JPH051364B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術］ 本発明はエンジンからの排気を可変排気導入通
路を介してタービンに供給してタービンを回転さ
せ、このタービンによりコンプレツサを作動して
エンジンに供給される吸気の過給圧を可変制御す
る可変容量ターボチヤージヤーの制御装置に関す
る。

［従来技術とその問題点］ タービン入口部にタービンへの排気の導入通路
の断面積を可変する弁を設け、エンジン回転数お
よびエンジン負荷等に応じて弁を開閉制御してタ
ービン導入通路の断面積を可変し、エンジンに供
給される吸気の過給圧を適正に制御する可変容量
ターボチヤージヤーを設けることにより、低速域
から高速域までトルクの増大をはかつたエンジン
がある（例えば、実開昭53−50310号）。また、こ
のような可変容量ターボチヤージヤーにおいて
も、更に高速域においては、前記弁による制御を
補完するため、エンジンの排気マニホールドから
前記フラツプ弁との間にエンジンからタービンに
供給される排気をバイパスするウエストゲート弁
を設け、前述したような高速域においては、この
ウエストゲート弁を開放制御し、エンジンからの
タービンに供給される排気を適当にバイパスし
て、タービンの回転を適正にすることによりエン
ジンに供給される吸気の過給圧を適正に制御し
て、高速域においてもエンジンの性能を向上させ
るウエストゲート弁付き可変容量ターボチヤージ
ヤーがある。

このような可変容量ターボチヤージヤーにおい
ては、エンジン回転数やエンジン負荷に応じて容
量可変のための弁あるいはウエストゲート弁の開
度を設定し目標過給圧を定めると共にエンジンに
供給された実際の吸気の過給圧を測定し、この測
定した過給圧を目標過給圧と比較し、両者の差に
基づいてエンジンに供給される吸気の過給圧を適
正にすべく補正するようなフイードバツク制御を
行ない、構成部品のばらつきや経時変化などに対
処している。しかしながら、このようなフイード
バツク制御を行なつている可変容量ターボチヤー
ジヤーにおいて、過給圧を測定する過給圧センサ
が故障することがあるが、このような場合には、
どのような値の過給圧が供給されているか不明で
あり、場合によつて異常に高い過給圧が供給され
ている可能性がある。このような場合には、エン
ジンが損傷する原因となる。

［発明の目的および概要］ 本発明の目的は、過給圧センサを使用してエン
ジンに供給される過給圧を測定して、過給圧のフ
イードバツク制御を行なつている可変容量ターボ
チヤージヤーにおいて、過給圧センサが故障して
も、過度の過給圧がエンジンにかかることを防止
した可変容量ターボチヤージヤーの制御装置を提
供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の可変容量タ
ーボチヤージヤーの制御装置は、第４図に示すよ
うに、エンジン状態に基づき、エンジンに供給さ
れる吸気の過給圧を所定の設定値にすべく、エン
ジンからタービンに供給される排気の導入通路の
断面積を制御する制御値を演算手段１０１で算出
し、この算出した制御値を過給圧センサ８５で測
定した過給圧と所定の目標過給圧との差に基づ
き、補正手段１０３で補正し、この補正した制御
値を制御手段１０５に供給して排気の導入通路の
断面積を制御し、適切な過給圧をエンジンに供給
するとともに、識別手段１０７により過給圧セン
サ８５の異常を識別し、過給圧センサ８５が異常
の場合には、過給圧低減手段１０９によりエンジ
ンに供給される吸気の過給圧を低減し、エンジン
が異常な過給圧により損傷されないように構成さ
れている。

［発明の実施例］ 以下、本発明が適用される可変容量ターボチヤ
ージヤーの一例を図により説明する。この例はエ
ンジン状態としてエンジン負荷とエンジン回転数
に基づいて制御するものでエンジン負荷のみによ
るものよりも精度を上げることができる。第１図
において、エンジン１には、吸気管３および吸気
マニホールド５を介して空気が供給され、排気マ
ニホールド７および排気管９を介して排気されて
いる。吸気管３の左方に折曲した端部には、吸入
空気量Q_Aを測定するエアフローメータ１１が設
けられ、吸気管３の折曲部にはターボチヤージヤ
ー１３の一部を構成するコンプレツサ１５が配設
され、エアフローメータ１１を介して供給される
吸気を加圧してエンジン１に供給している。吸気
マニホールド５に近接した吸気管３の基端部に
は、絞り弁１７が配設され、この絞り弁１７と前
記コンプレツサ１５との間の吸気管３には、逃し
弁１９が設けられている。

排気管９の右方に折曲した部分は、タービン室
３７を形成し、このタービン室３７内にタービン
２１が配設され、タービン２１は、連結軸２３を
介してコンプレツサ１５に連結されている。ター
ビン室３７は、第２図に示すように、タービン２
１を取り囲むように形成されたスクロール３９を
有し、スクロール３９は、その断面積が導入通路
４１から矢印４３で示す方向の下流に向うに従つ
て徐々に小さく形成されている。このスクロール
３９への導入通路４１とスクロール３９の終端部
４５の合流部には、フラツプ弁を構成する可動舌
部２５が設けられ、この可動舌部２５は、導入通
路４１の断面積を拡縮し得るように、その基端部
を軸２７により回動自在に支持されている。

この可動舌部２５は、第１図においてタービン
２１への導入通路４１である上流側近の排気管９
内に配設されている。可動舌部２５を回動自在に
支持している軸２７は、アーム２９を介してロツ
ド３１の上端に連結され、ロツド３１の下端部
は、可動舌部駆動用アクチユエータ３３を構成す
るダイヤフラム３５に連結されている。ダイヤフ
ラム３５を収納しているケース４７は、ダイヤフ
ラム３５により大気室４９と正圧室５１に分割さ
れ、大気室４９には、ダイヤフラム３５を正圧室
５１側に押動するように付勢されたばね５５が配
設されている。

正圧室５１は、連結管５３を介してコンプレツ
サ１５の下流側の吸気管３に連結され、コンプレ
ツサ１５で形成された過給圧が正圧室５１に供給
され、ダイヤフラム３５をばね５５に抗して大気
室４９側に押動している。また、連結管５３の途
中には、電磁弁５７が設けられ、この電磁弁５７
がコントロールユニツト５９により駆動されて開
放した時には、この電磁弁５７を介して連結管５
３は大気に連通され、正圧室５１内の圧力は低下
する。更に詳細には、電磁弁５７は、コントロー
ルユニツト５９によりデユーテイ制御されてい
て、デユーテイ値が大きくなる程、電磁弁５７の
開放度合は大きくなつて正圧室５１の圧力は低下
するため、大気室４９のばね５５の作用によりダ
イヤフラム３５は下方へ移動し、この移動動作が
ロツド３１、アーム２９、軸２７を介して可動舌
部２５に伝達され、可動舌部２５は、タービン２
１への排気の導入通路４１を小さくする方向、す
なわち閉じる方向に回動する。その結果、タービ
ン２１に供給される流速は速くなり、コンプレツ
サ１５によるエンジン１への過給圧は上昇する。
また、デユーテイ値が小さくなる程、電磁弁５７
の開放度合は小さくなつて正圧室５１の圧力は増
大するため、ダイヤフラム３５はばね５５に抗し
て上方に移動し、これにより可動舌部２５は、導
入通路４１を開く方向に回動する。この結果、タ
ービン２１に供給される流束は遅くなり、コンプ
レツサ１５によるエンジン１への過給圧は低下す
る。

排気マニホールド７の右下部には、ウエストゲ
ートバルブ６１が設けられている。このウエスト
ゲートバルブ６１は、アーム６３、連結部材６５
を介して作動棒６７の一端に連結され、作動棒６
７の他端は、ウエストゲートバルブ駆動用アクチ
ユエータ６９のダイヤフラム７１に連結されてい
る。このダイヤフラム７１を収納しているケース
７９は、ダイヤフラム７１により大気室７３と正
圧室７５に分割され、大気室７３にはダイヤフラ
ム７１を正圧室７５側に押動するように付勢され
たばね８１が設けられている。正圧室７５は連結
管７７を介してコンプレツサ１５の下流側の吸気
管３に連結され、コンプレツサ１５で形成された
過給圧が正圧室７５に供給されている。

また連結管７７の途中には、電磁弁７８が設け
られ、この電磁弁７８がコントロールユニツト５
９により駆動されて開放した時には、この電磁弁
７８を介して連結管７７は大気に連通され、正圧
室内の圧力は低下する。更に詳細には、電磁弁７
８はコントロールユニツトによりデユーテイ制御
されていて、デユーテイ値が大きくなる程、電磁
弁の開放度合は大きくなつて正圧室の圧力は低下
するため、大気室のばね８１の作用によりダイヤ
フラムは下方へ移動し、この移動動作がロツド６
７、アーム６３を介してウエストゲートバルブ６
１に伝達されウエストゲートバルブ６１はバイパ
ス通路を閉じる方向に動く。

またデユーテイ値が小さくなる程、電磁弁７８
の開放度合は小さくなつて正圧室の圧力は増大す
るためダイヤフラムはばね８１に抗して上方に移
動し、これによりウエストゲートバルブは開く方
向に動く。

ウエストゲートバルブ６１はエンジンが高速高
負荷状態になつた場合、ターボチヤージヤーによ
りエンジンに供給される吸気の過給圧が非常に高
くなりすぎ、エンジンが破損するのを防止するた
めに、エンジンの排気の一部を外部に排出し、タ
ービンに供給される排気を低減して適切な過給圧
がエンジンに導入されるようにしているのであ
る。

コントロールユニツト５０は、マイクロプロセ
ツサ、メモリ、Ａ／Ｄ変換器を含む入出力インタ
ーフエースとからなるマイクロコンピユータで構
成され、そのインターフエースを介してエアフロ
ーメータ１１から吸入空気量Q_Aがコントロール
ユニツト５９に供給されるとともに、エンジン１
の左側に設けられたクランク角センサ８３からエ
ンジン１の回転数Ne、更にエンジン１に設けら
れた過給圧センサ８５から過給圧P₂が供給され
ている。コントロールユニツト５９は、これらの
情報に基づいて電磁弁５７を駆動する信号のデユ
ーテイ値を適切に制御し、可動舌部２５を介して
電磁弁２１への排気の導入通路４１の断面積を可
変することによりエンジン１に供給される吸気の
過給圧をエンジン回転数Neおよび吸入空気量Q_A
に応じ適切に制御して、低速域から高速域にわた
つてトルクを増大している。また、高速域におい
て、過給圧が必要以上に高くなつた場合には、ウ
エストゲートバルブ６１を開放し、適切な過給圧
をエンジン１に供給し、高速域においてもエンジ
ン１の損傷を防ぎ安全に運転できるようにしてい
る。

さらに詳細には、コントロールユニツト５９
は、メモリに記憶された処理プログラムに従い、
インターフエースを介して供給された吸入空気量
Q_Aおよびエンジン回転数Neから電子制御燃料噴
射装置用の燃料供給パルス幅Tpを次式(1)に基づ
き算出する。

Tp＝ｋ・Q_A／Ne ……(1) ここにおいて、ｋは、定数である。このように
算出した燃料供給パルス幅Tpは、エンジンの負
荷を代表するパラメータであり、この燃料供給パ
ルス幅Tpとエンジン回転数Neとから第３図に示
すようなテーブルをルツクアツプし、電磁弁５７
を駆動する信号のデユーテイ値が求められる。こ
の第３図に示すテーブルは、エンジン回転数Ne
と燃料供給パルス幅Tpに対して適切な過給圧を
得られるデユーテイ値を予め実験により求めたも
のである。すなわち、エンジン回転数Neおよび
燃料供給パルス幅Tpに基づいて、このテーブル
からデユーテイ値を求め、このデユーテイ値で電
磁弁５７，７８を駆動することにより適切な過給
圧の吸気がエンジン１に導入され、エンジン１
は、低速域から高速域にわたつてトルクを増大し
得るのである。このテーブルにおいて、Ａで示す
領域は、低速域から中速域にわたる領域であつ
て、排気の導入通路４１の断面積を最小にしても
エンジンに供給される吸気の過給圧が所定の設定
値、例えば＋350mmHgに達しない領域である。従
つて、この領域では導入通路４１の断面積を最小
にして作動させるために、第３図のテーブルに示
すように、コントロールユニツト５９はデユーテ
イ値100％の駆動信号を電磁弁５７に供給し、こ
れにより電磁弁５７を開放状態にして正圧室５１
の圧力を大気圧まで低下させている。その結果、
ダイヤフラム３５は、ばね５５により正圧室５１
側へ押動されるので、ロツド３１、アーム２９、
軸２７を介して可動舌部２５は導入通路４１を閉
じる方向に作動し、導入通路４１の断面積を最小
の状態に設定する。（全閉状態）。

Ｃで示す領域は、高速域であり、導入通路４１
の断面積を最大にしても（全開状態）エンジンに
供給される吸気の過給圧が設定値以上に高くなり
過ぎ、エンジン破損のおそれがある領域である。
そのため、この領域においては、電磁弁７８をデ
ユーテイ制御しウエストゲートバルブ用アクチユ
エータ６９が作動してウエストゲートバルブ６１
を徐々に開放し、タービン２１に供給される排気
をバイパスして過給圧を一定に制御している。
又、この領域では、タービン導入通路４１を最大
にするために、電磁弁５７のデユーテイ値は０％
に設定され、全閉状態にある。すなわち、電磁弁
５７が全閉状態であるため、正圧室５１には、コ
ンプレツサ１５の下流の過給圧がそのまま供給さ
れ、ダイヤフラム３５は、ばね５５の弾性力に抗
して大気室４９側に押動されるので、ロツド３
１、アーム２９、軸２７を介して可動舌部２５は
導入通路４１を開く方向に作動し、導入通路４１
の断面積を最大の状態に設定している。

Ｂで示す領域は、Ａ領域およびＣ領域の間であ
り、可動舌部２５の位置、すなわち導入通路４１
の断面積により過給圧が制御できる領域であり、
各運転点に応じて適切な設定過給圧になるように
デユーテイ値が実験的に定められている。

なお、第３図において、曲線ａ，ｂは、それぞ
れ導入通路４１の断面積を最少値、最大値に固定
した場合のエンジン回転数Neに対する燃料供給
パルス幅Tp、すなわちトルクの関係を示す特性
曲線である。この特性曲線で示すように、導入通
路４１の断面積をある値に固定した場合には、回
転数Neの増加につれてTpは低下するが、導入通
路４１の断面積を回転数Neに合せて理想的に変
化させた場合には、各曲線ａ，ｂの包絡線である
曲線ｄで示すように、回転数Neの全域にわたつ
てトルクを増大することができるのである。

第５図は、本発明のフイードバツク制御を行な
う装置の第１の実施例を示すブロツク図である。
コントロールユニツト５９において、演算装置８
７は吸入空気量Q_Aおよびエンジン回転数Neから
エンジン負荷を代表する１回転当りの吸入空気量
に対応する燃料供給パルス幅Tpを算出し、この
算出した燃料供給パルス幅Tpと回転数Neはデユ
ーテイ値算出装置８９に供給されている。デユー
テイ値算出装置８９は、第３図に示したように燃
料供給パルス幅Tpおよびエンジン回転数Neに対
して適切なデユーテイ値を記憶した可変容量機構
用テーブル８９ａと排気バイパス機構用テーブル
８９ｂを有しており、入力された燃料供給パルス
幅Tpおよび回転数Neによつてこのテーブルをル
ツクアツプし、対応したデユーテイ値を出力する
ものである。このようにして出力されるデユーテ
イ値は、加算器９７を介して後述するように補正
された後、電磁弁５７に供給されている。電磁弁
５７に供給された後は、第１図で示したようにア
クチユエータ３３、ターボチヤージヤー１３を介
してエンジン１に供給される吸気の過給圧を算出
したデユーテイ値に対応した設定値になるように
制御している。また、エンジン１に供給された吸
気の過給圧P₂は、過給圧センサ８５により測定
され、コントロールユニツト５９の減算器９３の
反転入力端子に供給されている。減算器９３の非
反転入力端子には、目標過給圧設定部９１から目
標過給圧Psが供給されている。減算器９３にお
いては、この目標過給圧Psから過給圧センサ８
５で測定された過給圧P₂を減算し、過給圧P₂の
目標過給圧PsからのずれΔPを算出し、このずれ
ΔPを演算装置９５に供給する。演算装置９５は、
この過給圧のずれΔPに例えば比例、積分、微分
などの演算操作を行なつて、デユーテイ値のずれ
を算出し、この算出した結果を加算器９７に供給
し、デユーテイ値算出装置８９から供給されたデ
ユーテイ値に加算補正している。

異常検出手段９６は過給圧センサ８５からの信
号が正常か異常かを判定する装置で、正常である
場合には連動する４つの切換スイツチ９２ａ，９
２ｂ，９４ａ，９４ｂをそれぞれ下側に接触させ
テーブルのルツクアツプによりウエストゲート駆
動用電磁弁７８に信号を送ることによつて制御を
行なう。また異常であると判定した場合には連動
する４つの切換スイツチ９２ａ，９２ｂ，９４
ａ，９４ｂをそれぞれ上側に接触させることによ
つて、テーブルルツクアツプとそのルツクアツプ
された値から一定値を減算すべく減算器９８に
夫々入力しその減算値で電磁弁７８の制御を行な
う。

第６図においては、まず過給圧センサ８５から
エンジン１に供給されている吸気の過給圧P₂を
読み込み、Ａ／Ｄ変換でデイジタル値に変換され
たみかけ上の過給圧P₂が正常であるかどうかを
識別する（ステツプ100，110，120）。過給圧セン
サが異常であるか否かの識別は、例えば、読み込
んだ過給圧P₂の値によつて行なうことができる。
すなわち、第７図に示すように、過給圧P₂の値
が正常な範囲外で−700mmHgよりも小さかつた
り、または＋700mmHgよりも大きい場合に異常で
あると識別できる。また、第３図に示すＢ，Ｃの
領域において、過給圧を目標過給圧Ps（例えば、
350mmHg）に近づけるように、両者の差により補
正制御を行なつているが、この場合において読み
込んだ過給圧P₂と目標過給圧Psとの差が所定の
値以上離れている場合にも異常と識別することが
できる。

このようにして、過給圧P₂を識別した結果、
過給圧センサが正常の場合には、エンジン回転数
Neおよび燃料供給パルス幅Tpから第３図に示す
ようなテーブルをルツクアツプしてデユーテイ値
を算出するとともに、過給圧センサ８５により測
定した過給圧P₂を目標過給圧Psと比較し、両者
の差により前記デユーテイ値を補正するというフ
イードバツク制御を行ない、この補正されたデユ
ーテイ値を電磁弁５７に供給して、常に正常な過
給圧が供給されるようにしている（ステツプ160，
170，150）。

また、過給圧センサが異常の場合には、エンジ
ン回転数Neおよび燃料供給パルス幅Tpからテー
ブルをルツクアツプして、正常時と同様に電磁弁
５７を駆動するとともに、ウエストゲートバルブ
６１を正常時よりも少し開き、過給圧を強制的に
低減することによつて、経時変化・部品バラツキ
等による過給圧が上昇しすぎる危険性を回避して
いる。なお、ウエストゲートバルブ６１の強制的
な開放制御は、前述の如くコントロールユニツト
５９から電磁弁７８にテーブルルツクアツプ値か
ら一定値を減じた減算値を供給して行なう（ステ
ツプ130，140）。

第８図は、本発明の他の実施例を示すブロツク
図であり、前実施例と異なる点はウエストゲート
の制御により過給圧を低減するのに換え、可変容
量手段の制御によつたものである。

従つて、同一部位には同一符号を付し重複説明
を避ける。過給圧センサ異常検出手段９６がセン
サ８５からの信号が正常であると判定した場合に
は連動する２つの切換スイツチ９２a′，９２b′を
下側に接触させることによつて、前述の如くテー
ブルルツクアツプ手段と過給圧による補正で可変
容量手段駆動用電磁弁５７に信号を送ることによ
り制御を行う。また異常と判定した場合には、２
つの切換スイツチ９２a′，９２b′を上側に接触さ
せることにより、上記信号値及び一定値を減算器
９８′に入力し、該減算器で電磁弁５７の制御を
行う。

第９図は、本発明の他の実施例の作用を示すフ
ローチヤートであり、このフローチヤートにおい
ては、第６図に示すフローチヤートにおいてウエ
ストゲート制御用のテーブルルツクアツプ１３０
の代わりに可変容量手段制御用のテーブルルツク
アツプ１６０とし、ステツプ140の代わりに、ス
テツプ240が設けられている以外は、第６図に示
すフローチヤートと同じである。すなわち、この
フローチヤートにおいては、過給圧センサが異常
であると識別された場合、テーブルをルツクアツ
プして、デユーテイ値を求めた後、この求めたデ
ユーテイ値から一定値を減算し（ステツプ160，
240）、この減算された小さめのデユーテイ値で電
磁弁５７を駆動し、電磁弁５７を通常よりも少し
余計に開くように制御し、この結果、過給圧を低
下させ、可変容量ターボチヤージヤーの特性を生
かしつつ、異常な過給圧によりエンジンが損傷す
る恐れを防止しているのである。

なお本実施例ではエンジン状態を表わすパラメ
ータとしてエンジン回転数と燃料供給パルス巾に
よるテーブルを用いてエンジンに供給する吸気の
過給圧の制御値を設定するようにしたが、過給圧
は機関吸入空気量とほぼ比例関係にあることか
ら、吸入空気量のみによる１次元のテーブルを用
いてこの制御値を設定することもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、過給圧
センサが故障した場合には、エンジンに供給され
る吸気の過給圧を低減するようにしているので、
仮命、経時変化や部品バラツキ等があつても異常
に過給圧が上昇することがなくエンジンが損傷さ
れることはなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、可変容量ターボチヤージヤーの制御
装置の構成図、第２図は、第１図に使用されるタ
ーボチヤージヤーの可変容量部の拡大断面図、第
３図は、エンジン回転数Neと燃料供給パルス幅
Tpからデユーテイ値を算出するテーブルおよび
導入通路の断面積をパラメータにした場合のエン
ジン回転数に対する燃料供給パルス幅の関係を示
す特性曲線図。第４図は、本発明のクレーム対応
図、第５図は本発明の第１の実施例の回路ブロツ
ク図、第６図は、本発明の一実施例の作用を示す
フローチヤート、第７図は、過給圧センサの異常
状態の一例を示す図、第８図は本発明の他の実施
例の回路ブロツク図、第９図は本発明の他の実施
例の作用を示すフローチヤートである。 １…エンジン、１１…エアフローメータ、１３
…ターボチヤージヤー、１５…コンプレツサ、２
１…タービン、２５…可動舌部、３３…可動舌部
駆動用アクチユエータ、５７…電磁弁、５９…コ
ントロールユニツト、６１…ウエストゲートバル
ブ、６９…ウエストゲートバルブ駆動用アクチユ
エータ、８５…過給圧センサ、８７…演算装置、
８９…デユーテイ値算出装置、９３…減算器、９
５…演算装置、９７…加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可変排気導入通路を介して供給される排気に
   より作動するタービンを有する可変容量ターボチ
   ヤージヤーと、 エンジン状態に基づき、エンジンに供給される
   吸気の過給圧を適正値にすべく前記可変排気導入
   通路の断面積を制御する制御値を演算する演算手
   段と、 エンジンに供給される吸気の過給圧を測定する
   過給圧センサと、 前記測定した過給圧と目標過給圧との差を求
   め、この差に基づいて前記演算した制御値を補正
   する補正手段と、 この補正した制御値により前記可変排気導入通
   路の断面積を制御する制御手段と、 前記過給圧センサが故障したことを識別する識
   別手段と、 前記識別手段で識別した結果、過給圧センサが
   故障であることが識別された場合にはエンジンに
   供給される吸気の過給圧を低減する過給圧低減手
   段と、 を有する可変容量ターボチヤージヤー制御装置。