JP2010216365A - 内燃機関の過給システム - Google Patents

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Abstract

【課題】高圧タービンを迂回して排気バイパス通路を通過する排気のエネルギを活用することが可能な内燃機関の過給システムを提供する。
【解決課題】低圧ターボ過給機４及び高圧ターボ過給機５と、高圧ターボ過給機５のタービン５ｂを経由して排気を導く排気主通路３ａと、高圧ターボ過給機５のタービン５ｂを迂回して低圧ターボ過給機４のタービン４ｂよりも上流で排気主通路３ａと合流する排気バイパス通路３ｂとを備えた過給システムにおいて、排気主通路３ａと排気バイパス通路３ｂとの合流部１０に流路切替弁１１を設け、その流路切替弁１１には、合流部１０の角部１０ａに設けられた軸１１ｄを中心として、排気主通路３ａを閉鎖する第１の閉位置と排気バイパス通路３ｂを閉鎖する第２の閉位置との間で回転可能、かつ、排気主通路３ａ及び排気バイパス通路３ｂの両者を開く位置でも停止可能な弁体１１ａを設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、低圧ターボ過給機と高圧ターボ過給機とが直列的に設けられた内燃機関の過給システムに関する。
低圧ターボ過給機と高圧ターボ過給機とを直列的に配置した過給システムでは、高圧タービン及び低圧タービンを順次通過する排気主通路に、高圧タービンを迂回する高圧バイパス通路を接続し、そのバイパス通路の開度を切替弁にて変化させることにより高圧タービンの排気流量を制御することが一般に行われている。この種の過給システムとしては、例えば、高圧バイパス通路と排気主通路との合流部に低圧タービンを迂回する低圧バイパス通路をさらに接続し、その合流部に、切替弁を設置してその弁体を合流部の中心の回りに回転させて、高圧バイパス通路又は低圧バイパス通路を選択的に閉じるシステムが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
特開２００７−１５４６８４号公報 特許第３９１８８５５号公報
上述した二段式の過給システムとしては、高圧バイパス通路の開度調整をその高圧バイパス通路の途中の切替弁にて行う構成のシステムも存在する。しかしながら、そのような構成では、切替弁を中間開度に設定した際に、切替弁を通過した直後の高速の排気のエネルギが合流部に達する迄の間の圧力損失で無駄に消費され、その排気のエネルギを活用することが困難である。上述した特許文献１のシステムでは合流部に切替弁が設けられているものの、その切替弁の弁体が合流部の中心位置にある軸として回転する構造であるために、高圧バイパス通路からの排気のエネルギを有効に活用することは困難である。
そこで、本発明は、高圧タービンを迂回して排気バイパス通路を通過する排気のエネルギを活用することが可能な内燃機関の過給システムを提供することを目的とする。
本発明の内燃機関の過給システムは、低圧ターボ過給機と、前記低圧ターボ過給機のタービンよりも排気通路の上流に配置されたタービン及び前記低圧ターボ過給機のコンプレッサよりも吸気通路の下流に配置されたコンプレッサをそれぞれ有する高圧ターボ過給機と、前記高圧ターボ過給機のタービンを経由して排気を導く排気主通路と、前記高圧ターボ過給機のタービンを迂回して前記低圧ターボ過給機のタービンよりも上流で前記排気主通路と合流する排気バイパス通路と、前記排気主通路と前記排気バイパス通路との合流部の角部に設けられた軸を中心として、前記排気主通路を閉鎖する第１の閉位置と前記排気バイパス通路を閉鎖する第２の閉位置との間で回転可能、かつ、前記第１の閉位置及び前記第２の閉位置から離れて前記排気主通路及び前記排気バイパス通路の両者を開く位置でも停止可能な弁体を有する流路切替弁とを備えたものである（請求項１）。
本発明の過給システムによれば、合流部に設けられた弁体を第１の閉位置と第２の閉位置との間の位置で停止させた場合、高圧ターボ過給機のタービンを通過した排気と、排気バイパス通路を通過する排気とが弁体の表裏に沿って流れることにより、合流部における排気の流れ方向が概略一致する。そのため、高圧ターボ過給機のタービンから合流部を経由して排気主通路の下流側に向かう排気を、排気バイパス通路からの排気によって加速することができる。しかも、弁体が合流部に設けられているので、排気バイパス通路に導かれた排気が流路切替弁による絞り位置から合流部に至るまでのエネルギ損失が最小に抑えられる。よって、排気バイパス通路からの排気のエネルギを有効に活用することができる。
本発明の一形態に係る過給システムの概略構成を示す図。 流路切替弁の詳細を示す図。 図２のIII−III線に沿った断面図。 弁体が中間位置にあるときの様子を示す図。 弁体の変形例を示す図。 排気バイパス通路の変形例を示す図。
図１は本発明の一形態に係る過給システムを示している。この過給システムは、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、エンジンと称することがある。）に適用される。エンジンは、吸気通路２及び排気通路３を備えている。
吸気通路２には、低圧ターボ過給機４のコンプレッサ４ａと、高圧ターボ過給機５のコンプレッサ５ａとが設けられている。低圧ターボ過給機４のコンプレッサ４ａは、高圧ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの上流に配置されている。吸気通路２には、低圧ターボ過給機４のコンプレッサ４ａ及び高圧ターボ過給機５のコンプレッサ５ａを順次経由して吸気を導く吸気主通路２ａと、低圧ターボ過給機４のコンプレッサ４ａの下流から高圧ターボ過給機５のコンプレッサ５ａを迂回して吸気主通路２ａと合流する吸気バイパス通路２ｂとが設けられている。吸気バイパス通路２ｂには、この通路２ｂを通過する吸気の流量を調整するための吸気バイパス弁６が設けられている。
排気通路３には、高圧ターボ過給機５のタービン５ｂと、低圧ターボ過給機４のタービン４ｂとが設けられている。高圧ターボ過給機５のタービン５ｂは、低圧ターボ過給機４のタービン４ｂの上流に配置されている。排気通路３には、高圧ターボ過給機５のタービン５ｂ及び低圧ターボ過給機４のタービン４ｂを順次経由して排気を導く排気主通路３ａと、高圧ターボ過給機５のタービン５ｂを迂回して低圧ターボ過給機４のタービン４ｂよりも上流で排気主通路３ａと合流する高圧側排気バイパス通路３ｂと、排気主通路３ａ及び高圧側排気バイパス通路３ｂの合流部１０の下流から低圧ターボ過給機４のタービン４ｂを迂回して低圧ターボ過給機４のタービン４ｂの下流で排気主通路３ａと合流する低圧側排気バイパス通路３ｃとが設けられている。低圧側排気バイパス通路３ｃには、この通路３ｃを通過する排気の流量を調整するための排気バイパス弁７が設けられている。
図２に示すように、排気主通路３ａと高圧側排気バイパス通路３ｂとの合流部１０には、流路切替弁１１が設けられている。流路切替弁１１は弁体１１ａを備えている。弁体１１ａは、平板状の本体１１ｂとブラケット１１ｃとを一体に結合した構成を有し、そのブラケット１１ｃが合流部１０の角部１０ａに軸１１ｄを介して取り付けられている。弁体１１ａは、その軸１１ｄを中心として、排気主通路３ａを閉鎖する第１の閉位置と、高圧側排気バイパス通路３ｂの出口を閉鎖する第２の閉位置との間で回転可能である。図２には、弁体１１ａが第２の閉位置にある状態を実線で、第１の閉位置にある状態を想像線でそれぞれ示している。図３は弁体１１ａが第２の閉位置にある様子を示している。図４に示すように、弁体１１ａは、第１及び第２の閉位置から離れて両通路３ａ、３ｂを開く位置でも停止可能である。なお、弁体１１ａの停止位置は、第１及び第２の閉位置の間で連続的に調整可能であってもよいし、第１及び第２の閉位置との間に一又は複数段の停止位置が設定されてもよい。
弁体１１ａは不図示のアクチュエータによって回転駆動され、そのアクチュエータによる弁体１１ａの駆動はエンジンの運転状態に応じて制御される。エンジンが高速高負荷域で運転しているとき、吸気バイパス弁６は開放され、それに合わせて弁体１１ａは第１の閉位置に制御される。エンジンが低速低負荷域で運転しているとき、吸気バイパス弁６は閉鎖され、それに合わせて弁体１１ａは第２の閉位置又は両通路３ａ、３ｂを開く中間位置に制御される。
以上の過給システムにおいては、合流部１０に設けられた弁体１１ａを中間位置で停止させた場合、排気主通路３ａ及び高圧側排気バイパス通路３ｂのそれぞれから合流部１０に達した排気が、図４に矢印で示したように弁体１１ａの表裏面に沿って流れて合流する。従って、タービン５ｂ側から合流部１０を通過して排気主通路３ａの下流域に向かう排気に対して、高圧側排気バイパス通路３ｂから合流部１０に導かれる排気の流れ方向が概略一致する。しかも、弁体１１ａが合流部１０に存在するため、弁体１１による排気の絞り位置から合流部１０に至る間の排気のエネルギ損失も最小である。そのため、バイパス通路３ｂから流出する高速の排気のエネルギにより、タービン５ｂを通過した排気を効率よく加速させることができる。これにより、低圧ターボ過給機４のタービン４ｂの入口の排気のエネルギを高めて、低圧ターボ過給機４のタービン４ｂの過給性能を向上させ、ひいてはエンジンの性能を向上させることができる。
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、図５に示すように、弁体１１ａの先端部にＲ部１１ｅが付されてもよい。これにより、バイパス通路３ｂから合流部１０に流入する排気の流れ方向の均一性を高め、かつ、その流れ方向を高圧側のタービン５ｂからの排気の流れ方向に対してさらに一致させることができる。また、図６に示すように、弁体１１ａの先端部と密着する高圧側排気バイパス通路３ｂの弁座面３ｄを、バイパス通路３ｂの半径方向外側に向かうほどその通路３ｂの下流側にせり出すように傾斜させてもよい。これにより、バイパス通路３ｂから合流部１０に流入する排気の流れ方向をタービン５ｂからの排気の流れ方向にさらに一致させることができる。なお、本発明の過給システムは、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の各種の燃料を利用する内燃機関に適用することができる。
３ 排気通路
３ａ 排気主通路
３ｂ 高圧側排気バイパス通路
４ 低圧ターボ過給機
４ａ コンプレッサ
４ｂ タービン
５ 高圧ターボ過給機
５ａ コンプレッサ
５ｂ タービン
７ 排気バイパス弁
１０ 合流部
１０ａ 合流部の角部
１１ 流路切替弁
１１ａ 弁体
１１ｄ 軸

Claims (1)

  1. 低圧ターボ過給機と、
    前記低圧ターボ過給機のタービンよりも排気通路の上流に配置されたタービン及び前記低圧ターボ過給機のコンプレッサよりも吸気通路の下流に配置されたコンプレッサをそれぞれ有する高圧ターボ過給機と、
    前記高圧ターボ過給機のタービンを経由して排気を導く排気主通路と、
    前記高圧ターボ過給機のタービンを迂回して前記低圧ターボ過給機のタービンよりも上流で前記排気主通路と合流する排気バイパス通路と、
    前記排気主通路と前記排気バイパス通路との合流部の角部に設けられた軸を中心として、前記排気主通路を閉鎖する第１の閉位置と前記排気バイパス通路を閉鎖する第２の閉位置との間で回転可能、かつ、前記第１の閉位置及び前記第２の閉位置から離れて前記排気主通路及び前記排気バイパス通路の両者を開く位置でも停止可能な弁体を有する流路切替弁と、
    を備えた内燃機関の過給システム。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014506646A (ja) * 2011-02-11 2014-03-17 アイ・エイチ・アイ チャージング システムズ インターナショナル ゲーエムベーハー 排気ガスターボチャージャーのブリードバルブのための弁体機構
JP2017125431A (ja) * 2016-01-13 2017-07-20 日野自動車株式会社 二段過給システム
JP2020051394A (ja) * 2018-09-28 2020-04-02 ダイハツ工業株式会社 ウェイストゲートバルブの構造

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