JPH0417724A - ２段過給内燃機関の過給圧制御装置 - 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〕 この発明は２段過給内燃機関における過給圧制御装置に
関する。

〔従来技術〕

大型ターホチャーシャと小型ターホチャージャをガスの
流れ方向に直列に配置した直列２段過給内燃機関が知ら
れている。特願昭６３−２５０９２８号参照。小型ター
ホチャーシャを迂回するバイパス通路に排気切替弁を設
け、エンジン運転条件に応して排気切替弁を開閉制御す
るダイヤフラム式アクチュエータを有している。ダイヤ
フラム式アクチュエータは２段タイヤフラムとして構成
される。

外側のダイヤフラムには過給圧が常時印加され、内側の
ダイヤフラムには切替弁を介して大気圧若しくは過給圧
が選択的に作用される。小型ターホチャーシャが作動す
る低回転時（２段過給時）には大気圧が作用し、外側の
ダイヤフラムに加わる圧力が双方のスプリングの力の和
に抗して排気切替弁を開放せしめる。そのため、排気切
替弁の閉鎖方向の付勢力が太き（なり、目標過給圧に到
達後は排気切替弁はエンジンの回転に応じて徐々に開弁
する。

大型ターボチャージャの回転は次第に立ち上がり、最終
的に大型ターボチャージャが過給能力を発揮するに至る
と内側のダイヤフラムに過給圧が加えられる。そのため
、内側のダイヤフラムに掛かる閉鎖方向の弱いスプリン
グ力のみが排気切替弁の開放に対向する力となり、排気
切替弁は一挙に開弁する。このような排気切替弁のステ
ップ的な開弁特性は目標過給圧を広い範囲で一定に維持
するのに好ましい。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術ではダイヤフラムを内外２段に設け、内側のダ
イヤフラムにかかる圧力を大気圧と過給圧とで切換、こ
れによりスプリングの設定を大と小とで変化させ、大型
ターボチャージャが過給可能な状態となる以前は排気切
替弁を閉鎖維持し、大型ターボチャージャが完全に立ち
上がった後は排気切替弁を一挙に開弁させるという好ま
しい特性を得ようとしている。

ところが、この従来技術の構造ではアクチュエータのダ
イヤフラムは２段に構成されているため構造が複雑とな
り、コストも嵩む欠点がある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明によれば、大型ターボチャージャと小型ターボ
チャージャをガスの流れ方向に直列に配置し、小型ター
ボチャージャを迂回するバイパス通路に排気切替弁を設
け、エンジン運転条件に応じて排気切替弁を開閉制御す
るダイヤフラム式アクチュエータを有した２段過給内燃
機関において、前記アクチュエータは一枚のダイヤフラ
ムと、ダイヤフラムを付勢するスプリングとを有し、ダ
イヤフラムの反スプリング側は過給圧源に接続され、ダ
イヤフラムのスプリング側は減圧装置を介して過給圧源
に接続する状態と、大気圧に接続する状態とで切り替え
る手段に接続され、２段過給時はスプリング側に減圧さ
れた過給圧を印加し、１段過給時は大気圧を印加するこ
とを特徴とする２段過給内燃機関の過給圧制御装置が提
供される。

〔作用〕

大型ターボチャージャの立ち上がり未了時にはダイヤフ
ラムのスプリング側に減圧された過給圧が導入され、こ
の減圧された過給圧に基づき排気切替弁を閉鎖方向に付
勢する力がスプリングの力に加えてダイヤフラムに印加
される。そのため、ダイヤフラムの閉鎖方向に力は大き
くなり、過給圧が目標圧に到達した後の排気切替弁の開
弁は緩慢に行われる。

大型ターボチャージャの立ち上がり完了後はダイヤフラ
ムのスプリング側に大気圧が加わる。そのため、ダイヤ
フラムに閉鎖方向に加わる力は急減少され、排気切替弁
は一気に開弁するに至る。

〔実施例〕

第１図はこの発明のガソリン内燃機関の全体を示してお
り、１０はエンジン本体であり、吸気管１２と排気管１
４とが接続される。１６はスロットル弁である。大型タ
ーボチャージ１７と小型ターボチャージャ１８とが直列
に配置される。大型ターボチャージャ１７はコンプレッ
サ２０と、タービン２２と、回転軸２４とから構成され
る。小型ターボチャージャ１８はコンプレッサ２６と、
タービン２８と、回転軸２５とから構成される。

吸気管Ｉ２において吸入空気の流れ方向に、大型ターボ
チャージャ１７のコンプレッサ２０、小型ターホチャー
シャ１８のコンプレッサ２６の順で配置され、その下流
にインタクーラ２９が配置される。排気管において排気
ガスの流れ方向に、小型ターボチャージャ１７のタービ
ン２８、大型ターボチャージャ１８のタービン２２の順
で配置される。

大型ターホチャージャ１７のタービンを迂回して第１の
排気バイパス通路３０が排気管に接続され、第１の排気
バイパス通路３０にスイングドア型弁であるウェイスト
ゲート弁３２が配置される。

ウェイストゲート弁３２はダイヤフラムアクチュエータ
３４に連結され、そのダイヤフラム３４ａはバイパス弁
３２に連結される。バイパス弁３２はスプリング３４ｂ
によって通常は閉鎖するべく付勢されるが、ダイヤフラ
ム３４ａに加わる圧力によってスプリング３４ｂに抗し
てウェイストゲート弁３２の開弁が行われる。

小型ターボチャージャ１８のタービン２８を迂回して第
２の排気バイパス通路３６が設けられ、コ１７）第２（
７）バイパス通路３６に蝶型弁としての排気切替弁３８
が設けられる。排気切替弁３８はそのアクチュエータ４
０に連結され、アクチュエータ４０は１段ダイヤフラム
機構として構成される。

このアクチュエータ４０は、後述のように、大型ターボ
チャージャ１７が全過給能力を発揮するまでは排気切替
弁３８を閉鎖し、大型ターボチャージャ１７がその全過
給能力を発揮するに至ると排気切替弁３８を急速に開放
せしめるように作動する。排気切替弁４０はダイヤフラ
ム４０ａと、スプリング４０ｂを備える。スプリング４
０ｂと反対側のダイヤフラム４０ａの側面に第１のダイ
ヤフラム室４０ｃが形成され、ダイヤフラム４０ａのス
プリング４０ｂの側に第２のダイヤフラム室４０ｄが形
成される。

小型ターボチャージャ１８のコンプレッサ２６を迂回す
る吸気バイパス通路４４が設けられ、この吸気バイパス
通路４４に吸気バイパス弁４６が配置される。吸気バイ
パス弁４６はダイヤフラムアクチュエータ４８に連結さ
れ、そのダイヤフラム４８ａに加わる圧力により吸気バ
イパス弁４６の作動が制御される。この吸気バイパス弁
４６は大型ターボチャージャ１７の立ち上がりが完了し
ない小型ターボチャージャ１８の作動域では吸気バイパ
ス通路４４を閉鎖するも、その完了の後は過給圧がダイ
ヤフラム４８ａに下側から作用し、吸気バイパス弁４６
の開弁が行われる。

排気切替弁を２段過給時は徐々に開弁せしめ、１段過給
への移行時に一挙に開弁させるための機構として、電磁
弁５０（ＶＳＶＩ）と減圧装置としての圧力レギュレー
タ５２とが第２ダイヤフラム室４０ｄと、吸気管１２に
おける小型ターボチャージャ１８のコンプレッサ出口の
過給圧取出ボート５４との間を結ぶ導管５６に設けられ
る。電磁弁５０（ｆＳＶｌ）は第２ダイヤフラム室（５
０ｄ）に減圧された過給圧を導入する位置と、大気圧を
導入する位置とで切り換えられる。第１のダイヤフラム
室４０ｃは導管５８によって過給圧取出ボート５４に常
時接続される。圧力レギュレータ５２はダイヤフラム５
２ａとスプリング５２ｂとを有し、ダイヤフラム５２ａ
のスプリング５２ｂの側は大気に開口され、ダイヤフラ
ム５２ａのスプリング５２ｂ　と反対側に形成されるダ
イヤフラム室５２ｃは電磁弁５０を挟んでアクチュエー
タ４０と反対側で導管５６に接続される。

ダイヤフラム５２ａに弁体５２ｄが設けられ、弁体５２
ｄによって大気導入ポート５２ｅが開閉される。

即ち、ダイヤフラム室５２ｃの圧力がスプリング５２ｂ
のセット力より大きくなるとスプリング５２ｂに抗して
弁体５２ｄが開弁せしめられ、その結果ダイヤフラム室
５２ｃの圧力が下がるとスプリング５２ｂはダイヤフラ
ム５２ａを閉弁せしめられる。このような開弁と閉弁と
の繰り返しによりダイヤフラム室５２ａの圧力はスプリ
ング５２ｂのセット力に応じた一定圧力に制御される。

そのため、圧力レギュレータ５２に接続されるアクチュ
エータ４０の第２ダイヤフラム室４０ｄの圧力はボート
５４の圧力より減圧された一定の圧力に制御される。

電磁弁６０（ＶＳＶ２）は吸気バイパス弁４６のアクチ
ュエータ４８のダイヤフラム４８ａの下側への圧力制御
のため設けられ、この電磁弁６０（ＶＳＶ２）はダイヤ
フラム４８ａの下側に大気圧を導入する位置と、小型タ
ーボチャージャ１８のコンプレッサ出口６１の過給圧を
導入する位置とで切り替わる。

制御回路７２はこの発明における過給制御のたメ設ケラ
レ、各電磁弁５０（ＶＳＶＩ）、６０（ＶＳＶ２）　＋
７）駆動信号を発生する。制御回路７２は過給圧制御に
必要となるセンサに接続される。大型ターボチャージャ
１７のコンプレッサ２０の出口圧力Ｐ１を検出するため
第１の圧力センサ７８が設けられ、また小型ターボチャ
ージャ１８のコンプレッサ２６の出口圧力Ｐ２を検出す
るため第２の圧力センサ８０が設けられる。また、吸気
空気量Ｑの検出のためのセンサが設けられる。

制御回路７２の作動を第２図で説明するとステップ１０
０では１段過給域か否か判別される。直列２段ターボチ
ャージャシステムではエンジン回転数の小さいときは小
型ターボチャージャ十大型り−ボチャージャによって過
給が行われ（２段過給）、大型ターボチャージャが完全
に立ち上がった高回転時は大型ターボチャージャ単独で
過給が行われる。この判別はエンジン回転数、吸気空気
量又は小型ターボチャージャ１８のコンプレッサ出口圧
力Ｐ７、大型ターボチャージャ１７のコンプレッサ出口
圧力Ｐ１の大小関係によって行うことができる。２段過
給領域と判別したときはステップ１０２に進み排気切替
弁４０を制御する電磁弁５０（ｆｓＶｌ）がＯＦＦされ
る。そのため、アクチュエータ４０の第２ダイヤフラム
室４０ｄに減圧された過給圧が導入される。一方、第１
ダイヤフラム室４０ｃにはボート５４の過給圧がそのま
ま導入される。

そのため、排気切替弁３８を閉鎖方向に付勢する力はス
プリングの力十第２ダイヤプラム室４０ｄ内の減圧され
た圧力に基づきダイヤプラム４０１の図の右方向に加わ
る大きな力となる。第１ダイヤフラム室４０ｃに加わる
過給圧がこのセット力に打ち勝つと排気切替弁は徐々に
開弁される。即ち、過給圧Ｐ２が所定値ＰｓｅＴに到達
する回転数（第３図のＮＥ、）までは排気切替弁３８は
全開を維持し、Ｐ２＝所定値Ｐ　ＳＥＴに到達した時点
で排気切替弁３８はスプリング４０ｂに抗して徐々に開
弁を開始することになる。ステップ１０４では電磁弁６
０（ＶＳＶ２）がＯＦＦされる。そのため、ダイヤフラ
ム４８ａの下側に大気圧が作用し、スプリングによって
吸気バイパス弁４６は閉鎖維持される。

加速状態において、エンジンの回転数ＮＥがＮＥ２まで
上昇し、大型ターボチャージャ１７が完全に立ち上がっ
たことを検出すると１００よりステップ１０６　Ｊａｍ
進み、電磁弁５０（ＶＳＶＩ）がＯＮされ、第１ダイヤ
フラム室４０ｄに大気圧が導入され、排気切替弁３８に
加わる閉鎖方向の付勢力は急に小さくなるので排気切替
弁３８は一気に開弁に至らしめる。

ステップ１０８では電磁弁６０（ＶＳＶ２）がＯＮされ
るため過給圧がダイヤフラム４８ａの下側に作用し、ダ
イヤフラム４８ａは上方に押圧され、吸気バイパス弁４
６は一気に開弁される。

〔効果〕

この発明によれば、ダイヤフラム−個で排気切替弁の２
段開弁特性を実現でき、アクチュエータが小型となると
同時に構成が単純となり、かつコストを下げることがで
きる。

まだアクチュエータがダイヤフラム−個であるためその
分アクチュエータの寸法を小さくすることができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の構成を示す図。 第２図は作動を説明するフローチャート。 第３図は回転数と過給圧との関係を模式的に示すグラフ
。 １０・・・エンジン本体、１２・・・吸気管、１４・・
・排気管、１７・−・大型ターボチャージャ、１８・・
・小型ターボチャージャ、 ３０・・・第１排気バイパス通路、 ３２・・・ウェイストゲート弁、 ３６・・・第２排気バイパス通路、 ３８・・・排気切替弁、４０・・・アクチュエータ、４
４・・・吸気バイパス弁、５０・・・ＶＳＶＩ、５２・
・圧力レギュレータ、 ６０・・・ＶＳＶ２．７８．８０・・・圧力センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　大型ターボチャージャと小型ターボチャージャをガス
   の流れ方向に直列に配置し、小型ターボチャージャを迂
   回するバイパス通路に排気切替弁を設け、エンジン運転
   条件に応じて排気切替弁を開閉制御するダイヤフラム式
   アクチュエータを有した２段過給内燃機関において、前
   記アクチュエータは一枚のダイヤフラムと、該ダイヤフ
   ラムを付勢するスプリングとを有し、ダイヤフラムの反
   スプリング側は過給圧源に接続され、ダイヤフラムのス
   プリング側は減圧装置を介して過給圧源に接続する状態
   と、大気圧に接続する状態とで切り替える手段に接続さ
   れ、２段過給時はスプリング側に減圧された過給圧を印
   加し、１段過給時は大気圧を印加することを特徴とする
   ２段過給内燃機関の過給圧制御装置。