JPS6275039A - 可変容量過給機付内燃機関 - 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］ 本発明は排気容量に応じて排気流速を可変させる過給機
を有する可変容量過給機付内燃機関に係り、特に可変容
量過給機の異常を検知し、その異常に対処できる可変容
量過給機付内燃機関に関する。

［従来の技術１ 近来の内燃機関においては、機関の高出力化、高効率化
及び応答性の向上を図るためにタービンノズル面積を変
化させることで、排気流速及び排気圧力を制御する可変
容量過給機が開発される一方、その可変容量過給機を良
好に駆動制御する駆動装置が提供されている。可変容量
過給機としては、第９図に示すようにタービンハウジン
グ９に回転自在なタービン７６を設けると共に、そのタ
ービン７６に排気を案内する複数の可動ノズルベーン７
７を回動自在に設ける一方、上記タービン７６と同軸上
に、且つタービンハウジング９に回転自在な制御リング
７８を設け、その制御リング７８の内周面に上記ノズル
ベーン７７に一体的な制御レバ７９の自由端を係合させ
て構成したものが知られている。このような可変容量過
給機の駆動装置としては、第１０図に示す本出願人の先
の提案（実開昭５９−７０３３号公報）がある。この提
案は、第１０図に示すように、上記制御リング７８を回
動するレバ部材８０に連結された出力ロット８１の自由
端にリンクロッド８２を連結し、そのリンクロッド８２
の自由端の不等分位置に同一ストローラの二つのアクチ
ュエータ８３を連結して駆動装置を構成している。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の如く、可変容量過給機は、いずれか一方、または
両方のアクチュエータ８３を伸縮させることにより、制
御リング７８を回動させ、タービン７６と可動ノズルベ
ーン７７とが成すノズルスロート面積を可変させるもの
で、機関の回転数及び負荷に基づいて過給圧特性を可変
させるものである。

第１１図は、可変容量過給機の回転数−過給圧特性及び
排気温度特性を示す。図において二点鎖線ａは、コンプ
レッサハウジング、ラバーホース等の耐圧限界を示し、
実線すはターボ過回転限界に対する過給圧特性、実線Ｃ
は排気温度限界に相当する過給圧特性を示すもので、可
変容量過給機の損傷を防止して過給効率を最大限に利用
できるのは、排気温度特性を越えず、且つターボ許容回
転数を越ええない領域である。従って一点鎖線りで示す
理想回転数−過給特性を得ることができる。

ところが、厳正なる品質管理の後に提供される可変容量
過給機も、その駆動装置が使用段階でゴミや砂等の噛み
込み物の侵入や、衝撃、振動等によって作動不能になる
場合が考えられる。例えば第１１図に示すようなｄ−（
１位置のいずれかで、駆動装置が故障した場合、破線で
示すように過給圧値は異常上昇を続け、ついには耐圧限
界を越してコンプレッサを破壊させる問題を残している
。

その例としてｅ位置で故障が生じたとすると、回転数を
基準としてＮ＞Ｎ３のときはターボ回転数が限界値を越
え、Ｎ＞Ｎ２のときは、過給機とインタクーラを結ぶラ
バーホース等が耐圧限界を越えて共に破壊に至り、Ｎ＜
Ｎｌのときは排気温度限界を越えるため、機関及び可変
容量過給機は危険運転に陥ることになる。この他異常低
過給圧値を示すような場合にも（ｇ位置）上記問題は発
生するため安全性、信頼性上、早急な対処が望まれてい
る。

従来、上記の問題点に対して過給機付エンジンの燃料の
異常過給圧防止装置（特開昭５６−１２４６４５号公報
）が提案されているが、可変容量過給機のように各回転
数に応じて適正な過給圧限界を有するものには適用でき
るものではなかった。

［発明の目的］ 本発明は、上記問題を解消するために創案されたもので
、本発明の目的は可変容量過給機の異常を検知すると共
に、その異常による機関及び過給機の破壊を防止できる
可変容量過給機付内燃機関を提供するにある。

［発明の概要］ 本発明は上記問題を達成するために、可変容量過給機を
有する内燃機関に過給圧検出手段、燃料カット手段及び
表示手段を設けると共に、内燃機関の回転数−過給圧特
性が記憶され前記検出手段の検出値が前記特性に対して
異常なときに前記燃料カット手段及び表示手段を作動す
る制御器を設け、上記異常時に可変容量過給機の過回転
を抑え機関及び過給機の破壊を防止し、安全性、信頼性
を向上させようとするものである。

［実施例］ 以下に、本発明の可変容量過給機付内燃機関について添
付図面にもとづいて説明する。

第１図に示ず１は内燃機関、２は可変容量過給機（ター
ボ）、３は可変容量過給機２の駆動装置、４は吸気マニ
ホールド、５は排気マニホールドである。

また、上記可変容量過給機２及びその駆動装置３につい
ては、第９図、第１０図にて説明した従来例と同様なの
で、詳細については省略する。

先ず構成の概略を説明する。

内燃機関１に可変容量過給機２を設けるにあたっては、
可変容量過給機２のコンプレッサハウジング８の流出部
に吸気マニホールド４が接続され、タービンハウジング
９の流入部に排気マニホールド５が接続される。１０は
吸気導入管、１２はマフラ１１を有する排気マニホール
ド本体である。

また駆動装置３には、電磁弁１３により切り換えられる
エアホース１５が接続されると共に、そのエアホース１
５はエア供給源としてのエアタンク１６に接続されてい
る。

１８は内燃機関１に設けられて、機関の回転数と負荷と
に応じて、所望する量の燃料油を機関に給配づ−る燃料
供給装置であり、この燃料供給装置１８には、ブースト
コンベンセータ１９が設（プられている。ブーストコン
ペンセータ１９は、過給圧の増加に応じて、上記供給装
置のコントロールラック（図示せず）を燃料の増量方向
へ作動するもので、過給圧を失うことにより、燃料の減
量方向に（燃料カットを含む）作動させるものである。

さて、本発明の可変容量過給機付内燃機関の特長とする
ところは、可変容量過給機２の異常、すなわち、上記過
給機２の駆動装置３の作動不良によって、機関回転数に
対して異常上昇する過給圧を検知すると共に、その異常
時に上記ブーストコンベンセータ１９を燃料の減量方向
に作動することにある。

そのため、表示手段として警告灯２０．警報ブザ−２１
が設けられると共に、その表示手段と上記ブーストコン
ペンセータ１９を制御する制御器２２が設けられる。

制御器２２には、機関正常時の回転数−過給圧特性を記
憶した第２図に示す過給圧マツプ２５が組み込まれてい
る。図示されるように過給圧マツプ２５は機関回転数−
過給圧特性を記憶したもので、機関回転数Ｎに基づいて
、上限の異常高過給圧領域を示すＮＧＩ領域工と、下限
の異常低過給圧領域を示すＮＧ２Ｇ２領域機形成して、
それらＮＧＩ　、ＮＧ２領域１．］Ｉを除く領域を正常
運転領域、即ちＯＫ領域■としている。

このような過給圧マツプ２５は、可変容量過給機２を有
する内燃機関１の正常の運転時、即ち上記駆動装Ｗ３の
正常作動時の計測のもとに特性図化されたものであり、
ＮＧ１Ｇ１領域機関回転数に基づく過給圧値から、ＮＧ
２Ｇ２領域機関回転数に基づく過給圧特性と排気温度特
性とから１ｑることかできる。

さらに、制御器２２には、機関の回転数センサ、過給圧
検出手段であるブーストセンサ２７、負荷センサ及び水
温センサの各出力端が接続される。

本実施例にあって、回転数センサは内燃側１の出力系フ
ライホイール等に、負荷センサは燃料供給装置１８のコ
ントロールラック等に、水温センサは例えばシリンダボ
ディのジャケット管路等に設けられる。ブーストセンサ
２７は、コンプレッサ８から上流側の吸気系に、本実施
例にあっては、上記ブーストコンペンセータ１９と吸気
マニホールド４とを結ぶブーストホース２８に設けられ
る。

具体的には、上記ブーストホース２８に十字継手２９を
介設させ、そのホース２８との継手部を除く他の継手部
にブーストセンサ２７、ブーストメータ３０とが各々接
続される。一方、十字継手２９とブーストコンペンセー
タ１９との間のブーストホース２８には、大気開放ポジ
ションを有する三方電磁弁３１が介設されており、この
電磁弁３１は上記制御器２２により切換え制御される。

即ち、この電磁弁３１を大気開放ポジションに切換える
ことにより、ブーストホース２８内の過給圧はゼロとな
り、コンロールラックを燃料の減量方向に作動するもの
である。したがって、本実施例にあってはブーストコン
ベンセータ１９と三方電磁弁３１とが主に燃￥３１カッ
ト手段を構成する。

ゆえに、検出回転数に基づいて検出過給圧値がＮＧ２Ｇ
２領域機ると、制御器２２が判断した場合には、検出過
給圧値がその検出回転数に基づく理想過給圧値に対して
異常低過給圧値であることを示し、排気温度が異常上昇
していることがわかる。また制御器２２が検出回転数に
基づいて検出過給圧値がＮＧ領域■にあると判断した場
合には、検出過給圧値がその検出回転数に基づく理想過
給圧値に対して異常高過給圧値であることがわかる。

ゆえにこれらから可変容量過給８！２の駆動装置３に上
記従来例で説明した如くトラブルを生じていることがわ
かる。そのため制御器２２は異常検出と同時に上記ブー
ストホース２８の電磁弁３１を大気開放ポジションに切
り換えて、ブーストコンベンセータ１９への過給圧をな
くして、コントロールラックを燃料の減量方向に作動さ
せる一方、警告灯（ウオーニングランプ）２０及び警報
ブザ−２１による制■を行ない可変容量過給機２及び−
１〇− 内燃機関１の破壊防止を行なうものである。

次に、本発明の実施例の作用について第３図に示すフロ
ーチャート図に基づいて説明する。

内燃機関１が、始動されると制御器２２は、スタート３
２を開始し、上記過給圧マツプ２５の読み込み３３を行
なって、回転数センサによる機関回転数Ｎｅ検出３４、
負荷センサによる負荷ｌｅ検出３５、ブーストセンサ２
７による過給圧ＰＢ検出３６、水温センサによる冷却水
温ＴＷ検出３７を実行して、それら各検出値に基づいて
機関運転状態を演算し、駆動装置制御３８を実行する。

次に、制御器２２は、その開度制御が内燃機関１及び可
変容量過給機２に対して適正に作動されているか否かを
判定する。即ち、検出した機関回転数Ｎｅと検出した過
給圧ＰＢとを上記過給圧マツプ２５に対照させて、その
マツプ２５のどの領域で運転されているかを判定する領
域判断３９がなされる。この判定により、運転領域がＮ
ＧＩ領域■である場合には、そのＮＧＩ領域■での経過
時間Ｔがｏ、５ｓｅｃ以上か、即ち経過時間Ｔ≧０．５
ｓｅａかの判断４０がなされる。このときＹＥＳ４１で
あれば、制御器２２は異常高過給圧発生と判定して電磁
弁３１を０Ｎ４２１．、警告灯２０を０Ｎ４３にし、Ｎ
Ｏ４９であれば回転数Ｎｅ検出３４ヘリターンする。ゆ
えに、ブーストコンペンセータ１９に加えられる過給圧
の減少に応じて、燃料供給装置１８のコントロールラッ
クは燃料の減量方向に作動される。その後、過給圧Ｔ８
　を検出４４して過給圧ＴＢが燃料油の減量によって低
下したかどうか、即ち過給圧ＴＢ　がＮＧＩ領域■より
低いかの判断４５がなされる。このときＹＦＳ４６であ
れば、駆動装置３にトラブルが発生、ターボ過給機がま
だ危険状態にあると制御器２２が判定し、警報ブザ−２
１ＯＮ４７をおこない、ドライバに“異常″を警告する
。これはゼロブーストとなっても高速側でのターボがオ
ーバランするケースがありうるためのものである。Ｎ０
４８であれば安全と判断して再び過給圧ＴＢ　検出４４
ヘリターンする。

制御器２２が運転領域をＮＧ２領域■にあると判定した
場合には、そのＮＧ２領域■での経過時間Ｔと負荷が全
負荷の８０％以上であるかの計測及び演算がなされる。

即ち、検出負荷Ｌｅが全負荷の８０％以上か、６ｓｅｃ
≦経過時間Ｔかの判断５０が行なわれ、ＹＥＳ５１であ
る場合は、駆動装置３にトラブルがあると制御器２２が
判定し電磁弁３１ＯＮ５２Ｌ、警告灯２０を０Ｎ５３Ｌ
、ドライバに“異常″を警告する。判断５０がＮ０５４
であれば、異常なしとして再び回転数Ｎｅ検出３３ヘリ
ターンする。

運転領域がＯＫ領域■と、制御器２２が判定した場合に
は、正常運転時にあり、電磁弁３１ＯＦＦ５４し、ブー
ストコンベンセータ１９が過給圧に応じて適正に制御さ
れる。

このフローチャートを繰り返すことによって可変容量過
給機２の駆動装置３の異常がドライバに警告されると共
に、燃料を減少させて可変容量過給機２のオーバランに
よるバーストや、機関破壊を未然に防止でき、安全性、
信頼性を向上できることになる。

次に本発明の他の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第４図は要部詳細図であり、上記実施例で説明した内燃
側１の可変容醋過給１！２、駆動装置３は省略されてい
る。

図示されるように、吸気マニホールド４のエルボ管１４
又はブーストホースに上記十字継手２９が接続され、他
の三つの継手部には各々ブーストセンサ２７、ブースト
メータ３０及びメクラ用のプラグ１７が接続されている
。また、この実施例においては、燃料供給装置１８は電
気的に燃料供給量を制御するように構成されており、そ
のため電子ガバナ制御器２２ａが設けられている。この
電子ガバナ制御器２２ａには、上記回転センサ、負荷セ
ンサ、水温センサ、ブーストセンサ２７の出力端が接続
されており、機関回転数Ｎ０１機関負荷１ｅ、水ＩＴＷ
、ブースト圧ＰＢ　が入力される。また、電子ガバナ制
御器２２ａの出力部は、上記燃料供給装置１８の燃料制
御系（図示せず）に接続されると共に警告灯２０、警報
ブザー２１が接続されている。さらに上記ガバナ制御器
２２ａは、可変容量過給機２の駆動装置３と吸気ボート
４内に分岐して形成されたバイパスポート（図示せず）
を開閉してスワール強度を制御する第２制御器５５に、
検出した機関回転数Ｎｅ及び機関負荷１ｅを出力するよ
うに構成されている。

さて、上記制御器２２に替えて設けられた電子ガバナ制
御器２２ａには、上述の過給圧マツプ２５と共に、燃料
油温マツプ５６、第１、第２燃料油量制御マツプ５７．
５８が組み込まれる。

第５図に示す燃料油温マツ１５６は、外気温度の変化に
よって燃料油の膨張度合が変化するための補正マツプで
ある。即ち、補正燃料特性０＋ｔは機関回転数Ｎｅ１過
給圧ｐａ　に応じて制御される燃料供給特性Ｑｔｏを検
出した燃料温度ＴＦ　　に応じて、次の関係にて補正さ
れる。ｋｉは比例定数である。

Ｑ　ｉｔ＝　Ｑ　ｉｏ　−ｋｉ　（２０−ＴＦ　　）但
し、ＴＦ＜−２０、ＴＦ　　＞２０の時はＴＦ　　＝２
０゜ＴＦ＝−２０のいずれかを代入しＱｉｔを求める。

第６図は第１燃料油量制御マツプ５７であり、この場合
、機関回転数Ｎｅに基づく検出過給圧ＰＢにより、その
検出過給圧値に基づいて燃料供給ＩＱを制御することを
示す。第７図は第２燃料油量制御マツプ５８であり、上
記過給圧マツプ２５にて゛異常″が検知された際に、上
記電子ガバナ制御器２２ａが第１燃料油量マツプ５７に
よる制御を中止し、第２燃料油量制御マツプ５８による
制御を行なう。即ち、第２燃料油量制御マツプ５８は、
機関回転数Ｎｅに基づいて燃料供給量Ｑを減少させる制
御を行ない、このマツプであれば決してターボがオーバ
ランすることのないように内燃機関１、可変容量過給機
２の保護を図った緊急マツプである。

以下、他の実施例の作用を第８図に示すフローチャート
図にて説明する。

内燃機関１が始動されると、電子ガバナ制御器２２ａは
スタート５９を開始し、上記過給圧マツプ２５と第１燃
料油量制御マツプ５７のマツプ読み込み６０を行なう。

その後、制御器２２ａは上記回転数センサにより機関の
回転数Ｎｅ検出６１、負荷センサによる負荷Ｌｅ検出６
２、ブーストセンサ２７による過給圧Ｐ８検出６３、水
温センサによる水温７ｗ検出６４を行ない、それら各検
出値に基づいて機関運転状態を演算し、その演算結−果
に基づいて駆動装置制ｍ６’５を行なう。次に電子ガバ
ナ制御器２２ａは、その開度制御が°゛正常″が゛′異
常″がの判定を行なう。即ち、検出した機関回転数Ｎｅ
と過給圧ＰＢ　とを上記過給圧マツプ２５に対照させ、
その過給圧マツプ２５のどの領域での運転かを判定する
。即ち、領域判断６６がなされる。この判定により、運
転領域がＮＧ１領域工である場合には、そのＮＧＩ領域
■での経過時間Ｔ≧０．５ｓｅｃかの判断６７がなされ
、ＹＥＳ６８であれば電子ガバナ制御器２２ａは、異常
高過給圧であると判定して、第１燃料油量制御マツプ５
７をキャンセル６９し、その後、第２燃料油量制御マツ
プ５８を読み込み７０し、その第２燃料油量制御マツプ
５８に基づいて燃料の減量制御と、同時に警告灯２０を
０Ｎ７１にする。Ｎ。

７２であれば再び回転数Ｎｅ検出６１にリターンする。

領域判断６６がＮＧ２領域■であると判定した場合には
、そのＮＧ２領域■での経過時間Ｔと負荷が全負荷に対
して８０％以上かの計測及び演算がなされる。即ち、検
出負荷１−ｅが全負荷の８０％以上か、且つ６ｓｅｃ≦
経過時間Ｔかの判断７３が行なわれ、ＹＥＳ７４である
場合には、第１燃料油量制御マツプ５７のキャンセル６
９を行なうライン６８にジャンプする。Ｎ０７５である
場合には再び回転数Ｎｅ検出６１にリターンする。領域
判断６６がＯＫ領域■である場合には、正常運転である
と判定し、第１燃料油量制御マツプ５７による燃料供給
制御０７６を継続する。

ゆえに、他の実施例においても電子ガバナ制御器２２ａ
によって内燃機関１及び可変容量過給機２の破壊を防止
し、安全性、信頼性を向上できることになる。

尚、フローチャートでは説明していないが、燃料油温マ
ツ１５６により第１燃料油曇制御マツプ５７は補正をう
ける。また、第１実施例においてコントロールラックを
燃ＩＩ油の減量方向に作動させる説明をしたが、燃料を
カットして内燃機関を停止させても良い。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように本発明の可変容量
過給機付内燃機関によれば次のごとき優れた効果を発揮
できる。

可変容量過給機を有する内燃機関に、過給圧検出手段で
あるブーストセンサを設Ｇノると共に、回転数−過給圧
特性が記憶されてその記憶値に対してブーストセンサの
検出値が異常であるときに、警告灯、警報ブザーにて表
示し、燃料供給装置を燃料の減量方向に作動させる制御
器を設けたので、内燃機関及び可変容量過給機の異常時
のバックアップができるので、安定性、信頼性を向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の可変容量過給機付内燃機関を示す概略
図、第２図は制御器に組み込まれて回転数−過給圧特性
を示す図、第３図は本発明の可変容量過給機付内燃機関
の制御内容を示すフローチャー１・図、第４図は他の実
施例を示す図、第５図乃至第７図は制御器としての電子
ガバナ制御器に組み込まれ機関の回転数−燃料供給量を
示す図、第８図は伯の実施例の制御内容を示すフローチ
ャート図、第９図は可変容量過給機の一例を示す図、第
１０図は可変容量過給機の駆動装置を示す図、第１１図
は可変容量過給機の特性図である。 図中、１は内燃機関、２は可変容量過給機、３は駆動装
置、４は吸気マニホールド、５は排気マニホールド、８
は燃料供給装置、２０は警告灯、２１は警報ブザ−，２
２は制御器、２７は過給圧検出手段であるブーストセン
サ、２９は十字継手、３１は三方電磁弁である。 特許出願人　　いすず自動車株式会社 代理人弁理士　絹　　谷　　信　　雄 Ｌ叙勢−〇 〜筒嘴ｒ 手続？ｍ正書（方式） 昭和６１年２月４日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示　　　特願昭６０−２１４５７９号２、
発明の名称　　　可変容量過給機付内燃機関３、補正を
する者 事件との関係　　　　　特許出願人 （０１７）いすず自動車株式会社 ４、代理人 郵便番号　１０５ 東京都港区愛宕１丁目６番７号 愛宕山弁護士ビル ５、補正命令の日付 昭和６１年１月２８日　（発送日） ６、補正の対象 図　　面 ７、補正の内容 （１）別紙のごとく適正な図面を提出する。（但し、内
容を変更せず） ８、添付書類の目録

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可変容量過給機を有する内燃機関に過給圧検出手段、燃
   料カット手段及び表示手段を設けると共に、内燃機関の
   回転数−過給圧特性が記憶され前記検出手段の検出値が
   前記特性に対して異常なときに前記燃料カット手段及び
   表示手段を作動する制御器を設けたことを特徴とする可
   変容量過給機付内燃機関。