JPH0230953A - 過給機の制御装置 - Google Patents

過給機の制御装置

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JPH0230953A
JPH0230953A JP63178723A JP17872388A JPH0230953A JP H0230953 A JPH0230953 A JP H0230953A JP 63178723 A JP63178723 A JP 63178723A JP 17872388 A JP17872388 A JP 17872388A JP H0230953 A JPH0230953 A JP H0230953A
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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） 本発明はエンジンの排気エネルギーを利用してタービン
を回転させ、その回転力をもってエンジンを過給する排
気タービン駆動の過給機の制御装置に関し、特に排気タ
ービンを複数段直列に接続した多重型の排気タービン駆
動の過給機の制御装置に関する。
（従来の技術） エンジンの排気ガスを排気タービンに導き、これを高速
回転させ、該排気タービンと同軸に接続されたコンプレ
ッサを高速回転駆動して、エンジンの過給を行う排気タ
ービン駆動過給機は古くから知られている。また、この
装置の排気タービンを駆動する排気ガスの中に残存する
残余の排気エネルギーをも回収して、この回収エネルギ
ーをエンジンの回転軸に帰還させる試みも近年提案され
た。すなわち、この装置は、排気タービンの回転軸に発
電機とコンプレッサとを設け、排気タービンにて回収し
た排気エネルギーをもってコンプレッサを回転させて過
給動作を行うとともに、発電動作も同時に行い該発電エ
ネルギーでエンジンの回転軸に設けられた電動機を回転
させて、排気エネルギーをエンジンの回転軸に帰還させ
るもので、このような装置は例えば、特開昭６０−４３
１５２号公報に記載されている。
この装置は、エンジンの回転数が小さく排気エネルギー
が少ない状態では、発電動作は愚か過給動作も実行でき
ないので、このような状態時に、は排気タービンの回転
軸に設けられた発電機を電動機に切り換え、これを回転
駆動してコンプレッサを動作させ、エンジンの過給を行
うものが提案され、このような装置は例えば、特開昭６
０−１９５３２９号公報に開示されている。モしてこの
装置は、エンジンの低速高負荷の運転領域で特に有効で
ある。
（発明が解決しようとする課題） 上述の特開昭６０−１９５３２９号公報に開示されてい
るような提案においては、エンジンの低速高負荷時には
電動−発電機を電動機として駆動させるため、コンプレ
ッサの過給作動が助勢されてエンジンへの過給気圧が上
昇することになるが、エンジンに供給する燃料の噴射時
期を変更させる制御が行われておらず、特に断熱型ディ
ーゼルエンジンにおける燃料の着火時期の制御、すなわ
ち噴射時期の制御は、排気ガスが大気に及ぼす汚染問題
を減少させるには不可欠の課題である。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり
、その目的は排気系統に直列に接続された複数段の回転
軸にそれぞれ電動発電機を設けた過給機の制御装置にお
いて、エンジンへの過給作動や燃料供給を適切に制御し
ようとする過給機の制御装置を提供するものである。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば、複数台のターボチャージャの各排気タ
ービンの流路と各コンプレッサの流路とを直列に接続し
、各排気タービンのトルクにより駆動される各コンプレ
ッサによってエンジンを過給する過給気の制御装置にお
いて、各排気タービンとコンプレッサとを連結する回転
軸に電動機構を配置するとともに、アクセルペダルの踏
込量を検知する第１の検知手段と、エンジンの回転数を
検知する第２の検知手段と、エンジンのトルクにより発
電される発電手段と、エンジンへの供給燃料の噴射時期
を変更して制御する燃料供給手段とを有し、第１と第２
の検知手段からの検知信号に応じて前記発電手段からの
電力を前記電動機構に供給して駆動せしめるとともに前
記燃料供給手段を制御して燃料の噴射時期を変更せしめ
る手段とを有する過給機の制御装置が提供される。
（作用） 本発明では、エンジンの排気経路に直列に接続された複
数の排気タービンの回転軸にそれぞれ電動発電機を設け
、アクセルペダルの踏込量が大で、エンジンが低回転の
状態を検出することにより多段過給モードを実行してエ
ンジンへの過給圧を上昇させるとともに、エンジンの回
転数に応じて供給燃料の噴射タイミングを制御して変更
させる作用がある。
（実施例） つぎに、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説
明する。
第１図は本発明の一実施例の構成を示す構成ブロック図
である。
同図において、１はエンジンである。このエンジンは、
シリンダ、シリンダヘッド、吸気排気経路の内側、吸・
排気バルブピストンリング、ピストンヘッドなどにファ
インセラミックスを使用し、ラジェータを必要としない
セラミックス・ディーゼルエンジンである。そして吸気
経路１１を通じて吸入する空気と供給される燃料との燃
焼エネルギーによって、図示していない車両を駆動する
もので、燃焼後の排気ガスは排気経路１２を介して第１
のターボチャージャ２に供給され、排気タービン２１を
回転ｍｇする。２２はコンプレッサで、排気タービン２
１の回転軸に直結され、排気エネルギーにより回転駆動
される排気タービン２１のトルクにより吸入空気を圧縮
し、吸気経路１１を介してエンジン１の吸気を過給する
ものであり、コンプレッサ２２の吸入管２３にはバルブ
２４が取付けられ、バルブアクチュエータ２５の作動に
より、吸入管２３の空気通路が開閉制御されるよう構成
されている。
３は回転電機で排気タービン２１とコンプレッサ２２と
を直結する回転軸上に取付けられ、電力が供給されると
電動機として駆動され、コンプレッサ２２を駆動してそ
の過給作動を助勢するものである。また、排気タービン
２１により回転されると、発電機となり、これより電力
を取り出すことができる。なお、３１は回転センサで回
転電機３の回転数、すなわち第１のターボチャージャ２
の回転数を検出して、後述するコントローラに回転信号
を送信する。
４は第２のターボチャージャで第１のターボチャージャ
２の排ガスの排出経路２６に接続されて排気タービン４
１が回転駆動されるものであり、排気タービン４１の回
転軸には回転電機５とコンプレッサ４２とが直結されて
いる。そして、第１のターボチャージャ２の場合と同様
に、コンプレッサ４２は吸入管４３から取入れた空気を
圧縮してエンジン１に送気するが、第２のターボチャー
ジャ４では圧気は送気管４６を介してコンプレッサ２２
に送られてからエンジン１に達することになる。なお、
４４は吸入管４３に設けられたバルブであり、バルブア
クチュエータ４５の作動により吸入管４３の空気通路の
開閉を制御するもので、バルブアクチュエータ４５およ
び前記のバルブアクチュエータ２５に対する開閉制御指
令はコントローラ６から発令される。
回転電機５は排気タービン４１とコンプレッサ４２とを
直結する回転軸上に取付けられ、電力が供給されると電
動機として駆動され、コンプレッサ４２を駆動してその
過給作動を助勢するものである。また、排気タービン４
１により回転されると、発電機となり、これより電力を
取り出すことができる。なお、５１は回転電機５の回転
数、すなわち第２のターボチャージャ４の回転数を検出
する回転センサ、１３はブースト圧センサで吸気経路１
１の内部に取付けられてエンジン１へのブースト圧を検
出するもので検出したブースト圧による信号をコントロ
ーラ６に送出する。１４は燃料供給手段となる燃料供給
機構で、燃料タンク１８からエンジン１への供給燃料の
流量や燃料の噴射タイミングを制御するものであり、燃
料供給機構１４に対する制御指令はコントローラ６から
発令される。特に断熱エンジンでは、圧縮端温度が上昇
し着火遅れ時間が短縮するので通常のエンジンのような
噴射時間タイミングの制御では不充分である上、二段過
給エンジンではその傾向が特に顕著となる。従って供給
燃料の増力により二次関数的なタイミング制御が必要と
なる。
７はエンジン１の回転軸とギヤ結合されている回転電機
である。この回転電機７がエンジン１により駆動される
時には発電機となり、また後述する電力デュアル変換器
７１から電力を供給される時には電動機として作用する
。電力デュアル変換器７１は１つの三相交流端子と２つ
の直流端子を有する。２つの直流端子は内部において並
列接続されている。そしてその並列に接続された直流端
子は、交直両方向変換器の直流端子に接続されている。
交直両方向変換器は、インバータとコンバータとが並列
に接続され、直流から交流に変換する時にはインバータ
が動作し、交流から直流に変換する時にはコンバータが
動作するものであり、このような交直両方向変換器は例
えば、ｒ米国のＷＩＬＥＹ−ＩＮＴＥＲ５ＣＩＥＮＣＥ
社発行、Ｂ、Ｒ，Ｐｅ１ｌｙ著（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ　
Ｐｈａｓｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅ
ｒｓ）第１１頁乃至第１４４頁」に詳細に示されている
ように周知の回路であるので、その詳細な説明は省略す
る。交直両方向変換器の交流端子は、三相のオートトラ
ンスの二次側に接続されており、該オートトランスの一
次側は回転電機７と接続されている。このオートトラン
スは、各相共多数のタップを有し、タップの切換えによ
り例えば−次側を高く二次側を低くし、また−次側を低
く二次側を高くするというように、−次二次側の変圧比
を自由に変換できる。なお、交直両方向変換器及びオー
トトランスのタップの切換えのための制御指令は、マイ
クロコンピュータ構成のコントローラ６から指令される
よう構成されている。
７３及び７５は共に前述の如き交直両方向変換器からな
るデュアル変換器であり、デュアル変換器７３の直流側
は電力デュアル変換器７１の直流端子と接続され、交流
側は回転電機３と接続している。また、デュアル変換器
７５の直流側は電力デュアル変換器７１の直流端子と接
続され、交流側は回転電機５と接続している。なお、１
５は回転検出手段となるエンジン１の回転を検出するエ
ンジン回転センサであり、１６は踏込量検出手段となる
アクセルセンサでアクセルペダル１７の踏込量を検出す
るものであり、これらのセンサからの検出信号はコント
ローラ６に送信される。
コントローラ６はマイクロコンピュータからなり、演算
処理を行う中央制御装置、演算処理手順や制御手順など
を格納する各種メモリ、人／出力ボートなどを備えてお
り、前記の各種センサからの信号が人力されると所定の
演算処理が行われて格納された制御手順に基づき、バル
ブアクチュエータ２５．４５およびデュアル変換器７３
．７５や燃料供給機構１４などにそれぞれ制御指令が発
せられるよう構成されている。
エンジン１の回転数が高く、排気経路１２から排出され
る排気ガス量が多いときには、その排気エネルギーによ
り第１のターボチャージャ２と第２のターボチャージャ
４とを動作させる。そして第１のターボチャージャ２の
パルプ２４を開き、第２のターボチャージャ４のバルブ
４４を閉じ、第１のターボチャージャ２のコンプレッサ
２２によりエンジン１の過給を行なうとともに、回転π
機３を発電機として動作させ、その発電電力をデュアル
変換器７３、電力デュアル変換器フ１を通じて回転電機
７にその電力を供給し、これを回転させて、エンジン１
の回転軸の回転を助成し、排気エネルギーをエンジン１
に帰還させる。勿論、このとき電力デュアル変換器７１
内のオートトランスのタップを切換え、回転電機に印加
する電圧を高めて回転電機７を電動機として作用させる
。
第２のターボチャージャ４は回転電機５を発電機として
動作させ、その発電電力をデュアル変換器７５、電力デ
ュアル変換器７１を通じて回転電機７にその電力を供給
し、これを回転させて、エンジン１の回転軸の回転を助
成し、排気エネルギーをエンジン１に帰還させる。この
とき、デュアル変換器７５のコンバータの位相制御を行
い、その直流電圧をデュアル変換器７３のそれと同一と
なるように制御し、図には示されてはいないが、さらに
それぞれの直流電流を測定するなどしてデュアル変換器
７３．７５の負荷分担を適当にするものである。
つぎに、エンジン１に重負荷が掛り、アクセルペダル１
７を踏み込んでいるにも拘らず、エンジン１の回転数が
上昇しないような場合には、第１のターボチャージャ２
と第２のターボチャージャ４の回転電機３．５を電動機
として駆動し、コンプレッサ２２．４２を回転電機３．
５の回転力により回転させ、エンジン１へ過給する。そ
して、エンジン１への過給圧が上昇したところで、この
過給圧とアクセル踏込みとに応じて燃料流量を制御する
とともに、エンジン回転センサ１５からの回転信号に応
じ、低回転時には噴射時期を遅く、高回転時には噴射時
期を早くすると共に燃料流量の大きい時は燃焼室壁温が
上昇するので、着火遅れ時間が短縮し噴射タイミングは
遅延する必要があるので燃料の着火１時間を考慮して噴
射タイミングを変更するよう制御する。
第２図はこのような場合の本実施例の作動の一例を示す
処理フロー図であり、つぎにこの処理フロー図を説明す
る。
ステップ１において、アクセルペダル踏込み量とエンジ
ン回転数に基づいて二段過給を要するか否かをチエツク
し、アクセルペダル踏込み量が大きいのに拘らず　エン
ジン回転数が上昇していない場合は二段過給を要するの
でステップ２に進む。
ステップ２ではエンジン回転センサ１５からの信号を読
込んで、回転電機７をステップ３にて発電機として作動
させる。
ついで、第１のターボチャージャの２の吸入管２３のバ
ルブ２４を閉じて、第２のターボチャージャ４のバルブ
４４を開く指令をそれぞれのバルブアクチュエータに発
令する（ステップ４゜５）。
ステップ６では第１のターボチャージャ２の現回転数Ｎ
ＴＩを回転センサ３１により検出し、ステップ６にて電
力デュアル変換器７１とデュアル変換器７３を作動させ
て回転電機３に送電してカ行させる。そしてステップ８
で回転電機３を駆動後の回転数Ｎ　’ＴｌとＮＴＩとを
比較し、回転数が上昇していないときはステップ９にて
故障診断を行うが、上昇しているときはステラ１０に進
んでブースト圧センサ１３によりエンジン１への過給気
圧ＰＣＢＩを検出する。
ステップ１１ではアクセルペダル１７の踏込量を検出し
、ペダルの踏込量に相当する燃料流量ＱＡと、過給気圧
Ｐ　に８１　に相当する燃料流量Ｑ　ＰＢＬとをステッ
プ１２にて演算して、燃料流量と燃料噴射タイミングの
制御を行い、ＱＡとＱ　ＰＢＩ　との比較をステップ１
４にて行う。モしてＱＡが小さいときはステップ１５に
進んで燃料流量を減少させてＱＡを所定流量のＱとする
。
ステップ１４にてＱ　Ａ　＞　Ｑ　ＰＢＩの場合は、ス
テップ１６に進んで第２のターボチャージャ４の回転数
を回転センサ５１により検出してＮＴ２とし、ステップ
１７にて電力デュアル変換器７１とデュアル変換器７５
を作動させて電力を回転電機５に供給してカ行させる。
そして回転電機５を駆動後のターボチャージャの回転数
Ｎ’Ｔ２と前記のＮＴ２とをステップ１８で比較し、Ｎ
’Ｔ２が大きいときはステップ１９にてブースト圧セン
サ１３により過給気圧ＰＣＢ２を検出する。なおステッ
プ１８にてＮ’Ｔ２が小さい場合は回転電機７からの発
電出力を上昇させて回転電機５に供給してＮ’Ｔ２がＮ
Ｔ２より大きくなるよう制御を行う（ステップ２０．２
１）。
ステップ２２では過給気圧Ｐ　ＣＢ２に相当する燃料流
量Ｑ　ＰＢ２の演算を行い、ステップ２３にて燃料噴射
タイミングの制御を行う。そしてアクセルペダル踏込量
に相当する燃料流量ＱＡとの比較をステップ２４にて行
い、Ｑ　ＰＢ２が大きいときはステップ２６に進んで燃
料流量を減少させＱＡを所定流量のＱとする。
ステップ２４にてＱＡ＞Ｑ、ＰＢ２の場合はステップ２
５に進んで回転電機７を発電機として制御し、ステップ
２７〜２９にて第１のターボチャージャ２の回転数ＮＴ
Ｉを検出してから電力デュアル変換器７１とデュアル変
換器７３を作動させて回転電気３を駆動し、駆動後の回
転数Ｎ　’ＴｌとＮＴＩとを比較する。そして回転電機
３の駆動後の回転数が大きい場合はブースト圧センサ１
３にて過給気圧Ｐ　ＣＢ３を検出し、この過給気圧Ｐ　
ＣＢ３に相当する燃料流量Ｑ　ＰＢ３の制御と噴射タイ
ミングをステップ３０〜３２にて行うことになる。
つぎにステップ３３〜４１では第２のターボチャージャ
４の過給作動と、ブースト圧上昇による燃料供給量と噴
射タイミングとの制御について、前記の第１のターボチ
ャージャ２に準じて制御を行い第２図の処理フローを終
了することになる。　したがって回転電機３．５を回転
電機７の発電出力にてそれぞれカ行させ、過給圧が上昇
した処でアクセル踏込量に応じて燃料流量を制御し、燃
料の噴射タイミングを適正に制御してエンジンの低速回
転時のトルクを増大させるとともに燃料の燃焼状態を良
好に保持させることになる。
以上、本発明を上述の一実施例によって説明したが、本
発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、
これらを本発明の範囲から排除するものではない。
（発明の効果） 本発明によれば、複数段に直列接続したターボチャージ
ャに取付けた回転電機に、エンジントルクに結合された
回転電機の発電出力を供給して駆動させ、上昇した過給
気圧とアクセルペダルの踏込量とエンジンの回転数とに
基づいて、エンジンへの燃料供給量と噴射タイミングを
適正に制御するのでエンジンの低速重負荷時のエンジン
トルクが増大する゛とともに、燃料の燃焼状態が良好に
なって排気ガスによる大気汚染の問題も減少する効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の構成を示す構成ブロック図
、第２図は本実施例の作動の一例を示す処理フロー図で
ある。 １・・・エンジン、２・・・第１のターボチャージャ、
３・・・回転電機、４・・・第２のターボチャージャ、
５・・・回転電機、６・・・コントローラ、７・・・回
転電機、１２・・・排気経路、１４・・・燃料供給機構
、１５・・・エンジン回転センサ、１６・・・アクセル
センサ、１７・・・アクセルペダル。 第１ 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）複数台のターボチャージャの各排気タービンの流
    路と各コンプレッサの流路とを直列に接続し、各排気タ
    ービンのトルクにより駆動される各コンプレッサによっ
    てエンジンを過給する過給気の制御装置において、各排
    気タービンとコンプレッサとを連結する回転軸に電動機
    構を配置するとともに、アクセルペダルの踏込量を検知
    する第１の検知手段と、エンジンの回転数を検知する第
    ２の検知手段と、エンジンのトルクにより発電される発
    電手段と、エンジンへの供給燃料の噴射時期を変更して
    制御する燃料供給手段とを有し、第１と第２の検知手段
    からの検知信号に応じて前記発電手段からの電力を前記
    電動機構に供給して駆動せしめるとともに前記燃料供給
    手段を制御して燃料の噴射時期を変更せしめる手段とを
    有することを特徴とする過給機の制御装置。
  2. （２）前記エンジンは少なくともシリンダ、シリンダヘ
    ッド、吸気排気経路の内側、吸・排気バルブ、ピストン
    リング、ピストンヘッドをファインセラミックスにて構
    成せしめたセラミックス型エンジンであることを特徴と
    する請求項（１）記載の過給機の制御装置。
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