JPH0672545B2

JPH0672545B2 - 排気ターボ過給装置

Info

Publication number: JPH0672545B2
Application number: JP60172886A
Authority: JP
Inventors: 茂樹今津
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-08-06
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: JPS6235028A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、排気通路に配設したタービンにより吸気通路
に配設したコンプレッサーを駆動して過給を行う排気タ
ーボ過給装置に関し、特に加速時におけるタービン回転
数の上昇遅れを防止するようにしたものの改良に関す
る。

（従来の技術）従来より、排気ターボ過給装置においては、その回転部
が慣性を持つために、過渡時にはこの回転部を加速する
必要があり、このため、加速時にタービン回転数が上昇
するのに遅れ，いわゆるターボラグが生じて、加速応答
性が悪いという問題があった。特に、低速低負荷時に
は、排気ガスエネルギーが低いため、回転部の回転速度
は非常に低く、この状態から急加速する場合の遅れが著
しく、過給圧の上昇すなわち出力上昇が遅れて、加速性
能が充分に得られないものである。

そこで、従来、この問題に対処するため、実公昭60-123
0号公報に開示されるように、タービン上流の排気ガス
通路面積を可変とする排気ガス通路面積可変手段を備
え、該排気ガス通路面積可変手段をエンジン運転状態に
応じて制御して、低速低負荷時には排気ガス通路面積を
縮小して排気流速を高めることにより、低速低負荷時で
のタービン回転数を高く維持しておいて次に加速時に備
え、その後の加速時にはコンプレッサーを早期に高回転
にしてターボラグを低減し、加速性を改善するようにし
た，いわゆる可変容量型の排気ターボ過給装置が提案さ
れている。

（発明が解決しようとする課題）しかるに、上記の如く次の加速時に備えて排気ガス通路
面積の縮小によりタービン回転数を高く維持する場合に
おいて、スロットル弁を全閉にする減速時には、過給不
要時であることから排気ガス通路面積を直ちに絞ると、
タービン回転数が高く維持されているのに伴いスロット
ル弁上流の吸気通路の圧力がそのまま高く維持され、ま
た吸気量が急激に減少することから、ターボ特性がサー
ジングラインを越えてしまい（第５図参照）、異音発生
やタービン逆転などの現象が発生し、過給機の耐久性に
悪影響を与えて信頼性の点で問題がある。特に、このサ
ージング音は実験によると、エンジン高回転域からの減
速時ほど高くなることが判った。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、上記の如く排気ガス通路面積可変手段を備えた可
燃容量型の排気ターボ過給装置において、次に加速時に
備えて排気ガス通路面積の縮小によりタービン回転数を
高く維持する場合であっても、減速時には、排気ガス通
路面積を通常通りには直ちには絞らず、遅延させること
により、ターボ特性がサージングラインを越えないよう
にある程度タービン回転数を吸気量の低下に追随させて
排気ターボ過給機の信頼性を確保しながら、加速時にお
けるタービン回転数を可及的に高く維持して、次の加速
時のターボラグを短くし、加速応答性を向上さることに
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、可変容
量型の排気ターボ過給装置、即ち、排気通路に配設され
たタービンにより吸気通路に配設されたコンプレッサー
を駆動して過給を行うと共に、上記タービン上流の排気
ガス通路面積を可変とする通路面積可変手段を備え、エ
ンジンの少くとも高負荷領域で上記タービン上流の排気
ガス通路面積を拡大し、上記高負荷領域よりも低負荷の
低負荷領域で上記タービン上流の排気ガス通路面積を縮
小するように上記通路面積可変手段を制御するようにし
た排気ターボ過給装置において、エンジンの減速時を検
出する減速検出手段と、該減速検出手段の出力を受け、
上記タービン上流の排気ガス通路面積が拡大されている
高負荷領域から上記排気ガス通路面積が縮小される低負
荷領域に移行した減速時であっても、該減速初期の所定
期間は、上記タービン上流の排気ガス通路面積を強制的
にそのまま大きい状態に保持するよう上記通路面積可変
手段を制御する制御手段とを設ける構成としたものであ
る。

（作用）上記構成により、本発明では、排気ターボ過給機のター
ビン上流の排気ガス通路面積は、通常では、エンジン運
転状態の変化の応じて直ちに変更されて、高負荷領域で
は拡大され、低負荷領域では縮小されるので、この低負
荷領域では、縮小された排気ガス通路面積により排気流
速が高まり、これに伴いタービン回転数も高く維持され
て、次の加速時に備えられる。

これに対し、上記タービン上流の排気ガス通路面積が拡
大されている高負荷領域から上記通路面積が縮小される
低負荷領域に移行した減速時には、排気ターボ過給機の
タービン上流の排気ガス通路面積は、減速初期の所定期
間の間は、制御手段によって強制的にそのまま大きく保
持され、その所定時間の経過後に初めて小さく縮小制御
されるので、減速時にはターボ特性がサージングライン
を越えない範囲でタービン回転数が可及的に高く保持さ
れることになる。その結果、排気ターボ過給機の信頼性
を損うことなく、次の加速時にはコンプレッサーが早期
に高回転してターボラグが低減され、良好な加速性能が
得られることになる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の排気ターボ過給装置を備えたエンジン
の全体概略構成を示す。同図において、１はエンジン本
体、２はエンジン本体１のピストン３上方に形成された
燃焼室であって、該燃焼室２には、それぞれ吸気弁４お
よび排気弁５によって開閉される吸気ポート６および排
気ポート７が開口している。該吸気ポート６には燃焼室
２に吸気を供給するための吸気通路８が、排気ポート７
には燃焼室２からの排気ガスを排出するための排気通路
９がそれぞれ接続されている。上記吸気通路８は、その
上流端がエアクリーナ10を介して大気に開口しており、
吸気通路８の途中には、上流から順に、吸入空気量を制
御するスロットル弁11および吸気拡大室としてのサージ
タンク12がそれぞれ配設されている。

16は排気ターボ過給機であって、該排気ターボ過給機16
は、排気通路９に介設されたタービン16aと、吸気通路
８のスロットル弁11上流に介設され該タービン16aに連
結軸16cを介して駆動連結されたコンプレッサー16bとを
備えてなり、排気ガス流により回転するタービン16aに
よってコンプレッサー16bを駆動して吸気の過給を行う
ものである。

そして、上記排気ターボ過給機16のタービン16a上流の
排気通路９は、仕切壁17により第１通路18と第２通路19
とに区画され、第１通路18には、排気通路９の排気ガス
をタービン16aを迂回して流下させる最大過給圧規制用
のバイバス通路14の上流端が開口されている。

また、第２通路19の上流端には、該第２通路19を開閉す
る二位置弁20が配設されている。該二位置弁20にはアク
チュエータとしてのダイヤフラム装置21が連結されてい
るとともに、該ダイヤフラム装置21には圧力通路22を介
して三方電磁弁23が連通接続されていて、該三方電磁弁
23は、上記圧力通路22を大気圧通路24を介して大気に開
放し、又は負圧通路25を介して吸気通路８のスロットル
弁11下流の吸気負圧を作用させることにより、ダイヤフ
ラム装置21を介して二位置弁20を図示の閉位置と開位置
とに選択的に切換えるものである。

よって、二位置弁２による第２通路19の開閉動により、
排気ターボ過給機16のタービン16a上流の排気ガス通路
面積を二段階に可変とする通路面積可変手段26を構成し
ている。

そして、上記三方電磁弁23の作動は、CPU等よりなるコ
ントロールユニット30により制御される。而して、該コ
ントロールユニット30には、エアクリーナ10直下流の吸
入空気量を検出するエアフローメータ31からの信号と、
スロットル弁開度を検出するスロットル開度センサ32か
らの信号と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数
センサ33からの信号とが入力可能になっている。尚、図
中、34はバイパス通路14を開閉するウェストゲート弁で
ある。

次に、上記コントロールユニット30による二位置弁20の
位置切換制御を第２図のフローチャートに基づいて説明
する。スタートして、ステップS1で先ずエアフローメー
タ31からの吸入空気量信号値Vs,スロットル開度センサ3
2からのスロットル開度信号値TVO,エンジン回転数セン
サ33からのエンジン回転数信号値Erpmを各々読込む。

しかる後、ステップS2で吸入空気量信号値Vsを第３図に
示すように、エンジン回転数とスロットル弁開度とに応
じて設定した二位置弁20の位置切換線１上の対応する吸
収空気量Vcと大小比較し、Vs≧VcのNOの高負荷領域にあ
る場合には高出力の要求時と判断し、ステップS3で二位
置弁20を開位置に制御して第２通路19を開き、リターン
する。

一方、上記ステップS2でVs＜VcのYESの低負荷領域にあ
る場合には、更にステップS4で上記第３図に示すエンジ
ン高回数からの急減速域にあるか否かを判別し、急減速
域にないNOの場合にはサージングの発生頻度は低いと判
断して、直ちにステップS9で二位置弁20を閉制御して第
２通路19を閉じ、このことによりタービン回転数を高く
維持して、リターンする。そして、上記ステップS4で急
減速域にあるYESの場合には、サージングの発生頻度は
高いと判断して、先ず、ステップS5で前回はVs＞Vcの高
負荷領域の高出力要求時であったか否かを判別し、Vs＞
VcのYESの高負荷領域の場合にのみ減速状態に移行した
直後と判断して、ステップS6でエンジン回転数が高いほ
どサージング音が大きいことから、第４図に示すよう
に、エンジン回転数の上昇に比例した遅延時間Ｔを設定
する。しかる後、ステップS7で遅延時間Ｔから“1"を減
算し、ステップS8で遅延時間Ｔが“0"値になったか否か
を判定し、Ｔ≠０のNOの場合にはターボ特性がサーシン
グラインを越えると判断して、ステップS3に戻って二位
置弁20の開制御の続行して第２通路19の開状態を維持
し、リターンする一方、Ｔ＝０のYESの場合にはサージ
ングラインを越えないと判断して、ステップS9で初めて
二位置弁20を閉位置に制御して第２通路19を閉じ、リタ
ーンする。

よって、上記第２図の作動フローにおいて、ステップS
2、S3及びS9により、基本的に、Vs≧Vcのエンジンの高
負荷領域では、二位置弁20を開制御することにより、第
２通路19を開いてタービン16a上流の排気ガス通路面積
を拡大する一方、上記高負荷領域よりも低負荷側に位置
するVs＜Vcの低負荷領域では、二位置弁20を閉制御する
ことにより、第２通路19を閉じて、タービン上流の排気
ガス通路面積を第１通路18のみに縮小するように制御す
る構成としている。

また、ステップS2,S4により、エンジン１の減速時を検
出するようにした減速検出手段36を構成している。更
に、ステップS5〜S9により、二位置弁20の開制御により
第２通路19が開かれてタービン16a上流の排気ガス通路
面積が拡大されている高負荷領域から二位置弁20の閉制
御により排気ガス通路面積が第１通路18のみに縮小され
る低負荷領域に移行した減速時であっても、該減速初期
のエンジン回転数に応じた減速初期の所定時間（遅延時
間Ｔ）は、タービン16a上流の排気ガス通路面積を強制
的にそのまま大きい状態に保持するよう、通路面積可変
手段26を制御する制御手段37を構成している。

したがって、上記実施例においては、第５図に示すエン
ジンの吸入空気量Vcとスロットル弁11上流の吸気通路８
の圧力Ｐとのグラフにおいて、Vs≧Vcである高負荷領域
での加速又は定常走行時には、二位置弁20は開位置で第
２通路19が開いた状態にあって、図中実線（太線）で示
す如く吸入空気量Qaの増大、詰まり排気ガス量の増大に
応じて排気ターボ過給機16のタービン16aおよびコンプ
レッサー16bの回転数が上昇して、スロットル弁上流の
圧力Ｐが増大する。

そして、その状態からスロットル弁11を急閉した急減速
時には、エンジン運転領域はVs≧Vcである高負荷領域か
らVs＜Vcである低負荷領域に移行して、基本的には二位
置弁20は開状態から直ちに閉制御されるところ、エンジ
ン回転数に応じた遅延時間Ｔ（第４図参照）のあいだ
は、二位置弁20が制御手段37によって強制的に開状態に
維持されて、第２通路19の開状態が保持され、排気ガス
通路面積がそのまま大きい状態に維持され、その後、上
記遅延時間Ｔが経過した時点で二位置弁20が閉位置に制
御されて第２通路19が閉じられるので、スロットル弁11
上流の圧力Ｐは図中実線（極太線）で示す如くサーシン
グラインＳ（図中細線で示す）を越えることなく、該サ
ージングラインに沿って吸入空気量Qaの低下に応じて低
下することになる。その結果、例えば減速時に直ちに第
２通路19を閉じる場合の如くターボ特性が図中破線で示
すようにサージングラインを越えて異音発生やタービン
16aの逆転などの現象の発生が防止されるとともに、減
速後も第２通路19を依然として開状態に保持する場合の
如く図中鎖線で示すようにスロットル弁上流の圧力が直
ちに低下する場合に比べてタービン16aの回転数が可及
的に高く保持されて、ターボ効率が高くなるので、次の
加速時には、コンプレッサ−16bの回転上昇が速やかで
応答性に優れ、早期に過給圧が上昇して出力の向上が図
られ、ターボラグを低減して良好な加速応答性が得られ
ることになる。よって、減速時のサージングを防止して
排気ターボ過給機16の信頼性を高く維持しつつ、次の加
速時の加速応答性の向上を図ることができる。

また、第６図は本発明の他の実施例を示し、上記実施例
ではエンジン回転数に応じた遅延時間Ｔ（第４図参照）
を設定したのに代え、スロットル弁11上流の圧力を検知
し、これがサージング発生圧値未満の設定値になるまで
の所定期間のあいだ第２通路19の開状態を保持するよう
にしたものである。

すなわち、第６図に示す排気ターボ過給装置付エンジン
の全体概略構成では、上記第１図の構成に加えて、スロ
ットル弁11上流の吸気通路８の圧力PBを検出する圧力セ
ンサ40が設けられ、その圧力信号はコントロールユニッ
ト30に入力されている。

また、第７図のコントローラ30の作動フローにおいて
は、ステップS1′で吸入空気量信号値Vs,スロットル開
度信号値TVO,エンジン回転数信号値Erpmに加えて、圧力
センサ40からのスロットル弁11上流の圧力信号値PBを読
込む。

そして、ステップS2′で上記実施例と同様にVs≧VcのNO
の高負荷領域の高出力要求時には、ステップS3′で二位
置弁20を開位置に制御して第２通路19を開き、リターン
する。

一方、上記ステップS2′でVs＜VcのYESの低負荷領域に
移行した減速時には、ステップS4′でスロットル弁11上
流の圧力信号値PBを第５図のサージングラインＳ上の吸
気空気量Qaに対応するスロットル弁上流の圧力値（サー
ジング発生圧値）未満の設定値Pcと大小比較し、PB＞Pc
のNOのサージング発生領域にある場合にはステップS3′
に戻って第２通路19の開状態を維持する一方、PB＜Pcの
YESのサージング発生領域を脱した場合には、ステップS
5′でスロットル弁開度TVOが設定値Tc未満（TVO＜Tc）
にあるYESの減速状態を確認したのち、ステップS6′で
二位置弁20を閉制御して第２通路19を閉じ、リターンす
る。そして、上記第５ステップS5′でTVO≧TcとなるNO
の加速要求時にはステップS3′に進んで二位置弁20を開
位置に制御して第２通路19を開き、高出力の発生に備え
る。よって、上記ステップS2′、S4′及びS3′により、
スロットル弁11上流の圧力PBが設定値Pc未満になるまで
の所定時間の間は、二位置弁20の開制御の維持により第
２通路19の開状態を保持して、排気ガス通路面積を強制
的にそのまま大きい状態に保持するよう通路面積可変手
段26を制御するようにした制御手段37′を構成してい
る。

したがって、本実施例においても上記実施例と同様に、
ターボ特性がサージングラインを越えない範囲でタービ
ン回転数を可及的に高めて、排気ターボ過給機16の信頼
性を確保しつつ、次の加速時におけるターボラグを低減
して加速応答性の向上を図ることができる。また、他の
実施例として簡略的に、所定回転数に低下するまでの期
間は開弁を保持するようにしてもかまわない。

尚、以上の実施例では、通路面積可変手段26を、二位置
弁20による第２通路19の開閉動作で構成したが、その
他、排気ターボ過給機16のタービン16aの渦巻室に配設
する可動板等で連続的に可変制御するもので構成しても
よい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の排気ターボ過給装置によ
れば、タービン上流の排気ガス通路が拡大された状態か
ら縮小される状態に移行する減速時には、その減速初期
の所定時間のあいだは上記タービン上流の排気ガス通路
の拡大を保持する構成としたので、サージングの発生を
防止して信頼性を確保しながら、タービン回転数を可及
的に高く維持して、加速時のターボラグを低減し、加速
応答性の向上を図ることができるものである。

しかも、通路面積可変手段自体の開状態を保持する構成
であるので、他に別途の機構を必要とせず、簡易な構成
にできると共に、減速時の排圧の低下は唐突でなく徐々
に行われて、レスポンスが格段に良く、更にはサージン
グを確実に防止できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は排気ターボ過給
装置を備えたエンジンの全体概略構成図、第２図はコン
トロールユニットの作動を示すフローチャート図、第３
図はエンジン運転状態の出力要求域と減速域、急減速域
とを示す図、第４図は排気通路の絞り制御のエンジン回
転数に対する遅延時間特性を示す図、第５図は吸入空気
量とスロットル弁上流の圧力との関係において加速，定
常走行時と減速時とのターボ特性の一例を示す図であ
る。第６図および第７図は他の実施例を示し、第６図は
第１図相当図、第７図は第２図相当図である。１……エンジン本体、８……吸気通路、９……排気通
路、11……スロットル弁、16……排気ターボ過給機、16
a……タービン、16b……コンプレッサー、18……第１通
路、19……第２通路、20……二位置弁、26……通路面積
可変手段、30……コントロールユニット、36……減速検
出手段、37,37′……制御手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に配設されたタービンにより吸気
通路に配設されたコンプレッサーを駆動して過給を行う
と共に、上記タービン上流の排気ガス通路面積を可変と
する通路面積可変手段を備え、エンジンの少くとも高負
荷領域で上記タービン上流の排気ガス通路面積を拡大
し、上記高負荷領域よりも低負荷の低負荷領域で上記タ
ービン上流の排気ガス通路面積を縮小するように上記通
路面積可変手段を制御するようにした排気ターボ過給装
置において、エンジンの減速時を検出する減速検出手段
と、該減速検出手段の出力を受け、上記タービン上流の
排気ガス通路面積が拡大されている高負荷領域から上記
排気ガス通路面積が縮小される低負荷領域に移行した減
速時であっても、該減速初期の所定期間は、上記タービ
ン上流の排気ガス通路面積を強制的にそのまま大きい状
態に保持するよう上記通路面積可変手段を制御する制御
手段とを備えたことを特徴とする排気ターボ過給装置。