JPH0819855B2 - 排気タ−ボ過給機付多気筒エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は排気タービンより上流の排気通路に各気筒毎
の独立排気通路を備えた排気ターボ過給機付多気筒エン
ジンの排気装置に関するものである。

（従来技術） 従来から、排気ガスにより駆動されて吸気を過給する
排気ターボ過給機を備えた多気筒エンジンは一般に知ら
れている。この種のエンジンでは、排気通路中に排気ガ
スによって回転駆動されるタービンが設けられ、このタ
ービンより上流の排気通路（排気マニホールド）に、各
気筒の排気ポートにそれぞれ接続された独立排気通路を
備え、各気筒から排出された排気ガスがタービンに導か
れるようになっている。例えば実開昭59−148427号公
報、実開昭56−66028号公報等この種のエンジンの排気
装置や排気ターボ過給機が開示されている。

ところで、このような排気ターボ過給機を備えたエン
ジンでは、低速域での過給応答性を向上させるためには
各気筒毎の独立排気通路をある程度小径とする必要があ
り、このようにするとエンジンの高速・高負荷時には、
各気筒から排出される排気ガスの温度が極めて高くな
り、排気タービンに加わる熱負荷が非常に大きくなる。
このため従来は、排気ガスの高温化に対し、空燃比を理
論空燃比よりも過濃側に設定することによりたいしよし
ていたが、このように燃料を過剰に供給すると、燃費が
悪化するという問題がある。

このほかに高速・高負荷時の対策としては、例えば上
記実開昭59−148427公報に示されるように、排気の干渉
を回避するように排気マニホールドの内部通路を分割し
た隔壁に連通部を設け、エンジンの回転数が設定値以上
のときに、上記連通部を開くことにより排気ガス圧力を
低下させるようにしたものがあるが、これによっても充
分に排気ガス温度を低下することはできなかった。

そこで当出願人は、各気筒の独立排気通路を排気ポー
ト近傍で相互に連通する連通路を設け、この連通路での
放熱により排気ガス温度を充分に低下させることができ
るようにしたエンジンの排気装置をすでに出願している
（特願昭61−123742号（特開昭63−106319））。ただし
このような構造による場合に多気筒エンジンの全ての気
筒の各排気通路を相互に連通するように連通路に形成す
ると、排気系が複雑になるとともに、連通路への排気ガ
スの分流により、排気タービンに作用する排気エネルギ
ーが低下し易くなる。

（発明の目的） 本発明は上記の事情に鑑み、排気系を比較的簡単な構
造とし、かつ、充分に排気エネルギーを排気タービンに
作用させることができるようにしながら、放熱により排
気温度を低下させることができる多気筒エンジンの排気
装置を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、排気ターボ過給機のタービンより上流の排
気通路に、各気筒の排気ポートにそれぞれ接続された独
立排気通路を備えた排気ターボ過給機付多気筒エンジン
の排気装置において、別個の気筒の独立排気通路を排気
ポートの近傍で相互に連通する連通路を、エンジンの全
気筒のうちの一部気筒に対してのみ設け、かつ、この一
部気筒を上記タービンから最も近接した気筒以外のもの
としている。

この構成によると、排気ガスの一部が上記連通路を通
過する間に放熱されることにより排気温度を低下させる
作用が得られ、しかも、排気タービンに近接した気筒か
らの排気ガスのエネルギーは連通路に分散されることな
く排気タービンに与えられる。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例を示している。この図に
示すエンジンは直列４気筒エンジンであって、エンジン
本体１に、図の左側から順に１番〜４番の４つの気筒2a
〜2dが配列されている。上記各気筒2a〜2dには、それぞ
れ、燃焼室に開口する吸気ポート３および排気ポート４
が設けられ、これら吸気ポート３および排気ポート４は
図外の吸気弁および排気弁により所定のタイミングで開
閉されるようになっている。そして、上記各吸気ポート
３には、吸気マニホールド５とその集合部より上流の共
通吸気通路６とで構成された吸気通路が連通し、各排気
ポート４には、排気マニホールド７とその集合部より下
流の共通排気通路８とで構成された排気通路が連通して
いる。

10は排気ターボ過給機であって、排気マニホールド７
の集合部の直下流の排気通路に設けられた排気タービン
11と、吸気通路に介設されて上記排気タービン11に連結
されたコンプレッサ12とを備え、排気ガスにより上記排
気タービン11が駆動され、これに連動してコンプレッサ
12が回転することにより吸気を過給するようになってい
る。また、13は排気通路の排気タービン11をバイパスす
るバイパス通路、14は過給圧に応じて働くアクチュエー
タ15により作動されて上記バイパス通路13を開閉するウ
エストゲートバルブ、16はコンプレッサ12下流の吸気通
路に設けられたインタクーラ、17はスロットル弁であ
る。

上記排気タービン11より上流の排気通路を構成する排
気マニホールド７には、各気筒2a〜2dの排気ポート４に
それぞれ一端が個別に接続された４本の独立排気通路20
a〜20dが設けられ、各独立排気通路20a〜20dの他端は相
互に連通するように集合されている。また、上記排気タ
ービン11に作用する排気の動圧を高めるため、排気マニ
ホールド７の集合部には、この部分を２分割する仕切り
壁21が設けられている。

さらに上記排気マニホールド７には、別個の気筒の独
立排気通路を排気ポート４の近傍で相互に連通接続する
連通路22が、エンジンの全気筒のうちの一部である２つ
の気筒に対してのみ設けられ、かつ、上記連通路22によ
って独立排気通路が相互に連通される気筒は排気タービ
ン11に最も近接した気筒以外のものとされている。この
連通路22が設けられる気筒は、予め排気マニホールド形
状等によって定められた排気タービン11と各気筒との位
置関係に応じて特定される。当実施例では、排気マニホ
ールド７が左右対称形状とされて、排気マニホールド７
の集合部およびその直下流の排気タービン11はエンジン
中央部（２番気筒2bと３番気筒2cとの中間部）に対応す
る位置にあり、この場合、２番気筒2aと３番気筒2cとが
排気タービン11に最も近接しているので、これらの気筒
の各独立排気通路20b,20cには連通路が接続されず、排
気タービン11から比較的遠い位置にある１番気筒2aと４
番気筒2dの各独立排気通路20a,20dに、連通路22の両端
が接続されている。

また、上記１番気筒2aおよび４番気筒2dの各独立排気
通路20a,20dにおいては、連通路22への排気ガスの分流
によってこれより下流側部分の排気ガス流通量は他の独
立排気通路20b,20cと比べて少なくなることから、当実
施例では、連通路22の通路面積に相当する分だけ連通路
接続個所より下流の独立排気通路20a,20dの通路面積S₁
が他の独立排気通路20b,20cの通路面積S₂よりも小さく
されている。

以上のような構造の排気装置によると、各気筒2a〜2d
から排出された排気ガスは、それぞれの排気ポート４に
連通る各独立排気通路20a〜20dを通り、排気マニホール
ド７の集合部を経て排気タービン11に送られ、この排気
ガスのエネルギーによって排気タービン11が駆動され
る。また、連通路22によって相互に連通された１番気筒
2aと４番気筒2dの独立排気通路20a,20dの間では、一方
の気筒から排出された排気ガスの一部が連通路22を通っ
て他方の気筒の独立排気通路にも流れる。そして、高速
・高負荷時には気筒から排出される排気ガスの温度が極
めて高くなるが、上記連通路22が設けられていることに
より、排気ガスの一部が連通路22を通過する間に放熱さ
れ、排気温度が引下げられる。

しかも、排気タービン11から比較的遠い１番気筒2aと
４番気筒2dの独立排気通路20a,20dに対してのみ連通路2
2が設けられていることにより、排気タービン11には充
分に排気エネルギーが与えられる。つまり、当実施例の
排気マニホールド形状による場合、排気タービン11に近
い２番気筒2bおよび３番気筒2cから排出された排気ガス
は、本来的に排気タービン11に達するまでの動圧の減衰
が小さくて排気タービン11に強く作用し、大きな排気エ
ネルギーを排気タービン11に与える。そして、これらの
気筒の独立排気通路20b,20cに対しては連通路が設けら
れていないことにより、これらの気筒からの排気ガスの
排気エネルギーは分散されることなく有効に排気タービ
ン11の駆動に利用される。一方、排気タービン11から遠
い位置にある１番気筒2aおよび４番気筒2dからの排気ガ
スは、本来的に、排気タービン11に近い気筒からの排気
ガスと比べると動圧が減衰し易くて排気タービン11に対
する作用が弱いため、これらの気筒の独立排気通路20a,
20dの間に連通路22を設けても、排気タービン11の駆動
に及ぼす影響は小さく抑えられる。さらにこれら独立排
気通路20a,20dの連通路接続箇所より下流の通路面積を
小さくしておけば、これらの独立排気通路20a,20dにお
いても排気流速の低下が避けられるため排気エネルギー
の低下が小さくなる。

こうして排気タービン11に充分に排気エネルギーが与
えられることにより、排気ターボ過給機の駆動力が充分
に確保されるとともに、過給応答性も高く保たれる。実
際に当発明者が実験的に調べたところでも、当実施例の
装置によると、上記連通路22を設けない場合と比べ、排
気温度は大幅に低下したが、排気ターボ過給機の駆動力
および過給応答性はほとんど変りがなかった。

第２図は本発明の第２実施例を示している。この実施
例では、排気マニホールド７の集合部および排気タービ
ン11がエンジン中央部に対応する位置からずれて、１番
気筒2aと２番気筒2bとの中間部に対応する位置に偏るよ
うに、排気マニホールド７が非対称形状に形成されてい
る。このような排気マニホールド形状による場合、排気
タービン11に対して１番気筒2aおよび２番気筒2bが最も
近接し、３番気筒2cおよび４番気筒2dが比較的遠い位置
にあるため、３番気筒2cと４番気筒2dの各独立排気通路
20c,20dの間に、これらを排気ポート近傍で相互に連通
する連通路22を設けておけばよい。

第３図および第４図は本発明を３気筒エンジンに適用
した第３実施例および第４実施例を示している。これら
の実施例でも、各気筒2a〜2dの排気ポート４にそれぞれ
接続された独立排気通路20a〜20cのうちで、排気タービ
ン11に最も近い気筒以外の一部気筒の独立排気通路に対
してのみ、これらを排気ポート４近傍で相互に連通する
連通路22が設けられる。すなわち、第３図では排気マニ
ホールド７が左右対称形状となっていて、エンジン本体
１に設けられた各気筒のうちで２番気筒2bが排気タービ
ン11に最も近接しているので、１番気筒2aと３番気筒2c
の各独立排気通路20a,20cを相互に連通接続するように
連通路22を設ければよい。また、第４図では、排気マニ
ホールド７の集合部および排気タービン11が１番気筒2a
側に偏った状態に排気マニホールド７が非対称形状に形
成されていて、１番気筒2aが排気タービン11に最も近接
しているため、２番気筒2bと３番気筒2cの各独立排気通
路20b,20cを相互に連通するように連通路22を設ければ
よい。

第５図乃至第７図は本発明を６気筒エンジンに適用し
た第５乃至第７実施例をそれぞれ示し、これらの実施例
でも、各気筒2a〜2fの排気ポート４にそれぞれ接続され
た独立排気通路20a〜20fのうちで、排気タービン11に最
も近い気筒以外の一部気筒の独立排気通路に対しての
み、連通路22a,22bもしくは22′が設けられる。

すなわち、第５図では、エンジン本体１の各気筒2a〜
2fの対応した６つの独立排気通路20a〜20fを有する排気
マニホールド７が左右対称形状となっている。この場
合、エンジン本体１に設けられた各気筒のうちで３番気
筒2cおよび４番気筒2dが排気タービン11に最も近接する
ので、これ以外の気筒の独立排気通路に対して連通路を
設け、例えば１番気筒2aと２番気筒2bの各独立排気通路
20a,20bを相互に連通する連通路22a、および５番気筒2e
と６番気筒2fの各独立排気通路20e,20fを相互に連通す
る連通路22bを設けておけばよい。なお、この図におい
て、21′は排気マニホールド７の集合部からタービン車
室にまでわたる排気通路を２分割する仕切りで壁であ
る。

第６図では、排気マニホールド７の集合部および排気
タービン11がエンジン中央部に対応する位置からずれ
て、２番気筒2bと３番気筒2cとの中間部に対応する位置
に偏るように、排気マニホールド７が非対称形状に形成
されている。この場合、２番気筒2bおよび３番気筒2cが
排気タービン11に最も近接するので、これ以外の気筒の
独立排気通路に対して連通路を設け、例えば１番気筒2a
と６番気筒の2fの各独立排気通路20a,20fを相互に連通
する連通路22a、および４番気筒2dと５番気筒2eの各独
立排気通路20d,20eを相互に連通する連通路22bを設けて
おけばよい。

また、上記第５図および第６図の各実施例ではそれぞ
れ２つずつの気筒の独立排気通路を相互に連通する２つ
の連通路を個別に設けているが、第７図のように、排気
タービン11に最も近接する気筒以外の４つの気筒の各独
立排気通路を１つの連通路22′で相互に連通するように
してもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明は、別個の気筒の各独立排気通路
を相互に連通接続する連通路を設けて、この連通路での
放熱により排気温度を低下させるようにし、特に、一部
気筒に対してのみ連通路を設け、その一部気筒は排気タ
ービンに最も近接する気筒以外のものとしているため、
全気筒の独立排気通路に対して連通路を設ける場合より
も構造が簡単になるとともに、本来的に排気タービンに
動圧を強く作用させることのできる気筒からの排気ガス
のエネルギーが連通路に分散されることが避けられ、充
分に排気エネルギーを排気タービンに作用させることが
できる状態を確保しつつ、排気温度の低減を図ることが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す概略平面図、第２図
は第２実施例を示す要部概略平面図、第３図は第３実施
例を示す要部概略平面図、第４図は第４実施例を示す要
部概略平面図、第５図は第５実施例を示す要部概略平面
図、第６図は第６実施例を示す要部概略平面図、第７図
は第７実施例を示す要部概略平面図である。 １……エンジン本体、2a〜2f……気筒、４……排気ポー
ト、７……排気マニホールド、10……ターボ過給機、11
……排気タービン、20a〜20f……独立排気通路、22,22
a,22b,22′……連通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 暢男 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−101833（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ターボ過給機の排気タービンより上流
   の排気通路に、各気筒の排気ポートにそれぞれ接続され
   た独立排気通路を備えた排気ターボ過給機付多気筒エン
   ジンの排気装置において、別個の気筒の独立排気通路を
   排気ポートの近傍で相互に連通する連通路を、エンジン
   の全気筒のうちの一部気筒に対してのみ設け、かつ、こ
   の一部気筒を上記排気タービンから最も近接した気筒以
   外のものとしたことを特徴とする排気ターボ過給機付多
   気筒エンジンの排気装置。