JPS6143221A - 排気タ−ボ過給機付エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、吸気を過給するための排気ターボ過給機を備
えるとともに、該排気ターボ過給機のタービンへの排気
ガス導入通路の径をエンジン運転状態に応じて可変にす
る径可変手段を設けたエンジンに関するものである。

［従来技術］ 従来より、エンジン回転数や負荷等のエンジン運転状態
に応じてタービン上流の排気通路の通路径を大小２段に
切替えるようにし、エンジンの低速運転時には上記通路
径を“小”側にセットし、排気ガスを絞り込んでタービ
ンへの排気の流入速度を高め、タービンを高速回転させ
ることによって過給圧を早期に向上させ、低速域におけ
るエンジンの出力性能の向上を図るようにしたターボ過
給機付エンジンは公知である（実開昭５６−１６１１３
９号公報参照）。

かかる構造のエンジンでは、低速域においてタービン出
力の向上により過給効率を向上することができ、それに
ともなって、エンジンの出力性能を向上することができ
る。

しかしながら、低速域においては、排気ガス導入通路の
径が小さく絞り込まれているため、エンジン回転数の増
大にともなってタービン上流側の排圧は急激に上昇する
。このような排圧の上昇は内部ＥＧＲ量（燃焼室内にそ
のまま残留する排気ガス量）の増加等エンジンの燃焼性
を阻害する大きな要因となり、ノッキングやラフネス（
失火）等の燃焼異常が惹起されるといった不具合を招来
する。

［発明の目的］ 本発明の目的は、タービンへの排気ガス導入通路の通路
径の径可変手段を備えたターボ過給機付エンジンにおい
て、エンジンの燃焼異常時や燃焼異常が発生しうるよう
な運転状態に有効に対処することができるターボ過給機
付エンジンの制御装置を提供することである。

［発明の構成コ このため、本発明においては、エンジンの燃焼異常が発
生した際、或いは発生する蓋然性の高い運転時等の特定
運転時、より具体的には、エンジンのノッキングやラフ
ネス発生時および冷機高負荷運転時に、エンジンの運転
状態がタービンへの排気ガス導入通路の径を小さくすべ
き運転状態であっても強制的に通路径を大きくするよう
にしたことを基本的な特徴としている。

［発明の効果］ 本発明によれば、上記のような特定運転時にはタービン
への排気ガス導入通路の通路径を大きくしたので、ター
ビン上流の排圧を低下させることができ、排圧の低下に
よって、エンジンの燃焼性を良好化することができ、エ
ンジンの燃焼異常を確実に防止することができ、燃焼異
常に伴うトルクショックやエミッションの悪化を防止す
ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

第１図に示すように、エンジンｌは、吸気弁２゜排気弁
３によって夫々燃焼室４に対して開閉される吸気通路５
と排気通路６とにまたがって設置したターボ過給機７を
備えており、排気通路６を流下する排気ガスによってタ
ービン９が駆動されると、これに連動してブロアｌＯが
駆動され、ブロアｌＯによって昇圧した吸気を燃焼室４
に供給することによって、所謂吸気過給を行なうように
した基本構造を有している。

上記吸気通路５のブロア１０の上流側には、エアクリー
ナ１１が設置され、その下流には、時々刻々の吸気量を
計量するエアフローメータ１２が介設されている。また
、吸気通路５のブロア１０の下流側には、エンジンｌの
負荷に応じて開閉されるスロットル弁１３が介設される
とともに、その下流には、燃料噴射弁１４が臨設されて
いる。

一方、排気通路６は、タービン９の排気導入口部におい
て、仕切壁１５によって低速用排気ガス導入通路１６と
高速用排気ガス導入通路１７とに仕切られていて、高速
用排気ガス導入通路１７の上流側は、本発明にいう径可
変手段としての切替バルブ１８によってオン、オフ的に
開閉されるようになっている。また、タービン９下流の
排気通路６には、触媒式排気ガス浄化装置１９が介設さ
れている。

上記低速用排気ガス導入通路１６には、タービン９をバ
イパスしてタービン９下流の排気通路６に排気ガスの一
部をバイパスさせるウェストゲート通路２０が開口され
ており、該通路２０をウェストゲートバルブ２１によっ
て開閉制御することにより、以下に説明するように、過
給圧が予め設定した最高過給圧を越えて高圧とならない
ように過給圧を制御する。

また、タービン９と触媒式排気ガス浄化装置１９との間
の排気通路６とスロットル弁１３下流の吸気通路５とは
、排気ガス還流通路（以下ミ単にＥＧＲ通路という。）
２２によって連通され、ＥＧＲ通路２２に介設した排気
ガス還流制御バルブ（以下、ＥＧＲバルブという。）２
３が開かれたときには、排気ガスの一部を吸気側に還流
させ、よく知られているように、不活性な還流排気ガス
によってエンジンｌの最高燃焼温度の過度の上昇を抑制
してＮＯｘの発生を抑制する。

上記ウェストゲートバルブ２１．切替バルブ１８゜燃焼
室４に臨設した点火プラグ２４および燃料噴射弁１４等
のエンジンｌの燃焼性に直接１間接に関与するものにつ
いては、以下に詳述するように、車両に装備したコンピ
ュータ２５によって制御を行なう。

このコンピュータ２５は、エアフローメータ１２によっ
て検出される吸気量、回転数センサ２６によって検出さ
れるエンジン回転数、スロットル弁１３下流の吸気通路
５に設置した圧力センサ２７によって検出される過給圧
もしくは負荷およびタービン９下流の排気通路６に設置
した圧力センサ２８によって検出される排圧を、さらに
はエンジンｌのノッキングを検出するノックセンサ２９
によって検出される燃焼異常を基本データとして、切替
バルブＩ８に対する開閉制御の他、燃料噴射弁Ｉ４に対
する燃料制御、点火プラグ２４に対する点火進角制御等
を実行する。

上記切替バルブＩ８の開閉は、基本的には、切替バルブ
１８を設置した排気通路６のタービン上流部分における
排圧を作動源とするダイヤフラム式の切替アクチュエー
タ３０により行なう。

この切替アクチュエータ３０に対して排圧を導入する排
圧導入通路３１の途中には、上記コンピュータ２５によ
って開閉が制御される第１コントロールバルブ３２が介
設されており、この第１コントロールバルブ３２が開作
動されて、切替アクチュエータ３０の第１圧力室３０ａ
に排圧が作用すると、ダイヤフラム３０ｂはダイヤフラ
ム３ｏｂに一端が固定された作動ロッド３０ｃをコイル
スプリング３０ｄのバネ力に抗して図の矢印Ａ方向に押
し、リンク機構３０ｆを介して切替バルブ１８を開作動
させる。また、切替アクチュエータ３゜の第２圧力室３
０ｅには、スロットル弁Ｉ３の吸気通路５に負圧取出口
を存する負圧導入通路３３を連通させ、この負圧導入通
路３３の途中には、コンピュータ２５によって開閉が制
御される第２コントロールバルブ３４を介設している。

この負圧導入通路３３および第２コントロールバルブ３
４は、以下に詳述するように、エンジンの低速・低負荷
運転時のように、排圧が切替アクチュエータ３０を開作
動させるのに十分な程度にまで高くない段階で、スロッ
トル弁夏３下流の吸気負圧を第２圧力室３０ｅに導入す
ることにより、切替アクチュエータ３０を確実に開作動
させるためのものである。

なお、ウェストゲートバルブ２１の開閉は、ブロアｌＯ
の吐出圧を駆動源とするダイヤフラム式のウェストゲー
ト・アクチュエータ３５によって行なうようにし、この
ウェストゲート・アクチュエータ３５に吐出圧を導く過
給圧導入通路３６の途中には、ブロアｌＯ上流の吸気通
路５に連通ずるリリーフ通路３７を設け、このリリーフ
通路３７の途中には、リリーフ量を制御するコントロー
ルバルブ３８を介設している。このコントロールバルブ
３８はコンピュータ２５によって制御するようにし、排
気通路６に設置した圧力センサ２８によって検出される
排圧が設定値を越えて上昇しようとした際には、コント
ロールバルブ３８を閉作動してリリーフ通路３７を閉じ
、過給圧導入通路３６を通してブロア１０の過給圧を作
用させ、ウェストゲートバルブ２１を開作動し、排気ガ
スの一部をウェストゲート通路２０を通してタービン９
をバイパスさせ、過給圧の過度の上昇を防止する。

次に、本発明の特徴である切替バルブＩ８に対する制御
方式を説明する。

第２図に示すように、エンジン１の運転の開始にともな
って、コンピュータ２５による切替バルブＩ８に対する
制御が開始されると、まず、ステップ１０１において、
ノックセンサ２９によってノッキングの有無が判断され
る。ノッキングが検出されると、ステップ１０２におい
て、エンジンｌの運転状態に無関係に切替バルブ１８を
強制的に開作動させる。この場合、コンピュータ２５は
、排圧導入通路３１．負圧導入通路３３に夫々介設した
コントロールバルブ３２．３４の両方に同時に開作動指
令を出力し、切替アクチュエータ３０の第１圧力室３０
ａにはタービン９上流の排圧を、第２圧力室３０ｅには
スロットル弁１３下流の吸気負圧を夫々導入することに
より、切替アクチュエータ３０を確実に開作動させ、切
替バルブ１８を開く。その結果、タービン９への排気ガ
ス導入通路（１６，１７）の通路径が拡大され、排気ガ
スは拡大された通路径を通ってタービン９に導入される
こととなり、タービン９上流の排圧が急速に低下して、
燃焼性が改善され、以後ノッキングの発生が防止される
。

一方、ノッキングが発生していない運転状態では、ステ
ップ１０３において、切替バルブ１８が閉じられるべき
領域（閉領域）か否かが判断される。

この判断は、例えば第３図に示すように、エンジン回転
数に伴って上昇する排圧Ｐｅが設定排圧ＰｅＯに達する
までは閉領域とし、設定排圧Ｐｅｏを越えて大きくなる
領域を開領域として行なう。この設定排圧Ｐｅｏとして
は、エンジン全開時の排圧上昇ラインのエンジン回転数
３．００Ｏｒｐｍに相当する排圧の値、例えば２００ｍ
ｍＨｇに設定する。

そして、ステップ１０３において、エンジンｌの運転状
態が閉領域であると判断された場合には、ステップ１０
４において切替バルブ１８が閉作動される。このために
は、コンピュータ２５により第１．第２コントロールバ
ルブ３２．３４をオフするようにすればよい。切替アク
チュエータ３０は、内蔵したコイルスプリング３０ｄの
バネ力により、切替バルブ１８を閉作動する。この切替
バルブ１８の閉作動により、排気ガスは低速用排気ガス
導入通路Ｉ６のみから流速を早めてタービン９内に流入
し、タービン出力を向上させてブロアｌＯによる過給効
率の向上を保証する。つまり、低速域における過給を行
ない、エンジン出力を向上させる。

一方、タービン９下流の排圧Ｐｅが設定排圧Ｐｅｏを越
えて上昇する高速運転時には、ステップ１０２において
切替バルブ■８を開作動する。この場合には、タービン
９上流の排圧も十分高くなっていることから、第１コン
トロールバルブ３２をコンピュータ２５によって開作動
するたけで、切替アクチュエータ３０は切替バルブ１８
を開くように動作する。

そして、以後は、低速用、高速用排気ガス導入通路１６
．１７の両方から多量の排気ガスをタービン９に送り込
んでタービン９を高速駆動し、高速時（高負荷時）に必
要な過給圧にまでブロア１０により吸気を加圧し、高出
力を保証する。

なお、以上の実施例では、単にノックセンサ２９によっ
てノッキングの有無を検出するようにしたが、例えば、
エンジン冷却水温を検出する水温センサと、吸気通路５
に設けた圧力センサ２７や排気通路６に設けた圧力セン
サ２８とを組み合わせて、エンジン冷機時における高負
荷運転時等、エンジン１の燃焼異常が発生する確率の高
い運転時を検出するようにし、このような特定運転時に
切替バルブ１８を強制的に開作動するようにしてもよい
。

また、以上の実施例では、タービン９への排気ガス導入
通路を低速用、高速用の２つの排気ガス導入通路１６．
１７に分けて、高速用排気ガス導入通路１７を切替バル
ブ１８によって開閉することによって通路径を切替える
ようにしたが、本発明は、比較的小径の排気ガス導入通
路を有する低速用ターボ過給機と、比較的大径の排気ガ
ス導入通路を有する高速用ターボ過給機とを備え、低速
時においては低速用ターボ過給機を専用するようにし、
高速時には高速用ターボ過給機を専用するか両ターボ過
給機を併用するようにした型式のエンジンにも適用しう
ろことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例７こかかるエンジンのノステム
構成図、第２図は切替バルブの開閉制御方式を示すフロ
ーチャート、第３図は切替バルブの閉領域および開領域
を示すグラフである。 １・・・エンジン、５・・・吸気通路、６・・排気通路
、７・・ターボ過給機、　　　　９　タービン、１０・
・ブロア、　　　　　　１４・・燃料噴射弁、１６．１
７・・低速用、高速用排気カス導入通路、Ｉ８・・切替
バルブ、　　　　２４・・点火プラグ、２５・・・コン
ピュータ、　　　　２９・・・ノックセンサ、３０　・
切替アクチュエータ、３Ｉ・排圧導入通路、３２・・コ
ントロールバルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気を過給するための排気ターボ過給機を備える
   とともに、該排気ターボ過給機のタービンへの排気ガス
   導入通路の径をエンジン運転状態に応じて可変にする径
   可変手段を設けたエンジンにおいて、 エンジンの特定運転時、上記径可変手段によりエンジン
   の運転状態に拘わらず排気ガス導入通路の径を大きくす
   るようにしたことを特徴とする排気ターボ過給機付エン
   ジンの制御装置。