專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其具有內(nèi)燃機(jī)及多個(gè)基的渦輪增壓機(jī)。
背景技術(shù)：
以往，公知一種兩級(jí)渦輪系統(tǒng)作為具有內(nèi)燃機(jī)及多基的渦輪增壓機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其在高壓段設(shè)置小型渦輪增壓機(jī)，在低壓段設(shè)置大型渦輪增壓機(jī)(例如，參考專利文獻(xiàn)1至4)。利用圖8至圖12對(duì)由該大型渦輪增壓機(jī)及小型渦輪增壓機(jī)組合而成的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。圖8表示現(xiàn)有的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)的一個(gè)例子。如圖所示，現(xiàn)有的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)具有內(nèi)燃機(jī)1 ；利用來(lái)自于該內(nèi)燃機(jī)1的排氣氣體驅(qū)動(dòng)的兩基渦輪增壓機(jī)2A、2B。另外， 該兩級(jí)渦輪系統(tǒng)具有三個(gè)控制閥Vl V3，其切換吸入內(nèi)燃機(jī)1的吸氣氣體及來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)1的排氣氣體的流路；控制裝置3，其控制該三個(gè)控制閥Vl V3及渦輪增壓機(jī)2A、2B。 這里，控制閥Vl V3分別作為分流閥、流量控制閥及廢氣閥門起作用。另外，該兩級(jí)渦輪系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)1的上游側(cè)(供氣通路部)具有中間冷卻器5，該中間冷卻器5保持渦輪增壓機(jī)壓縮加熱的空氣的壓力并冷卻。而且，該兩級(jí)渦輪系統(tǒng)具有 用于向渦輪增壓機(jī)2B的壓縮機(jī)側(cè)流入凈化的空氣的空氣凈化器4A ；流動(dòng)來(lái)自于渦輪增壓機(jī)2A、2B的渦輪側(cè)的排氣氣體的消音器4B。其次，對(duì)使用以上所述結(jié)構(gòu)的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)的控制圖型進(jìn)行說(shuō)明。圖9是表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1000 1250rpm左右的完全兩段增壓狀態(tài)的氣體的流動(dòng)。在該狀態(tài)下，控制閥Vl V3全部關(guān)閉。吸入空氣通過(guò)渦輪增壓機(jī)2B及渦輪增壓機(jī)2A 的壓縮機(jī)側(cè)流入中間冷卻器5，之后流入內(nèi)燃機(jī)1。接著，來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)1的排氣氣體經(jīng)由渦輪增壓機(jī)2A及渦輪增壓機(jī)2B的渦輪側(cè)，以及消音器4B向外部排出。在圖9中，渦輪增壓機(jī)2A與比渦輪增壓機(jī)2A大型的渦輪增壓機(jī)2B串聯(lián)連接。圖10是表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1250 2500rpm左右的可變兩段增壓狀態(tài)的氣體的流動(dòng)。在該狀態(tài)下，控制閥VI、V3關(guān)閉，控制閥V2半開。因?yàn)榭刂崎yV2是流量控制閥，所以利用該開啟情況對(duì)流量進(jìn)行適宜地控制。由于該控制閥V2的存在，對(duì)流向渦輪增壓機(jī)2A 的排氣氣體的流量進(jìn)行控制，對(duì)渦輪的輸出進(jìn)行控制。經(jīng)由渦輪增壓機(jī)2A的排氣氣體與經(jīng)由控制閥V2的排氣氣體合流后向渦輪增壓機(jī)2B流入。經(jīng)由該渦輪增壓機(jī)2B及消音器4B 的排氣氣體向外部排出。圖11表示發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速2500 3500rpm左右的狀態(tài)的氣體流動(dòng)。在該狀態(tài)下， 控制閥V3關(guān)閉，控制閥VI、V2開放。在該情況下，因?yàn)榫哂锌刂崎yVI、V2的流路與通過(guò)渦輪增壓機(jī)2A的流路相比，流路剖面面積大，所以大部分的空氣及排氣氣體在控制閥Vl或V2 側(cè)流動(dòng)，渦輪增壓機(jī)2A不怎么動(dòng)作，處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。圖12是表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在3500rpm以上的狀態(tài)的氣體的流動(dòng)。在該狀態(tài)下，控制閥VI、V2處于開放狀態(tài)，控制閥V3處于半開狀態(tài)。通過(guò)該控制閥V3的控制情況對(duì)流向渦輪增壓機(jī)2B的渦輪側(cè)的排氣氣體的流量進(jìn)行控制，對(duì)渦輪增壓機(jī)2B的輸出進(jìn)行控制。
如圖9 圖12所示，內(nèi)燃機(jī)1處于低、中速時(shí)(1000 2500rpm)為兩段增壓，內(nèi)燃機(jī)1處于高速時(shí)O500rpm )只是渦輪增壓機(jī)(低壓渦輪)2B的一段增壓。另外，也可以僅是渦輪增壓機(jī)(高壓渦輪)2A的一段增壓，該渦輪系統(tǒng)相對(duì)于負(fù)載變動(dòng)的自由度高。另外，專利文獻(xiàn)5所公開的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)，在低速、低負(fù)載時(shí)，兩基渦輪進(jìn)行串聯(lián)地動(dòng)作，在高速、高負(fù)載時(shí)進(jìn)行并聯(lián)地動(dòng)作。專利文獻(xiàn)1 (日本)特開昭58-190516號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 (日本)特開昭61-291725號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 (日本)特開2006-97684號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 (日本)特表2008-514842號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 (日本)特開平4-164123號(hào)公報(bào)但是，在所述內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)中，即使在高速、高負(fù)載時(shí)(圖11及圖12)，為了達(dá)到輸出目標(biāo)必須進(jìn)行兩段增壓，如果進(jìn)行兩段增壓，則會(huì)產(chǎn)生由于壓縮機(jī)側(cè)的溫度升高而必須改變渦輪增壓機(jī)的中間冷卻或材質(zhì)等的問(wèn)題。在渦輪系統(tǒng)中，要求發(fā)動(dòng)機(jī)高輸出化及提高加速性，希望使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且盡可能慣性小的小型渦輪。另外，在專利文獻(xiàn)5中，雖然只將兩基渦輪向串聯(lián)模式或并聯(lián)模式切換，但是在發(fā)動(dòng)機(jī)高速的情況下，壓縮機(jī)側(cè)變?yōu)閮啥危脧U氣閥門對(duì)兩基渦輪流量進(jìn)行調(diào)整，而很難進(jìn)行穩(wěn)定地控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)的課題而作出的，目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其使用小型渦輪增壓機(jī)并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)具有內(nèi)燃機(jī)；利用來(lái)自于該內(nèi)燃機(jī)的排氣氣體驅(qū)動(dòng)的多個(gè)渦輪增壓機(jī)；分別切換吸入內(nèi)燃機(jī)的吸氣氣體與來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)的排氣氣體的流路的流路切換閥；控制該流路切換閥及所述渦輪增壓機(jī)的控制裝置，該內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)的特征在于，所述多個(gè)渦輪增壓機(jī)具有排氣流路最下游側(cè)的第一渦輪增壓機(jī)以及在該第一渦輪增壓機(jī)的排氣流路上游側(cè)的第二渦輪增壓機(jī)，通過(guò)切換使用了所述流路切換閥的流路， 可以切換地構(gòu)成以下模式串聯(lián)地連接所述第一渦輪增壓機(jī)與第二渦輪增壓機(jī)的串聯(lián)增壓模式；氣體僅流向所述第一渦輪增壓機(jī)或第二渦輪增壓機(jī)的一段增壓模式；并聯(lián)地連接所述第一渦輪增壓機(jī)或第二渦輪增壓機(jī)的并聯(lián)增壓模式。如果該發(fā)明是兩個(gè)小型渦輪增壓機(jī)的串聯(lián)增壓模式，通過(guò)實(shí)施從完全兩級(jí)向可變兩級(jí)過(guò)渡的控制，提高渦輪增壓機(jī)的應(yīng)答性，在發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)是有利的。另外，當(dāng)該發(fā)明為并聯(lián)增壓模式時(shí)，能夠適當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)需要大流量的高速的控制領(lǐng)域。另外，一段增壓模式，在部分負(fù)載的控制領(lǐng)域，通過(guò)適當(dāng)?shù)亟M合，使氣體只流向第一渦輪增壓機(jī)或第二渦輪增壓機(jī)， 能夠極細(xì)地控制以對(duì)應(yīng)使用用途為目標(biāo)的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。另外，因?yàn)槭窃O(shè)置并且控制管道及控制閥的結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且也很難發(fā)生系統(tǒng)故障。本發(fā)明的特征在于，流向所述內(nèi)燃機(jī)的吸氣流路具有經(jīng)由所述第一渦輪增壓機(jī)的渦輪壓縮機(jī)及所述第二渦輪增壓機(jī)的渦輪壓縮機(jī)與內(nèi)燃機(jī)連接的吸氣用串聯(lián)流路；從所述第一渦輪增壓機(jī)的渦輪壓縮機(jī)的出口側(cè)與所述第二渦輪增壓機(jī)的渦輪壓縮機(jī)的出口側(cè)連接的吸氣用分流流路；吸氣用并聯(lián)流路，其位于該吸氣用分流流路與所述吸氣用串聯(lián)流露的上游側(cè)的連接位置的下游側(cè)，并且與所述第二渦輪增壓機(jī)的渦輪壓縮機(jī)的出口側(cè)連接；設(shè)置于所述吸氣用并聯(lián)流路與所述吸氣用串聯(lián)流路的連接位置的流路切換閥；設(shè)置于所述吸氣用分流流路的開閉閥，來(lái)自于所述內(nèi)燃機(jī)的排氣流路具有從內(nèi)燃機(jī)經(jīng)由所述第二渦輪增壓機(jī)及所述第一渦輪增壓機(jī)直到外部的排氣用串聯(lián)流路；連結(jié)所述第二渦輪增壓機(jī)的渦輪入口側(cè)與所述第一渦輪增壓機(jī)的渦輪入口側(cè)的排氣用第一分流流路；連結(jié)該排氣用第一分流流路與所述排氣用串聯(lián)流路的連接位置的上游側(cè)和所述第一渦輪增壓機(jī)的渦輪出口側(cè)的排氣用第二分流流路；設(shè)置于該第二分流流路與所述排氣用串聯(lián)流路的上游側(cè)的連接位置的流路切換閥；設(shè)置于所述排氣用第一分流流路的流量控制閥。本發(fā)明是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，其在吸氣流路及排氣流路分別設(shè)置兩個(gè)控制閥并且利用控制裝置進(jìn)行切換，由此，能夠切換串聯(lián)增壓模式、并聯(lián)增壓模式及一段增壓模式。特別是，通過(guò)設(shè)置于排氣用第一分流流路的流量控制閥，能夠控制流向高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)與低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)的排氣氣體的流量，能夠準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)變化的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求。例如，在串聯(lián)增壓機(jī)中，對(duì)應(yīng)于目標(biāo)增壓壓力控制該流量控制閥，實(shí)施從可變兩級(jí)模式向并聯(lián)增壓模式過(guò)渡的控制，由此也有利于提高超越的加速性。本發(fā)明優(yōu)選的是，所述多個(gè)渦輪增壓機(jī)由同一渦輪容量的渦輪增壓機(jī)構(gòu)成。在該發(fā)明中，由于使用同一渦輪容量的兩基渦輪增壓機(jī)，如果在低速、中速時(shí)處于串聯(lián)增壓模式，則能夠用小型渦輪之間的組合代替現(xiàn)有的大型渦輪與小型渦輪的組合，達(dá)到系統(tǒng)的小型化和低慣性。另外，在大流量側(cè)的并聯(lián)增壓模式的情況下，通過(guò)適當(dāng)?shù)膲毫ζ胶鉁p少壓力損失。即，能夠使用小型的渦輪增壓機(jī)并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明優(yōu)選的是，具有連結(jié)所述排氣用第一分流流路的流量控制閥的下游側(cè)與低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)的下游側(cè)的低壓渦輪控制用流路；設(shè)置于該低壓渦輪控制用流路的流量控制閥。該發(fā)明設(shè)置低壓渦輪控制用流路，能夠利用流量控制閥對(duì)在低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)流動(dòng)的排氣氣體的量進(jìn)行微控制。本發(fā)明的特征在于，優(yōu)選的是，所述第二渦輪增壓機(jī)是可變流量渦輪。本發(fā)明，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)，可變流量渦輪的流量控制閥關(guān)閉，提高向內(nèi)側(cè)渦形管的流通，加快渦輪應(yīng)答性，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能。另外，通過(guò)調(diào)整流量控制閥的開度，擴(kuò)大對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制范圍。本發(fā)明的特征在于，優(yōu)選的是，所述第二渦輪增壓機(jī)是可變?nèi)萘繙u輪。該發(fā)明，例如，通過(guò)縮小渦輪的可變噴嘴，減少渦輪流量，增大渦輪容量，在高速、 高負(fù)載時(shí)是有利的。另外，因?yàn)槟軌驅(qū)?yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)控制縮小量，所以更能夠?qū)υ鰤旱钠钸M(jìn)行抑制。本發(fā)明的特征在于，優(yōu)選的是，所述第二渦輪增壓機(jī)是雙渦形管式P ” 一義式)。該發(fā)明更加提高了發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)的低流量側(cè)的渦輪應(yīng)答性，提高加速性能。在本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)中，如果是串聯(lián)增壓模式則使增壓壓力上升，提高渦輪增壓機(jī)的應(yīng)答性，在加速時(shí)是有利的。如果是并聯(lián)增壓模式，則能夠增大吸氣流量，在高速、高負(fù)載時(shí)是有利的。雖然如現(xiàn)有的大型渦輪與小型渦輪而成為處于并聯(lián)增壓模式，因?yàn)樵鰤簤毫Φ钠胶獗罎⑺孕枰嬷归y及管道徑的調(diào)整等，這些都與部品數(shù)量的增加和壓力的損失有關(guān)，但是本發(fā)明不會(huì)發(fā)生這樣的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)串聯(lián)增壓模式及并聯(lián)增壓模式以外的高壓段模式和低壓段模式進(jìn)行適當(dāng)?shù)亟M合，能夠極細(xì)地發(fā)揮以對(duì)應(yīng)使用用途為目標(biāo)的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。另外，因?yàn)槭窃O(shè)置并且控制管道及控制閥的結(jié)構(gòu)，所以使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很難發(fā)生系統(tǒng)故障。因?yàn)槭褂猛粶u輪容量的兩基渦輪增壓機(jī)，所以用小型渦輪之間的組合代替現(xiàn)有的大型渦輪與小型渦輪的組合，達(dá)到系統(tǒng)的小型化和低慣性。


圖1是表示本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式模式的說(shuō)明圖。圖2是表示改善圖1的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)的模式的說(shuō)明圖。圖3是表示更具體化的圖2的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)的說(shuō)明圖。圖4是表示串聯(lián)連接兩基渦輪增壓機(jī)的串聯(lián)增壓模式的說(shuō)明圖。圖5是表示氣體僅向低壓渦輪流動(dòng)的一段增壓模式(低壓段模式)的說(shuō)明圖。圖6是表示并聯(lián)連接兩基渦輪增壓機(jī)的并聯(lián)增壓模式的說(shuō)明圖。圖7是表示向并聯(lián)增壓模式改變情況下的控制閥的控制方法的流程圖。圖8是表示現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)(兩極渦輪系統(tǒng))的說(shuō)明圖。圖9是表示串聯(lián)連接大型渦輪與小型渦輪的情況下的氣體的流動(dòng)的說(shuō)明圖。圖10是表示打開流量控制閥進(jìn)行流量控制的情況下的氣體的流動(dòng)的說(shuō)明圖。圖11是表示大型渦輪動(dòng)作，小型渦輪處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況下的氣體流動(dòng)的說(shuō)明圖。圖12是表示打開廢氣閥門對(duì)流向大型渦輪的流量進(jìn)行控制的情況下的氣體的流動(dòng)的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式以下，參考圖示的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。但是，不限定對(duì)該實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)部品的尺寸、材質(zhì)、形狀及其相對(duì)位置等特別地說(shuō)明，本發(fā)明的范圍不限定于此。圖1是表示本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)(兩級(jí)渦輪系統(tǒng))的一個(gè)實(shí)施方式。本實(shí)施方式的渦輪增壓機(jī)具有內(nèi)燃機(jī)1 ；利用來(lái)自于該內(nèi)燃機(jī)1的排氣氣體驅(qū)動(dòng)的第一渦輪增壓機(jī)2A及第二渦輪增壓機(jī)2B。另外，該渦輪增壓機(jī)具有切換吸入內(nèi)燃機(jī)1的吸氣氣體與來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)1的排氣氣體的流路的流路切換閥V3、V4 ；控制該流路切換閥V3、V4及渦輪增壓機(jī)2A、2B的未圖示的控制裝置(圖3的符號(hào)幻。這里，控制裝置包含進(jìn)行運(yùn)算處理的計(jì)算機(jī)和向控制閥的線圈流動(dòng)電流的直流電源等。兩基渦輪增壓機(jī)2A、2B由同一渦輪容量的渦輪增壓機(jī)構(gòu)成，并且在串聯(lián)增壓模式的情況下，排氣流路上游側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A作為高壓渦輪起作用，排氣流路下游側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B作為低壓渦輪起作用。這里，同一渦輪容量的渦輪增壓機(jī)的渦輪容量相同，因?yàn)橥ㄟ^(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)和排氣集管形狀(工# 7 二一)、長(zhǎng)度來(lái)維持壓力平衡，所以也可以設(shè)置并改變壓縮機(jī)側(cè)的襯片(* ^ ^ )徑、渦形管或可變機(jī)構(gòu)?？諝庾鳛槲鼩鈿怏w流入內(nèi)燃機(jī)1的燃燒室，因?yàn)閺膬?nèi)燃機(jī)1的燃燒室排出排氣氣體，所以包含控制閥等的流路能夠分為吸氣流路與排氣流路。這里，首先，對(duì)吸氣流路進(jìn)行說(shuō)明。流向內(nèi)燃機(jī)1的吸氣流路具有經(jīng)由低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B的渦輪壓縮機(jī)及高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A的渦輪壓縮機(jī)并與內(nèi)燃機(jī)1連接的吸氣用串聯(lián)流路Tl ；從高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A的渦輪壓縮機(jī)的出口側(cè)與低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B的渦輪壓縮機(jī)的出口側(cè)連結(jié)的吸氣用分流流路T2。另外，該吸氣流路具有吸氣用并聯(lián)流路T3，該吸氣用并聯(lián)流路T3在吸氣用流路T2與吸氣用串聯(lián)流路Tl的上游側(cè)的連接位置的下游側(cè)并且與高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A的渦輪壓縮機(jī)的出口側(cè)連接。另外，該吸氣流路具有設(shè)置于吸氣用并聯(lián)流路T3與吸氣用串聯(lián)流路Tl的連接位置的流路切換閥V4 ；設(shè)置于吸氣用分流流路T2的開閉閥VI。另外，開閉閥Vl與流路切換閥V4作為分流閥起作用。在開閉閥Vl使用比例控制閥可以進(jìn)行連續(xù)的流量控制。另外， 流路切換閥V4是開關(guān)雙向閥，不是只進(jìn)行流路切換的流量控制功能。其次，對(duì)排氣流路進(jìn)行說(shuō)明。來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)1的排氣流路具有從內(nèi)燃機(jī)1經(jīng)由高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A及低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B直到外部(例如，外氣中或消音器)的排氣用串聯(lián)流路T4 ；連結(jié)高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A的渦輪入口側(cè)與低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B的渦輪入口側(cè)的排氣用第一分流流路T5 ；連結(jié)該排氣用第一分流流路T5與排氣用串聯(lián)流路 T4的連接位置的上游側(cè)和低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B的渦輪的出口側(cè)的排氣用第二分流流路 T6。另外，排氣用第一分流流路T5可以直接與渦輪增壓機(jī)2B的上游側(cè)入口連接，也可以與排氣用串聯(lián)流路T4連接。另外，排氣流路具有設(shè)置于第二分流流路T6與排氣用串聯(lián)流路T4的上游側(cè)的連接位置的流路切換閥V3 ；設(shè)置于排氣用第一分流流路T5的流量控制閥V2。另外，流路切換閥V3作為分流閥起作用，流量控制閥V2作為流量控制閥起作用。流路切換閥V3是開關(guān)雙向閥，不是只進(jìn)行流路切換的流量控制功能。在流量控制閥V2上使用比例控制閥，可以進(jìn)行連續(xù)的流量控制。其次，相對(duì)于圖1的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)的排氣流路，圖2所示的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)設(shè)置有低壓渦輪控制用流路T7，該低壓渦輪控制用流路T7將排氣用第一分流流路T5的流量控制閥 V2的下游側(cè)與低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B的下游側(cè)連結(jié)。該低壓渦輪控制用流路T7設(shè)置有比例開閉閥V5。利用該比例開閉閥V5，對(duì)在低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B流動(dòng)的排氣氣體的量進(jìn)行微控制。另外，比例開閉閥V5作為廢氣閥門起作用。圖1及圖2所示的本實(shí)施方式的兩極渦輪系統(tǒng)，通過(guò)切換使用控制閥Vl V4的流路，具有以下模式將兩基渦輪增壓機(jī)2A、2B串聯(lián)連接的串聯(lián)增壓模式；切換流路使排氣氣體僅流向高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A或低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B的一段增壓模式；將兩基渦輪增壓機(jī)2A、2B并聯(lián)連接的并聯(lián)增壓模式。圖3是具體地表示圖2的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)。如圖所示，在圖2說(shuō)明的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)具備控制渦輪增壓機(jī)2A、2B及控制閥Vl V5的控制裝置3 ；冷卻流入內(nèi)燃機(jī)1的空氣的中間冷卻器5。向控制裝置3輸入來(lái)自于壓力傳感器Pl P4的輸出，該壓力傳感器Pl P4設(shè)置于流路中，對(duì)控制閥Vl V5進(jìn)行適當(dāng)?shù)乜刂啤D4是表示兩基渦輪增壓機(jī)2A、2B動(dòng)作的串聯(lián)增壓模式的情況下的氣體的流動(dòng)。 如圖所示，空氣順次通過(guò)渦輪增壓機(jī)2B及渦輪增壓機(jī)2A，而且通過(guò)中間冷卻器5后流入內(nèi)燃機(jī)1。接著，來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)1的排氣氣體流入渦輪增壓機(jī)2A，經(jīng)由流路切換閥V3及渦輪增壓機(jī)2B向外部排出。圖5是表示氣體僅向渦輪增壓機(jī)2A或2B流動(dòng)的一段增壓模式的情況下的氣體的流動(dòng)。因?yàn)闇u輪增壓機(jī)2A、2B的渦輪容量相同，所以可以使用任意一個(gè)增壓機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)的部分負(fù)載的情況下使用該模式。例如，如圖所示，空氣僅流入低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B，經(jīng)由中間冷卻器5流入內(nèi)燃機(jī)1。接著，來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)1的排氣氣體經(jīng)由流量控制閥V2流入渦輪增壓機(jī)2B，之后，向外部排出。在該模式時(shí)，如果比例開閉閥V5適當(dāng)?shù)卮蜷_(間歇地或者對(duì)開度進(jìn)行比例控制)，則能夠?qū)α魅霚u輪增壓機(jī)2B的排氣氣體的流量進(jìn)行控制。圖6是表示并聯(lián)連接兩基渦輪增壓機(jī)2A、2B的并列增壓模式的情況下的氣體的流動(dòng)。如圖所示，空氣從兩個(gè)流路向本渦輪系統(tǒng)流入，各流路與低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A或高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B連接。經(jīng)由該渦輪增壓機(jī)2A、2B的空氣合流，通過(guò)中間冷卻器5向內(nèi)燃機(jī)1流入。來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)1的排氣氣體分別以不同的流路流入高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A 與低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B，即，并列地流入。經(jīng)過(guò)渦輪增壓機(jī)2A、2B的排氣氣體被合流并且被向外部排出。圖7是表示切換并聯(lián)增壓模式的情況下的處理的流動(dòng)，即，控制閥的控制方法的流程圖。首先，在步驟Sl中，向圖3所示的內(nèi)燃機(jī)1隨時(shí)讀入發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(NE)、燃料噴射量 (Qfinj)及現(xiàn)在的增壓壓力(Pi =P4)。其次，在步驟S2中，讀入來(lái)自于控制閥Vl V5的閥信號(hào)。其次，在步驟S3中，利用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(NE)及燃料噴射量Oifinj)隨時(shí)算出目標(biāo)的增壓壓力(Pt)。其次，在步驟S4中，判斷Pi是否大于Pt。如果Pi不大于Pt則在步驟S5中，判斷控制閥VI、V2是否全部關(guān)閉。如果控制閥VI、V2沒(méi)有全部關(guān)閉則進(jìn)入步驟S6將其全部關(guān)閉，并返回步驟Si。另外，如果控制閥V1、V2全部關(guān)閉則進(jìn)入步驟S7進(jìn)行流量控制閥V2 的反饋控制，對(duì)流向渦輪增壓機(jī)2A、2B的流量及其比例進(jìn)行控制。接著，返回步驟Si。在步驟S4中，如果Pi大于Pt，則進(jìn)入步驟S8，判斷P2/P1是否大于規(guī)定值。如果 P2/P1不大于規(guī)定值則進(jìn)入步驟S9，切換控制閥V4使渦輪增壓機(jī)2A、2B并聯(lián)。接著，返回步驟Sl。另外，如果P2/P1大于規(guī)定值，則進(jìn)入步驟S10，讀入壓力傳感器P1、P2的壓力值。其次，判斷步驟Sll中的P3/P2是否大于規(guī)定值。如果P3/P2不大于規(guī)定值，則步驟S12的控制閥V1、V2全開，向V3、V4并聯(lián)模式切換，進(jìn)行控制閥V5的反饋控制，對(duì)流向渦輪增壓機(jī)2B的流量進(jìn)行微控制。接著，返回步驟Si。另外，如果P3/P2大于規(guī)定值，則進(jìn)行步驟S13的控制閥V2的反饋控制，對(duì)流向渦輪增壓機(jī)2A、2B的流量及其比例進(jìn)行控制。接著，返回步驟Si。在本實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)中，因?yàn)槭褂猛粶u輪容量的兩基渦輪增壓機(jī)2A、 2B，所以用小型渦輪之間的組合代替現(xiàn)有的大型渦輪與小型渦輪的組合，達(dá)到系統(tǒng)小型化和低慣性。如果處于串聯(lián)增壓模式則增壓壓力上升，提高渦輪增壓機(jī)2A、2B的應(yīng)答性，在加速時(shí)是有利的。對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，在空氣必須向發(fā)動(dòng)機(jī)流動(dòng)的情況下，如果處于并聯(lián)增壓模式，則能夠使吸氣流量增大，在高速、高負(fù)載時(shí)是有利的。當(dāng)如現(xiàn)有的大型渦輪與小型渦輪組合進(jìn)行并聯(lián)增壓模式時(shí)，雖然因?yàn)樵鰤簤毫Φ钠胶獗罎ⅲ仨毷褂媚嬷归y而與部品數(shù)量的增加及壓力損失的增大有關(guān)，但是本實(shí)施方式不會(huì)發(fā)生該問(wèn)題。適當(dāng)?shù)貙?duì)串聯(lián)增壓模式及并聯(lián)增壓模式以外的一段增壓模式進(jìn)行組合，能夠發(fā)揮
9對(duì)應(yīng)使用用途的目標(biāo)的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。另外，因?yàn)樵O(shè)置管道和控制閥的控制結(jié)構(gòu)，所以使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很難發(fā)生系統(tǒng)故障。另外，本實(shí)施方式的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，其在吸氣流路和排氣流路設(shè)置控制閥Vl V4，并利用控制裝置進(jìn)行切換(參考圖1)，能夠切換串聯(lián)增壓模式、并聯(lián)增壓模式及一段增壓模式。特別是，通過(guò)設(shè)置于排氣用第一分流流路T5的流量控制閥V2，能夠?qū)α飨蚋邏簜?cè)的渦輪增壓機(jī)2A及低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2B的排氣氣體的流量進(jìn)行控制，能夠準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)變化的發(fā)動(dòng)機(jī)性能的要求。例如，在串聯(lián)增壓模式中，對(duì)應(yīng)于目標(biāo)的增壓壓力對(duì)流量控制閥V2進(jìn)行控制(開閉控制及開度控制)，通過(guò)實(shí)施從可變兩級(jí)模式向并聯(lián)增壓模式過(guò)渡的控制，也有利于提高超越前方車輛的加速性。以上，雖然對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但是本發(fā)明不限定于以上所述實(shí)施方式，在不脫離其本質(zhì)的范圍內(nèi)，也可以是其他的變形。例如，作為高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A，也可以使用可變?nèi)萘繙u輪(VGT =Variable Geometry Turbo)。VGT能夠改變渦輪容量，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于低旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)縮小該可變?nèi)~片， 減少渦輪側(cè)的喉部的面積，通過(guò)增加排氣氣體的流速加快應(yīng)答性。另外，能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載變化進(jìn)行細(xì)微地控制。另外，作為高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A，也可以使用可變流量渦輪 (VFT Variable Flow Turbo)。如果如此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)，因?yàn)槟軌蛲ㄟ^(guò)縮小可變流量渦輪的流量，與VGT—樣有效地提高渦輪的應(yīng)答性。即，在低速、低負(fù)載時(shí)是有利的。另外，VFT 與VGT相比，渦輪內(nèi)外被分割為兩半，雖然不能夠進(jìn)行細(xì)微的喉部調(diào)整，但是在簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)上是不同的。另外，例如，作為高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)2A，也可以使用雙渦形管式。如果如此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)與通常的渦輪渦形管相比流速加快，提高渦輪的應(yīng)答性。另外，在所述實(shí)施方式中，雖然使用開閉閥VI，但是除了能夠使用結(jié)構(gòu)、成本有利的僅能切換打開和關(guān)閉的閥體作為該開閉閥VI，也可以使用連續(xù)地從打開向關(guān)閉狀態(tài)過(guò)渡的比例開閉閥。另外，在所述實(shí)施方式中，雖然對(duì)使用流路切換閥V3、V4的例子進(jìn)行說(shuō)明，但是除了能夠使用結(jié)構(gòu)、成本有利的雙向閥作為該流路切換閥V3、V4，當(dāng)然也可以使用三通閥以上的閥體。在本發(fā)明的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)中，能夠使用小型的渦輪增壓機(jī)并且使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明可以適用于所有搭載渦輪增壓機(jī)的車輛、船舶及飛機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其具有內(nèi)燃機(jī)；通過(guò)來(lái)自于該內(nèi)燃機(jī)的排氣氣體驅(qū)動(dòng)的多個(gè)渦輪增壓機(jī)；分別切換吸入內(nèi)燃機(jī)的吸氣氣體和來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)的排氣氣體的流路的流路切換閥；控制該流路切換閥及所述渦輪增壓機(jī)的控制裝置，該內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)的特征在于，所述多個(gè)渦輪增壓機(jī)具有排氣流路最下游側(cè)的第一渦輪增壓機(jī)以及該第一渦輪增壓機(jī)的排氣流路上游側(cè)的第二渦輪增壓機(jī)，通過(guò)切換使用了所述流路切換閥的流路，構(gòu)成以下可以切換的模式 串聯(lián)增壓模式，所述第一渦輪增壓機(jī)與第二渦輪增壓機(jī)串聯(lián)連接； 一段增壓模式，氣體僅流向所述第一渦輪增壓機(jī)或第二渦輪增壓機(jī)； 并聯(lián)增壓模式，所述第一渦輪增壓機(jī)與第二渦輪增壓機(jī)并聯(lián)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其特征在于，流向所述內(nèi)燃機(jī)的吸氣流路具有吸氣用串聯(lián)流路，其經(jīng)由所述第一渦輪增壓機(jī)的渦輪壓縮機(jī)及所述第二渦輪增壓機(jī)的渦輪壓縮機(jī)與內(nèi)燃機(jī)連接；吸氣用分流流路，其從所述第一渦輪增壓機(jī)的渦輪壓縮機(jī)的出口側(cè)與所述第二渦輪增壓機(jī)的渦輪壓縮機(jī)的出口側(cè)連結(jié)；吸氣用并聯(lián)流路，位于該吸氣用分流流路與所述吸氣用串聯(lián)流路的上游側(cè)的連接位置的下游側(cè)，并且與所述第二渦輪增壓機(jī)的渦輪壓縮機(jī)的出口側(cè)連接；流路切換閥，其設(shè)置于所述吸氣用并聯(lián)流路與所述吸氣用串聯(lián)流路的連接位置； 開閉閥，其設(shè)置于所述吸氣用分流流路， 來(lái)自于所述內(nèi)燃機(jī)的排氣流路具有排氣用串聯(lián)流路，其從內(nèi)燃機(jī)經(jīng)由所述第二渦輪增壓機(jī)及所述第一渦輪增壓機(jī)直到外部；排氣用第一分流流路，其連結(jié)所述第二渦輪增壓機(jī)的渦輪的入口側(cè)與所述第一渦輪增壓機(jī)的渦輪的入口側(cè)；排氣用第二分流流路，其連結(jié)該排氣用第一分流流路與所述排氣用串聯(lián)流路的連接位置的上游側(cè)和所述第一渦輪增壓機(jī)的渦輪的出口側(cè)；流路切換閥，其設(shè)置于該第二分流流路與所述排氣用串聯(lián)流路的上游側(cè)的連接位置； 流量控制閥，其設(shè)置于所述排氣用第一分流流路。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)渦輪增壓機(jī)由同一渦輪容量的渦輪增壓機(jī)構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其特征在于，具有低壓渦輪控制用流路，其連結(jié)所述排氣用第一分流流路的流量控制閥的下游側(cè)與低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)的下游側(cè)；流量控制閥，其設(shè)置于該低壓渦輪控制用流路。
5.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其特征在于，所述第二渦輪增壓機(jī)是可變流量渦輪。
6.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其特征在于，所述第二渦輪增壓機(jī)是可變?nèi)萘繙u輪。
7.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其特征在于，所述第二渦輪增壓機(jī)是雙渦形管式。
全文摘要
提供一種內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其是使用小型渦輪增壓機(jī)并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的兩級(jí)渦輪系統(tǒng)。該兩級(jí)渦輪系統(tǒng)具有內(nèi)燃機(jī)(1)；利用來(lái)自于該內(nèi)燃機(jī)(1)的排氣氣體驅(qū)動(dòng)的兩基渦輪增壓機(jī)(2A、2B)；多個(gè)控制閥(V1～V5)，其切換吸入內(nèi)燃機(jī)(1)的吸氣氣體與來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)(1)的排氣氣體的流路；控制該多個(gè)控制閥(V1～V5)及渦輪增壓機(jī)(2A、2B)的控制裝置，其中，兩基渦輪增壓機(jī)(2A、2B)由同一渦輪容量的渦輪增壓機(jī)構(gòu)成，并且作為排氣流路上游側(cè)的高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)(2A)起作用，作為排氣流路下游側(cè)的低壓側(cè)的渦輪增壓及(2B)起作用，通過(guò)切換使用了所述控制閥(V1～V5)的流路，具有以下模式串聯(lián)連接兩基渦輪增壓機(jī)(2A、2B)的串聯(lián)模式；氣體僅流向高壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)(2A)或低壓側(cè)的渦輪增壓機(jī)(2B)的一段增壓模式；并聯(lián)連接兩基渦輪增壓機(jī)(2A、2B)的并聯(lián)模式。
文檔編號(hào)F02B37/007GK102333941SQ20098015749
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者安秉一, 惠比壽干 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社