(57)【要約】【課題】過給装置全体の配置スペースの上下方向寸法を短縮すると共に、内燃機関本体の周辺に他の装置の配置スペースを確保する。【解決手段】複数の気筒５から排出された排気を合流させる排気集合部３２からの排気を最終的に第２タービン２４に導く排気主通路部５１を、気筒列中分線に対して気筒列方向の一方側に偏倚した位置において、排気集合部から内燃機関本体に対して離間する方向に延出した状態で形成し、第１タービン２２を、排気主通路部より気筒列方向外側に近接して配置すると共に、第２タービンを、排気主通路部の上方に近接して配置する。さらに、第２コンプレッサを、第２タービンより気筒列方向外側で且つ第１タービンの上方に配置し、第１コンプレッサを、第１タービンより気筒列方向外側に配置する。【選択図】図４
2010150955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関本体に近接して設けられ、
第１過給機と第２過給機とを有し、
前記第１過給機が、第１コンプレッサと、この第１コンプレッサを駆動する第１タービンとを備え、前記第２過給機が、第２コンプレッサと、第２コンプレッサを駆動する第２タービンとを備えた過給装置であって、
前記複数の気筒から排出された排気を合流させる排気集合部からの排気を最終的に前記第２タービンに導く排気主通路部が、前記排気集合部から前記内燃機関本体に対して離間する方向に延出した状態で形成され、
前記第１タービンが、前記排気主通路部の側方に近接して配置されると共に、前記第２タービンが、前記排気主通路部の上方に近接して配置されたことを特徴とする過給装置。
【請求項２】
前記排気主通路部が、気筒列中分線に対して気筒列方向の一方側に偏倚した位置に配置され、
前記第１タービンが、前記排気主通路部より気筒列方向外側に近接して配置されたことを特徴とする請求項１に記載の過給装置。
【請求項３】
前記排気主通路部が、少なくとも前記第２タービンの下方に位置する部分において、前記第１タービンの上端より低くなるように形成されたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の過給装置。
【請求項４】
前記第２コンプレッサが、前記第２タービンより気筒列方向外側で且つ前記第１タービンの上方に配置されたことを特徴とする請求項２若しくは請求項３に記載の過給装置。
【請求項５】
前記第１コンプレッサが、前記第１タービンより気筒列方向外側に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の過給装置。
【請求項６】
前記排気主通路部が、前記排気集合部からの排気を前記第１タービンに導く排気通路部と、前記第１タービンの上流側と下流側とを連通するバイパス通路部と、このバイパス通路部の流量を調整する流量調整弁と、前記第１タービンからの排気を前記第２タービンに導く排気通路部とを有し、前記流量調整弁が、前記第１タービンに近接して配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の過給装置。
【請求項７】
前記流量調整弁の駆動装置が、前記排気主通路部を挟んで前記第１タービンと相反する側に配置されたことを特徴とする請求項６に記載の過給装置。
【請求項８】
前記気筒から排出される排気が個別に流れる独立排気通路部と、前記排気集合部と、前記排気主通路部とが一体に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の過給装置。
【請求項９】
前記内燃機関本体が、気筒列方向を車両左右方向にして配置され、前記排気主通路部が、前記内燃機関本体の前方に配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の過給装置。
【請求項１０】
前記排気主通路部より気筒列方向内側に排気浄化装置が配置されたことを特徴とする請求項２乃至請求項９のいずれかに記載の過給装置。
【請求項１１】
前記第１タービンが、最外端の気筒より気筒列方向外側に配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の過給装置。
【請求項１２】
前記内燃機関本体における気筒列方向の一方側の端に変速機が配置されたことを特徴とする請求項１１に記載の過給装置。
【請求項１３】
前記内燃機関本体の前面側における前記排気主通路部の下方に、前記内燃機関本体に設けられたウォータジャケットと車両前方に配置されたラジエータとを連通する冷却水通路が配置されたことを特徴とする請求項９に記載の過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの過給機を備えた内燃機関の過給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
幅広い運転領域で高い過給能力を得る目的で、複数の過給機を備えた過給装置が知られており、特に高圧の過給機と低圧の過給機を直列に配置した直列二段過給システム、いわゆる２ステージターボが広く採用されている。
【０００３】
この種の過給装置においては、複数の過給機の配置が過給性能に影響を及ぼすことから、過給機の配置に工夫が必要であり、例えば排気マニホールドを挟んでその上下に高圧の過給機と低圧の過給機とをそれぞれ配置した構成のものが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１２０９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、前記の技術では、排気マニホールドを挟んでその上下に過給機が配置されるため、過給装置全体の配置スペースの上下方向寸法が大きくなり、特に排気マニホールドの上側に配置される過給機により、ボンネットフードを高く設定せざるを得なくなり、また、排気マニホールドの下側に配置される過給機により、排気浄化装置などの補機類の配置スペースを十分に確保することができなくなる場合があった。
【０００５】
また、クランク軸が車両左右方向となるように内燃機関を配置する、いわゆる横置き方式で、内燃機関の前方に排気系を配置する、いわゆる前方排気方式を採用した場合、排気マニホールドに近接して配置される過給機も内燃機関の前方に配置されることになるが、この場合、内燃機関の冷却水を車両前方のラジエータとの間で循環させるための配管が過給機と干渉して、冷却水の配管が困難になるという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、過給装置全体の配置スペースの上下方向寸法を短縮すると共に、内燃機関本体の周辺に他の装置の配置スペースを確保することができるように構成された内燃機関の過給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために、本発明による内燃機関の過給装置は、請求項１に示すとおり、複数の気筒（５）を有する内燃機関本体に近接して設けられ、第１過給機（３）と第２過給機（４）とを有し、前記第１過給機が、第１コンプレッサ（２１）と、この第１コンプレッサを駆動する第１タービン（２２）とを備え、前記第２過給機が、第２コンプレッサ（２３）と、第２コンプレッサを駆動する第２タービン（２４）とを備えた過給装置であって、前記複数の気筒から排出された排気を合流させる排気集合部（３２）からの排気を最終的に前記第２タービンに導く排気主通路部（５１・７２）が、前記排気集合部から前記内燃機関本体に対して離間する方向に延出した状態で形成され、前記第１タービンが、前記排気主通路部の側方に近接して配置されると共に、前記第２タービンが、前記排気主通路部の上方に近接して配置されたものとした。
【０００８】
これによると、過給装置全体の上下方向の小型化を図ることができる。さらに、排気主通路部から第１タービン及び第２タービンへの通路を短く形成することが可能となる。
【０００９】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項２に示すとおり、前記排気主通路部が、気筒列中分線に対して気筒列方向の一方側に偏倚した位置に配置され、前記第１タービンが、前記排気主通路部より気筒列方向外側に近接して配置された構成とすることができる。
【００１０】
これによると、排気主通路部より気筒列方向内側に第１タービン及び第２タービンが位置しないことから、気筒列方向の中心部に、他の装置を配置する大きなスペースを確保することが可能となる。
【００１１】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項３に示すとおり、前記排気主通路部が、少なくとも前記第２タービンの下方に位置する部分において、前記第１タービンの上端より低くなるように形成された構成とすることができる。
【００１２】
これによると、排気主通路部の上方に配置される第２タービンを、排気主通路部に邪魔されることなく、第１タービンに上下方向に近接させることができるため、より一層上下方向の小型化を図ることができる。
【００１３】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項４に示すとおり、前記第２コンプレッサが、前記第２タービンより気筒列方向外側で且つ前記第１タービンの上方に配置された構成とすることができる。
【００１４】
これによると、上下方向及び気筒列方向の寸法を拡大することなく、第２コンプレッサを配置することができる。
【００１５】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項５に示すとおり、前記第１コンプレッサが、前記第１タービンより気筒列方向外側に配置された構成とすることができる。
【００１６】
これによると、第１コンプレッサに邪魔されることなく、互いに接続される排気主通路部と第１タービンとを近接させて、気筒列方向の寸法を短くことができる。
【００１７】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項６に示すとおり、前記排気主通路部が、前記排気集合部からの排気を前記第１タービンに導く排気通路部（３３）と、前記第１タービンの上流側と下流側とを連通するバイパス通路部（３８）と、このバイパス通路部の流量を調整する流量調整弁（３９）と、前記第１タービンからの排気を前記第２タービンに導く排気通路部（３６）とを有し、前記流量調整弁が、前記第１タービンに近接して配置された構成とすることができる。
【００１８】
これによると、第１タービンの上流側及び下流側の通路長を短くすることができるため、応答性を向上させることができる。
【００１９】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項７に示すとおり、前記流量調整弁の駆動装置（６１）が、前記排気主通路部を挟んで前記第１タービンと相反する側に配置された構成とすることができる。
【００２０】
これによると、流量調整弁の駆動装置に邪魔されることなく、排気主通路部の側方と上方とに位置する２つのタービンを排気主通路部に近接して配置することが可能となる。
【００２１】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項８に示すとおり、前記気筒から排出される排気が個別に流れる独立排気通路部（３１）と、前記排気集合部と、前記排気主通路部とが一体に形成された構成とすることができる。
【００２２】
これによると、内燃機関本体から突出した形態となる排気主通路部の強度を向上させることができる。また、別体に形成した部材を接合するためのフランジ等を形成する必要がないので、より一層の小型化を図ることができる。
【００２３】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項９に示すとおり、前記内燃機関本体が、気筒列方向を車両左右方向にして配置され、前記排気主通路部が、前記内燃機関本体の前方に配置された構成とすることができる。
【００２４】
このような構成では、多数の装置が配置される内燃機関の前方に過給装置が配置されることになるが、前記のような構成とすることで、内燃機関の前方に大きな空間を確保することが可能となるため、他の装置の配設が容易になる。
【００２５】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項１０に示すとおり、前記排気主通路部より気筒列方向内側に排気浄化装置（７）が配置された構成とすることができる。
【００２６】
排気浄化装置は、浄化能力を高めるために大容量化しがちであるが、前記のような構成とすることで、排気主通路部より気筒列方向内側に大きな空間を確保することが可能となるため、大容量の排気浄化装置の配設が可能になる。
【００２７】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項１１に示すとおり、前記第１タービンが、最外端の気筒より気筒列方向外側に配置された構成とすることができる。
【００２８】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項１２に示すとおり、前記内燃機関本体における気筒列方向の一方側の端に変速機（１０）が配置された構成とすることができる。
【００２９】
このような構成では、気筒列方向の一方側の端において変速機の上方に比較的余裕のある配置スペースを確保することができ、前記のような構成とすることで全体的に気筒列方向の一方側に寄せた配置となる過給装置の配設が容易になる。
【００３０】
前記内燃機関の過給装置においては、請求項１３に示すとおり、前記内燃機関本体の前面側における前記排気主通路部の下方に、前記内燃機関本体に設けられたウォータジャケットと車両前方に配置されたラジエータとを連通する冷却水通路（ジョイント８、９）が配置された構成とすることができる。
【００３１】
内燃機関本体の前方に過給装置が配置された構成では、過給装置に邪魔されて冷却水通路長が長くなる不都合があるが、前記のような構成とすることで、排気主通路部の下方に大きな空間を確保することができるため、冷却水通路を過給装置に邪魔されることなく内燃機関本体の前面側に配置して冷却水通路長を短く設定することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
このように本発明によれば、過給装置全体の上下方向の小型化を図ることができる。このため、過給装置によりボンネットフードを高く設定せざるを得なくなる不都合を避けることができる。また、過給装置の下方に種々の補機類の配置スペース、例えば冷却水を出し入れするジョイントに配管を接続するスペースを確保することができる。さらに、過給装置が全体的に気筒列方向の一方側に寄せた配置とすることができるため、内燃機関本体の気筒列方向の中心部に種々の補機類、特に大容量の排気浄化装置を配置するスペースを確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１は、本発明による過給装置が適用された内燃機関を示す正面図である。図２は、図１に示した過給装置の模式図である。図３は、図１に示した過給装置を一部切除して示す正面図である。図４は、図１に示した過給装置を一部切除して示す平面図である。図５は、図１に示した過給装置の側面図である。
【００３５】
この過給装置１は、図１に示すように、自動車に搭載される内燃機関本体（ディーゼルエンジン）２に併設されるものであり、第１過給機３と第２過給機４とを有している。
【００３６】
内燃機関本体２は、１方向に配列された複数（ここでは４つ）の気筒（シリンダボア）５を有し、気筒列方向を車両左右方向にして配置された、いわゆる横置き方式で、排気系６が内燃機関本体２の前方に配置された、いわゆる前方排気方式となっている。内燃機関本体２における気筒列方向の一方側の端には変速機１０が配置されている。
【００３７】
内燃機関本体２の前方における気筒列方向中心部には、排気浄化装置７が配置されており、過給機３・４を流通した排気が上方から導入され、内部を下向きに流通した後、下方から排出されて、例えば内燃機関本体２の下側を通って車体後方に延出される排気管に導かれる。
【００３８】
内燃機関本体２の前面側には、内燃機関本体２に設けられたウォータジャケットと、車両前方に配置された図示しないラジエータとの間で冷却水を循環する配管がそれぞれ接続される１対のジョイント（冷却水通路）８・９が上下に並べて設けられている。
【００３９】
第１過給機３は、図２に示すように、第１コンプレッサ２１と、この第１コンプレッサ２１を駆動する第１タービン２２とを備え、第２過給機４は、第２コンプレッサ２３と、この第２コンプレッサ２３を駆動する第２タービン２４とを備え、吸気が第２コンプレッサ２３及び第１コンプレッサ２１の順に流通すると共に、排気が第１タービン２２及び第２タービン２４の順に流通する直列接続となっている。
【００４０】
各気筒５から排出される排気は、独立排気通路部３１を個別に流れて排気集合部３２に流入して合流する。排気集合部３２で合流した排気は、排気通路部３３を通った後、排気管３４を経て第１タービン２２に導かれる。第１タービン２２から排出される排気は、排気管３５を経て排気通路部３６に流入して第２タービン２４に導かれる。第２タービン２４から排出される排気は、排気管３７を経て排気浄化装置７に導かれる。
【００４１】
また、上流側の排気通路部３３と下流側の排気通路部３６との間に、第１タービン２２の上流側と下流側とを連通するバイパス通路部３８と、このバイパス通路３８の流量を調整する流量調整弁（例えばバタフライバルブ）３９が設けられており、この流量調整弁３９により第１タービン２２の流量配分が調整される。
【００４２】
一方、吸気は吸気管４１から第２コンプレッサ２３に導入され、この第２コンプレッサ２３から排出される吸気は、吸気管４２を経て第１コンプレッサ２１に導かれる。第１コンプレッサ２１から排出される吸気は、吸気管４３・４４を経て内燃機関本体２に導かれる。第２コンプレッサ２３と吸気管４４との間には、第１コンプレッサ２１の上流側と下流側とを連通するバイパス管４５と、このバイパス管４５の流量を調整する流量調整弁（例えばバタフライバルブ）４６が設けられており、この流量調整弁４６により第１コンプレッサ２１の流量配分が調整される。
【００４３】
上流側の排気通路部３３と、バイパス通路部３８と、流量調整弁３９と、下流側の排気通路部３６とは、直線状に配置されて排気主通路部５１を構成している。さらに、この排気主通路部５１と、独立排気通路部３１と、排気集合部３２とが一体に形成されて、排気マニホールド５２を構成している。
【００４４】
排気主通路部５１は、図３〜図５に示すように、内燃機関本体２の前面側に配置され、気筒列中分線に対して気筒列方向の一方側に偏倚した位置において、排気集合部３２から内燃機関本体２に対して離間する方向、ここでは気筒列方向に直交し且つ下側に傾斜した状態で延出されている。
【００４５】
第１タービン２２は、排気主通路部５１より気筒列方向外側に近接して配置されており、特にここでは、第１タービン２２が、最外端の気筒より気筒列方向外側に配置されている。この第１タービン２２は、排気管３４を介して排気主通路部５１の排気通路部３３と接続され、この排気管３４は、排気通路部３３から前側に湾曲しつつ下向きに傾斜した状態で延出されて、第１タービン２２の外周部に接続されている。また、第１タービン２２は、排気管３５を介して排気主通路部５１の排気通路部３６と接続され、この排気管３５は、第１タービン２２の中心部から概ね水平方向に延びて排気主通路部５１に接続されている。
【００４６】
第２タービン２４は、排気主通路部５１の上方に近接して配置されており、排気主通路部５１は、第２タービン２４の下方に位置する部分において、第１タービン２２の上端より低くなるように形成されている。第２タービン２４には、排気主通路部５１に形成された排気通路部３６と、この排気通路部３６にフランジ６２を介して接続された排気管６３が接続されている。排気通路部３６は、上向きに開口するように上向きに湾曲した状態に形成されている。排気管６３も、上向きに湾曲した状態に形成されており、この排気管６３と排気通路部３６とで全体として略半円弧状をなす通路が形成される。
【００４７】
第２コンプレッサ２３は、第２タービン２４よりも気筒列方向外側で且つ第１タービン２２の上方に配置されている。第１コンプレッサ２１は、第１タービン２２よりも気筒列方向外側に配置されている。この第１コンプレッサ２１は、吸気管４２を介して第２コンプレッサ２３と接続され、この吸気管４２は、第２コンプレッサ２３の外周部から下向きに略半円弧状に湾曲した状態に延出されて第１コンプレッサ２１の中心部に接続されている。また、第２コンプレッサ２３からバイパス管４５が下向きに延出されており、その下流側には略同一径で吸気管４４が連続して形成されている。第１コンプレッサ２１は、吸気管４３を介して吸気管４４と接続され、この吸気管４３は、第１コンプレッサ２１の外周部から下向きに傾斜した状態で延出されて吸気管４４に接続されている。
【００４８】
排気側の流量調整弁３９は、第１タービン２２に近接して配置されている。この流量調整弁３９は、駆動装置（例えば負圧アクチュエータ）６１により駆動され、この駆動装置６１は、排気主通路部５１より気筒列方向内側に配置されている。
【００４９】
以上のように、排気主通路部５１が気筒列方向の一方側に偏倚した位置で排気集合部３２から前方に延出されて、その排気主通路部５１の気筒列方向外側に第１コンプレッサ２１及び第１タービン２２が配置されると共に、排気主通路部５１の上方に第２コンプレッサ２３第２タービン２４が配置されるため、排気主通路部５１より気筒列方向内側に大きな空間が確保されるため、内燃機関本体２の前方に大容量の排気浄化装置７を配置することが可能になり、また、排気主通路部５１の下方に大きな空間が確保されるため、冷却水通路となるジョイント８・９を過給装置１に邪魔されることなく内燃機関本体２の前面側に配置して冷却水通路長を短く設定することが可能になる。
【００５０】
図６は、本発明による過給装置の別の例を示す模式図である。前記の例では、排気主通路部５１が、排気集合部３２からの排気を第１タービン２２に導く排気通路部３３を有する構成となっていたが、ここでは、排気集合部３２からの排気を第１タービン２２に導く排気管７１が、排気主通路部７２とは別に、排気集合部３２から気筒列方向に延出した状態で形成されている。
【００５１】
排気主通路部７２には、第１タービン２２の上流側と下流側とを連通するバイパス通路部７３が形成されている。この排気主通路部７２と、独立排気通路部３１と、排気集合部３２とが一体に形成されて、排気マニホールド７４を構成している。
【００５２】
なお、前記の例では、独立排気通路部３１及び排気集合部３２が、排気主通路部５１・７２と共に排気マニホールド５２・７４を構成して、内燃機関本体２に取り付けられる構成としたが、独立排気通路部３１及び排気集合部３２が、内燃機関本体２の内部に形成された構成も可能である。この場合、排気主通路部を形成する部材が内燃機関本体に取り付けられる構成となる。また、前記の例では、排気集合部３２が、気筒列方向の略全長にわたって延びる形態としたが、各気筒の排気管を等長化するために、いわゆるタコ足状に形成された形態も可能である。また、前記の例では、独立排気通路部３１と排気集合部３２と排気主通路部５１・７２とが、互いに一体に形成されて排気マニホールド５２・７４を構成するが、それぞれ別体に形成しても良い。また、前記の例では、第１タービン２２が、排気主通路部５１より気筒列方向外側に配置された構成としたが、排気主通路部５１より気筒列方向内側に配置しても良い。また、前記の例では、排気主通路部５１が、気筒列中分線に対して気筒列方向の一方側に偏倚した位置に配置された構成としたが、例えば気筒列中分線に一致するよう配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による過給装置が適用された内燃機関を示す正面図である。
【図２】図１に示した過給装置の模式図である。
【図３】図１に示した過給装置を一部切除して示す正面図である。
【図４】図１に示した過給装置を一部切除して示す平面図である。
【図５】図１に示した過給装置の側面図である。
【図６】本発明による過給装置の別の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  過給装置
２  内燃機関本体
３  第１過給機
４  第２過給機
５  気筒
６  排気系
７  排気浄化装置
８・９  ジョイント（冷却水通路）
１０  変速機
２１  第１コンプレッサ
２２  第１タービン
２３  第２コンプレッサ
２４  第２タービン
３１  独立排気通路部
３２  排気集合部
３３・３６  排気通路部
３４・３５・３７・６３・７１  排気管
３８・７３  バイパス通路部
３９・４６  流量調整弁
４１・４２・４３・４４  吸気管
４５  バイパス管
５１・７２  排気主通路部
５２・７４  排気マニホールド
６１  駆動装置
【図１】
2010150955.tif 000003
【図２】
2010150955.tif 000004
【図３】
2010150955.tif 000005
【図４】
2010150955.tif 000006
【図５】
2010150955.tif 000007
【図６】
2010150955.tif 000008