JPH01244114A - ２段ターボシステム - 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〕 この発明は直列配置される２つのターボを備え、上流側
の第１のターボをターボチャージャとして機能させ、下
流側の第２のターボをターボクーラとして機能させる２
段ターボシステムに関する。

〔従来の技術〕

２個のターボを直列に設置し、上流側の第１のターボを
ターボチャージャとして使用し、下流側の第２のターボ
をターボクーラとして使用し、第１ターボからの過給空
気を第２のターボの空気コンプレッサで断熱圧縮して高
圧力とし、これを空気タービンで断熱膨張させて圧力を
降下させることにより冷却し、燃焼室に導入する２段タ
ーボシステムが提案されている。例えば、特開昭６１−
２３４、２２４号、［ｌ５Ｐ３．３５５．８７７号参照
。通常の１段ターボシステムではターボを通過後の吸入
空気は温度が高くなり、ノッキングの発生や、吸気密度
の低下により、出力が犠牲となる問題があったが、２段
ターボシステムを採用することにより、上流の第１のタ
ーボによる過給の結果、昇温した空気の温度を下流の第
２のターボにより冷却して、ノッキングの発生を抑制し
１．また吸気密度を増大して、出力向上を図ることがで
きるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ターボクーラシステムでは、過給気の膨張（圧力降下）
を利用して冷却するために、従来と同等の吸気圧力（例
えば４００〜５００　ｍｍＨｇ）を得ようとすると、タ
ーボチャージャとして機能する上流側の第１のターボに
よる過給圧を従来のターボチャージャシステム以上に高
い圧力まで加圧する必要があるが、空気コンプレッサ出
口の圧力がこのような高い圧力レベルではこの圧力を利
用して、燃焼室に導入される過給圧を精度よく制御する
のが困難となる問題点がある。

ターボクーラシステムでは運転条件に応じた過給作用を
行うため、下流側の第２ターボを機関運転条件に応じて
ターボクーラとして機能させたり、又はターボクーラと
しての機能を停止させたりすることが考えられる。この
場合、ターボクーラが作動しているか、否かで燃焼室に
導入される時点での吸入空気温度が変化する。ターボク
ーラが作動している時は、吸気温度が低いので、過給圧
を高めて、より高出力を得ることができるが、ターボク
ーラが停止している時は、吸気温度が高いので、ノッキ
ングが発生しやすく、その為例えば点火時期を遅角する
等の対策が必要になり、出力が低下する問題が生じる。

更に、ターボクーラシステムでは通常のターボチャージ
ャシステムと同様にターボチャージャとして機能する上
流側の第１のターボによる過給圧を目標値に制御する装
置を持っている。ターボクーラシステムでは、前述のよ
うに、従来のターボチャージャシステムと同等の過給圧
を得る為には、第１のターボで吸気を高い圧力まで加圧
する必要があり、吸気管での吸気の漏れ等の異常が発生
した場合吸入空気圧力が異常に降下することがある。

この場合、前記した過給圧制御装置の働きで、過給圧を
目標値に制御しようとするため上流の第１のターボの回
転が異常に上昇することがある。

この発明の第１の目的は、第２ターボであるターボクー
ラの下流側の吸気圧力で、上流側のターボチャージャで
ある第１ターボの回転数を制御することにより、燃焼室
に導入される過給圧を精度良く安定的に制御することに
ある。

この発明の第２の目的は、ターボクーラとして機能する
第２のターボの作動、非作動に同期して、ターボチャー
ジャとしての第１のターボの過給圧を制御することによ
りそれぞれの運転状態に適した過給を行なって機関出力
の増大を図ることにある。

この発明の第３の目的はターボチャージャである第１タ
ーボの下流側の過給圧の異常を検出することにより、第
１ターボ又は第２ターボを電子的に制御し、ターボの回
転が異常に増大することを防止することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕第１の目的を達
成する第１の発明によれば、２段の直列配置したターボ
を備え、上流側の第１のターボをターボチャージャとし
て使用し、その過給空気を下流側のターボクーラとして
機能する第２のターボに導入して空気の圧縮−膨張によ
る冷却を行う２段ターボシステムにおいて、第２０り−
ボの下流の空気圧力を検出する圧力検出手段と、検出さ
れる圧力に応じて上流側の第１のターボによる過給圧を
制御する圧力制御手段とを具備したことを特徴とする。

第１の発明の作用において、１段目のターボからの吸気
は２段目のターボの圧縮側ユニット（コンプレッサ）を
通り、次いで２段目のターボの膨張側ユニット　（ター
ビン）を通される。このような、吸入空気の圧縮−膨張
により吸入空気は冷却を受け、燃焼室に導入される。こ
のとき、圧力検出手段により所定の圧力を第２ターボの
下流において検出し、この検出圧力を圧力制御手段に印
加し、上流側の第１のターボによる過給圧が制御される
。

第２の目的を達成する第２の発明によれば、２段に直列
配置したターボを備え、上流側の第１のターボをターボ
チャージャとして使用し、その過給空気を下流側のター
ボクーラとして機能する第２のターボに導入して空気の
圧縮−膨張による冷却を行う２段ターボシステムにおい
て、機関の運転条件に応じて第２のターボによるターボ
クーラとしての機能を選択的に作動、停止する切替手段
と、該作動、停止に同期して第１ターボの過給圧の制御
目標値を可変とする過給圧制御手段とを具備することを
特徴とする。

第２の発明の作用において、第２ターボをターボクーラ
として作動させないときは、第１のターボからの空気は
第２のターボを迂回されるか、単なるターボチャージャ
として機能される。ターボクーラとしての第２ターボの
作動、停止に同期して第１ターボの過給圧を制御するた
めの手段（ウェイストゲート弁）が作動され、第１ター
ボの過給圧の目標値が上下に変更される。

第３の目的を達成する第３の発明によれば、２段に直列
配置したターボを備え、上流側の第１のターボをターボ
チャージャとして使用し、その過給空気を下流側のター
ボクーラとして機能する第２のターボに導入して空気の
圧縮−膨張による冷却を行う２段ターボシステムにおい
て、上流側の第１のターボの下流の空気圧力を検出する
圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された圧力
が異常な場合に第１ターボの過給圧の目標値を降下させ
るか又は第２のターボによるターボクーラ作動を停止さ
せる異常時制御手段とを具備することを特徴とする。

第３の発明の作用において、圧力検出手段により異常を
検出すると第１ターボの過給圧の目標値が下降されるか
ターボクーラの作動が停止される。

〔実施例〕

第１の発明の第１実施例を示す第１図において、１０は
シリンダブロック、１２はピストン、１４はコネクティ
ングロッド、１６はシリンダヘッド、１８は燃焼室、２
０は吸気弁、２２は吸気ポート、２４は排気弁、２６は
排気ポート、２８は点火栓、３０は吸気マニホルド、３
２はサージタンク、３３はスロットル弁、３４はエアー
フローメータ（３４ａはその検出部）、３５はスロット
ル弁位置センサ、３６はエアークリーナ、３８は排気管
である。３９は燃料噴射用のインジェクタである。

第１のターボ４０と第２のターボ４２とが２段に配置さ
れる。第１のターボ４０は常にターボチャージャとして
作動するもので、コンプレッサ４０ａとタービン４０ｂ
とを備えている。コンプレッサ４０ａはその軸方向中心
入口がエアーフローメータ３４の下流の吸気導管４４に
接続され、接線方向出口が吸気導管４６に接続される。

タービン４０ｂは接線方向人口が排気管３８に接続され
、軸方向出口が排気導管４８に接続される。

第２のターボ４２は運転条件に応じて休止したり、又は
ターボクーラとして作動するもので、コンプレッサ４２
ａとタービン４２ｂとを備えている。

コンプレッサ４２ａはその軸方向中心入口が吸気導管５
０に接続され、接線方向出口が吸気導管５２に接続され
る。タービン４２ｂは接線方向人口が導管５４に接続さ
れ、軸方向出口が導管５６に接続される。

第１のターボ４０のタービン４０ｂを迂回してバイパス
通路５８が設置され、バイパス通路５８にバイパス制御
弁（所謂ウェイストゲート弁）６０が設置され、同ウェ
イストゲート弁６０はリンク機構６２を介してダイヤフ
ラム式のアクチユエータ６４に連結される。アクチユエ
ータ６４は第１ターボ４０のコンプレッサ４０ａからの
過給された空気の圧力を受ける圧力導管６６を有し、過
給圧力が設定値を越えるとバイパス通路５８を開放し、
過給圧の上限をその設定値に維持するという役目をする
。

インククーラ６８は過給によって高められた吸入空気の
温度を降下させるためのものである。インククーラ６８
は二つの空気人口６８ａ、６８ｂを有し、前者は吸気導
管７０に接続され、後者は第２ターボ４２のコンプレッ
サ４２ａへの導管５２に接続される。インタクーラ６８
は出口６８ｃを有し、同出口６８ｃは導管７２に接続さ
れる。インククーラ６８は入口６８ａと６８ｂ及び出口
６８ｃに向かう吸入空気流と熱交換することで、その吸
入空気流の温度を低下させる熱交換部６８ｄを持つが、
この熱交換部６８ｄは空冷でも水冷でもどちらでもよい
。

第１の三方切替弁７４、第２の三方切替弁７６がこの発
明にふける過給作動制御のため設置される。これらの切
替弁７４．７６は電磁弁として構成することができる。

第１の切替弁７４は、消磁されると白抜きの接続状態を
とり、第１のターボ４０のコンプレッサ４０ａからの導
管４６を第２のターボチャージャ４２のコンプレッサ４
２ａへの導管５０に接続し、これに対し、励磁されると
黒塗りの接続状態をとり、第１のターボ４０のコンプレ
ッサ４０ａからの導管４６をインタクーラ６８への導管
７０に接続する。一方、第２の切替弁７６は消磁される
と白抜きの接続状態をとり、インタクーラ６８からの導
管７２を第２のターボ４２のタービン４２ｂへの導管５
４に接続し、これに対し励磁されると黒塗りの状態をと
り、インククーラ６８からの導管７２をサージタンク３
２への導管８０に接続する。尚、第２のターボのタービ
ン４２ｂからの前記導管５６はスロットル弁３３の上流
においてこの導管８０に接続される。

第１．２図において、制御回路９０は、運転状態を検出
する各センサからの信号によって、燃料噴射制御、電磁
弁７４及び７６の切り換えによる過給制御、異常時の過
給圧制御弁８５の制御、並びにその他のエンジン制御、
例えば点火時期制御を実行するもので実施例ではマイク
ロコンピュータシステムとして構成される。第３図は制
御回路９０の構成をブロックダイヤグラムによって示す
ものである。制御回路９０は中央処理装置９２と、アナ
ログ信号用の入力インタフェース回路９４とディジタル
信号用の入力インタフェース回路９６と、Ａ／Ｄコンバ
ータ９８と、出力インタフェース回路１００とを具備す
る。入力インタフェース回路９４には種々のセンサから
のアナログ信号が印加される。第１・２図にはそれらの
センサのうちエアー７０−メータ３４（３４ｂはその出
力部を示す）と、スロットル弁位置センサ３５と、吸気
圧力センサ４９とが図示される。入力インタフェース回
路９６には種々のセンサからのデジタル信号が人力され
る。出力インタフェース回路１００は各気筒（７）イン
ジェクタ３９に接続され、所定のクランク軸タイミング
において燃料噴射が実行される。

また、各三方切替弁７４・７６に作動信号が印加され、
この発明に従って２段ターボ４０．４２の作動が制御さ
れる。尚、この発明は実施例のように燃料噴射内燃機関
にその応用が限定されず、気化器式の内燃機関にも応用
することができる。また、ディーゼル機関であってもよ
い。

第４図は、第１実施例における制御回路の作動を説明す
るフローチャートを示している。ステップＳ１では各セ
ンサからの信号が人力され、ステップＳ２では各センサ
の信号状態より現在の運転状態が識別又は把握される。

ステップｓ３では、２段のターボ４０．４２を直列に配
置し所謂ターボクーラとして働かせる高速等の運転条件
か否か判別される。ターボクーラ作動条件でないとすれ
ばステップＳ４に進み、三方切替弁７４．７６の励磁が
行われる。ステップＳ３でターボクーラ作動条件とすれ
ばステップＳ５に進み、三方切替弁７４．７６は消磁さ
れる。ステップＳ６は燃料噴射時期、量の算出を示し、
ステップＳ７はインジェクタ３９への燃料噴射信号の出
力を示す。

三方電磁弁７４・７６の選択的な作動により第１実施例
の２段ターボ装置がどのように作動するかを以下更に詳
細に説明すると、低速時（例えばエンジン速度＜３．０
０Ｏｒｐｍ）等のターボクーラをカットする運転時には
第１図に示すように電磁弁７４．７６は励磁され、黒塗
りのボート位置をとる。排気管３８からの排気ガスのエ
ネルギによって第１のターボ４０のタービン４０ａが回
転駆動され、このタービン４０ａに連結されたコンプレ
ッサ４０ａの回転により、吸入空気は導管４４から導管
４６に圧送される。切替弁７４が黒塗りの位置であるこ
とから空気は導管７０を介してインククーラ６８を経て
導管７２に導かれる。第２の切替弁７６も黒塗りの位置
をとっているから空気は導管８０、スロットル弁３３、
サージタンク３２、吸気マニホルド３０を介して燃焼室
１８に導入される。即ち、ターボクーラの作動をカット
する低速時は第２のターボ４２は作動に関与しない。

高速時（例えばエンジン速度≧３．００Ｏｒｐｍ）のよ
うにターボクーラの作動が必要な運転時は電磁弁７４’
、７６は第２図のように白抜きのポート位置をとる。そ
のため、第１のターボ４０のコンプレッサ４０ａからの
空気は第１の切替弁７４を介して導管５０を経て、第２
のターボ４２のコンプレッサ４２ａに導入される。そし
て、導管５２、インククーラ６８、導管７２を経て、第
２の切替弁７６より導管５４を経て第２のターボチャー
ジャ４２のタービン４２ｂより導管５６．８０、スロッ
トル弁３３、サージタンク３２、吸気マニホルド３０を
経て燃焼室１８に導入される。吸入空気は第２のターボ
４２のコンプレッサ４２ａを通過する際に断熱圧縮を受
け、同じ第２のターボチャージャ４２のタービン４２ｂ
を通過する際にその体積は断熱膨張する。

このような、第２のターボ４２を通過する際の圧縮−膨
張という過程において吸入空気は強く冷却される。その
ため、ノッキングの虞れが少なくなり、点火時期を進め
ることができ、又吸気密度が増大するので高い機関出力
を得ることができる。

第１の発明によればアクチュエータ６４は導管６６を介
して第２のターボ４２の下流の吸気管（実施例では導管
８０）に接続される。この圧力が所定値より高いときは
ウェイストゲート弁６０を開弁せしめ、過給圧をこの値
付近に制御する。

そして、燃焼室１８に近いところの圧力を検出してウェ
イストゲート弁６０が駆動されるので、上下のターボ４
０．４２が働く高速時においても正確なかつ安定的な過
給圧の制御が可能である。

以上説明した第１発明の第１実施例では第１のターボ４
０と第２のターボ４２との大小については全熱限定する
意図はない。そして、好ましい構成例として第２のター
ボ４２は、そのコンプレッサ４２ａが第１のターボ４０
のコンプレッサ４０ａの容量より小さく設定することが
できる。これによりターボクーラとしての作動時に下流
側の第２のターボ４２の圧縮側ユニット容量が上流側の
第１のターボ４０の圧縮側ユニットの容量より小さくな
る。このように上流側のターボ４０と下流側のターボ４
２とを比較したとき下流側のターボのコンプレッサ４２
ｂの容量が上流側のターボ４０のコンプレッサ４０ｂの
容量より小さいことにより、下流側のコンプレッサ４２
ｂでの圧縮効率を高くすることができる。即ち、上流側
のターボと比較して下流側のターボのコンプレッサの人
口での圧力は高い。そのため、空気密度が大きいので体
積流量自他は小さくなっている。そのため、従来技術の
ように上流と下流とで同一容積のコンプレッサであると
すると下流側のターボのコンプレッサの容積は過大とな
り、圧縮効率が低下する。この第２実施例のように下流
側のコンプレッサを上流側のコンプレッサより容量を小
さくすることにより下流側のコンプレッサ４２ｂでの圧
縮効率を高め、その冷却効率を向上することができる効
果がある。

第５図は第１発明の第２実施例の構成を示す。

この第２実施例は低速時には第１のターボによって過給
を行い、中速時には第１のターボ及び第２のターボによ
って並列過給を行い、高速時には上流側の第１のターボ
によって過給し下流側の第２のターボを断熱圧縮−膨張
を行わせるターボクーラとして機能させたものへの第１
の発明の適用である。以下この実施例の構成を第１実施
例との相違を中心に説明する。尚、第１実施例と同一機
能の部品については同一の参照番号を付しその説明を省
略する。第１の切替弁７４．７６に加えて第３の三方切
替弁１１０が具備され、この切替弁１１０は消磁状態で
は白抜きのポート位置をとり、第２のターボ４２のター
ビン４２ｂの中心出口をサージタンク３２への導管８０
に開口する導管５６に接続する。切替弁１１０は励磁状
態では黒塗りのように位置し、第２のターボ４２のター
ビン４２ｂからの中心出口を第１のターボチャージャ４
０のタービン４０ｂからの排気導管４８に合流させる。

第１のターボのコンプレッサ４０ｂへの中心人口へ開口
する導管４４から導管１１２が分岐しており、第１の切
替弁７４と第２のターボのコンプレッサ４２ａとを接続
する導管５０に接続される。導管１１２上に第１の開閉
弁１１４が設けられる。第２の切替弁７６と第２のター
ボ４２のタービン４２ｂとを接続する導管５６から導管
１１６が分岐され、この導管１１６は第１のターボ４０
のタービン４０ｂへの排気管３８に接続される。この導
管５６に第２の開閉弁１１８が配置される。

この第１発明の第２の実施例においては容量が大きい第
１のターボ４０は常時ターボチャージャとして作動され
、容量が小さい第２のターボ４２は機関運転条件、例え
ば回転数に応じて選択的に作動される。第８図は制御回
路９０の動作を説明するフローチャートで、ステップＳ
１ではエンジン回転数ＮＥが入力され、ステップＳ２で
はＮＥ＞ＮＥＩか否か判別され、ＮＥ≦ＮＥ、のときは
ステップＳ３で第２ターボを迂回するように切替弁、開
閉弁の駆動が行われる（即ちターボクーラ０ＦＦ）。ス
テップＳ２でＮＥ＞ＮＥ、のときはステップＳ４に進み
、ＮＥ＞ＮＥ２か否か判別される。ＮＥ≦Ｎ　Ｅ　２の
ときはステップＳ５に進み、第２のターボ４２は第１の
ターボチャージャ４０と並列に過給機として働くように
切替弁、開閉弁が制御される。ステップＳ４でＮＥ＞Ｎ
Ｅ、のときはステップＳ６に進み、第２ターボがターボ
クーラとして作動するように切替弁、開閉弁が制御され
る。

第１発明の第２実施例の作動を更に詳細に説明すると、
低速時は第５図において切替弁７４．７６及び１１０は
全て励磁される。そして開閉弁１１４．１１８は閉であ
る。この状態は第１実施例の第１図と同様の排気ガス、
空気の流れが得られ、小ターボ４２は排気ガス、空気の
流れに関与せず第１のターボ４０のみが作動に関与し過
給を行う。

第６図は中速時における作動を示し、電磁弁７４゜７６
及び１１０は共に励磁され、開閉弁１１４及び１１９は
共に開放される。即ち、排気管３８からの排気ガスは第
１のターボのタービン４０ｂに導入されると同時に導管
１１６を介して第２のターボのタービン４２ｂに導入さ
れる。排気ガスは導管４８で合流され、排出される。一
方、吸気は第１ターボ４０のコンプレッサ４０ａに導入
されると同時に導管１１２を介して第２のターボのコン
プレッサ４２ａに導入される。コンプレッサ４０ａ、４
２ｂを出た空気はインククーラ６８にて合流され、導管
７２を経てエンジン側に導入される。

高速時は第７図において切替弁７４．７６は消磁され、
これは第１実施例と同じである。これに加えて、切替弁
１１０が消磁され、開閉弁１１４及び１１８は閉鎖状態
となる。そのため、排気ガス及び吸入空気の流れ状態は
第１実施例の高速時と同様になる。即ち、第１のターボ
４０で圧縮された空気が導管４６　、７２を介して第２
のターボ４２を通過する際の圧縮−膨張という過程にお
いて吸入空気は強く冷却されるというターボクーラ作動
が実現される。この第３実施例のように回転数に応じて
３段階で制御することにより各回転数において最大の出
力を得ることができる。

第９図は機関回転数に対する機関出力、過給圧の特性を
示す。Ｌ、、Ｌ２は低速時、Ｍ、、Ｍ２は中速時、Ｈ，
、Ｈ，は高速時を示し、総合的にはこれらの理想的なと
ころを結んだ実線の特性になる。

第１０図は第２発明の第１実施例を示す。第１発明の第
１実施例を示す第１図との相違点は過給圧を増減する手
段を備えたことである。即ち、導管８３はアクチュエー
タ６４をエアフローメータ３４と第１のターボのコンプ
レッサ４０ａとの間の導管４４に接続しており、かつ同
導管８３に過給圧制御弁（ＶＳＶ）　８５が配置される
。同制御弁８５の開放時はアクチュエータ６４にかかる
吸気圧力が大気圧にブリードされ、その分厚管６６の圧
力が高くならないとウェイストゲート弁６０が開弁しな
い。即ち、このときは設定過給圧が高くなる。

制御弁８５が閉弁されるとアクチュエータ６４にかかる
吸気圧力への空気ブリードが停止され、その分過給圧が
低くてもウェイストゲート弁が開弁する。即ち、設定過
給圧が低くなる。絞り８７．８９は過給圧制御弁８５の
ＯＮ、ＯＦＦによる過給圧目標値の適当な変化が得られ
るようにブリード量を調節するため設けられるものであ
る。

第１２図は、第１実施例における制御回路９０の作動を
説明するフローチャートを示している。

ステップＳ１では各センサからの信号が入力され、ステ
ップＳ２では各センサの信号状態より現在の運転状態が
識別又は把握される。ステップＳ３では、２段のターボ
４０．４２を直列に配置し所謂ターボクーラとして働か
せる高速等の運転条件か否か判別される。ターボクーラ
作動条件でないとすればステップＳ４に進み、三方切替
弁７４．７６の励磁が行われる。ステップＳ５では過給
圧制御弁（ＶＳＶ）８５が消磁され、前述のように設定
過給圧は低い側の値となる。ステップＳ３でターボクー
ラ作動条件とすればステップＳ６に進み、三方切替弁７
４・７６は消磁される。ステップＳ７ではＶＳＶ　８５
がＯＮされ、前述のように過給圧設定値は大きい値をと
る。ステップＳ８は燃料噴射時期、量の算出を示し、ス
テップＳ９はインジェクタ３９への燃料噴射信号の出力
を示す。

三方電磁弁７４．７６の選択的な作動により第１実施例
の２段ターボの作動における空気、排気の流れは低速時
を第１０図で、高速時を第１１図で夫々示し、これは第
１発明の第１実施例の第１，２図と夫々同様であり、詳
細説明は省略する。第１０図で示す低速時（例えばエン
ジン速度＜３．００Ｏｒｐｍ）等のターボクーラをカッ
トする運転時には、第１のターボ４０はターボチャージ
ャとして作動し、第２のターボ４２は作動に関与しない
。このとき過給圧制御弁８５は白抜きの位置をとり、前
述のように過給圧の目標値は低く設定される。

第１１図で示す高速時（例えばエンジン速度≧３．００
Ｏｒｐｍ）は第２のターボ４２は、ターボクーラとして
作動し、その際過給圧制御弁（ＶＳＶ）　８５は開放さ
れるためアクチュエータ６４にかかる吸気圧力が空気に
よりブリードされ、その分過給圧の設定値（即ちウェイ
ストゲート弁６０が開弁するときの吸気管圧力の値）が
高くなる。そのため、高い出力が得られる。

以上の第２発明の第１実施例のようにターボクーラの作
動条件では過給圧目標値を高く設定し、ターボクーラの
停止条件では過給圧目標値を低く設定している。即ち、
ターボクーラの作動、停止と同期して過給圧目標を上下
している。ターボクーラのＯＮする高速時は吸気温度が
低下するので、過給圧を高めて大きな出力を得ることが
でき、ターボクーラがＯＦＦする低速時はノッキングを
抑制する為に、過給圧を低目に設定して、それぞれの運
転状態において最も高い出力を得ることができる。

第１３図は第２発明の第２実施例の構成を示す。

この第２実施例の構成は第１発明の第２実施例（第５図
）と同様であり、過給圧制御弁８５を設置した点が相違
する。低速、中速、高速における吸気、排気の流れを夫
々第１３図、第１４図、第１５図に示し、これは第１発
明の第５図、第６図、第７図に夫々相当する。

第１６図は制御回路の動作を説明するフローチャートで
、ステップＳ１ではエンジン回転数ＮＥが入力され、ス
テップＳ２ではＮＥ＞ＮＥ、か否か判別され、ＮＥ≦Ｎ
　Ｅ　ｔのときはステップＳ３で第２ターボチヤージヤ
を迂回するように切替弁、開閉弁の駆動が行われる（即
ちターボクーラ０ＦＦ）。ステップＳ４では過給圧制御
弁８５が閉鎖され、過給圧の目標値が下げられる。ステ
ップＳ２でＮＥ＞ＮＥ＋　のときはステップＳ５に進み
、ＮＥ＞ＮＥ２か否か判別される。ＮＥ≦Ｎ　Ｅ　＋の
ときはステップＳ６に進み、第２のターボ４２は第１の
ターボ４０と並列に過給機として働くように切替弁、開
閉弁が制御される。次に前記ステップＳ４に進み、過給
圧の目標値が低く設定される。

ステップＳ５でＮＥ＞ＮＥ、のときはステップＳ７に進
み、第２ターボがターボクーラとして作動するように切
替弁、開閉弁が制御される。ステップＳ８では過給圧制
御弁８５が開放され、過給圧の目標値が高くされる。

第２発明の第２実施例の吸気、排気の流れは第１発明と
同様であり詳細説明を省略する。低速時は第１３図にお
いて、第１のターボ４０のみが作動に関与し過給を行う
。このとき過給圧制御弁８５は閉鎖され、過給圧の目標
値は低くなる。

第１４図は中速時における作動を示し、第１ターボ４０
及び第２ターボ４２は並列のターボチャージャとして作
動し、過給圧制御弁８５は依然閉鎖され、過給圧の設定
目標値は低い。

高速時は第１５図において第１のターボ４０はターボチ
ャージャとして作動し、第２ターボ４２はターボクーラ
として作動する。そして、過給圧制御弁８５は開放され
、過給圧の目標値は高くなる。

この第２発明の第２実施例においても第１発明の第９図
と同様な出力、過給圧特性が得られるが、高速時の過給
圧の設定が高いため出力も増大される。（第９図２点鎖
線Ｈ１’ｌＨ２’参照）第３の発明は異常時制御手段を
備えているのが特徴であるがハード構成は第２の発明と
同様であり、異常制御を行う点が相違する。第３発明の
第１実施例のハードウェアは第２発明の第１実施例（第
１０．１１図）と同様であり、吸気、排気の流れは低速
は第１０図、高速は第１１図と同じである。

第１７図は、この第３発明の第１実施例における制御回
路９０の作動を説明するフローチャートを示している。

ステップＳ１では各センサからの信号が入力され、ステ
ップＳ２では各センサの信号状態より現在の運転状態が
識別又は把握される。

ステップＳ３では、２段のターボ４０．４２を直列に配
置し所謂ターボクーラとして働かせる高速等の運転条件
か否か判別される。ターボクーラ作動条件でないとすれ
ばステップＳ５に進み、三方切替弁７４．Ｔ６の励磁が
行われる。ステップＳ６では過給圧制御弁（ＶＳＶ）　
８５が消磁され、前述のように設定過給圧は低い側の値
となる。ステップＳ３でターボクーラ作動条件とすれば
ステップＳ７に進み、三方切替弁７４．７６は消磁され
る。ステップＳ８では吸気圧力センサ８５の出力値が読
み取られ、ステップＳ９ではその値が異常に高いか否か
判別される。通常の圧力範囲の場合はステップ３１０に
進み、ＶＳＶ　８５がＯＮされ、前述のように過給圧設
定値は大きい値をとる。ステップＳｌｌは燃料噴射時期
、量の算出を示し、ステップ３１２はインジェクタ３９
への燃料噴射信号の出力を示す。

ターボクーラ作動時において吸気圧力が正常な場合（第
１７図のステップＳ９でＮｏ）は過給圧制御弁（ＶＳＶ
）　８５は開放される（第１７図のステップ３１０）た
め大気圧がアクチュエータ６４にブリードされ、その分
過給圧の設定値（即ちウェイストゲート弁６０が開弁す
るときの吸気管圧力の値）が高くなる。そのため、高い
出力が得られる。吸気管圧力が異常に高くなるとくステ
ップＳ９でＹｅｓ）過給圧制御弁８５が閉弁するため（
ステップＳ６）、過給圧の設定値が低くなり、フェイル
セーフとしての機能を達成する。

以上の実施例において吸気圧力が異常に高くなったとき
に過給圧の制御目標値を下げているが、過給圧が異常に
低いときも同様な制御を行い、フェイルセーフとしての
機能を持たせることができる。

第３発明の第１実施例では異常時に過給圧の目標値を降
下させる制御をしているが、第２実施例ではその代わり
に異常時にターボクーラを停止にするものである。この
第２実施例はハードウェア構成は第１実施例と同様（即
ち、第２発明の第１０゜１１図）であり、制御フローチ
ャートは第１８図の通りとなる。ターボクーラ作動条件
のときはステップＳ３よりステップＳ４で切替弁７４．
’？６を励磁し、ターボクーラを停止する。ステップＳ
５で過給圧制御弁（ＶＳＶ）　８５を閉とし、過給圧目
標値を低く設定する。ターボクーラ作動時件のときは圧
力が正常であれば（ステップＳ７でＮｏ）ステップＳ８
で切替弁７４．７６が消磁され、ターボクーラはＯＮと
なる。ステップＳ７でＶＳＶ　８５が開とされ、過給圧
の目標値が高く設定される。異常時はステップＳ７より
ステップ３４．３５に進み、過給圧の目標値が低く設定
され、ターボクーラはオフとなる。

第３の発明の第３実施例のハードウェア構成は第２発明
の第２実施例と同様である。即ち、吸気、排気の流れは
低速は第１３図、中速は第１４図、高速は第１５図のよ
うになる。

第１９図は第３発明の第３実施例のフローチャートを示
す。ステップＳｏｌで各センサの信号が読み取られ、ス
テップＳ０２で運転状態が把握される。

ステップ３０３ではターボクーラを作動すべき高速時（
例えばエンジン速度＞４，０００回転／分）か否か判別
される。低速時のときはステップＳＯ４に進み、ターボ
クーラがＯＦＦとされる。この作動は低速時の第２ター
ボの完全バイパス作動（第２発明の第２実施例の第１３
図と同様な流れが得られる。）と、中速時の第２ターボ
チヤージヤの並列作動と（同第１４図）のどちらかが得
られるような切替弁７４　、７６　、１１０の切替作動
及び開閉弁１１４゜１１６の開閉作動を含む。具体的に
は回転数域を判別するステップを有し、回転数に応じて
第１３図又は第１４図と同様のバルブ位置とする。ステ
ップＳ０５ではＶＳＶ　８５がＯＦＦされ、過給圧の設
定値は低くなる。

ターボクーラ作動条件ではステップ３０３よりステップ
ＳＯ６に進み、吸気管圧力が読み込まれ、ステップＳＯ
７では前回このルーチンの実行時に異常であったか否か
判別される。ＮＯのときはステップ３０８に進み、今回
異常か否か判別される。Ｎ。

のときはステップＳＯ９でＶＳＶ　８５がＯＮされ、過
給圧の目標値が高く設定される。ステップＳ１０ではタ
ーボクーラがＯＮ、即ち第１５図のように切替弁７４　
、７６　、１１０が消磁され、開閉弁１１４，１１６が
閉鎖される。そのため第２ターボ４２がターボクーラと
して機能することになる。

今回初めて異常になったときはステップ８０８よリステ
ップＳ１１に進み、ＶＳＶ　８５カＯＦ　Ｆか否か、即
ち過給圧の目標値が低く設定されているか否か判別され
る。ＮｏのときはステップＳＯ４，ＳＯ５に進みターボ
クーラがＯＦＦされ、ＶＳｖのＯＦＦによって過給圧の
目標値が低く設定される。過給圧の目標値が高く設定さ
れているときはステップＳ０５に進み、ＶＳＶ　８５カ
ＯＦ　Ｆされ、過給圧の目標値が低く設定される。即ち
、正常から異常への切替時にはまず過給圧の目標値を降
下させ、その後ターボクーラをＯＦＦさせる手順となっ
ている。

前回も異常のときはステップ３０７よりステップＳ１２
に進み、今回も異常か否か判別される。２回以上続けて
異常と判断されるときはステップＳ０４゜ＳＯ５に進み
、ターボクーラがＯＦＦされ、ＶＳＶのＯＦＦによって
過給圧の目標値が低く設定される。今回異常でないとき
、即ち異常から正常へ切り替わり時にはステップＳ１３
に進み、ターボクーラがＯＮか否か判別される。Ｎｏの
ときはステップＳＩＯに進み、ターボクーラがＯＮされ
る。ターボクーラがＯＮのときはステップ５１３よりス
テップ５Ｏ９１，：進み、ＶＳＶ　８５がＯＮされ、ス
テップＳＩＯでターボクーラがＯＮされる。即ち、異常
から正常への切り替わり時に最初にターボクーラをＯＮ
とし、それからＶＳＶ　８５のＯＮにより過給圧の目標
値を高く設定している。

ステップ３１４は燃料噴射量、時期の算出、ステップＳ
１５はインジェクタ制御信号の出力を示している。

〔効　果〕

第１の発明によれば第２ターボ４２の下流の吸気管圧力
でウェイストゲート弁６０を制御することにより燃焼室
１８に入る吸気の圧力を正確に制御することができる。

又、断熱膨張により降圧された圧力を利用するので圧力
検出手段の耐久性が向上する。

第２の発明ではターボクーラの作動、停止と同期して第
１ターボの過給圧の目標値を高、低に切り替え設定する
ことにより、エンジン運転条件に適合したエンジン出力
を得ることができる。又、ターボクーラの下流のクール
エアが第１ターボの吸入側にも流入するので、第２ター
ボのターボクーラに入る空気温度の上昇も抑えられる。

第３発明によれば、異常時に上流のターボチャージャに
よる過給圧を目標値を下降制御するか、又はターボクー
ラをＯＦＦ　（即ち下流のターボチャージャをバイパス
させる。）することにより、フェイルセース機能を持た
せることができる。又、第１ターボの吐出圧で第１ター
ボを電子制御するので制御精度が向上する。又、第１タ
ーボと第２ターボ間で吸気もれが生じても第２ターボを
バイパスして十分な吸気を機関に導入できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の第１の実施例のシステム全体構成
図で、図中の切替弁は低速時に適合するよう切替られて
おり、排気ガス、空気の流れ方向を夫々の矢印にて示す
。 第２図は第１図と同様であるが切替弁は高速時に適合す
るように切替られている。 第３図は制御回路の概略構成図。 第４図は第１発明の第１実施例の制御回路の作動を説明
するフローチャート、 第５図、第６図、第７図は第１発明の第２実施例におけ
る夫々低速、中速、高速の状態を示す図、第８図は第１
発明の第２実施例の作動フローチャート、 第９図は第１発明の第２実施例における機関出力、過給
圧特性図、 第１０図、第１１図は第２発明の第１実施例の夫々低速
、高速の状態を示す図、 第１２図は第２発明の第１実施例の作動フローチャート
、 第１３図、第１４図、第１５図は第２発明の第２実施例
における夫々低速、中速、高速の状態を示す図、 第１６図は第２発明の第２実施例の作動フローチャート
、 第１７図は第３発明の第１実施例の作動フローチャート
、 第１８図は第３発明の第２実施例の作動フローチャート
、 第１９図は第３発明の第３実施例の作動フローチャート
。 １８・・・燃焼室、　　　　３２・・・サージタンク、
３３・・・スロットル弁、 ４０・・・第１のターボ（ターボチャージャ）、４０ａ
・・・コンプレッサ、４０ｂ・・・タービン、４２・・
・第２のターボ（ターボクーラ）、４２ａ・・・コンプ
レッサ、４２ｂ・・・タービン、６８・・・インタクー
ラ、７４．７６・・・切替弁、８５・・・過給圧制御弁
、９０・・・制御回路、１１０・・・切替弁、　　　　
１１４，１１８川開閉弁。 ′＠御フローチャート 第４図 過給圧特性と機関出力（概念図） 制御フローチャート 第１２図 第１６図 第１７図 利（頷フローチ十−ト １１８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２段に直列配置したターボを備え、上流側の第１の
   ターボをターボチャージャとして使用し、その過給空気
   を下流側のターボクーラとして機能する第２のターボに
   導入して空気の圧縮−膨張による冷却を行う２段ターボ
   システムにおいて、第２のターボの下流の空気圧力を検
   出する圧力検出手段と、検出される圧力に応じて上流側
   の第１のターボによる過給圧を制御する圧力制御手段と
   を具備したことを特徴とする２段ターボシステム。 ２、２段に直列配置したターボを備え、上流側の第１の
   ターボをターボチャージャとして使用し、その過給空気
   を下流側のターボクーラとして機能する第２のターボに
   導入して空気の圧縮−膨張による冷却を行う２段ターボ
   システムにおいて、機関の運転条件に応じて第２のター
   ボによるターボクーラとしての機能を選択的に作動、停
   止する切替手段と、該作動、停止に同期して第１ターボ
   の過給圧の制御目標値を可変とする過給圧制御手段とを
   具備することを特徴とする２段ターボシステム。 ３、２段に直列配置したターボを備え、上流側の第１の
   ターボをターボチャージャとして使用し、その過給空気
   を下流側のターボクーラとして機能する第２のターボに
   導入して空気の圧縮−膨張による冷却を行う２段ターボ
   システムにおいて、上流側の第１のターボの下流の空気
   圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により
   検出された圧力が異常な場合に第１ターボの過給圧の目
   標値を降下させるか又は第２のターボによるターボクー
   ラ作動を停止させる異常時制御手段とを具備することを
   特徴とする２段ターボシステム。