JPH0310345Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、２組の排気過給機（ターボチヤージ
ヤ）をそなえたエンジンに関する。

〔従来の技術〕

従来、大気に捨てられていた排気のエネルギ
を、エンジンの排気通路に設けたタービンの回転
力に変えて回収し、同軸の吸気系に設けられたコ
ンプレツサによつて混合気の充填効率を高め、出
力および燃費を向上させた排気過給機付きエンジ
ンが多用されている。

ところで、エンジンの回転が低速の場合と高速
の場合とで過給圧を変え、それぞれにおける燃焼
の改善を図れるようにした、２組の過給機を備え
たエンジンが開発されている。

従来のこの種の排気過給機付きエンジンでは、
第４図に示すように、エンジン１の吸排気系の排
気通路１１に介装されたタービン６ａと、このタ
ービン６ａにより駆動されるべく吸排気系の吸気
通路７に介装されたコンプレツサ６ｂとからなる
主排気過給機（ターボチヤージヤ）６が設けられ
ている。

そして、コンプレツサ６ｂからの過圧された給
気は、給気マニホルド５を通じて各気筒の燃焼室
２へ通じる吸気ポート３へ送られ、吸気ポート３
における吸気弁の開閉に伴つて各気筒の燃焼室２
内へ送られる。

各気筒の燃焼室２の排気ポート４から排出され
る排気は、吸排気系の排気通路をなす排気マニホ
ルド１０へ送られ、排気マニホルド１０から排気
通路１１を介してタービン６ａへ供給される。

また、エンジン１の吸排気系には、排気通路１
２に介装されたタービン８ａと、このタービン８
ａにより駆動されるべく吸排気系の吸気通路９に
介装されたコンプレツサ８ｂとからなる副排気過
給機（ターボチヤージヤ）８が設けられている。

そして、コンプレツサ８ｂからの過圧された給
気は、吸気通路９に介装された過給気絞り弁とし
ての過給気切換弁１９および給気マニホルド５を
通じて、各気筒の燃焼室２の吸気ポート３へ送ら
れ、吸気ポート３における吸気弁の開閉に伴つて
各気筒の燃焼室２内へ送られる。

各気筒の燃焼室２の排気ポート４から排出され
る排気は、排気マニホルド１０へ送られ、排気マ
ニホルド１０から排気絞り弁としての排気切換弁
１８を介装された排気通路１２を介してタービン
８ａへ供給される。

なお、各排気過給機６，８にはそれぞれ吸気通
路１３，１４を接続するとともに排気通路１５，
１６を接続する。各排気通路１５，１６の端部は
排出口１７に連通される。

また、排気通路１２の中途部には排気切換弁１
８、吸気通路９の中途部には過給気切換弁１９が
それぞれ開閉自在に設けられる。

過給気切換弁１９と副排気過給機８との間の吸
気通路９には逃し弁２０が分岐しており、分岐し
た吸気は逃し口２１より大気開放される。

排気切換弁１８は、エンジン１近傍の吸気通路
９の一部から分岐する作動用空気通路２２のエア
ー圧によつて開閉するようになつている。

過給気切換弁１９および逃し弁２０は、作動用
空気通路２２の中途部から分岐する連通路２３の
エアー圧によつて作動するエアーリンク機構２４
に、互いの開閉がちようど逆になるように連結さ
れる。

従来の排気過給機付きエンジンでは、エンジン
１の回転が低速のときは主排気過給機６のみの運
転を行なう。

すなわち、排気圧が弱いから、排気切換弁１８
のスプリング力が排気圧に打ちかつて排気通路１
２を閉成する。同時にエアーリンク機構２４は過
給気切換弁１９を閉成し、逃し弁２０を開放動作
させる。

これにより、主過給機６のタービン６ａが排気
圧を受けて回転し、同軸のコンプレツサ６ｂが吸
込空気を圧縮する。

そして、吸込空気が、給気通路７および吸気マ
ニホルド５を介して各吸気ポート３から各気筒の
燃焼室２に過給される。

排気切換弁１８が閉成されているので、各気筒
の燃焼室２から排気マニホルド１０を介して排出
される排気ガスは、全て主排気過給機６に導かれ
る。また、過給気切換弁１９が閉成されているの
で、副排気過給機８のコンプレツサ８ｂへの給気
の逆流が防止され、かつ逃し弁２０の開放によ
り、過給気の各気筒の燃焼室２への供給が完全に
停止する。

エンジン１の回転が高速になると、排気圧が排
気切換弁１８のスプリング力に打ちかつとともに
作動用空気通路２２の給気圧が上昇することによ
り、排気切換弁１８は開放状態となる。

同時に、過給気切換弁１９は開放状態、逃し弁
２０は閉鎖状態になる。

したがつて、主排気過給機６とともに副排気過
給機８が作動して過給圧を高め、よつて混合気の
充填効率が高められる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで、このように２組の排気過給機６，８
を備えたエンジン１では、高速高負荷域での空気
量が大幅に増加して燃焼が大幅に改善されるが、
低速高負荷域ではある程度の空気量増加しか望め
ない。

すなわち、エンジン１の吸気ポート３は、いわ
ゆるハイスワールポート（強渦流吸気孔）となつ
ていて、ポート通路に少しの「ひねり」をつけ、
吸入行程時に燃焼室２の円周方向に混合気のスワ
ールを強制的に形成する。これにより混合効率を
向上させている。しかしながら、スワール速度は
排気過給機の有無に拘わらず一定であり、エンジ
ン回転速度に対するスワール速度であるスワール
比は変らない。

このため、２組の排気過給機６，８をそなえて
いながら、エンジン１の低速高負荷運転域ではス
ワール速度が低下するため大幅な燃焼効率向上が
望めずライニングコストが高いという不具合があ
る。

本考案は、このような問題点を解決しようとす
るもので、低速高負荷域におけるスワール比の向
上を図り、燃焼効率を向上させることができるよ
うにした、排気過給機付きエンジンを提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本考案の排気過給機付きエンジン
は、エンジンの１次吸排気系の排気通路に介装さ
れたタービンと同タービンにより駆動されるべく
同１次吸排気系の吸気通路に介装されたコンプレ
ツサとからなる主排気過給機と、上記エンジンの
２次吸排気系の排気通路に介装されたタービンと
同タービンにより駆動されるべく同２次吸排気系
の吸気通路に介装されたコンプレツサとからなる
副排気過給機とをそなえるとともに、上記２次吸
排気系の排気通路に介装されて上記副排気過給機
のタービンへ供給される排気の流量制御を行なう
排気絞り弁と、上記２次吸排気系の吸気通路に介
装されて上記副排気過給機のコンプレツサから送
出される過給気の流量制御を行なう過給気絞り弁
とをそなえ、上記排気絞り弁の開度を調整する排
気絞り弁用アクチユエータと、上記過給気絞り弁
の開度を調整する過給気絞り弁用アクチユエータ
と、上記の排気絞り弁用アクチユエータおよび過
給気絞り弁用アクチユエータへ制御信号を供給す
る制御装置とをそなえ、上記１次吸排気系の吸気
通路および上記２次吸排気系の吸気通路にそれぞ
れ冷却器が介装されて、上記１次吸排気系の吸気
通路に、上記エンジンの全運転域に亘つて作動す
る１次吸気弁と、上記エンジンの燃焼室へ送られ
る給気に大きなスワールを発生させるスワール発
生用１次吸気ポートとが設けられるとともに、上
記２次吸排気系の吸気通路に、上記エンジンの低
速高負荷運転域で作動する弁作動停止機構付き２
次吸気弁と、上記燃焼室へ送られる給気のスワー
ルを減少させるスワール減少用２次吸気ポートと
が設けられたことを特徴としている。

〔作用〕

本考案の排気過給機付きエンジンは上述のごと
く構成されているので、エンジンの低速高負荷運
転域では、制御装置から制御信号が排気絞り弁用
アクチユエータおよび過給気絞り弁用アクチユエ
ータへそれぞれ供給されて、排気絞り弁および過
給気絞り弁が閉鎖状態となり、１次吸排気系のみ
による給気および排気が行なわれて、冷却器およ
びスワール発生用１次吸気ポートを通じて燃焼室
へ送られる給気の充填効率が高められるととも
に、大きなスワールが発生する。

また、エンジンの高速または低負荷運転域で
は、排気絞り弁および過給気絞り弁が開放状態と
なり、１次吸排気系および２次吸排気系による給
気および排気が行なわれて、冷却器を通じて冷却
された給気がスワール発生用１次吸気ポートおよ
びスワール減少用２次吸気ポートを通じて燃焼室
へ送られて、充填効率が高められるとともに、そ
のスワールは減少する。

〔実施例〕

以下、図面により本考案の実施例について説明
すると、第１〜３図は本考案の一実施例としての
排気過給機付きエンジンを示すもので、第１図は
その全体構成図、第２，３図はいずれもその作用
を説明するためのグラフである。

第１図に示すようにエンジン１の１次吸排気系
Ｐには、この１次吸排気系Ｐの排気通路１１に介
装されたタービン６ａと、このタービン６ａによ
り駆動されるべく１次吸排気系Ｐの吸気通路７に
介装されたコンプレツサ６ｂとからなる主排気過
給機（ターボチヤージヤ）６が設けられている。

そして、コンプレツサ６ｂからの過圧された給
気は、冷却器としての主インタークーラー２７、
主給気マニホルド５ａを通じて、各気筒の燃焼室
２へ通じる１次吸気ポート３ａへ送られ、１次吸
気ポート３ａにおける１次吸気弁２８の開閉に伴
つて各気筒の燃焼室２内へ送られる。

各気筒の燃焼室２の１次排気ポート４ａおよび
２次排気ポート４ｂから排出される排気は、１次
吸排気系Ｐおよび２次吸排気系Ｓの排気通路をな
す排気マニホルド１０へ送られ、さらに、排気マ
ニホルド１０から排気通路１１を介してタービン
６ａへ供給される。

また、エンジン１の２次吸排気系Ｓには、この
２次吸排気系Ｓの排気通路１２に介装されたター
ビン８ａと、このタービン８ａにより駆動される
べく２次吸排気系Ｓの吸気通路９に介装されたコ
ンプレツサ８ｂとからなる副排気過給機（ターボ
チヤージヤ）８が設けられている。

そして、コンプレツサ８ｂからの過圧された給
気は、吸気通路９に介装された過給気絞り弁とし
ての過給気切換弁１９、冷却器としての副インタ
ークーラー３０、副給気マニホルド５ｂを通じ
て、各気筒の燃焼室２に通じる２次吸気ポート３
ｂへ送られ、２次吸気ポート３ｂにおける従来公
知の弁作動停止機構付き２次吸気弁２９の開閉に
伴つて、各気筒の燃焼室２内へ送られる。

また、主インタークーラー２７および副インタ
ークーラー３０は、空気冷却型ないし水冷却型に
構成されていて、一体型ないし独立型に構成され
ている。

そして、主インタークーラー２７は、副インタ
ークーラー３０よりも冷却量が大きいように、冷
媒の上流側に配設される。

各気筒の燃焼室２に通じる１次排気ポート４ａ
および２次排気ポート４ｂから排出される排気
は、排気マニホルド１０へ送られ、排気マニホル
ド１０から排気絞り弁としての排気切換弁１８を
介装された排気通路１２を通じてタービン８ａへ
供給される。

そして、排気マニホルド１０とタービン８ａと
の間の排気通路１２に介装された排気切換弁１８
は、排気絞り弁用アクチユエータとしてのシリン
ダ３２によつて駆動されるようになつていて、常
時戻しバネ３２ｂによつて閉鎖状態に付勢されて
いる。

そして、このシリンダ３２の作動室３２ａ内の
空気は、連通路２３に介装された電磁式開閉弁２
６のエアーポンプ連通状態において、エアーポン
プ３１により吸引されるようになつていて、作動
室３２ａ内の空気が減圧されることにより、排気
切換弁１８が開放（連通）状態となる。

また、電磁式開閉弁２６は、例えば、三方切換
弁として構成されていて、連通路２３を大気へ連
通し、かつエアーポンプ３１と遮断する大気連通
状態と、連通路２３をエアーポンプ３１に連通
し、かつ大気と遮断するエアーポンプ連通状態と
を切り換えるもので、制御装置２５からの制御信
号を受けてその状態が切換制御される。

連通路２３は、過給気絞り弁用アクチユエータ
としてのシリンダ３３の作動室３３ａにも連通し
ており、シリンダ３３は、その作動室３３ａ内の
圧力が大気圧のとき、戻しバネ３３ｂによりリン
ク機構２４を通じて、過給気切換弁１９を閉鎖状
態にしかつ逃し弁２０を開放状態にする。

そして、シリンダ３３の作動室３３ａ内の圧力
が負圧のときに、リンク機構２４を通じて、過給
気切換弁１９を開放状態にしかつ逃し弁２０を閉
鎖状態にする。

なお、第１図中の符号１３，１４はいずれも吸
気通路を示しており、１５，１６はいずれも排気
通路、１７は排出口、２１は開放口を示してい
る。

本考案の一実施例としての排気過給機付きエン
ジンは上述のごとく構成されているので、エンジ
ン１の回転が低速高負荷のときには、制御装置２
５から電磁式開閉弁２６へ制御信号が送られて、
電磁式開閉弁２６が大気連通状態となつて、作動
室３２ａ，３３ａ内の空気が大気圧になり、各シ
リンダ３２，３３は、その戻しバネ３２ｂ，３３
ｂにより、排気切換弁１８および過給気切換弁１
９を閉鎖状態として、逃し弁２０を開放状態とす
る。

これにより、１次吸排気系Ｐの主排気過給機６
のみが作動して、コンプレツサ６ｂからの過圧さ
れた給気が、主インタークーラー２７で冷却され
て、１次給気マニホルド５ａ、１次吸気弁２８を
介して各気筒の燃焼室２へ供給される。

このとき、２次吸気弁２９は、弁作動停止機構
によりその作動が停止される。

そして、各気筒の燃焼室２からの排気が、排気
マニホルド１０および排気通路１１を介してター
ビン６ａへ供給され、タービン６ａを回転駆動し
た排気が排気通路１５を通じて、排気口１７へ送
られる。

このとき、１次給気ポート３ａは、大きなスワ
ールを発生するので、燃焼室２内の燃焼が促進さ
れて、エンジン１の高出力を得ることができる。

エンジン１の回転が高速または負荷が低いとき
には、制御装置２５から電磁式開閉弁２６へ制御
信号が送られて、電磁式開閉弁２６がエアーポン
プ連通状態となつて、作動室３２ａ，３３ａ内の
空気がエアーポンプ３１により排出されて、排気
切換弁１８および過給気切換弁１９を開放状態と
して、さらに、逃し弁２０を閉鎖状態とする。

これにより、１次吸排気系Ｐの主排気過給機６
および２次吸排気系Ｓの副排気過給機８がともに
作動して、コンプレツサ６ｂ，８ｂからの過圧さ
れた給気が、主インタークーラー２７および副イ
ンタークーラー３０で冷却されて、１次給気マニ
ホルド５ａ、１次吸気弁２８および２次給気マニ
ホルド５ｂ、２次吸気弁２９を介して各気筒の燃
焼室２へ供給される。

そして、各気筒の燃焼室２からの排気が、排気
マニホルド１０および排気通路１１，１２を介し
てタービン６ａ，８ａへ供給され、タービン６
ａ，８ａを回転駆動した排気が、排気通路１５，
１６を通じて排気口１７へ送られる。

このとき、１次吸気ポート３ａと２次吸気ポー
ト３ｂとが協動して、スワールの小さな給気量の
多い給気を燃焼室２へ供給して、エンジン１の高
出力を得ることができる。

このように、主排気過給機６のみの作動状態
と、主排気過給機６および副排気過給機８の両方
の作動状態とを、第２図に示すように、エンジン
１の状態に応じて切り換えることができるので、
第３図に示すように、大きな出力を得ることがで
き（同図中符号Ａ参照）、さらに、主インターク
ーラー２７および副インタークーラー３０がそな
えられているので、より大きな出力を得ることが
できる（同図中の符号Ｂ参照）。

なお、制御装置２５から電磁式開閉弁２６へ送
られる制御信号を、適宜デユーテイ制御等するこ
とによつて、排気切換弁１８および過給気切換弁
１９を全閉状態と全開状態との間でその開度を調
整するようにしてもよい。

〔考案の効果〕

以上詳述したように、本考案の排気過給機付き
エンジンによれば、エンジンの１次吸排気系の排
気通路に介装されたタービンと同タービンにより
駆動されるべく同１次吸排気系の吸気通路に介装
されたコンプレツサとからなる主排気過給機と、
上記エンジンの２次吸排気系の排気通路に介装さ
れたタービンと同タービンにより駆動されるべく
同２次吸排気系の吸気通路に介装されたコンプレ
ツサとからなる副排気過給機とをそなえるととも
に、上記２次吸排気系の排気通路に介装されて上
記副排気過給機のタービンへ供給される排気の流
量制御を行なう排気絞り弁と、上記２次吸排気系
の吸気通路に介装されて上記副排気過給機のコン
プレツサから送出される過給気の流量制御を行な
う過給気絞り弁とをそなえ、上記排気絞り弁の開
度を調整する排気絞り弁用アクチユエータと、上
記過給気絞り弁の開度を調整する過給気絞り弁用
アクチユエータと、上記の排気絞り弁用アクチユ
エータおよび過給気絞り弁用アクチユエータへ制
御信号を供給する制御装置とをそなえ、上記１次
吸排気系の吸気通路および上記２次吸排気系の吸
気通路にそれぞれ冷却器が介装されて、上記１次
吸排気系の吸気通路に、上記エンジンの全運転域
に亘つて作動する１次吸気弁と、上記エンジンの
燃焼室へ送られる給気に大きなスワールを発生さ
せるスワール発生用１次吸気ポートとが設けられ
るとともに、上記２次吸排気系の吸気通路に、上
記エンジンの低速高負荷運転域で作動する弁作動
停止機構付き２次吸気弁と、上記燃焼室へ送られ
る給気のスワールを減少させるスワール減少用２
次吸気ポートとが設けられるという簡素な構成
で、次のような効果ないし利点を得ることができ
る。

(1) スワール発生用１次吸気ポートとスワール減
少用２次吸気ポートとによりスワールの強弱を
選択できることとなつて、特に、低速高負荷域
でのスワール比が向上できるので、燃焼が大幅
に改善される。

(2) 給気の冷却により、空気量が増加するので、
上記第１項の効果がより高められるとともに、
そのトルクが増加し、NOxの排出量が減少す
る。

(3) エンジンの耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本考案の一実施例としての排気過
給機付きエンジンを示すもので、第１図はその全
体構成図、第２，３図はいずれもその作用を説明
するためのグラフであり、第４図は従来の排気過
給機付きエンジンを示す全体構成図である。 １……エンジン、２……燃焼室、３ａ……１次
吸気ポート、３ｂ……２次吸気ポート、４ａ……
１次排気ポート、４ｂ……２次排気ポート、５ａ
……１次給気マニホルド、５ｂ……２次給気マニ
ホルド、６……主排気過給機（ターボチヤージ
ヤ）、６ａ……タービン、６ｂ……コンプレツサ、
７……吸気通路、８……副排気過給機（ターボチ
ヤージヤ）、８ａ……タービン、８ｂ……コンプ
レツサ、９……吸気通路、１０……排気マニホル
ド、１１，１２……排気通路、１３，１４……吸
気通路、１５，１６……排気通路、１７……排気
口、１８……排気絞り弁としての排気切換弁、１
９……過給気絞り弁としての過給気切換弁、２０
……逃し弁、２１……開放口、２３……連通路、
２４……エアーリンク機構、２５……制御装置、
２６……電磁式開閉弁、２７……冷却器としての
主インタークーラー、２８……１次吸気弁、２９
……２次吸気弁、３０……冷却器としての副イン
タークーラー、３１……エアーポンプ、３２……
排気絞り弁用アクチユエータとしてのシリンダ、
３２ａ……作動室、３２ｂ……戻しバネ、３３…
…過給気絞り弁用アクチユエータとしてのシリン
ダ、３３ａ……作動室、３３ｂ……戻しバネ、Ｐ
……１次吸排気系、Ｓ……２次吸排気系。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. エンジンの１次吸排気系の排気通路に介装され
   たタービンと同タービンにより駆動されるべく同
   １次吸排気系の吸気通路に介装されたコンプレツ
   サとからなる主排気過給機と、上記エンジンの２
   次吸排気系の排気通路に介装されたタービンと同
   タービンにより駆動されるべく同２次吸排気系の
   吸気通路に介装されたコンプレツサとからなる副
   排気過給機とをそなえるとともに、上記２次吸排
   気系の排気通路に介装されて上記副排気過給機の
   タービンへ供給される排気の流量制御を行なう排
   気絞り弁と、上記２次吸排気系の吸気通路に介装
   されて上記副排気過給機のコンプレツサから送出
   される過給気の流量制御を行なう過給気絞り弁と
   をそなえ、上記排気絞り弁の開度を調整する排気
   絞り弁用アクチユエータと、上記過給気絞り弁の
   開度を調整する過給気絞り弁用アクチユエータ
   と、上記の排気絞り弁用アクチユエータおよび過
   給気絞り弁用アクチユエータへ制御信号を供給す
   る制御装置とをそなえ、上記１次吸排気系の吸気
   通路および上記２次吸排気系の吸気通路にそれぞ
   れ冷却器が介装されて、上記１次吸排気系の吸気
   通路に、上記エンジンの全運転域に亘つて作動す
   る１次吸気弁と、上記エンジンの燃焼室へ送られ
   る給気に大きなスワールを発生させるスワール発
   生用１次吸気ポートとが設けられるとともに、上
   記２次吸排気系の吸気通路に、上記エンジンの低
   速高負荷運転域で作動する弁作動停止機構付き２
   次吸気弁と、上記燃焼室へ送られる給気のスワー
   ルを減少させるスワール減少用２次吸気ポートと
   が設けられたことを特徴とする、排気過給機付き
   エンジン。