JPS59147825A - 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】 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ろ排気ガスのエネルギーによって
回転駆動されろ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、低速領域のトルクを十分に
向上させることかできず、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５６−１５９６２ｉ号公報に記載されて℃・
るように、複数のターボ過給機を、各タービンおよびフ
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って
今まで作動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
果の低下を招かない、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、特定の運転域で過給作動を
停止させるターボ過給機（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）を排気ガス以外により急速
回転させうる過給機強制、駆動手段と、前記運転状態検
出手段の出力を受は前記過給機強制駆動手段を作動させ
て前記過給作動を停止させるターボ過給機の過給作動領
域の初期において該ターボ過給機の回転を高速に維持さ
せる制御回路とを設けてなるものである。

上記のように過給機強制駆動手段を作動させることによ
り過給作動を停止しているターボ過給機の過給作動領域
の初期において、このターボ過給機の回転をすでに高速
状態に保つことができ、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。

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はアクチュエータ４に
よって、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
系統に一分岐され、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１０が設
けられている。なお図には示されていないかこの燃料噴
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ｔ、ｐ
、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２１〕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
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。

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（エンジン出力向上を果たすものが選択使
用されている。

上記高速用ターボ過給機１２の回転軸ＩＪＳは、過給２
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はバッテリ電源によって作動され
、上記ターボ過給機１２の回転軸Ｌｓを急速回転させる
。

また吸気通路５ｂには、高速用ターボ過給機１２のブロ
アＣｓを迂回する第１リリーフ通路１３が連通され、該
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。同様に排気通路２ｂ
には、高速用ターボ過給機１２のタービンＴｓを迂回す
る第２リリーフ通路１５が連通され、該第２リリーフ通
路１５には上記第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。

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２ａに連通されている。

この排気バイパス通路１７にはウェストゲート弁１８が
介設され、このウェストゲート弁１８は、制御圧力導管
１９ａがスロットル弁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ュエータ１９によって
操作されるようになっている。

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に応じてアクチュエータ１駆動
信号Ｓ２、モータ駆動信号８３、ＩＪ　ＩＪ−）弁、駆
動信号Ｓ４を出力する。

以下、第２図を参照して上記制御回路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２
０の第１、第２の比較器３５．３７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
すものか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Ｒ
２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３５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
な運転領域属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Ｓｌ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を上回ったと
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Ｒ２を上回ったときと考えられる）には該第１比較
器３５から出力Ｓ５が発せられる。この出力Ｓ５は駆動
回路３６に入力され、該駆動回路３６からはアクチュエ
ータ駆動信号Ｓ２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】１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か閉じられて
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、高速用ターボ過給機】
２を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Ｒ
２よりも低い所定のエンジン回転数Ｒ＋に対応する吸入
空気量Ｑ１を担持する基準電圧ｅｌが加えられる第２比
較器３７に入力され、該第２比較器３７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を上回ったとき、
すなわち吸入空気量が上記Ｑ１を上回ったとき（全開高
速時のエンジン回転数が上記所定回転数Ｒ１を上回った
ときと考えられる）には該第２比較器３７から出力Ｓ６
が発せられる。この出力Ｓ６はＡＮＤゲート３９に入力
され、それとともにこのＡＮＤゲート３９には前記第１
比較器３５の出力Ｓ５が反転増幅器３８を通して入力さ
れるようになっている。このＡＮＤゲート３９は上記出
力Ｓ６と反転増幅器３８の出力Ｓ７の双方がともに入力
されたとき、すなわち吸入空気量が前記Ｑ】とＱ２の間
の値をとっ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４０．４．１に入力される。

駆動回路４０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。それによっ
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１．１．１２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によって予備回転されて回転慣性が高
められ作動切換時には急速に過給回転数まで回転上昇す
る。したがってこれらターボ過給機１１．１２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。

上記、駆動回路４０からモータ、駆動信号Ｓ３が出力さ
れると同時に、駆動回路４１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によって第
１、第２リリーフ弁１４．１６が開かれる。それによっ
て、ブロアＣｓを通過した空気は第１リリーフ通路１３
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２リリーフ通路１５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かう排気切換弁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５ｂ内の圧力」
−昇、排気通路２ｂ内の負圧化を防１トーすることによ
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１２０回転数は上記予備回転によっ
て極めて急速に−Ｌ列する。

吸入空気量がＱ２を超えると、反転増幅器３８から出力
Ｓ７が発せられな（なってＡＮＤゲート３９からのゲー
ト出力Ｓ８が停止するので、モータＭの回転が停止され
るとともに第１、第２リリーフ弁１４．１６が閉じられ
、排気通路２ｂ内を流れる排気ガスによって通常に高速
用ターボ過給機１２が過給作動される。

以上説明したアクチュエータ４，９、モータＭ１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。

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］２の応答性が高められろようにな
っているか、例えば自動車に搭載されたエンジンか高速
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の応答遅れをも防止するに
は、低速用ターボ過給機１１にも前記実施例におけるモ
ータＭ等の過給機強制駆動手段を設け、エンジン回転数
が過給機作動切換の回転数Ｒ２まで低下する前に、該過
給機強制駆動手段を作動させて該低速用ターボ過給機１
１を予備回転させればよい。

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を省略する。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Ｔ’ｐ、ブロアＣヤ、およびこれらを連結する
回転軸Ｌ′ｐ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Ｔ’ｓ　。

ブロアき、およびこれらを連結する回転軸鳥からなるタ
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１１′のみが作動され、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
ジン出力向上を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’を作動
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Ｔ’ｓ
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を閉じているが、アクチ
ュエータ５４によって駆動されて排気通路２ｂを全開す
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′のプロア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
は上記開閉弁５３と連動され、開閉弁５３が排気通路２
ｂを閉じているときに吸気通路５ｂを閉じろように操作
される。

以下、エアフローセンサ６の出力である吸入空気量信号
Ｓ１が入力される制御回路５５の構成を第４図を参照し
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Ｓ】は、制御回路５５の比較器６０に入力される。該
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′を作動開始させると
きのエンジン何転数ＲＯに対応する所定の吸入空気量Ｑ
ｏを担持する基準電圧ｅｏが加えられ、この比較器６０
は該基準電圧ｅｏと上記吸入空気量信号Ｓ１との大小を
比較判定する。そして吸入空気量信号Ｓ１が基準電圧ｅ
Ｑを上回ったとき、すなわち吸入は、該比較器６０から
出力８１４が発せられる。

この出力Ｓ１４は、駆動回路６１に入力され、該駆動回
路６１はこの出力　Ｓ］４を受けて、アクチュエーツ１
駆動信号Ｓ］２を出力し、アクチュエータ５４をＯＮ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がら排出された排
気ガスは、２次ターボ過給機１２′のタービンＴ’ｓ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′か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Ｑｏ以下となると、比較器６０から出
力Ｓ１４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。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
１１′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１１′
のブロアＣ′ｐを通過した吸入空気は吸気通路５ｂ側に
逃げることなく、正常に加圧されてエンジン１に供給さ
れる。

次に２次ターボ過給機１２′の過給作動領域の初期に、
この２次ターボ過給機１２’を急速に回転上昇させる点
について説明する。前記比較器６０の出力Ｓ１４は前述
のように駆動回路６１に入力されると同時に、駆動回路
６２およびタイマー６３に入力される。駆動回路６２は
この出力Ｓ１４を受けてモータ駆動信号Ｓ１３を出力し
、モータＭを回転させる。したがって前述のようにして
過給作動を開始する２次ターボ過給機１２′は、このモ
ータＭによっても回転力が与えられるようになり、過給
作動開始後急速に回転上昇する。つまり本第２実施例に
おいては、第１実施例におけるのと異なり、それまで停
止していた２次ターボ過給機１２′が過給作動開始する
のと同時にモータＭによって該過給機１２′に回転力を
与えてこの過給機１２′の回転上昇を鋭くしているので
ある。このようにしても２次ターボ過給機１２′は急速
に過給回転数まで回転上昇するようになり、該２次ター
ボ過給機１２′が過給作動開始する際の一時的な過給効
果の低下が防止される。

タイマー６３は前記比較器６０の出力Ｓ１４を受けてか
ら所定時間経過後、モータ停止信号Ｓ’ｓを前記駆動回
路６２に入力し、モータ駆動信号８１３の出力を停止さ
せてモータＭを停止させる。上記所定時間は、２次ター
ボ過給機１２′がモータＭによって回転力を与えられつ
つ過給作動を開始してから過給回転数まで回転上昇する
のに要する時間程度に設定される。

なお該第２実施例の装置においても、第１実施例におけ
るようなＩＪ　ＩＪ−フ通路を設け、２次ターボ過給機
１２′の予備回転時の回転抵抗を減少させることも勿論
可能である。

以上説明した２つの実施例においては、過給作動停止し
ているターボ過給機を排気ガス以外によって急速回転さ
せる過給機強制駆動手段として、モータＭが使用されて
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、例えばエンジン出力軸とクラッチを介して連結さ
れ該出力軸と適宜搏断される回転系や、他の過給機が加
圧した吸入空気の一部を停止過給機に供給するもの、等
が使用されてもよい。

また上記２つの実施例は、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。

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、過給機併用型の
いずれのエンジンにおいても、過給作動開始するターボ
過給機の応答性を高め、よっ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、ｐ４・・・アクチュエータ 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 １１′・・弓次ターボ過給機 １２・・・高速用ターボ過給機 １２′・・・２次ターボ過給機 ２０．５５・・・制御回路 ５３・・・開閉弁 Ｔｐ、　Ｔ’ｐ、　Ｔｓ、　Ｔ’ｓ・・・タービンＣｐ
、　ｃヤ＋　Ｃ８Ｔ　Ｃ１６”’ブｏ７Ｌｐ、Ｉ−飄Ｌ
ｓ、　Ｌ’ｓ・・・回転軸Ｍ・・・モータ

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
   ーボ過給機の作動を停止トさせるようにしたターボ過給
   機付エン／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、特定の運転域で過給作動を停止さ
   せるターボ過給機を排気ガス以外により急速回転させう
   る過給機強制駆動手段と、前記運転状態検出手段の出力
   を受は前記過給機強制駆動手段を作動させて前記過給作
   動を停止しているターボ過給機の過給作動領域の初期に
   おいて該ターボ過給機の回転を高速に維持させる制御回
   路とを設けてなるターボ過給機付エンジンの制御装置。