JPH0726551B2 - 排気タ−ボ過給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、独立した２系統の排気通路からそれぞれ排気
ガスをタービンに導くようにした排気ターボ過給装置の
改良に関するものである。

（従来技術） 従来から、例えば実開昭56−171630号公報に示されるよ
うに、エンジンの各気筒とターボ過給機のタービとの間
の、排気マニホールドからタービン周囲のスクロール室
にわたる範囲の排気系を、互いに独立してそれぞれ半数
ずつの気筒からの排気ガスを独立にタービンに導く２系
統の排気通路に分けることにより、排気脈動を有効に利
用して低速域でのターボ過給機の駆動効率を高め、トル
ク向上を図るようにしたものが知られている。なお、こ
のように独立した２系統の排気通路を構成する場合に、
上記公報の装置では排気行程が連続しない気筒の排気ガ
スが同一系統の排気通路に導かれるようにしているが、
排気行程が連続する気筒の排気ガスが同一系統の排気通
路に導かれるようにしても、排気脈動が高められて有効
にタービンに作用し、駆動効率を高めることができる。

ところで、上記従来装置では、簡単な構造で最高過給圧
を制御するため、２系統のうちの一方の排気通路とター
ビン下流側との間に、設定過給圧で開作動するバイパス
弁を備えたバイパス通路を設けているが、このようにし
た場合、設定過給圧に達して上記バイパス弁が開作動さ
れたとき、一方の排気通路のみから排気ガスがバイパス
通路に逃がされるため、両排気通路における背圧に差が
生じ、その影響で気筒によってトルク等にばらつきが生
じるという問題がある。

そこでこのような問題を解消するため、上記排気通路間
に弁で開閉される連通孔を設けておき、上記バイパス弁
が開かれたときに上記連通孔を開いて両排気通路間で排
気ガスを流通させるようにすることが考えられる。しか
しこの場合、バイパス通路への排気ガス逃がし量が多い
ときにも両排気通路に圧力差が生じることを避けるには
上記連通孔を比較的大径に形成する必要があるので、単
にこの連通孔をバイパス弁の開作動時に全開させるだけ
では、このときに排気脈動による効果が失われて過給圧
が急激に低下する。従って過給圧が設定過給圧に達した
直後の運転域では、上記のようなバイパス弁および連通
孔の弁の開作動による過給圧の低下と、これに応じてバ
イパス弁および連通孔の弁が閉じられることによる過給
圧の上昇とが繰返されて、過給圧が大幅に変動するハン
チングを生じ、運転状態が不安定になるという問題が生
じる。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、２系統の独立した排気
通路により低速度での過給機駆動効率を高めるととも
に、一方の排気通路に接続したバイパス通路のバイパス
弁で過給圧を制御しつつ、両排気通路間に圧力差が生じ
ることを防止し、しかも過給圧が設定過給圧に達した運
転域付近でハンチングを防いで過給圧を適正に制御する
ことのできる排気ターボ過給装置を提供するものであ
る。

（発明の構成） 本発明は、複数気筒の排気系を２群に分けて各々独立に
排気ガスをターボ過給機のタービンに導く２系統の排気
通路を構成し、その一方の排気通路と上記タービン下流
との間にバイパス通路を設け、このバイパス通路に設定
過給圧で開作動するバイパス弁を設けた排気ターボ過給
装置において、上記両排気通路の間に、両排気通路を連
通する開状態と遮断する閉状態とを有し、過給圧が低い
ときには閉状態となり、少なくとも上記バイパス弁が開
状態のときには開状態となる連通弁を設けるとともに、
上記開状態における連通弁の開度を可変にするバルブ開
度調節手段と、バイパス弁が開状態となる運転領域のう
ちで低回転低負荷側では上記連通弁の開度が小さくし、
高回転高負荷側では上記連通弁の開度を大きくするよう
に上記バルブ開度調節手段を制御する制御手段とを設け
たものである。

この構成により、バイパス弁が閉じられている運転域で
は上記連通弁も閉じられて排気脈動による作用で過給機
駆動効率が高められ、またバイパス弁が開かれると上記
連通弁も開かれて両排気通路間に圧力差が生じることが
防止され、しかもバイパス通路からの排気ガス逃し量が
少ない運転域では連通弁の開度が小さくされて排気脈動
の減衰が抑制され、急激な過給圧の低下が防止されるこ
ととなる。なお、上記のような作用において、バイパス
弁が開かれると連通弁も開かれるというのは、厳密に両
者の開作動が同時であることを意味するのではなく、概
ねバイパス弁が閉じられている運転領域で連通弁が閉じ
られて、少なくともバイパス弁が開状態のときに連通弁
も開いていれば、本発明の目的が達成されるものであ
る。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示し、この図では本発明装
置を４気筒エンジンに適用しており、１はエンジン、2a
〜2dはエンジン１の各気筒である。また、３はターボ過
給機であって、排気系に組込まれたタービン４と、この
タービン４に軸５を介して連結されて吸気系に組込まれ
たコンプレッサ６とを備え、排気ガス流によりタービン
４が駆動され、これに伴ってコンプレッサ６が回転する
ことにより、エンジン１に吸気を過給するようになって
いる。上記タービン４を収容するタービンハウジング７
の排気導入口部分は、排気マニホールド８の下流端部に
連結されている。

上記排気マニホールド８には、各気筒2a〜2dの排気ボー
ト９に連通する通路が集結する部分に排気系を２群に分
ける仕切壁10が設けられている。またタービンハウジン
グ７内にも、上記仕切壁10に対応した仕切壁11が設けら
れている。こうして上記仕切壁10,11により、各気筒2a
〜2dの排気系が２群に分けられ、各々独立に排気ガスを
タービン４に導く２系統の排気通路12,13が構成されて
おり、図示の実施例では、第1,第２気筒2a,2bに連通す
る排気通路12と、第3,第４気筒2c,2dに連通する排気通
路13とに分割されている。

上記２系統のうちの一方の排気通路12とタービン４の下
流側の排気通路14との間には、タービン４をバイパスす
るバイパス通路15が設けられ、このバイパス通路15は例
えばタービンハウジング７に一体に形成されている。こ
のバイパス通路15にはバイパス弁16が設けられ、このバ
イパス弁16は、コンプレッサ６の下流の吸気通路18内の
過給圧を通路19を介して圧力室17aに導くようにしたア
クチュエータ17により、設定過給圧で開かれるようにな
っている。

また、上記両排気通路12,13間の仕切壁10には連通孔21
が形成され、この連通孔21に連通弁22が設けられてい
る。上記連通弁22はアクチュエータ23によってバイパス
弁16の開作動時に開作動され、このアクチュエータ23は
２段階にバルブ開度を変えることができるバルブ調節手
段を兼ねている。すなわち上記アクチュエータ23は、連
通弁22に連結された第１ダイヤフラム23aと、その片側
に形成された第１圧力室23bと、先端が第１ダイヤフラ
ム23aに近接する一定ストロークだけ移動可能なロッド2
3cを取付けた第２ダイヤフラム23dと、その片側に形成
された第２圧力室23eとを備え、第２圧力室23eに通路24
を介して過給圧が導入されるとともに、第１圧力室23b
に通路25および三方電磁弁26を介して大気圧もしくは過
給圧が選択的に導入されるようにしている。そして、第
２圧力室23eに導入される過給圧が上記設定過給圧とな
ったときに連通弁22を所定開度だけ開き、さらに第１圧
力室23bに過給圧が導入されたときは連通弁22を全開す
るようになっている。

また、27はバルブ開度調節手段を制御する制御手段とし
てのコントロールユニット（ECU）であって、エンジン
回転数検出信号28を入力し、上記三方電磁弁26に制御信
号を出力している。このコントロールユニット27は、バ
イパス弁16が開かれてからも比較的低回転低負荷側では
上記アクチュエータ23の第１圧力室23bを大気に開放
し、つまり第２圧力室23eにのみ過給圧を導入させて連
通弁22を所定開度だけ開いた状態とし、高回転高負荷側
では上記第１圧力室23bに過給圧を導入させて連通弁22
を全開させるように三方電磁弁26を切替制御しており、
例えば、後述する所定回転数Nyで三方電磁弁26を切替え
るようにしている。

このターボ過給装置の動作を第２図および第３図によっ
て説明する。

第２図はエンジン回転数と過給圧との関係を示し、この
図において、実線Ａは本発明装置による場合の過給圧変
動特性、破線Ｂは排気系を２系統に分けていない場合
（以下「スタンダード排気系」と呼ぶ）の低速域での過
給圧変動特性をそれぞれ示している。このように、排気
系を２系統の独立した排気通路12,13によって構成した
場合、排気脈動により過給機駆動効率が高められるた
め、低回転域での過給圧が高められる。従ってこの場合
に過給圧が設定過給圧Poに達する点Ｘは、スタード排気
系による場合に過給圧が設定過給圧Poに達する点Ｙより
も低回転側となる。

そして、過給圧が設定過給圧Poに達したときにバイパス
弁16が開作動されて、このときの回転数Nxより高回転側
では排気ガスの一部がバイパス通路15に逃がされること
により、設定過給圧Po以上に過給圧が上昇することが防
止される。また、上記バイパス弁16が開いている運転域
では両排気通路12,13間の連通弁22も開かれる。ただ
し、コントロールユニット27によって三方電磁弁26を介
して上記アクチュエータ23が制御されることにより、第
３図に示すように、上記の点Ｙにほぼ対応する所定回転
数Nyまでは連通弁22が所定開度だけ開かれ、上記所定回
転数Ny以上で連通弁23が全開される。この場合、両排気
通路12,13に圧力差が生じないようにするには、上記連
通弁22において、バイパス通路15への排気逃がし量の1/
2の排気ガス流通量を確保し得ることが要求されるが、
上記所定回転数Nyまでの運転域では排気ガス逃がし量が
少ないため、それに対応させてこの運転域での連通弁22
の開度は小さく設定され、また連通弁22の全開時の開口
量は排気ガス逃がし量が最大となったときにも上記要求
を満足するように充分大きく設定されている。

こうして、バイパス弁16が開かれて排気ガスがバイパス
通路15に逃がされているとき、上記連通弁22を通して両
排気通路12,13間で排気ガスが流通することにより圧力
差が生じることが防止され、しかも、ハンチングを生じ
ることなく適正に過給圧が制御される。つまり、もし上
記Ｘ点でバイパス弁16の開作動と同時に連通弁22が全開
すると、排気脈動による効果が失われて第２図に２点鎖
線矢印で示すように過給圧がスタンダード排気系の過給
圧ラインＢまで急激に低下し、過給圧低下後はバイパス
弁16および連通弁22が閉じられて過給圧が上昇するとい
う動作が繰返されてハンチングを生じる。これに対し、
上記点Ｘから点Ｙまでの範囲で連通弁22の開度を小さく
すれば、排気脈動による効果があまり損われず過給圧の
低下が制御されるため、上記ハンチングが防止されるこ
ととなる。また、上記所定回転数Ny以上では、連通弁22
が全開されることによって排気脈動による効果が失われ
ても設定過給圧を維持し得るため、ハンチングを生じる
ことはない。

なお、上記実施例では連通弁22の開度を２段に切替える
ようにしているが、連通弁22のアクチュエータに比例ソ
レノイド等を用いることにより、連通弁22の開度を高回
転高負荷側ほど大きくするように無段階に変えてもよ
い。また、連通弁22の開度の制御はエンジン回転数と負
荷とに応じて行なうようにしてもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明は、２系統の排気通路の一方とター
ビン下流との間にバイパス弁を備えたバイパス通路を設
けたターボ過給装置において、両排気通路間に、過給圧
が低いときには閉じ、少なくとも上記バイパス弁が開状
態のときに上記両排気通路を連通させる連通弁を設ける
とともに、この連通弁の開度を開作動直後の運転域では
小さくし、高回転高負荷側で大きくするようにしている
ため、上記バイパス弁が開かれているときにも両排気通
路に圧力差が生じることを防止して各気筒のトルクを均
一にすることができる。しかも、上記バイパス弁の開弁
時において、比較的過給圧低下が生じやすい低回転低負
荷領域では、上記連通弁の開度を小さくして設定過給圧
維持に十分な排気脈動効果を確保することにより、過給
圧低下に起因するハンチングを防ぐ一方、過給圧低下が
生じにくくかつ両排気通路間の圧力差が比較的生じやす
い高回転高負荷領域では、上記連通弁の開度を大きくし
て上記圧力差の発生をより確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略断面図、第２図は
エンジン回転数と過給圧との関係を示す説明図、第３図
はエンジン回転数と連通弁の開度との関係を示す説明図
である。 １……エンジン、2a〜2d……気筒、３……ターボ過給
機、４……タービン、12,13……２系統の排気通路、15
……バイパス通路、16……バイパス弁、22……連通弁、
23……アクチュエータ、27……コントロールユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数気筒の排気系を２群に分けて各々独立
   に排気ガスをターボ過給機のタービンに導く２系統の排
   気通路を構成し、その一方の排気通路と上記タービン下
   流との間にバイパス通路を設け、このバイパス通路に設
   定過給圧で開作動するバイパス弁を設けた排気ターボ過
   給装置において、上記両排気通路の間に、両排気通路を
   連通する開状態と遮断する閉状態とを有し、過給圧が低
   いときには閉状態となり、少なくとも上記バイパス弁が
   開状態のときには開状態となる連通弁を設けるととも
   に、上記開状態における連通弁の開度を可変にするバル
   ブ開度調節手段と、バイパス弁が開状態となる運転領域
   のうちで低回転低負荷側では上記連通弁の開度を小さく
   し、高回転高負荷側では上記連通弁の開度を大きくする
   ように上記バルブ開度調節手段を制御する制御手段とを
   設けたことを特徴とする排気ターボ過給装置。