JPS6329026A - 可変容量型排気タ−ボチヤ−ジヤ付内燃機関の過給圧力制御装置 - 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〉 本発明は、排気タービン゛の排気入口ノズル面積が可変
制御される可変容量型排気ターボチャージ申付内燃機関
の過給圧力制御装置に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関の排気ターボチャージャにおいては機関の排気
エネルギによって排気タービンを回転駆動し、これに軸
結されたコンプレツサにより吸入空気を加圧して機関に
供給（過給）するようにしているが、排気エネルギの小
さい機関低回転領域では、機関に充分な過給ができなか
った。このため、排気タービンに供給する排気エネルギ
量を機関の運転状態に応じて変化させる可変容量型排気
ターボチャージャが提案されており、この従来例を第５
図及び第６図に示す（特開昭６０−１８２３１８号公報
等参照）。

この図で、２０は排気タービン、２１はこの排気タービ
ン２０の外周を覆うタービンハウジングであり、タービ
ンハウジング２１の排気入口ノズル２１ａにフラップ２
２が回転自由に支持されている。

このフラップ２２は、その回転（図示しないアクチュエ
ータによって回転駆動される）によって排気入口ノズル
２１ａの面積を可変するものであり、過給圧力が所定過
給圧力以下となる機関低回転領域においては、図で時計
方向に回転させることによって排気入口ノズル２１ａの
面積を最小（第５図）に絞って、排気タービン２０に流
入する排気流速を上げ、過給圧力の立ち上がりが早くな
るようにする。そして、過給圧力が初期設定された所定
過給圧力に麺すると、フラップ２２を図で反時計方向に
徐々に回転させることにより、排気入口ノズル２１ａの
面積を大きくシ（第６図）、排気タービン２０に供給さ
れる排気エネルギ量を加減して、目標の過給圧力を発生
させるようにしている。

また、フラップ２２を図で反時計方向に回転させて行き
、排気入口ノズル２１ａの面積が最大になると、今度は
；排気タービン２０をバイパスする通路を開閉する排気
バイパス弁を徐々に開（ようにして、バイパス排気量を
増大させて目標過給圧力となるように制御している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記のように過給圧力の立ち上がりを早
めるために排気入口ノズル２１ａの面積を絞って（容量
を絞って）過給圧力を高めても、このときの機関に付設
される変速機のギヤ位置や機関負荷状態によっては、排
気圧力がこれを上回って上昇して、過給による効果より
も排気圧力の上昇によるシリンダのポンプ損失の増大や
残留ガスの増大等の悪影響が勝って、機関出力が低下し
加速性が悪化することがあった。また、このようにフラ
ップ２２を絞っているときに残留ガスが増大すると、フ
ラップ２２を開いて排気入口ノズル２１ａ面積を大きく
してからも残留ガスの影響がしばらくの間残って出力が
低下するおそれがあった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、排気圧
力の上昇による機関出力の低下を抑止して、充分な過給
効果を得ることができる可変容量型排気ターボチャージ
ャ付内燃機関の過給圧力制御装置を提供することを目的
とする。

く問題点を解決するための手段〉 そのため本発明では、第１図に示すように、排気タービ
ンをバイパスする排気バイパス通路を開閉する開閉手段
と、排気タービンの排気入口ノズルの面積を可変する排
気入口ノズル面積可変手段と、過給圧力を検出する過給
圧力検出手段と、これによって検出された過給圧力に応
じて前記開閉手段及び排気入口ノズル面積可変手段を制
御する過給圧力制御手段と、を備えた可変容量型排気タ
ーボチャージャ付内燃機関の過給圧力制御装置において
、機関に付設された変速機のギヤ位置を検出するギヤ位
置検出手段と、これにより検出された変速機のギヤ位置
に応じ前記過給圧力制御手段に優先して前記開閉手段若
しくは排気入口ノズル面積可変手段を制御するギヤ位置
制御手段と、を設けるようにした。

く作用〉 排気圧力の上昇は機関回転速度の上昇に略比例するため
、機関に対する負荷の小さいギヤ比小のときほど、排気
圧力の上昇率が高くなる。従って、同一排気入口ノズル
面積であれば、ギヤ比が小さいときほど排気圧力の増加
率が高くなって、排気圧力上昇による悪影響が発生し易
くなる。

従って、ギヤ位置に応じて排気圧力が減少する方向に排
気入口ノズル面積の可変若しくは排気バイパス通路の開
閉を行うことにより、排気通路抵抗を減少させて排気圧
力上昇による悪影響を回避し過給効果を充分に得ようと
するものである。

即ち、排気入口ノズル面積を絞ることによって、過給圧
力の立ち上がりを早めようとしているときに、排気圧力
が急激上昇していると、過給効果によって機関出力を向
上させようとしても排圧損失によって出力向上効果が得
られないので、排気圧力上昇の傾向を間接的に示すギヤ
位置に応じて、過給効果が得られる程度までに排気圧力
を低下させようとするものである。

〈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図に第１の実施例のシステム図を示す。尚、後述す
る第２の実施例においては、第１の実施例の構成に図中
で一点鎖線で囲んだスロットルセンサ１６が加えられる
。

この可変容量型排気ターボチャージャでは、機関ｌから
排気通路２を介して排出された排気のエネルギによって
排気ターボチャージャ３のタービン３ａを回転駆動させ
ることにより、吸気通路４に設けられ前記タービン３ａ
と軸結されたコンプレッサ３ｂを回転駆動して、機関１
に過給（圧縮）空気を供給する。

前記タービン３ａの外周を覆うタービンハウジグの排気
入口ノズル３Ｃには、従来例で説明したような該排気入
口ノズル３Ｃの面積を可変するためのフラップ５（第５
図及び第６図に示したフラップ２２と同様に回転自由に
支持される）が設置されており、この排気入口ノズル面
積可変手段としてのフラップ５はアクチュエータ６によ
って回転駆動される。

また、タービン３ａの上下流間を短絡し、タービン３ａ
をバイパスして排気を流通させる排気バイパス通路７に
は、開閉手段としての排気バイパス弁８が介装されてお
り、この排気バイパス弁８はアクチュエータ９によって
開閉駆動される。

前記アクチュエータ６．９は、マイクロコンピユータラ
内蔵したコントロールユニット１０によってその作動が
制御されるものであり、コントロールユニット１０には
、コンプレフサ３ｂ下流側の吸気通路４に設置される過
給圧力検出手段としての過給圧力センサ１１によって検
出される過給圧力ＰＣと、ギヤ位置検出手段としてのギ
ヤ位置センサ１２によって検出される機関に付設された
変速機のギヤ位置と、が入力され、これらの検出結果に
基づいてアクチュエータ６．９を作動させる。即ち、本
実施例において、コントロールユニット１０は、過給圧
力制御手段及びギヤ位置制御手段に相当する。

次にコントロールユニット１０による制御を第３図のフ
ローチャートに基づいて説明する。

ステップ（図中では「Ｓ」としてあり、以下同様とする
）１では、過給圧力センサ１１によって検出される過給
圧力Ｐｅと、ギヤ位置センサ１２によって検出される変
速機のギヤ位置と、を入力する。

ステップ２では、ステップ１において入力した過給圧力
Ｐ、と所定過給圧力Ｐ１とを比較し、Ｐｃ〈Ｐ、である
ときには、排気入口ノズル３Ｃの面積を小さくして排気
流速を高め、過給圧力の立ち上がりを早めるようにする
が、このときの排気入口ノズル３Ｃの面積（フラップ５
の初期開度）は、機関に付設された変速機のギヤ位置に
よって決定される。

即ち、ＰＣ＜ＰＩであるときには次のステップ３へ進ん
で、ギヤ位１に対応させて予め設定しておいたフラップ
５の初期開度を検索しくギヤ位置とフラップ５の初期開
度との２次元マツプから検索する）、ステップ４でこの
検索結果の初期開度になるようにフラップ５をアクチュ
エータ６によって回転駆動させる。これは、ギヤ位置に
応じて排気入口ノズル３Ｃの面積を絞ることによって、
機関低回転領域での過給圧力ＰＣの立ち上がりを早める
ようにするためである。

ここで、ギヤ位置に対応する初期開度は、ギヤ比が低い
ときほど大きくなるようにしである。これは、ギヤ比が
低いときほど機関に対する負荷が軽くなるため機関回転
速度の上昇が急激となり、これに伴って排気圧力の上昇
も急激であるから、ギヤ比が高い場合に比べ排気入口ノ
ズル３ｃの面積を大きくすることによってこの排気圧力
の上昇を緩和しようとするものである。

このようにして、排気圧力上昇を抑止できれば機関出力
の上昇を良好として加速性を向上させることができる。

一般的に、機関出力増加率ΔＴと、前記過給圧力増加率
ΔＰｃと、排気圧力増加率ΔＰｔと、の間には、 ΔＴ−αΔＰｅ−βΔＰｔ（α、βは正の係数）なる関
係があるため、過給圧力Ｐｏの立ち上がりが早くとも、
排気圧力ＰＬの上昇が急激であれば、過給による効果よ
りも排気圧力上昇による悪影響（シリンダのポンプ損失
の増大や残留ガスの増大等）が勝って、機関出力の立ち
上がりが鈍ることになるが、上記のようにしてギヤ位置
に応じた初期開度にフラップ５を制御することにより排
気圧力Ｐｔ上昇を抑制すれば、過給効果を速やかに得て
加速性が向上するものである。

一方、ｐｃ＞ｐ＋となっているときには、過給圧力ＰＣ
の上昇を抑止するため、ステップ５〜７に示す排気圧力
制御を行う。

ステップ５では、フラップ５が全開であるか否かを判定
し、ＮＯと判定されたときく全開状態でないとき）には
、ステップ６へ進んでフラップ５を所定だけ開方向に回
転させて、排気入口ノズル３ｃの面積を拡大する。また
、ステップ５でＹＥＳと判定されたときくフラップ５が
全開状態であるとき）には、ステップ７へ進んで排気バ
イパス弁８を所定だけ開く、即ち、ＰＣ＞ＰＩとなって
いるときには、まず、フラップ５を所定だけ開方向に回
転させて行くことによって過給圧力ＰＣの上昇を抑止し
、フラップ５が全開の状態となったら今度は排気バイパ
ス弁８を開いて、タービン３ａに加えられる排気エネル
ギを減少させ、過給圧力Ｐｅを肌定務給圧力Ｐ、付近に
コントロールするものである。

一方、Ｐｃ＃Ｐ、であるときには、過給圧力ＰＣが目標
の圧力となっているため、フラップ５の回転駆動制御及
び排気バイパス弁８の開閉制御を行うことなく、そのま
まリターンさせる。

次に本発明の第２実施例を説明する。

第２実施例のバードウェア構成は、第２図に示した第１
実施例の構成にスロットル弁１５の開度を検出するスロ
ットルセンサ１６を加え、その他の構成は同様である。

このスフトルセンサ１６によって検出されるスットル弁
１５の開度は、コントロールユニット１０に入力される
。

次にかかる構成の第２実施例における作用を第４図に示
すフローチャートに基づいて説明する。

尚、過給圧力Ｐｃ≧所定圧力Ｐ、であるときの制？Ｏ（
過給圧力ＰＣを所定圧力Ｐ、付近にするための排気エネ
ルギ制御）は、第１実施例と同様であるため、Ｐｃ＜Ｐ
Ｉであるときの制御のみを示して説明する。

ＰＣ＜ＰＩであるときには、排気入口ノズル３Ｃの面積
を絞ることにより、過給圧力ＰＣの立ち上がりを早める
ようにするが、この過給圧力ＰＣの立ち上がりと同時進
行の排気圧力Ｐ、の上昇は、前記のように変速機のギヤ
位置に影響されると共に、加速前の機関負荷によっても
変動する。このため、本実施例では、定常運転時におい
てギヤ位置及び機関負荷とじ七のスロットル弁開度によ
ってフラツジ５の開度（排気入口ノズル３Ｃの面積）を
可変制御するようにした。

即ち、ステップ１０において、ギヤ位置センサ１２によ
って検出されるギヤ位置とスロットルセンサ１６によっ
て検出されるスロットル弁１５の開度αとを入力する。

ステップ１１では、前回入力したスロットル弁開度αと
今回の入力値に基づいて、機関が定常運転状態である否
かを判定する。ここで、機関が定常運転状態であると判
定されたときには、次のステップ１２へ進んで、ギヤ位
置とスロットル弁開度αとに基づいてフラップ５の初期
開度を設定する。

コントロールユニット１０には、予めギヤ位置とスロッ
トル弁開度αとに対応させてフラップ５の初期開度（排
気入口ノズル３ｃの最小面積）を設定記憶させてあり、
この３次元マツプから当該運転状態に対応する初期開度
を検索して設定する。

一方、ステップ１１で機関が定常運転状態でないと判定
されたときにはステップ１３へ進み、ギヤ位置とフラッ
プ５の初期開度との２次元マツプから検索してフラップ
５の初期開度を設定する。かかる制御は、第１の実施例
と同様である。

ステップ１２若しくはステップ１３でフラップ５の初期
開度が設定されると、ステップ１４においてフラップ５
を設定された初期開度になるようにアクチュエータ６に
よって回転駆動する。

このように、定常運転時にギヤ位置と機関負荷（本実施
例ではスロットル弁開度α）とに基づいて、フラップ５
の初期開度即ち排気入口ノズル３Ｃの面積を可変制御す
るようにすれば、加速状態になったときに排気圧力Ｐ、
の上昇を良好に抑止でき、排気圧力Ｐ、上昇による悪影
響を回避できる。

即ち、ギヤ位置が同様であっても、加速前の定常運転時
における機関負荷状態によっては、加速時の排気圧力Ｐ
ｔの増加率ΔＰｔが変化するため、加速前に予め排気圧
力増加率ΔＰ１を抑止できるように排気入口ノズル３Ｃ
の面積を制御しておくことによって、加速時における排
気圧力Ｐｔの上昇による悪影響を回避して、充分な過給
効果を得ることができるものである。

尚、上記第１及び第２の実施例においては、いずれもギ
ヤ位置に応じてフラップ５の開度即ち排気入口ノズル３
Ｃの面積を可変制御するようにしたが、排気圧力Ｐ１の
減少を目的とするものであるため、フラップ５の制御の
代わりに従来所定過給圧力Ｐ、に達するまでは閉じられ
ていた排気バイパス弁８の開制御して、排気の通路抵抗
を減少させるようにしても良い。更に、排気入口ノズル
３Ｃの面積と排気バイパス弁８の開閉を同時に制御する
ようにしても良い。

（発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、可変容量型排気
ターボチャージャ付内燃機関において、ギヤ位置に応じ
て排気入口ノズル面積やバイパス排気量を制御するよう
にしたことによって、排気圧力上昇による機関出力の低
下を防止でき、良好な過給圧力の立ち上がりを得て、機
関の加速性を向上させることが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図は本発明の第１及び第
２実施例を示すシステム図、第３図は第１の実施例にお
ける制御を示すフローチャート、第４図は第２の実施例
における制御を示すフローチャート、第５図及び第６図
はそれぞれ可変容量型排気ターボチャージャの従来例を
示す断面図である。 １・・・機関　　２・・・排気通路　　３・・・排気タ
ーボチャージャ　　３ａ・・・タービン　　３ｂ・・・
コンプレッサ　　３Ｃ・・・排気入口ノズル　　４・・
・吸気通路　　５・・・フラップ　　７・・・排気バイ
パス通路８・・・排気バイパス弁　　１０・・・コント
ロールユニット１１・・・過給圧力センサ　　、１２・
・・ギヤ位置センサ　　１５・・・スロットル弁　　１
６・・・スロットルセンサ 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 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気タービンをバイパスする排気バイパス通路を
   開閉する開閉手段と、排気タービンの排気入口ノズルの
   面積を可変する排気入口ノズル面積可変手段と、過給圧
   力を検出する過給圧力検出手段と、検出された過給圧力
   に応じて前記開閉手段及び排気入口ノズル面積可変手段
   を制御する過給圧力制御手段と、を備えた可変容量型排
   気ターボチャージャ付内燃機関の過給圧力制御装置にお
   いて、機関に付設された変速機のギヤ位置を検出するギ
   ヤ位置検出手段と、検出された変速機のギヤ位置に応じ
   前記過給圧力制御手段に優先して前記開閉手段若しくは
   排気入口ノズル面積可変手段を制御するギヤ位置制御手
   段と、を設けたことを特徴とする可変容量型排気ターボ
   チャージャ付内燃機関の過給圧力制御装置。
2. （２）前記ギヤ位置制御手段が機関定常運転時にギヤ位
   置と機関負荷とに応じて前記開閉手段若しくは排気入口
   ノズル面積可変手段を制御することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の可変容量型排気ターボチャージャ
   付内燃機関の過給圧力制御装置。