JPH05280357A - 過給圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械式過給機のバイパス制御弁開度をエンジ
ン負荷条件に応じて制御する際に、加速時の過給圧上昇
速度を略一様にして滑らかな加速を得るようにする。 【構成】 機械式過給機のバイパス制御弁をスロットル
弁開度に応じて設定し、過給圧を制御する。バイパス制
御弁を設定開度に調節する際のバイパス制御弁作動速度
は、エンジンが低負荷低回転である程大きく、高負荷高
回転である程小さくなるように制御する。これによりバ
イパス制御弁閉弁時の開度Θ_b の時間変化は図４（Ｂ）
に示すように、最初は速く後半で遅くなるため、図４
（Ａ）に示すように略直線的に過給圧Ｐ_b が増加し、滑
らかな加速を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸気系に機械式過給機
を設け、バイパス制御弁の開度調節により過給圧制御を
行うエンジンの過給圧制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸気系に、エンジン出力軸から機械的に
駆動される過給機（本明細書では「機械式過給機」とい
う）を備えた過給エンジンにおいては、過給機をバイパ
スするバイパス通路に設けたバイパス制御弁の開度を変
化させることによりエンジンの過給圧力を制御する過給
圧制御装置が知られている。

【０００３】この種の過給圧制御装置の例としては、特
開昭６２−２７６２２０号公報に開示されたものがあ
る。同公報の装置は、機械式過給機をエンジン出力軸か
ら電磁クラッチを介して駆動し、エンジン高負荷運転時
には電磁クラッチを接続して機械式過給機を作動させる
と共にアクセル開度（エンジン負荷）に応じてバタフラ
イ弁式のバイパス制御弁の開度を設定し、バイパス通路
を流れる空気量を調節してエンジン過給圧を制御してい
る。

【０００４】すなわち、上記公報の装置は、エンジン高
負荷時にはバイパス制御弁開度を小さく設定して、これ
によりバイパス通路を通って過給機吐出側から入口側に
還流する空気量を減らし、過給機圧縮比を高めて過給圧
を上昇させ、逆に、エンジン低負荷時にはバイパス制御
弁開度を大きく設定して過給機圧縮比を下げて過給機駆
動損失を低減するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の特開昭６２−２
７６２２０号公報の装置によれば、エンジンの運転条件
に応じてバイパス制御弁の開度を設定することにより適
切な過給圧を得ることができる。しかし、上記公報の装
置では、バタフライ弁式のバイパス制御弁を設定開度ま
で移動させる際の開閉速度（作動速度）には何ら考慮が
払われておらず、エンジンの運転条件にかかわらずバイ
パス制御弁の作動速度は一定である。

【０００６】このため、上記公報の装置では加速時等の
過給圧の上昇速度が一様にならず滑らかな加速を得られ
ない場合が生じる。図３はバイパス制御弁開度Θ_b と過
給圧Ｐ_b との関係を各エンジン回転数Ｎ_eについて示し
ている。図３からわかるように、回転数Ｎ_e を一定とし
た場合バイパス制御弁開度Θ_b に対する過給圧力Ｐ_b の
変化は開度Θ_b が大きい程緩やかでΘ_b が小さい程急に
なる。これは、バイパス制御弁の開度が大きい場合に
は、バイパス制御弁の開度が多少変化しても、もともと
流路面積が大きいため、バイパス通路を通る流量に対す
る影響は小さいのに対して、バイパス制御弁の開度が小
さい場合には、流路面積が小さくなっているためバイパ
ス制御弁のわずかな開度変化に対してもバイパス通路を
通る流量が大きく変化するためである。従って、例えば
バイパス制御弁を全開状態から一定作動速度で閉じたよ
うな場合には作動開始時の過給圧上昇速度は遅く、バイ
パス制御弁が全閉に近くなるにつれて過給圧が急速に上
昇するようになる。

【０００７】図４（Ａ），（Ｂ），点線はこの時間変化
を図示したものである。図４（Ｂ）点線のようにバイパ
ス制御弁開度を直線的に減少（すなわち一定速度で閉じ
て行った）場合、過給圧は図４（Ａ）点線のように最初
は緩やかに、バイパス制御弁全閉付近では急速に上昇す
ることになる。このため、アクセルを急に踏み込んで加
速したような場合（図４（Ｃ））、加速開始時のエンジ
ン出力上昇は小さく、後半になって急激に出力が上昇す
ることになり、滑らかな加速が得られない問題が生じ
る。

【０００８】また、上記はエンジン回転数Ｎ_e を一定に
保持した場合であるが、図３に示すように過給圧Ｐ_b と
バイパス制御弁開度Θ_b との関係はエンジン回転数Ｎ_e
によっても変化する。すなわち、エンジン回転数Ｎ_e が
高い場合は低い場合に較べて全体的に過給圧Ｐ_b は高く
なっておりバイパス制御弁を閉じていった場合の過給圧
Ｐ_b の立ち上がりは低回転時より速くなり、回転数Ｎ_e
によって過給圧Ｐ_b の上昇速度が異なってくる。

【０００９】このため、加速時等に滑らかな加速を得る
ようにするためには前述の特開昭６２−２７６２２０号
公報の装置のようにエンジン運転条件にかかわらずバイ
パス制御弁を一定速度で作動させたのでは不充分であ
る。上記公報の装置においても、バイパス制御弁の作動
速度を極めて速くして短時間で全開から全閉の状態に到
達するようにすればある程度初期加速を改善することは
可能であるが、バイパス制御弁は、通常ステッパモータ
等のアクチュエータを用いて開閉駆動するため、バイパ
ス制御弁を一律に高速度で作動させるようにすると上記
の問題の他、以下に述べる問題が生じる場合がある。

【００１０】すなわち、バタフライ弁式のバイパス制御
弁を用いた場合、制御弁開度が大きい領域では、制御弁
体は気流に対して平行に近い角度になっているため、気
流による作動抵抗が小さくアクチュエータに要求される
トルクも小さい。これに対して制御弁開度が小さい領域
では制御弁の弁体が気流に対して直角に近い角度である
ため作動抵抗が極めて大きく、アクチュエータに要求さ
れるトルクも大きくなる。このため、一律にバイパス制
御弁の作動速度を増大させようとするとバイパス制御弁
全閉近傍での大きな作動トルクと高い動作速度とを同時
に供給できるアクチュエータを選定する必要が生じるた
めステッパモータ等の大型化を招き、搭載性の悪化やコ
ストの増大等の問題を生じる。

【００１１】本発明は上記課題を解決し、アクチュエー
タの大型化等の問題を生じることなく、滑らかな加速を
達成するように、バイパス制御弁を作動させる過給圧制
御装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段は図１に示される。すなわちエンジンＡの吸気通
路Ｂには機械式過給機Ｃと、該過給機をバイパスするバ
イパス通路Ｄが配置され、バイパス通路Ｄにはバタフラ
イ弁形式のバイパス制御弁Ｅが設けられている。設定手
段ＦはエンジンＡの負荷条件に応じてバイパス制御弁Ｅ
の開度を設定し、駆動手段Ｇは設定手段Ｆにより設定さ
れた開度になるようにバイパス制御弁Ｅを開閉駆動す
る。速度制御手段ＨはエンジンＡの負荷と回転数とに応
じて駆動手段Ｇを制御してバイパス制御弁Ｅの開閉速度
が高負荷高回転時に小さく、低負荷低回転時には大きく
なるようにする。

【００１３】

【作用】上述の手段の作用は図３，図４を用いて説明さ
れる。バイパス制御弁開度Θ_b はエンジン負荷（例えば
スロットル弁開度）に応じて設定され、エンジン低負荷
時には全開とされ、負荷が増大するにつれて開度が小さ
く設定され、エンジン高負荷時には全閉となる。

【００１４】一方、図３に示すようにエンジン過給圧Ｐ
_b はバイパス制御弁開度Θ_b とは比例せず、バイパス制
御弁開度Θ_b が大きいときには開度Θ_b が多少変化して
も過給圧Ｐ_b はあまり変化しないが、開度Θ_b が小さい
ときにはΘ_b のわずかな変化に対してもＰ_b が大きく変
化する。また、回転数Ｎ_e が高い場合にはバイパス制御
弁開度Θ_b が大きい領域でも開度Θ_b に対する過給圧Ｐ
_b の変化が比較的大きくなる。

【００１５】本発明では、バイパス制御弁の開閉速度を
高負荷高回転では小さく、低負荷低回転では大きくする
ことによりバイパス制御弁開度Θ_b が大きく、過給圧Ｐ
_b に対する感度が低い領域では高速作動させ、開度Θ_b
が小さく過給圧Ｐ_b に対する感度が高い部分では低速作
動させると共に、エンジン回転数Ｎ_e が高い程上記作動
速度を遅くしている。

【００１６】これにより、図４（Ｃ）に示すようにアク
セルが急に踏み込まれたような場合に、バイパス制御弁
開度Θ_b がスロットル弁開度に応じた所定開度まで開く
際の速度が、図４（Ｂ）実線で示すように最初は早く、
後半では遅くなるため過給圧Ｐ_b は図４（Ａ）実線に示
すように略一様な速度で上昇し滑らかな加速感を得るこ
とができる。

【００１７】また、バイパス制御弁の作動抵抗が大きい
領域ではバイパス制御弁の作動の速度を低く、作動抵抗
の小さい領域では作動速度を高く制御するためステッパ
モータ等のバイバス制御弁アクチュエータの大型化を生
じない。

【００１８】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を説明
する。図２は本発明の過給圧制御装置を適用するエンジ
ンの実施例の構成を示す略示図である。図において１は
エンジン、２はエンジンの吸気通路、３は運転者のアク
セルペダル（図示せず）の操作に応じて吸気流量を連続
的に変化させるスロットル弁、５はスロットル弁３の下
流側吸気通路に設けられた過給機である。

【００１９】過給機５は本実施例では容積型の圧縮機が
用いられ、エンジン１のクランク軸４から電磁クラッチ
６を介して機械的に駆動される。図に７で示すのは過給
機５をバイパスしてスロットル弁３下流側吸気通路と過
給機出口側吸気通路とを接続する吸気バイパス通路であ
り、この吸気バイパス通路７にはバイパス通路を通る空
気流量を連続的に調節可能なバタフライ弁形式のバイパ
ス制御弁９が設けられている。８はバイパス制御弁を開
閉駆動するステップモータ等のアクチュエータ、１９は
バイパス制御弁９の開度に比例した電圧信号を出力する
バイパス開度センサである。

【００２０】バイパス制御弁９の開度を変更すると、バ
イパス通路７を通って過給機５の吐出側から入口側に還
流する空気量が変化するため回転数を変えずに過給機５
の圧縮比を調節することができる。すなわちバイパス制
御弁９の開度を大きくすれば過給機５の圧縮比は減少
し、過給圧が低下する。逆にバイパス制御弁９の開度を
小さくすることにより過給機圧縮比は増大し、過給圧が
上昇する。

【００２１】図に１２で示すのはスロットル弁３の開度
に比例した電圧信号を発生するスロットル開度センサ、
１５で示すのはスロットル弁３上流側に設けられ、エン
ジン吸入空気流量に比例した電圧信号を発生するエアフ
ローメータ、１３はエンジン１のディストリビュータ
（図示せず）に設けられ、エンジン回転数に応じたパル
ス信号を発生する回転数センサである。

【００２２】図に２１で示すのはエンジンの制御を行う
電子制御装置（ＢＣＵ）である。本実施例ではＥＣＵ２
１は、中央演算装置（ＣＰＵ）２３、ランダムアクセス
メモリ（ＲＡＭ）２４、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）
２５及び入、出力ポート２６，２７をそれぞれ相互に双
方向性バス２８で接続した構成のディジタルコンピュー
タが用いられている。

【００２３】ＥＣＵ２１の入力ポート２６には本発明の
過給圧制御のために、エアフローメータ１５からの吸入
空気流量信号とスロットル開度センサ１２からのスロッ
トル開度信号、バイパス開度センサ１９からのバイパス
開度信号がそれぞれ図示しないＡ／Ｄ変換器を経由して
入力され、回転数センサ１３からはエンジン回転数信号
が入力されている。

【００２４】また、ＥＣＵ２１の出力ポートは図示しな
い駆動回路を介してバイパス制御弁９のアクチュエータ
８に接続されバイパス制御弁９の開度変更を行うほか、
電磁クラッチ６に接続されクラッチのＯＮ／ＯＦＦによ
り過給機５の作動を制御するようになっている。本実施
例では、ＥＣＵ２１は、エンジン負荷条件が所定領域に
あるときに電磁クラッチ６を接続して過給機５を作動さ
せると共に、ステッパモータ８を駆動してバイパス制御
弁９の開度をエンジン負荷（スロットル開度）に応じて
調節する。更に、本実施例では、ステッパモータ８の作
動速度は、高負荷、高回転になる程小さく、低負荷低回
転になる程大きくなるようにエンジン負荷（バイパス制
御弁開度）に応じて決定される。

【００２５】図５に本発明による過給制御のフローチャ
ートの一実施例を示す。本制御動作はＥＣＵ２１により
一定時間毎（例えば１６ミリ秒毎）に実行される。図５
でルーチンがスタートするとステップ１００ではエンジ
ン回転数Ｎｅ、スロットル弁開度Θ_t 、吸入空気量Ｑ、
バイパス制御弁開度Θ_b が前述の各センサから読み込ま
れる。

【００２６】次いでステップ１０５ではエンジン負荷条
件が過給機作動領域にあるか否かが判定される。図６は
過給機５を作動させる負荷条件を示し、縦軸はエンジン
負荷を表すパラメータとしてエンジン１回転当りの吸入
空気量Ｑ／Ｎ、横軸はエンジン回転数Ｎ _e を表してい
る。図６からわかるように過給機は比較的高負荷領域で
作動するが、エンジン回転数が高い領域では過給機は比
較的低負荷から作動するようにされている。ＥＣＵ２１
はＲＯＭ２５に図６の関数を格納しており、ステップ１
０５では吸入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎ_e とから図６
の関数に基づいて過給機の作動要否を判定している。

【００２７】ステップ１０５でエンジン負荷条件が過給
機作動領域にあると判定された場合は、ステップ１１０
でバイパス制御弁９の目標開度Θ_boが設定される。図７
はバイパス制御弁９の目標開度Θ_boを示す。Θ_boはエン
ジン負荷（スロットル開度Θ _t ）に応じて設定され、ス
ロットル開度Θ_t が小さい低負荷条件では全開とされ、
所定のスロットル開度以上ではスロットル開度Θ_t が増
加するにつれて略直線的に減少し、スロットル開度が大
きい高負荷条件では全閉とされて過給圧を上昇させるよ
うになっている。

【００２８】ＥＣＵ２１は図７の関数をＲＯＭ２５に格
納しており、ステップ１１０ではステップ１００で読込
んだスロットル開度Θ_t を基に図７からバイパス制御弁
９の開度目標値Θ_boを設定する。次いで、ステップ１１
５ではバイパス制御弁９の作動速度が決定される。バイ
パス制御弁９の作動速度は１回のルーチン実行で駆動す
るバイパス制御弁９の開度変化量ΔΘ_b で与えられる。
図８に示すように、作動速度ΔΘ_b はエンジン負荷が高
い程（すなわち、バイパス制御弁開度Θ_b が小さい程）
小さくエンジン負荷が低い程（バイパス制御弁開度Θ_b
が大きい程）大きく設定され、また、バイパス制御弁開
度Θ_b が同じであれば作動速度ΔΘ_b はエンジン回転数
Ｎ_e が高い程小さく、低い程大きく設定される。

【００２９】実際にはΔΘ_b の二次元マップは、車種、
エンジン型式等に基づいて個々に設定されるが、図８は
その概略傾向を示している。本実施例では、ＥＣＵ２１
はＲＯＭ２５に図８のマップを格納しており、ステップ
１２０ではこのマップを基に作動速度ΔΘ_b を決定す
る。ステップ１１０，１１５でバイパス制御弁の目標開
度Θ_boと作動速度ΔΘ_b が決定されると、ステップ１２
０〜ステップ１３５では、これらに基づいてバイパス制
御弁９が駆動される。

【００３０】すなわちステップ１２０〜１２５では目標
開度Θ_boと現在のバイパス制御弁開度Θ_b とが比較さ
れ、ステップ１３０と１３５では、Θ_boとΘ_b との大小
に応じてステップ１１５で決定されたΔΘ_b だけバイパ
ス制御弁９を開弁（ステップ１３０）又は閉弁（ステッ
プ１３５）するようにステッパモータ８が駆動され、ス
テップ１４０では電磁クラッチ６が接続されて過給機５
が作動する。これにより、ステップ１２０でΘ_b ＝Θ_bo
が成立するまでバイパス制御弁９はルーチン実行毎にバ
イパス制御弁開度Θ_b とエンジン回転数Ｎ_e とに応じた
作動量ΔΘ_b だけ駆動されるため、図４（Ｂ）実線に示
すようなバイパス制御弁開度特性を得ることができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の過給圧制御装置によれば、上述
のようにバイパス制御弁開閉速度をエンジン負荷と回転
数とに応じて変化させるようにしたため、過給圧力の上
昇速度が均一化され、滑らかな加速を得ることができ
る。また、バイパス制御弁の作動抵抗の大きい領域では
作動速度を低く、作動抵抗の小さい領域では作動速度を
高く制御するため、ステッパモータ等のバイパス制御弁
アクチュエータの大型化を生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の過給制御装置を適用したエンジンの実
施例を示す略示図である。

【図３】バイパス制御弁開度とエンジン回転数とに対す
る過給圧力の変化を説明する図である。

【図４】本発明の過給制御装置の効果を示す図である。

【図５】本発明の過給制御動作の一実施例を示すフロー
チャートである。

【図６】過給機の作動負荷条件を説明する図である。

【図７】バイパス制御弁の開度設定の一実施例を示す図
である。

【図８】バイパス制御弁の作動速度の設定を説明する図
である。

【符号の説明】 １…エンジン ２…吸気管 ３…スロットル弁 ５…機械式過給機 ６…電磁クラッチ ７…バイパス通路 ９…バイパス制御弁 ２１…電子制御装置（ＥＣＵ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン吸気通路に配置した機械式過給
   機と、該過給機をバイパスして上流側と下流側の吸気通
   路を接続するバイパス通路と、該バイパス通路に設けた
   バタフライ弁式のバイパス制御弁とを備え、該バイパス
   制御弁の開度を変えてエンジン過給圧力を変化させる過
   給圧制御装置において、 エンジン負荷条件に応じて前記バイパス制御弁開度設定
   値を決定する設定手段と、バイパス制御弁を上記設定開
   度になるように開閉駆動する駆動手段と、バイパス制御
   弁の開閉速度がエンジン高負荷高回転時には小さく、低
   負荷低回転時には大きくなるようにエンジン負荷と回転
   数とに応じて前記駆動手段を制御する速度制御手段とを
   備えたことを特徴とする過給圧制御装置。