JPH01315616A - Supercharger asisting device for engine - Google Patents

Supercharger asisting device for engine

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JPH01315616A
JPH01315616A JP63145924A JP14592488A JPH01315616A JP H01315616 A JPH01315616 A JP H01315616A JP 63145924 A JP63145924 A JP 63145924A JP 14592488 A JP14592488 A JP 14592488A JP H01315616 A JPH01315616 A JP H01315616A
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JP
Japan
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turbine
air
engine
exhaust
pressurized air
Prior art date
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Pending
Application number
JP63145924A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiko Ito
孝彦 伊東
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Yukigaya Institute Co Ltd
Original Assignee
Yukigaya Institute Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01315616A publication Critical patent/JPH01315616A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/14Control of the alternation between or the operation of exhaust drive and other drive of a pump, e.g. dependent on speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F02B37/10Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Abstract

PURPOSE:To improve the acceleration characteristics by mounting a pressure air turbine which is supplied with pressure air from a pressure air source, on a shaft on which both the exhaust turbine of a supercharger and a compressor turbine are commonly mounted and operating the pressure air turbine during the early supercharging period. CONSTITUTION:Both a compressor turbine 116 and a pressure air turbine 119 are mounted coaxially with the shaft 117 of an exhaust turbine 131 which is driven by exhaust gas discharged from an engine 111. The pressure air from a pressure air tank 141 is sent via a valve 143 to the pressure air turbine 119 and the compressor turbine 116 is driven by both the power generated by said turbine 119 and the power of the exhaust turbine 131. The air having been reduced in pressure via the pressure air turbine 119 is mixed with the supercharged air fed from the compressor turbine 116 and an engine 111 is supercharged with the mixed air. The valve 143 is controlled by a controller 153 to be opened at the suitable time, such as the early time of supercharging.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ この発明は、エンジン、特に自動車用エンジンの過給装
置に関するもので、エンジンの排気タービンを動力とす
る空気の供給に加えて、加圧空気タービンにより駆動さ
れるコンプレッサから供給される空気と、加圧空気ター
ビンにおいて仕事を終わり吸気圧近(まで減圧された排
気空気を供給することにより、加速時のエンジンへの過
給を十分に行えるようにして、加速性能を高めた装置で
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] This invention relates to a supercharging device for an engine, particularly an automobile engine. By supplying air supplied from a compressor driven by a turbine and exhaust air that has finished its work in a pressurized air turbine and has been reduced to near the intake pressure, it is possible to sufficiently supercharge the engine during acceleration. This is a device with improved acceleration performance.

[従来の技術] 従来は、エンジンの排気タービンにより駆動されるコン
プレッサから空気を供給するものが多く、エンジンが高
速回転にならなければ十分な過給が望めなかった。
[Prior Art] In the past, air was often supplied from a compressor driven by the engine's exhaust turbine, and sufficient supercharging could not be achieved unless the engine rotated at high speed.

[発明が解決しようとする課題] この発明は、従来の排気タービンを使用した過給機に、
加圧空気により駆動される過給補助装置を設けることに
より、いわゆるターボラグが生じることなく、加速を要
する際に直ちに回転数及びトルクが上昇し、しかもエン
ジンの回転数が低い状態であっても、急速な加速を可能
ならしめることを目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] This invention provides a supercharger using a conventional exhaust turbine.
By providing a supercharging auxiliary device driven by pressurized air, the engine speed and torque increase immediately when acceleration is required, without causing so-called turbo lag, and even when the engine speed is low. The purpose is to enable rapid acceleration.

また、十分な過給の為の空気が供給し得るため、特にデ
ィーゼルエンジンにおいて生じることが多い加速時の燃
焼不完全によるエンジン排気の黒煙の排出を防止するこ
とができる。
Furthermore, since sufficient air for supercharging can be supplied, it is possible to prevent black smoke from being emitted from the engine exhaust due to incomplete combustion during acceleration, which often occurs particularly in diesel engines.

さらに、登板のように長時間にわたって加圧空気による
補助過給が行われる場合にも、エンジン出力の増大とと
もに排気タービンによる過給の比率を高めることを目的
とする。
Furthermore, even when auxiliary supercharging using pressurized air is performed over a long period of time, such as during climbing, the purpose is to increase the ratio of supercharging by the exhaust turbine as well as increasing the engine output.

加圧空気タービンの温度が上昇した場合にも、加圧空気
の膨張を熱エネルギの供給状態で行うことにより、加圧
空気タービンのエネルギ効率高め、加圧空気の消費量を
減少させる効果もこの発明が解決すべき課題の一つであ
る。
This also has the effect of increasing the energy efficiency of the compressed air turbine and reducing the consumption of pressurized air by expanding the compressed air while supplying thermal energy even when the temperature of the compressed air turbine increases. This is one of the problems that invention should solve.

[課題を解決するための手段] この発明の補助装置は、排気タービンにより駆動される
過給吸気系に加えて、加速時に加圧空気タンクまたは加
圧ポンプから供給される高圧の圧縮空気を加圧空気ター
ビンに加えて回転数を急上昇させ、断熱膨張エネルギに
よって発生する動力を利用してコンプレッサを駆動する
ことにより付加的な過給用の空気を吸気系に供給し、さ
らにコンプレッサの駆動に使われ膨張によって吸気圧近
くまで圧力が低下した加圧空気タービンの排気をも吸気
系に供給することにより、エンジンの加速時に必要十分
な空気の過給を行うことによって目的を達成する。
[Means for Solving the Problems] The auxiliary device of the present invention applies high-pressure compressed air supplied from a pressurized air tank or a pressurized pump during acceleration, in addition to a supercharging intake system driven by an exhaust turbine. In addition to the compressed air turbine, the rotation speed is suddenly increased, and the power generated by the adiabatic expansion energy is used to drive the compressor, thereby supplying additional supercharging air to the intake system, which is then used to drive the compressor. By supplying the exhaust gas of the pressurized air turbine, whose pressure has been reduced to near the intake pressure due to expansion, to the intake system, the purpose is achieved by supercharging the necessary and sufficient air when the engine accelerates.

[作 用コ 従来の排気タービンによるターボチャージャにおいては
、加速しようとしてアクセルを踏んだ場合でも、これに
よってエンジンの回転数が上昇し、排気量が増加して排
気タービンを十分に駆動するまでには、若干の時間を必
要とした。この点は、エンジンの回転数が低い際に特に
顕著である。
[Function] In a conventional turbocharger using an exhaust turbine, even when you step on the accelerator to accelerate, the engine speed increases and the displacement increases until it can sufficiently drive the exhaust turbine. , required some time. This point is particularly noticeable when the engine speed is low.

この発明においては、アクセルを踏んだことをセンサー
が検知して、加圧空気供給用のバルブを開き、高圧の空
気タンクより加圧空気タービンに高圧空気を供給するか
ら、タービンは急速に回転数が上昇しコンプレッサター
ビンを駆動する。このため、過給空気の供給もまた十分
に且つ迅速に行われる。
In this invention, the sensor detects when the accelerator is pressed, opens the pressurized air supply valve, and supplies high-pressure air from the high-pressure air tank to the pressurized air turbine, causing the turbine to rapidly increase its rotational speed. rises and drives the compressor turbine. Therefore, the supercharging air is also supplied sufficiently and quickly.

このように、加圧空気タービンは急速に回転数が上昇す
るが、インペラーのイナーシャがあるため、立ち上がり
時間はゼロとはならない。しかし、この間に導入された
高圧空気は、十分仕事をしきっていないため、圧力が高
いままタービンを通過し、その排気管からエンジンの吸
入管に突入し、その結果、加圧空気タービンが十分に立
ち上がるまでの間の過給空気の供給を負担する。この間
の加圧空気は、動力の発生に寄与する程度が小さいが、
瞬間的な供給であるから、能率の低下は無視できるし、
空気の急速な供給の効果は大きい。
In this way, the rotation speed of the pressurized air turbine increases rapidly, but due to the inertia of the impeller, the rise time does not reach zero. However, the high-pressure air introduced during this time has not done enough work, so it passes through the turbine with high pressure and rushes into the engine's intake pipe from the exhaust pipe, resulting in the pressurized air turbine not working properly. Responsible for supplying supercharged air until startup. During this time, the pressurized air contributes only a small amount to the generation of power, but
Since the supply is instantaneous, the drop in efficiency can be ignored.
The effect of rapid air supply is great.

加圧空気タンクには、加圧ポンプによって空気が補充さ
れるが、その駆動にブレーキ時の回収エネルギを利用す
れば、この発明の過給補助装置の作動に要する実質的な
動力の消費は、相対的に小さくなり、能率はさらに向上
する。
The pressurized air tank is replenished with air by a pressurizing pump, but if the energy recovered during braking is used for driving the tank, the actual power consumption required to operate the supercharging auxiliary device of the present invention can be reduced. It becomes relatively smaller and efficiency is further improved.

アクセルを踏んだ際、燃料の供給も増加するが、従来の
技術によると、この燃焼に要する空気の供給が追いつか
ないため、特にディーゼルエンジンにおいては、不完全
燃焼による加速時の黒い煙の排出が避けられなかった。
When you step on the accelerator, the supply of fuel also increases, but according to conventional technology, the supply of air required for this combustion cannot keep up, so especially in diesel engines, black smoke is emitted during acceleration due to incomplete combustion. It was inevitable.

この発明の過給装置においては、上記のように動作し、
十分な空気を供給できるから、完全燃焼が可能であり、
黒い排気ガスの排出を防止できる。
The supercharging device of this invention operates as described above,
Since sufficient air can be supplied, complete combustion is possible.
It can prevent the emission of black exhaust gas.

[実施例コ 第1図は、この発明の第1実施例の、並列同軸型と称す
る過給補助装置の構成の概略を示す線図である。
Embodiment FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a supercharging auxiliary device called a parallel coaxial type according to a first embodiment of the present invention.

第1図において、運転者151の運転操作(アクセル、
ブレーキ、クラッチ、ギアシフト、等)の状態は、セン
サー152に依って検知され、制御信号としてコントロ
ーラ153に伝達される。
In FIG. 1, the driving operations of the driver 151 (accelerator,
The state of the brakes, clutches, gear shifts, etc.) is detected by a sensor 152 and transmitted as a control signal to a controller 153.

一方、エンジンの動作状態を示すパラメータ(ブースト
圧、エンジン回転数、燃料噴射量、エンジン温度、等)
も、コントローラに印加され、エンジンの制御の為に使
われる。
On the other hand, parameters indicating the operating status of the engine (boost pressure, engine speed, fuel injection amount, engine temperature, etc.)
is also applied to the controller and used to control the engine.

エンジン111から排出された排気は、排気管121を
経て排気タービン131に導かれ、排気圧に依って動力
を発生する。排気タービンで仕事を終わった排気は、排
気管122を経て、排気系に送られる。
Exhaust gas discharged from the engine 111 is guided to an exhaust turbine 131 through an exhaust pipe 121, and power is generated depending on the exhaust pressure. The exhaust gas that has completed its work in the exhaust turbine is sent to the exhaust system via the exhaust pipe 122.

排気タービンは、シャフト117に結合しており、これ
に発生した動力を伝える。このシャフト117は、コン
プレッサタービン116及び加圧空気タービン119の
シャフトと共通であって同軸に連結される。
The exhaust turbine is coupled to shaft 117 and transmits the generated power thereto. This shaft 117 is common and coaxially connected to the shafts of the compressor turbine 116 and the compressed air turbine 119.

加圧空気タンク141からバルブ143を経て加圧空気
タービン119に加圧空気が供給されると、発生した動
力は、シャフト117に伝達される。この動力は、排気
タービンの動力と協動してコンプレッサタービン116
を駆動し、エアフィルタ161から管162を経由して
供給される空気を圧縮して、管163を経由して、エン
ジン111に過給空気を供給する。
When pressurized air is supplied from the pressurized air tank 141 to the pressurized air turbine 119 via the valve 143, the generated power is transmitted to the shaft 117. This power is transmitted to the compressor turbine 116 in cooperation with the power of the exhaust turbine.
compresses the air supplied from the air filter 161 via the pipe 162, and supplies supercharging air to the engine 111 via the pipe 163.

加圧空気タービンにおいて仕事を終り吸気圧近くまで圧
力が低下した空気もまた、管163に合流され、過給空
気の一部として、利用される。
The air that has completed its work in the pressurized air turbine and whose pressure has been reduced to near the intake pressure is also merged into the pipe 163 and utilized as part of the supercharging air.

第2図は、この発明の第1の実施例の過給補助装置の主
要部の具体的構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing the specific structure of the main parts of the supercharging auxiliary device according to the first embodiment of the present invention.

コンプレッサタービン216は、タービンシャフト21
7を介して排気タービン218に連結している。
The compressor turbine 216 is connected to the turbine shaft 21
7 to an exhaust turbine 218.

加圧空気タービン219も、タービンシャフト217に
同軸に取り付けられている。
A pressurized air turbine 219 is also coaxially mounted to turbine shaft 217.

コンプレッサタービン216は、排気流及び加圧空気流
またはそれらのいずれか一方によってそれぞれのタービ
ン、218.219を介して駆動される。
Compressor turbine 216 is driven by exhaust flow and/or pressurized air flow through respective turbines, 218, 219.

エンジンの排気は、排気タービンスクロール221に導
かれ、排気タービン218にエネルギを与えて、減速、
膨張した後に排気管228に排出される。
The exhaust gas of the engine is guided to the exhaust turbine scroll 221, which gives energy to the exhaust turbine 218 to decelerate and
After being expanded, it is discharged into the exhaust pipe 228.

加圧空気タンク141から、加圧空気制御弁143を経
て供給される加圧空気は、加圧空気スクロール222に
導かれ、加圧空気タービン219にエネルギを与えて、
減速、膨張した後、加圧空気タービン排気出口管224
に排出される。
The pressurized air supplied from the pressurized air tank 141 via the pressurized air control valve 143 is guided to the pressurized air scroll 222, gives energy to the pressurized air turbine 219, and
After deceleration and expansion, the pressurized air turbine exhaust outlet pipe 224
is discharged.

吸気管227より吸入された吸気は、コンプレッサター
ビン216により圧縮され、コンプレッサスクロール2
20からスクロール出口管223に導かれる。
The intake air taken in through the intake pipe 227 is compressed by the compressor turbine 216, and the compressor scroll 2
20 to a scroll outlet pipe 223.

ここで、揺動弁225の両面から流れ込んだ吸気と加圧
空気タービン219の排気とが合流するが、揺動弁の両
側の気圧に応じて揺動弁の図示の二つの位置の中間の位
置をとる。また、揺動弁は、場合により省略することが
できる。
Here, the intake air flowing from both sides of the swing valve 225 and the exhaust air of the pressurized air turbine 219 meet, but depending on the air pressure on both sides of the swing valve, the swing valve is placed at a position intermediate between the two illustrated positions. Take. Further, the swing valve may be omitted depending on the case.

コンプレッサフレーム229は、軸受け、及び潤滑、冷
却などの機能を持った支持枠である。
The compressor frame 229 is a support frame that has functions such as bearings, lubrication, and cooling.

ノズルリング230は、加圧空気の膨張の方法如何によ
って、その要不要が決定されるものであって、この実施
例では採用している。
Whether the nozzle ring 230 is necessary or not is determined depending on the method of expanding the pressurized air, and is employed in this embodiment.

第3図は、この発明の第2実施例の並列独立型と称する
過給補助装置の概略を示す線図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a supercharging auxiliary device called a parallel independent type according to a second embodiment of the present invention.

第3図において、エンジン111から排出された排気は
、排気管121を経て、排気タービン131に導かれ、
タービン131において動力を発生させた後、排気管1
22を経て排気系へ送られる。発生した動力は、シャフ
ト311によりコンプレッサタービン301を駆動する
。この結果エアフィルタ161を通って取り入れられた
空気は、管162をへて、タービン301により圧縮さ
れ、管163を経てエンジン111に供給される。
In FIG. 3, exhaust gas discharged from the engine 111 is guided to an exhaust turbine 131 via an exhaust pipe 121.
After generating power in the turbine 131, the exhaust pipe 1
22 and is sent to the exhaust system. The generated power drives compressor turbine 301 through shaft 311 . As a result, the air taken in through the air filter 161 passes through a pipe 162, is compressed by the turbine 301, and is supplied to the engine 111 through a pipe 163.

コンプレッサタービン301と並列になるように補助コ
ンプレッサタービン302が連結されており、加圧空気
タービン331とシャフト312によって連結される。
An auxiliary compressor turbine 302 is connected in parallel with the compressor turbine 301 and is connected to a pressurized air turbine 331 by a shaft 312 .

加圧空気タンク141からバルブ143を介して加圧空
気が加圧空気タービン331に供給され、動力を発生す
る。この動力は、シャフト312を介して補助コンプレ
ッサタービン302を駆動して、管162からの空気を
圧縮し、タービン331の排気と共に過給吸気の一部と
してエンジン111に供給する。
Pressurized air is supplied from the pressurized air tank 141 via the valve 143 to the pressurized air turbine 331 to generate power. This power drives the auxiliary compressor turbine 302 through the shaft 312 to compress the air from the tube 162 and supply it to the engine 111 along with the exhaust of the turbine 331 as part of the supercharged intake air.

従って、運転者151がアクセルを踏んだ際、センサー
152がこれを検知して、コントローラ153に信号を
送り、信号線154を介してバルブ143を開き、加圧
空気が加圧空気タービン331を駆動する。これに依っ
て発生した動力は、補助コンプレッサタービン302を
駆動して、管162がら空気を取り入れ、エンジンの吸
気管163に空気の供給を行なう。
Therefore, when the driver 151 steps on the accelerator, the sensor 152 detects this, sends a signal to the controller 153, opens the valve 143 via the signal line 154, and pressurized air drives the pressurized air turbine 331. do. The power generated thereby drives the auxiliary compressor turbine 302 to take in air through the pipe 162 and supply air to the intake pipe 163 of the engine.

この空気の供給は、コンプレッサタービン301による
過給吸気とは独立して、加圧空気の供給を制御すること
により行なわれるから、エンジンの回転数が小さく、排
気タービンによる空気の供給が不十分であっても、エン
ジンを急速に回転させることが出来る。
This air supply is performed by controlling the supply of pressurized air independently of the supercharged intake air by the compressor turbine 301, so if the engine speed is low and the exhaust turbine is insufficiently supplied with air. Even if there is, the engine can be rotated rapidly.

第4図は、この発明の第2実施例の過給補助装置におけ
る主要部の構造の断面を示す図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the structure of the main parts of a supercharging auxiliary device according to a second embodiment of the present invention.

コンプレッサタービン401は、タービンシャフト40
2を介して、図示していないが、通常の排気タービンの
出力軸に接続されている。コンプレッサスクロール40
3はエンジンの吸気管に接続される。またコンプレッサ
タービンの人力は、吸気管404と連結している。補助
コンプレッサ406は、補助コンプレッサタービンシャ
フト407を介して、加圧空気タービン408と連結し
ている。加圧タービンスクロール410に、加圧空気タ
ンクから導入した加圧空気を注入すると、加圧空気ター
ビン408はトルクを発生して補助タービンシャフト4
07を介して補助コンプレッサタービン406を回転さ
せる。
The compressor turbine 401 has a turbine shaft 40
Although not shown, it is connected to the output shaft of a normal exhaust turbine via 2. compressor scroll 40
3 is connected to the intake pipe of the engine. The compressor turbine's power is also connected to the intake pipe 404. Auxiliary compressor 406 is coupled to compressed air turbine 408 via an auxiliary compressor turbine shaft 407 . When pressurized air introduced from the pressurized air tank is injected into the pressurized turbine scroll 410, the pressurized air turbine 408 generates torque and the auxiliary turbine shaft 4
07 to rotate the auxiliary compressor turbine 406.

この結果、タービンは、補助コンプレッサ吸気管405
を経て空気を吸い込み、加圧した後補助コンプレッサス
クロール409に空気を押し出して、補助コンプレッサ
出口管411に出力する。
As a result, the turbine auxiliary compressor intake pipe 405
Air is sucked in through the auxiliary compressor scroll 409 and after being pressurized, the air is pushed out to the auxiliary compressor scroll 409 and output to the auxiliary compressor outlet pipe 411.

加圧空気タービン408を回転させ仕事を終った加圧空
気は、加圧空気排気管412を経て、バランス翼413
の端部で、補助コンプレッサ出口管411を経た吸気と
合流する。
The pressurized air that rotates the pressurized air turbine 408 and completes its work passes through the pressurized air exhaust pipe 412 and is sent to the balance blade 413.
At the end of the auxiliary compressor outlet pipe 411, it joins the intake air through the auxiliary compressor outlet pipe 411.

バランス翼413は、翼の両面の空気流速に大きな差が
生じないように揺動して、合流した空気の渦損失を減少
させることを目的として設けられたものであるが、損失
を無視できる場合には、省略することができる。
The balance blade 413 is provided for the purpose of reducing the vortex loss of the combined air by swinging so that there is no large difference in the air velocity on both sides of the blade, but when the loss can be ignored. can be omitted.

合流した空気は、揺動弁414を押し開いて、コンプレ
ッサ出口継手管415に至り、図示していないが、エン
ジンの吸気ポートに送られる。コンプレッサタービン4
01が動作していない場合は、揺動弁414は、空気圧
により414bの位置に変位して、吸気がコンプレッサ
スクロール403の方へ逆流することを防止する。
The combined air pushes open the swing valve 414, reaches the compressor outlet joint pipe 415, and is sent to the intake port of the engine (not shown). compressor turbine 4
01 is not operating, the swing valve 414 is pneumatically displaced to the position 414b to prevent intake air from flowing back toward the compressor scroll 403.

揺動弁414は、コンプレッサタービン401と、補助
コンプレッサタービン406の、それぞれの吐出空気流
量の比によって、414aと414bの中間位置に位置
する。合流部分の形状によっては、揺動弁414を省略
することもできる。
The swing valve 414 is located at an intermediate position between 414a and 414b depending on the ratio of the respective discharge air flow rates of the compressor turbine 401 and the auxiliary compressor turbine 406. Depending on the shape of the merging portion, the swing valve 414 may be omitted.

第5図は、この発明のエンジン過給装置の作用効果を説
明するためのグラフである。横軸はエンジン回転数、館
軸はエンジンのトルクと、吸気圧を示す。曲線501は
過給しないエンジンのトルクである。
FIG. 5 is a graph for explaining the effects of the engine supercharging device of the present invention. The horizontal axis shows engine speed, and the vertical axis shows engine torque and intake pressure. Curve 501 is the torque of the engine without supercharging.

曲線502は通常の排気ターボチャージャを採用した場
合の吸気圧、503は、加圧空気による等圧過給をした
場合の吸気圧であって理想的にはエンジンの回転数に関
係なく一定圧に保たれる。
Curve 502 is the intake pressure when a normal exhaust turbocharger is used, and curve 503 is the intake pressure when equal-pressure supercharging is performed using pressurized air. Ideally, the pressure should be constant regardless of the engine speed. It is maintained.

曲線504は、エンジン回転数が低い範囲において、回
転数が低くなる程吸気圧を高くするように過給した状態
を示す。
A curve 504 shows a state in which supercharging is performed in a range where the engine speed is low, such that the lower the engine speed is, the higher the intake pressure is.

曲線512.513、及び514は、それぞれ、吸気(
過給)状態を示す曲線、502.503、及び504に
対応したエンジンのトルクを示す曲線である。このグラ
フから理解できるように、吸気のブースト圧力を上昇す
ると、トルクもほぼ比例して増大する。
Curves 512, 513, and 514 respectively represent the intake (
These are curves showing the engine torque corresponding to 502, 503, and 504. As can be seen from this graph, when the intake boost pressure is increased, the torque also increases almost proportionally.

大型の自動車で、手動変速機を使用している場合、クラ
ッチの摩耗を防止するためにエンジン回転数が低い状態
でクラッチをつなぐ必要がある。
When using a large vehicle with a manual transmission, it is necessary to engage the clutch at low engine speeds to prevent clutch wear.

しかし、発進や加速の際に、たとえ車速が小さくても、
トルクは十分に大きくなければならない。
However, when starting or accelerating, even if the vehicle speed is low,
The torque must be large enough.

しかるに、曲線512のようなトルク特性では、所要の
トルクが得られるところでは、回転数が大きく、必然的
にクラッチを滑らせることが要求され、クラッチの寿命
が短くなる欠点がある。回転数が低い範囲では、所要の
トルクに達していないから発進、加速が出来ないことが
ある。
However, with the torque characteristic as shown in curve 512, where the required torque can be obtained, the rotational speed is high and the clutch is inevitably required to slip, which has the disadvantage of shortening the life of the clutch. In a low rotational speed range, the required torque may not be reached, so the vehicle may not be able to start or accelerate.

この発明によれば、過給空気圧をエンジンの低速回転時
においても、曲線503あるいは504のように高め、
空気の供給を必要十分な量にコントロール出来るから、
曲線513あるいは514に示すトルク特性が得られる
。従って、発進の時のクラッチの負担が小さく、寿命に
悪影響を及ぼすことが無い。
According to this invention, the supercharging air pressure is increased as shown by curve 503 or 504 even when the engine is rotating at low speed,
Because the air supply can be controlled to the necessary and sufficient amount,
A torque characteristic shown by curve 513 or 514 is obtained. Therefore, the load on the clutch at the time of starting is small, and the life of the vehicle is not adversely affected.

加圧空気タンクの圧力は、通常の場合10から50kg
/cI!1程度であり、一方過給のための圧力は、2、
5 kg/cnf位で十分である。よってこの圧力差を
利用して加圧空気タービンを回転させ、膨張エネルギを
コンプレッサタービンの駆動に利用することにより過給
のためのエネルギ効率が向上する。
The pressure of the pressurized air tank is usually 10 to 50 kg.
/cI! 1, while the pressure for supercharging is 2,
About 5 kg/cnf is sufficient. Therefore, by using this pressure difference to rotate the pressurized air turbine and using the expansion energy to drive the compressor turbine, the energy efficiency for supercharging is improved.

第6図は、手動変速機を使用した自動車が発進して低速
度で走行している状態から、加速しようとする場合の、
通常の排気ターボチャージャとこの発明の過給装置の性
能を示すグラフである。
Figure 6 shows what happens when a car using a manual transmission starts and is running at a low speed and then tries to accelerate.
It is a graph showing the performance of a normal exhaust turbocharger and a supercharging device of the present invention.

曲線601は、排気ターボチャージャのみの吸気圧の上
昇特性を示し、エンジンの回転数の上昇に従って、吸気
圧も徐々に高くなる。この結果エンジントルクの上昇も
急速には立ち上がらない。
A curve 601 shows the increase characteristic of the intake pressure of only the exhaust turbocharger, and the intake pressure gradually increases as the engine speed increases. As a result, the engine torque does not increase rapidly.

一方、この発明の過給装置に依れば、アクセルを踏み込
んだ直後に加圧空気タンクから、曲線600で示すよう
な空気の供給が行なわれ、加圧空気タービンの作動によ
り急速な空気の供給と燃料の噴射が行なわれるためエン
ジンのトルクも急速に上昇する。排気エネルギが急速に
上昇するに従い過給空気の供給は、排気ターボ系が負担
するようになる。従って加圧空気の供給は、曲線600
に示すようにピークの後急速に減少する。そして、エン
ジントルクは、急速に立ち上がり、車速も曲線612に
示すように排気ターボチャージャのみの場合と比較して
、短時間に加速できる。
On the other hand, according to the supercharging device of the present invention, air is supplied from the pressurized air tank as shown by curve 600 immediately after stepping on the accelerator, and air is rapidly supplied by the operation of the pressurized air turbine. As fuel is injected, engine torque also increases rapidly. As the exhaust energy rapidly increases, the exhaust turbo system becomes responsible for supplying supercharging air. The supply of pressurized air is therefore curve 600
As shown in the figure, it decreases rapidly after the peak. Then, the engine torque increases rapidly, and the vehicle speed can be accelerated in a shorter time than when only the exhaust turbocharger is used, as shown by curve 612.

[発明の効果] この発明の第1実施例においては、タービン軸上におい
て、排気エネルギと、加圧空気の膨張エネルギが加算さ
れて、コンプレッサタービンを駆動するため、1個のコ
ンプレッサタービンにより過給空気を吸気管に供給でき
ることから、ターボチャージャの動的性能が向上しうろ
こと、さらに、シャフト及び軸受アッセンブリが1組で
済むことから、コストを削減できること、等の利点があ
る。
[Effects of the Invention] In the first embodiment of the present invention, exhaust energy and expansion energy of pressurized air are added on the turbine shaft to drive the compressor turbine, so supercharging is performed by one compressor turbine. Since air can be supplied to the intake pipe, the dynamic performance of the turbocharger is improved, and since only one shaft and bearing assembly is required, costs can be reduced.

この発明の第2実施例においては、主タービンであるコ
ンプレッサタービン501は、排気タービンのみによっ
て駆動されるため、加速時の過給吸気の供給の面で若干
の不利はあるが、補助コンプレッサに対して圧縮空気タ
ンクから高圧空気を供給し、加速初期にブースト圧力相
当分の空気を吸気管に必要量だけ押し込むこととにより
、過給効果を高めることができる。また従来の排気ター
ボチャージャに手を加えることなく、補助コンプレッサ
を付加することができるため、改造するのに有利である
In the second embodiment of the present invention, the compressor turbine 501, which is the main turbine, is driven only by the exhaust turbine, so there is a slight disadvantage in supplying supercharged intake air during acceleration, but compared to the auxiliary compressor. The supercharging effect can be enhanced by supplying high-pressure air from the compressed air tank and forcing the necessary amount of air equivalent to the boost pressure into the intake pipe at the beginning of acceleration. Additionally, an auxiliary compressor can be added to the conventional exhaust turbocharger without any modification, which is advantageous for modification.

上記の2つの実施例においては、いずれも加速時に排気
タービンの動作に関わらず、すなわちエンジンの回転数
及び排気エネルギに関係なく、加圧空気源からの高圧空
気によって加圧空気タービンを駆動することから、急速
にコンプレッサタービンを駆動することができるから、
アクセルを踏んだ後極めて短時間に過給空気をエンジン
に供給することができる。
In both of the above two embodiments, the pressurized air turbine is driven by high pressure air from the pressurized air source, regardless of the operation of the exhaust turbine during acceleration, that is, regardless of the engine speed and exhaust energy. Because the compressor turbine can be rapidly driven from
Supercharged air can be supplied to the engine in an extremely short time after stepping on the accelerator.

さらに、コンプレッサタービンのインペラーのイナーシ
ャに起因するタイムラグについては、十分仕事を終わっ
ていない気圧の高い空気がタービンを通過して吸気管に
突入するため、瞬間的に多量の空気を供給することがで
き、加速時の過給が十分に行える。
Furthermore, regarding the time lag caused by the inertia of the compressor turbine impeller, high-pressure air that has not completed its work passes through the turbine and rushes into the intake pipe, making it impossible to instantly supply a large amount of air. , Sufficient supercharging during acceleration can be performed.

従来技術では、加速時にアクセルを踏んだ直後から多量
の燃料が供給されても、これに見合った空気の供給が遅
れ、さらにこの状態が継続する場合もあり、燃料の不完
全燃焼による黒い排気ガスの排出が避けられなかった。
With conventional technology, even if a large amount of fuel is supplied immediately after stepping on the accelerator during acceleration, the supply of air to compensate for this is delayed, and this state may continue, resulting in black exhaust gas due to incomplete combustion of fuel. emissions were unavoidable.

この現象は、ディーゼルエンジンにおいて、特に顕著で
あるが、本発明の加給装置によれば、加速時の空気供給
が十分に行われるために、不完全燃焼による黒煙の排出
を防止することができる。
This phenomenon is particularly noticeable in diesel engines, but according to the charging device of the present invention, sufficient air is supplied during acceleration, making it possible to prevent black smoke from being emitted due to incomplete combustion. .

登板のように、長時間にわたって加圧空気による補助過
給が行われ、加圧空気を補給する必要がある場合には、
エンジンの出力の一部を使って加圧ポンプを駆動して加
圧空気を作ることができる。
When auxiliary supercharging with pressurized air is performed for a long time, such as when pitching, and it is necessary to replenish the pressurized air,
A portion of the engine's output can be used to drive a pressure pump to create pressurized air.

加圧空気によって補助過給が行われると、エンジンの出
力が増すと同時に排気エネルギも増大して排気タービン
による過給の比率が高まり、加圧空気の消費量は著しく
減少する。
When auxiliary supercharging is performed using pressurized air, the engine output increases and at the same time the exhaust energy also increases, increasing the proportion of supercharging by the exhaust turbine and significantly reducing the consumption of pressurized air.

従ってエンジン出力の増大量は、加圧空気の補給のため
に消費されるエネルギより遥かに大きくなり、補助過給
によるエンジン出力増大の効果は大きい。特に排気ター
ビンと同軸に加圧空気タービンを設けた場合には、加圧
空気タービン系及びその周辺の温度が加圧空気より高く
なり、加圧空気の膨張は断熱的より熱エネルギの供給を
受けながら膨張するので、加圧空気タービンのエネルギ
効率は高くなり、それだけ加圧空気の消費量が減少する
効果が期待できる。
Therefore, the amount of increase in engine output is much larger than the energy consumed for replenishing pressurized air, and the effect of increasing engine output due to auxiliary supercharging is large. In particular, when a pressurized air turbine is installed coaxially with the exhaust turbine, the temperature of the pressurized air turbine system and its surroundings will be higher than that of the pressurized air, and the expansion of the pressurized air will be affected by the supply of heat energy rather than adiabatically. The energy efficiency of the pressurized air turbine increases, and the amount of pressurized air consumed can be expected to decrease accordingly.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、この発明のエンジンの過給補助装置の第1実
施例を示すブロック図、第2図は、第1実施例の装置の
主要部の構造を示す断面図、第3図は、この発明の第2
実施例を示すブロック図、第4図は、第2実施例の装置
の主要部の構造を示す断面図、第5図は、この発明のエ
ンジン過給補助装置の作用効果を説明するためのグラフ
、第6図は、低速度における走行状態から加速しようと
する場合の、通常の排気ターボチャージャと、この発明
の過給装置の性能を示すグラフである。 111:エンジン 116:コンプレッサタービン 117:シャフト 119:加圧空気タービン 121.122:排気管 131:排気タービン 141:加圧空気タンク 142:加圧ポンプ 143:バルブ 151:運転者 152:センサー 153:コントローラ 161:エアフィルタ 162、163  二管 216:コンプレッサタービン 217:シャフト 218:排気タービン 219:加圧空気タービン 220:コンプレッサスクロール 221:排気タービンスクロール 222:加圧空気スクロール 223ニスクロ一ル出口管 225:揺動弁 227:吸気管 229:コンプレッサフレーム 230:ノズルリング 301:コンプレッサタービン 302:補助コンプレッサタービン 311:シャフト 312:シャフト 331:加圧空気タービン 401:コンプレッサタービン 402ニシヤフト 403:コンプレッサスクロール 404二吸気管 405:補助コンプレッサ吸気管 406:補助コンプレッサ 407:シャフト 408:加圧空気タービン 409:補助コンプレッサスクロール 410:加圧タービンスクロール 411:補助コンプレッサ出口管 412:加圧空気排気管 413:バランス翼 414:揺動弁 501:過給しないエンジンのトルク 502:排気ターボチャージャによるブースト圧503
:加圧空気による等圧過給吸気圧504:低速度で高め
たブースト圧 512:排気ターボのみのトルク 513:等圧過給時のエンジントルク
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an engine supercharging assist device of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the main part of the device of the first embodiment, and FIG. The second part of this invention
FIG. 4 is a block diagram showing the embodiment, FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the main part of the device of the second embodiment, and FIG. 5 is a graph for explaining the effects of the engine supercharging auxiliary device of the present invention. , FIG. 6 is a graph showing the performance of a conventional exhaust turbocharger and the supercharging device of the present invention when attempting to accelerate from a low speed running state. 111: Engine 116: Compressor turbine 117: Shaft 119: Pressurized air turbine 121.122: Exhaust pipe 131: Exhaust turbine 141: Pressurized air tank 142: Pressurizing pump 143: Valve 151: Driver 152: Sensor 153: Controller 161: Air filter 162, 163 Two pipes 216: Compressor turbine 217: Shaft 218: Exhaust turbine 219: Pressurized air turbine 220: Compressor scroll 221: Exhaust turbine scroll 222: Pressurized air scroll 223 Varnish scroll outlet pipe 225: Swing Valve train 227: Intake pipe 229: Compressor frame 230: Nozzle ring 301: Compressor turbine 302: Auxiliary compressor turbine 311: Shaft 312: Shaft 331: Pressurized air turbine 401: Compressor turbine 402 Nishaft 403: Compressor scroll 404 Second intake pipe 405 : Auxiliary compressor intake pipe 406: Auxiliary compressor 407: Shaft 408: Pressurized air turbine 409: Auxiliary compressor scroll 410: Pressurized turbine scroll 411: Auxiliary compressor outlet pipe 412: Pressurized air exhaust pipe 413: Balance blade 414: Rocking Valve 501: Engine torque without supercharging 502: Boost pressure by exhaust turbocharger 503
: Isobaric supercharging with pressurized air Intake pressure 504: Boost pressure increased at low speed 512: Exhaust turbo only torque 513: Engine torque during isobaric supercharging

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)エンジンの排気により駆動されるターボチャージ
ャを有する装置において、加圧空気源から供給される加
圧空気の膨張エネルギによって駆動され、コンプレッサ
タービンを回転させる為の加圧空気タービンと、加圧空
気タービンの排気を上記コンプレッサタービンの出力管
と合流させて、エンジンの吸気系に過給空気を供給する
手段とを備え、過給初期の加圧空気タービン及び排気タ
ービンの回転数が低い期間において、高圧空気の膨張エ
ネルギが十分に消費されていない気圧の高い空気を吸気
管に供給することを特徴とするエンジンの過給補助装置
(1) In a device having a turbocharger driven by engine exhaust gas, a pressurized air turbine is driven by expansion energy of pressurized air supplied from a pressurized air source to rotate a compressor turbine, and a pressurized air turbine is used to rotate a compressor turbine. and means for supplying supercharging air to the intake system of the engine by merging the exhaust air of the air turbine with the output pipe of the compressor turbine, during a period when the rotational speed of the pressurized air turbine and the exhaust turbine is low at the beginning of supercharging. , an engine supercharging auxiliary device characterized by supplying high-pressure air whose expansion energy has not been sufficiently consumed to an intake pipe.
(2)エンジンの排気によって駆動される排気タービン
のシャフトと同軸に、加圧空気タービンと、コンプレッ
サタービンを設け、過給時に圧力が高い加圧空気を加圧
空気タービンに加える装置を備え、コンプレッサタービ
ンの出力管と加圧タービンの排気管を、エンジンの吸気
管に接続した、エンジンの過給補助装置。
(2) A pressurized air turbine and a compressor turbine are provided coaxially with the shaft of the exhaust turbine driven by engine exhaust gas, and a device is provided to add pressurized air with high pressure to the compressed air turbine during supercharging. An engine supercharging auxiliary device that connects the turbine output pipe and pressure turbine exhaust pipe to the engine intake pipe.
(3)エンジンの排気によって駆動される排気タービン
のシャフトと同軸にコンプレッサタービンを設け、この
コンプレッサタービンの出力管をエンジンの吸気管に接
続し、過給時に加圧空気源から供給される加圧空気によ
って駆動される加圧空気タービンのシャフトと同軸に補
助コンプレッサタービンを設け、この補助コンプレッサ
タービンの出力管と加圧空気タービンの排気出力管をそ
れぞれ上記吸気管に接続したエンジンの過給装置。
(3) A compressor turbine is provided coaxially with the shaft of an exhaust turbine driven by engine exhaust gas, and the output pipe of this compressor turbine is connected to the engine intake pipe, and pressurization is supplied from a pressurized air source during supercharging. A supercharging device for an engine, wherein an auxiliary compressor turbine is provided coaxially with the shaft of a compressed air turbine driven by air, and an output pipe of the auxiliary compressor turbine and an exhaust output pipe of the compressed air turbine are respectively connected to the intake pipe.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0421729U (en) * 1990-06-14 1992-02-24
DE19955508C1 (en) * 1999-11-18 2001-04-26 Daimler Chrysler Ag Turbocharged IC engine has additional turbine driven by diverted charging air in lower load range of engine
DE10221014A1 (en) * 2002-05-11 2003-11-27 Daimler Chrysler Ag Variable exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine
US6957535B2 (en) 2002-05-11 2005-10-25 Daimlerchrysler Ag Variable exhaust-gas turbocharger with an auxiliary drive for an internal combustion engine
WO2013135577A1 (en) * 2012-03-15 2013-09-19 Volkswagen Aktiengesellschaft Device for additional compression of the charge air for an internal combustion engine
JP2014177876A (en) * 2013-03-13 2014-09-25 Toyota Central R&D Labs Inc Engine supercharger

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0421729U (en) * 1990-06-14 1992-02-24
DE19955508C1 (en) * 1999-11-18 2001-04-26 Daimler Chrysler Ag Turbocharged IC engine has additional turbine driven by diverted charging air in lower load range of engine
FR2801931A1 (en) * 1999-11-18 2001-06-08 Daimler Chrysler Ag INTERNAL COMBUSTION ENGINE HAVING AN EXHAUST-DRIVEN TURBOCHARGER AND METHOD THEREOF
DE10221014A1 (en) * 2002-05-11 2003-11-27 Daimler Chrysler Ag Variable exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine
US6957535B2 (en) 2002-05-11 2005-10-25 Daimlerchrysler Ag Variable exhaust-gas turbocharger with an auxiliary drive for an internal combustion engine
WO2013135577A1 (en) * 2012-03-15 2013-09-19 Volkswagen Aktiengesellschaft Device for additional compression of the charge air for an internal combustion engine
JP2014177876A (en) * 2013-03-13 2014-09-25 Toyota Central R&D Labs Inc Engine supercharger

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