JPH0536610B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、排気通路を流れる排気のエネルギー
を利用して燃焼室に吸気を過給するターボ過給機
を備えたターボ過給機付エンジンに関する。

（従来技術） 排気通路にタービンが装着されて設置されたタ
ーボ過給機を備え、排気通路を流れる排気のエネ
ルギーを利用して燃焼室に導入される吸気を加圧
するようにしたターボ過給機付エンジンにおいて
は、排気通路に装着されたターボ過給機のタービ
ンを側路するバイパス部を設けて、このバイパス
部に過給圧が所定値を越えるとき開状態とされる
ウエイストゲートバルブを介装し、過給圧が所定
値を越えるときには、排気通路を流れる排気をタ
ーボ過給機のタービンの上流側からバイパス部を
通じてターボ過給機のタービンの下流側に逃がす
ようにして、過給圧が高くなり過ぎることを回避
している。

このように、ターボ過給機付エンジンにおける
バイパス部に介装されるウエイストゲートバルブ
は、常閉タイプのバルブとされ、通常、それを開
閉動作させるアクチユエータとしてダイアフラム
機構が用いられる。そして、ターボ過給機付エン
ジンが多気筒であつて互いに分離された複数の排
気通路を有し、各排気通路にターボ過給機が設置
される場合には、例えば、実開昭58−81324号公
報にも示される如く、夫々の排気通路にターボ過
給機に関連してバイパス部が独立に設けられ、こ
れらバイパス部の個々にウエイストゲートバルブ
が装着される。

斯かる構成がとられた複数のターボ過給機を備
えるターボ過給機付エンジンにおいては、その過
給動作中にウエイストゲートバルブが脈打つよう
に開閉する現象が生じ、その結果、過給圧が然程
高くない場合にも、排気通路を流れる排気がター
ボ過給機のタービンの上流側からバイパス部を通
じてターボ過給機のタービンの下流側に排出され
てしまうことがあるという問題がある。そして、
ターボ過給機付エンジンを搭載した車両の走行時
において燃焼室への吸気の充分な過給が必要とさ
れるときに、このようなターボ過給機付エンジン
におけるウエイストゲートバルブの脈打ち現象、
即ち、サージングが発生すると、過給圧が高まら
ず、その結果、所望のトルクが得られないことに
なつて、ターボ過給機付エンジンの特性を有効に
発揮することが出来ないという不都合を生じる。

このようなターボ過給機付エンジンにおけるウ
エイストゲートバルブのサージングは、排気通路
を流れる排気の脈動がウエイストゲートバルブに
作用することにより生じることが明らかにされて
おり、特に、低中速運転時に顕著にあらわれる傾
向があつて、低中速運転時における充分なトルク
の確保に支障を来す虞れがあるものとなつてい
る。

（発明の目的） 斯かる点に鑑み本発明は、多気筒を有し、各気
筒からの排気を流す複数の互いに分離された排気
通路部が設けられて、これら排気通路部の夫々に
タービンが装着された複数のターボ過給機が設置
された形式をとり、各排気通路部に関連して排気
をターボ過給機のタービンを側路して流すべく設
けられるバイパス部の構成、及び、過給圧が所定
値を越えるときバイパス部を開通せしめるウエイ
ストゲートバルブの配置に改善が施されることに
より、ウエイストゲートバルブがサージングを起
こさないようにされたターボ過給機付エンジンを
提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明に係るターボ過給機付エンジンは、複数
の気筒と、これらの気筒のうちの着火順序が連続
するものからの排気を互いに分離させて流す複数
の排気通路部と、排気通路部の夫々にタービンが
装着された複数のターボ過給機と、各排気通路部
のタービン装着位置の上流側を連通せしめる連通
路を有し、各排気通路部に対してそこに装着され
たタービンを側路して設けられたバイパス部と、
このバイパス部の上述の連通路に連なる部分に、
全運転状態下において連通路に発生する複数の気
筒からの排気の脈動が相殺される位置をもつて設
置され、過給圧が所定値を越えるときバイパス部
を開通させるウエイストゲートバルブとを備えて
構成される。

このように構成されることにより、バイパス部
に設置されたウエイストゲートバルブの位置にお
いては排気の脈動による急激な圧力変動が消勢さ
れ、これによりウエイストゲートバルブがサージ
ングを生じることを回避できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明に係るターボ過給機付エンジ
ンの一例を示す概略構成図である。この第１図に
おいて、吸気通路１の最上流側にはエアクリーナ
（Ａ／Ｃ）２とエアフローメータ（AFM）３とが
設けられており、このエアクリーナ２及びエアフ
ローメータ３を介して吸入された吸気は、両者で
吸気通路１を形成する第１の吸気通路部１Ａと第
２の吸気通路部１Ｂとに分流され、第１の吸気通
路部１Ａ及び第２の吸気通路部１Ｂの途中に夫々
介装された後述するターボ過給機３０Ａ及び３０
Ｂのコンプレツサ３２Ａ及び３２Ｂによつて加圧
される。そして、ターボ過給機３０Ａのコンプレ
ツサ３２Ａで加圧された吸気は、再び第１の吸気
通路部１Ａを流れ、インタークーラ４Ａで冷却さ
れた後、スロツトルバルブ５Ａ及びサージタンク
６Ａを介して、個別吸気通路１A₁及び１A₂から、
直列４気筒形とされたエンジン本体１０の第１気
筒１１と第４気筒１４とに供給され、一方、ター
ボ過給機３０Ｂのコンプレツサ３２Ｂで加圧され
た吸気は、再び第２の吸気通路部１Ｂを流れ、イ
ンタークーラ４Ｂで冷却された後、スロツトルバ
ルブ５Ｂ及びサージタンク６Ｂを介して、個別吸
気通路１B₁及び１B₂からエンジン本体１０の第
２気筒１２と第３気筒１３とに供給される。

また、個別吸気通路１A₁，１A₂，１B₁及び１
B₂には、夫々、図示されていない燃料ポンプか
ら供給される燃料を噴射する燃料噴射バルブ１６
Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ及び１６Ｄが臨設されてお
り、この燃料噴射バルブ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ
及び１６Ｄの燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御
するためのコントロールユニツト１００が備えら
れている。このコントロールユニツト１００に
は、エアフローメータ３から得られる吸入空気量
Leをあらわす負荷検出信号IS_Lと、簡略図示され
た回転数センサNSから得られるエンジン回転数
Neをあらわす回転検出信号IS_Nとが入力され、コ
ントロールユニツト１００は、これらの検出信号
IS_L及びIS_Nにもとずいて、燃料噴射バルブ１６
Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ及び１６Ｄの燃料噴射時期及
び燃料噴射量を定める噴射パルス信号Poを形成
し、それを所定のタイミングで各燃料噴射バルブ
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ及び１６Ｄに供給するよ
うにされている。

燃料噴射バルブ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ及び１
６Ｄから噴射された燃料は、個別吸気通路１A₁，
１A₂，１B₁及び１B₂を流れる吸気と混合されて
各気筒１１〜１４内に送り込まれ、第１気筒１１
→第３気筒１３→第４気筒１４→第２気筒１２の
順で、スパークプラグ１７により点火されて燃焼
される。そして、各気筒１１，１２，１３及び１
４からは、排気が図示されていない公知の動弁機
構によつて上述の燃焼順序及び位相をもつバルブ
タイミングで夫々個別排気通路２０A₁，２０B₂，
２０A₂及び２０B₁に順次排出される。個別排気
通路２０A₁及び２０A₂に排出された排気は途中
で合流して共通の第１の排気通路部２０Ａを介し
て合流排気通路２０に至り、また、個別排気通路
２０B₂及び２０B₁に排出された排気も途中で合
流して共通の第２の排気通路部２０Ｂを介して合
流排気通路２０に至るようにされており、夫々合
流排気通路２０を通じて外部に放出される。な
お、合流排気通路２０には、排気中の有害成分を
除去するための触媒コンバータ２３と騒音低域の
ためのサイレンサ２４とが設けられている。

上述の第１の排気通路部２０Ａ及び第２の排気
通路部２０Ｂには、夫々、それらを流れる排気の
エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給
機３０Ａ及び３０Ｂのタービン３１Ａ及び３１Ｂ
が介装されており、これらタービン３１Ａ及び３
１Ｂは、夫々、第１の排気通路部２０Ａ及び第２
の排気通路部２０Ｂを流れる排気により回転せし
められ、駆動軸３３Ａ及び３３Ｂを介して夫々コ
ンプレツサ３２Ａ及び３２Ｂを回転駆動するよう
にされている。

そして、第１の排気通路部２０Ａ及び第２の排
気通路部２０Ｂには、ターボ過給機３０Ａのター
ビン３１Ａ及びターボ過給機３０Ｂのタービン３
１Ｂを側路するように形成されたバイパス部２６
が設けられている。このバイパス部２６は、第１
の排気通路部２０Ａのタービン３１Ａより上流側
と第２の排気通路部２０Ｂのタービン３１Ｂより
上流側と連通する連通路２７を有しており、ま
た、第１の排気通路部２０Ａのタービン３１Ａよ
り下流側をターボ過給機３０Ｂのタービン３１Ｂ
を側路する部分の一部としている。このように形
成されたバイパス部２６には、その連通路２７に
連なる部分にウエイストゲートバルブ３５が設け
られており、バイパス部２６はこのウエイストゲ
ートバルブ３５の開閉動作により選択的に開通状
態もしくは遮断状態にされる。

ウエイストゲートバルブ３５は、常閉タイプの
バルブであつて、後述する如くのバイパス部２６
における特定位置に配されていて、ダイアフラム
機構３８より開閉作動せしめられるようにされて
いる。ダイアフラム機構３８のダイアフラム室３
９には、第１の吸気通路部１Ａのコンプレツサ３
２Ａより下流側の吸気が導入されるようになされ
ており、過給圧が所定値を越える場合には、ダイ
アフラム室３９に導入される吸気の圧力が大とさ
れて、ダイアフラム機構３８のダイアフラムがダ
イアフラムスプリングのセツト荷重に打ち勝つて
第１図における右方に変位し、これによつてウエ
イストゲートバルブ３５のステムが第１図におけ
る右方に引き上げられてウエイストゲートバルブ
３５が開状態とされ、また、過給圧が所定値以下
である場合には、ダイアフラム室３９に導入され
る吸気の圧力が比較的小とされて、ウエイストゲ
ートバルブ３５のステムがダイアフラム機構３８
のダイアフラムスプリングによつて第１図におけ
る左方に付勢され、ウエイストゲートバルブ３５
が開状態とされる。

このため、ターボ過給機３０Ａによつてもたら
される過給圧が所定値を越えて上昇した際には、
ウエイストゲートバルブ３５が開状態とされてバ
イパス部２６が開通状態とされ、第１の排気通路
部２０Ａ及び第２の排気通路部２０Ｂを流れる排
気は、夫々、ターボ過給機３０Ａ及び３０Ｂのタ
ービン３１Ａ及び３１Ｂの上流側からバイパス部
２６を通じてターボ過給機３０Ａ及び３０Ｂのタ
ービン３１Ａ及び３１Ｂの下流側に抜けて、ター
ビン３１Ａ及び３１Ｂを側路する。これにより、
タービン３１Ａ及び３１Ｂの排気による駆動が低
減され、ターボ過給機３０Ａ及び３０Ｂのコンプ
レツサ３２Ａ及び３２Ｂの加圧作用が弱められ
て、過給圧が低下せしめられる。

斯かる本発明に係るターボ過給機付エンジンに
おいては、上述のウエイストゲートバルブ３５の
設置位置が以下に述べる如くの特定の位置に選定
されている。

以下、この点について述べるに、エンジン本体
１０における気筒１１，１２，１３及び１４の
夫々における排気行程は、エンジン本体１０のク
ランク軸が２回転する毎に、前述した如く、第１
気筒１１→第３気筒１３→第４気筒１４→第２気
筒１２の順序で、かつ、略均等間隔で行われる。
従つて、気筒１１，１３，１４及び１２の夫々か
らは、第２図において横軸にエンジン本体１０の
クランク回転角がとられて示される如くの、排気
行程期間にピークを生じる排気の圧力波が、位相
が順次ずれた状態で発生する。そして、この排気
の圧力波は、排気の脈動となつて個別排気通路２
０A₁，２０B₂，２０A₂及び２０B₁から第１の排
気通路部２０Ａ及び第２の排気通路部２０Ｂに伝
播し、さらに、第１の排気通路部２０Ａ及び第２
の排気通路部２０Ｂからバイパス部２６の連通路
２７に伝播する。斯かる気筒１１，１３，１４及
び１２からの排気の脈動がそのままウエイストゲ
ートバルブ３５の背面に作用すると、ウエイスト
ゲートバルブ３５の背面が圧力変動を受け、それ
によつてウエイストゲートバルブ３５のサージン
グが生じることになる。しかしながら、この場
合、連通路２７には気筒１１，１３，１４及び１
２からの排気の脈動の全部が伝播されるので、こ
の連通路２７を含むバイパス部２６には、気筒１
１，１３，１４及び１２からの排気の脈動が互い
に干渉し合い相殺されることになる位置ができ、
バイパス部２６の連通路２７に連なる部分に設置
されたウエイストゲートバルブ３５は、斯かる排
気の脈動が互いに干渉し合い相殺される位置に配
されているのである。即ち、バイパス部２６にお
けるウエイストゲートバルブ３５の設置位置は、
エンジン本体１０の全運転状態下において連通路
２７に発生する排気の脈動が相殺される位置に選
定されているのであり、このため、ウエイストゲ
ートバルブ３５の背面に作用する圧力変動は極め
て小となり、ウエイストゲートバルブ３５のサー
ジングは生じない。

なお、連通路２７に発生する排気の脈動が相殺
される位置を適切に得るにあたつては、個別排気
通路２０A₁，２０A₂，２０B₁及び２０B₂、第１
の排気通路部２０Ａ、第２の排気通路部２０Ｂ、
及び、連通路２７の通路長、通路断面積、通路抵
抗等が適宜調整される。

このように、バイパス部２６に設置されるウエ
イストゲートバルブ３５が、エンジン本体１０の
全運転状態下において排気の脈動が相殺される位
置に配され、それに作用する圧力変動が極めて小
とされることにより、ウエイストゲートバルブ３
５がサージングを生じることが回避されるのであ
る。

なお、上述の例は、２つのターボ過給機を備
え、ウエイストゲートバルブを１個有する４気筒
のエンジンとされているが、本発明に係るターボ
過給機付エンジンは、このような構成に限られる
ものではなく、より多数のターボ過給機を備えた
多気筒エンジンとすることも自由である。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係るタ
ーボ過給機付エンジンにおいては、多気筒からの
排気を流す複数の互いに分離された排気通路部の
夫々に装着されたターボ過給機のタービンを側路
するバイパス部が、各排気通路部のそれに装着さ
れたタービンより上流側を連通する連通路を有し
て形成されて、全運転状態下において排気の脈動
が相殺される場所が得られるようにされ、斯かる
排気の脈動が相殺される場所に、このバイパス部
を過給圧が所定値を越える場合に開通せしめるウ
エイストゲートバルブが配されるので、ウエイス
トゲートバルブが排気の脈動に起因するサージン
グを生じることが防止されて、過給動作時に、必
要とされる過給圧が確実に得られる。従つて、本
発明に係るターボ過給機付エンジンによれば、そ
の過給動作時に、例えば、従来のターボ過給機付
エンジンにおいてはウエイストゲートバルブのサ
ージングが生じ易かつた低中速運転状態での過給
動作時であつても、ウエイストゲートバルブのサ
ージングを伴うことなく、充分なトルクを確保で
きるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るターボ過給機付エンジン
の一例を示す概略構成図、第２図は第１図に示さ
れる例の動作説明に供される図である。 図中、１Ａは第１の吸気通路部、１Ｂは第２の
吸気通路部、１０はエンジン本体、１１は第１気
筒、１２は第２気筒、１３は第３気筒、１４は第
４気筒、２０Ａは第１の排気通路部、２０Ｂは第
２の排気通路部、、２６はバイパス部、２７は連
通路、３０Ａ及び３０Ｂはターボ過給機、３１Ａ
及び３１Ｂはタービン、３２Ａ及び３２Ｂはコン
プレツサ、３５はウエイストゲートバルブ、３８
はダイアフラム機構である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の気筒と、 該複数の気筒のうちの着火順序が連続するもの
   からの排気を互いに分離させて流す複数の排気通
   路部と、 該複数の排気通路部の夫々にタービンが装着さ
   れて設けられた複数のターボ過給機と、 上記複数の排気通路部の夫々における上記ター
   ビンの上流側を連通せしめる連通路を有し、上記
   複数の排気通路部の各々に対して当該排気通路部
   に装着された上記タービンを側路して設けられた
   バイパス部と、 該バイパス部の上記連通路に連なる部分に、全
   運転状態下において上記連通路に発生する上記複
   数の気筒からの排気の脈動が相殺される位置をも
   つて設置され、上記複数のターボ過給機のうちの
   一つによる過給圧が所定値を越えるとき上記バイ
   パス部を開通させるウエイストゲートバルブと、
   を具備して構成されるターボ過給機付エンジン。