JPH04171226A - 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、低吸入空気量域では主ターボチャージャのみで過
給し、高吸入空気量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、低吸入空気量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どし、高吸入空気
量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８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／（、−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７°レン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。低吸入空気量域では吸気切替弁９４、排気切
替弁９５をともに全開とすることにより、主ターボチャ
ージャ９２のみを過給作動させ、高吸入空気量域では両
切替弁９４．９５をともに全開とし、吸気バイパス弁９
６を閉しることにより、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。

低吸入空気量域から高吸入空気量域に移行するときには
、吸気切替弁９５および排気切替弁９４が閉じられてい
るときに排気バイパス弁９８を小開制御し、さらに吸気
バイパス弁９６を閉しることにより副ターボチャージャ
９３の助走回転数を高め、ターボチャージャの切替をよ
り円滑に（切替時のショックを小さく）行うことが可能
になっている。

排気バイパス弁９８は、−ＩＩ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〜りの作動に
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［［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。

なお、２ステージツインターボに関連する先行技術とし
て、１個ターボチャージャ時には排気バイパス弁を、２
個ターボチャージャ時にはウェストゲートバルブをそれ
ぞれデユーティ制御し、所定の過給圧を維持するように
したものが知られている（特開昭６３−２５３１９号公
報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

排気バイパス弁は排気通路を通過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、排気バイパス弁自
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１！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、排気バイパス
弁の作動は行なわれなくなる。また、排気バイパス弁を
デユーティ制御する電磁弁が全閉状態で故障すると、ア
クチュエータのダイヤフラム室に作用する過給圧を大気
にリークさせることができず、設定過給圧よりも低い過
給圧で排気バイパス弁が開いてします。

排気バイパス弁が全開状態で故障し回動不可能となった
場合、１個ターボチャージャ域の過給圧が正常時よりも
低下するので、２個ターボチャージャに切替わる際に過
給圧の急変によって２加速し、摩擦係数の低い路面では
タイヤがスリップすることになり好ましくない。

したがって、排気バイパス弁が開弁状態で故障した場合
は、２個ターボチャージャに切替わる際の急加速の発生
を防止することが必要である。

本発明は、上記の問題に着目し、排気バイパス弁が開弁
状態で故障した場合に、これに起因する２個ターボチャ
ージャへの切替えの際の急加速の発生を確実に防止する
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、低吸入空気量域では前記吸気
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
ボヂャージャのみを過給作動させ、前記両方のターボチ
ャージャによる過給時の過給圧をウェストゲートバルブ
のデユーティ制御により所定値に制御し、主ターボチャ
ージャのみの過給作動時に排気バイパス弁をデユーティ
制御することにより過給圧の制御を行なうとともに、副
ターボチャージャを助走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、 前記エンジンのスロットル弁下流の吸気圧力を検知する
吸気圧力検知手段と、 前記主ターボチャージャのみによる過給時における吸気
圧力検知手段からの圧力値がエンジン回転数と負荷代表
値とから求められる吸気圧力のマツプ値よりも低い時に
排気バイパス弁が開弁状態で故障したと判定する故障判
定手段と、前記故障判定手段からの故障発生信号によっ
て作動し、両ターボチャージャの過給作動域の設定過給
圧を低下させる過給圧低下手段と、を具備したものから
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、排気バイパス弁が開弁状態で故障し作動不可能
となった場合、主ターボチャージャのみが作動する過給
域、いわゆる１個ターボチャージャ域の過給圧が正常時
に比べて著しく低下する。したがって、１個ターボチャ
ージャ時における過給圧を吸気圧力検知手段によって検
知し、この検知された圧力値を故障判定手段によって正
常時におけるマツプ値と比較することにより、排気バイ
パス弁の開弁状態での故障の有無を判定することが可能
となる。

また、排気バイパス弁が開弁状態で故障であると故障判
定手段によって判定された場合は、この故障判定手段か
らの信号に基づいて過給圧低下手段が動作する。この過
給圧低下手段の作動により、両方のターボチャージャに
よる過給作動域の設定過給圧が低下され、１個ターボチ
ャージャ域と２個ターボチャージャ域時における過給圧
の差が小さくなる。

このように、排気バイパス弁の開弁状態での故障時には
、２個ターボチャージャ域の設定過給圧が下げられるこ
とにより、１個ターボチャージャから２個ターボチャー
ジャへの切替えの際のトルク特性がほぼフラットとなり
、切替え時の急加速の発生が防止される。

〔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７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
は排気マニホールドを示す、排気マニホールド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中、
副ターボチャージャである。ターボチャージ中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、エンジン低吸入空気量域から
高吸入空気量域まで作動され、副ターボチャー゛ジャ８
は低吸入空気量域で停止される。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ュエータ４２によって開閉
されるようになっている。

低吸入空気量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７ｂ
の上流とコンプレッサ８ｂの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９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負圧とエアフローメー
タ２４の下流からの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
１ｉ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がらの指令に
従って行なわれる。なお、第２のｔ耐昇２６へ負圧を導
入する通路には、負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を開弁とす
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′ｇＬ磁弁耐昇の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４１を作動させるアクチュエータ４２に
大気圧を導入する第５のｔ耐昇３２は、ＯＮ、０ＦＦＩ
ｌｌＩでな（、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に大
気圧を導く第６の１ｉ磁弁４４は、ＯＮ、０ＦＦＩｔｉ
ＩＩ御でな（、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。

本実施例では、第５のｔ耐昇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ｔｍ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、過給圧検出手段（咲気管圧カセンサ）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（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、１個ター
ボチャージャ時における吸気圧力検知手段３０からの圧
力値がエンジン回転数ＮＥと負荷代表値（たとえばスロ
ットル開度ＴＡ）とから求められる吸気圧力のマツプ値
（第４図）よりも低い時に、排気バイパス弁４１が開弁
状態で故障したと判定する故障判定手段６１が形成され
ている。この故障判定手段６１は、エンジンコントロー
ルコンピュータ２９に格納されるプログラムから構成さ
れている。

第１図に示すように、吸気圧力検知手段３０がらの信号
は故障判定手段６１に入力され、故障判定手段６１から
の判定信号は表示手段６２に出力されるようになってい
る０表示手段６２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５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吸入空気量域
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が閉しられる。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　ｍｍ１ｇを越えないように、デユーティ制御さ
れるウエストゲールハルブ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。低吸入空気量域で１個ターボチャージャとする
理由は、低吸入空気量域では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。したがって、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。

低吸入空気量域から高吸入空気量域に移行するとき、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Ｉ７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をより円滑（切
替時のショックを小さく）行うことが可能になる。

排気バイパス弁４１が開弁状態で故障し回動不可能とな
ったり、第５の電磁弁３２が全閉状態で故障した場合、
１個ターボチャージャ域の過給圧が正常時よりも低下す
るので、２個ターボチャージャに切替わる際に急加速し
、摩擦係数の低い路面ではタイヤがスリップすることに
なり好ましくないつしたがって、排気バイパス弁４１が
開弁状態で故障した場合は、車両のドライバーにその故
障の発生を早期に知らせることが必要となる。

第５図は、排気バイパス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している。

第５図において、ステップ】０１において処理が開始さ
れ、ステップ１０２では吸気切替弁１８が閉弁している
か否かが判断される。これは、電磁弁の作動状態を判断
することによって間接的に判断される。ここで、吸気切
替弁１８が閉弁していないと判断された場合は、ステッ
プ１０６に進み処理は終了する。ステップ１０２におい
て、吸気切替弁１８が閉弁していると判断された場合は
、ステップ１０３に進み、吸気圧力検知手段３０からの
圧力値Ｐ　Ｍ　Ｉと第４図に示すマツプ値ＡＰＭ、　　
とが比較される。

ステップ１０３でＰＭ、　≦ＡＰＭ、でないと判断され
た場合は、ステップ１０６に進んで処理は完了する。ス
テップ１０３でＰ　Ｍ　＋　≦Ａ　Ｐ　Ｍ　＋であると
判断された場合は、故障判定手段６１によって排気バイ
パス弁４１が故障であると判定され、ステップ］０４に
進む。つまり、排気バイパス弁４１の開弁状態での故障
時か否かは、第２図に示すように、１個ターボチャージ
ャ時の過給圧の変化を判断することにより可能となる。

排気バイパス弁４１が開弁状態で故障であると判定され
た場合は、故障判定手段６１からの信号によって表示手
段６２としての警報ランプが点灯し、故障の旨が車両の
ドライバーに告知される。警報ランプが点灯すると、ス
テップ１０５に進み故障判定手段６１から故障診断機能
を有するダイアグユニット（図示時）に出力される。こ
の処理が終了すると、ステップ１０６に進み、故障表示
の処理は完了する。

第１図に示すように、故障判定手段６１からの信号は過
給圧低下手段６４に入力されるようになっている。過給
圧低下手段６４は、故障判定手段６１がらの信号に基づ
いて主、副ターボチャージャ７．８が共に過給作動する
領域（２個ターボチャージャ領域）の設定過給圧を低下
させる機能を有する。

過給圧低下手段６４からの信号は、第６の＠耐昇４４に
出力されるようになっている。第６の電磁弁４４は、ウ
ェストゲートバルブ３１をデユーティ制御する弁であり
、排気バイパス弁４１が開弁状態で故障した場合は、ウ
ェストゲートバルブ３１のデユーティ制御によって２個
ターボチャージャ時の設定過給圧が低下される。

第７図は、排気バイパス弁の開弁状態での故障に伴なう
車両の急加速の発生を防止するための処理手順を示して
いる。

第７図において、ステップ２０１で処理が開始され、ス
テップ２０２に進んで、排気バイパス弁４１カ開弁状態
で故障か否かが判断される。ここでは、第５の電磁弁３
２の全閉故障によって排気バイパス弁４１が設定過給圧
よりも低い過給圧で開く場合を想定する。排気バイパス
弁４１が開弁状態で故障した場合は、上述したように、
１個ターボチャージャ時の過給圧が正常時に比べて著し
く低下する。

したがって、排気バイパス弁４１の故障発生の有無は、
この過給圧を監視することにより可能となる。

ステップ２０２において、排気バイパス弁４１が故障で
ないと判断された場合は、ステップ２０４　に進んで処
理は終了し、次の処理に移行する。ステップ２０２にお
いて、排気バイパス弁４１が開弁状態で故障であると判
断された場合は、ステップ２０３に進む。ここでは、過
給圧低下手段６４からの信号によって、第６図に示すよ
うに、ウェストゲートバルブ３１のデユーティ制御によ
って過給圧ＰＭ、の低下が行なわれる。

ステップ２０４での処理が終了するとステップ２０４に
進み、２個ターボチャージャへの切替時における車両の
急加速発生防止処理は完了する。

〔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、主ターボチャージャのみによる
過給時に、吸気圧力検知手段によって検知される吸気の
圧力値がエンジン回転数と負荷代表値とから求められる
吸気圧力のマツプ値よりも低い時は、故障判定手段によ
って排気バイパス弁が開弁状態で故障したと判定し、故
障判定手段からの信号によって動作する過給圧低下手段
を設けるようにしたので、排気バイパス弁が開弁状態で
故障した場合でも、１個ターボチャージャ域と２個ター
ボチャージャ域における過給圧の差を小さくすることが
できる。

したがって、１個ターボチャージャから２個ターボチャ
ージャへの切替えの際のトルク特性をほぼフラットにす
ることができ、切替え時の急加速の発生を確実に防止す
ることができる。これによって、摩擦係数の低い路面で
のタイヤのスリップの発生も解消される。

なお、実施例では、排気切替弁１７や排気バイパス弁４
１を副ターボチャージャ８のタービン下流の排気通路に
設けるようにしたが、これら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よ
い。

【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図の装置における排気バイパス弁の正常時
および故障時の過給圧の変化を示す特性図、 第４図は第２図の装置におけるエンジン回転数とスロッ
トル開度に対する過給圧の変化を示すマツプ図、 第５図は第２図の装置において排気バイパス弁の故障を
表示させるための処理手順を示すフローチャート、 第６図は第２図の装置において過給圧低下手段が動作し
た場合の過給圧の変化を示す特性図、第７図は第２図の
装置において排気バイパス弁の故障に起因する車両の急
加速を防止するための処理手順を示すフローチャート、 第８図は従来の過給機付エンジンの概略系統図、である
。 ■・・・・・・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・・・・・・吸気圧力検知手段 ３１・・・・・・ウェストゲートバルブ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 ６１・・・・・・故障判定手段 ６２・・・・・・表示手段 ６４・・・・・・過給圧低下手段 特　許　出　願　人　　　トヨタ自動車株式会社第１図 第３図 第６図 時間 ９５排気切替弁

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、低吸入空気量域では前記吸気切
   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、前記両方のターボチャ
   ージャによる過給時の過給圧をウェストゲートバルブの
   デューティ制御により所定値に制御し、主ターボチャー
   ジャのみの過給作動時に排気バイパス弁をデューティ制
   御することにより過給圧の制御を行なうとともに、副タ
   ーボチャージャを助走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、 前記エンジンのスロットル弁下流の吸気圧力を検知する
   吸気圧力検知手段と、 前記主ターボチャージャのみによる過給時における吸気
   圧力検知手段からの圧力値がエンジン回転数と負荷代表
   値とから求められる吸気圧力のマップ値よりも低い時に
   排気バイパス弁が開弁状態で故障したと判定する故障判
   定手段と、 前記故障判定手段からの故障発生信号によって作動し、
   両ターボチャージャの過給作動域の設定過給圧を低下さ
   せる過給圧低下手段と、 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。