JPS6220632A - 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て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量を小さくす
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、
高速域での排気抵抗が大きくなり、出力低下につながる
。

（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、それぞれ独立した排気通路を設け
て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排気
ターボ過給機付エンジンを提供するものである。

（発明の構成） 本発明は吸気通路中に介設されるコンプレッサと排気通
路中に介設されるタービンとを同一軸上に有し、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
筒の排気ポートを２ポートとし、各々のポートに接続さ
れる排気通路を独立さしるとともに、各排気通路を上記
各スクロール室に連結し、かつ一方の排気ポートもしく
は排気通路に低速域で通路を閉じる通路遮蔽機構を設け
たものである。

この構成により、エンジンの運転状態に応じて排気通路
が切替られることになり、排ガス流量が少なく流速の遅
い低速、低負荷時にＪ５いても、排ガスエネルギーを有
効にタービンに伝達し得るものである。

（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図は本発明の実施例の全体構成を示し、１はエンジ
ンで、気筒１ａ、Ｉｂ、１ｃ、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は各気
筒における低速用排気ポート３Ｐに通じる方を集合させ
た低速用排気通路５Ｐと、各気筒における高速用排気ポ
ート３Ｓに通じる方を集合させた高速用排気通路５Ｓと
にそれぞれ独立して設けられている。

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１１Ｐ、１１８に分割されてい
る。そして一方のスクロール室１１Ｐには上記低速用排
気通路５Ｐが連結され、他方のスクロール室１１８には
上記高速用排気通路５Ｓが連結されている。また一方の
スクロール室１１Ｐは他方のスクロール室１１８よりも
流量面積が小さく形成されており、この流量面積の小さ
いスクロール室１１Ｐに低速用排気通路５Ｐが連結され
、流路面積の大ぎいスクロール室１１８に高速用排気通
路５Ｓが連結されている。

また、吸気通路４にはコンプレッサ７よりも上流側にエ
アクリーナ１３およびエア７０−メータ１４が設【プら
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。

上記吸気ポート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３Ｐ
に設けられる排気バルブと、高速用排気ポート３Ｓ１．
：設けられる（）［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２図（ａ）　（ｂ）はそ
れぞれ低速時および＾速時に８３けるバルブのり７１〜
特性を示し、曲線■は低速用排気ポート３Ｐのバルブの
リフト特性、曲線■は高速用排気ボー［・３Ｓのバルブ
のり７１〜特性を示す。このように高速用排気ポート３
Ｓに設けられたバルブは開弁角が広く設定されるととも
に、通路遮蔽機構としての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させるよ
うにしている。

第３図は吸排気バルブの作！ｊＪ機構、特に高速用排気
バルブのバルブ作動停止喋構の実施例を示す。

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３８）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）が設けられている。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−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２
６８のバルブステム３２のそれぞれの上端部が係合する
ことによって各バルブが所定のリフト特性でもって開開
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するバルブスプリングである。

３５は上記Ｏツｈ−アーム３０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１４３５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、このシリンダ部材３
７との間で油圧室３８を形成するようにシリンダ部材３
７内に上方から摺動可能に嵌挿され、上面がロッカーア
ーム３０に当接し、かつ内部に上記油圧室３８に連通孔
３９を介して連通する油供給室４０を有するピストン部
材４１仁、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４１を反対力内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４０内の圧力が油圧ｖ３８内の圧力よりも高い時
には開き、低い時には開じるように開閉作動するボール
弁４３とからなる。

４４は上記リフトアジャスタ機構３５を作動させること
により排気バルブ２６８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４０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
通するとともに他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ｔｉｌ１ｗ
Ｊ＠路４９には回転数センサ５０からのエンジン回転数
信号および吸気通路４の吸気ポート２直上流に設けた吸
気圧センサ５１による吸気圧信号が入力されている。

そして上記圧力コントロールバルブ４８の開閉作動によ
ってリフトアジャスタ機構３５の油圧室３８内の圧力を
所定圧に調整することにより、ロッカーアーム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。そしてエンジンの運転状態を検出す
る各センサ５０．５１の検出信号を受けて制御回路４９
が圧力コントロールバルブ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運転状態が低速、低負
荷域に設定しており、この領域の判定は制御回路４９に
予めメモリーさせたマ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する。

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
ャスタ機構３５の作動により高速用排気バルブ２６８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３Ｐに設けられた排気バルブのみが第２
図（ａ）の曲線工のごとく開閉し、したがって第１図に
斜線で示すごとく低速用の排気通路５Ｐのみが活き、こ
の排気通路５Ｐに連結された一方のスクロール室１１Ｐ
がタービンとして用いられる。したがって仮に低速用排
気通路５Ｐと高速用排気通路５Ｓとが等しい容量である
とした場合、低速域においては排気マニホールド容量が
実質的に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ずため、排
気マニホールド容量の縮小効果をより一層高めることが
できる。

また高速域においては、バルブ作動停止機構４′４およ
びリフトアジせスタ機構３５の作動により、高速用の排
気バルブ２６８も他方の低速用排気バルブと同様に作動
状態とされ、第２図（ｂ）の曲線Ｉ、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、両排気通路５
Ｐ、５８が活き、タービン８の両スクロールＷ１１Ｐ、
１１Ｓ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。

第４図は高速用排気バルブの作動停止ｆ！４域と上記作
用による本発明の効果を示し、（ａ）はエンジン回転数
に対するトルク特性図、（ｂ）はエンジン回転数に対す
る過給圧特性を示す。これらの図において、斜線部Ａは
高速用排気バルブの作動停止領域であって、このように
低速、低負荷域で一方の排気ポートのバルブ作動を停止
させることにより、低速域において破線イで示すごとく
過給圧が高まり、その結果、破線口で示すごとくトルク
特性が高まる。

なお、上記実施例は、タービン８におけるスクロール室
１１Ｐ、１１Ｓの流路面積が異なり、流路面積の小さい
方へ低速用の排気通路５Ｐを連結したものであって、低
速域における排ガスエネルギーの有効利用が一段と高ま
るものであるが、本発明は必ずしもこのようにスクロー
ル室の流路面積が異なるものでなくでもよい。また上記
ではエンジン運転状態を回転速度と吸気圧によりバルブ
作動停止領域の判定を行なう実施例について示したが、
これに限られずエアフローメータ１４により検出した吸
入空気量あるいは回転速度と上記吸入空気量とで以って
切替領域の判定を行なうようにしてもよい。また、バル
ブ作動停止機構４４およびリフトアジャスタ機構３５に
ついては上記実施例では油圧系統を用いたものを示した
が、これに限られず電気式のものであってもよい。

また、上記実施例では図示していないが、水温センサ等
によりエンジンの冷間時を検出し、この冷間時には高速
用排気バルブの作動停止を止め、低速用、高速用とも排
気バルブを作動させ、その後、エンジン暖機後において
、上述した如き作動に戻すようにしたものであってもよ
い。冷間時、一方だけの排気マニホールドに排ガスを流
すと、低速用排気通路５Ｐと高速用排気通路５Ｓの温度
差が急激に大きくなるため、排気マニホールドに歪みや
クラックの発生する原因となるのに対し、上述のごとく
冷間時に高速用排気バルブの作動停止を止めることによ
り、このような問題を未然に防止することができる。

また、低速時に排ガスの流れていない高速用排気通路５
Ｓ側に２次エアを導入することにより、２次エア供給が
円滑となり、また、タービン内でのミキシング効果も得
られる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、２つのスクロ−ル室を有
するターボ過給機を備えたエンジンにおいて、エンジン
の排気ポートを２ポートとし、各々のポートを独立排気
通路を介してタービンの各スクロール室に連結し、かつ
低速域で一方の排気通路を閉じるようにしたものであっ
て、排気ポートからタービンまでの容量が切替られて、
排気通路でのエネルギーロスが減少し、特に排ガス流量
の減る低速低負荷域での排ガスエネルギーを動圧として
有効にタービンに伝達することができ、出力の向上が図
れるものである。

【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
ンジンの全体構成図、第２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３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、第
４図（ａ）　（ｂ）は本発明の詳細な説明するためのエ
ンジン回転数に対するトルクと過給圧の特性図である。 １・・・エンジン、４・・・吸気通路、５・・・排気通
路、６・・・ターボ過給機、７・・・コンプレッサ、８
・・・タービン、９・・・タービンケース、１０・・・
隔壁、１１Ｐ。 １１Ｓ・・・スクロール室、２６Ｓ・・・排気バルブ、
３５・・・リフト７ジヤスタ機構、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 第　　１　　図 第　　２　　図 図面の浄書（内容に変更なし） 第　　３　　図 第　　４　　図 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６０年特許願第１５９６９０号 ２、発明の名称 排気ターボ過給機付エンジン ３、補正をする斉 事件との関係　　特許出願人 名称　　（３１３）マツダ株式会社 ４、代理人 住所　大阪市西区西本町１丁目１０番３号５、補正命令
の日付 図面「第３図」を別紙の通り補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、吸気通路中に介設されるコンプレッサと排気通路中
   に介設されるタービンとを同一軸上に有し、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、エンジン各気筒の
   排気ポートを２ポートとし、各々のポートに接続される
   排気通路を独立させるとともに、各排気通路を上記各ス
   クロール室に連結し、かつ一方の排気ポートもしくは排
   気通路に低速域で通路を閉じる通路遮蔽機構を設けたこ
   とを特徴とする排気ターボ過給機付エンジン。