JPS6143220A - 排気タ−ボ過給機付エンジンの制御装置 - 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、吸気を過給するための排気ターボ過給機を備
えるとともに、該排気ターボ過給機のタービンへの排気
ガス導入通路の径をエンジン運転状態に応じて可変にす
る径可変手段を設けたエンジンに関するものである。

［従来技術］ 従来より、エンジン回転数や負荷等のエンジン運転状態
に応じてタービン」二流の排気通路の通路径を大小２段
に切替えるようにし、エンジンの低速運転時には上記通
路径を“小”側にセットし、排気ガスを絞り込んでター
ビンへの排気の流入速度を高め、タービンを高速回転さ
せることによって過給圧を早期に向上させ、低速域にお
けるエンジンの出力性能の向上を図るようにしたターボ
過給機付エンジンは公知である（実開昭５６−１６１１
３９号公報参照）。

かかる構造のエンジンでは、低速域においてタービン出
力の向上により過給効率を向上することかでき、それに
ともなって、エンジンの出力性能を向上することができ
る。

しかしながら、低速域においては、排気゛ガス導入通路
の径が小さく絞り込まれているため、エンジン回転数の
増大にともなってタービン上流側の排圧は急激に上昇す
る。この上うな排圧の上昇は内部Ｅ’ＧＲ量（燃焼室内
にそのまま残留する排気ガス１ｌｋ）の増加等エンジン
の燃焼性を阻害する大きな要因となる。

とりわけ、排気ガス導入通路の通路径が“小”から“大
”に切替えられると、通路径の拡大にともなって排圧は
段落的に低下するため、一時にエンジンの燃焼性が良好
化されることになり、この燃焼性の向上にともなってエ
ンジン出力性能が段階的に向上することになる。つまり
、エンジン出力性能は通路径の切替えの前後で連続的に
変化せず、不連続に変化し、切替えの前後でエンジン出
力に大きな差（トルクショック）が惹起されるといった
問題がある。

本願出願人は、かかる問題を解消すべく、エンジンの燃
焼状態を支配する燃焼状態制御手段のエンジン運転状態
に対する制御量の特性を、排気ガス導入通路の径の大小
に応じて変更する制御量変更手段を設け、タービンへの
排気ガス導入通路の径を”小”から“大”へ、或いは“
大”から“小”へ切替える前後において、所謂エンジン
セットを切替えるようにして、排圧変動に伴う燃焼状態
の変化にマツチしたエンジンセットを設定することによ
って、出力変動や異常燃焼等を有効に防止することがで
きるようにした過給機付エンジンの制御装置を昭和５９
年７月３１日付の特許出願において提案している。

ところで、上記のエンジンセットの変更と、エンジンの
燃焼状態を支配するタービン上流の排圧の変化との間に
は、ある時間的なずれが存在する。

いま、通路径が“小”から“大”に切替えられた場合を
考えると、通路径の拡大に伴って多量の排気ガスが一時
にタービンに流入するが、タービンはある慣性をもって
回転しているため、排気ガスの流入量の急増に追随でき
ない。このため、タービンの上流側で排気ガスの“ふん
づまり”状態が惹起されて、タービン上流の排圧は、一
時的に高い状態に維持される。かかる状態は、通路径を
切替えた直後のごく短時間に惹起されるに過ぎないが、
この間にエンジンセットを切替え、例えば、点火進角時
期を進角させると、タービン上流の排圧が高くなってい
るために、ノッキングを発生するといった問題がある。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上記のように、通路径の切替えに伴っ
て惹起されるトルクショックやノッキングを確実に防止
することにある。

［発明の構成コ このため、本発明は、吸気を過給するための排気ターボ
過給機を備えるとともに、該排気ターボ過給機のタービ
ンへの排気ガス導入通路の径をエンジン運転状態に応じ
て可変にする径可変手段を設けたエンジンにおいて、燃
焼状態を支配する燃焼状態制御手段のエンジン運転状態
に対する制御量の特性を上記径可変手段による径の大小
により変更する制御量変更手段を設ける一方、径の切替
えに対して制御量の特性の変更を若干遅延させるように
したことを特徴とする。

［発明の効果］ 本発明によれば、タービンへの排気ガス導入通路の通路
径の変更、とりわけ、通路径の“小”から“太”への切
替えに際して、その際のタービン上流の排圧の変化状態
に応じたエンジンセットの変更を行なうことができ、ノ
ッキング等の発生を確実に防止することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

第１図に示すように、エンジンｌは、吸気弁２゜排気弁
３によって夫々燃焼室４に対して開閉される吸気通路５
と排気通路６とにまたがって設置したターボ過給機７を
備えており、排気通路６を流下する排気ガスによってタ
ービン９が駆動されると、これに連動してブロア１０が
駆動され、ブロアｌＯによって昇圧した吸気を燃焼室４
に供給することによって、所謂吸気過給を行なうように
した基本構造を有している。

上記吸気通路５のブロアｌＯの上流側には、エアクリー
ナＩＩが設置され、その下流には、時々刻々の吸気量を
計量するエアフローメータ１２が介設されている。また
、吸気通路５のブロア１０の下流側には、エンジンｌの
負荷に応じて開閉されるスロットル弁１３が介設される
とともに、その下流には、燃料噴射弁１４が臨設されて
いる。

一方、排気通路６は、タービン９の排気導入口部におい
て、仕切壁１５によって低速用排気ガス導入通路１６と
高速用排気ガス導入通路１７とに仕切られていて、高速
用排気ガス導入通路１７の上流側は、本発明にいう径可
変手段としての切替バルブ■８によってオン、オフ的に
開閉されるようになっている。また、タービン９下流の
排気通路６には、触媒式排気ガス浄化装置Ｉ９が介設さ
れている。

上記低速用排気ガス導入通路１６には、タービン９をバ
イパスしてタービン９下流の排気通路６に排気ガスの一
部をバイパスさせるウェストゲート通路２０が開口され
ており、該通路２０をウェストゲートバルブ２１によっ
て開閉制御することにより、以下に説明するように、過
給圧が予め設定した最高過給圧を越えて高圧とならない
ように過給圧を制御する。

また、タービン９と触媒式排気ガス浄化装置１９との間
の排気通路６とスロットル弁Ｉ３下流の吸気通路５とは
、排気ガス還流通路（以下、単にＥＧＲ通路という。）
２２によって連通され、ＥＧＲ通路２２に介設した排気
ガス還流制御バルブ（以下、ＥＧＲバルブという。）２
３が開かれたときには、排気ガスの一部を吸気側に還流
させ、よく知られているように、不活性な還流排気ガス
によってエンジン１の最高燃＃温度の過度の上昇を抑制
してＮＯＸの発生を抑制する。

上記ウェストゲートバルブ２１．切替バルブ１８゜燃焼
室４に臨設した点火プラグ２４および燃料噴射弁１４等
のエンジンｌの燃焼性に直接１間接に関与するものにつ
いては、以下（こ詳述するように、車両に装備したコン
ピュータ２５によって制御を行なう。

このコンピュータ２５は、エアフローメータ１２゜によ
って検出される吸気量、回転数センサ２６によって検出
されるエンジン回転数、スロットル弁＋３下流の吸気通
路５に設置した圧力センサ２７によって検出される過給
圧およびタービン９下流の排気通路６に設置した圧力セ
ンサ２８によって検出される排圧を入力データとして、
以下の制御を実行する。

（イ）切替バルブ１８に対する制御 上記切替バルブ１８に対する制御は、第２図に示すよう
に、排気通路６のタービン９下流に設置した圧力センサ
２８＋−’って検出される排圧Ｐｅが予め設定した排圧
Ｐ　ｅｃ、ユ下では、切替バルブ１８を閉作動し、設定
排圧Ｐｅａを越えて上昇すると、切替バルブ１８を開作
動することにより行なう。

上記の設定排圧Ｐｅｏは、例えばスロットル弁工３が全
開で、エンジン回転数が３，０００ｒｐｍのときの排圧
に相当する２００ｉｍＨｇに設定する。

第１図に示すように、この切替バルブ１８を開閉作動す
る切替アクチュエータ２９は、切替バルブ１８を設置し
た部分（タービン９上流）の排圧を作動源とするダイヤ
フラム装置であって、排圧導入通路３０の途中に介設し
た電磁作動の開閉バルブよりなるコントロールバルブ３
１がコンピュータ２５からの開作動指令信号により開作
動されると、ダイヤフラム２９ａに一端が固定された作
動ロッド２９ｂをコイルスプリング２９ｃのバネ力に抗
して矢印Ａ方向に押し、適当なリンク機構３２を介して
連結された切替バルブ１８を開作動し、高速用排気ガス
導入通路１７を開く。つまり、設定排圧Ｐｅｏに達する
までは、エンジンｌの排気ガスは、専ら、低速用排気ガ
ス導入通路１６によって絞り込まれた状態でタービン９
に導入され（以下ではこの状態を通路径Ａ／Ｒ小の状態
という。）、設定排圧Ｐｅｏを越えて排圧Ｐｅが上昇す
ると、切替バルブ１８か高速用排気ガス導入通路１７を
開いて、以後、低速用、高速用の両方の排気ガス導入通
路１６．１７を通して排気ガスがタービン９に導入され
ることになり、全体の通路径が拡大されることになる（
以下では、この状態を通路径Ａ／Ｒ大の状態という）。

かかる切替バルブ１Ｂに対する制御に応じて、第３図に
実線Ｐｅで示すように、排圧Ｐｅは、低速域においてエ
ンジン回転数の増大とともに急速に上昇して比較的高い
排圧に達する。この状態は、切替バルブ１８を開いても
、前述した゛ふんづまり”現象によって比較的短時間で
はあるが、ある時間Δτだけ継続され、切替点ＳＰから
時間Δτだけ経過したときに一段階低下し、その後は、
その低下した排圧からエンジン回転数の増大に伴って再
び増加するといった変化特性を示す。なお、図中点線Ｐ
ｅ’は、切替バルブ１８を設けない場合（つまり、通路
径Ａ／Ｒ大の場合）の排圧上昇特性を示す。

また、通路径Ａ／Ｒを“大”から“小”へ、つまり高速
側から低速側に切替える場合には、“小”から“大”へ
切替え点ＳＰより上記時間Δτに見合って高速側に切替
え点ＳＰ′を設定し、高速側からこの切替え点ＳＰ’に
達した時点で切替バルブ１８を閉作動するようにするこ
とが好ましい。切替バルブ１８を閉じると、タービン９
上流の排圧は直ちに上昇し、低速側から高速側に切替え
る時の排圧上昇特性と同様の特性ラインに沿い、エンジ
ン回転数の低下に応じて低下する。

（ロ）過給圧の制御 過給圧の制御、特に最高過給圧の制御は、前述したウェ
ストゲートバルブ２１の開閉制御によって行なう。

このウェストゲートバルブ２Ｉに対しては、ブロアＸＯ
の吐出側に圧力取出口を有する過給圧導入通路３３によ
って導入される過給圧を作動源とするダイヤフラム装置
よりなるウェストゲート・アクチュエータ３４を設ける
とともに、過給圧導入通路３３の途中から分岐してブロ
アｌＯの上流側の吸気通路５に連通するリリーフ通路３
５を設（プ、このリリーフ通路３５を開閉する電磁作動
のコントロールバルブ３６を設ける。

コンピュータ２５は、吸気通路５下流に設置した圧力セ
ンサ２７によって検出される過給圧Ｐが、第３図に示す
ように、最高過給圧Ｐ　ｍａｘに達したときに、コント
ロールバルブ３６に開作動信号を出力してリリーフ通路
３５を開通させて過給圧をブロアｌＯの上流側にリリー
フさせる。その結果、ウェストゲート・アクチュエータ
３４には過給圧が作用しなくなり、それまで閉状態に保
持していたウェストゲートバルブ２１を開作動し、ター
ビン９をバイパスさせて排気ガスの一部をタービン９下
流に直接に導く。かかる制御の結果、最高過給圧Ｐ　ｗ
ａｘを越えて過給圧が上昇することのないように、過給
圧が制御される。

この場合、切替バルブ１８は低速域で閉じられているの
で、過給圧Ｐは低速域においても、エンジン回転数の増
大とともに早期に上昇して、切替バルブ１８の切替点Ｓ
Ｐより十分以前に最高過給圧Ｐ　ｍａｘに達するので、
低速域における過給の実を上げることができる。

なお、第３図には、参考のため、切替バルブ１８を設け
ない場合、つまり通路径Ａ／Ｒ大の場合の過給圧の上昇
特性を点線Ｐ゛で示す。

（ハ）進角量の制御 点火プラグ２４に対する点火進角制御は、基本的には、
第４図に示す制御特性によって行なう。

この点火進角制御の特徴は、第４図に示す如く、切替点
ｓｐ以前の低速域では、通路径Ａ／Ｒ大の場合の進角特
性Ｔθ°に比して、若干小さい傾きを有する進角特性Ｔ
θで制御することにある。これは、切替バルブ１８を設
けて低速域で排気ガス導入通路（１６，１７）の径を絞
った場合には、第３図で説明したように、排圧Ｐｅが高
くなるために、燃焼室４内における内圧が高くなってノ
ッキングが生じやすくなるので、進角量を抑えることに
より、ノッキングを防止するためである。

一方、切替点ＳＰからの上記時間へτに対応して、切替
点ＳＰからの切替期間Δｔの間は、残留排圧によるトル
クの低下を補償するため、点火進角度を切替点ＳＰと同
時に矢印■で示すよう一段大幅にアブブする。このアッ
プ量へＴθは、残留排圧が存在しないとした場合の切替
え時のアップ量Δ′Ｔθに比して適当に大きい量として
安全サイドに設定する。

そして、切替点ＳＰから所定の切替期間Δｔが経過した
ときには、矢印■で示すように、上記のアップ量ΔＴθ
より僅かに下げた進角度から、通路径Ａ／Ｒ小の場合の
傾きより大きい傾きの特性ラインＴ゛θにより、エンジ
ン回転数の増加に応じて点火進角量を増加する通常の進
角制御に移行する。

一方、点火進角セットを低速側（通路径Ａ／Ｒ／Ｊりに
切替える場合には、その場合の切替点ＳＰ′から進角量
を矢印■で示すように大幅にΔ″Ｔθだけ低下させる。

これは、切替バルブ１８を閉じた直後の排圧の急激な上
昇によってもたらされる燃焼性の悪化を補償するためで
ある。

そして、切替期間Δｔが経過した後は、矢印■で示すよ
うに、大幅に低下させた進角量をΔ“′Ｔθだけアップ
し、以後の点火進角量をエンジン回転数の低下に見合っ
て設定する。

（ニ）ＥＧＲ制御 ＥＧＲ制御によるＥＧＲ特性は、第５図に示す。

第５図に明らかように、ＥＧＲ量は、エンジン回転数と
負荷とに応じて可変制御されるが、切替点ｓｐ以前の低
速域（通路径Ａ／Ｒ小）では、切替点ＳＰ以降の高速域
（通路径Ａ／Ｒ大）に比して一段低いＥＧＲ特性に設定
されている。これは、タービン９上流の排圧が低速域で
早期に上昇すると、それだけ低速域における内部Ｅ’Ｇ
Ｒ量（即ち、燃焼室４から排出されずにそのまま残留す
る排気ガス量）が多くなるので、切替バルブ１８を設け
ていない通常の排圧時と同様のＥＧＲ制御を行なうと、
ＥＧＲの絶対量が過剰となってエンジン１の燃焼性が極
端に悪化するためである。

そして、低速域から高速域への切替点ＳＰに達すると、
その時点のＥＧＲ量に一時的に保持される。これは、上
記残留排圧の影響で急速には内部ＥＧＲ量が減少しない
ことを考慮したからである。

さらに、残留排圧の影響が実質的になくなる期間Δｔの
経過後、矢印■で示すように、ＥＧＲ量を一段アツブし
たＥＧＲ量を出発点とするＥＧＲ量制御に移行する。

一方、高速域から低速域への移行に際しては、その場合
の切替点ＳＰ′において、ＥＧＲＩＩを矢印■で示すよ
うに一段低下させ、期間Δｔの間は、その値に保持し、
低速域から高速域への切替点ＳＰを通過した時点で、低
速域におけるＥＧＲ量の可変制御に移行する。

なお、残留排圧の影響で、ノッキングの発生が惹起され
るおそれがある場合には、切替点ＳＰから切替期間Δｔ
の間、切替点ＳＰにおけるＥＧＲ量より一段ＥＧＲ量を
アップし、ノッキングの発生を未然に防止するようにす
ることが好ましい。

また、高速域から低速域への移行に際しては、タービン
９上流の排圧が急上昇することに伴って、内部ＥＧＲ量
が急増し、燃焼性が悪化することから、燃焼性を一時的
に補償すべく、ＥＧＲ量を、切替点ＳＰにおけるＥＧＲ
量よりもさらに低下させるようにしてもよい。

さらに、上記のような低速域、高速域における進角量や
ＥＧＲ量のセットの変更の遅れ時間Δｔは、必ずしも一
定にセットする必要はなく、第６図に示すように、単位
時間当りの通路径の切替作動回数の関数として、切替作
動回数が増えたときには、切替期間Δｔを漸減させるよ
うにしてもよい。

これは、例えば、切替領域付近での運転が継続され、切
替点ＳＰ、ＳＰ’を何回も横切るような運転モードでは
、その都度一定の遅れ時間で上記のセットを変更してい
たのでは、セットの変更が運転状態の変化に有効に応答
できなくなるおそれがあるからである。

なお、以上の実施例では、タービン９への排気ガス導入
通路を低速用、高速用の２つの排気ガス導入通路１６．
１７に分けて、高速用排気ガス導入通路１７を切替バル
ブ１８によって開閉することによって通路径を切替える
ようにしたが、本発明は、比較的小径の排気ガス導入通
路を有する低速用ターボ過給機と、比較的大径の排気ガ
ス導入通路を有する高速用ターボ過給機とを備え、低速
時においては低速用ターボ過給機を専用するようにし、
高速時には高速用ターボ過給機を専用するか両ターボ過
給機を併用するようにした型式のエンジンにも適用しう
ることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかるエンジンのシステム構
成図、第２図は切替バルブの開閉制御方式を示すグラフ
、第３図は過給圧の制御特性と排圧の変化特性の両方を
示すグラフ、第４図、第５図は、各々進角量、ＥＧＲ量
の制御方式を示すグラフ、第６図は、切替期間Δｔと切
替作動回数との関係を示すグラフである。 １・・・エンジン、５・・・吸気通路、６・・・排気通
路、７・・ターボ過給機、　　　　　　９・・・タービ
ン、ｌＯ・・・ブロア、　　　　　　　　１４・・・燃
料噴射弁、１６．１７・・低速用、高速用排気ガス導入
通路、１８・・・切替バルブ、　　　２３・・・ＥＧＲ
バルブ、２４・・・点火プラグ、　　　　２５・・・コ
ンピュータ。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社代　理　人　弁
理士　青白　葆ほか２名第３図 第５図 第４図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気を過給するための排気ターボ過給機を備える
   とともに、該排気ターボ過給機のタービンへの排気ガス
   導入通路の径をエンジン運転状態に応じて可変にする径
   可変手段を設けたエンジンにおいて、 燃焼状態を支配する燃焼状態制御手段のエンジン運転状
   態に対する制御量の特性を上記径可変手段による径の大
   小により変更する制御量変更手段を設ける一方、径の切
   替えに対して制御量の特性の変更を若干遅延させるよう
   にしたことを特徴とする排気ターボ過給機付エンジンの
   制御装置。