JPS6034752Y2 - タ−ボチヤ−ジヤ付内燃機関の過給圧力制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はターボチャージャ付内燃機関の過給圧力制御装
置に関する。

従来より排気ターボチャージャは排気タービンを迂回す
るバイパス通路と、バイパス通路の開閉制御を行なうウ
ェストゲート弁と、ウェストゲート弁ヲ駆動制御するダ
イアフラム式アクチュエータとを具備し、過給圧をダイ
アフラム式アクチュエータのダイアプラム室に導びいて
過給圧が所定圧力以上になったときに排気ガスの一部を
バイパス通路内に流入せしめ、それによって過給圧が予
め設定された圧力以上にならないようにしている。

このように過給圧を予め定められた圧力以上にならない
ようにするのはノッキングの発生を阻止するためである
がノッキングは吸入空気の湿度が高くなるにつれて発生
しにくくなり、従って吸入空気の湿度が高いときには最
大過給圧を大きくして出力トルクを増大させることが望
まれる。

本考案は吸入空気の湿度が大きくなるに従って最大過給
圧を増大せしめるようにした過給圧力制御装置を提供す
ることにある。

以下、添附図面を参照して本考案を詳細に説明する。

第１図を参照すると、１は機関本体、２は吸気マニホル
ド、３はスロットル弁、４は排気マニホルド、５は排気
ターボチャージャを夫々示し、この排気ターボチャージ
ャ５は排気タービン６と吸気コンプレッサ７から構成さ
れる。

吸気コンプレッサ７の空気流入口８は吸気ダクト９、例
えば気化器からなる燃料供給装置１０並びにエアクリー
ナ１１を介して大気に連結され、吸気コンプレッサ７の
空気吐出室１２は吸気ダクト１３を介して吸気マニホル
ド２に連結される。

一方、排気タービン６の排気流入室１４は排気マニホル
ド４に連結され、排気タービン６の排気流出口１５は排
気管１６に連結される。

排気タービン６は排気マニホルド４と排気管１６とを連
結するバイパス管１７と、このバイパス管１７の流路断
面積を制御するウェストゲート弁１８とを具備する。

ウェストゲート弁１８はダイアフラム１９によって隔離
されたダイアフラム室２０と大気圧室２１とを具備し、
大気圧室２１内にはダイアフラム押圧用圧縮ばね２２が
挿入される。

一方、バイパス管１７の内部に延びる弁ロッド２３がダ
イアフラム１９に連結され、この弁ロッド２３の先端部
にバイパス管１７の入口ポート２４の流路断面積を制御
する弁体２５が取付けられる。

ウェストゲート弁１８はダイアフラム室２０に加わる圧
力によって開弁制御され、ダイアフラム室２０に加わる
圧力は電磁切換弁２６によって制御される。

電磁切換弁２６は弁室２７内に配置されかつ圧縮ばね２
８によってばね付勢された可動弁体２９と、可動弁体２
９の上端面に対設された大気連通ポート３０と、可動弁
体２９の下端面に対設された圧力ポート３１と、可動弁
体吸引用ソレノイド３２とを具備し、圧力ポート３１は
負圧導管３３を介してスロットル弁３後流の吸気マニホ
ルド２内に接続される。

一方、弁室２７は導管３４を介してダイアプラム室２０
に接続され、ソレノイド３２は電子制御ユニット３５に
接続される。

エアクリーナ１１下流の吸気通路３６内には温度センサ
３８と湿度センサ３９が、吸気マニホルド２内には圧力
センサ３７が夫々設けられ、これらの各センサ３７゜３
８．３９は電子制御ユニット３５に接続される。

第２図に電子制御ユニット３５の回路図を示す。

第２図を参照すると、電子制御ユニット３５はディジタ
ルコンピュータからなり、各種の演算処理を行なうマイ
クロプロセッサ（ＭＰＵ） ４０、ランダムアクセスメ
モリ（ＲＡＭ）４ Ｌ制御プログラム、演算定数等が予
め格納されているリードオンリメモリ（ＲＯＭ）４２、
入力ポート４３並びに出力ポート４４が双方向バス４５
を介して互に連結されている。

更に、電子制御ユニット３５内には各種のクロック信号
を発生するクロック発生器４６が設けられる。

第２図に示されるように圧力センサ３７、温度センサ３
８並びに湿度センサ３９は夫々対応するバッファ増巾器
４７．４８．４９並びにＡＤ変換器５０，５１．５２を
介して入力ポート４３に接続される。

圧力センサ３７は吸気マニホルド２内の圧力に比例した
出力電圧を発生し、この電圧が心変換器５０において対
応する２進数に変換されてこの２進数が入力ポート４３
並びにバス４５を介してＭＰＵ ４０に読み込まれる。

温度センサ３８は吸気通路３６内の吸入空気温度に比例
した出力電圧を発生し、この電圧がＡＤ変換器５１にお
いて対応する２進数に変換されてこの２進数が入力ポー
ト４３並びにバス４５を介してＭＰＵ４Ｑに読み込まれ
る。

湿度センサ３９は吸気通路３６の吸入空気中の水分量を
検出してこの水分量に比例した出力電圧を発生し、この
電圧が心変換器５２において対応する２進数に変換され
てこの２進数が入力ポート４３並びにバス４５を介して
ＭＰＵ４Ｑに読み込まれる。

出力ポート４４は電磁切換弁２６を作動するためのデー
タを出力するために設けられており、この出力ポート４
４には２進数のデータがＭＰＵ ４０からバス４５を介
して書き込まれる。

出力ポート４４の各出力端子はダウンカウンタ５３の対
応する各入力端子に接続されている。

このダウンカウンタ５３はＭＰＵ４Ｑから書き込まれた
２進数のデータをそれに対応する時間の長さに変換する
ために設けられており、このダウンカウンタ５３は出力
ポート４４から送り込まれたデータのダウンカウントを
クロック発生器４６のクロック信号によって開始し、カ
ウント値がＯになるとカウントを完了して出力端子にカ
ウント完了信号を発生する。

Ｓ−Ｒフリップフロップ５４のリセット入力端子Ｒはダ
ウンカウンタ５３の出力端子に接続され、Ｓ−Ｒフリッ
プフロップ５４のセット入力端子Ｓはクロック発生器４
６に接続される。

このＳ−Ｒフリップフロップ５４はクロック発生器４６
のクロック信号によりダウンカウント開始と同時にセッ
トされ、ダウンカウント完了時にダウンカウンタ５３の
カウンタ完了信号によってリセットされる。

従ってＳ−Ｒフリップフロップ５４の出力端子Ｑはダウ
ンカウントが行なわれている間高レベルとなる。

Ｓ−Ｒフリップフロップ５４の出力端子Ｑは電力増巾回
路５５を介して電磁切換弁２６のソレノイド３２に接続
されており、従ってダウンカウントが行なわれている間
ソレノイド３２が付勢される。

ソレノイド３２が付勢されると可動弁体２９が圧縮ばね
２８に抗して上昇して大気連通ポート３０を閉鎖すると
共に圧力ポート３１を開口する。

一方、ソレノイド３２が消勢されると可動弁体２９が下
降して第１図に示すように大気連通ポート３０を開口す
ると共に圧力ポート３１を閉鎖する。

従って吸気マニホルド２内に正圧が生じているとすると
ウェストゲート弁１８のダイアフラム室２０に加わる圧
力は可動弁体２９が大気連通ポート３０を閉鎖している
時間が短かいほど、即ちＳ−Ｒフリップフロップ５４の
出力端子に発生するパルスのデユーティ比が小さいほど
大きくなる。

機関運転時、吸気ダクト９内の混合気は吸気コンプレッ
サ７により昇圧され、次いでこの昇圧された混合気は吸
気ダクト１３並びに吸気マニホルド２を介して機関シリ
ンダ内に供給される。

一方、排気マニホルド４内に排出された排気ガスは排気
タービン６に回転力を与えた後大気に排出される。

後述するように吸気マニホルド２内の圧力、即ち過給圧
が予め設定された設定圧力よりも高くなると弁体２５が
入口ポート２４を開口して排気ガスの一部をバイパス管
１７を介して排気管１６内に排出する。

その結果排気タービン６の回転数が低下するために過給
圧が設定圧力まで低下する。

空気の絶対湿度Ｘは空気中の水分の重量（ｋｇ／Ｒ）と
かわき空気の重量（ｋｇ／ｄ）との比で表わされる。

一方、かわき空気の重量（ｋｏ／ｉ）ＧはＧ＝１．２７
・ ２７３ ・」ヒで求められる。

なおここ２７３＋ｔ ７６０ でｔは吸気温を示し、Ｐは吸気圧を示す。

従って吸気圧Ｐがほぼ大気圧であるとすると吸気温ｔと
空気中の水分の重量から絶対湿度が求められる。

第３図は絶対湿度Ｘと最適な過給圧Ｐｏ（ｍｍＨｙ）と
の関係を示しており、この関係は関数の形で或いはデー
タテーブルの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。

第３図かられかるように最適な過給圧Ｐは絶対湿度Ｘが
大きくなるにつれて上昇する。

次いで第４図を参照して電子制御ユニット３５の作動に
ついて説明する。

まず始めにステップ６０において温度センサ３８の出力
信号により空気の重量Ｇ ＝ １．２７・皿がＭＰＵ４
Ｑにおいて計算２７３＋ ｔ される。

次いでステップ６１においてこの空気の重量と湿度セン
サ３９の出力信号からＭＰＵ４Ｑにおいて絶対湿度Ｘが
計算される。

次いでステップ６２ではステップ６１において求められ
た絶対湿度Ｘと第３図に示すＲＯＭ４２に記憶された関
数から最適過給ＥＥＰＯを計算する。

次いでステップ６３において圧力センサ３７の出力信号
より求められた現在の過給圧Ｐが最適過給圧Ｐｏよりも
小さくないか否かが判別され、現在の過給圧Ｐが最適過
給ＩＥＰＯよりも小さくない場合にはステップ６４にお
いてソレノイド駆動パルス発生時間Ｔに予め定められた
一定値αを加算してその加算結果をパルス発生時間Ｔと
する。

一方、ステップ６３において現在の過給圧Ｐが最適過給
ＩＥＰＯよりも小さいと判別されたときはステップ６５
においてパルス発生時間Ｔから一定値αを減算してその
減算結果をパルス発生時間Ｔとする。

ステップ６４或いはステップ６５で求められたパルス発
生時間Ｔは２進数のデータの形で出力ポート４４に書き
込まれ、このパルス発生時間Ｔに対応した時間だけソレ
ノイド３２が付勢される。

上述したように現在の過給圧Ｐが最適過給圧ＰＯよりも
小さくない場合にはパルス発生時間Ｔが長くなるのでダ
イアフラム室２０内の圧力は高くなる。

その結果、ダイアフラム１９が圧縮ばね２２に抗して左
方に移動するので入口ポート２４の流路断面積が大きく
なる。

従ってバイパス管１７内を流れる排気ガス量が増大する
ので過給圧は小さくなる。

一方、現在の過給圧Ｐが最適過給圧Ｐｏよりも小さくな
ると逆にパルス発生時間Ｔが短かくなるのでダイアフラ
ム室２０内の圧力が低くなって入口ポート２４の流路断
面積が小さくなる。

従ってパルス管１７内を流れる排気ガス量が減少するの
で過給圧が大きくなる。

このようにして過給圧が予め定められた過給圧に一致せ
しめられる。

本考案によれば吸入空気の絶対湿度が大きくなるにつれ
て過給圧を上昇させることができ、斯くして機関出力ト
ルクを向上することができると共に燃料消費率を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る内燃機関を図解的に示した全体図
、第２図は電子制御ユニットのフローチャート、第３図
は絶対湿度と最適な過給圧との関係を示す図、第４図は
電子制御ユニットの作動を示すフローチャートである。 ２・・・・・・吸気マニホルド、４・・・・・・排気マ
ニホルド、５・・・・・・排気ターボチャージャ、１３
・・・・・・吸気ダクト、１７・・・・・・バイパス管
、１８・・・・・・ウェストゲート弁、２６・・・・・
・電磁切換弁 ３５・・・・・・電子制御ユニット、 ３９・・・・・・湿度センサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ターボチャージャの排気タービンを迂回するバイパス通
   路内に該バイパス通路の流路断面積を制御するダイアフ
   ラム式ウェストゲート弁を設け、該ウェストゲート弁の
   ダイアプラム室をターボチャージャ吸気コンプレッサ下
   流の吸気通路に連結した内燃機関において、上記ウェス
   トゲート弁ダイアフラム室とターボチャージャ吸気コン
   プレッサ下流の吸気通路とを連結する導管内に大気に連
   通可能な切換弁を設け、更に吸気通路内に吸入空気の湿
   度を検出する湿度検出装置を設けて該湿度検出装置の出
   力信号により該切換弁を制御し、それによって湿度が高
   くなるにつれて最大過給圧が大きくなるようにバイパス
   通路の流路断面積を制御するようにしたターボチャージ
   ャ付内燃機関の過給圧力制御装置。