JPH01195922A - エンジンの過給装置 - 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】 （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、特に低回転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すなわち低回転
時での応答性の問題を解決することができ、また高速す
なわち高回転時での十分な過給能力を得ることが可能に
なる。

そして、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な変更、す
なわち過給能力を変更する場合、各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。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、ヒ述のような過給機の作動領域をいかに設定
するかが、この種の過給装置を実用化するに際して大き
な問題となる。このような作動領域決定な竹うに際して
、考慮すべき１つの大きな要素として、変速機の変速段
がある。

この点を詳述すると、過給能力の小さい第１状態とされ
たときは、応答性を確保する点で利点を有する反面、応
答性を良好にするような過給状態というものは排気抵抗
が大きいため排圧がかなり人きくなって、燃費向上〇Ｅ
で好ましくないものとなる。一方、過給能力の大きい第
２状態の場合は、高回転時でもト分な過給が得られると
共に。

排気抵抗も小さいもののすることができ燃費向上の点で
有利となる。したがって、作動領域の設定に際しては、
応答性を重視すれば過給能力の小さい第１状態とする領
域を極力広く確保するのが好ましいことになる。逆に燃
費向上や十分な過給を行うという観点からすれば、過給
能力の大きい第２状態とする領域を広くするのが好まし
いことになる。

しかしながら、作動領域をある一定のものに一律に設定
したのでは、必ず十分に満足のいかないものとなる。特
に、変速機の変速段に着目した場合、低速段では大きな
加速あるいは減速が行われる頻度が高いため応答性が重
視される一方、高速段では円滑な走行が望まれることに
なる。そして、比較的エンジン高回転域まで低速段を使
用したときと、比較的エンジン低回転域まで高速段を使
用したときは、過給能力の大きな第２状態とならざるを
得ないことになる。換言すれば、低速段と高速段とでは
要求が異なるもの拘らず、作動領域をある一定のままと
したのでは、このような異なる要求に十分に対応できな
くなる。

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、
変速段に応じた最適な過給状態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、低回転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、
高回転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７図に示すように、 複数個の排気ターボ式過給機を備え、切換手段により、
低回転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、変速機の変速段を検出する変速段検出手段と、 変速段が高速段である場合は、低速段である場合に比し
て、＋３’ｌ　２第２状態とする領域を拡大するように
前記切換手段の切換条件を変更する切換条件変速手段と
、。

を備えた構成としである。

このような構成とすることにより、高速走行されること
が多い高速段での走行中は、過給能力が大きくなる第２
状態となる領域が広がるため、十分な過給能力を得つつ
、排圧を極力小さなものとして燃費の向上を図ることが
できる。これに加えて、第１状態と第２状態との間で切
換えが行われる頻度も小さくなって、この切換えに伴な
うショックを生じる機会が減少して、円滑な走行を確保
する、という観点からも好ましいものとなる。

一方、加減速がひんばんに行われる低速段での走行中は
、第１状態とされる領域が大きくなるので、この加減速
に際して要求される応答性というものを十分に確保する
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、ｌ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ＣｌＮ
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〜Ｃ６にお
ける点火順序は５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、コ３つ
の気筒Ｃ１−Ｃ５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１３　ａ−１３ｆ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１１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およびエアフロメータ１７が接続される一方、下流
側共通吸気通路監５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。

、Ｌ流側と上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
２０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
２３ａが配設されている。上記コンプレッサ２２　ａの
第１分岐吸気通路２０と、上記コンプレッサ２３　ａ　
’Ｆ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３２は、隔壁３２ｅによって画成された
第１集合部Ｘｔと、第２集合部×２と、を何する。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−Ｃ５
の排気ボート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×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の排気ボー
ト３が、独立排気通路３２ｄ〜３２ｒ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、１１；１２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２２の排気ガス導入路となるスクロール通路は、隔
壁２２Ｃ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３３も、−本の管を隔壁３３　ａ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２３［を介してコンプレッサ２２ａと連結されている
。

同様に、ｉｔＩ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３４Ａを介して
第１集合部ＸＩに連通され、他方のスクロール通路２３
ｅが通路３４Ｂを介して第２集合部Ｘ２に連通されてい
る。この両道路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ＸｔとＸ２とを区画する隔壁３
２ｅがそのまま、当該両通路３４Ａ、３４　Ｂ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２３Ｃを介してコンプレッサ
２３ａに連結されている。そして、両通路３４Ａ、３４
Ｂには、斤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３５　Ａあるいは３５ｒ３が配
設されている。

１−２両過給機２２．２３のタービン２２　ｂ、２３ｂ
を通過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ＷＧＢ
（ウェストゲートバルブ）３８、：３９を何する。なお
、このＷＧＩ３３８（３９）は、過給機２２　（２３）
の２つのスクロール通路２２（１，２２ｅ（２３ｄ、２
３Ｃ）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２２ｔ）、２３
ｂへ排気ガスを供給するようにすれば、排気干渉を防上
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ｒＡ２２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
示略）へ戻される。

上記第１過給機２２の軸受部２２ｇは、第２過給機２３
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、エンジン停止１：、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。

一方、ｌγ１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ｔａ２２の軸受部２２ｇへ供給さ
れる。このオイルは、軸受部２２ｇを第２図上から下へ
と流れた後、配管５７を介してオイルパン５８・＼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により、第２過給機２３の軸受部２３ｇ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および０．８１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７５〜７
９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は図示を略す変速機
（実施例では前進５段）の変速段を検出するものである
。センサ８０はカット弁２６下流の圧力Ｐ、を検出する
ものである。センサ８１はカット弁２６上流の圧力Ｐ２
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、３５Ｂ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、Ｗ　Ｇ　Ｂ　３８あるいは３９の開弁ＦＥ力、すな
わち最大過給ローを調整するためのものである。

制御ユニット７１の制御内容について、以ドに説明する
。なお、最大過給圧の調整の点については本発明と直接
関係がないのでこの部分の説明は省略する。

制御ユニット７１は、第３図（高速段用）あるいは第４
図（低速段用）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図に示すマツプ
八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３５Ａ、３５Ｂを開（全開）とする。

これにより、両過給機２２．２３のタービン２２ｂ、２
３ｂ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α線よりも左方側の領域としては、α線とβ
線との間の領域■とβ線よりも左方側の■とがＣｆ、在
するが、この領域■においては、開閉弁；３５Ａ、３５
Ｂが閉（全閉）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、バイパス弁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、３５＋３が若干
開かれて、領域■となったときに備えて第２過給磯２３
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。

−１−述した第３図に示すマツプΔは、変速段が４速あ
るいは５速という高速段のときに使用されるものである
。これに対して、変速段が１速、２速または３速という
低速段のときは、第３図に示すマツプ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、α線がα′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Ａ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。換言すれば、第３図に示す高速段用
のマツプＡは、過給能力の大きい第２状態としての領域
■が、第４図に示す低速段用のマツプＢに比して拡大さ
れて設定されている。

ここで、カット弁２６の開閉は、切換弁３５Ａ、３５Ｂ
の開閉と同期して行うようにしてもよいが、本実施例で
は、１１１述した圧力Ｐ＋　とＰ２との大きさを勘案し
つつ開閉制御するようにしである。すなわち、切換弁３
５Ａ、３５ｒ３が全開とのときは、カット弁２６も開か
れることになるが、この開くタイミングを、差圧ΔＰ（
＝Ｆ’＋−Ｐ２）が所定値以下となるときに設定するの
がよい。すなわち、第２過給機２３が１分に過給し得る
状態となったのを待って始めてカット弁２６を開くこと
により過給機２３の作動遅れに伴なう一時的な過給圧の
減少（トルク低下）が防＋ｈされる。また、切換弁３５
Ａ、３５Ｂが全開となったときはカット弁２６も閉じら
れるが、このカット弁２６の閉じるタイミングを、圧力
Ｐ１が所定値以下になるのを待って行うとよい。すなわ
ち、第２過給機２３の慣性による過給が収まってから行
うことにより過給圧の一時的な減少（トルク低下）が防
止される。

一ヒ述した制御ユニット７１の制御内容つにいて、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、以ドの説明でＰあるいはＲはステップを示す。

先ず、第６図のＰｌにおいて、ｌｆ’ｌ　３ａ各センサ
７２〜７４からの信号が読込まれた後、Ｐ２において、
現在の変速段が高速段としての４速または５速であるか
否かが判別される。このト）２の判別でＹＥＳのときは
、Ｐ３において高速段用となる第３３図のマツプＡが選
択され、またＰ２の判別でＮＯのときには、Ｐ４におい
て低速段用となる第４図のマツプＢが選択される。

Ｒ３あるいは１」４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てはめて、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、Ｒ６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ＹＥＳのときはＰｌにおいて、開閉弁
３５Ａ、３５］３が全開とされる（第１過給機２２のみ
作動）。

また、Ｒ６の判別でＮＯのときは、Ｒ８において、領域
■であるが否かが判別される。このＲ８の判別でＹＥＳ
のときは、Ｒ９において開閉弁３５Ａ、３５Ｂが全開と
される（第１５第２の２つの過給機２２．２３が桟に作
動）。さらに、Ｐ　８の判別でＮＯのときは、結局のと
ころ領域■であるので、ｐｔｏにおいて開閉弁３５Ａ、
３５Ｂが一部開とされる（第１過給機２２が作動かつ第
２過給機２：３が空転）。なお、切換弁３５Ａ、３５Ｂ
の作動に応じたバイパス弁２５の作動は前述した通りな
ので、その説明は省略する。

上記Ｐ７、Ｒ９あるいはｐｔｏの後は、１）１１におい
て、カット弁２６の開閉制御が行なわれ、この開閉制御
を示すのが第７図である。先ず、Ｒ１において、カット
弁２６下流の圧力Ｐ＋　と上流の圧力Ｐ２とが読込まれ
る。次いで、Ｒ２においてフラグＦがＯであるか否かが
判別される。このフラグＦが「０」のときがカット弁２
６が閉であることを意味する。このＲ２の判別において
ＹＥＳのときは、Ｒ３においてＰｌからＰｌを差し引く
ことによりΔＰが算出される。この後、Ｒ４において、
上記△Ｐがあらかじめ定めた設定値Ｐａよりも小さいか
否かが判別される。このＲ４に判別でＮｏのときは、圧
力ｌ）２が十分に一ヒ昇していないので、カット弁２６
を開くことなくそのままリターンされる。逆にＲ４の判
別でＹＥＳのときはＲ５においてカット弁２６を開作動
させた後、Ｒ６においてフラグＦがｌにセットされる。

０１１記Ｒ２の判別でＮｏのとき、すなわち現在カット
弁２６が開いているときは、Ｒ７において、圧力Ｐ１が
あらかじめ定めた設定値Ｐｃよりも小さいか否かが判別
される。このＲ７の判別でＮｏのときは、第２過給機２
３による過給の影響が残っているときなのでそのままリ
ターンする。逆に、Ｒ７の判別でＹＥＳのときは、Ｒ８
においてカット弁２６を閉じた後Ｒ９においてフラグが
Ｏにセットされる。

以ヒ実施例について説明したが、本発明はこれに限らず
、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Ｐ
１２３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ゴで、例えば３段階以上で過給能
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。

■変速段に応じた作動領域の変更を、３種類以上として
もよい。この場合、例えば変速段をｌ速用と、２速およ
び３速用と、４速および５速用との３段階に分けて、過
給能力の大きい■の領域が、１速用が最も狭く、４速お
よび５速用が最も広く、２速および３速用が両者の中間
の広さとすればよい。

■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■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ヘ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、加減速か
ひんばんに行われる低速段での走行中は、過給能力の小
さい第１状態とする領域が広くなって応答性を十分に確
保することできる。また、高速でかつ円滑な走行が要求
される高速段での走行中は、過給能力の大きくなる第２
状態となる領域を広くすることにより、排圧を低下させ
て燃費向上を図りつつ、上記第１状態と第２状態との切
換機会を少なくしてこの切換えに伴なうショックが発生
する機会を減少させることができる。

【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図は高速段用のものを第４図は低速段用のも
のを示す。 第５図、第６図は本発明の制御例を示すフローチャート
。 第７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Ｆａ（低回転用） ２３：第２過給機（高回転用） コ３５Δ、　３５　ｒ３　：　１．ＩＪ換弁（切換手段
）７１：制御ユニット ７４：センサ（変速段） ７７：アクチュエータ（切換弁用） 第３図 第４図 工〉シン巨−姉文 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個の排気ターボ式過給機を備え、切換手段に
   より、低回転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、変速機の変速段を検出する変速段検出手
   段 と、 変速段が高速段である場合は、低速段である場合に比し
   て、前記第２状態とする領域を拡大するように前記切換
   手段の切換条件を変更する切換条件変速手段と、 を備えていることを特徴とするエンジンの過給装置。