JPH01300018A - ターボ過給機付エンジンの排気系構造 - Google Patents

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、複数のターボ過給機のうちの一部のターボ過
給機を常時作動させ、他のターボ過給機を特定運転域で
のみ作動させるようにしたターボ過給機付１ンジンの排
気系構造に関するものである。

（従来の技術） 従来、例えば特開昭６２−１０４２２号公報もしくは実
開昭６０−１７８３２９号公報に示されるように、多気
筒エンジンに複数のターボ過給機を装備し、例えば２つ
のターボ過給機を装備するとともに、一方のターボ過給
機はエンジンの全運転域で常時作動させ、他方のターボ
過給機は高速側の特定運転域でのみ作動させてそれ以外
の運転域では停止させるようにしたターボ過給機付１ン
ジンは知られている。すなわち、この種のターボ過給機
付エンジンでは、各気筒の排気通路を２つのグループに
分けて、吸気および排気の流量が比較的少ない低速域で
は各グループからの排気を第１ターボ過給機のタービン
に集中的に供給することにより第１ターボ過給機のみを
作動させ、上記流ｌが多い＾遠域では各グループの排気
を両ターボ過給機のタービンに分数供給することにより
両ターボ過給機を作動させるようにしている。このよう
なｆａ造によると、低速域での過給効率および応答性を
高めるとともに、＾遠域での過給罎を確保することがで
きる。

とくに上記実開昭６０−１７８３９号公報に記載された
ターボ過給機付エンジンでは、各気筒の排気通路をグル
ープ毎に各々集合させて、このグループ毎に集合された
排気通路を独立的にそれぞれ各ターボ過給機のタービン
に接続するとともに、上記各グループの間に、それぞれ
の排気の流れと直交する方向に連通路を設け、かつ、上
記他方のターボ過給機のタービンに接続される排気通路
に、この通路を開通させる第１位置と、この通路を閉じ
て排気を連通路に導く第２位置とに切替えられる排気遮
断弁を設けている。このような構造によると、排気遮断
弁を上記第１位置として両ターボ過給機を作動させると
き、各グループの排気がそれぞれ各タービンにスムーズ
に供給されるとともに排気干渉が抑制される等の利点が
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように各タービンにそれぞれ接続される各グルー
プの排気通路の間に、排気の流れと直交する方向に連通
路を設けておくと、排気を一方のターボ過給機に集中的
に送ってこのターボ過給機にみを作動させる状態とする
場合に、排気遮断弁が上記第２位置とされることによっ
て排気が連通路へ導かれるが、この排気の流れは、排気
遮断弁が設けられた排気通路から連通路に入る際および
連通路を経て上記一方のターボ過給機側の排気通路へ達
する際に、直角に折れ曲がる。このように排気の流れが
大きく曲折するため、排気の流速が低下して排気エネル
ギーが減衰し易くなるという問題が残されていた。

本発明は上記の事情に鑑み、各ターボ過給機を作動させ
るときの各タービンへの排気の供給が良好に行なわれる
ようにしつつ、一部のターボ過給機のみ作動させるよう
に他のターボ過給機への排気の流通を遮断してその排気
を上記一部のターボ過給機側に導くときに、その排気の
流速低下を抑制して排気エネルギーを高め、ターボ過給
機作動効率を高めることができるターボ過給機付エンジ
ンの排気系構造を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記のような目的を達成するため、複数のター
ボ過給機を並設し、一部のターボ過給機をエンジンの全
運転域で作動する常用ターボ過給機とし、他のターボ過
給機をエンジンの特定運転域でのみ作動する特定運転域
用ターボ過給機としたターボ過給機付エンジンにおいて
、上記常用ターボ過給機に排気を導く排気通路と上記特
定運転域用ターボ過給機に排気を導く排気通路とをそれ
ぞれ設け、特定運転域用ターボ過給機側の排気通路に上
記特定運転域で開く排気遮断弁を設けるとともに、この
排気通路の排気遮断弁上流を常用ターボ過給機側の排気
通路に連通する連通路を、常用ターボ過給機方向に傾け
て形成したものである。

（作用〕 上記構成によると、特定運転域用ターボ過給機のタービ
ンへの排気の流通を遮断する状態に排気遮断弁が作動さ
れて、この特定運転域用ターボ過給機側の排気通路の排
気が連通路を通って常用ターボ過給機側の排気通路に導
かれる状態となったとき、その排気が大きく屈曲するこ
となくスムーズに流れ、流速の低下が抑えられることと
なる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１図は複
数のターボ過給機を備えたエンジンの排気系および吸気
系を概略的に示しており、この図では２気筒ロータリピ
ストンエンジンに２つのターボ過給機を装備した場合の
一例を示している。

この図において、１は常時作動される第１ターボ過給機
、２は特定運転域でのみ作動される第２ターボ過給機で
あり、これらはそれぞれ、排気ガスにより駆動されるタ
ービン１ａ、２ａと、このタービンｌａ、２ａに通勤し
て回転することにより吸気を過給するコンプレッサ１ｂ
、２ｂとを備えている。

これらターボ過給機１．２の各タービン１ａ。

２ａが組込ま机るエンジンＥｎの排気系は、各気筒の排
気通路が各ターボ過給ｔ１１．２に対応する２系統に分
けられてそれぞれ各タービン１ａ、２ａに接続され、つ
まり２気筒ロータリピストンエンジンにあっては、１番
気筒の排気通路３が第１り〜ボ過給機１のタービン１ａ
に接続されるとともに、２番気筒の排気通路４が第２タ
ーボ過給機２のタービン２ａに接続されている。

上記２番気筒の排気通路４には、第２ターボ過給機２の
タービン２ａに対する排気の遮断、流通を行なう排気遮
断弁５が設けられている。この排気遮断弁５は、ダイヤ
フラム装置等のアクチュエータ６により開け１作動され
、高流量高回転側の特定運転域でのみ開かれるようにな
っている。

この排気通路４の排気遮断弁上流と１番気筒の排気通路
３との間には両者を連通ずる連通路７が設けられている
。この連通路７は、排気通路３゜４の排気流通方向と直
行する方向よりも第１ターボ過給機１方向に傾けて形成
され、つまり、排気通路４の上流端寄りの位置から排気
通路３の第１ターボ過給磯１寄りの位置に至るように斜
め方向に形成されている。また、第２ターボ過給機２の
タービン２ａに対し、排気遮断弁５が開かれる前に排気
の一部をタービン２ａに送って予回転させるようにする
ため、例えば１−２通通路７とタービン２ａの入口側と
の間に排気遮断弁５をバイパスする排気漏らし通路８が
設けられ、この排気漏らし通路８に、アクチュエータ１
０により開閉作動される排気漏らし弁９が設けられてい
る。

各タービン１ａ、２ａより下流側では、各タービンｌａ
、２ａの出口側に通じる通路１１８．１１ｂが集合され
て、共通の下流側排気通路１１が形成されている。また
、各タービン１ａ、２ａより上流側の部分と下流側の部
分との間には、各タービン１ａ、２ａをバイパスするウ
ェストゲート通路１２が設けられ、このウェストゲート
通路１２には、過給圧等に応じて働くアクチュＬ−タ１
４により開ｍ作動されるウェストゲートバルブ１３が介
設されている。上記ウェストゲート通路１２は、例えば
図示のように上記連通路７の途中と下流側排気通路１１
との間に設けられる。あるいは、各ターボ過給１１１１
．２の入口側部分と出口側部分との間にそれぞれウェス
トゲート通路を設けておいてもよい。

一方、エンジンＥｎの吸気系は、第１ターボ過給機１の
コンプレッサ１ｂが配置された第１吸気通路２１と、第
２ターボ過給１１２のコンプレッサ２ｂが配置された第
２吸気通路２２とを備えている。上記第１吸気通路２１
と第２吸気通路２２とは、上流側吸気通路２０から互い
に分岐し、それぞれコンプレッサｌｂ、２ｂを経て、各
コンプレッサ１ｂ、２ｂより下流側で合流している。こ
の合流部より下流の吸気通路２３にはインタクーラ２４
、スロットル弁２５等が配設され、さらにその下流側に
図外の吸気マニホールドが接続されて、１ンジンＥｎの
各気筒に吸気が供給されるようになっている。

上記第２吸気通路２２には、第１吸気通路２１との合ｖ
ｔｍ所の近傍において第２吸気通路２２を遮断する吸気
遮断弁２６が設けられており、この吸気遮断弁２６はア
クチュエータ２７により開閉作動される。ざらに第２吸
気通路２２には、吸気遮断弁２６より上流でコンプレッ
サ２ｂの下流とコンプレッサ２ｂの上流とを連通する吸
気リリーフ通路２８が設けられ、この吸気リリーフ通路
２８には、アクチＩＸ−夕３０により開閉杵１１１Ｊさ
れるリリーフ弁２９が設けられている。

上記排気；ａｌＩｉ弁５、排気漏らし弁９、ウェストゲ
ートバルブ１３、吸気遮断弁２６およびリリーフ弁２９
の各アクチエエータ６．１０．１４．２７．３０に対す
る駆動、制御系統は次のようになっている。

排気遮断弁５のアクチュエータ６は、コントロールユニ
ット４５からの信号に応じて作動する三方電磁弁３１を
介し、スロットル弁２５下流の吸気通路２３等の負圧源
からチエツクバルブ３２を通して負圧を導く負圧通路３
３と、大気側とに対して選択的に連通される。そして、
連通状態の切替わりに応じて上記アクチュエータ６が作
動することにより、排気遮断弁５が閉状態と開状態とに
切替えられる。

排気漏らし弁９のアクチュエータ１０は、コントロール
ユニット４５からの信号に応じて作動する三方電磁弁３
４を介し、大気側と、第１ターボ過給機１のコンプレッ
サ１ｂの下流の第１吸気通路２１から過給圧を導く過給
圧通路３５とに対して選択的に連通される。そして、連
通状態の切替わりに応じた上記アクチュエータ１０の作
動により、排気漏らし弁９が開状態と開状態とに切替え
られる。この場合、アクチュエータ１０が過給圧通路３
５に連通する状態となれば比較的低い過給圧でも排気漏
らし弁９が開作動されるように、アクチエ１−夕１０の
スプリング荷重等が設定されている。

ウェストゲートバルブ１３のアクチュエータ１４は上記
過給圧通路３５に直接接続されている。

そして、上記アクチュエータ１４に導入される過給圧が
所定の許容最高過給圧となったときにウェストゲートバ
ルブ１３が開作動するように、上記アクチユエータ１４
のスプリング荷重等が設定されている。

吸気遮断弁２６のアクチュエータ２７は、コントロール
ユニット４５からの信号に応じて作動する三方＠磁弁３
６を介し、負圧通路３７と、圧力応動式の切替弁３９に
通じる通路３８とに対して選択的に連通される。上記切
替弁３９は、コンプレッサ１ｂより下流の第１吸気通路
２１内の圧力とコンプレッサ２ｂより下流の第２吸気通
路２２内の圧力とを受け、両者の差圧が所定値以上のと
きは通路３８を大気側に対して遮断するが、上記差圧が
所定値より小さくなったときは通路３８を大気側に連通
ずるようになっている。そして、上記アクチユエータ２
７が負圧通路３７に連通しているときはアクチュエータ
２７に導入される負圧により吸気遮断弁２６が閉じられ
、またアクチユエータ２７が通路３８に連通したときに
もこの通路３８が上記切替弁３９で遮断されているとき
はアクチュエータ２７に負圧が封じこめらて吸気遮断弁
２６が閉状態に保たれ、アクチュエータ２７が通路３８
に連通するとともに通路３８が大気側に連通したときに
のみ吸気遮断弁２６が開作動されるようになっている。

リリーフ弁２９のアクチュエータ３０は、コントロール
ユニット４５からの信号に応じて作動する三方電磁弁４
０を介し、大気側と、チエツクバルブ４１を通して負圧
を導く負圧通路４２とに対して選択的に連通される。そ
して、連通状態の切替わりに応じて上記アクチユエータ
３０が作動することにより、リリーフ弁２９が開状態と
開状態とに切替えられる。

このような駆動、＆１ＪＩＤ系統により作動される６弁
５．９．１３．２６．２９の作動特性は、第２図のよう
に設定されている。すなわち、上記排気遮断弁５の作動
はコントロールユニット４５により吸気８１量の検出信
号４６およびエンジン回転数の検出信＠４７に応じて制
御され、所定の吸気流量および所定のエンジン回転数を
もって１１八で示すように設定された排気遮断弁開ライ
ンを境として、このラインＡより低流量低回転側の領域
でｍじられ、ラインＡよりＳ流ａＩａ回転側の領域で開
かれる。また、排気漏らし弁９も排気漏らし弁開ライン
Ｂを境に開状態と開状態とに切替えられるが、排気遮断
弁５が開かれるよりある程度前に排気漏らし弁９が開か
れるように排気漏らし弁開ラインＢが設定されている。

このようにしているのは、排気遮断弁５が開かれる前に
排気の一部を第２ターボ過給ｌ１ｉ２のタービン２ａに
送って予回転させることにより、排気遮断弁５が開か机
たときの第２ターボ過給機２の作動の応答性を高めるた
めである。

吸気リリーフ弁２９は、排気ｍｌｉ弁開ラインＡよりも
多少低流量低回転側に設定された吸気リリーフ弁閉ライ
ンＣ＠境として、これより低流量低回転側の領域で開か
れ、＾流量高回転側の領域で閉じられるようになってい
る。このようにしているのは、第２ターボ過給機２の予
回転中や減速時に第２ターボ過給８ｍ２が慣性で回転し
ているような場合には第２吸気通路２２内の圧力が過度
に上界することを避けるようにリリーフする必要がある
一方、第２ターボ過給１１２からの過給を行なうときに
はリリーフを停止する必要があり、また、排気遮断弁５
が開かれたときにリリーフされていると２番気筒側の排
圧変動によるダイク１−シ３ンガスのばらつき等が生じ
易くなるからである。

また、吸気遮断弁２６は、排気遮断弁５が開かれて第２
ターボ過給Ｒ２が年初状態となった後に、第１吸気通路
２１内の圧力と第２吸気通路２２内の圧力との差圧が所
定値以下となった時点（破線Ｄ）で開かれる。つまり、
コントロールユニット４５でエンジン回転数に応じて三
方電磁弁３８が制御されることにより、第２ターボ過給
Ｉ１２が作動されることのない低回転域では不必要に吸
気遮断弁２６が開くことのないようにアクチユエータ２
７が負圧通路３７に連通される一方、少なくとも排気遮
断弁５が同状態とされる領域を含む高回転側の領域でア
クチュエータ２７が通路３８に連通され、かつ、この状
態で第２ターボ過給ｔｌ１２の作動により第２吸気通路
２２内の圧力が上昇して上記差圧が小さくなったときに
吸気遮断弁２６が間かれる。上記差圧が所定値以下にな
るまで吸気遮断弁２６が開かれないようにしているのは
、第２吸気通路２２への吸気の逆流防止のためである。

なお、ウェストゲートバルブ１３は許容＠高過給圧に達
する状態（破線Ｅ）となったときに開かれる。

第３図は排気系構造の具体例を示し、また第４図乃至第
６図は排気系のうちの排気マニホールド部分の具体構造
の一例を示しており、これらの図では３気筒ロータリピ
ストンエンジンに適用した場合を示している。

第３図において、エンジンＥｎに連結される排気マニホ
ールド５０には、エンジンの各気筒に対応する３つの排
気通路５１．５２．５３が設けられ、これらのうちの１
番気筒および２１を気筒の各排気通路５１．５２が集合
されて、この集合部分に第１ターボ過給ｔ１１のタービ
ンハウジング１Ｃが連結される一方、３番気筒の排気通
路５３の下流端側に第２ターボ過給１ｆｉ２のタービン
ハウジング２Ｃが連結されている。また、第１ターボ過
給ｖｌＡ１は比較的大型とされ、第２ターボ過給機２は
第１ターボ過給機と比べて小型とされている。このよう
に３気筒ロータリピストンエンジンでは比較的大型の第
１ターボ過給機１に２つの排気通路５１．５２を接続し
、小型の第２ターボ過給機２に１つの排気通路５３を接
続することにより、両ターボ過給機１．２が作動される
ときに排気エネルギーを各ターボ過給機１．２にバラン
ス良く与えて過給効率を高めることができ、また、第１
ターボ過給機１を比較的大型とすることにより第１ター
ボ過給機１のみ作動される領域が拡大し、第２ターボ過
給機２の作動、停止の切替え頻度が少なくなって信頼性
を高めることかできる。

そしてこのような通路構成による場合も、第２ターボ過
給８ｍ２側の排気通路５３に排気遮断弁５が設けられる
とともに、排気通路５３の排気遮断弁５上流と第１ター
ボ過給！！！１１ＩＩの排気通路５１゜５２との間に連
通路７が設けられ、かつこの連通路７は第１ターボ過給
機１１１に傾けて形成されている。

第４図乃至第６図において、排気マニホールド５０は、
エンジンＥｎの各気筒に対応する位置にエンジンＥｎへ
の連結部５４．５５．５６を備え、この連結部５４．５
５．５６に各排気通路５１゜５２．５３の排気入口部分
５１ａ、５２ａ、５３ａが開口している。連結部５４．
５５に連なる管状部分により構成される２つの排気通路
５１．５２は、両者の間での排気干渉を避けるためでき
るだけ第１ターボ過給１１　（この図では示さない）に
近い下流端側で集合され、その集合部分に第１ターボ過
給機１に対する連結部５７が形成されている。

３番気筒に対応する位置の連結部５６には、排気通路５
３を構成する中空状部分５日が連なり、この中空状部分
５８の排気入口部分５３ａ近傍から第１ターボ過給機方
向に傾斜した連通路７を構成する管状部分が延び、その
先端が上記排気通路５１．５２の集合部分に連なってい
る。また、上記中空状部分５８の先端側には第２ターボ
過給機２（この図では示さない）に対する連結部５９が
設けられ、この連結部５９に、排気通路５３の徘気出口
部分５３ｂと排気漏らし通路８とが、上記中空状部分５
８の内部に連通ずるように形成されており、上記排気出
口部分５３ｂに排気遮断弁５が取付けられ、排気漏らし
通路８に排気漏らし弁９が取付けられている。

以上のような構造のターボ過給機付エンジンによると、
低流量低回転側の運転域では、排気遮断弁５が閏じられ
ることにより、第２ターボ過給機２側の排気通路４（ま
たは５３）の排気は、連通路７を通って第１ターボ過給
機１側の排気通路へ送られる。従って、金気筒の排気が
集中的に第１ターボ過給１１のタービン１ａに供給され
て、第１ターボ過給Ｉ１１のみが作動される。

この場合、連通路７が第１ターボ過給機１方向に傾斜し
て形成されていることにより、連通路７を通る排気の流
れの屈曲が小さくなり、排気がスムーズに流れて流速の
低下が抑制される。また、このように連通路７を第１タ
ーボ過給機１方向に傾斜させることにより、第１ターボ
過給ｌ１１側の排気通路との合流位置がタービン１ａに
近くなり、このため排気モ渉ら抑制される。これらの作
用によりタービン１ａに与えられる排気エネルギーが高
められる。

一方、加速等によってＢ流量高回転側に運転状態が移行
すると、まず排気漏らし弁９が開かれて第２ターボ過給
ＩＮ２のタービン２ａが予回転されてから、排気遮断弁
開ラインＡを越えたときに排気遮断弁５が開かれ、さら
に第２吸気通路２２内の圧力が上拝して第１吸気通路２
１内の圧力との差圧が小さくなったときに吸気遮断弁２
６が間かれる。この状態では、各ターボ過給機１．２の
タービン１ａ、２ａにそれぞれ排気が送られて両ターボ
過給機１．２が作動される。

この場合、排気通路３（または５１．５２）と排気通路
４（または５３）とが独立的にそれぞれ各タービン１ａ
、２ａに接続されているので、例えば各排気通路をいっ
たん集合させてから各タービンに分流させるような構造
とした場合と比べ、各タービン１ａ、２ａへの排気の流
れがスムーズになるとともに排気干渉が防止される。従
って、両ターボ過給Ｉ１１．２が作動されるときの排気
供給も良好に行なわれて作動効率が高められる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、常用ターボ過給機のタービンに
対する排気通路と特定運転域用のターボ過給機に対する
排気通路とをそれぞれ設けるとともに、特定運転域用タ
ーボ過給機側の排気通路の排気遮断弁上流と常用ターボ
過給ＩＩ側の排気通路とを連通する連通路を、常用ター
ボ過給機方向に傾けて形成することにより、連通路を通
る排気の流れの屈曲を小さくしている。このため、上記
排気遮断弁が開かれたときは上記各排気通路からそれぞ
れ各タービンに送られる排気により効率良く各ターボ過
給機が作動されるようにしつつ、排気遮断弁が開じられ
たときに連通路を通って常用ターボ過給機側に送られる
排気の流速を高め、常用ターボ過給機の作動効率を＾め
ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すターボ過給機付エンジ
ンの排気系および吸気系の全体構造概略図、第２図は上
記排気系および吸気系の配設される合弁の作動特性を示
す特性図、第３図は排気系構造の具体例を示す部分断面
図、第４図は排気ンニホールド部分の具体構造の一例を
示す−・部断面正面図、第５図は同底面図、第６図は第
４図のＶＩ−■線に沿った断面図で−ある。 Ｅｎ・・・エンジン、１・・・第１ターボ過給ｅ１１（
常用ターボ過給機）、２・・・第２ターボ過給機（特定
運転域用ターボ過給機）、３，４．５１．５２．５３・
・・排気通路、５−・・排気遮断弁、７・・・連通路。 特許出願人　　　　　　マ　ツ　ダ　株式会社代　理　
人　　　　　　弁理士　　小谷　悦司同　　　　　　　
　弁理士　　長１）　正向　　　　　　　　弁理士　　
伊藤　孝夫第　　２　　図 り吸気鳩１昨弁開 エンヅン回亀３友 第　　３　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数のターボ過給機を並設し、一部のターボ過給機
   をエンジンの全運転域で作動する常用ターボ過給機とし
   、他のターボ過給機をエンジンの特定運転域でのみ作動
   する特定運転域用ターボ過給機としたターボ過給機付エ
   ンジンにおいて、上記常用ターボ過給機に排気を導く排
   気通路と上記特定運転域用ターボ過給機に排気を導く排
   気通路とをそれぞれ設け、特定運転域用ターボ過給機側
   の排気通路に上記特定運転域で開く排気遮断弁を設ける
   とともに、この排気通路の排気遮断弁上流を常用ターボ
   過給機側の排気通路に連通する連通路を、常用ターボ過
   給機方向に傾けて形成したことを特徴とするターボ過給
   機付エンジンの排気系構造。