JP2001342839A - Turbo supercharging system - Google Patents

Turbo supercharging system

Info

Publication number
JP2001342839A
JP2001342839A JP2000113872A JP2000113872A JP2001342839A JP 2001342839 A JP2001342839 A JP 2001342839A JP 2000113872 A JP2000113872 A JP 2000113872A JP 2000113872 A JP2000113872 A JP 2000113872A JP 2001342839 A JP2001342839 A JP 2001342839A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbine
compressor
supercharger
cooling
pressure stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000113872A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Tokumaru
武志 徳丸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP2000113872A priority Critical patent/JP2001342839A/en
Publication of JP2001342839A publication Critical patent/JP2001342839A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Supercharger (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a series two-stage supercharge type turbo supercharging system capable of cooling air supplied from a low-pressure stage compressor and avoiding a failure caused by temperature rising of a high-pressure stage compressor by driving a cooling fan with excess energy of exhaust gas. SOLUTION: This series two-stage supercharge type turbo supercharging system has a first turbine 31 of a first supercharger 30 and a second turbine 41 of a second supercharger 40 in an exhaust passage 22 of an internal combustion engine 10, and a second compressor 42 of the second supercharger 40, an intermediate supplied-air cooler 50, and a first compressor 32 of the first supercharger 30 sequentially from the upstream of an intake passage 12. The downstream side than the first turbine 31 and the second turbine 41 is provided with a fan driving turbine 51 for driving the cooling fan 53 for the intermediate supplied-air cooler 50.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンやガソリンエンジン等の内燃機関において、コンプレ
ッサーが2段直列に配置された直列2段式のターボ過給
システムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-line two-stage turbocharging system in an internal combustion engine such as a diesel engine or a gasoline engine, in which compressors are arranged in two stages in series.

【0002】[0002]

【従来の技術】過給機付きエンジンにおいては、吸入空
気を十分にシリンダに供給し充填するために、コンプレ
ッサで昇温された給気の冷却用に吸気通路のコンプレッ
サ下流側にインタークーラやチャージャクーラと呼ばれ
る過給冷却器を設けて、圧縮昇温した給気を冷却してい
る。
2. Description of the Related Art In a supercharged engine, an intercooler or a charger is provided downstream of a compressor in an intake passage for cooling supply air heated by a compressor in order to sufficiently supply and charge intake air to a cylinder. A supercharged cooler called a cooler is provided to cool the compressed and heated supply air.

【0003】また、給気と熱交換するこの過給冷却器を
冷却するために、走行風を当てたり、エンジンにより直
接駆動されるファンや電動ファンで送風したりしてい
る。この走行風による冷却以外の前記手段では駆動損失
が生じ、燃費が悪化する。
In order to cool the supercooler, which exchanges heat with the air supply, running air is blown, or air is blown by a fan directly driven by an engine or an electric fan. In the above-described means other than the cooling by the traveling wind, a driving loss occurs, and fuel efficiency is deteriorated.

【0004】また、大型のエンジンにおいては、負荷や
回転数の大きい時に大容量のタービンを駆動し、負荷や
回転数の小さい時に小容量のタービンに切り替えて、こ
れを駆動して過給する、切替え方式の2段過給システム
がある。
In a large engine, a large-capacity turbine is driven when the load or the number of revolutions is large, and the turbine is switched to a small-capacity turbine when the load or the number of revolutions is small, and the turbine is driven and supercharged. There is a switching type two-stage supercharging system.

【0005】一方、一段の排気ガスタービンから排出さ
れる排気ガスには、なお利用可能な排気エネルギーが十
分にあるので、第2段の排気ガスタービンを設けて第2
段のコンプレッサを駆動して、更に、給気を圧縮して高
過給でエンジンに供給して、充填効率を向上させた直列
二段過給システムが提案されている。
On the other hand, since the exhaust gas discharged from the first-stage exhaust gas turbine still has sufficient exhaust energy available, the second-stage exhaust gas turbine is provided to provide the second-stage exhaust gas turbine.
There has been proposed an in-line two-stage supercharging system in which a stage compressor is driven, the air supply is further compressed, and the air is supplied to the engine at high supercharging to improve the charging efficiency.

【0006】この過給機を直列に2段に配置する構成
は、従来においても知られており、例えば、実開昭61
−118933号公報の車両用二段過給エンジンがあ
る。
A configuration in which the superchargers are arranged in two stages in series is conventionally known.
There is a two-stage supercharged engine for a vehicle disclosed in JP-A-118933.

【0007】この例のように、コンプレッサを直列2段
に配置した場合は、上流側の低圧段のコンプレッサで給
気が圧縮されて昇温し、更に、下流側の高圧段のコンプ
レッサで昇温するので、特に、冷却装置を設けない場合
には、高圧段のコンプレッサーの出口において最大20
0度以上にもなり、高圧段のコンプレッサーの耐熱及び
耐久性が問題となり、また、給気温度が高くなると、シ
リンダへの空気の充填効率も悪くなるので、給気の冷却
が必要になる。
When the compressors are arranged in two stages in series as in this example, the supply air is compressed by the compressor at the low pressure stage on the upstream side to increase the temperature, and the temperature is further increased by the compressor at the high pressure stage on the downstream side. Therefore, especially when no cooling device is provided, a maximum of 20 at the outlet of the compressor in the high pressure stage
At 0 degrees or more, the heat resistance and durability of the high-pressure stage compressor become problematic, and when the supply air temperature increases, the efficiency of filling the cylinder with air also deteriorates, so that the supply air needs to be cooled.

【0008】そのため、この実開昭61−118933
号公報の車両用二段過給エンジンでは、吸気通路の上流
側から順に、低圧段の過給機と高圧段の過給機を設け、
低圧段の過給機から出る吸気を冷却するための第1の給
気冷却装置(中間吸気冷却装置)と高圧段の過給機から
出る吸気を冷却するための第2の給気冷却装置(インタ
ークーラ)を設けて、この2つ給気冷却装置を冷却風の
流路を横切って第2の給気冷却装置を上流側にして、2
段重ねに配置する構成を提案している。
[0008] For this reason, Japanese Utility Model Application Laid-Open No.
In the two-stage supercharging engine for a vehicle disclosed in Japanese Patent Application Publication No. H06-32, a low-pressure stage supercharger and a high-pressure stage supercharger are provided in order from the upstream side of the intake passage,
A first intake air cooling device (intermediate intake air cooling device) for cooling the intake air coming out of the low-pressure stage supercharger and a second air supply cooling device (the intermediate air intake cooling device) for cooling the intake air coming out of the high-pressure stage supercharger ( An intercooler is provided so that the two air supply cooling devices are traversed through the flow path of the cooling air and the second air supply cooling device is located on the upstream side.
It proposes a configuration in which it is arranged in a stack.

【0009】しかしながら、この構成においては、最下
流の第2の給気冷却装置(インタークーラ)は配置可能
であっても、2つのコンプレッサの間に設けられる第1
の給気冷却装置も第2の給気冷却装置と同様な形式で構
成されているため、エンジンのレイアウト上から、スペ
ース的に、また、冷却性能を確保するためにも、2段重
ねの配置は実際上は困難であるという問題がある。
However, in this configuration, even if the second most downstream air supply cooling device (intercooler) can be arranged, the first air cooling device provided between the two compressors can be arranged.
Is also configured in the same manner as the second air supply cooling device, so that it is arranged in a two-tiered configuration in terms of engine layout, space, and cooling performance. Is difficult in practice.

【0010】そのため、給気冷却装置の構造を簡素化し
小型化した上で、第1と第2の給気冷却装置を別の部位
に搭載し、冷却性能を確保するために別途冷却ファン等
を配置して強制的に発生させた風に冷却することが現実
的な解決策となる。
[0010] Therefore, after simplifying and reducing the size of the air supply cooling device, the first and second air supply cooling devices are mounted in different parts, and a separate cooling fan or the like is provided to ensure cooling performance. A practical solution is to arrange and cool to the force generated wind.

【0011】特に、直列2段過給の場合には、低圧段の
コンプレッサの出口で考えると常に冷却を必要とする領
域がある訳ではないので、低圧段のコンプレッサと高圧
段のコンプレッサの間に配置される中間給気冷却装置
は、常にフル稼働する必要は無い。
In particular, in the case of in-line two-stage supercharging, there is not always a region that always requires cooling when considered at the outlet of the low-pressure stage compressor. It is not necessary that the arranged intermediate air supply cooling device always operate at full capacity.

【0012】要は高圧段のコンプレッサを耐熱温度以下
に冷却できれば良いので、可能な限り吸気通路に配設さ
れる中間給気冷却器を簡略化すると共に、この中間給気
冷却器を必要時に冷却できるように構成すれば良いの
で、中間給気冷却器を冷却ファンで冷却する構成にする
のが好ましく、これによれば、吸気配管の構成自体を著
しく簡素化できる。
The point is that it is only necessary to cool the high-pressure stage compressor below the heat-resistant temperature. Therefore, the intermediate air supply cooler disposed in the intake passage is simplified as much as possible, and the intermediate air supply cooler is cooled when necessary. It is preferable to use a cooling fan to cool the intermediate air supply cooler, since this configuration can be used, and the configuration of the intake pipe itself can be significantly simplified.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、1段の
過給システムにおいては、次に説明するような冷却ファ
ンで給気冷却器を冷却するシステムが提案されている
が、それぞれ問題があり、2段過給システムにそのまま
採用できる構成が無い。
However, in a one-stage supercharging system, a system for cooling an air supply cooler by a cooling fan as described below has been proposed, but each system has a problem. There is no configuration that can be adopted as it is in the stage supercharging system.

【0014】例えば、特開昭51−53115号公報で
は、1段の過給システムにおいて、ターボ過給機の排気
通路の上流側に設けたファン駆動用タービンで駆動され
る冷却ファンで、給気通路に設けられた給気冷却器を冷
却する給気冷却装置が提案されている。
For example, in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 51-53115, in a single-stage supercharging system, a cooling fan driven by a fan driving turbine provided on the upstream side of an exhaust passage of a turbocharger supplies air. There has been proposed an air supply cooling device that cools an air supply cooler provided in a passage.

【0015】しかしながら、この構成では、コンプレッ
サを駆動する排気タービンの上流側から分岐した排気バ
イパス通路に冷却ファン用のファン駆動用タービンを設
けているため、排気ガスエネルギーが過給機の排気ター
ビンに投入される前に、このファン駆動用タービンの排
気通路に、排気ガスおよび排気ガスエネルギーを分岐し
てしまうため、エンジンの熱効率が落ちてしまうという
問題がある。
However, in this configuration, since the fan driving turbine for the cooling fan is provided in the exhaust bypass passage branched from the upstream side of the exhaust turbine driving the compressor, the exhaust gas energy is supplied to the exhaust turbine of the supercharger. Since the exhaust gas and the exhaust gas energy are branched into the exhaust passage of the fan driving turbine before being supplied, there is a problem that the thermal efficiency of the engine is reduced.

【0016】また、これを防止するために、低負荷で排
気ガスエネルギーが小さい時には排気ガスエネルギーが
この排気バイパス通路側で無駄に排出されないように、
分岐入口に排気バイパス弁を設けて、給気圧力、排気圧
力、エンジン回転数等の少なくとも1つの検出値を使用
して開閉制御する必要があるので、排気系のシステムが
複雑化するという問題がある。
In order to prevent this, when the load is low and the exhaust gas energy is small, the exhaust gas energy is prevented from being wasted on the exhaust bypass passage side.
Since it is necessary to provide an exhaust bypass valve at the branch inlet and perform opening / closing control using at least one detected value such as an air supply pressure, an exhaust pressure, an engine speed, etc., there is a problem that an exhaust system becomes complicated. is there.

【0017】特に、このような、過給機の上流側に排気
バイパス通路を設ける構成を2段直列の過給システムに
使用した場合には、この低圧段の過給と高圧段の過給の
割合を、排気ガスタービンを迂回する排気バイパス通路
に設けた調整バルブの弁開度により制御を行っているの
で、上流側で排気ガスを分流してしまうと、その分岐量
の影響を受けて、過給用の制御値が変化する。そのた
め、この変化を予測した制御が必要になるが、この制御
は複雑になってしまうので、実際の実施が困難になると
いう問題がある。
Particularly, when such a configuration in which the exhaust bypass passage is provided upstream of the supercharger is used in a two-stage supercharging system, the supercharging of the low-pressure stage and the supercharging of the high-pressure stage are performed. Since the ratio is controlled by the valve opening of the adjustment valve provided in the exhaust bypass passage that bypasses the exhaust gas turbine, if the exhaust gas is diverted upstream, it is affected by the amount of branching. The control value for supercharging changes. Therefore, control that anticipates this change is required, but this control is complicated, and there is a problem that actual implementation becomes difficult.

【0018】また、実開昭60−114233号公報で
は、過給機のコンプレッサ下流側の通気通路にバイパス
通路を設け、このバイパス通路にインタークーラ用の冷
却ファンを駆動するためのタービンを設けた構成が、ま
た、実開閉5−30428号公報には、過給機のコンプ
レッサ下流側の通気通路に、インタークーラ用の冷却フ
ァンを駆動するためのタービンを設けた構成が記載され
ている。
In Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 60-114233, a bypass passage is provided in a ventilation passage downstream of a compressor of a supercharger, and a turbine for driving a cooling fan for an intercooler is provided in the bypass passage. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-30428 discloses a configuration in which a turbine for driving a cooling fan for an intercooler is provided in a ventilation passage downstream of a compressor of a supercharger.

【0019】これらの給気タービンのいずれの場合も、
排気タービンで駆動したコンプレッサによって圧縮した
給気のエネルギーを使用してしまうので、エンジンの熱
効率が落ちてしまうという問題がある。また、給気量に
応じて、ファン駆動用タービンが駆動してしまうので、
分岐通路の場合には、冷却ファンの回転制御のために分
岐弁の制御が必要となる。
In each of these air supply turbines,
Since the energy of the supply air compressed by the compressor driven by the exhaust turbine is used, there is a problem that the thermal efficiency of the engine is reduced. Also, since the fan drive turbine is driven according to the supply air amount,
In the case of a branch passage, it is necessary to control a branch valve to control the rotation of the cooling fan.

【0020】また、高出力、低燃費のエンジンのために
は、過給冷却器を大型化する傾向にあり、走行風が当た
る場所以外にも過給冷却器を設ける必要が生じてきてお
り、据え付け場所を選ばず、しかも燃費を犠牲にしない
過給冷却器の冷却方法が望まれている。
Further, for a high-output, low-fuel-consumption engine, the size of the supercooler tends to be large, and it is necessary to provide the supercooler in a place other than where the traveling wind is applied. There is a demand for a method of cooling a supercharger that does not select an installation location and does not sacrifice fuel efficiency.

【0021】本発明は、上述の問題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、排気エネルギーを効率
よく過給機のエネルギーに変換して高過給を可能とする
直列2段過給のターボ過給システムにおいて、排気ガス
の余剰エネルギーで冷却ファンを駆動することにより、
低圧段のコンプレッサから出る給気を冷却して、高圧段
のコンプレッサの昇温による故障を回避することができ
るターボ過給システムを提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to provide an in-line two-stage supercharger capable of efficiently converting exhaust energy into turbocharger energy to enable high supercharging. By driving the cooling fan with the excess energy of the exhaust gas in the turbocharged system of supply,
An object of the present invention is to provide a turbocharging system that can cool a supply air from a low-pressure stage compressor and avoid a failure due to a rise in temperature of a high-pressure stage compressor.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するためのターボ過給システムは、内燃機関の排気通路
に、排気ガスにより駆動される第1の過給機の第1ター
ビンと第2の過給機の第2タービンを設けると共に、前
記第2タービンにより駆動される第2コンプレッサと前
記第1タービンにより駆動される第1コンプレッサを吸
気通路の上流側から直列に2段配置したターボ過給シス
テムにおいて、前記第1コンプレッサと前記第2コンプ
レッサの間に、前記第2コンプレッサで圧縮され昇温し
た給気を冷却する中間給気冷却器を設けると共に、前記
第1タービン及び前記第2タービンよりも下流側にファ
ン駆動用タービンを設け、該ファン駆動用タービンによ
って駆動される冷却ファンで、前記中間給気冷却器を冷
却するように構成される。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, a turbocharger system includes a first turbine and a first turbine of a first supercharger driven by exhaust gas in an exhaust passage of an internal combustion engine. A turbocharger having a second turbocharger and a second compressor driven by the second turbine and a first compressor driven by the first turbine arranged in two stages in series from the upstream side of an intake passage. In the supercharging system, an intermediate air supply cooler is provided between the first compressor and the second compressor to cool the air supply compressed and heated by the second compressor, and the first turbine and the second turbine are provided. A fan drive turbine is provided downstream of the turbine, and the cooling fan driven by the fan drive turbine cools the intermediate air supply cooler. It is.

【0023】つまり、高圧段(第1)と低圧段(第2)
の2つのコンプレッサの間に冷却ファンで冷却される給
気冷却器を設けて、この冷却ファンの駆動を、両方の過
給機が使用し終わった後の排気エネルギーを利用して行
うように、冷却ファンのファン駆動用タービンを、高圧
段の第1の過給機の第1タービンと低圧段の第2の過給
機の第2タービンの両方よりも下流側に設ける。
That is, the high pressure stage (first) and the low pressure stage (second)
An air supply cooler cooled by a cooling fan is provided between the two compressors, and the cooling fan is driven by using exhaust energy after both superchargers have been used. The fan driving turbine of the cooling fan is provided downstream of both the first turbine of the first supercharger at the high pressure stage and the second turbine of the second supercharger at the low pressure stage.

【0024】上記のように構成したので、高圧段と低圧
段の2つのコンプレッサ間の吸気通路には、中間過給冷
却器だけが配置される極めてシンプルな構成にすること
が可能になる。また、通常はそのままエネルギーを回収
しないで捨てていた低圧段の第2の過給機の第2タービ
ンを出た後の排気ガスエネルギーを利用して冷却ファン
を回転駆動するので、燃費や効率の悪化を招く事がな
い。
With the above configuration, it is possible to provide a very simple configuration in which only the intermediate supercooler is disposed in the intake passage between the two compressors of the high pressure stage and the low pressure stage. Further, since the cooling fan is driven to rotate using the exhaust gas energy after leaving the second turbine of the second supercharger of the low pressure stage, which was normally discarded without recovering the energy as it is, the fuel consumption and efficiency are reduced. It does not cause deterioration.

【0025】特に、高圧段の第1コンプレッサが温度の
危険にさらされる状態は、低圧段の第2コンプレッサが
高い圧縮比を発生している時であるが、この時は低圧段
の打2タービンを駆動する排気ガスエネルギーが多い時
でもあるので、下流側の第2の過給機通過後の排気ガス
のエネルギーも多く、このエネルギーを利用する排気タ
ービン駆動の冷却ファンは、より冷却作用が働くように
作動する。
In particular, the condition in which the first compressor in the high pressure stage is exposed to the danger of temperature is when the second compressor in the low pressure stage is generating a high compression ratio. When the exhaust gas energy for driving the exhaust gas is large, the energy of the exhaust gas after passing through the second supercharger on the downstream side is also large, and the cooling fan driven by the exhaust turbine using this energy works more effectively. Works as follows.

【0026】また、逆に圧縮比が低く、給気の冷却が不
要な時は、低圧段の第2タービンへの排気ガスのエネル
ギーがあまり投入されない時でもあるので、この時は、
排気タービン駆動の冷却ファンの回転は少なくなり、冷
却作用が余り働かなくなる。
On the other hand, when the compression ratio is low and the cooling of the supply air is not necessary, the energy of the exhaust gas to the second turbine in the low pressure stage may not be supplied much.
The rotation of the cooling fan driven by the exhaust turbine is reduced, and the cooling function does not work much.

【0027】つまり、ファン駆動用タービンの性能を最
初に上手く調整して設定しておけば、特別な制御せず
に、給気の冷却が必要な時はこのタービンが早く回転
し、給気の冷却が不要な時はこのタービンが遅く回転
し、自動的に調整されるので、特別な制御系を必要とし
ない。
In other words, if the performance of the fan drive turbine is first adjusted and set well, the turbine rotates quickly when the supply air needs to be cooled, without special control, and the supply air is cooled. When cooling is not required, the turbine rotates slowly and adjusts automatically, so that no special control system is required.

【0028】なお、以上に構成とは異なるような、ター
ボ過給機のタービンの上流側で冷却ファン用のタービン
を駆動する構成では、その排気ガスのエネルギーを冷却
ファン用のタービンで取り出してしまうので、下流側の
2段の過給機の作動に影響がでるため、過給圧制御が複
雑なものとなる。
In a configuration that drives a cooling fan turbine upstream of a turbocharger turbine, which is different from the above configuration, the energy of the exhaust gas is extracted by the cooling fan turbine. Therefore, the operation of the two-stage turbocharger on the downstream side is affected, and the supercharging pressure control is complicated.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るターボ過給シ
ステムについて、図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a turbocharging system according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0030】このターボ過給システム1は、エンジン1
0の排気マニホールド21に接続された排気通路22
に、上流側から順に、高圧段の第1の過給機30の第1
タービン31、低圧段の第2の過給機40の第2タービ
ン41、中間過給冷却器50用の冷却ファン53を減速
機52を介して駆動するファン駆動用タービン51及び
マフラー(サイレンサー)23を設ける。
The turbocharger system 1 includes an engine 1
Exhaust passage 22 connected to exhaust manifold 21
In the order from the upstream side, the first supercharger 30 of the high pressure stage
The turbine 31, the second turbine 41 of the second supercharger 40 in the low-pressure stage, the fan drive turbine 51 that drives the cooling fan 53 for the intermediate supercooler 50 through the speed reducer 52, and the muffler (silencer) 23 Is provided.

【0031】また、給気マニホールド11に接続された
給気通路12に、上流側から順に、エアクリーナ13、
低圧段の第2の過給機(ターボチャージャ)40の第1
コンプレッサ42、中間過給冷却器50、高圧段の第1
の過給機30の第1コンプレッサ32、過給冷却器(イ
ンタークーラ:チャージクーラ)15を設ける。
In addition, an air cleaner 13, an air cleaner 13, is sequentially provided from an upstream side to an air supply passage 12 connected to the air supply manifold 11.
First of the second supercharger (turbocharger) 40 of the low pressure stage
The compressor 42, the intermediate supercooler 50, the first high pressure stage
The first compressor 32 and the supercooler (intercooler: charge cooler) 15 of the supercharger 30 are provided.

【0032】つまり、低圧段の第2の過給機40の第2
タービン41の下流側に、排気ガスGの排気エネルギー
を回収するファン駆動用タービン51を設け、軸上に減
速装置52をつけ冷却ファン53を接続し、その直近に
中間過給冷却器50を設けて、低圧段の第2の過給機4
0の第2コンプレッサ42で圧縮されて昇温した給気A
を冷却する構成とする。
That is, the second supercharger 40 of the low pressure stage
On the downstream side of the turbine 41, a fan driving turbine 51 for recovering the exhaust energy of the exhaust gas G is provided, a reduction gear 52 is mounted on a shaft, a cooling fan 53 is connected, and an intermediate supercooler 50 is provided immediately near the turbine. And the second supercharger 4 of the low pressure stage
0 air supply A that has been compressed by the second compressor 42
Is cooled.

【0033】そして、第1の過給機30の第1コンプレ
ッサ32の下流側の過給冷却器15の冷却は周知の技術
と同様に、エンジン直動の冷却ファンや走行風等によっ
て冷却されるように構成する。
The cooling of the supercharger 15 downstream of the first compressor 32 of the first supercharger 30 is performed by a cooling fan driven directly by the engine, a running wind or the like, similarly to the known technique. The configuration is as follows.

【0034】また、高圧段の第1の過給機30の第1タ
ービン31を迂回する排気バイパス通路24を設けると
共に、この排気バイパス通路24の入口に調整バルブ2
5を設けて構成する。
An exhaust bypass passage 24 bypassing the first turbine 31 of the first supercharger 30 in the high-pressure stage is provided, and a regulating valve 2 is provided at the inlet of the exhaust bypass passage 24.
5 is provided.

【0035】そして、この調整バルブ25をエンジンの
回転数等に基づいて開閉制御することにより、第1の過
給機30の第1タービン31と第2の過給機40の第2
タービン41の駆動量を調整し、この調整により、高圧
段の第1コンプレッサ32と低圧段の第2コンプレッサ
42による給気の圧縮比の割合等を調整する。
By controlling the opening and closing of the regulating valve 25 based on the engine speed and the like, the first turbine 31 of the first supercharger 30 and the second turbine of the second supercharger 40 are controlled.
The drive amount of the turbine 41 is adjusted, and by this adjustment, the ratio of the compression ratio of the supply air by the first compressor 32 in the high-pressure stage and the second compressor 42 in the low-pressure stage is adjusted.

【0036】この構成によれば、エンジン10の排気マ
ニホールド21より排出される排気ガスGは、高圧段の
第1の過給機30に送られ第1タービン31を駆動し、
同軸上の第1コンプレッサ32を回転させ、吸入空気の
過給を行い、この第1タービン31を通過したガスは、
更に、低圧段の第2の過給機40に送られ第2タービン
41を駆動する。
According to this configuration, the exhaust gas G discharged from the exhaust manifold 21 of the engine 10 is sent to the first supercharger 30 at the high pressure stage to drive the first turbine 31,
The first compressor 32 on the same axis is rotated to supercharge the intake air, and the gas that has passed through the first turbine 31 is
Further, it is sent to the second supercharger 40 of the low pressure stage to drive the second turbine 41.

【0037】そして、排気ガスGは、通常はマフラー2
3を経て大気に放出されるが、この本発明に係る過給シ
ステムでは、排気ガスGから排気エネルギーを取り出す
ファン駆動用タービン51を駆動してからマフラー23
を経て大気に放出される。
The exhaust gas G is usually supplied to the muffler 2
In the supercharging system according to the present invention, the fan driving turbine 51 for extracting exhaust energy from the exhaust gas G is driven, and then the muffler 23 is released.
It is released to the atmosphere through.

【0038】一方、給気Aは、エアクリーナ13を通過
後、低圧段の第2の過給機40の第2コンプレッサ42
によって圧縮され昇温し、その後、冷却ファン53で冷
却される中間過給冷却器50を通過して冷却され、次
に、高圧段の第1の過給機30の第1コンプレッサ32
によって、更に圧縮及び昇温し、過給冷却器15で冷却
された後に吸気マニホールド11に供給される。
On the other hand, after passing through the air cleaner 13, the supply air A is supplied to the second compressor 42 of the second supercharger 40 at the low pressure stage.
And then cooled by an intermediate supercooler 50 cooled by a cooling fan 53, and then cooled by a first compressor 32 of a first supercharger 30 at a high pressure stage.
Then, the pressure is further increased and the temperature is increased. After being cooled by the supercooler 15, the air is supplied to the intake manifold 11.

【0039】以上の構成のターボ過給システムによれ
ば、通常捨てていた、第2の過給機40のタービン41
を駆動した後の排気エネルギーを回収して冷却ファン5
3を駆動することにより、中間過給冷却器50を冷却し
て第1コンプレッサ31を保護するので、電動やエンジ
ン直動のファンに比べてエネルギー損失が少なくなり、
燃費の向上とエンジンの出力アップを図ることができ
る。
According to the turbocharger system having the above-described structure, the turbine 41 of the second supercharger 40, which is normally discarded,
Exhaust energy after driving the cooling fan 5
3 to protect the first compressor 31 by cooling the intermediate supercooler 50, so that the energy loss is reduced as compared with the electric or engine direct drive fan,
It is possible to improve fuel efficiency and increase the output of the engine.

【0040】また、冷却ファン53をエンジン10のク
ランンク軸から直接駆動しないので設置場所の選択の範
囲が広がり、レイアウト上の自由度が大きくなる。
Further, since the cooling fan 53 is not driven directly from the crank shaft of the engine 10, the range of installation locations can be widened and the degree of freedom in layout can be increased.

【0041】ちなみに、一例ではあるが、低圧段の第2
コンプレッサ42の給気Aの出口温度が約100℃であ
る場合に給気の温度と圧力は、冷却ファン53を駆動し
ない場合では、第1コンプレッサ32の入口で約90
℃、約170kPa、出口で約200℃、約290kP
aとなっていたのが、中間過給冷却器50を冷却ファン
53を駆動して冷却した場合は、第1コンプレッサ32
の入口で約60℃、約170kPa、出口で約170
℃、約300kPaとなっており、冷却効果が著しいこ
とが分かる。
Incidentally, as an example, the second low-pressure stage
When the outlet temperature of the air supply A of the compressor 42 is about 100 ° C., the temperature and pressure of the air supply are about 90 ° at the inlet of the first compressor 32 when the cooling fan 53 is not driven.
℃, about 170kPa, about 200 ℃ at the outlet, about 290kP
a, when the intermediate supercooler 50 is cooled by driving the cooling fan 53, the first compressor 32
About 60 ° C, about 170 kPa at the entrance of the
° C and about 300 kPa, which shows that the cooling effect is remarkable.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上の説明したように、本発明に係るタ
ーボ過給システムによれば、次のような効果を奏するこ
とができる。
As described above, according to the turbocharger system of the present invention, the following effects can be obtained.

【0043】低圧段と高圧段の2つのコンプレッサ間の
吸気通路には中間過給冷却器だけを配置するため、ター
ボ過給システムを極めてシンプルな構成にすることがで
きる。
Since only the intermediate supercooler is arranged in the intake passage between the two compressors of the low pressure stage and the high pressure stage, the turbocharger system can have a very simple configuration.

【0044】そして、通常はそのままエネルギーを回収
しないで捨てていた低圧段の過給機のタービンを出た後
の排気ガスエネルギーを利用して中間過給冷却器を冷却
する冷却ファンを回転駆動するので、燃費や効率の悪化
を招く事がなく、エネルギーを効率良く使用できる。そ
のため、燃費が向上し、エンジン出力もアップする。
Then, the cooling fan for cooling the intermediate supercooler is driven by utilizing the exhaust gas energy after leaving the turbine of the low-pressure stage supercharger, which was normally discarded without recovering the energy as it is. Therefore, fuel efficiency and efficiency do not deteriorate, and energy can be used efficiently. Therefore, fuel efficiency is improved and engine output is also increased.

【0045】しかも、駆動タービンの性能を予め調整し
ておけば、自動的に適切な冷却量に調整されるので、特
別な制御系を必要としない。
Further, if the performance of the drive turbine is adjusted in advance, the cooling amount is automatically adjusted to an appropriate value, so that no special control system is required.

【0046】つまり、給気の冷却が必要な低圧段のコン
プレッサが高い圧縮比を発生している時は排気エネルギ
ーも大きいのでファン駆動用タービンが早く回転し、給
気の冷却が不要な圧縮比が低い時は排気エネルギーも小
さいのでファン駆動用タービンの回転が遅くなる。
That is, when the compressor of the low pressure stage requiring the cooling of the air supply generates a high compression ratio, the exhaust energy is large, so that the fan driving turbine rotates quickly, and the compression ratio which does not require the cooling of the air supply is required. Is low, the exhaust energy is small, and the rotation of the turbine for driving the fan is slow.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る実施の形態のターボ過給システム
を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a turbocharging system according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ターボ過給システム 12 吸気通路 22 排気通路 30 第1の過給機 31 第1タービン 32 第2コンプレッサ 40 第2の過給機 41 第2タービン 42 第2コンプレッサ 50 中間過給冷却器 51 ファン駆動用タービン 53 冷却ファン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbocharger system 12 Intake passage 22 Exhaust passage 30 First supercharger 31 First turbine 32 Second compressor 40 Second supercharger 41 Second turbine 42 Second compressor 50 Intermediate supercooler 51 Fan drive Turbine 53 cooling fan

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内燃機関の排気通路に、排気ガスにより
駆動される第1の過給機の第1タービンと第2の過給機
の第2タービンを設けると共に、前記第2タービンによ
り駆動される第2コンプレッサと前記第1タービンによ
り駆動される第1コンプレッサを吸気通路の上流側から
直列に2段配置したターボ過給システムにおいて、 前記第1コンプレッサと前記第2コンプレッサの間に、
前記第2コンプレッサで圧縮され昇温した給気を冷却す
る中間給気冷却器を設けると共に、前記第1タービン及
び前記第2タービンよりも下流側にファン駆動用タービ
ンを設け、該ファン駆動用タービンによって駆動される
冷却ファンで、前記中間給気冷却器を冷却することを特
徴とするターボ過給システム。
An exhaust passage of an internal combustion engine includes a first turbine of a first supercharger driven by exhaust gas and a second turbine of a second supercharger, and is driven by the second turbine. In a turbocharger system in which a second compressor and a first compressor driven by the first turbine are arranged in two stages in series from the upstream side of an intake passage, a turbocharger is provided between the first compressor and the second compressor.
An intermediate air supply cooler for cooling the air supply that has been heated by being compressed by the second compressor, and a fan drive turbine provided downstream of the first turbine and the second turbine; A cooling fan driven by the turbocharger to cool the intermediate supply cooler.
JP2000113872A 2000-03-31 2000-04-14 Turbo supercharging system Pending JP2001342839A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000113872A JP2001342839A (en) 2000-03-31 2000-04-14 Turbo supercharging system

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000098139 2000-03-31
JP2000-98139 2000-03-31
JP2000113872A JP2001342839A (en) 2000-03-31 2000-04-14 Turbo supercharging system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001342839A true JP2001342839A (en) 2001-12-14

Family

ID=26589167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000113872A Pending JP2001342839A (en) 2000-03-31 2000-04-14 Turbo supercharging system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001342839A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7310946B2 (en) 2003-07-31 2007-12-25 Behr Gmbh & Co. Kg Circuit arrangement for cooling charge air and method for operating a circuit arrangement of this type
JP2008513671A (en) * 2004-09-21 2008-05-01 ボルボ ラストバグナー アーベー Pipeline for turbocharger system of internal combustion engine
JP2012515286A (en) * 2009-01-12 2012-07-05 ネイピア ターボチャージャーズ リミテッド 2-stage turbocharger assembly
JP2013060821A (en) * 2011-09-12 2013-04-04 Hino Motors Ltd Intake pipe structure
WO2014199812A1 (en) * 2013-06-11 2014-12-18 ヤンマー株式会社 Engine
CN105240111A (en) * 2015-11-09 2016-01-13 王登峰 Method and device for decreasing intake air temperature of internal combustion engine

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7310946B2 (en) 2003-07-31 2007-12-25 Behr Gmbh & Co. Kg Circuit arrangement for cooling charge air and method for operating a circuit arrangement of this type
CN100458116C (en) * 2003-07-31 2009-02-04 贝洱两合公司 Circuit arrangement for cooling charge air and method for operating a circuit arrangement of this type
JP2008513671A (en) * 2004-09-21 2008-05-01 ボルボ ラストバグナー アーベー Pipeline for turbocharger system of internal combustion engine
JP2012515286A (en) * 2009-01-12 2012-07-05 ネイピア ターボチャージャーズ リミテッド 2-stage turbocharger assembly
JP2013060821A (en) * 2011-09-12 2013-04-04 Hino Motors Ltd Intake pipe structure
WO2014199812A1 (en) * 2013-06-11 2014-12-18 ヤンマー株式会社 Engine
EP3009630A4 (en) * 2013-06-11 2017-01-25 Yanmar Co., Ltd. Engine
US10047664B2 (en) 2013-06-11 2018-08-14 Yanmar Co., Ltd. Engine
CN105240111A (en) * 2015-11-09 2016-01-13 王登峰 Method and device for decreasing intake air temperature of internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10107180B2 (en) Two-stage supercharging internal combustion engine having an exhaust-gas aftertreatment arrangement, and method for operating a two-stage supercharged internal combustion engine
US10526955B2 (en) Supercharging device for an internal combustion engine, and operating method for the supercharging device
US6354084B1 (en) Exhaust gas recirculation system for a turbocharged internal combustion engine
JP4656821B2 (en) Engine brake device for an internal combustion engine with turbocharging
JP4648941B2 (en) Internal combustion engine with two exhaust gas turbochargers
US10378433B2 (en) Supercharged internal combustion engine with exhaust-gas turbocharging arrangement, and method for operating an internal combustion engine of said type
CN101842565B (en) With the internal combustion engine of exhaust-driven turbo-charger exhaust-gas turbo charger and charger-air cooler
US10513972B2 (en) Supercharger device for an internal combustion engine, and a method for operating said supercharger device
KR101734250B1 (en) Engine system
JP2004308487A (en) Exhaust gas supercharged engine with egr
US20180163616A1 (en) Engine system
WO2007040070A1 (en) Egr system of internal combustion engine
JP2009115089A (en) Engine with supercharger and its operating method
JP2013108479A (en) Diesel engine
JP3674254B2 (en) EGR device for supercharged engine
JPS5982526A (en) Supercharger for internal-combustion engine
JP2007138798A (en) Multiple stage supercharging system
JP2005009314A (en) Supercharger for engine
JP2012197716A (en) Exhaust loss recovery device
KR101566133B1 (en) An internal combustion engine and method of operating an internal combustion engine
JP2001342839A (en) Turbo supercharging system
JP6307616B2 (en) Internal combustion engine system
KR101628402B1 (en) Apparatus for cooling the charged air of Diesel Engine with water cooling type intercooler and cooling method therefor
JP2001280142A (en) Turbo supercharging system
JP4136262B2 (en) Turbocharger system