JPH03117624A - Turbosupercharge engine - Google Patents
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
Description
本発明はターボ過給エンジンに係り、とくに排気ガスに
よって排気タービンを駆動するとともに、この排気ター
ビンと直結されたコンプレッサによって吸気を圧縮して
シリンダ内に供給するようにしたターボ過給エンジンに
関する。The present invention relates to a turbocharged engine, and more particularly to a turbocharged engine in which an exhaust turbine is driven by exhaust gas, and intake air is compressed by a compressor directly connected to the exhaust turbine and supplied into a cylinder.
【発明の概要X
ターボ過給エンジンにおいて、2組のターボチャージャ
を用いるようにし、低速域においてはこれら2tIAの
ターボチャージャを2段に組合わせて過給を行なうとと
もに、高速域においては一方のターボチャージャのみに
よって過給を行なうようにしたものであって、低速トル
クを向上させるとともに、低速側での吸気歯の不足によ
る黒煙の発生を防止するようにしたものである。
K従来の技術】
従来のターボ過給エンジンは第4図に示すような構造に
なっており、排気マニホールド1を通しては排出される
排気ガスをターボチャージャ2のタービン3に導き、こ
れによってタービン3を駆動するようにしている。ター
ビン3にはコンプレッサ4が直結されているために、エ
アクリーナ5を通して導入された吸気をコンプレッサ4
によつて圧縮し、吸気管6を通してインタクーラ7に導
き、このインタクーラ7によって冷却してその体積を小
さくし、吸気マニホールド8を通してシリンダ内に供給
するようにしていた。
K発明が解決しようとする問題点】
このような従来のターボ過給エンジンの欠点は、低速ト
ルクが不足するとともに、低速時に排気煙を発生するこ
とである。すなわちターボチャージャ2はエンジンの回
転数が低い場合にタービン3によって取出すエネルギも
小さく、このためにコンプレッサ4による過給効果も少
なく、低速トルクが不足しがちになる。そしてこのよう
に吸気量が少ない状態で大量の燃料が供給されると、燃
料が完全に燃焼されずに排気ガス中に黒煙を排出する問
題がある。
そこで従来はターボチャージャ2のコンプレッサ4のブ
ースト圧が低速域で大きな圧力を生ずるような工夫を行
なっている。ところがこのような低速型のターボチャー
ジャ2を用いると、高速側でブースト圧が過剰になる。
そこでウェストゲートバルブ9を設け、高速域において
はこのバルブ9を開いて排気ガスを直接排出するように
しており、ターボチャージャ2を用いないようにしてい
る。従って高速域においては排気ガスの有するエネルギ
がそのまま捨てられることになり、排気ガスのもってい
るエネルギが有効利用されず、燃費が悪化することにな
っていた。
ターボ過給エンジンの低速トルクの不足を補うために、
バリアプルジェオメトリターボを用いる試みがなされて
いる。この種のターボはエンジンの回転数に応じてガイ
ドベーンの角度を変更し、タービンの効率を変えるもの
であるが、この場合においても有効な排気エルネギを部
分的に捨てることになる。従って排気ガスのもっている
エネルギにロスを生じ、燃費を悪化させることになる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、排気ガスの有するエネルギを捨てることなく、しか
もターボ過給エンジンの低速トルクの不足を補うととも
に、低速域での排気煙の発生を防止するようにしたター
ボ過給エンジンを提供することを目的とするものである
。
に問題点を解決するための手段】
本発明は、排気タービンによって駆動されるコンプレッ
サで吸気を圧縮してシリンダ内に供給するようにしたエ
ンジンにおいて、2組のターボチャージャを設け、低速
域では2段に組合わせて過給を行なうとともに、高速域
では一方のターボチャージのみによって過給を行なうよ
うにしたものである。[Summary of the invention Supercharging is performed only by the charger, which improves low-speed torque and prevents the generation of black smoke due to the lack of intake teeth on the low-speed side. [Prior Art] A conventional turbocharged engine has a structure as shown in FIG. I'm trying to drive it. Since the compressor 4 is directly connected to the turbine 3, the intake air introduced through the air cleaner 5 is transferred to the compressor 4.
The air is compressed by the air intake pipe 6 and introduced into the intercooler 7, cooled by the intercooler 7 to reduce its volume, and then fed into the cylinder through the intake manifold 8. K Problems to be Solved by the Invention The disadvantages of such conventional turbocharged engines are that they lack low-speed torque and generate exhaust smoke at low speeds. That is, in the turbocharger 2, when the engine speed is low, the energy extracted by the turbine 3 is small, so the supercharging effect by the compressor 4 is also small, and low-speed torque tends to be insufficient. When a large amount of fuel is supplied with such a small amount of intake air, there is a problem that the fuel is not completely combusted and black smoke is emitted into the exhaust gas. Therefore, in the past, measures have been taken to increase the boost pressure of the compressor 4 of the turbocharger 2 to a large pressure in the low speed range. However, when such a low-speed turbocharger 2 is used, boost pressure becomes excessive on the high-speed side. Therefore, a waste gate valve 9 is provided, and the valve 9 is opened in the high speed range to directly exhaust the exhaust gas, so that the turbocharger 2 is not used. Therefore, at high speeds, the energy contained in the exhaust gas is simply wasted, and the energy contained in the exhaust gas is not effectively utilized, resulting in poor fuel efficiency. To compensate for the lack of low-speed torque of turbocharged engines,
Attempts have been made to use barrier geometry turbos. This type of turbo changes the angle of the guide vane depending on the engine speed to change the efficiency of the turbine, but even in this case, effective exhaust energy is partially wasted. Therefore, the energy contained in the exhaust gas is lost, resulting in worsening fuel efficiency. The present invention was made in view of these problems, and it compensates for the lack of low-speed torque of a turbocharged engine without wasting the energy of exhaust gas, and also eliminates the generation of exhaust smoke in the low-speed range. The object of the present invention is to provide a turbocharged engine that prevents the above. [Means for Solving the Problems] The present invention provides an engine in which intake air is compressed and supplied into cylinders by a compressor driven by an exhaust turbine, and two sets of turbochargers are provided. In addition to performing supercharging by combining the turbochargers into stages, supercharging is performed by only one turbocharger in the high-speed range.
従って低速域においては2組のターボチャージャが2段
に組合わされて過給が行なわれることになり、低速域で
のブースト圧が上昇することになる。また高速域におい
ては一方のターボチャージャのみによって過給が行なわ
れるために、異常なブースト圧の上昇が押えられるとと
もに、高速側においても排気ガスのエネルギを有効に利
用することが可能になる。
K実施例】
第1図は本発明の一実施例に係るターボ過給エンジンを
示すものであって、このターボ過給エンジンはディーゼ
ルエンジン14から構成されている。ディーゼルエンジ
ン14のシリンダブロックの両側には吸気マニホールド
15と排気マニホールド16とがそれぞれ取付けられて
いる。排気マニホールド16には第1のターボチャージ
ャ17のタービン18が接続されるとともに、このター
ビン18と直結されたコンプレッサ19は吸気管20を
介してエアクリーナ21に接続されている。
またコンプレッサ19の出口側は吸気管20を介して第
1のインタクーラ22に接続されている。
このインタクーラ22の出口側は切換え弁23および吸
気管24を介して上記吸気マニホールド15に接続され
るようになっている。
上記第1段のターボチャージャ17のタービン18の出
口側は切換え弁27と接続されるとともに、この切換え
弁27が排気管28を介してマフラ29に接続されてい
る。切換え弁27のもう一方の出口は排気管30を介し
て第2段のターボチャージャ31のタービン32に接続
されている。
タービン32と直結されているコンプレッサ33の入口
側には吸気管34が接続されている。この吸気管34の
先端部は上記切換え弁23に接続されている。またこの
コンプレッサ33の出口側は吸気管35を介して第2の
インタクーラ36に接続されるようになっている。この
インタクーラ36の出口側が上記吸気管24に接続され
ている。
以上のような構成において、第1段のターボチャージャ
17のコンプレッサ19および第2段のターボチャージ
ャ31のコンプレッサ33はそれぞれ第2図に示すよう
な特性を示しており、第1段のターボチャージャ17の
コンプレッサ19は空気流量が比較的低い領域において
ブースト圧がピークに達するようになっている。これに
対して第2段のターボチャージャ31のコンプレッサ3
3は空気流量がやや多い領域においてそのブースト圧が
最大になるような特性を有している。そして第3図に示
すように、エンジン14の回転数が最大トルクと対応す
る回転数よりも下側の領域においては、第1段のターボ
チャージャ17と第2段のターボチャージャ31とがと
もに用いられるようになっている。これに対して最大ト
ルクと対応する回転数よりも高い領域においては、第1
段のターボチャージャ17のみが用いられるようになっ
ており、これによってエンジン14は第3図に示すよう
なトルク特性を生ずるようにしている。
エンジン14の回転数は回転検出センサ38によって検
出されるとともに、低速域においてはコントローラ37
が切換え弁27を第2段のターボチャージャ31のター
ビン32側に切換える。同時に切換え弁23を第2段の
ターボチャージャ31のコンブレブザ33側に切換える
。従ってエンジン14のシリンダ内の燃焼によって生じ
た排気ガスは第1段のターボチャージャ17のタービン
18を駆動した後に、さらに第2段のターボチャージャ
31のタービン32を駆動し、その後にマフラ29を通
して排出されることになる。従ってエアクリーナ21を
通して導入された吸気はまず第1段のターボチャージャ
17のコンプレッサ19によって圧縮され、この後に吸
気管2oによって第1のインタクーラ22に導かれ、こ
のインタクーラ22によって冷却される。この後に吸気
は切換え弁23および吸気管34によって第2段のター
ボチャージャ31のコンプレッサ33に導かれ、ここで
第2段の圧縮が行なわれるとともに、吸気管35によっ
て第2のインタクーラ36に導かれ、ここで再度冷却さ
れた後に吸気管24および吸気マニホールド15を通し
てエンジン14のシリンダ内に供給されることになる。
エンジン14の回転数が最大トルクと対応する回転数を
越えると、そのことを回転検出センサ38が検出すると
ともに、コントローラ37は切換え弁27をマフラ29
側に切換えるとともに、切換え弁23を吸気管24側に
切換える。従ってこのような回転域においては、第2段
のターボチャージャ31は作動せず、第1段のターボチ
ャージャ17のみによって過給が行なわれる。すなわち
エンジン14内の燃焼によって生じた排気ガスは第1段
のターボチャージャ17のタービン18を駆動した後に
マフラ29を通して排出される。従ってエアクリーナ2
1によって導入された吸気は第1のターボチャージャ1
7のタービン19によって圧縮され、第1のインタクー
ラ22によって冷却された後に切換え弁23および吸気
管24を通して吸気マニホールド15に供給され、エン
ジン14のシリンダに順次導入されることになる。
以上のように本実施例に係るターボ過給エンジンは2組
のターボチせ一ジャ17.31を備えており、低速から
最大トルク点までの領域においては、2組のターボチャ
ージャ17.31をともに作動させ、ブースト圧を高め
るとともに、空気偕の増加を図るようにしている。これ
に対して最大トルク点よりも高速側においては第1段の
ターボチャージャ17のみを作動させるようにしている
。
従って低速域でのエンジーン14の出力トルクを第3図
において実線で示すように向上させることが可能になる
とともに、低速域での空気量の増加によって、排気ガス
中の黒煙の発生を防止することが可能になる。また高速
域においてもターボ過給が行なわれるために、排気ガス
のもっているエネルギを有効に利用することが可能にな
り、燃費の低−減につながることになる。
K発明の効果】
以上のように本発明は、2組のターボチャージャを設け
、低速域では2段に組合わせて過給を行なうとともに、
高速域では一方のターボチャージャのみによって過給を
行なうようにしたものである。従って低速域でのトルク
の向上を図るとともに、空気量を増大することによって
排気ガス中の黒煙の発生を押えることが可能になる。ま
た高速域においても排気ガスのエネルギを有効に利用し
て過給を行なうことができるために、燃費の低減を図る
ことが可能になる。Therefore, in the low speed range, two sets of turbochargers are combined in two stages to perform supercharging, and the boost pressure in the low speed range increases. In addition, since supercharging is performed by only one turbocharger in the high speed range, an abnormal increase in boost pressure is suppressed, and the energy of the exhaust gas can be used effectively even in the high speed range. Embodiment K FIG. 1 shows a turbocharged engine according to an embodiment of the present invention, and this turbocharged engine is composed of a diesel engine 14. In FIG. An intake manifold 15 and an exhaust manifold 16 are attached to both sides of the cylinder block of the diesel engine 14, respectively. A turbine 18 of a first turbocharger 17 is connected to the exhaust manifold 16, and a compressor 19 directly connected to the turbine 18 is connected to an air cleaner 21 via an intake pipe 20. Further, the outlet side of the compressor 19 is connected to a first intercooler 22 via an intake pipe 20. The outlet side of the intercooler 22 is connected to the intake manifold 15 via a switching valve 23 and an intake pipe 24. The outlet side of the turbine 18 of the first stage turbocharger 17 is connected to a switching valve 27, and this switching valve 27 is connected to a muffler 29 via an exhaust pipe 28. The other outlet of the switching valve 27 is connected to a turbine 32 of a second stage turbocharger 31 via an exhaust pipe 30. An intake pipe 34 is connected to the inlet side of the compressor 33 which is directly connected to the turbine 32 . The tip of this intake pipe 34 is connected to the switching valve 23. Further, the outlet side of the compressor 33 is connected to a second intercooler 36 via an intake pipe 35. The outlet side of this intercooler 36 is connected to the intake pipe 24. In the above configuration, the compressor 19 of the first-stage turbocharger 17 and the compressor 33 of the second-stage turbocharger 31 each exhibit characteristics as shown in FIG. The boost pressure of the compressor 19 reaches its peak in a region where the air flow rate is relatively low. On the other hand, the compressor 3 of the second stage turbocharger 31
No. 3 has the characteristic that its boost pressure is maximized in a region where the air flow rate is somewhat large. As shown in FIG. 3, in a region where the rotational speed of the engine 14 is lower than the rotational speed corresponding to the maximum torque, both the first stage turbocharger 17 and the second stage turbocharger 31 are used. It is now possible to On the other hand, in the region higher than the rotation speed corresponding to the maximum torque, the first
Only one stage turbocharger 17 is used, which causes the engine 14 to produce the torque characteristics shown in FIG. The rotation speed of the engine 14 is detected by the rotation detection sensor 38, and in the low speed range, the controller 37 detects the rotation speed of the engine 14.
switches the switching valve 27 to the turbine 32 side of the second stage turbocharger 31. At the same time, the switching valve 23 is switched to the combination buzzer 33 side of the second stage turbocharger 31. Therefore, the exhaust gas generated by combustion in the cylinders of the engine 14 drives the turbine 18 of the first stage turbocharger 17, then further drives the turbine 32 of the second stage turbocharger 31, and is then discharged through the muffler 29. will be done. Therefore, the intake air introduced through the air cleaner 21 is first compressed by the compressor 19 of the first stage turbocharger 17, and then guided to the first intercooler 22 through the intake pipe 2o, and cooled by this intercooler 22. Thereafter, the intake air is guided to the compressor 33 of the second stage turbocharger 31 by the switching valve 23 and the intake pipe 34, where second stage compression is performed, and the intake air is guided to the second intercooler 36 by the intake pipe 35. After being cooled again here, it is supplied into the cylinders of the engine 14 through the intake pipe 24 and the intake manifold 15. When the rotation speed of the engine 14 exceeds the rotation speed corresponding to the maximum torque, the rotation detection sensor 38 detects this, and the controller 37 switches the switching valve 27 to the muffler 29.
At the same time, the switching valve 23 is switched to the intake pipe 24 side. Therefore, in such a rotation range, the second stage turbocharger 31 does not operate, and supercharging is performed only by the first stage turbocharger 17. That is, exhaust gas generated by combustion within the engine 14 is discharged through the muffler 29 after driving the turbine 18 of the first stage turbocharger 17 . Therefore, air cleaner 2
The intake air introduced by 1 is connected to the first turbocharger 1
After being compressed by the turbine 19 of No. 7 and cooled by the first intercooler 22, the air is supplied to the intake manifold 15 through the switching valve 23 and the intake pipe 24, and is sequentially introduced into the cylinders of the engine 14. As described above, the turbocharged engine according to this embodiment is equipped with two sets of turbo chargers 17.31, and in the range from low speed to the maximum torque point, both sets of turbo chargers 17.31 are The engine is activated to increase boost pressure and increase air volume. On the other hand, at higher speeds than the maximum torque point, only the first stage turbocharger 17 is operated. Therefore, it is possible to improve the output torque of the engine 14 in the low speed range as shown by the solid line in Fig. 3, and the increase in the amount of air in the low speed range prevents the generation of black smoke in the exhaust gas. becomes possible. Further, since turbocharging is performed even in the high speed range, it becomes possible to effectively utilize the energy contained in the exhaust gas, leading to a reduction in fuel consumption. [Effects of the Invention] As described above, the present invention provides two sets of turbochargers and performs supercharging by combining them into two stages in the low speed range.
In the high-speed range, only one turbocharger performs supercharging. Therefore, it is possible to improve the torque in the low speed range and to suppress the generation of black smoke in the exhaust gas by increasing the amount of air. Moreover, since supercharging can be performed by effectively utilizing the energy of exhaust gas even in high-speed ranges, it is possible to reduce fuel consumption.
第1図は本発明の一実施例に係るターボ過給エンジンを
示す平面図、第2図はターボチャージャの特性を示すグ
ラフ、第3図はエンジンの特性を示すグラフ、第4図は
従来のターボ過給エンジンの平面図である。
また図面中の主要な部分の名称はつぎの通りである。
17・・・第1段のターボチャージャ
18・・・タービン
19・・・コンプレッサ
22・・・第1のインタクーラ
23・・・切換え弁
27・・・切換え弁
31・・・第2のターボチャージャ
32・・・タービン
33・・・コンプレッサ
36・・・第2のインタクーラFig. 1 is a plan view showing a turbocharged engine according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a graph showing the characteristics of the turbocharger, Fig. 3 is a graph showing the characteristics of the engine, and Fig. 4 is a graph showing the characteristics of the turbocharger. FIG. 2 is a plan view of a turbocharged engine. The names of the main parts in the drawings are as follows. 17...First stage turbocharger 18...Turbine 19...Compressor 22...First intercooler 23...Switching valve 27...Switching valve 31...Second turbocharger 32 ... Turbine 33 ... Compressor 36 ... Second intercooler
Claims (1)
気を圧縮してシリンダ内に供給するようにしたエンジン
において、2組のターボチャージャを設け、低速域では
2段に組合わせて過給を行なうとともに、高速域では一
方のターボチャージのみによつて過給を行なうようにし
たことを特徴とするターボ過給エンジン。1. In an engine that uses a compressor driven by an exhaust turbine to compress intake air and supply it into the cylinder, two sets of turbochargers are installed, and the turbochargers are combined in two stages to perform supercharging at low speeds, and at high speeds. A turbocharged engine that is characterized by being supercharged by only one turbocharger.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1254681A JPH03117624A (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Turbosupercharge engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1254681A JPH03117624A (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Turbosupercharge engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03117624A true JPH03117624A (en) | 1991-05-20 |
Family
ID=17268387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1254681A Pending JPH03117624A (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Turbosupercharge engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03117624A (en) |
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