JP2017125431A

JP2017125431A - 二段過給システム

Info

Publication number: JP2017125431A
Application number: JP2016004034A
Authority: JP
Inventors: 貴弘佐野; Takahiro Sano; 裕史堀内; Yasushi Horiuchi
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2036-01-13
Also published as: JP6618809B2

Abstract

【課題】高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャのコンパクトなレイアウトを実現して車両への搭載性を従来より大幅に向上し得る二段過給システムを提供する。【解決手段】エンジンから送出される排気Ｇによって高圧段タービン３を作動させ且つ高圧段コンプレッサ４で圧縮した吸気をエンジンへ送給する高圧段ターボチャージャ６と、該高圧段ターボチャージャ６の高圧段タービン３から送出される排気Ｇによって低圧段タービン８を作動させ且つ低圧段コンプレッサ９で圧縮した吸気を前記高圧段コンプレッサ４へ送給する低圧段ターボチャージャ１０とを備えた二段過給システムに関し、高圧段タービン３のハウジング内に、タービン車室２１を経由するメイン経路２２と、前記タービン車室２１を迂回するバイパス経路２３とを区画形成し、高圧段タービン３の排気出口に、前記バイパス経路２３を開閉する流路切替装置２０を挟んで低圧段タービン８の排気入口を接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、二段過給システムに関するものである。

近年、過給システムのダウンサイジングやトルクアップを実現するために、小径の高圧段ターボチャージャを採用した二段過給システムが検討されており、この種の二段過給システムにおいては、図３に示す如く、エンジン１の排気マニホールド２から送出される排気Ｇにより高圧段タービン３を作動させ且つ高圧段コンプレッサ４で圧縮した吸気Ａをエンジン１の吸気マニホールド５へ送給する高圧段ターボチャージャ６と、該高圧段ターボチャージャ６の高圧段タービン３から送出される排気Ｇにより低圧段タービン８を作動させ且つ低圧段コンプレッサ９で圧縮した吸気Ａを前記高圧段コンプレッサ４へ送給する低圧段ターボチャージャ１０とが備えられている。

更に、前記低圧段ターボチャージャ１０の低圧段コンプレッサ９の吐出側と前記高圧段ターボチャージャ６の高圧段コンプレッサ４の吸入側との間には、インタクーラ１２が介装されており、前記高圧段コンプレッサ４の吐出側とエンジン１の吸気マニホールド５との間には、アフタクーラ１３が介装されている。

また、排気系の高圧段タービン３よりも上流側（具体的には排気マニホールド２）からアフタクーラ１３よりも下流側（具体的には吸気マニホールド５）へ至るＥＧＲ配管１４が設けられ、該ＥＧＲ配管１４には、排気系から分流した排気Ｇを冷却するＥＧＲクーラ１５と、吸気系へ還流すべき排気Ｇの流量を調整するＥＧＲバルブ１６とが設けられている。

而して、斯かる二段過給システムにおいては、エンジン１が稼動状態である時に、排気マニホールド２から送出される排気Ｇが、高圧段タービン３へ流入して高圧段コンプレッサ４を駆動した後、低圧段タービン８へ流入して低圧段コンプレッサ９を駆動し、該低圧段コンプレッサ９に流入して圧縮された吸気Ａは、インタクーラ１２を経て高圧段コンプレッサ４に送給され、該高圧段コンプレッサ４で再び圧縮され、アフタクーラ１３を経て吸気マニホールド５へ送給されるので、シリンダへの吸気Ａの送給量が増加し、１サイクル当たりの燃料噴射量を多くすれば、エンジン１の出力を高めることができる。

また、前記排気Ｇの一部は、排気マニホールド２からＥＧＲ配管１４へ流入し、ＥＧＲクーラ１５で冷却され且つＥＧＲバルブ１６で流量調整が行われた排気Ｇが、吸気Ａと一緒に吸気マニホールド５へと送給され、これによりシリンダ内の燃焼温度の低下が図られてＮＯxの発生が低減される。

ただし、排気Ｇの流量が大きい高速高負荷域（図４のグラフ中にクロスハッチングを付して示す運転領域）では、小径の高圧段ターボチャージャ６が過剰に回転して過給圧が必要以上に高まり、エンジン１の各気筒の最大筒内圧が制限値を超えて運転不可となってしまったり、過給圧が排気マニホールド２の圧力より高くなって排気Ｇが再循環できなくなったりする虞れがある。

このため、高圧段タービン３を迂回するバイパス配管７を設けると共に、該バイパス配管７の途中にバイパスバルブ１１を設け、該バイパスバルブ１１を高速高負荷域で開けて適正な流量の排気Ｇのみ高圧段タービン３に流し、残りは高圧段タービン３を迂回させて低圧段タービン８へ導くようにしている。

尚、前述の如き二段過給システムと関連する先行技術文献情報としては、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等が既に存在している。

特開２０１２−７７７３０号公報

しかしながら、図５に斜視図で示している通り、前述の如き従来構造にあっては、排気マニホールド２（図３参照）の排気出口に二股状の分岐管１７を装備し、排気Ｇをバイパス配管７と高圧段タービン３（図５では説明の便宜上から高圧段コンプレッサ４の図示を省略）とに振り分けられるようにしており、また、低圧段タービン８の排気入口には二股状の合流管１８を装備し、高圧段タービン３から連絡管１９を介して導いた排気Ｇと、高圧段タービン３を迂回させてバイパス配管７により導いた排気Ｇとを、バイパスバルブ１１により選択的に低圧段タービン８に導入し得るようにしているが、このようにバイパス配管７や連絡管１９を介在させなければならないことで配管構成が複雑化する結果、高圧段ターボチャージャ６と低圧段ターボチャージャ１０のコンパクトなレイアウトが難しくなり、車両への搭載性が悪くなるという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャのコンパクトなレイアウトを実現して車両への搭載性を従来より大幅に向上し得る二段過給システムを提供することを目的としている。

本発明は、エンジンから送出される排気によって高圧段タービンを作動させ且つ高圧段コンプレッサで圧縮した吸気をエンジンへ送給する高圧段ターボチャージャと、該高圧段ターボチャージャの高圧段タービンから送出される排気によって低圧段タービンを作動させ且つ低圧段コンプレッサで圧縮した吸気を前記高圧段コンプレッサへ送給する低圧段ターボチャージャとを備えた二段過給システムであって、高圧段タービンのハウジング内に、タービン車室を経由するメイン経路と、前記タービン車室を迂回するバイパス経路とを区画形成し、高圧段タービンの排気出口に、前記バイパス経路を開閉する流路切替装置を挟んで低圧段タービンの排気入口を接続したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、高圧段タービンのハウジング内におけるバイパス経路を流路切替装置により開通させ、高圧段タービンのタービン車室を迂回させて排気を流すことが可能となるので、バイパス配管や連絡管、分岐管、合流管といった配管部品を不要として、高圧段タービンと低圧段タービンとの間における配管構成の大幅な簡素化を図り、高圧段タービンと低圧段タービンとを流路切替装置のみを挟んで近接配置することで高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャのコンパクトなレイアウトが実現されることになる。

更に、本発明をより具体的に実施するにあたっては、高圧段タービンの排気出口と低圧段タービンの排気入口とに同じ端面形状のフランジを夫々形成すると共に、該各フランジと同じ端面形状で流路切替装置を形成し、前記各フランジと流路切替装置とを重ね合わせた状態で共締めすると良い。

本発明の二段過給システムによれば、バイパス配管や連絡管、分岐管、合流管といった配管部品を不要として、高圧段タービンと低圧段タービンとの間における配管構成の大幅な簡素化を図ることができるので、高圧段タービンと低圧段タービンとを流路切替装置のみを挟んで近接配置して高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャのコンパクトなレイアウトを実現することができ、これにより車両への搭載性を従来より大幅に向上することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態の一例を示す斜視図である。図１のメイン経路とバイパス経路について模式的に示す概略図である。一般的な二段過給システムの一例を示す系統図である。図３のバイパス配管を利用していた運転領域を示すグラフである。従来の二段過給システムの配管構成を説明する斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例の二段過給システムにおいては、先に図３で説明した従来の二段過給システムと原理的に大きく相違するところはなく、高圧段タービン３と低圧段タービン８との間における配管構成を変更した点が特徴となっているので、図１及び図２では、高圧段タービン３と低圧段タービン８との間における配管構成を中心に説明しており、図１及び図２で図示を省略されている構成要件については図３を参照することとする。

即ち、本形態例においては、図３で説明した従来の二段過給システムと同様に、エンジン１から送出される排気Ｇによって高圧段タービン３を作動させ且つ高圧段コンプレッサ４で圧縮した吸気Ａ（図３参照）をエンジン１へ送給する高圧段ターボチャージャ６と、該高圧段ターボチャージャ６の高圧段タービン３から送出される排気Ｇによって低圧段タービン８を作動させ且つ低圧段コンプレッサ９で圧縮した吸気Ａを前記高圧段コンプレッサ４へ送給する低圧段ターボチャージャ１０とを備えた二段過給システムとなっている。

ただし、高圧段タービン３のハウジング内に、タービン車室２１を経由するメイン経路２２と、前記タービン車室２１を迂回するバイパス経路２３とを区画形成し、高圧段タービン３の排気出口に、前記バイパス経路２３を開閉する流路切替装置２０を挟んで低圧段タービン８の排気入口を接続するようにしており、より具体的には、高圧段タービン３の排気出口と低圧段タービン８の排気入口とに同じ端面形状のフランジ２４，２５を夫々形成すると共に、該各フランジ２４，２５と同じ端面形状で流路切替装置２０を形成し、前記各フランジ２４，２５と流路切替装置２０とを重ね合わせた状態で共締めするようにしている。

ここで、前記流路切替装置２０には、高圧段タービン３の排気出口のフランジ２４に開口するメイン経路２２及びバイパス経路２３と連続するようメイン経路２２’及びバイパス経路２３’が穿設されているが、このうちバイパス経路２３’の方にはバタフライ式のバイパスバルブ２６が内蔵されており、該バイパスバルブ２６が図示しないアクチュエータにより開閉操作されるようにしてある。

尚、図１に示している例においては、排気マニホールド２の排気出口を三口で開口した場合を例示しており、図１中の下段の二口が高圧段タービン３のハウジングにおけるメイン経路２２に連通し、上段の一口が高圧段タービン３のハウジングにおけるバイパス経路２３に連通するようになっている。

而して、このようにすれば、高圧段タービン３のハウジング内におけるバイパス経路２３を流路切替装置２０により開通させ、高圧段タービン３のタービン車室２１を迂回させて排気Ｇを流すことが可能となるので、バイパス配管７（図５参照）や連絡管１９（図５参照）、分岐管１７（図５参照）、合流管１８（図５参照）といった配管部品を不要として、高圧段タービン３と低圧段タービン８との間における配管構成の大幅な簡素化を図り、高圧段タービン３と低圧段タービン８とを流路切替装置２０のみを挟んで近接配置することで高圧段ターボチャージャ６と低圧段ターボチャージャ１０のコンパクトなレイアウトが実現されることになる。

従って、上記形態例によれば、バイパス配管７や連絡管１９、分岐管１７、合流管１８といった配管部品を不要として、高圧段タービン３と低圧段タービン８との間における配管構成の大幅な簡素化を図ることができるので、高圧段タービン３と低圧段タービン８とを流路切替装置２０のみを挟んで近接配置して高圧段ターボチャージャ６と低圧段ターボチャージャ１０のコンパクトなレイアウトを実現することができ、これにより車両への搭載性を従来より大幅に向上することができる。

尚、本発明の二段過給システムは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、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。

１エンジン
３高圧段タービン
４高圧段コンプレッサ
６高圧段ターボチャージャ
８低圧段タービン
９低圧段コンプレッサ
１０低圧段ターボチャージャ
２０流路切替装置
２１タービン車室
２２メイン経路
２３バイパス経路
２４フランジ
２５フランジ
Ｇ排気

Claims

エンジンから送出される排気によって高圧段タービンを作動させ且つ高圧段コンプレッサで圧縮した吸気をエンジンへ送給する高圧段ターボチャージャと、該高圧段ターボチャージャの高圧段タービンから送出される排気によって低圧段タービンを作動させ且つ低圧段コンプレッサで圧縮した吸気を前記高圧段コンプレッサへ送給する低圧段ターボチャージャとを備えた二段過給システムであって、高圧段タービンのハウジング内に、タービン車室を経由するメイン経路と、前記タービン車室を迂回するバイパス経路とを区画形成し、高圧段タービンの排気出口に、前記バイパス経路を開閉する流路切替装置を挟んで低圧段タービンの排気入口を接続したことを特徴とする二段過給システム。
高圧段タービンの排気出口と低圧段タービンの排気入口とに同じ端面形状のフランジを夫々形成すると共に、該各フランジと同じ端面形状で流路切替装置を形成し、前記各フランジと流路切替装置とを重ね合わせた状態で共締めしたことを特徴とする請求項１に記載の二段過給システム。