JP2570463B2 - ２段過給内燃機関の排気切替弁の異常検出装置 - Google Patents
２段過給内燃機関の排気切替弁の異常検出装置Info
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- JP2570463B2 JP2570463B2 JP2115188A JP11518890A JP2570463B2 JP 2570463 B2 JP2570463 B2 JP 2570463B2 JP 2115188 A JP2115188 A JP 2115188A JP 11518890 A JP11518890 A JP 11518890A JP 2570463 B2 JP2570463 B2 JP 2570463B2
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はシーケンシャル２段過給内燃機関における
排気切替弁の異常検出装置に関する。
排気切替弁の異常検出装置に関する。
シーケンシャル２段過給システムとしては例えば実開
昭59−119930号に開示されており、大小二つのターボチ
ャージャが直列に配置されている。２段過給方式はエン
ジンの低回転域から高回転域まで広い範囲に渡って過給
作動を達成するための過給システムである。即ち、エン
ジンの低回転域では容量が小さい高圧段ターボチャージ
ャにより過給を行い、エンジンの高回転域では容量が大
きい低圧段ターボチャージャにより過給を行うものであ
る。高圧段ターボチャージャにはバイパスを設け、低回
転域ではバイパスは閉鎖され、高圧段ターボチャージャ
による過給効果を発揮させると共に、そして低圧段ター
ボチャージャが完全に立ち上がった高回転域ではバイパ
スは開放され、低圧段ターボチャージャのみが過給を行
うようになっている。そして、排気切替弁のスティック
等が原因で起こる過給圧の異常上昇を検出する圧力検出
器を吸気管における上流側の大容量ターボチャージャの
コンプレッサと下流側の高圧段ターボチャージャとの間
の圧力に応動し、同圧力が所定値を越えたとき異常と判
別し、圧力を逃す機構を設けている。
昭59−119930号に開示されており、大小二つのターボチ
ャージャが直列に配置されている。２段過給方式はエン
ジンの低回転域から高回転域まで広い範囲に渡って過給
作動を達成するための過給システムである。即ち、エン
ジンの低回転域では容量が小さい高圧段ターボチャージ
ャにより過給を行い、エンジンの高回転域では容量が大
きい低圧段ターボチャージャにより過給を行うものであ
る。高圧段ターボチャージャにはバイパスを設け、低回
転域ではバイパスは閉鎖され、高圧段ターボチャージャ
による過給効果を発揮させると共に、そして低圧段ター
ボチャージャが完全に立ち上がった高回転域ではバイパ
スは開放され、低圧段ターボチャージャのみが過給を行
うようになっている。そして、排気切替弁のスティック
等が原因で起こる過給圧の異常上昇を検出する圧力検出
器を吸気管における上流側の大容量ターボチャージャの
コンプレッサと下流側の高圧段ターボチャージャとの間
の圧力に応動し、同圧力が所定値を越えたとき異常と判
別し、圧力を逃す機構を設けている。
従来技術では排気切替弁のスティック等の過給システ
ムの異常を検出するため上流側の低圧段ターボチャージ
ャのコンプレッサと、下流側の高圧段ターボチャージャ
のコンプレッサとの間に圧力検出器を設け、この圧力検
出器により検出される圧力が所定値より高いとき異常が
あったと判別している。ところが、この従来の異常検出
方式では過給圧が所定値を越えないと異常と判別でき
ず、異常の判別が遅れる欠点がある。
ムの異常を検出するため上流側の低圧段ターボチャージ
ャのコンプレッサと、下流側の高圧段ターボチャージャ
のコンプレッサとの間に圧力検出器を設け、この圧力検
出器により検出される圧力が所定値より高いとき異常が
あったと判別している。ところが、この従来の異常検出
方式では過給圧が所定値を越えないと異常と判別でき
ず、異常の判別が遅れる欠点がある。
この発明では大小のターボチャージャが作動している
領域において夫々のコンプレッサの出口圧力の比率を知
ることにより異常判別を行うものである。
領域において夫々のコンプレッサの出口圧力の比率を知
ることにより異常判別を行うものである。
この発明によれば、第１図において、高圧段ターボチ
ャージャＡと低圧段ターボチャージャＢをガスの流れ方
向に直列に配置し、高圧段ターボチャージャＡを迂回す
るバイパス通路Ｃに排気切替弁Ｄを設け、排気切替弁Ｄ
は過給圧が低いときはバイパス通路Ｃを閉鎖し、過給圧
が高くなるとバイパス通路Ｃを開放する２段過給内燃機
関において、低圧段ターボチャージャＢのコンプレッサ
出口圧力を検出する第１検出手段Ｅと、高圧段ターボチ
ャージャＡのコンプレッサ出口圧力を検出する第２検出
手段Ｆと、低圧段ターボチャージャのコンプレッサ出口
圧力と、高圧段ターボチャージャのコンプレッサ出口圧
力との比を所定値と比較することにより排気切替弁Ｄの
作動異常を判別する手段Ｇとを具備している。
ャージャＡと低圧段ターボチャージャＢをガスの流れ方
向に直列に配置し、高圧段ターボチャージャＡを迂回す
るバイパス通路Ｃに排気切替弁Ｄを設け、排気切替弁Ｄ
は過給圧が低いときはバイパス通路Ｃを閉鎖し、過給圧
が高くなるとバイパス通路Ｃを開放する２段過給内燃機
関において、低圧段ターボチャージャＢのコンプレッサ
出口圧力を検出する第１検出手段Ｅと、高圧段ターボチ
ャージャＡのコンプレッサ出口圧力を検出する第２検出
手段Ｆと、低圧段ターボチャージャのコンプレッサ出口
圧力と、高圧段ターボチャージャのコンプレッサ出口圧
力との比を所定値と比較することにより排気切替弁Ｄの
作動異常を判別する手段Ｇとを具備している。
第１検出手段Ｅは低圧段ターボチャージャのコンプレ
ッサ出口圧力P1を検出し、第２検出手段Ｆは高圧段ター
ボチャージャのコンプレッサ出口圧力P2を検出する。
ッサ出口圧力P1を検出し、第２検出手段Ｆは高圧段ター
ボチャージャのコンプレッサ出口圧力P2を検出する。
排気切替弁Ｄは過給圧が低いときはバイパス通路Ｃを
閉鎖し、過給圧が高くなるとバイパス通路Ｃを開ける。
閉鎖し、過給圧が高くなるとバイパス通路Ｃを開ける。
異常判別手段Ｇは圧力P1と圧力P2との比を算出し、そ
の比の値を基に排気切替弁の異常を判別する。
の比の値を基に排気切替弁の異常を判別する。
第２図はガソリンを燃料とする燃料噴射内燃機関にお
けるこの発明の実施例を示しており、10はエンジン本体
であり、吸気管12と排気管14とが接続される。吸気管12
は燃料インジェクタ15と、スロットル弁16を有する。大
型の低圧段ターボチャージャ17と小型の高圧段ターボチ
ャージャ18とが直列に配置される。低圧段ターボチャー
ジャ17はコンプレッサ20と、タービン22と、回転軸24と
から構成される。高圧段ターボチャージャ18はコンプレ
ッサ26と、タービン28と、回転軸25とから構成される。
吸気管12において吸入空気の流れ方向に、低圧段ターボ
チャージャ17のコンプレッサ20、高圧段ターボチャージ
ャ18のコンプレッサ26の順で配置され、その下流にイン
タクーラ29が配置され、インタクーラ29の下流にスロッ
トル弁16が配置される。排気管において排気ガスの流れ
方向に、高圧段ターボチャージャ18のタービン28、低圧
段ターボチャージャ17のタービン２の順で配置される。
けるこの発明の実施例を示しており、10はエンジン本体
であり、吸気管12と排気管14とが接続される。吸気管12
は燃料インジェクタ15と、スロットル弁16を有する。大
型の低圧段ターボチャージャ17と小型の高圧段ターボチ
ャージャ18とが直列に配置される。低圧段ターボチャー
ジャ17はコンプレッサ20と、タービン22と、回転軸24と
から構成される。高圧段ターボチャージャ18はコンプレ
ッサ26と、タービン28と、回転軸25とから構成される。
吸気管12において吸入空気の流れ方向に、低圧段ターボ
チャージャ17のコンプレッサ20、高圧段ターボチャージ
ャ18のコンプレッサ26の順で配置され、その下流にイン
タクーラ29が配置され、インタクーラ29の下流にスロッ
トル弁16が配置される。排気管において排気ガスの流れ
方向に、高圧段ターボチャージャ18のタービン28、低圧
段ターボチャージャ17のタービン２の順で配置される。
低圧段ターボチャージャ17のタービン22を迂回して第
１の排気バイパス通路30が排気管に接続され、第１の排
気バイパス通路30にスイングドア型であるウエイストゲ
ート弁32が配置される。ウエイストゲート弁32はダイヤ
フラムアクチュエータ34に連結され、そのダイヤフラム
34aはバイパス弁32に連結される。バイパス弁32はスプ
リング34bによって通常は閉鎖するべく付勢されるが、
ダイヤフラム34aに加わる過給圧によってスプリング34b
に抗してウエイストゲート弁32の開弁が行われる。
１の排気バイパス通路30が排気管に接続され、第１の排
気バイパス通路30にスイングドア型であるウエイストゲ
ート弁32が配置される。ウエイストゲート弁32はダイヤ
フラムアクチュエータ34に連結され、そのダイヤフラム
34aはバイパス弁32に連結される。バイパス弁32はスプ
リング34bによって通常は閉鎖するべく付勢されるが、
ダイヤフラム34aに加わる過給圧によってスプリング34b
に抗してウエイストゲート弁32の開弁が行われる。
高圧段ターボチャージャ18のタービン28を迂回して第
２の排気バイパス通路36が設けられ、この第２のバイパ
ス通路36に蝶型弁としての排気切替弁38が設けられる。
排気切替弁38はそのアクチュエータ40に連結され、アク
チュエータ40は２段ダイヤフラム機構として構成され
る。このアクチュエータ40は、後述ように、低圧段ター
ボチャージャ17が全過給能力を発揮するまでは排気切替
弁38を閉鎖し、低圧段ターボチャージャ17がその全過給
能力を発揮するに至ると排気切替弁38を急速に開放せし
める特性を持っている。アクチュエータ40はダイヤフラ
ム40a,40bと、スプリング40c,40dを供え、一方のダイヤ
フラム40aはロッド40eを介して排気切替弁38に連結さ
れ、もう一つのダイヤフラム40bはロッド40fに連結され
る。ダイヤフラム40aに過給圧を作用させるか、ダイヤ
フラム40bに過給圧を作用させるか、で排気切替弁38の
ステップ的な開放特性が得られる。即ち、ダイヤフラム
40bに過給圧を作用させた場合、スプリング40cの力と、
スプリング40dと合力に抗して排気切替弁38を開示させ
るため、開弁は緩慢に行われる。ダイヤフラム40aに過
給圧が作用した場合はスプリング40cの力のみに抗して
排気切替弁38の開弁が行われたため、その開弁作動は迅
速となる。
２の排気バイパス通路36が設けられ、この第２のバイパ
ス通路36に蝶型弁としての排気切替弁38が設けられる。
排気切替弁38はそのアクチュエータ40に連結され、アク
チュエータ40は２段ダイヤフラム機構として構成され
る。このアクチュエータ40は、後述ように、低圧段ター
ボチャージャ17が全過給能力を発揮するまでは排気切替
弁38を閉鎖し、低圧段ターボチャージャ17がその全過給
能力を発揮するに至ると排気切替弁38を急速に開放せし
める特性を持っている。アクチュエータ40はダイヤフラ
ム40a,40bと、スプリング40c,40dを供え、一方のダイヤ
フラム40aはロッド40eを介して排気切替弁38に連結さ
れ、もう一つのダイヤフラム40bはロッド40fに連結され
る。ダイヤフラム40aに過給圧を作用させるか、ダイヤ
フラム40bに過給圧を作用させるか、で排気切替弁38の
ステップ的な開放特性が得られる。即ち、ダイヤフラム
40bに過給圧を作用させた場合、スプリング40cの力と、
スプリング40dと合力に抗して排気切替弁38を開示させ
るため、開弁は緩慢に行われる。ダイヤフラム40aに過
給圧が作用した場合はスプリング40cの力のみに抗して
排気切替弁38の開弁が行われたため、その開弁作動は迅
速となる。
排気切替弁38は更にその強制的な全開のためソレノイ
ド41に連結される。ソレノイド41は通常は消磁されてお
り、この状態では排気切替弁40の作動には影響しないよ
うになっている。しかし、後述の異常時にはソレノイド
41は通電され、排気切替弁38は強制的に開放されるよう
になっている。
ド41に連結される。ソレノイド41は通常は消磁されてお
り、この状態では排気切替弁40の作動には影響しないよ
うになっている。しかし、後述の異常時にはソレノイド
41は通電され、排気切替弁38は強制的に開放されるよう
になっている。
高圧段ターボチャージャ18のコンプレッサ26を迂回す
る吸気バイパス通路44が設けられ、この吸気バイパス通
路44に吸気バイパス弁46が配置される。切替弁46はダイ
ヤフラムアクチュエータ48に連結され、そのダイヤフラ
ム48aに加わる圧力により吸気バイパス弁46の作動が制
御される。この吸気バイパス弁46は低圧段ターボチャー
ジャ17の立ち上がりが完了しない高圧段ターボチャージ
ャ18の作動域では吸気バイパス通路44を閉鎖するも、そ
の完了の後は過給圧がダイヤフラム48aに下側から作用
し、吸気バイパス弁46の開弁が行われる。
る吸気バイパス通路44が設けられ、この吸気バイパス通
路44に吸気バイパス弁46が配置される。切替弁46はダイ
ヤフラムアクチュエータ48に連結され、そのダイヤフラ
ム48aに加わる圧力により吸気バイパス弁46の作動が制
御される。この吸気バイパス弁46は低圧段ターボチャー
ジャ17の立ち上がりが完了しない高圧段ターボチャージ
ャ18の作動域では吸気バイパス通路44を閉鎖するも、そ
の完了の後は過給圧がダイヤフラム48aに下側から作用
し、吸気バイパス弁46の開弁が行われる。
この実施例では内燃機関は排気ガス再循環（EGR）装
置を供え、このEGR装置は排気ガス再循環通路（EGR通
路）50と、EGR通路50上の排気ガス再循環制御弁（EGR
弁）52とからなり、EGR弁52はダイヤフラム52aを供え、
ダイヤフラム52aに加わる圧力に応じてその開弁、閉弁
が制御される。
置を供え、このEGR装置は排気ガス再循環通路（EGR通
路）50と、EGR通路50上の排気ガス再循環制御弁（EGR
弁）52とからなり、EGR弁52はダイヤフラム52aを供え、
ダイヤフラム52aに加わる圧力に応じてその開弁、閉弁
が制御される。
ウエイストゲート弁32のアクチュエータ34への圧力制
御のため３方電磁弁（VSV1）54が設けられ、この電磁弁
54はダイヤフラム34aに大気圧を導入する位置と、高圧
段ターボチャージャ26の下流で、インタクーラ29の上流
の位置56の過給圧を導入する位置とで切り替わる。大気
圧導入時に、スプリング34aによってウエイストゲート
弁32は閉鎖駆動され、過給圧導入時にスプリング34bに
抗してウエイストゲート弁32の開弁が行われる。
御のため３方電磁弁（VSV1）54が設けられ、この電磁弁
54はダイヤフラム34aに大気圧を導入する位置と、高圧
段ターボチャージャ26の下流で、インタクーラ29の上流
の位置56の過給圧を導入する位置とで切り替わる。大気
圧導入時に、スプリング34aによってウエイストゲート
弁32は閉鎖駆動され、過給圧導入時にスプリング34bに
抗してウエイストゲート弁32の開弁が行われる。
３方電磁弁（VSV2）58は排気切替弁38のアクチュエー
タ40のダイヤフラム40a圧力制御のため設けられ、この
電磁弁58はダイヤフラム40aに大気圧を導入する位置
と、高圧段ターボチャージャ26の出口60の過給圧を導入
する位置とで切り替わる。また、ダイヤフラム40bには
高圧段ターボチャージャ出口60の圧力が常時導入されて
いる。
タ40のダイヤフラム40a圧力制御のため設けられ、この
電磁弁58はダイヤフラム40aに大気圧を導入する位置
と、高圧段ターボチャージャ26の出口60の過給圧を導入
する位置とで切り替わる。また、ダイヤフラム40bには
高圧段ターボチャージャ出口60の圧力が常時導入されて
いる。
吸気バイパス弁47のアクチュエータ48への圧力制御の
ため二つの３方電磁弁64,66が設けられる。３方電磁弁
（VSV3）64は吸気バイパス弁46のアクチュエータ48のダ
イヤフラム48aの上側へ圧力制御のため設けられ、この
電磁弁64はダイヤフラム48aの上側に大気圧を導入する
位置と、高圧段ターボチャージャ18の出口60の過給圧を
導入する位置とで切り替わる。また、３方電磁弁（SVS
4）66は吸気バイパス弁46のアクチュエータ48のダイヤ
フラム48aの下側への圧力制御のため設けられ、この電
磁弁66はダイヤフラム48aの下側にスロットル弁16の下
流の位置68の負圧を導入する位置と、高圧段ターボチャ
ージャ26の出口60の過給圧を導入する位置とで切り替わ
る。
ため二つの３方電磁弁64,66が設けられる。３方電磁弁
（VSV3）64は吸気バイパス弁46のアクチュエータ48のダ
イヤフラム48aの上側へ圧力制御のため設けられ、この
電磁弁64はダイヤフラム48aの上側に大気圧を導入する
位置と、高圧段ターボチャージャ18の出口60の過給圧を
導入する位置とで切り替わる。また、３方電磁弁（SVS
4）66は吸気バイパス弁46のアクチュエータ48のダイヤ
フラム48aの下側への圧力制御のため設けられ、この電
磁弁66はダイヤフラム48aの下側にスロットル弁16の下
流の位置68の負圧を導入する位置と、高圧段ターボチャ
ージャ26の出口60の過給圧を導入する位置とで切り替わ
る。
３方電磁弁（VSV5）70はEGR弁52の作動制御のため設
けられ、この電磁弁70はダイヤフラム52aに大気圧を導
入する位置と、スロットル弁16の下流の位置68の負圧を
導入する位置とで切り替わる。
けられ、この電磁弁70はダイヤフラム52aに大気圧を導
入する位置と、スロットル弁16の下流の位置68の負圧を
導入する位置とで切り替わる。
制御回路72はこの発明における過給制御、及び燃料噴
射、点火時期の制御のため設けられ、各電磁弁54（VSV
1）,58（VSV2）,64（VSV3）,66（VSV4）,70（VSV5）、
燃料インジェクタ15、イグナイタ74を介してディストリ
ビュータ76に夫々の駆動信号線を介して接続される。ま
た、制御回路72にはこの発明に従った制御を実行するた
め各種のセンサに接続される。まず、低圧段ターボチャ
ージャ17のコンプレッサ20の出口圧力P1を検出するため
第１の圧力センサ78が設けられ、また高圧段ターボチャ
ージャ18のコンプレッサ26の出口圧力P2を検出するため
第２の圧力センサ80が設けられる。低圧段ターボチャー
ジャ17のタービン22の下流に空燃比センサ82が設けられ
る。その外、図示しないが吸気空気量Ｑを計測せるエア
フローメータが具備され、またタイミング制御のためク
ランク角度で30゜,720゜毎のパルス信号が入力される。
射、点火時期の制御のため設けられ、各電磁弁54（VSV
1）,58（VSV2）,64（VSV3）,66（VSV4）,70（VSV5）、
燃料インジェクタ15、イグナイタ74を介してディストリ
ビュータ76に夫々の駆動信号線を介して接続される。ま
た、制御回路72にはこの発明に従った制御を実行するた
め各種のセンサに接続される。まず、低圧段ターボチャ
ージャ17のコンプレッサ20の出口圧力P1を検出するため
第１の圧力センサ78が設けられ、また高圧段ターボチャ
ージャ18のコンプレッサ26の出口圧力P2を検出するため
第２の圧力センサ80が設けられる。低圧段ターボチャー
ジャ17のタービン22の下流に空燃比センサ82が設けられ
る。その外、図示しないが吸気空気量Ｑを計測せるエア
フローメータが具備され、またタイミング制御のためク
ランク角度で30゜,720゜毎のパルス信号が入力される。
以下制御回路72の作動をフローチャートによって説明
する。第３図は過給圧制御ルーチンであり、このルーチ
ンはメインルーチンのなかで実行することができる。ス
テップ100では高圧段ターボチャージャ18のコンプレッ
サ出口圧力P2の低圧段ターボチャージャ17のコンプレッ
サ出口圧力P1に対する比が所定値Ｋより大きいか否か判
別される。これは排気切替弁38のスティックによる異常
判別であり、後述する。排気切替弁が正常であるかぎり
はステップ102に進み、高圧段ターボチャージャ18のコ
ンプレッサ出口圧力P2が低圧段ターボチャージャ17のコ
ンプレッサ出口圧力P1より大きいか否かが判別される。
第８図はスロットル弁16の開度を固定した場合における
エンジン回転数NEと過給圧（ターボチャージャ出口圧
力）との関係を示しており、高圧段ターボチャージャ出
口圧力P2の立ち上がりが低圧段ターボチャージャ出口圧
力P1の立ち上がりより早くなっている。したがって、エ
ンジンの回転がまだ上がっていない状態ではP2＞P1が成
立し、ステップ103以下に進む。ステップ103では排気切
替弁38が正常時であるからソレノイド41はOFFとして、
ステップ104では排気ガス再循環作動を許可するためフ
ラグFEGRがセットされ、ステップ106では空燃比を通常
の制御とするためフラグFAがセットされ、ステップ108
では点火時期を通常の制御とするためフラグFIがセット
される。ステップ110以下は過給圧の制御をするための
各電磁弁54（VSV1）,58（VSV2）,64（VSV3）,66（VSV
4）の作動を示す。ステップ110で電磁弁54（VSV1）がOF
Fされると、ダイヤフラム34aに大気圧が導入され、スプ
リング34bによってウエイストゲート弁32は閉鎖され
る。一方、排気切替弁38の作動についていうと、ステッ
プ112で電磁弁58（VSV2）がOFFされるとダイヤフラム40
aに大気圧が導入され、一方ダイヤフラム40bには高圧段
ターボチャージャ18のコンプレッサ出口圧力が導入され
ているため、スプリング40c,40dの合力に応じたスプリ
ング力に対抗する高圧段ターボチャージャ18のコンプレ
ッサ出口圧力によって排気切替弁の作動が制御される。
即ち、スプリング力が過給圧P2に優勢であるかぎりは、
排気切替弁38は全閉を維持するが、過給圧P2が所定値P
SETに到着する回転数（第８図のNE1）までは排気切替弁
38は全閉を維持し、P2＝所定値PSETに到達した時点で排
気切替弁38はスプリング40c閾40dの合力である閉鎖付勢
力に抗して徐々に開弁を開始する。
する。第３図は過給圧制御ルーチンであり、このルーチ
ンはメインルーチンのなかで実行することができる。ス
テップ100では高圧段ターボチャージャ18のコンプレッ
サ出口圧力P2の低圧段ターボチャージャ17のコンプレッ
サ出口圧力P1に対する比が所定値Ｋより大きいか否か判
別される。これは排気切替弁38のスティックによる異常
判別であり、後述する。排気切替弁が正常であるかぎり
はステップ102に進み、高圧段ターボチャージャ18のコ
ンプレッサ出口圧力P2が低圧段ターボチャージャ17のコ
ンプレッサ出口圧力P1より大きいか否かが判別される。
第８図はスロットル弁16の開度を固定した場合における
エンジン回転数NEと過給圧（ターボチャージャ出口圧
力）との関係を示しており、高圧段ターボチャージャ出
口圧力P2の立ち上がりが低圧段ターボチャージャ出口圧
力P1の立ち上がりより早くなっている。したがって、エ
ンジンの回転がまだ上がっていない状態ではP2＞P1が成
立し、ステップ103以下に進む。ステップ103では排気切
替弁38が正常時であるからソレノイド41はOFFとして、
ステップ104では排気ガス再循環作動を許可するためフ
ラグFEGRがセットされ、ステップ106では空燃比を通常
の制御とするためフラグFAがセットされ、ステップ108
では点火時期を通常の制御とするためフラグFIがセット
される。ステップ110以下は過給圧の制御をするための
各電磁弁54（VSV1）,58（VSV2）,64（VSV3）,66（VSV
4）の作動を示す。ステップ110で電磁弁54（VSV1）がOF
Fされると、ダイヤフラム34aに大気圧が導入され、スプ
リング34bによってウエイストゲート弁32は閉鎖され
る。一方、排気切替弁38の作動についていうと、ステッ
プ112で電磁弁58（VSV2）がOFFされるとダイヤフラム40
aに大気圧が導入され、一方ダイヤフラム40bには高圧段
ターボチャージャ18のコンプレッサ出口圧力が導入され
ているため、スプリング40c,40dの合力に応じたスプリ
ング力に対抗する高圧段ターボチャージャ18のコンプレ
ッサ出口圧力によって排気切替弁の作動が制御される。
即ち、スプリング力が過給圧P2に優勢であるかぎりは、
排気切替弁38は全閉を維持するが、過給圧P2が所定値P
SETに到着する回転数（第８図のNE1）までは排気切替弁
38は全閉を維持し、P2＝所定値PSETに到達した時点で排
気切替弁38はスプリング40c閾40dの合力である閉鎖付勢
力に抗して徐々に開弁を開始する。
一方、エンジン低回転時はステップ114で電磁弁64（V
SV3）はONとなりターボチャージャ18のコンプレッサ出
口圧力P2がダイヤフラム48aの上側に作用するため吸気
バイパス弁46は閉鎖される。また、ステップ116では電
磁弁66（VSV4）がOFFされるためスロットル弁16の下流
の吸気管圧力（このときは負圧）がダイヤフラム48aの
下側に作用するため、ダイヤフラム48aは下側に引っ張
られ、吸気バイパス弁46の閉鎖力を上げ、その確実な閉
弁を確保している。
SV3）はONとなりターボチャージャ18のコンプレッサ出
口圧力P2がダイヤフラム48aの上側に作用するため吸気
バイパス弁46は閉鎖される。また、ステップ116では電
磁弁66（VSV4）がOFFされるためスロットル弁16の下流
の吸気管圧力（このときは負圧）がダイヤフラム48aの
下側に作用するため、ダイヤフラム48aは下側に引っ張
られ、吸気バイパス弁46の閉鎖力を上げ、その確実な閉
弁を確保している。
エンジンの回転数NEがNE2まで上昇し、低圧段ターボ
チャージャ17のコンプレッサ出口圧力P1の立ち上がりが
高圧段ターボチャージャ18のコンプレッサ出口圧力P2に
追いつき、P2＝P1となるとステップ102よりステップ120
で進み、依然として正常であるからソレノイド41はOFF
され、ステップ122,124,126はステップ104,106,108と同
様であり、EGR、空燃比、点火時期は通常制御が継続さ
れる。ステップ128で電磁弁54（VSV1）がONされると、
ダイヤフラム34aに位置56からの過給圧が導入され、ス
プリング34bに抗してウエイストゲート弁32は開放方向
に付勢される。ステップ112で電磁弁58（VSV2）がONさ
れるとダイヤフラム40aに位置60からの過給圧が導入さ
れるため、スプリング40dは開弁力に無関係となり、ス
プリング40cだけの弱い力がダイヤフラム40aにかかる開
弁力に対抗する。そのため、排気切替弁38は一気に全開
に至ることになる。
チャージャ17のコンプレッサ出口圧力P1の立ち上がりが
高圧段ターボチャージャ18のコンプレッサ出口圧力P2に
追いつき、P2＝P1となるとステップ102よりステップ120
で進み、依然として正常であるからソレノイド41はOFF
され、ステップ122,124,126はステップ104,106,108と同
様であり、EGR、空燃比、点火時期は通常制御が継続さ
れる。ステップ128で電磁弁54（VSV1）がONされると、
ダイヤフラム34aに位置56からの過給圧が導入され、ス
プリング34bに抗してウエイストゲート弁32は開放方向
に付勢される。ステップ112で電磁弁58（VSV2）がONさ
れるとダイヤフラム40aに位置60からの過給圧が導入さ
れるため、スプリング40dは開弁力に無関係となり、ス
プリング40cだけの弱い力がダイヤフラム40aにかかる開
弁力に対抗する。そのため、排気切替弁38は一気に全開
に至ることになる。
ステップ132で電磁弁64（VSV3）はOFFされ、大気圧が
ダイヤフラム48aの上側に作用し、ステップ134では電磁
弁66（VSV4）がONされるためスロットル弁38の下流の過
給圧がダイヤフラム48aの下側に作用するため、ダイヤ
フラム48aは上方に押圧され、吸気バイパス弁46は開弁
される。
ダイヤフラム48aの上側に作用し、ステップ134では電磁
弁66（VSV4）がONされるためスロットル弁38の下流の過
給圧がダイヤフラム48aの下側に作用するため、ダイヤ
フラム48aは上方に押圧され、吸気バイパス弁46は開弁
される。
以上は正常時の制御であるが、排気切替弁38がスティ
ック等によりその外周縁がバイパス通路36の内周面に固
着傾向（完全な固着に至る前）となった場合につき以下
説明する。即ち排気切替弁38は蝶型弁であり、その外周
縁が通路36の内周壁面に熱の影響でスティックし易い。
尚、ウエイストゲート弁32はスイングドア型のためのス
ティックの問題はすくない。排気切替弁38の外周とバイ
パス通路36の内周との間には熱膨張を吸収するため全閉
時にも小さなクリアランスが設けられ、排気切替弁38の
全閉する低回転時もこのクリアランスの部分を排気ガス
が通過しており、低圧段タービン22の駆動に幾分ではあ
るが寄与している。排気切替弁38のスティックが起こる
と、前記そのステックの分だけクリアランスにより形成
される面積が小さくなり、クリアランスを通過する排気
ガスの量は少なくなる。排気ガス量が減った分だけ低圧
段ターボチャージャ17のタービン22の回転の上がりに正
常時より遅れが出て、例えば、第８図の破線ｌのような
上がりかたとなる。逆に高圧段はｌ′のように圧力が早
く上る。この発明では高圧段ターボチャージャへの排気
ガス量と低圧段ターボチャージャへの排気ガス量とのバ
ランスが正常かスティックかによって変化することを利
用してスティックによる異常を判別している。即ち、ス
ティック時はP1の上がりが遅いためステップ100で算出
されるP2/P1が正常時より大きくなる。ステップ100の所
定値Ｋは正常時に得られるP2/P1の値に準じて決められ
る。即ちスティックが発生するとP2/P1＞Ｋの本来の関
係が成立しなくなり異常を知ることができる。異常と判
別したときはステップ140に進み、ソレノイド41がONさ
れ、排気切替弁は強制的に開放される。ステップ142で
はEGR制御フラグFEGRがクリヤされ、後述のように排気
ガス再循環が停止される。ステップ144では空燃比制御
フラグFAがクリヤされ、後述のように異常時の空燃比制
御が行われる。ステップ146では点火時期制御フラグFI
がクリヤされ、後述のように異常時の点火時期制御が行
われる。過給圧の制御をするための各電磁弁54（VSV
1）,58（VSV2）,64（VSV3）,66（VSV4）の作動はステッ
プ148,150,152,154で示される。電磁弁54（VSV1）はON
され、56の位置の圧力が導入され、各電磁弁58（VSV2）
はOFFされる。また電磁弁64（VSV3）はOFF、電磁弁66
（VSV4）はONされ、過給圧が働くと吸気バイパス弁46は
開放される。
ック等によりその外周縁がバイパス通路36の内周面に固
着傾向（完全な固着に至る前）となった場合につき以下
説明する。即ち排気切替弁38は蝶型弁であり、その外周
縁が通路36の内周壁面に熱の影響でスティックし易い。
尚、ウエイストゲート弁32はスイングドア型のためのス
ティックの問題はすくない。排気切替弁38の外周とバイ
パス通路36の内周との間には熱膨張を吸収するため全閉
時にも小さなクリアランスが設けられ、排気切替弁38の
全閉する低回転時もこのクリアランスの部分を排気ガス
が通過しており、低圧段タービン22の駆動に幾分ではあ
るが寄与している。排気切替弁38のスティックが起こる
と、前記そのステックの分だけクリアランスにより形成
される面積が小さくなり、クリアランスを通過する排気
ガスの量は少なくなる。排気ガス量が減った分だけ低圧
段ターボチャージャ17のタービン22の回転の上がりに正
常時より遅れが出て、例えば、第８図の破線ｌのような
上がりかたとなる。逆に高圧段はｌ′のように圧力が早
く上る。この発明では高圧段ターボチャージャへの排気
ガス量と低圧段ターボチャージャへの排気ガス量とのバ
ランスが正常かスティックかによって変化することを利
用してスティックによる異常を判別している。即ち、ス
ティック時はP1の上がりが遅いためステップ100で算出
されるP2/P1が正常時より大きくなる。ステップ100の所
定値Ｋは正常時に得られるP2/P1の値に準じて決められ
る。即ちスティックが発生するとP2/P1＞Ｋの本来の関
係が成立しなくなり異常を知ることができる。異常と判
別したときはステップ140に進み、ソレノイド41がONさ
れ、排気切替弁は強制的に開放される。ステップ142で
はEGR制御フラグFEGRがクリヤされ、後述のように排気
ガス再循環が停止される。ステップ144では空燃比制御
フラグFAがクリヤされ、後述のように異常時の空燃比制
御が行われる。ステップ146では点火時期制御フラグFI
がクリヤされ、後述のように異常時の点火時期制御が行
われる。過給圧の制御をするための各電磁弁54（VSV
1）,58（VSV2）,64（VSV3）,66（VSV4）の作動はステッ
プ148,150,152,154で示される。電磁弁54（VSV1）はON
され、56の位置の圧力が導入され、各電磁弁58（VSV2）
はOFFされる。また電磁弁64（VSV3）はOFF、電磁弁66
（VSV4）はONされ、過給圧が働くと吸気バイパス弁46は
開放される。
第４図はEGR制御ルーチンであり、ステップ160ではフ
ラグFEGRがセットされているか否か判別される。排気切
替弁40の正常動作時はFEGR＝１であり、ステップ162に
進み、エンジン回転数NEが所定値NE1より大きいか否か
判別され、ステップ164ではエンジン負荷Ｌ（例えば吸
入空気量−エンジン回転数比）が所定値L1より大きいか
否か判別される。NE≦NE1でかつＬ≦L1の条件が成立す
る低回転、低負荷時が排気ガス再循環を行う領域であ
り、ステップ166に進み、そのエンジン回転数及び負荷
における排気ガス再循環量が算出される。NE＞NE1又は
Ｌ＞L1の条件が成立すする高回転、高負荷時は非排気ガ
ス再循環領域であり、ステップ168に進み、排気ガス再
循環量を０とする。ステップ170ではEGR信号が電磁弁70
（VSV5）に印加される。この場合、電磁弁70に印加され
る電気信号はステップ166閾168で算出されるEGR量が得
られるように所定のデューティ比を持ったパルス信号と
なる。
ラグFEGRがセットされているか否か判別される。排気切
替弁40の正常動作時はFEGR＝１であり、ステップ162に
進み、エンジン回転数NEが所定値NE1より大きいか否か
判別され、ステップ164ではエンジン負荷Ｌ（例えば吸
入空気量−エンジン回転数比）が所定値L1より大きいか
否か判別される。NE≦NE1でかつＬ≦L1の条件が成立す
る低回転、低負荷時が排気ガス再循環を行う領域であ
り、ステップ166に進み、そのエンジン回転数及び負荷
における排気ガス再循環量が算出される。NE＞NE1又は
Ｌ＞L1の条件が成立すする高回転、高負荷時は非排気ガ
ス再循環領域であり、ステップ168に進み、排気ガス再
循環量を０とする。ステップ170ではEGR信号が電磁弁70
（VSV5）に印加される。この場合、電磁弁70に印加され
る電気信号はステップ166閾168で算出されるEGR量が得
られるように所定のデューティ比を持ったパルス信号と
なる。
排気切替弁38の異常の場合はFEGRがリセット（０）さ
れるため、無条件でステップ168に進むため排気ガス再
循環作動が行われない。
れるため、無条件でステップ168に進むため排気ガス再
循環作動が行われない。
第５図は燃料噴射ルーチンであり、その気筒の燃料噴
射毎、例えば４気筒の内燃機関の場合は180゜CA毎に実
施される。このタイミングは30゜CA毎及び720゜CA毎の
クランク軸タイミング信号により知ることができる。ス
テップ180では基本燃料噴射量TPが算出され、この基本
燃料噴射量TPはそのエンジン回転数及び負荷において空
燃比を理論空燃比とする燃料噴射量に相当する。ステッ
プ182では燃料噴射量TAUが、 TAU＝TP×FAF×KLEAN×α（１＋β）＋γ によって算出される。FAFは後述の空燃比フィードバッ
ク係数であり、KLEANは後述の空燃比リーン補正係数で
あり、α，β，γはこの発明と直接に関係しないため説
明を省略する補正係数、補正量である。ステップ184で
は燃料噴射を行う気筒のインジェクタ15に燃料噴射信号
が印加される。
射毎、例えば４気筒の内燃機関の場合は180゜CA毎に実
施される。このタイミングは30゜CA毎及び720゜CA毎の
クランク軸タイミング信号により知ることができる。ス
テップ180では基本燃料噴射量TPが算出され、この基本
燃料噴射量TPはそのエンジン回転数及び負荷において空
燃比を理論空燃比とする燃料噴射量に相当する。ステッ
プ182では燃料噴射量TAUが、 TAU＝TP×FAF×KLEAN×α（１＋β）＋γ によって算出される。FAFは後述の空燃比フィードバッ
ク係数であり、KLEANは後述の空燃比リーン補正係数で
あり、α，β，γはこの発明と直接に関係しないため説
明を省略する補正係数、補正量である。ステップ184で
は燃料噴射を行う気筒のインジェクタ15に燃料噴射信号
が印加される。
第６図は第５図で使用するフィードバック補正係数の
算出ルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎に実行
される時間同期ルーチンである。ステップ200では空燃
比制御フラグFA＝１か否か判別される。排気気替弁40が
正常な場合はFA＝１であり、ステップ202に進み、空燃
比補正係数KLEANが算出される。KLEANはステップ180で
算出される理論空燃比に応じた基本噴射量TPをエンジン
回転数及び負荷に応じた最適な希薄空燃比または過濃空
燃比に補正する係数であり、KLEANの値は空燃比が希薄
側のときは1.0より小さく、空燃比が過濃側のときは1.0
より大きい。ステップ204ではステップ202で算出される
空燃比補正係数KLEANに応じた空燃比センサ82に出力値
（空燃比の目標値）VXが算出される。ステップ206では
空燃比の目標値VXと、空燃比センサ82による空燃比の実
測値V0とが比較される。VX＞V0のときは目標空燃比が空
燃比の実測値より大きい、即ち、もっと空燃比を大きく
する必要があると判断し、ステップ208に進みフィード
バック補正係数FAFが減少され、燃料量が減少される。V
X＞V0のときは目標空燃比が空燃比の実測値より小さ
い、即ち、もっと空燃比を小さくする必要があると判断
し、ステップ210に進みフィードバック補正係数FAFが増
加され、燃料量が増加される。このようにして空燃比が
目標値に制御される。
算出ルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎に実行
される時間同期ルーチンである。ステップ200では空燃
比制御フラグFA＝１か否か判別される。排気気替弁40が
正常な場合はFA＝１であり、ステップ202に進み、空燃
比補正係数KLEANが算出される。KLEANはステップ180で
算出される理論空燃比に応じた基本噴射量TPをエンジン
回転数及び負荷に応じた最適な希薄空燃比または過濃空
燃比に補正する係数であり、KLEANの値は空燃比が希薄
側のときは1.0より小さく、空燃比が過濃側のときは1.0
より大きい。ステップ204ではステップ202で算出される
空燃比補正係数KLEANに応じた空燃比センサ82に出力値
（空燃比の目標値）VXが算出される。ステップ206では
空燃比の目標値VXと、空燃比センサ82による空燃比の実
測値V0とが比較される。VX＞V0のときは目標空燃比が空
燃比の実測値より大きい、即ち、もっと空燃比を大きく
する必要があると判断し、ステップ208に進みフィード
バック補正係数FAFが減少され、燃料量が減少される。V
X＞V0のときは目標空燃比が空燃比の実測値より小さ
い、即ち、もっと空燃比を小さくする必要があると判断
し、ステップ210に進みフィードバック補正係数FAFが増
加され、燃料量が増加される。このようにして空燃比が
目標値に制御される。
排気切替弁38にスティック等の異常があると第３図の
ステップ144でFA＝０となるためステップ200よりステッ
プ212に進み、空燃比補正係数KLEAN＝1.0とされ、ステ
ップ214でフィードバック補正係数FAF＝1.0とされ、そ
の結果空燃比は理論空燃比となる。
ステップ144でFA＝０となるためステップ200よりステッ
プ212に進み、空燃比補正係数KLEAN＝1.0とされ、ステ
ップ214でフィードバック補正係数FAF＝1.0とされ、そ
の結果空燃比は理論空燃比となる。
第７図は点火時期制御ルーチンであり、このルーチン
は燃料噴射と同様にエンジン１サイクルで各気筒に一回
毎（即ち４気筒エンジンでは180゜CA毎）に実行され
る。ステップ220では基本点火時期τBASEが算出され、
ステップ220では点火時期制御フラグFI＝１か否か判別
される。排気切替弁38が正常の場合はFI＝１であるため
ステップ224に進み、点火時期遅角補正量Δ＝０とさ
れ、排気切替弁38の異常に伴う点火時期の遅角補正は行
われない。排気切替弁38が異常の場合はFI＝０であるた
めステップ226に進み、点火時期遅角補正量がΔとさ
れ、ステップ228では切ほ点火時期τからこの遅角補正
量Δを引いた分だけ点火時期が最適時期より遅角される
ことになる。
は燃料噴射と同様にエンジン１サイクルで各気筒に一回
毎（即ち４気筒エンジンでは180゜CA毎）に実行され
る。ステップ220では基本点火時期τBASEが算出され、
ステップ220では点火時期制御フラグFI＝１か否か判別
される。排気切替弁38が正常の場合はFI＝１であるため
ステップ224に進み、点火時期遅角補正量Δ＝０とさ
れ、排気切替弁38の異常に伴う点火時期の遅角補正は行
われない。排気切替弁38が異常の場合はFI＝０であるた
めステップ226に進み、点火時期遅角補正量がΔとさ
れ、ステップ228では切ほ点火時期τからこの遅角補正
量Δを引いた分だけ点火時期が最適時期より遅角される
ことになる。
以上の実施例はガソリンを燃料とする燃料噴射内燃機
関について説明しているが、ディーゼル機関でも実施す
ることができる。ディーゼル機関では排気切替弁38の異
常はこの発明に従って、低圧段ターボチャージャのコン
プレッサ出口圧力P1に対する高圧段ターボチャージャの
コンプレッサ出口圧力P2の比によって決定される。ま
た、異常を検出した後の処置として空燃比を理論空燃比
とするかわりに最大噴射量を減少する制御を行う。
関について説明しているが、ディーゼル機関でも実施す
ることができる。ディーゼル機関では排気切替弁38の異
常はこの発明に従って、低圧段ターボチャージャのコン
プレッサ出口圧力P1に対する高圧段ターボチャージャの
コンプレッサ出口圧力P2の比によって決定される。ま
た、異常を検出した後の処置として空燃比を理論空燃比
とするかわりに最大噴射量を減少する制御を行う。
この発明によれば、低圧段ターボチャージャのコンプ
レッサ出口圧力P1に対する高圧段ターボチャージャのコ
ンプレッサ出口圧力P2の比によって排気切替弁の異常を
判別することで、過給圧が高くなる前にスティックの発
生を検出しているため、より迅速な異常判別をおこなう
ことができ、エンジンの保護を図ることができる。
レッサ出口圧力P1に対する高圧段ターボチャージャのコ
ンプレッサ出口圧力P2の比によって排気切替弁の異常を
判別することで、過給圧が高くなる前にスティックの発
生を検出しているため、より迅速な異常判別をおこなう
ことができ、エンジンの保護を図ることができる。
また、システムに設けられる既存の圧力センサを利用
するだけで、異常判別のため検出装置を設ける必要がな
い。
するだけで、異常判別のため検出装置を設ける必要がな
い。
第１図はこの発明の機能的な構成を示す図。 第２図はこの発明の実施例の概略的構成を示す図。 第３図〜第７図はこの発明の装置の作動を説明するフロ
ーチャート。 第８図は排気切替弁の作動を模式的に説明するグラフ。 10……エンジン本体、12……吸気管、 14……排気管、15……燃料インジェクタ、 16……スロットル弁、 17……低圧段ターボチャージャ、 18……高圧段ターボチャージャ、 29……インタクーラ、 30……第１排気バイパス通路、 32……ウエイストゲート弁、 36……第２排気バイパス通路、 38……排気切替弁、44……吸気バイパス通路、 52……EGR弁、 54,58,64,66,70……電磁弁、 72……制御回路、74……イグナイタ、 76……ディストリビュータ、 78……第１圧力センサ、80……第２圧センサ。
ーチャート。 第８図は排気切替弁の作動を模式的に説明するグラフ。 10……エンジン本体、12……吸気管、 14……排気管、15……燃料インジェクタ、 16……スロットル弁、 17……低圧段ターボチャージャ、 18……高圧段ターボチャージャ、 29……インタクーラ、 30……第１排気バイパス通路、 32……ウエイストゲート弁、 36……第２排気バイパス通路、 38……排気切替弁、44……吸気バイパス通路、 52……EGR弁、 54,58,64,66,70……電磁弁、 72……制御回路、74……イグナイタ、 76……ディストリビュータ、 78……第１圧力センサ、80……第２圧センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前原 利之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 実開 平１−160126（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−141634（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−119930（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−49031（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチ
ャージャをガスの流れ方向に直列に配置し、高圧段ター
ボチャージャを迂回するバイパス通路に排気切替弁を設
け、排気切替弁は過給圧が低いときはバイパス通路を閉
鎖し、過給圧が高くなると排気切替弁を開放する２段過
給内燃機関において、低圧段ターボチャージャのコンプ
レッサ出口圧力を検出する第１検出手段と、高圧段ター
ボチャージャのコンプレッサ出口圧力を検出する第２検
出手段と、低圧段ターボチャージャのコンプレッサ出口
圧力と、高圧段ターボチャージャのコンプレッサ出口圧
力との比を所定値と比較することにより排気切替弁の作
動異常を判別する手段とを具備した２段過給内燃機関の
排気切替弁の異常検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2115188A JP2570463B2 (ja) | 1990-05-02 | 1990-05-02 | ２段過給内燃機関の排気切替弁の異常検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2115188A JP2570463B2 (ja) | 1990-05-02 | 1990-05-02 | ２段過給内燃機関の排気切替弁の異常検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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