JPS6220631A - 排気タ−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） 本発明はエンジンの低速域での排ガスエネルギーを有効
に利用し出力の向上を図るとともに、タービンの耐久性
を高め得る排気ターボ過給機付エンジンに関する。

（従来技術） 従来から排気ターボ過給機付エンジンとして、例えば特
開昭５８−１３８２２２号公報に示されるように、過給
機のタービンスクロール室を隔壁により複数の室に区切
り、コンプレッサ過給圧に応じ丈スクロール室への排ガ
スの流入をバルブで制御し、以ってエンジンの低速から
高速まで高範囲に亘って効率良く高い過給圧力を得て出
力の向上を図ろうとしたものがある。

ところが、高速で高出力を要求されるようなエンジンの
過給機は、上記のように複数のスクロール室を有する構
成であっても低速の排ガス量の少ない領域では、排気ポ
ートからタービンまでの間でのエネルギーロスのため、
はとんど過給効果が得られない。すなわち従来構成では
排気ポートから過給機のタービンまでの容量が大きいた
めに、排気ポートから流出した排ガスはタービンに入る
前に排気通路内にて膨張してしまいタービンへの仕事と
して有効に利用できない。

また、上記排気ポートからタービン間の容はを小さくす
るために、排気ポートからタービンまでの距離を短くす
ることも現実のエンジンのレイアウトから限界があり、
また、吸気通路径の縮小をすることは、排圧が増大し、
高速域でのす１気抵抗が大きくなり、出力低下につなが
る。

そこで、排気ポートからタービンまでの間の実質的な容
量を小さくするために、各ポートに接続される排気通路
をそれぞれ独立して設けるとともに、各通路を複数のス
クロール室に連結・し、低速域と高速域とで排気通路を
切替えるようにすることが考えられる。ところが、この
ような構成をとると、低速域においては、低速側のみ排
ガスが通過づることになり、ターボ過給機のタービンに
おけるスクロール室を形成する仕切壁（隔壁）に及ぼす
温度差による熱的歪が大きく、隔壁にクラックが発生す
るなど耐久性の点で問題が生じる。特に、この問題は冷
間時における暖機運転時およびその直後に顕著となる。

（発明の目的） 本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、２
つの分割されたスクロール室をもつターボ過給機を備え
たエンジンにおいて、独立した排気通路を適宜連結する
ことにより、高速域から低速域に至るまで排ガスエネル
ギーを十分かつ有効に利用でき出力の向上を図ることが
できるとともに熱的耐久性の高い排気ターボ過給機付エ
ンジンを提供でるものである。

（発明の構成） 本発明はタービンケース内を隔壁により２つのスクロー
ル室に分割したターボ過給機を備えた１ンジンにおいて
、エンジン各気筒に低速用および高速用ポートを設ける
とともに、８速用ポートもしくは該ポートに持続される
高速用排気通路にエンジン低速域で閉じるバルブを設け
、上記ポートに接続される排気通路のうち、半分の気筒
の低速用排気通路を上記一方のスクロール室に連結し、
残り半分の気筒の低速用排気通路を他方のスクロール室
に連結したものである。

この構成により、エンジン低速時には低速用排気通路の
みが用いられ、排ガス流量が少なく流速の江い低速時に
おいても、排ガスエネルギーを有効にタービンに伝達し
、またタービンの各スクロール室には交互に排ガスが注
入することになり、隔壁の温度差が小さくなるものであ
る。

（実施例） 以下本発明を図面に示す実施例に基いて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例構成を示し、１は４気筒エン
ジンで、第１〜第４の気筒１ａ、１ｂ。

ｌｃ、１ｄを有し、各気筒にはそれぞれ２個の吸気ポー
ト２、排気ポート３が設けられ、各気筒における吸気ポ
ート２および排気ポート３において一方は低速用、他方
は高速用とされている。４は上記吸気ポート２に連結さ
れた吸気通路、５は上記排気ポート３に連通された排気
通路で、この排気通路５において半分の気筒（第１気筒
１ａと第４気筒１ｄ）における低速用排気ポートＰに通
じる低速用排気通路５Ｐが集合されて後記ターボ過給機
６の一方のスクロール室１２に連結され、残り半分の気
筒（第２気ｉ１ｂと第３気筒１ｃ）における低速用排気
ポートＰに通じる低速用排気通路５Ｐ′が集合されて他
方のスクロール室１１に連結されている。また、高速用
排気ポートＳに通じる上記と同様の関係の高速用排気通
路５Ｓ、５８′は、同一気筒の低速用排気通路が通じて
いない側のスクロール室１１．１２にそれぞれ連結され
ている。

６はターボ過給機で、吸気通路４中に介設されたコンプ
レッサ７と、排気通路５中に介設されたタービン８とが
同一軸上に設けられ、タービンケース９内は隔壁１０に
より２つのスクロール室１１．１２に分割されている。

そして各スクロール室１１．１２には排気通路５が上記
のごとく連結されている。

また、吸気通路４には］ンブレッナ７よりも上流側にエ
アクリーナ１３おＪ：びエアフローメータ１４が設けら
れ、また、コンプレッサ７よりも下流側にスロットル弁
１５が設けられ、また、排気通路５にはタービン８の下
流側にサイレンサ１６が設けられている。

第２図は本発明の他の実施例構成を示し、第１図と同部
材には同番号を付しており、この実施例では、低速用に
ついては第１気筒１ａと第２気筒１ｂの低速用吸気通路
５Ｐが集合されて一方のスクロール室１１へ、また第３
気筒１Ｃと第４気筒１ｄの低速用排気通路５Ｐ’　が集
合されて他方のスクロール室１２へ連結されている。ま
た高速用についても、同様の関係の高速用排気通路５８
゜５８’がそれぞれスクロール室１２．１１へ連結され
ている。

上記各実施例において、吸気ポート２、排気ポート３に
はそれぞれ吸気バルブ、排気バルブが設けられ、かつ低
速用排気ポートＰに設けられる排気バルブと、高速用排
気ポートＳに設けられる排気バルブとはバルブの開閉タ
イミングを変えている。すなわち、第３図（ａ）　（ｂ
）はそれぞれ低速時および高速時におけるバルブのリフ
ト特性を示し、曲線■は低速用排気ポートＰのバルブの
リフト特性、曲線■は高速用排気ポートＳのバルブのり
フト特性を示１゜このように高速用排気ポートＳに設け
られたバルブは間弁角が広く設定されるとともに、バル
ブ作動停止機構（後述する）を備え、低速時にはこのバ
ルブを作動停止（ｔなわち間作！７１）させるようにし
ている。

第４図は吸排気バルブの作動機構、特に高速用排気バル
ブのバルブ作動停止機構の実施例を示す。

同図において、２１はシリンダブロック、２２はシリン
ダヘッド、２３はピストンで、これらにより形成された
燃焼室２４に吸気ポート２および排気ポート３（図面で
は高速用排気ポートＳ）が開口し、それぞれに吸気バル
ブ２５および排気バルブ２６Ｓ（図面では高速用排気バ
ルブ）が段けられている。なお、図面では高速用の吸排
気バルブを示しているが、同一の燃焼室２４に対し低速
用の吸排気バルブも備えている。２７はエンジン出力軸
に連結されたカムシャフト、２８はカムシャフト２７に
設けられたカム、２９．３０は上記カム２８に係合する
ロッカーアームで、このロッカーアーム２９．３０が吸
気バルブ２５のバルブステム３１および排気バルブ２６
８のバルブステム３２のそれぞれの上端部に係合するこ
とによって各バルブが所定のリフト特性でもって開Ｉ１
１動作させられるようになっている。３３．３４は各バ
ルブを閉弁方向に付勢ザるバルブスプリングである。

３５は上記ロッカーアーム３ｏとバルブステム３２の上
端との間に介装されたリフトアジャスタ機構で、このリ
フトアジャスタ機構３５は、シリンダヘッド２２に形成
した摺動孔３６内に摺動自在に嵌挿され、下面がバルブ
ステム３２の上端に当接し、かつ上部が開放されたシリ
ンダ部材３７と、このシリンダ部ｔ４３７との間で油圧
室３８を形成するようにシリンダ部材３７内に上方がら
摺動可能に嵌挿され、上面がロッカーアーム３ｏに当接
し、かつ内部に上記油圧室３８に連通孔３９を介して連
通ずる油供給室４ｏを有するピストン部材４１と、シリ
ンダ部材３７とピストン部材４１との間で油圧室３８内
に縮小され、これらシリンダ部材３７、ピストン部材４
１を反対方向に付勢するスプリング４２と、上記油圧室
３８内に配設され、上記連通孔３９を油供給室４ｏ内の
圧力が油圧室３８内の圧力よりも高い時には間き、低い
時には閉じるように開閉作動するボール弁４３とからな
る。

４４は上記す７１−アジャスタ機構３５を作動させるこ
とににり排気バルブ２６Ｓの作動を停止させるためのバ
ルブ作動停止機構で、このバルブ作動停止機構４４は、
上記油供給室４ｏに油供給通路４５を介して吐出側が接
続されたオイルポンプ４６と、上記油圧室３８に一端が
連通ずるとともに細端が上記オイルポンプ４６の吸入側
に連通した油圧通路４７に介在させた圧力コントロール
バルブ４８と、上記圧力コントロールバルブ４８を駆動
制御する制御回路４９とからなる。また、上記制御回路
４９には回転数センサ５ｏがらのエンジン回転数信号な
どが入力されている。

そして上記圧力コントロールバルブ４８の開閉作動によ
ってリフト７ジヤスタ機構３５の油圧室３８内の圧力を
所定圧に調整することにより、口ツカ−アーム３０の押
圧力をピストン部材４１、油圧室３８内のオイルおよび
シリンダ部材３７を介して排気バルブ２６８に伝達しう
るようにしている。そしてエンジン回転数センサ５０の
検出信号を受けてｔｉ１３１に！回路４９が圧カコント
Ｄ−ルバルブ４８を開作動させ、このバルブ４８の開作
動によりリフトアジャスタ機構３５の油圧室３８内の圧
力を小さくしてロッカーアーム３０の押圧力をこのリフ
トアジャスタ機構３５で吸収して排気バルブ２６８に伝
達しないようにすることにより、排気バルブ２６８を閉
じたままに保持して作動停止させ得るようになっている
。

なお、上記リフトアジャスタ機構３５およびバルブ作動
停止機構４４は排気バルブのうち高速用の排気バルブ２
６Ｓ側および図示していないが吸気バルブ２のうち高速
用のものに設けられている。

これらの高速用の吸気バルブおよび排気バルブ２６Ｓの
作動を停止させる領域はエンジン回転数が低速域に設定
しており、この領域の゛判定は制御回路４９に予めメモ
リーさせたンツプ等に基づいて行なえばよい。

次に上記構成の作用を説明づる。

エンジン回転数が低速域においては、いま排気側に着目
すると、上記バルブ作動停止機構４４およびリフトアジ
ャスタ機１７１３５の作動ににり高速用排気バルブ２６
３は作動が停止し、閉弁した状態となり、各気筒におけ
る低速用排気ポートＰに設けられた排気バルブのみが第
３図（ａ）の曲線工の如く開閉し、したがって低速用の
排気通路５Ｐ。

５Ｐ’のみが活き、この排気通路５Ｐ、５Ｐ’がそれぞ
れ別々のスクロール室１１．１２に連結されているので
、エンジン気筒の燃焼順序に従って排ガスはスクロール
室１１．１２に交互に流入させられる。低速用排気通路
５Ｐと高速用排気通路５Ｓとがほぼ等しい容量であるの
で、低速域においては排気マニホールド容量が従来のも
のに比し実質的に略２分の１になったことになり、排ガ
スの膨張が抑制され、排ガスエネルギーが動圧として有
効にタービンに伝達され、ターボ過給機６の機能を有効
に活用することができる。すなわち、排気通路の径の縮
小をすることなく、容量縮小を達成することができ、し
たがって径を縮小した場合に高速域で排気通路抵抗が増
大して出力が低下するといった問題を生じることなく、
排ガスの膨張エネルギーを効果的にタービンへの仕事と
して活用することができる。

さらに、この低速域におけるバルブ開弁期間を狭めるこ
とにより、開弁期間中の排ガス平均流量が増すため、排
気マニホールド客員の縮小効果をより一層高めることが
できる。

しかも、本発明では、上述のごとく排ガスが２つのスク
ロール室１１．１２に交互に流入するので、各通路およ
び同スクロール室１１．１２の温度差はなくなり、通路
の仕切壁や隔壁１０に熱歪やクラックが発生することを
防止することができ、したがって、これらの熱的な耐久
性を高めることができる。

なお、上記のごとく、成る気筒の排ガスを２つのスクロ
ール室１１．１２の一方のみに流入させ、かつ交互に両
方のスクロール室１１．１２に排ガスを流入させても、
排ガスの流れは間欠的であるから、一方のスクロール室
に集中的に流入させる場合と、タービンとしての作用効
果にそれ程差は生じない。

また高速域においては、バルブ作動停止機構４４および
リフトアジャスタ機構３５の作動により、高速用の排気
バルブ２６３も他方の低速用排気バルブと同様に作動状
態とされ、第３図（ｂ）の曲線１、ＩＩに示すごとくそ
れぞれの低速用および高速用の排気バルブが開閉する。

したがって、この高速域においては、全ての排気通路５
Ｐ、５Ｐ’　。

５３．５８’　が活ぎ、タービン８の両スクロール室１
１．１２が利用され、ターボ過給機６は最大限の過給作
用を奏する。もちろん、この時にはスクロール室１１．
１２の隔壁１０等に温度差はない。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、２つのスクロール室を有
するターボ過給機を備えたエンジンにおいて各気筒に低
速用および高速用ポートを設け、高速用ポート側を低速
域で閉じるとともに、半分の気筒の低速用排気通路をタ
ービンの一方のスクロール室に、残りの気筒の低速用排
気通路を他のスクロール室に連結したものであって、低
速域において排気ポートからタービンまでの通路容量を
実質的に小さくしてこの排気通路での排気エネルギーロ
スを少なくすることにより、低速域でのタービンによる
過給効果を高め汎力の向上を図ることができる。それと
同時に、低速域においても排ガスが各スクロール室に交
互に導入されるため、スクロール室の隔壁などに及ぼす
温度差は低減され、熱歪やクラックの発生を防止でき、
タービンの熱的耐久性の向上を図ることができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による排気ターボ過給機付エ
ンジンの構成図、第２図は本発明の他の実施例を示す構
成図、第３図（ａ）　（ｂ）は同エンジンにおける排気
バルブのリフト特性図、第４図は同エンジンにおける吸
排気バルブの動弁機構部分の断面図である。 １・・・エンジン、２・・・吸気ポート、３・・・排気
ポート、Ｐ・・・低速用排気ポート、Ｓ・・・高速用排
気ポート、４・・・吸気通路、５・・・排気通路、５Ｐ
、５Ｐ’・・・低速用排気通路、６・・・ターボ過給機
、７・・・コンプレツサ、８・・・タービン、９・・・
タービンケース、１０・・・隔壁、１１．１２・・・ス
クロール室、２６Ｓ・・・排気バルブ、３５・・・リフ
トアジャスタ機構、４４・・・バルブ作動停止機構。 特許出願人　　　　マ　ツ　ダ　株式会社代　理　人　
　　　弁理士　　　小谷悦司同　　　　　　弁理士　　
　長１）正 向　　　　　　弁理士　　　板谷康夫 ｇ！Ｎ１図 第　　２　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、タービンケース内を隔壁により２つのスクロール室
   に分割したターボ過給機を備えたエンジンにおいて、エ
   ンジン各気筒に低速用および高速用ポートを設けるとと
   もに、高速用ポートもしくは該ポートに持続される高速
   用排気通路にエンジン低速域で閉じるバルブを設け、上
   記ポートに接続される排気通路のうち、半分の気筒の低
   速用排気通路を上記一方のスクロール室に連結し、残り
   半分の気筒の低速用排気通路を他方のスクロール室に連
   結したことを特徴とする排気ターボ過給機付エンジン。