JPH0747933B2 - エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、排気ターボ過給機を備えたエンジンの排気装
置に関するものである。

［従来技術］ エンジンの排気ガスが有するエネルギーを利用して、エ
ンジン出力の向上を図るため、エンジンの排気通路にタ
ービンを介設して、このタービンを排気ガスで駆動する
ようにするとともに、このタービンによって駆動される
ブロアを吸気通路に介設し、ブロアで加圧した吸気を各
気筒に充填するようにした排気ターボ過給機は、一般に
よく知られている。

ところで、自動車用エンジンのように、低速から高速に
至る広い運転範囲を有するエンジンでは、排気ガス量も
広い範囲で変動する。このような広い運転範囲にわたっ
て、排気ターボ過給機の過給効率を良好に維持すること
は実際上極めて困難であり、とりわけ排気ガス量の少な
い低速運転時に有効な過給を行なうことが困難であると
いう問題がある。

かかる問題を改善すべく、タービンに２つの独立したス
クロール室を形成し、排気ガスが少ない低速運転時に
は、全ての気筒の排気ガスを一方のスクロール室に集中
させるようにしたものや、全ての気筒を点火順序が連続
しない２つの気筒群に分け、各気筒群の排気通路を集合
させたうえで、各スクロール室に相互に独立して連通さ
せるようにしたものが提案されている（例えば、実開昭
55−88018号公報）。

前者の方式は、排気ガスを集中してタービンに作用させ
るので排気ガス量を確保しうる利点があるが、各気筒か
ら排出される排気ガスの脈動が相互に干渉し合って脈動
が弱められるため、実際にはさほど高い効率を得ること
はできない。

この点、後者の方式は、点火順序が連続しない気筒の排
気通路を集合しているので、排気通路の脈動が弱め合う
ようには干渉しないので、排気ガスの正圧をそのままタ
ービンに作用させることができる点で有利であると考え
られている。

いま、かかる方式を採用した４気筒エンジンについて考
えると、この場合の点火順序は、＃1,＃3,＃4,＃２の順
であるから、点火順序の連続しない（＃1,＃４），（＃
3,＃２）の２つの群に分けられて、各群の排気通路がタ
ービンの各スクロールに連通されることになる。

この場合、（＃1,＃４）の組について考えると、例え
ば、＃４気筒の排気行程が終了した時点から＃１気筒の
排気行程が開始されるまでには、ある程度のタイムラグ
があるため、＃４気筒から排出された排気ガスの膨張が
終了して圧力が低下した段階で、＃１気筒の排気ガスが
排出されることになり、＃１気筒の排気ガスは、低い圧
力中に放出されることになり、膨張分だけ動的エネルギ
ーが消費されるため、タービンの駆動上不利となる。

また、排気ガスが気筒から放出されてからタービンに流
入するまでに排気ガスは膨張し、その膨張分だけタービ
ンに対する排気ガスの仕事量は減少する。

したがって、排気ガスの膨張をできるだけ抑制すること
ができれば、排気ガスのタービンに対する仕事量を増加
させることができる。

［発明の目的］ 本発明の目的は、排気ガスの膨張を最大限抑制すること
ができ、したがって、低速運転時のタービン効率をアッ
プすることができるエンジンの排気装置を提供すること
である。

［発明の構成］ このため、本発明は、排気通路の下流にタービンを介設
し、複数の排気導入路を介してタービンに排気ガスを導
入することにより、吸気通路に介設したブロアを駆動す
るようにしたエンジンにおいて、上記タービン上流の排
気通路を、常時排気ガスが流れる一次側排気通路と、高
速時のみ排気ガスが流れる二次側排気通路とに分割し、
二次側排気通路を一次側排気通路の途中に接続して構成
するとともに、この一次側排気通路は、排気行程が隣り
合う気筒群ごとに各々独立させて、上記複数の排気導入
路と同数設け、各々独立した一次側排気通路を上記複数
の排気導入路に一対一に対応させて接続する構成とし、
基本的には一次側排気通路のを使用することによって、
排気通路の容積を絞り込んで排気ガスの膨張を最小限に
抑えるとともに、排気行程の連続する気筒の一次側排気
通路を集合させることによって、前の気筒の排気行程で
一次側排気通路の圧力が高い間に後の気筒の排気ガスを
放出させて、排気ガスの膨張をさらに抑え込んで、高圧
の排気ガスをタービンに作用させるようにしたものであ
る。

［発明の効果］ 本発明によれば、低速運転時には、排気ガスを独立した
各一次側排気通路から対応する排気導入路に導入するこ
とができるので、一つの気筒が排気を行なうときのター
ビンまでの容積を減少させることができ、低速運転時に
おけるタービンに対する仕事量が増加し、低速運転域か
ら高い過給圧を得ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付の図面を参照して具体的に
説明する。

第１図に示すように、エンジンＥを構成する＃１〜＃４
気筒は、夫々一次側，二次側２つの排気ポート1p,1sが
形成され、これら一次側，二次側排気ポート1p,1sに
は、比較的小径に形成した一次側排気通路2pと比較的大
径に形成された二次側排気通路2s（区別しやすいよう
に、図中では実線で示している。第２図においても同
じ。）が夫々独立に接続されている。

これら一次側，二次側排気通路2p,2sのうち、一次側排
気通路2pは、点火順序が連続する＃1,＃２気筒と、＃3,
＃４気筒とに組分けして、＃1,＃２気筒の一次側排気通
路2pを集合させて第１排気集合部３を形成し、＃3,＃４
気筒の一次側排気通路2pを集合させて第２排気集合部４
を構成する。

そして、これら第1,第２排気集合部3,4は、排気ターボ
過給機５のタービン６に形成された２つのスクロール6
a,6bに夫々独立に接続されている。即ち、第1,第２排気
集合部3,4は、本願発明にいう複数の排気導入路を構成
する。

また、二次側排気通路2sは、＃１〜＃４気筒の全ての二
次側排気通路2sが共通の排気通路７によって集合され、
この共通の排気通路７は、２個所において連通路8,9に
より、第1,第２集合部3,4に連通されている。これら各
連通路8,9には、連通開閉弁10,11を夫々介設する。これ
ら連通開閉弁10,11、エンジンＥの低速運転時には閉じ
られ、高速運転時には開作動されるようになっている。
したがって、低速運転時には、二次側排気通路2sは使用
されず、一次側排気通路2pのみが排気ガスの排出に関与
する。

一方、連通開閉弁10,11が開かれる高速域では、各気筒
の排気ガスがタービン６の両方のスクロール6a,6bに導
びかれることにより、タービン６の入口におけるチョー
クを防止することができる。

さらに、第1,第２排気集合部3,4には、タービン６をバ
イパスしてタービン６下流の排気通路２に至るウエスト
ゲート通路12,13が夫々連通され、各ウエストゲート通
路12,13には、ウエストゲートバルブ14,15が設けられて
いる。これらウエストゲートバルブ14,15は、上記連通
開閉弁10,11の開閉と関連して開閉駆動することが好ま
しい。

第３図（Ｉ），（II）には、連通開閉弁10,11とウエス
トゲートバルブ14,15の開閉制御方式を夫々図示する。

第３図（Ｉ）に示す開閉制御方式は、エンジン回転数が
所定の回転数Raに達した時点以降、エンジン回転数の増
大に応じて連通開閉弁10,11を徐々に開き、より高い設
定回転数Rbに達したときに全開するようにする一方、ウ
エストゲートバルブ14,15は、設定回転数Rbを越えた時
点以降、エンジン回転数の増加にともなって徐々に開度
を増大させるようにしたものである。

この場合、連通開閉弁10,11が閉じられている低速運転
時において、ターボ過給機５により得られる過給圧Ｐ
は、早期に立上って最高過給圧Pmaxに達する。連通開閉
弁10,11を最初から開いた場合の過給圧Ｐ′と比較すれ
ば明らかなように、一次側排気通路2pのみを用いた場合
の過給圧Ｐは、その立上りが格段に改善される。これ
は、第１に一次側排気通路2pのみを使用することによっ
て、各気筒からタービン６の各スクロール6a,6bに至る
排気通路容積を小さくできること、第２に排気行程が連
続する一次側排気通路2pを集合させることにより、例え
ば、＃２気筒の排気行程を終期に＃１気筒から高い圧力
を有する排気ガスを放出させることにより、排気ガス圧
を相乗させた状態でタービン６の各スクロール6a,6bに
作用させることができることによる。

第３図（II）に示す制御方式は、エンジン回転数が設定
回転数Raに達した段階で、まずウエストゲートバルブ1
4,15を開き始め、次いで、より高い設定回転数Rbに達し
たときに、連通開閉弁10,11を一挙に全開する。これに
呼応して、ウエストゲートバルブ14,15の開度は一段下
げ、その後、エンジン回転数の増加に応じてウエストゲ
ートバルブ14,15の開度を漸増していく。

この方式の場合にも、第３図（Ｉ）の場合と同様、過給
圧Ｐを早期に最高過給圧Pmaxまで上昇させることができ
る。

第２図に示す実施例は、第１図と比較すれば明らかなよ
うに、二次側排気通路2sを、＃1,＃２気筒と、＃3,＃４
気筒とに組分けして二次側第1,第２排気集合通路20,21
により夫々集合させたうえで、二次側第１排気集合通路
20は、一次側第２排気集合部４に、二次側第２排気集合
通路21は、一次側第１排気集合通路３に、夫々連通さ
せ、かつ、二次側第1,第２排気集合通路20,21の下流に
連通開閉弁22,23を夫々介設したものである。

この場合には、連通開閉弁22,23が開かれるエンジンＥ
の高速運転時には、＃1,＃２気筒から放出される排気ガ
スの一部が、＃3,＃４気筒の一次側第２排気集合部４に
流れる構造となるため、タービン６をバイパスするウエ
ストゲート通路24を一次側の第２排気集合部４側にのみ
設ければよく、ウエストゲートバルブ25を開作動させる
ことにより、全ての気筒の排気ガスの一部をタービン６
に対してバイパスさせることができる。つまり、第１図
の実施例のように、第1,第２排気集合部3,4の両方にウ
エストゲート通路を設ける必要がなくなる。

この実施例の場合にも、連通開閉弁22,23とウエストゲ
ートバルブ25の開閉を第３図（Ｉ），（II）に示すよう
に制御することによって、過給圧を早期に最高過給圧Pm
axまで上昇させることができる。

以上の実施例では、排気ポートを２ポートとして、各ポ
ートを一次側，二次側排気通路2p,2sに接続するように
したが、排気ポートは１ポートとする代りに、各気筒の
排気通路を途中で一次側，二次側排気通路に分岐し、二
次側排気通路の分岐部近傍に、低速時閉じ、高速時開か
れる開閉弁を設けた排気通路構造にも本発明を適用する
ことができる。

また、気筒数は４気筒に限定されるものでないことはい
うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は夫々本発明の実施例を示すエンジンの
排気系の概略説明図、第３図（Ｉ），（II）は連通開閉
弁とウエストゲートバルブの開閉制御方式と過給圧の変
化を夫々示すグラフである。 2p……一次側排気通路、 2s……二次側排気通路、 3,4……第1,第２排気集合部、 ５……ターボ過給機、 ６……タービン、 6a,6b……スクロール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅園 和明 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57−137619（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路の下流にタービンを介設し、複数
   の排気導入路を介してタービンに排気ガスを導入するこ
   とにより、吸気通路に介設したブロアを駆動するように
   したエンジンにおいて、 上記タービン上流の排気通路を、常時排気ガスが流れる
   一次側排気通路と、高速時のみ排気ガスが流れる二次側
   排気通路とに分割し、二次側排気通路を一次側排気通路
   の途中に接続して構成するとともに、 この一次側排気通路は、排気行程が隣り合う気筒群ごと
   に各々独立させて、上記複数の排気導入路と同数設け、 各々独立した一次側排気通路を上記複数の排気導入路に
   一対一に対応させて接続したことを特徴とするエンジン
   の排気装置。