JPS62625A - 排気タ−ボ過給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ｉｆＩｉ業上の利用分野） この発明は、複数のターボチャージャを備える排気ター
ボ過給装置に関する。 （従来の技術） 機関出力や燃費の向上を０指してターボチャージャが備
えられるが、機関の加速性能を改．！ＶするｂｌＪ＋Ｉ
−ｐ　　書替　票ｂ　　４１１ｐ　　　　、ａ／　　工
　、　　　　！す　、　　去　留ル　１ふ　２伽　１　
ハ　▲Ｉ　【る、このような装置では、第１ターボチヤ
ージヤの過給圧の立上りが重要であり、このため弟１タ
ーボチャージャを小型化し、低速回転域ではこの第１タ
ーボチヤーノヤにてまず過給圧を設定過給圧まで応答良
く上昇させ、設定過給圧に達した後は比較的大型の第２
ターボチヤージヤを作動させて中高速回転域での過給効
果を確保するようにしている（特願昭６０−５０１２０
号）。 これを第８図に示すと、第１ターボチヤージヤ２は機関
本体１の燃焼室に連通ずる第１排気通路３ａＧ．：第１
タービン２ａが介装され、回転軸２Ｃを介して連結され
た弟１コンプレクサ２ｂが第１吸気通路４ａに介装され
る。 ！＠１タービン２ａ上流の第１排気通路３ａからは第１
タービン２ａをバイパスして排気を流す第２排気通路３
ｂが分岐形ｔ．され、この排気通路３ｂに流量制御弁５
が介装され、流量制御弁５の下流にて第１排気通路３ａ
が合流される。 第２ターボチヤージヤ６はその合流部下流の第２排気通
路３ｂに弟２タービン６ａ力ｆ介装され、弟２吸気通路
４ｂに回転軸６Ｃを介して連結された第２コンプレツサ
６ｂが介１２される。 第２タービン６ａには可変機構として第２タービン６ａ
に導入される排気の流路を絞る可変ノズル７が設置され
る。 ８は第２コンプレツサ６ｂによる過給圧が上限値を越え
ると第２タービン６ａに導入される排気の一部をリリー
フ通路９に逃がすウェストデート弁である。 第１、第２吸気通路４ａ、４ｂはそれぞれ独立に形成さ
れ、第１、第２コンプレッサ２ｂ、６ｂの下流側にそれ
ぞれ逆止弁１０，１１が介装されでいろ。 今、機関低速構想からアクセルを踏み込んでいくと、燃
焼室から第１排気通路３Ｑを介して導入される排気によ
’）、ｆｆ１ｌタービン２ａの回転が応答良く加速され
る。このため、第１コンプレツサ２ｂの吐出圧が速やか
に立上り、その吐出空気が第１吸気通路４ａの逆止弁１
０を介して燃焼室に送られる。 この時、第２タービン６ａの可変ノズル７は全開してお
り、第１タービン２ａを駆動した排気は第２排気通路３
ｂに導かれ、その排気により第２タービン６ａが回・転
を始める。 機関回転“の上昇に伴って排気流量が増加し、第１：ｙ
ンプレッサ２ｂの吐出圧が設定値に達すると、第２排気
通路３ｂの流量制御弁５が徐々に開かれ、！ｌＳ１ター
ビン２ａをバイパスした排気が第２タービン６ａに導入
される。同時に可変ノズル７が閉じて第２タービン６ａ
に導入される排気が増速される。 このため、第１コンプレツサ２ｂの吐出圧が設定値を維
持しながら、第２タービン６ａの回転が速やかに上昇さ
れる。これに応じて第２コンプレツサ６ｂの吐出圧も急
速に高まっていくが、この途中では第１コンプレツサ２
ｂの吐出圧よりも低いため、第２吸気通路４ｂの逆止弁
１１が閉じ、第２′３ンブレツサ６ｂの吐出空気が機関
に供給されることはない。 そして、排気流量がさらに増加し、第２コンプレツサ６
ｂの吐出圧が設定値に達すると、可変ノズル７が再び開
かれ、流量制御弁５が全開されると共に、その吐出空気
が第２吸気通路４ｂの逆止弁１１を介して機関に送られ
るのである。 このようにして、低速回転域では比較的少ない排気流量
で高い効率を示す第１ターボチヤージヤ２を作動させ、
中高速回転域では比較的大容量のｔｌＳ２ターボチャー
ジャ６を作動させることにより、十分な過給効果を確保
しつつ低速からの機関の加速性能を改善している。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような装置では、第１コンプレツサ
２ｂと第２コンプレツサ６ｂとが並列に配置されている
ため、第１コンプレツサ２ｂの吐出圧が設定値に達して
からも第２コンプレツサ６ｂの吐出圧が設定値に達する
まではＷＳ２コンプレッサ６ｂによって過給が行なわれ
ることはない。 このため、低速域からの全開加速などにおいて、第２コ
ンプレツサ６ｂの吐出圧が設定値に、達するまでは加速
中の長い期間にわたり第１コンプレツサ２ｂが高過給状
態を維持するようになっており・従って第１コンプレツ
サ２ｂに流量範囲の大さいものが必要とされる結果、ｆ
ｌＳ１コンプレッサ２ｂの効率が相対的に低下すると共
に、コスト高を招いてしまうという問題があった。 （問題点を解決するための手段） この発明は、機関排気により駆動される複数のターボチ
ャージャを備えた排気ターボ過給装置において、ターボ
チャージャのコンプレッサｔ−ｆｉ　１ｍの吸気通路に
直列に配置する一方、この下流側のコンプレッサをバイ
パスして上流側のコンプレッサの吐出空気を機関に導く
分岐吸気通路を形成し、この分岐吸気通路に逆止弁を介
装する。 （作用） コンプレッサを直列に配置するため、一方（上流側）の
コンプレッサの回転が立上ると、立上り途中から他方（
下流側）のコンプレフサによる過給が補われる。そして
、上流側のコンプレッサの吐出圧が下流側のコンプレッ
サの吐出圧にまで上昇すると、分岐吸気通路が開かれ、
上流側のコンブレツサにより過給が行なわれるよう１こ
なる。 これにより、機関の低速域から過給を行う下流９）ｆ（
）：ｌ　：／ブレッサの負担を軽減して効率の良い範囲
で作動することができ、さらには上流側のコンプレッサ
による過給への切り換えが一段とスムーズになる。 （実施例） 第１図、Ｐ１４２図は本発明の実施例を示すブロック図
と制御系を含めた構成図で、１は機関本体、２は小容量
の第１ターボチヤージヤ、６は比較的大容量の第２ター
ボチヤージヤである。 第１ターボチヤーツヤ２の第１タービン２ａは機関の第
１排気通路３ａに介装され、＠ｉメタ−ン２ａをバイパ
スする第２排気通路３ｂの途中に流量制御弁５が介装さ
れている。 流量制御弁５はダイヤ７ラム装置１２に連結され、圧力
調節弁１３を介してダイヤ７ラム装置１！１２に供給さ
れる作動圧に応じて開度を切り換える。 第１排気通路３ａの下流側は流量制御弁５の下流にて第
２排気通路３ｂに合流し、この合流部下流に第２ターボ
チヤージヤ６の第２タービン６ａが介装されている。 第２タービン６ａにはｆ：ｔＳ２タービン６１１に導入
される排気の流路な絞る可変ノズル７が備えられ・可変
ノズル７は圧力調節弁１４を介してダイヤ７２ム装！！
１１ξｉに供給される作動圧に応じて［！Ｉ！ＩＩされ
る。 第１タービン２ａとｆｔ５２タービン６ａとは′一体的
に形成された１つのタービンハウジング１６に介装され
、ｎｆ変ノズル７は第２タービン（５ａのスクロール人
口部に介装される。 タービンハウジング１６の第１タービン２ａ側には回転
軸２ｃを支持するベアリングハウジング１７が、ＰｔＩ
Ｊ２タービン６ａ側には回転軸６Ｃを支持するベアリン
グハウジング＋　８がそれぞれ収り付けられ、タービン
ハウジングｌ　ｔｉの（ト気通路；（Ｕ。 ３ｂの人口側は直接排気マニホールド１９に接続される
。 ８は第２タービン６　ＬＬに導入される排気の一部をリ
リーフ通路９に逃がすウェストゲートかで、電磁弁２０
を介してダイヤ７ラム装置１７２１に供給されろ作動圧
に応じてリリーフ通路９を開く、各グイヤ７フム装置１
２，１５．２１の作動圧には機関の吸気通路２２内の圧
力が導かれる。 そして、第１タービン２ａにより゛駆動される第１コン
プレツサ２ＩＩと、第２タービン６ａにより駆動される
第２コンプレツサ６１］は、第２コンプレツサ６ｂを上
流側にして吸気通路２２に直列に配置される。 吸気通路２２には第１コンプレツサ２ｂをバイパスする
第１分岐吸気通路２２ａと、第２コンプレツサ６ｂをバ
イパスする第２分岐吸気通路２２ｂとが形成され、それ
ぞれ通路２２ａ＊２２ｂに逆止弁２３，２４が介ｖｃ？
！：れる。また、第１コンプレツサ２ｂの直下流にも逆
止弁２５が介装される。 一方、機関の運転条件を検出する手段として機関の回軒
数を検出する回転数センサ２６と、機関の吸入空気量を
検出する吸気量センサ２７と、吸気通路２２内の圧力つ
まり過給圧を検出する圧力センサ２８が設けられ、これ
らの検出信号は制御回路２９に送られる。 制御回路２９はこれらの検出信号に基づいて前記圧力調
節弁１３．１４と電磁弁２（）を駆動し、過給圧が第３
図の［イ１に示すような値となるように前記流量制御弁
５及び７ｘストデート弁８と可変ノズル７を第３図の［
口」、１ハ］、［二」に示す開度に制御する。ただし、
第：（図のＩＩＩは第１コンプレツサ２ｂの圧力比、ｔ
ｌＮは第２：′７ンプレツサ６ｂの圧力比を示す。 次に作用を説明する。 機関低速回転状態からスロットル（絞り弁３（））を開
いていくと、第１排気通路３ａを介して導入される排気
により、虫ず第１タービン２ａの回転が加速され、第１
コンプレツサ２ｂの吐出圧が速やかに立上る（第３図の
ａ以下） この時、吸気はｐｌＳ２コンプレッサ６ｂあるいは第２
分岐吸気通路２２ｂから逆止弁２４を介して第１コンプ
レツサ２ｂに流入し燃焼室へ圧送される。、また、第２
タービン６ａのｎ（変ノズル７は全開しており、第１タ
ービン２ａを駆動した排気により第２タービン６ａは回
転を始める。 加速の経過に件って排気流量が増加し、第１コンプンツ
サ２ｂの吐出圧が設定値に達すると（α）、第２排気通
路３１」の流量制御弁５が徐々に闇かれ第１タービン２
ａをバイパスし、た＃気が第２タービン６ａに導入され
ると共に、可変ノズル°７が徐々にｉｌじられる（ａ→
ＩＪ）、第２タービン６ａに導入される排気が増量並び
に増速されるので、第２タービン６ａ及ｃｆ第２コンブ
にツサに１）のｌｉｔ転は運やかに上昇する。 すると、第２什岐吸気通路２２ｂの逆止弁２４が閑じる
と共に、第２コンプレツサ６ｂの回転によって第１コン
プレツサ２ｂにはある程度加圧された＠気力ｆ供給され
ることになり、このため第１コンプレツサ２ｂの吐出圧
が改定値を保ちながら第１コンプレツサ２ｂの圧力比が
低下していく。 そして、さらに排気流量が増加し、第２：′ｆｆンブレ
ッサ６ｂの吐出圧が設定値まで尚まると（ｂ−ｃ）、ｆ
ＩＳｌ：１ンブレツサ２ｂの圧力比が急激に低下すると
共に、第１什岐吸気通路２２ａの逆止弁２３が開き、第
２コンプレツサ６１）の吐出空気がＰｔＳｉ分岐吸気通
路２２ａから燃焼室へと圧送される。 この後、流量制御弁５が全開すると（ｄ→）、再び開か
れる可変ノＸルアにより第２タービン６ａｂＰＩＳ２コ
ンプレツサ６１）の回転が高められ、さらに第２コンプ
レツサ６ｂの吐出圧が」ユ昇するようになると、リリー
フ通路９のつ！ストデート弁８が開かれ（ｅ→）、設定
値を保つ。 このようにして、第１、第２ターボチヤーツヤ２．６に
よる過給が行なわれるのであり、第１コンプレツサ２ｂ
と第２コンプレツサ６ｂとを直列に配置したので、第２
コンプレツサ６ｂの回転が上昇すると、上昇途中から第
１コンプレツサ２ｂによる過給を補うことが可能となり
、このため８！関低速域から過給を行う第１コンプレツ
サ２ｂの負担を軽減して流ｔｍ囲の小さいものを使用す
ることかで軽、第１コンプレツサ２］】の応答性と効率
を十分に高めることができる。 また、第２コンプレツサ６１７が回転の上昇途中から第
１コンプレ２す２ｂによる過給に加わると共に、１２コ
ンプレツサ６ｂの吐出圧が設定値まで上昇すると、その
吐出空気は、第１分岐吸気通路２２ａから圧送され、従
って、Ｐｔ５１コンプレツサ２ｂからＰｔ５２コンプレ
ツサ６ｂによる過給への移行を極めてスムーズに行うこ
とができる。 ところで、第１タービン２ａと第２タービン６ａのター
ビンハウジング１６は一体ｈη造となっており、ハウジ
ング１Ｇ内にｆｆ１１、第２排気通路３ａ。 ３ｂが形成さｈると共に、直接排気マニホールド１９に
取り付けられている。このため、排気が排気通路３ａ、
３らから［２タービン６ａへと流れるｆｆＩｆに放熱す
るようなことはなし排気温度の低い低速回転域からでも
第２ターボチヤージヤ６の立上りを早めることができる
。また、配管を極力省略して熱変形による破損等を防止
でさ、ＪＭ造の簡素化と耐久性の向上が図れる。 尚、第２図では一体枯造のタービンハウジング１６に流
量制御弁５と可変）Ｘルアを設置しているが、ＭＳ４図
〜第６図に示すように第１タービン２ａ下流の第１排気
通路３ａを、杭２タービン６ｎのスクロール入口部３１
に介装された可変ノズル７の下面側に１ｕｌ１口すれば
、可変ノズル７にて流量制御弁５の機能を兼ねることも
できる。 図中３２は第１タービン２ａのスクロール、３３は第２
タービン６ａのスクロール、３１＋は第２４／Ｐ気通路
、１７は第１タービン２ａの回転軸２Ｃを支持するベア
リングハウジング、１８１土１５２タービン６ａの回転
軸６ｃを支持するベアリングハウジングである。 このようにすれば、ｆｆｉ！コンプレッサ２ｂの吐出圧
が設定値に達するまでの闇、可変７Ｘルアを全閉してお
くことにより、ｔｊＳ１タービン２ｍを駆動した排気は
可変ノズル７の下面側から第２タービン６ａのスクロー
ル３３に導入され、可変ノズル７を徐々に開くことによ
り、さらに第１タービン２ａをバイパスした排気が第２
＃気通路３ｂから第２タービン６ａのスクロール３３に
導入される。 従って、流量制御弁が不要になると共に、この場合可変
７ズル７の開き始めでもｐＩＳ２タービン６ａ側には第
１タービン２ａ側からの排気が流入しているため、可変
ノズル７の後流で排気が急激に膨張することはなく、低
流量域でのタービン効率を悪化させることはない。 第７図は本発明の他の実施例を示すもので、第１図、１
２図のＰｔ５２分岐吸気通路２２ｂと逆止弁２４．２５
を省略し、構造をより簡素化したものである。また、吸
気通路２２と第１分岐吸気通路２２ａの下流の圧力を流
量制御弁５のダイヤフラム装置！！１２とウェストデー
ト弁８のダイヤフラム装置（図示しない）に導入し、弁
５，８を直接駆動するようにしている。尚、可変ノズル
は図示してないが設けずとも良い。 従って、吸気は常に１ｊＳ２コンプレツサ６１Ｊヲｉ［
ｌｌ過するが、第１コンプレツサ２ｂの吐出圧が設定値
に達するまで第１タービン２ａを駆動した排気により第
２タービン６ａが駆動され、これに応じて第２コンプレ
ツサ６ｂが回転するので、流路損失を生じることなく第
１コンプレツサ２ｂにより過給がイテなわれる。 この後、第１コンプレツサ２ｂの吐出圧が設定値に達す
ると、その吐出圧により第２排気通路３ｂの流量制御弁
５が開いて第１タービン２ａをバイパスした排気により
ＰｒｆＪ２タービン６ａ、１１２コンプレツサ６ｂの回
転が上昇し、第２コンプレツサ６ｂの吐出圧に応じて第
１コンプレツサ２ｂによる過給が補われる。 そして、第２コンプレツサ６ｂの吐出圧が設定値に達す
ると、第１ｆｔ岐吸気通路２２ｇの逆止弁２３が開いて
第２コンプレツサ６ｂによる過給に移行し、このとき吸
気量の増加に伴って第１コンプレツサ２ｂの回転が低下
していく、尚、第２コンプレツサ６ｂの吐出圧が上限値
に達すると、ウェストデート弁８が開く。 ところで、上記各実施例では、第２コンプレツサ６ｂの
吐出圧が設定値に達した後も第１排気通路３ａから第１
タービン２ａに排気が導入されるようになっているが、
この時、第１タービン２ａを通る流路損失を解消するよ
うに第１タービン２ａ上流の排気通路３ａに仕切弁を設
け、第１コンプレツサ２″ｂとＭ２：７ンプレツサ６ｂ
の吐出圧が等しくなった時に仕切弁を閑じるようにして
も良い。 ただし、この場合、機関アイドリング時等と区別して高
ｉｇｉ時のみイノ：切弁を閉じるようにする。また、前
記仕切弁を設けた場合には、第１タービン２ａと第２タ
ービン６ａとを並列に配置することもできる。 （発明の効果） 以上のように本発明によれば、コンプレッサを直列に配
置することで下流側のコンプレッサによる過給を上流側
のコンプレッサによって補い、上流側のコンプレッサの
吐出圧が高まると下流側のコンプレ・ンサをバイパスし
て過給を行うので、コンプレッサを効率の良い範囲で作
動できると共に、コンプレッサによる過給の切り換えが
スムーズに行なわれ、機関低速域からの良好な過給応答
、過給効率を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例を示すブロック図と利
ｌｊ系を含めた前成図１、第３図は過給圧と各７クチユ
エータの制御例を示すグラフ、ＰＪ４図〜第６図はター
ビンハウクング部分の断面図と側断面図とそのＡ−Ａ＠
矢視図、第７図は本発明の他の＊施例を示すブ０７り図
、１８図は従来例のブロック図である。 ２・・・第１ターボチヤージヤ、２ａ・・・第１タービ
ン、２ｂ・・・第１コンプレツサ、３ａ・・・第１排気
通路、３ｂ・・・第２排気通路、５・・・流量制御弁、
６・・・第２ターボチヤージヤ、６ａ・・・第２タービ
ン、６ｂ・・・第２コンプレツサ、２２・・・吸気通路
、２２ａ・・・第１分岐吸気通路、２２ｂ・・・第２分
１岐吸気通路、２３・・・逆止弁。 特許出願人　　　　日産自動車株式会社第６図 第７１！１ 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関排気により駆動される複数のターボチャージャを備
   えた排気ターボ過給装置において、ターボチャージャの
   コンプレッサを機関の吸気通路に直列に配置する一方、
   この下流側のコンプレッサをバイパスして上流側のコン
   プレッサの吐出空気を機関に導く分岐吸気通路を形成し
   、この分岐吸気通路に逆止弁を介装したことを特徴とす
   る排気ターボ過給装置。