JP2007032394A

JP2007032394A - Ｖ型エンジン

Info

Publication number: JP2007032394A
Application number: JP2005216107A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Yamazaki; 敏明山崎
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】Ｖ型エンジンにおける排気干渉の問題を解決してタービン効率やＥＧＲ分配性の大幅な向上を図る。
【解決手段】左右に振り分けられた気筒列２から排気行程が重複せずに略等間隔で連続するような半数ずつの気筒群が構成されるよう適宜な気筒４を抽出して二つのグループに分け、左右の気筒列２毎に装備された一対のターボチャージャ８のタービン９に対し前記各グループ毎に排気系統をまとめて個別に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｖ型エンジンに関するものである。

図６は従来のＶ型エンジンにおける吸気系の構成例を示すもので、図中１は図示しないクランクシャフトを中心に左右にＶ字型を成すように一対の気筒列２を振り分けたＶ型エンジン（図６中では＃１〜＃８で示す如き８つの気筒４から成るＶ型８気筒エンジンの場合を例示している）を示し、該Ｖ型エンジン１の左右の各気筒列２に対しては、該各気筒列２に対応して配設された吸気マニホールド３を介して各気筒４別に吸気５が導入されるようにしてある。

そして、各気筒４から排出された排気ガス６は、各気筒列２毎に排気マニホールド７を介し別々のターボチャージャ８のタービン９へ送られて排気エネルギーを回収された後に排気管１０を通して車外へ排出されるようになっている。

また、ここに図示している例では、前記各ターボチャージャ８のタービン９の入口付近と各吸気マニホールド３との間がＥＧＲパイプ１１により夫々接続されており、これらの各ＥＧＲパイプ１１には、該各ＥＧＲパイプ１１を適宜に開閉するＥＧＲバルブ１２と、再循環される排気ガス６を冷却するためのＥＧＲクーラ１３とが夫々装備されている。

即ち、この種のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環）系統を備え、排気側から排気ガス６の一部を抜き出して吸気側へと戻せば、その吸気側に戻された排気ガス６で各気筒４内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げ、これによりＮＯxの発生を低減することが可能となり、特に再循環される排気ガス６をＥＧＲクーラ１３で冷却すると、排気ガス６の温度が下がり且つその容積が小さくなることにより、エンジン出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的にＮＯxの発生を低減させることが可能となる。

尚、前述のＶ型エンジンに関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が存在している。
特開平１０−８９５１号公報

しかしながら、斯かるＶ型エンジン１においては、左バンクの＃１〜＃４の気筒４の排気タイミングが図７のようになっており、その４つの気筒４の着火順序は＃１→＃４→＃２→＃３となっているが、＃４の気筒４と＃２の気筒４の排気タイミングが近過ぎて互いの排気行程が重複してしまうため、図７中に斜線部で示す領域で排気干渉が起こり、この排気干渉によりタービン９やＥＧＲパイプ１２における排気ガス６の圧力が図８のように落ち込んでタービン効率やＥＧＲ分配性（再循環される排気ガス６の吸気５への混合均一性）の低下を招くという問題があった（図７及び図８の横軸はクランク角、図７の縦軸は排気バルブのリフト、図８の縦軸は排気ガスの圧力を示している）。

他方、右バンクの＃５〜＃８の気筒４の排気タイミングは図９のようになっており、その４つの気筒４の着火順序は＃６→＃５→＃８→＃７となっているが、こちらでは＃６の気筒４と＃５の気筒４の排気タイミングが近過ぎて互いの排気行程が重複してしまうため、図９中に斜線部で示す領域で排気干渉が起こり、この排気干渉によりタービン９やＥＧＲパイプ１２における排気ガス６の圧力が図１０のように落ち込んで左バンク側と同様の問題を招いていた（図９及び図１０の横軸はクランク角、図９の縦軸は排気バルブのリフト、図１０の縦軸は排気ガスの圧力を示している）。

尚、本発明にあっては、図７及び図９における排気バルブの閉じ際と別の気筒４の排気バルブの開き始めとの僅かな重複は排気行程の重複とは看做しておらず、実質的な排気干渉が生じ得る程度に排気行程相互の主要領域同士が重複している場合に限り、排気行程が重複しているものと規定するようにしている。

そして、このような排気干渉の問題に関し、図１１に示す如く、デュアル型の排気マニホールド７（先の特許文献１参照）を採用し、左バンクの各気筒４を左バンク内で排気行程が重複しない＃１，＃２と＃３，＃４の二つのグループに分けて排気系統を二系統化し、各グループ毎に別々に一方のターボチャージャ８のタービン９に導入すると共に、右バンクの各気筒４を右バンク内で排気行程が重複しない＃５，＃８と＃６，＃７の二つのグループに分けて排気系統を二系統化し、各グループ毎に別々に他方のターボチャージャ８のタービン９に導入することが既に周知技術として知られている。

このようにすれば、タービン９やＥＧＲパイプ１２における排気ガス６の圧力の落ち込みが図１２（左バンク）及び図１３（右バンク）に示すように多少緩和されるが、夫々のタービン９内での排気干渉が避けられず、排気干渉に係る問題の根本的な解決には到っていない。

即ち、排気系統だけでなく各タービン９の内部も分割して二系統化できるのであれば、排気干渉をほぼ回避できるものと考えられるが、近年におけるＥＧＲ系統を備えたターボエンジンにおいては、ターボチャージャ８が可変ノズル式であることが必須であり、このような可変ノズル式のターボチャージャ８では、タービン翼車を取り囲む多数のノズルベーンを隔壁を挟んで二分割した上で該各ノズルベーンを隔壁の両側で角度変更できるようにすることが技術的に困難であるため、可変ノズル式のターボチャージャ８におけるタービン９内部の二系統化は未だ実現していないのが実情である。

尚、ターボエンジンで可変ノズル式のターボチャージャ８が必須である理由は、吸気側が過給されているために排気側との圧力差が少なくなって高いＥＧＲ率を実現することが難しく、タービン９側で適宜に排気ガス６を絞り込んで排気側の圧力を高めることにより吸気側との圧力差を確保できるようにしなければならないからである。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、Ｖ型エンジンにおける排気干渉の問題を解決してタービン効率やＥＧＲ分配性の大幅な向上を図ることを目的としている。

本発明は、左右に振り分けられた気筒列から排気行程が重複せずに略等間隔で連続するような半数ずつの気筒群が構成されるよう適宜な気筒を抽出して二つのグループに分け、左右の気筒列毎に装備された一対のターボチャージャのタービンに対し前記各グループ毎に排気系統をまとめて個別に接続したことを特徴とするＶ型エンジン、に係るものである。

而して、このようにすれば、各ターボチャージャのタービン内部を分割して二系統化しなくても、各タービンに接続される排気系統の夫々で気筒間の排気行程が重複しなくなるので、各ターボチャージャのタービン内での排気干渉が確実に回避され、タービンにおける排気ガスの圧力の落ち込みが起こらなくなり、排気エネルギーが効率良くタービンで回収されてタービン効率の大幅な向上が図られることになる。

また、本発明においては、各グループ毎にまとめた排気系統に排気ガスの一部を吸気側に再循環するＥＧＲ系統が個別に備えられていることが好ましく、このようにすれば、排気脈動が効率良くＥＧＲ系統に送り込まれて効果的に吸気に混合導入されることになり、従来より効率の良い排気ガス再循環が実現されてＥＧＲ分配性の大幅な向上が図られることになる。

上記した本発明のＶ型エンジンによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、各ターボチャージャのタービン内での排気干渉を確実に回避することができるので、排気エネルギーを極力損失させずに効率良くタービンで回収することができ、タービン効率の大幅な向上を図ることができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、排気脈動を効率良くＥＧＲ系統に送り込んで効果的に吸気に混合導入させることができるので、従来より効率の良い排気ガス再循環を実現できてＥＧＲ分配性の大幅な向上を図ることができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図５は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図６〜図１３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

図１に示す如く、本形態例においては、左右のバンクに振り分けられた気筒列２から排気行程が重複せずに略等間隔で連続するような半数ずつの気筒群が構成されるよう適宜な気筒４を抽出して二つのグループに分け、左右の気筒列２毎に装備された一対のターボチャージャ８のタービン９に対し前記各グループ毎に排気系統をまとめて個別に接続するようにしている。

より具体的には、デュアル型の排気マニホールド７を採用し、左バンクに振り分けられた気筒列２の各気筒４を同バンク内で排気行程が重複せずに連続することになる＃１，＃４と＃２，＃３の二つのグループに分けて排気系統を二系統化すると共に、右バンクに振り分けられた気筒列２の各気筒４を同バンク内で排気行程が重複せずに連続することになる＃５，＃８と＃６，＃７の二つのグループに分けて排気系統を二系統化し、左右バンクの各気筒列２の相互で排気行程が重複せずに略等間隔で連続するようなグループ同士、即ち、＃２，＃３と＃５，＃８のグループ同士（図２参照）と、＃１，＃４と＃６，＃７のグループ同士（図３参照）とを夫々組み合わせて排気系統を二系統化し、＃２，＃３と＃５，＃８を組み合わせたグループの排気系統を一方のターボチャージャ８のタービン９に接続すると共に、＃１，＃４と＃６，＃７を組み合わせたグループの排気系統を他方のターボチャージャ８のタービン９に接続するようにしている。

而して、このようにすれば、各ターボチャージャ８のタービン９内部を分割して二系統化しなくても、各排気系統の夫々で気筒４間の排気行程が重複しなくなるので、各ターボチャージャ８のタービン９内での排気干渉が確実に回避され、タービン９やＥＧＲパイプ１２における排気ガス６の圧力の落ち込みが図４（左バンク）及び図５（右バンク）に示すように起こらなくなり、排気エネルギーが効率良くタービン９で回収されてタービン効率の大幅な向上が図られると共に、排気脈動が効率良くＥＧＲ系統を成すＥＧＲパイプ１１に送り込まれて効果的に吸気５に混合導入されることになり、従来より効率の良い排気ガス再循環が実現されてＥＧＲ分配性の大幅な向上が図られることになる。

従って、上記形態例によれば、各ターボチャージャ８のタービン９内での排気干渉を確実に回避することができるので、排気エネルギーを極力損失させずに効率良くタービン９で回収することができてタービン効率の大幅な向上を図ることができ、しかも、排気脈動を効率良くＥＧＲ系統に送り込んで効果的に吸気５に混合導入させることができるので、従来より効率の良い排気ガス再循環を実現できてＥＧＲ分配性の大幅な向上を図ることができる。

尚、本発明のＶ型エンジンは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、ＥＧＲ系統を持たないＶ型エンジンに適用することも可能であること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。図１の一方のグループにおける各気筒の排気タイミングを示すグラフである。図１の他方のグループにおける各気筒の排気タイミングを示すグラフである。図１の一方のグループにおける排気ガスの圧力変動を示すグラフである。図１の他方のグループにおける排気ガスの圧力変動を示すグラフである。従来例を示す概略図である。図６の左バンクの各気筒の排気タイミングを示すグラフである。図６の左バンクにおける排気ガスの圧力変動を示すグラフである。図６の右バンクの各気筒の排気タイミングを示すグラフである。図６の右バンクにおける排気ガスの圧力変動を示すグラフである。別の従来例を示す概略図である。図１１の左バンクにおける排気ガスの圧力変動を示すグラフである。図１１の右バンクにおける排気ガスの圧力変動を示すグラフである。

符号の説明

１Ｖ型エンジン
２気筒列
４気筒
６排気ガス
７排気マニホールド（排気系統）
８ターボチャージャ
９タービン
１１ＥＧＲパイプ（ＥＧＲ系統）

Claims

左右に振り分けられた気筒列から排気行程が重複せずに略等間隔で連続するような半数ずつの気筒群が構成されるよう適宜な気筒を抽出して二つのグループに分け、左右の気筒列毎に装備された一対のターボチャージャのタービンに対し前記各グループ毎に排気系統をまとめて個別に接続したことを特徴とするＶ型エンジン。
各グループ毎にまとめた排気系統に排気ガスの一部を吸気側に再循環するＥＧＲ系統が個別に備えられていることを特徴とする請求項１に記載のＶ型エンジン。