JPS61283725A - タ−ボチヤ−ジヤを備えた内燃機関 - 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） 本発明はターボチャージャを備えた内燃機関に関する。

（従来の技術） 一般に、内燃機関に設けられるターボチャージャは、排
気ガスのエネルギーを利用してｊｊ＃気タービンを回転
させ、タービンと同一軸上のコンプレッサを駆動して圧
縮空気をエンジンへ供給（過給）することにより充填効
率、機関出力、トルク等の向上を図るものである。この
ようなターボチャージャを備えた内燃機関において、ｉ
）内燃機関の中・高速回転域では、充分な過給圧が得ら
れるが、低速回転域では、充分な過給圧を得ることが難
かしく、低速回転時のトルクが不足する傾向にあり、ま
た、ｉＩ）内燃機関の低速回転から高速回転へと加速す
る際には、ターボチャージャのタービンは低回転数より
作動を始めるため、タービンの持つ慣性力により加速応
答性が劣る傾向を有していた。

このような対策として従来では、上記りにつぃては、可
変容量形のターボチャージャを用い、また、上記１１）
については、内燃機関の出力軸によって駆動される可変
容量形ターボチャージャと通常のターボチャージャとを
組合せて用いていた。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、従来においては、可変容量形ターボチャージ
ャ、又は可変容量形ターボチャージャと通常のターボチ
ャージャとの組合せにより、低速回転域でのトルクの向
上を図り、また加速応答性の向上を図る構成となってい
たため、構造が複雑となるばかりか、小形化を図ること
が困難となる問題を有していた。

そこで、本発明は複数のターボチャージャを用い、これ
らを必要に応じて並列運転することにより、内燃機関の
低速回転域から高速回転域に亘る広い回転速度範囲で高
過給圧が得られるターボチャージャを備えた内燃機関を
提供することを目的とするものである。

（問題点の解決手段およびその作用） 本発明のターボチャージャを備えた内燃機関は、吸気通
路と排気通路との組合せを互いに独立に複数組備えてお
り、各組にはターボチャージャが各々配設されている。

また、各ターボチャージャのタービンが配設される各排
気通路は、排気側連通路により各タービンの上流側で互
いに連通されており、排気側連通路内には開閉弁が配設
されている。他方、各ターボチャージャのコンプレ、ツ
サが配設される各吸気通路は、吸気側連通路により各コ
ンプレッサの下流側で互いに連通されている。さらに、
排気通路のうち、一部の組の排気通路の排気側連通路下
流側と、上記一部の排気通路と組となる吸気通路の吸気
側連通路上流側には、互いに連動により開閉動作する開
閉弁が各々配設されている。したがって、上記開閉弁の
開閉動作を機関の運転状態に応じて適宜制御することに
より、低速回転域での吸気の過給圧を高めることができ
る。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

まず、第１実施例について第１図および第２図に基づき
説明する０本実施例では内燃機関の２気筒に適用した場
合を例に採って説明する。

本実施例の内燃機関は、第１図に示すように、第１気筒
（１）と第２気筒（２）を備えており、第１気筒（１）
には−組の第１排気通路（３）と第１吸気通路（４）が
接続され、第２気筒（２）には−組の第２排気通路（５
）と第２吸気通路（６）が接続されている。また、第１
排気通路（３）内には第１ターボチヤージヤ（７）のタ
ービン（７ａ）が配設されるとともに、そのロータシャ
フト（７ｂ）に固着されたコンプレッサ（７ｃ）が第１
吸気通路（０内に配設されている。他方、第２排気通路
（５）内には第２ターボチヤージヤ（８）のタービン（
８ａ）が配設されるとともに、そのロータシャツ）　（
８ｂ）に固着されたコンプレッサ（８Ｃ）が第２吸気通
路（６）内に配設されている。このように排気通路と吸
気通路の組合せはそれぞれ独立して設けられており、こ
れらの各組毎にターボチャージャが設けられている。

さらに、第１排気通路（３）と第２排気通路（５）とは
、第１ターボチヤージヤ（７）のタービン（７ａ）およ
び第２ターボチヤージヤ（８）のタービン（８ａ）の上
流側で、排気側連通路（９）により連通されており、一
方の排気通路である第１排気通路（３）内の上記排気側
連通路（９）との連通部の下流側には、この連通部より
下流側の第１排気通路（３）を開閉する第１開閉弁（Ｖ
θが配設されている。さらに、上記排気側連通路（８）
内の双方の連通端側には、この排気側連通路（８）の連
通口を開閉する第２開閉弁（ｖ２）と第３開閉弁（ｖ３
）が配設されている。

他方、第１吸気通路（０と第２吸気通路（６）の双方に
は、第１ターボチヤージヤ（７）のコンプレッサ（７Ｃ
）および第２ターボチヤージヤ（８）のコンプレッサ（
８ｃ）の下流側で且つ第１気筒（１）および第２気筒（
２）の近傍でチャンバ（吸気側連通路）　（１０）が介
装されており、このチャンバ（ｌＯ）により第１吸気通
路（４）と第２吸気通路（５）が各コンプレッサ（７ｃ
）　、　（８ｃ）の下流側で連通されている、そして第
１開閉弁（Ｖ＋）が配設された第１排気通路（３）と組
となる第１吸気通路（４）には、この通路（４）を開閉
する第４開閉弁（ｖ４）が設けられている。開閉弁（Ｖ
＋）　、　（Ｖ２）　、　（Ｖ３）　、　（Ｖ４）のう
ち、第１開閉弁（Ｖ＋）　ト第４開閉弁（ｖ４）、第２
　開閉弁（Ｖ２）と第３開閉弁（ｖ３）は、それぞれ図
示しないアクチュエータによって連動するように駆動さ
れ、各アクチュエータは、エンジン回転数（Ｍｅ）に基
づいて駆動信号を出力するコントローラにより制御され
る構成となっている。尚、図中、（１１）および（１２
）はスロットルバルブである。

このような内燃機関においては、各開閉弁（Ｖ＋）〜（
Ｖ４）は、コントローラにより例えば第１表の駆動モー
ドに基づいて駆動される。

すなわち、機関回転数（Ｍｅ）が低い範囲Ａでは、第１
開閉弁（Ｖｌ）と第４開閉弁（ｖ４）が閉状態となる一
方、第２開閉弁（ｖ２）と第３開閉弁（ｖ３）が開状態
に制御されるため、第１ターボチヤージヤ（７）が休止
状態となり、第２ターボチヤージヤ（８）のみが使用さ
れる。そのため、双方の気筒（１）と（２）からの排気
が第２ターボチヤージヤ（８）のタービン（８ａ）に供
給されるため、第２ターボチヤージヤ（８）が高効率で
運転されることとなり、チャンバ（１０）に供給される
吸気の過給圧が高められる。したがって、低速回転域Ａ
における過給圧Ｐ２を、第２図中の曲線ａｌで示す如く
中・高速口、転域ＢおよびＣと略同等に高めることがで
き、これにより機関出力（ｐｓ）を、第２図中の曲線ａ
２で示す如く高めることが可能となる。その結果、低速
回転時でのトルク不足を解消できるとともに、低速回転
からの加速応答性能を向上することが可能となる。

更に回転数が上昇する中速回転域Ｂでは、第１および第
４開閉弁（ｖｌ）と（ｖ４）が開状態に、第２および第
３開閉弁（ｖ２）と（ｖ３）が閉状態に制御されるため
、第１ターボチヤージヤ（７）と第２ターボチヤージヤ
（８）とは、それぞれ独立に使用されることになる。こ
の場合の過給圧および機関出力は、第２図中の曲線ｂｌ
、ｂ２に示す如くなり、過給流量と過給圧を充分に維持
することができる。

また、高速回転域Ｃでは、第１および第２排気通路（３
）、（５）内の流量が増大して排気圧が高まって機関の
充填効率が悪化するため、各開閉弁（Ｖ＋）　、　（Ｖ
２）　、　（Ｖ３）　、　（Ｖ４）　ノ全テカ開状７Ｑ
ニ制御すれ、第１排気通路（３）と第２排気通路（５）
とが連通された状態で双方のターボチャージャ（７）と
（８）が使用されることになる。この場合の過給圧およ
び機関出力は、第２図中の曲線ＣＩ、Ｃ２に示す如くな
り、過給圧を充分に維持できる。また、排気側連通路（
９）が連通状態となるため、排気通路全体の容量が増大
し、これによって排気圧の脈動が自動的にコントロール
されることになり、排気圧を低下させることができると
ともに、各タービン（７ａ）、（８ａ）に供給される排
気の脈動を減少することができ、ターボチャージャの駆
動効率を向とすることができる。

このように１本実施例では、機関回転数の広範囲にＩっ
て高い過給圧を得ることができる。

次に第２実施例について説明する。尚、第１実施例と同
一部分には同一符号を附し重複する説明は省略する。

本実施例は、単気筒４バルブタイプの内燃機関に適用し
たものであり、第３図に示すように一つの気筒（２０）
に、吸気通路と排気通路との組合せを２組備えている。

すなわち、気筒（２０）には、第１排気通路（３）と第
１吸気通路Ｃ４）、および第２排気通路（５）と第２吸
気通路（６）が接続されており第１実施例と同様に第１
排気通路（３）と第２排気通路（５）とが排気側連通路
（９）により、第１吸気通路（４）と第２吸気通路（６
）とがチャンバ（１０）により夫々連通され　第１ター
ボチヤージヤ（７）および第２ターボチヤージヤ（８）
が毎組毎に夫々配設されている。また、第１排気通路（
３）の排気側連通路（９）の下流側には第１開閉弁（ｖ
ｌ）が、上記排気側連通路（９）内に第２開閉弁（ｖ２
）が、第１排気通路（３）と組となる第１吸気通路（４
）の出口開口には第３開閉弁（ｖ３）が、夫々配設され
ている。さらに、第１排気通路（３）に接続される排気
ボートの第１排気バルブ（２１ａ）と、第１吸気通路（
４）に接続される吸気ボートの第１吸気バルブ（２１ｂ
）は、バルブ休止機構（２３）に連結され、低速回転時
には第１吸気、排気バルブ（２１ｂ）　、　（２１ａ）
の駆動が休止される構造となっている。尚、図中（２２
ａ）は第２排気バルブ、（２２ｂ）は第２吸気バルブを
示す。

このような内燃機関においては、例えば、第２表の駆動
モードに基づいて各ターボチャージャが駆動される。

第２表 すなわち、低速回転域では、第１および第３開閉弁（Ｖ
＋）　、　’（Ｖ３）の双方が閉状態に制御され、第１
排気バルブ（２１ａ）および第１吸気バルブ（２１ｂ）
の双方がバルブ休止機構（２３）により休止状態に制御
される。この場合、第２開閉弁（ｖ２）は開・閉のどち
らの状態でも、よい。したがって、低速回転域には、排
気が他方の第２ターボチヤージヤ（８）のタービン（８
ａ）にのみ供給されることになり、第２ターボチヤージ
ヤ（８）による過給圧を高めることができる。また、極
低速回転時のように第２ターボチヤージヤ（８）の効果
がそれ程得られない場合においても、吸排気の脈動によ
って充填効率が高められる。

中速回転域では、第１・第３開閉弁（Ｖ＋）　、　（Ｖ
３）が開状態で、第２開閉弁（ｖ２）が閉状態に制御さ
れ、バルブ休止が行なわれず第１排気バルブ（２１ａ）
および第２吸気バルブ（２１ｂ）が駆動状態に制御され
る。したがって、第１ターボチヤージヤ（７）と第２タ
ーボチヤージヤ（８）は独立的に駆動することになる。

また、高速回転域では、第１、第２、第３開閉弁（Ｖ＋
）　、　（Ｖ２）　、　（Ｖ３）が全て開状態に制御さ
れるとともにバルブ休止が行なわれない、したがって、
中・高速回転域では第１実施例と同様に広い機関回転域
に亘って高トルクを得ることができる。

尚、上記第１〜第３開閉弁（Ｖ＋）　、　（Ｖ２）　、
　（Ｖ３）　（１）切換え動作と、バルブ休止動作とは
、必ずしも同じタイミングで行なう必要はない。

次に第３実施例について第４図に基づき説明する。

本実施例は、第１実施例と同様に２つの気筒（１）と（
２）のうち、一方の気筒（１）の排気および吸気バルブ
を必要に応じて休止させ各気筒を極力効率の高い領域で
稼動させるバルブ休止機構（３ｏ）を備えた機関に適用
したものである。この場合の駆動モードは例えば第３表
に従って駆動される。

第３表 すなわち、低速回転域では、第１および第４開閉弁（ｖ
ｌ）と（ｖ４）のみが閉状態に駆動され、第１気筒（１
）の稼動がバルブ休止機構（３０）により休止状態に制
御される。尚、この場合の第２および第３開閉弁（ｖ２
）と（ｖ３）は開−閉のどちらの状態でもよい。したが
って、低速回転域では第２ターボチヤージヤ（８）のみ
が駆動状態となり、低速回転域での過給圧を高めること
ができる。

次に第４実施例を第５図に基づいて説明する。

本実施例は、第１実施例に加え、排気側連通路（９）と
第１ターボチヤージヤ（７）のタービン（７ａ）との間
の第１排気通路（４）と、第２ターボチヤージヤ（８）
のタービン（８ａ）下流側の第２排気通路（５）とを、
第２排気側連通路（４ｏ）により連通し、この第２排気
側連通路（４０）の各連通口に連動により動作する第５
開閉弁（ｖ５）を配設したものである。この場合の駆動
モードは例えば第４表に従って駆動される。

第４表 すなわち、第５開閉弁（ｖ５）は低速回転域においての
み開状態に制御され、中・高速回転域においては、閉状
態に制御される。したがって、低速回転時には、第１実
施例と同様に第１ターボチヤージヤ（７）が休止状態と
なり、第２ターボチヤージヤ（８）のみが駆動されて過
給圧が高められるとともに、第２ターボチヤージヤ（８
）のタービン（８ａ）から吐出される排気の一部が、第
２排気側連通路（４０）を通じて休止中の第１ターボチ
ヤージヤ（７）のタービン（７ａ）にも供給されるため
、休止中の第１ターボチヤージヤ（７）のタービン（７
ａ）が予じめ回転する。そのため１機関回転数が低速か
ら急上昇する場合には、休止中の第１ターボチヤージヤ
（７）を速やかに駆動することができ、応答性能を向上
することができる。また、第２排気側連通路（４０）を
設ける代わりに、第１排気通路（４）内の排気の一部が
タービン（７ａ）に供給されるよう、第１開閉弁（ｖｌ
）の開度を適切に制御することにより、同等の効果を得
ることも可能である。

尚、上述した第１〜第４実施例においては、各開閉弁を
機関回転数に基づいて制御する場合について説明したが
、機関回転数に限らず、スロットル開度や機関負荷の軽
重に基づいて制御するようにしてもよい。また、各実施
例における各開閉弁の駆動モードとしても、第１〜第４
表に示すものに限らず、タービンや排気通路の態様に応
じて適宜設定すればよい、さらに、気筒数としては、単
気筒又は二気筒に限らず、吸気通路と排気通路の組合せ
を複数組布するものであれば適用できる。

また更に、上記各実施例の第１ターボチヤージヤと＠２
ターボチャージャには、同一能力のものを用いたが、こ
れに限らず、異なる能力のターボチャージャの組合せに
より構成することもでき、ターボチャージャの数として
も２機に限らず複数機用いた構成とすることも可能であ
る。

（発明の効果） 以上の説明で明かな如く本発明によれば、機関回転数の
広範囲に亘って高い過給圧を得ることができる。特に、
低速回転域での吸気の過給圧を高めることができるため
、低速回転域における機関出力を高めることができ、こ
れによりトルク不足を解消できるとともに低速回転から
の加速応答性能の向上を図ることができる。また、中・
高速回転域での過給圧も充分維持でき、特に高速回転域
における排気脈動の減少を図ることが可能となり、ター
ボチャージャの駆動効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は内燃機関の吸争排気通路を示す概略図、第２図は機
関回転数と、過給圧、機関出力との関係を示す図、第３
図は第２実施例に係る吸・排気通路の概略図、第４図は
第３実施例に係る吸・排気通路の概略図、第５図は第４
実施例に係る吸・排気通路の概略図である。 尚、図面中（３＞、（５）は第１および第２排気通路、
　（４）、（６）は第１および第２吸気通路、（７）。 （７ａ）、（７ｃ）は第１ターボチヤージヤ、タービン
およびコンプレッサ、（８）、（８ａ）、（８ｑ）は第
２ターボチヤージヤ、タービンおよびコンプレッサ、（
９）。 （４０）は排気側連通路、（１０）は吸気側連通路（チ
ャンバ）　、　（Ｖ＋）　、　（Ｖ２）　、　（Ｖ３）
　、　（Ｖ４）　、　（ＶｓＨｔ開閉弁である。 第１図 第２図 機関回転数（Ｎｅ） 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気通路と排気通路の組合せを互いに独立に複数組備え
   た内燃機関において、前記吸気通路と排気通路の各組に
   ターボチャージャをそれぞれ配設し、このターボチャー
   ジャのタービンが配設される各排気通路のタービン上流
   側を排気側連通路により互いに連通するとともにこの排
   気側連通路に開閉弁を配設する一方、前記ターボチャー
   ジャのコンプレッサが配設される各吸気通路のコンプレ
   ッサ下流側を吸気側連通路により互いに連通し、前記排
   気通路のうち一部の組の排気通路の排気側連通路下流側
   および前記一部の排気通路と組となる吸気通路の吸気側
   連通路上流側にこれらの通路を連動により開閉する開閉
   弁をそれぞれ配設したことを特徴とするターボチャージ
   ャを備えた内燃機関。