JP5926520B2 - 二段過給システム及び該二段過給システムのエンジン組付方法 - Google Patents

Description

本発明は、二段過給システム及び該二段過給システムのエンジン組付方法に関するものである。

近年、エンジン排気流路から分流した排気を水冷式の管形熱交換器であるＥＧＲクーラ（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）により冷却した上でエンジン吸気流路へ戻し、燃焼温度を下げてＮＯxの発生を低減させる排気再循環が一般的に行われている。

排気容量を変えずにエンジンの出力を高めるためには、１サイクル当たりの燃料噴射量を多くすると共に、ターボチャージャにより過給圧を上げてシリンダへの吸気の送給量を増やす必要がある。

又、吸気の送給量を減らさずに高ＥＧＲ率を達成するためにも、ターボチャージャを用いて過給圧を上げる必要がある。

そこで、高圧力比が得られる二段過給システムをエンジンに採用することが提案されている。

図５は従来の二段過給システムの一例を示すものであり、車載のエンジン１の排気マニホールド２から直に送出される排気Ｇによって高圧段タービン３を作動させ且つ高圧段コンプレッサ４で圧縮した吸気Ａをエンジン１の吸気マニホールド５へ送給する高圧段ターボチャージャ６と、該高圧段ターボチャージャ６の高圧段タービン３から送出される排気Ｇ、或いは該高圧段タービン３の吸込側から吐出側へ至るウエストゲート配管７を経た排気Ｇによって低圧段タービン８を作動させ低圧段コンプレッサ９で圧縮した吸気Ａを前記高圧段コンプレッサ４へ送給する低圧段ターボチャージャ１０とを備え、前記ウエストゲート配管７には、高圧段タービン３に対応するウエストゲートバルブ１１が組み込まれている。

前記低圧段ターボチャージャ１０の低圧段コンプレッサ９の吐出側と前記高圧段ターボチャージャ６の高圧段コンプレッサ４の吸入側とをつなぐ低圧吸気接続管１２には、インタクーラ１３が介装されており、前記高圧段コンプレッサ４の吐出側とエンジン１の吸気マニホールド５とをつなぐ高圧吸気流路１４には、アフタクーラ１５が介装されている。

又、前記高圧段タービン３よりも上流側のエンジン排気流路（図５の例では排気マニホールド２）からは、前記アフタクーラ１５よりも下流側の高圧吸気流路１４（図５の例では吸気マニホールド５）へ至るＥＧＲ配管１６が分岐接続され、該ＥＧＲ配管１６には、前記エンジン排気流路から分流した排気Ｇを冷却するＥＧＲクーラ１７と、前記高圧吸気流路１４（図５の例では吸気マニホールド５）へ還流すべき排気Ｇの流量を調整するＥＧＲバルブ１８とが設けられている。

尚、図５中、１９は前記低圧段コンプレッサ９の吸入側に接続され該低圧段コンプレッサ９へ吸気Ａを供給する吸気管、２０は前記高圧段タービン３と低圧段タービン８とをつなぐ排気接続管、２１は低圧段タービン８を駆動した後の排気Ｇを排出する排気管である。

そして、前述の如き二段過給システムにおいては、エンジン１が稼動状態にあるとき、排気マニホールド２から送出される排気Ｇの大部分は、高圧段タービン３へ流入して高圧段コンプレッサ４を駆動した後、排気接続管２０を介し低圧段タービン８へ流入して低圧段コンプレッサ９を駆動し、排気管２１から排出される。

前記吸気管１９から低圧段コンプレッサ９に流入し且つ圧縮された吸気Ａは、前記低圧吸気接続管１２に介装されたインタクーラ１３を経て高圧段コンプレッサ４に送給され、該高圧段コンプレッサ４で再び圧縮され、前記高圧吸気流路１４に介装されたアフタクーラ１５を経て吸気マニホールド５へ送給される。

これにより、シリンダへの吸気Ａの送給量が増加し、１サイクル当たりの燃料噴射量を多くすれば、エンジン１の出力を高めることができる。

又、前記排気Ｇの一部は、排気マニホールド２からＥＧＲ配管１６へ流入し、ＥＧＲクーラ１７で冷却され且つＥＧＲバルブ１８で流量調整が行われた排気Ｇが、吸気Ａと一緒に吸気マニホールド５へ送給され、これにより、シリンダ内の燃焼温度の低下が図られ、ＮＯxの発生が低減される。

更に、前記エンジン１が高速高負荷領域に達した際には、高圧段タービン３の能力を上回るような高エネルギ（大流量で高圧力）の排気Ｇが、該高圧段タービン３に流れ込むことがないようにウエストゲートバルブ１１を開き、排気Ｇの一部をウエストゲート配管７から低圧段タービン８に導くようにして、タービン内の圧力過上昇抑制と過回転防止、並びにポンピングロス低減を図るようになっている。因みに、前記ウエストゲート配管７から低圧段タービン８に導かれる排気Ｇは、全体の０〜３０％程度の範囲内で、前記ウエストゲートバルブ１１の開度調節による流量調節が行われ、ウエストゲートバルブ１１全閉時より燃費改善を図っている。

尚、前述の如き二段過給システムと関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開２００７−７１１７９号公報

ところで、図５に示されるような二段過給システムのエンジン１に対する組み付け時には、高圧段ターボチャージャ６をエンジン１に組み付けた後、該高圧段ターボチャージャ６の高圧段コンプレッサ４の吸入側に対し、低圧吸気接続管１２を介して低圧段ターボチャージャ１０の低圧段コンプレッサ９の吐出側をつなぐと共に、高圧段タービン３の吐出側に対し、排気接続管２０を介して低圧段タービン８の吸入側をつなぐ必要がある。

しかしながら、前述の如く高圧段ターボチャージャ６及び低圧段ターボチャージャ１０という二つのターボチャージャをエンジン１に対し順次組み付けるのでは、単段の過給システムに比べ約二倍の時間を必要とし、作業効率が非常に悪くなっていた。

又、前述の如く、高圧段ターボチャージャ６の高圧段コンプレッサ４の吸入側に対し、低圧吸気接続管１２を介して低圧段ターボチャージャ１０の低圧段コンプレッサ９の吐出側をつなぐと共に、高圧段タービン３の吐出側に対し、排気接続管２０を介して低圧段タービン８の吸入側をつなぐ作業は、高圧段ターボチャージャ６に対する低圧段ターボチャージャ１０の位置決めがごく大雑把にしかなされていない状態で行わざるを得ないため、手間がかかり、作業効率を更に低下させる要因となっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、エンジンに対する組み付け時の作業効率向上を図り得る二段過給システム及び該二段過給システムのエンジン組付方法を提供しようとするものである。

本発明は、エンジンから直に送出される排気によって高圧段タービンを作動させ且つ高圧段コンプレッサで圧縮した吸気をエンジンへ送給する高圧段ターボチャージャと、該高圧段ターボチャージャの高圧段タービンから送出される排気によって低圧段タービンを作動させ且つ低圧段コンプレッサで圧縮した吸気を前記高圧段コンプレッサへ送給する低圧段ターボチャージャとを備えた二段過給システムにおいて、
前記高圧段コンプレッサと低圧段コンプレッサとを低圧吸気接続管を介して接続し且つ前記高圧段タービンと低圧段タービンとを排気接続管を介して接続する際に前記高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャの位置決め用として用いられると共に、前記低圧吸気接続管及び排気接続管を介して接続された高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを一つのユニットとして吊り下げる吊下治具と、
該吊下治具を着脱自在に取り付けるよう前記高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャの複数箇所に形成されたボスと、
前記高圧段タービンと低圧段タービンとが接続される排気接続管の一端部を前記高圧段タービンに対し該高圧段タービンの軸線方向へスライド自在となるよう接続するために介装されるシールリングと、
前記排気接続管の他端部が低圧段タービンの吸込側に対して接合されるよう前記排気接続管の他端部に設けられるフランジと
を備えたことを特徴とする二段過給システムにかかるものである。

本発明の二段過給システムの如く構成すると、エンジンに二段過給システムを組み付ける際には、高圧段ターボチャージャの高圧段コンプレッサの吸入側に対し、低圧吸気接続管を介して低圧段ターボチャージャの低圧段コンプレッサの吐出側をつなぐと共に、高圧段タービンの吐出側に対し、排気接続管を介して低圧段タービンの吸入側をつなぐ作業は、吊下治具をボスに装着することによって高圧段ターボチャージャに対する低圧段ターボチャージャの位置決めが確実になされている状態で行われるため、作業が非常に行いやすくなって手間がかからず、作業効率を低下させなくて済む。
また、本発明の二段過給システムの如く構成すると、高圧段タービンと低圧段タービンとを排気接続管を介して接続する際に排気接続管の一端部は高圧段タービンに対し高圧段タービンの軸線方向へスライド自在となるようシールリングを介して接続するため、高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを一つのユニットとするユニット化の作業が行いやすくなって、作業効率を低下させなくて済む。

しかも、一つのユニットとされた高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを吊下治具によって吊り下げた状態でエンジンに組み付けることができるため、従来のように高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャという二つのターボチャージャをエンジンに対し順次組み付けるのとは異なり、単段の過給システムの組み付けとほとんど変わらずに作業を進めることが可能となって、該単段の過給システムの約二倍の時間を必要とするようなことが避けられ、作業効率が良くなる。

又、本発明は、エンジンから直に送出される排気によって高圧段タービンを作動させ且つ高圧段コンプレッサで圧縮した吸気をエンジンへ送給する高圧段ターボチャージャと、該高圧段ターボチャージャの高圧段タービンから送出される排気によって低圧段タービンを作動させ且つ低圧段コンプレッサで圧縮した吸気を前記高圧段コンプレッサへ送給する低圧段ターボチャージャとを備えた二段過給システムのエンジン組付方法において、
前記高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャの複数箇所に形成されたボスに吊下治具を装着して高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャの位置決めを行う位置決め工程と、
該位置決め工程で位置決めされた高圧段コンプレッサと低圧段コンプレッサとを低圧吸気接続管を介して接続し且つ高圧段タービンと排気接続管の一端部を前記高圧段タービンの軸線方向へスライド自在となるようシールリングを介して接続し且つ前記排気接続管の他端部をフランジにより低圧段タービンの吸込側と接続することにより、前記高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを一つのユニットとするユニット化工程と、
該ユニット化工程で一つのユニットとされた高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを前記吊下治具によって吊り下げた状態でエンジンに組み付ける組付工程と
を順次行うことを特徴とする二段過給システムのエンジン組付方法にかかるものである。

本発明の二段過給システムのエンジン組付方法の如く、エンジンに二段過給システムを組み付ける際に、位置決め工程とユニット化工程と組付工程とを順次行うようにすると、高圧段ターボチャージャの高圧段コンプレッサの吸入側に対し、低圧吸気接続管を介して低圧段ターボチャージャの低圧段コンプレッサの吐出側をつなぐと共に、高圧段タービンの吐出側に対し、排気接続管を介して低圧段タービンの吸入側をつなぐ作業は、吊下治具をボスに装着することによって高圧段ターボチャージャに対する低圧段ターボチャージャの位置決めが確実になされている状態で行われるため、作業が非常に行いやすくなって手間がかからず、作業効率を低下させなくて済む。
また、本発明の二段過給システムのエンジン組付方法の如くすると、高圧段タービンと低圧段タービンとを排気接続管を介して接続する際に排気接続管の一端部は高圧段タービンに対し高圧段タービンの軸線方向へスライド自在となるようシールリングを介して接続するため、高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを一つのユニットとするユニット化工程での作業が行いやすくなって、作業効率を低下させなくて済む。

しかも、組付工程においては、前記ユニット化工程で一つのユニットとされた高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを吊下治具によって吊り下げた状態でエンジンに組み付けるようにしているため、従来のように高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャという二つのターボチャージャをエンジンに対し順次組み付けるのとは異なり、単段の過給システムの組み付けとほとんど変わらずに作業を進めることが可能となって、該単段の過給システムの約二倍の時間を必要とするようなことが避けられ、作業効率が良くなる。

本発明の二段過給システム及び該二段過給システムのエンジン組付方法によれば、高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを一つのユニットとする作業が行いやすくなるとともに、エンジンに対する組み付け時の作業効率向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の二段過給システム及び該二段過給システムのエンジン組付方法の実施例を示す平面図である。 本発明の二段過給システム及び該二段過給システムのエンジン組付方法の実施例を示す側面図であって、図１のＩＩ−ＩＩ矢視相当図である。 本発明の二段過給システム及び該二段過給システムのエンジン組付方法の実施例における排気接続管及びシールリングを示す分解斜視図である。 本発明の二段過給システム及び該二段過給システムのエンジン組付方法の実施例における各工程を示すフローチャートである。 従来の二段過給システムの一例を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明の二段過給システム及び該二段過給システムのエンジン組付方法の実施例であって、図中、図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図５に示す従来のものと同様であるが、本実施例の特徴とするところは、図１に示す如く、高圧段コンプレッサ４と低圧段コンプレッサ９とを低圧吸気接続管１２を介して接続し且つ高圧段タービン３と低圧段タービン８とを排気接続管２０を介して接続する際に高圧段ターボチャージャ６及び低圧段ターボチャージャ１０の位置決め用として用いられる吊下治具２２を予め設け、該吊下治具２２を着脱自在に取り付けるよう前記高圧段ターボチャージャ６及び低圧段ターボチャージャ１０の複数箇所（図１及び図２の例では合計三箇所）にボス２３，２４，２５を形成した点にある。

そして、エンジン１に二段過給システムを組み付ける際には、図４に示す如く、先ず、位置決め工程として、前記高圧段ターボチャージャ６及び低圧段ターボチャージャ１０の複数箇所に形成されたボス２３，２４，２５に吊下治具２２を装着して高圧段ターボチャージャ６及び低圧段ターボチャージャ１０の位置決めを行い、
続くユニット化工程として、前記位置決め工程で位置決めされた高圧段コンプレッサ４と低圧段コンプレッサ９とを低圧吸気接続管１２を介して接続し且つ高圧段タービン３と低圧段タービン８とを排気接続管２０を介して接続することにより、前記高圧段ターボチャージャ６及び低圧段ターボチャージャ１０を一つのユニットとし、
この後、組付工程として、前記ユニット化工程で一つのユニットとされた高圧段ターボチャージャ６及び低圧段ターボチャージャ１０を前記吊下治具２２によって吊り下げた状態でエンジン１に組み付けるようにしてある。

前記ボス２３，２４，２５への吊下治具２２の装着は、図２に示す如く、該吊下治具２２の下端に回転自在に取り付けられたボルト状の連結部材２６，２７，２８をボス２３，２４，２５にねじ込むことによって行うようにしてある。

又、本実施例の場合、図３に示す如く、前記高圧段タービン３と低圧段タービン８とをつなぐ排気接続管２０の一端部は、高圧段タービン３に対しその軸線方向へスライド自在となるようシールリング２９，３０を介して接続してある。

前記シールリング２９，３０は、ピストンリングと同様のものを使用し、その材質としては、例えば、鋳鉄を用いることができ、前記高圧段タービン３の吐出口外周縁部に凹設したリング溝３１，３２に嵌合させるようにしてある。

尚、前記排気接続管２０の他端部は、図２及び図３に示す如く、低圧段タービン８の吸込側に対しフランジ３３によりボルト・ナット等の締結部材３４を用いて接合してある。

前述の如く、エンジン１に二段過給システムを組み付ける際に、位置決め工程とユニット化工程と組付工程とを順次行うようにすると、高圧段ターボチャージャ６の高圧段コンプレッサ４の吸入側に対し、低圧吸気接続管１２を介して低圧段ターボチャージャ１０の低圧段コンプレッサ９の吐出側をつなぐと共に、高圧段タービン３の吐出側に対し、排気接続管２０を介して低圧段タービン８の吸入側をつなぐ作業は、吊下治具２２の連結部材２６，２７，２８をボス２３，２４，２５にねじ込むことによって、高圧段ターボチャージャ６に対する低圧段ターボチャージャ１０の位置決めが確実になされている状態で行われるため、作業が非常に行いやすくなって手間がかからず、作業効率を低下させなくて済む。

しかも、組付工程においては、前記ユニット化工程で一つのユニットとされた高圧段ターボチャージャ６及び低圧段ターボチャージャ１０を吊下治具２２によって吊り下げた状態でエンジン１に組み付けるようにしているため、従来のように高圧段ターボチャージャ６及び低圧段ターボチャージャ１０という二つのターボチャージャをエンジン１に対し順次組み付けるのとは異なり、単段の過給システムの組み付けとほとんど変わらずに作業を進めることが可能となって、該単段の過給システムの約二倍の時間を必要とするようなことが避けられ、作業効率が良くなる。

こうして、エンジン１に対する組み付け時の作業効率向上を図り得る。

尚、本発明の二段過給システム及び該二段過給システムのエンジン組付方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャの複数箇所に形成するボスの個数は、重心位置と吊り下げる際のバランスを考慮して適宜変更可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ エンジン
３ 高圧段タービン
４ 高圧段コンプレッサ
６ 高圧段ターボチャージャ
８ 低圧段タービン
９ 低圧段コンプレッサ
１０ 低圧段ターボチャージャ
１１ ウエストゲートバルブ
１２ 低圧吸気接続管
２０ 排気接続管
２２ 吊下治具
２３ ボス
２４ ボス
２５ ボス
Ａ 吸気
Ｇ 排気

Claims (2)

1. エンジンから直に送出される排気によって高圧段タービンを作動させ且つ高圧段コンプレッサで圧縮した吸気をエンジンへ送給する高圧段ターボチャージャと、該高圧段ターボチャージャの高圧段タービンから送出される排気によって低圧段タービンを作動させ且つ低圧段コンプレッサで圧縮した吸気を前記高圧段コンプレッサへ送給する低圧段ターボチャージャとを備えた二段過給システムにおいて、
   前記高圧段コンプレッサと低圧段コンプレッサとを低圧吸気接続管を介して接続し且つ前記高圧段タービンと低圧段タービンとを排気接続管を介して接続する際に前記高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャの位置決め用として用いられると共に、前記低圧吸気接続管及び排気接続管を介して接続された高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを一つのユニットとして吊り下げる吊下治具と、
   該吊下治具を着脱自在に取り付けるよう前記高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャの複数箇所に形成されたボスと、
   前記高圧段タービンと低圧段タービンとが接続される排気接続管の一端部を前記高圧段タービンに対し該高圧段タービンの軸線方向へスライド自在となるよう接続するために介装されるシールリングと、
   前記排気接続管の他端部が低圧段タービンの吸込側に対して接合されるよう前記排気接続管の他端部に設けられるフランジと
   を備えたことを特徴とする二段過給システム。
2. エンジンから直に送出される排気によって高圧段タービンを作動させ且つ高圧段コンプレッサで圧縮した吸気をエンジンへ送給する高圧段ターボチャージャと、該高圧段ターボチャージャの高圧段タービンから送出される排気によって低圧段タービンを作動させ且つ低圧段コンプレッサで圧縮した吸気を前記高圧段コンプレッサへ送給する低圧段ターボチャージャとを備えた二段過給システムのエンジン組付方法において、
   前記高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャの複数箇所に形成されたボスに吊下治具を装着して高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャの位置決めを行う位置決め工程と、
   該位置決め工程で位置決めされた高圧段コンプレッサと低圧段コンプレッサとを低圧吸気接続管を介して接続し且つ高圧段タービンと排気接続管の一端部を前記高圧段タービンの軸線方向へスライド自在となるようシールリングを介して接続し且つ前記排気接続管の他端部をフランジにより低圧段タービンの吸込側と接続することにより、前記高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを一つのユニットとするユニット化工程と、
   該ユニット化工程で一つのユニットとされた高圧段ターボチャージャ及び低圧段ターボチャージャを前記吊下治具によって吊り下げた状態でエンジンに組み付ける組付工程と
   を順次行うことを特徴とする二段過給システムのエンジン組付方法。

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