JPH0598982A - 過給機付エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子制御装置の故障等により排気切替弁用の
アクチュエータおよび吸気切替弁用のアクチュエータを
制御する電磁弁が開いた状態になった場合でも、常に排
気切替弁を吸気切替弁よりも先に開弁させる。 【構成】 排気切替弁１７と連結されるアクチュエータ
１６の駆動特性と、吸気切替弁１８と連結されるアクチ
ュエータ１１の駆動特性とを異ならせ、常に排気切替弁
１７を吸気切替弁１８よりも先に開弁させる。

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を
行なう過給機付エンジン、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５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。このように、２ウェイツ
インターボシステムでは、負荷等の変化に応じて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が行
なわれ、または２個ターボチャージャから１個ターボチ
ャージャへの切替えが行なわれる。

【０００５】図５に示す排気切替弁９５は、図示されな
いダイヤフラム式のアクチュエータと連結されている。
この排気切替弁用のアクチュエータには、電磁弁を介し
て正圧（過給圧）が導かれるようになっている。吸気切
替弁９４は、上述と同様に、図示されないダイヤフラム
式のアクチュエータと連結されている。この吸気切替弁
用のアクチュエータには、電磁弁を介して正圧（過給
圧）が導かれるようになっている。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時には、主ターボ
チャージャからの過給気の逆流を防止するため、排気切
替弁９５を吸気切替弁９４よりも早く開弁させるよう
に、電子制御装置（エンジンコントロールコンピュー
タ）から各電磁弁へ信号が出力されるようになってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子制
御装置（ＥＣＵ）の故障等により両方の電磁弁が開状態
になってしまった場合は、両方のアクチュエータが作動
し吸気切替弁が排気切替弁と同時、もしくは排気切替弁
よりも早く開いてしまうおそれがある。排気切替弁の開
きが吸気切替弁よりも遅れると、副ターボチャージャに
よる過給圧が十分に上昇しないうちに吸気切替弁が開く
ことになり、主ターボチャージャによって圧縮された過
給気が副ターボチャージャ側に逆流してしまう。したが
って、過給圧が急激に低下し、エンジンの出力トルクが
急激に落ち込むという問題が生じる。

【０００７】上述に関連する技術として、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タイミン
グを、吸気バイパス弁が閉じてから排気切替弁を開弁さ
せ、その後、吸気切替弁を開くように電磁弁を作動させ
て主ターボチャージャからの過給気の逆流を防止した２
ウェイツインターボエンジン（特開平１−３１５６１４
号公報）が知られているが、このエンジンの場合でも、
電子制御装置が故障した場合は、上述と同様に排気切替
弁が開く前に吸気切替弁が開いてしまうという問題があ
る。

【０００８】本発明は、上記の問題に着目し、電子制御
装置の故障等により排気切替弁用のアクチュエータおよ
び吸気切替弁用のアクチュエータを制御する電磁弁が開
いた状態になった場合でも、常に排気切替弁を吸気切替
弁よりも先に開弁させ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、圧力によって作動するア
クチュエータと連結され吸気通路を開閉する吸気切替弁
を設け、副ターボチャージャのタービン下流または上流
に、圧力によって作動するアクチュエータと連結され排
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、前記排気切替弁が吸気切替弁よりも先に開
弁するように前記各アクチュエータの駆動特性を異なら
せたものから成る。

【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、排気切替弁が吸気切替弁よりも先に開
弁するように各アクチュエータの駆動特性を異ならせて
いるので、各アクチュエータに導入される圧力が同一で
ある場合は、常に排気切替弁を吸気切替弁よりも先に開
弁させることができる。

【００１１】アクチュエータは、たとえば内蔵されるス
プリングのばね特性、導入される圧力が作用するダイヤ
フラムの径を変化させることにより、排気切替弁用のア
クチュエータと吸気切替弁用のアクチュエータとで、開
弁特性を異ならせることができる。したがって、電気的
な制御に比べて信頼性が著しく高められ、確実に排気切
替弁を先に開弁させることが可能となる。

【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４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１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４１
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】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】図２は、排気切替弁１７を開閉駆動するア
クチュエータ１６を示している。アクチュエータ１６
は、変位可能なダイヤフラム１６ａによって区画される
ダイヤフラム室１６ｂとばね室１６ｃとを有している。
ダイヤフラム１６ａには、ロッド１６ｄが取付けられて
いる。ロッド１６ｄの先端部は、排気切替弁１７のレバ
ーと連結されている。アクチュエータ１６のばね室１６
ｃには、ダイヤフラム１６ａを押圧する圧縮スプリング
１６ｅが収納されている。

【００２３】アクチュエータ１６のダイヤフラム室１６
ｂには、第４の電磁弁２８を介して大気圧または正圧
（過給圧）が導かれるようになっている。排気切替弁１
７は、ダイヤフラム室１６ｂに大気圧が導かれた状態で
は、圧縮スプリング１６ｅの付勢力によって閉弁するよ
うになっている。ダイヤフラム室１６ｂに過給圧が導か
れた状態では圧縮スプリング１６ｅのばね力に打勝って
ダイヤフラム１６ａが変位し、排気切替弁１７は開弁す
るようになっている。

【００２４】図３は、吸気切替弁１８を開閉駆動するア
クチュエータ１６を示している。アクチュエータ１１
は、変位可能なダイヤフラム１１ａによって区画される
ダイヤフラム室１１ｂとダイヤフラム室１１ｃとを有し
ている。ダイヤフラム１１ａには、ロッド１１ｄが取付
けられている。ロッド１１ｄの先端部は、吸気切替弁１
８のレバーと連結されている。アクチュエータ１１のダ
イヤフラム室１１ｃには、ダイヤフラム１１ａを押圧す
る圧縮スプリング１１ｅが収納されている。

【００２５】アクチュエータ１１の一方のダイヤフラム
室１１ｂには、第１の電磁弁２５を介して大気圧または
正圧（過給圧）が導かれるようになっている。吸気切替
弁１８は、ダイヤフラム室１１ｂに大気圧が導かれた状
態では、圧縮スプリング１１ｅの付勢力によって閉弁す
るようになっている。ダイヤフラム室１１ｂに過給圧が
導かれた状態では圧縮スプリング１１ｅのばね力に打勝
ってダイヤフラム１１ａが変位し、吸気切替弁１８は開
弁するようになっている。ダイヤフラム室１１ｃと接続
される第２の電磁弁２６は、非通電時にダイヤフラム室
１１ｃに大気圧を導入し、通電時にダイヤフラム室１１
ｃに吸気管負圧を導く。そして、本実施例では軽負荷時
に第１の電磁弁２５に通電して排気切替弁１７の制御に
関係なく吸気切替弁１８を全開とすることにより、吸気
抵抗を低減して加速初期のレスポンスの向上を図かって
いる。

【００２６】排気切替弁１７を開閉駆動するアクチュエ
ータ１６は、排気切替弁１７が吸気切替弁１８よりも先
に開弁するように、駆動特性が設定されている。たとえ
ば、アクチュエータ１６の圧縮スプリング１６ｅは、ア
クチュエータ１１の圧縮スプリング１１ｅよりもばね力
が弱く設定されており、各アクチュエータ１１、１６の
ダイヤフラム室１６ｂ、１１ｂに同じ圧力が導入された
場合は、排気切替弁１７のほうが吸気切替弁１８よりも
先に開弁するようになっている。

【００２７】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、主、副ターボチャージャ７、８が駆
動され、十分な過給空気量が得られ、エンジン出力が向
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３
３が開かれる。これにより主ターボチャージャ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。

【００２８】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、エンジンコントロー
ルコンピュータ２９からの出力信号により、先ず第４の
電磁弁２８がＯＮ（開）とされて排気切替弁１７が開か
れ、所定時間（例えば０．５秒）経過後に第１の電磁弁
２５がＯＮ（開）とされて吸気切替弁１８が開かれる。
そして、このターボチャージャの切替作動に先立ち、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。

【００２９】従来装置では、電子制御装置としてのエン
ジンコントロールコンピュータ２９の故障等により、第
１の電磁弁２５と第４の電磁弁２８とが開状態になって
しまった場合は、各アクチュエータ１１、１６が作動し
吸気切替弁１８が排気切替弁１７よりも先に開いてしま
うおそれがある。吸気切替弁１８が先に開いた状態では
主ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｂによって圧縮
された過給気が副ターボチャージャ８側に逆流してしま
う。その結果、過給圧が急激に低下し、エンジンの出力
トルクが急激に落ち込むという問題が生じる。本実施例
では、これを防止するために、吸気切替弁１８および排
気切替弁１７と連結される各アクチュエータ１１、１６
の駆動特性を異ならせ、各アクチュエータ１１、１６に
同一の圧力が導入された場合は、常に排気切替弁１７を
吸気切替弁１８よりも先に開弁させるようにしている。

【００３０】図４は、排気切替弁１７および吸気切替弁
１８の開弁特性を示している。図４の特性Ａは排気切替
弁１７の開弁特性を示し、特性Ｂは吸気切替弁１８の開
弁特性を示している。図４に示すように、排気切替弁１
７は、アクチュエータ１６のダイヤフラム１６ａへの印
加圧力がａ₁ のとき開弁開始し、ダイヤフラム１６ａへ
の印加圧力がｂ₁ のときに開弁終了する。吸気切替弁１
８はアクチュエータ１１のダイヤフラム１１ａへの印加
圧力がａ₂ のとき開弁開始し、ダイヤフラム１１ａへの
印加圧力がｂ₂ のときに開弁終了する。

【００３１】このように、本実施例では機械的な構成に
より排気切替弁１７を吸気切替弁１８よりも先に開弁さ
せるようにしているので、電気的な構成に比べて信頼性
が高くなり、常に排気切替弁１７を吸気切替弁１８に先
行して開弁させることが可能となる。

【００３２】なお、本実施例では各アクチュエータ１
１、１６の圧縮スプリング１１ｅ、１６ｅのばね特性を
異ならせることにより開弁特性を変えているが、たとえ
ば圧力が作用するダイヤフラム１１ａ、１６ａの直径を
異ならせることにより、開弁特性を変える構成等として
もよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、排気切替弁と連結され
るアクチュエータの駆動特性と、吸気切替弁と連結され
るアクチュエータの駆動特性を異ならせ、排気切替弁を
吸気切替弁よりも先に開弁させるようにしたので、電子
制御装置の故障等によって各アクチュエータを制御する
電磁弁が共に開となった場合でも、常に排気切替弁を吸
気切替弁よりも先に開弁させることができる。その結
果、主ターボチャージャからの過給気が副ターボチャー
ジャ側に逆流するという現象がなくなり、過給圧の低下
によるエンジンの出力トルクの急激な落ち込みを確実に
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
御装置の制御系統図である。

【図２】図１の装置における排気切替弁用アクチュエー
タの拡大断面図である。

【図３】図１の装置における吸気切替弁用アクチュエー
タの拡大断面図である。

【図４】図２および図３のアクチュエータによる排気切
替弁と吸気切替弁の開弁特性を示す特性図である。

【図５】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 ７ 主ターボチャージャ ８ 副ターボチャージャ １１ 吸気切替弁用のアクチュエータ １６ 排気切替弁用のアクチュエータ 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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、圧力によって作動するアクチュエータと連結さ
   れ吸気通路を開閉する吸気切替弁を設け、副ターボチャ
   ージャのタービン下流または上流に、圧力によって作動
   するアクチュエータと連結され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、前記排気
   切替弁が吸気切替弁よりも先に開弁するように前記各ア
   クチュエータの駆動特性を異ならせたことを特徴とする
   過給機付エンジンの制御装置。