JPH03233132A - 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置され、
運転条件に応じターボチャージャの作動数を変えるよう
にした過給機付エンジンの制御方法に関する。

［従来の技術］ 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、低速域では副ターボチャージャの過給作
動を停止して主ターボチャージャのみで過給し、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の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６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／’ＣＩ＞９２と副ターボチャージ
ャ（王／’Ｃ−２＞９３が並列に設けられている。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をともに全閉とすることに
より、主ターボチャージャ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個ターボチャージャ作動とする
ことができる。

さて、過給機付エンジンにおいては、少なくともターボ
チャージャを設ける分排気系の熱容量が大きくなるので
、排気ガス浄化用の触媒の暖機の面からは不利になる。

これを補うために、１個ターボチャージャ付エンジンに
おいては、低温時にウェストゲートバルブを過給圧に関
係なく強制的に開いて高温の排気ガスを強制的に多量に
触媒に流し、触媒の暖機性を向上するようにしたシステ
ムが知られている（特開昭６０−１９８３３４号公報）
。２個ターボチャージャを備えた２ステーシターホシス
テムのエンジンにおいては、常時作動の主ターボチャー
ジャのタービン下流に触媒を設ける構造が知られている
（特開昭５９−１４１７０９号公報）。しかしこのよう
な構造では、副ターホヂセージャからの排気ガスが上記
触媒を通らないので、主ターボチャージャからの排気系
と副ターボチャージャからの排気系との合流部以降にざ
らに触媒を設ける必要があり、結局触媒の個数が増加す
るとともに、排気系の圧力損失の増大を招く。

［発明が解決しようとする課題］ したがって、主、副ターボチャージャを並列に配置した
２ステージターボシステムにおいて、触媒の数を増加さ
せることなく、触媒の暖機性を向上するためには、低温
時にはターボチャージャ作動数を１個（主ターボチャー
ジャ）に制限し、副ターボチャージャに排気ガスを流す
場合の排気ガスの温度低下が生じないようにすることが
考えられる。

ところが、単に、上記触媒暖機性向上のため２ステージ
ターボシステムにおいて低温時に１個ターボチャージャ
に制限する方式をとると、以下に述べるような問題が生
じる。

すなわち、第７図に示すように、２個ターボチャージャ
を備えた過給機付エンジン（おいては、１個ターボチャ
ージャで運転した時のトルク特性と２個ターボチャージ
ャで運転した時のトルク特性とは、エンジン軽負荷時に
はそれ程差がないものの、高負荷時には大きく異なり、
両特性間に大きなトルク差がある。したがって、低温時
に１個ターボチャージャに制限するシステムを採用した
場合、高回転高負荷運転中にエンジンの暖機が完了し、
その暖機完了に伴って１個ターボチャージャから２個タ
ーボチャージャに切り替えると、トルク差が大きくショ
ックが発生する。

本発明は、このような問題点に着目し、エンジン低温時
の触媒の暖機性向上を達成しつつ、暖機完了後のターボ
チャージャ切替時のショックを低減することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 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
停止させてターボチャージャの作動数を切り替える吸気
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、エンジンの暖機状態を
判定しくステップ８１）、エンジン低温時には前記吸気
切替弁および排気切替弁を閉じて（ステップ８２）ター
ボチャージャの作動数を減らす（ステップ８３）ととも
に、エンジンの暖機完了に伴い、ターボチャージャ作動
数の制限を解除し、かつ、エンジン負荷を判定して（ス
テップ８４）、該ターボチャージャ作動数の制限解除を
エンジン軽負荷時に限定する（ステップ８５）方法から
成る。

［作　　用］ このような過給機付エンジンの制御方法においては、エ
ンジン低温時には、吸、排気切替弁が閉じられ、主ター
ボチャージャのみの作動とされて副ターボチャージャ側
には排気ガスが流れないので、排気ガスの温度低下が抑
えられ触媒の暖機性が向上される。そして、暖機完了後
においては、２１１！ｉｌタ一ボチヤージヤ作動域にな
っても、高負荷運転中にはターボチャージャの切替が行
われす、軽負荷運転の時に初めて排気切替弁を開いて２
飼ターボチセージヤ運転とされる。軽負荷運転でのトル
ク特性は、前述の第７図に示したように、１個ターボチ
ャージＶ時と２個ターボチャージャ時との間にそれ程大
きな差がないので、ターボチャージャ切替時のショック
は小さく抑えられる。

［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方法を実施するため
の過給機付エンジンを示しており、６気筒エンジンに本
発明を適用したものを示している。

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、その集合部か連通路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、副ターボチャージャである。ターボチャ
ージャ７．８のそれぞれのタービン７ａ　、８ａは排気
マニホルド３の集合部に接続され、それぞれのコンプレ
ッサ７ｂ　、８ｂは、インタクーラ６、スロットル弁４
を介してサージタンク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、副ターボチャージャ８のタービン８ａに
接続される排気系に排気切替弁１７が、副ターボチャー
ジャ８のコンプレッサ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、両方のターボチャージャ７．８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８ｂ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副ターボチ
ャージャ８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ｉ７Ｂ側のコンプレッ
サ出口圧力か主ターボチャージャ７側より大になったと
き、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はコンプレッサ入口側の吸気通路を示す。

吸気通路１５はエア７０−メータ２４を介してエフクリ
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はアクチュエータ１６によって開閉さ
れるようになっている。なお、９はウェストゲートバル
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、エンジンコント
ロールコンピュータ２９からの指令に従って行う。三方
電磁弁２５のＯＮは吸気切替弁１８を全開とするように
アクチュエータ１１を作動させ、ＯＦＦは吸気切替弁１
８を全開とするようにアクチュエータ１１を作動させる
。三方電磁弁２８のＯＮは排気切替弁１７を全開とする
ようにアクチュエータ１６を作動させ、ＯＦＦは排気切
替弁１１を全閉とするように７クチユエータ１６を作動
させる。なお、１６ａはアクチュエータ１６のダイヤフ
ラム室、１０ａはアクチュエータ１０のダイヤフラム室
、１１ａ、１１ｂ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
サからの信号か入力される。エンジン運転条件検出セン
サには、吸気管圧力センサ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、およびエンジンの暖機状態を検出
するためにエンジン温度を検出する水温センサ３２か含
まれる。

エンジンコントロールコンピュータ２９は、演粋をする
ためのセントラルプロセッサユニット（ＣＰＵ）、読み
出し専用のメモリであるリードオンリメモリ（ＲＯＭ＞
、−時記憶用のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）　、
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
替弁開閉用の制御プログラムであり、ＲＯＭに記憶され
、ＣＰＵに読み出されて、弁開閉の演粋を実行するプロ
グラムである。

本実施例における制御について、第３図に示した制御フ
ローを参照しつつ説明する。なお、第３図においては第
１〜第４の三方電磁弁をそれぞれＶＳＶＮｏ、１〜ＶＳ
ＶＮ０．４、ターボチャージャをＴ　、、ｚ　Ｃと表わ
しである。

第３図において、ステップ１００てバルブ制御ルーチン
に入り、ステップ９０て水温センサ３２からの信号によ
りエンジン水温（ＴＨＷ）を読み込む。

続いて、ステップ９１て、エンジンの暖機状態を判定、
たとえばＴＨＷが６０℃より高いか否かを判定する。低
温（ＣＯＬＤ＞条件では、ステップ９６で、ターボチャ
ージャの作動数を１個に制限するための、ターボチャー
ジャ切替フラグＸＴＣをセットし、ステップ１０７に進
んで後述の１個ターボチャージャ時の制御を行う。つま
り、暖機前の低温時には、強制的に１個ターボチャージ
ャ作動とする。

ステップ９１でエンジン水温Ｔ　ＨＷ　ｈ）６０’Ｃ以
上になり、エンジンが所定の暖機状態（ＨＯＴ）に達し
たと判定された場合、ステップ９２に進み、ターボチャ
ージャ切替フラグＸＴＣがセットかりセットかを判定す
る。フラグＸＴＣかセットされている場合には、ステッ
プ９３に進み、吸気管負圧（ＰＭ）を読み込む。続いて
ステップ９４で、吸気管負圧ＰＭが例えば−４００ｍＨ
ｇより低いか否かが判定され、高い場合は高負荷と判定
されて、１個ターボチャージャの制限（フラグＸＴＣセ
ット）を継続してステップ１０７に進む。ステップ９４
てＰＭか一４００ｍＨ９より低いと判定された場合は、
軽負荷と判定されてステップ９５に進み、ターボチャー
ジＶ切替フラグＸＴＣをリセットし、ステップ１０１に
進む。エンジン暖機完了状態（ＨＯＴ状態〉で、ステッ
プ９５にてターボチャージャ切替フラグＸＴＣが一旦リ
セットされると、ステップ９２てのＸＴＣ判定は常にリ
セットとなるため、ステップ９２からステップ１０１に
進む。

ステップ１０１では、エンジンの吸入空気量Ｑを読み込
む。吸入空気量はエアフロメータ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個ターボチャージャ作動域か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５５００９
ｚ’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、５５００ρ／’　ｍ　ｉ　ｎ
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、時間遅れかあるので１．６００
０ρ／’ｍ！ｎ近辺で切り替わることになる。

ステップ１０２て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、第２
の三方電磁弁２６かＯＮになっている場合にはＯＦＦと
し、吸気切替弁１８の開弁（パーシャル載量）を中止す
る。第２の三方電磁弁２６をＯＦＦとした後、あるいは
元々ＯＦＦである場合ステップ１０４に道み、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にコンプレッサ下流の吸気管圧力（過給
圧力）を導いて吸気バイパス弁３３を閉じる。吸気バイ
パス弁３３閉前は、排気切替弁１７は全開の状態にある
が、エンジン排気圧力が副ターボチャージャ８のタービ
ン８ａにもかかるため、排気脈動により副ターボチャー
ジャ８は助走回転されている。そして、吸気バイパス弁
３３を閉じると、コンプレッサ８ｂの出口圧力が高まる
ため、助走回転数がアップする。

次に、上記第３の三方電磁弁２７０　Ｎ後、作動停正側
のターボチャージャ、つまり副ターボチャージャ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にコンプレッサ下流の吸気管圧力
（過給圧力）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のコンプレッサ圧力か主ター
ボチャージャ７のコンプレッサ圧力より大きくなると、
副ターボチャージャ８の過給空気か逆止弁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
２８０　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５ｏｏｏ夕／’ｍｉｎとなっている
）。続いてステップ１１４に進んでリターンする。

ステップ１０２て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を全開とし、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を全閉とし、ステップ１０９て第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て吸気管圧力ＰＭを読み込む。こ
の状態でステップ１１１に進み、軽負荷か高負荷かを判
断する。図は負荷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ットル開
度、吸入空気量／′エンジン回転数で代替えされてもよ
い。

このステップ１１１においては、例えば吸気管圧力ＰＭ
か一１００１ｒＩｍＨｇより小さい場合は軽負荷と判断
し、−１００ａｎＨｇ以上の場合は高負荷と判断する。

ステップ１１１て高負荷と判断された場合はステップ１
１３に進み、第２の三方電磁弁２６をＯＦＦとする。第
１および第２の三方電磁弁２５および２６かＯＦＦとな
り、アクチュエータ１１のダイヤフラム室１１ａおよび
１１ｂの双方に大気圧力が導かれるから、吸気切替弁１
８が全閉とされ、ステップ１１４に進みリターンする。

この状態では吸気切替弁１８が全閉、排気切替弁１７が
全開、吸気バイパス弁３３か全開だから、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１１１で軽負荷と判断された場合は、ステップ
１１２に進み第２の三方電磁弁２６をＯＮとし、アクチ
ュエータ１１のダイヤフラム室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が閉であるから副ターボ
チャージャ８は作動せず、主ターボチャージセフのみの
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。したがって、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
１１４に進みリターンする。

上記の制御において、触媒暖機特性は、たとえば第４図
のようになる。

第４図は、一定の車速パターンに従ってエンジンを運転
した場合の、触媒２１の温度と時間との関係を示したも
のである。図に示すように、１個ターボチャージャ状態
での触媒暖機は、２個ターボチャージャ状態でのそれよ
りもかなり早く行われる。本発明では、この差を利用し
、エンジン低温時には１個ターボチャージャ作動として
触媒２１か迅速に暖機される。そして、暖機完了後の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
は、エンジンが高負荷運転中には行われず、軽負荷運転
時に行われる。また、暖機完了後においては、−旦上記
のターボチャージャ作動数の制限が解除されると、その
制限解除状態が継続されるので、前述のステップ１０１
〜１１４に示したターボチャージャ切替制御は支障なく
行われる。

前述のターボチャージャ切替制御における、１個ターホ
チＶ−ジャ作動の場合と２個ターボチャージャ作動の場
合の過給圧特性は第５図のようになる。ただし、第５図
は暖機後を前提としている。

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飼ターボチヤージヤ７．８が過給作動し、十分な過
給空気量が得られ、出力か向上される。このとき過給圧
は、設定圧を越えないように、ウェストゲートバルブ３
１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１１固のターボチャージャ７のみか駆
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
スか迅速となる。このときにも、過給圧は、設定圧を越
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を開弁する。これによって、１飼ター
ボチヤージヤ駆動のまま、吸気通路２個ターボチャージ
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、吸入空気量Ｑが５５００夕、＝’ｍｉｎに達し
たときに吸気バイパス弁３３が閉じられ、副ターボチャ
ージャ８の助走回転が高められた後時間遅れをもたせて
（本実施例では１秒経過１麦）、排気切替弁１７か全開
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。

［発明の効果］ 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、２ステージターボシステムのエンジ
ンにおいて、低温時には主ターボチャージャのみにター
ボチャージャ作動数を制限し、暖機完了後ターボチャー
ジャ作動数の制限解除を軽負荷時に限定したので、低温
時の迅速な触媒暖機性を確保しつつ、暖機完了後のター
ボチャージＶ切替に伴うショックを小さく抑えることが
できるという効果が得られる。

【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、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、第４図は第２図
の装置における１個ターボチャージャ、２個ターボチャ
ージレ時の触媒暖機特性を示す触媒温度と時間との関係
図、 第５図は第３図の制御フローによるエンジン回転数−過
給圧特性図、 第６図は従来の過給機付エンジンのターボチャージャま
わりの系統図、 第７図は第６図の過給機付エンジンにおけるエンジン回
転数−トルク特性図、 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・・・・・・主ターボチャージャのタービン８・・
・・・・副ターボチャージャ ８ａ・・・・・・副ターボチャージャのタービン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 １４・・・・・・吸気通路（コンプレッサ下流）１５・
・・・・・吸気通路（コンプレッサ上流）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・・−・・・エンジンコントロールコンピュタ ３０・・・・・・吸気管圧力センサ ３１・・・・・・ウェストゲートバルブ３２・・・・・
・水温センサ ３３・・・・・・吸気バイパス弁

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
   を停止させてターボチャージャの作動数を切り替える吸
   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、エンジンの暖機状態を判定し、エンジン低
   温時には前記吸気切替弁および排気切替弁を閉じてター
   ボチャージャの作動数を減らすとともに、エンジンの暖
   機完了に伴い、ターボチャージャ作動数の制限を解除し
   、かつ、該ターボチャージャ作動数の制限解除をエンジ
   ン軽負荷時に限定することを特徴とする過給機付エンジ
   ンの制御方法。