JP2010281271A - Internal combustion engine with two-stage supercharger - Google Patents

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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine with a two-stage supercharger for actualizing smooth changeover from the high-pressure stage supercharger to the low-pressure stage supercharger. <P>SOLUTION: A diesel engine 1 includes the high-pressure stage supercharger 8 and the low-pressure stage supercharger 9 connected in a two-stage series. A high-pressure-stage turbine 8a of the high-pressure stage supercharger 8 has an inlet and an outlet connected to each other through first an second bypass exhaust pipes 12a, 12b arranged in parallel to each other and in which first and second valves 14a1, 14b1 are arranged, respectively. Each of the first and second valves 14a1, 14b1 and a rod 25a of an actuator 25 for opening and closing it are connected to each other via a link mechanism 26. When the first valve 14a1 is opened at a preset valve opening or greater, the second valve 14b1 is linked therewith to be opened by the link mechanism 26. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、2段式過給機付き内燃機関に関し、更に詳しくは、高圧段過給機から低圧段過給機への切り替えを円滑に行うことが可能な2段式過給機付き内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine with a two-stage supercharger, and more specifically, an internal combustion engine with a two-stage supercharger capable of smoothly switching from a high-pressure supercharger to a low-pressure supercharger. About.

2段式過給機付き内燃機関においては、高圧段および低圧段の容量差のある2つの過給機を直列に設けるとともに、内燃機関の運転状態に応じて適切な過給機を選択可能なようにバイパスを設け、過給システムの作動領域の拡大を図っている。すなわち、低速回転・低負荷運転時には高圧段過給機を使用し、高速回転・高負荷運転時には低圧段過給機を使用するというように、内燃機関の運転状態に応じて高圧段過給機と低圧段過給機とを切り替えて使用している。   In an internal combustion engine with a two-stage supercharger, two superchargers having a capacity difference between a high pressure stage and a low pressure stage are provided in series, and an appropriate supercharger can be selected according to the operating state of the internal combustion engine. Thus, a bypass is provided to expand the operating area of the supercharging system. In other words, the high-pressure stage turbocharger is used during low-speed rotation / low-load operation, and the low-pressure stage turbocharger is used during high-speed rotation / high-load operation. And a low-pressure supercharger.

ところで、2段式過給機付き内燃機関においては、高圧段過給機から低圧段過給機に切り替える際、排気切り替えバルブを使用する前段階として、高圧段過給機の圧縮機の出口圧を用いた正圧駆動方式により高圧段過給機のタービン側のウェイストゲートバルブの開閉を制御している。このため、過渡運転時において、高圧段過給機から低圧段過給機に仕事が円滑に移行する。   By the way, in an internal combustion engine with a two-stage supercharger, when switching from a high-pressure supercharger to a low-pressure supercharger, the outlet pressure of the compressor of the high-pressure supercharger is used as a stage before using the exhaust switching valve. The opening and closing of the waste gate valve on the turbine side of the high-pressure supercharger is controlled by a positive pressure drive system using the. For this reason, at the time of transient operation, work smoothly transfers from the high-pressure stage supercharger to the low-pressure stage supercharger.

この正圧駆動方式によりウェイストゲートバルブを制御する際、高圧段過給機の圧縮機の出口圧が予め設定しておいた圧力に達するとウェイストゲートバルブが開き、高圧段過給機から低圧段過給機へと使用領域が切り替わってゆく。   When controlling the waste gate valve by this positive pressure drive system, the waste gate valve opens when the outlet pressure of the compressor of the high pressure turbocharger reaches a preset pressure, and the high pressure turbocharger opens the low pressure stage. The usage area switches to the turbocharger.

高圧段過給機の圧縮機の出口圧は、エンジンの回転速度または負荷(燃料噴射量)が高くなると、それに比例して上昇するため、さらにウェイストゲートバルブを開く必要がある。しかし、ウェイストゲートバルブの有効開口面積に対して高圧段過給機のタービンの入口圧が高くなる(すなわち、排気ガス流量が多くなる)と、ウェイストゲートバルブの前後の圧力が臨界圧力比に達し、ウェイストゲートバルブを通過する排気ガス流量はウェイストゲートバルブの開度とは関係なく一定となる(以下、この状態をチョーク状態という)。このチョーク状態からさらにエンジンの回転速度または負荷が高くなると、ウェイストゲートバルブが配置されるバイパスを通じて低圧段過給機のタービンへと逃がしきれなくなった排気ガスが高圧段過給機のタービンへと流れるため、排気マニホールドの内圧の上昇等が起こる。また、高圧段過給機から低圧段過給機への切り替えが円滑に行われなくなるため、必要な空気量を確保できない。このため、EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガス流量を多くすることができないので、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)に関する排気性能が低下する。また、高圧段過給機のタービンの入口圧も増加することから、排気マニホールド内圧が上昇し、燃費等にも悪影響を及ぼす。   Since the outlet pressure of the compressor of the high-pressure supercharger increases in proportion to an increase in engine speed or load (fuel injection amount), it is necessary to further open the waste gate valve. However, if the inlet pressure of the high-pressure turbocharger turbine becomes higher than the effective opening area of the wastegate valve (that is, the exhaust gas flow rate increases), the pressure before and after the wastegate valve reaches the critical pressure ratio. The flow rate of exhaust gas passing through the waste gate valve is constant regardless of the opening degree of the waste gate valve (hereinafter, this state is referred to as a choke state). When the engine speed or load further increases from this choke state, exhaust gas that cannot be released to the turbine of the low-pressure supercharger flows to the turbine of the high-pressure supercharger through the bypass where the wastegate valve is arranged. For this reason, the internal pressure of the exhaust manifold increases. In addition, since the switching from the high-pressure stage supercharger to the low-pressure stage supercharger cannot be performed smoothly, a necessary amount of air cannot be ensured. For this reason, since an EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas flow rate cannot be increased, exhaust performance relating to nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas is deteriorated. Moreover, since the inlet pressure of the turbine of the high-pressure turbocharger also increases, the exhaust manifold internal pressure rises, which adversely affects fuel consumption and the like.

さらに、エンジンの回転速度または負荷が高くなる条件では、排気切り替えバルブを開くことで、低圧段過給機単体で過給する形態へと切り換えるが、その切り替えに際しても、ウェイストゲートバルブがチョークしていると排気ガス流路および低圧段過給機へと流れる排気ガス流量が大きく変わるため、過渡運転時においては、排気ガスにおけるNOxの排気性能や燃費等に悪影響を及ぼす。   In addition, under conditions where the engine speed or load is high, the exhaust switching valve is opened to switch to a mode in which the low-pressure supercharger alone is supercharged. If so, the flow rate of the exhaust gas flowing to the exhaust gas flow path and the low-pressure supercharger greatly changes, and therefore, during transient operation, NOx exhaust performance in exhaust gas, fuel consumption, etc. are adversely affected.

一方で、排気切り替えバルブのように電磁可変調整弁(EVRV:Electronic Vacuum Regulation Valve)を使用してウェイストゲートバルブを制御する方法もあるが、この方法では、過渡運転時において応答が追従しないという、ターボラグに対する制御が難しい等の問題がある。   On the other hand, there is also a method of controlling a waste gate valve using an electromagnetic variable regulation valve (EVRV) like an exhaust switching valve, but in this method, the response does not follow during transient operation. There are problems such as difficulty in controlling the turbo lag.

これらのことからも、高圧段過給機の圧縮機の出口圧を用いた正圧駆動方式によりウェイストゲートバルブを制御するのが最も良いと考えられるが、この方式では、前述のようにウェイストゲートバルブでチョークが生じる可能性があるため、その改善が必要となる。   From these facts, it is considered best to control the waste gate valve by a positive pressure drive system that uses the outlet pressure of the compressor of the high-pressure supercharger. In this system, as described above, the waste gate valve is controlled. The choke may occur in the valve, so that improvement is necessary.

このチョークの対策として、有効開口面積を大きくすれば良いので、ウェイストゲートバルブの直径を大きくして、ガスの流路を大きくする方法が考えられるが、この方法では、ウェイストゲートバルブにかかる力(排気ガスがウェイストゲートバルブを押す力)がバルブ径に比例して大きくなるため、開弁力の増加が必要となり、アクチュエータのサイズを大きくする必要が生じる等の問題がある。   As a countermeasure against this choke, it is sufficient to increase the effective opening area. Therefore, a method of enlarging the waste gate valve diameter and enlarging the gas flow path is conceivable, but in this method, the force applied to the waste gate valve ( Since the exhaust gas pushing force of the waste gate valve increases in proportion to the valve diameter, there is a problem that the valve opening force needs to be increased and the size of the actuator needs to be increased.

なお、例えば特許文献1には、高圧段過給機の入口側と低圧段過給機の入口側とを大小径の異なる2つのバイパス排気管で接続し、その各々のバイパス排気管に配置される主副のバイパス弁(上記のウェイストゲートバルブに相当)の開閉を制御することにより、高圧段過給機のタービンに流れる排気ガスの流量を精度良く制御して内燃機関の運転状態に応じて高圧段過給機と低圧段過給機との切り替えを行う技術が開示されている。しかし、この技術では上記したチョーク状態に関する問題が考慮されておらず、その対策のために2つのウェイストゲートバルブを連動して動作することについて考慮がなされていない。   For example, in Patent Document 1, the inlet side of the high-pressure stage turbocharger and the inlet side of the low-pressure stage turbocharger are connected by two bypass exhaust pipes having different large and small diameters, and are arranged in the respective bypass exhaust pipes. By controlling the opening / closing of the main / sub bypass valve (corresponding to the above-mentioned waste gate valve), the flow rate of the exhaust gas flowing to the turbine of the high-pressure turbocharger is controlled with high accuracy, and according to the operating state of the internal combustion engine. A technique for switching between a high-pressure stage supercharger and a low-pressure stage supercharger is disclosed. However, this technique does not consider the problem related to the choke state described above, and does not consider operating the two waste gate valves in conjunction with each other as a countermeasure.

特開2007−138845号公報JP 2007-138845 A

本発明の目的は、高圧段過給機から低圧段過給機への切り替えを円滑に行うことが可能な2段式過給機付き内燃機関を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an internal combustion engine with a two-stage supercharger that can smoothly switch from a high-pressure supercharger to a low-pressure supercharger.

また、本発明の他の目的は、燃費を向上させることが可能な2段式過給機付き内燃機関を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an internal combustion engine with a two-stage supercharger that can improve fuel efficiency.

上記の目的を達成するための本発明の2段式過給機付き内燃機関は、内燃機関本体側から順に高圧段過給機および低圧段過給機を2段直列に接続した構成を有する2段式過給機付き内燃機関において、前記高圧段過給機の高圧段タービンの入口と出口とを接続するバイパス排気管と、前記バイパス排気管の開閉を行うウェイストゲートバルブ装置とを備え、前記バイパス排気管は、並列に接続された第1バイパス排気管および第2バイパス排気管を有しており、前記ウェイストゲートバルブ装置は、前記第1バイパス排気管に配置された第1バルブと、前記第2バイパス排気管に配置された第2バルブと、前記第1、第2バルブの開閉を行うアクチュエータと、前記アクチュエータの駆動力伝達体を前記第1バルブおよび前記第2バルブの両方に接続するリンク機構とを備え、前記第1バルブの弁開度が予め設定された弁開度以上になると、前記リンク機構により前記第2バルブが連動して開く制御を行うものである。   In order to achieve the above object, an internal combustion engine with a two-stage supercharger according to the present invention has a configuration in which a high-pressure supercharger and a low-pressure supercharger are connected in series in two stages in order from the internal combustion engine body side. An internal combustion engine with a stage-type supercharger, comprising: a bypass exhaust pipe that connects an inlet and an outlet of a high-pressure turbine of the high-pressure stage turbocharger; and a waste gate valve device that opens and closes the bypass exhaust pipe, The bypass exhaust pipe has a first bypass exhaust pipe and a second bypass exhaust pipe connected in parallel, and the waste gate valve device includes a first valve disposed in the first bypass exhaust pipe, A second valve disposed in the second bypass exhaust pipe, an actuator for opening and closing the first and second valves, and a driving force transmission body of the actuator for both the first valve and the second valve. And a link mechanism for connecting, when the valve opening degree of the first valve is equal to or higher than a preset valve opening, the second valve performs control to open in conjunction with the link mechanism.

また、上記の2段式過給機付き内燃機関において、前記リンク機構は、前記アクチュエータの駆動力伝達体の第1方向の運動を、これに交差する第2方向の運動に変換する機構を有するものである。   In the internal combustion engine with a two-stage supercharger, the link mechanism has a mechanism for converting the movement in the first direction of the driving force transmission body of the actuator into the movement in the second direction intersecting therewith. Is.

これにより、ウェイストゲートバルブ装置の配置の自由度を向上させることができ、また、ウェイストゲートバルブ装置を全体的にコンパクトに収めることができるので、限られたスペースの中でもウェイストゲートバルブ装置を配置することができ、ウェイストゲートバルブ装置の汎用性を高めることができる。   Thereby, the freedom degree of arrangement | positioning of a waste gate valve apparatus can be improved, and since a waste gate valve apparatus can be accommodated compactly as a whole, a waste gate valve apparatus is arrange | positioned also in the limited space. Therefore, the versatility of the waste gate valve device can be enhanced.

また、上記の2段式過給機付き内燃機関において、前記リンク機構は、前記第1、第2バルブを閉弁する方向に付勢する弾性部材を有する付勢手段と、前記第1バルブを前記付勢手段の第1部材に接続する第1接続体と、前記第1部材を前記アクチュエータの駆動力伝達体に接続する第2接続体と、前記第2バルブを前記付勢手段の第2部材に接続する第3接続体とを備え、前記付勢手段は、前記弾性部材が配置された主軸と、前記主軸に沿って移動可能な状態で配置された前記第1部材と、前記主軸に沿って移動可能な状態で前記第1部材と前記弾性部材との間に配置された前記第2部材とを備え、前記アクチュエータの駆動力が前記第2接続体を通じて前記第1部材に伝えられ、前記第1部材が前記弾性部材の付勢力に抗する方向に移動すると、前記第1部材に接続された前記第1接続体が連動して前記第1バルブが開き、前記第1バルブの弁開度が予め設定された弁開度以上になると、前記第1部材の移動により前記第2部材が前記弾性部材の付勢力に抗する方向に移動し、前記第2部材に接続された前記第3接続体が連動して前記第2バルブが開く制御を行うものである。   In the internal combustion engine with a two-stage supercharger, the link mechanism includes an urging unit having an elastic member that urges the first and second valves in a closing direction, and the first valve. A first connecting body for connecting to the first member of the biasing means, a second connecting body for connecting the first member to a driving force transmitting body of the actuator, and a second valve for the second valve of the biasing means. A third connecting body connected to a member, and the biasing means includes a main shaft on which the elastic member is disposed, the first member disposed in a state of being movable along the main shaft, and the main shaft. The second member disposed between the first member and the elastic member in a movable state along the first member, and the driving force of the actuator is transmitted to the first member through the second connection body, The first member moves in a direction against the urging force of the elastic member Then, the first connecting body connected to the first member is interlocked to open the first valve, and when the valve opening of the first valve is equal to or greater than a preset valve opening, the first valve The second member moves in a direction against the urging force of the elastic member due to the movement of the member, and the third connector connected to the second member performs interlocking control to open the second valve. It is.

また、上記の2段式過給機付き内燃機関において、前記アクチュエータは、前記高圧段過給機の高圧段圧縮機の出口側の圧力に応じて駆動されるものである。   In the internal combustion engine with a two-stage supercharger, the actuator is driven according to the pressure on the outlet side of the high-pressure compressor of the high-pressure supercharger.

これにより、高圧段過給機の圧縮機の出口側の圧力に応じて第1、第2バルブの開弁状態を制御することができるので、過渡運転時の制御性を向上させることができる。   Thereby, since the valve opening states of the first and second valves can be controlled according to the pressure on the outlet side of the compressor of the high-pressure supercharger, the controllability during transient operation can be improved.

本発明の2段式過給機付き内燃機関によれば、第1バイパス排気管の開口部でチョーク状態になると、第2バイパス排気管の第2バルブが連動して開くことにより、バイパス排気管の有効開口面積を増加できるので、チョーク状態を回避することができる。このため、高圧段過給機側からバイパス排気管を通じて低圧段過給機に流れる排気ガスの流路を確保することができるので、高圧段過給機から低圧段過給機への切り替えを円滑に行うことができる。   According to the internal combustion engine with a two-stage supercharger of the present invention, when the choke state is established at the opening of the first bypass exhaust pipe, the second valve of the second bypass exhaust pipe opens in conjunction with the bypass exhaust pipe. Therefore, the choke state can be avoided. For this reason, since it is possible to secure a flow path for the exhaust gas flowing from the high-pressure stage turbocharger side to the low-pressure stage turbocharger through the bypass exhaust pipe, the switching from the high-pressure stage turbocharger to the low-pressure stage turbocharger is smooth. Can be done.

また、第1、第2バルブの開弁力を増加させないで済むので、第1、第2バルブを駆動するアクチュエータのサイズを増大させることもない。また、第1バルブの動作に第2バルブが連動するので、第1、第2バルブを駆動するアクチュエータを増やす必要もない。したがって、重量の増大を招くこともない。   Further, since it is not necessary to increase the opening force of the first and second valves, the size of the actuator that drives the first and second valves is not increased. Further, since the second valve is linked to the operation of the first valve, it is not necessary to increase the number of actuators that drive the first and second valves. Therefore, an increase in weight is not caused.

また、本発明の2段式過給機付き内燃機関によれば、高圧段過給機から低圧段過給機への切り替えを円滑に行うことができるので、必要な空気量を確保することができる。その結果、EGR率を増加させることができる。   Further, according to the internal combustion engine with a two-stage supercharger of the present invention, it is possible to smoothly switch from the high-pressure supercharger to the low-pressure supercharger, so that a necessary amount of air can be secured. it can. As a result, the EGR rate can be increased.

また、高圧段過給機から低圧段過給機への切り替えを円滑に行うことができるので、排気ガスの圧力の上昇を抑制または防止することができる。その結果、燃費を向上させることができる。   In addition, since the switching from the high pressure supercharger to the low pressure supercharger can be performed smoothly, an increase in the pressure of the exhaust gas can be suppressed or prevented. As a result, fuel consumption can be improved.

本発明の実施の形態の2段式過給機付き内燃機関の構成図である。1 is a configuration diagram of an internal combustion engine with a two-stage supercharger according to an embodiment of the present invention. 図1の2段式過給機付き内燃機関における2段式過給システムのウェイストゲートバルブ装置の構成図である。It is a block diagram of the waste gate valve apparatus of the two-stage supercharging system in the internal combustion engine with a two-stage supercharger of FIG. 図2のウェイストゲートバルブ装置の開閉時の状態を示した構成図である。It is the block diagram which showed the state at the time of opening and closing of the waste gate valve apparatus of FIG. 図2のウェイストゲートバルブ装置のバルブと排気管との関係を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the relationship between the valve | bulb of the wastegate valve apparatus of FIG. 2, and an exhaust pipe. 図2のウェイストゲートバルブ装置の閉弁時の構成図である。It is a block diagram at the time of valve closing of the waste gate valve apparatus of FIG. 図5に続くウェイストゲートバルブ装置の開弁動作工程時の構成図である。It is a block diagram at the time of the valve opening operation | movement process of the wastegate valve apparatus following FIG. 図6に続くウェイストゲートバルブ装置の開弁動作工程時の構成図である。It is a block diagram at the time of the valve opening operation | movement process of the wastegate valve apparatus following FIG. 図7のウェイストゲートバルブ装置のバルブと排気管との関係を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the relationship between the valve | bulb of the wastegate valve apparatus of FIG. 7, and an exhaust pipe. 図7に続くウェイストゲートバルブ装置の開弁動作工程時の構成図である。It is a block diagram at the time of the valve opening operation | movement process of the wastegate valve apparatus following FIG. 図9のウェイストゲートバルブ装置のバルブと排気管との関係を模式的に示した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the relationship between the valve and the exhaust pipe of the waste gate valve device of FIG. 9. 図9に続くウェイストゲートバルブ装置の開弁動作工程時の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram at the time of a valve opening operation process of the waste gate valve device following FIG. 9. 図11のウェイストゲートバルブ装置のバルブと排気管との関係を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the relationship between the valve | bulb of the wastegate valve apparatus of FIG. 11, and an exhaust pipe. 図1の2段式過給機付き内燃機関における低圧段過給機の燃料噴射量に対する吸入空気量の測定結果を示したグラフ図である。FIG. 2 is a graph showing a measurement result of an intake air amount with respect to a fuel injection amount of a low-pressure supercharger in the internal combustion engine with a two-stage supercharger in FIG. 図1の2段式過給機付き内燃機関における低圧段過給機および高圧段過給機の燃料噴射量に対するコンプレッサ仕事の測定結果を示したグラフ図である。FIG. 2 is a graph showing measurement results of compressor work with respect to fuel injection amounts of a low-pressure supercharger and a high-pressure supercharger in the internal combustion engine with a two-stage supercharger in FIG. 1. 図1の2段式過給機付き内燃機関における低圧段過給機および高圧段過給機の燃料噴射量に対する圧力比の測定結果を示したグラフ図である。FIG. 2 is a graph showing a measurement result of a pressure ratio with respect to a fuel injection amount of a low-pressure supercharger and a high-pressure supercharger in the internal combustion engine with a two-stage supercharger in FIG. 1. 図1の2段式過給機付き内燃機関における低圧段過給機および高圧段過給機の燃料噴射量に対する膨張比の測定結果を示したグラフ図である。FIG. 2 is a graph showing the measurement results of the expansion ratio with respect to the fuel injection amount of the low pressure supercharger and the high pressure supercharger in the internal combustion engine with a two-stage supercharger in FIG. 1. 従来のウェイストゲートバルブ装置の閉弁時の構成図である。It is a block diagram at the time of valve closing of the conventional waste gate valve apparatus. 従来のウェイストゲートバルブ装置の開弁時の構成図である。It is a block diagram at the time of valve opening of the conventional waste gate valve apparatus. 従来のウェイストゲートバルブ装置の開閉動作状態を示した構成図である。It is the block diagram which showed the opening-and-closing operation state of the conventional wastegate valve apparatus. 図17のウェイストゲートバルブ装置を用いた従来の2段式過給機付き内燃機関における低圧段過給機の燃料噴射量に対する吸入空気量の測定結果を示したグラフ図である。FIG. 18 is a graph showing a measurement result of an intake air amount with respect to a fuel injection amount of a low-pressure supercharger in a conventional internal combustion engine with a two-stage supercharger using the waste gate valve device of FIG. 17. 図17のウェイストゲートバルブ装置を用いた従来の2段式過給機付き内燃機関における低圧段過給機および高圧段過給機の燃料噴射量に対するコンプレッサ仕事の測定結果を示したグラフ図である。FIG. 18 is a graph showing measurement results of compressor work with respect to fuel injection amounts of a low-pressure supercharger and a high-pressure supercharger in a conventional internal combustion engine with a two-stage supercharger using the waste gate valve device of FIG. 17. . 図17のウェイストゲートバルブ装置を用いた従来の2段式過給機付き内燃機関における低圧段過給機および高圧段過給機の燃料噴射量に対する圧力比の測定結果を示したグラフ図である。FIG. 18 is a graph showing measurement results of pressure ratios with respect to fuel injection amounts of a low-pressure supercharger and a high-pressure supercharger in a conventional internal combustion engine with a two-stage supercharger using the waste gate valve device of FIG. 17. . 図17のウェイストゲートバルブ装置を用いた従来の2段式過給機付き内燃機関における低圧段過給機および高圧段過給機の燃料噴射量に対する膨張比の測定結果を示したグラフ図である。FIG. 18 is a graph showing the measurement result of the expansion ratio with respect to the fuel injection amount of the low-pressure supercharger and the high-pressure supercharger in the conventional internal combustion engine with a two-stage supercharger using the waste gate valve device of FIG. 17. .

以下、本発明の実施の形態の2段式過給機付き内燃機関について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, an internal combustion engine with a two-stage supercharger according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本実施の形態の2段式過給機付き内燃機関の構成図を示している。なお、図中の矢印は空気の流れを示している。   FIG. 1 shows a configuration diagram of an internal combustion engine with a two-stage supercharger according to the present embodiment. In addition, the arrow in a figure has shown the flow of air.

本実施の形態の2段式過給機付き内燃機関は、例えばシリンダ内(燃焼室内)において圧縮されて高温になった空気に燃料を供給した時に起こる自己着火をもとにした膨張でシリンダ内のピストンを押し出す構成を有するディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)1である。なお、本発明はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等にも適用することもできる。   The internal combustion engine with a two-stage supercharger according to the present embodiment is expanded in the cylinder by, for example, expansion based on self-ignition that occurs when fuel is supplied to air that has been compressed and heated to high temperature in the cylinder (combustion chamber). This is a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 having a configuration for pushing out the piston. In addition, this invention is not limited to a diesel engine, It can also apply to a gasoline engine etc.

エンジン1は、エンジン本体2と、排気マニホールド3と、吸気マニホールド4と、2段式過給システム5と、EGR(排気再循環:Exhaust Gas Recirculation)システム6と、エアクリーナー7とを有している。   The engine 1 includes an engine body 2, an exhaust manifold 3, an intake manifold 4, a two-stage supercharging system 5, an EGR (Exhaust Gas Recirculation) system 6, and an air cleaner 7. Yes.

2段式過給システム5は、2段直列に配置された高圧段過給機8と低圧段過給機9とを有しているとともに、エンジン1の運転状態に応じて適切な過給機を選択できるように後述のバイパスを設け、過給システムの作動領域の拡大を図っている。すなわち、低速回転・低負荷運転時には高圧段過給機8を使用する一方、高速回転・高負荷運転時には低圧段過給機9を使用するというように、エンジン1の運転状態に応じて高圧段過給機8と低圧段過給機9とを切り替えて使用している。   The two-stage supercharging system 5 includes a high-pressure stage supercharger 8 and a low-pressure stage supercharger 9 that are arranged in two stages in series, and an appropriate supercharger according to the operating state of the engine 1. A bypass described later is provided so that the operating range of the supercharging system can be expanded. That is, the high-pressure stage turbocharger 8 is used during low-speed rotation / low-load operation, while the low-pressure stage supercharger 9 is used during high-speed rotation / high-load operation, depending on the operating state of the engine 1. The supercharger 8 and the low-pressure stage supercharger 9 are switched and used.

高圧段過給機8は、高圧段タービン8aと高圧段コンプレッサ(圧縮機)8bとを有している。高圧段タービン8aおよび高圧段コンプレッサ8bは、一本の軸の両端に複数枚の羽根が設けられることで形成されており、高圧段タービン8aがエンジン本体2から排気された排気ガスの力を受けて回転駆動すると、その駆動力により高圧段コンプレッサ8bが連動することにより圧縮した空気をエンジン本体2に送り込む。   The high-pressure supercharger 8 includes a high-pressure turbine 8a and a high-pressure compressor (compressor) 8b. The high-pressure turbine 8a and the high-pressure compressor 8b are formed by providing a plurality of blades at both ends of a single shaft, and the high-pressure turbine 8a receives the force of exhaust gas exhausted from the engine body 2. Then, the high pressure compressor 8b is interlocked by the driving force to send the compressed air to the engine body 2.

低圧段過給機9は、低圧段タービン9aと低圧段コンプレッサ(圧縮機)9bとを有している。低圧段タービン9aおよび低圧段コンプレッサ9bは、高圧段過給機8と同様に、一本の軸の両端に複数枚の羽根が設けられることで形成されており、低圧段タービン9aがエンジン本体2から排気された排気ガスの力を受けて回転駆動すると、その駆動力により低圧段コンプレッサ9bが連動することにより圧縮した空気をエンジン本体2に送り込む。低圧段タービン9aの容量は、高圧段タービン8aの容量よりも大きく、低圧段コンプレッサ9bの容量は、高圧段コンプレッサ8bの容量よりも大きい。   The low pressure supercharger 9 includes a low pressure turbine 9a and a low pressure compressor (compressor) 9b. The low-pressure stage turbine 9a and the low-pressure stage compressor 9b are formed by providing a plurality of blades at both ends of one shaft, similarly to the high-pressure stage supercharger 8, and the low-pressure stage turbine 9a is formed of the engine body 2. When it is rotationally driven by receiving the force of the exhaust gas exhausted from the engine, the low pressure compressor 9b is interlocked with the driving force to send the compressed air to the engine body 2. The capacity of the low pressure stage turbine 9a is larger than the capacity of the high pressure stage turbine 8a, and the capacity of the low pressure stage compressor 9b is larger than the capacity of the high pressure stage compressor 8b.

2段過給システム5の排気系は、第1排気管10aと、第2排気管10bと、第3排気管10cと、メインバイパス排気管11と、サブバイパス排気管(バイパス排気管)12と、排気切替バルブ装置13と、ウェイストゲートバルブ装置14とを有している。   The exhaust system of the two-stage turbocharging system 5 includes a first exhaust pipe 10a, a second exhaust pipe 10b, a third exhaust pipe 10c, a main bypass exhaust pipe 11, a sub bypass exhaust pipe (bypass exhaust pipe) 12, The exhaust gas switching valve device 13 and the waste gate valve device 14 are provided.

第1排気管10aは、排気マニホールド3と高圧段タービン8aの入口とを接続し、エンジン本体2からの排気ガスを高圧段タービン8aに送り込む配管である。第2排気管10bは、高圧段タービン8aの出口と低圧段タービン9aの入口とを接続し、高圧段タービン8aからの排気ガスを低圧段タービン9aに送り込む配管である。この第2排気管10bの途中位置には排気切替バルブ装置13が設けられている。第3排気管10cは、低圧段タービン9aの出口からの排気ガスを外部側に流す配管である。   The first exhaust pipe 10a is a pipe that connects the exhaust manifold 3 and the inlet of the high-pressure turbine 8a, and sends exhaust gas from the engine body 2 to the high-pressure turbine 8a. The second exhaust pipe 10b is a pipe that connects the outlet of the high-pressure turbine 8a and the inlet of the low-pressure turbine 9a, and sends exhaust gas from the high-pressure turbine 8a to the low-pressure turbine 9a. An exhaust gas switching valve device 13 is provided in the middle of the second exhaust pipe 10b. The third exhaust pipe 10c is a pipe through which exhaust gas from the outlet of the low-pressure turbine 9a flows to the outside.

メインバイパス排気管11は、排気マニホールド3と第2排気管10b(低圧段タービン9aの入口)とを高圧段タービン8aを介さずに接続する配管であり、その途中位置には、排気切替バルブ装置13が設けられている。   The main bypass exhaust pipe 11 is a pipe that connects the exhaust manifold 3 and the second exhaust pipe 10b (inlet of the low-pressure stage turbine 9a) without passing through the high-pressure stage turbine 8a. 13 is provided.

排気切替バルブ装置13は、エンジン本体2から排出された排気ガスを、メインバイパス排気管11を通じて低圧段タービン9aに流す時は開き、メインバイパス排気管11の流路を遮断する時は閉じるようになっている。排気切替バルブ装置13のバルブ本体は、空気圧(または真空圧)を用いたアクチュエータにより開閉動作する。   The exhaust gas switching valve device 13 is opened when the exhaust gas discharged from the engine body 2 flows through the main bypass exhaust pipe 11 to the low-pressure turbine 9a, and is closed when the flow path of the main bypass exhaust pipe 11 is shut off. It has become. The valve main body of the exhaust gas switching valve device 13 is opened and closed by an actuator using air pressure (or vacuum pressure).

サブバイパス排気管12は、第1排気管10aと第2排気管10bとを接続する配管である。すなわち、高圧段タービン8aの上流(入口)側と下流(出口)側とを高圧段タービン8aを介さずに接続する配管である。サブバイパス排気管12の途中位置には、ウェイストゲートバルブ装置14が設けられている。このウェイストゲートバルブ装置14は、高圧段タービン8aの上流(入口)側の圧力が高くなった場合に、ウェイストゲートバルブ装置14のバルブ本体を開いて、排気ガスを、サブバイパス排気管12を通じて高圧段タービンの上流(入口)側から下流(出口)側に直接逃がし、高圧段タービン8aおよび高圧段コンプレッサ8bの過剰な回転を防ぐ機能を有している。   The sub bypass exhaust pipe 12 is a pipe connecting the first exhaust pipe 10a and the second exhaust pipe 10b. That is, it is a pipe that connects the upstream (inlet) side and the downstream (outlet) side of the high-pressure turbine 8a without passing through the high-pressure turbine 8a. A waste gate valve device 14 is provided in the middle of the sub bypass exhaust pipe 12. The waste gate valve device 14 opens the valve body of the waste gate valve device 14 when the pressure on the upstream (inlet) side of the high-pressure stage turbine 8 a becomes high, and causes the exhaust gas to be high-pressure through the sub-bypass exhaust pipe 12. It has a function of directly escaping from the upstream (inlet) side to the downstream (outlet) side of the stage turbine to prevent excessive rotation of the high-pressure turbine 8a and the high-pressure compressor 8b.

このウェイストゲートバルブ装置14のバルブ本体の開閉は、高圧段コンプレッサ8bの出口圧を用いた正圧駆動方式により制御される。すなわち、ウェイストゲートバルブ装置14のバルブ本体を駆動するアクチュエータの入力は、配管15を通じて高圧段コンプレッサ8bの出口と接続されており、その出口圧に応じてアクチュエータは、バルブ本体の開閉駆動を制御する。これにより、高圧段タービン8aおよび高圧段コンプレッサ8bの過剰な回転を防ぐことができる。なお、低圧段タービン9aの入口と出口とを繋ぐサブバイパス排気管を設け、その途中にウェイストゲートバルブ装置を設けても良い。   The opening and closing of the valve body of the waste gate valve device 14 is controlled by a positive pressure drive system using the outlet pressure of the high-pressure compressor 8b. That is, the input of the actuator that drives the valve body of the wastegate valve device 14 is connected to the outlet of the high-pressure compressor 8b through the pipe 15, and the actuator controls the opening / closing drive of the valve body according to the outlet pressure. . Thereby, excessive rotation of the high pressure turbine 8a and the high pressure compressor 8b can be prevented. A sub bypass exhaust pipe that connects the inlet and the outlet of the low-pressure turbine 9a may be provided, and a waste gate valve device may be provided in the middle thereof.

高圧段タービン8aと低圧段タービン9aとの作動の切り替えは、排気切替バルブ装置13およびウェイストゲートバルブ装置14等により行われる。例えば排気切替バルブ13を開くと、高圧段過給機8は、高圧段タービン8aの出入り口の圧力差が無くなるため作動せず、低圧段過給機9のみが作動する。また、排気切替バルブ装置13とウェイストゲートバルブ装置14とを全閉すると、排気マニホールド3から排出される排気ガスは全て高圧段タービン8aに流れて高圧段過給機8が作動する。このとき、低圧段過給機9側にウェイストゲートバルブ装置がある場合、それを全開にすることで、排気ガスが低圧段タービン9aをバイパスするので、低圧段過給機9は作動しない。また、排気切替バルブ装置13を僅かに開き、低圧段過給機9側のウェイストゲートバルブ装置を全閉にすると、高圧段過給機8と低圧段過給機9とが同時に作動する。   Switching between the operation of the high-pressure turbine 8a and the low-pressure turbine 9a is performed by the exhaust gas switching valve device 13, the waste gate valve device 14, and the like. For example, when the exhaust gas switching valve 13 is opened, the high-pressure stage supercharger 8 does not operate because there is no pressure difference between the inlet and outlet of the high-pressure stage turbine 8a, and only the low-pressure stage turbocharger 9 operates. Further, when the exhaust gas switching valve device 13 and the waste gate valve device 14 are fully closed, all the exhaust gas discharged from the exhaust manifold 3 flows to the high pressure turbine 8a, and the high pressure turbocharger 8 operates. At this time, if there is a waste gate valve device on the low pressure stage supercharger 9 side, the exhaust gas bypasses the low pressure stage turbine 9a by fully opening it, so the low pressure stage supercharger 9 does not operate. Further, when the exhaust gas switching valve device 13 is slightly opened and the waste gate valve device on the low pressure stage supercharger 9 side is fully closed, the high pressure stage supercharger 8 and the low pressure stage supercharger 9 operate simultaneously.

一方、2段過給システム5の吸気系は、第1吸気管20aと、第2吸気管20bと、第3吸気管20cと、バイパス吸気管21と、吸気切替バルブ装置22とを有している。   On the other hand, the intake system of the two-stage turbocharging system 5 includes a first intake pipe 20a, a second intake pipe 20b, a third intake pipe 20c, a bypass intake pipe 21, and an intake air switching valve device 22. Yes.

第1吸気管20aは、エアクリーナー7と低圧段コンプレッサ9bの入口とを接続し、エアクリーナー7により清浄にされた空気を低圧段コンプレッサ9bに流す配管である。第2吸気管20bは、低圧段コンプレッサ9bの出口と高圧段コンプレッサ8bの入口とを接続し、低圧段コンプレッサ9bから高圧段コンプレッサ8bに空気を流す配管である。第3吸気管20cは、高圧段コンプレッサ8bの出口と吸気マニホールド4とを接続し、高圧段コンプレッサ8bから吸気マニホールド4を通じてエンジン本体2に空気を流す配管である。   The first intake pipe 20a is a pipe that connects the air cleaner 7 and the inlet of the low-pressure stage compressor 9b and flows the air purified by the air cleaner 7 to the low-pressure stage compressor 9b. The second intake pipe 20b is a pipe that connects the outlet of the low-pressure compressor 9b and the inlet of the high-pressure compressor 8b and allows air to flow from the low-pressure compressor 9b to the high-pressure compressor 8b. The third intake pipe 20c is a pipe that connects the outlet of the high-pressure compressor 8b and the intake manifold 4 and allows air to flow from the high-pressure compressor 8b to the engine body 2 through the intake manifold 4.

バイパス吸気管21は、第2吸気管20b(低圧段コンプレッサ9bの出口)と、第3吸気管20c(吸気マニホールド4)とを高圧段コンプレッサ8bを介さずに接続する配管である。   The bypass intake pipe 21 is a pipe that connects the second intake pipe 20b (the outlet of the low-pressure compressor 9b) and the third intake pipe 20c (the intake manifold 4) without passing through the high-pressure compressor 8b.

吸気切替バルブ装置22は、第2吸気管20bと第3吸気管20cとの交点部分に配置されており、高圧段過給機8が作動するときに低圧段過給機9側の流路が閉じ、低圧段過給機9が作動するときに高圧段過給機8側の流路が閉じる。   The intake air switching valve device 22 is disposed at the intersection of the second intake pipe 20b and the third intake pipe 20c, and the flow path on the low pressure stage supercharger 9 side when the high pressure stage supercharger 8 operates. When the low-pressure supercharger 9 is closed, the flow path on the high-pressure supercharger 8 side is closed.

上記したEGRシステム6は、燃焼後の排気ガスの一部を取り出し吸気側へ導き再度吸気させるシステムであり、排気マニホールド3と吸気マニホールド4とを接続する配管6aの途中位置には排気マニホールド3側から順にEGRクーラ6bおよびEGRバルブ6cが接続されている。   The EGR system 6 described above is a system in which a part of the exhaust gas after combustion is taken out and guided to the intake side to be re-intaked, and the exhaust manifold 3 side is located in the middle of the pipe 6a connecting the exhaust manifold 3 and the intake manifold 4. The EGR cooler 6b and the EGR valve 6c are connected in order.

次に、図2は上記したウェイストゲートバルブ装置14の構成図、図3は図2のウェイストゲートバルブ装置14の開閉時の状態を示した構成図、図4は図2のウェイストゲートバルブ装置14のバルブと排気管との関係を模式的に示した断面図である。なお、図2および図4の矢印A1は排気ガスの流れを示し、図3の矢印B1〜B4はバルブ開閉時のウェイストゲートバルブ装置14の各部の動作方向を示している。   2 is a configuration diagram of the waste gate valve device 14 described above, FIG. 3 is a configuration diagram showing a state when the waste gate valve device 14 of FIG. 2 is opened and closed, and FIG. 4 is a configuration diagram of the waste gate valve device 14 of FIG. It is sectional drawing which showed typically the relationship between this valve | bulb and an exhaust pipe. 2 and 4 indicate the flow of exhaust gas, and arrows B1 to B4 in FIG. 3 indicate the operation directions of the respective parts of the waste gate valve device 14 when the valve is opened and closed.

本実施の形態のエンジン1の2段式過給システム5においては、図2および図4に示すように、高圧段過給機8側のサブバイパス排気管12が、第1サブバイパス排気管(第1バイパス排気管)12aと、第2サブバイパス排気管(第2バイパス排気管)12bとの2つの排気管を有している。この第1、第2サブバイパス排気管12a,12bは、第1排気管10aと第2排気管10bとの間に並列に接続されている。   In the two-stage turbocharging system 5 of the engine 1 of the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 4, the sub-bypass exhaust pipe 12 on the high-pressure supercharger 8 side is connected to the first sub-bypass exhaust pipe ( There are two exhaust pipes, a first bypass exhaust pipe) 12a and a second sub bypass exhaust pipe (second bypass exhaust pipe) 12b. The first and second sub-bypass exhaust pipes 12a and 12b are connected in parallel between the first exhaust pipe 10a and the second exhaust pipe 10b.

第1、第2サブバイパス排気管12a,12bの開口面積は同じである。この開口面積を同じとすることにより、部品の共通化ができ、コストを低減することができる。ただし、第1、第2サブバイパス排気管12a,12bの開口面積を変えても良い。第1サブバイパス排気管12aの開口面積の方が第2サブバイパス排気管12bの開口面積よりも大きい場合、運転条件等により排気ガス流量が多くなり、圧力が高くなる場合がある。この場合、開口部分にかかる力が大きくなり、ウェイストゲートバルブの開閉がスムーズに行えない可能性がある。このため、第1、第2サブバイパス排気管12a,12bの開口面積を変える場合には、第2サブバイパス排気管12bの開口面積を第1サブバイパス排気管12aの開口面積よりも大きくすることが好ましい。   The opening areas of the first and second sub-bypass exhaust pipes 12a and 12b are the same. By making the opening areas the same, it is possible to share parts and reduce costs. However, the opening areas of the first and second sub-bypass exhaust pipes 12a and 12b may be changed. If the opening area of the first sub-bypass exhaust pipe 12a is larger than the opening area of the second sub-bypass exhaust pipe 12b, the exhaust gas flow rate may increase depending on operating conditions and the pressure may increase. In this case, the force applied to the opening increases, and there is a possibility that the waste gate valve cannot be opened and closed smoothly. For this reason, when changing the opening area of the first and second sub-bypass exhaust pipes 12a and 12b, the opening area of the second sub-bypass exhaust pipe 12b should be larger than the opening area of the first sub-bypass exhaust pipe 12a. Is preferred.

また、ウェイストゲートバルブ装置14は、図2および図3に示すように、第1ウェイストゲートバルブ部14aと、第2ウェイストゲートバルブ部14bと、アクチュエータ25と、リンク機構26とを有している。   As shown in FIGS. 2 and 3, the waste gate valve device 14 includes a first waste gate valve portion 14 a, a second waste gate valve portion 14 b, an actuator 25, and a link mechanism 26. .

第1ウェイストゲートバルブ部14aは、第1バルブ14a1と、これを支持する第1支持部14a2とを有し、第2ウェイストゲートバルブ部14bは、第2バルブ14b1と、これを支持する第2支持部14b2とを有している。第1バルブ14a1は、第1サブバイパス排気管12aの開口部に配置され、第2バルブ14b1は、第2サブバイパス排気管12bの開口部に配置されており、各々の開口部の開閉を行う。第1、第2ウェイストゲートバルブ部14a,14bの構成(寸法、形状、材料など)は全く同じである。   The first waste gate valve portion 14a includes a first valve 14a1 and a first support portion 14a2 that supports the first valve 14a1, and the second waste gate valve portion 14b includes a second valve 14b1 and a second valve that supports the second valve 14b1. And a support portion 14b2. The first valve 14a1 is disposed at the opening of the first sub bypass exhaust pipe 12a, and the second valve 14b1 is disposed at the opening of the second sub bypass exhaust pipe 12b, and opens and closes each opening. . The configuration (size, shape, material, etc.) of the first and second waste gate valve portions 14a, 14b is exactly the same.

アクチュエータ25は、第1バルブ14a1および第2バルブ14b1を開閉するための駆動源である。図2および図3では、アクチュエータ25が、第1、第2ウェイストゲートバルブ部14a,14bが並ぶ方向(図2および図3の上下方向)に沿うように縦長に配置されている場合が例示されている。   The actuator 25 is a drive source for opening and closing the first valve 14a1 and the second valve 14b1. 2 and 3 exemplify a case where the actuator 25 is arranged vertically so as to be along the direction in which the first and second waste gate valve portions 14a and 14b are arranged (the vertical direction in FIGS. 2 and 3). ing.

アクチュエータ25は、正圧駆動方式により制御される。すなわち、アクチュエータ25の入力には配管15を通じて高圧段コンプレッサ15の出口が接続されており、アクチュエータ25は、その高圧段コンプレッサ8bの出口の空気圧に応じて駆動する。これにより、高圧段コンプレッサ8bの出口の空気圧に応じて第1バルブ14a1および第2バルブ14b1の開弁状態を制御できるので、過渡運転時の制御性を向上させることができる。   The actuator 25 is controlled by a positive pressure drive system. That is, the outlet of the high-pressure compressor 15 is connected to the input of the actuator 25 through the pipe 15, and the actuator 25 is driven according to the air pressure at the outlet of the high-pressure compressor 8b. As a result, the open states of the first valve 14a1 and the second valve 14b1 can be controlled according to the air pressure at the outlet of the high-pressure compressor 8b, so that the controllability during transient operation can be improved.

また、アクチュエータ25の内部には、ダイアフラムが図2および図3の上下方向に移動可能な状態で設置されている。このダイアフラムはスプリングにより図2および図3の上方向に付勢されている。一方、高圧段コンプレッサ8bの出口から配管15を通じてアクチュエータ25に入力された空気圧がアクチュエータ25のスプリングのセット力を超えると、ダイアフラムが図2および図3の下方向に動き、ダイアフラムに接続されたロッド25aが図2および図3の下方向に駆動する。   In addition, a diaphragm is installed inside the actuator 25 so as to be movable in the vertical direction in FIGS. 2 and 3. This diaphragm is biased upward by FIGS. 2 and 3 by a spring. On the other hand, when the air pressure input to the actuator 25 through the pipe 15 from the outlet of the high-pressure compressor 8b exceeds the setting force of the spring of the actuator 25, the diaphragm moves downward in FIGS. 2 and 3, and the rod connected to the diaphragm 25a drives downward in FIGS.

このようなアクチュエータ25のロッド25aは、リンク機構26を介して第1、第2ウェイストゲートバルブ部14a,14bの両方に接続されており、アクチュエータ25の駆動力は、ロッド25aからリンク機構26を介して第1バルブ14a1および第2バルブ14b1に伝えられる。   The rod 25a of the actuator 25 is connected to both the first and second waste gate valve portions 14a and 14b via the link mechanism 26, and the driving force of the actuator 25 causes the link mechanism 26 to move from the rod 25a. Via the first valve 14a1 and the second valve 14b1.

リンク機構26は、アクチュエータ25と第1、第2ウェイストゲートバルブ部14a,14bとの間に配置され、アクチュエータ25のロッド25aの第1方向(図2および図3の上下方向)の運動を、これに交差する第2方向(図2および図3の左右方向)の運動に変換する機構を有している。アクチュエータ25と第1、第2ウェイストゲートバルブ部14a,14bとの間にリンク機構26を介在させずアクチュエータ25と第1、第2ウェイストゲートバルブ部14a,14bとを直接接続する場合は、アクチュエータ25を第1、第2ウェイストゲートバルブ部14a,14bの配置方向に対して交差するように横長に配置することになる。しかし、この場合、車両のスペースの関係でウェイストゲートバルブ装置14を配置することができない場合が生じる。これに対してウェイストゲートバルブ装置14では、リンク機構26を設けたことにより、車両内でのウェイストゲートバルブ装置14の配置の自由度を向上させることができる。また、アクチュエータ25のロッド25aとリンク機構26の第1〜第3リンク26a〜26cとを交差するように配置することができるので、ウェイストゲートバルブ装置14を全体的にコンパクトに収めることができる。したがって、車両内の限られたスペースの中でもウェイストゲートバルブ装置14を配置することができ、ウェイストゲートバルブ装置14の汎用性を高めることができる。   The link mechanism 26 is disposed between the actuator 25 and the first and second waste gate valve portions 14a and 14b, and moves the rod 25a of the actuator 25 in the first direction (vertical direction in FIGS. 2 and 3). It has a mechanism for converting into motion in a second direction (the left-right direction in FIGS. 2 and 3) intersecting this. When the actuator 25 and the first and second waste gate valve portions 14a and 14b are directly connected without interposing the link mechanism 26 between the actuator 25 and the first and second waste gate valve portions 14a and 14b, the actuator 25 is arranged horizontally long so as to intersect with the arrangement direction of the first and second waste gate valve portions 14a, 14b. However, in this case, there is a case where the waste gate valve device 14 cannot be arranged due to the space of the vehicle. On the other hand, in the waste gate valve device 14, the link mechanism 26 is provided, so that the degree of freedom of arrangement of the waste gate valve device 14 in the vehicle can be improved. Further, since the rod 25a of the actuator 25 and the first to third links 26a to 26c of the link mechanism 26 can be arranged so as to intersect with each other, the waste gate valve device 14 can be accommodated compactly as a whole. Therefore, the waste gate valve device 14 can be arranged in a limited space in the vehicle, and the versatility of the waste gate valve device 14 can be enhanced.

リンク機構26は、上記した第1リンク(第1接続体)26a、第2リンク(第2接続体)26bおよび第3リンク(第3接続体)26cを有している他、スプリング部(付勢手段)26dを有している。   The link mechanism 26 includes the first link (first connection body) 26a, the second link (second connection body) 26b, and the third link (third connection body) 26c, as well as the spring portion (attachment). Force means) 26d.

スプリング部26dは、アクチュエータ25と第1、第2ウェイストゲートバルブ部14a,14bとの間であって、第1、第2ウェイストゲートバルブ部14a,14bの隣接間中央に対応する位置に設置されている。第1、第2ウェイストゲートバルブ部14a,14bは、このスプリング部26dを境に対称になるように配置されている。これにより、第1、第2バルブ14a1,14b1の開閉制御を容易にすることができる。   The spring portion 26d is installed between the actuator 25 and the first and second waste gate valve portions 14a and 14b, and at a position corresponding to the center between adjacent first and second waste gate valve portions 14a and 14b. ing. The first and second waste gate valve portions 14a and 14b are arranged so as to be symmetric with respect to the spring portion 26d. Thereby, the opening and closing control of the first and second valves 14a1 and 14b1 can be facilitated.

このスプリング部26dは、付勢軸(主軸)26d1と、スプリング(弾性部材)26d2と、第1部材26d3と、第2部材26d4とを有している。   The spring portion 26d includes an urging shaft (main shaft) 26d1, a spring (elastic member) 26d2, a first member 26d3, and a second member 26d4.

スプリング26d2は、例えばコイルばねからなり、その内径内に付勢軸26d1が挿入された状態で付勢軸26d1に設置されている。   The spring 26d2 is made of, for example, a coil spring, and is installed on the biasing shaft 26d1 in a state where the biasing shaft 26d1 is inserted into the inner diameter thereof.

第1、第2部材26d3,26d4は、それぞれ中空状に形成されており、その中空内に付勢軸26d1が挿入された状態で、かつ、付勢軸26d1に沿って移動可能な状態で付勢軸26d1に設置されている。   The first and second members 26d3 and 26d4 are each formed in a hollow shape, and are attached in a state where the urging shaft 26d1 is inserted into the hollow and movable along the urging shaft 26d1. It is installed on the force shaft 26d1.

第1部材26d3には、第1リンク26aおよび第2リンク26bの各々の一端が回動可能な状態で接続されている。第1リンク26aの他端は、第1ウェイストゲートバルブ部14aの第1支持部14a2において、第2支持部14b2の向かい側端部に回動可能な状態で接続されている。一方、第2リンク26bの他端は、アクチュエータ25のロッド25aの先端に回動可能な状態で接続されている。   One end of each of the first link 26a and the second link 26b is connected to the first member 26d3 in a rotatable state. The other end of the first link 26a is pivotally connected to the opposite end of the second support portion 14b2 in the first support portion 14a2 of the first waste gate valve portion 14a. On the other hand, the other end of the second link 26b is connected to the tip of the rod 25a of the actuator 25 in a rotatable state.

第2部材26d4は、第1部材26d3とスプリング26d2との間に設置されている。この第2部材26d4には、第3リンク26cの一端が回動可能な状態で連結されている。この第3リンク26cは、第1、第2リンク26a,26bに対して交差するように配置されている。第3リンク26cの他端は、第2ウェイストゲートバルブ部14bの第2支持部14b2において、第1支持部14a2の向かい側端部に回動可能な状態で接続されている。   The second member 26d4 is installed between the first member 26d3 and the spring 26d2. One end of the third link 26c is connected to the second member 26d4 in a rotatable state. The third link 26c is disposed so as to intersect the first and second links 26a and 26b. The other end of the third link 26c is pivotally connected to the opposite end of the first support portion 14a2 in the second support portion 14b2 of the second waste gate valve portion 14b.

このようなウェイストゲートバルブ装置14の第1、第2バルブ14a1,14b1はスプリング26d2の付勢力により押さえつけられ図2に示すように閉弁している。この状態から図3に示すように、アクチュエータ25のロッド25aが矢印B1に示すように図3の下方向に移動すると、これに接続された第2リンク26bの一端が下方に引っ張られる結果、第2リンク26bの他端に接続された第1部材26d3が矢印B2に示す左方向に移動する。これにより、第1部材26d3に接続された第1リンク26aが矢印B2に示す左方向に引っ張られるので、これに接続された第1バルブ14a1の端部が矢印B3に示す回転方向に移動する結果、第1バルブ14a1が開く。そして、第1バルブ14a1の弁開度が予め設定された弁開度以上になると、リンク機構26によって第2バルブ14b1が連動して開く。すなわち、第2部材26d4が第1部材26d3により矢印B2の方向に押されて移動することにより、第2部材26d4に接続された第3リンク26cが矢印B2に示す左方向に引っ張られるので、これに接続された第2バルブ14b1の端部が矢印B4に示す回転方向に移動する結果、第2バルブ14b1が開く。ここでは、第1サブバイパス排気管12aで上記したチョーク状態が起きる時またはその直前あるいはその直後に、第2サブバイパス排気管12bが開き始めるように設定されている。これにより、サブバイパス排気管12の有効開口面積を増加できるので、チョーク状態を回避することができる。このため、高圧段過給機8の高圧段タービン8aからサブバイパス排気管12を通じて低圧段過給機9の低圧段タービン9aに流れる排気ガスの流路を確保することができるので、高圧段過給機8から低圧段過給機9への切り替えを円滑に行うことができる。   The first and second valves 14a1 and 14b1 of the waste gate valve device 14 are pressed by the urging force of the spring 26d2 and closed as shown in FIG. From this state, as shown in FIG. 3, when the rod 25a of the actuator 25 moves downward in FIG. 3 as shown by the arrow B1, one end of the second link 26b connected thereto is pulled downward. The first member 26d3 connected to the other end of the two links 26b moves in the left direction indicated by the arrow B2. As a result, the first link 26a connected to the first member 26d3 is pulled in the left direction indicated by the arrow B2, so that the end of the first valve 14a1 connected thereto moves in the rotational direction indicated by the arrow B3. The first valve 14a1 is opened. When the valve opening of the first valve 14a1 is equal to or greater than a preset valve opening, the second valve 14b1 is interlocked and opened by the link mechanism 26. That is, since the second member 26d4 is pushed in the direction of the arrow B2 by the first member 26d3 and moves, the third link 26c connected to the second member 26d4 is pulled in the left direction indicated by the arrow B2. As a result, the end of the second valve 14b1 connected to the second valve 14b1 moves in the rotational direction indicated by the arrow B4, so that the second valve 14b1 opens. Here, it is set so that the second sub-bypass exhaust pipe 12b starts to open when the choke state described above occurs in the first sub-bypass exhaust pipe 12a, or immediately before or immediately thereafter. Thereby, since the effective opening area of the sub bypass exhaust pipe 12 can be increased, a choke state can be avoided. For this reason, a flow path of exhaust gas flowing from the high-pressure turbine 8 a of the high-pressure turbocharger 8 to the low-pressure turbine 9 a of the low-pressure turbocharger 9 through the sub-bypass exhaust pipe 12 can be secured. Switching from the feeder 8 to the low-pressure supercharger 9 can be performed smoothly.

次に、ウェイストゲートバルブ装置14の開閉動作について図5〜図12を参照しながら説明する。   Next, the opening / closing operation of the waste gate valve device 14 will be described with reference to FIGS.

まず、図5は、高圧段コンプレッサ8bの出口圧がウェイストゲートバルブ装置14の予め設定された開弁圧よりも低く、第1、第2バルブ14a1,14a2が閉じており第1、第2サブバイパス排気管12a,12bを完全に塞いでいる状態を示している。サブバイパス経路は、排気ガスの圧力を利用して閉じられており、漏れの無い構造とされている。   First, in FIG. 5, the outlet pressure of the high-pressure compressor 8b is lower than the preset valve opening pressure of the waste gate valve device 14, and the first and second sub valves 14a1 and 14a2 are closed. The state where the bypass exhaust pipes 12a and 12b are completely blocked is shown. The sub-bypass path is closed using the pressure of the exhaust gas, and has a structure with no leakage.

続いて、図6に示すように、高圧段コンプレッサ8bの出口圧がウェイストゲートバルブ装置14の予め設定された開弁圧よりも高くなり始め、ロッド25aが図6の矢印B1に示す下方に移動し始める。これにより、ロッド25aに接続された第2リンク26bの一端も下方に引っ張られるので第2リンク26bの他端に接続された第1部材26d3が付勢軸26d1に沿って図6の矢印B2に示す左方向に移動し始める。このため、第1部材26d3に接続された第1リンク26aの一端が図6の左方向に引っ張られるので第1バルブ14a1が矢印B3に示すように動き始め、第1バルブ14a1が徐々に開き始める。この時、第2バルブ14b1は静止しており閉じている。   Subsequently, as shown in FIG. 6, the outlet pressure of the high-pressure compressor 8b starts to become higher than the preset valve opening pressure of the waste gate valve device 14, and the rod 25a moves downward as indicated by an arrow B1 in FIG. Begin to. As a result, one end of the second link 26b connected to the rod 25a is also pulled downward, so that the first member 26d3 connected to the other end of the second link 26b moves along the biasing shaft 26d1 to the arrow B2 in FIG. Start moving to the left shown. For this reason, one end of the first link 26a connected to the first member 26d3 is pulled in the left direction in FIG. 6, so that the first valve 14a1 starts to move as indicated by the arrow B3, and the first valve 14a1 starts to open gradually. . At this time, the second valve 14b1 is stationary and closed.

続いて、図7および図8に示すように、高圧段コンプレッサ8bの出口圧がさらに高くなり、ロッド25aが図6の矢印B1に示す下方にさらに移動することにより、第2リンク26bの一端がさらに下方に引っ張られ、第1部材26d3が図6の矢印B2に示す左方向にさらに移動するため、第1バルブ14a1の開度が大きくなる。この時も第2バルブ14b1は静止しており閉じている。   Subsequently, as shown in FIGS. 7 and 8, the outlet pressure of the high-pressure compressor 8b is further increased, and the rod 25a further moves downward as indicated by the arrow B1 in FIG. Further, the first member 26d3 is further pulled in the left direction indicated by the arrow B2 in FIG. 6, and the opening degree of the first valve 14a1 is increased. Also at this time, the second valve 14b1 is stationary and closed.

続いて、図9および図10に示すように、エンジン1の回転速度および負荷が高くなり高圧段コンプレッサ8bが仕事を行うと高圧段コンプレッサ8bの出口圧がさらに高くなり、第1バルブ14a1の開度が一定値以上に大きくなる。そして、第1サブバイパス排気管12aでチョーク状態も起き始める。すると、第1バルブ14a1の移動が第1リンク26aを介して第1部材26d3に伝えられ、第1部材26d3が図9の矢印B2に示す左方向に移動して第2部材26d4を矢印B2に示す左方向に押す。これにより、第2部材26d4に接続された第3リンク26cが左側に引っ張られるので、スプリング26d1により押さえられていた第2バルブ14b1が、図9の矢印B4に示すように次第に動き始め、図10に示すように開き始める。   Subsequently, as shown in FIGS. 9 and 10, when the rotational speed and load of the engine 1 are increased and the high-pressure compressor 8b performs work, the outlet pressure of the high-pressure compressor 8b is further increased, and the first valve 14a1 is opened. The degree becomes larger than a certain value. Then, a choke state starts to occur in the first sub-bypass exhaust pipe 12a. Then, the movement of the first valve 14a1 is transmitted to the first member 26d3 via the first link 26a, and the first member 26d3 moves to the left as shown by the arrow B2 in FIG. 9 to move the second member 26d4 to the arrow B2. Press to the left as shown. As a result, the third link 26c connected to the second member 26d4 is pulled to the left, so that the second valve 14b1 held by the spring 26d1 begins to move gradually as shown by the arrow B4 in FIG. Start to open as shown.

続いて、図11および図12に示すように、チョーク状態からさらにエンジンの回転、負荷が高くなり、高圧段コンプレッサ8bの出口圧がさらに高くなると、第1バルブ14a1の開度がさらに大きくなり、第1部材26d3と第2部材26d4とが一体となって動作する。すなわち、第1、第2部材26d3,26d4が一体となって図11の矢印B2に示す左方向に移動することにより、第1、第2バルブ14a1,14b1が、図11の矢印B3,B4に示す回転方向に同時に作動し、図12に示すように開く。   Subsequently, as shown in FIGS. 11 and 12, when the engine rotation and load are further increased from the choke state, and the outlet pressure of the high-pressure compressor 8b is further increased, the opening degree of the first valve 14a1 is further increased, The first member 26d3 and the second member 26d4 operate integrally. That is, when the first and second members 26d3 and 26d4 are integrally moved in the left direction indicated by the arrow B2 in FIG. 11, the first and second valves 14a1 and 14b1 are moved to the arrows B3 and B4 in FIG. It operates simultaneously in the direction of rotation shown and opens as shown in FIG.

このように本実施の形態のエンジン1においては、第1サブバイパス排気管12aの開口部でチョーク状態になっても、第2サブバイパス排気管12bが開くことで、排気ガスが低圧段タービン9aへと円滑に流れる。   As described above, in the engine 1 of the present embodiment, even when the choke state is established at the opening of the first sub-bypass exhaust pipe 12a, the second sub-bypass exhaust pipe 12b is opened, so that the exhaust gas is supplied to the low-pressure stage turbine 9a. Flows smoothly.

次に、比較のため従来の高圧段過給機側のウェイストゲートバルブ装置について図17〜図19を参照しながら説明する。   Next, a conventional waste gate valve device on the high pressure stage supercharger side will be described with reference to FIGS. 17 to 19 for comparison.

図17〜図19は、従来の正圧駆動方式のウェイストゲートバルブ装置70の構成図である。図17はバルブ閉弁時の状態、図18はバルブ開弁時の状態、図19はバルブ開閉動作時の状態をそれぞれ示している。矢印A7は排気ガスの流れを示し、矢印B7はバルブの動作方向を示している。   FIGS. 17 to 19 are configuration diagrams of a conventional positive pressure drive type wastegate valve device 70. 17 shows a state when the valve is closed, FIG. 18 shows a state when the valve is opened, and FIG. 19 shows a state when the valve is opened and closed. Arrow A7 indicates the flow of exhaust gas, and arrow B7 indicates the operating direction of the valve.

従来は、高圧段過給機側のサブバイパス排気管が1つなので、ウェイストゲートバルブ装置70のバルブ70aも1つである。バルブ70aは、サブバイパス排気管を開閉する部分であり、バルブ支持体70bに支持されている。バルブ支持部70bは、ロッド70cに直接接続され、これを通じてアクチュエータ70dと接続されている。アクチュエータ70dの入力側には、配管70eを通じて高圧段コンプレッサ71の出口が接続されている。アクチュエータ70dは、高圧段コンプレッサ71の出口圧に応じてロッド70cを往復駆動することでバルブ70aを開閉する。   Conventionally, since there is one sub-bypass exhaust pipe on the high-pressure supercharger side, there is also one valve 70a of the waste gate valve device 70. The valve 70a is a part that opens and closes the sub-bypass exhaust pipe, and is supported by the valve support 70b. The valve support portion 70b is directly connected to the rod 70c and is connected to the actuator 70d through this. The outlet of the high-pressure compressor 71 is connected to the input side of the actuator 70d through a pipe 70e. The actuator 70d opens and closes the valve 70a by reciprocatingly driving the rod 70c according to the outlet pressure of the high-pressure compressor 71.

次に、図17で示した従来のウェイストゲートバルブ装置70の開閉動作による圧力、仕事等の推移を図20〜図23に示す。矢印Dはウェイストゲートバルブ装置70の開弁開始を示し、矢印Eは高圧段タービン側のサブバイパス排気管でのチョーク状態の発生を示している。また、符号L0は低圧段過給機側の測定結果を示し、符号H0は高圧段過給機側の測定結果を示している。   Next, changes in pressure, work, etc. due to the opening / closing operation of the conventional waste gate valve device 70 shown in FIG. 17 are shown in FIGS. Arrow D indicates the start of valve opening of the waste gate valve device 70, and arrow E indicates the occurrence of a choke state in the sub-bypass exhaust pipe on the high-pressure turbine side. Symbol L0 indicates the measurement result on the low-pressure stage supercharger side, and symbol H0 indicates the measurement result on the high-pressure stage supercharger side.

従来方式では、高圧段タービン側のサブバイパス排気管でチョーク状態が起き、高圧段コンプレッサから低圧段コンプレッサへと仕事が切り替わらない。また、高負荷または高回転条件で高圧段過給機を使用することは、高圧段過給機を効率の悪い条件で使用していることを示している。このため、エンジン本体2に必要な空気を導入できなくなり、排気ガス中におけるNOx等の排気性能が低下する。また、高圧段タービンの入口圧も増加するため、排気マニホールドの内圧が上昇し、燃費に対しても悪影響を及ぼす。   In the conventional method, a choke state occurs in the sub-bypass exhaust pipe on the high-pressure turbine side, and work is not switched from the high-pressure compressor to the low-pressure compressor. In addition, the use of the high-pressure stage supercharger under a high load or high rotation condition indicates that the high-pressure stage supercharger is used under inefficient conditions. For this reason, it becomes impossible to introduce air required for the engine body 2, and exhaust performance of NOx or the like in the exhaust gas is deteriorated. In addition, since the inlet pressure of the high-pressure turbine increases, the internal pressure of the exhaust manifold increases, which adversely affects fuel consumption.

これに対して、本実施の形態のエンジン1におけるウェイストゲートバルブ装置14の開閉動作による圧力、仕事等の推移を図13〜図16に示す。矢印Fは高圧段タービン側の第1サブバイパス排気管12aでのチョーク状態の発生と、第2ウェイストゲートバルブ部14bの開弁開始とを示している。また、符号L1は本実施の形態のエンジン1の低圧段過給機9側の測定結果を示し、符号H1は本実施の形態のエンジン1の高圧段過給機8側の測定結果を示している。   In contrast, FIGS. 13 to 16 show changes in pressure, work, and the like due to the opening / closing operation of the waste gate valve device 14 in the engine 1 of the present embodiment. An arrow F indicates the occurrence of a choke state in the first sub-bypass exhaust pipe 12a on the high-pressure turbine side and the start of opening of the second waste gate valve portion 14b. Reference sign L1 indicates the measurement result on the low pressure stage supercharger 9 side of the engine 1 of the present embodiment, and reference sign H1 indicates the measurement result on the high pressure stage turbocharger 8 side of the engine 1 of the present embodiment. Yes.

このウェイストゲートバルブ装置14では、チョーク状態を回避できるので、符号L1,H1で示すように、高圧段コンプレッサ8bから低圧段コンプレッサ9bへと仕事を円滑に切り替えることができる。また、高負荷または高回転条件における高圧段過給機8の使用を回避でき、低圧段過給機9を効率の良い条件で過給できる。   Since the waste gate valve device 14 can avoid the choke state, as shown by reference numerals L1 and H1, the work can be smoothly switched from the high-pressure compressor 8b to the low-pressure compressor 9b. Moreover, use of the high-pressure stage supercharger 8 under high load or high rotation conditions can be avoided, and the low-pressure stage supercharger 9 can be supercharged under efficient conditions.

このように本実施の形態のエンジン1によれば、第1バイパス排気管12aの開口部でチョーク状態になると、第2バルブ14b1が連動して第2バイパス排気管12bが開くことにより、サブバイパス排気管12の有効開口面積を増加させることができるので、チョーク状態を回避することができる。このため、高圧段過給機8側からサブバイパス排気管12を通じて低圧段過給機8に流れる排気ガスの流路を充分に確保することができるので、高圧段過給機8から低圧段過給機9への切り替えを円滑に行うことができる。また、排気切替バルブ装置13のバルブを開くことにより、低圧段過給機9への切り替えも円滑に行うことができる。   As described above, according to the engine 1 of the present embodiment, when the choke state is established at the opening of the first bypass exhaust pipe 12a, the second bypass exhaust pipe 12b is opened in conjunction with the second valve 14b1, thereby opening the sub bypass. Since the effective opening area of the exhaust pipe 12 can be increased, a choked state can be avoided. For this reason, a sufficient flow path for the exhaust gas flowing from the high-pressure supercharger 8 side to the low-pressure supercharger 8 through the sub-bypass exhaust pipe 12 can be secured. Switching to the feeder 9 can be performed smoothly. Further, by opening the valve of the exhaust gas switching valve device 13, switching to the low-pressure supercharger 9 can be performed smoothly.

また、1つのサブバイパス排気管の開口面積を大きくするわけではないので、ウェイストゲートバルブ装置14の開弁力を増加させる必要もない。このため、ウェイストゲートバルブ装置14を駆動するアクチュエータ25のサイズを増大させる必要もない。また、第1バルブ14a1の動作に第2バルブ部14b1が連動するので、サブバイパス排気管を増やしバルブを増やしたからといって、アクチュエータ25の数を増やす必要もない。したがって、車両の重量増大を招くこともない。また、アクチュエータ25の制御が難しくなることもない。   Further, since the opening area of one sub-bypass exhaust pipe is not increased, it is not necessary to increase the valve opening force of the waste gate valve device 14. For this reason, it is not necessary to increase the size of the actuator 25 that drives the waste gate valve device 14. Further, since the second valve portion 14b1 is interlocked with the operation of the first valve 14a1, it is not necessary to increase the number of actuators 25 just because the number of sub-bypass exhaust pipes is increased and the number of valves is increased. Accordingly, the weight of the vehicle is not increased. Further, it is not difficult to control the actuator 25.

したがって、このようなエンジン1によれば、高圧段過給機8から低圧段過給機9への切り替えを円滑に行うことができるので、エンジン本体2内に効率的に空気を導入することができ、より多くの空気をエンジン本体2内に導入することができる(すなわち、必要な空気量を確保することができる)。ここで、同じ量の燃料を噴射すると燃料と空気との割合が変わり、必要以上の空気がエンジン本体2内へと導入されるので、その多くなった空気の代わりにEGRガスを導入する。その結果、EGR率を増加させることができる。これにより、エンジン本体2内の新気中の酸素量を減らさずに、EGRガス量を多くでき(EGR率を増加させることができ)、結果としてNOxを低減することができる。   Therefore, according to such an engine 1, since switching from the high pressure stage supercharger 8 to the low pressure stage supercharger 9 can be performed smoothly, air can be efficiently introduced into the engine body 2. More air can be introduced into the engine body 2 (that is, a necessary amount of air can be secured). Here, when the same amount of fuel is injected, the ratio between the fuel and air changes, and more air than necessary is introduced into the engine body 2, so EGR gas is introduced instead of the increased amount of air. As a result, the EGR rate can be increased. As a result, the amount of EGR gas can be increased (the EGR rate can be increased) without reducing the amount of oxygen in the fresh air in the engine body 2, and as a result, NOx can be reduced.

また、高圧段過給機8から低圧段過給機9への切り替えを円滑に行うことができるので、排気ガスの圧力の上昇を抑制または防止することができる。その結果、車両の燃費を向上させることができる。   In addition, since the switching from the high-pressure stage supercharger 8 to the low-pressure stage supercharger 9 can be performed smoothly, an increase in exhaust gas pressure can be suppressed or prevented. As a result, the fuel consumption of the vehicle can be improved.

本発明の2段式過給機付き内燃機関は、ウェイストゲートバルブ装置の第1バルブの弁開度が予め設定された弁開度以上になると、ウェイストゲートバルブ装置の第2バルブが連動して開くことで、高圧段過給機から低圧段過給機への切り替えを円滑に行うことができるので、自動車搭載用等の2段式過給機付き内燃機関に利用できる。   In the internal combustion engine with a two-stage supercharger according to the present invention, when the valve opening degree of the first valve of the waste gate valve device is greater than or equal to a preset valve opening degree, the second valve of the waste gate valve device is interlocked. By opening, it is possible to smoothly switch from the high-pressure stage supercharger to the low-pressure stage supercharger, and therefore, it can be used for an internal combustion engine with a two-stage supercharger for use in automobiles.

1 ディーゼルエンジン(2段式過給機付き内燃機関)
2 エンジン本体
5 2段式過給システム
8 高圧段過給機
8a 高圧段タービン
8b 高圧段コンプレッサ(高圧段圧縮機)
9 低圧段過給機
9a 低圧段タービン
9b 低圧段コンプレッサ(低圧段圧縮機)
10a 第1排気管
10b 第2排気管
10c 第3排気管
12 サブバイパス排気管(バイパス排気管)
12a 第1サブバイパス排気管(第1バイパス排気管)
12b 第2サブバイパス排気管(第2バイパス排気管)
13 排気切替バルブ装置
14 ウェイストゲートバルブ装置
14a 第1ウェイストゲートバルブ部
14a1 第1バルブ
14b 第2ウェイストゲートバルブ部
14b1 第2バルブ
15 配管
20a 第1吸気管
20b 第2吸気管
20c 第3吸気管
25 アクチュエータ
25a ロッド(駆動力伝達体)
26 リンク機構
26a 第1リンク(第1接続体)
26b 第2リンク(第2接続体)
26c 第3リンク(第3接続体)
26d スプリング部(付勢手段)
26d1 付勢軸(主軸)
26d2 スプリング(弾性部材)
26d3 第1部材
26d4 第2部材
1 Diesel engine (internal combustion engine with two-stage turbocharger)
2 Engine body 5 Two-stage supercharging system 8 High-pressure turbocharger 8a High-pressure turbine 8b High-pressure compressor (high-pressure compressor)
9 Low pressure stage turbocharger 9a Low pressure stage turbine 9b Low pressure stage compressor (low pressure stage compressor)
10a 1st exhaust pipe 10b 2nd exhaust pipe 10c 3rd exhaust pipe 12 Sub bypass exhaust pipe (bypass exhaust pipe)
12a First sub bypass exhaust pipe (first bypass exhaust pipe)
12b Second sub bypass exhaust pipe (second bypass exhaust pipe)
13 Exhaust gas switching valve device 14 Waste gate valve device 14a First waste gate valve portion 14a1 First valve 14b Second waste gate valve portion 14b1 Second valve 15 Pipe 20a First intake pipe 20b Second intake pipe 20c Third intake pipe 25 Actuator 25a Rod (driving force transmission body)
26 Link mechanism 26a First link (first connecting body)
26b Second link (second connecting body)
26c 3rd link (3rd connection body)
26d Spring part (biasing means)
26d1 Energizing shaft (main shaft)
26d2 spring (elastic member)
26d3 first member 26d4 second member

Claims (4)

内燃機関本体側から順に高圧段過給機および低圧段過給機を2段直列に接続した構成を有する2段式過給機付き内燃機関において、
前記高圧段過給機の高圧段タービンの入口と出口とを接続するバイパス排気管と、
前記バイパス排気管の開閉を行うウェイストゲートバルブ装置とを備え、
前記バイパス排気管は、並列に接続された第1バイパス排気管および第2バイパス排気管を有しており、
前記ウェイストゲートバルブ装置は、
前記第1バイパス排気管に配置された第1バルブと、
前記第2バイパス排気管に配置された第2バルブと、
前記第1、第2バルブの開閉を行うアクチュエータと、
前記アクチュエータの駆動力伝達体を前記第1バルブおよび前記第2バルブの両方に接続するリンク機構とを備え、
前記第1バルブの弁開度が予め設定された弁開度以上になると、前記リンク機構により前記第2バルブが連動して開く制御を行う2段式過給機付き内燃機関。
In the internal combustion engine with a two-stage supercharger having a configuration in which a high-pressure stage supercharger and a low-pressure stage supercharger are connected in series from the internal combustion engine main body side,
A bypass exhaust pipe connecting an inlet and an outlet of a high-pressure turbine of the high-pressure turbocharger;
A wastegate valve device for opening and closing the bypass exhaust pipe,
The bypass exhaust pipe has a first bypass exhaust pipe and a second bypass exhaust pipe connected in parallel;
The waste gate valve device is:
A first valve disposed in the first bypass exhaust pipe;
A second valve disposed in the second bypass exhaust pipe;
An actuator for opening and closing the first and second valves;
A link mechanism for connecting a driving force transmission body of the actuator to both the first valve and the second valve;
An internal combustion engine with a two-stage supercharger that performs control to open the second valve in conjunction with the link mechanism when the valve opening of the first valve is greater than or equal to a preset valve opening.
前記リンク機構は、前記アクチュエータの駆動力伝達体の第1方向の運動を、これに交差する第2方向の運動に変換する機構を有する請求項1記載の2段式過給機付き内燃機関。   2. The internal combustion engine with a two-stage supercharger according to claim 1, wherein the link mechanism has a mechanism for converting a movement in a first direction of a driving force transmission body of the actuator into a movement in a second direction intersecting therewith. 前記リンク機構は、
前記第1、第2バルブを閉弁する方向に付勢する弾性部材を有する付勢手段と、
前記第1バルブを前記付勢手段の第1部材に接続する第1接続体と、
前記第1部材を前記アクチュエータの駆動力伝達体に接続する第2接続体と、
前記第2バルブを前記付勢手段の第2部材に接続する第3接続体とを備え、
前記付勢手段は、
前記弾性部材が配置された主軸と、
前記主軸に沿って移動可能な状態で配置された前記第1部材と、
前記主軸に沿って移動可能な状態で前記第1部材と前記弾性部材との間に配置された前記第2部材とを備え、
前記アクチュエータの駆動力が前記第2接続体を通じて前記第1部材に伝えられ、前記第1部材が前記弾性部材の付勢力に抗する方向に移動すると、前記第1部材に接続された前記第1接続体が連動して前記第1バルブが開き、前記第1バルブの弁開度が予め設定された弁開度以上になると、前記第1部材の移動により前記第2部材が前記弾性部材の付勢力に抗する方向に移動し、前記第2部材に接続された前記第3接続体が連動して前記第2バルブが開く制御を行う請求項1または2記載の2段式過給機付き内燃機関。
The link mechanism is
An urging means having an elastic member for urging the first and second valves in a closing direction;
A first connector for connecting the first valve to the first member of the biasing means;
A second connection body for connecting the first member to the driving force transmission body of the actuator;
A third connecting body for connecting the second valve to the second member of the biasing means,
The biasing means is
A main shaft on which the elastic member is disposed;
The first member arranged to be movable along the main axis;
The second member disposed between the first member and the elastic member in a movable state along the main axis;
When the driving force of the actuator is transmitted to the first member through the second connection body and the first member moves in a direction against the urging force of the elastic member, the first member connected to the first member. When the first valve is opened in conjunction with the connecting body and the valve opening of the first valve is greater than or equal to a preset valve opening, the second member is attached to the elastic member by the movement of the first member. The internal combustion engine with a two-stage supercharger according to claim 1 or 2, wherein the second valve is controlled to move in a direction against the force and the second connector connected to the second member is interlocked to open the second valve. organ.
前記アクチュエータは、前記高圧段過給機の高圧段圧縮機の出口側の圧力に応じて駆動される請求項1〜3のいずれか1項に記載の2段式過給機付き内燃機関。   The internal combustion engine with a two-stage supercharger according to any one of claims 1 to 3, wherein the actuator is driven according to a pressure on an outlet side of a high-pressure compressor of the high-pressure supercharger.
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