JPH0450433A - 直列２段過給内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

直列２段過給内燃機関の排気ガス再循環装置

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JPH0450433A
JPH0450433A JP2160014A JP16001490A JPH0450433A JP H0450433 A JPH0450433 A JP H0450433A JP 2160014 A JP2160014 A JP 2160014A JP 16001490 A JP16001490 A JP 16001490A JP H0450433 A JPH0450433 A JP H0450433A
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pressure
valve
turbocharger
exhaust gas
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Hiromichi Yanagihara
弘道 柳原
Shinobu Ishiyama
忍 石山
Taiichi Mori
泰一 森
Toshiyuki Maehara
利之 前原
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Original Assignee
Toyota Motor Corp
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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〕 この発明は直列２段過給内燃機関における排気ガス再循
環装置に関する。
〔従来技術〕
直列２段過給システムとしては例えば特開昭５０−１２
９８１５号に開示されており、大小二つのターボチャー
ジャが直列に配置されている。２段過給方式はエンジン
の低回転域から高回転域まで広い範囲に渡って過給作動
を達成するための過給システムである。即ち、エンジン
の低回転域では低容量の小型ターボチャージャにより過
給を行い、エンジンの高回転域では大容量の大型ターボ
チャージャにより過給を行うものである。小型ターボチ
ャージャにバイパス通路が設けられ、バイパス通路には
排気切替弁が設置され、低回転域では排気切替弁はバイ
パス通路を閉鎖し、小型ターボチャージャによる過給効
果を発揮させ、大型ターボチャージャが完全に立ち上が
った高回転域では排気切替弁はバネパス通路を開放し、
大型ターボチャージャのみが過給に関与するようになっ
ている。
内燃機関からの窒素酸化物の低減のため排気ガス再循環
は有力であり、通常の一段過給内燃機関ではターボチャ
ージャの上流の排気系より排気ガスを取り出し、吸気系
に戻したシステムがある。
例えば、実開昭６１−１５１０６３号参照。
〔発明が解決しようとする課題］ ２段ターボチャージャにおいて排気ガス再循環を行う場
合、１段ターボチャージャにおける通常の方式にしたが
って、ターボチャージャの上流の部位において還流用の
排気ガスを取り出した場合、ＥＧＲ装置の部品の内の熱
に弱いＥＧＲ弁のダイヤフラム等の熱害の問題が大きい
。それは、２段ターボチャージャでは排気ガス温度が高
＜、ＥＧＲ装置をその影響を受は易いことによる。熱害
の問題を避けるためには２段ターボチャージャの最も下
流から排気ガスを取り出すとすると、この部分では排気
ガスの圧力が極端に下がっているので、排気ガスの取出
口と注入口との圧力差が少なくなり、必要量の還流ガス
を得るのが困難となる。
この発明は耐熱性の問題を解消しつつ充分な量の排気ガ
ス再循環を可能とすることを目的とする。
〔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、排気切替弁は機関運転条件に応じて開閉される内燃
機関の排気ガス再循環装置において、排気ガス再循環通
路の排気ガス取出口は大型及び小型のターボチャージャ
の排気タービンを接続する排気管路中に設けたことを特
徴としている。
〔作　用〕
排気切替弁が閉鎖時は大、小のターボチャージャによる
二段過給が行われ、排気切替弁が開放時は大型ターボチ
ャージャのみが過給に関与する。
還流排気ガスは大型のターボチャージャと小型ターボチ
ャージャを接続する排気管路から排気ガス再循環通路に
取り出される。
〔実施例〕
第１図はディーゼル機関に応用したこの発明の実施例を
示しており、ＩＯはエンジン本体であり、吸気管１２と
排気管１４とが接続される。大型ターボチャージ１６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１６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１２において吸入空
気の流れ方向に、大型ターボチャージャ１６のコンプレ
ッサ２０、小型ターボチャージャ１８のコンプレッサ２
６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１８のタービン２８、大型ターボチャー
ジャ１６のタービン２２の順で配置される。
大型ターボチャージャ１６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はウェイスト
ゲート弁３２に連結される。ウェイストゲート弁３２は
スプリング３４ｂによって通常は閉鎖するべ（付勢され
るが、ダイヤフラム３４ａに加わる正圧によってスプリ
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、この第２のバイ
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４０に連結
され、アクチュエータ４０は２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１６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１６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
せしめる特性を持っている。アクチュエータ４０はダイ
ヤフラム４０ａ、　４０ｂと、スプリング４０ｃ、４０
ｄを供え、一方のダイヤフラム４０ａはロッド４０ｅを
介して排気切替弁３８に連結され、もう一つのダイヤフ
ラム４０ｂはロッド４０ｆに連結される。ロッド４０ｆ
は図の左方（排気切替弁３８を開ける方向）へのロッド
４０ｅと連動して移動するが、右方へはロッド４０ｅと
して独立して移動できるようになっている。ダイヤフラ
ム４０ｂには小型ターボチャージャ１８のコンプレッサ
２６の下流の圧力が常時導入される。ダイヤフラム４０
ａに大気圧を作用させるか、過給圧を作用させるか、で
排気切替弁３８のステップ的な開放特性が得られる。即
ち、ダイヤフラム４０ａに大気圧を作用させた場合、ダ
イヤフラム４０ｂに作用する過給圧がスプリング４０ｃ
の力と、スプリング４０ｄとの合力に抗して排気切替弁
３８を開弁させるため、開弁は緩慢に行われる。ダイヤ
フラム４０ａに過給圧が作用した場合はスプリング４０
ｃの力のみに抗して排気切替弁３８の開弁が行われため
、その間弁作動は迅速となる。
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１６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。
内燃機関は排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置を供え、この
ＥＧＲ装置は排気ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）５０と
、ＥＧＲ通路５０上の排気ガス再循環制御弁（ＥＧＩ？
弁）５２とからなり、ＥＧＲ弁５２はダイヤフラム５２
ａ　と弁体５２ｂとを供え、ダイヤフラム５２ａに加わ
る圧力に応じて弁体５２ｂの開弁、閉弁が制御される。
そして、ＥＧＲ通路５０はその上流端（排気ガス取出口
）５０Ａは小型ターボチャージャ１日のタービン２日の
下流の排気管に接続され、下流端（排気ガス注入口５０
Ｂ）はインタクーラ２９の下流における吸気管に接続さ
れる。
ウェイストゲート弁３２のアクチュエータ３４への圧力
制御のため３方電磁弁（ＶＳＶＩ）　５４が設けられ、
この電磁弁５４はダイヤフラム３４ａに大気圧を導入す
る位置と、小型ターボチャージャ１８の下流で、インタ
クーラ２９の上流の位置５６の過給圧を導入する位置と
で切り替わる。大気圧導入時に、スプリング３４ｂによ
ってウェイストゲート弁３２は閉鎖駆動され、過給圧導
入時にスプリング３４ｂに抗してウェイストゲート弁３
２０開弁が行われる。
３方電磁弁（ＶＳＶ２）　５　Ｂは排気切替弁３８のア
クチュエータ４０のダイヤフラム４０ａのへ圧力制御の
ため設けられ、この電磁弁５８はダイヤフラム４０ａに
大気圧を導入する位置と、小型ターボチャージャ１８の
出口６０の過給圧を′導入する位置とで切り替わる。ま
た、ダイヤフラム４０ｂには小型ターボチャージャ出口
６０の圧力が常時導入されている。
吸気バイパス弁４６のアクチュエータ４８への圧力制御
のため二つの３方電磁弁６４．６６が設けられる。３方
電磁弁（ＶＳＶ３）　６４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の上側へ圧力制御
のため設けられ、この電磁弁６４はダイヤフラム４８ａ
の上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６０の過給圧を導入する位置
とで切り替わる。
また、３方電磁弁（ＶＳＶ４）　６６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６６はダイヤ
フラム４８ａの下側にエンジンにより駆動される負圧ポ
ンプ６７からの負圧を導入する位置と、大型ターボチャ
ージャ１６のコンプレッサ出口６０の過給圧を導入する
位置とで切り替わる。
３方電磁弁（ＶＳＶ５）　７０はＥＧＲ弁５２の作動制
御のため設けられ、この電磁弁７ｏはダイヤフラム５２
ａに大気圧を導入する位置と、負圧ポンプ６７からの負
圧を導入する位置とで切り替わる。電磁弁７０はパルス
信号によって駆動され、そのデユーティ比を制御するこ
とに任意のＥＧＲ＠に制御することができる。
制御回路７２はこの発明における過給制御のため設けら
れ、各電磁弁５４　（ＶＳＶＩ）　、　５８　（ＶＳＶ
２）　、　６４　（ＶＳＶ３）　。
６６（ＶＳＶ４）、７０（ＶｓＶ５）　ノ駆動（Ｋ号ヲ
発生ｔル。制御回路７２にはこの発明に従った制御を実
行するため各種のセンサに接続される。まず、大型ター
ボチャージャ１６のコンプレッサ２０の出口圧力Ｐ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Ｐ
２を検出するため第２の圧力センサ８０が設けられる。
また、エンジンの回転数ＮＥを検出するためのセンサ８
１及びエンジンの負荷を検出するためのセンサ８３（例
えば、燃料噴射ポンプ（図示せず）の燃料噴射量制御部
材であるアジヤスティングレバーの位置を検出する手段
）が設けられる。
以下制御回路７２の作動を第２図、第３図のフローチャ
ートによって説明する。第２図は過給制御ルーチンであ
る。ステップ１００では小型ターボチャージャ１８のコ
ンプレッサ出口圧力Ｐｚ＞大型ターボチャージャ１６の
コンプレッサ出口圧力Ｐ１が成立するか否か判別される
。第４図はアクセルペダルの踏込量を一定に固定した場
合におけるエンジン回転数ＮＥと過給圧（ターボチャー
ジャ出口圧力）との関係を示しており、小型ターボチャ
ージャ出口圧力Ｐ２の立ち上がりが大型ターボチャージ
ャ出口圧力Ｐ、の立ち上がりより早くなっている。した
がって、エンジンの回転がまだ上がっていない状態では
Ｐｇ　＞Ｐ＋が成立し、ステップ１０２以下に進む。ス
テップ１０２で電磁弁５４（ｖＳＶＩ）がＯＦＦされ、
ダイヤフラム３４ａに大気圧が導入され、スプリング３
４ｂによってウェイストゲート弁３２は閉鎖される。ス
テップ１０４で排気切替弁４０を制御する電磁弁５　Ｂ
　（ＶＳＶ２）が叶Ｆされる。
そのため、アクチュエータ４０のダイヤフラム４０ａに
大気圧が作用する。一方、ダイヤフラム４０ｂには小型
ターボチャージャ１８のコンプレッサ出口圧力が常に導
入されているため、スプリング４０ｃ、４０ｄの合力に
応じたスプリング力に対抗する小型ターボチャージャ１
８のコンプレッサ出口圧力によって排気切替弁３８の作
動が制御される。即ち、スプリング力が過給圧Ｐ、に優
勢であるかぎりは、排気切替弁３８は全閉を維持するが
、過給圧Ｐ２が所定値Ｐ　ＳＥＴに到達する回転数（第
４図のＮＥ＋又はＮＥＩ’）までは排気切替弁３８は全
閉を維持し、Ｐ、＝所定値Ｐ３９．に到達した時点で排
気切替弁３８はスプリング４０ｃ、　４０ｄの合力であ
る閉鎖付勢力に抗して徐々に開弁を開始することになる
。低回転時の吸気バイパス弁４６の作動についていうと
、ステップ１０６で電磁弁６４　（ＶＳＶ３）はＯＮと
なり小型ターボチャージャ１８のコンプレッサ出口圧Ｐ
２がダイヤフラム４８ａの上側に作用するため吸気バイ
パス弁４６は閉鎖される。また、ステップ１０Ｂでは電
磁弁６６　（ＶＳＶ４）がＯＦＦされるため負圧ポンプ
６７からの負圧がダイヤフラム４８ａの下側に作用する
ため、ダイヤフラム４８ａは下側に引っ張られ、吸気バ
イパス弁４６の閉鎖力を上げ、その確実な閉弁を確保し
ている。
加速状態において、エンジンの回転数ＮＥがＮＨ３（又
はＮＥＴ）まで上昇し、大型ターボチャージャ１６のコ
ンプレッサ出口圧力Ｐ、が小型ターボチャージャ１８の
コンプレッサ出口圧力Ｐ２に追いつき、Ｐ、＝ＰＩ　と
なるとステップ１００よりステップ１１０に進み、を磁
弁５４（ＶＳＶＩ）がＯＮサレ、タイヤフラム３４ａに
位置５６からの過給圧が導入され、スプリング３４ｂに
抗してウェイストゲート弁３２は開放方向に付勢される
。ステップ１１２で排気切替弁３８の作動用電磁弁５８
　（ＶＳν２）がＯＮされる。そのため、ダイヤフラム
４０ａに小型ターボチャージャ１８の下流の過給圧が作
用するため、過給圧に対抗する排気切替弁３８を閉じる
力にスプリング４０ｄは関与しなくなり、スプリング４
０ｃ単独の弱い付勢力が閉じる力に関与する。そのため
、アクチュエータ４０は排気切替弁３８を一気に開弁に
至らしめる。ステップ１１４では電磁弁６４　（ＶＳＶ
３）がＯＦＦされるため大気圧がダイヤフラム４８ａの
上側に作用し、−ステップ１１６で電磁弁６６　（ＶＳ
Ｖ４）がＯＮされ、過給圧がダイヤフラム４８ｂの下側
に作用するため、ダイヤフラム４８ａは上方に押圧され
、吸気バイパス弁４６は一気に開弁される。
第４図はエンジン回転数と過給圧との関係を示しており
、実線はアクセルペダルが全開のときの過給圧特性を示
し、回転数ＮＥ＝ＮＥ１となると小型り−ボチャージャ
の出ロ圧力Ｐ２＝設定過給圧Ｐ、２７となり、回転数Ｎ
Ｅ＝ＮＥ２なると大型ターボチャージャの出ロ圧力ｐ、
＝Ｐ２一般定過給圧Ｐ、アアとなる。２点鎖線はアクセ
ルペダルが全開でない場合のエンジン回転数と過給圧と
の関係を示しており、実線はアクセルペダルが全開のと
きの過給圧特性を示し、回転数ＮＥ＝ＮＥ１’　（＞Ｎ
ＥＩ）となると小型ターボチャージャの出ロ圧力Ｐ２一
般定過給圧Ｐ　ＳＥＴとなり、回転数ＮＥ＝ＮＥ２’　
（＞ＮＨ３）となると大型ターボチャージャの出ロ圧力
ＰＩ＝Ｐ２＝設定過給圧Ｐ、アとなる。
第３図はＥＧＲ制御ルーチンであり、ステップ１２０で
エンジン回転数ＮＢが所定値ＮＥ、より大きいか否か判
別され、ステップ１２２ではエンジン負荷りが所定価Ｌ
０より大きいか否か判別される。ＮＥ≦ＮＥＯでかつＬ
≦Ｌ０の低回転・低負荷域が排気ガス再循環を行う運転
域（第５図の破線で囲んだ領域）であり、ステップ１２
４に進み、排気切替弁３８が開放しているか否か判別さ
れる。ＥＧＲ量は、エンジン運転条件（例えば、エンジ
ン回転数ＮＥ及びエンジン負荷Ｌ）によって定める。第
５図の破線はＥｃＲ９ｆｆ域における等ＥＧＲ率線の一
例を模式的に表す。この実施例ではＥＧＲ量をエンジン
運転条件によって可変制御するための手段として、電磁
弁７０　（ＶＳＶ５）はデユーティ比によって制御され
る。
デユーティ比は電磁弁７０のＯＮ時間の割合を示し、Ｏ
Ｎ時間が長くなるほどダイヤフラム５２ａに加わる負圧
が強くなるので、弁体５２ｂのリフトは大きくなり、Ｅ
ＧＲ量が大きくなる。そしてＥＧＲ量はＥＧＲ弁５２の
開度だけでなく　ＥＧＲ通路５０の前後の差圧（排気ガ
ス取出口の圧力と排気ガス注入口の圧力との差）によっ
てもきまる。そして、この実施例では排気ガス取出口５
０Ａの圧力はタービン２８と２２とを接続する管路に設
けているため排気切替弁３８の開閉の影響はうけない。
しかし、排気ガス注入口５０Ｂはインククーラ２９の下
流であり、排気切替弁３８の開閉の影響を受ける。即ち
、第４図のＮＥＩ又はＮＥＩ″の回転数で特性に折れ曲
がりが出るため、デユーティ比が同一であっても得られ
るＥＧＲ率が変化し、デユーティ比とＥＧＲ率との間に
一律の関係を要求する一枚マツブでは所期のＥＧＲ率が
得られない。そこで、排気切替弁３８の開閉によりＥＧ
Ｒ量の影響を受けないように２枚のマツプＭＡＰＩ及び
ＭＡＰ２を設け、これを排気切替弁３８の開閉で切り換
えるようにしている。ステップ１２４で排気切替弁３８
が閉鎖と判別したときはステップ１２６に進み、マツプ
１　（ＭＡＰＩ）によってデユーティ比ＤＥＩＴＹの算
出が行われる。ＭＡＰＩは排気切替弁３８が閉状態にお
いて、回転数と負荷との組み合わせに対して決まる所期
のＥＧＲ量を得ることができるデユーティ比を格納して
いる。制御回路７２はエンジン回転数ＮＨの値とエンジ
ン負荷りの値とに対するＥＧＲ量に相当するデユーティ
比のマツプを持っており、周知の補間演算によって回転
数センサ８１及び負荷センサ８３によっ実測値に対応す
るＥＧＲ量に応じたデユーティ比の算出が行われる。ス
テップ１２８ではこのデユーティ比信号が出力され、エ
ンジン運転条件に応じたステップ１２４で算出されたＥ
ＧＲ量が得られるように弁体５２ｂのリフトが制御され
る。
排気切替弁３８が開のときはステップ１２４よりステッ
プ１３０に進み、マツプ２（Ｍ＾Ｐ２）によってデユー
ティ比ＤＵＴＹの算出が行われる。ＭＡＰ２は排気切替
弁３８が開状態において、回転数と負荷との組み合わせ
に対して決まる所期のＥＧＲ量を得ることができるデユ
ーティ比を格納している。ステップ１２６と同様な補間
演算によって回転数センサ８１及び負荷センサ８３によ
っ実測値に対応するＥＧＲ量に応じたデユーティ比の算
出が行われ、排気切替弁３８の開放状態に応じたＥＧＲ
量が得られるように弁体５２ｂのリフトが制御される。
Ｎ　Ｅ　＞　Ｎ　Ｅ　ｏであるか又はＬ＞Ｌｏの高回転
・高負荷域は排気ガス再循環を行わない運転域（第５図
の破線が囲んだ領域の外側の領域）であり、ステップ１
２０よりステップ１３２に進み、ＥＧＲ量・０とするべ
く、デユーティ比が零とされる。即ち、電磁弁７０　（
ＶＳＶ５）は連続的にＯＦＦされる。そのため、ダイヤ
フラム５２ａに加わる圧力は大気圧となり、ＥＧＲ弁５
２は全閉となる。
実施例のようにマツプを二枚（ＭＡＰＩ、　ＭＡＰ２）
設ける代わりに、デユーティ比のマツプは一つ（例えば
ＭＡＰＩ）とし、デユーティ比とＥＧＲ率との関係が排
気切替弁の開閉により変化することを補償するため、補
正係数を用いてもよい。この場合、例えば、ステップ１
３０又は１２６でステップ１２６と同一のマツプを使用
するが、補正係数を掛は算し、デユーティ比とＥＧＲ率
との関係が排気切替弁の状態の変化により変化すること
を補償することができる。
第５図はエンジン回転数と負荷とに対するＥＧＲ域を破
線の内側領域として示す。前述のように低回転・低負荷
時にＥＧＲが実行される。２点鎖線！は第４図の実線に
相当する全負荷（アクセルペダル全開）時の過給圧の変
化を表している。点Ａは全負荷時において排気切替弁３
８が閉から開に移行を開始する点（第４図においてＮＥ
＝ＮＥ１となる点）であり、点Ａより延びる線ａは、部
分負荷時に排気切替弁３８が閉から開に移行を開始する
ライン（即ち小型ターボチャージャの下流圧力Ｐ、＝Ｐ
　ＳＥＴが成立する等圧ライン）を示しており、アクセ
ルペダルの踏み込み量が減るほどＰ　ｚ　＝　Ｐ　ＳＥ
Ｔが得られるのは高回転側に移行する。Ｂの点は全負荷
でＰｌ・Ｐ２（第２図のステップ１００でＹｅｓ）とな
り排気切替弁３８が急開放される点である。線すは、部
分負荷時の排気切替弁３８が急開されるライン（即ち小
型ターボチャージャの下流圧力Ｐ、＝Ｐ。
が成立する等圧ライン）を示しており、アクセルペダル
の踏み込み量が減少するほどＰｚ−Ｐ＋が得られるのは
高回転側に移行する。第５図において、ラインａの下側
のＩは小型ターボチャージャ１８の作動域であり、ライ
ンｂとＣとの間の■は小型ターボチャージャ１８十大型
ターボチヤージヤ１６の作動する領域であり、ラインＣ
より上側の■は大型ターボチャージャ１６の作動域であ
る。
第５図から分かるように斜線で示すＥＧＲ域はＩで示す
小型ターボチャージャ作動域と、■で示す小型十大型タ
ーボチャージャの作動域とにまたがっている。一方、第
６図は排気系内を各部分の圧力を示しており、Ｐ、は小
型ターボチャージャ１８のタービン２８の上流の排気管
内の排気ガス圧力を示し、Ｐ４は小型ターボチャージャ
１８のタービン２８と大型ターボチャージャ１６のター
ビン２２とを結ぶ排気管の部分の圧力を示し、Ｐ、は大
型ターボチャージャ１６のタービン２２の下流の排気管
の圧力を示す。Ｐ４．ＰＳはエンジン回転数に対して単
調に増加する特性を示すが、Ｐ４はエンジンの回転数に
対する特性がやや複雑である。即ち、小型ターボチャー
ジャ１８のタービン２８の上流の排気管内の圧力Ｐ、は
排気切替弁３８の第４図で説明したような開閉作動によ
って大きく変化する。即ち、■の点が排気切替弁３８の
開弁開始点、■の点が排気切替弁３８が急開する点であ
り、このとき圧力は■まで象、降下し、後はＰ４と同じ
になる。ＥＧＲ作動において排気ガス圧力は還流ガス量
に影響を及ぼす因子となる。即ち、還流排気ガス量は周
知のように排気管圧力と吸気管圧力の差の平方根に比例
するからである。従って、ＥＧＲ量の決定のため排気ガ
スの取出口の位置に応じて変化する圧力特性に係わらず
所期のＥＧＲ量の設定が得られるようにＥＧＲ弁５２の
開度を決定しなければならない。加えて、以下の点も考
慮するべきである。仮に、小型ターボチャージャ１８の
タービン２８の上流からＥＧＲガスを取り出すとすると
、この部分はエンジン１０の排気ポートに近いため温度
が高く、排気ガス再循環装置の耐熱性の高い部品（例え
ば、ダイヤフラム５２ａ）が早期に損傷するおそれがあ
る。また大型ターボチャージャ１６の下流から排気ガス
を取り出すとすると、この部分の圧力Ｐ５は小さ（過ぎ
るため所期の量のＥＧＲガスを導入するのが困難となる
。然るに、この発明のように上流と下流のタービン２８
及び２２を接続する排気管の部分５０ＡよりＥＧＲガス
を取り出すことにより排気ガス圧力は比較的高くかつ熱
害の問題も少ない。
変形実施例としてＥＧＲ通路５０の排気ガス注入口をイ
ンタクーラ２９の下流の代わりに破線５０′のように大
型ターボチャージャのコンプレッサ２０と小型ターボチ
ャージャのコンプレッサ２６との間の吸気管に接続する
ことができる。この変形例の場合ＥＧＲ作動時に排気ガ
ス取出口だけでなく排気ガス注入口も圧力が排気切替弁
３８の開閉の影響を受けない。そのため、排気ガス取出
口と注入口との差圧は排気切替弁の影響を受けないので
、ＥＧＲ量の制御のため二枚のマツプＭＡＰＩ、ＭＡＰ
２が不要であり、−枚だけですみ、制御が簡単となる利
点がある。
第７図は第２実施例であり、排気切替弁３８の制御作動
を低回転域では第１実施例と同様に過給圧により行い高
回転域では吸気空気量によって行うようにしたものであ
る。この実施例では排気切替弁３８のアクチュエータ４
０のダイヤフラム４０ｂに選択的に過給圧を導入する電
磁弁３００　（ＶＳＶ６）を具備している。この電磁弁
３００　（ＶＳＶ６）はダイヤフラム４０ｂに過給圧を
導入する位置と大気圧を導入する位置で切替を行う。吸
気空気量センサ３０２が吸気空気量Ｑを計測するため設
けられる。その他の構成は第１図と同様であり、説明を
省略する。
第８図は過給制御ルーチンであり、ステップ３５０では
エンジン回転数ＮＥ＞ＮＥｘか否か判別される。
ＮＥｘは過給圧をベースとする排気切替弁制御から吸気
空気量をベースとする排気切替弁制御に切替を行う闇値
であり、例えば、第９図に示すようにアクセルペダル全
開時に排気切替弁３８を全開せしめるときの回転数に相
当する。ＮＥ＞ＮＥｘのときはステップ４００に進み、
ステップ４００では吸気空気量Ｑ≧所定値Ｑ１か否か判
別され、ステップ４０２では吸気空気量Ｑ≧所定値Ｑ２
（＞　Ｑｌ）か否か判別される。Ｑ、は排気切替弁３８
の開弁を開始させる吸気空気量の闇値を示しており、Ｑ
＜Ｑｌのときはステップ４０３に進み、電磁弁５４　（
ＶＳＶＩ）が叶Ｆされ、ダイヤフラム３４ａに大気圧が
導入され、スプリング３４ｂによってウェイストゲート
弁３２は閉鎖される。ステップ４０４で排気切替弁３８
を制御する電磁弁５８　（ＶＳＶ２）が叶Ｆされる。そ
のため、アクチュエータ４０のダイヤフラム４０ａに大
気圧が作用する。ステップ４０６では電磁弁６４　（Ｖ
ＳＶ３）がＯＮされ、ステップ４０８テは電磁弁６６　
（ＶＳＶ４）カＯＦＦされる。ステップ４０６，４０８
の処理は第２図のステップ１０６．１０８と同様であり
、過給圧が設定値に到達する前は吸気バイパス弁４６を
閉弁せしめる動作を行う。ステップ４１０ではｔ磁弁３
００　（ＶＳＶ６）が叶Ｆされる。そのため、ダイヤフ
ラム４０ｂに大気圧が導入され、排気切替弁３８は閉鎖
される。
ステップ４００でＱ≧Ｑ１であるが、ステップ４０２で
Ｑ　＜　Ｑ　２のときはステップ４２０以下に進む。
ステップ４２０−４２６はステップ４０３−４０８と同
様である。ステップ４２８では１ｉ磁弁３００　（ＶＳ
Ｖ６）がＯＮされ、ダイヤフラム４０ｂに過給圧が導入
され、一方、ダイヤフラム４０ａは大気圧（ｉｔ磁弁５
８　（ＶＳＶ２）は０ＦＦ）であるため、第１実施例と
同様、ダイヤフラム４０ｂに加わる過給圧はスプリング
４０ｃ及び４０ｄの合力に抗して排気切替弁３８の開弁
を行わしめる。
そのため、排気切替弁３８の開弁は徐々に行われる。
ステップ４０２でＱ≧Ｑ２のときはステップ４３０４３
６に進み、これは第２図におけるステップ１１〇−１１
６と同様である。即ち、ステップ４３０で電磁弁５４　
（ＶＳＶＩ）がＯＮされると、ダイヤフラム３４ａに位
置５６からの過給圧が導入され、スプリング３４ｂに抗
してウェイストゲート弁３２は開放方向に付勢される。
また、ステップ４３２で排気切替弁３８の作動用電磁弁
５８　（ＶＳＶ２）がＯＮされる。そのため、ダイヤフ
ラム４０ａに過給圧が作用し、過給圧に対抗する排気切
替弁３８を閉じる力にスプリング４０ｄは関与しなくな
り、スプリング４０ｃ単独の弱い付勢力が閉じる力に関
与する。そのため、アクチュエータ４０は排気切替弁３
８を一気に開弁に至らしめる。ステップ４３４及びステ
ップ４３６は吸気バイパス弁４６を開弁せしめるための
処理であり、第２図のステップ１１４．１１６と同様で
ある。また、ステップ４３８では電磁弁３００　（ＶＳ
Ｖ６）がＯＦＦされる。
ステップ３５０でＮＥ≦ＮＥｘと判別されたときは、ス
テップ４２０−４２８に流れ、この処理は第３図のステ
ップ１０２−１０８の作動に準じている。即ち、低回転
時は排気切替弁３８は全閉され、小型ターボチャージャ
の下流の過給圧Ｐ２＝ＰＳ！アに到達すると排気切替弁
３８は開弁を開始する。
第９図は第２実施例におけるエンジン回転数と負荷とに
対する排気切替弁３８の動作を示す。ＸはＮＥ＝ＮＥｘ
を表すラインであり、このラインＸより高回転側では吸
気空気量に応して排気切替弁３８の制御を行う。Ｑ＝Ｑ
、のラインを横切ると開弁を開始し、Ｑ＝Ｑ、のライン
を横切ると全開する。
ラインＸより低回転側では第１実施例と同様に過給圧に
より排気切替弁３８は制御される。Ｐ、＝Ｐ　ＳＥｔの
ラインを横切ると排気切替弁３８は開弁を開始する。こ
のＰ＝”Ｐｓｉアのラインは１ＪＥ＝ＮＥｘの回転数に
おいてＱ＝Ｑ、のラインと接続するように設定される。
この実施例のように低回転時は過給圧に基づき、高回転
時は吸気空気量に基づき制御することにより、通常の過
給システムで起こり易い高回転時の過給圧の低下を防止
し、必要な出力を得ることができる効果がある。
この第２実施例におけるＥＧＲ￥Ａ御は第１実施例と同
様であり、第３図のルーチンと同様なルーチンにより実
行することができる。ＥＧＲＳＪ域は第１実施例と同様
でもよいし、第９図の破線で囲った領域で示すようにＩ
領域のみで行うことができる。
即ち、第３図のステップ１２４．１３０を省略すること
ができ、この場合はＥＧＲマツプは一枚となる。
〔効果］ この発明によれば、排気ガス再循環通路の取出口を大小
のタービンを接続する排気管の部分に設けることで、大
きな排気ガス圧力を得ることができるため、充分な量の
排気ガス再循環を簡単なシステムによって実行すること
ができる。
排気ガスをエンジンから離れた点で取り出しているため
ＥＧＲ系における熱に弱い部品、例えば、ＥＧＲ弁５２
のダイヤフラム５２ａを熱害から保護することができる
。
【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図及び第３図は第１図の制御回路の作動を説明する
フローチャート。 第４図はエンジン回転数に対する過給圧の変化をアクセ
ルペダル全開時（実線）、アクセルペダル中開時（破線
）の夫々の場合につき示すグラフ。 第５図はエンジン回転数及び負荷に対する排気切替弁の
開弁開始ライン、排気切替弁の２、開ライン、並びに等
ＥＧＲ率ラインを示す図。 第６図はエンジン回転数に対する排気管の各部位での排
気ガス圧力特性を示す図。 第７図は第２実施例の構成を示す図。 第８図は第２実施例の過給圧制御ルーチンを示すフロー
チャート。 第９図は第２実施例におけるエンジン回転数及び負荷に
対する排気切替弁の開弁開始ライン、排気切替弁の急開
ライン、並びに等ＥＧＲ率ラインを示す図。 １０・・・エンジン本体、１２・・・吸気管、１４・・
・排気管、１６・・・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、４６・・・
吸気バイパス弁、５０・・・ＥＧＲ通路、５２・・・Ｅ
ＧＲ弁、５４．５８，６４゜６６．７０−・・電磁弁（
ＶＳＶ）　、７８．８０　・・・圧力センサ。 第２図 第 図 第 図 ェーヨ：ＥＧＲ作動誠 ■°小型ターボ作動域 ■゛小小型犬大型ターボ作動 域：大型ターボ作動誠 ＋　　１：ＥＧＩ”１作動域 ■小型ターボ作動環 ■小型十大型ターボ作動誠 ■°大型ターボ作動麗

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、排気切替弁は機
    関運転条件に応じて開閉される内燃機関の排気ガス再循
    環装置において、排気ガス再循環通路の排気ガス取出口
    は大型及び小型のターボチャージャの排気タービンを接
    続する排気管路中に設けたことを特徴とする２段過給内
    燃機関の排気ガス再循環装置。
JP2160014A 1990-06-20 1990-06-20 直列２段過給内燃機関の排気ガス再循環装置 Pending JPH0450433A (ja)

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