JP2570403B2 - ツインターボエンジンの過給圧制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は二基のターボチャージャを直列又は並列に接
続して過給を行わせるようにしたツインターボエンジン
の過給圧制御装置に関する。

〔従来の技術〕

二基のターボチャージャを用いて、車両の運転領域全
般に亘る出力及び燃費向上を図るツインターボエンジン
が公知である（特公昭45−9084号、特公昭62−48051
号、特開昭62−113829号公報参照）。

このようなツインターボエンジンの過給制御は、エン
ジン中・高速域では第１ターボチャージャ（直列接続の
場合に、低圧段ターボチャージャと呼ばれる）を、エン
ジン低速域では第２ターボチャージャ（同様に、高圧段
ターボチャージャと呼ばれる）を作動させることにより
行うのが一般的である。そして、第２ターボチャージャ
から第１ターボチャージャへの実質的な過給の切替え
は、第１ターボチャージャの過給圧が所定の単一の設定
過給圧に達したか否かにより行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このように運転状況の如何に拘らずに
第１ターボチャージャの過給圧が所定の単一の設定過給
圧に達すると画一的に過給を切り替えるのは以下に述べ
る如き不都合を伴う。すなわち、例えばエンジン低速状
態から発進するような場合、車両を駆動する上で大きな
トルクが必要であり、従って第２ターボチャージャを高
流量側まで使用して充分なトルクを発生させると共に、
過給切替え時にトルクの極端な落ち込みがないようにす
るために、過給を切り替えるべき所定の設定過給圧を高
く設定する必要がある。一方、この設定過給圧を高くす
ると、今度は、例えばエンジン減速状態から加速するよ
うな場合、既に車両自体が充分な走行状態にありイナー
シャを有するため、第２ターボチャージャを高流量側ま
で使用して高過給を得る必要がないばかりか、却って燃
料が無駄に消費されがちである。従って低流量側で過給
切替えを行う方が燃料経済上好ましい、すなわち、過給
を切り替えるべき設定過給圧を低くする必要がある。

以上の点に鑑み本発明においては、第２ターボチャー
ジャから第１ターボチャージャへの実質的な過給の切替
えの時期を、エンジン運転状態によって異ならしめるこ
とにより、出力及び燃費の調和を保ちながら両者を適切
に向上させ得る、ツインターボエンジンの過給圧制御装
置を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明によれば、吸入空気
を過給する第１ターボチャージャ及び第２ターボチャー
ジャを備え、上記第１ターボチャージャの排気通路及び
吸気通路に、過給圧が所定の設定過給圧に達したときに
全開する排気制御弁及び吸気制御弁をそれぞれ配設した
ツインターボエンジンの過給圧制御装置において、上記
設定過給圧を高流量側の第１の設定過給圧及び上記第１
の設定過給圧より低い低流量側の第２の設定過給圧から
成るものとし、エンジン低速状態からの発進時には、過
給圧が上記第１の設定過給圧に達したときに上記排気制
御弁及び吸気制御弁を全開状態にし、エンジン減速状態
からの加速時には、過給圧が上記第２の設定過給圧に達
したときに上記排気制御弁及び吸気制御弁を全開状態に
するように構成したことを特徴とする。

〔作 用〕

エンジン低速状態からの発進時には、高く設定した高
流量側の第１設定過給圧による過給圧が達するまで第２
ターボチャージャによる過給が行われ、この第１設定過
給圧に達すると排気制御弁及び吸気制御弁が全開し、第
１ターボチャージャによる過給に切り替わる。これによ
り、低速状態のトルクが増大する。

他方、エンジン減速状態からの加速時には、低く設定
した低流量側の第２設定過給圧に過給圧が達するまで第
２ターボチャージャによる過給が行われない。これによ
り燃費が向上する。

〔実施例〕

エンジンに対する二基のターボチャージャの接続の仕
方により直列と並列の２種類の過給形式があるが、本発
明はいずれの形式のツインターボエンジンにも適用でき
るものである。そこで、先ず始めに直列ツインターボエ
ンジンの過給圧制御装置について説明する。

第１図は本発明に係る直列ツインターボエンジンの過
給圧制御装置の一実施例の全体構成図であり、エンジン
１の排気通路２には直列に低圧段ターボチャージャ（本
願発明でいう第１ターボチャージャ）の大容量タービン
３及び高圧段ターボチャージャ（本願発明でいう第２タ
ーボチャージャ）の小容量タービン４が設けられ、これ
らのタービン3,4により夫々駆動される低圧段ターボチ
ャージャの大容量コンプレッサ５及び高圧段ターボチャ
ージャの小容量コンプレッサ６が吸気通路７に同様に直
列に介装される。８は昇温した過給気を冷却するための
インタークーラーである。また、低圧段及び高圧段ター
ビン3,4を夫々迂回する低圧段及び高圧段排気バイパス
通路13,14が設けられ、低圧段排気バイパス通路13に
は、ばね33eを具えた第１圧力作動室33aが大気に開放さ
れ第２の出力作動室33bが低圧段コンプレッサ５の出口
側に連通されたアクチュエータ33により駆動されるいわ
ゆるウエイストゲートバルブ23が配設される。高圧段排
気バイパス通路14には排気バイパス弁駆動装置34により
駆動される排気制御弁24（並列ツインターボエンジンの
過給圧制御装置の排気制御弁と区別するため、本実施例
においては、以下、排気バイパス弁24と呼ぶ）が配設さ
れる。この駆動装置34についての詳細は後述する。

一方、コンプレッサ側には高圧段コンプレッサ６を迂
回する吸気バイパス通路16が設けられ、この吸気バイパ
ス通路16には吸気制御弁26（排気バイパス弁24と同様の
理由から、以下、吸気バイパス弁26と呼ぶ）が配設され
る。吸気バイパス弁26は切頭円錐状のプラグ26aとこの
プラグ26aの斜面と係合する孔26bが形成された仕切部26
cとを有し、このプラグ26aはアクチュエータ36によりバ
イパス流れ方向に往復移動自在である。アクチュエータ
36は第１及び第２圧力作動室36a,36bを有する。

アクチュエータ36の第１圧力作動室36aと低圧段コン
プレッサ５の出口側とを連通する第１の通路９には電磁
式の三方弁17が介装される。三方弁17は励磁されていな
いときには例えば白抜きのポート位置をとるように設定
でき、このとき第１圧力作動室36aは大気に開放される
かあるいは負圧源（例えば、吸気マニホルドまたは吸気
管の吸気負圧領域あるいはバキュームポンプ）に連通さ
れ、他方励磁されているときには黒塗りのポート位置を
とり第１圧力作動室36aは低圧段コンプレッサ５の出口
側に連通される。

また、アクチュエータ36の第２圧力作動室36bは第２
の通路10を介して高圧段コンプレッサ６の出口側に連通
され、この通路10には電磁式の三方弁18が介装される。
三方弁18は励磁されていないときには例えば白抜きのポ
ート位置をとるように設定でき、このとき第２圧力作動
室36bは大気に開放され、他方励磁されているときには
黒塗りのポート位置をとり第２圧力作動室36bは高圧段
コンプレッサ６の出口側に連通される。

このようなアクチュエータ36により駆動される吸気バ
イパス弁26は、後述するように排気バイパス弁24と略同
時に全開するように制御されるが、その全開時において
は洩れ等がない全開状態に保持される。これは次の様に
行われる。すなわち、全開前には吸気バイパス弁26を開
閉駆動するアクチュエータ36の第１圧力作動室36aは三
方弁17を介して大気に開放（好ましくは負圧源に連通）
し、第２圧力作動室36bは三方弁18を介して高圧段コン
プレッサ６の出口側に連通し内部に過給圧P₆を作用させ
る。これにより、吸気バイパス弁26の締め切り圧（過給
圧のバイパス流れを阻止する圧力）を極めて大きく維持
でき過給気の漏れを殆どなくすことができる。そして、
全開時にはこれら三方弁17,18を略同時に切り替え、ア
クチュエータ36の第１圧力作動室36aは低圧段コンプレ
ッサ５の出口側に連通に内部に過給圧P₅を作用させ、第
２圧力作動室36bは大気に開放する。これにより吸気バ
イパス弁26を開く直前まで高い締め切り圧を維持しなが
ら一気に開くことができ漏れを生じにくい応動性の優れ
た吸気バイパス弁26開閉制御が可能である。なお、第２
圧力作動室36bは三方弁18を介してエンジン１下流の所
定の正圧力を有する排気通路２に連通されてもよい。

ここで先に触れた排気バイパス弁24の駆動装置34につ
いて詳細に説明すると、第２図はこの排気バイパス弁駆
動装置34の縦断面図である。

第２図を参照すると、第１の圧力作動室81及び第２の
圧力作動室91は通路11及び12を介してそれぞれ高圧段コ
ンプレッサ６出口側及び低圧段コンプレッサ５出口側に
連通される。

この通路12内には電磁式の三方弁19（第１図参照）が
介装され、例えば三方弁19の非励磁時には第２圧力作動
室91を大気開放し、励磁時には第２圧力作動室91に低圧
段コンプレッサ５出口側の過給圧P₅が作用し得るように
なっている。

耐熱性のベローズ85,95により第１圧力作動室81及び
第２圧力作動室91からそれぞれ気密的に隔離されたベロ
ーズ室86,96内には圧縮ばね84,94がそれぞれ配置され、
ベローズ85,95を図では右方向に付勢している。ベロー
ズ85はフランジ82等と共にピストンロッド83に一体移動
自在に連結され、同様にベローズ95にフランジ92等と共
にロッド93に一体移動自在に連結される。このロッド93
には図示しないリンク機構を介して排気バイパス弁24
（第１図）に連結されている。

従って、第１圧力作動室81内に所定の高圧段コンプレ
ッサ出口側過給圧P₆が作用しピストンロッド83が移動す
ると、このピストンロッド83の先端部が第２圧力作動室
91内のフランジ92に当接しこれを押圧するためロッド93
も同様に移動することとなる。このときばね84,94を共
に圧縮させるため（ばね84,94のばね定数をそれぞれk₁,
k₂とすると、共に圧縮させる場合（（k₁＋k₂）のばね定
数を有するばねを圧縮するのに等しい）、排気バイパス
弁24を開閉させるには相当なる過給圧P₆が必要である。
また、このときベローズ室86内の空気はピストンロッド
83とこれが貫通する基部87の穴との隙間から第２圧力作
動室91を通って大気開放される。同様に、ベローズ室96
内の空気はロッド93とこれが貫通する支持部97の穴との
隙間から大気開放される。

このように所定の高圧段コンプレッサ出口側過給圧P₆
が第１圧力作動室81に作用し、ピストンロッド83ひいて
はロッド93が所定量移動している場合に、三方弁19が切
り替わり第２圧力作動室91に過給圧P₅が作用すると、フ
ランジ92、ベローズ95そしてロッド93がさらに前進する
ことになる。このとき実質的に圧縮するのはばね定数k₂
のばね94のみである。また、このときフランジ82、ベロ
ーズ85、そしてピストンロッド83はロッド93の前進に対
し追従して前進するが、第２圧力作動室91内の正圧の空
気がピストンロッド83とこれが貫通する基部87の穴との
隙間からベローズ室86内に流入してピストンロッド83の
戻り方向に作用するためピストンロッド83は後退するよ
うになる。しかしながら、この動きはロッド93ひいては
排気バイパス弁24の作動に影響するものではなく、特に
不都合はない。

以上のように、本駆動構造によれば第１圧力作動室81
内に高圧段コンプレッサ６出口側過給圧P₆を作用させる
ことにより、この圧力に応じてピストンロッド83ひいて
はロッド93をリニアに移動させることができ（このとき
の駆動系のばね定数は（k₁＋k₂）である）、従って排気
バイパス弁24の開度が一元的に制御される。そして、三
方弁19を介して第２圧力作動室91に正圧、例えば低圧段
コンプレッサ５出口側過給圧P₅を作用させることによ
り、ピストンロッド83の動きに左右されずにロッド93を
より迅速に移動させることができる（このときの駆動系
のばね定数はk₂となる）。すなわち、例えばばね94のば
ね定数k₂を予めばね84よりも比較的小さく設定しておく
ことにより、低圧段コンプレッサ５出口側過給圧P₅が所
定圧（第１又は第２の設定過給圧）に達する前までは高
圧段コンプレッサ出口側過給圧P₆に応動して排気バイパ
ス24の開度を制御し、過給圧P₅が所定圧（第１又は第２
の設定過給圧）に達した時点では急速に排気バイパス弁
24を全開させる、というような二段階的な弁制御が可能
となる。

なお、低圧段コンプレッサ５の出口側の過給圧P₅と高
圧段コンプレッサ６の出口側の過給圧P₆とを検出するた
めの圧力センサ41が設けられ、圧力センサ41からの信号
は制御コンピュータ51に入力される。

ここで第３図を参照すると、制御コンピュータ51はデ
ィジタルコンピュータから成り、双方向性バス52によっ
て相互に接続されたROM（リードオンリメモリ）53、RAM
（ランダムアクセスメモリ）54、CPU（マイクロプロセ
ッサ）55、入力ポート56、及び出力ポート57を具備す
る。入力ポート56には圧力センサ41が接続されるのに加
えて、車両の速度を検出する車速センサ59がAD変換器を
介して接続される。出力ポート57は対応する駆動回路を
介して各三方弁17,18,19に接続される。

以上の構成から成る本実施例の直列ツインターボエン
ジンの過給圧制御装置の作動について第４図の制御フロ
ーチャートに基づき、そしてエンジン回転数に対する過
給圧力比と軸トルクとのそれぞれの関係を示す第５図及
び第６図を参照して説明する。

先ず始めにステップ101において車速Ｖ、低圧段コン
プレッサ出口側過給圧P₅、及び高圧段コンプレッサ出口
側過給圧P₆等が検出される。

次いで、エンジン低速状態からの発進であるか、ある
いはエンジン減速状態からの加速であるのか判断される
ことになるが、本実施例においては車速Ｖが所定値V₀よ
り高いか否かにより判断する。すなわち、ステップ102
で車速ＶがV₀より高いか否か判別され、ＶV₀であれば
エンジン減速状態からの加速時と推定しステップ103に
進む。Ｖ＜V₀であればエンジン低速状態からの発進時と
推定しステップ104に進む。

ステップ103及びステップ104において、低圧段コンプ
レッサ出口側過給圧P₅が所定の過給圧に達したか否か判
別される。前述した２つの運転状況によりこの過給圧を
それぞれ異なるように設定する、すなわち、この過給圧
をエンジン低速状態からの発進時におけるステップ104
では第１の設定過給圧（P₅）_Ｉと、エンジン減速状態か
らの加速時におけるステップ103では第２の設定過給圧
（P₅）_IIとし、第２設定過給圧（P₅）_IIを第１設定過給
圧（P₅）_Ｉより低く設定する。この第１及び第２設定過
給圧（P₅）_I,（P₅）_IIはそれぞれ、第５図及び第６図に
おいてＩ点、II点に対応する。

P₅（P₅）_ＩあるいはP₅（P₅）_IIであればステップ
105及び106に進み、排気及び吸気バイパス弁24,26を全
開にして実質的過給機能を高圧段ターボチャージャから
低圧段ターボチャージャに移行する。

すなわち、排気バイパス弁24を全開にするとエンジン
１から排出された排気ガスは高圧段タービン４を迂回し
て高圧段バイパス通路14を流れるために高圧段タービン
４は非作動状態となり、このとき略同時に吸気バイパス
通路16内の吸気バイパス弁26を全開にすることにより、
高圧段ターボチャージャは完全に非過給状態となり二段
過給から一段過給への切替えが確実に行われる。

次に、P₅＜（P₅）_ＩあるいはP₅＜（P₅）_IIであればス
テップ107及び108に進み、排気バイパス弁24を全開前の
高圧段コンプレッサ出口側過給圧P₆に応動した開閉状態
に復帰させ、吸気バイパス弁26を全開にして過給の切替
えを行わず、ひき続き高圧段ターボチャージャによる過
給を行わせる。

このように制御することにより、運転状況に応じた適
切な過給の切替えができ、所望の出力及び燃費向上を達
成できる。すなわち、エンジン低速状態から発進する場
合、前述の如く車両駆動上負荷が相当大きいので充分な
低速トルクを発生する必要がある。また、過給切替え時
のトルクの落ち込みを出来るだけ避け、車両発進時の立
上りをより円滑かつ良好なものにすることが好ましい。
このような点に関しては、低圧段ターボチャージャの過
給圧P₅が高流量側の設定値（第１の設定過給圧
（P₅）_Ｉ）に達したときに過給を切り替える、すなわ
ち、高圧段ターボチャージャを高流量側に至るまで作動
させることにより、僅かながら燃費悪化という犠牲を伴
うものの、確実に低速域のトルク及びレスポンスの向上
を達成でき、いわゆるターボ過給エンジンの低速出力不
足及び過給切替え時のトルクの落ち込み等を効果的に克
服することができる。

他方、エンジン減速状態から加速する場合、前述の如
く、車両駆動上の負荷も比較的小さいのでトルク向上を
達成するよりはむしろ燃料経済性を優先した方が得策で
ある。このような点に関しては、低圧段ターボチャージ
ャの過給圧P₅が低流量側の設定値（第２の設定過給圧
（P₅）_II）に達したときに過給を切り替える、すなわ
ち、高圧段ターボチャージャを低流量側で不作動状態に
させることにより、僅かなトルク低下を伴うものの、確
実に燃費向上を達成できる。

ここで、ターボチャージャの性能曲線上にエンジンの
作動線を描いた第７図（高圧段ターボチャージャのコン
プレッサマップ）を参照すると、高圧段ターボチャージ
ャの過給圧の変化が太い実線で示され、Ｉ点及びII点が
それぞれエンジン低速状態からの発進時の高流量側の過
給切替え点及びエンジン減速状態からの加速時の低流量
側の過給切替え点に対応する。図中、破線はコンプレッ
サ効率ηの等しい所をそれぞれ結んだもので、最も内側
の斜線を引いた領域がコンプレッサ効率の最も高い、す
なわち、燃費上最も優れた領域に該当する。そして外側
にいく程、コンプレッサ効率従って燃費が悪化する。な
お、Ａはいわゆるインタセプト点を示す。本図から良く
理解されるように、高圧段ターボチャージャを高流量側
まで使用してＩ点で切り替えることは、燃費上好ましい
ことではない。しかしながら、前述の如く、低速状態か
らの発進時にあっては低速トルクを充実させることは僅
かな燃費を犠牲にしても果たすべきことであり、これに
より得られる低速トルク向上という利益はこの燃費悪化
という不利益を補って余りあるものである。他方、減速
状態からの加速時にはトルク向上よりはむしろ燃費経済
性を考えるべきであり、従って高圧段ターボチャージャ
を低流量側のII点で切り替えることは燃費経済上極めて
好ましいことである。

また、以上のように２基のターボチャージャの有効な
作動域が実質的に拡大したことにより、より大型の、そ
してより小型のターボチャージャの組合せの実現につな
がる可能性が期待できる。

なお、説明が前後するが、過給切替え後、すなわちス
テップ105及び106を実行後、エンジン及びターボチャー
ジャ等の耐久性上、低圧段ターボチャージャによる過給
圧P₅を所定過給圧P₀以下に維持する必要がある。このた
め、ステップ109において過給圧P₅がP₀よりも高いか否
か判別し、P₅P₀であれば、過給圧P₅が所定過給圧P₀に
なるようにウエイストゲートバルブ23が開弁され（ステ
ップ110）、P₅＜P₀であればウエイストゲートバルブ23
は閉弁したままにされる（ステップ111）。しかしなが
ら、第１図に示す実施例の構造においては、ウエイスト
ゲートバルブ23はアクチュエータ33のばね33eのばね定
数と低圧段コンプレッサ出口側過給圧P₅との相互関係に
より、機械的に制御されるため、第４図に示す制御フロ
ーチャートのうちステップ109以下の処理は制御コンピ
ュータ51内で実際に実行されるわけではない。勿論、制
御コンピュータ51でウエイストゲートバルブ23を制御し
得るようにアクチュエータ33等の形式を変更しても何ら
差しつかえない。

また、第１図に示す実施例において排気バイパス弁24
を駆動する装置として第２図に示す如くの構造を有する
駆動装置を用いたが、これに代えて以下に簡単に説明す
る幾つかの駆動形式を用いることもできる。

排気バイパス弁駆動装置34の別の実施例を示す第８図
を参照すると、第１の圧力作動室61は通路11を介して高
圧段コンプレッサ６の出口側に連通されており、従って
この過給圧P₆に応じてフランジ62ひいてはこのフランジ
62に連結されたロッド63が圧縮ばね64の付勢力に打ち勝
ちながら図では左方向に変位する。このとき耐熱性のあ
る例えば金属製のダイヤフラム65等により第１圧力作動
室61から気密的に隔離されたダイヤフラム室66内の空気
は、その大部分がロッド63とこれが貫通する胴部67の穴
との隙間、そして胴部67のこの穴に形成した内周溝68及
びこの内周溝から外部に延びる通路69を介して大気に開
放される。このような構造に加えて、第２の圧力作動室
71が設けられ、この第２圧力作動室71は通路12を介して
低圧段コンプレッサ５の出口側に連通される。

従って、第１圧力作動室61内に所定の高圧段コンプレ
ッサ出口側過給圧P₆が作用しロッド63が変位してロッド
63上に設けた突起部63aが例えば図示破線位置Ａに移動
している場合に、三方弁19が切り替わり第２圧力作動室
71に低圧段コンプレッサ出口側過給圧P₅が作用すると、
耐熱性のある例えば金属製のダイヤフラム75と共にダイ
ヤフラム室76を第２圧力作動室71から気密的に隔離する
フランジ72はロッド63上を摺動する。そして破線位置Ａ
にあるロッド63の突起部63aと斜面係合しさらに突起部6
3aを図示破線位置Ｂまで移動させる、すなわちロッド63
が移動することになる。このときダイヤフラム室76内の
空気はロッド63とこれが貫通するキャップ77の穴との隙
間から大気に開放される。なお、第２圧力作動室71内の
正圧空気はその極く一分がロッド63とこれが貫通する胴
部67の穴との隙間から漏出するが、それらはロッド63を
戻し方向に作用させるダイヤフラム室66に流入する前に
内周溝68及び通路69を介して大気開放されるため特に不
都合は生じない。

このように、本駆動装置34の構造によれば、第２圧力
作動室61内に高圧段コンプレッサ６出口過給圧P₆を作用
させることにより、この圧力に応じてロッド63をリニア
に移動させることができ、従ってこのロッド63により図
示しないリンク機構を介して排気バイパス弁24の開度が
一元的に制御される。そして、三方弁19を介して第２圧
力作動室71に正圧、例えば低圧段コンプレッサ５出口側
過給圧P₅を作用させることにより排気バイパス弁24の開
度を二元的に制御できる。すなわち、低圧段コンプレッ
サ５出口側過給圧P₅が所定圧（第１又は第２設定過給
圧）に達する前までは高圧段コンプレッサ出口側過給圧
P₆に応動して排気バイパス弁24の開度を制御し、過給圧
P₅が所定圧（第１又は第２設定過給圧）に達した時点で
は急速に排気バイパス弁24を全開させる、というような
二段階的な弁制御が可能となる。

次に、排気バイパス弁24を駆動する装置の更に別の実
施例について説明する。第９図を参照すると、本実施例
においては前述した実施例の複動的構造とは異なり一般
的な単動のアクチュエータを用いこれをいわゆるデュー
ティ制御することにより前記同様に排気バイパス弁24を
多段階的に開弁制御しようとするものである。すなわ
ち、アクチュエータ44の第１圧力作動室44aを通路21を
介して高圧段コンプレッサ６出口側に連通し、この通路
21内に三方弁29を介装し、非励磁時には白抜きのポート
位置、励磁時には黒塗りのポート位置をとるように設定
する。アクチュエータ44の第２圧力作動室44bは大気開
放され、その内部には圧縮ばね44eが配置される。従っ
て、三方弁29の非励磁時にはばね44eの付勢力によりア
クチュエータ44のロッドそして図示しないリンク機構を
介して排気バイパス弁24が全閉され、一方励磁時にはこ
のばね44eの付勢力とアクチュエータ44の第１圧力作動
室44aに作用する高圧段コンプレッサ６出口側の過給圧P
₆の大小に基づく駆動力とに応じて排気バイパス弁24が
開弁される。この励磁を断続的に行い弁開度を所望に制
御することを一般にデューティ制御と呼んでおり、三方
弁29には矩形状の駆動パルスが供給される。（ここで、
パルス幅／周期、をデューティ比と呼ぶ）駆動パルスが
発生すると三方弁29の切換作用によりアクチュエータ44
の第１圧力作動室44aは高圧段コンプレッサ６出口側に
連通され、駆動パルスの発生が停止すると今度は大気に
開放される。従って駆動パルスの発生している時間が長
くなるほど、即ちデューティ比が大きくなるほど第１圧
力作動室44aが高圧段コンプレッサ６出口側に接続され
ている時間が長くなるために第１圧力作動室44a内に作
用する正圧（過給圧P₆）は大きくなり、従って排気バイ
パス弁24の開度が大きくなる。これに対してデューティ
比が小さくなると第１圧力作動室44aが大気に開放され
ている時間が長くなるために第１圧力作動室44a内の正
圧は小さくなり、従って排気バイパス弁24の開度が小さ
くなる。なお、排気バイパス弁を急速に全開させる必要
上、ばね44eを（ばね定数の小さい）弱めに設定してお
く。

このように駆動パルスのデューティ比を適切に選択す
ることで排気バイパス弁24の開度を所望に維持でき、従
って低圧段コンプレッサ出口側過給圧P₅が所定圧（第１
又は第２設定過給圧）に達する前までは高圧段コンプレ
ッサ出口側過給圧P₆に応動して排気バイパス弁24の開度
を制御し、過給圧P₅が所定圧（第１又は第２設定過給
圧）に達した時点では急速に排気バイパス弁24を全開さ
せる、というような二段階的な弁制御が可能となる。

次に、排気バイパス弁24を駆動する装置の更に別の実
施例について説明する。第10図を参照すると、本実施例
の駆動装置34は単動のアクチュエータを用いそれをデュ
ーティ制御することにより排気バイパス弁24の開閉制御
を行うという点で、第９図に示す実施例の駆動装置と基
本的に共通する。

異なるのは、デューティ比の大小に応じて排気バイパ
ス弁24が開閉することであり、駆動装置34の圧縮ばね34
eの存在により、三方弁19が非励磁時に排気バイパス弁2
4が開弁状態となることである。この特徴により、エン
ジン停止から次の運転までのエンジンが自然冷却する期
間に排気バイパス弁24が排気ガス中の水分やカーボン等
の排気微粒子により全閉のままスティック状態になる危
険性を排除することが可能となる。

ただし、エンジン始動時には三方弁19を切り替えて駆
動装置34の第２圧力作動室34bに大きな負圧を作用さ
せ、排気バイパス弁24を初期位置、即ち全閉状態にする
必要がある。

なお、本発明の思想自体は図示実施例の排気バイパス
弁駆動装置34の駆動形式に何ら限定されるものではな
く、広く他の形式例えば負圧作動式、ステッピングモー
タ等の駆動形式を採用することができることは言うまで
もない。

以上、本発明に係る直列ツインターボエンジンの過給
圧制御装置の実施例について詳説したが、以下、並列ツ
インターボエンジンの過給圧制御装置について説明す
る。

第11図は本発明に係る並列ツインターボエンジンの過
給圧制御装置の一実施例の全体概略構成図であり、201
は、エンジン、202は、本願発明でいう第２ターボチャ
ージャ（以下、便宜的に、高圧段ターボチャージャと呼
ぶ）、203は、本願発明でいう第１ターボチャージャ
（以下、便宜的に、低圧段ターボチャージャと呼ぶ）を
それぞれ示す。

高圧段及び低圧段ターボチャージャ202,203のそれぞ
れの高圧段及び低圧段コンプレッサ204,205には、それ
ぞれのエアクリーナ206,207を介して別個に空気が供給
される。高圧段コンプレッサ204の出口は高圧段吸気通
路214を介してエンジン201の吸気ポートに連結され、同
様に低圧段コンプレッサ205の出口は低圧段吸気通路215
を介してエンジン201の吸気ポートに連結される。この
低圧段吸気通路215内には吸気制御弁225が配設される。

一方、高圧段及び低圧段ターボチャージャ202,203の
それぞれの高圧段及び低圧段タービン208,209は、これ
らの入口がそれぞれ高圧段排気通路及び低圧段排気通路
218,219を介してエンジン201の排気ポートに連結され
る。高圧段タービン208の上流側の高圧段排気通路218か
らは高圧段タービン208を迂回するように迂回通路228が
設けられ、この迂回通路228内には迂回制御バルブ238が
設けられる。低圧段タービン209の下流側の低圧段排気
通路219内には排気制御弁229が配設される。

以上の構成から成る第11図に示す実施例の配列ツイン
ターボエンジンの過給圧制御装置の作動について説明す
る。

当初は高圧段ターボチャージャ202のみが作動する。
すなわち、吸気及び排気制御弁225,229が全閉状態にさ
れ、従って低圧段ターボチャージャ203が非作動状態に
ある。

次いで、高圧段ターボチャージャ202による過給圧が
上昇すると、それに応動して排気制御弁229が、漸次開
く。これにより低圧段タービン209が回転し始めるが、
これは低圧段ターボチャージャ203を予め所定作動状態
に立上がらせておくために低圧段ターボチャージャ203
を助走させるものであり、低圧段ターボチャージャ203
による過給気をエンジンに送り込むためではない。この
とき、吸気制御弁225は全閉状態に維持されるため、低
圧段コンプレッサ205による過給気を低圧段吸気通路215
外に逃すための通路245内に設けた脱出制御バルブ255を
全開とする。これにより低圧段コンプレッサ205は円滑
に回転（過給）し、低圧段ターボチャージャ203は空転
しながら、所定作動状態に立上がっていくことができ
る。

次いで、この低圧段ターボチャージャ203による過給
圧が所定設定圧（第１又は第２設定過給圧）に達したと
きには、排気制御弁229及び吸気制御弁225を直ちに全開
状態にする。これによりエンジン１から排出された排気
ガスは低圧段排気通路219を優先して流れ、このため高
圧段ターボチャージャ202による過給から低圧段ターボ
チャージャ203による過給に実質的に切り替わる。この
過給の切替え時期をエンジン運転状態によって異ならし
めることにより、前記直列ツインターボエンジンの過給
圧制御装置の実施例と同様な効果が得られる。すなわ
ち、エンジン低速状態から発進する場合にあっては高圧
段ターボチャージャ202を高流量側（第１の設定過給
圧）に至るまで作動させることにより、確実に低速域の
トルク及びレスポンスの向上を達成できる。他方、エン
ジン減速状態から加速する場合にあっては高圧段ターボ
チャージャ202を低流量側（第１の設定過給圧より低い
第２の設定過給圧）で不作動状態にさせることにより、
燃費向上を達成できる。

なお、以上の制御は前記実施例の直列ツインターボエ
ンジンの過給圧制御装置の制御フローチャート（第４
図）に基づいて同様になされ得る。

また、第４図の制御フローチャート上、エンジン低速
状態からの発進か、減速状態からの加速であるかの判断
を、車速の高低により行うこととしたが、これに代え
て、例えばエンジン回転数などの車速を代表し得る種々
のパラメータに基づいて上記判断を行うようにしても差
しつかえない。

また、上記直列又は並列ツインターボエンジンの過給
圧制御装置の各実施例において、低圧段ターボチャージ
ャの過給圧を基準にしてこの過給圧が所定第１又は第２
設定過給圧を越えたか否かにより過給切替えを行うこと
としたが、これに代え、例えば高圧段ターボチャージャ
を過給圧などの低圧段ターボチャージャの過給圧に所定
に対応し得るパラメータに基づいて過給切替えを行うよ
うにしても差しつかえない。

また、過給切替え時に、第１図の実施例装置にあって
は高圧段排気バイパス通路14に、第11図の実施例装置に
あっては低圧段排気通路219に、排気ガスを優先的に流
すために、高圧段排気バイパス通路14及び低圧段排気通
路219の管断面積を、排気通路２及び高圧段排気通路218
の管断面積よりそれぞれ数倍、例えば５倍程度に予め大
きく設定しておくことにより、過給切替えがより円滑に
行い得る。

〔発明の効果〕

エンジン運転状態によって実質的な過給の切替え時期
を異ならしめたので、エンジン低速状態からの発進時に
はトルク落ち込みのない充分なトルクが得られ、エンジ
ン減速状態からの加速時には、燃費の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る直列ツインターボエンジンの過給
圧制御装置の一実施例の全体構成図、 第２図は排気バイパス弁を駆動する装置の縦断面図、 第３図は制御コンピュータのブロック回路図、 第４図は第１図に示す装置の過給圧制御の作動の一例を
示すフローチャート図、 第５図はエンジン回転数と過給圧力比との関係を示す
図、 第６図はエンジン回転数と軸トルクとの関係を示す図、 第７図は高圧段ターボチャージャのコンプレッサマップ
図、 第８図は排気バイパス弁を駆動する装置の別の実施例の
縦断面図、 第９図は排気バイパス弁を駆動する装置の更に別の実施
例の要部構成図、 第10図は第９図と異なる、排気バイパス弁を駆動する装
置の更に別の実施例の要部構成図、 第11図は本発明に係る並列ツインターボエンジンの過給
圧制御装置の一実施例の全体概略構成図である。 １……エンジン、２……排気通路、 ３……低圧段タービン、４……高圧段タービン、 ５……低圧段コンプレッサ、 ６……高圧段コンプレッサ、 ７……吸気通路、 13……低圧段排気バイパス通路、 14……高圧段排気バイパス通路、 16……吸気バイパス通路、 23……ウエイストゲートバルブ、 24……排気バイパス弁、26……吸気バイパス弁、 34……排気バイパス弁駆動装置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸入空気を過給する第１ターボチャージャ
   及び第２ターボチャージャを備え、上記第１ターボチャ
   ージャの排気通路及び吸気通路に、過給圧が所定の設定
   過給圧に達したときに全開する排気制御弁及び吸気制御
   弁をそれぞれ配設したツインターボエンジンの過給圧制
   御装置において、 上記設定過給圧を高流量側の第１の設定過給圧及び上記
   第１の設定過給圧より低い低流量側の第２の設定過給圧
   から成るものとし、 エンジン低速状態からの発進時には、過給圧が上記第１
   の設定過給圧に達したときに上記排気制御弁及び吸気制
   御弁を全開状態にし、 エンジン減速状態からの加速時には、過給圧が上記第２
   の設定過給圧に達したときに上記排気制御弁及び吸気制
   御弁を全開状態にするように構成したことを特徴とする
   ツインターボエンジンの過給圧制御装置。