JPS5843568B2 - 内燃機関の排気タ−ボ過給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の排気ターボ過給装置の改善に関する
。

排気ターボ過給機付内燃機関は、その比出力向上という
見地から広く実用化されているが、機関の低回転高トル
ク運転時の給気量不足の傾向が強く、燃焼不良となるた
め、最大トルクの不足や煙特性の悪化、あるいは加速性
能の低下等の問題がある。

この原因は、主に排気タービンの容量が機関の最大出力
時（高回転、高トルク）の給気条件を対象に選定されて
いるため、上記低回転高トルク運転時には排気タービン
の容量が相対的に過大となっていることによるものであ
る。

この対策として、可変容量形排気タービン（排気タービ
ンのノズル部等を可動とすることにより、一定の圧力比
で流れるガス量を制御できるようにしたもの）の採用も
考えられるが、この方式の排気ターボ過給機では実用性
の高いものが実現されていない。

これに代る対策案として、１台の機関に２台以上の過給
機を装備し、機関の出力増大に従って作動させる過給機
の台数を増してゆく過給機切換方式が提案されている。

しかし、これらの提案はいずれも複数台の過給機の圧縮
機を機関の高負荷運転時に並列に接続して使用するため
、後続して作動し始める圧縮機のサージング対策のため
複雑な配管系統とその制御装置とを必要とする欠点のた
め、広く実用化されるに至っていない。

本発明の目的は上記の点に着目し、実用的な過給機切換
装置を提供することであり、その特徴とするところは、
１台の機関に各々１台の主過給機と副過給機を装備し、
機関の低速運転時には主過給機のみを作動させ、機関の
高速運転時には副過給機の排気タービンを主過給機の排
気タービンと並列に、副過給機の圧縮機を主過給機の圧
縮機の前置段あるいは後置段として直列に作動させるよ
うにしたことである。

なお、主及び副過給機の台数は各１台に限定されるもの
ではない。

以下図面を参照して本発明による実施例につき説明する
。

第１図は本発明による１実施例の装置を示す説明図であ
る。

図において、１０は機関本体、１１は給気管、１２は排
気管、１は主過給機、１Ｃは主圧縮機、１Ｔは主排気タ
ービン、２は副過給機、２Ｃは副圧縮機、２Ｔは副排気
タービン、Ｃ■は給気切換弁、ＴＶは排気バイパス弁で
ある。

燃焼室等を含む機関本体１０は給気管１１及び排気管１
２を有する。

主過給機１は主圧縮機ＩＣ及び主排気タービン１Ｔを有
し、副過給機２は副圧縮機２Ｃ及び副排気タービン２Ｔ
を有する。

副圧縮機２Ｃは主圧縮機ＩＣの前置段として、主圧縮機
１Ｃの吸込空気をあらかじめ予圧するように配置されて
いるが、副圧縮機２Ｃと主圧縮機１Ｃとを連通ずる管路
には副圧縮機２Ｃの静止時に、主圧縮機が直接外気を吸
入できるようにするための給気切換弁Ｃ■を設けている
。

即ち、主圧縮機１Ｃと副圧縮機２Ｃとを直列に接続して
機関の給気管１１と大気とを連通ずる給気通路と、副圧
縮機２Ｃを短絡して大気と主圧縮機１Ｃとを接続する側
路とを設け、また同側路に切換弁Ｃ■を設けている。

機関の排気管１２に主排気タービン１Ｔと副排気タービ
ン２Ｔとは排気通路により並列に接続されていて、機関
の排気管１２と副排気タービン２Ｔとを接続する通路に
は、副排気タービン２Ｔへの排気ガスの導入あるいは停
止を操作するための排気バイパス弁ＴＶ、即ち排気切換
弁を設けている。

上記構成の場合の作用について述べる。

（１）機関低速運転時 吸気切換弁Ｃ■は開いた状態、排気バイパス弁ＴＶは閉
じた状態にある。

機関の全排気ガスは主排気タービン１Ｔのみを通過する
ので、排気管１２内は高い圧力レベルになり、主排気タ
ービン１Ｔは強力に主圧縮機１Ｃを駆動し、主圧縮機１
Ｃは吸気切換弁Ｃ■を通して直接外気を吸入し、高い給
気圧力で充分多量の給気を機関へ送りこむことができる
。

（２）機関高回転時 吸気切換弁ＣＶは閉じた状態、排気バイパス弁ＴＶは開
いた状態にある。

機関の排気ガスは主排気タービン１Ｔに導入されると同
時に、排気バイパス弁ＴＶを通して副排気タービン２Ｔ
にも導入される。

このために、主排気タービン１Ｔの仕事量は相対的に減
少するが、副排気タービン２Ｔによって駆動される副圧
縮機２Ｃにより予圧された空気を更に主圧縮機１Ｃで加
圧することにより、給気圧や給気量を適切な値とするこ
とができる。

本発明の基本となる過給機切換方式の目的は、機関低速
運転時は排気タービンの容量（ノズルや動翼ののど面積
によってきまる）を比較的小さくし、相当機関出力に対
する排気管内の圧力レベルを高くして、機関へ高い給気
圧で充分の給気量を送りこみ、このままの状態では機関
の高回転高トルク（大出力）運転時には排気圧力レベル
が過大となり、ひいては過給機の過大回転、給気圧の過
大化による筒内圧力の制限値オーバ、あるいは燃費の悪
化等の問題があるため、別の排気タービンを追加作動さ
せ、機関からみて、排気タービンの総容量を増加させて
上記問題を回避しようとするものである。

第２図のグラフを参照して本発明の作用を詳細に説明す
る。

第２図は、舶用２サイクル機関のプロペラ法則による機
関出力係をパラメータに、主過給機のみを使用した時と
主及び副過給機を使用した時の機関の給気圧と給気量を
示すものであり、ライン上の点Ａ２５．Ａ５０．Ａ７５
はそれぞれ主過給機のみを使用した場合の機関出力２５
％、５０％。

７５％を示し、Ｂ ２５．Ｂ５０．Ｂ７５．Ｂ１００は
主及び副過給機を併用した場合の機関出力２５％、５０
％、７５％、１００％の点を示している。

即ち、機関低速（低負荷）運転時は、主過給機１のみを
使用するので、機関の給気圧、給気量を示す点は各機関
出力に応じて点Ａ２５．Ａ５０を通るライン上にある。

もし、このまま機関出力を７５優出力まで上げるとＡｒ
１の点に至り、給気圧過大による種々の問題を発生する
ので、５０％出力以上では、排気バイパス弁ＴＶを開い
て副過給機２を追加作動させ、機関の給気圧、給気量を
示す点Ｂ５０．Ｂ７５．Ｂ１００を通るライン上ヘシフ
トし、最大出力時でも給気圧力を適当な値に押える様に
する。

副過給機２の追加作動スタート時は、機関の出力５０％
の状態のまま、まず排気バイパス弁ＴＶを開き、排気ガ
スを副排気タービン２Ｔへ導入すると、副排気タービン
２Ｔは副圧縮機２Ｃを駆動しはじめ急速にその回転数を
上昇してゆくが、この間適当な時期（例えば、副過給機
の回転数が一定の値を超えた時期）に給気切換弁Ｃ■を
閉じることにより、副圧縮機２Ｃは主圧縮機１Ｃの前置
予圧段として作動し始めることになる。

上記給気切換弁ＣＶは副圧縮機２Ｃが作動し始めた後に
、その吐出空気が給気切換弁Ｃ■を通って外気へ逆流し
ない様に、自動的に作動する逆止弁を利用するのがよい
。

上述のような本発明による場合は、配管配置上簡単で、
切換操作も確実な機関低速運転時の給気特性の良好な排
気ターボ過給装置を実現することができる。

なお、上記実施例は主過給機及び副過給機各１台を有す
る場合につき説明したが、本発明はこれら主及び副過給
機の台数に制限されることなく適用できる。

例えば、主過給機２台と副過給機２台あるいは主過給機
２台と副過給機１台等であってもよい。

さらに、本発明は主圧縮機１Ｃと給気管１１の間、ある
いは副圧縮機２Ｃと主圧縮機１Ｃとの間の少なくとも一
方に給気冷却器を装備する場合も含まれる。

さらにまた、副過給機２の追加作動開始の機関運転状態
は、その機関個有の特性と負荷側の条件により適当に選
定されるものとする。

第３図は本発明による他の実施例の装置を示す説明図で
あり、各符号は第１図のものと同じものを示し、第１図
の場合と異なる所は以下の通りである。

副圧縮機２Ｃは主圧縮機１Ｃの後置段として、主圧縮機
１Ｃの吐出空気をさらに圧縮する様に配置されているが
、副圧縮機２Ｃの静止時には、主圧縮機１Ｃの吐出空気
を副圧縮機２Ｃを短絡して直接給気管１１へ給気する側
路を設け、同側路には副圧縮機２Ｃの作動時に副圧縮機
２Ｃの吐出空気が主圧縮機１Ｃの出口側へ逆流するのを
防止す２るための給気切換弁ＣＶが設けられている。

上記構成の場合は、副過給機２の作動時に、副圧縮機２
Ｃが主圧縮機１Ｃの吐出空気を更に圧縮するように作動
する外は前述の実施例の場合と同じである。

また、本実施例の効果は前述の実施例の場合と同じであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による１実施例の装置を示す説明図、第
２図は第１図の装置の作動状態にかける給気圧と給気量
の関係を示す線図、第３図は本発明による他の実施例の
装置を示す説明図である。 １・・・・・・主過給機、１Ｃ・・・・・・主圧縮機、
１Ｔ・・・・・・主排気タービン、２・・・・・・副過
給機、２Ｃ・・・・・・副圧縮機、２Ｔ・・・・・・副
排気タービン、１０・・・・・・機関本体、１１・・・
・・・給気管、１２・・・・・・排気管、ＣＶ・・・・
・・給気切換弁、ＴＶ・・・・・・排気バイパス弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ それぞれ排気タービンと同排気タービンで駆動され
   る圧縮機にてなる２組の過給機、機関排気管に上記各排
   気タービンを並列に接続する排気通路、同排気通路の内
   いずれか一方の排気タービンへの排気通路を低速回転時
   には閉塞し高速回転時には開放する排気切換弁、上記各
   圧縮機を直列に接続し大気と機関吸気管とを連通ずる給
   気通路、一端が上記給気通路中の上記２個の圧縮機の間
   に接続され他端が大気に開放された側路、同側路を低速
   回転時には開放し高速回転時には閉塞する給気切換弁を
   備えたことを特徴とする内燃機関の排気ターボ過給装島