JPH0627802Y2 - 過給機付エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は過給機付エンジンの吸気装置の改良に関する。

（従来の技術） 従来、過給機付エンジンとして、例えば特開昭５９−１
６００２２号公報に開示されるように、低速用および高
速用の排気ターボ過給機を備え、高速用の排気ターボ過
給機を高速高負荷時のみで作動させるようにした、いわ
ゆるシーケンシャル・ターボ・タイプのものが知られて
いる。このものによれば、低速低負荷時には低速用の排
気ターボ過給機のみを作動させ、排気通路からの排気ガ
スを低速用排気ターボ過給機のタービンに集中的に供給
して高い過給圧を立上がり良く得る一方、高速高負荷時
には低速用および高速用の排気ターボ過給機の双方を作
動させ、排気通路からの排気ガスを二つの排気ターボ過
給機のタービンに供給して吸気流量を確保しながら適正
な過給圧を得ることができる。

（考案が解決しようとする課題） ところで、二つの排気ターボ過給機のブロワの吐出口に
はそれぞれ吸気通路が接続され、これら二つの吸気通路
が吸気合流部で合流されてからエンジンに接続されてい
る。その場合、二つのブロワの吐出口間で吸気通路を取
付けるにあたって、フランジにより接続して取付けるこ
とが考えられる。

しかし、高速用の排気ターボ過給機は高速高負荷時にし
か作動しないので、運転状態の変化に伴い高速用排気タ
ーボ過給機が作動・停止を繰返して高速用排気ターボ過
給機のブロワ下流の吸気通路に対して加圧エアの供給お
よびその停止が繰返され、二つのブロワの吐出口間で吸
気通路が繰返し熱負荷を受けて伸縮する。その結果、吸
気通路のフランジ間のシール性が損なわれるという問題
が生じる。

本考案はこのような点に着目してなされたものであり、
その目的とするところは、シーケンシャル・ターボ・タ
イプの過給機付エンジンにおいて、二つのブロワの吐出
口間の吸気通路の接続構造を工夫して該吸気通路のシー
ル性を確保することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本考案では、特定運転領域の
みで作動する排気ターボ過給機のブロワ下流の吸気通路
に嵌合による接続部を設け、該接続部における嵌合され
た両吸気通路の内外周部間でシールすることである。

具体的に、本考案の講じた解決手段は、排気ガスのエネ
ルギにより吸気を加圧して吸気通路に供給する排気ター
ボ過給機を複数備え、そのうち少なくとも一つの排気タ
ーボ過給機を特定運転領域のみで作動させ、他の排気タ
ーボ過給機を全運転領域で常時作動させるようにすると
ともに、各排気ターボ過給機のブロワ下流の吸気通路を
吸気合流部にて合流させるようにした過給機付エンジン
の吸気装置を前提とする。そして、上記特定運転領域の
みで作動する排気ターボ過給機のブロワから吸気合流部
までの吸気通路を分割し、かつ分割された一方側の吸気
通路の端部に他方側の吸気通路の端部を相対移動可能に
嵌挿することで接続部を構成するとともに、該接続部に
おける嵌合された両吸気通路端部の内外周部間にシール
部材を設けたものとする。

（作用） 上記の構成により、本考案では、特定運転領域のみで作
動する排気ターボ過給機は、運転状態の変化に伴い作動
・停止を繰返して、そのブロワ下流における分割された
吸気通路が繰返し熱負荷を受ける。

この熱負荷により、分割された一方側の吸気通路と他方
側の吸気通路とが接続部において嵌挿方向に伸縮変形す
る。その場合、接続部における嵌合された両吸気通路端
部の内外周部間にシール部材が設けられているので、上
記伸縮変形によって両吸気通路が嵌挿方向に相対移動し
てもシール部材によるシール機能が損われることはな
い。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本考案の実施例に係る吸気装置を備えた過給機
付エンジンを示す。同図において、エンジン１の排気ガ
スを排出する排気通路２は、エンジン１より互いに独立
して伸びる２本の分岐排気通路２ａ，２ｂを有する。ま
た、エンジン１の吸入空気が流通する吸気通路３は、吸
入空気量を検出するエアフロメータ４の下流側において
分岐して２本の分岐吸気通路３ａ，３ｂを有し、両分岐
吸気通路３ａと３ｂとはインタークーラ５の上流側にお
いて合流している。インタークーラ５の下流側の吸気通
路３には、上流から順にスロットル弁６，サージタンク
７および燃料噴射弁８が配設されている。

上記２本の分岐排気通路２ａ，２ｂのうちの一方の分岐
排気通路２ａには、排気ガスによって回転駆動されるタ
ービンＴｐが配設され、このタービンＴｐは、一方の分
岐吸気通路３ａに配設されたブロワＣｐに回転軸Ｌｐを
介して連結されている。そして、これらタービンＴｐ、
回転軸ＬＰ、ブロワＣｐを主要素として１次側ターボ過
給機９が構成されている。同様に、他方の分岐排気通路
２ｂには、排気ガスによって回転駆動されるタービンＴ
ｓが配設されているとともに、他方の分岐吸気通路３ｂ
にはブロワＣｓが配設され、これらタービンＴｐとブロ
ワＣｓとが回転軸Ｌｓによって連結されて、２次側ター
ボ過給機１０を構成している。

分岐吸気通路３ａ，３ｂのブロワＣｐ，Ｃｓの上流側の
通路部分は、吸気通路３から分岐した分岐部において互
いに一直線状になるように対向して形成されており、一
方の分岐吸気通路３ｂに発生した圧力波が他方の分岐吸
気通路３ａ側には伝播し易くし、エアフローメータ４側
には伝播しにくするような構成となっている。

上記２次側の分岐排気通路２ｂには、タービンＴｓの上
流側において排気カット弁１１が配設されている。この
排気カット弁１１は、低回転域でこの分岐排気通路２ｂ
を閉じて２次側ターボ過給機１０のタービンＴｓへの排
気ガスの供給を遮断し、１次側ターボ過給機９のみを作
動させるために設けられているものである。

２次側の分岐排気通路２ｂのうち上記排気カット弁１１
の上流側部分が、連通路１２を介して、１次側の分岐排
気通路２ａのタービンＴｐ上流側に接続されている。上
記連通路１２は、両タービンＴｐ，Ｔｓの下流側の排気
通路２に対して、ウエストゲート弁１７が配設されたバ
イパス通路１８を介して接続されている。このバイパス
通路１８のうち上記ウエストゲート弁１７上流側部分
が、排気洩らし弁１３が配設された洩らし通路１４を介
して、分岐排気通路２ｂにおけるタービンＴｓと排気カ
ット弁１１との間に接続されている。

上記排気洩らし弁１３は、ダイヤフラム式アクチュエー
タ１６によって操作されるようになっており、該アクチ
ュエータ１６の圧力室は、制御圧力導管１５を介して、
１次側ターボ過給機９のブロワＣｐの下流側において分
岐吸気通路３ａに開口している。この洩らし弁１３は、
エンジン回転数の上昇過程において、ブロワＣｐの下流
側の過給圧Ｐ１が所定の値（例えば５００mmHg）以上と
なると開動作され、これにより排気カット弁１１が閉じ
ているときに少量の排気ガスがバイパス通路１４を通じ
てタービンＴｓに供給される。したがって、タービンＴ
ｓが排気カット弁１１の開く以前に予め回転を開始し
て、排気カット弁１１が開いたときの過給応答性向上と
共に、トルクショックを緩和するようになっている。

なお、１９，２０は、排気カット弁１１及びウエストゲ
ート弁１７をそれぞれ操作するダイヤフラム式アクチュ
エータであるが、これらのアクチュエータの動作につい
ては後述する。

一方、２次側の分岐吸気通路３ｂには、ブロワＣｐの下
流側において吸気カット弁２１が配設されている。また
ブロワＣｓをバイパスするバイパス通路２２が設けられ
ていて、このバイパス通路２２にリリーフ弁２３が配設
されている。上記吸気カット弁２１は、後述するように
ダイヤフラム式アクチュエータ２４によって操作され
る。また、上記リリーフ弁２３は、エンジン回転数の上
昇過程において、吸気カット弁２１および排気カット弁
１が開く時点よりも少し前までバイパス通路２２を開い
ていて、排気カット弁１１が閉じているときの排気洩ら
し弁１３の開動作に基づくブロワＣｓの回転によってブ
ロワＣｓと吸気カット弁２１との間における分岐吸気通
路３ｂの圧力が上昇するのを防止し、かつブロワＣｓが
回転しやすいように設けられている。このようなリリー
フ弁２３は、ダイヤフラム式アクチュエータ２５によっ
て操作される。

吸気カット弁２１を作動させるアクチュエータ２４の制
御圧力導管２６は、電磁ソレノイド弁よりなる三方弁２
７の出力ポートに接続されている。また、排気カット弁
１１を作動させるアクチュエータ１９の制御圧力導管２
８は、同様に電磁ソレノイド弁よりなる三方弁２９の出
力ポートに接続されている。さらにリリーフ弁２３を作
動させるアクチュエータ２５の制御圧力導管３０は、上
述と同様の三方弁３１の出力ポートに接続されている。
ウエストゲート弁１７を作動させるアクチュエータ２０
の制御圧力導管３２は、電磁ソレノイド弁よりなる三方
弁３３の出力ポートに接続されている。これら電磁ソレ
ノイド弁よりなる三方弁２７，２９，３１および３３
は、マイクロコンピュータを利用して構成された制御回
路３５によって制御される。この制御回路３５は、エン
ジン回転数Ｎｅ、吸入空気量Ｑ、スロットル開度ＴＶＯ
および１次側ターボ過給機９のブロワＣｐの下流側の過
給圧Ｐ１等の検出値に基づいて、各電磁ソレノイド弁を
制御する。

上記４個の電磁ソレノイド弁のうち、三方弁２９の一方
の入力ポートは大気に開放されており、他方の入力ポー
トは、導管３６を介して負圧タンク４３に接続されてい
る。この負圧タンク４３には、スロットル弁６の下流の
吸気負圧Ｐｎが、チェック弁３７を介して導入される。
また、三方弁２７は、その一方の入力ポートが導管３６
を介して上記負圧タンク４３に接続され、他方の入力ポ
ートは、導管３８を介して差圧検出弁３９の出力ポート
に接続されている。

第２図に示すように、上記差圧検出弁３９は、そのケー
シング５１内が２つのダイヤフラム５２，５３によって
３つの室５４，５５，５６に区画形成され、室５４に入
力ポート５４ａが、室５５に入力ポート５５ａが、室５
６に上記導管３８が連なる出力ポート５７および大気開
放ポート５８が開口されている。上記ポート５４ａは、
導管４１を介して吸気カット弁２１の下流側に接続され
て、１次側ブロワＣｐの下流側の過給圧Ｐ１を導入する
ようになっている。また、ポート５５ａは、導管４２を
介して吸気カット弁２１の上流側に接続されて、吸気カ
ット弁２１が閉じているときの吸気カット弁２１の上流
側の圧力Ｐ２を導入するようになっている。そして、こ
の差圧検出弁３９は、圧力Ｐ１とＰ２の圧力差が大きい
ときに、両ダイヤフラム５２，５３に結合された弁体５
９がポート４７を開状態として、大気を導管３８に導入
するが、差圧Ｐ２−Ｐ１が所定値±ΔＰ以内になったと
きに、スプリング５９によってポート５７を閉じるよう
になっている。したがって、三方弁２７が導管２６を導
管３８に連通している状態で、差圧Ｐ２−Ｐ１が所定値
±ΔＰよりも大きくなると、アクチュエータ２４に大気
が導入されて、吸気カット弁２１が開かれる。また、三
方弁２７が導管２６を導管３６に連通させたときは、ア
クチュエータ２４に負圧が供給されて吸気カット弁２１
が閉じられる。

一方、三方弁２９が導管２８を導管３６に連通させたと
き、アクチュエータ１９に負圧が供給されて排気カット
弁１１が閉じられ、このときは１次側ターボ過給機９の
みが作動された状態となる。また、三方弁２９が導管２
８を大気に解放すると、排気カット弁１１が開かれて、
２次側ターボ過給機１０が作動される。

第３図は、吸気カット弁２１および排気カット弁１１の
開閉状態を、排気洩らし弁１３、ウエストゲート弁１７
およびリリーフ弁２３の開閉状態とともに示す制御マッ
プで、この制御マップは制御回路３５内に格納されてい
る。

ここで、三方弁３１の一方の入力ポートも大気に開放さ
れ、他方の入力ポートは負圧タンク４３に接続されてお
り、エンジンが低回転のときは導管３０に吸気負圧Ｐｎ
が導入されて、リリーフ弁２５がバイパス通路２２を開
いているが、エンジン回転数Ｎｅの上昇過程で、第３図
に示すように、上記吸気カット弁２１および排気カット
弁１１が開く段階以前において、上記三方弁３１が制御
回路３５からの信号によって大気側に切換えられ、これ
によりリリーフ弁２５がバイパス通路２２を閉じるよう
になっている。

さらに三方弁３３の一方の入力ポートには、アクチュエ
ータ１６の制御圧力導管１５を通じて過給圧Ｐ１が導入
されるようになっており、エンジン回転数Ｎｅおよびス
ロットル開度ＴＶＯが所定値以上でかつ過給圧Ｐ１が所
定値以上になったとき、制御回路３５が三方弁３３を開
いてアクチュエータ２０に過給圧Ｐ１を導入し、これに
よりウエストゲート弁１７がバイパス通路１８を開くよ
うになっている。また、三方弁３３の他方の入力ポート
は大気に開放されており、アクチュエータ２０に大気が
供給されたとき、ウエストゲート弁１７が閉じられる。

次に、ターボ過給機回りのレイアウトを第４図および第
５図に基づいて説明する。エンジン１の一側に各気筒の
排気ポート（図示せず）が開口されており、該排気ポー
トに排気マニホールドが取付けられている。そして、該
排気マニホールドの側方に１次側および２次側のターボ
過給機９，１０が、その回転軸が同軸になるように配設
され、各タービンＴｐ，Ｔｓの入口部が排気マニホール
ドに対してフランジ結合されている。また、２次側ター
ボ過給機１０のブロワＣｓの吸入口から延びる分岐吸気
通路３ｂはブロワＣｓの後側（第４図の左側）で反転し
て前方（第４図の右方）に向い、１次側ターボ過給機１
０のブロワＣｐの吸入口から延びる分岐吸気通路３ａと
合流して吸気通路３を構成し、更にエンジン１の前上方
に向っている。

また、１次側ターボ過給機９のブロワＣｐの吐出口から
延びる分岐吸気通路３ａは後方に向う一方、２次側ター
ボ過給機１０のブロワＣｓの吐出口から延びる分岐吸気
通路３ｂは前方に向い、これら二本の分岐吸気通路３
ａ，３ｂは合流して吸気通路３を構成し、後上方に向っ
ている。そして、この合流部のすぐ上流側の分岐吸気通
路３ｂに吸気カット弁２１が設けられている。

さらに、２次側ターボ過給機１０のブロワＣｓの吐出口
の近傍の分岐吸気通路３ｂにはバイパス通路２２の一端
が接続され、該バイパス通路２２の他端は各ブロワＣ
ｐ，Ｃｓよりも上流側の吸気通路３に接続されている。
そして、該バイパス通路２２のブロワＣｓ側端部にはリ
リーフ弁２３が設けられている。

ここで、二つのブロワＣｐ，Ｃｓ間の分岐吸気通路構造
について説明する。第６図に示すように、２次側ターボ
過給機１０のブロワＣｓの分岐吸気通路３ｂは、吸気カ
ット弁２１（吸気合流部）よりも上流側の二箇所におい
て分割されている。そして、該各分割部分において一方
側の分岐吸気通路３ｂの端部に他方側の分岐吸気通路３
ｂの端部が“いんろう（はめ込み）構造”でもって相対
移動可能に嵌挿されていて、接続部７１が構成されてい
る。そして、該各接続部７１はシール部材によってシー
ルされている。すなわち、各接続部７１において、雄側
の分岐吸気通路３ｂの先端外周部７２に、その全周に亘
って溝部が形成され、該溝部にシール部材としてのＯリ
ング７４が装着されていて、該Ｏリング７４が雌側の分
岐吸気通路３ｂの先端内周部７３に圧接されている。

したがって、上記実施例においては、低回転域に１次側
ターボ過給機９のみを作動させることにより、排気通路
２からの排気ガスが１次側ターボ過給機９のタービンＴ
ｐに集中的に供給されて高い過給圧が立上がり良く得ら
れる。一方、高回転域に１次側および２次側のターボ過
給機９，１０の双方を作動させることにより、排気通路
２からの排気ガスが二つのターボ過給機９，１０のター
ビンＴｐ，Ｔｓに供給し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、２次側ターボ過給機１０は、運転状態の変化
に伴い作動・停止を繰返して、そのブロワＣｓ下流の分
岐吸気通路３ｂが繰返し熱負荷を受ける。

この熱負荷により、各接続部７１において一方側の分岐
吸気通路３ｂと他方側の分岐吸気通路３ｂとが嵌挿方向
（分岐吸気通路３ｂの長手方向）に伸縮変形する。その
場合、接続部７１において、雄型の分岐吸気通路３ｂの
先端外周部７２と雌側の分岐吸気通路３ｂの先端内周部
７３との間にＯリング７４が設けられているので、上記
伸縮変形によって両分岐吸気通路３ｂが嵌挿方向に相対
移動してもＯリング７４によるシール機能が損われるこ
とはない。

また、二本の分岐吸気通路３ａ，３ｂの合流部のすぐ上
流側の分岐吸気通路３ｂに吸気カット弁２１を設けると
ともに、該吸気カット弁２１よりも上流側に接続部７
１，７１を設けたので、１次側ターボ過給機９のブロワ
Ｃｐの分岐吸気通路３ａから２次側ターボ過給機１０の
ブロワＣｓの分岐吸気通路３ｂへの吸気の流入を確実に
防止することができる。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案の過給機付エンジンの吸気
装置によれば、排気ガスのエネルギにより吸気を加圧し
て吸気通路に供給する排気ターボ過給機を複数備え、そ
のうち少くとも一つの排気ターボ過給機を特定運転領域
のみで作動させ、他の排気ターボ過給機を常時作動させ
るとともに、特定運転領域のみで作動する排気ターボ過
給機のブロワから吸気合流部までの吸気通路を分割し、
かつ分割された一方側の吸気通路端部に他方側の吸気通
路端部を相対移動可能に嵌挿することで接続部を構成
し、該接続部における嵌合された両吸気通路端部の内外
周部間にシール部材を設けたので、特定運転領域のみで
作動する排気ターボ過給機の作動・停止の繰返しにより
その下流の吸気通路が繰返し熱負荷を受けても、この吸
気通路のシール性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】 図面は本考案の実施例を例示し、第１図はエンジンの全
体系統図、第２図は差圧検出弁の断面図、第３図は各弁
の切換特性を示す特性図、第４図はエンジンの側面図、
第５図はエンジンの正面図、第６図は分岐吸気通路の接
続部を示す断面図である。 ３ａ，３ｂ……分岐吸気通路、９，１０……ターボ過給
機、７１……接続部、７２……外周部、７３……内周
部、７４……Ｏリング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 松本 尚之 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−120847（ＪＰ，Ａ) 英国特許1220296（ＧＢ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガスのエネルギにより吸気を加圧して
   吸気通路に供給する排気ターボ過給機を複数備え、その
   うち少なくとも一つの排気ターボ過給機を特定運転領域
   のみで作動させ、他の排気ターボ過給機を全運転領域で
   常時作動させるようにするとともに、各排気ターボ過給
   機のブロワ下流の吸気通路を吸気合流部にて合流させる
   ようにした過給機付エンジンの吸気装置において、 上記特定運転領域のみで作動する排気ターボ過給機のブ
   ロワから吸気合流部までの吸気通路を分割し、かつ分割
   された一方側の吸気通路の端部に他方側の吸気通路の端
   部を相対移動可能に嵌挿することで接続部を構成すると
   ともに、該接続部における嵌合された両吸気通路端部の
   内外周部間にシール部材を設けたことを特徴とする過給
   機付エンジンの吸気装置。