JPH0571354A - シーケンシヤルターボの予回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プライマリターボからセカンダリターボ併用
への切替時の段付現象を解消できる構造が簡単で効率も
良いシーケンシャルターボの予回転装置を提供するこ
と。 【構成】 プライマリターボ２３のウエストゲートバル
ブ３４でバイパスされる排気ガスを予回転用配管３５で
セカンダリターボ２４に送給するようにし、このウエス
トゲートされた排気ガスでセカンダリターボ２４を回転
できるようにするため、管路抵抗自体や固定絞り４０な
どの排気抵抗付加手段３８によってプライマリターボ２
３の出口圧力をセカンダリターボ２４の出口圧力より大
きくするようにする。これにより、従来利用されなかっ
た排気ガスを有効に利用することで効率低下を防止する
とともに、予回転用配管３５と排気抵抗付加手段３８を
設けるだけとして構造の簡素化を図っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は運転状態に応じて複数
台のターボを切り替えるシーケンシャルターボにおい
て、プライマリターボからセカンダリターボ併用への切
替時の段付現象を無くす予回転装置に関し、プライマリ
ターボのウエストゲートバルブでバイパスされる排気ガ
スを利用して構造の簡素化を図るようにしたものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの出力性能向上を目的として排
気ガスのエネルギを利用し、ターボチャージャ（排気タ
ービン過給機）を用いて過給することが行われている。
このターボ過給を行う場合、エンジンの高速回転や高負
荷時の出力増大を目的としてターボチャージャをセッテ
ィングすると、低速回転時や部分負荷時などのブースト
圧が低く、エンジンのトルク増大が十分でない。またタ
ーボチャージャの慣性モーメントが大きいことから加速
時にターボラグを生じ、レスポンスが悪化する。一方、
低速回転時や部分負荷時のトルク増大を目的としてター
ボチャージャをセッティングすると、高速回転時や高負
荷時にはターボチャージャの効率が悪化したりタービン
前の圧力が増大するなど十分な過給効果が得られない。
そこで、複数台のターボチャージャを装備し、エンジン
の回転数や負荷などの運転状態に応じてターボチャージ
ャの運転台数を切り替えるシーケンシャルターボシステ
ムが開発され、たとえばプライマリターボとセカンダリ
ターボの２台のターボチャージャを装備し、低速回転時
や部分負荷時には、プライマリターボのみを使用し、高
速回転時や高負荷時には、プライマリターボとセカンダ
リターボの２台を使用することで、低速回転時や部分負
荷時のトルクの増大や高速回転時や高負荷時の出力増大
を図るとともに、加速時のターボラグを無くし、レスポ
ンスの向上を図るようにしている。

【０００３】ところが、複数台のターボチャージャを切
り替えるシーケンシャルターボでは、プライマリターボ
からセカンダリターボ併用のための切替時に休止してい
たセカンダリターボを加速する期間一時的にブーストが
停止し、段付現象が発生する。そこで、シーケンシャル
ターボにおける切替時に発生する段付現象を解消する方
法として、予めプライマリターボを回転させる予回転状
態にすることが考えられ、実用化されている。

【０００４】２台のターボチャージャを用いるシーケシ
ャルターボは、たとえば図７に示すように、エンジン１
の排気管２を分岐してプライマリターボ３とセカンダリ
ターボ４を設けるとともに、セカンダリターボ４への分
岐された排気管２にターボ切替用のメインバルブ５を設
け、エンジン１の状態に応じてコントローラ６でメイン
バルブ５を制御するようになっており、各ターボチャー
ジャ３，４を出た排気ガスは１本の排気管７に合流さ
れ、触媒８やサイレンサ９を通して大気中に排出される
ようになっている。また、各ターボチャージャ３，４で
のブースト圧が設定値を越えないようにするためウエス
トゲートバルブ１０，１１が設けられ、ウエストゲート
バルブコントローラ１２，１３によってターボ入口の排
気ガスの一部をターボ出口にバイパスするようにしてい
る。そして、各ターボチャージャ３，４のコンプレッサ
１４，１５で過給された吸気はインタークーラ１６で冷
却された後、エンジン１に送られるようになっており、
セカンダリターボ４のコンプレッサ１５側には、チェッ
クバルブ１７が介装されてプライマリターボ３のみの運
転時の吸気の逆流を防止するようになっている。

【０００５】このようなシーケンシャルターボでは、エ
ンジン１の低速回転時や部分負荷時には、ターボ切替用
のメインバルブ５を閉じてプライマリターボ３だけを運
転し、高速回転時や高負荷時には、メインバルブ５を開
いて２台のターボチャージャ３，４を運転するようにす
る。そして、プライマリターボ３からセカンダリターボ
４の併用への切替時の段付現象を防止するため、メイン
バルブ５に図示しない洩れ口を設けて排気ガスの一部を
セカンダリターボ４に送って予め回転するようにしてい
る。

【０００６】また、段付現象を防止する他の方法とし
て、図８に示すように、メインバルブ５の他にメインバ
ルブ５をバイパスするように予回転バルブ１８を設けて
コントローラ６で制御するようにし、セカンダリターボ
４の併用への切替前に予回転バルブ１８を開いて排気ガ
スの一部をセカンダリターボ４に送って予め回転させる
ようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなシーケンシ
ャルターボにおいて、ターボ切替用のメインバルブ５に
洩れ口を設けてセカンダリターボ４を予め回転して段付
現象を防止する場合には、排気ガスが予回転の必要のな
い状態でもセカンダリターボ４に流れ、排気ガスのエネ
ルギが有効に利用できず、プライマリターボ３などの効
率低下を招くという問題がある。また、ターボ切替用の
メインバルブ５のほかに予回転バルブ１８を設ける場合
には、バルブ増設にともなって構造が複雑になるととも
に、コントローラ６による制御も複雑になるという問題
がある。この発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてな
されたもので、効率低下を招くこと無く、簡単な構造で
段付現象を解消することができるシーケンシャルターボ
の予回転装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明のシーケンシャルターボの予回転装置は、プラ
イマリターボとセカンダリターボを備え、エンジンの運
転状態で１台または複数台のターボチャージャに切り替
えて運転するシーケンシャルターボの予回転装置におい
て、プライマリターボのウエストゲートバルブでバイパ
スされる排気ガスをセカンダリターボに送給する予回転
用配管を設けるとともに、プライマリターボの出口圧力
をセカンダリターボの出口圧力より大きくする排気抵抗
付加手段を設けたことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】このようなシーケンシャルターボの予回転装置
によれば、プライマリターボのウエストゲートバルブで
バイパスされる排気ガスを予回転用配管でセカンダリタ
ーボに送給するようにし、このウエストゲートされた排
気ガスでセカンダリターボを回転できるようにするた
め、管路抵抗自体や固定絞り、可変絞りやバタフライバ
ルブ、触媒やサイレンサなどの排気抵抗付加手段によっ
てプライマリターボの出口圧力をセカンダリターボの出
口圧力より大きくするようにしており、従来利用されな
かった排気ガスを有効に利用することで効率低下を防止
するとともに、ウエストゲートバルブ出口に予回転用配
管を設けるだけとして構造の簡素化を図っている。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき詳細
に説明する。図１はこの発明のシーケンシャルターボの
予回転装置の一実施例の概略構成図である。このシーケ
ンシャルターボの予回転装置２０が適用されるシーケン
シャルターボでは、プライマリターボとセカンダリター
ボの２台のターボチャージャが用いられており、エンジ
ン２１の排気管２２を分岐してプライマリターボ２３と
セカンダリターボ２４を設けるとともに、セカンダリタ
ーボ２４への分岐された排気管２２ａにターボ切替用の
メインバルブ２５を設け、エンジン２１の状態に応じて
コントローラ２６でメインバルブ２５を制御するように
なっており、各ターボチャージャ２３，２４を出た排気
ガスは１本の排気管２７に合流され、触媒２８やサイレ
ンサ２９を通して大気中に排出されるようになってい
る。

【００１１】また、各ターボチャージャ２３，２４のコ
ンプレッサ３０，３１で過給された吸気はインタークー
ラ３２で冷却された後、エンジン２１に送られるように
なっており、セカンダリターボ２４のコンプレッサ３１
側にはチェックバルブ３３が介装されてプライマリター
ボ２３のみの運転時の吸気の逆流を防止するようになっ
ている。

【００１２】このようなシーケンシャルターボでのプラ
イマリターボ２３からセカンダリターボ２４の併用への
切替時の段付現象を防止するための予回転装置２０とし
て、プライマリターボ２３のブースト圧を設定値を越え
ないようにするウエストゲートバルブ３４の一端部が排
気管２２のプライマリターボ２３の入口側に接続される
とともに、ウエストゲートバルブ３４の他端部に予回転
用配管３５が接続され、メインバルブ２５の下流側の排
気管２２ａのセカンダリターボ２４の入口側にチェック
バルブ３６を介して接続してある。そして、このウエス
トゲートバルブ３４はプライマリターボ２３のコンプレ
ッサ３０の出口の吸気圧（ブースト圧）に応じてウエス
トゲートバルブコントローラ３７で開度が制御されるよ
うになっている。

【００１３】したがって、プライマリターボ２３のコン
プレッサ３０でのブースト圧が設定値を越えて排気ガス
がウエストゲートバルブ３４でバイパスされると、その
排気ガスが予回転用配管３５を介してセカンダリターボ
２４に送給されることになり、この排気ガスをセカンダ
リターボ２４の予回転に利用するが、セカンダリターボ
２４の出口圧力がプライマリターボ２３の出口圧力より
低くないと、セカンダリターボ２４を駆動して予回転状
態にすることができない。

【００１４】そこで、プライマリターボ２３の出口圧力
をセカンダリターボ２４の出口圧力より高くするため排
気抵抗付加手段３８が設けられる。この排気抵抗付加手
段３８としては、たとえば図１に示すように、プライマ
リターボ２３の出口から１本の排気管２７に至るまでの
排気系３９を長くしてその管路抵抗とセカンダリターボ
２４の出口から１本の排気管２７に至までの管路抵抗と
の差によってプライマリターボ２３の出口圧力を高くす
る。また、他の排気抵抗付加手段３８としては、たとえ
ば図１中に示すように、プライマリターボ２３の出口か
ら１本の排気管２７に至るまでの排気系３９の途中に固
定絞り４０を設けてプライマリターボ２３の出口圧力を
高くするようにしても良く、排気系３９の長さは同一で
も異なる場合のいずれでも良い。さらに、他の排気抵抗
付加手段３８としては、図２に示すように、排気系３９
の途中に可変絞りとして、たとえばバタフライバルブ４
１を設けるようにしたり、図３に示すように、排気系３
９の途中に新たに触媒やサイレンサ４２等を介装し、こ
れらの流路抵抗によってプライマリターボ２３の出口圧
力を高くするようにしても良い。

【００１５】このような排気抵抗付加手段３８によって
プライマリターボ２３のウエストゲートバルブ３４をバ
イパスされる排気ガスがウエストゲートバルブ３４やチ
ェックバルブ３６及び予回転用配管３５を介して供給さ
れるための圧力低下があったり、プライマリターボ２３
の出口側とセカンダリターボ２４の出口側が１本の排気
管２７に接続されていても出口圧力に差を与えることが
でき、セカンダリターボ２４を予め回転駆動することが
できる。

【００１６】さらに、排気抵抗付加手段３８としては同
一長さの排気管であっても管路の太さの変更や図４に示
すように、排気管２７の合流部２７ａにエジェクタ効果
を利用したエジェクタを構成して排気圧力の差を与える
ようにすることもできる。

【００１７】また、セカンダリターボ２４にもコンプレ
ッサ３１のブースト圧が設定値を越えないようにするた
めのウエストゲートバルブ４３が設けられ、予回転用配
管３５の下流側のセカンダリターボ２４の入口側と出口
側との間に接続されており、コンプレッサ３１の出口の
吸気圧（ブースト圧）に応じてウエストゲートバルブコ
ントローラ４４で開度が制御されるようになっている。

【００１８】このように構成したシーケンシャルターボ
の予回転装置２０では、次のように２台のターボチャー
ジャの切り替えが行なわれる。まず、エンジン２１の低
速回転時や部分付加時には、ターボ切替用のメインバル
ブ２５を閉じてプライマリターボ２３だけを運転するよ
うにする。一方、エンジン２１の高速回転時や高負荷時
には、ターボ切替用のメインバルブ２５を開いてプライ
マリターボ２３とセカンダリターボ２４の２台のターボ
チャージャを併用運転するようにする。

【００１９】このプライマリターボ２３からセカンダリ
ターボ２４の併用への切替時の段付現象の防止は、プラ
イマリターボ２３がエンジン２１の回転数や負荷の増大
によって供給される排気ガスのエネルギが増加してコン
プレッサ３０でのブースト圧が設定値を越えると、ウエ
ストゲートバルブコントローラ３７によってウエストゲ
ートバルブ３４が開かれ、プライマリターボ２３でウエ
ストゲートされた排気ガスがチェックバルブ３６及び予
回転用配管３５を介してセカンダリターボ２４に送られ
る。このセカンダリターボ２４では、出口圧力がプライ
マリターボ２３の出口圧力より低くなるように排気抵抗
負荷手段３８で排気系３９の管路抵抗が調整してあるの
で、プライマリターボ２３をウエストゲートされた排気
ガスによってセカンダリターボ２４が回転され予回転状
態となる。

【００２０】こうしてセカンダリターボ２４が予回転状
態となった後、ターボ切替用のメインバルブ２５がコン
トローラ２６によって開かれると、段付現象が生じるこ
と無く、プライマリターボ２３とセカンダリターボ２４
の併用運転状態への切り替えができ、その後は２台のタ
ーボチャージャ２３，２４が併用運転となる。

【００２１】このようなシーケンシャルターボのエンジ
ン回転数とブースト圧の関係をプライマリターボとセン
カンダリターボ併用の運転状態とともに示したものが、
図６であり、図中矢印Ｘで示す期間がセカンダリターボ
２４の予回転期間、矢印Ｙがターボ切替用のメインバル
ブ２５が開かれる点である。

【００２２】なお、メインバルブ２５が開かれると、エ
ンジン２１の排気ガスが予回転用配管３５を介して逆流
する恐れがあるが、予回転用配管３５にチェックバルブ
３６が介装してあるので、逆流が生じることはない。ま
た、この排気ガスの予回転用配管３５を介しての逆流を
防止するため、図５に示すように、メインバルブ２５の
開閉信号をウエストゲートバルブコントローラ３７に入
力するようにし、メインバルブ２５が開かれると同時に
ウエストゲートバルブ３４を閉じるようにして排気ガス
の逆流を防止するようにしても良い。

【００２３】このようなシーケンシャルターボの予回転
装置２０を用いてプライマリターボ２３とセカンダリタ
ーボ２４を切り替えるようにすることで、従来捨てられ
ていた排気ガスをセカンダリターボ２４の予回転に利用
することができ、排気エネルギの有効利用ができる。ま
た、予回転装置２０として予回転用配管３５を設けると
ともに、排気抵抗付加手段３８を設けるだけで良く、構
造の簡素化を図ることができる。

【００２４】なお、上記実施例では、シーケンシャルタ
ーボシステムとして２台のターボチャージャを用いる場
合で説明したが、さらにターボチャージャを増設する場
合にも同様に適用できる。また、この発明の要旨を変更
しない範囲で各構成要素に変更を加えるようにしても良
い。

【００２５】

【発明の効果】以上、一実施例とともに具体的に説明し
たようにこの発明のシーケンシャルターボの予回転装置
によれば、プライマリターボのウエストゲートバルブで
バイパスされる排気ガスをセカンダリターボに送給する
予回転用配管を設けるとともに、プライマリターボの出
口圧力をセカンダリターボの出口圧力より大きくする排
気抵抗付加手段を設けたので、プライマリターボのウエ
ストゲートバルブでバイパスされる排気ガスを予回転用
配管でセカンダリターボに送給し、このウエストゲート
された排気ガスでセカンダリターボを回転することがで
き、プライマリターボとセカンダリターボ併用の切り替
えの段付現象をなくすことができる。また、従来捨てら
れていた排気ガスを有効に利用してセカンダリターボを
予回転することができ、効率低下を防止することもでき
る。さらに、予回転装置としてウエストゲートバルブ出
口に予回転用配管を設けるとともに、排気抵抗付加手段
を設けるだけで良く、構造の簡素化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のシーケンシャルターボの予回転装置
の一実施例の概略構成図である。

【図２】この発明のシーケンシャルターボの予回転装置
の排気抵抗付加手段の一実施例の概略断面図である。

【図３】この発明のシーケンシャルターボの予回転装置
の排気抵抗付加手段の他の一実施例の概略構成図であ
る。

【図４】この発明のシーケンシャルターボの予回転装置
の排気抵抗付加手段のさらに他の一実施例の概略構成図
である。

【図５】この発明のシーケンシャルターボの予回転装置
の他の一実施例の一部分の概略構成図である。

【図６】この発明のシーケンシャルターボの予回転装置
におけるシーケンシャルターボのエンジン回転数とブー
スト圧の関係をプライマリターボとセンカンダリターボ
併用の運転状態とともに示すグラフである。

【図７】従来のシーケンシャルターボの予回転装置の概
略構成図である。

【図８】従来のシーケンシャルターボの予回転装置の他
の一例の主要部の概略構成図である。

【符号の説明】

２０ シーケンシャルターボの予回転装置 ２３ プライマリターボ ２４ セカンダリターボ ３４ ウエストゲートバルブ ３７ ウエストゲートバルブコントローラ ３８ 排気抵抗付加手段 ３９ 排気系 ４０ 固定絞り ４１ バタフライバルブ ４２ サイレンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プライマリターボとセカンダリターボを
   備え、エンジンの運転状態で１台または複数台のターボ
   チャージャに切り替えて運転するシーケンシャルターボ
   の予回転装置において、プライマリターボのウエストゲ
   ートバルブでバイパスされる排気ガスをセカンダリター
   ボに送給する予回転用配管を設けるとともに、プライマ
   リターボの出口圧力をセカンダリターボの出口圧力より
   大きくする排気抵抗付加手段を設けたことを特徴とする
   シーケンシャルターボの予回転装置。