JPH01190921A - ツインターボ式内燃機関 - 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、複数気筒を２群に分割し、それぞれの気筒群
に排気ターボ過給機を備えたツインターボ式内燃機関に
関するものである。

（従来技術及びその問題点） この種のツインターボ式内燃機関では、従来から２本の
排気通路の途中を連絡管で連通するようにした先行技術
が実開昭６０−１７８３２９号で知られている。

しかしながら、この先行技術では２本の排気通路を流れ
る排気ガスの脈動パルスが相互に干渉し合い、脈動パル
スが低下して過給効率の面で改善の余地がある。また、
特に低速時には排気ガス量が少なく過給効率の低下が著
しい。

複数気筒を２群に分割して排気ターボ過給機へ排気を流
す技術が特公昭３８−１１５４号に開示してある。

（発明の目的） 本発明は、第１にツインターボ式内燃機関において、排
気干渉による過給効率の低下を防止できるツインターボ
式内燃機関を提供することを目的としている。

（発明の構成） （１）技術的手段 本発明は、複数気筒を２群に分割し、それぞれの気筒群
に排気ターボ過給機を備えたツインターボ式内燃機関に
おいて、各気筒群と各排気ターボ過給機を繋ぐ排気通路
を連通ずる連絡管を設け、一方の排気ターボ過給機にツ
インスクロールタービンを設け、このツインスクロール
タービンに繋がる第１排気通路の前記連絡管より下流側
に第１排気通路の断面積を２分割する隔壁を形成し、前
記第１排気通路と連絡管との接続部に閉弁時には連絡管
開口を閉塞し、開弁時には連絡管を第１排気通路の一方
の分割通路に連通ずるように切換える第１切換弁を設け
、第１切換弁の支点を第１排気通路の１絡管開口の上流
側の位置に設け、他方のターボ過給機に繋がる第２排気
通路と連絡管の接続部に、閉弁時には連絡管開口を閉塞
し、開弁時には第２排気通路の排気ガスの全量を連絡管
へ導くように切換える第２切換弁を設け、第２切換弁の
支点を連絡管開口の下流側位置に設けたことを特徴とす
るツインターボ式内燃機関である。

（２）作用 両切換弁の開弁時には、隔壁およびツインスクロールタ
ービンで排気干渉を防止しながら排気ガスをツインスク
ロールタービンへ流し、高効率で過給する。

両切換弁の閉弁時には、再排気通路と連絡管とを遮断し
て連絡管の影響を無くし、過給効率を向上する。

（実施例） 本発明を採用したツインターボ式ディーゼル機関を示す
第１図で、１０は機関本体である。この機関本体１０は
６気筒のシリンダ１１を有しており、シリンダ１１の排
気マニホールド１２は３気筒分ずつ集合して第１排気通
路１３と第２排気通路１４に繋がっている。

第゛１排気通路１３は排気ターボ過給機１５に接続し、
排気ターボ過給機１５はツインスクロールタービン１６
に２室の渦巻き室を有している。第２排気通路１４は排
気ターボ過給機１７に接続し、排気ターボ過給機１７は
シングルスクロールタービン１８に単一の渦巻き室を有
している。排気ターボ過給機１５．１７のブロワ１９．
２０は給気管２１．２２で機関本体１０の給気マニホー
ルド２３に連通し、給気マニホールド２３にはインター
クーラ２４が設けられている。給気管２１には逆止弁２
５を介装してある。

前記第１排気通路１３と第２排気通路１４の間には連絡
管３０を架設してあり、連絡管３０で第１排気通路１３
と第２排気通路１４を連通している。連絡管３０の両端
と第１排気通路１３、第２排気通路１４との接続部には
、第１切換弁３１、第２切換弁３２が設けられており、
第１切換弁３１、第２切換弁３２で連絡管３０を詳しく
は後述するように開閉制御する機能を果たしている。連
絡管３０の中央部には伸縮継手３３が設けられている。

前記第１排気通路１３の連絡管３０より下流側には隔壁
３４が形成されており、隔壁３４で第１排気通路１３の
断面積を略２等分するように分割している。したがって
、第１排気通路１３を流れる排気ガスは隔壁３４で区画
された分割通路３５．３６を通ってツインスクロールタ
ービン１６の渦巻き室にそれぞれ独立して流れ込むよう
になっている。

第１切換弁３１は支点３７で軸支されており、支点３７
は連絡管３０の開口の上流側近傍位置に配置してある。

また、第２切換弁３２の支点３８は連絡管３０の開口の
下流側近傍位置に配置してある。

前記第１切換弁３１、第２切換弁３２は第１図で図示す
る中低速、高負荷時には、第１切換弁３１の先端部が隔
壁３４に一致するように半開状態で開弁じ、第２切換弁
３２は第２排気通路１４の排気ガスの全量を連絡管３０
へ流すように全開状態で開弁している。次に、高速、高
負荷時には第２図に示すように連絡管３０の両端開口を
閉塞するように閉弁している。

以上の構成では、第１排気通路１３、第２排気通路１４
の排気ガス量が減って排気ターボ過給機１５、ツインス
クロールタービン１６の過給効率が低下する場合に、第
１図のように第１切換弁３１、第２切換弁３２を切換え
て、第１排気通路１３を流れる排気ガスを第１切換弁３
１で分割通路３５に案内し、第２排気通路１４を流れる
排気ガスを第２切換弁３２で連絡管３０に通し、連絡管
３０から第１切換弁３１で分割通路３６に案内する。

したがって、２群に分割したシリンダ１１の排気ガスを
ツインスクロールタービン１６の渦巻き室に分割して供
給し、排気ターボ過給機１５に対しては相対的に排気ガ
ス量が増えることになり、所謂可変人口ノズル（ＶＧＳ
）と同様の働きをして、少ない排気ガス量でも排気ター
ボ過給機１５は高い過給、効率を発揮する。

また、２群に分割したシリンダ１１の排気ガスを隔壁３
４でツインスクロールタービン１６の渦巻き室にそれぞ
れ独立した状態で供給し、分割通路３５．３６を流れる
排気ガスの脈動パルスが相互に干渉せず、高い脈動パル
スで排気ターボ過給機１５の過給効果を上げる。

この第１図の運転状態では、回転数Ｎに対するトルクＴ
のグラフである第３図の特性ＸＩのように機関回転数Ｒ
１の範囲で、従来の第１切換弁３１、第２切換弁３２お
よび連絡管３０を備えていない場合の特性Ｘｐよりトル
クＴが大きくなり、出力が増大する。

第２図の高速、高負荷時には第１切換弁３１、第２切換
弁３２が連絡管３０の両端開口を閉塞するように閉弁し
、連絡管３０は第１排気通路１３、第２排気通路１４か
ら完全に遮断され、第１排気通路１３、第２排気通路１
４°の排気ガスは直接に排気ターボ過給機１５．１７へ
流れる。

この高速、高負荷時には第１排気通路１３、第２排気通
路１４の排気ガス量が十分に増えているので、排気ター
ボ過給機１５．１７は高い過給効率を発゛揮する。また
、連絡管３０は第１切換弁３１、第２切換弁３２で遮断
されているので、連絡管３０の容積が第１排気通路１３
、第２排気通路１４を流れる排気ガスの脈動パルスを減
衰することも無く、この面でも過給効率が向上する。

第２図の運転状態は第３図のＲ２の範囲で実行する。

次に、第４図で第１切換弁３１、第２切換弁３２の切換
機構を説明する。第４図中で、第１切換弁３１、第２切
換弁３２の基端部にはアーム４０、。

４１を第１切換弁３１、第２切換弁３２に連続して一体
に支点３７．３８回りに回動自在に形成してある。アー
ム４０．４１は￥４１排気通路１３、第２排気通路１４
の外方に突出している。

アーム４０．４１の先端部にはリンク４２がピン４３．
４４で回動自在に連結しており、リンク４２で第１切換
弁３１、第２切換弁３２の開閉動作を連動するようにな
っている。アーム４０の中間部には、エアシリンダ４５
（アクチュエーター）のロッド４６が回動自在に連結し
ており、ロッド４６の伸縮ストロークで第１切換弁３１
、第２切換弁３２を開閉する機能を発揮する。エアシリ
ンダ４５は比較的小型で、１個だけ設けられている。

第４図の状態ではエアシリンダ４５のロッド４６は最も
短縮した位置にある。また、アーム４０．４１の長さは
、この状態からストロークＳだけ伸びて最も伸長した位
置で、第１切換弁３１をθ■だけ回動し、同時に第２切
換弁３２をθ２だけ回動して、第１切換弁３１、第２切
換弁３２を同時に閉弁し得るようにＬｌ：Ｌ２の比を設
定してある。

なお、エアシリンダ４５の代わりに真空ポンプまたはス
テップモータ等の他のアクチュエーターを使用すること
もでき、リンク４２、アーム４０の途中に任意の長さで
固定可能な長さ調整機構４８．４９を設けることも可能
である。

エアシリンダ４５には配管４７．４７ａを通って圧縮空
気供給機構５０からの圧縮空気が流通しており、圧縮空
気供給機構５０は制御装置５１で制御される。更に制御
装置５１には機関本体１０（第１図）の回転計（図示せ
ず）からの回転数信号５３や第１排気通路１３、第２排
気通路１４の圧力計５４からの圧力信号５５が入力して
おり、制御装置５１は両信号５３．５５に基づいて機関
の運転状態を判別し、中低速、高負荷時には第１図のよ
うに第１切換弁３１、第２切換弁３２を開弁し、高速、
高負荷時には第１切換弁３１、第２切換弁３２を閉弁す
るようになっている。

以上の構成では、第１切換弁３１、第２切換弁３２をリ
ンク４２で連結してエアシリンダ４５を設けたので、２
箇所の第１切換弁３１、第２切換弁３２は１個のエアシ
リンダ４５だけで開閉動作する。

また、第１切換弁３１、第２切換弁３２は゛リンク４２
で連結し、第１切換弁３１が開弁じている時には第２切
換弁３２も開弁し、第１切換弁３１が閉弁している時に
は第２切換弁３２も閉弁する。

したがって、第２切換弁３２が開弁している時に第１切
換弁３１が閉弁して第２排気通路１４の排気ガスの流通
が阻害されることが無く、第２排気通路１４の排気ガス
流通に抵抗が発生しない。

（別の実施例） （１）　本発明は以上の実施例に限定されず、例えば機
関の表面温度に制約がある汎用機関の場合には第５図に
示すように、連絡通路３０′を有する集合形排気マニホ
ールド６０を設けて、連絡通路３０′や第１排気通路１
３、第２排気通路１４の周囲に第６図、第７図に示すよ
うに水室６２を形成して、集合形排気マニホールド６０
の表面温度を低くするようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によるツインターボ式内燃機
関では、各気筒群と各排気ターボ過給機１５．１７を繋
ぐ排気通路１３．１４を連通する連絡管３０を設け、一
方の排気ターボ過給機１５にツインスクロールタービン
１６を設け、このツインスクロールタービン１６に繋が
る第１排気通路１３の前記連絡管３０より下流側に第１
排気通路１３の断面積を２分割する隔壁３４を形成し、
前記第１排気通路１３と連絡管３０との接続部に閉弁時
には連絡管開口を閉塞し、開弁時には連絡管３０を第１
排気通路１３の一方の分割通路３６に連通ずるように切
換える第１切換弁３１を設け、第１切換弁３１の支点３
７を第１排気通路１３の連絡管開口の上流側の位置に設
け、他方のターボ過給機１７に繋がる第２排気通路１４
と連絡管３０の接続部に、閉弁時には連絡管開口を閉塞
し、開弁時には第２排気通路１４の排気ガスの全量を連
絡管３０へ導くように切換える第２切換弁３２を設け、
第２切換弁３２の支点３８を連絡管開口の下流側位置に
設けたので、次の効果を奏する。

２群に分割したシリンダ１１の排気ガスをツインスクロ
ールタービン１６の渦巻き室に分割して供給し、排気タ
ーボ過給機１５に対しては相対的に排気ガス量を増やす
ことができ、少ない排気ガス量でも排気ターボ過給機１
５の過給効率を向上できる。

また、２群に分割したシリンダ１１の排気ガスを隔壁３
４でツインスクロールタービン１６の渦巻き室にそれぞ
れ独立した状態で供給できるので、分割通路３５．３６
を流れる排気ガスの脈動パルスが相互に干渉せず、強い
脈動パルスで排気ターボ過給機１５の過給効果を上げる
ことができる。

したがって、第３図のＲ１で低速トルクを増大すること
ができる。

第２図の高速、高負荷時に連絡管３０は第１切換弁３１
、第２切換弁３２で遮断できるので、連路管３０の容積
で第１排気通路１３、第２排気通路１４を流れる排気ガ
スの脈動パルスを減衰することを防止でき、高速、高負
荷時の過給効率が向上する。

特に、前記両切換弁３１．３２に支点回りに回動するア
ーム４０．４１を形成し、両アーム４０．４１の端部に
回動自在に連結し、且つ両アーム４０．４１を繋ぐ１本
のリンク４２を設け、両切換弁３１．３２を開閉動作す
る１個のエアシリンダ４５（アクチュエーター）を設け
、エアシリンダ４５の動作で、開弁時には第１切換弁３
１が連絡管３０と一方の分割通路３６とを連通ずるよう
に開弁じ、且つ第２切換弁３２が第２排気通路１４と連
絡管３０を連通ずるように全開し、閉弁時には両切換弁
３１．３２が連絡管開口を全閉するように前記両アーム
４０．４１の長さの比を設定した場合には、第１切換弁
３１、第２切換弁３２の切換動作力が約１７２になり、
２箇所の第１切換弁３１、第２切換弁３２を１個のエア
シリンダ４５だけで開閉動作することができる。

また、第１切換弁３１が開弁じている時には第２切換弁
３２も開弁じ、第１切換弁３１が閉弁している時には第
２切換弁３２も閉弁するように連動できるので、第２切
換弁３２が開弁している時に第１切換弁３１が閉弁して
第２排気通路１４の排気ガスの流通が阻害されることが
無く、第２排気通路１４の排気ガス流通に抵抗が発生す
ることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用したツインターボ式ディーゼル機
関の構造略図、第２図は閉弁状態を示す第１図の要部略
図、第３図は回転数とトルクのグラフ、第４図は切換弁
の切換機構を示す構造略図、第５図は別の実施例を示す
構造略図、第６図は第５図のＶ［−Ｖｌ断面図、第７図
は第５図の■−■断面図である。１０・・・機関本体、
１１・・・シリンダ、１３・・・第１排気通路、１５．
１７・・・排気ターボ過給機、２３・・・給気マニホー
ルド、３０・・・連絡管、３１・・・第１切換弁、３２
・・・第２切換弁、３７．３８・・・支点、４０．４１
・・・アーム、４２・・・リンク、４５・・・エアシリ
ンダ 特許出願人　ヤンマーディーゼル株式会社第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数気筒を２群に分割し、それぞれの気筒群に排
   気ターボ過給機を備えたツインターボ式内燃機関におい
   て、各気筒群と各排気ターボ過給機を繋ぐ排気通路を連
   通する連絡管を設け、一方の排気ターボ過給機にツイン
   スクロールタービンを設け、このツインスクロールター
   ビンに繋がる第１排気通路の前記連絡管より下流側に第
   １排気通路の断面積を２分割する隔壁を形成し、前記第
   １排気通路と連絡管との接続部に閉弁時には連絡管開口
   を閉塞し、開弁時には連絡管を第１排気通路の一方の分
   割通路に連通するように切換える第１切換弁を設け、第
   １切換弁の支点を第１排気通路の連絡管開口の上流側の
   位置に設け、他方のターボ過給機に繋がる第２排気通路
   と連絡管の接続部に、閉弁時には連絡管開口を閉塞し、
   開弁時には第２排気通路の排気ガスの全量を連絡管へ導
   くように切換える第２切換弁を設け、第２切換弁の支点
   を連絡管開口の下流側位置に設けたことを特徴とするツ
   インターボ式内燃機関。
2. （２）前記両切換弁と一体に支点回りに回動するアーム
   を形成し、両アームの端部に回動自在に連結し、且つ両
   アームを繋ぐ１本のリンクを設け、両切換弁を開閉動作
   する１個のアクチュエーターを設け、アクチュエーター
   の動作で、開弁時には第１切換弁が連絡管と一方の分割
   通路とを連通するように半開し、且つ第２切換弁が第２
   排気通路と連絡管を連通するように全開し、閉弁時には
   両切換弁が連絡管開口を全閉するように前記両アームの
   長さの比を設定してある特許請求の範囲第１項記載のツ
   インターボ式内燃機関。