(57)【要約】【課題】内燃機関の過給に消費するエネルギの節減の観点からもまた過給手段の設置に要する費用の観点からも有利な多段ターボ過給装置を提供する。【解決手段】タービンとコンプレッサよりなる過給手段を複数段有する多段ターボ過給装置に於いて、少なくとも２つの隣接する段のコンプレッサの間にインタークーラを設けることなく被加圧媒体を直に送る。【選択図】図１
2005023903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンとコンプレッサよりなる過給手段を複数段有する多段ターボ過給装置にして、少なくとも２つの隣接する段のコンプレッサの間に被加圧媒体を直に送ることを特徴とする多段ターボ過給装置。
【請求項２】
前記２段のコンプレッサのうちの被加圧媒体の流れ方向に沿って見て後段側のコンプレッサの材料の少なくとも一部の耐熱温度が被加圧媒体の直送に必要なだけ高められることを特徴とする請求項１に記載の多段ターボ過給装置。
【請求項３】
前記２段のコンプレッサのうちの被加圧媒体の流れ方向に沿って見て前段側のコンプレッサの材料の少なくとも一部の耐熱温度が後段側のコンプレッサの対応する部分の材料の耐熱温度より低くされていることを特徴とする請求項１または２に記載の多段ターボ過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給装置に係り、特に多段ターボ過給装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
タービンとコンプレッサよりなる過給手段を複数段有する多段ターボ過給装置に於いては、各段毎に生ずる被加圧媒体の温度上昇に対処して、各段のコンプレッサにより加圧された被加圧媒体はインタークーラにて冷却されて次の段のコンプレッサへ導入されるようになっている。かかるインタークーラは冷却ファンを備えており、その駆動に動力または電力を消費する。そこで、無駄な冷却を極力減らし、冷却ファンによる動力または電力の消費を可及的に節減すべく、多段ターボ過給装置にて給気を行う内燃機関の負荷や回転数に応じて冷却ファンの回転を制御することが下記の特許文献１に於いて提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２８０１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
多段ターボ過給装置に於けるインタークーラの冷却ファンの回転をそれによって過給を行う内燃機関の負荷や回転数に応じて制御するようにすれば、確かに内燃機関の出力効率は上昇するが、インタークーラの設置費用が増大する。一方、多段ターボ過給装置の出現以来の機械材料の発達は著しく、過給装置コンプレッサを構成する材料の耐熱性は爾来大幅に高まっている。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑み、過給に消費するエネルギの節減の観点からもまた過給手段の設置に要する費用の観点からも更に有利な多段ターボ過給装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、タービンとコンプレッサよりなる過給手段を複数段有する多段ターボ過給装置にして、少なくとも２つの隣接する段のコンプレッサの間に被加圧媒体を直に送ることを特徴とする多段ターボ過給装置を提案するものである。
【０００６】
この場合、更に、前記２段のコンプレッサのうちの被加圧媒体の流れ方向に沿って見て後段側のコンプレッサの材料の少なくとも一部の耐熱温度が被加圧媒体の直送に必要なだけ高められてよい。
【０００７】
また、前記２段のコンプレッサのうちの被加圧媒体の流れ方向に沿って見て前段側のコンプレッサの材料の少なくとも一部の耐熱温度が後段側のコンプレッサの対応する部分の材料の耐熱温度より低くされてよい。
【発明の効果】
【０００８】
上記の如く、タービンとコンプレッサよりなる過給手段を複数段有する多段ターボ過給装置に於いて、少なくとも２つの隣接する段のコンプレッサの間に被加圧媒体を直に送ることがなされれば、少なくともその２段についてその間のインタークーラの設置に要する費用およびその駆動に要するエネルギ消費はいずれも１００％節減される。
【０００９】
前記２段のうちの後段側コンプレッサがその構成材料の耐熱性の向上により、インタークーラが省略されても本来の設計通りでよいときには、それでよいが、もしインタークーラの省略により後段側のコンプレッサに於ける何れかの部分に被加圧媒体の直送による耐熱強度の不足が生ずるときには、耐熱強度が不足する部分のみの材料が耐熱強度のより高いものに変更さればよいので、インタークーラを省略することによる後段側コンプレッサの材料面でのコストアップは最小限に抑制される。また前段側のコンプレッサを後段側コンプレッサと対比させることにより、その材料の少なくとも一部の耐熱温度が後段側のコンプレッサの対応する部分の材料の耐熱温度より低くされれば、それだけ多段ターボ過給装置のコストを合理的に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明を一つの実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明による多段ターボ過給装置を２段ターボ過給装置として構成した実施の形態を示す概略図である。図１に於いて、１０および１２はそれぞれ１段目或いは低圧段のタービンおよびコンプレッサであり、軸１４により互いに回転式に連結されている。また、１６および１８はそれぞれ２段目或いは高圧段のタービンおよびコンプレッサであり、同じく軸２０により互いに回転式に連結されている。高圧段タービン１６には、図には示されていない内燃機関の排気マニホールドより排気ガスが導入されるようになっており、この排気ガスは高圧段タービン１６にて断熱膨張しつつタービンロータを駆動し、圧力および温度の両方に於いて低下した排気ガスが、低圧段タービン１０へ導入されるようになっている。
【００１２】
この場合の被圧縮媒体である空気は、低圧段コンプレッサ１２へ導入され、ここで圧縮された空気は、従来技術に於けるインタークーラを介することなく、直接、高圧段コンプレッサ１８へ導入されるようになっている。
【００１３】
コンプレッサ１８を出た空気は、図には示されていない内燃機関の吸気マニホールドへ導入される前に、インタークーラ２２により冷却されるようになっている。ここでの空気の冷却は、内燃機関に於ける吸気の充填効率を高めるためである。尚、図には示されていない内燃機関の排気マニホールドからは、バイパス弁２４を含むパイパス通路により過給装置タービン１６および１０をバイパスして排気を排出させることもできるようになっている。
【００１４】
コンプレッサの構造に於いて、被加熱媒体の温度上昇により加熱を受ける部分は主としてインペラである。コンプレッサのインペラを構成する材料としては、種々のアルミ合金、チタン合金、ステンレス鋼が知られており、その耐熱温度はこの順に高くなっている。タービンおよびコンプレッサの各部の構成材料は、当該部分に於ける作動温度と負荷応力に応じて適宜に選択されればよいので、特に各段のコンプレッサのインペラを構成する材料の選択に於いて、高圧段のコンプレッサ１８に対し、それなりの空気温度に対応した適当な材料が選択されるだけで、インタークーラの省略に対する補償を講ずることができる。図２は、これらの材料からの選択によりインペラの温度に対する強度にどの程度の差が得られるかの概略を示すグラフである。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
各種内燃機関、特に車輌用内燃機関の過給装置を材料技術の発展の有効利用により合理化することに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による多段ターボ過給装置を２段ターボ過給装置として構成した実施の形態を示す概略図。
【図２】材料の選択によりインペラの温度に対する強度にどの程度の差が得られるかの概略を示すグラフ。
【符号の説明】
【００１７】
１０…低圧段タービン、１２…低圧段コンプレッサ、１４…軸、１６…高圧段タービン、１８…高圧段コンプレッサ、２０…軸、２２…インタークーラ、２４…バイパス弁
【図１】
2005023903.tif 000003
【図２】
2005023903.tif 000004