JPH02153226A - エンジンの過給装置 - 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） 本発明は排気ガスのエネルギにより吸気を加圧する排気
ターボ過給機を備えたエンジンの過給装置の改良に関す
る。

（従来の技術） 従来、過給機付エンジンとして、例えば特開昭５９−１
４５３２７号公報に開示されるように、低速用および高
速用の排気ターボ過給機を備え、低速時には低速用排気
ターボ過給機を作動させる一方、高速時には高速用排気
ターボ過給機を作動させて過給効率を最適化するように
した、いわゆる完全切換えタイプのものが知られている
。そして、このものでは、上記各排気ターボ過給機の排
気ガス導入口にそれぞれ排気通路を接続し、高速用排気
ターボ過給機の排気通路と低速用排気タボ過給機の排気
通路との分岐部に排気カット弁を設け、低速時には該排
気カット弁により分岐部上流側の共通排気通路から高速
用排気ターボ過給機の排気通路への排気ガスの流通を遮
断する一方、高速時には該排気カット弁により分岐部上
流側の共通排気通路から低速用排気ターボ過給機のυ１
気通路への排気ガスの流通を遮断するようにしている。

また、特開昭５９−１６００２２号公報には、低速用お
よび高速用の排気ターボ過給機を備えるとともに、該各
排気ターボ過給機の吸気下流側の吸気通路を集合させて
エンジンに接続し、高速用の排気ターボ過給機を高速高
負荷時のみで作動させるようにした、いわゆるシーケン
シャル・ターボ・タイプの過給機付エンジンが開示され
ている。

このものによれば、低速低負荷時には低速用の排気ター
ボ過給機のみを作動させ、排気通路からの排気ガスを低
速用排気ターボ過給機のタービンに集中的に供給して高
い過給圧を立上がり良く得る一方、高速高負荷時には低
速用および高速用の排気ターボ過給機の双方を作動させ
、υ１気通路からの排気ガスを二つの排気ターボ過給機
のタービンに供給して吸気流量を確保しながら適正な過
給圧を得ることができる。そして、このものでは、上記
各排気ターボ過給機の排気ガス導入口にそれぞれ排気通
路を接続し、高速用排気ターボ過給機の排気通路に排気
カット弁を設け、低速時には該排気カット弁により上流
側の共通排気通路から高速用排気ターボ過給機の排気通
路へのυ１気ガスの流通を遮断するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このように排気ターボ過給機を複数設け、そ
のうち特定の排気ターボ過給機の排気通路に所定運転領
域で閉じる排気カット弁を設けた過給機付エンジンでは
、排気カット弁を開くときに特定排気ターボ過給機が立
ち上がり良く作動を開始するのが望ましい。

また、排気通路に排気カット弁を設けることによって排
気カット弁を開いたときに排気カット弁が排気抵抗にな
っては過給効率が低下する。

本発明はこのような点に着目してなされたものであり、
その目的とするところは、排気カット弁の形状およびそ
の排気通路におけるレイアウトを工夫して、排気カット
弁を開きつつあるときには特定排気ターボ過給機のター
ビンに排気ガスが効率良く当たり、且つ完全に開いたと
きには排気カット弁が排気ガス流を邪魔しないようにす
ることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の講じた解決手段は、
排気ガスのエネルギにより吸気を加圧する排気ターボ過
給機を少なくとも一つ設け、該排気ターボ過給機の排気
ガス導入口に排気通路を接続し、排気ターボ過給機の排
気通路に所定運転領域で閉じる排気カット弁を設けたエ
ンジンの過給装置を前提とする。そして、これに対し、
上記排気カット弁を揺動軸まわりに揺動する揺動弁とす
るとともに、その揺動軸を上記排気ターボ過給機の回転
軸に略並行に且つ排気通路におけるタービンスクロール
内周側に設ける構成としたものである。

（作用） 上記の構成により、本発明では、エンジンが所定運転領
域外から所定運転領域に入ると、排気カット弁は揺動軸
まわりに揺動して開く。

その場合、揺動軸が排気ターボ過給機の回転軸に略並行
に且つ排気通路におけるタービンスクロール内周側に設
けられているので、排気カット弁が開き始めると、排気
ガスが、揺動する弁体の先端部とタービンスクロール外
周側内壁との間からタービンスクロール外周に沿って導
入されてタイプに付与するガス流の運動エネルギが大き
なものになり、排気ターボ過給機の作動初期から効率良
く排気エネルギが利用されて排気ターボ過給機が立ち上
がり良く作動を開始することになる。

また、揺動軸が排気ターボ過給機の回転軸に略並行に且
つ排気通路におけるタービンスクロール内周側に設けら
れていることから、所定運転領域にあって排気カット弁
が開いていると、この排気カット弁が排気通路における
タービンスクロール内周側に格納されているので、運動
エネルギの大きなガス流の流れが妨げられず、排気抵抗
が少ないものになって過給効率が高く維持されることに
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図は本発明の実施例に係る過給装置を備えたエンジ
ンを示す。同図において、エンジン１の排気ガスを排出
する排気通路２は、エンジン１より互いに独立して伸び
る２本の分岐排気通路２ａ。

２ｂを有する。また、エンジン１の吸入空気が流通する
吸気通路３は、吸入空気量を検出するエアフロメータ４
の下流側において分岐して２本の分岐吸気通路３ａ、３
ｂを有し、再分岐吸気通路３ａと３ｂとはインタークー
ラ５の上流側において合流している。インタークーラ５
の下流側の吸気通路３には、順にスロットル弁６．サー
ジタンク７および燃料噴射弁８が配設されている。

上記２本の分岐排気通路２ａ、２ｂのうちの一方の分岐
排気通路２ａには、排気ガスによって回転駆動されるタ
ービンＴｐが配設され、このタービンＴｐは、一方の分
岐吸気通路３ａに配設されたブロワＣｐに回転軸Ｌｐを
介して連結されている。そして、これらタービン１９１
回転軸Ｌｐ１ブロワＣｐを主要素として１次側排気ター
ボ過給機９が構成されている。同様に、他方の分岐排気
通路２ｂには、排気ガスによって回転駆動されるタービ
ンＴｓが配設されているとともに、他方の分岐吸気通路
３ｂにはブロワＣｓが配設され、これらタービンＴｓと
ブロワＣｓとが回転軸Ｌｓによって連結されて、２次側
排気ターボ過給機】０を構成している。

分岐吸気通路３ａ、３ｂのブロワＣｐ、Ｃｓの上流側の
通路部分は、吸気通路３から分岐した分岐部において互
いに一直線状になるように対向して形成されており、一
方の分岐吸気通路３ｂに発生した圧力波が他方の分岐吸
気通路３ａ側には伝播し易く、エアフローメータ４側に
は伝播しにくいような構成となっている。

上記２次側の分岐排気通路２ｂには、タービンＴｓの上
流側において排気カット弁１１が配設されている。この
排気カット弁１１は、低回転域でこの分岐排気通路２ｂ
を閉じて２次側排気ターボ過給機１０のタービンＴｓへ
の排気ガスの提供を遮断し、１次側排気ターボ過給機９
のみを作動させるために設けられているものである。

２次側の分岐排気通路２ｂのうち上記排気カット弁１１
の上流側部分が、連通路１２を介して、１次側の分岐排
気通路２ａのタービンＴｐ上流側に接続されている。上
記連通路１２は、両タービンＴｐ、Ｔｓの下流側の排気
通路２に対して、ウェストゲート弁１７が配設されたバ
イパス通路１８を介して接続されている。このバイパス
通路１８のうち上記ウェストゲート弁１７上流側部分が
、排気洩らし弁１３が配設された洩らし通路１４を介し
て、分岐排気通路２ｂのうちタービンＴｓと排気カット
弁１１との間に接続されている。

上記排気洩らし弁１３は、ダイヤフラム式アクチュエー
タ１６によって操作されるようになっており、該アクチ
ュエータ１６の圧力室が、制御圧力導管１５を介して、
１次側排気ターボ過給機９のブロワＣｐの下流側におい
て分岐吸気通路３ａに開口している。この洩らし弁１３
は、エンジン回転数の上昇過程において、ブロワＣｐの
下流側の過給圧Ｐ１が所定の値（例えば５００＋ｎｎ＋
Ｈｇ）以上となると開動作され、これにより排気カット
弁１１が閉じているときに少量の排気ガスがバイパス通
路１４を通じてタービンＴｓに供給される。

したがって、タービンＴｓが排気カット弁１］の開く以
前に予め回転を開始して、排気カット弁］１が開いたと
きの過給応答性向上と共に、トルクショックを緩和する
ようになっている。

なお、１９．２０は、排気カット弁１１及びウェストゲ
ート弁１７をそれぞれ操作するダイヤフラム式アクチュ
エータであるが、これらのアクチュエータの動作につい
ては後述する。

一方、２次側の分岐吸気通路３ｂには、ブロワｃｐの下
流側において吸気カット弁２１が配設されている。また
ブロワＣｓをバイパスする通路２２が設けられていて、
このバイパス通路２２　ニＩＪリーフ弁２３が配設され
ている。上記吸気カット弁２１は、後述するようにダイ
ヤフラム式アクチュエータ２４によって操作される。ま
た、上記リリーフ弁２３は、エンジン回転数の上昇過程
において、吸気カット弁２１および排気カット弁］か開
く時点よりも少し前までバイパス通路２２を開いていて
、排気カット弁１１が閉じているときの排気洩らし弁１
３の開動作に基づくブロワＣｓの回転によって、ブロワ
Ｃｓと吸気カット弁２１との間における分岐吸気通路３
ｂの圧力が上昇するのを防止し、かつブロワＣｓが回転
しやすいように設けられている。このようなリリーフ弁
２３は、ダイヤフラム式アクチュエータ２５によって操
作される。

吸気カット弁２１を作動するアクチュエータ２４の制御
圧力導管２６は、電磁ソレノイド弁よりなる三方弁２７
の出力ポートに接続されている。

また、排気カット弁１１を作動するアクチュエータ１９
の制御圧力導管２８は、同様に電磁ソレノイド弁よりな
る三方弁２９の出力ポートに接続されている。さらにリ
リーフ弁２３を作動するアクチュエータ２５の制御圧力
導管３０は、上述と同様の三方弁３１の出力ポートに接
続されている。

ウェストゲート弁１７を作動するアクチュエータ２０の
制御圧力導管３２は、電磁ソレノイド弁よりなる三方弁
３３の出力ポートに接続されている。

これら電磁ソレノイド弁よりなる三方弁２７，２９．３
１および３３は、マイクロコンピュータを利用して構成
された制御回路３５によって制御される。この制御回路
３５は、エンジン回転数Ｎｅ。

吸入空気量Ｑ１スロットル開度ＴＶＯおよび１次側排気
ターボ過給機９のブロワＣｐの下流側の過給圧Ｐｌ等の
検出値に基づいて、各電磁ソレノイド弁を制御する。

上記４個の電磁ソレノイド弁のうち、三方弁２９の一方
の入力ポートは大気に開放されており、他方の入力ポー
トは、導管３６を介して負圧タンク４３に接続されてい
る。この負圧タンク４３には、スロットル弁６の下流の
吸気負圧Ｐｎが、チエツク弁３７を介して導入される。

また、三方弁２７は、その一方の入力ポートが導管３６
を介して上記負圧タンク４３に接続され、他方の入力ポ
ートは、導管３８を介して差圧検出弁３９の出力ポート
に接続されている。

第２図に示すように、上記差圧検出弁３９は、そのケー
シング５１内が２つのダイヤフラム５２゜５３によって
３つの室５４，５５．５６に画成され、室５４に入力ポ
ート５４ａが、室５５に入力ポート５５ａが、室５６に
上記導管３８が連なる出力ポート５７および大気開放ボ
ート５８が開口されている。上記ポート５４ａは、導管
４１を介して吸気カット弁２１の下流側に接続されて、
１次側ブロワＣｐの下流側の過給圧Ｐ１を導入するよう
になっている。また、ポート５５ａは、導管４２を介し
て吸気カット弁２１の上流側に接続されて、吸気カット
弁２１が閉じているときの吸気カット弁２１の上流側の
圧力Ｐ２を導入するようになっている。そして、この差
圧検出弁３９は、圧力Ｐ１とＰ２の圧力差が大きいとき
に、両ダイヤフラム５２，５３に結合された弁体５９が
ポート４７を開状態として、大気を導管３８に導入する
が、差圧Ｐ２−ＰＩが所定値上△Ｐ以内になったときに
、スプリング５９によってポート５７を閉じるようにな
っている。したがって、三方弁２７が導管２６を導管３
８に連通している状態で、差圧Ｐ２−Ｐｉが所定値上△
Ｐよりも大きくなると、アクチュエータ２４に大気が導
入されて、吸気カット弁２１が開かれる。また、三方弁
２７が導管２６を導管３６に連通させたときは、アクチ
ュエータ２４に負圧が供給されて吸気カット弁２１か閉
じられる。

一方、三方弁２９が導管２８を導管３６に連通させたと
き、アクチュエータ１９に負圧が供給されて排気カット
弁１１が閉じられ、このときは１次側排気ターボ過給機
９のみが作動された状態となる。また、三方弁２９が導
管２８を大気に解放すると、排気カット弁１１が開かれ
て、２次側排気ターボ過給機１０が作動される。

第３図は、吸気カット弁２１および排気カット弁１１の
開閉状態を、排気洩らし弁１３、ウェストゲート弁１７
およびリリーフ弁２３の開閉状態とともに示す制御マツ
プで、この制御マツプは制御回路３５内に格納されてい
る。

ここで、三方弁３１の一方の入力ポートも大気に開放さ
れ、他方の入力ポートは負圧タンク４３に接続されてお
り、エンジンが低回転のときは導管３０に吸気負圧Ｐｎ
が導入されて、リリーフ弁２５がバイパス通路２２を開
いているが、エンジン回転数Ｎｅの上昇過程で、第３図
に示すように、上記吸気カット弁２１および排気カット
弁１１が開く段階以前において、上記三方弁３１が制御
回路３５からの信号によって大気側に切換えられ、これ
によりリリーフ弁２５がバイパス通路２２を閉じるよう
になっている。

さらに三方弁３３の一方の入力ポートには、アクチュエ
ータ１６の制御圧力導管１５を通じて過給圧Ｐ１が導入
されるようになっており、エンジン回転数Ｎｅおよびス
ロットル開度ＴＶＯが所定値以上でかつ過給圧Ｐ１が所
定値以上になったとき、制御回路３５が三方弁３３を開
いてアクチュエータ２０に過給圧Ｐ１を導入し、これに
よりウェストゲート弁１７がバイパス通路１８を開（よ
うになっている。また、三方弁３３の他方の入力ポート
は大気に開放されており、アクチュエータ２０に大気が
供給されたとき、ウェストゲート弁１７が閉じられる。

次に、排気ターボ過給機回りのレイアウトを第４図に基
づいて説明する。エンジン１の一側に各気筒の排気ポー
ト（図示せず）が開口されており、該排気ポートには排
気マニホールド８１が取イ・ｊけられている。そして、
該排気マニホールド８１の側方に１次側および２次側の
排気ターボ過給機９１０が、その回転軸が同軸になるよ
うに配設され、各タービンＴｐ、Ｔｓの排気ガス導入口
が排気マニホールド８１に対してフランジ結合されてい
る。

また、１次側排気ターボ過給機９のブロワＣｐの吸入口
から延びる分岐吸気通路３ａはブロワＣｐの後側（第４
図の左側）で反転して前方（第４図の右方）に向い、２
次側排気ターボ過給機１０のブロワＣｓの吸入口から延
びる分岐吸気通路３ｂと合流して吸気通路３を構成し、
更にエンジン１の前上方に向う。

また、１次側排気ターボ過給機９のブロワＣｐの吐出口
から延びる分岐吸気通路３ａは前方に向う一方、２次側
排気ターボ過給機１０のブロワＣ８の吐出口から延びる
分岐吸気通路３ｂは後方に向い、これら二本の分岐吸気
通路３ａ、３ｂは合流して吸気通路３を構成し、前上方
に向っている。

そして、この合流部のすぐ吸気上流側の分岐吸気通路３
ｂに吸気カット弁２１が設けられている。

さらに、２次側排気ターボ過給機１０のブロワＣｓの吐
出口の近傍の分岐吸気通路３ｂにはバイパス通路２２の
一端が接続され、該バイパス通路２２の他端は該ブロワ
Ｃｓよりも吸気上流側の分岐吸気通路３ｂに接続されて
いる。そして、このバイパス通路２２にはリリーフ弁２
３が設けられている。

次に、２次側排気ターボ過給機１０のタービンＴｓまわ
りの通路構造を第５図によって説明する。

該排気マニホールド８１には、１次側排気ターボ過給機
９のタービンＴｐのスクロール（渦巻室）に連通ずる分
岐排気通路２ａと、２次側排気タボ過給機１０のタービ
ンＴｓのスクロール（渦巻室）Ｔｓｌに連通する分岐排
気通路２ｂとが略並行に形成されている。そして、排気
マニホールド８１の分岐排気通路２ｂには排気カット弁
１１が配設されている。

上記排気カット弁１１は揺動弁である。すなわち、該排
気カット弁１１は、揺動軸１１ａと、平板状の弁体１１
ｂとを有し、該弁体１１　ｂの一端が上記揺動軸１１ａ
に回動自在に支持されている。

そして、上記揺動軸１１ａは２次側排気ターボ過給機１
０の回転軸Ｌｓに略並行に且つ分岐排気通路２ｂにおけ
るタービンスクロール内周側に設けられている。しかし
て、第５図に実線で示すように弁体１１ｂがタービンＴ
ｓのスクロールＴ　ｓ　１の排気ガス導入口に形成され
た弁座１１ｃに当接して分岐排気通路２ｂを閉じる閉位
置と、同図に破線で示すように該閉位置から同図の反時
計方向に回動してタービンスクロールＴ　ｓ　）の内周
側に格納される開位置とをとるようになっている。

したがって、上記実施例においては、低回転域で１次側
排気ターボ過給機９のみを作動させることにより、排気
通路２からの排気ガスが１次側排気ターボ過給機９のタ
ービンＴｐに集中的に供給されて高い過給圧が立上がり
良く得られる一方、高回転域に１次側および２次側の排
気ターボ過給機９，１０の双方を作動させることにより
、排気通路２からの排気ガスが二つの排気ターボ過給機
９．１０のタービンＴｐ、Ｔｓに供給されて吸気流量を
確保しながら適正な過給圧が得られる。

その場合、排気カット弁１１の揺動軸１１ａが２次側排
気ターボ過給機１０の回転軸Ｌｓに並行に且つ分岐排気
通路２ｂにおけるタービンスクロール内周側に設けられ
ているので、排気カット弁１１が開き始めると、排気ガ
スが、揺動する弁体１１ｂの先端部とタービンスクロー
ルＴｓ１の外周側内壁との間からタービンスクロールＴ
　ｓ　Ｈの外周に沿って導入されてタービンＴｓに付与
するガス流の運動エネルギが大きなものになり、２次側
排気ターボ過給機１０の作動初期から効率良く排気エネ
ルギが利用されて２次側排気ターボ過給機１０が立ち上
がり良く作動を開始することになる。

また、揺動軸１１ａが２次側排気ターボ過給機１０の回
転軸Ｌｓに略並行に且つ分岐排気通路２ｂにおけるター
ビンスクロール内周側に設けられていることから、高回
転域にあって排気カット弁１１が開いていると、排気カ
ット弁１］が分岐排気通路２ｂにおけるタービンスクロ
ール内周側に格納されているので、運動エネルギの大き
なガス流の流れが妨げられず、排気抵抗が少ないものに
なって過給効率を高く維持することができる。

尚、上記実施例では、いわゆるシーケンシャル・ターボ
・タイプの過給装置を備えたエンジンについて説明した
が、運転領域に応じて１次側排気ターボ過給機と２次側
排気ターボ過給機とを切換えるようにした、いわゆる完
全切換えタイプの過給装置を備えたエンジンや、１次側
排気ターボ過給機の代りに機械式過給機を備えるエンジ
ンや、１次側排気通路を非過給とするエンジンについて
も本発明を適用することができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のエンジンの過給装置によ
れば、排気ターボ過給機を少なくとも一つ設け、該排気
ターボ過給機の排気ガス導入口に排気通路を接続し、排
気ターボ過給機のｖ１気通路に所定運転領域で閉じる排
気カット弁を設けるとともに、上記排気カット弁を揺動
軸まわりに揺動する揺動弁とし、その揺動軸を上記排気
ターボ過給機の回転軸に略並行に且つ排気通路における
タービンスクロール内周側に設けたので、排気カット弁
が開き始めたときにタービンに付与するガス流の運動エ
ネルギが大きなものになって排気ターボ過給機の作動初
期から効率良く排気エネルギを利用して排気ターボ過給
機の立ち上がりを良くできるとともに、排気カット弁が
開いているときに運動エネルギの大きなガス流の流れが
妨げられず、排気抵抗が少ないものになって過給効率を
高く維持することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を例示し、第１図はエンジンの全
体系統図、第２図は差圧検出弁の断面図、第３図は各弁
の切換特性を示す特性図、第４図は車両搭載状態でのエ
ンジンの側面図、第５図は２次側排気ターボ過給機のタ
ービン付近の一部縦断側面図である。 ２ｂ・・・分岐排気通路、１０・・・排気ターボ過給機
、１１・・・排気カット弁、１１ａ・・・揺動軸、Ｔｓ
・・・タービン、Ｔｓｌ・・・タービンスクロール。 特許出願人　マ　ツ　ダ　株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気ガスのエネルギにより吸気を加圧する排気タ
   ーボ過給機を少なくとも一つ設け、該排気ターボ過給機
   の排気ガス導入口に排気通路を接続し、排気ターボ過給
   機の排気通路に所定運転領域で閉じる排気カット弁を設
   けたエンジンの過給装置において、上記排気カット弁は
   揺動軸まわりに揺動する揺動弁であるとともに、その揺
   動軸は上記排気ターボ過給機の回転軸に略並行に且つ排
   気通路におけるタービンスクロール内周側に設けられて
   いることを特徴とするエンジンの過給装置。