JPH01193023A

JPH01193023A - エンジンの過給装置

Info

Publication number: JPH01193023A
Application number: JP63019084A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Hashimoto; 孝芳橋本; Masanori Shibata; 柴田　雅典; Haruo Okimoto; 沖本　晴男; Seiji Tajima; 誠司田島
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-01-29
Publication date: 1989-08-03
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JP2535368B2

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）本発明は複数個の排気ターボ式過給機によって過給を行
なうようにしたエンジンの過給装置に関するものである
。

（従来技術）排気ターボ式過給機にあっては、過給能力を大きく設定
すると応答性、特に低速時の応答性が悪くなる一方、応
答性を確保しようとすると十分な過給を行なうことが困
難になる。

このため、特開昭５６−４１４１７号公報に示すように
、排気ターボ式過給機を２個設けて、低回転または低負
荷時に１つの過給機のみ作動させる一方、高回転または
高負荷時に２つの過給機を共に作動させるようにしたも
のが提案されている。このようにすることによって、低
回転または低負荷時でのみ作動させる１つの過給機を応
答性の優れたものとすることにより低速時での応答性の
問題を解決することができ、また高速時での十分な過給
能力を得ることが可能になる。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、複数個の排気ターボ式過給機を用いて、運転
状態に応じて使用する過給機の数あるいは種類を変更、
すなわち過給能力を変更する場合、この過給機の作動領
域というものがあらかじめ設定されることになる。この
作動領域の設定に際しては、一般に、エンジンが４−分
に暖機された暖機後の状態に基づいて設定される。

しかしながら、上記作動領域の設定を、暖機後の状態を
前提とじて−・律に設定したのでは、エンジン冷間時に
おいて排気ガス温度より具体的には排気ガス浄化触媒へ
導入される排気ガスの温度が低くなり過ぎて、当該触媒
の早期活性化の上で、好ましくないものとなる。この点
を詳述すると。

過給機（のタービン）を通過した後の排気ガスの温度は
、過給機駆動の仕事を行なった後なのでかなり低下され
ることになる。これに加えて、過給能力の大きい状態と
することは、作動される（排気ガスが通過される）過給
機の熱容罎が大きくな。

るということでもあり、この点においても排気ガスの温
度紙ドが避けられないものとなる。これにより、エンジ
ン冷間時に、排気ガスの温度がなかなか上昇しないこと
になる。

したがって、本発明の目的は、複数個の排気ターボ式過
給機を用いて、作動される過給機の数あるいは種類を運
転状態に応じて変更するようにしたものを前提とし、て
、排気ガス浄化触媒の５１期活性化が得られるようにし
たエンジンの過給装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段、作用）前述の目的を達
成するため、本発明にあっては次のような構成としであ
る。すなわち、複数個の排気ターボ式過給機を備え、切
換手段により、低速時には一部の過給機のみを作動させ
ることにより過給能力の小さい第１状態とする一方、高
速時には少なくとも残りの過給機を作動させることによ
り過給能力の大きい第２状態とするようにしたエンジン
の過給装置において、第８図に示ずように、エンジンが冷間時であることを検出する冷間状態検出手
段と、エンジンの冷間時には、前記残りの過給機を作動させる
領域を縮小させるように前記切換手段の切換条件を変更
する切換条件変更手段と、を備えた構成としであるにのように、エンジン冷間時には、過給能力が高くなる第
２状態とする度合を小さくすることにより、排気ガス温
度のすみやかな上昇、すなわち排気ガス浄化用触媒の早
期活性化を得ることができる。なお、この場合は、エン
ジン冷間時であるからして、エンジン耐久性の観点等か
らも過給能力をむやみに大きくする必要がなく、何等問
題を生じないものである。勿論、暖機後は、過給能力が
高まる第２状態とされる領域が冷間時よりも広がるので
、十分な過給能力確保という要請を満足させることがで
きる。

（実施例）以下、本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。

第１図において、１はエンジン本体で、これは互いに直
列に６つの気筒Ｃ１〜Ｃ６を有するオツトー式の往復動
直列６気筒型用のものとされている。この各気筒Ｃ１−
Ｃ６には、吸気ボート２、排気ボート３が開口され、各
ボート２あるいは３は、それぞれ図示を略す吸気弁ある
いは排気弁によって、エンジン出力軸の回転と同期して
所定のタイミングで開閉される。各気筒Ｃ１−ＣＢにお
ける点火順序は１例えばＣｌ−Ｃ５→Ｃ３→Ｃ６→Ｃ２
−Ｃ４として設定され、これにより実施例では、３つの
気筒Ｃ１〜Ｃ３が点火順序（排気行程）の連続しない第
１の気筒群を構成し、また３つの気筒Ｃ４〜Ｃ６が点火
順序（排気行程）の連続しない第２の気筒群を構成して
いる。

各吸気ボート２へ吸気を供給するための吸気通路１１は
、その途中にサージタンク１２を備え、このサージタン
ク１２と各吸気ボート２とが、個々独立した独立吸気通
路１３ａ〜１３「によって接続されている。サージタン
ク１２よりも上流側の吸気通路ＩＩは、上流側共通吸気
通路１４と下流側共通吸気通路１５と、を備え、上流側
共通吸気通路１４にはエアクリーナ１６およびニアフロ
メータ菖７が接続される一方、下流側共通吸気通路１５
にはインタクーラ１８およびスロットル弁１９が接続さ
れている。

上流側と下流側との共通吸気通路１４と１５同志は、互
いに並列な第１、第２の２本の分岐吸気通路２０および
２１によって接続されている。この第１分岐吸気通路２
０には、排気ターボ式とされた第１過給機２２のコンプ
レッサ２２ａが配設され、また第２分岐通路２１とは、
排気ターボ式とされた第２過給機２３のコンプレッサ２
３ａが配設されている。上記コンプレッサ２２ａの第１
分岐吸気通路２０と、上記コンプレッサ２３ａ下流の第
２分岐吸気通路２１とが、バイパス路２４によって接続
され、このバイパス路２４には開閉弁からなるバイパス
弁２５が配設されている。また、第２分岐吸気通路２１
の下流端部、すなわちバイパス路２４に対する接続部よ
りも下流側位置に、開閉弁からなるカット弁２６が配設
されている。

一方、排気通路３１は、排気マニホルド３２を備え、該
排気マニホルド３．２は、隔壁３２ｅによって画成され
た第１集合部ｘ１と、第２集合部ｘ２と、を有する。こ
の第１集合部ＸＩに対しては、互いに排気行程のオーバ
ラップしない前記第１気筒群となる３つの気筒Ｃ１〜Ｃ
３の排気ポート３が、独立排気通路３２ａ〜３２ｃによ
って個々独立して接続されている。また、第２集合部Ｘ
２に対しては、互いに排気通路行程のオーバラップしな
い前記第２気筒群となる３つの気筒Ｃ４〜Ｃ６の排気ポ
ート３が、独立排気通路３２ｄ〜３２ｆによって個々独
立して接続されている。

上記第２、第２の２つの集合部ｘ１、ｘ２からの排気ガ
スは、第１分岐排気通路３３によって、前記第１過給機
２２のタービン２２ｂに供給される。この第１過給機２
２の排気ガス導入路となるスクロール通路は、隔壁２２
Ｇによって２つのスクロール通路２２ｄと２２ｅとに画
成されている。これに対して、上記第１分岐排気通路３
３も、−本の管を隔壁３３ａによって区画することによ
り構成された２つの通路３３Ａと３３Ｂとを有し、一方
の通路３３Ａが第１集合部ｘ１と一方のスクロール通路
２２ｄとを連通し、他方の通路３３Ｂが第２集合部ｘ２
と他方のスクロール通路２２ｅとを連通している。勿論
、第１過給機２２のタービン２２ｂは、シャフト２３ｆ
を介してコンプレッサ２２ａと連結されている。

同様に、前記第２過給機２３も、隔壁２３ｃによって画
成された２つのスクロール通路２３ｄ。

２３ｅを備え、一方のスクロール通路２３ｄは通路３４
Ａを介して第１集合部ｘ１に連通され、他方のスクロー
ル通路２３ｅが通路３４Ｂを介して第２集合部ｘ２に連
通されている。この両通路３４Ａと３４Ｂとを構成する
第２分岐排気通路３４は、吸気マニホルド３２と一体に
短尺なものとして形成、すなわち吸気マニホルド３２の
集合部として形成されて、画集合部ｘ１とｘ２とを区画
する隔壁３２ｅがそのまま、当該両通路３４Ａ、３４１
３とを画成する隔壁となっている。勿論、この第２過給
機２３のタービン２３ｂは、シャフト２３ｆを介してコ
ンプレッサ２３ａに連結されている。そして１両通路３
４Ａ、３４Ｂには、互いに同時に開まはた閉となるよう
に連動された開閉弁からなる切換弁３５Ａあるいは３５
Ｂが配設されている。

上記両過給機２２．２３のタービン２２ｂ、２３ｂを通
ｍした後の排気ガスは、分岐排気通路３６あるいは３７
を経て排出される。そして、両分岐排気通路３６と３７
は図示は略すが最終的に一本に合流されて、この合流部
分よりも下流側において、排気ガス浄化用の触媒が配設
されている。

また、第１．第２の過給機２２．２３はそれぞれＷ　Ｇ
　Ｂ　（ウェストゲートバルブ）３８．３９を有する。

なお、このＷＧ８３８　（３９）は、過給機２２　（２
３）の２つのスクロール通路２２ｄ、２２ｅ　（２３ｄ
、２３ｅ）に対応してそれぞれ２個有するが、図面では
その一方のみが表示されている。

ここで、第１過給機２２は小型のもの、すなわち過給能
力は小さいものの低速時においても十分に応答性を満足
するようなものとされている。これに対して第２過給機
２３は大型のもの、すなわち応答性の点では劣るも十分
に過給能力の大きいものとされている。

なお、実施例のように、排気行程のオーバラップしない
気筒群毎に過給機２２．２３のタービン２２ｂ、２３ｂ
へ排気ガスを供給するようにすれば、排気干渉を防止し
て、同じ運転状態であればより過給圧を高めることがで
きる（タービン効率の向上）。

第２図には、両過給機２２．２３の軸受部２２ｇ、２３
ｇに対する冷却水用通路とオイル通路との構成例を示し
である。この第２図において、エンジン本体ｌの高所に
、冷却水取出部５１とオイル取出部５２とが設置されて
いる。冷却水取出部５１より取出された冷却水は、配管
５３を介して、第２過給機２３の軸受部２３ｇへ供給さ
れる。さらに、冷却水は、この軸受部２３ｇを第２図紙
側面表側から裏側へと流れた後、配管５４を介して、第
１過給機２２の軸受部２２ｇへ供給される。そして、冷
却水は、軸受部２２ｇを第２図紙面裏側から表側へと流
れた後、配管５５を介してつオータボンブ（図示路）へ
戻される。

１−記第１過給機２２の軸受部２２ｇは、第２過給機２
３の軸受部２３ｇよりも低い位置にある。

したがって、後述するように常用されて高熱となり易い
第１過給機２２は、エンジン停Ｗ後に生じる沸騰冷却に
よって冷却水が循環される際に、高所にある第２過給機
２３に比してより十分に冷却されることになる。

一力、　＋ｊｉ記オイル取出部５２からのオイルは、配
管５６を介して第１過給機２２の軸受部２２ｇへ供給さ
れる。このオイルは、軸受部２２ｇを第２菌上からドへ
と流れた後、配管５７を介してオイルパン５８へと戻さ
れる。また、上記オイルは、配管５６から分岐された配
管５９にＪ：す、第２過給機２３の軸受部２３　ｇを第
２図上から下へと流れた後、配管６０を介してオイルパ
ン５８へ戻される。

第１図中７１は、マ・イクロコンピュータを利用して構
成された制御ユニットで、この制御ユニット７１にはセ
ンサ７２〜７４からの信号が人力される一方、制御ユニ
ット７１からは、アクチュエータ７５〜７９に対して出
力される。上記センサ７２はエンジン回転数を検出する
ものである。センサ７３はスロットル開度を検出するも
のである。センサ７４はエンジンの温度すなりち冷却水
温度を検出するものである。前記アクチュエータ７５は
バイパス弁２５を開閉駆動するためのものである。アク
チュエータ７６はカット弁２６を開閉駆動するためのも
のである。アクチュエータ７７は、切換弁、３５Ａ、３
５Ｂを開閉駆動するためのものである。アクチュエータ
７８．７９は、ＷＧ８３８あるいは３９の開弁圧力、す
なわち最大過給圧を調整するだめのものである。

制御ユニット７１の制御内容について、以上に説明する
。先ず、制御ユニット７１は、第３図（暖機後用）ある
いは第４図（冷間時用）に示すマツプに基づいて、開閉
弁３５Ａ、３５Ｂを開閉制御する。この点を第３図に示
ずマツプＡに着目して説明すると１次の通りである。先
ず、エンジンの運転状態が、第３図α線より右側の■の
領域にあるときは、開閉弁３５△、３５Ｂを開（全開）
とする。これにより、両過給機２２．２：３のタービン
２２ｂ、２３ｂが共に排気ガスエネルギを受けて回転駆
動され、両方の過給機２２と２３とによって過給能力の
大きな第２状態とされる。

このとき、バイパス弁２５が閉、カット２６が閉とされ
る。

次に第３図β線よりも左方側の領域としては、β線とβ
線との間の領域■とβ線よりも左方側の■とが存在する
が、この領域■においては、開閉弁３５Ａ、３５Ｂが閉
（全開）とされる。これにより、第２過給機２３のター
ビン２３ｂに対しては排気ガスが流入せず、したがって
第１過給機２２のみによる過給が行なわれる。このとき
、バーｒバス弁２５、カット弁２６共に閉とされる。

また、領域■のときは、開閉弁３５Ａ、３５ｒ３が若干
開かれて、領域■となったときに備えて第２過給Ｊａ２
３が空転される。このとき、バイパス弁２５は開とされ
、かつカット弁２６は閉とされる。

一方、エンジン冷間時には、第３図に示すマッブＡの代
りに、第４図に示すマツプＢが用いられる。この第４図
のマツプＢは、第３図のマツプＡに比して、第２過給機
２３が作動される領域が、より高回転側へとオフセット
されている。すなわち、β線がβ″線に変更され、β線
がβ″線に変更される。これにより第２過給機２３は、
第３図のマツプ八に比して、より高回転となったときに
始めて作動されることになる。

第５図は、暖機後における過給圧特性（特性ａ）と。冷
間時における過給圧特性（特性ｂ）とが示されている。

このような過給特性とするには、アクチュエータ７８あ
るいは７９を制御することにより行なわれる。すなわち
、第１過給機２２のみを作動させているときは、過給圧
制御がアクチュエータ７８を制御することにより行なわ
れ（ＷＧ８３８の開弁圧力調整）、また両過給機２２と
２３とが作動しているときは、過給圧制御がアクチュエ
ータ７９を制御することにより行なわれる（ＷＧＢ３９
の開弁圧力調整）。そしてこのような過給圧制御は、暖
機後にあっては特性ａとなるように行なわれ、また冷間
時には特性すとなるように行なわれる（冷間時に最大過
給圧を低ドさせる）。

上述した制御ユニット７１の制御内容っにいて、第６図
、第７図に示すフローチャートを参照しつつ説明する。

なお、以下の説明でＰあるいはＱはステップを示す。

先ず、第６図のＰＩにおいて、前記各センサ７２〜７４
からの信号が読込まれた後、Ｐ２において、現在の水温
ＷＴがあらかじめ定められた設定値（例えば５０℃）よ
りも小さいか否かが判別される。このＰ２の判別でＹＥ
Ｓのときは、Ｐ３において冷間時用となる第４図のマツ
プＢが選択され、またＰ２の判別でＮＯのときには、Ｐ
４において暖機後月となる第３図の７９１Ａが選択され
る。

Ｐ３あるいはＰ４の後は、エンジン回転数とスロットル
開度とを選択されたマツプにあそ°はめて、現在の運転
状態が読込まれる（領域■、■あるいは■の読込）。そ
して、Ｐ６において、現在領域■であるか否かを判別さ
れて、この判別がＹＥＫＳのときはＰＩにおいて、開閉
弁３５Ａ、３５Ｂが全閉とされる（第１過給機２２のみ
作動）。

また、Ｐ６の判別でＮｏのときは、Ｐ８において、領域
■であるが否かが判別される。このＰ８の判別でＹＥＳ
のときは、Ｐ９において開閉弁３５Δ、３５Ｂが全開と
される（第１、第２の２つの過給機２２．２３が共に作
動）。さらに、Ｐ８の判別でＮｏのときは、結局のとこ
ろ領域■であるので、ＰＩＯにおいて開閉弁３５Ａ、３
５Ｂが一部開とされる（第１過給機２２が作動かつ第２
過給機２３が空転）。なお、切換弁３５Ａ、３５Ｂの作
動に応じたバイパス弁２５およびカット弁２６の作動は
前述した通りなので、その説明は省略する。

一ヒ記Ｐ７、Ｐ９あるいはＰＩＯの後は、ｐＨにおいて
、第５図に示すような特性ａまたはｂとなるような過給
圧制御が行なわれる。この過給圧制御を示すのが第７図
である。先ず、Ｑｌにおいて、切換弁３５Ａ、３５Ｂの
作動状態（第６図の■）７、Ｐ９．Ｉ）１０のいずれで
あるか）が読込まれる。この後、Ｑ２において水温ＷＴ
が所定値０以上であるか否かが判別される。このＱ２の
判別でＹＥＳのときは、暖機後に相当するときである。

この場合は、Ｑ３において、現在領域■であるか否かが
判別されて、この判別がＹＥＳであれば、Ｑ４において
第２ＷＧＢ３９を制御することにより特性ａとなるよう
にする。また、この判別がＮＯのときは、Ｑ５において
第１ＷＧＢを制御することによって特性ａとなるように
する。

前記Ｑ２の判別でＮｏのときは冷間時であり、この場合
はＱ６において領域■であるか否かが判別される。この
Ｑ３の判別でＹＥＳのときは、Ｑｌにおいて、第２ＷＧ
Ｂ３９を制御することによって特性すとなるようにする
。また、Ｑ３の判別でＮＯのときは、Ｑ８において、第
１ＷＧ８３８を制御することによって特性すとなるよう
にする。

以上実施例について説明したが、本発明はこれに限らず
１例えば次のような場合をも含むものである。

■排気ターボ式過給機は、３個以上であってもよい。

■排気ターボ式過給機は、その過給能力を全て同じもの
として設定してもよい。

■実施例のように過給能力が異なるものとして設定した
場合は、低速時には過給能力の小さい第１過給機２２の
みを作動させ、高速時には過給能力の大きい第２過給機
２３のみを作動させるようにしてもよい。

■低速から高速までの間で、例えば３段階以Ｅで過給能
力を変更するようにしてもよい。この場合は、実施例に
おいて、低速時には第１の過給機２２のみを作動させ、
中速時には第２過給機２３のみを作動させ、高速時には
両方の過給機２２と２３とを共に作動させるようにすれ
ばよい。

■第１過給機２２のみを作動させているときは、第２過
給機２３へのオイル供給を遮断するようにして、第１過
給機２２へより十分なオイルが供給されるようにしても
よい。そして、好ましくは、領域■からのあるいは■へ
移行するときに、オイル供給の遮断を遅延させて、第２
過給機２３が作動しなくなった後でもしばらくの間は（
第２過給機２３の温度が低下するまで）は当該第２過給
機２３へオイルを供給するようにするとよい。この場合
は、例えば第２図の配管５９に対してカット弁を設けて
：このカット弁の開閉を制御すればよい。

（発明の効果）本発明は以上述べたことから明らかなように、複数個の
排気ターボ式過給機を用いて低速時の応答性確保と高速
時の十分な過給能力確保という条件を満足させつつ、エ
ンジン冷間時における排気ガス温度を速やかに上昇させ
て排気ガス浄化触媒の早期活性化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体系統図。第２図は２つの過給機の配置例とその冷却水通路系とオ
イル通路系とを示す側面図。第３図、第４図はそれぞれ過給機の作動領域を示すマツ
プで、第３図は暖機後月のものを第４図は冷間時用のも
のを示す。第５図は過給圧特性を示す図。第６図、第７図は本発明の制御例を示すフローチャート
。第８図は本発明の構成をブロック図的に示した図。１：エンジン本体２２：第１過給機（低速用）２３：第２過給機（高速用）３５Ａ、、’３５１’３：切換弁（切換手段）７１：制
御ユニット７４：センサ（冷却水温）７７；アクチュエータ（切換弁用）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数個の排気ターボ式過給機を備え、切換手段に
より、低速時には一部の過給機のみを作動させることに
より過給能力の小さい第１状態とする一方、高速時には
少なくとも残りの過給機を作動させることにより過給能
力の大きい第２状態とするようにしたエンジンの過給装
置において、エンジンが冷間時であることを検出する冷
間状態検出手段と、エンジンの冷間時には、前記残りの過給機を作動させる
領域を縮小させるように前記切換手段の切換条件を変更
する切換条件変更手段と、を備えていることを特徴とするエンジンの過給機装置。