JP6169405B2 - 二段過給システムの油漏れ防止方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャとから成る二段過給システムの油漏れ防止方法及び装置に関するものである。

近年、低速軽負荷域での燃費向上、トルクアップや高ＥＧＲ率の実現のために、ターボチャージャを二段で備えた過給システムが提案されており、この種の二段過給システムにおいては、図３に示す如く、エンジンＥの排気マニホールド１から送出される排気Ｇにより高圧段タービン２を作動させ且つ高圧段コンプレッサ３で圧縮した吸気Ａをインタークーラ４を介しエンジンＥ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２から送出される排気Ｇにより低圧段タービン７を作動させ且つ低圧段コンプレッサ８で圧縮した吸気Ａを前記高圧段コンプレッサ３へ送給する低圧段ターボチャージャ９とが備えられている。

尚、図３中１０は排気系路から抜き出した排気Ｇの一部を吸気系路に再循環するＥＧＲパイプ、１１は該ＥＧＲパイプ１０を適宜に開閉するＥＧＲバルブ、１２は再循環される排気Ｇを冷却するためのＥＧＲクーラを夫々示している。

而して、斯かる二段過給システムにおいては、エンジンＥが稼動状態である時に、排気マニホールド１から送出される排気Ｇが、高圧段タービン２へ流入して高圧段コンプレッサ３を駆動した後、低圧段タービン７へ流入して低圧段コンプレッサ８を駆動し、該低圧段コンプレッサ８に流入して圧縮された吸気Ａは、高圧段コンプレッサ３に送給されて該高圧段コンプレッサ３で再び圧縮され、インタークーラ４を介してエンジンＥの吸気マニホールド５へ送給されるので、エンジンＥの各シリンダＳへの吸気Ａの送給量を増加して１サイクル当たりの燃料噴射量を多くすることが可能となり、これによりエンジンＥの出力を高めることが可能となる。

尚、前述の如き二段過給システムと関連する一般的技術水準を示すものとしては下記の特許文献１等がある。

特開２００７−７１１７９号公報

しかしながら、斯かる従来の二段過給システムにおいては、信号待ちの停車状態から急発進する場合等の如き変化率の大きな加速を行う際に、エンジンＥの排気マニホールド１からの排気Ｇが最初に導入される高圧段タービン２が低圧段タービン７より先に回転することになり、これにより低圧段コンプレッサ８が高圧段コンプレッサ３より遅れて回転する結果、低圧段コンプレッサ８の出口から高圧段コンプレッサ３の入口までの間が瞬間的に負圧となって、低圧段ターボチャージャ９の軸受から潤滑油が吸い出されてしまう問題があり、このような潤滑油の吸い出しが長期間に亘り繰り返されることでエンジンＥの潤滑油の消費量が多くなったり、低圧段コンプレッサ８及び高圧段コンプレッサ３（吸気系路の上流側での潤滑油の漏出が下流側のコンプレッサにも影響するため）の翼車にコーキングが生じて性能や信頼性の低下を招いたりする虞れがあった。

更に補足して説明すれば、図４にグラフで示す通り、アクセルを踏み込んでアクセル開度を急激に上げると、これに追従してエンジンＥの回転数が上昇する結果、エンジン駆動によるオイルポンプの回転数も上がり、潤滑油の給油圧も直ぐに追従して上昇してくるが、低圧段コンプレッサ８によるブースト圧の上昇はターボラグにより少し遅れて上昇してくるため、高圧段コンプレッサ３の先行回転により低圧段コンプレッサ８側のブースト圧が負圧となった時点で既に給油圧は十分に高くなっており、低圧段ターボチャージャ９の軸受から低圧段コンプレッサ８側へ吸い出され易い条件が整ってしまうことになる。

尚、低圧段コンプレッサ８の軸受には、該軸受から低圧段コンプレッサ８側への潤滑油の漏出を防止するシールリング（図示せず）が備えられているが、この種のシールリングは、通常の過給運転時における低圧段コンプレッサ８側からの正圧の作用によりシール機能を発揮するようになっているため、低圧段コンプレッサ８側のハウジング内が負圧になると、シールリングの機能が低下してしまう虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、低圧段コンプレッサの出口から高圧段コンプレッサの入口までの間が加速時に負圧となることによるターボチャージャの軸受からの潤滑油の吸い出しを防ぐことを目的とする。

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前記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の油漏れ防止方法であって、高圧段コンプレッサの出側から吸気の一部を抜き出して高圧段コンプレッサの入側へ戻すリサーキュレーションラインを装備し、該リサーキュレーションラインを常時閉として加速時に前記低圧段コンプレッサの出口圧力が入口圧力以下となった時にのみ開とすることを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、信号待ちの停車状態から急発進する場合等の如き変化率の大きな加速が行われた際に、エンジンの排気マニホールドからの排気が最初に導入される高圧段タービンが低圧段タービンより先に回転し、これにより低圧段コンプレッサが高圧段コンプレッサより遅れて回転することで、低圧段コンプレッサの出口から高圧段コンプレッサの入口までの間の圧力が低下しても、ほぼ大気圧相当と看做せる低圧段コンプレッサの入口圧力以下まで出口圧力が低下した時にリサーキュレーションラインが開となり、高圧段コンプレッサの出側から吸気の一部がリサーキュレーションラインを介し抜き出されて高圧段コンプレッサの入側へ戻されるので、低圧段コンプレッサの出口から高圧段コンプレッサの入口までの間が負圧となることが回避される。

この結果、低圧段ターボチャージャの軸受から潤滑油が吸い出されることが防止され、このような潤滑油の吸い出しが長期間に亘り繰り返されることでエンジンの潤滑油の消費量が多くなったり、低圧段コンプレッサ及び高圧段コンプレッサの翼車にコーキングが生じて性能や信頼性の低下を招いたりする虞れが解消される。

尚、通常の過給運転時にあっては、低圧段コンプレッサの出口から高圧段コンプレッサの入口までの間が正圧となるため、リサーキュレーションラインが閉じてブースト圧が確実に保持されることになり、圧力抜け等による過給効率の低下が起こる心配はない。

また、本発明の方法を具体的に実施するにあたっては、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前記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の油漏れ防止装置に関し、高圧段コンプレッサの出側から吸気の一部を抜き出して高圧段コンプレッサの入側へ戻すリサーキュレーションラインと、該リサーキュレーションラインの途中に装備されて加速時に前記低圧段コンプレッサの出口圧力が入口圧力以下に時にのみ開となる常時閉のリサーキュレーションバルブとを備えれば良い。

上記した本発明の二段過給システムの油漏れ防止方法及び装置によれば、低圧段コンプレッサの出口から高圧段コンプレッサの入口までの間の圧力が加速時に低下しても、リサーキュレーションラインが開となり、高圧段コンプレッサの出側から吸気の一部がリサーキュレーションラインを介し抜き出されて高圧段コンプレッサの入側へ戻され、低圧段コンプレッサの出口から高圧段コンプレッサの入口までの間が負圧となることを確実に回避できるので、低圧段ターボチャージャの軸受から潤滑油が吸い出されることを防止でき、このような潤滑油の吸い出しが長期間に亘り繰り返されることを要因として、エンジンの潤滑油の消費量が多くなったり、低圧段コンプレッサ及び高圧段コンプレッサの翼車にコーキングが生じて性能や信頼性の低下を招いたりする虞れを解消することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 本形態例の低圧段側のブースト圧と給油圧との関係を示すグラフである。 従来例を示す概略図である。 従来例の低圧段側のブースト圧と給油圧との関係を示すグラフである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

本形態例においては、前述した図３の従来例の場合と同様に、エンジンの排気マニホールド１から送出される排気Ｇにより高圧段タービン２を作動させ且つ高圧段コンプレッサ３で圧縮した吸気Ａをインタークーラ４を介し図示しないエンジンの吸気マニホールド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２から送出される排気Ｇにより低圧段タービン７を作動させ且つ低圧段コンプレッサ８で圧縮した吸気Ａを前記高圧段コンプレッサ３へ送給する低圧段ターボチャージャ９とにより二段過給システムが構成されているが、高圧段コンプレッサ３の出側から吸気Ａの一部を抜き出して高圧段コンプレッサ３の入側へ戻すリサーキュレーションライン１３を付設し、該リサーキュレーションライン１３の途中に前記低圧段コンプレッサ８の出口圧力が入口圧力以下となった時にのみ開となる常時閉のリサーキュレーションバルブ１４を備えた点を特徴としている。

ここで、前記リサーキュレーションバルブ１４の開閉操作は、制御装置１５からの制御信号１５ａにより制御されるようになっており、一方、この制御装置１５には、低圧段コンプレッサ８の入口圧力を検出する圧力センサ１６と、低圧段コンプレッサ８の出口圧力を検出する圧力センサ１７とからの検出信号１６ａ，１７ａが夫々入力されるようになっていて、これらの検出信号１６ａ，１７ａに基づき低圧段コンプレッサ８の出口圧力が入口圧力以下となった時に前記リサーキュレーションバルブ１４が制御信号１５ａにより開操作され、これ以外の低圧段コンプレッサ８の出口圧力が入口圧力より高い条件下では、前記リサーキュレーションバルブ１４が閉状態のまま保持されるようになっている。

而して、このようにすれば、信号待ちの停車状態から急発進する場合等の如き変化率の大きな加速が行われた際に、エンジンＥの排気マニホールド１からの排気Ｇが最初に導入される高圧段タービン２が低圧段タービン７より先に回転し、これにより低圧段コンプレッサ８が高圧段コンプレッサ３より遅れて回転することで、低圧段コンプレッサ８の出口から高圧段コンプレッサ３の入口までの間の圧力が低下しても、ほぼ大気圧相当と看做せる低圧段コンプレッサ８の入口圧力以下まで出口圧力が低下した時に、リサーキュレーションバルブ１４が制御装置１５からの制御信号１５ａにより開操作されてリサーキュレーションライン１３が開通し、高圧段コンプレッサ３の出側から吸気Ａの一部がリサーキュレーションライン１３を介し抜き出されて高圧段コンプレッサ３の入側へ戻されるので、低圧段コンプレッサ８の出口から高圧段コンプレッサ３の入口までの間が負圧となることが回避される。

即ち、図２にグラフで示す如く、アクセルが踏み込まれてアクセル開度が急激に上げられても、これに追従するエンジンＥの回転数や給油圧の上昇に遅れて上昇する低圧段コンプレッサ８によるブースト圧が加速直後に負圧に落ち込むことがなくなる。

この結果、低圧段ターボチャージャ９の軸受から潤滑油が吸い出されることが防止され、このような潤滑油の吸い出しが長期間に亘り繰り返されることでエンジンＥの潤滑油の消費量が多くなったり、低圧段コンプレッサ８及び高圧段コンプレッサ３の翼車にコーキングが生じて性能や信頼性の低下を招いたりする虞れが解消される。

尚、通常の過給運転時にあっては、低圧段コンプレッサ８の出口から高圧段コンプレッサ３の入口までの間が正圧となるため、リサーキュレーションバルブ１４が閉じてリサーキュレーションライン１３が不通となり、これによりブースト圧が確実に保持されて圧力抜け等による過給効率の低下が起こらなくなる。

従って、上記形態例によれば、低圧段コンプレッサ８の出口から高圧段コンプレッサ３の入口までの間の圧力が加速時に低下しても、リサーキュレーションバルブ１４が閉じてリサーキュレーションライン１３が不通となり、高圧段コンプレッサ３の出側から吸気Ａの一部がリサーキュレーションライン１３を介し抜き出されて高圧段コンプレッサ３の入側へ戻され、低圧段コンプレッサ８の出口から高圧段コンプレッサ３の入口までの間が負圧となることを確実に回避できるので、低圧段ターボチャージャ９の軸受から潤滑油が吸い出されることを防止でき、このような潤滑油の吸い出しが長期間に亘り繰り返されることを要因として、エンジンＥの潤滑油の消費量が多くなったり、低圧段コンプレッサ８及び高圧段コンプレッサ３の翼車にコーキングが生じて性能や信頼性の低下を招いたりする虞れを解消することができる。

尚、本発明の二段過給システムの油漏れ防止方法及び装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、この形態例に関する具体的な説明の中では、低圧段コンプレッサの入口圧力と出口圧力とを圧力センサにより夫々実測してリサーキュレーションバルブを制御装置で制御する場合を例示しているが、低圧段コンプレッサの入口圧力と出口圧力との圧力関係を利用して機械的に自ら開閉作動するようにしたリサーキュレーションバルブを採用しても良いこと、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。

２ 高圧段タービン
３ 高圧段コンプレッサ
６ 高圧段ターボチャージャ
７ 低圧段タービン
８ 低圧段コンプレッサ
９ 低圧段ターボチャージャ
１３ リサーキュレーションライン
１４ リサーキュレーションバルブ
Ａ 吸気
Ｅ エンジン

Claims (2)

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前記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の油漏れ防止方法であって、高圧段コンプレッサの出側から吸気の一部を抜き出して高圧段コンプレッサの入側へ戻すリサーキュレーションラインを装備し、該リサーキュレーションラインを常時閉として加速時に前記低圧段コンプレッサの出口圧力が入口圧力以下となった時にのみ開とすることを特徴とする二段過給システムの油漏れ防止方法。
2. 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前記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の油漏れ防止装置であって、高圧段コンプレッサの出側から吸気の一部を抜き出して高圧段コンプレッサの入側へ戻すリサーキュレーションラインと、該リサーキュレーションラインの途中に装備されて加速時に前記低圧段コンプレッサの出口圧力が入口圧力以下となった時にのみ開となる常時閉のリサーキュレーションバルブとを備えたことを特徴とする二段過給システムの油漏れ防止装置。

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