(57)【要約】【課題】、排気流路に排出された排気ガスが排気ポートから吸気ボートに吹き抜けるのを抑制して排気ブレーキによる制動力が低下するのを抑制する。【解決手段】一部の気筒に連続される第一ガス流路１１と、残りの気筒に連通される第二ガス流路１２と、第一ガス流路１１及び第二ガス流路１２に連通されるターボチャージャー３と、ターボチャージャー３に連通される排気流路４１と、排気流路４１を開閉する排気ブレーキバルブ５と、を備え、ターボチャージャー３は、第一ガス流路１１とタービン室３３とに連通される第一排気ガス導入路３４と、第二ガス流路１２とタービン室３３とに連通される第二排気ガス導入路３５と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒エンジンのエンジン排気構造であって、
一部の気筒に連続されて当該気筒から排気ガスが排出される第一ガス流路と、
残りの気筒に連通されて当該気筒から排気ガスが排出される第二ガス流路と、
前記第一ガス流路及び前記第二ガス流路に連通されて当該第一ガス流路及び当該第二ガス流路から排気ガスが導入されるターボチャージャーと、
前記ターボチャージャーに連通されて当該ターボチャージャーから排気ガスが排出される排気流路と、
前記排気流路を開閉する排気ブレーキバルブと、を備え、
前記ターボチャージャーは、
タービンが収容されるタービン室と、
前記第一ガス流路と前記タービン室とに連通されて当該第一ガス流路から排気ガスが導入されるとともに当該タービン室に排気ガスを導入する第一排気ガス導入路と、
前記第二ガス流路と前記タービン室とに連通されて当該第二ガス流路から排気ガスが導入されるとともに当該タービン室に排気ガスを導入する第二排気ガス導入路と、を有する、
エンジン排気構造。
【請求項２】
前記多気筒エンジンは、四気筒エンジンであり、
前記第一ガス流路に連通される気筒は、互いに排気時期が連続しない二気筒であり、
前記第二ガス流路に連通される気筒は、互いに排気時期が連続しない残りの二気筒である、
請求項１に記載のエンジン排気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四気筒エンジンのエンジン排気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
トラックやバス等の車両には、エンジンの馬力向上を図るためにターボチャージャーが搭載されるとともに、補助ブレーキとして排気ブレーキを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。排気ブレーキは、ターボチャージャーから排気ガスが排出される排気流路を開閉する排気ブレーキバルブを備えている。排気ブレーキを作動させる際は、排気ブレーキバルブにより排気流路を閉じる。すると、排気流路の圧力が高くなってポンピングロスが大きくなるため、エンジンの回転が抑制される。これにより、車両に制動力が働く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平０４−０６５９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ある気筒の排気ポートから排気ガスが排出されると、この排気ガスのパルスエネルギー（圧力）が、他の気筒の排気ポートに伝えられる。このとき、吸気ポートが開いている他の気筒では、当該パルスエネルギーによりエキゾーストバルブが微小に揚程して排気ポートが僅かに開く。すると、排気流路に排出された排気ガスが当該気筒の排気ポートから吸気ボートに吹き抜けるため、排気流路の圧力が低下して、排気ブレーキによる制動力が低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、排気流路に排出された排気ガスが排気ポートから吸気ボートに吹き抜けるのを抑制して排気ブレーキによる制動力が低下するのを抑制することができるエンジン排気構造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】
本発明に係るエンジン排気構造は、多気筒エンジンのエンジン排気構造であって、一部の気筒に連続されて当該気筒から排気ガスが排出される第一ガス流路と、残りの気筒に連通されて当該気筒から排気ガスが排出される第二ガス流路と、第一ガス流路及び第二ガス流路に連通されて当該第一ガス流路及び当該第二ガス流路から排気ガスが導入されるターボチャージャーと、ターボチャージャーに連通されて当該ターボチャージャーから排気ガスが排出される排気流路と、排気流路を開閉する排気ブレーキバルブと、を備え、ターボチャージャーは、タービンが収容されるタービン室と、第一ガス流路とタービン室とに連通されて当該第一ガス流路から排気ガスが導入されるとともに当該タービン室に排気ガスを導入する第一排気ガス導入路と、第二ガス流路とタービン室とに連通されて当該第二ガス流路から排気ガスが導入されるとともに当該タービン室に排気ガスを導入する第二排気ガス導入路と、を有する。
【０００７】
このエンジン排気構造では、エンジンから排出される排気ガスは、第一ガス流路及び第二ガス流路からターボチャージャーに導入され、ターボチャージャーから排気流路に排出される。そして、排気ブレーキバルブが排気流路を閉じると、排気流路の圧力が高くなってポンピングロスが大きくなるため、エンジンの回転が抑制される。これにより、車両に制動力が働く。このとき、第一ガス流路に連通された気筒から排出された排気ガスのパルスエネルギーは、第一ガス流路、第一排気ガス導入路、タービン室、第二排気ガス導入路、及び第二ガス流路を通らないと、第二ガス流路に連通された気筒の排気ポートに伝わらない。同様に、第二ガス流路に連通された気筒から排出された排気ガスのパルスエネルギーは、第二ガス流路、第二排気ガス導入路、タービン室、第一排気ガス導入路、及び第一ガス流路を通らないと、第一ガス流路に連通された気筒の排気ポートに伝わらない。このため、第一ガス流路に連通された気筒と第二ガス流路に連通された気筒との間では、排気ポートと吸気ポートとが開く時期が重なっていても、排気ガスのパルスエネルギーによりエキゾーストバルブが揚程して排気ポートが開くのを抑制することができる。これにより、排気流路に排出された排気ガスが排気ポートから吸気ボートに吹き抜けるのを抑制することができるため、排気ブレーキによる制動力が低下するのを抑制することができる。
【０００８】
上記のエンジン排気構造において、多気筒エンジンは、四気筒エンジンであり、第一ガス流路に連通される気筒は、互いに排気時期が連続しない二気筒であり、第二ガス流路に連通される気筒は、互いに排気時期が連続しない残りの二気筒であってもよい。
【０００９】
第一ガス流路に連通された気筒と第二ガス流路に連通された気筒との間で、排気ポートが開く時期と吸気ポートが開く時期との重複期間が短い場合は、上記の吹き抜けの影響は小さいが、排気ポートが開く時期と吸気ポートが開く時期との重複期間が長い場合は、上記の吹き抜けの影響は大きい。そして、四気筒エンジンでは、互いに排気時期が連続する二気筒間では、互いに排気時期が連続しない二気筒間よりも、排気ポートが開く時期と吸気ポートが開く時期との重複期間が長くなる。そこで、このエンジン排気構造では、四気筒エンジンの各気筒のうち、互いに排気時期が連続しない二気筒を第一ガス流路に連通し、互いに排気時期が連続しない残りの二気筒を第二ガス流路に連通する。これにより、排気流路に排出された排気ガスが排気ポートから吸気ボートに吹き抜けるのを更に抑制することができるため、排気ブレーキによる制動力が低下するのを更に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、排気流路に排出された排気ガスが排気ポートから吸気ボートに吹き抜けるのを抑制して排気ブレーキによる制動力が低下するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係るエンジン排気構造を模式的に示す破断面図である。
【図２】各気筒の吸排気時期を示すタイムチャートである。
【図３】ターボチャージャーを模式的に示す断面図である。
【図４】実施形態のエンジン排気構造において排気ブレーキを作動させている状態を示す模式図である。
【図５】図４の状態における各気筒の吸排気時期を示すタイムチャートである。
【図６】比較例のエンジン排気構造を模式的に示す破断面図である。
【図７】比較例のエンジン排気構造において排気ブレーキを作動させている状態を示す模式図である。
【図８】図７の状態における各気筒の吸排気時期を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態に係るエンジン排気構造について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、排気ガスの流れ方向における上流及び下流を、単に上流及び下流ともいう。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン排気構造１は、四気筒のエンジン１００に接続されるエキゾーストマニホールド２と、ターボチャージャー３と、排気管４と、排気ブレーキバルブ５と、を備える。
【００１４】
エンジン１００は、直列四気筒の４サイクルエンジンである。エンジン１００は、第一気筒１０１、第二気筒１０２、第三気筒１０３及び第四気筒１０４を備える。第一気筒１０１、第二気筒１０２、第三気筒１０３及び第四気筒１０４は、この順に直列に配列されている。
【００１５】
図２に示すように、エンジン１００では第一気筒１０１、第三気筒１０３、第四気筒１０４、第二気筒１０２の順番で爆発する。このため、第一気筒１０１は、第二気筒１０２及び第三気筒１０３とは排気時期が連続するが、第四気筒１０４とは排気時期が連続しない。第二気筒１０２は、第一気筒１０１及び第四気筒１０４とは排気時期が連続するが、第三気筒１０３とは排気時期が連続しない。第三気筒１０３は、第一気筒１０１及び第四気筒１０４とは排気時期が連続するが、第二気筒１０２とは排気時期が連続しない。第四気筒１０４は、第二気筒１０２及び第三気筒１０３とは排気時期が連続するが、第一気筒１０１とは排気時期が連続しない。
【００１６】
そして、第一気筒１０１の排気時期は、第二気筒１０２の吸気時期と長く重複し、第四気筒１０４の吸気時期と短く重複し、第三気筒１０３の吸気時期と重複しない。第二気筒１０２の排気時期は、第四気筒１０４の吸気時期と長く重複し、第三気筒１０３の吸気時期と短く重複し、第一気筒１０１の吸気時期と重複しない。第三気筒１０３の排気時期は、第一気筒１０１の吸気時期と長く重複し、第二気筒１０２の吸気時期と短く重複し、第四気筒１０４の吸気時期と重複しない。第四気筒１０４の排気時期は、第三気筒１０３の吸気時期と長く重複し、第一気筒１０１の吸気時期と短く重複し、第二気筒１０２の吸気時期と重複しない。
【００１７】
図１に示すように、エキゾーストマニホールド２は、エンジン１００に接続されている。エキゾーストマニホールド２は、第一ガス流路１１と、第二ガス流路１２と、を備える。第一ガス流路１１は、エンジン１００の各気筒のうち、一部の気筒に連通されて当該気筒から排気ガスが排出されるガス流路であり、第二ガス流路１２は、エンジン１００の各気筒のうち、残りの気筒に連通されて当該気筒から排気ガスが排出されるガス流路である。具体的には、第一ガス流路１１は、エンジン１００の４気筒のうち、互いに排気時期が連続しない２気筒に連通されるガス流路であり、第二ガス流路１２は、エンジン１００の４気筒のうち、互いに排気時期が連続しない残りの２気筒に連通されるガス流路である。なお、４気筒の４サイクルエンジンにおいて、互いに排気時期が連続しない気筒とは、互いに排気時期と吸気時期とが重複しない、又は長く重複しない気筒である。上述したように、第一気筒１０１と第四気筒１０４とは、互いに排気時期が連続しないため、第一気筒１０１及び第四気筒１０４が第一ガス流路１１に連通される。また、第二気筒１０２と第三気筒１０３とは、互いに排気時期が連続しないため、第二気筒１０２及び第三気筒１０３が第二ガス流路１２に連通される。
【００１８】
第一ガス流路１１は、第一気筒１０１の排気ポート（不図示）に連通される第一枝流路２１と、第四気筒１０４の排気ポート（不図示）に連通される第四枝流路２４と、第一枝流路２１と第四枝流路２４とが合流されてなる第一合流路２５と、を備える。第二ガス流路１２は、第二気筒１０２の排気ポート（不図示）に連通される第二枝流路２２と、第三気筒１０３の排気ポート（不図示）に連通される第三枝流路２３と、第二枝流路２２と第三枝流路２３とが合流されてなる第二合流路２６と、を備える。
【００１９】
図１及び図３に示すように、ターボチャージャー３は、排気ガスの導入路が二つに分けられたツインスクロールターボである。ターボチャージャー３は、エキゾーストマニホールド２と、排気管４と、に接続されている。ターボチャージャー３は、エキゾーストマニホールド２の第一ガス流路１１及び第二ガス流路１２に連通されて、第一ガス流路１１及び第二ガス流路１２から排気ガスが導入される。また、ターボチャージャー３は、排気管４の排気流路４１に連通されて、導入された排気ガスが排気流路４１に排出される。ターボチャージャー３は、タービン３１と、タービンハウジング３２と、を備える。
【００２０】
タービン３１は、第一ガス流路１１及び第二ガス流路１２から導入された排気ガスにより回転することで、エンジン１００の吸気経路に配置されたコンプレッサ（不図示）を回転させる。
【００２１】
タービンハウジング３２には、タービン３１が収容されるタービン室３３と、排気ガスが導入される第一排気ガス導入路３４及び第二排気ガス導入路３５と、排気ガスを排出する排気流路３６と、が形成されている。
【００２２】
第一排気ガス導入路３４は、第一ガス流路１１とタービン室３３とに連通されて、第一ガス流路１１から排気ガスが導入されるとともにタービン室３３に排気ガスを導入する。第一排気ガス導入路３４は、タービン室３３を囲むように湾曲している。第一排気ガス導入路３４の排気ガスの流れ方向における下流端は、第一排気ガス導入路３４からタービン室３３に排気ガスを導入する第一導入口３４ａとなっている。そして、タービン室３３から第一排気ガス導入路３４に排気ガスが逆流し難いように、第一導入口３４ａが狭められている。なお、第一排気ガス導入路３４は、第一タービンスクロールとも呼ばれる。
【００２３】
第二排気ガス導入路３５は、第二ガス流路１２とタービン室３３とに連通されて、第二ガス流路１２から排気ガスが導入されるとともにタービン室３３に排気ガスを導入する。第二排気ガス導入路３５は、タービン室３３を囲むように湾曲している。第二排気ガス導入路３５の排気ガスの流れ方向における下流端は、第二排気ガス導入路３５からタービン室３３に排気ガスを導入する第二導入口３５ａとなっている。そして、タービン室３３から第二排気ガス導入路３５に排気ガスが逆流し難いように、第二導入口３５ａが狭められている。なお、第二排気ガス導入路３５は、第二タービンスクロールとも呼ばれる。
【００２４】
排気流路３６は、タービン室３３と排気管４の排気流路４１とに連通されて、タービン室３３から排出された排気ガスを排気管４の排気流路４１に排出する。
【００２５】
図１に示すように、排気管４は、ターボチャージャー３に接続されている。排気管４には、ターボチャージャー３の排気流路３６と連通されて、排気流路３６から排気ガスが排出される排気流路４１が形成されている。
【００２６】
排気ブレーキバルブ５は、排気ブレーキの一構成要素である。排気流路４１内に配置されて、排気流路４１を開閉する。そして、排気ブレーキバルブ５は、排気流路４１を閉じることで、排気ブレーキを効かせる。なお、排気ブレーキバルブ５は、排気流路４１を完全に閉じる必要は無く、排気ブレーキを効かせることができる程度に排気流路４１を閉じることができればよい。
【００２７】
このように構成されるエンジン排気構造１では、第一気筒１０１及び第四気筒１０４の各排気ポートから排出された排気ガスは、第一ガス流路１１を通ってターボチャージャー３の第一排気ガス導入路３４に導入される。第一排気ガス導入路３４に導入された排気ガスは、第一導入口３４ａからタービン室３３に導入される。タービン室３３に導入された排気ガスは、タービン３１を回転させた後、排気流路３６から排気管４の排気流路４１に排出される。
【００２８】
一方、第二気筒１０２及び第三気筒１０３の各排気ポートから排出された排気ガスは、第二ガス流路１２を通ってターボチャージャー３の第二排気ガス導入路３５に導入される。第二排気ガス導入路３５に導入された排気ガスは、第二導入口３５ａからタービン室３３に導入される。タービン室３３に導入された排気ガスは、タービン３１を回転させた後、排気流路３６から排気管４の排気流路４１に排出される。
【００２９】
そして、排気ブレーキバルブ５が排気流路４１を閉じると、排気流路４１の圧力が高くなってポンピングロスが大きくなり、エンジン１００の回転が抑制される。これにより、車両に制動力が働く。
【００３０】
ここで、比較例との比較により、排気ブレーキバルブ５が排気流路４１を閉じたときの本実施形態の作用効果について説明する。
【００３１】
図６に示すように、比較例のエンジン排気構造２０１は、基本的に本実施形態のエンジン排気構造１と同様であり、エキゾーストマニホールド及びターボチャージャーのみ本実施形態のエンジン排気構造１と相違する。
【００３２】
エンジン排気構造２０１のエキゾーストマニホールド２０２は、エンジン１００の全ての気筒に連通される共通ガス流路２０３が設けられている。エンジン排気構造２０１のターボチャージャー２０４は、共通ガス流路２０３に連通される１つの共通導入路２０５が形成された一般的なターボチャージャーである。
【００３３】
図４及び図７に示すように、排気ブレーキバルブ５により排気流路４１を閉じると、ある気筒の排気ポートから排出された排気ガスのパルスエネルギー（圧力）は、他の気筒の排気ポートに伝えられる。例えば、第二気筒１０２の排気ポートから排気ガスが排出される場合を考える。この場合、排気ガスのパルスエネルギーは、第一気筒１０１、第三気筒１０３及び第四気筒１０４の排気ポートに伝えられる。このとき、第三気筒１０３及び第四気筒１０４の吸気ポートが開く。そして、第二気筒１０２の排気ポートが開く時期と第三気筒１０３の吸気ボートが開く時期との重複期間は短いが、第二気筒１０２の排気ポートが開く時期と第四気筒１０４の吸気ボートが開く時期との重複期間は長い。
【００３４】
図７及び図８に示すように、比較例のエンジン排気構造２０１では、エキゾーストマニホールド２０２において全ての気筒が共通ガス流路２０３に連通されているため、第二気筒１０２の排気ポートから第四気筒１０４の排気ポートに至る経路が短い。このため、第二気筒１０２の排気ポートから排出された排気ガスのパルスエネルギーは、殆ど減衰されることなく第四気筒１０４の排気ポートに伝えられる。そして、第二気筒１０２の排気ポートが開く時期と第四気筒１０４の吸気ボートが開く時期との重複期間は長いため、第四気筒１０４のエキゾーストバルブが揚程して排気ポートが長時間にわたって大きく開いてしまう。このため、排気流路４１に排出された排気ガスが排気ポートから吸気ボートに吹き抜けてしまう。
【００３５】
図４及び図５に示すように、本実施形態のエンジン排気構造１では、エキゾーストマニホールド２において互いに排気時期が連続しない気筒が第一ガス流路１１及び第二ガス流路１２のそれぞれに連通されているため、第二気筒１０２の排気ポートから第四気筒１０４の排気ポートに至る経路が長い。つまり、第二気筒１０２の排気ポートから排出された排気ガスのパルスエネルギーは、第二ガス流路１２、第二排気ガス導入路３５、タービン室３３、第一排気ガス導入路３４、及び第一ガス流路１１を通らないと、第四気筒１０４の排気ポートに伝わらない。このため、第二気筒１０２の排気ポートから排出された排気ガスのパルスエネルギーは、大きく減衰されて第四気筒１０４の排気ポートに伝えられる。このため、第二気筒１０２の排気ポートが開く時期と第四気筒１０４の吸気ボートが開く時期との重複期間は長いが、第四気筒１０４のエキゾーストバルブの揚程が抑えられて排気ポートは大きく開かない。このため、排気流路４１に排出された排気ガスが排気ポートから吸気ボートに吹き抜けるのを抑制することができる。
【００３６】
このように、本実施形態に係るエンジン排気構造１では、第一ガス流路１１に連通された気筒から排出された排気ガスのパルスエネルギーは、第一ガス流路１１、第一排気ガス導入路３４、タービン室３３、第二排気ガス導入路３５、及び第二ガス流路１２を通らないと、第二ガス流路１２に連通された気筒の排気ポートに伝わらない。同様に、第二ガス流路１２に連通された気筒から排出された排気ガスのパルスエネルギーは、第二ガス流路１２、第二排気ガス導入路３５、タービン室３３、第一排気ガス導入路３４、及び第一ガス流路１１を通らないと、第一ガス流路１１に連通された気筒の排気ポートに伝わらない。このため、第一ガス流路１１に連通された気筒と第二ガス流路１２に連通された気筒との間では、排気ポートと吸気ポートとが開く時期が重なっていても、排気ガスのパルスエネルギーによりエキゾーストバルブが揚程して排気ポートが開くのを抑制することができる。これにより、排気流路４１に排出された排気ガスが排気ポートから吸気ボートに吹き抜けるのを抑制することができるため、排気ブレーキによる制動力が低下するのを抑制することができる。
【００３７】
ところで、第一ガス流路１１に連通された気筒と第二ガス流路１２に連通された気筒との間で、排気ポートが開く時期と吸気ポートが開く時期との重複期間が短い場合は、上記の吹き抜けの影響は小さいが、排気ポートが開く時期と吸気ポートが開く時期との重複期間が長い場合は、上記の吹き抜けの影響は大きい。そして、四気筒エンジンでは、互いに排気時期が連続する二気筒間では、互いに排気時期が連続しない二気筒間よりも、排気ポートが開く時期と吸気ポートが開く時期との重複期間が長くなる。
【００３８】
そこで、このエンジン排気構造１では、四気筒エンジン１００の各気筒のうち、互いに排気時期が連続しない二気筒である第一気筒１０１及び第四気筒１０４を第一ガス流路１１に連通し、互いに排気時期が連続しない残りの二気筒である第二気筒１０２及び第三気筒１０３を第二ガス流路１２に連通する。これにより、排気流路４１に排出された排気ガスが排気ポートから吸気ボートに吹き抜けるのを更に抑制することができるため、排気ブレーキによる制動力が低下するのを更に抑制することができる。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。
【００４０】
例えば、上記実施形態では、エンジンの各気筒における爆発順序を例示したが、各気筒における爆発順序は特に限定されるものではない。
【００４１】
また、上記実施形態では、多気筒エンジンが四気筒エンジンであるものとして説明したが、四気筒以外の多気筒エンジンであってもよい。この場合であっても、第一ガス流路に連通された気筒と第二ガス流路に連通された気筒との間で、排気ポートと吸気ポートとが開く時期が重なっても、排気ガスのパルスエネルギーによりエキゾーストバルブが揚程して排気ポートが開くのを抑制することができる。
【００４２】
なお、四気筒以外の多気筒エンジンとする場合、第一ガス流路及び第二ガス流路のそれぞれに連通される気筒は、互いに排気時期が連続する気筒でなくてもよい。この場合、第一ガス流路及び第二ガス流路のそれぞれに連通される気筒は、互いの排気時期と吸気時期とが長く重複しない気筒とすることが好ましい。
【符号の説明】
【００４３】
１…エンジン排気構造、２…エキゾーストマニホールド、３…ターボチャージャー、４…排気管、５…排気ブレーキバルブ、１１…第一ガス流路、１２…第二ガス流路、２１…第一枝流路、２２…第二枝流路、２３…第三枝流路、２４…第四枝流路、２５…第一合流路、２６…第二合流路、３１…タービン、３２…タービンハウジング、３３…タービン室、３４…第一排気ガス導入路、３４ａ…第一導入口、３５…第二排気ガス導入路、３５ａ…第二導入口、３６…排気流路、４１…排気流路、１００…四気筒エンジン、１０１…第一気筒、１０２…第二気筒、１０３…第三気筒、１０４…第四気筒、２０１…エンジン排気構造、２０２…エキゾーストマニホールド、２０３…共通ガス流路、２０４…ターボチャージャー、２０５…共通導入路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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