JPS61244832A

JPS61244832A - タ−ボチヤ−ジヤの過給圧制御装置

Info

Publication number: JPS61244832A
Application number: JP60087122A
Authority: JP
Inventors: Masahito Noguchi; 雅人野口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-04-23
Filing date: 1985-04-23
Publication date: 1986-10-31
Anticipated expiration: 2009-01-12
Also published as: JPH063142B2

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）本発明はターボチャーツヤの過給圧制御装置に関する。

（従来の技術）ターボチャージャは機関の排気エネルギで駆動される排
気タービンと、この＃スタービンにより回転させられ吸
気を過給する吸気コンプレッサがら構成され、内燃機関
の出力向上をはかるため、ターボチャージャにより吸気
を過給することは、既に従来から広（行なわれている。

ところで、排気タービンは機関の排気流量が増大すると
高速回転して、効率よく吸気コンプレッサを駆動するこ
とができるが、排気流量の少ない機関低負荷運転域など
では、過給効率が低下するのは避けられない。

そこで、排気タービンの入口部に排気流速を制御する制
御弁を設け、機関の運転状態に応じて制御弁の開度を増
減、つまり排気流量の少ない低負荷域で制御弁の開度を
絞って排気流速を高めることにより、排気タービンの回
転数が低下するのを防止し、比較的機関負荷の小さい領
域まで、効率よく過給することのできるようにした装置
が、例えば、米国特許明細書第２９４４７８６号などに
て提案された。

（発明が解決しようとする問題点）このような過給圧制御装置にあっては、フィードバック
制御域になると、実際の過給圧と目標過給圧との偏差が
なくなるようにフィードバック制御を行い、制御部材に
設定値からのずれがある場合を考慮するとともに制御精
度を確実なものにしている。このため、制御部材に起因
する設定値がらのずれが小さい場合にはフィードバック
制御開始時の偏差が小さいので、制御中に偏差は解消さ
れる。

ところが、設定値からのずれが所定値より大きい場合に
は、制御開始時の目標過給圧との偏差が大きく早期にこ
の偏差をＭ渭することができないこと、またフィードバ
ック制御域になる毎に同じことを繰り返すこと等から目
標とする過給圧に早期に到達させることが困難である。

このため、目標過給圧に至るまでに過給圧が低いと、出
力不足を招き、逆に高いと７ツキングの発生を招く可能
性がある。

この発明は、学習制御を採用して早期に目標過給圧に到
達することができるようにするとともに、学習制御でも
偏差を無くすことができない場合にはフィードパ、ツク
制御を停止することにより過給圧の誤制御を回避するこ
とができる装置を提供することを目的とする。

（問題、貞を解決するための手段）第１図はこの発明の構成を明示するための全体構成図で
ある。

３６は排気タービン、への排気流速を可変とする制御弁
、３７は該タービンをバイパスするバーイパス通路を開
閉する排気バイパス弁である。

３１は運転条件検出手段で、機関運転条件を検出する。

３３は制ａｍ演算手段で、検出された運転条件に応じて
制御弁３６．排気バイパス弁３７の制御量を演算する。

また、３２はコンプレッサ下流の過給圧を検出する過給
圧検出手段である。

３４はフィードバック制御手段で、この検出過給圧と目
標過給圧の偏差に応じて演算される補正量に基づき前記
制御量をフィードバック制御する。

３５は駆動制御手段で、フィードバック制御手段３４か
らの信号に基づき前記制御弁３６．排気バイパス弁３７
を駆動制御する。

３８は学習量演算手段で、前記補正量を学習量として演
算する。

フィードバック制御手段３４は学習制御手段としても機
能し、この学習量に基づき前記制御量を補正する。

３９はフィードバック制御停止手段で、学習量が所定値
を越えたときは制御弁のフィードバック制御を停止する
。

（作用）このように構成すると、制御部材にばらつきがあっても
、学習制御によりばらつき分が学習量として演算され、
この学習量にて補正された制御Ｉ量にてフィードバック
制御が開始されるので、改めてばらつき分をフィードバ
ック制御する必要がなく、このため、制御開始から偏差
は小さなものであり、早期に目標過給圧に到達すること
が可能となる。この結果、目標過給圧よりも低いことに
よる出力不足を解消するとともに、目標過給圧よりも高
いことによるノッキング発生を防止することができる。

また、学習量が所定値を越えたときは制御弁のフィード
バック制御が停止される。学習制御でも偏差を無くすこ
とができない場合とは、たとえば過給圧検出手段等に故
障があるときであり、こうした異常時にはフィードバッ
ク制御を停止することにより過給圧の誤制御が回避され
、フィードバック制御の信頼性を増大することができる
。

（実施例）第２図はこの発明の一実施例の概略構成図、第３図は同
じく排気タービン部の拡大断面図である。

同図において、１は機関本体、ＩＡはシリング、ＩＢは
ピストン、２は吸気通路、３は吸気を過給するためのタ
ーボチャージャで、吸気コンプレッサ４と排気タービン
１５が回転軸２９を介して同軸上に連結され、排気ター
ビン１５の回転により吸気コンプレッサ４を駆動する。

吸気コンプレッサ４の入口部４Ａに接続する上流側吸気
通路２Ａには、エアクリーナ５と吸入空気量を測定する
エア７０−メータ６が介装される。

また吸気コンプレッサ４の出口部４８１．［続する下流
側吸気通路２Ｂは、吸気絞弁８を介して吸気マニホール
ド２Ｃに接続する。

なお、機関の燃焼室１０には点火栓７が取付けられると
共に、吸気弁９を介して吸気マニホールド２Ｃからの混
合気が吸入される。絞り弁８を通過した吸入空気には、
燃料噴射弁１１から噴射される燃料が混合し、゛所定の
空燃比の混合気が機関に供給される。

１２は排気通路で、排気マニホールド１２Ａに排気ター
ビン１５の入口部１５Ａが接続されると共に、排気ター
ビン１５の入口部１５Ａと出口部１５Ｂとが、バイパス
通路１６で連通している。

バイパス通路１６には排気バイパス弁１７が介装され、
この排気バイパス弁１７の駆動８！構として、グイヤ７
ラム！装置１７ａが設けられる。

ダイヤフラム装置１７ａは、ダイヤフラム１７ｂで仕切
られた圧力室１７ｃに信号通路１８を介して、前記絞り
弁８の上流で吸気コンプレッサ４の下流の過給圧が導か
れ、過給圧が所定値以上に上昇するとリターンスプリン
グ１７ｄに抗してダイヤフラム１７ｂが移動し、リンケ
ージ１７ｅを介して弁体１７ｆが前記バイパス通路１６
を開くようになっており、このようにして排気バイパス
弁１７を開閉することにより、過給圧の最大値が所定値
を越えないように制御する。

排気タービン１５の入口部１５Ａには、排気が大のター
ビン流入速度を制御するための制御弁２０が備えられる
。

制御弁２０の開度を制御する駆動機構として、ダイヤフ
ラム装置２０ａが備えられ、このダイヤフラム装置２０
ａはダイヤフラム２０ｂで仕切られた圧力室２０ｃと大
気室２０ｄを有する。

圧力室２０ｃには信号通路１９により電磁弁２４を介し
て過給圧（正圧）が導かれる。ダイヤフラム２０ｂにロ
ッド２０］１を介して連結した制御ベーン２Ｏｆは、圧
力室２０ｃに導入される正圧が低いときは、ダイヤフラ
ム２０ｂがリターンスプリング２０ｅに押し戻されるの
で、図面の実線位置にあり、排気流を絞って流速を高め
るようにしているが、導入される正圧が上昇したときに
、ダイヤプラム２０ｂが変位して制御ベーン２０ｆを開
くようになっている。

このダイヤフラム装置２０ａに供給する過給圧を運転状
態に応じて制御するため、電磁弁２４を駆動する制御手
段２３が設けられる。

制御手段２３は、たとえばインターフェース、記憶装置
、中央演算ユニットからなるマイクロコンピュータ等に
て構成され、制御手段２３には前記エア７０−メータ６
、絞弁開度センサ２７、機関回転数センサ２５、吸気通
路２Ｂの過給圧センサ２６、機関冷却水温を検出する水
温センサ２８の検出信号が入力し、これらに基づいて機
関運転状態に応じた所定の過給圧が得られるように、前
記電磁弁２４の作動を制御する。

以上の機械的構成は従来例と同様であり、制御手段２３
にて行なわれる制御がこの発明の要部である。そこで、
従来例と同様の制御を先に説明する。

制御手段２３は第４図に示すように、制御弁２０の開度
をフィードバック制御する領域（Ｂ）を判別すると、排
気バイパス弁１７を全開に保持する一方、吸入空気量（
８！関負荷）、Ｉｆｉ関回転回転数給圧の検出値に基づ
き、過給圧が予め運転状態に応じて設定された目標値に
なるように、電磁弁２４を開閉して圧力室２０ｃに導入
する圧力を制御する。つまり、過給圧が目標値よりも低
くなれば、制御弁２０の開度を小さくして排気流速を高
め、排気タービン１５の回転数を上昇させて過給圧を上
げるし、逆に高くなれば制御弁２０を全開して排気流速
を下げ、過給圧を低下させるように修正する。

ただし、第４図のＭ　Ｒ（Ａ　）のように、排気流量が
それほど多くなく、過給圧が目標値に達しない運転状態
では、フィードバック制御は行わず、制御手段２３は制
御弁２０の開度を最小開度に保持し、低速域での過給圧
ができるだけ高くなるようにする。

これに対して領域（Ｃ）として示す機関の高速高負荷域
などでは、制御手段２３は制御弁２０を全開状態に保持
し、排気バイパス弁１７の開閉によｌ）過給圧を制御す
る。

すなわち、排気流量の絶対量が増大したときは、排気タ
ービン１５の回転数が落ちずに、過給圧は上限値に到達
してしまうが、この場合は、過給圧の上昇を検出して例
えば４００＋ｅｍＨｇ以上になると排気バイパス弁１７
が開き、排気ブスを排気タービン１５をバイパスして下
流に導く。このため、排気タービン１５に供給される排
気エネルギが減少して、タービン回転数が低下し、過給
圧が過大になるのを回避でき、ｆｉ１３１の損傷などを
未然に防止することができる。

第５図は機関連帖状態に対する電磁弁２４のデユーティ
値（所定の周波数でオンオフする時間比率）を表す定常
時のテーブルである。すなわち、そのときのＴｐに応じ
声デユーティ値により電磁弁２４が駆動され、この電磁
弁２４のデユーティ制御により制御弁２０が駆動される
。なお、Ｔｐは機関回転数と吸入空気量とからテーブル
ルックアップにて求められる基本噴射量であり、運転状
態を代表するものである。

たとえば、Ｔｐが小さいところでは、電磁弁２４に大き
なデユーティ値が出力され、通路２４ａを介して過給圧
を大気で希釈する割合が大きくなって制御弁２０が全閉
となり過給圧が速やかに上昇する。また、Ｔｐが大きく
なると、電磁弁２４に小さなデユーティ値が出力され、
過給圧を大気で希釈する割合が小さくなって制御弁２０
が全開となりターボチャージャの容量が大きく確保され
る。

従って、このテーブルは制御弁２０の制御の基礎となる
ものであり、このテーブルにて制御される制御弁開度と
実際の制御弁開度とが制御部材のばらつき等によりずれ
、このずれに伴って過給圧が目標過給圧から外れること
がある。

こうした目標過給圧からのずれはフィードバック制御に
より定常状態でも時間をかければ解消されるのであるが
、特に過渡時等にはフィードパγり制御ではずれを早期
に解消することが困難である。

この発明はこうしたずれを学習制御により解消するもの
である。すなわち、この例では学習量の演算を目標過給
圧からのずれが顕著となる過渡時に行う。

具体的に述べると、第６図（Ａ）、第６図（Ｂ）はそれ
ぞれＰ　＜　Ｐ　ｃ　＋　Ｐ　＞　Ｐ　ｃである場合の
補正値テーブルであり、ＩＰ−ＰＣＩは過給圧センサ２
７にて検出される実際の過給圧Ｐと予め設定される目標
過給圧Ｐｃとの偏差の絶対値を表す。なお、二の゛テー
ブルは制御装置２３の記憶装置に記憶されるものである
。

定値Ｃ＋　Ｐｃ２　（Ｃ２＞ＣＩ　）とを比較してＣ１
≦Ｉ　Ｐ−Ｐａｌ≦０２であるときに、このテーブルに
て補正係数を求め、この補正係数により第５図のテーブ
ルに示されるデユーティ値を補正する。

なお、１ｐ−Ｐｃ１．＜Ｃ１である場合はずれが小さい
ので補正を行う必要がなく、Ｃ２＜　Ｉ　Ｐ　−Ｐｃｌ
である場合は過給圧センサ等に故障があると考えられる
ので、補正を行わない。

この結果、補正されたデユーティ値のテーブルが出来上
がり、このテーブルは補正前のテーブルよりもＩｐ　　
Ｐａｌを小さくするものである。

次に、この補正されたデユーティ値は記憶装置に記憶さ
れ、この記憶されたデユーティ値のテーブルが次回のフ
ィードバック制御時に使用される。

すなわち、補正毎の補正量が積算されたものが学習量と
なり、この学習量により学習制御が行なわれるのである
。なお、ｌｐ−Ｐｃ１の値は加速、減速時に所定周期毎
（たとえば、Ｔｐの演算周期の１０回毎）に記憶する。

７めｔ−め−仮は制御１【−げζっ島や経鵠膏什等があ
り、制御弁２０が開き側にずれているものとすると、第
５図のデユーティ値ではＰはＰｃに達することができず
、出力不足を招くことが考えられる。しかし、ＰとＰｃ
との偏差に基づいて学習制御がなされると、改めて偏差
に基づくフィードバック制御をおこなうのではなく、学
習制御により増量補正されたデユーティ値が出力され、
制御弁２０が閉じ側に駆動された状態でフィードバック
制御が開始される。この結果、フィードバック制御の開
始から偏差は小さなものであり、早期に目標過給圧に到
達することが可能となり、目標過給圧よりも低いことに
よる出力不足を解消するとともに、目標過給圧よりも高
いことによるノッキング発生を防止することができる。

ところで、デユーティ値の学習制御を機関加速時あるい
は減速時を１回として一定回数繰り返すと、ＩＰ−Ｐｃ
ｌは小さくなりＩＰ　　Ｐａｌ＜Ｃ１となるはずあり、
この場合にはフィードバック制御を続ける。

しかし、一定冊数学習制御を繰り返しても、Ｃ！≦ＩＰ
−Ｐａｌとなる場合がある。たとえば、過給圧センサに
故障等があり、実際の過給圧は既にＰｃに到達している
のに、Ｐｃに到達していないとして信号を出力する場合
である。

このと島にも、ＰがＰｃに到達しないからとしてデユー
ティ値を増量し続けると、実際の過給圧がＰｃを越えて
しまい、機関に悪影響を与えてしまう。

そこで、こうした場合にはフィードバック制御を停止し
て制御弁２０を全開保持することにより、誤制御を回避
するのである。この結果、過給圧センサに故障等があっ
ても、過給圧が過大あるいは過小となることを防いで機
関保護と加速性の向上を達成することができる。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、排気タービンへの排気流
速を可変とする制御弁と、該タービンをバイパスするバ
イパス通路を開閉する排気バイパス弁と、８！関運転条
件を検出する運転条件検出手段と、該運転条件に応じて
制御弁、排気バイパス弁の制御量を演算する制御量演算
手段と、コンプレッサ下流の過給圧を検出する過給圧検
出手段と、この検出過給圧と目標過給圧の偏差に応じて
演算される補正量に基づき前記制御量をフィードバック
制御するフィードバック制御手段と、フィードバック制
御手段からの信号に基づき前記制御弁。

排気バイパス弁を駆動制御する駆動制御手段とを備える
ターボチャージ１ヤの過給圧制御装置において、前記補
正量を学習量として演算する学習量演算手段と、この学
習量に基づき前記制重量を補正する学習制御手段と、学
習量が所定値を越えたとさは制御弁のフィードバック制
御を停止するフィードバック制御停止手段とを設けたの
で、制御部材にばらつきや経時変化があったとしても、
早期に目標過給圧に到達させることが可能となり、過給
圧の変動を回避して機関運転性の向上と機関保護を図る
ことができ、さらに過給圧の誤制御を防止して制御の信
頼性を増大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を明示するための全体構成図で
ある。第２図は本発明の一実施例の概略構成図、１３図は同じ
く排気タービン部の拡大断面図、第４図はフィードバッ
ク制御頌域を示す説明図である。第５図は８！閃運転状態に対する電磁弁２４のデユーテ
ィ値（所定の周波数でオンオフする時間比率）のテーブ
ルを表す定常時の特性図、ｆＪＳＧ図（Ａ）。第６図（Ｂ）はそれぞれＰ　＜　Ｐｃ、Ｐ　＞　Ｐｃで
ある場合のＩＰ−Ｐａｌに対する補正値のテーブルを表
す特性図である。１・・・機関本体、２・・・吸気通路、３・・・ターボ
チャージャ、４・・・吸気コンプレッサ、６・・・エア
７０−メータ、８・・・吸気絞り弁、１０・・・燃焼室
、１２・・・排気通路、１５・・・排気タービン、１５
Ａ・・・入口部、１６・・・バイパス通路、１７・・・
排気バイパス弁、２０・・・制御弁、２０ａ・・・グイ
ヤ７ラム装置、２３・・・制御手段、２４・・・電磁弁
、２５・・・回転数センサ、２６・・・過給圧センサ、
２７・・・絞弁開度センサー、２８・・・冷却水温セン
サ１，３１・・・運転条件検出手段、３２・・・過給圧
検出手段、３３・・・制御量演算手段、３４・・・フィ
ードバック制御手段、３５・・・駆動制御手段、３６・
・・制御弁、３７・・・排気バイパス弁、３８・・・学
習量演算手段、３９・・・フィードバック制御停止手段
。特許出願人　日産自動車株式会社第５図

Claims

【特許請求の範囲】

排気タービンへの排気流速を可変とする制御弁と、該タ
ービンをバイパスするバイパス通路を開閉する排気バイ
パス弁と、機関運転条件を検出する運転条件検出手段と
、該運転条件に応じて制御弁、排気バイパス弁の制御量
を演算する制御量演算手段と、コンプレッサ下流の過給
圧を検出する過給圧検出手段と、この検出過給圧と目標
過給圧の偏差に応じて演算される補正量に基づき前記制
御量をフィードバック制御するフィードバック制御手段
と、フィードバック制御手段からの信号に基づき前記制
御弁、排気バイパス弁を駆動制御する駆動制御手段とを
備えるターボチャージャの過給圧制御装置において、前
記補正量を学習量として演算する学習量演算手段と、こ
の学習量に基づき前記制御量を補正する学習制御手段と
、学習量が所定値を越えたときは制御弁のフィードバッ
ク制御を停止するフィードバック制御停止手段とを設け
たことを特徴とするターボチャージャの過給圧制御装置
。