JPH0523785Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、気筒ごとに開弁時期の異なる２つの
排気バルブを備えた内燃機関の排気装置に関す
る。

［従来技術］ かかる内燃機関は周知であり、それらの排気バ
ルブを排気マニホルドを介して１つのターボチヤ
ージヤに接続した内燃機関も周知である。

しかし、この種の内燃機関においては、第５図
に示すように、先に開く第１の排気バルブの開き
始め（EVO1）から後から開く第２の排気バルブ
の閉じ終り（EVC2）までの排気量VTの全量が
ターボチヤージヤのタービンを通るため、ターボ
チヤージヤのタービンのノズル部断面積Ａとター
ビンの半径Ｒとの比Ａ／Ｒを小さくして給気量を
増そうとすると、第４図に鎖線で示すようにポン
ピングロス（斜線領域）が増し、比Ａ／Ｒを大き
くすると、給気量が不足して低速トルクが減り加
速応答性が低下するという不具合がある。

例えば実開昭61−9526号公報による２組のター
ボチヤージヤを用いて低速高負荷域のスワール比
を向上する技術が開示されているが、狭いエンジ
ンルームに２台のターボチヤージヤを配置するこ
とはレイアウト上問題があり、またインタークー
ラも２台設置せねばならず余分なスペースを必要
とする。

［解決する課題］ したがつて本考案の目的は、気筒ごとに開弁時
期の異なる２つの排気バルブを備えた内燃機関に
おいて、１台のターボチヤージヤを用いてポンピ
ングロスを低減でき、しかも給気量を増すことが
できる内燃機関の排気装置を提供するにある。

［課題を解決する手段］ 本考案によれば、気筒ごとに開弁時期の異なる
２つの排気バルブを備えた内燃機関において、先
に開く第１の排気バルブはすべて第１の排気マニ
ホルドに接続され、後から開く第２の排気バルブ
はすべて第２の排気マニホルドに接続され、第１
の排気マニホルドを１個のターボチヤージヤのタ
ービンの上流側に接続するとともに、第２のマニ
ホルドを内燃機関の回転数および負荷に応じて前
記ターボチヤージヤのタービンの上流側または下
流側に選択的に連通する切換バルブに接続し、前
記ターボチヤージヤのタービンはタービンの半径
Ｒとノズル断面線Ａとの比Ａ／Ｒが小さいもので
あり、さらに低速高負荷時は第２の排気マニホル
ドを前記ターボチヤージヤのタービンの上流側に
切換え、そしてそれい以外のときは前記ターボチ
ヤージヤのタービンの下流側に切換バルブを切換
えるように作動する制御装置を設けてある。

［作用効果の説明］ したがつて低速高負荷時は排気量が少ないが、
第２の排気マニホルドがターボチヤージヤのター
ビンの上流側に接続されるので、第２の排気マニ
ホルドの排気量の分がタービンを付勢し、その結
果、給気量が増加し、低速トルクを増すと共に、
加速応答性を向上する。低速高負荷以外のとき
は、第２排気マニホルドを流れる排気ガスはター
ビンの下流側に逃げるので、排気行程後半の排気
圧が下がり、その結果、ポンポングロスを低減で
きる。したがつて、エンジンの燃料消費量も改善
できる。

なお本明細書において、比Ａ／Ｒが小さいとき
は圧力比が２以上のものを意味している。すなわ
ち圧力比が２以上ではタービンのノズル部分の流
速が高速となり、それ以上流量がふえない。それ
以上になると、急激にタービン入口圧力が上昇
し、エンジンの排圧が上昇するので、出力が低下
し、それ故に通常のターボチヤージヤは圧力比を
２以下にしている。

従来技術では、排気工程の全般において、排気
のブローダウンによりタービンを回転させ、後半
はピストンの押出し仕事でタービンを回転させる
ようにするので、その押出し仕事がポンピングロ
スとなる。

しかるに本考案では、排気がバイパスするので
ポンピングロスが減少するのである。

また従来技術では給気量を増すとポンピングロ
スも増すが、本考案ではかかる欠点を解消でき
る。

このように本考案によれば、低速高負荷時に加
速性を向上でき、またそれ以外のときはポンピン
グロスが低減でき、この種の内燃機関において、
極めて好適である。

［実施例］ 以下図面を参照して本考案の実施例を説明す
る。

第１図において、図示の例では６気筒内燃機関
には、各気筒毎に第５図に示すように先に開く第
１の排気バルブ１と、後から開く第２の排気バル
ブ２の２つの排気バルブと、１つの吸気バルブ３
とが設けられている。そして、第１の排気バルブ
１は第１の排気マニホルド４に接続され、第２の
排気バルブ２は第２の排気マニホルド５に接続さ
れ、吸気バルブ３は吸気マニホルド６に接続され
ている。前記第１の排気マニホルド４はターボチ
ヤージヤTCの前記した比Ａ／Ｒの小さい、すな
わち給気量を増すタイプのタービンＴ、排気管７
を介して排気マフラ８に接続され、コンプレツサ
Ｃの上流側はエアクリーナ９に接続され、下流側
は吸気管１０を介して吸気マニホルド６に接続さ
れている。

第２の排気マニホルド５は排気管７、すなわち
タービンＴの下流側と、連通路１１を介して第１
の排気マニホルド４、すなわちタービンＴの上流
側とに接続されている。この連通路１１の入口部
には第２の排気マニホルド５を排気管７側または
第１の排気マニホルド４側に選択的に連通する切
換バルブ１２が設けられている。この切換バルブ
１２はエアシリンダ１３により作動されるように
なつており、そのエアシリンダ１３を図示しない
圧縮エア源に接続するエア管１４の途中にはエア
管１４のエアシリンダ１３側を圧縮エア源側また
は排気側に切換える切換バルブ１５が設けられて
いる。この開閉バルブ１５の作動部１５ａは制御
装置１９に接続され、制御装置１９には機関の回
転数Ｎを検出する回転数センサ１６と、負荷Ｌを
検出する燃料噴射ポンプ１７に設けられたアクセ
ル開度センサ１８とに接続されている。

前記制御装置１９には、第２図に示すような機
関の回転数Ｎと負荷とに応じて第２の排気マニホ
ルド５を第１の排気マニホルド４に連通する領域
Ａと、第２の排気マニホルド５を排気管７に連通
する領域Ｂとを判断する制御マツプと、図示しな
いクロツクとが内蔵されている。

次に主として第３図を参照して作動を説明す
る。

制御装置１９はクロツクからの信号に基づいて
一定時間毎に制御を起動し、回転数センサ１６か
らの信号に基づき、回転数Ｎを検出し（ステツプ
S1）、アクセル開度センサ１８からの信号に基づ
き、負荷Ｌを検出する（ステツプS2）。次いで検
出した回転数Ｎと負荷とにより第２図に示す制御
マツプのＡ領域にあるか否かを判断する（ステツ
プS3）、YESだつたら、すなわち低速高負荷時に
は、作動部１５ａに制御信号を出力して切換バル
ブ１５を排気側に切換エアシリンダ１３のエアを
排気して縮み作動させ切換バルブ１２を鎖線の位
置に回動して連通路１１を開き、第２の排気マニ
ホルド５と第１の排気マニホルド４間を連通し、
タービンＴに両マニホルド４，５の全排気ガスを
導き、タービンＴを付勢駆動して（ステツプ
S4）、制御を終る。これにより給気量を増加し、
その結果、低速トルクを増して加速応答性を向上
することができる。

ステツプS3がNOの場合、すなわち低速高負荷
時以外の領域Ｂの場合には、作動部１５ａに制御
信号を出力して切換バルブ１２を開きエアシリン
ダ１３に圧縮エアを導いてエアシリンダ１３を伸
び作動させ、切換バルブ１２を実線位置に回動し
て連通路１１を閉じ、第２の排気マニホルド５と
タービンＴ下流側すなわち排気管７との間を連通
し、第４図に示すように第２の排気マニホルドの
開き始めEVO2から閉じ終りEVC2までの排気ガ
スを排気管に逃して排気行程後半の排気圧を低く
して（ステツプS5）、制御を終る。これにより実
線Ｃで示すように比Ａ／Ｒの小さいタービンＴで
あるにもかかわらず、ポンピングロスを低減し、
その結果、エンジンの燃料消費率を改善すること
ができる。

［考案の効果］ 以上のように本考案によれば、下記のすぐれた
効果を奏する。

(i) 低速高負荷時には第２の排気マニホルドの排
気ガスをターボチヤージヤに利用して加速応答
性を向上できる。

(ii) 上記以外の場合は排気マニホルドの排気ガス
をタービンの下流側に流してポンピングロスを
低減させてエンジンの燃料消費量を改善でき
る。

(iii) したがつて、比Ａ／Ｒの小さいタービンを用
いてポンピングロスの低減および燃料消費量の
改善がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す全体構成図、
第２図は制御装置の制御マツプ図、第３図は制御
フローチヤート図、第４図は本考案の効果を従来
装置と対比して示す指圧線図、第５図は本考案が
実施される内燃機関のバルブリフトのタイミング
チヤート図である。 １……第１の排気バルブ、２……第２の排気バ
ルブ、４……第１の排気マニホルド、５……第２
の排気マニホルド、１２……切換バルブ、１６…
…回転数センサ、１８……アクセル開度センサ、
１９……制御装置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 気筒ごとに開弁時期の異なる２つの排気バルブ
   を備えた内燃機関において、先に開く第１の排気
   バルブはすべて第１の排気マニホルドに接続さ
   れ、後から開く第２の排気バルブはすべて第２の
   排気マニホルドに接続され、第１の排気マニホル
   ドを１個のターボチヤージヤのタービンの上流側
   に接続するとともに、第２のマニホルドを内燃機
   関の回転数および負荷に応じて前記ターボチヤー
   ジヤのタービンの上流側または下流側に選択的に
   連通する切換バルブに接続し、前記ターボチヤー
   ジヤのタービンはタービンの半径Ｒとノズル断面
   線Ａとの比Ａ／Ｒが小さいものであり、さらに低
   速高負荷時は第２の排気マニホルドを前記ターボ
   チヤージヤのタービンの上流側に切換え、そして
   それ以外のときは前記ターボチヤージヤのタービ
   ンの下流側に切換バルブを切換えるように作動す
   る制御装置を設けたことを特徴とする内燃機関の
   排気装置。