JPS61200331A

JPS61200331A - マルチタ−ボチヤ−ジヤ

Info

Publication number: JPS61200331A
Application number: JP60038840A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takemura; 信一竹村; Takeshi Yamane; 健山根
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-03-01
Filing date: 1985-03-01
Publication date: 1986-09-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、マルチターボチャージャに関し、詳しくは複
数のターボチャージャを具え、内燃機関の運転領域に応
じて前段のターボチャージャに供給する排気の一部を後
段のターボチャージャに供給して効率良く過給圧が得ら
れるようにしたマルチターボチャージャに関する。

〔従来技術〕

内燃機関のターボチャージャにおいては、ある排気ガス
流量のときに過給効率が最大となり、それ以外の排気ガ
ス流量のときは過給効率が低下する。しかして過給効率
が最大となる流量はターボチャージャによって異なり、
排気タービンの径の小さいターボチャージャの場合はガ
ス流量の少ないエンジンの低回転域で過給効率が最大と
なり、また排気タービンの径の大きいターボチャージャ
の場合はガス流量の多いエンジンの高回転域で過給効率
が最大となる。

そこで、上述したように複数のターボチャージャを設は
エンジンの前運転領域において高い過給効率が得られる
ようにした第３図に示すようなマルチターボチャージャ
装置が提案されている。

本例は、特開昭５９−６８５２１号公報により開示され
たものである。ここで、■は比較的小容量型の第１ター
ボチヤージヤ、２は後段の第１ターボチヤージヤより容
量の大きい第２ターボチヤージヤであり、第１ターボチ
ヤージヤ１はその排気タービンＩＡがエンジン３の排気
通路４から供給される排気ガスによって回転され、同軸
の圧縮機ＩＢを回転させて吸気を過給し、加圧された吸
気を第１分岐吸気通路５および吸気通路６を経て、エン
ジン３の燃焼室３Ａに供給する。

７は排圧制御型のウェストゲート弁であり、排気通路４
内の排気ガス量が少ないようなエンジン負荷の小さいと
きは、その排気圧力が低いために、ウェストゲートの状態に保ち、第１バイパス通路８への分流をしゃ断し
ている。また、エンジン負荷が大きくなると、排気圧力
が高まることにより、弁体７Ａが開放Ｓれていき、排気
が第１バイパス通路８を介して第２ターボチヤージヤ２
の排気タービン２Ａに供給され、これを駆動し始める。

なお、第１バイパス通路８と排気タービン２Ａからの排
出通路９との間には第２バイパス通路ＩＯが設けられて
いて、この第２バイパス通路ｌＯは吸気圧によって制御
される吸気圧調整型の第２ウエストゲート弁１１の弁体
１１Ａによってその開閉が制御される。

１２は第２ターボチヤージヤ２の圧縮機インペラ２Ｂか
らの第２分岐吸気通路１３に設けられた逆止弁であり、
この逆止弁１２は第２ターボチヤージヤ２からの吸気圧
が第１分岐吸気通路５の側から得られた第１ターボチヤ
ージヤ１からの吸気圧と更に逆１ト弁１２内に組込まれ
たばね１２Ａのばね力に打勝つ状態となったときに開弁
され、第２ターボチヤージヤ２からの過給空気を第２分
岐吸気通路１３および吸気通路６を介してエンジン燃焼
室３Ａに供給する。

また、そのような状態となるまで逆止弁１２はばね１２
Ａのばね力によって閉成の状態に保たれており、第１タ
ーボチヤージヤ１からの過給空気が第１ターボチヤージ
ヤ側に逆流するのを防止している。なお、１４は空気取
入通路である。

このように構成されたマルチターボチャージャにおいて
は、エンジン３からの排気ガスによってまず第１ターボ
チヤージヤｌが駆動されるが、負荷の低い状態では排気
ガスのガス圧も低いのでウェストゲート弁７は閉成の状
態に保たれたままで、第１ターボチヤージヤ１からの過
給空気が第１分岐吸気通路５および吸気通路６を介して
エンジン３に供給される。

また、エンジン３の負荷が増大してくると、排気ガスの
増大にともない排気通路４でのガス圧力が高まりウェス
トゲート弁７が開放されて、ガスの一部が第１バイパス
通路８を経て第２ターボチヤージヤの排気タービン２Ａ
に供給される。しかして、タービン２Ａの回転が高まる
につれて第２分岐吸気通路１３における過給圧が高めら
れてくるが、その過給圧が第１ターボチヤージヤ１から
の過給圧と逆止弁１２に設けられたばね１２Ａのばね力
とに打勝つようになると、逆止弁１２が開弁されて、第
２ターボチヤージヤ２からの過給圧がエンジン３に供給
されはじめる。

更にまた、この第２ターボチヤージヤ２からの過給圧が
所定圧より高くなると、第２ウエストゲート弁１１の開
弁動作により第２バイパス通路１０を介して吸気の一部
が排出通路９に逃され、このようにしてエンジン３のほ
ぼ全運転領域において過給効率を高く保つことが可能と
される。

しかしながら、このような従来のマルチターボチャージ
ャにおいては、低負荷望域から高負荷領域に移行する段
階で第１ターボチヤージヤ１のウェストゲート弁７が開
かれて第２ターボチヤージヤ２が駆動され始めるが、第
２ターボチヤージヤ２から得られる過給圧が第１ターボ
チヤージヤｌからの過給圧に達するまでは第１ターボチ
ヤージヤ１からの過給圧のみがエンジン３に供給される
ように構成されているので、その間にエンジンの要求空
気流量を満たすことができず過給圧が低下し、エンジン
３のトルクを落込ませるという問題点があった。

〔目　的〕

本発明の目的は、このような問題点があるのに着目し、
その解決を図るべく、前段ターボチャージャに供給され
る排気ガスの一部が後段ターボチャージャに分流され始
める段階で、トルクの落込みがないようにしたマルチタ
ーボチャージャを提供することにある。

〔構　成〕

かかる目的を達成するために、本発明では、前段のター
ボチャージャからの吸気系を、エンジンに直接に過給す
る吸気管と、共鳴過給装置を有する吸気管とに切換可能
なようになして、エンジンの低負荷域にあって、エンジ
ンの排気通路に設けた前段ターボチャージャ用のウェス
トゲート弁が開弁されない間および後段ターボチャージ
ャからの十分な過給圧が得られるようになった段階では
エンジンに直接に給気する吸気管を介して過給が行われ
、上記のウェストゲート弁が開弁され始めて後段ターボ
チャージャから十分な過給圧が得られるまでの間は共鳴
過給装置の側に吸気系が切換えられるようにする。

〔実施例〕

以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示し、本例では多気筒エン
ジン　１１３の気筒をその吸気が互いに重複し合わない
もの同士の２群に分けて吸気管１１３Ａ。

１１３Ｂを介してそれぞれに共鳴箱１２０Ａおよび１２
０Ｂを設け、これらの共鳴箱１２ＯＡおよび１２０Ｂに
更に共鳴管１２１Ａおよび１２１Ｂを接続して共鳴管１
２１Ａおよび１２１Ｂに吸気切換弁１２２を介し第１タ
ーボチヤージヤの第１圧縮機１０１Ｂの過給空気出口側
を接続する。

更にまた、１０６は第１ターボチヤージヤ１０１および
第２ターボチヤージヤ１０２からそれぞれ直接エンジン
１１３に過給空気を供給するための吸気通路であり、第
１ターボチヤージヤ１０１からの過給空気は吸気切換弁
１２２によって共鳴管１２１Ａ、１２１Ｂ側と吸気通路
１０６側とにその吸気経路を切換えることができる。

また、吸気通路１０Ｂには第１ターボチヤージヤ１０１
によって過給が行われる際に、その過給空気が第２ター
ボチヤージヤ１０２の圧縮機１０２Ｂの方に逆流しない
ようにするために逆止弁１１２が挿設されている。更に
また、１１４は双方の圧縮機１０１Ｂおよび１０２Ｂへ
の空気取入通路、１０４は第１排気タービンｌ０ＩＡお
よび第２排気タービン１０２Ａにエンジン１１３から排
気ガスを導く排気通路、１０？は第１ターボチヤージヤ
１０１用のウェストゲート弁、１０８はその第１バイパ
ス通路である。また、第２ターボチヤージヤ１０２のタ
ービン１０２Ａにガスを導く分岐排気通路１２３の途中
には弁１２４が設けてあり、エンジン１１３の低負荷域
では閉成される。

１２５は、共鳴箱１２ＯＡと１２０Ｂとを直結させるよ
うに開弁される切換弁であり、共鳴過給系が使用されて
いる間、この切換弁１２５は閉成状態に保たれており、
共鳴箱１２０Ａおよび１２０Ｂのいずれにも吸気は供給
されない。

このように構成したマルチターボチャージャによる過給
動作を以下に述べる。まず、低回転低負荷領域では分岐
排気通路１２３に配設されている弁１２４が閉成状態に
保たれており、エンジン１１３からの排気ガスは専ら第
１ターボチヤージヤ１０１のタービンｌ０ＩＡを駆動す
る。

またこのとき第１ターボチヤージヤ１０１の圧縮機１０
１Ｂの吸気側出口は吸気切換弁１２２によって吸気通路
１０６の側に切換えられており、更に切換弁１２５は開
の状態で双方の気筒群に過給空気が供給されて、小容量
型ターボチャージャによる通常型の過本合がなされる。

次に、低負荷域から回転が増してくると、排気ガスの増
量増圧にともない、ウェストゲート弁１０７が開き始め
第２排気タービン１０２Ａが回転し始める。なおこのと
き弁１２４は閉成されている。かくして、第２ターボチ
ヤージヤ１０２では第２圧縮機１’０２Ｂによって過給
空気が発生し始めるが、逆止弁１１２は第３図の逆止弁
１２と同様に構成されており、第２圧縮機１０２Ｂによ
る過給圧が第１圧縮機１０１Ｂから発生する過給圧以上
とならねば逆止弁１１２は開弁されず、したがって第２
圧縮機１０２Ｂからの過給はない。

しかし、本例では、ウェストゲ−）・弁１０７が開弁さ
れ始めると同時に吸気切換弁１２２が共鳴吸気系に切換
えられ一方の切換弁１２５は閉成されて、第１圧縮機１
０１Ｂからの過給空気は共鳴管１２１Ａおよび１２１Ｂ
を介して共鳴箱１２ＯＡおよび１２０Ｂに導かれ、ここ
で共鳴過給効果が得られるようにする。

すなわち、共鳴過給装置とは、吸気の脈動とその吸気系
の有する固有振動とを一致させて共鳴現象を発生させる
ことにより吸気の充填効率を高めようとするもので、タ
ーボチャージャから得られるほぼ一定圧の過給空気を共
鳴過給系を介して振動させるようになし、もとの圧力以
上の圧力波の山となったときに吸気弁の開時期を合せる
ようになしてその過給圧をより一層高めることができる
。

したがって、このような共鳴過給は元となる過給圧が高
いときほど大きい振幅が得られるもので、本例のように
ウェストゲート弁１０７を開く時点ではまさに最も効率
的に共鳴過給効果を得るに好適な条件が整っているとい
える。かくして、本例では第１ターボチヤージヤ１０１
から第２ターボチヤージヤ１０２への切換えのトルク落
込みの時期に、共鳴過給効果を利用して、その落差を補
うことができるもので、特にウェストゲート弁１０７の
開き始め、すなわち第２ターボチヤージヤ　１０２の過
給し始めの段階ではいまだベース圧がほぼ保たれたまま
の状態にあるので、共鳴過給系への吸気の切換えによる
振幅の落差も少なくてすむ。

また、エンジン１１３の負荷領域が更に高い方に移行し
ていくと、第２ターボチヤージヤ１０２からの過給圧が
次第に高められて第１ターボチヤージヤ　１０１からの
過給圧に追付き、逆止弁１１２が開弁されると同時に吸
気切換弁１２２及び切換弁１２５も切換えられ、分岐排
気通路１２３に設けた弁１２４が開弁されて、第２ター
ボチヤージヤ１０２による過給空気の供給が開始される
。なおここでは、切換弁１２５が切換えられて共鳴箱１
２０Ａと１２０Ｂとが一体化されることにより、共鳴過
給系からの逆効果を防市している。

第２図は本発明の他の実施例を示す。本例は共鳴過給効
果が広い回転領域にわたって得られるように共鳴系を可
変にしたものであって、すなわち、第１ターボチヤージ
ヤと第２ターボチヤージヤとの間の容量の差が比較的に
大きいような場合に好適な例である。

本例では、共鳴管１３１Ａおよび１３１Ｂの共鳴箱１２
０Ａおよび１２０Ｂとのそれぞれ連結部に突出長さを可
変とする可動管１３２Ａおよび１３２Ｂを配設し、この
可動管１３２Ａおよび１３２Ｂを矢印方向に移動させる
ことにより共鳴点を変化させるようにする。なお、その
他の構成は第１図と変わらない。

このように構成したマルチターボチャージャでは、上述
したように、第１ターボチヤージヤ　１０１から第２タ
ーボチヤージヤ１０２に過給動作が拡大される段階で可
動管１３２Ａおよび１３２Ｂを移動させることにより幅
広く共鳴過給効果が得られるようにすることができる。

なお、以上の実施例は２つのターボチャージャによって
構成したマルチターボチャージャの場合であったが、本
発明の適用は組合せるターボチャージャが２つの場合に
限られるものではなく、それ以上の複数のターボチャー
ジャがエンジンの負荷領域に応じて順次に駆動される場
合であっても同様な構成となして適用できるのはいうま
でもない。

かかる場合、次段のターボチャージャからの過給圧が前
段のターボチャージャからの過給圧となるまでの間、第
１図または第２図の例について説明したような共鳴過給
系と切換えに関連する弁類等をそれぞれ配設することに
よって１次々と上述したような効果を得ることができる
。

〔効　果〕

以」二説明してきたように、本発明によれば、複数のタ
ーボチャージャを具え、エンジンの負荷領域に応じて順
次に次段のターボチャージャが駆動されるようにしたマ
ルチターボチャージャにおいて、前段ターボチャージャ
の圧縮機から下流の吸気系を、直接エンジンに過給空気
を送出する吸気経路と共鳴過給手段を介してエンジンに
過給空気を送出する経路とに切換え自在となして、前段
ターボチャージャのウェストゲート弁が開弁されて、次
段のターボチャージャが駆動され始めると、前段ターボ
チャージャからの過給空気を共鳴過給手段側に切換えて
供給し、次段ターボチャージャからの過給圧が前段ター
ボチャージャからの過給圧に達するまで、上記の供給状
態が維持されるようにしたので、前段のターボチャージ
ャ駆動から更に次段のターボチャージャが駆動されるま
での間の過給不足によるトルクの落込みを防止すること
ができて、エンジンの広い負荷領域にわたり、良好な過
給効率を維持させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明マルチターボチャージャの構成の一例を
示す模式図、第２図は本発明の他の実施例の構成を示す
模式図、第３図は従来のマルチターボチャージャの一例
を示す構成図である。１　、１０１・・・第１ターボチヤージヤ、２．２０２
・・・第２ターボチヤージヤ、Ｉ　Ａ　、ｌ０ＩＡ・・
・第１排気タービン、Ｉ　Ｂ　、ｌ０ＩＢ・・・第１圧
縮機、２　Ａ　、２０２Ａ・・・第２排気タービン、２
　Ｂ　、２０２Ｂ・・・第２圧縮機、３．１１３・・・
エンジン、３Ａ・・・燃焼室、４．１０４・・・排気通路、５．１３・・・分岐吸気通路、６．１０８・・・吸気通路、７．１０７・・・ウェストゲート弁、７Ａ、ＩＩＡ・・・弁体、８．１０．１０８・・・バイパス通路、９、ＩＯ９・・
・排出通路、１１・・・ウェストゲート弁、１２．１２２・・・逆止弁、１２Ａ・・・ばね、１４．１１４・・・空気取入通路、１２ＯＡ、１２０Ｂ・・・共鳴箱、１２１Ａ、１２１Ｂ・・・共鳴管、１２２・・・吸気切換弁、１２３・・・分岐排気通路、１２４・・・弁、１２５・・・切換弁、１３１Ａ、１３１Ｂ・・・共鳴管、１３２Ａ、１３２Ｂ・・・可動管。

Claims

【特許請求の範囲】

複数のターボチャージャを有し、エンジンの負荷状態に
応じ、前段のターボチャージャのウェストゲート弁を介
して供給された排気ガスにより後段のターボチャージャ
を駆動するようにしたマルチターボチャージャにおいて
、前記前段のターボチャージャの下流の吸気系に、前記
エンジンに直接過給が可能な第１吸気系と、共鳴過給手
段を介して前記エンジンに過給する第２吸気系と、前記
前段のターボチャージャからの過給を前記第１吸気系ま
たは第２吸気系に切換える切換手段とを設け、前記ウェ
ストゲート弁を介して前記後段のターボチャージャへの
前記排気ガスの供給開始時に前記切換手段により前記前
段のターボチャージャからの過給を前記第１吸気系から
前記第２吸気系に切換えて前記エンジンに供給するよう
にしたことを特徴とするマルチターボチャージャ。