JPH0418128B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はターボ過給機付エンジンの制御装置、
詳細にはエンジン運転状態に応じて作動制御され
る複数のターボ過給機を備えたエンジンの制御装
置に関するものである。 エンジンから排出される排気ガスのエネルギー
によつて回転駆動されるタービンにより吸気通路
内のブロアを回転させ、それによつて吸入空気あ
るいは混合気を予圧し、容積効率を高めてエンジ
ンの出力性能向上を図るターボ過給機が既に広く
実用に供されている。 上記のようなターボ過給機のうち比較的高速領
域において高効率で作動するものは、低速領域の
トルクを十分に向上させることができず、特に低
速出力が要求される自動車用エンジン等にとつて
は余り好適ではない。他方、比較的低速領域にお
いて高効率で作動するターボ過給機は反対に、高
速領域の出力向上を十分に果たせないという欠点
を有する。 そこで従来より、例えば特開昭50−118117号公
報、実開昭56−159626号公報に記載されているよ
うに、複数のターボ過給機を、各タービンおよび
ブロアが排気通路、吸気通路内で並列配置するよ
うに設け、エンジンの運転状態に応じて作動させ
るターボ過給機の数を変更したり、あるいは運転
状態に応じて複数のターボ過給機を択一的に作動
させて、ターボ過給機とエンジンのマツチングを
改善しようとする提案がなされている。 しかし、上記のように複数のターボ過給機を作
動制御して使用する場合、エンジン運転状態が所
定状態となつて今まで作動を停止していたターボ
過給機が作動開始されるとき、当然このターボ過
給機の回転数が所定の回転数に上昇するまでに多
少の時間を要するので、そのときに一時的に過給
効果が低下してエンジン出力が落ちるという問題
が発生する。 上記エンジン出力の一時的低下は、低速領域に
おいては高次過給機を停止させて低次過給機のみ
を作動させ、高速領域においては高次過給機も併
せて作動させるようにした過給機併用型のエンジ
ンにおいては、上記高次過給機が作動開始する際
に認められ、また低速用の過給機と高速用の過給
機が択一的に作動切換される過給機完全切換型の
エンジンにおいては、作動切換時に認められる。
特に後者のタイプのエンジンにおいては、作動切
換時に、それまで作動していたターボ過給機が停
止するため、上記不具合が顕著に認められる。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、上記過給機併用型のエンジンにも、また過給
機完全切換型のエンジンにも適用可能で、前述し
たような一時的な過給効果の低下を生じない、タ
ーボ過給機付エンジンの制御装置を提供すること
を目的とする。 本発明のターボ過給機付エンジンの制御装置
は、前述したように複数台の過給機を並列に設置
し、エンジン運転状態に応じて特定の過給機の作
動を停止させて過給機を併用運転あるいは完全切
換運転するようにしたターボ過給機付エンジンに
おいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態
検出手段と、過給作動していないターボ過給機を
回転させうる過給機強制駆動手段と、このターボ
過給機のタービンの上流側と下流側の排気通路を
連通しリリーフ弁が介設されたリリーフ通路と、
前記運転状態検出手段の出力を受けエンジン運転
状態が作動を停止しているターボ過給機（すなわ
ち前記過給機併用型のエンジンにあつては高次側
の過給機であり、過給機完全切換型のエンジンに
あつては低速側、高速側を問わず作動切換後に作
動する過給機）の過給作動領域に近付いたときに
前記過給機強制駆動手段を作動させてそのターボ
過給機を予備回転させるとともに、このターボ過
給機の予備回転時に前記リリーフ弁を開かせる制
御回路とを設けてなるものである。 上記のような過給機強制駆動手段によりターボ
過給機を予備回転させておけば、この過給機が過
給作動を開始する時点ですでに該過給機に回転慣
性が与えられているようになり、この過給機は瞬
時に過給回転数まで回転上昇する。したがつてこ
のターボ過給機の応答遅れによる一時的な過給効
果の低下が生じない。 またこのターボ過給機の予備回転時に、前記リ
リーフ弁を開いて、該過給機のタービンの上流側
と下流側の排気通路を連通させれば、該タービン
の上流側の排気通路内が負圧になることがないの
で過給機の回転抵抗が増大せず、該過給機は極め
て急速に過給回転数まで回転上昇するようにな
る。 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１実施例によるターボ過給機
付エンジンの制御装置を概略的に示すものであ
る。エンジン１の排気ガスを排気する排気通路２
は排気通路２ａ，２ｂの２系統に分岐され、この
分岐部には排気切換弁３が設けられている。この
排気切換弁３はアクチユエータ４によつて、上記
２系統の排気通路２ａ，２ｂのうちのどちらか一
方のみに択一的に排気ガスを流すように切換操作
される。一方、エンジン１の吸入空気が流通する
吸気通路５は、エンジンの運転状態を示す吸入空
気量を検出するエアフローセンサ６の下流側にお
いて吸気通路５ａ，５ｂの２系統に分岐され、ス
ロツトル弁７の上流側において合流されている。
そしてこの合流部には吸気切換弁８が設けられ、
該吸気切換弁８はアクチユエータ９によつて、２
系統の吸気通路５ａ，５ｂのうちのどちらか一方
のみを択一的にエンジン１に連通させるように切
換操作される。スロツトル弁７の下流側の吸気通
路５には、吸入空気中に燃料を噴射して混合気を
形成する燃料噴射弁１０が設けられている。なお
図には示されていないがこの燃料噴射弁１０は、
従来から行なわれているように、エンジン運転状
態に応じた噴射量、噴射タイミングで燃料を噴射
するように制御される。 前述の２系統の排気通路２ａ，２ｂのうちの一
方の排気通路２ａには、排気ガスによつて回転駆
動されるタービンTpが配設され、該タービンTp
は回転軸Lpを介して、上記吸気通路５ａに配設
されたブロアCpに連結されている。すなわちこ
れらタービンTp、回転軸Lp、ブロアCpを主要素
として低速用ターボ過給機１１が構成されてい
る。同様に、他方の排気通路２ｂには排気ガスに
よつて駆動されるタービンTsが配設されるとと
もに、他方の吸気通路５ｂにはブロアCsが配設
され、これらタービンTsとブロアCsとが回転軸
Lsによつて連結されて高速用ターボ過給機１２
が構成されている。 上記低速用ターボ過給機１１は、比較的低速領
域において効率良くエンジン出力向上を果たすも
のが選択使用され、一方高速用ターボ過給機１２
は、比較的高速領域において効率良くエンジン出
力向上を果たすものが選択使用されている。 前記排気通路２ｂには、高速用ターボ過給機１
２のタービンTsを迂回する第１リリーフ通路１
３が連通され、この第１リリーフ通路１３には例
えば電磁弁等からなる第１リリーフ弁１４が介設
されている。同様に吸気通路５ｂには、高速用タ
ーボ過給機１２のブロアCsを迂回する第２リリ
ーフ通路１５が連通され、この第２リリーフ通路
１５には前記第１リリーフ弁１４と同様の第２リ
リーフ弁１６が介設されている。 そして高速用ターボ過給機１２の回転軸Lsは、
過給機強制駆動手段としてのモータＭの回転子に
直結されている。このモータＭはバツテリ電源に
よつて駆動され、該モータＭが駆動されると当
然、高速用ターボ過給機１２のタービンTs、ブ
ロアCsが回転される。 前記排気切換弁３の上流側の排気通路２には排
気バイパス通路１７の上流端が開口され、その下
流端はタービンTpの下流側において排気通路２
ａに連通されている。この排気バイパス通路１７
にはウエストゲート弁１８が介設され、このウエ
ストゲート弁１８は、制御圧力導管１９ａがスロ
ツトル弁７の上流側において吸気通路５に開口さ
れたダイヤフラム式アクチユエータ１９によつて
操作されるようになつている。 前述したエアフローセンサ６の出力である吸入
空気量信号S₁は、制御回路２０に入力され、該制
御回路２０はこの吸入空気量信号S₁に応じてアク
チユエータ駆動信号S₂、モータ駆動信号S₃、リリ
ーフ弁駆動信号S₄を出力する。 以下、上記制御回路２０を詳しく説明しつつ本
実施例の装置の作用について述べる。第２図は上
記制御回路２０の構成を詳しく示すものである。
この第２図に示されるように、前記エアフローセ
ンサ６から出力される電圧信号からなる吸入空気
量信号S₁は、制御回路２０の第１比較器２１に入
力される。前述したように２台のターボ過給機１
１，１２はそれぞれ低速領域、高速領域で効率良
くエンジンの出力向上を果たすものが選択使用さ
れているので、それらは所定のエンジン回転数
R₂を境界として、該回転数R₂以下の過給領域で
は低速用ターボ過給機１１が作動し、該回転数
R₂を超える領域では高速用ターボ過給機１２が
作動するように作動切換することが望まれる。そ
こで前記第１比較器２１には、上記エンジン回転
数R₂に対応する吸入空気量Q₂（周知のように一般
に過給が行なわれるような運転領域においてはエ
ンジン回転数は吸入空気量に対応する）を担持す
る基準電圧e₂が加えられ、該基準電圧e₂と吸入空
気量信号S₁の大小が比較判定される。そして吸入
空気量信号S₁が基準電圧e₂を上回つたとき、すな
わち吸入空気量が前記所定吸入空気量Q₂を上回
つたとき（全開高速時のエンジン回転数が前記所
定回転数R₂を上回つたときと考えられる）には
該第１比較器２１から出力S₅が発せられる。この
出力S₅は駆動回路２２に入力され、該駆動回路２
２からはアクチユエータ駆動信号S₂が出力されて
アクチユエータ４，９がONされる。 ここで、排気切換弁３、吸気切換弁８はそれぞ
れアクチユエータ４，９がOFF状態のとき、す
なわち吸入空気量が上記Q₂以下のときは第１図
に実線で示される位置をとり、したがつて排気ガ
スは２系統の排気通路２ａ，２ｂのうちの一方の
排気通路２ａのみに流され、また吸入空気は２系
統の吸気通路５ａ，５ｂのうちの一方の吸気通路
５ａのみを通つてエンジン１に供給される。した
がつてエンジン回転数が、上記吸入空気量Q₂に
対応する回転数R₂以下の領域で過給領域に達す
れば、低速用ターボ過給機１１が過給作動し、吸
気通路５ａを流通する吸入空気が加圧されて低速
領域のエンジン出力が向上される。 前述のようにアクチユエータ４，９がONされ
ると、排気切換弁３、吸気切換弁８はそれぞれ第
１図に仮想線で示す位置をとり、排気通路２ａが
閉じられて排気ガスは排気通路２ｂに流され、ま
た吸気通路５ａが閉じられて吸入空気は吸気通路
５ｂ内を流通する。したがつて上記回転数R₂を
超えるエンジン回転数領域（当然過給領域であ
る）では、高速用ターボ過給機１２が過給作動
し、高速領域のエンジン出力が向上される。 以下、本発明の特徴部分の１つである、高速用
ターボ過給機１２をその過給作動前に予備回転さ
せる点について説明する。前記吸入空気量信号S₁
は、前述したエンジン回転数R₂よりも低い所定
のエンジン回転数R₁に対応する吸入空気量Q₁を
担持する基準電圧e₁が加えられる第２比較器２３
に入力され、該第２比較器２３はこの基準電圧e₁
と吸入空気量信号S₁の大小を比較判定する。そし
て吸入空気量信号S₁が基準電圧e₁を上回つたと
き、すなわち吸入空気量が上記Q₁を上回つたと
き（全開高速時のエンジン回転数が上記所定回転
数R₁を上回つたときと考えられる）には該第２
比較器２３から出力S₆が発せられる。この出力S₆
はANDゲート２５に入力され、それとともに該
ANDゲート２５には前記第１比較器２１の出力
S₅が反転増幅器２４を通して入力されるようにな
つている。このANDゲート２５は、反転増幅器
２４の出力S₇と第２比較器２３の出力S₆がともに
入力されたとき、すなわち吸入空気量が前記Q₁
とQ₂の間の値をとつている間ゲート出力S₈を発
し、該ゲート出力S₈は駆動回路２６，２７に入力
される。 駆動回路２６はこのゲート出力S₈を受けてモー
タ駆動信号S₃を出力し、モータＭを回転させる。
それによつて高速用ターボ過給機１２は、排気ガ
スの流れが切り換えられて過給機１１，１２の作
動が切り換えられる（前述の通り、吸入空気量が
Q₂を上回るときである）以前に、該モータＭに
よつて予備回転され、作動切換時にはすでに回転
慣性が高められているようになり、作動切換によ
つて急速に過給回転数まで回転上昇する。したが
つて過給機１１，１２の作動切換時に、この高速
用ターボ過給機１２の回転上昇が遅れて一時的に
過給効果が低下し、エンジン回転数が落ちること
がない。 駆動回路２６からモータ駆動信号S₃が出力され
ると同時に、駆動回路２７からはリリーフ弁駆動
信号S₄が出力され、該リリーフ弁駆動信号S₄によ
つて第１，第２リリーフ弁１４，１６が開かれ
る。それによつて、ブロアCsを通過した空気は
第２リリーフ通路１５を介して大気側（ブロア
Cs上流側）に戻され、該ブロアCsから吸気切換
弁８までの間の吸気通路５ｂ内の圧力が上昇する
ことがない。また第１リリーフ通路１３が開かれ
るため、タービンTsが回転されても該タービン
Tsから排気切換弁３までの間の排気通路２ｂ内
が負圧になることがない。このように吸気通路５
ｂ内の圧力上昇、排気通路２ｂ内の負圧化を防止
することにより、高速用ターボ過給機１２の回転
抵抗が増大せず、該高速用ターボ過給機１２の回
転数は上記予備回転によつて極めて急速に上昇す
る。 以上説明したアクチユエータ４，９、モータ
Ｍ、第１，第２リリーフ弁１４，１６の作動タイ
ミングを以下の表にまとめて記す。

【表】 なお本実施例においては上記の通り、第１リリ
ーフ通路１３を開くとともに、第２リリーフ通路
１５も開いて吸気通路５ｂ内の圧力上昇を防止し
ているが、タービンTs側にのみリリーフ通路を
設け、このリリーフ通路を高速用ターボ過給機１
２の予備回転時に開くようにしても、該過給機１
２の回転抵抗を減らす効果が得られる。 また、以上説明の実施例においては、低速用タ
ーボ過給機１１から高速用ターボ過給機１２に作
動切換されるときに、高速用ターボ過給機１２の
応答性が高められるようになつているが、例えば
自動車に搭載されたエンジンが高速用ターボ過給
機１２による過給を受けながらら高速運転され、
自動車が昇り坂にさしかかつた時などは高速用タ
ーボ過給機１２から低速用ターボ過給機１１に作
動切換されることがあり、このようなときにも低
速用ターボ過給機１１の過給作動開始時に該過給
機１１の応答遅れによつて一時的な過給効果低下
が生じる恐れがある。このような低速用ターボ過
給機１１の応答遅れをも防止するには、該低速用
ターボ過給機１１にも前記モータＭ等のような過
給機強制駆動手段を設けておき、作動切換前にこ
の強制駆動手段によつて低速用ターボ過給機１１
を予備回転させればよい。 この過給機強制駆動手段は特に前述したモータ
に限られるものではなく、エンジン出力軸とクラ
ツチを介して連結され該出力軸と適宜接断される
回転系や、モータ等によつて過給機の回転軸を回
転させるもの、あるいは複数の過給機の回転軸同
士を適宜切離し可能に連結しておき過給作動して
いる過給機によつて他の過給機を回転させるもの
等が使用されてもよい。 さらに上記実施例は、本発明が過給機完全切換
型のエンジンに適用されたものであるが、本発明
は過給機併用型のエンジンにも適用可能であり、
そのような場合には、低速領域側においては過給
作動停止され高速領域側においては低次側の過給
機とともに過給作動される高次側の過給機に強制
駆動手段を設け、該高次側の過給機のタービンを
迂回するリリーフ通路を設ければよい。 さらに上記実施例は、ターボ過給機が２台設け
られているエンジンに本発明を適用したものであ
るが、本発明は３台以上のターボ過給機が設けら
れるエンジンに対しても勿論適用可能である。 以上詳細に説明した通り本発明のターボ過給機
付エンジンの制御装置は、過給機完全切換型ある
いは過給機併用型のエンジンにおいて、過給作動
開始するターボ過給機の応答性を著しく高め、よ
つてこのターボ過給機が過給作動開始する際のエ
ンジンの一時的出力低下を防止するものであり、
複数台のターボ過給機を備えるエンジンの運転性
を改善する効果大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す概略図、第２
図は上記実施例の制御回路の構成を示す系統図で
ある。 １……エンジン、２，２ａ，２ｂ……排気通
路、３……排気切換弁、４……アクチユエータ、
５，５ａ，５ｂ……吸気通路、６……エアフロー
センサ、１１……低速用ターボ過給機、１２……
高速用ターボ過給機、１３，１５……リリーフ通
路、１４，１６……リリーフ弁、２０……制御回
路、Tp，Ts……タービン、Cp，Cs……ブロア、
Lp，Ls……回転軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンの排気通路に配設され排気ガスによ
   つて駆動されるタービンと、吸気通路に配設され
   前記タービンに回転軸を介して連結されたブロア
   とからなるターボ過給機複数台を、各タービンお
   よびブロアを各通路において並列に配して設置
   し、エンジン運転状態に応じて特定のターボ過給
   機の作動を停止させるようにしたターボ過給機付
   エンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出す
   る運転状態検出手段と、過給作動していないター
   ボ過給機を回転させうる過給機強制駆動手段と、
   このターボ過給機のタービンの上流側と下流側の
   排気通路を連通しリリーフ弁が介設されたリリー
   フ通路と、前記運転状態検出手段の出力を受けエ
   ンジン運転状態が作動を停止しているターボ過給
   機の過給作動領域に近付いたときに前記過給機強
   制駆動手段を作動させてそのターボ過給機を予備
   回転させるとともに、このターボ過給機の予備回
   転時に前記リリーフ弁を開かせる制御回路とを設
   けてなるターボ過給機付エンジンの制御装置。