(57)【要約】【課題】排気エネルギーの回収を無駄なく行えるエンジンの２段過給装置を提供する。【解決手段】エンジン１の排気通路７、吸気通路６に直列に介装される第１、第２ターボチャージャ１１，２１と、第１タービン１２の上流側と下流側を結ぶ第１タービンバイパス通路４１と、この第１タービンバイパス通路４１を開閉する第１タービンバイパス弁４２と、第１タービン１２及び第１コンプレッサ１３と共に回転作動する第１回転電機１５と、第２タービン２２及び第２コンプレッサ２３と共に回転作動する第２回転電機２５と、運転条件に応じてこの第１、第２回転電機１５，２５を電動機または発電器として作動させるコントロールユニット（制御手段）２とを備え、このコントロールユニット２はエンジン１の高速運転時に第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を開き、かつ第２回転電機２５を発電器として作動させる構成とした。【選択図】    図１
2005009315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に直列に介装される第１、第２タービンと、エンジンの吸気通路に直列に介装される第１、第２コンプレッサと、この第１タービン及び第１コンプレッサを同軸上に連結して吸気を過給する第１ターボチャージャと、この第２タービン及び第２コンプレッサを同軸上に連結して吸気を過給する第２ターボチャージャとを備えるエンジンの２段過給装置において、
前記排気通路の第１タービンより上流側と下流側を結ぶ第１タービンバイパス通路と、この第１タービンバイパス通路を開閉する第１タービンバイパス弁と、第１タービン及び第１コンプレッサと共に回転作動する第１回転電機と、第２タービン及び第２コンプレッサと共に回転作動する第２回転電機と、運転条件に応じてこの第１、第２回転電機を電動機または発電器として作動させる制御手段とを備え、この制御手段はエンジンの高速運転時に第１タービンバイパス弁が第１タービンバイパス通路を開き、かつ第２回転電機を発電器として作動させる構成としたことを特徴とするエンジンの２段過給装置。
【請求項２】
前記制御手段は前記エンジンの減速運転時に前記第１タービンバイパス弁が前記第１タービンバイパス通路を閉ざし、かつ前記第１、第２回転電機の両方を発電器として作動させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの２段過給装置。
【請求項３】
前記制御手段は前記エンジンの低速域からの加速運転時に前記第１タービンバイパス弁が前記第１タービンバイパス通路を閉ざし、かつ前記第１回転電機を電動機として作動させる構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの２段過給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２基のターボチャージャを備えるエンジンの２段過給装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの排気エネルギーを効率よく回収するため、２基のターボチャージャを備えて、２段過給を行うものがあった。
【０００３】
特許文献１に開示されたものは、図３に示すように、エンジン５０からの排気流路はターボチャージャ５１のタービンＴ１と、ターボチャージャ５２のタービンＴ２とに並列に供給し、コンプレッサ側は低速域では直列に、高速域では並列とし、その切換に際して空気流路のｃ点とｆ点との圧力差を近づけるため、ＴＣＧ１を電動、ＴＣＧ２を発電作動させて切換過渡時間の短縮を図るようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２２９２５３号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４０６５３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のエンジンの２段過給装置にあっては、例えば高速高負荷域等において過給圧が許容値を超えて上昇するような運転時、ターボチャージャ５１のタービンＴ１またはターボチャージャ５２のタービンＴ２に導かれる排気ガスの一部をバルブ等を介してこれらの下流側に逃がす必要があり、その分だけ排気エネルギーを回収していないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、排気エネルギーの回収を無駄なく行えるエンジンの２段過給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンの排気通路に直列に介装される第１、第２タービンと、エンジンの吸気通路に直列に介装される第１、第２コンプレッサと、この第１タービン及び第１コンプレッサを同軸上に連結して吸気を過給する第１ターボチャージャと、この第２タービン及び第２コンプレッサを同軸上に連結して吸気を過給する第２ターボチャージャとを備えるエンジンの２段過給装置において、
排気通路の第１タービンより上流側と下流側を結ぶ第１タービンバイパス通路と、この第１タービンバイパス通路を開閉する第１タービンバイパス弁と、第１タービン及び第１コンプレッサと共に回転作動する第１回転電機と、第２タービン及び第２コンプレッサと共に回転作動する第２回転電機と、運転条件に応じてこの第１、第２回転電機を電動機または発電器として作動させる制御手段とを備え、この制御手段はエンジンの高速運転時に第１タービンバイパス弁が第１タービンバイパス通路を開き、かつ第２回転電機を発電器として作動させる構成とした。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、制御手段はエンジンの減速運転時に第１タービンバイパス弁が第１タービンバイパス通路を閉ざし、かつ第１、第２回転電機の両方を発電器として作動させる構成とした。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、制御手段はエンジンの低速域からの加速運転時に第１タービンバイパス弁が第１タービンバイパス通路を閉ざし、かつ第１回転電機を電動機として作動させる構成とした。
【００１０】
【発明の作用および効果】
第１の発明において、過給圧が過剰となる高速域に、第２タービンを介して排気エネルギを回収し第２回転電機が発電することにより、過給圧が許容値を超えて上昇することを抑える。これにより、第２タービンに対して排気ガスの一部をバルブ等を介して逃がすことがなく、その分だけ排気エネルギーを無駄なく回収でき、エンジンの燃費低減がはかられる。
【００１１】
第２の発明において、エンジンの減速運転時に、第１、第２タービンの両方を介して排気エネルギを回収し、第１、第２回転電機が発電することにより、排気エネルギーを無駄なく回収でき、エンジンの燃費低減がはかられる。
【００１２】
第３の発明において、エンジンの低速域からの加速運転時に、第１回転電機を電動機として作動させ、第１ターボチャージャの加速アシストをすることにより、第１タービン及び第１コンプレッサの回転速度が速やかに上昇して過給圧が高まり、ターボラグを解消してエンジンの加速応答性を高められる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１において、１はディーゼルエンジン、６は吸気通路、７は排気通路、１１は第１ターボチャージャ、２１は第２ターボチャージャである。
【００１５】
第１ターボチャージャ１１は、排気ガスの圧力エネルギーにより回転する第１タービン１２と、第１タービン１２と同軸上に連結されて吸気を圧送する第１コンプレッサ１３と、第１タービン１２及び第１コンプレッサ１３と共に回転作動する第１回転電機１５とを備える。
【００１６】
第２ターボチャージャ２１は、排気ガスの圧力エネルギーにより回転する第２タービン２２と、第２タービン２２と同軸上に連結されて吸気を圧送する第２コンプレッサ２３と、第２タービン２２及び第２コンプレッサ２３と共に回転作動する第２回転電機２５とを備える。第２ターボチャージャ２１の容量は第１ターボチャージャ１１より大きい。
【００１７】
排気通路７には第１タービン１２の下流側に第２タービン２２が介装される。排気通路７を流れる排気ガスの圧力エネルギーにより第１、第２タービン１２，２２がそれぞれ回転駆動される。
【００１８】
排気通路７の第１タービン１２より上流側と下流側を結ぶ第１タービンバイパス通路４１が設けられる。第１タービンバイパス通路４１の途中には電磁式の第１タービンバイパス弁４２が介装される。第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を閉じると、第１タービン１２に導かれる排気流速を高めるようになっている。
【００１９】
吸気通路６には第２コンプレッサ２３の下流側に第１コンプレッサ１３が介装される。吸気通路６を流れる吸気は第２コンプレッサ２３と第１コンプレッサ１３により二段階に過給される。
【００２０】
吸気通路６には第２コンプレッサ２３の下流側に第２インタクーラ２４が介装され、第１コンプレッサ１３の下流側に第１インタクーラ１４が介装され、吸気を冷却するようになっている。
【００２１】
第１、第２回転電機１５，２５は蓄電装置３を介して供給される電力によって第１、第２ターボチャージャ１１，２１を回転駆動する。また、第１、第２ターボチャージャ１１，２１の発電電力は蓄電装置３に充電される。この蓄電装置３の蓄電要素として、電気二重相キャパシタが用いられるが、これに限らず、化学反応を用いた各種蓄電池を用いても良い。
【００２２】
エンジン１の回転速度を検出する回転センサ４と、エンジン１の負荷（アクセル開度）を検出する負荷センサ５とが設けられる。コントロールユニット２は回転センサ４と負荷センサ５の検出値に応じて第１、第２回転電機１５，２５の作動及び第１タービンバイパス弁４２の開閉作動を以下のように制御する。
【００２３】
・低速域から加速運転時に第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全閉し、第１回転電機１５を電動機として作動させ、第１ターボチャージャ１１の加速アシストをする。
【００２４】
・減速運転時に第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全閉し、第１、第２回転電機１５，２５の両方を発電器として作動させ、排気エネルギを回収する。
【００２５】
・高速運転時に第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全開し、第２回転電機２５のみを発電器として作動させ、排気エネルギを回収する。
【００２６】
図２のフローチャートはコントロールユニット２において実行される第１、第２ターボチャージャ１１，２１の作動制御を行うプログラムを示しており、これは一定周期毎に実行される。
【００２７】
これについて説明すると、ステップ１で、エンジン負荷の各検出信号に応じてアクセル操作を読み込むとともに、エンジン回転速度等の運転状態を読み込む。このアクセル操作によってアクセルが踏み込まれる加速運転時、アクセルが戻される減速運転時、アクセルが略一定に保たれる巡航時を判定する。
【００２８】
ステップ２，８にて、加速が行われる低速高負荷運転時と判定された場合、ステップ９に進んで、第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全閉し、第１回転電機１５を電動機として作動させ、第１ターボチャージャ１１の加速アシストをする。
【００２９】
ステップ２，３，５にて、加速または巡航が行われる高速域と判定された場合は、ステップ７に進んで、第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全開し、第２回転電機２５のみを発電器として作動させる。
【００３０】
ステップ２，３，５にて、高速減速運転時と判定された場合、ステップ２，３，４にて、中速減速運転時と判定された場合、いずれもステップ６に進んで、第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全閉し、第１、第２回転電機１５，２５の両方を発電器として作動させる。
【００３１】
こうして、エンジン１の低速高負荷運転時に、第１回転電機１５を電動機として作動させ、第１ターボチャージャ１１の加速アシストをすることにより、第１タービン１２及び第１コンプレッサ１３の回転速度が速やかに上昇して過給圧が高まり、ターボラグを解消してエンジン１の加速応答性を高められる。
【００３２】
一方、過給圧が過剰となる高速域に、第２タービン２２を介して排気エネルギを回収し、第２回転電機２５が発電することにより、過給圧が許容値を超えて上昇することを抑える。これにより、第２タービン２２に対して排気ガスの一部をバルブ等を介して逃がすことがなく、その分だけ排気エネルギーを無駄なく回収でき、エンジン１の燃費低減がはかられる。
【００３３】
また、高中速域における減速運転時に、第１、第２タービン１２，２２の両方を介して排気エネルギを回収し第１、第２回転電機１５，２５が発電することにより、排気エネルギーを無駄なく回収できる。
【００３４】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す２段過給装置の構成図。
【図２】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図３】従来例を示す２段過給装置の構成図。
【符号の説明】
１  エンジン
２  コントロールユニット（制御手段）
３  蓄電装置
４  速度センサ
５  負荷センサ
６  吸気通路
７  排気通路
１１  第１ターボチャージャ
１５  第１回転電機
２１  第２ターボチャージャ
２５  第２回転電機
４１  第１タービンバイパス通路
４２  第１タービンバイパスバルブ
【図１】
2005009315.tif 000003
【図２】
2005009315.tif 000004
【図３】
2005009315.tif 000005