(57)【要約】【課題】排気マニホルドにおける圧力の上昇を適切に防止し、燃費の悪化を抑制することができる多段過給装置を提供すること。【解決手段】内燃機関に高圧段の過給機および低圧段の過給機を直列に接続した多段過給装置であって、高圧段の過給機のタービンを迂回するバイパス通路に設けられ、バイパス通路を流通する排気の流量を調整する制御弁の弁体に、制御弁の全閉時に排気が流通可能な連通路が設けられている、多段過給装置。【選択図】図３
2019035378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に高圧段の過給機および低圧段の過給機を直列に接続した多段過給装置であって、
前記高圧段の過給機のタービンを迂回するバイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を流通する排気の流量を調整する制御弁の弁体に、前記制御弁の全閉時に前記排気が流通可能な連通路が設けられている、
多段過給装置。
【請求項２】
前記連通路は、前記弁体を貫通する孔である、
請求項１に記載の多段過給装置。
【請求項３】
前記連通路は、前記弁体を貫通するスリットである、
請求項１に記載の多段過給装置。
【請求項４】
前記制御弁は、スイング式のバルブである、
請求項１ないし３の何れか一項に記載の多段過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段過給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気エネルギーを効率的に回収するシステムとして、多段過給装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。一般に、このような多段過給装置では、排気通路の上流側から順に、高圧段の過給機のタービン（以下、「高圧段タービン」という）と、低圧段の過給機のタービン（以下、「低圧段タービン」という）とが、直列に配置されている。
【０００３】
そして、排気マニホルドから高圧段タービンに至る排気通路の他に、高圧段タービンを迂回する排気バイパス通路を設け、排気バイパス通路に、排気バイパス通路を流通する排気の流量を制御する排気バイパス弁を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３３６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の多段過給装置では、排気バイパス弁を全閉とした場合に、排気マニホルドにおける圧力が上昇するおそれがある。排気マニホルドにおける圧力の上昇は、燃費の悪化を招く。
【０００６】
本発明の目的は、排気マニホルドにおける圧力の上昇を適切に抑制し、燃費の悪化を抑制することができる多段過給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る多段過給装置は、内燃機関に高圧段の過給機および低圧段の過給機を直列に接続した多段過給装置であって、前記高圧段の過給機のタービンを迂回するバイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を流通する排気の流量を制御する制御弁の弁体に、前記制御弁の全閉時に前記排気が流通可能な連通路が設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る多段過給装置によれば、排気マニホルドにおける圧力の上昇を適切に抑制し、燃費の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】多段過給装置が適用されたエンジンを示す概略図
【図２】多段過給装置の排気側の構成を示す概略図
【図３】実施形態に係る排気バイパス弁の弁体を示す図
【図４】排気マニホルドにおける圧力と排気バイパス通路を通過する排気の流量の関係を示す図
【図５】変形例に係る排気バイパス弁の弁体を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本発明はこの実施形態により限定されるものではない。
【００１１】
まず、図１を参照して、エンジン１の全体構成について説明する。エンジン１は、エンジン本体１０と、高圧段の過給機２０および低圧段の過給機３０を有する多段過給装置２を備える。エンジン本体１０の吸気側（図１における左側）には吸気マニホルド１１が設けられている。吸気マニホルド１１には、吸気通路１２が接続されている。エンジン本体１０の排気側（図１における右側）には排気マニホルド１３が設けられている。排気マニホルド１３には、排気通路１４が接続されている。
【００１２】
吸気通路１２には、上流側から順に、低圧段の過給機３０の低圧段コンプレッサ３１と、高圧段の過給機２０の高圧段コンプレッサ２１とが設けられている。また、吸気通路１２には、高圧段コンプレッサ２１を迂回する吸気バイパス通路４０が設けられている。吸気バイパス通路４０には、吸気バイパス弁４１が設けられている。
【００１３】
排気通路１４には、上流側から順に、高圧段の過給機２０の高圧段タービン２２と、低圧段の過給機３０の低圧段タービン３２とが設けられている。また、排気通路１４には、高圧段タービン２２を迂回する排気バイパス通路５０が設けられている。排気バイパス通路５０には、排気バイパス弁５１（詳細については後述する。）が設けられている。さらに、排気通路１４には、低圧段タービン３２を迂回するウエストゲート通路６０が設けられている。ウエストゲート通路６０には、ウエストゲート弁６１が設けられている。
【００１４】
低圧段の過給機３０における低圧段コンプレッサ３１と低圧段タービン３２とは、主軸３３により結合されている。主軸３３は、軸受を介してハウジングに回転可能に支持されている。排気通路１４を流通する排気Ｇ２によって低圧段タービン３２が回転駆動され、低圧段タービン３２と結合された低圧段コンプレッサ３１によって吸気通路１２を流通する吸気Ｇ１が圧縮される。
【００１５】
高圧段の過給機２０における高圧段コンプレッサ２１と高圧段タービン２２とは、主軸２３により結合されている。主軸２３は、軸受を介してハウジングに回転可能に支持されている。排気通路１４を流通する排気Ｇ２によって高圧段タービン２２が回転駆動され、高圧段タービン２２と結合された高圧段コンプレッサ２１によって吸気通路１２を流通する吸気Ｇ１が圧縮される。
【００１６】
次に、図２を参照して、多段過給装置２の排気側の構成について説明する。なお、図２では、エンジンの排気側のみを示している。
【００１７】
エンジン本体１０からの排気Ｇ２は、排気マニホルド１３を経て排気通路１４へ排出される。排気通路１４には、高圧段タービン２２と低圧段タービン３２とが直列に設けられている。また、排気通路１４には、高圧段タービン２２を迂回するように、排気バイパス通路５０が設けられている。排気バイパス通路５０には、排気バイパス通路５０を流通する排気の流量を制御する排気バイパス弁５１（制御弁の一例）が設けられている。
【００１８】
本実施形態において、排気バイパス弁５１を全開とした場合、エンジン本体１０から排出される排気Ｇ２の全量が排気バイパス通路５０を流通する。これにより、エンジン１の運転状態によって高圧段タービン２２を使用しない場合に、排気Ｇ２の全量が排気バイパス通路５０を流通するようにして、高圧段タービン２２を迂回させることができる。そのため、排気エネルギーを下流側の低圧段タービン３２で効率良く回収することができる。
【００１９】
一方、高圧段タービン２２を使用する場合には、排気バイパス弁５１を閉じる。本実施形態では、排気バイパス弁５１を全閉とした場合にも、排気Ｇ２の一部が排気バイパス通路５０を流通するようになっている。
【００２０】
本実施形態において、排気バイパス弁５１は、多段過給装置で一般に用いられるスイング式（フラップ式ともいう。）のバルブである。排気バイパス弁５１の基本的な構成は公知のスイング式のバルブと同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００２１】
本実施形態における排気バイパス弁５１は、弁体５２の構造に特徴を有する。図３に、排気バイパス弁５１の弁体５２を示す。図３に示すように、弁体５２は、略円形の薄板部材である。また、弁体５２の略中心部分には、孔５３が設けられている。排気バイパス弁５１を全閉状態とした場合にも、排気Ｇ２はこの孔５３を通過して排気バイパス弁５１の上流側から下流側へ流通する。
【００２２】
このような孔５３は、プレス加工によって打ち抜き成形してもよいし、機械加工またはレーザ加工によって形成してもよい。孔５３の大きさおよび形状（円形、楕円形等）は、高圧段タービン２２のサイズに応じて決定される。
【００２３】
図４に、排気バイパス弁５１を全閉とした状態における、排気マニホルド１３における圧力と、排気バイパス通路５０を流通する排気Ｇ２の流量との関係を示す。図４において実線で示されるのが、本実施形態における排気バイパス弁５１を用いた場合の、排気マニホルド１３における圧力と、排気バイパス通路５０を流通する排気Ｇ２の流量との関係である。
【００２４】
なお、図４には、参考例として、排気バイパス弁５１の弁体５２に孔５３を設けなかった場合の、排気マニホルド１３における圧力と、排気バイパス通路５０を流通する排気Ｇ２の流量との関係が、破線で示されている。
【００２５】
参考例では、排気バイパス弁５１を全閉とした場合、排気Ｇ２は排気バイパス通路５０を流通せず、排気Ｇ２の全量が高圧段タービン２２側に流入する。ここで、高圧段タービン２２は、一般に、排気Ｇ２の流量が少ない状況でも過給を行えるように、小型のものが用いられる。そのため、排気Ｇ２の流量が増大した場合に、排気Ｇ２を高圧段タービン２２の下流側にスムーズに送出することができず、排気マニホルド１３における圧力が上昇し、燃費の悪化を招く。
【００２６】
これに対して、本実施形態の排気バイパス弁５１を用いると、弁体５２に孔５３が設けられているため、排気バイパス弁５１を全閉とした状態でも、図４に示すように、排気マニホルド１３における圧力に応じて、排気Ｇ２の一部が排気バイパス通路５０を流通する。
【００２７】
そのため、高圧段タービン２２で受け入れ切れない排気Ｇ２を、排気バイパス通路５０を流通させて下流側へ送出することができ、排気マニホルド１３における圧力の上昇を適切に抑制することができる。そのため、幅広い排気マニホルド１３の圧力領域において、燃費の悪化を抑制することができる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態に係る多段過給装置２は、高圧段タービン２２を迂回する排気バイパス通路５０に設けられ、排気バイパス通路５０を流通する排気Ｇ２の流量を制御する排気バイパス弁５１の弁体５２に、排気バイパス弁５１の全閉時に排気Ｇ２が流通可能な孔５３が設けられている。
【００２９】
そのため、排気マニホルド１３における圧力の上昇を適切に抑制することができ、燃費の悪化を抑制することができる。
【００３０】
なお、上述の実施形態では、排気バイパス弁５１として、スイング式のバルブを例に説明を行ったが、これに限定されない。排気バイパス弁５１は、バタフライ式のバルブでもよいし、ポペット式のバルブでもよい。
【００３１】
（変形例）
弁体の変形例について、図５を参照して説明する。上述の実施形態では、弁体５２の略中心部分に孔５３を設けた。これに対して、変形例では、弁体５２ａの略中心部分に、スリット５４を設けている。
【００３２】
このようなスリット５４によっても、上述の実施形態と同様に、排気バイパス弁５１を全閉とした状態で、排気マニホルド１３における圧力に応じて、排気Ｇ２が排気バイパス通路５０を流通するようにできる。
【００３３】
そのため、高圧段タービン２２で受け入れ切れない排気Ｇ２を、排気バイパス通路５０を流通させて下流側へ送出することができ、排気マニホルド１３における圧力の上昇を適切に抑制することができる。そのため、幅広い排気マニホルド１３の圧力領域において、燃費の悪化を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の多段過給装置は、排気マニホルドにおける圧力の上昇を適切に抑制することができ、産業上の利用可能性は多大である。
【符号の説明】
【００３５】
１  エンジン
２  多段過給装置
１０  エンジン本体
１１  吸気マニホルド
１２  吸気通路
１３  排気マニホルド
１４  排気通路
２０  高圧段の過給機
２１  高圧段コンプレッサ
２２  高圧段タービン
２３  主軸
３０  低圧段の過給機
３１  低圧段コンプレッサ
３２  低圧段タービン
３３  主軸
４０  吸気バイパス通路
４１  吸気バイパス弁
５０  排気バイパス通路
５１  排気バイパス弁
５２  弁体
５２ａ  弁体
５３  孔
５４  スリット
６０  ウエストゲート通路
６１  ウエストゲート弁
【図１】
2019035378.tif 000003
【図２】
2019035378.tif 000004
【図３】
2019035378.tif 000005
【図４】
2019035378.tif 000006
【図５】
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