JPH0745820B2 - 内燃機関の過給圧制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は機械式過給機付き内燃機関の過給圧制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

機械式過給機付きの内燃機関では、過給機はクラッチを
介して又は直接クランク軸に連結され、過給機はエンジ
ンの回転によって駆動される。即ち、クラッチを備えた
タイプでは、エンジン負荷の代表値である吸入空気量−
回転数比が検知され、その値が所定値を超えたときにク
ラッチを係合させて過給機を駆動し、それ以外の負荷状
態ではクラッチを開放している。これにより、過給が必
要な高負荷域のみ過給機を作動させ、低負荷域では過給
機を停止させ燃料消費率との調和が図られる。

一方、クラッチを備えないものでは過給機は常時回転す
るが、そのかわりに過給機をバイパスするバイパス通路
上のバイパス制御弁を負荷が大きいときに閉鎖し、負荷
が小さいとき開放制御している。これにより高負荷時の
出力増大と低負荷時の燃料消費率の向上との調和が図ら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のシステムでは、吸入空気量−回転数比が増大して
いく場合、クラッチ付きの場合はクラッチが急速に係合
されるため、機関出力が急激に大きくなりショックが発
生することがある。また、クラッチを備えないものでも
バイパスが急激に閉鎖されることにより機関出力が急増
し、同様にショックが発生することがある。

この問題点を解決するために、特開昭59−15626号で
は、クラッチの係合への切替え時点において過給を夫々
に強くし、所定時間においてから全過給能力を発揮さ
せ、切替え時のショックを抑えるようにしたものを提案
している。ところが、この従来の過給機の制御では急加
速運転においても過給機の作動への切替えが緩慢にしか
行われないため、加速性能の面で問題があった。

本発明はこのような問題点を解決し、クラッチやバイパ
スの切替え時のショックの発生を抑えつつ急加速時の運
転性を向上することができるようにすることを目的とす
る。

かかる目的を達成するために本出願人は先に特願昭60−
112033号において、機関が急加速か緩加速かの加速状態
を検知する加速状態検知手段と、過給の開始時点を検知
する過給開始時検知手段と、過給開始時検知手段により
過給開始を検知したときにおいて加速状態検知手段によ
り検知される加速状態が緩加速なほど過給機による過給
の立ち上がり状態が弱まるように過給機を制御する過給
状態制御手段とを具備した過給圧制御装置を提案した。

これによれば、加速状態検知手段により急加速か緩加速
かが検知され、一方、過給開始時検知手段により過給の
開始か否かが検知される。そして過給開始時において加
速状態が判断され、緩加速なほど過給機による過給の立
ち上がり状態が弱まるように過給状態制御手段によって
制御される。

本発明はかかる過給圧制御装置の延長線上に位置するも
のである。

しかるに上記の過給圧制御装置においては、急加速か緩
加速かの判断は一般にスロットル弁の開弁速度によって
検出されるが、その開弁速度自体は変速機のギヤ比（変
速比）によって変化するという問題が浮上してきた。即
ち、上記の先行出願においてはスロットル弁の開弁速度
に応じて要求過給特性が変化する点に着眼し、それに対
する解決策を提案したものであるが、本発明はそれより
更に一歩進んで、スロットル弁開弁速度自身がギヤ比に
よって変化するという問題に対する解決を提案するもの
である。

例えば急加速が要求されるスロットル弁開度速度は低
（Low）ギヤ比の場合より高（High）ギヤ比の場合の方
が小さい。従って、例えば急加速判定のスロットル開弁
速度の設置値をLowギヤ比を基準とした要求に合わせる
と、Highギヤ比の過給レスポンスが悪くなり、またその
逆も同様である。

そこで本発明では、過給ショックが発生しやすいLowギ
ヤ比では、急加速条件であるスロットル開弁速度設定値
を大きくして過給ショックのないスムーズな加速を得る
ようにすると共に、他方、過給ショックがほとんど問題
とならないHighギヤ比ではスロットル開弁速度値を小さ
く設定して過給レスポンスを向上させ、良好な動力性能
を得ることを解決課題とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記課題を解決するために吸気管に設けた機械式過給機
により所定負荷以上において過給を行う内燃機関の過給
圧制御装置において、本発明によれば、過給の開始時点
を検知する過給開始時点検知手段（Ｄ）と、機関の加速
状態をスロットル弁の開弁速度によって検知する加速状
態検知手段（Ｃ）と、変速比を検知する変速比検知手段
（Ｅ）と、加速状態検知手段により検知されるスロット
ル弁の開弁速度と比較すべき設定値が変速比に応じて少
なくとも２種類設定され、その設定値は変速比の低い方
を変速比の高い方より大きくして設定されており、過給
開始時点検知手段により過給開始を検知したときにおい
て加速状態検知手段により検知されるスロットル弁の開
弁速度と変速比検知手段により検知される変速比に基づ
いたスロットル弁の開弁速度設定値とを比較し、機関が
急加速か緩加速かを判断して過給機の立ち上がり状態を
制御する過給状態制御手段（Ｆ）と、を具備することを
構成上の特徴とする（第１図参照）。

〔作 用〕

加速状態検知手段により検知される加速状態、例えばス
ロットル開弁速度が所定の設定値以上のときに例えばバ
イパス制御弁を素早く閉弁することにより過給状態を制
御するものであるが、本発明では上記の設定値が変速比
とに応じて異なり、Lowギヤ時には設定値を高くして加
速ショックの低減を図ると共にHighギヤ時には設定値を
小さくして過給レスポンスの向上を図る。

〔実施例〕

第２図に第１実施例の全体構成を示す。10はシリンダブ
ロック、12はピストン、14はコネクティングロッド、16
はクランク軸、18は燃焼室、20はシリンダヘッド、22は
吸気弁、24は吸気ポート、26は排気弁、28は排気ポート
である。

吸気ポート24は吸気管30に接続される。吸気管30にスロ
ットル弁32が配置され、その上流にエアフローメータ3
4、エアクリーナ36が位置する。スロットル弁32の下流
に機械式過給機38が位置する。機械式過給機38はこの実
施例ではルーツポンプであり、一対のロータ40を備え、
同ロータがハウジングに対して微小間隙を維持しながら
回転することにより圧縮動作が行われる。一対のロータ
40のうちの一方の回転軸40′上にクラッチ41を介してプ
ーリ42が設けられ、このプーリ42はベルト44を介してク
ランク軸16上のプーリ46に連結される。第２図に模式的
に示すようにこのクラッチ41は電磁式のクラッチであ
り、一対の摩擦板48,50とソレノイド52とより成り、ソ
レノイド52を通電制御するものである。尚、45は変速機
である。

過給機38をバイパスするバイパス通路56が配置され、同
バイパス通路56の一端はスロットル弁32の下流で過給機
38の上流の吸気管30に接続され、バイパス通路56の他端
は過給機38の下流の吸気管30に接続される。バイパス通
路56にバイパス制御弁58が配置される。バイパス制御弁
58はダイヤフラム機構60のダイヤフラム60aに連結され
る。ダイヤフラム60aの片面にダイヤフラム室60bが形成
され、このダイヤフラム室60b中にばね60cが配置され、
バイパス制御弁58を閉方向に付勢している。ダイヤフラ
ム室60bは、負圧切替弁（VSV）62によって、スロットル
弁32の上流の大気圧ポート65またはスロットル弁32の下
流の圧力ポート64に遅延機構66を介して切替え連通され
る。切替弁62は電磁式であって消磁されているときは白
抜きのポート位置をとり、ダイヤフラム室60bは遅延機
構66を介して圧力ポート64に連通される。遅延機構66は
オリフィス66aとチェック弁66bとより成る（オリフィス
のみでもよい）。遅延機構66によって圧力ポート64の大
気圧はチェック弁が閉であることからオリフィス66aに
よって遅延されて伝達される。一方、圧力ポート64が負
圧のときはチェック弁66bが開となり、負圧は瞬間的に
伝達される。切替弁62が通電されると、ダイヤフラム室
60bは直接に大気圧ポート65に連通される。

68はクラッチ41及び切替弁62の作動を制御する制御回路
であり、マイクロコンピュータシステムとして構成され
る。制御回路68はマイクロプロセシングユニット（MP
U）68aと、メモリ68bと、入力ポート68cと、出力ポート
68dと、これらを相互に連結するバス68eとより成る。入
力ポート68cには各センサからの信号が入力される。前
記エアフローメータ34からは吸入空気量Ｑに関する信号
が得られる。スロットルセンサ70がスロットル弁32に連
結され、スロットル弁32の開度に関する信号THが入力さ
れる。また、回転数センサ72からはクランク軸16の回転
数NEに関する信号が得られる。変速機45の変速比センサ
71からは変速比信号GRが入力される。変速比センサはシ
フトギヤの位置を機械的に検知する公知のシフトセンサ
でよいが、エンジン回転数と車速との比（N/V）から求
めることも可能である。出力ポート68dからはメモリ68b
に格納されている制御プログラムに従ってクラッチ41の
ソレノイド52及び切替弁62に駆動信号が送られる。以下
その制御プログラムの内容を第３図のフローチャートに
よって説明する。

第３図はバイパス制御弁58の駆動ルーチンのフローチャ
ートであり、一定時間例えば4m秒毎に実行される時間割
込みルーチンとする。100のステップではフラグFSCが１
か否か判定される。このフラグFSCは過給機38の作動に
よってセットされ、過給機38が停止されるとリセットさ
れるフラグである。FSCが０とすればNeと判定され、ス
テップ102に流れ、吸入空気量−回転数比Q/Nが所定値a₁
以上か否か判定される。

Q/Nが所定値a₁に達していない場合はQ/Nが所定値a₁に達
していない場合はNoと判定され、ステップ104に進み出
力ポート68dより切替弁62にOFF信号が出力され、同切替
弁62は白抜きのポート位置をとり、ダイヤフラム室60b
は遅延機構66を介して圧力ポート64に連通される。Q/N
が所定値a₁より小さい低負荷時はスロットル弁32の開度
THは小さいので圧力ポート64は負圧になり、ダイヤフラ
ム室60bはチェック弁66bを介して圧力ポート64の負圧が
そのまま印加され、ダイヤフラム60aはばね60cに抗して
第２図の上方に変位しバイパス制御弁58はリフトされ、
バイパス通路56は開放される。次の106のステップでは
出力ポート68dよりクラッチ41のソレノイド52に消磁信
号が送られる。そのため、クランク軸16の回転は過給機
38の回転軸40′に伝達されず、過給機38は作動されな
い。吸入空気はその殆どがバイパス通路56を介して燃焼
室18に供給される。108のステップはフラグFSCのリセッ
トを示す。

Q/Nが所定値a₁を超えてそれが所定時間Ｔ継続されると
ステップ110ではYesと判定され、ステップ112に進む。1
12では急加速運転か否か判定するためのスロットル開弁
速度ΔTAが取り込まれる。ΔTAは、スロットルセンサ70
からのスロットル弁開度信号の変化率で代表させること
ができる。ここで、ΔTA自身は上述の如く変速比によっ
て異なるため、本発明によれば検出したΔTAを比較すべ
き設定値をLowギヤ（例えば1st,2nd,リバースギヤ）がH
ighギヤに応じて２種類設定する。即ち、ステップ114で
変速比がLowギヤがHighギヤかを検出する。Highギヤの
場合はNoと判定され、ステップ116に進み、ΔTAが設定
値b₂より大きいか否かを検出する。反対に、ステップ11
4でLowギヤの場合はYesと判定されステップ118に進む。
ステップ118でΔTAが設定値b₁より大きいか否かを検出
する。設定値b₁は設定値b₂よりも大きい（b₁＞b₂）。こ
のように本発明ではバイパス制御弁を制御するパラメー
タたるスロットル開弁速度を変速比に応じて使い分け、
Lowギヤではスロットル開弁速度がHighギヤにおける設
定値よりも高い設定値以上でなければVSV62をONとしな
いようにしたことを大きな特徴とする。スロットル弁開
度が急上昇する急加速時とすれば、即ち、Lowギヤの場
合はステップ118でYesと判定され、他方、Highギヤの場
合はステップ116でYesと判定されると、ステップ120に
流れタイマC_Bがクリヤされる。このタイマC_Bは緩加速で
過給機のクラッチをONした時点からの時間を計測するタ
イマであり、急加速の場合は直ぐに０とされタイマはク
リヤされる。次に121のステップに進み、出力ポート68d
より切替弁（VSV）62にON信号が印加される。その結
果、切替弁62は黒塗りのポート位置をとり、アクチュエ
ータ60のダイヤフラム室60bは大気圧ポート65に連通さ
れる。その結果ダイヤフラム室60bは大気圧となりばね6
0cによってバイパス制御弁58は急速閉弁され、バイパス
通路56は閉鎖される。次の122のステップでは出力ポー
ト68dよりクラッチ41のソレノイド52に励磁信号が入力
されクラッチの摩擦板48と50とは係合され、その結果ク
ランク軸16の回転は過給機38の回転軸に伝達される。こ
のとき前述のようにバイパス通路56が閉鎖されているた
め、過給機38による過給作動が効率的に実行され、急加
速時の必要なトルクの立ち上がりを得ることができる。
123はフラグFSCのセットを示している。

ステップ116または118は急加速でないとの判定であって
も、ステップ114でスロットル弁開度THが所定値ｃより
大きいときはエンジンは高負荷であると判断される。こ
のときは、同様にステップ124より120以下のステップに
進み、VSV62のON、クラッチ41の作動が実行される。

エンジンが高負荷のまま次の割り込みを実行したとすれ
ば、100のステップではフラグFSCが１であることからYe
sと判定され、126に進み、負荷に相当するQ/Nが所定値a
₂より小さいか否か判定される。ヒステリシスを付ける
ためa₂＜a₁となっている。Q/Nがa₂より低下していない
場合は126より128に進み、カウンタC_Bが０か否か判定さ
れる。120のステップでカウンタC_Bは０にクリヤされて
いるためYesと判定され、121以下の前述処理に進み、即
座に切替弁62のON、及びクラッチ41の係合が維持され
る。

Q/Nが所定値a₂より低下すると、100より126に流れて、1
26でYesと判定されるため、104以下に進み、切替弁62が
OFFされて、バイパス制御弁58は開放され、クラッチ41
は開放されて過給機38が停止されるという低負荷時の作
動モードに入る。

次に、再び加速運転に入りQ/Nが所定値a₁を超えると、1
00より102に流れ、Yesと判定され、この時点から所定時
間Ｔ経過して依然としてQ/Nが所定値a₁より大きければ1
12以下のステップに流れる。この場合、スロットル弁32
の開度変化が急でないことからステップ116または118で
Noと判定され、かつスロットル弁32の開度が所定値ｃよ
り大きくないことから130のステップに流れる。130では
カウンタC_Bを所定値Ａに設定し、132では切替弁62にOFF
指令を印加し、アクチュエータ60のダイヤフラム室60b
は遅延機構66を介して圧力ポート64に連通される。120
のステップではクラッチ41の係合によって過給機38が作
動に入る。以上述べた緩加速時にはクラッチ41を係合さ
せた後にバイパス制御弁58を徐々に閉鎖させることにな
る。即ち、加速時においては圧力ポート64の圧力は殆ど
大気圧であることからチェック弁66bは閉となり、大気
圧はオリフィス66aを介して緩慢にダイヤフラム室60bに
導入される。従って、ダイヤフラム室60bの圧力は急速
には大気圧とならず、徐々に大気圧とされ、その結果ダ
イヤフラム60aはバイパス制御弁58を徐々に閉鎖するこ
とになる。即ち緩加速の当初にバイパス通路56の開度は
大きく、それから時間の経過とともにバイパス通路56の
開度が小さくなる。加速の当初にバイパスが大きく開い
ていることから、クラッチ41の係合によって過給機38の
回転が急に始まってもエンジンのトルクは急速に立ち上
がらず、緩加速時におけるクラッチ41の係合による過給
機の作動開始によるショックを吸収することができる。

過給機が動作していれば、100より126を経て128のステ
ップに入る。カウンタC_Bは、130のステップでＡにセッ
トされているため、126のステップではNoと判定され、1
34でカウンタC_Bはデクリメントされる。即ち、第３図の
ルーチン実行毎にカウンタC_Bの値は１ずつ小さくなる。
カウンタC_Bが０になると128でYesと判定され、121に進
み切替弁62はONとなる。

尚、第２図のバイパス制御弁58、ダイヤフラムアクチュ
エータ60、切替弁62、遅延機構66の代りに、バイパス通
路56上にVSV62と同様のバイパス制御弁（図示せず）を
設け、このバイパス制御弁のアクチュエータを制御回路
68の出力ポート68dに接続して該アクチュエータをデュ
ーティ信号により駆動するようにすることも可能であ
る。

以上の実施例では過給機の作動切替えをQ/Nで行なって
いるが、エンジン回転数、その他のエンジン運転条件因
子による制御を加えることもこの発明に包含される。

以上の実施例ではクラッチを備えたものを説明している
が、この発明はクラッチを備えないものにも応用するこ
とができる。即ち、第２図においてクランク軸16はプー
リ46、ベルト44を介して過給機38の回転軸にクラッチ41
を介することなく直接固定されたプーリ42に連結され
る。そのため、過給機38は常時クランク軸16によって回
転駆動されるので制御弁62の駆動のためのルーチンは第
３図における過給機の駆動ステップがない以外は第３図
と同様である。

〔発明の効果〕

この発明によれば過給機作動への切替えを検知し、その
時点で検知される加速の度合が緩い程過給機による過給
の立ち上がりを弱まらせるように制御し、しかもその加
速の度合の判断に変速比の状態を加味することにより、
変速比状態からくる要求に従って切替えショックの解消
と加速性能の向上と双方の要求を調和することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の一実施例の
全体概略図、第３図は第２図の実施例の制御作動を説明
するフローチャート図。 16……クランク軸、32……スロットル弁、 38……過給機、41……クラッチ、 56……バイパス通路、58……バイパス制御弁、 60……アクチュエータ、 62……切替弁、66……遅延機構、 68……制御回路、80……バイパス制御弁、 80a……アクチュエータ。

フロントページの続き (72)発明者 泉谷 尚秀 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−160024（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−14724（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気管に設けた機械式過給機により所定負
   荷以上において過給を行う内燃機関の過給圧制御装置に
   おいて、 過給の開始時点を検知する過給開始時点検知手段（Ｄ）
   と、 機関の加速状態をスロットル弁の開弁速度によって検知
   する加速状態検知手段（Ｃ）と、 変速比を検知する変速比検知手段（Ｅ）と、 加速状態検知手段により検知されるスロットル弁の開弁
   速度と比較すべき設定値が変速比に応じて少なくとも２
   種類設定され、その設定値は変速比の低い方を変速比の
   高い方より大きくして設定されており、過給開始時点検
   知手段により過給開始を検知したときにおいて加速状態
   検知手段により検知されるスロットル弁の開弁速度と変
   速比検知手段により検知される変速比に基づいたスロッ
   トル弁の開弁速度設定値とを比較し、機関が急加速か緩
   加速かを判断して過給機の立ち上がり状態を制御する過
   給状態制御手段（Ｆ）と、 からな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】上記過給状態制御手段は過給機をバイパス
   するバイパス通路と、バイパス通路に設置されるバイパ
   ス制御弁手段と、バイパス制御弁手段を駆動するアクチ
   ュエータと、所定時にアクチュエータを駆動してバイパ
   ス通路を部分的に開放せしめる駆動手段と、からなるこ
   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。