JPS60178932A - 排気タ−ボチヤ−ジヤの過給圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野〉 本発明は排気ターボチャージャの排気タービンへ導く排
気の流速を変化させることにより、排気タービンの回転
を制御し過給圧を制御する排気ターボチャージャの過給
圧制御装置に関する。

く背景技術〉 内燃機関の排気エネルギにより排気ターヒンを回転駆動
し、該排気タービンで回転されるコンプレッサにより内
燃機関に吸気を過給するようにした排気ターボチャージ
ャ付内燃機関は、排気エネルギを利用して吸気を内燃機
関に過給するものであるため吸気充填効率が向上し、こ
の分燃料供給量も増量できるため出方向上に大いに寄与
することが知られている。しかし過給圧が過大になると
内燃機関及びその吸排気系に過大な応力が作用し、損傷
若しくは破損に至る危険性が生じる。また排気ターボチ
ャージャ付内燃機関は、これが低負荷領域で運転される
ときに、排気量が少ないためＧこ過給圧が小さく出力不
足が住じ易いという不都合が存在する。従って、従来か
らかかる過給圧の過昇と過給圧不足を防止する種々の手
段が講じられている。

その防止手段の１つに例えば米国特許第２９４４７８６
号明細書に見られる排気流速制御装置がある。このもの
は排気ターボチャージャの排気入口部にフラップを設け
、該フラップの開度を調整することにより排気タービン
へ向かう排気入口流速を制御して、機関低負荷回転領域
においては排気流速を増大することにより、コンプレッ
サの回転速度を増大して過給圧を上げ、機関の高負荷領
域ではフラップの開度を増大することにより排気流速を
低減して排気タービンの過回転を防止し、もってコンプ
レッサによる過給圧力の過昇を防止しかしこのような従
来の過給圧制御装置によると、フラップの位置を制御す
るフラップ位置制御手段が故障したり或いは焼き付いた
りしてフラップの開度が小さいまま固着してしまったよ
うな場合には、機関高速回転時に必要なフラップ開度増
大ができなくなり、もってフラップ上流側の排気圧力が
異常に高くなって排気ターボチャージャが過回転し、そ
の回転軸部分が損傷したりフラップ或いは機関が破損を
受けるおそれが生じ、若しくは機関の背圧が増大してボ
ンピングロスを起し、出力低下を招いたり、燃費、排気
性状の悪化を招来するおそれがあるとい・う不都合があ
った。

〈発明の目的〉 本発明は上記従来装置の不都合に鑑み、フラップ及びそ
の位置制御手段の焼き付き、或いは故障によってフラッ
プ位置が全開位置になる前に固着した場合にあっても、
フラップ上流の排気圧力が異常に増大しないようにして
、排気ターボチャージャの過回転による機関排気ターボ
チャージャ及びフラップ等の破損を防止すると共に、機
関の出力低下の防止及び燃費、排気性状の改善を図るこ
とを目的とする。

〈発明の構成〉 そのために本発明は、第１図に示すように、排気タービ
ンを供給する排気流速を制御するフラップと、そのフラ
ップ位置制御手段と、を設けた排気クーｇチャージャの
過給圧制御装置において、排気タービンをバイパスする
通路に設けたバイパス弁と、該バイパス弁を開閉作動す
るバイパス弁制御手段と、前記フラップの位置若しくは
その関連要素を検出するフラップ位置検出手段と、を設
けると共に、該フラップの異常検出手段と、前記フラッ
プ位置制御手段によるフラップ制御目標位置と、を同一
状態量で比較する比較手段と、該異常検出手段がフラッ
プの異常を検出したときにバイパス弁開度を増大するバ
イパス補正手段と、を設け、フラップが何らかの原因で
異常が生じたときには排気の一部をフラップ並びに排気
タービンを経由することなくバイパス通路を介してとに
がく外部に放出し、もってフラ・／プ上流の排気圧力の
異常過昇を防止する。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図に示す実施例において、内燃機関１の吸気は吸気
通路２を通じて燃焼室に供給される。その間、吸入空気
はエアフローメータ３により吸入空気Ｊｉｌ　Ｑ　ａが
測定され、排気ターボチャージャ４のコンプレッサ５に
より加圧圧送（過給）され、吸気絞弁６により調量され
る。そして燃料噴射弁７から噴射供給される燃料と混合
されて燃焼室内に導入され、ここで燃焼されて出力を得
る。そのときの機関回転速度Ｎはクランク角センサ等の
回転センサ８によって検出される。

コンプレッサ５と吸気絞弁６との間の吸気通路２には過
給圧力Ｐｓを検出する圧力センサ９が設けられる。　゛ 一方、内燃機関１の燃焼室から排気通路１１に排出され
た燃焼排気は、排気ターボチャージャ４の排気タービン
１２を回転駆動し、外部に放出される。

排気タービン１２は前記コンプレッサ５と軸４ａにより
連結されており、排気タービン１２の回転は同時にコン
プレッサ５を回転駆動する。

ここにおいて排気通路１１には排気タービン１２をバイ
パスして排気を導くバイパス通路１３が設けられ、該バ
イパス通＠Ｉ３にこれを開閉するバイパス弁１４が介装
される。

バイパス弁１４はダイヤフラム装置１５及び電磁弁１６
等を主要素とするバイパス弁制御手段によってその回動
が制御される。即ちダイヤフラム装置１５のダイヤフラ
ム１５ａにはリンク１５ｂを介してバイパス弁１４が連
結され、前記ダイヤフラム１５ａの一側に設けた圧力作
動室１５Ｃにコンプレッサ５下流の過給圧が圧力通路１
７を介して導かれる。圧力通路１７には三方電磁弁１６
が介装されており、大気ボーｌ−１６ａを開弁すること
により圧力通路１７内の過給圧力を大気にリリーフする
構成になっていて、この人気ボー１−１６　ａの開閉時
間の割合を制御して圧力作動室１５ｃ内の圧力を増減し
、ダイヤフラムＩ５ａを介してバイパス弁１４の弁開度
制御を行うのである。

バイパス弁１４と排気タービン１２との間の排気通路１
１、好ましくは排気タービン１２のスクロール人口部に
排気流速を制御するフラップ２１を設ける。

該フラップ２１はその上流側端部が排気タービン１２の
スクロール入口部におけるケーシングに揺動自由に軸支
されており、その下流側端部が揺動して排気タービン１
２の入口開口面積を増減する構成となっている。開口面
積が増大すれば（図で実線示位置ｂ）排気流速は減少し
、開度が減少すれば（図で点線示位置ａ）排気流速は増
大する。

フラップ２１はダイヤフラム装！２２及び電磁弁２３を
主構成要素とするフラップ位置制御手段によって位置制
御される。即ちダイヤフラム装置２２のダイヤフラム２
４にはリンク部を介してフラップ２１が連結されており
、該ダイヤフラム２４の一側に設けた圧力作動室２６に
圧力通路２７を介してコンプレッサ５と吸気絞弁６との
間の過給圧が導かれる。そして該圧力通路２７には大気
ボー）　２３　ａを有する三方切換式の電磁弁２３が介
装され、大気ボー）　２３　ａを開閉する時間的割合を
制御することにより圧力作動室２６内に導入される過給
圧力を増減制御する。

前記フラップ２１の上流側排気通路１１内の圧力（排気
圧力Ｐｅ）は排気圧力検出手段である排圧センサ３１に
よって検出される。尚図中６ａは吸気絞弁６の開度θを
検出するスロットルセンサ、２８は警報ランプ、２９は
イグニッションスイッチである。

これら燃料噴射弁７、電磁弁１６．２３は、機関運転状
態検出手段として作用する前記圧力センサ９、スロット
ルセンサ５ａ、エアフローメータ３、回転センサ８、排
圧センサ３１から出力される各種検出信号に基′づいて
コントロールユニット３０で演算された最適値に指令制
御される。

前記フラップ２】ばダイ４・フラム装置２２にお番ノる
ダイヤフラム２４の最大変位付近位置を検出するストロ
ークスイッチ３２により、フラップ２１が最小開度付近
位置ａにあることが検出される。

これら各構成要素の関連作動を第３図に示すプロＶり図
と、第４図に示すフローチャートによって説明する。

機関運転状態検出手段として機能するエアフローメータ
３及び回転センサ８の検出信号が吸入空気量検出手段４
１及び回転速度検出手段４２に入力され、ここで吸入空
気量Ｑａ及び機関回転速度Ｎが読み込まれて（Ｓ６１）
、噴射パルス演算手段４３に入力される。

噴射パルス演算手段４３ではＴＰ＝に−Ｑａ／Ｎなる関
係式で機関１回転当りの燃料噴射量に相当する基本噴射
パルス幅ＴＰが演算され（３６２）、その出力信号が噴
射弁制御手段４４、フラップ制御デユーティ比設定手段
４５及びバイパス弁制御デユーティ比設定手段４８に入
力される。

噴射弁制御手段４４では、前記基本燃料噴射パルス幅Ｔ
Ｐに前記その他の機関運転状態信号例えばスロットル開
度θ、過給圧ＰＳ、排気圧力Ｐｅ等の入力を受けて各種
補正を加えることにより、噴射弁駆動パルスを噴射弁７
に出力する。尚ここで噴射パルス演算手段４３と噴射弁
制御手段４４により燃料噴射制御手段りを構成する。

フラップ制御デユーティ比設定手段４５においては、基
本燃料噴射パルス幅ＴＰと機関回転速度Ｎとで割りつけ
られた第５図に示す如きマツプを有するメモリ４６から
制御デユーティ比を読み出しく５６３）、その値をフラ
ップ用電磁弁２３の制御手段４７に出力する。電磁弁制
御手段４７は設定されたデユ−ティ比（フラップの制御
目標位置に相当する指令信号）の駆動電流を出力しフラ
ップ用電磁弁２３を駆動する。

ここにおいて例えばデユーティ比０％のときは、電磁弁
２３は大気ボート２３ａを開いて圧力通路２７の圧力を
人気に放出し、圧力作動室２６の圧力を低減して、リン
ク怒を介し、フラップ２１を図示点線位置ａに変位させ
排気タービン１２の入口間［１面積を小さくし、もって
排気流速を増大して排気クーヒン１２０回転を増速する
。またデユーティ比１００％では電磁弁２３が大気ボー
１−２３２を閉じて圧力作動室２Ｇの圧力を増大しダイ
ヤフラム２４を介してフラップ２１を図示実線位置すの
最大開弁位置に変位させ、排気タービン１２の入（コ開
ロ面積を太き（してる。従って電磁弁２３のデユーティ
比を制御することにより所望のフラップ２１のストロー
ク量を得ることができ、もって排気タービン１２へ供給
する排気流速ひいては過給圧力を機関運転状態に応じて
自由に制御することができる。

面上記フラップ制御デユーティ比設定手段４５、メモリ
４６、電磁弁制御手段４７、電磁弁２３等を含んでフラ
ップ位置制御手段ｉと称することにする。

バイパス弁制御デユーティ比設定手段４８は、前記基本
燃料噴射パルス幅ＴＰと機関回転速度Ｎとで割り付けら
れた例えば第６図に示ずようなマツプを有するメモリ４
９から制御デユーティ比を読み出し、その値をバイパス
弁用電磁弁１６の制御手段５０へ出力（Ｓ６５）して電
磁弁１６の大気ボート１６ａ開閉の時間的割合を制御す
る。これにより前記フラップ制御の場合と同様にしてバ
イパス弁１４の開弁度を制御する。バイパス弁１４の開
度が増大すれば排気ターヒン１２を回転駆動せずにバイ
パス通路１３に向かう排気流が生じて排気タービン１２
の回転エネルギが低減し〕ンプレッサ５の過回転が防止
されて過給圧の過昇を防止できる。尚ここで、バイパス
弁制御デユーティ比設定手段４訳メモリ４９、電磁弁制
御手段５０及び電磁弁１６等によってバイパス弁制御手
段ｊと称することにする。

このようなフラップ位置制御とバイパス弁制御とを定常
状態で行っている場合には、Ｓ６９でフラッグをＯ（Ｓ
ＴＩＣＫ、＝Ｏ）にたてておいて閉ルーチンを構成する
が、フラップ２１の開度が所定値よりも犬（例えばフラ
ッグ制御デユーティ比６０％以上）の位置にあるように
制御目標値ＦＬを出力しているにもかかわらず、ストロ
ータスイッチ３２がオン即ちフラップ最小開度付近位置
ａを検出した場合には制御が円滑になされておらず、フ
ラップ２１がスティック（固着）状態にあるおそれがあ
ると判断し、バイパス弁１４を開度増大する。

即ち比較手段５２は、フラップ制御デユーティ比設定手
段４５の設定したフラップ開度の制御目標位置Ｆｔ　（
フラップ制御目標デユーティ比）を入力すると共に、ス
トロークスイッチ３２のオン・オフ信号即ちフラップ２
Ｉのストローク位置が最小開度位置ａにあるか否かの信
号Ｆａを入力する。そしてＳ６６においてフラップ制御
デユーティ比が６０％以上の大きな開度を制御目標位置
として出力していることを判断し、次に３６７でストロ
ークスイッチ３２がオンとなっているかを知って、フラ
ップ開度が大の制御目標位置Ｆｔを検出しているのに実
際のフラップ開度Ｆａがａの位置即ち最小開度位置付近
にあることを知った場合には、フラップ２１が何らかの
原因で故障若しくは焼付を起したおそれがあると判断し
て、３６８でフラッグを１　（ＳＴＩＣＫ＝１）にセン
トし、電磁弁制御手段５０にそのｊ信号を出力する。従
ってストロークスイッチ３２と比較手段５２とは、フラ
ップ異當検出手段Ｋを構成していることになる。

この信号を受けとった電磁弁制御手段５０ば、Ｓ７０に
おいて電磁弁１６へフラップ制御デユーティ比を１００
％とする補正信号を出力し、バイパス弁１４を全開とす
る。従って電磁弁制御手段５０は本発明でいうバイパス
補正手段を兼ねていることとなる。

この結果、制御目標としてはフラップ２１を開いて排気
流速を遅くし、排気タービン１２０回転エネルギを減少
して過給圧の減少を図るか若しくは過給圧の過昇を防止
したいにもかかわらず、実際のフラップ２１の開度が小
さくなっていて上記制御が不可能な状態であることがわ
かる。このような状態は極めて危険であるから、代りに
バイパス弁１４の開度を増大して排気をバイパス通路１
３に流し排気タービン１２の回転エネルギを低減して過
給圧の過昇を防止する。

かかる状態を比較手段５２から警報制御手段５４に入力
しく　Ｓ　７１　）警報ランプ２８を作動させてフラッ
プ２１又はその制御手段に異常があることを警報する。

父上記実施例では、フラップ異常検出手段Ｋにおいて、
フラップが最小開度位置即ち所定ストローク位置にある
か否かを検出したが、フラップ２１のストローク量を検
出するストロークセンサを設けてもよい。この場合には
、第７図及び第８図に示すようにストロークセンサ３２
Ａの検出信号をストローク検出手段５１に入力し３８１
においてフラップの実際のストローク量Ｓｖを読み込ん
で比較手段５２に出力する。

比較手段５２では、基本燃料噴射パルス幅ＴＰと機関回
転速度Ｎとから予め割り込まれた第９図に示す如きマツ
プによりフラップの制御目標位置（ストローク量）Ｓｍ
を読み取り（Ｓ８２）、前記検出値ＳＶが制御目標位置
Ｓｍに対して許容範囲ＦＶ＜Ｆｔ−ｃ（但しＣは定数）
にあるか否かを比較判別する（　３．８３　）。その結
果実測値ＳＶが制御目標位置Ｓｍよりも許容範囲外にあ
ることかわかれば第４図に示す３６８へ進んでバイパス
弁の開度を増大し、許容範囲内にあれば３６９へ進んで
未だフラップが焼付等の異常を生じていないと判断する
。

その他の構成及び作用は第３図及び第４図と同様である
。

面この実施例では、フラップの制御目標位置ＳｍをＴＰ
とＮからメモリ５３のマツプで読み取る構成となってい
るが、これはフラップ制御デユーティ比設定手段４５か
ら出力されるフラップ制御目標位置信号ＦＬであっても
よい。この意味から、本実施例における噴射パルス演算
手段４３、回転速度検出手段４２．比較手段５２及びメ
モリ５３ばフラップ異常検出手段を構成するものである
。

上記２つの実施例によれば、比較手段５２に入力される
比較信号はフラップの位置（ストローク）を表す信号で
あるから同一状態量として直接比較可能であった。しか
しフラップの異常を検出するにはこのようにフラップ位
置を直接検出しなくとも、フラップの異常による排気タ
ービン１２上流の排気圧力Ｐｅ或いは過給圧力Ｐｓ等か
らでも判断できるものである。

そこで第９図及び第１０図によりフラップ位置を検出す
る代りに排気圧力を検出する例について説明する。

排圧センサ３１による排気タービン１２上流側の排気圧
力は排圧検出手段９１により排気圧力信号Ｐｅを読み出
され（３１０１）、これを比較手段９２に入力すると共
に、該比較手段９２に吸気量検出手段４１から出力され
る吸入空気量Ｑａ倍信号入力される。

該比較手段９２はメモリ９３に予め第１１図に示すよう
にマツプ化された吸入空気量Ｑａに対する許容排圧ヒ、
ｅｋを読み出しく３１０７）、該許容排圧値Ｐｅｋと検
出した排圧Ｐｅとを比較する（Ｓ１０３）。検出排圧Ｐ
ｅが許容排圧Ｐｅｋより高い時（Ｐ　ｅｋ＜　Ｐ　ｅ・
・・第１２図斜線領域）には異常と判断してバイパス弁
１４の開度を増大する（Ｓ７０）。従ってここでは吸気
量検出手段４１、排圧センサ３１、排圧検出手段９１、
比較手段９２及びメモリ９３がフラップ異常検出手段Ｋ
を構成することとなる。

第１２図に示すマツプにおいて説明すると、排気圧力Ｐ
ｅは吸入空気量Ｑａが増大すると増大し、またフラップ
２１の開度が減少すると増大する。図においてフラップ
閉時の排圧曲線ｍはフラップ開時の排圧曲線ｎに対して
排圧が大であり、この排圧が所定値より増大すると機関
のボンピングロス等による出力低下及び過給圧過昇によ
る機関破損等が発生し易いから、フラップ２１をβ線よ
り大吸入空気量Ｑａ側で全開して排気流速を低下させ、
タービン回転駆動のためのエネルギを減少してこれを防
止する。このフラップ全開によっても異常′ｉ＄ｌＩと
なるゾーンは、勿論バイパス弁側制御手段の通常の作動
によってバイパス弁開度が増大され排圧低下が図られる
が、フラップ閉時排圧が異常に増大する領域ではフラッ
プが故障或いは焼イ」を生じた結果であると判断して、
現在フラップ開度に合わせた開度が制御されているバイ
パス弁を強制的に開度増大して排圧低減を図るのである
。

このようにフラップの異常は、フラップ位置そのものか
らでなくとも機関の運転状態等の異常を検出することに
よっても検出できるものであり、開示した実施例に限る
ものではない。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明では、排気ターヒン入口流速を
増減するフラップと排気タービンをバイパスする通路に
介装したバイパス弁との双方を用いると共に、フラップ
の異常を検出してバイパス弁の開度増大を図ったので、
排気ターボチャーシャ付機関においてフラップが小開度
状態で固着した場合の排圧過昇を防止できる。これによ
り排気ターボチャージャの過回転による過給圧の過昇を
防止して、排気ターボチャージャ及び機関等の保護を図
ることができ、また出力低下を防止して燃費及び排気性
状の改善を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明の一
実施例を示す概略構成図、第３図は同上におけるコン！
へロールユニット３０の作動を示すブロック図、第４１
ｍｔ４：同シ＜コンＩ−ロールユニノ１−３０の作動を
示ずノ１コーチャー］・、第５図は第３図におけるメモ
リ４Ｇが記憶した′ＦＰとＮに対応する制御デユーティ
比を示すマツプ、第６図はメモリ４９が記憶したＴｌ）
とＮに対応する制御デユーティ比を示すマツプ、第７図
は第３図に示すコン１−ロールユニノ１−３０の変形態
様を示すブｌ：Ｉ　’＋ｚり図、第８図は同上のフロ−
チャート、第９図は第７図におけるメモリ５３が記憶し
た′「ＰとＮに対応するフラップ制御ストじｒ−り量Ｓ
ｍを示ずマツプ、第１０図は第３図に示すコントロール
ユニット３０の他の変形例を示すブロック図、第１１図
は同上のフローチャート、第１２図は第１０図のメモリ
９３が記憶したＰ　ｅとＱａとｐｅｌ＋との関係を示す
マツプである。 １・・・内燃機関　２・・吸気通路　３・・・エアフロ
ーメーク　４・・・排気ターボチャージャ　５・・・コ
ンプレッサ　６ａ・・・スロノトルセンザ８・・・回転
センサ　９・・・圧力センサ　１１・・・排気道１１８
１２・・・排気ターヒン　１３・・・バイパス通路１４
・・・バイパス弁　１５．２２・・・ダイヤフラム装置
１６、２３・・・電磁弁　２Ｉ・・・フラップ　３０・
・・コントロールユニット ロークスイッチ　３２Ａ・・ストロークセンサ５０・・
・電磁弁制御手段　ｉ・・・フラップ位置制御手段　ｊ
・・・バイパス弁制御手段　Ｋ・・・フラップ異常検出
手段 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　冨二雄 １′ ［′ 第８図 Ｓ６６の ＹＥＳより 【 第９図 フッツブ卿１賀ストローク璽Ｓｍ 第１２図　〜 尋 ａ 第１１図 −２００−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関運転状態検出手段と、排気ターボチャージャ
   の排気タービンへ供給する排気流速を制御するフラップ
   と、該フラップを機関運転状態に応じて位置制御するフ
   ラップ位置制御手段と、排気タービンをバイパスする通
   路に設けたバイパス弁と、該バイパス弁を開閉作動する
   バイパス弁制御手段と、前記フラップの異常検出手段と
   、該異常検出手段がフラップの異常を検出したときに、
   ノ＼イパス弁開度を増大するバイパス補正手段と、を備
   えたことを特徴とする排気ターボチャージャの過給圧制
   御装置。
2. （２）フラップ異常検出手段は、フラップの位置を検出
   する手段と、該手段の検出値と前記フラップ位置制御手
   段によるフラップ制御目標位置とを比較し両者の差が許
   容範囲外にあることを知る比較手段と、を備えて構成さ
   れたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の排
   気ターボチャージャの過給圧制御装置。
3. （３）フラップ異常検出手段は、排気タービン上流の排
   気圧力の異常を検出する手段であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の排気ターボチャージャの過
   給圧制御装置。