JPH0438899B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 過給圧を定める目標値を格納した特性信号発
生器を用いて過給圧を制御する過給動作内燃機関
の過給圧制御装置において、 負荷並びに回転数に従つて過給圧目標値を格納
した特性信号発生器２１と、 前記特性信号発生器からの過給圧目標値を内燃
機関の加速度と、排気ガスあるいは空気温度と、
気圧高さとに従つて補正する補正手段２２と、 過給圧を検出する圧力センサ２５と、 前記圧力センサにより検出された過給圧の実際
値と前記補正手段により補正された過給圧の目標
値の比較結果に従つて動作し過給圧を前記補正さ
れた過給圧の目標値に調節する調節装置１５とを
設けたことを特徴とする過給動作内燃機関の過給
圧制御装置。

２ 前記調節装置がばね付勢されたダイヤフラム
式調節装置３１であることを特徴とする請求の範
囲第１項に記載の過給動作内燃機関の過給圧制御
装置。

３ ダイヤフラム式調節装置３１を圧力調節器３
０あるいは電磁駆動弁３５により駆動することを
特徴とする請求の範囲第２項に記載の過給動作内
燃機関の過給圧制御装置。

４ 内燃機関に供給される過給圧をタービンの上
流あるいは下流に導くようにしたことを特徴とす
る請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１
項に記載の過給動作内燃機関の過給圧制御装置。

５ 前記タービンにバイパス路を設けることを特
徴とする請求の範囲第４項に記載の過給動作内燃
機関の過給圧制御装置。

６ 過給回転数あるいは排気ガス圧に従つて前記
バイパス路の流量断面を調節することを特徴とす
る請求の範囲第５項に記載の過給動作内燃機関の
過給圧制御装置。

従来技術 乗用車及びトラツクにおける種々の利用例から
過給圧を所定の最高値に制限することが知られて
いる。これは、例えばタービンに設けられた圧力
調節器あるいはタービンの吸気断面を可変にする
ことにより、すなわち、一般的に排気ガスに対し
て有効な排気タービンの流量断面を変化させる装
置によつて行なわれている。その場合重要なこと
は、従来の装置では過給圧を変化させる情報とし
て、単に過給圧だけが用いられていることであ
る。

さらに、オツトー機関では過給圧をエンジンに
ノツキングが発生した場合、それに従つて変化さ
せる方法が知られている。

デイーゼルエンジンが過給される場合、一般的
にできるだけ大きな過給圧が得られるように努力
され、その場合、燃焼圧から許容される限界値ま
で達することがしばしば発生する。しかし、特に
部分負荷時では酸化窒素，媒煙ならびに燃焼され
なかつた炭化水素（HC）のような有害物質の排
出が増大される。従つて、本発明の課題は、簡単
な構成で内燃機関の過給圧を最適な値に調節でき
有害物質の排出を最小にすることができる過給動
作内燃機関の過給圧制御装置を提供することであ
る。

本発明の利点 本発明による過給動作内燃機関の過給圧制御装
置では、内燃機関の各駆動点において最適の妥協
がなされており、従つて欠点を同時に我慢するこ
となく、ターボ過給機の利点を十分に発揮させる
ことができるという利点が得られる。

本発明の他の利点ならびに好ましい実施例は以
下に述べる実施例の説明と組み合わせて明らかに
なる。

図面 本発明の実施例が各図に図示されており、以下
に詳細に説明される。第１図は過給エンジンの負
荷及び回転数に関係した過給圧を示す特性図、第
２図は過給圧を制御する本発明装置の実施例を示
すブロツク回路図、第３図及び第４図はバイパス
調節装置の２つの可能性を示し、第５図及び第６
図は空気側の過給圧制御の２つの実施例を示す。

実施例の説明 各実施例は自己点火式内燃機関の過給圧制御に
関する。このような機関では過給圧は所定の特性
曲線群によつて制御され、その場合、特性曲線の
変数として負荷ならびにエンジン回転数が、また
出力値として過給圧あるいはストローク当たりの
空気流量ないし空気量が用いられる。第１図には
このような特性曲線が図示されている。回転数が
高くなると、過給圧が減少することが理解され、
これは明らかに最高値制限の原理と離反するもの
である。この特性曲線を介して内燃機関の各動作
点に対して実験により求められた出力値が決めら
れ、その場合、各値は出力、排気ガス組成、煤煙
等の種々の観点を考慮した妥協点を示している。

第２図には特性曲線を介して目標値を求める過
給圧制御器のブロツク回路図が図示されている。
過給装置が１０で図示されており、また、バイパ
ス路１２を備えたタービン１１が概略図示されて
いる。このバイパス路の流入開口は、弁１３によ
り制御される。制御器ならびに調節装置（機械
的、空圧的、電気的調節装置）が符号１５で図示
されており、その場合、具体的な調節装置では入
力１６を介して最終的に弁１３を作動させるサー
ボ力が供給される。電気的な制御入力には符号１
７が付されている。その前段には目標値と実際値
の比較回路１８が接続されている。目標値は対応
するセンサ１９，２０からの負荷ならびに回転数
信号に基づき特性信号発生器２１において形成さ
れる。この信号発生器２１には補正回路２２が接
続され、この補正回路２２は気圧高さ、排気ガス
温度、空気温度あるいは加速度に関する信号のよ
うな補正量を受ける制御入力２３を有する。すな
わち、補正回路２２は、補正量として気圧高さ、
排気ガスあるいは空気温度、加速度あるいはそれ
らの組み合せを用いるようにすることができる。
実際値として圧力センサ２５からの圧力信号が目
標値と実際値の比較回路１８に入力される。この
圧力センサ２５の後には信号整形回路２６が接続
される。通常、過給圧と供給された行程当たりの
空気量の間には所定の関係が存在するので、圧力
センサの代わりに空気量センサないしは空気流量
センサを用いることも可能である。

原理的には負荷センサ１９からの負荷信号とし
てデイーゼル内燃機関でちようど噴射された燃料
の量を示すことが可能な全ての量が可能である。
例示すると、噴射弁の噴射期間、制御ロツドの位
置、噴射ポンプの調節レバーの位置、得られた回
転トルクなどが揚げられる。

特性信号発生器２１からは所定の駆動状態に属
する過給圧が求められる。その場合、好ましくは
過給圧の絶対値が記憶されている。もちろん、利
用例に従い、過剰圧ないし不足圧を格納すること
も可能である。

特性信号発生器２１自体は、好ましくは電子的
なものであり、例えばデジタルメモリ（PROM）
が用いられる。その特性値の処理は同様に電子的
な方法で行なわれるが、ある利用例に対しては例
えばスペースカムを備えた純粋に機械的な装置も
利用することができる。

３次元特性信号発生器２１によつては内燃機関
の全ての入力量を考慮することができないので、
第２図に図示したように特性信号発生器の後にさ
らに補正回路２２が接続される。このブロツクに
おいて特性値をさらに処理して、例えば、 (a) 気圧高さに従い他の過給圧に調節したり、 (b) 過給圧を制御して排気ガス温度が所定値を超
えないようにしたり、 (c) 加速時短時間の間過給圧をより高くして駆動
するか、ないしはバイパス等のターボ過給機に
影響を与える装置を短時間制御して最大可能な
加速が得られるようにすることもできる。

このように補正された過給圧の目標値は、続い
て目標値と実際値の比較回路１８に供給され、そ
こで実際に存在する過給圧との制御差が形成され
る。

続く制御器１５により、調節装置と共にバイパ
ス開口部を流れる排気ガスの通過断面積が変化さ
れ、これは目標値と実際値が一致するまで継続さ
れる。

内燃機関の種類ならびに応用例に従い、制御器
にＰ，ＤあるいはＩ特性を与えることが好まし
く、その場合、もちろんそれらを組み合わせるこ
とも可能である。

第３図にはバイパス弁１３を変化させる調節装
置の実施例が図示されており、その場合、サーボ
圧として制御可能な圧力調節器を介してダイヤフ
ラム式調節装置３１に作用を与える圧力媒体が用
いられる。その場合、調節装置３１のダイヤフラ
ム３２はばね３３により付勢されており、圧力調
節器３０を調節することによりバイパス弁１３の
開閉を調節することができる。圧力媒体として、
例えば自動車（トラツク）の圧縮空気ブレーキ装
置からの圧縮空気が用いられる。圧力調節器３０
それ自体は公知のものであり、種々の形で知られ
ている。

第４図にはダイヤフラム式調節装置３１の圧力
室に導かれる圧力パイプ３６に配置された電磁弁
３５をクロツク的に駆動することによりバイパス
弁１３を制御する他の実施例が図示されている。
この場合、電磁弁３５はパルスの長さを変調され
た駆動信号を受ける。このような駆動信号は目標
値と実際値の偏差に関係しており、そのような信
号を発生させることは当業者にはなんら問題では
ない。

タービンの有効排ガス流量断面を所与の特性値
に従つて上述したように過給圧ないし空気流量を
制御する場合、過給圧減少し、タービンが変化し
ない場合にはターボ過給機の回転数が減少すると
いう結果になる。その後、突然加速する場合、ま
ずターボ過給機を加速し、過給圧を形成して煤煙
を防止するようにしなければならない。

ターボ過給機を常に可能な限り大きな回転数に
保持し、必要時（加速）できるだけ早く過給圧を
得、それによつてシリンダの空気充填量を高める
ようにすることが好ましい。

これは、上述したように排気ガス断面を制御す
るのではなく、吸気管からの空気を吐き出すよう
にすることによつて行なわれる。この例が第５図
及び第６図に図示されている。調節装置４０が過
給圧（あるいは空気流量）の特性値に従つて駆動
され、余分な空気が吐き出され、所望の過給圧が
調節される。第５図の実施例の場合、吐き出され
た空気はタービンの前で再び排気ガス流に合流さ
れる。圧縮側では圧力が制限されることにより、
あまり仕事をしなくてもよくなるので、過給回転
数が上昇する。ガス流一部をバイパス４１を経て
タービンをバイパスさせることによりターボ過給
機の回転数を制限することがターボ過給機の損傷
に対する保護手段として必要である。従つて、バ
イパス４１を駆動するために、好ましくは制御器
４２において過給回転数n₂が処理される。過給回
転数があまり高すぎるとバイパスが開放され、そ
れにより過給回転数が危険でない量（Ｐあるいは
PI制御器）に制限される。過給回転数に代え、
バイパス４１を駆動するのに排気ガスの背圧に
Paを用い、排気ガスの背圧が大きくなり過ぎた
場合にはバイパス４１（あるいはその他タービン
の流量断面を定める、例えば「可変流タービン」
のような機構）を開放し、背圧を制限するように
することもできる。

ちろん、個々の調節装置４０，４１を補正量に
より変化させることもでき、特に加速する場合、
各調節装置を閉じたりあるいは強く絞るようにす
ることができる。

第６図には同様に吐き出された空気がタービン
の後で合流される他の実施例が図示されており、
この場合、他の制御機構は同じものが用いられ
る。

第６図に図示した装置は、タービン入口におけ
る排気ガス温度の変動が第５図に図示したものよ
りも少なく、さらにより大きな制御領域（吸気管
圧＝大気圧まで）が可能であるという利点を有す
る。しかし、設計に従い、ターボ過給機回転数が
少なくなるという弱点がある。

空気吐き出し制御の場合には、第２図〜第４図
に図示した排気ガスをバイパスさせる方法に比較
してターボ過給機の回転数が高く保持され、従つ
て加速のように負荷が変化した場合、高い過給圧
を素早く得ることができるという利点がある。

上述した全ての実施例において重要なことは負
荷ならびに回転数に関係させて過給圧に対し任意
に上昇し、あるいは下降し、あるいは一定の特性
を自由に与えることにより、特にエンジン回転数
が大きな領域で（ほぼ定格エンジン回転数の半分
の回転数から）有害物質の放出を減少させること
が可能なことである。その場合、それぞれ調節す
べき過給圧あるいはそれに対応した空気量は特性
値としてあらかじめ定めることができる。それに
よつてエンジンの各動作点において有害物質の放
出が少なく、節約できる運転を行なうための最適
の条件が得られる。同時に、回転数が大きい場合
燃焼ピーク圧の減少に基づく内燃機関の過重が減
少される。

以上説明したように、本発明では、過給圧目標
値を格納した特性信号発生器から得られる過給圧
の目標値を加速度と、排気ガスあるいは空気温度
と、気圧高さの動作パラメータに従つて補正する
ようにしているので、特性信号発生器には負荷と
回転数だけに従つた過給圧目標値しか格納されて
いないにも係わらず、簡単な構成で種々の動作パ
ラメータを考慮した過給圧の目標値を得ることが
可能になる。また、本発明では、圧力センサを設
け、この圧力センサにより検出された過給圧の実
際値と補正された過給圧の目標値の比較結果に従
つて過給圧を補正された過給圧の目標値に調節す
るようにしているので、過給圧を正確に補正され
た過給圧目標値に調節でき、有害物質の放出を少
なくして最適な過給圧で内燃機関を運転できる、
優れた効果が得られる。