JPS62113829A - ２段過給機付エンジンの過給圧制御装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、２段過給機付エンジンの過給圧制御装置に関
する。

［従来技術］ 従来の２段ターボ過給機付エンジンの過給圧制御装置と
しては、特開昭５９−８２５２６号公報で開示されてい
る第４図に示すようなものがある。ここで１は小流量形
の高圧段ターボ過給機、２は大流量形の低圧段ターボ過
給機である。エンジン３からの排気は高圧段ターボ過給
機１のタービンＩＡと、更にバイパス通路４を介して低
圧段ターボ過給機２のタービン２八に供給されるように
構成されており、かくして外部から取り込まれた空気は
低圧段ターボ過給機２のコンプレッサ２Ｂによって加圧
され、加圧された圧縮空気はエンジン３の負荷状態に応
じて高圧段ターボ過給機１のコンプレッサ１Ｂに導かれ
るかまたはバイパス通路５を介して直接エンジン３に供
給される。

更にまた本例では、その排気管系６の高圧段ターボ過給
機タービン（以下で第１タービンという）　ＩＡのバイ
パス通路４との分岐部より下流側およびバイパス通路４
にそれぞれ切換え可能に制御される制御弁７および８が
設けられ、一方、吸気管系９のバイパス通路５との分岐
部より下流側およびバイパス通路５にもまた互いに切換
え可能な制御弁ｌＯおよび１１が設けられている。１２
はイタンクーラである。

このように構成されたエンジン過給圧制御装置において
は、エンジン３が低中速領域にあるときはバイパス通路
４および５に設けられたバイパス制御弁８および１１が
閉成される代りに他方の制御弁７および１０が全開とな
り、排気によって双方のタービンすなわち第１タービン
ＩＡと第２タービン（低圧段ターボ過給機２のタービン
）　２Ａとが共に駆動され、空気は第２コンプレッサ（
低圧段ターボ過給機のコンプレッサ）２Ｂと第１コンプ
レッサ（高圧段ターボ過給機のコンプレッサ）　ＩＢに
よって２段に加圧される。

また、高速領域にあるときは、排気によって直接第２タ
ービン２八を駆動させるべく、制御弁７および１０の方
が閉成される代りにバイパス制御弁８および１１の方が
開放され、第２コンプレッサ２Ｂにより加圧された過給
圧が直接エンジン３に供給される。

しかしながら、このような従来のエンジン過給圧制御装
置では、上述した制御弁７と８との切換え制御および制
御弁１０と１１との切換え制御がエンジン３の回転数等
負荷条件に応じてなされるように構成されており、更に
その目的とするところが高速領域におけるボンピングロ
スを低減して燃費の向上を図ることにあるために、高圧
段ターボ過給機１の流量特性は十分小さいものにされて
いる。

そこで、一般にこのような２段通給エンジンにおいて、
高圧段ターボ過給機１または低圧段ターボ過給機２のみ
を駆動させたときのエンジントルクの特性曲線を示すと
、第５図のようになり、いま、低中速領域で高圧手段タ
ーボ過給機１のみによる過給がなされ、高速領域で低圧
段ターボ過給機２による過給がなされるとして、ゆつ（
り加速が行われたとすると、トルクは破線のように移行
する。

すなわち、実際の加速状態では、低圧段ターボ過給機２
に高圧段ターボ過給機１より大きい加速応答遅れがあり
、一点鎖線で示すような定常運転時のトルク曲線は得ら
れず、低圧段ターボ過給機２が立上がるまでの間は高圧
段ターボ過給機１のみで過給がなされる過程が介在し、
図に示すようにその間にトルクの段差が発生する。

また、このようなトルクの段差を抑制するために低圧段
ターボ過給機２の流量特性を高圧段ターボ過給機１のそ
れに近ずけると、高速領域でのトルク向上が少なくなり
、燃費の改善度が低下する。

［発明の目的］ 本発明の目的は、このような問題点に着目し、その解決
を図るべく、低中速から高速への移行時に滑らかにトル
クを高めることができ、低速領域での加速性能の向上と
高速領域ての燃費の向上とか共に期待できて運転性能を
向上させることのできる２段ターボ過給機付エンジの過
給圧制御装置を提供することにある。

［発明の構成］ かかる目的を達成するために、本発明では、エンジンか
らの排気と高圧段過給機の第１タービンおよび低圧段過
給機の第２タービンに供給して高圧段過給機の第１コン
プレッサおよび低圧段過給機の第２コンプレッサを駆動
し、当該第１および第２コンプレッサから得られた過給
圧がエンジンに供給される２段過給機付エンジンの過給
圧制御装置において、第２タービンに可変容量装置を設
け、第１タービンには側路を設けて側路に排気バイパス
弁を配設し、可変容量装置および排気バイパス弁の開度
を制御することにより、第２コンプレッサからの吐出圧
力が所定圧に保たれるようにすると共に第１コンプレッ
サからの吐出圧力を所定圧に一致させるようにする。

［作　用］ このように構成した２段過給機付エンジンの過給圧制御
装置にあっては、低圧段ターボ過給機の排気タービンを
可変容量型となして、そのコンプレッサの出口側の圧力
に基づいて、上記排気タービンの可変容量制御弁と排気
バイパス弁とを制御し、エンジンに供給される過給圧が
所定圧に保たれるようにすることによって、適切に２段
のターボ過給機己よる過給動作が制御され、低中速領域
から高速領域にかけてのトルクの低下が防止されて全体
的に運転性能が向上される。

［実施例］ 以下に、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４図は本発明の一実施例を示す。ここで、２１は第１
タービンＩＡを側路させるバイパス弁、２２は第２ター
ビン２Ａを側路させるウェストゲート弁であり、このウ
ェストゲ−と弁２２は公知の作用をなすものでコントロ
ールユニット２３からの信号により動作するものである
。垣にまた、２４は可変ノズルとノズルを動作させるア
クチュエータとで構成され、第２タービン２八への流入
ガス量を変化させる可変容量機構（以下では可変機構と
いう）であり、第１コンプレッサＩＢ出ロ圧力Ｐ２によ
って動作する図示しないアクチュエータと、そのアクチ
ュエータへの配管の洩れ量を制御するデユティソレノイ
ド弁、このソレノイド弁を制御するコントロールユニッ
ト２３との構成により上述した可変ノズルを動作させる
ことができる。

また、上述したバイパス弁２工は図示しないステッピン
グモータまたはアクチュエータにコントロールユニット
２４から駆動信号を併給することによって開閉動作を実
施させることができる。２５はバイパス通路５に介装し
た逆止弁であり、第２コンプレッサ２Ｂの出口側圧力Ｐ
ｔ、第１コンブセツサＩＢの出口側圧力Ｐ２がエンジン
３からのノッキング信号、水温検知信号、エンジン回転
信号および吸入空気流量信号と共にコントロールユニッ
ト２３に人力される。

続いて、このように構成した可変圧制御装置での制御動
作を第２図により第１図を参照しながら説明する。ここ
でその横軸はエンジンの回転速度を示し、いまエンジン
３が低速回転の領域では排気バイパス弁２１は全量の状
態に保たれるように制御され排気は全量第１タービンＩ
Ａに供給される。また、ウェストゲート弁２２も全量に
保たれ、第１タービンＩＡからの排気は第２タービン２
八に供給され、かくして、エンジン３への過給圧は第２
図の（Ｃ）で示されるようにエンジンの回転上昇と共に
次第に高められる。

また、この段階では可変機構２４も流路が十分絞られた
低流量特性が得られる状態に制御されて２段過給が実施
される。

また、この段階で、第２コンプレッサ２Ｂからの吐出圧
力Ｐ１も第２図の（Ｃ）で示すよう　Ｐ１′　のように
高められてゆく。なお、逆止弁２５が設けられているこ
とによって、常に第１コンプレッサ１８の出口圧Ｐ２′
　の方が圧力Ｐ１′　よりは高いように制御されるが、
圧力Ｐ２′　が所定の過給圧力ａに達したところで排気
バイパス弁２１をＣＤ）に示すように開弁させ始めるよ
うに制御する。

かくして、更にエンジン３に供給する過給空気の流量増
大によって第２コンプレッサ２Ｂからの吐出圧力Ｐ１′
　が所定圧すに達したところで、こんどは第２タービン
２Ａの可変機構２４を第２図（Ｅ）のように制御して開
放してゆく。しかして、この開放制御により吐出圧力ｐ
１１　を上記所定圧すに保たせるように低圧段ターボ過
給機２の回転を制御しながら、第２コンプレッサＩＢか
らの吐出圧力Ｐ２′　が同図（Ｃ）のように降下して所
定圧すとなるようにする。

その後も双方の吐出圧力Ｐ１′　　とＰ２′　　とが共
に所定圧すに保たれるようにエンジン１の回転上昇に合
わせてバイパス弁２１と可変機構２４との開度が制御さ
れ、第２図（Ｃ）に示す運転領域Ａではエンジン排圧曲
線が同図（Ｂ）で示すように一旦コンペックスになるが
、過給圧の急激な落込みもなく、同図（Ａ）に示すよう
にトルクを滑らかな上昇傾向に保つことができる。

また、バイパス弁２１および可変機構２４が全開に保た
れるような運転状態りとなるとウェストゲート弁２２が
開弁され始め、過給圧とトルクの関係は第２図の（Ａ）
および（Ｃ）でＢ領域として示されるような傾向に保た
れ、過給圧力が所定圧すに維持されるように制御される
。

なお、運転領域Ａの０点ではヒステリシスの配慮から実
際に設定される所定圧すには上下幅を持たせるようにし
て、過給圧の多少の振れに対してはダンピングにより所
定圧すに収斂されるようにする。かくして、従来であれ
ば排気バイパス弁２１が開弁されると過給圧が落込む傾
向のあったものが、低圧段ターボ過給機２に可変機構２
４を設けて、０点より前段の領域でバイパス弁２１と可
変機構２４とを適切に開弁させるように制御することに
よって過給圧の落込みを防止することができるものであ
る。

続いて、第３図により本発明過給圧制御装置のコントロ
ールユニット２３での制御動作についテ述べることとす
る。なお、コントロールユニット２３には図示しないが
マイクロコンピュータが内蔵されており、演算部、記憶
部＾／Ｄ変換部およびＤ／Ａ変換部をそなえている。

ます、ステップＳｌで圧力Ｐ１′　およびＰ２′　　と
が人力されてＡ／Ｄ変換され、ステップＳ２で空気流量
が人力されてＡ／［１変換される。続いてステップＳ３
およびＳ４で上記の空気流量に対応した排気バイパス弁
２１の開度制御値および可変機構２４の開度制御値がそ
れぞれフィード・フォワード制御のために第３図の（八
）に示すテーブルからルックアップされ、続くステップ
Ｓ５で圧力Ｐ２′　　と　Ｐ□′　との差から第１コン
プレッサＩＢの吐出圧力Ｐ２′　が第１コンプレッサＩ
Ａの吐出圧力Ｐ１′　　にまで下げられたか否かが判断
される。

かくして、ステップＳ５において、下げられていなけれ
ばステップＳ６に進んで、上記吐出圧力Ｐ！′　が所定
値すより大きいか否かが判断され、所定値すに達してい
れば、ステップＳ７で第１コンプレッサ１Ｂからの吐出
圧力の目標制御値をテーブルにおいて下げ、またステッ
プＳ８で排気バイパス弁２１の目標制御値をテーブルに
おいて下げ、またステップＳ５においてＰ２′　がＰ１
′　にまで下げられたと判断されたならばステップＳ９
で過給圧制御値を一致させる。

また、ステップＳ６で圧力Ｐ１′　が所定値すより大き
くなければステップ５１０に進んで第３図（８）のテー
ブルで吐出圧Ｐ２の目標値をルックアップし、続くステ
ップＳｌｌで同テーブルにより吐出圧力Ｐ１の目標値を
ルックアップする。かくして、ステップ５１２で排気バ
イパス弁２１の目標制御値をその時点における吐出圧Ｐ
２との差に関連して補正し、更にステップ５１３で可変
機構２４の目標制御値をその時点における吐出圧Ｐ１ど
の差に関連して補正し、ステップＳ１４でこの補正量を
リミッタにより限定してステップ５１５でその制御値を
出力させる。なお、このような手順は、サブルーチンプ
ログラムとして所定の時間割で実施されるものである。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、低圧段ター
ボ過給機のタービンに可変容量装置を設　　・け、高圧
段ターボ過給機のタービンにはパイｔＹス通路にバイパ
ス弁を設けて、上記可変容量装置とバイパス弁との弁開
度を制御することにより高圧第ターボ過給機コンプレッ
サからの吐出圧力を低圧段ターボ過給機からの設定吐出
圧力と一致させるようにしたので、従来の２段ターボ過
給機付エンジンのように高圧段ターボ過給から低圧段タ
ーボ過給の移行時にトルクに著しい落ち込みの発生する
ようなことがなくなり、なめらかなトルクの上昇によっ
て低速領域での加速性能の向上および高速領域における
燃費の改善と共に全体的に運転性能の向上を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明２段過給機付エンジンの過給圧制御装置
の構成の一例を示す模式図、 第２図は本発明にかかる高圧段ターボ過給機排気バイパ
ス弁および低圧段ターボ過給機可変機構等の開閉制御と
、その制御結果として得られるコンプレッサからの吐出
圧（過給圧力）、軸トルクおよびエンジン排圧の状態を
関連して示す説明図、 第３図は本発明の過給圧制御装置コントロールユニット
による制御動作の手順を示す流れ図、第４図は従来の２
段過給機付エンジンの過給圧制御装置の一例を示す模式
図、 第５図はそのエンジン回転数と発生トルクとの関係を高
圧段ターボ過給機および低圧段ターボ過給機による過給
圧供給に関連して示す特性曲線図である。 １・・・高圧段ターボ過給機、 ２・・・低圧段ターボ過給機、 ＩＡ、２Ａ・・・タービン、 １Ｂ、２Ｂ・・・コンプレッサ、 ３・・・エンジン、 ４．５・・・バイパス通路、 ６・・・排気管系 ７．８．ＩＱ、１１・・・制御弁、 ９・・・吸気管系、 １２・・・インタクーラ、 ２１・・・バイパス弁、 ２２・・・ウェストケート弁、 ２３・・・コントロールユニット、 ２４・・・可変容量機構、 ２５・・・逆止弁。 ＶＦ許出出願人　８産目動軍株式会社 代　理　人　　弁理士　谷　　義　− 牛 辱 φ ２→う

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンからの排気を高圧段過給機の第１タービンおよ
   び低圧段過給機の第２タービンに供給して前記高圧段過
   給機の第１コンプレッサおよび前記低圧段過給機の第２
   コンプレッサを駆動し、当該第１および第２コンプレッ
   サから得られた過給圧が前記エンジンに供給される２段
   過給機付エンジンの過給圧制御装置において、 前記第２タービンに可変容量装置を設け、前記第１ター
   ビンには側路を設けて該側路に排気バイパス弁を配設し
   、前記可変容量装置および前記排気バイパス弁の開度を
   制御することにより、前記第２コンプレッサからの吐出
   圧力が所定圧に保たれるようにすると共に前記第１コン
   プレッサからの吐出圧力を前記所定圧に一致させるよう
   にしたことを特徴とする２段過給機付エンジンの過給圧
   制御装置。