JPS63243419A - タ−ボ過給エンジン - 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エンジン、殊に複数のターボチャー
ジャを備え、これをエンジンの給気圧力、排気圧力、回
転速度及び負荷等に応じて、作動するターボチャーツヤ
の個数を逐次選択し、応答性の改善と低速トルクを高め
得る逐次ターボ過給エンジンに関するらのである。

（従来の技術） 一般に良く知られたターボ過給エンジンは、通常そのエ
ンジンに要求される多用エンジン回転速度において最大
トルクが発揮されるよう設計された１個のターボチャー
ジャを用いているので、その特性上第９図実線に示′４
゛ように、車両用エンジンとして望まれる低速トルクを
高めることができない３、そこで低速トルクを高めた同
図一点鎖線に示すトルク曲線を作る目的で、低速におい
て必要なトルクを発生する主ターボチャージャと高速で
これ会補うトルクを発生する副ターボチャージャとの複
数のターボチャージャを備え、これをその回転速度に応
じて選択的に午数または複数作動させるいわゆる逐次タ
ーボ過給エンジンか案出され、低速時の給気圧力を高め
、低速トルクを高めている。

（発明が峠決しようとする問題点） ところが、車両の加速時に作動させるターボチャージャ
の個数を増加させる場合、それまで停Ｊｉ二していたタ
ーボチャージャの加速遅れによる一時的な給気圧力の低
下と、タービンノズル面積の急激な増大によるターボヂ
ャージャのタービン出力の低下を生じ、これによりコン
プレッサが発生する給気圧力が低下して一時的に第１Ｏ
図（実線）に示す如＜トルクが低下し、エンジン出力制
御が一時的に不可能になっているのが現状である。

本発明はＬ記に鑑み、複数ターボチャージャを備えた逐
次ターボ過給エンジンの、加速時におい−ζ作動するタ
ーボヂャージャの個数を増加させるときの一時的なトル
ク低下を防止せんとするを目的として案出されたもので
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明を実施例に対応する第１図乃至第３図を用いて説
明すると、主ターボチャージャ３０と並列に、コンブレ
ッザ入口に吸気切換弁４７、タービン人口に排気切換弁
３９を各設けた副ターボチャージャ４０を配設し、前記
両切換弁４７．３９をエンジンＥの高速回転時に作動す
るアクチュエータ（例えばガバナ）５３により開弁する
とともに、前記工、ンジンの吸気通路にロータリバルブ
！ｌを設けて、これを給気圧力に応じて作動する開閉時
期調整機構を介し吸気行程の途中にて閉じるようにした
ターボ過給エンジンである、。

（作用） 上記も■成により、エンジンＥの中速、高負荷時にお（
、上るＬターボチャージャ３０から吐出される高い給気
圧によってエンジンの許容最高圧力を超えないように、
ロークリバルブ１１の開弁時期を早めてＦ１τ縮比を低
下させ、圧縮圧力を低下させることに＋、）’、　７）
で対処するが、このとき吸気行程の長さら同時に短縮す
る。

エンジン速度が更に高まり、主ターボチャージャ３０の
みでの給気能力を超えろと、排気切換弁９９お２１び吸
気切換弁４７を開さ、副ターボヂャ・−ジャ４０を主タ
ーボチャージャ３ｏと並列に運転させろ。この場合、一
時的に給気圧力は低［パするが、ロータリバルブの閉弁
時期を遅らせるごとによって吸気行程の長さを増大させ
、これにょっ゛こエンジンの吸入空気量を減少させず、
一時的なトルク低下を防止Ａ゛る。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明のターボ過給エンジンは基本的には第２図に示す
ように、シリンダｌ内でピストン２が摺動し、コンロッ
ド３によりクランク軸（図示せず）を回転する４サイク
ルエンジンにおけるシリンダヘッド４の吸気［コ５及び
排気［１６には各吸気弁７、排気弁８が設置され、該吸
気弁７及び排気弁８はエンジンのクランク軸（図示せず
）と同期して公知のバルブ駆動機構により開閉されるも
のであり、１１記吸気口５と、該吸気口５と連通ずる吸
気枝管９と、該吸気管９の一端に設けた吸気マニホール
ドＩＯにより吸気通路が形成されている。また前記吸気
枝管９には制御弁としてエンジンの前記クランク軸から
歯車伝達機構を介して駆動されるロータリバルブ１１が
配設されている。

第３図はロータリバルブ１１の駆動機構を含む開閉時期
調整装置を示１１、上記ロータリバルブｌＩは吸気枝管
９の途中に形成したバルブ体９λ内にロータリバルブ１
１とピノ１２で固定し、た駆動軸１３によって支持され
ている。この駆動軸１３は前記バルブ体りａ内でロータ
リバルブＩ＋を挟持ぐるように配設された一対のスリー
ブＩ４．１５及び単体のスリーブ１６を介して複数のベ
アリング１７．１８及び１９に支承されており、その一
端には左ねじヘリカルスプライン１３ａが形成されてい
る。

２０はクランク軸（図２云せず）と歯車機構を介して伝
導連結された夕・イミングギャで、該ギヤ２０と一体の
回転軸２Ｉはベアリング２２．２３を介してエンジンに
取り付けたブラケット２４に支持するとともに、端部に
は右ねじへりカルスプライン２１ａを切り、前記左ねじ
ヘリカルスプライン１３ａとの間を、内側に上記両スプ
ラインと噛み合う凸起２５ａ、２５ｂを形成した調整駒
２５により連結している。

２Ｇは調整レバーで軸２７により支持され、一端は前記
調整駒２５の凹部２５ｃに嵌入されている。これによっ
て、例えば第４図の場合調整レバ−２６により調整駒２
２を左方に移動すれば、駆動軸１３は回転軸２１に対し
て所定の方向に角変位し、調整駒２２を右方に移動する
ことによって前記と逆方向に角変位させることができる
。このように調整駒２２の軸方向の移動によって駆動軸
１３の回転タイミングを変え、ロータリバルブ１１の開
閉時期が調整されイ１．。

なお、ロータリバルブ１１は第２図に示すように、弁開
閉時期を約９０゛づつ設定してあり、巨Ｅ　萌２ｅタイ
ミングギヤ２０によってクランク軸回転の１／２の回転
速度で駆動されるようになっている。

一方、エンジンの吸気行程期間はクランク軸回転角度で
約１８０°であり、従ってロークリバルブ１１は吸気弁
７と同様にクランク軸の回転角度では約１８０°の開弁
期間を有する。

第１図は一ヒ記開閉時期調整装置を持つロークリバルブ
を備えた本発明ターボ過給エンジンを示）もので、３０
はタービン３１と、これと同軸３２で回転せしめられる
コンプレッサ３３をもつ主り一ボチャージャで、タービ
ン人口３１ａは排気管３４によりエンジンＥの排気マニ
ホールド３５に連結１５１、またコンプレッサ出口３３
ａは吸気管３６によりエンジンＥの吸気マニホールド１
０に連結されている。

４０はタービン４１と、これと同軸４２で回転せしめら
れるコニ／ブレフサ４３をもつ副ターボチャージャで、
タービン人口４１ａは副排気管３７により前記排気管３
４に連結し、またコンプレッサ出口４３ａは副吸気管３
８により前記吸気管３６に連結されている。

上記副排気管３７には、レバー４４により回動する排気
切換弁３９を設けるとともに、前記副ターボチャージャ
４０の空気取入管４５にはレノ＜−４６をもった吸気切
換弁４７を設け、上記両シノノ＜−４４．４６をリンク
４８“で連結している。

上記リンク４８゛よたはレバー４６は、リンク４８及び
レバー４９を介してエンジンＥの動力で回転する駆動軸
５０よりギヤ５１、前記タイミングギヤ２０を経てギヤ
へ２で回転せしめられるガバナ５３に連結され、エンジ
ンＥが所定回転数に達したときガバナ５３をしてそのレ
バー４９を反時計方向に回動し、リンク４８．４８°を
第１図で右に押し、前記レバー４６．４４を各時計方向
、反時計方向に回動し、吸気切換弁４７、排気切換弁３
９をそれぞれ開弁する。

５４は空気圧シリンダで、一端はバイブ５５により前記
吸気管３６に連結され、他端より挿入１．。

たロッド５６の端部に取り付けられたピストン５７にば
ね５８に抗して空気圧を与えるよう構成され、上記ロッ
ド５６はビン５８を介し前記調整レバー２６の他端に連
結されている。

次に上記実施例の作動を説明する。

本発明の逐次ターボ過給エンジンでは低速、例えば５０
０回転／分付近における給気は専ら主ターボチャージャ
３０によって供給され、給気圧力は第７図の給気圧力比
曲線ａ−ｃのａ点であるが、ａ点の給気圧力では第５図
Ｂに示す通常のサイクルでもエンジンの許容最高圧力、
を越えることはない。即ち吸気管３６内の給気圧力は低
く、空気圧シリンダ５４の室５４′内の圧力は低く、ピ
ストン５７を左方に押す力よりもばね５８が右方に押す
力の方が強く、従って開閉時期調整装置の調整駒２５の
位置は左にあり、この位置では第５　ＣＩＡに示すよう
に吸気行程における吸気弁７の開閉時期とロータリバル
ブ！ｌの開閉時期は同一に設定しであるから、第５図Ｂ
に示すよう（ζｐ−ｖ線図も通常のエンジンと何等異な
らず、またトルクも第７図のトルク曲線（実線ｂ　−ｅ
　−ｈ　）の１１点である。

エンジンの回転速度の増加とともに、主ターボチャージ
ャ３０の発生ずる給気圧力は第７図の給気圧力比曲線ａ
−ｃに示すように高まり、エンジン回転速度１５００回
転／分における０点の給気圧力では、通常のサイクルで
エンジンを運転した場合、ＩＦｊ記第６図Ｂの点線に示
すように最高圧力はエンジンの許容最高圧力を越えてし
まう。

叩ら給気圧力が第５図ＢのＰｂ、から第６図Ｂに示すＰ
ｂｔに高まると、通常のエンジンの場合、第６図Ｂの点
線に示すように圧縮圧力はＰ　ｃ　＋からＰｃ、となり
、このままでは燃焼によ・って最高圧力はエンジンの許
容最高圧力を越えることになるが、本発明によれば、吸
気ｉＦ　７の開閉時期は一定だが吸気管３６内圧力の１
−、界により空気圧シリンダ５４内圧力は高まることか
ら、ピストン５７はばね５８に抗して左方に移動し１、
これに、に−、、て調整レバー２６を軸２７を中心（、
二時計方向に回動し、調整駒２５を右方に移動さけろこ
とＺごよ、−１でロークリバルブＩＩの閉時期を早め、
第６図Δの点ハにて閉じる。これによ、って、第６図Ｈ
において吸気圧力は点二から断熱膨張１−１吸気ド死点
においては圧力は点ホまで低下し、温度も低下する。

次に点ホより圧縮行程を開始し、断熱圧縮の結果、点二
で再び吸気行程時の圧力及び温度となり、圧力Ｐｃ、で
は第５図■３と同じ圧縮圧力となる。

従って、燃焼圧力もエンジンの許容最高圧力Ｐａを越え
ぬよう調節し得る。

このときのｐ−ｖ線図は、第８図に示すように、エンジ
ンの回転速度が５００回転／分付近では点線ｇ−ｂの如
く、圧力Ｐ、は第７図のａ点の圧力に相当し、ｇ点より
ｂ点までは吸気行程、ｂ点からＣ点までは圧縮行程を示
し、ｄ　−ｅ　−ｆ−ｂ　−にの各点を経てサイクルを
完了する通常のサバテサイクルを構成している。。

エンジン速度が上昇して１５００回転／回転線ると、第
７図に示したように、主ターボチャージャ３０によって
発生ずる給気圧力はＣ点まで高まる。

これに相当する圧力は第８図ではＰ、で表され、ｈ点Ｊ
、り吸気行程を開始し、ａ点にてロータリバルブ１１は
］前述の如く閉じる。従って、ａ点上リンリング内空気
は断熱膨張し、吸気行程の一ド死点てはｂ点、即ちｉ）
、にまで圧力が低ドｊ７、ｂ点より圧縮行程を開始し、
ａシｊ、では再び圧力はＰ、となり、Ｃ点で圧縮行程を
終了、ｄ　−ｅ−ｒ　　ｉ−ｂの各点を経てサイクルを
完了するのである。

エンジンの回転速度が５００回転／分付近のときのｐ−
ｖ線図における面積は点ｂ−ｃ　−ｄ−ｅ−ｒ　−ｂを
結んだ図形の面積であり、これは１５００回転／分付近
のときのｐ−ｖ線図に４、；ける点ａ−ｃ−ｄ−ｃ−ｆ
−ｉ−ａを結んだ図形の面積とはマ同じであり、第７図
におけるトルク曲線のｂ点、８点に示すように、エンジ
ン回転速度　５００回転／分付近と１５００回転／分付
近の各トルクかはゾ等しくなるのである。

エンジンの回転速度が１５００回転／回転線えると、前
記ガバナ５３のレバー４９が反時計方向に回動し、リン
ク４８．４８′によりレバー４６を時計方向に、またレ
バー４４を反時計方向に回動し７て吸気切換弁４７及び
排気切換弁３９を開き、副ターボヂャージャ４０が主タ
ーボチャージャ３０と並列的に運転されるようになる。

このときターボチャージャの前記特性によって発生する
給気圧力は第７図の仮想線のごとく１点まで低下しよう
とするが、本発明の逐次ターボ過給エンジンでは、給気
圧力が第７図の前記Ｃ点からｆ点、土で急落しようとす
るとき、即ち第８図のＰＩからＰ、まで急落しようとす
るときに給気管３６内の圧力が低下するので、空気圧シ
リンダ５４内の室５４゜の圧力も低下し、ピストン５７
ばばね５８によって右方に移動せしめられ、前記調整レ
バー２６を軸２７を中心として反時計方向に回動させ、
調整駒２５を左方に移動させることによってロークリバ
ルブ１１の閉時期を遅らせ、エンジンの５００回転回転
時と同様に圧縮行程を第８図のｂ点から開始して吸入空
気量の減少を防ぎ、前述のように図示平均有効圧力、即
ち発生するトルクを給気１〕ミ力の急変にも拘わらずば
ゾ同一とすることがで、与る。

エンジンが１５００回転／回転線えて更に高速になると
、給気圧力は主ターボチャージャ３０及び副ターボチャ
ージャ４０の特性に従って第７図の給気圧力曲線ｒ−ｇ
に示すよう１Ｊ上昇するが。

前述のようにロークリバルブ１１の閉時期を調節するこ
とによって、燃焼圧力がエンジンの許容最高圧力を越え
ることもなく、燃料供給量を調節することによりトルク
曲線を第７図のｃ−ｈとＬ７、ｂ−ｃ　−ｈなる連続し
た、しかもエンジン回転速度が変化しても出力かは・ぐ
一定な車両用エンジンとして望ましいトルク特性とする
ことができる。

（発明の効果） 本発明は上述のごとく、主ターボチャージャと並列に、
コンプレッサ人口に吸気切換弁、タービン人口に排気切
換弁を各設けた副ターボチャージ１配没し、前記両切換
弁をエンジンの高速回転時に作動するアクチュエータに
より開弁するとともに、前記エンジンの吸気通路にロー
タリバルブを設けて、これを給気圧力に応じて作動する
開閉時期調整機構を介し吸気行程の途中にて閉じるよう
にしたので、エンジンの中速、高負荷時における主ター
ボチャージャから吐出される高い給気圧によってエンジ
ンの許容最高圧力を超えないように、ロータリバルブの
開弁時期を早めて圧縮比を低下させ、圧縮圧力を低下さ
せることにより、またこのとき吸気行程の長さも同時に
短縮して対処することができる。

またエンジン速度が更に高まり、主ターボチャージャの
みでの給気能力を超えたとき、排気切換弁および吸気切
換弁を開いて副ターボチャージャを主ターボチャージャ
と並列に運転させ、この場合、一時的に給気圧力は低下
するが、ロークリバルブの閉弁時期を遅らせることによ
って吸気行程の長さを増大させ、これによってエンジン
の吸入・　空気量を減少させず、一時的なトルク低下を
防ＩＬすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ターボ過給エンジンの全体構成図、第２
図はエンジンのシリンダ及びロークリバルブを備えた吸
気通路付近の縦断面図、第３図はロータリバルブの開閉
時期調整装置の断面図、第４図は前記開閉時期調整装置
の要部の断面図、第５図Ａは本発明エンジンの低、中速
回転時における吸気弁及びロータリバルブのリフト図、
第５図Ｂはそのときのエンジンのｐ　ｖ線図、第６図△
は本発明エンジンの高速回転時における吸気弁及びロー
クリバルブのリフト図、第６図Ｌ３はそのときのエンジ
ンのｐ−ｖ線図、第７図は本発明エンジンのトルク曲線
図、第８図は前記ｐ−ｖ線図の詳細図、第９図は本弁明
エンジンのトルク曲線及びターボヂャーノヤ圧カ比線図
、第１０図は従来のターボ過給エンジンにおけるトルク
曲線及びターボチャージャ圧力比線図である。 １：シリンダ、２：ピストン、３：コンロッド、４ニジ
リンダヘツド、５：吸気口、６：排気口、７：吸気弁、
８：排気弁、９：吸気枝管、ＩＯ＝吸気マニホールド、
１１：ロークリバルブ、１３：駆動軸、１３ａ：左ねじ
ヘリカルスプライン、Ｉイ、１５．１６：スリーブ、１
７．１８．１９．２２．２３：ベアリング、２０：タイ
ミングギヤ、２１：回転軸、２１ａ：右ねじヘリカルス
プライン、２４ニブラケツト、２５：調整駒、２５ａ１
２５ｂ＝凸起、２６：調整レバー、２７：軸、・３０：
主ターボチャージャ、３１：タービン、３２：軸、３３
：コンプレッサ、３４：排気管、３５：排気マニホール
ド、３６：吸気管、３７：副排気管、３８；副吸気管、
３９：排気切換弁、４０：副ターボチャージャ、４１：
タービン、４２：軸、４３：コンプレッサ、４４．４６
．４９ニレバー、４５：空気取入管、４７：吸気切換弁
、４８．４８′　：リンク、５０；駆動軸、５１．５２
：ギヤ、５３：ガバナ、５４：空気圧シリンダ、５５；
パイプ、５６：ロッド、５７・ピストン、５８：ばね、
５９：ビン。 、５ｔ）−０斤カ　℃−≧ ト　　Ｉし　　７　　　　　　　　　−トｔＶ７　　　
　　　　　　　→ ／−ネ′すＸ−ゾＸｈｐｃ乙 ７′年′イペーソ々斤汐し。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）主ターボチャージャと並列に、コンプレッサ入口に
   吸気切換弁、タービン入口に排気切換弁を各設けた副タ
   ーボチャージャを配設し、前記両切換弁をエンジンの高
   速回転時に作動するアクチュエータにより開弁するとと
   もに、前記エンジンの吸気通路にロータリバルブを設け
   て、これを給気圧力に応じて作動する開閉時期調整機構
   を介し吸気行程の途中にて閉じるようにしたことを特徴
   とするターボ過給エンジン。