(57)【要約】【課題】車両への搭載性を改善し且つ設備コストの削減化を図り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、高圧段タービン３の入側と出側とを短絡して該高圧段タービン３を迂回するバイパス配管７を備えると共に、該バイパス配管７の高圧段タービン３の出側への合流箇所に三方弁２０を備え、バイパス配管７のみを遮断する通常ポジションと、バイパス配管７のみを少なくとも一部を開けた状態で必要開度に絞る高圧段バイパスポジションと、バイパス配管７を遮断状態に保持したまま高圧段タービン３の出側についても必要開度に絞る排気絞りポジションと、低圧段タービン８の入側のみを遮断する排気ブレーキポジションとを選択的に切り替え得るように前記三方弁２０を構成する。【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エンジンへ送給する高圧段ターボチャージャと、該高圧段ターボチャージャの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高圧段コンプレッサへ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、高圧段タービンの入側と出側とを短絡して該高圧段タービンを迂回するバイパス配管を備えると共に、該バイパス配管の高圧段タービンの出側への合流箇所に三方弁を備え、バイパス配管のみを遮断する通常ポジションと、バイパス配管のみを少なくとも一部を開けた状態で必要開度に絞る高圧段バイパスポジションと、バイパス配管を遮断状態に保持したまま高圧段タービンの出側についても必要開度に絞る排気絞りポジションと、低圧段タービンの入側のみを遮断する排気ブレーキポジションとを選択的に切り替え得るように前記三方弁を構成したことを特徴とする二段過給システム。
【請求項２】
三方弁の三口のうちのバイパス配管に向かう第一口と、低圧段タービンの入側に向かう第二口とを対向配置すると共に、その対向方向に対し直角な向きに高圧段タービンの出側に向かう第三口を配置し、これら第一口と第二口と第三口とが連続する周方向に回動自在に弁体を備え、排気絞りポジションにて第一口の遮断状態を保持しながら第三口を必要開度に絞り得るように前記弁体による閉塞範囲を規定し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ために、小径の高圧段ターボチャージャを採用した二段過給システムが検討されており、この種の二段過給システムにおいては、図６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の入側との間には、インタクーラ１２が介装されており、前記高圧段コンプレッサ４の出側とエンジン１の吸気マニホールド５との間には、アフタクーラ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）からアフタクーラ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が稼動状態である時に、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、インタクーラ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、アフタクーラ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（図７のグラフ中にクロスハッチングを付して示す運転領域）では、小径の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】
ここで、図７のグラフ中にクロスハッチングを付して示す運転領域では、バイパスバルブ１１を全開とする操作が行われるが、ハッチングを付して示す運転領域では、適宜にバイパスバルブ１１の開度を絞り込むことで、高圧段タービン３を迂回する排気Ｇの流量割合を調整する操作が行われるようになっている。
【００１０】
また、排気Ｇが高圧段タービン３を迂回することで高圧段コンプレッサ４の回転数が低下して吸気Ａの流れが滞る分については、低圧段コンプレッサ９の出側から高圧段コンプレッサ４の出側に至る吸気切替配管１７に流れが振り分けられるようになっており、該吸気切替配管１７には、吸気Ａの逆流を阻止する逆止弁１８が備えられている。
【００１１】
尚、前述の如き二段過給システムと関連する先行技術文献情報としては、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等が既に存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１２−７７７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、斯かる二段過給システムにおいては、排気Ｇの再循環に必要な差圧（排気マニホールド２側と吸気マニホールド５側との差圧）が得られない場合に排気絞り弁１９を絞り込んで排気Ｇの再循環を補助するようにしたものがあり、この種の排気絞り弁１９には、排気ブレーキを兼用させて一つの排気バルブで代用させるようにしたものもあるが、先のバイパスバルブ１１と合わせて少なくとも二つの排気バルブが排気系に必要（排気ブレーキを別途配置する場合には排気バルブが三つ必要）となるため、これらの排気バルブやその駆動機構に配置スペースが多く取られて車両への搭載性が悪くなるという問題があり、また、これらの排気バルブには開度調整可能な高価なものを採用しなければならないことから設備コストの高騰を招くという問題もあった。
【００１４】
本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、車両への搭載性を改善し且つ設備コストの削減を図り得る二段過給システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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エンジンへ送給する高圧段ターボチャージャと、該高圧段ターボチャージャの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高圧段コンプレッサへ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、高圧段タービンの入側と出側とを短絡して該高圧段タービンを迂回するバイパス配管を備えると共に、該バイパス配管の高圧段タービンの出側への合流箇所に三方弁を備え、バイパス配管のみを遮断する通常ポジションと、バイパス配管のみを少なくとも一部を開けた状態で必要開度に絞る高圧段バイパスポジションと、バイパス配管を遮断状態に保持したまま高圧段タービンの出側についても必要開度に絞る排気絞りポジションと、低圧段タービンの入側のみを遮断する排気ブレーキポジションとを選択的に切り替え得るように前記三方弁を構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
而して、通常運転時において、三方弁を通常ポジションとしてバイパス配管のみを遮断すれば、高圧段タービンの出側を低圧段タービンの入側へ開通して通常の二段過給を実施することが可能となり、また、過給圧が必要以上に高い運転領域において、三方弁を高圧段バイパスポジションとしてバイパス配管のみを少なくとも一部を開けた状態で必要開度に絞れば、該バイパス配管が開通して適正な流量の排気のみを高圧段タービンに流し、残りは高圧段タービンを迂回させて低圧段タービンへ導くことが可能となる。
【００１７】
更に、排気の再循環に必要な差圧が得られない場合に、三方弁を排気絞りポジションとしてバイパス配管を遮断状態に保持したまま高圧段タービンの出側のみを必要開度に絞れば、排気抵抗が大きくなることで排気マニホールドの圧力が高められ、排気の再循環に必要な差圧が得られ易くなる。尚、このように排気絞りを行えば、高圧段タービンに排気を流し続けて該高圧段タービンの回転を継続させることが可能となり、エンジン出力の低下を抑制することが可能となる。
【００１８】
また、排気ブレーキを効かせたい場合に、三方弁を排気ブレーキポジションとして低圧段タービンの入側のみを遮断すれば、高圧段タービンにも低圧段タービンにも排気が流れなくなってエンジン側でのポンピングロスが増大し、エンジンブレーキが大幅に増強されることになる。
【００１９】
即ち、通常ポジション、高圧段バイパスポジション、排気絞りポジション、排気ブレーキポジションの四つのポジションに選択的に切り替えて三方弁を使用することにより、バイパスバルブと排気絞り弁と排気ブレーキの三つの機能を一つの三方弁で賄うことが可能となり、従来の如く排気系に二つ以上の高価な排気バルブを備えなくて済むことになる。
【００２０】
更に、本発明をより具体的に実施するにあたっては、三方弁の三口のうちのバイパス配管に向かう第一口と、低圧段タービンの入側に向かう第二口とを対向配置すると共に、その対向方向に対し直角な向きに高圧段タービンの出側に向かう第三口を配置し、これら第一口と第二口と第三口とが連続する周方向に回動自在に弁体を備え、排気絞りポジションにて第一口の遮断状態を保持しながら第三口を必要開度に絞り得るように前記弁体による閉塞範囲を規定すると良い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の二段過給システムによれば、バイパスバルブと排気絞り弁と排気ブレーキの三つの機能を一つの三方弁で賄うことができ、排気系に必要な排気バルブを一つの三方弁に集約することができるので、大幅な省スペース化を図ることができて車両への搭載性を改善することができると共に、設備コストの大幅な削減化を図ることもできるという優れた効果を奏し得る。
【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系統図である。
【図２】図１の三方弁の通常ポジションに関する説明図である。
【図３】図１の三方弁の高圧段バイパスポジションに関する説明図である。
【図４】図１の三方弁の排気絞りポジションに関する説明図である。
【図５】図１の三方弁の排気ブレーキポジションに関する説明図である。
【図６】従来の二段過給システムの一例を示す系統図である。
【図７】高圧段タービンを迂回させたい運転領域について説明するグラフである。
【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添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１〜図５は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２５】
即ち、図１に示されている二段過給システムにおいては、先に図６で説明した従来の二段過給システムと略同様に、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をエンジン１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。
【００２６】
ただし、高圧段タービン３の入側と出側とを短絡して該高圧段タービン３を迂回するバイパス配管７を備えると共に、該バイパス配管７の高圧段タービン３の出側への合流箇所に三方弁２０を備え、バイパス配管７のみを遮断する通常ポジション（図２参照）と、バイパス配管７のみを少なくとも一部を開けた状態で必要開度に絞る高圧段バイパスポジション（図３参照）と、バイパス配管７を遮断状態に保持したまま高圧段タービン３の出側についても必要開度に絞る排気絞りポジション（図４参照）と、低圧段タービン８の入側のみを遮断する排気ブレーキポジション（図５参照）とを選択的に切り替え得るように前記三方弁２０を構成している。
【００２７】
即ち、前記三方弁２０における具体的な構成としては、三口のうちのバイパス配管７に向かう第一口２１と、低圧段タービン８の入側に向かう第二口２２とを対向配置すると共に、その対向方向に対し直角な向きに高圧段タービン３の出側に向かう第三口２３を配置し、これら第一口２１と第二口２２と第三口２３とが連続する周方向に回動自在に弁体２４を備え、排気絞りポジションにて第一口２１の遮断状態を保持しながら第三口２３を必要開度に絞り得るように前記弁体２４による閉塞範囲を規定したものとなっている。
【００２８】
而して、図２に示す如く、通常運転時において、三方弁２０を通常ポジションとしてバイパス配管７のみを遮断すれば、高圧段タービン３の出側を低圧段タービン８の入側へ開通して通常の二段過給を実施することが可能となり、また、図３に示す如く、過給圧が必要以上に高い運転領域において、三方弁２０を高圧段バイパスポジションとしてバイパス配管７のみを少なくとも一部を開けた状態で必要開度に絞れば、該バイパス配管７が開通して適正な流量の排気Ｇのみを高圧段タービン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へ導くことが可能となる。
【００２９】
更に、図４に示す如く、排気Ｇの再循環に必要な差圧が得られない場合に、三方弁２０を排気絞りポジションとしてバイパス配管７を遮断状態に保持したまま高圧段タービン３の出側のみを必要開度に絞れば、排気抵抗が大きくなることで排気マニホールド２の圧力が高められ、排気Ｇの再循環に必要な差圧が得られ易くなる。尚、このように排気絞りを行えば、高圧段タービン３に排気Ｇを流し続けて該高圧段タービン３の回転を継続させることが可能となり、エンジン出力の低下を抑制することが可能となる。
【００３０】
また、図５に示す如く、排気ブレーキを効かせたい場合に、三方弁２０を排気ブレーキポジションとして低圧段タービン８の入側のみを遮断すれば、高圧段タービン３にも低圧段タービン８にも排気Ｇが流れなくなってエンジン１側でのポンピングロスが増大し、エンジンブレーキが大幅に増強されることになる。
【００３１】
即ち、通常ポジション、高圧段バイパスポジション、排気絞りポジション、排気ブレーキポジションの四つのポジションに選択的に切り替えて三方弁２０を使用することにより、バイパスバルブと排気絞り弁と排気ブレーキの三つの機能を一つの三方弁２０で賄うことが可能となり、従来の如く排気系に二つ以上の高価な排気バルブを備えなくて済むことになる。
【００３２】
従って、上記形態例によれば、バイパスバルブと排気絞り弁と排気ブレーキの三つの機能を一つの三方弁２０で賄うことができ、排気系に必要な排気バルブを一つの三方弁２０に集約することができるので、大幅な省スペース化を図ることができて車両への搭載性を改善することができると共に、設備コストの大幅な削減化を図ることもできる。
【００３３】
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、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】
【００３４】
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
７      バイパス配管
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
２０    三方弁
２１    第一口
２２    第二口
２３    第三口
２４    弁体
Ａ      吸気
Ｇ      排気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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