JPH0533699Y2

JPH0533699Y2 -

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Publication number: JPH0533699Y2
Application number: JP5105886U
Authority: JP
Priority date: 1986-04-06
Filing date: 1986-04-06
Publication date: 1993-08-26
Anticipated expiration: 2001-04-06
Also published as: JPS62162346U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）考案は、車両等にトラツク等に好適な排気ター
ボ過給エンジンの改良に関するものである。

（従来の技術）エンジンの排気ガスの保有エネルギを回収する
ことによつて、エンジン性能を向上するようにし
た排気ターボ過給機付エンジンが、トラツク等の
車両において広く採用されているが、一般に、エ
ンジンの低回転高負荷時に給気量が不足し、燃焼
が悪化して排気ガス性能（煙特性）が劣化すると
共に、最大トルクが不足して発進性能が低下する
不具合がある。

そこで、夫々エンジンの排気ガスによつて駆動
される排気タービンと同タービンにより駆動され
る空気圧縮機とからなる二組のターボ過給機を具
え、エンジンの低速回転時には、その排気ガスの
全量を一方の過給機の排気タービンにのみ供給す
ることによつて、上記排気ガス性能の劣化を防止
すると共に、低速トルクを向上させ、エンジンの
高速回転時には、その排気ガスを両方の過給機の
排気ガスタービンに並列に供給し、一方の過給機
の空気圧縮機で圧縮した給気を、他方の過給機の
空気圧縮機で更に加圧してエンジンに供給するよ
うに構成した装置が既に提案されている。

このように排気タービンをエンジンの運転状態
に応じて一個から二個に切換える理由は、排気タ
ービンの効率が膨脹比即ち何れも絶対圧力で表わ
した（タービン入口圧力C_e）／（タービン出口
圧力P_p）に関連して変化し、縦軸にタービン効率
をとり、横軸にタービン膨脹比をとつて示した特
性図において、上方に凸のなだらかな丘状を呈す
ることに由来するものである。即ち排気流量が多
いエンジンの高速運転時には、一個の排気タービ
ンでは、膨脹比が過大になつてタービン効率が却
つて低下するので、排気ガスを二つの排気タービ
ンに分配し、夫々の排気タービンを効率良く運転
することが望ましいのである。

（考案が解決しようとする問題点）本考案は、上記二組のターボ過給機を具えたエ
ンジンの改良に関するものであり、特に第１及び
第２過給機を排気ガスに関しては並列に、又過給
用の空気に関しては直列に配設したものにおい
て、常用の第１過給機がオーバランを生起するこ
とがなく、しかも効率よく運転されるようにした
装置を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）本考案は、上記目的を達成するために創案され
たもので、夫々エンジンの排気ガスによつて駆動
される排気タービンと同タービンにより駆動され
る空気圧縮機とからなる第１及び第２ターボ過給
機、上記第１ターボ過給機及び上記第２ターボ過
給機の排気タービンをエンジンの排気管に並列に
接続する排気通路、上記第２ターボ過給機専用で
かつその上流側に位置して上記排気通路内に設け
られた排気開閉弁、給気下流側に配設された上記
第１ターボ過給機の空気圧縮機と給気上流側に配
設された上記第２ターボ過給機の空気圧縮機とエ
ンジンの給気管とを直列に連結する給気通路、上
記二つの空気圧縮機間における上記給気通路に接
続され大気に連通する分岐通路、同分岐通路内に
介装された給気開閉弁を具えてなるものにおい
て、上記エンジン排気管内の排気ガス圧力が設定
値より小さいときには、上記排気開閉弁を閉じる
とともに上記給気開閉弁を開いて上記第１ターボ
過給機のみを作動させ、さらに同第１ターボ過給
機のみの作動時に同第１ターボ過給機の空気圧縮
機の吐出圧力が設定給気圧力を越えた場合に、先
づ上記給気開閉弁を閉じその後設定時間経過後に
上記排気開閉弁を開き上記第１ターボ過給機のオ
ーバランを防止するコントローラを具備したこと
を特徴とする排気ターボ過給エンジンを要旨とす
るものである。

（実施例）以下本考案の実施例を添付図面について具体的
に説明する。先づ第１図において、符号１０は車
両用エンジンを概念的に示し、同エンジンは排気
管１２（勿論排気マニホールドを含む）及び給気
管１４（同様に給気マニホールドを含む）を具え
ている。１６は第１のターボ過給機であつて、第
１排気タービン１８と、同タービンによつて駆動
される第１空気圧縮機２０とを具えている。又２
２は第２のターボ過給機であつて、第２排気ター
ビン２４と、同タービンによつて駆動される第２
空気圧縮機２６とを具えている。

上記第１及び第２排気タービン１８及び２４
は、夫々排気通路２８ａ及び２８ｂによつて上記
排気管１２に並列に連結され、排気通路２８ｂ内
には排気開閉弁３０が設けられている。又上記第
２空気圧縮機２６と第１空気圧縮機２０、更に第
１空気圧縮機２０と給気管１４は、給気通路３２
ａ及び３２ｂを介して直列に連結されており、両
圧縮機２６，２０間の給気通路３２ａには、一端
が圧縮機２６の吸入側即ち大気に連通する分岐通
路３４が接続されている。

更に、上記給気通路３２ａには、分岐通路３
４、の上流側に第１の給気冷却装置３６が介装さ
れ、又給気通路３２ｂには、第２の給気冷却装置
３８が介装されると共に、上記分岐通路３４には
給気開閉弁４０が設けられている。上記第１及び
第２給気冷却装置３６及び３８は、何れも車両の
走行風及び冷却フアンの強制通風を冷却媒体とす
る空冷式冷却装置とすることができ、この場合、
給気管１４の直上流の第２給気冷却装置３８を、
第１給気冷却装置３６よりも冷却性能上優位に配
設することが好ましい。（例えば車両前部に重ね
て配置するときは、第２給気冷却装置３８を前方
に配設する。）又、第１及び第２給気冷却装置３
６及び３８の一方を空冷式とし、他方をエンジン
の冷却水を冷却媒体とする水冷式冷却装置とする
こともできるが、この場合、給気管１４の直上流
の第２給気冷却装置３８を、冷却性能上優位な空
冷式とし、第１給気冷却装置３６を水冷式とする
ことが有利である。

次に、４２は車戴マイクロコンピユータからな
るコントローラであつて、エンジン１０の回転数
を示す信号N_e、エンジンの負荷を表わす信号L_e、
その他図示されていないがエンジン冷却水温度、
外気温度、車速等に関する信号を受容して、エン
ジンに対する燃料供給量を制御する一方、後に詳
述する態様で排気開閉弁３０及び給気開閉弁４０
の開閉制御を行なう。

両開閉弁３０及び４０の開閉制御のために、コ
ントローラ４２は、上記第１ターボ過給機１６及
び第２ターボ過給機２２の夫々排気タービン１
８，２４に連通する排気通路２８ａ，２８ｂの合
流点より上流の排気通路、即ち僅少の流通抵抗を
無視すれば実質的にエンジン１０の排気管１２内
の圧力に等しい排気ガス圧力P_eと、第２ターボ
過給機２２の空気圧縮機２６における吐出圧力
P_s2と、第１ターボ過給機１６の空気圧縮機２０
における吸入圧力P_s3及び吐出圧力P_s4とを、夫々
入力信号として受容し、第１図中に夫々点線で示
したように、排気開閉弁３０及び給気開閉弁４０
に対し開閉信号を発する。

次に、上記コントローラ４２の作動態様を第２
図のフローチヤートについて説明する。先づエン
ジン１０が始動され、このとき排気開閉弁３０及
び給気開閉弁４０は共に閉じている。エンジン１
０の回転数が上昇し、排気管１２内の排気圧力
P_eが上昇する。コントローラ４２のプログラム
はステツプS₁に進み、ここで排気圧力P_eと設定
排気圧力C_eとが比較される。P_eがC_eより低いか
又は等しいとき、即ちステツプS₁がYESのとき
は、排気開閉弁３０は閉じたままに維持され、排
気ガスの全量が第１過給機１６に供給され、同過
給機１６がエンジンの低回転数域の少ない排気ガ
ス量に応じ効率よく運転される。

次にプログラムはS₂に進み、ここで第１ターボ
過給機１６の空気圧縮機２０の吐出空気圧力P_s4
（下流の第２給気冷却装置３８での圧力損失を無
視すれば、実質的にブースト圧となる）と設定給
気圧力C_s4とが比較される。設定給気圧力C_s4は、
過大なブースト圧によりエンジン１０の筒内圧が
過度に上昇して、エンジン１０の破損を招く惧れ
がない範囲で、かつ過給の効果を享受し得る適当
な圧力が選択される。P_s4がC_s4より低いか又は等
しいとき、即ちステツプS₁がYESのときは給気
開閉弁４０が開かれ、プログラムは再びステツプ
S₁にリターンする。

一方、エンジン１０の回転数上昇と共に、排気
ガス圧力P_eが上昇して設定圧力C_eを越え、ステ
ツプS₁がNOになると、プログラムは右に進んで
先づ給気開閉弁４０が閉じられ、予め定められた
比較的短い時間間隔（個々のエンジン及びターボ
過給機の特性に応じてタイマ等により任意に設定
できる。）を存して排気開閉弁３０が開かれるよ
うになつている。この結果、第１ターボ過給機１
６がオーバランする前に、その空気圧縮機２０の
吸入空気が、第２ターボ過給機２２の空気圧縮機
２６及び第１給気冷却装置３６を経由して流通抵
抗が増加するので、上記オーバランが確実に防止
され、その後適当なタイミングで第２ターボ過給
機２２に排気ガスが供給され、その運転が開始さ
れるのである。（もし、給気開閉弁４０を開いた
まま長時間放置すると、吐出空気が同弁を経て入
口側に循環し、空気圧縮機２６が殆んど無負荷で
運転するので、第２ターボ過給機２２がオーバラ
ンして破損する惧れがある。）また前記ステツプS₁において、第１ターボ過給
機１６の空気圧縮吐出圧力P_s4が設定圧力C_s4より
大きくなつたとき、即ちNOのときは、同過給機
に対する排気ガスの供給量が過大であり、このま
までは同過給機の運転効率が低下するのみなら
ず、オーバランによる破損を生ずる惧れがあるの
で、図示のように給気開閉弁４０の閉止後設定時
間経過したのち排気開閉弁３０が開かれるのであ
る。

以上説明した本考案装置の作動態様が第３図に
示されている。同図は、横軸に時間Ｔをとり、縦
軸に、下から順に、エンジン回転数N_e、第１タ
ーボ過給機１６及び第２ターボ過給機２２の回転
数N_t1及びN_t2、第１ターボ過給機における空気
圧縮機２０の吐出圧力P_s4（前述したように略ブー
スト圧に等しく、又エンジンに対する給気量にも
比例する。）、第２ターボ過給機２２における空気
圧縮機２６の吐出圧力P_s2が示されている。また
図中、一点鎖線で示した縦線l₁で区分された時間
領域，は、第２図のフローチヤート内に記入
されている同一符号の各フローに相当する。

先づターボ過給機の回転数について、図中実線
で示されている第１ターボ過給機１６の回転数
N_t1は、からに移るａ点で排気開閉弁３０が
開くために以後回転数が低下し、縦線l₂と交わる
点ｂ以降エンジン回転数N_eの増大につれて、再
び回転数が上昇する。又同図中に、第２ターボ過
給機２２の回転数N_t2が点線で示されている。

図示のように、上記ａ点で排気開閉弁３０が開
いてから回転数が次第に上昇し、一点鎖線で示し
た横線l₃の回転数以上でブーストに影響を及ぼ
す。次に、第１ターボ過給機における空気圧縮機
の吐出圧力P_s4は、縦線l₂を通るまでは、実線で
示すように実質的に空気圧縮機２０単独の吐出圧
力特性P_s40を示し、その後第２ターボ過給機１６
の給気効果が加算されるので、点線で示した給気
圧力P_s41で示すように上昇する曲線となる。

最後に、第２ターボ過給機２２の吐出空気圧力
P_s2は、図中点線P_s2で示すように変化する。なお
ここで図中符号P_bは、空気圧縮機２６の回転不
足のため、同圧縮機が抵抗となつて生じた圧力損
失を示すものである。

（考案の効果）叙上のように、本考案に係る排気ターボ過給エ
ンジンは、夫々エンジンの排気ガスによつて駆動
される排気タービンと同タービンにより駆動され
る空気圧縮機とからなる第１及び第２ターボ過給
機、上記第１ターボ過給機及び上記第２ターボ過
給機の排気タービンをエンジンの排気管に並列に
接続する排気通路、上記第２ターボ過給機専用で
かつその上流側に位置して上記排気通路内に設け
られた排気開閉弁、給気下流側に配設された上記
第１ターボ過給機の空気圧縮機と給気上流側に配
設された上記第２ターボ過給機の空気圧縮機とエ
ンジンの給気管とを直列に連結する給気通路、上
記二つの空気圧縮機間における上記給気通路に接
続され大気に連通する分岐通路、同分岐通路内に
介装された給気開閉弁を具えてなるものにおい
て、上記エンジン排気管内の排気ガス圧力が設定
値より小さいときには、上記排気開閉弁を閉じる
とともに上記給気開閉弁を開いて上記第１ターボ
過給機のみを作動させ、さらに同第１ターボ過給
機のみの作動時に同第１ターボ過給機の空気圧縮
機の吐出圧力が設定給気圧力を越えた場合に、先
づ上記給気開閉弁を閉じその後設定時間経過後に
上記排気開閉弁を開き上記第１ターボ過給機のオ
ーバランを防止するコントローラを具備したこと
を特徴とし、簡素な構成によつて、第１及び第２
ターボ過給機を効率良く運転し、更に常用の第１
過給機のオーバランを確実に防止することができ
るので、実用上有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す概略構成図、第
２図は第１図の実施例における作動態様を示すフ
ローチヤート、第３図は第１図の構成の作動態様
を説明した線図である。１０……エンジン、１２……排気管、１４……
給気管、１６……第１過給機、２２……第２過給
機、３０……排気開閉弁、３４……分岐回路、３
６……第１給気冷却装置、３８……第２給気冷却
装置、４０……給気開閉弁、４２……コントロー
ラ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

夫々エンジンの排気ガスによつて駆動される排
気タービンと同タービンにより駆動される空気圧
縮機とからなる第１及び第２ターボ過給機、上記
第１ターボ過給機及び上記第２ターボ過給機の排
気タービンをエンジンの排気管に並列に接続する
排気通路、上記第２ターボ過給機専用でかつその
上流側に位置して上記排気通路内に設けられた排
気開閉弁、給気下流側に配設された上記第１ター
ボ過給機の空気圧縮機と給気上流側に配設された
上記第２ターボ過給機の空気圧縮機とエンジンの
給気管とを直列に連結する給気通路、上記二つの
空気圧縮機間における上記給気通路に接続され大
気に連通する分岐通路、同分岐通路内に介装され
た給気開閉弁を具えてなるものにおいて、上記エ
ンジン排気管内の排気ガス圧力が設定値より小さ
いときには、上記排気開閉弁を閉じるとともに上
記給気開閉弁を開いて上記第１ターボ過給機のみ
を作動させ、さらに同第１ターボ過給機のみの作
動時に同第１ターボ過給機の空気圧縮機の吐出圧
力が設定給気圧力を越えた場合に、先づ上記給気
開閉弁を閉じその後設定時間経過後に上記排気開
閉弁を開き上記第１ターボ過給機のオーバランを
防止するコントローラを具備したことを特徴とす
る排気ターボ過給エンジン。