JPH04191415A - 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とし、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
中（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のコンプレフ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
閉じることにより、副ターボチャージ中９３にも過給作
動を行わせ、２個ターボチャージ中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９Ｂを小開制御し、さらに吸気
バイパス弁９６を閉じることにより副ターボチャージ中
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（切替時のンヨノクを小さく）行うことが可能
になっている。

排気バイパス弁９８は、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１！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
または大気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切替弁を、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ｇ題〕

排気バイパス弁と連結されるアクチュエータのダイヤフ
ラム室には、過給気が導かれ、この過給気はデユーティ
制御用を磁弁を介して大気にブリード（リーク）可能と
なっている。同様に、ウェストゲートバルブと連結され
るアクチュエータのダイヤフラム室には、過給気が導か
れ、この過給気は上述とは別のデユーティ制御用ａｍ弁
を介して大気にブリード可能となっている。

１個ターボチャージャ時には、過給圧が所定値まで上昇
すると排気バイパス弁が開弁し、開弁後はダイヤフラム
室内に導入される過給気のブリード量を制御して室内圧
力を変化させることにより、排気バイパス弁の開度が可
変され、過給圧制御が行なわれる。吸入空気量が増大す
る２個ターボチャージ中時には、ウェストゲートバルブ
が開弁じ、語弁後はダイヤフラム室内に導入される過給
気のブリード量を制御して室内圧力を変化させることに
より、ウェストゲートバルブの開度が可変され、過給圧
制御が行なわれる。

しかしながら、第３図の特性Ｃに示すように、アクチュ
エータに導入される過給圧をブリードし、見掛は上のア
クチュエータの制御圧を上げる方法の場合は、過給気を
ブリードさせる分だけコンプレッサ効率は低下すること
になる。これは、燃費の悪化およびエンジン出力の低下
につながり、好ましくない。したがって、アクチュエー
タに導入される過給気のブリード量は極力小に抑えるこ
とが望まれる。

本発明は、上記の問題に着目し、排気バイパス弁および
ウェストゲートバルブ用のアクチュエータに導かれる過
給気のブリード量を最小限に抑え、コンプレフサ効率の
低下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、副ターボチャージ中とを
備え、前記主ターボチャージ中のみの過給作動域におけ
る過給圧の制御を排気バイパス弁で行ない、前記両方の
ターボチャージ中による過給作動域における過給圧の制
御をウエストゲートバルブで行なうようにした過給機付
エンジンの制御装置において、 前記排気バイパス弁の関度を第１の７クチユエータのダ
イヤフラム室に導入される過給気の大気へのブリード量
を電磁弁のデユーティ制御によって可変させることによ
り可変可能に構成し、前記ウェストゲートバルブの開度
を第２のアクチュエータのダイヤフラム室に導入される
過給気の大気へのブリード量を電磁弁のデユーティ制御
によって可変させることにより可変可能に構成し、前記
排気バイパス弁用の電磁弁とウェストゲ−トノｓｌ　Ｊ
レブ用の電磁弁のいずれか一方の電磁弁がデユーティ制
御されているとデエーテイ制′御実行検知手段により検
知された場合に他方の電磁弁にブリード量をゼロとする
ことを指令するブリード阻止制御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、排気バイパス弁とウェストゲートバルブのいず
れか一方の電磁弁がデユーティ制御されている場合は、
他方の弁からの過給気のブリード量はゼロとされる。こ
れは、デユーティ制御実行検知手段からの信号を受けて
ブリード阻止制御手段が他方の弁に閉弁指令することに
より行なわれる。したがって、両方の電磁弁から同時に
過給気がブリードされることはなくなり、アクチュエー
タへ導入される過給気のブリードによるコンプレッサ効
率の著しい低下は防止される。

〔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４図は、本発明の一実施例を示　−して
おり、と（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＃ｌ〜＃３気筒群と気筒−＃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？ａ、８ａは排気マニホールド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、低吸入空気量域から高吸入空
気量域まで作動され、副ターボチャージ中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、コンブ
レフす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。

副ターボチャージ中８のタービン８ａの下流と主ターボ
チャージ中７のタービン７ａの下流と番よ、排気バイパ
ス通路４０を介して遠道可能となってむする。排気バイ
パス通路４０には、この排気）〈イノ々ス通路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４１は、後述するようにタ゛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中８の吸
気通路には、１個ターボチャージ中カ＼ら２個ターボチ
ャージ中への切替を円滑にするために、コンプレッサ７
ｂの上流とコンプレフサ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
される吸気ノくイノイス弁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ノくイノ々ス
通路には、逆止弁１２が設けられており、吸気切替弁１
８の閉時において副ターボチャージ中８側のコンプレフ
サ出口圧力が主ターボチャージャ７６１１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はコンプレフサ出口
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バ
イブ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
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カラの指令に従
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ｔ磁弁２５のＯＮは、吸気切替弁１８を全開とす
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の電磁弁３２は、ＯＮ、ＯＦＦ制
御でなく、デユ−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、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。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。

排気バイパス弁４１の開度は、第１のアクチュエータ４
２のダイヤフラム室４２ａに導入される過給気の大気へ
のブリード量（リーク量）を第５の１！１磁弁３２のデ
ユーティ制御によって可変させることにより可変可能と
なっている。ウェストゲートバルブ３１の開度は、第２
のアクチュエータ９のダイヤフラム室９ａに導入される
過給気の大気へのブリード量（リーク量）を第６の電磁
弁４４のデユーティ制御によって可変させることにより
可変可能となっている。

エンジンコントロールコンプレッサ２９には、第１図に
示すように、排気バイパス弁用の第５の電磁弁３２とウ
ェストゲートバルブ用の第６の電磁弁４４のいずれか一
方の電磁弁がデユーティ制御されているとデユーティ制
御実行検知手段６０により検知された場合に、他方の電
磁弁にブリード量をゼロとすることを指令するブリード
阻止制御手段６１が形成されている。デユーティ制御実
行検知手段６０は、第５の電磁弁３２または第６の電磁
弁４４がデユーティ制御されているか否かを検知する機
能を有する。このデユーティ制御実行検知手段６０とブ
リード阻止制御手段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。

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　ｍ１ｇ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。つまり
、吸入空気量が増大する２個ターボチャージ中時には、
ウェストゲートバルブ３１が開弁し、開弁後はアクチュ
エータ９のダイヤフラム室９ａ内に導入される過給気の
ブリード量を制御して室内圧力を変化させることにより
、ウェストゲートバルブ３１の開度が可変され、過給圧
制御が行なわれる。

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中７のみが駆動
される。低吸入空気量域で１個ターボチャージ中とする
理由は、低吸入空気量域では１個ターボチャージ中過給
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個ターボチャージ中とすることにより、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
中分が開となり、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。したかって、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中８の助走
回転数を高め、ターボチャージ中の切替をより円滑（切
替時のシラツクを小さく）行うことが可能になる。

排気バイパス弁４１はダイヤフラム室４２ａ内に導入さ
れた過給気を第５の電磁弁３２を介して大気にリークさ
せることにより可変される。開弁後は、ダイヤフラム室
４２ａ内の過給気のリーク量を制御して圧力を変化させ
ることにより、排気バイパス弁４１の開度は可変され、
１個ターボチャージ中域における過給圧制御が行なわれ
る。

このように、１個ターボチャージ中時および２個ターボ
チャージ中時のいずれにおいても、過給圧制御は各アク
チュエータ９．４２に導入される過給気の大気へのブリ
ード量を可変させることによって行なわれる。しかしな
がら、アクチュエータに導入される過給気を不必要にブ
リードさせることはコンプレッサ効率の低下を招き、好
ましくない。したがって、アクチュエータ９．４２に導
入される過給気のブリード量は極力小に抑えることが望
まれる。

第４図は、過給気のブリード量を抑制するための過給圧
制御のフローチャートを示している。

第４図において、ステップ１０１で処理が開始され、ス
テップ１０２で１個ターボチャージャ域か否かが判定さ
れる。詳しくは、１個ターボチャージ中域において第５
の電磁弁３２がデユティ制御されているか否かが、デユ
ーティ制御実行検知手段６０によって判断される。ここ
で、１個ターボチャージャ域における第５の電磁弁３２
のデユーティ制御が実行されていると判断された場合は
、ステップ１０３に進む、ステップ１０３では、ブリー
ド阻止制御手段６１によって第６の電磁弁４４が閉弁さ
れ、第３図の特性Ａに示すように、ウェストゲートバル
ブ用の第２のアクチュエータ９からの過給気のブリード
量がゼロとされる。つぎに、ステ、プ１０４に進み、排
気バイパス弁用の第５の電磁弁３２のデユーティ制御が
開始され、１個ターボチャージャ域の過給圧制御が行な
われる。

ステップ１０２において、１個ターボチャージャ域にお
ける第５の電磁弁３２のデユーティ制御が行なわれてい
ないと判断された場合は、ステップ１０５に進む、換言
すれば、ステップ１０２で１個ターボチャージャでない
と判断された場合は２個ターボチャージャ域において第
６の電磁弁４４のデユーティ制御が実行されているとみ
なされ、ステップ１０５に進む、ステップ１０５では、
ブリード阻止制御手段６１によって第５の電磁弁３２が
閉弁され、第３図の特性Ｂに示すように、排気バイパス
弁用の第１のアクチュエータ４２からの過給気のブリー
ド量がゼロとされる。つぎに、ステップ１０６に進み、
ウェストゲートバルブ用の第６の電磁弁３２のデユーテ
ィ制御が開始され、２個ターボチャージャ域の過給圧制
御が行なわれる。

ステップ１０４．１０５の処理が終了すると、ステ７ブ
１０７に進み、過給気のブリード量を抑制するための処
理が完了する。このように、両方の電磁弁３２．４４か
ら同時に過給気が大気にブリードされることが阻止され
るので、ブリード量が最小に抑制され、コンプレッサ効
率の低下の防止が可能となる。

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中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、排気バイパス弁用の電磁弁とウ
ェストゲートバルブ用の電磁弁のいずれか一方の電磁弁
がデユーティ制御されているとデユーティ制御実行検知
手段によって検知された場合に、ブリード阻止制御手段
によって他方の電磁弁からの過給気のブリード量がゼロ
とされるので、ブリード量を最小に抑制することができ
る。

したがって、過給気のブリード量に起因するコンプレッ
サ効率の大幅低下が防止され、燃費の向上およびエンジ
ン出力の向上がはかれる。

【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図の装置における排気バイパス弁およびウ
ェストゲートバルブ用のアクチュエータからの過給気の
ブリード量と過給圧との関係を示す特性図、 第４図は第２図の装置における過給圧制御の処理手順を
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 ９・・・・・・第２のアクチュエータ 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
２・・・・・・排気バイパス弁用の電磁弁（第５の電磁
弁） 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 ４２・・・・・・第１の７クチユエータ４４・・・・・
・ウェストゲートバルブ用の電磁弁（第６の電磁弁） ６０・・・・・・デユーティ制御実行検知手段６１・・
・・・・ブリード阻止制御手段時　許　出　願　人　　
　トヨタ自動車株式会社第３図 第５図 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、前記主ターボチャージャのみの過給作動域における
   過給圧の制御を排気バイパス弁で行ない、前記両方のタ
   ーボチャージャによる過給作動域における過給圧の制御
   をウェストゲートバルブで行なうようにした過給機付エ
   ンジンの制御装置において、 前記排気バイパス弁の開度を第１のアクチュエータのダ
   イヤフラム室に導入される過給気の大気へのブリード量
   を電磁弁のデューティ制御によって可変させることによ
   り可変可能に構成し、前記ウェストゲートバルブの開度
   を第２のアクチュエータのダイヤフラム室に導入される
   過給気の大気へのブリード量を電磁弁のデューティ制御
   によって可変させることにより可変可能に構成し、前記
   排気バイパス弁用の電磁弁とウェストゲートバルブ用の
   電磁弁のいずれか一方の電磁弁がデューティ制御されて
   いるとデューティ制御実行検知手段により検知された場
   合に他方の電磁弁にブリード量をゼロとすることを指令
   するブリード阻止制御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。