JP2002500312A - ターボチャージャシステム - Google Patents

ターボチャージャシステム

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JP2002500312A JP2000527744A JP2000527744A JP2002500312A JP 2002500312 A JP2002500312 A JP 2002500312A JP 2000527744 A JP2000527744 A JP 2000527744A JP 2000527744 A JP2000527744 A JP 2000527744A JP 2002500312 A JP2002500312 A JP 2002500312A
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Abstract

(57)【要約】 各々がコンプレッサ（７、８）に駆動可能に接続されたタービン（５、６）を有する２つのターボチャージャを含む内燃機関用のターボチャージャシステム。コンプレッサの出口における温度を検出するために、温度センサ（１９、２０）が配置されている。温度は監視されて不均衡条件の指示が与えられ、この不均衡に対して修正処置をとることができる。この配置によって信頼性が高くて安価な監視が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明はターボチャージャシステムに関する。
【０００２】 ターボチャージャで過給されるエンジンが、制御変数として吸気圧力または空
気質量流量を使用する電子エンジン管理システムによって制御されることは一般
的である。この技術によれば、ターボチャージャの排気逃し口が、所望の空気質
量流量または吸気圧力が達成されるように反応することが普通である。所望の流
量は、エンジン速度やスロットル位置などのパラメータに依存する。
【０００３】 ツインターボチャージャの適用によって、同様の制御システムが適用されるこ
とは一般的である。正常な条件では、ターボチャージャの排気逃し口位置は、各
ターボチャージャがこれを通過する全空気質量流量の半分によって作動するよう
に、同時に反応する。
【０００４】 ２つのターボチャージャが同時に反応しないような、たとえば多分排気逃し口
アクチュエータにおける故障の場合には、エンジン管理システムは自己診断を介
して警告されることが必要である。次にエンジン管理システムは、フェイルセイ
フ動作条件（リムホーム）を活動化することができる。これが行われない場合に
は、より多くの空気質量流量を運ぶターボチャージャは速度超過して破局的な故
障に至る可能性がある。
【０００５】 ターボチャージャの速度を直接測定することは通常は可能ではない。
【０００６】 ターボチャージャコンプレッサの前、またはターボチャージャコンプレッサの
直後のいずれかで圧力を注意深く測定することによって、非同期ターボチャージ
ャの動作を診断することが可能であることは周知である。しかし、これは達成す
るには困難であり高価であろう。共通吸気マニホルドに入る前に２つのコンプレ
ッサの出口が共に連結されるのが普通であるから、１つのコンプレッサを通る空
気流量がほとんどゼロの場合でも圧力はたいてい一緒に保たれる。圧力の差は小
さく、この差の検出には高精度（高価な）トランスデューサが必要である。しか
しこの条件では、空気流量がもっと高いコンプレッサは僅かに高い圧力を発生さ
せる。
【０００７】 本発明の一態様によれば、各ターボチャージャがコンプレッサに駆動可能に接
続されたタービンを有する、２つのターボチャージャを含む内燃機関とともに使
用するためのターボチャージャシステムであって、コンプレッサと関連し、２つ
のターボチャージャ間の不均衡を検出することを可能にする温度センサ手段とを
有する、ターボチャージャシステムが提供される。
【０００８】 本発明の別の態様によれば、各ターボチャージャがコンプレッサに駆動可能に
接続されたタービンを有した２つのターボチャージャを含む内燃機関用ターボチ
ャージャシステムを運転する方法であって、各コンプレッサにおける、または各
コンプレッサ近くの温度を監視するステップと、監視された温度を比較して２つ
のコンプレッサ間における不均衡条件の指示を与えるステップとを含む、ターボ
チャージャシステムを操作する方法が提供される。
【０００９】 本発明の好ましい実施形態では、センサ手段は、２つのコンプレッサの各出口
に有利に配置された熱電対または別の温度検出部を含む。３個の素子が、コンプ
レッサの出口における温度を比較することを可能にする電気信号を発生させる。
信号は通常の比較器回路において比較することができ、この比較器回路は、ター
ボチャージャシステムが固定されるべきエンジンのエンジン管理システムの一部
を形成することもできる。エンジン管理システムは、信号を処理して不均衡指示
を与えるために使用できる信号処理機能をもたらすマイクロプロセッサを通常組
み込んでいる。不均衡条件が生ずると、作業がより激しいコンプレッサの出口温
度は上昇する。さらに、新しいコンプレッサ操作条件は最適（均衡した）コンプ
レッサ条件のように効率的ではないので、さらに温度が上昇することになる。２
つのコンプレッサの出口における空気条件間の温度差は、安価で信頼性のある熱
電対を使用して測定できるほど十分である。さらに、不均衡の感度限界は、圧力
測定値を使用して決定できるものよりはるかに良好である。
【００１０】 本発明をさらに明確に理解できるように、添付の図面を参照して本発明の一実
施形態を例示として以下に説明する。
【００１１】 図１を参照すると、ターボチャージャシステムは、スロットル２を介して吸気
マニホルド３に通じる空気取入口１と、ツイン排気マニホルド４とを含む内燃機
関に連結されている。ツイン排気マニホルドは、それぞれのターボチャージャの
各タービン５および６に連結されている。タービン５および６は、それぞれのタ
ーボチャージャの各コンプレッサ７および８に駆動可能に接続されている。エン
ジン空気流入経路９が、エアフィルタ１０を介して空気流量測定装置１１に通じ
、この後で２本の分岐ダクト１２および１３に分かれている。上述の２つのコン
プレッサ７および８は、それぞれの分岐ダクト１２および１３の中に配置されて
いる。これらの分岐ダクトは、給気冷却器１５とスロットル２との上流の１４に
おいて合流している。排気ダクト１６および１７がそれぞれのタービン５および
６から出て、その後に排気口に通じる１８において合流している。
【００１２】 熱電対などの温度センサ１９および２０が、それぞれ２つのコンプレッサ７お
よび８の近くでその下流側に配置されている。これらのセンサ１９および２０は
、コンプレッサ７および８の出口における温度を検出する働きをする。センサ１
９および２０によって検出されたコンプレッサ出口温度を全エンジン空気流量に
対して例示的にプロットした図表を図２に示す。両方のターボチャージャが均衡
した運転条件の下で正常に作動している場合には、両センサ１９および２０によ
って検出された温度は理想的には同一になるはずである。この理想的な位置は、
図１において線ＬＯで示されている。線ＬＯの対向する側にそれぞれある２本の
点線ＬＯ１およびＬＯ２には、均衡を向上させるための各ターボチャージャ排気
逃し口アクチュエータの間のトリム均衡化から得られる、２つのコンプレッサ出
口間の異なる温度の許容領域を示す。言い換えれば、コンプレッサ出口間の限ら
れた温度差が、別の点で均衡条件を向上させるために必要である場合には、これ
は容認することができる。やはり線ＬＯの対向する側にあるが、線ＬＯからさら
に離れている実線Ｌ１およびＬ２には、許容できない不均衡条件つまり温度差が
発生したときの２つのコンプレッサ出口温度を示す。線Ｌ１は、非常に激しく稼
働しているコンプレッサの温度を示し、線Ｌ２は、非常に軽い作業を行っている
コンプレッサの温度を示す。この不均衡状態では、全エンジン空気は正しいと考
えられるが、２つのコンプレッサを通る個々の流量は同じではない。
【００１３】 上述のようなターボチャージャシステムの動作をグラフで表示する従来の方法
は、各コンプレッサを通る空気流ＡＦに対して圧力比ＰＲをプロットすることに
よるものである。このグラフを図３に示すが、不均衡条件もこのグラフで示すこ
とができる。それぞれＨ、Ｍ、Ｌで示した高、中、低ターボチャージャ効率曲線
も、このグラフに示されている。圧力比は、コンプレッサ出口圧力をコンプレッ
サ入口圧力で割ったものとして定義される。ツインターボチャージャエンジン設
備では、各コンプレッサは通常同じ条件の下で動作するために設計される。
【００１４】 各（均衡した）コンプレッサが２０の空気流で動作する場合の動作点Ａを考え
る。ここで、一方が２５（点Ｂ）で動作し、他方が１５（点Ｃ）で動作している
不均衡を考える。（全体は同じままであり、全エンジンフィードバック制御を受
けている。）
【００１５】 空気流がより高い装置では、コンプレッサの吸気マニホルドと排気マニホルド
との間の圧力低下はより高くなる。したがってコンプレッサ圧力比は多少増加す
る。空気流がより低い装置では、上記の圧力低下は相応じてより低くなる。
【００１６】 質量流量がより高い装置については、より高い空気流量と低下するコンプレッ
サ効率の両方が温度を上昇させる。より高い空気流量の効果を図２の線Ｌ１で示
す。さまざまな効率曲線が図３に示されており、点Ｂはより低い効率曲線Ｍに隣
接している。質量流量がより低い装置では、結果としてコンプレッサ出口温度は
より低くなり、効率はより高くなる。これは図２における線Ｌ２に、また点Ａが
より高い効率曲線Ｈに近接する図３に示されている。
【００１７】 システムの動作を、それぞれ４１から４５で表す５つのステップを含む図４の
流れ図に示す。最初の２ステップ４１および４２は従来の全エンジンフィードバ
ックに関し、最後の３ステップは、本発明による排気逃し口均衡ルーチンのフィ
ードバック制御と診断に関するものである。ステップ４１では、エンジン速度と
スロットル開度に対する全空気流量の依存度を示すエンジン管理システムの設定
値マップを調べる。ステップ４２では、全空気流量を設定値に対して検査し、粗
い排気逃し口位置を調節して（公称）設定空気流量値を達成する。ステップ４３
では、２つのコンプレッサの出口における温度をセンサ１９および２０で監視す
る。ステップ４４では、２つのターボチャージャ用の個別排気逃し口制御におけ
る精密均衡調節が判定される。この調節が事前較正された限界内である場合には
、制御フィードバックループＬを通って修正処置をとり、排気逃し口位置を適切
に調節することができる。この様式では、システムは正常な監視制御機能を実施
している。この精密調節が較正された限界の外にある場合には、エンジンの故障
が指示される。排気逃し口の開放を含む運転者警告フェイルセイフエンジン動作
条件は、出力Ｗを介して起動される。
【００１８】 上述の実施形態は例示としてのみ説明されていること、および本発明の範囲か
ら逸脱することなく多くの変形実施形態が可能であることは認識されよう。たと
えば、全空気質量制御は単一の空気流量計１１を使用して示されているが、この
ような制御は他の手段、たとえば吸気マニホルド圧力フィードバック制御によっ
て達成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるターボチャージャシステムの線図である。
【図２】 図１のシステムに関する空気流量とコンプレッサ排気口温度との関係を示すグ
ラフである。
【図３】 図１のシステムのコンプレッサに関する空気流量と圧力比との関係を示すグラ
フである。
【図４】 制御空気流の流れ図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年３月１３日（２０００．３．１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正内容】

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関とともに使用するためのターボチャージャシステム
    であって、各ターボチャージャがコンプレッサ（７、８）に駆動可能に接続され
    たタービン（５、６）を有した２つのターボチャージャを有したターボチャージ
    ャシステムにおいて、コンプレッサに連結され、２つのターボチャージャ間の不
    均衡を検出することを可能にする温度センサ手段（１９、２０）を特徴とするタ
    ーボチャージャシステム。
  2. 【請求項２】 センサ手段が温度検出部（１９、２０）を含む請求項１に記
    載のターボチャージャシステム。
  3. 【請求項３】 温度検出部（１９、２０）が熱電対を含む請求項２に記載の
    ターボチャージャシステム。
  4. 【請求項４】 コンプレッサ出口における温度の比較を可能にする、温度セ
    ンサ手段（１９、２０）からの信号を比較するための手段が設けられている請求
    項１、請求項２または請求項３に記載のターボチャージャシステム。
  5. 【請求項５】 信号を比較するための手段が比較器回路を含む請求項４に記
    載のターボチャージャシステム。
  6. 【請求項６】 比較器回路がエンジン管理システムの一部を形成する請求項
    ５に記載のターボチャージャシステム。
  7. 【請求項７】 比較するための手段からの信号を処理して不均衡指示を与え
    るために、マイクロプロセッサが設けられている請求項４、請求項５または請求
    項６に記載のターボチャージャシステム。
  8. 【請求項８】 前記請求項のいずれか1項に記載のターボチャージャシステ ムを含む内燃機関。
  9. 【請求項９】 それぞれのターボチャージャの各タービンに連結されたツイ
    ン排気マニホルドを含む請求項８に記載の内燃機関。
  10. 【請求項１０】 各々がコンプレッサ（７、８）に駆動可能に接続されたタ
    ービン（５、６）を有する２つのターボチャージャを有する内燃機関のためのタ
    ーボチャージャシステムを作動させる方法であって、各コンプレッサにおけるか
    又はこの近くにおける温度を監視するステップと、監視された温度を比較して２
    つのコンプレッサ（７、８）間の不均衡条件の指示を与えるステップとを含む方
    法。
  11. 【請求項１１】 監視された温度が電気信号に変換されるターボチャージャ
    システムを作動させる方法。
  12. 【請求項１２】 電気信号が処理されてターボチャージャの不均衡の指示を
    与えるターボチャージャシステムを作動させる方法。
JP2000527744A 1998-01-08 1999-01-07 ターボチャージャシステム Expired - Lifetime JP4116246B2 (ja)

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GB9800282.7 1998-01-08
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PCT/GB1999/000006 WO1999035380A1 (en) 1998-01-08 1999-01-07 Turbocharger system

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