(57)【要約】【課題】排気切替弁の開き始めに排気切替弁の上流と下流との間で発生する圧力の変化を抑制することができる内燃機関のツインターボシステムを提供する。【解決手段】ツインターボシステム１は、第２分岐通路２１に設けられ、第２分岐通路２１を閉鎖した場合にはプライマリターボ３のタービン３ａだけに排気が流れ、第２分岐通路２１を開通した場合にはプライマリターボ３及びセカンダリターボ４の両方のタービン３ａ、４ａに排気が流れるように排気の流れを切り替える排気切替弁３０と、排気切替弁３０の下流側に隣接して設けられ、排気切替弁３０の開度に応じて増減する第２分岐通路２１の開口が拡大する方向に並ぶ複数の通路部６１、６２、６３、６４を形成する仕切り部材５５、５６、５７と、を備え、仕切り部材５５、５６、５７は、開口の拡大側に比べて縮小側の通路容積が小さくなるように複数の通路部６１、６２、６３、６４を形成するものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プライマリターボのタービンに排気を導く第１分岐通路とセカンダリターボのタービンに排気を導く第２分岐通路とに排気通路が分岐している内燃機関に適用され、
前記第２分岐通路に設けられ、前記第２分岐通路を閉鎖した場合には前記プライマリターボのタービンだけに排気が流れ、前記第２分岐通路を開通した場合には前記プライマリターボ及び前記セカンダリターボの両方のタービンに排気が流れるように排気の流れを切り替える排気切替弁と、前記排気切替弁の下流側に隣接して設けられ、前記排気切替弁の開度に応じて増減する前記第２分岐通路の開口が拡大する方向に並ぶ複数の通路部を形成する仕切り部材と、を備え、
前記仕切り部材は、前記開口の拡大側に比べて縮小側の通路容積が小さくなるように前記複数の通路部を形成することを特徴とする内燃機関のツインターボシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プライマリターボチャージャと、セカンダリターボチャージャと、を備える内燃機関のツインターボシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のツインターボシステムには、プライマリターボチャージャとセカンダリターボチャージャとが並列的に配置され、一方のプライマリターボチャージャのみ作動しているシングルターボモードとセカンダリターボチャージャも含めた両方の過給機が作動しているツインターボモードとが排気切替弁によって切り替えられるものがある。このようなツインターボシステムに適用される排気制御装置であって、排気切替弁の切り替えによるトルクショックを低減させるため、セカンダリターボチャージャを作動させる前に予備回転させるように排気切替弁の開度を徐々に変化させる排気制御装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−７８９３４号公報
【特許文献２】実開平７−３０３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の排気制御装置では、排気切替弁を徐々に開くことにより圧力変化を軽減させている。しかし、排気切替弁が開くことで形成される排気通路の開口を排気が通過する際には、開口で排気の流路が一旦狭められ、開口を通過した後に流路が一気に拡大するので、流路面積に変化が生じる。特に、排気切替弁の開き始めは、排気通路の開口が小さいため、排気通路の開口部の流路面積と開口を通過した後の流路面積との差が大きい。このため、排気切替弁の開き始めには、排気切替弁を通過する際に流路面積に大きな変化が生じてしまい、排気切替弁の上流と下流との間で大きな圧力変化を発生させてしまう。このような圧力変化がトルク段差やスモークの増加などを招いてしまう場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、排気切替弁の開き始めに排気切替弁の上流と下流との間で発生する圧力の変化を抑制することができる内燃機関のツインターボシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関のツインターボシステムは、プライマリターボのタービンに排気を導く第１分岐通路とセカンダリターボのタービンに排気を導く第２分岐通路とに排気通路が分岐している内燃機関に適用され、前記第２分岐通路に設けられ、前記第２分岐通路を閉鎖した場合には前記プライマリターボのタービンだけに排気が流れ、前記第２分岐通路を開通した場合には前記プライマリターボ及び前記セカンダリターボの両方のタービンに排気が流れるように排気の流れを切り替える排気切替弁と、前記排気切替弁の下流側に隣接して設けられ、前記排気切替弁の開度に応じて増減する前記第２分岐通路の開口が拡大する方向に並ぶ複数の通路部を形成する仕切り部材と、を備え、前記仕切り部材は、前記開口の拡大側に比べて縮小側の通路容積が小さくなるように前記複数の通路部を形成しているものである（請求項１）。
【０００７】
この内燃機関のツインターボシステムによれば、排気切替弁の下流には、排気切替弁の開度に応じて増減する第２分岐通路の開口が拡大する方向に複数の通路部が排気切替弁と隣接して並んでいる。このため、排気切替弁の下流では、排気切替弁の開度に対応した位置の通路部に排気が流れる。これにより、排気切替弁の下流の排気の流路は、排気切替弁の開度に応じて接続される通路部となるので、排気切替弁を通過する際に生じる流路面積の変化を抑制することができる。また、複数の通路部は、第２分岐通路の開口が縮小する側に位置するほど容積が小さくなるように形成されている。これにより、排気切替弁を通過する際に生じる流路面積の変化を排気切替弁の開き始めにおいて小さくすることができるので、排気切替弁の開き始めに排気切替弁の上流と下流との間で発生する圧力の変化を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上、説明したように、本発明によれば、排気切替弁の下流には、排気切替弁の開度に応じて増減する第２分岐通路の開口が拡大する方向に複数の通路部が排気切替弁と隣接して並んでいるので、排気切替弁の下流の排気の流路は、排気切替弁の開度に応じて接続される通路部となる。また、複数の通路部は、第２分岐通路の開口が縮小する側に位置するほど容積が小さくなるように形成されているので、排気力替弁を通過する際に生じる流路面積の変化を排気切替弁の開き始めにおいて小さくすることができる。これにより、排気切替弁の開き始めに排気切替弁の上流と下流との間で発生する圧力の変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一形態に係るツインターボシステムの要部を模式的に示した図。
【図２】第２分岐通路の排気切替弁が設けられた部分の拡大模式図。
【図３】図２のIII方向から見た状態を示した図。
【図４Ａ】排気切替弁の上流の圧力と排気切替弁の開度との関係を示す図。
【図４Ｂ】ツインターボシステムの過給圧と排気切替弁の開度との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明の一形態に係るツインターボシステムの要部を模式的に示した図である。ツインターボシステム１は、プライマリターボチャージャ３と、セカンダリターボチャージャ４と、を備え、車両の走行用動力源として搭載される内燃機関に適用される。プライマリターボチャージャ３のプライマリタービン３ａと、セカンダリターボチャージャ４のセカンダリタービン４ａとは、内燃機関の排気通路７に設けられている。また、プライマリターボチャージャ３のプライマリコンプレッサ３ｂと、セカンダリターボチャージャ４のセカンダリコンプレッサ４ｂとは、内燃機関の吸気通路１０に設けられている。図１の実線矢印１２は吸気の流れを、一点鎖線矢印１３は排気の流れを、それぞれ示している。
【００１１】
排気通路７は、プライマリタービン３ａに排気を導く第１分岐通路２０と、セカンダリタービン４ａに排気を導く第２分岐通路２１とに分岐している。一方、吸気通路１０は、プライマリコンプレッサ３ｂに吸気を導く第１分岐通路２５と、セカンダリコンプレッサ４ｂに吸気を導く第２分岐通路２６とに分岐している。タービン３ａ、４ａとコンプレッサ３ｂ、４ｂとは、それぞれ同軸的に接続されており、排気で駆動されるタービン３ａ、４ａによってコンプレッサ３ｂ、４ｂは駆動される。
【００１２】
プライマリタービン３ａには、その排気導入口に回動可能な複数の可変ノズル２８が設けられており、このノズル２８の間に形成される流路からプライマリタービン３ａに排気が導入される。このため、プライマリタービン３ａは、ノズル２８を回動することによりノズル２８の開度、即ち流路面積を変えることが可能に構成されている。ノズル２８は、アクチュエータ２９によって駆動される。
【００１３】
第２分岐通路２１のセカンダリタービン４ａの上流には、排気切替弁３０が設けられている。排気切替弁３０が開かれると第２分岐通路２１が開通し、閉じられると第２分岐通路２１が閉鎖される。第１分岐通路２０は常に開通しているので、排気切替弁３０が閉じられている状態では、プライマリタービン３ａにだけ排気が流れ、排気切替弁３０が開かれた状態では、プライマリタービン３ａ及びセカンダリタービン４ａの両方に排気が流れる。つまり、排気切替弁３０により排気の流れが切り替えられることによってプライマリターボチャージャ３だけが作動するシングルターボモードとプライマリターボチャージャ３及びセカンダリターボチャージャ４の両方が作動するツインターボモードとが切り替えられる。排気切替弁３０はアクチュエータ３１によって駆動される。排気切替弁３０の下流には、セカンダリタービン４ａを迂回するタービンバイパス通路３２が設けられている。タービンバイパス通路３２には排気バイパス弁３３が設けられている。排気バイパス弁３３が開閉されることによりセカンダリタービン４ａを通過する吸気の流量が調整される。排気バイパス弁３３はアクチュエータ３４によって駆動される。
【００１４】
第２分岐通路２６には、セカンダリコンプレッサ４ｂを迂回するコンプレッサバイパス通路３５が設けられている。コンプレッサバイパス通路３５には吸気バイパス弁３６が設けられている。吸気バイパス弁３６が開閉されることによりセカンダリコンプレッサ４ｂを通過する吸気の流量が調整される。吸気バイパス弁３６は、アクチュエータ３７によって駆動される。コンプレッサバイパス通路３５の下流には吸気切替弁３８と、吸気切替弁３８を迂回するようにリード通路３９とが設けられている。吸気切替弁３８が開かれると第２分岐通路２６が開通し、閉じられると第２分岐通路２６が閉鎖される。吸気切替弁３８は、シングルターボモードの場合には閉じられており、ツインターボモードの場合には開かれている。吸気切替弁３８はアクチュエータ４０によって駆動される。また、リード通路３９には通路中の圧力が所定以上となった場合に開弁するリード弁４１が設けられている。これにより、第２分岐通路２６内の圧力が所定以下に保たれている。
【００１５】
図２は、第２分岐通路２１の排気切替弁３０が設けられた部分を拡大して模式的に示した図である。また、図３は、図２のIII方向から見た状態を示した図である。図２及び図３に示すように、第２分岐通路２１は排気切替弁３０が設けられている部分において矩形形状に形成されている。このため、排気切替弁３０も矩形形状をしており、排気切替弁３０は上部を中心として回転式に動作するように構成されている。図２の破線矢印５２は、排気切替弁３０が開閉する方向を、破線５３は排気切替弁３０が徐々に開かれていく状態を、それぞれ示している。排気切替弁３０が開かれるに従って第２分岐通路２１には開口が形成される。図２のＣ１〜Ｃ３は、排気切替弁３０の開度に応じた開口の状態をそれぞれ示している。図２に示すように、この開口は排気切替弁３０の開度に応じて実線矢印５４で示す方向、つまり、下側から上側に向かって拡大する。
【００１６】
図２に示すように、排気切替弁３０の下流には、仕切り部材としての３つの仕切り板５５、５６、５７が排気切替弁３０に隣接して設けられている。これらの仕切り板５５、５６、５７は、第２分岐通路２１に沿って下流から上流に向かって延びており、排気切替弁３０の下流を複数の通路部６１、６２、６３、６４に仕切っている。つまり、排気切替弁３０の下流には、第１仕切り板５５により第１通路部６１が、第２仕切り板５６により第２通路部６２が、第３仕切り板５７により第３通路部６３と第４通路部６４とが、それぞれ形成されている。各仕切り板５５、５６、５７は、排気切替弁３０側の端部５５ａ、５６ａ、５７ａが下側から上側に向かって順に下流側にずれて配置されている。これらの端部５５ａ、５６ａ、５７ａは、排気切替弁３０の開閉にともなって下端部３０ａが移動する軌道に沿うように位置している。これにより、各通路部６１、６２、６３、６４は排気切替弁３０の開度に対応した開口の状態Ｃ１〜Ｃ３に応じて第２分岐通路２１の開口と順に接続されるように構成されている。通路部６１、６２、６３、６４は、開口が拡大する方向、つまり、下側から上側に向かって並んでいる。第１通路部６１の高さＨ１は第２通路部６２の高さＨ２より、第２通路部６２の高さＨ２は第３通路部６３の高さＨ３より、第３通路部６３の高さＨ３は第４通路部６４の高さＨ４より、それぞれ小さく形成されている。このため、下側に位置する通路部ほど容積が小さくなっており、第１通路部６１の容積が一番小さい。
【００１７】
図４Ａは、排気切替弁３０の上流の圧力と排気切替弁３０の開度との関係を、図４Ｂは、ツインターボシステム１の過給圧と排気切替弁３０の開度との関係を、それぞれ示している。従来のツインターボシステムでは、排気切替弁を通過する際に、第２分岐通路の開口で排気の流路が一旦狭められ、開口を通過した後に一気に流路が拡大する。特に、排気切替弁の開き始めでは、第２分岐通路の開口が小さいため、流路面積の変化が大きくなる。このため、図４Ａの実線７０で示すように、従来のツインターボシステムでは、流路面積の変化が大きい排気切替弁の開き始めで急激に排気切替弁の上流の圧力が低下し、その後流路面積の変化が小さくなるに従ってほぼ一定の圧力となる傾向を示す。また、排気切替弁の上流の圧力変化に対応して、図４Ｂの実線７１で示すように、ツインターボシステムの過給圧と排気切替弁の開度との関係も排気切替弁の上流の圧力変化と同様の傾向、つまり、排気切替弁の開き始めで急激に過給圧が低下し、その後ほぼ一定の圧力となる傾向を示す。このような排気圧力の低下や過給圧の低下は、内燃機関のトルク段差やスモークの悪化を招いてしまう場合がある。
【００１８】
この形態によれば、排気切替弁３０の下流に仕切り板５５、５６、５７が設けられ、下側から上側、つまり、第２分岐通路２１の開口が拡大する方向に通路部６１、６２、６３、６４が並んでいるので、排気切替弁３０の開度に応じて各通路部６１、６２、６３、６４が順に第２分岐通路２１の開口と接続する。これにより、排気切替弁３０の下流の排気の流路は、排気切替弁３０の開度に応じて接続される各通路部６１、６２、６３、６４となるので、第２分岐通路２１の開口を通過する際の排気の流路面積と、通過後の排気の流路面積との差が抑制される。このため、排気切替弁３０を通過する際に生じる排気の流路面積の変化を抑制することができる。また、各通路部６１、６２、６３、６４は、下側に位置するほど、つまり、開口が縮小する側に位置するほど容積が小さくなるように形成されている。これにより、排気切替弁３０を通過する際に生じる流路面積の変化を排気切替弁３０の開き始めにおいて小さくすることができるので、排気切替弁３０の開き始めに排気切替弁３０の上流と下流との間で発生する圧力の変化を抑制することができる。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、破線７３及び破線７４は、この形態に係るツインターボ１チャージャ１を適用した場合を示している。図４Ａ及び図４Ｂで示すように、ツインターボシステム１を適用した場合には従来のツインターボシステムの場合と異なり、排気切替弁３０の開きはじめの領域７５、７６において排気の流路面積の変化が抑制されているので、排気切替弁３０の開き始めに生じる圧力の急激な低下が抑制されている。さらに、排気切替弁３０の開度に応じて順に通路部６１、６２、６３、６４と接続されるので、排気切替弁３０の開度に応じて徐々に排気切替弁３０の下流の流路面積が拡大される。このため、図４Ａ及び図４Ｂで示すよう、排気切替弁３０の上流の圧力及び過給圧が一定の圧力まで排気切替弁３０の開度に応じて緩やかに低下する。このため、排気圧力の急激な低下や過給圧の急激な低下が抑制されるので、内燃機関のトルク段差やスモークの悪化を抑制することができる。
【００１９】
但し、本発明は上述の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上述の形態では、排気切替弁３０が上側を中心に回転式に開閉するように構成されているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、排気切替弁は、左右のいずれか一方を中心に回転して開閉するように構成されていてもよいし、上下又は左右にスライドして開閉するスライド式に構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００２０】
１  ツインターボシステム
３  プライマリターボ
３ａ  プライマリタービン
４  セカンダリターボ
４ａ  セカンダリタービン
７  排気通路
２０  第１分岐通路
２１  第２分岐通路
３０  排気切替弁
５５  第１仕切り板（仕切り板）
５６  第２仕切り板（仕切り板）
５７  第３仕切り板（仕切り板）
６１  第１通路部（通路部）
６２  第２通路部（通路部）
６３  第３通路部（通路部）
６４  第４通路部（通路部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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