JP2686954B2 - 過給機付エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、２台の過給機を備え、エンジンの運転状態
に応じてその一方または双方が作動するように制御され
る過給機付エンジンの制御装置に関する。

（従来技術） エンジンの排気ガスによって駆動されるタービンと、
このタービンに連結されて回動する吸気過給用ブロワ
（コンプレッサ）とからなる排気ターボ式過給機（以下
単に「ターボ過給機」と呼ぶ）がエンジンの出力性能の
向上のために広く実用に供されているが、このターボ過
給機付エンジンの一般的な欠点である低速トルクの不足
およびターボラグによる加速応答性の悪さを解消するた
めに、例えば特開昭59−147824号公報に開示されている
ように、シーケンシャルターボ過給装置が提案されてい
る。このシーケンシャルターボ過給装置は、２台のター
ボ過給機を各タービンおよびブロワが排気通路および吸
気通路内でそれぞれ並列に配置されるように設け、作動
させる過給機の数を運転状態に応じて変更したり、ある
いはあるかじめ低速用および高速用に設計した２台のタ
ーボ過給機を運転状態に応じて択一的に作動させること
により、上記低速トルクの不足およびターボラグの解消
を図ろうとするものである。

また、２台の過給機のうちの一方はターボ過給機とせ
ずに、そのブロワがエンジンまたは電動モータによって
機械的に駆動されるいわゆるスーパーチャージャとし、
このスーパーチャージャを１次側過給機として先に作動
させることにより加速応答性をさらに向上させるように
したシーケンシャルターボ過給装置も提案されている。

ところで、この種のエンジンにおける過給機の制御に
おいては、１次側の過給機のみによって過給を行なう状
態から、双方の過給機によって過給を行なう状態に切り
換える際、２次側のターボ過給機の応答遅れに伴うトル
クショックを回避するために、切り換えに先立って、２
次側のターボ過給機に予回転を与えることが従来から行
なわれている。この予回転付与手段としては、専用の予
回転用制御弁によるものや、排気カット弁の開作動によ
り排気洩らしや、２次側のターボ過給機の強制駆動等が
考えられる。

一方、過給機付エンジンにおいては、エンジン保護の
目的から、所定の過給圧以上で過給機の上下流をバイパ
スするウエストゲート弁が設けられるのが一般的であ
る。

しかしながら、上記シーケンシャルターボ過給装置に
おいて、２次側のターボ過給機に予回転を与えるため
に、排気の一部をこのターボ過給機のタービンに供給し
ている状態で、上記ウエストゲート弁を開作動させる
と、タービン上流の排気圧力が低下して、２次側のター
ボ過給機に予回転を与えるための排気エネルギが低下す
るとともに、１次側過給機もターボ過給機である場合
は、この１次側のターボ過給機に供給する排気エネルギ
も低下するから、１次側の過給機のみによって過給を行
なう状態から、双方の過給機によって過給を行なう状態
に切り換える際にショックが発生するという問題があ
る。また、排気洩らし手段およびウエストゲート弁の双
方を制御するための制御も複雑になるという問題もあ
る。

（発明の目的） そこで本発明は、シーケンシャルターボ過給装置にお
いて、上記切り換え時のショック対策を図りつつ、簡易
な構成で精度の良い過給圧制御を行なうことができる過
給機付きエンジンの制御装置を提供することを目的とす
る。

（発明の構成） 本願発明は、 エンジンに対して並列に設けられたれ第１および第２
の排気通路と、 エンジンに対して並列に設けられたれ第１および第２
の吸気通路と、 タービンを第１の排気通路に備え、該タービンにより
駆動されるブロワを第１の吸気通路に備えて、エンジン
の第１および第２の運転領域でエンジンを過給する１次
側のターボ過給機と、 タービンを第２の排気通路に備え、該タービンにより
駆動されるブロワを第２の吸気通路に備えた２次側のタ
ーボ過給機と、 第２の排気通路と第２の吸気通路とにそれぞれ設けら
れて、第１の運転領域で閉作動されることにより２次側
のターボ過給機による過給を停止させ、かつ第２の運転
領域で開作動されることにより２次側のターボ過給機に
おける過給を行なわせる排気カット弁および吸気カット
弁と、 第１および２の排気通路を各タービンの上流側におい
て連通させる連通路と、 １次側のターボ過給機のブロワ下流側の過給圧が圧力
導管を通じて導入されるアクチュエータを備え、第１の
運転領域における過給圧が所定の第１の圧力値以上にな
ったときに、アクチュエータにより開作動されて、２次
側の過給機に予回転を与える排気を制御する排気洩らし
弁と、 上記１次側および２次側の過給機のタービンをバイパ
スするバイパス通路に設けられたウエストゲート弁を、
第２の運転領域における過給圧が所定の第２の圧力値以
上になったときに開作動させる制御手段と、 を備えていることを特徴とするものである。

上記ウエストゲート弁は、１次側の過給機のブロワ下
流側の過給圧に応動するアクチュエータにより駆動され
ることができる。

（発明の効果） 本発明によれば、１次側のターボ過給機のみにより過
給が行なわれている第１の運転領域において、１次側の
過給機のブロワ下流側の過給圧が所定の第１の圧力値以
上になったときに専用の排気洩らし弁が開くため、１次
側の過給機のブロワ下流側の過給圧を上記第１の圧力値
にコントロールしつつ、余剰の排気を２次側の過給機に
予回転を与えるのに利用でき、きわめて簡易な構成で、
予回転の促進と精度の良い過給圧制御を達成できる。

また、１次側および２次側のターボ過給機により過給
が行なわれている第２の運転領域においては、過給圧が
所定の第２の圧力値以上になったときにウエストゲート
弁が制御手段により開作動されるから、この運転領域に
おいても精度の良い過給圧制御を達成できるとともに、
エンジンの保護を図ることができる。

（実 施 例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例による過給機付エンジンを
概略的に示す図、第２図は本発明を実施したロータリピ
ストンエンジンの要部の構成を示す側面図である。第１
図において、エンジン１の排気ガスを排出する排気通路
２は、途中で分岐して２本の分岐排気通路2a、2bが形成
されている。また、エンジン１の吸入空気が流通する吸
気通路３は、吸入空気量を検出するエアフローメータ４
の下流側において分岐して２本の分岐吸気通路3a、3bが
形成され、インタークーラ５の上流側において合流して
いる。インタークーラ５の下流側の吸気通路３には、ス
ロットル弁６、サージタンク７および燃料噴射弁８が配
設されている。

上記２本の分岐排気通路2a、2bのうちの一方の分岐排
気通路2aには、排気ガスによって回転駆動されるタービ
ンTpが配設され、このタービンTpは、一方の分岐吸気通
路3aに配設されたブロワCpに回転軸Lpを介して連結され
ている。そしてこれらタービンTp、回転軸Lp、ブロワCp
を主要素として１次側過給機９が構成されている。同様
に、他方の分岐排気通路2bには、排気ガスによって回転
駆動されるタービンTsと配設されているとともに、他方
の分岐吸気通路3bにはブロワCsが配設され、これらター
ビンTpがブロワCsとが回転軸Lsによって連結されて２次
側過給機10を構成している。両分岐排気通路2a、2bはタ
ービンTp、Tsの下流側で合流している。なお、本実施例
では、１次側および２次側過給機をともにターボ過給機
で構成しているが、１次側過給機のみは前述したような
機械式過給機（スーパーチャージャ）で構成してもよ
い。

上記２次側の分岐排気通路2bには、タービンTsの上流
側において排気カット弁11が配設されている。この排気
カット弁11は、低回転域でこの分岐排気通路2bを閉じて
２次側ターボ過給機10のタービンTsへの排気ガスの供給
を遮断し、１次側ターボ過給機９のみを作動させるため
に設けられているものである。またこの２次側の分岐排
気通路2bは、上記排気カット弁11の上流側で連通路12を
介して１次側の分岐排気通路2aのタービンTpの上流側に
接続されている。上記連通部12は、排気洩らし弁13を配
設したバイパス通路14を介して、上記排気カット弁11と
タービンTsとの間の部位において上記分岐排気通路2bに
接続されており、上記排気洩らし弁13は、制御圧力導管
15が１次側ターボ過給機９のブロワCpの下流側において
分岐吸気通路3aに開口するダイヤフラム式アクチュエー
タ16によって操作されるようになっており、エンジン回
転数の上昇過程において、ブロワCpの下流側の過給圧P1
が所定の値（例えば500mmHg）以上になると、開作動さ
れ、これにより排気カット弁11が閉じているときに少量
の排気ガスがバイパス通路14を通じてタービンTsに供給
される。したがって、タービンTsが排気カット弁11の開
く以前に予め回転を開始して、排気カット弁11が開いた
ときのトルクショックを緩和するようになっている。さ
らに、上記連通路12は、ウエストゲート弁17を配設した
バイパス通路18を介して両タービンTp、Tsの下流側の排
気通路２に接続されている。なお、19、20は、排気カッ
ト弁11およびウエストゲート弁17をそれぞれ操作するダ
イヤフラム式アクチュエータであるが、これらのアクチ
ュエータの動作については後述することにする。

一方、２次側の分岐吸気通路3bには、ブロワCsの下流
側において吸気カット弁21が配設され、さらにブロワCs
をバイパスする通路22が設けられて、このバイパス通路
22にリリーフ弁23が配設されている。上記吸気カット弁
21は前述した排気カット弁11と同時に開閉されるように
ダイヤフラム式アクチュエータ24によって操作され、ま
た上記リリーフ弁23は、エンジン回転数の上記過程にお
いて、吸気カット弁21および排気カット弁11が開く時点
よりも少し前までバイパス通路22を開いていて、排気カ
ット弁11が閉じているときの排気洩らし弁13の開動作に
もとづくブロワCsの回転によってブロワCsと吸気カット
弁21との間における分岐吸気通路3bの圧力が上昇するの
を防止し、かつブロワCsが回転しやすいように設けられ
ているものであって、ダイヤフラム式アクチュエータ25
によって操作されるようになっている。

さらに、２次側の分岐吸気通路3bには、ブロワCsの直
上流においてエア通路47の一端が開口している。このエ
ア通路47と他端は、分岐吸気通路3a、3bの合流点とイン
タークーラ５との間の吸気通路部分に接続されている。
エア通路47にはエンジンの運転状態に応じて開閉される
エア供給弁48が配設されており、このエア供給弁48は、
少なくとも上記リリーフ弁23および上記吸気カット弁21
が閉じている運転領域において開作動されるように構成
されており、これにより、１次側ターボ過給機９のブロ
ワCpによって発生される過給圧P1が２次側ターボ過給機
10のブロワCsの直上流に供給され、ブロワCsの上流側の
圧力が上昇するようになっている。エア供給弁48はダイ
ヤフラム式アクチュエータ49によって作動される。

上記吸気カット弁21を作動するアクチュエータ24の制
御圧力導管26は電磁ソレノイド弁よりなる三方弁27の出
力ポートに接続されており、また排気カット弁11を作動
するアクチュエータ19の制御圧力導管28は同様に電磁ソ
レノイド弁よりなる三方弁29の出力ポートに接続されて
いる。さらにリリーフ弁23およびエア供給弁48をそれぞ
れ作動するアクチュエータ25および49の制御圧力導管30
および50は上述と同様の三方弁31および51の出力ポート
にそれぞれ接続されているが、ウエストゲート弁17を作
動するアクチュエータ20の制御圧力導管32のみは電磁ソ
レノイド弁よりなる二方弁33の出力ポートに接続されて
いる。これら電磁ソレノイド弁よりなる三方弁27、29、
31、51および二方弁33は制御回路35によって制御される
が、この制御回路35は、エンジン回転数Ne、吸入空気量
Qa、スロットル開度TVOおよび１次側ターボ過給機９の
ブロワCpの下流側の過給圧P1等の検出にもとづいて各電
磁ソレノイド弁を制御するようになっている。なお、制
御回路35は、１次側および２次側ターボ過給機９、10に
よって過給が行なわれる運転領域において、過給圧P1が
所定の圧力値を超えた場合は、二方弁33に信号を出力し
て二方弁33を開き、アクチュエータ20に過給圧P1を供給
してウエストゲート弁17を開弁させるようになってい
る。

上記５個の電磁ソレノイド弁のうち、三方弁27、29の
一方の入力ポートは大気に開放されており、他方の入力
ポートは導管36を介して互いに接続され、導管36にはス
ロットル弁６の下流の吸気負圧Pnがチェック弁37を介し
て導入されるようになっている。さらに上記導管36は、
導管38を介して巻圧検出弁39の出力ポートに接続されて
いる。この差圧検出弁39の一方の圧力検出ポートは、導
管41を介して吸気カット弁21の下流側に接続されて、１
次側ブロワCpの下流側の過給圧P1を導入するようになっ
ており、他方の圧力検出ポートは、導管42を介して吸気
カット弁21の上流側に接続されて、吸気カット弁21が閉
じているときの吸気カット弁21の上流側の圧力P2を導入
するようになっている。そして、この差圧検出弁39は圧
力P1、P2の圧力差が大きいときは開状態にあって大気を
導管38、37に導入しているが、差圧P2−P1が所定値±Δ
Ｐ以内になったとき閉じるようになっている。したがっ
て、差圧P2−P1が所定値±ΔＰよりも大きいときには、
三方弁27,29の切換位置の如何にかからず、アクチュエ
ータ24、19の制御圧力導管26、28に大気が導入されてい
るから、吸気カット弁21および排気カット弁11は分岐吸
気通路3bおよび分岐排気通路2bをそれぞれ閉じた状態に
あり、１次側のターボ過給機９のみが作動される。また
エンジンの低回転時には、制御回路35が三方弁27、29が
大気側に開かれるように制御しているので、この場合も
差圧P2−P1の値に関係なく吸気カット弁21および排気カ
ット弁11はともに閉状態にある。

一方、過給圧P1が上昇して差圧P2−P1が±ΔＰ以内に
なると、差圧検出弁39が閉じて導管36内への大気の導入
が遮断され、代りに導管36内へ吸気負圧Pnが導入される
とともに、制御回路35がエンジン回転数Ne、吸入空気量
Qa、スロットル開度TVOおよび過給圧P1の検出にもとづ
いて三方弁27、29を切換えてアクチュエータ24、19に吸
気負圧Pnを導入するから、吸気カット弁21および排気カ
ット弁11がともに開き、２次側のターボ過給機10が作動
される。第３図は、吸気カット弁21および排気カット弁
11の開閉状態を排気洩らし弁13、ウエストゲート弁17、
エア供給弁48およびリリーフ弁23の開閉状態とともに示
す制御マップで、この制御マップは制御回路35内に格納
されている。

また、三方弁31の一方の入力ポートも大気に開放さ
れ、他方の入力ポートはチェック弁43を介して導管36に
接続されており、エンジンが低回転のときは導管30に吸
気負圧Pnが導入されているため、リリーフ弁25がバイパ
ス通路22を開いているが、エンジン回転数Neの上昇過程
で、第３図に示すように、上記吸気カット弁21および排
気カット弁11が開く段階以前において、上記三方弁31が
制御回路35からの信号によって大気側に切換えられ、こ
れによりリリーフ弁25がバイパス通路22を閉じるように
なっている。同様に、三方弁51の一方の入力ポートも大
気に開放され、他方の入力ポートはチェック弁52を介し
て導管36に接続されており、第３図に示すように、少な
くともリリーフ弁23および吸気カット弁21が閉じている
運転領域においては、制御回路35からの信号によって三
方弁51が作動されて導管50に吸気負圧Pnが導入され、こ
れによりエア供給弁48が開作動されて過給圧P1がブロワ
Csの直上流に供給される。その他の運転領域では、導管
50に大気が導入されるように三方弁51が切換えられ、こ
れによりエア供給弁48が閉作動されてエア通路47を閉じ
るようになっている。さらに二方弁33の入力ポートに
は、アクチュエータ16の制御圧力導管15を通じて過給圧
P1が導入されるようになっており、エンジン回転数Neお
よびスロットル開度TVOが所定値以上でかつ過給圧P1が
所定値以上になったとき、制御回路35が二方弁33を開い
てアクチュエータ20に過給圧P1を導入し、これによりウ
エストゲート弁17がバイパス通路18を開くようになって
いる。

以上の説明で本発明による過給機付エンジンの制御装
置の実施例の構成およびその動作が明らかとなったが、
本実施例によれば、１次側のターボ過給機９のみにより
過給が行なわれている運転領域において、このターボ過
給機９のブロワC_Pの下流側の過給圧P1が所定の第１の圧
力値（例えば500mmHg）以上になったときに排気洩らし
弁13が開くため、過給圧P1を上記第１の圧力値にコント
ロールしつつ、余剰の排気を２次側のターボ過給機10に
予回転を与えるのに利用でき、しかも排気洩らし弁13
は、過給圧P1が導入されるアクチュエータ16に駆動され
て開弁するように構成されているから、きわめて簡易な
構成で、予回転の促進と精度の良い過給圧制御を達成で
きる。

また、１次側および２次側のターボ過給機９、10によ
り過給が行なわれている運転領域においては、過給圧P1
が所定の第２の圧力値以上になったときにウエストゲー
ト弁17が制御回路35により開作動されるから、この運転
領域においても精度の良い過給圧制御を達成できるとと
もに、エンジンの保護を図ることができる。

さらに本実施例においては、リリーフ弁23および吸気
カット弁21が閉じている運転領域においてエア供給弁48
が開作動されることにより、過給圧P1がエア通路47を通
じて２次側ターボ過給機10のブロワCsの直上流に供給さ
れるため、ブロワCsの上流側の圧力が上昇し、吸気カッ
ト弁21の閉時におけるサージングの発生を防止すること
ができる。

また、エア通路47の過給圧の流れにより、過給圧P1を
下げ過給圧P2を高めてその圧力差を小さくするように働
き、加速時における吸気カット弁21の開差動を早め、こ
れによりレスポンスを向上させることができる。

なお、両ターボ過給機９、10の回転軸Lp、Lsに対して
は、第２図に示すように、油路53、54を通じて潤滑油が
供給されるようになっているが、この潤滑油はエンジン
によって駆動されるオイルポンプから軸受部Lp、Lsに圧
送されるようになっているから、油圧はエンジン回転数
の上昇に伴って高くなる。そこで本実施例においては、
２次側ターボ過給機10に対する油路54の途中にチェック
弁55を設け、２次側ターボ過給機10のブロワCsが回転し
ない低回転領域では、上記チェック弁が油路54を閉じて
軸受部Lsへの給油を停止し、これにより潤滑油がブロワ
Cs内へ漏出するのを防止している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を概略的に示す図、第２図は本
発明を実施したロータリピストンエンジンの要部の構成
を示す側面図、第３図はその制御回路が備えている制御
マップである。 １……エンジン、２……排気通路 2a、2b……分岐排気通路 ３……吸気通路 3a、3b……分岐吸気通路 ４……エアフローメータ ９……１次側ターボ過給機 10……２次側ターボ過給機 11……排気カット弁、13……排気洩らし弁 16、19、20、24、25、49……ダイヤフラム式アクチュエ
ータ 21……吸気カット弁 27、29、31、51……三方弁 33……二方弁、35……制御回路 39……差圧検出弁、47……エア通路 48……エア供給弁、53、54……油路 55……チェック弁

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−70623（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−83454（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−25320（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−145328（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−107929（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−99637（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンに対して並列に設けられたれ第１
   および第２の排気通路と、 エンジンに対して並列に設けられたれ第１および第２の
   吸気通路と、 排気ガスによって駆動されるタービンを上記第１の排気
   通路に備え、上記タービンにより駆動されるブロワを上
   記第１の吸気通路に備えて、エンジンの第１および第２
   の運転領域でエンジンを過給する１次側の排気ターボ過
   給機と、 排気ガスによって駆動されるタービンを上記第２の排気
   通路に備え、上記タービンにより駆動されるブロワを上
   記第２の吸気通路に備えた２次側の排気ターボ過給機
   と、 上記第２の排気通路と上記第２の吸気通路とにそれぞれ
   設けられて、上記第１の運転領域で閉作動されることに
   より上記２次側の排気ターボ過給機による過給を停止さ
   せ、かつ第２の運転領域で開作動されることにより上記
   ２次側の排気ターボ過給機による過給を行なわせる排気
   カット弁および吸気カット弁と、 上記第１および２の排気通路を各タービンの上流側にお
   いて連通させる連通路と、 上記１次側の排気ターボ過給機のブロワ下流側の過給圧
   が圧力導管を通じて導入されるアクチュエータを備え、
   上記第１の運転領域における上記過給圧が所定の第１の
   圧力値以上になったときに、上記アクチュエータにより
   開作動されて、上記２次側の過給機に予回転を与える排
   気を制御する排気洩らし弁と、 上記１次側および２次側の過給機の排気タービンをバイ
   パスするバイパス通路に設けられたウエストゲート弁
   を、上記第２の運転領域における過給圧が所定の第２の
   圧力値以上になったときに開作動させる制御手段と、 を備えていることを特徴とする過給機付エンジンの制御
   装置。
2. 【請求項２】上記ウエストゲート弁は、上記１次側の過
   給機のブロワ下流側の過給圧に応動するアクチュエータ
   により駆動されることを特徴とする請求項１記載の過給
   機付エンジンの制御装置。