JPS6287616A - タ−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、ターボ過給機を備えたエンジンにおける排気
装置の改良に関するものである。

（従来技術） 従来より、排気エネルギを利用してエンジンに吸気過給
を行うようにしたターボ過給機付エンジンにおいて、低
速時から高速域の全運転域において良好な過給効果を得
ることは困難であった。すなわち、低速時においては排
気ガス流量は少なく、面積の大きい排気通路によってタ
ーボ過給機に排気ガスを導入すると、この排気ガスの流
速は遅くなり、タービン効率が低く、過給効果すなわち
トルクの上昇効果が小さいものである。また、排気通路
を狭くすると、低速時の排気ガス流速は向上するが、高
速時の排気ガスの通路抵抗が増大し、エンジンのトルク
向上効果が低減することになる。

そこで、ターボ過給機への排気ガスの導入通路を複数に
分割し、この通路に開閉弁を設けて通路面積が可変とな
るような構造とし、低速時に通路面積を狭クシて排気ガ
ス流速を高めタービン効率を向上するとともに、高速時
には開閉弁を開いて通路面積を太き（し、高い過給性能
を得るようにしたターボ過給機が提案されている（例え
ば、実開昭５９−４７３１７号参照）。

しかして、上記ターボ過給機への排気通路に介装した開
閉弁の開閉作動時においては、吸気流速の一時的低下等
によって過給効果が低減することにより、スムーズなト
ルク特性が得られないとともに、この開閉弁の作動時の
レスポンスが低下して滑かな運転性を阻害する恐れがあ
る。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、低速から高速までのエンジン
の全運転域において、適正な過給効果によるトルク特性
およびレスポンスが得られるようにしたターボ過給機付
エンジンの排気装置を提供することを目的とするもので
ある。

（発明の構成） 本発明の排気装置は、各気筒に対し複数の排気バルブを
備え、かつ、その少なくとも１つに排気バルブの開閉作
動を停止する弁停止Ｆ機構を設け、さらに、ターボ過給
機への排気通路を複数の通路に分割し、該排気通路の少
なくとも１つにスクロール開閉弁を設け、低速時には上
記弁停止機構を設けた排気バルブを閉止状態とするとと
もにスクロール開閉弁を閉じ、中速時には上記弁停止機
構を設けた排気バルブを閉止状態としてスクロール開閉
弁を開き、高速時には上記弁停止機構を設けた排気バル
ブを開閉作動するとともにスクロール開閉弁を開くよう
に制御する制御装置を設けたことを特徴とするものであ
る。

（発明の効果） 本発明によれば、低速時には弁停止機構によって一部の
排気バルブを閉止状態として他の排気バルブから排出さ
れる排気ガスの流速を高くし、かつスクロール開閉弁を
閉状態にして狭い通路面積によって流速の高い状態のま
ま排気ガスをターボ過給機に導入することにより、低速
時のタービン回転数を十分に確保している。この低速状
態から中速状態に移行すると、弁停止機構による一部の
排気バルブの閉止状態はそのままで、スクロール開閉弁
を開いてターボ過給機への排気通路の通路面積を大きく
することにより、気筒から排出される排気ガスの流速を
十分に確保しつつ、ガス量の増大に対してスクロール開
閉弁が閉状態では抵抗が大きくなるのを解消している。

さらに、高速域になると、弁作動機構による排気バルブ
の停止状態を解除して前部の排気バルブから排気ガスを
排出するようにし、スクロール開閉弁の開作動とともに
多量の排気ガスを抵抗なくターボ過給機に導入するよう
にし、エンジンの全運転域でターボ過給機の性能を効率
良く発揮させ、有効なトルク上界およびレスポンスを得
ることができるものである。

（実施例） 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例における排気装置を備えたエ
ンジンの全体構成図である。

エンジン本体１の各気筒１ａ〜１ｄ（４気筒）には吸気
バルブ２によって開閉される吸気ボート３と、それぞれ
第１および第２排気バルブ４．５によって開閉される２
つの排気ボート６．７とが開口され、吸気ボート３には
吸気通路８が、排気ボート６．７には排気通路９がそれ
ぞれ接続されている。

そして、吸気通路８から各気筒１ａ〜１ｄに供給する吸
気を過給するターボ過給Ｒ１０が設けられている。この
ターボ過給＋１１０は排気通路９に介装されたタービン
１０ａと、吸気通路８に介装されたブロア１０ｂとを備
えて両者が連結され、排気ガスのエネルギで回転された
タービン１０ａによってブロア１０ｂが駆動されて吸気
を過給するものである。上記ターボ過給機１０のタービ
ン１０ａに対する排気通路９の排気ガス導入部９ａは、
第１導入通路１１と第２導入通路１２とに区画され、第
２導入通路１２を開閉するスクロール開閉弁１３が配設
されている。

また、各気筒１ａ〜１ｄの第２排気ポート７を開閉する
前記第２排気バルブ５には、該第２排気バルブ５の開閉
作動を停止して第２排気ボート７を閉止状態とする弁停
止機構１４が設置されている。

上記スクロール開閉弁１３の開閉作動および弁停止機構
１４の作動は、制御装置１５（コントロールユニット）
からの制御信号によって運転状態に応じて制御される。

上記制御装置１５はエンジンの運転状態を検出するため
に、回転センサ１６からのエンジン回転数信号と、負荷
センサ１７からの負荷信号とが入力される。

そして、上記制御装置１５は、第２図に示すように、入
力されたエンジン回転数および負荷に応じて、現在のエ
ンジンの運転状態が、低回転数・低負荷の低速領域工か
、中回転数・中負荷の中速領域■か、高回転数・高負荷
の高速領域正にあるかを判定する。この判定に基づき、
低速領域■では、弁停止機構１４を作動して第２排気バ
ルブ５を閉止状態とするとともに、スクロール開閉弁１
３を閉状態とするものである。また、中速領域■では、
弁停止機構１４を作動して第２排気バルブ５を閉止状態
とする一方、スクロール開閉弁１３を開状態に作動する
ものである。さらに、高速ダ１域■では、弁停止機構１
４の作動を解除して第２排気バルブ５を所定のタイミン
グで開閉作ｖＪさせるとともに、スクロール開閉弁１３
は開状態に作動するものである。

上記弁停止機構１４およびスクロール開開弁１３の作動
制卸により、低速領域工においＣは、第２排気バルブ５
が閉止状態で、第１排気バルブ４によって開かれた第１
排気ボー１６か＋６排気ガスが大きな流速で排出される
とと４ｇ＋に、スクロ−ル開開弁］３が閉状態で排気ガ
スは第１導入通路１１から速い流速のままターボ過給機
１０に導入される。中速領域■においでは、第２排気バ
ルブコ−）は閉止状態のままで、第１排気ポート６がら
高流速で排気ガスが排出される一方、スクロール開開弁
１３を開いて増大した排気ガスを小ざい抵抗で第１およ
び第２導入通路１１．１２によってターボ過給機１０に
導入する。高速領域■においては、さらに増大する排気
ガス看に対応して、第１排気ボート６に加えて第２排気
ボー１−７からも排気ガスを排出し、開状態にあるスク
ロール開閉弁１３によって排気ガスを両通路１１．１２
からターボ過給１１０に導入するものである。

なお。第１図において、１８は吸気通路８に介装された
スロットル弁である。

前記制御装置１５（コン（−〇−ルユニット）の作動を
第３図のフローチャートに基づいて説明する。スタート
後、ステップＳ１でイニシャライズを行い、ステップ＄
２でエンジン回転数を、ステップＳ３でエンジン負荷を
それぞれ読込む。次に、ステップ＄４で運転状態が低速
領域工にあるか否か判定し、低速領域工にあるＹＥＳ時
にはステップＳ５でスクロール開閉弁１３を開状態に作
動するとともに、ステップＳ６で弁停止磯構１４を作動
して第２排気バルブ５を閉止状態にする。

一方、上記ステップＳ４の判定がＮｏで低速領域工以外
の時には、ステップＳ７でスクロール開閉弁１３を開状
態に作動し、ステップＳ８で運転状態が中速領域■にあ
るか否か判定覆゛る。中速領域■にあるＹＥＳ時には前
記ステップＳ６に進んで弁停止機構１４によって第２排
気バルブ５を閉止状態にする。一方、上記ステップＳ８
の判定がＮｏの時には高速！１ｌＩＩにあることから、
ステップＳ９で弁停止機構１４を非作動状態として第２
排気バルブ５を開閉作動させるものである。

上記のようなスクロール開閉弁１３および弁停止機構１
４の制御により、全運転域で高いトルク特性が得られる
。すなわち、第４図に負荷が一定の定常時におけるエン
ジン回転数に対する１−ルク特性を示す。曲線Ａは第２
排気バルブ５が停止してスクロール開閉弁１３が閉じて
いる低速状態におけるトルク特性であり、曲線Ｂが第２
排気バルブ５が停止してスクロール開閉弁１３が開いて
いる中速状態におけるトルク特性であり、曲線Ｃが第１
および第２排気バルブ４，５が作動してスクロール開閉
弁１３が問いている高速状態の１−ルク特性であり、曲
線Ａと曲線Ｂの交点がスフ［コール間開弁１３を開閉す
る作動点Ｎ１　Ｃ−あり、曲線Ｂと曲線Ｃの交点が弁停
止機構１４を作動橿−る作動点Ｎ２であり、各トルク特
性の高い部分を連続さゼた特性りが本発明によるトルク
特性である。

第５図は本発明の変形例における排気装置を備えたエン
ジンの構成図である。この例においては、第１排気バル
ブ４による第１排気ボート６からの排気ガスは第１排気
通路２０によって集合され、この第１排気通路２０はタ
ーボ過給機１０への排気ガス導入部分の第１導入通路１
１に接続されている。一方、弁停止機構１４が設置され
た第２排気バルブ５による第２排気ポート７からの排気
ガスは第２排気通路２１によって集合され、この第２排
気通路２１はターボ過給機１０への排気ガス導入部分の
第２導入通路１２に接続されている。

そして、上記第１排気通路２０と第２排気通路２１とは
連通路２２によって連通され、該連通路２２にその連通
を開閉するスクロール開閉弁２３が介装されている。上
記弁停止機構１４およびスクロール開閉弁２３は前例と
同様に運転状態に応じて制御装置１５によって作動制御
される。その他は前例と同様に構成され、同一構造には
同一符号を付してその説明を省略する。

上記変形例においては、第２排気バルブ５が閉止状態に
ある時に、スクロール開閉弁２３が閉状態にある低速領
域工では、第１排気通路２０からの排気ガスは第１導入
通路１１のみによってターボ過給機１０に導入され、ス
クロール開閉弁２３が開状態にある中速領域■では、第
１排気通路２０からの排気ガスは連通路２２を介して第
２導入通Ｗｉ１２にも流れ、第７導入通路１１Ｊ３よび
＠２導入通路１２からターボ過給Ｒ１０に導入される。

高速領域■では第１排気通路２０と第２排気通路２１と
の圧力差に応じて連通路２２を排気ガスが流れ、第１導
入通路１１および第２導入通路１２からターボ過給機１
０に導入される。

なお、上記第５図における第１排気通路２０と第２排気
通路２１との連通を開閉するスクロール開閉弁２３の設
置位置すなわち連通位置は、各気筒の排気ポート６．７
の近傍において行うようにしてもよく、その場合には複
数のスクロール開閉弁が必要となるものである。

また、前記第２排気バルブ５に対して設置した弁停止機
構１４としては、油圧タペットを使用したものなど従来
公知の機構が適宜採用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における排気装置を備えたタ
ーボ過給機付エンジンの全体構成図、第２図はエンジン
の運転状態に対する制御領域を示す特性図、 第３図は制御装置の作動を説明するためのフローチャー
ト図、 第４図は定負荷状態におけるエンジン回転数に対する弁
作動機構とスクロール開閉弁の作動とトルク特性との関
係を示す特性図、 第５図は変形例における排気装置を備えたターボ過給機
付エンジンの全体構成図である。 １・・・・・・エンジン本体　　　４．５・・・・・・
排気バルブ６．７・・・・・・排気ポート　　９・・・
・・・排気通路１０・・・・・・ターボ過給機　　１０
ａ・・・・・・タービン１１・・・・・・第１導入通路
　　１２・・・・・・第２導入通路１３・・・・・・ス
クロール開閉弁 １４・・・・・・弁停止機構　　　１５・、・・・・制
御装置２０．２１・・・・・・排気通路　２２・・・・
・・連通路２３・・・・・・スクロール開閉弁 第１図 第２日 エシシ゛ン巨Ｉムや乞 第５日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）各気筒に対し複数の排気バルブを備え、かつ、そ
   の少なくとも１つに排気バルブの開閉作動を停止する弁
   停止機構を設け、さらに、ターボ過給機への排気通路を
   複数の通路に分割し、該排気通路の少なくとも１つにス
   クロール開閉弁を設けたターボ過給機付エンジンの排気
   装置であって、低速時には上記弁停止機構を設けた排気
   バルブを閉止状態とするとともにスクロール開閉弁を閉
   じ、中速時には上記弁停止機構を設けた排気バルブを閉
   止状態としてスクロール開閉弁を開き、高速時には上記
   弁停止機構を設けた排気バルブを開閉作動するとともに
   スクロール開閉弁を開くように制御する制御装置を設け
   たことを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置
   。