JPS61283735A - 排気タ−ボ過給機付エンジンの制御装置 - 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、吸気を過給するための排気ターボ過給機を備
えるとともに、該排気ターボ過給機のタービンへの排気
ガス導入通路の面積をエンジン運転状態に応じて可変に
する可変装置を設けたエンジンに関するものである。

［従来技術］ 従来より、エンジン回転数や負荷等のエンジン運転状態
に応じてタービン上流の排気通路の通路面積を大小２段
に切替えるようにし、エンジンの低速運転時には上記通
路面積を“小”側にセットし、排気ガスを絞り込んでタ
ービンへの排気の流入速度を高め、タービンを高速回転
させることによって過給圧を早期に向上させ、低速域に
おけるエンジンの出力性能の向上を図るようにしたター
ボ過給機付エンジンは公知である（特開昭６０−１９９
１８号公報参照）。

また、タービンの入り口側に可動ベーンを設け、可動ベ
ーンをエンジンの運転状態に応じて制御することにより
、タービンへの排気通路の通路面積を連続的に変化させ
るようにしたものも提案されている（特開昭５８−１７
６４１７号公報参照）。

かかる構造のエンジンでは、低速域においてタービン出
力の向上により過給効率を向上することができ、それに
ともなって、エンジンの出力性能をある程度向上するこ
とができる。

しかしながら、低速域においては、排気ガス導入通路の
面積が小さく絞り込まれているため、エンジン回転数の
増大に伴ってタービン上流側の排圧は急激に上昇する。

このような排圧の上昇は内部ＥＧＲＩ！（燃焼室内にそ
のまま残留する排気ガス量）の増加等エンジンの燃焼性
を阻害する大きな要因となる。

そのうえ、上記の如き排気ガス導入通路の通路面積の絞
り込みは、排気ガス温度の極度の低下を招来する。即ち
、通路面積の絞り込みによって排気ガス流速が増大する
と、確かにタービン出力は向上するが、その反面、早い
流速でタービンに流入することによって排気ガスの熱エ
ネルギの多くが運動エネルギに変換され、タービンに吸
収されて排気ガス温度がその分だけ低下する。この低下
は、排気ガス浄化の面から極力避けることが好ましい。

即ち、タービン下流の排気通路に介設する排気浄化装置
に低温の排気ガスが流入すると、排気浄化装置の内部温
度が触媒の活性化温度等、有効な浄化作用を得るのに必
要な温度より低い温度となるため、浄化性能が悪化する
。

とりわけ、エンジン温度自体が低いエンジン冷機時にあ
っては、エンジンから排出される排気ガス温度も低温で
あり、また、エンジンの暖機運転によって排気ガス温度
がある程度上昇したとして乙、上記のように、通路面積
の絞り込みで排気ガス温度が大幅に低下されると、ター
ビン下流に設ける触媒式等の排気浄化装置の暖機がいっ
こうに促進されず、必要な浄化性能をなかなか得ること
ができない不具合を生ずる。

［発明の目的］ 本発明の目的は、タービンへの排気ガス導入通路の通路
面積の可変装置を備えたターボ過給機付エンジンにおい
て、排気浄化装置の冷機時における上記不具合を解消し
て、排気浄化装置を早期に暖機することができるターボ
過給機付エンジンの制御装置を提供することである。

［発明の構成］ このため、本発明においては、タービン下流の排気通路
に設ける排気浄化装置の冷機時には、吸入空気量の増加
、燃料の増量、あるいは点火時期のリタード補正等、排
気浄化装置の暖機に寄与するエンジンの要素を暖機促進
方向に制御するとともに、エンジンの運転状態がタービ
ンへの排気ガス導入通路の面積を小さくすべき運転状態
であっても強制的に通路面積を大きくするようにしたこ
とを基本的な特徴としている。

本発明において、排気浄化装置が冷機時であることを検
出する手段としては、排気浄化装置の内部温度を直接的
に検出するセンサのみならず、エンジンの冷却水温を検
出して間接的に排気浄化装置の冷機時を推定する手段、
更にはエンジンの始動から一定時間を計測し、この時間
内では排気浄化装置が冷機時にあると推定する手段、も
しくはこれら手段の２以上の組み合わせを用いることが
できる。

また、排気浄化装置の暖機を早期に促進する装置として
は、エンジンの吸入空気量を増加して、充填型の増加に
より排気ガス温度を上昇させる吸入空気量補正装置、エ
ンジンに供給する燃料を増量して混合気をリッチ化し、
燃焼温度そのものを上昇させて排気ガス温度を上昇させ
る燃料増量装置、さらには点火時期の制御において、点
火時期をリタードさせて設定し、燃焼開始のタイミング
をできるだけ遅くして、燃焼直後の燃焼ガスを高温のま
ま排気ガス通路に排出するようにした点火時期制御装置
のいずれか１つあるいは２つ以上の組み合わせを用いる
ことができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、排気浄化装置の冷機時にはタービンへ
の排気ガス導入通路の通路面積を大きくしたので、排気
ガスのタービンへの流入速度が比較的低い値に維持され
、排気ガス温度の低下を可及的に防止することができ、
また、エンジンから排出される排気ガスの温度そのもの
が高くなるようにエンジンの要素が制御されるため、比
較的高温の排気ガスによって排気浄化装置を早期に暖機
することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

第１図に示すように、エンジンｌは、吸気弁２゜排気弁
３によって夫々燃焼室４に対して開閉される吸気通路５
と排気通路６とにまたがって設置したターボ過給機７を
備えており、排気通路６を流下する排気ガスによってタ
ービン９が駆動されると、これに連動してブロアｌＯが
駆動され、ブロアｌＯによって昇圧した吸気を燃焼室４
に供給することによって、所謂吸気過給を行なうように
した基本構造を有している。

上記吸気通路５のブロア１０の上流側には、エアクリー
ナ１１が設置され、その下流には、時々刻々の吸入空気
量を計量するエアフローメータ１２が介設されている。

また、吸気通路５のブロア１０の下流側には、エンジン
ｌの負荷に応じて開閉されるスロットル弁１３が介設さ
れるとともに、その下流には、燃料噴射弁１４が臨設さ
れている。

一方、排気通路６は、タービン９の排気導入口部におい
て、仕切壁１５によって低速用排気ガス導入通路１６と
高速用排気ガス導入通路１７とに仕切られていて、高速
用排気ガス導入通路１７の上流側は、本発明にいう可変
装置としての切替バルブ１８によってオン、オフ的に開
閉されるようになっている。また、タービン９下流の排
気通路６には、触媒式排気浄化装置１９が介設されてい
る。

上記低速用排気ガス導入通路１６には、タービン９をバ
イパスしてタービン９下流の排気通路６に排気ガスの一
部をバイパスさせるウェストゲート通路２０が開口され
ており、該通路２０をウェストゲートバルブ２１によっ
て開閉制御することにより、以下に説明するように、過
給圧が予め設定した最高過給圧を越えて高圧とならない
ように過給圧を制御する。

また、タービン９と触媒式排気浄化装置１９との間の排
気通路６とスロットル弁１３下流の吸気通路５とは、排
気ガス還流通路２２によって連通され、排気ガス還流通
路２２に介設した排気ガス還流制御バルブ２３が開かれ
たときには、排気ガスの一部を吸気側に還流させ、よく
知られているように、不活性な還流排気ガスによってエ
ンジン１の最高燃焼温度の過度の上昇を抑制してＮＯｘ
の発生を抑制する。

上記ウェストゲートバルブ２１．切替バルブ１８゜燃焼
室４に臨設した点火プラグ２４および燃料噴射弁１４等
のエンジンｌの燃焼性に直接３間接に関与するものにつ
いては、以下に詳述するように、車両に装備したコンピ
ュータ２５によって制御を行なう。

このコンピュータ２５は、エアフローメータ１２によっ
て検出される吸気量、回転数センサ２６によって検出さ
れるエンジン回転数、スロットル弁１３下流の吸気通路
５に設置した圧力センサ２７によって検出される過給圧
、さらにはエンジンｌの冷却水通路に設置した水温セン
サ２８によって検出される水温を基本データとして、切
替バルブ１８に対する開閉制御の他、燃料噴射弁１４に
対する燃料制御、点火プラグ２４に対する点火進角制御
等を実行する。

上記切替バルブ１８の開閉は、スロットル弁１３下流の
吸気負圧を作動源とするダイヤフラム式の切替アクチュ
エータ２９により行なう。

この切替アクチュエータ２９に対してスロットル弁１３
下流の吸気負圧を導入する圧力導入通路３０の途中には
、上記コンピュータ２５によって開閉が制御されるコン
トロールバルブ３１と、切換アクチュエータ２９側の圧
力が、スロットル弁１３下流の吸気圧力より高いときに
のみ圧力導入通路３０を開く一方向弁３２とが介設され
ており、このコントロールバルブ３１が圧力導入通路３
０を連通させるように開作動されて、切替アクチュエー
タ２９の圧力室２９ａにスロットル弁１３下流の吸気負
圧が作用すると、ダイヤフラムはダイヤフラムに一端が
固定された作動ロッド２９ｂをコイルスプリング２９ｃ
のバネ力に抗して図の矢印六方向に引込んで、リンク機
構２９ｄを介して切替バルブ１８を閉状態に保持する。

また、切替アクチ一エータ２９のコントロールバルブ３
Ｉが閉作動されて切替アクチュエータ２９の圧力室２９
ａに、フィルタ３３を介して大気が導入されると、コイ
ルスプリング２９ｃのばね力によりダイヤフラムが前記
とは逆方向に変位され、切替バルブ１８が作動ロッド２
９ｂ、リンク機構２９ｄを介して開作動され、高速用排
気ガス導入通路１７を開く。

なお、ウェストゲートバルブ２１の開閉は、ブロア１０
の吐出圧を駆動源とするダイヤフラム式のウェストゲー
ト・アクチュエータ３５によって行なうようにし、圧力
導入通路３６を通してブロア１０の吐出圧を作用させ、
ウェストゲートバルブ２１を開作動し、排気ガスの一部
をウェストゲ−・ト通路２０を通してタービン９をバイ
パスさせ、過給圧の過度の上昇を防止する。

次に、本発明の特徴である切替バルブ１８に対する制御
方式を説明する。

第２図に示すように、エンジンｌの運転の開始にともな
って、コンピュータ２５による切替バルブ１８に対する
制御が開始されると、まず、ステップ＋０１において、
切替バルブ１８の動作状態フラグＦを“０”にセントし
、次いで、ステップ１０２．１０３゜１０４および１０
５において、水温センサ２８によって検出されるエンジ
ン冷却水温Ｔｗ、エアフローメータＩ２によって検出さ
れる吸入空気１１Ｑａ、圧力センサ２７によって検出さ
れるスロットル弁１３下流の吸気負圧Ｐａおよび回転数
センナ２６によって検出されるエンジン回転数ｒｐｍを
順次に読み取る。

次の判定ステップ１０６では、エンジン１が完爆したか
否かをエンジン回転数から判定しくｒｐｍ≧３００）、
完爆前にあっては、ステップ１０２にリターンして上記
の読み取りを繰り返して待機する一方、エンジンｌの完
爆完了後にあっては、ステップ１０７以降の制御を実行
する。

［Ａ］暖機運転時 まず、ステップ１０７で切替バルブＩ８の動作状態フラ
グＦが“０”であるか否かが判定される。

エンジンｌが完爆を完了したエンジンの始動直後では、
上記のフラグＦは“０”であるので、ステップ１０８〜
１１５までの暖機運転促進制御を実行Ｗろ。

いま、ステップ１０８において、エンジンｌの冷却水温
Ｔｗが予め設定した暖機完了のバロメータとしての温度
αに達していないと判定されると、ステップ＋０９にお
いて、コンピュータ２５のプログラム上設定したタイマ
Ｔに時間Ｔｓをセットする。この時間Ｔｓは、エンジン
の始動から暖機を完了するに必要な時間を考慮して設定
する。そして、次のステップ＋１０では、切替バルブ１
８に対する開信号を出力する。この開信号は、前述した
ように、実際にはコントロールバルブ３１に対するＯＦ
Ｆ信号として出力され、コントロールバルブ３Ｉは切替
アクチュエータ２９の負圧室２９ａを大気に開放するよ
うに作動され、切替アクチュエータ２９は切替バルブＩ
８を作動ロッド２９ｂおよびリンク機構２９ｄを介して
開作動し、高速用排気ガス導入通路Ｉ７を開く。

次に、ステップＩＩＩては、排気浄化装置１９の暖機を
促進するため、噴射燃料の増量を行なう。

この増量は、エンジンの１回転当たりの吸入空気１（Ｑ
　ａ／　ｒｐｍ）に見合って設定される基本の燃料噴射
量に、所定の増量率γ（γ＞１）を乗算することにより
行ない、混合気をリッチセットして、燃焼室４内におけ
る混合気の燃焼温度を上昇させ、排気ガス温度を上昇さ
せる。

また、ステップ＋１２において、点火時期を制御する。

この点火時期の制御は、現在の運転状態、例えば吸気負
圧Ｐａとエンジン回転数ｒｐｍに応じて決定される基本
の点火進角度ＩＣに対し適当なリタード率λを乗算し、
点火時期をリタードさせることにより行なう。点火時期
をリタードさせると、混合気の燃焼開始のタイミングが
リタードされて、燃焼直後の高温の燃焼ガスが排気行程
の開始に伴って排気されるため、排気ガス温度の高温化
を図ることができる。

その後、ステップ１１３では、タイマＴを“ビだけデク
リメントする。ステップ１１０〜＋１３の暖機制御は、
ステップ１１４において、タイマＴのタイム・アップが
確認されるまで繰り返される。つまり、エンジン始動後
の上記設定時間Ｔｓの間、切替バルブＩ８の開放、燃料
増量、点火時期のリタード補正を行なう。

タイマＴがタイム・アップされると、ステップ１１５で
、切替バルブＩ８の動作状態フラグＦが“ビにセットさ
れ、ステップ１１６以降の通常の切替バルブ１８の制御
に移行する。

［Ｂ］暖機完了後の通常運転時 萌述したように、エンジンの暖機運転が完了したときに
は、ステップ１１５において切替バルブ１８の動作状態
フラグＦが“ビにセットされるため、以後の制御ループ
では、ステップ１０８〜１１５は実行されない。つまり
、判定ステップ１０７からステップ１１６に直接に移行
され、ステップ１１６においては、現在の吸入空気ｆｉ
Ｑａが予め設定した値βに達したか否かを判定する。こ
の設定値βは、第３図に示すように、エンジン回転数が
高くなって吸入空気量Ｑａが多くなり、低速用排気ガス
導入通路１６のみでは流入抵抗が増大して、却ってター
ビン出力の低下を招来する限界に設定する。

エンジンの低速運転時（Ｑ　ａ＜β）には、ステップ１
１７において、切替バルブＩ８を閉した状ｒキに保持す
る一方、エンジンの高速運転時（Ｑａ≧β）には、ステ
ップ１）８において、切替バルブ１８を開作動させる。

そして、切替バルブ１８を閉じている場合、開いている
場合のいずれの場合にも、燃料噴射量か１回転当たりの
吸入空気ｆｆ１（Ｑ　ａ／　ｒｐｍ）に基づいて演算さ
れて、１回の燃料噴射が実行され（ステップ１１９）、
次にステップ１２０では、吸気負圧Ｐａおよびエンジン
回転数ｒｐｍに基づいて演算された点火時期ＩＧで一回
の点火が実行される。

以上のことから明らかなように、上記の制御では、エン
ジン１の始動時には必ず設定時間Ｔｓの間、暖機を促進
する制御が実行されると同時に切替バルブ１８が開作動
される。その結果、タービン下流の排気通路６に設置さ
れる排気浄化装置１９の暖機は二重に促進され、早期に
暖機が完了され、排気ガスの浄化か早期に開始されるこ
とになる。

なお、上記の実施例では、エンジンの冷却水温を基準と
して、排気浄化装置の冷機状態を判断したが、第１図に
点線で示すように、排気浄化装置１９の内部温度を検出
する温度センサ４ｏを設け、この温度センサ４０の出力
をコンピュータ２５に入力することにより、排気浄化装
置Ｉ９の内部温度を直接に検出するようにしてもよい。

この場合には、排気浄化装置１９の暖機状態に応じて暖
機か完了するまで正確に上記の暖機制御を実行すること
ができる。

また、上記の制御では、排気浄化装置の暖機を促進する
ため、燃料増量と点火時期補正を行なったが、その他、
例えば吸入空気量を増加させることにより暖機を促進す
ることができ、かかる意味でも本発明は上記実施例に限
定されるものではない。

さらに上記の実施例では、タービン９への排気ガス導入
通路を低速用、高速用の２つの排気ガス導入通路１６．
１７に分けて、高速用排気ガス導人通路１７を切替バル
ブ１８によって開閉することによって通路面積を切替え
るようにしたが、本発明は、排気ガス導入通路のタービ
ンへの通路面積を連続的に制御する型式のらのや、比較
的小径の排気ガス導入通路を有する低速用ターボ過給機
と、比較的大径の排気ガス導入通路を有する高速用ター
ボ過給機とを備え、低速時においては低速用ターボ過給
機を専用するようにし、高速時には高速用ターボ過給機
を専用するか両ターボ過給機を併用するようにした型式
のエンジンにも適用しうろことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にががるエンノンのンステム構
成図、第２図は切替バルブの開閉制御プログラムを示す
フローヂャート、第３図は切替バルブの閉領域および開
領域を示すグラフである。 １・・・エンジン、５・・・吸気通路、６・・排気通路
、７・・・ターボ過給機、９・・・タービン、１０・・
・ブロア、Ｉ４・・・燃料噴射弁、１６．１７・・・低
速用、高速用排気ガス導入通路、１８・・切替バルブ、
２４　点火プラグ、２５・・コンピュータ、２６・・・
回転数センサ、２７・・負圧センサ、２８・・・水温セ
ンサ、２９・・切替アクチュエータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気を過給するための排気ターボ過給機を備える
   とともに、該排気ターボ過給機のタービンへの排気ガス
   導入通路の面積をエンジン運転状態に応じて可変にする
   可変装置を設けたエンジンにおいて、 タービン下流の排気通路に排気浄化装置を備えるととも
   に、該排気浄化装置の冷機時に吸入空気量の増加補正、
   燃料供給量の増量補正、あるいは点火時期リタード補正
   等を行なわせる早期暖機制御装置と、該早期暖機制御装
   置の作動時に上記可変装置を面積を大きくする方向に作
   動させる補正装置とを備えたことを特徴とする排気ター
   ボ過給機付エンジンの制御装置。