JPS6165022A - タ−ボ過給機付エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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４人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成され
るウェ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してターボ過給
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ェイストケートバルブは、常閉タイ
プのバルブとされ、通常、それを開閉作動させるアクチ
ュエータとしてタ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って互いに分離
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５８−８１３
２４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、ごれら
バイパス部の個々にウェ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ェ
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
で燃焼室への吸気の充分な過給が必要とされるときＧこ
、このようなターボ過給機付エンジンにおげろウェイス
トケートバルブの脈打ら現象、）ｉｌｌち、サージング
が発生すると、過給圧か高まらず、その結果、所望のト
ルクが得られないことになって、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
を生しる。

このようなターボ過給機付エンジンにおけるウェイスト
ゲートバルブのサージングは、排気通路を流れる排気の
脈動がウェイストゲートバルブに作用することにより生
しることが明らかにされており、特に、低中速運転時に
顕著にあられれる（頃向があって、中低速運転時におけ
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
っている。

（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乙こ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ェ
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
、ウェ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、この連通路に上流端が連通し、
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、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って設置され、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ェ
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
れたウェ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、これによりウェイ
ストゲートバルブがサージングを１１ニジることを回避
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／ｉｔ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ＩＢとに分流され、第１の
吸気通路部ＩＡ及び第２の吸気通路部ＩＢの途中に夫々
介装された後述するターボ過給機３０Ａ及び３ＯＢのコ
ンプレッサ３２Ａ及び３２Ｂによって加圧される。そし
て、ターボ過給機３０Ａのコンプレッサ３２Ａで加圧さ
れた吸気は、再び第１の吸気通路部ＩＡを流れ、インタ
ークーラ４八で冷却された後、スロットルバルブ５Ａ及
びサージタンク６Ａを介して、個別吸気通路ＩＡ、及び
ＩＡｚ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■４とに供給され、一方、ター
ボ過給機３０Ｂのコンプレッサ３２Ｂで加圧された吸気
は、再び第２の吸気通路部ＩＢを流れ１、インタークー
ラ４Ｂで冷却された後、スロットルバルブ５Ｂ及びサー
ジタンク６Ｂを介して、個別吸気通路ＩＢ、及びｌＢｚ
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ＩＡ、、ＩＡｚ、ＩＢ＋及びＩＢＺ
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１６Ａ、１６Ｂ、１６
．Ｃ及び１６Ｄ’ｌ＜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ｆ１７１１するためのコントロール
ユニット１００　Ｍ（４’ｔ工られている。このコント
ロールユニット１００には、エアフローメータ３から得
られる吸入空気量Ｌｅをあられす９Ｊ−＠検出信号ＩＳ
Ｌと、簡略図示された回転数セノリ°ＮＳから得られる
エンジン回転数Ｎｃをあられす回転検出信号ｆｓｓとが
人力され、コントロールユニット１００は、これらの検
出信号１ｓｔ及びＩＳＨにもとすいて、燃料噴射バルブ
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ及び１６１）の燃料噴射時間及
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、１６
Ｂ、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１６Ｄから
噴射された燃料は、個別吸気通路ＩＡ１゜ｌＡｚ、ＩＢ
＋及びＩＢＺを流れる吸気と混合されて各気筒１１〜１
４内に送り込まれ、第１気筒１１　→第３気筒Ｉ３→第
４気筒Ｉ４→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１１１２
゜１３及び１４からは、排気が図示されていない公知の
動弁機構によっ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２ＯＡ＋　、２０Ｂ２．
２０Ａ２及び２０Ｂ、に順次排出される。個別排気通路
２ＯＡ、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２０日２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を通して外部に放出され
ろ。なお、合流排気通路２０には、排気中の有害成分を
除去するだめの触媒コンバータ２３と騒音低酸のための
サイレンザ２４とが設けられている。

ト述の第１の排気１ｉＴｉ路部２０Δ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工ぶルキ
ーを利用して吸気を過給するターボ過給機３０Δ及び３
０［３のタービン３１Δ及び３１Ｂか介装されており、
これらタービン３１Δ及び３１Ｂ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
て夫々コンプレッサ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２０Δ及び第２の排気ｉＩＴ
！路部２０Ｂには、ターボ過給機３０Ａのタービン３１
Ａ及びターボ過給Ｊａ３０Ｂのタービン３１Ｂを側路す
るように形成されたバイパス部２６か設けられている。

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より上流側とを連通ずる連通路２７を有して
おり、また、′第１の排気通路部２ＯＡのタービン３１
Ａより下流側をターボ過給！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
ェイストゲートバルブ３５が設けられており、バイパス
部２６はこのウェ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叶もしくは遮１仇扶止にされる。

ウェイストゲートバルブ３５は、常閉夕・ｆプのバルブ
てあって、ｊ々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、クイアフラム機構３８により開
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３９には、第１の吸気通路部１
Δのコンプレッサ３２Δより下流側の吸気が曵人される
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ｉＪ人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ット荷重に打ち勝って第１図にお
ける右方に変位し、これによってウェイストゲートバル
ブ３５のステムが第１図における右方に引きＦげられて
ウェイストゲートバルブ３５が開成され、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、ウェイストゲ
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って第１図における左方に付勢
され、ウニイス１ヶ−トバルフ３５か閉成される。

このため、ターボ過給機３０八及び３０Ｂによってもた
らされる過給圧が所定値を越えて」−昇した際には、ウ
ェイストゲートバルブ３５か開成されてバイパス部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ａ
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を通してターボ過給ｎ３０Ａ及び３
０Ｂのタービン３ＩΔ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のコンプレッサ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
、上述のウェ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ＩＯ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、略均等間陥で
行われる。従って、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［０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
動となって個別排気通路２０Ａ＋　、２０Ｂ２．２０Ａ
ｚ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
２０Δ及び第２の排気ｉ１！！路部２０Ｂからバイパス
部２６の連１ｌＩＪ路２７に伝播する。斯かる気筒１ｆ
、１３．１４及び１２からの排気の脈動がそのままウェ
イストゲートバルブ３５の背面に作用すると、ウェイス
トゲートバルブ３５の背面が圧力変動を受け、それによ
ってウェ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１２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２
６には、気筒１１，１３．１４及び１２からの排気の脈
動が互いに干渉し台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
たウェ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におけるウェイストゲートバ
ルブ３５の設置位置は連通路２７に発生ずる排気の脈動
が相殺される位置に選定されているのであり、このため
、ウェ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、ウェ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に発生ずる排気の脈動か相殺される位
置を適切に得るにあたっては、個別排気通路２０Ａ、、
２０△２，２０Ｂｌ及び２０Ｂ２゜第１の排気通路部２
０Ａ、第２の排気通路部２０Ｂ、及び、連通路２７の通
路長１通路断面積１通路抵抗等が適宜調整される。

このように、バイパス部２６に設置されるウェイストケ
ートバルブ３５が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、ウェイストゲートバルブ３５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、ウェイ
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か、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ずる
連通路を有して形成されて、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！せしめるウェイストゲートバルブが配されるの
で、ウェイストゲートバルブが排気の脈動に起因するサ
ージングを生しることが防１１ニされて、過給動作時に
、必要とされる過給圧か確実に得られる。従って、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
てはウェイストゲートバルブのサージングが生じ易かっ
た低中速運転状態での過給動作時であっても、ウェイス
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。 Ｍ中、ＩＡは第１の吸気通路部、ＩＢ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１．２６はバ
イパス部、２７は連１ｉＴｉ路、３０Ａ及び３０Ｂはタ
ーボ過給機、３１Ａ及び３１Ｂはタービン、３２Δ及び
３２［３はコンプレッサ、３５はウェイストゲートバル
ブ、３８ばタイアフラム機構である。 手続補正書 昭和汐７年１０月／乙日 ２、発明の名称 ターボ過給機付二／ジン ３、補正をする者 １ｆ件との関係　　　特許出願人 住　　所　　広島県安芸郡府中町新地３番／号名　称　
　（Ｊ／、３）マツダ採式会社代表者山崎芳樹 ４・代　理　人〒１５０ ６、　補正により増加する発明の数　な　しく１）　　
特５′１品、Ｆの範囲を別Ｘ＋ｌ；の、’１１１り捕ｉ
［−１−ろう（２）　　明細、１）中、第５０１５行「
、二の」士通路にヒ流・瑞が連１ｍシ、１とあるを削ド
↑ず７．う以」二 特許請求の範囲 複数の気筒と、該複数の気筒のうちの着火１１σ序が連
続するものからの排気を互いに分離させてｌＲす複数の
排気’、ｆｆ回路部と、該複数の排気通路部の夫々にタ
ービンが装着されて没けられた複数のターボ過給機と、
ヒ記？ｊＩ数の排気通路部の夫々におけろヒ記タービン
の１流側を連通せしめる連通路をｆ丁シ、上記複数のｌ
ｊ気通路部の各々に対して当該ｔノＦ気通路部に装着さ
れたヒ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Ｉ！ｒ回路に連なる部分に、１−
記ｉ！Ｉ！ｊｌ路に発生ずる上記複数の気筒か＾のｔＪ
Ｐ気の脈動が相殺される位置をも７．′Ｃ設置さね、１
−記複６りのターボ過給機による１β給１１−か所定１
ｌＩ１１を越えるときｌ二記ハ・イパス部を開ｉ＋ＴＩ
さ１７．　＋’）コーイストゲートハルブとをｒＬ備し
て措成さねたターボ過給■付工／ジン。 手続補正書 昭和６０年　２月　ｉｇ日 １、事件の表示 昭和夕９年特許願第１ｇ乙ｑｇ５号 ２、発明の名称 ターボ過給機付二／ジン　・・ ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　　所　　広島県安芸郡府中町新地３番１号名　称　
　ＣａＩ２）マツダ株式会社 代表者　山　本　健　− ５ｏ　　補正命令の日付　自　発昭和　　年　　月　　
日　　　′６、　袖正により増加する発明の詳細な説明
（／〕　　明細、１シ中、第４白／行［３，癒１月し′
）骨接」とある！Ｔ−［３，発明９詳７目１）な説明」
に訂正するっ以上

Claims (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、上流端が該連通路に連通し、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、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
   る位置をもって設置され、上記複数のターボ過給機によ
   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たタ
   ーボ過給機付エンジン。