過給式多気筒エンジン
【課題】ターボチャージャが限界回転速度を超えないようにした過給式多気筒エンジンを提供する。
【解決手段】排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャ１０を備える過給式多気筒エンジン１であって、排気行程が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールド３１、３２と、この第一、第二の排気マニホールド３１、３２によって集められた排気をターボチャージャ１０へと導く第一、第二のエゼクタ４９、５０と、を備え、この第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊは、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えないうちに第一、第二のエゼクタ４９、５０における排気流が臨界状態を迎えるように設定される。
【解決手段】排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャ１０を備える過給式多気筒エンジン１であって、排気行程が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールド３１、３２と、この第一、第二の排気マニホールド３１、３２によって集められた排気をターボチャージャ１０へと導く第一、第二のエゼクタ４９、５０と、を備え、この第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊは、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えないうちに第一、第二のエゼクタ４９、５０における排気流が臨界状態を迎えるように設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャを備える過給式多気筒エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された過給式多気筒エンジンは、着火順序が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める二つの排気マニホールドと、各排気マニホールドによって集められた排気をターボチャージャへと導く二つのエゼクタと、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させる二つのＥＧＲ通路と、を備える。
【０００３】
このエンジンは、各エゼクタからの排気が交互にターボチャージャへと吸引され、排気効率を高めるとともに、排気脈動圧を利用してＥＧＲガスを還流させるようになっている。
【０００４】
特許文献２に開示された過給式多気筒エンジンは、過給器として排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャと、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲガス流量制御弁とを備える。
【０００５】
このエンジンは、高負荷時にＥＧＲガス流量制御弁を開弁させる制御が行われ、ＥＧＲガスを吸気通路に還流させて、ターボチャージャに導かれる排気流量を減らすことにより、ターボチャージャの回転速度が限界回転速度を超えないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１１６０３号公報
【特許文献２】特開２００４−３０８４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示された過給式多気筒エンジンにおいて、仮にＥＧＲガス流量制御弁の作動不良を来して高負荷時にＥＧＲガス流量制御弁が十分に開弁しない場合に、ターボチャージャに導かれる排気流量が過剰となり、ターボチャージャの回転速度が限界回転速度を超える可能性がある。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ターボチャージャが限界回転速度を超えないようにした過給式多気筒エンジン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】
本発明は、排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャを備える過給式多気筒エンジンであって、排気行程が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールドと、この第一、第二の排気マニホールドによって集められた排気をターボチャージャへと導く第一、第二のエゼクタと、を備え、この第一、第二のエゼクタの最小流路断面積は、ターボチャージャの回転速度が限界回転速度を超えないうちに第一、第二のエゼクタにおける排気流が臨界状態を迎えるように設定されることを特徴とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、エンジン負荷が高まるのに伴って第一、第二のエゼクタを通過する排気流量が増加し、第一、第二のエゼクタにおける排気流が臨界状態を迎えるため、仮にＥＧＲガス流量制御弁、ターボチャージャの可変ノズル等の作動不良を来した場合にも、ターボチャージャが限界回転速度を超えることを回避し、ターボチャージャが破損することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態を示す過給式多気筒エンジンの概略構成図。
【図２】同じく第一、第二の排気マニホールドの側面図。
【図３】同じく第一、第二の排気マニホールドのターボチャージャに接続する部位を示す断面図。
【図４】同じくマニホールド排気流量と出入口圧力比の関係を示す特性図。
【図５】同じくターボチャージャの作動特性図。
【図６】本発明の他の実施形態を示す過給式多気筒エンジンの概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に概略構成を示すように、多気筒エンジン１は、吸気を各気筒に導く吸気通路２０、各気筒からの排気を排出する排気通路３０、排気の一部（以下ＥＧＲガスという）を吸気通路２０を介して各気筒に還流させるＥＧＲ装置６０、排気エネルギによって吸気を過給するターボチャージャ１０等を備える。
【００１４】
吸気通路２０は、上流側より順に、外気から塵埃等の異物を取り除くエアクリーナ２１、ターボチャージャ１０を構成するコンプレッサ１１、吸気を冷却するインタークーラ２２、吸気を各気筒に分配する吸気マニホールド１９、各気筒の燃焼室壁に開口する吸気ポート（図示せず）等を備える。
【００１５】
排気通路３０は、上流側より順に、各気筒の燃焼室壁に開口する排気ポート（図示せず）、各排気ポートからの排気を集める第一、第二の排気マニホールド３１、３２、ターボチャージャ１０を構成するタービン１２、触媒を介して排気を浄化するとともに排気音を消音する触媒付きマフラ３９等を備える。
【００１６】
ディーゼル式のエンジン１は、吸気ポートから吸気を気筒に吸入する吸入行程、気筒に噴射供給される燃料を圧縮着火して燃焼させる燃焼行程、気筒内におけるピストンの下降により出力軸を回転駆動する膨張行程、気筒内の排気を排気ポートから排出する排気行程が順に各気筒毎にて行われる。
【００１７】
なお、本発明は、ディーゼル式のエンジン１に限らず、火花点火式のエンジンにも適用できる。
【００１８】
エンジン１は、＃１〜＃６の６気筒を備え、例えば＃１、＃４、＃２、＃６、＃３、＃５気筒の順に１２０ｄｅｇの間隔を持って排気行程を迎える。
【００１９】
第一の排気マニホールド３１は、排気行程が互いに連続しない（排気開弁期間が重ならない）＃１、＃２、＃３気筒からの排気を集める。同様に、第二の排気マニホールド３２は、排気行程が互いに連続しない＃４、＃６、＃５気筒からの排気を集める。これにより、第一、第二の排気マニホールド３１、３２には、各気筒から排出される排気流が交互に流入し、エンジン速度域に応じて排気の圧力脈動が生じる。
【００２０】
なお、本発明は、６気筒エンジン１に限らず、例えば８気筒、１０気筒を有する他の多気筒エンジンにも適用できる。そして、排気通路３０は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２に限らず、第三、第四、それ以上の排気マニホールドを備える構成としても良い。これに対応して後述する第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２、第一、第二の逆止弁５１、５２等の設置数も増やされる。
【００２１】
図２は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２の側面図である。第一、第二の排気マニホールド３１、３２は、中央ブロック４１と、前後ブロック４２、４３を組み立てて形成される。
【００２２】
前ブロック４２は、＃１、＃２気筒の排気ポートに対する開口（排気入口）と、中央ブロック４１に対する開口（排気出口）と、ＥＧＲ通路６１に対する開口（ＥＧＲガス取り出し口）とを有する。
【００２３】
後ブロック４３は、＃５、＃６気筒の排気ポートに対する開口（排気入口）と、中央ブロック４１に対する開口（排気出口）と、ＥＧＲ通路６２に対する開口（ＥＧＲガス取り出し口）とを有する。
【００２４】
図３は、中央ブロック４１のタービン１２に接続する部位を示す断面図である。中央ブロック４１は、＃５、＃６気筒の排気ポートに接続する開口として排気入口４７、４８と、前後ブロック４２、４３に接続する開口として排気連通口４５、４６と、これら排気入口４７、４８と排気連通口４５、４６からの排気がそれぞれ導かれる主通路部６６、６７と、ターボチャージャ１０のタービン１２に対する開口として第一、第二のエゼクタ４９、５０を有する。
【００２５】
排気通路３０は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２によって導かれる排気を合流してターボチャージャ１０のタービン１２へと導く排気ジャンクション３３を備える。この排気ジャンクション３３において、第一、第二のエゼクタ４９、５０は、後述するようにそれぞれの流路断面積が上流側から下流側にかけて次第に小さくなるように形成され、互いに並んでタービン１２のハウジング入口１３に接続される。図３に矢印で示すように、各気筒における排気行程初期の排気ブローダウン流が第一、第二のエゼクタ４９、５０から交互にハウジング入口１３へと流出することによって、第一、第二のエゼクタ４９、５０からの排気が交互にハウジング入口１３へと吸引され、排気効率を高められる。
【００２６】
排気ジャンクション３３は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２を構成する中央ブロック４１に一体形成されるが、これに限らず、第一、第二の排気マニホールド３１、３２と別体で形成してもよい。
【００２７】
エンジン１は、過給器として排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャ１０が設けられる。ターボチャージャ１０は、タービン１２の翼車（図示せず）とコンプレッサ１１の翼車（図示せず）が同軸上にて連結されている。排気のエネルギによってタービン１２の翼車が高速回転し、コンプレッサ１１の翼車がその回転により回転軸方向から吸気を吸引し、圧縮した吸気をその回転半径方向に吐出する。
【００２８】
ＥＧＲ装置６０は、排気通路３０のタービン１２より上流側から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出し、吸気通路２０のコンプレッサ１１より下流側に導き、各気筒に還流させるようになっている。
【００２９】
ＥＧＲ装置６０は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２からＥＧＲガスをそれぞれ取り出す第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２と、この第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれるＥＧＲガスが逆流することを止める第一、第二の逆止弁５１、５２と、第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれる排気を合流させるＥＧＲジャンクション６３と、このＥＧＲジャンクション６３にて合流したＥＧＲガスを吸気通路２０に導くＥＧＲ合流通路６４とを備える。
【００３０】
第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２には、ＥＧＲガスを冷却する第一、第二のＥＧＲクーラ７１、７２がそれぞれ介装される。
【００３１】
第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれるＥＧＲガスは、ＥＧＲジャンクション６３にて合流し、ＥＧＲ合流通路６４を通って吸気通路２０へと導かれる。
【００３２】
ＥＧＲ合流通路６４には、このＥＧＲ合流通路６４を流れるＥＧＲガスの流量を検出するＥＧＲガス流量検出器３と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲガス流量制御弁４と、を備え、ＥＧＲガス流量検出器３の検出信号に応じてＥＧＲガス流量制御弁４の開度が制御される構成とする。
【００３３】
第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２には、エンジン速度域に応じて第一、第二の排気マニホールド３１、３２に生じる排気の圧力脈動が伝播する。
【００３４】
ＥＧＲジャンクション６３は、第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２をそれぞれ開閉する第一、第二の逆止弁５１、５２が介装される。なお、これに限らず、第一、第二の逆止弁５１、５２がＥＧＲジャンクション６３より上流側に設けられる構成としてもよい。
【００３５】
第一、第二の逆止弁５１、５２は、それぞれの前後差圧が所定値を超えて高まる場合には、リードバルブ（図示せず）がその弾性復元力に抗して撓んで開弁し、第一、第二のＥＧＲ支流端８１、８２をそれぞれ開通する。
【００３６】
これにより、第一、第二の排気マニホールド３１、３２に生じる排気脈動圧が第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に伝播し、排気脈動圧のピーク値が吸気通路２０の吸気圧力を超える運転状態において、第一、第二の逆止弁５１、５２が交互に開弁し、第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれるＥＧＲガスが、ＥＧＲジャンクション６３にて合流し、ＥＧＲ合流通路６４を通って吸気通路２０へと導かれる。
【００３７】
コントローラ９は、予め設定されたマップに基づきエンジン１の運転状態に応じてＥＧＲガスの流量の目標値を求め、ＥＧＲガス流量検出器３を介して検出されるＥＧＲガスの流量が目標値に近づくようにＥＧＲガス流量制御弁４の開度をフィードバック制御する。これにより、エンジンの運転状態に応じて適正量のＥＧＲガスが各気筒に還流することにより、燃焼室内での燃焼温度が下げられ窒素酸化物の発生量が抑えられる。
【００３８】
また、ＥＧＲガス流量制御弁４の開度に応じてターボチャージャ１０の回転速度が調節される。
【００３９】
可変容量式のターボチャージャ１０は、タービン１２の翼車に排気を導く入口に図示しない可変ノズルが設けられ、この可変ノズルが回動することによってノズル面積が変えられる。
【００４０】
可変ノズルの開度は、コントローラ９によってエンジン１の運転状態に応じて制御される。これにより、可変ノズルの開度に応じてターボチャージャ１０の回転速度が調節され、エンジン１の運転状態に応じた目標過給圧が得られる。
【００４１】
可変容量式のターボチャージャ１０の容量は、タービン１２の可変ノズルを全開にする場合に、またはＥＧＲガス流量制御弁４が開かれてＥＧＲガスを吸気通路２０に還流する場合に、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えないように設定される。
【００４２】
これにより、通常運転時は、エンジン１の高回転速度域にて、タービン１２の可変ノズルを開くか、またはＥＧＲガス流量制御弁４を開くことにより、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えることがない。そして、高負荷時にＥＧＲガス流量制御弁４を開いてＥＧＲガスを吸気通路２０に還流しても、タービン１２の可変ノズルを全開位置より閉じて、可変容量式のターボチャージャ１０の過給圧が高められることにより、各気筒に供給される吸気中の酸素量が確保される。
【００４３】
図３に示す排気ジャンクション３３において、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊは、排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０より上流側の最小流路断面積Ｓｉより小さくなる範囲で、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えないように設定される。
【００４４】
具体的には、第一、第二の排気マニホールド３１、３２の排気入口４７、４８の流路断面積が排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０より上流側の最小流路断面積Ｓｉとなる。第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊは、排気入口４７、４８の流路断面積Ｓｉより小さい範囲において、エンジン１が最大出力となる定格運転時に、ＥＧＲガス流量制御弁４が全閉して全ての排気がタービン１２に導かれ、かつ可変ノズルが全開位置より閉じた場合に、排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０が臨界状態となるように設定される。この臨界状態とは、排気の流速が音速と等しくなって、流量が制限されるチョーク状態である。
【００４５】
図４は、横軸のパラメータを第一、第二の排気マニホールド３１、３２を流れる排気の流量の合計値をマニホールド排気流量Ｇｅとし、縦軸のパラメータを第一、第二の排気マニホールド３１、３２の出入口圧力比Ｐｚ／Ｐｔとする特性図である。なお、Ｐｚは、第一、第二のエゼクタ４９、５０より上流側における第一、第二の排気マニホールド３１、３２の排気圧力である。Ｐｔは、第一、第二のエゼクタ４９、５０より下流側のタービン１２の入口の排気圧力である。
【００４６】
図４に示す本発明の特性Ａは、マニホールド排気流量Ｇｅが所定値を超えると、出入口圧力比Ｐｚ／Ｐｔが急上昇する。これは、マニホールド排気流量Ｇｅが所定値を超えると、第一、第二のエゼクタ４９、５０にてマニホールド排気流量Ｇｅが制限される臨界状態となるためである。
【００４７】
図４に示す従来の特性Ｂは、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊが、排気入口４７、４８の流路断面積Ｓｉより大きく設定されたものであり、マニホールド排気流量Ｇｅが増えるのに伴って、臨界状態を迎えることなく、出入口圧力比Ｐｚ／Ｐｔが次第に上昇している。
【００４８】
図５は、ターボチャージャ１０のコンプレッサ１２の作動特性図であり、横軸のパラメータはコンプレッサ１２を通過する空気流量であるコンプレッサ修正流量Ｇ’ａとし、縦軸のパラメータはコンプレッサ１２の圧力比としてコンプレッサ１２の出口圧力Ｐ２と入口圧力Ｐ１の比Ｐ２／Ｐ１としている。
【００４９】
Ｄの等高線は、コンプレッサ効率マップであり、等高線の中心に近づく程、コンプレッサ効率が高くなり、等高線の中心領域がコンプレッサ最高効率領域となる。
【００５０】
Ｅは、エンジン最高トルク点を結ぶ作動線（エンジン最大負荷時作動線）であり、コンプレッサ１１のサージラインＦを超えないように設定される。
【００５１】
Ｈは、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超える作動線である。
【００５２】
ａは、エンジン低速域作動線である。ｂは、エンジン中速域作動線である。ｃは、エンジン高速域作動線である。これらの作動線ａ〜ｃにおいて、エンジン負荷が高い程、図中の右上へ作動点が移動する。
【００５３】
２点鎖線で示すエンジン高速域作動線ｃ’は、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊが、排気入口４７、４８の流路断面積Ｓｉ以上に大きく設定された従来例であり、第一、第二のエゼクタ４９、５０にて排気流が臨界状態を迎えないため、高負荷時に限界特性Ｈを超える。この高負荷時に、ＥＧＲガス流量制御弁４が開弁することにより、作動点が矢印ｅで示すように移動し、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えることが回避される。また、この高負荷時に、可変ノズルが全開することにより、作動点が矢印ｆで示すように移動し、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えることが回避される。
【００５４】
しかし、上記の従来例において、ＥＧＲガス流量制御弁４またはターボチャージャ１０の可変ノズルの作動不良を来した場合に、作動点が限界特性Ｈを超え、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超える可能性がある。
【００５５】
本発明のエンジン高速域作動線ｃは、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊが、排気入口４７、４８の流路断面積Ｓｉより小さく設定されることにより、２点鎖線で示す従来の特性ｃ’から図中の左側に移行し、エンジン負荷が高まるのに伴って第一、第二のエゼクタ４９、５０にて排気流が臨界状態を迎えるため、作動点が限界特性Ｈを超えることが回避される。
【００５６】
これにより、エンジン１が最大出力となる定格運転時において、仮にＥＧＲガス流量制御弁４が全閉し、全ての排気がタービン１２に導かれ、かつ可変ノズルが全開位置より小さい運転状態になっても、排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０にて排気流が臨界状態となるため、ターボチャージャ１０が限界回転速度を超えることが回避され、ＥＧＲガス流量制御弁４、可変ノズルの作動不良に対応したフェールセーフ機能が果たされる。
【００５７】
また、定格運転時において、排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０にて排気流が臨界状態となるため、排気通路３０の排気が気筒に戻される内部ＥＧＲ率が高まることによっても、ターボチャージャ１０が限界回転速度を超えることが回避される。
【００５８】
以下、本実施形態の要旨と作用、効果を説明する。
【００５９】
本実施形態では、排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャ１０を備える過給式多気筒エンジン１であって、着火順序が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールド３１、３２と、この第一、第二の排気マニホールド３１、３２によって集められた排気をターボチャージャ１０へと導く第一、第二のエゼクタ４９、５０と、を備え、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊは、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えないうちに第一、第二のエゼクタ４９、５０における排気流が臨界状態を迎えるように設定される構成とする。
【００６０】
上記構成に基づき、各気筒における排気行程初期の排気ブローダウン流が第一、第二のエゼクタ４９、５０から交互にターボチャージャ１０へと流出することによって、第一、第二のエゼクタ４９、５０からの排気が交互にハウジング入口１３へと吸引され、排気効率を高められる。
【００６１】
エンジン負荷が高まるのに伴って第一、第二のエゼクタ４９、５０を通過する排気流量が増加し、第一、第二のエゼクタ４９、５０における排気流が臨界状態を迎えるため、仮にＥＧＲガス流量制御弁、ターボチャージャ１０の可変ノズル等の作動不良を来した場合にも、ターボチャージャ１０が限界回転速度を超えることを回避し、ターボチャージャ１０が破損することを防止できる。
【００６２】
本実施形態では、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊは、排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０より上流側の第一、第二の排気マニホールド３１、３２における最小流路断面積Ｓｉより小さくなる範囲に設定される構成とする。
【００６３】
上記構成に基づき、第一、第二の排気マニホールド３１、３２を通過する排気流量が増加するのに伴って、第一、第二のエゼクタ４９、５０における排気流が臨界状態を迎える構成とすることが可能となる。
【００６４】
本実施形態では、第一、第二のエゼクタ４９、５０からターボチャージャ１０に流入する排気の流れを絞る可変ノズルと、排気通路３０から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して吸気通路２０に導くＥＧＲ通路６１、６２と、ＥＧＲ通路６１、６２を流れるＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲガス流量制御弁４と、を備え、ターボチャージャ１０の容量は、可変ノズルを全開にする場合、またはＥＧＲガス流量制御弁４が開かれてＥＧＲガスを吸気通路２０に還流させる場合に、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えないように設定される構成とした。
【００６５】
上記構成に基づき、可変ノズルが正常に作動する通常運転時に、エンジン１の高回転速度域にて、タービン１２の可変ノズルを開くか、またはＥＧＲガス流量制御弁４を開くことにより、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えることがない。そして、高負荷時にＥＧＲガス流量制御弁４を開いてＥＧＲガスを吸気通路２０に還流しても、タービン１２の可変ノズルを全開位置より閉じて、可変容量式のターボチャージャ１０の過給圧が高められることにより、各気筒に供給される吸気中の酸素量が確保される。
【００６６】
本実施形態では、着火順序が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールド３１、３２と、この第一、第二の排気マニホールド３１、３２からそれぞれＥＧＲガスを取り出す第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２と、この第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれるＥＧＲガスが逆流することを止める第一、第二の逆止弁５１、５２と、第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれる排気を合流させるＥＧＲジャンクション６３と、このＥＧＲジャンクション６３にて合流したＥＧＲガスを吸気通路２０に導くＥＧＲ合流通路６４とを備える構成とした。
【００６７】
上記構成に基づき、第一、第二の排気マニホールド３１、３２に生じる排気脈動圧が第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に伝播し、排気脈動圧のピーク値が吸気通路２０の吸気圧力を超える高負荷運転状態において、第一、第二の逆止弁５１、５２が交互に開弁し、第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれるＥＧＲガスが、ＥＧＲジャンクション６３にて合流し、ＥＧＲ合流通路６４を通って吸気通路２０へと導かれる。
【００６８】
そして、ＥＧＲ合流通路６４にＥＧＲガスの流量を検出するＥＧＲガス流量検出器３と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲガス流量制御弁４と、を介装する構成とすることにより、排気脈動圧が弱められたＥＧＲガスがＥＧＲガス流量検出器３に導かれ、ＥＧＲガス流量検出器３が排気脈動圧の影響を受けることを抑えられ、ＥＧＲガスの流量の検出が安定して行われるため、ＥＧＲガス流量制御弁４を介してＥＧＲガスの流量を精度良くフィードバック制御することができる。
【００６９】
図６は、本発明の他の実施形態を示す過給式多気筒エンジン１の概略構成図である。以下、これについて説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には、同一符号を付す。
【００７０】
吸気通路２０は、着火順序が互いに連続しない（吸気開弁期間が重ならない）＃１、＃２、＃３気筒への吸気を導く第一の吸気マニホールド９１と、着火順序が互いに連続しない＃４、＃６、＃５気筒への吸気を導く第二の吸気マニホールド９２とを備える。
【００７１】
第一の排気マニホールド３１が連通する＃１、＃２、＃３気筒の一つが排気行程を迎えるときに、第一の吸気マニホールド９１が連通する＃１、＃２、＃３気筒の一つが吸気行程を迎える。同様に、第二の排気マニホールド３２が連通する＃４、＃６、＃５気筒の一つが排気行程を迎えるときに、第二の吸気マニホールド９２が連通する＃４、＃６、＃５気筒の一つが吸気行程を迎える。
【００７２】
ＥＧＲ装置６０は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２と第一、第二の吸気マニホールド９１、９２とをそれぞれ連通する。
【００７３】
第一、第二のＥＧＲ通路１０１、１０２には、ＥＧＲガスを冷却する第一、第二のＥＧＲクーラ７１、７２と、ＥＧＲガスが逆流することを止める第一、第二の逆止弁５１、５２と、ＥＧＲガスの流量を調節する第一、第二のＥＧＲガス流量制御弁９３、９４とがそれぞれ介装される。
【００７４】
第一、第二のＥＧＲ通路１０１、１０２は、第一、第二のベンチュリ１０３、１０４を介して第一、第二の吸気マニホールド９１、９２にそれぞれ接続される。吸気は、第一、第二のベンチュリ１０３、１０４を通って第一、第二の吸気マニホールド９１、９２に導かれる過程にて、第一、第二のＥＧＲ通路１０１、１０２に導かれるＥＧＲガスが第二のベンチュリ１０３、１０４に吸い込まれる。
【００７５】
以上のように、本実施形態では、着火順序が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールド３１、３２と、吸気行程が互いに連続しない気筒への吸気を導く第一、第二の吸気マニホールド９１、９２と、第一の排気マニホールド３１からＥＧＲガスを取り出して第一の吸気マニホールド９１に導く第一のＥＧＲ通路１０１と、第二の排気マニホールド３２からＥＧＲガスを取り出して第二の吸気マニホールド９２に導く第二のＥＧＲ通路１０２とを備える構成とした。
【００７６】
上記構成に基づき、ＥＧＲ装置６０は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２に生じる排気脈動圧と、第一、第二の吸気マニホールド９１、９２に吸気脈動圧を利用して、第一、第二のＥＧＲ通路１０１、１０２によって導かれるＥＧＲガスの流量が十分に確保される。
【００７７】
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【００７８】
１ エンジン
３ ＥＧＲガス流量検出器
４ ＥＧＲガス流量制御弁
１０ ターボチャージャ
２０ 吸気通路
３０ 排気通路
３１ 第一の排気マニホールド
３２ 第二の排気マニホールド
５１ 第一の逆止弁
５２ 第二の逆止弁
６０ ＥＧＲ装置
６１ 第一のＥＧＲ通路
６２ 第二のＥＧＲ通路
６３ ＥＧＲジャンクション
６４ ＥＧＲ合流通路
８１ 第一のＥＧＲ支流端
８２ 第二のＥＧＲ支流端
９１ 第一の吸気マニホールド
９２ 第二の吸気マニホールド
１０１ 第一のＥＧＲ通路
１０２ 第二のＥＧＲ通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャを備える過給式多気筒エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された過給式多気筒エンジンは、着火順序が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める二つの排気マニホールドと、各排気マニホールドによって集められた排気をターボチャージャへと導く二つのエゼクタと、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させる二つのＥＧＲ通路と、を備える。
【０００３】
このエンジンは、各エゼクタからの排気が交互にターボチャージャへと吸引され、排気効率を高めるとともに、排気脈動圧を利用してＥＧＲガスを還流させるようになっている。
【０００４】
特許文献２に開示された過給式多気筒エンジンは、過給器として排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャと、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲガス流量制御弁とを備える。
【０００５】
このエンジンは、高負荷時にＥＧＲガス流量制御弁を開弁させる制御が行われ、ＥＧＲガスを吸気通路に還流させて、ターボチャージャに導かれる排気流量を減らすことにより、ターボチャージャの回転速度が限界回転速度を超えないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１１６０３号公報
【特許文献２】特開２００４−３０８４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示された過給式多気筒エンジンにおいて、仮にＥＧＲガス流量制御弁の作動不良を来して高負荷時にＥＧＲガス流量制御弁が十分に開弁しない場合に、ターボチャージャに導かれる排気流量が過剰となり、ターボチャージャの回転速度が限界回転速度を超える可能性がある。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ターボチャージャが限界回転速度を超えないようにした過給式多気筒エンジン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】
本発明は、排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャを備える過給式多気筒エンジンであって、排気行程が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールドと、この第一、第二の排気マニホールドによって集められた排気をターボチャージャへと導く第一、第二のエゼクタと、を備え、この第一、第二のエゼクタの最小流路断面積は、ターボチャージャの回転速度が限界回転速度を超えないうちに第一、第二のエゼクタにおける排気流が臨界状態を迎えるように設定されることを特徴とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、エンジン負荷が高まるのに伴って第一、第二のエゼクタを通過する排気流量が増加し、第一、第二のエゼクタにおける排気流が臨界状態を迎えるため、仮にＥＧＲガス流量制御弁、ターボチャージャの可変ノズル等の作動不良を来した場合にも、ターボチャージャが限界回転速度を超えることを回避し、ターボチャージャが破損することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態を示す過給式多気筒エンジンの概略構成図。
【図２】同じく第一、第二の排気マニホールドの側面図。
【図３】同じく第一、第二の排気マニホールドのターボチャージャに接続する部位を示す断面図。
【図４】同じくマニホールド排気流量と出入口圧力比の関係を示す特性図。
【図５】同じくターボチャージャの作動特性図。
【図６】本発明の他の実施形態を示す過給式多気筒エンジンの概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に概略構成を示すように、多気筒エンジン１は、吸気を各気筒に導く吸気通路２０、各気筒からの排気を排出する排気通路３０、排気の一部（以下ＥＧＲガスという）を吸気通路２０を介して各気筒に還流させるＥＧＲ装置６０、排気エネルギによって吸気を過給するターボチャージャ１０等を備える。
【００１４】
吸気通路２０は、上流側より順に、外気から塵埃等の異物を取り除くエアクリーナ２１、ターボチャージャ１０を構成するコンプレッサ１１、吸気を冷却するインタークーラ２２、吸気を各気筒に分配する吸気マニホールド１９、各気筒の燃焼室壁に開口する吸気ポート（図示せず）等を備える。
【００１５】
排気通路３０は、上流側より順に、各気筒の燃焼室壁に開口する排気ポート（図示せず）、各排気ポートからの排気を集める第一、第二の排気マニホールド３１、３２、ターボチャージャ１０を構成するタービン１２、触媒を介して排気を浄化するとともに排気音を消音する触媒付きマフラ３９等を備える。
【００１６】
ディーゼル式のエンジン１は、吸気ポートから吸気を気筒に吸入する吸入行程、気筒に噴射供給される燃料を圧縮着火して燃焼させる燃焼行程、気筒内におけるピストンの下降により出力軸を回転駆動する膨張行程、気筒内の排気を排気ポートから排出する排気行程が順に各気筒毎にて行われる。
【００１７】
なお、本発明は、ディーゼル式のエンジン１に限らず、火花点火式のエンジンにも適用できる。
【００１８】
エンジン１は、＃１〜＃６の６気筒を備え、例えば＃１、＃４、＃２、＃６、＃３、＃５気筒の順に１２０ｄｅｇの間隔を持って排気行程を迎える。
【００１９】
第一の排気マニホールド３１は、排気行程が互いに連続しない（排気開弁期間が重ならない）＃１、＃２、＃３気筒からの排気を集める。同様に、第二の排気マニホールド３２は、排気行程が互いに連続しない＃４、＃６、＃５気筒からの排気を集める。これにより、第一、第二の排気マニホールド３１、３２には、各気筒から排出される排気流が交互に流入し、エンジン速度域に応じて排気の圧力脈動が生じる。
【００２０】
なお、本発明は、６気筒エンジン１に限らず、例えば８気筒、１０気筒を有する他の多気筒エンジンにも適用できる。そして、排気通路３０は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２に限らず、第三、第四、それ以上の排気マニホールドを備える構成としても良い。これに対応して後述する第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２、第一、第二の逆止弁５１、５２等の設置数も増やされる。
【００２１】
図２は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２の側面図である。第一、第二の排気マニホールド３１、３２は、中央ブロック４１と、前後ブロック４２、４３を組み立てて形成される。
【００２２】
前ブロック４２は、＃１、＃２気筒の排気ポートに対する開口（排気入口）と、中央ブロック４１に対する開口（排気出口）と、ＥＧＲ通路６１に対する開口（ＥＧＲガス取り出し口）とを有する。
【００２３】
後ブロック４３は、＃５、＃６気筒の排気ポートに対する開口（排気入口）と、中央ブロック４１に対する開口（排気出口）と、ＥＧＲ通路６２に対する開口（ＥＧＲガス取り出し口）とを有する。
【００２４】
図３は、中央ブロック４１のタービン１２に接続する部位を示す断面図である。中央ブロック４１は、＃５、＃６気筒の排気ポートに接続する開口として排気入口４７、４８と、前後ブロック４２、４３に接続する開口として排気連通口４５、４６と、これら排気入口４７、４８と排気連通口４５、４６からの排気がそれぞれ導かれる主通路部６６、６７と、ターボチャージャ１０のタービン１２に対する開口として第一、第二のエゼクタ４９、５０を有する。
【００２５】
排気通路３０は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２によって導かれる排気を合流してターボチャージャ１０のタービン１２へと導く排気ジャンクション３３を備える。この排気ジャンクション３３において、第一、第二のエゼクタ４９、５０は、後述するようにそれぞれの流路断面積が上流側から下流側にかけて次第に小さくなるように形成され、互いに並んでタービン１２のハウジング入口１３に接続される。図３に矢印で示すように、各気筒における排気行程初期の排気ブローダウン流が第一、第二のエゼクタ４９、５０から交互にハウジング入口１３へと流出することによって、第一、第二のエゼクタ４９、５０からの排気が交互にハウジング入口１３へと吸引され、排気効率を高められる。
【００２６】
排気ジャンクション３３は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２を構成する中央ブロック４１に一体形成されるが、これに限らず、第一、第二の排気マニホールド３１、３２と別体で形成してもよい。
【００２７】
エンジン１は、過給器として排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャ１０が設けられる。ターボチャージャ１０は、タービン１２の翼車（図示せず）とコンプレッサ１１の翼車（図示せず）が同軸上にて連結されている。排気のエネルギによってタービン１２の翼車が高速回転し、コンプレッサ１１の翼車がその回転により回転軸方向から吸気を吸引し、圧縮した吸気をその回転半径方向に吐出する。
【００２８】
ＥＧＲ装置６０は、排気通路３０のタービン１２より上流側から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出し、吸気通路２０のコンプレッサ１１より下流側に導き、各気筒に還流させるようになっている。
【００２９】
ＥＧＲ装置６０は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２からＥＧＲガスをそれぞれ取り出す第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２と、この第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれるＥＧＲガスが逆流することを止める第一、第二の逆止弁５１、５２と、第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれる排気を合流させるＥＧＲジャンクション６３と、このＥＧＲジャンクション６３にて合流したＥＧＲガスを吸気通路２０に導くＥＧＲ合流通路６４とを備える。
【００３０】
第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２には、ＥＧＲガスを冷却する第一、第二のＥＧＲクーラ７１、７２がそれぞれ介装される。
【００３１】
第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれるＥＧＲガスは、ＥＧＲジャンクション６３にて合流し、ＥＧＲ合流通路６４を通って吸気通路２０へと導かれる。
【００３２】
ＥＧＲ合流通路６４には、このＥＧＲ合流通路６４を流れるＥＧＲガスの流量を検出するＥＧＲガス流量検出器３と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲガス流量制御弁４と、を備え、ＥＧＲガス流量検出器３の検出信号に応じてＥＧＲガス流量制御弁４の開度が制御される構成とする。
【００３３】
第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２には、エンジン速度域に応じて第一、第二の排気マニホールド３１、３２に生じる排気の圧力脈動が伝播する。
【００３４】
ＥＧＲジャンクション６３は、第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２をそれぞれ開閉する第一、第二の逆止弁５１、５２が介装される。なお、これに限らず、第一、第二の逆止弁５１、５２がＥＧＲジャンクション６３より上流側に設けられる構成としてもよい。
【００３５】
第一、第二の逆止弁５１、５２は、それぞれの前後差圧が所定値を超えて高まる場合には、リードバルブ（図示せず）がその弾性復元力に抗して撓んで開弁し、第一、第二のＥＧＲ支流端８１、８２をそれぞれ開通する。
【００３６】
これにより、第一、第二の排気マニホールド３１、３２に生じる排気脈動圧が第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に伝播し、排気脈動圧のピーク値が吸気通路２０の吸気圧力を超える運転状態において、第一、第二の逆止弁５１、５２が交互に開弁し、第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれるＥＧＲガスが、ＥＧＲジャンクション６３にて合流し、ＥＧＲ合流通路６４を通って吸気通路２０へと導かれる。
【００３７】
コントローラ９は、予め設定されたマップに基づきエンジン１の運転状態に応じてＥＧＲガスの流量の目標値を求め、ＥＧＲガス流量検出器３を介して検出されるＥＧＲガスの流量が目標値に近づくようにＥＧＲガス流量制御弁４の開度をフィードバック制御する。これにより、エンジンの運転状態に応じて適正量のＥＧＲガスが各気筒に還流することにより、燃焼室内での燃焼温度が下げられ窒素酸化物の発生量が抑えられる。
【００３８】
また、ＥＧＲガス流量制御弁４の開度に応じてターボチャージャ１０の回転速度が調節される。
【００３９】
可変容量式のターボチャージャ１０は、タービン１２の翼車に排気を導く入口に図示しない可変ノズルが設けられ、この可変ノズルが回動することによってノズル面積が変えられる。
【００４０】
可変ノズルの開度は、コントローラ９によってエンジン１の運転状態に応じて制御される。これにより、可変ノズルの開度に応じてターボチャージャ１０の回転速度が調節され、エンジン１の運転状態に応じた目標過給圧が得られる。
【００４１】
可変容量式のターボチャージャ１０の容量は、タービン１２の可変ノズルを全開にする場合に、またはＥＧＲガス流量制御弁４が開かれてＥＧＲガスを吸気通路２０に還流する場合に、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えないように設定される。
【００４２】
これにより、通常運転時は、エンジン１の高回転速度域にて、タービン１２の可変ノズルを開くか、またはＥＧＲガス流量制御弁４を開くことにより、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えることがない。そして、高負荷時にＥＧＲガス流量制御弁４を開いてＥＧＲガスを吸気通路２０に還流しても、タービン１２の可変ノズルを全開位置より閉じて、可変容量式のターボチャージャ１０の過給圧が高められることにより、各気筒に供給される吸気中の酸素量が確保される。
【００４３】
図３に示す排気ジャンクション３３において、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊは、排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０より上流側の最小流路断面積Ｓｉより小さくなる範囲で、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えないように設定される。
【００４４】
具体的には、第一、第二の排気マニホールド３１、３２の排気入口４７、４８の流路断面積が排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０より上流側の最小流路断面積Ｓｉとなる。第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊは、排気入口４７、４８の流路断面積Ｓｉより小さい範囲において、エンジン１が最大出力となる定格運転時に、ＥＧＲガス流量制御弁４が全閉して全ての排気がタービン１２に導かれ、かつ可変ノズルが全開位置より閉じた場合に、排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０が臨界状態となるように設定される。この臨界状態とは、排気の流速が音速と等しくなって、流量が制限されるチョーク状態である。
【００４５】
図４は、横軸のパラメータを第一、第二の排気マニホールド３１、３２を流れる排気の流量の合計値をマニホールド排気流量Ｇｅとし、縦軸のパラメータを第一、第二の排気マニホールド３１、３２の出入口圧力比Ｐｚ／Ｐｔとする特性図である。なお、Ｐｚは、第一、第二のエゼクタ４９、５０より上流側における第一、第二の排気マニホールド３１、３２の排気圧力である。Ｐｔは、第一、第二のエゼクタ４９、５０より下流側のタービン１２の入口の排気圧力である。
【００４６】
図４に示す本発明の特性Ａは、マニホールド排気流量Ｇｅが所定値を超えると、出入口圧力比Ｐｚ／Ｐｔが急上昇する。これは、マニホールド排気流量Ｇｅが所定値を超えると、第一、第二のエゼクタ４９、５０にてマニホールド排気流量Ｇｅが制限される臨界状態となるためである。
【００４７】
図４に示す従来の特性Ｂは、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊが、排気入口４７、４８の流路断面積Ｓｉより大きく設定されたものであり、マニホールド排気流量Ｇｅが増えるのに伴って、臨界状態を迎えることなく、出入口圧力比Ｐｚ／Ｐｔが次第に上昇している。
【００４８】
図５は、ターボチャージャ１０のコンプレッサ１２の作動特性図であり、横軸のパラメータはコンプレッサ１２を通過する空気流量であるコンプレッサ修正流量Ｇ’ａとし、縦軸のパラメータはコンプレッサ１２の圧力比としてコンプレッサ１２の出口圧力Ｐ２と入口圧力Ｐ１の比Ｐ２／Ｐ１としている。
【００４９】
Ｄの等高線は、コンプレッサ効率マップであり、等高線の中心に近づく程、コンプレッサ効率が高くなり、等高線の中心領域がコンプレッサ最高効率領域となる。
【００５０】
Ｅは、エンジン最高トルク点を結ぶ作動線（エンジン最大負荷時作動線）であり、コンプレッサ１１のサージラインＦを超えないように設定される。
【００５１】
Ｈは、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超える作動線である。
【００５２】
ａは、エンジン低速域作動線である。ｂは、エンジン中速域作動線である。ｃは、エンジン高速域作動線である。これらの作動線ａ〜ｃにおいて、エンジン負荷が高い程、図中の右上へ作動点が移動する。
【００５３】
２点鎖線で示すエンジン高速域作動線ｃ’は、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊが、排気入口４７、４８の流路断面積Ｓｉ以上に大きく設定された従来例であり、第一、第二のエゼクタ４９、５０にて排気流が臨界状態を迎えないため、高負荷時に限界特性Ｈを超える。この高負荷時に、ＥＧＲガス流量制御弁４が開弁することにより、作動点が矢印ｅで示すように移動し、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えることが回避される。また、この高負荷時に、可変ノズルが全開することにより、作動点が矢印ｆで示すように移動し、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えることが回避される。
【００５４】
しかし、上記の従来例において、ＥＧＲガス流量制御弁４またはターボチャージャ１０の可変ノズルの作動不良を来した場合に、作動点が限界特性Ｈを超え、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超える可能性がある。
【００５５】
本発明のエンジン高速域作動線ｃは、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊが、排気入口４７、４８の流路断面積Ｓｉより小さく設定されることにより、２点鎖線で示す従来の特性ｃ’から図中の左側に移行し、エンジン負荷が高まるのに伴って第一、第二のエゼクタ４９、５０にて排気流が臨界状態を迎えるため、作動点が限界特性Ｈを超えることが回避される。
【００５６】
これにより、エンジン１が最大出力となる定格運転時において、仮にＥＧＲガス流量制御弁４が全閉し、全ての排気がタービン１２に導かれ、かつ可変ノズルが全開位置より小さい運転状態になっても、排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０にて排気流が臨界状態となるため、ターボチャージャ１０が限界回転速度を超えることが回避され、ＥＧＲガス流量制御弁４、可変ノズルの作動不良に対応したフェールセーフ機能が果たされる。
【００５７】
また、定格運転時において、排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０にて排気流が臨界状態となるため、排気通路３０の排気が気筒に戻される内部ＥＧＲ率が高まることによっても、ターボチャージャ１０が限界回転速度を超えることが回避される。
【００５８】
以下、本実施形態の要旨と作用、効果を説明する。
【００５９】
本実施形態では、排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャ１０を備える過給式多気筒エンジン１であって、着火順序が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールド３１、３２と、この第一、第二の排気マニホールド３１、３２によって集められた排気をターボチャージャ１０へと導く第一、第二のエゼクタ４９、５０と、を備え、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊは、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えないうちに第一、第二のエゼクタ４９、５０における排気流が臨界状態を迎えるように設定される構成とする。
【００６０】
上記構成に基づき、各気筒における排気行程初期の排気ブローダウン流が第一、第二のエゼクタ４９、５０から交互にターボチャージャ１０へと流出することによって、第一、第二のエゼクタ４９、５０からの排気が交互にハウジング入口１３へと吸引され、排気効率を高められる。
【００６１】
エンジン負荷が高まるのに伴って第一、第二のエゼクタ４９、５０を通過する排気流量が増加し、第一、第二のエゼクタ４９、５０における排気流が臨界状態を迎えるため、仮にＥＧＲガス流量制御弁、ターボチャージャ１０の可変ノズル等の作動不良を来した場合にも、ターボチャージャ１０が限界回転速度を超えることを回避し、ターボチャージャ１０が破損することを防止できる。
【００６２】
本実施形態では、第一、第二のエゼクタ４９、５０の最小流路断面積Ｓｊは、排気通路３０の第一、第二のエゼクタ４９、５０より上流側の第一、第二の排気マニホールド３１、３２における最小流路断面積Ｓｉより小さくなる範囲に設定される構成とする。
【００６３】
上記構成に基づき、第一、第二の排気マニホールド３１、３２を通過する排気流量が増加するのに伴って、第一、第二のエゼクタ４９、５０における排気流が臨界状態を迎える構成とすることが可能となる。
【００６４】
本実施形態では、第一、第二のエゼクタ４９、５０からターボチャージャ１０に流入する排気の流れを絞る可変ノズルと、排気通路３０から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して吸気通路２０に導くＥＧＲ通路６１、６２と、ＥＧＲ通路６１、６２を流れるＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲガス流量制御弁４と、を備え、ターボチャージャ１０の容量は、可変ノズルを全開にする場合、またはＥＧＲガス流量制御弁４が開かれてＥＧＲガスを吸気通路２０に還流させる場合に、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えないように設定される構成とした。
【００６５】
上記構成に基づき、可変ノズルが正常に作動する通常運転時に、エンジン１の高回転速度域にて、タービン１２の可変ノズルを開くか、またはＥＧＲガス流量制御弁４を開くことにより、ターボチャージャ１０の回転速度が限界回転速度を超えることがない。そして、高負荷時にＥＧＲガス流量制御弁４を開いてＥＧＲガスを吸気通路２０に還流しても、タービン１２の可変ノズルを全開位置より閉じて、可変容量式のターボチャージャ１０の過給圧が高められることにより、各気筒に供給される吸気中の酸素量が確保される。
【００６６】
本実施形態では、着火順序が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールド３１、３２と、この第一、第二の排気マニホールド３１、３２からそれぞれＥＧＲガスを取り出す第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２と、この第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれるＥＧＲガスが逆流することを止める第一、第二の逆止弁５１、５２と、第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれる排気を合流させるＥＧＲジャンクション６３と、このＥＧＲジャンクション６３にて合流したＥＧＲガスを吸気通路２０に導くＥＧＲ合流通路６４とを備える構成とした。
【００６７】
上記構成に基づき、第一、第二の排気マニホールド３１、３２に生じる排気脈動圧が第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に伝播し、排気脈動圧のピーク値が吸気通路２０の吸気圧力を超える高負荷運転状態において、第一、第二の逆止弁５１、５２が交互に開弁し、第一、第二のＥＧＲ通路６１、６２に導かれるＥＧＲガスが、ＥＧＲジャンクション６３にて合流し、ＥＧＲ合流通路６４を通って吸気通路２０へと導かれる。
【００６８】
そして、ＥＧＲ合流通路６４にＥＧＲガスの流量を検出するＥＧＲガス流量検出器３と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲガス流量制御弁４と、を介装する構成とすることにより、排気脈動圧が弱められたＥＧＲガスがＥＧＲガス流量検出器３に導かれ、ＥＧＲガス流量検出器３が排気脈動圧の影響を受けることを抑えられ、ＥＧＲガスの流量の検出が安定して行われるため、ＥＧＲガス流量制御弁４を介してＥＧＲガスの流量を精度良くフィードバック制御することができる。
【００６９】
図６は、本発明の他の実施形態を示す過給式多気筒エンジン１の概略構成図である。以下、これについて説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には、同一符号を付す。
【００７０】
吸気通路２０は、着火順序が互いに連続しない（吸気開弁期間が重ならない）＃１、＃２、＃３気筒への吸気を導く第一の吸気マニホールド９１と、着火順序が互いに連続しない＃４、＃６、＃５気筒への吸気を導く第二の吸気マニホールド９２とを備える。
【００７１】
第一の排気マニホールド３１が連通する＃１、＃２、＃３気筒の一つが排気行程を迎えるときに、第一の吸気マニホールド９１が連通する＃１、＃２、＃３気筒の一つが吸気行程を迎える。同様に、第二の排気マニホールド３２が連通する＃４、＃６、＃５気筒の一つが排気行程を迎えるときに、第二の吸気マニホールド９２が連通する＃４、＃６、＃５気筒の一つが吸気行程を迎える。
【００７２】
ＥＧＲ装置６０は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２と第一、第二の吸気マニホールド９１、９２とをそれぞれ連通する。
【００７３】
第一、第二のＥＧＲ通路１０１、１０２には、ＥＧＲガスを冷却する第一、第二のＥＧＲクーラ７１、７２と、ＥＧＲガスが逆流することを止める第一、第二の逆止弁５１、５２と、ＥＧＲガスの流量を調節する第一、第二のＥＧＲガス流量制御弁９３、９４とがそれぞれ介装される。
【００７４】
第一、第二のＥＧＲ通路１０１、１０２は、第一、第二のベンチュリ１０３、１０４を介して第一、第二の吸気マニホールド９１、９２にそれぞれ接続される。吸気は、第一、第二のベンチュリ１０３、１０４を通って第一、第二の吸気マニホールド９１、９２に導かれる過程にて、第一、第二のＥＧＲ通路１０１、１０２に導かれるＥＧＲガスが第二のベンチュリ１０３、１０４に吸い込まれる。
【００７５】
以上のように、本実施形態では、着火順序が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールド３１、３２と、吸気行程が互いに連続しない気筒への吸気を導く第一、第二の吸気マニホールド９１、９２と、第一の排気マニホールド３１からＥＧＲガスを取り出して第一の吸気マニホールド９１に導く第一のＥＧＲ通路１０１と、第二の排気マニホールド３２からＥＧＲガスを取り出して第二の吸気マニホールド９２に導く第二のＥＧＲ通路１０２とを備える構成とした。
【００７６】
上記構成に基づき、ＥＧＲ装置６０は、第一、第二の排気マニホールド３１、３２に生じる排気脈動圧と、第一、第二の吸気マニホールド９１、９２に吸気脈動圧を利用して、第一、第二のＥＧＲ通路１０１、１０２によって導かれるＥＧＲガスの流量が十分に確保される。
【００７７】
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【００７８】
１ エンジン
３ ＥＧＲガス流量検出器
４ ＥＧＲガス流量制御弁
１０ ターボチャージャ
２０ 吸気通路
３０ 排気通路
３１ 第一の排気マニホールド
３２ 第二の排気マニホールド
５１ 第一の逆止弁
５２ 第二の逆止弁
６０ ＥＧＲ装置
６１ 第一のＥＧＲ通路
６２ 第二のＥＧＲ通路
６３ ＥＧＲジャンクション
６４ ＥＧＲ合流通路
８１ 第一のＥＧＲ支流端
８２ 第二のＥＧＲ支流端
９１ 第一の吸気マニホールド
９２ 第二の吸気マニホールド
１０１ 第一のＥＧＲ通路
１０２ 第二のＥＧＲ通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャを備える過給式多気筒エンジンであって、
排気行程が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールドと、
前記第一、第二の排気マニホールドによって集められた排気を前記ターボチャージャへと導く第一、第二のエゼクタと、を備え、
前記第一、第二のエゼクタの最小流路断面積は、前記ターボチャージャの回転速度が限界回転速度を超えないうちに前記第一、第二のエゼクタにおける排気流が臨界状態を迎えるように設定されることを特徴とする過給式多気筒エンジン。
【請求項２】
前記第一、第二のエゼクタの最小流路断面積は、前記第一、第二のエゼクタより上流側の第一、第二の排気マニホールドにおける最小流路断面積より小さくなる範囲に設定されることを特徴とする請求項１に記載の過給式多気筒エンジン。
【請求項３】
前記第一、第二のエゼクタからターボチャージャに流入する排気の流れを絞る可変ノズルと、
排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して吸気通路に導くＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲガス流量制御弁と、を備え、
前記ターボチャージャの容量は、前記可変ノズルを全開にする場合に、または前記ＥＧＲガス流量制御弁が開かれてＥＧＲガスを前記吸気通路に還流させる場合に、前記ターボチャージャの回転速度が限界回転速度を超えないように設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の過給式多気筒エンジン。
【請求項４】
前記第一、第二の排気マニホールドからそれぞれＥＧＲガスを取り出す第一、第二のＥＧＲ通路と、
前記第一、第二のＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガスが逆流することを止める第一、第二の逆止弁と、
前記第一、第二のＥＧＲ通路に導かれる排気を合流させるＥＧＲジャンクションと、
前記ＥＧＲジャンクションにて合流したＥＧＲガスを前記吸気通路に導くＥＧＲ合流通路とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の過給式多気筒エンジン。
【請求項５】
吸気行程が互いに連続しない気筒への吸気を導く第一、第二の吸気マニホールドと、
前記第一の排気マニホールドからＥＧＲガスを取り出して前記第一の吸気マニホールドに導く第一のＥＧＲ通路と、
前記第二の排気マニホールドからＥＧＲガスを取り出して前記第二の吸気マニホールドに導く第二のＥＧＲ通路とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の過給式多気筒エンジン。
【請求項１】
排気のエネルギによって吸気を過給するターボチャージャを備える過給式多気筒エンジンであって、
排気行程が互いに連続しない気筒群からの排気をそれぞれ集める第一、第二の排気マニホールドと、
前記第一、第二の排気マニホールドによって集められた排気を前記ターボチャージャへと導く第一、第二のエゼクタと、を備え、
前記第一、第二のエゼクタの最小流路断面積は、前記ターボチャージャの回転速度が限界回転速度を超えないうちに前記第一、第二のエゼクタにおける排気流が臨界状態を迎えるように設定されることを特徴とする過給式多気筒エンジン。
【請求項２】
前記第一、第二のエゼクタの最小流路断面積は、前記第一、第二のエゼクタより上流側の第一、第二の排気マニホールドにおける最小流路断面積より小さくなる範囲に設定されることを特徴とする請求項１に記載の過給式多気筒エンジン。
【請求項３】
前記第一、第二のエゼクタからターボチャージャに流入する排気の流れを絞る可変ノズルと、
排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して吸気通路に導くＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲガス流量制御弁と、を備え、
前記ターボチャージャの容量は、前記可変ノズルを全開にする場合に、または前記ＥＧＲガス流量制御弁が開かれてＥＧＲガスを前記吸気通路に還流させる場合に、前記ターボチャージャの回転速度が限界回転速度を超えないように設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の過給式多気筒エンジン。
【請求項４】
前記第一、第二の排気マニホールドからそれぞれＥＧＲガスを取り出す第一、第二のＥＧＲ通路と、
前記第一、第二のＥＧＲ通路に導かれるＥＧＲガスが逆流することを止める第一、第二の逆止弁と、
前記第一、第二のＥＧＲ通路に導かれる排気を合流させるＥＧＲジャンクションと、
前記ＥＧＲジャンクションにて合流したＥＧＲガスを前記吸気通路に導くＥＧＲ合流通路とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の過給式多気筒エンジン。
【請求項５】
吸気行程が互いに連続しない気筒への吸気を導く第一、第二の吸気マニホールドと、
前記第一の排気マニホールドからＥＧＲガスを取り出して前記第一の吸気マニホールドに導く第一のＥＧＲ通路と、
前記第二の排気マニホールドからＥＧＲガスを取り出して前記第二の吸気マニホールドに導く第二のＥＧＲ通路とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の過給式多気筒エンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２７２７０（Ｐ２０１２−１２７２７０Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９５４１（Ｐ２０１０−２７９５４１）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００３９０８）ＵＤトラックス株式会社 (1,028)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００３９０８）ＵＤトラックス株式会社 (1,028)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]