JPH0465207B2 - - Google Patents

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JPH0465207B2
JPH0465207B2 JP57025225A JP2522582A JPH0465207B2 JP H0465207 B2 JPH0465207 B2 JP H0465207B2 JP 57025225 A JP57025225 A JP 57025225A JP 2522582 A JP2522582 A JP 2522582A JP H0465207 B2 JPH0465207 B2 JP H0465207B2
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JP
Japan
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signal processing
processing means
pressure
suction pressure
engine
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JP57025225A
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Ii Ryudokuisuto Yan
Sandoberii Rarusu
Uarin Rarufu
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Volvo AB
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Volvo AB
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Publication date
Application filed by Volvo AB filed Critical Volvo AB
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Publication of JPH0465207B2 publication Critical patent/JPH0465207B2/ja
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    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/027—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using knock sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B37/12—Control of the pumps
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    • F02P5/152—Digital data processing dependent on pinking
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は第１に、内燃機関の吸込み圧力を制御
する装置に係り、同装置では運転中にエンジン速
度及び実際の吸込み圧力が直接又は間接に連続的
にモニターされ、又第２には前記制御の各過程を
実施するためのシステムに係り、このシステムは
実際の吸込み圧力を感知する手段と、エンジン速
度を感知する手段と、圧力及びエンジン速度を表
わす感知手段から送られた信号を受け、この信号
に依る制御信号を吸込み圧力を制御する手段に送
るように配置された信号処理手段とを含む。
エンジンの圧縮比を増すことにより、燃料の節
減及び性能を増すことはできるが、ターボチヤー
ジエンジンに於てはこのような手段はエンジンが
ノツクを起こし易く、従つて最大給気圧力を制限
せねばならないからターボチヤージの利点を損な
うことになる。オツトーエンジンに於てターボス
ーバーチヤージの助けによつて性能を増加しよう
とする試みは、吸込み圧力が急に増した時とかエ
ンジンにあまりにも低品質の燃料が供給された場
合にエンジンがノツクし勝ちになることと相矛盾
するものである。
エンジン損傷のおそれを伴うターボチヤージエ
ンジンのノツクを避けるために、ノツクを検出
し、ノツクが止まるレベルまで給気圧力を自動的
に下げる制御システムが開発されている。このシ
ステムは消極的なシステムである。すなわち制御
をなす前にノツクを検出しなければならず、また
最大許容給気圧力に一定の設定命令値を与えるの
で、ノツクを生ずる傾向が極めて低い燃料を供給
してもエンジン性能の増加を制限してしまうもの
である。このシステムは性能に真の増加を与えな
い。その理由は一定の命令圧力値が性能増加を制
限してしまい、低品質燃料から高品質燃料への切
換えでしか性能の向上が得られないからである。
圧縮機の下流にスロツトルを配置したターボチ
ヤージエンジンは道路負荷状態に於て同等の自然
吸気エンジンに比してスロツトルに、より大きい
圧力差を有するのが通例である。特に中程度速度
に於ては、ターボチヤージエンジンの場合のこの
圧力差は自然吸気エンジンの場合の２倍にもなり
得、スロツトル開きの変化が僅かでもトルクは比
較的大きく変化する。またブーストレベルは時間
の関数であるから、トルク制御のためにはスロツ
トル位置のわずかな調節を頻繁にする必要があ
る。この不便は加速器−スロツトルの開き具合の
注意深い配慮によつて最小にすることができる
が、本発明ではターボチヤージエンジンに於て吸
込み圧力を制御し、あらゆる運転状態に於て吸込
み圧力を最適にすることにより、燃料の経済性及
び性能を最適にすることが出来るようにすること
を目的とする。
このことは本発明によれば、上限が最高エンジ
ン回転数である速度範囲内で各回転数に対する命
令圧力値に関して実際の吸込み圧力を連続的に比
較し、調節することによつて達成される。
例えば自動車が滑り易い状態で運行される時に
は適正なトルク制御が必要となるが、本発明によ
るスロツトル制御に基づくブーストレベル変更技
術によれば性能の点に於て特に効果が大きい。
本発明は、スロツトル位置感知装置が信号処理
手段に連結され、スロツトル弁の開き度を表わす
信号を発すること、及び該信号処理手段がこのス
ロツトル弁の開き度による修正率を以て上記記憶
せられた命令値を修正するようにされており、且
つ上記信号処理手段が空気式操作機構を制御する
電磁バルブを制御し、この機構がターボ圧縮機中
のタービンをバイパスする分路パイプ中のウエス
トゲートの開き度を調整することを特徴とする。
上述の公知システムとは異なり、本発明を適用
したシステムは積極的システムであつて、これは
全負荷に於けるあらゆる運転状態で実際の圧力を
ノツクの限界に近い値まで調節することができる
ものである。これは与えられた燃料品質に対し、
より高い平均圧力及びより高い性能をもたらすも
のである。さらに機械的誤差の影響がほとんど除
かれる。このシステムはエンジンに圧縮比の増加
をもたらし部分的負荷性能をも改善する。何とな
れば給気圧力の命令値をノツク限界近くまで修正
することにより全負荷に於ける性能を高いレベル
に保つことができるからである。またこのレベル
を燃焼の影響を及ぼす種々のパラメータ、例えば
空気の温度、圧力及び湿度、及びエンジン温度の
変化にも対応せしめ、エンジンのノツク限界に対
する適応性を達成することができる。
このシステムは閉ループ圧力制御のシステムで
あり、これは本来ノツク検出装置の助けを用いず
に機能するように設計されている。作用原理自体
ではノツク検出を必要としないが、このシステム
の効果を十分に活かす時は、有害なノツク限界に
対する裕度が従来の圧力調節に於けるよりもずつ
とせまいのでノツク検出機能を適当にシステム中
に含ませ、従つて例えばエンジンに低品質燃料を
供給した場合等ノツクが生じた時は実際の圧力を
命令圧力値より急速に下げる。
ターボチヤージエンジンに対するこのシステム
開発中に行なつた試験によれば、短時間の性能増
加のために過度的なスーパーチヤージが利用でき
ることが分かつた。圧力が20秒以内に漸次定常状
態の値に減少されるという条件の下では、45％ま
での給気圧力の増加を短時間の間許すことがで
き、この際ノツクの強さは容認できないほど高く
ならずにすむ。この事実は、スロツトルの開き度
を感知し、且つ或る速度増加に対し命令圧力値を
定常状態以上に上げる事により達成される。それ
からのこの時間調整された圧力減少は定常状態の
圧力に下がるまで行なわれる。この過度的機能は
簡単な手段、例えば電位差計によつてスロツトル
の運動に基づく信号を時間関数を有するマイクロ
コンピユータへ送ることによつて達成される。こ
の構成は、例えば他の車両の安全追越し等の際加
速をよくするため、短時間の間エンジン性能の急
激な増加ができるようにする。
本発明を添付図面に示す１実施例態様を参照し
て以下さらに詳細に説明する。
第１図に示されたエンジン１はターボ圧縮機ユ
ニツト２（これ自体は公知である）を備えた四気
筒オツトーエンジンであり、これはエンジン排気
マニホルド４と連絡するタービン部分３と空気対
空気型式のチヤージエアークーラ７を経てエンジ
ン吸込みマニホルド６と連絡する圧縮機部分５、
並びにエンジンスロツトル（絞り弁）９を含むス
ロツトルボデイ８とよりなる。タービン３を通る
ガスの流れは分路パイプ１０中に連結されたウエ
ストゲート１１の助けにより公知方法で調節さ
れ、ウエストゲートは空気式操作機構１２により
作動することができ、これが閉じられた際にはガ
スの流れを全部タービンに通すことができる。空
気式操作機構１２中の圧力、ひいてはウエストゲ
ートの設定はライン１４中の電磁間欠作動バルブ
１３によつて定められるが、このラインは調整さ
れた制流器１５を経て圧縮器の吸込み側及び圧力
側を互いに連結し、且つこのライン１６が空気式
操作機構１２へと分岐している。運転中に電磁間
欠作動バルブは開放位置と閉鎖位置との間を周期
的に切替え、またその周期の長さを変えることに
よつてライン１６中の圧力、従つて空気式操作機
構１２内の圧力も変えることができる。
電磁間欠作動バルブ１３はマイクロプロセツサ
１７の形態の信号処理ユニツトによつて制御され
るが、該ユニツトに対してはエンジン回転数、ス
ロツトル位置、給気圧力及び給気温度を表わす信
号が送り込まれる。これらマイクロプロセツサへ
の入力信号は種々の感知装置１８，１９，２０及
び２１から得られる。圧縮機５と中間冷却器７と
の間のパイプ中に置かれた感知装置１８は給気圧
力を示す圧電抵抗変換器とすることができる。感
知装置１９は給気温度を示すNTC低抗体にする
ことができる、また感知装置２０はスロツトル９
に連結され、スロツトル位置を示す電位差計２０
にすることができる。エンジン速度を表わす信号
はデイストリビユータに予め組込んだ、ホール発
電機による感知装置２１から得ることができる。
感知装置１９，２０，２１からの入力信号に基
づいて、プロツセツサ１７は各運転状態に於ける
給気圧力の命令値を定める。給気圧力感知装置１
８からの信号は給気圧力の命令値との間の偏差情
報を与える。実際の給気圧力を示す信号が低すぎ
るとプロセツサ１７がバルブ１３の開き時間を増
すことになり、これは空気式操作機構１８に至る
ライン１６中の圧力を下げ、この機構が次いでウ
エストゲート１１を閉鎖位置に向つて動かす。そ
こで分路パイプ１０を通る流れが減じ、タービン
速度が増し、給気圧力が増加される。実際の給気
圧力が高すぎた場合は逆の手順となる。
給気圧力のこの閉ループ制御によつて給気圧力
を連続的に所定の値に保つことができる、この原
理は給気圧力特性決定に大きな適応性を与える。
例えば空気式操作機構１２中の復帰バネ手段の特
性のむらのような機械的誤差とこのシステムとを
無関係なものにする。
ベンチテストのデータに基づいて、与えられた
燃料の品質及びノツク安全限界に対する最大許容
給気圧力の基本値をエンジン速度の関数としてマ
イクロプロセツサメモリ中に記憶する。第２図は
試験実施に際し、用いられたエンジンに対する命
令値Poの一例を示すのである。このエンジンは
四気筒2.1リツトルのターボチヤージエンジンで
あつて、オクタン価97の有鉛ガソリンで駆動され
るように設計され、従来のターボチヤージヤを取
り付けたDIN規格最大出力114kW、240Nｍの最
大トルクを発生する標準仕様エンジンである。
以下の説明は本発明による閉ループ制御システ
ムを備えたエンジンに関するもので、第２図中の
曲線は種々の回転数に於ける全負荷及び定常運電
状態での給気圧力のプロセツサ中に記憶せられた
基本値を示すものである。
エンジンのノツク限界の所望の精密制御及び緊
密な追従を達成するために、スロツトル位置感知
装置２０及び温度感知装置１９からの信号に基づ
いて修正率が定められ、記憶されている基本値を
これに乗じエンジン各回転数に於ける絶対命令値
を定める。
第３図は、給気温度に対する修正率Ctが基本値
に影響を与えるために如何に選ばれるかを示すも
のである。60℃を越える温度に対して最大許容給
気圧力は、排気温度の上昇及びノツク状態、又は
これに近い状態の運転を避けるために下げられて
いる。10℃以下の温度に対してもノツク感度をよ
り大きくする恐れのある給気密度の増大を補償す
るために最大許容給気圧力を下げている。
第４図はスロツトルにかかる圧力差を制御する
ためにスロツトル位置に対する修正率がどれだけ
であるかを示すものである。圧縮機の下流にスロ
ツトル位置を有するターボチヤージエンジンは道
路負荷状態に於ける同等の自然吸気エンジンに比
してスロツトルにより大きい圧力差を有するのが
通例である。
さて第４図グラフに於て横軸はスロツトル弁の
開度を角度をもつて示し、縦軸はスロツトル弁の
開度に対する上記修正率を示す。修正率Cφはま
さに非線型に描かれており、今スロツトル弁開度
が少ない0゜から25゜の範囲内では修正率0.1より僅
か大である程度で殆ど変化しないのに対し、弁開
度25゜〜65゜の範囲では修正率は0.9以上にも上昇す
る。これは取りも直さず、スロツトル弁開度が少
ない中は圧力ブーストは実際上ないが、弁開度
25゜から65゜の範囲になると修正率はほぼ線型とな
りこの間に於てはスロツトル位置の圧力ブースト
に対する影響がほぼ比例的に減少することを意味
する。
最大給気圧力を定常状態に於ける最大圧力以上
に、すなわち第２図中の命令値曲線以上に、一時
的に上昇させるという緒言に述べた過渡的機能を
達成するために、修正率Crが第５図中に示された
曲線のように時間の関数として選ばれる。スロツ
トルの開き速度を表わす入力信号はスロツトル位
置を感知する電位差計２０から得られる。これ
は、負荷増加を生ずる例えばデイーゼルエンジン
の噴射ポンプに於けるスロツトルアームのような
どんな手段にも連結することができる。過渡的機
能を誘発してしまうおそれのあるエンジン振動又
は車両の動きの感知を除くため、スロツトル開き
速度が1゜／ｍｓ以上の場合、または開き角度の絶
対的増加が少なくとも15゜の場合に、プロセツサ
が過渡的機能修正率Crを命令値Poに乗ずるよう
にプログラムされる。熱的過負荷を避けるため、
圧力を命令値に減少した後例えば最短で約４秒の
間は、新たな過渡的スーパーチヤージを避けるよ
うにプロセツサがプログラムされている。
マイクロプロセツサ制御は、全負荷に於て、最
大給気圧力レベルをノツク限界の僅か下方に設定
して、与えられた燃料品質に対してエンジンの性
能を増すことができるようにする。しかし有害な
ノツク限界に対する裕度はかように極めてせまい
ので、このシステムでは安定面からノツク感知装
置２２が補足され、試験エンジンに於てはこの感
知装置はエンジンブロツク上に取付けられた圧電
式加速度計により構成され、ノツク運転を連続的
にモニターした。プロセツサは所定のノツク強さ
が示された際に給気圧力を段階的に下げるように
プログラムされており、ノツクが止むと比較的遅
い速度で給気圧力を最初の値まで回復する。
第１図に示された制御システムは吸込みマニホ
ルド上に取付けられた圧力スイツチ２３の形態の
安全装置も含んでいる。このスイツチはこのシス
テム中に故障が発生し、給気圧力が許容値を越え
るようになると燃料ポンプを遮断するものであ
る。
従来の給気圧力制御付き標準エンジン試験結果
と、本発明を適用した制御システムによりこれに
改良を加えたエンジンで114kWの最大出力すな
わち従来エンジンと同じ出力を、定常運転状態で
維持した試験結果とを比較したところ改良エンジ
ンでは最大約10％のトルク増加が得られることが
分つた。通常運転に於ける燃料消費量は従来標準
エンジンよりも約16％少なく、90Km／ｈから140
Km／ｈまでの加速時間は約９％短くすることがで
きた。これらの数字は前述した過渡的機能を用い
ない場合のものである。過渡的出力では最大
145kWにも達し、99Km／ｈから140Km／ｈまでの
加速時間は更に11％の短縮になり、従つて従来標
準エンジンと比べ全体で20％短い時間になつた。
このように上記の数字は、本発明装置がエンジ
ンの性能及び燃料経済性に可なりの向上を示すも
のである。しかし上述のシステムは単なる一例に
過ぎず、例えば歯車位置、エンジン温度や変速機
温度、空気圧力などのような別のパラメータをも
考慮に入れるように変型することができ、従つて
給気圧力制御に対する種々の制御方法を種々の運
転条件に対して適用することができる。本発明は
勿論、排気側に給気圧力調節器を備えたターボチ
ヤージエンジンに限定されるものではないが、例
えば可変タービン型、可変スロツトル型などの他
のターボチヤージエンジン及び圧力機側に給気圧
力調節器を有するターボチヤージエンジンにも用
いることができる。或は本発明はマイクロプロセ
ツサの助けによる給気圧力の制御にも限定されな
い。むしろ、給気圧力制御は点火と燃料供給とを
併せて制御する合成システム中へ安価に含ませる
ことができるからマイクロプロセツサ制御が望ま
しい場合でさえアナログ式制御装置を用いること
ができる。
本発明はターボチヤージエンジンに対する１実
施態様について説明した。本発明の原理はかよう
なターボチヤージエンジンに主として適用される
ものではあるが、エンジン速度の関数として吸込
み圧力を正確に制御するという原理は、例えば圧
縮比を高めることによつて吸気圧を高め、エンジ
ンのスロツトルを直接制御する自然吸気エンジン
にも適用することができる。上述で説明したよう
に吸込み圧力を直接測定する代りに、吸込み圧力
を空気の流れの測定によつて間接的に測定し、吸
込み圧力をエンジン速度の助けによつて計算する
こともできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は給気圧力を制御する本発明によるシス
テムを備えたターボチヤージ内燃機関の略図を示
す。第２図はエンジン速度の関数としての給気圧
力の命令値及びこの結果の排気温度を示すグラフ
である。第３図、第４図及び第５図は、第２図の
命令値に対する種々の修正率を示すグラフであ
る。 １……エンジン、２……ターボ圧縮機ユニツ
ト、３……タービン部分、４……排気マニホル
ド、５……圧縮機部分、６……吸込みマニホル
ド、８……スロツトルボデイ、９……エンジンス
ロツトル、１０……分路パイプ、１１……ウエス
トゲート、１２……空気式操作機構、１３……電
磁間欠作動バルブ、１４，１６……ライン、１７
……マイクロプロセツサ、１８……給気圧力感知
装置、１９……空気温度感知装置、２０……スロ
ツトル位置感知装置、２１……エンジン速度セン
サ、２２……ノツク感知装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 直接又は間接に実際の吸込み圧力を感知する
    手段と、エンジン速度を感知する手段と、これら
    の感知手段から実際の吸込み圧力及びエンジン速
    度を表わす信号が入力され、制御信号出力を吸込
    み圧力を制御する手段に送るようにした信号処理
    手段とより成る内燃機関の吸込み圧力制御装置で
    あつて、 前記信号処理手段１７が記憶機能を備えた手段
    を含み、吸込み圧力の命令値がエンジン速度の関
    数として所定エンジン速度範囲に対して記憶せら
    れ、該命令値は定常状態運転に於ける与えられた
    燃料品質に対するノツク燃焼の限界より下にある
    様にした内燃機関の吸込み圧力制御装置に於て、 スロツトル位置感知装置２０が信号処理手段１
    ７に連結され、スロツトル弁９の開き度を表わす
    信号を発すること、及び該信号処理手段１７がこ
    のスロツトル弁９の開き度の少ないうちは変化率
    が小さく、開き度が大きくなるにつれて変化率が
    大きい略線形となる非線形関数である修正率を以
    つて上記記憶せられた命令値を修正するようにさ
    れていること、そして上記信号処理手段が操作機
    構を制御する電磁バルブ１３を制御し、この機構
    がターボ圧縮機中のタービン３をバイパスする分
    路パイプ１０中のウエストゲート１１の開き度を
    調節することを特徴とする内燃機関の吸込み圧力
    制御装置。 ２ 空気温度感知装置１９が信号処理手段１７に
    連結されていること、及び該信号処理手段が空気
    温度に依る修正率によつて、上記記憶された命令
    値を修正するように構成されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 信号処理手段１７がスロツトル弁９の開く又
    は閉じる割合を計算し、そしてその開く割合が所
    定の最小スロツトル運動と組合つた予定値を越え
    る時に、１より大きい修正率によつて上記記憶せ
    られた命令値を修正し、それから前記修正率を１
    に下げるよう時間調整されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４ ノツク感知装置２２が信号処理手段１７に連
    結されていること、及び該信号処理手段１７が一
    定の強さのノツクを検出した際に信号を上記吸込
    み圧力を制御する手段に送り、実際の圧力を命令
    圧力より低い一定のレベルに下げるように構成さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    又は第２項のいずれかに記載の装置。
JP57025225A 1981-02-19 1982-02-18 Method and system of controlling suction pressure of combustion engine Granted JPS57157016A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE8101119A SE458290B (sv) 1981-02-19 1981-02-19 Anordning foer styrning av laddtrycket i en turboladdad foerbraenningsmotor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57157016A JPS57157016A (en) 1982-09-28
JPH0465207B2 true JPH0465207B2 (ja) 1992-10-19

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