(57)【要約】【課題】低速トルクを確実に向上させることが出来る過給機付きガソリンエンジンを提供する。【解決手段】本発明は、点火順序が不連続である第１気筒群（４ｂ、４ｃ）及び第２気筒群（４ａ、４ｄ）を有するエンジン本体（２）と、第１気筒群の気筒に分岐して接続されると共に下流側で集合され第１の容積を有する第１排気通路（６）と、第２気筒群の気筒に分岐して接続されると共に下流側で集合され第１の容積より大きい第２の容積を有する第２排気通路（８）と、可変容量式過給機（１４）と、を有し、この可変容量式過給機は、タービンの周囲に形成された内周スクロール室（２０）及び外周スクロール室（２２）と、内周スクロール室から外周スクロール室への排気の流れを制御する制御弁（３０）と、を備え、第１排気通路は内周スクロール室に接続され、第２排気通路は外周スクロール室に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の点火順序で点火される複数の気筒を備え、点火順序が不連続である第１気筒群及び第２気筒群を有するエンジン本体と、
上記第１気筒群の気筒に分岐して接続されると共に下流側で集合され第１の容積を有する第１排気通路と、
上記第２気筒群の気筒に分岐して接続されると共に下流側で集合され上記第１の容積より大きい第２の容積を有する第２排気通路と、
上記第１及び第２の排気通路の下流側に設けられこれらの排気通路を流れる排気エネルギにより作動する可変容量式過給機と、を有し、
この可変容量式過給機は、タービンハウジングと、このタービンハウジングに収容され排気エネルギにより回転させられるタービンと、このタービンの周囲に形成された内周スクロール室及び外周スクロール室と、上記内周スクロール室から上記外周スクロール室への排気の流れを制御する制御弁と、を備え、
上記第１排気通路は上記内周スクロール室に接続され、上記第２排気通路は上記外周スクロール室に接続されていることを特徴とする過給機付きエンジン。
【請求項２】
上記エンジンは、直列４気筒エンジンであり、
上記第１気筒群は、第２気筒及び第３気筒の群であり、上記第２気筒群は、第１気筒及び第４気筒の群である請求項１記載の過給機付きエンジン。
【請求項３】
上記タービンハウジングは、上記第１排気通路の下流端部が接続される第１開口部と、上記第２排気通路の下流端部が接続される第２開口部と、上記内周スクロール室及び上記外周スクロール室を区画する区画壁とを備え、
この区画壁は、その上流側に、上記制御弁で開閉され上記内周スクロール室から上記外周スクロール室へ排気を流入させる第３開口部を備え、
上記第２開口部は、この第３開口部に対向して上記タービンハウジングの外縁部に形成されている請求項１記載の過給機付きエンジン。
【請求項４】
さらに、上記タービンをバイパスする排気バイパス通路と、過給圧が所定値以上になったときに上記バイパス通路を開く過給圧制御弁と、を有し、
上記バイパス通路は、上記第１排気通路の排気をバイパスさせるように上記内周スクロール室或いは上記第１排気通路に接続されている請求項１に記載の過給機付きエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付きエンジンに係り、特に可変容量式過給機付きエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気圧を利用した過給機（所謂ターボチャージャー）を設けたエンジンは、高い出力が得られるものの、排気エネルギの小さいエンジン低回転時に過給効率が低下するので、低速トルクが比較的小さいという特性を有する。
このような過給機において、タービンの半径方向にスクロール室を区画して内周スクロール室及び外周スクロール室を設けた可変容量式過給機が知られている（例えば、特許文献１）。このような従来の可変容量式過給機の例を図７に示す。図７に示すように、従来の可変容量式過給機では、例えば４気筒エンジンであれば、それらの４つの気筒の排気通路を１つの排気通路２００に集合させて過給機２０２に流入させ、タービン２２４を回転させるようにしている。そして、低回転時には制御弁２０４を閉じて、内周スクロール室２０６にそれら４つの気筒の排気をすべて流入させて過給圧を高めている。一方、高回転時には制御弁２０４を開いて、内周スクロール室２０６及び外周スクロール室２０８の両方に排気を流入させて過給圧を調整している。このようにして、低速から高速まで広い回転域で過給能力を高めるようにしている。
【０００３】
また、タービン軸線方向にスクロールを区画して容量及び流速のほぼ等しい２つのスクロール室を設けたツインスクロール式過給機が知られている（特許文献２）。この特許文献２に記載のツインスクロール式過給機では、各気筒の排気通路を、点火順序が連続しないグループ（例えば、点火順序が、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒であれば、第２気筒及び第３気筒のグループと、第１気筒及び第４気筒のグループ）に分けている。そして、それらのグループの排気通路をそれぞれ各スクロール室に接続して、排気干渉を防止するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６３０７８号公報
【特許文献２】特開２００４−１２４７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、近年、燃費の向上や環境問題への対応が強く要望されている。燃費の向上や環境問題に対しては、エンジンの排気量はなるべく小さい方が有利である。しかし、排気量を下げるとエンジン出力が低下するので、走行性能が犠牲になってしまう。このような問題の解決の一つとして、過給機によりエンジン出力を向上させて、結果として、燃費等と走行性能とを両立させることが考えられる。このようなエンジンの実用化には、上述した従来技術による過給機よりも、低速トルク、特に極低速の領域におけるトルクを向上させることが求められている。
【０００６】
本出願の発明者は、排気通路の容積が小さい程排気圧力が高いことに着目し、上述した従来技術の問題の解決を試みた。
本発明は、低速トルクを確実に向上させることが出来る過給機付きガソリンエンジンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために本発明による過給機付きエンジンは、所定の点火順序で点火される複数の気筒を備え、点火順序が不連続である第１気筒群及び第２気筒群を有するエンジン本体と、第１気筒群の気筒に分岐して接続されると共に下流側で集合され第１の容積を有する第１排気通路と、第２気筒群の気筒に分岐して接続されると共に下流側で集合され第１の容積より大きい第２の容積を有する第２排気通路と、第１及び第２の排気通路の下流側に設けられこれらの排気通路を流れる排気エネルギにより作動する可変容量式過給機と、を有し、この可変容量式過給機は、タービンハウジングと、このタービンハウジングに収容され排気エネルギにより回転させられるタービンと、このタービンの周囲に形成された内周スクロール室及び外周スクロール室と、内周スクロール室から外周スクロール室への排気の流れを制御する制御弁と、を備え、第１排気通路は内周スクロール室に接続され、第２排気通路は外周スクロール室に接続されていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、点火順序が不連続である気筒群に対してそれぞれ第１或いは第２の排気通路が接続されているので、排気干渉による排気エネルギの低下が抑制され、さらに、第１排気通路は、第２排気通路より排気の容積が小さいので、その排圧の低下が少ない。そして、この第１排気通路は、過給効率の高い内周スクロール室に接続されているので、低速時の過給能力を高めることが出来る。その結果、低速トルクを確実に向上させることが出来る。
【０００８】
また、本発明において、好ましくは、エンジンは、直列４気筒エンジンであり、第１気筒群は、第２気筒及び第３気筒の群であり、第２気筒群は、第１気筒及び第４気筒の群である。
このように構成された本発明においては、隣接した気筒である第２及び第３の気筒に第１排気通路が接続されるので、第１排気通路の容積を小さくし易い。従って、排圧の低下を確実に抑制して、低速トルクをより確実に向上させることが出来る。
【０００９】
また、本発明において、好ましくは、タービンハウジングは、第１排気通路の下流端部が接続される第１開口部と、第２排気通路の下流端部が接続される第２開口部と、内周スクロール室及び外周スクロール室を区画する区画壁とを備え、この区画壁は、その上流側に、制御弁で開閉され内周スクロール室から外周スクロール室へ排気を流入させる第３開口部を備え、第２開口部は、この第３開口部に対向してタービンハウジングの外縁部に形成されている。
このように構成された本発明においては、第２開口部は、この第３開口部に対向してタービンハウジングの外縁部に形成されているので、第２開口部を、タービンハウジング内に制御弁を取り付けるための取付け口と、第２排気通路の接続部として兼用させることが出来る。
【００１０】
また、本発明において、好ましくは、さらに、タービンをバイパスする排気バイパス通路と、過給圧が所定値以上になったときにバイパス通路を開く過給圧制御弁と、を有し、バイパス通路は、第１排気通路の排気をバイパスさせるように内周スクロール室或いは第１排気通路に接続されている。
このように構成された本発明においては、排圧が高い第１排気通路の排気がバイパスされるので、排圧が低い第２排気通路から流入する排気の量の割合の方が多くなる。また、この第２排気通路から流入する排気は、内周スクロール室より過給効率が低い外周スクロール室に流入する。従って、排圧を効果的に低下させることが出来る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の過給機付きガソリンエンジンによれば、低速トルクを確実に向上させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
先ず、図１及び図２により、本発明の実施形態による過給機付きエンジンの主な構成を説明する。図１は、本発明の実施形態による過給機付きエンジンの概略構成を示す上面図であり、図２は、図１のIIで示す矢印の方向から見た過給機付きエンジンの概略構成を示す側面図である。
図１に示すように、エンジン１は、エンジンブロック２に第１〜第４の気筒４ａ〜４ｄが形成された直列４気筒ガソリンエンジンである。このエンジン１では、点火が、第１気筒４ａ、第３気筒４ｃ、第４気筒４ｄ、第２気筒４ｂの順に行われるようになっている。従って、第２気筒４ｂと第３気筒４ｃ（第１気筒群）、及び、第１気筒４ａと第４気筒４ｄ（第２気筒群）では、いずれも、排気工程が連続しない。これらの気筒４ａ〜４ｄには、気筒４ａ〜４ｄに吸気を導入する吸気通路（図示せず）が、吸気ポート（図示せず）を介して接続されている。
【００１３】
次に、図１及び図２に示すように、気筒４ａ〜４ｄには、気筒４ａ〜４ｄから排気を導出する第１排気通路６及び第２排気通路８が、排気ポート（図示せず）を介して接続されている。これらの排気通路６、８は、複数の排気通路をグループ化したものであり、第１排気通路６は、第２及び第３気筒４ｂ、４ｃ用の分岐排気通路１０ｂ、１０ｃと、これらの分岐排気通路１０ｂ、１０ｃを集合させて形成された集合排気通路１２ａとで構成されている。第２排気通路８は、第１及び第４気筒４ａ、４ｄ用の分岐排気通路１０ａ、１０ｄと、これらの分岐排気通路１０ａ、１０ｄを集合させて形成された集合排気通路１２ｂとで構成されている。
【００１４】
このように、第２気筒４ｂ及び第３気筒４ｃの排気を導出するための排気通路１０ｂ、１０ｃ、１２ａがグループ化されて第１排気通路グループ（第１排気通路６）を構成し、第１気筒４ａ及び第４気筒４ｄの排気を導出するための排気通路１０ａ、１０ｄ、１２ｂがグループ化されて第２排気通路グループ（第２排気通路８）を構成している。
ここで、本実施形態では、図１に示すように、第１排気通路６は隣接した気筒４ｂ、４ｃ用の排気通路であるので、離間した気筒４ａ、４ｄ用の排気通路１０ｂ、１０ｃよりも、管の長さが短くなっている。従って、本実施形態では、第１排気通路６の排気容積（排気通路１０ｂ、１０ｃ、１２ａの容積）が、第２排気通路８の排気容積（排気通路１０ａ、１０ｄ、１２ｂの容積）よりも小さくなっている。
【００１５】
各集合排気通路１２ａ、１２ｂの下流端は、可変容量式ターボ過給機１４のタービン部１６に接続されている。次に、図３により、この可変容量式ターボ過給機１４のタービン部１６の構造を説明する。図３は、図１のIII-III線に沿って見た可変容量式ターボ過給機のタービン部の断面図である。
タービン部１６のタービンハウジング１８内には、タービン２４が設けられ、その周囲には、内周スクロール室２０及び外周スクロール室２２が形成されている。内周スクロール室２０及び外周スクロール室２２は、区画壁２６によって区画されている。タービン部１６の下流側には、タービン２４を通過した排気が流れる共通排気通路２５（図１参照）設けられている。
タービン２４は、タービンハウジング１８内に流入した排気エネルギにより回転し、この回転力が、吸気通路（図示せず）に設けたコンプレッサ（図示せず）を回転させ、このコンプレッサの回転により、吸気通路内の吸気が圧縮されるようになっている。
【００１６】
タービンハウジング１８には、内周スクロール室２０の上流側に第１開口部２７が形成され、外周スクロール室２２の上流側に第２開口部２８が形成されている。第１開口部２７には、第１排気通路６の集合排気通路１２ａが接続され、第２開口部２８には、第２排気通路８の集合排気通路１２ｂが接続されている。このように、本実施形態では、内周スクロール室２０には、第２及び第３気筒４ｂ、４ｃからの排気が流入し、外周スクロール室２２には、第１及び第４気筒４ａ、４ｄからの排気が流入するようになっている。
【００１７】
区画壁２６には、その上流側の部分に、第２及び第３気筒４ｂ、４ｃから流入する排気を外周スクロール室２２に流入させるための連通開口部２９が形成されている。この連通開口部２９は、制御弁アクチュエータ３２（図１参照）により作動する制御弁３０により開閉されるようになっている。また、区画壁２６には、連通開口部２９より下流側の部分に、外周スクロール室２２の排気を内周スクロール室２０に流入させるための複数の連通孔３４が形成されている。
【００１８】
ここで、上述した第２開口部２８は、タービンハウジング１８の外周壁３６に、連通開口部２９に対向するように形成されている。本実施形態では、この第２開口部２８は、第２排気通路８の排気を導入する役割を果たすと共に、制御弁３０をタービンハウジング１８内に取り付けるための所謂サービスホールとしての役割を果たしている。つまり、このサービスホール２８を介して制御弁３０を取り付けた後に、この第２開口部２８に集合排気通路１２ｂを接続して、図３のような構成を得ている。
【００１９】
本実施形態では、制御弁３０は、エンジン低回転時には図３に実線で示すように閉じられるようになっている。従って、低回転時には、第２及び第３気筒４ｂ、４ｃからの排気は、すべて、内周スクロール室２０に流入し、第１及び第４気筒４ａ、４ｄからの排気は、すべて、外周スクロール室２２に流入するようになっている。
一方、エンジン高回転時には、制御弁３０は、図３に破線で示すように開かれるようになっている。従って、高回転時には、第２及び第３気筒４ｂ、４ｃからの排気の一部が外周スクロール室２２に流入し、過給圧が調整されるようになっている。
【００２０】
ここで、内周スクロール室２０に流入した排気は、タービン２４の接線方向（タービン２４の軸心に対する円周方向）に近い角度でタービン２４に当たり、一方、外周スクロール室２２に流入した排気は、連通孔３４を通った後に、タービン２４の接線方向に対し半径方向に傾いた角度でタービン２４に当たるようになっている。従って、本実施形態では、内周スクロール室２０に流入した排気による過給効率の方が高くなる。
【００２１】
次に、タービン部１６には、過過給の状態となったときにタービン２４をバイパスさせて排気を流すバイパス通路が設けられている。図１乃至図４により、排気のバイパス通路に関する構成を説明する。図４は、排気のバイパス通路及びウェイストゲートバルブを説明するためのタービン部の断面図であり、図５は、ウェイストゲートバルブを開閉するＷ／Ｇアクチュエータの断面図である。
図４に示すように、タービンハウジング１８には、内周スクロール室２０に流入する排気をバイパスさせるバイパス通路４０が形成されている。バイパス通路４０の入口開口部４２は、内周スクロール室２０の上流側の部分に形成され（図３参照）、出口開口部４４は、共通排気通路２５に形成されている。なお、バイパス通路４０の入口開口部を、第１排気通路６の集合排気通路１２ａに形成しても良い。
【００２２】
入口開口部４２は、ウェイストゲートバルブ４６により開閉されるようになっている。図１及び図２に示すように、ウェイストゲートバルブ４６は、リンク機構４８を介してＷ／Ｇ（ウェイストゲートバルブ）アクチュエータ５０に連結されている。なお、図１及び図２では、バイパス通路４０の図示を省略している。
図５に示すように、Ｗ／Ｇアクチュエータ５０には、隔室５１及びばね５２が設けられている。隔室５１は吸気通路（図示せず）に接続されている。このＷ／Ｇアクチュエータ５０では、吸気通路の過給圧が過過給となる所定の圧力値を超えると、過給圧がばね５１の力に勝り、図５の矢印で示す方向にリンク機構４８を作動させるようになっている。このようなリンク機構４８の作動により、図４で破線で示すように、ウェイストゲートバルブ４６が開かれる。
【００２３】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
本実施形態では、第１排気通路６が、排気工程が連続しない第２気筒４ｂと第３気筒４ｃ用の排気通路となっており、また、第２排気通路８が、排気工程が連続しない第１気筒４ａと第４気筒４ｄ用の排気通路となっているので、排気干渉が起こりにくくなっている。従って、排気干渉による排気エネルギの低下を抑制することが出来、その結果、過給効率を高めることが出来る。
【００２４】
ここで、従来は、図７に示すように、例えば４気筒エンジンでは４つの気筒の排気通路（図示せず）を単一の集合排気通路２００に接続し、この集合排気通路を可変容量式過給機２０２に接続していた。このような形式では、４つの気筒分のすべての排気通路を集合させているので、排気通路の容積が大きくなってしまい、排圧の低下量が大きい。一方、本実施形態では、排気通路を第１排気通路６及び第２排気通路８の２つのグループに分けているので、各排気通路６、８のそれぞれの容積が、従来の排気通路の容積よりも小さくなる。従って、排圧の低下量を小さくすることが出来る。
【００２５】
さらに、上述したように、第１排気通路６の排気容積（排気通路１０ｂ、１０ｃ、１２ａの容積）が、第２排気通路８の排気容積（排気通路１０ａ、１０ｄ、１２ｂの容積）よりも小さくなっている。従って、排圧は、第１排気通路６の方が、第２排気通路８よりも大きくなる。つまり、過給能力も高くなる。そして、第１排気通路６は、上述したように、排気がタービン２４の接線方向に流れることで過給効率が高くなっている内周スクロール室２０に接続され、エンジン低回転時には、制御弁３０が閉じられる。従って、低回転時には、過給効率を確実に且つ従来より大きく高めることが出来、その結果、低速トルクも向上する。
一方、エンジンの回転数が高まるにつれて内周スクロール室２０内の排圧も高まるが、上述したように高回転時に制御弁３０を開き、内周スクロール室２０に流入する排気を外周スクロール室２２へ逃がすようにして、過給圧を調整することが出来る。
【００２６】
次に、本実施形態では、排気を共通排気通路２５にリリーフするためのバイパス通路４０及びウェイストゲートバルブ（過給圧制御弁）４６が設けられているので、過過給時に排圧を低下させることが出来る。特に、バイパス通路４０の入口開口部４２が内周スクロール室２０の上流側の部分に形成されているので、過過給時には、排圧が高い第１排気通路６の排気がリリーフされ、排圧が低い第２排気通路８から流入する排気の量の割合の方が多くなる。従って、効果的に排圧を低下させることが出来る。ここで、第２排気通路８から流入する排気は外周スクロール室２２に流入し、この外周スクロール室２２に流入した排気による過給効率は、上述したように内周スクロール２０に流入した排気による過給効率より低い。従って、過過給となった過給量を効果的に低下させることが出来る。
【００２７】
次に、本実施形態では、第２開口部２８に第２排気通路６の集合排気通路１２ｂを接続している。この第２開口部２８は、制御弁３０をタービンハウジング１８内に取り付けるための所謂サービスホールを兼ねている。図７に示すように、従来、このようなサービスホール２２８は、制御弁２０４の取付後に蓋部材２１０で覆われる。本実施形態では、このようなサービスホールを排気の流入口として利用することにより、従来用いていた図７に示すような可変容量式過給機を、形状の変更無しに流用することが出来る。
【００２８】
なお、タービン部１６を、図６に示す変形例によるタービン部１１６のような構成としても良い。この変形例では、第２排気通路８の集合排気通路１１２ｂを接続する第２開口部１２８を、タービンハウジング外周壁１３６ではなく、第１排気通路６の集合排気通路１１２ａを接続する第１開口部１２７と同じ側面部に並べて形成するようにしている。その他の基本構成は上述した実施形態と同様であり、同じ符号で示す。この変形例によるタービン部１１６を用いても、基本的に、上述した作用効果と同様の作用効果が得られる。
【００２９】
ここで、一般に、直列４気筒型エンジンでは、点火順序を考慮すると、排気干渉が起こりにくい排気通路のグループは上述したようになる（図１参照）。つまり、第２及び第３の気筒（４ｂ、４ｃ）に接続される第１排気通路（６）と、第１及び第４の気筒（４ａ、４ｄ）に接続される第２排気通路（８）にグループ分けされる。このような場合、第２及び第３気筒が隣接し、第１及び第４気筒が離間しているので、レイアウト上、各排気通路に容積の差が生じやすい。言い換えれば、第１排気通路（６）の容積を非常に小さくすることも可能である。また、直列４気筒エンジンでは、グループ分けにより排気干渉は非常に小さくなる。従って、直列４気筒エンジンは、本発明を適用するのに特に適したエンジン形式であると考えられる。一方、直列４気筒型以外にも、点火順序を考慮して、排気干渉が起こりにくい排気管のグループ化及び排気管の取り回しを行うことにより、例えばＶ型６気筒型などの他の型のエンジンにも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態による過給機付きエンジンの概略構成を示す上面図である。
【図２】図２は、図１のIIで示す矢印の方向から見た過給機付きエンジンの概略構成を示す側面図である。
【図３】図１のIII-III線に沿って見た可変容量式ターボ過給機のタービン部の断面図である。
【図４】排気のバイパス通路及びウェイストゲートバルブを説明するためのタービン部の断面図である。
【図５】ウェイストゲートバルブを開閉するＷ／Ｇアクチュエータの断面図である。
【図６】可変容量式ターボ過給機の変形例によるタービン部の断面図である。
【図７】従来技術による可変容量式ターボ過給機のタービン部の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  エンジン
４ａ〜４ｄ  第１〜第４気筒
６  第１排気通路
８  第２排気通路
１０ａ〜１０ｄ  分岐排気通路
１２ａ、１２ｂ、１１２ａ、１１２ｂ  集合排気通路
１４  可変容量式ターボ過給機
１６、１１６  タービン部
１８  タービンハウジング
２０  内周スクロール室
２２  外周スクロール室
２４  タービン
２５  共通排気通路
２６  区画壁
２７、１２７  第１開口部
２８、１２８  第２開口部
２９  連通開口部
３０  制御弁
３４  連通孔
３６、１３６  タービンハウジングの外周壁
４０  バイパス通路
４２  入口開口部
４６  ウェイストゲートバルブ
【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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