JPH01195920A

JPH01195920A - エンジンの過給装置

Info

Publication number: JPH01195920A
Application number: JP63020964A
Authority: JP
Inventors: Asao Tadokoro; 朝雄田所; Haruo Okimoto; 沖本　晴男; Toshimichi Akagi; 赤木　年道; Seiji Tajima; 誠司田島
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-01-31
Filing date: 1988-01-31
Publication date: 1989-08-07

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、過給機のスクロール通路を、低速用に形状設
定された第１スクロール通路と高速用に形状設定された
第２スクロール通路との分割式として、低速時には第１
スクロール通路からのみ排気ガスを供給して応答性を確
保する一方、高速時には第１．２の両方のスクロール通
路から排気ガスを供給するようにしたものがある。

しかしながら、１つの過給機のみを利用したのでは、応
答性確保と過給能力確保という両方の要求を高い次元で
満足させることは不可能である。

ヒ述のような観点から、過給機を複数個利用するように
したものがある。より具体的には、特開昭５６−４１４
１７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、前述のように、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変更す
るものを実用化する場合、排気エネルギを有効に利用し
て、低速時と高速時どの要求をより高い次元で満足させ
ることが望まれることになる。

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、
低速時と高速時との両方で共に排気エネルギをより効果
的に利用し得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１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、前記一部の過給機のスクロール
通路が１つのスクロール通路のみを有するシングルロー
ル式として構成されて、該１つのスクロール通路に対し
て全ての気筒からの排気ガスが集合されるように設定さ
れ、前記残りの過給機のスクロール通路が所定数の分割スク
ロール通路を有するマルチスクロール式として構成され
て、各分割スクロール通路が、それぞれ排気行程がオー
バラップしない気筒群毎に個々独立して設けられた複数
の独立排気通路のいずれか１つと接続されている、ような構成としである。

このような構成とすることにより、低速時には、排気ガ
スが接触する通路表面積を減らして、そのエネルギロス
特に温度低下を防［ヒすることができる。このことは、
少なくとも低速時に、作動される一部の過給機による応
答性確保の点で有利となるばかりでなく、その下流に設
けられる排気ガス浄化触媒の早期活性化という点でも有
利となる。

また、高速時には、排気干渉を防止して、高速時に作動
される残りの過給機のタービン効率が高められ、極めて
大きな過給能力を得ることができる。

好ましくは、一部の過給機のスクロール通路に対して排
気ガスを供給する排気通路は、残りの過給機に対する排
気通路構成と同じように、少なくとも当該スクロール通
路までは排気行程がオーバラップしない独立排気通路と
して構成するとよい。このことは、通路表面積減少とい
う観点からは不利になるが、排気干渉防止をより効果的
に行う上で有利となる。

（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Ｃ１−
Ｃ６には、吸気ボート２）排気ボート３が開Ｌ１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、例えばＣ１→Ｃ５→Ｃ３→Ｃ６→Ｃ
２→Ｃ４として設定され、これにより実施例では、３つ
の気筒Ｃ１−Ｃ５が点火順序の連続しないすなわち排気
行程がオーバラップしない第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〜１３ｆによって接続されている。サージタン
ク１２よりもＦ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、」−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、下流側ノ（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。

一ヒ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木の分岐吸気通路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、高速用となる排気ターボ式とされた第１過給
機２２のコンプレッサ２２　ａが配設され、また第２分
岐通路２１には、低速用となる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。

第１分岐吸気通路２０のうち、」−２コンプレッサ２２
ａ上流側部分と下流側部分とが、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１分岐吸気通
路２０のド流端部、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Ｘｌ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、Ｕ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の排気ボー
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Ｘｉ、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つの分割スクロール通路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３３ａによって区画すること
により構成された２つの独立通路３３Ａと３３Ｂとを有
し、一方の独立通路３３Ａが第１集合部Ｘ１と一方のス
クロール通路２２（１とを連通し、他力の独立通路３３
Ｂ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。

一方、前記第２過給機２３は、１つのスクロール通路２
３ｄのみを備え、このスクロール通路２３　（１は、独
立通路３４Ａを介して第１集合部ＸＩに連通されると共
に、独立通路３４Ｂを介して第２集合部ｘ２にも連通さ
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Ｘｔ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。

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。この、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。

後述するように、作動、不作動の切換対象となる高速用
の第１過給機２２の分岐排気通路３６には、開閉弁から
なる切換弁３５が配設されている。すなわち、この切換
弁３５が開となったときは、タービン２２ｂを排気ガス
が通過するため第１過給機２２が作動される一方、切換
弁３５が閉じると排気ガスの通過が防出されるので、第
１過給機２２が停止される。勿論、このような切換弁３
５は、タービン２２ｂに対する排気ガスの流入側となる
独立通路３３Ａ、３３Ｂに対して設けることも可能であ
り、好ましくは集合部ｘ１、ｘ２近傍に位置させるとよ
い。もっとも、実施例のようにすれば、切換弁３５が閉
じられているときでも高圧の排気ガスがタービン２２ｂ
に作用しているので、切換弁３５が開となったときに第
１過給機２２が速やかに作動される。

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を有する。なお、このＷ
Ｇ３３８は、過給機２２の２つのスクロール通路２２ｄ
、２２ｅ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は大型のもの、すなわち応答性
の点では劣るも部分に過給能力の大きいものとされてい
る。これに対して、第２過給機２３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。

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１過給機２２の軸受部２２ｇへ供給さ
れる。さらに、冷却水は、この軸受部２２ｇ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
２過給機２３の軸受部２３ｇへ供給される。そして、冷
却水は、軸受部２３ｇを第２図紙面裏側から表側へと流
れた後、配管５５を介してウォータポンプ（図示略）へ
戻される。

上記第２過給機２３の軸受部２：３ｇは、第１過給機２
２の軸受部２２ｇ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２過給機２３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１過給
機２２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２過給機２３の軸受部２３ｇへ供給される。

このオイルは、軸受部２３ｇ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１過給機２２の軸受部２２ｇ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７２．７３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。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
を開閉駆動するだめのものである。アクチュエータ７７
は、切換弁、３５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図に示すマツプに基づいて、
切換弁３５Ａ、３５Ｂを開閉制御する。

この点を第３図に示すマツプ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、第３図α
線より右側の■の領域にあるときは、切換弁：３５を開
（全開）とする。これにより、両過給機２２．２３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、カット弁２６が開とされる。

次に第３図α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、切換弁３５が閉（全閉）と
される。これにより、第１過給機２２のタービン２２ｂ
に対しては排気ガスが通過せず、したがって第２過給機
２３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、切換弁３５が若干開かれて、領
域■となったときに備えて第１過給機２２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。

上述した制御ユニット７１の制御内容について、第４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はステップを示す。

先ず、第４図のＰ４において、前記各センサ７２．７３
からの信号が読込まれた後、Ｐ５において、エンジン回
転数とスロットル開・度とを第３図のマツプにあてはめ
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、Ｐ６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のときはＰ７に
おいて、切換弁３５が全閉とされる（第２過給機２３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ｌ）　８
の判別でＹＥＳのときは、ｌ”　９において切換弁３５
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において切換弁３
５が一部開とされる（第２過給機２３が作動かつ第１過
給機２２が空転）。なお、切換弁３５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。

以−ト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。こ
の場合、少なくとも、最も過給能力の大きい状態とする
のに必要な過給機がマルチスクロール式とされ、最も過
給能力の小さい状態のときに作動される過給機をシング
ルスルロール式とすればよい。

■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２の過給機２３のみを作動させ、
中速時には第１過給機２２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２過給機２３のみを作動させているときは、第１過
給機２２へのオイル供給を遮断するようにして、第２過
給機２３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１
過給機２２が作動しなくなった後でもしばらくの間は（
第１過給機２２の温度が低下するまで）は当該第１過給
機２２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。

■第２過給機２３の排気通路３４の長さを、第１過給機
２２の排気通路３３での脈動と一致するように設定する
とよい。

■インタクーラ１８を、第１過給機２２下流の分岐吸気
通路２０に設けて、低速用となる第２過給機２３で過給
された吸気の温度低下を防止するようにしてもよい。

（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。

低速用での排気ガス温度低下防■Ｌによる一部の過給機
の応答性向上をより一層図りつつ、高速時での排気干渉
を防止してタービン効率向」二による過給能力の一層の
増大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−・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図は過給機の作動領域を示すマツプ。第４図は本発明の制御例を示すフローヂャート、。１：エンジン本体２２：第１過給ＦＦ９（高速用）２２（１，２２ｅ：分割スクロール通路２３　：　第２
　ｊａ　給Ｆ’３　（低速ｒｌ’ｌ　）２３ｄニスクロ
一ル通路３３Ａ、３３　）３　：独立排気通路３４△、３４Ｂ：独立排気通路３５：切換弁（切換手段）７１：制御ユニット７７：アクチュエータ（切換弁用）０１〜Ｃ６：気筒Ｘｌ：集合部（−の気筒群用）Ｘ２：集合部（他の気筒群用）エンに１回職琵反第４図

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、前記一部の過給機のスクロール通路が１
つのスクロール通路のみを有するシングルロール式とし
て構成されて、該１つのスクロール通路に対して全ての
気筒からの排気ガスが集合されるように設定され、前記残りの過給機のスクロール通路が所定数の分割スク
ロール通路を有するマルチスクロール式として構成され
て、各分割スクロール通路が、それぞれ排気行程がオー
バラップしない気筒群毎に個々独立して設けられた複数
の独立排気通路のいずれか１つと接続されている、ことを特徴とするエンジンの過給装置。
（２）特許請求の範囲第１項において、前記一部の過給機のスクロール通路に対して排気ガスを
供給する排気通路が、該スクロール通路までは、前記排
気行程がオーバラップしない気筒群毎に個々独立して構
成された独立排気通路として構成されているもの。