JPH0625642Y2 - ターボ過給機付エンジンの吸気系構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はターボ過給機付エンジンの吸気系構造に関し、
特に低速用および高速用の排気ターボ過給機を備え、エ
ンジンの低速時に高速用排気ターボ過給機の作動を停止
させるようにしたものの改良に関する。

（従来の技術） 従来、この種のターボ過給機付エンジンとして、例えば
実開昭６０−１７８３２９号公報に開示されるように、
排気通路に低速用および高速用の排気ターボ過給機のタ
ービンを並列的に設け、この二つの排気ターボ過給機の
コンプレッサをエンジンの吸気通路に並列的に設け且つ
この二つのコンプレッサの下流で吸気通路を合流させる
一方、高速用排気ターボ過給機のタービン上流側の排気
通路に排気カット弁を設け、エンジンの低回転時には排
気カット弁を閉じてエンジンからの排気ガスを低速用排
気ターボ過給機のタービンに集中的に供給して高い過給
圧を確保する一方、エンジンの高回転時には排気カット
弁を開いてエンジンからの排気ガスを２つの排気ターボ
過給機のタービンに供給して吸気流量を確保しながら適
正な過給圧を得るようにしたものが知られている。

（考案が解決しようとする課題） ところが、上記従来のものでは、エンジンの減速時、コ
ンプレッサ下流に設けられたスロットル弁が閉じられる
とコンプレッサ下流（スロットル弁上流）の圧力が上昇
するので、吸気のコンプレッサへの逆流などコンプレッ
サの動きが妨げられることによってコンプレッサがサー
ジングを起こすおそれがある。

ところで、このように複数の排気ターボ過給機が同時作
動する場合があるものとは別に、例えば特開昭５９−１
４５３２７号公報には、エンジンに複数の排気ターボ過
給機を設け且つこれらを択一的に作動させるようにした
ものにおいて、エンジンの減速時などに、現にそれまで
作動していたコンプレッサの下流の圧力が高圧になる
と、この高圧をリリーフ弁によりリリーフし、当該コン
プレッサがサージングを起こすのを未然に防止するよう
にしたものが開示されている。

そこで、上述したように低速用および高速用の排気ター
ボ過給機を備えたものにおいても、例えば常時作動する
低速用排気ターボ過給機のコンプレッサの吐出側通路に
リリーフ弁を設け、エンジン高回転からの減速時などに
該リリーフ弁を開いて低速用排気ターボ過給機のコンプ
レッサ下流の高圧をリリーフするとともに吸気通路の合
流部を介して高速用排気ターボ過給機のコンプレッサ下
流の高圧をもリリーフして各コンプレッサがサージング
を起こすのを未然に防止することが考えられる。

しかし、この場合、一方（低速用）の排気ターボ過給機
のコンプレッサ吐出側通路のみにリリーフ弁を設ける構
成であるので、該リリーフ弁から他方（高速用）の排気
ターボ過給機のコンプレッサまでの距離が長くなって該
コンプレッサ下流の高圧のリリーフが速やかになされ
ず、サージングの発生を素早く防止できないことにな
る。

本考案はかかる点に鑑みてなされたものであり、低速用
排気ターボ過給機のコンプレッサ吐出側通路および高速
用排気ターボ過給機のコンプレッサの吐出側通路にリリ
ーフ弁をそれぞれ個別に設け、各リリーフ弁からコンプ
レッサまでの距離を共に短くして各コンプレッサ下流の
高圧を応答性良くリリーフし、各コンプレッサにおいて
サージングの発生を素早く防止することを目的とする。

しかるに、その場合、各コンプレッサ下流の高圧を応答
性良くリリーフできるものの、双方のリリーフ弁が開く
と各コンプレッサ下流の高圧が一気にリリーフされて急
激な圧力減少が起こり、トルクショックなどが発生する
という問題が生じる。

そこで、本考案では、さらに上記各リリーフ弁の設定圧
力を異なえてコンプレッサ下流の急激な圧力減少を防止
することをも目的とする。

ところで、上述したようにエンジン高回転時にのみ作動
する高速用排気ターボ過給機を備えたものでは、エンジ
ン高回転からの減速時、エンジン回転数が比較的高くて
排気ガス流量が未だ多い状態で高速用排気ターボ過給機
の作動が停止させられるので、慣性によりコンプレッサ
の回転がすぐには落ちない。このため、吸気流量が少な
く且つコンプレッサ下流の圧力が高くなり、低速用排気
ターボ過給機のコンプレッサに比べてサージングが起こ
り易い状態になる。さらに、このようなエンジンでは、
エンジン低回転からの加速時などに加速性を高める技術
として、上記排気カット弁の開作動に先立って高速用排
気ターボ過給機のタービンに少量の排気ガスを流して該
タービンを予回転させるものが知られている。その場合
においても高速用排気ターボ過給機のコンプレッサでは
吸気流量が少なく且つ吸気圧力が比較的高くなってサー
ジングが起こり易くなる。

本考案では、このような高速用排気ターボ過給機特有の
サージング発生原因にも着目して、そのサージングの発
生を防止することをも目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本考案では、低速用および高
速用の排気ターボ過給機のコンプレッサにリリーフ弁を
それぞれ個別に設け、且つ高速用排気ターボ過給機側の
リリーフ弁の設定圧力を低速用排気ターボ過給機側のリ
リーフ弁の設定圧力よりも高く設定することである。

具体的に、本考案の講じた解決手段は、エンジンに設け
られ且つ排気ガスのエネルギにより吸気を過給する低速
用および高速用の排気ターボ過給機と、高速用排気ター
ボ過給機の作動を停止させる過給機作動停止手段と、エ
ンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、該回転数
検出手段の出力を受け、エンジンの低回転時に高速用排
気ターボ過給機の作動が停止するように上記過給機作動
停止手段を制御する過給機制御手段とを設けるととも
に、上記低速用および高速用排気ターボ過給機のコンプ
レッサ吐出側通路に該コンプレッサ下流の圧力が設定値
以上のときに開くリリーフ弁をそれぞれ設け、且つ高速
用排気ターボ過給機側のリリーフ弁の設定圧力を低速用
排気ターボ過給機側のリリーフ弁の設定圧力よりも高く
設定する構成としたものである。

（作用） 上記の構成により、本考案では、過給機制御手段の制御
により、回転数検出手段で検出されたエンジン回転数に
基づいて、エンジン低回転時には過給機作動停止手段に
よって高速用排気ターボ過給機の作動が停止されて、低
速用排気ターボ過給機のみに排気ガスが集中的に供給さ
れて高い過給圧が確保される一方、エンジン高回転時に
は低速用および高速用の両排気ターボ過給機に排気ガス
が供給されて吸気流量を確保しながら適正な過給圧が得
られる。

また、エンジン高回転からの減速時などには、スロット
ル弁が急激に閉じるので各コンプレッサ下流の圧力が高
くなるが、この各コンプレッサ下流の高圧は各リリーフ
弁の開によりリリーフされるので、コンプレッサへの吸
気の逆流などが防止されて各コンプレッサのサージング
の発生が防止される。

その場合、リリーフ弁を低速用および高速用の排気ター
ボ過給機のコンプレッサにそれぞれ個別に設けたので、
各リリーフ弁からコンプレッサまでの距離を共に短くす
ることができて各コンプレッサ下流の高圧が応答性良く
リリーフされ、各コンプレッサにおいてサージングの発
生が素早く防止される。

また、高速用排気ターボ過給機側のリリーフ弁の設定圧
力と低速用排気ターボ過給機側のリリーフ弁の設定圧力
とが異なるので、各コンプレッサ下流の高圧のリリーフ
時、二つのリリーフ弁が同時に開くことがなく、リリー
フ速度が適度に維持されて急激な圧力減少が起こらず、
トルクショックの発生が防止される。

しかも、その場合、高速用排気ターボ過給機側のリリー
フ弁の設定圧力が低速用排気ターボ過給機側のリリーフ
弁の設定圧力よりも高いので、高速用排気ターボ過給機
側のリリーフのタイミングが該排気ターボ過給機の作動
／停止が切替えられるタイミングに近くなり、サージン
グは起こり易い高速用排気ターボ過給機のコンプレッサ
におけるサージングの発生が確実に防止される。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は本考案の実施例に係る排気系構造
を備えた２ロータタイプの排気ターボ過給機付ロータリ
ピストンエンジンを示す。これらの図において、１はイ
ンタメディエイトハウジング、ロータハウジングおよび
サイドハウジングからなるハウジングであって、該ハウ
ジング１内には、二つの多角形状のロータ２，２が配さ
れており、該各ロータ２が遊星回転運動してハウジング
１内に形成される三つの作動室に吸気、圧縮、爆発、膨
張および排気の各行程を順に行わせるようにしている。

上記ハウジング１には、吸気行程にある作動室に新気を
供給するプライマリポート３およびセカンダリポート４
が設けられている。また、このハウジング１には、排気
行程にある作動室から排気を排出する排気ポート５が設
けられている。

そして、上記各ロータ２に対応するプライマリポート３
およびセカンダリポート４には排気通路１０がその分岐
した下流端部において接続され、該吸気通路１０はエア
クリーナ１３を介して大気に開放されている。上記吸気
通路１０はその途中において第１および第２の二つの吸
気通路１１，１２に分岐されている。そして、該両吸気
通路１１，１２の合流部分の下流の吸気通路１０には、
上流側から順に、吸気を冷却するためのインタークーラ
１４と、吸気流量を調節するためのスロットル弁１５
と、吸気の脈動を緩和するためのサージタンク１６とが
設けられている。さらに、上記吸気通路１０の分岐した
下流端部には、プライマリポート３およびセカンダリポ
ート４に臨ませて燃料を噴射供給するためのインジェク
タ１７，１８がそれぞれ設けられている。

また、上記排気ポート５，５には排気通路２０が接続さ
れている。すなわち、該排気通路２０の一端は第１およ
び第２の二つの排気通路２１，２２に分岐されていて、
該各排気通路２１，２２がそれぞれ二つの排気ポート
５，５に接続されている。

そして、このエンジンには低速用および高速用の二つの
排気ターボ過給機３１，３２が設けられている。すなわ
ち、上記第１排気通路２１には低速用排気ターボ過給機
３１のタービン３１ａが、第２排気通路２２には高速用
排気ターボ過給機３２のタービン３２ａがそれぞれ設け
られているとともに、第１吸気通路１１には低速用排気
ターボ過給機３１のコンプレッサ３１ｂが、第２吸気通
路１２には高速用排気ターボ過給機３２のコンプレッサ
３２ｂがそれぞれ設けられていて、排気ガスのエネルギ
により吸気を過給するようにしている。また、上記第１
および第２排気通路２１，２２は各排気ターボ過給機３
１，３２の上流側で連通路３３を介して接続されてい
る。

ここで、各排気ターボ過給機３１，３２のタービン３１
ａ，３２ａと排気通路２１，２２との接続構造について
説明する。第２図に示すように、上記各タービン３１
ａ，３２ａはその吐出口が対向するように配設されてお
り、該各タービン３１ａ，３２ａにそれぞれ接続された
第１および第２排気通路２１，２２は集合してから下流
（第２図の手前側）に向う。この集合部２３は高速用排
気ターボ過給機側のタービン３２ａに一体に設けられて
おり、該集合部２３に対して低速用排気ターボ過給機側
のタービン３１ａがカスケットを介してフランジにより
接続されている。すなわち、エンジン回転数が低速領域
から上昇して高速領域に入ると、高速用排気ターボ過給
機側タービン３２ａは停止状態からいきなり作動状態に
なって急激な熱負荷を受ける。その場合、このような接
続構造にしたので、高速用排気ターボ過給機側タービン
３２ａと集合部２３との間にガスケットが介在せず、タ
ービン３２ａの熱が排気通路２２にスムーズに伝達さ
れ、タービン３２ａの受ける熱負荷を軽減することがで
きる。

また、上記第２排気通路２２において高速用排気ターボ
過給機側タービン３２ａと連通路３３との間には排気カ
ット弁４１が設けられており、高速用排気ターボ過給機
側タービン３２ａへの排気ガスの供給を調整するように
している。すなわち、この排気カット弁４１は、高速用
排気ターボ過給機３２の作動を停止させる過給機作動停
止手段として機能する。さらに、該排気カット弁４１下
流の第２排気通路２２と上記連通路３３とは洩らし通路
４２で接続されている。該洩らし通路４２には洩らし弁
４３が設けられており、高速用排気ターボ過給機側ター
ビン３２ａへの微量の排気ガスの供給を調整するように
している。また、上記連通路３３と低速用および高速用
排気ターボ過給機３１，３２下流の排気通路２０とはバ
イパス通路４４で接続されている。該バイパス通路４４
にはウェストゲート弁４５が設けられており、排気ガス
のバイパス量を調整して過給圧特性を改善するようにし
ている。これら各弁４１，４３，４５は圧力応動式のア
クチュエータ４６〜４８によってそれぞれ駆動される。

さらに、上記第２吸気通路１２における第１吸気通路１
１との合流部分の直上流には吸気カット弁５１が設けら
れている。また、第１吸気通路１１には低速用排気ター
ボ過給機側コンプレッサ３１ｂをバイパスする第１リリ
ーフ通路５４が、第２吸気通路１２には高速用排気ター
ボ過給機側コンプレッサ３２ｂをバイパスする第２リリ
ーフ通路５２がそれぞれ設けられている。この第１リリ
ーフ通路５４には第１リリーフ弁５５が、第２リリーフ
通路５２には第２リリーフ弁５３がそれぞれ設けられて
おり、該各リリーフ弁５３，５５は各コンプレッサ３１
ｂ，３２ｂ下流の圧力が設定値以上のときに開くことに
より、各コンプレッサ３１ｂ，３２ｂの上流側と下流側
とを連通して各コンプレッサ３１ｂ，３２ｂ下流の設定
値以上の高圧をリリーフするようにしている。これら各
弁５１，５３および５５は圧力応動式のアクチュエータ
５６〜５８によってそれぞれ駆動される。

また、上記排気通路２０における第１および第２排気通
路２１，２２の合流部分よりも下流には触媒装置６０が
設けられており、排気ガスを浄化するようにしている。

そして、上記各アクチュエータ４６〜４８および５６〜
５８はコントロールユニット８０によって制御される。
さらに、８１は吸気通路１０に設けられ吸気流量を検出
するためのエアフローセンサ、８２は上記スロットル弁
１５の開度を検出するためのスロットルセンサ、８３は
吸気通路１０のスロットル弁１５下流に設けられスロッ
トル弁１５下流の吸気圧力を検出するためのブースト圧
力センサ、８４はエンジンの回転数を検出する回転数検
出手段としての回転数センサ、８５はエンジンの水温を
検出するための水温センサ、８６は上記吸気カット弁５
１上下流の圧力の差圧を検出するための差圧センサであ
る。これら各センサ８１〜８６はコントロールユニット
８０にそれぞれ接続されている。

次に、上記コントロールユニット８０の作動制御を第３
図のフローに基づいて説明する。まず、ステップＳ_１で
上記各センサ８１〜８６からの信号を入力し、ステップ
Ｓ_２でエンジンが第４図に示す低回転領域にあるか否か
を判定する。

そして、エンジンが低回転領域にあるとき、つまりステ
ップＳ_２での判定がＹＥＳのときにはステップＳ_３〜ス
テップＳ_６で高速用排気ターボ過給機３２の作動を停止
する。すなわち、ステップＳ_３で洩らし弁４３を、ステ
ップＳ_４で排気カット弁４１をそれぞれ閉じて高速用排
気ターボ過給機３２の作動を停止させ、低速用排気ター
ボ過給機３１に排気ガスを集中的に供給して高い過給圧
を確保するとともに、ステップＳ_５で吸気カット弁５１
を閉じて吸気通路１０から第２吸気通路１１への吸気の
逆流を防止する。また、ステップＳ_６において、スロッ
トル弁１５下流の吸気圧力が設定圧力以下のとき（減速
時等）には、各コンプレッサ下流の圧力が設定値以上に
なることから、第１リリーフ弁５５および第２リリーフ
弁５３を開く。このことにより、エンジン高回転からの
減速時など吸気流量が少なく且つコンプレッサ下流の圧
力が高くなる運転状態において、リリーフ弁５３，５５
によりコンプレッサ下流の高圧がリリーフされるので、
コンプレッサ３１ｂ，３２ｂへの吸気の逆流が防止され
てサージングの発生が防止される。

その場合、リリーフ弁５３，５５を各コンプレッサ３１
ｂ，３２ｂにそれぞれ個別に設けたので、各リリーフ弁
５３，５５からコンプレッサ３１ｂ，３２ｂまでの距離
が共に短くなり、第５図に破線で示すように、実線で示
す従来のものよりも各コンプレッサ下流の高圧が応答性
良くリリーフされ、各コンプレッサ３１ｂ，３２ｂにお
いてサージングの発生が素早く防止される。

一方、エンジンが低回転領域になくステップＳ_２での判
定がＮＯのときにはステップＳ_７〜ステップＳ_１０で高
速用排気ターボ過給機３２を作動させる。すなわち、前
もって、ステップＳ_７で洩らし弁４３を開き、少量の排
気ガスを高速用排気ターボ過給機３２に供給してタービ
ン３２ａの助走を行う。そして、ステップＳ_８でスロッ
トル弁下流の吸気圧力が設定圧力を超えると、つまり高
回転領域になると、各リリーフ弁５３，５５を閉じると
ともにステップＳ_９で排気カット弁４１を開き、上記吸
気カット弁５１上下流の圧力の差圧が小さくなるとステ
ップＳ_１０でこの吸気カット弁５１を開いて高速用排気
ターボ過給機３２を作動させ、低速用および高速用排気
ターボ過給機３１，３２の双方により吸気を過給する。
このことにより、吸気流量を確保しながら適正な過給圧
を得ることができる。ここで、排気カット弁４１が開く
前にリリーフ弁５３，５５を閉じるようにしたのは、排
気カット弁４１が開くときにリリーフ弁５３，５５が開
いているとタービン３１ａ，３２ａが空回りして回転数
が急に上ってしまい排気圧力が急激に変動してエンジン
のダイリューションガスが大きく変化して燃焼変動をき
たすからである。

そして、上記第２リリーフ弁５３（高速用排気ターボ過
給機３２側）の設定圧力は第１リリーフ弁５５（低速用
排気ターボ過給機側）の設定圧力よりも高く設定されて
いる。すなわち、第４図に示すように、第２リリーフ弁
５３の開く領域は第１リリーフ弁５５の開く領域よりも
高回転、高負荷側に設定されている。

このことにより、第２リリーフ弁５３（高速用排気ター
ボ過給機側）の設定圧力と第１リリーフ弁５５（低速用
排気ターボ過給機側）の設定圧力とが異なるので、コン
プレッサ下流の高圧のリリーフ時、二つのリリーフ弁５
３，５５が同時に開くことがなく、リリーフ速度が適度
に維持されて急激な圧力減少が起こらず、トルクショッ
クの発生が有効に防止される。

しかも、その場合、第２リリーフ弁５３の設定圧力が第
１リリーフ弁５５の設定圧力よりも高いので、サージン
グが起こり易い高速用排気ターボ過給機側コンプレッサ
３２ｂにおけるサージングの発生を確実に防止すること
ができる。すなわち、エンジン高回転からの減速時に
は、エンジン回転数が比較的高くて排気ガス流量が未だ
多い状態で高速用排気ターボ過給機の作動が停止させら
れる関係上、慣性によりコンプレッサ３２ｂの回転がす
ぐには落ちず、コンプレッサ３２ｂ下流の圧力が高くな
り、低速用排気ターボ過給機側コンプレッサ３１ｂに比
べてサージングが起こり易い状態になるが、第４図に示
すように、第２リリーフ弁５３の設定圧力が高くてその
開領域が高回転、高負荷側に設定されていることによ
り、高速用排気ターボ過給機側コンプレッサ３２ｂのリ
リーフのタイミングが該排気ターボ過給機３２の作動／
停止が切替えられるタイミングに近くなるので、サージ
ングの発生を確実に防止することができる。また、エン
ジン低回転からの加速時には、洩らし弁４３が開いて少
量の排気ガスを高速用排気ターボ過給機３２に供給して
タービン３２ａの助走を行う関係上、高速用排気ターボ
過給機側コンプレッサ３２ｂではその下流の圧力が比較
的高くなってサージングが起こり易い状態になるが、こ
の場合にも高速用排気ターボ過給機側コンプレッサ３２
ｂのリリーフのタイミングが該排気ターボ過給機３２の
作動／停止が切替えられるタイミングに近くなるので、
上記と同様にサージングの発生を確実に防止することが
できる。

尚、排気カット弁４１により洩らし弁４３としての機能
を持たせることも可能であるが、本実施例では排気カッ
ト弁４１と洩らし弁４３とを各々別個のものにして洩ら
し弁４３の機能の精度を上げている。

また、上記フローには示していないが、ウェストゲート
弁４５も上記コントロールユニット８０により過給圧に
応じて作動制御される。

以上のフローにおいて、ステップＳ_２〜ステップＳ_１０
により、回転数検出手段（回転数センサ８４）の出力を
受け、エンジンの低回転時に高速用排気ターボ過給機３
２の作動が停止するように上記過給機作動停止手段（排
気カット弁４１）を制御する過給機制御手段９２を構成
している。

尚、上記実施例ではロータリピストンエンジンについて
説明したが、これに限定されるものではなく、本考案は
例えばレシプロエンジン等、他のタイプのエンジンにつ
いても適用することができる。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案のターボ過給機付エンジン
の吸気系構造によれば、エンジンの低回転時に高速用排
気ターボ過給機の作動を停止させるとともに、上記低速
用および高速用の排気ターボ過給機のコンプレッサにそ
の下流の高圧をリリーフするためのリリーフ弁をそれぞ
れ設け、且つ高速用排気ターボ過給機側のリリーフ弁の
設定圧力を低速用排気ターボ過給機側のリリーフ弁の設
定圧力よりも高く設定したので、エンジンの全回転領域
で吸気を適正に過給できるという基本的効果を得るとと
もに、トルクショックの発生防止を図りながら、各リリ
ーフ弁からコンプレッサまでの距離を共に短くすること
ができてコンプレッサ下流の高圧が応答性良くリリーフ
され、各コンプレッサにおいてサージングの発生を素早
く防止することができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を例示し、第１図は全体概略構成
図、第２図はエンジンの側面図、第３図はコントロール
ユニットの作動制御を示すフローチャート図、第４図は
低回転領域を示す説明図、第５図はコンプレッサ下流の
圧力の立上がりを示す説明図である。 ３１……低速用排気ターボ過給機、３２……高速用排気
ターボ過給機、４１……排気カット弁（過給機作動停止
手段）、５３……第１リリーフ弁、５５……第２リリー
フ弁、８４……回転数センサ（回転数検出手段）、９２
……過給機制御手段。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンに設けられ且つ排気ガスのエネル
   ギにより吸気を過給する低速用および高速用の排気ター
   ボ過給機と、高速用排気ターボ過給機の作動を停止させ
   る過給機作動停止手段と、エンジンの回転数を検出する
   回転数検出手段と、該回転数検出手段の出力を受け、エ
   ンジンの低回転時に高速用排気ターボ過給機の作動が停
   止するように上記過給機作動停止手段を制御する過給機
   制御手段とを設けるとともに、上記低速用および高速用
   排気ターボ過給機のコンプレッサ吐出側通路に該コンプ
   レッサ下流の圧力が設定値以上のときに開くリリーフ弁
   をそれぞれ設け、且つ高速用排気ターボ過給機側のリリ
   ーフ弁の設定圧力を低速用排気ターボ過給機側のリリー
   フ弁の設定圧力よりも高く設定したことを特徴とするタ
   ーボ過給機付エンジンの吸気系構造。