JPS61244831A - エンジンの過給圧制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、排気エネルギーを利用して過給を行なうター
ボ過給機を備えたエンジンの過給圧制御装置に関する。

（従来技術） 過給機付エンジンにふいて、燃焼性あるいは、装置の耐
久性等の面から、吸気圧が設定された最大値を越えない
ように過給圧を制御することは、従来から知られている
。特開昭５７−１４６０２３号公報には、過給圧を設定
最大過給圧以下に制御するようにしたエンジンにおいて
加速状態のとき上記最大過給圧を高くするように修正し
て、加速時の出力要求を満足させるようにした過給圧制
御装置が開示されている。この開示された装置では、排
気系にターボ過給機のタービンをバイパスするバイパス
通路を設けるとともに、該バイパス通路にウェストゲー
ト弁を設はバイパス通路での排気バイパス量を制御する
ことにより、過給圧を制御するようになっている。また
、過給機のコンプレッサ下流に過給気をＩＪ　ＩＪ−フ
する吸気ＩＪ　ＩＪ−フ弁を設け、この吸気リリーフ弁
を制御することにより過給圧を制御することも、従来、
知られている。

（解決すべき問題点） ところで、燃焼室でノッキング等の異常燃焼が生じた場
合には、該異常燃焼を解消すべく過給圧を低下させる必
要があるが、異常燃焼の解消に当っては、過給圧の低下
よりも吸気温度の低下の方がむしろ有効であるとともに
、出力性能の面から過給圧低下を極力抑えることが望ま
しい。従って、過給圧の変化に伴う吸気温度変化が著し
い状態で、過給圧を下げ異常燃焼を解消するのが有利で
あるが単位過給圧変化における吸気温度変化は、コンプ
レッサの断熱効率が高くなる程、大きくなる傾向を有す
るので、コンプレッサ断熱効率の高い状態で過給圧を制
御するようにすればよい。しかし、コンプレッサ断熱効
率は、コンプレッサを通過する吸気流量によって変化し
、流量が比較的少い領域では吸気リリーフによって断熱
効率を低下させることなく過給圧を制御することができ
るが、流量が所定量を越える領域では、吸気ＩＪ　ＩＪ
−フを行なうと断熱効率が低下するので、異常燃焼を有
効に解消することができない。一方、ウェストゲート弁
によって過給圧制御を行なう場合には、吸気の高流域で
は、コンプレッサ断熱効率の悪化を抑えることができる
が低流量域でコンプレッサ断熱効率が低下するという問
題がある。

（上記問題を解消するための手段） 本発明は、上記事情に鑑み、コンプレッサ断熱効率ので
きるだけ高い状態で過給圧制御を行なうことにより、過
給圧の低下、すなわち出力の低下を最小限に抑えつつ、
有効に異常燃焼を解消することができる過給圧制御装置
を提供することを目的としている。本発明の装置は排気
ガスエネルギによってタービンを駆動しこれにより該タ
ービンと連動するコンプレッサを駆動して吸気を過給す
るターボ過給機と、該ターボ過給機の下流側の吸気通路
に設けられ過給気をリリーフする吸気リリーフ弁と、前
記ターボ過給機のタービンをバイパスするように排気通
路に接続されるバイパス通路と、該バイパス通路への排
気ガスのバイパス量を制御するウェストゲート弁とを備
え、エンジンの異常燃焼が発生した場合の吸気流量が所
定量以下であるときには前記吸気リリーフ弁によって過
給圧が制御され、吸気流Ｉが前記所定量を越えるときに
はウェストゲート弁により過給圧が制御されるように構
成されたことを特徴とする。すなわち、本発明によれば
、異常燃焼が発生したときのコンプレッサを通過する吸
気流量が所定流量より少いときには吸気リリーフ弁によ
って異常燃焼を解消すべく、過給圧を低下させる制御が
行なわれる。

この吸気流量域では、吸気リリーフによって過給圧を低
下させると、コンプレッサ断熱効率は低下せずむしろ向
上する。この結果、吸気は圧力の低下の際に大きな吸気
温度降下を伴う。吸気流量が上記所定流量を越えると吸
気リリーフによる過給圧低下制御では、コンプレッサ断
熱効率は低下し始めるので、本発明では、このような領
域では、ウェストゲート弁による過給圧低下制御を行い
異常燃焼を解消するようにしている。従って、本発明で
は、常に大きな吸気温度低下を伴う高いコンプレッサ断
熱効率のもとで、過給圧低下制御を行うようになってい
る。

なお、異常燃焼が発生したことを検出するに当っては、
ノックセンサ、シリンダ内圧センサ、及びシリンダ内の
温度を検出する熱電対等を使用する手段が挙げられる。

（実施例の説明） 以下、図面を参照しつつ、本発明の１′実施例につき説
明する。

第１図を参照すれば、エンジンＥのシリンダ１の内部に
は、ピストン２が摺動自在に収容されており、ピストン
２の上方空間は、燃焼室３を構成する。燃焼室３には、
吸気ボート４及び排気ポート５が開口しており、これら
のポート４．５には、吸気通路６及び排気通路７が接続
されるとともに、吸気弁８、及び排気弁９がそれぞれ組
合わされる。

吸気通路６の上流端にはエアクリーナ１０が取付けられ
るとともに、その下流には、ターボ過給機１１のコンプ
レッサ１２が配設される。さらに、吸気通路６には、コ
ンプレッサ１２の下流にスロットル弁１３及びサージタ
ンク６ａが配置されるとともに、燃焼室３の近傍には、
燃料噴射弁１４が取付けられる。また、コンプレッサ１
２とスロットル弁１３との間には、吸気の一部をリリー
フするための１７１Ｊ−フ通路１５の取出部が接続され
ており、リリーフ通路１５には、吸気ＩＪ　ＩＪ−フ量
を制御するための吸気リリーフ弁１６が配設されている
。また、排気通路７には、ターボ過給機１１の排気ター
ビン１７が配置されるとともに、下流には消音器１８が
取付けられて排気系を構成する。さらに、排気通路７に
は、タービン１７をバイパス通路１９が接続されるとと
もに、該バイパス通路１９には、バイパス量を制御する
ためのウェストゲート弁２０が配置されている。本例の
過給機１１のタービン１７とコンプレッサ１２とは共通
軸２１で連結されており、タービンが排気ガスエネルギ
ーにより駆動されると、その駆動力が共通軸２１を介し
てコンプレッサ１２に伝達されこれにより、コンプレッ
サ１２が回転して吸気を過給するようになっている。さ
らに、本例では、エンジンの異常燃焼を検出するために
、シリンダ１にノックセンサ２２が取付けられている。

そして、過給圧の制御を行なうために、本例の装置は好
ましくは、マイクロコンピュータで構成されるコントロ
ーラ２３が設けられる。コントローラ２３には、エンジ
ン回転数を検出する回転数センサ２４、スロットル弁１
３下流の吸気圧力を検出する圧力センサ２５及びノック
センサ２２からの信号がそれぞれ入力される。コントロ
ーラ２３はこれらの信号を演算して、吸気リリーフ弁１
６及びウェストゲート弁２０に対し開度を制御する信号
を出力し、これによって、吸気リリーフ量及び排気バイ
パス量を制御するようになっている。そして本例では、
吸気ＩＪ　１１−フ量及び排気バイパス量を適宜制御す
ることにより、過給圧の制御を行うようになっている。

以下、異常燃焼が生じた場合の本例の過給圧制御の内容
について説明する。

第２図には、過給機１１のコンプレッサ１２の前後の圧
力比と、コンプレッサ１２を流通する吸気流量との関係
が線図によって示されている。第２図において、横方向
に延びる線Ａは、耐久性、燃焼性及び装置の信頼性の面
から設定された最大過給圧を表わすもので、過給機１１
は、圧力比が線Ａを越える領域では、稼働することがな
いように構成されている。また、線Ａと、図の左方にお
いて交差する線Ｂは、吸気リリーフ弁１６及びウェスト
ゲート弁２０の両方が全閉である場合の吸気流量と圧力
比の変化を示す特性曲線であり、この特性曲線Ｂの上方
領域は、サージング発生領域である。従って、過給機は
、図において、線Ａ１Ｂで区画される下方の領域におけ
る圧力比流量関係を有する状態で稼動することとなる。

そして、ノッキング等の異常燃焼は過給圧の高い線Ａ、
　Ｂの付近で過給機が稼動している場合に生じやすい。

また、第２図において、左方から右方に向って下降する
ように延びる実線Ｃの曲線群は、タービン１３の回転を
一定にした場合の圧力比と流量との関係を示す特性曲線
である。同様に、図の左方から右方に下降するように延
びる破線りの曲線群は、タービン１３を駆動する排気ガ
ス量を一定に保持した場合の圧力比流量関係を示す特性
曲線である。

さらに、図の右方から左方にかけて下降するように延び
る曲線群を構成する各曲線Ｅは、等コンプレッサ断熱効
率を示す特性曲線である。この特性曲線Ｅの分布からコ
ンプレッサ断熱効率は、過給機１１が第２図のほぼ中央
部の点ａの付近の圧力比流量関係を有するような状態で
稼動しているとき最も高く、過給機の稼動状態が点ａの
状態から流量増大方向あるいは減少方向に変化しても、
低下する傾向を有する。異常燃焼が生じた場合、断熱効
率が高い状態で過給圧を低下させると大きな吸気温度降
下を伴うので、効果的に異常燃焼を解消することができ
る。いまコンプレッサ１２の圧力比流量関係が比較的コ
ンプレッサ通過給機流Ｉの少い第２図の点すに位置する
状態で、過給機１１が稼動している場合において、ウェ
ストゲート弁２０を開き側に制御してバイパス債を増大
させ、これによって、過給圧を低下させるようにすると
、過給機１１の圧力比流量関係は第２図の矢印Ｆで示す
ように、各排気ガス流量特性曲線Ｂに直交するような方
向に変化する。従って、点すの状態におけるウェストゲ
ート弁２０による過給圧低下制御では、コンプレッサ断
熱効率の低下をもたらすことになる。一方、点すの状態
において、吸気リリーフ弁１６を開き一側に制御し、吸
気リリーフ量を増大させ、これによって、過給圧を低下
させるように制御すると、圧力比は、低下方向に向かう
がコンプレッサ通過吸気流量が増大するので、コンプレ
ッサの圧力比流量関係は、矢印Ｇで示すように断熱効率
が向上する方向に推移する。

しかし、この傾向は、コンプレッサ通過吸気流量が点ａ
の状態に対応する吸気流量Ｑ＋　を境に逆転する。従っ
て、たとえば、過給機の稼動状態が比較的吸気流量の多
い点Ｃの状態にあるときには、吸気＋７１Ｊ−フ弁１６
による過給圧低下制御を行なうと、コンプレッサの圧力
比流量関係は、矢印Ｈで示すようにコンプレッサ断熱効
率を低下させる方向に推移する。逆に、このとき、ウェ
ストゲート弁２０による過給圧制御を行なえば、圧力比
流量関係矢印■のように推移するので断熱効率の低下は
生じない。

本例の制御では、゛異常燃焼がノックセンサ２２により
検出されたとき、過給機の稼動状態が点ａで示す状態の
ときのコンプレッサ通過吸気流量Ｑ。

よりも少い流量域では、吸気リリーフ弁１６によって吸
気リリーフ量を制御して、過給圧制御を行ない、吸気流
量Ｑ１　を越えるような流量域では、ウェストゲート弁
２０による排気バイパス量制御によって過給圧制御を行
なうようにしている。そして、この場合、吸気リリーフ
弁１６の制御は、第３図に示すように異常燃焼が生じた
場合の過給圧の低下を最小限にとどめるために、吸気リ
リーフ弁１６の開度の上限値が流量の増大に応じて小さ
くなるようにするとともに、流量Ｑ１　を越える場合に
は、該弁１６を全閉状態にするようにしている。この結
果、本例の過給圧制御は、常にコンプレッサ断熱効率の
低下が生じないように行なわれることになり、従って、
過給低下を常に大きな吸気温度降下を伴って生じさせる
ことができる。

（発明の効果） 上記のように、本発明によれば、コンプレッサ通過吸気
量が所定量に達するまでは、吸気リリーフ弁により過給
圧を制御し、上記流量が所定量を越えるとウェストゲー
ト弁による制御を行うようになっている。このように本
発明では、両制御及びコンプレッサの特性を考慮して常
にコンプレッサ断熱効率を良好に維持しつつ過給圧制御
を行うので単位過給圧低下当たりの吸気温度降下を大き
くすることができ、従って、過給圧の低下を抑制しつつ
、有効に異常燃焼を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例に係る過給機付エンジンの
全体概略図、第２図は、本発明の１実施例に係る過給機
のコンプレッサの特性曲線図、第３図は、吸気リリーフ
弁の制御例を示すグラフである。 Ｅ・・・・・・エンジン、２・・・・・・ピストン、６
・・・・・・吸気通路、７・・・・・・排気通路、１１
・・・・・・過給機、１２・・・・・・コンプレッサ、
１３・・・・・・スロットル弁、１５・旧・・リリーフ
通路、１６・・・・・・吸気リリーフ弁、１７・・・・
・・タービン、２０・・・・・・ウェストゲート弁。 Ｅ−一一エソジ°ン　　　　　１２−−−コン７ル−ｌ
ブ２−−−ヒ１ストソ　　　　　３−−一人Ｏ・ントル
守６−−−ａＢ逃蓼シ　　　　１５−一−リリーフ幻シ
多奢７−−−ｉ令Ｊへυ艷＄％−１６−−−■Ｌ気リリ
ー２弁＋１−−−１色条番才薙　　　　　１７−−−　
ターヒ゛′ン２ｏ−−−ウェストイＬ）−セ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気ガスエネルギによってタービンを駆動しこれにより
   該タービンと連動するコンプレッサを駆動して吸気を過
   給するターボ過給機と、該ターボ過給機の下流側の吸気
   通路に設けられ過給気をリリーフする吸気リリーフ弁と
   、前記ターボ過給機のタービンをバイパスするように排
   気通路に接続されるバイパス通路と、該バイパス通路へ
   の排気ガスのバイパス量を制御するウェストゲート弁と
   を備え、エンジンの異常燃焼が発生した場合の吸気流量
   が所定量以下であるときには前記吸気リリーフ弁によっ
   て過給圧が制御され、吸気流量が前記所定量を越えると
   きにはウェストゲート弁により過給圧が制御されるよう
   に構成されたことを特徴とするエンジンの過給圧制御装
   置。