JPH02125922A - 過給機付エンジンの吸気装置 - 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） 本発明は過給機付エンジンの吸気装置の改良に関する。

（従来の技術） 従来、過給機付エンジンとして、例えば特開昭５９−１
６００２２号公報に開示されるように、低速用および高
速用の排気ターボ過給機を備えるとともに、該各排気タ
ーボ過給機の吸気下流側の吸気通路を集合させてエンジ
ンに接続し、高速用の排気ターボ過給機を高速高負荷時
のみで作動させるようにした、いわゆるシーケンシャル
・タボ・タイプのものが知られている。このものによれ
ば、低速低負荷時には低速用の排気ターボ過給機のみを
作動させ、排気通路からの排気ガスを低速用排気ターボ
過給機のタービンに集中的に供給して高い過給圧を立上
がり良く得る一方、高速高負荷時には低速用および高速
用の排気ターボ過給機の双方を作動させ、排気通路から
の排気ガスを二つの排気ターボ過給機のタービンに供給
して吸気流量を確保しながら適正な過給圧を得ることが
できる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような過給機付エンジンでは、高速高負
荷時のみで作動する高速用排気ターボ過給機の吸気下流
側で且つ上記集合部よりも吸気上流側の吸気通路に、高
速高負荷時に開く吸気カット弁を設け、高速高負荷時以
外にこの吸気カット弁を閉じて上記集合部から高速用排
気ターボ過給機への吸気の逆流を防止するようにしてい
る。

また、その場合、高速用排気ターボ過給機のブロワをバ
イパスする通路を設け、このリリーフ通路にリリーフ弁
を配設することが考えられる。そして、高速用排気ター
ボ過給機が停止している低速低負荷時に該高速用排気タ
ーボ過給機のブロワを予回転させている場合、エンジン
回転数の上昇過程において、吸気カット弁が開く時点よ
りも少し前までこのリリーフ弁を開いておけば、ブロワ
と吸気カット弁との間における分岐吸気通路の圧力が上
昇するのを防止し、かつブロワが回転しやすくすること
ができる。

しかし、その場合、上記リリーフ弁の開閉に伴い圧力波
が発生するが、この圧力波による吸気脈動が吸気カット
弁に作用し、吸気カット弁の弁軸に繰返し負荷を与え、
この弁軸にガタを生じさせて吸気カット弁のシール性を
損わせるという問題が生じる。

本発明はこのような点に着目してなされたものであり、
その目的とするところは、シーケンシャル・ターボ・タ
イプの過給機付エンジンにおいて、吸気カット弁および
リリーフ弁まわりの吸気通路の形状等を工夫して、吸気
カット弁に吸気脈動が作用しないようにすることにある
。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、リリーフ弁開閉
に伴う吸気脈動を吸気通路で減衰させるようにして吸気
カット弁にまで伝播し難くすることである。

具体的に、本発明の講じた解決手段は、吸気通路の中途
部を複数に分岐し、該各分岐吸気通路に、排気ガスのエ
ネルギにより吸気を加圧する排気タボ過給機をそれぞれ
設け、そのうち少くとも一つの排気ターボ過給機を特定
運転領域のみで作動させるようにした過給機付エンジン
の吸気装置を対象とする。そして、これに対し、上記特
定運転領域のみて作動する特定排気ターボ過給機の吸気
下流側の分岐吸気通路に特定運転領域以外で閉じる吸気
カッ−・弁を設け、特定排気ターボ過給機の吸気下流側
の分岐吸気通路と吸気上流側の分岐吸気通路とをリリー
フ通路で連通し、該リリーフ通路に上記特定運転領域以
外の運転領域で開くリリフ弁を設けるとともに、上記リ
リーフ弁から特定排気ターボ過給機までの通路容積より
もリリーフ弁から吸気カット弁までの通路容積を大きく
設定する構成としたものである。

（作用） 上記の構成により、本発明では、特定運転領域にはエン
ジンからの排気ガスが各排気通路を介して各排気ターボ
過給機にそれぞれ供給され、吸気流量を確保しながら適
正な過給圧が得られる一方、特定運転領域以外にはエン
ジンからの排気ガスが排気通路を介して特定排気ターボ
過給機にのみ供給され、排気ガスが特定排気ターボ過給
機のタイプに集中的に供給されて高い過給圧が立上がり
良く得られる。

そして、特定運転領域以外では吸気カット弁が閉じるの
で、特定排気ターボ過給機が設けられた分岐吸気通路に
他の分岐吸気通路から吸気が逆流することが防止される
。

また、特定運転領域以外でリリーフ弁が開くので、特定
排気ターボ過給機が停止している特定運転領域以外の運
転領域ではそのブロワを予回転させている場合、エンジ
ン回転数の上昇過程において、吸気カット弁が開く時点
よりも少し前までこのリリーフ弁を開いておくことによ
り、ブロワと吸気カット弁との間における分岐吸気通路
の圧力が上昇するのが防止され、かつブロワが回転しや
すくなる。

その場合、上記リリーフ弁から特定排気ターボ過給機ま
での通路容積よりもリリーフ弁から吸気カット弁までの
通路容積が大きく設定されているので、リリーフ弁の開
閉に伴い発生する圧力波による吸気脈動は特定排気ター
ボ過給機に伝播し易くなるとともに、吸気カット弁に伝
播しようとする吸気脈動は該吸気カット弁までの大容積
の通路を伝播する間に充分に減衰されることになる。そ
のため、この吸気脈動が吸気カット弁に作用せず、吸気
カット弁の弁軸に負荷がかかることがなく、その弁軸が
正常に機能して吸気カット弁のシール性が良好に確保さ
れることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る吸気装置を備えた過給機
付エンジンを示す。同図において、エンジン１の排気ガ
スを排出する排気通路２は、エンジン１より互いに独立
して伸びる２本の分岐排気通路２ａ、２ｂを有する。ま
た、エンジン１の吸入空気が流通する吸気通路３は、吸
入空気量を検出するエアフロメータ４の下流側において
分岐して２本の分岐吸気通路３ａ、３ｂを有し、両分岐
吸気通路３ａと３ｂとはインタークーラ５の上流側にお
いて合流している。インタークーラ５の下流側の吸気通
路３には、順にスロットル弁６．サージタンク７および
燃料噴射弁８が配設されている。

上記２本の分岐排気通路２ａ、２ｂのうちの一方の分岐
排気通路２ａには、排気ガスによって回転駆動されるタ
ービンＴｐが配設され、このタービンＴｐは、一方の分
岐吸気通路３ａに配設されたブロワＣｐに回転軸Ｌｐを
介して連結されている。そして、これらタービンＴｐ１
回転軸Ｌｐ１ブロワＣｐを主要素として１次側ターボ過
給機９が構成されている。同様に、他方の分岐排気通路
２ｂには、排気ガスによって回転駆動されるタービンＴ
ｓが配設されているとともに、他方の分岐吸気通路３ｂ
にはブロワＣｓが配設され、これらタービンＴｐとブロ
ワＣｓとが回転軸Ｌｓによって連結されて、２次側ター
ボ過給機１０を構成している。

分岐吸気通路３ａ、３ｂのブロワＣｐ、Ｃｓの上流側の
通路部分は、吸気通路３から分岐した分岐部において互
いに一直線状になるように対向して形成されており、一
方の分岐吸気通路３ｂに発生した圧力波が他方の分岐吸
気通路３ａ側には伝播し易く、エアフローメータ４側に
は伝播しにくいような構成となっている。

上記２次側の分岐排気通路２ｂには、タービンＴｓの上
流側において排気カッ−・弁１１が配設されている。こ
の排気カット弁１１は、低回転域でこの分岐排気通路２
ｂを閉じて２次側ターボ過給機１０のタービンＴｓへの
排気ガスの提供を遮断し、１次側ターボ過給機９のみを
作動させるために設けられているものである。

２次側の分岐排気通路２ｂのうち上記排気カット弁１１
の上流側部分が、連通路１２を介して、１次側の分岐排
気通路２ａのタービンＴｐ上流側に接続されている。上
記連通路１２は、両タービンＴｐ、Ｔｓの下流側の排気
通路２に対して、つエストゲート弁１７が配設されたバ
イパス通路１８を介して接続されている。このバイパス
通路１８のうち上記ウェストゲート弁１７上流側部分が
、排気洩らし弁１３が配設された洩らし通路１４を介し
て、分岐排気通路２ｂのうちタービンＴｓと排気カット
弁１１との間に接続されている。

上記排気洩らし弁１３は、ダイヤフラム式アクチュエー
タ１６によって操作されるようになっており、該アクチ
ュエータ１６の圧力室が、制御圧力導管１５を介して、
１次側ターボ過給機９のブロワＣｐの下流側において分
岐吸気通路３ａに開口している。この洩らし弁１３は、
エンジン回転数の上昇過程において、ブロワＣｐの下流
側の過給圧Ｐ１が所定の値（例えば５００１ｍＨｇ）以
上となると開動作され、これにより排気カット弁１１が
閉じているときに少量の排気ガスがバイパス通路１４を
通じてタービンＴｓに供給される。したがって、タービ
ンＴｓが排気カット弁１１の開く以前に予め回転を開始
して、排気カット弁１１が開いたときの過給応答性向上
と共に、ドルクショックを緩和するようになっている。

なお、１９．２０は、排気カット弁１１及びウェストゲ
ート弁１７をそれぞれ操作するダイヤフラム式アクチュ
エータであるが、これらのアクチュエータの動作につい
ては後述する。

一方、２次側の分岐吸気通路３ｂには、ブロワＣｐの下
流側において、吸気の逆流を防止するための吸気カット
弁２１が配設されている。またブロワＣｓをバイパスす
るリリーフ通路２２が設けられていて、このリリーフ通
路２２にリリーフ弁２３が配設されている。上記吸気カ
ット弁２１は、後述するようにダイヤフラム式アクチュ
エータ２４によって操作される。また、上記リリーフ弁
２３は、エンジン回転数の上昇過程において、吸気カッ
ト弁２１および排気カット弁１が開く時点よりも少し前
までリリーフ通路２２を開いていて、排気カット弁１１
が閉じているときの排気洩らし弁１３の開動作に基づく
ブロワＣｓの回転によって、ブロワＣｓと吸気カット弁
２１との間における分岐吸気通路３ｂの圧力が上昇する
のを防止し、かつブロワＣｓが回転しやすいように設け
られている。このようなリリーフ弁２３は、ダイヤフラ
ム式アクチュエータ２５によって操作される。

吸気カット弁２１を作動するアクチュエータ２４の制御
圧力導管２６は、電磁ソレノイド弁よりなる三方弁２７
の出力ポートに接続されている。

また、排気カット弁１１を作動するアクチュエータ１９
の制御圧力導管２８は、同様に電磁ソレノイド弁よりな
る三方弁２９の出力ポートに接続されている。さらにリ
リーフ弁２３を作動するアクチュエータ２５の制御圧力
導管３０は、上述と同様の三方弁３１の出力ポートに接
続されている。

ウェストゲート弁１７を作動するアクチュエータ２０の
制御圧力導管３２は、電磁ソレノイド弁よりなる三方弁
３３の出力ポートに接続されている。

これら電磁ソレノイド弁よりなる三方弁２７，２９．３
１および３３は、マイクロコンピュータを利用して構成
された制御回路３５によって制御される。この制御回路
３５は、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気ｆｆ１Ｑ、スロ
ットル開度ＴＶＯおよび１次側ターボ過給機９のブロワ
Ｃｐの下流側の過給圧Ｐｌ等の検出値に基づいて、各電
磁ソレノイド弁を制御する。

上記４個の電磁ソレノイド弁のうち、三方弁２９の一方
の入力ポートは大気に開放されており、他方の入力ポー
トは、導管３６を介して負圧タンク４３に接続されてい
る。この負圧タンク４３には、スロットル弁６の下流の
吸気負圧Ｐｎが、チエツク弁３７を介して導入される。

また、三方弁２７は、その一方の入力ポートが導管３６
を介して上記負圧タンク４３に接続され、他方の入力ポ
ートは、導管３８を介して差圧検出弁３９の出力ポート
に接続されている。

第２図に示すように、上記差圧検出弁３９は、そのケー
シング５１内が２つのダイヤフラム５２゜５３によって
３つの室５４，５５．５６に画成され、室５４に入力ポ
ート５４ａが、室５５に入力ポート５５ａが、室５６に
上記導管３８が連なる出力ポート５７および大気開放ボ
ート５８が開口されている。上記ポート５４ａは、導管
４１を介して吸気カット弁２１の下流側に接続されて、
１次側ブロワＣｐの下流側の過給圧Ｐ１を導入するよう
になっている。また、ポート５５ａは、導管４２を介し
て吸気カット弁２１の上流側に接続されて、吸気カット
弁２１が閉じているときの吸気カット弁２１の上流側の
圧力Ｐ２を導入するようになっている。そして、この差
圧検出弁３９は、圧力Ｐ１とＰ２の圧力差が大きいとき
に、両ダイヤフラム５２，５３に結合された弁体５９が
ポート４７を開状態として、大気を導管３８に導入する
が、差圧Ｐ２−Ｐｉが所定値±ΔＰ以内になったときに
、スプリング５９によってポート５７を閉じるようにな
っている。したがって、三方弁２７が導管２６を導管３
８に連通している状態で、差圧Ｐ２−ＰＬが所定値±Δ
Ｐよりも大きくなると、アクチュエータ２４に大気が導
入されて、吸気カット弁２１が開かれる。また、三方弁
２７が導管２６を導管３６に連通させたときは、アクチ
ュエータ２４に負圧が供給されて吸気カット弁２１か閉
じられる。

一方、三方弁２９が導管２８を導管３６に連通させたと
き、アクチュエータ１９に負圧が供給されて排気カット
弁１１が閉じられ、このときは１次側ターボ過給機９の
みが作動された状態となる。

また、三方弁２９が導管２８を大気に解放すると、排気
カット弁１１が開かれて、２次側ターボ過給機１０が作
動される。

第３図は、吸気カット弁２１および排気カット弁１１の
開閉状態を、排気洩らし弁１３、ウェストゲート弁１７
およびリリーフ弁２３の開閉状態とともに示す制御マツ
プで、この制御マツプは制御回路３５内に格納されてい
る。

ここで、三方弁３１の一方の入力ポートも大気に開放さ
れ、他方の入力ポートは負圧タンク４３に接続されてお
り、エンジンが低回転のときは導管３０に吸気負圧Ｐｎ
が導入されて、リリーフ弁２５がリリーフ通路２２を開
いているが、エンジン回転数Ｎｅの上昇過程で、第３図
に示すように、上記吸気カット弁２１および排気カット
弁１１が開く段階以前において、上記三方弁３１が制御
口路３５からの信号によって大気側に切換えられ、これ
によりリリーフ弁２５がリリーフ通路２２を閉じるよう
になっている。

さらに三方弁３３の一方の入力ポートには、アクチュエ
ータ１６の制御圧力導管１５を通じて過給圧Ｐ１が導入
されるようになっており、エンジン回転数Ｎｅおよびス
ロットル開度ＴＶＯが所定値以上でかつ過給圧Ｐ１が所
定値以上になったとき、制御回路３５が二方弁３３を開
いてアクチュエータ２０に過給圧Ｐ１を導入し、これに
よりウェストゲート弁１７がバイパス通路１８を開くよ
うになっている。また、三方弁３３の他方の人力ボート
は大気に開放されており、アクチュエータ２０に大気が
供給されたとき、ウェストゲート弁１７が閉じられる。

次に、ターボ過給機回りのレイアウトを第４図〜第６図
に基づいて説明する。エンジン１の一側に各気筒の排気
ポート（図示せず）が開口されており、該排気ポートに
排気マニホールドが取付けられている。そして、該排気
マニホールドの側方に１次側および２次側のターボ過給
機９，１０が、その回転軸が同軸になるように配設され
、各タービンＴｐ、Ｔｓの入口部が排気マニホールドに
対してフランジ結合されている。また、２次側ターボ過
給機１０のブロワＣｓの吸入口から延びる分岐吸気通路
３ｂはブロワＣｓの後側（第４図の左側）で反転して前
方（第４図の右方）に向い、１次側ターボ過給機１０の
ブロワＣｐの吸入口から延びる分岐吸気通路３ａと合流
して吸気通路３を構成し、更にエンジン１の前上方に向
う。

また、１次側ターボ過給機９のブロワＣｐの吐出口から
延びる分岐吸気通路３ａは後方に向う一方、２次側ター
ボ過給機１０のブロワＣｓの吐出口から延びる分岐吸気
通路３ｂは前方に向い、これら二本の分岐吸気通路３ａ
、３ｂは集合して吸気通路３を構成し、後上方に向って
からエンジンの気筒に接続されている。そして、この集
合部のすぐ吸気上流側の分岐吸気通路３ｂに吸気カット
弁２１が設けられている。

さらに、２次側ターボ過給機１０のブロワＣｓの吐出口
の近傍の分岐吸気通路３ｂにはリリーフ通路２２の一端
が接続され、該リリーフ通路２２の他端は各ブロワｃｐ
、ｃｓよりも吸気上流側の吸気通路３に接続されている
。該リリーフ通路２２は分岐吸気通路３ｂに対して直交
するように設けられている。そして、該リリーフ通路２
２のブロワＣｓ側端部にはリリーフ弁２３が設けられて
いる。該リリーフ弁２３は分岐吸気通路３ｂの外方にお
いて２次側ターボ過給機１０のブロワＣｓに固定されて
いる。

そして、上記リリーフ弁２３から２次側ターボ過給機１
０までの通路容積よりもリリーフ弁２３から吸気カット
弁２１までの通路容積が大きく設定されている。すなわ
ち、リリーフ弁２３から吸気カット弁２１までの分岐吸
気通路３ｂの通路長さはリリーフ弁２３から２次側ター
ボ過給機１０までの分岐吸気通路３ｂの通路長さよりも
長く設定されている。

したがって、上記実施例においては、低回転域に１次側
ターボ過給機９のみを作動させることにより、排気通路
２からの排気ガスが１次側ターボ過給機９のタービンＴ
ｐに集中的に供給されて高い過給圧が立上がり良く得ら
れる一方、高回転域に１次側および２次側のターボ過給
機９．１０の双方を作動させることにより、排気通路２
からの排気ガスが二つのターボ過給機９，１０のタービ
ンＴｐ、Ｔｓに供給して吸気流量を確保しながら適正な
過給圧が得られる。

そして、低回転域では吸気カット弁２１が閉じるので、
２次側ターボ過給機１０が設けられた分岐吸気通路３ｂ
に他の分岐吸気通路３ａから吸気が逆流することが防止
される。

また、低回転域でリリーフ弁２３が開くので、２次側タ
ーボ過給機１０が停止している低回転域ではそのブロワ
Ｃｓを予回転させている場合、エンジン回転数の上昇過
程において、吸気カット弁２１が開く時点よりも少し前
までこのリリーフ弁２３を開いておくことにより、ブロ
ワＣｓと吸気カット弁２１との間における分岐吸気通路
３ｂの圧力が上昇するのが防止され、かつブロワＣｓが
］　９ 回転しやすくなる。

その場合、上記リリーフ弁２３から２次側ターボ過給機
１０までの通路容積よりもリリーフ弁２３から吸気カッ
ト弁２１までの通路容積が大きく設定されているので、
リリーフ弁２３の開閉に伴い発生する圧力波による吸気
脈動は２次側ターボ過給機１０に伝播し昌くなるととも
に、吸気カット弁２１に伝播しようとする吸気脈動は該
吸気カット弁２１までの大容積の分岐吸気通路３ｂを伝
播する間に充分に減衰されることになる。そのため、こ
の吸気脈動が吸気カット弁２１に作用せず、吸気カット
弁２１の弁軸に負荷がかかることがなく、その弁軸が正
常に機能して吸気カット弁２１のシール性が良好に確保
されることになる。

また、リリーフ通路２２が分岐吸気通路３ｂに対して直
交するように設けられているので、リリーフ弁２３から
発生した圧力波による吸気脈動が分岐吸気通路３ｂの内
壁に衝突して減衰されることになり、このことからも吸
気脈動が吸気カット弁２１に作用するのを防止できるこ
とになる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の過給機付エンジンの吸気
装置によれば、吸気通路の中途部を複数に分岐し、該各
分岐吸気通路に排気ターボ過給機をそれぞれ設け、その
うち少くとも一つの排気タボ過給機を特定運転領域のみ
で作動させるようにするとともに、上記特定運転領域の
みで作動する特定排気ターボ過給機の吸気下流側の分岐
吸気通路に特定運転領域以外で閉じる吸気カット弁を設
け、特定排気ターボ過給機の吸気下流側の分岐吸気通路
と吸気上流側の分岐吸気通路とをリリーフ通路で連通し
、該リリーフ通路に上記特定運転領域以外の運転領域で
開くリリーフ弁を設け、且つ上記リリーフ弁から特定排
気ターボ過給機までの通路容積よりもリリーフ弁から吸
気カット弁までの通路容積を大きく設定したので、特定
運転領域に吸気流量を確保しながら適正な過給圧を得る
一方、特定運転領域以外に高い過給圧を立上がり良く得
るという基本的効果を得ながら、特定排気ターボ過給機
が設けられた分岐吸気通路に他の分岐吸気通路から吸気
が逆流することを防止できるとともに、特定排気ターボ
過給機のブロワと吸気カット弁との間における分岐吸気
通路の圧力上昇を防止でき、且つリリーフ弁の開閉に伴
い発生する圧力波による吸気脈動を吸気カット弁に作用
させず、吸気カット弁の弁軸にかかる負荷を軽減してそ
の弁軸の機能を維持して吸気カット弁のシール性を良好
に確保することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を例示し、第１図はエンジンの全
体系統図、第２図は差圧検出弁の断面図、第３図は答弁
の切換特性を示す特性図、第４図はエンジンの側面図、
第５図はエンジンの正面図、第６図は分岐吸気通路の断
面図である。 ３ａ、３ｂ・・・分岐吸気通路、９，１０・・・ターボ
過給機、２１・・・吸気カット弁、２２・・・リリーフ
通路、２３・・・リリーフ弁。 特許出願人　マ　ツ　ダ　株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気通路の中途部を複数に分岐し、該各分岐吸気
   通路に、排気ガスのエネルギにより吸気を加圧する排気
   ターボ過給機をそれぞれ設け、そのうち少くとも一つの
   排気ターボ過給機を特定運転領域のみで作動させるよう
   にした過給機付エンジンの吸気装置であって、上記特定
   運転領域のみで作動する特定排気ターボ過給機の吸気下
   流側の分岐吸気通路に特定運転領域以外で閉じる吸気カ
   ット弁を設け、特定排気ターボ過給機の吸気下流側の分
   岐吸気通路と吸気上流側の分岐吸気通路とをリリーフ通
   路で連通し、該リリーフ通路に上記特定運転領域以外の
   運転領域で開くリリーフ弁を設けるとともに、上記リリ
   ーフ弁から特定排気ターボ過給機までの通路容積よりも
   リリーフ弁から吸気カット弁までの通路容積を大きく設
   定したことを特徴とする過給機付エンジンの吸気装置。