JPH0256490B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の排気エネルギを利用して吸
気を過給するターボチヤージヤの過給圧制御装置
に関する。

（従来技術） ターボチヤージヤは排気エネルギにより排気タ
ービンを駆動し、この排気タービンと連動する吸
気コンプレツサで吸気を内燃機関に過給するもの
であり、吸気充填効率が向上し、この分燃料噴射
量も増量できるため出力向上に多いに寄与するこ
とが知られている。

しかし、過給圧が過大になると内燃機関の熱負
荷が増大して、機関の損傷若しくは破損に至る危
険性が生じる。

そこで、従来から過給圧の過昇を防止する種々
の対策が講じられており、その１つに例えば米国
特許第2944786号明細書にみられる排気流速制御
装置がある。

これはターボチヤージヤの排気入口部に制御弁
を設け、制御弁の開度を調整することにより排気
タービンに流入する排気入口流速を制御して排気
タービンの過回転を防止し、もつてタービンと直
結したコンプレツサによる過給圧力の上限を規制
する。他方、機関低負荷時など排気エネルギが減
少するときは、排気入口面積を絞ることにより排
気流速を高め、排気タービンの回転低下を防いで
当該領域の過給圧向上を図つている。

また、一方では排気タービンの上流と下流を接
続するバイパス通路を設け、このバイパス通路に
コンプレツサ下流の過給圧が設定値以上になると
開弁するバイパス弁を設け、コンプレツサ下流の
過給圧が所定値以上に上昇しようとしたときに、
排気エネルギをバイパス通路を介して外部へ放出
し、排気タービンの過回転を抑制して過給圧の過
昇を防止するものも知られている。

ところで、過給圧に応じて排気流速をコントロ
ールする制御弁は、排気エネルギが増大する全開
出力時などに流速が上限値に到達すると、それ以
上は制御不能となるため、上限に到達する前に排
気エネルギを外部に放出するバイパス弁も欠くこ
とはできない。

そこで、本出願人は、ターボチヤージヤの排気
タービンへの排気流速を制御する制御弁と、ター
ビンをバイパスする通路に設けたバイパス弁とに
より、ターボチヤージヤのコンプレツサの下流吸
気路の過給圧が所定値になるように常にフイード
バツク制御する装置を、特願昭59−32677号とし
て提案している。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、機関全開付近で過給圧がバイパ
ス弁の開弁圧以上になつてバイパス通路を開く
と、これにより瞬時過給圧が低下するため、こん
どは制御弁が閉じて過給圧を設定値まで上昇さ
せ、このようにしてバイパス弁と制御弁が激しく
開閉を繰り返し、いわゆるハンチング現象を生じ
る。

この結果、過給圧変動によるノツキングや息付
等の運転性の悪化、バイパス弁、および制御弁の
摩耗、劣化等が発生したすいという問題があつ
た。

本発明はこのよう問題を解決することを目的と
する。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、第１図に示すように内燃機関
の排気エネルギを利用して吸気を過給するターボ
チヤージヤ３の排気タービン１５上流及び下流の
排気通路１２を連通するバイパス通路１６を設
け、このバイパス通路に吸気コンプレツサ４下流
過給圧の過昇時に開くバイパス弁１７を介装する
と共に、排気タービン１５への排気入口部に制御
弁２０を設け、制御弁２０の開度に応じて排気流
速を制御するようにしたターボチヤージヤの過給
圧制御装置において、コンプレツサ４下流の過給
圧を検出する圧力センサ２６と、圧力センサ２６
の信号に基づいて過給圧が所定値になるように上
記制御弁の開度をフイードバツク制御する手段３
０と、上記バイパス弁１７が開弁する機関の高速
高負荷域で上記フイードバツクを停止し制御弁２
０を全開状態に保持する手段３１とを備えた。

（作用） したがつて、機関高速高負荷域でバイパス弁１
７の開弁時に、制御弁２０の過給圧にもとづいて
のフイードバツク制御が一時的に中止され、制御
弁２０は全開状態に保持されるため、バイパス弁
１７と制御弁２０の不安定な挙動が防止され、過
給圧の変動を抑制することができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第２図、第３図において、１は機関本体、２は
吸気通路、３はターボチヤージヤで、コンプレツ
サ４とタービン１５が駆動軸３０で直結される。

コンプレツサ４の上流側吸気通路２Ａにはエア
クリーナ５、エアフローメータ６を介装し、その
下流にコンプレツサ４の入口部４Ａを接続する。

コンプレツサ４の出口部４Ｂには下流側吸気通
路２Ｂを接続し、絞り弁８、吸気マニホールド２
Ｃ、吸気弁９を介して機関本体１の燃焼室１０に
過給空気が供給される。

１１は燃料噴射弁で、吸気マニホールド２Ｃに
取付けてある。１２は排気通路で、排気マニホー
ルド１２Ａにタービン１５の入口部１５Ａが接続
される。タービン１５の出口部１５Ｂには下流側
排気通路１２Ｃが連結され、さらにタービン１５
の入口部１５Ａと下流側排気通路１２Ｃとがバイ
パス通路１６で連通しており、バイパス弁１７に
よりバイパス通路１６を通る排気を開閉制御す
る。バイパス弁１７は信号通路１８を介して導か
れる絞り弁８の上流側の過給圧に応動するダイヤ
フラム１７ｂにより制御される、 ２０は制御弁で、タービン１５の入口部１５Ａ
すなわち排気スクロール入口部に設けられ、ター
ビン１５へ流入する排気流速を制御する。制御弁
２０は信号通路１９を介して導かれる制御圧に応
動するダイヤフラム２０ｂによつて制御され、制
御圧が設定値（350mmHgが適当で、バイパス弁１
７の開弁圧400mmHgより低く設定する）以上にな
ると初期開度から開弁し、タービン１５への排気
流速を低下するようにする。

第３図はタービン１５の入口部１５Ａに設けた
バイパス弁１７および制御弁２０の具体的な構成
を示す。

バイパス弁１７の圧力室１７Ｃに信号通路１８
を介して設定過給圧以上の圧力が作用すると、ダ
イヤフラム１７ｂと一体動するロツド１７ｄが右
方へバネ１７ａに抗して押され、レバー１７ｅが
支点１７ｇを中心にして時計方向に回り、弁体１
７ｆがバイパス通路１６を開く。また、制御弁２
０の圧力室２０Ｃに信号通路１９を介して導かれ
る制御圧が設定圧以上になると、ダイヤフラム２
０ｂと一体動するロツド２０ｄが左方へバネ２０
ａに抗して押され、レバー２０ｅが軸２０ｇを時
計方向に回して、弁体２０ｆが入口部１５Ａの開
口面積を増大させる。

制御弁２０はバイパス弁１７より低い過給圧で
開方向に作動を開始するので、機関高出力時など
過給圧が上限に近づく際に、背圧（排気圧力）を
低減しかつタービン１５及びコンプレツサ４の回
転を早期に低下させることができ、駆動軸３０の
軸受３０ａ等の耐久性が改善できる。

この制御弁２０の最大開口面積はバイパス弁１
７の最大開口面積より大きいので、運転状態に応
じて背圧及び過給圧の制御が適切に行なえ、すな
わち、機関低負荷域では排気流速を高めて過給効
率の低下を防ぎ、高負荷域では排気流速を低下さ
せて背圧上昇と過給圧の過昇を防止することがで
きる。

制御弁２０の圧力室２０Ｃに作用する圧力は制
御回路（コンピユータ）２３によつて作動する三
方電磁弁２４を介して制御される。三方電磁弁２
４は、コンピユータ２３からの所定周波数のパル
ス信号に基づいて制御される電流値または通電時
間（デユーテイ）により、大気の希釈量を変え
て、制御弁２０の開弁量を制御する。コンピユー
タ２３はエアタローメータ６、機関回転センサ２
５、絞り弁開度センサ２７の出力にもとづき、下
流側吸気通路２Ｂの圧力センサ２６で検出される
過給圧が、コンピユータ２３のメモリに記憶した
目標値と一致するように制御弁２０の開度をフイ
ードバツク制御する。そして、コンピユータ２３
は、エアフローメータ６の出力あるいは燃料噴射
弁１１に出力する燃料噴射パルス幅（例えば機関
１回転当りの吸気量信号Tp）等にもとづいて、
機関負荷信号が設定高負荷値を越えると制御弁２
０のフイードバツク制御を停止し、制御弁２０を
略全開状態に保持する。２８はブラケツト、２９
はキースイツチである。

具体的には、制御弁２０の作動域は、第５図の
ようになつている。

ここで、領域Ａでは制御弁２０、バイパス弁１
７のいずれもが作動せず、Ｂで制御弁２０の開度
が増し、Ｃでは制御弁２０が略全開に保持される
とともに、バイパス弁１７が開く。

このような制御弁２０の制御動作を第４図に示
す。過給圧Ｐが設定値（350mmHg）以下のとき
は、制御弁２０の開度をコントロールする電磁弁
２４の駆動信号（パルス）を全閉デユーテイ、つ
まりＤ＝Doを出力してフイードバツク制御を中
止し、電磁弁２４を全閉することにより、制御圧
を最小値にして制御弁２０を初期開度に保持させ
る（第５図のＡ領域）。

次にＰ＞350mmHgのときは、Ｐと目標過給圧
Pcとを比較する。

Ｐ−Pc＞Co（ただしCoは例えば10mmHg）のと
きで、かつＰ＞400mmHgのときは、全開デユーテ
イＤ＝Dmaxとしてフイードバツク制御を中止し
こんどは制御弁２０を最大開度に保つように電磁
弁２４を全開させる（第５図のＣ領域）。

また、Ｐ−Pc＞Coで、かつＰ＜400mmHgのと
きは、機関１回転だけこの条件を満足してもすぐ
にはフイードバツクによる補正を行なわず、所定
時間例えば機関がC3（C3＝５）回転以上したとき
に、フイードバツク補正分Δd（初期値＝０）を１
％だけ減じてΔd＝Δd−１として、基準パルス幅
Ｄに加え、Ｄ＝Ｄ＋Δdを出力する。

逆にＰ−Pc≦Coで、かつPc−Ｐ＞Coのとき
は、同様にして、所定時間（C3）経過後にΔdを
１％だけ増してΔd＋１を加えたＤ＋Δdを出力す
るのである。

なお、｜Ｐ−Pc｜≦Coのときは、フイードバツ
ク制御による補正を行なわない不感体を設け、制
御の安定性をはかつてる。

この不感体では瞬時｜Ｐ−Pc｜＞Coとなつて
も、フイードバツク補正を行なわず、上記のよう
に、所定時間C3以上となつて始めて、補正が行
なわれる。

次に全体的な作用を説明する。

機関本体１の燃焼室１０から排気マニホールド
１２Ａへ排出された排気はタービン１５の入口部
１５Ａに入り、タービン１５を回転させた後、出
口部１５Ｂから下流側排気通路１２Ｃへ流れる。
この排気タービン１５の回転により駆動軸１６で
直結したコンプレツサ４を回転させる。コンプレ
ツサ４の回転によつて吸入空気は、エアクリーナ
５、エアフローメータ６、上流側吸気通路２Ａを
経てコプレツサ４の入口部４Ａに流入し、かつ圧
縮され、出口部４Ｂへ圧送される。圧送された過
給空気は下流側吸気通路２Ｂを通り、絞り弁で流
量調整されて吸気マニホールド２Ｃ、吸気弁９を
介して機関本体１の燃焼室１０へ入る。この過給
空気は燃料噴射弁１１からの燃料と混合し、点火
栓７により燃焼室１０内で燃焼する。この燃料供
給量はエアフローメータ６、機関回転センサ２
５、O₂センサ２７等の信号に基づいてコンピユ
ータ２３で所定の空燃比が得られるように演算さ
れる。機関回転が上昇し、排気流量が増大すると
タービン１５の回転が上昇するが、これに伴つて
コンプレサ４も高回転するので下流側吸気通路２
Ｂへ過給空気が多量に入り、下流側吸気通路２
Ｂ、吸気マニホールド２Ｃ内の過給圧が上昇す
る。

この過給圧力が制御弁２０の開弁設定圧（例え
ば350mmHg）以上に上昇したときは、コンピユー
タ２３を介して制御される制御圧により制御弁２
０は圧縮コイルバネ２０ａに抗して開度を増加
し、タービン１５への排気流速を遅くするように
通路面積を大きくする。

そのため、タービン１５の回転上昇は制限さ
れ、コンプレツサ４による過給のしすぎを回避す
ると共に、排気通路１２の背圧を低下させる。そ
のため、制御弁２０により過給圧力の低減と背圧
の低減が早期に図れ、ターボチヤージヤ３の軸受
１６Ａの耐久性やノツキングの発生の防止など、
機関排気量に応じた適正な過給が行なわれる。

一方機関が高速高負荷運転した場合（または制
御弁２０が故障や焼付きを生じた場合）機関排気
量が多量となるため制御弁２０が最大開度になつ
てもタービン１５が高速回転し、コンプレツサ４
を高回転駆動するので過給圧力が上限値を越えて
過大になる。

この過程においてバイパス弁１７は設定開弁圧
（例えば400mmHg）以上で圧縮コイルバネ１７ａ
に抗して押し開き、タービン１５の上流排気通路
１２ａの排気をバイパス通路１６を介して下流排
気通路１２Ｃへと流す。その結果、タービン１５
及びコンプレツサ４の過回転を抑制して過給圧を
制限し、ノツキングの発生や機関の損傷を防止す
る。

ところで、このように機関高速高負荷域でバイ
パス弁１７の開弁時に、制御弁２０に対するフイ
ードバツク制御が一時的に停止され、制御弁２０
は全開状態に保持される。

したがつて、バイパス弁１７が開いて排気がバ
イパスされることにより排気タービン１５の駆動
トルクが減少し、これに伴つてコンプレツサ４に
よる過給圧が瞬時低下したとしも、制御弁２０は
この低下した圧力を感知して再び開度を減少し、
排気流速を上昇させるというようなハンチングを
生じることがない。

つまり、バイパス弁１７の作動域（第５図Ｃ領
域）では制御弁２０のフイードバツクによる補正
が行なわれないため、バイパス弁１７と制御弁２
０の作動が相互に干渉することがなく、全開出力
付近での過給圧の制御が著しく安定する。

なお、上記実施例では、バイパス弁１７のフイ
ードバツク制御を、過給圧を直接的に検知して駆
動することにより行なつているが、点線で示すよ
うにコンピユータ２３で制御される三方電磁弁２
２を設けて、制御弁２０と同じように、電気的に
フイードバツク制御してもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明は、バイパス弁が開弁状態
となる機関の高速高負荷域時などに制御弁のフイ
ードバツク制御を停止して全開保持するようにし
たので、制御弁とバイパス弁が共動して発生する
過給圧のハンチング現象を防止でき、その結果過
給圧変動による機関運転性、およびバイパス弁、
制御弁の耐久性が改善でき、円滑な機関出力を得
ることができる。

またフイードバツク制御の停止は、高温条件下
での制御弁軸部の回動低減につながり、軸摩耗を
改善して、フイードバツク制御時の作動安定性や
作動精度を向上させられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は実
施例を示す構成図、第３図はターボチヤージヤの
要部断面図、第４図は制御動作のフローチヤー
ト、第５図はその作動特性図である。 １……機関本体、２……吸気通路、３……ター
ボチヤージヤ、６……エアフローメータ、４……
吸気コンプレツサ、８……吸気絞弁、１１……燃
料噴射弁、１２……排気通路、１５……排気ター
ビン、１６……バイパス通路、１７……バイパス
弁、２０……制御弁、２３……コンピユータ、２
５……回転センサ、２６……圧力センサ、３０…
…フイードバツク制御手段、３１……全開保持手
段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の排気エネルギを利用して吸気を過
   給するターボチヤージヤの排気タービン上流及び
   下流の排気通路を連通するバイパス通路を設け、
   このバイパス通路に吸気コンプレツサ下流過給圧
   の過昇時に開くバイパス弁を介装すると共に、排
   気タービンへの排気入口部に制御弁を設け、制御
   弁の開度に応じて排気流速を制御するようにした
   ターボチヤージヤの過給圧制御装置において、コ
   ンプレツサ下流の過給圧を検出する圧力センサと
   圧力センサの信号に基づいて過給圧が所定値にな
   るように上記制御弁の開度をフイードバツク制御
   する手段と、上記バイパス弁が開弁する機関の高
   速高負荷域で上記フイードバツクを停止し制御弁
   を全開状態に保持する手段をと備えたことを特徴
   とするターボチヤージヤの過給圧制御装置。