JPH0291422A - 排気ターボ過給機付エンジンの排気装置 - 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） 本発明は排気ターボ過給機付エンジンの排気装置に関し
、特に排気ガス中のＨＣ濃度低減対策に関する。

（従来の技術） 一般に、エンジンにおいては、爆発行程終期において、
排気弁がピストンの下死点（Ｂ　Ｄ　Ｃ）の直前に開弁
されるため、気筒内の排気ガスがその気筒内の高い圧力
によって排気マニホールド内に噴出する所謂ブローダウ
ン（排気吹出し）現象が発生する。このブローダウン現
象に伴い、排気ガスに含まれた多量の未燃焼の炭化水素
（ＨＣ）が排気マニホールド内に排出されることが知ら
れている。

また、排気行程終期におけるピストンの上死点（ＴＤＣ
）付近において、気筒内壁面に付着した未燃焼の燃料や
、気筒内壁付近およびピストンヘッド面付近に滞留した
燃料の未燃焼成分を多量に含む所謂消炎層が、ピストン
の上昇に伴って上方に押し上げられて、排気ポートを通
じて排気マニホールド内に押し出される。このため、排
気行程終期においても、未燃焼の炭化水素を多量に含む
排気ガスが各気筒から排気マニホールド内に排出される
傾向があることが知られている。

そこで、この排気ガス中の炭化水素の低減を図るべく、
従来、例えば特公昭４５−２３６８１号公報に開示され
ているように、互いに位相の異なる複数の気筒を備えた
ロー・クリピストンエンジンにおいて、サイドハウジン
グに連通路を設け、−方の気筒の膨張行程作動室内の高
温高圧ガスを、他方の気筒の排気行程作動室内に上記連
通路を介して噴出させ、これによって排気行程作動室内
の未燃焼成分を再燃焼させる技術がある。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記従来のものでは、気筒の排気行程作動室内
の未燃焼成分を再燃焼させるものであるので、高負荷時
に排気温度が高くなりすぎるという問題がある。

ところで、排気ターボ過給機付エンジンにおいて過給機
の応答性を高めるための技術として、過給機のタービン
のスクロール（渦巻室）をタービン軸方向に隣りあう低
速用タービンスクロールおよび高速用タービンスクロー
ルに仕切り、エンジンの低負荷時には排気ガスを低速用
タービンスクロールにのみ供給して、排気ガス流量が少
ないにも拘らずその流速を高めて過給機の応答性を高め
る一方、高負荷時には排気ガスを低速用タービンスクロ
ールおよび高速用タービンスクロールの双方に供給して
、吸気流量を確保しながら適正な過給圧を得るようにし
た、いわゆるツイン・スクロール・ターボ・タイプのも
のが公知である。また、これとは別に、低速用および高
速用の二つの排気ターボ過給機を備え、エンジンの低負
荷時には排気ガスを低速用排気ターボ過給機のタービン
スクロールにのみ供給して、排気ガス流量が少ないにも
拘らずその流速を高めて過給機の応答性を高める一方、
高負荷時には排気ガスを低速用排気ターボ過給機のター
ビンスクロールおよび高速用排気ターボ過給機のタービ
ンスクロールの双方に供給して、吸気流量を確保しなが
ら適正な過給圧を得るようにした、いわゆるシーケンシ
ャルΦターボＱタイプのものも公知である。

本発明は、このように常に排気ガスが導入されるプライ
マリ側タービンスクロールと高負荷時に排気ガスが導入
されるセカンダリ側タービンスクロールとを有する排気
ターボ過給機を備えたエンジンを改良すべくなされたも
のであり、その目的とするところは、排気ガスのブロー
ダウンによりタービンの応答性を更に高めるとともに、
低負荷時には上記連通路を利用して排気ガス中の未燃焼
成分を再燃焼させる一方、高負荷時にはこの連通路の排
気ガスを上記セカンダリ側タービンスクロールに供給し
て排気温度の低減とエンジン出力の向上とを図ることに
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、本発明では、開時期および閉
時期の早い排気ポートからの排気ガスのブローダウンを
プライマリ側タービンスクロールに伝えるとともに、低
負荷時には開時期および閉時期の遅い排気ポート同士を
連通ずる連通路により排気ガス中の未燃焼成分を再燃焼
させる一方、高負荷時にはこの連通路の排気ガスをセカ
ンダリ側タービンスクロールに供給して排気温度の低減
とエンジン出力の向上とを図ることである。

具体的に、本発明の講じた解決手段は、常に排気ガスが
導入されるプライマリ側タービンスクロールと高負荷時
に排気ガスが導入されるセカンダリ側タービンスクロー
ルとを備えた排気ターボ過給機付エンジンの排気装置が
対象となる。そして、これに対し、気筒ごとにプライマ
リ排気ポートおよびセカンダリ排気ポートをそれぞれ設
け、プライマリ排気ポートの開時期をセカンダリ排気ポ
ートの開時期よりも早く設定し且つプライマリ排気ポー
トの閉時期をセカンダリ排気ポートの閉時期よりも早く
設定する。そして、プライマリ排気ポートを排気ターボ
過給機のプライマリ側タービンスクロールに接続する。

また、少なくとも排気期間が重なる気筒間で上記セカン
ダリ排気ポート同士を連通路で連通し、該連通路と上記
排気ターボ過給機のセカンダリ側タービンスクロールと
を排気ガス導出路で接続し、該排気ガス導出路に、高負
荷時に開く制御弁を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、エンジンの低負荷時に
は排気ガスがプライマリ側タービンスクロールにのみ供
給されて、排気ガス流量が少ないにも拘らずその流速が
高まり過給機の応答性が高くなる一方、高負荷時には排
気ガスがプライマリ側タービンスクロールおよびセカン
ダリ側タービンスクロールの双方に供給されて、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、プライマリ排気ポートからの排気ガスのブロ
ーダウンが動圧エネルギとしてプライマリ側タービンス
クロールに作用し、タービンの応答性が高められる。

また、エンジンの低負荷時には制御弁が閉じることによ
り、一方の気筒における排気行程後期の未燃焼成分の多
い排気ガスがセカンダリ排気ポート同士を連通する連通
路に流入し、該連通路内に高温状態で滞留するとともに
該連通路を介して他気筒の後燃え行程にある高温の燃焼
室に送られて再燃焼し、これにより排気ガス中の炭化水
素が低減する。

さらに、エンジンの高負荷時には上記制御弁が開くこと
により、プライマリ排気ポートおよびセカンダリ排気ポ
ートの双方から排気ガスが排出されて排気通路面積が拡
大し、排気抵抗が低減して排気温度が低減するとともに
、プライマリ排気ポートからの排気ガスがプライマリ側
タービンスクロールに、セカンダリ排気ポートからの排
気ガスがセカンダリ側タービンスクロールにそれぞれ供
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。

（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実施例に係る排気装置を備えた排
気ターボ過給機付２気筒ロークリピストンエンジンを示
す。同図において、ｌａ、ｌｂは２気筒ロータリピスト
ンエンジンの第１気筒および第２気筒である。２ａ、２
ｂはそれぞれ第１気筒１ａおよび第２気筒ｌｂのトロコ
イド内周面を有するロータハウジング、３は互いに１８
０度の位相差を有する偏心部を備えた偏心軸、５ａ、５
ｂは偏心軸３の各偏心部に回転自在に支承されたロータ
、６ａ、６ｂはサイドハウジング７ａ、７ｂにそれぞれ
形成された吸気ポートである。

各気筒１ａ、ｌｂのロータハウジング２ａ、２ｂにはそ
れぞれ排気ポート８ａ、８ｂが形成されており、これら
の排気ポート８ａ、８ｂは、プライマリ排気ポート１２
ａ、１２ｂと該プライマリ排気ポート１２ａ、１２ｂよ
りもロータ５ａ、５ｂの回転方向に対して進み側（リー
ディング側）のセカンダリ排気ボー）１３ａ、１３ｂと
に二分割されていて、プライマリ排気ポート１２ａ、１
２ｂの開時期がセカンダリ排気ボー）１３ａ、１３ｂの
開時期よりも早くなり、且つプライマリ排気ポート１２
ａ、１２ｂの閉時期がセカンダリ排気ポート１３ａ、１
３ｂの閉時期よりも早くなるように設定されている。ま
た、上記プライマリ排気ポート１２ａ、１２ｂには二次
エア供給通路２５が接続されていて、該二次エア供給通
路２５により二次エアが供給されている。

上記プライマリ排気ポート１２ａ、１２ｂには集合型の
排気通路９の分岐端が接続されていて、プライマリ排気
ポート１２ａ、１２ｂから常時、排気を排気通路９に導
出するようにしている。該排気通路９の分岐部には二次
エア供給バイブ２４が接続されていて、該二次エア供給
バイブ２４により二次エアが供給されている。また、排
気通路９には排気ガス浄化用の触媒コンバータ２１およ
゛び排気音を消すためのサイレンサ２２が設けられてい
る。一方、上記セカンダリ排気ポート１３ａ。

１３ｂは連通路１４により連通されている。

また、４１は吸気通路であって、該吸気通路４１は一端
がエアクリーナ４２を介して大気に開放されているとと
もに他端が二つの気筒１ａ、ｌｂの吸気ポート６ａ、６
ｂに接続されている。該吸気通路４１にはインタークー
ラ４８およびスロットル弁４９が設けられている。

そして、このエンジンには、いわゆるツイン−スクロー
ル・ターボ・タイプの排気ターボ過給機３０が設けられ
ている。該排気ターボ過給機３０のタービンスクロール
はタービン軸方向に隣りあうように、低速用のプライマ
リ側タービンスクロール３１ａと高速用のセカンダリ側
タービンスクロール３１とに仕切られており、プライマ
リ側タービンスクロール３１ａには常に排気ガスを導入
するとともに、セカンダリ側タービンスクロール３１に
は高負荷時に排気ガスを導入するようにしている。

上記排気ターボ過給機３０のプライマリ側タービンスク
ロール３１ａは触媒コンバータ２１上流の排気通路９に
設けられており、このことにより各プライマリ排気ポー
ト１２ａ、１２ｂが排気ターボ過給機３０のプライマリ
側タービンスクロール３１ａに接続されている。また、
上記連通路１４は排気ガス導出路１５を介して排気ター
ボ過給機３０のセカンダリ側タービンスクロール３１ｂ
に接続されている。

そして、該排気ガス導出路１５には制御弁１６が設けら
れている。この制御弁１６はエンジンの低負荷時には閉
じられ、高負荷時には開かれるものである。

尚、３３は排気ターボ過給機３０のプライマリ側タービ
ンスクロール３１ａをバイパスするように設けられたバ
イパス通路であって、該バイパス通路３３にはウェスト
ゲート弁３５が設けられており、該ウェストゲート弁３
５により過給圧特性を最適化するようにしている。

また、上記吸気通路４１のインタークーラ４８上流側に
は排気ターボ過給機３０のコンプレッサ３２が設けられ
ている。そして、該吸気通路４１にはコンプレッサ３２
をバイパスするリリーフ通路４５が設けられ、該リリー
フ通路４５にはりリーフ弁４６が設けられていて、減速
時など、吸気流量が少なく且つ圧力が大きくなる運転状
態にこのリリーフ弁４６を開いてコンプレッサ３２の圧
力をリリーフしてコンプレッサ３２のサージングを防止
するようにしている。

次いで、上記実施例の作用を説明するに、エンジンの低
負荷時には制御弁１６が閉じて排気ガスがプライマリ側
タービンスクロール３１ａにのみ供給されて、排気ガス
流量が少ないにも拘らずその流速が高まり過給機３０の
応答性が高くなる一方、高負荷時には制御弁１６が開い
て排気ガスがプライマリ側タービンスクロール３１ａお
よびセカンダリ側タービンスクロール３１ｂの双方に供
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、プライマリ排気ポート１２ａ、１２ｂが燃焼
室内で開くと、排気ガスのブローダウンが開始されて該
プライマリ排気ポート１２ａ、１２ｂからの排気ガスの
ブローダウンが動圧エネルギとしてプライマリ側タービ
ンスクロール３１ａに作用し、タービンの応答性が高め
られる。

しかも、上記プライマリ排気ポート１２ａ、１２ｂには
二次エア供給通路２５により二次エアが供給されるとと
もに、排気通路９の分岐部には二次エア供給バイブ２４
により二次エアが供給されるので、この二次エアにより
未燃焼排気ガスの燃焼が促進されて排気ガスの圧力が上
昇し、低負荷時におけるタービンの応答性が更に高めら
れることになる。

また、第２図に示すように、エンジンの低負荷時には上
記制御弁１６が閉じて連通路１４と排気ガス導出路１５
との連通が遮断され、一方の気筒、例えば第１気筒１ａ
のセカンダリ排気ポート１３ａが燃焼室内で開いたとき
、その燃焼室のリーディング側端部にある炭化水素を多
量に含む未燃焼排気ガスが連通路１４に滞留するととも
に、該連通路１４を介して他方の気筒、例えば第２気筒
ｌｂの後燃え行程にある高温の燃焼室に圧送される。

その場合、第１気筒１ａの上記燃焼室よりリーディング
側の燃焼室のトレーリング側端部も同時にセカンダリ排
気ポート１３ａに連通するから、そのトレーリング側端
部から排出された炭化水素を多量に含む未燃焼排気ガス
も連通路１４に滞留するとともに、該連通路１４を介し
て第２気筒ｌｂの燃焼室に送られる。そして、連通路１
４に滞留した未燃焼排気ガスは高温状態で再燃焼する一
方、第２気筒ｌｂの燃焼室内では、第１気筒１ａ側から
送られた炭化水素を多量に含む未燃焼排気ガスと高温の
既燃ガスとが激しく混合され、これにより混合されたガ
ス中の炭化水素と酸素との酸化燃焼が促進され、充分に
炭化水素が低減された既燃ガスは第２気筒ｌｂのプライ
マリ排気ポート１２ｂから排気通路９へ排出される。以
上のような排気ガスの移動は、第２気筒ｌｂから第１気
筒１ａへも同様に行われる。

一方、エンジンの高負荷時には上記制御弁１６が開いて
連通路１４と排気ガス導出路１５とが連通し、プライマ
リ排気ポート１２ａ、１２ｂおよびセカンダリ排気ボー
）１３ａ、１３ｂの双方から排気ガスが排出され、排気
通路面積が拡大して排気抵抗が低減し、エンジンの出力
向上および排気ガスの温度低減を図ることができる。

さらに、第３図は第２実施例を示す。この第２実施例は
、いわゆるシーケンシャル・ターボ・タイプの排気ター
ボ過給機を備えたエンジンの排気装置に関する。以下、
第１実施例と同一の部材については同一符号を付すこと
にする。第３図において、３０゛ａは低速用の排気ター
ボ過給機、３ｏ−ｂは高速用の排気ターボ過給機であっ
て、低速用排気ターボ過給機３０゛ａのタービンスクロ
ールによりプライマリ側タービンスクロール３１ａを構
成しているとともに、高速用排気ターボ過給機３０゛ｂ
のタービンスクロールにょリセヵンダリ側タービンスク
ロール３１−ｂを構成している。そして、プライマリ排
気ポート１２ａ、１２ｂを排気通路９を介して低速用排
気ターボ過給機３０′ａのタービンスクロール（プライ
マリ側タービンスクロール）３１＝ａに接続する一方、
セカンダリ排気ポート１３ａ、１３ｂ同士を連通路１４
で連通し、該連通路１４と高速用排気タルボ過給機３０
′ｂのタービンスクロール（セカンダリ側タービンスク
ロール）３１″ｂとヲ排気ガス導出路１５で接続し、且
つ該排気ガス導出路１５に、高負荷時に開く制御弁１６
を設けたものである。

さらに、３３は一端が連通路１４に接続され他端が低速
用排気ターボ過給機３０−ａ下流の排気通路９に接続さ
れた低速用バイパス通路、３４は一端が低速用排気ター
ボ過給機３０゛ａ上流の排気通路９に接続され他端が高
速用排気ターボ過給機３０′ｂ上流の排気ガス導出路１
５に接続された高速用バイパス通路であって、該各バイ
パス通路３３．３４には低速用および高速用のウェスト
ゲート弁３５，３６が設けられており、該ウェストゲー
ト弁３５，３６により低速用および高速用排気ターボ過
給機３０″ａ、３０″ｂの過給圧特性を最適化するよう
にしている。

そして、該吸気通路４１はインタークーラ４８の上流で
第１分岐通路４１ａと第２分岐通路４１ｂとに分岐され
ており、該各分岐通路４１ａ、４１ｂに低速用排気ター
ボ過給機３０′ａおよび高速用排気ターボ過給機３０゛
ｂのコンプレッサ３２−ａ、３２−ｂがそれぞれ配設さ
れている。さらに、第２分岐通路４１ｂのコンプレッサ
３２′ｂ下流には吸気切換弁４３が設けられていて、高
速用排気ターボ過給機３０−ｂの停止時に閉じて第２分
岐通路４１ｂ下流の吸気通路４１からこの第２分岐通路
４１ｂへの吸気の逆流を防止するようにしている。また
、該第２分岐通路４１ｂにはコンプレッサ３２′ｂをバ
イパスするリリーフ通路４５が設けられ、該リリーフ通
路４５にはリリーフ弁４６が設けられていて、減速時な
ど、吸気流量が少なく且つ圧力が大きくなる運転状態に
このリリーフ弁４６を開いてコンプレッサの圧力をリリ
ーフしてコンプレッサのサージングを防止するようにし
ている。

上記第２実施例では、エンジンの低負荷時には＄１ｗＤ
弁１６が閉じて排気ガスを低速用排気ターボ過給機３０
゛ａのタービンスクロール３１−ａにのみ供給されて、
排気ガス流量が少ないにも拘らずその流速が高まり過給
機３０′ａの応答性が高まる一方、高負荷時には制御弁
１６が開いて排気ガスが低速用排気ターボ過給機３０″
ａのタービンスクロール３１′ａおよび高速用排気ター
ボ過給機３０′ｂのタービンスクロール３１゛ｂの双方
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。

また、■プライマリ排気ポート１２ａ、１２ｂからの排
気ガスのブローダウンにより低速用排気ターボ過給機３
０゛ａのタービンの応答性が高められること、■二次エ
アにより未燃焼排気ガスの燃焼が促進されて低速用排気
ターボ過給機３０゛ａのタービンの応答性が更に高めら
れること、■低負荷時に一方の気筒の未燃焼排気ガスの
連通路１４への滞留および他方の気筒への圧送により未
燃焼排気ガスが再燃焼すること、■高負荷時に排気抵抗
が低減してエンジンの出力向上および排気ガスの温度低
減が図られること、については第１実施例と同様である
。

さらに、第４図は第３実施例を示す。第１実施例は排気
ターボ過給機付２気筒ロータリピストンエンジンの排気
装置であったが、この第３実施例は、４気筒レシプロエ
ンジンにツインψスクロール・ターボ・タイプの排気タ
ーボ過給機を設けたものの排気装置に関する。すなわち
、１゛ａ〜１゛ｄは４気筒レシプロエンジンの第１気筒
〜第４気筒である。該各気筒１−ａ〜１−ｄにはプライ
マリ排気ボー）１２”ａ〜１２′ｄおよびセカンダリ排
気ポート１３″ａ〜１３′ｄが設けられている。該各排
気ポート１２−ａ〜１２′ｄおよび１３゛ａ〜１３゛ｄ
は排気バルブ（図示せず）により開閉される。該各排気
バルブの開閉タイミングは、その動弁系によって調整さ
れており、プライマリ排気ポート１２′ａ〜１２′ｄの
開時期がセカンダリ排気ポート１３−ａ〜１３゛ｄの開
時期よりも早くなり且つプライマリ排気ポート１２ａ〜
１２′ｄの閉時期がセカンダリ排気ポート１３゛ａ〜１
３′ｄの閉時期よりも早くなるように設定されている。

その他、第１実施例と同一の部材については同一符号を
付すことにする。この第３実施例の排気装置によっても
第１実施例と同様の作用・効果が得られる。

また、第５図は第４実施例を示す。この第４実施例は、
４気筒レシプロエンジンにシーケンシャル・ターボ・タ
イプの排気ターボ過給機を備えたものの排気装置に関す
る。その他、第２実施例および第３実施例と同一の部材
については同一符号を付すことにする。この第４実施例
の排気装置によっても第１実施例と同様の作用・効果が
得られる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の排気ターボ過給機付エン
ジンの排気装置によれば、常に排気ガスが導入されるプ
ライマリ側タービンスクロールと高負荷時に排気ガスが
導入されるセカンダリ側タービンスクロールとを備える
とともに、気筒ごとにプライマリ排気ポートおよびセカ
ンダリ排気ポートをそれぞれ設け、プライマリ排気ポー
トの開時期をセカンダリ排気ポートの開時期よりも早く
設定し且つプライマリ排気ポートの閉時期をセカンダリ
排気ポートの閉時期よりも早く設定し、プライマリ排気
ポートを排気ターボ過給機のプライマリ側タービンスク
ロールに接続する一方、少なくとも排気期間が重なる気
筒間で上記セカンダリ排気ポート同士を連通路で連通し
、該連通路と上記排気ターボ過給機のセカンダリ側ター
ビンスクロールとを排気ガス導出路で接続し、該排気ガ
ス導出路に、高負荷時に開く制御弁を設けたので、プラ
イマリ排気ポートからの排気ガスのブローダウンによっ
てタービンの応答性を高めることができるとともに、エ
ンジンの低負荷時に未燃焼成分の多い排気ガスが連通路
内および他気筒で再燃焼して排気ガス中の炭化水素を低
減させることができる一方、高負荷時に排気抵抗を低減
させて排気温度を低減させ且つプライマリ側タービンス
クロールおよびセカンダリ側タービンスクロールにより
吸気流量を確保しながら適正な過給圧を得て、エンジン
出力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す全体概略構成図、第
２図は第１実施例のブローダウンのタイミングを示す説
明図、第３図は第２実施例の第１図相当図、第４図は第
３実施例の第１図相当図、第５図は第４実施例の第１図
相当図である。 ｌａ、ｌｂ、１−ａ　〜１−ｄ−・・気筒、１２ａ。 １２ｂ、１２−ａ〜１２゛ｄ・・・プライマリ排気ポー
ト、１３ｇ、１３ｂ、　　１３″ａ〜１３°ｄ　−・・
セカンダリ排気ポート、１４・・・連通路、１５・・・
排気ガス導出路、１６・・・制御弁、３０．　３０”ａ
、　　３ｏ　−ｂ−・・排気ターボ過給機、３１　ａ　
ｒ　　３１−　ａ　ｒ・・・プライマリ側タービンスク
ロール、３１ｂ、３１＝ｂ・・・セカンダリ側タービン
スクロール。 第２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）常に排気ガスが導入されるプライマリ側タービン
   スクロールと高負荷時に排気ガスが導入されるセカンダ
   リ側タービンスクロールとを備えた排気ターボ過給機付
   エンジンの排気装置であって、気筒ごとにプライマリ排
   気ポートおよびセカンダリ排気ポートをそれぞれ設け、
   プライマリ排気ポートの開時期をセカンダリ排気ポート
   の開時期よりも早く設定し且つプライマリ排気ポートの
   閉時期をセカンダリ排気ポートの閉時期よりも早く設定
   するとともに、プライマリ排気ポートを排気ターボ過給
   機のプライマリ側タービンスクロールに接続する一方、
   少なくとも排気期間が重なる気筒間で上記セカンダリ排
   気ポート同士を連通路で連通し、該連通路と上記排気タ
   ーボ過給機のセカンダリ側タービンスクロールとを排気
   ガス導出路で接続し、該排気ガス導出路に、高負荷時に
   開く制御弁を設けたことを特徴とする排気ターボ過給機
   付エンジンの排気装置。