WO2008018574A1 - Multi-stage supercharging exhaust turbosupercharger - Google Patents

Multi-stage supercharging exhaust turbosupercharger Download PDF

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turbocharger
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Byeongil An
Takashi Shiraishi
Toru Kikuchi
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    • Y10T137/87812—Pivoted valve or deflector

Definitions

  • the present invention relates to a high pressure turbocharger having a high pressure turbine which is used for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine and is driven by exhaust gas of the engine, and exhaust air after driving the high pressure turbocharger.
  • a low pressure turbocharger having a low pressure turbine driven by gas is disposed in series in the flow path of the exhaust gas, and the first stage pressurization is performed by the low pressure compressor of the low pressure turbocharger.
  • the present invention relates to a multistage turbocharged exhaust turbocharged engine configured such that second stage pressurization is performed by a high pressure compressor of the high pressure stage turbocharger through an air supply connection pipe to supply an engine with the second stage pressurization.
  • a high-pressure stage turbocharger having a high-pressure turbine driven by exhaust gas discharged from an exhaust manifold of the engine and a high-pressure stage turbocharger are driven.
  • a low-pressure turbocharger having a low-pressure exhaust bottle driven by the exhaust gas in series with the flow path of the exhaust gas, and a first-stage pressurized feed by the low-pressure compressor of the low-pressure turbocharger.
  • Multistage turbocharging (two-stage turbocharging) exhaust turbocharger configured to perform stage 2 pressurization with the high pressure compressor of the high-pressure stage turbocharger through the air supply connection piping and supply air to the engine Has been adopted.
  • both the high-pressure stage turbocharger and the low-pressure stage turbocharger are operated to perform two-stage supercharging in the low-speed operating zone.
  • the high-pressure stage turbocharger bypasses the exhaust gas and the charge air to achieve high stage performance by the low-pressure stage turbocharger. Stable operation is realized with evening bin efficiency.
  • FIG. 9 shows, for example, the Japanese Patent Application Publication No. 2 0 3 5 3 1 9 9 6, the Japanese Patent Application Laid-Open No. 5 9 5 2 5 2 6, and the Japanese Patent Application Publication No.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of an engine equipped with a two-stage supercharged exhaust turbocharger disclosed in U.S. Pat. In FIG.
  • reference numeral 103 denotes an exhaust manifold of the engine, 1 a high-pressure stage turbocharger including a high-pressure turbine 1a and a high-pressure compressor 1b coaxially driven by the high-pressure turbine 1a;
  • Reference numeral 2 denotes a low pressure supercharger provided with a low pressure turbine 2a and a low pressure compressor 2b coaxially driven by the low pressure turbine bin 2a.
  • 1 1 7 is an exhaust bypass valve device for controlling the flow rate of bypass exhaust flowing through the exhaust bypass pipe 1 16, and 5 is a compressor bypass valve device for controlling the flow rate of bypass charge flowing through the high pressure compressor bypass pipe 1 1 1 is there.
  • the exhaust gas discharged from the exhaust manifold 103 drives the high pressure turbine bin 1 a of the high pressure stage turbocharger 1 and the low pressure turbine 2 a of the low pressure stage turbocharger 2.
  • air supplied to the first stage by the low-pressure compressor 2b driven directly to the low-pressure turbine 2a is supplied with air from the second stage by the high-pressure compressor 1b driven directly to the high-pressure turbine 1a. After being pressurized, it is supplied to each cylinder of the engine and provided for combustion.
  • the compressor The bypass valve device 5 is opened, and then the exhaust bypass valve device 1 1 7 is adjusted to achieve the target boost pressure.
  • the high pressure supercharger 1 is bypassed for the majority of the exhaust gas and air supply, and the low pressure supercharger 2 performs one-stage supercharging. Stable operation is achieved with high turbine efficiency.
  • the two-stage turbocharged exhaust turbocharger is a single-stage turbocharged exhaust evening port.
  • the installation space in the engine room will inevitably be large as it will be large compared to the turbocharger.
  • the structure of the two-stage turbocharged exhaust turbocharger is compacted to make the installation space as small as possible, and the engine equipped with the two-stage turbocharged exhaust one-port turbocharger is a narrow engine. It is required to be stored effectively in the room.
  • the present invention is a multistage turbocharged exhaust system in which the mountability into a narrow engine room is improved by miniaturizing the structure of the multistage turbocharged exhaust single-port turbocharger.
  • the purpose is to provide a turbo charger.
  • the present invention achieves such an object, and a high-pressure stage turbocharger having a high-pressure turbine driven by exhaust gas discharged from an exhaust manifold of an engine and the exhaust gas after driving the high-pressure turbocharger.
  • a low pressure turbocharger having a low pressure turbine driven by gas is disposed in series in the flow path of the exhaust gas, and the first stage pressurization is performed by the low pressure compressor of the low pressure turbocharger.
  • a multistage turbocharged exhaust turbosupercharger configured to perform stage 2 pressurization with a high pressure compressor of the high pressure stage turbocharger through a connection pipe and supply the same to an engine, comprising: What is claimed is: 1.
  • a multi-stage turbocharged exhaust turbocharger wherein a portion of the air is bypassed to a charge air outlet side of the high pressure compressor through a compressor bypass passage opened and closed by a compressor bypass valve device.
  • the high-pressure compressor cover of the high-pressure compressor characterized in that bypass inlet path having an opening portion due to the supply of the co compressors inlet passage and complexity suspended bypass valve device is constructed integral compressor cover built.
  • the compressor bypass valve device includes: a compressor bypass valve that opens and closes the compressor inlet passage and the compressor bypass passage by opening and closing the opening / closing portion provided in the bypass inlet passage; and the compressor bypass valve
  • the drive unit is integrated with the drive unit and housed in a single case, and the case is detachably attached to the high pressure compressor cover.
  • the high pressure compressor cover of the high pressure compressor includes a compressor inlet passage into which the air supplied from the low pressure compressor is introduced, and a compressor bypass valve device for opening and closing between the compressor inlet passage and the compressor bypass passage.
  • a bypass pipe connected to the compressor bypass passage is formed in a direction substantially perpendicular to the rotational axis of the high pressure compressor, and the compressor bypass valve device Next to the built-in case,
  • a high pressure compressor cover a charge inlet passage to the high pressure compressor, a bypass inlet passage having a switch portion formed by the compressor bypass valve device branched from the charge inlet passage, and a bypass connected to the compressor bypass passage
  • the piping can be integrally formed without using any piping.
  • the structure of the high pressure compressor air inlet portion and the connection portion to the compressor bypass passage becomes small and compact, and the installation space of the high pressure compressor can be reduced compared to the prior art, and the inside of the narrow engine room A multistage turbocharged exhaust turbocharged engine with an improved loading performance is obtained.
  • the compressor bypass valve device is integrated with a compressor bypass valve for opening and closing the opening and closing portion of the compressor inlet passage formed in the bypass inlet passage and the compressor bypass passage, and an actuator valve for driving the same. Since it was housed in a single case, the compressor bypass valve and the actuator were housed in a single case and set, and the set compressor bypass valve device was attached to the high pressure compressor cover, so that the compressor bypass was installed. Assemblability and installation of the valve device can be improved and assembly cost can be reduced.
  • the compressor bypass valve includes an umbrella-like valve body which is reciprocally driven by the vacuum valve and is attached to and detached from a valve seat provided in the opening and closing portion;
  • the seat portion with the valve seat is configured as a spherical seat surface.
  • the umbrella-like valve seat surface of the compressor bypass valve which opens and closes between the compressor inlet passage and the compressor bypass passage, is in line contact with the valve seat formed on the compressor force bar.
  • the contact of the seal can be made uniform, and variations in the sealing function between products are eliminated, and the seal accuracy is stable.
  • a compressor bypass valve device is obtained.
  • a high pressure supercharger having a high pressure turbine driven by exhaust gas discharged from an exhaust manifold of an engine and an exhaust gas driven after the high pressure supercharger are used.
  • a low pressure supercharger having a low pressure supper bin is disposed in series in the exhaust gas flow path, and the air supply connected to the first stage pressurized by the low pressure compressor of the low pressure supercharger is connected to the air.
  • a multi-stage turbocharged exhaust turbocharger configured to perform second stage pressurization with the high pressure compressor of the high pressure stage turbocharger through the piping and supply the same to the engine, comprising: In a multi-stage turbocharged exhaust turbocharger configured to bypass a portion of the high pressure compressor through a compressor bypass passage that is opened and closed by a compressor bypass valve device, the exhaust manifold.
  • the high pressure turbine housing and the high pressure turbine housing are integrally formed, and the exhaust gas passage is directly connected to the high pressure turbine housing outlet, and the low pressure turbine housing flange is directly connected to the low pressure turbine connection flange.
  • the clamping surface of the high pressure gas outlet flange of the high pressure turbine housing and the clamping surface of the exhaust gas inlet flange of the exhaust manifold are mutually perpendicular surfaces.
  • the exhaust gas passage is directly connected on the axis of the high pressure turbine to the flange of the high pressure turbine housing outlet integrally formed with the exhaust manifold by construction, and the axial line of the high pressure turbine is connected to the exhaust gas passage.
  • the low pressure turbine housing is directly connected to the low pressure turbine connection flange formed in the direction perpendicular to the pipe, it is possible to directly connect the high pressure turbine bin housing, the exhaust gas passage and the low pressure turbine housing without piping.
  • the high pressure turbine housing integrally formed in the exhaust manifold and the low pressure turbine housing can be integrally connected through the exhaust gas passage, and the high pressure turbine and the low pressure stage of the high pressure turbocharger can be integrated.
  • the coupling structure of the turbocharger with the low-pressure bottle is small and compact, and the high pressure of the high-pressure stage turbocharger is higher than that of the prior art.
  • the installation space of the low-pressure turbine side of the turbine and the low-pressure stage supercharger can be reduced. This makes it possible to improve the installation in a narrow engine room.
  • the clamping surface of the exhaust manifold of the exhaust manifold can be easily processed at right angles to the reference surface by using the clamping surface of the flange of the high-pressure container housing outlet as the reference surface.
  • the processability of the high pressure turbine housing and the exhaust manifold 103 is improved, and the number of processing and assembly steps of the high pressure exhaust turbocharger can be reduced.
  • the high-pressure compressor cover is incorporated into the compressor inlet passage, the bypass inlet passage having the opening / closing portion of the compressor bypass valve device and the bypass compressor connected to the compressor bypass passage.
  • the high pressure compressor cover includes: a charge inlet passage to the high pressure compressor; a bypass inlet passage branched from the charge inlet passage to form a switch by the compressor bypass valve device; and a compressor bypass
  • the bypass piping connected to the passage can be integrally formed without using any piping.
  • the structure of the high pressure compressor air supply inlet and the connection to the compressor bypass passage becomes compact and compact, and the installation space of the high pressure compressor can be reduced compared to the prior art, and the mountability in a narrow engine room An improved multistage turbocharged exhaust turbocharged engine can be obtained.
  • the compressor bypass valve device By configuring the compressor bypass valve device so as to integrate the compressor bypass valve and the actuator for driving the same into a single case, the compressor bypass valve and the actuator bypass valve are integrated.
  • the compressor bypass valve device can be attached to the high pressure compressor cover by setting the compressor bypass valve device housed in a single case, and the assemblability and workability of the compressor bypass valve device can be improved, and the assembly cost can be improved. Can also be reduced.
  • the exhaust gas passage is directly connected coaxially to the flange of the high pressure turbine housing outlet integrally formed with the exhaust manifold, and the flange perpendicular to the axis of the high pressure turbine is connected to the exhaust gas passage. Since the low pressure turbine housing is directly connected, the high pressure turbine housing, the exhaust gas passage, and the low pressure turbine housing can be integrally connected without piping.
  • the connection structure between the high pressure turbine and the low pressure stage turbocharger is small and compact, and the installation space of the high pressure turbine of the high pressure stage turbocharger and the low pressure turbine side of the low stage turbocharger is smaller than that of the prior art. It can be reduced. As a result, the installation in a narrow engine room can be improved.
  • the clamping surface of the exhaust gas inlet flange of the exhaust manifold perpendicular to the reference surface can be easily machined, which improves the machinability of the high pressure turbine housing and the exhaust manifold 103, and enables high pressure stage exhaust turbo It can reduce the number of processing and assembly steps for the turbocharger.
  • FIG. 1 is a side view showing the entire structure of a two-stage turbocharged exhaust turbocharger according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the high pressure supercharger and the exhaust gas passage in the first embodiment, taken along the shaft axis of the rotor shaft.
  • FIG. 3 is an external view of a high pressure compressor cover equipped with the compressor bypass valve device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the high pressure compressor cover in the first embodiment.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of a tip portion of the compressor bypass valve in the first embodiment
  • FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view of a portion X in FIG.
  • Fig. 6 shows a high-pressure turbocharger and an exhaust manifold of a two-stage turbocharged exhaust twin-port turbocharger according to a second embodiment of the present invention, wherein (A) is a side view, and (B) is a side view. It is a Y arrow line view in (A).
  • FIG. 7 is a view on arrow W in FIG. 6 (A).
  • FIG. 8 is a schematic system diagram of the air supply system and the exhaust system of a diesel engine equipped with a two-stage supercharged exhaust turbocharger to which the present invention is applied.
  • FIG. 9 is a block diagram of an essential part of an engine provided with a two-stage supercharged exhaust turbocharger according to the prior art.
  • FIG. 8 is a schematic system diagram of a gas supply system and an exhaust system of a diesel engine provided with a two-stage turbocharged exhaust turbocharger to which the present invention is applied.
  • reference numeral 100 is an engine
  • reference numeral 101 is a cylinder of the engine (in this example, four cylinders)
  • reference numeral 102 is an air supply manifold
  • reference numeral 103 is an exhaust manifold
  • reference numeral 1 is a high pressure.
  • a high pressure stage turbocharger comprising a turbine 1a and a high pressure compressor 1 coaxially driven by the high pressure turbine 1a, 2 a low pressure turbine 2a and a low pressure compressor 2b coaxially driven by the low pressure turbine 2a It is a low pressure stage turbocharger equipped with
  • 104 is a high pressure exhaust pipe connecting the exhaust outlet of the exhaust manifold 103 to the exhaust inlet of the high pressure turbine 1a, and 115 is an exhaust outlet of the high pressure turbine 1a and low pressure turbine 2 It is an exhaust connection pipe which connects with the exhaust inlet of a.
  • 1 18 is a discharge pipe for discharging the exhaust gas after driving the low pressure turbine 2 a to the outside.
  • Reference numeral 1 19 denotes a suction pipe for introducing external air into the suction port of the low pressure compressor 2 b.
  • Reference numeral 21 denotes an air supply connection pipe which connects the air supply (air) outlet of the low pressure compressor 2b and the air supply inlet of the high pressure compressor 1b.
  • Reference numeral 108 denotes an air supply pipe connecting the air supply outlet of the high pressure compressor 1b to the air supply manifold 102.
  • Reference numeral 107 is provided on the air supply pipe 108 to supply air to the engine. It is a charge air cooler that cools the
  • An exhaust bypass pipe 105 for bypassing the high pressure turbine 1 a from the exhaust manifold 103 is a stage control valve 106 for adjusting the exhaust bypass flow rate.
  • 1 16 is an exhaust bypass pipe which bypasses the low pressure turbine 2a from the low pressure turbine 2a inlet of the exhaust connection pipe and is connected to the exhaust pipe 1 18;
  • 1 1 7 is a bypass exhaust flowing through the exhaust bypass pipe The exhaust bypass valve device controls the flow rate of
  • 12 is a high pressure compressor bypass pipe connected to the air supply pipe 1 08 by-passing the high pressure compressor 1 b from the high pressure compressor 1 b inlet of the air supply connection pipe 2 1; 5 is the high pressure compressor bypass pipe 1 2 It is a compressor bypass valve device that controls the flow rate of bypass charge flowing through the
  • EGR exhaust gas recirculation
  • an EGR pipe which is recirculated to the air supply pipe 1 08, 1 10 is an EG It is an EGR valve that controls the flow rate of R.
  • a two-stage turbocharger that operates both the high-pressure stage turbocharger 1 and the low-pressure stage turbocharger 2 in a low speed operation region
  • the low speed full two-stage region closes the exhaust gas bypass valve device 1 1 7 together with the stage control valve 16 and the compressor bypass valve device 5.
  • the compressor bypass valve device 5 and the exhaust bypass valve device 1 1 7 are closed, and the stage control valve 1 0 6 is adjusted.
  • the exhaust gas discharged from the exhaust manifold 103 drives the high pressure turbine 1 a of the high pressure stage turbocharger 1 and the low pressure turbine 2 a of the low pressure stage turbocharger 2.
  • the air supplied to the first stage by the low pressure compressor 2b driven directly to the low pressure turbine 1 bin 2a is supplied with high pressure by the high pressure compressor 1 b driven directly to the high pressure turbine 1 bin 1a.
  • the stages are pressurized, they are cooled by the charge air cooler 1 0 7 and supplied to the cylinders 1 0 1 of the engine 1 0 0 through the charge air manifold 1 0 2 for combustion.
  • the high-pressure stage turbocharger 1 is bypassed for the exhaust gas and the charge air, and the one-stage supercharging operation by the low-pressure stage turbocharger 2 is performed. While opening the control valve 106 and the compressor bypass valve device 5, adjust the exhaust gas bypass valve device 1 17 so that the target supercharging pressure is achieved.
  • the high pressure supercharger 1 is bypassed for the majority of the exhaust gas and air supply, and the low pressure supercharger 2 performs one-stage supercharging. Stable operation is achieved with high turbine efficiency.
  • the present invention relates to the improvement of the structure of a multistage turbocharged exhaust turbocharger having such a configuration.
  • the present invention relates to the improvement of the structure of a multistage turbocharged exhaust turbocharger having such a configuration.
  • FIG. 1 is a side view showing the entire structure of a two-stage turbocharged exhaust turbocharger according to a first embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a shaft shaft line of a high pressure turbocharger and an exhaust gas passage.
  • FIG. 3 is an external view of a high pressure compressor cover equipped with a compressor bypass valve device
  • FIG. 4 is a cross sectional view of the high pressure compressor cover.
  • 1 is a high pressure stage turbocharger equipped with a high pressure turbine 1a and a high pressure compressor 1b coaxially driven by the high pressure turbine 1a
  • 2 is a low pressure turbine 2a (see Fig. 8).
  • a low-pressure compressor 2 b (see FIG. 8) coaxially driven by the low-pressure turbine bin 2 a.
  • 10 is a high pressure turbine housing of the high pressure stage turbocharger 1
  • 9 is a high pressure compressor cover 11
  • 1 is an exhaust gas passage.
  • 2 s is a low pressure turbine housing of the low pressure supercharger 2
  • 2 t is a low pressure compressor cover. The details of these will be described later.
  • Reference numeral 21 denotes an air supply connection pipe connecting the low pressure compressor cover 2t and the high pressure compressor cover 9 together.
  • the air supply connection pipe 21 is made of a metal tube such as a steel pipe, an aluminum pipe or a flexible resin material or a hard rubber pipe, and the connection portion of the low pressure compressor cover 2 t and the high pressure compressor cover 9 is Clamping connection is used (other connection may be used).
  • FIG. 2 showing the details of the high pressure stage turbocharger 1, 10 is a high pressure turbine housing made of a structure, 1a is a radial flow type high pressure turbine, and lb is directly driven to the high pressure turbine 1a.
  • High-pressure compressor, 3 is the high-pressure set bin 1 a and high-pressure comp
  • a high pressure rotor shaft for connecting with the lesser 1 b, 9 is a high pressure compressor cover 1 made of a manufactured product
  • 6 is a high pressure bearing housing made of a manufactured product.
  • the high pressure port 3 is rotatably supported by the high pressure bearing housing 6 via two bearings.
  • M is the rotational axis of the exhaust turbocharger.
  • 1 1 is an exhaust gas passage made of a manufactured product, and as shown in FIG. 2, a plurality of flanges (1 0 a is a flange surface) of the high pressure turbine housing 10 are not shown on the rotational axis M of the high pressure turbine la.
  • a low-pressure turbine connection flange 12 is formed by porto and is orthogonal to the rotation axis M. As shown in FIG. 1, the low pressure turbine housing 2s is directly connected to the low pressure turbine connecting flange 12 by a plurality of bolts (12z are port holes).
  • the high pressure compressor cover 9 is, as shown in FIGS. 2 and 4, a compressor inlet passage 7 through which the air is introduced from the low pressure compressor 2 b through the air supply connection pipe 21, and the compressor inlet passage 7.
  • a bypass inlet passage 8a branched and connected to the compressor bypass passage 12 is internally provided, and a compressor bypass valve device 5 is opened and closed between the compressor inlet passage 7 and the bypass inlet passage 8a. Part 5 c is formed.
  • the high pressure compressor cover 9 has a bypass pipe 8 in which the compressor bypass passage 12 is installed in a direction substantially perpendicular to the rotational axis M of the high pressure compressor 1.
  • the compressor bypass valve device 5 is integrally formed adjacent to the case 53 in which the compressor bypass valve device 5 is incorporated.
  • the compressor bypass valve device 5 opens or closes the opening / closing portion 5c provided in the bypass inlet passage 8a.
  • a compressor bypass valve 51 for communicating and blocking 7 and the compressor bypass passage 12 and an actuator 52 for driving the compressor bypass valve 51 are integrated and housed in a single case 53.
  • the case 53 is detachably attached to the upper portion of the high pressure compressor cover 19. Then, the compressor bypass valve 51 is driven to reciprocate by the actuator 52 so that the umbrella-like valve body 51a of the compressor bypass valve 51 is formed on the opening / closing portion 5c.
  • the compressor inlet passage 7 and the compressor inlet passage 7 are Communication with the compressor bypass passage 12 is shut off.
  • Fig. 5 (A) is a cross-sectional view of the tip of the compressor bypass valve
  • Fig. 5 (B) is an enlarged cross-sectional view of a portion X in Fig. 5 (A).
  • the compressor bypass valve 51 is reciprocally driven by the actuator 52, and is mounted on the valve seat 5 provided in the opening / closing portion 5 c.
  • An umbrella-like valve body 5 1 a to be attached and detached is provided, and as shown in FIG. 5 (B), a seat surface 5 1 c of the valve body 5 1 a with the valve seat 5 5 is configured as a spherical surface.
  • Do. 5 1 b is a valve stem.
  • the compressor bypass valve 5 1 that opens and closes between the compressor inlet passage 7 and the compressor bypass passage 1 2 has a seat surface 5 1 c of the umbrella-like valve body 5 1 a and the high pressure compressor cover 9.
  • the valve seat 55 formed on the valve seat, it is possible to absorb minute errors in the seat portion between the seat surface 5 1 c of the valve body 5 1 a and the valve seat 5 5.
  • the contact can be made uniform, the variation in the seal function between products is eliminated, and the compressor bypass valve device 5 with stable seal accuracy can be obtained.
  • the high pressure compressor cover 9 of the high pressure compressor 1b is provided with the compressor inlet passage 7 to which the air supplied from the low pressure compressor 2b is introduced, the compressor inlet passage 7 and the compressor bypass passage 12 And a bypass inlet passage 8a having an opening / closing portion 5c according to the compressor bypass valve device 5 for opening and closing between them, and further comprising an integral compressor cover 9 formed therein.
  • the cover 9 has a bypass pipe 8 connected to the compressor bypass passage 12 in a direction substantially perpendicular to the rotational axis M of the high pressure compressor 1 b and a case 5 3 in which the compressor bypass valve device 5 is incorporated.
  • the bypass inlet passage 8a branched from the passage and having the opening / closing portion 5c formed by the compressor bypass valve device 5 and the bypass piping 8 connected to the compressor bypass passage 12 are used without any piping. It can be formed integrally.
  • the structure of the air supply inlet of the high pressure compressor 1b and the connection to the compressor bypass passage 12 become small and compact, and the high pressure compared to the prior art can be achieved.
  • the installation space of the compressor 1b can be reduced, and a two-stage turbocharged exhaust turbocharged engine with improved mountability in a narrow engine room can be obtained.
  • the compressor bypass valve device 5 is driven by a compressor bypass valve 51 that opens and closes an opening / closing portion 5c of the compressor inlet passage 7 and the compressor bypass passage 12 formed in the bypass inlet passage 8a. Since the unit is integrated with the actuator 52 and stored in a single case 53, the compressor bypass valve 51 and the actuator 52 are accommodated in a single case 53 and set as a compressor Since the bypass valve device 5 is attached to the high pressure compressor cover 9, the assemblability and the workability of the compressor bypass valve device 5 can be improved, and the assembly cost can be reduced.
  • Fig. 6 shows a high pressure supercharger and an exhaust manifold of a two-stage supercharged exhaust vane supercharger according to a second embodiment of the present invention
  • Fig. 6 (A) is a side view thereof
  • B) is a Y arrow view in Fig. 6 (A)
  • Fig. 7 is a view on arrow W in Fig. 6 (A).
  • reference numeral 103 denotes an exhaust manifold, and the exhaust manifold 103 and the high pressure turbine housing 10 of the high pressure turbocharger 1 are formed by an integral structure. And, the exhaust gas passage 11 is not shown so as to be along the rotation axis M of the high-pressure turbine 1 a along the flange surface 10 a of the flange 10 b of the high-pressure turbine housing 10. Directly linked by multiple ports.
  • each exhaust gas inlet flange 1 0 3 a is an exhaust gas inlet flange to each cylinder 1 0 1 (see FIG. 8), and a flange surface 1 0 3 b of each exhaust gas inlet flange 1 0 3 a is a flange of a high pressure single bin housing 1 0 It is formed in a plane perpendicular to the surface 10 a and fastened to the exhaust outlet flange (not shown) of each cylinder 101 by a plurality of ports not shown.
  • a low-pressure one-bin connection flange 12 is formed in a direction perpendicular to the rotation axis M, and the low-pressure turbine connection flange 1 2 As shown in FIG. 1, the low pressure turbine housing 2s is directly connected by a plurality of bolts (12z are port holes).
  • the gas discharged from the high pressure turbine 1a into the exhaust gas passage 11 passes through the exhaust gas passage 1 1s formed in the low pressure turbine connecting flange 12 as shown in FIG. It will be led to the inlet of low-pressure bottle 2 a.
  • E G R extraction flange 15 is an E G R extraction flange for extracting E G R gas.
  • the high pressure container housing 10 integrally formed with the exhaust manifold 103 by structure is located on the flange 1 O b of the outlet of the high pressure turbocharger 1 on the rotational axis M of the high pressure turbocharger 1.
  • the exhaust gas passage 1 1 is directly connected, and the low pressure turbine housing flange 2 2 is directly connected to the exhaust gas passage 1 1 to a low pressure turbine connecting flange 12 formed in a direction perpendicular to the rotational axis M of the high pressure turbocharger 1. Therefore, the high pressure turbine housing 10, the exhaust gas passage 11 and the low pressure turbine housing 2s can be connected directly without piping, and the high pressure turbine integrally formed on the exhaust manifold 103 can be connected.
  • the exhaust manifold is perpendicular to the reference surface.
  • the flange surface 1 0 3 of the exhaust gas inlet flange 1 0 3 a of 1 0 3 can be easily processed.
  • a multistage turbocharged exhaust turbocharger with improved mountability in a narrow engine room by miniaturizing the structure of the multistage turbocharged exhaust turbocharger. Provide an engine.

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Description

明 細 多段過給式排気夕一ポ過給機 技術分野
本発明は、 内燃機関の排気夕一ポ過給機に用いられ、 エンジンの排気ガスによ り駆動される高圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排 気ガスにより駆動される低圧夕一ビンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路 に直列に配置し、 前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第 1段加圧がなされた 給気を給気接続配管を通して前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第 2段加圧 を行いエンジンに供給するように構成した多段過給式排気夕一ボ過給機に関する。 背景技術
車両用エンジン、 特に車両用ディーゼルエンジンにおいては、 近年、 エンジン の排気マ二ホールドから排出される排気ガスにより駆動される高圧タービンを有 する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆動される低圧夕 —ビンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、 前記低圧段過 給機の低圧コンプレッサで第 1段加圧がなされた給気を、 給気接続配管を通して 前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第 2段加圧を行い、 エンジンに供給する ように構成した多段過給式 （2段過給式） 排気ターボ過給機が採用されるように なってきた。
かかる多段過給式排気夕一ポ過給機をそなえたエンジンでは、 エンジンの中、 低速運転域では高圧段過給機及び低圧段過給機の双方を作動させて 2段過給を行 なうことによりエンジンの過給圧及び出力を増加し、 エンジンの高速運転域では 排気ガス及び給気を高圧段過給機をバイパスさせて低圧段過給機による 1段過給 を行なうことにより高い夕ービン効率で以って安定運転を実現させている。
図 9は、 たとえば特表 2 0 0 3— 5 3 1 9 9 6号公報、 特開昭 5 9— 8 2 5 2 6号公報、 特表 2 0 0 2— 5 1 2 3 3 7号公報等で開示されている 2段過給式排 気ターボ過給機を備えたエンジンの要部系統図である。 図 9において、 1 0 3は該エンジンの排気マニホ一ルド、 1は高圧タービン 1 aと該高圧夕一ビン 1 aに同軸駆動される高圧コンプレッサ 1 bとをそなえた高 圧段過給機、 2は低圧タービン 2 aと該低圧夕一ビン 2 aに同軸駆動される低圧 コンプレッサ 2 bとをそなえた低圧段過給機である。
1 1 7は該排気バイパス管 1 1 6を流れるバイパス排気の流量を制御する排気 バイパス弁装置、 5は高圧コンプレッサバイパス管 1 1 1を流れるバイパス給気 の流量を制御するコンプレツサバイパス弁装置である。
かかる 2段過給式排気ターボ過給機を備えたエンジンにおいて、エンジンの中、 低速運転域で高圧段過給機 1及び低圧段過給機 2の双方を作動させる 2段過給運 転時には、 前記排気バイパス弁装置 1 1 7を閉じるとともにコンプレッサバイパ ス弁装置 5を閉じる。
これにより、 排気マ二ホールド 1 0 3から排出される排気ガスは、 高圧段過給 機 1の高圧夕一ビン 1 a及び低圧段過給機 2の低圧タービン 2 aを駆動する。 一 方、 低圧タービン 2 aに直結駆動される低圧コンプレッサ 2 bにより第 1段の加 圧がなされた給気は、 高圧夕一ビン 1 aに直結駆動される高圧コンプレッサ 1 b により第 2段の加圧がなされた後、 エンジンの各シリンダに供給され、 燃焼に供 される。
これにより、 エンジンの中、 低速運転域では、 かかる 2段過給を行なうことに よりェンジンの過給圧及び出力を増加することが可能となる。
また、 エンジン 1 0 0の高速運転域で排気ガス及び給気を高圧段過給機 1をバ ィパスさせて低圧段過給機 2による 1段過給を行なう 1段過給運転時には、 前記 コンプレッサバイパス弁装置 5を開き、 その後、 目標過給圧になるよう排気バイ パス弁装置 1 1 7を調整する。
これにより、 排気マ二ホールド 1 0 3から排出される排気ガスの大部分は、 高 圧段過給機 1の高圧タービン 1 aをバイパスし、 該高圧夕一ビン 1 aを通った一 部の排気ガスと合流して低圧夕一ビン 2 aを駆動する。
一方、 前記低圧夕一ビン 2 aに直結駆動される低圧コンプレッサ 2 bにより第 1段の加圧がなされた給気の大部分は高圧コンプレッサ 1 bをバイパスし、 高圧 コンプレッサバイパス管 1 1 1を通って前記高圧コンプレッサ 1 bを通った一部 の給気と合流し、 給気管 1 0 8を経てエンジン 1 0 0の各シリンダ 1 0 1に供給 される。
これにより、 エンジン 1 0 0の高速運転域では排気ガス及び給気の大部分を高 圧段過給機 1をバイパスさせて低圧段過給機 2による 1段過給を行なうことによ り、 高いタービン効率で以つて安定運転を実現させている。
車両用エンジンにおいて、 狭隘なエンジンルームに 2段過給式排気ターボ過給 機を装備したエンジンを設置するには、 2段過給式排気ターボ過給機が単段過給 式排気夕一ポ過給機に比べて大型となるため、 エンジンルームにおける設置スぺ ースが必然的に大きくなる。
このため、 2段過給式排気ターボ過給機の構造をコンパクト化してこれの設置 スペースを極力小さくして、 2段過給式排気夕一ポ過給機を装備したエンジンを、 狭隘なエンジンルーム内に効果的に収納することが要求される。
しかしながら、 特開昭 5 9 - 8 2 5 2 6号公報及特表 2 0 0 2 - 5 1 2 3 3 7 号公報にて提供されている 2段過給式排気ターボ過給機を装備したエンジンにあ つては、 殊に低圧段過給機 2の低圧コンプレッサ 2 bから高圧段過給機 1の高圧 コンプレッサ 1 bに至る給気系、 及び低圧コンプレッサ 2 bから高圧コンプレツ サバイパス管 1 1 1のコンプレッサバイパス弁装置 5に至る給気バイパス系が、 単純な水平配置であるため、 2段過給式排気夕一ポ過給機の水平方向の設置スぺ ースが大きくなり、 狭隘なエンジンルーム内へのエンジンの搭載性を大きく損な う。
また、 特表 2 0 0 3— 5 3 1 9 9 6号公報にて提供されている 2段過給式排気 夕一ポ過給機を装備したエンジンにあっては、 高圧段過給機 1と低圧段過給機 2 とを立体的に配置して、 両者を最小限の長さの排気配管及び給気配管で接続する ことにより、 2段過給式排気ターボ過給機の設置スペースの低減を図っているが、 基本的には高圧段過給機 1と低圧段過給機 2とはケース類が完全な別体構造であ るため、 2段過給式排気夕一ポ過給機の設置スペースは依然として大きく、 狭隘 なエンジンルーム内へのエンジンの搭載性を改善できるものではない。 発明の開示 本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、 多段過給式排気夕一ポ過給機の構造を 小形コンパクト化することにより、 狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上し た多段過給式排気夕一ボ過給機を提供することを目的とする。
本発明はかかる目的を達成するもので、 エンジンの排気マ二ホールドから排出 される排気ガスにより駆動される高圧夕一ビンを有する高圧段過給機と該高圧段 過給機を駆動後の排気ガスにより駆動される低圧タービンを有する低圧段過給機 とを排気ガスの流路に直列に配置し、 前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第 1段加圧がなされた給気を給気接続配管を通して前記高圧段過給機の高圧コンプ レッサで第 2段加圧を行いエンジンに供給するように構成した多段過給式排気夕 一ボ過給機であって、 前記高圧コンプレッサ入口の給気の一部をコンプレッサバ ィパス弁装置により開閉されるコンプレッサバイパス通路を通して前記高圧コン プレッサの給気出口側にバイパスさせるように構成された多段過給式排気ターボ 過給機において、 前記高圧コンプレッサの高圧コンプレッサカバーを、 給気のコ ンプレッサ入口通路及びコンプレツサバイパス弁装置による開閉部を有するバイ パス入口通路が内蔵された一体形コンプレッサカバーに構成したことを特徴とす る。
かかる発明において、 具体的には、 次のように構成するのが好ましい。
( 1 ) 前記コンプレッサバイパス弁装置は、 前記バイパス入口通路に設けられ た前記開閉部を開閉することにより前記コンプレッサ入口通路とコンプレッサバ ィパス通路とを連通、 遮断せしめるコンプレッサバイパス弁と、 該コンプレッサ バイパス弁を駆動するァクチユエ一夕とを一体化して単一のケースに収納し、 前 記ケースを前記高圧コンプレッサカバーに着脱自在に取り付ける。
( 2 ) 前記高圧コンプレッサカバーには、 前記コンプレッサバイパス通路に接 続されるバイパス配管が、 前記高圧コンプレッサの回転軸心に対してほぼ直角方 向に、且つ前記コンプレッサバイパス弁装置のケースに隣り合わせて形成される。 かかる発明によれば、 高圧コンプレッサの高圧コンプレッサカバーを、 低圧コ ンプレッサからの給気が導入されるコンプレッサ入口通路と、 該コンプレッサ入 口通路とコンプレッサバイパス通路との間を開閉するコンプレッサバイパス弁装 置による開閉部を有するバイパス入口通路とを内蔵して形成された一体形コンプ レッサカバーに構成し、 さらに具体的には、 前記一体形コンプレッサカバーに、 コンプレッサバイパス通路に接続されるバイパス配管を、 高圧コンプレッサの回 転軸心に対してほぼ直角方向に、 且つ前記コンプレッサバイパス弁装置が組み込 まれたケースに隣り合わせて形成したので、
高圧コンプレッサカバーに、 高圧コンプレッサへの給気入口通路と、 該給気入 口通路から分岐されてコンプレッサバイパス弁装置による開閉部が形成されたバ ィパス入口通路と、 コンプレッサバイパス通路に接続されるバイパス配管とを、 配管類を一切使用することなく一体形成できる。
これにより、 高圧コンプレッサの給気入口部及びコンプレッサバイパス通路へ の接続部の構造が小形コンパクトになって、 前記従来技術に比べて高圧コンプレ ッサの設置スペースを低減でき、 狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上した 多段過給式排気ターボ過給機付きェンジンが得られる。
さらに、 前記コンプレッサバイパス弁装置を、 前記バイパス入口通路に形成さ れたコンプレッサ入口通路とコンプレッサバイパス通路との開閉部を開閉するコ ンプレッサバイパス弁と、 これを駆動するァクチユエ一夕とを一体化して単一の ケースに収納したので、 コンプレッサバイパス弁とァクチユエ一夕とを単一のケ —スに収納してセット化し、 かかるセット化したコンプレッサバイパス弁装置を 高圧コンプレツサカバーに取付けるので、 コンプレッサバイパス弁装置の組付け 性、 施工性が向上し、 組立コストも低減できる。
また、 かかる発明において、 好ましくは、 前記コンプレッサバイパス弁は、 前 記ァクチユエ一夕により往復駆動され、 前記開閉部に設けられた弁座に着脱され る傘状の弁体をそなえ、 該弁体の前記弁座とのシート部を球状のシート面に構成 する。
このように構成すれば、 コンプレッサ入口通路とコンプレツサバイパス通路と の間を開閉するコンプレッサバイパス弁の傘状の弁体シート面とコンプレッサ力 バーに形成された弁座とを線接触にすることにより、 弁体シート面と弁座とのシ ―卜部の微小誤差を吸収できることによって該シー卜部の当たりを均一化するこ とができ、 製品間のシール機能のばらつきが無くなり、 シール精度の安定したコ ンプレッサバイパス弁装置が得られる。 また本発明は、 エンジンの排気マ二ホールドから排出される排気ガスにより駆 動される高圧夕一ビンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガ スにより駆動される低圧夕一ビンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直 列に配置し、 前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第 1段加圧がなされた給気 を給気接続配管を通して前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第 2段加圧を行 いエンジンに供給するように構成した多段過給式排気ターボ過給機であって、 前 記高圧コンプレッサ入口の給気の一部をコンプレツサバイパス弁装置により開閉 されるコンプレッサバイパス通路を通して前記高圧コンプレツサの給気出口側に バイパスさせるように構成された多段過給式排気ターボ過給機において、 前記排気マ二ホールドと高圧タービンハウジングとを一体铸造品で構成して、 高圧タービンハウジング出口に排気ガス通路を直接連結し、 低圧タービン接続フ ランジに低圧夕一ビンハウジングを直接連結してなることを特徴とする。
前記構成において、 前記高圧タービンハウジングの高圧ガス出口フランジの締 付面と排気マ二ホールドの排ガス入口フランジの締付面とを互いに直角な面に配 置するのが好ましい。
かかる発明によれば、 铸造により排気マ二ホールドと一体に形成した高圧夕一 ビンハウジング出口のフランジに、 高圧タービンの軸線上において排気ガス通路 を直接連結し、 該排気ガス通路に高圧タービンの軸線に直角方向に形成された低 圧タービン接続フランジに低圧タービンハウジングを直接連結するので、 高圧夕 —ビンハウジングと、 排気ガス通路と、 低圧タービンハウジングとを配管を介す ることなく直結することができて、 排気マ二ホールドに一体形成した高圧タ一ビ ンハウジングと排気ガス通路を介して低圧タービンハウジングとを一体的に連結 することが可能となり、 高圧段過給機の高圧タービンと低圧段過給機の低圧夕一 ビンとの連結構造が小形でコンパクトとなり、 前記従来技術に比べて高圧段過給 機の高圧タービンと低圧段過給機の低圧タービン側の設置スペースを低減できる。 これにより、 狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上できる。
また、 前記高圧夕一ビンハウジング出口のフランジの締付面を基準面にして、 基準面に直角な排気マ二ホールドの排ガス入口フランジの締付面の加工が容易に できる。 これにより、 高圧タービンハウジング及び排気マ二ホールド 1 0 3の加工性が 向上して、 高圧段排気ターボ過給機の加工、 組立工数を低減できる。
本発明によれば、 高圧コンプレッサカバーを、 コンプレッサ入口通路、 コンプ レッサバイパス弁装置の開閉部を有するバイパス入口通路を内蔵し、 さらにコン プレッサバイパス通路に接続されるバイパス配管を形成した一体形コンプレッサ カバ一に構成したことにより、 高圧コンプレッサカバーに、 高圧コンプレッサへ の給気入口通路と、 該給気入口通路から分岐されてコンプレッサバイパス弁装置 による開閉部が形成されたバイパス入口通路と、 コンプレツサバイパス通路に接 続されるバイパス配管とを配管類を一切使用することなく一体に形成できる。 これにより、 高圧コンプレッサの給気入口部及びコンプレッサバイパス通路へ の接続部の構造が小形コンパクトになって、 従来技術に比べて高圧コンプレッサ の設置スペースを低減でき、 狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上した多段 過給式排気ターボ過給機付きェンジンが得られる。
さらに、 前記コンプレッサバイパス弁装置を、 コンプレッサバイパス弁と、 こ れを駆動するァクチユエ一夕とを一体化して単一のケースに収納するように構成 することにより、 コンプレッサバイパス弁とァクチユエ一夕とをコンプレッサバ ィパス弁装置を単一のケースに収納してセット化したコンプレッサバイパス弁装 置を高圧コンプレッサカバーに取付けることができて、 コンプレッサバイパス弁 装置の組付け性、 施工性が向上し、 組立コストも低減できる。
また本発明によれば、 排気マ二ホールドと一体铸造した高圧タービンハウジン グ出口のフランジに排気ガス通路を同軸線上に直接連結し、 該排気ガス通路に高 圧タービンの軸線に直角方向のフランジに低圧タービンハウジングを直接連結す るので、 高圧夕一ビンハウジングと、 排気ガス通路と、 低圧夕一ビンハウジング とを配管を介することなく一体的に連結することが可能となり、 高圧段過給機の 高圧タービンと低圧段過給機の低圧タービンとの連結構造が小形コンパクトとな り、 従来技術に比べて高圧段過給機の高圧タービンと低圧段過給機の低圧タービ ン側の設置スペースを低減できる。 これにより、 狭隘なエンジンルーム内への搭 載性を向上できる。
また、 前記高圧タービンハウジング出口のフランジの締付面を基準面にして、 基準面に直角な排気マ二ホールドの排ガス入口フランジの締付面の加工が容易に でき、 これにより、 高圧タービンハウジング及び排気マニホ一ルド 1 0 3の加工 性が向上して、 高圧段排気ターボ過給機の加工、 組立て工数を低減できる。
図面の簡単な説明
第図 1は、 本発明の第 1実施例に係る 2段過給式排気ターボ過給機の全体構造 を示す側面図である。
第図 2は、 前記第 1実施例における高圧過給機及び排気ガス通路のロータシャ フト軸心線に沿う断面図である。
第図 3は、 前記第 1実施例におけるコンプレッサバイパス弁装置を装着した 高圧コンプレッサカバーの外観図である。
第図 4は、 前記第 1実施例における高圧コンプレッサカバーの断面図である。 第図 5は、 （A)は前記第 1実施例におけるコンプレッサバイパス弁の先端部断 面図、 （B ) は （A) における X部拡大断面図である。
第図 6は、 本発明の第 2実施例に係る 2段過給式排気夕一ポ過給機の高圧過給 機及び排気マ二ホールドを示し、 （A) は側面図、 （B) は （A) における Y矢視 図である。
第図 7は、 図 6 (A) における W矢視図である。
第図 8は、 本発明が適用される 2段過給式排気ターボ過給機を備えたディーゼ ルエンジンの給気系及び排気系の概略系統図である。
第図 9は、 従来技術に係る 2段過給式排気ターボ過給機を備えたエンジンの要 部系統図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。 伹し、 この実施例 に記載されている構成部品の寸法、 材質、 形状、 その相対配置などは特に特定的 な記載がない限り、 この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、 単なる 説明例にすぎない。
図 8は本発明が適用される 2段過給式排気ターボ過給機を備えたディーゼルェ ンジンの給気系及び排気系の概略系統図である。
図 8において、 1 0 0はエンジン、 1 0 1は該エンジンのシリンダ （この例で は 4シリンダ)、 1 0 2は給気マ二ホールド、 1 0 3は排気マ二ホールド、 1は高 圧タービン 1 aと該高圧タービン 1 aに同軸駆動される高圧コンプレッサ 1 と をそなえた高圧段過給機、 2は低圧タービン 2 aと該低圧ターピン 2 aに同軸駆 動される低圧コンプレッサ 2 bとをそなえた低圧段過給機である。
1 0 4は前記排気マ二ホールド 1 0 3の排気出口と高圧タービン 1 aの排気入 口とを接続する高圧排気管、 1 1 5は高圧タービン 1 aの排気出口と低圧タ一ビ ン 2 aの排気入口とを接続する排気接続管である。 1 1 8は低圧タービン 2 a駆 動後の排気ガスを外部に排出する排出管である。
1 1 9は外部からの空気を低圧コンプレッサ 2 bの吸入口に導入するための吸 入管である。 2 1は前記低圧コンプレッサ 2 bの給気 （空気） 出口と高圧コンプ レッサ 1 bの給気入口とを接続する給気接続配管である。 1 0 8は前記高圧コン プレッサ 1 bの給気出口と前記給気マ二ホールド 1 0 2とを接続する給気管、 1 0 7は該給気管 1 0 8に設けられてエンジンへの給気を冷却する給気冷却器であ る。
1 0 5は前記排気マ二ホールド 1 0 3から高圧タービン 1 aをバイパスするた めの排気バイパス管、 1 0 6は排気バイパス流量を調整するステージ制御弁であ る。 1 1 6は前記排気接続管の低圧タービン 2 a入口から該低圧タービン 2 aを バイパスして排出管 1 1 8に接続される排気バイパス管、 1 1 7は該排気バイパ ス管を流れるバイパス排気の流量を制御する排気バイパス弁装置である。
1 2は前記給気接続管 2 1の高圧コンプレッサ 1 b入口から該高圧コンプレツ サ 1 bをバイパスして給気管 1 0 8に接続される高圧コンプレッサバイパス管、 5は該高圧コンプレッサバイパス管 1 2を流れるバイパス給気の流量を制御する コンプレッサバイパス弁装置である。
1 0 9は前記排気マ二ホールド 1 0 3出口の排気ガスの一部を E G R (排気再 循環） ガスとして抽出し、 前記給気管 1 0 8に還流する E G R管、 1 1 0は E G Rの流量を制御する E G R弁である。
かかる 2段過給式排気ターボ過給機を備えたエンジンにおいて、 エンジン 1 0 0の中、 低速運転域で高圧段過給機 1及び低圧段過給機 2の双方を作動させる 2 段過給運転時には、 低速の完全 2ステージ域は前記ステージ制御弁 1 0 6及びコ ンプレッサバイパス弁装置 5とともに排気バイパス弁装置 1 1 7を閉じる。また、 可変 2ステージ域ではコンプレッサバイパス弁装置 5と排気バイパス弁装置 1 1 7を閉じて、 ステージ制御弁 1 0 6を調整する。
これにより、 排気マ二ホールド 1 0 3から排出される排気ガスは、 高圧段過給 機 1の高圧タービン 1 a及び低圧段過給機 2の低圧タービン 2 aを駆動する。 一 方、 低圧夕一ビン 2 aに直結駆動される低圧コンプレッサ 2 bにより第 1段の加 圧がなされた給気は、 高圧夕一ビン 1 aに直結駆動される高圧コンプレッサ 1 b により第 2段の加圧がなされた後、 給気冷却器 1 0 7で冷却され、 給気マ二ホー ルド 1 0 2を通ってエンジン 1 0 0の各シリンダ 1 0 1に供給され、 燃焼に供さ れる。
これにより、 エンジンの中、 低速運転域では、 かかる 2段過給を行なうことに よりエンジンの過給圧及び出力を増加することが可能となる。
また、 エンジン 1 0 0の高速運転域で排気ガス及び給気を高圧段過給機 1をバ ィパスさせて低圧段過給機 2による 1段過給を行なう 1段過給運転時には、 前記 ステージ制御弁 1 0 6及びコンプレッサバイパス弁装置 5を開くとともに、 その 後目標過給圧になるよう排気バイパス弁装置 1 1 7を調整する。
これにより、 排気マ二ホールド 1 0 3から排出される排気ガスの大部分は、 高 圧段過給機 1の高圧タービン 1 aから排気バイパス管 1 0 5を通って排気接続管 1 1 5に入り高圧夕一ビン 1 aを通った一部の排気ガスと合流して低圧タービン 2 aを駆動する。
この場合、 前記一部の排気ガスが通る高圧タービン 1 aはアイドリング回転と なっているので、 高圧コンプレッサ 1 bは殆ど作動しない。
一方、 前記低圧夕一ビン 2 aに直結駆動される低圧コンプレッサ 2 bにより第 1段の加圧がなされた給気の大部分は高圧コンプレッサ 1 bをバイパスし、 高圧 コンプレッサバイパス管 1 2を通って前記高圧コンプレッサ 1 bを通った一部の 給気と合流し、 給気管 1 0 8を経てエンジン 1 0 0の各シリンダ 1 0 1に供給さ れる。
これにより、 エンジン 1 0 0の高速運転域では排気ガス及び給気の大部分を高 圧段過給機 1をバイパスさせて低圧段過給機 2による 1段過給を行なうことによ り、 高いタービン効率で以つて安定運転を実現させている。
本発明は、 かかる構成をそなえた多段過給式排気ターボ過給機の構造の改良に 係るものである。
【実施例 1】
本発明は、 かかる構成をそなえた多段過給式排気ターボ過給機の構造の改良に 係るものである。
図 1は本発明の第 1実施例に係る 2段過給式排気ターボ過給機の全体構造を示 す側面図、 図 2は高圧過給機及び排気ガス通路のロー夕シャフト軸心線に沿う断 面図、 図 3はコンプレッサバイパス弁装置を装着した高圧コンプレッサカバーの 外観図、 図 4は該高圧コンプレッサカバーの断面図である。
図 1〜4において、 1は高圧夕一ビン 1 aと該高圧タービン 1 aに同軸駆動さ れる高圧コンプレッサ 1 bとをそなえた高圧段過給機、 2は低圧タービン 2 a (図 8参照） と該低圧夕一ビン 2 aに同軸駆動される低圧コンプレッサ 2 b (図 8参 照） とをそなえた低圧段過給機である。
1 0は前記高圧段過給機 1の高圧タービンハウジング、 9は高圧コンプレッサ カバ一、 1 1は排気ガス通路である。 2 sは前記低圧段過給機 2の低圧タービン ハウジング、 2 tは低圧コンプレッサカバ一である。 これらの詳細は後述する。
2 1は前記低圧コンプレッサカバー 2 tと高圧コンプレッサカバ一 9とを接続 する給気接続配管である。 該給気接続配管 2 1は鋼管、 アルミニウム管等の金属 あるいは可撓性を有する樹脂材ゃ硬質ゴム材の管等からなり、 前記低圧コンプレ ッサカバー 2 t及び高圧コンプレッサカバ一 9の接続部を、 クランプによる締付 け結合としている （それ以外の接続態様でもよい）。
前記高圧段過給機 1の詳細を示す図 2において、 1 0は铸造品からなる高圧夕 一ビンハウジング、 1 aはラジアル流型の高圧タービン、 l bは該高圧タービン 1 aに直結駆動される高圧コンプレッサ、 3は該高圧夕一ビン 1 aと高圧コンプ レッサ 1 bとを連結する高圧ロータシャフト、 9は铸造品からなる高圧コンプレ ッサカバ一、 6は铸造品からなる高圧軸受ハウジングである。
前記高圧口一夕シャフト 3は 2個の軸受を介して高圧軸受ハウジング 6に回転 自在に支持されている。 Mは排気ターボ過給機の回転軸心である。
1 1は铸造品からなる排気ガス通路で、 図 2のように、 前記高圧タービン l a の回転軸心 M上において前記高圧タービンハウジング 1 0のフランジ （1 0 aは フランジ面） に図示しない複数のポルトによって結合され、 前記回転軸心 Mに直 角方向に低圧タービン接続フランジ 1 2が形成されている。 該低圧夕一ビン接続 フランジ 1 2には、 図 1のように、 前記低圧タービンハウジング 2 sが複数のボ ルト （1 2 zはポルト穴） によって直接連結されている。
前記高圧コンプレッサカバー 9は、 図 2、 図 4のように、 前記低圧コンプレツ サ 2 bから前記給気接続配管 2 1を通して給気が導入されるコンプレッサ入口通 路 7と、 該コンプレッサ入口通路 7から分岐されてコンプレッサバイパス通路 1 2に接続されるバイパス入口通路 8 aとが内設されるとともに、 前記コンプレツ サ入口通路 7とバイパス入口通路 8 aとの間には、 コンプレッサバイパス弁装置 5による開閉部 5 cが形成されている。
また、 図 4のように、 前記高圧コンプレッサカバ一 9には、 前記コンプレッサ バイパス通路 1 2が内設されたバイパス配管 8を、 前記高圧コンプレッサ 1 の 回転軸心 Mに対してほぼ直角方向に、 且つコンプレツサバイパス弁装置 5が組み 込まれたケース 5 3と隣り合わせて一体形成している。
図 2〜4、 特に図 3 (A)、 (B) において、 前記コンプレッサバイパス弁装置 5は、 前記バイパス入口通路 8 aに設けられた前記開閉部 5 cを開閉することに より前記コンプレッサ入口通路 7とコンプレッサバイパス通路 1 2とを連通、 遮 断せしめるコンプレッサバイパス弁 5 1と、 該コンプレッサバイパス弁 5 1を駆 動するァクチユエ一夕 5 2とを一体化して単一のケース 5 3に収納し、 前記ケー ス 5 3を前記高圧コンプレッサカバ一 9の上部に着脱自在に取り付けている。 そ して、 前記ァクチユエ一タ 5 2によって前記コンプレッサバイパス弁 5 1を往復 駆動させて、 該コンプレッサバイパス弁 5 1の傘状の弁体 5 1 aを前記開閉部 5 cに形成された弁座 5 5に着脱することにより、 前記コンプレッサ入口通路 7と コンプレッサバイパス通路 1 2とを連通、 遮断せしめる。
図 5 (A) はコンプレッサバイパス弁の先端部断面図、 図 5 (B ) は図 5 (A) における X部拡大断面図である。 図 5の （A)、 (B ) 及び図 2において、 前記コ ンプレッサバイパス弁 5 1は、 前記ァクチユエ一夕 5 2により往復駆動され、 前 記開閉部 5 cに設けられた弁座 5 5に着脱される傘状の弁体 5 1 aをそなえ、 図 5 (B ) のように該弁体 5 1 aの前記弁座 5 5とのシート面 5 1 cを球状のシ一 卜面に構成する。 5 1 bは弁棒である。
このように構成すれば、 コンプレッサ入口通路 7とコンプレッサバイパス通路 1 2との間を開閉するコンプレッサバイパス弁 5 1の傘状の弁体 5 1 aのシート 面 5 1 cと前記高圧コンプレッサカバ一 9に形成された弁座 5 5とを線接触とす ることにより、 弁体 5 1 aのシート面 5 1 cと弁座 5 5とのシート部の微小誤差 を吸収できることによって、 該シート部の当たりを均一化することができ、 製品 間のシール機能のばらつきが無くなり、 シール精度の安定したコンプレツサバイ パス弁装置 5が得られる。
かかる第 1実施例によれば、 高圧コンプレッサ 1 bの高圧コンプレッサカバー 9を、低圧コンプレッサ 2 bからの給気が導入されるコンプレッサ入口通路 7と、 該コンプレッサ入口通路 7とコンプレッサバイパス通路 1 2との間を開閉するコ ンプレッサバイパス弁装置 5による開閉部 5 cを有するバイパス入口通路 8 aと を内蔵して形成された一体形のコンプレッサカバー 9に構成し、 さらに加えて、 前記一体形のコンプレッサカバー 9に、 コンプレッサバイパス通路 1 2に接続さ れるバイパス配管 8を、 高圧コンプレッサ 1 bの回転軸心 Mに対してほぼ直角方 向に、 且つ前記コンプレッサバイパス弁装置 5が組み込まれたケース 5 3に隣り 合わせて形成したので、 高圧コンプレッサカバー 9に、 高圧コンプレッサ l bへ の給気入口通路と、 該給気入口通路から分岐されてコンプレッサバイパス弁装置 5による開閉部 5 cが形成されたバイパス入口通路 8 aと、 コンプレッサバイパ ス通路 1 2に接続されるバイパス配管 8とを、 配管類を一切使用することなく一 体に形成できる。
これにより、 高圧コンプレッサ 1 bの給気入口部及びコンプレッサバイパス通 路 1 2への接続部の構造が小形コンパクトになって、 前記従来技術に比べて高圧 コンプレッサ 1 bの設置スペースを低減でき、 狭隘なエンジンルーム内への搭載 性を向上した 2段過給式排気ターボ過給機付きエンジンが得られる。
さらに、 前記コンプレッサバイパス弁装置 5を、 前記バイパス入口通路 8 aに 形成されたコンプレッサ入口通路 7とコンプレッサバイパス通路 1 2との開閉部 5 cを開閉するコンプレッサバイパス弁 5 1と、 これを駆動するァクチユエ一夕 5 2とを一体化して単一のケース 5 3に収納したので、 コンプレッサバイパス弁 5 1とァクチユエ一夕 5 2とを単一のケース 5 3に収納してセッ卜化したコンプ レッサバイパス弁装置 5を高圧コンプレッサカバー 9に取付けることとなり、 コ ンプレッサバイパス弁装置 5の組付け性、 施工性が向上し、 組立コストも低減で きる。
【実施例 2】
図 6は本発明の第 2実施例に係る 2段過給式排気夕一ポ過給機の高圧過給機及 び排気マ二ホールドを示し、 図 6 (A) は側面図、 図 6 (B) は図 6 (A) にお ける Y矢視図である。 図 7は図 6 (A) における W矢視図である。
図 6〜 7において、 1 0 3は排気マ二ホールドで、 該排気マ二ホールド 1 0 3 と前記高圧過給機 1の高圧タービンハウジング 1 0とを一体铸造品で構成してい る。 そして、 前記排気ガス通路 1 1は、 該高圧夕一ビンハウジング 1 0のフラン ジ 1 0 bのフランジ面 1 0 aに、 前記高圧タービン 1 aの回転軸心 M上に沿うよ うに、 図示しない複数のポルトによって直接連結されている。
1 0 3 aは各シリンダ 1 0 1 (図 8参照） への排ガス入口フランジで、 各排ガ ス入口フランジ 1 0 3 aのフランジ面 1 0 3 bは、 高圧夕一ビンハウジング 1 0 のフランジ面 1 0 aに対して直角な面に形成され、 前記各シリンダ 1 0 1の排気 出口フランジ （図示省略） に、 図示しない複数のポルトで締着される。
また、 前記第 1実施例に記載のように、 前記排気ガス通路 1 1には、 前記回転 軸心 Mに直角方向に低圧夕一ビン接続フランジ 1 2が形成され、 該低圧タービン 接続フランジ 1 2には、 図 1のように、 前記低圧タービンハウジング 2 sが複数 のボルト （1 2 zはポルト穴） によって直接連結されている。 これにより、 前記 高圧タービン 1 aから排気ガス通路 1 1内に排出されたガスが、 図 6のように前 記低圧タービン接続フランジ 1 2内に形成された排ガス通路 1 1 sを通って前記 低圧夕一ビン 2 aの入口に導かれることとなる。
1 5は、 E G Rガスを抽出するための E G R抽出フランジである。
かかる第 2実施例によれば、 铸造により排気マ二ホールド 1 0 3と一体に形成 した高圧夕一ビンハウジング 1 0出口のフランジ 1 O bに、 高圧過給機 1の回転 軸心 M上において排気ガス通路 1 1を直接連結し、 該排気ガス通路 1 1に高圧過 給機 1の回転軸心 Mに直角方向に形成された低圧タービン接続フランジ 1 2に低 圧タービンハウジング 2 sを直接連結するので、高圧タービンハウジング 1 0と、 排気ガス通路 1 1と、 低圧タービンハウジング 2 sとを配管を介することなく直 結することができて、 排気マ二ホールド 1 0 3に一体形成した高圧夕一ビンハウ ジング 1 0と排気ガス通路 1 1を介しての低圧タービンハウジング 2 sとを一体 的に連結することが可能となり、 高圧段過給機 1の高圧夕一ビンハウジング 1 0 と低圧段過給機 2の低圧夕一ビンハウジング 2 sとの連結構造が小形でコンパク トとなり、 高圧段過給機 1の高圧タービン側と低圧段過給機 2の低圧夕一ビン側 の設置スペースを低減できる。 これにより、 狭隘なエンジンルーム内への搭載性 を向上できる。
また、 かかる第 2実施例によれば、 前記高圧タービンハウジング 1 0出口のフ ランジ 1 0 bの締付面であるフランジ面 1 0 aを基準面にして、 基準面に直角な 排気マ二ホールド 1 0 3の排ガス入口フランジ 1 0 3 aのフランジ面 1 0 3 の 加工が容易にできる。
これにより、 高圧夕一ビンハウジング 1 0及び排気マ二ホールド 1 0 3の加工 性が向上して、 高圧段排気ターボ過給機 1の加工、 組立工数を低減できる。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 多段過給式排気ターボ過給機の構造を小形コンパクト化する ことにより、 狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上した多段過給式排気夕一 ポ過給機をそなえたエンジンを提供する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . エンジンの排気マ二ホールドから排出される排気ガスにより駆動される高 圧夕一ビンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆 動される低圧タービンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、 前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第 1段加圧がなされた給気を給気接続配 管を通して前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第 2段加圧を行いエンジンに 供給するように構成した多段過給式排気夕一ポ過給機であって、 前記高圧コンプ レッサ入口の給気の一部をコンプレッサバイパス弁装置により開閉されるコンプ レッサバイパス通路を通して前記高圧コンプレッサの給気出口側にバイパスさせ るように構成された多段過給式排気ターボ過給機において、 前記高圧コンプレツ サの高圧コンプレツサカバーを、 給気のコンプレッサ入口通路及びコンプレッサ ノ'ィパス弁装置による開閉部を有するバイパス入口通路が内蔵された一体形コン プレッサカバーに構成したことを特徴とする多段過給式排気ターボ過給機。
2 . 前記コンプレッサバイパス弁装置は、 前記バイパス入口通路に設けられた 前記開閉部を開閉することにより前記コンプレッサ入口通路とコンプレッサバイ パス通路とを連通、 遮断せしめるコンプレッサバイパス弁と、 該コンプレッサバ ィパス弁を駆動するァクチユエ一夕とを一体化して単一のケースに収納し、 前記 ケースを前記高圧コンプレッサカバーに着脱自在に取り付けたことを特徴とする 請求項 1記載の多段過給式排気ターボ過給機。
3 . 前記高圧コンプレッサカバーは、 前記コンプレッサバイパス弁装置のケ一 スと前記コンプレッサバイパス通路に接続されるバイパス配管とが、 隣り合わせ て且つ前記高圧コンプレッサの回転軸心に対してほぼ直角方向に一体形成されて なることを特徴とする請求項 1記載の多段過給式排気夕一ボ過給機。
4. 前記コンプレッサバイパス弁は、前記ァクチユエ一夕により往復駆動され、 前記開閉部に設けられた弁座に着脱される傘状の弁体をそなえ、 該弁体の前記弁 座とのシート部を球状のシート面に構成したことを特徴とする請求項 2記載の多 段過給式排気ターボ過給機。
5 . エンジンの排気マ二ホールドから排出される排気ガスにより駆動される高 圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆 動される低圧タービンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、 前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第 1段加圧がなされた給気を給気接続配 管を通して前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第 2段加圧を行いエンジンに 供給するように構成した多段過給式排気ターボ過給機であって、 前記高圧コンプ レッサ入口の給気の一部をコンプレッサバイパス弁装置により開閉されるコンプ レッサバイパス通路を通して前記高圧コンプレツサの給気出口側にバイパスさせ るように構成された多段過給式排気夕一ポ過給機において、
前記排気マ二ホールドと高圧夕一ビンハウジングとを一体铸造品で構成して、 高圧夕一ビンハウジング出口に排気ガス通路を直接連結し、 前記排気ガス通路の 低圧夕一ビン接続フランジに低圧タービンハウジングを直接連結してなることを 特徴とする多段過給式排気夕一ボ過給機。
6 . 前記高圧夕一ビンハウジング出口のフランジの締付面と排気マ二ホールド の排ガス入口フランジの締付面とを互いに直角な面に配置したことを特徴とする 請求項 5記載の多段過給式排気ターボ過給機。
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