JPH03229931A - 過給機付エンジンの制御方法 - 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、主、副ターボチャージャが並列に配設され、
低速域では主ターボチャージャのみ、高速域では両ター
ボチロージャを作動させるようにした過給機付エンジン
の制御方法に関し、とくに燃料カットの制御方法に関す
る。

［従来の技術］ エンジンおよびターボチャージャの保護を目的とした燃
料カット制御が知られている。ターボチャージャ付エン
ジンにおいては、従来、過給圧を燃料カット用の信号と
して利用していた。たとえば特開昭５９−１２１４４号
公報開示のシステムでは、１個のターボチャージャを備
えたエンジンにおいて、過給圧が所定圧よりも大きくな
ったときに燃料カットを実行するようにしている。

一方、エンジン本体に対し、主、副二つのターボチャー
ジャを並列に配置し、低速域では主ターボチャージャの
み作動させて１個ターボチャージャとし、高速域では両
ターボチャージャを作動させるようにした、いわゆる２
ステージターボシステムを採用した過給機付エンジンが
知られている。

この種の過給機付エンジンの構成は、たとえば第７図に
示すようになっている。エンジン本体９１に対し、主タ
ーボチャージャ（Ｔ／Ｃ１）９２と副ターボチャージャ
（Ｔ／’Ｃ２＞　９３が並列に設【プられている。副タ
ーボチャージャ９３に接続される吸、排気系には、それ
ぞれ吸気切替弁９４、排気切替弁９５が設けられ、吸気
切替弁９４、排気切替弁９５をともに仝閉とすることに
より、主ターボチャジャ９２のみを過給作動させ、とも
に全開とすることにより、副ターボチャージャ９３にも
過給作動を行わせ、２個ターボチＶ−ジャ作動とするこ
とができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このような２ステージターボシステムに、前
述の特開昭５９−１２１４４号公報開示のような燃料カ
ット制御、つまり過給圧により燃料カットを実行する制
御を適用すると、以下のような問題を生じるおそれがあ
る。

すなわち、万一排気切替弁９５が全開状態でスティック
（作動不可の故障状態）し、その状態でアクセルを踏み
続けた場合、主ターボチャージャ９２の回転数は上昇す
るが、チョーク域に入るため過給圧は高くならない（低
下する）。このため、燃料カットは作動せず、主ターボ
チャージャの回転数が限度を越えて上がりすぎる（オー
バラン）おそれがある。したがって、このような異常状
態時には、過給圧は燃料カット信号の指標にはならない
。

また、たとえば無負荷レーシング時のような場合、急激
に立ち上がるエンジンの要求空気量の変化に対し過給圧
上昇が追いつかず、排気切替弁が開かずに１個ターボチ
ャージャのまま主ターボチャージャがオーバランするお
それがあるが、過給圧によって燃料カットをする限り、
適切な燃料カット制御をすることが困難となる。

本発明は、上記のような問題点に着目し、排気切替弁異
常時や無負荷レーシング時のように燃料カットを実行し
てターボチャージャの過回転の防止が望まれる場合、確
実にかつ迅速に燃料カットを実行し、ターボチャージャ
やエンジンを適切に保護することを目的とする。

［課題を解決するだめの手段］ この目的に沿う本発明の過給機付エンジンの制御方法は
、エンジン本体に対し並列に設けられた主ターボチャー
ジャおよび副ターボチャージャと、副ターボチャージャ
に接続されたエンジンの吸、排気系にそれぞれ設けられ
、ともに全開のときは副ターボチャージャに過給作動を
行わせ、ともに仝閑のときには副ターボチロージャの過
給作動を停止させる吸気切替弁および排気切替弁と、を
備えた過給機付エンジンにおいて、第１図に示すように
、ターボチャージャ上流の排気圧力（Ｐ４）を検出しく
ステップ８１）、検出した排気圧力が予め設定した圧力
（Ａ＞以上になったか否かを判定−しくステップ８２）
、該排気圧力が設定圧力以上になったときに燃料カット
を実行する（ステップ８３）制御方法から成る。排気圧
力が設定圧力よりも小さい領域では、燃料カットは実行
されない（ステップ８４）。

［作　　用］ このような制御方法においては、従来の過給圧に代えて
、ターボチャージャ上流の排気圧力が燃料カット実行の
判定基準になる。ターボチャージャ上流の排気圧力は、
ターボチャージャの回転数が上がれば略同時に上昇する
ので、最も早く異常状態を検出できる。したがって、こ
の排気圧力を常にモニタしておき、それが設定圧力以上
になったときに燃料カットを実行することにより、排気
切替弁の異常時や無負荷レーシング時のように、過給圧
が上昇しないか過給圧の上昇が遅れる場合にあっても、
確実にかつターボチャージャの回転過上昇開始と略同時
に迅速に燃料カットを実行でき、ターボチャージャ（主
ターボチャージャ）のオーバランを確実に防止できる。

［実施例］ 以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。

第２図は、本発明の一実施例に係る過給機付エンジンを
示しており、６気筒エンジンの場合を示している。

第２図において、１はエンジン、２はサージタンク、３
は排気マニホルドを示す。排気マニホルド３は排気干渉
を伴わない＃１〜＃３気筒群と＃４〜＃６気筒群の２つ
に集合され、その集合部が連通路３ａによって互いに連
通されている。７．８は互いに並列に配置された主ター
ボチャージャ、副ターボチＶ−ジャである。ターボチャ
ージャ７．８のそれぞれのタービン７ａ　、３ａは排気
マニホルド３の集合部に接続され、それぞれの］ンプレ
ッザ７ｂ　、８ｂは、インタクーラ６、スロットル弁４
を介してザージタンク２に接続されている。

主ターボチャージャ７はエンジン低速域から高速域まで
作動され、副ターボチャージャ８はエンジン低速域で停
止される。

双方のターボチャージャ７．８の作動、停止を可能なら
しめるために、副ターボチロージレ８のタービン８ａの
下流に排気切替弁１７が、コンプレッサ８ｂの下流に吸
気切替弁１８が設けられる。吸、排気切替弁１８．１７
の両方とも全開のときは、両方のターボチＶ−ジＶ７．
８が作動される。

低速域で停止される副ターボチャージャ８の吸気通路に
は、１個ターボチャージャから２個ターボチャージャへ
の切替を円滑にするために、］コンプレッサｂの上流と
下流とを連通ずる吸気バイパス通路１３と、吸気バイパ
ス通路１３途中に配設される吸気バイパス弁３３が設け
られる。吸気バイパス弁３３はアクチュエータ１０によ
って開閉される。

なお、吸気バイパス通路の空気流れ下流側を主ターボデ
Ｖ−ジＶ７７のコンプレッサ上流の吸気通路に連通して
もよい。また、吸気切替弁１８の上流と下流とを連通ず
るバイパス通路に逆止弁１２を設けて、吸気切替弁１８
閉時においても、副ターボチャージャ８側のコンプレッ
サ出口圧力が主ターボチャージャ７側より大になったと
ぎ、空気が上流側から下流側に流れることができるよう
にしである。

なお、第２図中、１４はコンプレッサ出口側の吸気通路
、１５は］ンプレツザ入口側の吸気通路を示す。

吸気通路１５はエアフローメータ２４を介してエアクリ
ーナ２３に接続される。排気通路を形成するフロントパ
イプ２０は、排気ガス触媒２１を介して排気マフラー２
２に接続される。

吸気切替弁１８はアクチュエータ１１によって開閉され
、排気切替弁１７は２段ダイヤフラム式アクチュエータ
１６によって開閉され、一つのアクチュエータ１６にて
排気切替弁１７の小開、全開の両方の制御を行うことが
できるようになっている。なお、９はウェストグー１〜
バルブ３１を開閉するアクチュエータを示す。アクチュ
エータ１０．１１．１６を作動する過給圧または負圧を
０Ｎ−ＯＦＦする（過給圧または負圧と大気圧とを選択
的に切り替える）ために、第１、第２、第３、第４の三
方電磁弁２５．２６．２７．２８が設けられている。三
方電磁弁２５．２６．２７．２８の切替は、エンジンコ
ン（〜ロールコンピュタ２９からの指令に従って行う。

三方電磁弁２５．２８のＯＮは吸、排気切替弁１８．１
７を全開とするようにアクチュエータ１１．１６を作動
させ、ＯＦＦは吸、排気切替弁１８．１７を仝閉とする
ようにアクチュエータ１１．１６を作動させる。なお、
３２は排気切替弁１７小開制御用の第５の三方電磁弁で
ある。１６ａ　、１６ｂはアクチュエータ１６のダイヤ
フラム室、１６ｃは小開開度調整ネジ、１０ａはアクチ
ュエータ１０のダイヤフラム室、ｌｌａ　、　ｌｌｂは
アクチュエータ１１のダイヤフラム室を、それぞれ示し
ている。

エンジンコントロールコンピュータ２９は、エンジンの
各種運転条件検出センサと電気的に接続され、各種セン
サからの信号が入力される。エンジン運転条件検出セン
サには、吸気管圧カセンザ３０、スロットル開度センサ
５、吸入空気量測定センサとしてのエアフローメータ２
４．０２センサ１９、および、排気ガスクーラ３４を介
してターボチャージャ上流側の排気圧力を検出する圧力
センサ３５が含まれる。本実施例では排気圧力を直接高
温の排気マニホルド３から取り出したため、冷却用とし
て排気ガスクーラ３４を設けであるが、排気ガスが冷却
されている部位から取り出す場合には、排気ガスクーラ
を省略できる。たとえば、近年排気ガス対策でＥＧＲシ
ステムを装着しているエンジンが多いが、ＥＧＲシステ
ムにおけるバキュームモジュレータ等、常にターボチャ
ーモレ上流と同じ排気圧力になり、かつ排気ガスが冷却
されている部位から圧力を取り出せば、排気ガスクーラ
は必要ない。

エンジンコントロールコンピュータ２９は、演算０ をするためのセン１〜ラルプロセツザユニツト（ＣＰＵ
）、読み出し専用のメモリであるリードオンリメ′Ｅす
（ＲＯＭ）、−時記憶用のランダムアクセスメモリ（Ｒ
ＡＭ）、入出力インターフェイス（Ｉ　／　Ｄインター
フェイス）、各種センサからのアナログ信号をディジタ
ル量に変換するＡ　／’　Ｄコンバータを備えている。

第３図は切替弁開閉用のプログラムであり、ＲＯＭに記
憶され、ＣＰＵに読み出されて、弁開閉の演緯を実行す
るプログラムである。また、第４図は、圧力センサ３５
からの排気圧力検出信号に基づき、燃料カットを実行す
るプログラムである。

まず、本実施例における過給制御を、第３図の制御フロ
ーとともに、第５図を参照しつつ説明する。なお、第３
図においては第１〜第５の三方電磁弁をそれぞれＶＳＶ
Ｎｏ、１〜ＶＳＶＮｏ、５．！＝して表している。また
、第３図および第５図においては、ターボチャージャを
丁／Ｃと表わしである。

まず第３図において、ステップ１００でバルブ制御ルー
チンに入り、ステップ１０１でエンジンの吸１ 大空気ＭＱを読み込む。吸入空気量はエアフローメータ
２４からの信号である。つぎにステップ１０２で高速域
か低速域か、すなわち２個ターボチャジャ作動域か１個
ターボタージャ作動域かを判定する。図示例では、たと
えばＱが５５００Ａ／ｍｉｎより大きい場合は２個ター
ボチャージャ作動に切替えるべきと判断し、５５００ｊ
１！／ｍｉｎ以下のときは１個ターボチャージャ作動域
と判断している。ただし、後述の如く、実際に２個ター
ボチャージャ作動に切り替わるには、時間遅れがあるの
で、６０００Ａ／…ｉｎ近辺で切り替わることになる。

ステップ１０２で２個ターボチャージャ作動、に切り替
えるべきと判断された場合はステップ１０３に進み、そ
れまでの１個ターボチャージャ時に吸気切替弁１８が開
（パーシャル域間）になっている場合には、第２の三方
電磁弁２６をＯＦＦとして吸気切替弁１８を閉じる。続
いてステップ１０４で第３の三方電磁弁２７をＯＮとし
、アクチュエータ１０のダイヤフラム室１０ａに］ンプ
レツザ下流の吸気管圧力（過給圧力）を導いて吸気バイ
パス弁３３を閉じ２ る。ただし、このとき、後述の如く、１個ターボチャー
ジャ作動域において、排気切替弁１７は既に小開制御さ
れており、副ターボチャージャ８は助走回転されている
。

次に、上記第３の三方電磁弁２７０　Ｎ後、作動停止側
のターボチャージャ、つまり副ターボヂャジャ８の助走
回転数をアップするのに必要な所定時間、例えば１秒の
時間遅れをもたせ、１秒経過後にステップ１０５で第４
の三方電磁弁２８をＯＮとし、アクチュエータ１６のダ
イヤフラム室１６ａに］ンプレッザ下流の吸気管圧力（
過給圧ツノ〉を導いて排気切替弁１７を全開にする。も
し、副ターボチャージャ８の］ンプレッサ圧力が主ター
ボチャジャ７のコンプレッサ下流より大きくなると、副
ターボチャージャ８の過給空気が逆止弁１２を介してエ
ンジンに供給される。続いて、上記第４の三方電磁弁２
８０　Ｎ後、所定時間、例えば０．５秒経過後にステッ
プ１０６で第１の三方電磁弁２５をＯＮとし、アクチュ
エータ１１のダイヤフラム室１１ａにコンプレッサ下流
の吸気管圧力（過給圧力）を導い３ て吸気切替弁１８を全開にする。この状態では２個のタ
ーボチャージャが作動する（なお、上記所定時間経過後
に２個ターボチャージャに切り替えられる際には、吸入
空気量はタービン効率の良い目標のほぼ６０００１／ｍ
ｉｎとなっている）。続いてステップ１１７に進んでリ
ターンする。

ステップ１０２で１個ターボチャージャ作動域と判断さ
れた場合はステップ１０７に進み、第１の三方電磁弁２
５をＯＦＦとして吸気切替弁１８を仝閉とし、ステップ
１０８で第４の三方電磁弁２８をＯＦＦとして排気切替
弁１７を全開とし、ステップ１０９で第３の三方電磁弁
２７をＯＦＦとして吸気バイパス弁３３を全開とする。

続いてステップ１１０で吸気管圧力ＰＭを読み込む。ス
テップ１１１で吸気管圧力が所定値より大きいか小さい
かが判定される。吸気管圧力ＰＭが例えば＋５００　＃
Ｈ’ｊよりも小さい場合はステップ１１２に進み、第５
の三方電磁弁３２をＯＦＦとし、アクチュエータ１６の
ダイヤフラム室１６ｂに大気圧力を導く。この状態でス
テップ１０９に進み、軽負荷か高負荷かを判断する。図
は負４ 前信号として吸気管圧力を例にとった場合を示している
が、吸気管圧力の代わりにスロツｌ〜ル開度、吸入空気
量／′エンジン回転数で代替えされてもよい。例えば吸
気管圧力ＰＭが一１００＃Ｈｇより小さい場合は軽負荷
と判断し、−１００ｍＨｇ以上の場合は高負荷と判断す
る。

ステップ１１３で高負荷と判断された場合はステップ１
１６に進み、第２の三方電磁弁２６をＯＦＦとして、吸
気切替弁１８を全開とし、ステップ１１７に進みリター
ンする。この状態では吸気切替弁１８が仝閉、排気切替
弁１７が全開、吸気バイパス弁３３が全開だから、吸入
空気量の少ない状態にて１個ターボチャージャ作動とな
り、過給圧力、トルクレスポンスが良好となる。

ステップ１１３で軽負荷と判断された場合は、ステップ
１１４に進み第２の三方電磁弁２６をＯＮとし、アクチ
ュエータ１１のダイヤフラム１１ｂにサージタンク２内
の負圧を導いて吸気切替弁１８を開く。この状態では、
排気切替弁１７が開であるから副ターボチャージャ８は
作動せず、主ターボチロージャ５ ７のみの作動となる。しかし、吸気通路１４は吸気切替
弁１８が開いているため、２個ターボチャージャ分の吸
気通路が開の状態である。つまり、両方のターボチャー
ジャのコンプレッサ７ｂ　、８ｂを通して空気が吸入さ
れる。この結果、多量の過給空気量をエンジン１に供給
でき、低負荷からの加速特性が改善される。続いて、ス
テップ１１７に進みリターンする。

ステップ１１１で吸気管圧力ＰＭが＋５００ｍｔ−１９
以上と判断された場合は、ステップ１１５で第５の三方
電磁弁３２をＯＮとして排気切替弁１７を小開制御する
。続いてステップ１１６に進む。このように、１個ター
ボチャージャから２個ターボチャージャ作動への切替前
に過給圧が設定圧（例えば５００　ｓＨｇ）に達したと
きには、まず排気切替弁１７が小開制御されて副ターボ
チャージャ８が助走回転され、ターボデレージャ切替の
つなぎがスムーズになる。

なお、上記制御における、１個ターボチャージャ作動の
場合と２個ターボチャージャ作動の場合６ の過給圧特性は第５図のようになる。

高速域では、吸気切替弁１８と排気切替弁１７がともに
開かれ、吸気バイパス弁３３が閉じられる。これによっ
て２個ターボチャージャ７．８が過給作動し、十分な過
給空気量が得られ、出力が向−りされる。このとき過給
圧は、＋５００ｍＨ９を越えないように、ウェストゲー
トバルブ３１で制御される。

低速域でかつ高負荷時には、吸気切替弁１８と排気切替
弁１７がともに閉じられ、吸気バイパス弁３３は開かれ
る。これによって１個のターボチャージャ７のみが駆動
される。低回転域で１個ターボチャージャとする理由は
、第５図に示すように、低回転域では１個ターボチャー
ジャ過給特性が２個ターボチャージャ過給特性より優れ
ているからである。１個ターボチャージャとすることに
より、過給圧、トルクの立上りが早くなり、レスポンス
が迅速となる。

低速域でかつ軽負荷時には、排気切替弁１７を閉じたま
ま吸気切替弁１８を開にする。これによって、１個ター
ボチャージャ駆動のまま、吸気通路２個７ ターボチャージャ分が開となり、１個ターボチャージャ
による吸気抵抗の増加を除去できる。これによって、低
負荷からの加速初期における過給圧立上り特性、レスポ
ンスをさらに改善できる。

低速域から高速域に移行するとき、つまり１個ターボチ
ャージャから２個ターボチャージャ作動へ切り替えると
きには、排気切替弁１７の小開制御が開始され、副ター
ボチャージャ８が適切に助走回転され、吸入空気ｉＱが
５５００ｊ！／ｍ！ｎに達したとぎに吸気バイパス弁３
３が閉じられ、その後時間遅れをもたせて（本実施例で
は１秒経過後）、排気切替弁１７が全開され、続いて吸
気切替弁１８が全開されて、２個ターボチャージャ過給
作動が開始される。

このような過給制御特性を有する２ステージタボシステ
ムのエンジンにおいて、燃料カットは第４図に示すフロ
ーにより制御される。

第４図において、ステップ２００で燃料カット制御ルー
チンに入り、ステップ２０１で排気圧力（Ｐ４）が読み
込まれる。排気圧力Ｐ４は、圧力セン８ サ３５からの信号であり、常にモニタされている。

続いてステップ２０２で、このターボチャージャ上流の
排気圧力（Ｐ４）が予め設定した圧力（Ａ＞よりも高い
か否かが判定される。検出排気圧力が設定圧力Ａ以上に
なった場合、ステップ２０３で燃料カットの実行信号を
発する。燃お１カットの作動自身は、周知の方法、構造
によれば良い。続いてステップ２０４に進みリターンす
る。ステップ２０２で検出した排気圧力Ｐ４が設定圧力
Ａよりも小さい場合は、燃料カットは不要であるから、
そのままステップ２０４に進んでリターンする。

このような燃料カッミル制御により、例えば第６図に示
すような、主ターボチャージＶ７の過回転（オーバラン
）が発生するのを防止することができる。

第６図において、実線は、正常時の過給圧、ターボチャ
ージャ上流の排気圧力、ターボチャージャ回転数の特性
を示し、破線は、排気切替弁１７が仝閉状態でスティッ
クした異常状態の場合を示している。正常時には、実線
特性で示すように、り９ 一ボチャージャ切替時、つまり１個ターボチャージャか
ら２個ターボチャージャへの切替時に排気切昌弁１７が
全開され、両ターボデＶ−ジャ７．８が作動する。切替
前には、排気切替弁１７を小開することにより副ターボ
チＶ−ジャ８が助走回転されている。

しかし排気切替弁１７がスティックしている場合には、
排気切替弁１７は全開のまま作動しないから、排気ガス
は副ターボチャージャ８側には流れず、副ターボヂャー
ジャ８は作動しない。主ターボチャージャ７のみが作動
を続ける。このとき、まず、ターボデレージャ上流の排
気圧力が急激に上昇し、次に主ターボチャージャ７の回
転数が上昇する。

ターボチャージャはある回転数を超えるとチョーク域に
入るため、過給圧は低下する。ここでこのような異常状
態を最も早く検出できるのがターボチャージャ上流の排
気圧力であり、これを常にモニタすることｋより、第４
図に示した制御７０の如く、迅速にかつ適切に燃料カッ
トを実行できる。燃料カッ１−により、エンジンは自然
停止され０ るので、ターボデレージャのオーバランは確実に防止さ
れる。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明の過給機付エンジンの制御
方法によるときは、ターボチャージャの回転上昇に応じ
て直ちに上昇する、ターボチャージャ上流の排気圧力が
所定値を超えた場合に燃料カットを実行するようにした
ので、排気切替弁がスティックした異常状態時や、無負
荷レーシング時のように過給圧の上昇が遅く排気切替弁
が開かない場合でも、確実に望ましい燃料カッｉ〜を実
行することができ、ターボチャージャのオーバランを防
止してターボチャージャを適切に保護することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る過給機付エンジンの制御方法の制
御ステップを示すブロック図、第２図は本発明の一実施
例に係る過給機付エンジンの系統図、 第３図は第２図の装置の制御フロー図、１ 第４図は燃料カットの制御フロー図、 第５図は第３図の制御フローによるターボチャージャ切
替時の作動特性図、 第６図は排気切替弁正常時とスティック時の様子を示す
特性図、 第７図は従来の過給機付エンジンの概略系統図、である
。 １・・・・・・エンジン ２・・・・・・サージタンク ３・・・・・・排気マニホルド ４・・・・・・スロットル弁 ５・・・・・・スロットル開度センサ ６・・・・・・インタクーラ ７・・・・・・主ターボチャージャ ７ａ　、３ａ・・・・・・タービン ７ｂ　、８ｂ・・・・・・コンプレッサ８・・・・・・
副ターボチャージャ １０・・・・・・吸気バイパス弁のアクチュエータ１１
・・・・・・吸気切替弁のアクチュエータ１３・・・・
・・吸気バイパス通路 ２ １４・・・・・・吸気通路（コンプレッサ下流）１５・
・・・・・吸気通路（］コンプレッサ下流１６・・・・
・・排気切替弁のアクチュエータ１７・・・・・・排気
切替弁 １８・・・・・・吸気切替弁 ２４・・・・・・エアフローメータ ２５・・・・・・第１の三方電磁弁 ２６・・・・・・第２の三方電磁弁 ２７・・・・・・第３の三方電磁弁 ２８・・・・・・第４の三方電磁弁 ２９・・・・・・制御装置としてのエンジンコンロール
コンピュータ ３０・・・・・・吸気管圧力センサ ３１・・・・・・ウェス１〜グーｉ〜バルブ３２・・・
・・・第５の三方電磁弁 ３３・・・・・・吸気バイパス弁 ３４・・・・・・排気ガスクーラ ３５・・・・・・圧力センサ ト ３ 喝♀田

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジン本体に対し並列に設けられた主ターボチャ
   ージャおよび副ターボチャージャと、副ターボチャージ
   ャに接続されたエンジンの吸、排気系にそれぞれ設けら
   れ、ともに全開のときは副ターボチャージャに過給作動
   を行わせ、ともに全閉のときには副ターボチャージャの
   過給作動を停止させる吸気切替弁および排気切替弁と、
   を備えた過給機付エンジンにおいて、ターボチャージャ
   上流の排気圧力を検出し、該排気圧力が予め設定した圧
   力以上になったときに燃料カットを実行することを特徴
   とする過給機付エンジンの制御方法。