JPH01110832A - タ−ボチャ−ジャを備える内燃エンジンの出力制御方法 - 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） この発明は、ターボチャージャを備える内燃エンジンの
出力制御方法に関する。

（従来の技術及びその問題点） 従来、内燃エンジンに供給される吸気をターボチャージ
ャで過給し、加速性能や出力特性の向上を図るものが知
られている。このターボチャージャを備える内燃エンジ
ンの過給圧（ブースト圧）を制御するために、ターボチ
ャージャのタービンをバイパスするバイパス通路をウェ
ストゲートバルブで開閉するようにし、ウェストゲート
バルブを開閉駆動するニエーマチックアクチェエータを
設け、該アクチュエータの圧力室とターボチャージ中の
圧縮機下流の吸気通路とをブースト圧導入管路により接
続し、このブースト圧導入管路途中に３方切換弁を配設
し、電子制御手段によりこの３方切換弁を開閉制御する
ことにより前記圧縮機下流の吸気通路からアクチュエー
タの圧力室に供給される作動圧、従って、アクチュエー
タの作動量を調整する構成の出力制御装置が知られてい
る。

この出力制御装置は、例えば、エンジン回転数とスロッ
トル弁開度に応じた目標ブースト圧値を予め電子制御手
段の記憶装置に記憶しておき、工ンジン回転数検出値及
びスロットル弁開度検出値に応じて目標ブースト圧を読
みだし、この目標ブースト圧に、エンジン冷却水温度、
スロットル弁の開弁速度、ノック発生量等の各種入力情
報により補正係数を乗算する等により補正し、斯く演算
設定した目標ブースト圧と吸気圧センサにより検出され
る実際のブースト圧との偏差に応じて前記３方切換弁を
オンオフ制御して前記アクチュエータに供給する作動圧
を調整し、ウェストゲートを開閉することによりブース
ト圧を前記目標ブースト圧に制御するものである。

この出力制御装置による出力制御方法は、高価な吸気圧
（ブースト圧）センサを必要とする上に、上述のように
マツプから読み出された目標ブースト圧を各種の入力情
報により補正するので、演算処理がプログラム上複雑に
なるという問題がある。

即ち、エンジン制御を行う際には、直接的な制御量であ
る吸入空気重量を制御対象にするのが望ましいが、この
従来の出力制御装置の制御方法は間接的な制御量即ち、
ブースト圧を制御対象にしており、このため、例えば高
地等で大気圧が低下した場合、同一過給圧に対して排圧
が低下するために退出力となり、エンジンの耐久性に問
題が生じ、吸気温度が低い場合には退出力となる。この
ため、大気圧や吸気温度により補正する必要があるが、
これら各種入力情報による補正は、吸入空気１ｉ１を考
慮して複雑な演算処理が必要になる。

別の従来の出力制御装置として、ウェストゲートバルブ
を開閉駆動するニエーマチックアクチュエータにブース
ト圧を供給し、ブースト圧に応じてウェストゲートバル
ブを開閉すると共に、ステップモータ等のアクチュエー
タにより、エンジン回転数、ワイドオープンスロットル
（ＷＯＴ）、ノック発生量等の各種パラメータに応じウ
ェストゲートバルブを所要弁開度だけ強制的に開閉させ
てブースト圧を制御する出力制御装置が知られている。

この出力制御装置は、基本的には所謂ニューマチックア
クチュエータ制御であり、制御の大半がブースト圧のみ
によりウェストゲートバルブが開閉制御されるのでシス
テムはシンプルになるが、ウェストゲートを所要弁開度
だけ強制的に開閉させるアクチュエータは高精度が要求
され、且つ、制御の自由度は前述の最初の制御装置に比
べて低い、しかも、本方式による制御はオーブンループ
制御になるため、過給圧が過大となるオーバブースト等
に対して何らかのチエツク機構が必要となる。

又、この２番目の制御装置も間接的制御量、即ち、ウェ
ストゲートの弁開度を制御対象にしており、このため、
高地等で大気圧が低下した場合、同一過給圧に対して排
圧が低下するために、出力が不足する。又、吸気温度が
低い場合には退出力となり、制御パラメータのウェスト
ゲート弁開度に対して大気圧及び吸気温度の複雑な補正
演算処理が必要となる。

本発明は斯かる問題点を解決するためになされたもので
、制御プログラム上の演算処理が複雑にならず、大気圧
や吸気温度が変化しても運転者の意図する所要の出力を
正確に制御出来るように図ったターボチャージャを備え
る内燃エンジンの出力制御方法を提供することを目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成するために本発明に依れば、ターボチ
ャージャのウェストゲートバルブを開閉駆動するアクチ
ュエータの作動量を調整して過給圧を制御する内燃エン
ジンの出力制御方法において、吸気通路途中に配設され
たスロットル弁の弁開度とエンジン回転数と吸入空気重
量とを夫々検出し、検出したスロットル弁開度及び検出
したエンジン回転数に応じた目標吸入空気重量を設定し
、斯く設定した目標吸入空気重量と前記検出した吸入空
気重量との偏差に応じて前記アクチュエータの作動量を
調整することを特徴とするターボチャージャを備える内
燃エンジンの出力制御方法が提供される。

（作用） 本発明の出力制御方法は、エンジンの制御対象である吸
入空気重量を直接的に制御するものであり、検出した吸
入空気重量と目標吸入空気重量との偏差に応じてアクチ
ュエータの作動量を調整し、ウェストゲートを開閉駆動
するために正確な出力制御が可能になる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

先ず、第２図を参照して本発明方法を実施する出力制御
装置の概略構成を説明すると、図中符号１０はターボチ
ャージャであり、ターボチャージ中１０は吸気を加圧す
る圧ｍｆｉｌＯａと、この圧縮機１０ａを駆動するター
ビン１０ｂとを備えて構成される。圧縮機１０ａは吸気
管１２途中に配設され、タービン１０ｂは排気管１４途
中に配設されている。

吸気管１２の大気開放端には図示しないエアクリーナが
取り付けられると共に、カルマン渦式のエアフローセン
サ１６が取り付けられ、カルマン渦発生周期信号を後述
する電子コントロールユニット２０に供給する。大気開
放端とターボチャージャ１０の圧縮機１０ａ間の吸気管
１２にはスロットル弁１５が配設され、このスロットル
弁１５の弁開度をスロットル開度センサ１８が検出して
検出信号を電子コントロールユニット２ｏに供給する。

前記排気管１４にはターボチャージ中１０のタービン１
０ｂをバイパスするバイパス通路１４ａが接続されてお
り、このバイパス通路１４ａの下流側と排気管１４とが
合流する接続ポート部にウェストゲートバルブ２２が配
設され、ウェストゲートバルブ２２によりバイパス通路
１４ａが開閉される。ウェストゲートバルブ２２はロッ
ド２３によりニューマチックアクチェエータ２４のダイ
アフラム２４ａに接続されている。

アクチュエータ２４は、ケーシング２４ｂと、このケー
シング２４ｂの内側を圧力室２４ｃと大気室２４ｄとに
画成する、前述のダイアフラム２４ａと、大気室２４ｄ
に収容され、ダイアフラム２４ａを押圧してウェストゲ
ートバルブ２２を閉弁する方向に移動させるバネ２４ｆ
とで構成される。

アクチュエータ２４の圧力室２４ｃにはブースト圧導入
管２６の一端が接続され、導入管２６の他端はターボチ
ャージャ１０下流の吸気管１２に設けられたポート１２
ａに接続されおり、導入管２６はターボチャージャ１０
下流の吸気管１２内圧力、即ち、ブースト圧を作動圧と
して圧力室２４ｃに導（、導入管２６途中の分岐点２６
ａには管路２７が接続され、管路２７の途中には電磁遮
断弁２８が配設されている。

！磁遮断弁２８は管路２７を遮断する弁体２８ａと、弁
体２８ａを常時閉じ方向に押圧するバネ２８ｂと、付勢
時にこのバネ２８ｂのバネ力に抗して弁体２８ａを開弁
させるソレノイド２８ｃとで構成され、ソレノイド２８
ｃは電子コントロールユニット２０の出力側に接続され
ている。そし電磁遮断弁２８は電子コントロールユニッ
ト２０からの駆動信号によりデエーティ制御され、導入
管２６により圧力室２４ｃに導かれる、ブースト圧の一
部をターボチャージャ１０上流側の吸気管１２に逃がし
て圧力室２４ｃに作用する作動圧の大きさを調整する。

アクチュエータ２４のダイアフラム２４ａは、圧力室２
４ｃに導かれる作動圧の大きさに応じて変位し、ロッド
２３を介してウェストゲートバルブ２２が開閉される。

電子コントロールユニット２０の入力側には前記エアフ
ローセンサ１６及びスロットル開度センサ１８の他に、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ３０、
吸気温度を検出する吸気温センサ３１、大気圧を検出す
る大気圧センサ３２等が接続されており、これらの各種
センサからの検出信号が電子コントロールユニット２０
に供給される。

電子コントロールユニット２０は、図示しない中央演算
装置（ＣＰＵ）　、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置、Ｉ１
０インターフェイス等を内蔵しており、電子コントロー
ルユニット２０は記憶装置に内蔵されている制御プログ
ラム、例えば、後述する出力制御ルーチン等を実行して
図示しない内燃エンジンの作動を制御する。

次に、本発明に係る内燃エンジンの出力制御手順を第１
図に示すフローチャートを参照して説明する。

先ず、電子コントロールユニット２０は第１図のステッ
プ４０を実行し、前記各種センサから入力される検出信
号、例えばエアフローセンサ１４からカルマン渦発生信
号ｆ、スロットル開度センサ１８から入力されるスロッ
トル弁開度信号θｔｈ等を読み込み、これらを前記記憶
装置に記憶する。

次いで、目標（＾／Ｎ）マツプからエンジン回転数検出
値Ｎｅ及びスロットル弁開度検出値θｔｈに応じた１吸
気行程当たりの（１気筒当たりの）目標吸入空気重量（
Ａ／Ｎ）値を読み出す（ステップ４１）。

第３図は電子コントロールユニット２０の記憶装置に記
憶されている目標（Ａ／Ｎ）マツプの概念的構成を示し
、１個のエンジン回転数Ｎｅ及びｊ個のスロットル弁開
度θｔｈに対してこれらの値の組に対応して目標吸入空
気重量（Ａ／Ｎ）値が夫々記憶されている。そして、こ
の目標（＾／Ｎ）マツプから、例えば公知の４点補間法
により検出されたエンジン回転数Ｎｅ及びスロットル弁
開度θｔｈに応じた目標吸入空気重量（Ａ／Ｎ）値が読
み出し演算される。演算された目標吸入空気型Ｍ　（Ａ
／Ｎ）値は必要に応じて吸気温センサ３１により検出さ
れる吸気温度、及び大気圧センサ３２により検出される
大気圧により空気密度補正される（ステップ４３）。

次ぎに、エアフローセンサ１６により検出されるカルマ
ン渦発生周期ｆ、吸気温センサ３１により検出される吸
気温度、及び大気圧センサ３２により検出される大気圧
からエンジンが吸入する実際の吸入空気重量を演算し、
この実吸入空気重量（Ａ／Ｎ）とステップ４３で演算補
正された目標吸入空気重量（Ａ／Ｎ）との偏差Δ（Ａ／
Ｎ）を求め、この偏差から電磁遮断弁２８のデユーティ
修正量ΔＤ（ΔＤ−ｆ（Δ（Ａ／Ｎ）　）　）を演算す
る（ステップ４５）、そして、ステップ４７に進み、前
記目標（Ａ／Ｎ）マツプと類僚の目標デユーティマツプ
からエンジン回転数検出値Ｎｅ及びスロットル弁開度検
出値θｔｈに応じた目標デユーティ率りを読み出す。

第４図は電子コントロールユニット２０の記憶装置に記
憶されている目標デエーテイマツブの概念的構成を示し
、目標（Ａ／Ｎ）マツプと同様に１個のエンジン回転数
Ｎｅ及びｊ個のスロットル弁開度θｔｈに対してこれら
の値の組に対応して目標デユーティ率り値が夫々記憶さ
れている。そして、この目標デユーティマツプから、例
えば公知の４点補間法により検出されたエンジン回転数
Ｎｅ及びスロットル弁開度θｔｈとに応じた目標デユー
ティ率り値が読み出し演算される。

電子コントロールユニット２０は、上述のようにして求
めた目標デユーティ率り及びデエーテイ修正量ΔＤから
実際に電磁遮断弁２８を駆動する実デユーティ率Ｄ゛を
次式により演算する（ステップ４９）。

Ｄ’　−Ｄ＋ΔＤ そして、電子コントロールユニット２０は斯く演算した
実デユーティ率Ｄ°により電磁遮断弁２８を駆動する（
ステップ５０）、電磁遮断弁２８が実デユーティ率Ｄ°
でデユーティ制御されると吸気管１２から導入管２６を
介してアクチュエータ２４の圧力室２４ａに導かれるブ
ースト圧が電磁遮断弁２８を介してターボチャージャ１
０の上流側吸気管１２に漏れ出るのでアクチュエータ２
４のダイアフラム２４ａが移動してウェストゲートバル
ブ２２は、デユーティ率Ｄ’　の増減に応じて閉じ側又
は開き側に駆動される。これにより、ターボチャージ中
ＩＯの回転数は、エンジンに供給される吸入空気重量が
目標吸入空気重量に一致する方向に上昇又は低下するこ
とになる。

尚、吸入空気重量を検出するセンサとしては上述のカル
マン渦式のエアフローセンサ１６に限定されることはな
く、ホットワイヤ式エアフローセンサ等を使用してもよ
い、この場合、ホットワイヤ式エアフローセンサのよう
な空気重量を直接検出できるセンサを使用すると大気圧
の変化を補正する必要が無く好都合である。

又、前記第３図に示す目標（Ａ／Ｎ）マツプのマツプ値
を適宜値に変更するとアクセル踏込量（スロットル弁開
度）とエンジン出力との関係を、スロットルレバーやス
ロットルボア径、ボア数等を変更することなくソフトウ
ェアにより所望の関係に設定することが出来る。即ち、
マツプ値を、第５図に示すように、例えばエンジン回転
数を一定低回転数（例えば、１５００ｒｐｍ）に保持し
たとき、第５図の特性曲線Ａの変化に沿って、スロット
ル弁開度θｔｈが小さい間は吸入空気重量（Ａ／Ｎ）の
増加が小さく、大きい値になるに従って吸入空気重量（
Ａ／Ｎ）の増加が大きくなるように設定することも出来
るし、特性曲線Ｂに示すように、スロットル弁開度θｔ
ｈの変化と吸入空気重量（＾／Ｎ）の変化が直線関係に
なるように設定することも出来る。

又、第５図の特性曲線Ｃに示すように、スロットル弁開
度θｔｈが小さい間に吸入空気重量（Ａ／Ｎ）の増加を
大きく、大きい値になるに従って吸入空気重量（＾／Ｎ
）の増加が小さくなるように設定することも出来る。

更に、ウェストゲートバルブ２２を開閉駆動するアクチ
ュエータとしては本実施例のようなニエーマチックアク
チェエータ２４に限定されずパルスモータ等により駆動
するものであっても良い。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明のターボチャージャを備える
内燃エンジンの出力制御方法に依れば、吸気通路途中に
配設されたスロットル弁の弁開度とエンジン回転数と吸
入空気重量とを夫々検出し、検出したスロットル弁開度
及び検出したエンジン回転数に応じた目標吸入空気重量
を設定し、検出した吸入空気重量と前記目標吸入空気重
量との偏差に応じ、ウェストゲートバルブを開閉駆動す
るアクチュエータの作動量を調整して過給圧を制御する
ようにしたので、従来燃料供給制御等に使用されるエア
フローセンサ、スロットル開度センサ、エンジン回転数
センサ等をそのまま使用すればよく、高価なブースト圧
センサ等の特別なセンサを使用する必要がなく、しかも
、エンジンの直接の制御対象である吸入空気重量を制御
するのでエンジン出力を正確に制御することが出来、吸
気温度の変化に対して吸入空気重量のバラツキ、従って
出力のバラツキが小さく、特に、極低温時の退出力の心
配がない、又、高地等において大気圧が低下する場合に
おいても平地と同様の出力が得られる。更に、エンジン
回転数、スロットル弁開度、ターボチャージャ特性、大
気圧力等の各種入力情報に対してマツチング試験が簡単
になり・更に又・アクセル踏込量（スロットル弁開度）
とエンジン出力との関係をソフトウェア上で自由に設定
する第１図は本発明に係る、ターボチャージャを備える
内燃エンジンの出力制御手順を示すフローチャート、第
２図は本発明方法を実施するエンジン出力制御装置の構
成を示すブロック図、第３図は目標吸入空気重量を設定
する目標（＾／Ｎ）値マツプの、エンジン回転数Ｎｅ、
スロットル弁開度θｔｈ及び目標吸入空気重量（Ａ／Ｎ
）値の関係を示すグラフ、目標デユーティ率りを設定す
る目標デエーティマップのエンジン回転数Ｎ　ｅ　％ス
ロットル弁開度θｔｈ及び目標デユーティ率り値の関係
を示すグラフ、第５図はスロットル弁開度θｔｈと吸入
空気重量（＾／Ｎ）値との関係を示すグラフである。

１０・・・ターボチャージャ、１０ａ・・・圧縮機、１
０ｂ・・・タービン、１２・・・吸気管、１４・・・排
気管、１５・・・スロットル弁、１６・・・エアフロー
センサ、１８・・・スロットル開度センサ、２０・・・
電子コントロールユニット、２２・・・ウェストゲート
バルブ、２４・・・アクチュエータ、２６・・・ブース
ト圧導入管、２８・・・電磁遮断弁、３０・・・エンジ
ン回転数センサ、３１・・・吸気温センサ、３２・・・
大気圧センサ。

出願人　　三菱自動車工業株式会社 代理人　　弁理士　　長　門　侃　二 第２図 スロットル弁開度θＴＨ 手続補正言動式） 昭和６３年１２月　８日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ターボチャージャのウェストゲートバルブを開閉駆動す
   るアクチュエータの作動量を調整して過給圧を制御する
   内燃エンジンの出力制御方法において、吸気通路途中に
   配設されたスロットル弁の弁開度とエンジン回転数と吸
   入空気重量とを夫々検出し、検出したスロットル弁開度
   及び検出したエンジン回転数に応じた目標吸入空気重量
   を設定し、斯く設定した目標吸入空気重量と前記検出し
   た吸入空気重量との偏差に応じて前記アクチュエータの
   作動量を調整することを特徴とするターボチャージャを
   備える内燃エンジンの出力制御方法。