JPH04353222A - Four-cycle engine equipped with turbocharger - Google Patents

Four-cycle engine equipped with turbocharger

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JPH04353222A
JPH04353222A JP15621191A JP15621191A JPH04353222A JP H04353222 A JPH04353222 A JP H04353222A JP 15621191 A JP15621191 A JP 15621191A JP 15621191 A JP15621191 A JP 15621191A JP H04353222 A JPH04353222 A JP H04353222A
Authority
JP
Japan
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exhaust
turbocharger
cylinder
engine
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
JP15621191A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Matsuoka
寛 松岡
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP15621191A priority Critical patent/JPH04353222A/en
Publication of JPH04353222A publication Critical patent/JPH04353222A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

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  • Supercharger (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a 4-cycle engine equipped with a turbocharger which reduces the compression work of a piston and sufficiently recovers the exhaust energy. CONSTITUTION:In a 4-cycle engine, the effective area of an exhaust passage is increased by forming an exhaust port 11 on a cylinder head 1 and forming an exhaust hole 4 in the lower part of a cylinder 10. The exhaust energy is recovered by feeding the exhaust gas having a high pressure and high speed which is supplied from the exhaust hole 4, into an impact turbines 6, and the exhaust gas is sent into a turbocharger 5. An exhaust manifold 3 connected to the exhaust port 11 is connected to the turbocharger 5. Almost all the exhaust gas supplied from the exhaust hole 4 is sent into the impact turbine 6, and the compression work of a piston 7 is reduced, and the reduction of the engine efficiency is prevented, and the residual gas remaining in the cylinder 10 is reduced, and the intake efficiency is improved.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、エンジンの排気エネ
ルギーによって駆動されるターボチャージャを持つ4サ
イクルエンジンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention This invention relates to a four-stroke engine having a turbocharger driven by engine exhaust energy.

【0002】0002

【従来の技術】一般に、エンジンの作動については、爆
発行程(即ち、膨張行程)、排気行程、吸入行程及び圧
縮行程の作動を順次繰り返して行うものであり、4サイ
クルエンジンと2サイクルエンジンの2つの方式がある
。4サイクルエンジンは、シリンダヘッドに吸排気ポー
トを形成し、該吸排気ポートには吸排気バルブが設けら
れ、ピストンの1ストークで各行程が行われ、排気行程
ではピストンの上昇で排気バルブが開放してシリンダ内
の排気ガスが排出される。従来、排気エネルギーで駆動
されるターボチャージャとエネルギー回収タービンを持
つエンジンは、排気ポートに連結した排気マニホルド等
の排気管の下流にターボチャージャ、エネルギー回収タ
ービン等が連結され、エンジンで発生する排気ガスが有
する排気エネルギーをターボチャージャ、エネルギー回
収タービン等で回収し、コンプレッサを駆動したり、或
いは発電・電動機で電気エネルギーとしてバッテリに蓄
電している。
2. Description of the Related Art In general, an engine operates by sequentially repeating an explosion stroke (that is, an expansion stroke), an exhaust stroke, an intake stroke, and a compression stroke. There are two methods. A 4-cycle engine has an intake and exhaust port formed in the cylinder head, and each intake and exhaust port is equipped with an intake and exhaust valve. Each stroke is performed by one stroke of the piston, and in the exhaust stroke, the exhaust valve opens as the piston rises. The exhaust gas inside the cylinder is then discharged. Conventionally, engines with a turbocharger and an energy recovery turbine that are driven by exhaust energy have a turbocharger, an energy recovery turbine, etc. connected downstream of an exhaust pipe such as an exhaust manifold connected to an exhaust port, and the exhaust gas generated by the engine is The exhaust energy possessed by the exhaust gas is recovered by a turbocharger, an energy recovery turbine, etc., and used to drive a compressor, or is stored in a battery as electrical energy by a generator or electric motor.

【0003】また、4サイクルエンジンでは、爆発行程
(即ち、膨張行程)、排気行程、吸入行程及び圧縮行程
の作動において、シリンダ内圧力、排気バルブと吸気バ
ルブの開口面積及びバルブタイミングは、図6に示すよ
うな軌跡を示す。図6はエンジンの作動サイクルに対す
る筒内圧力即ちシリンダ内圧力と排気バルブ及び吸気バ
ルブの開口面積とバルブタイミングを説明するグラフで
ある。図6において、縦軸にシリンダ内圧力、排気バル
ブ開口面積及び吸気バルブ開口面積をとり、横軸に作動
サイクルをとる。この時、排気バルブの開放時期を、例
えば、爆発行程終端即ちクランク角180°とすると、
排気バルブ開口面積は符号EPSで示すようになり、ま
た、吸気バルブ開口面積は符号IPSで示すようになる
。この時、シリンダ内圧力は、点線で示すように、符号
Pの軌跡を描く。マニホルド内に発生する排気圧は、符
号MPで示されている。
In addition, in a four-stroke engine, during the explosion stroke (that is, expansion stroke), exhaust stroke, intake stroke, and compression stroke, the cylinder internal pressure, the opening area of the exhaust valve and the intake valve, and the valve timing are as shown in FIG. The trajectory shown in is shown. FIG. 6 is a graph illustrating the cylinder pressure, the opening area of the exhaust valve and the intake valve, and the valve timing with respect to the engine operating cycle. In FIG. 6, the vertical axis represents the cylinder internal pressure, the exhaust valve opening area, and the intake valve opening area, and the horizontal axis represents the operating cycle. At this time, if the opening timing of the exhaust valve is, for example, the end of the explosion stroke, that is, the crank angle is 180°, then
The exhaust valve opening area is now indicated by the symbol EPS, and the intake valve opening area is now indicated by the symbol IPS. At this time, the cylinder internal pressure draws a locus of symbol P, as shown by the dotted line. The exhaust pressure generated within the manifold is designated by the symbol MP.

【0004】また、シリンダヘッドに形成した排気ポー
トを通じて排気ガスを排出する形式のエンジンにおいて
、例えば、爆発行程終端即ちクランク角180°で排気
バルブが開放するならば、シリンダ内の排気ガスの排出
は排気ポートを通じてのみであり、排気通路有効面積は
排気バルブの開放による通路面積である。また、通常の
エンジンにおいて、例えば、爆発行程終端即ちクランク
角180°で排気バルブが開放するならば、シリンダ内
圧力Pは、爆発行程初期で燃料が着火して最大になり、
ピストンを押し下げて仕事を行ってシリンダ内圧力Pは
低下し、排気バルブの開放でシリンダ内の排気ガスはシ
リンダヘッドに形成した排気ポートを通じて排気され、
シリンダ内圧力Pは低下する。次いで、シリンダ内の排
気ガスは排気行程でピストン上昇に従って排気ポートを
通じて排気されるが、排気行程の終端で排気マニホルド
のガス圧がターボチャージャ等を配置しているため上昇
し、シリンダ内圧力Pがマニホルド排気圧MPとの間で
圧力差が小さくなり、排気ガスが排出されずにシリンダ
内圧力Pが符号HPで示すように上昇する。
[0004] Furthermore, in an engine that discharges exhaust gas through an exhaust port formed in the cylinder head, for example, if the exhaust valve opens at the end of the explosion stroke, that is, at a crank angle of 180°, the exhaust gas in the cylinder will be discharged. Only through the exhaust port, and the effective area of the exhaust passage is the area of the passage when the exhaust valve is opened. In addition, in a normal engine, for example, if the exhaust valve opens at the end of the explosion stroke, that is, at a crank angle of 180°, the cylinder pressure P will reach its maximum at the beginning of the explosion stroke as the fuel ignites.
The piston is pushed down to perform work and the cylinder pressure P decreases, and when the exhaust valve is opened, the exhaust gas in the cylinder is exhausted through the exhaust port formed in the cylinder head.
The cylinder pressure P decreases. Next, the exhaust gas in the cylinder is exhausted through the exhaust port as the piston rises during the exhaust stroke, but at the end of the exhaust stroke, the gas pressure in the exhaust manifold increases due to the arrangement of the turbocharger, and the cylinder internal pressure P increases. The pressure difference between the pressure and the manifold exhaust pressure MP becomes small, and the cylinder internal pressure P increases as indicated by HP without exhaust gas being discharged.

【0005】また、ターボコンパウンドエンジンとして
は、特開昭63−9617号公報に開示されたものがあ
る。該ターボコンパウンドエンジンは、エンジンの主排
気通路に直列にターボチャージャ及びタービンを接続し
、該ターボチャージャとタービン間の主排気通路に、該
主排気通路より遅れて開放される副排気通路を接続し、
該副排気通路にエンジンの運転状態に基づいて開度調節
される開閉弁を設けたものである。
[0005] Further, as a turbo compound engine, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-9617. The turbo compound engine has a turbocharger and a turbine connected in series to a main exhaust passage of the engine, and a auxiliary exhaust passage that opens later than the main exhaust passage is connected to the main exhaust passage between the turbocharger and the turbine. ,
The auxiliary exhaust passage is provided with an on-off valve whose opening degree is adjusted based on the operating state of the engine.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ターボ
チャージャとエネルギー回収タービンを持つエンジンで
は、ターボチャージャのタービンとエネルギー回収ター
ビンを回転させるための負荷がかかるため、排気ポート
に連結した排気マニホルド等の排気管内の排気圧MPが
高くなり、シリンダ内からの排気ガスの吐き出しに対抗
する背圧は高くなる。そのため、ピストンの上昇に従っ
てシリンダ内の燃焼ガス圧Pとマニホルド内のガス圧M
Pとの圧力差が小さくなり、燃焼ガスがシリンダ内から
マニホルドへ十分に排気されないという現象が発生する
。特に、シリンダヘッドに形成した排気ポートから排気
バルブの開放でシリンダ内の排気ガスを排出するエンジ
ンでは、ピストンの上昇に伴って排気ガスを排出すると
、ターボチャージャ、エネルギー回収タービン等の存在
で、排気マニホルドの排気圧MPが高いので、排気行程
におけるピストンの圧縮仕事の増大を招くと共に、排気
バルブを通じての時間当たりの流出量が減少し、筒内圧
力即ちシリンダ内圧力Pの上昇を招き、エンジン効率が
低下するという問題がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in an engine having a turbocharger and an energy recovery turbine, since a load is applied to rotate the turbocharger turbine and the energy recovery turbine, the exhaust gas such as the exhaust manifold connected to the exhaust port is The exhaust pressure MP within the pipe increases, and the back pressure that opposes the discharge of exhaust gas from within the cylinder increases. Therefore, as the piston rises, the combustion gas pressure P in the cylinder and the gas pressure M in the manifold
A phenomenon occurs in which the pressure difference with P becomes small and combustion gas is not sufficiently exhausted from the cylinder to the manifold. In particular, in engines that discharge exhaust gas from the cylinder by opening an exhaust valve from an exhaust port formed in the cylinder head, if the exhaust gas is discharged as the piston rises, the presence of a turbocharger, energy recovery turbine, etc. Since the exhaust pressure MP of the manifold is high, the compression work of the piston increases during the exhaust stroke, and the flow rate per hour through the exhaust valve decreases, leading to an increase in the cylinder pressure, that is, the cylinder pressure P, which reduces engine efficiency. There is a problem that the amount decreases.

【0007】また、排気行程の上死点近傍になると、排
気バルブのリフトも小さくなるため、ピストン上昇に伴
うシリンダ内容積の減少に対し、排気バルブを通過して
排出可能になる燃焼ガス流量の方が小となり、シリンダ
内の圧力Pが、排気行程終端付近で図7で符号HPで示
すように急激に上昇する。その結果、ピストンは圧縮仕
事をエンジンの排気圧以上に行うことになり、エンジン
効率の低下、シリンダ内に残留する残留ガスの増加によ
る吸入効率の低下等が発生する。また、排気ガスの流出
スピードはシリンダ内圧/排気圧の比に比例し、排気圧
が高いと排気ガスの流出スピードは低下するものである
。特に、断熱エンジン、高出力ディーゼルエンジン等の
エンジンでは、ブーストを高め、作動ガス量の大きい場
合には、通常の排気バルブを通じて排気ガスの排出は十
分には行われないものとなる。
Furthermore, near the top dead center of the exhaust stroke, the lift of the exhaust valve becomes smaller, so the flow rate of combustion gas that can be discharged through the exhaust valve decreases in response to the decrease in cylinder internal volume as the piston rises. The pressure P in the cylinder increases rapidly near the end of the exhaust stroke as shown by HP in FIG. As a result, the piston performs compression work at a pressure higher than the exhaust pressure of the engine, resulting in a decrease in engine efficiency and a decrease in suction efficiency due to an increase in residual gas remaining in the cylinder. Further, the outflow speed of exhaust gas is proportional to the ratio of cylinder internal pressure/exhaust pressure, and when the exhaust pressure is high, the outflow speed of exhaust gas decreases. In particular, in engines such as adiabatic engines and high-output diesel engines, when the boost is increased and the amount of working gas is large, the exhaust gas is not sufficiently exhausted through the normal exhaust valve.

【0008】前掲特開昭63−9617号公報に開示さ
れたターボコンパウンドエンジンは、エンジンの運転状
態に応じて開閉弁の開度を調節して副排気通路を通じて
排気ガスを排出するが、排気行程の上死点近傍では、上
記と同様に、シリンダ内の圧力が上昇して結果的にピス
トンが圧縮仕事を行うことになり、上記の問題点を解決
することはできない。
The turbo compound engine disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-9617 discharges exhaust gas through the sub-exhaust passage by adjusting the opening degree of the on-off valve according to the operating condition of the engine. In the vicinity of the top dead center of the piston, the pressure inside the cylinder increases as described above, and as a result, the piston performs compression work, making it impossible to solve the above problem.

【0009】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、排気ポートをシリンダヘッドに且
つ排気孔をシリンダ下部に設け、排気通路の有効面積を
増大し、特に、排気行程初期における排気有効面積をシ
リンダ下部に形成した排気孔から排気される十分に高速
で且つ高圧の排気ガスの大部分を衝動タービンに送り込
んで排気エネルギーを回収し、引き続く排気行程即ちピ
ストン上昇行程でピストンの圧縮仕事を低減させ、エン
ジン効率の低下を防止すると共に、シリンダ内に残留す
る残留ガスを低減して吸入効率を向上させるターボチャ
ージャを持つ4サイクルエンジンを提供することである
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems by providing an exhaust port in the cylinder head and an exhaust hole in the lower part of the cylinder to increase the effective area of the exhaust passage. The effective exhaust area in It is an object of the present invention to provide a four-stroke engine with a turbocharger that reduces compression work, prevents a decrease in engine efficiency, and improves suction efficiency by reducing residual gas remaining in a cylinder.

【0010】0010

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、シリンダヘッドに形成した排気ポートに連
通する排気マニホルド、該排気マニホルドに連通したタ
ーボチャージャ、ピストン下死点近傍で開口するシリン
ダ下部に形成した排気孔、該排気孔と連通した排気通路
、該排気通路に連通した衝動タービン、及び該衝動ター
ビンの出口を前記ターボチャージャの上流に連通した排
気管、を有するターボチャージャを持つ4サイクルエン
ジンに関する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention is constructed as follows. That is,
This invention provides an exhaust manifold communicating with an exhaust port formed in a cylinder head, a turbocharger communicating with the exhaust manifold, an exhaust hole formed in the lower part of the cylinder that opens near the bottom dead center of the piston, and an exhaust passage communicating with the exhaust hole. The present invention relates to a four-stroke engine having a turbocharger having an impulse turbine communicating with the exhaust passage, and an exhaust pipe communicating an outlet of the impulse turbine upstream of the turbocharger.

【0011】また、このターボチャージャを持つ4サイ
クルエンジンにおいて、前記ターボチャージャは発電・
電動機を備えているものである。
[0011] Furthermore, in this four-cycle engine having a turbocharger, the turbocharger is used for generating electricity and
It is equipped with an electric motor.

【0012】また、このターボチャージャを持つ4サイ
クルエンジンにおいて、前記排気ポートに配置した排気
バルブの開放時期は前記排気孔の開口より遅れて開放す
るものである。
Furthermore, in this four-stroke engine with a turbocharger, the timing of opening of the exhaust valve disposed at the exhaust port is delayed from the opening of the exhaust hole.

【0013】[0013]

【作用】この発明によるターボチャージャを持つ4サイ
クルエンジンは、上記のように構成されており、次のよ
うに作用する。即ち、このターボチャージャを持つ4サ
イクルエンジンは、シリンダヘッドに形成した排気ポー
トに加えて、ピストン下死点近傍で開口する排気孔をシ
リンダ下部に形成し、前記排気ポートをターボチャージ
ャに連通し、前記排気孔を衝動タービンに連通し、該衝
動タービンを前記ターボチャージャに連通したので、ピ
ストン下死点近傍で前記排気孔が開口することで、該排
気孔分だけ排気ガスを排出する排気有効面積が増大する
と共に、前記排気孔を通じてシリンダ内の排気ガスは前
記衝動タービンを通って排気エネルギーが回収される。 また、前記衝動タービンはノズルを有しておらず、圧力
比が不要となり、シリンダ内の燃焼ガス圧の上昇による
ポンピング損失が無く、排気エネルギーを有効に回収で
きる。また、排気行程の初期にシリンダ内の排気ガスの
大部分、例えば、70%の排気ガスが前記排気孔から排
出されるので、シリンダ内の排気ガス量は低減して排気
ガス圧は低下し、ピストンが上昇する排気行程終端でも
燃焼ガス圧は余り高くならず、ピストンの圧縮仕事は低
減される。
[Operation] The four-stroke engine with a turbocharger according to the present invention is constructed as described above and operates as follows. That is, in addition to the exhaust port formed in the cylinder head, this four-cycle engine with a turbocharger has an exhaust hole that opens near the bottom dead center of the piston formed in the lower part of the cylinder, and communicates the exhaust port with the turbocharger. Since the exhaust hole is connected to the impulse turbine and the impulse turbine is connected to the turbocharger, the exhaust hole opens near the bottom dead center of the piston, thereby increasing the effective exhaust area for discharging exhaust gas by the amount of the exhaust hole. As the pressure increases, the exhaust gas in the cylinder passes through the exhaust hole, passes through the impulse turbine, and exhaust energy is recovered. Further, the impulse turbine does not have a nozzle, so there is no need for a pressure ratio, there is no pumping loss due to an increase in combustion gas pressure in the cylinder, and exhaust energy can be effectively recovered. Furthermore, at the beginning of the exhaust stroke, most of the exhaust gas in the cylinder, for example 70%, is exhausted from the exhaust hole, so the amount of exhaust gas in the cylinder is reduced and the exhaust gas pressure is lowered. Even at the end of the exhaust stroke when the piston rises, the combustion gas pressure does not become very high, and the compression work of the piston is reduced.

【0014】また、このターボチャージャを持つ4サイ
クルエンジンにおいて、前記ターボチャージャは発電・
電動機を備えているので、前記衝動タービンを通過した
排気ガスが有する排気エネルギーは前記ターボチャージ
ャのコンプレッサを作動し且つ前記発電・電動機によっ
て電気エネルギーとして回収されると共に、前記排気ポ
ートから排出された残りの排気ガスも前記ターボチャー
ジャの前記コンプレッサを作動し且つ前記発電・電動機
で排気エネルギーが電気エネルギーとして回収される。
[0014] Furthermore, in the four-cycle engine having this turbocharger, the turbocharger is used for generating electricity and
Since it is equipped with an electric motor, the exhaust energy of the exhaust gas that has passed through the impulse turbine operates the compressor of the turbocharger and is recovered as electric energy by the generator/electric motor, and the remaining energy is discharged from the exhaust port. The exhaust gas also operates the compressor of the turbocharger, and the exhaust energy is recovered as electrical energy by the generator/motor.

【0015】また、このターボチャージャと回収タービ
ンを持つエンジンでは、前記排気バルブの開放時期は前
記排気孔の開口より遅れて開放するので、シリンダ内の
燃焼ガス圧力は分散して低下することなく、高圧ガスを
維持した状態で前記衝動タービンに送り込まれ、有効に
排気エネルギーを回収できる。
Furthermore, in this engine having a turbocharger and a recovery turbine, the exhaust valve is opened later than the opening of the exhaust hole, so that the combustion gas pressure in the cylinder is dispersed and does not decrease. The high-pressure gas is fed into the impulse turbine while being maintained, and exhaust energy can be effectively recovered.

【0016】[0016]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるター
ボチャージャを持つ4サイクルエンジンの一実施例を説
明する。図1はこの発明によるターボチャージャを持つ
4サイクルエンジンの一実施例を示す概略断面図、図2
は図1のエンジンに設けたターボチャージャを示す説明
図、図3は図1のエンジンのシリンダ下部に設けた衝動
タービンを示す説明図、図4は図1のエンジンの排気ガ
ス噴出速度と排気ガス圧の関係を示すグラフ、及び図5
は図1のエンジンの作動サイクルに対するシリンダ内圧
力と排気バルブ及び吸気バルブの開口面積とバルブタイ
ミングを説明するグラフである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a four-cycle engine having a turbocharger according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a four-stroke engine with a turbocharger according to the present invention, and FIG.
is an explanatory diagram showing the turbocharger installed in the engine of FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory diagram showing the impulse turbine installed at the bottom of the cylinder of the engine of FIG. 1, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing the exhaust gas injection velocity and exhaust gas of the engine of FIG. Graph showing pressure relationship and Figure 5
2 is a graph illustrating the cylinder internal pressure, the opening area of the exhaust valve and the intake valve, and the valve timing for the operating cycle of the engine shown in FIG. 1. FIG.

【0017】図示するように、このターボチャージャを
持つ4サイクルエンジンは、エンジンの排気エネルギー
によって駆動されるターボチャージャ5及びエネルギー
回収タービンである衝動タービン6を有している。この
4サイクルエンジンは、シリンダブロック2、該シリン
ダブロック2に固定したシリンダヘッド1、シリンダブ
ロック2に形成した孔部に嵌合したシリンダライナ2L
、該シリンダライナ2Lで形成されるシリンダ10、該
シリンダ10内を往復運動するピストン7、及びシリン
ダヘッド1に配置した燃料噴射ノズル18を有している
。シリンダヘッド1には排気ポート11と吸気ポート1
2が形成され、排気ポート11には排気バルブ9が配置
され、また、吸気ポート12には吸気バルブ13が配置
されている。シリンダヘッド1に形成した排気ポート1
1は、マニホルドガスケット19を介在して排気マニホ
ルド3に連結されている。
As shown in the figure, this four-stroke engine with a turbocharger has a turbocharger 5 driven by engine exhaust energy and an impulse turbine 6 which is an energy recovery turbine. This four-stroke engine includes a cylinder block 2, a cylinder head 1 fixed to the cylinder block 2, and a cylinder liner 2L fitted into a hole formed in the cylinder block 2.
, a cylinder 10 formed by the cylinder liner 2L, a piston 7 that reciprocates within the cylinder 10, and a fuel injection nozzle 18 disposed in the cylinder head 1. The cylinder head 1 has an exhaust port 11 and an intake port 1.
2 is formed, an exhaust valve 9 is arranged at the exhaust port 11, and an intake valve 13 is arranged at the intake port 12. Exhaust port 1 formed in cylinder head 1
1 is connected to the exhaust manifold 3 with a manifold gasket 19 interposed therebetween.

【0018】このターボチャージャを持つ4サイクルエ
ンジンは、特に、シリンダライナ2Lに形成したシリン
ダ10の下部で且つピストン下死点近傍で開口する複数
個(図3では各気筒に4個)の排気孔4を形成し、該排
気孔4を排気通路16を通じてブレード27を備えた衝
動タービン6に連通し、該衝動タービン6の出口23を
排気管14を通じてターボチャージャ5におけるタービ
ン20のタービンスクロール29に連結し、更に、排気
マニホルド3をタービン20のタービンスクロール29
に連結したことを特徴としている。また、図3に示すよ
うに、シリンダ10下部に形成した排気孔4は、排気通
路16を通じて衝動タービン6の入口に連通しているが
、該排気通路16内に形成される各通路17の通路面積
を同一にするため、排気通路16内には、排気孔4から
排出する排気ガス流線に沿って伸びる排気マニホルドリ
ブ8が形成されている。これらの排気マニホルドリブ8
で区分された各通路17の通路断面積を同一にすると、
排気通路16内での排気ガスの膨張が阻止され、該排気
ガスは高速で且つ高圧の状態を維持して衝動タービン6
のブレード27に作用し、衝動タービン6を有効に駆動
する。また、各排気孔4には、それぞれリードバルブ2
8が設けられ、各リードバルブ28によって排気通路1
6からシリンダ10内への排気ガスの逆流が防止される
ように構成されている。場合によっては、リードバルブ
28の代わりに、各排気孔4を開閉できるロータリバル
ブを設けることもでき、リードバルブ28と同様に排気
通路16からシリンダ10内への排気ガスの逆流を防止
するように構成できる。
This four-stroke engine with a turbocharger has a plurality of exhaust holes (four for each cylinder in FIG. 3) that open in the lower part of the cylinder 10 and near the bottom dead center of the piston, which are formed in the cylinder liner 2L. 4, the exhaust hole 4 is connected to an impulse turbine 6 with blades 27 through an exhaust passage 16, and the outlet 23 of the impulse turbine 6 is connected to a turbine scroll 29 of a turbine 20 in a turbocharger 5 through an exhaust pipe 14. Furthermore, the exhaust manifold 3 is connected to the turbine scroll 29 of the turbine 20.
It is characterized by being connected to. Further, as shown in FIG. 3, the exhaust hole 4 formed at the lower part of the cylinder 10 communicates with the inlet of the impulse turbine 6 through an exhaust passage 16. In order to make the areas the same, an exhaust manifold rib 8 is formed in the exhaust passage 16 and extends along the flow line of the exhaust gas discharged from the exhaust hole 4. These exhaust manifold ribs 8
If the passage cross-sectional area of each passage 17 divided by is made the same,
Expansion of the exhaust gas in the exhaust passage 16 is prevented, and the exhaust gas maintains a high speed and high pressure state to drive the impulse turbine 6.
blades 27 to effectively drive the impulse turbine 6. In addition, each exhaust hole 4 is provided with a reed valve 2.
8 are provided, and each reed valve 28 connects the exhaust passage 1
The exhaust gas is configured to prevent backflow of exhaust gas from the cylinder 6 into the cylinder 10. In some cases, a rotary valve that can open and close each exhaust hole 4 may be provided instead of the reed valve 28, and similar to the reed valve 28, a rotary valve can be provided to prevent backflow of exhaust gas from the exhaust passage 16 into the cylinder 10. Can be configured.

【0019】また、このターボチャージャを持つ4サイ
クルエンジンにおいて、ターボチャージャ5については
、エンジンからの排気ガスを排気孔4を通じてタービン
20に送り込み、該タービン20を回転させることによ
ってシャフト26を回転させ、コンプレッサ22を回転
させて吸入空気をエンジンに過給すると共に、発電・電
動機21を回転させて発電・電動機21を発電機として
働かせてエネルギー回生を行うものである。
In addition, in the four-cycle engine having this turbocharger, the turbocharger 5 sends exhaust gas from the engine through the exhaust hole 4 to the turbine 20, rotates the turbine 20, thereby rotating the shaft 26, The compressor 22 is rotated to supercharge the engine with intake air, and the generator/motor 21 is rotated to operate the generator/motor 21 as a generator to regenerate energy.

【0020】従って、このターボチャージャを持つ4サ
イクルエンジンでは、ピストン7がシリンダ10内を下
降してピストン下死点近傍(図5では、爆発行程でクラ
ンク角125°)になると、排気孔4が開口してシリン
ダ10は排気通路16に連通し、シリンダ10内の燃焼
ガスは排気孔4から排気通路16を通じて衝動タービン
6に送り込まれ、該衝動タービン6で排気ガスが有する
排気エネルギーが回収される。次いで、衝動タービン6
を通過した排気ガスは、出口23から排気管14を通っ
てターボチャージャ5におけるタービン20のタービン
スクロール29に送り込まれる。排気バルブ9は、排気
孔4の開口より遅れて開放され(図5では、爆発行程終
端即ちクランク角180°)、排気ガスは排気ポート1
1から排気マニホルド3に排気され、ターボチャージャ
5のタービン20のタービンスクロール29に送り込ま
れる。
Therefore, in this four-stroke engine with a turbocharger, when the piston 7 descends in the cylinder 10 and reaches the vicinity of the piston bottom dead center (in FIG. 5, the crank angle is 125° during the explosion stroke), the exhaust hole 4 opens. When opened, the cylinder 10 communicates with the exhaust passage 16, and the combustion gas in the cylinder 10 is sent from the exhaust hole 4 through the exhaust passage 16 to the impulse turbine 6, where the exhaust energy of the exhaust gas is recovered. . Next, the impulse turbine 6
The exhaust gas that has passed through is sent from the outlet 23 through the exhaust pipe 14 to the turbine scroll 29 of the turbine 20 in the turbocharger 5. The exhaust valve 9 opens later than the opening of the exhaust port 4 (in FIG. 5, at the end of the explosion stroke, that is, at a crank angle of 180°), and the exhaust gas flows through the exhaust port 1.
1 to the exhaust manifold 3 and sent to the turbine scroll 29 of the turbine 20 of the turbocharger 5.

【0021】従って、このターボチャージャを持つ4サ
イクルエンジンは、ピストン下死点近傍で排気孔4が開
口することで、該排気孔4を通じてシリンダ10内の燃
焼ガスは大部分が衝動タービン6に送り込まれるが、衝
動タービン6はノズルを有していないので、シリンダ1
0内のガス圧と衝動タービン6の出口23側とのガス圧
との圧力差即ち圧力比が不要となり、エンジンの排気圧
上昇によるポンピング損失がなく、衝動タービン6によ
って排気エネルギーを有効に回収することができる。ま
た、排気孔4から排出された排気ガスは衝動タービン6
を駆動した後に、該衝動タービン6の出口23からター
ボチャージャ5のタービン20に送り込まれ、該排気ガ
スはタービン20を駆動した後に外部へ排気される。従
って、排気孔4分だけ排気ガスを排出する排気有効面積
が増大すると共に、排気孔4を通じてシリンダ10内の
排気ガスは、衝動タービン6に排出され、排気圧に関係
なく排気孔4からはエンジンのブローダウンの高圧ガス
が短時間に流出するので、衝動タービン6のブレード2
7を有効に回転駆動できる。次いで、衝動タービン6を
通過した排気ガスは、ターボチャージャ5のタービン2
0へ送り込まれ、該タービン20を駆動してコンプレッ
サ22を駆動すると共に、ターボチャージャ5に設けた
発電・電動機21によって電気エネルギーとして回収す
ることができる。
Therefore, in this four-stroke engine with a turbocharger, the exhaust hole 4 opens near the bottom dead center of the piston, and most of the combustion gas in the cylinder 10 is sent to the impulse turbine 6 through the exhaust hole 4. However, since the impulse turbine 6 does not have a nozzle, the cylinder 1
There is no need for a pressure difference, that is, a pressure ratio, between the gas pressure within 0 and the gas pressure on the outlet 23 side of the impulse turbine 6, and there is no pumping loss due to an increase in engine exhaust pressure, and the impulse turbine 6 effectively recovers exhaust energy. be able to. Further, the exhaust gas discharged from the exhaust hole 4 is transferred to an impulse turbine 6.
After driving, the exhaust gas is sent from the outlet 23 of the impulse turbine 6 to the turbine 20 of the turbocharger 5, and after driving the turbine 20, the exhaust gas is exhausted to the outside. Therefore, the effective exhaust area for discharging exhaust gas increases by 4 times the exhaust hole, and the exhaust gas in the cylinder 10 is discharged to the impulse turbine 6 through the exhaust hole 4, and the exhaust gas is discharged from the exhaust hole 4 to the engine regardless of the exhaust pressure. As the high pressure gas from the blowdown flows out in a short time, the blades 2 of the impulse turbine 6
7 can be effectively rotated. Next, the exhaust gas that has passed through the impulse turbine 6 is transferred to the turbine 2 of the turbocharger 5.
0, which drives the turbine 20 and the compressor 22, and can be recovered as electrical energy by the generator/motor 21 provided in the turbocharger 5.

【0022】このターボチャージャを持つ4サイクルエ
ンジンの上記作動において、排気孔4から排出される排
気ガスについて排気ガスの流れに沿った各位置に対する
エンジン排気圧Pとブローダウン時の噴出速度Cとは、
図4に示すようになる。図4は、この4サイクルエンジ
ンにおいて、排気孔から排出された排気ガスの排気ガス
噴出速度と排気圧の経過を示すグラフである。排気孔4
から排出される排気ガスについて、排気孔4の位置では
、エンジン排気圧Pは排気圧P1 であり且つブローダ
ウン時の噴出速度Cは噴出速度C1 である。排気ガス
が排気孔4から排出して衝動タービン6に送り込まれ、
衝動タービン6を通過した出口の位置では、エンジン排
気圧Pは排気圧P1 と同一値を示す排気圧P2 であ
るが、ブローダウン時の噴出速度Cは衝動タービン6で
低減されて噴出速度C1 から噴出速度C2になる。次
いで、排気ガスがターボチャージャ5のタービンスクロ
ール29へ送り込まれ、該タービンスクロール29即ち
ノズル位置ではエンジン排気圧Pは排気圧P2 から排
気圧P3 へ低減され、その分だけ噴出速度Cはタービ
ンスクロール29で噴出速度C2 から噴出速度C3 
へと上昇してタービン20へ送り込まれる。そこで、排
気ガスはターボチャージャ5におけるタービン20の動
翼に作用して排気圧P3 及び噴出速度C3 は消費さ
れ、タービン20の出口15では、排気圧P3 から排
気圧P4 へ低減し、且つ噴出速度C3 から噴出速度
C4 へ低減する。即ち、排気圧P4 及び噴出速度C
4 は、エンジンに設けられたマフラーの排気圧及び噴
出速度である。なお、図4において点線で示す排気圧及
び噴出速度は、シリンダ10内の排気ガスをシリンダヘ
ッド1に形成した排気ポート11を通じて排出した場合
を示すものである。
In the above-mentioned operation of the four-stroke engine with this turbocharger, what are the engine exhaust pressure P and the jet speed C during blowdown for each position along the flow of exhaust gas for the exhaust gas discharged from the exhaust hole 4? ,
The result is as shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing the evolution of exhaust gas ejection speed and exhaust pressure of exhaust gas discharged from the exhaust hole in this four-stroke engine. Exhaust hole 4
Regarding the exhaust gas discharged from the engine, at the position of the exhaust hole 4, the engine exhaust pressure P is the exhaust pressure P1, and the jetting speed C during blowdown is the jetting speed C1. Exhaust gas is discharged from the exhaust hole 4 and sent to the impulse turbine 6,
At the exit position that has passed through the impulse turbine 6, the engine exhaust pressure P is the exhaust pressure P2, which is the same value as the exhaust pressure P1, but the injection speed C during blowdown is reduced by the impulse turbine 6 and is changed from the injection speed C1. The ejection speed becomes C2. Next, the exhaust gas is sent to the turbine scroll 29 of the turbocharger 5, and at the turbine scroll 29, that is, at the nozzle position, the engine exhaust pressure P is reduced from the exhaust pressure P2 to the exhaust pressure P3, and the ejection speed C is reduced by that amount. From the jetting speed C2 to the jetting speed C3
and is sent to the turbine 20. Therefore, the exhaust gas acts on the rotor blades of the turbine 20 in the turbocharger 5, and the exhaust pressure P3 and the injection speed C3 are consumed, and at the outlet 15 of the turbine 20, the exhaust pressure P3 is reduced to the exhaust pressure P4, and the injection speed is reduced. The ejection speed is reduced from C3 to C4. That is, exhaust pressure P4 and injection speed C
4 is the exhaust pressure and ejection speed of the muffler installed in the engine. Note that the exhaust pressure and injection speed shown by dotted lines in FIG. 4 are for the case where the exhaust gas in the cylinder 10 is discharged through the exhaust port 11 formed in the cylinder head 1.

【0023】更に、このターボチャージャを持つ4サイ
クルエンジンは、排気マニホルド3をターボチャージャ
5に連通し、排気ポート11から排気される残りの排気
ガスをターボチャージャ5のタービン20に送り込み、
排気行程の上死点近傍でシリンダ10内の燃焼ガス圧が
低下しても排気マニホルド3内の排気圧が相当低いので
、排気ガスは十分にスムースに排出され、排気エネルギ
ーをターボチャージャ5で十分に回収できる。即ち、排
気行程の初期に排気ガスの大部分、例えば、70%の排
気ガスが排気孔4から排出されるので、シリンダ10内
の排気ガス量は低減し、排気行程でのピストン上昇でも
燃焼ガス圧は余り高くならず(図5の点線で示すPX 
)、ピストン7の圧縮仕事が低減される。
Furthermore, this four-stroke engine with a turbocharger communicates the exhaust manifold 3 with the turbocharger 5, and sends the remaining exhaust gas exhausted from the exhaust port 11 to the turbine 20 of the turbocharger 5.
Even if the combustion gas pressure in the cylinder 10 decreases near the top dead center of the exhaust stroke, the exhaust pressure in the exhaust manifold 3 is considerably low, so the exhaust gas is discharged sufficiently smoothly and the exhaust energy is sufficiently transferred to the turbocharger 5. can be recovered. That is, most of the exhaust gas, for example 70%, is exhausted from the exhaust hole 4 at the beginning of the exhaust stroke, so the amount of exhaust gas inside the cylinder 10 is reduced, and even when the piston rises during the exhaust stroke, combustion gas The pressure is not very high (PX shown by the dotted line in Figure 5).
), the compression work of the piston 7 is reduced.

【0024】即ち、このターボチャージャを持つ4サイ
クルエンジンは、図5に示すように、符号EPSで示す
排気ポート11の排気有効面積に加えて、符号EHSで
示す排気孔4分の排気有効面積だけ排気有効面積が増大
し、排気ポート11の排気有効面積EPSと排気孔4の
排気有効面積EHSとの合計の排気有効面積となり、排
気有効面積が大幅に増大されることになる。しかも、シ
リンダ10下部に設ける排気孔4は、シリンダ10の周
囲方向に多数(図3では各気筒に4個)設けることがで
き、短時間で大量の排気ガスを排気孔4から排気通路1
6を通じて衝動タービン6に排気することができる。
In other words, as shown in FIG. 5, the four-stroke engine with this turbocharger has an effective exhaust area of four exhaust ports, as shown in FIG. The effective exhaust area increases, and the effective exhaust area becomes the sum of the effective exhaust area EPS of the exhaust port 11 and the effective exhaust area EHS of the exhaust hole 4, and the effective exhaust area is significantly increased. Moreover, a large number of exhaust holes 4 provided at the bottom of the cylinder 10 can be provided in the circumferential direction of the cylinder 10 (four for each cylinder in FIG. 3), and a large amount of exhaust gas can be passed from the exhaust holes 4 to the exhaust passage 1 in a short time.
6 to the impulse turbine 6.

【0025】従って、このターボチャージャを持つ4サ
イクルエンジンは、シリンダヘッド1に形成した排気ポ
ート11とシリンダ10の下部に形成した排気孔4を通
じてシリンダ10内の排気ガスを排出することで、図5
の点線PとPX で示すように、シリンダ10内の燃焼
ガス圧は低下し、引き続く排気行程では、既にシリンダ
内の燃焼ガス量は低減しているので、ピストンが上昇し
ても余り排気ガス圧は高くならない。即ち、シリンダ1
0下部に排気孔4を設けることで、シリンダ10内のシ
リンダ内圧力P0 からシリンダ内圧力PX へと低下
し、排気行程でのピストン7の圧縮仕事が斜線で示すW
X 分だけ低減されることになる。従来のターボチャー
ジャを持つ4サイクルエンジンは、図5或いは図6に示
すように、排気ポート11のみの開放ではシリンダ内圧
力P0 であるのに対して、このターボチャージャを持
つ4サイクルエンジンは、排気ポート11と排気孔4の
開放ではシリンダ内圧力PX となり、このターボチャ
ージャを持つ4サイクルエンジンでは斜線で示す符号W
X だけ、ピストン7の圧縮仕事が低減されることにな
る。
Therefore, this four-stroke engine with a turbocharger discharges the exhaust gas in the cylinder 10 through the exhaust port 11 formed in the cylinder head 1 and the exhaust hole 4 formed in the lower part of the cylinder 10, as shown in FIG.
As shown by the dotted lines P and PX, the combustion gas pressure in the cylinder 10 decreases, and in the subsequent exhaust stroke, the amount of combustion gas in the cylinder has already decreased, so even if the piston moves up, the exhaust gas pressure will not decrease. is not expensive. That is, cylinder 1
By providing the exhaust hole 4 at the bottom of the cylinder 10, the cylinder pressure inside the cylinder 10 decreases from the cylinder pressure P0 to the cylinder pressure PX, and the compression work of the piston 7 during the exhaust stroke becomes W as indicated by the diagonal line.
It will be reduced by X. In a conventional four-stroke engine with a turbocharger, as shown in FIG. 5 or FIG. When port 11 and exhaust hole 4 are opened, the cylinder pressure becomes PX, and in this 4-stroke engine with a turbocharger, the symbol W shown by diagonal lines is
The compression work of the piston 7 will be reduced by X.

【0026】更に、このターボチャージャを持つ4サイ
クルエンジンでは、排気孔4を通じてシリンダ10内の
排気ガスは、衝動タービン6に送られて排気エネルギー
が回収され、次いで、衝動タービン6を通過した排気ガ
スはターボチャージャ5のタービン20に送り込まれる
ので、排気エネルギーはターボチャージャ5の発電・電
動機21で回収されると共に、コンプレッサ22を作動
して回収され、引き続きシリンダ10内の排気ガスは排
気バルブ9の開放で排気ポート11と排気マニホルド3
を通じてターボチャージャ5に送り込まれ、ターボチャ
ージャ5によって排気ガスが有する排気エネルギーは十
分に回収される。
Furthermore, in this four-stroke engine with a turbocharger, the exhaust gas in the cylinder 10 is sent through the exhaust hole 4 to the impulse turbine 6 where the exhaust energy is recovered, and then the exhaust gas that has passed through the impulse turbine 6 is is sent to the turbine 20 of the turbocharger 5, so the exhaust energy is recovered by the generator/motor 21 of the turbocharger 5, and also by operating the compressor 22, and the exhaust gas in the cylinder 10 is then transferred to the exhaust valve 9. Exhaust port 11 and exhaust manifold 3 when open
The exhaust energy of the exhaust gas is sufficiently recovered by the turbocharger 5.

【0027】[0027]

【発明の効果】この発明によるターボチャージャを持つ
4サイクルエンジンは、上記のように構成されており、
次のような効果を有する。即ち、このターボチャージャ
を持つ4サイクルエンジンは、シリンダヘッドに形成し
た排気ポートに連通する排気マニホルド、該排気マニホ
ルドに連通したターボチャージャ、ピストン下死点近傍
で開口するシリンダ下部に形成した排気孔、該排気孔に
連通した排気通路、該排気通路に連通した衝動タービン
、及び該衝動タービンの出口を前記ターボチャージャの
上流に連通した排気管を有するので、ピストン下死点近
傍で前記排気孔が開口することで該排気孔分だけ排気有
効面積が増大し、前記排気孔を通じてシリンダ内の排気
ガスは前記衝動タービンに排出され、前記衝動タービン
を駆動する。前記衝動タービンはノズルを有していない
ので、前記衝動タービンでは圧力比は不要であり、排気
圧は上昇することなく、ポンピング損失が無く、排気エ
ネルギーを発電・電動機で有効に回収できる。次いで、
前記衝動タービンを通った排気ガスは前記排気管を通っ
て前記ターボチャージャに送り込まれ、該排気ガスは前
記ターボチャージャのタービンを駆動してコンプレッサ
を駆動すると共に、発電・電動機で排気ガスが有する排
気エネルギーを電気エネルギーとして回収する。
[Effects of the Invention] A four-stroke engine with a turbocharger according to the present invention is constructed as described above.
It has the following effects. That is, this four-cycle engine with a turbocharger has an exhaust manifold communicating with an exhaust port formed in the cylinder head, a turbocharger communicating with the exhaust manifold, an exhaust hole formed in the lower part of the cylinder that opens near the bottom dead center of the piston, Since it has an exhaust passage communicating with the exhaust hole, an impulse turbine communicating with the exhaust passage, and an exhaust pipe communicating the outlet of the impulse turbine upstream of the turbocharger, the exhaust hole opens near the bottom dead center of the piston. As a result, the effective exhaust area increases by the amount of the exhaust hole, and the exhaust gas in the cylinder is discharged to the impulse turbine through the exhaust hole, thereby driving the impulse turbine. Since the impulse turbine does not have a nozzle, the impulse turbine does not require a pressure ratio, the exhaust pressure does not increase, there is no pumping loss, and the exhaust energy can be effectively recovered by the generator/motor. Then,
The exhaust gas that has passed through the impulse turbine is sent to the turbocharger through the exhaust pipe, and the exhaust gas drives the turbine of the turbocharger to drive the compressor. Recover energy as electrical energy.

【0028】従って、このターボチャージャを持つ4サ
イクルエンジンは、シリンダ内の排気ガスは、前記排気
ポート及び前記排気孔を通じて爆発行程終端及び排気行
程初期において排気ガスの絶対量が低減してピストンの
上昇時でもシリンダ内の燃焼ガス圧は余り上昇せず、ピ
ストンの圧縮仕事が低減し、特に、排気行程終端でのシ
リンダ内圧力が低く、シリンダ内に残っている残留ガス
は少なく、引き続く吸入行程で十分な吸入空気がシリン
ダ内に導入され、吸入効率を向上させることができる。
Therefore, in this four-cycle engine with a turbocharger, the exhaust gas in the cylinder passes through the exhaust port and the exhaust hole, and the absolute amount of exhaust gas decreases at the end of the explosion stroke and at the beginning of the exhaust stroke, causing the piston to rise. Even when the combustion gas pressure in the cylinder does not rise much, the compression work of the piston is reduced, and the pressure in the cylinder is particularly low at the end of the exhaust stroke, so there is little residual gas remaining in the cylinder, and in the subsequent intake stroke. Sufficient intake air can be introduced into the cylinder to improve intake efficiency.

【0029】特に、ターボチャージャを持つ4サイクル
エンジンが断熱エンジン、或いは高出力のディーゼルエ
ンジン等に適用された場合には、この4サイクルエンジ
ンは、ブーストを高めて作動ガス量が大きくなっている
場合でも、シリンダ内の排気ガスは良好に排出されて、
排気行程終端付近でのシリンダ内圧力を低く抑えること
ができるので、排気行程でのピストンの圧縮仕事を低減
させることができ、吸入効率も向上できる。しかも、シ
リンダ内から排出される排気エネルギーは、シリンダ下
部に形成した前記排気孔に連通する前記衝動タービン及
び排気マニホルドの下流に設けたターボチャージャによ
って、排気ガスが有する排気エネルギーを十分に回収で
き、エンジン効率を高め、燃費を低減できる。
In particular, when a four-stroke engine with a turbocharger is applied to an adiabatic engine or a high-output diesel engine, the four-stroke engine has a high boost and a large amount of working gas. However, the exhaust gas inside the cylinder is well discharged,
Since the cylinder internal pressure near the end of the exhaust stroke can be kept low, the compression work of the piston during the exhaust stroke can be reduced, and the suction efficiency can also be improved. Moreover, the exhaust energy discharged from inside the cylinder can be sufficiently recovered by the impulse turbine communicating with the exhaust hole formed at the bottom of the cylinder and the turbocharger provided downstream of the exhaust manifold. It can increase engine efficiency and reduce fuel consumption.

【0030】また、このターボチャージャを持つ4サイ
クルエンジンにおいて、前記排気ポートに配置した排気
バルブの開放時期は前記排気孔の開口より遅れて開放す
るので、シリンダ内の排気ガスは最初は前記排気孔のみ
からの排出であり、シリンダ内の燃焼ガスはその圧力が
分散して低下することなく、排気ガスは高圧で且つ高速
の状態を維持した状態で前記排気孔及び前記排気通路を
通じて前記衝動タービンに送り込まれ、排気ガスが有す
る排気エネルギーを有効に回収できる。
Furthermore, in this four-cycle engine with a turbocharger, the exhaust valve disposed at the exhaust port opens later than the opening of the exhaust hole, so that the exhaust gas in the cylinder initially flows through the exhaust hole. The pressure of the combustion gas in the cylinder is dispersed and the exhaust gas maintains a high pressure and high speed state, and then passes through the exhaust hole and the exhaust passage to the impulse turbine. The exhaust energy that is sent and contained in the exhaust gas can be effectively recovered.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】この発明によるターボチャージャを持つ4サイ
クルエンジンの一実施例を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a four-stroke engine with a turbocharger according to the present invention.

【図2】図1のエンジンに設けたターボチャージャを示
す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a turbocharger provided in the engine of FIG. 1.

【図3】図1のエンジンのシリンダ下部に設けた衝動タ
ービンを示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an impulse turbine provided under the cylinder of the engine in FIG. 1;

【図4】図1に示す4サイクルエンジンにおいて、排気
孔から排出された排気ガスの排気ガス噴出速度と排気圧
の経過を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the evolution of exhaust gas jetting speed and exhaust pressure of exhaust gas discharged from an exhaust hole in the four-cycle engine shown in FIG. 1;

【図5】図1のエンジンの作動サイクルに対するシリン
ダ内圧力と排気バルブ及び吸気バルブの開口面積とバル
ブタイミングを説明するグラフである。
FIG. 5 is a graph illustrating cylinder pressure, exhaust valve and intake valve opening areas, and valve timing for the operating cycle of the engine in FIG. 1;

【図6】従来のエンジンの作動サイクルに対するシリン
ダ内圧力と排気バルブ及び吸気バルブの開口面積とバル
ブタイミングを説明するグラフである。
FIG. 6 is a graph illustrating cylinder internal pressure, exhaust valve and intake valve opening areas, and valve timing for the operating cycle of a conventional engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    シリンダヘッド 2    シリンダブロック 3    排気マニホルド 4    排気孔 5    ターボチャージャ 6    衝動タービン 7    ピストン 9    排気バルブ 10  シリンダ 11  排気ポート 14  排気管 16  排気通路 20  タービン 1 Cylinder head 2 Cylinder block 3 Exhaust manifold 4 Exhaust hole 5 Turbocharger 6 Impulse turbine 7 Piston 9 Exhaust valve 10 Cylinder 11 Exhaust port 14 Exhaust pipe 16 Exhaust passage 20 Turbine

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  シリンダヘッドに形成した排気ポート
に連通する排気マニホルド、該排気マニホルドに連通し
たターボチャージャ、ピストン下死点近傍で開口するシ
リンダ下部に形成した排気孔、該排気孔と連通した排気
通路、該排気通路に連通した衝動タービン、及び該衝動
タービンの出口を前記ターボチャージャの上流に連通し
た排気管、を有するターボチャージャを持つ4サイクル
エンジン。
Claim 1: An exhaust manifold communicating with an exhaust port formed in a cylinder head, a turbocharger communicating with the exhaust manifold, an exhaust hole formed in the lower part of the cylinder that opens near the bottom dead center of the piston, and an exhaust communicating with the exhaust hole. A four-stroke engine having a turbocharger having a passage, an impulse turbine communicating with the exhaust passage, and an exhaust pipe communicating an outlet of the impulse turbine upstream of the turbocharger.
【請求項2】  前記ターボチャージャは発電・電動機
を備えている請求項1に記載のターボチャージャを持つ
4サイクルエンジン。
2. The four-stroke engine with a turbocharger according to claim 1, wherein the turbocharger includes a generator/electric motor.
【請求項3】  前記排気ポートに配置した排気バルブ
の開放時期は前記排気孔の開口時期より遅れて開放する
請求項1に記載のターボチャージャを持つ4サイクルエ
ンジン。
3. The four-stroke engine with a turbocharger according to claim 1, wherein the exhaust valve disposed at the exhaust port opens later than the exhaust hole.
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