JPH02108819A - 排気ターボ過給機付エンジンの排気装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は２台の排気ターボ過給機を備え、エンジンの運
転状態に応じてそれらの一方または双方が作動するよう
に制御される排気ターボ過給機付エンジンの排気構造に
関する。

（従来技術） エンジンの排気ガスによって駆動されるタービンと、こ
のタービンに連結されて回動する吸気過給用プロワ（コ
ンプレッサ）とからなる排気ターボ過給機は、エンジン
の出力とトルクを向上させるためにきわめて有効な手段
であるが、その一方で、ノンキング防止のためエンジン
の圧縮比を下げざるを得ないことにより低速トルクが不
足し、かつターボラグにより加速応答性が悪いという欠
点も有している。そこでこの欠点を解消するために、例
えば実公昭５９−１０５８号公報に開示されているよう
なシーケンシャルターボ過給装置が従来から提案されて
いる。このシーケンシャルターボ過給装置は、２台の排
気ターボ過給機を各り−ビンおよびブロワが排気通路お
よび吸気通路内にそれぞれ配列されるように設け、作動
させる過給機の数をエンジンの運転状態に応して変更す
るようにしたり、あるいは低速用に設計された小容量の
排気ターボ過給機と高速用に設計された大容量の排気タ
ーボ過給機とをエンジンの運転状態に応じて択一的に作
動させることによりタービン容量を変更するようにした
ものもある。

ところで、上述のようなシーケンシャルターボ過給装置
において、高速用排気ターボ過給機のタービンへ通じる
排気通路に排気カット弁を設け、エンジンの低回転域で
は上記排気カット弁を閉じて低速用排気ターボ過給機の
みを作動させ、エンジンの高回転域では上記排気カット
弁を開いて低速用および高速用の排気ターボ過給機の双
方を作動させるようにした場合、低回転域から高回転域
に移るときに上記排気カット弁が開かれると、第４図に
示すように過給圧が一時的に落ちこんでエンジン出力が
低下し、トルクショックを発生する問題があった。この
過給機切換時におけるエンジン出力の低下は、排気カッ
ト弁の開作動によって低速用排気ターボ過給機のタービ
ンに対する排気ガス流量の急激な残少と、高速用排気タ
ーボ過給機の応答遅れとによって生ずるものである。

（発明の目的） そこで本発明は、上述のような過給機切換え時における
エンジン出力の低下を防止したシーケンシャル排気ター
ボ過給機付エンジンの排気装置を提供することを目的と
する。

（発明の構成） 本発明は、高速用排気ターボ過給機のタービンスクロー
ルを２つのスクロール部に分割するとともに、排気カッ
ト弁が閉じているときに少量の排気ガスを上記高速用排
気ターボ過給機のタービンに供給するだめの排気洩らし
弁を備えた洩らし１ｍ路を一方のスクロール部に連通さ
せて設けたことを特徴とする。

（発明の効果） 本発明によれば、エンジンの低回転域で排気カット弁が
閉じているときに少量の排気ガスが排気洩らし弁の開い
ている洩らし通路を通して高速用排気ターボ過給機のタ
ービンに供給されるので、このタービンが排気カット弁
の開く以前に予め回転を開始するが、この洩らし通路が
ツインスクロール構成とされた高速用排気ターボ過給機
のタービンの一方のスクロール部に連通しているので、
シングルスクロールの場合よりも洩らし通路を通る排気
ガスの流速が高まり、これにより上記タービンの予回転
の回転数を高めることができる。したがって排気カット
弁が開いたときに高速用排気ターボ過給機が速やかに応
答して過給圧の低下が阻止され、過給機切換え時のエン
ジン出力の低下を防止することができる。

（実　施　例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明による制御装置を備えた排気ターボ過給
機付エンジンの概略図で、エンジンｌの排気ガスを排出
する排気通路２は、エンジンｌより互いに独立して延び
る２本の分岐排気通路２ａ、２ｂを有する。また、エン
ジンｌの吸入空気が流通する吸気通路３は、吸入空気量
を検出するエアフローメータ４の下流側において分岐し
て２本の分岐吸気通路３ａ、３ｂとを有し、分岐通路３
ａと３ｂとはインタークーラ５の上流側において合流し
ている。インタークーラ５の下流側の吸気通路３には、
スロットル弁６、サージタンク７および燃料噴射弁８が
配設されている。

上記２本の分岐排気通路２ａ、２ｂのうちの一方の分岐
排気１ｆｆｉ路２ａには、排気ガスによって回転駆動さ
れるタービンＴｐが配設され、このツインＴｐは、一方
の分岐吸気通路３ａに配設されたブロワＣｐに回転軸Ｌ
ｐを介して連結されている。そしてこれらタービンＴｐ
、回転軸り、ｐ、ブロワＣｐを主要素として１次側ター
ボ過給機９が構成されている。同様に、他方の分岐排気
通路２ｂには、排気ガスによって回転駆動されるタービ
ンＴｓが配設されているとともに、他方の分岐吸気通路
３ｂにはブロワＣｓが配設され、これらタービンＴｓと
ブロワＣｓとが回転軸ＬＳによって連結されて２次側タ
ーボ過給機１０を構成しているが、この２次側ターボ過
給機１０のタービンハウジングのスクロールは、仕切り
５０によって並列に２分割されて２つのスクロール部５
１ａ、５１ｂが形成されている。上記仕切り５０は、排
気カット弁１１の設けられている位置まで延びる仕切り
壁５２に接続されている。

分岐吸気通路３ａ、３ｂのブロワＣｐ、Ｃｓの上流側の
通路部分は、吸気通路３から分岐した分岐部Ｙにおいて
互いに一直線上になるように対向して形成されており、
一方の分岐吸気通路３ｂに発生した圧力波が他方の分岐
吸気通路３ａ側には伝播し易く、エアフローメータ４側
には伝播しにくいような構成となっている。

上記２次側の分岐排気通路２ｂには、タービンＴｓの上
流側において排気カット弁１１が配設されている。この
排気カット弁１１は、低回転域でこの分岐排気通路２ｂ
を閉じて２次側ターボ過給機１０のタービンＴｓへの排
気ガスの供給を遮断し、１次側ターボ過給機９のみを作
動させるために設けられているものである。

２次側の分岐排気通路２ｂのうち上記排気カット弁１１
の上流側部分が、連通路１２を介して、１次側の分岐排
気通路２ａのタービンＴｐの上流側に接続されている。

上記連通路１２は、両タビンＴｐ、Ｔｓの下流側の排気
通路２に対して、ウェストゲート弁１７が配設されたバ
イパス通路１８を介して接続されている。また上記連通
路１２は、排気洩らし弁１３を配設した洩らし通路１４
を介して、タービンＴｓの一方のスクロール部５１ａに
連通している。

上記排気洩らし弁１３は、ダイヤフラム式アクチュエー
タ１６によって操作されるようになっており、このアク
チュエータ１６の圧力室が、制御圧力導管１５を介して
、１次側ターボ過給機９のブロアＣｐの下流側において
分岐吸気通路３ａに開口している。この洩らし弁１３は
、エンジン回転数の上昇過程において、ブロアＣｐの下
流側の過給圧Ｐｉが所定の値（例えば５００ｍｍＨｇ）
以上となると開動作され、これによ・り排気カット弁１
１が閉じているときに少量の排気ガスが洩らし通路１４
を通してタービンＴｓのスクロール部５１ａに供給され
る。したがって、タービンＴｓが排気カット弁１１の開
く以前に予め回転を開始して、排気カット弁１１が開い
たときの過給応答性向上と共に、トルクショックを緩和
するようになっている。

なお、１９．２Ｇは、排気カット弁１１およびウェスト
ゲート弁１７をそれぞれ操作するダイヤフラム式アクチ
ュエータであるが、これらのアクチュエータの動作につ
いては後述する。

一方、２次側の分岐吸気通路３ｂには、ブロアＣｓの下
流側において吸気カット弁２１が配設されている。また
ブロアＣｓをバイパスする通路２２が設けられていて、
このバイパス１ＩＩｌ路２２にリリーフ弁２３が配設さ
れている。上記吸気カット弁２１は、後述するようにダ
イヤフラム式アクチュエータ２４によって操作される。

また、上記リリーフ弁２３は、エンジン回転数の上昇過
程において、吸気カット弁２１および排気カット弁１１
が開く時点よりも少し前までバイパス通路２２を開いて
いて、排気カット弁１１が閉しているときの排気洩らし
弁１３の開動作に基づくブロアＣｓの回転によって、ブ
ロアＣｓと吸気カット弁２１との間における分岐吸気通
路３ｂの圧力が上昇するのを防止し、かつブロアＣ３が
回転しやすいように設けられている。このようなリリー
フ弁２３は、ダイヤフラム式アクチュエータ２５によっ
て操作される。

吸気カット弁２１を作動するアクチュエータ２４の制御
圧力導管２６は、電磁ソレノイド弁よりなる三方弁２７
の出力ポートに接続されている。また、排気カット弁１
１を作動するアクチュエータ１９の制御圧力導管２８は
、同様に電磁ソレノイド弁よりなる三方弁２９の出力ポ
ートに接続されている。さらにリリーフ弁２３を作動す
るアクチュエータ２５の制御圧力導管３０は、上述と同
様の三方弁３１の出力ポートに接続されている。ウェス
トゲート弁１７を作動するアクチュエータ２゜の制御圧
力導管３２は、電磁ソレノイド弁よりなる三方弁３３の
出力ボートに接続されている。これら電磁ソレノイド弁
よりなる三方弁２７．２９．３１および３３は、マイク
ロコンピュータを利用して構成された制御回路３５によ
って制御される。

この制御回路３５は、エンジン回転数Ｎ　ｅ　ｓ吸入空
気量Ｑ、スロットル開度ＴＶＯおよび１次側ターボ過給
機９のブロワｃｐの下流側の過給圧Ｐｌ等の検出値に基
づいて、各電磁ソレノイド弁を制御する。

上記４個の電磁ソレノイド弁のうち、三方弁２９の一方
の入力ポートは大気に開放されており、他方の入力ポー
トは、導管３６を介して負圧タンク４３に接続されてい
る。この負圧タンク４３には、スロットル弁６の下流の
吸気負圧Ｐｎが、チエツク弁３７を介して導入される。

また、三方弁２７は、その一方の入力ポートが導管３６
を介して上記負圧タンク４３に接続され、他方の人力ボ
ートは、導管３８を介して差圧検出弁３９の出力ボート
に接続されている。

上記差圧検出弁３９の一方の入力ポート（圧力検出ボー
ト）は、導管４１を介して吸気カット弁２１の下流側に
接続されて、１次側ブロワＣｐの下流側の過給圧ＰＩを
導入するようになっており、差圧検出弁３９の他方の入
力ポート（圧力検出ボート）は、導管４２を介して吸気
カット弁２１の上流側に接続されて、吸気カット弁２１
が閉じているときの吸気カット弁２１の上流側の圧力Ｐ
２を導入するようになっている。そして、この差圧検出
弁３９は、圧力ＰＩとＰ２との圧力差が大きいときに、
開状態にあって大気を導管３Ｂに導入するが、差圧Ｐ２
−ＰＬが所定値±ΔＰ以内になったときに閉じるように
なっている。したがって、三方弁２７が導管２６を導管
３８に連通している状態で、差圧Ｐ２−ＰＬが所定値±
ΔＰよりも大きくなると、アクチュエータ２４に大気が
導入されて、吸気カット弁２１が開かれる。また、三方
弁２７が導管２６を導管３６に連通させたときは、アク
チュエータ２４に負圧が供給されて吸気カット弁２１が
閉じられる。

一方、三方弁２９が導管２８を導管３６に連通させたと
き、アクチュエータＩ９に負圧が供給されて排気カット
弁１１が閉じられ、このときは１次側ターボ過給機９の
みが作動された状態となる。

また、三方弁２９が導管２８を大気に解放すると、排気
カット弁Ｉｆが開かれて、２次側ターボ過給′ａ１０が
作動される。

第２図４よ、〜吸気カット弁２１および排気カット弁１
１の開閉状態を、排気洩らし弁１３、ウェストゲート弁
１７およびリリーフ弁２３の開閉状態とともに示す制御
マツプで、この制御マツプは制御回路３５内に格納され
ている。

ここで、三方弁３１の一方の入力ポートも大気に開放さ
れ、他方の人力ボートは負圧タンク４３に接続されてお
り、エンジンが低回転のときは導管３０に吸気負圧Ｐｎ
が導入されて、リリーフ弁２５がバイパス通路２２を開
いているが、エンジン回転数Ｎｅの上昇過程で、第２図
に示すように、上記吸気カット弁２１および排気カット
弁１１が開く段階以前において、上記三方弁３工が制御
回路３５からの信号によって大気側に切換えられ、これ
によりリリーフ弁２５がバイパス通路２２を閉じるよう
になっている。

さらに三方弁３３の一方の入力ポートには、アクチュエ
ータ１６の制御圧力導管１５を通じて過給圧Ｐ１が導入
されるようになっており、エンジン回転数Ｎｅおよびス
ロットル開度ＴＶＯが所定値以上でかつ過給圧Ｐ１が所
定値以上になったとき、制御回路３５が二方弁３３を開
いてアクチュエータ２０に過給圧Ｐ１を導入し、これに
よりウェストゲート弁１７がバイパス通路ｌ路１８を開
くようになっている。また、三方弁３３の他方の入力ポ
ートは大気に解放されており、アクチュエータ２０に大
気が供給されたとき、ウェストゲート弁１７が閉じられ
る。

第３Ａ図、第３Ｂ図には、本発明の第１実施例において
第２図のマツプに従う制御を行うためのフローチャート
を示しである（Ｓはステップで、排気洩らし弁１３、ウ
ェストゲート弁Ｉ７については除く）。このフローチャ
ートにおいて、フラグが１〜Ｇの範囲のいずれかによっ
てその処理の流れが変わるが、このフラグの意味すると
ころは第２図に示す通りである。すなわち、答弁１１．
２１．２３については、それぞれ、開閉にヒステリスを
持たせであるため、答弁１１．２１．２３の各々につい
て２本の特性線が設定されて、合計６本の特性線を有す
る。そして、この特性線を跨ぐ毎にフラグが変更され、
運転状態が第２図右側の領域（高回転、高負荷側となる
領域）へと近づく方向に変位するときに、フラグ「２」
、「４」あるいは「６」のように偶数番号で変化される
。

逆に、第２図左側の領域へと運転状態が変更していくと
きには「５」、「３」、「１」のように奇数番号でフラ
グが変化される。勿論、運転開始時は、低回転、低負荷
領域であってフラグがｒｌＪとされる（イニシャライズ
）。

以上のことを前提として、第３Ａ図、第３Ｂ図のフロー
チャートについて簡単に説明する。

まず、第３Ａ図のＳｌにおいてシステムのイニシャライ
ズが行われ、このときフラグ１とされる。

次いで、Ｓ２において、エンジン回転数Ｒと吸入空気［
ＩＱとがデータ入力された後、前述した６本の特性線を
決定づけるＱ１〜Ｑ６（吸入空気Ｍ）とＲ１−１６（エ
ンジン回転数）とがマツプから続出される。

Ｓ３の後、Ｓ４において、吸入空気量Ｑの変化速度が設
定値Ａよりも大きいか否かが判別される。

このＳ４の判別でＹＥＳのときは、Ｓ５において、上記
Ｓ３で続出されたＱ１〜Ｑ６およびＲ１−Ｒ６の各々に
ついて、所定分の減少補正（ΔＱ１〜ΔＱ６、ΔＲ１〜
ΔＲ６の減算）が行われ、この後Ｓ６へ移行する。また
、Ｓ４の判別でＮｏのときは、Ｓ５を経ることなく、Ｓ
６へ移行する。上記Ｓ５での処理は、加速時に、２次側
ターボ過給機１０の作動領域をより低負荷、低回転側へ
と広げるための処理に相当する。

Ｓ６では、フラグＦが１であるか否かが判別されるが、
当初はフラグＦは１にイニシャライズされているのでこ
の判別がＹＥＳとなる。このときは、Ｓ７あるいはＳ８
の判別がＹＥＳであれば、Ｓ９においてフラグＦが２に
セントされた後、ＳＩＯにおいてリリーフ弁２３が閉じ
られる（アクチュエータ２５へ負圧供給）。また、Ｓ７
およびＳ８のいずれの判別もＮＯのときは、そのままリ
ターンされる。

Ｓ６の判別でＮＯのときは、Ｓｌｌにおいて、フラグＦ
が整数ｍの２倍であるか否か、すなわち２．４あるいは
６のいずれかであるかが判別される。このＳｌｌの判別
でＹＥＳのときは、Ｓ１２においてフ）グＦが２である
か否かが判別される。

この５１２の判別でＹＥＳのときは、Ｓ１３、Ｓ１４の
いずれかの判別でＹＥＳのときに、Ｓ１５においてフラ
グＦが４にセットされた後、Ｓ１６において排気カット
弁１１が開かれる（アクチエエータ１９へ大気供給）。

また、３１３、Ｓ１４のいずれの判別もＮＯのときは、
Ｓ１７．３１８の判別が共にＹＥＳとなったときに、Ｓ
１９でフラグが１にセットされた後、Ｓ２０でリリーフ
弁２３が開かれる（アクチュエータ２５へ負圧供給）。

またＳ１７あるいは３１８のいずれかの判別がＮＯのと
きは、それぞれリターンされる。

前記５１２の判別がＮＯのときは、Ｓ２１においてフラ
グＦが４であるか否かが判別され、Ｓ２１の判別でＹＥ
Ｓのときは、フラグＦを６または３にするか、そのまま
リターンされるときである。

すなわち、３２２、Ｓ２３のいずれかの判別でＹＥＳの
ときは、Ｓ２４においてフラグＦが６にセットされた後
、Ｓ２５において吸気カット弁２１が開かれる（アクチ
ュエータ２４を導管３８に連通）。また、Ｓ２２、Ｓ２
３のいずれの判別もＮ。

のときは、Ｓ２６およびＳ２７の判別が共にＹＥＳのと
きに、３２８でフラグＦが３にセットされた後、３２９
で排気カット弁１１が閉じられる（アクチュエータ１９
へ負圧供給）、そして、Ｓ２６、Ｓ２７のいずれかの判
別でＮＯのときは、そのままリターンされる。

前記３２１の判別でＮＯのときは、現在フラグＦが６の
ときである。このときは、フラグＦを５にセットするか
そのままリターンするときである。

すなわち、３３０および３３１のいずれの判別も共にＹ
ＥＳのときは、３３２でフラグＦが５にセソトされた後
、Ｓ３３で吸気カット弁２１が閉しられる（アクチュエ
ータ２４へ負圧供給）。また、３３０．５３１のいずれ
かの判別でＮＯのときは、そのままリターンされる。

前記Ｓｌｌの判別でＮＯのときは、第３Ｂ図の３４１へ
移行する。この５４１では、フラグＦが３であるか否か
が判別される。この判別でＹＥＳのときは、フラグＦを
１あるいは４にするかそのままリターンされるときであ
る。すなわち、Ｓ４２、Ｓ４３のいずれの判別もＹＥＳ
のときに、Ｓ４４においてフラグＦが１にセットされた
後、Ｓ４５においてリリーフ弁２３が開かれる（アクチ
ュエータ２５へ負圧供給）。また、Ｓ４２、Ｓ４３の判
別のいずれかがＮＯのときは、Ｓ４６、Ｓ４７のいずれ
かの判別がＹＥＳのときに、３４８においてフラグＦが
４にセットされた後、Ｓ４９において排気カット弁１１
が開かれる（アクチュエータ１９へ大気供給）。そして
、Ｓ４６．４７のいずれの判別もＮＯのときにリターン
される。

前記Ｓ４１の判別でＮＯのときは、現在のフラグＦは５
のときである。このときは、フラグＦを３あるいは６に
セットするかそのままリターンするときである。すなわ
ち、Ｓ５０、Ｓ５１の判別のいずれもがＹＥＳのときに
、Ｓ５２でフラグＦが３にセットされた後、Ｓ５３にお
いて排気カット弁１１が閉しられる（アクチュエータ１
９へ負圧供給）。また、３５０、Ｓ５１のいずれかの判
別がＮｏのときは、Ｓ５４、Ｓ５５の判別のいずれかが
ＹＥＳのときに、Ｓ５６においてフラグＦが６にセット
された後、３５７において吸気カット弁２１が開かれる
（アクチュエータ２４を導管３８へ連通）。そして、Ｓ
５４、Ｓ５５のいずれの判別もＮｏのときにリターンさ
れる。

以上の説明で明らかなように、上述した本発明の実施例
によれば、２次側ターボ過給機ｌＯのタービンハウジン
グのスクロールが仕切り５０によって並列に２分割され
て２つのスクロール部５１ａ、５１ｂが形成されるとと
もに、排気カット弁１１が閉じているエンジンの低回転
領域において少量の排気ガスを２次側ターボ過給機ＩＯ
のタービンＴＳに供給するための排気洩らし弁１３を備
えた洩らし通路１４を一方のスクロール部５１ａに連通
させて設けたので、洩らし通路１４を通る排気ガスの流
速が高まり、これによりタービンＴｓの予回転の回転数
を高めることができる。したがって排気カット弁１１が
開いたとき、２次側ターボ過給機ＩＯが速やかに応答し
て過給圧の低下が阻止され、過給機切換え時のエンジン
出力の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による排気装置を備えた排気ターボ過給
機付エンジンの概略図、第２図は本発明の実施に用いら
れる制御マツプ、第３Ａ図、第３Ｂ図は本発明の実施例
における制御をあられすフローチャート、第４図は従来
のシーケンシャルターボ過給機を備えたエンジンにおけ
る過給機切換え時の過給圧の低下状態を示すグラフであ
る。 １−エンジン　　　　　２−排気通路 ２ａ、２ｂ−・・分岐排気通路 ３−吸気通路 ３ａ、３ｂ−分岐吸気通路 ４−エアフローメータ ９−１次側ターボ過給機 １Ｏ−２次側ターボ過給機 １１〜排気カツト弁　　１３−排気洩らし弁１４−洩ら
し通路 １６．１９．２０，２４．２５ ダイヤフラム式アクチュエータ １７−ウェストゲート弁 ２１−吸気カット弁 ２７．２９．３１．３３−三方弁 ３５−・・制御回路　　　　３９−差圧検出弁５〇−仕
切り ５１ａ、５　ｌ　ｂ−スクロール部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくともエンジンの低回転域で作動する低速用排気タ
   ーボ過給機と、エンジンの高回転域で作動する高速用排
   気ターボ過給機とを備え、エンジンの低回転域では上記
   高速用排気ターボ過給機のタービンへ通じる排気通路を
   排気カット弁により遮断するようにした排気ターボ過給
   機付エンジンにおいて、 上記高速用排気ターボ過給機のタービンスクロールを２
   つのスクロール部に分割するとともに、上記排気カット
   弁が閉じているときに少量の排気ガスを上記高速用排気
   ターボ過給機のタービンに供給するための排気洩らし弁
   を備えた洩らし通路を一方のスクロール部に連通させて
   設けたことを特徴とする排気ターボ過給機付エンジンの
   排気装置。