JP3014703B2 - エンジンの過給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジン、特に吸／排気系が少なくとも２系
統に分けられたエンジンに対する吸気を過給する過給装
置に関する。

（従来の技術） 従来より、この種エンジンの過給装置として、例えば
特開昭62−113828号公報等に開示されるように、エンジ
ンの低回転域から高回転域までの広い運転域に亘って吸
気を過給して出力トルクを増大させるために、容量の異
なる２つのターボ過給機を配設し、排気エネルギーの小
さい低回転域では、主として小容量の過給機を作動させ
て吸気の過給を行う一方、高回転域で排気エネルギーが
増大すると、大きな容量の過給機により吸気の過給を行
うようにしたツインターボ過給方式のものはよく知られ
ている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、例えばＶ型６気筒エンジンでは、６つの気
筒が３つずつ左右バンクに分かてれ形成されていること
から、吸／排気系をバンク毎にまとめて２系統とし、そ
の各系統にターボ過給機を配設することがある。しか
し、エンジンルーム内のスペース等の制約から、２系統
の吸気通路の各々の、エアクリーナからターボ過給機ま
での通路長を同等にするのが難しいことであり、その場
合、過給機の作動応答性、吸気通路の通路抵抗による圧
力損失等が異なり、過給機双方に均等な過給効果が得ら
れないこととなる。

また、Ｖ型６気筒エンジン等の気筒数の多いエンジン
では、排気ガス中に燃料の未燃成分が多いため、上記２
系統のうちスペース上有利な側の排気通路にプリキャタ
リストを配設することがある。その場合にも同様に、プ
リキャタリストの有無により排気通路の圧力損失が異な
るので、過給効果が不均衡になる。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、上記の２種類のターボ過給機の
容量を変えるという考えに基づき、その２種類の容量の
ターボ過給機を通路抵抗に対応させることにより、各過
給機の効率を高めて低速から高速に亘って効率の良い過
給を行うようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的の達成のため、本発明では、通路抵抗の大
きい吸／排気系では、その通路抵抗による圧力損失が大
きくても、容量の小さい過給機であれば効率よく作動で
きることに着目し、通路抵抗の大きい吸／排気系に容量
の小さいターボ過給機を配設する一方、通路抵抗の小さ
い吸／排気系には容量の大きいターボ過給機を配設する
ものである。

すなわち、請求項１の発明では、エンジンの吸／排気
系がそれぞれ少なくとも２系統に分けられていて、その
各系統にターボ過給機が配設され、上記吸気系は共通の
エアクリーナを有し、該共通のエアクリーナから吸気下
流側にある上記一方の過給機までの吸気通路の長さが他
方の過給機までの吸気通路の長さよりも長く設定され
て、上記一方の過給機までの吸気通路の通路抵抗が他方
の過給機までの吸気通路の通路抵抗よりも大きくされた
エンジンの過給装置であって、上記通路抵抗の大きい吸
気通路に配設された上記一方の過給機の容量は、通路抵
抗の小さい吸気通路に配設された上記他方の過給機の容
量よりも小さいものとする。

また、請求項２の発明では、エンジンの吸／排気系が
それぞれ少なくとも２系統に分けられていて、その各系
統にターボ過給機が配設され、上記両過給機の各下流側
の排気通路が合流部で合流され、一方の過給機から上記
合流部までの排気通路のみにキャタリストが配置され
て、上記一方の過給機から合流部までの排気通路の通路
抵抗が他方の過給機から合流部までの排気通路の通路抵
抗よりも大きくされたエンジンの過給装置であって、上
記通路抵抗の大きい排気通路に配設された上記一方の過
給機の容量は、通路抵抗の小さい排気通路に配設された
上記他方の過給機の容量よりも小さいものとする。

（作用） 上記構成により、請求項１及び２の発明では、共通の
エアクリーナから過給機までの通路長さが長くて通路抵
抗の大きい吸気通路、或いは、過給機から合流部までに
キャタリストが配置されていて通路抵抗の大きい排気通
路は、その通路抵抗による圧力損失が大きいが、この吸
／排気通路には容量の小さい一方の過給機が配設されて
いるので、排気ガスエネルギーの小さいエンジンの低速
域であっても、その小容量の過給機により効率よく過給
することができる。

一方、上記共通のエアクリーナから過給機までの通路
長さが短くて通路抵抗の小さい吸気通路、或いは、過給
機から合流部までにキャタリストがなくて通路抵抗の小
さい排気通路は、その通路抵抗による圧力損失が小さ
く、この吸／排気通路には容量の大きい他方の過給機が
配設されているので、該過給機は排気ガスエネルギーの
大きいエンジンの高速域で効率よく作動する。よって、
各系統の吸／排気系の通路抵抗が異なっているにも拘ら
ず、エンジンの低速域から高速域に亘って効率のよい過
給効果が得られることとなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１実施例の全体構成を示し、１は
自動車の車体に縦置きされたＶ型６気筒エンジンで、こ
のエンジン１はＶ字状に左右方向に対向する第１及び第
２の１対のバンク1a,1bを有し、各バンク1a,1bにはそれ
ぞれ３つの気筒6,6,…が等間隔をあけて直列に形成され
ている。

上記各バンク1a,1bには、下流端が各気筒６に連通す
る吸気ポート７と、上流端が各気筒６に連通する排気ポ
ート８とが形成され、吸気ポート７はバンク1a,1b間
に、また排気ポート８はバンク1a,1b間と反対側にそれ
ぞれ延びている。上記各吸気ポート７はそれぞれ独立吸
気通路９を介してバンク1a,1b毎のサージタンク（図示
せず）に接続され、この両サージタンクは上流側で互い
に集合されてインタクーラ11に接続されている。また、
このインタクーラ11には第１及び第２吸気通路12a,12b
の下流端が接続され、この両吸気通路12a,12bの上流端
は互いに集合されてスロットル弁13及びエアフローメー
タ15を介して共通のエアクリーナ16に接続されている。
すなわち、エアクリーナ16からインタクーラ11までの吸
気通路バンク1a,1b毎に２系統に分けられている。

一方、上記各排気ポート８はそれぞれ独立排気通路17
を介してバンク1a,1b毎の第１及び第２排気通路18a,18b
に接続され、この両排気通路18a,18bはその下流側で互
いに集合（合流）されてキャタリスト20（排気浄化装
置）に接続されている。よって、排気通路はバンク1a,1
b毎に２系統に分けられている。

上記第１バンク1aに対応する第１吸気通路12aと第１
排気通路18aとは部分的に近接配置され、その近接配置
部分に第１ターボ過給機22a（一方の過給機）が配設さ
れている。また、同様に、第２バンク1bに対応する第２
吸気通路12bと第２排気通路18bとは部分的に接近配置さ
れ、その近接配置部分に第２ターボ過給機22b（他方の
過給機）が配設されている。これらの過給機22a,22bは
各々同じ構造の公知のもので、ハウジング内に、排気通
路18a,18b内の排気ガスエネルギーにより回転駆動され
るタービン23と、吸気通路12a,12b内の吸気を加圧する
ブロワ２と、タービン23及びブロワ24を回転一体に連結
する回転軸25とを備えてなり、排気ガスエネルギーによ
りブロワ24を回転させて吸気を過給するものである。

そして、上記エアクリーナ16はエンジン１よりも右側
に配置されており、この配置の位置ずれにより、エアク
リーナ16から第１ターボ過給機22aまでの第１空気通路1
2aの長さがエアクリーナ16から第２ターボ過給機22bま
での第２吸気通路12bの長さよりも長くされている。そ
して、この両吸気通路12a,12bの断面積は同じであり、
よって上記第１ターボ過給機22aまでの第１吸気通路12a
の通路抵抗が第２ターボ過給機22bまでの第２吸気通路1
2bよりも大きくなっている。

また、上記インタクーラ11もエンジン１の右側に配置
されており、このため、第１ターボ過給機22aからイン
タクーラ11までの第１吸気通路12aまでの長さは、第２
ターボ過給機22bからインタクーラ11までの第２吸気通
路12bよりも長くされている。また、このインタクーラ1
1までの第１吸気通路12aの断面積は第２吸気通路12bの
断面積よりも大とされている。そして、この第１及び第
２吸気通路12a,12bはそれぞれ独立してインタクーラ11
に接続されている。

一方、上記キャタリスト20もエンジン１の右側に配設
されており、このことにより、第１ターボ過給機22aか
らキャタリスト20までの第１排気通路18aの長さが第２
ターボ過給機22bからキャタリスト20までの第２排気通
路18bの長さよりも長くされている。そして、この両排
気通路18a,18bの断面積は同じであり、よって上記第１
排気通路18aの通路抵抗が第２排気通路18bよりも大きく
なっている。

上記第１ターボ過給機22a直下流の第１吸気通路12aに
は、過給機の故障時等に該空気通路12aを閉じて吸気の
逆流を防ぐ常時開の第１シャッターバルブV1が、また第
２ターボ過給機22bの直下流の第２吸気通路12bには同様
の常時開の第２シャッターバルブV2がそれぞれ配設され
ている。この両シャッターバルブV1,V2はエンジン制御
用のコントロールユニット30により開閉制御されるよう
になされている。コントロールユニット30において両シ
ャッターバルブV1,V2を制御するときの手順を第２図に
より説明するに、まず、ステップS1で両ターボ過給機22
a,22bの各々が正常に作動していることを示す信号（例
えば吸気又は排気ガス圧の信号）を含む各種信号を読み
込み、次のステップS2で上記信号に基づいて第１ターボ
過給機22aが故障等のフェイル状態にあるか否かを判定
する。この判定がフェイルなしのNOのときにはステップ
S3に進み、今度は第２ターボ過給機22bがフェイル状態
にあるかどうかを判定する。この判定がフェイルなしの
NOのときには、両過給機22a,22bとも正常であるので、
ステップS4において第１及び第２シャッターバルブV1,V
2の双方を開き、吸気通路12a,12bを全開にする。

一方、上記ステップS2での判定がフェイル有りのYES
のときには、ステップS5に進んで第１シャッターバルブ
V1のみを閉じ、第２シャッターバルブV2は全開にする。
従って、このときには、フェイル状態により過給を行わ
ない第１ターボ過給機22aへの吸気の逆流が第１シャッ
ターバルブV1により防止される。また、ステップS3での
判定がフェイル有りのYESのときには、ステップS6に進
んで第２シャッターバルブV2のみを閉じ、第１シャッタ
ーバルブV1は全開にする。このときには、フェイルによ
り過給を行わない第２ターボ過給機22bへの吸気の逆流
が第２シャッターバルブV2により防止される。

さらに、本発明の特徴として、上記通路抵抗の大きい
第１吸気通路12a及び第１排気通路18aに配設される第１
ターボ過給機22aは比較的容量の小さいものが使用され
ている。すなわち、この第１ターボ過給機22aはタービ
ン23及びブロワ24の径がいずれも小さく、エンジン１の
低回転域での小さな排気ガスエネルギーによって吸気を
過給できるものである。一方、通路抵抗の小さい第２吸
気通路12b及び第２排気通路18bに配設される第２ターボ
過給機22bは、タービン23及びブロワ24の径がいずれも
大きく、エンジン１の高回転域での大きな排気ガスエネ
ルギーによって吸気を過給できる比較的容量の大きなも
のが使用されている。よって、この実施例では、通路抵
抗の大きい吸／排気系に配設された第１ターボ過給機22
aの容量は、通路抵抗の小さい吸／排気系に配設された
第２ターボ過給機22bの容量よりも小さくされている。

尚、第１図中、27はエンジン冷却用のファン、28は変
速機である。

したがって、上記実施例においては、エンジン１の運
転中、エアクリーナ16から吸い込まれた吸気（空気）は
排気ガスエネルギーによる第１及び第２ターボ過給機22
a,22bの作動により加圧され、この吸気はインタクーラ1
1で冷却された後、各バンク1a,1bの気筒６に供給され、
よって吸気を過給することができる。

そして、この場合、エアクリーナ16及びキャタリスト
20のエンジン１に対する位置ずれにより、エアクリーナ
16から第１ターボ過給機22aまでの第１吸気通路12aの長
さがエアクリーナ16から第２ターボ過給機22bまでの第
２吸気通路12bの長さよりも長くされており、しかも、
第１ターボ過給機22aからキャタリスト20までの第１排
気通路18aの長さが第２ターボ過給機22bからキャタリス
ト20までの第２排気通路18bの長さよりも長い。このた
め、第１吸気通路12aの通路抵抗が第２吸気通路12bより
も大きくなるとともに、第１排気通路18aの通路抵抗が
第２排気通路18bよりも大きくなり、この大きな通路抵
抗により空気及び排気ガスの圧力損失が大きくなる。そ
れ故、排気ガスエネルギーの小さいエンジン１の低速域
では過給機による過給効率が低下しようとするが、この
第１吸気通路12a及び第１排気通路18aに配設されている
第１ターボ過給機22aの容量は小さいので、排気ガスエ
ネルギーが小さくても、その小容量の過給機22aが有効
に作動して吸気を効率よく過給することができ、良好な
過給効果を得ることができる。一方、第２吸気通路12b
及び第２排気通路18bは通路抵抗が小さので、その圧力
損失も小さくなるが、この第２吸気通路12b及び排気通
路には容量の大きい第２ターボ過給機22bが配設されて
いるので、該過給機22bは排気ガスエネルギーの大きい
エンジン１の高速域で効率よく作動する。よって、２系
統の吸／排気系の通路抵抗が異なっているにも拘らず、
エンジン１の低速域から高速域に亘って効率のよい過給
効果が得られる。

また、上記第１及び第２吸気通路12a,12bがそれぞれ
独立してインタクーラ11に接続されているので、エンジ
ン１の運転中、両吸気通路12a,12bをインタクーラ11に
入る前に集合させた場合に、両ターボ過給機22a,22bか
らの加圧吸気が互いに干渉するようなことが生じること
はなく、吸気をスムーズにインタクーラ11に流入させる
ことができ、過給効果を向上維持することができる。

また、上記第１ターボ過給機22aからインタクーラ11
までの第１吸気通路12aの断面積は、第２ターボ過給機2
2bからインタクーラ11までの第２吸気通路12bの断面積
よりも大とされているので、両通路12a,12bの通路抵抗
の差が過給機22a,22b上流側と逆点し、このことによ
り、インタクーラ11に流入する吸気圧を同等とすること
ができる。

さらに、ターボ過給機22a,22bが故障等のフェイル状
態に陥ったときには、そのことが検出されて、フェイル
状態にある過給機22a,22bに対応するシャッターバルブV
1,V2が閉じられ、該過給機22a,22b直下流側の吸気通路1
2a,12bが閉鎖される。このため、過給機22a,22bが故障
等してもその過給機22a,22bに吸気が逆流することが防
止される。

第３図は本発明の第２実施例を示し（尚、第１図と同
じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省
略する）、プリキャタリストの配置により２系統の排気
通路の通路抵抗が異なる場合に適用した例である。

すなわち、この実施例では、エンジン１は第１バンク
1aが車体前側に位置するよう車体に横置きにされてお
り、この第１バンク1aに対応する第１排気通路18a回り
には比較的大きなスペースが形成されている。そして、
このスペースを利用して、第１ターボ過給機22aの下流
側の第１排気通路18aには、集合された排気通路でのキ
ャタリスト20をメインキャタリストとするプリキャタリ
スト29が配設されている。このプリキャタリスト29によ
り、第１排気通路18aの通路抵抗が第２排気通路18bの通
路抵抗よりも増大している。また、上記通路抵抗の大き
い第１排気通路18aに容量の小さい第１ターボ過給機22a
が、また通路抵抗の小さい第２排気通路18bに容量の大
きい第２ターボ過給機22bがそれぞれ配設されている。
その他は上記第１実施例と同様の構成とされている。
尚、２はエンジン１のシリンダブロック、3a,3bはシリ
ンダヘッド、４は各気筒６内に嵌挿されたピストン、５
はクランク軸、10a,10bは各バンク1a,1b毎のサージタン
ク、14はスロットル弁13を収納するスロットルボディ、
21は排気ガス中の酸素濃度を検出するO2センサである。

したがって、この実施例の場合、プリキャタリスト29
の配設により第１排気通路18aの通路抵抗が第２排気通
路18bの通路抵抗よりも増大するが、この第１排気通路1
8aの第１ターボ過給機22aは第２ターボ過給機22bよりも
容量が小さいので、エンジン１の低速域で排気ガスエネ
ルギーが小さくても良好に作動して吸気を効率よく過給
する。一方、通路抵抗の小さい第２排気通路18bには容
量の大きい第２ターボ過給機22bが配設されているの
で、排気ガスエネルギーの大きいエンジン１の高速域で
良好に作動し、過給効率がよくなる。よって上記第１実
施例と同様に、２系統の吸／排気系の通路抵抗に差があ
っても、エンジン１の低速域から高速域まで効率のよい
過給を行うことができる。

尚、本発明は、エンジンの吸／排気系が３系統以上に
分かれた場合でも適用することができる。

（発明の効果） 以上説明した如く、請求項１又は２の発明によると、
エンジンの吸／排気系がそれぞれ少なくとも２系統に分
けられ、共通のエアクリーナから過給機までの通路長さ
が長くて通路抵抗の大きい吸気通路、或いは合流部まで
にキャタリストが配置されていて通路抵抗の大きい排気
通路にそれぞれ配設された過給機の容量を、通路抵抗の
小さい吸／排気通路にそれぞれ配設された過給機の容量
よりも小さくしたことにより、各系統の吸／排気系の通
路抵抗に応じてターボ過給機の容量が設定され、各吸／
排気系の通路抵抗が異なっていても、エンジンの抵抗域
から高速域まで効率のよい過給効果を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は第１実施例の全
体構成を概略的に示す平面図、第２図は同シャッターバ
ルブの制御手順を示すフローチャート図である。第３図
は第２実施例を示す第１図相当図である。 １……エンジン 1a,1b……バンク ６……気筒 11……インタクーラ 12a……第１吸気通路（通路抵抗の大きい吸気通路） 12b……第２吸気通路（通路抵抗の小さい吸気通路） 16……エアクリーナ 18a……第１排気通路（通路抵抗の大きい排気通路） 18b……第２排気通路（通路抵抗の小さい排気通路） 20……キャタリスト 22a……第１ターボ過給機（小容量の過給機） 22b……第２ターボ過給機（大容量の過給機） 29……プリキャタリスト

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの吸／排気系がそれぞれ少なくと
   も２系統に分けられていて、その各系統にターボ過給機
   が配設され、 上記吸気系は共通のエアクリーナを有し、該共通のエア
   クリーナから吸気下流側にある上記一方の過給機までの
   吸気通路の長さが他方の過給機までの吸気通路の長さよ
   りも長く設定されて、上記一方の過給機までの吸気通路
   の通路抵抗が他方の過給機までの吸気通路の通路抵抗よ
   りも大きくされたエンジンの過給装置であって、 上記通路抵抗の大きい吸気通路に配設された上記一方の
   過給機の容量は、通路抵抗の小さい吸気通路に配設され
   た上記他方の過給機の容量よりも小さいことを特徴とす
   るエンジンの過給装置。
2. 【請求項２】エンジンの吸／排気系がそれぞれ少なくと
   も２系統に分けられていて、その各系統にターボ過給機
   が配設され、 上記両過給機の各下流側の排気通路が合流部で合流さ
   れ、一方の過給機から上記合流部までの排気通路のみに
   キャタリストが配置されて、上記一方の過給機から合流
   部までの排気通路の通路抵抗が他方の過給機から合流部
   までの排気通路の通路抵抗よりも大きくされたエンジン
   の過給装置であって、 上記通路抵抗の大きい排気通路に配設された上記一方の
   過給機の容量は、通路抵抗の小さい排気通路に配設され
   た上記他方の過給機の容量よりも小さいことを特徴とす
   るエンジンの過給装置。