JPH0551767B2 - - Google Patents

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JPH0551767B2
JPH0551767B2 JP59033341A JP3334184A JPH0551767B2 JP H0551767 B2 JPH0551767 B2 JP H0551767B2 JP 59033341 A JP59033341 A JP 59033341A JP 3334184 A JP3334184 A JP 3334184A JP H0551767 B2 JPH0551767 B2 JP H0551767B2
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control
fuel
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Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明は燃料のオクタン価に応じて過給圧の制
御目標値を変化させるようにした排気ターボチヤ
ージヤの過給圧制御装置に関する。
〈背景技術〉 内燃機関の排気エネルギにより排気タービンを
回転駆動し、該排気タービンで回転されるコンプ
レツサにより内燃機関に吸気を過給するようにし
た排気ターボチヤージヤ付内燃機関は、排気エネ
ルギを利用して吸気を内燃機関に過給するもので
あるため吸気充填効率が向上し、この分燃料供給
量も増大できるため出力向上に大いに寄与するこ
とが知られている。しかし過給圧が過大になると
内燃機関及びその吸・排気系に過大な応力が作用
し、損傷若しくは破損に至る危険性が生じ或いは
ノツキングが発生するようになる。
そこでその防止手段の１つに例えば米国特許第
294786号明細書に見られる排気流速制御装置があ
る。このものは排気ターボチヤージヤの排気入口
部にフラツプを設け、該フラツプの開度を調整す
ることにより排気タービンへ向かう排気入口流速
を制御して、機関低負荷回転領域においては排気
流速を増大することにより、コンプレツサの回転
速度を増大して過給圧を上げ、機関の高負荷領域
ではフラツプの開度を増大することにより排気流
速を低減して排気タービンの過回転を防止し、も
つてコンプレツサによる過給圧力の過昇を防止し
ている。
また他の１つに例えば特開昭57−108413号公報
にみられるように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、該バイパス通路にコ
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、バイパス制御弁装置を開弁して
排気エネルギを排気タービン回転用に使用するこ
となくバイパス通路を介して外部に放出し、もつ
て排気タービンの過回転を防止して過給圧の過昇
を防止するものも知られる。
これら排気流速制御装置或いは排気バイパス制
御弁装置等のように排気タービンに導かれる排気
の流れを制御して過給圧を制御する排気制御装置
によると、いずれの制御も過給圧をノツキングの
発生しない範囲内で可及的に高圧力側に設定すべ
く制御目標値を定めて出力の確保に努めているも
のである。
しかしかかる制御目標値では特定の種類の燃料
（例えばレギユラーガソリン）に合わせて設定し
てから、これよりも高オクタン価の燃料を使用す
る場合には、設定されている制御目標値よりも過
給圧を増大して高出力が得られるのにもかかわら
ず、低い制御目標値に制御されて高オクタン価燃
料の特性が生かせないという不都合が生じる。又
逆に、前記特定の燃料よりも低オクタン価燃料を
使用する場合には、この燃料用のノツキングの発
生しない過給圧よりも高い制御目標値として設定
されているから当然ノツキングが発生してしまう
という不都合が生じる。
〈発明の目的〉 本発明は上記従来の排気制御装置の不都合に鑑
み、使用燃料のオクタン価に応じて排気タービン
に導かれる排気の流れを制御し、もつて前記オク
タン価に応じたきめの細かい過給圧の制御目標値
を短時間に得て、可及的に高出力を図りかつノツ
キングを防止するようにした排気ターボチヤージ
ヤの過給圧制御装置を提供することを目的とす
る。
〈発明の構成〉 そのために本発明では、第１図に示すように、
オクタン価検出手段により現在使用燃料のオクタ
ン価を短時間にきめ細かく検出し、該オクタン価
と機関運転状態検出手段による検出値に応じて排
気制御弁を制御手段により制御し、もつてオクタ
ン価に応じた目標過給圧を得る。
〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
第２図に示す実施例において、内燃機関１の吸
気は通路２を通じて燃焼室に供給される。その
間、吸入空気は、エアフローメータ３により吸入
吸気量Qaが測定され、排気ターボチヤージヤ４
のコンプレツサ５により加圧圧送（過給）され、
吸気絞弁６により調量される。そして燃料噴射弁
７から噴射供給される燃料と混合されて燃焼室内
に導入され、ここで燃焼されて出力を得る。その
ときの機関回転速度Ｎはクランク角センサ等の回
転センサ８によつて検出される。
コンプレツサ５と吸気絞弁６との間の吸気通路
２には過給圧力Psを検出する圧力センサ９が設
けられる。
一方、内燃機関１の燃焼室から排気通路１１に
排出された燃焼排気は、排気ターボチヤージヤ４
の排気タービン１２を回転駆動し、外部に放出さ
れる。排気タービン１２は前記コンプレツサ５と
軸４ａにより連結されており、排気タービン１２
の回転は同時にコンプレツサ５を回転駆動する。
ここにおいて排気通路１１には排気タービン１
２をバイパスして排気を導くバイパス通路１３が
設けられ、該バイパス通路１３にこれを開閉する
バイパス弁１４が介装される。
バイパス弁１４はダイヤフラム装置１５及び電
磁弁１６等を主要素とするバイパス弁駆動手段に
よつてその回動が制御される。即ちダイヤフラム
装置１５のダイヤフラム１５ａにはリンク１５ｂ
を介してバイパス弁１４が連結され、前記ダイヤ
フラム１５ａの一側に設けた圧力作動室１５ｃに
コンプレツサ５下流の過給圧が圧力通路１７を介
して導かれる。圧力通路１７には三方切換式の電
磁弁１６が介装されており、大気ポート１６ａを
開弁することにより圧力通路１７内の過給圧力を
大気にリリーフすることになつていて、この大気
ポート１６ａの開閉時間の割合を制御して圧力作
動室１５ｃ内の圧力を増減し、ダイヤフラム１５
ａを介してバイパス弁１４の弁開度制御を行うの
である。
バイパス弁１４とタービン１２との間の排気通
路１１、好ましくは排気タービン１２のスクロー
ル入口部に排気流速を制御するフラツプ２１を設
ける。該フラツプ２１はその上流側端部が排気タ
ービン１２のスクロール入口部におけるケーシン
グに摺動自在に軸支されており、その下流側端部
が揺動して排気タービン１２の入口開口面積を増
減する構成となつてる。開口面積が増大すれば
（図で実線示位置ｂ）排気流速は減少し、開度が
減少すれば（図で点線示位置ａ）排気流速は増大
する。
フラツプ２１はダイヤフラム装置２２及び電磁
弁２３等を主構成要素とするフラツプ駆動手段に
よつて位置制御される。即ちダイヤフラム装置２
２のダイヤフラム２４にはリンク２５を介してフ
ラツプ２１が連結されており、該ダイヤフラム２
４の一側に設けた圧力作動室２６に圧力通路２７
を介してコンプレツサ５と吸気絞弁６との間の過
給圧が導かれる。そして該圧力通路２７には大気
ポート２３ａを有する三方切換式の電磁弁２３が
介装され、大気ポート２３ａを開閉する時間的割
合を制御することにより圧力作動室２６内に導入
される過給圧力を増減制御する。
前記フラツプ２１の上流側排気通路１１内の圧
力（排気圧力Pe）は排気圧力検出手段である排
圧センサによつて検出される。尚図中６ａは吸気
絞弁６の開度θを検出するスロツトルセンサ、２
８は内燃機関の冷却水温度TWを検出する水温セ
ンサである。
これら燃料噴射弁７、電磁弁１６，２３は、機
関運転状態検出手段として作用する前記圧力セン
サ９、スロツトルセンサ６ａ、エアフローメータ
３、回転センサ８、水温センサ２８及び図示して
いないがスタータモータの作動を検出するスター
タスイツチ等から出力される各種検出信号に基づ
いてコントロールユニツト３０で演算された最適
値に指令制御される。
また内燃機関１にはノツキングレベルを検出す
るノツキングセンサ３１が設けてある。
尚上記実施例においては、排気タービン１２に
導入される排気の流れを制御するための排気制御
装置として、排気タービンへ供給する排気流速を
制御する弁装置即ち前記フラツプ２１及びその駆
動手段とバイパス弁１４及びその駆動手段との双
方を開示したが、これらは少なくともいずれか一
方であつてもよい。
前記コントロールユニツト３０は第３図に示す
ように制御される。
即ちエアフローメータ３及び回転センサ８の検
出信号が吸入空気量検出手段４１及び回転速度検
出手段４２に入力され、ここで吸入空気量をQa
及び機関回転速度Ｎが読み込まれて噴射パルス演
算手段４３に入力される。
噴射パルス演算手段４３ではTP＝Ｋ・Qa／Ｎ
なる関係式で機関１回転当たりの燃料噴射量に相
当する基本噴射パルス巾TPが演算され、その出
力信号が噴射パルス補正手段４４に入力されて、
ここで基本噴射パルス巾TPに前記その他の機関
運転状態信号、例えばスロツトル開度θ、機関冷
却水温Tw、スタータスイツチのオン・オフ等の
入力を受けて各種補正を加えることにより噴射弁
駆動パルスを噴射弁駆動手段４５に出力する。噴
射弁駆動手段４５は入力した噴射パルス巾に応じ
て噴射弁７の開閉の時間的割合を制御して機関運
転状態に応じた最適な量の燃料を噴射供給する。
基本噴射パルス巾TP及び機関回転速度Ｎはフ
ラツプ制御デユーテイ比設定手段４６、バイパス
弁制御デユーテイ比設定手段５２、オクタン価検
出手段５７にそれぞれ入力される。
フラツプ制御デユーテイ比設定手段４６におい
ては、基本噴射パルス巾TPと機関回転速度Ｎと
で割り付けられたマツプを有するメモリ４９から
制御デユーテイ比を読み出し、その値をフラツプ
用電磁弁２３の駆動手段４７に出力する。電磁弁
駆動手段４７は設定されたデユーテイ比の駆動電
流を出力し、フラツプ用電磁弁２３を駆動する。
フラツプ制御デユーテイ比設定手段４６が読み
出すマツプは使用燃料のオクタン価、例えば91オ
クタン価〜98オクタン価に応じて記憶した複数個
のマツプ４８ａ１〜４８anからなり、オクタン
価検出手段５７から出力される現在使用燃料のオ
クタン価に対応するいずれか一つのマツプをマツ
プ選択手段４６ａにより選択して読み取るように
なつている。
電磁弁２３の作動は、例えばデユーテイ比０％
で制御されるときは大気ポート２３ａを開いて圧
力通路２７の圧力を大気に放出し、圧力作動室２
６の圧力を低減してリンク２５を介してフラツプ
２１を図示点線位置ａに変位させ、排気タービン
１２の入口開口面積を小さくし、もつて排気流速
を増大して排気タービン１２の回転を増速する。
又デユーテイ比100％では電磁弁２３が大気ポー
ト２３ａを閉じて圧力作動室２６の圧力を増大
し、ダイヤフラム２４を介してフラツプ２１を図
示実線位置ｂの開弁位置に変位させ排気タービン
１２の入口開口面積を大きくして排気流速を低減
し、排気タービン１２の回転を減速する。従つて
電磁弁２３の制御デユーテイ比を制御することに
より所望のフラツプ２１の弁開度を得ることがで
き、もつて排気タービン１２へ供給する排気流速
ひいては過給圧力を機関運転状態に応じて自由に
制御することができる。
バイパス弁制御デユーテイ比設定手段５２は前
記基本噴射パルス巾TPと機関回転速度Ｎとで予
め割り付けられた異なる燃料のオクタン価に対応
する複数のマツプ５３ａ１〜５３anを備えたメ
モリ５４から制御デユーテイ比を読み出す。この
場合、フラツプ制御と同様にオクタン価検出手段
５７から出力される現在使用燃料のオクタン価に
応じて、マツプ選択手段５２ａが、対応するオク
タン価のマツプ５３ａ１〜５３anのいずれか１
つを選択して読み出す。そしてその読み出した値
をバイパス弁用電磁弁１６の駆動手段５５へ出力
して電磁弁１６の大気ポート１６ａ開閉の時間的
割合を制御する。これにより、前記フラツプ制御
の場合と同様にしてバイパス弁１４の弁開度を制
御する。バイパス弁１４の開度が増大すれば排気
タービン１２を回転駆動せずにバイパス通路１３
に向かう排気流が生じて排気タービン１２の回転
エネルギが低減し、コンプレツサ５の過回転が防
止されて過給圧の過昇を防止できる。
このようにして前記フラツプ制御デユーテイ比
設定手段４６、メモリ４９、電磁弁２３の駆動手
段４７がフラツプ制御手段を構成し、バイパス弁
制御デユーテイ比設定手段５２、電磁弁１６の駆
動手段５５及びメモリ５４がバイパス弁制御手段
を構成し、これら全体がフラツプ２１とバイパス
弁１４とからなる排気制御装置の制御手段Ｍを構
成している。
次に前記オクタン価検出手段５７の具体例を第
４図のブロツク図に示し、その作動を第５図のフ
ローチヤートを用いて説明する。
本実施例におけるオクタン価検出手段５７は、
機関の点火回路５９を制御する点火進角制御手段
６０を用いたものである。即ち点火進角制御手段
６０は基本噴射パルス巾TPと機関回転速度Ｎと
に基づいて基本点火進角設定手段６１が基本点火
進角をメモリ６３から読み取り、点火進角変更手
段６４に出力する。
メモリ６３は燃料のオクタン価に応じた複数の
基本点火進角マツプ６２ａ１〜６２anを予め基
本噴射パルス巾TPと機関回転速度Ｎに応じて有
しており、後述するオクタン価判別手段６５から
出力される現在使用燃料のオクタン価に対応する
基本点火進角マツプ６１ａ１〜６２anの１つを
マツプ選択手段６１ａを介して選択する。
かかる構成の点火進角制御手段６０によりまず
91オクタン用の基本点火進角マツプ６２ａ１を選
択し、点火回路５９の制御を行うと共にフラツプ
制御デユーテイ比設定手段４６及びバイパス制御
デユーテイ比設定手段５２においても同様に91オ
クタン用のマツプ４８ａ１，５３ａ１を選択して
それぞれフラツプ開度及びバイパス弁開度を制御
して過給圧を制御する（S71）。
かかる運転条件で機関を運転し暖機すると、水
温センサ２８から出力される機関冷却水温度Tw
により暖機判定手段６６が、暖機完了と判断し
（S72）、判定開始制御手段６７にこれを出力す
る。
判定開始制御手段６７においては基本噴射パル
ス巾TPと機関回転速度Ｎとに基づいて、S73で
機関回転速度Ｎが2000rpmと4000rpmとの間にあ
り、S74で基本噴射パルス巾が７mm／ｓより大で
ある第６図に示すオクタン価判定ゾーンＺにある
ことを判定する。該オクタン価判定ゾーンＺはノ
ツキングが発生し易い高速高負荷運転状態にあ
る。かかる運転状態になると、点火進角変更手段
６４とオクタン価判別手段６５にそのことを知ら
せ、点火進角変更手段６４ではS75で点火進角制
御手段６０から出力される基本点火進角（91オク
タン用の点火進角）を93オクタン用基本点火進角
に相当するように４度進め（S75）これをオクタ
ン価判別手段６５に入力する。オクタン価判別手
段６５はマツプ選択手段６１ａに93オクタン用マ
ツプを用いるべき旨の指令信号を出力し、これに
より対応するマツプから93オクタン用マツプの基
本点火進角を読み取つて点火回路５９を93オクタ
ン用基本点火進角で制御する。そしてその点火進
角条件でS76においてノツキングが発生するかど
うかを検出する。即ちノツキングセンサ３１はノ
ツキングが発生するとこれをノツキングレベル検
出手段６８に出力し、これをオクタン価判別手段
６５に出力する。もしノツキングが発生した場合
には、点火進角制御手段６０において93オクタン
用基本点火進角を選択したことが誤りであると判
断し、現在使用燃料が91オクタン価を有する燃料
であることを判別する。そしてマツプ選択手段６
１ａにS78で91オクタン用マツプを用いるべき旨
の指令信号を出力し、基本点火進角、フラツプ制
御デユーテイ比、バイパス弁制御デユーテイ比共
に91オクタン用のマツプを選択してそれぞれの制
御を行わしめる。
もしS76でノツキングが発生しない場合には、
更にノツキングに対して厳しい条件となる95オク
タン価に対する点火進角即ち初期設定の基本点火
進角よりも８度進めるように点火進角変更手段６
４がオクタン価判別手段６５に出力する（S77）。
そしてS79でノツキングが発生するか否かを検
出し、もしノツキングが発生したらこれよりオク
タン価が小さい93オクタン価の燃料を現在使用し
ているものであると判別する。その判別結果を点
火進角制御手段６０、フラツプ制御デユーテイ比
設定手段４６、バイパス弁制御デユーテイ比設定
手段５２にそれぞれ出力し、対応する93オクタン
用のマツプを用いて制御するようにする（S80）。
S79でもノツクが発生しなかつた場合には、更
に点火進角を４度進め、初期設定の基準点火進角
よりも12度進めて（S81）、S82でノツキングが発
生するかどうかを検出する。そしてノツキングが
生じればそれよりオクタン価の小さい95オクタン
用の燃料を現在使用していると判断して制御手段
Ｍと点火進角制御手段６０に95オクタン用のマツ
プを用いて制御すべき旨を出力する。
S82でノツキングが発生しなかつた場合には、
95オクタン価の燃料より１ランク上の98オクタン
価の燃料を用いているものと判断する。
このようにしてオクタン価検出手段５７が検出
した現在使用燃料のオクタン価に応じて排気制御
手段Ｍと点火進角制御手段６０とが制御されるの
で、現在使用燃料のオクタン価に合致した最適な
過給圧制御及び点火進角制御が可能となる。
このようにして例えば91オクタン価の燃料（レ
ギユラーガソリン）に対応して過給圧制御目標値
を350mmHgに設定した場合には、同一の機関を用
いて98オクタン価の燃料（ハイオク）を用いて機
関を運転すれば該オクタン価に対応して過給圧を
465mmHgまで上昇させることができるから、機関
出力は約16％増もの大幅な増大を実現できるので
ある。
オクタン価検出手段５７によつて現在使用燃料
のオクタン価を判定した後は、所定時間内その判
定結果を保持する。所定時間内とは設定された時
間巾でもよく、キーオフされるまでもしくはガソ
リン補給時までであつてもよい。
もし先の説明で判定した使用燃料のオクタン価
が誤つてなされた場合を考慮して、オクタン価判
別手段６５の出力を補正手段６９によつて補正す
る。その作用は第７図に示すように、一旦検出さ
れたオクタン価に対応して点火進角制御及び排気
制御がなされて運転が継続されたときに、ノツキ
ングセンサ３１がS91においてのノツキングが発
生したことを検出すると、点火進角制御手段６０
に進角値を２度ずつ遅らせるように指令信号を出
す（S92）。そしてS93でカウントアツプした結果
S94で点火進角の遅角量RETが４度を越した場合
には、各デユーテイ比設定手段４６，５２の制御
マツプを１ランク低いオクタン価のものを選択す
るように指令する（S95，S96）。そしてS97でフ
ラツグを点火進角遅れ量RET＝０にたて、再び
第５図に示すオクタン価検出作用を行わしめる。
これによつてもS91でノツキングが発生したこと
が検出されれば、上記作動を繰り返して順次オク
タン価を繰り下げる。
尚第８図に本実施例におけるオクタン価検出手
段５７の大略機能を表示したブロツク図を示して
ある。
〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、排気ターボ
チヤージヤの排気タービンへ供給される排気の流
れを制御する排気制御装置を、短時間で現在使用
燃料のオクタン価をきめ細かく検出した後、運転
状態と使用燃料のオクタン価に応じて制御し、該
オクタン価に応じた目標過給圧を得るようにした
ので、燃料のオクタン価に応じてきめ細かく短時
間に最適な過給圧制御ができ、低オクタン価燃料
使用時には過給制御圧を下げてノツキングの発生
或いは機関の焼付を防止でき、また高オクタン価
燃料使用時には過給制御圧を最大限に高めて高出
力を得ることができる。また燃料のオクタン価に
応じて過給圧を変えることはオクタン価のバラツ
キを考慮することなく、機関の圧縮比を高くで
き、燃費及び出力向上を図ることが可能となる。
【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図は本
発明の一実施例を示す概略構成図、第３図は同上
におけるコントロールユニツト３０の作動を示す
ブロツク図、第４図は同上におけるオクタン価検
出手段を示すブロツク図、第５図は同じくオクタ
ン価検出手段の作用を示すフローチヤート、第６
図はオクタン価判定ゾーンＺを示すグラフ、第７
図は第４図における補正手段６９の作用を説明す
るフローチヤート、第８図は第４図に示すオクタ
ン価検出手段の実施例の基本的構成を示すブロツ
ク図である。 １…内燃機関、２…吸気通路、４…排気ターボ
チヤージヤ、５…コンプレツサ、８…回転セン
サ、１１…排気通路、１２…排気タービン、１３
…バイパス通路、１４…バイパス弁、１６，２３
…電磁弁、２１…フラツプ、３０…コントロール
ユニツト、３１…ノツキングセンサ、４６…フラ
ツプ制御デユーテイ比設定手段、４６ａ…マツプ
選択手段、４８ａ１〜４８an…マツプ、５２…
バイパス弁制御デユーテイ比設定手段、５２ａ…
マツプ選択手段、５３ａ１〜５３an…マツプ、
Ｍ…排気制御手段、６０…点火進角制御手段、６
１…基本点火進角設定手段、６１ａ…マツプ選択
手段、６２ａ１〜６２an…基本点火進角マツプ、
６４…点火進角変更手段、６５…オクタン価判別
手段、６７…判定開始制御手段、６９…補正手
段。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 機関運転状態検出手段と、現在使用燃料のオ
    クタン価を３段階以上に区分して検出するオクタ
    ン価検出手段と、排気ターボチヤージヤの排気タ
    ービンへ供給される排気の流れを制御する排気制
    御装置と、該排気制御装置を機関運転状態と前記
    オクタン価検出手段から与えられた使用燃料のオ
    クタン価とに応じて制御し目標過給圧を得る制御
    手段と、 を備え、 かつ前記オクタン価検出手段が、 機関運転状態と燃料のオクタン価とに応じて設
    定された基本点火進角に基づいて基本点火進角を
    制御する点火進角制御手段と、 機関のノツキングレベルを検出してノツキング
    の有無を検出するノツキングレベル検出手段と、 前記点火進角制御手段により制御される基本点
    火進角を、前記ノツキングレベル検出手段により
    ノツキングが検出されるまで所定範囲内で徐々に
    進角変更する基本点火進角変更手段と、 前記点火進角制御手段により制御される基本点
    火進角と、該基本点火進角に対して前記基本点火
    進角変更手段によつて変更された総進角量と、に
    基づいて現在使用燃料のオクタン価を判別するオ
    クタン価判別手段と、 前記オクタン価判別後に検出されるノツキング
    発生の有無に基づいて前記判別したオクタン価に
    応じた点火時期あるいはオクタン価を補正する補
    正手段と、 を備えたことを特徴とする排気ターボチヤージヤ
    の過給圧制御装置。 ２ 排気制御装置は、排気ターボチヤージヤの排
    気タービンへ供給する排気流速を制御する弁装置
    と、排気タービンをバイパスする装置に設けたバ
    イパス弁と、の少なくとも一方であることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項に記載の排気ターボ
    チヤージヤの過給圧制御装置。 ３ オクタン価検出手段は前記点火進角制御手段
    に検出結果を出力する手段であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項〜第２項のいずれか１つ
    に記載の排気ターボチヤージヤの過給圧制御装
    置。
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