JP5728942B2 - 切替式過給機ターボシステム - Google Patents

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Description

本発明は、切替式過給機ターボシステムに係り、特にその構造の簡素化及び信頼性の向上を図る技術に関する。
切替式二段過給機ターボシステムは、内燃機関から排出される排気ガスを二段階に設置された過給機のタービンにそれぞれ通すことにより、排気エネルギを有効に回収することができるようにしたものである。このターボシステムの場合、排気ガスを高圧段の過給機のタービンに通さずに、低圧段の過給機のタービンに直接送るといった態様の制御を行うためにバイパスポートが別途必要となる。
そのため、従来のターボシステムの場合、図５に示すように内燃機関１の排気マニホールド３に高圧段の過給機のタービン（一段目のタービンともいう）１０を接続するための第１の排気口２６と、低圧段の過給機のタービン（二段目のタービンともいう）１１を接続するための第２の排気口（バイパスポート）２７とを設け、第１の排気口２６には一段目のタービンの入口１０ａが接続され、第２の排気口２７にはバイパス管２８が接続され、このバイパス管２８と一段目のタービン１０の出口１０ｂとが二段目のタービン１１の入口１１ａに分岐管２９を介して接続されている。一段目のタービン１０の出口１０ｂと分岐管２９は接続管３０を介して接続されている。前記バイパス管２８の出口には切替弁１４が設けられている。
なお、関連する技術としては、特許文献１が知られている。
特開平６−２２９２５０号公報
しかしながら、前記切替式二段過給機ターボシステムにおいては、内燃機関の排気マニホールド３に二つの排気口２６，２７を設ける必要があるため、排気マニホールド３の形状が複雑化して鋳物成形の困難化や加工工数及びバイパス管２８、分岐管２９、接続管３０並びにこれらの接続部を含む部品点数の増加を招き、生産性及び信頼性の低下やコストの増大を来すという問題がある。また、前記ターボシステムは、排気口が一つの既存型の排気マニホールドには適用することができない。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、加工工数及び部品点数の削減、生産性及び信頼性の向上並びにコストの低減が図れ、既存型の排気マニホールドにも適用可能な切替式過給機ターボシステムを提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は、内燃機関に一段目の過給機を接続した切替式過給機ターボシステムにおいて、前記内燃機関の排気マニホールドに単一の排気口を設け、前記一段目の過給機のタービンの入口及び出口と隣接する排気バイパス用の入口及び出口を有する排気バイパス通路を前記タービンに一体に設け、前記タービンの入口及び排気バイパス通路の入口を有する端部と前記排気口を互いに接続可能とし、前記排気バイパス通路に該排気バイパス通路の出口を開閉する切替弁を設け、前記一段目の過給機のタービンの入口及び前記排気バイパス通路の入口を有する端部と前記排気口とを第１のフランジ継ぎ手により接続したことを特徴とする。
また、前記目的を達成するために、本発明は、内燃機関に一段目の過給機及び二段目の過給機を接続した切替式過給機ターボシステムにおいて、前記内燃機関の排気マニホールドに単一の排気口を設け、前記一段目の過給機のタービンの入口及び出口と隣接する排気バイパス用の入口及び出口を有する排気バイパス通路を前記タービンに一体に設け、前記タービンの入口及び排気バイパス通路の入口を有する端部と前記排気口を互いに接続可能とし、前記一段目の過給機のタービンの出口及び排気バイパス通路の出口を有する端部と前記二段目の過給機のタービンの入口の端部を接続可能とし、前記排気バイパス通路に該排気バイパス通路の出口を開閉する切替弁を設け、前記一段目の過給機のタービンの入口及び前記排気バイパス通路の入口を有する端部と前記排気口とを第１のフランジ継ぎ手により接続し、前記一段目の過給機のタービンの出口及び前記排気バイパス通路の出口を有する端部と前記二段目の過給機のタービンの入口の端部とを第２のフランジ継ぎ手により接続したことを特徴とする。
更に、前記目的を達成するために、本発明は、内燃機関に一段目の過給機及び二段目の過給機を接続した切替式過給機ターボシステムにおいて、前記内燃機関の排気マニホールドに単一の排気口を設け、前記一段目の過給機のタービンの入口及び出口と隣接する排気バイパス用の入口及び出口を有する排気バイパス通路を前記タービンに一体に設け、前記一段目の過給機のタービンの出口及び排気バイパス通路の出口を有する端部と前記二段目の過給機のタービンの入口の端部を接続可能とし、前記排気バイパス通路に該排気バイパス通路の出口を開閉する切替弁を設け、前記一段目の過給機のタービンの出口及び前記排気バイパス通路の出口を有する端部と前記二段目の過給機のタービンの入口の端部とを第２のフランジ継ぎ手により接続したことを特徴とする。
前記一段目の過給機のタービンの入口と前記排気バイパス通路の入口とが入口側隔壁を介して隣接して形成されていることが好ましい。
前記一段目の過給機のタービンの出口と前記排気バイパス通路の出口とが出口側隔壁を介して隣接して形成されていることが好ましい。
本発明によれば、加工工数及び部品点数の削減、生産性及び信頼性の向上並びにコストの低減が図れ、既存型の排気マニホールドにも適用可能となる。
本願発明の実施形態に係る切替式二段過給機ターボシステムを概略的に示す図である。 同切替式二段過給機ターボシステムの全体構成を概略的に示す図である。 図１のターボシステムにおける一段目の過給機の構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ線端面図である。 従来の切替式二段過給機ターボシステムを概略的に示す図である。
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。
先ず、切替式二段過給機ターボシステムＳの全体構成について、図２に基いて説明すると、１は例えばディーゼルエンジン等の内燃機関であり、この内燃機関１の一側には吸気マニホールド２が設けられ、他側には排気マニホールド３が設けられている。吸気マニホールド２には吸気通路４が接続され、排気マニホールド３には排気通路５が接続されている。
この吸気通路４には、高圧段の過給機Ｔ１のコンプレッサ６と、低圧段の過給機Ｔ２のコンプレッサ７（一段目のコンプレッサともいう）とが吸気マニホールド２側から順に設けられていると共に、高圧段のコンプレッサ（二段目のコンプレッサともいう）６をバイパスする吸気バイパス通路８が設けられ、この吸気バイパス通路８には吸気バイパス弁９が設けられている。
また、前記排気通路５には、高圧段の過給機Ｔ１のタービン（一段目のタービンともいう）１０と、低圧段の過給機Ｔ２のタービン（二段目のタービンともいう）１１が排気マニホールド３側から順に設けられていると共に、一段目のタービン１０をバイパスする大流量の排気バイパス通路１２と、二段目のタービン１１をバイパスする小流量のウエストゲート通路１３とが設けられ、排気バイパス通路１２には排気バイパス弁である切替弁１４が設けられ、ウエストゲート通路１３にはウエストゲート弁１５が設けられている。
この場合、図１に示すように、排気マニホールド３には単一の排気口１６が設けられている。また、一段目のタービン１０にはその入口１０ａ及び出口１０ｂと隣接する排気バイパス用の入口１２ａ及び出口１２ｂを有する排気バイパス通路１２が一体に設けられ、この排気バイパス通路１２の出口１２ｂには切替弁（排気バイパス弁）１４が設けられている。なお、具体的には、タービン１０はタービンケーシング１０ｘと、このタービンケーシング１０ｘ内に回転可能に支持されたタービン翼車１０ｙとからなり、そのタービンケーシング１０ｘに入口１０ａ、出口１０ｂ及びバイパス通路１２が設けられている。
一段目のタービン１０の入口１０ａと排気バイパス通路１２の入口１２ａとが入口側隔壁１７ａを介して隣接して形成されている（図４参照）と共に、前記一段目のタービン１０の出口１０ｂと前記排気バイパス通路１２の出口１２ｂとが出口側隔壁１７ｂを介して隣接して形成されている。
一段目のタービン１０の入口１０ａ及び排気バイパス通路１２の入口１２ａを有する端部と排気口１６が同形（同じ大きさ及び形状）に形成され、互いに接続可能とされている。この場合、一段目のタービン１０の入口１０ａ及び排気バイパス通路１２の入口１２ａを有する端部と排気口１６の端部とが第１のフランジ継ぎ手１８により接続されている。この第１のフランジ継ぎ手１８として、前記排気口１６の端部に一方のフランジ部１８ａが形成され、一段目のタービン１０の入口１０ａ及び排気バイパス通路１２の入口１２ａを有する端部に他方のフランジ部１８ｂが形成されている。
また、前記一段目のタービン１０の出口１０ｂ及び排気バイパス通路１２の出口１２ｂを有する端部と二段目のタービン１１の入口１１ａが同形に形成され、互いに接続可能とされている。この場合、一段目タービン１０の出口１０ｂ及び排気バイパス通路１２の出口１２ｂを有する端部と二段目のタービン１１の入口１１ａの端部とが第２のフランジ継ぎ手１９により接続されている。この第２のフランジ継ぎ手１９として、一段目のタービン１０の出口１０ｂ及び排気バイパス通路１２の出口１２ｂを有する端部に一方のフランジ部１９ａが形成され、二段目のタービン１１の入口１１ａの端部に他方のフランジ部１９ｂが形成されている。
排気バイパス通路１２の出口１２ｂ側にはその該出口１２ｂを開閉する前記切替弁１４が設けられている。本実施例では、切替弁１４はバイパス通路１２の出口１２ｂに設けられている。この切替弁１４は、図３に示すように支軸２０を介して揺動開閉可能に設けられたスイング式弁からなり、切替弁１４を操作ロッド２１を介して開閉駆動するアクチュエータ２２を備えている。このアクチュエータ２２は、切替弁１４を開弁方向に付勢するバネ２３及び該バネ２３の付勢力に抗して切替弁１４を負圧により閉弁方向に駆動するダイアフラム２４を備えている。前記アクチュエータ２２は、高圧段過給機Ｔ１又は低圧段過給機Ｔ２の適当な個所にブラケット３１を介して設置されている。
そして、内燃機関の運転状態に応じて切替式二段過給機ターボシステムＳを制御する制御部２５は、二段過給を行う時には前記アクチュエータ２２に負圧をかけることにより切替弁１４を閉じ（図３の示す状態）、排気ガスを一段目及び二段目のタービン１０，１１に順に通すように構成されており、一段過給を行う時にはアクチュエータ２２の負圧を開放することにより切替弁１４を開け、排気マニホールド３からの排気ガスを排気バイパス通路１２を介して二段目のタービン１１に直接送るように構成されている。
以上の構成からなる切替式二段過給機ターボシステムＳによれば、内燃機関１に高圧段の過給機Ｔ１及び低圧段の過給機Ｔ２を接続した切替式二段過給機ターボシステムＳにおいて、内燃機関１の排気マニホールド３に単一の排気口１６を設け、高圧段の過給機Ｔ１のタービン１０の入口１０ａ及び出口１０ｂと隣接する排気バイパス用の入口１２ａ及び出口１２ｂを有する排気バイパス通路１２を前記タービン１０に一体に設け、タービン１０の入口１０ａ及び排気バイパス通路１２の入口１２ａを有する端部と排気口１６の端部を互いに接続可能とし、排気バイパス通路１２の出口１２ｂに切替弁１４を設けているため、加工工数及び部品点数の削減、省スペース化、生産性及び信頼性の向上並びにコストの低減が図れ、単一の排気口を有する既存型の排気マニホールドにも適用することができる。
この場合、一段目のタービン１０の入口１０ａと排気バイパス通路１２の入口１２ａとが入口側隔壁１７ａを介して隣接して形成ており、また、一段目のタービン１０の出口１０ｂと排気バイパス通路１２の出口１２ｂとが出口側隔壁１７ｂを介して隣接して形成されているため、一段目のタービン１０に排気バイパス通路１２を容易に設けることができ、バイパス通路１２を有する一段目のタービン１０を鋳物成形により容易に形成することができる。
タービン１０の出口１０ｂ及び排気バイパス通路１２の出口１２ｂを有する端部と低圧段の過給機Ｔ２のタービン１１の入口１１ａの端部を接続可能としているため、部品点数の削減、組付性の向上及びコストの低減が図れる。
一段目のタービン１０の入口１０ａ及び排気バイパス通路１２の入口１２ａを有する端部と前記排気口１６が第１のフランジ継ぎ手１８により接続され、一段目のタービン１０の出口１０ｂ及び排気バイパス通路１２の出口１２ｂを有する端部と第二段目のタービン１１の入口１１ａの端部とが第２のフランジ継ぎ手１９により接続されているため、接続点（フランジ数）を減らすことができ、組付性及び信頼性の向上が図れる。
切替弁１４がスイング式弁からなり、切替弁１４を操作ロッド２１を介して開閉駆動するアクチュエータ２２は、切替弁１４を開弁方向に付勢するバネ２３及び該バネ２３の付勢力に抗して切替弁１４を負圧により閉弁方向に駆動するダイアフラム２４を備えているため、バイパス通路１２の開閉を確実に行うことができ、信頼性の向上が図れる。
なお、切替弁は、バイパス通路の入口側もしくは二段目のタービンの入口に設けられていても良い。また、切替弁は、バタフライ弁からなっていても良い。また、切替弁を開閉駆動するアクチュエータは電制モータ式もしくは正圧制御のエアシリンダ式でもよい。
Ｓ 切替式二段過給機ターボシステム
Ｔ１ 高圧段の過給機
Ｔ２ 低圧段の過給機
１ 内燃機関
３ 排気マニホールド
１０ 一段目のタービン
１１ 二段目のタービン
１２ 排気バイパス通路
１４ 切替弁
１６ 排気口
２１ 操作ロッド
２２ アクチュエータ
２３ バネ

Claims (5)

  1. 内燃機関に一段目の過給機を接続した切替式過給機ターボシステムにおいて、前記内燃機関の排気マニホールドに単一の排気口を設け、前記一段目の過給機のタービンの入口及び出口と隣接する排気バイパス用の入口及び出口を有する排気バイパス通路を前記タービンに一体に設け、前記タービンの入口及び排気バイパス通路の入口を有する端部と前記排気口を互いに接続可能とし、前記排気バイパス通路に該排気バイパス通路の出口を開閉する切替弁を設け、前記一段目の過給機のタービンの入口及び前記排気バイパス通路の入口を有する端部と前記排気口とを第１のフランジ継ぎ手により接続したことを特徴とする切替式過給機ターボシステム。
  2. 内燃機関に一段目の過給機及び二段目の過給機を接続した切替式過給機ターボシステムにおいて、前記内燃機関の排気マニホールドに単一の排気口を設け、前記一段目の過給機のタービンの入口及び出口と隣接する排気バイパス用の入口及び出口を有する排気バイパス通路を前記タービンに一体に設け、前記タービンの入口及び排気バイパス通路の入口を有する端部と前記排気口を互いに接続可能とし、前記一段目の過給機のタービンの出口及び排気バイパス通路の出口を有する端部と前記二段目の過給機のタービンの入口の端部を接続可能とし、前記排気バイパス通路に該排気バイパス通路の出口を開閉する切替弁を設け、前記一段目の過給機のタービンの入口及び前記排気バイパス通路の入口を有する端部と前記排気口とを第１のフランジ継ぎ手により接続し、前記一段目の過給機のタービンの出口及び前記排気バイパス通路の出口を有する端部と前記二段目の過給機のタービンの入口の端部とを第２のフランジ継ぎ手により接続したことを特徴とする切替式過給機ターボシステム。
  3. 内燃機関に一段目の過給機及び二段目の過給機を接続した切替式過給機ターボシステムにおいて、前記内燃機関の排気マニホールドに単一の排気口を設け、前記一段目の過給機のタービンの入口及び出口と隣接する排気バイパス用の入口及び出口を有する排気バイパス通路を前記タービンに一体に設け、前記一段目の過給機のタービンの出口及び排気バイパス通路の出口を有する端部と前記二段目の過給機のタービンの入口の端部を接続可能とし、前記排気バイパス通路に該排気バイパス通路の出口を開閉する切替弁を設け、前記一段目の過給機のタービンの出口及び前記排気バイパス通路の出口を有する端部と前記二段目の過給機のタービンの入口の端部とを第２のフランジ継ぎ手により接続したことを特徴とする切替式過給機ターボシステム。
  4. 前記一段目の過給機のタービンの入口と前記排気バイパス通路の入口とが入口側隔壁を介して隣接して形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の切替式過給機ターボシステム。
  5. 前記一段目の過給機のタービンの出口と前記排気バイパス通路の出口とが出口側隔壁を介して隣接して形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の切替式過給機ターボシステム。
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