JPH0535251B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、過給機を備えたエンジンにおいて該
過給機下流の過給圧をエンジンの運転状態に応じ
て目標過給圧にフイードバツク制御するようにし
た過給機付エンジンの過給圧制御装置に関し、特
に、その安定性および応答性の向上対策に関す
る。

（従来の技術） 従来より、エンジンの吸気通路に過給機を介設
して、該過給機により吸気を過給することによ
り、エンジンの吸気の充填効率の向上、出力向上
を図るようにすることは広く知られている。

そして、従来、このような過給機付エンジンに
おいては、例えば特開昭57−146023号公報に開示
されるように、過給機下流の過給圧の目標過給圧
をエンジンの運転状態に応じて設定し、特に加速
運転時には定常運転時よりも目標過給圧を高く設
定して、過給気下流の過給圧をエンジンの運転状
態に応じて目標過給圧にフイードバツク制御する
ことにより、過給圧の異常上昇に伴うエンジンの
破損を防止して、エンジンの信頼性、耐久性を確
保しながら上記充填効率向上、出力向上を有効に
図るようになされている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の如き過給圧のフイードバツク
制御を行う場合、その制御定数を適切に設定し
て、過給機下流の過給圧を目標過給圧に応答性良
く収束させるとともに、その収束状態を安定性良
く保持しておくのが望ましい。

しかるに、この場合、安定性を確保すべく制御
定数を所定値に設定すると、良好な安定性が得ら
れるものの、目標過給圧に向かう実際過給圧の変
化勾配が緩やかであるために目標過給圧への収束
に時間を要して、応答性が損われることになる。
一方、応答性を確保すべく制御定数を他の所定値
に設定すると、特に加速運転時で目標過給圧の設
定変更により過給圧偏差が増大した際でも、良好
な応答性が得られものの、実際過給圧の変化勾配
が大きいために例えばエンジン運転状態を部分負
荷から全負荷状態に移行させた場合等には実際過
給圧が目標過給圧を越えてオーバシユートするこ
とがあり、安定性が損われることになる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、加速運転時に目標
過給圧を高く設定する過給機付エンジンにおける
過給圧のフイードバツク制御において、制御の安
定性が要求される状態ではこれに応じた制御定数
に基づいて過給圧フイードバツク制御を行う一
方、制御の応答性が要求される状態ではこれに応
じた制御定数に切換変更して過給圧フイードバツ
ク制御を行うようにすることにより、過給圧フイ
ードバツク制御を安定性および応答性良く行うこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段
は、第１図に示すように、吸気過給のために吸気
通路２に介設された過給機６と、エンジン１の運
転状態を検出する運転状態検出手段２５と、過給
機６下流の圧力を検出する過給圧検出手段２１
と、上記運転状態検出手段２５の出力を受け運転
状態に対応した目標過給圧を決定し、加速運転時
には目標過給圧を定常運転時よりも高く設定する
目標過給圧決定手段３０と、該目標過給圧決定手
段３０および過給圧検出手段２１の出力を受け過
給圧を上記目標過給圧に制御する過給圧制御手段
３１と、上記過給圧検出手段２１および目標過給
圧決定手段３０の出力を受け過給圧の目標過給圧
に対する変動量が設定値以上の状態では設定値未
満の状態に比して上記過給圧制御手段の制御定数
としての比例ゲインを小値に設定すると共に微分
ゲインを大値に設定するよう変更する制御定数変
更手段３２とを設けたものである。

（作用） 上記構成により、本発明では、過給圧フイード
バツク制御の制御定数を過給機下流の過給圧の目
標過給圧に対する変動量に応じて切換変更するこ
とによつて、実際過給圧が目標過給圧付近に収束
していて安定性が要求される定常状態では、大値
の比例ゲインで良好な応答性が確保されながら、
小値の微分ゲインでもつて制御のハンチングが十
分に抑制されて良好な安定性が得られる一方、実
際過給圧が目標過給圧よりも大きく離れていて応
答性が要求される過渡状態、特に目標過給圧が高
く設定された加速運転時には、大値の微分ゲイン
でもつて実際過給圧は目標過給圧に向つて素早く
変化して良好な応答性が得られると共に、小値の
比例ゲインでもつて実際過給圧が目標過給圧を越
えてオーバーシユートすることが十分に抑制ない
し防止される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面を参
照しながら説明する。

第２図において、１はエンジン、２はエンジン
１に吸気を供給するための吸気通路、３はエンジ
ン１からの排気ガスを排出するための排気通路、
４は吸気通路２に配設され吸気量を制御するスロ
ツトル弁、５は吸気通路２のスロツトル弁４下流
に設けられたサージタンクである。

６は排気ターボ式の過給機であつて、該過給機
６は、排気通路３に介設されたタービン６ａと、
吸気通路２に介設され該タービン６ａに連結軸６
ｃを介して駆動連結されたコンプレツサ（ブロ
ア）６ｂとからなり、排気ガス流によつて回転す
るタービン６ａによりコンプレツサ６ｂが駆動
し、このコンプレツサ６ｂの回転駆動により吸気
をエンジン１に過給するようにしたものである。

そして、上記排気通路３には、上記過給機６の
タービン６ａをバイパスするバイパス通路７が設
けられており、該バイパス通路７にはバイパス通
路７を開閉するウエストゲート弁８が配設され、
該ウエストゲート弁８はウエストゲートアクチユ
エータ９によつて開閉制御される。該ウエストゲ
ートアクチユエータ９は圧力応動式のダイヤフラ
ム装置よりなり、ウエストゲート弁８にリンク連
結されたダイヤフラム９ａと、該ダイヤフラム９
ａによつて区画された圧力室９ｂおよび大気室９
ｃと、該大気室９ｃ内に縮装されウエストゲート
弁８を閉弁方向に付勢するスプリング９ｄとを備
え、上記圧力室９ｂは、過給圧連通路１０を介し
て過給機６のコンプレツサ６ｂ下流でスロツトル
弁４上流の吸気通路２に連通されていて、過給機
６（コンプレツサ６ｄ）下流の過給圧を圧力室９
ｂに導入する一方、大気連通路１１および該大気
連通路１１の先端開口に設けたエアフイルタ１２
を介して大気に連通されていて、圧力室９ｂを大
気に開放するようにしている。しかして、上記ウ
エストゲートアクチユエータ９の圧力室９ｂに過
給機６（コンプレツサ６ｂ）下流の過給圧が過給
圧連通路１０によつて導入されたときには、ダイ
ヤフラム９ａがスプリング９ｄの付勢力に抗して
偏倚して、ウエストゲート弁８を開作動させ、バ
イパス通路７を開くことにより、排気ガス流の一
部が過給機６のタービン６ａを迂回して流下し、
このことによりタービン６ａの回転が抑えられる
とともにコンプレツサ６ｂの回転が抑えられて、
該過給機６（コンプレツサ６ｂ）下流の過給圧を
低下させる。一方、上記圧力室９ｂが大気連通路
１１によつて大気に開放されたときには、スプリ
ング９ｄの付勢力によりウエストゲート弁８が閉
作動してバイパス通路７を閉じることにより、排
気ガスの全流が過給機６のタービン６ａに流れ
て、上記のタービン６ａの回転抑制による過給機
６下流の過給圧の低下を停止して増大させるよう
に制御するようにしている。

さらに、上記過給圧連通路１０の途中には該過
給圧連通路１０を開閉制御する第１制御弁１４が
介設されているとともに、上記大気連通路１１の
途中には該大気連通路１１を開閉制御する第２制
御弁１５が介設されている。該両制御弁１４，１
５は該両制御弁１４，１５を作動制御するコント
ロールユニツト１６に信号の授受可能に接続され
ていて、該コントロールユニツト１６には、エン
ジン回転数を検出する回転数センサ１７、エンジ
ン温度をエンジン冷却水温度により検出する水温
センサ１８、吸気温度を検出する吸気温センサ１
９、スロツトル弁４の開度を検出するスロツトル
開度センサ２０および過給機６（コンプレツサ６
ｄ）下流でスロツトル弁４上流の吸気通路２の圧
力（即ち、過給圧）を検出する過給圧検出手段と
しての圧力センサ２１の各検出信号が入力されて
いる。

上記回転数センサ１７、スロツトル開度センサ
２０、水温センサ１８および吸気温センサ１９に
より、エンジン１の運転状態を検出するようにし
た運転状態検出手段２５が構成されている。ここ
で、上記各制御弁１４，１５はデユーテイソレノ
イド弁によつて構成することが制御精度の面で好
ましいが、比例ソレノイド弁で構成してもよい。
また、第１制御弁１４は常時開のものを、第２制
御弁１５は常時閉のものを使用することは、制御
系の故障時、過給圧を低下させるべく過給圧制御
されるのでエンジン１の信頼性確保の上で好まし
い。また、上記過給圧制御の際、スロツトル開度
センサ２０に代えて吸入空気量を検出するエアフ
ローセンサの信号を用いてもよく、あるいは圧力
センサ２１に代えてエアフローセンサの信号を用
いてもよい。

加えて、上記過給圧連通路１０の第１制御弁１
４上流には、導入される過給機６下流の過給圧
（例えば50mmHg）を減圧してウエストゲートアク
チユエータ９の圧力室９ｂに加えられる過給圧を
ほぼ一定値（例えば200mmHg）に調整する圧力調
整弁２２が介設されている。尚、２３および２４
はそれぞれ過給圧連通路１０および大気連通路１
１に設けられたオリフイスであつて、両オリフイ
ス２３，２４は各連通路１０，１１の通路面積を
絞ることによる圧力伝達作用の良好な安定性の確
保とオーバシユートの発生防止とを加味した適当
な口径に設定されている。

次に、上記コントロールユニツト１６による第
１および第２の制御弁１４，１５の制御を第３図
および第４図に示すコントロールユニツト１６の
作動フローに基づいて説明する。まず、第３図に
示す過給圧制御の基本フローチヤートにおいて、
スタートしてステツプS1において回転数センサ
１７からのエンジン回転数Ｎ、水温センサ１８か
らのエンジン冷却水温度TW、吸気温センサ１９
からの吸気温度Taおよびスロツトル開度センサ
２０からのスロツトル開度θの各信号データを入
力する。そして、ステツプS2において上記ステ
ツプS1の各信号データに基づいて目標過給圧PD
を下記の式により算出する。

PD＝Ｋ×PBase ここで、Ｋは補正係数であつて、エンジン冷却
水温度TW、吸気温度Ta、加速補正量（後述す
る補正係数CAcc）などによつて決定される。

次いで、ステツプS3において圧力センサ２１
から実際の過給圧Paの信号データを入力したの
ち、ステツプS4において、実際の過給圧Paと目
標過給圧PDとの差｜Pa−PD｜が設定値P1以上
である過渡状態か否かを判別し、｜Pa−PD｜≦
P1の定常状態のNOの場合にはステツプS5におい
て第１、第２制御弁１４，１５のデユーテイ比制
御における第６図中段に示すような比例制御によ
るパルス巾tpを、tp＝PG1×（Pa−PD）の式
（PG1：良好な安定性を確保すべく設定された所
定値の比例ゲイン）により算出するとともに、今
回の実際過給圧Pa(n)と前回の実際過給圧Pa（ｎ−
１）との差に基づき同じく同図下段に示すような
微分制御によるパルス巾tDを、tD＝DG1×｛Pa
(n)−Pa（ｎ−１）｝の式（DG1：良好な安定性を
確保すべく設定された所定値の微分ゲイン）によ
り算出する一方、｜Pa−PD｜＞P1の過渡状態の
YESの場合にはステツプS6において上記と同様
に比例制御によるパルス巾tpを、tp＝PG2×（Pa
−PD）の式（PG2：比例ゲインでPG2＜PG1）
により算出するとともに、微分制御によるパルス
巾tDを、tD＝DG2×｛Pa(n)−Pa（ｎ−１）｝の式
（DG2：微分ゲインでDG2＞DG1）により算出す
る。そして、ステツプS7でこれらのパルス巾tp、
tDを加算して制御パルス巾ｔ（＝tp＋tD）を算出
する。

次に、ステツプS8において、制御方向を決定
すべく上記実際過給圧Paと目標過給圧PDとの大
小を比較判別し、Pa−PD＞０のYESのときには
ステツプS9で第１制御弁１４を駆動することに
より、過給機６下流の過給圧を圧力調整弁２２で
一定の圧力に調圧してウエストゲートアクチユエ
ータ９の圧力室９ｂに加え、実際過給圧Paを目
標過給圧PDに低下させるべく制御する一方、Pa
−PD＜０のNOのときにはステツプS10で第２制
御弁１５を駆動することにより、ウエストゲート
アクチユエータ９の圧力室９ｂを大気に開放し、
実際過給圧Paを目標過給圧PDに増大させるべく
制御し、以後、上記ステツプS1に戻つて同様の
制御動作を繰返す。

また、加速運転時には、加速性能の向上を図る
べく最高過給圧を所定時間上記目標過給圧PDよ
りも高くするよう補正するために第４図に示す加
速補正サブルーチンに基づく動作が行われる。す
なわち、ステツプSaで加速フラグが「１」であ
るか否かを判別し、加速フラグ＝１であるYES
のときには加速補正中であると判断して直ちにス
テツプSeに移る一方、加速フラグ＝０であるNO
のときには加速補正中でないと判断してステツプ
Sbに移る。このステツプSbにおいて、スロツト
ル開度θが所定値C1よりも大きいか否か、およ
びスロツトル開度の変化率dθ／dtが所定値C2よ
りも大きいか否かを判別し、いずれかが小さい
NOの場合には加速補正条件が成立していないと
判断して直ちにステツプSiに進み、最高過給圧の
補正係数CAcc(n)が基本値“１”であるか否かを
判別して、CAcc(n)＝１のYESのときにはそれで
終了し、CAcc(n)≠１のNOのときにはステツプ
Shに移る。

一方、上記ステツプSbの判別が共に大きい
YESの場合には加速補正条件が成立したと判断
して、ステツプScで加速フラグを「１」にした
のち、ステツプSdにおいて所定時間最高過給圧
を上昇させるべくマツプMap(N)からエンジン回
転数Ｎに応じた最高過給圧の補正係数CAccと補
正時間TAccを読込む。その後、ステツプSeにお
いて、補正時間TAcc(n)を「１」ずつ減算して漸
次減少させて行き、ステツプSfでTAccが「０」
になつたか否かを判別し、TAcc≠０のNOのと
きには元に戻つて上記動作を繰返してTAcc＝０
となるのを待つ。そして、TAcc＝０のYESにな
ると、ステツプSgで加速フラグを「０」にした
のち、ステツプShにおいて補正係数CAcc(n)を一
定値C3ずつ減算して、加速補正係数を一定の勾
配で徐々に減少させることにより、加速補正をト
ルクシヨツクを生ずることなく終らせるよう制御
する。

よつて、上記過給圧制御基本フローのステツプ
S2におけるエンジン冷却水温度TW、吸気温度
Ta、及び加速補正係数CAccに基づく補正係数Ｋ
によるPBaseの補正により、運転状態検出手段２
５（水温センサ１８および吸気温センサ１９）か
らの出力を受けて運転状態に対応した目標過給圧
PDを決定し、加速運転時には目標過給圧PDを定
常運転時よりも高く設定するようにした目標過給
圧決定手段３０が構成されている。また、上記ス
テツプS2で目標過給圧PDを決定し且つステツプ
S3で実際過給圧Paを入力したのちは、これらの
各値に応じてステツプS4以降で第１および第２
の制御弁１４，１５を開閉制御することにより、
ウエストゲートアクチユエータ９を作動制御し
て、過給機６下流の過給圧を目標過給圧PDに制
御するようにした過給圧制御手段３１が構成され
ている。

さらに、ステツプS4において実際過給圧Paと
目標過給圧PDとの差｜Pa−PD｜が設定値P1以
内の定常状態時には、ステツプS5において制御
定数として所定値の比例ゲインPG1および微分ゲ
インDG1を用いる一方、上記差｜Pa−PD｜が設
定値P1を越えている過渡状態時には、ステツプ
S6において制御定数として上記定常状態時の比
例ゲインPG1よりも小値の比例ゲインPG2（PG2
＜PG1）および上記微分ゲインDG1よりも大値の
微分ゲイン（DG2＞DG1）を用いて、実際過給
圧Paの目標過給圧PDに対する変動量｜Pa−PD
｜に応じて制御定数としての比例ゲインPGと微
分ゲインDGとの各値を変更するようにした制御
定数変更手段３２が構成されている。

したがつて、上記実施例においては、実際過給
圧Paが目標過給圧PD近傍にある｜Pa−PD｜≦
P1の定常状態時には、制御定数としての比例ゲ
インは、過給圧フイードバヅク制御の安定性の良
好となる所定値PG1に設定されるので、第５図イ
に示すように比例制御のパルス幅tpの過給圧変化
に対する変化勾配は大きくて、実際過給圧Paは
応答性良く目標過給圧PDに収束する。この際、
制御定数としての微分ゲインが過給圧フイードバ
ツク制御の安定性の良好となる所定値DG1に設
定されるので、第５図ロに実線で示すように微分
制御のパルス幅tDの過給圧変化に対する変化勾
配は小さくなつて、ハンチングは生じず、上記実
際過給圧Paの目標過給圧PD近傍の収束状態は安
定性良く保持される。

一方、実際過給圧Paが目標過給圧PDよりも大
きく離れた｜Pa−PD｜＞P1の過渡状態時、特に
目標過給圧PDが加速補正係数CAccにより高く補
正される加速運転時には、制御定数としての微分
ゲインが上記微分ゲインDG1よりも大値の微分
ゲインDG2（DG2＞DG1）に変更されるので、同
図ロに破線で示すように、微分制御のパルス幅
tDの過給圧変化に対する変化勾配は大きくなつ
て、実際過給圧Paの目標過給圧PDへの収束が応
答性良く行われることになる。しかも、この過渡
状態時での制御定数としての比例ゲインPG2は定
常状態時での比例ゲインPG1よりも小さいので
（PG2＜PG1）、比例制御のパルス幅tpの変動量｜
Pa−PD｜に対する変化勾配は同図イに示すよう
に、定常状態時に較べて小さくなり、このため実
際過給圧Paは目標過給圧PDを越えてオーバーシ
ユートすることなく目標過給圧PDに向かつて応
答性良く収束することになる。

よつて、実際、過給圧Paが目標過給圧PD近傍
に収束している定常状態時には、この収束状態を
安定性良く保持できるとともに、エンジン運転状
態の変化に伴う過渡状態、特に加速運転への移行
後も実際過給圧Paを応答性良くしかもオーバー
シユートすることなく目標過給圧PDに収束させ
ることができ、過給圧フイードバツク制御の良好
な安定性および応答性を一挙に向上させることが
できる。

尚、上記実施例では、過給圧制御を実際の過給
圧の検出に基づいてフイードバツク制御するよう
にしたが、それに併用してウエストゲート弁８の
開度でポジシヨンフイードバツク制御するように
してもよい。

さらに、上記実施例では、吸気過給のための過
給機として、排気ターボ式のものを例示したが、
その他ポンプ式等の公知の過給機が採用可能であ
る。また、過給機下流の過給圧を制御するための
装置として、上記実施例ではウエストゲート方式
のものについて述べたが、本発明は、その他過給
機下流の過給圧を直接リリータ制御するリリーフ
方式等の各種方式に対しても適用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の過給機付エンジ
ンの過給圧制御装置によれば、実際過給圧目標過
給圧との偏差が設定値以上の状態、特に加速運転
時には、設定値未満の状態に比して、過給圧フイ
ードバツク制御の制御定数としての比例ゲインを
小値に、微分ゲインを大値に各々設定したので、
過給圧フイードバツク制御を常に適切な値の制御
定数でもつて安定性および応答性良く行うことが
でき、よつてエンジン性能およびその信頼性の向
上を顕著に図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロツク図、第２
図〜第６図は本発明の実施例を示し、第２図は全
体概略構成図、第３図はコントロールユニツトの
基本作動を説明するフローチヤート図、第４図は
同加速補正のためのサブルーチンを説明するフロ
ーチヤート図、第５図イおよびロは作動説明図、
第６図は過給圧のフイードバツク制御の様子を示
す図である。 １……エンジン、２……吸気通路、６……過給
機、２１……過給圧検出手段、３０……目標過給
圧決定手段、３１……過給圧制御手段、３２……
制御定数変更手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気過給のために吸気通路に介設された過給
   機と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検
   出手段と、過給機下流の圧力を検出する過給圧検
   出手段と、上記運転状態検出手段の出力を受け運
   転状態に対応した目標過給圧を決定し、加速運転
   時には目標過給圧を定常運転時よりも高く設定す
   る目標過給圧決定手段と、該目標過給圧決定手段
   および過給圧検出手段の出力を受け過給圧を上記
   目標過給圧に制御する過給圧制御手段と、上記過
   給圧検出手段および目標過給圧決定手段の出力を
   受け過給圧の目標過給圧に対する変動量が設定値
   以上の状態では設定値未満の状態に比して上記過
   給圧制御手段の制御定数としての比例ゲインを小
   値に設定すると共に微分ゲインを大値に設定する
   よう変更する制御定数変更手段とを設けたことを
   特徴とする過給機付エンジンの過給圧制御装置。