JPH01208518A - マルチターボ過給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数のターボチャージャを備えたマルチターボ
過給装置に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕小容
量の複数のターボチャージャを備え、低負荷低回転域で
は第１番目のターボチャージャを作動させ、負荷及び回
転数の増加とともに複数個のターボチャージャを作動さ
せることにより、エンジンの全運転域で畜い過給効率を
得ることのできるマルチターボ過給装置が開発されてい
る（特開昭５９−６８５２１号公報参照）。

しかし、このような従来のマルチターボ過給装置では、
低負荷低回転運転から高負荷運転した場合、例えば定常
走行からの加速時の場合において、単一ターボチャージ
ャ作動から複数ターボチャージャ作動に即座に切り換わ
るため、ターボチャージャ回転数の立ち上がりが遅れ加
速性が悪化するという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑み、定常走行からの加速時にお
いても加速性を改善することのできるマルチターボ過給
装置を提供することを目的とする。

なお、特開昭６１−１１２７３４号公報には、単一のタ
ーボチャージャを除いた残りの複数のターボチャージャ
の排気タービンより下流の各分岐排気路に流量調節弁を
それぞれ介装し、この調節弁を所定過給圧で開弁させる
マルチターボ過給装置が開示されているが、このような
装置では上記問題点を解決することができない。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明によれば、第１図に示
されるように、複数のターボチャージャ１１０を備えた
マルチターボ過給装置において、エンジンの運転状態を
検出してその運転状態から単一のターボチャージャ作動
域か複数のターボチャージャ作動域か判定する作動域判
定手段１１１と、この作動域判定手段１１１の判定によ
って単一のターボチャージャ又は複数のターボチャージ
ャを作動させる制御手段１１２と、前記エンジンが加速
運転か否か判定する加速判定手段１１３とを備え、前記
制御手段１１２は、前記作動域判定手段１１１により複
数のターボチャージャ作動域と判定されても、前記加速
判定手段１１３により加速運転と判定された場合には、
少なくとも所定期間単一のターボチャージャだけを作動
させるよう構成されていることを特徴とするマルチター
ボ過給装置が提供される。

〔実施例〕

この発明の第１実施例を示す第２図において、１０はシ
リンダブロック、１２はピストン、１４はコネクティン
グロッド、１６はシリンダヘッド、１８は燃焼室、２０
は吸気弁、２２は吸気ボート、２４は排気弁、２６は排
気ポート、２８は点火栓、３０は吸気マニホルド、３２
はサージタンク、３３はスロットル弁、３４はエアーフ
ローメータ、３５はスロットル弁位置センサ、３６はエ
アークリーナ、３日は排気管、３９は燃料噴射用のイン
ジェクタである。吸気管圧力センサ３１は、サージタン
ク３２内の圧力から吸気管圧力を検出し、ディストリビ
ュータ１９に取付けられたクランク角センサ３７は、エ
ンジン回転数を検出する。又、駆動軸に取付けられた車
速センサ４１は車速を検出する。

第１ターボチヤージヤ４０はコンプレッサ４０ａとター
ビン４０ｂとを備えている。コンプレッサ４０ａはその
軸方向中心人口がエアーフローメータ３４の下流の吸気
導管４４に接続され、接線方向出口が吸気導管４６に接
続される。タービン４０ｂは接線方向入口が排気管３８
に接続され、軸方向出口が排出管４８に接続される。

第２ターボチヤージヤ４２はコンプレッサ４２ａとター
ビン４２ｂとを備えている。コンプレッサ４２ａはその
軸方向中心入口が吸気導管５０に接続され、接線方向出
口が吸気導管５２に接続される。

吸気導管５０は、電磁弁５１を介して吸気導管４４に接
続される。タービン４２ｂは接線方向入口が排気導管５
４に接続され、軸方向出口が排出管４８に接続される。

排気導管５４は、電磁弁５６を介して排気管３８に接続
される。

第１ターボチヤージ中４０は第２ターボチヤージヤ４２
に比較して小容量である。

第１ターボチヤージ中４０のタービン４０ｂを迂回して
バイパス通路５日が設置され、バイパス通路５８にバイ
パス制御弁（所謂ウェイストゲート弁）６０が設置され
、同ウェイストゲート弁６０はリンク機構６２を介して
ダイヤフラム式のアクチュエータ６４に連結される。ア
クチュエータ６４は、圧力導管６６を介して吸気導管４
６に接続され、第１ターボチヤージヤ４０のコンプレッ
サ４０ａからの過給された空気の圧力を受けて、過給圧
力が設定値を越えるとバイパス通路５８を開放し、過給
圧の上限をその設定値に維持するという周知の役目をす
る。同様に第２ターボチヤージ中４２のタービン４２ｂ
を迂回してバイパス通路７４が設置され、バイパス通路
７４にウェイストゲート弁７６が設置され、同ウェイス
トゲート弁７６はリンク機構７８を介してダイアフラム
式アクチュエータ８０に連結される。アクチェエータ８
０は、圧力導管８Ｊ２を介して吸気導管５２に接続され
、第２ターボチヤージヤ４２のコンプレッサ４２ａから
の過給された空気の圧力を受けて、過給圧力が設定値を
越えるとバイパス通路７４を開放し、過給圧の上限をそ
の設定値に維持する。

インタクーラ６８は過給によって高められた吸入空気の
温度を降下させるためのものである。インタクーラ６８
は二つの空気人口６８ａ、６８ｂを有し、前者は吸気導
管４６に接続され、後者は第２ターボチヤージヤ４２の
コンプレッサ４２ａへの吸気導管５２に接続される。イ
ンタクーラ６８は出口６８ｃを有し、同出口６８ｃは導
管７２を介してサージタンク３２に接続される。インタ
クーラ６８は入口６８ａとλロ６８ｂから出口６８ｃに
向かう吸入空気流と熱交換することで、その吸入空気流
の温度を低下させる熱交換部６８ｄを持つが、この熱交
換部６８ｄは空冷でも水冷でもどちらでもよい。

電磁弁５１および５６は電圧がＯＮされると開き、ＯＦ
Ｆされると閉じる。

第２図において、制御回路９０は、運転状態を検出する
各センサからの信号によって、燃料噴射制御、電磁弁５
１及び５６の切り換えによる過給制御並びにその他のエ
ンジン制御、例えば点火時期制御を実行するもので、実
施例ではマイクロコンピュータシステムとして構成され
る。第３図は制御回路９０の構成をブロックダイヤグラ
ムによって示すものである。制御回路９０は中央処理装
置９２と、アナログ信号用の入力インタフェース回路９
４とディジタル信号用の入力インタフェース回路９６と
、＾／Ｄコンバータ９８と、出力インタフェース回路１
００とを具備する。入力インタフェース回路９４には種
々のセンサからのアナログ信号が印加される。第２図は
それらのセンサのうちエアフローメータ３４（３４ｂは
その出力部を示す）、吸気管圧力センサ３１、スロット
ル弁位置センサ３５が図示される。入力インタフェース
回路９６には種々のセンサからのデジタル信号が人力さ
れる。第２図にはこれらのセンサのうちクランク角セン
サ３７、車速センサ４１が図示される。出力インタフェ
ース回路１００は各気筒のインジェクタ３９に接続され
、所定のクランク軸タイミングにおいて燃料噴射が実行
される。また、電磁弁５１゜５６に作動信号が印加され
、この発明に従って２段ターボチャージ中４０．４２の
作動が制御される。尚、この発明は実施例のように燃料
噴射内燃機関にその応用が限定されず、気化器式の内燃
機関にも応用することができる。また、ディーゼル機関
であってもよい。

以上のように構成された本実施例の動作を以下、に説明
する。第２図は低・中負荷域即ち加速前の状態を示して
いる。エアフローメータ３４の出力信号から求められる
吸入空気量、スロットル弁位置センサ３５の出力信号か
ら求められるスロットル弁３３の開度、クランク角セン
サ３７の出力信号から求められるエンジン回転数を予め
記憶された値と比較して、現在のエンジン運転状態が高
負荷運転が否か判断される。第２図では高負荷運転でな
いため、制御回路９０から電磁弁５１．５６に開弁信号
が送出されずこれら電磁弁５１．５６は閉じている。低
・中負荷域においては、燃焼室１８から排出される排気
ガス量は少ないため第１ターボチヤージヤによる吸気導
管４６内の過給圧はアクチエエータ６４の設定値以下で
あり、ウェイストゲート弁６０は閉じている。したがっ
て燃焼室１８より排気管３８に排出された排気ガスの全
量は第１ターボチヤージ中４０のタービン４０ｂを回転
させて排出管４８へ流れる。そして、タービン４０ｂに
連結されたコンプレッサ４０ａの回転により、吸入空気
は吸気導管４４から吸気導管４６、導管７２、サージタ
ンク３２、吸気マニホルド３０を介して燃焼室１８に圧
送される。第１ターボチヤージヤ４０は、比較的小容量
であり、排気ガス量の少ないエンジンの低負荷低回転域
においても作動し、その過給圧は比較的高く保たれる。

第４図は、アクセルペダルを踏み込んで加速しはじめた
時の状態を示す、前述と同様の動作によってエンジン運
転状態が判定され、第４図では高負荷と判定される。こ
のとき、単一ターボチャージ中作動から複数ターボチャ
ージ中作動に即座に切り換えないで、エンジンが加速運
転状態か否か判定される。加速運転か否かは、エアフロ
ーメータ３４の出力信号から求められる吸入空気量の変
化量、スロットル弁位置センサ３５の出力信号から求め
られるスロットル弁３３の開度の変化量、吸気管圧力セ
ンサ３１の出力信号から求められる吸気管内圧力の変化
量のいずれか一つ以上を予め記憶された値と比較して判
定される。第４図では、加速運転と判定されるため、所
定時間経過するまでは、電磁弁５１．５６に開弁信号が
送出されず、したがって電磁弁５１．５６は閉じている
。このため排気ガスは第１ターボチヤージヤ４０のター
ビン４０ｂにだけ供給され、第２ターボチヤージヤ４２
には供給されない。そして、燃焼室１８から多量の排気
ガスが排出されるため、第１ターボチヤージヤによる吸
気導管４６内の過給圧はアクチュエータ６４の設定値以
上となり、ウェイストゲート弁６０が開き、排気ガスの
一部がバイパスされることとなる。

このように高負荷と判定され複数ターボチャージャ作動
領域となっても、加速中と判定された場合、複数のター
ボチャージャ４０．４２を作動せず小容量のターボチャ
ージ中４０だけを作動させることにより、定常走行から
加速をする場合においても、ターボチャージャ４０は回
転の立上りが早く、加速性を向上させることができる。

そして例えば加速運転と判定された時点から１０秒経過
した時点で、制御回路９０から電磁弁５１゜５６に開弁
信号を送出し、電磁弁５１．５６を開弁させる。この状
態を第５図に示す、燃焼室１８からの排気ガスは排気導
管５４を介して第２ターボチヤージヤ４２のタービン４
２ｂにも供給され、第２ターボチヤージヤ４２も作動し
はじめる。そして、吸気導管５０．５２からも空気が過
給されることになる。吸気導管５２内の過給圧が設定値
以上になると、ウェイストゲート弁７６が開いて過給圧
の上限をその設定値に維持する。

このように加速開始から１０秒経過した時点では、第１
ターボチャージャ４００回転は十分立ち上がっており、
また高負荷域において排気ガス量が増大し、第２ターボ
チヤージ中４２に排気ガスが分流しても、第１ターボチ
ヤージヤ４０を作動させる排気ガス量はそれまでとあま
り変わらず、その過給圧は依然高く保たれる。また、第
２ターボチヤージヤ４２の容量も適当な大きさとされ、
第２ターボチヤージヤ４２の過給圧も高く保たれ、高い
エンジン出力を得ることができる。

次に上記実施例を実行するためのフローチャートを第６
図に示す、ステップＳｌでは各センサからの信号が入力
され、ステップＳ２では各センサの信号状態より現在の
運転状態が把握される。ステップＳ３では把握された運
転状態が高負荷域か否か判定される。否定判定された場
合、ステップＳ４に進んで電磁弁５１．５６をｏｐｐ　
ｔ、、第１ターボチヤージヤ４０だけを作動させ、ステ
ップＳ５に進む。ステップＳ３で肯定判定された場合、
ステップＳ６に進んで電磁弁５１．５６がＯＦＦか否か
判定される。否定判定の場合、すなわち複数ターボチャ
ージャ４０．４２が作動している場合、ステップＳ７に
進んで電磁弁５１．５６をＯＮのままとし、複数ターボ
チャージャ４０．４２の作動を維持する。ステップＳ６
で肯定判定された場合、すなわち単一ターボチャージャ
４０だけが作動している場合、ステップＳ８に進んで加
速か否か判定される。加速でない場合、ステップＳ７に
進んで、第２ターボチヤージヤ４２も作動させ、複数タ
ーボチャージャ４０．４２作動に切り換える。ステップ
Ｓ８で加速と判定された場合、ステップＳ９に進み、加
速開始から所定時間例えば１０秒経過したが否か判定さ
れる。所定時間経過前であれば、ステップＳ４に進み、
電磁弁５１．５６はＯＦＦのままとされる。

すなわち、高負荷域であっても、加速開始から所定時間
経過するまでは、単一ターボチャージャ４０作動から複
数ターボチャージャ４０．４２作動に切り換えられない
、所定時間経過するとステップＳ７に進み、複数ターボ
チャージャ４０．４２作動に切り換えられる。ステップ
Ｓ５は燃料噴射時期。

量の算出を示し、ステップ３１０はインジェクタ３９へ
の燃料噴射信号の出力を示す。

次に第７図を参照して第２の実施例について説明する。

第１の実施例では、エンジン負荷状態の判定と、加速の
判定によって単一ターボチャージャ作動から複数ターボ
チャージ中作動に切り換えを行なったが、第２実施例で
は、これらにさらにエンジン回転数の判定を加えてター
ボチャージャの作動切り換えを行なうものである。なお
第２実施例のハード構成は第１実施例と同様であるため
、その説明を省略する。

エンジン回転数がＮａ以下の低速域においては、エンジ
ン負荷にかかわらず単一ターボチャージャ４０だけを作
動する。エンジン回転数がＮａを越えかつＮｂ未溝の中
速域において、低・中負荷域では単一ターボチャージ中
４０だけを作動する。

高負荷域では、加速状態でない場合は複数のターボチャ
ージャ４０．４２を作動させ、加速状態の場合、所定時
間経過後単一ターボチャージャ４０作動から複数ターボ
チャージャ４０．４２作動に切り換える。

エンジン回転数がＮｂを越える高速域では、エンジン負
荷にかかわらず複数のターボチャージャ４０゜４２を作
動させる。ここで回転数Ｎａ、Ｎｂは、例えば３０００
ｒｐ＠、　５０００ｒｐｍ＋である。

このような動作を実行するためのフローチャートを第８
図に示す。ステップＳ１１．　Ｓ１２は第１実施例と同
様である。ステップ３１３ではエンジン回転数がＮａを
−えるか否か判定される。否定判定の場合、ステップＳ
１４に進み電磁弁５１．５６をＯＦＦし、単一ターボチ
ャージャ４０だけを作動させる。

ステップ３１３で肯定判定の場合、ステップ３１５に進
みエンジン回転数がＮｂを越えるか否か判定される。肯
定判定の場合ステップＳ１６に進み電磁弁５１、５６を
ＯＮ　Ｌ、複数のターボチャージ中４０．４２を作動さ
せる。否定判定の場合、ステップ３１７に進み高負荷域
か否か判定される。否定判定の場合ステップ３１４に進
み、電磁弁５１．５６をｏｐｐする。

肯定判定の場合ステップＳ１８に進み、電磁弁５１゜５
６がＯＦＦか否か判定される。否定判定の場合、ステッ
プＳ１６に進み、電磁弁５１．５６をＯＮに維持する。

肯定判定の場合ステップ３１９に進み加、速か否か判定
される。加速でなければ、ステップ３１６に進み電磁弁
５１．５６をＯＮに切り換える。加速と判定されれば、
ステップ３２０に進み、加速開始から所定時間経過した
か否か判定される。所定時間経過前であれば、ステップ
３１４に進み電磁弁５１．５６をＯＦＦのまま維持する
。所定時間経過するとステップ３１６に進み、電磁弁５
１．５６をＯＮにする。ステップ３２１．３２２は第１
実施例と同様である。

以上のように第２実施例によれば、第１実施例に比べ、
エンジン運転状態に応じて、よりきめ細かい過給装置の
制御が可能である。

次に第９図を参照して第３の実施例について説明する。

なお第３実施例のハード構成は第１実施例と同様である
ため、その説明を省略する。第１実施例および第２実施
例では、加速と判定された場合、所定時間経過すると、
単一ターボチャージャ作動から複数ターボチャージャ作
動に切り換えるが、第３実施例では加速中と判定されて
いる間、複数ターボチャージャ作動べの切り換えを禁止
することとしている。ステップ５３１から３３６は、第
８図の第２実施例のステップＳｌｌから３１３．　Ｓ１
５゜Ｓ１７．　３１８と同様であ−る。ステップＳ３７
で加速中か否か判定される。加速中の判定は、車速セン
サ４１の出力信号から求められる車速の変化量、エアフ
ローメータ３４の出力信号から求められる吸入空気量の
変化量、スロットル弁位置センサ３５の出力信号から求
められるスロットル弁３３の開度の変化量、クランク角
センサ３７の出力信号から求められるエンジン回転数の
変化量などのいずれか１つ以上を予め記憶された値と比
較しで判定される。加速中と判定されると、ステップ３
３８に進み電磁弁５１．５６をｏｐｐ　ｔ、続ける。一
方、加速中でないと判定されると、ステップＳ３９に進
み電磁弁５１．５６をＯＮにする。ステップ５４０．３
４１は第２実施例と同様である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、複数のターボチャージャ
を作動させる領域と判定されても、加速と判定された場
合には、少な（とも所定期間は単一のターボチャージャ
だけを作動させるので、ターボチャージ中の回転数の立
ち上がり遅れ（いわゆるターボラグ）を改善でき、定常
走行からの加速時においても加速性を改善することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の実施例を示
す全体構成図で低・中負荷域での作動状態を示しており
、第３図は制御回路の概略構成図、第４図および第５図
は第２図と同様の図でありそれぞれ加速直後の作動状態
、加速後期定時間経過後の作動状態を示しており、第６
図は本発明の第１の実施例を実行するためのフローチャ
ート、第７図は本発明の第２の実施例におけるターボチ
ャージ中の作動域を示す線図、第８図は本発明の第２の
実施例を実行するためのフローチャート、第９図は本発
明の第３の実施例を実行するためのフローチャートであ
る。 ３１・・・・・・吸気管圧力センサ、 ３４・・・・・・エアフローメータ、 ３５・・・・・・スロットル弁位置センサ、３７・・・
・・・クランク角センサ、 ４０・・・・・・第１ターボチヤージヤ、４１・・・・
・・車速センサ、 ４２・・・・・・第２ターボチヤージヤ、５１、５６・
・・電磁弁、 ９０・・・・・・制御回路、 １１０・・・・・・ターボチャージ中、１１１・・・・
・・作動域判定手段、 １１２・・・・・・制御手段、 １１３・・・・・・加速判定手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のターボチャージャを備えたマルチターボ過給装置
   において、エンジンの運転状態を検出してその運転状態
   から単一のターボチャージャ作動域か複数のターボチャ
   ージャ作動域か判定する作動域判定手段と、該作動域判
   定手段の判定によって単一のターボチャージャ又は複数
   のターボチャージャを作動させる制御手段と、前記エン
   ジンが加速運転か否か判定する加速判定手段とを備え、
   前記制御手段は、前記作動域判定手段により複数のター
   ボチャージャ作動域と判定されても、前記加速判定手段
   により加速運転と判定された場合には、少なくとも所定
   期間単一のターボチャージャだけを作動させるよう構成
   されていることを特徴とするマルチターボ過給装置。