JPH04237858A - 過給機付エンジン - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主ターボチャージャと
副ターボチャージャを有し、低吸入空気量域では主ター
ボチャージャのみで過給し、高吸入空気量域では両ター
ボチャージャを作動させて両ターボチャージャで過給す
る過給機付エンジン、いわゆる２ステージツインターボ
エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン本体に対し、主、副二つのター
ボチャージャを並列に配置し、低吸入空気量域では主タ
ーボチャージャのみ作動させて１個ターボチャージャと
し、高吸入空気量域では両ターボチャージャを作動させ
るようにした、いわゆる２ステージターボシステムを採
用した過給機付エンジンが知られている。この種の過給
機付エンジンの構成は、たとえば図５に示すようになっ
ている。エンジン本体９１に対し、主ターボチャージャ
（Ｔ／Ｃ−１）９２と副ターボチャージャ（Ｔ／Ｃ−２
）９３が並列に設けられている。副ターボチャージャ９
３に接続される吸、排気系には、それぞれ吸気切替弁９
４、排気切替弁９５が設けられ、副ターボチャージャ９
３のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路９７
には、吸気バイパス弁９６が設けられている。吸気切替
弁９４、排気切替弁９５をともに全閉とすることにより
、主ターボチャージャ９２のみを過給作動させ、両切替
弁９４、９５をともに全開とし、吸気バイパス弁９６も
閉じることにより、副ターボチャージャ９３にも過給作
動を行わせ、２個ターボチャージャ作動とすることがで
きる。

【０００３】２ステージツインターボエンジンでは、上
述したように、主ターボチャージャのみが作動する１個
ターボチャージャ時には、他の気筒群からの排気ガスを
一方の気筒群側に流して合流させ、両方の気筒群の排気
ガスを主ターボチャージャに流すようになっている。し
たがって、排気マニホールドは、排気干渉を伴なわない
一方の気筒群と他方の気筒群の双方の排気集合部を連通
させている。このような排気系路の構成は、たとえば特
開昭６１−１６４０４１号公報に開示されている。

【０００４】図６および図７は、従来の過給機付エンジ
ンにおける排気系路の一例を示している。図中、７１は
シリンダヘッドを示しており、シリンダヘッド７１の側
面には、排気マニホールド７２が取付けられている。排
気マニホールド７２の一方の気筒群（＃１〜＃３気筒）
の集合部７２ａと、他方の気筒群（＃４〜＃６気筒）の
集合部７２ｂとは、連通路７２ｃによって連通されてい
る。排気マニホールド７２は、たとえば鋳鋼から構成さ
れており、集合部７２ａ、７２ｂと連通路７２ｃは一体
鋳造によって製作されている。集合部７２ａおよび集合
部７２ｂは、フランジ部７２ｄに連通されたボルトによ
ってシリンダヘッド７１に締結されている。＃１〜＃６
気筒から排出される排気ガスは、シリンダヘッド７１内
の各排気ポート７１ａを介して排気マニホールド７２の
各集合部７２ａ、７２ｂに排出される。排気マニホール
ド７２の各集合部７２ａ、７２ｂに流入された排気ガス
は、１個ターボチャージャ時には主ターボチャージャ（
Ｔ／Ｃ１）のみに排出され、２個ターボチャージャ時に
は、両方のターボチャージャ（Ｔ／Ｃ１、Ｔ／Ｃ２）へ
それぞれ排出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】排気マニホールドは、
気筒配列方向に延びており、直列型のエンジンでは気筒
数に比例してその長さが長くなるので、排気ガスからの
受熱が問題となる。２ステージツインターボエンジンで
は、１個ターボチャージャ時におけるターボチャージャ
切替直前の条件では、排気マニホールドの各集合部を連
通する連通部に大きな熱負荷がかかり、排気マニホール
ドの耐久信頼性が低下する。また、２個ターボチャージ
ャ時には、排気ガス量が増加するので、排気マニホール
ドは排気ガスからの受熱による熱歪を吸収することが必
要となる。しかし、排気マニホールドには各集合部を連
通させる連通部があるため熱歪を十分に吸収することが
できず、排気マニホールドに歪が発生するという問題が
あった。

【０００６】本発明は、上記の問題に着目し、排気ガス
からの受熱を減少させることにより排気マニホールドの
熱歪を小に抑え、排気マニホールドの耐久信頼性を向上
させることが可能な過給機付エンジンを提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明に
係る過給機付エンジンは、主ターボチャージャと副ター
ボチャージャとを備え、低吸入空気量域では主ターボチ
ャージャのみで過給作動を行ない、高吸入空気量域では
両方のターボチャージャで過給作動を行ない、前記主タ
ーボチャージャのみの過給作動時には、他方の気筒群か
らの排気ガスを一方の気筒群側の排気ガスと合流させる
ようにした過給機付エンジンにおいて、該エンジンのシ
リンダヘッドに、前記一方の気筒群から排出された排気
ガスを集合させる排気マニホールドの一方の集合部と、
前記他方の気筒群から排出された排気ガスを集合させる
排気マニホールドの他方の集合部とを連通させる連通路
を形成したものから成る。

【０００８】

【作用】このように構成された過給機付エンジンにおい
ては、排気マニホールドの一方の集合部と他方の集合部
とを連通させる連通路がシリンダヘッドに形成されるた
め、連通路を通過する排気ガスの熱はシリンダヘッドに
伝熱される。そのため、排気マニホールドの受熱が減少
し、排気マニホールドの耐久信頼性が向上される。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係る過給機付エンジンの望
ましい実施例を、図面を参照して説明する。

【００１０】第１実施例 図１ないし図３は、本発明の第１実施例を示している。 図３において、１はエンジン、２はサージタンク、３は
排気マニホールドを示す。排気マニホールド３は、排気
干渉を伴わない＃１〜＃３気筒群と＃４〜＃６気筒群か
らの排気ガスを集合させる機能を有する。７、８は互い
に並列に配置された主ターボチャージャ、副ターボチャ
ージャである。ターボチャージャ７、８のそれぞれのタ
ービン７ａ、８ａは排気マニホールド３の集合部に接続
され、それぞれのコンプレッサ７ｂ、８ｂは、インタク
ーラ６、スロットル弁４を介してサージタンク２に接続
されている。主ターボチャージャ７は低吸入空気量域か
ら高吸入空気量域まで作動され、副ターボチャージャ８
は低吸入空気量域で停止される。双方のターボチャージ
ャ７、８の作動、停止を可能ならしめるために、副ター
ボチャージャ８のタービン８ａの下流にはアクチュエー
タ１６によって開閉作動する排気切替弁１７が、コンプ
レッサ８ｂの下流には、アクチュエータ１１によって開
閉作動する吸気切替弁１８が設けられる。吸、排気切替
弁１８、１７の両方とも全開のときは、両方のターボチ
ャージャ７、８が作動される。低吸入空気量域で停止さ
れる副ターボチャージャ８の吸気通路には、コンプレッ
サ８ｂの上流と下流とを連通する吸気バイパス通路１３
と、吸気バイパス通路１３途中に配設される吸気バイパ
ス弁３３が設けられる。吸気バイパス弁３３はアクチュ
エータ１０によって開閉される。なお、図３中、１４は
コンプレッサ出口側の吸気通路、１５はコンプレッサ入
口側の吸気通路を示す。吸気通路１５はエアフローメー
タ２４を介してエアクリーナ２３に接続される。排気通
路を形成するフロントパイプ２０は、排気ガス触媒２１
を介して排気マフラー２２に接続される。

【００１１】この過給機付エンジンにおいては、低速域
でかつ高負荷時には、吸気切替弁１８と排気切替弁１７
がともに閉じられ、吸気バイパス弁３３は開かれる。こ
れによって、１個のターボチャージャ７のみが駆動され
る。低吸入空気量域で１個ターボチャージャとするのは
、低吸入空気量域では１個ターボチャージャ過給特性が
２個ターボチャージャ過給特性より優れているからであ
る。１個ターボチャージャとすることにより、過給圧、
トルクの立上りが早くなり、レスポンスが迅速となる。 高吸入空気量域では、吸気切替弁１８と排気切替弁１７
がともに開かれ、吸気バイパス弁３３が閉じられる。こ
れによって２個ターボチャージャ７、８が過給作動し、
充分な過給空気量が得られ、出力が向上される。 このとき過給圧は、設定圧を越えないように、ウエスト
ゲートバルブ３１で制御される。低吸入空気量域から高
吸入空気量域に移行するとき、つまり１個ターボチャー
ジャから２個ターボチャージャ作動へ切り替えるときに
は、排気切替弁１７の小開制御により副ターボチャージ
ャ８の助走回転が高められるので、２個ターボチャージ
ャへの切替時の切替ショックが緩和される。

【００１２】図１および図２は、エンジン１の排気系路
の一部を示している。エンジン１のシリンダヘッド６０
の側面６０ａには、排気マニホールド３が取付けられて
いる。排気マニホールド３は、一方の気筒群（＃１〜＃
３気筒）からの排気ガスを集合させる集合部３ａと、他
方の気筒群（＃４〜＃６気筒）からの排気ガスを集合さ
せる集合部３ｂとを有している。集合部３ａと集合部３
ｂとは、フランジ部３ｃを介して連結されている。排気
マニホールド３は、たとえば鋳鋼から構成されており、
集合部３ａ、３ｂとフランジ部３ｃは一体鋳造によって
製作されている。集合部３ａおよび集合部３ｂは、フラ
ンジ部３ｃに挿通されたボルトによってシリンダヘッド
６０に締結されている。＃１〜＃３気筒の燃焼室６３か
らの排気ガスは、シリンダヘッド６０の各排気ポート６
２を介して集合部３ａに排出されるようになっており、
＃４〜＃６気筒の燃焼室６３からの排気ガスは、シリン
ダヘッド６０の各排気ポート６２を介して集合部３ｂに
排出されるようになっている。２個ターボチャージャ時
には、集合部３ａに排出された排気ガスは、主ターボチ
ャージャ７に向けて流れ、集合部３ｂに排出された排気
ガスは、副ターボチャージャ８に向けて流れるようにな
っている。

【００１３】シリンダヘッド６０には、一方の気筒群（
＃１〜＃３気筒）からの排気ガスを集合させる排気マニ
ホールド３の集合部３ａと、他方の気筒群（＃４〜＃６
気筒）からの排気ガスを集合さこせる排気マニホールド
３の集合部３ｂとを連通させる連通路６１が形成されて
いる。本実施例では、＃３気筒の排気ポート６２と＃４
気筒の排気ポート６２とが連通路６１を介して連通する
ように形成されている。連通路６１は、図２に示すよう
にシリンダヘッド６０の側面６０ａに開口している。 連通路６１の開口部分は、排気マニホールド３のフラン
ジ部３ｃによって塞がれており、開口部分からの排気ガ
スの漏れは防止されている。

【００１４】つぎに、第１実施例における作用について
説明する。エンジン１の低吸入空気量域では、吸気切替
弁１８および排気切替弁１７が閉弁され、主ターボチャ
ージャ７のみにて過給作動が行なわれる。そのため、＃
４〜＃６気筒の燃焼室６３からの排気ガスは、排気マニ
ホールド３の他方の集合部３ｂに排出された後、連通路
６１を介して一方の集合部３ａに流入される。この場合
、連通路６１を通過する排気ガスの熱の多くがシリンダ
ヘッド６０に伝熱される。そのため、排気マニホールド
３の排気ガスからの受熱量が減少され、排気マニホール
ド３の熱歪を小に抑えることが可能となる。また各集合
部３ａ、３ｂを連通させるための連通路６１が排気マニ
ホールド３に形成されないため、従来装置のように１個
ターボチャージャ時において排気マニホールドの特定部
分に大きな熱負荷もかかることがなくなり、排気マニホ
ールド３の耐久信頼性が向上する。なお、排気マニホー
ルド３に連通路６１が形成されないことにより、従来装
置よりも排気マニホールド３の重量を軽減することがで
きる。したがって、エンジンのコールドスタート時には
、排気マニホールド３によって奪われる熱量が減少し、
排気ガス触媒２１の暖機性を高めることも可能となる。

【００１５】エンジン１の高吸入空気量域では、吸気切
替弁１８および排気切替弁１７が開弁され、主、副ター
ボチャージャ７、８による過給作動が行なわれる。この
場合、＃１〜＃３気筒からの排気ガスは集合部３ａに排
出された後、主ターボチャージャ７に向けて流れ、＃４
〜＃６気筒からの排気ガスは集合部３ｂに排出された後
、副ターボチャージャ８に向けて流れる。従来では、排
気マニホールドに連通路が形成されていたため、排気ガ
スからの受熱による熱歪を十分に吸収することが困難で
あったが、本実施例の場合は、連通路６１がシリンダヘ
ッド６０に形成されるため、従来よりも熱歪の吸収が容
易となり、排気マニホールド３の歪は小に抑えられる。

【００１６】第２実施例 図４は、本発明の第２実施例を示している。第２実施例
が第１実施例と異なるところは、連通路の構成のみであ
り、その他の部分は第１実施例に準じるので、準じる部
分に第１実施例と同一の符号を付すことにより準じる部
分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。 図４において、６５はシリンダヘッド６０に形成された
連通路を示している。第１実施例では、連通路６１はシ
リンダヘッド６０の側面６０ａに開口する構造となって
いたが、本実施例では、連通路６５はシリンダヘッド６
０の側面６０ａには開口していない。すなわち本実施例
では、＃３気筒の排気ポート６２の途中と、＃４気筒の
排気ポート６２の途中とを連通路６５にて連通させてお
り、第１実施例のように＃３、４気筒の各排気ポート６
２の下流側を連通路６１で連通させる構成としていない
。したがって、本実施例では、第１実施例のように、連
通路６１の開口部分を塞ぐためのフランジ部も不要とな
り、一方の集合部３ａと他方の集合部３ｂとを完全に分
離させることも可能である。このように構成された第２
実施例においては、排気マニホールド３を２分割構成と
することが可能となり、排気マニホールド３の全長を短
かくすることができる。したがって、排気ガスからの受
熱の影響が小さくなり、熱歪に対して有利となる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る過給
機付エンジンによるときは、エンジンのシリンダヘッド
に、一方の気筒群から排出された排気ガスを集合させる
排気マニホールドの一方の集合部と、他方の気筒群から
排出された排気ガスを集合させる排気マニホールドの他
方の集合部とを連通させる連通路を形成するようにした
ので、以下の効果が得られる。 （イ）排気マニホールドの一方の集合部と他方の集合部
とを連通させる連通路がシリンダヘッドに形成されるた
め、連通路を通過する排気ガスの多くの熱をシリンダヘ
ッドに伝熱させることができ、排気マニホールドの受熱
量を減少させることができる。したがって、排気マニホ
ールドの熱歪を小に抑えることが可能となり、排気マニ
ホールドの耐久信頼性を高めることができる。 （ロ）排気マニホールドに連通路が形成されないため、
従来よりも排気マニホールドの重量を軽減することがで
きる。したがって、エンジンのコールドスタート時には
、排気マニホールドによって奪われる熱量が減少し、排
気ガス触媒の暖機性を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る過給機付エンジンの
排気系路の一部を示す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う側面図である。

【図３】本発明に係る過給機付エンジンの系統図である
。

【図４】本発明の第２実施例に係る過給機付エンジンの
排気系路の一部を示す平面図である。

【図５】従来の過給機付エンジンの系統図である。

【図６】従来の過給機付エンジンの排気系路の一部を示
す平面図である。

【図７】図６のＢ−Ｂ線に沿う側面図である。

【符号の説明】

１　　エンジン ３　　排気マニホールド ３ａ　　集合部 ３ｂ　　集合部 ７　　主ターボチャージャ ８　　副ターボチャージャ ６０　　シリンダヘッド ６１　　連通路 ６５　　連通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主ターボチャージャと副ターボチャー
   ジャとを備え、低吸入空気量域では主ターボチャージャ
   のみで過給作動を行ない、高吸入空気量域では両方のタ
   ーボチャージャで過給作動を行ない、前記主ターボチャ
   ージャのみの過給作動時には、他方の気筒群からの排気
   ガスを一方の気筒群側の排気ガスと合流させるようにし
   た過給機付エンジンにおいて、該エンジンのシリンダヘ
   ッドに、前記一方の気筒群から排出された排気ガスを集
   合させる排気マニホールドの一方の集合部と、前記他方
   の気筒群から排出された排気ガスを集合させる排気マニ
   ホールドの他方の集合部とを連通させる連通路を形成し
   たことを特徴とする過給機付エンジン。