JPH04370369A - 過給機付エンジンの点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主ターボチャージャと
副ターボチャージャを有し、低吸入空気量域では主ター
ボチャージャのみで過給し、高吸入空気量域では両ター
ボチャージャで過給を行なう過給機付エンジンに関し、
とくにターボチャージャの切替に応じて最適点火時期を
得るようにした点火時期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】点火時期は、排出ガス、燃費、ドライバ
ビリティに与える影響が極めて大きいため、最良のエン
ジン性能が得られるよう設定する必要がある。たとえば
、ノッキングが最も発生しやすい運転領域内では学習値
を修正して他の運転領域に反映させ、他の運転領域では
補正遅角量の大きさを制限せずにノッキングの制御幅を
広くしノッキングの制御性を向上させるようにした装置
は、特開平２−２１８８６７号公報に開示されている。 本公報の装置の場合は、点火時期制御を一重のマップに
基づいて行なうようにしている。

【０００３】排気ガスの一部を排気系から取り出し、適
当な温度、時期、流量等の制御をして吸気系へ再循環さ
せるＥＧＲ装置は、ＮＯｘの低減に有効であることから
、主ターボチャージャおよび副ターボチャージャの双方
を備えたエンジンにも採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、主ター
ボチャージャおよび副ターボチャージャの双方を備えた
エンジンの場合は、主ターボチャージャのみで過給作動
（１個ターボチャージャ）を行なう領域と、双方のター
ボチャージャにより過給作動（２個ターボチャージャ）
を行なう領域とでは、図９に示すようにタービン上流の
排圧（排気ガスの圧力）が大きく異なり、エンジン回転
数ＮＥと吸入空気量Ｇａの積が同一であっても、内部Ｅ
ＧＲ量は図１０に示す如く変化する。また、図１１に示
すように、内部ＥＧＲ量が変化することによって、過給
圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥの積が同一である場合でも
、吸入空気量Ｇａが変化する。図１２は、点火時期とＥ
ＧＲ量との関係を示しており、吸入空気量Ｇａとエンジ
ン回転数ＮＥの積が同一でもＥＧＲ量の変化によって要
求点火時期が変化する。

【０００５】したがって、１個ターボチャージャ状態と
２個ターボチャージャ状態のいずれかが存在するエンジ
ンでは、１個ターボチャージャ側に最適点火時期を適合
させると、２個ターボチャージャ時には点火時期が過進
角となり、出力低下、燃費悪化、排気ガス浄化率の悪化
を招くという問題が生じる。逆に、２個ターボチャージ
ャ側に最適な点火時期を適合させると、１個ターボチャ
ージャ時には遅れた点火進角となり、出力低下、燃費悪
化を招くという問題が生じる。

【０００６】本発明は、上記の問題に着目し、主ターボ
チャージャのみにより過給作動を行なう過給域および主
、副ターボチャージャの双方により過給作動を行なう過
給域のいずれにおいても、要求点火時期を満足させる最
適な点火時期を得ることが可能な過給機付エンジンの点
火時期制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明に
係る過給機付エンジンの点火時期制御装置は、低吸入空
気量域では主ターボチャージャのみを過給作動させ、高
吸入空気量域では主ターボチャージャおよび副ターボチ
ャージャの双方を過給作動させるようにした過給機付エ
ンジンにおいて、前記主ターボチャージャのみの過給状
態に適合した第１の点火時期マップと、主ターボチャー
ジャおよび副ターボチャージャの双方の過給状態に適合
した第２の点火時期マップとを有する点火時期制御手段
と、前記主ターボチャージャのみの過給状態と双方によ
るターボチャージャによる過給状態のいずれかを判定し
、該判定した過給状態に適合した前記点火時期マップを
選択する点火時期選択手段と、を備えたものから成る。

【０００８】

【作用】このように構成された過給機付エンジンの点火
時期制御装置においては、主ターボチャージャのみの過
給作動時には、点火時期選択手段によって第１の点火時
期マップが選択される。また、主ターボチャージャおよ
び副ターボチャージャの双方による過給作動時には、点
火時期選択手段によって第２の点火時期マップが選択さ
れる。したがって、ターボチャージャの作動が切替えら
れてもそれぞれの過給状態で最良の点火時期を得ること
ができ、出力低下、燃費悪化等が抑制される。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係る過給機付エンジンの点
火時期制御装置の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。図１ないし図８は、本発明の一実施例を示して
おり、とくに車両に搭載される６気筒エンジンに適用し
た場合を示している。このうち、図２は蒸発燃料装置お
よびＥＧＲ装置を中心としたエンジンの系統図を示して
おり、図３は蒸発燃料装置およびＥＧＲ装置を除いたエ
ンジンの制御系統図を示している。

【００１０】図３において、１はエンジン、２はサージ
タンク、３は排気マニホールドを示す。排気マニホール
ド３は排気干渉を伴わない＃１〜＃３気筒群と＃４〜＃
６気筒群の２つの集合され、その集合部が連通路３ａに
よって連通されている。７、８は互いに並列に配置され
た主ターボチャージャ、副ターボチャージャである。タ
ーボチャージャ７、８のそれぞれのタービン７ａ、８ａ
は排気マニホールド３の集合部に接続され、それぞれの
コンプレッサ７ｂ、８ｂは、インタクーラ６、スロット
ル弁４を介してサージタンク２に接続されている。

【００１１】主ターボチャージャ７は、低吸入空気量域
から高吸入空気量域まで作動され、副ターボチャージャ
８は低吸入空気量域で停止される。双方のターボチャー
ジャ７、８の作動、停止を可能ならしめるために、副タ
ーボチャージャ８のタービン８ａの下流に排気切替弁１
７が、コンプレッサ８ｂの下流に吸気切替弁１８が設け
られる。吸、排気切替弁１８、１７の両方とも開弁のと
きは、両方のターボチャージャ７、８が作動される。副
ターボチャージャ８のタービン８ａの下流と主ターボチ
ャージャ７のタービン７ａの下流とは、排気バイパス通
路４０を介して連通可能となっている。排気バイパス通
路４０には、この排気バイパス通路４０を開閉する排気
バイパス弁４１が設けられている。排気バイパス弁４１
は、ダイヤフラム式アクチュエータ４２によって開閉さ
れるようになっている。

【００１２】低吸入空気量域で停止される副ターボチャ
ージャ８の吸気通路には、１個ターボチャージャから２
個ターボチャージャへの切替を円滑にするために、コン
プレッサ７ｂの上流とコンプレッサ８ｂの下流とを連通
する吸気バイパス通路１３と、吸気バイパス通路１３の
途中に配設される吸気バイパス弁３３が設けられる。吸
気バイパス弁３３はダイヤフラム式のアクチュエータ１
０によって開閉される。吸気切替弁１８の上流と下流と
を連通するバイパス通路には、逆止弁１２が設けられて
おり、吸気切替弁１８の閉時において副ターボチャージ
ャ８側のコンプレッサ出口圧力が主ターボチャージャ７
側より大になったとき、空気が上流側から下流側に流れ
ることができるようにしてある。なお、図中、１４はコ
ンプレッサ出口側の吸気通路、１５はコンプレッサ入口
側の吸気通路を示す。吸気通路１５はエアフローメータ
２４を介してエアクリーナ２３に接続される。排気通路
を形成するフロントパイプ２０は、排気ガス触媒２１、
２２を介して排気マフラー（図示せず）に接続される。 吸気切替弁１８はアクチュエータ１１によって開閉され
、排気切替弁１７はダイヤフラム式アクチュエータ１６
によって開閉されるようになっている。ウエストゲート
バルブ３１は、アクチュエータ９によって開閉されるよ
うになっている。

【００１３】アクチュエータ９、１０、１１、１６、４
２は、過給圧または負圧の導入によって作動するように
なっている。各アクチュエータ９、１０、１１、１６、
４２には、正圧タンク５１からの過給圧または負圧とエ
アフローメータ２４の下流からの大気圧とを選択的に切
り替えるために、第１、第２、第３、第４、第５、第６
の電磁弁２５、２６、２７、２８、３２、４４が接続さ
れている。各電磁弁２５、２６、２７、２８、３２、４
４の切替は、エンジンコントロールコンピュータ２９か
らの指令に従って行なわれる。なお、第２の電磁弁２６
へ負圧を導入する通路には、負圧の一方の流れのみを許
すチェック弁４５が介装されている。

【００１４】第１の電磁弁２５のＯＮは、吸気切替弁１
８を全開とするようにアクチュエータ１１を作動させ、
ＯＦＦは吸気切替弁１８を全閉とするようにアクチュエ
ータ１１を作動させる。第４の電磁弁２８のＯＮは、排
気切替弁１７を全開とするようにアクチュエータ１６を
作動させ、ＯＦＦは排気切替弁１７を全閉するようにア
クチュエータ１０を作動させる。第３の電磁弁２７のＯ
Ｎは吸気バイパス弁３３を全閉とするようにアクチュエ
ータ１０を作動させ、ＯＦＦは吸気バイパス弁３３を全
開するようにアクチュエータ１０を作動させる。

【００１５】排気バイパス弁４１を作動させるアクチュ
エータ４２に大気圧を導入する第５の電磁弁３２は、Ｏ
Ｎ、ＯＦＦ制御でなく、デューティ制御される。同様に
、ウエストゲートバルブ３１を作動させるアクチュエー
タ９に過給圧を導く第６の電磁弁４４も、ＯＮ、ＯＦＦ
制御でなく、デューティ制御される。デューティ制御は
、周知の通り、デューティ比により通電時間を制御する
ことであり、デジタル的に通電、非通電の割合を変える
ことにより、アナログ的に平均電流が可変制御される。 なお、デューティ比は、１サイクルの時間に対する通電
時間の割合であり、１サイクル中の通電時間をＡ、非通
電時間をＢとすると、デューティ比＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）×
１００（％）で表わされる。本実施例では、第５の電磁
弁３２と第６の電磁弁４４をデューティ制御することに
より、これらの電磁弁の開口量を可変させることが可能
となっている。

【００１６】排気バイパス弁４１の開度は、アクチュエ
ータ４２のダイヤフラム室４２ａに導入される過給圧の
大気へのブリード量（リーク量）を第５の電磁弁３２の
デューティ制御によって可変させることにより可変可能
となっている。ウェストゲートバルブ３１の開度は、ア
クチュエータ９のダイヤフラム室９ｂに導入される過給
圧の大気へのブリード量（リーク量）を第６の電磁弁４
４のデューティ制御によって可変させることにより可変
可能となっている。

【００１７】エンジンコントロールコンピュータ２９は
、エンジンの各種運転条件検出センサと電気的に接続さ
れ、各種センサからの信号が入力される。エンジン運転
条件検出センサには、吸気管圧力センサ３０、スロット
ル開度センサ５、吸入空気量測定センサとしてのエアフ
ローメータ２４、エンジン回転数センサ５０、および酸
素センサ１９が含まれる。エンジンコントロールコンピ
ュータ２９は、演算をするためのセントラルプロセッサ
ユニット（ＣＰＵ）、読み出し専用のメモリであるリー
ドオンリメモリ（ＲＯＭ）、一時記憶用のランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）、入出力インターフェイス（Ｉ／
Ｏインターフェイス）、各種センサからのアナログ信号
をディジタル量に変換するＡ／Ｄコンバータを備えてい
る。

【００１８】図２は、蒸発燃料制御装置およびＥＧＲ装
置を中心としたエンジンの系統図を示している。図中、
６１は車両に搭載される燃料タンクを示している。燃料
タンク６１で発生した蒸発燃料は、通路６２を介してチ
ャコールキャニスタ６３に導かれるようになっている。 チャコールキャニスタ６３は、周知の通り活性炭が収納
された蒸発燃料の吸着容器であり、燃料タンク６１から
の蒸発燃料は、このチャコールキャニスタ６３の活性炭
に一旦吸着されるようになっている。チャコールキャニ
スタ６３には、メインパージ通路６４とサブパージ通路
６５の２系統のパージ通路が接続されている。

【００１９】サブパージ通路６５の下流端は、主ターボ
チャージャ７のコンプレッサ７ｂ上流に接続されている
。サブパージ通路６５には、パージ用バルブとしての第
１のバキュームコントロールバルブ（ＶＣＶ１）６６が
介装されている。第１のバキュームコントロールバルブ
６６は、ダイヤフラム式のアクチュエータ６６ａによっ
て開閉駆動されるようになっている。アクチュエータ６
６ａのダイヤフラム室には、制御圧力通路６７を介して
主ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｂ下流側の過給
圧が導かれるようになっている。メインパージ通路６４
の下流端は、サージタンク２に接続されている。メイン
パージ通路６４には、第２のバキュームコントロールバ
ルブ（ＶＣＶ２）６９とパージ用電磁弁７０が介装され
ている。第２のバキュームコントロールバルブ６９とパ
ージ用電磁弁７０とは、直列に接続されている。第２の
バキュームコントロールバルブ６９は、ダイヤフラム式
のアクチュエータ６９ａによって開閉駆動されるように
なっている。アクチュエータ６９ａのダイヤフラム室６
９ｂには、通路８１を介してスロットル弁４の直下流の
吸気管負圧が導かれるようになっている。パージ用電磁
弁７０は、エンジンコントロールコンピュータ２９によ
るデューティ比の変化によってメインパージ通路６４を
流れる蒸発燃料のパージ量を制御する機能を有する。

【００２０】吸気管負圧を制御弁としての第２のバキュ
ームコントロールバルブ６９のダイヤフラム室６９ｂに
導く制御圧力通路８１には、スロットル弁４の下流から
ダイヤフラム室６９ｂに向う吸気の流れを阻止するチェ
ック弁８２が設けられている。また、ダイヤフラム室６
９ｂは、通路８３を介して主、副ターボチャージャ７、
８の上流の吸気通路８５と連通可能となっている。通路
８３には、吸気の流れを制限する絞り部（オリフィス）
８４ａとチェック弁部８４ｂとを有する第２の絞り弁８
４が設けられている。

【００２１】エンジン１には、ＥＧＲガスの取出口９１
が設けられている。取出口９１は、ＥＧＲバルブ９２が
介装されたＥＧＲガス通路を介してスロットル弁４の下
流のサージタンク２に設けられた吐出口９４に接続され
ている。ＥＧＲバルブ９２は、バキュームコントロール
バルブ（ＶＣＶ）９５とＥＧＲバキュームモジュレータ
９６およびＥＧＲ用電磁弁９７によって開弁制御される
ようになっている。本実施例の場合では、スロットル弁
４の下流側の圧力がＶＣＶ９５およびＥＧＲバキューム
モジュレータ９６およびＥＧＲ用電磁弁９７を介してＥ
ＧＲバルブ６１のダイヤフラム室内に導入されるように
なっている。ＥＧＲ用電磁弁９７は、エンジンコントロ
ールコンピュータ２９からの指令によって作動し、ＥＧ
Ｒバルブ９２のダイヤフラム室９２ａ内に導かれる過給
気量の制御によって、ＥＧＲバルブ９２の開閉を行なう
ようになっている。

【００２２】エンジンコントロールコンピュータ２９に
は、主ターボチャージャ７のみ過給状態に適合した第１
の点火時期マップＭ１　と、主ターボチャージャ７およ
び副ターボチャージャ８の双方の過給状態に適合した第
２の点火時期マップＭ２　とを有する点火時期制御手段
１０１が形成されている。点火時期制御手段１０１は、
ＣＰＵおよびＲＯＭに格納されたプログラムから構成さ
れている。

【００２３】第１の点火時期マップＭ１　は、図５に示
すようにエンジン回転数ＮＥと過給圧ＰＭとから決定さ
れる。第１の点火時期マップＭ１　は、１個ターボチャ
ージャ時におけるＥＧＲ量を考慮したマップに構成され
ている。第２の点火時期マップＭ２　は、図６に示すよ
うに、エンジン回転数ＮＥと過給圧ＰＭとから決定され
る。

【００２４】エンジンコントロールコンピュータ２９に
は、主ターボチャージャ７のみの過給状態と双方のター
ボチャージャ７、８による過給状態のいずれかを判定し
、この判定した過給状態に適合した第１の点火時期マッ
プＭ１　または第２の点火時期マップＭ２　を選択する
点火時期選択手段１０２が形成されている。点火時期選
択手段１０２は、ＣＰＵおよびＲＯＭに格納されたプロ
グラムから構成されている。

【００２５】つきに、本実施例における作用について説
明する。高吸入空気量域では、吸気切替弁１８と排気切
替弁１７がともに開かれ、吸気バイパス弁３３が閉じら
れる。これによって２個ターボチャージャ７、８が駆動
され、十分な過給空気量が得られ、出力が向上される。 低速域でかつ高負荷時には、吸気切替弁１８と排気切替
弁１７がともに閉じられ、吸気バイパス弁３３が開かれ
る。これによって１個のターボチャージャ７のみが駆動
される。低吸入空気量域で１個ターボチャージャとする
理由は、低吸入空気量域では１個ターボチャージャ過給
特性が２個ターボチャージャ過給特性より優れているか
らである。１個ターボチャージャとすることにより、過
給圧、トルクの立上りが早くなり、レスポンスが迅速と
なる。低吸入空気量域から高吸入空気量域に移行すると
き、つまり１個ターボチャージャから２個ターボチャー
ジャ作動へ切り替えるときには、吸気切替弁１８および
排気切替弁１７が閉じられているときに排気バイパス弁
４１をデューティ制御により小開制御し、さらに吸気バ
イパス弁３３を閉じることにより副ターボチャージャ８
の助走回転数を高め、ターボチャージャの切替をより円
滑（切替時のショックを小さく）に行うことが可能にな
る。

【００２６】主ターボチャージャ７および副ターボチャ
ージャ８を備えたエンジンでは、１個ターボチャージャ
時と２個ターボチャージャ時とでは、タービン上流の排
圧が大きく異なり、単なる一重のマップによる点火時期
制御では少なくともいずれか一方の過給域に切替えた場
合、出力低下、燃料悪化を招く。そこで、本実施例では
、１個ターボチャージャに適合する第１の点火時期マッ
プＭ１と、２個ターボチャージャに適合する第２の点火
時期マップＭ２　とをそれぞれ過給域に応じて切替える
ことにより、これを解決している。

【００２７】図４は、点火時期切替制御における処理手
順を示している。図４において、ステップ２０１て処理
が開始され、ステップ２０２に進んで１個ターボチャー
ジャか否かの判断が行なわれる。ここで、１個ターボチ
ャージャであると判断された場合は、ステップ２０３に
進み、点火時期選択手段１０２によって第１の点火時期
マップＭ１　が選択される。第１の点火時期マップＭ１
　が選択されると、ステップ２０４に進み、エンジン回
転数ＮＥおよび過給圧ＰＭに基づいて図７に示す最適な
点火時期（ＡＢＡＳＥ）Ｂが求められる。

【００２８】ステップ２０２において、２個ターボチャ
ージャであると判断された場合は、ステップ２０５に進
み、点火時期選択手段１０２によって第２の点火時期マ
ップＭ２　が選択される。第２の点火時期マップＭ２　
が選択されると、ステップ２０６に進み、エンジン回転
数ＮＥおよび過給圧ＰＭに基づいて図７に示す最適な点
火時期（ＡＢＡＳＥ）Ａが求められる。ステップ２０４
またはステップ２０６での処理が終了すると、ステップ
２０７に進み、リターンされる。

【００２９】１個ターボチャージャから２個ターボチャ
ージャへの切替え、または２個ターボチャージャから１
個ターボチャージャへの切替えは、図８に示すようにそ
れぞれ特性Ｋ２　（吸入空気量）、特性Ｋ１　（エンジ
ン回転数）を境にして行なわれる。ここで、特性Ｋ１　
と特性Ｋ２との間の領域では、切替条件のヒステリシス
により１個または２個ターボチャージャ状態が存在する
が、上述したように過給状態に応じて点火時期マップが
切替えられるので、常に最適点火時期制御を行なうこと
が可能となる。このように、１個ターボチャージャ時に
は、図７に示すように、２個ターボチャージャ時に比べ
て点火時期が進角され、２個ターボチャージャ時には、
１個ターボチャージャ時に比べて点火時期が遅角される
。これによって、各過給域における出力低下、燃費悪化
等が抑制される。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る過給
機付エンジンの点火時期制御装置によれば、主ターボチ
ャージャのみの過給時には点火時期選択手段によって第
１の点火時期マップを選択し、主ターボチャージャおよ
び副ターボチャージャによる過給時には点火時期選択手
段によって第２の点火時期マップを選択するようにした
ので、いずれの過給域においても最適点火時期を得るこ
とが可能となる。したがって、ターボチャージャの切替
によってタービン上流の排圧が変化しＥＧＲ量が変化し
ても、要求点火時期を満足させることができ、出力低下
、燃費悪化、排気ガス中の有害排出物の増加を抑制する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る過給機付エンジンの
点火時期制御装置のブロック図である。

【図２】図１の装置を備えたエンジンの蒸発燃料装置お
よびＥＧＲ装置の系統図である。

【図３】図１の装置を備えたエンジンの制御系統図であ
る。

【図４】図１の装置における点火時期制御の処理手順を
示すフローチャートである。

【図５】図１の装置に格納されている第１の点火時期マ
ップの概念図である。

【図６】図１の装置に格納されている第２の点火時期マ
ップの概念図である。

【図７】図１の装置における点火時期と燃費およびトル
クとの関係を示す特性図である。

【図８】図１の装置における主ターボチャージャおよび
副ターボチャージャの過給作動域を示す特性図である。

【図９】エンジン回転数とターボチャージャのタービン
出口の圧力との関係を示す特性図である。

【図１０】ターボチャージャのタービン出口の圧力と内
部ＥＧＲ量との関係を示す特性図である。

【図１１】内部ＥＧＲ量と吸入空気量との関係を示す特
性図である。

【図１２】ＥＧＲ量と点火時期との関係を示す特性図で
ある。

【符号の説明】

１　　エンジン ７　　主ターボチャージャ ８　　副ターボチャージャ １７　　排気切替弁 １８　　吸気切替弁 ２９　　エンジンコントロールコンピュータ９２　　Ｅ
ＧＲバルブ １０１　　点火時期制御手段 １０２　　点火時期選択手段 Ｍ１　　　第１の点火時期マップ Ｍ２　　　第２の点火時期マップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　低吸入空気量域では主ターボチャージ
   ャのみを過給作動させ、高吸入空気量域では主ターボチ
   ャージャおよび副ターボチャージャの双方を過給作動さ
   せるようにした過給機付エンジンにおいて、前記主ター
   ボチャージャのみの過給状態に適合した第１の点火時期
   マップと、主ターボチャージャおよび副ターボチャージ
   ャの双方による過給状態に適合した第２の点火時期マッ
   プとを有する点火時期制御手段と、前記主ターボチャー
   ジャのみの過給状態と双方のターボチャージャによる過
   給状態のいずれかを判定し、該判定した過給状態に適合
   した前記点火時期マップを選択する点火時期選択手段と
   、を備えたことを特徴とする過給機付エンジンの点火時
   期制御装置。