JP2011106358A - Multi-stage supercharger - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce pressure loss in an exhaust gas passage on the downstream side of an exhaust gas switching valve, in a multi-stage super charger. <P>SOLUTION: The exhaust gas-switching valve VO opens toward the exhaust gas passage 11 that introduces exhaust gas discharged from a turbine of the supercharger on the upstream side to a turbine impeller of the supercharger on the downstream side. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、排気ガスの流れ方向に直列に接続される複数の過給機と、上流側の上記過給機をバイパスして下流側の上記過給機のタービンに上記排気ガスを供給するための排気ガス切替バルブとを備える多段式過給機に関するものである。   The present invention provides a plurality of turbochargers connected in series in the exhaust gas flow direction, and bypasses the upstream turbocharger and supplies the exhaust gas to the turbine of the downstream turbocharger. The present invention relates to a multistage supercharger provided with an exhaust gas switching valve.

従来から、過給機は、ディーゼルエンジン等の内燃機関において、より高出力を得るために用いられている。
このターボ過給機は、内燃機関の排気管から廃棄される排気ガスの運動エネルギー及び圧力を利用してタービンを高速回転させ、その回転力でコンプレッサを回転駆動させることにより空気を圧縮し、その圧縮された空気をエンジン内に送り込むように構成されている。
Conventionally, a supercharger has been used in an internal combustion engine such as a diesel engine to obtain higher output.
This turbocharger uses the kinetic energy and pressure of exhaust gas discarded from the exhaust pipe of an internal combustion engine to rotate the turbine at high speed, and compresses the air by rotating the compressor with the rotational force. It is configured to send compressed air into the engine.

ところで、ターボ過給機は、容量が大きいと低速においてトルクが出ず、小さいと高速でトルクが出ない。このため、単一のターボ過給機ではエンジンの低い回転数から高い回転数に渡って安定した高いトルクを得ることができないという欠点を有している。このため、この欠点を解決するために2段式過給機が提案されている。
2段過給式ターボ過給機は、エンジンから排出される排気ガスの流路に、その排気ガスにより駆動される高圧段タービンを備えた高圧段過給機と、その高圧段過給機を駆動した後の排気ガスにより駆動される高圧段タービン径よりも大径の低圧段タービンを備えた低圧段過給機とを直列に配置して構成されている。
そして、この2段過給式ターボ過給機では、低圧段過給機の低圧段コンプレッサで生成された給気ガスを高圧段過給機の高圧段コンプレッサに送出してさらに加圧を行い、その生成された給気ガスをエンジンに供給するように構成されている。
By the way, when the capacity of the turbocharger is large, torque is not generated at low speed, and when the capacity is small, torque is not output at high speed. For this reason, a single turbocharger has a drawback that a stable high torque cannot be obtained from a low engine speed to a high engine speed. For this reason, a two-stage supercharger has been proposed to solve this drawback.
A two-stage turbocharging turbocharger includes a high-pressure turbocharger including a high-pressure turbine driven by the exhaust gas in a flow path of exhaust gas discharged from the engine, and the high-pressure turbocharger. A low-pressure stage turbocharger including a low-pressure stage turbine having a diameter larger than that of the high-pressure stage turbine driven by the exhaust gas after being driven is arranged in series.
In this two-stage turbocharger, the supply gas generated by the low-pressure stage compressor of the low-pressure stage supercharger is sent to the high-pressure stage compressor of the high-pressure stage supercharger for further pressurization, The generated supply gas is configured to be supplied to the engine.

この2段過給式ターボ過給機についてさらに説明すると、2段過給式ターボ過給機は、高圧段タービンとこの高圧段タービンに同軸で回転駆動される高圧段コンプレッサとを備えた高圧段過給機、及び低圧段タービンとこの低圧段タービンに同軸で回転駆動される低圧段コンプレッサとを備えた低圧段過給機の2つの過給機を有している。
そして、エンジンのシリンダから排出された排気ガスは、高圧段過給機の高圧段タービンのみならず、排気ガス切替バルブによって開口調節されるバイパス管を介して低圧段過給機の低圧段タービンに直接供給できるように構成されている。
The two-stage turbocharging turbocharger will be further described. The two-stage turbocharging turbocharger includes a high-pressure stage including a high-pressure stage turbine and a high-pressure stage compressor that is driven to rotate coaxially with the high-pressure stage turbine. There are two superchargers, a supercharger, and a low-pressure stage turbocharger provided with a low-pressure stage turbine and a low-pressure stage compressor that is driven to rotate coaxially with the low-pressure stage turbine.
The exhaust gas discharged from the engine cylinder is not only supplied to the high-pressure turbine of the high-pressure turbocharger but also to the low-pressure turbine of the low-pressure turbocharger via a bypass pipe whose opening is adjusted by an exhaust gas switching valve. It is configured so that it can be supplied directly.

そして、その排気ガス切替バルブの開度は、エンジンの回転数に基づいて制御され、高圧段過給機へ送られる排気ガス量と、その高圧段過給機を迂回して低圧段過給機へ送られる排気ガス量との関係が調整されるように構成されている。
より詳細には、エンジンの回転数が低く、排気ガス切替バルブが閉じられたときは、排気ガスは高圧段過給機を迂回することなく高圧段過給機に供給され、他方、エンジンの回転数が高く、排気ガス切替バルブが開かれたときは、排気ガスは高圧段過給機を迂回する形で低圧段過給機に供給されるように構成されている。
The opening degree of the exhaust gas switching valve is controlled based on the engine speed, the amount of exhaust gas sent to the high pressure turbocharger, and the low pressure turbocharger bypassing the high pressure turbocharger. The relationship with the amount of exhaust gas sent to is adjusted.
More specifically, when the engine speed is low and the exhaust gas switching valve is closed, the exhaust gas is supplied to the high pressure turbocharger without bypassing the high pressure turbocharger, while the engine speed is When the number is high and the exhaust gas switching valve is opened, the exhaust gas is configured to be supplied to the low pressure turbocharger in a form that bypasses the high pressure turbocharger.

米国特許第4930315号明細書U.S. Pat. No. 4,930,315

ところで、過給機のタービンは、排気ガスによって回転駆動されるタービンインペラへ、排気ガスを導入するためのスクロール流路を備えている。また、2段式過給機の低圧段過給機が備える低圧段タービンも同様に、図5に示すように、上記スクロール流路100を備えている。
そして、上述の排気ガス切替バルブ200は、図5に示すように、低圧段タービンのケーシング300内に設置されており、スクロール流路100に近接された位置に配置されている。
By the way, the turbine of the supercharger includes a scroll flow path for introducing exhaust gas to a turbine impeller that is rotationally driven by the exhaust gas. Similarly, the low pressure turbine provided in the low pressure turbocharger of the two-stage supercharger also includes the scroll flow path 100 as shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the above-described exhaust gas switching valve 200 is installed in the casing 300 of the low-pressure turbine, and is disposed at a position close to the scroll flow path 100.

しかしながら、従来の2段式過給機では、図5に示すように、排気ガス切替バルブ200が、スクロール流路100に背を向けて開口される構成を採用している。この結果、排気ガス切替バルブ200が開放されて排気ガスが流入する場合に、排気ガスが低圧段タービンのケーシング300に向けて噴出されると共にケーシング300の内壁面に勢い良く衝突する。このため、排気ガス切替バルブ200から先の流路(例えばスクロール流路)が昇圧され、排気ガス流路の圧力損失が大きくなるという弊害が生じていた。   However, the conventional two-stage turbocharger employs a configuration in which the exhaust gas switching valve 200 is opened with its back facing the scroll channel 100 as shown in FIG. As a result, when the exhaust gas switching valve 200 is opened and the exhaust gas flows in, the exhaust gas is ejected toward the casing 300 of the low-pressure turbine and vigorously collides with the inner wall surface of the casing 300. For this reason, the flow path (e.g., the scroll flow path) ahead of the exhaust gas switching valve 200 is boosted, resulting in an adverse effect of increasing the pressure loss in the exhaust gas flow path.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、多段式過給機において、排気ガス切替バルブより下流側における排気ガス流路の圧力損失を低減させることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the pressure loss of the exhaust gas passage on the downstream side of the exhaust gas switching valve in the multistage supercharger.

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。   The present invention adopts the following configuration as means for solving the above-described problems.

第1の発明は、排気ガスの流れ方向に直列に接続される複数の過給機と、上流側の上記過給機をバイパスして下流側の上記過給機のタービンに上記排気ガスを供給するための排気ガス切替バルブとを備える多段式過給機であって、上記排気ガス切替バルブが、上記排気ガスを下流側の上記過給機のタービンインペラに導入する排気ガス流路に向けて開口するという構成を採用する。   According to a first aspect of the present invention, a plurality of turbochargers connected in series in a flow direction of exhaust gas, and the exhaust gas is supplied to a turbine of the downstream turbocharger by bypassing the upstream turbocharger. A multistage supercharger comprising an exhaust gas switching valve for the exhaust gas switching valve, the exhaust gas switching valve toward the exhaust gas flow path for introducing the exhaust gas into the turbine impeller of the turbocharger on the downstream side The structure of opening is adopted.

第2の発明は、上記第1の発明において、上記排気ガス切替バルブが、上流側の上記過給機を迂回して下流側の上記過給機に接続されるバイパス流路を開閉する弁体と、上記弁体に対して上記排気ガス流路と反対側に設置されると共にアクチュエータによって回動される支軸と該支軸と上記弁体とを連結するアームとを備えるという構成を採用する。   According to a second aspect, in the first aspect, the exhaust gas switching valve bypasses the upstream supercharger and opens and closes a bypass passage connected to the downstream supercharger. And a support shaft that is installed on the opposite side of the exhaust gas flow path with respect to the valve body and that is rotated by an actuator, and an arm that connects the support shaft and the valve body. .

第3の発明は、上記第2の発明において、上記弁体の最大開口角度が25°以上であるという構成を採用する。   The third invention adopts a configuration in which the maximum opening angle of the valve body is 25 ° or more in the second invention.

本発明によれば、排気ガス切替バルブが、排気ガスを下流側の過給機が備えるタービンインペラに導入するための排気ガス流路(例えばスクロール管)に向けて開口される。
このため、排気ガス切替バルブを介して噴出される排気ガスをスムーズに排気ガス流路に供給することができ、排気ガス切替バルブの下流側における排気ガス流路の圧力が低下することを抑制することができる。
したがって、本発明によれば、排気ガス切替バルブより下流側における排気ガス流路の圧力損失を低減させることが可能となる。
According to the present invention, the exhaust gas switching valve is opened toward an exhaust gas passage (for example, a scroll pipe) for introducing the exhaust gas into the turbine impeller provided in the downstream turbocharger.
For this reason, the exhaust gas ejected via the exhaust gas switching valve can be smoothly supplied to the exhaust gas passage, and the pressure of the exhaust gas passage on the downstream side of the exhaust gas switching valve is suppressed from decreasing. be able to.
Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the pressure loss of the exhaust gas passage on the downstream side of the exhaust gas switching valve.

本発明の一実施形態における2段式過給機の概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of a two-stage supercharger in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における2段式過給機が備える排気ガス切替バルブを含む拡大図である。It is an enlarged view including the exhaust-gas switching valve with which the two-stage supercharger in one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態における2段式過給機と従来の2段式過給機との全圧を比較する図である。It is a figure which compares the total pressure of the two-stage supercharger in one Embodiment of this invention, and the conventional two-stage supercharger. 本発明の一実施形態における2段式過給機が備える排気ガス切替バルブの開口角度と圧力損失との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the opening angle of the exhaust-gas switching valve with which the two-stage supercharger in one Embodiment of this invention is equipped, and pressure loss. 従来の2段式過給機が備える排気ガス切替バルブを含む拡大図である。It is an enlarged view including the exhaust gas switching valve with which the conventional two-stage supercharger is provided.

以下、図面を参照して、本発明に係る多段式過給機の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
なお、以下の説明においては、本発明の多段式過給機を2段式過給機に適用した例について説明する。
Hereinafter, an embodiment of a multistage turbocharger according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
In the following description, an example in which the multistage supercharger of the present invention is applied to a two-stage supercharger will be described.

図1は、本実施形態の2段式過給機の概略構成を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態の2段式過給機Sは、高圧段過給機HCと低圧段過給機LCと、排気ガス供給流路POと、排気ガスバイパス流路BOと、排気ガス切替バルブVOと、空気供給流路PIと、空気バイパス流路BIと、空気切替バルブVIとを備える。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a two-stage supercharger according to the present embodiment. As shown in this figure, the two-stage supercharger S of the present embodiment includes a high-pressure supercharger HC, a low-pressure supercharger LC, an exhaust gas supply passage PO, an exhaust gas bypass passage BO, , An exhaust gas switching valve VO, an air supply channel PI, an air bypass channel BI, and an air switching valve VI.

高圧段過給機HCと低圧段過給機LCとは、エンジンEからの排気ガスの流れ方向に直列に接続されている。
高圧段過給機HCは、エンジンEから排気ガスの流れ方向の上流側に配置されており、高圧段タービンHC1(上流側の過給機のタービン)と、高圧段圧縮機HC2とを備えている。
高圧段タービンHC1は、内部にスクロール流路1が形成されたタービンハウジング内に収容されるタービンインペラ2を備えている。
高圧段圧縮機HC2は、内部にスクロール流路3が形成されたコンプレッサハウジング内に収容されるコンプレッサインペラ4を備えている。
また、高圧段過給機HCは、タービンインペラ2とコンプレッサインペラ4とを連結する軸5を備えている。この軸5で連結されることによって、タービンインペラ2とコンプレッサインペラ4とは同軸回転されるように構成されている。
なお、高圧段タービンHC1のスクロール流路1は、エンジンEから排出された排気ガスをタービンインペラ2に導入するための排気ガス流路である。
The high-pressure supercharger HC and the low-pressure supercharger LC are connected in series in the flow direction of the exhaust gas from the engine E.
The high-pressure stage supercharger HC is arranged upstream of the flow direction of the exhaust gas from the engine E, and includes a high-pressure stage turbine HC1 (upstream turbocharger turbine) and a high-pressure stage compressor HC2. Yes.
The high pressure turbine HC1 includes a turbine impeller 2 accommodated in a turbine housing in which a scroll flow path 1 is formed.
The high-pressure compressor HC2 includes a compressor impeller 4 that is accommodated in a compressor housing in which a scroll channel 3 is formed.
The high-pressure supercharger HC includes a shaft 5 that connects the turbine impeller 2 and the compressor impeller 4. By being connected by this shaft 5, the turbine impeller 2 and the compressor impeller 4 are configured to rotate coaxially.
The scroll passage 1 of the high-pressure turbine HC1 is an exhaust gas passage for introducing exhaust gas discharged from the engine E into the turbine impeller 2.

低圧段過給機LCは、エンジンEから排気ガスの流れ方向の後流側に配置されており、高圧段過給機HCよりも大きく構成されている。そして、この低圧段過給機LCは、低圧段タービンLC1(下流側の過給機のタービン)と、低圧段圧縮機LC2とを備えている。
低圧段タービンLC1は、内部にスクロール流路11が形成されたタービンハウジング内に収容されるタービンインペラ12を備えている。
低圧段圧縮機LC2は、内部にスクロール流路13が形成されたコンプレッサハウジング内に収容されるコンプレッサインペラ14を備えている。
また、低圧段過給機LCは、タービンインペラ12とコンプレッサインペラ14とを連結する軸15を備えている。この軸15で連結されることによって、タービンインペラ12とコンプレッサインペラ14とは同軸回転されるように構成されている。
なお、低圧段タービンLC1のスクロール流路11は、高圧段タービンHC1から排出された排気ガスをタービンインペラ12に導入するための排気ガス流路である。
The low-pressure stage supercharger LC is arranged on the downstream side in the exhaust gas flow direction from the engine E, and is configured to be larger than the high-pressure stage supercharger HC. The low-pressure stage supercharger LC includes a low-pressure stage turbine LC1 (downstream turbocharger turbine) and a low-pressure stage compressor LC2.
The low-pressure stage turbine LC1 includes a turbine impeller 12 accommodated in a turbine housing in which a scroll channel 11 is formed.
The low-pressure compressor LC2 includes a compressor impeller 14 that is accommodated in a compressor housing in which a scroll channel 13 is formed.
The low-pressure supercharger LC includes a shaft 15 that connects the turbine impeller 12 and the compressor impeller 14. By being connected by this shaft 15, the turbine impeller 12 and the compressor impeller 14 are configured to rotate coaxially.
The scroll passage 11 of the low pressure turbine LC1 is an exhaust gas passage for introducing the exhaust gas discharged from the high pressure turbine HC1 into the turbine impeller 12.

排気ガス供給流路POは、高圧段タービンHC1と低圧段タービンLC1とにエンジンEからの排気ガスを供給するための流路であり、エンジンEと高圧段タービンHC1のスクロール流路1とを接続し、また高圧段タービンHC1の排出口と低圧段タービンLC1のスクロール流路11とを接続する。   The exhaust gas supply channel PO is a channel for supplying exhaust gas from the engine E to the high-pressure turbine HC1 and the low-pressure turbine LC1, and connects the engine E and the scroll channel 1 of the high-pressure turbine HC1. In addition, the discharge port of the high-pressure turbine HC1 and the scroll passage 11 of the low-pressure turbine LC1 are connected.

排気ガスバイパス流路BOは、エンジンEから排出された排気ガスを、高圧段タービンHC1を介することなく低圧段タービンLC1に供給するための流路であり、低圧段タービンLC1のスクロール流路11に接続されている。   The exhaust gas bypass passage BO is a passage for supplying the exhaust gas discharged from the engine E to the low-pressure stage turbine LC1 without going through the high-pressure stage turbine HC1, and is provided in the scroll passage 11 of the low-pressure stage turbine LC1. It is connected.

排気ガス切替バルブVOは、高圧段タービンHC1をバイパスして低圧段タービンLC1に排気ガスを供給するためのものであり、排気ガスバイパス流路BOの途中部位に設置されている。そして、排気ガス切替バルブVOが開放されることで排気ガスバイパス流路BOを介して、低圧段タービンLC1にエンジンEから排気ガスの少なくとも一部が直接供給される。なお、この排気ガス切替バルブVOは、不図示のアクチュエータにて開閉制御されるように構成されている。   The exhaust gas switching valve VO is for bypassing the high-pressure turbine HC1 and supplying the exhaust gas to the low-pressure turbine LC1, and is installed in the middle of the exhaust gas bypass passage BO. Then, when the exhaust gas switching valve VO is opened, at least a part of the exhaust gas is directly supplied from the engine E to the low pressure turbine LC1 through the exhaust gas bypass passage BO. The exhaust gas switching valve VO is configured to be opened and closed by an actuator (not shown).

具体的には、この排気ガス切替バルブVOは、図2に示すように、排気ガスバイパス流路BO内であって、排気ガスバイパス流路BOが低圧段タービンLC1のスクロール流路11と接続される近傍の領域に配置されている。
そして、本実施形態において排気ガス切替バルブVOは、図2に示すように、低圧段タービンLC1のスクロール流路11に向けて開口されるように構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 2, the exhaust gas switching valve VO is in the exhaust gas bypass passage BO, and the exhaust gas bypass passage BO is connected to the scroll passage 11 of the low-pressure turbine LC1. It is arranged in a nearby area.
In the present embodiment, the exhaust gas switching valve VO is configured to open toward the scroll flow path 11 of the low-pressure turbine 1 as shown in FIG.

この排気ガス切替バルブVOは、図2に示すように、排気ガスバイパス流路BOを開閉する弁体20と、弁体20に対してスクロール流路11と反対側に設置されると共にアクチュエータによって回動される支軸22と、該支軸22と弁体20とを連結するアーム21とを備える
さらに、本実施形態において弁体20の最大開口角度は、60°程度(25°以上)とされている。つまり、弁体20は、図2に示す実線位置の全閉から二点鎖線で示される60°程度まで開くことができる。
As shown in FIG. 2, the exhaust gas switching valve VO is installed on the side opposite to the scroll passage 11 with respect to the valve body 20 that opens and closes the exhaust gas bypass passage BO, and is rotated by an actuator. A pivot 22 that is moved and an arm 21 that connects the pivot 22 and the valve body 20 are provided. Further, in the present embodiment, the maximum opening angle of the valve body 20 is about 60 ° (25 ° or more). ing. That is, the valve body 20 can be opened from the fully closed position of the solid line shown in FIG. 2 to about 60 ° indicated by a two-dot chain line.

なお、ここで言う弁体20の開口角度とは、弁体20が閉鎖された状態を0°とした場合における弁体20の開き角度を意味し、さらに弁体20の最大開口角度とは、アーム21や弁体20が流路内壁に干渉することなく移動可能な範囲における最大の開き角度を意味する。つまり、弁体20の最大開口角度とは、弁体20が物理的に開口可能な最大の開き角度を意味する。   In addition, the opening angle of the valve body 20 here means the opening angle of the valve body 20 when the closed state of the valve body 20 is 0 °, and the maximum opening angle of the valve body 20 is It means the maximum opening angle in a range in which the arm 21 and the valve body 20 can move without interfering with the inner wall of the flow path. That is, the maximum opening angle of the valve body 20 means the maximum opening angle at which the valve body 20 can be physically opened.

図1に戻り、空気供給流路PIは、高圧段圧縮機HC2と低圧段圧縮機LC2とエンジンEとに空気を供給するための流路であり、低圧段圧縮機LC2のスクロール流路13と高圧段圧縮機HC2の吸気口とを接続し、また高圧段圧縮機HC2のスクロール流路3とエンジンEとを接続する。   Returning to FIG. 1, the air supply flow path PI is a flow path for supplying air to the high-pressure stage compressor HC2, the low-pressure stage compressor LC2, and the engine E, and the scroll flow path 13 of the low-pressure stage compressor LC2 The intake port of the high-pressure compressor HC2 is connected, and the scroll flow path 3 of the high-pressure compressor HC2 and the engine E are connected.

空気バイパス流路BIは、低圧段圧縮機LC2のスクロール流路13から排出された空気を、高圧段タービンHC1を介することなくエンジンEに供給するための流路である。   The air bypass flow path BI is a flow path for supplying the air discharged from the scroll flow path 13 of the low pressure stage compressor LC2 to the engine E without passing through the high pressure stage turbine HC1.

空気切替バルブVIは、高圧段圧縮機HC2をバイパスしてエンジンEに空気を供給するためのものであり、空気バイパス流路BIの途中部位に設置されている。そして、空気切替バルブVIが開放されることで空気バイパス流路BOを介して、低圧段圧縮機LC2から排出される空気の少なくとも一部がエンジンEに直接供給される。なお、この排気ガス切替バルブVOは、不図示のアクチュエータにて開閉制御されるように構成されている。   The air switching valve VI is for bypassing the high-pressure compressor HC2 and supplying air to the engine E, and is installed in the middle of the air bypass flow path BI. Then, when the air switching valve VI is opened, at least a part of the air discharged from the low-pressure stage compressor LC2 is directly supplied to the engine E via the air bypass passage BO. The exhaust gas switching valve VO is configured to be opened and closed by an actuator (not shown).

このような構成を有する本実施形態の2段式過給機Sでは、例えば、エンジンEが低速回転である場合には、排気ガス切替バルブVO及び空気切替バルブVIが閉鎖される。この結果、エンジンEから排気された排気ガスは、全てが高圧段タービンHC1と低圧段タービンLC1とに供給される。また、吸気された空気の全ては低圧段圧縮機LC2と高圧段圧縮機HC2とに供給される。   In the two-stage supercharger S of the present embodiment having such a configuration, for example, when the engine E is rotating at a low speed, the exhaust gas switching valve VO and the air switching valve VI are closed. As a result, all the exhaust gas exhausted from the engine E is supplied to the high-pressure turbine HC1 and the low-pressure turbine LC1. Further, all of the sucked air is supplied to the low pressure compressor LC2 and the high pressure compressor HC2.

一方、例えばエンジンEが高速回転である場合には、排気ガス切替バルブVO及び空気切替バルブVIが開放される。この結果、エンジンEから排気された排気ガスの大部分が排気ガスバイパス流路BOを介して低圧段タービンLC1に直接供給される。また、低圧段圧縮機LC2から排出された空気の一部は空気バイパス流路BIを介してエンジンEに直接供給される。   On the other hand, for example, when the engine E is rotating at high speed, the exhaust gas switching valve VO and the air switching valve VI are opened. As a result, most of the exhaust gas exhausted from the engine E is directly supplied to the low-pressure stage turbine LC1 via the exhaust gas bypass passage BO. A part of the air discharged from the low-pressure compressor LC2 is directly supplied to the engine E through the air bypass passage BI.

そして、本実施形態の2段式過給機Sにおいては、図3に示すように、排気ガス切替バルブVOは、図2に示すように、低圧段タービンLC1のスクロール流路11に向けて開口されるように構成されている。
このため、排気ガス切替バルブVOを介して噴出される排気ガスをスムーズにスクロール流路11に供給することができ、排気ガス切替バルブの下流側における排気ガス流路の圧力が低下することを抑制することができる。
したがって、本実施形態の2段式過給機Sによれば、排気ガス切替バルブVOより下流側における排気ガス流路の圧力損失を低減させることが可能となる。
そして、このように排気ガス切替バルブVOより下流側における排気ガス流路の圧力損失が低減されることによって、低圧段タービンLC1への排気ガスの供給が容易となり、エンジンEの燃費改善を図ることもできる。
In the two-stage turbocharger S of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the exhaust gas switching valve VO opens toward the scroll passage 11 of the low-pressure stage turbine LC1 as shown in FIG. It is configured to be.
For this reason, the exhaust gas ejected through the exhaust gas switching valve VO can be smoothly supplied to the scroll flow path 11, and the pressure of the exhaust gas flow path on the downstream side of the exhaust gas switching valve is suppressed from decreasing. can do.
Therefore, according to the two-stage supercharger S of the present embodiment, it is possible to reduce the pressure loss of the exhaust gas passage on the downstream side of the exhaust gas switching valve VO.
In addition, by reducing the pressure loss in the exhaust gas flow path downstream from the exhaust gas switching valve VO in this way, the exhaust gas can be easily supplied to the low-pressure turbine LC1 and the fuel efficiency of the engine E can be improved. You can also.

図3は、図5に示す従来の2段式過給機における排気ガス切替バルブより下流側における排気ガス流路の全圧と、本実施形態の2段式過給機における排気ガス切替バルブVOより下流側における排気ガス流路の全圧とを比較した図である。
この図に示すように、本実施形態の2段式過給機では、スクロール流路途中の全圧及び流出境界の全圧が排気ガス切替バルブ位置の全圧に近く、圧力損失が低減していることが分かる。
FIG. 3 shows the total pressure of the exhaust gas passage downstream of the exhaust gas switching valve in the conventional two-stage supercharger shown in FIG. 5 and the exhaust gas switching valve VO in the two-stage supercharger of this embodiment. It is the figure which compared with the total pressure of the exhaust gas flow path in the further downstream.
As shown in this figure, in the two-stage turbocharger of this embodiment, the total pressure in the middle of the scroll flow path and the total pressure at the outflow boundary are close to the total pressure at the exhaust gas switching valve position, and the pressure loss is reduced. I understand that.

また、図4は、排気ガス切替バルブVOの開口角度と排気ガス切替バルブVOにおける圧力損失との関係を示したグラフである。
この図から分かるように、排気ガス切替バルブVOの開口角度が25°以上であれば、排気ガス切替バルブVOにおける圧力損失を最も低減できることが分かる。
したがって、本実施形態のように、排気ガス切替バルブVOの最高開口角度が60°程度である場合には、排気ガス切替バルブVOにおける圧力損失を最低限に抑えることが可能となる。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the opening angle of the exhaust gas switching valve VO and the pressure loss in the exhaust gas switching valve VO.
As can be seen from this figure, if the opening angle of the exhaust gas switching valve VO is 25 ° or more, the pressure loss in the exhaust gas switching valve VO can be reduced most.
Therefore, as in the present embodiment, when the maximum opening angle of the exhaust gas switching valve VO is about 60 °, the pressure loss in the exhaust gas switching valve VO can be minimized.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態においては、2段式過給機について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばさらに多数の過給機を備える多段式過給機に適用することも可能である。
For example, in the above embodiment, a two-stage supercharger has been described.
However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a multistage supercharger including a large number of superchargers.

S……2段式過給機(多段式過給機)、HC……高圧段過給機(上流側の過給機)、HC1……高圧段タービン、HC2……高圧段圧縮機、LC……低圧段過給機(下流側の過給機)、LC1……低圧段タービン、LC2……低圧段圧縮機、PO……排気ガス供給流路、PI……空気供給流路、BO……排気ガスバイパス流路、BI……空気バイパス流路、VO……排気ガス切替バルブ、VI……空気切替バルブ、1……スクロール流路、2……タービンインペラ、3……スクロール流路、4……コンプレッサインペラ、5……軸、11……スクロール流路(排気ガス流路)、12……タービンインペラ、13……スクロール流路、14……コンプレッサインペラ、15……軸、20……弁体、21……アーム、22……支軸   S: Two-stage turbocharger (multi-stage turbocharger), HC: High-pressure stage turbocharger (upstream turbocharger), HC1: High-pressure stage turbine, HC2: High-pressure stage compressor, LC ...... Low pressure stage turbocharger (downstream turbocharger), LC1 ... Low pressure stage turbine, LC2 ... Low pressure stage compressor, PO ... Exhaust gas supply channel, PI ... Air supply channel, BO ... ... exhaust gas bypass flow path, BI ... air bypass flow path, VO ... exhaust gas switching valve, VI ... air switching valve, 1 ... scroll flow path, 2 ... turbine impeller, 3 ... scroll flow path, 4 ... Compressor impeller, 5 ... Shaft, 11 ... Scroll flow path (exhaust gas flow path), 12 ... Turbine impeller, 13 ... Scroll flow path, 14 ... Compressor impeller, 15 ... Shaft, 20 ... ... Valve, 21 ... arm, 22 ... support shaft

Claims (3)

排気ガスの流れ方向に直列に接続される複数の過給機と、上流側の前記過給機をバイパスして下流側の前記過給機のタービンに前記排気ガスを供給するための排気ガス切替バルブとを備える多段式過給機であって、
前記排気ガス切替バルブは、前記排気ガスを下流側の前記過給機のタービンインペラに導入する排気ガス流路に向けて開口することを特徴とする多段式過給機。
A plurality of superchargers connected in series in the flow direction of the exhaust gas, and an exhaust gas switch for bypassing the upstream turbocharger and supplying the exhaust gas to the turbine of the downstream turbocharger A multistage supercharger comprising a valve,
The multi-stage supercharger, wherein the exhaust gas switching valve opens toward an exhaust gas passage for introducing the exhaust gas into a turbine impeller of the turbocharger on the downstream side.
前記排気ガス切替バルブは、
上流側の前記過給機を迂回して下流側の前記過給機に接続されるバイパス流路を開閉する弁体と、
前記弁体に対して前記排気ガス流路と反対側に設置されると共にアクチュエータによって回動される支軸と
該支軸と前記弁体とを連結するアームと
を備えることを特徴とする請求項1記載の多段式過給機。
The exhaust gas switching valve is
A valve body that bypasses the supercharger on the upstream side and opens and closes a bypass flow path connected to the supercharger on the downstream side;
A support shaft installed on the opposite side of the exhaust gas flow path with respect to the valve body and rotated by an actuator, and an arm connecting the support shaft and the valve body. The multistage supercharger according to 1.
前記弁体の最大開口角度が25°以上であることを特徴とする請求項2記載の多段式過給機。   The multistage supercharger according to claim 2, wherein a maximum opening angle of the valve body is 25 ° or more.
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