特許 5728943 ターボシステム及び切替式二段過給機ターボシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5728943

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】ターボシステム及び切替式二段過給機ターボシステム

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/013 20060101AFI20150514BHJP

   F02B 37/18 20060101ALI20150514BHJP

   F02B 39/00 20060101ALI20150514BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/00 301B

   F02B37/12 301E

   F02B39/00 F

   F02B37/12 301G

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2010-293712(P2010-293712)

(22)【出願日】2010年12月28日

(65)【公開番号】特開2012-140889(P2012-140889A)

(43)【公開日】2012年7月26日

【審査請求日】2013年11月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】倉田 伊織

(72)【発明者】

【氏名】宇野 忍

【審査官】 寺町 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１００６９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３３／００，３２−４４

Ｆ０２Ｂ ３７／００−１４

Ｆ０２Ｂ ３９／００−１６

Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関に過給機を接続したターボシステムにおいて、前記過給機のタービンをバイパスするバイパス通路を前記タービンに設け、前記バイパス通路に該バイパス通路の出口を開閉する切替弁を設け、該切替弁の全開側開度を調整する全開側開度調整機構を設けたことを特徴とするターボシステム。

【請求項2】

内燃機関に高圧段の過給機及び低圧段の過給機を接続した切替式二段過給機ターボシステムにおいて、前記高圧段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設け、前記タービンの入口及び前記排気バイパス通路の入口と前記内燃機関の排気口とを第１のフランジ継ぎ手で接続し、前記タービンの出口及び前記排気バイパス通路の出口と前記低圧段の過給機のタービンの入口とを第２のフランジ継ぎ手で接続し、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、該切替弁の全開側開度を調整する全開側開度調整機構を設けたことを特徴とする切替式二段過給機ターボシステム。

【請求項3】

前記切替弁がアクチュエータにより駆動される開閉用のレバーを有し、前記全開側開度調整機構が前記レバーに当接して切替弁の全開側開度を調整するネジ調節式ストッパからなり、前記ネジ調節式ストッパが、前記高圧段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、前記低圧段のタービンの入口とを接続するフランジ継ぎ手に一体形成されたブラケットと、該ブラケットに設けられた雌ねじ孔に螺合され先端部が前記レバーの開側端面に当接されるストッパネジとを備えていることを特徴とする請求項２に記載の切替式二段過給機ターボシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ターボシステム及び切替式二段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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

そのため、従来のターボシステムの場合、図６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。

【0004】

また、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。そして、一段目のタービン１０を通る通路とバイパス管２８を通る通路を切り替えるために前記バイパス管２８の出口側にはその出口を開閉する切替弁１４が設けられ、この切替弁１４はアクチュエータにより開閉駆動されている。

【0005】

なお、関連する技術としては、特許文献１が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平６−２２９２５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

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、切替弁の全開側開度を調整する機構を備えておらず、切替弁の全開位置はアクチュエータの内部の操作ロッド端部が底突き（衝突）することで規定されているに過ぎない。そのため、切替弁の全開側開度は、アクチュエータの内部の寸法のバラツキにより規定されるため、アクチュエータの内部寸法のバラツキが大の場合、全開側開度及びバイパス流量のバラツキも大となり、一段目又は二段目のタービンの回転数にバラツキが発生し、延いては過給圧やエンジン性能にバラツキが発生する問題がある。

【0008】

また、アクチュエータの内部での操作ロッド端部の底突きにより、アクチュエータの内部摩耗やダイアフラムの損傷を招く虞がある。なお、アクチュエータの内部摩耗を生じると、摩耗した分だけ全開側開度が大きくなり、アクチュエータのストローク量が一定の場合、全閉側で閉じきれなくなる虞もある。

【0009】

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、切替弁の全開側開度を切替弁の近傍で容易に調整することができるターボシステム及び切替式二段過給機ターボシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前述した目的を達成するために、本発明は、内燃機関に高圧段の過給機及び低圧段の過給機を接続した切替式二段過給機ターボシステムにおいて、前記高圧段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を前記内燃機関の排気口接続し、前記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を前記低圧段の過給機のタービンの入口に接続し、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、該切替弁の全開側開度を調整する全開側開度調整機構を設けたことを特徴とする。

【0011】

前記切替弁が前記アクチュエータにより駆動される開閉用のレバーを有し、前記全開側開度調整機構が前記レバーに当接して切替弁の全開側開度を調節するネジ調節式ストッパからなることが好ましい。

【0012】

前記ネジ調節式ストッパが、前記高圧段又は低圧段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、前記低圧段のタービンの入口とを接続するフランジ継ぎ手に一体形成されたブラケットと、該ブラケットに設けられた雌ねじ孔に螺合され先端部が前記レバーの開側端面に当接されるストッパネジとを備えていることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、切替弁の全開側開度を切替弁の近傍で容易に調整することができ、エンジン性能のバラツキを抑えることができると共にアクチュエータ内部での底突きを解消することができ、アクチュエータの内部摩耗及びダイアフラムの損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】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。

【図2】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3】図１のターボシステムにおける高圧側の過給機の構成を示す図である。

【図4】切替弁及び全開側開度調整機構の一例を示す図である。

【図5】切替弁及び全開側開度調整機構の他の例を示す図である。

【図6】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。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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をバイパスするに吸気バイパス通路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。

【0018】

また、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。

【0019】

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が設けられている。

【0020】

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とからなっている。タービン１０の入口１０ａ及び出口１０ｂは、タービンケーシング１０ｘに一体形成されている。なお、バイパス通路１２は、タービンケーシング１０ｘとは別体に設けられていても良いが、タービンケーシング１０ｘに一体形成されていることが構造の簡素化を図る上で好ましい。

【0021】

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、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。

【0022】

また、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。なお、二段目のタービン１１はタービンケーシング１１ｘとタービン翼車１１ｙを備え、そのタービンケーシング１１ｘに入口１１ａが一体に設けられている。

【0023】

排気バイパス通路１２の出口１２ｂ側にはその出口１２ｂを開閉して一段目のタービン１０を通る通路とバイパス通路１２を通る通路とを選択的に切り替える切替弁１４が設けられている。この切替弁１４は、図３ないし図４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、この切替弁１４の弁体１４ａを支軸２０を支点に開閉するレバー１４ｂと、この開閉用のレバー１４ｂを操作ロッド２１を介して駆動するアクチュエータ２２とを備えている。二段目のタービン１１の入口１１ａのフランジ１９ｂ近傍には支軸２０を回動自在に支持する支持部３７が設けられている。

【0024】

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及びそのバネ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。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の適当な個所に設置されている。

【0025】

切替弁１４の近傍にはその切替弁１４の全開側開度を調整する全開側開度調整機構３２が設けられている。この全開側開度調整機構３２は、切替弁１４の開閉用のレバー１４ｂの全開側開度を規制するネジ調節式ストッパ３３からなっていることが好ましい。このネジ調節式ストッパ３３は、高圧段又は低圧段のタービン１０，１１のタービンハウジング１０ｘ，１１ｘにおけるバイパス通路１２の出口側近傍に一体形成されたブラケット３４と、このブラケット３４に設けられた雌ねじ孔３５に螺合され先端部がレバー１４ｂの開側端面１４ｘに当接されるストッパネジ３６とを備えている。ストッパネジ３６を締めることにより全開側開度を小さくし、ストッパネジ３６を緩めることにより全開側開度を大きくすることができる。

【0026】

また、内燃機関１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アクチュエータ２２に負圧をかけ、バネ２３の付勢力に抗して切替弁１４を閉じ（仮想線で示す状態）、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に負圧をかけないことによりバネ２３の付勢力で切替弁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。この切替弁１４の開弁時に、全開側開度調整機構３２であるネジ調整式ストッパ３３のストッパネジ３６の先端部に切替弁１４の開閉用のレバー１４ｂが当接することにより、切替弁１４の全開位置が規定される。

【0027】

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、高圧段の過給機Ｔ１のタービン１０にその入口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を設け、タービン１０の入口１０ａ及び排気バイパス通路１２の入口１２ａを有する端部を内燃機関１の排気口１６に接続し、タービン１０の出口１０ｂ及び排気バイパス通路１２の出口１２ｂを有する端部を低圧段の過給機Ｔ２のタービン１１の入口１１ａに接続し、排気バイパス通路１２の出口側に該出口１２ａを開閉する切替弁１４を設け、その切替弁１４の近傍に切替弁１４の全開側開度を調整する全開側開度調整機構３２を設けているため、切替弁１４の全開側開度を切替弁１４の近傍で容易に調整することができる。

【0028】

また、切替弁１４がアクチュエータ２２により駆動される開閉用のレバー１４ｂを有し、全開側開度調整機構３２がレバー１４ｂに当接して切替弁１４の全開側開度を調節するネジ調節式ストッパ３３からなっているため、切替弁１４の全開側開度を容易に調整することができる。

【0029】

更に、ネジ調節式ストッパ３３が、高圧段又は低圧段のタービン１０，１１のタービンハウジング１０ｘ、１１ｘにおけるバイパス通路１２の出口側近傍に一体形成されたブラケット３４と、そのブラケット３４に設けられた雌ねじ孔３５に螺合され先端部がレバー１４ｂの開側端面１４ｘに当接されるストッパネジ３６とを備えているため、切替弁１４の全開側開度を簡単な構成で容易に調整することができる。

【0030】

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とが隣接し、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とが隣接するようにタービンケーシング１０ｘにバイパス通路１２が一体に設けられているため、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。

【0031】

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が第１のフランジ継ぎ手１８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、信頼性の向上が図れる。

【0032】

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、接続点を減らすことができ、信頼性の向上が図れる。

【0033】

なお、切替弁１４は、図５に示すようにバイパス通路１２の内部に設けられていても良い。図示例の場合、バイパス通路の出口１４ｂ側の内部に拡径された弁座部３８を有する弁室３９が形成され、この弁室３９内に切替弁１４が支軸２０を介して回動開閉自在に設けられている。バイパス通路の外側部にはブラケット３４が一体形成され、このブラケット３４に設けられた雌ねじ孔３５にストッパネジ３６が螺合されている。その他の構成は前記実施例と同様である。

【符号の説明】

【0034】

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
１４ｂ レバー
１６ 排気口
２０ 支軸
２１ 操作ロッド
２２ アクチュエータ
３２ 全開側開度調整機構
３３ ネジ式調整ストッパ
３４ ブラケット
３５ 雌ねじ孔
３６ ストッパネジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】