JPS61277818A - 多段式タ−ボ過給エンジン - Google Patents

多段式タ−ボ過給エンジン

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JPS61277818A
JPS61277818A JP60118545A JP11854585A JPS61277818A JP S61277818 A JPS61277818 A JP S61277818A JP 60118545 A JP60118545 A JP 60118545A JP 11854585 A JP11854585 A JP 11854585A JP S61277818 A JPS61277818 A JP S61277818A
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JP
Japan
Prior art keywords
pressure
valve
engine
exhaust
bypass
Prior art date
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Pending
Application number
JP60118545A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuji Hirabayashi
平林 雄二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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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】 〔技術分野〕 多段式ターボ過給エンジンに関し、詳しくは複数の圧縮
機が吸気通路に配置され、これらの圧縮機を排気通路に
直列に配置された複数のタービンによってそれぞれ駆動
し、その過給圧が高圧側タービンの側路に設けた排気バ
イパス弁によって制御される多段式ターボ過給エンジン
に関する。
〔従来技術〕
本出願人による先願の多段式ターボ過給エンジンとして
は1例えば第8図に示すようなものがある(#願昭f3
0−50120号参照)、ここで、1はエンジン、2お
よび3は、エンジン1の吸気通路4および5にそれぞれ
配設されている小流量圧縮機および大流量圧縮機であり
、6および7八は逆止弁である。
一方、エンジンlの排気通路8には小流量圧縮機2を駆
動する高圧タービン9と大流量圧縮機3を駆動する低圧
タービンlOとが直列に配置され、更に高圧タービン9
に対してはそのバイパス通路11に流量調整弁12が、
また低圧タービン10に対しては、そのバイパス通路1
3にウェストゲート弁14が設けられている。15は低
圧タービンlOの入口部に配設された可変ノズルlla
である。
しかして、このように配置されたターボ過給機構に対し
、流量調整弁12は第9図に示すように、アクチュエー
タIBによって駆動され、また可変ノズル(機構)11
aはアクチュエータ17によって駆動されるが、これら
の7クチユエータ16および17には合流吸気通路18
から過給圧reがその空気室に供給されるように構成さ
れており、更にそれぞれの過給圧供給管には制御圧調整
弁18Aおよび17Aが設けられていて、制御圧調整弁
18Aおよび17は過給圧Paとエンジンlの回転数と
の入力により制御信号の出力される制御回路19によっ
て制御される。20は合流吸気通路18に設けられた給
気冷却器である。
しかしながら、このような先願の多段式ターボ過給エン
ジンにおいては、排気マニホールド8Aから後段の低圧
タービン10に排気を直接供給するためのバイパス通路
Uの開閉が排気制御弁12のみによって制御されるが、
排気制御弁12の開き始めの時期に双方の圧縮機2およ
び3かち得られる過給圧が滑らかな状態で制御されるよ
うにするには。
その開き始めにおける弁開度特性をそのストロークに対
して緩やかになして、しかも開放されてゆく側の流路抵
抗が十分小さくなければならず、その上、弁自体に対し
て高温の酸化雰囲気中での耐熱性、耐久性、耐酸性が要
求される。
しかし、これらの全ての条件を満足することは難しく、
それにコスト高となる。特に上述したような過給圧の滑
らかな移行を求めようとすると。
高速回転時にトルクの低下をきたすという問題点があっ
た。
〔目  的〕
本発明の目的は、上述の問題点に鑑みて、その解決を図
るべく、高圧タービンを側路する複数のバイパス通路を
並設して、これらのバイパス通路に排気制御弁をそれぞ
れ配設し、これらの排気弁をエンジンの運転状態に対応
して適切な時期に順次に開放させるようにした多段式タ
ーボ過給エンジンを提供することにある。
〔発明の構成〕
すなわち1本発明は吸気通路に複数の圧縮機が配置され
、複数の圧縮機を排気通路に直列に配置された複数の排
気タービンによりそれぞれ駆動して、複数の圧−縮気か
ら得られた過給圧が供給されるようにした多段式ターボ
過給エンジンにおいて、排気通路に前段の排気タービン
を側路する複数のバイパス通路を設け、複数のバイパス
通路にそれぞれバイパス弁を設けて、複数のバイパス弁
の個々の開度を前記吸気通路への空気流量とエンジン回
転数とに対応して制御することにより適切な過給圧が得
られるようにしたことを特徴とするものである。
〔実施例〕
以下に1図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すもので1本例では、高
圧タービン9に排気を導く排気通路8に第1バイパス通
路11と並列に第2バイパス通路21を設け、第2バイ
パス通路21に排気バイパス弁22を介装する。なお、
第1バイパス通路に介装される流量調整弁12と第2バ
イパス通路21に介装される排気バイパス弁22とでは
、流量調整弁12における通路断面積が排気バイパス弁
22における通路断面積に比して十分大きく保持される
ようにしておく。
また、本例においては、吸気通路5を大流量圧縮機3の
上流側で分岐させて、バイパス通路23を設け、このバ
イパス通路23に逆止バイパス弁24が介装されている
ついで第2図によりその過給気供給の制御系について説
明すると、排気バイパス弁22はリンク機構22Aを介
してアクチュエータ228 Kよって駆動される。また
、アクチュエータ22Bはダイアフラム室およびばねを
有する公知のもので、吸気管18における過給圧によっ
て駆動されるが、後述するような運転条件となるまでは
、閉成の状態に保たれている。
25は空気取入口に配設されているエアフローメータ、
2Bはコントロールユニットでアリ、コントロールユニ
ット2Bではエンジンlからの回転数Ne、吸気管18
における過給圧FB、エアフローメータ25からの空気
流量Q^がそれぞれ検知信号とし入力され、アクチュエ
ータ18および17への制御圧調整弁lBAおよび17
Aに制御信号をそれぞれ供給する。
第3図(A)〜(E)はこのように構成した多段式ター
ボ過給エンジンにおいて、運転状態に応じて、各種の制
御弁が開閉される動作セタービン入口圧および圧縮機出
口圧との関係を示すもので、横軸はエンジンlに供給さ
れる空気流量を示す。
また、横軸上に示した位置Aは高圧タービンにおいてイ
ンターセプト点に達する運転状態を示し、この状態から
排気バイパス弁22(第2図参照)が開弁され始め、過
給圧が第3図(B)でPcで示される所定圧に保たれる
ように制御される。
更に横軸上の位置Bは、流量調整弁12が開弁され始め
る状態を示すもので、かくしてAH間では第3図(B)
に示されるように小流量の排気バイパス弁22が開放さ
れることにより後段の大流量圧縮機、すなわち低圧圧縮
機3ではその圧力が極めて緩やかに上昇し、位置Bから
先太流量の流量調整弁12の開弁によって引続きその圧
力上昇線が図に示すように急激に高められてゆく。
更にまた、位置Bしは可変ノズル15の開き始めの状態
、位置nuは開き終りの空気流量点を示し、 BBL間
は流量調整弁12によってその圧縮機圧力および空気流
量が制御されるもので、その間におけるバルブ損失も十
分小さく抑制することができる。
なおここで、流量調整弁12が開き始めたときの弁12
の前後の差圧は、すでに排気バイパス弁22が開き終っ
て流量調整弁12の下流側の圧力が上昇しているので弁
12の断面積が大きくても差圧は小さく、シたがって流
量調整弁12の開度に対してその流量の増加代は急激に
は立上らない、また、すでに開き終った排気バイパス弁
22は、バルブ面に作用する排気のガス圧力と作動アク
チュエータ22B内のスプリング力及びそのダイアフラ
ム室の制御圧力によるダイアプラムの力がつり合ってバ
ルブ開弁位置が決まっており、従って、例え流量制御弁
12側の開度に対する流量増加が大きくて排圧が下がり
すぎ、−ために過給圧が下がろうとしても排気バイパス
弁22が閉じて働くために、過給圧を規定値に保持する
ことができる。
こうしてBからBしの間で、流量調整弁12が開放され
てゆき高圧タービンのタービン9の低圧タービンlOに
対する圧力比が徐々に1に近づいてゆくと共に、排気バ
イパス弁22は徐々に閉じてゆく、なお、BLからBu
までは可変ノズルで過給圧は規定値に制御され、さらに
要すれば、低圧タービンlOのウェストゲート弁14を
開けて過給圧を規定値に保持されることができる。
なお、第4図はエンジン回転速度−トルクの運転特性曲
線上に上述した運転状態A、B、BL。
Buをその空気流量変化と共に示したもので、R/Lは
低負荷運転曲線である0点Fより全開加速を開始すると
数字の経過時間後には図中のマル印点を通過する。
第5図は本発明の他の実施例を示す。
本例は、先の第1図および第2図で示した実施例に対し
、排気バイパス弁22の作動アクチュエータ22Bのダ
イアフラム室に、逆止弁7により下流の過給圧力をオリ
イフィス30を介して導入し、更にこの圧力を圧縮機3
の入口吸気通路5に逃す逃し量をデユティソレノイド弁
31によって調整するようになして、コントロールユニ
ット2Bによりその開閉動作に関するデユティを制御す
るようにしたものである。
なおここで、コントロールユニット28は図示しないが
マイクロプロセッサ、メモリおよびインターフェースを
主体とするマイクロコンピュータで構成されており、コ
ントロールユニット2Bのインターフェースにはエアフ
ロメータ25、クランク角センサ27および要すればノ
ックセンサーや過給圧センサー28からの信号が入力さ
れる。
しかして、これらの信号のうちアナログ信号は図示しな
いA/D変換器を介してデジタル信号として入力される
。また、マイクロプロセッサは予め設定されたプログラ
ムに従って公知の燃料噴射量、噴射時期および点火時期
等を演算出力すると共に前記電磁弁のデユーティ値を演
算して制御信号り、、D、およびD2を出力する。
次に第6図によって、その作用を説明する。
なお、本実施による演算は例えばエンジンの1回転に1
度又は定時間に1度実行される。まず。
ステップPIで、エンジン回転速度Ne、空気流量Q^
、および逆止弁7の下流の過給圧力PbのA/D変換値
が入力されると、ステップP2でこの空気流量Q^に対
し予め与えられた第7A図に示すようなテーブルから出
力される制御信号D0、D、およびD2についての基本
制御デユティの読みとりが行われる。
かくして、ステップP3では、さらに現在の過給圧力値
と空気流量に対し予め与えられている目標過給圧力を第
7B図のテーブルから読み出し、ステップP4でフィー
ドバック補正量kを目標過給圧PMとの差から演算し、
出力デユティ値Dt>’、DI′およびD2′を演算し
てステップP5でこれらのデユティ信号を出力する。
なお、これらのデユティの補正計算によって加速時の一
時的な過給圧上昇やノック信号による過給圧力の上昇や
下降の制御を行なってもよいことは言うまでもない、ま
た1以上の説明では、アクチュエータによって排気制御
弁や可変ノズルを制御するようにしたが、このようなダ
イアフラムアクチュエータに限らず、ステー2ピングモ
ータや。
油圧アクチュエータ等を使用するようにしてもよい。
更にまた、逆止弁7についても、このようなアクチュエ
ータおよびデユティソレノイド弁を用いるようになし制
御を行なってもよい。
〔効  果〕
以上説明してきたように、本発明によれば、排気通路に
高圧側のタービンを側路する複数のバイパス通路にそれ
ぞれバイパス弁を設け、これらのバイパス弁の開度を圧
縮機に導かれる空気流量とエンジンの回転数とに対応し
て制御することにより適切な過給圧が保たれるようにし
たので、バイパス弁の開弁が要求される運転域において
、バイパス弁の開き始めの時期における弁開度をストロ
ークに対して滑らかに保持させることができると共に、
エン−ジンの高速回転域における通気抵抗を十分小さく
することができて、安定した過給圧の供給接続が可能と
なり、トルクの安定を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明多段式ターボ過給エンジンにおける過給
装置の構成の一例を示す線図、第2図はその制御系統の
構成の一例を示す模式第3図←÷−→iは本発明エンジ
ンの運転状態に応じて、その高圧および低圧タービン入
口で得られる圧力、それぞれの圧縮機圧力、流量調整弁
の開弁動作、高圧タービン側の排気バイパス弁の開弁動
作および低圧タービン側の可変ノズルの開弁動作とエン
ジン空気流量との間に保たれるそれぞれ特性曲線図、 第4図はエンジン回転速度−トルク曲線上に本発明にか
かる運転点を示した説明図、 第5図は本発明の他の実施例による制御系統の構成の一
例を示す模式図、 第6図は第5図の実施例による制御動作の流れ図、 第7A図および第7B図はその制御動作に使用されるテ
ーブルの一例をそれぞれ示す特性曲線図、第8図は従来
の多段式ターボ過給エンジンの構成の一例を示す線図。 第9図はその制御系統の構成を示す模式図である。 1・・・エンジン、 2.3・・・吸気通路。 4.5・・・圧縮機。 6.7・・・逆止弁、 8・・・排気通路。 9.10・・・タービン、 11.13・・・バイパス通路、 11a…可変ノズル、 12・・・流量調整弁、 14・・・ウェストゲート弁、 15・・・可変ノズル、 16.17・・・アクチュエータ、 18A 、 17A・・・制御圧調整弁、18・・・吸
気管、 18・・・制御回路、 20・・・給気冷却器。 21、23・・・第2バイパス通路、 22・・・排気バイパス弁、 22A・・・リンク機構、 22B・・・アクチュエータ。 24・・・逆止バイパス弁。 25・・・エアフローメータ、 26・・・コントロールユニット、 27・・・クランク角センサ。 28・・・過給圧センサ。 31・・・デユティソレノイド弁。 特許出願人  日産自動車株式会社 代 理 人  弁理士  谷  義 −「− ■ ■ じ 1: /Iev★ ト 一\ 26コ二 第2図 224ノtり()でイノ\=ス争 第5図 υA

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)吸気通路に複数の圧縮機が配置され、該複数の圧縮
    機を排気通路に直列に配置された複数の排気タービンに
    よりそれぞれ駆動して、前記複数の圧縮機から得られた
    過給圧が供給されるようにした多段式ターボ過給エンジ
    ンにおいて、前記排気通路に前段の前記排気タービンを
    側路する複数のバイパス通路を設け、該複数のバイパス
    通路にそれぞれバイパス弁を設けて、複数の前記バイパ
    ス弁の個々の開度を前記吸気通路への空気流量とエンジ
    ン回転数とに対応して制御することにより適切な過給圧
    が得られるようにしたことを特徴とする多段式ターボ過
    給エンジン。 2)特許請求の範囲第1項に記載の多段式ターボ過給エ
    ンジンにおいて、複数の前記バイパス弁の個々の開度は
    前記吸気通路への空気流量と前記エンジン回転数とによ
    って修正された前記過給圧によって制御されることを特
    徴とする多段式ターボ過給エンジン。
JP60118545A 1985-05-31 1985-05-31 多段式タ−ボ過給エンジン Pending JPS61277818A (ja)

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