
る。

次に上記のごとく、エンジンが高負荷状態ある
いは高回転状態の後にアイドル状態となつた場
合、ステツプ72では「YES」と判定され処理は
ステツプ73に移る。

ステツプ73では油圧が通常のアイドル状態の軸
受油圧以上でないとターボチヤージヤの軸が焼付
く危険があるので、この場合、油圧基準値0.7
Kg／cm²以下（「YES」）と判定されると、焼付危
険ありとして、処理はステツプ74に移る。

ステツプ74では、通常のアイドル状態のエンジ
ン回転速度以上でないとターボチヤージヤの軸が
焼付く危険があるので、この場合、回転速度基準
値700rpm未満（「YES」）と判定されると、焼付
危険ありとして、処理はステツプ75に移る。

ステツプ75では、ISCバルブ開度保持時間TD
計時のためのタイマーがリセツトされた後スター
トされる。

次いでステツプ76では、目標回転速度が
700rpmに設定される。

次いでステツプ77では、ステツプ76で設定した
エンジン目標回転速度700rpmに相応する開度だ
けISCバルブを開く。

このようにして、通常のアイドル状態では、タ
ーボチヤージヤ１のコンプレツサ羽根車２が回転
せず、インテークマニホールド４側が外気より負
圧になるところを、上記ISCバルブが開かれるこ
とにより外気圧に近づき、エンジンの出力が増加
して、エンジン回転速度が増加し、目標回転速度
700rpmが達成される。

次に、上記のような状態の後、油圧が0.7Kg／
cm²を越え、あるいはエンジン目標回転速度が
700rpm以上になつた場合は、ステツプ73あるい
は74よりステツプ78に処理が移る。

ステツプ78では、エンジンのエキゾーストマニ
ホールド側の温度がターボチヤージヤの軸が焼付
かなくなる程度に低下したかを、ISCバルブ開度
保持時間TD経過すれば低下したものとみなして
判定する。このステツプ78では、時間TD経過を
判定する以外にエキゾーストマニホールド側の温
度測定により判定してもよい。

ここで未だTDが経過していなければ、ISCバ
ルブはエンジン目標回転速度に相当する分だけ開
いておく必要ありと判定され、ステツプ76で目標
回転を700rpmとし、ステツプ77で目標分だけバ
ルブを開き、処理は他の処理Ａに移る。

次にステツプ78でTDが経過したと判定されれ
ば、次のステツプ77に処理が移り、エンジンのエ
キゾーストマニホールド側はターボチヤージヤが
焼付かない程度に冷却されたものとみなされ、
ISCバルブ開度は、ステツプ77で通常のアイドル
状態の開度に戻される。

上述のごとく、ISCバルブ開度が通常のアイド
ル状態の開度に戻ることにより、アイドル時に負
圧となつているインテークマニホールド４側に燃
焼用空気が必要以上に流れ込むことがなく、エン
ジン回転速度は必要最小限に保持されることにな
る。

以上説明したごとく、本発明の特徴は、ターボ
チヤージヤ付内燃機関において、アイドル状態検
出手段、ターボチヤージヤ油圧状態検出手段、内
燃機関回転速度検出手段およびターボチヤージヤ
のコンプレツサ羽根車とスロツトルバルブをバイ
パスするアイドルスピードコントロール手段によ
り、前記内燃機関がアイドル状態であつて油圧が
予め定めた油圧基準値以下の状態および内燃機関
の回転速度が予め定めた回転速度基準値未満の状
態のときに、アイドルスピードコントロール手段
の空気流量調節のためのコントロールバルブ開度
を調節して、内燃機関の回転速度を前記回転速度
基準値に調節することにある。

このことにより、高負荷走行あるいは高速回転
走行直後のアイドル状態においては、内燃機関が
通常のアイドル時より高速に回転することによつ
て、ターボチヤージヤの油圧が維持され、オイル
の潤滑および冷却作用により、ターボチヤージヤ
の軸が焼付くことがない。しかも、始動時のアイ
ドル状態、高負荷もしくは高速回転でない走行後
のアイドル状態あるいは高負荷もしくは高速回転
走行後でもターボチヤージヤの温度が低下した後
のアイドル状態においては、内燃機関は通常のア
イドル回転に回転速度が減少することにより、燃
費が向上するのである。

その結果、従来相反する操作である焼付防止と
燃費向上の両方を解決することができるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によるターボチヤージヤ付
内燃機関の一実施例を表わす概略断面図、第２図
はその回路図、第３図はその処理の推移を表わす
フローチヤートである。 １……ターボチヤージヤ、２……コンプレツサ
羽根車、３……タービン羽根車、５……エンジ
ン、１２……アイドルスピードコントロール装
置、１２ａ……コントロールバルブ、２０……電
子制御ユニツト、２１……車速センサ、２２……
油圧センサ、２３……回転角センサ、２４……ス
ロツトルポジシヨンセンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ターボチヤージヤ付内燃機関において、アイ
   ドル状態検出手段、ターボチヤージヤ油圧状態検
   出手段、内燃機関回転速度検出手段およびターボ
   チヤージヤのコンプレツサ羽根車とスロツトルバ
   ルブをバイパスするアイドルスピードコントロー
   ル手段により、前記内燃機関がアイドル状態であ
   つて油圧が予め定めた油圧基準値以下の状態およ
   び内燃機関の回転速度が予め定めた回転速度基準
   値未満の状態のときに、アイドルスピードコント
   ロール手段の空気流量調節のためのコントロール
   バルブ開度を調節して、内燃機関の回転速度を前
   記回転速度基準値に調節することを特徴とするタ
   ーボチヤージヤ焼付防止方法。