JPS59145326A - タ−ボ過給機付エンジンの制御装置 - 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】 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って
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、それによっ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、低速領域のトルク全十分に
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っ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、各タービンおよびプロ
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全作動
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っで
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、上記高次真；
シー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
たように複数台のターボ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
エンジンにおいて、ターボ過給機を急速回転させうる過
給機強制駆動手段と、過給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っては
高次側の過給機であり、過給機完全切換型のエンジンに
あっては低速側、高速側を問わず作動切換後に作動する
過給機）の作動開始時に前記過給機強制駆動手段を作動
させて該ターボ過給機を急速回転させる制御回路とを設
けてなるものである〇 上記のような過給機強制駆動手段により、作動開始する
ターボ過給機を急速回転させれば、このターボ過給機の
回転数は瞬時に過給回転数まで上昇するので、該ターボ
過給機の応答遅れによる一時的なエンジン出力低下が生
じない。

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図は本発明の第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ｌ
の排気ガスを排出する排気通路２は排気通路２ａｊ２ｂ
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はアクチュエータ４に
よって、上記２系統の排気通路２　ａ　ｒ　２　ｂ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ｌ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７
０−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、スロットル弁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はアクチュエータ９によって、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。

スロットル弁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１ｏ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１ｏ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２ａ１２ｂのうちの一方の排気
通路２ａには、排気ガスによっ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　ｋ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’に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
気ガスによって駆動されるタービンＴｓが配設されると
ともに、他方の吸ダ通路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ＩＪＳに
よって連結されて高速用ターボ過給機１２が構成されて
いる０ 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、°一方嵩高速用ターボ過給機１２、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、 前記高速用ターボ過給機１２のタービンＴｓのすぐ上流
の位置において排気通路２ｂ内には、該排気通路２ｂを
２分割する整流板１３ａと、こ”の整流板１３．ａの上
流側に支持された流路制御弁１３が設けられている。流
路制御弁１３は常時は上記驚流板１３ａと整合して排気
通路２ｂ全全開する位置（図中仮想線表示の位置）をと
るが、アクチュエータ１４によって駆動されると２分割
された排気通路２ｂの一方側を閉じ不位置（図中実線表
示の位置）をとる。

前記排気切換弄３の上流側の排気通路２には排気バイパ
ス通路１５の上流端が開１」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２ａに連通されている
。この排気バイパス通路１５にはウェストゲート弁１６
が介設され、このつ壬ストゲ＝ｉ−弁１６は、制御圧力
導管１７ａがスロツートル弁７の上流側において吸気通
路５に開口されたダイヤスラム式アクチュエータ１７に
よって操作されるように４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１８に入力され、該制御回路１８は
この吸入空気量信号Ｓｌに応じてアクチュエータ駆動信
号８２　、８３　ｆ出力する。

以下、上記制御回路１８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１８
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Ｓ】は、制御回路１８の比較
器２０に入力される。前述したように２台のタニボ過給
機ｌｔ、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ｈｉ果た子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Ｒ＋ｉ境界として
、該回転数Ｒ，１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１’４ｔ（Ｈ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
ことが望まれ名。そこで前記比較器２０には、上記エン
ジン回転数Ｒ１に対応する吸−大空気量Ｑ１（″周知′
のように一般にｉ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ｅ１が加えられ、・該基準電圧ｅ１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ｅ、　ｋ上回ったとき、すなわ
ち吸入空気量が前記所定吸入空気量Ｑ＋　’！ｉｌ−上
回ったとき（全開高速時のエンジン回転数が前記所定回
転数Ｒ，１ｆ上回ったときと考えられる）には該比較器
２．０から出力Ｓ′が発せられる。どの出力Ｓ１は駆動
回路２１に入力され、該駆動回路２１かりはＪクナユエ
ータ駆動侶号５２が出力されてアクチュエータ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
ュエータ４，９がＯＦＦ状態のとき、すなわち吸入空気
量が上記Ｑ１以下のときは第１図に実線で示される位置
をとり、したがって排気ガスは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のみを通ってエンジン
１に供給される。したがってエンジン回転数が、上記吸
入空気量Ｑ１に対応する回転数Ｒ１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５ａｆ流通する吸入空気が加圧されて低速領域
の工／ジン出力が向上される。

前述のようにアクチュエータ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９、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。したがって上
記回転数Ｒ＋ｉ超えるエンジン回転数領域（当然過給領
域である）では、２高速用タ一ボ過給機１２が過給作、
動し、高速領域アエンジ〜ン出力が向上される。

以下、本発明の特徴部分である、高速用ターボ過給機１
２ｉ作動開始時に急速回転させる点について述べる。前
述したように吸入空気量が所定の吸入空気量Ｑｌヲ上回
ったときに発せられる比較器２０の出力Ｓ′は、既述の
通シ駆動回路２１に入力されると同時に、駆動回路２２
およびタイマー２３にも入力される。

駆動回路２２は上記出力Ｓ１が入力されると、アクチュ
エータ駆動信号Ｆ３３ｆ出力する。前記アクチュエータ
１４はこのアクチュエータ駆動信号Ｓ３によって駆動さ
れ、既述のように２分割された排気通路２ｂの一方側を
閉じるように流路制御弁１３を操作する。そこで、前述
したように排気切換弁３によって流れが切シ換えられて
この排気通路２ｂｙ流通する排気ガスは、上記２分割さ
れた排気通路２ｂの゛　他方側のみを流れるようになる
。すなわち杉ト気通路２ｂはタービンＴ、ｓのすぐ上流
側で絞られた形となり、排気ガスは流速が高められた状
態でタービンＴｓに供給されるようになる。

したがってタービンＴｓは、排気ガスが通常に供給さ、
れる場合すなわち流路制御弁１３が開かれている場合に
比べ名と急速に回転上昇する。したがって高速用ターボ
轡給機１２は、極めて応答性良く過給回転数に達するよ
うになり、該高速用ターボ過給機１２０回転上昇遅れに
よって一時的に過給効果が低下することがない。

タイマー２３は、前記比−ＩＩ］　Ｓ’カニ人力されて
から所定時間後に停止信号８４　ｆ出力し駆動回路２２
はこの停止信号Ｓａ　ｆ受けてアクチュエータ駆動信号
Ｓ３の出力を停止する。それによって流路制御弁１３は
排気通路２ｂｉ全開する位置に戻され、排気ガスは高速
用ターボ過給機１２に適合した流速で供給されるように
なり、以後は通常の過給がなされる。タイマー２３がセ
ットする流路制御弁１３の操作時間、すなわち該流路制
御弁１３が２分割された排気通路２ｂの一方を閉じてい
る時間は、高速用ターボ過ｉ機ｘ２が上記のようにして
急速に回転上昇し、過給回転数に到達するのに要する時
間程度に設定される。

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１７　ａｆ介して
アクチュエータ１７に導かれ、該アクチュエータ１７の
ダイヤフラム１７ｂが第１図中右方に移動される７それ
によってウェストゲート弁１６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１５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Ｏ 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
っているが、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による過給全量けながら高速運転さ
れ、自動車が昇り坂にさしかかっ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
っ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の応答遅れをも解消するに
は、前記流路制御弁１３と同様の流路制御弁を低速用タ
ーボ過給機１１のタービンＴｐの上流側に設けておき、
低速角ターボ過給機１１の作動開始時に、この制御弁全
上記流路制御弁１３と同様に操作すればよい。

以上、本発明が過給機完全切換型のエンジンに適用され
た実施例について説明したが、次に過給機併用型のエン
ジンに本発明を適用した第２実施例について説明する。

第３図に示す本発明の第２実施例において、第１図に示
した第１実施例の各要素と同等の要素には同番号を付し
てあり、それらについては説明全省略する。該第３図に
示されるように、排気通路２ａ、吸気通路５ａに配され
たタービンＴｐ′、プロアｃｐ’、およびこれら全連結
する回転軸Ｌｐ“からなるターボ過給機１１’と、排気
通路２ｂ、吸気通路５ｂに配されたタービンＴｓ＋、ブ
ロアＣｓ　Ｉ、およびこれらを連結する回転軸Ｌｓ’か
らなるターボ過給機１２°は、後述するように比較的低
速領域ではターボ過給機１１１の冬が作動され、比較的
高速領域では双方のターボ過給機１１’、１２’が作動
されるので、一般には各々１次ターボ過給機１１’、２
次“ターボ過給機１２°と称される。すなわち１次ター
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２次タ
ーボ過給機１２’は、上記のような１次ターボ過給機１
１１とともに比較的高速領域で作動されたときに効率良
くエンジン出力向上金果たすものが選択使用される。

上述のように２台のターボ過給機１１’、１２゜全作動
制御するために、２次ターボ過給機１２“のタービンＴ
ｓ’が配置される排気通路２ｂには、該タービンＴｓ’
の上流側において開閉弁５３が設けられている。この開
閉弁５３は常時は排気通路２ｂ′ｆｒ：閉じているが、
アクチュエータ５４によって駆動されて図示のように排
気通路２ｂ全全開する。また吸気通路５ａと５ｂとの合
流部の上流側、かつ２次ターボ過給機１２’のブロアＣ
ｓ’の下流側において、吸気通路５ｂには開閉弁８゛が
設けられている。この開閉弁８゛の操作系は特に図示し
ていないが、一般には上記開閉却５３と連動され、開閉
弁５３が排気通路２ｂを閉じているときに吸気通路５ｂ
を閉じるように操作される。

以下、エアフローセンナ６の出力である吸入空気量信号
Ｓｌが入力される制御回路５８の構成を第４図全参照し
て詳細に説明しつつ、この第２実施例の装置の作用につ
いて説明する。前記エアフローセンサ６の吸入空気量信
号Ｓｌは、制御回路５８の第１比較器６０に入力される
。該第１比較器６０には、前述したように１次ターボ過
給機１１’に加えて２次ターボ過給機１２”ｉ作動開始
させるときのエンジン回転数Ｒ２に対応する所定の吸入
本気量Ｑ２ヲ担持する基準電圧ｅ２が加えられ、この第
１比較器６０は該基準電圧ｅ２と上記吸入空気量信号Ｓ
１との大小を比較判定する。そして吸入空気量信号Ｓｌ
が基準電圧ｅ２ヲ上回ったとき、すなわち吸入空気量が
前記吸入空気量Ｑ２　ｆｆｉ上回ったときには、該第１
比較器６０から出力ＳＩ４が発せられる。この出力ＳＩ
４は駆動回路６１に入力され、該駆動回路６１はこの出
力ＳＩ４を受けて、アクチュエ〜り駆動信号ＳＩ３’ｅ
出力し、アクチュエータ５４２０’Ｈする。前述したよ
うにこのアクチュエータ５４がＯＮされると、それまで
排気通路２ｂを閉じていた開閉弁５３が開かれる。それ
によって、エンジン１から排出された排気ガスは、２次
ターボ過給機１２’のタービンＴｓ’にも供給されるよ
うになりまた前述したように開閉弁８′も開かれて、２
次ターボ過給機１２’が１次ターボ過給機１１’ととも
に作動され、高速領域のエンジン出力が効率良く向上さ
れる。

吸入空気量が前記Ｑ２以下となると、第１比較器６０か
ら出力Ｓ　１４が発せられなくなり、開閉弁５３が閉じ
られて排気ガスは排気通路２ａのみに流される３このよ
うな状態下でエンジン１が未だ１次ターボ過給機１１’
の過給作動領域で運転されていれば、当然該１次ターボ
過給機１１１が作動して低速領域のエンジン出力が向上
される。なおこのとき、吸気通路５ｂの開閉弁８“は、
開閉弁５３とともに閉じられるので、１次ターボ過給機
ｌｌ“のブロアＣｐ’　を通過した吸入空気は吸気通路
５ｂ側ン１に供給される。

次に２次ターボ過給機１２°が作動開始する際に、この
２次ターボ過給機１２”ｉ急速回転させる点について説
明する。前記エアフローセンサ６の吸入空気量信号Ｓｌ
は、第２比較器６２に入力される。この第２比較器６２
には、前述した２次ターボ過給機１２’が作動開始され
るエンジン回転数凡２よりも高いエンジン回転数′Ｒ−
３に対応する所定の吸入空気量Ｑ３　’に担持する基準
電圧ｅ３が加えられる。この第２比較器６２は、吸入空
気量がこの所定の吸入空気量Ｑ３全上回ったときに出力
５１５＝ｉ発し、該出力Ｓ１５は反転増幅器６３を介し
てＡＮＤゲート６４に入力される。それとともにこのＡ
ＮＤゲート６４には、前述した第１比較器６０の出力Ｓ
］４が入力されるようになっている７このＡＮＤゲート
６４は、反転増幅器６３の出力Ｓ１５°と第１比較器６
０の出力８１４がともに入力されたとき、すなわち吸入
空気量が前記Ｑ２とＱ３の間の値をとっている間ゲート
出力３＋ｓ　ｆ発し、該ゲート出力ＳＩ６は駆動回路６
５に入力される。駆動回路６５はこのゲート出力Ｓ＋ａ
ｉ受けてアクチュエータ駆動信号８１２を出力し、アク
チュエータ１４’（５ＯＮにする・このアクチュエータ
１４、および流路制御弁１３は前記第１実施例における
ものと同様に作動する。すなわちアクチュエータ１４が
ＯＮされて流路制御弁１３が操作されることにより排気
通路２ｂが絞られ、排気ガスの流速が高められる。それ
により２次ターボ過給機１２１のタービンＴｓ’の回転
数は急速に上昇し、該２次ターボ過給機１２１の作動開
始時の一時的過給効果低下が防止される。

吸入空気量が前記所定の吸入空気量Ｑ３を超えると、反
転増幅器６３から出力Ｓ１５′が発せられなくなり、流
路制御弁１３は排気通路２ｂ會全開する位置に戻り、２
次ターボ過給機１２“は通常に過給作動するようになる
。勿論上記所定の吸入空気量Ｑ３に対応するエンジン回
転数Ｒ３は、２次ターボ過給機１２“全過給回転数で回
転させるエンジン回転数に設定されるａ 以上説明した第１．第２実施例においては、作動回路し
たターボ過給機全急速回転させる過給機強制駆動手段と
して、タービンＴｓ　＋Ｔｓ’に供給される排気ガスの
流速金高める流路Ｉｆｆ御弁ｌ３、アクチュエータ１４
が用いられているが、この過給機強制駆動手段はこのよ
うなものに限らず、エンジン出力軸とクラッチ全弁して
連結され該出力軸と適宜接断される回転系や、モータ等
によって過給機の回転軸全回転させるもの、あるいは過
給作動していた過給機によって加圧された吸入空気全過
給作動開始する過給機に供給するもの等が使用されても
よい。

さらに上記２つの実施例はいずれも、ターボ過給機が２
台設けられているエンジンに本発明全適用したものであ
るが、本発明は３台以上のターボ過給機が並列配置され
たエンジノ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、過給作動開始するターボ過給機の回転
数全急速に高め、よってこの過給機の応答遅れによる一
時的なエンジン出力の低下全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全改善する
効果大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す概略図、第２図は上
記第１実施例の制御回路の構成を示す系統図、 第３図は本発明の第２実施例を示す概略図、第４図は上
記第２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 ４．１４．５４　・・・・アクチュエータ５　＋　５ａ
　＋　５ｂ・・・・・・吸気通路６・　・・エアフロー
ヒンサ １１・・・・低速用ターボ過給機 １１’・・・・・・１次ターボ過給機 １２・・・・・・高速用ターボ過給機 １２゛・・・・・・２次ターボ過給機 １３・・・・流路制御弁

Claims (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って駆動さ
   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
   ーボ過給機の作動全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、ターボ過給機を個々に急速回転さ
   せうる過給機強制駆動手段と、過給作動全停止している
   ターボ過給機の作動開始時に前記過給機強制駆動手段全
   作動させて該ターボ過給機を急速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。