JPH0543860B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はターボチヤージヤを備えた内燃機関の
過給圧制御装置の改良に関する。

（従来の技術） 機関の吸気充填効率を高めるために、排気のエ
ネルギを利用して吸気を過給するターボチヤージ
ヤが知られているが、この過給も特定の運転条件
下にあつては、機関に過大な熱負荷を及ぼす危険
があるため、高速高負荷運転時など機関の耐久性
が損なわれることのないように、種々の手段によ
り過給圧が異常に上昇するのを防止している。

例えば、ターボチヤージヤの排気タービンをバ
イパスする通路に、過給圧が所定値を越えたら開
くバイパスバルブを設け、機関の高負荷時など過
給圧が上限を越えないように排気の一部をバイパ
スさせるようにしている。

したがつて機関の高負荷時など過給圧が目標値
を越えるとバイパスバルブが開き、排気タービン
をバイパスして排気を流すため、排気タービンの
回転が減少し、吸気コンプレツサの過給圧が低下
するのである。

そして上記にあつては、過給圧制御が何等かの
原因で不能になり、上限値を越えるような事態が
生じたときは、フエイルセーフの機能として、機
関に対する燃料の供給を総てカツトするようにな
つている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが上記のように過給圧の異常上昇時に各
気筒に対しての燃料供給を総てカツトすると、燃
料カツトに伴う機関出力の急減によりトルクシヨ
ツクが発生し、運転者に不快感を与えるという問
題点があつた。

これに対して特開昭57−122142号公報に開示さ
れたもののように、過給圧が所定の上限値を越え
たときに、燃料の供給回数（供給量）を減らして
機関出力を徐々に低下させ、過給圧の異常上昇を
回避して機関の破損を防止するようにしているも
のもある。この場合は、機関出力が急激に低下す
るのを防止できるため、前記に比較してトルクシ
ヨツクは小さくなるが、いずれにしても運転者の
意志とは無関係に機関出力が低下するので運転フ
イーリングは悪化する。

本発明はこのような問題を解決することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、第１図に示すように、排気の
エネルギにより駆動され吸気を過給するターボチ
ヤージヤ４０と、ターボチヤージヤ４０による過
給圧を検出する手段４１と、この検出過給圧に応
じて排気タービン４２への流入排気を制御する機
構（排気バイパスバルブ、可変翼）４３とを備
え、過給圧が目標値になるようにフイードバツグ
制御する内燃機関の過給圧制御装置において、過
給圧の目標値よりも高い第１の圧力値を設定する
手段４４と、この第１の圧力値よりも相対的に高
くかつ吸入空気量の増加に応じて低下する特性を
もつ第２の圧力値を設定する手段４５と、過給圧
が前記第１の圧力値を越えたときに前記制御機構
を過給圧が低下する方向に強制動作させる手段４
６と、同じく過給圧が第２の圧力値を越えたとき
に燃料の供給を停止する手段４７とを備える。

（作用） このようにしたので、過給圧が目標値の範囲内
でフイードバツグ制御されている状態から、何等
かの原因で過給圧が目標値を越えて上昇したとす
ると、まず第１の圧力値の範囲では制御機構を過
給圧を低下させる方向に強制的に作動させ、これ
により機関の出力を大幅に低下させるようなこと
なく、つまり運転フイーリングを悪化させること
なく、機関の損傷などを未然に回避することがで
きる。

これにもかかわらず過給圧がさらに上昇し、第
２の圧力値を越えるような場合、機関に対する燃
料の供給が停止され、異常事態に陥るのを防止す
る。

ただしこの場合、機関が損傷しやすい高速高負
荷時などのように吸入空気量が大きくなる程、こ
の第２の圧力値は設定圧力が低下するので、同じ
異常上昇時でも、機関の損傷にいたる危険が高い
ときほど早期に対処できる。

（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２図において、１は機関本体、２は吸気通
路、３は排気通路で、この排気通路３にターボチ
ヤージヤ４の排気タービンが介装されると共に、
その吸気コンプレツサ６が吸気通路２に介装さ
れ、排気ガスの圧力で駆動される排気タービン５
の回転により吸気コンプレツサ６が作動して機関
の吸入空気を過給する。

排気タービン５の入口から出口へとバイパスす
る通路７が形成され、このバイパス通路７には排
気バイパスバルブ８が設けられ、このバイパスバ
ルブ８を開閉することにより排気タービン５に流
入する排気量を制御する一方、排気タービン５の
入口部には可変翼９が設けられ、この可変翼９の
開度に応じて排気ガスのタービン流入速度を制御
するようになつており、これらにより排気タービ
ン５に対する流入排気の制御機構を構成してい
る。

排気バイパスバルブ８と可変翼９とはいずれも
ダイヤフラム装置１０と１１により駆動され、こ
のダイヤフラム装置１０，１１の作動圧力は圧力
制御弁１２と１３を介して制御される。各ダイヤ
フラム装置１０，１１には圧力通路１４，１５を
介して前記吸気コンプレツサ６と吸気絞弁１６と
の間の過給圧（大気圧よりも高い正圧）が導かれ
ると共に、これら圧力通路１４，１５を低圧側の
吸気コンプレツサ６の上流とそれぞれ連通する開
放通路１７，１８の途中に前記圧力制御弁１２と
１３が介装される。圧力制御弁１２，１３が開け
ば過給圧が低圧側に逃げ、ダイヤフラム装置１
０，１１に対する供給圧が低下し、逆に閉じれば
供給圧が上昇するのであり、これに伴い排気バイ
パスバルブ８と可変翼９とが駆動され、その開度
を増減する。排気バイパスバルブ８の開度が増加
すると、排気タービン５に対する流入量が減少し
てタービン回転が低下するし、また可変翼９の開
度が増加すると排気流速が低下しタービン回転が
低下する。

これら圧力制御弁１２，１３の開度を運転状態
に応じて制御回路２０が制御する。制御回路２０
はマイクロコンピユータなどで構成され、吸気通
路２に設けた吸入空気量を検出するエアフローメ
ータ２１、吸気絞弁１６の開度を検出する絞弁開
度スイツチ２２、機関回転数を検出するクランク
角センサ２３、機関冷却水温度を検出する水温セ
ンサ２４、吸気通路２の過給圧を検出する圧力セ
ンサ２５からの信号が入力されると、これらに基
づいて過給圧が所定の目標値となるように圧力制
御弁１２，１３の開度をフイードバツグ制御する
のである。なお、制御回路２０は同時にこれらの
検出信号に基づいて所定の空燃比となるように、
燃料噴射弁１９から噴射される燃料の噴射量を制
御する。

前記排気バイパスバルブ８と可変翼９とは、第
３図Ａのように、低負荷域ではで示すように排
気バイパスバルブ８と可変翼９を共に全閉とし、
中負荷域ではで示すように排気バイパスバルブ
８を全閉に保持したまま可変翼９をフイードバツ
グ制御し、高負荷域ではで示すように排気バイ
パスバルブ８をフイードバツグ制御すると共に可
変翼９を全開に保持する。可変翼９が全平状態
（ただし完全に閉じるのではなく、所定の最小開
度に保持される）では排気タービン５に流入する
排気流速は最大となり、排気タービン５の回転を
上昇させる方向に制御され、可変翼９の開度を増
大すると排気流速が低下してタービン回転が抑制
される。また排気バイパスバルブ８の開度を増加
すると排気タービン５を排気がバイパスしていく
ため、タービン回転数の上昇は抑制される。な
お、低負荷域では排気バイパスバルブ８と可変翼
９を共に全閉に保持するのは、機関の排気量、排
気圧が共に少なく、このように両方共全閉に保持
しても排気タービン５の回転が上がりにくいため
である。

第３図Ｂは過給圧と排気バイパスバルブ８と可
変翼９との制御デユーテイの関係を示すもので、
いずれも制御デユーテイが大きくなるほど（最大
値100％）過給圧が上昇するようになつている。

つまり、排気バイパスバルブ８の開度を制御す
る圧力制御弁１２は制御デユーテイが０％のとき
は全閉し、圧力通路１４から過給圧が開放通路１
７に逃げることなくそのままダイヤフラム装置１
０に作用して排気バイパスバルブ８を全開して過
給圧を低下させるし、逆に制御デユーテイが100
％のときは圧力制御弁１７を全開して、圧力通路
１４からの過給圧を低圧側の開放通路１７に逃が
してダイヤフラム装置１０に対する供給圧を低下
させ、排気バイパスバルブ８を全閉保持して過給
圧を上昇させる。また同じようにして、可変翼９
の開度を制御する圧力制御弁１３も制御デユーテ
イが０％のときは、ダイヤフラム装置１１に対す
る供給圧を高めて可変翼９の開度を全開にし、過
給圧を低下させる方向に制御する一方、制御デユ
ーテイが100％のときは供給圧を低下させ、細可
変翼９の開度を全閉保持して過給圧を上昇させる
のである。

第３図Ｃは過給圧の制御目標値Pmの特性を示
すものであるが、機関吸入空気量により変化する
が、中負荷域では最大値として425mmHgに設定さ
れ、低負荷域と高負荷域とではこれよりも若干低
くなるように設定してある。

このようにして通常の運転状態では過給圧が目
標値となるように、排気バイパスバルブ８と可変
翼９の開度かフイードバツグ制御されるのである
が、この制御にも拘わらず、圧力センサ２５で検
出される圧力過給圧が目標値を越えて上昇してい
く場合、制御回路２０は前記排気バイパスバルブ
８と可変翼９の開度を制御するための信号、つま
り制御デユーテイを強制的に減じて排気バイパス
バルブ８と可変翼９を開いて過給圧を低下する方
向に補正する。そしてこの制御は過給圧が第３図
Ｃに示す目標値Pmよりも高い第１の制御圧力値
Psを越えたときに行なわれ、またこの第１の圧
力値Psよりもさらに高い第２の圧力値Pcを越え
たときは、機関に対する燃料の供給が停止される
ようになつている。

この制御動作について第４図のフローチヤート
にしたがつて説明すると、まず機関吸気量（また
は機関回転数）と過給圧（P₂）を読み込み、つ
いでこの吸気量に対応した過給圧の目標値Pm、
第１の圧力値Ps、第２の圧力値Pcをそれぞれメ
モリから読みだす。この場合、メモリに設定され
た圧力値PsとPcは、機関の吸気量が増大する高
負荷域に低下する特性となつており、したがつて
高負荷域ほど前記過給圧の強制補正制御並びに燃
料カツトは早期、つまり過給圧の低い領域で開始
されるようになつている。

次にP₂とPsを比較してP₂＞Psでないと判断し
たときは、通常の過給圧のフイードバツグ制御を
行う。これに対してP₂＞Psのときは、P₂とPcを
比較して、P₂＞Pcでないときは排気バイパスバ
ルブ８（WGと称する）と可変翼９（VNと称す
る）の制御デユーテイを強制的に50％だけ減少さ
せ、過給圧を減少する方向に強制制御する。

ただしこのように過給圧が上昇する高負荷側で
は開度制御しているのは排気バイパスバルブ８の
みで、可変翼９の開度は全開に保持されているた
め、排気バイパスバルブ８のみ開き方向に強制的
に制御してもよい。この結果、排気の一部が排気
タービン５をバイパスして流れるので、ターボチ
ヤージヤ４の回転数が減少して過給圧が低下する
ように補正される。この場合、過給圧は低下して
も熱量をカツトもしくは減少させたときのように
機関出力が大幅に低下することはなく、高出力運
転時にいきなりエンジンブレーキがかかるような
運転フイーリングの悪化は回避される。一方、こ
のような操作にも拘わらず、過給圧が上昇して
P₂＞Pcとなつたときは、燃料噴射弁１９からの
燃料の供給を停止するように制御される。

このようにして最後の手段として燃料カツトが
行なわれるのであるが、このとき機関の高負荷域
ほど第２の圧力値Pcは低下する特性のため、機
関の熱負荷が大きい高負荷域ほど早期に燃料カツ
トに移行して、過給圧をそのまま制御不能の状態
で放置しておいたときに機関がより一層損傷に陥
りやすいときほど、早めに対策を講じるようにな
つている。

次に第５図に示す制御動作の他の実施例につい
て説明する。

この実施例は排気バイパスバルブ８の開度を段
階的に開くようにしたもので、前記第１の圧力値
Psと第２の圧力値Pcとの間に第３、第４の圧力
値P_s1、P_s2を設定し、過給圧P₂が第１の圧力値Ps
と圧力値P_s1の間のときは、排気バイパスバルブ
８の制御デユーテイを25％だけ減じ、圧力値P_s1
と圧力値P_s2の間のときは同じく50％だげ減じ、
さらに圧力値P_s2と圧力値Pcとの間にあるときは
同じく75％減じるようにしてある。

この結果、排気バイパスバルブ８を強制的に開
くあたり、段階的に排気バイパス量を制御するの
で、急激な過給圧の変化を防いでより一層滑らか
な運転フイーリングを確保することができる。

（発明の効果） 以上のように本発明は、過給圧が目標値の範囲
内でフイードバツグ制御されている状態から、何
等かの原因で過給圧が目標値を越えて上昇したと
きは、まず第１の圧力値の範囲では過給圧制御機
構を過給圧を低下させる方向に強制的に作動させ
るので、これにより機関の出力を大幅に低下させ
るようなことなく、つまり運転フイーリングを悪
化させることなく、機関の損傷などを未然に回避
し、またこれにもかかわらず過給圧がさらに上昇
し、第２の圧力値を越えるようなときは、機関に
対する燃料の供給を停止して異常事態に陥るのを
防止し、しかもこの場合、吸入空気量が大きくな
る程この第２の圧力値は設定圧力が低下するの
で、過給圧の同じ異常上昇時でも、機関の損傷に
いたる危険が高いときほど早期に対処できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の実
施例を示す概略構成図、第３図Ａは排気バイパス
バルブと可変翼との制御領域を示す説明図、第３
図Ｂは過給圧と制御デユーテイの関係を示す説明
図、第３図Ｃは過給圧の制御圧力値の特性を示す
説明図、第４図、第５図はそれぞれ制御動作の実
施例を示すフローチヤートである。 １……機関本体、２……吸気通路、３……排気
通路、４，４０……ターボチヤージヤ、５，４２
……排気タービン、６……吸気コンプレツサ、８
……排気バイパスバルブ、９……可変翼、１０，
１１……ダイヤフラム装置、１２，１３……圧力
制御弁、２０……制御回路、２１……エアフロー
メータ、２２……絞弁開度センサ、２３……クラ
ンク角センサ、２５，４１……圧力センサ、４３
……流入排気制御機構、４４……第１の圧力値設
定手段、４５……第２の圧力値設定手段、４６…
…強制制御手段、４７……燃料供給停止手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排気のエネルギにより駆動され吸気を過給す
   るターボチヤージヤと、ターボチヤージヤによる
   過給圧を検出する手段と、この検出過給圧に応じ
   て排気タービンへの流入排気を制御する機構とを
   備え、過給圧が目標値になるようにフイードバツ
   ク制御する内燃機関の過給圧制御装置において、
   過給圧の目標値よりも高い第１の圧力値を設定す
   る手段と、この第１の圧力値よりも相対的に高く
   かつ吸入空気量の増加に応じて低下する特性をも
   つ第２の圧力値を設定する手段と、過給圧が前記
   第１の圧力値を越えたときに前記制御機構を過給
   圧が低下する方向に強制動作させる手段と、同じ
   く過給圧が第２の圧力値を越えたときに燃料の供
   給を停止する手段とを備えたことを特徴とする内
   燃機関の過給圧制御装置。