JPH04179826A - 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中−ジ中を作動さ
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とし、高吸入空気
量域では両ターボチャージ十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／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。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、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９６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。

各弁は、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
よう番こなっている。アクチュエータにはｔ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。

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〕

ウェストゲートバルブ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、がしり等によって
回動不可能になる場合が考えられる。また、ウェストゲ
ートバルブ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ｔ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、ウ
ェストゲートバルブの作動は行なわれなくなる。

ウェストゲートバルブが全開状態で故障し回動不可能と
なった場合、２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。また、ウェストゲートバルブの開度を
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
給圧でウェストゲートバルブが開いてしまう。この場合
も同様に２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。このような故障が生しると、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急減速が
発生し、好ましくない。

したがって、ウェストゲートバルブ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減速
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、ウェストゲートバルブ
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減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掛供
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、 前記両ターボチャージャ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ウェ
ストゲートバルブ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、主ターボチャージャのみの過給作動域の設
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、ウェストゲートバルブが開弁状態で故障し作動
不可能となった場合、両ターボチャージャが作動する過
給域、いわゆる２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、２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、ウェス
トゲートバルブ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、ウェストゲートバルブ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、主ターボチャージャ
のみ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、ウェストゲートバルブの開弁状態での故障
時には、１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、切替え時の急減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、コンプレフサ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例のコンプレッサ出
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、ｌ０１１１．１６．４２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、】６．４２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
を磁弁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の電磁弁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
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ｔｍ弁３２は、ＯＮ、ＯＦ　Ｆ
　！ＩＩ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
に大気圧を導く第６の電磁弁４４は、ＯＮ、０ＦＦｉｔ
＋ｌｌｌ１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。

本実施例では、第５の電磁弁３２と第６のｔＭ１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
”日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（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ハ、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、２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（
ｌ！（第４図）よりも低い時、に、ウェストゲートバル
ブ４１が開弁状態で故障したと判定する故障判定手段６
１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からの信号
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。表示手段６２ば、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、−
１−５０（ｌ　ｍＨｇ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がともに閉しられ、吸気バイパス弁３３は開かれ
る。これ番こよって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を閉したま
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、１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１７が閉し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を閉し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。

ウェストゲートバルブ３１が全開状態で故障し回動不可
能となったり、第６の電磁弁４４が全閉状態で故障しこ
れによってウェストゲートバルブ３Ｉが設定値よりも低
い過給圧で開弁状態になった場合、２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２、減速が発生し、好ましく
ない。したがって、ウェストゲートバルブ３１が全開状
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、ウェフトゲートバルブ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１０１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、ｔＭ１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３ｏがら
の圧力４Ｍ　Ｐ　Ｍ　１と第４図に示すマツプ値Ａ　Ｐ
　Ｍ　＋　　とが比較される。

ステップ１０３でＰＭ、≦ＡＰＭＩ　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ＰＭ、≦ＡＰＭ、であると判断された場
合は、故障判定手段６１によってウェストゲートバルブ
３１が故障であると判定され、ステップ１０４に進む。

つまり、ウェフトゲートパルプ３１の全開状態での故障
時か否かは、第３図に示すように、２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。

ウェストゲートバルブ３１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・７
ト（図示路）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からの信号に基づ
いて主ターボチャージャ７のみが過給作動する領域（１
個ターボチ＋−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５の電磁弁３２に
出力されるようになっている。第５の電磁弁３２は、排
気バイパス弁４１をデユーティ制御する弁であり、ウェ
ストゲートバルブ３１が開弁状態で故障した場合は、排
気バイパス弁４１のデユーティ制御によって１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、ウェストゲートバルブ３１の全開状態での故
障に伴なう車両の急減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、ウェストゲートバルブ３１が全
開状態で故障か否かが判断される。ここでは、第６の電
磁弁４４の全閉故障によってウェストゲートバルブ３１
が開弁状態となったままの場合を想定する。ウェフトゲ
ートバルブ３１が全開状態で故障した場合は、上述した
ように、２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、ウェストゲートバル
ブ３１の故障発注の有無は、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、ウェストゲートバルブ３１が
故障でないと判断された場合は、ステ、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、ウェストゲートバルブ３１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
図番こ示すよう番こ、排気バイパス弁４１のデユーティ
制御によって１個ターボチャージャ時の過給圧ＰＭ、の
低下が行なわれる。

ステップ２０３での処理が終了するとステ、プ２０４に
進み、１個ターボチャージャへの切替時における車両の
急減速発生防止処理は完了する。

なお、本実施例では、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［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。

〔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、両ターボチャージャによる過給
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
ウェストゲートバルブが開弁状態で故障したと判定し、
この故障判定手段からの信号によって動作する過給圧低
下手段により１個ターボチャージャ域の設定過給圧を低
下させるようにしたので、ウェストゲートバルブが開弁
状態で故障した場合は、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、切替え時の急減速の発生を確実に防止す
ることができる。これによって、２個ターボチャージャ
切替時のドライバビリティ−を向上させることができる
。

【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図の装置におけるウェストゲートバルブの
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図の装置においてウェストゲートバルブの
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
装置においてウェストゲートバルブの故障に起因する車
両の急減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。 １・・・・・・エンジン ７・・・・・・主ターボチャージャ ８・・・・・・副ターボチ＋−ジ＋ １３・・・・・・吸気バイパス通路 １７・・・・・・排気切替弁 】８・・・・・・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 第１図 第５図　　　　　　第７図

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道路を開閉
   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、 前記両ターボチャージャ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ウェ
   ストゲートバルブ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、
   主ターボチャージャのみ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。