JP3466909B2 - エアーバイパスバルブの制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ式内燃機関
において、ターボチャージャーの下流側と上流側とを断
接するエアーバイパスバルブの制御方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】ターボチャージャーを有するターボ式内
燃機関においては、スロットルバルブが急閉された場合
に、吸気慣性およびコンプレッサの回転慣性によってス
ロットルバルブの上流側圧力が一時的に急上昇する。こ
の圧力上昇は、過給気が圧力反射によってターボチャー
ジャー側に逆流するというサージングを生じさせ、ター
ボチャージャーからサージ音（脈動音）を発生させる。
このサージ音を防止すべく、従来、ターボチャージャー
の下流側と上流側とを連通する連通路を設け、この連通
路上にダイヤフラム式のエアーバイパスバルブを配設し
た構成のものが知られている。しかして、上述したよう
にスロットルバルブを急閉されるなどしてサージ音が発
生する状況になった時、このエアーバイパスバルブを所
定時間開成し、ターボチャージャーの上流側と下流側と
を連通させることによって、過給圧の上昇を防止するよ
うにしている。 【０００３】ところで、一般的にダイヤフラム式のエア
ーバイパスバルブは、バルブ本体に移動可能に配設した
ダイヤフラムに弁体を設けたもので、バルブ本体はダイ
ヤフラムによってダイヤフラム室と連通室に２分されて
いる。そして具体的にはこの連通室を前記連通路上に配
置している。しかして、閉弁時には弁体を閉止方向に付
勢するスプリング力で弁体を閉止位置に保持しておくと
ともに、開弁時にはダイヤフラム室にスロットルバルブ
下流側の負圧を導き、この負圧力でダイヤフラムを移動
させ、スプリング力に抗して弁体を開成位置に移動させ
る構造となっている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば、ス
ロットルバルブ急閉後、エアーバイパスバルブが開成状
態である前記所定時間内において、スロットルバルブを
若干開成するような操作が行われた場合には、スロット
ルバルブ下流側の圧力が上昇して前記ダイヤフラム室の
圧力が上昇するとともに、ターボチャージャーの下流側
圧力が低下して前記連通室の圧力が低下する。この結
果、前記スプリングによる付勢力ともあいまって、弁体
およびダイヤフラムに作用する力がバランスし、弁体お
よびダイヤフラムの位置が不安定となる状況が現出す
る。そして、弁体およびダイヤフラムが振動するいわゆ
るチャタリング現象が惹起され、振動音が発生する場合
がある。 【０００５】この振動音は運転者のアクセル操作に連動
して常に生じるものではなく、運転状況等で発生したり
しなかったりするうえ、発生タイミングもまちまちであ
るため、運転者に強い不快感を与えるという問題点があ
った。一方、特開平５−１５６９５７号公報に示されて
いるように、スロットルバルブ下流側をエアーバイパス
バルブのダイヤフラム室に連通する接続路に絞り部を設
け、弁体開閉の応答性を犠牲にしてチャタリング現象を
防止しようとしたものも考えられている。しかしなが
ら、このようなものは、従来のエアーバイパスバルブの
構成を変えなければならないうえ、弁体の応答性とチャ
タリング現象防止との兼ね合いを考慮しなければなら
ず、絞り開度の設定が難しいという問題点があった。し
かも、種々の運転状況や各内燃機関の個体差、あるいは
経年変化等に対応しきれない場合もあり、抜本的な解決
方法とは言い難かった。 【０００６】 【課題を解決するための手段】しかして、上述したよう
にサージ音の発生は、コンプレッサー下流側における圧
力の急上昇によるものであり、ダイヤフラムの振動発生
は、コンプレッサー下流側圧力の減少によるものであ
る。このようにサージ音の発生条件とダイヤフラムの振
動発生条件とが相反する。本発明はこの点に着目してな
されたものであって、ターボチャージャーからのサージ
音が発生する状況となった際に開成して、その後所定時
間開成状態を保持しつづけるようにしていたエアーバイ
パスバルブを、該所定時間内でもダイヤフラムの振動す
る条件となった際にはサージ音は発生しないと判断して
閉止するようにし、ダイヤフラムの振動発生を抑制する
ようにしたものである。 【０００７】 【発明の実施の形態】すなわち本発明は、ターボ式内燃
機関において、ターボチャージャーの下流側と上流側と
を連通する連通路上に設けられたダイヤフラム式のエア
ーバイパスバルブに適用され、エアーバイパスバルブ
を、スロットルバルブの閉止時においてターボチャージ
ャーからサージ音が発生する状況となった際に開成し、
該開成から所定時間経過後、閉止するようにしたエアー
バイパスバルブの制御方法であって、前記所定時間内で
あっても、ダイヤフラムの振動する条件となった際には
エアーバイパスバルブを閉成するようにしたことを特徴
とするものである。 【０００８】しかして、このような方法によれば、ダイ
ヤフラムの振動し得る条件下においてエアーバイパスバ
ルブを閉止することにより、ダイヤフラムの振動を確実
に防止できる。しかもダイヤフラムの振動し得る条件下
では連通路を閉止しても、ターボチャージャーからのサ
ージ音は発生しないため、該サージ音の発生をも確実に
防止できる。そのうえ、ソフトウェアの変更のみで、従
来のエアーバイパスバルブの構成を変えることがなく、
その実現が非常に簡単であるという効果を有する。 【０００９】既存の吸気圧センサ等を用いて簡単に検出
し得るダイヤフラムの振動する条件とは、前記所定時間
内において、ターボチャージャー下流側の圧力が所定以
上であり、なおかつ、その圧力の時間変化量が所定以下
となる場合が挙げられる。 【００１０】 【実施例】以下に、本発明に係るエアーバイパスバルブ
の制御方法の一実施例を、図面を参照して説明する。図
１は、本実施例に係るエアーバイパスバルブ５の制御方
法を適用したターボ式内燃機関１を示す模式的構成図で
ある。 【００１１】このターボ式内燃機関１は、複数の気筒７
（図１中は１つのみを記載している）と、各気筒７に吸
気を供給するための吸気系路４と、排気を排出するため
の排気系路６と、排気系路６上に配設された駆動タービ
ン２２及び吸気系路４上に配設されたコンプレッサー２
１を有するターボチャージャー２とを少なくとも具備し
てなるものである。 【００１２】吸気系路４は、外気を気筒７の吸気弁７１
にまで導くもので、本実施例ではこの吸気系路４上に、
エアクリーナー８１、コンプレッサー２１、インターク
ーラー８２、スロットルバルブ８３およびインジェクタ
８４を上流からこの順で配設している。具体的にこの吸
気系路４はエアクリーナー８１およびコンプレッサー２
１の吸入ポート２１ａを接続する第１導入路４１と、コ
ンプレッサー２１の排出ポート２１ｂおよびインターク
ーラー８２を連通する第２導入路４２と、インタークー
ラー８２およびスロットルバルブ８３を連通する第３導
入路４３と、スロットルバルブ８３および吸気弁７１を
連通するサージタンク４４およびインテークマニホール
ド４５とからなる。しかしてインジェクタ８４はインテ
ークマニホールド４５における吸気弁７１近傍に設けら
れている。 【００１３】排気系路６は、排気弁７２から排出される
排気を外部に放出すべく、排気弁７２と外部とを連通す
るもので、この排気系路６上には駆動タービン２２と図
示しない排気マフラとを配設している。具体的にこの排
気系路６は排気弁７２および駆動タービン２２の導入ポ
ート２２ａを連通するエグゾーストマニホールド６１
と、駆動タービン２２の導出ポート２２ｂおよび排気マ
フラーを連通する排出路６２とから構成している。 【００１４】ターボチャージャー２は上述したように、
駆動タービン２２とコンプレッサー２１とを具備してな
るもので、この駆動タービン２２とコンプレッサー２１
を、同軸上に設け、連動するように構成している。そし
て、駆動タービン２２を排気圧によって回転させ、この
回転力を利用してコンプレッサー２１にポンプ作用を営
ませることにより、吸入した空気を加圧圧縮（過給）
し、気筒７に送り込むものである。 【００１５】しかして、本実施例では、コンプレッサー
２１の下流側である第２導入路４２と、上流側である第
１導入路４１とを連通する連通路３を設けており、この
連通路３上にエアーバイパスバルブ５を配設している。
このエアーバイパスバルブ５は、後述するエアーバイパ
スバルブ制御弁ＶＳＶ（この後ＡＢＶ制御弁ＶＳＶと記
述する）により開閉駆動されるダイヤフラム式のもので
あり、スロットルバルブ８３が急閉された場合に、吸気
慣性およびコンプレッサー２１の回転慣性によってスロ
ットルバルブ８３の上流側、すなわち第２、第３導入路
４２、４３内の圧力が一時的に急上昇するのを防止し、
ひいては、ターボチャージャー２からのサージ音発生を
防止すべく設けたものである。具体的にこのエアーバイ
パスバルブ５は、バルブ本体５２と、バルブ本体５２内
の空間をダイヤフラム室５３および連通室５４に２分す
る移動可能なダイヤフラム５１と、ダイヤフラム５１に
設けられた弁体５５とを具備してなる。そして、ダイヤ
フラム室５３には制御ポート５６が開口させてあり、連
通室５４には第１ポート５７および第２ポート５８が開
口させてある。弁体５５は、ダイヤフラム５１の移動に
より、第２ポート５８の内部開口面５８ａに当接し、第
１ポート５７、第２ポート５８間の連通を遮断する閉弁
位置と、該内部開口面５８ａから離間して第１ポート５
７と第２ポート５８とを連通させる開弁位置との間を移
動するように構成している。さらに、ダイヤフラム室５
３にはスプリング５９を配設しており、弁体５５を閉弁
位置方向に弾性付勢している。 【００１６】しかして、このエアーバイパスバルブ５の
第１ポート５７を、第２導入路４２に連通し、第２ポー
ト５８を第１導入路４１に連通している。また、制御ポ
ート５６は、ＡＢＶ制御弁ＶＳＶを介して、第３導入路
４３もしくはサージタンク４４のいずれかに選択的に連
通可能に構成している。このＡＢＶ制御弁ＶＳＶは、電
磁的に駆動し得る３方向弁であり、図示しない制御弁体
の移動により、制御ポート５６を負圧の発生するサージ
タンク４４、もしくは第２導入路４２と同圧である第３
導入路４３のいずれかに選択的に連通させ、エアーバイ
パスバルブ５を開閉駆動するものである。具体的には、
制御ポート５６をサージタンク４４に連通させることに
より、ダイヤフラム室５３を負圧にし、ダイヤフラム室
５３と連通室５４との圧力差でダイヤフラム５１および
弁体５５を開成位置に移動させ、制御ポート５６を第３
導入路４３に連通させることにより、ダイヤフラム室５
３と連通室５４とを同圧とし、スプリング５９の力によ
りダイヤフラム５１および弁体５５を閉止位置に移動さ
せる機能を有するものである。しかして、本実施例で
は、このＡＢＶ制御弁ＶＳＶを次に説明するコントロー
ラ９からのバルブ制御信号ａによって駆動制御してい
る。 【００１７】コントローラ９は、少なくとも入力インタ
フェース９１、出力インタフェース９２、ＣＰＵ９３、
メモリ９４を内蔵するものである。しかして、入力イン
タフェース９１には、サージタンク４４内に配設した吸
気圧センサＳＲから出力される吸気圧信号ｂを入力する
ようにしており、出力インタフェース９２からは少なく
ともＡＢＶ制御バルブ５Ａを駆動制御するバルブ制御信
号ａを出力するようにしている。吸気圧信号ｂは吸気圧
に応じた電圧または電流値を有するもので、その値はＣ
ＰＵ９３に取り込まれる際、図示しないＡ／Ｄ変換回路
等を介してデジタル値に変換される。なお、本実施例で
は、この値から推測した第２もしくは第３導入路４２、
４３の圧力を利用するようにしている。バルブ制御信号
ａは、２値信号であり、その値に応じてＡＢＶ制御弁Ｖ
ＳＶをいずれかの方向に駆動するものである。そして、
本実施例では、前記メモリ９４に、少なくとも、吸気圧
の状況に応じて適切にＡＢＶ制御弁ＶＳＶを制御し、エ
アーバイパスバルブ５を駆動するためのバルブ制御プロ
グラムを記憶させている。本実施例に係るエアーバイパ
スバルブ５の制御方法は、このバルブ制御プログラムに
したがったもので、これを図２に示すフローチャートに
したがって説明する。 【００１８】このバルブ制御プログラムは、ステップＳ
１からステップＳ７までの複数のステップで構成してお
り、これら一連のステップを周期的に繰り返し行うもの
である。まずステップＳ１において、サージ音が発生す
る状況であるか否かを判断する。具体的にサージ音が発
生する状況とは、例えば吸気圧センサＳＲにより検出し
た吸気圧から間接的に求められる第２もしくは第３導入
路４２、４３の圧力が７６０ｍｍＨｇ以上でなおかつ、
その圧力の単位時間変化量が−３０ｍｍＨｇを上回って
いる場合である。なお、吸気圧の検出は、例えば別のル
ーチンで定期的に行われ、メモリ９４に更新記憶させて
いる。また、ここでいう単位時間とは、タイマー等によ
り適宣設定された一定時間をいう。そして、サージ音が
発生する状況であると判断した場合には、ステップＳ２
に進み、そうでないと判断した場合にはステップＳ７に
進む。 【００１９】ステップＳ２においては、エアーバイパス
バルブ５の制御ポート５６とサージタンク４４とを連通
させるべくＡＢＶ制御弁ＶＳＶを駆動するバルブ制御信
号ａの値（ＯＮ）を設定しこれを出力する。この結果、
エアーバイパスバルブ５は開成状態となる。そしてステ
ップＳ３に進む。ステップＳ３では、待機時間を予め定
めた所定時間にセットする。具体的にはこの所定時間を
例えば１．２８秒に設定している。そしてステップＳ４
に進む。 【００２０】ステップＳ４では、所定時間経過したかど
うかを判断する。しかして所定時間経過した場合にはス
テップＳ６に進み、そうでない場合にはステップＳ５に
進む。ステップＳ５では、ダイヤフラム５１に振動が発
生する状況であるか否かを判断する。具体的に振動発生
状況とは、例えば前記第３導入路４３の圧力が７６０ｍ
ｍＨｇ以上でなおかつ、その圧力の単位時間変化量が−
３０ｍｍＨｇ以下の場合である。そして、振動が発生す
る状況であると判断した場合には、ステップＳ６に進
み、そうでないと判断した場合には、ステップＳ４に戻
る。 【００２１】ステップＳ６では、エアーバイパスバルブ
５の制御ポート５６と第３導入路４３とを連通させるべ
くＡＢＶ制御弁を駆動するバルブ制御信号ａの値（ＯＦ
Ｆ）を設定しこれを出力する。この結果、エアーバイパ
スバルブ５は閉止状態となる。ステップＳ７において、
本周期におけるバルブ制御プログラムは終了し再びステ
ップＳ１に戻る。 【００２２】このように構成した本実施例のエアーバイ
パスバルブ５の制御方法にしたがって、エアーバイパス
バルブ５は次のように作動する。まず、図示しないアク
セルが踏み込まれ、ターボチャージャー２が作動してい
る状態から、アクセルを戻されてスロットルバルブ８３
が急閉されると、吸気慣性およびコンプレッサー２１の
回転慣性によってコンプレッサー２１の下流側、すなわ
ち第２、第３導入路４２、４３の圧力が一時的に急上昇
する。しかして、この圧力が７６０ｍｍＨｇ以上でなお
かつ、その圧力の単位時間あたりの変化量が−３０ｍｍ
Ｈｇを上回った場合には、圧力の急上昇による圧力反射
によってターボチャージャー２側に過給気が逆流するサ
ージングを生じ、ターボチャージャー２からサージ音
（脈動音）が発生すると判断される。そこで、エアーバ
イパスバルブ５の制御ポート５６とサージタンク４４と
を連通させるべくＡＢＶ制御弁ＶＳＶが駆動され、エア
ーバイパスバルブ５は開成状態となる。この結果第２、
第３導入路４２、４３内の過給気は第１導入路４１内に
導かれ、サージングは回避される。 【００２３】この開成状態は、１．２８秒持続するが、
この間に、例えば、スロットルバルブを若干開成するよ
うな操作が行われた場合には、第２もしくは第３導入路
４２、４３内の過給気はサージタンク側へ流入し、第２
もしくは第３導入路４２、４３内の圧力上昇速度は減少
する。このことは第２もしくは第３導入路４２、４３内
の単位時間あたりの変化量が−３０ｍｍＨｇ以下になっ
たことにより認識され、同時にダイヤフラム５１が振動
する条件であると判断される。そして、エアーバイパス
バルブ５の制御ポート５６と第３導入路４３とを連通さ
せるべくＡＢＶ制御弁ＶＳＶが駆動され、エアーバイパ
スバルブ５は閉止状態となる。この状態では、ダイヤフ
ラム５１および弁体５５の位置は閉止位置に固定されて
いるので、振動発生は確実に防止され、サージ音も発生
しない。 【００２４】このように本実施例に係るエアーバイパス
バルブ５の制御方法によれば、ダイヤフラム５１の振動
し得る条件下においてエアーバイパスバルブ５を閉止す
ることにより、ダイヤフラム５１の振動を確実に防止で
きる。しかもダイヤフラム５１の振動し得る条件下では
ターボチャージャー２からのサージ音は発生し難いた
め、該サージ音の発生をも確実に防止できる。また、ダ
イヤフラム５１の振動する条件を既存の吸気圧センサＳ
Ｒ等を用いて検出するようにしているので、本実施例の
実現は実質的に、ソフトウェアの変更のみでよく、ハー
ドウェア構成を変えることのない簡単なものとなる。 【００２５】なお、本発明は上述した実施例に限られる
ものではなく例えば、ダイヤフラムの振動し得る条件の
検出は、実施例以外の方法でも構わない。その他各部の
構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が
可能である。 【００２６】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、ダイヤ
フラムの振動する条件においては、サージ音は発生し難
いという点に着目し、従来、ターボチャージャーからの
サージ音が発生する状況となった際に開成して、その後
所定時間開成状態を保持しつづけるようにしていたエア
ーバイパスバルブを、該所定時間内でもダイヤフラムの
振動する条件となった際にはサージ音は発生しないと判
断して閉止するようにしたものである。したがって、こ
のような方法によれば、ダイヤフラムの振動し得る条件
下においてエアーバイパスバルブを閉止することによ
り、ダイヤフラムの振動を確実に抑制でき、この振動に
起因する振動音を防止できる。しかもダイヤフラムの振
動し得る条件下では連通路を閉止してもターボチャージ
ャーからのサージ音は発生し難いため、該サージ音の発
生をも確実に防止できる。さらに、ソフトウェアの変更
のみで実現が可能で、従来のエアーバイパスバルブの構
成を変える必要がないという効果をも奏する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す内燃機関の模式的全体
構成図。 【図２】同実施例の制御プログラムを示すフローチャー
ト。 【符号の説明】 １…ターボ式内燃機関 ２…ターボチャージャー ２１…コンプレッサー ３…連通路 ４１…下流側（第１導入路） ４２…上流側（第２導入路） ５…エアーバイパスバルブ ５１…ダイヤフラム ８３…スロットルバルブ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】ターボ式内燃機関において、ターボチャー
   ジャーのコンプレッサにおける下流側と上流側とを連通
   する連通路上に設けられたダイヤフラム式のエアーバイ
   パスバルブに適用され、 エアーバイパスバルブを、ターボチャージャーからサー
   ジ音が発生する状況となった際に開成し、 該開成から所定時間経過後、閉成するようにしたエアー
   バイパスバルブの制御方法であって、 前記所定時間内であっても、ダイヤフラムの振動する条
   件となった際にはエアーバイパスバルブを閉止するよう
   にしたことを特徴とするエアーバイパスバルブの制御方
   法。