JPH0941981A - 過給機付内燃機関の過給圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変ノズルの開口面積を制御して吸気圧を高
めた場合にもウエストゲート弁の閉状態を確実に維持す
ることのできる過給機付内燃機関の過給圧制御装置を提
供する。 【解決手段】 低回転数域において可変ノズル１０９に
よって排気タービン１０７への排気流入量が制御されて
いる間は、ウエストゲート弁アクチュエータ１１４へ内
燃機関で駆動される真空ポンプ１１１で発生する負圧が
供給され、ウエストゲート弁１１０が強制閉とされる。
従って可変ノズル１０９を調整して排気タービン１０７
に流入する排気ガス流速を速め過給圧を高めた場合にも
ウエストゲート弁１１０が開となることが防止され、可
変ノズルによる過給圧上昇の効果が十分に発揮される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は過給機付内燃機関の
過給圧制御装置に係り、特に可変ノズルとウエストゲー
ト弁とを具備する過給機付内燃機関の過給圧制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年吸気効率を高くして内燃機関の出力
を増加するために過給機を具備する自動車用内燃機関が
多い。そして過給機を具備する内燃機関にあっては、内
燃機関回転数および出力が増大して排気ガス流量が多く
なった場合に吸気圧力が高くなり過ぎてノッキングが発
生する、あるいは筒内圧が過上昇することを防止するた
めに、過給機駆動用排気ガスタービンをバイパスする排
気ガス流量を制御するウエストゲート弁を設置すること
が公知である。

【０００３】さらに内燃機関の回転数が低い運転状態に
おいても排気タービンへの排気ガス流入速度を速くして
吸気圧力を高くするために、排気ガスタービンの排気ガ
ス流入口の開口面積を可変とする可変ノズルを設置する
ことも公知である（特開昭６１−４０４１５公報参
照）。即ち排気ガス量の少ない運転状態においては可変
ノズルを開口面積が小さくなるように制御して排気ガス
の流速を速めてタービン回転数を高速とし吸気圧を高
め、排気ガス量の増大に伴って開口面積を大きく制御す
る。

【０００４】従って排気ガス量の少ない運転状態にあっ
ては、ノッキングが発生しない範囲、あるいは筒内圧限
度内でウエストゲート弁を閉状態に維持することが望ま
しい。またウエストゲート弁の駆動方法としては過給機
出口の吸気を駆動力として使用するとともにウエストゲ
ート弁のアクチュエータに供給される吸気量をデューテ
ィ比制御される電磁弁によって制御し、供給される吸気
量が多いほどウエストゲート弁の開度を増加することが
一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って低回転数域にお
いて可変ノズルの開口面積を制御して吸気圧を高めた場
合には排気タービン上流の排気ガスの圧力が上昇しウエ
ストゲート弁に作用する排気ガス圧力も大きくなる。従
ってウエストゲート弁は閉状態を維持することができず
排気ガスの一部はタービンに流入せずに排出されてしま
うため、可変ノズルの面積を制御して流速を速めた効果
を十分に発揮するすることができない。

【０００６】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、可変ノズルの開口面積を制御して吸気圧を高めた
場合にもウエストゲート弁の閉状態を確実に維持するこ
とのできる過給機付内燃機関の過給圧制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかる過給機
付内燃機関の過給圧制御装置は、排気タービンへの排気
ガス流入面積を変更する流入面積変更手段と、排気ター
ビン上流の排気ガス流路から分岐して排気タービンを迂
回して流れる排気ガス量を変更する迂回排気ガス量変更
手段と、排気タービンへの排気ガス流入面積が最大とな
るまでは流入面積変更手段により過給圧を内燃機関運転
状態に応じて定められる目標過給圧に制御するとともに
迂回排気ガス量変更手段を強制閉状態とする低回転数域
制御手段と、排気タービンへの排気ガス流入面積が最大
となった後は迂回排気ガス量変更手段により過給圧を内
燃機関運転状態に応じて定められる目標過給圧に制御す
る高回転数域制御手段と、を具備する。

【０００８】この過給圧制御装置にあっては、流入面積
可変手段による流入面積の制御が可能である範囲では迂
回排気ガス量変更手段を強制閉とすることによって排気
ガス圧力が低下することを防止する。請求項２にかかる
過給機付内燃機関の過給圧制御装置は、２以上の変速パ
ターンを具備する変速機と、低回転数域制御手段および
高回転数域制御手段が変速機の２以上の変速パターンに
応じた２以上の目標過給圧パターンと、を具備する。

【０００９】この過給圧制御装置にあっては、変速パタ
ーンに応じて目標過給圧を変更することにより過給圧は
内燃機関運転状態に対応した適切な圧力に制御される。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は過給機付内燃機関の過給圧
制御装置の構成図であって、エアクリーナ１０１から吸
入された吸気は吸気管１０２を介して圧縮機１０３に供
給される。圧縮機１０３で加圧された吸気はインターク
ーラ１０４を経てディーゼル機関１０５に供給される。

【００１１】ディーゼル機関１０５から排出される排気
ガスは、排気マニホールド１０６を経て排気ガスタービ
ン１０７を駆動し排気管１０８から外部に排出される。
なお排気ガスタービン１０７の回転軸は圧縮機１０３に
直結されている。排気ガスタービン１０７の入口には流
路面積を可変とするための可変ノズル１０９と、排気ガ
スを排気タービンをバイパスして排気管１０８に流出さ
せるためのウエストゲート弁１１０とが設置されてい
る。

【００１２】可変ノズル１０９の開度は、ディーゼル機
関１０５によって駆動されるバキュームポンプ１１１で
発生する負圧を駆動源とする可変ノズルアクチュエータ
１１２によって制御される。なお可変ノズルアクチュエ
ータ１１２に供給される負圧は可変ノズル電磁弁１１３
によって調整される。またウエストゲート弁１１０の開
度は、通常は圧縮機１０３で発生する圧縮空気を駆動源
とするウエストゲート弁アクチュエータ１１４によって
制御されが、ウエストゲート弁１１０を強制的に閉止す
るためにバキュームポンプ１１１で発生する負圧が導入
される。

【００１３】なおウエストゲート弁アクチュエータ１１
４の駆動源を切替えるために４方電磁弁１１５が、ウエ
ストゲート弁アクチュエータ１１４に供給される圧縮空
気量はウエストゲート弁電磁弁１１６によって調整され
る。可変ノズル電磁弁１１３、４方電磁弁１１５および
ウエストゲート弁電磁弁１１６は制御部１２０から出力
される操作信号によって操作される。

【００１４】図２は制御部１２０で実行される制御ルー
チンのフローチャートであって、ステップ２１において
内燃機関運転状態量、即ちスロットル弁開度θ、回転数
Ｎｅおよび圧縮機１０３のインテークマニフォールドの
吸気圧Ｐｂを読み込む。ステップ２２において基準値を
算出し、ステップ２３で可変ノズル１０９が全開状態で
あるか否かを判定する。なお可変ノズル１０９が全開状
態であるか否かの判定は後述する可変ノズルに基準開度
ＶＮｓが予め定められた所定値（例えば９５％）以上で
あるか否かによって判定することが可能である。

【００１５】即ち、 ＶＮｓ≦９５％なら全開でない。 ＶＮｓ＞９５％なら全開 と判定する。ステップ２３で否定判定された時、即ち可
変ノズル１０９が全開でない時はステップ２４に進み低
回転数域制御処理を実行してこの制御ルーチンを終了す
る。

【００１６】ステップ２４で肯定判定された時、即ち可
変ノズル１０９が全開状態である時にはステップ２５に
進み高回転数域制御処理を実行してこの制御ルーチンを
終了する。図３は制御ルーチンのステップ２２で実行さ
れる基準値算出処理のフローチャートであって、ステッ
プ２２ａで回転数Ｎｅの関数として可変ノズルの基準開
度ＶＮｓを算出する。

【００１７】ＶＮｓ＝ＶＮｓ（Ｎｅ） ステップ２２ｂで回転数Ｎｅの関数としてウエストゲー
ト弁の基準開度ＷＧＢｓを算出する。 ＷＧＶｓ＝ＷＧＶｓ（Ｎｅ） さらにステップ２２ｃで回転数Ｎｅおよびスロットル弁
開度θの関数として目標吸気圧Ｐｔを算出してこの処理
を終了する。

【００１８】Ｐｔ＝Ｐｔ（Ｎｅ，θ） 図４は制御ルーチンのステップ２４で実行される低回転
数域制御処理のフローチャートであって、ステップ２４
ａで実際の吸気圧Ｐｂが目標吸気圧Ｐｔより低圧である
か否かが判定される。ステップ２４ａで肯定判定されれ
ば、即ちＰｔ＞Ｐｂであればステップ２４ｂに進み、可
変ノズルの開度ＶＮを次式に基づいて算出する。

【００１９】ＶＮ＝ＶＮｓ＋ΔＶＮ ここでΔＶＮは予め定められた一定値である。ステップ
２４ａで否定判定されれば、即ちＰｔ≦Ｐｂであればス
テップ２４ｃに進み、可変ノズルの開度ＶＮを次式に基
づいて算出する。 ＶＮ＝ＶＮｓ−ΔＶＮ ステップ２４ｄにおいて可変ノズルの開度ＶＮを出力
し、ステップ２４ｅにおいてウエストゲート弁１１０に
強制閉指令を出力してこの処理を終了する。

【００２０】図５は制御ルーチンのステップ２５で実行
される高回転数域制御処理のフローチャートであって、
ステップ２５ａで実際の吸気圧Ｐｂが目標吸気圧Ｐｔよ
り低圧であるか否かが判定される。ステップ２５ａで肯
定判定されれば、即ちＰｔ＞Ｐｂであればステップ２５
ｂに進み、ウエストゲート弁の開度ＷＧＶを次式に基づ
いて算出する。

【００２１】ＷＧＶ＝ＷＧＶｓ＋ΔＷＧＶ ここでΔＷＧＶは予め定められた一定値である。ステッ
プ２５ａで否定判定されれば、即ちＰｔ≦Ｐｂであれば
ステップ２５ｃに進み、ウエストゲート弁の開度ＷＧＶ
を次式に基づいて算出する。 ＷＧＶ＝ＷＧＶｓ−ΔＷＧＶ ステップ２５ｄにおいてウエストゲート弁の開度ＷＧＶ
を出力してこの処理を終了する。

【００２２】図６はウエストゲート弁および４方電磁弁
回りの系統図であって、（イ）はウエストゲート弁１１
０が強制閉とされている時、（ロ）はウエストゲート弁
１１０が制御状態にある時を示す。即ちウエストゲート
弁アクチュエータ１１４はダイヤフラム１１４ａによっ
てバネ室１１４ｂと空気室１１４ｃとに区切られてい
る。

【００２３】バネ室１１４ｂにはバネ１１４ｄが設置さ
れており、ダイヤフラム１１４ａを空気室１１４ｃ側に
付勢している。４方電磁弁１１５は４つのポート１１５
ａ、１１５ｂ、１１５ｃおよび１１５ｄが設置されてお
り、ソレノイド１１５ｅを励磁するか非励磁とするかで
ポート間に接続を切替える。

【００２４】ポート１１５ａは吸気を取り込むために圧
縮機１０３出口に、ポート１１５ｂはウエストゲート弁
アクチュエータ１１４に、ポート１１５ｃは負圧を導入
するためにバキュームポンプ１１１に接続される。なお
ポート１１５ｄは大気に開放されている。ソレノイド１
１５ｅが励磁されたときは、（イ）に示すようにポート
１１５ａとポート１１５ｄとが、ポート１１５ｃとポー
ト１１５ｂとが連通状態となる。

【００２５】従ってバキュームポンプ１１１で発生した
負圧によってダイヤフラム１１４ａを空気室１１４ｃ側
に吸引することにより、ウエストゲート弁１１０を確実
に閉状態に維持する。ソレノイド１１５ｅが非励磁とさ
れたときは、（ロ）に示すようにポート１１５ａとポー
ト１１５ｂとが、ポート１１５ｃとポート１１５ｄとが
連通状態となる。

【００２６】従ってウエストゲート弁電磁弁１１６を介
して供給される吸気によりウエストゲート弁１１０の開
度が制御される。また制御部１２から出力される可変ノ
ズル開度ＶＮによって可変ノズル電磁弁１１３がデュー
ティ比制御され、可変ノズル１０９の開度が制御され
る。同様に制御部１２から出力されるウエストゲート弁
開度ＷＧＶによってウエストゲート弁電磁弁１１６がデ
ューティ比制御され、ウエストゲート弁１１０の開度が
制御される。

【００２７】なお大型トラックのようにブレーキ用圧縮
機を具備する車両にあっては、ウエストゲート弁１１０
を強制閉とするためにウエストゲート弁１１４のバネ室
１１４ｂ側に正圧を供給することといてもよい。また、
４方電磁弁の代わりに、過給圧−大気圧供給路と、負圧
−大気圧供給路を独立に空気室１１４ｃに連通させ、各
々に３方電磁弁を設けるようにしてもよい。

【００２８】図７は第１の請求項にかかる過給機付内燃
機関の過給圧制御装置の効果の説明図であって、横軸に
内燃機関回転数Ｎｅ、縦軸に排気タービンに流入する排
気圧Ｐｅをとる。破線は従来の過給圧制御装置の場合で
あって、ウエストゲート弁１１０が閉である回転数域に
おいて排気圧Ｐｅが高となるとウエストゲート弁１１０
が開となってしまい、それ以上に排気圧Ｐｅが上昇する
ことは妨げられていた。

【００２９】実線は第１の請求項にかかる過給圧制御装
置の場合であって、ウエストゲート弁１１０が負圧によ
って強制閉とされるため排気圧Ｐｅを十分に高めること
が可能となる。また近年変速機の変速パターンをスイッ
チにより、例えばパワーモードとエコノミーモードとの
間で切替ることが可能な自動車が増加している。

【００３０】前記パワーモード、エコノミーモードの他
に雪道での走行を容易にするスノーモードあるいは４輪
駆動車の登坂および降坂を容易にするためにギヤ比を低
くするトランスファＬ４モードを具備する自動車もあ
る。このように変速機の変速パターンを切替えた場合に
は、それに応じて可変ノズル１０９およびウエストゲー
ト弁１１０の制御パターンを切替えることが必要とな
る。

【００３１】図８は制御パターン変更ルーチンのフロー
チャートであって、ステップ８０１において内燃機関回
転数Ｎｅが所定のしきい値Ｎｉ以上であるか、即ち内燃
機関がアイドリング状態でないかを判定する。ステップ
８０１で肯定判定されたときはステップ８０２に進み、
スロットル弁開度θが所定のしきい値θｆ以上である
か、即ち内燃機関出力が要求されている状態であるかを
判定する。

【００３２】ステップ８０２で肯定判定されたときはス
テップ８０３に進み、変速パターンがトランスファＬ４
モードであるかを判定する。ステップ８０３で肯定判定
されたときはステップ８０４に進み、可変ノズルおよび
ウエストゲート弁をトランスファＬ４モードに対応した
パターンで制御する。

【００３３】次にステップ８０５に進み、可変ノズルが
全開でない場合はウエストゲート弁アクチュエータに負
圧を供給してウエストゲート弁を強制閉とする。ステッ
プ８０３で否定判定されたときはステップ８０６に進
み、変速パターンがパワーモードであるかを判定する。
ステップ８０６で肯定判定されたときはステップ８０７
に進み、可変ノズルおよびウエストゲート弁をパワーモ
ードに対応したパターンで制御してステップ８０５に進
む。

【００３４】ステップ８０６で否定判定されたときはス
テップ８０８に進み、変速パターンがノーマルモードで
あるかを判定する。ステップ８０８で肯定判定されたと
きはステップ８０９に進み、可変ノズルおよびウエスト
ゲート弁をノーマルモードに対応したパターンで制御し
てステップ８０５に進む。

【００３５】ステップ８０８で否定判定されたときはス
テップ８１０に進み、変速パターンがスノーモードであ
るかを判定する。ステップ８１０で肯定判定されたとき
はステップ８１１に進み、可変ノズルおよびウエストゲ
ート弁をスノーモードに対応したパターンで制御してス
テップ８１２に進みウエストゲート弁の強制閉を解除す
る。これは内燃機関出力を積極的に高める必要がなく、
むしろ燃費を改善することが要求されるからである。

【００３６】ステップ８１０で否定判定されたときはス
テップ８１３に進み、可変ノズルおよびウエストゲート
弁をエコノミーモードに対応したパターンで制御してス
テップ８１２に進みウエストゲート弁の強制閉を解除す
る。なおステップ８０１あるいは８０２で否定判定され
たときは直接ステップ８１２に進む。

【００３７】図９は可変ノズルおよびウエストゲート弁
の制御パターン図であって、横軸に回転数、縦軸に可変
ノズル開度およびウエストゲート弁開度をとる。以上の
ように変速パターンに対応させて可変ノズルおよびウエ
ストゲート弁の制御パターンを変更することにより、変
速パターンにより適合した過給特性を得ることが可能と
なる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１にかかる過給機付内燃機関の過
給圧制御装置にあっては、流入面積可変手段による流入
面積の制御が可能である範囲では迂回排気ガス量変更手
段を強制閉とすることによって排気ガスの一部が排気タ
ービンを迂回して逃げることができるので所望の過給圧
を得ることが可能となる。

【００３９】請求項２にかかる過給機付内燃機関の過給
圧制御装置にあっては、変速パターンに応じて目標過給
圧を変更することにより変速パターンに適合した過給圧
を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】過給機付内燃機関の過給圧制御装置の構成図で
ある。

【図２】制御ルーチンのフローチャートである。

【図３】基準値算出処理のフローチャートである。

【図４】低回転数域制御処理のフローチャートである。

【図５】高回転数域制御処理のフローチャートである。

【図６】ウエストゲート弁および４方電磁弁回りの系統
図である。

【図７】第１の請求項にかかる過給機付内燃機関の過給
圧制御装置の効果の説明図である。

【図８】制御パターン変更ルーチンのフローチャートで
あある。

【図９】可変ノズルおよびウエストゲート弁の制御パタ
ーン図である。

【符号の説明】

１０３…圧縮機 １０５…内燃機関 １０７…排気タービン １０９…可変ノズル １１０…ウエストゲート弁 １１２…可変ノズルアクチュエータ １１３…可変ノズル電磁弁 １１４…ウエストゲート弁アクチュエータ １１５…４方電磁弁 １１６…ウエストゲート弁電磁弁 １２…制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気タービンへの排気ガス流入面積を変
   更する流入面積変更手段と、 排気タービン上流の排気ガス流路から分岐して排気ター
   ビンを迂回して流れる排気ガス量を変更する迂回排気ガ
   ス量変更手段と、 排気タービンへの排気ガス流入面積が最大となるまで
   は、前記流入面積変更手段により過給圧を内燃機関運転
   状態に応じて定められる目標過給圧に制御するととも
   に、前記迂回排気ガス量変更手段を強制閉状態とする低
   回転数域制御手段と、 排気タービンへの排気ガス流入面積が最大となった後
   は、前記迂回排気ガス量変更手段により過給圧を内燃機
   関運転状態に応じて定められる目標過給圧に制御する高
   回転数域制御手段と、を具備する過給機付内燃機関の過
   給圧制御装置。
2. 【請求項２】 ２以上の変速パターンを具備する変速機
   と、 前記低回転数域制御手段および前記高回転数域制御手段
   が、前記変速機の２以上の変速パターンに応じた２以上
   の目標過給圧パターンと、を具備する請求項１に記載の
   過給機付内燃機関の過給圧制御装置。