JPH02112619A

JPH02112619A - ツインターボ式内燃機関

Info

Publication number: JPH02112619A
Application number: JP63264850A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Ohashi; 大橋　良一; Hitoshi Inaba; 均稲葉
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1990-04-25

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、複数気筒を２群に分割し、それぞれの気筒群
に排気ターボ過給機を備えたツインターボ式内燃機関に
関するものである。

（従来技術及びその問題点）この種のツインターボ式内燃機関では、従来がら２本の
排気通路の途中を連絡管で連通ずるようにした先行技術
が実開昭８０−１７８３２９号で知られている。

しかしながら、この先行技術では２本の排気通路を流れ
る排気ガスの脈動パルスが相互に干渉し合い、脈動パル
スが低下して過給効率の面で改善の余地がある。また、
特に低速時には排気ガス量が少なく過給効率の低下が著
しい。

そこで本件出願人は特願昭０３−１４０１７号で排気ガ
スの相互干渉を防止する排気連絡管と切換弁を備えた内
燃機関を提案している。この先願では排気ガスの相互干
渉は防止できるが、低負荷時に２群に分割した気筒群の
一方を燃費低減のために減筒運転した場合には、燃焼し
ない気筒群にも加圧した過給給気を無駄に供給すること
になり、過給エネルギの有効利用の面で改筈の余地があ
る。

複数気筒を２群に分割して排気ターボ過給機へ排気を流
す技術が特公昭３８−１１５４号に開示しである。

（発明の目的）本発明は、ツインターボ式内燃機関において、分割した
気筒群の一方を減筒運転した場合に過給エネルギを有効
に利用できるツインターボ式内燃機関を提供することを
目的としている。

（発明の構成）（１）技術的手段本発明は、複数気筒を２群に分割し、それぞれの気筒群
に排気ターボ過給機を備えたツインターボ式内燃機関に
おいて、各気筒群と各排気ターボ過給機を繋ぐ排気通路
を連通ずる排気連絡管を設け、一方の排気ターボ過給機
にツインスクロールタービンを設け、このツインスクロ
ールタービンに繋がる第１排気通路の前記排気連絡管よ
り下流側に第１排気通路の断面積を２分割する隔壁を形
成し、前記第１排気通路と排気連絡管との接続部に閉弁
時には排気連絡管開口を閉塞し、開弁時には排気連絡管
を第１排気通路の一方の分割通路に連通ずるように切換
える第１切換弁を設け、他方のターボ過給機に繋がる第
２排気通路と排気連絡管の接続部に、閉弁時には排気連
絡管開口を閉塞し、開弁時には第２排気通路の排気ガス
の全量を排気連絡管へ導くように切換える第２切換弁を
設け、前記分割気筒群の給気系を接続する給気連絡管を
設け、この給気連絡管の途中に開閉弁を設け、低負荷運
転時には前記一方の排気ターボ過給機に繋がる気筒群の
みを燃焼運転し、他方の気筒群を減筒運転し、前記開閉
弁を閉弁するようにしたことを特徴とするツインターボ
式内燃機関である。

（２）作用低負荷時減筒運転時には第３切換弁で給気連絡管を閉塞
して減筒運転する気筒群には過給給気を供給せず、燃焼
運転する気筒群に過給エネルギを集中する。

（実施例）（１）第１実施例本発明を採用したツインターボ式ディーゼル機関を示す
第１図で、１０は機関本体である。この機関本体１０は
６気筒のシリンダ１１を有しており、シリンダ１１の排
気マニホールド１２ａ、　１２ｂは３気筒分ずつ集合し
て第１排気通路１３と第２排気通路１４に繋がっている
。機関本体１０は第１気筒群１１ａと第２気筒群１１ｂ
に分割し、詳しくは後述するように両気筒群ＩＩａ、Ｉ
Ｉｂの給気系も分割しである。

第１排気通路１３は排気ターボ過給機１５に接続し、排
気ターボ過給機１５はツインスクロールタービン１６に
２室の渦巻き室を有している。第２排気通路１４は排気
ターボ過給機１７に接続し、排気ターボ過給機１７はシ
ングルスクロールタービン１８に単一の渦巻き室を何し
ている。排気ターボ過給機１５．１７のブロワ１９．２
０は給気管２１．２２で前記気筒群１１ａ、ｌｌｂの給
気マニホールド２３ａ、２３ｂへ個別に連通し、給気マ
ニホールド２３ａ、２３ｂにはそれぞれインタークーラ
２４ａ、２４ｂが設けられている。給気管２１には逆１
１二弁２５を介装しである。

したがって、２群に分割したシリンダ１１の排気ガスを
ツインスクロールタービン１６の渦巻き室に分割して供
給し、排気ターボ過給機１５に対しては相対的に排気ガ
ス量が増えることになり、所謂可変人口ノズル（ＶＧＳ
）と同様の働きをして、少ない排気ガス量でも排気ター
ボ過給機１５は高い過給効率を発揮するようになってい
る。

前記第１排気通路１３と第２排気通路１４の間には排気
連絡管３０を架設してあり、排気連絡管３０で第１排気
通路１３と第２排気通路１４を連通している。排気連絡
管３０の両端と第１排気通路１３、第２排気通路１４と
の接続部には、第１切換弁３１、第２切換弁３２が設け
られており、第１切換弁３１、第２切換弁３２で排気連
絡管３０を詳しくは後述するように開閉制御する機能を
果たしている。

前記第１排気通路１３の排気連絡管３０より下流側には
隔壁３４が形成されており、隔壁３４で第１排気通路１
３の断面積を略２等分するように分割している。したが
って、第１排気通路１３を流れる排気ガスは隔壁３４で
区画された分割通路３５．３６を通ってツインスクロー
ルタービン１６の渦巻き室にそれぞれ独立して流れ込む
ようになっている。

したがって、２群に分割した両気筒群１１ａ、ｌｌｂの排気ガスを隔壁３４でツインスクロー
ルタービン１６の渦巻き室にそれぞれ独立した状態で供
給し、分割通路３５．３６を流れる排気ガスの脈動パル
スが相互に干渉せず、高い脈動パルスで排気ターボ過給
機１５の過給効果を上げ得る。

第１切換弁３１は支点３７で軸支されており、支点３７
は排気連絡管３０の開口の上流側近傍位置に配置しであ
る。また、第２切換弁３２の支点３８は排気連絡管３０
の開口の下流側近傍位置に配置しである。

前記第１切換弁３１、第２切換弁３２は第１図で図示す
る中低速、高負荷時には、第１切換弁３１の先端部が隔
壁３４に一致するように半開状態で開弁じ、第２切換弁
３２は第２排気通路１４の排気ガスの全量を排気連絡管
３０へ流すように全開状態で開弁じている。次に、高速
、高負荷時には第２図に示すように排気連絡管３０の両
端開口を閉塞するように閉弁している。

前記両給気マニホールド２３ａ、２３ｂは給気連絡管４
０で連通してあり、給気連絡管４０の途中には開閉自在
な第３切換弁４１を介装しである。

これらの第１〜第３切換弁３１，３２．４１は低中負荷
時には第１図の状態に制御され、高負荷時には第２図の
ように制御される。第１〜第３切換弁３１．３２．４１
の開閉制御手段については本件出願人の特願昭６３−１
４０１７号に詳しく開示しである。なお、第３切換弁４
１を特願昭６３−１４０１７号のリンク機構では開閉す
ることが困難な場合には、特願昭６３−１４０１７号の
制御装置からの信号に基づいて駆動制御される何等かの
アクチュエーターで第３切換弁４１を直接に開閉駆動す
るようにしてもよい。更に、第１、第２切換弁３１．３
２もアクチュエーターで直接に駆動することもできる。

以上の構成では、第１排気通路１３、第２排気通路１４
の排気ガス量が減って排気ターボ過給機１５、ツインス
クロールタービン１６の過給効率が低下する場合に、第
１図のように第１切換弁３１、第２切換弁３２を切換え
て、第１排気通路１３を流れる排気ガスを第１切換弁３
１で分割通路３５に案内し、第２排気通路１４を流れる
排気ガスを第２切換弁３２で排気連絡管３０に通し、排
気連絡管３０から第１切換弁３１で分割通路３６に案内
する。

機関回転数Ｒ−平均有効圧Ｐのグラフである第３図の領
域■で示す例えばアイドル運転のような低負荷時には、
両気筒群！！ａ、１１ｂの内、一方の気筒群１１ａにだ
け燃料を供給して燃焼運転し、他方の気筒群１１ｂは燃
料供、給を停止して気筒群１１ａの動力でポンプ仕事だ
けを行う所謂減筒運転状態にする。

したがって、気筒１１１ｂは吸入した空気を気筒群１１
ａからの動力で圧縮する空気圧縮機として動作する。こ
の減筒運転では気筒群１１ｂに過給エネルギを供給する
ことは無駄であるから、前記第３切換弁４１を閉弁して
排気ターボ過給機１５の過給エネルギを気筒群１１ａだ
けに送る。気筒群１１ａには気筒群１１ａの排気ガスエ
ネルギおよび気筒群１１ｂからの圧縮空気エネルギが供
給されることになり、気筒群ＩＬａの運転状態が安定す
る。

第３図の領域■で示す中質Ｃ１時には、気筒群１１ｂに
も燃料を供給して燃焼運転し、第１、第２切換弁３１．
３２を第１図の状態に保ち、第３切換弁４１を開弁して
排気ターボ過給機１５からの過給エネルギを両気筒群１
１ａ、１１ｂに供給する。

第３図の領域■で示す高負荷時には、第１、第２切換弁
３１．３２を第２図の状態に切り換えて、第３切換弁４
１を開弁して、両Ｕト気ターボ過給機１５．１７の過給
エネルギを両気筒ｕｌｌａ、Ｉｌｂに供給する。勿論、
両気筒群１１ａ、ＩＩｂを燃焼運転する。

この高負荷時には第１排気通路１３、第２排気通路１４
の排気ガス量が十分に増えているので、排気ターボ過給
機１５．１７は高い過給効率を発揮する。また、排気連
絡管３０は第１切換弁３１、第２切換弁３２で遮断され
ているので、排気連絡管３０の容積が第１排気通路１３
、第２排気通路１４を流れる排気ガスの脈動パルスを減
衰することも無く、この面でも過給効率が向上する。

（２）第２実施例本発明の第２実施例を示す第４図において、第１図と同
一の符号で示した部分は同一または相当部分を示す。

第４図の機関では両排気ターボ過給機１５．１７（高圧
段排気ターボ過給機）の下流に１台の低圧段排気ターボ
過給機５０を備えている。低圧段排気ターボ過給機５０
のタービン５１には排気ターボ過給機１５の排気管５２
と排気ターボ過給機１７の排気管５３が接続し、低圧段
排気ターボ過給機５０のブロワ５４には排気管５５の一
端が接続している。排気管５５の他端はインタークーラ
５６を介して通路５７．５８に分岐している。この場合
、両給気マニホールド２３ａ、２３ｂに設けられている
冷却器はアフタークーラ（ｉｏａ、ｏｏｂになる。

前記通路５８は排気ターボ過給機１５のブロワ１９に連
通し、通路５７は排気ターボ過給機１７のブロワ２０に
連通している。通路５７の途中には導入管６１が接続し
、導入管６１の上流側端部はエアフィルター６３の通路
６４に連通している。

導入管６１の接続端部には開閉自在な第３切換弁６２を
設けである。第３切換弁６２は図示の開弁時には通路５
７を閉塞して導入管６１からの大気をブロワ２０へ流し
、閉弁時には導入管６１を閉塞してインタークーラ５６
からの給気をブロワ２０へ流すようになっている。

なお、第３切換弁６２を開閉制御する手段も開閉弁４１
と同様である。

以上の第２実施例では低負荷時には、６弁３１．３２．
４１．６１を図示の状態に開閉制御し、気筒群ｌＬａを
燃焼運転し、気筒群Ｉｌｂを減筒運転する。

この運転状態では気筒群１１ａからの排気ガスおよび気
筒Ｒ１１ｂからの圧縮空気が低圧段排気ターボ過給機５
０のタービン５１に流れ込み、ブロワ５４を駆動して排
気管５５からインタークーラ５６、通路５８、ブロワ１
９．２２、給気マニホールド２３ａ１アフタークーラ６
０ａを順次に経て過給給気が気筒群１１ａに流れ込む。

減筒運転する気筒群１１ｂには導入管６１から大気が吸
入され、この大気は気筒群ｔｔｂで圧縮された後に排気
ターボ過給機１５のツインスクロールタービン１６へ流
れる。

したがって、気筒群１１ｂでの圧縮仕事で消費するエネ
ルギを回収し、燃焼側の気筒群１１ａへの過給エネルギ
を増やし、気筒群１１ａの低負荷時の燃焼状態を改善す
る。

中負荷時には、切換弁３１．３２．８２を開弁し、開閉
弁４１を閉塞したままで、気筒群１１ｂにも燃料を供給
して燃焼する。この状態では、排気ターボ過給機１７の
ブロワ２０にインタークーラ５６を通過した過給給気を
送り、更にブロワ２０で過給して気筒群１１ｂに供給す
る。

高負荷時には、前述の中負荷時の状態から更に開閉弁４
１を開弁じて高出力を得る。

（発明の効果）以上説明したように本発明によるツインターボ式内燃機
関では次の効果を奏する。

第１請求項では、複数のシリンダ１１を気ｇ？ｉ群１１
ａ、ｌｌｂに分割し、給気マニホールド２３ａ、２３ｂ
を連結する通路４０を設け、通路４０に開閉弁４１を設
けたので、低負荷時に第１図に示すように６弁３１．ｔ
２，４１を開閉制御して排気ターボ過給機１５で燃焼運
転する気筒群１１ａの排気ガスエネルギおよび減筒運転
する気筒群１１ｂの圧縮空気エネルギを回収でき、更に
気筒群１１ａに過給エネルギを集中して不安定になり品
い低負荷時の気筒群目ａの燃焼状態を改善することがで
きる。

第２請求項では、第４図に示すように測高圧設排気ター
ボ過給機！５．１７の下流に１台の低圧段排気ターボ過
給機５０を設け、減筒運転側の排気ターボ過給機１７の
ブロワ２０に繋がる通路５７に、導入管６１を接続し、
第３切換弁６２を設けたので、低圧段排気ターボ過給機
５０で２段階に排気ガスエネルギを回収しながら、減筒
運転する気筒群Ｌｌｂに導入管６１から大気を供給する
ことができ、気筒群ｌ１ｌ）の圧縮仕事の一部を回収で
き、気筒群１１ａの燃焼状態を改善できる。

低圧段排気ターボ過給機５０と両排気ターボ過給機１５
．１７の間にインタークーラ５６を設けたので、低負荷
時の気筒群１１ａ又は中高負荷時の両気筒群１１ａ、！
Ｉｂの出力を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す構造略図、第２図は
中負荷時の要部構造略図、第３図は機関回転数と平均有
効圧のグラフ、第４図は本発明の第２実施例を示す構造
略図である。１ｏ・・・機関本体、１１ａ、１１ｂ・・
・気筒群、１５．１７・・・高圧段排気ターボ過給機、
２３ａ、２３ｂ・・・給気マニホールド、３ｏ・・・排
気連絡管、３１・・・第１切換弁、３２・・・第２切換
弁、４０・・・通路、４１・・・開閉弁、５０・・・低
圧段排気ターボ過給機、５７・・・通路、６１・・・導
入管、６２・・・第３切換弁

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数気筒を２群に分割し、それぞれの気筒群に排
気ターボ過給機を備えたツインターボ式内燃機関におい
て、各気筒群と各排気ターボ過給機を繋ぐ排気通路を連
通する排気連絡管を設け、一方の排気ターボ過給機にツ
インスクロールタービンを設け、このツインスクロール
タービンに繋がる第１排気通路の前記排気連絡管より下
流側に第１排気通路の断面積を２分割する隔壁を形成し
、前記第１排気通路と排気連絡管との接続部に閉弁時に
は排気連絡管開口を閉塞し、開弁時には排気連絡管を第
１排気通路の一方の分割通路に連通するように切換える
第１切換弁を設け、他方のターボ過給機に繋がる第２排
気通路と排気連絡管の接続部に、閉弁時には排気連絡管
開口を閉塞し、開弁時には第２排気通路の排気ガスの全
量を排気連絡管へ導くように切換える第２切換弁を設け
、前記分割気筒群の給気系を接続する給気連絡管を設け
、この給気連絡管の途中に開閉弁を設け、低負荷運転時
には前記一方の排気ターボ過給機に繋がる気筒群のみを
燃焼運転し、他方の気筒群を減筒運転し、前記開閉弁を
閉弁するようにしたことを特徴とするツインターボ式内
燃機関。
（２）複数気筒を２群に分割し、それぞれの気筒群に高
圧段排気ターボ過給機を備えたツインターボ式内燃機関
において、各気筒群と各高圧段排気ターボ過給機を繋ぐ
排気通路を連通する排気連絡管を設け、一方の高圧段排
気ターボ過給機にツインスクロールタービンを設け、こ
のツインスクロールタービンに繋がる第１排気通路の前
記排気連絡管より下流側に第１排気通路の断面積を２分
割する隔壁を形成し、前記第１排気通路と排気連絡管と
の接続部に閉弁時には排気連絡管開口を閉塞し、開弁時
には排気連絡管を第１排気通路の一方の分割通路に連通
するように切換える第１切換弁を設け、他方の高圧段排
気ターボ過給機に繋がる第２排気通路と排気連絡管の接
続部に、閉弁時には排気連絡管開口を閉塞し、開弁時に
は第２排気通路の排気ガスの全量を排気連絡管へ導くよ
うに切換える第２切換弁を設け、前記分割気筒群の給気
系を接続する給気連絡管を設け、この給気連絡管の途中
に開閉弁を設け、前記両高圧段排気ターボ過給機の下流
に１台の低圧段排気ターボ過給機を設け、低圧段排気タ
ーボ過給機のブロワと前記両高圧段排気ターボ過給機の
ブロワを接続する給気通路を形成し、給気通路の途中に
インタークーラを介装し、インタークーラと前記他方の
高圧段排気ターボ過給機のブロワを接続する給気通路に
外気を導入する導入管を接続し、開弁時には導入管から
の外気を前記ブロワへ導き、閉弁時にはインタークーラ
からの給気を前記ブロワへ導く第３切換弁を設け、低負
荷運転時には前記一方の高圧段排気ターボ過給機に繋が
る気筒群のみを燃焼運転し、他方の気筒群を減筒運転し
、前記開閉弁を閉弁し、第３切換弁を開弁するようにし
たことを特徴とするツインターボ式内燃機関。