JPH04246256A - 過給機付エンジンの空燃比制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、吸気系及び排気系に
一対をなす主過給機及び副過給機を並列に備えてなり、
運転状態に応じて各過給機の作動個数を切り替える過給
機付エンジンに係り、詳しくはそのエンジンの空燃比制
御を行う過給機付エンジンの空燃比制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの吸気系及び排気系に対
して主及び副の二つの過給機（ターボチャージャ）を並
列に設け、エンジン低吸入空気量域では副ターボチャー
ジャの過給作動を停止させて主ターボチャージャのみで
過給を行わせ、エンジン高吸入空気量域では主・副の両
ターボチャージャを過給作動させるようにした、いわゆ
る「２ステージツインターボシステム」の過給機付エン
ジンが知られている。

【０００３】この種の技術として、例えば特開平２−２
７１２６号公報においては、一方の主ターボチャージャ
のみによる過給作動から、その排気系に設けられた開閉
弁を開放させることによって主及び副の両方のターボチ
ャージャによる過給作動へ切り替えるようになっている
。そして、その過給切り替え時に、開閉弁の開放により
混合気の空燃比が一時的にリーン化してトルクショック
を引き起こすことを防止すべく、過給切り替えに伴って
エンジンへの燃料供給量を増量補正することが開示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来公
報の技術では、一方の主ターボチャージャが常時作動さ
れることと、主ターボチャージャのみが作動していると
きには、他方の副ターボチャージャ側の排気ガスが主タ
ーボチャージャへ流れ込むことから、主ターボチャージ
ャ側における排気温度の方が、副ターボチャージャ側に
おける排気温度よりも高くなる。そして、一般に排気系
の熱害対策としては、最大温度が許容温度を越えないよ
うにするために、例えば燃料増量（空燃比オーバリッチ
）等によって適合がなされている。従って、前述した主
ターボチャージャ側の排気温度を許容温度に適合させる
べく、単にエンジンに対する燃料増量を行った場合には
、副ターボチャージャ側で許容温度に対して充分に余裕
をもった過保護な適合状態となる。その結果、副ターボ
チャージャ側では過剰な燃料増量となり、結果的にエン
ジン全体としの燃費や出力の悪化の点で問題があった。

【０００５】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、エンジンの運転状態に応じ
て主過給機のみの作動と、主及び副の両過給機の作動と
を切り替えるようにした過給機付エンジンにおいて、排
気系の熱害対策を損ねることなく、エンジン全体として
の燃費及び出力の向上を図ることが可能な過給機付エン
ジンの空燃比制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明においては、図１に示すように、複数気
筒よりなるエンジンＭ１に燃料を噴射供給する燃料供給
手段Ｍ２と、エンジンＭ１の運転状態を検出する運転状
態検出手段Ｍ３と、その運転状態検出手段Ｍ３の検出結
果に基づき、その時々におけるエンジンＭ１の要求空燃
比に合致する燃料供給量を演算する燃料供給量演算手段
Ｍ４と、その燃料供給量演算手段Ｍ４の演算結果に基づ
いて燃料供給手段Ｍ２を駆動制御する燃料供給制御手段
Ｍ５と、エンジンＭ１の吸気系Ｍ６及び排気系Ｍ７に並
列に設けられた一対をなす主過給機Ｍ８及び副過給機Ｍ
９と、副過給機Ｍ９に対応する吸気系Ｍ６及び排気系Ｍ
７にそれぞれ設けられた吸気切替弁Ｍ１０及び排気切替
弁Ｍ１１とを備え、エンジンＭ１の運転状態が低吸入空
気量域である場合には、吸気切替弁Ｍ１０及び排気切替
弁Ｍ１１を共に閉じて主過給機Ｍ８のみを作動させ、エ
ンジンＭ１の運転状態が高吸入空気量域である場合には
、吸気切替弁Ｍ１０及び排気切替弁Ｍ１１を共に開いて
主過給機Ｍ８及び副過給機Ｍ９を共に作動させるように
した過給機付エンジンの空燃比制御装置において、燃料
供給量演算手段Ｍ４により燃料供給量が演算される際に
、副過給機Ｍ９に対応する気筒群の要求空燃比を、主過
給機Ｍ８に対応する気筒群の要求空燃比よりもリーンに
設定する空燃比設定手段Ｍ１２を設けている。

【０００７】

【作用】上記の構成によれば、図１に示すように、エン
ジンＭ１の低吸入空気量域では主過給機Ｍ８のみが作動
され、エンジンＭ１の高吸入空気量域では主過給機Ｍ８
及び副過給機Ｍ９が共に作動されることから、主過給機
Ｍ８が常時作動され、主過給機Ｍ８のみの作動時には、
副過給機Ｍ９の側の排気ガスが主過給機Ｍ８へ流れ込ん
で、主過給機Ｍ８の側における排気温度の方が副過給機
Ｍ９の側における排気温度よりも相対的に高くなる。

【０００８】そして、空燃比設定手段Ｍ１２は、燃料供
給量演算手段Ｍ４によりエンジンＭ１に供給される燃料
供給量が演算される際に、副過給機Ｍ９に対応する気筒
群の要求空燃比を、主過給機Ｍ８に対応する気筒群の要
求空燃比よりもリーンに設定する。従って、排気系Ｍ７
の熱害対策として、主過給機Ｍ８の側でその排気温度を
許容温度に適合させるべく、主過給機Ｍ８に対応する気
筒群で相対的にリッチな空燃比をもって適度な燃料増量
が行われた場合に、副過給機Ｍ９の側では対応する気筒
群で相対的にリーンな空燃比をもって燃料増量が行われ
る。よって、排気系Ｍ７の許容温度に対し充分に余裕を
もった副過給機Ｍ９の側では、その副過給機Ｍ９に対応
する気筒群で必要以上の燃料増量が行われることはなく
なる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の過給機付エンジンの空燃比
制御装置を具体化した一実施例を図２〜図９に基づいて
詳細に説明する。図２，４，５はこの実施例における車
両に搭載された直列６気筒の過給機付ガソリンエンジン
システムを説明する概略構成図である。エンジン１の吸
気系には、吸気脈動或いは吸気干渉を防止するためのサ
ージタンク２が設けられている。又、サージタンク２の
上流側には、スロットルボディ３が設けられている。こ
のスロットルボディ３の内部には、図示しないアクセル
ペダルの操作に連動して開閉されるスロットル弁４が設
けられている。そして、そのスロットル弁４が開閉され
ることにより、サージタンク２への吸入空気量Ｑが調節
される。更に、サージタンク２の下流側は、エンジン１
の各気筒＃１，＃２，＃３，＃４，＃５，＃６毎へ分岐
された吸気マニホルド５となっている。この吸気マニホ
ルド５には、エンジン１の各気筒＃１〜＃６毎に燃料を
噴射供給する燃料供給手段を構成する燃料噴射弁（イン
ジェクタ）６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆがそれ
ぞれ設けられている。各インジェクタ６Ａ〜６Ｆには図
示しない燃料ポンプの作動により、フユーエルタンクか
ら所定圧力の燃料が供給されるようになっている。更に
、エンジン１の各気筒＃１〜＃６に対応して、点火プラ
グ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆがそれぞれ設け
られている。

【００１０】一方、エンジン１の排気系には、排気マニ
ホルド８が設けられている。この排気マニホルド８は排
気干渉を伴わない気筒群＃１〜＃３と、気筒群＃４〜＃
６との２つに集合され、その集合部８ａ，８ｂが連通路
９によって互いに連通されている。エンジン１の吸気系
及び排気系には、主過給機としての主ターボチャージャ
１０及び副過給機としての副ターボチャージャ１１がそ
れぞれ並列に設けられている。即ち、主・副の各ターボ
チャージャ１０，１１を構成する各タービン１０ａ，１
１ａは、その上流側が排気マニホルド８の各集合部８ａ
，８ｂにそれぞれ連通されている。つまり、主ターボチ
ャージャ１０に対応してエンジン１の気筒群＃１〜＃３
が連通され、副ターボチャージャ１１に対応してエンジ
ン１の気筒群＃４〜＃６が連通されている。又、各ター
ビン１０ａ，１１ａの下流側は主・副別々の排気通路１
２，１３に連通されている。主・副の各排気通路１２，
１３はその下流側にて合流し、三元触媒を内蔵してなる
触媒コンバータ１４を介して外部に連通されている。

【００１１】一方、主・副の各ターボチャージャ１０，
１１を構成する各コンプレッサ１０ｂ，１１ｂは、その
上流側が主・副別々の吸気通路１５，１６に連通されて
いる。主・副の各吸気通路１５，１６の上流側は一本の
共通吸気通路１７に合流してエアクリーナ１８を介し外
部に連通されている。又、各コンプレッサ１０ｂ，１１
ｂの下流側は主・副別々の吸気通路１９，２０に連通さ
れている。主・副の各吸気通路１９，２０の下流側は一
本の共通吸気通路２１に合流して連通され、吸気冷却用
のインタークーラ２２、更にはスロットルボディ３を介
してサージタンク２に連通されている。

【００１２】この実施例において、主ターボチャージャ
１０はエンジン１の低吸入空気量域から高吸入空気量域
まで作動されるものであり、副ターボチャージャ１１は
低吸入空気量域で停止され、高吸入空気量域のみで作動
されるものであり、主・副の両ターボチャージャ１０，
１１により、いわゆる「２ステージツインターボシステ
ム」が構成されている。

【００１３】主・副の両ターボチャージャ１０，１１の
作動・停止を可能にするために、副ターボチャージャ１
１のタービン１１ａに連通する副排気通路１３の途中に
は、排気切替弁２３が設けられている。又、副ターボチ
ャージャ１１のコンプレッサ１１ｂに連通する副吸気通
路２０の途中には、吸気切替弁２４が設けられている。 これら排気切替弁２３及び吸気切替弁２４は、それぞれ
三方式の第１及び第２のバキュームスイッチングバルブ
（以下単に「ＶＳＶ」という）２５，２６の開閉切替に
よって駆動されるダイヤフラム式のアクチュエータ２７
，２８によってそれぞれ開閉されるようになっている。 第１及び第２のＶＳＶ２５，２６の大気ポートにはエア
フィルタ２９を介して大気が導入され、圧力ポートには
プレッシャータンク３０から所要の高圧空気が導入され
るようになっている。

【００１４】従って、第１及び第２のＶＳＶ２５，２６
の開閉切替により、各アクチュエータ２７，２８のダイ
ヤフラム室２７ａ，２８ａへの空気圧導入が調節される
ことにより、各アクチュエータ２７，２８が作動して排
気切替弁２３及び吸気切替弁２４がそれぞれ開閉される
。即ち、第１のＶＳＶ２５はオンされることにより、排
気切替弁２３を全開とするようにアクチュエータ２７を
作動させ、オフされることにより、排気切替弁２３を全
閉とするようにアクチュエータ２７を作動させる。 又、第２のＶＳＶ２６はオンされることにより、吸気切
替弁２４を全開とするようにアクチュエータ２８を作動
させ、オフされることにより、吸気切替弁２４を全閉と
するようにアクチュエータ２８を作動させる。そして、
排気切替弁２３及び吸気切替弁２４の両方が全開のとき
には、主・副の両ターボチャージャ１０，１１が作動す
る「ダブル過給ステージ」となり、両切替弁２３，２４
の両方が全閉のときには、主ターボチャージャ１０のみ
が作動する「シングル過給ステージ」となる。

【００１５】副ターボチャージャ１１のタービン１１ａ
に連通する副排気通路１３には、排気切替弁２３を迂回
して主排気通路１２に連通する排気バイパス通路３１が
設けられている。又、この排気バイパス通路３１には、
同通路３１を開閉する排気バイパス弁３２が設けられて
いる。この排気バイパス弁３２は、ダイヤフラム式のア
クチュエータ３３によって開閉されるようになっている
。このアクチュエータ３３のダイヤフラム室３３ａは、
吸気切替弁２４よりも下流側の副吸気通路２０に連通さ
れると共に、二方式の第３のＶＳＶ３４を介してコンプ
レッサ１１ｂよりも上流側の副吸気通路１６に連通され
ている。そして、この第３のＶＳＶ３４の開閉により、
ダイヤフラム室３３ａにコンプレッサ１０ｂによる過給
圧の導入が調節されることにより、アクチュエータ３３
が作動されて排気バイパス弁３２が開閉されるようにな
っている。即ち、第３のＶＳＶ３４はデューティ制御さ
れることにより、主ターボチャージャ１０のコンプレッ
サ１０ｂによる過給圧の大気へのブリード量を調整し、
アクチュエータ３３のダイヤフラム室３３ａへの作動圧
を調整して排気バイパス弁３２の開度（開口量）が可変
とされる。

【００１６】更に、吸気切替弁２４よりも上流側の副吸
気通路２０と、主ターボチャージャ１０のコンプレッサ
１０ｂよりも上流側の主吸気通路１５との間には、両通
路２０，１６を連通する第１の吸気バイパス通路３５が
設けられている。又、第１の吸気バイパス通路３５の一
端側には、同通路３５を開閉するために、ダイヤフラム
式のアクチュエータ３６によって駆動される第１の吸気
バイパス弁３７が設けられている。このアクチュエータ
３６は三方式の第４のＶＳＶ３８の開閉切替によって駆
動される。この第４のＶＳＶ３８の大気ポートにはエア
フィルタ２９を介して大気が導入され、圧力ポートには
プレッシャータンク３０から所要の高圧空気が導入され
るようになっている。

【００１７】従って、第４のＶＳＶ３８の開閉切替に基
づき、アクチュエータ３６のダイヤフラム室３６ａへの
空気圧の導入が調節されることにより、アクチュエータ
３６が作動して第１の吸気バイパス弁３７が開閉される
。即ち、第４のＶＳＶ３８はオンされることにより、第
１の吸気バイパス弁３７を全閉とするようにアクチュエ
ータ３６を作動させ、オフされることにより、第１の吸
気バイパス弁３７を全開とするようにアクチュエータ３
６を作動させる。この第１の吸気バイパス通路３５は主
ターボチャージャ１０のみの作動から、主・副の両ター
ボチャージャ１０，１１の作動への切り替えをスムーズ
にするために開かれる通路である。

【００１８】尚、プレッシャータンク３０の圧力ポート
はインタークーラ２２よりも上流側の共通吸気通路２１
に連通されており、同プレッシャータンク３０に対して
主ターボチャージャ１０による過給圧が供給されるよう
になっている。又、副吸気通路２０において吸気切替弁
２４の上流側と下流側とを連通させるバイパス通路３９
には、リード弁４０が設けられている。そして、副ター
ボチャージャ１１のコンプレッサ１１ｂの出口圧力が主
ターボチャージャ１０のそれよりも大きくなったとき、
そのバイパス通路３９及びリード弁４０を介して吸気切
替弁２４の上流側から下流側へと空気がバイパスされる
ようになっている。

【００１９】一方、主ターボチャージャ１０において、
タービン１０ａの上流側と下流側との間にはウェイスト
ゲート通路４１が設けられている。又、このウェイスト
ゲート通路４１には、同通路４１を開閉するウェイスト
ゲート弁４２が設けられている。このウェイストゲート
弁４２は、主ターボチャージャ１０による過給圧が予め
設定された圧力を越えることを防止するために、そのタ
ービン１０ａへの流入排気ガスを、タービン１０ａの出
口側へバイパスしてタービン１０ａの出力を調節し、主
ターボチャージャ１０による過給圧をコントロールする
ためのものである。そして、ウェイストゲート弁４２は
ダイヤフラム式のアクチュエータ４３によって開閉され
るようになっている。このアクチュエータ４３のダイヤ
フラム室４３ａは、コンプレッサ１０ｂよりも下流側の
主吸気通路１９に連通されると共に、二方式の第５のＶ
ＳＶ４４を介してコンプレッサ１０ｂよりも上流側の主
吸気通路１５に連通されている。そして、その第５のＶ
ＳＶ４４の開閉により、ダイヤフラム室４３ａにコンプ
レッサ１０ｂによる過給圧の導入が調節されることによ
り、アクチュエータ４３が作動してウェイストゲート弁
４２が開閉される。即ち、第５のＶＳＶ４４はデューテ
ィ制御されることにより、過給圧の大気へのブリード量
を調整し、アクチュエータ４３のダイヤフラム室４３ａ
への作動圧を調整してウェイストゲート弁４２の開度（
開口量）が可変とされる。

【００２０】又、主ターボチャージャ１０に関わり、そ
のコンプレッサ１０ｂよりも上流側の主吸気通路１５と
同コンプレッサ１０ｂよりも下流側の共通吸気通路２１
との間には、第２の吸気バイパス通路４５が設けられて
いる。この第２の吸気バイパス通路４５の一端側には、
同通路４５を開閉するために、ダイヤフラム式のアクチ
ュエータ４６によって駆動される第２の吸気バイパス弁
４７が設けられている。このアクチュエータ４６のダイ
ヤフラム室４６ａはサージタンク２に連通されている。 従って、サージタンク２内が負圧になったときのみ、第
２の吸気バイパス弁４７が開かれるようにアクチュエー
タ４６が作動され、それ以外のときには第２の吸気バイ
パス弁４７が閉じられるようにアクチュエータ４６が作
動されるようになっている。

【００２１】そして、エンジン１はエアクリーナ１８を
通じて導入される外気を、共通吸気通路１７、主・副の
各吸気通路１５，１６、主・副の各ターボチャージャ１
０，１１のコンプレッサ１０ｂ，１１ｂ、インタークー
ラ２２、サージタンク２及び吸気マニホルド５等を通じ
て取り込む。又、その外気の取り込みと同時に、エンジ
ン１は各インジェクタ６Ａ〜６Ｆから噴射される燃料を
取り込む。更に、エンジン１はその取り込んだ燃料と外
気との混合気を各気筒＃１〜＃６の燃焼室にて爆発・燃
焼させて駆動力を得た後、その排気ガスを排気マニホル
ド８、主・副の各ターボチャージャ１０，１１のタービ
ン１０ａ，１１ａ、主・副の各排気通路１２，１３及び
触媒コンバータ１４を介して外部へ排出させる。

【００２２】エンジン１の運転状態を検出する運転状態
検出手段を構成する各センサとしては、スロットルボデ
ィ３においてスロットル弁４の開度（スロットル開度）
ＡＣＣＰを検出するスロットル開度センサ６１が設けら
れている。サージタンク２には、同タンク２内における
吸気圧ＰＭを検出する吸気圧センサ６２が設けられてい
る。エアクリーナ１８の下流側には、共通吸気通路１７
を通過する吸入空気量Ｑを測定する周知の可動ベーン式
エアフローメータ６３が設けられている。又、エンジン
１には、その冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷを検出す
る水温センサ６４が設けられている。更に、主・副の両
排気通路１２，１３の合流部近傍には、排気中の酸素濃
度を検出する、即ち排気空燃比を検出する酸素センサ６
５が設けられている。この酸素センサ６５は主排気通路
１２にオフセットした位置に配置されている。

【００２３】エンジン１の各気筒毎＃１〜＃６に設けら
れた各点火プラグ７Ａ〜７Ｆには、ディストリビュータ
４８にて分配された点火信号が印加される。ディストリ
ビュータ４８はイグナイタ４９から出力される高電圧を
エンジン１のクランク角に同期して各点火プラグ７Ａ〜
７Ｆに分配するためのものである。そして、各点火プラ
グ７Ａ〜７Ｆの点火タイミングは、イグナイタ４９から
の高電圧出力タイミングにより決定される。

【００２４】ディストリビュータ４８にはエンジン１の
回転に連動して回転される図示しないロータが内蔵され
ている。そして、このディストリビュータ４８には、ロ
ータの回転からエンジン回転数ＮＥを検出する回転数セ
ンサ６６が設けられている。同じくディストリビュータ
４８には、ロータの回転に応じてエンジン１のクランク
角の変化を所定の割合で検出する気筒判別センサ６７が
それぞれ取付けられている。この実施例では、１行程に
対してエンジン１が２回転するものとして、気筒判別セ
ンサ６７は３６０°ＣＡの割合でクランク角を検出する
ようになっている。又、エンジン１に駆動連結された図
示しないトランスミッションには、車速を検出するため
の車速センサ６８が設けられている。

【００２５】そして、各インジェクタ６Ａ〜６Ｆ、イグ
ナイタ４９及び第１〜第５のＶＳＶ２５，２６，３４，
３８，４４は、燃料供給量演算手段、燃料供給制御手段
及び空燃比設定手段を構成する電子制御装置（以下単に
「ＥＣＵ」という）７１に電気的に接続され、同ＥＣＵ
７１の作動によってそれらの駆動タイミングが制御され
るようになっている。

【００２６】次に、ＥＣＵ７１の構成について図３のブ
ロック図に従って説明する。ＥＣＵ７１は中央処理装置
（ＣＰＵ）７２、所定の制御プログラム等を予め記憶し
た読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）７３、ＣＰＵ７２の演
算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）７４、予め記憶されたデータを保存するバックアッ
プＲＡＭ７５等と、これら各部と外部入力回路７６、外
部出力回路７７等とをバス７８によって接続した論理演
算回路として構成されている。

【００２７】外部入力回路７６には、前述したスロット
ル開度センサ６１、吸気圧センサ６２、エアフローメー
タ６３、水温センサ６４、酸素センサ６５、回転数セン
サ６６、気筒判別センサ６７及び車速センサ６８等がそ
れぞれ接続されている。そして、ＣＰＵ７２は外部入力
回路７６を介してエアフローメータ６３及び各センサ６
１，６２，６４〜６８からの出力信号を入力値として読
み込む。

【００２８】又、ＣＰＵ７２は、これらの入力値に基づ
いて、外部出力回路７７に接続された各インジェクタ６
Ａ〜６Ｆ、イグナイタ４９及び第１〜第５のＶＳＶ２５
，２６，３４，３８，４４等を好適に制御する。尚、こ
の実施例において、燃料噴射は各気筒＃１〜＃６毎の独
立噴射となっており、各インジェクタ６Ａ〜６Ｆは各気
筒＃１〜＃６の噴射タイミングが到来した時に個々に駆
動制御されるようになっている。尚、この実施例のエン
ジン１において、各気筒＃１〜＃６の燃料噴射は気筒＃
１、気筒＃５、気筒＃３、気筒＃６、気筒＃２及び気筒
＃４の順序で行われるようになっている。

【００２９】上記のように構成された過給機付ガソリン
エンジンシステムにおいて、ＥＣＵ７１はエアフローメ
ータ６３及び各センサ６１，６２，６４〜６８からの入
力値に基づきその時々の運転状態を判断し、その運転状
態に応じて主ターボチャージャ１０及び副ターボチャー
ジャ１１の作動を次のように制御する。先ず、エンジン
１の運転状態が低速域で、かつ高負荷域である場合には
、ＥＣＵ７１は排気切替弁２３及び吸気切替弁２４が共
に閉じ、第１及び第２のＶＳＶ２５，２６を切替制御す
る。これによって、主ターボチャージャ１０のみが作動
される「シングル過給ステージ」となる。この「シング
ル過給ステージ」において、エンジン１からの排気ガス
は、図４に矢印で示すように、主ターボチャージャ１０
のみを流れ、そのタービン１０ａを回転駆動させる。 更に、そのタービン１０ａを通過した排気ガスは、図４
に矢印で示すように、主排気通路１２を経て主・副の両
排気通路１２，１３の合流部に至り、更に下流の触媒コ
ンバータ１４を通過して外部へと排出される。このよう
に、低吸入空気量域で「シングル過給ステージ」とする
理由は、低吸入空気量域では主ターボチャージャ１０の
みによる過給特性の方が主・副の両ターボチャージャ１
０，１１による過給特性よりも優れているからである。 そして、このような「シングル過給ステージ」にするこ
とより、エンジン１のトルクの立ち上がりが速くなり、
低速域のレスポンスを大幅に良くすることができる。

【００３０】又、この実施例において、酸素センサ６５
の取付け位置は、主ターボチャージャ１０のタービン１
０ａに連通する主排気通路１２にオフセットさせている
ことから、主ターボチャージャ１０からの排気ガス流が
酸素センサ６５に効率良く当たってその酸素濃度が検出
される。従って、酸素センサ６５は排気ガス流によって
迅速に温められ、空燃比制御のための安定した出力温度
特性域に早期に達することができる。この「シングル過
給ステージ」においては、排気ガス流の全量が必ず酸素
センサ６５に当たり、後に説明する「ダブル過給ステー
ジ」においても、常時作動する主ターボチャージャ１０
からの排気ガス流が必ず酸素センサ６５に当たることに
なり、その酸素センサ６５により排気ガスの酸素濃度を
精度良く検出することができる。従って、酸素センサ６
５における検出信号をフィードバックすることにより、
常に正確な空燃比制御を行うことが可能となる。

【００３１】更に、エンジン１の運転状態が低速域で、
かつ低負荷域である場合には、ＥＣＵ７１は排気切替弁
２３が閉じたままで吸気切替弁２４のみが開かれるよう
に、第１及び第２のＶＳＶ２５，２６を切替制御する。 これによって、「シングル過給ステージ」のままで、主
・副の両吸気通路１５，１６が共に開かれ、主ターボチ
ャージャ１０のみの作動による吸気抵抗の増大を抑える
ことができる。そして、このようにすることにより、低
負荷域からの加速初期における過給圧の立ち上がり特性
、運転上のレスポンスを改善することができる。

【００３２】又、エンジン１の運転状態が低吸入空気量
域から高吸入空気量域へ移行する場合、即ち「シングル
過給ステージ」から「ダブル過給ステージ」へ切り替わ
る場合には、ＥＣＵ７１は排気切替弁２３及び吸気切替
弁２４が共に開かれるように、第１及び第２のＶＳＶ２
５，２６を切替制御する。この際、排気切替弁２３が閉
じられているときに排気バイパス弁３２を開くように、
ＥＣＵ７１が第３のＶＳＶ３４を切替制御する。即ち、
排気ガスの一部を副ターボチャージャ１１に流すことに
より、副ターボチャージャ１１の助走回転数を高めて、
ステージ切り替えをよりスムーズに行うことができる。 併せて、第１の吸気バイパス弁３７を開くように、ＥＣ
Ｕ７１が第４のＶＳＶ３８を切替制御することにより、
ステージ切り替えを更にスムーズに行うことができる。

【００３３】一方、エンジン１の運転状態が高吸入空気
量域の場合には、排気切替弁２３と吸気切替弁２４が共
に開かれたままで、かつ排気バイパス弁３２が閉じられ
るように、ＥＣＵ７１は第１〜第３のＶＳＶ２５，２６
，３４を切替制御する。これによって、主・副の両ター
ボチャージャ１０，１１により過給が行われる「ダブル
過給ステージ」の状態が保持される。この「ダブル過給
ステージ」において、エンジン１からの排気ガスは、図
５に矢印で示すように、主・副の両ターボチャージャ１
０，１１を流れ、各タービン１０ａ，１１ａを回転駆動
させる。更に、各タービン１０ａ，１１ａを通過した排
気ガスは、図５に矢印で示すように、主・副の両排気通
路１２，１３を経てそれらの合流部に至り、更に下流の
触媒コンバータ１４を通過して外部へと流れる。このよ
うに、「ダブル過給ステージ」とすることにより、主・
副の両ターボチャージャ１０，１１の両コンプレッサ１
０ｂ，１１ｂによって充分な過給圧が得られ、高速域に
おけるエンジン１の出力が向上される。そして、このと
きの過給圧が例えば「＋５００ｍｍＨｇ」を越えないよ
うに、ウェイストゲート弁４２を開閉させるように、Ｅ
ＣＵ７１は第５のＶＳＶ４４を駆動制御（デューティ制
御）する。

【００３４】次に、上記のように構成した過給機付エン
ジンの空燃比制御装置に係り、ＥＣＵ７１によって実行
される空燃比制御の処理動作について図６〜図９に従っ
て説明する。図６に示すフローチャートはＥＣＵ７１に
よって実行される各処理のうち、エンジン１の運転中に
おける空燃比制御のための処理ルーチンである。

【００３５】処理がこのルーチンへ移行すると、先ずス
テップ１０１において、吸気圧センサ６２及び回転数セ
ンサ６６の検出値に基づいて吸気圧ＰＭ及びエンジン回
転数ＮＥを読込む。続いて、ステップ１０２において、
読み込まれた吸気圧ＰＭ及びエンジン回転数ＮＥ等に基
づいて基本噴射量ＴＡＵＢＳを算出する。この基本噴射
量ＴＡＵＢＳの算出は、吸気圧ＰＭ、エンジン回転数Ｎ
Ｅをそれぞれパラメータとする予め定められた制御マッ
プを参照して行われる。

【００３６】次に、ステップ１０３において、燃料噴射
量のフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御領域であるか否かを
判断する。このフィードバック制御域の判断は、吸気圧
ＰＭ及びエンジン回転数ＮＥをパラメータとするマップ
を参照して行われる。そして、フィードバック制御領域
でない場合には、ステップ１０４において、「１」を空
燃比補正係数ＦＯＴＰとして一義的に設定し、ステップ
１０８へ移行する。

【００３７】一方、ステップ１０３において、フィード
バック制御領域である場合には、ステップ１０５におい
て、今回の制御周期が主ターボチャージャ１０に対応す
る気筒群＃１〜＃３の噴射タイミングであるか否かを判
断する。そして、気筒群＃１〜＃３の噴射タイミングで
ある場合には、ステップ１０６において、図７に実線で
示すようにエンジン回転数ＮＥに対する空燃比補正係数
ＦＯＴＰの関係を予め定めてなる第１のマップＦＯＴＰ
Ｍ１を参照して空燃比補正係数ＦＯＴＰを決定し、ステ
ップ１０８へ移行する。又、気筒群＃１〜＃３の噴射タ
イミングでない場合、即ち副ターボチャージャ１１に対
応する気筒群＃４〜＃６の噴射タイミングである場合に
は、ステップ１０７において、図７に実線及び破線で示
すようにエンジン回転数ＮＥに対する空燃比補正係数Ｆ
ＯＴＰの関係を予め定めてなる第２のマップＦＯＴＰＭ
２を参照して空燃比補正係数ＦＯＴＰを決定し、ステッ
プ１０８へ移行する。

【００３８】ここで、副ターボチャージャ１１に対応す
る気筒群＃４〜＃６の要求空燃比を、主ターボチャージ
ャ１０に対応する気筒群＃１〜＃３の要求空燃比よりも
リーンに設定するために、図７に示すように、エンジン
回転数ＮＥの所定値αを上回る領域では、第２のマップ
ＦＯＴＰＭ２による空燃比補正係数ＦＯＴＰが第１のマ
ップＦＯＴＰＭ１による空燃比補正係数ＦＯＴＰよりも
相対的に小さくなるように設定されている。又、第１の
マップＦＯＴＰＭ１では、排気系の熱害対策として、主
ターボチャージャ１０の側で相対的に高い排気温度を許
容温度に適合させるべく、対応する気筒群＃１〜＃３で
適度な燃料増量が行われるように空燃比補正係数ＦＯＴ
Ｐが設定されている。

【００３９】そして、ステップ１０４、ステップ１０６
或いはステップ１０７から移行してステップ１０８にお
いては、先に算出或いは決定された基本噴射量ＴＡＵＢ
Ｓ及び空燃比補正係数ＦＯＴＰに基づき、以下の式（１
）に従って今回の制御周期における噴射量ＴＡＵを算出
する。 ＴＡＵ＝ＴＡＵＢＳ＊ＦＯＴＰ　　…（１）その後、ス
テップ１０９において、算出された噴射量ＴＡＵを出力
する。即ち、算出された噴射量ＴＡＵに従って、各イン
ジェクタ６Ａ〜６Ｆを駆動制御し、該当する各気筒＃１
〜＃６の燃焼室へ燃料を噴射供給し、その後の処理を一
旦終了する。

【００４０】上記のような空燃比制御によれば、図７に
示すように、エンジン回転数ＮＥの所定値αを上回る領
域において、第２のマップＦＯＴＰＭ２による空燃比補
正係数ＦＯＴＰを第１のマップＦＯＴＰＭ１による空燃
比補正係数ＦＯＴＰよりも相対的に小さくしている。そ
のため、エンジン回転数ＮＥに対する空燃比Ａ／Ｆの特
性としては、図８に示すように、副ターボチャージャ１
１に対応する気筒群＃４〜＃６の空燃比Ａ／Ｆが、主タ
ーボチャージャ１０に対応する気筒群＃１〜＃３の空燃
比Ａ／Ｆよりもリーンとなる。又、エンジン回転数ＮＥ
及び吸気圧ＰＭに対する空燃比Ａ／Ｆのフィードバック
制御の特性は、タービン１０ａ，１１ａの入口における
排気温度を一定とした場合に、図９に示すようになる。

【００４１】そして、この実施例の過給機付ガソリンエ
ンジンシステムにおいては、低吸入空気量域では主ター
ボチャージャ１０のみが作動され、高吸入空気量域では
主ターボチャージャ１０及び副ターボチャージャ１１が
共に作動される。このことから、主ターボチャージャ１
０は常時作動されることになり、主ターボチャージャ１
０のみの作動時には、副ターボチャージャ１１に対応す
る気筒群＃４〜＃６からの排気ガスが、排気マニホルド
８の連通路９を介して主ターボチャージャ１０のタービ
ン１０ａへ流れ込むことになる。よって、主ターボチャ
ージャ１０のタービン１０ａにおける排気温度の方が副
ターボチャージャ１１のタービン１１ａにおける排気温
度よりも明らかに高くなる。

【００４２】しかし、この実施例の過給機付ガソリンエ
ンジンシステムでは、前述したような空燃比制御が行わ
れることから、主ターボチャージャ１０の側では、相対
的に高い排気温度を許容温度に適合させるべく、気筒群
＃１〜＃３で相対的にリッチな空燃比Ａ／Ｆをもって適
度な燃料増量を行い、排気系の熱害対策を施すことがで
きる。これと同時に、副ターボチャージャ１１の側では
、対応する気筒群＃４〜＃６で相対的にリーンな空燃比
Ａ／Ｆをもって燃料増量を行い、排気系の熱害対策を施
すことができる。よって、排気系の許容温度に対して充
分に余裕をもった副ターボチャージャ１１の側では、そ
の副ターボチャージャ１１に対応する気筒群＃４〜＃６
で必要以上の燃料増量が行われることがなくなる。

【００４３】その結果、副ターボチャージャ１１に対応
する気筒群＃４〜＃６では、過剰な燃料増量とはならず
、エンジン１の排気系の熱害対策を損ねることもなく、
エンジン１全体としてのドライバビリティに支障のない
範囲で、燃費や出力を向上させることができる。 又、相対的に排気温度の高い主ターボチャージャ１０の
側で、燃料増量を大きくして許容温度に対する適合がな
され、相対的に排気温度の低い副ターボチャージャ１１
の側で燃料増量を小さくして許容温度に対する適合がな
されている。従って、結果として主・副の両ターボチャ
ージャ１０，１１における排気温度を均一化させること
が可能となり、排気系の熱歪みのアンバランスを解消す
ることも可能となる。

【００４４】尚、この発明は前記実施例に限定されたも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、構
成の一部を適宜に変更して実施することもできる。例え
ば、前記実施例では、直列６気筒の過給機付ガソリンエ
ンジンシステムに具体化したが、直列式のエンジンでは
なくてＶ型のエンジンに具体化することもでき、或いは
６気筒のエンジンではなくて４気筒や８気筒等のエンジ
ンに具体化することもできる。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば
、エンジンの運転状態に応じて主過給機のみの作動と、
主及び副の両過給機の作動とを切り替えるようにした過
給機付エンジンにおいて、エンジンへの燃料供給量が演
算される際に、副過給機に対応する気筒群の要求空燃比
を、主過給機に対応する気筒群の要求空燃比よりもリー
ンに設定しているので、排気系の許容温度に対して充分
に余裕の持てる副過給機側で熱害対策の適合のために必
要以上の燃料増量が行われることがなくなり、排気系の
熱害対策を損ねることなく、エンジン全体としての燃費
及び出力を向上させることができ、延いては主過給機及
び副過給機に対応する排気系の間で熱歪みのアンバラン
スを解消することができるという優れた効果を発揮する
。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の概念構成図である。

【図２】この発明を具体化した一実施例における過給機
付ガソリンエンジンシステムを説明する概略構成図であ
る。

【図３】一実施例におけるＥＣＵの構成を示すブロック
図である。

【図４】一実施例における過給機付ガソリンエンジンシ
ステムの「シングル過給ステージ」における過給作動を
説明する概略構成図である。

【図５】一実施例における過給機付ガソリンエンジンシ
ステムの「ダブル過給ステージ」における過給作動を説
明する概略構成図である。

【図６】一実施例におけるＥＣＵにより実行される空燃
比制御のための処理ルーチンを説明するフローチャート
である。

【図７】一実施例におけるエンジン回転数に対する空燃
比補正係数の関係を予め定めた第１のマップ及び第２の
マップを示す図である。

【図８】一実施例におけるエンジン回転数に対する空燃
比の特性を説明する図である。

【図９】一実施例におけるエンジン回転数及び吸気圧に
対する空燃比のフィードバック制御の特性を説明する図
である。

【符号の説明】

１…エンジン ５…吸気系を構成する吸気マニホルド ６Ａ〜６Ｆ…燃料供給手段としてのインジェクタ８…排
気系を構成する排気マニホルド １０…主過給機としての主ターボチャージャ１１…副過
給機としての副ターボチャージャ２３…排気切替弁 ２４…吸気切替弁 ６１…スロットル開度センサ ６２…吸気圧センサ ６３…エアフローメータ ６４…水温センサ ６５…酸素センサ ６６…回転数センサ ６７…気筒判別センサ ６８…車速センサ（６１〜６８は運転状態検出手段を構
成している） ７１…ＥＣＵ（燃料供給量演算手段、燃料供給制御手段
及び空燃比設定手段を構成している）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数気筒よりなるエンジンに燃料を噴
   射供給する燃料供給手段と、前記エンジンの運転状態を
   検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段の
   検出結果に基づき、その時々における前記エンジンの要
   求空燃比に合致する燃料供給量を演算する燃料供給量演
   算手段と、前記燃料供給量演算手段の演算結果に基づい
   て前記燃料供給手段を駆動制御する燃料供給制御手段と
   、前記エンジンの吸気系及び排気系に並列に設けられた
   一対をなす主過給機及び副過給機と、前記副過給機に対
   応する前記吸気系及び前記排気系にそれぞれ設けられた
   吸気切替弁及び排気切替弁とを備え、前記エンジンの運
   転状態が低吸入空気量域である場合には、前記吸気切替
   弁及び前記排気切替弁を共に閉じて前記主過給機のみを
   作動させ、前記エンジンの運転状態が高吸入空気量域で
   ある場合には、前記吸気切替弁及び前記排気切替弁を共
   に開いて前記主過給機及び前記副過給機を共に作動させ
   るようにした過給機付エンジンの空燃比制御装置におい
   て、前記燃料供給量演算手段により前記燃料供給量が演
   算される際に、前記副過給機に対応する気筒群の要求空
   燃比を、前記主過給機に対応する気筒群の要求空燃比よ
   りもリーンに設定する空燃比設定手段を設けたことを特
   徴とする過給機付エンジンの空燃比制御装置。