JPH0650158A - 過給機付エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水平対向式エンジンにシーケンシャルターボ
式過給機システムを適応する場合において、ツインター
ボモード切換時の制御を容易化すると共にショックを効
果的に低減する。 【構成】 水平対向式エンジン本体１の左右バンクの近
くにそれぞれプライマリターボ過給機３０とセカンダリ
ターボ過給機４０を配置して、両ターボ過給機３０，４
０にそれぞれウエイストゲート弁３１，４１を設け、セ
カンダリターボ過給機４０には排気制御弁４５、吸気制
御弁４６等を設け、更にセカンダリターボ過給機４０の
排気制御弁４５にバイパスしてプリコントロール弁５２
を設け、ウエイストゲート弁３１，４１とプリコントロ
ール弁５２の弁ポート３１ａ，４１ａ，５２ａの口径を
同一に定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用エンジンとし
て、複数のターボ過給機をシーケンシャルターボ式に作
動する過給機付エンジンの制御装置に関し、詳しくは、
水平対向式エンジンに適応した場合のプリコントロール
弁とウエイストゲート弁の構造、制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に水平対向式エンジンは、クランク
ケースの左右に離れて配置されるシリンダヘッドに、複
数の気筒を２分割して設けて構成されている。このため
この種のエンジンにシーケンシャルターボ式過給機シス
テムを適応する場合は、左右バンクの一方にプライマリ
ターボ過給機を、その他方にセカンダリターボ過給機を
それぞれ離間して配置し、各ターボ過給機においてウエ
イストゲート弁により各別に過給圧制御することが前提
になる。そして両ターボ過給機の排気系を連通管により
連通し、セカンダリターボ過給機においては排気制御
弁、吸気制御弁、更には予回転するプリコントロール弁
等を設けてシーケンシャルターボ式に作動するように構
成することが提案されている。

【０００３】このような過給機付エンジンにおいて特に
シングルターボモードからツインターボモードへ移行す
る予回転時には、両ターボ過給機のウエイストゲート弁
とプリコントロール弁を開閉動作して、セカンダリター
ボ過給機を予備回転すると共に過給圧を滑らかに上昇す
るように制御することが要求される。またこの場合に
は、３つの弁の構造等により切換ショックの発生を防止
し、制御を容易化するように考慮することが望まれる。

【０００４】従来、上記過給機付エンジンの予回転制御
に関しては、例えば特開平２−１９１８１８号公報の先
行技術がある。ここで第１と第２のターボ過給機を近接
して並列配置し、１つのウエイストゲート弁を両ターボ
過給機の排気を同時に逃がすように設け、更に第２のタ
ーボ過給機には排気洩らし手段、排気カット弁等を設け
る。そして排気洩らし手段とウエイストゲート弁のアク
チュエータの特性を作動圧に対して同一にして、切換シ
ョックを防止することが示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先行技
術のものにあっては、排気洩らし手段とウエイストゲー
ト弁のアクチュエータの特性が同一であるから、両者の
弁口径の違いにより排気流量特性は異なったものにな
り、このため切換時の過給圧変動を完全に防止すること
はできない。また水平対向式エンジンのように、両ター
ボ過給機に各別にウエイストゲート弁を設ける方式で
は、ウエイストゲート弁の個数、構造、制御が異なるの
で、そのまま適応することができない。

【０００６】本発明は、この点に鑑みてなされたもの
で、水平対向式エンジンにシーケンシャルターボ式過給
機システムを適応する場合において、ツインターボモー
ド切換時の制御を容易化すると共にショックを効果的に
低減することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、水平対向式エンジンの左右バンクの近く
にそれぞれプライマリターボ過給機とセカンダリターボ
過給機が配置され、両ターボ過給機にそれぞれウエイス
トゲート弁が設けられ、セカンダリターボ過給機には排
気制御弁、吸気制御弁等が設けられてシーケンシャルタ
ーボ式に作動する過給機付エンジンにおいて、セカンダ
リターボ過給機の排気制御弁にバイパスしてプリコント
ロール弁を設け、ウエイストゲート弁とプリコントロー
ル弁の弁ポートの口径を同一にするものである。

【０００８】

【作用】上記構成に基づき、水平対向式エンジンの左右
バンクに離れて配置されるプライマリターボ過給機とセ
カンダリターボ過給機において、シングルターボモード
ではプライマリターボ過給機のみが、ツインターボモー
ドでは両ターボ過給機が作動する。そしてツインターボ
モードの初期において弁ポートの口径が同一なプリコン
トロール弁とウエイストゲート弁を開閉することで、過
給圧を一定に保持してセカンダリターボ過給機が安定的
に予回転され、両ターボ過給機の排気流量を均一化し
て、切換ショックの少ない状態でツインターボモードに
移行するようになる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、水平対向式エンジンにシーケンシ
ャルターボ式過給機を装着した場合の全体の構成につい
て説明する。符号１は水平対向式エンジンのエンジン本
体であり、クランクケース２の左右のバンク３，４に、
燃焼室５、吸気ポート６、排気ポート７、点火プラグ
８、動弁機構９等が設けられている。また、このエンジ
ン構造により左右バンク３，４の付近に、プライマリと
セカンダリのターボ過給機３０，４０がそれぞれ配設さ
れている。排気系として、左右バンク３，４からの排気
管１０，１１が連通管１２により連通され、一方の排気
管１１がプライマリターボ過給機３０のタービン３０ａ
に、他方の排気管１０がセカンダリターボ過給機４０の
タービン４０ａに、それぞれターボ過給することが可能
に連通される。そして両ターボ過給機３０，４０のター
ビン３０ａ，４０ａからの排気管１３が１つの排気管１
４に合流して触媒コンバータ１５、マフラ１６に連通さ
れる。

【００１０】吸気系として、エアクリーナ２０から２つ
に分岐した吸気管２１，２２はそれぞれ両ターボ過給機
３０，４０のブロワ３０ｂ，４０ｂに連通され、このブ
ロワ３０ｂ，４０ｂからの吸気管２３，２４がインター
クーラ２５に連通される。そして、インタークーラ２５
からスロットル弁２６を介してチャンバ２７に連通さ
れ、チャンバ２７から吸気マニホールド２８を介して左
右バンク３，４の各気筒に連通されている。

【００１１】次に、プライマリターボ過給機３０の制御
系について説明すると、タービン３０ａは常に排気管に
連通して排気により作動することが可能であり、このタ
ービン３０ａにウエイストゲート弁３１がバイパスして
設けられる。またブロワ３０ｂのバイパス通路３２にデ
ューティソレノイド弁３３が、デューティ信号により正
圧をリークして制御圧を生じるように設けられ、このデ
ューティソレノイド弁３３がウエイストゲート弁３１の
アクチュエータ３４に連通し、ウエイストゲート弁３１
の開度を増減変化して過給圧制御するようになってい
る。

【００１２】セカンダリターボ過給機４０の制御系につ
いて説明する。先ずタービン４０ａに対してウエイスト
ゲート弁４１が、各別にバイパスして設けられる。また
ブロワ下流の吸気マニホールド２８とブロワ上流との間
の通路４２にデューティソレノイド弁４３が、デューテ
ィ信号により正圧をリークして制御圧を生じるように設
けられ、このデューティソレノイド弁４３がウエイスト
ゲート弁４１のアクチュエータ４４に連通して、同様に
過給圧制御するようなっている。一方、タービン４０ａ
の上流の排気管１０には排気制御弁４５が、ブロワ４０
ｂの下流の吸気管２４には吸気制御弁４６が、ブロワ４
０ｂと吸気制御弁４６との間には過給圧リリーフ弁４７
がそれぞれ設けられる。これらの弁４５〜４７は、切換
ソレノイド弁４８〜５０の正圧、負圧、スプリング力に
より開閉することが可能になっている。

【００１３】またセカンダリターボ過給機４０の予備回
転手段として、排気制御弁４５のバイパス通路５１にプ
リコントロール弁５２が開閉可能に設けられる。このプ
リコントロール弁５２は、ウエイストゲート弁４１と同
様に通路４２のデューティソレノイド弁５３がアクチュ
エータ５４に連通して、デューティ信号により所定の開
度だけ開くようになっている。こうしてセカンダリター
ボ過給機４０は、これらの各弁の開閉により停止、作
動、予回転するように構成される。

【００１４】図２において、プライマリターボ過給機３
０とセカンダリターボ過給機４０の各弁の構造について
説明する。プライマリターボ過給機３０は、図２（ａ）
のように、タービンハウジング３０ｃの排気通路３０ｄ
にタービン３０ａが、排気エネルギにより駆動するよう
に設けられる。またタービンハウジング３０ｃと排気管
１３ａとの間にバイパス通路３０ｅが設けられ、この通
路３０ｅの弁室３０ｆにウエイストゲート弁３１が、弁
体３１ｂを備えたアーム３１ｃの回動で弁ポート３１ａ
を下流開きで開き排気の一部を逃がすように設けられて
いる。

【００１５】セカンダリターボ過給機４０は、図２
（ｂ）のようにタービンハウジング４０ｃの排気通路４
０ｄにタービン４０ａが設けられ、バイパス通路４０ｅ
の弁室４０ｆにウエイストゲート弁４１が設けられてい
る。またタービンハウジング４０ｃの上流のフランジ４
０ｇには弁ケース５５が連結され、この弁ケース５５の
内部に排気制御弁４５が、フランジ４０ｇの弁ポート４
５ａを上流開きで開くように設けられる。更にフランジ
４０ｇの内部にはプリコントロール弁５２が、弁体５２
ｂを備えたアーム５２ｃの回動で弁ポート５２ａを下流
開きで開き、排気制御弁４５の全閉時にプリコントロー
ル弁５２により排気の一部を流入することが可能になっ
ている。

【００１６】ここでプライマリとセカンダリの両ウエイ
ストゲート弁３１，４１は、弁ポート３１ａ，４１ａの
口径Ｄが同じで、流量特性が同一に設定される。これに
より特にツインターボモードにおいて、１種類のデュー
ティ信号により両ウエイストゲート弁３１，４１、ター
ボ過給機３０，４０を等しく作動する。またこれらのウ
エイストゲート弁３１，４１とプリコントロール弁５２
の弁ポート３１ａ，４１ａ，５２ａも、口径Ｄと共に流
量特性が同一に設定される。そして予回転時にウエイス
トゲート弁３１に代わってプリコントロール弁５２を開
くことで、予回転制御すると共にプライマリ側のウエイ
ストゲート機能を兼ねるようになっている。

【００１７】図３において、制御系について説明する。
先ず、吸入空気量センサ６０、クランク角センサ６１、
吸気制御弁４６の上流と下流の差圧を検出する差圧セン
サ６２、及び吸気系の過給圧を検出する絶対圧センサ６
３等を有し、これらのセンサ信号が制御ユニット６５に
入力する。制御ユニット６５は、図４（ａ）のモード判
定マップに基づき、低負荷低中速と高負荷低速の条件の
場合にシングルターボモードを判定し、これ以外の高速
側の条件の場合にツインターボモードをそれぞれ判定す
る。そしてシングルターボモードでは、排気制御弁４５
と吸気制御弁４６の切換ソレノイド弁４８，４９、及び
プリコントロール弁５２のソレノイド弁５３に閉信号
を、過給圧リリーフ弁４７の切換ソレノイド弁には開信
号を出力する。

【００１８】またツインターボモードでは、初期に予回
転モードを判断して、プライマリのウエイストゲート弁
３１のソレノイド弁３３に閉信号を、プリコントロール
弁５２のソレノイド弁５３に開信号を出力する。そして
吸気制御弁４６の上、下流の差圧が略零になったことを
確認して、排気制御弁４５と吸気制御弁４６に開信号
を、過給圧リリーフ弁４７に閉信号を出力する。その後
目標過給圧に達すると、プリコントロール弁５２に閉信
号を、両ウエイストゲート弁３１，４１に開信号を出力
して、本来の過給圧制御の状態に戻るようになってい
る。更にシングルターボモードとツインターボモードで
は、図４（ｂ）のように目標過給圧が設定されており、
この目標過給圧と実過給圧との偏差に応じたデューティ
信号をウエイストゲート弁３１，４１のソレノイド弁３
３，４３に出力して、各モードにおいて常に実過給圧が
目標過給圧と一致するようにフィードバック制御するよ
うに構成される。

【００１９】次に、この実施例の作用について説明す
る。先ず、低速側のシングルターボモードでは、排気系
において図５に示すように、排気制御弁４５、プリコン
トロール弁５２が閉じることで、セカンダリターボ過給
機４０は排気の導入が遮断されて停止する。そこでエン
ジン本体１の左右バンク３，４の排気の全てが、排気管
１０，１１と連通管１２によりプライマリターボ過給機
３０のタービン３０ａに導入して、このプライマリター
ボ過給機３０のみが作動する。このとき吸気系では、プ
ライマリターボ過給機３０のブロワ３０ｂにより空気が
吸入及び圧縮して圧送され、この圧縮空気がインターク
ーラ２５により冷却してエンジン本体１に供給されるの
であり、こうして過給作用される。

【００２０】また吸気制御弁４４は閉じて吸気系の過給
圧のリークが防止され、過給圧リリーフ弁４８は開い
て、特に減速時において吸気制御弁４４が急激に閉じる
際のセカンダリターボ過給機４０のブロワ下流の過給圧
が円滑にリークされる。そしてこのようにプライマリタ
ーボ過給機３０のみが作動する状態で、ウエイストゲー
ト弁３１がデューティ信号により開き、図５のように過
給圧を滑らかに上昇するように制御される。

【００２１】一方、車速や負荷の増大によりツインター
ボモードになると、この運転状態で開いているプライマ
リのウエイストゲート弁３１が図５のように閉じ、この
場合にウエイストゲート弁３１に出力していたデューテ
ィ信号がプリコントロール弁５２のソレノイド弁５３に
出力する。ここでウエイストゲート弁３１とプリコント
ロール弁５２の弁ポート口径が同一に設定されているの
で、プリコントロール弁５２が代りに同一開度で開くよ
うになり、これにより過給圧は一定のレベルに保持され
る。またプリコントロール弁５２が開くことで、排気の
一部がセカンダリターボ過給機４０のタービン４０ａに
導入して予備回転されるのであり、こうしてプライマリ
側を一定の過給圧に保った安定状態でブロワ４０ｂの下
流の圧力が直ちに上昇される。

【００２２】そして吸気制御弁４６の差圧が略零になる
と、図５のように過給圧リリーフ弁４７を閉じて排気制
御弁４５を開く。そこで多量の排気がセカンダリターボ
過給機４０のタービン４０ａに流入して駆動し、ブロワ
４０ｂにより多量の空気を吸入且つ圧縮して実質的に作
動する。このとき吸気制御弁４７も開くことで、上記ブ
ロワ４０ｂの下流の圧縮空気もインタークーラ２５に圧
送されるようになり、こうして予回転が終了して自動的
にツインターボモードに移行する。

【００２３】上記ツインターボモードでは、両ウエイス
トゲート弁３１，４１が閉じているため、排気の全てが
両ターボ過給機３０，４０に流入して作動し、過給圧が
図５のように迅速に上昇するようになる。そして目標過
給圧に達すると、プリコントロール弁５２を閉じ、両ウ
エイストゲート弁３１，４１を等しく開くことで、両タ
ーボ過給機３０，４０で排気の一部が逃げてこの場合の
高い目標過給圧に制御される。こうしてプリコントロー
ル弁５２は目標過給圧になった時点で閉じ、この場合の
プリコントロール弁５２とウエイストゲート弁３１，４
１の弁ポート口径が同一であるため、これらの弁の開閉
時の排気の流量が均一化して、切換ショックの少ないも
のになる。

【００２４】以上、本発明の実施例について説明した
が、これのみに限定されない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
平対向式エンジンにシーケンシャルターボ式過給機シス
テムを適応した場合において、両ターボ過給機のウエイ
ストゲート弁とセカンダリターボ過給機のプリコントロ
ール弁の弁ポート口径が同一で、流量特性が等しく構成
されるので、これらの弁を開閉する際の制御信号、制御
マップを同一にすることができて、制御が容易になる。
予回転時にはプリコントロール弁でプライマリ側ウエイ
ストゲート機能を備えるように制御されるので、過給圧
が一定に保持されて安定化する。ツインターボモードで
目標過給圧に達した時点でプリコントロール弁を閉じて
両ターボ過給機のウエイストゲート弁を開くように制御
されるので、この場合の両ターボ過給機の排気流量が均
一化して、切換ショックを効果的に低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る過給機付エンジンの制御装置の実
施例を示す構成図である。

【図２】プライマリターボ過給機とセカンダリターボ過
給機のウエイストゲート弁、プリコントロール弁の構造
を示す断面図である。

【図３】制御系の回路図である。

【図４】ターボモード判定と、過給圧制御のマップを示
す図である。

【図５】各モードでの弁の開閉と過給圧の状態を示すタ
イムチャートである。

【符号の説明】

１ エンジン本体 ３０ プライマリターボ過給機 ４０ セカンダリターボ過給機 ３１，４１ ウエイストゲート弁 ４５ 排気制御弁 ４６ 吸気制御弁 ４７ 過給圧リリーフ弁 ５２ プリコントロール弁 ３１ａ，４１ａ，５２ａ 弁ポート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平対向式エンジンの左右バンクの近く
   にそれぞれプライマリターボ過給機とセカンダリターボ
   過給機が配置され、両ターボ過給機にそれぞれウエイス
   トゲート弁が設けられ、セカンダリターボ過給機には排
   気制御弁、吸気制御弁等が設けられてシーケンシャルタ
   ーボ式に作動する過給機付エンジンにおいて、セカンダ
   リターボ過給機の排気制御弁にバイパスしてプリコント
   ロール弁を設け、ウエイストゲート弁とプリコントロー
   ル弁の弁ポートの口径を同一にすることを特徴とする過
   給機付エンジンの制御装置。
2. 【請求項２】 上記プリコントロール弁は、予回転時に
   プライマリ側ウエイストゲート弁に代って同一開度で開
   き、目標過給圧に達した時点で閉じるように制御される
   ことを特徴とする請求項１記載の過給機付エンジンの制
   御装置。
3. 【請求項３】 上記ウエイストゲート弁とプリコントロ
   ール弁は、いずれもタービンハウジングに下流開きで装
   着されることを特徴とする請求項１記載の過給機付エン
   ジンの制御装置。