(57)【要約】【課題】低圧段インタークーラに溜まった油分や凝縮水が一気に吸い込まれて衝突する事象から高圧段コンプレッサを保護し得る二段過給システムを提供する。【解決手段】高圧段ターボチャージャ６と低圧段ターボチャージャ１０とを備えた二段過給システムに関し、低圧段インタークーラ１２を高圧段インタークーラ１３よりも相対的に高くなるように配置し、低圧段インタークーラ１２に溜まった油分や凝縮水をエンジン１の停止時に重力を利用して抜き出し得るよう該低圧段インタークーラ１２と高圧段インタークーラ１３との間を連絡管１７により接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから送出される排気によって高圧段タービンを作動させ且つ高圧段コンプレッサで圧縮した吸気を高圧段インタークーラを介しエンジンへ送給する高圧段ターボチャージャと、前記高圧段タービンから送出される排気によって低圧段タービンを作動させ且つ低圧段コンプレッサで圧縮した吸気を前記高圧段コンプレッサへ低圧段インタークーラを介し送給する低圧段ターボチャージャとを備えた二段過給システムであって、前記低圧段インタークーラを前記高圧段インタークーラよりも相対的に高くなるように配置し、前記低圧段インタークーラに溜まった油分や凝縮水をエンジン停止時に重力を利用して抜き出し得るよう該低圧段インタークーラと前記高圧段インタークーラとの間を連絡管により接続したことを特徴とする二段過給システム。
【請求項２】
連絡管の途中にエンジン運転時に高圧段インタークーラ側から低圧段インタークーラ側へ抜け出る吸気のバイパス量を抑制するオリフィスを設けたことを特徴とする請求項１に記載の二段過給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二段過給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、過給システムのダウンサイジングやトルクアップを実現する観点から二段過給システムが提案されており、この種の二段過給システムにおいては、図３に示す如く、エンジン１の排気マニホールド２から送出される排気Ｇにより高圧段タービン３を作動させ且つ高圧段コンプレッサ４で圧縮した吸気Ａをエンジン１の吸気マニホールド５へ送給する高圧段ターボチャージャ６と、該高圧段ターボチャージャ６の高圧段タービン３から送出される排気Ｇにより低圧段タービン８を作動させ且つ低圧段コンプレッサ９で圧縮した吸気Ａを前記高圧段コンプレッサ４へ送給する低圧段ターボチャージャ１０とが備えられている。
【０００３】
更に、前記低圧段ターボチャージャ１０の低圧段コンプレッサ９の吐出側と前記高圧段ターボチャージャ６の高圧段コンプレッサ４の吸入側との間には、低圧段インタークーラ１２が介装されており、前記高圧段コンプレッサ４の吐出側とエンジン１の吸気マニホールド５との間には、高圧段インタークーラ１３が介装されている。
【０００４】
また、排気系の高圧段タービン３よりも上流側（具体的には排気マニホールド２）から高圧段インタークーラ１３よりも下流側（具体的には吸気マニホールド５）へ至るＥＧＲ配管１４が設けられ、該ＥＧＲ配管１４には、排気系から分流した排気Ｇを冷却するＥＧＲクーラ１５と、吸気系へ還流すべき排気Ｇの流量を調整するＥＧＲバルブ１６とが設けられている。
【０００５】
而して、斯かる二段過給システムにおいては、エンジン１の運転時に、排気マニホールド２から送出される排気Ｇが、高圧段タービン３へ流入して高圧段コンプレッサ４を駆動した後、低圧段タービン８へ流入して低圧段コンプレッサ９を駆動し、該低圧段コンプレッサ９に流入して圧縮された吸気Ａは、低圧段インタークーラ１２を経て高圧段コンプレッサ４に送給され、該高圧段コンプレッサ４で再び圧縮され、高圧段インタークーラ１３を経て吸気マニホールド５へ送給されるので、シリンダへの吸気Ａの送給量が増加し、１サイクル当たりの燃料噴射量を多くすれば、エンジン１の出力を高めることができる。
【０００６】
また、前記排気Ｇの一部は、排気マニホールド２からＥＧＲ配管１４へ流入し、ＥＧＲクーラ１５で冷却され且つＥＧＲバルブ１６で流量調整が行われた排気Ｇが、吸気Ａと一緒に吸気マニホールド５へと送給され、これによりシリンダ内の燃焼温度の低下が図られてＮＯxの発生が低減される。
【０００７】
ただし、排気Ｇの流量が大きい高速高負荷域では、高圧段ターボチャージャ６が過剰に回転して過給圧が必要以上に高まり、エンジン１の各気筒の最大筒内圧が制限値を超えて運転不可となってしまったり、過給圧が排気マニホールド２の圧力より高くなって排気Ｇが再循環できなくなったりする虞れがある。
【０００８】
このため、高圧段タービン３を迂回するバイパス配管７を設けると共に、該バイパス配管７の途中にバイパスバルブ１１を設け、該バイパスバルブ１１を高速高負荷域で開けて適正な流量の排気Ｇのみ高圧段タービン３に流し、残りは高圧段タービン３を迂回させて低圧段タービン８へ導くようにしている。
【０００９】
尚、この種の二段過給システムに関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実開昭５９−２９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、近年におけるエンジン１では、その燃焼室からクランクケース内に漏れ出るブローバイガスを大気開放せずに吸気系に戻してエンジン１で焼却処理させるようにしているため、ブローバイガスに含まれるミスト状の油分や凝縮水が低圧段インタークーラ１２内で液滴化して溜まった場合に、その溜まった油分や凝縮水が一気に高圧段ターボチャージャ６の高圧段コンプレッサ４に吸い込まれ、該高圧段コンプレッサ４の健全性に悪影響を及ぼすことが懸念されている。
【００１２】
即ち、これまでの一段過給の場合、インタークーラに溜まった油分や凝縮水が吸い出される先がエンジン１であったため、該エンジン１に吸い込まれた油分や凝縮水が焼却処理されるだけで特に何も支障がなかったが、二段過給の場合においては、前段の低圧段インタークーラ１２に溜まった油分や凝縮水が吸い出される先が高圧段コンプレッサ４となるため、該高圧段コンプレッサ４で通常扱われている空気と比較して格段に比重の大きな油分や凝縮水がまとまった量で高圧段コンプレッサ４のブレード等に衝突することになり、この衝突によりブレード等が大きなダメージを受ける可能性があった。
【００１３】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、低圧段インタークーラに溜まった油分や凝縮水が一気に吸い込まれて衝突する事象から高圧段コンプレッサを保護し得る二段過給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、エンジンから送出される排気によって高圧段タービンを作動させ且つ高圧段コンプレッサで圧縮した吸気を高圧段インタークーラを介しエンジンへ送給する高圧段ターボチャージャと、前記高圧段タービンから送出される排気によって低圧段タービンを作動させ且つ低圧段コンプレッサで圧縮した吸気を前記高圧段コンプレッサへ低圧段インタークーラを介し送給する低圧段ターボチャージャとを備えた二段過給システムであって、前記低圧段インタークーラを前記高圧段インタークーラよりも相対的に高くなるように配置し、前記低圧段インタークーラに溜まった油分や凝縮水をエンジン停止時に重力を利用して抜き出し得るよう該低圧段インタークーラと前記高圧段インタークーラとの間を連絡管により接続したことを特徴とするものである。
【００１５】
而して、このようにすれば、エンジン停止時に低圧段インタークーラに溜まった油分や凝縮水が重力により連絡管を流下して高圧段インタークーラへと抜き出される結果、低圧段インタークーラにまとまった量の油分や凝縮水が溜まらなくなり、該低圧段インタークーラから油分や凝縮水が高圧段コンプレッサに一気に吸い込まれて衝突する事象が未然に回避される。
【００１６】
一方、エンジンの運転時にあっては、高圧段インタークーラ側から低圧段インタークーラ側へ連絡管を通して吸気が抜け出てしまうことになるが、低圧段インタークーラに溜まった油分や凝縮水をエンジン停止時に自重で流下させることが可能な範囲で前記連絡管の口径を必要最小限に絞り込んでおけば良く、そのような必要最小限の口径としておけば、エンジン運転時に高圧段インタークーラ側から低圧段インタークーラ側へ抜け出る吸気のバイパス量は極めて軽微なものとなる。
【００１７】
尚、高圧段インタークーラに抜き出された油分や凝縮水は、運転状況によりエンジンへ吸い出されて焼却処理されることになるが、エンジン側に油分や凝縮水が衝突する程度でダメージを受けるような脆弱な箇所が存在しないため、従前通り高圧段インタークーラ以降で油分や凝縮水の衝突対策を講じる必要はない。
【００１８】
また、本発明においては、連絡管の途中にエンジン運転時に高圧段インタークーラ側から低圧段インタークーラ側へ抜け出る吸気のバイパス量を抑制するオリフィスを設けることが好ましく、このようにすれば、連絡管そのものを前述の如き必要最小限の口径にしなくても済み、適切な口径のオリフィスを選定して連絡管の途中に設けるだけで、前記吸気のバイパス量を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
上記した本発明の二段過給システムによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２０】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、低圧段インタークーラにまとまった量の油分や凝縮水が溜まらないようにして、該低圧段インタークーラから油分や凝縮水が高圧段コンプレッサに一気に吸い込まれて衝突する事象を未然に回避することができるので、このような事象から高圧段コンプレッサを確実に保護することができ、高圧段コンプレッサの健全性を長期に亘り確保することができる。
【００２１】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、連絡管の口径には特別な制約を持たせずに、適切な口径のオリフィスを選定して連絡管の途中に設けるだけで、エンジン運転時に高圧段インタークーラ側から低圧段インタークーラ側へ抜け出る吸気のバイパス量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の要部の詳細を示す拡大図である。
【図３】従来例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、図３で説明した従来例の場合と同様に、エンジン１から送出される排気Ｇによって高圧段タービン３を作動させ且つ高圧段コンプレッサ４で圧縮した吸気Ａを高圧段インタークーラ１３を介しエンジン１へ送給する高圧段ターボチャージャ６と、前記高圧段タービン３から送出される排気Ｇによって低圧段タービン８を作動させ且つ低圧段コンプレッサ９で圧縮した吸気Ａを前記高圧段コンプレッサ４へ低圧段インタークーラ１２を介し送給する低圧段ターボチャージャ１０とを備えた二段過給システムとなっているが、前記低圧段インタークーラ１２を前記高圧段インタークーラ１３よりも相対的に高くなるように配置し、前記低圧段インタークーラ１２に溜まった油分や凝縮水を重力を利用して抜き出し得るよう該低圧段インタークーラ１２と前記高圧段インタークーラ１３との間を連絡管１７により接続したところが特徴となっている。
【００２５】
即ち、図１では模式的に高圧段インタークーラ１３と低圧段インタークーラ１２とを並列に図示しているが、実際の配置としては、図２に示す如く、上段に低圧段インタークーラ１２を配置し且つ下段に高圧段インタークーラ１３を配置した二段構造としてあり、上段の低圧段インタークーラ１２と下段の高圧段インタークーラ１３とは、水平方向の同じ向きに吸気Ａを流すようにして互いの吸気入口１２ａ，１３ａと吸気出口１２ｂ，１３ｂが同じ側面で上下に近接するようにし、これにより油分や凝縮水が溜まり易い夫々の吸気出口１２ｂ，１３ｂ同士を比較的短い連絡管１７によりコンパクトに接続し得るようにしてある。
【００２６】
また、本形態例においては、低圧段インタークーラ１２に溜まった油分や凝縮水をエンジン１の停止時に自重で流下させることが可能な範囲で必要最小限に流路を絞り込むオリフィス１８が前記連絡管１７の途中に設けられており、このオリフィス１８によりエンジン１の運転時における高圧段インタークーラ１３側から低圧段インタークーラ１２側への吸気Ａのバイパス量が抑制されるようになっている。
【００２７】
ここで、前記連絡管１７には、例えば油分や凝縮水に対し濡れ性（wettability：主として固体表面に対する液体の親和性）の悪い樹脂チューブ等を採用することが好ましく、そのようにすれば、連絡管１７内を油分や凝縮水の液滴が流れ落ち易くなる。
【００２８】
尚、図２においては、その図面に対し直角な方向からの走行風等による空冷で吸気Ａを冷却するイメージで図示されたものとなっているが、低圧段インタークーラ１２と高圧段インタークーラ１３の何れか一方又は両方を、冷却水との熱交換により水冷する形式で構成しても良いことは勿論である。
【００２９】
而して、このように二段過給システムを構成すれば、エンジン１の停止時に低圧段インタークーラ１２に溜まった油分や凝縮水が重力により連絡管１７を流下して高圧段インタークーラ１３へと抜き出される結果、低圧段インタークーラ１２にまとまった量の油分や凝縮水が溜まらなくなり、該低圧段インタークーラ１２から油分や凝縮水が高圧段コンプレッサ４に一気に吸い込まれて衝突する事象が未然に回避される。
【００３０】
一方、エンジン１の運転時にあっては、高圧段インタークーラ１３側から低圧段インタークーラ１２側へ連絡管１７を通して吸気Ａが抜け出てしまうことになるが、本形態例においては、低圧段インタークーラ１２に溜まった油分や凝縮水をエンジン１の停止時に自重で流下させることが可能な範囲で前記オリフィス１８により必要最小限に流路を絞り込んでいるので、エンジン１の運転時に高圧段インタークーラ１３側から低圧段インタークーラ１２側へ抜け出る吸気Ａのバイパス量は極めて軽微なものとなる。
【００３１】
ここで、エンジン１の運転時に高圧段インタークーラ１３側から低圧段インタークーラ１２側へ抜け出る吸気Ａのバイパス量を抑制するにあたっては、前記連絡管１７そのものを前述の如き必要最小限の口径とすることも可能であるが、本形態例のようにオリフィス１８を用いれば、連絡管１７そのものを前述の如き必要最小限の口径にしなくても済み、前記吸気Ａのバイパス量を簡便に抑制することが可能となる。
【００３２】
尚、高圧段インタークーラ１３に抜き出された油分や凝縮水は、運転状況によりエンジン１へ吸い出されて焼却処理されることになるが、エンジン１側に油分や凝縮水が衝突する程度でダメージを受けるような脆弱な箇所が存在しないため、従前通り高圧段インタークーラ１３以降で油分や凝縮水の衝突対策を講じる必要はない。
【００３３】
従って、上記形態例によれば、低圧段インタークーラ１２にまとまった量の油分や凝縮水が溜まらないようにして、該低圧段インタークーラ１２から油分や凝縮水が高圧段コンプレッサ４に一気に吸い込まれて衝突する事象を未然に回避することができるので、このような事象から高圧段コンプレッサ４を確実に保護することができ、高圧段コンプレッサ４の健全性を長期に亘り確保することができる。
【００３４】
また、特に本形態例においては、連絡管１７の口径には特別な制約を持たせずに、適切な口径のオリフィス１８を選定して連絡管１７の途中に設けるだけで、エンジン１の運転時に高圧段インタークーラ１３側から低圧段インタークーラ１２側へ抜け出る吸気Ａのバイパス量を抑制することができる。
【００３５】
尚、本発明の二段過給システムは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、連絡管を適切な口径とすることができれば、該連絡管の途中に必ずしもオリフィスを設けなくても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３６】
１      エンジン
３      高圧段タービン
４      高圧段コンプレッサ
６      高圧段ターボチャージャ
８      低圧段タービン
９      低圧段コンプレッサ
１０    低圧段ターボチャージャ
１２    低圧段インタークーラ
１３    高圧段インタークーラ
１７    連絡管
１８    オリフィス
Ａ      吸気
Ｇ      排気
【図１】
2019027403.tif 000003
【図２】
2019027403.tif 000004
【図３】
2019027403.tif 000005