JPS6270623A - マルチタ−ボ過給装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明はマルチターボ過給装置に関し、詳しくはエンジ
ンの運転状態に応じて単数または複数のターボ過給機を
駆動させるようにしたマルチターボ過給装置に関する。

〔従来技術〕

従来のこの種のマルチターボ過給装置としては、例えば
、第３図に示すようなものがある。

（特開昭５９−ｆ３Ｂ５２１号公報参照）、本図におい
て、エンジンの燃焼室１より排気通路２に排出された排
気ガスは、第１ターボ過給機３の排気タービン４を回転
させて排気ガスの排出通路５に導かれるが、内燃機関の
回転数が低いときは、燃焼室ｌから排出される排気ガス
の量が少なく、排気通路２内の圧力が弱いので、排気通
路２とこの排気通路２から第２ターボ過給機６の排気タ
ービン７に分岐される分岐排気通路８との接続点に設け
られた排気圧制御型ウェイストゲートバルブ９ではその
スプリング９Ａの力が排気ガス圧に勝って、弁体９Ｂが
、分岐排気通路８の入口部を開成状態に保っている。

かくして排気タービン４の回転により、駆動軸１０を介
してコンプレッサ１１が駆動されるがこの状態では逆止
弁１２が後述する制御によって、第２分岐吸気通路１３
を閉じているため、コンプレッサ１１により過給された
吸気は、第１分岐吸気通路１４を通って吸気通路１５か
ら燃焼室１に送り込まれる。

ついで、内燃機関の回転数が増加して燃焼室１より排出
される排気ガスの量が増大し、排気タービン４より上流
側の排気通路２内の圧力が上昇すると、その排気ガス圧
力が排気圧制御型のウェイストゲートバルブ９に設けら
れているスプリング９Ａのばね力に打ち勝ち、弁体９Ｂ
が第１分岐排気通路８の入口部を開口する。したがって
、排気ガスの一部は、第１分岐排気通路６を流れて。

第２ターボ過給機６の排気タービン７を回転させ、その
排気ガスは排出通路５から外部に排出される。かくして
排気タービン７の回転により、駆動軸１６を介してコン
プレッサ１７が駆動され、コンプレッサ１７が第２分岐
吸気通路１３から吸気を過給し始める。

なおここで、コンプレッサ１７からの過給空気は吸気通
路１５を介して導かれるように構成されているが、吸気
通路１５の第１分岐吸気通路との合流点１５Ａより上流
には前述したように逆止弁１２が介装されており、この
逆止弁１２においてはその第１ダイヤフラム室１２Ａに
導かれる第２ターボ過給機６からの過給圧が第２ダイヤ
フラム室１２Ｂに導かれる合流点１５Ａ側、すなわち第
１ターボ過給機３からの過給圧と更に逆止弁１２に組込
まれたばね１２Ｇのばね力に打勝つ状態となったときに
開弁され、第２ターボ過給機６からの過給空気を吸気通
路１５を介してエンジン燃焼室１に供給する。

また、１８は第２ターボ過給機タービン７の流入側とそ
の排出通路１９との間に設けられたバイパス通路であり
、このバイパス通路１８の分岐排気通路８との分岐部に
は吸気圧によって制御される吸気圧調整形の第２ウエス
トゲート弁２０の弁体２ＯＡが設けられており、吸気通
路１５における吸気圧が所定圧以上となると開弁されて
第２ターボ過給機６に供給される排気ガスを排出通路１
９側に側路させる。

このように構成されたマルチターボ過給機においては、
まず第１ターボ過給機３が駆動され、そのコンプレッサ
１１からの過給空気が分岐吸気通路１４、吸気通路１５
を介してエンジンに供給されるが、エンジン負荷の増大
にともない、排気ガス圧が高まると、ウェストゲート弁
９が開放されて第２ターボ過給機６が駆動され、双方の
過給機からエンジンに過給圧が供給される。

なおここで、第１ターボ過給機３は、比較的小容量のも
のが使用されるため、排気ガス量の少ない内燃機関の低
負荷低回転域においても十分作動し、その過給効率は高
く保たれる。また、内燃機関の運転状態が高負荷高回転
域に入り排気ガス量が増えると、排気ガスの流れは、２
つに分けられて、第１および第２のターボ過給機３およ
び６を作動させるのに使われる。したがって、第１のタ
ーボ過給機３を作動させる排気ガス量はそれまでとあま
り変わらず、その過給効率は依然として高く保たれてい
る。また、第２ターボ過給機６の容量を排気ガス量に応
じた適当な値にあらかじめ設定しておけば、第２ターボ
過給機６についてもその過給効率は高く保たれる。この
ようにして、エンジンの略全運転域において、過給効率
を高く保つようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来のマルチターボ過給装置
にあっては、第１ターボ過給機３のコンプレッサ１１に
よって発生された吐出空気圧が規定圧に達するような運
転状態になると、ウェストゲート弁９が開放されること
によって分岐排気通路８から第２ターボ過給Ｊａ６のタ
ービン７に排気ガスが導入されるように構成されており
、分岐排気通路８の断面積を比較的大容量向きに大きく
設定すると、ウェストゲート弁８が僅かに開いただけで
分岐排気通路８から供給される排ガス量が増大して排気
通路２における排圧を急激に降下させてしまう。

そこで、この排圧の降下によりウェストゲート弁９が閉
成動作をし、分岐通路８がし壺断されることによって、
再度排圧が上昇するが、このような繰返しによって過給
圧がハンチングし、ために車の場合であればその乗心地
を著しく阻害する。

また、分岐排気通路８の断面積を小さく設定した場合に
は、エンジンの高速領域が高くなるために十分な出力が
期待できない。　− 〔発明の目的〕 本発明の目的は、上述した欠点を除去し、前段のターボ
過給機から得られた過給圧が所定圧に達するとまず小流
量のバイパス通路を介して排気ガスを側路させ、その側
路によってもなお過給圧が所定圧を越えるようになった
ときに比較的大流量の分岐通路に切替えて排気ガスを後
段のターボ過給機に供給するようになして、後段のター
ボ過給機を駆動する過程で過給圧がハンチングせず、低
速葡域から高速領域にかけて適切なエンジン出力が維持
できるマルチターボ過給装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

かかる目的を達成するために、本発明は、複数のターボ
過給機を有し、エンジンの負荷状態に応じて前段のター
ボ過給機から順次後段のターボ過給機に排気通路を介し
てエンジン排気を供給し駆動するようにしたマルチター
ボ過給装置において、排気通路を前段のターボ過給機用
の第１排気通路と次段のターボ過給機用の第２排気通路
とに分岐すると共に第２排気通路の断面積を分岐前の排
気通路とほぼ同等となし、第１排気通路に前段のターボ
過給機を側路させるバイパス通路を設けて該バイパス通
路に側路弁を配設し、第２排気通路には開閉弁を配設し
、側路弁を前段のターボ過給機からの吐出空気圧によっ
て制御するようになし、開閉弁を、側路弁が開弁され、
かつ前段のターボ過給機からの吐出空気圧が所定の過給
圧に達したときに、開弁させるようにしたことを特徴と
するものである。

〔作　用〕

このように構成したマルチターボ過給装置では、エンジ
ンの低負荷領域にあるときは、前段のターボ過給機に排
気ガスが供給されて過給がなされ、その過給圧が所定圧
に達すると、所定圧が維持されるようにまず側路弁が開
弁されて排気ガスを側路させ、エンジン負荷が高まり、
それに連れて更に過給圧が所定圧以上になろうとすると
、後段のターボ過給機への分岐通路を開放させるように
なして、排気ガスを側路から分岐通路に切替えて後段の
ターボ過給機に供給し、引続き過給圧が所定圧に保たれ
るように動作する。

〔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す、先ずその吸気系につ
いて述べると、空気はエアクリーナ２１およびエアフロ
ーメータ２２を介して第１ターボ過給機３のコンプレッ
サ１１および第２ターボ過給機６のコンプレッサ１７に
供給されるが、コンプレッサｌｌおよび１７の吐出側の
分岐吸気通路１４および１３における吐出出力は制御回
路２３で検知されるようにしである。またエアフローメ
ータ２２からもその検出された空気流量が出力信号とし
て制御回路２３に供給される。更に本例では、吐出側分
岐吸気通路１３の分岐吸気通路１４との合流部直前の上
流側に逆止弁２４が配設されている。

ついでその排気系について述べる。２５は第１ターボ過
給機（比較的小容量のもの）のバイパス通路であり、本
例の場合、このバイパス通路２５によって排気ガスを排
出通路に側路させ、排出することができる。２６はバイ
パス通路２５に設けた側路弁であり、２６Ａは側路弁２
８のアクチュエータである。アクチュエータ２８Ａは第
１ターボ過給機３からの吐出圧によって駆動されるもの
で、その吐出圧、すなわち過給圧が所定圧以上となった
ときに側路弁２６を開弁させ始め、所定圧を維持させる
ようにすることができる。

２７は第１ターボ過給機タービン４を更に側路する如く
、排気通路２から分岐させた第２のタービン７への分岐
排気通路であり、この分岐排気通路２７には排気通路２
とほぼ同等の膜面積を保持させるようにする。２日は分
岐排気通路２７に設けた分岐路開閉弁であり、開閉弁２
８のアクチュエータ２８Ａは先に述べた制御回路２３か
らの制御信号によって駆動される。

更にまた、第２ターボ過給機Ｂのタービン７にも、これ
を側路するバイパス通路２９および側路弁３０が設けら
れ、側路弁３０はコンプレッサ１７からの吐出圧によっ
て制御されるアクチュエータ３０Ａを具えている。

このように構成したマルチターボ過給装置における制御
動作について述・べると、まず、エンジンの低負荷領域
にあって、第１ターボ過給ｆｉ３から得られる過給圧が
所定圧に達しないような状態のときは、制御回路２３か
らの信号によってアクチュエータ２８Ａが分岐路開閉弁
２８を開成状態に保っていることにより、第１ターボ過
給機３のコンプレッサ１１からのみ過給圧がエンジンに
供給される。

かくして、低負荷領域においても高いトルクが得られる
が、このような状態から過給圧が更に高められるような
運転領域となると、アクチュエータ２ＥｉＡを介し、そ
の側路弁２８が開弁され始め、コンプレッサ１１からの
吐出圧が所定の過給圧に保たれるよう制御される。なお
この場合、バイパス通路２５は比較的小流量の断面で形
成されており、バイパス通路２５から側路された排ガス
はそのまま排出通路５から外部に排出される。

ついで、更にエンジンの負荷が高まり、バイパス通路２
５の開放状態でもコンプレッサ１１からの吐出圧が所定
の過給圧以上となると、制御回路２３ではエアフローメ
ータ２２からの信号およびその吐出圧の検知信号に基づ
き、アクチュエータ２８Ａを介し開閉弁２８を開弁させ
る。

しかして、この開閉弁２８の開弁により排圧が低下する
が、一方コンブレッサ１１からの吐出圧がこれにより所
定圧以下に低下しようとするとバイパス通路２５が閉成
されるので、バイパス通路２５から側路された排気ガス
がこれを補う形となり、コンプレッサ１１からの吐出圧
はハンチングすることなく所定圧に保たれる。すなわち
、バイパス通路２５に設けた側路弁２ｅが大流量断面を
有する分岐排気通路２７への流量の微調整を受持ってい
る。

更にまた、これよりエンジンの負荷が増大する場合にあ
っても、分岐排気通路２７が十分の断面積を有している
ことにより第２ターボ過給機６を適切に駆動することが
でき、高速での高出力に具えることができる。なお、そ
れでも第２のコンプレッサ１７からの吐出圧が所定の過
給圧以上となる場合は、アクチュエータ３０Ａにより側
路弁３０が制御され、それ以上の余剰の排気ガスをバイ
パス通路２９から逃がすことができる。

次に、第２図によって本発明の他の実施例を説明する。

本例は第１図に示したバイパス通路２５に変えて第１タ
ーボ過給機３のタービン４の入口から分岐排気通路２７
の開閉弁２８の下流に側路するバイパス通路３５を設け
たもので、３８は側路弁、３ｅへはそのアクチュエータ
である。

本例のように構成すれば、第１ターボ過給機３から得ら
れる過給圧が所定圧に達したときに、排気ガスをバイパ
ス通路３５から分岐排気通路２７に直接供給することに
よって、無駄にガスを排出することなく第２ターボ過給
機Ｂのタービン７をこの時点から回転させ始めることが
でき、開閉弁２８の開閉時期に急速にその回転を高める
ことができる。

〔発明の効果〕

以」二説明してきたように、本発明によれば、複数のタ
ーボ過給機を有し、エンジンの負荷状態に応じて前段の
ターボ過給機から順次後段のターボ過給機に排気通路を
介してエンジン排気を供給し駆動するようにしたマルチ
ターボ過給装置において、排気通路を前段のターボ過給
機用の第１排気通路と次段のターボ過給機用の第２排気
通路とに分岐すると共に第２排気通路には分岐前の排気
通路とほぼ同等の膜面積を保たせるようになし、第１排
気通路に前段のターボ過給機を側路させるバイパス通路
を設けて、この通路に側路弁を配設し、第２排気通路に
は開閉弁を配設し、上記の側路弁を前段のターボ過給機
からの吐出空気圧によって制御すると共に、上記の開閉
弁受側路弁の前開時でしかも前段のターボ過給機からの
吐出空気圧が所定の過給圧に達したときに開弁させるよ
うにしたので、開開弁を開弁させて後段のターボ過給機
を駆動させる段階で側路弁が第２排気通路に供給される
排気ガス量を補償する如く作用することによって過給圧
にハンチング現象が発生するのを防止することができ、
しかも低速域から高速域の全運転域にあたり十分な高出
力を供給することができる。

更にまた。第２の実施例では、上記の効果に加えて後段
のターボ過給機の回転上昇を助成し、急速に回転を高め
て高負荷に対処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過給装置の構成の一例を示
す模式図、 第２図は本発明の他の実施例として、その第１ターボ過
給機近傍の構成を示す模式図。 第３図は従来のマルチターボ過給装置の構成の一例を示
す模式図である。 ■・・・燃焼室、 ２・・・排気通路、 ３・・・第１ターボ過給機、 ４．７・・・排気タービン、 ５・・・排出通路、 ６・・・第２ターボ過給機、 ８・・・分岐排気通路、 ９・・・ウェストゲート弁、 ９Ａ・・・スプリング、 ９Ｂ・・・弁体、 １０．１１３・・・駆動軸。 １１．１７・・・コンプレッサ、 １２・・・逆止弁、 １２Ａ　、　１２Ｂ・・・ダイヤプラム室、１２Ｃ・・
・ばね、 １３・・・第２分岐吸気通路、 １４、・・カχ１４）市υ０乃くπ通すス１５・・・吸
気通路、 １５Ａ・・・合流点、 １８…バイパス通路、 ■９・・・排出通路、 ２０・・・ウェストゲート弁、 ２ＯＡ・・・弁体、 ２１・・・エアクリーナ、 ２２・・・エアフローメータ、 ２３・・・制御回路、 ２４・・・逆止弁。 ２５．２９．３５川バイパス通路、 ２Ｂ、３０．３８・・・側路弁、− ２８Ａ、２８Ａ、３０Ａ、３８Ａ・・・アクチュエータ
、２７・・・分岐排気通路、 ２８・・・分岐路開閉弁。 特許出願人　　日産自動車株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のターボ過給機を有し、エンジンの負荷状態に応じ
   て前段のターボ過給機から順次後段のターボ過給機に排
   気通路を介してエンジン排気を供給し駆動するようにし
   たマルチターボ過給装置において、 前記排気通路を前記前段のターボ過給機用の第１排気通
   路と次段のターボ過給機用の第２排気通路とに分岐する
   と共に該第２排気通路の断面積を分岐前の前記排気通路
   とほぼ同等となし、前記第１排気通路に前記前段のター
   ボ過給機を側路させるバイパス通路を設けて該バイパス
   通路に側路弁を配設し、前記第２排気通路には開閉弁を
   配設し、前記側路弁を前記前段のターボ過給機からの吐
   出空気圧によって制御するようになし、前記開閉弁を、
   前記側路弁が開弁され、かつ前記前段のターボ過給機か
   らの吐出空気圧が所定の過給圧に達したときに、開弁さ
   せるようにしたことを特徴とするマルチターボ過給装置
   。