JPH0519012B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、可変容量ターボチヤージヤの制御
装置、特に、排気バイパス機構を有する自動車用
エンジンの可変容量ターボチヤージヤの改良に関
する。

［従来技術］ 自動車用ターボチヤージヤ付エンジンは、一般
に、排気のエネルギを利用して吸気を過給しエン
ジントルクを向上させるもので、この場合、エン
ジン破損防止上、過給圧（正圧）が規定値より上
昇しないよう排気バイパス機構を備え、過給圧が
導かれるアクチユエータでバイパス弁（スイング
式ウエストゲート弁）を開いて排気をバイパスさ
せている。

一方、ターボチヤージヤは広範囲の性能向上を
図るべく可変容量機構を備えるものが提案され、
タービン入口に設けたフラツプ弁型式のノズル、
又は、リング状ノズルの開度を変え、全エンジン
回転数での過給圧の向上を図るようにしている
（実開昭53−50310号公報参照）。

即ち、可変容量ターボチヤージヤは、低容量
（エンジン回転数の低い領域）の場合はノズルを
閉じ、また、反対に、高容量（エンジン回転数の
高い領域）の場合はノズルを開くというように、
エンジンの使用回転数に応じて、夫々に適合する
性能を発揮し、これにより所定の過給圧を得よう
とするものである。

しかしながら、このような従来の可変容量ター
ボチヤージヤにあつては、エンジンの低回転域で
過給圧を上昇させようとノズルを閉じると、その
初期段階でタービン入口の排圧が上り、所定の過
給圧に到達する前にバイパス弁が開いてしまい、
過給圧が規定値まで上らないため、エンジントル
クが低下するという問題がある。

この理由は以下のとおりである。

即ち、エンジン過給圧を上げるためにはタービ
ンノズル前後に適当な圧力差が必要であり、この
圧力差でタービンがその速度エネルギを得、これ
と同軸のコンプレツサを高回転して過給圧が得ら
れるのである。このように、タービン入口のエン
ジン排圧が上つた状態にしてから、次のノズル開
度になるよう開度調整する関係上、この排圧の影
響をノズル上流のバイパス弁が受けてしまう。

従つて、従来のバイパス弁は、これを作動する
アクチユエータの過給圧と内蔵ばねとのバランス
が前述の排圧の上昇分により崩れ、開作動して、
排気をバイパスすることになる。

この結果、過給圧が規定値より落ちこむ、いわ
ゆる、だれ込みを生じ、従つて、トルクも低下す
るという不具合点を生ずるものであつた。

［発明の目的］ この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、可変容量のターボチヤージヤ
の過給圧のだれ込みを防止し、もつて、エンジン
トルクの向上を図ることを目的とする。

［発明の構成］ この発明は、前記目的を達成するため、ノズル
の作動によりタービンの流量特性を変える可変容
量機構と、バイパス弁により前記タービンをバイ
パスして排気を流す排気バイパス機構と、ダイヤ
フラム及びダイヤフラムを押圧するスプリングと
スプリングに対抗する圧力室とを備えて前記バイ
パス弁を駆動する駆動手段と、前記圧力室に過給
圧を及ぼす過給圧通路を介して過給圧より低い圧
力を圧力室に導入可能な制御弁と、前記排気バイ
パス機構の作動領域では前記圧力室に過給圧を供
給しバイパス弁を開作動する一方、前記可変容量
機構の作動領域では前記圧力室に過給圧より低い
圧力を供給しバイパス弁を閉作動するよう前記制
御弁を制御する制御手段とを設けたものである。

［作用］ 可変容量機構のノズルが開作動しているとき
は、制御手段が制御弁を制御して駆動手段の圧力
室に過給圧に加えて大気圧を供給し、排気バイパ
ス機構のバイパス弁を閉作動させるので、ノズル
上流の排圧が上つてもバイパス弁は閉作動を維持
する。従つて、排気流量は全量タービンに流れる
ので、これが高速回転し、同軸のコンプレツサに
より規定の過給圧まで吸気を上昇させる。よつて
過給圧のだれ込み、ひいてはトルクの落ちこみを
防止する。やがてエンジン回転数が上昇して過給
圧が規定値を越えると、制御手段は制御弁を制御
して駆動手段の圧力室に過給圧のみを供給し、こ
れにより通常通り、バイパス弁が開作動し、過過
給等によるエンジン機器の破損を防止する。

［実施例］ 以下、この発明を図面に基づいて説明する。第
１図〜第４図はこの発明の一実施例を示す図であ
る。

まず、全体構成を第１図により説明する。エン
ジン１は吸気管２より吸気を得て、作動を終えた
排気を排気管３より大気へ放出する。

ターボチヤージヤ４はタービン５とコンプレツ
サ６とを同軸で備えると共に、タービン５の排気
入口部に可変容量機構７と排気バイパス機構８と
を備え、これらを制御機構９により制御するよう
にしている。

第２図は具体的実施例で、吸気はエアフロメー
タ１１で計量され、コンプレツサ６で加圧され出
口で過給圧Pbとなり、絞弁１２で制御され、エ
ンジン１に吸入される。

排気はエンジン１から排気管３を通り、途中、
可変容量機構７のノズル１３を介してタービン５
にエネルギを与えてから排出する。

ノズル１３は第３図に示すように、軸１４を中
心に回動し、スロート１５の面積を可変とし、渦
巻状のスクロール１６へ入る排気量に対応する。

再び第２図において、ノズル１３の軸１４はレ
バー１７及びロツド１８を介して、アクチユエー
タ１９のダイヤフラム２０に連結される。

アクチユエータ１９には、吸気管２のコンプレ
ツサ６の出口圧、即ち、過給圧Pbを導く導管２
１を設け、その途中に絞り２２を設けると共に、
この絞り２２の下流に逃し導管２３を分岐し、そ
の他端をコンプレツサ６の入口側へ接続する。ま
た、アクチユエータ１９の大気室２７にばね２４
を設け、過給圧Pbに対向するようにする。

逃し導管２３には制御弁としての電磁弁２５を
設け、これを制御手段としてのコントロールユニ
ツト２６でデユーテイ制御する。

排気バイパス機構８は、バイパス通路３０の入
口にバイパス弁３１をスイング式に取付け、これ
をベルクランク３２及びロツド３３で駆動手段と
してのアクチユエータ３４のダイヤフラム３５に
連結する。ダイヤフラム３５は大気室２８に設け
たばね３６によりロツド３３の反対方向に弾発さ
れる。また、アクチユエータ３４には過給圧Pb
を導入する過給圧通路としての導管３７が接続さ
れるが、その圧力の取出口は電磁弁２５の上流、
好ましくは、第２図のように、絞り２２の上流
で、吸気管２の取出口３８より、所定の管路抵抗
（後述）を呈する位置とする。

以上に述べたアクチユエータ１９，３４、電磁
弁２５、導管２１，３７等が第１図の制御機構９
を構成する。

なお、吸気管２には過給圧（コンプレツサ出口
の吸気管圧力）Pbを検出する過給圧センサ４１
と緊急用逃し弁４２が取付けられている。

コントロールユニツト２６は、主に、マイクロ
プロセツサと、メモリと、インタフエースとから
なるマイクロコンピユータで構成され、前記、エ
アフローメータ１１から空気流量Qaを、過給圧
センサ４１から過給圧Pbを、クランク角センサ
４３からエンジン回転数Neを、絞弁開度センサ
４４から絞弁開度を入力信号として受ける。これ
らの信号のうちアナログ信号はＡ／Ｄ変換器を介
してデジタル信号として入力される。メモリには
マイクロプロセツサを制御するプログラムやマイ
クロプロセツサが実行する演算に必要な各種デー
タが格納されると共に、メモリは外部から取り込
んだデータの一時記憶を行う。マイクロプロセツ
サは前記プログラムに従つて燃料噴射量、噴射時
期及び点火信号等を演算して運転状態に適切な噴
射信号Si、点火信号Spを出力すると共に、電磁
弁２５のデユーテイ値を演算して制御信号D_Mを
出力する。

次に前記実施例の作用を説明する。

まず、第４図のフローチヤートにより電磁弁２
５のデユーテイ値D_Mが求まる。図中、P₁〜P₇は
フローチヤートの各ステツプを示す。

P₁でエンジン回転数Neと吸気流量QaのＡ／Ｄ
変換値が入力され、P₂でエンジン１回転当りの
空気流量Tpが計算される。P₃でエンジン回転数
と１回転当りの空気流量Tpに対しあらかじめ決
められたデユーテイ値をルツクアツプしてくる。
このテーブルはNe及びTpの分割点が有限であ
り、分割点間の数値に対しては比例補間計算を行
ない基本デユーテイ値D_Mが決定される。

さらに、P₄ではルツクアツプされた基本デユ
ーテイ値D_Mが電磁弁の作動遅れ時間及び演算ソ
フト部の誤動作をしないよう上限値Duと下限値
D_Lの間にあるかどうかの判定を行い、Duより大
きくなつているときはP₅でD_Mを上限値に固定し、
D_Uより小さくなつているときはP₆でD_Mを下限値
に固定する。そして、P₇でルツクアツプされた
基本デユーテイ値D_Mが記憶されこのメモリの数
値に応じ図示していないタイマ計測部で電磁弁へ
のデユーテイ計算が行なわれその結果がＩ／Ｏイ
ンターフエースを介し電磁弁の作動を決定する。

次に実際の作動を第５図、第６図及び第７図に
より説明する。

第５図は横軸にエンジン回転数Neを、縦軸に
エンジン１回転当りの空気流量Tpをとつたもの
である。図のように、絞弁全開での運転線がＥの
線となり、ノズル全閉で過給圧Pbが規定値例え
ば水銀柱375ｍ／ｍとなる点がB_L、同じく全開で
規定値となる点がBuとなり、この間の領域Ｃ部
がノズル開度が変化する領域で矢印方向に行くに
従つて開作動してゆく。

又、排気バイパス弁はBuの点の前後に決めら
れたＡから全開での運転線Ｅの間の領域Ｄ部で作
動する。

上記の図でNeとTpに関して電磁弁のデユーテ
イ値を書いてこれをテーブルとして与えておく。
このテーブルはエンジンの特性及び耐及信頼性に
より許容される最大過給圧になるよう各エンジン
回転数と空気流量に関して制御デユーテイ値とな
るよう予め決められている。

第６図は電磁弁デユーテイ値とアクチユエータ
正圧及びノズル、バイパス弁の両開度の関係を示
す。

前述のＣ領域の開度はＣ線で、このときのデユ
ーテイ値はＦ線（100〜50位）の範囲、Ｄ領域の
開度はＤ線で、このときのデユーテイ値はＧ線
（50〜０位）の範囲である。

即ち、第２図において、電磁弁２５へのデユー
テイ値を多くすると、電磁弁２５の開時間が多く
なり、アクチユエータ１９の正圧は低下し、ばね
２４の力が打勝つてノズル１３を全閉とする。反
対にデユーテイ値を少くすると正圧が多くなつて
ロツド１８を介してノズル１３を全開とする。

このノズルの作動範囲Ｆ（第６図）間において
はバイパス弁はd₁のように全閉である。そして、
パイパス弁は徐々にd₂及びd₃のように開いてゆ
く。

第７図はデユーテイ値０％、50％及び100％の
場合のアクチユエータへの導管の圧力が、導管の
距離及び各要素によつて低下(R)する様子をグラフ
にしたもので、絞り２２の位置まではほぼ直線状
に低下し、また、デユーテイ値が０に近いとき
は、流れがなくアクチユエータへの正圧が逃げな
いので、殆ど低下しないものである。

従つて、ノズル１３の作動範囲(C)においては、
電磁弁２５のオンオフ作動により、導管２１の圧
力が低下して、バイパス弁３１のアクチユエータ
３４にかかるので、ばね２８の張力を適宜選択す
ることにより、その間、ばね２８の力で、ロツド
３３を介して、バイパス弁３１を閉作動させるこ
とができ、排圧上昇による、バイパス弁３１の過
早な開弁開始時期を容易に遅らせることができ
る。

かくして、バイパス弁３１の制御用圧力は開始
圧力P₀に対して、ｉだけ低下しているので、こ
の間全閉に保持され、P₀に到つて、d₂のように開
作動してゆくことになる。

なお、領域Ｈではアクチユエータ正圧が変化し
ないにもかかわらず、d₃のように開作動を継続し
ているが、これはバイパス流量の増大による弁前
後の差圧増大によるもので、この範囲では、もは
や、ノズル制御は全開のままの開閉作動領域外の
領域であるので不都合は生じない。

第８図はエンジン回転数に対する排圧の変化を
図示したもので、Ａはノズル全閉、Ｂはノズル全
開で、ノズルの開閉のときの排圧はＣのような過
渡状態となる。Ｋ範囲外がバイパス弁の作動域で
あるので、過渡線ＣのＸ部分で排圧が上る際、バ
イパス弁にこの圧力がかかつて、従来は第９図の
点線Ｙのように過給圧が低下し、いわゆるだれ込
みを生じた。

しかしながら、本発明の実施例では、ノズル開
閉作動中、電磁弁２５、アクチユエータ３４等の
制御機構９により、バイパス弁３１を閉作動する
ので、第９図の実線Ｚのように、過給圧がシヤー
プに上り従来のようなだれ込みがなくなる。この
結果、エンジントルクが向上し、ノズル開閉作動
により性能を良好に発揮できる。

前記実施例は、更に、アクチユエータの作動圧
として、制御しようとする過給圧を用いているの
で、過給圧が上ると、ノズル又はバイパス弁が開
作動してこれを下げようとし、フイードバツクが
かかり、都合がよい。

第１０図には、他の実施例を示す。

この実施例は第２図とはバイパス弁３１のアク
チユエータ３４への導管３７に三方電磁弁４５を
設け、これをコントロールユニツト２６で制御す
るようにしたことが異なる。

三方電磁弁４５は通電時、アクチユエータ３４
の導管４７が大気口４６と通じ、非通電時、該導
管４７がノズル側アクチユエータ１９の導管２１
と通ずる。

この実施例はバイパス弁の作動開始圧力P₀に
対し、電磁弁２５のデユーテイ値を100％近くに
してもノズルの開作動までの余裕圧力ｉが充分に
確保できないような場合には、更に、バイパス弁
用アクチユエータ３４の正圧を下げて、これを閉
作動する必要があり、その場合に有効である。本
実施例によりノズル作動と同時にコントロールユ
ニツト２６から指令して、三方電磁弁４５に通電
し、アクチユエータ３４の圧力を大気圧に通じて
下げることにより、バイパス弁３１を確実に閉作
動させることができる。

このようなことは、ノズル用アクチユエータ１
９の過渡特性を改善するため、絞り２２の面積を
大きくした場合、往々にして必要になる。特に、
ノズル開度を小さく絞るとタービン入口排圧が上
昇し、また、エンジン加速時のように、ターボチ
ヤージヤの回転上昇に先だつて入口排圧が上昇す
るので、これによりバイパス弁が開き易くなる。
そこで上記実施例のように大きな差圧で確実に閉
じることが必要となるのである。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、その
構成を可変容量ターボチヤージヤの可変容量手段
で過給圧を制御しているときは、排気バイパス弁
を駆動する駆動手段の圧力室に過給圧よりも低い
圧力を導入して排気バイパス弁を閉作動させる構
成としたため、タービン入口圧力が上昇してもバ
イパス弁は開作動せず、所定の過給圧に上昇させ
ることができ、エンジントルクの増大を図ること
ができるという効果が得られる。

また、他の実施例は確実にバイパス弁を閉作動
するため、過給圧のだれ込みの心配は全くなくな
る。

なお、この発明は、アクチユエータの制御圧と
して真空を用いても成立し、また、バイパス弁を
デユーテイ制御する場合にも同様に成立する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の全体図、第２図
は第１図の具体的構成図、第３図は可変容量機構
を示す断面図、第４図は第２図の制御信号プラグ
ラムのフローチヤート、第５図はテーブル説明
図、第６図はデユーテイ値に対する開度及び圧力
線図、第７図は導管の圧力勾配を示す説明図、第
８図はノズル作動時のエンジン排圧性能図、第９
図は過給圧性能図、第１０図は他の実施例の具体
的構成図である。 図面の主要部を現わす符号の説明、１…エンジ
ン、２…吸気管、３…排気管、４…ターボチヤー
ジヤ、５…タービン、６…コンプレツサ、７…可
変容量機構、８…排気バイパス機構、９…制御機
構、１３…ノズル、１９…アクチユエータ、２５
…電磁弁、２６…コントロールユニツト、３０…
バイパス通路、３１…バイパス弁、３４…アクチ
ユエータ、４５…三方電磁弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ノズルの作動によりタービンの流量特性を可
   変にする可変容量機構と、バイパス弁により前記
   タービンをバイパスして排気を流す排気バイパス
   機構と、ダイヤフラム及びダイヤフラムを押圧す
   るスプリングとスプリングに対抗する圧力室とを
   備えて前記バイパス弁を駆動する駆動手段と、前
   記圧力室に過給圧を及ぼす過給圧通路を介して過
   給圧より低い圧力を圧力室に導入可能な制御弁
   と、前記排気バイパス機構の作動領域では前記圧
   力室に過給圧を供給しバイパス弁を開作動する一
   方、前記可変容量機構の作動領域では前記圧力室
   に過給圧より低い圧力を供給しバイパス弁を閉作
   動するよう前記制御弁を制御する制御手段とを設
   けた可変容量ターボチヤージヤの制御装置。