JP2967249B2 - 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】

【課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、本願の請求項１に係る発明では、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、給気管の内圧を検出する第１の圧
力センサと、排気管の内圧を検出する第２の圧力センサ
と、第１と第２の圧力センサの圧力を比較する圧力比較
手段と、該圧力比較手段の出力で第１の圧力センサの圧
力が第２の圧力センサの圧力よりも、掃気に必要な圧力
分だけ大きくなる迄上記回転電機を電動機駆動するコン
トローラと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が提供される。本
願の請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明に加
えて、前記圧力比較手段の出力で第１の圧力センサの圧
力が第２の圧力センサの圧力よりも大きく且つ第１の圧
力センサの検出値がエンジン運転で必要な掃気圧よりも
大きくなる迄エンジンのフライホイール部に取り付けら
れた永久磁石と固定子からなる発電機電力により上記回
転電機を電動機駆動し、前記条件以外には回転電機を発
電機としてその電力をバッテリ、蓄電器からなる電力蓄
電部に送電するコントローラと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
置が提供される。本願の請求項３に係る発明では、請求
項１に係る発明に加えて、圧力比較手段で第１と第２の
圧力センサの圧力を比較するとき、第１の圧力センサの
値に所定の補正値を付加させた値と第２の圧力センサと
を比較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が提供される。

【０００７】

【作用】エンジンの始動により給気圧（掃気圧）と排気
圧とを比較し、この比較で、給気圧が排気圧よりも高く
なるようにコントローラが回転電機を電動機駆動してコ
ンプレッサを動作させる。

【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。

【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。まず図示しない始動電動機
の回転によりエンジンが始動し回転軸１２が回転を始め
て、アイドリング回転しているものとする。エンジンの
回転と同時にコントローラ２０はタービン７、コンプレ
ッサ８、回転電機１０をエンジンの運転状況に応じて動
作させるＴＣＧ運転モードをとる（Ｓ１）。続いてコン
トローラ２０は、圧力センサ２２の信号Ｐｂを得て、給
気管９内の給気ブースト圧Ｐｂを検出し（Ｓ２）、更に
圧力センサ２３の出力を得て排気管６内の排気圧力Ｐｅ
を検出する（Ｓ３）。ステップＳ４で、給気ブースト圧
Ｐｂと排気圧力Ｐｅとを比較する（Ｓ４）。このとき、
掃気を完全に行なうため、給気ブースト圧Ｐｂを排気圧
力よりもΔＰ（補正値）だけ高い値とする。ステップＳ
４で給気ブースト圧Ｐｂが低いときは、Ｙルートからス
テップＳ５において、コントローラ２０は回転電機１０
を電動機運転し、コンプレッサ８の回転を助成して給気
ブースト圧Ｐｂが所定の値となる迄これを上昇させる。

【００１２】ステップＳ４において、給気ブースト圧Ｐ
ｂが高く、掃気が十分行なえる圧力であれば、Ｎルート
からステップＳ６に進む。このステップでは、コントロ
ーラ２０は、図には示されてはいないが、エンジンの回
転軸１２に設けられている回転計からの信号を受けて、
エンジンの回転数ｒｐｍを検出する。次にコントローラ
２０は、ステップＳ７で、ラック位置或いはアクセルペ
ダルの踏込量などから検出したエンジンの負荷信号Ｒａ
を検出する。更にステップＳ８において演算動作により
給気管９の理想的な空気圧Ｐｉｃすなわち掃気圧を求め
るとともに、理想的な排気圧力Ｐｅｃを求める。

【００１３】ステップＳ９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９のＹルートからステップ
１０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１１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、ループはステップＳ１にもどる。

【００１４】ステップＳ９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９
のＮルートからステップ１２に進み、コントローラ２０
は回転電機に印加している電力を減少させる。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Ｐ
ｂも低下する。そして、ステップＳ１３でＰｂとＰｉｃ
とを比較し、ＰｂがＰｉｃより大きければループはステ
ップ１にもどる。また、ＰｂがＰｉｃより小さければル
ープはステップＳ１０に飛んで、給気ブースト圧Ｐｂを
上昇させ、固定子１７から得られる電力或いは蓄電部１
９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１１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を超える所定値になる迄過給する。

【００１５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
給気管の内圧を検出する第１の圧力センサと、排気管の
内圧を検出する第２の圧力センサと、第１と第２の圧力
センサの圧力を比較する圧力比較手段と、該圧力比較手
段の出力で第１の圧力センサの圧力が第２の圧力センサ
の圧力よりも排気に必要な圧力分だけ大きくなる迄上記
回転電機を電動機駆動するコントローラとを具備してい
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

Claims (3)

(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、給気管の内圧を検
   出する第１の圧力センサと、排気管の内圧を検出する第
   ２の圧力センサと、第１と第２の圧力センサの圧力を比
   較する圧力比較手段と、該圧力比較手段の出力で第１の
   圧力センサの圧力が第２の圧力センサの圧力よりも、掃
   気に必要な圧力分だけ大きくなる迄上記回転電機を電動
   機駆動するコントローラと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】前記圧力比較手段の出力で第１の圧力セン
   サの圧力が第２の圧力センサの圧力よりも大きく且つ第
   １の圧力センサの検出値がエンジン運転で必要な掃気圧
   よりも大きくなる迄エンジンのフライホイール部に取り
   付けられた永久磁石と固定子からなる発電機電力により
   上記回転電機を電動機駆動し、前記条件以外には回転電
   機を発電機としてその電力をバッテリ、蓄電器からなる
   電力蓄電部に送電するコントローラとを具備することを
   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。
3. 【請求項３】圧力比較手段で第１と第２の圧力センサの
   圧力を比較するとき、第１の圧力センサの値に所定の補
   正値を付加させた値と第２の圧力センサとを比較するこ
   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。