JPH0640331U - 過給機付内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】過給機を備えた内燃機関において、機関運転状
態に応じて過給機の使用形態を切り換える際のヒステリ
シス領域での空燃比を良好に維持する。 【構成】機関運転状態に応じて排気ターボ過給機２、３
の使用形態をヒステリシスを持たせて切り換える内燃機
関１において、過給機使用形態に応じた燃料供給量上限
規制値を設定する。したがって、ヒステリシス領域にお
いてエアフローメータ１５の誤検出が生じる場合にも、
過給機使用形態に応じて良好な空燃比に制御できるの
で、機関運転特性、排気浄化性能、燃費等の改善を図る
ことができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、過給機の使用形態を機関の運転状態に応じて切り換えるようにした 過給機付内燃機関の燃料供給制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

排気ターボ過給機を備えた内燃機関では、過給により比較的小排気量で高出力 を得ることができるが、単一の排気ターボ過給機では、高速域での出力増大を狙 って大容量（大型）の過給機を用いると、低速域においては、排気流量の不足に より排気タービンに作用する排気流速が低下することとなって過給効率が低下し 、トルク不足を招くと共に、排気タービンおよびコンプレッサの慣性重量の増大 と相俟ってレスポンスも低下してしまうという問題がある。

【０００３】 その反対に低速域のトルク、レスポンス向上を図って小容量の過給機を用いる と高速域において容量不足が発生し、要求する出力を得られない等の問題がある 。このように単一の過給機では、機関運転領域の全域にわたって良好な過給率を 得るのは困難である。 そこで、例えば略同容量の排気ターボ過給機を２個備えることにより、低速域 で一方のみを稼働し高速域で両方を稼働させて、或いは低速域にマッチした小容 量の排気ターボ過給機と高速域にマッチした大容量の排気ターボ過給機とを備え ることにより、機関の運転状態に応じて稼働すべき過給機を選択して、運転領域 全域で高過給率を得ると共に、レスポンスの向上を図って発進性を向上させるよ うな過給システム等がある。また、このような過給システムは、排気ターボ過給 機によるもの限らず、機械式過給機等によるもの、或いは排気ターボ過給機と機 械式過給機との組合せによるもの等、種々考えられている。

【０００４】 更に、単一の過給機を備えて機関運転領域全域で所望の出力特性を得られるよ うに、高速域にマッチングした大容量の排気ターボ過給機のみを備え、低速域で はコンプレッサをバイパスする通路を開き実質的に過給停止して、低速域と高速 域での性能向上の両立を図ったもの等がある。また、機械式過給機のみを備え、 低速域で過給を行い、機械損失の大きくなる高速域では、過給を停止するもの等 もあり、単一の過給機を備える内燃機関についても、機関運転領域全域で所望の 出力特性を得られるような過給システムが種々考案されている。

【０００５】 一方、エアフローメータで吸入空気流量を検出し、該吸入空気流量Ｑに基づい て目標空燃比を得るように、燃料供給量を制御するものにおいては、アクセル開 度全開域での吸気脈動の影響を受け、前記吸入空気流量Ｑの誤検出が生じるため に、燃料供給量が過大となることがある。特に、熱線式空気流量計により吸入空 気流量を検出するものにあっては、センサ部に指向性がないために脈動の正圧側 流速（機関への流入方向流速）と負圧側流速（機関からの流出方向流速）の両者 を区別なく計測することとなって、過剰側に大きく誤検出することがある。

【０００６】 そこで、吸入空気流量誤検出による燃料供給量増大によって、空燃比が過濃と なるのを防止するために、アクセル開度全開域での実際の機関吸入空気流量に応 じた燃料供給量を予め設定された上限規制値に固定するようにしたものがある。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、前述のように過給機を備えた内燃機関においては、過給機の使用形 態を機関運転状態に応じて切り換える必要があるが、かかる切り換え点近傍で機 関運転状態がふらつく場合には、これに伴って過給機の使用形態も頻繁に切り換 わることになり機関運転特性が不安定となるのを防止すべく、図４に矢印で示す ように、機関回転速度の増大方向における切り換え回転速度Ｎ₁ と減少方向にお ける切り換え回転速度Ｎ₂ との間にＮ₁ ＞Ｎ₂ で幅を持たせてヒステリシスを形 成するようにしている。ところが、このようにヒステリシスを持たせたＮ₁ とＮ ₂ との間の領域では同一回転・同一開度であっても、異なった過給機の使用形態 での機関運転が存在することとなる。つまり、図４で説明すると、低速域から高 速域へ機関運転が移行した場合には単一の過給機が使用される形態となり、逆に 高速域から低速域へ移行した場合には２つの過給機が使用される形態となるため 、同一回転・同一開度であっても、異なる２つの過給機使用形態での機関運転が 存在することとなる。

【０００８】 しかしながら、従来では上記のようにヒステリシス領域においては、同一回転 ・同一開度であっても過給機の使用形態によって実際の吸入空気流量が相違する にも拘らず、前記燃料供給量の上限規制値は、１つの値に固定して設定していた ために、過給機の使用形態の相違に伴って空燃比が過薄・過濃となることがあっ た。したがって、運転特性、排気浄化性能、燃費等を良好に確保することができ なかった。

【０００９】 本考案は、かかる従来の問題点に鑑みなされたもので、単一又は複数の過給機 を備え、該過給機の使用形態を機関運転状態に応じて切り換える内燃機関におい て、前記ヒステリシス領域においても空燃比を良好に維持して、以って運転特性 、排気浄化性能、燃費等を良好に維持できるようにした内燃機関の燃料供給制御 装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

このため、本考案にかかる内燃機関の燃料供給制御装置は、図１に示すように 、単一又は複数の過給機を備え、該過給機の使用形態を運転状態検出手段によっ て検出される機関運転状態に応じて切り換え、且つ、切り換えの方向に応じて切 り換え運転状態にヒステリシスを持たせると共に、吸入空気流量検出手段によっ て検出される吸入空気流量に基づいて機関への燃料供給量を制御する燃料供給量 制御手段を備えた内燃機関において、燃料供給量の上限規制値を前記過給機の使 用形態毎に設定し、過給機の使用形態の切り換えに応じて、これに対応する上限 規制値を選択して使用する燃料供給量上限規制値設定手段備えて構成した。

【００１１】

【作用】

かかる構成によれば、過給機使用形態に応じて燃料供給量の上限規制値を選択 することができるので、過給機使用形態が切り換わるヒステリシス領域にあって も、空燃比を良好に保つことができ、運転特性、排気浄化性能、燃費等を改善す ることができる。

【００１２】

【実施例】

以下に本考案を図面に示された実施例に基づいて説明する。 一実施例を示す図２において、本考案が適用される排気ターボ過給機２、３を 備えるＶ型の内燃機関１を示す。内燃機関１の吸気通路は、エアクリーナ１４及 び吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ１５の下流側で吸気通路４と吸気 通路５との２系統に分岐され、吸気通路４には、第１の排気ターボ過給機２のコ ンプレッサ２ａが介装され、吸気通路５には、第２の排気ターボ過給機３のコン プレッサ３ａが介装され、コンプレッサ２ａ、３ａの出口側に配設されたインタ ークーラー９の入口部近傍で前記吸気通路４、５は合流し、吸気絞り弁８を介し て内燃機関１の各バンクと連通するようになっている。そして、吸気マニホール ド部分には気筒毎に燃料を噴射供給する電磁式の燃料噴射弁１６が設けられる。

【００１３】 一方、排気通路は、内燃機関１の各バンクの排気出口部近傍において排気連通 路１７により連通されると同時に、排気通路６と排気通路７の２系統に分岐され 、排気通路６、７に介装した排気タービン２ｂ、３ｂを各々排気流動圧力で回転 させることにより、これと同軸のコンプレッサ２ａ、３ｂを各々回転駆動して、 吸入空気を内燃機関１に圧送供給（過給）する。排気タービン２ｂ、３ｂをバイ パスするバイパス通路２ｃ、３ｃにはウェイストゲート弁２ｄ、３ｄが各々介装 されている。そして、各排気ターボ過給機２、３の排気タービン出口側の排気通 路６、７は下流側で合流し、その集合部には排気中酸素濃度を検出することによ って吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１８が設けられ、更に下流側の 排気管には排気中のＣＯ、ＨＣの酸化とＮＯ_X の還元を行って浄化する排気浄化 触媒としての図示しない三元触媒が設けらている。

【００１４】 また、第２の排気ターボ過給機３側の吸気通路５には、コンプレッサ３ａとイ ンタークーラー９との間に過給圧を制御する吸気制御弁１１が介装され、この吸 気制御弁１１の前後の差圧を検出する差圧センサ１２が設けられている。そして 、コンプレッサ３ａと吸気制御弁１１との間には、吸気リリーフ通路１３ａ、１ ３ｂを介してリリーフ弁１３が設けられ、必要以上の給気はエアークリーナ１４ の２次側の吸気通路４（即ち、コンプレッサ２ａの１次側の吸気通路）へ吸気リ リーフ通路１３ｂを介して戻されるよう構成されている。

【００１５】 更に、第２の排気ターボ過給機３側の排気通路７には、排気タービン３ｂへの 排気の流入を制御する排気制御弁１０が、排気タービン３ｂの排気上流部に介装 され、排気ターボ過給機３の稼働・非稼働は前記排気制御弁１０を開閉すること によってなされる。 ここで、かかる過給システムの作動を説明すると、小容量の排気ターボ過給機 が要求される低速域においては、排気制御弁１０を閉じることで排気エネルギを 有効に排気ターボ過給機２へ供給して、排気ターボ過給機２のみを稼働させる。 そして、ウェイストゲート弁２ｄが開度調整されて、過給圧を要求値に調整でき るようになっている。この時、過給された空気が排気ターボ過給機３側へ逆流し ないように、吸気制御弁１１は閉状態になっている。

【００１６】 そして、低速域から空気量を多量に必要とする高速域へ運転状態が移行する際 には、排気ターボ過給機２のみの稼働では十分ではなくなるので、排気制御弁１ ０を開弁して排気ターボ過給機３を稼働させるようにするのだが、このとき排気 ターボ過給機３のコンプレッサ３ａによる過給圧Ｐ1 （即ち、吸気制御弁１１の 吸気上流側圧力Ｐ１）と吸気制御弁１１の吸気下流側圧力Ｐ2 との差圧を差圧セ ンサ１２の信号により求めて、差圧が所定値（例えば、Ｐ1 −Ｐ2 ＝０）となっ たときに初めて、吸気制御弁１１を開弁するようになっている。これは、前述し た逆流防止のためと、Ｐ1 がＰ2 に比較して大き過ぎる状態で吸気制御弁１１を いきなり開弁すると機関１に供給される空気量が大きく変化して出力に急激な変 動をきたすことを防止するためである。完全に高速域へ移行した後は、排気ター ボ過給機２、３により過給が同時に行なわれるが、リリーフ弁１３及びウェイス トゲート弁２ｄ、３ｄの開度が各々調整されて、各運転状態に応じて過給圧が要 求値に調整されるようになる。

【００１７】 ここで、かかる過給システムにおいて問題となるのが、前述したように過給機 使用形態を切り換える際の機関運転をスムーズにするためのヒステリシス領域に おいて、同一回転・同一開度において、異なった過給機の使用形態が存在すると いうことである。 つづいて、内燃機関１の燃料供給量制御について説明するが、前記燃料噴射弁 １６は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット５０からの噴射 パルス信号によって開弁駆動し、空燃比センサ１８の信号に基づき空燃比を良好 に保つべく前記吸入空気流量Ｑにみあった燃料噴射量を供給する。

【００１８】 また、図示しないディストリビュータには、クランク角センサ２１が内蔵され ており、該クランク角センサ２１から機関回転と同期して出力されるクランク単 位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準角信号の周期を計測して 機関回転速度Ｎを検出する。 そして、内燃機関１の各気筒には、点火栓が設けられていて、これらには点火 コイルにて発生する高電圧がディストリビュータを介して順次印加され、これに より火花点火して混合気を着火燃焼させる。前記点火コイルは、それに付設され たパワートランジスタを介して高電圧の発生タイミングを制御される。したがっ て、点火タイミングの制御は、パワートランジスタのＯＮ・ＯＦＦタイミングを コントロールユニット５０からの点火タイミング制御信号で制御することにより 行なわれる。

【００１９】 ここで、コントロールユニット５０内のマイクロコンピュータは、前記各種の センサからの信号に基づいて、たとえば、概略次の如く演算処理をして、有効燃 料噴射量Ｔｅを決定し、これを駆動パルス信号として燃料噴射弁１６に出力する 。エアフローメータ１５からの電圧信号から求められる吸入空気流量Ｑと、クラ ンク角センサ２１からの信号から求められるエンジン回転速度Ｎとから基本燃料 噴射量Ｔｐ＝ｃ×Ｑ／Ｎ（ｃは定数）を演算すると共に、空燃比フィードバック 補正係数α、空燃比学習制御係数Ｋ、および各種補正係数Ｃｏにより、有効燃料 噴射量Ｔｅ＝Ｔｐ×α×Ｋ×Ｃｏを演算する。そして、予め記憶されているエン ジン回転速度Ｎと有効燃料噴射量Ｔｅと燃料噴射タイミングと点火タイミングと の関係（いわゆるマップ）に基づいて、該有効燃料噴射量Ｔｅに対応するパルス 巾の駆動パルス信号を出力され、前記燃料噴射弁１６を開度制御する。そして、 これに応じて点火タイミング制御信号がパワートランジスタに送られ、点火タイ ミングＴｉで点火される。なお、コントロールユニット５０には、エンジン冷間 時、暖機時等に応じて数種類のマップが記憶されていて、各条件に応じたマップ が選択されるようになっている。

【００２０】 そして、さらにコントロールユニット５０には、吸気の脈動によってエアフロ ーメータ１５の誤検出が生じて、空燃比制御が良好に行なえなくなるのを防止す るために、過給機の使用形態に応じて機関最大負荷を制御するＴｐMAX （機関最 大負荷）値テーブルが複数記憶されている（例えば、過給機２のみを使用する形 態用や、過給機２と過給機３の両者を使用する形態用等）。

【００２１】 以下に、図３のフローチャートに基づいてコントロールユニット５０が行なう 内燃機関の燃料供給量制御を説明する。 ステップ１（図では、Ｓ１と記してある。以下、同様）において、コントロー ルユニット５０に各種信号（エアフローメータ１５、クランク角センサ２１等か らの信号）が入力される。

【００２２】 ステップ２では、現在の過給機の使用形態を判別する。そして、過給機２のみ を使用する形態であれば、ステップ３へ進み、過給機２と過給機３の両者を使用 する形態であれば、ステップ４へ進む。 ステップ３では、ステップ２での判断に基づき過給機２のみの使用形態に応じ たＴｐMAX 値テーブルが選択され、かかるテーブルに基づいて機関回転速度Ｎに 対するＴｐMAX 値が検索される。

【００２３】 ステップ４では、ステップ２での判断に基づき過給機２および過給機３が共に 稼働する使用形態に応じたＴｐMAX 値テーブルが選択され、かかるテーブルに基 づいて機関回転速度Ｎに対するＴｐMAX 値が検索される。 ここで、ステップ３およびステップ４が、燃料供給量上限規制値設定手段を構 成する。

【００２４】 そして、ステップ５では、エンジン回転速度Ｎとエアフローメータ１５により 検出された吸入空気流量Ｑ等により、現在の基本噴射量Ｔｐが求められる。そし て、該基本噴射量Ｔｐとステップ３またはステップ４において検索されたＴｐMA X 値とを比較する。そして、Ｔｐ＜ＴｐMAX ならステップ６へ進み、Ｔｐ≧Ｔｐ MAX ならステップ７へ進む。

【００２５】 ステップ６では、Ｔｐ＜ＴｐMAX である場合で、通常の制御のまま運転は継続 される。 一方、ステップ７では、Ｔｐ≧ＴｐMAX であるので、吸気の脈動によるエアフ ローメータ１５の誤検出が生じると判断されて、機関負荷を制御するために、燃 料噴射弁１６に燃料噴射量を減量指示するような駆動パルス信号が送られて、機 関出力Ｔｐが前記ＴｐMAX となるように制限される。ここで、ステップ７が燃料 供給量制御手段を構成する。

【００２６】 このように本実施例では、吸気脈動による吸入空気流量の誤検出が生じる場合 に、従来のように過給機の使用形態に関係なく一定の上限規制値を設けるのでは なく、過給機２、３の各使用形態に応じて最適な上限規制値を設けて機関出力の 制御を行なうようにしたので、ヒステリシスを持って過給機の使用形態を切り換 える運転領域においても、常に所望の空燃比に制御することができる。

【００２７】 なお、本実施例では、２つの排気ターボ過給機を備えたＶ型の内燃機関につい て説明したが、本考案は、排気ターボ過給機に限定するものではなく、過給機で あれば如何なる方式（機械式、コンプレックス等）であってよく、内燃機関につ いてもＶ型でなくてもよい。また、過給機の個数もこれに限定されるものではな く、過給機を１以上備え、該過給機の使用形態を切り換えるもの全てに適用でき る（単一の過給機を備えるものにあっては、無過給状態と過給状態とを切り換え る場合に適用可能）。過給システムについても、低速域で過給機２を単独に稼働 させて、高速域では過給機２と過給機３の両方を稼働させて説明したが、過給機 ３を容量の大きなものとして高速域で単独に稼働させてもよい。更には過給機を 本実施例では並列に設けて構成したが、直列に設ける所謂２段過給システム等に も適用可能で、過給機の使用形態を切り換える如何なる過給システムにおいても 適用可能である。

【００２８】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、燃料供給量の上限規制値を前記過給機 の使用形態毎に設定し、過給機の使用形態の切り換えに応じて、これに対応する 上限規制値を選択して使用するようにしたので、ヒステリシスを持たせた切り換 え運転領域においても常に空燃比を良好に保つことができるようになり、延いて は機関運転特性、排気浄化性能、燃費等の改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のブロック図。

【図２】本考案にかかる一実施例の全体構成図。

【図３】本考案にかかる燃料供給量制御のフローチャー
ト。

【図４】本考案にかかる一実施例の出力特性図。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ 第１の排気ターボ過給機 ３ 第２の排気ターボ過給機 １５ エアフローメータ ２１ クランク角センサ ５０ コントロールユニット

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】単一又は複数の過給機を備え、該過給機の
   使用形態を運転状態検出手段によって検出される機関運
   転状態に応じて切り換え、且つ、切り換えの方向に応じ
   て切り換え運転状態にヒステリシスを持たせると共に、
   吸入空気流量検出手段によって検出される吸入空気流量
   に基づいて機関への燃料供給量を制御する燃料供給量制
   御手段を備えた内燃機関において、 燃料供給量の上限規制値を前記過給機の使用形態毎に設
   定し、過給機の使用形態の切り換えに応じて、これに対
   応する上限規制値を選択して使用する燃料供給量上限規
   制値設定手段を備えたことを特徴とする過給機付内燃機
   関の燃料供給制御装置。