JPH0654094B2 - 内燃機関の過給圧制御装置 - Google Patents

内燃機関の過給圧制御装置

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JPH0654094B2
JPH0654094B2 JP60204594A JP20459485A JPH0654094B2 JP H0654094 B2 JPH0654094 B2 JP H0654094B2 JP 60204594 A JP60204594 A JP 60204594A JP 20459485 A JP20459485 A JP 20459485A JP H0654094 B2 JPH0654094 B2 JP H0654094B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は内燃機関の過給圧制御装置、さらに詳細には制
御可能な排ガスターボ過給機と、少なくとも内燃機関に
発生する過給圧或いは内燃機関に供給される空気量を検
出するセンサと前記過給圧或いは空気量に従って排ガス
ターボ過給機の状態を制御する少なくとも過給圧制御回
路或いは空気量制御回路とを備えた内燃機関の過給圧制
御装置に関する。
[従来の技術] 従来内燃機関の過給圧を制御可能な排ガスターボ過給機
を用いて閉ループ制御することが行なわれている。その
場合排ガスターボ過給機の状態は、例えば過給圧センサ
の出力信号を実際値として処理する過給圧制御回路によ
り制御されている。又同様に空気量センサの出力信号を
実際値として処理する空気量制御回路によりターボ過給
機の状態を閉ループ制御することも可能である。この場
合両制御回路の目標値は内燃機関の負荷や回転数等に従
って形成されている。
[発明が解決しようとする問題点] 従来このような内燃機関の過給圧は、例えば過給圧制御
回路(閉ループ制御回路)を用いているので緩慢であ
り、また、例えば過給圧センサの故障により過給圧の実
際値に誤差が発生すると、ターボ過給機を駆動する過給
圧閉ループ制御回路からの出力信号が異常に大きくなる
場合がありターボ過給機が正常に動作できなくなって、
誤動作しやすいという欠点がある。
従って、本発明はこのような点に鑑みなされたもので、
高速に動作し誤動作の少ない過給圧制御装置を提供する
ことを目的とする。
[問題点を解決するための手段] この問題点を解決するために、本発明では、制御可能な
排ガスターボ過給機と、内燃機関に発生する過給圧を検
出するセンサと、内燃機関に発生する過給圧に従って排
ガスターボ過給機を調節する過給圧閉ループ制御回路
と、排ガスターボ過給機を調節する静的な開ループ制御
回路とを備え、前記静的な開ループ制御回路の開ループ
制御値が少なくとも負荷と回転数に従って静的な開ルー
プ制御用特性値発生器から形成されて少なくとも電源電
圧とエンジン温度に従って補正され、また排ガスターボ
過給機を調節する動的な開ループ制御回路が設けられ、
その動的な開ループ制御回路の開ループ制御値が負荷変
動に関係する構成を採用した。
[作用] このような構成では、過給圧は、過給圧目標値と実際値
の偏差に基づく閉ループ制御だけでなく、応答の遅れの
ない静的な開ループ制御値並びに動的な開ループ制御値
に従って制御されるので、排ガスターボ過給機を高速に
調節することが可能になる。ここで、静的な開ループ制
御値は、負荷と回転数の実際の値に関係し、負荷及び回
転数の変動には応答しないので、その意味で以下では
「静的」という表現が用いられ、一方、動的な開ループ
制御値は、負荷変動に従って変化し、従って負荷の変動
に動的(ダイナミック)に応答するので、その意味で
「動的」という表現が用いられる。
[実施例] 以下、図面に示す実施例に従って本発明の詳細を説明す
る。
以下に並べる実施例は内燃機関のタイプに限定されるも
のでなく、一般的にディーゼル式内燃機関、ガソリン式
内燃機関等に用いることができるものであり、又本発明
は以下に示す回路構成だけに限定されるものでなく、ア
ナログ、デジタル的に、又それに対応してプログラムさ
れたコンピュータ等によっても実現できるものである。
第1図には基本特性値(開ループ制御値)発生器を備え
た排ガスターボ過給機の制御装置の概略構成がブロック
図として図示されている。同図において過給圧目標値発
生器10は、燃料供給量を定める制御部材の移動量(以
下制御移動量という)RWと回転数Nに従って目標相対
過給圧PLSを示す出力信号を発生する。差形成器11
により目標相対過給圧PLSと実際相対過給圧PLIの
差が形成される。この差形成器11の出力に発生した信
号は制御器12に供給される。この制御器12は例えば
比例積分(PI)動作特性を有する制御器として構成さ
れる。さらに第1図の装置には高度補正器14が設けら
れ、この高度補正器は大気圧PATM、内燃機関の回転
数N等に従って出力信号PLKを発生する。この出力信
号PLKは同様に差形成器11に入力され制御器12に
作用を及ぼす。制御器12の後段に制限器13が接続さ
れ、それにより制御器12の出力信号が所定範囲の値に
制限される。制限器13の出力信号は過給圧制御(閉ル
ープ)に基づく制御信号でTPで図示されている。空気
量目標値発生器15には制御移動量RWと回転数Nに関
する信号が入力され、これらの入力信号に従って目標空
気量QLSの出力信号を発生する。差形成器16により
目標空気量QLSと実際に吸入された実際空気量QLI
の差が形成され、この差形成器16の出力信号が制御器
17に入力される。制御器17は同様に比例積分動作特
性を有する制御器であり、制御器17の出力信号は空気
量制御に基づく制御信号となり、TQで図示されてい
る。静的基本特性値発生器20には制御移動量に関する
信号RWと内燃機関の回転数に関する信号Nが入力され
る。この基本特性値発生器20は両信号に基づき出力信
号SVを発生し、この信号が加算器23に入力される。
電源補正値発生器22は内燃機関の電源電圧UBに従っ
てKVで図示した出力信号を発生し、この補正信号が加
算器23に入力される。又温度特性値発生器24が設け
られ、それによりエンジン温度TM又は場合によって内
燃機関の回転数Nに従って出力信号MVが形成され、そ
れが加算器23に入力される。加算器23は信号SV,
KV,MVを結合し、TVで示した基本特性に基づく開
ループ制御信号を形成する。加算器25は制御信号T
P,TQ,TVを結合し、その出力信号が最小値選択回
路19に入力される。最小値選択回路19には内燃機関
の回転数Nに従って制限器18において形成される限界
値TGが入力される。制限器18は最小値選択回路19
と共に加算器25からの出力信号の最大値を所定の値に
制限する機能を有する。即ち、最小値選択回路19は、
加算器25からの出力信号と制限器18からの出力信号
のうち小さい方を選択するので、加算器25からの過給
圧制御信号が大きくなるのを制限し、その最大値を所定
の値、即ち制限器18の出力信号に制限する機能を有す
る。このような制限器18による制限は、故障などによ
り過給圧制御信号が異常に大きくなりすぎるのを防止す
るために、必要になる。
又動的基本特性値発生器21には制御移動量RWに関す
る信号が入力される。動的基本特性値発生器21は移動
量RWに従ってDVで示した開ループ制御信号を発生
し、この信号が加算器26に入力される。加算器26は
DVの信号と最小値選択回路19からの出力信号に従っ
てこれらの2つの信号の和に対応するTSで示した制御
信号を発生する。この制御信号は遮断器27に入力され
る。遮断器27は駆動回路28によって電源電圧UB、
内燃機関の始動状態を示す信号(Start)等に従って開閉
される。遮断器27が例えば閉じると、加算器26から
の出力信号TSは直接変換器30に入力される。変換器
30の出力信号はTで図示されており、変換器30は例
えば入力端子に印加される電気信号を所定の負圧に変換
する電気空圧変換器である。変換器30の入力端子に入
力される電気信号が変化すると、上述した負圧が変化す
ることになる。この変換器30に続いて排ガスターボ過
給機31が結合される。排ガスターボ過給機31は、例
えば変換器30により負圧が変化すると、過給機のター
ビンの吸気機構が変化するか、あるいはタービンを迂回
するバイパス路の弁(ウェーストゲート)の開口が変化
するように構成されているので、内燃機関の過給圧が調
節できるようになる。従って変換器30とターボ過給機
31により信号Tに従って内燃機関の過給圧を変化させ
ることができる。又第1図において符号33で示すもの
は空気量センサであり、34は過給圧センサである。空
気量センサ33の出力信号は上述したように実際に吸入
される実際空気量QLIであり差形成器16に入力され
る。又過給圧センサ34の出力信号は絶対過給圧PAB
Sに関する信号であり、この信号は大気圧PATMの信
号と差形成器35において結合され、上述した実際相対
過給圧PLIが形成される。
過給圧目標値発生器10、差形成器11並びに制御器1
2から構成される過給圧制御回路は従来から知られてい
るものである。この過給圧制御回路は実際相対過給圧P
LIを所望の目標値PLSにフィードバック制御するも
のである。制御器12の後段に接続された制限器13に
より制御器12による制御作用を制限させることが可能
になる。実際相対過給圧PLIの値に誤差があっても制
限器13により変換器30、従ってターボ過給機31に
誤った駆動はある限定されたものだけのものとなる。そ
の場合制御器12の出力信号が制限器13により所定の
範囲の値に制限されている間制御器12を停止させ、従
って少なくとも制御器12の出力信号を所定の限界値に
保持させることが好ましい。これはいわゆる制御器12
に含まれている積分成分をクランプさせることにより行
なわれる。これが第1図において制限器13に斜線を付
すことにより図示されている。又使用例により例えば制
限器13の必要性がない場合にはこれを全く省略しても
差し支えないことはもちろんである。
空気量目標値発生器15、差形成器16並びに制御器1
7から構成される空気量制御回路は、実際に吸入された
空気量QLIを目標空気量QLSにフィードバック制御
する機能を有する。その場合、過給圧制御回路と同様に
制御器17にその出力信号を制限する制限器を設けるよ
うにしてもよい。
静的基本特性値発生器20、温度特性値発生器24、並
びに電源電圧補正値発生器22から構成される開ループ
制御は、各入力信号に従って出力信号を形成し、それに
より変換器30、従って排ガスターボ過給機31に高速
に作用を行ない、閉ループ制御と組み合わせて制御偏差
を可能な限り速く零にする機能を有する。
上述した3つの制御信号、即ち過給圧制御回路からの出
力信号TP、空気量制御回路からの出力信号TQ、基本
特性値発生器回路からの出力信号TVによって変換器3
0を駆動する信号が形成され、それにより排ガスターボ
過給機が制御される。この信号は最小値選択回路19、
制限器18により最大値が制限され、その後動的基本特
性値発生器21からの出力信号DVと結合される。この
ようにして形成された信号TSが閉じた遮断器27を介
して変換器30に入力される。
空気量センサ33により空気量制御回路は閉ループ制御
回路となり、又過給圧センサ34により過給圧制御回路
が閉ループとなる。
過給圧目標値発生器10並びに空気量目標値発生器15
は、それぞれ内燃機関に従って実験的に求められる独立
した2つの入力変数を持つ3次元の特性値発生器であ
る。又静的基本特性値発生器20は同様に内燃機関に従
って実験的に求められる3次元の特性値発生器である。
これに対して補正値発生器22は電源電圧UBの変動を
補償する入力変数が1つの特性値発生器である。又温度
特性値発生器24並びに高度補正器14も実験的に求め
られた値を格納した少なくとも2次元の特性値発生器で
ある。動的基本特性値発生器21は、例えばいわゆる1
次遅れ(T1)を有する微分(D)特性の伝達特性であ
るDT1特性を有する発生器である。このことは動的基
本特性値発生器21が本質的に微分器から構成されるこ
とを意味する。この動的基本特性値が第2図に図示され
ている。制御移動量RWは図示したように所定量上方に
増大すると、動的基本特性値発生器21からの出力信号
DVは第2図に示したような特性を示す。制御移動量R
Wは逆方向に変化すると、出力信号DVはそれに対応し
た反応を示す。第2図に図示したような動的基本特性値
は上述したようにDT1特性の概念として知られてい
る。
第1図に図示した回路は上述したように基本特性値(開
ループ制御)発生器を備えたターボ過給機の制御回路が
ブロック図として図示されており、上述したように本発
明による制御は、過給圧制御(閉ループ)、空気量制御
ないし間接過給圧制御(閉ループ)並びに基本特性値制
御(開ループ)の3つのグループを有する。その内両閉
ループ制御は次のように、即ち排ガスターボ過給機に対
する作用が分離ないし交代するように構成される。この
ことは図示した例では、例えば過給圧制御は制御移動量
RWが比較的小さな値の時のみ排ガスターボ過給機に作
用し、一方、空気量制御は制御移動量RWが比較的大き
な値の時に作用することを意味する。第1図に図示した
実施例ではこの機能は制限器13によって行なわれると
共に空気量目標値発生器15によって行われる。なお、
この場合基本特性値制御は、どの閉ループ制御が用いら
れるかにかかわらず排ガスターボ過給機を高速に制御す
る。
第3図には空気量を介した間接的な過給圧制御を行なう
様子が図示されている。第3図に基づき上述した空気量
制御による過給圧制御の交代を詳細に説明する。第3図
の横軸には制御移動量RWが、又縦軸には空気量QLが
図示されている。又所定の制御移動量がRWGで図示さ
れている。第3図には3つの曲線A,B,Cが図示され
ており、その場合、上述した本発明による制御の他に、
排気再循環制御も設けられていることが前提となってい
る。このような前提のもとに曲線Aは排気再循環制御に
おける目標空気量を示す特性曲線となっている。RWが
RWGよりも小さいと目標空気量は穏やかな上昇を示
す。内燃機関に実際に供給される空気量は空気量センサ
により測定される。この空気量の実際値と目標値は互い
に比較され、排気再循環制御により実際値は目標値に制
御される。RWがRWGよりも小さい領域では第1図に
図示したように内燃機関の過給圧はほぼ過給圧制御回路
を介してのみ制御される。空気量制御回路はこの領域で
は殆ど作用しない。というのは制御移動量RWが小さい
場合空気量目標値発生器15から得られる空気量目標値
QLSはほぼOであり、制御器17は正の出力信号TQ
だけしか発生しないからである。このように制御移動量
RWがRWGよりも小さい場合には内燃機関に供給され
る空気量は第3図の曲線Aに従った排気再循環制御によ
って制御され、又内燃機関に発生する過給圧は過給圧制
御回路(第1図)によって制御が行なわれる。制御移動
量RWが限界値RWGよりも大きい場合には排気再循環
制御の空気量目標値は第3図の曲線Aに図示したように
大きな値に設定される。それにより排気再循環弁は完全
に閉じ、排気再循環は行なわれなくなる。このようにす
る理由は、制御移動量RWがRWGよりも大きい場合に
は内燃機関に供給される空気量の一部を排気ガスから構
成した時には内燃機関に必要な新気の空気がもはやそれ
に対応して供給できなくなるからである。過給圧制御に
関連して言えばこの領域では制限器13が作用し、それ
によりこの領域で制御移動量RWが大きくなりRWGの
値に達すると、過給圧目標値発生器10から大きな目標
値が読み出されて過給圧の実際値と目標値の偏差が大き
くなり、その結果、制御器12からの出力信号は、制御
器13により制限されて、制御信号TPは、制限器13
により定められる所定の大きさの一定の値になり、過給
圧制御による閉ループ制御は有効でなくなる。これに対
して、第1図の空気量目標値発生器15に図示した特性
から制御移動量RWがRWGより大きくなる領域では目
標値QLSが0よりも大きくなることがわかる。この場
合空気量目標値15内に図示した曲線は第3図の曲線
C、即ち空気量制御の目標空気量に対応していることに
注意しておく。このようにRWがRWGよりも大きい領
域では第1図に図示した空気量制御が有効となる。即ち
限界値RWGで交代が起こり、具体的には過給圧制御が
空気量制御によって交代される。第3図に図示した曲線
Bは制御移動量RWを関数とした空気量QLを示してお
り、基本特性値、即ち制御信号TVに基づき変換器3
0、従って排ガスターボ過給機31を制御する場合の特
性値である。曲線Bの特性は実験的に求められ、ターボ
過給機を制御移動量の変動、即ち負荷の変動にすばやく
応答させることを目的としている。
第3図の説明に関連して本発明による制御の他に排気再
循環制御も設けられていることが前提とされた。しかし
これは必ずしも必要なものでなく、排気再循環制御がな
い装置の場合においても第1図の本発明に関わる制御の
原理に変化はなく、単にそれに対応して特性値を換える
だけでよい。
又第1図に図示した装置を簡略化し、両閉ループ制御回
路の一方のみを用い内燃機関の過給圧を調節するように
することもできる。その場合制御回路の交代は不可能と
なるが、負荷変動に対するターボ過給機のすばやい応答
は基本特性値制御によって達成することが可能になる。
又空気量を介した間接的な過給圧制御が設けられない場
合には制限器13を加算器25の後に設けるようにする
こともできる。この場合には場合によって最小値選択回
路19と制限器18を省略することができる。その場合
省略したこれらの機能は制限器13はそれに対応して構
成することにより置き換えることができる。制限器13
から制御器12へのフィードバック並びに制御器17へ
のフィードバックは上述したような変形例においても必
要となる場合がある。
基本的には第1図に図示した装置は種々に改変、改良又
は簡単化することができる。その場合第1図に図示した
ブロック図の各々を実現するのは当業者にとっては問題
はない。本発明の核心は基本特性値制御にあり、即ちど
のような閉ループ制御が用いられるかに拘らず排ガスタ
ーボ過給機が所与の値に素速く制御されることにある。
第1図に図示した例では、実際の相対過給圧PLIは絶
対過給圧PABSと大気圧PATMの差によって形成さ
れる。この場合実際の相対過給圧PLIを直接過給圧セ
ンサ34を用いて測定するようにしてもよい。その時差
形成器35は不要なものとなる。第1図において制御信
号TP或いはTVはアナログ信号とすることができ、そ
の場合変換器30を駆動する信号Tは電流平均値を示す
値となる。しかし両信号を所定のデューティー比を持っ
た他のデジタル信号とすることもできる。その場合には
変換器30に対応した適合化或いは変換が必要となる。
第1図の説明において制御移動量RWは負荷を示す入力
信号として用いられたが、制御移動量RWに代わりアク
セルペダル位置に関する信号或いは噴射量に関する信号
等の他の負荷を示す信号を用いてもよく、一般的に信号
RWは内燃機関の負荷に関する信号を示す値ならば任意
の信号を用いてもよい。
又本発明の制御装置を用いて、ターボ過給機を監視する
ことができる。例えば差形成器11の出力信号、即ち実
際の相対過給圧と目標相対過給圧の差が所定時間所定の
値よりも大きくなるかどうかを検出することによりター
ボ過給機がモニタされる。差信号がその限界値を所定時
間にわたって越えた場合には、本発明に関わる制御装置
によっては内燃機関の過給圧を所定の値に制御できない
ことを意味する。この場合制御回路12により、例えば
内燃機関の過給圧を最小値に制御したり、燃料噴射が電
子的に制御される場合燃料噴射量を最小値にするように
制御させることが考えられる。もちろん上述した誤動作
の場合に内燃機関を異なって制御することも可能であ
る。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、過給圧は、過給
圧目標値の実際値の偏差に基づく閉ループ制御だけでな
く、応答の遅れのない静的な開ループ制御値並びに動的
な開ループ制御値に従って制御されるので、排ガスター
ボ過給機を高速に調節することが可能になる。この場
合、負荷と回転数に従って求められる静的な開ループ制
御値が電源電圧及びエンジン温度に従って補正されるの
で、電気信号を圧力信号に変化させる変換器の電源電圧
の変動による過給圧特性値の変化を補償できるととも
に、エンジン温度の高低に従って異る過給圧特性変化を
補償することが可能になる。また、本発明では、負荷変
動に従って制御値が変化する動的な開ループ制御が行な
われるので、負荷が急激に変動した場合にも閉ループ制
御にかかる負担を減少させ、安定した制御までの過渡時
間を顕著に減少できる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に関わる制御装置の概略構成を示したブ
ロック図、第2図は動的特性値発生器の信号特性を示し
た線図、第3図は空気量を介した間接的な過給圧制御を
説明する特性図である。 10……過給圧目標値発生器 12……制御器、13……制限器 14……高度補正器 15……空気量目標値発生器 17……制御器、19……最小値選択回路 20……基本特性値発生器 22……電源電圧補正値発生器 24……温度特性値発生器、27……遮断器 30……変換器 31……排ガスターボ過給機 33……空気量センサ、34……過給圧センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−145330(JP,A) 特開 昭56−18049(JP,A) 特公 昭56−24777(JP,B2) 特表 昭58−501189(JP,A)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】制御可能な排ガスターボ過給機(31)
    と、 内燃機関に発生する過給圧を検出するセンサ(34)
    と、 内燃機関に発生する過給圧に従って排ガスターボ過給機
    を調節する過給圧閉ループ制御回路(12)と、 排ガスターボ過給機を調節する静的な開ループ制御回路
    とを備え、 前記静的な開ループ制御回路の開ループ制御値が少なく
    とも負荷と回転数に従って静的な開ループ制御用特性値
    発生器(20)から形成されて少なくとも電源電圧とエ
    ンジン温度に従って補正され、 また排ガスターボ過給機を調節する動的な開ループ制御
    回路(21)が設けられ、その動的な開ループ制御回路
    の開ループ制御値が負荷変動に関係することを特徴とす
    る内燃機関の過給圧制御装置。
  2. 【請求項2】更に排ガスターボ過給機を調節する空気量
    閉ループ制御回路(17)が設けられることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項に記載の内燃機関の過給圧制御
    装置。
  3. 【請求項3】前記動的な開ループ制御回路が微分器から
    構成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
    第2項に記載の内燃機関の過給圧制御装置。
  4. 【請求項4】少なくとも内燃機関が始動する運転状態を
    示す信号に従って開ループ制御値により排ガスターボ過
    給機が調節されることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項から第3項までのいずれか1項に記載の内燃機関の過
    給圧制御装置。
  5. 【請求項5】前記過給圧閉ループ制御回路の出力信号を
    制限することを特徴とする特許請求の範囲第1項から第
    4項までのいずれか1項に記載の内燃機関の過給圧制御
    装置。
  6. 【請求項6】前記過給圧閉ループ制御回路の出力信号を
    制限中に同時に過給圧閉ループ制御回路の機能も制限す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載の内燃
    機関の過給圧制御装置。
  7. 【請求項7】内燃機関の負荷が小さい場合空気量閉ルー
    プ制御回路の目標値をほぼ0とすることを特徴とする特
    許請求の範囲第2項から第6項までのいずれか1項に記
    載の内燃機関の過給圧制御装置。
  8. 【請求項8】排ガスターボ過給機を調節する信号の最大
    値を制限することを特徴とする特許請求の範囲第1項か
    ら第7項までのいずれか1項に記載の内燃機関の過給圧
    制御装置。
  9. 【請求項9】相対過給圧の実際値を絶対過給圧の実際値
    と大気圧の差により形成することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項から第8項までのいずれか1項に記載の内
    燃機関の過給圧制御装置。
  10. 【請求項10】相対過給圧の実際値と目標値の差が定め
    られた時間所定値を超えた場合過給圧を所定の値に制御
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項から第9項
    までのいずれか1項に記載の内燃機関の過給圧制御装
    置。
  11. 【請求項11】さらに内燃機関に供給される燃料の量を
    所定の設定値に制御することを特徴とする特許請求の範
    囲第10項に記載の内燃機関の過給圧制御装置。
  12. 【請求項12】相対過給圧の実際値を大気圧に従って補
    正することを特徴とする特許請求の範囲第9項又は第1
    0項に記載の内燃機関の過給圧制御装置。
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