JP2758005B2 - エンジンの排気ターボ過給機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの排気ターボ過給機に関する。

（従来の技術） 従来より、複数の排気ターボ過給機を並列に配置し
て、エンジン低回転時にはその一部の排気ターボ過給機
によって応答性の良い過給を行い、エンジン高回転時に
は全部の排気ターボ過給機を作動させることで高過給を
得るようにしたもの（以下、この種の排気ターボ過給機
をシーケンシャルターボと呼ぶ）は知られている。

上記シーケンシャルターボにおける高回転側タービン
（セカンダリタービン）の作動，非作動の切り換えは、
その入口側に設けられた排気カット弁の開閉によって行
うのが普通である。そして、このように排気カット弁に
よって排気ターボ過給機の切り換えを行う場合、例えば
特開昭59−160022号公報等に記載されたものでは、排気
カット弁が開いたときの過給応答性を高めるとともに、
トルクショックを防止するため、排気カット弁が閉じて
いるときにこの排気カット弁をバイパスする通路（もら
し通路）によって少量の排気ガスを流しセカンダリター
ビンを予回転させるようにしている。また、特開昭59−
145327号公報に記載されているように、排気カット弁を
バイパスするもらし通路に、排気カット弁が開く前に開
く電磁式の開閉弁（排気もらし弁）を設けたものも知ら
れている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記のように少なくともエンジン低回転時
に作動する排気ターボ過給機と高回転時のみに作動する
排気ターボ過給機とを備えたものにおいては、これら過
給機をユニット化して全体をコンパクトに構成するのが
有利である。この場合には、各タービンを出た排気ガス
をできるだけ温度を低下させず下流側の排気触媒へ導き
たいという要求があることから、熱の放散を避けるた
め、排気出口が互いに対向するよう両タービンを配置し
て、各タービンに対し円周方向から取り入れた排気ガス
を内側で集合させて取り出すようユニットを構成するこ
とが考えられる。

このようにタービンの排気出口を互いに対向させた形
でシーケンシャルターボをユニット化した場合に、排気
もらし弁を設けるための弁ケースの配設場所が問題とな
る。この弁ケースは、できるだけ放熱を抑えしかも弁ケ
ース自体の温度変化を小さくできるよう、ユニットの高
温部を集合させる形で配置したいという要求がある。ま
た、できるだけコンパクトに配置してユニットの遮熱が
行いやすいよう構成したいという要求がある。

上記公報の記載を含め従来の技術ではこれらの課題を
確実に解決するための各部品の位置関係が考慮されてい
なかった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、
コンパクトに形成でき、しかも、高温部を集合させて排
気温度の低下を抑制することができ、また、もらし弁ケ
ースの温度変化を小さくすることのできるシーケンシャ
ルターボを得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、シーケンシャルターボをユニット化するも
のにおいて、排気温度の低下を抑えるため高温部を内側
に配置してプライマリ側及びセカンダリ側の両タービン
の排気出口を互いに対向させたとき、両タービンの入口
通路間にできるスペースを利用して予回転手段をコンパ
クトに配設することができ、しかも、この位置に配設す
ることで高温部を内側に集合させ、また、その温度変化
を小さくすることもできることを見いだしたものであ
る。具体的に、本発明の解決手段は、エンジンの排気通
路に接続されかつ互いに並列に配置された第１ターボ過
給機及び第２ターボ過給機を備え、エンジンの特定運転
域で上記第１ターボ過給機のみを過給作動させ、特定運
転域外で上記第１及び第２ターボ過給機の双方を過給作
動させる一方、上記第２ターボ過給機の過給作動開始に
先立って第２ターボ過給機を予回転させる予回転手段を
備えたエンジンの排気ターボ過給機において、上記第１
及び第２ターボ過給機は、各々のタービンを互いに対向
させて配置されている。上記予回転手段は、予回転時に
上記第２ターボ過給機を流れる排気ガスを許容する予回
転用通路と、該通路を開閉する開閉弁とからなる。そし
て、上記予回転手段は、上記第１及び第２の両ターボ過
給機のタービン間に配置されているとともに、該予回転
手段の通路は、第２ターボ過給機のタービンケースに一
体形成されているものとする。

（作用） これにより、本発明では、エンジンの特定運転域で
は、エンジンの過給は第１ターボ過給機のみで行われ、
特定運転域外では、第１及び第２の両ターボ過給機によ
る過給が行われる。また、上記第２ターボ過給機の過給
作動開始に先立って、予回転手段により第２ターボ過給
機が予回転する。

そして、上記第１及び第２の両ターボ過給機のタービ
ンが互いに対向していることにより、排気ターボ過給機
は高温部を内側にしてコンパクトに形成することがで
き、また、放熱を抑えて排気温度の低下を防ぐことがで
きる。さらに、上記予回転手段は予回転用通路とそれを
開閉する開閉弁とからなり、これらが上記両タービン間
に配置されているので、両タービン間のデッドスペース
を利用してコンパクトに設置できるとともに、高温部に
挾まれることによって予回転手段の開閉弁の弁ケースの
温度変化が小さく抑えられる。加えて、予回転手段の通
路を第２ターボ過給機のタービンケースに一体形成した
ので、予回転される第２ターボ過給機のタービンケース
の予熱を促進することができる。

（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図は本発明の一実施例の全体システム図である。

エンジン１からは独立した二つの排気通路2,3が延
び、その一方の排気通路２に、第１ターボ過給機のプラ
イマリタービン４の入口５が、また、他方の排気通路３
に、第２ターボ過給機のセカンダリタービン６の入口７
がそれぞれ接続されている。

プライマリタービン４にはプライマリブロア８が、セ
カンダリタービン６にはセカンダリブロア９がそれぞれ
連結されている。これら二つのブロア8,9は図示しない
エアクリーナの下流側で分岐した給気分岐通路10,11に
それぞれ配設されている。給気分岐通路10,11は両ブロ
ア8,9の下流で一本の吸気通路12に集合し、エンジン１
に連通する。この集合部下流の吸気通路12にはインター
クーラ13が配設され、インタークーラ13の下流にはスロ
ットル弁14が設けられ、さらにその下流にはサージタン
ク15が設けられている。

独立した第１及び第２の二つの排気通路2,3はそれぞ
れのタービン4,6の上流において連通路16で連通されて
いる。そして、セカンダリタービン６側の第２排気通路
３には、連通路16への分岐点直下流位置に、第１のダイ
アフラム式のアクチュエータ17に連結された排気カット
弁18が設けられている。上記アクチュエータ17の作動室
は第１の三方ソレノイドバルブ19を介してサージタンク
15下流に接続され、この三方ソレノイドバルブ19とサー
ジタンク15下流とをつなぐ第１の導管20にはチェックバ
ルブ21が設けられている。また、連通路16の途中とセカ
ンダリタービン６の入口７とを排気カット弁18をバイパ
スして連通するもらし通路22が設けられ、該もらし通路
22には第２のダイアフラム式のアクチュエータ23に連結
された開閉弁としての排気もらし弁24が配設されてい
る。このもらし通路22と排気もらし弁24とにより、第２
ターボ過給機の過給作動開始に先立って第２ターボ過給
機を予回転させる予回転手段を構成している。上記第２
のアクチュエータ23の作動室は第２の導管25により第２
の三方ソレノイドバルブ26を介してプライマリブロア８
の直下流に接続されている。

また、プライマリタービン４の出口27とセカンダリタ
ービン６の出口28とが集合する出口集合部29と上記連通
路16とはバイパス通路30によって接続され、該バイパス
通路30には第３のダイアフラム式のアクチュエータ31に
連結されたウエストゲートバルブ32が設けられている。
上記第３のアクチュエータ31の作動室は、第３の導管33
によって前記第２の三方ソレノイドバルブ26とプライマ
リブロア８下流との間の第２の導管25に接続されてい
る。

セカンダリブロア９が配設された方の吸気分岐通路11
の入口部には第４のダイアフラム式のアクチュエータ34
に連結された吸気カット弁35が設けられている。この第
３の三方ソレノイドバルブ37の一方の入口ポートは、前
記第１の導管20の第１の三方ソレノイドバルブ19とチェ
ックバルブ21との間に接続され、また、もう一方の入口
ポートは差圧検出弁38の出口ポートに接続されている。
差圧検出弁38は吸気カット弁35上下流の圧力差によって
作動するものであって、一方の入口ポートはセカンダリ
側吸気分岐通路11の排気カット弁35直上流に接続され、
他方の入口ポートはプライマリブロア８下流の圧力を導
入するよう吸気カット弁35下流に接続されている。

また、セカンダリ側の吸気分岐通路11には、セカンダ
リブロア９をバイパスするリリーフ通路39が形成され、
該リリーフ通路39には第５のダイアフラム式のアクチュ
エータ40に連結されたリリーフ弁41が設けられている。
上記第５のアクチュエータ40の作動室は第５の導管42に
よって前記第１の導管20のチェックバルブ21下流位置に
接続されている。また、第５の導管42の途中には第４の
三方ソレノイドバルブ43が設けられ、この三方ソレノイ
ドバルブ43と前記第１の導管20との間には第２のチェッ
クバルブ44が設けられている。

過給制御はコントロールユニット45による第１から第
５の各三方ソレノイドバルブ19,23,26,37,19の制御によ
って行われる。

コントロールユニット45はエンジン回転数，スロット
ル開度等の検出値に基づいて上記各ソレノイドバルブ1
9,23,26,37,19を制御し、それによって排気カット弁18,
排気もらし弁24,ウエストゲートバルブ32,吸気カット弁
35及びリリーフ弁41の開閉制御が行われる。

エンジン回転数が所定値以下での低回転域においては
排気カット弁18は閉じられ、セカンダリタービン６への
排気ガスの流れが遮断される。このときエンジン１の排
気ガスはプライマリタービン４に導かれ、専らプライマ
リ側によって過給が行われる。また、エンジ回転数が上
記所定値を越えると排気カット弁18は開かれてセカンダ
リタービン６が作動し、また、さらにエンジン回転数が
上昇しかつ吸気カット弁35上下流の差圧が一定値以上と
なったときに、吸気カット弁35が開かれ、プライマリ側
及びセカンダリ側の両ブロア8,9による過給が行われ
る。

排気もらし弁24は、エンジン回転が上昇してプライマ
リブロア８下流の圧力が所定値以上となったとき排気カ
ット弁18に先駆けて開かれる。これにより少量の排気ガ
スがもらし通路22を介してカンダリタービン６に供給さ
れ、排気カット弁18が開く前にセカンダリタービンの回
転を開始させる。したがって、排気カット18が開いたと
きに応答性良く回転が立ち上がるとともに切り換え時の
一時的な過給圧低下によるトルクショックが緩和され
る。

リリーフ弁41は、排気もらし弁24が開き吸気カット弁
35が閉じた回転域において開かれ、セカンダリタービン
６の予回転時に吸気カット弁35上流に発生する圧力をリ
リーフ通路39を通って逃がすよう作用する。

また、ウエストゲートバルブ32は、エンジン回転数及
びスロットル開度が所定値以上でかつ過給圧が一定値以
上に上昇したときに開かれ、それにより過過給を防止す
る。

第２図はこの実施例の排気ターボ過給機の全体正面
図、第３図はそのＡ−Ａ断面図である。

排気ターボ過給機46は、プライマリタービン４とプラ
イマリブロア８とからなる第１ターボ過給機と、セカン
ダリタービン６とセカンダリブロア９とからなる第２タ
ーボ過給機によって構成されている。これら第１及び第
２の両ターボ過給機は、両タービン4,6の排気出口27,28
を構成するアウトレットケース47を中央に挾んで一直線
上に向き合った形で対向配置されている。両タービン4,
6の出口27,28は、中央部でプライマリ側の出口27が下側
となりセカンダリ側の出口28が上側となるよう上下にず
れた形に重なり、反エンジン方向でかつ略水平方向に開
口している。

アウトレットケース47に対し、プライマリ側のタービ
ンケース48はそのフランジ部48aでボルト49により結合
されている。それに対し、セカンダリ側のタービンケー
ス50の方はケース50を貫通するボルト51によってケース
ごとアウトレットケース47に結合されている。

両タービンケース48,50のそれぞれのスクロール部48
b,50bの先端には排気入口5,7が形成されている。二つの
排気入口5,7は同一面上に並ぶフランジ部48c,50cに開口
し、これらフランジ部48c,50cによって排気マニホール
ド52に連結される。プライマリ側のタービンスクロール
部48bにはウエストゲートバルブ32が設けられ、該ウエ
ストゲートバルブ32駆動用のレバー53が前記排気出口2
7,28に隣接して配設されている。プライマリ側タービン
ケース48のスクロール部48bは入口５側がセカンダリ側
タービンケース50に近付く方向に湾曲されている。ま
た、プライマリ側のブロアケース60にはブラケット61が
取り付けられ、このブラケット61にウエストゲートバル
ブ駆動用のアクチュエータ31及び排気もらし弁24駆動用
のアクチュエータ23が共に固定されている。

セカンダリ側のタービンスクロール部50b先端には、
プライマリ側のタービンスクロール部48b先端との間の
空間を埋める形で排気もらし弁ケース部50dが一体形成
されている。この排気もらし弁ケース部50dには、排気
マニホールド52内の二つの排気通路2,3を連通する連通
路16に接続されるもらし通路22が形成され、該もらし通
路22のスクロール部50b入口７への開口部には、ステー5
4によって駆動される排気もらし弁24が装着されてい
る。排気もらし弁ケース部50dの反連通路16側の端面に
は蓋板62が装着されている。排気もらし弁ケース部50d
の側面に突出するステー支持軸55の先端には駆動レバー
56が連結されている。上記のように弁ケース部50dがセ
カンダリ側のタービンスクロール部50bと一体に形成さ
れていることによって、セカンダリタービン６の予回転
と同時にセカンダリ側タービンスクロール部50bの予熱
を促進することができるので、高回転域でのみ過給作動
する第２ターボ過給機の確実な作動を得ることができ
る。また、このように弁ケース50dが排気ターボ過給機4
6側に取り付けられていることにより、排気ターボ過給
機46のプライマリ側ブロアケース60に固定されるアクチ
ュエータ23との連結の初期設定を精度良く行うことがで
きる。

もらし通路22とスクロール部入口７との接続部63は、
第３図に示すように排気カット弁18の裏面に向かう方向
に傾斜して設けられている。このように接続部63を排気
カット弁18の方向に向けたことにより、排気もらし弁24
が開いてセカンダリタービン６が予回転しているとき
に、もらし通路22を流れる排気ガスが排気カット弁18の
裏面に当たり、その動圧が排気カット弁18の開作動を助
ける方向に作用する。したがって、排気カット弁を開く
のに必要なアクチュエータ力をそれだけ小さくすること
ができる。

排気マニホールド52には、セカンダリタービン６の入
口７に連通する排気通路３の出口部に、支持軸57に固定
されたステー58によって駆動される排気カット弁18が設
置されている。

尚、上記実施例においては、もらし通路を流れる排気
ガスが排気カット弁の裏面に当たり動圧として作用する
ようセカンダリタービンの入口との接続部を排気カット
弁に向けて傾斜させたが、この接続部は必ずしもこのよ
うに傾斜させる必要はなく、単に真横に延ばしてもい
い。

（発明の効果） 本発明は以上のように構成されているため、シーケン
シャルターボをコンパクトに形成することができるとと
もに、高温部を集合させて排気温度の低下を抑制し、ま
た、予回転手段の温度変化を小さくすることができ、か
つ第２ターボ過給機のタービンケースの予熱を促進する
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の全体システム図、第２図は
同実施例の排気ターボ過給機の正面図、第３図は第２図
のＡ−Ａ断面図である。 １……エンジン、2,3……排気通路、４……プライマリ
タービン、６……セカンダリタービン、８……プライマ
リブロア、９……セカンダリブロア、16……連通路、18
……排気カット弁、22……もらし通路、24……排気もら
し弁、27,28……出口（タービン）、29……出口集合
部、46……排気ターボ過給機、50d……弁ケース部、52
……排気マニホールド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−70623（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−200130（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−16729（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 33/00 - 39/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気通路に接続されかつ互いに
   並列に配置された第１ターボ過給機及び第２ターボ過給
   機を備え、エンジンの特定運転域で上記第１ターボ過給
   機のみを過給作動させ、特定運転域外で上記第１及び第
   ２ターボ過給機の双方を過給作動させる一方、上記第２
   ターボ過給機の過給作動開始に先立って第２ターボ過給
   機を予回転させる予回転手段を備えたエンジンの排気タ
   ーボ過給機において、 上記第１及び第２ターボ過給機は、各々のタービンを互
   いに対向させて配置されており、 上記予回転手段は、予回転時に上記第２ターボ過給機を
   流れる排気ガスを許容する予回転用通路と、該通路を開
   閉する開閉弁とからなり、 上記予回転手段は、上記第１及び第２の両ターボ過給機
   のタービン間に配置されており、 上記予回転手段の通路は、第２ターボ過給機のタービン
   ケースに一体形成されている、 ことを特徴とするエンジンの排気ターボ過給機。