JP3084136B2

JP3084136B2 - 過給機付エンジンの排気制御装置

Info

Publication number: JP3084136B2
Application number: JP04136284A
Authority: JP
Inventors: 聡杉村
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 2000-09-04
Anticipated expiration: 2015-09-04
Also published as: JPH05306624A

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排気制御装置に関し、詳しく
は、セカンダリターボ過給機に付設される排気制御弁の
チャタリング防止対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両用の過給機付エンジンとし
て、多気筒の排気系にプライマリとセカンダリのターボ
過給機を並列的に装備し、このターボ過給機をシーケン
シャルターボ式に作動するものが提案されている。この
シーケンシャルターボ式では、プライマリターボ過給機
が常に過給することが可能に構成され、セカンダリター
ボ過給機側には排気制御弁、吸気制御弁、過給圧リリー
フ弁等が設けられる。そして例えば低速域のシングルタ
ーボモードでプライマリターボ過給機のみを作動して、
高速域のツインターボモードになると、先ずセカンダリ
ターボ過給機を予備回転し、次いで両ターボ過給機を作
動して走行状態に応じた最適なエンジン出力特性を得る
ことを図っている。ここで、上述の各制御弁のアクチュ
エータは過給機の高熱に対する安全性、耐久性を考慮し
て、吸気系の負圧、正圧及び大気圧を用いて動作するよ
うになっている。

【０００３】ところでセカンダリターボ過給機の排気制
御弁は、排気の影響を受けながら全閉または全開に切換
動作されものであり、上流開きと、下流開きの方式があ
る。上流開きの方式では、排気圧が閉じる方向に作用し
ているので、排気制御弁を開いてセカンダリターボ過給
機を作動する際の制御性や応答性が悪く、この点で下流
開きの方式では排気圧が開く方向に作用しているので有
利である。そこで下流開きの方式を採用することが望ま
れるが、この方式では排気圧に抗して全閉に維持する構
成が重要になり、スプリング力を用いた構成では、排気
脈動やターボの振動によりスプリング力も変動してチャ
タリングを生じるおそれがある。そのため排気制御弁や
そのアクチュエータは、閉じる際の動作性を向上し、全
閉時のチャタリングを防止するように構成することが要
求される。

【０００４】従来、上記シーケンシャルターボ式の過給
機付エンジンに関しては、例えば特開平２−２０１０２
３号公報の先行技術がある。ここで、セカンダリターボ
過給機の排気カット弁に、スプリングを備えた圧力室を
有するアクチュエータを連結し、圧力室に負圧を導入し
て閉じ、圧力室を大気に開放して開くように構成するこ
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、アクチュエータのスプリング力に
抗した負圧力のみで排気カット弁を全閉状態に維持する
構成であるから、閉じ作動力の不足でチャタリングを生
じる可能性がある。一方、負圧力を増すと、アクチュエ
ータの大型化を招いて、艤装上の制約を受ける等の問題
がある。

【０００６】本発明は、この点に鑑みてなされたもの
で、シーケンシャルターボ式の過給機付エンジンで、セ
カンダリターボ過給機の排気制御弁を下流開き方式に構
成する場合に、コンパクトで、チャタリング等を防止し
た確実な開閉動作性を得るように構成することを目的と
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、エンジンの吸，排気系にプライマリター
ボ過給機とセカンダリターボ過給機とが並列的に配置さ
れ、プライマリターボ過給機は常時作動するように構成
され、セカンダリターボ過給機は少なくともタービン側
に下流開き式の排気制御弁を有して、ツインターボモー
ドでのみ作動するように構成される過給機付エンジンに
おいて、排気制御弁がセカンダリターボ過給機のタービ
ンハウジング側に設けられ、アクチュエータがブラケッ
トによりその付近に装着され、そのアクチュエータは一
方の室に大気圧を他方の室に負圧を供給して排気制御弁
を閉じ、一方の室に負圧を他方の室に正圧を供給して開
くように構成されるものである。

【０００８】

【作用】上記構成に基づき、エンジン運転時のシングル
ターボモードでは、排気制御弁がアクチュエータの負圧
力等により閉じ、且つチャタリング等を生じないように
強固に閉じた状態に保持される。そしてツインターボモ
ードでは、排気制御弁がアクチュエータの負圧力と正圧
力により下流方向に開き、且つその開状態に確実に保持
されるようになる。

【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２において、過給機付エンジンとして水平対向
式エンジンにプライマリとセカンダリのターボ過給機を
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４０，５０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からの共通の排気管１０が両ター
ボ過給機４０，５０のタービン４０ａ，５０ａに連通さ
れ、タービン４０ａ，５０ａからの排気管１１が１つの
排気管１２に合流して触媒コンバータ１３、マフラ１４
に連通される。

【００１０】吸気系として、エアクリーナ１５から２つ
に分岐した吸気管１６，１７はそれぞれ両ターボ過給機
４０，５０のブロワ４０ｂ，５０ｂに連通され、このブ
ロワ４０ｂ，５０ｂからの吸気管１８，１９がインター
クーラ２０に連通される。そして、インタークーラ２０
からスロットル弁２１を介してチャンバ２２に連通さ
れ、チャンバ２２から吸気マニホールド２３を介して左
右バンク３，４の各気筒に連通されている。また、アイ
ドル制御系として、エアクリーナ１５の直下流と吸気マ
ニホールド２３の間のバイパス通路２４に、アイドル制
御弁２５、負圧で開く逆止弁２６が設けられ、スロット
ル弁全閉のアイドル時と減速時に吸入空気量を制御する
ようになっている。

【００１１】燃料系として、吸気マニホールド２３のポ
ート近傍にインジェクタ３０が配設され、燃料ポンプ３
１を有する燃料タンク３２からの燃料通路３３が、フィ
ルタ３４、燃圧レギュレータ３５を備えてインジェクタ
３０に連通される。燃圧レギュレータ３５は、吸気圧力
に応じて調整作用するものであり、これによりインジェ
クタ３０に供給する燃料圧力を、吸気圧力に対して常に
一定の高さに保ち、噴射信号のパルス幅により燃料噴射
制御することが可能になっている。点火系として、点火
プラグ８にイグナイタ３６からの点火信号が入力するよ
うに接続されている。

【００１２】次に、プライマリターボ過給機４０の制御
系について説明すると、タービン４０ａには常に排気を
導入して作動し、スロットル弁２１が開いた負荷運転時
にはブロワ４０ｂから加圧空気を供給するようになって
いる。タービン側にはダイアフラム式アクチュエータ４
２を備えたウエイストゲート弁４１が設けられる。ま
た、ブロワ４０ｂの上、下流との間からアクチュエータ
４２の圧力室に、デューティソレノイド弁４３を有する
制御圧通路４４が設けられ、デューティソレノイド弁４
３で過給圧をリークすることで制御圧を生じてアクチュ
エータ４２に作用し、ウエイストゲート弁４１の開度を
増減して過給圧を制御する。ここで、例えばデューティ
比が大きい場合は、リーク量の増大により制御圧が低下
してウエイストゲート弁４１の開度を減じ、過給圧を上
昇する。逆にデューティ比が小さくなると、高い制御圧
で開度を増して過給圧を低下する。

【００１３】一方、常に過給可能になっているため、減
速時にスロットル弁２１が急激に閉じると、ブロワ４０
ｂの下流側に加圧空気が封じ込められてこの場合の高負
荷がターボ過給機４０にかかり、ため息のような異音を
生じる。このため、ブロワ４０ｂの上、下流の間にリリ
ーフ弁４５を有するリーク通路４６が設けられる。リリ
ーフ弁４５はスプリングで閉じ、負圧で開くように構成
され、上述の減速時にはマニホールド負圧により開いて
封じ込められた加圧空気をリークし、上記異音の発生を
防ぐ。

【００１４】セカンダリターボ過給機５０の制御系につ
いて説明すると、プライマリ側と同様のウエイストゲー
ト弁５１が、アクチュエータ５２、デューティソレノイ
ド弁５３を有する制御圧通路５４により、各別に過給圧
制御するように設けられる。タービン５０ａの上流の排
気管１０には、ダイアフラム式アクチュエータ５６を備
えた排気制御弁５５が設けられ、ブロワ５０ｂの下流に
は同様のアクチュエータ５７を備えた吸気制御弁５８が
設けられ、ブロワ５０ｂの上、下流の間に過給圧リリー
フ弁６０を備えたリリーフ通路５９が連通されている。

【００１５】これらの各弁の作動制御系について説明す
ると、吸気マニホールド２３からの通路６１がチェック
弁６２を有してサージタンク６３に連通されて、スロッ
トル弁全閉時に負圧を貯え且つ脈動圧を緩衝するように
なっている。過給圧リリーフ弁６０の一方のスプリング
室には、サージタンク６３からの負圧通路６４と吸気制
御弁５８の下流の過給圧による正圧通路６５が、切換用
ソレノイド弁７０と通路６６を介して連通され、電気信
号により負圧を作用して開き、正圧を作用して閉じる。

【００１６】吸気制御弁５８のアクチュエータ５７は、
一方の室に正圧通路６７により常に正圧が作用し、スプ
リング室に上記正圧通路６５と負圧通路６４が、切換用
ソレノイド弁７１と通路６８を介して連通される。そし
て電気信号によりスプリング室に負圧を作用して吸気制
御弁５８を閉じ、両室を正圧にした際のスプリング力に
より吸気制御弁５８を開く。排気制御弁５５のアクチュ
エータ５６は、一方の室に大気圧と負圧を切換える第２
の切換用ソレノイド弁７４が通路６９を介して連通さ
れ、他方の室に正圧と負圧を切換える第１の切換用ソレ
ノイド弁７３が通路７５を介して連通される。そして電
気信号により一方の室に大気圧を、他方の室に負圧を作
用して排気制御弁５５を閉じ、一方の室に負圧を、他方
の室に正圧を作用して排気制御弁５５を開く。

【００１７】各種のセンサについて説明すると、差圧セ
ンサ８０が吸気制御弁５８の上、下流の差圧を検出する
ように設けられ、絶対圧センサ８１が切換用ソレノイド
弁７６により吸気管圧力と大気圧を選択して検出するよ
うに設けられる。また、エンジン本体１にクランク角セ
ンサ８２、ノックセンサ８３、水温センサ８４が設けら
れ、動弁機構９のカムシャフトに連設した図示しないカ
ムロータに対向してカム角センサ８５が設けられ、排気
管１０にＯ2 センサ８６が設けられ、スロットル弁２１
にスロットル開度センサ８７が設けられ、エアクリーナ
１５の直下流に吸入空気量センサ８８が設けられてい
る。

【００１８】図３において、電子制御系の全体の構成に
ついて説明する。先ず、制御ユニット１００は、Ｉ／Ｏ
１０１、ＣＰＵ１０２、ＲＡＭ１０３、バックアップＲ
ＡＭ１０４、ＲＯＭ１０５、定電圧回路１０６を有し
て、信号を処理する。また、イグニッションスイッチ９
０、リレー９１をＯＮしてバッテリ９２から定電圧回路
１０６に電力を供給し、駆動回路１０７によりリレー９
３をＯＮして燃料ポンプ３１を通電により駆動する。Ｉ
／Ｏ１０１には各種センサ８０〜８８の信号が入力し、
駆動回路１０７から各種切換用ソレノイド弁７０，７
１，７３，７４，７６に切換信号を、デューティソレノ
イド弁４３，５３にデューティ信号を、インジェクタ３
０に噴射信号を、アイドル制御弁２５に制御信号を、イ
グナイタ３６に点火信号を出力するように構成されてい
る。

【００１９】ここでＣＰＵ１０２は、図４（ａ）に示す
ように高，低負荷時のセカンダリターボ過給機作動開始
設定値Ｎｂ，Ｎｃと基本燃料噴射量設定値Ｔｐｓの関係
で、低負荷低中速と高負荷低速と条件の場合にシングル
ターボモードを判断する。そして切換用ソレノイド弁７
０に開信号を出力して過給圧リリーフ弁６０を開き、セ
カンダリ側のブロワ下流の過給圧をリークする。同時に
第１、第２の切換用ソレノイド弁７３，７４に閉信号を
出力して排気制御弁５５を閉じ、排気がセカンダリター
ボ過給機５０に導入することを遮断し、且つ切換用ソレ
ノイド弁７１に閉信号を出力して吸気制御弁５８を閉
じ、セカンダリターボ過給機５０を不作動してプライマ
リターボ過給機４０の単独作動状態にする。

【００２０】上述の条件以外の場合は、ツインターボモ
ードを判断し、このモードの初期に予備回転モードを判
断する。そして予備回転モードでは、先ず切換用ソレノ
イド弁７０に閉信号を出力して過給圧リリーフ弁６０を
閉じ、次いで第１、第２の切換用ソレノイド弁７３，７
４に開信号を出力して排気制御弁５５を開き、更に切換
用ソレノイド弁７１に開信号を出力して吸気制御弁５８
を開くように、ディレーを有して順次開閉制御する。こ
れにより排気をセカンダリターボ過給機５０に導入して
予備回転し、その後に実質的にツインターボモードに移
行する。

【００２１】また各モードにおいてエンジン回転数Ｎと
基本燃料噴射量Ｔｐにより目標過給圧Ｐｔを、例えば同
図（ｂ）のように、シングルターボ領域では適正な高さ
に、ツインターボ領域ではそれより高い適正な高さに定
める。そしてこの目標過給圧Ｐｔと絶対圧センサ８１の
実過給圧Ｐｂとの偏差Δｐを算出し、この偏差Δｐに応
じた補正量を定める。そこでシングルターボモードで
は、この補正量に対応したデューティ信号をプライマリ
側のデューティソレノイド弁４３に出力し、ウエイスト
ゲート弁４１の開度によりプライマリターボ過給機４０
の過給圧を可変する。ツインターボモードでは、両ター
ボ過給機４０，５０の作動配分に基づいたデューティ信
号をプライマリとセカンダリのデューティソレノイド弁
４３，５３に出力し、ウエイストゲート弁４１，５１の
開度により両過給機４０，５０の過給圧をそれぞれ可変
するのであり、こうして実過給圧Ｐｂが常に目標過給圧
Ｐｔに追従するようにフィードバック制御する。

【００２２】図１において、排気制御弁５５について詳
細に説明する。先ず、セカンダリターボ過給機５０は、
センターハウジング５０ｃの両側にタービンハウジング
５０ｄとブロワハウジング５０ｅを連結して構成され、
エンジン本体１の右側バンク直後でブロワハウジング５
０ｅを前方に向けた車体前後方向に略水平に搭載され
る。そしてタービンハウジング５０ｄの下部に排気制御
弁５５の弁ボデー５５ａがボルト１１０により締結さ
れ、このボルト１１０によりアクチュエータ５６を備え
るブラケット１１１が共締めされる。こうしてアクチュ
エータ５６がセカンダリターボ過給機５０に近接して沿
った状態で、後方下部の弁ボデー５５ａから前方のブロ
ワハウジング側に斜めに立設して設置されている。

【００２３】排気制御弁５５は下流開きに構成されるも
のであり、弁ボデー５５ａの弁ポート５５ｂの下流に弁
座５５ｃを介して広い弁室５５ｄが形成され、弁室５５
ｄの内部の下部に弁軸５５ｅが水平に設けられ、この弁
軸５５ｅと一体的なアーム５５ｇに弁ポート５５ｂより
大径の弁体５５ｆが、弁座５５ｃに接離して弁ポート５
５ｂを開閉するように取付けられている。

【００２４】アクチュエータ５６は、ケース５６ａの内
部がダイアフラム５６ｂにより２つの室５６ｃ，５６ｄ
に区画され、ダイアフラム５６ｂがロッド５６ｅ、レバ
ー５６ｆを介して弁軸５５ｅに連結され、ダイアフラム
５６ｂの弁閉方向にスプリング５６ｇが付勢されてい
る。そして一方の室５６ｃは通路６９を介して第２の切
換用ソレノイド弁７４に連通し、他方の室５６ｄは通路
７５を介して第１の切換用ソレノイド弁７３に連通して
構成される。

【００２５】次に、この実施例の作用について説明す
る。先ずエンジン運転時に例えば低負荷低中速のシング
ルターボモードでは、制御ユニット１００からの電気信
号により第２の切換用ソレノイド弁７４でアクチュエー
タ５６の一方の室５６ｃに大気圧Ａが、第１の切換用ソ
レノイド弁７３で他方の室５６ｄに負圧（−Ｐ）がそれ
ぞれ供給される。そこでダイアフラム５６ｂの負圧力と
スプリング力を加算した力でロッド５６ｅが図の上方に
移動して、レバー５６ｆにより排気制御弁５５のアーム
５５ｇを図の下方に揺動し、弁体５５ｆが弁座５５ｃに
当接して弁ポート５５ｂを閉じる。そしてこの場合の負
圧力等により弁体５５ｆが弁座５５ｃに強固に当接して
確実に閉じた状態に保持されるのであり、これにより排
気Ｅのセカンダリターボ過給機５０への導入が遮断さ
れ、このとき弁体５５ｆに排気脈動や振動が作用しても
チャタリングを生じることが回避される。

【００２６】次いで、高速時にツインターボモードにな
ると、予備回転モードで制御ユニット１００からの電気
信号により第２の切換用ソレノイド弁７４でアクチュエ
ータ５６の一方の室５６ｃに負圧（−Ｐ）が、第１の切
換用ソレノイド弁７３で他方の室５６ｄに正圧（＋Ｐ）
がそれぞれ供給される。そこでダイアフラム５６ｂの負
圧力と正圧力を加算した力でロッド５６ｅが図の下方に
移動して、レバー５６ｆにより排気制御弁５５のアーム
５５ｇを逆の図の上方に略９０度揺動する。このため弁
体５５ｆが弁座５５ｃから下流方向に離れ、且つ弁室５
５ｄの内部で排気の流れから後退して位置し、これによ
り弁ポート５５ｂが開くと共にこの開状態に確実に保持
される。このため排気Ｅが弁ポート５５ｂから弁室５５
ｄを介してセカンダリターボ過給機５０のタービンハウ
ジング５０ｄに導入して予備回転し、その後に実質的に
セカンダリターボ過給機５０を作動するようになる。

【００２７】以上、本発明の実施例について説明した
が、排気制御弁５５のリンク機構等に関しては、これの
みに限定されない。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シーケンシャルターボ式過給機付エンジンにおいて、セ
カンダリターボ過給機のタービン側に設けられる下流開
き式の排気制御弁のアクチュエータが、負圧力とスプリ
ング力を加算した力で閉じるように構成されるので、強
固に閉状態に保持されて排気脈動等によるチャタリング
を完全に回避することができる。このため騒音の発生、
排気制御弁の損傷、排気洩れ等を低減することが可能に
なる。また排気制御弁はアクチュエータの負圧力と正圧
力の加算した力で開くように構成されるので、開状態を
確実に保持することもできる。

【００２９】排気制御弁はタービンハウジングに固着さ
れ、アクチュエータはその付近に装着されるので、構造
がコンパクトになる。アクチュエータはリンク機構によ
り排気制御弁の弁体に連結して構成されるので、動作性
が良く、アクチュエータもコンパクトになる。

【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排気制御装置
の実施例を、一部断面して示す側面図である。

【図２】過給機付エンジンの全体を示す構成図である。

【図３】制御系の全体の回路図である。

【図４】各ターボモードと、目標過給圧のマップを示す
図である。

【符号の説明】

１エンジン本体１０，１１，１２排気管１６，１７，１８，１９吸気管４０プライマリターボ過給機５０セカンダリターボ過給機５５排気制御弁５６アクチュエータ７３，７４切換用ソレノイド弁

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの吸，排気系にプライマリター
ボ過給機とセカンダリターボ過給機とが並列的に配置さ
れ、プライマリターボ過給機は常時作動するように構成
され、セカンダリターボ過給機は少なくともタービン側
に下流開き式の排気制御弁を有して、ツインターボモー
ドでのみ作動するように構成される過給機付エンジンに
おいて、排気制御弁がセカンダリターボ過給機のタービ
ンハウジング側に設けられ、アクチュエータがブラケッ
トによりその付近に装着され、そのアクチュエータは一
方の室に大気圧を他方の室に負圧を供給して排気制御弁
を閉じ、一方の室に負圧を他方の室に正圧を供給して開
くように構成されることを特徴とする過給機付エンジン
の排気制御装置。
【請求項２】上記排気制御弁のアクチュエータは、一
方の室が大気圧と負圧を切換える第２の切換用ソレノイ
ド弁に、他方の室が負圧と正圧を切換える第１の切換用
ソレノイド弁にそれぞれ連通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排気制御装置。
【請求項３】上記排気制御弁は、弁ポートの下流の弁
室内部で、弁軸と一体的はアームを揺動することにより
弁体を弁ポートに接離して開閉するように構成され、こ
の弁軸にアクチュエータからのロッドがレバーを介して
連結されることを特徴とする請求項１記載の過給機付エ
ンジンの排気制御装置。