JPH04164124A - 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４図に
示すようになっている。エンジン本体的に対し、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をともに弁閉とす
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をともに弁閉とし、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９
３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。

答弁９４．９５．９６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〕

しかしながら、吸気切替弁、吸気バイパス弁、排気切替
弁を制御する電磁弁が故障したり、電磁弁へ加圧空気を
供給するホースが外れたりした場合は、条件がそろって
いても２個ターボチャージャに切替えることができなく
なる。この場合は、副ターボチャージャ側へ流入すべき
排気ガスが主ターボチャージャ側へ流入し、オーバラン
によって主ターボチャージャの破損を招くとともに、エ
ンジン主の大幅な低下を招くことになる。

本発明は、上記の問題に着目し、吸気切替弁、吸気バイ
パス弁、排気切替弁を制御する電磁弁が故障したり、ホ
ースが外れたりした場合、強制的に２個ターボチャージ
ャ作動状態に切替え、異常時においても確実に主ターボ
チャージャの破損を防止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、
前記副ターボチャージャのコンプレッサをバイパスする
吸気バイパス通路に配置された吸気バイパス弁を、前記
排気切替弁の開弁作動よりも先に閉弁作動させて副ター
ボチャージャの助走回転数を高めるようにした過給機付
エンジンの制御装置において、 前記吸気切替弁、排気切替弁、吸気バイパス弁のうち少
なくとも一つの弁の異常を検出する弁異常検知手段を設
け、前記答弁を開閉作動させる各ダイヤフラムアクチュ
エータに、正常時に正圧が導入される正圧ダイヤフラム
室と、弁の異常時のみに負圧が導入される負圧ダイヤフ
ラム室とをそれぞれ形成し、前記答弁のうち少なくとも
一つの弁の異常時には各負圧ダイヤフラム室に負圧を導
入させて主、副ターボチャージャの双方を過給作動させ
る強制切替手段を設けたものから成る。

〔作用〕 このように構成された過給機付エンジンの制御装置にお
いては、答弁のいずれか一つでも故障した場合は、その
故障の発生は弁異常検知手段によって検知される。弁の
異常が検知されると、正圧で動くべきダイヤフラムアク
チュエータが負圧で作動するようになる。つまり、弁の
故障時には、通常使用されていない負圧ダイヤフラム室
に負圧が強制的に導かれ、アクチュエータの作動により
答弁が駆動される。この場合、強制切替手段は、主、副
ターボチャージャの双方を過給作動させるように答弁を
作動させるので、主ターボチャージャのオーバーランが
解消され、主ターボチャージャの破損が防止される。

〔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３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＃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。１．８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、インククーラ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の両方とも弁開のときは、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ュエータ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がら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
クチュエータ１ｏ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するバイパス通路には、逆止弁１
２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ず。

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
ェストゲートバルブ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、流
路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．
２Ｂ、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。

、　第１の電磁弁２５は、チエツク弁４６を介してイン
ククーラ６の上流側の通路と連通可能となっている。第
２の電磁弁２６は、チエツク弁４５を介してサージタン
ク２内と連通可能となっている。第３の電磁弁２７は、
チエツク弁４７を介してインククーラ６の上流側の通路
と連通可能となっている。第４の電磁弁２８は、同様に
チエツク弁４８を介してインククーラ６の上流側の通路
と連通可能となっている。

吸気バイパス弁３３用のアクチュエータ１０には、正圧
が導入される正圧ダイヤフラム室１０ａと負圧が導入さ
れる負圧ダイヤフラム室１０ｂが形成されている。正圧
ダイヤフラム室１０ａには、第３の電磁弁２７を介して
正圧（過給圧）が導かれ、負圧ダイヤフラム室１０ｂに
は、後述する強制切替手段７０から負圧が導かれるよう
になっている。

吸気切替弁１８用のアクチュエータ１１には、正圧が導
入される正圧ダイヤフラム室１１ａと負圧が導入される
負圧ダイヤフラム室１１ｂが形成されている。正圧ダイ
ヤフラム室１１ａには、第１の電磁弁２５を介して正圧
が導かれ、負圧ダイヤフラム室１１ｂには、強制切替手
段７０から負圧が導かれるようになっている。

排気切替弁１７用のアクチュエータ１６には、正圧が導
入される正圧ダイヤフラム室１６ａと負圧が導入される
負圧ダイヤフラム室１６ｂが形成されている。正圧ダイ
ヤフラム室１６ａには、第４の電磁弁２８を介して正圧
が導かれ、負圧ダイヤフラム室１６ｂには、強制切替手
段７０から負圧が導かれるようになっている。

強制切替手段７０は、リザーブタンク７１、第７の電磁
弁７２、切替指令部７３とから構成されている。

リザーブタンク７１は、サージタンク２内と連通可能と
なっており、内部には吸気の流れを一方向にのみ許すチ
エツク弁７１ａが収納されている。リザーブタンク７１
は、サージタンク２内のが負圧になったとき、負圧を蓄
積する機能を有している。第７の電磁弁７２は、リザー
ブタンク７１と接続されており、吸気バイパス弁３３、
吸気切替弁１８、排気切替弁１７を作動させる各電磁弁
が故障した際に、各アクチュエータ１０．１１．１６の
負圧ダイヤフラム室１０ｂ　、ｌｌｂ　、１６ｂに負圧
を導く機能を有する。切替指令部７３ハ、エンジンコン
トロールコンピュータ２９に形成されており、答弁が故
障した際に、第７の電磁弁７２に切替信号を出力する機
能を有する。

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を作動させ、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
ＩＧ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、０ＦＦＩ１
１御でなく、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、デューティ比は、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。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
ィ制御することにより、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（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２４、エンジン回転数センサ５０、
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ソト（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
）　、入出力インターフエイス（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、異常検知
手段６０が形成されている。異常検知手段６０は、吸気
バイパス弁３３、吸気切替弁１８、排気切替弁１７のう
ち少なくとも一つの弁の異常を検知する機能を有する。

答弁の異常は、たとえばつぎのような方法によって検出
される。

吸気バイパス弁３３が開き側で故障し作動不可能となっ
た場合は、２個ターボチャージャへの切替時には、副タ
ーボチャージャ８による過給気の一部が吸気バイパス弁
３３を介して主ターボチャージャ７の上流に庚され過給
圧の落ち込み量が著しく大となる。その後は、ウェスト
ゲートバルブ３１の制御によって過給圧は上昇する。し
たがって、２個ターボチャージャへの切替時の過給圧の
落ち込み量を検出し、この落ち込み量が所定値以上であ
れば吸気バイパス弁３３が異常であると検知される。

また、排気切替弁１７が開き側で故障し、その状態で回
動不可能になった場合は、主ターボチャージャ７のみが
過給作動すべき領域で副ターボチャージャ８も回転する
ことになる。主ターボチャージャ７のみが作動すべき領
域は低速域であるので、エンジン回転数が低く排気ガス
量も少ない。つまり、排気切替弁が開き側で故障した場
合は、エンジンからの排気ガスは主ターボチャージャ７
側と副ターボチャージャ８側に分散され、正常時の１個
ターボチャージャ時に比べて過給圧は低下する。

したがって、正常時のスロットル開度とエンジン回転数
と過給圧との関係と、これらに対する実際の過給圧を比
較することにより、排気切替弁１７の故障の発生を検知
することが可能となる。

吸気切替弁１８の故障も上述の方法に準じた方法によっ
て検出可能である。このように、異常検知手段６０は、
常時答弁の異常の有無を監視し、少なくとも一つの弁の
故障時には、異常信号を出力する機能を有する。

第１図に示すように、異常検知手段６０は強制切替手段
７０の切替指令部７３に接続されており、吸気バイパス
弁３３、吸気切替弁１８、排気切替弁１７のうちいずれ
か一つが故障である場合には、異常検知手段６０から切
替指令部７３に異常信号が出力されるようになっている
。切替指令部７３は、異常信号が入力されると第７の電
磁弁７２に切替信号を出力し、これによって各アクチュ
エータ１０．１１．１７の負圧ダイヤフラム室１．Ｏｂ
　、１１　ｂ　、１７ｂに負圧が導かれるようになって
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がともに開がれ、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、＋５００１
１Ｈｇを越えないように、デユーティ制御されるウェス
トゲ−１−バルブ３１により制御卸される。

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。また、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−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（切替時のシジソク
を小さく）行うことが可能になる。

ところで、吸気バイパス弁３３、吸気切替弁１８、排気
切替弁１７を制御する各電磁弁が故障したり、電磁弁へ
加圧空気を供給するホースが外れたりした場合は、条件
がそろっていても２個ターボチャージャに切替えること
ができなくなる。この場合は、オーバランによって主タ
ーボチャージャが破損するおそれがあるとともに、エン
ジン出力の大幅な低下を招くことになる。

そこで、このような故障が発生した場合には、第３図に
示す処理によってこれに対処している。

図に示すように、ステップ１０１では弁異常時の制御処
理が開始され、ステップ１０２で吸気バイパス弁３３、
吸気切替弁１８、排気切替弁１７が異常か否かが判断さ
れる。ここで、正常であると判断された場合は、ステッ
プ１０３に進み、第７の電磁弁７２をＯＦＦのままとす
る。つぎに、ステップ１０４に進み、第１の電磁弁ない
し第６の電磁弁２５．２６．２７、２８．３２．４４は
通常通り制御され、ステップ１０７に進んで処理は終了
する。ステップ１０２において、答弁のうち少なくとも
一つの弁が異常であると弁異常検知手段６０からの信号
により判断された場合は、ステップ１０５に進み、切替
指令部７３によって第２の電磁弁２６がＯＮとされる。

この処理が終了すると、ステップ１０６に進み、同様に
切替指令部７３にによって第７の電磁弁７２がＯＮとさ
れる。

切替指令部５３によって第７の電磁弁７２がＯＮとされ
ると、リザーブタンク７１内の負圧が各アクチュエータ
１０．１１．１７の負圧ダイヤフラム室１０ｂ１１１ｂ
、１７ｂに導かれる。そのため、吸気バイパス弁３３が
閉弁されるとともに、吸気切替弁１８と排気切替弁１７
とが開弁される。このように、吸気バイパス弁３３、吸
気切替弁１８、排気切替弁１７の少なくともいずれか一
つの弁が異常である場合は、主ターボチャージャ７と副
ターボチャージャ８の双方が過給作動する２個ターボチ
ャージャに強制的に切替えられ、主ターボチャージャ７
側に過剰に排気ガスが流れることはなくなる。したがっ
て、主ターボチャージャ７のオーバーランが解消され、
オーバーランに起因する主ターボチャージャ７の破損が
防止される。

答弁３３．１８．１７が負圧の導入によって２個ターボ
チャージャ作動側へ切替えられると、ステップ１０６か
らステップ１０７に進み、異常時の制御処理は完了する
。

なお、上記実施例では、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のタービン下流に設けた
構成としたが、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のタービン上流に設けても同様な
作用効果が得られる。

〔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、吸気切替弁、排気切替弁、吸気
バイパス弁のうち少なくとも一つの弁の異常を検出する
弁異常検知手段を設け、前記答弁を開閉作動させる各ダ
イヤフラムアクチュエータに、正常時に正圧が導入され
る正圧ダイヤフラム室と、弁の異常時のみに負圧が導入
される負圧ダイヤフラム室とをそれぞれ形成し、前記答
弁のうち少なくとも一つの弁の異常時には各負圧ダイヤ
フラム室に負圧を導入させて主、副ターボチャージャの
双方を過給作動させる強制切替手段を設けるようにした
ので°、異常発生時においても、確実に２個ターボチャ
ージャ作動状態を維持することができる。したがって、
主ターボチャージャ側への過剰な排気ガスの流入が解消
され、オーバランによる主ターボチャージャの破損を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る過給機付エンジンの制
御装置のブロック図、 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図の装置における答弁の故障時の処理手順
を示すフローチャート、 第４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・・・・・
・弁異常検知手段 ７０・・・・・・強制切替手段

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、前
   記副ターボチャージャのコンプレッサをバイパスする吸
   気バイパス通路に配置された吸気バイパス弁を、前記排
   気切替弁の開弁作動よりも先に閉弁作動させて副ターボ
   チャージャの助走回転数を高めるようにした過給機付エ
   ンジンの制御装置において、 前記吸気切替弁、排気切替弁、吸気バイパス弁のうち少
   なくとも一つの弁の異常を検出する弁異常検知手段を設
   け、前記各弁を開閉作動させる各ダイヤフラムアクチュ
   エータに、正常時に正圧が導入される正圧ダイヤフラム
   室と、弁の異常時のみに負圧が導入される負圧ダイヤフ
   ラム室とをそれぞれ形成し、前記各弁のうち少なくとも
   一つの弁の異常時には各負圧ダイヤフラム室に負圧を導
   入させて主、副ターボチャージャの双方を過給作動させ
   る強制切替手段を設けたことを特徴とする過給機付エン
   ジンの制御装置。