JPH02125928A - 排気ターボ過給機付エンジンの排気装置 - 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） 本発明は排気ターボ過給機付エンジンの排気装置の改良
に関する。

（従来の技術） 従来、排気ターボ過給機付エンジンとして、例えば特開
昭５９−１６００２２号公報に開示されるように、低速
用および高速用の二つの排気タボ過給機を備え、該各排
気ターボ過給機の排気ガス導入口に排気通路をそれぞれ
接続し、該排気通路の中途部を連通路で互いに接続する
とともに、高速用排気ターボ過給機の排気通路の連通路
接続部よりも排気下流側に排気カット弁を設け、高速高
負荷時には排気カット弁を開いてエンジンからの排気ガ
スを各排気通路を介して低速用および高速用の排気ター
ボ過給機にそれぞれ供給し、吸気流量を確保しながら適
正な過給圧を得る一方、低速低負荷時には排気カット弁
を閉じてエンジンからの排気ガスを排気通路を介して低
速用排気ターボ過給機にのみ供給し、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ようにした、いわゆるシーケン
シャル・ターボ・タイプのものが知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記従来のものでは、低速低負荷時に排気カ
ット弁を閉じた場合、エンジンから高速用排気ターボ過
給機の排気通路に排出された排気ガスが連通路から低速
用排気ターボ過給機の排気通路に流入するので、この連
通路からの流入ガス流が低速用排気ターボ過給機の排気
通路を流れる排気ガス流の流速を低下させ、低速用排気
ターボ過給機の効率が落ちてエンジン出力が低下すると
いう問題がある。

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
イプの排気ターボ過給機付エンジンにおいて、低速低負
荷時に排気カット弁を閉じた場合、上記連通路からの流
入ガス流を利用して低速用排気ターボ過給機の排気通路
を流れる排気ガス流の流速を高めることにある。

（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、上記連通路から
特定排気ターボ過給機の排気通路に流入する排気ガス流
を、この排気通路のタービンスクロール内周側からター
ビンスクロールの半径方向外方に向けることである。

具体的に、本発明の講じた解決手段は、排気ガスのエネ
ルギにより吸気を加圧するｔＪｌ気ターボ過給機を複数
設け、該各排気ターボ過給機の排気ガス導入口に排気通
路をそれぞれ接続し、該排気通路の中途部を連通路で互
いに接続するとともに、特定の排気ターボ過給機以外の
排気ターボ過給機の排気通路の連通路接続部よりも排気
下流側を所定運転領域で閉塞して排気ガスを特定の排気
ターボ過給機にのみ供給するようにした排気ターボ過給
機付エンジンの排気装置を前提とする。そして、これに
対し、上記特定排気ターボ過給機の排気通路への連通路
の接続部を、該排気通路におけるタビンスクロール内周
側に、且つその開口がタビンスクロールの半径方向外方
に向うように設け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、所定運転領域では、特
定排気ターボ過給機以外の排気ターボ過給機の排気通路
の連通路接続部よりも排気下流側が閉塞されて、排気ガ
スが特定排気ターボ過給機にのみ供給される。

その場合、特定排気ターボ過給機の排気通路への連通路
の接続部が、該排気通路におけるタービンスクロール内
周側に、且つその開口がタービンスクロールの半径方向
外方に向うように設けられているので、エンジンから特
定排気ターボ過給機以外の排気ターボ過給機の排気通路
に排出された排気ガスは、連通路から特定排気ターボ過
給機の排気通路に流入し、この連通路からの流入ガス流
は排気通路のタービンスクロール内周側からタビンスク
ロールの半径方向外方に向い、この連通路からの流入ガ
ス流によりタービンスクロール外周側を流れるガス流の
流速が速められてガス流の運動エネルギが増大し、エン
ジン出力が増大することになる。

（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排気装置を備えた排気タ
ーボ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、この夕一ビン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１９１
回転軸Ｌｐ。

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Ｔｓ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Ｃ
６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ト弁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２ｂ
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、ウェストゲート弁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５００ｍ＋ｓＨｇ）
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、ト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をバイパスする通路２２が設けられていて、
このバイパス通路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バイパス通路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。

吸入空気量Ｑ、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−Ｐｉ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がバイパス通路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
回路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がバイパス通路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
よりつエストゲート弁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の他方の入力ポート
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図および第
５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
トには第６図〜第８図に示すような排気マニホールド８
１が取付けられている。そして、該排気マニホールド８
１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８１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１
０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は合流して吸気通路３を構成し、後上方に向って
いる。そして、この合流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にはバイパス通路２２の一端
が接続され、該バイパス通路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
。そして、該バイパス通路２２のブロワＣｓ側端部には
リリーフ弁２３が設けられている。

次に、排気マニホールド８１内の通路構造を、第６図〜
第９図に基づいて説明する。該排気マニホールド８１に
は、１次側ターボ過給機９のタビンＴｐのスクロール（
渦巻室）Ｔｐ＋に連通する分岐排気通路２ａと、２次側
ターボ過給機１０のタービンＴｓのスクロール（渦巻室
）Ｔｓｌに連通する分岐排気通路２ｂとが略並行に形成
されている。また、この分岐排気通路２ａ、２ｂ間には
、“上に凸の弓なり形状”をし且つこれら二つの分岐排
気通路２ａ、　　２ｂを接続する連通路１２が形成され
ている。さらに、この連通路１２の中途部からはバイパ
ス通路１８が形成されている。

また、分岐排気通路２ｂの連通路接続部よりも排気下流
側に排気カット弁１１が配設されるようになっている。

そして、第１０図にも示すように、１次側ターボ過給機
側の分岐排気通路２ａへの連通路１２の接続部８２は、
該分岐排気通路２ａにおけるタービンスクロールＴｓ１
内周側に設けられている。、しかも、該接続部８２にお
ける連通路１２の開口１２ａはタービンスクロールＴｓ
１の半径方向外方に向うように設けられている。

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。

その場合、１次側ターボ過給機９の分岐排気通路２ａへ
の連通路１２の接続部８２が、該分岐排気通路２ａにお
けるタービンスクロールＴｐ】内周側に、且つその開口
１２ａがタービンスクロルＴＩ）ｌの半径方向外方に向
うように設けられているので、排気カット弁１１が閉じ
る低回転域では、エンジンから２次側ターボ過給機１０
の分岐排気通路２ｂに排出された排気ガスは、連通路１
２から１次側ターボ過給機９の分岐排気通路２ａに流入
し、この連通路１２からの流入ガス流は分岐排気通路２
ａのタービンスクロールＴＩ）Ｉ内周側からタービンス
クロールＴＩ）ｌの半径方向外方に向い、この連通路１
２からの流入ガス流によりタービンスクロールＴｐｌ外
周側を流れるガス流の流速が速められてガス流の運動エ
ネルギが増大し、エンジン出力が増大する。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の排気ターボ過給機付エン
ジンの排気装置によれば、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複数設け、該各排気タ
ーボ過給機の排気ガス導入口に排気通路をそれぞれ接続
し、該排気通路の中途部を連通路で互いに接続し、特定
の排気ターボ過給機以外の排気ターボ過給機の排気通路
の連通路接続部よりも排気下流側を所定運転領域で閉塞
して排気ガスを特定の排気ターボ過給機にのみ供給する
とともに、上記特定排気ターボ過給機の排気通路への連
通路の接続部を、該排気通路におけるタービンスクロー
ル内周側に、且つその開口がタービンスクロールの半径
方向外方に向うように設けたので、所定運転領域におい
て、エンジンから特定排気ターボ過給機以外の排気ター
ボ過給機の排気通路に排出され、連通路から特定排気タ
ーボ過給機の排気通路に流入した排気ガスが排気通路の
タービンスクロール内周側からタービンスクロールの半
径方向外方に向い、この連通路からの流入ガス流により
タービンスクロール外周側を流れるガス流の流速が速め
られてガス流の運動エネルギが増大し、エンジン出力を
増大させることができる。

【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図は排気マニホールド
の平面図、第７図は同側面図、第８図は同背面図、第９
図は排気マニホールド内の通路構造を示す説明図、第１
０図は１次側ターボ過給機のタービン付近の縦断側面図
である。 ２ａ、２ｂ・・・分岐排気通路、９．１０・・・ターボ
過給機、１２・・・連通路、１２ａ・・・開口、８２・
・・接続部、 ＴＤ＋ ・・・タービンスクロール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気ガスのエネルギにより吸気を加圧する排気タ
   ーボ過給機を複数設け、該各排気ターボ過給機の排気ガ
   ス導入口に排気通路をそれぞれ接続し、該排気通路の中
   途部を連通路で互いに接続するとともに、特定の排気タ
   ーボ過給機以外の排気ターボ過給機の排気通路の連通路
   接続部よりも排気下流側を所定運転領域で閉塞して排気
   ガスを特定の排気ターボ過給機にのみ供給するようにし
   た排気ターボ過給機付エンジンの排気装置において、上
   記特定排気ターボ過給機の排気通路への連通路の接続部
   を、該排気通路におけるタービンスクロール内周側に、
   且つその開口がタービンスクロールの半径方向外方に向
   うように設けたことを特徴とする排気ターボ過給機付エ
   ンジンの排気装置。