JPH03111623A - ターボ過給機付エンジンの制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はターボ過給機付エンジンの制御装置に関し、特
にタービン内を流れる排気ガス流の流速を可変にできる
排気ターボ過給機を装備し、且つシリンダに二つの吸気
ポートを備えたものに関する。

（従来の技術） 従来、ターボ過給機付エンジンとして、例えば実開昭６
０−１７８３２９号公報に開示されるように、エンジン
に対してプライマリターボ過給機およびセカンダリター
ボ過給機を並列的に設け、セカンダリターボ過給機専用
の排気通路に排気カット弁を設け、吸入空気量が設定値
よりも少ない低吸入空気量時には排気カット弁を閉じて
高流速モードとし、排気通路からの排気ガスをプライマ
リターボ過給機のタービンに集中的に供給してプライマ
リターボ過給機のタービン内を流れる排気ガス流の流速
を増大させ、高い過給圧を確保する一方、吸入空気量が
設定値よりも多い高吸入空気量時には排気カット弁を開
いて低流速モードとし、排気通路からの排気ガスを二つ
の排気ターボ過給機のタービンに供給して、吸入空気量
を確保しながら適正な過給圧を得るようにした、いわゆ
るシーケンシャル・ターボ式のエンジンが知られている
。

（発明が解決しようとする課題） ところで、エンジンの吸・排気構造として、シリンダご
とに、プライマリ吸気ポート、セカンダリ吸気ポートお
よび排気ポートを接続するとともに、この二つの吸気ポ
ートを吸気通路に、排気ポートを排気通路にそれぞれ接
続し、且つ上記セカンダリ吸気ポートに切換弁を設け、
低吸入空気量時には切換弁を閉じてプライマリ吸気ポー
トのみからシリンダに新気を導入して吸気流速を高めて
混合気のミキシングを促進する一方、高吸入空気量時に
は切換弁を開いてプライマリ吸気ポートおよびセカンダ
リ吸気ポートの双方からシリンダに新気を導入して吸入
空気量を確保するようにしたものが知られている。

そこで、上述したようなシーケンシャル・ターボ式の工
〉・ジンに、このような吸・排気構造を設けた場合、排
気カット弁による低流速モード・高流速モードの切換え
（セカンダリターボ過給機の作動・不作動の切換え）と
、切換弁の開閉切換えとを近接したタイミングで行うと
、次のような不具合が起きる。すなわち、高流速モード
では排気カット弁を閉じて排気ガス流の通路面積を絞る
ことになるので、タービン上流の排気圧力、つまり排気
ポートの排気圧力が大きくなり、排気ポートの排気圧力
と吸気ポートの吸気圧力との差圧が大きくなる。そのた
め、例えば加速時など低吸入空気量域から高吸入空気量
域に移行する場合、高流速モードにある状態で切換弁が
開くと、上記差圧によって排気ポートの排気ガスがシリ
ンダに戻り、更には吸気ポートに逆流してダイリューシ
ョンガスになり、このダイリューションガスが新気と共
にシリンダに導入されると燃焼性が悪化し、この燃焼性
悪化のためにトルクショックが起きる。

本発明はこのような点に着目してなされたものであり、
その目的とするところは、シーケンシャル・ターボ式の
エンジンのようにタービン内を流れる排気ガス流の流速
を可変にできるターボ過給機付エンジンに上述した吸・
排気構造を設けた場合、流速モードの切換えと切換弁の
開閉切換えとを適切なタイミングで行って低吸入空気量
域から高吸入空気量域への移行時におけるダイリューシ
ョンガスの持ち込みを抑制することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、低吸入空気量域
から高吸入空気量域への移行時、流速モードの切換えに
よりタービン上流の排気圧力が低くなるまではセカンダ
リ吸気ポートを連通させないようにしてダイリューショ
ンガスの持ち込みを抑制するようにしている。

具体的に、本発明の講じた解決手段は、第１図に示すよ
うに、シリンダに接続されたプライマリ吸気ポートおよ
びセカンダリ吸気ポートと、シリンダに接続された排気
ポートと、該排気ポートに接続された排気通路にタービ
ンが設けられ且つ上記プライマリ吸気ポートおよびセカ
ンダリ吸気ポートに接続された吸気通路にブロアが設け
られた排気ターボ過給機３１．３２と、上記タービン内
を流れる排気ガス流を、吸入空気量に対して流速が低い
低流速モードまたは流速が高い高流速モードに設定する
流速調整手段２５と、エンジンの吸入空気量を検出する
吸入空気量検出手段５１と、上記吸入空気量検出手段５
１の出力を受け、高吸入空気量域では低流速モードに、
低吸入空気量域では高流速モードになるように流速調整
手段２５を制御する流速制御手段５２と、上記セカンダ
リ吸気ポートに設けられた切換弁４１と、上記吸入空気
量検出手段５１の出力を受け、低吸入空気量域では切換
弁４１を閉じ、高吸入空気量域では切換弁４１を開くと
ともに、低吸入空気量域から高吸入空気量域への移行時
には流速調整手段２５が高流速モードから低流速モード
に切換わった後に切換弁４１を開く吸気制御手段５３と
を設ける構成としたものである。

（作用） 上記の構成により、本発明では、吸入空気量検出手段５
１の検出に基づいて、流速制御手段５２により流速調整
手段２５が制御され、低吸入空気量時にはタービン内を
流れる排気ガス流が高流速モードに設定されて高い過給
圧が確保される一方、高吸入空気量時にはタービン内を
流れる排気ガス流が低流速モードに設定されて吸入空気
量を確保しながら適正な過給圧が得られることになる。

また、吸入空気量検出手段５１の検出に基づいて、吸気
ｉ′１ＩＩＪ御手段５３により切換弁４１が制御され、
低吸入空気量域には切換弁４１が閉じるので、プライマ
リ吸気ポートのみからシリンダに新気が導入されて吸気
流速が高められ、混合気のミキシングが促進される。一
方、高吸入空気量時には切換弁４１が開くので、プライ
マリ吸気ポートおよびセカンダリ吸気ポートの双方から
シリンダに新気が導入されて吸入空気量が確保される。

そして、上記吸気制御手段５３による切換弁４１の制御
により、例えば加速時など低吸入空気量域から高吸入空
気量域への移行時には、流速調整手段２５が高流速モー
ドから低流速モードに切換わった後に切換弁４１が開く
ので、低流速モードに切換わって排気ガス流の通路面積
増大によりタービン上流の排気圧力が小さくなり排気ポ
ートの排気圧力と吸気ポートの吸気圧力との差圧が小さ
くなるまではセカンダリ吸気ポートが連通しない。

そのためにシリンダへのグイリニーションガスの持ち込
みが抑制されて燃焼性悪化によるトルクシタツクが防止
される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の実施例である制御装置を備えたターボ
過給機付直列４気筒エンジンを示す。１はエンジンであ
って、該エンジン１には４つのシリンダ２が形成されて
いる。該各シリンダ２には、プライマリ吸気ポート５お
よびセカンダリ吸気ポート６と、二つの排気ポート７と
がそれぞれ接続されている。

上記４本のプライマリ吸気ポート５はプライマリ側の吸
気通路１１に接続され、４本のセカンダリ吸気ポート６
はセカンダリ側の吸気通路１２に接続されている。この
２本の吸気通路１１．１２は集合されて集合吸気通路１
０になり、該集合吸気通路１０はエアクリーナ１４を介
して大気に開放されている。

また、各シリンダ２の一方の排気ポート７はプライマリ
側の排気通路２１に接続され、他方の排気ポート７はセ
カンダリ側の排気通路２２に接続されている。この２本
の排気通路２１．２２は集合されて集合排気通路２０に
なり、該集合排気通路２０は大気に開放されている。

上記各プライマリ吸気ポート５およびセカンダリ吸気ポ
ート６には吸気弁がそれぞれ設けられている。また、各
排気ポート７には排気弁がそれぞれ設けられている。

そして、このエンジン１には二つの排気ターボ過給機３
１．３２が装備されている。すなわち、プライマリ側排
気通路２１にはプライマリターボ過給機３１のタービン
３１ａが設けられ、プライマリ側吸気通路１１にはプラ
イマリターボ過給機３１のブロア３１ｂが設けられてお
り、タービン３１ａにより回収した排気エネルギにより
ブロア３１ｂで吸気を加圧するようにしている。また、
セカンダリ側排気通路２２にはセカンダリターボ過給機
３２のタービン３２ａが設けられ、セカンダリ側吸気通
路１２にはセカンダリターボ過給機３２のブロア３２ｂ
が設けられており、タービン３２ａにより回収した排気
エネルギによりプロア３２ｂで吸気を加圧するようにし
ている。

また、上記集合吸気通路１０には、吸気流量を検出する
エアフローメータ１５が設けられているさらに、プライ
マリ側ブロア３１ｂ下流のプライマリ側吸気通路１１に
は、吸気を冷却するインタークーラ１６ａ１スロツトル
弁１７ａ１インジエクタ１８ａが順に設けられている。

また、セカンダリ側ブロア３２ｂ下流のセカンダリ側吸
気通路１２にも、インタークーラ１６ｂ１スロツトル弁
１７ｂ、インジェクタ１８ｂが順に設けられている。

さらに、上記プライマリ側排気通路２１とセカンダリ側
排気通路２２とは、タービン３１ａ、３２ａの上流側に
おいて連通路２３で接続されている。そして、セカンダ
リ側排気通路２２におけるセカンダリ側タービン３２ａ
と連通路接続部との間には、アクチュエータ２６によっ
て駆動される排気カット弁２５が設けられている。また
、連通路２３と集合排気通路２０とはウェストゲート通
路２７で接続されている。該ウェストゲート通路２７に
は、アクチュエータ２９によって駆動されるウェストゲ
ート弁２８が設けられている。

また、上記各セカンダリ吸気ポート６には切換弁４１が
それぞれ設けられている。この４つの切換弁４１はダイ
ヤフラム式のアクチュエータ４２によって連動して駆動
される。該アクチュエータ４２の圧力室は圧力導入通路
４３を介してスロットル弁１７ａ下流のプライマリ側吸
気通路１１に接続されている。該圧力導入通路４３には
ソレノイド弁４４が設けられており、このソレノイド弁
４４がＯＮすると圧力導入通路４３が連通してアクチュ
エータ４２の圧力室に過給圧が導入されて切換弁４１が
開く一方、ソレノイド弁４４がＯＦＦすると圧力導入通
路４３が遮断されてアクチュエータ４２の圧力室への過
給圧の導入が停止し、切換弁４１が閉じるようになって
いる。

さらに、上記排気カット弁２５のアクチュエータ２６、
ウェストゲート弁２８のアクチュエータ２９および切換
弁４１のアクチュエータ４２はコントロールユニット４
５によって制御される。４６はエンジン１の回転数を検
出するための回転数センサ、４７．４８はスロットル弁
１７ｇ、１７ｂの開度を検出するためのスロットルセン
サであって、該回転数センサ４６、スロットルセンサ４
７．４８およびエアフローメータ１５の出力信号は上記
コントロールユニット４５に入力されている。

次に、コントロールユニット４５による排気カット弁２
５および切換弁４１の制御を第３図のフローによって説
明する。ここで、排気カット弁２５は、いわゆるノーマ
ルクローズ・タイプの弁であって、アクチュエータ２６
への信号入力がなければ閉じている。このことを前提と
して上記フローでは、スタート後、ステップＳ１でまず
切換弁４１を閉じておく。次いでステップＳ２でエンジ
ン回転数を、ステップＳ３でスロットル弁Ｈ度をそれぞ
れ読み込み、ステップＳ４で運転領域を判定する。そし
て、ステップＳＳで第４図に基づいて、この運転領域が
吸入空気量が少ないＰｒｙ・Ｔ／Ｃ領域にあるか、吸入
空気量が多いＰｒｙ＋５ｒｙ−Ｔ／（：領域にあるかを
判定する。そして、Ｐｒｙ−Ｔ／Ｃ領域にあると判定し
たときにはステップＳ１に戻って切換弁４１を閉じ続け
る。このことにより、プライマリ吸気ポート５のみから
シリンダ２に新気が導入されて吸気流速が高められ、混
合気のミキシングが促進される。この場合、排気カット
弁２５は閉じ続けて高流速モードになっている。このこ
とにより、セカンダリターボ過給機３２が不作動になり
、排気通路２０の排気ガスがプライマリターボ過給機３
１のタービン３１ａに集中的に供給されて高い過給圧が
確保されることになる。

一方、加速時など低吸入空気量域から高吸入空気量域へ
の移行時に吸入空気量が増してステップＳ５でＰｒｙ＋
５ｒｙ−Ｔ／Ｃ領域にあると判定されると、ステップＳ
６に進んで排気カット弁２５を開いて低流速モードにす
る。このことにより、セカンダリターボ過給機３２が作
動し、排気通路２１．２２の排気ガスをプライマリター
ボ過給機３１およびセカンダリ３２の各タービン３１ａ
。

３２ａにそれぞれ供給されて吸入空気量を確保しながら
適正な過給圧が得られる。次いでステップＳ７で切換弁
４１を開く。このことにより、プライマリ吸気ポート５
およびセカンダリ吸気ポート６の双方からシリンダ２に
新気が導入されて吸入空気量が確保される。

その場合、排気カット弁２５が開いて低流速モードに切
換わった後に切換弁４１が開くので、低流速モードに切
換わって排気ガス流の通路面積増大によりタービン上流
の排気圧力が小さくなり排気ポート７の排気圧力と吸気
ポート５．６の吸気圧力との差圧が小さくなるまではセ
カンダリ吸気ポート６が連通しない。そのためにシリン
ダ２へのグイリュージョンガスの持ち込みが抑制されて
燃焼性悪化によるトルクショックが防止されることにな
る。

さらに、ステップＳ８でエンジン回転数を、ステップＳ
９でスロットル弁開度をそれぞれ読み込み、ステップｓ
ｍで運転領域を判定する。そして再度ステップＳｌｌで
第４図に基づいて、この運転領域がＰｒｙ−Ｔ／Ｃ領域
にあるか、Ｐｒｙ＋５ｒｙ−Ｔ／Ｃ領域にあるかを判定
する。そして、Ｐｒｙ十Ｓｒｙ・Ｔ／Ｃ領域にあると判
定したときにはステップＳ８に戻って上記処理を繰り返
し、そのうちにＰｒｙ・Ｔ／Ｃ領域にあると判定したと
きにはステップＳＩ２で切換弁４１を閉じ、ステップＳ
１３で排気カット弁２５を閉じて高流速モードにしてか
らリターンする。

ここで、排気カット弁２５は、タービン３１ａ。

３２ａ内を流れる排気ガス流を、吸入空気量に対して流
速が低い低流速モードまたは流速が高い高流速モードに
設定する流速調整手段として機能している。

また、上記フローにおいて、ステップＳ２．ＳＳ、ＳＳ
、Ｓ９により、エンジンの吸入空気量を検出する吸入空
気量検出手段５１を構成している。

さらに、ステップ８４１　　ＳＳ、Ｓ６１　　Ｓ１０．
５１１゜ＳＳ３により、上記吸入空気量検出手段５１の
出力を受け、高吸入空気量域では低流速モードに、低吸
入空気量域では高流速モードになるように流速調整手段
２５を制御する流速制御手段５２を構成している。また
、ステップＳ＊　ｒ　　Ｓ４　ｒ　　Ｓｓ　、Ｓｙ　、
　　Ｓ＋ｏ　、　　Ｓｏ　、　　８１２により、上記吸
入空気量検出手段５１の出力を受け、低吸入空気量域で
は切換弁４１を閉じ、高吸入空気量域では切換弁４１を
開くとともに、低吸入空気量域から高吸入空気量域への
移行時には流速調整手段２５が高流速モードから低流速
モードに切換わった後に切換弁４１を開く吸気制御手段
５３を構成している。

尚、上記実施例では、プライマリ吸気ポート５およびセ
カンダリ吸気ポート６に独立した吸気通路１１．１２を
それぞれ接続したが、プライマリ側ブロア３１ｂ下流側
の吸気通路とセカンダリ側ブロア３２ｂ下流側の吸気通
路とを集合し、この集合吸気通路からプライマリ吸気ポ
ートおよびセカンダリ吸気ポートに吸気を導くようにし
ても良い。

さらに、上記実施例では、プライマリターボ過給機３１
およびセカンダリターボ過給機３２を備え、吸入空気量
に応じてセカンダリターボ過給機３２を作動または不作
動に制御するようにしたシーケンシャル・ターボ式のエ
ンジンを用いて説明し、排気カット弁２５によって流速
３１整手段を構成した。しかし、本発明は他のタイプの
エンジンにも適用することが可能である。例えば、エン
ジンに単一の排気ターボ過給機を設け、この排気ターボ
過給機のタービンスクロールに、排気ガス流に沿って延
びる仕切り壁を設けてタービンスクロールの流路を二分
割するとともに、その一方の流路に制御弁を設けた、い
わゆるツイン・スクロール式排気ターボ過給機を備えた
エンジンでも良い。

このエンジンでは、上記制御弁を開くと、排気ガスが二
つの流路を流れて、タービン内を流れる排気ガス流が、
吸入空気量に対して流速が低い低流速モードに設定され
る一方、制御弁を閉じると、排気ガスが一つの流路のみ
を流れて、タービン内を流れる排気ガス流が、吸入空気
量に対して流速が高い高流速モードに設定されることに
なる。この場合には制御弁が流速調整手段を構成する。

また、別の例としては、エンジンに単一の排気ターボ過
給機を設け、この排気ターボ過給機のタービンスクロー
ルに、タービン回転軸と平行な軸まわりに回動可能な可
変翼を複数枚設け、この可変翼の設定角度を変えること
により実質的にタービンのＡ／Ｒ比を変えるようにした
、いわゆる可変翼式排気ターボ過給機を備えたエンジン
でも良い。

このエンジンでは、可変翼を、排気ガス流がタービン回
転面の内方寄りに方向づけられるように設定すると、タ
ービン内を流れる排気ガス流が、吸入空気量に対して流
速が低い低流速モードに設定される一方、可変翼を、排
気ガス流がタービン回転面の外方帯りに方向づけられる
ように設定すると、タービン内を流れる排気ガス流が、
吸入空気量に対して流速が高い高流速モードに設定され
ることになる。この場合には可変翼が流速調整手段を構
成する。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のターボ過給機付エンジン
の制御装置によれば、シリンダにプライマリ吸気ポート
、セカンダリ吸気ポートおよび排気ポートを接続し、排
気ポートに接続された排気通路にタービンを設は且つプ
ライマリ吸気ポートおよびセカンダリ吸気ポートに接続
された吸気通路にブロアを設けて排気ターボ過給機を装
備し、タービン内を流れる排気ガス流を、高吸入空気量
域では吸入空気量に対して流速が低い低流速モードに、
低吸入空気量域では吸入空気量に対して流速が高い高流
速モードに制御するとともに、上記セカンダリ吸気ポー
トに切換弁を設け、低吸入空気量域では切換弁を閉じ、
高吸入空気量域では切換弁を開くとともに、低吸入空気
量域から高吸入空気量域への移行時には高流速モ・−ド
から低流速モードに切換わった後に切換弁を開くように
したので、低吸入空気量時には高い過給圧を確保し且つ
吸気流速を高めて混合気のミキシングを促進し、高吸入
空気量時には吸入空気量を確保しながら適正な過給圧を
得るという基本的効果を得ながら、例えば加速時など低
吸入空気量域から高吸入空気量域への移行時には、排気
ポートの排気圧力と吸気ポートの吸気圧力との差圧が小
さくなるまではセカンダリ吸気ポートを連通させずにシ
リンダへのダイリューシジンガスの持ち込みを抑制して
燃焼性悪化によるトルクショックを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。 第２図〜第４図は実施例を示し、第２図は全体概略構成
図、第３図はコントロールユニットのｆｆ１（ｊ　御を
示すフローチャート図、第４図は運転領域の区分を示す
特性図である。 １０゜ ２０゜ １１゜ ２１゜ ３１゜ ２・・・シリンダ ５・・・プライマリ吸気ボー ６・・・セカンダリ吸気ボー ア・・・排気ポート ２・・・吸気通路 ２・・・排気通路 ２・・・排気ターボ過給機 ５・・・排気カット弁 （流速調整手段） ト ド ４１・・・切換弁 ５１・・・吸入空気量検出手段 ５２・・・流速制御手段 ５３・・・吸気制御手段 第４ 図 第３ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダに接続されたプライマリ吸気ポートおよ
   びセカンダリ吸気ポートと、 シリンダに接続された排気ポートと、 該排気ポートに接続された排気通路にタービンが設けら
   れ且つ上記プライマリ吸気ポートおよびセカンダリ吸気
   ポートに接続された吸気通路にブロアが設けられた排気
   ターボ過給機と、上記タービン内を流れる排気ガス流を
   、吸入空気量に対して流速が低い低流速モードまたは流
   速が高い高流速モードに設定する流速調整手段と、 エンジンの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と
   、 上記吸入空気量検出手段の出力を受け、高吸入空気量域
   では低流速モードに、低吸入空気量域では高流速モード
   になるように流速調整手段を制御する流速制御手段と、 上記セカンダリ吸気ポートに設けられた切換弁と、 上記吸入空気量検出手段の出力を受け、低吸入空気量域
   では切換弁を閉じ、高吸入空気量域では切換弁を開くと
   ともに、低吸入空気量域から高吸入空気量域への移行時
   には流速調整手段が高流速モードから低流速モードに切
   換わった後に切換弁を開く吸気制御手段 とを設けたことを特徴とするターボ過給機付エンジンの
   制御装置。