JPH0656107B2

JPH0656107B2 - エンジンの過給装置

Info

Publication number: JPH0656107B2
Application number: JP63020969A
Authority: JP
Inventors: 晴男沖本; 年道赤木; 誠司田島; 律治清水
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-01-31
Filing date: 1988-01-31
Publication date: 1994-07-27
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: JPH01195922A

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を変更、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、上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を行うに際し
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大きくなって、燃費向上の上
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、高回転時でも十分な過給が得られると
共に、排気抵抗も小さいものと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
要求が異なるにも拘らず、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
な構成としてある。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、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更手段と、を備えた構成としてある。

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、加減速がひんぱ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、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を有するオットー式の往復動
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、吸気ポート２、排気ポート３が開口され、各
ポート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、例えばＣ１→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。

各吸気ポート２への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と各吸気ポート２とが、個々独立した独立吸気
通路１３ａ〜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１
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。

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の分岐通路２１に
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３２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Ｘ１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〜Ｃ３
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Ｘ２
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１、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
Ｃ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、一本の管を隔壁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２２
ｆ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３４Ａ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、両集合部Ｘ１とＸ２とを区画する隔壁３２ｅ
がそのまま、当該両通路３４Ａ、３４Ｂ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、両通路３４Ａ、３４Ｂに
は、互いに同時に開または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３５Ｂ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
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（ウエストゲートバルブ）３８、３９を有
する。なお、このＷＧＢ３８（３９）は、過給機２２
（２３）の２つのスクロール通路２２ｄ、２２ｅ（２３
ｄ、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
てある。この第２図において、エンジン本体１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を介してウオータポンプ（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、前記オイル取出部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図上から下へと流れ
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８０、８１からの信号が入力される
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_１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Ｐ
_２を検出するものである。前記アクチュエータ７４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、３５
Ｂを開閉駆動するためのものである。アクチュエータ７
８、７９は、ＷＧＢ３８あるいは３９の開弁圧力、すな
わち最大過給圧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、以下に説明す
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）に示すマップに基づいて、開閉弁３５
Ａ、３５Ｂを開閉制御する。この点を第３図に示すマッ
プＡに着目して説明すると、次の通りである。先ず、エ
ンジンの運転状態が、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、パイパス弁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
側のとが存在するが、この領域においては、開閉弁
３５Ａ、３５Ｂ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
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、３５Ｂが若干開
かれて、領域となったときに備えて第２過給機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。

上述した第３図に示すマップＡ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図に示すマップＡの代りに、第４図に
示すマップＢが用いられる。この第４図のマップＢは、
第３図のマップ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図のマップ
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
ップ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ップ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、前述した圧力Ｐ_１とＰ_２との大きさを勘案しつつ開
閉制御するようにしてある。すなわち、切換弁３５Ａ、
３５Ｂが全開のときは、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＝（＝Ｐ_１−
Ｐ_２）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が十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）が防止される。また、切換弁３５Ａ、３５Ｂが
全閉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Ｐ_１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。

上述した制御ユニット７１の制御内容について、第５
図、第６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Ｒはステップを示
す。

先ず、第５図のＰ１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Ｐ２の判別でＹＥＳのときは、Ｐ３におい
て高速段用となる第３図のマップＡが選択され、またＰ
２の判別でＮＯのときには、Ｐ４において低速段用とな
る第４図のマップＢが選択される。

Ｐ３あるいは４Ｐ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ップにあてはめて、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、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ＹＥＳのときはＰ７において、開閉弁３
５Ａ、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３５Ａ、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、Ｐ１０において開閉弁３
５Ａ、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２３が空転）。なお、切換弁３５Ａ、３
５Ｂ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、Ｐ９あるいはＰ１０の後は、Ｐ１１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６図である。先ず、Ｒ１において、カット
弁２６下流の圧力Ｐ_１と上流の圧力Ｐ_２とが読込まれ
る。次いで、Ｒ２においてフラグＦが０であるか否かが
判別される。このフラグＦが「０」のときカット弁２６
が閉であることを意味する。このＲ２の判別においてＹ
ＥＳのときは、Ｒ３においてＰ_１からＰ_２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ΔＰ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の判別でＮＯのときは、圧力
Ｐ_２が十分に上昇していないので、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Ｙ
ＥＳ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１にセットされる。

前記Ｒ２の判別でＮＯのとき、すなわち現在カット弁２
６が開いているときは、Ｒ７において、圧力Ｐ_１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２３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０に
セットされる。

以上実施例について説明したが、本発明はこれに限ら
ず、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１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、加減速が
ひんぱ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
保することができる。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つの過給機の配置列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ッ
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過給機（抵回転用）２３……第２過給機（高回転用）３５Ａ、３５Ｂ……切換弁（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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水律治広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭61−237828（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−276223（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−9423（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−190441（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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装置。