JPH063142B2 - タ−ボチヤ−ジヤの過給圧制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はターボチャージャの過給圧制御装置に関する。

（従来の技術） ターボチャージャは機関の排気エネルギで駆動される排
気タービンと、この排気タービンにより回転させられ吸
気を過給する吸気コンプレッサから構成され、内燃機関
の出力向上をはかるため、ターボチャージャにより吸気
を過給することは、既に従来から広く行なわれている。

ところで、排気タービンは機関の排気流量が増大すると
高速回転して、効率よく吸気コンプレッサを駆動するこ
とができるが、排気流量の少ない機関低負荷運転域など
では、過給効率が低下するのは避けられない。

そこで、排気タービンの入口部に排気流速を制御する制
御弁を設け、機関の運転状態に応じて制御弁の開度を増
減、つまり排気流量の少ない低負荷域で制御弁の開度を
絞って排気流速を高めることにより、排気タービンの回
転数が低下するのを防止し、比較的機関負荷の小さい領
域まで、効率よく過給することのできるようにした装置
が、例えば、米国特許明細書第２９４４７８６号などに
て提案された。

（発明が解決しようとする問題点） このような過給圧制御装置にあっては、フィードバック
制御域になると、実際の過給圧と目標過給圧との偏差が
なくなるようにフィードバック制御を行い、制御部材に
設定値からのずれがある場合を考慮するとともに制御精
度を確実なものにしている。このため、制御部材に起因
する設定値からのずれが小さい場合にはフィードバック
制御開始時の偏差が小さいので、制御中に偏差は解消さ
れる。

ところが、設定値からのずれが所定値より大きい場合に
は、制御開始時の目標過給圧との偏差が大きく早期にこ
の偏差を解消することができないこと、またフィードバ
ック制御域になる毎に同じことを繰り返すこと等から目
標とする過給圧に早期に到達させることが困難である。
このため、特に過渡時に目標過給圧に至るまでに過給圧
が低いと、出力不足を招き、逆に高いとノッキングの発
生を招く可能性がある。

この発明は、学習制御を採用して特に過渡時であっても
目標過給圧に到達することができるようにするととも
に、学習制御でも偏差を無くすことができない場合には
学習制御を停止することにより過給圧の誤制御を回避す
ることができる装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この発明は、第１図に示すように、排気タービンへの排
気流速を可変とする制御弁３１と、機関運転条件を検出
する運転条件検出手段３２と、該運転条件に応じて前記
制御弁の基本制御量を演算する基本制御量演算手段３３
と、コンプレッサ下流の過給圧を検出する過給圧検出手
段３４と、前記過給圧の検出値と目標過給圧の偏差が小
さくなるように前記基本制御量に対する補正量を演算す
る補正量演算手段３５と、この補正量で前記基本制御量
を補正した値を学習量として演算する学習量演算手段３
６と、この学習量を記憶する記憶装置３７と、この記憶
された学習量で前記制御弁３１を駆動制御する駆動制御
手段３８と、前記学習量演算手段３６による学習量の演
算を一定回数繰り返した後に前記過給圧の検出値と目標
過給圧の偏差が所定値を越えたときは前記学習量演算手
段３６による学習量の演算を停止する学習量演算手段３
９とを設けた。

（作用） このように構成すると、学習制御を行う前には制御部材
のばらつきにより過給圧の検出値と目標過給圧とのあい
だに大きな偏差があっても、この偏差が小さくなるよう
に基本制御量に対する補正量が演算され、この補正量で
補正された制御量が学習量として演算され、これが記憶
装置に記憶されると、この記憶された学習量は制御部材
のばらつきを織り込んだ値となる。

このため、特に過渡時でも学習制御が進んだ後に学習量
を用いて制御弁が駆動制御されるときは、過渡の初めか
ら過給圧の検出値と目標過給圧の偏差は小さなものであ
り、この結果、加速時に目標過給圧よりも低いことによ
る出力不足を解消するとともに、目標過給圧よりも高い
ことによるノッキング発生を防止することができる。

また、学習量演算手段による学習量の演算を一定回数繰
り返した後に過給圧の検出値と目標過給圧の偏差が所定
値を越えたとき（つまり学習制御でも偏差を無くすこと
ができないとき）は学習量の演算が停止される。学習制
御でも偏差を無くすことができないときとは、たとえば
過給圧検出手段等に故障があるときであり、こうした異
常時には学習制御を停止することにより誤制御が回避さ
れ、学習制御の信頼性を増大することができる。

（実施例） 第２図はこの発明の一実施例の概略構成図、第３図は同
じく排気タービン部の拡大断面図である。同図におい
て、１は機関本体、１Ａはシリンダ、１Ｂはピストン、
２は吸気通路、３は吸気を過給するためのターボチャー
ジャで、吸気コンプレッサ４と排気タービン１５が回転
軸２９を介して同軸上に連結され、排気タービン１５の
回転により吸気コンプレッサ４を駆動する。

吸気コンプレッサ４の入口部４Ａに接続する上流側吸気
通路２Ａには、エアクリーナー５と吸入空気量を測定す
るエアフローメータ６が介装される。

また吸気コンプレッサ４の出口部４Ｂに接続する下流側
吸気通路２Ｂは、吸気絞弁８を介して吸気マニホールド
２Ｃに接続する。

なお、機関の燃焼室１０には点火栓７が取付けられると
共に、吸気弁９を介して吸気マニホールド２Ｃからの混
合気が吸入される。絞り弁８を通過した吸入空気には、
燃料噴射弁１１から噴射される燃料が混合し、所定の空
燃比の混合気が機関に供給される。

１２は排気通路で、排気マニホールド１２Ａに排気ター
ビン１５の入口部１５Ａが接続されると共に、排気ター
ビン１５の入口部１５Ａと出口部１５Ｂとが、バイパス
通路１６で連通している。

バイパス通路１６には排気バイパス弁１７が介装され、
この排気バイパス弁１７の駆動機構として、ダイヤフラ
ム装置１７ａが設けられる。

ダイヤフラム装置１７ａは、ダイヤフラム１７ｂで仕切
られた圧力室１７ｃに信号通路１８を介して、前記絞り
弁８の上流で吸気コンプレッサ４の下流の過給圧が導か
れ、過給圧が所定値以上に上昇するとリターンスプリン
グ１７ｄに抗してダイヤフラム１７ｂが移動し、リンケ
ージ１７ｅを介して弁体１７ｆが前記バイパス通路１６
を開くようになっており、このようにして排気バイパス
弁１７を開閉することにより、過給圧の最大値が所定値
を越えないように制御する。

排気タービン１５の入口部１５Ａには、排気ガスのター
ビン流入速度を制御するための制御弁２０が備えられ
る。

制御弁２０の開度を制御する駆動機構として、ダイヤフ
ラム装置２０ａが備えられ、このダイヤフラム装置２０
ａはダイヤフラム２０ｂで仕切られた圧力室２０ｃと大
気室２０ｄを有する。

圧力室２０ｃには信号通路１９により電磁弁２４を介し
て過給圧（正圧）が導かれる。ダイヤフラム２０ｂにロ
ッド２０ｈを介して連結した制御ベーン２０ｆは、圧力
室２０ｃに導入される正圧が低いときは、ダイヤフラム
２０ｂがリターンスプリング２０ｅに押し戻されるの
で、図面の実線位置にあり、排気流を絞って流速を高め
るようにしているが、導入される正圧が上昇したとき
に、ダイヤフラム２０ｂが変位して制御ベーン２０ｆを
開くようになっている。

このダイヤフラム装置２０ａに供給する過給圧を運転状
態に応じて制御するため、電磁弁２４を駆動する制御手
段２３が設けられる。

制御手段２３は、たとえばインターフェース，記憶装
置，中央演算ユニットからなるマイクロコンピュータ等
にて構成され、制御手段２３には前記エアフローメータ
６、絞弁開度センサ２７、機関回転数センサ２５、吸気
通路２Ｂの過給圧センサ２６、機関冷却水温を検出する
水温センサ２８の検出信号が入力し、これらに基づいて
機関運転状態に応じた所定の過給圧が得られるように、
前記電磁弁２４の作動を制御する。

以上の機械的構成は従来例と同様であり、制御手段２３
にて行なわれる制御がこの発明の要部である。そこで、
従来例と同様の制御を先に説明する。

制御手段２３は第４図に示すように、制御弁２０の開度
をフィードバック制御する領域（Ｂ）を判別すると、排
気バイパス弁１７を全閉に保持する一方、吸入空気量
（機関負荷）、機関回転数、過給圧の検出値に基づき、
過給圧が予め運転状態に応じて設定された目標値になる
ように、電磁弁２４を開閉して圧力室２０ｃに導入する
圧力を制御する。つまり、過給圧が目標値よりも低くな
れば、制御弁２０の開度を小さくして排気流速を高め、
排気タービン１５の回転数を上昇させて過給圧を上げる
し、逆に高くなれば制御弁２０を全開して排気流速を下
げ、過給圧を低下させるように修正する。

ただし、第４図の領域（Ａ）のように、排気流量がそれ
ほど多くなく、過給圧が目標値に達しない運転状態で
は、フィードバック制御は行わず、制御手段２３は制御
弁２０の開度を最小開度に保持し、低速域での過給圧が
できるだけ高くなるようにする。

これに対して領域（Ｃ）として示す機関の高速高負荷域
などでは、制御手段２３は制御弁２０を全開状態に保持
し、排気バイパス弁１７の開閉により過給圧を制御す
る。

すなわち、排気流量の絶対量が増大したときは、排気タ
ービン１５の回転数が落ちずに、過給圧は上限値に到達
してしまうが、この場合は、過給圧の上昇を検出して例
えば４００mmHg以上になると排気バイパス弁１７が開
き、排気ガスを排気タービン１５をバイパスして下流に
導く。このため、排気タービン１５に供給される排気エ
ネルギが減少して、タービン回転数が低下し、過給圧が
過大になるのを回避でき、機関の損傷などを未然に防止
することができる。

第５図は機関運転状態に対する電磁弁２４のデューティ
値（所定の周波数でオンオフする時間比率）を表す定常
時のテーブルである。すなわち、そのときのＴｐに応じ
たデューティ値基本制御量により電磁弁２４が駆動さ
れ、この電磁弁２４のデューティ制御により制御弁２０
が駆動される。なお、Ｔｐは機関回転数と吸入空気量と
からテーブルルックアップにて求められる基本噴射量で
あり、運転状態を代表するものである。

たとえば、Ｔｐが小さいところでは、電磁弁２４に大き
なデューティ値が出力され、通路２４ａを介して過給圧
を大気で希釈する割合が大きくなって制御弁２０が全閉
となり過給圧が速やかに上昇する。また、Ｔｐが大きく
なると、電磁弁２４に小さなデューティ値が出力され、
過給圧を大気で希釈する割合が小さくなって制御弁２０
が全開となりターボチャージャの容量が大きく確保され
る。

従って、このテーブルは制御弁２０の制御の基礎となる
ものであり、このテーブルにて制御される制御弁開度と
実際の制御弁開度とが制御部材のばらつき等によりず
れ、このずれに伴って過給圧が目標過給圧から外れるこ
とがある。

こうした目標過給圧からのずれはフィードバック制御に
より定常状態でも時間をかければ解消されるのである
が、特に過渡時等にはフィードバック制御ではずれを早
期に解消することが困難である。

この発明はこうしたずれを学習制御により解消するもの
である。すなわち、この例では学習量の演算を目標過給
圧からのずれば顕著となる過渡時に行う。

具体的に述べると、第６図（Ａ），第６図（Ｂ）はそれ
ぞれＰ＜Ｐｃ，Ｐ＞Ｐｃである場合の補正値テーブルで
あり、｜Ｐ−Ｐｃ｜は過給圧センサ２７にて検出される
実際の過給圧Ｐと予め設定される目標過給圧Ｐcとの偏
差の絶対値を表す。なお、このテーブルは制御装置２３
の記憶装置に記憶されるものである。

このテーブルに示すように、｜Ｐ−Ｐｃ｜と所定値
Ｃ_１，Ｃ_２（Ｃ_２＞Ｃ_１）とを比較してＣ_１≦｜Ｐ−Ｐ
ｃ｜≦Ｃ_２であるときに、このテーブルにて補正係数を
求め、この補正係数により第５図のテーブルに示される
デューティ値を補正する。

なお、｜Ｐ−Ｐｃ｜＜Ｃ_１である場合はずれが小さいの
で補正を行う必要がなく、Ｃ_２＜｜Ｐ−Ｐｃ｜である場
合は過給圧センサ等に故障があると考えられるので、補
正を行わない。

この結果、補正されたデューティ値（つまり学習量）の
テーブルが出来上がり、この学習量のテーブルは、第５
図のテーブルとは別に記憶装置に記憶され、この学習量
のテーブルが次回に制御弁作動域で第５図のテーブルに
代えて使用される。この学習量のテーブルを使用して
も、まだＣ_１≦｜Ｐ−Ｐｃ｜≦Ｃ_２であれば、第６図
（Ａ）または第６図（Ｂ）の補正値テーブルから補正係
数を求め、この補正係数でさらに学習量を書き換える。
この繰り返しで学習が進んでいく。なお、｜Ｐ−Ｐｃ｜
の値は、加速、減速時に所定周期毎（たとえば、Ｔｐの
演算周期の１０回毎）に記憶する。

このため、仮に制御部材にばらつきや経時変化等があ
り、制御弁２０が開き側にずれているものとすると、第
５図のデューティではたとえば加速時にＰはＰｃに達す
ることができず、出力不足を招くことが考えられる。し
かし、この例でＰとＰｃの偏差に基づいて制御弁作動域
において学習制御がなされると、学習量は第５図のデュ
ーティ値よりも増量された値になり、この学習量によれ
ば、制御弁２０が閉じ側に駆動された状態で制御弁２０
の制御が開始される。このとき、制御弁作動域でＰがま
だＰｃより小さくかつＣ_１≦｜Ｐ−Ｐｃ｜≦Ｃ_２であれ
ば、第６図（Ａ）のテーブルから求めた補正係数で学習
量がさらに増量側に書き換えられる。この結果、特に加
速時でも学習制御が進んだ後になると、加速の開始から
ＰとＰｃの偏差は小さなものであり、加速時に目標過給
圧よりも低いことによる出力不足を解消するとともに、
目標過給圧よりも高いことによるノッキング発生を防止
することができる。制御部材のばらつきや経時変化等に
伴い制御弁２０が開き側にずれていても、ＰとＰｃの偏
差に基づくフィードバック制御と相違して、学習制御に
よれば、そのずれがいきなり解消されてしまうのであ
る。

ところで、学習制御を機関加速時あるいは減速時を１回
として一定回数繰り返すと、｜Ｐ−Ｐｃ｜は小さくなり
｜Ｐ−Ｐｃ｜＜Ｃ_１となるはずであり、この場合には、
続けてＰとＰｃとの偏差に基づくフィードバック制御を
行ってもよい。

しかし、一定回数学習制御を繰り返しても、Ｃ_１≦｜Ｐ
−Ｐｃ｜となる場合がある。たとえば、過給圧センサに
故障等があり、実際の過給圧は既にＰｃに到達している
のに、Ｐｃは到達していないとして信号を出力する場合
である。

このときにも、ＰがＰｃに到達しないからとして学習量
を増量し続けると、実際の過給圧がＰｃを越えてしま
う。

そこで、こうした場合（つまり、一定回数学習制御を繰
り返した後にＣ_１≦｜Ｐ−Ｐｃ｜となる場合）には学習
制御を停止し制御弁２０を全開保持することにより、誤
制御を回避するのである。この結果、過給圧センサに故
障等があっても、過給圧が過大あるいは過小となること
を防ぐことができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、排気タービンへの排気流
速を可変とする制御弁と、機関運転条件を検出する運転
条件検出手段と、該運転条件に応じて前記制御弁の基本
制御量を演算する基本制御量演算手段と、コンプレッサ
下流の過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記過給圧
の検出値と目標過給圧の偏差が小さくなるように前記基
本制御量に対する補正量を演算する補正量演算手段と、
この補正量で前記基本制御量を補正した値を学習量とし
て演算する学習量演算手段と、この学習量を記憶する記
憶装置と、この記憶された学習量で前記制御弁を駆動制
御する駆動制御手段と、前記学習量演算手段による学習
量の演算を一定回数繰り返した後に前記過給圧の検出値
と目標過給圧の偏差が所定値を越えたときは前記学習量
演算手段による学習量の演算を停止する学習量演算停止
手段とを設けたので、制御部材にばらつきや経時変化が
あったとしても、学習制御が進んだ後には目標過給圧が
得られ、特に過渡時の機関運転性を向上することがで
き、さらに過給圧検出手段に故障等に伴う誤制御を防止
して制御の信頼性を増大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を明示するための全体構成図で
ある。 第２図は本発明の一実施例の概略構成図、第３図は同じ
く排気タービン部の拡大断面図、第４図はフィードバッ
ク制御領域を示す説明図である。 第５図は機関運転状態に対する電磁弁２４のデューティ
値（所定の周波数でオンオフする時間比率）のテーブル
を表す定常時の特性図、第６図（Ａ），第６図（Ｂ）は
それぞれＰ＜Ｐｃ，Ｐ＞Ｐｃである場合の｜Ｐ−Ｐｃ｜
に対する補正値のテーブルを表す特性図である。 １…機関本体、２…吸気通路、３…ターボチャージャ、
４…吸気コンプレッサ、６…エアフローメータ、８…吸
気絞り弁、１０…燃焼室、１２…排気通路、１５…排気
タービン、１５Ａ…入口部、１６…バイパス通路、１７
…排気バイパス弁、２０…制御弁、２０ａ…ダイヤフラ
ム装置、２３…制御手段、２４…電磁弁、２５…回転数
センサ、２６…過給圧センサ、２７…絞弁開度センサ、
２８…冷却水温センサ、３１…制御弁、３２…運転条件
検出手段、３３…基本制御量演算手段、３４…過給圧検
出手段、３５…補正量演算手段、３６…学習量演算手
段、３７…記憶装置、３８…駆動制御手段、３９…学習
量演算停止手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気タービンへの排気流速を可変とする制
   御弁と、機関運転条件を検出する運転条件検出手段と、
   該運転条件に応じて前記制御弁の基本制御量を演算する
   基本制御量演算手段と、コンプレッサ下流の過給圧を検
   出する過給圧検出手段と、前記過給圧の検出値と目標過
   給圧の偏差が小さくなるように前記基本制御量に対する
   補正量を演算する補正量演算手段と、この補正量で前記
   基本制御量を補正した値を学習量として演算する学習量
   演算手段と、この学習量を記憶する記憶装置と、この記
   憶された学習量で前記制御弁を駆動制御する駆動制御手
   段と、前記学習量演算手段による学習量の演算を一定回
   数繰り返した後に前記過給圧の検出値と目標過給圧の偏
   差が所定値を越えたときは前記学習量演算手段による学
   習量の演算を停止する学習量演算停止手段とを設けたこ
   とを特徴とするターボチャージャの過給圧制御装置。