JPS6235028A - 排気タ−ボ過給装置 - 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、排気通路に配設したタービンにより吸気通路
に配設したコンプレッサーを駆動して過給を行う排気タ
ーボ過給装置に関し、特に加速時におけるタービン回転
数の上昇遅れを防止するようにしたものの改良に関する
。

（従来の技術） 従来より、排気ターボ過給装置においては、その回転部
が慣性を持つために、過渡時にはこの回転部を加速する
必要があり、このため、加速時にタービン回転数が上昇
するのに遅れ、いわゆるターボラグが生じて、加速応答
性が悪いという問題があった。特に、低速低負荷時には
、排気ガスエネルギーが低いため、回転部の回転速度は
非常に低く、この状態から急加速する場合の遅れが著し
く、過給圧の上昇すなわち出力上昇が遅れて、加速性能
が充分に得られないものである。

そこで、従来、この問題に対処するため、実公昭６０−
１２３０号公報に開示されるように、タービン上流の排
気ガス通路面積を可変とする排気ガス通路面積可変手段
を備え、該排気ガス通路面積可変手段をエンジン運転状
態に応じて制御して、低速低負荷時には排気ガス通路面
積を縮小して排気流速を高めることにより、低速低負荷
時でのタービン回転数を高く維持しておいて次の加速時
に備え、その後の加速時にはコンプレッサーを早期に高
回転にしてターボラグを低減し、加速性を改善するよう
にしたものが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、上記の如く次の加速時に備えてタービン回転
数を高く維持する場合において、スロットル弁を全開に
する減速時には、過給不要時であることから排気ガス通
路面積を直ちに絞ると、タービン回転数が高く維持され
ているのに伴いスロットル弁上流の吸気通路の圧力がそ
のまま高く維持され、また吸気量が急激に減少すること
から、ターボ特性がサージングラインを越えてしまい（
第５図参照）、異音発生やタービン逆転などの現象が発
生し、過給機の耐久性に悪影響を与えて信頼性の点で問
題がある。特に、このサージング音は実験によると、エ
ンジン高回転域からの減速時はど高くなることが判った
。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、減速時には、排気ガス通路面積を直ちに絞らずに
遅延させることにより、ターボ特性がサージングライン
を越えないようにある程度タービン回転数を吸気量の低
下に追随させて排気ターボ過給機の信頼性を確保しなが
ら、加速時におけるタービン回転数を可及的に高く維持
して、次の加速時のターボラグを短くし、加速応答性を
向上させることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、排気タ
ーボ過給４！置において、タービン上流の排気ガス通路
面積を可変とする通路面積可変手段と、エンジンの減速
時を検出する減速検出手段と、該減速検出手段の出力を
受け、減速初期の所定期間後に排気ガス通路面積を小さ
くするよう上記２通路面積可変手段を制御する制御手段
とを備える構成としたものである。

（作用） 上記の構成により、本発明では、排気ターボ過給機のタ
ービン上流の排気ガス通路面積は、減速初期の所定期間
のあいだはそのまま大きく保持され、その後に小さく縮
小制御されるので、減速時にはターボ特性がサージング
ラインを越えない範囲でタービン回転数が可及的に高く
保持されることになる。その結果、排気ターボ過給機の
信頼性を損うことなく、次の加速時にはコンプレッサー
が早期に高回転してターボラグが低減され、良好な加速
性能が得られることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の排気ターボ過給装置を備えたエンジン
の全体概略構成を示す。同図において、１はエンジン本
体、２はエンジン本体１のピストン３上方に形成された
燃焼室であって、該燃焼室２には、それぞれ吸気弁４お
よび排気弁５によって開閉される吸気ポート６および排
気ボート７が開口している。該吸気ポート６には燃焼室
２に吸気を供給するための吸気通路８が、排気ボート７
には燃焼室２からの排気ガスを排出するための排気通路
９がそれぞれ接続されている。上記吸気通路８は、その
上流端がエアクリーナ１０を介して大気に開口しており
、吸気通路８の途中には、上流から順に、吸入空気量を
制御するスロットル弁１１および吸気拡大室としてのサ
ージタンク１２がそれぞれ配設されている。

１６は排気ターボ過給機であって、該排気ターボ過給機
１６は、排気通路９に介設されたタービン１６ａと、吸
気通路８のスロットル弁１１上流に介設され該タービン
１６ａに連結軸１６ｃを介して駆動連結されたコンプレ
ッサー１６ｂとを備えてなり、排気ガス流により回転す
るタービン１６ａによってコンプレッサー１６ｂを駆動
して吸気の過給を行うものである。

そして、上記排気ターボ過給機１６のタービン１６ａ上
流の排気通路９は、仕切壁１７により第１通路１８と第
２通路１９とに区画され、第１通路１８には、排気通路
９の排気ガスをタービン１６ａを迂回して流下させる最
大過給圧規制用のバイパス通路１４の上流端が開口され
ている。また。

第２通路１９の上流端には、該第２通路１９を開閉する
二位置弁２ｏが配設されている。該二位置弁２０にはそ
のアクチュエータとしてのダイヤフラム装置２１が連結
されているとともに、該ダイヤフラム装置２１には圧力
通路２２を介して三方電磁弁２３が連通接続されていて
、該三方電磁弁２３は、上記圧力通路２２を大気圧通路
２４を介して大気に開放し、又は負圧通路２５を介して
吸気通路８のスロツｌ〜ル弁１１下流の吸気負圧を作用
させることにより、ダイヤフラム装置２１を介して三位
買弁２０を図示の閉位置と開位置とに選択的に切換える
ものである。よって、三位６置弁２０による第２通路１
９の開閉動により、排気ターボ過給１ｆｉ１６のタービ
ン１６ａ上流の排気ガス通路面積を二段階に可変とする
通路面積可変手段２６を構成している。そして、上記三
方電磁弁２３の作動は、ＣＰＵ等よりなるコントロール
ユニット３０により制御される。而して、該コントロー
ルユニット３０には、エアクリーナ１０直下流の吸入空
気量を検出するエア７０−メータ３１からの信号と、ス
ロットル弁開度を検出するスロットル開度センサ３２か
らの信号と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数
ヒンサ３３からの信号とが入力可能になっている。尚、
図中、３４はバイパス通路２ｏを間開するウェストゲー
ト弁である。

次に、上記コントロールユニット３０による三位買弁２
０の位置切換制御を第２図のフローチャートに基づいて
説明する。スタートして、ステップＳ＋で先ずエアフロ
ーメータ３１からの吸入空気量信号１＋（ＩＶｓ、スロ
ットル開面センサ３２からのスロットル間度信号値ＴＶ
Ｏ，エンジン回転敢センサ３３からのエンジン回転数信
号値Ｅ　ｒｐｍを各々読込む。

しかる後、ステップＳ２で吸入空気量信号値ＶＳを第３
図に示すように、エンジン回転数とスロットル弁開度と
に応じて設定した三位買弁２０の位置切換線９上の対応
する吸入空気ＩＶｃと大小比較し、Ｖｓ≧ＶＣのＮｏの
場合には高出力の要求時と判断し、ステップＳ３で三位
買弁２０を開位置に制御して第２通路１９を開き、リタ
ーンする。

一方、上記ステラ７Ｓｚ　でＶｓ　＜Ｖｃ　（７）ＹＥ
Ｓの場合には、減速時と判断して、さらにステップ＄４
で上記第３図に示すエンジン高回数からの急減速域にあ
るか否かを判別し、急減速域にないＮＯの場合にはサー
ジングの発生頻度は低いと判断して、直ちにステップＳ
９で三位買弁２０を閉制御して第２通路１９を閉じ、こ
のことによりタービン回転数を高く維持して、リターン
する。そして、上記ステップＳ４で急減速域にあるＹＥ
Ｓの場合には、サージングの発生頻度は高いと判断して
、先ず、ステップＳ５で前回はＶｓ　＞Ｖｃの高出力要
求時であったか否かを判別し、ＶＳ＞ＶＣのＹＥＳの場
合にのみ減速状態に移行した直後と判断して、ステップ
Ｓ６でエンジン回転数が高いほどサージング音が大きい
ことから、第４図に示すように、エンジン回転数の上昇
に比例した遅延時間Ｔを設定する。しかる後、ステップ
Ｓ７で遅延時間Ｔから“１°°を減算し、ステップＳ８
で遅延時間Ｔがｌｌ　ＯＩＩ値になったか否かを判定し
、Ｔ≠○のＮｏの場合にはターボ特性がサージングライ
ンを越えると判断して、ステップＳ３に戻って三位買弁
２０の閉制御の続行して第２通路１９の開状態を維持し
、リターンする一方、Ｔ＝ＯのＹＥＳの場合にはサージ
ングラインを越えないと判断して、ステップＳ９で初め
て三位買弁２０を閉位置に制御して第２通路１９を閉じ
、リターンする。

よって、上記第２図の作動フローにおいて、ステップＳ
２　、Ｓ４により、エンジン１の減速時を検出するよう
にした減速検出手段３６を構成している。また、ステッ
プ８５〜Ｓ９により、エンジン回転数に応じた減速初期
の所定時間（遅延時間Ｔ）の経過後に第２通路１９を閉
じて排気ガス通路面積を小さくするよう通路面積可変手
段２６を制御する制御手段３７を構成している。

したがって、上記実施例においては、第５図に示すエン
ジンの吸入空気量■Ｃとスロットル弁１１上流の吸気通
路８の圧力Ｐとのグラフにおいて、加速又は定常走行時
には、三位買弁２０は開位置で第２通路１９が開いた状
態にあって、図中実線（太線）で示す如く吸入空気量Ｑ
ａの増大つまり排気ガス邑の増大に応じて排気ターボ過
給機１６のタービン１６ａおよびコンプレッサー１６ｂ
の回転数が上昇して、スロットル弁上流の圧力Ｐが増大
する。

そして、その状態からスロットル弁１１を急閉した急減
速時には、エンジン回転数に応じた遅延時間Ｔ（第４図
参照）のあいだ第２通路１９の開状態が保持されたのち
、三位買弁２０が閉位置に制御されて第２通路１９が閉
じられるので、スロットル弁１１上流の圧力Ｐは図中実
線〈極太線）で示す如くサージングラインＳ（図中細線
で示す）を越えることな（、該サージングラインに沿っ
て吸入空気ｆｆ１Ｑａの低下に応じて低下することにな
る。その結果、例えば減速時に直ちに第２通路１９を閉
じる場合の如くターボ特性が図中破線で示すようにサー
ジングラインを越えて異音発生やタービン１６ａの逆転
などの現象の発生が防止されるとともに、減速後も第２
通路１９を依然として開状態に保持する場合の如く図中
鎖線で示すようにスロットル弁上流の圧力が直ちに低下
する場合に比べてタービン１６ａの回転数が可及的に高
く保持されて、ターボ効率が高くなるので、次の加速時
には、コンプレッサー１６ｂの回転上昇が速やかで応答
性に優れ、早期に過給圧が上昇して出力の向上が図られ
、ターボラグを低減して良好な加速応答性が得られるこ
とになる。よって、減速時のサージングを防止して排気
ターボ過給機１６の信頼性を高く維持しつつ、次の加速
時の加速応答性の向上を図ることができる。

また、第６図は本発明の他の実施例を示し、上記実施例
ではエンジン回転数に応じた遅延時間１−（第４図参照
）を設定したのに代え、スロットル弁１１上流の圧力を
検知し、これがサージング発生圧値未渦の設定値になる
までの所定期間のあいだ第２通路１９の開状態を保持す
るようにしたものである。

すなわち、第６図に示す排気ターボ過給装置付エンジン
の全体概略構成では、上記第１図の構成に加えて、スロ
ットル弁１１上流の吸気通路８の圧力Ｐａを検出する圧
力センサ４０が設けられ、その圧力信号はコントロール
ユニット３０に入力されている。

また、第７図のコントローラ３０の作動フローにおいて
は、ステップＳ＋’で吸入空気邑信号値Ｖｓ、スロツ］
−ル開度信号値ＴＶＯ，エンジン回転数信号値Ｅ　ｒｐ
ｍに加えて、圧力センサ４０からのスロットル弁１１上
流の圧力信号値Ｐ６を読込む。

そして、ステップ８２′で上記実施例と同様にＶＳ≧Ｖ
ＣのＮＯの高出力要求時には、ステップ８３′で三位買
弁２０を閉位置に制御して第２通路１９を開き、リター
ンする。

一方、上記ステップ＄２′でＶＳ　＜ＶＣのＹＥＳの減
速時には、ステップＳ４’　でスロットル弁１１上流の
圧力信号１ｍＰａを第５図のサージングラインＳ上の吸
気空気ｆｆ１Ｑａに対応するスロットル弁上流の圧力値
（サージング発生圧値）未満の設定値ｐｃと大小比較し
、Ｐａ＞ＰＣのＮｏのサージング発生領域にある場合に
はステップＳ３’に戻って第２通路１９の開状態を維持
する一方、ｐＢ＜ｐｃのＹＥＳのサージング発生領域を
脱した場合には、ステップＳｓ’でスロットル弁開度Ｔ
ＶＯが設定値Ｔｃ未ＦＩ１４　（ＴＶＯ＜Ｔｃ　）　ニ
アルＹＥＳの減速状態を確認したのち、ステップ８６′
で三位買弁２０を閉制御して第２通路１つを閉じ、リタ
ーンする。そして、上記第５ステツプ８５′でＴＶＯ≧
ＴｃとなるＮＯの加速要求時にはステップＳ３’　に進
んで三位買弁２０を閉位置に制御して第２通路１９を開
き、高出力の発生に備える。よって、上記ステップ８４
’〜Ｓｓ’により、スロットル弁１１上流の圧力Ｐａが
設定値１０未満になるまでの所定時間の経過後に第２通
路１９を閉じて排気ガス通路面積を小さくするよう通路
面積可変手段２６を制御１］するＩＩＪ　ｔｉｌ１手段
３７′を構成している。

したがって、本実施例においても上記実施例と同様に、
ターボ特性がサージングラインを越えない範囲でタービ
ン回転数を可及的に高めて、排気ターボ過給機１６の信
頼性を確保しつつ、次の加速時におけるターボラグを低
減して加速応答性の向上を図ることができる。また、他
の実施例として簡略的に、所定回転数まで低下した時閉
弁するようにしてもかまわない。

尚、以上の実施例では、通路面積可変手段２６を、三位
直押２０による第２通路１９の開閉動作で構成したが、
その他、排気ターボ過給機１６のタービン１６ａの渦巻
室に配設する可動°板等で連続的に可変制御するもので
構成してもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の排気ターボ過給装置によ
れば、減速時には、所定時間経過後にタービン上流の排
気通路を絞るようにしたので、サージングの発生を防止
して信頼性を確保しながらタービン回転数を可及的に高
く維持して加速時のターボラグを低減し、加速応答性の
向上を図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は排気ターボ過給
装置を備えたエンジンの全体概略構成図、第２図はコン
トロールユニットの作動を示すフローチャート図、第３
図はエンジン運転状態の出力要求域と減速域、急減速域
とを示す図、第４図は排気通路の絞り制御のエンジン回
転数に対する連延時間特性を示す図、第５図は吸入空気
量とスロットル弁上流の圧力との関係において加速、定
常走行時と減速時とのターボ特性の一例を示す図である
。第６図および第７図は他の実施例を示し、第６図は第
１図相当図、第７図は第２図相当図である。 １・・・エンジン本体、８・・・吸気通路、９・・・排
気通路、１１・・・スロットル弁、１６・・・排気ター
ボ過給機、１６ａ・・・タービン、１６ｂ・・・コンブ
レラ２−１１８・・・第１通路、１９・・・第２通路、
２０・・・三位直押、２６・・・通路面積可変手段、３
ｏ・・・コントロールユニット、３６・・・減速検出手
段、３７．３７’・・・制御手段。 特許出願人　　　　マツダ株式会社　　　ご代　　理　
　人　　　　　弁理士　　前　　１）　　弘　、＋：゛
・−゛ＩＩ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気通路に配設されたタービンにより吸気通路に
   配設されたコンプレッサーを駆動して過給を行う排気タ
   ーボ過給装置において、上記タービン上流の排気ガス通
   路面積を可変とする通路面積可変手段と、エンジンの減
   速時を検出する減速検出手段と、該減速検出手段の出力
   を受け、減速初期の所定期間後に排気ガス通路面積を小
   さくするよう上記通路面積可変手段を制御する制御手段
   とを備えたことを特徴とする排気ターボ過給装置。