JPH03213619A - Engine with supercharger - Google Patents

Abstract

PURPOSE:In a 2-stage turbosystem engine, to improve the warming-up activity of a catalyst by controlling both exhaust gas switching valves provided in upper-flow and down-flow of a turbine of an auxiliary turbocharger respectively so as to be closed when the temperature of the engine is low. CONSTITUTION:In a 6-cylinder engine 1, exhaust gas is collected in manifolds 3 for respective 1st. and 2nd cylinder groups giving no exhaust interference to each other, and turbines 7a, 8a of a main and an auxiliary turbocharger 7, 8 provided in parallel to each other are connected to the collecting portions of exhaust gas in manifolds 3 respectively. And respective compressors 7b, 8b are connected to a surge tank 2 though an inter-cooler 6 and a throttle valve 4. And in an exhaust tube connected to turbine 8a of the auxiliary turbocharger 8, an exhaust gas switching valve 17 consisting of 1st. and 2nd exhaust gas switching valves 17a, 17b provided in the upper-flow and the down- flow of the turbine 8a respectively is provided, and when the temperature of the engine is decided to be low, both valves 17a, 17b are closed to prevent the flow of exhaust gas into the turbine 8a reliably.

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主、副ター４ζチＶ−シ（・が並列に配置さ
れ、運転条件に応じターボチャージャの作動個数を変え
るようにした過給機付エンジンに関する。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a turbocharger in which a main and a sub-turbocharger are arranged in parallel, and the number of activated turbochargers is changed according to operating conditions. Regarding fueled engines.

［従来の技術］ エンジン本体に対し、二つのターボチャージャを並列に
配置し、エンジンの運転条件に応じて（主として高速域
と低速域とについて）、ターボチャージャの作動個数を
変えるようにした、いわゆる２ステージターボシステム
を採用した過給機１」エンジンか知られている。この種
のエンジンにおいては、副ターボチャージャの吸、排気
系にそれぞれ吸気切替弁、排気切替弁を設は主ターボチ
ャージャのみを作動させるときには、吸気切替弁、排気
切替弁を閉じ、副ターボチャージャの過給作動を停止さ
せるようになっている。また、排気切替弁は、副ターボ
チャージャのタービンの上流側（たとえば特開昭５９’
−１４１７０９号公報）あるいは下流側（たとえば特願
平１−３００８７３号）のいずれかに設けられているが
、排気切替弁を閉じた状態でも排気ガスの動圧かタービ
ンにかかる構造になっているため、停止側ターボチャー
ジＶ（副ターボチャージャ）を過給作動に切り替える前
に、該停止側ターボチャージャを上記動圧を利用して助
走回転させることができる。[Prior Art] A so-called conventional technology in which two turbochargers are arranged in parallel to the engine body, and the number of activated turbochargers is changed depending on the operating conditions of the engine (mainly for high speed range and low speed range). It is known as a supercharger 1 engine that uses a two-stage turbo system. In this type of engine, an intake switching valve and an exhaust switching valve are installed in the intake and exhaust systems of the auxiliary turbocharger, respectively. When operating only the main turbocharger, the intake switching valve and exhaust switching valve are closed, and the auxiliary turbocharger's intake and exhaust switching valves are closed. It is designed to stop supercharging operation. Also, the exhaust switching valve is installed on the upstream side of the turbine of the auxiliary turbocharger (for example,
-141709) or on the downstream side (for example, Japanese Patent Application No. 1-300873), the structure is such that the dynamic pressure of the exhaust gas is applied to the turbine even when the exhaust switching valve is closed. Therefore, before switching the stop-side turbocharger V (auxiliary turbocharger) to the supercharging operation, the stop-side turbocharger can be rotated on approach using the dynamic pressure.

［発明か解決しようとする課題］ ところが、エンジン温度が低いとき、吸、排気切替弁を
閉じターボチャージャの作動個数を減らすことにより、
排気系に設けられた触媒の暖機性を向上できるものの、
排気脈動により排気ガスの一部が停止している副ターボ
チャージャ側に流れ込むため、この分触媒の暖機性が低
下するという問題がある。[Problem to be solved by the invention] However, when the engine temperature is low, by closing the intake and exhaust switching valves and reducing the number of operating turbochargers,
Although it can improve the warm-up performance of the catalyst installed in the exhaust system,
Because part of the exhaust gas flows into the stopped sub-turbocharger due to exhaust pulsation, there is a problem in that the warm-up performance of the catalyst is reduced accordingly.

たとえば特開昭５９−１４１７０９号公報開示の排気切
替弁を副ターボチャージャのタービン上流に設ける構造
では、第６図に示すように、排気切替弁５１を閉じた状
態で、主ターボチャージャ５２のタービン５２ａを通過
してきた排気ガスの一部が排気脈動により下流側から副
ターボチャージャ５３のタービン５３ａの部分まで流れ
込み、その分排気ガスの温度が低下して触媒５４の暖機
性が低下する。For example, in the structure disclosed in JP-A-59-141709, in which the exhaust switching valve is provided upstream of the turbine of the auxiliary turbocharger, as shown in FIG. A part of the exhaust gas that has passed through the exhaust gas 52a flows from the downstream side to the turbine 53a of the sub-turbocharger 53 due to exhaust pulsation, and the temperature of the exhaust gas decreases accordingly, thereby reducing the warm-up performance of the catalyst 54.

特願平１−３００８７３号のように排気切替弁を副ター
ボチャージャのタービン下流に設ける構造では、第７図
に示すように、排気切替弁５５を閉じた状態で、エンジ
ンからの排気ガスの一部が上流側から副ターボチャージ
ャ５６のタービン５６ａの部分まで流れ込み、その分、
主ターボチャージャ５７を通して送られる排気ガスの温
度が低下して、触媒５８の暖機性が低下する。In the structure in which the exhaust switching valve is provided downstream of the turbine of the auxiliary turbocharger as in Japanese Patent Application No. 1-300873, as shown in FIG. portion flows from the upstream side to the turbine 56a portion of the auxiliary turbocharger 56, and accordingly,
The temperature of the exhaust gas sent through the main turbocharger 57 decreases, and the warm-up performance of the catalyst 58 decreases.

本発明は、このような問題点に着目し、エンジン低温時
には停止側ターボチャージャのタービンへは排気ガスを
流さないようにして、触媒の暖機性を向上することを目
的とする。The present invention has focused on such problems and aims to improve the warm-up performance of the catalyst by preventing exhaust gas from flowing to the turbine of the stopped turbocharger when the engine temperature is low.

［課題を解決するための手段］ この目的に沿う本発明の過給機付エンジンは、エンジン
本体に対し並列に設けられた主ターボチャージャおよび
副ターボチャージャと、副ターボチャージャに接続され
たエンジンの吸、排気系に設けられ、ともに全開のとき
は副ターボチャージャに過給作動を行わせ、ともに仝閑
のときには副ターボチＶ−ジセの過給作動を停止させる
吸気切替弁および排気切替弁と、を備えた過給機付エン
ジンにおいて、前記排気切替弁を、副ターボチャージャ
のタービン下流側に設けられた第１の排気切替弁と上流
側に設けられた第２の排気切替弁とから構成し、エンジ
ンの温度判定手段を設けて、エンジン低温時には両排気
切替弁を閉じるように構成したものから成る。すなわち
、第１図に示すように、エンジン温度判定手段８１によ
りエンジン低温時か高温時かが判定され、低温時の場合
には、両排気切替弁が閉じられ（ステップ８２）、高温
時には、ターボチャージャの作動個数判定（ステラップ
８３）により、２個ターボチャージャ作動（主、副筒タ
ーボチャージャ作動）とすべき場合には両排気切替弁と
ともに吸気切替弁が開かれ（ステップ８４）、１個ター
ボチャージャ作動（主ターボチャージャのみ過給作動）
とすべき場合には、下流の排気切替弁のみが閉じられる
とともに吸気切替弁が原則として閉じられる（ステップ
８５）ようになっている。[Means for Solving the Problems] A supercharged engine of the present invention that meets this objective includes a main turbocharger and a sub-turbocharger that are provided in parallel with the engine main body, and an engine that is connected to the sub-turbocharger. An intake switching valve and an exhaust switching valve, which are provided in the intake and exhaust systems, and cause the auxiliary turbocharger to perform supercharging operation when both are fully open, and stop the supercharging operation of the auxiliary turbocharger when both are quiet; In the supercharged engine, the exhaust switching valve includes a first exhaust switching valve provided on the downstream side of the turbine of the auxiliary turbocharger and a second exhaust switching valve provided on the upstream side. , an engine temperature determination means is provided, and both exhaust switching valves are closed when the engine temperature is low. That is, as shown in FIG. 1, the engine temperature determination means 81 determines whether the engine is at low temperature or high temperature. If the temperature is low, both exhaust switching valves are closed (step 82), and if the temperature is high, the turbo is closed. As a result of determining the number of operating chargers (step 83), if two turbochargers should be operated (main and auxiliary cylinder turbochargers operating), both exhaust switching valves and the intake switching valve are opened (step 84), and one turbocharger is operated. Charger operation (main turbocharger only supercharging operation)
If this is the case, only the downstream exhaust switching valve is closed, and the intake switching valve is basically closed (step 85).

［作　　用］ このような装置においては、エンジン低温時には副ター
ボチャージャのタービン上、下流に設けられた両排気切
替弁がともに閉じられるので、排気脈動によって排気ガ
スの一部が停止している副ターボチャージャのタービン
にまわり込むことがなく、排気ガスの温度低下が抑制さ
れて触媒の暖機性が向上される。[Function] In such a device, when the engine temperature is low, both exhaust switching valves installed above and downstream of the auxiliary turbocharger's turbine are closed, so that part of the exhaust gas is stopped due to exhaust pulsation. Since the exhaust gas does not go around the turbine of the turbocharger, the temperature drop of the exhaust gas is suppressed and the warm-up performance of the catalyst is improved.

また、低温時以外のときには、下流の排気切替弁が閉じ
られるだけであるので、排気ガスの動圧が停止側の副タ
ーボチャージャのタービン部にかかり、２個ターボチャ
ージレへの切替前に副ターボチャージャが適切に助走回
転され、切替をスムーズに行うことができる。In addition, since the downstream exhaust switching valve is only closed when the temperature is not low, the dynamic pressure of the exhaust gas is applied to the turbine section of the auxiliary turbocharger on the stopping side, and the auxiliary turbocharger is switched on before switching to the two turbochargers. The turbocharger is properly rotated during run-up, allowing smooth switching.

［実施例］ 以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。[Embodiments] Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第２図は、本発明の一実施例に係る過給機付エンジンを
示しており、６気筒エンジンに本発明を適用したものを
示している。FIG. 2 shows a supercharged engine according to an embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a six-cylinder engine.

第２図において、１はエンジン、２はサージタンク、３
は排気マニホルドを示す。排気マニホルド３は排気干渉
を伴わない＃１〜＃３気筒群と＃４〜＃６気筒群の２つ
に集合され、その集合部か連通路３ａによって互いに連
通されている。７．８は互いに並列に配置された主ター
ボチャージＶ、副ターボチャージャである。ターボチャ
ージｔ　７．８のそれぞれのタービン７ａ、８ａは排気
マニホルド３の集合部に接続され、それぞれのコンプレ
ッサ７ｂ、８ｂは、インタクーラ６、スロットル弁４を
介してサージタンク２に接続されている。In Figure 2, 1 is the engine, 2 is the surge tank, and 3 is the engine.
indicates the exhaust manifold. The exhaust manifold 3 is assembled into two groups, a #1 to #3 cylinder group and a #4 to #6 cylinder group, which do not cause exhaust interference, and the collective portions are communicated with each other by a communication passage 3a. 7.8 is a main turbocharger V and a sub-turbocharger arranged in parallel with each other. Each of the turbines 7a and 8a of the turbocharger t 7.8 is connected to a gathering part of the exhaust manifold 3, and each of the compressors 7b and 8b is connected to the surge tank 2 via an intercooler 6 and a throttle valve 4.

主ターボチャージャ７はエンジン低速域から高速域まで
作動され、副ターボチャージャ８はエンジン低速域で停
止される。The main turbocharger 7 is operated from a low engine speed range to a high engine speed range, and the auxiliary turbocharger 8 is stopped in a low engine speed range.

双方のターボチャージャ７．８の作動、停止を可能なら
しめるために、副ターボチャージャ８のタービン８ａに
接続される排気系に排気切替弁１７か、副ターボチャー
ジャ８のコンプレッサ８ｂの下流に吸気切替弁１８が設
けられる。吸、排気切替弁１８．１７の両方とも全開の
ときは、両方のターボチャージヤ７．８が作動される。In order to enable operation and stop of both turbochargers 7.8, an exhaust switching valve 17 is installed in the exhaust system connected to the turbine 8a of the auxiliary turbocharger 8, or an intake switching valve is installed downstream of the compressor 8b of the auxiliary turbocharger 8. A valve 18 is provided. When both the intake and exhaust switching valves 18.17 are fully open, both turbochargers 7.8 are operated.

この排気切替弁１７は、副ターボチャージャ８のタービ
ン８ａの下流側に設けられた第１の排気切替弁１７ａと
、タービン８ａの上流側に設けられた第２の排気切替弁
１７ｂとから成っている。第１の排気切替弁１７ａはア
クチュエータ１６によって開閉され、第２の排気切替弁
１７ｂはアクチュエータ３４によって開閉される。This exhaust switching valve 17 consists of a first exhaust switching valve 17a provided on the downstream side of the turbine 8a of the sub-turbocharger 8, and a second exhaust switching valve 17b provided on the upstream side of the turbine 8a. There is. The first exhaust switching valve 17a is opened and closed by the actuator 16, and the second exhaust switching valve 17b is opened and closed by the actuator 34.

低速域で停止される副ターボチＰ−シャ８の吸気通路に
は、１飼ターボチヤージヤから２個ターボチャージャへ
の切替を円滑にするために、コンプレッサ８ｂの上流と
下流とを連通する吸気バイパス通路１３と、吸気バイパ
ス通路１３途中に配設される吸気バイパス弁３３が設け
られる。吸気バイパス弁３３はアクチュエータ１０によ
って開閉される。In the intake passage of the auxiliary turbocharger 8 that is stopped in a low speed range, an intake bypass passage 13 is provided that communicates the upstream and downstream of the compressor 8b in order to smoothly switch from a one-feed turbocharger to a two-turbocharger. An intake bypass valve 33 is provided in the middle of the intake bypass passage 13. The intake bypass valve 33 is opened and closed by the actuator 10.

なお、吸気バイパス通路の空気流れ下流側を副ターボチ
ャージャ８のコンプレッサ上流の吸気通路に連通しても
よい。また、吸気切替弁１８の上流と下流とを連通ずる
バイパス通路に逆止弁１２を設けて、吸気切替弁１８閉
時においても、副ターボチャージレ８側のコンプレッサ
出口圧力が主ターボチャージセフ側より大になったとぎ
、空気か上流側から下流側に流れることができるように
しである。Note that the air flow downstream side of the intake bypass passage may be communicated with the intake passage upstream of the compressor of the auxiliary turbocharger 8. In addition, a check valve 12 is provided in the bypass passage that communicates the upstream and downstream sides of the intake switching valve 18, so that even when the intake switching valve 18 is closed, the compressor outlet pressure on the auxiliary turbocharger 8 side is maintained at the main turbocharger side. The larger opening allows air to flow from the upstream side to the downstream side.

なあ、第２図中、１４はコンプレッサ出口側の吸気通路
、１５はコンプレッサ出口側の吸気通路を示す。In FIG. 2, reference numeral 14 indicates an intake passage on the outlet side of the compressor, and reference numeral 15 indicates an intake passage on the outlet side of the compressor.

吸気通路１５は、吸気通路１５ａと吸気通路１５ｂとに
分岐した後、各ターボチャージャ７．８のコンプレッサ
入口部へど接続されている。The intake passage 15 is connected to the compressor inlet of each turbocharger 7.8 after branching into an intake passage 15a and an intake passage 15b.

吸気通路１５はエアフローメータ２４を介してエアクリ
ーナ２３に接続される。排気通路を形成するフロントパ
イプ２０は、排気ガス触媒２１を介して排気マフラー２
２に接続される。The intake passage 15 is connected to an air cleaner 23 via an air flow meter 24. A front pipe 20 forming an exhaust passage is connected to an exhaust muffler 2 via an exhaust gas catalyst 21.
Connected to 2.

吸気切替弁１８はアクチュエータ１１によって開閉され
る。なお、９はウェス１〜ゲートバルブ３１を開閉する
アクチュエータを示す。アクチュエータ１０．１１．１
６．３４を作動する過給圧または負圧を０ＮＯＦＦする
（過給圧または負圧と大気圧とを選択的に切り替える〉
ために、第１、第２、第３、第４、第５の三方電磁弁２
５．２６．２７．２８．３６が設けられている。第５の
三方電磁弁３６には、逆止弁３５を介してサージタンク
２内の吸気管圧力か導入されている。三方電磁弁２５．
２６．２７．２８．３６の切替は、エンジンコントロー
ルコンピュータ２９からの指令に従って行う。三方電磁
弁２５のＯＮは吸気切替弁１８を全開とするようにアク
チュエータ１１を作動させ、ＯＦＦは吸気切替弁１８を
全開とするようにアクチュエータ１１を作動させる。三
方電磁弁２８のＯＮは第１の排気切替弁１７ａを全開と
するようにアクチュエータ１６を作動させ、ＯＦＦは排
気切替弁１７ａを全閉とするようにアクチュエータ１６
を作動させる。三方電磁弁３６のＯＮは第２の排気切替
弁１７ｂを全閉とするようにアクチュエータ３４を作動
させ、ＯＦＦは排気切替弁１７ｂを全開とするようにア
クチュエータ３４を作動させる。なあ、１６ａはアクチ
ュエータ１６のダイヤフラム室、１０ａはアクチュエー
タ１０のダイヤフラム室、１１ａ１１１ｂはアクチュエ
ータ１１のダイヤフラム室を、３４ａはアクチュエータ
３４のダイヤフラム室を、それぞれ小している。The intake switching valve 18 is opened and closed by the actuator 11. Note that 9 indicates an actuator that opens and closes the waste cloth 1 to the gate valve 31. Actuator 10.11.1
6. Turn off the boost pressure or negative pressure that operates 34 (selectively switch between boost pressure or negative pressure and atmospheric pressure)
Therefore, the first, second, third, fourth, and fifth three-way solenoid valves 2
5.26.27.28.36 are provided. The intake pipe pressure within the surge tank 2 is introduced into the fifth three-way solenoid valve 36 via the check valve 35 . Three-way solenoid valve 25.
The switching of 26, 27, 28, and 36 is performed according to a command from the engine control computer 29. When the three-way solenoid valve 25 is turned on, the actuator 11 is operated to fully open the intake switching valve 18, and when it is OFF, the actuator 11 is operated so that the intake switching valve 18 is fully opened. When the three-way solenoid valve 28 is turned ON, the actuator 16 is actuated to fully open the first exhaust switching valve 17a, and when the three-way solenoid valve 28 is turned OFF, the actuator 16 is activated so that the exhaust switching valve 17a is fully closed.
Activate. When the three-way solenoid valve 36 is turned ON, the actuator 34 is operated to fully close the second exhaust switching valve 17b, and when it is OFF, the actuator 34 is operated so as to fully open the exhaust switching valve 17b. Note that 16a is a diaphragm chamber of the actuator 16, 10a is a diaphragm chamber of the actuator 10, 11a111b is a diaphragm chamber of the actuator 11, and 34a is a diaphragm chamber of the actuator 34.

エンジンコントロールコンピュータ２９は、エンジンの
各種運転条件検出センサと電気的に接続され、各種セン
サからの信号か入力される。エンジン運転条件検出セン
サには、吸気管圧力セン）ｌ−３０、スロットル開度セ
ンサ５、吸入空気量測定センサとしてのエアフローメー
タ２４．０□センサ１９、エンジン温度を検出するため
の水温センサ３２が含まれる。The engine control computer 29 is electrically connected to sensors for detecting various operating conditions of the engine, and receives signals from the various sensors. The engine operating condition detection sensors include an intake pipe pressure sensor 1-30, a throttle opening sensor 5, an air flow meter 24.0□ sensor 19 as an intake air amount measurement sensor, and a water temperature sensor 32 for detecting engine temperature. included.

エンジンコントロールコンピュータ２９は、演算をする
ためのセントラルプロセッサユニット（ＣＰＵ）、読み
出し専用のメモリであるリードオンリメモリ（ＲＯＭ）
　、−時記憶用のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）　
、入出力インターフェイス（１／’　Ｄインターフェイ
ス）、各種センサからのアナログ信号をディジタル量に
変換するＡ　／’　Ｄコンバータを備えている。第３図
は切替弁開閉用の制御プログラムであり、ＲＯＭに記憶
され、ＣＰＵに読み出されて、弁開閉の演算を実行する
プログラムである。The engine control computer 29 includes a central processor unit (CPU) for performing calculations, and a read-only memory (ROM) that is a read-only memory.
, -Random access memory (RAM) for time storage
, an input/output interface (1/'D interface), and an A/'D converter that converts analog signals from various sensors into digital quantities. FIG. 3 shows a control program for opening and closing the switching valve, which is stored in the ROM and read out by the CPU to execute calculations for opening and closing the valve.

本実施例における制御について、第３図に示した制御フ
ローとともに、第４図に示した過給圧特性を参照しつつ
説明する。なあ、第３図においては第１〜第５の三方電
磁弁をそれぞれＶ　Ｓ　Ｖ　Ｎｏ。Control in this embodiment will be explained with reference to the control flow shown in FIG. 3 and the boost pressure characteristics shown in FIG. 4. In FIG. 3, the first to fifth three-way solenoid valves are set to VSV No.

１〜ＶＳＶＮ０．５として表している。また、第３図お
よび第４図においては、ターボチャージャをＴ　ｙ’　
Ｃと表わしである。It is expressed as 1 to VSVN0.5. In addition, in FIGS. 3 and 4, the turbocharger is T y'
It is expressed as C.

まず第３図において、ステップ９０でバルブ制御ルーチ
ンに入り、ステップ９１で水温センサ３２からの信号に
よりエンジン水温（ＴＨＷ＞を読み込む。First, in FIG. 3, a valve control routine is entered in step 90, and in step 91, the engine water temperature (THW>) is read based on a signal from the water temperature sensor 32.

続いて、ステップ９２で、エンジンの暖機状態を判定、
たとえばＴＨＷが６０’Ｃより高いか否かを判定する。Subsequently, in step 92, the warm-up state of the engine is determined,
For example, it is determined whether THW is higher than 60'C.

低温（ＣＯＬＤ＞条件では、ステップ９４で第５の三方
電磁弁３６をＯＮとし、サージタンク２内の負圧をアク
チュエータ３４のダイヤフラム室３４ａに導き、第２の
排気切替弁１７ｂを閉じる。逆止弁３５でアクチュエー
タ３４のダイヤフラム室３４ａの負圧はホールドされる
ので、加速して吸気管負圧がなくなっても排気切替弁１
７ｂは閉のまま維持される。このとき、後述のフローの
如く、ターボチャージャ作動個数は１個（つまり主ター
ボチャージャ７のみ作動）の状態にあるから、第１の排
気切替弁１７ａは、閉じられている。したかって、排気
ガスは、作動停止している副ターボチャージャ８のター
ビン８ａの上流側からも下流側からもまわり込まず、そ
の温度低下が抑制される。その結果、主ターボチャージ
ャ７の部分を通して触媒２１に送られる排気ガスの温度
低下が抑えられ、触媒２１が迅速に昇温されてその暖機
性が向上される。In the low temperature (COLD> condition), the fifth three-way solenoid valve 36 is turned ON in step 94, the negative pressure in the surge tank 2 is guided to the diaphragm chamber 34a of the actuator 34, and the second exhaust switching valve 17b is closed. Since the negative pressure in the diaphragm chamber 34a of the actuator 34 is held by the valve 35, even if the intake pipe negative pressure disappears due to acceleration, the exhaust switching valve 1
7b remains closed. At this time, as shown in the flow described below, the number of turbochargers in operation is one (that is, only the main turbocharger 7 is in operation), so the first exhaust gas switching valve 17a is closed. Therefore, the exhaust gas does not go around from either the upstream side or the downstream side of the turbine 8a of the auxiliary turbocharger 8, which is not in operation, and its temperature decrease is suppressed. As a result, a decrease in the temperature of the exhaust gas sent to the catalyst 21 through the main turbocharger 7 is suppressed, and the temperature of the catalyst 21 is quickly raised to improve its warm-up performance.

エンジンの暖機が完了した状態、すなわちステップ９２
でＴＨＷが６０’Ｃを越えた場合、ステップ９３に准み
、第５の三方電磁弁３２がＯＦＦとされる。A state in which the engine has been warmed up, that is, step 92
If THW exceeds 60'C, the process proceeds to step 93, and the fifth three-way solenoid valve 32 is turned off.

その結果、アクチュエータ３４のダイヤフラム室３４ａ
には大気圧か導入され、ダイヤフラムのスプリングによ
るアクチュエータ３４の作動により、第２の排気切替弁
１７ｂか開かれる。この状態では、既に触媒２１の暖機
を考慮する必要はなく、排気ガスの一部が上流側から副
ターボチャージャ８のタービン８ａの部分にまわり込み
、その動圧によって副ターボチャージャ８を、２個ター
ボチャージャへの切替に備えて助走回転させることがで
きる。As a result, the diaphragm chamber 34a of the actuator 34
Atmospheric pressure is introduced into the exhaust gas, and the second exhaust switching valve 17b is opened by actuation of the actuator 34 by the spring of the diaphragm. In this state, there is no need to consider warming up the catalyst 21, and part of the exhaust gas flows from the upstream side into the turbine 8a of the sub-turbocharger 8, and its dynamic pressure causes the sub-turbocharger 8 to A run-up rotation can be performed in preparation for switching to an individual turbocharger.

第２の排気切替弁１７ｂの開弁制御後、ステップ１０１
に進み、エンジンの吸入空気量Ｑを読み込む。After controlling the opening of the second exhaust switching valve 17b, step 101
Go to and read the engine intake air amount Q.

吸入空気量はエアフロメータ２４からの信号である。The intake air amount is a signal from the air flow meter 24.

つぎにステップ１０２て高速域か低速域か、すなわち２
個ターボチャージャ作動域か１個ターボタージャ作動域
かを判定する。図示例では、たとえばＱが５５００１／
’ｍ！ｎより大きい場合は２個ターボチャージャ作動に
切替えるべきと判断し、５５００ｆｌ／ｍｉｎ以下のと
きは１個ターボチャージャ作動域と判断している。ただ
し、後述の如く、実際に２個ターボチャージャ作動に切
り替わるには、時間遅れがあるので、６０００４！ｚ’
ｍ！ｎ近辺で切り替わることになる。Next, in step 102, it is determined whether the
Determine whether it is in the multi-turbocharger operating range or in the single-turbocharger operating range. In the illustrated example, for example, Q is 55001/
'm! If it is larger than n, it is determined that it should be switched to two-turbocharger operation, and if it is less than 5500 fl/min, it is determined that it is in the one-turbocharger operation range. However, as described below, there is a time delay before the two turbochargers actually operate, so 60004! z'
m! It will switch around n.

ステップ１０２で２個ターボチャージャ作動に切り替え
るべきと判断された場合はステップ１０３に進み、第２
の三方電磁弁２６かＯＮになっている場合にはＯＦＦと
し、吸気切替弁１８の開弁（パーシャル載量）を中止す
る。第２の三方電磁弁２６をＯＦＦとした後、あるいは
元々ＯＦＦである場合ステップ１０４に進み、第３の三
方電磁弁２７をＯＮとし、アクチュエータ１０のダイヤ
フラム室１０ａにコンプレッサ下流の吸気管圧力（過給
圧力）を導いて吸気バイパス弁３３を閉じる。吸気バイ
パス弁３３閉前は、排気切替弁１７は全閉の状態にある
か、エンジン排気圧力か副ターボチレージｐ　３のター
ビン８ａにもかかるため、前述の如く、副ターボヂャー
ジャ８は助走回転されている。そして、吸気バイパス弁
３３を閉じると、コンプレッサ８ｂの出口圧力か高まる
ため、助走回転数かアップする。If it is determined in step 102 that it is necessary to switch to two-turbocharger operation, the process advances to step 103, and the second
If the three-way solenoid valve 26 is ON, it is turned OFF and the opening of the intake switching valve 18 (partial loading) is stopped. After the second three-way solenoid valve 26 is turned OFF, or if it is originally OFF, the process proceeds to step 104, where the third three-way solenoid valve 27 is turned ON, and the intake pipe pressure (excessive pressure) downstream of the compressor is applied. supply pressure) and close the intake bypass valve 33. Before the intake bypass valve 33 is closed, the exhaust switching valve 17 is in a fully closed state, or the engine exhaust pressure is applied to the turbine 8a of the sub-turbocharger P3, so as described above, the sub-turbocharger 8 is rotated during the run-up. ing. Then, when the intake bypass valve 33 is closed, the outlet pressure of the compressor 8b increases, thereby increasing the run-up rotation speed.

次に、上記第３の三方電磁弁２７０　Ｎ後、作動停止側
のターボチャージャ、つまり副ターボチャジャ８の助走
回転数をアップするのに必要な所定時間、例えば１秒の
時間遅れをもたせ、１秒経過後にステップ１０５て第４
の三方電磁弁２８をＯＮとし、アクチュエータ１６のダ
イヤフラム室１６ａにコンプレッサ下流の吸気管圧力（
過給圧力）を導いて排気切替弁１７ａを全開にする。も
し、副ターボチャージャ８のコンプレッサ圧力が主ター
ボチャージャ７のコンプレッサ圧力より大きくなると、
副ターボチャージャ８の過給空気が逆止弁１２を介して
エンジンに供給される。続いて、上記第４の三方電磁弁
２８０　Ｎ後、所定時間、例えば０．５秒経過後にステ
ップ１０６で第１の三方電磁弁２５をＯＮとし、アクチ
ュエータ１１のダイヤフラム室１１ａにコンプレッサ下
流の吸気管圧力（過給圧力）を導いて吸気切替弁１８を
全開にする。この状態では２個のターボチャージャが作
動する（なお、上記所定時間経過後に２個ターボチャー
ジャに切り替えられる際には、吸入空気量はタービン効
率の良い目標のほぼ６０００ｕ　／ｍｉｎとなっている
）。続いてステップ１１４に進んでリターンする。Next, after the third three-way solenoid valve 270N, a predetermined time delay, for example, 1 second, necessary to increase the run-up rotation speed of the turbocharger on the side where the operation is stopped, that is, the auxiliary turbocharger 8, is provided. After seconds have elapsed, step 105
The three-way solenoid valve 28 is turned ON, and the intake pipe pressure downstream of the compressor (
(supercharging pressure) and fully open the exhaust switching valve 17a. If the compressor pressure of the auxiliary turbocharger 8 becomes larger than the compressor pressure of the main turbocharger 7,
Supercharged air from the sub-turbocharger 8 is supplied to the engine via the check valve 12. Subsequently, after the fourth three-way solenoid valve 280 N, the first three-way solenoid valve 25 is turned on in step 106 after a predetermined period of time, for example, 0.5 seconds, and the intake pipe downstream of the compressor is connected to the diaphragm chamber 11a of the actuator 11. The pressure (supercharging pressure) is guided to fully open the intake switching valve 18. In this state, two turbochargers operate (note that when switching to two turbochargers after the predetermined time has elapsed, the intake air amount is approximately 6000 u/min, which is the target for good turbine efficiency). The process then proceeds to step 114 and returns.

ステップ１０２て１個ターボチャージャ作動域と判断さ
れた場合はステップ１０７に進み、第１の三方電磁弁２
５をＯＦＦとして吸気切替弁１８を全閉とし、ステップ
１０８で第４の三方電磁弁２８をＯＦＦとして排気切替
弁１７ａを全閉とし、ステップ１０９で第３の三方電磁
弁２７をＯＦＦとして吸気バイパス弁３３を全開とする
。続いてステップ１１０て吸気管圧力ＰＭを読み込む。If it is determined in step 102 that one turbocharger is in the operating range, the process proceeds to step 107, and the first three-way solenoid valve 2
5 is turned OFF to fully close the intake switching valve 18, in step 108 the fourth three-way solenoid valve 28 is turned OFF to fully close the exhaust switching valve 17a, and in step 109 the third three-way solenoid valve 27 is turned OFF to complete the intake bypass. The valve 33 is fully opened. Subsequently, in step 110, the intake pipe pressure PM is read.

この状態でステップ１１１に進み、軽負荷か高負荷かを
判断する。図は負荷信号として吸気管圧力を例にとった
場合を示しているか、吸気管圧力の代わりにスロットル
開度、吸入空気量／′エンジン回転数で代替えされても
よい。例えば吸気管圧力ＰＭか一１００ｍＨｇより小さ
い場合は軽負荷と判断し、−１００ｍｍ　Ｈｇ以上の場
合は高負荷と判断する。In this state, the process proceeds to step 111, where it is determined whether the load is light or high. The figure shows a case where the intake pipe pressure is used as an example of the load signal, or the intake pipe pressure may be replaced by the throttle opening degree or the intake air amount/'engine speed. For example, if the intake pipe pressure PM is less than -100 mm Hg, it is determined to be a light load, and if it is -100 mm Hg or more, it is determined to be a high load.

ステップ１１１で高負荷と判断された場合はステップ１
１３に進み、第２の三方電磁弁２６をＯＦＦとする。第
１および第２の三方電磁弁２５および２６がＯＦＦとな
り、アクチュエータ１１のダイヤフラム室１１ａおよび
１１ｂの双方に大気圧力が導かれるから、吸気切替弁１
８が全閉とされ、ステップ１１４に進みリターンする。If it is determined that the load is high in step 111, step 1
Step 13, the second three-way solenoid valve 26 is turned off. The first and second three-way solenoid valves 25 and 26 are turned off, and atmospheric pressure is introduced into both the diaphragm chambers 11a and 11b of the actuator 11, so the intake switching valve 1
8 is fully closed, and the process proceeds to step 114 to return.

この状態では吸気切替弁１８か全閉、排気切替弁１７ａ
が全閉、吸気バイパス弁３３が全開だから、吸入空気量
の少ない状態にて１個ターボチャージャ作動となり、過
給圧力、トルクレスポンスが良好となる。In this state, the intake switching valve 18 is fully closed, and the exhaust switching valve 17a is fully closed.
Since the intake bypass valve 33 is fully closed and the intake bypass valve 33 is fully open, one turbocharger is activated even when the amount of intake air is small, resulting in good boost pressure and torque response.

ステップ１１１て軽負荷と判断された場合は、ステップ
１１２に進み第２の三方電磁弁２６をＯＮとし、アクチ
ュエータ１１のダイヤフラム１１ｂにサージタンク２内
の負圧を導いて吸気切替弁１８を開く。この時には、吸
気負圧か第２の三方電磁弁２６からアクチュエータ１１
のダイヤファム室１１ｂに導入され、吸気切替弁１８は
開いた状態になる。この状態では、排気切替弁１７ａが
閉であるから副ターボチψ−ジャ８は作動せず、主ター
ボチャージャ７のみの作動となる。しかし、吸気通路１
４は吸気切替弁１８が開いているため、２個ターボチＰ
−ジｒ分の吸気通路が開の状態である。しかも吸気負圧
の大小に応じて吸気切替弁１８の開度か変わる。したが
って、両方のターボチャージャのコンプレッサ７ｂ、８
ｂを通して空気か吸入される。この結果、多量の過給空
気量をエンジン１に供給でき、低負荷からの加速特性が
改善される。続いて、ステップ１１４に進みリターンす
る。If it is determined in step 111 that the load is light, the process proceeds to step 112, where the second three-way solenoid valve 26 is turned on, the negative pressure in the surge tank 2 is guided to the diaphragm 11b of the actuator 11, and the intake switching valve 18 is opened. At this time, the intake negative pressure is applied to the actuator 11 from the second three-way solenoid valve 26.
is introduced into the diaphragm chamber 11b, and the intake switching valve 18 becomes open. In this state, the exhaust switching valve 17a is closed, so the sub-turbocharger 8 does not operate, and only the main turbocharger 7 operates. However, intake passage 1
4, since the intake switching valve 18 is open, two turbo switches P
- The intake passage for the period r is in an open state. Furthermore, the opening degree of the intake switching valve 18 changes depending on the magnitude of the intake negative pressure. Therefore, the compressors 7b, 8 of both turbochargers
Air is inhaled through b. As a result, a large amount of supercharging air can be supplied to the engine 1, and acceleration characteristics from low loads are improved. Subsequently, the process advances to step 114 and returns.

上記の制御において、１個ターボチャージャ時のエンジ
ン低温時の触媒暖機特性は、たとえば第５図のようにな
る。In the above control, the catalyst warm-up characteristic when the engine is at low temperature when one turbocharger is used is as shown in FIG. 5, for example.

第５図は、一定の車速パターンに従ってエンジンを運転
した場合の、触媒２１の温度と時間との関係を示したも
のである。従来の、副ターホチャーシャのタービン上流
か下流かのいずれかの位置のみに排気切替弁を設置した
場合には、該タービンへの排気カスのまわり込みにより
触媒の暖機が遅れ、特性Ｂのようになるが、本発明にお
いては、第１、第２の両排気切替弁１７ａ　、１７ｂが
閉じられて副ターボチセージｔ７８のタービン８ａへの
排気カスのまわり込みがないため、特性Ａのように触媒
暖機特性か改善される。なお、第５図における特性Ｃは
２個ターボチャージャ時の触媒暖機特性を示している。FIG. 5 shows the relationship between the temperature of the catalyst 21 and time when the engine is operated according to a constant vehicle speed pattern. Conventionally, when an exhaust switching valve is installed only upstream or downstream of the turbine of the auxiliary turbocharger, warm-up of the catalyst is delayed due to the exhaust gas entering the turbine, resulting in a problem as shown in characteristic B. However, in the present invention, since both the first and second exhaust switching valves 17a and 17b are closed and the exhaust gas does not go around to the turbine 8a of the auxiliary turbocharger t78, the catalyst warm-up is not performed as in characteristic A. Characteristics or improved. Note that characteristic C in FIG. 5 shows the catalyst warm-up characteristic when two turbochargers are used.

前述のターボチャージャ切替制御における、１個ターホ
チＶ−ジャ作動の場合と２個ターボチャージャ作動の場
合の過給圧特性は第４図のようになる。ただし、第４図
は暖機後の特性、つまり第２の排気切替弁１７ｂが既に
開かれた状態を前提としている。In the above-mentioned turbocharger switching control, the supercharging pressure characteristics in the case of one turbocharger operation and in the case of two turbocharger operation are as shown in FIG. However, FIG. 4 assumes the characteristics after warm-up, that is, the state in which the second exhaust gas switching valve 17b is already open.

高速域では、吸気切替弁１８と排気切替弁１７ａがとも
に開かれ、吸気バイパス弁３３が閉じられる。In the high speed range, both the intake switching valve 18 and the exhaust switching valve 17a are opened, and the intake bypass valve 33 is closed.

これによって２個ターボチャージャ７．８が過給作動し
、十分な過給空気量が得られ、出力が向上される。この
とき過給圧は、設定圧を越えないように、ウェストゲー
トバルブ３１で制御される。As a result, the two turbochargers 7.8 operate for supercharging, a sufficient amount of supercharging air is obtained, and the output is improved. At this time, the supercharging pressure is controlled by the waste gate valve 31 so as not to exceed the set pressure.

低速域でかつ高負荷時には、吸気切替弁１８と排気切替
弁１７ａがともに閉じられ、吸気バイパス弁３３は開か
れる。これによって１（［Ｉｉｌのターボチャージャ７
のみが駆動される。低回転域で１１１！！ｉｆターボチ
ヤージヤとする理由は、第４図に示すように、低回転域
では１個ターボチャージャ過給特性が２個ターボチャー
ジャ過給特性より優れているからである。１個ターボチ
ャージャとすることにより、過給圧、トルクの立上りが
早くなり、レスポンスが迅速となる。このときにも、過
給圧は、設定圧を越えないように、ウェストゲートバル
ブ３１で制御される。In a low speed range and under high load, both the intake switching valve 18 and the exhaust switching valve 17a are closed, and the intake bypass valve 33 is opened. This results in 1 ([Iil's turbocharger 7
only is driven. 111 in the low rotation range! ! The reason why the if turbocharge is used is that, as shown in FIG. 4, the supercharging characteristic of one turbocharger is superior to the supercharging characteristic of two turbochargers in the low rotation range. By using one turbocharger, boost pressure and torque rise quickly, and response is quick. Also at this time, the supercharging pressure is controlled by the waste gate valve 31 so as not to exceed the set pressure.

低速域でかつ軽負荷時には、排気切替弁１７ａを閉じた
まま吸気切替弁１８を開弁する。これによって、１個タ
ーボチャージャ駆動のまま、吸気通路２個ターボチャー
ジャ分が開となり、１個ターボチャージャによる吸気抵
抗の増加を除去できる。In a low speed range and under light load, the intake switching valve 18 is opened while the exhaust switching valve 17a is closed. As a result, the intake passages for two turbochargers are opened while one turbocharger remains driven, and an increase in intake resistance caused by one turbocharger can be eliminated.

これによって、低負荷からの加速初期における過給圧立
上り特性、レスポンスをざらに改善できる。As a result, the boost pressure rise characteristics and response during the early stages of acceleration from a low load can be greatly improved.

低速域から高速域に移行するとき、つまり１個ターボチ
レージャから２１固ターボチｒ−ジャ１乍動へ切り替え
るときには、吸入空気量Ｑが５５００９７ｍｉｎに達し
たときに吸気バイパス弁３３が閉じられ、副ターボチャ
ージャ８の助走回転が高められた後時間遅れをもたせて
（本実施例では１秒経過後）、排気切替弁１７ａか全開
され、続いて吸気切替弁１８が全開されて、２個ターボ
チャージャ過給作動が開始される。When transitioning from a low speed range to a high speed range, that is, when switching from one turbo chiller to one 21 solid turbo charger, the intake bypass valve 33 is closed when the intake air amount Q reaches 550097 min, and the auxiliary turbocharger After the run-up rotation of No. 8 is increased, there is a time delay (after 1 second in this example), the exhaust switching valve 17a is fully opened, and then the intake switching valve 18 is fully opened, and the two turbochargers are supercharged. Operation begins.

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の過給機付エンジンによる
ときは、２ステージターボシステムのエンジンにおいて
、副ターボチレージャのタービン上、下流両位置に排気
切替弁を設け、エンジン低温時には両排気切替弁を閉じ
るようにしたので、低温時に排気カスの一部が副ターボ
チャージャのタービン部にまわり込むことを防止でき、
排気ガス全体の温度低下を抑制して触媒の暖機性を大幅
に向上できるという効果が得られる。[Effects of the Invention] As explained above, when the supercharged engine of the present invention is used, an exhaust switching valve is provided both above and downstream of the turbine of the auxiliary turbo chiller in an engine with a two-stage turbo system, and when the engine temperature is low, the exhaust switching valve is provided. By closing both exhaust switching valves, it is possible to prevent part of the exhaust residue from entering the turbine section of the auxiliary turbocharger at low temperatures.
This has the effect of suppressing the temperature drop of the entire exhaust gas and significantly improving the warm-up performance of the catalyst.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例に係る過給機付エンジンの系統図、 第３図は第２図の装置の制御フロー図、第４図は第３図
の制御フローによるエンジン回転数−過給圧特性図、 第５図は第２図の装置における１個ターボチャージャ、
エンジン低温時の触媒暖機特性を示す触媒温度と時間と
の関係図、 第６図は従来の過給機付エンジンのターボチャージャま
わりの系統図、 第７図は従来の別の過給機付エンジンのターボチャージ
ャまわりの系統図、 である。 １・・・・・・エンジン ２・・・・・・サージタンク ３・・・・・・排気マニホルド ４・・・・・・スロットル弁 ５・・・・・・スロットル開度センサ ６・・・・・・インタクーラ ７・・・・・・主ターボチャージャ ７ａ・・・・・・主ターボチャージャのタービン８・・
・・・・副ターボチャージャ ８ａ・・・・・・副ターボチャージャのタービン１０・
・・・・・吸気バイパス弁のアクチュエータ１１・・・
・・・吸気切替弁のアクチュエータ１３・・・・・・吸
気バイパス通路 １４・・・・・・吸気通路（コンプレッサ下流）１５・
・・・・・吸気通路（コンプレッサ上流）１６・・・・
・・第１の排気切替弁のアクチュエタ １７ａ・・・・・・第１の排気切替弁 １７ｂ・・・・・・第２の排気切替弁 １８・・・・・・吸気切替弁 ２４・・・・・・エアフローメータ ２５・・・・・・第１の三方電磁弁 ２６・・・・・・第２の三方電磁弁 ２７・・・・・・第３の三方電磁弁 ２８・・・・・・第４の三方電磁弁 ２９・・・・・・エンジンコン］〜ロールコンピュタ ３０・・・・・・吸気管圧力センナ ３１・・−・・・ウェストグー１〜バルブ３２・・・・
・・水温センサ ３３・・・・・・吸気バイパス弁 ３４・・・・・・第２の排気切替弁のアクチュエータ ３５・・・・・・逆止弁 ３６・・・・・・第５の三方電磁弁 用　願　人　　トヨタ自動車株式会社 第１ 図 ２ 第４図 第２図 １ 剛ＩＶ 第５図 手 続 補 正 書 平成 ２年 ４月１７日FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the present invention, FIG. 2 is a system diagram of a supercharged engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a control flow diagram of the device shown in FIG. 2, and FIG. The figure is an engine speed-supercharging pressure characteristic diagram based on the control flow in Figure 3, Figure 5 is a single turbocharger in the device shown in Figure 2,
A diagram of the relationship between catalyst temperature and time showing the catalyst warm-up characteristics when the engine is at low temperature. Figure 6 is a system diagram around the turbocharger of a conventional supercharged engine. Figure 7 is a diagram of a conventional turbocharged engine. This is a system diagram around the engine's turbocharger. 1... Engine 2... Surge tank 3... Exhaust manifold 4... Throttle valve 5... Throttle opening sensor 6... ...Intercooler 7...Main turbocharger 7a...Main turbocharger turbine 8...
...Sub-turbocharger 8a...Sub-turbocharger turbine 10.
...Intake bypass valve actuator 11...
...Intake switching valve actuator 13...Intake bypass passage 14...Intake passage (downstream of compressor) 15.
...Intake passage (upstream of compressor) 16...
...Actuator 17a of the first exhaust switching valve...First exhaust switching valve 17b...Second exhaust switching valve 18...Intake switching valve 24... ... Air flow meter 25 ... First three-way solenoid valve 26 ... Second three-way solenoid valve 27 ... Third three-way solenoid valve 28 ...・Fourth three-way solenoid valve 29...Engine controller]~Roll computer 30...Intake pipe pressure sensor 31------West valve 1~Valve 32...
... Water temperature sensor 33 ... Intake bypass valve 34 ... Second exhaust switching valve actuator 35 ... Check valve 36 ... Fifth three-way For solenoid valves Applicant Toyota Motor Corporation Figure 1 Figure 2 Figure 4 Figure 2 Figure 1 Tsuyoshi IV Figure 5 Procedural amendment April 17, 1990

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １、エンジン本体に対し並列に設けられた主ターボチャ
ージャおよび副ターボチャージャと、副ターボチャージ
ャに接続されたエンジンの吸、排気系に設けられ、とも
に全開のときは副ターボチャージャに過給作動を行わせ
、ともに全閉のときには副ターボチャージャの過給作動
を停止させる吸気切替弁および排気切替弁と、を備えた
過給機付エンジンにおいて、前記排気切替弁を、副ター
ボチャージャのタービン下流側に設けられた第１の排気
切替弁と上流側に設けられた第２の排気切替弁とから構
成し、エンジンの温度判定手段を設けて、エンジン低温
時には両排気切替弁を閉じるように構成したことを特徴
とする過給機付エンジン。1. A main turbocharger and a sub-turbocharger are installed in parallel to the engine body, and a turbocharger is installed in the intake and exhaust systems of the engine connected to the sub-turbocharger, and when both are fully open, supercharging operation is performed on the sub-turbocharger. In a supercharged engine equipped with an intake switching valve and an exhaust switching valve that stop the supercharging operation of the auxiliary turbocharger when both are fully closed, the exhaust switching valve is located downstream of the turbine of the auxiliary turbocharger. The exhaust switching valve is composed of a first exhaust switching valve provided at the top of the exhaust switching valve and a second exhaust switching valve provided at the upstream side, and is equipped with an engine temperature determination means so that both exhaust switching valves are closed when the engine temperature is low. A supercharged engine characterized by: