(57)【要約】【課題】複数の気筒の排気バルブ開期間にオーバーラップを有する場合であっても、排気ガスの気筒側への逆流を防止しつつ、過給機に動圧過給することで優れたエンジン効率を有する過給式内燃機関を提供する。【解決手段】本発明は、複数の気筒の排気ポート（１３）を並列に接続する排気マニホールド（２５）と、該排気マニホールドの両端を過給機に接続する複数の第１の接続管（２６a及び２６ｂ）と、該第１の接続管の各々に設けられた開度調整バルブ（２９a及び２９ｂ）と、開度調整バルブの開度を制御する制御部（３０）と、複数の排気ポートが前記排気マニホールドにそれぞれ接続する複数の接続部間に設けられた複数の絞り部（２８）とを備える。制御部は、ある気筒から排出された排気ガスが他の気筒に対応する接続部（２７）を介して過給機（１８）に供給されるように、開度調整バルブを制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを排出する第１の気筒と、該第１の気筒と排気バルブの開期間がオーバーラップする第２の気筒とを含む複数の気筒を有し、前記排気ガスを過給機に供給することにより、前記複数の気筒を過給する過給式内燃機関であって、
前記複数の気筒の排気ポートを並列に接続する排気マニホールドと、
前記排気マニホールドの両端側を前記過給機に接続する複数の第１の接続管と、
前記複数の第１の接続管の各々に設けられた第１の開度調整バルブと、
前記開度調整バルブの開度を制御する制御部と、
前記複数の排気ポートが前記排気マニホールドにそれぞれ接続する複数の接続部間に設けられた複数の絞り部と
を備え、
前記制御部は、前記第１の気筒から排出された排気ガスが前記第２の気筒に対応する接続部を介して前記過給機に供給されるように、前記第１の開度調整バルブを制御することを特徴とする過給式内燃機関。
【請求項２】
前記複数の絞り部は、絞り度が可変に構成されており、
前記制御部は、前記複数の絞り部のうち、前記排気マニホールドの前記第１の気筒から排出された排気ガスが通過する範囲に設けられた絞り部の絞り度を、他の絞り部に比べて大きく制御することを特徴とする請求項１に記載の過給式内燃機関。
【請求項３】
前記複数の接続部間を前記過給機に接続する第２の接続管と、
前記第２の接続管に設けられた第２の開度調整バルブと
を備え、
前記制御部は、前記第１の気筒から排出された排気ガスが前記第２の気筒に対応する接続部を介して前記過給機に供給され、且つ、前記排気ガスの流路長さが最小になるように、前記第１の開度調整バルブ及び第２の開度調整バルブを制御することを特徴とする請求項１に記載の過給式内燃機関。
【請求項４】
前記第２の気筒が２つ以上あることを特徴とする請求項３に記載の過給式内燃機関。
【請求項５】
前記内燃機関の負荷を検知する負荷検知部を備え、
前記制御部は、前記負荷検知部によって検知された負荷に基づいて、前記絞り部の絞り度を可変に制御することを特徴とする請求項２に記載の過給式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気バルブの開期間にオーバーラップ期間を有する複数の気筒を有する過給式内燃機関の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶用ディーゼルエンジンなどに代表される大型エンジンでは、エンジン効率を向上するためにターボチャージャ等の過給機を備えるものが多い。エンジンに供給される空気は、排気ガスエネルギーによって駆動される過給機によって圧縮加熱された後、インタークーラで冷却されることにより、掃気として各気筒に供給される。
【０００３】
各気筒からの排気ガスは、排気バルブを開けた際の掃気側圧力と排気側圧力との差圧に基づいて過給機に送り込まれる。一般的に、エンジンは複数の気筒を有しており、各気筒からの排気ガスを排気マニホールドで集気して過給機に供給するが、各気筒の排気バルブの開期間にオーバーラップ期間がある場合、排気マニホールドを介した気筒間の影響によって、排気側圧力が掃気側圧力に比べて大きくなり、排気ガスが気筒側に逆流してしまう逆流現象が生じる場合がある。
【０００４】
このような排気ガスの逆流現象を防止するために、例えば特許文献１では、各気筒から排出される排気ガスを静圧室（サージタンク）に一時的に溜めて、排気ガスが有する動圧を静圧化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−６０９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１では、各気筒からの排気ガスが排気管から排気静圧室に供給される過程で大きな圧損が生じるという問題点がある（例えば排気管の出口における圧損係数は１であり、また排気ガスにポテンシャルコアがあった場合は排気静圧室の壁面に排気ガスが衝突することによって１以上の圧損係数が生じてしまう）。そのため、排気ガスが有するエネルギー減少により、ターボチャージャの仕事量が減り、十分なエンジン効率が得られない。
【０００７】
このような排気ガスの圧損を減少させる対策としては、排気静圧室を介さずに排気管をターボチャージャに直接接続する動圧過給方式を採用することも一考に値する。しかしながら、気筒数が３以上のエンジンでは排気バルブの開期間にオーバーラップが存在するため、上述した逆流現象の発生が問題となる。
【０００８】
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、複数の気筒の排気バルブ開期間にオーバーラップを有する場合であっても、排気ガスの気筒側への逆流を防止しつつ、過給機に動圧過給することで優れたエンジン効率を有する過給式内燃機関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】
【０００９】
本発明の一態様に係る過給式エンジンは上記課題を解決するために、排気ガスを排出する第１の気筒と、該第１の気筒と排気バルブの開期間がオーバーラップする第２の気筒とを含む複数の気筒を有し、前記排気ガスを過給機に供給することにより、前記複数の気筒を過給する過給式内燃機関であって、前記複数の気筒の排気ポートを並列に接続する排気マニホールドと、前記排気マニホールドの両端側を前記過給機に接続する複数の第１の接続管と、前記複数の第１の接続管の各々に設けられた第１の開度調整バルブと、前記開度調整バルブの開度を制御する制御部と、前記複数の排気ポートが前記排気マニホールドにそれぞれ接続する複数の接続部間に設けられた複数の絞り部とを備え、前記制御部は、前記第１の気筒から排出された排気ガスが前記第２の気筒に対応する接続部を介して前記過給機に供給されるように、前記第１の開度調整バルブを制御することを特徴とする。
【００１０】
本態様によれば、第１の気筒から排出された排気ガスが第２の気筒に対応する接続部を介して前記過給機に供給される。排気ガスは、第２の気筒に対応する接続部を通過する際、排気マニホールドに設けられた絞り部によって流速が速められることによって、キャブレター効果（ベンチュリ効果）が得られる。これにより、第１の気筒から排出された排気ガスが、該第１の気筒と開期間がオーバーラップする第２の気筒に逆流する逆流現象を防止できる。また排気マニホールドを流れる排気ガスは、複数の絞り部によって流速が速められることによって動圧が増加され、静圧化されることなく過給機に供給される。そのため、排気ガスが有するエネルギーを少ない圧損で過給機に与えられるので、良好なエンジン効率が得られる。言い換えれば、エンジン効率が優れているので、エンジンのダウンサイジングにも有利である。
【００１１】
前記複数の絞り部は、絞り度が可変に構成されており、前記制御部は、前記複数の絞り部のうち、前記排気マニホールドの前記第１の気筒から排出された排気ガスが通過する範囲に設けられた絞り部の絞り度を、他の絞り部に比べて大きく制御するようにしてもよい。
本態様によれば、排気マニホールドのうち排気ガスが流れる範囲に位置する絞り部の絞り度を大きくすることによって、上述したようなキャブレター効果（ベンチュリ効果）による利益を得る。一方、その他の絞り部は絞り度を小さくすることによって、排気ガスの圧損要因となることを避ける。これにより、過給機に対して効率的に排気エネルギーを供給することができる。
【００１２】
前記複数の接続部間を前記過給機に接続する第２の接続管と、前記第２の接続管に設けられた第２の開度調整バルブとを備え、前記制御部は、前記第１の気筒から排出された排気ガスが前記第２の気筒に対応する接続部を介して前記過給機に供給され、且つ、前記排気ガスの流路長さが最小になるように、前記第１の開度調整バルブ及び第２の開度調整バルブを制御するようにしてもよい。
【００１３】
例えば内燃機関の気筒数によっては過給機までの排気経路が長くなることで、圧損が大きくなることがある。本態様では、このような場合であっても、接続部間を過給機に接続する第２の接続管と該第２の接続管用の第２の開度調整バルブを備えることによって、排気流路が最短になるように経路選択が行われる。これにより、上記効果に加えて圧損が少ない経路選択が可能となるため、より効率的な過給式内燃機関が実現できる。
【００１４】
この場合、前記第２の気筒が２つ以上あってもよい。
本態様のように第２の気筒が２つ以上ある場合、すなわち、第１の気筒を含む３つ以上の気筒において、排気バルブの開期間にオーバーラップがある場合には、排気経路が長くなることに鑑み、上述したような第２の接続管及び第２の開度調整バルブを備える態様が適している。
【００１５】
また、前記内燃機関の負荷を検知する負荷検知部を備え、前記制御部は、前記負荷検知部によって検知された負荷に基づいて、前記絞り部の絞り度を可変に制御するようにしてもよい。
一般的に、内燃機関の負荷が小さい場合には排気ガスの流量が少なくなるため、過給機に供給される排気ガスの動圧もまた小さくなる。そこで、本態様では、負荷検知部を備えることによって内燃機関の負荷を検知し、その検知値に基づいて絞り部の絞り度を可変制御することで、絞り部によって排気ガスの流速を適宜増加させ、過給機に効率的に排気エネルギーを供給することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１の気筒から排出された排気ガスが第２の気筒に対応する接続部を介して過給機に供給される。排気ガスは、第２の気筒に対応する接続部を通過する際、排気マニホールドに設けられた絞り部によって流速が速められることによって、キャブレター効果（ベンチュリ効果）が得られる。これにより、第１の気筒から排出された排気ガスが、該第１の気筒と開期間がオーバーラップする第２の気筒に逆流する逆流現象を防止できる。また排気マニホールドを流れる排気ガスは、複数の絞り部によって流速が速められることによって動圧が増加され、静圧化されることなく過給機に供給される。そのため、排気ガスが有するエネルギーを少ない圧損で過給機に与えられるので、良好なエンジン効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る過給式エンジンの構造例を示す断面図である。
【図２】４気筒のエンジンにおいて複数の気筒の排気ポートとターボチャージャとの間の排気経路を示す模式図である。
【図３】排気マニホールドの絞り部の近傍を拡大して示す断面図である。
【図４】第１実施形態に係るエンジンの排気通路近傍の構成を概略的に示す模式図である。
【図５】第１実施形態に係るエンジンの各気筒における排気バルブの開閉期間を示すタイミングチャートである。
【図６】図５に示す各期間における排気通路の排気ガスの流れを示す模式図である。
【図７】第２実施形態に係るエンジンの排気通路近傍の構成を概略的に示す模式図である。
【図８】第２実施形態に係るエンジンの各気筒における排気バルブの開閉期間を示すタイミングチャートである。
【図９】図８に示す各期間における排気通路の排気ガスの流れを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係るエンジン１００の構造例を示す断面図である。エンジン１００は、船舶用の大型ディーゼルエンジンであり、ユニフロー方式の２サイクル多気筒エンジンである。架構２の上に設置されたシリンダジャケット３の内部にはシリンダライナ４が設けられており、その上端にシリンダヘッド５が設けられている。シリンダライナ４内にはシリンダボア６が形成されており、該シリンダボア６内にはピストン７が摺動自在に挿入されている。ピストン７はピストンロッド８に連結されている。ピストンロッド８の下端は図示しないクロスヘッド及びコンロッドを介してクランクシャフトに連接されている。
【００２０】
シリンダライナ４の下部には複数の掃気ポート１１が円周方向に並んで形成されている。また、これらの掃気ポート１１の周囲を取り囲んで、シリンダジャケット３の内部には、掃気通路１２が画成されている。一方、シリンダヘッド５の頂部には排気ポート１３及び該排気ポート１３を開閉するための排気バルブ１４が設けられている。排気バルブ１４は図示しないカムシャフト、又は、電磁的に制御される油圧装置により開閉駆動され、ピストン７がシリンダボア６内を上昇するタイミングに同期して開弁する。
【００２１】
エンジン１００が有する複数の気筒の排気ポート１３は、それぞれ排気経路２０を介してターボチャージャ１８に接続されている。ここで図２は４気筒のエンジン１００において複数の気筒の排気ポート１３とターボチャージャ１８との間の排気経路２０を示す模式図である。図２では、エンジン１００の各気筒１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄ（以下の説明では、全気筒についてまとめて言及する際には符号１で示すこととする）に対応する排気ポート１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄが示されており、以下の説明では、適宜、各排気ポート１３に対応する構成に共通の文字符号ａ、ｂ、ｃ、ｄを付すこととする。
【００２２】
排気経路２０は、４気筒の各排気ポート１３をそれぞれ並列に接続する排気マニホールド２５と、該排気マニホールド２５上の異なる位置をそれぞれターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に接続する２本の接続管２６ａ、２６ｂから構成されている。排気マニホールド２５は各排気ポート１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄと、接続部２７ａ、２７ｂ、２７ｃ及び２７ｄを形成している。各接続部２７ａ、２７ｂ、２７ｃ及び２７ｄの間には、排気マニホールド２５内の排気ガスの流量を規制するための絞り部２８ａ、２８ｂ及び２８ｃが設けられている。
尚、２本の接続管２６ａ、２６ｂは本発明に係る「第１の接続管」の一例である。
【００２３】
図３は排気マニホールド２５の絞り部２８の近傍を拡大して示す断面図である。絞り部２８は、それぞれ円筒形状断面を有する排気マニホールド２５の内壁から張り出すよう凸状に構成されており、該張り出し具合は、後述する制御部３０によって可変に構成されている。このように排気マニホールド２５内に絞り部２８を備えることにより、排気マニホールド２５内を流れる排気ガスは、図３に矢印で示すように、絞り部２８を通過する際に流速が速められる。
【００２４】
２本の接続管２７ａ及び２７ｂは、排気マニホールド２５の両端側にそれぞれ接続されている（絞り部２８ａ、２８ｂ及び２８ｃの両側に接続されている）。そして、２本の接続管２７ａ及び２７ｂ上にはそれぞれ、本発明の「第１の開度調整バルブ」の一例であるバルブ２９ａ及び２９ｂが設けられており、後述する制御部３０によって開閉状態が選択可能に構成されている。
【００２５】
ターボチャージャ１８の吸気タービン側流路１７は、略Ｕ字形の縦断面形状を備えた空気導管２２を経て掃気通路１２に接続されている。空気導管２２の内部には空気冷却器（インタークーラ）２３が設置されている。
【００２６】
エンジン１００の作動時には、高温、高圧な排気ガスがこのような排気経路２０を経てターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れ、ターボチャージャ１８の排気タービンが回転駆動される。これにより、外気がターボチャージャ１８に取り込まれ、圧縮加熱された後に、吸気タービン側流路１７を経て空気冷却気２３によって冷却され、掃気として掃気ポート１２に入る。
【００２７】
続いて図４乃至図６を参照して、上記構成を有するエンジン１００の制御内容について説明する。図４は第１実施形態に係るエンジン１００の排気通路２０近傍の構成を概略的に示す模式図であり、図５は第１実施形態に係るエンジン１００の各気筒における排気バルブ１４の開閉期間を示すタイミングチャートであり、図６は図５に示す各期間における排気通路２０の排気ガスの流れを示す模式図である。
【００２８】
まず図４に示すように、エンジン１００は排気通路２０の可動部位を制御するためのコントロールユニットである制御部３０を備えている。制御部３０は、エンジン１００の作動状態に応じて、排気経路における絞り部２８の絞り度、及び、バルブ２９の開閉状態をそれぞれ可変に制御するためのコントロールユニットである。
尚、制御部３０はＥＣＵなどのエンジン１００が有する他のコントロールユニットを兼ねていてもよい。
【００２９】
続いて図５に示すように、各気筒１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄに対応する排気バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄは、１サイクル（３６０度）の間に１５０度の開期間をそれぞれ有しており、いずれか２つの排気バルブ１４の開期間にオーバーラップ期間が存在している。すなわち、本実施形態では、排気ガスを排出するために排気バルブ１４が開いている第１の気筒が一つ存在しており、該第１の気筒とオーバーラップ期間を有する排気バルブ１４を有する第２の気筒が１つ存在している場合に相当する。
尚、図６では各気筒１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄにおける排気バルブ１４の開閉状態をわかりやすく示すために、排気バルブ１４が閉状態にある気筒をハッチングで示している。
【００３０】
尚、ここで各排気バルブ１４の開期間はエンジン出力軸の回転を均一化するために９０度間隔でずれるように設定されている。以下の説明では、図５に示すように、１サイクルを４つの期間（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に分割して述べる。
【００３１】
まず期間（ａ）では、第１の気筒である気筒１ｃの排気バルブ１４ｃを開くことで排気ポート１３ｃから排気ガスが排出されると共に、第２の気筒である気筒１ｂの排気バルブ１４ｂを開くことで、掃気圧と排気圧との差圧を利用して掃気ポート１２ｂから気筒１ｂに掃気が取り込まれる。つまり期間（ａ）では排気バルブ１４ｂ及び１４ｃにおいてオーバーラップ期間が存在する。このとき、制御部３０は図６（ａ）に示すように、バルブ２７ａを開状態に切り替えると共にバルブ２７ｂを閉状態に切り替えることによって、気筒１ｃから排出される排気ガスは、接続管２６ａを介して、ターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れる。
【００３２】
このとき、制御部３０は、排気マニホールド２５の気筒１ｃから排出された排気ガスが通過する範囲に設けられた絞り部２８ｂの絞り度を、他の絞り部に比べて大きく制御することにより、排気バルブ１４ｂが開いている気筒１ｂに対応する接続部２７ｂにおいて、排気マニホールド２５を流れる排気ガスの流速が高められ、ターボチャージャ１８に供給される排気ガスの動圧が向上する。一方、掃気マニホールド２５を流れる排気ガスは、キャブレター効果（ベンチュリ効果）によって、気筒１ｂの排気圧に負圧が作用し、掃気の取り込みが促される。つまり、排気バルブ１４ｂが開いている気筒１ｂへの排気ガスの逆流を防止すると共に、気筒１ｂにおける掃気の吸引が促進される。
【００３３】
続いて期間（ｂ）では、第１の気筒である気筒１ａの排気バルブ１４ａを開くことで排気ポート１３ａから排気ガスが排出されると共に、第２の気筒である気筒１ｃの排気バルブ１４ｃを開くことで、掃気圧と排気圧との差圧を利用して掃気ポート１２ｃから気筒１ｃに掃気が取り込まれる。つまり期間（ｂ）では排気バルブ１４ａ及び１４ｃにおいてオーバーラップ期間が存在する。このとき、制御部３０は図６（ｂ）に示すように、バルブ２７ａを閉状態に切り替えると共にバルブ２７ｂを開状態に切り替えることによって、気筒１ａから排出される排気ガスは、接続管２６ｂを介して、ターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れる。
【００３４】
このとき、制御部３０は、排気マニホールド２５の気筒１ａから排出された排気ガスが通過する範囲に設けられた絞り部２８ａ及び２８ｂの絞り度を、他の絞り部に比べて大きく制御することにより、排気バルブ１４ｃが開いている気筒１ｃに対応する接続部２７ｃにおいて、排気マニホールド２５を流れる排気ガスの流速が高められ、ターボチャージャ１８に供給される排気ガスの動圧が向上する。一方、掃気マニホールド２５を流れる排気ガスは、キャブレター効果（ベンチュリ効果）によって、気筒１ｃの排気圧に負圧が作用し、掃気の取り込みが促される。つまり、排気バルブ１４ｃが開いている気筒１ｃへの排気ガスの逆流を防止すると共に、気筒１ｃにおける掃気の吸引を促進される。
【００３５】
続いて期間（ｃ）では、第１の気筒である気筒１ｄの排気バルブ１４ｄを開くことで排気ポート１３ｄから排気ガスが排出されると共に、第２の気筒である気筒１ａの排気バルブ１４ａを開くことで、掃気圧と排気圧との差圧を利用して掃気ポート１２ａから気筒１ａに掃気が取り込まれる。つまり期間（ｃ）では排気バルブ１４ａ及び１４ｄにおいてオーバーラップ期間が存在する。このとき、制御部３０は図６（ｃ）に示すように、バルブ２７ａを開状態に切り替えると共にバルブ２７ｂを閉状態に切り替えることによって、気筒１ｄから排出される排気ガスは、接続管２６ａを介して、ターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れる。
【００３６】
このとき、制御部３０は、排気マニホールド２５の気筒１ｄから排出された排気ガスが通過する範囲に設けられた絞り部２８ａ、２８ｂ及び２８ｃの絞り度を、他の絞り部に比べて大きく制御することにより、排気バルブ１４ａが開いている気筒１ａに対応する接続部２７ａにおいて、排気マニホールド２５を流れる排気ガスの流速が高められ、ターボチャージャ１８に供給される排気ガスの動圧が向上する。一方、掃気マニホールド２５を流れる排気ガスは、キャブレター効果（ベンチュリ効果）によって、気筒１ａの排気圧に負圧が作用し、掃気の取り込みが促される。つまり、排気バルブ１４ａが開いている気筒１ａへの排気ガスの逆流を防止すると共に、気筒１ａにおける掃気の吸引が促進される。
【００３７】
続いて期間（ｄ）では、第１の気筒である気筒１ｂの排気バルブ１４ｂを開くことで排気ポート１３ｂから排気ガスが排出されると共に、第２の気筒である気筒１ｄの排気バルブ１４ｄを開くことで、掃気圧と排気圧との差圧を利用して掃気ポート１２ｄから気筒１ｄに掃気が取り込まれる。つまり期間（ｄ）では排気バルブ１４ｂ及び１４ｄにおいてオーバーラップ期間が存在する。このとき、制御部３０は図６（ｃ）に示すように、バルブ２７ａを閉状態に切り替えると共にバルブ２７ｂを開状態に切り替えることによって、気筒１ｂから排出される排気ガスは、接続管２６ｂを介して、ターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れる。
【００３８】
このとき、制御部３０は、排気マニホールド２５の気筒１ｂから排出された排気ガスが通過する範囲に設けられた絞り部２８ｂ及び２８ｃの絞り度を、他の絞り部に比べて大きく制御することにより、排気バルブ１４ｄが開いている気筒１ｄに対応する接続部２７ｄにおいて、排気マニホールド２５を流れる排気ガスの流速が高められ、ターボチャージャ１８に供給される排気ガスの動圧が向上する。一方、掃気マニホールド２５を流れる排気ガスは、キャブレター効果（ベンチュリ効果）によって、気筒１ｄの排気圧に負圧が作用し、掃気の取り込みが促される。つまり、排気バルブ１４ｄが開いている気筒１ｄへの排気ガスの逆流を防止すると共に、気筒１ｄにおける掃気の吸引が促進される。
【００３９】
このように、期間（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて複数の排気バルブがオーバーラップ期間を有する場合であっても、気筒への排気ガスの逆流現象が防止されると共に、排気マニホールド２５にて絞り部によって動圧が高められる。その結果、各気筒から排出された排気ガスを少ない圧損でターボチャージャ１８に供給できるので、良好なエンジン効率を得ることができる。
【００４０】
尚、特許文献１で示した従来の排気静圧室を用いたエンジンの場合、圧損要素として、
排気管の排気静圧室への出口部で１以上の圧損係数が生じると共に、排気静圧室から排気タービン側流路の井口部で０．５以上の圧損係数が生じる。従って、従来技術では、静圧化によって排気ガスの気筒への逆流を防止できるものの、排気通路全体において少なくとも１．５以上の圧損係数が生じてしまう。
【００４１】
一方、本実施形態のエンジンでは、圧損要素として、（ｉ）バルブ２９の下流側で管１９に接続する箇所の湾曲部において内壁に排気ガスが衝突することにより生じる圧損と、（ｉｉ）絞り部２８による排気ガスの急収縮による圧損がある。前者の圧損は、配管形状にもよるが最大で０．４の圧損係数に相当する。後者による圧損は、各絞り部２８が排気マニホールド２５の断面開口比０．６以上に絞ると仮定すると、一つの絞り部２８あたり０．３の圧損係数に相当する。従って、１つの絞り部２８を作動させた場合には、排気通路２０の全体で生じる圧損は０．７程度であり、従来に比べて圧損を大幅に低減できることが検証できた。
【００４２】
尚、絞り部２８を通過させることによって、排気マニホールド２５内の排気ガスの流速は１．３倍に増加し、動圧は１．７倍に増大する。
【００４３】
尚、上記説明では絞り部２８ａ、２８ｂ及び２８ｃの絞り度は、制御部３０によって可変であるとしたが、所定の絞り度に固定してもよい。この場合、３つの絞り部２８ａ、２８ｂ及び２８ｃによる圧損が常に生じることになるが、上述の従来技術に比べて動圧供給できる分だけ、有利な効果を得ることができる。
【００４４】
また、エンジン１００の負荷状態を検知する負荷センサを設置し、制御部３０は負荷センサの検知値に基づいて、絞り部２８ａ、２８ｂ及び２８ｃの絞り度を制御するようにしてもよい。例えば負荷が小さい場合、各気筒から排出される排気ガスの圧力が低くなるため、ターボチャージャ１８に供給される動圧も低くなる傾向にあるが、その際に絞り部２８の絞り度を増やすように制御することで、動圧を増加させることができる。
【００４５】
（第２実施形態）
上述の第１実施形態ではエンジン１００が４気筒である場合について説明したが、ここでは７気筒のエンジン１００´に本発明を適用した例について説明する。尚、エンジン１００´の基本的構成は上記エンジン１００と同じであり、共通する箇所には共通の符合を付すことにより、重複する説明は適宜省略することとする。
【００４６】
図７は第２実施形態に係るエンジン１００´の排気通路２０近傍の構成を概略的に示す模式図であり、図８は第２実施形態に係るエンジン１００´の各気筒における排気バルブ１４の開閉期間を示すタイミングチャートであり、図９は図８に示す各期間における排気通路２０の排気ガスの流れを示す模式図である。
尚、本変形例では、エンジン１００´の各気筒に対応する構成要素を区別して示す際に、文字符号ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ及びｇを付すこととする。また上述の図６と同様に、各気筒における排気バルブ１４の開閉状態をわかりやすく示すために、排気バルブ１４が閉状態にある気筒をハッチングで示している。
【００４７】
排気経路２０は、７気筒の各排気ポート１３をそれぞれ並列に接続する排気マニホールド２５と、該排気マニホールド２５上の異なる位置をそれぞれターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に接続する３本の接続管２６ａ、２６ｂ及び２６ｃから構成されている。第１実施形態と共通する接続管２６ａ及び２６ｂは、上述したように本発明の「第１の接続管」の一例であり、本実施形態で追加された接続管２６ｃは本発明の「第２の接続管」の一例である。
【００４８】
排気マニホールド２５は各排気ポート１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ及び１３ｇと、接続部２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ及び２７ｇを形成している。各接続部２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ及び２７ｇの間には、排気マニホールド２５内の排気ガスの流量を規制するための絞り部２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ及び２８ｆが設けられている。接続管２７ａ及び２７ｂは、第１実施形態と同様に、排気マニホールド２５の両端側に接続されており、接続管２７ｃは接続部２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ及び２７ｇのいずれかの間に接続されている。
【００４９】
３本の接続管２７ａ、２７ｂ及び２７ｃ上にはそれぞれバルブ２９ａ、２９ｂ及び２９ｃが設けられている。上述したようにバルブ２９ａ及び２９ｂは本発明に係る「第１の開度調整バルブ」の一例であり、残りのバルブ２９ｃは本発明に係る「第２の開度調整バルブ」の一例である。
【００５０】
続いて図８に示すように、各気筒１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ及び１ｇに対応する排気バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ及び１４ｇは、１サイクル（３６０度）の間に１５０度の開期間をそれぞれ有している。ここで各排気バルブの開期間はエンジン出力軸の回転を均一化するために５１．４度（＝３６０度／７気筒）間隔でずらされており、気筒１ａ、気筒１ｇ、気筒１ｂ、気筒１ｅ、気筒１ｄ、気筒１ｃ、気筒１ｆの順で順次開くように設定されている。以下の説明では、図８に示すように、１サイクルを７つの期間（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）に分割して述べる。
【００５１】
まず期間（ａ）では、第１の気筒である気筒１ａの排気バルブ１４ａを開くことで排気ポート１３ａから排気ガスが排出されると共に、第２の気筒である気筒１ｃの排気バルブ１４ｃ及び気筒１ｆの排気バルブ１４ｆを開くことで、掃気圧と排気圧との差圧を利用して掃気ポート１２ｃ及び１２ｆから気筒１ｃ及び気筒１ｆに掃気が取り込まれる。つまり期間（ａ）では排気バルブ１４ａ、１４ｃ及び１４ｆにおいてオーバーラップ期間が存在する。このとき、制御部３０は図９（ａ）に示すように、バルブ２７ａ及び２７ｃを閉状態に切り替えると共にバルブ２７ｂを開状態に切り替えることによって、気筒１ａから排出される排気ガスは、接続管２６ｂを介して、ターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れる。
【００５２】
このとき、制御部３０は、排気マニホールド２５の気筒１ａから排出された排気ガスが通過する範囲に設けられた絞り部２８a乃至２８ｆの絞り度を大きく制御することにより、排気バルブ１４ｃ及び１４ｆが開いている気筒１ｃ及び気筒１ｆに対応する接続部２７ｃ及び２７ｆにおいて、排気マニホールド２５を流れる排気ガスの流速が高められ、ターボチャージャ１８に供給される排気ガスの動圧が向上する。一方、掃気マニホールド２５を流れる排気ガスは、キャブレター効果（ベンチュリ効果）によって、気筒１ｃ及び気筒１ｆの排気圧に負圧が作用し、掃気の取り込みが促される。つまり、排気バルブ１４ｃ及び１４ｆが開いている気筒１ｃ及び気筒１ｆへの排気ガスの逆流を防止すると共に、気筒１ｃ及び気筒１ｆにおける掃気の吸引が促進される。
【００５３】
また、このように接続管２６ｂを介して排気ガスを流すことによって、オーバーラップする他の気筒における蒸気キャブレター効果を得つつ、ターボチャージャ１８までの排気流路が最短になるように経路選択が行われる。これにより、上記効果に加えて圧損を少なくすることができるので、良好なエンジン効率を実現することができる。
【００５４】
続いて期間（ｂ）では、第１の気筒である気筒１ｇの排気バルブ１４ｇを開くことで排気ポート１３ｇから排気ガスが排出されると共に、第２の気筒である気筒１ａの排気バルブ１４ａ及び気筒１ｆの排気バルブ１４ｆを開くことで、掃気圧と排気圧との差圧を利用して掃気ポート１２ａ及び１２ｆから気筒１ａ及び気筒１ｆに掃気が取り込まれる。つまり期間（ｂ）では排気バルブ１４ａ、１４ｆ及び１４ｇにおいてオーバーラップ期間が存在する。このとき、制御部３０は図９（ｂ）に示すように、バルブ２７ａ及び２７ｂを閉状態に切り替えると共にバルブ２７ｃを開状態に切り替えることによって、気筒１ｇから排出される排気ガスは、接続管２６ｃを介して、ターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れる。
【００５５】
このとき、制御部３０は絞り部２８ｄ、２８ｅ及び２８ｆを絞ることにより、排気バルブ１４ｆが開いている気筒１ｆに対応する２７ｆにおいて、排気マニホールド２５を流れる排気ガスの流速が高められ、ターボチャージャ１８に供給される排気ガスの動圧が向上する。一方、掃気マニホールド２５を流れる排気ガスは、キャブレター効果（ベンチュリ効果）によって、気筒１ｆの排気圧に負圧が作用し、掃気の取り込みが促される。つまり、排気バルブ１４ｆが開いている気筒１ｆへの排気ガスの逆流を防止すると共に、気筒１ｆにおける掃気の吸引が促進される。
【００５６】
また、このように接続管２６ｃを介して排気ガスを流すことによって、オーバーラップする他の気筒における蒸気キャブレター効果を得つつ、ターボチャージャ１８までの排気流路が最短になるように経路選択が行われる。これにより、上記効果に加えて圧損を少なくすることができるので、良好なエンジン効率を実現することができる。
【００５７】
続いて期間（ｃ）では、気筒１ｂの排気バルブ１４ｂを開くことで排気ポート１３ｂから排気ガスが排出されると共に、気筒１ａの排気バルブ１４ａ及び気筒１ｇの排気バルブ１４ｇを開くことで、掃気圧と排気圧との差圧を利用して掃気ポート１２ａ及び１２ｇから気筒１ａ及び気筒１ｇに掃気が取り込まれる。つまり期間（ｃ）では排気バルブ１４ａ、１４ｂ及び１４ｇにおいてオーバーラップ期間が存在する。このとき、制御部３０は図９（ｃ）に示すように、バルブ２７ｂ及び２７ｃを閉状態に切り替えると共にバルブ２７ａを開状態に切り替えることによって、気筒１ｂから排出される排気ガスは、接続管２６ａを介して、ターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れる。
【００５８】
このとき、制御部３０は絞り部２８ａを絞ることにより、排気バルブ１４ａが開いている気筒１ａに対応する接続部２７ａにおいて、排気マニホールド２５を流れる排気ガスの流速が高められ、ターボチャージャ１８に供給される排気ガスの動圧が向上する。一方、掃気マニホールド２５を流れる排気ガスは、キャブレター効果（ベンチュリ効果）によって、気筒１ａの排気圧に負圧が作用し、掃気の取り込みが促される。つまり、排気バルブ１４ａが開いている気筒１ａへの排気ガスの逆流を防止すると共に、気筒１ａにおける掃気の吸引が促進される。
【００５９】
また、このように接続管２６aを介して排気ガスを流すことによって、オーバーラップする他の気筒における蒸気キャブレター効果を得つつ、ターボチャージャ１８までの排気流路が最短になるように経路選択が行われる。これにより、上記効果に加えて圧損を少なくすることができるので、良好なエンジン効率を実現することができる。
【００６０】
続いて期間（ｄ）では、気筒１ｅの排気バルブ１４ｅを開くことで排気ポート１３ｅから排気ガスが排出されると共に、気筒１ｂの排気バルブ１４ｂ及び気筒１ｇの排気バルブ１４ｇを開くことで、掃気圧と排気圧との差圧を利用して掃気ポート１２ｂ及び１２ｇから気筒１ｂ及び気筒１ｇに掃気が取り込まれる。つまり期間（ｄ）では排気バルブ１４ｂ、１４ｅ及び１４ｇにおいてオーバーラップ期間が存在する。このとき、制御部３０は図９（ｄ）に示すように、バルブ２７ａ及び２７ｃを閉状態に切り替えると共にバルブ２７ｂを開状態に切り替えることによって、気筒１ｅから排出される排気ガスは、接続管２６ｂを介して、ターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れる。
【００６１】
このとき、制御部３０は絞り部２８ｅ及び２８ｆを絞ることにより、排気バルブ１４ｇが開いている気筒１ｇに対応する接続部２７ｇにおいて、排気マニホールド２５を流れる排気ガスの流速が高められ、ターボチャージャ１８に供給される排気ガスの動圧が向上する。一方、掃気マニホールド２５を流れる排気ガスは、キャブレター効果（ベンチュリ効果）によって、気筒１ｇの排気圧に負圧が作用し、掃気の取り込みが促される。つまり、排気バルブ１４ｇが開いている気筒１ｇへの排気ガスの逆流を防止すると共に、気筒１ｇにおける掃気の吸引が促進される。
【００６２】
また、このように接続管２６ｂを介して排気ガスを流すことによって、オーバーラップする他の気筒における蒸気キャブレター効果を得つつ、ターボチャージャ１８までの排気流路が最短になるように経路選択が行われる。これにより、上記効果に加えて圧損を少なくすることができるので、良好なエンジン効率を実現することができる。
【００６３】
続いて期間（ｅ）では、気筒１ｄの排気バルブ１４ｄを開くことで排気ポート１３ｄから排気ガスが排出されると共に、気筒１ｂの排気バルブ１４ｂ及び気筒１ｅの排気バルブ１４ｅを開くことで、掃気圧と排気圧との差圧を利用して掃気ポート１２ｂ及び１２ｅから気筒１ｂ及び気筒１ｅに掃気が取り込まれる。つまり期間（ｅ）では排気バルブ１４ｂ、１４ｄ及び１４ｅにおいてオーバーラップ期間が存在する。このとき、制御部３０は図９（ｅ）に示すように、バルブ２７ｂ及び２７ｃを閉状態に切り替えると共にバルブ２７ａを開状態に切り替えることによって、気筒１ｄから排出される排気ガスは、接続管２６ａを介して、ターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れる。
【００６４】
このとき、制御部３０は絞り部２８ａ、２８ｂ及び２８ｃを絞ることにより、排気バルブ１４ｂが開いている気筒１ｂに対応する接続部２７ｂにおいて、排気マニホールド２５を流れる排気ガスの流速が高められ、ターボチャージャ１８に供給される排気ガスの動圧が向上する。一方、掃気マニホールド２５を流れる排気ガスは、キャブレター効果（ベンチュリ効果）によって、気筒１ｂの排気圧に負圧が作用し、掃気の取り込みが促される。つまり、排気バルブ１４ｂが開いている気筒１ｂへの排気ガスの逆流を防止すると共に、気筒１ｂにおける掃気の吸引が促進される。
【００６５】
また、このように接続管２６ａを介して排気ガスを流すことによって、オーバーラップする他の気筒における蒸気キャブレター効果を得つつ、ターボチャージャ１８までの排気流路が最短になるように経路選択が行われる。これにより、上記効果に加えて圧損を少なくすることができるので、良好なエンジン効率を実現することができる。
【００６６】
続いて期間（ｆ）では、気筒１ｃの排気バルブ１４ｃを開くことで排気ポート１３ｃから排気ガスが排出されると共に、気筒１ｄの排気バルブ１４ｄ及び気筒１ｅの排気バルブ１４ｅを開くことで、掃気圧と排気圧との差圧を利用して掃気ポート１２ｄ及び１２ｅから気筒１ｄ及び気筒１ｅに掃気が取り込まれる。つまり期間（ｆ）では排気バルブ１４ｃ、１４ｄ及び１４ｅにおいてオーバーラップ期間が存在する。このとき、制御部３０は図９（ｆ）に示すように、バルブ２７ａ及び２７ｃを閉状態に切り替えると共にバルブ２７ｂを開状態に切り替えることによって、気筒１ｃから排出される排気ガスは、接続管２６ｂを介して、ターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れる。
【００６７】
このとき、制御部３０は絞り部２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ及び２８ｆを絞ることにより、排気バルブ１４ｄ及び１４ｅが開いている気筒１ｄ及び気筒１ｅに対応する接続部２７ｄ及び２７ｅにおいて、排気マニホールド２５を流れる排気ガスの流速が高められ、ターボチャージャ１８に供給される排気ガスの動圧が向上する。一方、掃気マニホールド２５を流れる排気ガスは、キャブレター効果（ベンチュリ効果）によって、気筒１ｄ及び気筒１ｅの排気圧に負圧が作用し、掃気の取り込みが促される。つまり、排気バルブ１４ｄ及び１４ｅが開いている気筒１ｄ及び気筒１ｅへの排気ガスの逆流を防止すると共に、気筒１ｄ及び気筒１ｅにおける掃気の吸引が促進される。
【００６８】
また、このように接続管２６ｂを介して排気ガスを流すことによって、オーバーラップする他の気筒における蒸気キャブレター効果を得つつ、ターボチャージャ１８までの排気流路が最短になるように経路選択が行われる。これにより、上記効果に加えて圧損を少なくすることができるので、良好なエンジン効率を実現することができる。
【００６９】
続いて期間（ｇ）では、気筒１ｆの排気バルブ１４ｆを開くことで排気ポート１３ｆから排気ガスが排出されると共に、気筒１ｃの排気バルブ１４ｃ及び気筒１ｄの排気バルブ１４ｄを開くことで、掃気圧と排気圧との差圧を利用して掃気ポート１２ｃ及び１２ｄから気筒１ｃ及び気筒１ｄに掃気が取り込まれる。つまり期間（ｆ）では排気バルブ１４ｃ、１４ｄ及び１４ｆにおいてオーバーラップ期間が存在する。このとき、制御部３０は図９（ｇ）に示すように、バルブ２７ａ及び２７ｂを閉状態に切り替えると共にバルブ２７ｃを開状態に切り替えることによって、気筒１ｆから排出される排気ガスは、接続管２６ｃを介して、ターボチャージャ１８の排気タービン側流路１９に流れる。
【００７０】
このとき、制御部３０は絞り部２８ｄ及び２８ｅを絞ることにより、排気バルブ１４ｅが開いている気筒１ｅに対応する接続部２７ｅにおいて、排気マニホールド２５を流れる排気ガスの流速が高められ、ターボチャージャ１８に供給される排気ガスの動圧が向上する。
【００７１】
また、このように接続管２６ｃを介して排気ガスを流すことによって、オーバーラップする他の気筒における蒸気キャブレター効果を得つつ、ターボチャージャ１８までの排気流路が最短になるように経路選択が行われる。これにより、上記効果に加えて圧損を少なくすることができるので、良好なエンジン効率を実現することができる。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態によれば、ターボチャージャ１８に少ない圧損で増大された動圧を供給することでエンジン効率を向上すると共に、気筒への排気ガスの逆流を確実に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、排気バルブの開期間にオーバーラップ期間を有する複数の気筒を有する過給式内燃機関に利用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１  気筒
２  クランクケース
３  シリンダジャケット
４  シリンダライナ
５  シリンダヘッド
６  シリンダボア
７  ピストン
８  ピストンロッド
１１  掃気ポート
１２  掃気通路
１３  排気ポート
１４  排気バルブ
２０  排気経路
２５  排気マニホールド
２６  接続管
２７  接続部
２８  絞り部
２９  バルブ
３０  制御装置
１００  （過給式）エンジン
【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】
2015163765.tif 000009
【図８】
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【図９】
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