JPH04143422A - 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、主ターボチャージャと副ターボチャージャを
有し、低速域では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て両ターボチャ
ージャで過給する過給機付エンジン、いわゆる２ステー
ジツインターボエンジンに関する。

〔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５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／Ｃ−１）９２と副ターボチャージ
ャ（Ｔ／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、副ター
ボチャージャ９３のコンプレッサをバイパスする吸気バ
イパス通路９７には、吸気バイパス弁９６が設けられて
いる。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、両切替弁９４．９５をともに全開とし、吸気バ
イパス弁９６も閉じることにより、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。

排気切替弁９４は、一般にダイヤフラム式のアクチュエ
ータに連結されており、アクチュエータの作動により開
閉動作するようになっている。アクチュエータには三方
電磁弁が接続されており、アクチュエータのダイヤフラ
ム室内には三方電磁弁を介して過給圧または負圧が導か
れるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

排気切替弁は排気通路を道通する排気ガスにさらされる
ので、使用環境が厳しく、かじり等によって回動不可能
になる場合が考えられる。また、排気切替弁自体は正常
であっても、アクチュエータを駆動させるための三方電
磁弁が故障したり、配管が破損したり、アクチュエータ
のダイヤフラムが破損した場合は、排気切替弁の切替作
動は行なわれなくなる。

吸気切替弁と吸気バイパス弁とが正常に作動している状
態で、排気切替弁が閉じ側で故障し回動できなくなった
場合は、２個ターボチャージャへの切替条件になっても
副ターボチャージャは回転できない、この場合、他のパ
ルプは正常に作動するので、他のバルブの切替作動の影
響によって過給圧が変動し、切替時に大きなトルクショ
ックが発生する。また、切替後も主ターボチャージャの
みの過給になるので、主ターボチャージャがオーバーラ
ンし、破損するおそれがある。

しかしながら、従来では排気切替弁の故障を車両のドラ
イバーに知らせる手段が存在しなかったため、故障した
ままで運転をｌｌｌＶｔしてしまい、主ターボチャージ
ャの破損を未然に防止することが困難であった。したが
って、排気切替弁が故障した場合は、早期に車両のドラ
イバーにその故障を告知し、適切な対応をとることが望
まれる。

なお、２ステージツインターボエンジンに関連する先行
技術の一例として、特開平１−３１５６１４号公報に開
示されている０本公報では、排気切替弁の開弁動作より
も、副ターボチャージャのコンプレッサをバイパスする
通路に設けられる吸気バイパス弁を先に閉弁させること
により、副ターボチャージャの助走回転数を高めてター
ボチャージャ切替時の過給圧低下が少なくなるようにし
ているが、本発明が課題とする排気切替弁の故障に対す
る技術についての開示はない。

本発明は、上記の問題に着目し、排気切替弁が閉じ側で
故障した場合に、早期にその故障を検出し、その旨を車
両のドライバーに警報することが可能な過給機付エンジ
ンの制御装置を提供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に係る過給機付エンジンの制御装
置は、主ターボチャージャと、副ターボチャージャとを
備え、前記副ターボチャージャのコンプレッサ下流に吸
気道路を開閉する吸気切替弁を設けるとともに、副ター
ボチャージャのタービン下流または上流に排気通路を開
閉する排気切替弁を設け、低速域では前記吸気切替弁と
排気切替弁を共に閉弁させることにより主ターボチャー
ジャのみを過給作動させ、高速域では前記吸気切替弁と
排気切替弁を共に開弁させることにより主ターボチャー
ジャおよび副ターボチャージャの両方を過給作動させる
ようにした過給機付エンジンの制御装置において、 前記主ターボチャージャのみの過給稼動から両方のター
ボチャージ十の過給作動への切替を検知するターボチャ
ージャ切替検知手段と、前記主ターボチャージャのみの
過給稼動から両方のターボチャージャへの切替時の過給
圧の落ち込み量がシステム正常時の値に対して大きい場
合に前記排気切替弁が閉弁側で故障と判定し、その旨を
表示手段に表示させる故障判定手段と、を備えたものか
ら成る。

〔作用〕

このように構成された過給機付エンジンにおいては、排
気切替弁が閉じ側で故障し、その状態で回動不可能にな
った場合は、２個ターボチャージャの条件が成立してい
るにもかかわらず、剛ターボチャージャは回転できない
、この場合、吸気切替弁は正常に開弁作動するので、主
ターボチャージャの過給作動による過給気の一部が副タ
ーボチャージャ側に流れる。そのため、過給気の一部が
副ターボチャージャ側に流れた分だけ、過給圧が降下す
る。

したがって、１個ターボチャージャから２個ターボチャ
ージャへの切替直後の過給圧の変化を検知し、この過給
圧の落ち込み量がシステム正常時の値に対して大きい場
合は、排気切替弁が閉じ側で故障しているとの判断が可
能となる。そして、その故障が故障判定手段により表示
手段に表示され、ドライバーに告知される。

〔実施例〕

以下に、本発明に係る過給機付エンジンの制御装置の望
ましい実施例を、図面を参照して説明する。

第１図ないし第４図は、本発明の一実施例を示しており
、とくに車両に搭載される６気筒エンジンに適用した場
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＃ｌ〜＃３気筒群と＃４〜＃６気筒群の２つ
に集合され、その集合部が連通道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フ
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の下流に排気切替弁１７が、コンプレッサ８
ｂの下流に吸気切替弁１８が設けられる。吸、排気切替
弁１８．１７の両方とも開弁のときは、両方のターボチ
ャージャ７．８が作動される。

副ターボチャージャ８のタービン８ａの下流と主ターボ
チャージャ７のタービン７ａの下流とは、排気バイパス
通路４０を介して連通可能となっている。排気バイパス
通路４０には、この排気バイパス通路４０を開閉する排
気バイパス弁４１が設けられている。排気バイパス弁４
１は、ダイヤフラム式アクチエエータ４２によって開閉
されるようになっている。

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
下流とを連通する吸気バイパス通路１３と、吸気バイパ
ス通路１３の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はダイヤフラム式のアク
チエエータ１０によって開閉される。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は、逆止弁１２
を設けられており、吸気切替弁１８の閉時において副タ
ーボチャージャ８側のコンプレフ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、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、気道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
に接続される。吸気切替弁１８はアクチェエータ１１に
よって開閉され、排気切替弁１７はダイヤフラム式アク
チュエータ１６によって開閉されるようになっている。

ウェストゲートパルプ３１は、アクチュエータ４４によ
って開閉されるようになっている。

アクチュエータ９．１０．１１．１６．４２は、過給圧
または負圧の導入によって作動するようになっている。

各アクチュエータ９．１０．１１．１６．４２には、正
圧タンク５１からの過給圧またはエアフローメータ２４
の下流からの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、第５、第６の電磁弁２５
．２６．２７．２８．３２．４４が接続されている。各
電磁弁２５．２６．２７．２８．３２．４４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
って行なわれる。なお、第２の電磁弁２５へ過給圧を導
入する通路には、過給圧の一方の流れのみを許すチエツ
ク弁４５が介装されている。

第１の電磁弁２５のＯＮは、吸気切替弁１８を弁開とす
るようにアクチュエータ１１を作動さ廿、ＯＦＦは吸気
切替弁１８を全閉とするようにアクチュエータ１１を作
動させる。第４の電磁弁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、Ｏ
ＦＦは排気切替弁１７を全閉するようにアクチュエータ
１６を作動させる。第３の電磁弁２７のＯＮは、吸気バ
イパス弁３３を全閉するようにアクチュエータ１０を作
動させ、ＯＦＦは吸気バイパス弁３３を全開するように
アクチュエータ１０を作動させる。

排気バイパス弁４２を作動させるアクチュエータ４２に
負圧を導入する第５の電磁弁３２は、ＯＮ、０ＦＦｉｌ
ｌｌｌでなく、デユーティ制御される。同様にウェスト
ゲートバルブ３１を作動させるアクチュエータ９に負圧
を導く第６の電磁弁４４は、ＯＮ。

ＯＦＦ制御でなく、デユーティ制御される。

デユーティ制御は、周知の通り、デユーティ比により通
電時間を制御することであり、デジタル的に通電、非通
電の割合を変えることにより、アナログ的に平均電流が
可変制御される。なお、デユーティ比は、１サイクルの
時間に対する通電時間の割合であり、１サイクル中の通
電時間をＡ、非通電時間をＢとすると、デユーティ比＝
Ａ／（Ａ＋Ｂ）　Ｘ１００（％）で表わされる０本実施
例では、第５の電磁弁３２と第６の電磁弁４４をデユー
ティ制御すること番こより、これらの電磁弁の開口量を
可変させることが可能となっている。

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、過給圧検出センサ（′＠Ｌ気管圧カセンサ）３
０、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２４、エンジン回転数センサ５
０．および酸素センサ１９が含まれる。

エンジンコントロールコンピュータ２９は、演算をする
ためのセントラルプロセッサユニッ）　（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（Ｉ１０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。

エンジンコントロールコンピュータ２９には、エンジン
回転数センサ５０からの信号に基づき、主ターボチャー
ジャ７のみの過給作動から両方のターボチャージャ７．
８０過給作動への切替を検知するターボチャージャ切替
検知手段６０が形成されている。

また、エンジンコントロールコンピュータ２９には、主
ターボチャージャ７のみの過給作動から両方のターボチ
ャージャ７．８への切替時の過給圧の落ち込み量がシス
テム正常時の値に対して大きい場合に排気切替弁１７が
閉弁側で故障である旨を表示手段６２に表示さ廿る故障
判定手段６１が形成されている。

第１図に示すように、故障判定手段６１には、ターボチ
ャージャ切替検知手段６０からの信号が入力されるよう
になっている。故障判定手段６１からの異常信号は、表
示手段６２に出力されるようになっている０表示手段６
２は、たとえば警報ランプから構成されており、警報ラ
ンプは運転席の前方に位置するインストルメントパネル
内に配置されている。

つぎに、上記の過給機付エンジンの制御装置における作
用を、第４図のフローチャートを参照して説明する。

上述したように、本過給機付エンジンの高速域では、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、出力が向上される。このとき過給圧は、＋５００　
ｍＷｇを越えないように、デユーティ制御されるウェス
トゲートバルブ３１により制御される。

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がともにとじられ、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
、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
の立上りがはやくなり、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、吸気切替弁１８および排気切替弁１７が閉じら
れているときに排気バイパス弁４１をデユーティ制御に
より小開制御し、さらに吸気バイパス弁３３を閉じるこ
とにより副ターボチャージャ８の助走回転数を高め、タ
ーボチャージャの切替により円滑に（切替時のショック
を小さく）行うことが可能になる。

ところで、吸気切替弁１８と吸気バイパス弁３３とが正
常な状態で、排気切替弁１７が閉じ側で故障し作動でき
なくなった場合は、２個ターボチャージャへの切替条件
になっても副ターボチャージャが回転できなくなる。そ
のため、他のパルプの切替の影響により、切替時に大き
なトルクショックが発生する。また、切替後も主ターボ
チャージャのみの過給になるので、主ターボチャージャ
がオーバーランし、破損するおそれがある。そこで、こ
の場合には、故障した旨を早期にドライバーに告知する
必要がある。

第４図は、故障発生をドライバーに知らせるための処理
手順を示している。

ステップ１０１　で処理が開始され、ステップ１０２で
は第４の三方電磁弁２８がＯＮか否かが判断される。す
なわち、ここでは排気切替弁１７が開弁状態か否かが判
断される。その結果、排気切替弁１７が閉弁状態である
と判断された場合は、ステップ１１３に進み、処理が完
了される。ステップ１０２において、排気切替弁１７が
開弁状態であると判断された場合は、ステップ１０３に
進み、過給圧検出センサ３０によって検知される過給圧
ＰＭが記憶される。

過給圧ＰＭが記憶されると、ステップ１０４に進み、タ
イマーカウントが行なわれる。つまり、過給圧ＰＭが記
憶された時点から時間測定が行なわれる。

タイマーカウントが開始すると、ステップ１０５に進み
、過給圧検出センサ３０によって検知された過給圧ＰＭ
と、予め試験により検知されたシステム正常時の値（実
際にはその値より少し余裕をもった値）ＰＭＩ　　との
比較が行なわれる。

ステップ１０５において、検知された過給圧ＰＭが設定
値ＰＭＩ　よりも大である場合は、ステップ１０７に進
む、ステップ１０５で検知された過給圧ＰＭが設定値Ｐ
　Ｍ　＋　よりも小である場合は、ステップ１０６に進
み、その低下した過給圧ＰＭが記憶される。ステップ１
０６の処理が終了すると、ステップ１０７に進み、第４
の電磁弁２８がＯＮになって１秒経過したか否かが判断
される。ここで、１秒経過していない場合は、ステップ
１０４に進み、上述の処理が繰返えされる。

ステップ１０７において、第４の電磁弁２８がＯＮにな
って１秒経過していると判断された場合は、ステップ１
０８に進み、比較値Ｐ　Ｍ　ｌから低下した時点の過給
圧ＰＭが減算される。ステップ１０９では、減算値Ｐが
３００■Ｈｇと同じかまたは大であるか否かが判断され
る。ここで、減算値Ｐ≧３００■Ｈｇでないと判断され
た場合は、ステップ１１２に進み、カウンターがクリア
される。ステップ１０９において、減算値Ｐ≧３００ｍ
１ｇであると判断された場合は、ステップ１１０に進み
、故障判定手段６１から異常信号が出力され、表示手段
６２である警告ランプが点灯される。ステップ１１１で
は、故障診断機能を有するダイアグモニタ（図示略）に
、排気切替弁１７が閉じ側で故障した旨の信号が故障判
定手段６２から出力される。

上述の処理が終了すると、ステップ１１２に進み、タイ
マーカウントを行なうカウンターに対するカウンターク
リアが行なわれ、カウント値は「０」とされる、この処
理が終了すると、ステップ１１３に進み、排気切替弁１
７の故障の発生をドライバーに知らせる処理は全て完了
する。

このように、排気切替弁１７が閉じ側で故障し回動不可
能となった場合は、２個ターボチャージャの条件が成立
しているにもかかわらず、副ターボチャージャ８の回転
は行なわれなくなる。そのため、２個ターボチャージャ
への切替時には、第３図の破線に示すように主ターボチ
ャージャ７の過給稼動によって生じた過給気の一部が副
ターボチャージャ８に流れる分だけ、過給圧ＰＭが降下
する。これによって、排気切替弁１７の故障を推定する
ことが可能となり、警告ランプにより故障の発生をドラ
イバーに告知することができる。ドライバーは、警告ラ
ンプによって排気切替弁１７の故障を知ることにより、
車速を低速にダウンさせるか、または運転を中止するか
の判断が可能となる。

なお、本実施例とは異なり排気切替弁１７や排気バイパ
ス弁４１を副ターボチャージャ８のタービン上流の排気
通路に設けるような構成としても同様な効果が得られる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る過給機付エンジンの
制御装置によるときは、ターボチャージャ切替検知手段
によって主ターボチャージャのみの過給作動から両方の
ターボチャージャの過給作動への切替を検知し、両方の
ターボチャージャへの切替時の過給圧の落ち込み量がシ
ステム正常時の値に対して大きい場合に、故障判定手段
によって排気切替弁が閉弁側で故障と判定し、その旨を
表示手段に表示させるようにしたので、車両のドライバ
ーは早期に排気切替弁の閉じ側での故障の発生を知るこ
とができる。

したがって、ドライバーは運転を中止させるか否かの適
切な対応可能となり、排気切替弁の故障に起因する主タ
ーボチャージャの故障の発生を未然に防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る過給機付エンジンの制
御装置のブロフク図、 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図の装置における排気切替弁の正常時と故
障時の過給圧の変化を示す特性図、第４図は第２図の装
置において排気切替弁の故障の発生をドライバーに知ら
せるための処理手順を示すフローチャート、 第５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 ７・・・・・・主ターボチャージャ ８・・・・・・副ターボチャージャ １３・・・・・・吸気バイパス通路 １７・・・・・・排気切替弁 １８・・・・・・吸気切替弁 ２９・・・・・・エンジンコントロールコンピュータ３
０・・・・・・過給圧検知センサ ３３・・・・・・吸気バイパス弁 ４０・・・・・・排気バイパス通路 ４１・・・・・・排気バイパス弁 ５０・・・・・・エンジン回転数センサ６０・・・・・
・ターボチャージャ切替検知手段６１・・・・・・故障
判定手段 ６２・・・・・・表示手段 ＮＥ （エンジン回転数）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主ターボチャージャと、副ターボチャージャとを備
   え、前記副ターボチャージャのコンプレッサ下流に吸気
   通路を開閉する吸気切替弁を設けるとともに、副ターボ
   チャージャのタービン下流または上流に排気通路を開閉
   する排気切替弁を設け、低速域では前記吸気切替弁と排
   気切替弁を共に閉弁させることにより主ターボチャージ
   ャのみを過給作動させ、高速域では前記吸気切替弁と排
   気切替弁を共に開弁させることにより主ターボチャージ
   ャおよび副ターボチャージャの両方を過給作動させるよ
   うにした過給機付エンジンの制御装置において、 前記主ターボチャージャのみの過給作動から両方のター
   ボチャージャの過給作動への切替を検知するターボチャ
   ージャ切替検知手段と、 前記主ターボチャージャのみの過給稼動から両方のター
   ボチャージャへの切替時の過給圧の落ち込み量がシステ
   ム正常時の値に対して大きい場合に前記排気切替弁が閉
   弁側で故障と判定し、その旨を表示手段に表示させる故
   障判定手段と、を具備したことを特徴とする過給機付エ
   ンジンの制御装置。