JPH0311125A - 排気タービン過給機付内燃機関の制御方法およびその装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、排気タービン過給機付内燃機関の制御方法お
よびその装置に係わり、特に、自動車等の車輌に搭載さ
れる内燃機関に好適に用いられる制御方法およびその装
置に関する。

し従来の技術］ 一般に、自動車等の車輌に搭載される内燃機関において
は、高出力化のために、吸気を圧縮して吸気密度を高め
るようにした過給機を取り付けることが行われている。

そして、前記過給機の一つに、内燃機関の排気の動的エ
ネルギや熱エネルギを利用してコンプレッサを駆動し、
このコンプレ、すによって吸気の圧縮を行うようにした
排気タービン過給機があり、この排気タービン過給機を
備えた内燃機関の一従来例として、第３図に示す構造の
ものが知られている。

この内燃機関１は、慢数（図示例では４個）の気筒２（
２ａ〜２ｄ）を備えた内燃機関本体３と、この内燃機関
本体３に連設された吸気管４および排気管５と、前記吸
気管４に設けられたスロットル６と、吸気管４の上流側
と前記排気管５の下流側との間に設けられた排気タービ
ン過給機７と、前記排気管５に前記排気タービン過給機
７をまたいで設けられ、この排気タービン過給機７を迂
回して設けられたバイパス管８と、このバイパス通路８
に設けられ、バイパス管８の開閉を行うウェストゲート
バルブ９と、前記排気タービン過給機７と前記スロット
ル６との間の吸気管４に設けられ、吸気管４内の圧力を
受けて前記ウェストゲートバルブ９を作動させるアクチ
ュエータ１０とを備えている。

前記アクチュエータ１０は、内部が２分割されて、前記
吸気管４へ連通させられた正圧室１０ａと、この正圧室
１０ａとダイアフラム１１によって区画され大気へ連通
させられた負圧室１０ｂとが形成されており、前記ダイ
アフラム１１がリンク機構１２を介して前記ウェストゲ
ートバルブ９へ連結されている。

そして、この内燃機関１は、スロットル６か開かれて回
転数Ｎｅが上昇し、排気管５を流れがある原型以上とな
ると、その排気の動的エネルギや熱エネルギにより、排
気タービン過給機７の排気管５内に配設されたタービン
７ａが回転駆動させられるとともに、このタービン７ａ
にシャフト１３によって一体化され前記吸気管４内に配
設されたコンプレッサ７ｂが回転させられることにより
、吸気管４内の吸気が圧縮されて高密度の吸気が内燃機
関本体３の各気筒２へ供給される（この作用を過給と称
し、コンプレ、す７ｂによる吸気の圧縮力を過給圧と称
す）。

これによって、内燃機関ｌにおける充填効率が高められ
高出力化が図られる。

一方、スロットル６が大きく開かれて内燃機関１の回転
数Ｎｅが上昇すると排気流量も増加し、これに伴って排
気タービン過給機７におけるタービン７ａおよびコンプ
レッサ７ｂの回転も上昇し、過給圧が高められる。

そして、この過給圧が設定値以上となると、吸気管４に
連通させられているアクチュエータＩＯの正圧室１０ａ
内の圧力が、大気に連通させられている負圧室ｔａｂの
圧力とこの負圧室１０ｂに設けられたセットスプリング
（図示略）の弾発力とに打ち得って、アクチュエータｌ
Ｏのダイアフラム１１が移動させられるとともに、この
ダイアフラム１１によってウェストゲートバルブ９が開
放される。

これによって、排気管Ｓ内の排気が前記タービン７ａを
迂回してタービン７ａの下流側へ送り込まれ、この結果
、タービン７ａならびにコンプレ、す７ｂの回転が抑え
られて過給圧の上昇が抑制される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、前述した従来構成の内燃機関１においては、
次のような不具合が生じる。

すなわち、内燃機関１の高速高負荷運転状態からスロッ
トル６を急速に戻した場合や、スロットル６の開閉を急
激に行った場合等において、吸気管４がスロットル６に
よって閉塞されて吸気流量が大幅に制限されるにも拘わ
らず、排気タービン過給機７のコンプレッサ７ｂはその
慣性力により回転を続けようとするが、これによって、
第４図に鎖線で示すように、スロットル６を閉じた直後
にコンプレッサ７ｂがサージング発生領域において運転
され、同時にサージングによる異音を発生してしまうと
いった不具合である。

そして、このような異音くサージ音）は、特に、車輌に
搭載される内燃機関においては、運転者や同乗者に不快
感を与える原因となることから極力なくすことが要望さ
れている。

一方、このような不具合への対処方法として、次の■〜
■の手段が考えられている。

■排気タービン過給機７のコンプレッサ７ｂの吸入部に
消音器を設置する。

■排気タービン過給機７のコンプレッサ７ｂの吐出部と
スロットル６との間にリリーフバルブを設置する。

■サージマージンの大きいより小容量のコンプレッサ７
ｂを使用する。

しかしながら、前記■の手段によると、サージ音が低周
波の場合、消音器の容量が大きくなり実機への適用が困
難であり、また、■の手段によると、リリーフバルブの
設定圧が一定であることにより、種々の運転条件で発生
するサージ音の全てを消去することができず、さらに、
■の手段によると、サージ音を小さくすることは可能で
あるが、内燃機関の高回転域での出力が低下する等の不
具合がそれぞれにおいて発生し、有効な手段とはなり得
ていない。

本発明は、このような従来の技術において残されている
課題を解決せんとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述した課題を有効に解決し得る排気タービ
ン過給機付内燃機関の制御方法およびその装置を提供す
るもので、第１の態様に係わる内燃機関の制御方法は、
特に、排気タービン過給機と、この排気タービン過給機
に併設されて、υＦ気を前記排気タービン過給機を迂回
させるウェストゲートバルブと、前記排気タービン過給
機の過給圧が設定値以上に達した際に、この過給圧を受
けてｌ′ｉ′ｉ′ｉ記ウェストゲートバルブを作動させ
るアクチュエータとを備えた内燃機関の制御方法であっ
て、内燃機関のスロットルの下流側に負圧が生じた際に
、この負圧を前記アクチュエータへ作用させて前記過給
圧に対する背圧を減少させることにより、前記アクチュ
エータの作動開始点を速めることを特徴とし、第２の態
様に係わる内燃機関の制御装置は、排気タービン過給機
と、この排気タービン過給機に併設されて、排気を前記
排気タービン過給機を迂回させるウェストゲートバルブ
と、前記排気タービン過給機の過給圧が設定値以上に達
した際に、この過給圧を受けて前記ウェストゲートバル
ブを作動させるアクチュエータと、このアクチュエータ
の前記過給圧を受ける正圧室を内燃機関のスロ、トルの
上流側へ連通させる第１の連通管と、この第１の連通管
の途中に設けられ前記吐出部から正圧室へ向かう気体の
流れのみを許容する逆止弁と、この逆止弁を迂回して前
記スロットルの上流側と正圧室とを連通させる絞り部材
と、前記正圧室に併設された負圧室を前記スロットルの
下流側へ連通させる第２の連通管と、この第２の連通管
の途中に設けられ、前記負圧室からスロットルの下流側
へ向かう気体の流れのみを許容する逆止弁と、この逆止
弁と負圧室との間に設けられ、この負圧室を大気へ連通
させる絞り部材とを備えていることを特徴とする。

［作用］ 本発明の第１の態様によれば、スロットルを閉じた際に
おけるスロットル下流の負圧を利用してアクチュエータ
の作動開始点を早めることにより、ウェストゲートバル
ブを開放して、スロットル急閉塞時等における排気ター
ビン過給機の慣性による回転を早期に減速させ、これに
よって、排気タービン過給機のサージング発生領域での
運転を防止する。

また、第２の態様によれば、通常の過給状態においては
、両逆止弁の作用によりアクチュエータの正圧室へ過給
圧を作用させるとともに、アクチュエータの負圧室を大
気へ連通させておくことにより、過給作用を維持する。

また、最大過給圧に達した時点においては、前記過給圧
によってアクチュエータが作動させられてウェストゲー
トバルブが開放され、過給圧が一定に保持される。

そして、スロットル急閉時等のサージング領域への突入
可能な条件が生じた際には、スロットルの下流側の負圧
を第２の連通管によりアクチュエータの負圧室へ導いて
、アクチーエータにおける過給圧に対する背圧を減少さ
せ、ウェストゲートバルブを開放して排気タービン過給
機の慣性による回転を早期に減速させる。

これによって、前記制御方法が確実に実施されてサージ
ングが効率よく抑制される。

し実施例］ 以下、本発明を第１図および第２図に基づき説明する。

まず、本発明の第１の態様に係わる排気タービン過給付
内燃機関の制御方法の説明に先立ち、第２の態様に係わ
る制御装置の一実施例について説明する。

なお、以下の説明中、第３図と共通する部分については
同一符号を用いて説明を簡略化する。

第１図生得号２０は、本実施例が適用された排気タービ
ン過給機付内燃機関（以下、単に内燃機関と略称する）
を示し、この内燃機関２０は、複数の気筒２（２ａ〜２
ｄ）を有する内燃機関本体３、吸気管４、排気管５、ス
ロットル６、排気タービン過給機７、バイパス管８、ウ
ェストゲートバルブ９、アクチュエータｌＯ、ダイアフ
ラム１１１　リンク機構１２とを備えている。

また、前記排気タービン過給機（以下、単に過給機と略
称する）７は、従来において示したタービン７ａ、コン
プレッサ７ｂ、および、これらを連結する／ヤフト１３
とを備えている。

そして、前記アクチュエータ１０の正圧室１０ａと前記
吸気管４の過給機７とスロットル６との間、および、ア
クチュエータ１０の負圧室１０ｂと吸気管４のスロット
ル６の下流側との間に、本実施例のｒｒ徴部分が設けら
れている。

次いで、これらについて詳述すれば、前記アクチュエー
タ１０の正圧室１０ａには第１の連通管２１が取り付け
られており、この第１の連通管２１により、過給機７と
スロットル６との間において前記吸気管４へ連通させら
れている。

この第１の連通管２１の途中には、吸気管４から正圧室
ＩＱａへ同かう気体の流れのみを許容する逆ＩＦ弁２２
が設けられているとともに、この逆止弁２２の上流側と
下流側とを連通ずるバイパス管２３が設けられ、このバ
イパス管２３に絞り部材としてのすＪワイス２４が設け
られている。

また、アクチュエータ１０の負圧室１０ｂには、第２の
連通管２５が取り付けられており、この第２の連通管２
５により、スロットル６の下流側において前記吸気管４
へ連通させられている。

この第２の連通管２５の途中には、吸気管４から負圧室
ｔａｂへ向かう基体の流れのみを許容する逆止弁２６が
設けられ、また、前記第２の連通管２５の、負圧室１０
ｂと逆止弁２６との間には、負圧室１０ｂを大気へ連通
するブリーザ管２７が設けられ、このブリーザ管２７に
絞り部材であるオリフィス２８が設けられている。

そして、前記ウェストゲートバルブ９、アクチュエータ
１０、リンク機構１２、両速通管２１・２５、両逆止弁
２２・２６、バイパス管２３、両オリフィス２４・２８
、および、ブリーザ管２７とによって本実施例の制御装
置Ｃが構成されている。

次いで、このように構成された制御装置Ｃの作用ととも
に、本発明の第１の態様に係わる制御方法について説明
する。

内燃機関２０の運転状態の時間的変化が緩やかな状態に
おいては、従来と同様の作動を行う。

すなわち、内燃機関２０の出力が増加するにつれて、そ
の排気によって過給機７のタービン７ａが回転させられ
るとともに、シャフト１３を介してコンプレッサ７ｂが
回転させられることにより、前記コンプレッサ７ｂによ
って吸気が圧縮されて内燃機関２０の各気筒２へ供給さ
れる。

そして、前述の運転状態においては、コンプレッサ７ｂ
の吐出圧力すなわち過給圧が、逆止弁２２を経てダイア
フラム１１にアクチュエータ１ｏの正圧室１０ａ側から
作用し、また、この時点で、前記スロットル６は開かれ
て、このスロットル６の下流側も前記過給圧とほぼ同様
の圧力であり、この圧力か逆止弁２６の作用により負圧
室１０ｂへ伝達されることが阻止されて負圧室１０ｂの
圧力が大気圧に保持されている。

したがって、前記過給圧がアクチュエータ１０に設けら
れているセットスプリングによって設定されている最大
過給圧に達するまで、前述の過給操作が継続される。

また、過給圧が最大過給圧に達すると、その圧力により
、アクチュエータ１０のダイアフラム１１がセットスプ
リングや大気圧に抗して移動させられ、さらに、このダ
イアフラム１１の移動がリンク機構１２を介してウェス
トゲートバルブ９へ伝達されてバイパス管８が開放され
る。

これによって、排気がバイパス管８によりタービン７ａ
を迂回して流され、このタービン７ａの回転、すなわち
、コンプレッサ７ｂの回転が抑制されて、過給圧が最大
過給圧に保持される。

一方、例えば、内燃機関２０が高回転状態で運転されて
いる状態においてスロットル６を急に閉じた場合、吸気
管４内の吸気の流れの減速作用とコンプレッサ７ｂの慣
性による回転力との兼合いで、過給機７がサージング領
域へ突入する条件が整ってしまうことがある。

この場合、急激に閉じた前記スロットル６の下流側には
負圧が生じ、この負圧は第２の連通管２５を介してアク
チュエータ１０の負圧室ｔａｂへ伝達される。

そして、この負圧は、前記ダイアフラム１１に作用して
いるセットスプリングの弾発力や大気子を打ち消ように
前記ダイアフラム１１へ作用することから、過給圧とセ
ットスプリングの弾発力や大気圧との川明設定バランス
が崩されて、前記ダイアフラム１１が移動させられる。

このようにしてダイアフラム１１が移動させられると、
ウェストゲートバルブ９によるバイパス管８の閉塞が開
放されることにより、前記タービン７ａすなわらコンプ
レッサ７ｂの回転が抑制されて、これらの回転が早期に
減速される。

したがって、過給機７がサージング領域へ突入する前に
過給機７の回転が減速されて、サージングの発生が防止
されるとともにサーソング音の発生が防止される。この
現象を第２図に鎖線で示しｔこ。

また、前述のようなスロットル６の急閉時におけるウェ
ストゲートバルブ９の開放操作が行わたのちには、両オ
リフィス２４・２８の作用により、ある時間経過後（こ
の時間はオリフィス２４・２８によって与えられる流路
抵抗の大きさによって定まる）に、アクチュエータ１０
の正圧室１０ａが吸気管４の低下した過給圧と等しく、
また、負圧室Ｊｏｂが大気圧と等しくなされ、通常の過
給操作状態に復帰させられる。

なお、前記実施例において示した各構成部材の諸形状や
寸法等は一例であって、適用する内燃機関の種類や形式
あるいは設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、前記実施例においては、絞り部材として各オリ
フィス２４・２８を示したが、これに代えて、多孔質体
、可変絞り弁、あるいは、繊維等を用いることも可能で
ある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の第１の態様に係わる排気
タービン過給機付内燃機関の制御方法は、排気タービン
過給機と、この排気タービン過給機に併設されて、排気
を前記排気タービン過給機を迂回させるウェストゲート
バルブと、前記排気タービン過給機の過給圧が設定値以
上に達した際に、この過給圧を受けて前記ウェストゲー
トバルブを作動させるアクチュエータとを備えた内燃機
関の制御方法であって、内燃機関のスロットルの下〆Ｕ
側に負圧が生じた際に、この負圧を前記アクチュエータ
へ作用させて前記過給圧に対する背圧を減少させること
により、前記アクチュエータの作動開始点を速めること
を特徴とするもので、次のような優れた効果を奏する。

スロットルを閉じた際におけるスロットル下流の負圧を
利用してアクチュエータの作動開始点を早めることによ
り、ウェストゲートバルブの開放を早め、これによって
、スロットル閉塞時における排気タービン過給機の慣性
による回転を早期に低下させて、排気タービン過給機の
サージング発主領域での運転を防止するとともに、サー
ジ音の発生を防止することができる。

また、第２の態様に係わる内燃機関の制御装置は、排気
タービン過給機と、この排気タービン過給機に併設され
て、排気を前記排気タービン過給機を迂回させるウェス
トゲートバルブと、前記排気タービン過給機の過給圧が
設定値以上に達した際に、この過給圧を受けて前記ウェ
ストゲートバルブを作動させるアクチュエータと、この
アクチュエータの前記過給圧を受ける正圧室を内燃機関
のスロットルの上流側へ連通させる第１の連通管と、こ
の第１の連通管の途中に設けられ前記吐出部から正圧室
へ向かう気体の流れのみを許容する逆止弁と、この逆止
弁を迂回して前記スロットルの上流側と正圧室とを連通
させる絞り部材と、前記正圧室に併設された負圧室を前
記スロットルの下流側へ連通させる第２の連通管と、こ
の第２の連通答の途中に設けられ、前記負圧室からスロ
。

トルの下流側へ向かう気体の流れのみを許容する逆止弁
と、この逆止弁と負圧室との間に設けられ、この負圧室
を大気へ連通させる絞り部材とを備えていることを特徴
とするもので、次のような優れた効果を奏する。

通常の過給作用や最大過給圧に達した時点における過給
圧の上昇抑制作用はもちろんのこと、スｏノ）ル急閑時
等のサージング領域への突入可能な条件が生じた際にお
いて、スロットルの下流側の負圧を第２の連通管により
アクチュエータの負圧室へ導いて、アクチュエータにお
ける過給圧の背圧を減少させ、アクチュエータの作動す
なわちウェストゲートバルブを早期に開放して排気ター
ビン過給機の慣性による回転を減速させることができる
。

したがって、前記制御方法を確実に実施し得てサージン
グの発生やサージ音の発生を効率よく抑制することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第２の態様の一実施例を
示すもので、第１図は全体装置を示す概略図、第２図は
作用を説明するためのフンブレ。 す吐出圧力と排気流量との関係を示す図、第３図および
第４図は一従来例を示すもので、第３図は全体装置を示
す概略図、第４図は作用を説明するためのコンプレッサ
吐出圧力と排気流量との関係を示す図である。 第２図 ６・・スロットル、　７・・・（排気タービン）　過給
機、７ａ・・・タービン、７ｂ・・・コンプレッサ、８
・・・バイパス管、　　９・・ウェストゲートバルブ、
１０・・アクチュエータ、 １０ａ・・・正圧室、　　１０ｂ・・・負圧室、２０・
・（排気タービン過給機付）内燃機関、２１・・第１の
連通管、２２・・逆止弁、２３・・・バイパス１ｇ、２
４・・・オリフィス、２５・・・第２の連通管、２６・
・・逆止弁、２８・・・オリフィス、　Ｃ・・・制御装
置。 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気タービン過給機と、この排気タービン過給機
   に併設されて、排気を前記排気タービン過給機を迂回さ
   せるウェストゲートバルブと、前記排気タービン過給機
   の過給圧が設定値以上に達した際に、この過給圧を受け
   て前記ウェストゲートバルブを作動させるアクチュエー
   タとを備えた内燃機関の制御方法であって、内燃機関の
   スロットルの下流側に負圧が生じた際に、この負圧を前
   記アクチュエータへ作用させて前記過給圧に対する背圧
   を減少させることにより、前記アクチュエータの作動開
   始点を速めることを特徴とする排気タービン過給機付内
   燃機関の制御方法。
2. （２）排気タービン過給機と、この排気タービン過給機
   に併設されて、排気を前記排気タービン過給機を迂回さ
   せるウェストゲートバルブと、前記排気タービン過給機
   の過給圧が設定値以上に達した際に、この過給圧を受け
   て前記ウェストゲートバルブを作動させるアクチュエー
   タと、このアクチュエータの前記過給圧を受ける正圧室
   を内燃機関のスロットルの上流側へ連通させる第１の連
   通管と、この第１の連通管の途中に設けられ前記吐出部
   から正圧室へ向かう気体の流れのみを許容する逆止弁と
   、この逆止弁を迂回して前記スロットルの上流側と正圧
   室とを連通させる絞り部材と、前記正圧室に併設された
   負圧室を前記スロットルの下流側へ連通させる第２の連
   通管と、この第２の連通管の途中に設けられ、前記負圧
   室からスロットルの下流側へ向かう気体の流れのみを許
   容する逆止弁と、この逆止弁と負圧室との間に設けられ
   、この負圧室を大気へ連通させる絞り部材とを備えてい
   ることを特徴とする排気タービン過給機付内燃機関の制
   御装置。