JPS63309724A - 過給機付多気筒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〕 本発明は過給付多気筒エンジンの排気装置に関し、特に
全ての気筒に対して排気抵抗を均一化するように改善し
たものに関する。

［従来技術〕 例えば、特開昭６１−８４２１号公報にも記載されてい
るように、ターボ過給機付多気筒エンジンにおいて排気
干渉を防止し排気の運動エネルギの有効活用を図るため
に、ツインスクロール方式のターボ過給機を採用し、一
方のスクロール部に排気行程がオーバラップしない半数
の気筒に対応する気筒群からの排気を導入し、また他方
のスクロール部に排気行程がオーバラップしない残りの
半数の気筒に対応する気筒群からの排気を導入するよう
にしたものが知られている。

このように、全気筒を同数ずつの気筒からなる気筒群に
グループ化してエンジンからタービン部までの排気通路
を構成する関係上、ターボ過給機のタービン部の１対の
スクロール部へは同流量の排気を導入するようになって
いる。そのため、両スクロール部の排気流入部の断面積
は略等しくまた両排気流入部からタービン部の軸心への
距離も略等しく設定するのが一般的である。

尚、参考までに、自動車用のターボ過給機に用いられる
ラジアルタービンの性能を表すパラメータとしてＡ／Ｒ
が用いられる。

即ち、第６図に示すように、ラジアルタービン１００の
ハウジング１０１内にはタービンホイール１０２が配設
され、そのタービンホイール１０２の外側には排気流入
部１０３に連なる渦巻状のスクロール部１０４が形成さ
れ、排気流入部１０３で加速された排気の流れはスクロ
ール部１０４で更に加速されてタービンホイール１０２
の方へ流入する。

上記スクロール部１０４へ連なる排気流入部１０３の断
面積をＡとし、タービンホイール１０２の軸心から断面
積Ａの中心までの距離をＲとしたときに、Ａ／Ｒが小さ
くなるほどタービンホイール１０２の回転数が増しター
ピンの抵抗増大によりタービン前圧が高くなることが知
られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のようにエンジンからタービン部に至る気筒群毎の
排気通路を設けるに当って、それらの通路抵抗が極力同
じになるように設定するのが一般的であるが、ターボ過
給機などエンジンに附属する機器の配置の制約上、上記
２つの排気通路の通路長が異なったり、弯曲部の曲率が
異なったりするので、実際には２つの排気通路の通路抵
抗が異なってくる。

そのため、気筒群毎に排気通路のタービン前圧が異なっ
てくるので、気筒群間の排気圧が平均化されずバラツキ
が大きくなる。

その結果、気筒毎の排気効率のバラツキから、空燃比の
バラツキが大きくなり、トルクの変動幅も大きくなる。

そして、排気能力の低い気筒や充填能率の高い気筒では
ノッキングが発生し易くなりノンキング防止の為の点火
時期リタードにより出力低下を招くなどの問題がある。

本発明は、気筒毎の排気圧力を極力均一化し、空燃比を
均一化し、出力向上とトルク変動防止を実現し得るよう
な過給機付多気筒エンジンの排気装置を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る週給機付多気筒エンジンの排気装置は、タ
ーボ過給機を備えた多気筒エンジンの排気装置において
、上記エンジンからターボ過給機のタービン部に排気を
導く複数の独立排気通路を設け、上記タービン部には複
数の独立排気通路に夫々対応する複数のスクロール部を
設け、独立排気通路からスクロール部への排気流入部の
断面積をＡ、その断面積の中心からタービン部の軸心ま
での距離をＲとしたときに、排気抵抗の大きな独立排気
通路ほどＡ／Ｒが大きくなるように設定したことを特徴
とするものである。

〔作用〕

本発明に係る過給機付多気筒エンジンの排気装置におい
ては、多気筒エンジンからの排気は複数の独立排気通路
を介してターボ過給機のタービン部へ導かれ、各独立排
気通路からの排気は排気流入部を通ってタービン部の対
応するスクロール部へ流入する。

そして、排気流入部の断面積をＡとし、その断面積の中
心からタービン部の軸心までの距離をＲとしたときに、
排気抵抗の大きな独立排気通路ほどＡ／Ｒが大きくなる
ように設定しである。

上記Ａ／Ｒはタービン部での抵抗を示すパラメータであ
り、Ａ／Ｒが太き（なるほどタービン部での抵抗が小さ
くなって独立排気通路の排気圧力を低下させるように作
用する。従って、排気抵抗の大きな独立排気通路はどタ
ービン部での抵抗が下がるので、複数の独立排気通路の
全部に亙って排気圧が均一化することになる。このよう
に、排気圧が均一化するので、気筒間の排気効率及び空
気充填量のバラツキが小さくなり、空燃比が均一化し、
出力が向上し、トルク変動が小さくなる。

〔発明の効果〕

本発明に係る過給機付多気筒エンジンの排気装置によれ
ば、以上説明したように、排気抵抗の大きな独立排気通
路ほどＡ／Ｒを大きく設定するという簡単な構成により
、気筒間の空燃比を均一化し、ノッキング発生を抑制し
つつエンジン出力を向上させトルク変動を改善すること
が出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図はターボ過給機を備えた立型直列６気筒エンジン
の吸気系及び排気系の概略構成を示すもので、シリンダ
ブロック１には、第１〜第６気筒Ｃ１〜Ｃ６が設けられ
、その点火順序は例えばＣ３→Ｃ５→Ｃ４→Ｃ６→Ｃ２
→Ｃ４の順になっている。

吸気通路２には上流側から順にエアクリーナ３、ターボ
過給機７のコンプレッサ部５．インククーラ８、スロッ
トル弁９及びサージタンク１０が設けられ、サージタン
ク１０から各気筒Ｃ１〜Ｃ６の吸気ボート１１へ分岐吸
気管１０ａが接続されている。

上記６つの気筒Ｃ８〜Ｃ６は排気行程がオーバラップし
ない（つまり排気行程が隣接しない）ように第１〜第３
気筒０１〜Ｃ３で第１気筒群がまた第４〜第６気筒Ｃ４
〜Ｃ６で第２気筒群が形成され、第１気筒群に対応する
第１排気マニホールド１３（独立排気通路）と、第２気
筒群に対応する第２排気マニホールド１４（独立排気通
路）とが設けられ、第１排気マニホールド１３の各分岐
排気管１３ａは対応する気筒Ｃ１〜Ｃ８の排気ポート１
２に接続され、第２排気マニホールド１４の各分岐排気
管１４ａは対応する気筒Ｃ４〜Ｃ６の排気ポートに接続
されている。

そして、第１排気マニホールド１３の下流部は１本の通
路に合流してターボ過給機７のタービン部６に接続され
、第２排気マニホールド１４の下流部は１本の通路に合
流して上記タービン部７に接続されている。

上記ターボ過給機７のタービン部６は第１及び第２スク
ロール部１５・１６を有するツインスクロール型のもの
で、第１排気マニホールド１３の下流端は第１スクロー
ル部１５の排気流入部１５ａに接続され、第２排気マユ
ボールド１４の下流端は第２スクロール部１６の排気流
入部１６ａに接続されている。

上記タービン部６からは合流排気通路１７が延び、１対
の排気流入部１５ａ・１６ｂから分岐する共通のウェス
トゲート通路１８が合流排気通路１７のウェストゲート
部１９まで延び、ウェストゲート部１９の上流端にはウ
ェストゲート弁２０が介設され、このウェストゲート弁
２０はコンプレッサ部５の下流側の吸気圧が導入された
アクチュエータ２０ａで開閉操作され、上記吸気圧が所
定圧力以上になると開かれるようになっている。

ここで、上記タービン部６がシリンダブロック１の長さ
方向中央部よりも第６気筒０６側に僅かに片寄った配置
となっている関係上、第１排気マニホールド１３の点Ａ
と点８間の長さが第２排気マニホールド１４の点りと点
８間の長さよりも長くなっている。そのため、第１排気
マニホールド１３の排気抵抗（通路抵抗）が第２排気マ
ニホールド１４の排気抵抗よりも大きくなっている。

このように、第１排気マニホールド１３の排気抵抗が第
２排気マニホールド１４の排気抵抗よりも大きい場合、
第１排気マニホールド１３の排気圧が第２排気マニホー
ルド１４の排気圧よりも高くなり、第１気筒群の第１〜
第３気筒Ｃ７〜Ｃ３の排気性能が第２気筒群の第４〜第
６気筒０４〜Ｃ１の排気性能よりも低くなって前者の充
填効率が後者の充填効率よりも低くなる。

第１気筒群の第１〜第３気筒０１〜Ｃ３或いは第２気筒
群の第４〜第６気筒０４〜Ｃ６のうちでも、排気抵抗の
相違から充填効率が異なっている。

このように、気筒Ｃ８〜Ｃ６間での排気性能のバラツキ
と排気マニホールド１３・１４間での排気性能のバラツ
キとから全部の気筒Ｃ１〜Ｃ６間における吸気の充填量
に大きなバラツキが生じ、ノッキング発生やトルク変動
を惹起すことになる。

本願の排気装置では、少なくとも排気マニホールド１３
・１４間での排気抵抗の変動を解消するため、次のよう
な対策が採られている。

即ち、排気抵抗の大きい第１排気マニホールド１３では
、排気抵抗の小さい第２排気マニホールド１４よりもタ
ービン部６のＡ／Ｒを大きく設定しである。

つまり、第２図に示すように、第１排気マニホールド１
３が接続される排気流入部１５ａの最狭断面積をＡ１、
第２排気マニホールド１４が接続される排気流入部１６
ａの最狭断面積をＡ２とし、上記断面積Ａ、の中心から
タービン軸２１の軸心２１ａまでの距離（但し、排気の
流入方向と直交する方向の距ｌりをＲＩ、上記断面積Ａ
２の中心からタービン軸２１の軸心２１ａまでの距離を
Ｒ２とすると、ＡＩ　／Ｒ１＞ＡＺ　／Ｒ２と設定する
。

但し、本実施例の場合、Ｒ，＝Ｒ２なので、結局ＡＩ　
＞Ａ２と設定しである。

このようにすると、〔従来技術〕の項で説明したように
、Ａ／Ｒはタービン部６の性能を表わすパラメータであ
り、Ａ／Ｒが大きくなるほどタービン部６での抵抗が小
さくなり、タービン前圧つまり排気流入部１５ａ・１６
ａの排気圧が低下するので、第１排気マニホールド１３
内の排気圧を低下させる作用が得られる。

即ち、第１排気マニホールド１３の排気抵抗が第２排気
マニホールド１４の排気抵抗よりも大きいので、第１排
気マニホールド１３内の排気圧の方が第２排気マニホー
ルド１４内の排気圧よりも高くなっているが、上記のよ
うに、排気抵抗の大きい通路の方のＡ／Ｒを大きく設定
することによって、第１及び第２排気マニホールド１３
・１４内の排気圧を極力均一化することが出来る。これ
により第１気筒群の気筒Ｃ５〜Ｃ３と第２気筒群の気筒
０４〜Ｃ６の排気性能を極力均一化し、吸気充填量を極
力均一化することが出来る。

このように、各気筒の空燃比を適正にして燃焼性を高め
るとともに、全気筒に亙って吸気充填量の均一化を促進
することにより、ノッキングの発生を防止しノッキング
による出力低下を防ぎ、トルク変動を小さくすることが
出来る。

尚、第３図に図示のように、第１排気マニホールド１３
に対応するＡ１と、第２排気マニホールド１４に対応す
るＡ２とが略等しいような場合には、スクロール部１５
・１６からタービンホイール２２への流入方向線１５ｂ
・１６ｂと軸心２１ａとの交差角α１　・α２の小さい
方がタービン部６での抵抗が小さいので、排気抵抗の大
きい第１排気マニホールド１３を小さい方の交差角α１
に対応するスクロール部１５に接続するものとする。

二のように、上記交差角αもタービン部６での抵抗を表
わすパラメータなので、Ａ／Ｒと交差角αとを総合的に
加味してタービン前圧を過剰に低下させることなく、第
１及び第２排気マニホールド１３・１４内の排気圧が略
等しくなるようにタービン部６のスクロール部１５・１
６を設定することが望ましい。

上記実施例では、６気筒ＣＩ−Ｃｂを排気行程がオーバ
ラップしない１群の気筒Ｃ１〜Ｃ３と気筒Ｃ４〜Ｃ６と
を夫々気筒群とし、各気筒群に対して１つの独立排気マ
ニホールド１３・１４を設けたが、前記の点火順序の場
合において第１・第２気筒Ｃ３・Ｃ２及び第３・第４気
筒Ｃ３・Ｃ４及び第５・第６気筒Ｃ５・Ｃ６のように３
つの気筒群にグループ化し、タービン部６には気筒群に
夫々対応する３つのスクロール部を形成してもよい。

また、同一の気筒群に含まれる気筒は排気行程がオーバ
ラップしないことが望ましいが、オーバラップしてもよ
い。

ｚ 例えば、立型４気筒直列エンジンの第１〜第４気筒を０
１〜Ｃ４とし、点火順序がＣ２→Ｃ３→Ｃ４→Ｃ２の場
合、第１気筒群を第１・第２気筒Ｃ１・Ｃ２でまた第２
気筒群を第３・第４気筒Ｃ３・Ｃ４で形成し、各気筒群
に対応する排気マニホールドを設ける。

この場合、排気干渉は起るけれども、第１〜第４気筒０
１〜Ｃ４の排気分岐管を連通路で連通ずることにより、
排気干渉の対策を講することが出来るし、上記のような
気筒群とする方が排気マニホールドの構造が複雑化せず
排気マニホールドの排気抵抗も小さくなる。

尚、本発明の排気装置は、６気筒以上の多気筒直列エン
ジンは勿論のこと、多気筒■型エンジンや多気筒ロータ
リエンジンにも適用することが出来る。

次に、別実施例に係るターボ過給機付３気筒ロークリピ
ストンエンジンの排気装置について第４図・第５図によ
り説明する。

このロータリエンジンは、第１〜第３気筒Ｃ８〜Ｃ３を
有し、各気筒ＣＩ”　Ｃ’ｔに対応する第１〜第３独立
排気通路２４ａ〜２４ｃが設けられている。

また、ターボ過給＠ＩＡのタービン部６Ａには第１〜第
３独立排気通路に対応するスクロール部２５ａ〜２５ｃ
が設けられており、第１〜第３独立排気通路２４ａ〜２
４ｃの排気抵抗については、第２独立排気通路２４ｂの
排気抵抗が最も小さく、第１及び第３独立排気通路２４
ａ・２４ｃの排気抵抗が略等しくなっている。

そして、第１〜第３独立排気通路２４ａ・２４ｂ・２４
ｃに対応するスクロール部２５ａ・２５ｂ・２５ｃから
タービンホイール２２へ流入する流入方向とタービン軸
２１の軸心２１ａとの交差角をα８　・α、・α０とし
たときに、α８〈αｂ〈α。なので、スクロール部２５
ａ〜２５Ｃの断面積をＡａ−ＡＣとしたときにＡｍ　＜
Ａｂ　＜ＡＣ又はＡ、＝Ａｂ　＜ＡＣとなるように設定
され、これらスクロール部２５ａ〜２５ｃに対応する排
気流入部の断面積も上記と同様の関係となるように設定
されている。

Ａ、＜Ａｈの場合でも、α１〈α、なので、スクロール
部２５ａのタービン前圧よりもスクロール部２５ｂのタ
ービン前圧の方が大きくなる。

上記排気装置の作用については前述の作用と略同様なの
でその説明は省略する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は６気筒直
列エンジンの吸気系及び排気系の構成図、第２図はター
ボ過給機のタービン部のＡ／Ｒを説明する説明図、第３
図はスクロール部からタービンホイールへの流入方向を
説明する説明図、第４図は３気筒ロータリピストンエン
ジン及びターボ過給機の要部横断平面図、第５図は第４
図Ｖ−Ｖ線断面図、第６図は一般のラジアルタービンの
Ａ／Ｒを説明する説明図である。 ７・７Ａ・・ターボ過給機、　６・６Ａ・・タービン部
、　１３・１４・・第１・第２排気マニホールド（独立
排気通路）、　　１５・１６・・第１・第２スクロール
部、　２１ａ・・軸心、　２４ａ〜２４ｃ・・第１〜第
３独立排気通路、　２５ａ〜２５ｃ・・第１〜第３スク
ロール部。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社第６図 Ａノ　　　　　　　　　、Ａ１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターボ過給機を備えた多気筒エンジンの排気装置
   において、 上記エンジンからターボ過給機のタービン部に排気を導
   く複数の独立排気通路を設け、 上記タービン部には複数の独立排気通路に夫々対応する
   複数のスクロール部を設け、 上記独立排気通路からスクロール部への排気流入部の断
   面積をＡ、その断面積の中心からタービン部の軸心まで
   の距離をＲとしたときに、排気抵抗の大きな独立排気通
   路ほどＡ／Ｒが大きくなるように設定したことを特徴と
   する過給機付多気筒エンジンの排気装置。