WO2009048116A1 - ２段過給式排気ターボ過給機 - Google Patents

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Byeongil An
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Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention exhausts a high-pressure supercharger driven by exhaust gas discharged from an exhaust manifold of an engine and a low-pressure supercharger driven by exhaust gas after driving the high-pressure supercharger.
  • a two-stage engine that is arranged in series with the gas flow path and switches the flow rate between the exhaust gas flow path of the high-pressure supercharger and the exhaust gas flow path of the low-pressure supercharger by an exhaust gas control valve.
  • the present invention relates to a supercharged exhaust turbocharger. Background art
  • a high-pressure turbocharger having a high-pressure turbine driven by an exhaust gas discharged from the engine and a low-pressure turbine driven by exhaust gas after driving the high-pressure turbocharger are provided.
  • a low-pressure stage turbocharger that is arranged in series in the exhaust gas flow path, and the first stage pressurization is performed by the low-pressure compressor of the low-pressure stage turbocharger.
  • Two-stage supercharging exhaust turbochargers configured to perform second-stage pressurization with a compressor and supply to the engine have come to be adopted.
  • the engine is operated by performing two-stage supercharging that activates both the high-pressure supercharger and the low-pressure supercharger in the low-speed operation region of the engine. This is advantageous in terms of increase in low-speed torque and transient characteristics.
  • the exhaust gas is bypassed from the high-pressure stage turbocharger and the first stage supercharging is performed by the low-pressure stage turbocharger, so that higher compressor efficiency can be used, thereby increasing the degree of freedom of matching. Highly stable operation is realized.
  • FIG. 6 is an operation explanatory diagram of such a two-stage supercharging exhaust turbocharger.
  • 1 is a high-pressure turbocharger comprising a high-pressure evening bin 1a and a high-pressure compressor 1b that is coaxially driven by the high-pressure turbine 1a
  • 2 is a low-pressure turbine 2a and the low-pressure turbine 2a.
  • Exhaust gas from the engine cylinder 1 0 0 gathers in the exhaust manifold 1 0 3 and passes through the exhaust pipe 4 to the high-pressure turbine 1 a of the high-pressure supercharger 1 and partly to the exhaust gas control valve 5. Through the exhaust pipe 6 and the exhaust pipe 10, the low-pressure turbocharger 2 is fed into the low-pressure turbine bin 2 a.
  • the exhaust gas control valve 5 tightened at the Y portion in FIG. 6 is provided between the high-pressure stage supercharger 1 and the low-pressure stage supercharger 2 and controls the opening degree thereof. Adjusting the relationship between the amount of exhaust gas from the high-pressure supercharger 1 and the amount of exhaust gas sent to the low-pressure turbine 2 a of the low-pressure supercharger 2 by bypassing the high-pressure supercharger 1 . That is, the exhaust from the high-pressure turbine 1 a of the high-pressure turbocharger 1 passes through the exhaust pipe 8 and is adjusted by the exhaust gas control valve 5 to the low-pressure turbine 2 a of the low-pressure turbocharger 2. The exhaust gas mixed in the exhaust pipe 9 is sent through the exhaust pipe 10.
  • the low-pressure compressor 2 is coaxially driven by the low-pressure turbine bin 2a to pressurize the air from the air cooler 2c and pass through the air supply pipe 2 1 and the air intake pipe 1 8 And supplied to the high-pressure compressor 1 b of the high-pressure supercharger 1.
  • the high-pressure turbine 1 a coaxially drives the high-pressure compressor 1 b, and the air supply manifold is held via the air supply pipe 20, the internal cooler 21, and the air supply pipe 22. 1 0 1 is supplied to engine cylinder 1 0 0.
  • the compressor bypass valve device 05 is provided in the bypass pipe 17 of the high-pressure compressor 1 b and controls the amount of air that bypasses the high-pressure compressor 1 b.
  • FIG. 4 is an explanatory view of the main part structure of such a two-stage supercharging exhaust turbocharger.
  • the high-pressure turbocharger 1 includes a high-pressure turbine 1a and a high-pressure compressor 1b driven on the same axis as the high-pressure turbine 1a.
  • the low-pressure stage supercharger 2 includes a low-pressure turbine bin 2a and a low-pressure compressor 2b driven coaxially by the low-pressure turbine 2a.
  • the outlet of the high-pressure turbine 1 a is connected to the low-pressure connection casing 1 2 at the joint surface 1 1 a. Ported and connected to the low pressure gas inlet passage 2 s of the low pressure supercharger 2 through the low pressure connection casing 1 2.
  • the compressed air from the low-pressure compressor 2 b of the low-pressure turbocharger 2 is sucked into the high-pressure compressor 1 b of the high-pressure turbocharger 1 through the air supply connection pipe 21 and the high-pressure compressor cover 9. Is done.
  • the compressor bypass valve device 05 is provided in the bypass pipe 17 of the high-pressure compressor 1 b and bypasses the high-pressure compressor 1 b and is discharged from the air discharge pipe 8. To control the amount.
  • FIG. 5 shows the structure of the exhaust manifold and low-pressure connection of the two-stage turbocharger turbocharger shown in Fig. 4, and (B) in Fig. 4 shows Z in (A). — Z sectional view.
  • 2 0 0 is an exhaust manifold holding section
  • this exhaust manifold 1 0 3 is a housing of the exhaust manifold 1 0 3 and the high-pressure evening bin 1 a of the high-pressure supercharger 1.
  • the ging 10 is composed of an integrally manufactured product.
  • each exhaust gas inlet flange 1 0 3 a is an exhaust gas inlet flange to each cylinder (not shown) of the engine.
  • the flange surface of each exhaust gas inlet flange 1 0 3 a is the flange surface 1 z of the high pressure housing 10 And is fastened with a plurality of bolts to the exhaust outlet flange (not shown) of each cylinder.
  • the exhaust gas control valve 5 is provided in the low pressure connection casing 12, and the EGR pipe 15 is Formed in the body.
  • the exhaust gas control valve 5 is provided between the high-pressure stage supercharger 1 and the low-pressure stage supercharger 2 and controls the opening degree thereof, whereby the exhaust gas amount of the high-pressure stage supercharger 1 and This adjusts the relationship with the amount of exhaust gas sent to the low pressure turpin 2 a of the low pressure turbocharger 2 by bypassing the high pressure turbocharger 1.
  • the exhaust gas control valve 5 is supported at one end by the rotary shaft 52 and around the axis 52a of the rotary shaft 52 via the support arm 56. And a valve seat 5 5 on which the valve body 5 4 is seated.
  • the lower surface 5 4 a of the valve body 5 4 is parallel, and the valve body 5 4 is the axis 5 of the rotating shaft 5 2. 2
  • the lower surface 5 4 a of the valve body 5 4 and the seat surface 5 5 a of the valve seat 55 are brought into contact with each other by swinging around the valve body 54 and closed.
  • valve body 54 When opening the valve body 54, the rotary shaft 52 is rotated as shown by the arrow W in FIG. 5 by an exhaust gas control valve driving device (not shown), and the valve body 5 4 is moved via the support arm 56. open.
  • the air pressure holding unit 20 0 configured as described above and the low-pressure connection unit 20 1 incorporating the exhaust gas control valve 5 are connected by a plurality of poles on the connection surface 11 a. Has been.
  • Patent Document 1 Japanese Utility Model Publication No. 6-4 8 1 1 9
  • a two-stage exhaust turbocharger is connected between the high-pressure supercharger and the low-pressure supercharger by a low-pressure connecting pipe.
  • an exhaust gas control valve is installed at the inlet of the low-pressure turbocharger, and a part of the exhaust gas at the inlet of the low-pressure turbocharger is returned to the exhaust manifold hold.
  • a two-stage turbocharger In order to install an engine equipped with a two-stage turbocharged exhaust turbocharger in a narrow engine room in a vehicle engine, a two-stage turbocharger is used as a single-stage turbocharger. Since it is larger than a turbocharger, the installation space in the engine room will inevitably become larger.
  • the structure of the two-stage supercharged exhaust turbocharger has been made compact, the installation space for this is reduced as much as possible, and the engine equipped with the two-stage supercharged exhaust turbocharger is placed in a narrow engine room. Effective installation is required.
  • the conventional exhaust manifold 20 0 is composed of an exhaust manifold 10 3 and a housing 10 of the high-pressure turbine 1 a of the high-pressure supercharger 1 as an integrally manufactured product.
  • the low-pressure connection part 20 1 is provided with the exhaust gas control valve 5 in the low-pressure connection casing 12 and the EGR pipe 15 is formed in a single body. It is configured by connecting with multiple bolts.
  • the present invention includes an exhaust manifold portion in which an exhaust manifold and a high-pressure turbine housing of a high-pressure supercharger are integrally manufactured, and a low-pressure connection portion incorporating an exhaust gas control valve.
  • the present invention achieves such an object by using a high-pressure turbocharger having a high-pressure turbine driven by exhaust gas discharged from an engine exhaust manifold and exhaust gas after driving the high-pressure turbocharger.
  • a low-pressure turbocharger having a low-pressure turpin to be driven is arranged in series in the exhaust gas flow path, and the exhaust gas flow path of the high-pressure supercharger and the exhaust gas of the low-pressure supercharger are controlled by an exhaust gas control valve.
  • a two-stage turbocharging turbocharger that switches and controls the flow rate with the flow path
  • the exhaust manifold, the high-pressure evening pin housing of the high-pressure supercharger whose rotation center is arranged parallel to the center of the exhaust manifold, and the exhaust gas control valve are housed.
  • the exhaust manifold and the valve casing disposed so as to be orthogonal to the high-pressure turbine housing are integrated into an exhaust manifold integrated casing (Claim 1).
  • the valve casing includes an exhaust gas flow path on the exhaust manifold side that is opened and closed by the exhaust gas control valve and an exhaust gas flow path on the low pressure turbine inlet side of the low pressure turbocharger. Item 2).
  • the exhaust manifold integrated casing is composed of an integrated forged product (Claim 3).
  • the high-pressure turbine housing of the high-pressure supercharger disposed parallel to the centers of the exhaust manifold and the exhaust manifold, Since the exhaust gas control valve is housed and the exhaust casing and the valve casing arranged so as to be orthogonal to the high-pressure turbine housing are integrated into an exhaust manifold integrated casing (invoice) Item 1), an exhaust manifold-integrated casing, compared to the case where the exhaust manifold part and the low-pressure connection part are separately manufactured and connected at the connection surface as in the prior art.
  • a low-pressure inlet location of a general-purpose low-pressure supercharger can be easily connected directly to the lower part of the exhaust manifold integrated casing (Claim 4).
  • FIG. 1 is a side view of a two-stage supercharging exhaust turbocharger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line VIII--X in FIG.
  • FIG. 3 is a side view of the exhaust manifold body casing according to the embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory view of the main part structure of such a two-stage supercharged exhaust turbocharger.
  • Fig. 5 shows (A) the structural diagram of the exhaust manifold and low-pressure connections of the two-stage turbocharged turbocharger shown in Fig. 4, and (B) is a cross-sectional view of Z-Z in (A). It is.
  • FIG. 6 is an operation explanatory diagram of such a two-stage supercharging exhaust turbocharger.
  • FIG. 1 is a side view of a two-stage supercharging exhaust turbocharger according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1
  • FIG. 3 is an exhaust manifold according to the embodiment. This is the side of the body case.
  • 1 is a high-pressure stage turbocharger
  • the high-pressure stage turbocharger 1 includes a high-pressure evening bin 1a and a high-pressure compressor 1b that is coaxially driven by the high-pressure turbine 1a.
  • Reference numeral 2 denotes a low-pressure stage supercharger.
  • the low-pressure stage supercharger 2 includes a low-pressure turbine 2 a and a low-pressure compressor 2 b that is coaxially driven by the low-pressure turbine 2 a.
  • the exhaust manifold integrated casing is denoted by reference numeral 205, and the low pressure inlet positioning 10 is connected to the exhaust manifold integrated casing 20 5.
  • the low pressure turbine 2 a of the low pressure supercharger 2 is connected to the single 10.
  • the compressed air from the low-pressure compressor 2 b of the low-pressure supercharger 2 is sucked into the high-pressure compressor 1 b of the high-pressure supercharger 1 through the air supply connection pipe 21 and the high-pressure compressor cover 9.
  • the compressor bypass valve device 05 is provided in the bypass pipe 17 of the high-pressure compressor 1 b and bypasses the high-pressure compressor 1 b and is discharged from the air discharge pipe 8. The amount of control.
  • FIG. 2 shows details of the exhaust manifold integrated casing 205 and the exhaust gas control valve mounting portion.
  • the exhaust manifold-integrated casing 20 5 includes a valve casing 5 4 a.
  • Exhaust gas from the cylinder of the engine is collected in an exhaust manifold 1 0 3 (see Fig. 3) and supplied to the high-pressure supercharger 1, while the other exhaust gas passes through the exhaust gas control valve 5 to Supplied to low-pressure supercharger 2 through inlet positioning 10.
  • the low pressure inlet positioning 10 is fixed to the mounting surface 4 2 of the valve casing 5 4 a by a port. Also, 40 is formed in the valve casing 5 4 a It is the cover of the valve chamber 4 3 and is fixed by multiple ports 4 1.
  • the exhaust gas control valve 5 is exactly the same as the prior art, and a valve seat 55 is fixed to a valve casing 54a.
  • the exhaust gas control valve 5 is supported at one end by a rotary shaft 52 and supported around a shaft center 52a of the rotary shaft 52 so as to be rotatable in the direction of the arrow W via a support arm 56.
  • the valve body 5 4 and the valve seat 5 5 on which the valve body 5 4 is seated are provided.
  • the outer peripheral lower surface 5 4 a of the valve body 5 4 is parallel, and the valve body 5 4 and the outer peripheral lower surface 5 4 a of the valve body 5 4 are connected to the valve by swinging around the axis 5 2 a of the rotating shaft 52.
  • the seat 55 is closed by contacting the seat surface 5 5 a.
  • valve body 54 When opening the valve body 54, the rotary shaft 52 is rotated as shown by the arrow W in FIG. 5 by an exhaust gas control valve driving device (not shown), and the valve body 5 4 is moved via the support arm 56. open.
  • the exhaust gas control valve 5 is configured as described above, and by controlling the opening degree thereof, the exhaust gas amount of the high pressure supercharger 1 and the low pressure bypassing the high pressure supercharger 1 are bypassed. This adjusts the relationship with the amount of exhaust gas sent to the low-pressure turbine 2a of the stage supercharger 2.
  • FIG. 3 is a side view of the exhaust manifold integrated casing 205 according to the embodiment of the present invention.
  • 2 0 5 is an exhaust manifold integrated casing, and a plurality of exhaust gas inlet flanges 10 0 3 a are formed, and an exhaust manifold hold 10 0 whose center 1 0 3 z faces the engine in the axial direction 1 0 3 and the high-pressure turpin housing 1 of the high-pressure turbocharger 1, the rotation center 1 y of the as is parallel to the center 1 0 3 z, the exhaust gas control valve 5 is housed, and the low-pressure inlet location is
  • the valve casing 5 4 a to which the single casing 10 is directly connected is arranged so that the center 20 5 z of the exhaust gas control valve 5 is orthogonal to the exhaust manifold and the high-pressure turbine housing.
  • the exhaust manifold integrated casing 205 is formed of an integrated forged product.
  • each exhaust gas inlet flange 1 0 3 a is an exhaust gas inlet flange to each cylinder of the engine.
  • the flange surface of each exhaust gas inlet flange 1 0 3 a is a flange of the high pressure housing 1 as Lung surface 1 z formed on a surface perpendicular to z, and the exhaust outlet flange of each cylinder
  • the bulb casing 5 4 a is formed with an E GR pipe 15 in the form of a body.
  • the valve casing 5 4 a includes the exhaust gas flow path 10 3 s on the exhaust manifold 100 3 side opened and closed by the gas gas control valve 5 and the low pressure stage.
  • the low pressure inlet positioning 10 of the low pressure supercharger 2 is directly connected to the mounting surface 42 provided on a.
  • the exhaust gas control valve 5 is housed and the exhaust casing 10 4 and the valve casing 5 4 a arranged so as to be orthogonal to the high pressure turbine housing 1 as are integrated into the exhaust manifold body type.
  • the double-hold integrated casing 205 can be constructed from a single structure and an integrated forged product.
  • the number of parts is reduced from two to one integrated in the exhaust manifold integrated casing 205, and the weight is reduced by the integration.
  • a lightweight, compact two-stage turbocharged exhaust turbocharger can be obtained.
  • the low-pressure inlet positioning 10 of the general-purpose low-pressure supercharger 2 can be easily connected directly to the lower part of the exhaust manifold integrated casing 205.
  • an exhaust manifold and a high pressure turbine housing of a high pressure supercharger By integrating the exhaust manifold, which is a forged product with a low-pressure connection that incorporates an exhaust gas control valve, the number of parts is reduced and the weight is reduced. It is possible to provide a two-stage supercharged exhaust turbocharger that is lighter and more compact by reducing assembly man-hours and further reducing the number of disassembly steps in a narrow engine room.

Abstract

排気マニホールドと高圧過給機の高圧タービンハウジングとを一体鋳造品とした排気マニホールド部と、排気ガス制御バルブを組み込んだ低圧段接続部との一体化を可能とすることにより、部品点数を低減するとともに重量を軽減し、ボルト結合等による組立て工数を低減し、さらには狭隘なエンジンルーム内における分解工数を低減し、軽量、コンパクト化された２段過給式排気ターボ過給機を提供する。エンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスにより駆動される高圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆動される低圧タービンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、排気ガス制御バルブにより前記高圧段過給機の排気ガス流路と低圧段過給機の排気ガス流路との流量を切換え制御するようにした２段過給式排気ターボ過給機において、前記排気マニホールドと高圧段過給機の高圧タービンハウジングと前記排気ガス制御バルブが収納されるバルブケーシングとを一体化して排気マニホールド一体型ケーシングに構成したことを特徴とする。

Description

明 細 書
2段過給式排気ターボ過給機 技術分野
本発明は、 エンジンの排気マ二ホールドから排出される排気ガスにより駆動さ れる高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆動される低圧段 過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、 排気ガス制御バルブにより前記高圧 段過給機の排気ガス流路と低圧段過給機の排気ガス流路との流量を切換え制御す るようにした 2段過給式排気ターボ過給機に関する。 背景技術
車両用ディーゼルエンジンにおいては、 近年、 エンジンから排出される排気ガ スにより駆動される高圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動 後の排気ガスにより駆動される低圧タービンを有する低圧段過給機とを排気ガス の流路に直列に配置し、 前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第 1段加圧がな された給気を、 前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第 2段加圧を行い、 ェン ジンに供給するように構成した 2段過給式排気ターボ過給機が採用されるように なってきた。
かかる多段過給式排気ターボ過給機をそなえたエンジンにおいては、 エンジン の中、 低速運転域では高圧段過給機及び低圧段過給機の双方を作動させる 2段過 給を行なうことによりエンジンの低速トルクのアップと過渡特性上に有利になる。 また、 エンジンの高速運転域では排気ガスを高圧段過給機からバイパスさせて低 圧段過給機による 1段過給を行なうことでより高いコンプレッサ効率を使用でき ることでマッチングの自由度が高い安定運転を実現させている。
図 6は、 かかる 2段過給式排気ターボ過給機の作動説明図である。
図 6において、 1は高圧夕一ビン 1 aと該高圧タービン 1 aに同軸駆動される 高圧コンプレッサ 1 bとをそなえた高圧段過給機、 2は低圧タービン 2 aと該低 圧タービン 2 aに同軸駆動される低圧コンプレッサ 2 bとをそなえた低圧段過給 機である。
エンジンのシリンダ 1 0 0からの排気ガスは、 排気マ二ホールド 1 0 3に集合 して、 排気管 4を通して高圧段過給機 1の高圧タービン 1 aと、 一部は排気ガス 制御バルブ 5を通し、 排気管 6及び排気管 1 0を通して低圧段過給機 2の低圧タ 一ビン 2 aに送り込まれる。
ここで、 前記図 6の Y部にしめされる排気ガス制御バルブ 5は、 前記高圧段過 給機 1と低圧段過給機 2との間に設けられて、 その開度を制御することにより、 高圧段過給機 1の排気ガス量と、 該高圧段過給機 1をバイパスして低圧段過給機 2の低圧タービン 2 aへ送られる排気ガス量との関係を調整するものである。 即 ち、 低圧段過給機 2の低圧タービン 2 aへは、 前記高圧段過給機 1の高圧タービ ン 1 aからの排気が排気管 8を通り、 前記排気ガス制御バルブ 5で流量調整され た排気が排気管 9で混合して、 排気管 1 0を通って送り込まれる。
低圧段過給機 2においては、 低圧タ一ビン 2 aにより低圧コンプレッサ 2 が 同軸駆動されて、 エアクーラ 2 cからの空気を加圧して、 給気管 2 1、 給気吸い 込み管 1 8と通して、前記高圧段過給機 1の高圧コンプレッサ 1 bに供給される。 前記高圧段過給機 1においては、 高圧タービン 1 aにより高圧コンプレッサ 1 bが同軸駆動されて、 給気管 2 0、 イン夕一ク一ラ 2 1、 給気管 2 2を経て給気 マ二ホールド 1 0 1からエンジンのシリンダ 1 0 0に供給される。
ここで、 コンプレッサバイパス弁装置 0 5は、 前記高圧コンプレッサ 1 bのバ ィパス管 1 7に設けられて、 前記高圧コンプレッサ 1 bをバイパスする空気の量 を制御する。
また、 ウェストゲートバルブ 1 2は、 低圧タービン 2 aのバイパス管 1 1に設 けられて、前記低圧タービン 2 aをバイパスする排気ガス量をコントロールする。 図 4は、 かかる 2段過給式排気ターボ過給機の主要部構造説明図である。 図 4において、 高圧段過給機 1は高圧タービン 1 aと該高圧タービン 1 aに同 軸駆動される高圧コンプレッサ 1 bとをそなえている。 低圧段過給機 2は低圧タ 一ビン 2 aと該低圧タービン 2 aに同軸駆動される低圧コンプレッサ 2 bとをそ なえている。
前記高圧タービン 1 aの出口は、 低圧接続ケーシング 1 2に、 接合面 1 1 aで ポルト接合され、 該低圧接続ケ一シング 1 2を通して前記低圧段過給機 2の低圧 ガス入口通路 2 sに連結されている。
そして、 前記低圧段過給機 2の低圧コンプレッサ 2 bからの圧縮空気は、 給気 接続配管 2 1、 及び高圧コンプレッサカバ一 9を経て、 高圧段過給機 1の高圧コ ンプレッサ 1 bに吸入される。 ここで前記のように、 コンプレッサバイパス弁装 置 0 5は、 前記高圧コンプレッサ 1 bのバイパス管 1 7に設けられて、 前記高圧 コンプレッサ 1 bを、 バイパスして空気排出管 8から排出される空気の量を制御 する。
図 5の （A) は、 図 4に示す 2段過給式排気夕一ポ過給機の排気マニホ一ルド 部及び低圧接続部の構造図、 図 4の （B ) は （A) の Z— Z断面図である。 図 5において、 2 0 0は排気マ二ホールド部で、 これの排気マ二ホールド 1 0 3は、 該排気マ二ホールド 1 0 3と前記高圧過給機 1の高圧夕一ビン 1 aのハウ ジング 1 0とを一体铸造品で構成している。
1 0 3 aはエンジンの各シリンダ （図示省略） への排ガス入口フランジで、 図 5のように、 各排ガス入口フランジ 1 0 3 aのフランジ面は、 前記高圧ハウジン グ 1 0のフランジ面 1 zに対して直角な面に形成され、 前記各シリンダの排気出 口フランジ （図示省略） に複数のボルトで締着される。
2 0 1は低圧接続部で、 図 5 ( B ) に示すように、 その低圧接続ケ一シング 1 2内には、 前記排気ガス制御バルブ 5が設けられているとともに、 E G R管 1 5 がー体に形成されている。
排気ガス制御バルブ 5は、 前記高圧段過給機 1と低圧段過給機 2との間に設け られて、 その開度を制御することにより、 高圧段過給機 1の排気ガス量と、 該高 圧段過給機 1をバイパスして低圧段過給機 2の低圧ターピン 2 aへ送られる排気 ガス量との関係を調整するものである。
即ち、 図 5 (B ) において、 該排気ガス制御バルブ 5は、 一端を回転軸 5 2に 支持され該回転軸 5 2の軸心 5 2 a周りに、 支持アーム 5 6を介して W矢印方向 に回動自在に支持された弁体 5 4と、 該弁体 5 4が着座する弁座 5 5とを備えて いる。
前記弁体 5 4の下面 5 4 aは平行で、 前記弁体 5 4は前記回転軸 5 2の軸心 5 2 a周りの揺動により該弁体 5 4の下面 5 4 aと弁座 5 5の座面 5 5 aとが当接 することにより閉止している。
前記弁体 5 4を開く際には、図示しない排気ガス制御バルブ駆動装置によって、 回転軸 5 2を図 5の W矢印のように回動させ、 支持アーム 5 6を介して弁体 5 4 を開く。
そして、 前記のように構成されたお気マ二ホールド部 2 0 0と、 前記排気ガス 制御バルブ 5が組み込まれた低圧接続部 2 0 1は、 接続面 1 1 aにおいて、 複数 のポル卜で接続されている。
尚、 特許文献 1 (実公平 6— 4 8 1 1 9号公報） には、 前記高圧段過給機と低 圧段過給機との間を、 低圧連結管で連結した 2段排気ターボ過給機で、 低圧段過 給機の入口部に排気ガス制御バルブを設置し、 低圧段過給機の入口部の排気ガス の一部を排気マ二ホールドに戻すように構成されている。
車両用エンジンにおいて、 狭隘なエンジンルームに 2段過給式排気夕一ボ過給 機を装備したエンジンを設置するには、 2段過給式排気ターボ過給機が単段過給 式排気ターボ過給機に比べて大型となるため、 エンジンルームにおける設置スぺ ースが必然的に大きくなる。
このため、 2段過給式排気ターボ過給機の構造をコンパクト化し、 これの設置 スペースを極力小さくして、 2段過糸合式排気ターボ過給機を装備したエンジンを 狭隘なエンジンルーム内に効果的に設置することが要求される。
図 5に示される、 従来の排気マ二ホールド部 2 0 0は排気マ二ホールド 1 0 3 と前記高圧過給機 1の高圧タービン 1 aのハウジング 1 0とを一体鐽造品で構成 し、 また低圧接続部 2 0 1は低圧接続ケーシング 1 2内に前記排気ガス制御バル ブ 5が設けられているとともに E G R管 1 5がー体に形成されており、 この両者 を接続面 1 1 aにおいて、 複数のボルトで接続して構成されている。
このため、 部品点数が排気マ二ホールド部 2 0 0及び低圧接続部 2 0 1の 2個 必要となり、 部品点数が多くなつて該部品点数の増加とともに、 ポルト結合等に よって組立て工数が増加する。 それとともに、 狭隘なエンジンルーム内において 前記排気マニホ一ルド部 2 0 0と低圧接続部 2 0 1とを分解しなければならない ようなケースになった際には、 分解に多くの工数を必要とする。 また、 前記のように、 排気マ二ホールド部 2 0 0と低圧接続部 2 0 1の 2分割 することにより、 組立て品の重量が増加する。 発明の開示
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、 排気マ二ホールドと高圧過給機の高圧 タービンハウジングとを一体铸造品とした排気マ二ホールド部と、 排気ガス制御 バルブを組み込んだ低圧接続部との一体ィ匕を可能とすることにより、 部品点数を 低減するとともに重量を軽減し、 ポルト結合等による組立て工数を低減し、 さら には狭隘なエンジンルーム内における分解工数を低減し、 軽量、 コンパクト化さ れた 2段過給式排気ターボ過給機を提供することを目的とする。
本発明はかかる目的を達成するもので、 エンジンの排気マ二ホールドから排出 される排気ガスにより駆動される高圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段 過給機を駆動後の排気ガスにより駆動される低圧ターピンを有する低圧段過給機 とを排気ガスの流路に直列に配置し、 排気ガス制御バルブにより前記高圧段過給 機の排気ガス流路と低圧段過給機の排気ガス流路との流量を切換え制御するよう にした 2段過給式排気ターボ過給機において、
前記排気マ二ホールドと、 回転中心が前記排気マ二ホールドの中心に対して平 行に配置された前記高圧段過給機の高圧夕一ピンハウジングと、 前記排気ガス制 御バルブが収納されるとともに排気マ二ホールド及び高圧タービンハウジングに 直交するように配置されたバルブケーシングとを、 一体化して排気マ二ホールド 一体型ケーシングに構成したことを特徴とする （請求項 1 )。
かかる発明において、 好ましくは次のように構成する。
( 1 ) 前記バルブケーシングは、 前記排気ガス制御バルブにより開閉される前記 排気マ二ホールド側の排気ガス流路と前記低圧段過給機の低圧タービン入口側の 排気ガス流路とを含む （請求項 2 )。
( 2 ) 前記排気マニホ一ルド一体型ケ一シングが、 一体の铸造品からなる （請求 項 3 )。
( 3 ) 前記排気マ二ホールド一体型ケーシングの下部に、 前記低圧段過給機の低 圧入ロケ一シングを直結する （請求項 4 )。 本発明によれば、 2段過給式排気ターボ過給機において、 排気マニホ一ルドと 排気マ二ホールドの中心に対して平行に配置された高圧段過給機の高圧タービン ハウジングと、 ί非気ガス制御バルブが収納されるとともに排気マ二ホールド及び 高圧タービンハウジングに直交するように配置されたバルブケ一シングとを、 一 体化して排気マ二ホールド一体型ケ一シングに構成したので (請求項 1 )、従来の ように排気マニホ一ルド部と低圧接続部とを別個に製作してこの両者を接続面に おいて接続して構成されたものに比べて、排気マ二ホールド一体型ケーシングを、 単体構造で一体の铸造品から構成できる （請求項 3 )。
従って、 かかる機能部品を排気マ二ホールド一体型ケーシングとして、 鍀造品 等による一体化を可能としたことによって、 部品点数を 2個から 1個に低減でき るとともに、 重量も軽減され、 2個の部品をポルト結合する組立て工数が無くな り、 さらには狭隘なエンジンルーム内において前記排気マ二ホールド部と低圧接 続部とを分解することによる多くの工数が不要となり、 部品点数が低減され、 軽 量、 コンパクト化された 2段過給式排気ターボ過給機を得ることできる。
また、 前記排気マ二ホールド一体型ケ一シングの下部に、 汎用の低圧段過給機 の低圧入ロケーシン容易に直結することができる (請求項 4 )。 図面の簡単な説明
第 1図は、本発明の実施例に係る 2段過給式排気ターボ過給機の側面図である。 第 2図は、 図 1の Α— Α線断面図である。
第 3図は、 前記実施例に係る排気マ二ホールドー体型ケーシングの側面図であ る。
第 4図は、 かかる 2段過給式排気ターボ過給機の主要部構造説明図である。 第 5図は、 (A)は図 4に示す 2段過給式排気ターボ過給機の排気マ二ホールド 部及び低圧接続部の構造図、 （B ) は （A) の Z— Z断面図である。
第 6図は、 かかる 2段過給式排気ターボ過給機の作動説明図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。 伹し、 この実施例 に記載されている構成部品の寸法、 材質、 形状、 その相対配置などは特に特定的 な記載がない限り、 この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、 単なる 説明例にすぎない。
図 1は、 本発明の実施例に係る 2段過給式排気ターボ過給機の側面図、 図 2は 図 1の A— A線断面図、 図 3は前記実施例に係る排気マ二ホールドー体型ケーシ ングの側面である。
図 1において、 1は高圧段過給機で、 該高圧段過給機 1は高圧夕一ビン 1 aと 該高圧タービン 1 aに同軸駆動される高圧コンプレッサ 1 bとをそなえている。 2は低圧段過給機で、 該低圧段過給機 2は低圧タービン 2 aと該低圧タービン 2 aに同軸駆動される低圧コンプレッサ 2 bとをそなえている。
図 2において、 排気マ二ホールド一体型ケーシングは符号 2 0 5で示され、 排 気マ二ホールド一体型ケーシング 2 0 5には、 低圧入ロケ一シング 1 0が連結さ れ、 該低圧入ロケ一シング 1 0に低圧段過給機 2の低圧タービン 2 aが接続され ている。
そして、 前記低圧段過給機 2の低圧コンプレッサ 2 bからの圧縮空気は、 給気 接続配管 2 1、 及び高圧コンプレッサカバー 9を経て、 高圧段過給機 1の高圧コ ンプレッサ 1 bに吸入される。
ここで前記のように、 コンプレッサバイパス弁装置 0 5は、 前記高圧コンプレ ッサ 1 bのバイパス管 1 7に設けられて、 前記高圧コンプレッサ 1 bをバイパス して空気排出管 8から排出される空気の量を制御する。
次に、 図 2に前記排気マ二ホールド一体型ケーシング 2 0 5及び排気ガス制御 バルブの取付部の詳細を示す。 図 2において、 排気マ二ホールド一体型ケーシン グ 2 0 5は、 バルブケーシング 5 4 aを備えている。
エンジンのシリンダからの排気ガスは、 排気マ二ホールド 1 0 3 (図 3参照) に集合し高圧段過給機 1に供給される一方、 他方の排気ガスは前記排気ガス制御 バルブ 5を通して、 低圧入ロケ一シング 1 0を通って低圧段過給機 2に供給され る。
該低圧入ロケ一シング 1 0は前記バルブケーシング 5 4 aの取付面 4 2にポル トで固定されている。 また、 4 0は前記バルブケーシング 5 4 a内に形成された 弁室 4 3のカバ一で、 複数のポルト 4 1で固定されている。
前記排気ガス制御バルブ 5は、 前記従来技術と全く同様で、 バルブケーシング 5 4 aに弁座 5 5が固定されている。 該排気ガス制御バルブ 5は、 一端を回転軸 5 2に支持され該回転軸 5 2の軸心 5 2 a周りに、 支持アーム 5 6を介して W矢 印方向に回動自在に支持された弁体 5 4と、 該弁体 5 4が着座する前記弁座 5 5 とを備えている。
前記弁体 5 4の外周下面 5 4 aは平行で、 前記弁体 5 4は前記回転軸 5 2の軸 心 5 2 a周りの揺動により該弁体 5 4の外周下面 5 4 aと弁座 5 5の座面 5 5 a とが当接することにより閉止している。
前記弁体 5 4を開く際には、図示しない排気ガス制御バルブ駆動装置によって、 回転軸 5 2を図 5の W矢印のように回動させ、 支持アーム 5 6を介して弁体 5 4 を開く。
前記排気ガス制御バルブ 5は、 このように構成されて、 その開度を制御するこ とにより、 高圧段過給機 1の排気ガス量と、 該高圧段過給機 1をバイパスして低 圧段過給機 2の低圧タービン 2 aベ送られる排気ガス量との関係を調整するもの である。
図 3は本発明の実施例に係る排気マニホ一ルド一体型ケーシング 2 0 5の側面 である。
図 3において、 2 0 5は排気マ二ホールド一体型ケーシングで、 複数の排ガス 入口フランジ 1 0 3 aが形成されるとともに中心 1 0 3 zがエンジンに軸方向に 向いた排気マ二ホールド 1 0 3と、 高圧段過給機 1のうちの高圧ターピンハウジ ング 1 a sの回転中心 1 yを前記中心 1 0 3 zに対して平行に配置し、 排気ガス 制御バルブ 5が収納され下部に低圧入ロケ一シング 1 0が直結されるバルブケー シング 5 4 aが、 該排気ガス制御バルブ 5の中心 2 0 5 zが排気マ二ホールド及 び高圧タービンハウジングに直交するように配置されている。
そして、 この排気マ二ホールド一体型ケーシング 2 0 5を、 一体の錶造品にて 構成する。
1 0 3 aはエンジンの各シリンダへの排ガス入口フランジで、 図 3のように、 各排ガス入口フランジ 1 0 3 aのフランジ面は、 前記高圧ハウジング 1 a sのフ ランジ面 1 zに対して直角な面に形成され、 前記各シリンダの排気出口フランジ
(図示省略） に複数のポルトで締着される。 前記パルブケーシング 5 4 aには、 E G R管 1 5がー体に形成されている。
また、 前記バルブケーシング 5 4 aは、 図 2にょうに、 前記;! 気ガス制御バル ブ 5により開閉される前記排気マ二ホールド 1 0 3側の排気ガス流路 1 0 3 sと 前記低圧段過給機 2の低圧入ロケ一シング 1 0内に形成された排気ガス流路 1 0 sとを含み、 前記排気マ二ホールド一体型ケ一シング 2 0 5の下部、 つまりバル ブケーシング 5 4 aに設けられた取付面 4 2に前記低圧段過給機 2の低圧入ロケ 一シング 1 0を直結されている。
かかる実施例によれば、 排気マ二ホールド 1 0 3と排気マ二ホールド 1 0 3の 中心 1 0 3 zに対して平行に配置された高圧段過給機 1の高圧タービンハウジン グ 1 a sと、 排気ガス制御バルブ 5が収納されるとともに排気マ二ホールド 1 0 3及び高圧タービンハウジング 1 a sに直交するように配置されたバルブケ一シ ング 5 4 aとを、 一体化して排気マ二ホールドー体型ケ一シング 2 0 5に構成し たので、 従来のように排気マ二ホールド部と低圧接続部とを別個に製作してこの 両者を接続面において接続して構成されたものに比べて、 排気マ二ホールド一体 型ケーシング 2 0 5を、 単体構造で一体の錶造品から構成できる。
従って、 かかる実施例によれば部品点数を 2個から、 排気マ二ホールド一体型 ケーシング 2 0 5に一体化した 1個に低減するとともに、 該一体化により重量も 軽減される。
また 2個の部品をポルト結合による組立て工数が無くなり、 さらには狭隘なェ ンジンルーム内において前記排気マ二ホールド部と低圧接続部とを分解すること による多くの工数が不要となり、 部品点数が低減され、 軽量、 コンパクト化され た 2段過給式排気ターボ過給機を得ることできる。
また、 前記排気マ二ホールド一体型ケーシング 2 0 5の下部に、 汎用の低圧段 過給機 2の低圧入ロケ一シング 1 0を容易に直結することができる。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 排気マ二ホールドと高圧過給機の高圧タービンハウジングと を一体铸造品とした排気マ二ホールド部と、 排気ガス制御バルブを組み込んだ低 圧接続部との一体化を可能とすることにより、 部品点数を低減するとともに重量 を軽減し、 ポルト結合等による組立て工数を低減し、 さらには狭隘なエンジンル ーム内における分解工数を低減し、 軽量、 コンパクト化された 2段過給式排気タ 一ポ過給機を提供することを提供できる。

Claims

1 . エンジンの排気マニホ一ルドから排出される排気ガスにより駆動される高 圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆 動される低圧タービンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、 排気ガス制御バルブにより前ー一口青記高圧段過給機の排気ガス流路と低圧段過給機の排 気ガス流路との流量を切換え制御するようにした 2段過給式排気ターボ過給機に おいて、
nの
前記排気マ二ホールドと、 回転中心が前記排気マ二ホールドの中心に対して平 行に配置された前記高圧段過給機の高圧タービンハウジングと、 前記排気ガス制 御バルブが収納されるとともに排気マ二ホールド及囲び高圧夕一ビンハゥジングに 直交するように配置されたバルブケ一シングとを、 一体化して排気マ二ホールド 一体型ケーシングに構成したことを特徴とする 2段過給式排気ターボ過給機。
2 . 前記バルブケーシングには、 前記排気ガス制御バルブにより開閉される前 記お気マ二ホールド側の排気ガス流路と前記低圧段過給機の低圧夕一ビン入口側 の排気ガス流路とを含むことを特徴とする請求項 1記載の 2段過給式排気ターボ 過給機。
3 . 前記排気マ二ホールド一体型ケーシングが、 一体の錶造品からなることを 特徴とする請求項 1記載の 2段過給式排気ターボ過給機。
4. 前記排気マニホ一ルド一体型ケーシングの下部に、 前記低圧段過給機の低 圧入ロケ一シングを直結したことを特徴とする請求項 1記載の 2段過給式排気夕
—ポ過給機。
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