JPH066937B2 - 過給機付きエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、過給機をそなえたエンジンに関し、特にかか
るエンジンの制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、運転状態に応じ高過給圧特性での運転または
低過給圧特性での運転を選択的に行ないうる過給機付き
エンジンが提案されている。

そして、かかるエンジンに、例えばノック量に応じて点
火時期を遅らせることによりノックを回避するノック制
御手段を搭載することも考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のような従来の手段では、高過給圧
特性での運転状態から低過給圧特性での運転状態へ切り
替えた場合に、高過給圧特性での運転中にリタード量が
そのまま保存されるため、低過給圧特性での運転への切
替に伴い出力が急減少し、その切替時にショックが生じ
るという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもの
で、低過給圧特性での運転状態への切替時における出力
が急減少をなくして、ショックの発生を防止できるよう
にした、過給機付きエンジンの制御装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本発明の過給機付きエンジンの制御装置は、
運転状態に応じ高過給圧特性での運転または低過給圧特
性での運転を選択的に行ないうる過給機付きエンジンに
おいて、ノック回避のための制御を行なうノック制御手
段と、上記高過給圧特性での運転と上記低過給圧特性で
の運転との間での切替を制御する過給圧特性切替制御手
段とをそなえ、上記高過給圧特性での運転状態から上記
低過給圧特性での運転状態への切替に伴う過給圧低下分
に相当する量だけ点火時期を進角させる点火時期制御手
段が設けられたことを特徴としている。

〔作 用〕

上述の構成により、上記高過給圧特性での運転状態から
上記低過給圧特性での運転状態への切替に伴い、過給圧
が低下した分に相当する量だけ点火時期を進角させるこ
とが行なわれる。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の一実施例としての過給機付き
エンジンの制御装置について説明すると、第１図はその
要部構成図、第２図はその点火時期制御手段を説明する
ための電気回路図、第３〜６図はそれぞれの作用を説明
するためのグラフ、第７〜９図はその作用を説明するた
めの流れ図、第１０図(a)〜(c)および第１１図(a)〜(c)
はそれぞれその作用を説明するための波形図、第１２，
１３図はそれぞれの過給圧特性切替用アクチュエータの
変形例を示す模式図、第１４，１５はそれぞれ第１２，
１３図に示すものについてその作用を説明するためのグ
ラフである。

第１図に示すごとく、このエンジンは過給機（ターボチ
ャージャ）３をそなえており、このターボチャージャ３
は、エンジンの排気通路２に介装されたタービン４と、
エンジンの吸気通路１に介装されたタービン４によって
駆動されるコンプレッサ５とをそなえている。

また、排気通路２には、タービン４の配設部分を迂回す
るようバイパス通路2aが接続されており、このバイパス
通路2aには、これを開閉するウエストゲートバルブ６が
設けられている。

さらにウエストゲートバルブ６を開閉駆動する圧力応動
式アクチュエータ７が設けられている。このアクチュエ
ータ７は、そのケーシング内に、同一径の第１ダイアフ
ラム９と第２ダイアフラム１０とをそなえており、第１
ダイアフラム９はウエストゲートバルブ６に第１ロッド
８を介して連結され、第２ダイアフラム１０は第１ダイ
アフラム９に離接可能な第２ロッド１５に連結されてい
る。

また、このアクチュエータ７は、設定荷重の大きい第１
リターンスプリング１３と設定荷重の小さい第２リター
ンスプリング１４とをそなえており、第１リターンスプ
リング１３はケーシングと第１ダイアフラム９との間に
装填されることにより第１ダイアフラム９および第１ロ
ッド８を介しウエストゲートバルブ６を閉方向に付勢
し、第２リターンスプリング１４はケーシングと第２ダ
イアフラム１０との間に装填されることにより第２ダイ
アフラム10を介し第２ロッド15を第１ダイアフラム９か
ら離隔させる方向に付勢している。

さらに、アクチュエータ７は、第１圧力室１１および第
２圧力室１２をそなえており、第１圧力室１１は第１ダ
イアフラム９および第２ダイアフラム１０の間に形成さ
れ、第２圧力室１２は第２ダイアフラム１０を介し第１
圧力室１１に隣接して形成されている。

ところで、第１圧力室１１には、第１制御通路１６が接
続されるとともに、第２圧力室１２には、第２制御通路
としての圧力通路１９が接続されている。

第１制御通路１６は電磁式切替弁としてのソレノイド弁
１８を介し大気通路１７と圧力通路１９とに接続されて
いる。

なお、大気通路１７はコンプレッサ上流側吸気通路部分
1aに連通接続し、圧力通路１９はコンプレッサ下流側吸
気通路部分1bに連通接続している。これにより大気通路
１７を通じ大気圧が導入され、圧力通路１９を通じ吸気
通路１におけるコンプレッサ下流側圧力が導入される。

また、ソレノイド弁１８はコントローラ２０からの信号
を受けるソレノイドコイル１８aをそなえており、ソレ
ノイドコイル１８aが励磁されると、プランジャ１８bが
リターンスプリング１８cに抗して吸引されることによ
り、第１制御通路１６に大気圧が導入される一方、ソレ
ノイドコイル１８aの励磁をやめると、プランジャ１８b
がリターンスプリング１８cに押されることにより、第
１制御通路１６にコンプレッサ下流側圧力が導入される
ようになっている。このようにして、第１圧力室１１内
には、第１制御通路１６を通じ大気圧またはコンプレッ
サ下流側圧力が選択的に導入され、第２圧力室１２には
圧力通路１９を通じコンプレッサ下流側圧力が導入され
る。

したがって、ソレノイドコイル18aを消磁状態にして、
第２圧力室12と同様、第１圧力室11にコンプレッサ下流
側圧力を作用させると、ウエストゲートバルブ６の閉方
向荷重は第１リターンスプリング１３によるものだけを
考えればよく、これのより第３図に符号αで示すような
低過給圧特性をもった実質的に第１ダイアフラム９だけ
を有するアクチュエータとして作動する。しかしソレノ
イドコイル１８aを励磁状態にして、第１圧力室１１に
大気圧を作用されると、この場合は、ウエストゲートバ
ルブ６の閉方向荷重は第１リターンスプリング１３およ
び第２リターンスプリング１４による双方のものを考え
なければならず、これのより第３図に符号βで示すよう
な高過給圧特性を得ることができ、その結果過給圧は高
く制御される。

これにより、このエンジンは高過給圧特性βでの運転ま
たは低過給圧特性αでの運転を選択的に行なうことがで
きる。

なお、見方を変えれば、第４図に示すごとく本エンジン
による過給圧−エンジン回転数特性を符号ａやｂで示す
ように設定することができるとも言える。

ここで特性ａは第１圧力室１１にコンプレッサ下流側圧
力を導入して第１圧力室１１と第２圧力室１２とに作用
する圧力を同じにした場合のものを示し、特性ｂは第１
圧力室１１に大気圧を導入した場合のものを示す。そし
て、本エンジンでは、たとえアクチュエータ７が誤作動
しても、第４図に符号ｄで示す範囲におさえることがで
きる。これに対しアクチュエータに作用する圧力をリー
ク通路を通じ大気リークする従来のものでは、第４図に
符号ｃで示すように異常に過給圧が上昇するおそれがあ
る。

ところで、ノックセンサ２１がエンジンブロック等に取
り付けられており、このノックセンサ２１からの信号Ｋ
Ｓを積分して積分電圧ＲＳを出力するノック検出回路２
１′が設けられていて、このノック検出回路２１′から
のノック積分電圧（アナログ信号）ＲＳはコトローラ２
０へ供給される。

また、エンジン回転数Ｎを検出する回転数センサ22が設
けられるとともに、吸気通路１の吸入空気量を検出する
エアフローセンサ２３が設けられていて、両センサ２
２，２３共に検出信号はディジタル信号である。

なお、一般にエアフローセンサ２３はエンジンの低速高
負荷状態において吸気脈動等により誤動作するといわれ
ているが、本実施例では、エアフローセンサ23の下流側
にインタクーラ２４を設けエアクリーナ部分の寸法等を
適宜調整することにより、上記のような吸気脈動はほと
んど起きなくなったので、エアフローセンサ２３による
計測信頼性あるいは精度は十分に高いものと考えられ
る。

さらに、エンジン冷却水温をアナログ信号で検出する水
温センサ２６が設けられている。

また、スロットル弁２５の開度（スロットル開度）Θを
アナログ信号で検出するスロットルセンサ３０が設けら
れている。

そして、これらのセンサ２１，２２，２３，２６，３０
からの信号がコントローラ２０へ入力されるようになっ
ている。このコントローラ２０は、ノック制御手段M1や
過給圧特性切替制御手段Ｍ２等の機能を有している。

ここで、ノック制御手段Ｍ１は、点火の際の遅角量を制
御することによりノック回避のための制御を行なうもの
で、過給圧特性切替制御手段Ｍ２は、ノック制御手段Ｍ
１によって遅角することにより高過給圧特性βでの運転
状態で決まる下限絶対点火時期を下まわったときに、高
過給圧特性βでの運転状態と低過給圧特性αでの運転状
態との間での切替を制御するものである。

ノック制御手段Ｍ１について説明する。このノック制御
手段Ｍ１は、まずエンジン負荷情報（Ａ／Ｎ；Ａは吸入
空気量情報，Ｎはエンジン回転数情報），エンジン回転
数情報Ｎから決まる点火時期を記憶する基本点火時期特
性マップ（レギュラガソリン用とプレミアムガソリン用
の２種類用意される）をそなえている。また、ノック制
御手段Ｍ１は、かかるマップからのエンジン運転状態に
応じた点火時期情報をノック検出回路21′からのノック
量情報に応じて遅角側へ補正する補正手段をそなえてい
る。

すなわち、ノック制御手段Ｍ１へは、各種のセンサから
吸入空気量情報Ａ，エンジン回転数情報Ｎ，ノック量情
報ならびに基準信号情報（この情報はクランク角で１８
０°周期をもっており、通電開始時期と点火時期とを制
御する）およびクランク角情報（これらの基準信号情報
やクランク角情報はディストリビュータ２７から取り入
れられる）が入力され、上記補正手段によってノック量
に応じ遅角された点火信号が、イグニッションコイル２
８付きのパワートランジスタ２９へ供給されるようにな
っている。これによりパワートランジスタ２９が所定の
タイミングでオンオフし、イグニッションコイル２８の
一次側電流が断続される。

ところで、実際の点火時期としては、上記の基本点火時
期特性から得られる基本点火時期にノックの度合に応じ
て設定される点火時期学習係数Ｋ１を加味した値が採用
される。例えば、かかる学習係数Ｋ１の設定の仕方は次
のようにして行なわれる。すなわち、ノック積分電圧
が、所定の電圧Ｖ１とＶ２（Ｖ１＞Ｖ２）との間にあれ
ば、学習係数Ｋ１の値を保持するが、Ｖ１よりも大きい
と、Ｋ１の値を所定時間ごとに１ずつ減算してゆき、逆
にＶ２よりも小さいと、Ｋ１の値を所定時間ごとに１ず
つ加算してゆくことが行なわれるのである。

なお、学習係数Ｋ１の値はバッテリバックアップさせる
が、コンピュータ装着直後のイグニッションキーオン時
の学習係数Ｋ１の初期値は分解能に応じ適宜の値に設定
される。

ここで、スロットル弁２５を全開にした状態での絶対進
角エンジン回転数との関係を、第５図に示す。第５図に
おいて、符号ｅはプレミアムガソリン用のベース進角特
性，ｆはレギュラガソリン用のベース進角特性，ｇは学
習結果によって得られた進角特性を示す。

また、第５図において、符号ｈは高過給圧特性βで決ま
る排気温度限界特性を示す。

すなわち、この第５図から次のことがわかる。あるエジ
ン回転数Ｎ₀において、遅角できる最大量は、学習値が
決まる量θ₁と排気温度限界で決まる量θ₂との和で決ま
る、即ち遅角量がθ₁＋θ₂を越えて下限点火時期を下ま
わると、ノック制御手段Ｍ１によってはノックを回避す
ることができないのである。実際は、かかる下限点火時
期を下まわったかどうかは、上記点火時期学習係数K1に
依存したノック積分電圧Ｖｒ(K1)（これは上記θ₁の情
報をもつ）とエンジン回転数に依存したノック積分電圧
Ｖｒ(N)（これは上記θ₂の情報をもつ）との和が設定値
Ｖｒ₀を超えたかどうかで判断される。

次に、過給圧特性切替制御手段Ｍ２について説明する。
すなわち、この手段Ｍ２では、例えば加速時であること
を検出して、ソレノイドコイル１８aをオンし、低過給
圧特性αでの運転から高過給圧特性βでの運転状態へ切
り替えたり、高過給圧特性βでの運転中に、ノック制御
により遅角していって、上記の値Ｖｒ(K1)＋Ｖｒ(N)が
Ｖｒ₀以上になると、ソレノイドコイル18aをオフにし
て、低過給圧特性αでの運転に切り替えたりすることが
行なわれるのである。

ここで、この過給圧特性切替制御手段Ｍ２による処理の
流れを示すと、第７図のようになる。

なお、エンジン回転数が高い状態で、排気温度限界で決
まる量θ₂が小さくなってくるので、学習値で決まるθ₁
［即ち上記ノック積分電圧Ｖｒ(K1)］が設定値を超えた
だけで、低過給圧特性αでの運転状態へ切り替えるよう
にしてもよい。

ところで、高過給圧特性βでの運転状態から低過給圧特
性αでの運転状態への切替に伴う過給圧低下分に相当す
る量だけ点火時期を進角させる点火時期制御手段Ｍ３が
設けられている。すなわち、この点火時期制御手段Ｍ３
によれば、過給圧特性切替制御手段Ｍ２によって高過給
圧特性βでの運転状態から低過給圧特性αでの運転状態
への切替指令信号とともにコントローラ２０から発せさ
れるハイレベルのリタード解除信号ＣＳが第２図に示す
定電流放電回路３１へ供給され、この回路３１がノック
検出回路２１′のノック積分電圧ＲＳを強制放電するこ
とにより、高過給圧特性βでの運転時におけるノック量
に依存する遅角量を減少させる、即ち進角させることが
行なわれる。

このようにして、かかる切替時に点火時期が基本点火時
期に強制的に戻されるため、見掛上点火時期は第６図に
示すごとくθ₀だけ進められたことになり、出力の大幅
な低下を防止できるのである。

すなわち、上記の切替時に、高過給圧特性βでの運転時
におけるノック量に依存する遅角量を減少しなければ、
低過給圧特性αでの運転時においても、該遅角量がその
まま反映される、即ち該切替時に点火進角が全く変化せ
ず、例えば第６図におけるＰ点で切り替わったとすれ
ば、そのままＱ′点へ移行するので、出力がＰＳ₀だけ
低下するのである。これに対し本装置によればＰ→Ｑ点
へ移行するので、出力低下をおこすことがないのであ
る。

なお、第６図はあるエンジン回転数でスロットル弁２５
を全開にした状態での出力−点火進角特性を示し、第６
図中の符号ｉは高過給圧特性時のものを示し、符号ｊは
低過給圧特性のものを示す。

ここで、この点火時期制御手段Ｍ３による処理の流れを
示すと、第８図のようになる。

また、ノックが発生していないときのノックセンサ２１
への入力信号信号，ノックセンサ２１の出力信号ＫＳお
よびノック積分電圧ＲＳの波形図を、それぞれ第１０図
(a)，(b)，(c)に示し、ノックが発生したときのノック
センサ２１への入力振動信号，ノックセンサ２１の出力
信号ＫＳおよびノック積分電圧ＲＳ（この場合ＲＳは符
号ｒで示すところで強制放電され、符号Ｓで示すところ
で充電されている）の波形図をそれぞれ第１１図(a)，
(b)，(c)に示す。

上述の構成により、実際のエンジン制御に際し、例えば
ノックの起きにくい加速初期（エンジン燃焼室温度が所
定値以下であるような状態で加速する場合）には、第１
圧力室１１に大気圧を導入して、高過給圧特性βを選択
することにより、定常高負荷運転時より過給圧を高める
ことが行なわれる。これにより抜群の加速性能を発揮す
る。

しかし、ノックによる点火時期リタード量がある値を超
えて継続する定常高負荷運転時、具体的には高過給圧特
性βで運転している場合にノック制御によってはノック
を回避できない場合は、適切なタイミングで、第１圧力
室11にコンプレッサ下流側圧力を導入し、第１圧力室１
１と第２圧力室１２との圧力を同じにして、他方の低過
給圧特性αを選択することにより、ノックや排温（排気
温度）の上昇を回避することが行なわれる。

そして、低過給圧特性αでの運転への切替と同時に、過
給圧低下分に相当する量だけ点火時期を進ませる、具体
的にはノック検出回路21′のノック積分電圧ＲＳを第１
１図(c)に示すごとく強制放電することが行なわれるの
で、出力の低下を招くことなく円滑に上記切替を行なう
ことができる。このようにして、たとえアクチュエータ
７が誤って作動した場合でも、異常に過給圧が上昇しな
いようにしながら、加速初期には抜群の加速性能を発揮
でき、切替過渡期に出力の低下を招くことなく、定常高
負荷運転域ではノックの発生や排温の上昇を確実に防止
できるのである。

なお、点火時期制御手段Ｍ３の機能をソフト処理によっ
てもたせることも可能である。

この場合、検出信号は前述のノックセンサ出力信号ＫＳ
と同等とし、この信号ＫＳがハイ（High）である時間を
カウントして、コントローラ２０のＣＰＵに入力した
り、検出信号は前述のノックセンサ出力信号ＫＳと同等
とし一定期間（点火間隔時間又は一定時間）に信号ＫＳ
がハイであったかどうかをコントローラ２０のＣＰＵに
入力したりする。

そして、ノックが起こる限り点火リタード値をふやして
いき、ノックが起こらなければ減らしていく積分機能を
ＣＰＵ内のソフトウェアによって行なう。

したがって、リタード量を減少させる制御も、ＣＰＵ内
のソフトウェアのみで進角させたい時は、リタード量を
記憶したメモリを必要量だけ加速することで行なわれ
る。

なお、このソフトウェアによるものの処理の流れを示す
第９図にようになる。

また、アクチュエータとして、第12，13図に示すような
ものを用いることができる。第１２図に示すアクチュエ
ータ７′は第１ダイアフラム９′の方が第２ダイアフラ
ム10′よりも面積の大きいもので、第13図に示すアクチ
ュエータ７″は逆に第２ダイアフラム１０″の方が第１
ダイアフラム９″よりも面積の大きいものである。この
ようにダイアフラム間の径を変えると、第12図に示すも
ので、第14図に示すような過給圧特性α′，β′（特性
α′は第１圧力室１１′にコンプレッサ下流側圧力を導
入したもの、特性β′は第１圧力室１１′に大気圧を導
入したもの）を得ることができ、第13に示すものでは、
第15に示すような過給圧特性α″，β″（特性α″は第
１圧力室１１″にコンプレッサ下流側圧力を導入したも
の、特性β″は第１圧力室１１″に大気圧を導入したも
の）を得ることができる。

また、ダイアフラム間の面積を変えると、第４図の特性
a,bの傾きも変わる。

なお、第１２，１３図中の符号８′，８″は第１ロッ
ド、１２′，１２″は第２圧力室、１３′，１３″は第
１リターンスプリング、１４′，１４″は第２リターン
スプリング、１５′，１５″は第２ロッドを示し、それ
ぞれの部材はダッシュのない符号で示す前述の実施例の
各部材とほぼ同様の機能を発揮するものである。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の過給機付きエンジンの制
御装置によれば、運転状態に応じ高過給圧特性での運転
または低過給圧特性での運転を選択的に行ないうる過給
機付きエンジンにおいて、ノック回避のための制御を行
なうノック制御手段と、上記高過給圧特性での運転と上
記低過給圧特性での運転との間での切替を制御する過給
圧特性切替制御手段とをそなえ、上記高過給圧特性での
運転状態から上記低過給圧特性での運転状態への切替に
伴う過給圧低下分に相当する量だけ点火時期を進角させ
る点火時期制御手段が設けられるという簡素な構成で、
高過給圧特性での運転状態から低過給圧特性での運転状
態への切替時に出力が急減少することがなく、これによ
り該切替をショックなく行なえる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例としての過給機付きエンジンの制
御装置を示すもので、第１図はその要部構成図、第２図
はその点火時期制御手段を説明するための電気回路図、
第３〜６図はそれぞれの作用を説明するためのグラフ、
第７〜９図はその作用を説明するための流れ図、第１０
図(a)〜(c)および第１１図(a)〜(c)はそれぞれその作用
を説明するための波形図、第１２，１３図はそれぞれの
過給圧特性切替用アクチュエータの変形例を示す模式
図、第１４，１５図はそれぞれ第１２，１３図に示すも
のについてその作用を説明するためのグラフである。 １・・吸気通路、１ａ・・コンプレッサ上流側吸気通路
部分、１ｂ・・コンプレッサ下流側吸気通路部分、２・
・排気通路、２ａ・・バイパス通路、３・・ターボチャ
ージャ（過給機）、４・・タービン、５・・コンプレッ
サ、６・・ウエストゲートバルブ、７，７′，７″・・
アクチュエータ、８，８′，８″・・第１ロッド、９，
９′，９″・・第１ダイアフラム、１０，１０′，１
０″・・第２ダイアフラム、１１，１１′，１１″・・
第１圧力室、１２，１２′，１２″・・第２圧力室、１
３，１３′，１３″・・第１リターンスプリング、１
４，１４′，１４″・・第２リターンスプリング、１
５，１５′，１５″・・第２ロッド、１６・・第１制御
通路、１７・・大気通路、１８・・ソレノイド弁、１８
ａ・・ソレノイドコイル、１８ｂ・・プランジャ、１８
ｃ・・リターンスプリング、１９・・圧力通路（第２制
御通路）、２０・・コントローラ、２１・・ノックセン
サ、２１′・・ノック検出回路、２２・・回転数セン
サ、２３・・エアフローセンサ、２４・・インタクー
ラ、２５・・スロットル弁、２６・・水温センサ、２７
・・ディストリビュータ、２８・・イグニッションコイ
ル、２９・・パワートランジスタ、３０・・スロットル
センサ、Ｍ１・・ノック制御手段、Ｍ２・・過給圧特性
切替制御手段、Ｍ３・・点火時期制御手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転状態に応じ高過給圧特性での運転また
   は低過給圧特性での運転を選択的に行ないうる過給機付
   きエンジンにおいて、ノック回避のための制御を行なう
   ノック制御手段と、上記高過給圧特性での運転と上記低
   過給圧特性での運転との間での切替を制御する過給圧特
   性切替制御手段とをそなえ、上記高過給圧特性での運転
   状態から上記低過給圧特性での運転状態への切替に伴う
   過給圧低下分に相当する量だけ点火時期を進角させる点
   火時期制御手段が設けられたことを特徴とする、過給機
   付きエンジンの制御装置。