JPS59150925A - 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−によって吸入望見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７ンの運転状態に応じて過給作動するターボ過給機
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、エンジンの運転状態が高速領域となっ
て今まで作動停止していた高速領域側で作動されるター
ボ過給段が作動開始するとき、このターボ過給機の回転
が上昇して過給効果を呈するまでに時間遅れが生じ、そ
のため一時的にエンジン出力が低下するという問題が生
じる。

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−イ
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か停止するた
め、上記不具合か顕著に認められる。

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４花かない、ターボ過給機側エンジンの制御
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側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配置し、これら過給機
を析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、各ターボ過給機のタービンへの２排気ガス
供給を制御する排気供給制御手段と、エンジンの運転状
態を検出すや運転状態検出手段と、この運転状態検出手
段の出力を受はエンジン運転状態に応じで・前記排気供
給制御手段を操作して特定のターボ過給機の１作動を停
止させる制御回°°路とを設けるとともに、高速領域側
で作動されるターボ過給機（すなわち前記過給機併用型
のエンジンにおいては高次過鉛機であり、過給機完全切
換型のエンジンにおいては高速用ゝ過給機）のタービン
、ブロアを、低速領域側で作動されるターボ過給機（過
給機併用型のエンジンにおいては低次過給機であり、過
給機完全切換型のエンジンにおいては低速用過給機）の
タービン、ブロアよリモニンジンに近い位置、すなわち
エンジンまで。

の通路距離が短い位置に配置してなるものである。

ターボ過給機の作動開始時の応答性を考えると、過給機
をなるべくエンジンに近い位置に配、置する仁とが望ま
れるが、工′ンジンまわ・りのスペースの制約からすべ
ての過給機を文の１５に配置することは一般に不可能で
ある。

そこで上記のように各ターボ過給機を配置すれば、低次
あるいは低速用過給機が作動してから作動する高次ある
いは高速用過給機は、上記低次あるいは低速用過給機に
比べればエンジンからの排気ガスが供給されるのに要す
る時間も、また加圧した吸入空気をエンジンに供給する
のに要する時間も短（なり、併用運転あるいは運転切換
のために排気ガス、供給制量操作がなされてから短時間
内に過給効果を生じるようになる。したがって、該高次
あるし・は高連用過給機が作動開始する際に、一時的に
過給効果が落ちてエンジン出力が低下することがない。

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供給制御手段
としての排気切換弁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がこの燃料噴射
弁１０は、従来から行なわレテイルように、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２ｂはその上流側の排気通路２から真直ぐに延ばさ
れ、該排気通路２ｂ内にはエンジン１かも比較的近い位
置、すなわちエンジン１までの通路長さか比較的短い位
置において、排気ガスによって駆動されるタービンＴＳ
が配設され、該タービンＴｓは回転軸Ｌｓを介して、上
記吸気通路５ｂに配設されたブロアＣｓに連結されてい
る。すなわちこれらタービンＴ、ｓ、回転軸Ｌｓ、ブロ
アＣｓを主要素として高速用ターボ過給機１１が構成さ
れている・。

他方の排気通路２ａは上記高速用ターボ過給機１１を迂
回して延設され、この高速用ターボ過給機１１から離れ
た位置において該排気通路２ａには、排気ガスによって
駆動されるタービンＴｐが配設されるとともに、他方の
吸気通路５ａにはブロアＣｓが配設され、これらタービ
ンＴｐとブロアＣｐとが回転軸Ｌｐによって連結されて
低速用ターボ過給機１２が構成されている。

上述のように高速用ターボ過給機１１のタービンＴｓを
、エンジン１に近い位置において排気通路２ｂ内に配置
したため、該高速用ターボ過給機１１を迂回した排気通
路２ａ内に設けられた低速用ターボ過給機１２のタービ
ア　Ｔｐ　ハ、エンジン１から比較的凍い位置、すなわ
ちエンジン１までの通路長さが比較的長い位置に配され
ている。同様にして前記高速用ターボ過給機１１のブロ
アＣｓはエンジン１に比較的近い位置に、そして該高速
用ターボ過給機１１を迂回する吸気通路５ａに設けられ
た低速用ターボ過給機１２のブロアＣｐはエンジン１か
ら比較的遠い位置に配されている。

また２系統の吸気通路５ａ、５ｂの合流部よりも下流側
の吸気通路５は、吸気通路５ｂから真直ぐ延びるように
形成されている。

上記低速用ターボ過給機１２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、−丈高速用ターボ過給機１１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の上流側の排気通路２には排気バイパ
ス通路１３の上流端が開口され、その下流端はタービン
Ｔｓの下流側において排気通路２ｂに連通されている。

この排気バイパス通路１３にはウェストゲート弁１４が
介設され、このウェストゲート弁１４は、制御圧力導管
１５ａがスロットル弁７の上流側において吸気通路５に
開口されたダイヤスラム式アクチュエータ１５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１６に入力され、該制御回路１６は
この吸入空気量信号ｓ１に応じてアクチュエータ駆動信
号ｓ２を出力する。

以下、上記制御回路１６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１６
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が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１６の比較
器２０に入力される。前述したように２台のターボ過給
機１１．１２はそれぞれ高速領域、低速領域で効率良く
エンジンの出力向上を果たすものが選択便用されて（・
るので、それらは所定のエンジン回転数ＲＩを境界とし
て、該回転数Ｒ１以下の過給領域では低速用ターボ過給
機１２が作動し、該回転数Ｒ＋を超える領域では高速用
ターボ過給機］１が作動するように作動切換することが
望まれる。

そこで前記比較器２ｏには、上記エンジン回転数Ｒ１に
対応する吸入空気量Ｑ１（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ｅ１が加えら
れ、該基準電圧ｅｌ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ｅｌ
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Ｑ１を上回ったとき（全開高速時のニレジン回転数
が前記所定回転数１（１を上回ったときと考えられる）
にはこの比較器２０から出力Ｓ３が発せられる。この出
力Ｓ３は駆動回路２１に入力され、該駆動回路２１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１２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１（、ｔを超えるエンノン回転数領域（当然過給
領域である）では、高床用ターボ過給機１１が過給作動
し、高速領域のエンジン出力が向上される。

ここで前述したように、高速用ターボ過給機１１のター
ビンＴｓ、ブロアＣｓは、エンジン１までの通路長さが
短い位置に配されているので、上記のように排気切換弁
３、吸気切換弁８が操作されて低速用ターボ過給機１２
に代わって該高速用ターボ過給機１１が過給作動開始す
るとき、エンジン１かもの排気ガスは極めて短時間内に
タービンＴｓに供給され、またブロアＣｓが加圧した吸
入空気も極めて短時間内にエンジン１に供給されるよう
になる。

したがってこの過給機作動切換時、上記高速用ターボ過
給機は切換弁３，８操作後直ちに過給効果を生じるよう
になり、該作動切換時に一時的な過給効果の低下が生じ
てエンジン出力が落ちることがない。

また本実施例においては、高速用ターボ過給機１１のタ
ービンＴｓ、ブロアＣｓが配置される方の排気通路２ｂ
、吸気通路５ｂはそれぞれ、エンジン１に連通する排気
通路２と吸気通路５に真直ぐ連通するように形成されて
いるから、タービンＴｓに供給される排気ガスおよびブ
ロアＣｓによって加圧された吸入空気の流れの圧力損失
が低く抑えられ、この点でも高速用ターボ過給機１１の
応答性が高く維持されるものとなっている。

低速用ターボ過給機１２、あるいは高速用ターボ過給機
１１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１５ａを介してア
クチュエータ１５に導かれ、該アクチュエータ１５のダ
イヤフラム１５ｂが第１図中右方に移動される。それに
よってウェストゲート弁１４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１３を通して排出され
るので、ターボ過給機１１あるいは１２０回転数が低下
し過給圧の異常上昇が防止される。

以上、本発明が過給機完全切換型のエン７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（・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
たタービンエヤ、ブロアＣ′ｐ、およびこれらを連結す
る回転軸ｈｐ　　からなるターボ過給機１２′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Ｃ’ｓ、およびこれらを連結する回転軸Ｌ’ｓから
なるターボ過給機１１′は、後述するように比較的低速
領域ではターボ過給機１２′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１２′、
２次ターボ過給機１１′と称される。すなわち１次ター
ボ過給機１２′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、−芳２次タ
ーボ過給機１１′は、上記のような１次ターボ過給機１
２′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１１′のタービンＴ
色が配置される排気通路２ｂには、該タービンＴ’ｓの
上流側において排気供給制御手段としての開閉弁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１　］’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
、一般には上記開閉弁５３と連動され、開閉弁５３が排
気通路２ｂを閉じてし・るときに吸気通路５ｂを閉じる
ように操作される。

以下、エアフローセンサ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５６の油底を第４図を参照し
て説明しつつ、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５６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１２′に加
えて２次ターボ過給機１１′を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空気量Ｑ２を担
持する基準電圧ｅ２が加えられ、この比較器６０は該基
準電圧ｅ２と上記吸入空気量信号Ｓｌとの大小を比較判
定する。そして吸入空気量信号Ｓ＋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吸入空気量Ｑ２
を上回ったときには、該比較器６０から出力Ｓｎが発せ
られる。この出力Ｓｌｌは駆動回路６１に入力され、該
駆動回路６１はこの出力Ｓｌｌを受けて、アクチュエー
タ駆動信号Ｓｌｏ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かも排出された排気ガスは、
２次ターボ過給機１１′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１１′が１次ターボ過給機１２’
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。

前述したように２次ターボ過給機１１′はエンジン１に
近い位置に配設されているため、上記のように１次ター
ボ過給機１２′に加えて２次ターボ過給機１１′が作動
開始するとき、前記第１実施例の高速用ターボ過給機１
１と同様に該２次ターボ過給機１１′への１ノド気ガス
供給、および該２次ターボ過給機１１′により加圧され
た吸入空気のエンジン１への供給が極めて短時間内に行
なわれるので、該２次ターボ過給機１１′の作動開始時
に一時的に過給効果が低下することがない。

吸入空気量が前記Ｑ２以下となると、比較器６０から出
力Ｓｏが発せられな（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１２′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１
２′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５
３とともに閉じられるので、１次ターボ過給機１２′の
ブロア昨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。

以上説明した２つの実施例はいずれも、ターボ過給機が
２台設けられ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、過給機併用型のい
ずれのエンジンにおいても、高速領域側で過給作動開始
するターボ過給機の応答性を簡単な構成によって効果的
に高め、よってこのターボ過給機が過、＠作動開始する
際のエンジンの一時的出カ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・・・排気切漠弁 ４．５４・・・アクチュエータ ５．５ａ、５ｂ・・・吸気通路 ６・・・エアフローセンサ １１・・・高速用ターボ過給機 １１′・・・２次ターボ過給機 １２・・・低速用ターボ過給機 １２′・・・１次ターボ過給機 １６．５６・・・制御回路 ５３・・・開閉弁

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
   列に配して設置したターボ過給機付エンジンにおいて、
   各ターボ過給機のタービンヘノ排気ガスの供給を制御す
   る排気供給制御手段と、エンジンの運転状態を検出する
   運転状態検出手段と、この運転状態検出手段の出力を受
   はエンジン運転状態に応じて前記排気供給制御手段を操
   作して特定のターボ過給機の作動を停止させる制御回路
   とを設けるとともに、高速領域側で作動されるターボ過
   給機のタービン、ブロアを、低速領域側で作動されるタ
   ーボ過給機のタービン、ブロアよりもエンジンまでの通
   路距離か短い位置に配置してなるターボ過給機付エンジ
   ンの制御装置。