(57)【要約】  内燃機関１は、複数の支管１１ａ〜１１ｄ、及び支管１１ａ〜１１ｄの排気下流側において支管１１ａ〜１１ｄが接続されるマニホルド本体１２、及びマニホルド本体１２の内部空間を支管１１ａ〜１１ｄがそれぞれ接続される接続部位１１１ａ〜１１１ｄを含む第１空間Ｓ１と接続部位１１１ａ〜１１１ｄを含まない第２空間Ｓ２とに区画するようにマニホルド本体１２の内部に設けられる壁部１５を有する排気マニホルド１０を備える。第１および第２供給導管１６，１７は、第１空間Ｓ１を形成するマニホルド本体１２の第１外壁部１３を、低圧段タービンＬＴ及び高圧段タービンＨＴにそれぞれ接続する。第１および第２排出導管１８、１９は、第２空間Ｓ２を形成するマニホルド本体１２の第２外壁部１４を、両タービンＬＴ、ＨＴにそれぞれ接続する。第２外壁部１４には排気管２０が接続される。
2010125660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒にそれぞれ接続される複数の支管、同複数の支管の排気下流側において同複数の支管が接続されるマニホルド本体、及び同マニホルド本体の内部空間を前記複数の支管がそれぞれ接続される接続部位を含む第１空間と同複数の接続部位を含まない第２空間とに区画するように同マニホルド本体の内部に設けられる壁部を有する排気マニホルドと、
前記マニホルド本体の外壁において前記第１空間を形成する部分を、同マニホルド本体の外部に設けられる排気装置に接続して、排気を同第１空間から同排気装置に供給する供給導管と、
前記マニホルド本体の外壁において前記第２空間を形成する部分を、前記排気装置に接続して、排気を同排気装置から同第２空間に排出する排出導管と、
前記マニホルド本体の外壁において前記第２空間を形成する部分に接続されて、排気を同第２空間から排出する排気管と、
を備える多気筒内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の多気筒内燃機関において、
前記供給導管は第１供給導管と第２供給導管とを含み、
前記排気装置は前記第１供給導管に接続される第１排気装置と前記第２供給導管に接続される第２排気装置とを含み、
前記排出導管は前記第１排気装置に接続される第１排出導管と前記第２排気装置に接続される第２排出導管とを含む
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の多気筒内燃機関において、
前記第１排気装置は排気駆動式の低圧段過給機に備えられる低圧段タービンであり、
前記第２排気装置は、排気駆動式の高圧段過給機に備えられて前記低圧段タービンに比べて大きい膨張比を有する高圧段タービンであり、
前記第１供給導管に設けられて前記低圧段タービンに流入する排気の流量を調整する調整弁をさらに備える
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の多気筒内燃機関において、
前記複数の接続部位は前記マニホルド本体に対して一列に配列され、
前記マニホルド本体は前記複数の接続部位の配列方向に延びるように形成され、
前記第１供給導管及び前記第１排出導管は前記配列方向における一端側にて前記マニホルド本体に接続され、
前記第２供給導管及び前記第２排出導管は前記配列方向における他端側にて前記マニホルド本体に接続される
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項５】
請求項４に記載の多気筒内燃機関において、
前記排気管は、前記マニホルド本体に対して前記第１排出導管が接続される第１接続部と同マニホルド本体に対して前記第２排出導管が接続される第２接続部との間において同マニホルド本体に接続される
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の多気筒内燃機関において、
前記低圧段過給機に備えられる低圧段コンプレッサと前記高圧段過給機に備えられる高圧段コンプレッサとが対向するように、前記低圧段過給機及び前記高圧段過給機が配置される
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項７】
請求項３〜請求項６のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関において、
前記排気管の排気下流側には排気を浄化する排気浄化装置が接続される
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項８】
請求項７に記載の多気筒内燃機関において、
前記高圧段タービンよりも排気下流側であって、前記排気マニホルドに対して前記排気管が接続される排気管接続部よりも排気上流側における排気に添加剤を添加する添加弁をさらに備える
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項９】
請求項８に記載の多気筒内燃機関において、
前記添加弁は前記マニホルド本体に設けられる
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項１０】
請求項９に記載の多気筒内燃機関において、
前記複数の接続部位は前記マニホルド本体に対して一列に配列され、
前記マニホルド本体は前記複数の接続部位の配列方向に延びるように形成され、
前記第１供給導管及び前記第１排出導管は前記配列方向における一端側にて前記マニホルド本体に接続され、
前記第２供給導管及び前記第２排出導管は前記配列方向における他端側にて前記マニホルド本体に接続され、
前記排気管接続部は、前記マニホルド本体に対して前記第１排出導管が接続される第１接続部と同マニホルド本体に対して前記第２排出導管が接続される第２接続部との間においてその中央位置よりも同第１接続部寄りに位置し、
前記添加弁は、前記第２接続部と前記排気管接続部との間においてその中央位置よりも同第２接続部寄りに設けられる
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の多気筒内燃機関としては例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載のものも含め従来一般の多気筒内燃機関は、排気上流側から順に、排気マニホルド、排気駆動式の過給機を構成するタービン、及び排気浄化装置等を備えている。また、排気マニホルドと、タービンの外壁をなすタービンハウジングとは第１導管により接続され、タービンハウジングと排気浄化装置とは第２導管により接続されている。排気マニホルドは、複数の気筒にそれぞれ接続される複数の支管と、これら複数の支管の排気下流側において同複数の支管が接続されるマニホルド本体とを有している。こうした構成において、内燃機関の各気筒から排出された排気は各支管を通じてマニホルド本体に集められ、第１導管を通じてタービンに供給されることで、過給機が駆動される。そして、タービンからの排気は第２導管を通じて排気浄化装置に導入され、排気浄化装置の内部を通過する際に浄化される。【０００３】
ところで、こうした従来の多気筒内燃機関では、排気マニホルドに対して、その下流側に、タービンハウジング、排気浄化装置がそれぞれ直列に取り付けられている。そのため、排気マニホルドの下流側において直列に設けられる排気システムの構成要素が多くなり、このことに起因して排気システムの組み付けが困難なものとなるといった問題が生じる。【０００４】
尚、こうした問題は、排気駆動式の過給機を構成するタービンを備える多気筒内燃機関に限られるものではなく、その他の排気装置を備えるものにおいても概ね共通して生じ得るものである。
【特許文献１】特開平４―２３７８５８号公報
【発明の開示】
【０００５】
本発明の目的は、排気システムの組み付けを容易なものとすることのできる内燃機関を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に従う多気筒内燃機関は、複数の気筒にそれぞれ接続される複数の支管、同複数の支管の排気下流側において同複数の支管がそれぞれ接続されるマニホルド本体、及び同マニホルド本体の内部に設けられて同マニホルド本体の内部空間を前記複数の支管との接続部位を含む第１空間と同複数の接続部位を含まない第２空間とに区画する壁部を有する排気マニホルドと、前記マニホルド本体の外縁において前記第１空間を形成する部分と同マニホルド本体の外部に設けられる排気装置とを接続して同第１空間からの排気を同排気装置に供給する供給導管と、前記マニホルド本体の外縁において前記第２空間を形成する部分と前記排気装置とをそれぞれ接続して同排気装置からの排気を同第２空間に排出する排出導管と、前記マニホルド本体において前記第２空間を形成する部分に接続されて同第２空間からの排気を排出する排気管とを備える。
【０００６】
同構成によれば、内燃機関の各気筒から排出された排気は排気マニホルドの各支管を通じてマニホルド本体の第１空間に集められ、その後、供給導管を通じて排気装置に供給される。そして、排気装置からの排気は排出導管を通じてマニホルド本体の第２空間に排出され、その後、排気管を通じて排気マニホルドの外部に排出される。
【０００７】
ここで、排気装置は、その排気上流側及び排気下流側の双方において排気マニホルドに接続されるため、排気装置と排気管とを排気マニホルドに対して各別に取り付けることで排気システムを組み付けることができる。また、排気マニホルドに対して、その下流側に、排気装置及び排気管を直列に取り付ける構成に比べて、排気マニホルドの下流側における排気システムの構成要素を少なくすることができる。従って、排気システムの組み付けを容易なものとすることができるようになる。
【０００８】
本発明の一態様では、前記供給導管として第１供給導管と第２供給導管とを備え、前記排気装置として前記第１供給導管に接続される第１排気装置と前記第２供給導管に接続される第２排気装置とを備え、前記排出導管として前記第１排気装置に接続される第１排出導管と前記第２排気装置に接続される第２排出導管とを備える。
【０００９】
同態様によれば、第１、第２排気装置が、それらの排気上流側及び排気下流側の双方においてそれぞれ排気マニホルドに固定されるため、第１排気装置、第２排気装置、及び排気管を排気マニホルドに対して各別に取り付けることで排気システムを組み付けることができる。また、排気マニホルドに対して、その下流側に、第１、第２排気装置及び排気管を直列に取り付ける構成に比べて、排気マニホルドの下流側における排気システムの構成要素を少なくすることができる。従って、排気システムの組み付けを容易なものとすることができるようになる。
【００１０】
また、前記第１排気装置は排気駆動式の低圧段過給機を構成する低圧段タービンであり、前記第２排気装置は前記低圧段タービンに比べて膨張比が大きく設定されて排気駆動式の高圧段過給機を構成する高圧段タービンであり、前記第１供給導管に設けられて前記低圧段タービンに流入する排気の流量を調整する調整弁を備えるといった態様が好ましい。
【００１１】
また、前記複数の支管と前記マニホルド本体との前記複数の接続部位は一列に設けられ、前記マニホルド本体は前記複数の接続部位の列方向に延びるように形成され、前記第１供給導管及び前記第１排出導管は前記列方向における一端側にてそれぞれ接続され、前記第２供給導管及び前記第２排出導管は前記列方向における他端側にてそれぞれ接続されるといった態様が好ましい。
【００１２】
同態様によれば、第１供給導管及び第１排出導管と、第２供給導管及び第２排出導管との距離を長くすることができ、排気システムの組み付けを一層容易なものとすることができるようになる。
【００１３】
また、前記排気管は、同マニホルド本体に対して前記第１排出導管が接続される第１排出導管接続部と同マニホルド本体に対して前記第２排出導管が接続される第２排出導管接続部との間において同マニホルド本体に接続されるといった態様が好ましい。
【００１４】
また、前記低圧段過給機を構成する低圧段コンプレッサと前記高圧段過給機を構成する高圧段コンプレッサとが対向するように前記低圧段過給機及び前記高圧段過給機が設けられるといった態様が好ましい。
【００１５】
同態様によれば、低圧段コンプレッサと高圧段コンプレッサとの距離を短くすることができ、吸気システムの構成を簡易なものとすることができるようになる。
また、前記排気管の排気下流側には排気を浄化する排気浄化装置が接続されるといった態様が好ましい。
【００１６】
同態様によれば、排気マニホルドに対して、低圧段タービン及び高圧段タービンとは独立して排気浄化装置を取り付けることができる。また、排気マニホルドに対して、その下流側に、各タービン、排気管、及び排気浄化装置を直列に取り付ける構成に比べて、排気マニホルドの下流側における排気システムの構成要素を少なくすることができる。従って、排気システムの組み付けを容易なものとすることができるようになる。
【００１７】
また、前記高圧段タービンよりも排気下流側であって、前記排気マニホルドに対して前記排気管が接続される排気管接続部よりも排気上流側における排気に添加剤を添加する添加弁が設けられるといった態様が好ましい。
【００１８】
同態様によれば、添加弁が低圧段タービン及び高圧段タービンの排気下流側に設けられていることから、添加剤が各タービンの可動部等に付着することを防止することができる。また、添加弁が排気管に設けられる構成に比べて、添加弁と排気浄化装置との距離を長くすることができることから、添加弁から添加された添加剤が排気浄化装置に流入するまでに同添加剤を的確に拡散させることができる。従って、排気浄化装置における添加剤の分布の均一化を図ることができるようになる。
【００１９】
この場合には、前記添加弁は前記マニホルド本体に設けられるといった態様が好ましい。
前記複数の支管と前記マニホルド本体との前記複数の接続部位は一列に設けられ、前記マニホルド本体は前記複数の接続部位の列方向に延びるように形成され、前記第１供給導管及び前記第１排出導管は前記列方向における一端側にてそれぞれ接続され、前記第２供給導管及び前記第２排出導管は前記列方向における他端側にてそれぞれ接続され、前記排気管接続部は、前記マニホルド本体に対して前記第１排出導管が接続される第１排出導管接続部と同マニホルド本体に対して前記第２排出導管が接続される第２排出導管接続部との間においてその中央位置よりも同第１排出導管接続部側に位置し、前記添加弁は、前記第２排出導管接続部と前記排気管接続部との間においてその中央位置よりも同第２排出導管接続部側に設けられるといった態様が好ましい。
【００２０】
同態様によれば、添加弁を上記第２排出導管接続部と上記排気管接続部との間に設ける構成にあって、添加弁と排気管接続部との距離を的確に長くすることができる。従って、排気浄化装置における添加剤の分布の均一化を的確に図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の側面図。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図。
【図３】図１の３−３線に沿った断面図。
【図４】図１の４−４線に沿った断面図。
【図５】図２の内燃機関について、排気の流れを説明するための断面図。
【図６】図２の内燃機関について、排気の流れを説明するための断面図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る内燃機関について、排気マニホルドの断面図。
【図８】本発明の変形例に係る内燃機関について、排気マニホルドの断面図。
【図９】本発明の他の変形例に係る内燃機関について、排気マニホルドの断面図。
【図１０】本発明の他の変形例に係る内燃機関について、排気マニホルドの断面図。
【図１１】図１０の排気マニホルドの他の断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜第１実施形態＞
以下、図１〜図６を参照して、本発明に係る多気筒内燃機関を直列４気筒式の内燃機関として具体化した第１実施形態について説明する。【００２３】
図１に、本実施形態の内燃機関１の側面構造を示す。尚、同図は、排気マニホルド１０側からの側面図である。
同図に示すように、内燃機関１のシリンダヘッドには、排気マニホルド１０が取り付けられている。排気マニホルド１０は、複数の気筒（この例においては４つの気筒＃１〜＃４）にそれぞれ接続される複数の支管１１ａ〜１１ｄ、複数の支管１１ａ〜１１ｄの排気下流側において同複数の支管１１ａ〜１１ｄが接続されるマニホルド本体１２を有している。尚、排気マニホルド１０はその支管１１ａ〜１１ｄの先端に設けられたマニホルドフランジ１０ａ〜１０ｄを介してシリンダヘッドに取り付けられている。【００２４】
内燃機関１には、低圧段過給機ＬＴＣと高圧段過給機ＨＴＣとが設けられている。低圧段過給機ＬＴＣは、排気により回転駆動される低圧段タービンＬＴと、低圧段タービンＬＴと一体に回転して吸気を過給する低圧段コンプレッサＬＣとを備えている。また、高圧段過給機ＨＴＣは、排気により回転駆動される高圧段タービンＨＴと、高圧段タービンＨＴと一体に回転して吸気を過給する高圧段コンプレッサＨＣとを備えている。ここで、高圧段タービンＨＴは低圧段タービンＬＴに比べて膨張比が大きくされている。また、高圧段コンプレッサＨＣは低圧段コンプレッサＬＣに比べて圧縮比が大きくされている。【００２５】
内燃機関１の吸気システムは、吸気上流側から順に、第１吸気管４１、低圧段コンプレッサＬＣ、吸気接続管４３、高圧段コンプレッサＨＣ、及び第２吸気管４２を備えている。また、吸気接続管４３の途中と第２吸気管４２の途中とには、高圧段コンプレッサＨＣをバイパスするための吸気バイパス管４４の各端部がそれぞれ接続されている。また、第２吸気管４２において吸気バイパス管４４が接続される部位には、高圧段コンプレッサＨＣを迂回する吸気の流量を調整するための吸気切替弁４５が設けられている。すなわち、吸気切替弁４５が全閉状態とされて吸気バイパス通路４４と同通路４４の下流側に位置する第２吸気管４２との連通が遮断されるときには、低圧段コンプレッサＬＣからの吸気は、その全てが吸気接続管４３を通じて高圧段コンプレッサＨＣに流入するようになる。一方、こうした状態から、吸気切替弁４５が開弁されると、低圧段コンプレッサＬＣからの吸気は、その一部或いは全部が高圧段コンプレッサＨＣに流入することなく吸気バイパス通路４４を通じて同コンプレッサＨＣの下流側に位置する第２吸気管４２へと流入するようになる。【００２６】
また、排気マニホルド１０の排気下流側には、排気管２０が接続され、排気管２０の排気下流側には、排気を浄化するための排気浄化装置３０が接続されている。尚、排気管２０はその排気上流側端部に設けられた排気管フランジ２０ｂを介して排気マニホルド１０に取り付けられている。【００２７】
図２に示すように、支管１１ａ〜１１ｄが接続されるマニホルド本体１２との接続部位１１１ａ〜１１１ｄは一列に設けられている。マニホルド本体１２は上記接続部位１１１ａ〜１１１ｄの配列方向Ｌ（図２中、左右方向）に延びるような略直方体形状をなしている。尚、マニホルド本体１２の形状は略直方体形状に限られるものではなく、これを略円筒形状とすることもできる。また、マニホルド本体１２の内部には、マニホルド本体１２の内部空間を、上記接続部位１１１ａ〜１１１ｄを含む第１空間Ｓ１と、上記接続部位１１１ａ〜１１１ｄを含まない第２空間Ｓ２とに区画する壁部１５が形成されている。本実施形態では、壁部１５は上記配列方向Ｌに延びるように略平板状をなしている。以下、マニホルド本体１２の外壁において、上記第１空間Ｓ１を形成する部分を第１外壁部１３とし、上記第２空間Ｓ２を形成する部分を第２外壁部１４とする。【００２８】
第１外壁部１３には、マニホルド本体１２の外部に設けられる低圧段タービンＬＴ及び高圧段タービンＨＴに対して第１空間Ｓ１からの排気を供給するための第１供給導管１６及び第２供給導管１７がそれぞれ接続されている。また、第２外壁部１４には、低圧段タービンＬＴ及び高圧段タービンＨＴからの排気を第２空間Ｓ２に排出するための第１排出導管１８及び第２排出導管１９がそれぞれ接続されている。また、第２外壁部１４には、第２空間Ｓ２からの排気を排気浄化装置３０に導入するための排気管２０が接続されている。また、第１供給導管１６の途中には、低圧段タービンＬＴへの排気の流入態様を切り替えるための排気切替弁３２が設けられている。【００２９】
また、第２外壁部１４と第１排出導管１８との接続部である第１排出導管接続部１８ａは、上記配列方向Ｌにおいて上記第１供給導管接続部１６ａの位置よりも第１支管１１ａ側に形成されている。また、第２外壁部１４と第２排出導管１９との接続部である第２排出導管接続部１９ａは、上記配列方向Ｌにおいて上記第２供給導管接続部１７ａの位置よりも第４支管１１ｄ側に形成されている。【００３０】
また、第２外壁部１４と排気管２０との接続部である排気管接続部２０ａは、上記配列方向Ｌにおいて上記第１排出導管接続部１８ａと上記第２排出導管接続部１９ａとの間に形成されている。【００３１】
低圧段過給機ＬＴＣ及び高圧段過給機ＨＴＣは、それらの軸方向が上記配列方向Ｌに平行となるようにそれぞれ設けられている。また、低圧段コンプレッサＬＣと高圧段コンプレッサＨＣとが対向するように、換言すれば低圧段タービンＬＴと高圧段タービンＨＴとが離間するようにそれぞれ設けられている。【００３２】
図３に示すように、第１供給導管接続部１６ａ及び第１排出導管接続部１８ａは共に、マニホルド本体１２の鉛直方向上側（図３中、上側）に設けられるとともに、低圧段タービンＬＴはマニホルド本体１２の鉛直方向上方（図３中、上方）に位置している。【００３３】
また、排気管接続部２０ａは、マニホルド本体１２の鉛直方向下側（図３中、下側）に位置するとともに、排気浄化装置３０はマニホルド本体１２の鉛直方向下方（図３中、下方）に位置している。【００３４】
図４に示すように、第２供給導管接続部１７ａ及び第２排出導管接続部１９ａは共に、マニホルド本体１２の鉛直方向上側（図４中、上側）に設けられるとともに、高圧段タービンＨＴはマニホルド本体１２の鉛直方向上方（図４中、上方）に位置している。【００３５】
次に、図５及び図６を参照して、内燃機関１の排気システムにおける作用について説明する。尚、図５に、排気切替弁３２が全閉状態とされているときの排気の流れを示し、図６に、排気切替弁３２が全開状態とされているときの排気の流れを示す。【００３６】
まず、排気切替弁３２が全閉状態のときには、図５に示すように、低圧段タービンＬＴへの排気の流入が禁止されることから、各支管１１ａ〜１１ｄから第１空間Ｓ１に排出された排気は第２供給導管１７を通じて高圧段タービンＨＴに流入する。これらのことから、高圧段過給機ＨＴＣのみが駆動される。そして、高圧段過給機ＨＴＣからの排気は、第２排出導管１９を通じて第２空間Ｓ２に排出され、その後、排気管２０を通じて排気浄化装置３０に流入する。【００３７】
次に、排気切替弁３２が全開状態のときには、図６に示すように、低圧段タービンＬＴへの排気の流入が許容されることから、各支管１１ａ〜１１ｄから第１空間Ｓ１に排出された排気の一部は第２供給導管１７を通じて高圧段タービンＨＴに流入し、その他の排気は第１供給導管１６を通じて低圧段タービンＬＴに流入する。これらのことから、低圧段過給機ＬＴＣと高圧段過給機ＨＴＣとの双方が駆動される。そして、高圧段過給機ＨＴＣからの排気は、第２排出導管１９を通じて第２空間Ｓ２に排出されるとともに、低圧段過給機ＬＴＣからの排気は、第１排出導管１８を通じて第２空間Ｓ２に排出され、その後、排気管２０を通じて排気浄化装置３０に流入する。【００３８】
以上説明した本実施形態に係る内燃機関によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）内燃機関１の排気マニホルド１０は、複数の支管１１ａ〜１１ｄ、マニホルド本体１２、及びマニホルド本体１２の内部空間を支管１１ａ〜１１ｄが接続される接続部位１１１ａ〜１１１ｄを含む第１空間Ｓ１と接続部位１１１ａ〜１１１ｄを含まない第２空間Ｓ２とに区画するようにマニホルド本体１２の内部に設けられる壁部１５を有する排気マニホルド１０を備える。また、第１供給導管１６及び第２供給導管１７は、第１空間Ｓ１を形成するマニホルド本体１２の第１外壁部１３を、マニホルド本体１２の外部に設けられる低圧段タービンＬＴ及び高圧段タービンＨＴにそれぞれ接続して、第１空間Ｓ１からの排気をこれらタービンＬＴ，ＨＴに供給する。また、第１排出導管１８及び第２排出導管１９は、第２空間Ｓ２を形成するマニホルド本体１２の第２外壁部１４を、両タービンＬＴ，ＨＴにそれぞれ接続して、両タービンＬＴ，ＨＴからの排気を第２空間Ｓ２に排出する。第２外壁部１４に接続される排気管２０は、第２空間Ｓ２からの排気を排出する。また、第１供給導管１６に設けられる排気切替弁２１は、低圧段タービンＬＴに流入する排気の流量を調整する。こうした構成により、低圧段タービンＬＴ、高圧段タービンＨＴが、それらの排気上流側及び排気下流側の双方においてそれぞれ排気マニホルド１０に固定されるため、低圧段タービンＬＴ、高圧段タービンＨＴ、及び排気管２０を排気マニホルド１０に対して各別に取り付けることで排気システムを組み付けることができる。また、排気マニホルド１０に対して、その下流側に、低圧段タービンＬＴ、高圧段タービンＨＴ、及び排気管２０を直列に取り付ける構成に比べて、排気マニホルド１０の下流側における排気システムの構成要素を少なくすることができる。従って、排気システムの組み付けを容易なものとすることができるようになる。【００３９】
（２）複数の接続部位１１１ａ〜１１１ｄは一列に配列され、マニホルド本体１２は複数の接続部位１１１ａ〜１１１ｄの配列方向Ｌに延びるように形成されるものとした。また、第１供給導管１６及び第１排出導管１８は上記配列方向Ｌにおける一端側（この例においては第１気筒＃１側）にてマニホルド本体１２に接続され、第２供給導管１７及び第２排出導管１９は上記配列方向Ｌにおける他端側（この例においては第４気筒＃４側）にてマニホルド本体１２に接続されるものとした。これにより、第１供給導管１６及び第１排出導管１８と、第２供給導管１７及び第２排出導管１９との距離を長くすることができ、排気システムの組み付けを一層容易なものとすることができるようになる。【００４０】
（３）低圧段過給機ＬＴＣの低圧段コンプレッサＬＣと高圧段過給機ＨＴＣの高圧段コンプレッサＨＣとが対向するように、低圧段過給機ＬＴＣ及び高圧段過給機ＨＴＣが配置されるものとした。これにより、低圧段コンプレッサＬＣと高圧段コンプレッサＨＣとの距離を短くすることができ、吸気システムの構成を簡易なものとすることができるようになる。【００４１】
（４）排気管２０の排気下流側には排気を浄化する排気浄化装置３０が接続されるものとした。このようにすることで、排気マニホルド１０に対して、低圧段タービンＬＴ及び高圧段タービンＨＴとは独立して排気浄化装置３０を取り付けることができる。また、排気マニホルド１０に対して、その下流側に、各タービンＬＴ，ＨＴ、排気管２０、及び排気浄化装置３０を直列に取り付ける構成に比べて、排気マニホルドの下流側における排気システムの構成要素を少なくすることができる。従って、排気システムの組み付けを容易なものとすることができるようになる。
＜第２実施形態＞
以下、図７を参照して、本発明に係る多気筒内燃機関の第２実施形態について説明する。【００４２】
本実施形態では、排気に燃料を添加するための燃料添加弁５０をマニホルド本体１２に設けている点について、第１実施形態と相違しているが、その他の構成については、上記第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。【００４３】
第２外壁部１４と排気管２０との接続部である排気管接続部２０ａは、上記接続部位１１１ａ〜１１１ｄの配列方向Ｌ（図７中、左右方向）において、マニホルド本体１２に対して第１排出導管１８が接続される第１排出導管接続部１８ａと、マニホルド本体１２に対して第２排出導管１９が接続される第２排出導管接続部１９ａとの間における中央位置よりも第１排出導管接続部１８ａ寄りに位置している。【００４４】
また、燃料添加弁５０は、上記配列方向Ｌにおいて、第２排出導管接続部１９ａと排気管接続部２０ａとの間における中央位置よりも第２排出導管接続部１９ａ寄りに設けられている。尚、燃料添加弁５０には図示しない燃料供給システムから燃料が供給されている。すなわち、燃料添加弁５０は、高圧段タービンＨＴよりも排気下流側であって排気管接続部２０ａよりも排気上流側における排気に添加剤を添加するものである。尚、本実施形態における燃料添加弁５０が本発明に係る添加弁に相当し、燃料添加弁５０から排気に添加される燃料が添加剤に相当する。【００４５】
以上説明した本実施形態に係る内燃機関によれば、上記第１実施形態において示した効果に加えて、新たに以下に示す作用効果が得られるようになる。
（５）燃料添加弁５０が、高圧段タービンＨＴよりも排気下流側であって、排気マニホルド１０に対して排気管２０が接続される排気管接続部２０ａよりも排気上流側における排気に添加剤を添加するように設けられるものとした。燃料添加弁５０が低圧段タービンＬＴ及び高圧段タービンＨＴの排気下流側に設けられていることから、添加剤が各タービンＬＴ、ＨＴの可動部等に付着することを防止することができる。また、添加弁が排気管に設けられる構成に比べて、燃料添加弁５０と排気浄化装置３０との距離を長くすることができることから、燃料添加弁５０から添加された添加剤が排気浄化装置３０に流入するまでに同添加剤を的確に拡散させることができる。従って、排気浄化装置３０における添加剤の分布の均一化を図ることができるようになる。【００４６】
（６）排気管接続部２０ａは、マニホルド本体１２に対して第１排出導管１８が接続される第１排出導管接続部１８ａとマニホルド本体１２に対して第２排出導管１９が接続される第２排出導管接続部１９ａとの間においてその中央位置よりも第１排出導管接続部１８ａ寄りに位置するものとした。また、燃料添加弁５０は、第２排出導管接続部１９ａと排気管接続部２０ａとの間においてその中央位置よりも第２排出導管接続部１９ａ寄りに設けられるものとした。これにより、燃料添加弁５０を上記第２排出導管接続部１９ａと上記排気管接続部２０ａとの間に設ける構成にあって、燃料添加弁５０と排気管接続部２０ａとの距離を的確に長くすることができる。従って、排気浄化装置３０における添加剤の分布の均一化を図ることができるようになる。【００４７】
尚、本発明にかかる多気筒内燃機関は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・燃料添加弁５０の配設位置は上記第２実施形態において例示した位置に限られるものではなく、他に例えば第２排出導管１９に燃料添加弁を設けるようにしてもよい。また、排気管接続部２０ａから排気浄化装置３０までの距離がある程度長くされる構成であれば、燃料添加弁を排気管２０において排気管接続部の排気下流側に設けるようにしてもよい。【００４８】
・排気管接続部２０ａの配設位置は上記各実施形態において例示した位置に限られるものではない。例えば燃料添加弁をマニホルド本体１２の内部に設けない構成であれば、排気管接続部２０ａを上記接続部位１１１ａ〜１１１ｄの配列方向Ｌ（図７中、左右方向）において、マニホルド本体１２に対して第１排出導管１８が接続される第１排出導管接続部１８ａと、マニホルド本体１２に対して第２排出導管１９が接続される第２排出導管接続部１９ａとの間における中央位置に設けるようにしてもよい。【００４９】
・上記各実施形態では、排気管接続部２０ａを、マニホルド本体１２の鉛直方向下側（図３中、下側）に設け、排気浄化装置３０をマニホルド本体１２の鉛直方向下方（図３中、下方）に設けるようにしている。しかしながら、排気管接続部及び排気浄化装置の配設態様はこれに限られるものではなく、他に例えば、図８に示すように、排気管接続部２２０ａがマニホルド本体１２の側面（図８中、右側の面）に設けられるとともに、円筒形状をなす排気浄化装置３０が、その中心軸が鉛直方向に沿うように設けられるようにしてもよい。またこの場合には、排気管２２０の延びる方向を、排気上流側から順に、水平方向から鉛直方向へと徐々に変化するように屈曲させればよい。【００５０】
・上記各実施形態では、マニホルド本体１２，２１２の内部に区画形成される第１空間Ｓ１と第２空間とが、複数の支管の伸びる方向（図３，４，８中、左右方向）に隣接するように壁部１５，２１５が形成されているが、複数の支管の延びる方向と第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２の隣接方向との対応関係はこれに限られるものではない。他に例えば、図９に示すように、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とが、複数の支管３１１ｂの伸びる方向（図９中、左右方向）に対して直交する方向（図９中、上下方向）に隣接するように壁部３１５を形成するようにしてもよい。第１供給導管接続部３１６ａ及び第１排出導管接続部３１８ａが共に、マニホルド本体１２の側面（図９中、右側の面）に設けられるとともに、低圧段タービンＬＴがマニホルド本体１２の側面（図９中、右側の面）に設けられている。また、排気管接続部３２０ａは、マニホルド本体１２の鉛直方向下側（図９中、下側）に設けられるとともに、排気浄化装置３３０はマニホルド本体１２の鉛直方向下方（図９中、下方）に設けられている。【００５１】
・上記実施形態によるように、低圧段コンプレッサＬＣと高圧段コンプレッサＨＣとが対向するように低圧段過給機ＬＴＣ及び高圧段過給機ＨＴＣを設けることが、低圧段コンプレッサＬＣと高圧段コンプレッサＨＣとの距離を短くして吸気システムの構成を簡易なものとする上では望ましい。しかしながら、各過給機ＬＴＣ，ＨＴＣの配設態様はこれに限られるものではない。他に例えば、低圧段タービンＬＴと高圧段タービンＨＴとが対向するように低圧段過給機ＬＴＣ及び高圧段過給機ＨＴＣを設けるようにしてもよい。或いは、低圧段コンプレッサＬＣと高圧段タービンＨＴとが対向するようにしてもよいし、低圧段タービンＬＴと高圧段コンプレッサＨＣとが対向するようにしてもよい。またこれらの変更を行う場合には、同変更にともなって、上記供給導管接続部及び各排出導管接続部の配設位置を適宜変更すればよい。【００５２】
・上記各実施形態では、平板形状をなす壁部１５，２１５，３１５を採用しているが、壁部の形状はこれに限られるものではなく、曲面形状をなすものであってもよい。例えば、図１０及び図１１に示すように、複数の支管４１１ａ〜４１１ｄとマニホルド本体４１２との接続部位の配列方向Ｌ（図１０中、左右方向）における中央位置よりも第１気筒＃１側（図１０中、左側、図１１中、紙面手前側）では、壁部４１５が、先の図２、３及び図８に示す壁部１５、２１５と同様に鉛直方向に延びるように形成されている。また、上記配列方向Ｌにおける中央位置よりも第４気筒＃４側（図１０中、右側、図１１中、紙面奥側）では、壁部４１５が、先の図９に示す壁部３１５と同様に水平方向に延びるように形成されている。また、壁部４１５は、上記配列方向Ｌにおいて第１気筒＃１から第４気筒＃４側に向けて徐々に傾斜するように形成されている。また、図１１に示すように、第１供給導管接続部４１６ａ及び第１排出導管接続部４１８ａは共に、マニホルド本体４１２の鉛直方向上側（図１１中、上側）に設けられるとともに、低圧段タービンＬＴはマニホルド本体４１２の鉛直方向上方（図１１中、上方）に設けられている。また、第２供給導管接続部４１７ａ及び第２排出導管接続部４１９ａは共に、マニホルド本体４１２の側面（図１１中、右側の面）に設けられるとともに、高圧段タービンＨＴはマニホルド本体４１２に対して複数の支管４１１ｂの反対側（図１１中、右側）に設けられている。【００５３】
これらのように、壁部、排気管接続部、各供給導管接続部、及び各排出導管接続部の配設態様を適宜変更することで、排気システムのレイアウトの自由度を高めることができる。【００５４】
・上記各実施形態では、第１供給導管に低圧段タービンＬＴが接続されるとともに、第２供給導管に高圧段タービンＨＴが接続される構成について例示したが、本発明に係る第１排気装置及び第２排気装置はこれら低圧段タービンＬＴ及び高圧段タービンＨＴに限られるものではない。他に例えば同一の膨張比を有するタービンを第１供給導管及び第２供給導管にそれぞれ接続するようにしてもよい。またこの場合には、各タービンに供給される排気の流量をそれぞれ調整するための調整弁を第１供給導管及び第２供給導管の双方に設けるようにしてもよい。【００５５】
・上記各実施形態では、第１供給導管及び第２供給導管の双方にタービンが接続される構成について例示したが、本発明に係る排気装置はタービンに限られるものではなく、これを排気浄化装置等の他の排気装置に置換することもできる。【００５６】
・上記各実施形態では、供給導管及び排出導管を２つずつ備えるものについて例示したが、供給導管及び排出導管の数はこれに限られるものではなく、３つ以上であってもよいし、１つであってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年2月16日(2011.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒にそれぞれ接続される複数の支管、同複数の支管の排気下流側において同複数の支管が接続されるマニホルド本体、及び同マニホルド本体の内部空間を前記複数の支管がそれぞれ接続される接続部位を含む第１空間と同複数の接続部位を含まない第２空間とに区画するように同マニホルド本体の内部に設けられる壁部を有する排気マニホルドと、
前記マニホルド本体の外壁において前記第１空間を形成する部分と同マニホルド本体の外部に設けられる複数の排気装置とをそれぞれ接続して、排気を同第１空間から各排気装置に供給する複数の供給導管と、
前記マニホルド本体の外壁において前記第２空間を形成する部分と前記複数の排気装置とをそれぞれ接続して、排気を各排気装置から同第２空間に排出する複数の排出導管と、
前記マニホルド本体の外壁において前記第２空間を形成する部分に接続されて、排気を同第２空間から排出する排気管と、
を備える多気筒内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の多気筒内燃機関において、
前記複数の供給導管は第１供給導管と第２供給導管とを含み、
前記複数の排気装置は前記第１供給導管に接続される第１排気装置と前記第２供給導管に接続される第２排気装置とを含み、
前記複数の排出導管は前記第１排気装置に接続される第１排出導管と前記第２排気装置に接続される第２排出導管とを含む
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の多気筒内燃機関において、
前記第１排気装置は排気駆動式の低圧段過給機に備えられる低圧段タービンであり、
前記第２排気装置は、排気駆動式の高圧段過給機に備えられて前記低圧段タービンに比べて大きい膨張比を有する高圧段タービンであり、
前記第１供給導管に設けられて前記低圧段タービンに流入する排気の流量を調整する調整弁をさらに備える
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の多気筒内燃機関において、
前記複数の接続部位は前記マニホルド本体に対して一列に配列され、
前記マニホルド本体は前記複数の接続部位の配列方向に延びるように形成され、
前記第１供給導管及び前記第１排出導管は前記配列方向における一端側にて前記マニホルド本体に接続され、
前記第２供給導管及び前記第２排出導管は前記配列方向における他端側にて前記マニホルド本体に接続される
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項５】
請求項４に記載の多気筒内燃機関において、
前記排気管は、前記マニホルド本体に対して前記第１排出導管が接続される第１接続部と同マニホルド本体に対して前記第２排出導管が接続される第２接続部との間において同マニホルド本体に接続される
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の多気筒内燃機関において、
前記低圧段過給機に備えられる低圧段コンプレッサと前記高圧段過給機に備えられる高圧段コンプレッサとが対向するように、前記低圧段過給機及び前記高圧段過給機が配置される
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項７】
請求項３〜請求項６のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関において、
前記排気管の排気下流側には排気を浄化する排気浄化装置が接続される
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項８】
請求項７に記載の多気筒内燃機関において、
前記高圧段タービンよりも排気下流側であって、前記排気マニホルドに対して前記排気管が接続される排気管接続部よりも排気上流側における排気に添加剤を添加する添加弁をさらに備える
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項９】
請求項８に記載の多気筒内燃機関において、
前記添加弁は前記マニホルド本体に設けられる
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項１０】
請求項９に記載の多気筒内燃機関において、
前記複数の接続部位は前記マニホルド本体に対して一列に配列され、
前記マニホルド本体は前記複数の接続部位の配列方向に延びるように形成され、
前記第１供給導管及び前記第１排出導管は前記配列方向における一端側にて前記マニホルド本体に接続され、
前記第２供給導管及び前記第２排出導管は前記配列方向における他端側にて前記マニホルド本体に接続され、
前記排気管接続部は、前記マニホルド本体に対して前記第１排出導管が接続される第１接続部と同マニホルド本体に対して前記第２排出導管が接続される第２接続部との間においてその中央位置よりも同第１接続部寄りに位置し、
前記添加弁は、前記第２接続部と前記排気管接続部との間においてその中央位置よりも同第２接続部寄りに設けられる
ことを特徴とする多気筒内燃機関。
【国際調査報告】
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