JPH0598976A

JPH0598976A - 過給機付エンジンの制御装置

Info

Publication number: JPH0598976A
Application number: JP3284097A
Authority: JP
Inventors: Akira Kotani; 彰小谷; Makoto Makino; 誠牧野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1993-04-20

Abstract

(57)【要約】【目的】排気切替弁の開弁遅れに起因するエンジン出
力の低下を確実に防止する。【構成】エンジン回転数検知センサ５０からのエンジ
ン回転数と、スロットル開度検知センサ５からのスロッ
トル開度と、開弁速度検知手段６０からの開弁速度のす
べてが所定値を超えたときに、急加速判定手段６１によ
って直ちに排気切替弁１７を開弁させる旨の信号を出力
することにより、スロットル弁４の開弁動作を考慮した
排気切替弁１７の開弁制御を可能とし、エンジン高回転
での急加速時の排気切替弁１７の開弁遅れを改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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ウェイツインターボエ
ンジンの制御装置に関する。

【０００２】

【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ウェイツインターボシステム
を採用した過給機付エンジンが知られている。

【０００３】この種の過給機付エンジンの構成は、たと
えば図６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を閉じることにより、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。

【０００４】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を閉じることにより副タ
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。排気切替弁は、２個ター
ボチャージャへの切替時には、コンピュータ内に記憶さ
れたエンジン回転数とエンジン負荷（吸入空気量または
燃料流量）のマップ値に基づいて開弁するようになって
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エンジ
ン回転数とエンジン負荷のマップ値に基づいて排気切替
弁を開弁させる制御の場合は、つぎのような問題が生じ
る。図６に示した２ウェイツインターボエンジンでは、
排気切替弁をダイヤフラムアクチュエータによって開閉
する構成となっているので、排気切替弁が開となるまで
には機械的な遅れがある。機械的な遅れの要因には、圧
力伝達、ダイヤフラムの移動、機械的連結部のガタ、排
気切替弁の弁体の動き等がある。

【０００６】この機械的な遅れが存在することより、と
くにエンジン高回転でかつ低負荷ないし中負荷域から急
加速を行った場合は、排気切替弁の開弁遅れによって排
気抵抗が大となり、エンジン出力が低下してしまう。こ
れは、エンジン負荷が変化するのに対して機械的遅れは
一定であるため、エンジン高回転での急加速ほど排気抵
抗増加の影響を受けやすくなるからである。

【０００７】本発明に関連する先行技術として、加速時
には２個ターボチャージャへの切替条件をより低吸入空
気量側に変更することにより、２個ターボチャージャへ
の切替時のトルクショックを防止する装置（特開平２−
４２１２３号公報）が知られているが、この装置の場合
も上述と同様に排気切替弁の開弁遅れが問題となる。

【０００８】本発明は、上記の問題に着目し、排気切替
弁の開弁遅れに起因するエンジン出力の低下を確実に防
止することが可能な過給機付エンジンの制御装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【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、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、前記吸
気切替弁と排気切替弁とを共に開弁させることにより双
方のターボチャージャを過給作動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、前記エンジンの回転
数を検知するエンジン回転数検知センサと、前記エンジ
ンのスロットル弁の開度を検知するスロットル開度検知
センサと、前記スロットル弁の開弁速度を検知する開弁
速度検知手段と、前記エンジン回転数検知センサからの
エンジン回転数と、前記スロットル開度検知センサから
のスロットル開度と、前記開弁速度検知手段からの開弁
速度のすべてが所定値を超えたときに直ちに前記排気切
替弁を開弁させる旨の信号を出力する急加速判定手段
と、を具備したものから成る。

【００１０】

【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、エンジン回転検知センサからのエンジ
ン回転数と、スロットル開度検知センサからのスロット
ル開度と、開弁速度検知手段からの開弁速度のすべてが
所定値を超えた場合は、エンジン高回転時でかつ低負荷
ないし中負荷域から急加速が行なわれたと、急加速判定
手段によって判定される。

【００１１】急加速判定手段によって急加速であると判
定された場合は、急加速判定手段からの信号出力により
排気切替弁が直ちに開弁される。このように、スロット
ル弁の開弁動作を考慮した排気切替弁の開弁制御が可能
になるので、エンジン高回転時での急加速時の排気切替
弁の開弁時期を早め、排気抵抗の増加によるエンジン出
力の低下が確実に防止される。

【００１２】

【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。
図１ないし図５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。図２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。

【００１３】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１
７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
ターボーチャージャ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。

【００１４】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
プレッサ７ｂの上流とコンプレッサ８ｂの下流とを連通
す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１
０によって開閉される。吸気切替弁１８の上流と下流と
を連通するバイパス通路には、逆止弁１２が設けられて
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側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てある。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。

【００１５】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。ウエストゲートバルブ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。

【００１６】アクチュエータ９、１０、１１、１６、４
２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、コンプレッサ下流の過給圧、正圧タンク５１
からの過給圧、サージタンク２からの負圧とエアフロー
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からの指
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ェ
ック弁４５が介装されている。

【００１７】第１の電磁弁２５のＯＮは、吸気切替弁１
８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、ＯＦＦ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Ｏ
Ｎ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。

【００１８】排気バイパス弁４１を作動させるアクチュ
エータ４２にかかる過給圧を大気にブリードさせる第５
の電磁弁３２は、ＯＮ、ＯＦＦ制御でなく、デューティ
制御される。同様に、ウエストゲートバルブ３１を作動
させるアクチュエータ９にかかる過給圧を大気にブリー
ドさせ第６の電磁弁４４は、ＯＮ、ＯＦＦ制御でなく、
デューティ制御される。デューティ制御は、周知の通
り、デューティ値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
ューティ値は、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、デューティ値＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００
（％）で表わされる。

【００１９】排気バイパス弁４１の開度は、アクチュエ
ータ４２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の電磁弁３２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
となっている。ウェストゲートバルブ３１の開度は、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４
４のデューティ制御によって可変させることにより可変
可能となっている。

【００２０】本実施例では、吸気バイパス弁３３を設け
て助走回転時におけるコンプレッサ８ｂによる吸気温度
の上昇を抑制する機能も付加されているが、助走回転時
間を長く必要とする登板走行のような走行がほとんど生
じない場合には、とくに吸気バイパス弁３３を設ける構
成にしなくともよく、装置の簡素化がはかれる。

【００２１】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、吸気管圧力センサ（ＰＭセン
サ）３０、スロットル開度検知センサ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
数検知センサ５０、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は、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）、一時
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（Ｉ／Ｏ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。

【００２２】エンジンコントロールコンピュータ２９に
は、図１に示すように、開弁速度検知手段６０、急加速
判定手段６１、過給圧制御手段６２が形成されている。
開弁速度検知手段６０、急加速判定手段６１、過給圧制
御手段６２は、エンジンコントロールコンピュータ２９
内に格納されるプログラムから構成される。開弁速度検
知手段６０は、スロットル開度センサ５からの信号に基
づいてスロットル弁４の開弁速度が１．７°／８ｍｓ以
上になる状態を検知する機能を有している。

【００２３】エンジン回転数検知センサ５０からの信
号、スロットル開度センサ５からの信号、開弁速度検知
手段６０からの信号は、急加速判定手段６１にそれぞれ
入力されている。急加速判定手段６１は、エンジン回転
数センサ５０からのエンジン回転数ＮＥと、スロットル
開度検知センサ５からのスロットル開度ＴＡと、開弁速
度検知手段６０からの開弁速度ＤＬＴＡとが所定値を超
えたときに、直ちに排気切替弁１７を開弁させる旨の信
号を過給圧制御手段６２に出力する機能を有している。

【００２４】本実施例では、エンジン回転数ＮＥが３５
００ｒｐｍ以上、スロットル開度ＴＡが３０°以上、ス
ロットル弁４の開弁速度ＤＬＴＡが１．７°／８ｍｓ以
上になったときに、急加速判定手段６１による排気切替
弁１７の開弁指令が行なわれるようになっている。急加
速判定手段６１からの開弁指令信号が過給圧制御手段６
２に入力されると、過給圧制御手段６２によって第４の
電磁弁２８がＯＮとされ、第４の電磁弁２８は開弁され
る。これにより、アクチューエタ１６のダイヤフラム室
に過給圧が導かれ、排気切替弁１７はアクチュエータ１
６の駆動力によって開弁される。

【００２５】つぎに、本実施例の作用について説明す
る。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が駆動さ
れ、十分な過給空気量が得られ、出力が向上される。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がともに閉じられ、吸気バイパス弁３３が開かれ
る。これによって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。

【００２６】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をデュ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）に行うことが可
能になる。

【００２７】排気切替弁１７はダイヤフラムアクチュエ
ータ１６によって開閉する構成となっているため、排気
切替弁１７が開となるまでには機械的な遅れがある。こ
の機械的な遅れの存在により、とくにエンジン高回転で
かつ低負荷ないし中負荷域から急加速を行った場合は、
排気切替弁の開弁遅れによって排気抵抗が大となり、エ
ンジン出力が低下する。本実施例では、排気切替弁の開
弁遅れによるエンジン出力の低下を防止するため、図３
および図４の制御が行なわれる。

【００２８】図３は、排気切替弁の開弁遅れに起因する
エンジン出力の低下を防止するための制御処理手順を示
している。図３のステップ１０１において、制御処理が
開始され、ステップ１０２でフラグＸＶ４ＯＰＥＮ＝０
が成立しているか否かが判断される。フラグＸＶ４ＯＰ
ＥＮ＝０は、過渡条件（後述する３つの条件）が成立し
ていない場合に立てられる。図４は、図３のサブルーチ
ンであり、スロットル弁４の開弁速度ＤＬＴＡ、エンジ
ン回転数ＮＥ、スロットル開度ＴＡの判定処理等を示し
ている。

【００２９】図４に示すように、ステップ１１１で各種
の判定処理が開始され、ステップ１１２に進んで、スロ
ットル弁４の開弁速度ＤＬＴＡがα（α１．７°／８ｍ
ｓ）以上であるか否かが判断される。ステップ１１２
で、開弁速度ＤＬＴＡがα以上であると判断された場合
は、ステップ１１３に進む。ステップ１１３では、エン
ジン回転数ＮＥがβ（β＝３５００ｒｐｍ）以上である
か否かが判断される。ステップ１１３で、エンジン回転
数ＮＥがβ以上であると判断された場合は、ステップ１
１４に進み、スロットル開度ＴＡがγ（γ＝３０°）以
上であるか否かが判断される。ステップ１１４で、スロ
ットル開度ＴＡがγ以上であると判断された場合は、ス
テップ１１５に進む。

【００３０】ステップ１１５では、エンジン１と連結さ
れる変速機５５のシフト位置がＮレンジ（ニュートラル
レンジ）以外のレンジにセットされているか否かが判断
される。ステップ１１５でシフト位置がＮレンジ以外で
あると判断された場合は、ステップ１１６に進む。ステ
ップ１１６では、過渡条件が成立した旨のフラグが立て
られ、ステップ１１７に進む。すなわち、ステップ１１
６では、エンジン高回転でかつ低負荷ないし中負荷域か
ら急加速が行なわれる条件が成立した旨のフラグが立て
られる。

【００３１】ステップ１１２〜１１４において、開弁速
度ＤＬＴＡ、エンジン回転数ＮＥ、スロットル開度ＴＡ
が所定値に達していないと判断された場合は、排気切替
弁１７を開弁する必要がないとみなし、ステップ１１７
に進む。同様にステップ１１５において、変速機５５の
シフト位置がＮレンジであると判断された場合は、排気
切替弁１７を開弁する必要がないとみなし、ステップ１
１７に進む。

【００３２】図３のステップ１０２において、過渡条件
成立フラグＸＶ４ＯＰＥＮ＝０が立てられていると判断
された場合、すなわちエンジン高回転でかつ低負荷ない
し中負荷域から急加速が行なわれている条件が成立して
いないと判断された場合は、ステップ１０３に進む。ス
テップ１０３では、第４の電磁弁２８をＯＦＦにする旨
の信号が出力される。つぎに、ステップ１０４に進み、
過渡条件成立フラグＸＶ４ＯＰＥＮがリセットされ、ス
テップ１０６に進んで処理のリターンが行なわれる。

【００３３】図３のステップ１０２において、過渡条件
成立フラグＸＶ４ＯＰＥＮ＝０が立てられていないと判
断された場合、すなわちエンジン高回転でかつ低負荷な
いし中負荷域から急加速が行なわれる条件が成立してい
ると判断された場合は、ステップ１０５に進む。ステッ
プ１０５では、第４の電磁弁２８をＯＮとする旨の信号
が出力される。第４の電磁弁２８がＯＮとなると、アク
チュエータ１６のダイヤフラム室に過給圧が導かれ、ア
クチュエータ１６の駆動力により排気切替弁１７が開弁
される。ステップ１０５の処理が終了すると、ステップ
１０６に進み、処理のリターンが行なわれる。

【００３４】このように、ステップ１１２におけるスロ
ットル弁４の開弁速度が所定値以上、ステップ１１３に
おけるエンジン回転数ＮＥが所定値以上、ステップ１１
４におけるスロットル開度ＴＡが所定値以上である場合
は、ステップ１１５に進み、変速機５５のシフト位置が
車両走行可能な位置にあるのを確認して、排気切替弁１
７を開弁させる旨の指令が出力される。これによって、
図５の特性Ｓに示すように、排気切替弁１７の開弁によ
る２個ターボチャージャへの切替が行なわれる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、エンジン回転数検知セ
ンサからのエンジン回転数と、スロットル開度検知セン
サからのスロットル開度と、開弁速度検知手段からの開
弁速度のすべてが所定値を超えたときに、急加速判定手
段によって直ちに排気切替弁を開弁させる旨の信号を出
力するようにしたので、スロットル弁の開弁動作を考慮
した排気切替弁の開弁制御が可能となり、エンジン高回
転時での急加速時の排気切替弁の開弁遅れを改善するこ
とができる。したがって、排気切替弁の開弁遅れに起因
する排気抵抗の増加を解消することが可能になり、エン
ジン出力の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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である。

【図２】図１の装置を備えた過給機付エンジンの系統図
である。

【図３】図１の装置による排気切替弁の制御処理手順を
示すフローチャートである。

【図４】図３の処理の一部を示すフローチャートであ
る。

【図５】図２の装置におけるエンジン回転数とトルクと
の関係を示す特性図である。

【図６】従来の過給機付エンジンの系統図である。

【符号の説明】

１エンジン４スロットル弁５スロットル開度検知センサ７主ターボチャージャ８副ターボチャージャ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５０エンジン回転数検知センサ６０開弁速度検知手段６１急加速判定手段６２過給圧制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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
気通路を開閉する排気切替弁を設け、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、前記吸気切替弁と排気切替弁
とを共に開弁させることにより双方のターボチャージャ
を過給作動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、前記エンジンの回転数を検知するエンジン回転数検知セ
ンサと、前記エンジンのスロットル弁の開度を検知するスロット
ル開度検知センサと、前記スロットル弁の開弁速度を検知する開弁速度検知手
段と、前記エンジン回転数検知センサからのエンジン回転数
と、前記スロットル開度検知センサからのスロットル開
度と、前記開弁速度検知手段からの開弁速度のすべてが
所定値を超えたときに直ちに前記排気切替弁を開弁させ
る旨の信号を出力する急加速判定手段と、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。