JPH075236Y2 - ターボヒータ付内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は内燃機関において冷間時に加温された空気を
発生しエンジンの暖機を促進するターボヒータ付内燃機
関に関する。

〔従来の技術〕

所謂ターボヒータは内燃機関の排気系に設けられるター
ビンと、タービンにより駆動されるコンプレッサとを有
し、コンプレッサの回転エネルギにより加温空気を発生
し、この加温空気によりエンジンの暖機を促進したり、
または車室の暖房空気を得たりするものである。ターボ
ヒータでは機構的に所謂ターボチャージャと類似する
が、ターボチャージャが所謂断熱圧縮により加圧された
空気を得るものであるのと相違し、断熱圧縮は行わずコ
ンプレッサの回転エネルギにより加温効果だけを得るこ
とを意図しており、コンプレッサのスロート等の設計が
ターボチャージャ用のそれとは異なっている。

ターボヒータの一例として、例えば、実開昭58-100222
号では過給機により加温された空気を車室暖房に使用す
るものを提案している。過給機からの空気を抑制するた
め制御弁が設けられ、制御弁は通常は過給機からの空気
をエンジンに導入するが、暖房時には過給機からの空気
は暖房装置に導入される。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来技術では、制御弁の状態、即ちターボヒータを作動
させるか否かによりエンジンのトルクが変化する。その
ため、同じトルクを得るためのアクセルペダルの踏み込
み量がターボヒータとして作動しているか否かで変わっ
てくる。その結果、エンジンの作動中にターボヒータが
ON条件と、OFF条件との境界を横切った場合にエンジン
トルクが急変し、運転者に不快感を与える問題点があ
る。

この考案では、ターボヒータ作動しているか停止してい
るかに係わらず同じアクセルペダルの踏み込み量に対し
て同一のトルクを得ることができるようにするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この考案によれば、第１図において、内燃機関が吸気系
Ａ、排気系Ｂ及び燃料供給装置Ｃを備え、内燃機関の排
気系に設けられるタービン24と、タービン24により駆動
され加温された空気を発生するコンプレッサ26とより成
るターボヒータ22を有し、ターボヒータ22の作動時にタ
ービン24に排気ガスを導入する制御弁36が設けられる内
燃機関において、ターボヒータ22が作動か停止かの状態
を検出するターボヒータ状態検出手段Ｄと、ターボヒー
タ22の作動時において内燃機関の燃料供給装置Ｃより供
給される燃料の量を増量させる燃料増量手段Ｅを更に具
備するターボヒータ付内燃機関の燃料供給制御装置が提
供される。

〔作用〕

ターボヒータ状態検出手段Ｄはターボヒータ22が作動中
か、否かを例えば制御弁36の状態により検出し、ターボ
ヒータ状態検出手段Ｄがターボヒータ22が作動中と判断
したときは増量手段Ｅは燃料供給手段Ｃより供給される
燃料量を通常より増加させる。

〔実施例〕

この考案のディーゼル機関への応用を示す第２図におい
て、10はディーゼル機関の本体、12は吸気管、14はエア
クリーナ、16は排気管である。18は燃料噴射ポンプ、20
はバキュームポンプを示し、周知のように、燃料噴射ポ
ンプ18及びバキュームポンプ20はクランク軸により回転
駆動される。

ターボヒータ22はタービン24と、コンプレッサ26と、タ
ービン24とコンプレッサ26とを連結する回転軸28とを備
える。タービン24は上流端が排気管16から分岐される排
気ガス分岐通路30に配置される。同排気ガス分岐通路30
の下流は排気管16に接続される。コンプレッサ26は空気
通路32上に設けられ、空気通路32の下流端は吸気管12に
接続され、空気通路32の上流端はエアクリーナ34に接続
される。空気分流通路30との接続箇所より上流における
排気管16にバタフライ型の制御弁36が設けられ、制御弁
36の弁軸36-1にレバー40が設けられ、レバー40はロッド
42の一端に接続される。ロッド42の他端はダイヤフラム
アクチュエータ44のダイヤフラム44-1に連結される。ダ
イヤフラムアクチュエータ44は負圧を選択的に導入する
ことにより制御弁36を開閉するものである。ダイヤフラ
ムアクチュエータ44は負圧配管50を介してバキュームポ
ンプ20に接続される。配管50上に３方切替電磁弁（VS
V）52が設けられ、電磁弁52が通電（ON）されるときは
バキュームポンプ20がアクチュエータ44と連通され、バ
キュームポンプ20からの負圧がアクチュエータ44に導入
され、ロッド42は図の左方向に収縮駆動され、制御弁36
は閉鎖される（実線）。電磁弁52の通電が解除（OFF）
されるとアクチュエータ44はエアクリーナ56に連結さ
れ、アクチュエータ44に大気圧が導入され、ロッド42は
図の右方向に伸長移動され、制御弁36は開放される（破
線）。

第３図は燃料噴射ポンプ18及び燃料噴射量制御のための
制御回路を示す。燃料噴射ポンプ18はこの実施例では所
謂分配型の燃料噴射ポンプであり、かつ電気制御による
スピル制御装置を具備している。燃料噴射ポンプ18はプ
ランジャ60を有し、プランジャ60はシリンダ62内を回転
しながら往復する。プランジャ60の一端にフェイスカム
64が設けられ、フェイスカム64はローラ66に接触する。
一方、プランジャはカップリング68を介して駆動軸70に
連結され、この駆動軸70がエンジン10のクランク軸に連
結される。そのため、クランク軸の回転により駆動軸70
が回転駆動されると、ローラ66とフェイスカム64との協
働作用により、プランジャ60は回転しながら左右に往復
する。プランジャ60がリターンスプリング65に抗して図
の右側に移動するときは、プランジャ60の先端とシリン
ダ62との間に形成されるポンプ室72の容積は減少し、ポ
ンプ室72内の燃料は加圧され、プランジャ60に形成され
る通路74に連通される凹部76が、シリンダ62にその半径
方向に気筒数だけ設けられる小孔78の一つと連通する
と、吐出弁80が開弁され、吐出弁80に接続されるその気
筒の燃料噴射弁（図示）より燃料噴射が行われる。プラ
ンジャ60がリターンスプリング65によって図の左側に移
動するときは、プランジャ60の先端とシリンダ62との間
に形成されるポンプ室72の容積は増大し、ポンプ室72内
の圧力は減圧され、燃料供給小孔83がプランジャ60の先
端に角度方向に間隔をおいて気筒数と同じ数だけ形成さ
れる凹部84に連通されると、燃料室86からの燃料がポン
プ室72に吸引される。駆動軸70上にポンプ羽根87が設け
られ、図示しない燃料タンクからの燃料は吸入ポート87
-1より吸入され、吐出ポート87-2より燃料室86に充填さ
れる。

以上のプランジャの往復運動はプランジャの１回転（即
ちエンジン１サイクル）に気筒回数だけ繰り返され、そ
の気筒の燃料噴射開弁よりの燃料噴射が実行される。ス
ピルリング90がプランジャ60上に摺動自在に配置され
る。スピルリング90とスピルポート92との相対位置に制
御することにより、燃料のスピンが起こるプランジャの
ストローク位置が変化され、燃料噴射量を制御すること
ができる。即ち、スピルリング90の位置が右に行けば行
くほど、スピルポート92が開放されるときのプランジャ
60の圧縮方向へのストロークが大きくなり、即ち、スト
ロークの最後まで燃料噴射が行われ、燃料噴射量は多く
なる。逆に、スピルリング90の位置が左に行けばいくほ
ど、スピルポート92が開放されるときのプランジャ60の
圧縮方向へのストロークが小さくなり、即ち、ストロー
クの最初の内に燃料噴射が終了され、燃料噴射量は少な
くなる。即ち、スピルリング90の位置制御により燃料噴
射量が可変制御される。

電子式のスピン制御装置はアクチュエータソレノイド94
と、スピル位置センサ96とを具備する。アクチュエータ
ソレノイド94内に磁性材料にて形成されたコア98が位置
され、ソレノイド94に印加される電圧に応じてコア98の
位置が制御される。コア98はスピル99により付勢される
スピル制御レバー100を介してスピルリング90の位置を
制御する。即ち、レバー100は支点102の回りを回動可能
に設けられ、ソレノイド94に印加される電圧が低いとき
はスプリング104によるコア98の飛び出し量は大きく、
レバー100は時計方向に回動され、スピルリング90は図
の左方向に移動され、スピルポート92をプランジャ60の
ストローク量の小さいうちから開放し、燃料噴射量が少
なくなる。一方、ソレノイド94に印加される電圧が高い
ときはスプリング104に抗してコア98が左側に吸引さ
れ、コアロッド98の飛び出し量は小さくなり、レバー10
0は反時計方向に回動され、スピルリング90は図の右方
向に移動され、スピルポート92はプランジャ60のストロ
ーク量が大きくなってから開放され、燃料噴射量が多く
なる。

制御回路110はこの考案による電磁弁52の制御及びスピ
ル位置制御を行うもので、例えばマイクロコンピュータ
システムとして構成される。制御回路110には各センサ
に接続され、各センサからの検出信号が入力される。ス
ピル位置センサ96はアクチュエータ94のコア98から延び
るロッド112の位置（即ち、スピルリング90の位置）に
応じた電気信号を発生する差動トランス等として構成す
ることができる。回転数センサ114は例えばホール素子
で構成され、燃料噴射ポンプの駆動軸70の回転数に応じ
たパルス信号を発生する水温センサ116はエンジンの冷
却水温THWに応じた信号を発生する。アクセルペダル位
置センサ118はアクセルペダルの踏み込み量に応じた信
号Accpを発生する。119はターボヒータを運転者側の要
求に応じて操作するスイッチである。

第４図及び第５図は制御回路110の作動を説明するフロ
ーチャートである。第４図はターボヒータを制御ルーチ
ンを示しており、ステップ120ではターボヒータスイッ
チ119がONか否か判別される。ターボヒータスイッチ119
がOFFのときはステップ128に進み、VSV52はOFFされる。
そのため、制御弁36は第２図の破線の全開位置をとり、
排気管16からの排気ガスはその殆どが通路部分16-1に導
かれ、ターボヒータは作動されない。

ステップ120でターボヒータスイッチ119がONであるとき
はステップ122に進み、水温THWが所定値T₁より小さいか
否か判別される。THW≧T₁のときはエンジンが暖機した
と判断され、ステップ128に進み、ターボヒータは作動
されない。エンジンが暖機されいないTHW＜T₁のときは
ステップ128よりステップ124に進み、ターボヒータの作
動域か否か判別される。第６図はエンジン回転数NEとア
クセルペダルの開度Accpとに対するターボヒータの作動
域を図解的に示す。ターボヒータの作動域は斜線をもっ
て図示され、アクセルペダルの開度Accpが余り大きくな
い低回転域である。即ち、アクセルペダルの開度が大き
くない低回転域ではエンジンの出力に余裕があり、その
エネルギの一部をターボヒータの駆動に振り向けること
ができるのである。ステップ124では現在のアクセルペ
ダルの開度Accpとエンジン回転数NEとをセンサ118,114
によって検出し、第６図のマップよりターボヒータのON
作動域かOFF作動域かを判別するのである。ステップ124
でアクセルペダルの開度Accpとエンジン回転数NEとから
ターボヒータのOFF域と判定されるときはステップ122に
進む。一方、ターボヒータのON域であると判定されると
きはステップ126に進み、VSV52がONされ、負圧ポンプか
らの負圧がアクチュエータ44に導入され、制御弁36は第
２図の実線のように閉鎖される。その結果、排気管16か
らの排気ガスはターボヒータ22のタービン24に導入さ
れ、これを回転駆動し、その回転はコンプレッサ26に伝
達される。その結果、通路32より外気が吸気管12を開始
てエンジン10に導入されるが、コンプレッサ26により圧
縮されることにより通路32からエンジンに導入される空
気の温度は高められる。そのため、エンジン10での燃焼
が効率的に行われ、その暖機が促進される。そのため、
エンジンの水温は即座に高められ、水温を温源とする車
室暖房が急速に行われる。

第５図はスピル制御ルーチンを示す。ステップ130ではV
SV52がONか否か、即ちターボヒータの作動中か否かの判
別が行われる。VSVがONしている、即ちターボヒータの
作動中にはステップ132に進み、ターボヒータ作動時に
おける燃料噴射量ＶをマップＡより算出する。このマッ
プＡはアクセルペダル開度Accpとエンジン回転数NEの値
の各組合せに対する燃料噴射量の値として構成される。
このマップは例えば次のように構成される。

の表において燃料噴射量（mm³）はストローク当たりの
で表示されるものとする。ステップ132の処理は、セン
サ118,114により実測される現在のアクセルペダル開度A
ccpとエンジン回転数NEの値の一つの組合せに対する燃
料噴射量Ｘが周知の二次元補間演算により算出される。

ステップ130でVSVがOFFしている、即ちターボヒータの
非作動中にはステップ134に進み、ターボヒータ非作動
時における燃料噴射量をマップＢより算出する。このマ
ップＢはアクセルペダル開度Accpとエンジン回転数NEの
値の各組合せに対する燃料噴射量値として構成される。
そのマップの一例は、 となる。第６図のターボヒータONとOFFとの境界線より
上側の領域では燃料噴射量は同一であるが、それより下
側の領域では燃料噴射量はターボヒータのON、OFFとで
同一のアクセルペダル開度Accpとエンジン回転数NEであ
ってもターボヒータON時がOFF時より多くなっている。
これは次のような理由である。即ち、ターボヒータがON
とOFFとでは制御弁が閉、開されるため排気系の抵抗が
変化するため、同一のアクセルペダル開度Accpとエンジ
ン回転数NEとの組合せであってもエンジンのトルクがタ
−ボヒータONのときの方がターボヒータのOFFのときよ
り下がる。そのため、同一のトルクを得るためターボヒ
ータがONのとき運転者は同じトルクを得るためアクセル
ペダルをターボヒータがOFFのときよりもっと踏み込ま
なければならず、これは運転者はターボヒータON時には
あまり走らないというような違和感を与える。また切替
点でトルクが急変するのでショックとなる。第７図はこ
れを説明するもので、ターボヒータONの作動域から加速
を開始しトルクを上昇させてゆくと（ロ）、ｔの時点で
ターボヒータOFF（イ）に移行したとすると、もしター
ボヒータONとOFFとで同一の燃料噴射マップを使用した
とすると、トルクは急変しショックを感ずる。この考案
ではターボヒータON時は燃料噴射量マップが別のマップ
となっており、トルクは破線のように設定される。その
ため、ターボヒータのONからOFFへ移行するときスムー
スなトルクの増大が実現される。即ち、この考案ではタ
ーボヒータON時は、OFF時の比較し、同一のアクセルペ
ダル開度Accpとエンジン回転数NEとの組合せとにおいて
より大きな燃料噴射量を与え、ターボヒータONでもOFF
時と同様なトルクが得られるように燃料量を補正してい
る。そのため、ターボヒータON時において違和感のない
加速フィーリングを得ることができる。

第５図において、ステップ136では燃料噴射量Ｖをスピ
ルリング90の位置Ｐに変換する演算が行われる。この変
換のための関数ｆはマップ若しくは代数関数をして設定
することができる。ステップ138ではスピル電圧Ｅが、 Ｅ＝Ｅ＋α（Ｐ−Ｐ′） によって算出される。ここに、Ｐ′はスピル位置センサ
96により検出される実際のスピル位置であり、Ｐ−Ｐ′
により算出されたスピル位置と実測スピル位置との偏差
が計算される。αはフィードバック係数である。このよ
うなフィードバック制御によりスピルリング90の位置は
ターボヒータON時にはステップ132で算出される位置
に、ターボヒータOFF時はステップ134で算出される位置
に制御され、必要量の燃料が燃料噴射ポンプ18を経て燃
料噴射弁より噴射されることになる。ステップ140はス
ピル電圧Ｅのアクチュエータ94への出力を示す。

以上の実施例においてはターボヒータのON,OFFに応じて
燃料噴射量マップを二つもっているが、この代わりにタ
ーボヒータOFFのためのマップを一つ持ち、ターボヒー
タON時に増量させることもできる。その増量因子とし
て、アクセルペダル開度Accpでも良いが、その代わりに
排圧の変化でも良い。

第８図はこの考案の別の実施例を示しており、この実施
例では通常の機械式の分配形燃料噴射ポンプでこの考案
を実施する場合である。燃料噴射ポンプは燃料噴射量を
制御するためのダイヤフラム式のアクチュエータ200を
具備している。このアクチュエータ200は所謂ブースト
コンペンセータと称し、吸気過給式のディーゼル機関に
おいて燃料噴射量の上限を制御するため使用されている
ものと同一の構造である。即ち、アクチュエータ200は
ダイヤフラムケース202,204を有し、ダイヤフラムケー
ス間にダイヤフラム206が配置される。ダイヤフラム206
にストッパピン208が固定される。ストッパピン208は制
御レバー228がこれに当たるとそれ以上のスピルリング9
0の増量方向への移動を禁止し、最大噴射量の制御す
る。またストッパピン208はテーパ面208-1を形成してお
り、このテーパ面208-1によって最大燃料噴射量を修正
する。一方、アクセルペダルはワイヤ210を介してレバ
ー212の一端に連結され、レバー212の他端は軸214に連
結され、同じく軸214にレバー224が固定され、そのレバ
ー224はスプリング226を介して制御レバー228に連結さ
れる。この制御レバー228は一端はスピルリング90に連
結される。また、制御レバーにはガバナ軸227の端部が
接触し、このガバナ軸の位置はエンジン回転数に応じて
制御される。そのためアクセルペダル開度及びエンジン
回転数に応じた機械的なスピル位置制御が行われる。
尚、このような燃料噴射弁の作動は周知であるから詳細
な説明は省略する。前述のようにレバー228の他端はス
トッパ208に係合し、最大燃料噴射量を制御する。その
他の燃料噴射ポンプの構成は第３図と同様であるため同
様の部品には同一の番号を付し、その説明は省略する。

アクチュエータ200のダイヤフラムの下側の空間228はVS
V230を介してバキュームポンプ若しくは大気圧に接続さ
れる。VSV230はターボヒータのON、OFFに連動して駆動
されるもので、ターボヒータのOFF時はVSV230はOFFとさ
れ、大気圧が空間228に導入され、ダイヤフラムはスプ
リングによって上方に押され、レバー228の上端はスト
ッパのテーパ面208-1の下方の通常径部に接触する。そ
のため、通常の燃料噴射量の最大値の制御が行われる。
一方、ターボヒータのON時はVSV230はONとされ、負圧が
空間228に導入され、ダイヤフラムはスプリングに抗し
て下方に吸引され、レバー228の上端はストッパのテー
パ面208-1に接触する。そして、そのため、レバーは通
常より反時計方向に深く回動され、その結果燃料噴射量
はターボヒータOFF時と比較して多くなる。その結果、
ターボヒータOFF時と比較してターボヒータのON時は同
一のアクセルペダル開度に対して燃料噴射量が多くなる
ように補正され、第１実施例と同様なトルク補正が達成
される。

実施例ではターボヒータのON,OFFによってダイヤフラム
室228を選択的にバキュームポンプに接続している。即
ち、バキュームが導入されたとき、レバー228の先端が
当たるテーパ面208-1の位置は一定である。そのため、O
N-OFF的な増量特性となる。この代わりにVSV230をデュ
ーティ制御し、ダイヤフラム室228内のバキュームの
値、即ちストッパロッド208の位置を連続制御し、燃料
噴射量の増量量を運転条件に応じてを連続制御すること
ができる。

〔考案の効果〕

この考案よれば、ターボヒータのON時にターボヒータOF
F時に対して燃料増量を行うことにより、ターボヒータ
の状態に係わらず、同一のアクセルペダル開度に対する
エンジントルクを揃えることができ、ショックのない円
滑な運転を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の構成を示す図。 第２図はこの考案の実施例の構成を示す図。 第３図は第２図における燃料噴射ポンプ、及び電気制御
システムの概略を示す図。 第４図、第５図はこの考案の作動を説明するフローチャ
ート。 第６図はターボヒータの作動域を説明する図。 第７図は過渡運転時のターボヒータの作動、トルクの変
化を説明する図。 第８図は第２実施例の燃料噴射ポンプの部分図。 10……本体、12……吸気管、16……排気管、18……燃料
噴射ポンプ、20……バキュームポンプ、22……ターボヒ
ータ、24……タービン、26……コンプレッサ、28……回
転軸、32……空気通路、36……制御弁、44……ダイヤフ
ラムアクチュエータ、52……電磁弁、60……プランジ
ャ、90……スピルリング、94……ソレノイド、96……ス
ピル位置センサ、100……スピル制御レバー、110……制
御回路、114……回転数センサ、116……水温センサ、11
8……アクセルペダル開度センサ、200……ダイヤフラム
アクチュエータ、206……ダイヤフラム、208……ストッ
パロッド、210……アクセルペダルワイヤ、228……スピ
ル制御レバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−163072（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−208217（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−100222（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関が吸気系、排気系及び燃料供給装
   置を備え、内燃機関の排気系に設けられるタービンと、
   タービンにより駆動され加温された空気を発生するコン
   プレッサとより成るターボヒータを有し、ターボヒータ
   の作動時に排気ガスをタービンに導入する制御弁が設け
   られた内燃機関において、ターボヒータが作動か停止か
   の状態を検出するターボヒータ状態検出手段と、ターボ
   ヒータの作動時において内燃機関の燃料供給装置より供
   給される燃料の量を増量させる燃料増量手段を更に具備
   するターボヒータ付内燃機関の燃料供給制御装置。