JP6752708B2 - 二段過給システム - Google Patents

Description

本発明は、二段過給システムに関するものである。

近年、過給システムのダウンサイジングやトルクアップを実現する観点から二段過給システムが提案されており、この種の二段過給システムにおいては、図３に示す如く、エンジン１の排気マニホールド２から送出される排気Ｇにより高圧段タービン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により低圧段タービン８を作動させ且つ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とが備えられている。

更に、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の吸入側との間には、低圧段インタークーラ１２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との間には、高圧段インタークーラ１３が介装されている。

また、排気系の高圧段タービン３よりも上流側（具体的には排気マニホールド２）から高圧段インタークーラ１３よりも下流側（具体的には吸気マニホールド５）へ至るＥＧＲ配管１４が設けられ、該ＥＧＲ配管１４には、排気系から分流した排気Ｇを冷却するＥＧＲクーラ１５と、吸気系へ還流すべき排気Ｇの流量を調整するＥＧＲバルブ１６とが設けられている。

而して、斯かる二段過給システムにおいては、エンジン１が稼動状態である時に、排気マニホールド２から送出される排気Ｇが、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、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、該低圧段コンプレッサ９に流入して圧縮された吸気Ａは、低圧段インタークーラ１２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、高圧段インタークーラ１３を経て吸気マニホールド５へ送給されるので、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。

また、前記排気Ｇの一部は、排気マニホールド２からＥＧＲ配管１４へ流入し、ＥＧＲクーラ１５で冷却され且つＥＧＲバルブ１６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へと送給され、これによりシリンダ内の燃焼温度の低下が図られてＮＯxの発生が低減される。

ただし、排気Ｇの流量が大きい高速高負荷域では、高圧段ターボチャージャ６が過剰に回転して過給圧が必要以上に高まり、エンジン１の各気筒の最大筒内圧が制限値を超えて運転不可となってしまったり、過給圧が排気マニホールド２の圧力より高くなって排気Ｇが再循環できなくなったりする虞れがある。

このため、高圧段タービン３を迂回するバイパス配管７を設けると共に、該バイパス配管７の途中にバイパスバルブ１１を設け、該バイパスバルブ１１を高速高負荷域で開けて適正な流量の排気Ｇのみ高圧段タービン３に流し、残りは高圧段タービン３を迂回させて低圧段タービン８へ導くようにしている。

尚、この種の二段過給システムに関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

実開昭５９−２９２６号公報

しかしながら、近年におけるエンジン１では、その燃焼室からクランクケース内に漏れ出るブローバイガスを大気開放せずに吸気系に戻してエンジン１で再燃焼させるようにしているため、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイルが低圧段インタークーラ１２内で液滴化して溜まった場合に、その溜まったオイルが一気に高圧段ターボチャージャ６の高圧段コンプレッサ４に吸い込まれ、該高圧段コンプレッサ４の健全性に悪影響を及ぼすことが懸念されている。

即ち、これまでの一段過給の場合、インタークーラに溜まったオイルが吸い出される先がエンジン１であったため、該エンジン１に吸い込まれたオイルが再燃焼されるだけで特に何も支障がなかったが、二段過給の場合においては、前段の低圧段インタークーラ１２に溜まったオイルが吸い出される先が高圧段コンプレッサ４となるため、該高圧段コンプレッサ４で通常扱われている空気と比較して格段に比重の大きなオイルがまとまった量で高圧段コンプレッサ４のブレード等に衝突することになり、この衝突によりブレード等が大きなダメージを受ける可能性があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、低圧段インタークーラに溜まったオイルが一気に吸い込まれて衝突する事象から高圧段コンプレッサを保護し得る二段過給システムを提供することを目的とする。

本発明は、エンジンから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高圧段インタークーラを介し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高圧段コンプレッサへ低圧段インタークーラを介し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であって、低圧段インタークーラに溜まったオイルを圧力差を利用して抜き出し得るよう該低圧段インタークーラと高圧段インタークーラとの間を連絡管により接続し、該連絡管の途中に低圧段インタークーラ側から高圧段インタークーラ側に向かう方向にのみ開弁するチェックバルブを備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、エンジンの運転状況により低圧段インタークーラの方が高圧段インタークーラよりも相対的に圧力が高くなった際にチェックバルブが開弁し、低圧段インタークーラに溜まったオイルが圧力差により連絡管を介して高圧段インタークーラへと抜き出される結果、低圧段インタークーラにまとまった量のオイルが溜まらなくなり、該低圧段インタークーラからオイルが高圧段コンプレッサに一気に吸い込まれて衝突する事象が未然に回避される。

ここで、二段過給システムにあっては、排気の流量が大きい高速高負荷域等で高圧段ターボチャージャを迂回させて排気を流し得るようになっており、エンジンの運転状況によっては、低圧段インタークーラの方が高圧段インタークーラよりも相対的に圧力が高くなる逆転状態がしばしば起こるため、低圧段インタークーラにオイルが多く溜まる前に高圧段インタークーラへの抜き出しが行われることになる。

尚、高圧段インタークーラに抜き出されたオイルは、運転状況によりエンジンへ吸い出されて再燃焼されることになるが、エンジン側にオイルが衝突する程度でダメージを受けるような脆弱な箇所が存在しないため、従前通り高圧段インタークーラ以降でオイルの衝突対策を講じる必要はない。

また、本発明においては、低圧段インタークーラが高圧段インタークーラよりも相対的に高くなるように配置され、チェックバルブの開弁時にオイルが自重により連絡管を流下し得るように構成されていることが好ましい。

このようにすれば、低圧段インタークーラと高圧段インタークーラとの間の圧力差が比較的小さなものであっても、チェックバルブが開弁しさえすれば、オイルが自重により連絡管を流下して高圧段インタークーラに抜き出され、低圧段インタークーラから高圧段インタークーラへのオイルの抜き出しがより円滑に行われることになる。

上記した本発明の二段過給システムによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、低圧段インタークーラにまとまった量のオイルが溜まらないようにして、該低圧段インタークーラからオイルが高圧段コンプレッサに一気に吸い込まれて衝突する事象を未然に回避することができるので、このような事象から高圧段コンプレッサを確実に保護することができ、高圧段コンプレッサの健全性を長期に亘り確保することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、低圧段インタークーラと高圧段インタークーラとの間の圧力差が比較的小さなものであっても、チェックバルブの開弁時にオイルが自重により連絡管を流下して高圧段インタークーラに抜き出されるようになっているので、低圧段インタークーラから高圧段インタークーラへのオイルの抜き出しをより円滑に行うことができる。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１の要部の詳細を示す拡大図である。 従来例を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、図３で説明した従来例の場合と同様に、エンジン１から送出される排気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を高圧段インタークーラ１３を介しエンジン１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によって低圧段タービン８を作動させ且つ低圧段コンプレッサ９で圧縮した吸気Ａを高圧段コンプレッサ４へ低圧段インタークーラ１２を介し送給する低圧段ターボチャージャ１０とを備えた二段過給システムとなっているが、低圧段インタークーラ１２に溜まったオイルを圧力差を利用して抜き出し得るよう該低圧段インタークーラ１２と高圧段インタークーラ１３との間を連絡管１７により接続し、該連絡管１７の途中に低圧段インタークーラ１２側から高圧段インタークーラ１３側に向かう方向にのみ開弁するチェックバルブ１８を備えたところを特徴としている。

ここで、図１では模式的に高圧段インタークーラ１３と低圧段インタークーラ１２とを並列に図示しているが、低圧段インタークーラ１２は高圧段インタークーラ１３よりも相対的に高くなるように配置され、チェックバルブ１８の開弁時にオイルが自重により連絡管１７を流下し得るように構成されていることが好ましく、例えば、図２に示す如く、上段に低圧段インタークーラ１２を配置し且つ下段に高圧段インタークーラ１３を配置した二段構造とすると良い。

この際、上段の低圧段インタークーラ１２と下段の高圧段インタークーラ１３とは、水平方向の同じ向きに吸気Ａを流すようにして互いの吸気入口１２ａ，１３ａと吸気出口１２ｂ，１３ｂが同じ側面で上下に近接するようにしておくことが好ましく、このようにすれば、オイルが溜まり易い夫々の吸気出口１２ｂ，１３ｂ同士を比較的短い連絡管１７によりコンパクトに接続することが可能となる。

尚、図２においては、その図面に対し直角な方向からの走行風等による空冷で吸気Ａを冷却するイメージで図示されたものとなっているが、低圧段インタークーラ１２と高圧段インタークーラ１３の何れか一方又は両方を水冷式として構成するようにしても良い。

而して、このように二段過給システムを構成すれば、エンジン１の運転状況により低圧段インタークーラ１２の方が高圧段インタークーラ１３よりも相対的に圧力が高くなった際にチェックバルブ１８が開弁し、低圧段インタークーラ１２に溜まったオイルが圧力差により連絡管１７を介して高圧段インタークーラ１３へと抜き出される結果、低圧段インタークーラ１２にまとまった量のオイルが溜まらなくなり、該低圧段インタークーラ１２からオイルが高圧段コンプレッサ４に一気に吸い込まれて衝突する事象が未然に回避される。

ここで、二段過給システムにあっては、排気Ｇの流量が大きい高速高負荷域等で高圧段ターボチャージャ６を迂回させて排気Ｇを流し得るようになっており（図１参照）、エンジン１の運転状況によっては、低圧段インタークーラ１２の方が高圧段インタークーラ１３よりも相対的に圧力が高くなる逆転状態がしばしば起こるため、低圧段インタークーラ１２にオイルが多く溜まる前に高圧段インタークーラ１３への抜き出しが行われることになる。

尚、高圧段インタークーラ１３に抜き出されたオイルは、運転状況によりエンジン１へ吸い出されて再燃焼されることになるが、エンジン１側にオイルが衝突する程度でダメージを受けるような脆弱な箇所が存在しないため、従前通り高圧段インタークーラ１３以降でオイルの衝突対策を講じる必要はない。

従って、上記形態例によれば、低圧段インタークーラ１２にまとまった量のオイルが溜まらないようにして、該低圧段インタークーラ１２からオイルが高圧段コンプレッサ４に一気に吸い込まれて衝突する事象を未然に回避することができるので、このような事象から高圧段コンプレッサ４を確実に保護することができ、高圧段コンプレッサ４の健全性を長期に亘り確保することができる。

また、特に本形態例においては、低圧段インタークーラ１２と高圧段インタークーラ１３との間の圧力差が比較的小さなものであっても、チェックバルブ１８が開弁しさえすれば、オイルが自重により連絡管１７を流下して高圧段インタークーラ１３に抜き出されるようになっているので、低圧段インタークーラ１２から高圧段インタークーラ１３へのオイルの抜き出しをより円滑に行うことができる。

尚、本発明の二段過給システムは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、低圧段インタークーラと高圧段インタークーラは必ずしも上下二段に配置しなくても良いこと、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
１２ 低圧段インタークーラ
１３ 高圧段インタークーラ
１７ 連絡管
１８ チェックバルブ
Ａ 吸気
Ｇ 排気

Claims (2)

1. エンジンから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高圧段インタークーラを介し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高圧段コンプレッサへ低圧段インタークーラを介し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であって、低圧段インタークーラに溜まったオイルを圧力差を利用して抜き出し得るよう該低圧段インタークーラと高圧段インタークーラとの間を連絡管により接続し、該連絡管の途中に低圧段インタークーラ側から高圧段インタークーラ側に向かう方向にのみ開弁するチェックバルブを備えたことを特徴とする二段過給システム。
2. 低圧段インタークーラが高圧段インタークーラよりも相対的に高くなるように配置され、チェックバルブの開弁時にオイルが自重により連絡管を流下し得るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の二段過給システム。

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