JPH11351010A - 過給機付き内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過給機を有する内燃機関の耐久性を維持しつ
つ加速応答性を向上し得るようにする。 【解決手段】 エンジン回転数とアクセル開度とに基づ
いて目標過給圧を演算し、過給圧センサ３８により検出
された過給圧と目標過給圧とに基づいてスロットル開度
の補正値を演算し、エンジン回転数とアクセル開度とに
より演算された基本目標スロットル開度と前記補正値と
に基づいて目標スロットル開度を演算する。スロットル
バルブを作動する電子スロットル制御装置２５は、目標
スロットル開度に基づいて制御され、過給圧値が目標過
給圧を超えたときには、スロットルバルブの開度を小さ
くするように電子スロットル制御装置２５は作動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃焼室内に吸入され
る空気を過給する過給機を有するとともに、スロットル
バルブの開度を制御する電子スロットル制御装置を有す
る過給機付き内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】ターボチャージャを備えたエンジンにあ
っては、エンジンからの排気ガスにより回転するタービ
ンによってコンプレッサを駆動し、燃焼室内に供給され
る吸入空気をコンプレッサにより過給するようにしてお
り、過給圧が所定値以上に上昇しないようにするため
に、タービンを迂回するバイパス通路をウエストゲート
バルブにより開閉するようにしている。

【０００３】過給圧の制御は、アクセルペダルの操作量
とエンジン回転数とに応じて目標過給圧を設定し、ター
ボチャージャにより過給される吸気通路内の過給圧を目
標過給圧とするように、ウエストゲートバルブの開閉を
制御することにより行われている（たとえば、特開平5-
141258号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、過給圧が
目標過給圧となるようにウエストゲートバルブを制御す
るようにした場合には、制御処理の遅れつまり制御系の
遅れや、ウエストゲートバルブを作動するためのアクチ
ュエータの作動遅れなどによって、過給圧が目標過給圧
以上となってしまうオーバーシュートが発生し、エンジ
ンの耐久性を損なうおそれがある。

【０００５】そのため、ウエストゲートバルブを作動さ
せて過給圧が目標過給圧値になるように過給圧制御を行
う場合には、制御系の遅れなどを考慮して、過大な過給
圧が加わらないように制御速度を遅くしたり、目標過給
圧を低めに設定する必要がある。しかしながら、制御速
度を遅くしたりすると、エンジンの応答性が悪くなって
しまうという問題点がある。

【０００６】燃焼室内に吸入される空気の量は、スロッ
トルバルブにより調整されるようになっており、スロッ
トルバルブの作動方式としては、スロットルバルブとア
クセルペダルとをリンクやレバーなどにより機械的に連
結させてスロットルバルブをアクセルペダルにより直接
作動させるようにした機械式と、エンジンの回転数とア
クセルペダルの踏み込み量つまりアクセル開度とに応じ
てスロットルバルブの開度を電子制御するようにした電
子スロットル制御（ＥＴＣ）式とがある。

【０００７】このＥＴＣ装置を備えた場合には、アクセ
ルペダルの操作量とスロットルバルブの開度または駆動
量の関係を任意に設定できるので、アクセル操作量に対
して駆動量を大きくする等して機械式の場合に比して、
高い応答性で過給圧を目標過給圧に近づけることができ
るが、その場合にも、ウエストゲートバルブを作動させ
るまでに時間遅れがあり、過給圧のオーバーシュートが
発生するおそれがある。また、ＥＴＣ装置の応答性を調
整して、オーバーシュートを妨げるようにすると、応答
性が低下して加速感を高めることができなくなる。

【０００８】一方、燃焼室内に燃料を直接噴射するよう
にした筒内インジェクタと、吸気通路内に噴射するよう
にした筒外インジェクタとを有する燃料噴射式エンジン
においては、運転状況に応じて成層燃焼と均一燃焼とに
設定することができるが、このタイプのエンジンにあっ
ては、同じスロットル開度でも、成層燃焼時と均一燃焼
時とではエンジン出力が異なるため、エンジン回転数と
スロットル開度では一義的に目標過給圧を設定すること
ができない。

【０００９】本発明の目的は、過給機を有する内燃機関
の耐久性を維持しつつ加速応答性を向上し得るようにす
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の過給機付き内燃
機関は、燃焼室内に吸入される空気を過給する過給機を
有する過給機付き内燃機関であって、スロットルバルブ
の開度を調整する電子スロットル制御手段と、吸気通路
内の過給圧を検出する過給圧検出手段と、エンジン回転
数とアクセル開度とに基づいて目標過給圧を演算する目
標過給圧演算手段と、前記過給圧検出手段により検出さ
れた過給圧と前記目標過給圧とに基づいてスロットル開
度の補正値を演算する補正値演算手段と、エンジン回転
数とアクセル開度とにより演算された基本目標スロット
ル開度と前記補正値とに基づいて目標スロットル開度を
演算する目標スロットル開度演算手段と、前記目標スロ
ットル開度に基づいて前記電子スロットル制御手段に作
動信号を送るスロットル開度制御手段とを有し、前記過
給圧値が前記目標過給圧を超えたときには、前記スロッ
トルバルブの開度を小さくするようにしたことを特徴と
する。

【００１１】本発明にあっては、過給圧が目標過給圧を
超えた場合には、スロットルバルブの開度が小さくなる
ようにバルブの開度を調整するようにしたので、迅速に
過給圧を所定値以下に設定することができ、過給圧のオ
ーバーシュート量を低減することができる。これによ
り、耐久性を維持しつつ、加速時の応答性を高く設定す
ることができ、エンジンの加速感を高めることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１は過給機を有する内燃機関の概略図で
あり、シリンダブロック１と、これの上部に設けられた
シリンダヘッド２とによりエンジン本体が形成されてい
る。シリンダブロック１とこの下部に設けられたオイル
パン３とにより形成されたクランク室４内にはクランク
軸５が回転自在に設けられ、シリンダボア内に軸方向に
往復動自在に設けられたピストン６は、コンロッド７に
よりクランク軸５に接続されている。このクランク軸５
の回転角度を検出するために、クランク角センサ９が設
けられており、このクランク角センサ９からの信号によ
りクランク軸５の回転数、つまりエンジン回転数を検出
することができ、クランク角センサ９はエンジン回転数
センサを構成している。なお、シリンダブロック１に
は、４つあるいは６つなどの所定の数のピストン６が設
けられているが、図１には１つのみが示されている。

【００１４】エンジン本体内の燃焼室８に燃焼に必要な
空気を供給するための吸気ポート１０と、燃焼したガス
を排出するための排気ポート１１とがそれぞれシリンダ
ヘッド２に形成されており、吸気ポート１０は吸気バル
ブ１２により開閉され、排気ポート１１は排気バルブ１
３により開閉されるようになっている。

【００１５】エンジン本体には吸気系１５と排気系１６
と燃料供給系１７が設けられ、吸気系１５は導入空気を
浄化するエアクリーナ１８を通って流入した空気を冷却
するインタークーラ１９が設けられた吸気管２０と、吸
気ポート１０に分岐して接続される吸気管分岐部２１を
備えたインテークマニホールド２２とを有している。こ
のインテークマニホールド２２は吸気管分岐部２１を介
してそれぞれの吸気ポート１０に連通するコレクトチャ
ンバ２３を有している。吸気系１５には吸入空気量を検
出するためのエアフローメータ２４と、燃焼室８に供給
される空気の量を調整するためのスロットルバルブ２５
ａとが設けられており、このスロットルバルブ２５ａ
は、電子スロットル制御（ＥＴＣ）装置２５により駆動
されるようになっている。

【００１６】排気系１６は排気ポート１１に接続される
排気管が集合されたエグゾーストマニホールド２６と、
触媒２７およびマフラー２８を備えた排気管２９とを有
している。

【００１７】図示するエンジンは過給機つまりターボチ
ャージャ３１を備えており、ターボチャージャ３１は排
気ガスにより回転するタービン３２と、このタービン３
２により駆動されて吸入空気を加圧するコンプレッサ３
３とを有している。排気管２９のタービン入口には、過
給圧を調整するためにタービン３２を迂回するようにバ
イパス通路３４が設けられ、このバイパス通路３４はウ
エストゲートバルブ３５によって開閉されるようになっ
ている。このウエストゲートバルブ３５は、アクチュエ
ータ３６により駆動されるようになっており、このアク
チュエータ３６は過給圧調整用のソレノイド３７によっ
て作動し、ターボチャージャ３１による過給圧が調整さ
れることになる。

【００１８】ターボチャージャ３１による過給圧、つま
り吸気通路内の過給された吸入空気の圧力を検出するた
めに、吸気通路に連通して絶対圧センサ３８が設けられ
ており、この絶対圧センサ３８は過給圧センサを構成し
ている。

【００１９】シリンダヘッド２には、燃焼室８内に燃料
を噴射し高圧インジェクタとも言われる筒内インジェク
タ４１が取り付けられており、インテークマニホールド
２２には吸気バルブ１２の直前の吸入管通路内に燃料を
噴射し低圧インジェクタとも言われる筒外インジェクタ
４２が取り付けられている。

【００２０】筒外インジェクタ４２に燃料を供給するた
めに、低圧ポンプ４３とフィルタ４４を有する低圧燃料
供給管４５が筒外インジェクタ４２と燃料タンク４６と
の間に接続され、筒外インジェクタ４２から噴射される
燃圧つまり燃料の圧力は低圧レギュレータ４７により調
整されるようになっている。

【００２１】筒内インジェクタ４１に燃料を供給するた
めに、筒内インジェクタ４１に接続されたコモンレール
４８と低圧燃料供給管４５との間に接続された高圧燃料
供給管５１には、高圧燃料ポンプ５２が設けられてお
り、筒内インジェクタ４１からは高圧燃料ポンプ５２に
より加圧された燃圧で燃料が噴射される。なお、高圧燃
料供給管５１には、逆止弁５３とバイパス弁５４が設け
られている。

【００２２】図２はエンジンの運転状況に応じて、ウエ
ストゲートバルブ３５を開閉作動するソレノイド３７
と、ＥＴＣ装置２５とに制御信号を送る制御回路を示す
ブロック図であり、制御手段としての電子制御装置（Ｅ
ＣＵ）６１はＣＰＵ６２、ＲＯＭ６３、ＲＡＭ６４を有
しており、これらはバス線を介して接続されている。

【００２３】ＣＰＵ６２にはクランク角センサつまりエ
ンジン回転数センサ９が接続されており、このセンサ９
からの信号間隔に基づいて演算することによりエンジン
回転数が検出される。車室内に設けられたアクセルペダ
ル５５の踏み込み量、つまりアクセル開度を検出するア
クセル開度センサ５６がＣＰＵ６２に接続されており、
スロットルバルブ２５ａの開度を検出するスロットル開
度センサ５７と、絶対圧センサつまり過給圧センサ３８
とがＣＰＵ６２に接続されている。このＣＰＵ６２には
電子スロットル制御装置つまりＥＴＣ装置２５と、ソレ
ノイド３７とが接続されている。ＣＰＵ６２は入力信号
と出力信号を制御する図示しない入力インターフェース
と出力インターフェースを有している。また、それぞれ
のセンサ５６，５７，３８からのアナログ信号は、デジ
タル信号に変換されてＣＰＵ６２に送られるようになっ
ている。

【００２４】ＲＯＭ６３には、アクセル開度とエンジン
回転数に応じた目標過給圧を設定するマップデータが格
納されており、エンジン回転数センサ９に基づいて演算
されたエンジン回転数とアクセル開度センサ５６からの
信号により得られたアクセル開度とによって、ＲＯＭ６
３内のマップデータが読み出されて、ＣＰＵ６２内の目
標過給圧演算部６５により目標過給圧が演算される。

【００２５】過給圧センサ３８により検出された吸気通
路内における実際の過給圧の信号と、目標過給圧演算部
６５により演算された目標過給圧の信号は、ＣＰＵ６２
内の過給圧制御部６６に送られて、ここで過給圧値が目
標過給圧に一致するように、ソレノイド３７に送られる
パルスの幅のデューティ比が演算される。ソレノイド３
７は演算されたデユーティ比により作動することにな
り、ウエストゲートバルブ３５の開閉により過給圧が制
御されることになる。

【００２６】ＲＯＭ６３には、アクセル開度とエンジン
回転数に応じて基本目標スロットル開度を設定するマッ
プデータが格納されており、エンジン回転数センサ９に
基づいて演算されたエンジン回転数とアクセル開度セン
サ５６からの信号により得られたアクセル開度とによっ
てＲＯＭ６３内のマップデータが読み出されて、基本目
標スロットル開度が演算される。この演算値は目標スロ
ットル開度演算部６７に送られるようになっている。

【００２７】一方、目標過給圧演算部６５により演算さ
れた目標過給圧の信号と、過給圧センサ３８により検出
された実際の過給圧の信号とがスロットル開度の補正値
演算部６８に送られるようになっている。ＲＯＭ６３に
は目標過給圧と実際の過給圧とに応じてスロットル開度
の補正値を設定する補正値データが格納されており、補
正値演算部６８は、目標過給圧と実際の過給圧とに応じ
て補正値データを読み出してスロットル開度の補正値を
演算する。この演算結果は、目標スロットル開度演算部
６７に送られて、ＲＯＭ６３から読み出された基本目標
スロットル開度の値とスロットル開度の補正値とに基づ
いて目標スロットル開度が目標開度演算部６７により演
算される。

【００２８】この演算結果の信号と、スロットル開度セ
ンサ５７により検出された実際のスロットルバルブ２５
ａの開度に応じた信号とがスロットル開度制御部６９に
送られる。このスロットル開度制御部６９からは、実際
のスロットル開度が目標スロットル開度となるようにＥ
ＴＣ装置２５のバルブ駆動用のアクチュエータに作動信
号が送られることになる。

【００２９】目標スロットル開度を演算するための基本
目標スロットル開度の補正方式としては、過給圧センサ
３８により得られた実際の過給圧が目標過給圧よりも高
くなったときに、スロットルバルブ２５ａの開度が小さ
くなるようにバルブの開度を調整する方式、および目標
過給圧と実際の過給圧値の差に応じてこの差がゼロない
し所定の範囲となるようにスロットルバルブ２５ａの開
度を調整する方式がある。

【００３０】目標過給圧は前述のようにエンジン回転数
とアクセル開度とに基づいたマップデータをＲＯＭ３２
から読み出して演算するようにしているが、エンジン回
転数とアクセル開度とに基づいて目標トルクのマップデ
ータをＲＯＭ３２に格納するとともに、この目標トルク
とエンジン回転数とに基づいて目標過給圧のマップデー
タをＲＯＭ３２に格納しておき、目標トルクとエンジン
回転数により目標過給圧を演算するようにしても良い。

【００３１】筒内インジェクタ４１と筒外インジェクタ
４２からの燃料噴射量は、この目標トルクが得られるよ
うに算出される。

【００３２】図３はエンジン特性を示す図であり、エン
ジンを加速した場合には、従来のように、過給圧Ｐが目
標過給圧Ｐａとなるようにウエストゲートバルブ３５を
作動させるようにした場合には、ウエストゲートバルブ
３５の作動を制御するための制御系の遅れなどを考慮し
て図において特性線図Ａで示すように、過給圧がゆっく
りと目標過給圧となるように制御しなければならなかっ
た。これに対して、実際の過給圧と目標過給圧とに基づ
いてスロットルバルブ２５ａの開度を調整するようにす
ると、特性線図Ｂで示すように、過給圧が目標過給圧に
迅速に立ち上がるように制御することができ、加速感に
優れたエンジンが得られる。

【００３３】しかも、過給圧が目標過給圧を僅かでも超
えた場合には、スロットルバルブの開度が小さくなるよ
うに制御されるので、吸入される空気の量が低下して迅
速に過給圧のオーバーシュートが発生することを防止
し、エンジンの耐久性を保つことができる。

【００３４】次に、図４に示すフローチャートを参照し
つつ、ＥＴＣ装置２５の制御手順について説明する。

【００３５】ステップＳ１ではエンジン回転数センサ９
によりエンジン回転数を検出し、ステップＳ２ではアク
セル開度センサ５６によりアクセル開度を検出し、ステ
ップＳ３ではスロットル開度センサ５７によりスロット
ルバルブ２５ａの開度を検出し、ステップＳ４では絶対
圧センサによって形成される過給圧センサ３８により吸
気通路内の実際の過給圧を検出する。

【００３６】ステップＳ５ではエンジンの回転数とアク
セル開度とに基づいて目標過給圧が演算され、その演算
結果に基づいて、ステップＳ６では過給圧制御部６６か
らの信号によってソレノイド３７が駆動されて過給圧が
制御される。ステップＳ７ではエンジン回転数とアクセ
ル開度とに基づいてＲＯＭ６３内のマップデータから基
本目標スロットル開度が演算され、ステップＳ８では目
標過給圧と実際の過給圧とを比較してスロットル開度の
補正値が演算される。

【００３７】これらの演算値に基づいて、ステップＳ９
では目標スロットル開度が演算されて、その演算結果に
基づいて、電子スロットル制御装置２５が制御されてス
ロットルバルブ２５ａが調整されることになる。

【００３８】このように、過給圧が目標過給圧を超えて
過給圧がオーバーシュートした場合には、ＥＴＣ装置２
５を作動させて吸入空気量を減少させるようにしたの
で、迅速に目標過給圧以下の過給圧となるように調整す
ることができる。これにより、過給機を有するエンジン
を加速させる場合に加速の応答性を高くしても、オーバ
ーシュートすることを防止することができることにな
り、エンジンの耐久性を保持しつつ加速感に優れたエン
ジンとすることが可能となる。

【００３９】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。たとえば、過給機として
は、図示する場合にはターボチャージャ３１を用いてい
るが、スーパーチャージャを用いるようにしても良い。
また、図示する場合には、筒内インジェクタと筒外イン
ジェクタとの両方を有するエンジンつまり内燃機関とな
っているが、筒外インジェクタのみを有するエンジンと
しても良い。

【００４０】

【発明の効果】本発明にあっては、過給機を有するエン
ジンにおける加速応答性を高めることができ、加速感に
優れたエンジンが得られることになる。また、応答性を
高めても、過給圧のオーバーシュートを防止することが
できるので、エンジンの耐久性を維持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である過給機付き内燃機
関を示す概略図である。

【図２】電子スロットル制御（ＥＴＣ）装置の作動を制
御する制御回路を示すブロック図である。

【図３】エンジン特性を示す特性線図である。

【図４】電子スロットル制御装置の制御手順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

２５ 電子スロットル制御装置（ＥＴＣ装置） ２５ａ スロットルバルブ ３１ ターボチャージャ ３５ ウエストゲートバルブ ３７ 過給圧設定用のソレノイド ３８ 過給圧センサ ５５ アクセルベダル ５６ アクセル開度センサ ５７ スロットル開度センサ ６１ ＥＣＵ（電子制御装置） ６２ ＣＰＵ ６５ 目標過給圧演算部（目標過給圧演算手段） ６７ 目標スロットル開度演算部（目標スロットル
開度演算手段） ６８ 補正値演算部（補正値演算手段） ６９ スロットル開度制御部（スロットル開度制御
手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３２２ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３２２Ｂ ３２２Ｃ ３６４ ３６４Ｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室内に吸入される空気を過給する過
   給機を有する過給機付き内燃機関であって、 スロットルバルブの開度を調整する電子スロットル制御
   手段と、 吸気通路内の過給圧を検出する過給圧検出手段と、 エンジン回転数とアクセル開度とに基づいて目標過給圧
   を演算する目標過給圧演算手段と、 前記過給圧検出手段により検出された過給圧と前記目標
   過給圧とに基づいてスロットル開度の補正値を演算する
   補正値演算手段と、 エンジン回転数とアクセル開度とにより演算された基本
   目標スロットル開度と前記補正値とに基づいて目標スロ
   ットル開度を演算する目標スロットル開度演算手段と、 前記目標スロットル開度に基づいて前記電子スロットル
   制御手段に作動信号を送るスロットル開度制御手段とを
   有し、 前記過給圧値が前記目標過給圧を超えたときには、前記
   スロットルバルブの開度を小さくするようにしたことを
   特徴とする過給機付き内燃機関。