JPH066899B2 - タ−ボ過給エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はターボ過給エンジンに関し、特に過給効率向上
のための排気通路構成の改良に関する。

（従来技術） 従来の一般的なターボ過給エンジンは、複数気筒からの
排気ガスを集合させてターボ過給機に導く排気通路を備
えるとともに、高速域でエンジンへの過給圧が上昇し過
ぎることを防止するため、上記タービンをバイパスする
バイパス通路と、このバイパス通路を開閉するバイパス
弁とを備え、過給圧が設定値に達したときバイパス弁が
開かれて排気ガスの一部をバイパス通路に逃がすように
している。上記バイパス弁は、通常、タービンハウジン
グに一体的に上流端がタービンの直上流のタービンハウ
ジングに開口している。

例えば、実開昭５６−６６０２８号公報に示されるよう
に、排気系を２系統の排気通路に分け、半数ずつの気筒
からの排気ガスをそれぞれ集合させて独立にタービンに
導入くことにより、排気の動圧を利用して過給機駆動効
率の向上を図るようにしたものがあるが、この装置にお
いても、バイパス通路の上流端は、タービンの直上流の
２分割された排気導入路に開口している。

このような装置においては、排気ポートからタービン近
傍までの排気通路が、排気ガス量が多い高速時にも各気
筒からの排気ガスの全量を充分に流通させることができ
るように比較的大径に形成されており、タービンの直前
で、ある程度通路を絞って排気流速を高めるようにして
いる。しかし、このような構造によると、排気ガス量が
少ない低速域では、排気ガスが排気通路内で膨脹して排
気エネルギーが低下し、タービン直前で通路を絞っても
エネルギーロスが生じる。このため、低速域での過給効
率を高めるためには排気通路径を小さくすることが望ま
れるが、上記のように高速時に排気ガスの全量を流通さ
せる必要があることから、排気通路径を小さくすること
が困難であった。

（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、高
速時にタービンをバイパスさせる排気ガスを排気ポート
近傍で分流させることにより、排気ガスをタービンに導
く排気通路内でのエネルギーロスを小さくでき低速域で
の過給効率の向上を図ることが可能なターボ過給エンジ
ンを提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、複数の気筒の排気ポートから排気ガスをター
ボ過給機のタービンに導く排気通路と、上記タービンを
バイパスして排気ガスを導くバイパス通路と、このバイ
パス通路を開閉するバイパス弁とを備えたターボ過給エ
ンジンにおいて、上記排気通路を各気筒毎に第１排気通
路と第２排気通路とに分岐させ、上記第１排気通路の下
流端を集合させて上記タービンに接続し、上記第２排気
通路を上記タービンの下流側に接続して上記バイパス通
路を構成するとともに、エンジンの過給圧を検出してこ
の過給圧が一定以上の場合に上記バイパス弁を開かせる
バイパス制御手段を備えたものである。

この構成において、エンジンの過給圧が一定値に達して
いない運転領域では、各気筒の排気ポートから排出され
た排気ガスは、すべて第１排気通路を通ってその下流端
で集合し、タービンに送られる。これに対し、エンジン
の過給圧が上記一定値以上の運転領域では、上記排気ガ
スが上記集合部分よりも上流側で第１排気通路と第２排
気通路とに分流し、第２排気通路に流れたガスが上記タ
ービンをバイパスしてその下流側に導かれることによ
り、過給圧の過度上昇が防がれる。

このように、高過給圧領域で第１排気通路と第２排気通
路とに排気ガスが分流する分、第１排気通路の通路面積
を削減することができ、しかも、この第１排気通路と第
２排気通路とは第１排気通路の集合部分よりも排気ポー
トに近い側から既に分岐しているため、タービンに導か
れる排気ガス流速を十分高く維持できる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係るターボ過給エンジンの
構成図である。同図において、エンジン本体１はシリン
ダブロック２を有し、このシリンダブロック２には４個
の気筒２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄがそれぞれ設けられてい
る。上記気筒２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄには、噴射燃料を
燃焼室へ送るための吸気ポート３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ
と、燃焼室の燃焼ガスを排出するための排気ポート４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとが接続されている。

上記エンジン本体１における吸気ポート３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄは、吸気マニホールド５内に設けられた吸気通
路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにそれぞれ接続されている。
排気ポート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは排気マニホールド
６内に設けられた排気通路６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに接
続され、排気通路６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは途中で第１
排気通路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと第２排気通路８ａ，
８ｂ，８ｃ，８ｄとに分岐している。第１排気通路７
ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは排気マニホールド６内に設けら
れ、この第１排気通路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの下流端
は排気通路９に接続されることにより集合される。第２
排気通路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの下流端には、これら
を連通するバイパス弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ
がそれぞれ設けられ、これら第２排気通路８ａ，８ｂ，
８ｃ，８ｄは共通バイパス通路１１を介して排気通路１
２に接続されている。ターボ過給機１３はタービン１４
とこのタービン１４に連動されたコンプレッサ１５とを
有し、タービン１４は排気通路９，１２間に設けられ、
コンプレッサ１５は吸気通路１６，１７間に設けられて
いる。吸気通路１７の下流端は、吸気通路５ａ，５ｂ，
５ｃ，５ｄの各上流端を接続している吸気通路１８に接
続されている。吸気通路１７の下流側には吸気量を制御
するためのスロットルバルブ１９が設けられている。コ
ントロールユニット（バイパス制御手段）２０は、吸気
通路１７内の空気過給圧を検出して所定の演算を行ない
バイパス弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄをそれぞれ
制御するものである。

次に、この実施例の動作について説明する。

排気ガス量が少なくて吸気通路１７の過給圧が設定値よ
りも低い低速域では、バイパス弁１０ａ，１０ｂ，１０
ｃ，１０ｄにより共通バイパス通路１１が閉じられた状
態で、各気筒２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄからの排気ガスが
ターボ過給機１３のタービン１４に導かれる。一方、排
気ガス量が多い高速域では、過給圧が設定値に達するに
伴ってバイパス弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄがそ
れぞれ開かれ、各気筒２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄからの排
気ガスの一部が第２排気通路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ及
び共通バイパス通路１１からなるバイパス通路を通って
排気通路１２にバイパスされ、これにより最高過給圧が
制御される。この場合、排気ポート４ａ，４ｂ，４ｃ，
４ｄの近傍から排気ガスがバイパスされるので、第１排
気通路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄおよび排気通路９は、高
速域での排気ガスバイパス量を除いた排気ガスを流通さ
せるのに足る程度に細くしておけばよく、また、高速域
での排気抵抗の急増を防止することができる。したがっ
て、排気ガス量の少ない低速域で、排気通路において排
気エネルギーが低下することが抑制されるとともに、応
答性が向上され、排気エネルギーを有効にタービンに作
用させて過給効率を高めることができる。

第２図は本発明の他の実施例に係るターボ過給エンジン
の構成図である。第２図において、第１図に示す構成要
素に対応するものには同一の参照符を付す。第２図にお
いて、エンジン本体１はシリンダブロック２を有し、こ
のシリンダブロック２には４個の気筒２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄがそれぞれ設けられている。上記気筒２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄには、噴射燃料を燃焼室へ送るための吸
気ポート３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、燃焼室の燃焼ガス
を排出するための排気ポート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと
が接続されている。

上記エンジン本体１における吸気ポート３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄは、吸気マニホールド５内に設けられた吸気通
路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにそれぞれ接続されている。
排気ポート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは排気マニホールド
６内に設けられた排気通路６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに接
続され、排気通路６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは途中で分岐
され第１排気通路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと第２排気通
路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄとに接続されている。第１排
気通路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは排気マニホールド６内
に設けられ、この第１排気通路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ
の下流端は排気通路９に接続されることにより集合され
る。第２排気通路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの下流端は共
通排気通路８に接続されて集合させ、この共通排気通路
８には第２排気通路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄと連通した
バイパス弁１０が設けられ、この共通排気通路８は共通
バイパス通路１１を介して排気通路１２に接続されてい
る。

ターボ過給機１３はタービン１４とこのタービン１４に
連動されたコンプレッサ１５とを有し、タービン１４は
排気通路９，１２間に設けられ、コンプレッサ１５は吸
気通路１６，１７間に設けられている。吸気通路１７の
下流端は、吸気通路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの各上流端
を接続している吸気通路１８に接続されている。吸気通
路１７の下流側には吸気量を制御するためのスロットル
バルブ１９が設けられている。コントロールユニット２
０は、吸気通路１７内の空気過給圧を検出して所定の演
算を行ないバイパス弁１０を制御するものである。

次に、この実施例の動作について説明する。

排気ガス量が少なくて吸気通路１７の過給圧が設定値よ
りも低い低速域では、バイパス弁１０により共通バイパ
ス通路１１が閉じられた状態で、各気筒２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄからの排気ガスがターボ過給機１３のタービン
１４に導かれる。一方、排気ガス量が多い高速域では、
過給圧が設定値に達するに伴ってバイパス弁１０が開か
れ、各気筒２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄからの排気ガスの一
部がバイパス通路１１を通って排気通路１２にバイパス
され、これにより最高過給圧が制御される。この場合、
排気ポート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの近傍から排気ガス
がバイパスされるので、第１排気通路７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄおよび排気通路９は、高速域での排気ガスバイ
パス量を除いた排気ガスを流通させるのに足る程度に細
くしておけばよく、また、高速域での排気抵抗の急増を
防止することができる。したがって、排気ガス量の少な
い低速域で、排気通路において排気エネルギーが低下す
ることが抑制されるとともに、応答性が向上され、排気
エネルギーを有効にタービンに作用させて過給効率を高
めることができる。また、この実施例では、バイパス弁
が１個だけ設けられているので、第１図の実施例のよう
にバイパス弁が４個設けられているのに比べ排気通路の
構造が簡単となり、低コスト化を図れる利点を有する。

なお、本発明は、４気筒エンジンに実施したが、他の気
筒のエンジンに実施してもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、排気通路を各気筒毎に第
１排気通路と第２排気通路とに分岐し、第２排気通路を
タービン下流側に接続してバイパス通路を構成し、この
バイパス通路のバイパス弁を過給圧が一定値以上の場合
に開くようにしているので、このバイパス弁の簡単な制
御によって過給圧が過剰に高まるのを確実かつ未然に防
ぐことができる。そして、上記バイパス弁が開いた状態
では第１排気通路及び第２排気通路の双方で排気を行う
分、第１排気通路の通路面積を減少させることができ、
しかも、この第１排気通路と第２排気通路とを第１排気
通路の集合部分よりも排気ポートに近い位置から分岐し
ているため、低過給圧領域すなわち第１排気通路のみで
排気が行われる領域での該第１排気通路における排気流
速を高め、これにより、排気ガスエネルギを少ないロス
で上記タービンの駆動に十分有効利用できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るターボ過給エンジンの
構成図、第２図は本発明の他の実施例に係るターボ過給
エンジンの構成図である。 １…エンジン本体、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…気筒、４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…排気ポート、６ａ，６ｂ，６
ｃ，６ｄ…排気通路、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…第１排
気通路、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ…第２排気通路、１０
ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０…バイパス弁、１１
…共通バイパス通路（バイパス通路の一部を構成）、１
３…ターボ過給機、１４…タービン、２０…コントロー
ルユニット（バイパス制御手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の気筒の排気ポートから排気ガスをタ
   ーボ過給機のタービンに導く排気通路と、上記タービン
   をバイパスして排気ガスを導くバイパス通路と、このバ
   イパス通路を開閉するバイパス弁とを備えたターボ過給
   エンジンにおいて、上記排気通路を各気筒毎に第１排気
   通路と第２排気通路とに分岐させ、上記第１排気通路の
   下流端を集合させて上記タービンに接続し、上記第２排
   気通路を上記タービンの下流側に接続して上記バイパス
   通路を構成するとともに、エンジンの過給圧を検出して
   この過給圧が一定以上の場合に上記バイパス弁を開かせ
   るバイパス制御手段を備えたことを特徴とするターボ過
   給エンジン。