发动机系统的制作方法

本发明涉及具有多个气缸组和对要被供给到气缸组的气体进行压缩的增压器的发动机系统。

本申请基于2015年1月9日在日本提出的日本特愿2015-003072号要求优先权，在此援引其内容。

背景技术：

以往，在具有多个气缸的燃气发动机等内燃机中，提出有如下的内燃机：出于谋求高输出低燃料消耗率的目的，具有二级(多级式)增压方式等的多个排气涡轮式增压器(例如参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4295904号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

在具有多个气缸的发动机中，难以使要被供给到各气缸的混合气体的质量、流速相同并使混合气体同样地燃烧。因此，从各气缸排出的废气的温度和流量有时不同。

专利文献1中记载的发动机是具有两个气缸组(缸组)的v型发动机。从各气缸组排出的废气分别与不同的增压器连接。在从各气缸组排出的废气的温度和流量不同的情况下，流入到各增压器的涡轮机的气体温度和流量不同，因此，涡轮机输出分别不同。所以，增压器的压缩机对混合气体进行压缩的功也分别不同。

这样，在流入到各增压器的废气的温度和流量不同的情况下，增压器从计划好的工作点偏离而工作。因此，有可能会产生效率降低或超过增压器的喘振线而工作。

本发明提供一种发动机系统，即便在从多个气缸组排出的废气的排气能量不同的情况下，也可以使气缸组之间的进气流量以及压力比均等地接近。

用于解决课题的方案

根据本发明的第一方案，发动机系统具有：多个气缸组，所述多个气缸组使被供给的混合气体燃烧而作为废气排出；多个高压级增压器，所述多个高压级增压器分别具有高压级涡轮机以及高压级压缩机，所述高压级涡轮机由对应的所述气缸组的所述废气驱动，所述高压级压缩机借助所述高压级涡轮机的驱动而旋转并对要被供给到对应的所述气缸组的气体进行压缩；以及多个低压级增压器，所述多个低压级增压器分别具有低压级涡轮机以及低压级压缩机，所述低压级涡轮机由从所述多个高压级增压器的任一个高压级增压器的所述高压级涡轮机排出的废气驱动，所述低压级压缩机借助所述低压级涡轮机的驱动而旋转并对向所述一个高压级增压器以外的其他的高压级增压器的高压级压缩机供给的气体进行压缩。

根据如上所述的结构，即便在从多个气缸组排出的废气的排气能量不同的情况下，也可以使气缸组之间的进气流量以及压力比均等地接近。

根据本发明的第二方案，发动机系统具有：第一气缸组以及第二气缸组，所述第一气缸组以及第二气缸组使被供给的混合气体燃烧而作为废气排出；第一高压级增压器以及第二高压级增压器，所述第一高压级增压器以及第二高压级增压器分别具有高压级涡轮机以及高压级压缩机，所述高压级涡轮机由对应的所述气缸组的所述废气驱动，所述高压级压缩机借助所述高压级涡轮机的驱动而旋转并对要被供给到对应的所述气缸组的气体进行压缩；第一低压级增压器，所述第一低压级增压器具有第一低压级涡轮机以及第一低压级压缩机，所述第一低压级涡轮机由从所述第一高压级增压器的所述高压级涡轮机排出的废气驱动，所述第一低压级压缩机借助所述第一低压级涡轮机的驱动而旋转并对要被供给到所述第二高压级增压器的所述高压级压缩机的气体进行压缩；以及第二低压级增压器，所述第二低压级增压器具有第二低压级涡轮机以及第二低压级压缩机，所述第二低压级涡轮机由从所述第二高压级增压器的所述高压级涡轮机排出的废气驱动，所述第二低压级压缩机借助所述第二低压级涡轮机的驱动而旋转并对要被供给到所述第一高压级增压器的所述高压级压缩机的气体进行压缩。

在上述发动机系统中，将所述低压级压缩机和所述高压级压缩机连接的配管也可以形成为，被导入到所述高压级压缩机的气体绕所述高压级压缩机的旋转方向回旋。

根据如上所述的结构，由于压缩机的旋转方向和气体的流动方向一致，因此，可以形成不会使压力损失增加而流入到压缩机的气流。由此，可以使压缩机在工作效率高的状态下工作。

发明的效果

根据上述发动机系统，即便在多个气缸组排出的废气的排气能量不同的情况下，也可以使气缸组之间的进气流量以及压力比均等地接近。

附图说明

图1是概略地表示本发明的实施方式的发动机系统的结构例的图。

图2是本发明的实施方式的发动机系统的交叉配管的立体图。

图3是本发明的实施方式的发动机系统的交叉配管的主视图。

图4是表示本发明的实施方式的高压级增压器的增压效率映射的图。

图5是概略地表示以往的发动机系统的结构例的图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式的发动机系统1。

如图1所示，本实施方式的发动机系统1是具有二级(多级式)增压系统的系统，该发动机系统1具有：具有由第一气缸组10(右缸组)和第二气缸组20(左缸组)构成的两个气缸组10、20的发动机主体2；由第一高压级增压器11和第二高压级增压器21构成的两个高压级增压器11、21；以及由第一低压级增压器12和第二低压级增压器22构成的两个低压级增压器12、22。即，本实施方式的发动机系统1具有四个增压器11、12、21、22。被导入的空气a由低压级增压器12、22以及高压级增压器11、21增高压力。

发动机主体2可以采用通过使例如天然气、城市煤气等主燃料气体(燃料气体)和空气a的混合气体燃烧而取得驱动力的发动机。发动机主体2例如是各个气缸组10、20分别具有6个气缸合计具有12个气缸的v型12缸发动机。

第一高压级增压器11具有第一高压级涡轮机13以及用一根轴与第一高压级涡轮机13连接的第一高压级压缩机14。即，第一高压级压缩机14和第一高压级涡轮机13用轴部件连结，第一高压级压缩机14借助第一高压级涡轮机13的驱动而旋转。

第二高压级增压器21具有第二高压级涡轮机23以及用一根轴与第二高压级涡轮机23连接的第二高压级压缩机24。

第一低压级增压器12具有第一低压级涡轮机15以及用一根轴与第一低压级涡轮机15连接的第一低压级压缩机16。

第二低压级增压器22具有第二低压级涡轮机25以及用一根轴与第二低压级涡轮机25连接的第二低压级压缩机26。

供第一气缸组10的废气e导入的配管即第一高压级排气配管17与第一高压级增压器11的第一高压级涡轮机13连接。第一高压级涡轮机13和第一低压级涡轮机15由第一低压级排气配管18连接。即，借助从第一气缸组10排出的废气e的排气能量，第一高压级涡轮机13和第一低压级涡轮机15旋转，与第一高压级涡轮机13连接的第一高压级压缩机14和与第一低压级涡轮机15连接的第一低压级压缩机16旋转。

供第二气缸组20的废气e导入的配管即第二高压级排气配管27与第二高压级增压器21的第二高压级涡轮机23连接。第二高压级涡轮机23和第二低压级涡轮机25由第二低压级排气配管28连接。即，借助从第二气缸组20排出的废气e的排气能量，第二高压级涡轮机23和第二低压级涡轮机25旋转，第二高压级压缩机24和第二低压级压缩机26旋转。

第一低压级增压器12的第一低压级压缩机16的空气排出口经由第一交叉配管3与第二高压级增压器21的第二高压级压缩机24的空气导入口连接。从第一低压级压缩机16排出的压缩空气a未被导入到第一高压级压缩机14，而经由第一交叉配管3被导入到第二高压级压缩机24。

即，由右缸组(第一气缸组10)的第一低压级压缩机16压缩后的压缩空气a由相反侧的左缸组(第二气缸组20)的第二高压级压缩机24压缩。

从第二高压级压缩机24排出的压缩空气a经由第二高压级空气配管29被供给到第二气缸组20。

第二低压级增压器22的第二低压级压缩机26的空气排出口经由第二交叉配管4与第一高压级增压器11的第一高压级压缩机14的空气导入口连接。即，从第二低压级压缩机26排出的压缩空气a被导入到第一高压级压缩机14，接着，经由第一高压级空气配管19被供给到第一气缸组10。

即，本实施方式的发动机系统1具有多个低压级增压器12、22，该多个的低压级增压器12、22分别具有：由从多个高压级增压器11、21的任一个高压级增压器11的高压级涡轮机13排出的废气e驱动的低压级涡轮机15；以及借助低压级涡轮机15的驱动而旋转并对向一个高压级增压器11以外的其他的高压级增压器21的高压级压缩机24供给的压缩空气a进行压缩的低压级压缩机16。

如上所述，在配置第一交叉配管3以及第二交叉配管4的情况下，第一交叉配管3以及第二交叉配管4需要弯曲部。如图2所示，例如第一交叉配管3具有多个弯曲部5。

如图2以及图3所示，第一交叉配管3的与第二高压级压缩机24连接的连接部6形成为，被导入到第二高压级压缩机24的压缩空气a绕第二高压级压缩机24的叶轮的旋转方向r回旋。

具体而言，第一交叉配管3弯曲地形成为，连接部6处的配管的轴向沿着在第二高压级压缩机24内流动的压缩空气a的流向。由此，在第一交叉配管3内流动的压缩空气a被施加相对于构成第一高压级压缩机14的叶轮的旋转方向r进行正向的回旋运动那样的力。

另外，与第一交叉配管3同样地，第二交叉配管4的与第一高压级压缩机14连接的连接部形成为，被导入到第一高压级压缩机14的压缩空气a绕第一高压级压缩机14的叶轮的旋转方向回旋。

接着，说明本实施方式的发动机系统1的工作流程。

在从第一气缸组10排出的废气e和从第二气缸组20排出的废气e的温度以及流量为相同程度的情况下，第一高压级压缩机14以及第一低压级压缩机16的压力比(压缩比)和第二高压级压缩机24以及第二低压级压缩机26的压力比成为相同程度，第一高压级压缩机的出口和第二高压级压缩机24的出口的压力成为相同程度。即，要被供给到发动机主体2的第一气缸组10和第二气缸组20的压缩空气a的压力增高至相同程度。

另一方面，也存在如下情况：从第一气缸组10排出的废气e成为高温高流量，第一高压级涡轮机13以及第一低压级涡轮机15的输出增加，而从第二气缸组20排出的废气e成为低温低流量，第二高压级涡轮机23以及第二低压级涡轮机25的输出减少。关于这种情况下的效率降低，使用增压效率映射(表示可以将涡轮机的多少旋转能量转换为由压缩机得到的压力上升的映射)进行说明。

图4是表示高压级增压器的增压效率映射的图。图4中的横轴是空气流量。图4中的纵轴是压力比、即从压缩机刚流出之后的空气压力与即将向压缩机流入之前的空气压力之比。多条环状线是根据空气流量和压力比之间的关系求出的效率，越是中心侧的线，效率越高。线s是喘振线，线c是扼流线。被喘振线s和扼流线c包围的区域t是压缩机的工作区域。多条环状线的中心点p是效率最好的工作点。

在此，如图5所示的以往的发动机系统101那样，在从第一低压级压缩机16排出的压缩空气a经由第一低压级空气配管103被导入到第一高压级压缩机14、从第二低压级压缩机26排出的压缩空气a经由第二低压级空气配管104被导入到第二高压级压缩机24时，要被供给到第一气缸组10和第二气缸组20的压缩空气a的压缩率有时会产生较大的差异。

例如，在高温高流量的废气e被导入到与第一气缸组10对应的排气配管17、18(过剩的排气能量被供给到涡轮机)时，第一低压级压缩机16的工作点向p1侧移动。即，增压器从效率最好的工作点p偏离而工作。压缩空气a经由第一低压级空气配管103被导入到第一高压级压缩机14而被压缩，但由于被导入到对第一高压级压缩机14进行驱动的第一高压级涡轮机13的废气e也是高温高流量，因此，可认为效率变差。

另一方面，在低温低流量的废气e被导入到与第二气缸组20对应的排气配管27、28时，第二低压级压缩机26的工作点向p2侧移动。即，从效率最好的工作点偏离而工作。压缩空气a经由第二低压级空气配管104被导入到第二高压级压缩机24而被压缩，但由于被导入到对第二高压级压缩机24进行驱动的第二高压级涡轮机23的废气e也是低温低流量，因此，可认为效率变差。

即，在图5所示那样的配管结构中，在从各个气缸组10、20排出的废气e的排气能量不同的情况下，有可能会产生效率降低或超过增压器的喘振线而工作。

在本实施方式的发动机系统1中也同样地，在高温高流量的废气被导入到与第一气缸组10对应的排气配管17、18时，由第一低压级压缩机16压缩的压缩空气a的压力上升，压缩机的工作点向p1侧移动。即，从效率最好的工作点偏离而工作。

另一方面，在低温低流量的废气被导入到与第二气缸组20对应的排气配管27、28时，第二低压级压缩机26的工作点向p2侧移动。即，从效率最好的工作点偏离而工作。

在此，从第一低压级压缩机16排出的压缩空气a经由第一交叉配管3被导入到第二高压级压缩机24。另外，从第二低压级压缩机26排出的压缩空气a经由第二交叉配管4被导入到第一高压级压缩机14。

换言之由右缸组的第一低压级压缩机16压缩后的压缩空气a由左缸组的第二高压级压缩机24压缩后被供给到发动机。由左缸组的第二低压级压缩机26压缩后的压缩空气a由右缸组的第一高压级压缩机14压缩后被供给到发动机。

由高输出的第一低压级压缩机16压缩后的压缩空气a被供给到低输出的第二高压级压缩机24。由低输出的第二低压级压缩机26压缩后的压缩空气a被供给到高输出的第一高压级压缩机14。由此，左右的气缸组之间的平衡性提高。

根据上述实施方式，即便在从左缸组和右缸组排出的废气的排气能量不同的情况下，也可以使气缸组之间的进气流量以及压力比均等地接近。

另外，交叉配管3、4的与高压级压缩机14、24连接的连接部形成为，被导入到高压级压缩机14、24的压缩空气a绕高压级压缩机14、24的旋转方向r回旋。由此，由于压缩机的旋转方向和压缩空气a的流动方向一致，因此，可以形成不会使压力损失增加而流入到压缩机的气流。由此，可以使压缩机在工作效率高的状态下工作。

以上，对本发明的实施方式说明了详细情况，但可以在不脱离本发明的技术思想的范围内进行各种变更。

例如，气缸组的数量不限于两组，发动机系统1也可以采用设置三组以上的气缸组的结构。

工业实用性

根据上述发动机系统，即便在从多个气缸组排出的废气的排气能量不同的情况下，也可以使气缸组之间的进气流量以及压力比均等地接近。

附图标记说明

1发动机系统

2发动机主体

3第一交叉配管

4第二交叉配管

5弯曲部

6连接部

10第一气缸组

11第一高压级增压器

12第一低压级增压器

13第一高压级涡轮机

14第一高压级压缩机

15第一低压级涡轮机

16第一低压级压缩机

17第一高压级排气配管

18第一低压级排气配管

19第一高压级空气配管

20第二气缸组

21第二高压级增压器

22第二低压级增压器

23第二高压级涡轮机

24第二高压级压缩机

25第二低压级涡轮机

26第二低压级压缩机

27第二高压级排气配管

28第二低压级排气配管

29第二高压级空气配管

a压缩空气

e废气