(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの再生に支障をきたすことのないマルチターボシステムを提供する。【解決手段】大型ターボチャージャ１と小型ターボチャージャ２とを二基搭載し、エンジン３の運転状態に応じて最適な一方又は両方を選択して過給を行うマルチターボシステムに関し、排気マニホールド４に対し各タービン１ａ，２ａの入口を個別に接続すると共に、夫々の出口からの排気ガス７を合流して排気管１６へ導く合流箇所５を排気マニホールド４にもバイパス口１９を介して接続し、各タービン１ａ，２ａの何れか一方又は両方の出口を排気管１６側に対し開通してバイパス口１９を閉塞状態に保持する三つの通常ポジションと各タービン１ａ，２ａの両方の出口及びバイパス口１９を全て排気管１６側に対し開通する一つの再生ポジションとを適宜に切り換え得る排気切換弁２０を合流箇所５に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型ターボチャージャと小型ターボチャージャとを二基搭載し、エンジンの運転状態に応じて大型ターボチャージャ及び小型ターボチャージャのうちの最適な一方又は両方を選択して過給を行うようにしたマルチターボシステムにおいて、エンジンの排気マニホールドに対し大型ターボチャージャ及び小型ターボチャージャの各タービンの入口を個別に接続すると共に、該各タービンの出口からの排気ガスを合流して排気管へ導く合流箇所を排気マニホールドにもバイパス口を介して接続し、前記各タービンの何れか一方又は両方の出口を排気管側に対し開通して前記バイパス口を閉塞状態に保持する三つの通常ポジションと前記各タービンの両方の出口及び前記バイパス口を全て排気管側に対し開通する一つの再生ポジションとを適宜に切り換え得る排気切換弁を前記合流箇所に設けたことを特徴とするマルチターボシステム。
【請求項２】
排気切換弁がバタフライ弁を用いて流路を切り換える形式を採用しており、該バタフライ弁に各タービンの両方の出口を排気管側に対し開通し得る回動範囲の一部でバイパス口を閉塞するシャッタ部が備えられていることを特徴とする請求項１に記載のマルチターボシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型ターボチャージャと小型ターボチャージャとを適切に使い分けて最適な過給を行うマルチターボシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型ターボチャージャと小型ターボチャージャとを二基搭載し、エンジンの運転状態（負荷や回転数）に応じて大型ターボチャージャと小型ターボチャージャとを切り換えて軽負荷から高負荷まで満遍なく高い圧力比を得られるようにしたマルチターボシステムが車両に適用され始めている。
【０００３】
図６は従来のマルチターボシステムの一例を示すもので、ここに図示している例では、大型ターボチャージャ１と小型ターボチャージャ２の各タービン１ａ，２ａの入口がエンジン３の排気マニホールド４に対し個別に接続されており、各タービン１ａ，２ａの出口の合流箇所５に設けられた排気切換弁６により前記各タービン１ａ，２ａの出口の開通状態が調整されるようになっている。
【０００４】
即ち、軽・中負荷時には、排気切換弁６により小型ターボチャージャ２のタービン２ａの出口のみを開通して大型ターボチャージャ１のタービン１ａの出口を塞ぎ、排気マニホールド４から導いた排気ガス７により小型ターボチャージャ２のみを駆動して効率良く排気エネルギーを回収するようにしている。
【０００５】
また、高負荷時には、排気切換弁６を図示の状態から反対側に切り換えることにより、大型ターボチャージャ１のタービン１ａの出口のみを開通して小型ターボチャージャ２のタービン２ａの出口を塞ぎ、排気マニホールド４から導いた排気ガス７により大型ターボチャージャ１のみを駆動して効率良く排気エネルギーを回収するようにしてある。
【０００６】
更に、軽・中負荷から高負荷への過渡時には、排気切換弁６を図示の状態から中立位置に切り換えることにより、各タービン１ａ，２ａの出口を両方とも開通させて小型ターボチャージャ２と大型ターボチャージャ１とを併用し、両者の切り換え時における圧力比の一時的な落ち込みを防止するようになっている。
【０００７】
一方、軽・中負荷時における吸気８は、駆動していない大型ターボチャージャ１のコンプレッサ１ｂを経由して小型ターボチャージャ２のコンプレッサ２ｂに導入されて昇圧された後、インタークーラ９で冷却されて吸気マニホールド１０へ導かれるようになっているが、過渡時や高負荷時には、吸気切換弁１１が開いて大型ターボチャージャ１のコンプレッサ１ｂで昇圧された吸気８が小型ターボチャージャ２のタービン２ａを迂回して流れるようにもなっている（過渡時には徐々に吸気切換弁１１を開操作）。
【０００８】
また、図６中における１２は排気マニホールド４から抜き出した排気ガス７の一部を吸気管１３に再循環するＥＧＲライン、１４は該ＥＧＲライン１２の途中に装備された水冷式のＥＧＲクーラ、１５は前記ＥＧＲライン１２の流路を開閉するＥＧＲバルブ、１６は排気管、１７は該排気管１６の途中に装備されたパティキュレートフィルタ、１８は該パティキュレートフィルタ１７の前段に装備された酸化触媒を夫々示している。
【０００９】
尚、この種のマルチターボシステムに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等がある。
【特許文献１】特開２００６−２２６１５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、斯かる従来のマルチターボシステムにおいては、大型ターボチャージャ１と小型ターボチャージャ２のうちの少なくとも何れか一方を必ず通されて排気エネルギーを回収されてから下流側に導かれることになり、しかも、大型ターボチャージャ１及び小型ターボチャージャ２のうちの最適な一方又は両方が選択されて排気エネルギーが効率良く回収されることになるため、マルチターボシステムから排気管１６へ送り出される排気ガス７の温度が低くなりがちであり、ここに図示している如く、排気管１６途中にパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ１７が装備されている場合には、該パティキュレートフィルタ１７を再生し難いという問題があった。
【００１１】
即ち、パティキュレートフィルタ１７内のパティキュレートを積極的に焼却してパティキュレートフィルタ１７の再生を図るためには、エンジン３側でのポスト噴射等により排気ガス７中に燃料を添加し、その添加燃料をパティキュレートフィルタ１７の前段の酸化触媒１８で酸化反応させ、その反応熱で昇温した排気ガス７の流入により直後のパティキュレートフィルタ１７の触媒床温度を上げてパティキュレートを焼却する必要があるが、上流側のマルチターボシステムで排気エネルギーを効率良く回収されて排気温度が低下してしまうと、パティキュレートフィルタ１７の触媒床温度が上がり難くなって該パティキュレートフィルタ１７の再生に支障をきたす虞れがあった。
【００１２】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パティキュレートフィルタの再生に支障をきたすことのないマルチターボ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】
【００１３】
本発明は、大型ターボチャージャと小型ターボチャージャとを二基搭載し、エンジンの運転状態に応じて大型ターボチャージャ及び小型ターボチャージャのうちの最適な一方又は両方を選択して過給を行うようにしたマルチターボシステムにおいて、エンジンの排気マニホールドに対し大型ターボチャージャ及び小型ターボチャージャの各タービンの入口を個別に接続すると共に、該各タービンの出口からの排気ガスを合流して排気管へ導く合流箇所を排気マニホールドにもバイパス口を介して接続し、前記各タービンの何れか一方又は両方の出口を排気管側に対し開通して前記バイパス口を閉塞状態に保持する三つの通常ポジションと前記各タービンの両方の出口及び前記バイパス口を全て排気管側に対し開通する一つの再生ポジションとを適宜に切り換え得る排気切換弁を前記合流箇所に設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
而して、このようにすれば、軽・中負荷時に排気切換弁により小型ターボチャージャのタービンの出口のみを排気管側に開通して大型ターボチャージャのタービンの出口を塞ぎ、排気マニホールドから導いた排気ガスにより小型ターボチャージャのみを駆動して効率良く排気エネルギーを回収し、また、高負荷時に排気切換弁により大型ターボチャージャのタービンの出口のみを開通して小型ターボチャージャのタービンの出口を塞ぎ、排気マニホールドから導いた排気ガスにより大型ターボチャージャのみを駆動して効率良く排気エネルギーを回収することが可能となる。
【００１５】
更に、軽・中負荷から高負荷への過渡時には、排気切換弁により各タービンの出口を両方とも開通させ且つ前記バイパス口を閉塞状態に保持して小型ターボチャージャと大型ターボチャージャとを併用し、両者の切り換え時における圧力比の一時的な落ち込みを防止することが可能となる。
【００１６】
しかも、排気管途中に装備されたパティキュレートフィルタの再生時に、排気切換弁により各タービンの両方の出口及びバイパス口を全て排気管側に対し開通すると、エンジンから出た直後の高温の排気ガスが最も抵抗の少ないバイパス口に優先的に流れ込んで各タービンの何れも経由することなく排気管へと直接導かれるため、排気エネルギーを回収される前の高い温度状態のまま排気ガスがパティキュレートフィルタへと導かれ、該パティキュレートフィルタの再生を良好に行うことが可能となる。
【００１７】
この際、各タービンを経由しないことで該各タービン自体に熱を奪われずに済むことや、排気マニホールドから排気管まで極めて短い経路で排気ガスを導けること、排気切換弁を一つだけ通過させるだけで済んで流路切替の構造自体に熱を多く奪われなくて済むこと等も排気温度の低下防止に寄与することになる。
【００１８】
また、本発明においては、排気切換弁がバタフライ弁を用いて流路を切り換える形式を採用しており、該バタフライ弁に各タービンの両方の出口を排気管側に対し開通し得る回動範囲の一部でバイパス口を閉塞するシャッタ部が備えられていることが好ましい。
【００１９】
このようにすれば、三つの通常ポジションと一つの再生ポジションとを切り換える排気切換弁を構成するにあたり、特に複雑な流路切換機構を採用しなくても済み、バタフライ弁を用いた比較的シンプルで且つコンパクトな構造として構成することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
上記した本発明のマルチターボシステムによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２１】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、マルチターボシステムを採用していても、エンジンから出た排気ガスを排気エネルギーを回収しないで高い温度状態のままパティキュレートフィルタへと導くことができるので、該パティキュレートフィルタの再生を支障なく良好に実施することができる。
【００２２】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、三つの通常ポジションと一つの再生ポジションとを切り換える排気切換弁を、特に複雑な流路切換機構を採用しなくても、バタフライ弁を用いた比較的シンプルで且つコンパクトな構造として構成することができ、実施コストの削減と良好な搭載性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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〜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】
図１に示す如く、本形態例においては、前述した図６の従来例の場合と同様に、エンジン３の排気マニホールド４に対し大型ターボチャージャ１及び小型ターボチャージャ２の各タービン１ａ，２ａの入口が個別に接続されているが、該各タービン１ａ，２ａの出口からの排気ガス７を合流して排気管１６へ導く合流箇所５が排気マニホールド４にもバイパス口１９を介して接続されるようになっており、この合流箇所５には、前記各タービン１ａ，２ａの何れか一方又は両方の出口を排気管１６側に対し開通して前記バイパス口１９を閉塞状態に保持する三つの通常ポジションと前記各タービン１ａ，２ａの両方の出口及び前記バイパス口１９を全て排気管１６側に対し開通する一つの再生ポジションとを適宜に切り換え得る排気切換弁２０が設けられている。
【００２６】
即ち、図２に示す如く、この排気切換弁２０は、その両側に各タービン１ａ，２ａの入口を蛇腹部２１，２２を介して接続されたハウジング２３内にバタフライ弁２４を回動軸２５を介して回動自在に抱持した構造となっており、図２中に実線で示す回動位置では、大型ターボチャージャ１のタービン１ａの出口のみが排気管１６側に対し開通され、図２中に鎖線で示す回動位置では、小型ターボチャージャ２のタービン２ａの出口のみが排気管１６側に対し開通されるようになっている。
【００２７】
ここで、ハウジング２３の排気管１６側と対峙する位置に開口しているバイパス口１９は、バタフライ弁２４の一端に形成されて回動方向に延びるシャッタ部２６により、図２中に一点鎖線で示す回動位置で閉塞されるようにしてあり、この回動位置は、各タービン１ａ，２ａの両方の出口を排気管１６側に対し開通し得る回動範囲内で設定されている。
【００２８】
また、この各タービン１ａ，２ａの両方の出口を排気管１６側に対し開通し得る回動範囲内で前記シャッタ部２６とバイパス口１９とが位置ずれして該バイパス口１９が開通する回動位置（図２中に二点鎖線で示す回動位置）では、各タービン１ａ，２ａの両方の出口及び前記バイパス口１９が全て排気管１６側に対し開通するようになっている。
【００２９】
而して、このようにマルチターボシステムを構成すれば、軽・中負荷時に排気切換弁２０のバタフライ弁を図２中の鎖線で示す回動位置に回動することにより、図１に示す如く、小型ターボチャージャ２のタービン２ａの出口のみを排気管１６側に開通して大型ターボチャージャ１のタービン１ａの出口を塞ぎ、排気マニホールド４から導いた排気ガス７により小型ターボチャージャ２のみを駆動して効率良く排気エネルギーを回収することが可能となる。
【００３０】
この時、吸気切換弁１１は閉じておき、駆動していない大型ターボチャージャ１のコンプレッサ１ｂを経由させて吸気８の全てを小型ターボチャージャ２のコンプレッサ２ｂに導入し、該コンプレッサ２ｂにて吸気を昇圧してからインタークーラ９に導き、ここで冷却した後に吸気マニホールド１０へと導く。
【００３１】
また、高負荷時には排気切換弁２０のバタフライ弁２４を図２中の実線で示す回動位置に回動することにより、図３に示す如く、大型ターボチャージャ１のタービン１ａの出口のみを開通して小型ターボチャージャ２のタービン２ａの出口を塞ぎ、排気マニホールド４から導いた排気ガス７により大型ターボチャージャ１のみを駆動して効率良く排気エネルギーを回収することが可能となる。
【００３２】
この時、吸気切換弁１１は開けておき、吸気８を大型ターボチャージャ１のコンプレッサ１ｂに導入して昇圧した後、駆動していない小型ターボチャージャ２のコンプレッサ２ｂを経由させずに最も抵抗の少ない開状態の吸気切換弁１１を通してインタークーラ９へ導き、ここで冷却した後に吸気マニホールド１０へと導く。
【００３３】
更に、軽・中負荷から高負荷への過渡時には、排気切換弁２０のバタフライ弁２４を図２中の一点鎖線で示す回動位置に回動することにより、図４に示す如く、各タービン１ａ，２ａの出口を両方とも開通させ且つ前記バイパス口１９を閉塞状態に保持して小型ターボチャージャ２と大型ターボチャージャ１とを併用し、両者の切り換え時における圧力比の一時的な落ち込みを防止することが可能となる。尚、吸気切換弁１１は負荷上昇に伴い徐々に開け、これにより小型ターボチャージャ２と大型ターボチャージャ１の両方の駆動を円滑に促すようにする。
【００３４】
しかも、排気管１６途中に装備されたパティキュレートフィルタ１７の再生時には、排気切換弁２０のバタフライ弁２４を図２中の二点鎖線で示す回動位置に回動し、これにより各タービン１ａ，２ａの両方の出口及びバイパス口１９を全て排気管１６側に対し開通すると、エンジン３から出た直後の高温の排気ガス７が最も抵抗の少ないバイパス口１９に優先的に流れ込んで各タービン１ａ，２ａの何れも経由することなく排気管１６へと直接導かれるため、排気エネルギーを回収される前の高い温度状態のまま排気ガス７がパティキュレートフィルタ１７へと導かれ、該パティキュレートフィルタ１７の再生を良好に行うことが可能となる。
【００３５】
この際、各タービン１ａ，２ａを経由しないことで該各タービン１ａ，２ａ自体に熱を奪われずに済むことや、排気マニホールド４から排気管１６まで極めて短い経路で排気ガス７を導けること、排気切換弁２０を一つだけ通過させるだけで済んで流路切替の構造自体に熱を多く奪われなくて済むこと等も排気温度の低下防止に寄与することになる。
【００３６】
尚、パティキュレートフィルタ１７の積極的な再生は、捕集済みパティキュレートの自然着火が期待できない排気温度の低い運転条件で実施されるものであるので、この際には、吸気切換弁１１を閉めて小型ターボチャージャ２のコンプレッサ２ｂへ吸気を優先して導く経路を選択しておく。
【００３７】
以上に述べた通り、上記形態例によれば、マルチターボシステムを採用していても、エンジン３から出た排気ガス７を排気エネルギーを回収しないで高い温度状態のままパティキュレートフィルタ１７へと導くことができるので、該パティキュレートフィルタ１７の再生を支障なく良好に実施することができる。
【００３８】
また、特に本形態例においては、三つの通常ポジションと一つの再生ポジションとを切り換える排気切換弁２０を構成するにあたり、特に複雑な流路切換機構を採用しなくても済み、バタフライ弁２４を用いた比較的シンプルで且つコンパクトな構造として構成することができ、実施コストの削減と良好な搭載性を実現することができる。
【００３９】
尚、本発明のマルチターボシステムは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、排気切換弁の構成は必ずしも図示の構成に限定されないこと、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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を実施する形態の一例を軽・中負荷時の状態で示す概略図である。
【図２】図１の排気切換弁の詳細を示す断面図である。
【図３】図１のマルチターボシステムの高負荷時の状態を示す概略図である。
【図４】図１のマルチターボシステムの過渡時の状態を示す概略図である。
【図５】図１のマルチターボシステムのフィルタ再生時の状態を示す概略図である。
【図６】従来例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  大型ターボチャージャ
１ａ  タービン
２  小型ターボチャージャ
２ａ  タービン
３  エンジン
４  排気マニホールド
５  合流箇所
７  排気ガス
１６  排気管
１７  パティキュレートフィルタ
１９  バイパス口
２０  排気切換弁
２４  バタフライ弁
２６  シャッタ部
【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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