JPH04259637A - 過給機付エンジンの空燃比制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、吸気系及び排気系に
一対をなす主過給機及び副過給機を並列に備えてなり、
運転状態に応じて各過給機の作動個数を切り替える過給
機付エンジンに係り、詳しくはそのエンジンの空燃比制
御を行う過給機付エンジンの空燃比制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの吸気系及び排気系に対
して主及び副の二つの過給機（ターボチャージャ）を並
列に設け、エンジンの低吸入空気量域では副ターボチャ
ージャの過給作動を停止させて主ターボチャージャのみ
で過給を行わせ、エンジンの高吸入空気量域では主及び
副の両ターボチャージャを過給作動させるようにした、
いわゆる「２ステージツインターボシステム」の過給機
付エンジンが知られている。

【０００３】この種の技術として、例えば特開平２−２
７１２６号公報においては、一方の主ターボチャージャ
のみによる過給作動から、その排気系に設けられた開閉
弁を開放させることによって主及び副の両方のターボチ
ャージャによる過給作動へ切り替えるようになっている
。そして、その過給切り替え時に、開閉弁の開放により
混合気の空燃比が一時的にリーン化してトルクショック
を引き起こすことを防止すべく、過給切り替えに伴って
エンジンへの燃料供給量を増量補正することが開示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来公
報の技術では、過給切り替え直後のみに燃料供給量の増
量補正が行われるだけであり、継続的な増量補正は行わ
れていなかった。そして、一方の主ターボチャージャの
みの作動時と、主及び副両方のターボチャージャの作動
時とでは、排気マニホルドにおける排圧、即ち各ターボ
チャージャの入口圧力が大きく異なり、そのためにエン
ジン回転数及び吸気圧をパラメータとする条件が同等で
あっても、エンジンへの吸気量が大きく異なっていた。 又、図９に示すように、過給切り替え時、即ちターボチ
ャージャの作動個数切り替え時に、その切り替え方向の
違いによって多少のヒステリシスを持たせることも考え
られる。その場合には、エンジン回転数及び吸気圧の条
件が同等であっても、図９に示すように（１点鎖線、破
線及び実線で囲まれる領域）、主ターボチャージャのみ
の作動時と主及び副両方のターボチャージャ作動時の双
方の場合が存在することになった。

【０００５】従って、吸気圧を測定して燃料噴射を行う
、いわゆるディー・ジェトロニック（Ｄ−Ｊ）のシステ
ムにより、エンジン回転数及び吸気圧をパラメータとす
る単一のマップに従って燃料の噴射量を設定した場合に
、図１０のタイムチャートに示すように、ターボチャー
ジャの作動個数を切り替える前後で、それらパラメータ
の条件が同等であっても、排圧が大きく変化して空燃比
も大きく変化するという問題があった。これは、エンジ
ン回転数及び吸気圧の条件が同等であっても、排圧が高
くなれば排気マニホルドが糞詰まり状態となって、吸気
系における空気量（Ｇａ）が少なくなり、その逆に排圧
が低くなれば、その空気量が増えるためであった。つま
りは、ターボチャージャの作動個数切り替えによって排
圧差が生じ、吸気系における空気量差が継続して生じる
ためであった。

【０００６】そのため、ターボチャージャの作動個数切
り替え直後のみに燃料供給量の増量補正を行う従来公報
の技術では、空燃比を適正に補正することができなかっ
た。即ち、主ターボチャージャのみの作動時の要求に合
わせて燃料供給量をマップにより設定すると、主及び副
両方のターボチャージャ作動時には空燃比がリーンとな
り、ノックの厳しい状態となる。一方、主及び副両方の
ターボチャージャ作動時の要求に合わせて燃料供給量を
マップにより設定すると、主ターボチャージャのみの作
動時には空燃比がリッチとなり、燃費や出力、或いは排
気エミッションの悪化の点で問題があった。

【０００７】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、エンジンの運転状態に応じ
て主過給機のみの作動と、主及び副の両過給機の作動と
を切り替えるようにした過給機付エンジンにおいて、過
給機の作動個数に応じて常に空燃比を最適値に適合させ
ることが可能で、もって燃費、出力或いは排気エミッシ
ョンの向上を図ることが可能な過給機付エンジンの空燃
比制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明においては、図１に示すように、エンジ
ンＭ１に燃料を噴射供給する燃料供給手段Ｍ２と、エン
ジンＭ１の回転数及び吸気圧を含む運転状態を検出する
運転状態検出手段Ｍ３と、その運転状態検出手段Ｍ３の
検出結果に基づき、その時々におけるエンジンＭ１の要
求空燃比に合致する燃料供給量を演算する燃料供給量演
算手段Ｍ４と、その燃料供給量演算手段Ｍ４の演算結果
に基づいて燃料供給手段Ｍ２を駆動制御する燃料供給制
御手段Ｍ５と、エンジンＭ１の吸気系Ｍ６及び排気系Ｍ
７に並列に設けられた一対をなす主過給機Ｍ８及び副過
給機Ｍ９と、副過給機Ｍ９に対応する吸気系Ｍ６及び排
気系Ｍ７にそれぞれ設けられた吸気切替弁Ｍ１０及び排
気切替弁Ｍ１１とを備え、エンジンＭ１の運転状態が低
吸入空気量域である場合には、吸気切替弁Ｍ１０及び排
気切替弁Ｍ１１を共に閉じて主過給機Ｍ８のみを作動さ
せ、エンジンＭ１の運転状態が高吸入空気量域である場
合には、吸気切替弁Ｍ１０及び排気切替弁Ｍ１１を共に
開いて主過給機Ｍ８及び副過給機Ｍ９を共に作動させる
ようにした過給機付エンジンの空燃比制御装置において
、主過給機Ｍ８のみを作動させる場合に適合するように
回転数及び吸気圧をパラメータとして予め定められた燃
料供給量を設定する第１の燃料供給量設定手段Ｍ１２と
、主過給機Ｍ８及び副過給機Ｍ９を共に作動させる場合
に適合するように回転数及び吸気圧をパラメータとして
予め定められ、かつ第１の燃料供給量設定手段Ｍ１２に
よる設定値よりも相対的に大きな燃料供給量を設定する
第２の燃料供給量設定手段Ｍ１３と、燃料供給量演算手
段Ｍ４により燃料供給量が演算される際に、主過給機Ｍ
８のみの作動時と、主過給機Ｍ８及び副過給機Ｍ９を共
に作動させる時とに応じて、第１の燃料供給量設定手段
Ｍ１２による設定値の使用又は第２の燃料供給量設定手
段Ｍ１３による設定値の使用を選択的に切り替える設定
値切替手段Ｍ１４とを備えている。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、図１において、エンジン
Ｍ１の運転状態が低吸入空気量域である場合には、吸気
切替弁Ｍ１０及び排気切替弁Ｍ１１が共に閉じられて主
過給機Ｍ８のみが作動され、運転状態が高吸入空気量域
である場合には、吸気切替弁Ｍ１０及び排気切替弁Ｍ１
１が共に開かれて主過給機Ｍ８及び副過給機Ｍ９が共に
作動され、これら各過給機Ｍ８，Ｍ９の作動個数の切り
替えは運転状態の移行に伴って適宜に行われる。

【００１０】そして、燃料供給量演算手段Ｍ４により燃
料供給量が演算される際に、設定値切替手段Ｍ１４は、
主過給機Ｍ８のみの作動時と、主過給機Ｍ８及び副過給
機Ｍ９を共に作動させる時とに応じて、第１の燃料供給
量設定手段Ｍ１２による設定値の使用又は第２の燃料供
給量設定手段Ｍ１３による設定値の使用を選択的に切り
替える。つまり、主過給機Ｍ８のみの作動時には、設定
値切替手段Ｍ１４は、第１の燃料供給量設定手段Ｍ１２
において主過給機Ｍ８のみを作動させる場合に適合する
ように回転数及び吸気圧をパラメータとして予め定めら
れた燃料供給量の設定値を選択して、燃料供給量演算手
段Ｍ４における燃料供給量の演算に使用させる。一方、
主過給機Ｍ８及び副過給機Ｍ９を共に作動させる時には
、設定値切替手段Ｍ１４は、第２の燃料供給量設定手段
Ｍ１３において主過給機Ｍ８及び副過給機Ｍ９を共に作
動させる場合に適合するように回転数及び吸気圧をパラ
メータとして予め定められ、かつ第１の燃料供給量設定
手段Ｍ１２による設定値よりも相対的に大きな燃料供給
量の設定値を選択して、燃料供給量演算手段Ｍ４におけ
る燃料供給量の演算に使用させる。

【００１１】従って、燃料供給量演算手段Ｍ４は、運転
状態検出手段Ｍ３の検出結果に基づき、第１の燃料供給
量設定手段Ｍ１２による設定値又は第２の燃料供給量設
定手段Ｍ１３による設定値を使用し、その時々における
エンジンＭ１の要求空燃比に合致する燃料供給量を演算
する。つまり、主過給機Ｍ８のみの作動時には、その要
求空燃比に合致する燃料供給量を演算し、主過給機Ｍ８
及び副過給機Ｍ９を共に作動させる時には、その要求空
燃比に合致する燃料供給量を演算する。そして、その演
算結果に基づき、燃料供給制御手段Ｍ５は燃料供給手段
Ｍ２を駆動制御してエンジンＭ１に燃料を噴射供給させ
る。これにより、各過給機Ｍ８，Ｍ９の作動個数に応じ
た空燃比が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の過給機付エンジンの空燃比
制御装置を具体化した一実施例を図２〜図８に基づいて
詳細に説明する。図２，４，５はこの実施例における車
両に搭載された直列６気筒の過給機付ガソリンエンジン
システムを説明する概略構成図であり、吸気圧ＰＭを測
定して燃料噴射を行う、いわゆるディー・ジェトロニッ
ク（Ｄ−Ｊ）のシステムとなっている。エンジン１の吸
気系には、吸気脈動或いは吸気干渉を防止するためのサ
ージタンク２が設けられている。又、サージタンク２の
上流側には、スロットルボディ３が設けられている。こ
のスロットルボディ３の内部には、図示しないアクセル
ペダルの操作に連動して開閉されるスロットル弁４が設
けられている。そして、そのスロットル弁４が開閉され
ることにより、サージタンク２への吸気量が調節される
。更に、サージタンク２の下流側は、エンジン１の各気
筒＃１，＃２，＃３，＃４，＃５，＃６毎へ分岐された
吸気マニホルド５となっている。この吸気マニホルド５
には、エンジン１の各気筒＃１〜＃６毎に燃料を噴射供
給する燃料供給手段を構成する燃料噴射弁（インジェク
タ）６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆがそれぞれ設
けられている。各インジェクタ６Ａ〜６Ｆには図示しな
い燃料ポンプの作動により、フユーエルタンクから所定
圧力の燃料が供給されるようになっている。更に、エン
ジン１の各気筒＃１〜＃６に対応して、点火プラグ７Ａ
，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆがそれぞれ設けられて
いる。

【００１３】一方、エンジン１の排気系には、排気マニ
ホルド８が設けられている。この排気マニホルド８は排
気干渉を伴わない気筒群＃１〜＃３と、気筒群＃４〜＃
６との２つに集合され、その集合部８ａ，８ｂが連通路
９によって互いに連通されている。エンジン１の吸気系
及び排気系には、主過給機としての主ターボチャージャ
１０及び副過給機としての副ターボチャージャ１１がそ
れぞれ並列に設けられている。即ち、主・副の各ターボ
チャージャ１０，１１を構成する各タービン１０ａ，１
１ａは、その上流側が排気マニホルド８の各集合部８ａ
，８ｂにそれぞれ連通されている。つまり、主ターボチ
ャージャ１０に対応してエンジン１の気筒群＃１〜＃３
が連通され、副ターボチャージャ１１に対応してエンジ
ン１の気筒群＃４〜＃６が連通されている。又、各ター
ビン１０ａ，１１ａの下流側は主・副別々の排気通路１
２，１３に連通されている。主・副の各排気通路１２，
１３はその下流側にて合流し、三元触媒を内蔵してなる
触媒コンバータ１４を介して外部に連通されている。

【００１４】一方、主・副の各ターボチャージャ１０，
１１を構成する各コンプレッサ１０ｂ，１１ｂは、その
上流側が主・副別々の吸気通路１５，１６に連通されて
いる。主・副の各吸気通路１５，１６の上流側は一本の
共通吸気通路１７に合流してエアクリーナ１８を介し外
部に連通されている。又、各コンプレッサ１０ｂ，１１
ｂの下流側は主・副別々の吸気通路１９，２０に連通さ
れている。主・副の各吸気通路１９，２０の下流側は一
本の共通吸気通路２１に合流して連通され、吸気冷却用
のインタークーラ２２、更にはスロットルボディ３を介
してサージタンク２に連通されている。

【００１５】この実施例において、主ターボチャージャ
１０はエンジン１の低吸入空気量域から高吸入空気量域
まで作動されるものであり、副ターボチャージャ１１は
低吸入空気量域で停止され、高吸入空気量域のみで作動
されるものであり、主・副の両ターボチャージャ１０，
１１により、いわゆる「２ステージツインターボシステ
ム」が構成されている。

【００１６】主・副の両ターボチャージャ１０，１１の
作動・停止を可能にするために、副ターボチャージャ１
１のタービン１１ａに連通する副排気通路１３の途中に
は、排気切替弁２３が設けられている。又、副ターボチ
ャージャ１１のコンプレッサ１１ｂに連通する副吸気通
路２０の途中には、吸気切替弁２４が設けられている。 これら排気切替弁２３及び吸気切替弁２４は、それぞれ
三方式の第１及び第２のバキュームスイッチングバルブ
（以下単に「ＶＳＶ」という）２５，２６の開閉切替に
よって駆動されるダイヤフラム式のアクチュエータ２７
，２８によってそれぞれ開閉されるようになっている。 第１及び第２のＶＳＶ２５，２６の大気ポートにはエア
フィルタ２９を介して大気が導入され、圧力ポートには
プレッシャータンク３０から所要の高圧空気が導入され
るようになっている。

【００１７】従って、第１及び第２のＶＳＶ２５，２６
の開閉切替により、各アクチュエータ２７，２８のダイ
ヤフラム室２７ａ，２８ａへの空気圧導入が調節される
ことにより、各アクチュエータ２７，２８が作動して排
気切替弁２３及び吸気切替弁２４がそれぞれ開閉される
。即ち、第１のＶＳＶ２５はオンされることにより、排
気切替弁２３を全開とするようにアクチュエータ２７を
作動させ、オフされることにより、排気切替弁２３を全
閉とするようにアクチュエータ２７を作動させる。 又、第２のＶＳＶ２６はオンされることにより、吸気切
替弁２４を全開とするようにアクチュエータ２８を作動
させ、オフされることにより、吸気切替弁２４を全閉と
するようにアクチュエータ２８を作動させる。そして、
排気切替弁２３及び吸気切替弁２４の両方が全開のとき
には、主・副の両ターボチャージャ１０，１１が作動す
る「ダブル過給ステージ」となり、両切替弁２３，２４
の両方が全閉のときには、主ターボチャージャ１０のみ
が作動する「シングル過給ステージ」となる。

【００１８】副ターボチャージャ１１のタービン１１ａ
に連通する副排気通路１３には、排気切替弁２３を迂回
して主排気通路１２に連通する排気バイパス通路３１が
設けられている。又、この排気バイパス通路３１には、
同通路３１を開閉する排気バイパス弁３２が設けられて
いる。この排気バイパス弁３２は、ダイヤフラム式のア
クチュエータ３３によって開閉されるようになっている
。このアクチュエータ３３のダイヤフラム室３３ａは、
吸気切替弁２４よりも下流側の副吸気通路２０（又は主
吸気通路１９）に連通されると共に、二方式の第３のＶ
ＳＶ３４を介してコンプレッサ１１ｂよりも上流側の副
吸気通路１６（又は共通吸気通路１７）に連通されてい
る。そして、この第３のＶＳＶ３４の開閉により、ダイ
ヤフラム室３３ａにコンプレッサ１０ｂによる過給圧の
導入が調節されることにより、アクチュエータ３３が作
動されて排気バイパス弁３２が開閉されるようになって
いる。即ち、第３のＶＳＶ３４はデューティ制御される
ことにより、主ターボチャージャ１０のコップレッサ１
０ｂによる過給圧の大気へのブリード量を調整し、アク
チュエータ３３のダイヤフラム室３３ａへの作動圧を調
整して排気バイパス弁３２の開度（開口量）が可変とさ
れる。

【００１９】更に、吸気切替弁２４よりも上流側の副吸
気通路２０と、主ターボチャージャ１０のコンプレッサ
１０ｂよりも上流側の主吸気通路１５との間には、両通
路２０，１６を連通する第１の吸気バイパス通路３５が
設けられている。又、第１の吸気バイパス通路３５の一
端側には、同通路３５を開閉するために、ダイヤフラム
式のアクチュエータ３６によって駆動される第１の吸気
バイパス弁３７が設けられている。このアクチュエータ
３６は三方式の第４のＶＳＶ３８の開閉切替によって駆
動される。この第４のＶＳＶ３８の大気ポートにはエア
フィルタ２９を介して大気が導入され、圧力ポートには
プレッシャータンク３０から所要の高圧空気が導入され
るようになっている。

【００２０】従って、第４のＶＳＶ３８の開閉切替に基
づき、アクチュエータ３６のダイヤフラム室３６ａへの
空気圧の導入が調節されることにより、アクチュエータ
３６が作動して第１の吸気バイパス弁３７が開閉される
。即ち、第４のＶＳＶ３８はオンされることにより、第
１の吸気バイパス弁３７を全閉とするようにアクチュエ
ータ３６を作動させ、オフされることにより、第１の吸
気バイパス弁３７を全開とするようにアクチュエータ３
６を作動させる。この第１の吸気バイパス通路３５は主
ターボチャージャ１０のみの作動から、主・副の両ター
ボチャージャ１０，１１の作動への切り替えをスムーズ
にするために開かれる通路である。

【００２１】尚、プレッシャータンク３０の圧力ポート
はインタークーラ２２よりも上流側の共通吸気通路２１
に連通されており、同プレッシャータンク３０に対して
主ターボチャージャ１０による過給圧が供給されるよう
になっている。又、副吸気通路２０において吸気切替弁
２４の上流側と下流側とを連通させるバイパス通路３９
には、リード弁４０が設けられている。そして、副ター
ボチャージャ１１のコンプレッサ１１ｂの出口圧力が主
ターボチャージャ１０のそれよりも大きくなったとき、
そのバイパス通路３９及びリード弁４０を介して吸気切
替弁２４の上流側から下流側へと空気がバイパスされる
ようになっている。

【００２２】一方、主ターボチャージャ１０において、
タービン１０ａの上流側と下流側との間にはウェイスト
ゲート通路４１が設けられている。又、このウェイスト
ゲート通路４１には、同通路４１を開閉するウェイスト
ゲート弁４２が設けられている。このウェイストゲート
弁４２は、主ターボチャージャ１０による過給圧が予め
設定された圧力を越えることを防止するために、そのタ
ービン１０ａへの流入排気ガスを、タービン１０ａの出
口側へバイパスしてタービン１０ａの出力を調節し、主
ターボチャージャ１０による過給圧をコントロールする
ためのものである。そして、ウェイストゲート弁４２は
ダイヤフラム式のアクチュエータ４３によって開閉され
るようになっている。このアクチュエータ４３のダイヤ
フラム室４３ａは、コンプレッサ１０ｂよりも下流側の
主吸気通路１９に連通されると共に、二方式の第５のＶ
ＳＶ４４を介してコンプレッサ１０ｂよりも上流側の主
吸気通路１５に連通されている。そして、その第５のＶ
ＳＶ４４の開閉により、ダイヤフラム室４３ａにコンプ
レッサ１０ｂによる過給圧の導入が調節されることによ
り、アクチュエータ４３が作動してウェイストゲート弁
４２が開閉される。即ち、第５のＶＳＶ４４はデューテ
ィ制御されることにより、過給圧の大気へのブリード量
を調整し、アクチュエータ４３のダイヤフラム室４３ａ
への作動圧を調整してウェイストゲート弁４２の開度（
開口量）が可変とされる。

【００２３】又、主ターボチャージャ１０に関わり、そ
のコンプレッサ１０ｂよりも上流側の主吸気通路１５と
同コンプレッサ１０ｂよりも下流側の共通吸気通路２１
との間には、第２の吸気バイパス通路４５が設けられて
いる。この第２の吸気バイパス通路４５の一端側には、
同通路４５を開閉するために、ダイヤフラム式のアクチ
ュエータ４６によって駆動される第２の吸気バイパス弁
４７が設けられている。このアクチュエータ４６のダイ
ヤフラム室４６ａはサージタンク２に連通されている。 従って、サージタンク２内が負圧になったときのみ、第
２の吸気バイパス弁４７が開かれるようにアクチュエー
タ４６が作動され、それ以外のときには第２の吸気バイ
パス弁４７が閉じられるようにアクチュエータ４６が作
動されるようになっている。

【００２４】そして、エンジン１はエアクリーナ１８を
通じて導入される外気を、共通吸気通路１７、主・副の
各吸気通路１５，１６、主・副の各ターボチャージャ１
０，１１のコンプレッサ１０ｂ，１１ｂ、インタークー
ラ２２、サージタンク２及び吸気マニホルド５等を通じ
て取り込む。又、その外気の取り込みと同時に、エンジ
ン１は各インジェクタ６Ａ〜６Ｆから噴射される燃料を
取り込む。更に、エンジン１はその取り込んだ燃料と外
気との混合気を各気筒＃１〜＃６の燃焼室にて爆発・燃
焼させて駆動力を得た後、その排気ガスを排気マニホル
ド８、主・副の各ターボチャージャ１０，１１のタービ
ン１０ａ，１１ａ、主・副の各排気通路１２，１３及び
触媒コンバータ１４を介して外部へ排出させる。

【００２５】エンジン１の運転状態を検出する運転状態
検出手段を構成する各センサとしては、スロットルボデ
ィ３においてスロットル弁４の開度（スロットル開度）
ＡＣＣＰを検出するスロットル開度センサ６１が設けら
れている。サージタンク２には、同タンク２内における
吸気圧ＰＭを検出する吸気圧センサ６２が設けられてい
る。又、エンジン１には、その冷却水の温度（冷却水温
）ＴＨＷを検出する水温センサ６４が設けられている。 更に、主・副の両排気通路１２，１３の合流部近傍には
、排気中の酸素濃度を検出する、即ち排気空燃比を検出
する酸素センサ６５が設けられている。この酸素センサ
６５は主排気通路１２にオフセットした位置に配置され
ている。

【００２６】エンジン１の各気筒毎＃１〜＃６に設けら
れた各点火プラグ７Ａ〜７Ｆには、ディストリビュータ
４８にて分配された点火信号が印加される。ディストリ
ビュータ４８はイグナイタ４９から出力される高電圧を
エンジン１のクランク角に同期して各点火プラグ７Ａ〜
７Ｆに分配するためのものである。そして、各点火プラ
グ７Ａ〜７Ｆの点火タイミングは、イグナイタ４９から
の高電圧出力タイミングにより決定される。

【００２７】ディストリビュータ４８にはエンジン１の
回転に連動して回転される図示しないロータが内蔵され
ている。そして、このディストリビュータ４８には、ロ
ータの回転からエンジン回転数ＮＥを検出する回転数セ
ンサ６６が設けられている。同じくディストリビュータ
４８には、ロータの回転に応じてエンジン１のクランク
角の変化を所定の割合で検出する気筒判別センサ６７が
それぞれ取付けられている。この実施例では、１行程に
対してエンジン１が２回転するものとして、気筒判別セ
ンサ６７は３６０°ＣＡの割合でクランク角を検出する
ようになっている。又、エンジン１に駆動連結された図
示しないトランスミッションには、車速を検出するため
の車速センサ６８が設けられている。

【００２８】そして、各インジェクタ６Ａ〜６Ｆ、イグ
ナイタ４９及び第１〜第５のＶＳＶ２５，２６，３４，
３８，４４は、燃料供給量演算手段、燃料供給制御手段
、第１の燃料供給量設定手段、第２の燃料供給量設定手
段及び設定値切替手段を構成する電子制御装置（以下単
に「ＥＣＵ」という）７１に電気的に接続され、そのＥ
ＣＵ７１の作動によってそれらの駆動タイミングが制御
されるようになっている。

【００２９】次に、ＥＣＵ７１の構成について図３のブ
ロック図に従って説明する。ＥＣＵ７１は中央処理装置
（ＣＰＵ）７２、所定の制御プログラム等を予め記憶し
た読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）７３、ＣＰＵ７２の演
算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）７４、予め記憶されたデータを保存するバックアッ
プＲＡＭ７５等と、これら各部と外部入力回路７６、外
部出力回路７７等とをバス７８によって接続した論理演
算回路として構成されている。

【００３０】外部入力回路７６には、前述したスロット
ル開度センサ６１、吸気圧センサ６２、水温センサ６４
、酸素センサ６５、回転数センサ６６、気筒判別センサ
６７及び車速センサ６８等がそれぞれ接続されている。 そして、ＣＰＵ７２は外部入力回路７６を介して各セン
サ６１，６２，６４〜６８からの出力信号を入力値とし
て読み込む。

【００３１】又、ＣＰＵ７２は、これらの入力値に基づ
いて、外部出力回路７７に接続された各インジェクタ６
Ａ〜６Ｆ、イグナイタ４９及び第１〜第５のＶＳＶ２５
，２６，３４，３８，４４等を好適に制御する。尚、こ
の実施例において、燃料噴射は各気筒＃１〜＃６毎の独
立噴射となっており、各インジェクタ６Ａ〜６Ｆは各気
筒＃１〜＃６の噴射タイミングが到来した時に個々に駆
動制御されるようになっている。尚、この実施例のエン
ジン１において、各気筒＃１〜＃６の燃料噴射は気筒＃
１、気筒＃５、気筒＃３、気筒＃６、気筒＃２及び気筒
＃４の順序で行われるようになっている。

【００３２】上記のように構成された過給機付ガソリン
エンジンシステムにおいて、ＥＣＵ７１は各センサ６１
，６２，６４〜６８からの入力値に基づきその時々の運
転状態を判断し、その運転状態に応じて主ターボチャー
ジャ１０及び副ターボチャージャ１１の作動を次のよう
に制御する。先ず、エンジン１の運転状態が低速域で、
かつ高負荷域である場合には、ＥＣＵ７１は排気切替弁
２３及び吸気切替弁２４が共に閉じ、第１及び第２のＶ
ＳＶ２５，２６を切替制御する。これによって、主ター
ボチャージャ１０のみが作動される「シングル過給ステ
ージ」となる。この「シングル過給ステージ」において
、エンジン１からの排気ガスは、図４に矢印で示すよう
に、主ターボチャージャ１０のみを流れ、そのタービン
１０ａを回転駆動させる。更に、そのタービン１０ａを
通過した排気ガスは、図４に矢印で示すように、主排気
通路１２を経て主・副の両排気通路１２，１３の合流部
に至り、更に下流の触媒コンバータ１４を通過して外部
へと排出される。このように、低吸入空気量域で「シン
グル過給ステージ」とする理由は、低吸入空気量域では
主ターボチャージャ１０のみによる過給特性の方が主・
副の両ターボチャージャ１０，１１による過給特性より
も優れているからである。そして、このような「シング
ル過給ステージ」にすることより、エンジン１のトルク
の立ち上がりが速くなり、低速域のレスポンスを大幅に
良くすることができる。

【００３３】又、この実施例において、酸素センサ６５
の取付け位置は、主ターボチャージャ１０のタービン１
０ａに連通する主排気通路１２にオフセットさせている
ことから、主ターボチャージャ１０からの排気ガス流が
酸素センサ６５に効率良く当たってその酸素濃度が検出
される。従って、酸素センサ６５は排気ガス流によって
迅速に温められ、空燃比制御のための安定した出力温度
特性域に早期に達することができる。この「シングル過
給ステージ」においては、排気ガス流の全量が必ず酸素
センサ６５に当たり、後に説明する「ダブル過給ステー
ジ」においても、常時作動する主ターボチャージャ１０
からの排気ガス流が必ず酸素センサ６５に当たることに
なり、その酸素センサ６５により排気ガスの酸素濃度を
精度良く検出することができる。従って、酸素センサ６
５における検出信号をフィードバックすることにより、
常に正確な空燃比制御を行うことが可能となる。

【００３４】更に、エンジン１の運転状態が低速域で、
かつ低負荷域である場合には、ＥＣＵ７１は排気切替弁
２３が閉じたままで吸気切替弁２４のみが開かれるよう
に、第１及び第２のＶＳＶ２５，２６を切替制御する。 これによって、「シングル過給ステージ」のままで、主
・副の両吸気通路１５，１６が共に開かれ、主ターボチ
ャージャ１０のみの作動による吸気抵抗の増大を抑える
ことができる。そして、このようにすることにより、低
負荷域からの加速初期における過給圧の立ち上がり特性
、運転上のレスポンスを改善することができる。

【００３５】又、エンジン１の運転状態が低吸入空気量
域から高吸入空気量域へ移行する場合、即ち「シングル
過給ステージ」から「ダブル過給ステージ」へ切り替わ
る場合には、ＥＣＵ７１は排気切替弁２３及び吸気切替
弁２４が共に開かれるように、第１及び第２のＶＳＶ２
５，２６を切替制御する。この際、排気切替弁２３が閉
じられているときに排気バイパス弁３２を開くように、
ＥＣＵ７１が第３のＶＳＶ３４を切替制御する。即ち、
排気ガスの一部を副ターボチャージャ１１に流すことに
より、副ターボチャージャ１１の助走回転数を高めて、
ステージ切り替えをよりスムーズに行うことができる。 併せて、第１の吸気バイパス弁３７を開くように、ＥＣ
Ｕ７１が第４のＶＳＶ３８を切替制御することにより、
ステージ切り替えを更にスムーズに行うことができる。

【００３６】一方、エンジン１の運転状態が高吸入空気
量域の場合には、排気切替弁２３と吸気切替弁２４が共
に開かれたままで、かつ排気バイパス弁３２が閉じられ
るように、ＥＣＵ７１は第１〜第３のＶＳＶ２５，２６
，３４を切替制御する。これによって、主・副の両ター
ボチャージャ１０，１１により過給が行われる「ダブル
過給ステージ」の状態が保持される。この「ダブル過給
ステージ」において、エンジン１からの排気ガスは、図
５に矢印で示すように、主・副の両ターボチャージャ１
０，１１を流れ、各タービン１０ａ，１１ａを回転駆動
させる。更に、各タービン１０ａ，１１ａを通過した排
気ガスは、図５に矢印で示すように、主・副の両排気通
路１２，１３を経てそれらの合流部に至り、更に下流の
触媒コンバータ１４を通過して外部へと流れる。このよ
うに、「ダブル過給ステージ」とすることにより、主・
副の両ターボチャージャ１０，１１の両コンプレッサ１
０ｂ，１１ｂによって充分な過給圧が得られ、高速域に
おけるエンジン１の出力が向上される。そして、このと
きの過給圧が例えば「＋５００ｍｍＨｇ」を越えないよ
うに、ウェイストゲート弁４２を開閉させるように、Ｅ
ＣＵ７１は第５のＶＳＶ４４を駆動制御（デューティ制
御）する。

【００３７】次に、上記のように構成した過給機付エン
ジンの空燃比制御装置に係り、ＥＣＵ７１によって実行
される空燃比制御の処理動作について図６〜図８に従っ
て説明する。図６に示すフローチャートはＥＣＵ７１に
より実行される各処理のうち、エンジン１の運転中にお
ける空燃比制御のための噴射量ＴＡＵの算出ルーチンで
あって、所定時間毎の定時割り込みで実行される。

【００３８】処理がこのルーチンへ移行すると、先ずス
テップ１００において、基本噴射量ＴＡＵＢＳを算出す
る。この基本噴射量ＴＡＵＢＳの算出は、ステップ１０
０においてサブルーチンコールされて実行される処理で
あって、その処理ルーチンを図７のフローチャートに示
す。即ち、先ずステップ１０１において、吸気圧センサ
６２及び回転数センサ６６の検出値に基づいて吸気圧Ｐ
Ｍ及びエンジン回転数ＮＥをそれぞれ読込む。

【００３９】次に、ステップ１０２において、第１〜第
５のＶＳＶ２５，２６，３４，３８，４４の切替制御状
態に基づいて、今回の制御周期が主ターボチャージャ１
０のみ作動される「シングル過給ステージ」であるか否
かを判断する。そして、ステップ１０２において「シン
グル過給ステージ」である場合には、ステップ１０３に
おいて、図８に実線で示すようにエンジン回転数ＮＥ及
び吸気圧ＰＭをパラメータとして燃料供給量ＫＴＰの関
係を予め定めてなる第１のマップＭＡＰ１を参照して燃
料供給量ＫＴＰを決定し、ステップ１０５へ移行する。 一方、ステップ１０２において「シングル過給ステージ
」でない場合、即ち「ダブル過給ステージ」である場合
には、ステップ１０４において、図８に破線で示すよう
にエンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＭをパラメータとし
て燃料供給量ＫＴＰの関係を予め定めてなる第２のマッ
プＭＡＰ２を参照して燃料供給量ＫＴＰを決定し、ステ
ップ１０５へ移行する。

【００４０】ここでは、図８に示すように、エンジン回
転数ＮＥ及び吸気圧ＰＭが同じであっても、第２のマッ
プＭＡＰ２による燃料供給量ＫＴＰの設定値は第１のマ
ップＭＡＰ１によるそれよりも相対的に大きく設定され
ている。つまり、排気マニホルド８における排圧の違い
に起因して、「シングル過給ステージ」における実際の
吸気量よりも「ダブル過給ステージ」における実際の吸
気量の方が大きいことから、その吸気条件の違いに適合
して空燃比が常に一定となるように第１及び第２のマッ
プＭＡＰ１，ＭＡＰ２における燃料供給量ＫＴＰが設定
されている。

【００４１】続いて、ステップ１０３又はステップ１０
４から移行してステップ１０５においては、先に求めら
れた燃料供給量ＫＴＰを基本噴射量ＴＡＵＢＳとして設
定し、その後の処理を一旦終了する。そして、再び図６
のフローチャートにおける噴射量ＴＡＵの算出ルーチン
に戻り、ステップ１１０において空燃比補正係数ＦＡＦ
を読込む。この空燃比補正係数ＦＡＦは別途の算出ルー
チンにより求められるものであり、ここではその説明を
省略する。

【００４２】次に、ステップ１２０においては、空燃比
補正係数ＦＡＦを除くその他の各種補正係数を算出する
。例えば、水温センサ６４の検出値である冷却水温ＴＨ
Ｗをパラメータとして予め定められたマップを参照し、
水温補正係数ＦＴＨＷを求める。続いて、ステップ１３
０において、先に算出された又は読み込まれた基本噴射
量ＴＡＵＢＳ、空燃比補正係数ＦＡＦ及び水温補正係数
ＦＴＨＷ等に基づいて今回の制御周期における噴射量Ｔ
ＡＵを算出し、その後の処理を一旦終了する。

【００４３】そして、ＥＣＵ７１は上記のようにして求
められた噴射量ＴＡＵを、各気筒＃１〜＃６の噴射タイ
ミングの到来と同時に好適に出力する。つまり、各気筒
＃１〜＃６の噴射タイミングにおいて、前記噴射量ＴＡ
Ｕに従って各インジェクタ６Ａ〜６Ｆを駆動制御し、該
当する各気筒＃１〜＃６の燃焼室へ燃料を噴射供給する
。

【００４４】以上のように、この実施例における過給機
付エンジンの空燃比制御装置によれば、図８に示すよう
に、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＭをパラメータと
して燃料供給量ＫＴＰの関係を予め定めてなる第１のマ
ップＭＡＰ１及び第２のマップＭＡＰ２をそれぞれ別々
に設けている。しかも、第１のマップＭＡＰ１は主ター
ボチャージャ１０のみが作動する「シングル過給ステー
ジ」の場合の吸気条件に適合するように燃料供給量ＫＴ
Ｐの値が設定されており、第２のマップＭＡＰ２は主・
副両方のターボチャージャ１０，１１が作動する「ダブ
ル過給ステージ」の場合の吸気条件に適合するように、
かつ第１のマップＭＡＰ１における燃料供給量ＫＴＰの
設定値よりも相対的に大きな燃料供給量ＫＴＰが設定さ
れている。そして、第１又は第２の各マップＭＡＰ１，
ＭＡＰ２による燃料供給量ＫＴＰが、「シングル過給ス
テージ」或いは「ダブル過給ステージ」に応じて基本噴
射量ＴＡＵとして設定され、噴射量ＴＡＵの算出におい
て選択的に使用されるようになっている。

【００４５】従って、「シングル過給ステージ」の場合
には、その場合の吸気量の要求に適合した噴射量ＴＡＵ
を継続して確実に得ることができる。つまり、「シング
ル過給ステージ」において排圧が相対的に高くなり、吸
気量が相対的に小さくなっても、その条件に見合った噴
射量ＴＡＵを確保することができる。又、「ダブル過給
ステージ」の場合には、その場合の吸気量の要求に適合
した噴射量ＴＡＵを継続して確実に得ることができる。 つまり、「ダブル過給ステージ」において排圧が相対的
に低くなり、吸気量が相対的に大きくなっても、その条
件に見合った噴射量ＴＡＵを確保することができる。

【００４６】よって、「シングル過給ステージ」と「ダ
ブル過給ステージ」とのステージ切り替えが、その切り
替え方向の違いによってヒステリシスを持って行われ、
そのステージ切り替え後におけるエンジン回転数ＮＥ及
び吸気圧ＰＭの条件が、「シングル過給ステージ」から
「ダブル過給ステージ」へ切り替えられた場合とその逆
の場合とで同等であっても、各過給ステージの吸気条件
に適合した適正な噴射量ＴＡＵにより、常に空燃比を最
適値に適合させることができる。

【００４７】その結果、主・副の両ターボチャージャ１
０，１１の作動する「ダブル過給ステージ」で空燃比が
リーンとなったり、主ターボチャージャ１０のみの作動
する「シングル過給ステージ」で空燃比がオーバリッチ
となったりすることがなく、ノッキングを改善できると
共に、燃費、出力或いは排気エミッションの向上を図る
ことができる。

【００４８】尚、この発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、構
成の一部を適宜に変更して実施することもできる。例え
ば、前記実施例では、直列６気筒の過給機付ガソリンエ
ンジンシステムに具体化したが、直列式のエンジンでは
なくてＶ型のエンジンに具体化することもでき、或いは
６気筒のエンジンではなくて４気筒や８気筒等のエンジ
ンに具体化することもできる。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば
、エンジンの運転状態に応じて主過給機のみの作動と、
主及び副の両過給機の作動とを切り替えるようにした過
給機付エンジンにおいて、エンジンへの燃料供給量が演
算される際に、主過給機のみの作動時にはその要求に適
合した設定値により燃料供給量が演算されて燃料がエン
ジンへ噴射供給され、主及び副の両過給機の作動時には
その要求に適合した設定値により燃料供給量が演算され
て燃料がエンジンへ噴射供給されるので、過給機の作動
個数に応じて常に空燃比を最適値に適合させることがで
き、もって燃費、出力或いは排気エミッションの向上を
図ることができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の概念構成図である。

【図２】この発明を具体化した一実施例における過給機
付ガソリンエンジンシステムを説明する概略構成図であ
る。

【図３】一実施例におけるＥＣＵの構成を示すブロック
図である。

【図４】一実施例における過給機付ガソリンエンジンシ
ステムの「シングル過給ステージ」における過給作動を
説明する概略構成図である。

【図５】一実施例における過給機付ガソリンエンジンシ
ステムの「ダブル過給ステージ」における過給作動を説
明する概略構成図である。

【図６】一実施例におけるＥＣＵにより実行される空燃
比制御のための噴射量算出ルーチンを説明するフローチ
ャートである。

【図７】一実施例におけるＥＣＵにより実行される基本
噴射量算出ルーチンを説明するフローチャートである。

【図８】一実施例におけるエンジン回転数及び吸気圧を
パラメータとして燃料供給量の関係を予め定めてなる第
１のマップ及び第２のマップを示す図である。

【図９】従来例におけるターボチャージャの作動個数切
り替え領域を説明するグラフである。

【図１０】従来例におけるターボチャージャ作動個数、
吸気圧、エンジン回転数、排圧、空気量及び空燃比の変
化の関係を説明するタイムチャートである。

【符号の説明】

１…エンジン ５…吸気系を構成する吸気マニホルド ６Ａ〜６Ｆ…燃料供給手段としてのインジェクタ８…排
気系を構成する排気マニホルド １０…主過給機としての主ターボチャージャ１１…副過
給機としての副ターボチャージャ２３…排気切替弁 ２４…吸気切替弁 ６１…スロットル開度センサ ６２…吸気圧センサ ６４…水温センサ ６５…酸素センサ ６６…回転数センサ ６７…気筒判別センサ ６８…車速センサ（６１，６２，６４〜６８は運転状態
検出手段を構成する） ７１…ＥＣＵ（燃料供給量演算手段、燃料供給制御手段
、第１の燃料供給量設定手段、第２の燃料供給量設定手
段及び設定値切替手段を構成する）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エンジンに燃料を噴射供給する燃料供
   給手段と、前記エンジンの回転数及び吸気圧を含む運転
   状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出
   手段の検出結果に基づき、その時々における前記エンジ
   ンの要求空燃比に合致する燃料供給量を演算する燃料供
   給量演算手段と、前記燃料供給量演算手段の演算結果に
   基づいて前記燃料供給手段を駆動制御する燃料供給制御
   手段と、前記エンジンの吸気系及び排気系に並列に設け
   られた一対をなす主過給機及び副過給機と、前記副過給
   機に対応する前記吸気系及び前記排気系にそれぞれ設け
   られた吸気切替弁及び排気切替弁とを備え、前記エンジ
   ンの運転状態が低吸入空気量域である場合には、前記吸
   気切替弁及び前記排気切替弁を共に閉じて前記主過給機
   のみを作動させ、前記エンジンの運転状態が高吸入空気
   量域である場合には、前記吸気切替弁及び前記排気切替
   弁を共に開いて前記主過給機及び前記副過給機を共に作
   動させるようにした過給機付エンジンの空燃比制御装置
   において、前記主過給機のみを作動させる場合に適合す
   るように前記回転数及び前記吸気圧をパラメータとして
   予め定められた燃料供給量を設定する第１の燃料供給量
   設定手段と、前記主過給機及び前記副過給機を共に作動
   させる場合に適合するように前記回転数及び前記吸気圧
   をパラメータとして予め定められ、かつ前記第１の燃料
   供給量設定手段による設定値よりも相対的に大きな燃料
   供給量を設定する第２の燃料供給量設定手段と、前記燃
   料供給量演算手段により前記燃料供給量が演算される際
   に、前記主過給機のみの作動時と、前記主過給機及び前
   記副過給機を共に作動させる時とに応じて、前記第１の
   燃料供給量設定手段による設定値の使用又は第２の燃料
   供給量設定手段による設定値の使用を選択的に切り替え
   る設定値切替手段とを備えたことを特徴とする過給機付
   エンジンの空燃比制御装置。