JPS60178933A - 排気タ−ボチヤ−ジヤの過給圧制御装置 - Google Patents

排気タ−ボチヤ−ジヤの過給圧制御装置

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JPS60178933A
JPS60178933A JP59033341A JP3334184A JPS60178933A JP S60178933 A JPS60178933 A JP S60178933A JP 59033341 A JP59033341 A JP 59033341A JP 3334184 A JP3334184 A JP 3334184A JP S60178933 A JPS60178933 A JP S60178933A
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fuel
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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】 く技術分野〉 本発明は燃料のオクタン価に応じて過給圧の制御目標値
を変化させるようにした排気ターボチャージャの過給圧
制御装置に関する。
く背景技術) 内燃機関の排気エネルギにより排気タービンを回転駆動
し、該排気タービンで回転されるコンプレツサにより内
燃機関に吸気を過給するようにした排気ターボチャージ
ャ付内燃機関は、排気エネルギを利用して吸気を内燃機
関に過給するものであるため吸気充填効率が向上し、こ
の分燃料供給量も増大できるため出方向上に大いに寄与
することが知られている。しかし過給圧が過大になると
内燃機関及びその吸・排気系に過大な応力が作用し、損
傷若しくは破損に至る危険性が生じ或いはノッキングが
発生ずるようになる。
そこでその防止手段の1つに例えば米国特許第2947
86号明細書に見られる排気流速制御装置がある。この
ものは排気ターボチャージャの排気入口部にフラップを
設け、該フラップの開度を調整することにより排気ター
ビンへ向かう排気入口流速を制御して、機関低負荷回転
領域においては排気流速を増大することにより、コンプ
レツサの回転速度を増大して過給圧を上げ、機関の高負
荷領域ではフラップの開度を増大することにより排気流
速を低減して排気タービンの過回転を防止し、もってコ
ンプレツサによる過給圧力の過昇を防止している。
また他の1つに例えば特開昭57−108413号公報
にみられるように排気タービンの上流と下流を接続する
バイパス通路を設け、該バイパス通路にコンプレノート
下流の過給圧が所定値以上乙こ上昇しようとしたときに
、バイパス制御弁装置を開弁U7て排気エネルギを排気
タービン回転用に使用することなくバイパス通附、を介
して外部に放出し、もって排気タービンの過回転を防止
しで過給圧の過昇を防止するものも知られる。
これら排気流速制御装置或いは排気バイパス制御弁装置
等のように排気タービンに導かれる排気の流れを制御し
て過給圧を制御する排気制御装置によると、いずれの制
御も過給圧をノンキングの発生しない範囲内で可及的に
高圧力側に設定すべく制御目標値を定めて出力の確保に
努めているものである。
しかしかかる制御目標値では特定の種類の燃料(例えば
レギュラーガソリン)に合わせて設定しであるから、こ
れよりも高オクタン価の燃料を使用する場合には、設定
されている制御目標値よりも過給圧を増大して高出力が
得られるのにもかかわらず、低い制御目標値に制御され
て高オクタン価燃料の特性が生かせないという不都合が
生じる。
又逆に、前記特定の燃料よりも低オクタン価燃料を使用
する場合には、この燃料用のノッキングの発生しない過
給圧よりも高い制御目標値として設定されているから当
然ノンキングが発生してしまうという不都合が生じる。
〈発明の目的〉 本発明は上記従来の排気制御装置の不都合に鑑み、使用
燃料のオクタン価に応じて排気タービンに導かれる排気
の流れを制御し、もって前記オクタン価に応じた過給圧
の制御目標値を得て、可及的に高出力を図りかつノンキ
ングを防止するようにした排気ターボチャージャの過給
圧制御装置を提供することを目的とする。
〈発明の構成〉 そのために本発明では、第1図に示すように、オクタン
価検出手段により現在使用燃料のオクタン価を検出し、
該オクタン価と機関運転状態検出手段による検出値に応
じて排気制御弁を制御手段により制御し、もってオクタ
ン価に応じた目標過給圧を得る。
〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第2図に示す実施例において、内燃機関lの吸気は吸気
通路2を通じて燃焼室に供給される。その間、吸入空気
は、エアフローメータ3により吸人後気量Qaが測定さ
れ、排気ターボチャージャ4のコンプレッサ5により加
圧圧送(過給)され、吸気絞弁6により調量される。そ
して燃料噴射弁7から噴射供給される燃料と混合されて
燃焼室内に導入され、ここで燃焼されて出力を得る。そ
のときの機関回転速度Nはクランク角センザ等の回転セ
ンサ8によって検出される。
コンプレッサ5と吸気絞弁6との間の吸気通路2には過
給圧力Psを検出する圧力センサ9が設けられる。
一方、内燃機関1の燃焼室から排気通路11に排1出さ
れた燃焼排気は、排気ターボチャージャ4の排気タービ
ン12を回転駆動し、外部に放出される。
排気タービン12は前記コンプレッサ5と軸4aにより
連結されており、排気タービン12の回転は同時にコン
プレッサ5を回転駆動する。
ここにおいて排気通路11には排気タービン12をバイ
パスして排気を導くバイパス通路13が設けられ、該バ
イパス通路13にこれを開閉するバイパス弁14が介装
される。
バイパス弁14はダイヤフラム装置15及び電磁弁16
等を主要素とするバイパス弁駆動手段によってその回動
が制御される。即ちダイヤフラム装置15のダイヤフラ
ム15aにはリンク15bを介してバイパス弁14が連
結され、前記ダイヤフラム15aの一側に設けた圧力作
動室15cにコンプレッサ5下流の過給圧が圧力通路1
7を介して導かれる。圧力通路17には三方切換式の電
磁弁16が介装されており、大気ボート16aを開弁す
ることにより圧力通路17内の過給圧力を大気にリリー
フすることになっていて、この大気ボート16aの開閉
時間の割合を制御して圧力作動室15C内の圧力を増減
し、ダイヤフラム15aを介してバイパス弁14の弁開
度制御を行うのである。“ バイパス弁14とタービン12との間の排気通路11、
好ましくは排気タービン12のスクロール入口部に排気
流速を制御するフラップ21を設ける。該フラップ21
はその上流側端部が排気タービン12のスクロール入口
部におけるケーシングに揺動自由に軸支されており、そ
の下流側端部が揺動して排気クービン12の入口開口面
積を増減する構成となってる。開口面積が増大すれば(
図で実線示位置b)排気流速は減少し、開度が減少すれ
ば(図で点線水位置a)排気流速は増大する。
フラップ21はダイヤフラム装置22及び電磁弁23等
を主構成要素とするフラップ駆動手段によって位置制御
される。即ちダイヤフラム装置22のダイヤフラム24
にはリンク25を介してフラップ21が連結されており
、該ダイヤフラム24の一側に設けた圧力作動室26に
圧力通路27を介してコンプレッサ5と吸気絞弁6との
間の過給圧が導かれる。そして該圧力通路27には大気
ボー)23aを有する三方切換式の電磁弁23が介装さ
れ、大気ボート23aを開閉する時間的割合を制御する
ことにより圧力作動室26内に導入される過給圧力を増
減制御する。
前記フラップ21の上流側排気通路11内の圧力(排気
圧力Pe)は排気圧力検出手段である排圧センサによっ
て検出される。尚図中6aは吸気絞弁6の開度θを検出
するスロットルセンサ、28は内燃機関の冷却水温度T
Wを検出する水温センサである。
これら燃料噴射弁7、電磁弁16.23は、機関運転状
態検出手段として作用する前記圧力セン−11−9、ス
ロットルセンサ6a、エアフローメータ3、回転センサ
8、水温センサ28及び図示していないがスタータモー
タの作動を検出するスタータスイッチ等から出力される
各種検出信号に基づいてコントロールユニット30で演
算された最適値に指令制御される。
また内燃機関1にはノッキングセンサを検出するノッキ
ングセンサ31が設けである。
面上記実施例においては、排気タービン12に導入され
る排気の流れを制御するだめの排気制御装置として、排
気タービンへ供給する排気流速を制御する弁装置即ち前
記フラップ21及びその駆動手段とバイパス弁14及び
その駆動手段との双方を開示したが、これらは少なくと
もいずれか一方であってもよい。
前記コントロールユニット30は第3図に示すように制
御される。
即ちエアフローメータ3及び回転センサ8の検出信号が
吸入空気量検出手段41及び回転速度検出手段42に入
力され、ここで吸入空気1i1Qa及び機関回転速度N
が読め込まれて噴射パルス演算手段43に入力される。
噴射パルス演算手段43ではTP=に−Qa/Nなる関
係式で機関1回転当たりの燃料噴射量に相当する基本噴
射パルス中Telが演算され、その出力信号が噴射パル
ス補正手段44に入力されて、ここで基本噴射パルス中
′I″Pに前記その他の機関運転状態信号、例えばスロ
ットル開度θ、機関冷却水温TL−1、スタータスイン
チのオン・オフ等の入力を受けて各種補正を加えること
により噴射弁駆動パルスを噴射弁駆動手段45に出力す
る。噴射弁駆動手段45は入力した噴射パルスrpに応
じて噴射弁7の開閉の時間的割合を制御して機関運転状
態に応じた最適な量の燃料を噴射供給する。
基本噴射パルスrtJTP及び機関回転速度Nはフラ・
7ブ制御デユ一テイ比設定手段46、バイパス弁制御デ
ユーティ比設定手段52、オクタン価検出手段57にそ
れぞれ入力される。
フラップ制御デユーティ比設定手段46においては、基
本噴射パルス中TPと機関回転速度Nとで割り付けられ
たマツプを有するメモリ49から制御デユーティ比を読
み出し、その値をフラップ用電磁弁23の駆動手段47
に出力する。電磁弁駆動手段47は設定されたデユーテ
ィ比の駆動電流を出力し、フラップ用電磁弁23を駆動
する。
フラップ制御デユーティ比設定手段46が読み出ずマツ
プは使用燃料のオクタン価、例えば91オクタン価〜9
8オクタン価に応じて予め記憶した複数個のマツプ48
81〜4.8anからなり、オクタン価検出手段57か
ら出力される現在使用燃料のオクタン価に対応するいず
れか1つのマツプをマツプ選択手段46aにより選択し
て読み取るようになっている。
電磁弁23の作動は、例えばデユーティ比0%で制御さ
れるときは大気ボーt・23aを開いて圧力通路27の
圧力を大気に放出し、圧力作動室26の圧力を低減して
リンク25を介しフラップ21を図示点線位置aに変位
させ、排気タービン12の入Iコ開ロ面積を小さくし、
もって排気流速を増大して排気タービン12の回転を増
速する。又デユーティ比10ozでは電磁弁23が大気
ボート23aを閉じて圧力作動室26の圧力を増大し、
ダイヤフラム24を介してフラップ21を図示実線位置
すの開弁位置に変位させ排気タービン12の入口開口面
積を大きくして排気流速を低減し、排気タービン12の
回転を減速する。
従って電磁弁23の制御デユーティ比を制御することに
より所望のフラップ21の弁開度を得ることができ、も
って排気タービン12へ供給する排気流速ひいては過給
圧力を機関運転状態に応じて自由に制御することができ
る。
バイパス弁制御デユーティ比設定手段52は前記基本噴
射パルス巾TPと機関回転速度Nとで予め割り付けられ
た異なる燃料のオクタン価に対応する複数のマツプ53
a1〜53anを備えたメモリ54から制御デユーティ
比を読み出す。この場合、フラップ制御と同様にオクタ
ン価検出手段57から出力される現在使用燃料のオクタ
ン価に応じて、マツプ選択手段52aが、対応するオク
タン価のマツプ5381〜53anのいずれか1つを選
択して読み出す。そしてその読み出した値をバイパス弁
用電磁弁16の駆動手段55へ出力して電磁弁16の大
気ポー1−16a開閉の時間的割合を制御する。これに
より、前記フラップ制御の場合と同様にしてバイパス弁
14の弁開度を制御する。バイパス弁14の開度が増大
ずれば排気タービン12を回転駆動せずにバイパス通路
13に向かう排気流が生じて排気タービン12の回転エ
ネルギが低減し、コンプレツサ5の過回転が防止されて
過給圧の過昇を防止できる。
このようにして前記フラップ制御デユーティ比設定手段
46、メモリ49、電磁弁23の駆動手段47がフラッ
プ制御手段を構成し、バイパス弁制御デユーティ比設定
手段52、電磁弁16の駆動手段55及びメモリ54が
バイパス弁制御手段を構成し、これら全体がフラップ2
1とバイパス弁14とからなる排気制御装置の制御手段
Mを構成している。
次に前記オクタン価検出手段57の具体例を第4図のブ
ロック図に示し、その作動を第5図のフローチャートを
用いて説明する。
本実施1夕1農こおけるオクタン価検出手段57は、機
関の点火回路59を制御する点火進角制御手段60を用
いたものである。即ち点火進角制御手段60ば基本噴射
パルス中TPと機関回転速度Nとに基づいて基本点火進
角設定手段61が基本点火進角をメモリ63から読み取
り、点火進角変更手段64に出力する。
メモリ63は燃料のオクタン価に応じた複数の基本点火
進角マンプロ2a1〜62anを予め基本噴射パルス中
1哩と機関回転速度Nに応じて有しており、後述するオ
クタン価判別手段65から出力される現在使用燃料のオ
クタン価に対応する基本点火進角マツプ61a1〜62
anの1つをマツプ選択手段61aを介して選択する。
かかる構成の点火進角制御手段手段60によりまず91
オクタン用の基本点火進角マツプ62a1を選択し、点
火回路59の制御を行うと共にフラップ制御デユーティ
比設定手段46及びバイパス弁制御デユーティ比設定手
段52においても同様に91オクタン用のマツプ48a
l、 53alを選択してそれぞれフラップ開度及びバ
イパス弁開度を制御して過給圧を制御する( 571)
かかる運転条件で機関を運転し暖機すると、水温センサ
28から出力される機関冷却水温度′r四により暖機判
定手段66が、暖機完了と判断しく572)、判定開始
制御手段67にこれを出力する。
判定開始制御手段67においては基本噴射パルス)11
 T Pと機関回転速度Nとに基づいて、S73で機関
回転速度Nが2.000rpmと4.00Orpmとの
間にあり、S74で基本噴射パルス中が7 mn+八よ
り人である第6図に示すオクタン価判定ゾーンZにある
ことを判定する。該オクタン価判定ゾーンZはノンキン
グが発生し易い高速高負荷運転状態にある。かかる運転
状態になると、点火進角変更手段64とオクタン価判別
手段65にそのことを知らせ、点火進角変更手段64で
ばS75で点火進角制御手段60から出力される基本点
火進角(91オクタン用の点火進角)を93オクタン用
基本点火進角に相当するよ・うに4度進め(S 75)
これをオクタン価判別手段65に入力する。オクタン価
判別手段65はマツプ選択手段61aに93オクタン用
マツプを用いるべき旨の指令信号を出力し、これにより
対応するマツプから93オクタン用マツプの基本点火進
角を読み取って点火回路59を93オクタン用基本点火
進角で制御する。そしてその点火進角条件で376にお
いてノンキングが発注するかどうかを検出する。Wlち
ノッキングセンサ31はノンキングが発生するとこれを
ノッキングレベル検出手段68に出力し、これをオクタ
ン価判別手段65に出力する。もしノッキングが発生し
た場合には、点火進角制御手段60において93オクタ
ン用基本点火進角を選択したことが誤りであると判断し
、現在使用燃料が91オクタン価を有する燃料であるこ
とを判別する。そしてマツプ選択手段61aにS78で
91オクタン用マツプを用いるべき旨の指令信号を出力
し、基本点火進角、フラップ制御デユーティ比、バイパ
ス弁制御デユーティ比共に91オクタン用のマツプを選
択し”ζそれぞれの制御を行わしめる。
もしS76でノッキングが発生しない場合には、更にノ
ッキングに対して厳しい条件となる95オククン価に対
する点火進角即ち初期設定の基本点火進角よりも8度進
めるように点火進角変更手段64がオクタン価判別手段
65に出力する( S 77)。
そしてS79でノッキングが発生ずるか否かを検出し、
もしノッキングが発生したらこれよりオクタン価が小さ
い93オクタン価の燃料を現在使用しているものである
と判別する。その判別結果を点火進角制御手段60、フ
ラップ制御デユーティ比設定手段46、バイパス弁制御
デユーティ比設定手段52にそれぞれ出力し、対応する
93オクタン用のマツプを用いて制御するようにする(
S80)。
379でもノ、りが発生しなかった場合には、更に点火
進角を4度進め、初期設定の基準点火進角よりも12度
進めて(381) 、S82でノッキングが発生ずるか
どうかを検出する。そしてノッキングが生じればそれよ
りオクタン価の小さい95オクタン用の燃料を現在使用
していると1′す断じて制御ゴ一段Mと点火進角制御手
段6oに95オクタン用のマツプを用いて制御すべき旨
を出力する。
S82でノッキングが発生しなかった場合には、95オ
クタン価の燃料より1ランク上の98オクタン価の燃料
を用いているものと判断する。
このようにしてオクタン価検出手段57が検出した現在
使用燃料のオクタン価に応して排気制御手段Mと点火進
角制御手段60とが制御されるので、現在使用燃料のオ
クタン価に合致した最適な過給圧制御及び点火進角制御
が可能となる。
このようにして例えば91オクタン価の燃料(レギュラ
ーガソリン)に対応して過給圧制御目標値を350+n
m11gに設定した場合には、同一の機関を用いて98
オクタン価の燃料(ハイオク)を用いて機関を運転すれ
ば該オクタン価に対応して過給圧を465mmt1gま
で上昇させることができるから、機関出力は約16χ増
もの大幅な増大を実現できるのである。
オクタン価検出手段57によって現在使用燃料のオクタ
ン価を判定した後は、所定時間内その判定結果を保持す
る。所定時間内とは設定された時間巾でもよく、キーオ
フされるまでもしくはガソリン補給時までであってもよ
い。
もし先の説明で判定した使用燃料のオクタン価が誤って
なされた場合を考慮して、オクタン価判別手段65の出
力を補正手段69によって補正する。
その作用は第7図に示すように、一旦検出されたオクタ
ン価に対応して点火進角制御及び排気制御がなされて運
転が継続されたときに°、ノノキングセンザ31が39
1においてのノッキングが発生したことを検出すると5
1点火進角制御手段60に進角値を2度ずつ遅らせるよ
うに指令信号を出す(S92)。
そして393でカウントアンプした結果394で点火進
角の遅角量RETが4度を越した場合には、各デユーテ
ィ比設定手段46.52の制御マツプを1ランク低いオ
クタン価のものを選択するように指令する(S95. 
596)。そして397でフラッグを点火進角遅れ量R
ET、 Oにたて、再び第5図に示すオクタン価検出作
用を行わしめる。これによってもS91でノンキングが
発生したことが検出されれば、上記作動を繰り返して順
次オクタン価を繰り下げる。
尚オクタン価検出手段57のオクタン価判定しヘルは最
低限2レヘル(レギュラーガソリンとハイオクガソリン
)があればよいが、中間レベルの判定と対応する制御マ
ツプを用いることにより中間オクタン価のガソリンの使
用時、或いは高低2種のオクタン価のガソリンを混合使
用したときにもそれぞれ最適な過給圧制御が行えるもの
である。
尚オクタン価検出手段57は本実施例に限らず燃料供給
時にその使用燃料のオクタン価を手動的にセントするよ
うにしてもよいし、燃料そのもののオクタン価を電気的
若しくは化学的に検出するような方法を採用してもよい
ことは言うまでもない。
尚第8図に本実施例におけるオクタン価検出手段57の
大略機能を表示したブロック図を示しである。
〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、排気ターボチャージ
ャの排気タービンへ供給される排気の流れを制御する排
気制御装置を、運転状態と使用燃料のオクタン価に応じ
て制御し、該オクタン価に応じた目標過給圧を得るよう
にしたので、燃料のオクタン価に応じて最適な過給圧制
御ができ、低オクタン価燃料使用時には過給制御圧を下
げてノッキングの発生成いは機関の焼(=Jを防止でき
、また高オクタン価燃料使用時には過給制御圧を最大限
に高めて高出力を得ることができる。また燃料のオクタ
ン価に応じて過給圧を変えることはオクタン価のバラツ
キを考慮することなく、機関の圧縮比を高くでき、燃費
及び出方向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のクレーム対応図、第2図は本発明の一
実施例を示す概略構成図、第3図は同上におけるコント
ロールユニット30の作動を示すブロック図、第4図は
同上におけるオクタン価検出手段を示すブロック図、第
5図は同じくオクタン価検出手段の作用を示すフローチ
ャート、第6図はオクタン価判定ゾーンZを示すグラフ
、第7図は第4図におりる補正手段69の作用を説明す
るフローチャート、第8図は第4図に示すオクタン価検
出手段の実施例の基本的構成を示すブロック図である。 ■・・・内燃機関 2・・・吸気通路 4・・・排気タ
ーボチャージャ 5・・・コンプレッサ 8・・・回転
センサ 11・・・排気通路 12・・・排気タービン
13・・・バイパス通路 14・・・バイパス弁 16
.23・・・i ljf 弁21・・・フラップ 30
・・・コントロールユニット 31・・・ノンキングセ
ンサ 46・・・フラップ制御デユーティ比設定手段 
46a・・・マツプ選択手段 48a1〜48an・・
・マツプ 52・・・バイパス弁制御デユーティ比設定
手段 52a・・・マツプ選択手段 53a1〜53a
n・・・マ/プ M・・・排気制御手段 60・・・点
火進角制御手段 61・・・基本点火進角設定手段 6
1a・・・マ・ノブ選択手段 62a1〜62an・・
・基本点火進角マツプ 64・・・点火進角変更手段 
65・・・オクタン価判別手段 67・・・判定開始制
御手段 69・・・補正手段 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人 弁理士 笹島 冨二雄

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)機関運転状態検出手段と、現在使用燃料のオクタ
    ン価を検出する手段と、排気ターボチャージャの排気タ
    ービンへ供給される排気の流れを制御する排気制御装置
    と、該排気制御装置を機関運転状態と前記オクタン価検
    出手段から与えられた使用燃料のオクタン価とに応じて
    制御し目標過給圧を得る制御手段と、を備えたことを特
    徴とする排気ターボチャージャの過給圧制御装置。 ′
    (2)排気制御装置は、排気ターボチャージャの排気タ
    ービンへ供給する排気流速を制御する弁装置と、排気タ
    ービンをバイパスする装置に設けたバイパス弁と、の少
    なくとも一方であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の排気ターボチャージャの過給圧制御装置。 (3)オクタン価検出手段は、機関運転状態に応じた基
    本点火進角を燃料のオクタン価に応じて制御する点火進
    角制御手段と、機関運転状態検出手段が所定の運転領域
    を検出したときに前記基本点火進角を燃料の特定のオク
    タン価に対応して変更する基本点火進角変更手段と、機
    関のノッキングレベルを検出する手段と、前記変更され
    た基本点火進角と検出されたノンキングレベルに基づい
    て現在使用燃料のオクタン価を判別するオクタン価判別
    手段と、を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項又は第2項に記載の排気ターボチャージャの過給圧制
    御装置。 (4)オクタン価検出手段は、前記オクタン価判別手段
    によって判別された現在使用燃料のオクタン価に対応し
    て点火進角制御手段により制御された基本点火進角と検
    出されたノッキングレベルとに基づいて、前記判別した
    オクタン価を補正する補正手段を備えたことを特徴とす
    る特許請求の範囲愼1項に記載の排気ターボチャージャ
    の過給圧制御装置。 (5)オクタン価検出手段は前記点火進角制御手段に検
    出結果を出力する手段であることを特徴とずる特許請求
    の範囲第1項〜第4項のいずれか1つに記載の排気ター
    ボチャージャの過給圧制御装置。
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