JP2909682B2 - ターボチャージャ付き２サイクルエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボチャージャ付き
２サイクルエンジンの制御装置に関し、特に掃気圧を容
易に得ることができるターボチャージャ付き２サイクル
エンジンの制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】２サイクルエンジンは、４サイクルエン
ジンに比べて構造が簡単であり、かつ同一排気量で低速
回転時には４サイクルエンジンよりも高い出力が得られ
るなどいくつかの良い点はあるが、２サイクルエンジン
は４サイクルエンジンのように排気行程を欠くため、排
気バルブが開いたとき、気筒内に新気を送り込んで燃焼
ずみの気体を外部に排出する何等かの掃気システムが必
要となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記掃気システムの一
つとしてクランク掃気システムがある。このシステムは
クランク軸の回転に伴ってポンプによりクランク室に新
気を圧縮して溜めておきピストンが下方に降下したとき
クランク室から圧縮空気を燃焼室に送り込んで燃焼室の
燃焼ずみ気体を排気するものである。このシステムは、
空気が一旦クランク室に送り込まれるため、クランク室
内で霧状になって浮遊している潤滑油が新気と一緒に燃
焼室内に送り込まれ、燃焼行程時にこの潤滑油が一部ハ
イドロカーボン化して、これが外気中に排気されて大気
汚染の原因の一つとなる。

【０００４】掃気用圧縮空気を作るためのコンプレッサ
をエンジンに付属させて、このコンプレッサにて得られ
る高圧空気を直接燃焼室の中に送り込んで、前記のよう
な燃焼室内への潤滑油ミストの混入を防止する方法もあ
るが、コンプレッサ仕事が増大し、フリクションが大き
くなるので燃費が悪くなるという欠点がある。

【０００５】本発明は、上述のような従来の欠点を解決
しようとするものであり、その目的は、２サイクルエン
ジンにおいて、簡単な構造で掃気圧を作成することがで
きるようなターボチャージャ付き２サイクルエンジンの
制御装置を提供することにある。

【０００６】

【問題を解決するための手段】上述のような発明の目的
を達成するために本発明は、エンジンの給気管に設けら
れたコンプレッサと排気管に設けられたタービンとを結
合する回転軸に回転電機の回転子を固定したターボチャ
ージャ付き２サイクルエンジンの制御装置において、前
記エンジンの回転軸に結合されたフライホイールの外周
には複数個の永久磁石を配置するとともに、該永久磁石
と対向し前記フライホイール外周の一部分に位置する固
定子コイル付きの固定子を配設した発電機と、電力を蓄
電する蓄電部と、エンジンの負荷状態を検出する手段
と、エンジンの負荷状態を軽負荷状態と重負荷状態とに
分け、軽負荷時には前記発電機からの電力により回転電
機を電動機駆動させ、重負荷時には蓄電部と発電機から
の電力により前記回転電機を電動機駆動せしめるコント
ローラを具備することを特徴とするターボチャージャ付
き２サイクルエンジンの制御装置を提供する。

【０００７】

【作用】エンジンの負荷状態を軽負荷状態と重負荷状態
とに分け、軽負荷時には前記発電機からの電力により回
転電機を電動機駆動させ、重負荷時には蓄電部と発電機
からの電力により前記回転電機を電動機駆動せしめる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の一実施例を、図面を用いて詳
細に説明する。図１は、本発明にかかるターボチャージ
ャ付き２サイクルエンジンの制御装置を示すブロック構
成図である。図１において、１はシリンダであり、上部
に排気バルブ３が設けられている。図１に示されてはい
ないが、シリンダ１の上方に排気バルブ３を駆動するカ
ム機構を設けており、燃焼室４内で燃料が燃焼してピス
トン５が上死点から下降を始め、下死点付近迄到達した
とき排気バルブ３が開いて排気ガスの一部が排気バルブ
３から排気管６を通ってタービン７方向に流れ出る。２
はコンプレッサ８にて圧縮された掃気圧をシリンダ１の
側壁にあけられた掃気孔９に送り込む給気管である。そ
して、ピストン５が下死点に至ったとき、掃気孔９は燃
焼室４に通じ、排気バルブ３が開いたとき、給気管２よ
り燃焼室４内に新気が送り込まれ、ユニフロー式に掃気
が行なわれる。

【０００９】図１において、１０は回転電機であり、タ
ービン７とコンプレッサ８とを連結している回転軸１１
にその回転子が結合されている。１２はエンジンの回転
軸であり、ピストン５の回転力はコンロッド１３とクラ
ンク１４により回転軸１２に伝達される。回転軸１２に
はフライホイール１５が固定されている。フライホイー
ル１５の外周には６０度ごとに永久磁石１６が取付けら
れている。１７は、前記永久磁石１６の外周に配置され
た固定子であり、その詳細は後に述べる。１８は整流
器、１９は蓄電部であり、鉛バッテリおよび３０００フ
ァラッド程度の静電容量を持った蓄電器からなってい
る。２０はコントローラであり、内部にマイクロコンピ
ュータからなる制御部を持っているほか、固定子１７か
ら送られてくる発電電圧から回転軸１２の回転数を演算
する回転検出部、整流器１８や蓄電部１９からの直流電
圧を必要な周波数の交流電圧に変換して回転電機１０に
印加するインバータ、回転電機１０により発電された交
流電圧を直流に変換して蓄電部１９に送る整流制御部、
短時間の内に蓄電器に蓄えられた電荷を所定の電圧迄上
昇せしめて鉛バッテリへ順次送り込む電源制御部、回転
電機１０を、エンジンの負荷の状態に応じて電動機運転
とし、また発電機運転とする回転電機制御部などを備え
ている。２１は燃焼室４に燃料を噴射するノズル、２２
は給気管２内の空気圧力を検出する圧力センサ、２３は
排気管６内の排気圧を検出する。２４はアクセルペダル
であり、該アクセルペダル２４からはコントローラ２０
にアクセルペダル踏込量信号ａｃｃが入力される。

【００１０】図２は永久磁石１６と固定子１７との位置
関係を示した概念図である。固定子１７は２つの極を持
ったコアに捲線を施した３つの捲線部ａ，ｂ，ｃを持
ち、回転軸１２から見て捲線部ａの左端から捲線部ｃの
右端までの角度は６０度である。各捲線の一方端は共通
接続されてコントローラ２０に接続されており、各捲線
の他方端はそれぞれ整流器１８の整流素子Ｄ１，Ｄ２，
Ｄ３に接続されている。フライホイール１５の外周には
Ｎ極とＳ極を持った永久磁石１６が、回転軸１２からみ
て６０度の間隔で配設され、各永久磁石の極のスパンは
捲線部の極と同じである。

【００１１】次に、本発明の動作を、図３に示すフロー
チャートを用いて説明する。車両の走行中に、ステップ
Ｓ１でコントローラ２０はアクセルペダル２４の踏込量
ａｃｃを検出する。ステップＳ２において、車両の加速
度αを検出する。ステップＳ３においては、前のステッ
プＳ２で検出した車両の加速度αと、予め定めておいた
標準の加速度αＡとを比較する。加速度αが標準の加速
度αＡよりも大きいときは、車両が急速に速度を上昇し
ているときであるので、Ｙルートを経てステップＳ４、
Ｓ５に進み、コントローラ２０内に設けられたインバー
タをフル運転させて回転電機１０に電力を供給してこれ
を全負荷運転し、コンプレッサ８をフル駆動するととも
に、固定子１７からの発電電力を、整流器１８とコント
ローラ２０を介して回転電機１０及び（叉は）蓄電部１
９に供給する。

【００１２】ステップＳ６では、エンジンの回転軸１２
に取付けられた（図には示されてはいないが）回転計か
らエンジンの回転数を検出し、その信号ｒｐｍは、コン
トローラ２０に入力される。ステップＳ７では、アクセ
ルペダル２４の踏込量或いはエンジンに燃料を供給する
ラックの位置などからコントローラ２０はエンジンの負
荷Ｌを検出する。ステップＳ８において、コントローラ
２０はエンジンの回転数、エンジンの負荷及び圧力セン
サ２３からの信号により求められる排気圧力から、現在
の必要空気圧Ｐｉｃを計算し、ステップＳ９では圧力セ
ンサ２２の信号を受けて、給気ブースト圧Ｐｂを検出
し、ステップ１０において、給気ブースト圧Ｐｂと現在
の必要空気圧Ｐｉｃとを比較する。そしてＰｂよりもＰ
ｉｃの方が大きいときは、ブースト圧が不足しているこ
とになるので、Ｙルートを経てステップＳ１１で回転電
機１０に電力を更に追加供給し、コンプレッサ８からの
掃気圧を高める。ＰｂよりもＰｉｃの方が小さくなった
ならば、Ｎルートを経てステップＳ１２に至り、回転電
機１０への電流供給を所定量ΔＩだけ減じ、ステップＳ
１の入力端に戻る。

【００１３】ステップＳ３に戻って、前のステップＳ２
で検出した車両の加速度αと、予め定めておいた標準の
加速度αＡとを比較して、加速度αが標準の加速度αＡ
よりも小さいときは、車両が大きな負荷を背負っている
ときである。そしてＮルートを通ってステップＳ１３に
至る。ステップＳ１３では、ステップＳ７と同様な手段
で車両のエンジン負荷Ｌを検出する。ステップＳ１４で
は、前のステップＳ１３で検出した車両のエンジン負荷
Ｌと、予め定めておいた標準のエンジン負荷Ｌａとを比
較する。エンジン負荷Ｌが予め定めておいた標準のエン
ジン負荷Ｌａに満たないときには、車両に掛かる負荷が
重負荷でないと判断して、Ｎルートを経てステップＳ１
５に至り、固定子１７から得られる電力だけで回転電機
１０を電動機駆動し、ステップＳ１の入力端に戻る。ス
テップＳ１４の比較において、エンジン負荷Ｌが予め定
めておいた標準のエンジン負荷Ｌａよりも大きいときに
は車両に掛かる負荷が重負荷であると判断して、Ｙルー
トを経てステップＳ１６に至り、蓄電部１９から回転電
機１０に電力を供給するばかりでなく、ステップＳ１７
において固定子１７から得られる電力をも回転電機１０
に電力を供給してこれを電動機駆動し、給気管２内の空
気圧を上昇せしめる。

【００１４】その後、ステップＳ１８において、コント
ローラ２０はステップＳ６、Ｓ７と同様な手法によりエ
ンジンの負荷とエンジンの回転数とを検出し、ステップ
Ｓ１９では、ステップＳ８と同様にして、必要ブースト
圧Ｐｉｃを計算する。ステップＳ２０では、圧力センサ
２２からの実際の圧力（Ｐｂ）と演算された理想的な圧
力Ｐｉｃに前記補正値ΔＰを加えた値とを比較し、実際
の圧力Ｐｂが少ない場合には、ステップ２０のＹルート
からステップ２１に進み、固定子１７から得られる電力
或いは蓄電部１９からの電力をコントローラ２０が回転
電機１０にトランスファーし、回転電機１０を電動機と
して作用させてコンプレッサ８を駆動しステップ２０で
給気管９内の空気圧（給気ブースト圧）Ｐｂが計算され
た理想的な圧力Ｐｉｃ＋補正値ΔＰを超える所定値にな
る迄過給する。この動作により給気管９内の空気圧は上
昇して円滑な掃気ができる。

【００１５】ステップＳ２０において、圧力センサ２２
からの実際の圧力すなわち給気ブースト圧Ｐｂと演算さ
れた理想的な圧力Ｐｉｃに前記補正値ΔＰを加えた値と
を比較し、実際の圧力Ｐｂが大きい場合には、ステップ
２０のＮルートからステップ２２に進み、コントローラ
２０は回転電機に印加している電流をΔＩだけを減少さ
せる。このため、コンプレッサ８の出力も減少し、給気
ブースト圧Ｐｂも低下する。そして、ステップＳ２３で
ＰｂとＰｉｃとを比較し、ＰｂがＰｉｃより小さければ
Ｙルートを通りループはステップ１にもどる。また、Ｐ
ｂがＰｉｃより依然として大きければＮルートを通りル
ープはステップＳ２２に飛んで、給気ブースト圧Ｐｂを
下降させ、ステップ２３に進む。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
エンジンの回転軸に結合されたフライホイールの外周に
は複数個の永久磁石を配置するとともに、該永久磁石と
対向し前記フライホイール外周の一部分に位置する固定
子コイル付きの固定子を配設した発電機と、電力を蓄電
する蓄電部と、エンジンの負荷状態を検出する手段と、
エンジンの負荷状態を軽負荷状態と重負荷状態とに分
け、軽負荷時には前記発電機からの電力により回転電機
を電動機駆動させ、重負荷時には蓄電部と発電機からの
電力により前記回転電機を電動機駆動せしめるコントロ
ーラを具備しているので、ターボチャージャ付き２サイ
クルエンジンにおいて、掃気圧を得るための特別なコン
プレッサを必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置実施例のブロック図

【図２】回転電機部分の部分拡大図

【図３】本発明の動作を示すフローチャート

【符号の説明】

１・・・シリンダ ２・・・給気管 ３・・・排気バルブ ４・・・燃焼室 ５・・・ピストン ６・・・排気管 ７・・・タービン ８・・・コンプレッサ ９・・・掃気孔 １０・・回転電機 １１・・回転軸 １２・・回転軸 １３・・コンロッド １４・・クランク １５・・フライホイール １６・・永久磁石 １７・・固定子 １８・・整流器 １９・・蓄電部 ２０・・コントローラ ２１・・ノズル ２２・・圧力センサ ２３・・圧力センサ ２４・・アクセルペダル

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの給気管に設けられたコンプレッ
   サと排気管に設けられたタービンとを結合する回転軸に
   回転電機の回転子を固定したターボチャージャ付き２サ
   イクルエンジンの制御装置において、前記エンジンの回
   転軸に結合されたフライホイールの外周には複数個の永
   久磁石を配置するとともに、該永久磁石と対向し前記フ
   ライホイール外周の一部分に位置する固定子コイル付き
   の固定子を配設した発電機と、電力を蓄電する蓄電部
   と、エンジンの負荷状態を検出する手段と、エンジンの
   負荷状態を軽負荷状態と重負荷状態とに分け、軽負荷時
   には前記発電機からの電力により回転電機を電動機駆動
   させ、重負荷時には蓄電部と発電機からの電力により前
   記回転電機を電動機駆動せしめるコントローラを具備す
   ることを特徴とするターボチャージャ付き２サイクルエ
   ンジンの制御装置。
2. 【請求項２】エンジンの重負荷、軽負荷の状態をアクセ
   ル踏量とフライホイールに付設した回転子の速度を演算
   した車両の加速度により検出することを特徴とする請求
   項（１）記載のターボチャージャ付き２サイクルエンジ
   ンの制御装置。