JPS60249620A - 過給機付エンジンの過給圧制御装置 - 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、過給機を備えたエンジンにおいて該過給機下
流の過給圧をエンジンの運転状態に応じて目標過給圧に
フィードバック制御するようにした過給機付エンジンの
過給圧制御装置に関し、特に目標過給圧を中心とする過
給圧のハンチング抑制対策に関する。

（従来の技術） 従来より、エンジンの吸気通路に過給機を介設して、該
過給機により吸気を過給することにより、エンジンの吸
気の充填効率の向上、出方向上を図るようにすることは
広く知られている。

そして、従来、このような過給機付エンジンにおいては
、例えば特開昭５７−１４６０２３号公報に開示される
ように、過給機下流の過給圧をエンジンの運転状態に応
じて目標過給圧にフィードバック制御することにより、
過給圧の異常上昇に伴うエンジンの破損を防止して、Ｊ
エンジンの信頼性、耐久性を確保しながら上記充填効率
向上、出方向上を有効に図るようになされている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記の如くＩ給機下流の過給圧を目標過給圧
にフィードバック制御する場合、エンジンの定常状態で
は、エンジン回転数の特定の領域で過給圧が他の回転数
域に比べて目標過給圧を中心に大きくハンチングして、
目標過給圧へのフィードバック制御性が悪くなり、エン
ジンの運転性能に悪影響を与えるという問題が判明した
。

そこで、本発明者等は上記問題点の原因を仔細に検討し
たところ、上記特定回転数域での過給圧のハンチング量
の増大は過給圧のフィードバック制御系の時間遅れがエ
ンジン運転状態に応じて変化していることに起因するこ
とを見い出した。すなわち、過給圧のフィードバック制
御の制御周期は予め設定した所定の周期に保持されて一
定であるのに対し、過給圧のフィードバック制御系の時
間遅れはエンジン回転数の増大に伴い相対的に大きく変
化するものであり、このため、フィードバック制御系の
制御周期と時間遅れとの対応がエンジン回転数に応じて
変化し、特定のエンジン回転数域では両者が同期して過
給圧の変動が増幅されていることに依る。

このことに基づいて本発明の目的は、フィードバック制
御の制御周期がフィードバック制御系の時間遅れに同期
するような運転状態に入ると制御周期を変更するように
することにより、この制御周期をフィードバック制御系
の時間遅れに対して常に非同期させてハンチング量を少
なくし、よって過給圧のフィードバック制御を常に精度
良く行うことにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、第１図
に示すように、吸気過給のために吸気通路２に介設され
た過給機６と、エンジン１の運転状態を検出する運転状
態検出手段２５と、過給機６下流の圧力を検出する過給
圧検出手段２１と、上記運転状態検出手段２５の出力を
受け運転状態に対応した目標過給圧を決定する目標過給
圧決定手段３０と、該目標過給圧決定手段３０および過
給圧検出手段２１の出力を受け過給圧を上記目標過給圧
に制御する過給圧制御手段３１と、上記過給圧検出手段
２１の出力を受け過給圧の上記目標過給圧付近における
変動量が所定値以上のとき上記過給圧制御手段３１の制
御周期を変更する周期変更手段３２とを設けたものであ
る。

（作用） 上記構成により、本発明では、目標過給圧付近における
過給圧の変動量つまりハンチング量が所定値以上になる
と、制御周期と時間遅れとが同期化したと判断してフィ
ードバック制御の制御周期を変更することによって、こ
の制御周期をフィードバック制御系の時間遅れとの同期
域から外して、過給圧のフィードバック制御を常にハン
チング量の少ない良好な状態でもって精度良く行うよう
にしている。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面を参照しなが
ら説明する。

第２図において、１はエンジン、２はエンジン。

１に吸気を供給するための吸気通路、３はエンジン１か
らの排気ガスを排出するための排気通路、４は吸気通路
２に配設され吸気量を制御するスロットル弁、５は吸気
通路２のスロットル弁４下流　、に設けられたサージタ
ンクである。

６は排気ターボ式の過給機であって、該過給機６は、排
気通路３に介設されたタービン６ａと、吸気通路２に介
設され該タービン６ａに連結軸６Ｃを介して駆動連結さ
れたコンプレッサ（ブロア）６ｂとからなり、排気ガス
流によって回転するタービン６ａによりコンプレッサ６
ｂが駆動し、このコンプレッサ６ｂの回転駆動により吸
気をエンジン１に過給するようにしたものである。

そして、上記排気通路３には、上記過給Ｉ１６のタービ
ン６ａをバイパスするバイパス通路７が設けられており
、該バイパス通路７にはバイパス通路７を開閉するウェ
ストゲート弁８が配設され、該ウェストゲート弁８はウ
ェストゲートアクチュエータ９によって開閉制御される
。該ウェストゲートアクチュエータ９は圧力応動式のダ
イヤフラム装置よりなり、ウェストゲート弁８にリンク
連結されたダイヤフラム９ａと、該ダイヤフラム９ａに
よって区画された圧力室９ｂおよび大気室９Ｃと、該大
気室９Ｃ内に縮装されウェストゲート弁８を閉弁方向に
付勢するスプリング９ｄとを備え、上記圧力室９ｂは、
過給圧連通路１ｏを介して過給機６のコンプレッサ６ｂ
下流でスロットル弁４上流の吸気通路２に連通されてい
て、過給機６（コンプレッサ６ｂ）下流の過給圧を圧力
室９ｂに導入する一方、大気連通路１１および該大気連
通路１１の先端開口に設けたエアフィルタ１２を介して
大気に連通されていて、圧力室９ｂを大気に開放するよ
うにしている。しかして、上記ウェストゲートアクチュ
エータ９の圧力室９ｂに過給機６（コンプレッサ６ｂ）
下流の過給圧が過給圧連通路１０によって導入されたと
きには、ダイヤフラム９ａがスプリング９ｄの付勢力に
抗して偏倚して、ウェストゲート弁８を開作動させ、バ
イパス通路７を開くことにより、排気ガス流の一部が過
給機６のタービン６ａを迂回して流下し、このことによ
りタービン６ａの回転が抑えられるとともにコンプレッ
サ６ｂの回転が抑えられて、該過給機６（コンプレッサ
６ｂ）下流の過給圧を低下させる。一方、上記圧ノＪｖ
９ｂが大気連通路１１によって大気に開放されたときに
は、スプリング９ｄの付勢力によりウェストゲート弁８
が閉作動してバイパス通路７を閉じることにより、排気
ガスの全潰が過給機６のタービン６ａに流れて、上記の
タービン６ａの回転抑制による過給機６下流の過給圧の
低下を停止して増大させるように制御するようにしてい
る。

さらに、上記過給圧連通路１０の途中には該過給圧連通
路１０を開閉制御する第１制御弁１４が介設されている
とともに、上記大気連通路１１の途中には該大気連通路
１１を開閉制御する第２制御弁１５が介設されている。

該両制御弁１４，１５は該両制御弁１４．１５を作動制
御するコン１〜ロールユニツト１６に信号の授受可能に
接続されていて、該コントロールユニット１６には、エ
ンジン回転数を検出する回転数センサ１７、エンジン温
度をエンジン冷却水温度により検出する水温センサ１８
、吸気温度を検出する吸気温センサ１９、スロットル弁
４の開度を検出するスロットル開度センサ２０および過
給機６（コンプレッサ６ｂ）下流でスロットル弁４上流
の吸気通路２の圧力（過給圧）を検出する過給圧検出手
段としての圧力センサ２１の各検出信号が入力されてい
る。

上記水温センサ１８および吸気温センサ１９により、エ
ンジン１の運転状態を検出するようにした運転状態検出
手段２５が構成されている。ここで、上記各制御弁１４
．１５はデユーティソレノイド弁によって構成すること
が制御精度の面で好ましいが、比例ソレノイド弁で構成
してもよい。また、第１制御弁１４は常時間のものを、
第２制御弁１５は常時閉のものを使用することは、制御
系の故障時、過給圧を低下させるべく過給圧制御される
のでエンジン１の信頼性確保の上で好ましい。また、上
記過給圧制御の際、スロットル開度センサ２０に代えて
吸入空気量を検出するエアフローセンサの信号を用いて
；ｂよく、あるいは圧力センサ２１に代えてエアフロー
センサの信号を用いてもよい。

加えて、上記過給圧連通路１０の第１糾御弁１４上流に
は、導入される過給１１ｔ６下流の過給圧（例えば５０
０１１１１１１Ｈ（１＞を減圧してウェストゲートアク
チュエータ９の圧力室９ｂに加えられる過給圧をほぼ一
定値（例えば２００ｍｍＨ（！＞に調整する圧力調整弁
２２が介設されている。尚、２３および２４はそれぞれ
過給圧連通路１０および大気連通路１１に設けられたオ
リフィスであって、両オリフィス２３．２４は各連通路
１０．１１の通路面積を絞ることによる圧力伝達作用の
良好な安定性の確保とオーバシュートの発生防止とを加
味した適当な口径に設定されている。

次に、上記コンロトールユニット１６による第１および
第２の制御弁１４．１５の制御を第３図ないし第５図に
示すコントロールユニット１６の作動フローに基づいて
説明する。まず、第３図に示す過給圧制御の基本フロー
チャートにおいて、スタートしてステップＳＩにおいて
回転数センサ１７からのエンジン回転数Ｎ１水瀉センサ
１８か゛らのエンジン冷却水温度Ｔｗ、吸気温センサ１
９からの吸気温度Ｔａおよびスロットル間度センサ２０
からのスロットル開度θの各信号データを入力する。そ
して、ステップＳ２においてスロットル開度の変化率１
ｄθ／ｄｔｉが所定値０１未満か否かを判別し、Ｉｄθ
／ｄｔＩ’＜Ｃ＋のＹＥＳの場合にはエンジン１が定常
状態にあると判断してステップＳ３で第４図のサブルー
チンに従い制御周期を設定したのち、ステップＳ４に進
む一方、１ｄθ／ｄｔｌ≧Ｃ１のＮｏの場合にはエンジ
ン１が過渡状態にあると判断して直ちにステップＳ４に
進む。しかる後、ステップＳ４で上記ステップＳｆの各
信号データに基づいて目標過給圧Ｐｏを下記の式により
算出する。

Ｐｏ　＝ＫＸＰｅ　ａｓに こで、Ｋは補正係数であって、エンジン冷却水温度Ｔｗ
、吸気温度Ｔａ、加速補正洛などによって決定される。

次いで、ステップＳ５において圧力センサ２１から実際
の過給圧ｐａの信号データを入力したのち、ステップＳ
６において、実際の過給圧Ｐａと目標過給圧Ｐｏとの差
に基づき後述の第１．第２制御弁１４．１５のデユーテ
ィ比制御における比例制御によるパルスｒｊＪｔｐを、
ｔ　ｐ　＝ＰＧＸ　（Ｐａ’−Ｐｏ）の式（ＰＧ：比例
ゲイン）により算出するとともに、ステップＳ７におい
て今回の実際過給圧Ｐａ（ｎ）と前回の実際過給圧ｐａ
（ｎ−１）との差に基づき同じく微分制御によるパルス
中ｔｏを、ｔ　ｏ　＝ＤＧｘ　（Ｐａ　’（ｎ　）　−
Ｐａ　（ｎ−１））の式（ＤＧ　：微分ゲイン）により
算出し、ステップＳ８でこれらのパルス中ｔｐ、ｔ□を
加算して制御パルス＋ｌ］ｔ　（＝ｔ　ｐ　＋ｔ　ｏ　
）を算出する。

次に、ステップＳ９において、制御方向を決定すべく上
記実際過給圧ｐａと目標過給圧Ｐｏとの大小を比較判別
し、ｐａ　−Ｐｏ　＞ＱのＹＥＳのときにはステップＳ
　＋ａで第１制御弁１４を駆動することににす、過給機
６下流の過給圧を圧力調整弁２２で一定の圧力に調圧し
てウエストゲートアクヂュエ〜り９の圧力室９ｂに加え
、実際過給圧Ｐａを目標過給圧Ｐｏに低下させるべく制
御する一方、Ｐａ−ＰＤくＯのＮｏのときにはステップ
Ｓ１１で第２制御弁１５を駆動することにより、ウェス
トゲートアクチュエータ９の圧力室９ｂを大気に開放し
、実際過給圧ｐａを目標過給圧Ｐｏに増大させるべく制
御する。

しかる後、ステップＳＩ２において過給圧を所定時間を
内に複数回制御するための制御回数カウンタＣＬから「
１」ずつ減算して漸次減少させて行き、ステップＳ　１
３で制御回数カウンタＣＬがｒＯＪになったか否かを判
定し、ＣＬ≠ＯのＮｏのときには上記ステップＳ５に戻
って上記動作を繰返してＣＬ　＝Ｏとなるのを待つ。そ
して、ＣＬ＝ＯのＹＥＳになると、ステップＳ　１４に
おいて第５図の制御周期設定サブルーチンでめる過給圧
の制御回数ＮＬ　（後述）を制御回数カウンタＣＬに初
期設定し、以後、ステップＳ１に戻って同様の制御動作
を所定時間ｔの単位で繰返す。よって、上記過給圧制御
基本フローのステップＳ４におけるエンジン冷却水温度
Ｔｗ、吸気温度Ｔａに基づく補正係数ＫによるＰｓａｓ
ｅの補正により、運転状態検出手段２５（水温センサ１
８および吸気温センサ１９）からの出力を受けて運転状
態に対応した目標過給圧Ｐｏを決定するようにした目標
過給圧決定手段３０が構成されている。また、上記ステ
ップＳ４で目標過給圧ＰＤを決定し且つステップＳ５で
実際過給圧ｐａを入力したのちは、これらの多値に応じ
てステップＳ６以降で第１および第２の制御弁１４．１
５を開閉制御することにより、ウェストゲートアクチュ
エータ９を作動制御して、過給機６下流の過給圧を目標
過給圧Ｐｏに制御するようにした過給圧制御手段３１が
構成されている。

次に、第４図の制御周期設定のためのサブルーチンにつ
いて説明するに、スタートしてステップＳＳ＋において
先ずエンジン定常状態において微小変動する実際過給圧
Ｐ９の平均値ｐａを算出すべく、所定の過給圧サンプリ
ング周期でトリガされたか否かを判別し、トリガされた
ＹＥＳの場合にはステップＳＳ２で制御周期変更フラグ
をｒＯＪにしたのち、ステップＳ３３でタイマを始動し
、ステップＳＳ４で実際過給圧ｐａを順次サンプリング
して行き、ステップＳＳｓで上記タイマが設定時間Ｔ以
上か否かを判別し、タイマ（ＴのＮ。

の場合には上記過給圧のサンプリングを続行する。

そして、タイマ≧ＴのＹＥＳになると、ステップ３ｓ６
で過給圧の平均値ｐ１°を、而−ＰａＮ＋＋ＰａＮ２＋
・・・／Ｎの式〈Ｎ：サンプリング数）により算出して
ステップＳＳ７に進む。一方、ステップＳＳ＋でトリガ
されていないＮｏの場合には直ちにステップＳＳ７に進
む。

次に、ステップＳＳ７において制御周期の変更時の前後
を判断すべく制御周期変更フラグが「１」か否かを判別
し、制御周期変更フラグ−ＯであるＮｏのときにはさら
にステップＳＳａで実際の過給圧ｐａと過給圧の平均値
ｐａとの差１Ｐａ−Ｐａ１、つまり実際過給圧ｐａの平
均値匹を基準とする変動量が許容範囲内の所定値△ｐａ
よりも大きいか否かを判別する。そして、ｌ　ｐａ　−
ｐａ１≦△ｐａのＮｏのときには通常の制御周期でよい
と判断してステップＳＳｓで制御回数ＮＬを基準値ａに
設定してリターンする一方、１ｐａ−Ｐａ　１〉Δｐａ
のＹＥＳのときには制御周期の変更を要すると判断して
、ステップ５ＳＩＧで制御回数ＮＬを上記基準値ａより
も小ざい所定値ｂ　（ｂくａ）に設定したのち、ステッ
プＳＳ＋＋で制御周期変更フラグを「１」にしてリター
ンする。一方、上記ステップ８３７て制御周期変更フラ
グ−１のＹＥＳのときには制御周期の変更後であると判
断して直ちにリターンする。

よって、上記制御周期設定サブルーチンにおいて１Ｐａ
−Ｐａｌ≦Δｐａの通常時のときには過給圧の所定期間
を内での制御回数Ｎしを基準値ａに設定して、過給圧の
制御周期を制御回数ＮＬに応じた所定の基準周期に設定
する一方、１Ｐａ−ｐａｌ＞ΔＰａのときつまり目標過
給圧Ｐｏ付近となる過給圧の平均値ｐａに対する過給圧
の変動量が所定値Δｐａ以−トートると、上記制御回数
ＮＬを所定値ｂ（ｂ＜ａ）に設定することにより、過給
圧の制御周期を上記通常時の場合よりも遅くなるよう変
更するようにした周期変更手段３２が構成されている。

尚、加速運転時には、加速性能の向上を図るべく最高過
給圧を所定時間上記目標過給圧Ｐｏよりも高くするよう
補正するために第５図に示す加速補正サブルーチンに基
づく動作が行われる。すなわち、ステップＳａで加速フ
ラグが「１」であるか否かを判別し、加速フラグ＝１で
あるＹＥＳのときには加速補正中であると判断して直ち
にステップＳｅに移る一方、加速フラグ−ＯであるＮ。

のときには加速補正中でないと判断してステップｓｂに
移る。このステップｓｂにおいて、スロットル開痩θが
所定値Ｃ２よりも大きいか否か、およびスロットル開度
の変化率ｄθ／ｄｔが所定値Ｃ１よりも大きいか否かを
判別し、いずれかが小さいＮｏの場合には加速補正条件
が成立していないと判断して直ちにステップＳｉに進み
、最高過給圧の補正係数ＣＡＣＣ（ｎ＞が基本値“１″
であるか否かを判別して、ＣＡ　Ｃ０（ｎ　）　＝　１
のＹＥＳのときにはそれで終了し、ＣＡ　ｃｃ　（ｎ　
）≠１のＮ。

のときにはステップｓｈに移る。

一方、上記ステップｓｂの判別が共に大きいＹＥＳの場
合には加速補正条件が成立したと判断して、ステップＳ
ｃで加速フラグを「１」にしたのち、ステップ３ｄにお
いて所定時間最高過給圧を上昇させるべくマツプＭａｐ
（Ｎ）からエンジン回転数Ｎに応じた最高過給圧の補正
係数ＣＡＣＣと補正時間Ｔ　Ａ　ＣＣを読込む。その後
、ステップＳｅにおいて、補正時間ＴＡＣＣ（ｎ）を「
１」ずつ減算して漸次減少させて行き、ステップＳｆで
Ｔ　Ａ　ｃｃがｒＯＪになったか否かを判別し、ＴＡ　
ｃｃｆ−０のＮｏのときには元に戻って上記動作を繰返
してＴＡ　ＣＣ＝　Ｏとなるのを待つ。そして、ＴＡＣ
’Ｃ＝ＯのＹＥＳになると、ステップＳ（Ｉで加速フラ
グを「Ｏ」にしたのち、ステップｓｈにおいて補正係数
ＣＡｃＣ（ｎ）を一定値Ｃ３ずつ減算して、加速補正係
数を一定の勾配で徐々に減少させることにより、加速補
正をトルクショックを生ずることなく終らせるよう制御
する。

したがって、上記実施例においては、第６図に示すよう
に、Ｉ〜リガにより所定のナンプリング周期に至ると、
フィードバック制御の制御周期が基単価ａの制御回数Ｎ
Ｌに応じた所定の周期（図中Ｘで示す）に初期設定され
て、過給圧のフィードバック制御がこの周期Ｘで開始さ
れるが、その後、過給圧のサンプリング時間下を経過し
て今回の過給圧の平均値Ｐａ（ｎ）が算出されたのち、
過給圧ｐａが図中Ａ点で示す如く前回の平均値ｐａ（ｎ
−＋）を基準に所定値Δｐａ以上に変動してハンチング
量が大きくなると、つまり制御周期がフィードバック制
御系の時間遅れに同期し始めると、その後の制御時から
は制御周期が基準値ａよりも小さい所定値ｂ（ｂ＜ａ）
の制御回数ＮＬに応じた遅れ側の制御周期（図中Ｙで示
す）に再設定され、以後はこの制御周期Ｙが次の過給圧
の所定サンプリング周期に至るまで保持されるので、フ
ィードバック制御系の時間遅れとの同期が強制的に外さ
れて、ハンチング量の増大が効果的に抑制されることに
なり、よって、より精度良い過給圧のフィードバック制
御を行うことができる。

尚、上記実施例では、過給圧の変動量を目標過給圧ＰＩ
）付近の平均値ｐａを基準として算出したが、その他、
目標過給圧ＰＤそのものを基準として算出してもよいの
は勿論のこと、過給圧の変動量が所定値ΔＰａを越える
毎に制御周期を順次変更するようにしてもよい。また、
制御周期の変更の方向は速くなる方向でもよく、要は同
期域を外すように変更すればよい。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
その他種々の変形例をも包含するものである。例えば、
上記実施例では、過給圧制御を実際の過給圧の検出に基
づいてフィードバック制御するようにしたが、それに併
用してウェストグー１〜弁８の開度でポジションフィー
ドバック制御するようにしてもよい。

さらに、上記実施例では、吸気過給のための過給機とし
て、排気ターボ式のものを例示したが、その他ポンプ式
等の公知の過給機が採用可能である。また、過給機下流
の過給圧を制御するための装置として、上記実施例では
ウェストゲート方式のものについて述べたが、本発明は
、その他過給機下流の過給圧を直接リリーフ制御するリ
リーフ方式等の各種方式に対しても適用可能である。

（発明の効果） したがって、本発明の過給機付エンジンの過給圧制御装
置によれば、過給圧のフィードバック制御の制御周期を
、目標過給圧付近において過給圧の変動量が所定値以上
になると変更するようにしたので、制御周期とフィード
バック制御系の時間遅れとの同期化を確実に防止して、
ハンチング量を常に小さく抑制することができ、よって
過給圧制御精度のより一層の向上を図ることができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図〜第６
図は本発明の実施例を示し、第２図は全体概略構成図、
第３図はコンｌ−ロールユニットの基本作動を説明する
フローチャート図、第４図は同制御周期設定のためのサ
ブルーチンを説明するフローチャート図、第５図は同加
速補正のためのサブルーチンを説明するフローチャート
図、第６図は作動説明図である。 １・・・エンジン、２・・・吸気通路、６・・・過給機
、２１・・・過給圧検出手段、２５・・・運転状態検出
手段、３０・・・目標過給圧決定手段、３１・・・過給
圧制御手第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気過給のために吸気通路に介設された過給機と
   、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   過給機下流の圧力を検出する過給圧検出手段と、上記運
   転状態検出手段の出力を受け運転状態に対応した目標過
   給圧を決定する目標過給圧決定手段と、該目標過給圧決
   定手段および過給圧検出手段の出力を受け過給圧を上記
   目標過給圧に制御する過給圧制御手段と、上記過給圧検
   出手段の出力を受け過給圧の上記目標過給圧付近におけ
   る変動量が所定値以上のとき上記過給圧制御手段の制御
   周期を変更する周期変更手段とを設けたことを特徴とす
   る過給機付エンジンの過給圧制御装置。