JPH0456132B2 - - 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切換作動され
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特定のタ
ーボ過給機を作動停止させたり、あるいは運転状
態に応じて複数のターボ過給機のうちの１台を択
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
定状態となつてある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過給回
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。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、過給機作動切換時の一時的なエンジン出力低
下を解消しうる制御装置を提供することを目的と
するものである。 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ターボ過給機を備
え、これらのターボ過給機の作動状態を制御して
過給作動させるとともに、過給機のタービンをバ
イパスしてその上下流の排気通路を連通する排気
バイパス通路を設け、過給圧が所定値以上になつ
たとき該排気バイパス通路を開くようにしたター
ボ過給機付エンジンにおいて、エンジン運転状態
を検出する運転状態検出手段と、上記排気バイパ
ス通路を流れた排気以外を駆動源として、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
回転手段と、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特定ターボ過給機の過給
作動領域に近接する所定の予備回転領域に入つた
ときに前記過給機回転手段を駆動してそのターボ
過給機を回転さ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回転手段によつて、ターボ
過給機をその過給作動領域外から予め回転させる
ようにしておけば、エンジン運転状態が所定状態
に到達してそれまで過給作動していたターボ過給
機が停止されたとき、次に過給作動するターボ過
給機は既に回転慣性が与えられている状態とな
り、過給作動用の排気ガスが供給されればそのタ
ーボ過給機の回転数は瞬時に所定の過給回転数ま
で上昇する。したがつてこれらターボ過給機の作
動切換時に一時的に過給効果が低下してエンジン
出力が落ちることがない。 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の排気ガスを排出する排気通路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。 前記排気切換弁３の上流側において、排気通路
２には第１，第２の排気導管１３，１４の一端が
開口され、これら排気導管１３，１４の他端はそ
れぞれ例えば電磁弁からなる第１開閉弁１５、第
２開閉弁１６を介して高速用ターボ過給機１２の
スクロール１２ａ、低速用ターボ過給機１１のス
クロール１１ａに開口されている。また前記２系
統の吸気通路５ｂ，５ａには、各々ブロアCs、
Cpをバイパスする第１、第２のリリーフ通路１
７，１８が設けられ、各リリーフ通路１７，１８
にはそれぞれ例えば電磁弁からなる第１リリーフ
弁１９、第２リリーフ弁２０が介設されている。 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２１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２１
にはウエストゲート弁２２が介設され、このウエ
ストゲート弁２２は、制御圧力導管２３ａ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２３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２４に入力され、該制
御回路２４はこの吸入空気量信号S₁に応じて第１
開閉弁駆動信号S₂、第２開閉弁駆動信号S₃、第１
リリーフ弁駆動信号S₄、第２リリーフ弁駆動信号
S₅、アクチユエータ駆動信号S₆を出力する。 以下、上記制御回路２４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２４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２４の第１，第２および第
３の比較器３０，３２，３４に入力される。前述
したように２台のターボ過給機１１，１２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２比較器
３２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
速用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２比較器３
２から出力S′₆が発せられる。この出力S′₆は駆動
回路３３に入力され、該駆動回路３３からはアク
チユエータ駆動信号S₆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予圧されて低速
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、本発明の特徴部分である、ターボ過給機
１１，１２を過給作動前に予め回転させる点につ
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１比較器３０に入力さ
れ、該第１比較器３０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１比較器３０
から出力S′₂が発せられる。この出力S′₂が駆動回
路３１に入力されると該駆動回路３１からは第１
開閉弁駆動信号S₂が出力されて第１開閉弁１５が
ONされる。 この第１開閉弁１５は通電時開タイプのもの
で、OFF時には第１排気導管１３を閉じている
が、上記のようにONされると開いて、高速用タ
ーボ過給機１２のスクロール１２ａと排気切換弁
３上流側の排気通路２とを、第１排気導管１３を
介して連通させる。したがつて高速用ターボ過給
機１２のタービンTsには、排気ガスの一部が供
給され、該高速用ターボ過給機１２が回転され
る。 前述したようにQ₁＜Q₂（R₁＜R₂）であるので、
吸入空気量がQ₂に達して（すなわちエンジン回
転数がR₂に達して）、アクチユエータ４，９が
ONされ、低速用ターボ過給機１１に代わつて高
速用ターボ過給機１２が過給作動開始するとき、
該高速用ターボ過給機１２は上記一部排気ガスに
よつて回転されていることになる。勿論、この回
転は過給回転数ほどの高速ではないが、該回転に
よつて高速用ターボ過給機１２に回転慣性が与え
られるので、上記のようにアクチユエータ４が
ONされてタービンTsに排気ガスが供給されれ
ば、該高速用ターボ過給機１２の回転数は瞬時に
過給回転数まで上昇する。したがつて低速用ター
ボ過給機１１の停止後直ちに高速用ターボ過給機
１２が過給作動し、これらターボ過給機１１，１
２の作動切換時に一時的に過給効果が低下してエ
ンジン１の出力が落ちることがない。 なお上記のように高速用ターボ過給機１２を予
め回転させるために使用される排気ガスは僅量で
あり、この高速用ターボ過給機１２の回転中も大
部分の排気ガスは低速用ターボ過給機１１に供給
されるので、上記のように高速用ターボ過給機１
２を予め回転させるために低速用ターボ過給機１
１の回転数が大きく低下するようなことはない。
また第１排気導管１３をスクロール１２ａに開口
させているので排気ガスは高速状態のまま直接的
にタービンTsに当たり、したがつて高速用ター
ボ過給機１２は少量の排気ガスによつて効率的に
回転される。 以上説明のようにして、高速用ターボ過給機１
２はその過給作動領域外から予め回転されるが、
この回転によつて高速用ターボ過給機１２のブロ
アCsから吸気通路５ｂを閉じている吸気切換弁
８までの間の吸気通路５ｂ内の圧力が上昇しない
ように、第１リリーフ通路１７、第１リリーフ弁
１９が設けられている。すなわち第２図に示され
るように、前述した第２比較器３２の出力S′₆は
反転増幅器３７を通して駆動回路３８に入力さ
れ、該駆動回路３８からは吸入空気量がQ₂に達
していないときだけ第１リリーフ弁駆動信号S₄が
出力される。第１リリーフ弁１９は通電時開タイ
プのものであり、上記駆動信号S₄の入力により
ONとなつて開く。したがつて吸入空気量がQ₂に
達して高速用ターボ過給機１２が過給作動するま
で第１リリーフ通路１７は開かれており、このと
きに高速用ターボ過給機１２が一部排気ガスによ
つて回転されても、該過給機１２が加圧した空気
はこの第１リリーフ通路１７を通して大気側に戻
され、上記吸気通路５ｂ内の圧力は上昇せず、高
速用ターボ過給機１２の回転抵抗が増大しない。
吸入空気量がQ₂に達すれば駆動回路３８からの
第１リリーフ弁駆動信号S₄の出力が停止され、第
１リリーフ弁１９は閉じられる。それにより吸入
空気は、過給作動開始した高速用ターボ過給機１
２のブロアCsによつて加圧されてエンジン１に
供給される。 低速用ターボ過給機１１、あるいは高速用ター
ボ過給機１２による過給運転時に、過給圧が設定
値以上に上昇すると、その高い過給圧は制御圧力
導管２３ａを介してアクチユエータ２３に導か
れ、該アクチユエータ２３のダイヤフラム２３ｂ
が第１図中右方に移動される。それによつてウエ
ストゲート弁２２が開かれ、エンジン１から排出
された排気ガスの一部は、ターボ過給機１１ある
いは１２を迂回し排気バイパス通路２１を通して
排出されるので、ターボ過給機１１あるいは１２
の回転数が低下し過給圧の異常上昇が防止され
る。 以上、吸入空気量が増大し、すなわちエンジン
回転数が上昇し、低速用ターボ過給機１１から高
速用ターボ過給機１２に作動切換される場合につ
いて説明したが、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の回転上昇が遅れて
一時的な過給効果低下が生じる恐れがある。そこ
で本実施例においては、このような高速用ターボ
過給機１２から低速用ターボ過給機１１への作動
切換時の一時的出力低下をも防止する構成がとら
れている。すなわち、前述した過給機の作動切換
の基準となるエンジン回転数R₂よりも高い所定
の回転数R₃に対応する吸入空気量Q₃を担持する
基準電圧e₃と、前記吸入空気量信号S₁とが第３比
較器３４によつて比較される。吸入空気量信号S₁
が基準電圧e₃以下の間、すなわち吸入空気量が上
記Q₃以下の間（エンジン回転数が上記所定回転
数R₃以下の間と考えられる）は第３比較器３４
から出力S′₃が発せられ、駆動回路３５から第２
開閉弁駆動信号S₃が出力されて第２開閉弁１６が
ONされる。この第２開閉弁１６は前記第１開閉
弁１５と同様に通電時開タイプのものであり、上
記のようにONされて開き、第２排気導管１４を
開く。吸入空気量信号S₁が基準電圧e₃を上回り、
すなわち吸入空気量が前記Q₃を上回ると、第３
比較器３４から出力S′₃が発せられなくなり、第
２開閉弁１６はOFFとなつて閉じる。 したがつてエンジン１が高速用ターボ過給機１
２によつて過給されながらその吸入空気量がQ₂
まで低下し、高速用ターボ過給機１２から低速用
ターボ過給機１１に作動切換されるとき、第２開
閉弁１６はすでに開かれているようになる（Q₂
＜Q₃）。この第２開閉弁１６が開かれれば、排気
ガスの一部は第２排気導管１４を通つて低速用タ
ーボ過給機１１のタービンTpに供給され該低速
用ターボ過給機１１が回転される。つまり高速用
ターボ過給機１２が停止されて低速用ターボ過給
機１１が過給作動開始するとき、該低速用ターボ
過給機１１は予め回転していることになり、前述
した高速用ターボ過給機１２の過給作動開始時と
同様にして、低速用ターボ過給機１１の回転数は
瞬時に過給回転数まで上昇し、一時的な過給効果
低下が生じない。 また上記一部排気ガスによる低速用ターボ過給
機１１の回転によつて、吸気通路５ａ内の圧力が
上昇しないように、第２リリーフ通路１８、第２
リリーフ弁２０が設けられている。吸入空気量が
Q₂を超えたときに発せられる第２比較器３２の
出力S′₆は、駆動回路３６に入力され、該駆動回
路３６はこの出力S′₆が入力されると第２リリー
フ弁２０をONにする第２リリーフ弁駆動信号S₅
を出力する。第２リリーフ弁２０は第１リリーフ
弁１９と同様に通電時開タイプのものが使用され
ており、ONされて開く。したがつてこの第２リ
リーフ弁２０は、吸入空気量がQ₂を超えている
場合は開いているので、上記のように低速用ター
ボ過給機１１が一部排気ガスによつて回転されて
いても、該低速用ターボ過給機１１によつて加圧
された空気は第２リリーフ通路１８を介して大気
側に戻され、該低速用ターボ過給機１１から吸気
切換弁８までの間の吸気通路５ａ内の圧力が上昇
しない。吸入空気量がQ₂以下となつて低速用タ
ーボ過給機１１が過給作動するときには、第２比
較器３２から出力S′₆が発せられないので上記第
２リリーフ弁２０は閉じられ、低速用ターボ過給
機１１によつて吸入空気が加圧される。 以上説明した第１，第２開閉弁１５，１６、第
１，第２リリーフ弁１９，２０、アクチユエータ
４，９の作動状態を、以下の表にまとめて記す。

【表】 以上説明した実施例においては、過給作動して
いないターボ過給機を回転させる過給機回転手段
として、第１，第２開閉弁１５，１６によつて適
宜開閉されて排気ガスの一部をタービンTs，Tp
に供給する第１，第２排気導管１３，１４が用い
られているが、この過給機回転手段はこのような
ものに限らず、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、さらには
排気ガスの一部を供給する代わりに、過給作動し
ている過給機によつて加圧された吸入空気を過給
作動停止している過給機に供給するもの等、前記
排気バイパス通路２１を流れた排気以外を駆動源
とする種々のものが使用されてもよい。 上記の排気を駆動源とするのであれば、ターボ
過給機の予備回転は、過給圧が非常に高くなつた
際にしか行なわれ得ないが、本発明ではそのよう
な不具合がなく、所望のあらゆるエンジン運転状
態下でターボ過給機を予備回転させることが可能
である。 また上記実施例においては、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
れる場合と、反対に高速用ターボ過給機１２から
低速用ターボ過給機１１に作動切換される場合の
双方において過給作動停止側の過給機を予め回転
させるようにしているが、上記２つの場合のうち
の一方のみにおいて過給作動停止側の過給機を予
め回転させるようにしてもよい。しかし、高速用
ターボ過給機から低速用ターボ過給機に作動切換
される場合のみに低速用ターボ過給機を予め回転
させておくことは、前述した一時的な過給効果の
低下がこの反対の場合において顕著に発生するこ
とを考えると、余り実用的ではない。 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、本発明は択一的に過給作動される３台以上
のターボ過給機が並列配置されたエンジンに対し
ても勿論適用可能である。 また本発明は、ある運転状態において複数台の
ターボ過給機を並行作動させるエンジンに対して
も適用可能である。その場合には、新たに作動す
るターボ過給機による過給効果が瞬時に得られる
ようになる。 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、ターボ過給機が作動切
換される際に、過給作動開始するターボ過給機の
応答性を高め、よつてこの作動切換時の一時的な
エンジン出力の低下や過給効果の遅れを防止する
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。 また本発明のターボ過給機付エンジンの制御装
置においては、ターボ過給機を予備回転させる制
御回路が、運転状態検出手段が検出した所定の予
備回転領域にエンジン運転状態が入つたときにタ
ーボ過給機を予備回転させるように構成されてい
るから、各ターボ過給機の過給作動と予備回転は
それぞれ、エンジン運転状態の変化方向に関わり
なく、常に設定通りの領域でなされるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を概略的に示す系統
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、１３，１４…排気導管、１５，１６…開閉
弁、２１…排気バイパス通路、２２…ウエストゲ
ート弁、２４…制御回路、Tp，Ts…タービン、
Cp，Cs…ブロア、Lp，Ls…回転軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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これらのターボ過
   給機の作動状態を制御して過給作動させるととも
   に、 前記タービンをバイパスしてその上下流の排気
   通路を連通する排気バイパス通路を設け、過給圧
   が所定値以上になつたとき該排気バイパス通路を
   開く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、 前記排気バイパス通路を流れた排気以外を駆動
   源として、過給作動していないターボ過給機を回
   転させうる過給機回転手段と、 前記運転状態検出手段の出力を受けエンジン運
   転状態が特定ターボ過給機の過給作動領域に近接
   する所定の予備回転領域に入つたときに前記過給
   機回転手段を駆動させてそのターボ過給機を予備
   回転さ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。