JPH06123232A - 過給機付エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主ターボチャージャのみが過給作動する低速
域においてもエンジンのレスポンスを向上させる。 【構成】 主ターボチャージャ７および副ターボチャー
ジャ８のコンプレッサ７ｂ、８ｂの下流側にそれぞれ接
続される各吸気通路１４ａ、１４ｂに、この各吸気通路
１４ａ、１４ｂを流れる吸気を独立して冷却するインタ
クーラ６ａ、６ｂをそれぞれ配置し、副ターボチャージ
ャ８側から圧送される吸気が流れる吸気通路１４ｂのイ
ンタクーラ６ｂの下流に、吸気切替弁１８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主ターボチャージャと
副ターボチャージャを有し、低吸入空気量域では主ター
ボチャージャのみで過給し、高吸入空気量域では両ター
ボチャージャを作動させて両ターボチャージャで過給す
る過給機付エンジン、いわゆる２ウェイツインターボエ
ンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン本体に対し、主、副二つのター
ボチャージャを並列に配置し、低吸入空気量域では主タ
ーボチャージャのみ作動させて１個ターボチャージャと
し、高吸入空気量域では両ターボチャージャを作動させ
るようにした、いわゆる２ウェイターボシステムを採用
した過給機付エンジンが知られている。

【０００３】この種の過給機付エンジンの構成は、たと
えば図２に示すようになっている。エンジン本体９１に
対し、主ターボチャージャ９２と副ターボチャージャ９
３が並列に設けられている。副ターボチャージャ９３に
接続される吸、排気系には、それぞれ吸気切替弁９４、
排気切替弁９５が設けられている。低吸入空気量域では
吸気切替弁９４、排気切替弁９５をともに全閉とするこ
とにより、主ターボチャージャ９２のみを過給作動さ
せ、高吸入空気量域では両切替弁９４、９５を共に全開
とすることにより、副ターボチャージャ９３にも過給作
動を行わせ、２個ターボチャージャ作動とすることがで
きる。

【０００４】低吸入空気量域から高吸入空気量域に移行
するときには、吸気切替弁９５および排気切替弁９４が
閉じられているときに排気バイパス弁９６を小開制御
し、副ターボチャージャ９３の助走回転数を高め、ター
ボチャージャの切替をより円滑に（切替時のショックを
小さく）行うことが可能になっている。両ターボチャー
ジャ９２、９３からの過給気は、インタークーラ９７を
介してエンジン本体１の燃焼室に導かれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示す過給機付エンジンにもまだ解決すべき問題が存在す
る。インタクーラ９７の容量は、主ターボチャージャ９
２および副ターボチャージャ９３の双方が過給作動した
時の過給能力に合わせて設定されているので、主ターボ
チャージャ９２のみが過給作動する低速域では、主ター
ボチャージャ９２の過給能力に対してインタークーラ９
７の容量が大きくなりすぎ、エンジンのレスポンスが悪
化するという問題がある。

【０００６】本発明は、上記の問題に着目し、主ターボ
チャージャのみが過給作動する低速域においてもエンジ
ンのレスポンスを向上させることが可能な過給機付エン
ジンを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る過給機付エンジンは、主ターボチャージ
ャと、副ターボチャージャとを備え、前記副ターボチャ
ージャのコンプレッサ下流に吸気通路を開閉する吸気切
替弁を設けると共に、副ターボチャージャのタービン下
流または上流に排気通路を開閉する排気切替弁を設け、
高吸入空気量域では前記吸気切替弁と排気切替弁を共に
閉弁することにより主ターボチャージャのみを過給作動
させ、高吸入空気量域では前記吸気切替弁と排気切替弁
を共に開弁することにより双方のターボチャージャを過
給作動させるようにした過給機付エンジンにおいて、前
記主ターボチャージャおよび副ターボチャージャのコン
プレッサの下流側にそれぞれ接続される各吸気通路に、
該各吸気通路を流れる吸気を独立して冷却するインタク
ーラをそれぞれ配置し、副ターボチャージャ側から圧送
される吸気が流れる吸気通路の前記インタクーラの下流
に、前記吸気切替弁を設けたものから成る。

【０００８】

【作用】このように構成された過給機付エンジンにおい
ては、主ターボチャージャによる過給気を冷却するイン
タクーラと、副ターボチャージャによる過給気を冷却す
るインタクーラとは、それぞれ独立して設けられるた
め、各インタクーラの容量を各ターボチャージャの過給
能力に適合した容量とすることができる。

【０００９】また、吸気切替弁は副ターボチャージャ側
の吸気通路に配置されるインタクーラの下流に設けられ
るで、主ターボチャージャ側の吸気通路に配置されたイ
ンタクーラによって冷却された過給気が副ターボチャー
ジャ側のインタクーラに流入することも阻止される。そ
のため、主ターボチャージャのみが過給作動する低速域
では、主ターボチャージャからの過給気は、主ターボチ
ャージャの過給能力に適合した容量のインタクーラのみ
を通過することになる。したがって、過給気のインタク
ーラへの充填時間が従来よりも早くなり、エンジンのレ
スポンスの向上が図れる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明に係る過給機付エンジンの望
ましい実施例を、図面を参照して説明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施例を示しており、
とくに車両に搭載される６気筒エンジンに適用した場合
を示している。図１において、１はエンジン本体、２は
サージタンクを示している。７、８は互いに並列に配置
された主ターボチャージャ、副ターボチャージャであ
る。各ターボチャージャ７、８のそれぞれのタービン７
ａ、８ａは、図示されない排気マニホールドの集合部に
接続されている。

【００１２】各ターボチャージャ７、８の各コンプレッ
サ７ｂ、８ｂから圧送される吸気は、吸気通路１４ａ、
１４ｂを介してインタクーラ６に導かれるようになって
いる。インタクーラ６は、仕切壁６ｃによって第１のイ
ンタクーラ６ａと第２のインタクーラ６ｂに区画されて
いる。主ターボチャージャ７からの過給気Ａ₁ は、第１
のインタクーラ６ａによって冷却され、副ターボチャー
ジャ８からの過給気Ａ ₂ は、第２のインタクーラ６ｂに
よって冷却されるようになっている。

【００１３】第１のインタクーラ６ａは、主ターボチャ
ージャ７の過給能力に適合した容量に設定されており、
第２のインタクーラ６ｂは、副ターボチャージャ８の過
給能力に適合した容量に設定されている。インタクーラ
６の下流側には、吸気通路１４ａと吸気通路１４ｂが合
流する合流部１４ｃが形成されている。

【００１４】主ターボチャージャ７は、低吸入空気量域
から高吸入空気量域まで作動され、副ターボチャージャ
８は低吸入空気量域で停止される。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の下流に排気切替弁１
７が、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の両方とも開弁のと
きは、両方のターボチャージャ７、８が作動される。

【００１５】吸気切替弁１８は、第２のインタクーラ６
ｂの下流に位置する吸気通路１４ｂの途中に配置されて
いる。すなわち、吸気切替弁１８は、第２のインタクー
ラ６ｂと吸気通路１４の合流部１４ｃとの間に配置され
ている。主ターボチャージャ７のみによる過給時には、
吸気切替弁１８は閉弁しており、第１のインタクーラ１
６ａから流出した過給気が第２のインタクーラ１６ｂに
流入するのが阻止される。

【００１６】主ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｂ
によって圧送される吸気は、吸気通路１４ａ、第１のイ
ンタクーラ６ａ、吸気通路１４、スロットル弁４を介し
てサージタンク２に導かれるようになっている。副ター
ボチャージャ８のコンプレッサ８ｂによって圧送される
吸気は、吸気通路１４ｂ、第２のインタクーラ６ｂ、吸
気通路１４、スロットル弁４を介してサージタンク２に
導かれるようになっている。

【００１７】吸気切替弁１８の上流と下流とを連通する
バイパス通路には、逆止弁１２が設けられており、吸気
切替弁１８の閉時において副ターボチャージャ８側のコ
ンプレッサ出口圧力が主ターボチャージャ７側より大に
なったとき、吸気が上流側から下流側に流れることがで
きるようにしてある。副ターボチャージャ８のタービン
８ａの下流と主ターボチャージャ７のタービン７ａの下
流とは、排気バイパス通路４０を介して連通可能となっ
ている。排気バイパス通路４０には、この排気バイパス
通路４０を開閉する排気バイパス弁４１が設けられてい
る。排気バイパス弁４１は、ダイヤフラム式アクチュエ
ータ４２によって開閉されるようになっている。

【００１８】吸気通路１５は、図示されないエアフロー
メータ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に接続される。吸気切替弁１８は
アクチュエータ１１によって開閉され、排気切替弁１７
はダイヤフラム式アクチュエータ１６によって開閉され
るようになっている。ウエストゲートバルブ３１は、ア
クチュエータ９によって開閉されるようになっている。

【００１９】アクチュエータ９、１１、１６、４２は、
過給圧または負圧の導入によって作動するようになって
いる。各アクチュエータ９、１１、１６、４２には、正
圧タンク５１からの過給圧または大気圧とを選択的に切
り替えるために、第１、第４、第５、第６の電磁弁２
５、２８、３２、４４が接続されている。各電磁弁２
５、２８、３２、４４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なわれる。

【００２０】第１の電磁弁２５のＯＮは、吸気切替弁１
８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を全閉とするようにアクチュエ
ータ１１を作動させる。第４の電磁弁２８のＯＮは、排
気切替弁１７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１７を全閉するようにア
クチュエータ１６を作動させる。

【００２１】排気バイパス弁４１を作動させるアクチュ
エータ４２にかかる過給圧を大気にブリードさせる第５
の電磁弁３２は、ＯＮ、ＯＦＦ制御でなく、デューティ
制御される。同様に、ウエストゲートバルブ３１を作動
させるアクチュエータ９にかかる過給圧を大気にブリー
ドさせる第６の電磁弁４４は、ＯＮ、ＯＦＦ制御でな
く、デューティ制御される。デューティ制御は、周知の
通り、デューティ値により通電時間を制御することであ
り、デジタル的に通電、非通電の割合を変えることによ
り、排気バイパス弁４１およびウエストゲートバルブ３
１の開度は連続的に可変される。

【００２２】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が入力される。エンジン運
転条件検出センサには、吸気管圧力センサ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（図示略）、エンジン回転数センサ５０、
および酸素センサ１９が含まれる。

【００２３】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）、一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（Ｉ／Ｏ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。

【００２４】つぎに、本実施例の作用について説明す
る。高吸入空気量域では、吸気切替弁１８と排気切替弁
１７がともに開かれる。これによって２個ターボチャー
ジャ７、８が駆動され、十分な過給空気量が得られ、出
力が向上される。

【００２５】低速域でかつ高負荷時には、吸気切替弁１
８と排気切替弁１７がともに閉じられる。これによって
１個のターボチャージャ７のみが駆動される。低吸入空
気量域で１個ターボチャージャとする理由は、低吸入空
気量域では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。

【００２６】主ターボチャージャ７のみが過給作動する
低速域では、主ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｂ
によって圧送される過給気Ａ₁ は、吸気通路１４ａを介
して第１のインタクーラ６ａに導かれ冷却される。ここ
で、第１のインタクーラ６ａの容量は、主ターボチャー
ジャ７の過給能力に適合した値に設定されているので、
従来のように主ターボチャージャの過給能力に比べてイ
ンタクーラの容量が大きすぎるという問題はなくなる。

【００２７】そのため、主ターボチャージャ７のみが過
給作動する低速域においては、過給気Ａ₁ の第１のイン
タクーラ６ａへの充填時間が早くなり、コンプレッサ７
ｂからの過給気を直にエンジン本体１の燃焼室に供給す
ることが可能となり、エンジンのレスポンスの向上が図
れる。

【００２８】２個ターボチャージャ時には、吸気切替弁
１８が開弁するので、副ターボチャージャ８のコンプレ
ッサ８ｂからの過給気Ａ₂ は、第２のインタクーラ６ｂ
によって冷却され、エンジン本体１の燃焼室に供給され
る。また、第２のインタクーラ６ｂの下流に吸気切替弁
１８を配置したことにより、副ターボチャージャ８の助
走時の吸気温の上昇による副ターボチャージャ８のイン
ペラの温度上昇が抑えられ、副ターボチャージャの耐久
性の向上が図れる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、主ターボチャージャお
よび副ターボチャージャのコンプレッサの下流側にそれ
ぞれ接続される各吸気通路に、この各吸気通路を流れる
吸気を独立して冷却するインタクーラをそれぞれ配置
し、副ターボチャージャ側から圧送される吸気が流れる
吸気通路のインタクーラの下流に、吸気切替弁を設ける
ようにしたので、低速域では主ターボチャージャからの
過給気を、主ターボチャージャの過給能力に適合した容
量のインタクーラのみで冷却することができ、主ターボ
チャージャの過給能力に対してインタクーラの容量が大
きすぎるという問題はなくなる。

【００３０】これにより、低速域においてはインタクー
ラへの過給気の充填時間が従来よりも早くなり、主ター
ボチャージャによる過給気を直に燃焼室に供給すること
ができる。したがって、主ターボチャージャのみが過給
作動する低速時でもエンジンのレスポンスを向上させる
ことができ、加速性能を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る過給機付エンジンの全
体構成図である。

【図２】従来の過給機付エンジンの全体構成図である。

【符号の説明】

１ エンジン本体 ６ａ 第１のインタクーラ ６ｂ 第２のインタクーラ ７ 主ターボチャージャ ８ 副ターボチャージャ １４ａ 吸気通路 １４ｂ 吸気通路 １７ 排気切替弁 １８ 吸気切替弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主ターボチャージャと、副ターボチャー
   ジャとを備え、前記副ターボチャージャのコンプレッサ
   下流に吸気通路を開閉する吸気切替弁を設けると共に、
   副ターボチャージャのタービン下流または上流に排気通
   路を開閉する排気切替弁を設け、高吸入空気量域では前
   記吸気切替弁と排気切替弁を共に閉弁することにより主
   ターボチャージャのみを過給作動させ、高吸入空気量域
   では前記吸気切替弁と排気切替弁を共に開弁することに
   より双方のターボチャージャを過給作動させるようにし
   た過給機付エンジンにおいて、 前記主ターボチャージャおよび副ターボチャージャのコ
   ンプレッサの下流側にそれぞれ接続される各吸気通路
   に、該各吸気通路を流れる吸気を独立して冷却するイン
   タクーラをそれぞれ配置し、副ターボチャージャ側から
   圧送される吸気が流れる吸気通路の前記インタクーラの
   下流に、前記吸気切替弁を設けたことを特徴とする過給
   機付エンジン。