JPH0230924A - 過給機の制御装置 - Google Patents

過給機の制御装置

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JPH0230924A
JPH0230924A JP63178722A JP17872288A JPH0230924A JP H0230924 A JPH0230924 A JP H0230924A JP 63178722 A JP63178722 A JP 63178722A JP 17872288 A JP17872288 A JP 17872288A JP H0230924 A JPH0230924 A JP H0230924A
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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】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの排気エネルギーを利用してタービン
を回転させ、その回転力をもフてエンジンを過給する排
気タービン駆動過給機の制御装置に関し、特に排気ター
ビンを複数段直列に接続した多重型の排気タービン駆動
過給機の制御装置に関する。
（従来の技術） エンジンの排気ガスを排気タービンに導き、これを高速
回転させ、該排気タービンと同軸に接続されたコンプレ
ッサを高速回転駆動して、エンジンの過給を行う排気タ
ービン駆動過給機は古くから知られている。また、この
装置の排気タービンを駆動する排気ガスの中に残存する
残余の排気エネルギーをも回収して、この回収エネルギ
ーをエンジンの回転軸に帰還させる試みも近年提案され
た。すなわち、この装置は、排気タービンの回転軸に発
電機と吸気コンプレッサとを設け、排気タービンにて回
収した排気エネルギーをもってコンプレッサを回転させ
て過給動作を行うとともに、発電動作も同時に行い該発
電エネルギーでエンジンの回転軸に設けられた電動機を
回転させて、排気エネルギーをエンジンの回転軸に帰還
させるもので、このような装置は例えば、特開昭６０−
４３１５２号公報に記載されている。
この装置は、エンジンの回転数が小さく排気エネルギー
が少ない状態では、発電動作は愚か過給動作も実行でき
ないので、このような状態時には排気タービンの回転軸
に設けられた発電機を電動機に切り換え、これを回転駆
動してコンプレッサを動作させ、エンジンの過給を行う
ものが提案され、このような装置は例えば、特開昭６０
−１９５３２９号公報に開示されている。そしてこの装
置は、エンジンの低速高負荷の運転領域で特に有効であ
る。
（発明が解決しようとする課題） 上述の特開昭６０−１９５３２９号公報に開示されてい
るような提案においては、エンジンの低速高負荷時には
電動−発電機を電動機駆動させるため、コンプレッサの
過給作動が助勢されエンジンへの過給気圧が上昇してエ
ンジントルクが向上することになるが、電動機への供給
電源がバッテリであるため、電力源として余裕に乏しい
という問題が生じている。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり
、その目的は排気系統に直列に接続された複数段の排気
タービンの回転軸にそれぞれ電動発電機を設けた過給機
の制御装置において、それぞれの電動発電機を電動機駆
動している時にそれらの電源をバッテリに依存すること
がない過給機の制御装置を提供するにある。
（課題を解決するための手段） 上述の如き従来の不都合を解決するため、本発明によれ
ば、複数台のターボチャージャの各排気タービンの流路
と各コンプレッサの流路とを直列に接続し各排気タービ
ンのトルクで駆動される各コンプレッサによりエンジン
を過給する過給機の制御装置において、各排気タービン
とコンプレッサとを連結する回転軸に電動機構を配置す
るとともに、所定値よりアクセルペダルのが踏み込まれ
たことを検知する第１の検知手段とエンジン負荷が所定
値より低下したことを検知する第２の検知手段と、エン
ジンの出力により発電される発電手段とを有し、第１と
第２の検知手段からの検知信号の論理積が得られた時に
前記発電手段からの電力をターボチャジャの電動機構に
印加しこれを駆動せしめる手段とを有することを特徴と
する過給機の制御装置が提供される。
（作用） 本発明では、エンジンの排気系統に直列に接続された複
数の排気タービンの回転軸にそれぞれ電動発電機を設け
て、エンジンへの過給作動を効率よく制御しようとする
過給機の制御装置の低速ブースト圧の上昇を効果的に実
施するため、踏込み量大のアクセルポジションと、小さ
いエンジン回転数とを検出することによって多段過給モ
ードを選択し、多段タービン列のコンプレッサとして低
速ブースト圧の上昇を図り、特に低速でのエンジントル
クを飛躍的に上昇させる６又、上記燃料流量に応じた過
給のブースト圧上昇の促進は、エンジンの回転軸に接続
された排気エネルギー回収用の電動機を発電機に切り換
えてその出力によって実施する。すなわち、該発電機か
らの電力は、該発電機直後に置かれた変圧機により電圧
上昇され、これを直流変換した後、２つのコンプレッサ
を駆動する電動機を駆動制御するインバータに供給し、
これら電動機の回転によりコンプレッサが動作し、ブー
スト圧が上昇する。
（実施例） つぎに、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説
明する。
第１図は本発明の一実施例の構成を示す構成ブロック図
である。
同図において、１はエンジンである。このエンジンは、
シリンダ、シリンダヘッド、吸気排気経路の内側、ピス
トンリング、ピストンヘッド、吸・排気バルブなどにフ
ァインセラミックスを使用し、ラヂエタを必要としない
セラミックス・ディーゼルエンジンである。そして吸気
経路１１を通じて吸入する空気と供給される燃料との燃
焼エネルギーによって、図示していない車両を駆動する
もので、燃焼後の排気ガスは排気経路１２を介して第１
のターボチャージャ２に供給され、排気タービン２１を
回転駆動する。２２はコンプレッサで、排気タービン２
１の回転軸に直結され、排気エネルギーにより回転駆動
される排気タービン２１のトルクにより吸入空気を圧縮
し、吸気経路１１を介してエンジン１の吸気を過給する
ものであり、コンプレッサ２２の吸入管２３にはバルブ
２４が取付けられ、バルブアクチュエータ２５の作動に
より、吸入管２３の空気通路が開閉制御されるよう構成
されている。
３は回転電機で排気タービン２１とコンプレッサ２２と
を直結する回転軸上に取付けられ、電力が供給されると
電動機として駆動され、コンプレッサ２２を駆動してそ
の過給作動を助勢するものである。また、排気タービン
２１により回転されると、発電機となり、これより電力
を取り出すことができる。なお、３１は回転センサで回
転電機３の回転数、すなわち第１のターボチャージャ２
の回転数を検出して、後述するコントローラに回転信号
を送信する。
４は第２のターボチャージャで第１のターボチャージャ
２の排ガスの排出経路２６に接続されて排気タービン４
１が回転駆動されるものであり、排気タービン４１の回
転軸には回転電機５とコンプレッサ４２とが直結されて
いる。そして、第１のターボチャージャ２の場合と同様
に、コンプレッサ４２は吸入管４３から取入れた空気を
圧縮してエンジン１に送気するが、第２のターボチャー
ジャ４では圧気は送気管４６を介してコンプレッサ２２
に送られてからエンジン１に達することになる。なお、
４４は吸入管４３に設けられたバルブであり、バルブア
クチュエータ４５の作動により吸入管４３の開閉を制御
するもので、バルブアクチュエータ４５および前記のバ
ルブアクチュエータ２５に対する開閉制御指令はコント
ローラ６から発令される。
５は回転電機で排気タービン４１とコンプレッサ４２と
を直結する回転軸上に取付けられ、電力が供給されると
電動機として駆動され、コンプレッサ４２を駆動してそ
の過給作動を助勢するものである。また、排気タービン
４１により回転されると、発電機となり、これより電力
を取り出すことができる。なお、５！は回転電機５の回
転数、すなわち第２のターボチャージャ４の回転数を検
出する回転センサ、１３はブースト圧センサで吸気経路
１１の内部に取付けられてエンジン１へのブースト圧を
検出するもの、１４は負荷センサで例えばエンジン１へ
の燃料流量の制御状態を検出してエンジン１の負荷を検
出するものであり、これらの各種センサからの検出信号
はコントローラ６に送信される。
７はエンジン１の回転軸とギヤ結合されている回転電機
である。この回転電機７がエンジン１により駆動される
時には発電機となり、また後述する電力デュアル変換器
７１から電力を供給される時には電動機として作用する
。電力デュアル変換器７１は１つの三相交流端子と２つ
の直流端子を有する。２つの直流端子は内部において並
列接続されている。そしてその並列に接続された直流端
子は、交直両方向変換器の直流端子に接続されている。
交直両方向変換器は、インバータとコンバータとが並列
に接続され、直流から交流に変換する時にはインバータ
が動作し、交流から直流に変換する時にはコンバータが
動作するものであり、このような交直両方向変換器は例
えば、ｒ米国のＷＩＬＥＹ−ＩＮＴＥＲ５ＣＩＥＮ（：
Ｅ社発行、Ｂ、Ｒ，Ｐｅ１ｌｙ著（ＴｈｙｒｉＳｔｏｒ
　Ｐｈａｓｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｃｏｎｖｅｒｔ
ｅｒｓ）第１１１頁乃至第１４４頁Ｊに詳細に示されて
いるように周知の回路であるので、その詳細な説明は省
略する。交直両方向変換器の交流端子は、三相のオート
トランスの二次側に接続されており、該オートトランス
の一次側は回転電機７と接続されている。
このオートトランスは、各相共多数のタップを有し、タ
ップの切換えにより例えば−次側を高く二次側を低くし
、また−次側を低く二次側を高くするというように、−
次二次側の変圧比を自由に変換できる。なお、交直両方
向変換器及びオートトランスのタップの切換えのための
制御指令は、マイクロコンピュータ構成のコントローラ
６から指令されるよう構成されている。
７３及び７５は共に前述の如き交直両方向変換器からな
るデュアル変換器であり、デュアル変換器７３の直流側
は電力デュアル変換器７１の直流端子と接続され、交流
側は回転電機３と接続している。また、デュアル変換器
７５の直流側は電力デュアル変換器７１の直流端子と接
続され、交流側は回転電機５と接続している。なお、１
５は回転検出手段となるエンジン１の回転を検出するエ
ンジン回転センサであり、１６は踏込量検出手段となる
アクセルセンサでアクセルペダル１７の踏込量を検出す
るものであり、これらのセンサからの検出信号はコント
ローラ６に送信される。
コントローラ６はマイクロコンピュータからなり、演算
処理を行う中央制御装置、演算処理手順や制御手順など
を格納する各種メモリ、人／出力ボートなどを備えてお
り、前記の各種センサからの信号が人力されると所定の
演算処理が行われて格納された制御手順に基づき、バル
ブアクチュエータ２５．４５およびデュアル変換器７３
．７５などにそれぞれ制御指令が発せられるよう構成さ
れている。
エンジン１の回転数が高く、排気経路１２から排出され
る排気ガス量が多いときには、その排気エネルギーによ
り第１のターボチャージャ２と第２のターボチャージャ
４とを動作させる。そして第１のターボチャージャ２の
バルブ２４を開き、第２のターボチャージャ４のバルブ
４４を閉じ、第１のターボチャージャ２のコンプレッサ
２２によりエンジン１の過給を行なうとともに、回転電
機３を発電機として動作させ、その発電電力をデュアル
変換器７３、電力デュアル変換器７１を通じて回転電機
７にその電力を供給し、これを回転させて、エンジン１
の回転軸の回転を助成し、排気エネルギーをエンジン１
に帰還させる。勿論、このとき電力デュアル変換器７１
内のオートトランスのタップを切換え、回転電機に印加
する電圧を高めて回転電機７を電動機として作用させる
。
第２のターボチャージャ４は回転電機５を発電機として
動作させ、その発電電力をデュアル変換器７５、電力デ
ュアル変換器７１を通じて回転電機７にその電力を供給
し、これを回転させて、エンジン１の回転軸の回転を助
成し、排気エネルギーをエンジン１に帰還させる。この
とき、デュアル変換器７５のコンバータの位相制御を行
い、その直流電圧をデュアル変換器７３のそれと同一と
なるように制御し、図には示されてはいないが、さらに
それぞれの直流電流を測定するなどしてデュアル変換器
７３．７５の負荷分担を適当にするものである。
つぎに、エンジン１に重負荷が掛り、アクセルペダル、
１７を踏み込んでいるにも拘らず、エンジン１の回転数
が上昇しないような場合には、第１のターボチャージャ
２と第２のターボチャージャ４の回転電機３．５を電動
機として駆動し、コンプレッサ２２．４２を回転電機３
．５の回転力により回転させ、エンジン１へ過給し、エ
ンジン１の駆動トルクを飛躍的に増進する。
第２図はこのような場合の作動の一例を示す処理フロー
図であり、つぎにこの処理フローを説明する。
ステップ１．２において、エンジン回転センサ１５およ
びアクセルセンサ１６の検出した回転信号および踏込量
信号をコントローラ６が読込み、エンジン１が重負荷の
運転状態で二段過給による吸気の昇圧を要するか、否か
をステップ３にて判断し、昇圧を要するときはステップ
５に進み、否の場合はステップ４にて一般の制御モード
に８行する。
ステップ５では二段過給を行うための二台の回転電機３
および５に供給する必要電力に基づいて、発電機作動さ
せる回転電機７の出力の演算を行い、ステップ６にて発
電機７の出力を制御する。そして第１のターボチャージ
ャ２の吸入管２３のバルブ２４を閉じ、第２のターボチ
ャージャ４のバルブ４４を開き（ステップ７．８）、第
１のターボチャージャ２の回転数を回転センサ３１によ
ってステップ９で検出した後、ステップ１０にて電力デ
ュアル変換器７１を作動させデュアル変換器７３を介し
て回転電機３に電力を供給してカ行させる。
ついで、ステップ１１にて第１のターボチャージャ２が
増速したか否かをチエツクし、増速しないときはステッ
プ１２にて故障診断を行う。増速した場合はステップ１
３にて吸気経路１１のブースト圧センサ１３の検出信号
Ｐ　ＢＣＩを読込み、この検出信号に基づくブースト圧
に対応する所要燃料ＱＡの演算を行い、燃料噴射のタイ
ミングを設定してエンジン１への供給燃料の制御を行う
（ステップ１４〜１６）。ステップ１７ではアクセルペ
ダルの踏込量に応じたアクセルセンサ１６の検出信号に
相当する必要ブースト圧ＰＣへの計算を行い、ステップ
１８にて前記の検出信号Ｐ　ＣＢＩと計算したブースト
圧ＰＣＡとを比較してＰＣＡが小さいときはステップ２
０に進んで発電機作動の回転電機７からの出力を減少さ
せるが、ＰＣＡが大きい場合はステップ１９に進む。
ステップ１９では、第２のターボチャージャ４の回転数
ＮＴ２を回転センサ５１から読込み、電力デュアル変換
器７１を作動させデュアル変換器７５を介して回転電機
５に送電してカ行させ（ステップ２１）、第２のターボ
チャージャ４が増速したか否かをステップ２２でチエツ
クする。そして、回転電機５に送電前のＮＴ２が大きい
ときはステップ２３に進んで故障診断モードに穆るが、
増速しでいる場合はステップ２４に進み、ブースト圧セ
ンサ１３からのブースト圧信号Ｐ　ＣＢ２を読込む。
ステップ２５〜２７ではブースト圧Ｐ　ＣＢ２に対応す
る所要燃料ＱＢ２の演算と、噴射のタイミングの設定と
、燃料制御を行い、ステップ２８にて前記ＱＡとＱＢ２
との比較を行う。そして、ＱＢ２が大きいときはステッ
プ２０にて発電機作動の回転電機７からの出力を減少さ
せる制御を、ＱＡが大きいときはステップ２９にて回転
電機７からの出力を増大させる制御を行うことになる。
以上、本発明を上述の実施例によって説明したが、本発
明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらを
本発明の範囲から排除するものではない。
（発明の効果） 本発明によれば、エンジンの排気経路に直列に接続され
た複数段の排気タービンの回転軸にそれぞれ電動発電機
を設けた二段過給機の制御に際し、エンジンが低速重負
荷時にそれぞれの電動発電機を電動機駆動して過給気圧
の上昇を図る電力源として、エンジンに接続した回転電
機を発電機として電力供給するので、バッテリに依存す
ることがないため電力供給が長時間に亙っても安定した
電力が供給できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の構成を示す構成ブロック図
、第２図は本実施例の作動の一例を示す処理フロー図で
ある。 １・・・エンジン、２・・・第１のターボチャージャ、
３・・・回転電機、４・・・第２のターボチャージャ、
５・・・回転電機、６・・・コントローラ、７・・・回
転電機、１２・・・排気経路、１５・・・エンジン回転
センサ、１６・・・アクセルセンサ。 特許出願人　株式会社いすＸセラミックス研究所代　　
理　　人　　弁理士　　　　　　辻　　　　　　　實第
２図 （そのＩ）

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）複数台のターボチャージャの各排気タービンの流
    路と各コンプレッサの流路とを直列に接続し各排気ター
    ビンのトルクで駆動される各コンプレッサによりエンジ
    ンを過給する過給機の制御装置において、各排気タービ
    ンとコンプレッサとを連結する回転軸に電動機構を配置
    するとともに、所定値よりアクセルペダルが踏み込まれ
    たことを検知する第１の検知手段とエンジン負荷が所定
    値より低下したことを検知する第２の検知手段と、エン
    ジンの出力により発電される発電手段とを有し、第１と
    第２の検知手段からの検知信号の論理積が得られた時に
    前記発電手段からの電力をターボチャジャの電動機構に
    印加しこれを駆動せしめる手段とを有することを特徴と
    する過給機の制御装置。
  2. （２）各排気タービンとコンプレッサとを連結する回転
    軸に設けられた電動機構と過給されるエンジンのトルク
    により発電される発電手段とをそれぞれ電動・発電機構
    とし、前記第１と第２の検知手段からの検知信号の論理
    積が得られない状態においてはターボチャージャの電動
    ・発電機構を発電機構として動作せしめ、これらの発電
    電力として回収されるエネルギをエンジンに帰還せしめ
    ることを特徴とする請求項第（１）の過給機の制御装置
    。
  3. （３）前記エンジンは少なくともシリンダ、シリンダヘ
    ッド、吸気排気経路の内側、ピストンリング、ピストン
    ヘッド、吸・排気バルブをファインセラミックスにて構
    成せしめたセラミックス型エンジンであることを特徴と
    する請求項第（１）または第（２）の過給機の制御装置
    。
JP63178722A 1988-07-18 1988-07-18 過給機の制御装置 Expired - Lifetime JP2526100B2 (ja)

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