多段式ターボ過給システム
【課題】多段式ターボ過給システムにおいて、適切で効果的なエアアシストを行なう。
【解決手段】内燃機関１５の排気通路１７上において、上流側から高圧段ターボ過給機１２の高圧段タービン１２Ｔ、低圧段ターボ過給機１１の低圧段ターボ過給機１１Ｔを接続する。蓄圧通路２６を介して蓄圧タンク２５を高圧段タービン１２Ｔの上流側の排気通路１７に接続し、蓄圧通路２６に第１バルブ２７を設ける。蓄圧タンク２５と低圧段タービン１１Ｔの入口側を低圧段エアアシスト通路２８で接続し、低圧段エアアシスト通路２８に第２バルブ２９を設ける。第１バルブ２７の開閉を制御して、蓄圧タンク２５に蓄圧する。運転状態に合わせて第２バルブ２９を開いて低圧段タービン１１Ｔに蓄圧ガスを供給し、エアアシストを行なう。
【解決手段】内燃機関１５の排気通路１７上において、上流側から高圧段ターボ過給機１２の高圧段タービン１２Ｔ、低圧段ターボ過給機１１の低圧段ターボ過給機１１Ｔを接続する。蓄圧通路２６を介して蓄圧タンク２５を高圧段タービン１２Ｔの上流側の排気通路１７に接続し、蓄圧通路２６に第１バルブ２７を設ける。蓄圧タンク２５と低圧段タービン１１Ｔの入口側を低圧段エアアシスト通路２８で接続し、低圧段エアアシスト通路２８に第２バルブ２９を設ける。第１バルブ２７の開閉を制御して、蓄圧タンク２５に蓄圧する。運転状態に合わせて第２バルブ２９を開いて低圧段タービン１１Ｔに蓄圧ガスを供給し、エアアシストを行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のターボ過給機を直列に接続した多段式ターボ過給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シングルターボ過給システムにおいて、排気マニホルドの圧力エネルギを回収し蓄圧タンクに蓄圧するとともに、ターボ過給機のタービン上流側に蓄圧ガスをエアアシストとして供給し、ターボ過給機の応答性を向上したものが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００８−００２２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、複数のターボ過給機のタービンを直列多段に接続する多段式のターボ過給システムでは、各タービン入口圧は運転領域により様々な値を取るため、特許文献１のシングルターボ過給システムの構成を単純に適用すると、蓄圧タンクの圧力がアシストを行なおうとするターボ過給機のタービン入口圧に対して十分ではなく、適切なアシストを行なうことができないことがある。
【０００４】
本発明は、多段式ターボ過給システムにおいて、より適切で効果的なエアアシストを行なうことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の多段式ターボ過給システムは、高圧段ターボ過給機と、低圧段ターボ過給機と、高圧段ターボ過給機のタービン上流側から圧力エネルギを回収し蓄圧する蓄圧タンクと、蓄圧タンク内の蓄圧ガスを低圧段ターボ過給機のタービン入口側に供給する蓄圧ガス供給手段とを備えることを特徴としている。
【０００６】
蓄圧ガス供給手段は、更に高圧段ターボ過給機のタービン入口側に蓄圧ガスを供給可能であり、運転状態に対応して蓄圧ガスを、高圧段ターボ過給機および／または低圧段ターボ過給機のタービン入口側に供給し、過給増大要求時には、蓄圧ガスを高圧段ターボ過給機のタービン入口側へ優先して供給する。これにより、蓄圧ガスの圧力に対応してより適切なエアアシストを行なうことができる。
【０００７】
蓄圧ガス供給手段は、蓄圧タンク内の圧力と高圧段ターボ過給機のタービン入口圧の差圧が所定値よりも大きいときに高圧段ターボ過給機のタービン入口側に蓄圧ガスを供給し、差圧が所定値より小さいときには低圧段ターボ過給機のタービン入口側に蓄圧ガスを供給する。
【０００８】
高圧段ターボ過給機および低圧段ターボ過給機により過給を行っている状態において、高圧段ターボ過給機による過給を停止する際に、蓄圧ガス供給手段が低圧段ターボ過給機のタービン入口側に蓄圧ガスを供給する。これにより、トルク段差の発生を防止できる。特に、加速時など過給増大要求があるときには、より顕著な効果が得られる。
【０００９】
蓄圧は、高圧段ターボ過給機をバイパスする高圧段排気バイパス通路を介して高圧段ターボ過給機へ供給される排気の一部がバイパスされる運転領域において行われる。これにより、過給効率を低下させることなく蓄圧を行なうことができる。
【００１０】
またより高い圧力での蓄圧を行なうには、上記運転領域において高圧段排気バイパス通路に設けられた高圧段排気切替弁を閉じて蓄圧が行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、多段式ターボ過給システムにおいて、より適切で効果的なエアアシストを行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である多段式ターボ過給システムの一例である２段式ターボ過給システムの構成を示すブロック図である。
【００１３】
ターボ過給システム１０は、相対的に大容量の低圧段ターボ過給機１１および相対的に小容量の高圧段ターボ過給機１２を備える。エアクリーナ１３から導かれた吸気通路１４は、低圧段ターボ過給機１１の低圧段コンプレッサ１１Ｃを介して、高圧段ターボ過給機１２の高圧段コンプレッサ１２Ｃへと接続され、図示しないスロットルやインタークーラを介して内燃機関１５の吸気マニホルド１６へと接続される。また、排気通路１７は、内燃機関１４の排気マニホルド１８から高圧段ターボ過給機１２の高圧段タービン１２Ｔを介して、低圧段ターボ過給機１１の低圧段タービン１１Ｔへと接続され、排気触媒（図示せず）等を介して外部へと連通される。
【００１４】
吸気通路１４において、高圧段コンプレッサ１２Ｃの入口側と出口側とは、吸気バイパス通路１９によって連通され、吸気バイパス通路１９には吸気切替弁２０が設けられる。一方、排気通路１７において、高圧段タービン１２Ｔの入口側と出口側は、高圧段排気バイパス通路２１により連通され、高圧段排気バイパス通路２１には高圧段排気切替弁２２が設けられる。また、低圧段タービン１１Ｔの入口側の排気通路１７は、低圧段タービン１１Ｔの出口側の排気通路１７へと低圧段排気バイパス通路２３によって連通され、低圧段排気バイパス通路２３には低圧段排気切替弁２４が設けられる。
【００１５】
更に、本実施形態では、排気通路１７の高圧段タービン１２Ｔの上流側と蓄圧タンク２５とが蓄圧通路２６により連通され、蓄圧通路２６には第１バルブ２７が設けられる。なお、図１では蓄圧通路２６が排気通路１７に接続されているが、蓄圧通路２６を介することなく排気マニホルド１８に直接接続される構成であってもよい。また、蓄圧タンク２５は低圧段エアアシスト通路２８を介して、排気通路１７の低圧段タービン１１Ｔの入口側に連通され、低圧段エアアシスト通路２８には第２バルブ２９が配置される。
【００１６】
なお、吸気切替弁２０、高圧段排気切替弁２２、低圧段排気切替弁２４、第１バルブ２７、第２バルブ２９の開閉は、ＥＣＵ３０により制御される。また、本実施形態においては、吸気通路１４の低圧段コンプレッサ１１Ｃの上流側にエアロフローメータＳ１が、スロットル弁（図示せず）にスロットル開度センサＳ２が、吸気マニホルド１６内にインマニ圧センサＳ３が、蓄圧タンク２５内に圧力センサＳ４が設けられ、各々のセンサ信号はＥＣＵ３０に入力される。
【００１７】
次ぎに、図２のフローチャートを参照して、第１実施形態における蓄圧タンク２５内の蓄圧ガスを利用したエアアシスト制御処理について説明する。なお図２に示されるエアアシスト制御処理は、ＥＣＵ３０において所定のタイミングで繰り返し実行される。なお、蓄圧通路２６を介した蓄圧タンク２５への蓄圧は、従来周知の方法で別途行われている。
【００１８】
ステップＳ１００では、例えばスロットル開度変化等に基づく急加速要求判定など、過給を増大させる要求が発生したか否かが判定される。過給増大要求がないと判定された場合には本処理は終了し、過給増大要求があると判定された場合には、ステップＳ１０２において、蓄圧タンク２５内の圧力（タンク内圧力）Ｐ０と高圧段タービン１２Ｔの入口圧力Ｐ１の差圧ΔＰ１（＝Ｐ０−Ｐ１）が所定値よりも大きいか否かが判定される。
【００１９】
ΔＰ１＞所定値のときには、タンク内圧力Ｐ０は、高圧段タービン１２Ｔをアシストするのに十分な値を有するので、ステップＳ１０４において第１バルブ２７が開かれるとともに第２バルブ２９は閉じられる（あるいは閉じた状態に維持される）。これにより、蓄圧ガスが蓄圧通路２６を介して高圧段タービン１２Ｔの入口側に供給されて高圧段タービン１２Ｔのアシストが行なわれ、このエアアシスト制御処理は終了する。
【００２０】
一方ステップＳ１０２において、差圧ΔＰ１＞所定値でないと判定されたとき、タンク内圧力Ｐ０は、高圧段タービン１２Ｔをアシストするのに十分な値でないので、ステップＳ１０６において、蓄圧タンク２６内の蓄圧ガスを低圧段タービン１１Ｔのアシストに使用できないかが判定される。すなわち、ステップＳ１０６では、タンク内圧力Ｐ０と低圧段タービン１２Ｔの入口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ２（＝Ｐ０−Ｐ２）が所定値よりも大きいか否かが判定される。
【００２１】
ΔＰ２＞所定値のときには、タンク内圧力Ｐ０は、低圧段タービン１１Ｔをアシストするのに十分な値を有するので、ステップＳ１０８において第２バルブ２９が開かれるとともに第１バルブ２７は閉じられる（あるいは閉じた状態に維持される）。これにより、蓄圧ガスが低圧段エアアシスト通路２８を介して低圧段タービン１１Ｔの入口側に供給されて低圧段タービン１１Ｔのアシストが行なわれ、このエアアシスト制御処理は終了する。
【００２２】
ステップＳ１０６においてΔＰ２＞所定値でないと判定されたときには、タンク内圧力Ｐ０は、高圧段タービン１２Ｔ、低圧段タービン１１Ｔの何れのアシストを行なうにも十分な値でないので、ステップＳ１１０において第１および第２バルブ２７、２９が閉じられ（あるいは閉じた状態に維持され）、エアアシスト制御処理は終了する。
【００２３】
なお、高圧段タービン１２Ｔ、および低圧段タービン１１Ｔの入口圧力Ｐ１、Ｐ２は、図３に示されるように、実験値に基づいて作成されたマップを参照して、例えばエンジン回転数とインマニ圧力とから求められる。すなわち、図３において、曲線群ＬＧは圧力Ｐ１、Ｐ２の等値線である。
【００２４】
次に図４を参照して、第１実施形態におけるエアアシスト制御処理動作の具体例について説明する。図４は、高圧段タービン１２Ｔおよび低圧段タービン１１Ｔの入口圧力Ｐ１、Ｐ２とタンク内圧力Ｐ０の時間的な変化を示すグラフであり、横軸は時間に対応し、縦軸は圧力に対応する。
【００２５】
例えばタンク内圧力Ｐ０は、エアアシストが実行される前には、それまでの蓄圧処理により高圧段および低圧段タービン１２Ｔ、１１Ｔの入口圧力Ｐ１、Ｐ２よりも十分に高い値に維持されている。時点ｔ０において例えば加速が開始されると、図２を参照して説明されたステップＳ１０２以下の処理が開始され、エアアシストが実行される。
【００２６】
エアアシスト実行開始当初は、タンク内圧力Ｐ０が十分に高いので、蓄圧ガスは高圧段タービンＴ１２へと供給される。これにより蓄圧タンク２５に蓄圧されていた蓄圧ガスは消費され、タンク内圧力Ｐ０は徐々に低下し、両タービンの入口圧力Ｐ１、Ｐ２は増大する。時点ｔ１（＞ｔ０）において、タンク内圧力Ｐ０と高圧段タービンＴ１２の入口圧力Ｐ１の差圧ΔＰ１が所定値以下となると、蓄圧ガスの供給は高圧段タービンＴ１２から低圧段タービンＴ１１へと切替えられる。
【００２７】
蓄圧ガスが更に消費され、時点ｔ２（＞ｔ１）において、タンク内圧力Ｐ０と低圧段タービンＴ１１の入口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ２が所定値以下となると、蓄圧ガスの供給は停止され、タンク内圧力Ｐ０は次の蓄圧が開始されるまで一定値となる。すなわち、図４の区間Ａでは、高圧段タービンＴ１２へのエアアシストが実行され、区間Ｂでは低圧段タービンＴ１１へのエアアシストが実行される。
【００２８】
以上のように、第１実施形態によれば、多段式ターボ過給システムにおいて、高圧段タービン上流側から圧力エネルギを回収し蓄圧するため、高い圧力で蓄圧できるとともに、タンク内圧力が高圧段タービンへのアシストに十分でなくなったときには、蓄圧ガスを低圧段タービンへ供給して低圧段タービンのアシストを行なうことができるので、運転状態に合わせて蓄圧エネルギを有効に活用することが可能になる。
【００２９】
すなわち、多段式ターボ過給システムでは、同一空気量でのエキマニ圧力が単段式に比べ高いので、高圧段タービンのアシストに使用できる最低タンク内圧力は、単段式の場合に比べ高い。このため単段式ターボ過給システムのエアアシストのように、蓄圧と蓄圧ガスの供給とを同じ位置で行なうと、蓄圧エネルギを有効に活用することができない。しかし、本実施形態では、蓄圧ガスを低圧段タービンへと供給可能であるため、蓄圧エネルギを有効に活用できる。
【００３０】
次に図１および図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成と略同じであり、第１実施形態との違いは、エアアシスト制御処理動作のみである。したがって、第２実施形態のエアアシスト制御処理動作に係わる構成についてのみ説明する。なお、第２実施形態では、２個のターボ過給機を用いるモード（２個ターボモード）から１個のターボ過給機のみを用いるモード（１個ターボモード）へ切替える際に、低圧段タービン１１Ｔに対してエアアシストを行ない、トルク段差の発生を防止する。
【００３１】
図５は第２実施形態のエアアシスト制御処理のフローチャートであり、ＥＣＵ３０において所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００３２】
ステップＳ２００では、現在の運転点が２個ターボ領域（２個ターボモード）にあるか否かが判定される。２個ターボ領域にはないと判定されるとこのエアアシスト制御処理は直ちに終了する。一方、運転点が２個ターボ領域にあると判定されるとステップＳ２０２において、加速要求などの過給増大要求があり、かつ現在の運転点が２個ターボモードから１個ターボモードへの切替領域にあるか否かが判定される。
【００３３】
過給増大要求がない、あるいは現在の運転点が２個ターボモードから１個ターボモードへの切替領域にないときには、このエアアシスト制御処理は終了する。一方、過給増大要求があり、かつ現在の運転点が２個ターボモードから１個ターボモードへの切替領域にある場合には、ステップＳ２０４において目標過給圧が算出され、ステップＳ２０６において低圧段エアアシスト通路２８に設けられた第２バルブ２９が開かれ、低圧段タービン１１Ｔへのエアアシストが実行される。
【００３４】
ステップＳ２０８では、２個ターボモードから１個ターボモードへの切替え制御（ステップＳ２０８〜Ｓ２１６）が開始され、高圧段排気切替弁２２が全開される。ステップＳ２１０では、低圧段コンプレッサ出口圧力が高圧段コンプレッサ出口圧力以上であるか否かが判定され、この判定は低圧段コンプレッサ出口圧力が高圧段コンプレッサ出口圧力以上となるまで繰り返される。
【００３５】
低圧段コンプレッサ出口圧力が高圧段コンプレッサ出口圧力以上になると、ステップＳ２１２において吸気切替弁２０が全開される。ステップＳ２１４では、現在の過給圧が目標過給圧以上となったか否かが判定され、過給圧が目標過給圧以上になるまでこの判定は繰り返される。また、ステップＳ２１４において、現在の過給圧が目標過給圧以上になったと判定されると、ステップＳ２１６において第２バルブ２９が閉じられ、このエアアシスト制御処理は終了する。
【００３６】
以上のように、第２実施形態では、多段式ターボ過給システムにおいて、高圧段タービン上流側から圧力エネルギを回収、蓄圧するとともに、過給増大要求があるとともに２個ターボモードから１個ターボモードへの切替え時に、低圧段タービンに蓄圧ガスを供給してエアアシストを行なうことにより、２個ターボモードから１個ターボモードへの切替え時のトルク段差の発生を防止し、運転状態に適した効率的なエアアシストを行なう。
【００３７】
次に図６〜図８を参照して本発明の第３実施形態について説明する。なお第３実施形態の構成は、第２実施形態の構成と略同じであり、第２実施形態との違いは、蓄圧処理動作のみである。したがって、以下の説明においては、第３実施形態の蓄圧処理動作に係わる構成についてのみ説明する。
【００３８】
第３実施形態は、２個ターボモードの特定の領域（排気切替弁微開領域）において蓄圧を行なうものなので、まず図６、図７を参照して２段式ターボ過給システムの一般的な作動モードについて説明する。図６は、低圧段ターボ過給機１１および高圧段ターボ過給機１２の作動モードを示すマップであり、横軸はエンジン回転数、縦軸は負荷トルクに対応する。
【００３９】
２段式ターボ過給システムでは、エンジン回転数が相対的に低く、低圧段、高圧段ターボ過給機１１、１２が共に作動される２個ターボモードと、エンジン回転数が相対的に高く、高圧段排気切替弁２２が全開され低圧段ターボ過給機１１のみが作動される１個ターボモードとを備える。
【００４０】
２個ターボモードは、更に高圧段排気切替弁２２が全閉され、低圧段ターボ過給機１１と高圧段ターボ過給機１２が共にフル稼動されるフル稼働モードと、高圧段排気切替弁２２が部分的に開かれ、低圧段ターボ過給機１１はフル稼動されるが、高圧段ターボ過給機１２は、排気の一部のみを用いて稼動される排気切替弁微開モードとに分けられる。すなわち、排気切替弁微開モードは、フル稼働モードと１個ターボモードの間を繋ぐ移行区間としてのモードである。なお各モードにおいて、低圧段排気切替弁２４は基本的に全閉状態に維持される。
【００４１】
図６には、フル稼働モードに対応するフル稼働領域がＤ１、排気切替弁微開モードに対応する排気切替弁微開領域がＤ２、１個ターボモードに対応する１個ターボ領域がＤ３で示される。また、境界線Ｌ１は２個ターボモード（フル稼働領域Ｄ１および排気切替弁微開領域Ｄ２に対応）と１個ターボモード（１個ターボ領域Ｄ３に対応）の間の境界線である。また、境界線Ｌ２は２個ターボモードにおけるフル稼働領域Ｄ１と排気弁微開領域Ｄ２の間の境界線である。
【００４２】
図７は、図６に示される矢印Ｍに沿って運転状態がフル稼働モードから１個ターボモードへと変化するときの高圧段排気切替弁２２の開度の変化を示すグラフであり、横軸はエンジン回転数、縦軸は高圧段排気切替弁２２の開度に対応する。
【００４３】
矢印Ｍは、運転点がフル稼働領域Ｄ１から、排気切替弁微開領域Ｄ２を通って、１個ターボ領域Ｄ３へと遷移することを示している。フル稼動領域Ｄ１では、高圧段排気切替弁２２の開度は全開状態にされる。エンジン回転数が増大され回転数Ｎｅ１に達すると、運転点は境界線Ｌ２を横切って排気弁微開領域Ｄ２に入り、１個ターボ領域Ｄ３に向けて更に移動する。このとき、高圧段排気切替弁２２は徐々に閉められその開度は小さくなる。
【００４４】
エンジン回転数がＮｅ２に達して運転点が境界線Ｌ１を越えると、運転点は１個ターボ領域Ｄ３に入るので、作動モードは１個ターボモードに切替えられ、高圧段排気切替弁２２は全開状態とされる。なお、境界線Ｌ１近傍には境界線に沿って、２個ターボモードから１個ターボモードへの切替動作を行なう切替領域が設定されている。
【００４５】
次ぎに図８のフローチャートを参照して第２実施形態の蓄圧処理動作について説明する。この蓄圧処理は、ＥＣＵ３０において所定のタイミングで繰り返し実行される。なお、第３実施形態の蓄圧処理動作は、排気切替弁微開領域において実行されるが、これは、高圧段排気切替弁２２が全閉されたフル稼働時に蓄圧を行なうには、タービンの可変ベーンを閉じる必要があり過給効率を低下させるためである。
【００４６】
ステップＳ３００では、現在の運転点が排気切替弁微開領域Ｄ２にあるか否かが判定される。排気切替弁微開領域Ｄ２にないと判定されたときにはこの処理は直ちに終了し、排気切替弁微開領域Ｄ２にあると判定されたときには、ステップＳ３０１において、タンク内圧力Ｐ０が所定値よりも高いか否かが判定される。
【００４７】
ステップＳ３０１において、蓄圧タンク２５のタンク内圧力Ｐ０が所定値よりも高い場合には、本蓄圧処理は終了し、タンク内圧力Ｐ０が所定値以下の場合には、ステップＳ３０２において、高圧段排気切替弁２２が閉じられる。ステップＳ３０４では、現在の運転点が２個ターボモードから１個ターボモードへと切替える切替領域にあるか否かが判定される。すなわち、図６における境界線Ｌ１の近傍に設定された所定の切替領域内に運転点があるか否かが判定される。
【００４８】
切替領域であると判定されると、１個ターボモードへの切替えを行なう必要があるので、ステップＳ３０６において、蓄圧通路２６に設けられた第１バルブ２７（図１参照）が閉じているか否かが判定され、閉じていればそのまま蓄圧処理を終了し、従来周知のように１個ターボモードへの切替処理が実行される。また閉じていないと判定された場合には、ステップＳ３０８において第１バルブ２７を閉じて蓄圧処理は終了する。
【００４９】
一方、ステップＳ３０４において現在の運転点が２個ターボモードから１個ターボモードへと切替える切替領域にないと判定された場合には、ステップＳ３１０において、エキマニ圧力が増大しているか否かが判定される。エキマニ圧力が増大していればステップＳ３１２において、第１バルブ２７が開かれ蓄圧タンク２５への蓄圧が行なわれ、処理はステップＳ３０４に戻り、以下同様の処理が繰り返される。また、エキマニ圧力が増大していないときには、ステップＳ３１４において第１バルブ２７が閉じられ、ステップＳ３０４に戻る。すなわち、ステップＳ３０４、Ｓ３１０〜Ｓ３１４は、切替領域に入るまで繰り返され、エキマニ圧力が増大したときにのみ第１バルブ２７を開き、より高い圧力を蓄圧する。なお、エキマニ圧力は、例えば図３に示された高圧段タービン１２Ｔの入口圧Ｐ１と同様の方法により、エンジン回転数およびインマニ圧力から求められる。
【００５０】
以上のように、本発明の第３実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果を得られるとともに、蓄圧処理動作が、排気切替弁微開領域において実行されるため、過給効率を低下させることなく高い圧力を蓄圧することが可能となる。
【００５１】
なお、第１実施形態では、蓄圧通路を高圧段タービンへ蓄圧ガスを供給するエアアシスト通路としても利用したが、蓄圧通路と高圧段タービンへのエアアシスト通路とを別個に設ける構成としてもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、２段式のターボ過給システムを例に説明を行なったが、本発明は２段以上の構成にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態である２段式ターボ過給システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態のエアアシスト制御処理のフローチャートである。
【図３】エンジン回転数、インマニ圧力に対する高圧段タービンおよび低圧段タービンの入口圧力Ｐ１、Ｐ２の等値線図である。
【図４】高圧段タービンおよび低圧段タービンの入口圧力Ｐ１、Ｐ２とタンク内圧力Ｐ０の時間的な変化を示すグラフである。
【図５】第２実施形態のエアアシスト制御処理のフローチャートである。
【図６】エンジン回転数、負荷トルクに対する低圧段ターボ過給機および高圧段ターボ過給機の作動モードを示すマップである。
【図７】図６に示される矢印Ｍに沿って運転状態が変化したときの高圧段排気切替弁の開度状態を示すグラフである。
【図８】第３実施形態における蓄圧処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１０ ２段式ターボ過給システム
１１ 低圧段ターボ過給機
１２ 高圧段ターボ過給機
１１Ｃ 低圧段コンプレッサ
１１Ｔ 低圧段タービン
１２Ｃ 高圧段コンプレッサ
１２Ｔ 高圧段タービン
１７ 排気通路
２１ 高圧段排気バイパス通路
２２ 高圧段排気切替弁
２５ 蓄圧タンク
２６ 蓄圧通路
２７ 第１バルブ
２８ 低圧段エアアシスト通路
２９ 第２バルブ
３０ ＥＣＵ
Ｓ４ 圧力センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のターボ過給機を直列に接続した多段式ターボ過給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シングルターボ過給システムにおいて、排気マニホルドの圧力エネルギを回収し蓄圧タンクに蓄圧するとともに、ターボ過給機のタービン上流側に蓄圧ガスをエアアシストとして供給し、ターボ過給機の応答性を向上したものが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００８−００２２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、複数のターボ過給機のタービンを直列多段に接続する多段式のターボ過給システムでは、各タービン入口圧は運転領域により様々な値を取るため、特許文献１のシングルターボ過給システムの構成を単純に適用すると、蓄圧タンクの圧力がアシストを行なおうとするターボ過給機のタービン入口圧に対して十分ではなく、適切なアシストを行なうことができないことがある。
【０００４】
本発明は、多段式ターボ過給システムにおいて、より適切で効果的なエアアシストを行なうことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の多段式ターボ過給システムは、高圧段ターボ過給機と、低圧段ターボ過給機と、高圧段ターボ過給機のタービン上流側から圧力エネルギを回収し蓄圧する蓄圧タンクと、蓄圧タンク内の蓄圧ガスを低圧段ターボ過給機のタービン入口側に供給する蓄圧ガス供給手段とを備えることを特徴としている。
【０００６】
蓄圧ガス供給手段は、更に高圧段ターボ過給機のタービン入口側に蓄圧ガスを供給可能であり、運転状態に対応して蓄圧ガスを、高圧段ターボ過給機および／または低圧段ターボ過給機のタービン入口側に供給し、過給増大要求時には、蓄圧ガスを高圧段ターボ過給機のタービン入口側へ優先して供給する。これにより、蓄圧ガスの圧力に対応してより適切なエアアシストを行なうことができる。
【０００７】
蓄圧ガス供給手段は、蓄圧タンク内の圧力と高圧段ターボ過給機のタービン入口圧の差圧が所定値よりも大きいときに高圧段ターボ過給機のタービン入口側に蓄圧ガスを供給し、差圧が所定値より小さいときには低圧段ターボ過給機のタービン入口側に蓄圧ガスを供給する。
【０００８】
高圧段ターボ過給機および低圧段ターボ過給機により過給を行っている状態において、高圧段ターボ過給機による過給を停止する際に、蓄圧ガス供給手段が低圧段ターボ過給機のタービン入口側に蓄圧ガスを供給する。これにより、トルク段差の発生を防止できる。特に、加速時など過給増大要求があるときには、より顕著な効果が得られる。
【０００９】
蓄圧は、高圧段ターボ過給機をバイパスする高圧段排気バイパス通路を介して高圧段ターボ過給機へ供給される排気の一部がバイパスされる運転領域において行われる。これにより、過給効率を低下させることなく蓄圧を行なうことができる。
【００１０】
またより高い圧力での蓄圧を行なうには、上記運転領域において高圧段排気バイパス通路に設けられた高圧段排気切替弁を閉じて蓄圧が行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、多段式ターボ過給システムにおいて、より適切で効果的なエアアシストを行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である多段式ターボ過給システムの一例である２段式ターボ過給システムの構成を示すブロック図である。
【００１３】
ターボ過給システム１０は、相対的に大容量の低圧段ターボ過給機１１および相対的に小容量の高圧段ターボ過給機１２を備える。エアクリーナ１３から導かれた吸気通路１４は、低圧段ターボ過給機１１の低圧段コンプレッサ１１Ｃを介して、高圧段ターボ過給機１２の高圧段コンプレッサ１２Ｃへと接続され、図示しないスロットルやインタークーラを介して内燃機関１５の吸気マニホルド１６へと接続される。また、排気通路１７は、内燃機関１４の排気マニホルド１８から高圧段ターボ過給機１２の高圧段タービン１２Ｔを介して、低圧段ターボ過給機１１の低圧段タービン１１Ｔへと接続され、排気触媒（図示せず）等を介して外部へと連通される。
【００１４】
吸気通路１４において、高圧段コンプレッサ１２Ｃの入口側と出口側とは、吸気バイパス通路１９によって連通され、吸気バイパス通路１９には吸気切替弁２０が設けられる。一方、排気通路１７において、高圧段タービン１２Ｔの入口側と出口側は、高圧段排気バイパス通路２１により連通され、高圧段排気バイパス通路２１には高圧段排気切替弁２２が設けられる。また、低圧段タービン１１Ｔの入口側の排気通路１７は、低圧段タービン１１Ｔの出口側の排気通路１７へと低圧段排気バイパス通路２３によって連通され、低圧段排気バイパス通路２３には低圧段排気切替弁２４が設けられる。
【００１５】
更に、本実施形態では、排気通路１７の高圧段タービン１２Ｔの上流側と蓄圧タンク２５とが蓄圧通路２６により連通され、蓄圧通路２６には第１バルブ２７が設けられる。なお、図１では蓄圧通路２６が排気通路１７に接続されているが、蓄圧通路２６を介することなく排気マニホルド１８に直接接続される構成であってもよい。また、蓄圧タンク２５は低圧段エアアシスト通路２８を介して、排気通路１７の低圧段タービン１１Ｔの入口側に連通され、低圧段エアアシスト通路２８には第２バルブ２９が配置される。
【００１６】
なお、吸気切替弁２０、高圧段排気切替弁２２、低圧段排気切替弁２４、第１バルブ２７、第２バルブ２９の開閉は、ＥＣＵ３０により制御される。また、本実施形態においては、吸気通路１４の低圧段コンプレッサ１１Ｃの上流側にエアロフローメータＳ１が、スロットル弁（図示せず）にスロットル開度センサＳ２が、吸気マニホルド１６内にインマニ圧センサＳ３が、蓄圧タンク２５内に圧力センサＳ４が設けられ、各々のセンサ信号はＥＣＵ３０に入力される。
【００１７】
次ぎに、図２のフローチャートを参照して、第１実施形態における蓄圧タンク２５内の蓄圧ガスを利用したエアアシスト制御処理について説明する。なお図２に示されるエアアシスト制御処理は、ＥＣＵ３０において所定のタイミングで繰り返し実行される。なお、蓄圧通路２６を介した蓄圧タンク２５への蓄圧は、従来周知の方法で別途行われている。
【００１８】
ステップＳ１００では、例えばスロットル開度変化等に基づく急加速要求判定など、過給を増大させる要求が発生したか否かが判定される。過給増大要求がないと判定された場合には本処理は終了し、過給増大要求があると判定された場合には、ステップＳ１０２において、蓄圧タンク２５内の圧力（タンク内圧力）Ｐ０と高圧段タービン１２Ｔの入口圧力Ｐ１の差圧ΔＰ１（＝Ｐ０−Ｐ１）が所定値よりも大きいか否かが判定される。
【００１９】
ΔＰ１＞所定値のときには、タンク内圧力Ｐ０は、高圧段タービン１２Ｔをアシストするのに十分な値を有するので、ステップＳ１０４において第１バルブ２７が開かれるとともに第２バルブ２９は閉じられる（あるいは閉じた状態に維持される）。これにより、蓄圧ガスが蓄圧通路２６を介して高圧段タービン１２Ｔの入口側に供給されて高圧段タービン１２Ｔのアシストが行なわれ、このエアアシスト制御処理は終了する。
【００２０】
一方ステップＳ１０２において、差圧ΔＰ１＞所定値でないと判定されたとき、タンク内圧力Ｐ０は、高圧段タービン１２Ｔをアシストするのに十分な値でないので、ステップＳ１０６において、蓄圧タンク２６内の蓄圧ガスを低圧段タービン１１Ｔのアシストに使用できないかが判定される。すなわち、ステップＳ１０６では、タンク内圧力Ｐ０と低圧段タービン１２Ｔの入口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ２（＝Ｐ０−Ｐ２）が所定値よりも大きいか否かが判定される。
【００２１】
ΔＰ２＞所定値のときには、タンク内圧力Ｐ０は、低圧段タービン１１Ｔをアシストするのに十分な値を有するので、ステップＳ１０８において第２バルブ２９が開かれるとともに第１バルブ２７は閉じられる（あるいは閉じた状態に維持される）。これにより、蓄圧ガスが低圧段エアアシスト通路２８を介して低圧段タービン１１Ｔの入口側に供給されて低圧段タービン１１Ｔのアシストが行なわれ、このエアアシスト制御処理は終了する。
【００２２】
ステップＳ１０６においてΔＰ２＞所定値でないと判定されたときには、タンク内圧力Ｐ０は、高圧段タービン１２Ｔ、低圧段タービン１１Ｔの何れのアシストを行なうにも十分な値でないので、ステップＳ１１０において第１および第２バルブ２７、２９が閉じられ（あるいは閉じた状態に維持され）、エアアシスト制御処理は終了する。
【００２３】
なお、高圧段タービン１２Ｔ、および低圧段タービン１１Ｔの入口圧力Ｐ１、Ｐ２は、図３に示されるように、実験値に基づいて作成されたマップを参照して、例えばエンジン回転数とインマニ圧力とから求められる。すなわち、図３において、曲線群ＬＧは圧力Ｐ１、Ｐ２の等値線である。
【００２４】
次に図４を参照して、第１実施形態におけるエアアシスト制御処理動作の具体例について説明する。図４は、高圧段タービン１２Ｔおよび低圧段タービン１１Ｔの入口圧力Ｐ１、Ｐ２とタンク内圧力Ｐ０の時間的な変化を示すグラフであり、横軸は時間に対応し、縦軸は圧力に対応する。
【００２５】
例えばタンク内圧力Ｐ０は、エアアシストが実行される前には、それまでの蓄圧処理により高圧段および低圧段タービン１２Ｔ、１１Ｔの入口圧力Ｐ１、Ｐ２よりも十分に高い値に維持されている。時点ｔ０において例えば加速が開始されると、図２を参照して説明されたステップＳ１０２以下の処理が開始され、エアアシストが実行される。
【００２６】
エアアシスト実行開始当初は、タンク内圧力Ｐ０が十分に高いので、蓄圧ガスは高圧段タービンＴ１２へと供給される。これにより蓄圧タンク２５に蓄圧されていた蓄圧ガスは消費され、タンク内圧力Ｐ０は徐々に低下し、両タービンの入口圧力Ｐ１、Ｐ２は増大する。時点ｔ１（＞ｔ０）において、タンク内圧力Ｐ０と高圧段タービンＴ１２の入口圧力Ｐ１の差圧ΔＰ１が所定値以下となると、蓄圧ガスの供給は高圧段タービンＴ１２から低圧段タービンＴ１１へと切替えられる。
【００２７】
蓄圧ガスが更に消費され、時点ｔ２（＞ｔ１）において、タンク内圧力Ｐ０と低圧段タービンＴ１１の入口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ２が所定値以下となると、蓄圧ガスの供給は停止され、タンク内圧力Ｐ０は次の蓄圧が開始されるまで一定値となる。すなわち、図４の区間Ａでは、高圧段タービンＴ１２へのエアアシストが実行され、区間Ｂでは低圧段タービンＴ１１へのエアアシストが実行される。
【００２８】
以上のように、第１実施形態によれば、多段式ターボ過給システムにおいて、高圧段タービン上流側から圧力エネルギを回収し蓄圧するため、高い圧力で蓄圧できるとともに、タンク内圧力が高圧段タービンへのアシストに十分でなくなったときには、蓄圧ガスを低圧段タービンへ供給して低圧段タービンのアシストを行なうことができるので、運転状態に合わせて蓄圧エネルギを有効に活用することが可能になる。
【００２９】
すなわち、多段式ターボ過給システムでは、同一空気量でのエキマニ圧力が単段式に比べ高いので、高圧段タービンのアシストに使用できる最低タンク内圧力は、単段式の場合に比べ高い。このため単段式ターボ過給システムのエアアシストのように、蓄圧と蓄圧ガスの供給とを同じ位置で行なうと、蓄圧エネルギを有効に活用することができない。しかし、本実施形態では、蓄圧ガスを低圧段タービンへと供給可能であるため、蓄圧エネルギを有効に活用できる。
【００３０】
次に図１および図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成と略同じであり、第１実施形態との違いは、エアアシスト制御処理動作のみである。したがって、第２実施形態のエアアシスト制御処理動作に係わる構成についてのみ説明する。なお、第２実施形態では、２個のターボ過給機を用いるモード（２個ターボモード）から１個のターボ過給機のみを用いるモード（１個ターボモード）へ切替える際に、低圧段タービン１１Ｔに対してエアアシストを行ない、トルク段差の発生を防止する。
【００３１】
図５は第２実施形態のエアアシスト制御処理のフローチャートであり、ＥＣＵ３０において所定のタイミングで繰り返し実行される。
【００３２】
ステップＳ２００では、現在の運転点が２個ターボ領域（２個ターボモード）にあるか否かが判定される。２個ターボ領域にはないと判定されるとこのエアアシスト制御処理は直ちに終了する。一方、運転点が２個ターボ領域にあると判定されるとステップＳ２０２において、加速要求などの過給増大要求があり、かつ現在の運転点が２個ターボモードから１個ターボモードへの切替領域にあるか否かが判定される。
【００３３】
過給増大要求がない、あるいは現在の運転点が２個ターボモードから１個ターボモードへの切替領域にないときには、このエアアシスト制御処理は終了する。一方、過給増大要求があり、かつ現在の運転点が２個ターボモードから１個ターボモードへの切替領域にある場合には、ステップＳ２０４において目標過給圧が算出され、ステップＳ２０６において低圧段エアアシスト通路２８に設けられた第２バルブ２９が開かれ、低圧段タービン１１Ｔへのエアアシストが実行される。
【００３４】
ステップＳ２０８では、２個ターボモードから１個ターボモードへの切替え制御（ステップＳ２０８〜Ｓ２１６）が開始され、高圧段排気切替弁２２が全開される。ステップＳ２１０では、低圧段コンプレッサ出口圧力が高圧段コンプレッサ出口圧力以上であるか否かが判定され、この判定は低圧段コンプレッサ出口圧力が高圧段コンプレッサ出口圧力以上となるまで繰り返される。
【００３５】
低圧段コンプレッサ出口圧力が高圧段コンプレッサ出口圧力以上になると、ステップＳ２１２において吸気切替弁２０が全開される。ステップＳ２１４では、現在の過給圧が目標過給圧以上となったか否かが判定され、過給圧が目標過給圧以上になるまでこの判定は繰り返される。また、ステップＳ２１４において、現在の過給圧が目標過給圧以上になったと判定されると、ステップＳ２１６において第２バルブ２９が閉じられ、このエアアシスト制御処理は終了する。
【００３６】
以上のように、第２実施形態では、多段式ターボ過給システムにおいて、高圧段タービン上流側から圧力エネルギを回収、蓄圧するとともに、過給増大要求があるとともに２個ターボモードから１個ターボモードへの切替え時に、低圧段タービンに蓄圧ガスを供給してエアアシストを行なうことにより、２個ターボモードから１個ターボモードへの切替え時のトルク段差の発生を防止し、運転状態に適した効率的なエアアシストを行なう。
【００３７】
次に図６〜図８を参照して本発明の第３実施形態について説明する。なお第３実施形態の構成は、第２実施形態の構成と略同じであり、第２実施形態との違いは、蓄圧処理動作のみである。したがって、以下の説明においては、第３実施形態の蓄圧処理動作に係わる構成についてのみ説明する。
【００３８】
第３実施形態は、２個ターボモードの特定の領域（排気切替弁微開領域）において蓄圧を行なうものなので、まず図６、図７を参照して２段式ターボ過給システムの一般的な作動モードについて説明する。図６は、低圧段ターボ過給機１１および高圧段ターボ過給機１２の作動モードを示すマップであり、横軸はエンジン回転数、縦軸は負荷トルクに対応する。
【００３９】
２段式ターボ過給システムでは、エンジン回転数が相対的に低く、低圧段、高圧段ターボ過給機１１、１２が共に作動される２個ターボモードと、エンジン回転数が相対的に高く、高圧段排気切替弁２２が全開され低圧段ターボ過給機１１のみが作動される１個ターボモードとを備える。
【００４０】
２個ターボモードは、更に高圧段排気切替弁２２が全閉され、低圧段ターボ過給機１１と高圧段ターボ過給機１２が共にフル稼動されるフル稼働モードと、高圧段排気切替弁２２が部分的に開かれ、低圧段ターボ過給機１１はフル稼動されるが、高圧段ターボ過給機１２は、排気の一部のみを用いて稼動される排気切替弁微開モードとに分けられる。すなわち、排気切替弁微開モードは、フル稼働モードと１個ターボモードの間を繋ぐ移行区間としてのモードである。なお各モードにおいて、低圧段排気切替弁２４は基本的に全閉状態に維持される。
【００４１】
図６には、フル稼働モードに対応するフル稼働領域がＤ１、排気切替弁微開モードに対応する排気切替弁微開領域がＤ２、１個ターボモードに対応する１個ターボ領域がＤ３で示される。また、境界線Ｌ１は２個ターボモード（フル稼働領域Ｄ１および排気切替弁微開領域Ｄ２に対応）と１個ターボモード（１個ターボ領域Ｄ３に対応）の間の境界線である。また、境界線Ｌ２は２個ターボモードにおけるフル稼働領域Ｄ１と排気弁微開領域Ｄ２の間の境界線である。
【００４２】
図７は、図６に示される矢印Ｍに沿って運転状態がフル稼働モードから１個ターボモードへと変化するときの高圧段排気切替弁２２の開度の変化を示すグラフであり、横軸はエンジン回転数、縦軸は高圧段排気切替弁２２の開度に対応する。
【００４３】
矢印Ｍは、運転点がフル稼働領域Ｄ１から、排気切替弁微開領域Ｄ２を通って、１個ターボ領域Ｄ３へと遷移することを示している。フル稼動領域Ｄ１では、高圧段排気切替弁２２の開度は全開状態にされる。エンジン回転数が増大され回転数Ｎｅ１に達すると、運転点は境界線Ｌ２を横切って排気弁微開領域Ｄ２に入り、１個ターボ領域Ｄ３に向けて更に移動する。このとき、高圧段排気切替弁２２は徐々に閉められその開度は小さくなる。
【００４４】
エンジン回転数がＮｅ２に達して運転点が境界線Ｌ１を越えると、運転点は１個ターボ領域Ｄ３に入るので、作動モードは１個ターボモードに切替えられ、高圧段排気切替弁２２は全開状態とされる。なお、境界線Ｌ１近傍には境界線に沿って、２個ターボモードから１個ターボモードへの切替動作を行なう切替領域が設定されている。
【００４５】
次ぎに図８のフローチャートを参照して第２実施形態の蓄圧処理動作について説明する。この蓄圧処理は、ＥＣＵ３０において所定のタイミングで繰り返し実行される。なお、第３実施形態の蓄圧処理動作は、排気切替弁微開領域において実行されるが、これは、高圧段排気切替弁２２が全閉されたフル稼働時に蓄圧を行なうには、タービンの可変ベーンを閉じる必要があり過給効率を低下させるためである。
【００４６】
ステップＳ３００では、現在の運転点が排気切替弁微開領域Ｄ２にあるか否かが判定される。排気切替弁微開領域Ｄ２にないと判定されたときにはこの処理は直ちに終了し、排気切替弁微開領域Ｄ２にあると判定されたときには、ステップＳ３０１において、タンク内圧力Ｐ０が所定値よりも高いか否かが判定される。
【００４７】
ステップＳ３０１において、蓄圧タンク２５のタンク内圧力Ｐ０が所定値よりも高い場合には、本蓄圧処理は終了し、タンク内圧力Ｐ０が所定値以下の場合には、ステップＳ３０２において、高圧段排気切替弁２２が閉じられる。ステップＳ３０４では、現在の運転点が２個ターボモードから１個ターボモードへと切替える切替領域にあるか否かが判定される。すなわち、図６における境界線Ｌ１の近傍に設定された所定の切替領域内に運転点があるか否かが判定される。
【００４８】
切替領域であると判定されると、１個ターボモードへの切替えを行なう必要があるので、ステップＳ３０６において、蓄圧通路２６に設けられた第１バルブ２７（図１参照）が閉じているか否かが判定され、閉じていればそのまま蓄圧処理を終了し、従来周知のように１個ターボモードへの切替処理が実行される。また閉じていないと判定された場合には、ステップＳ３０８において第１バルブ２７を閉じて蓄圧処理は終了する。
【００４９】
一方、ステップＳ３０４において現在の運転点が２個ターボモードから１個ターボモードへと切替える切替領域にないと判定された場合には、ステップＳ３１０において、エキマニ圧力が増大しているか否かが判定される。エキマニ圧力が増大していればステップＳ３１２において、第１バルブ２７が開かれ蓄圧タンク２５への蓄圧が行なわれ、処理はステップＳ３０４に戻り、以下同様の処理が繰り返される。また、エキマニ圧力が増大していないときには、ステップＳ３１４において第１バルブ２７が閉じられ、ステップＳ３０４に戻る。すなわち、ステップＳ３０４、Ｓ３１０〜Ｓ３１４は、切替領域に入るまで繰り返され、エキマニ圧力が増大したときにのみ第１バルブ２７を開き、より高い圧力を蓄圧する。なお、エキマニ圧力は、例えば図３に示された高圧段タービン１２Ｔの入口圧Ｐ１と同様の方法により、エンジン回転数およびインマニ圧力から求められる。
【００５０】
以上のように、本発明の第３実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果を得られるとともに、蓄圧処理動作が、排気切替弁微開領域において実行されるため、過給効率を低下させることなく高い圧力を蓄圧することが可能となる。
【００５１】
なお、第１実施形態では、蓄圧通路を高圧段タービンへ蓄圧ガスを供給するエアアシスト通路としても利用したが、蓄圧通路と高圧段タービンへのエアアシスト通路とを別個に設ける構成としてもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、２段式のターボ過給システムを例に説明を行なったが、本発明は２段以上の構成にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態である２段式ターボ過給システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態のエアアシスト制御処理のフローチャートである。
【図３】エンジン回転数、インマニ圧力に対する高圧段タービンおよび低圧段タービンの入口圧力Ｐ１、Ｐ２の等値線図である。
【図４】高圧段タービンおよび低圧段タービンの入口圧力Ｐ１、Ｐ２とタンク内圧力Ｐ０の時間的な変化を示すグラフである。
【図５】第２実施形態のエアアシスト制御処理のフローチャートである。
【図６】エンジン回転数、負荷トルクに対する低圧段ターボ過給機および高圧段ターボ過給機の作動モードを示すマップである。
【図７】図６に示される矢印Ｍに沿って運転状態が変化したときの高圧段排気切替弁の開度状態を示すグラフである。
【図８】第３実施形態における蓄圧処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１０ ２段式ターボ過給システム
１１ 低圧段ターボ過給機
１２ 高圧段ターボ過給機
１１Ｃ 低圧段コンプレッサ
１１Ｔ 低圧段タービン
１２Ｃ 高圧段コンプレッサ
１２Ｔ 高圧段タービン
１７ 排気通路
２１ 高圧段排気バイパス通路
２２ 高圧段排気切替弁
２５ 蓄圧タンク
２６ 蓄圧通路
２７ 第１バルブ
２８ 低圧段エアアシスト通路
２９ 第２バルブ
３０ ＥＣＵ
Ｓ４ 圧力センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧段ターボ過給機と、低圧段ターボ過給機と、前記高圧段ターボ過給機のタービン上流側から圧力エネルギを回収し蓄圧する蓄圧タンクと、前記蓄圧タンク内の蓄圧ガスを前記低圧段ターボ過給機のタービン入口側に供給する蓄圧ガス供給手段とを備えることを特徴とする多段式ターボ過給システム。
【請求項２】
前記蓄圧ガス供給手段が、更に前記高圧段ターボ過給機のタービン入口側に前記蓄圧ガスを供給可能であり、運転状態に対応して前記蓄圧ガスを、前記高圧段ターボ過給機および／または前記低圧段ターボ過給機のタービン入口側に供給することを特徴とする請求項１に記載の多段式ターボ過給システム。
【請求項３】
過給増大要求時、前記蓄圧ガス供給手段が前記蓄圧ガスを前記高圧段ターボ過給機のタービン入口側へ優先して供給することを特徴とする請求項２に記載の多段式ターボ過給システム。
【請求項４】
前記蓄圧ガス供給手段が、前記蓄圧タンク内の圧力と前記高圧段ターボ過給機のタービン入口圧の差圧が所定値よりも大きいときに前記高圧段ターボ過給機のタービン入口側に前記蓄圧ガスを供給し、前記差圧が所定値より小さいときには低圧段ターボ過給機のタービン入口側に前記蓄圧ガスを供給することを特徴とする請求項３に記載の多段式ターボ過給システム。
【請求項５】
前記高圧段ターボ過給機および前記低圧段ターボ過給機により過給を行っている状態において、前記高圧段ターボ過給機による過給を停止する際に、前記蓄圧ガス供給手段が前記低圧段ターボ過給機のタービン入口側に前記蓄圧ガスを供給することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の多段式ターボ過給システム。
【請求項６】
前記蓄圧が、前記高圧段ターボ過給機をバイパスする高圧段排気バイパス通路を介して前記高圧段ターボ過給機へ供給される排気の一部がバイパスされる運転領域において行われることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の多段式ターボ過給システム。
【請求項７】
前記蓄圧が、前記運転領域において前記高圧段排気バイパス通路に設けられた高圧段排気切替弁を閉じて行われることを特徴とする請求項６に記載の多段式ターボ過給システム。
【請求項１】
高圧段ターボ過給機と、低圧段ターボ過給機と、前記高圧段ターボ過給機のタービン上流側から圧力エネルギを回収し蓄圧する蓄圧タンクと、前記蓄圧タンク内の蓄圧ガスを前記低圧段ターボ過給機のタービン入口側に供給する蓄圧ガス供給手段とを備えることを特徴とする多段式ターボ過給システム。
【請求項２】
前記蓄圧ガス供給手段が、更に前記高圧段ターボ過給機のタービン入口側に前記蓄圧ガスを供給可能であり、運転状態に対応して前記蓄圧ガスを、前記高圧段ターボ過給機および／または前記低圧段ターボ過給機のタービン入口側に供給することを特徴とする請求項１に記載の多段式ターボ過給システム。
【請求項３】
過給増大要求時、前記蓄圧ガス供給手段が前記蓄圧ガスを前記高圧段ターボ過給機のタービン入口側へ優先して供給することを特徴とする請求項２に記載の多段式ターボ過給システム。
【請求項４】
前記蓄圧ガス供給手段が、前記蓄圧タンク内の圧力と前記高圧段ターボ過給機のタービン入口圧の差圧が所定値よりも大きいときに前記高圧段ターボ過給機のタービン入口側に前記蓄圧ガスを供給し、前記差圧が所定値より小さいときには低圧段ターボ過給機のタービン入口側に前記蓄圧ガスを供給することを特徴とする請求項３に記載の多段式ターボ過給システム。
【請求項５】
前記高圧段ターボ過給機および前記低圧段ターボ過給機により過給を行っている状態において、前記高圧段ターボ過給機による過給を停止する際に、前記蓄圧ガス供給手段が前記低圧段ターボ過給機のタービン入口側に前記蓄圧ガスを供給することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の多段式ターボ過給システム。
【請求項６】
前記蓄圧が、前記高圧段ターボ過給機をバイパスする高圧段排気バイパス通路を介して前記高圧段ターボ過給機へ供給される排気の一部がバイパスされる運転領域において行われることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の多段式ターボ過給システム。
【請求項７】
前記蓄圧が、前記運転領域において前記高圧段排気バイパス通路に設けられた高圧段排気切替弁を閉じて行われることを特徴とする請求項６に記載の多段式ターボ過給システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２７０４７５（Ｐ２００９−２７０４７５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２０９６１（Ｐ２００８−１２０９６１）
【出願日】平成２０年５月７日（２００８．５．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月７日（２００８．５．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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