(57)【要約】【課題】多段過給式排気ターボ過給機の構造を小形コンパクト化することにより、該多段過給式排気ターボ過給機をそなえたエンジンの、狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上した多段過給式排気ターボ過給機をそなえたエンジンを提供する。【解決手段】多段過給式排気ターボ過給機であって、前記高圧コンプレッサ入口の給気の一部をコンプレッサバイパス弁装置により開閉されるコンプレッサバイパス通路を通して前記高圧コンプレッサの給気出口側にバイパスさせるように構成された多段過給式排気ターボ過給機において、高圧コンプレッサカバーを、給気のコンプレッサ入口通路及びコンプレッサバイパス弁装置による開閉部を有するバイパス入口通路が内蔵された一体形コンプレッサカバーに構成したことを特徴とする。【選択図】図１
2008038869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスにより駆動される高圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆動される低圧タービンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第１段加圧がなされた給気を給気接続配管を通して前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第２段加圧を行いエンジンに供給するように構成した多段過給式排気ターボ過給機であって、前記高圧コンプレッサ入口の給気の一部をコンプレッサバイパス弁装置により開閉されるコンプレッサバイパス通路を通して前記高圧コンプレッサの給気出口側にバイパスさせるように構成された多段過給式排気ターボ過給機において、前記高圧コンプレッサの高圧コンプレッサカバーを、給気のコンプレッサ入口通路及びコンプレッサバイパス弁装置による開閉部を有するバイパス入口通路が内蔵された一体形コンプレッサカバーに構成したことを特徴とする多段過給式排気ターボ過給機。
【請求項２】
前記コンプレッサバイパス弁装置は、前記バイパス入口通路に設けられた前記開閉部を開閉することにより前記コンプレッサ入口通路とコンプレッサバイパス通路とを連通、遮断せしめるコンプレッサバイパス弁と、該コンプレッサバイパス弁を駆動するアクチュエータとを一体化して単一のケースに収納し、前記ケースを前記高圧コンプレッサカバーに着脱自在に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の多段過給式排気ターボ過給機。
【請求項３】
前記高圧コンプレッサカバーは、前記コンプレッサバイパス弁装置のケースと前記コンプレッサバイパス通路に接続されるバイパス配管とが、隣り合わせて且つ前記高圧コンプレッサの回転軸心に対してほぼ直角方向に一体形成されてなることを特徴とする請求項１記載の多段過給式排気ターボ過給機。
【請求項４】
前記コンプレッサバイパス弁は、前記アクチュエータにより往復駆動され、前記開閉部に設けられた弁座に着脱される傘状の弁体をそなえ、該弁体の前記弁座とのシート部を球状のシート面に構成したことを特徴とする請求項２記載の多段過給式排気ターボ過給機。
【請求項５】
エンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスにより駆動される高圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆動される低圧タービンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第１段加圧がなされた給気を給気接続配管を通して前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第２段加圧を行いエンジンに供給するように構成した多段過給式排気ターボ過給機であって、前記高圧コンプレッサ入口の給気の一部をコンプレッサバイパス弁装置により開閉されるコンプレッサバイパス通路を通して前記高圧コンプレッサの給気出口側にバイパスさせるように構成された多段過給式排気ターボ過給機において、
前記排気マニホールドと高圧タービンハウジングとを一体鋳造品で構成して、高圧タービンハウジング出口に排気ガス通路を直接連結し、前記排気ガス通路の低圧タービン接続フランジに低圧タービンハウジングを直接連結してなることを特徴とする多段過給式排気ターボ過給機。
【請求項６】
前記高圧タービンハウジング出口のフランジの締付面と排気マニホールドの排ガス入口フランジの締付面とを互いに直角な面に配置したことを特徴とする請求項５記載の多段過給式排気ターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ターボ過給機に用いられ、エンジンの排気ガスにより駆動される高圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆動される低圧タービンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第１段加圧がなされた給気を給気接続配管を通して前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第２段加圧を行いエンジンに供給するように構成した多段過給式排気ターボ過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用エンジン、特に車両用ディーゼルエンジンにおいては、近年、エンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスにより駆動される高圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆動される低圧タービンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第１段加圧がなされた給気を、給気接続配管を通して前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第２段加圧を行い、エンジンに供給するように構成した多段過給式（２段過給式）排気ターボ過給機が採用されるようになってきた。
かかる多段過給式排気ターボ過給機をそなえたエンジンでは、エンジンの中、低速運転域では高圧段過給機及び低圧段過給機の双方を作動させて２段過給を行なうことによりエンジンの過給圧及び出力を増加し、エンジンの高速運転域では排気ガス及び給気を高圧段過給機をバイパスさせて低圧段過給機による１段過給を行なうことにより高いタービン効率で以って安定運転を実現させている。
【０００３】
図９は、たとえば特許文献１（特表２００３−５３１９９６号公報）、特許文献２（特開昭５９−８２５２６号公報）、特許文献３（特表２００２−５１２３３７号公報）等で開示されている２段過給式排気ターボ過給機を備えたエンジンの要部系統図である。
図９において、１０３は該エンジンの排気マニホールド、１は高圧タービン１ａと該高圧タービン１ａに同軸駆動される高圧コンプレッサ１ｂとをそなえた高圧段過給機、２は低圧タービン２ａと該低圧タービン２ａに同軸駆動される低圧コンプレッサ２ｂとをそなえた低圧段過給機である。
１１７は該排気バイパス管１１６を流れるバイパス排気の流量を制御する排気バイパス弁装置、５は高圧コンプレッサバイパス管１１１を流れるバイパス給気の流量を制御するコンプレッサバイパス弁装置である。
【０００４】
かかる２段過給式排気ターボ過給機を備えたエンジンにおいて、エンジンの中、低速運転域で高圧段過給機１及び低圧段過給機２の双方を作動させる２段過給運転時には、前記排気バイパス弁装置１１７を閉じるとともにコンプレッサバイパス弁装置５を閉じる。
これにより、排気マニホールド１０３から排出される排気ガスは、高圧段過給機１の高圧タービン１ａ及び低圧段過給機２の低圧タービン２ａを駆動する。一方、低圧タービン２ａに直結駆動される低圧コンプレッサ２ｂにより第１段の加圧がなされた給気は、高圧タービン１ａに直結駆動される高圧コンプレッサ１ｂにより第２段の加圧がなされた後、エンジンの各シリンダに供給され、燃焼に供される。
これにより、エンジンの中、低速運転域では、かかる２段過給を行なうことによりエンジンの過給圧及び出力を増加することが可能となる。
【０００５】
また、エンジン１００の高速運転域で排気ガス及び給気を高圧段過給機１をバイパスさせて低圧段過給機２による１段過給を行なう１段過給運転時には、前記コンプレッサバイパス弁装置５を開き、その後、目標過給圧になるよう排気バイパス弁装置１１７を調整する。
これにより、排気マニホールド１０３から排出される排気ガスの大部分は、高圧段過給機１の高圧タービン１ａをバイパスし、該高圧タービン１ａを通った一部の排気ガスと合流して低圧タービン２ａを駆動する。
一方、前記低圧タービン２ａに直結駆動される低圧コンプレッサ２ｂにより第１段の加圧がなされた給気の大部分は高圧コンプレッサ１ｂをバイパスし、高圧コンプレッサバイパス管１１１を通って前記高圧コンプレッサ１ｂを通った一部の給気と合流し、給気管１０８を経てエンジン１００の各シリンダ１０１に供給される。
これにより、エンジン１００の高速運転域では排気ガス及び給気の大部分を高圧段過給機１をバイパスさせて低圧段過給機２による１段過給を行なうことにより、高いタービン効率で以って安定運転を実現させている。
【０００６】
【特許文献１】特表２００３−５３１９９６号公報
【特許文献２】特開昭５９−８２５２６号公報
【特許文献３】特表２００２−５１２３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
車両用エンジンにおいて、狭隘なエンジンルームに２段過給式排気ターボ過給機を装備したエンジンを設置するには、２段過給式排気ターボ過給機が単段過給式排気ターボ過給機に比べて大型となるため、エンジンルームにおける設置スペースが必然的に大きくなる。
このため、２段過給式排気ターボ過給機の構造をコンパクト化してこれの設置スペースを極力小さくして、２段過給式排気ターボ過給機を装備したエンジンを、狭隘なエンジンルーム内に効果的に収納することが要求される。
【０００８】
しかしながら、前記特許文献２（特開昭５９−８２５２６号公報）及び特許文献３（特表２００２−５１２３３７号公報）にて提供されている２段過給式排気ターボ過給機を装備したエンジンにあっては、殊に低圧段過給機２の低圧コンプレッサ２ｂから高圧段過給機１の高圧コンプレッサ１ｂに至る給気系、及び低圧コンプレッサ２ｂから高圧コンプレッサバイパス管１１１のコンプレッサバイパス弁装置５に至る給気バイパス系が、単純な水平配置であるため、２段過給式排気ターボ過給機の水平方向の設置スペースが大きくなり、狭隘なエンジンルーム内へのエンジンの搭載性を大きく損なう。
【０００９】
また、特許文献１（特表２００３−５３１９９６号公報）にて提供されている２段過給式排気ターボ過給機を装備したエンジンにあっては、高圧段過給機１と低圧段過給機２とを立体的に配置して、両者を最小限の長さの排気配管及び給気配管で接続することにより、２段過給式排気ターボ過給機の設置スペースの低減を図っているが、基本的には高圧段過給機１と低圧段過給機２とはケース類が完全な別体構造であるため、２段過給式排気ターボ過給機の設置スペースは依然として大きく、狭隘なエンジンルーム内へのエンジンの搭載性を改善できるものではない。
【００１０】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、多段過給式排気ターボ過給機の構造を小形コンパクト化することにより、狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上した多段過給式排気ターボ過給機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスにより駆動される高圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆動される低圧タービンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第１段加圧がなされた給気を給気接続配管を通して前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第２段加圧を行いエンジンに供給するように構成した多段過給式排気ターボ過給機であって、前記高圧コンプレッサ入口の給気の一部をコンプレッサバイパス弁装置により開閉されるコンプレッサバイパス通路を通して前記高圧コンプレッサの給気出口側にバイパスさせるように構成された多段過給式排気ターボ過給機において、前記高圧コンプレッサの高圧コンプレッサカバーを、給気のコンプレッサ入口通路及びコンプレッサバイパス弁装置による開閉部を有するバイパス入口通路が内蔵された一体形コンプレッサカバーに構成したことを特徴とする。
【００１２】
かかる発明において、具体的には、次のように構成するのが好ましい。
（１）前記コンプレッサバイパス弁装置は、前記バイパス入口通路に設けられた前記開閉部を開閉することにより前記コンプレッサ入口通路とコンプレッサバイパス通路とを連通、遮断せしめるコンプレッサバイパス弁と、該コンプレッサバイパス弁を駆動するアクチュエータとを一体化して単一のケースに収納し、前記ケースを前記高圧コンプレッサカバーに着脱自在に取り付ける。
（２）前記高圧コンプレッサカバーには、前記コンプレッサバイパス通路に接続されるバイパス配管が、前記高圧コンプレッサの回転軸心に対してほぼ直角方向に、且つ前記コンプレッサバイパス弁装置のケースに隣り合わせて形成される。
【００１３】
かかる発明によれば、高圧コンプレッサの高圧コンプレッサカバーを、低圧コンプレッサからの給気が導入されるコンプレッサ入口通路と、該コンプレッサ入口通路とコンプレッサバイパス通路との間を開閉するコンプレッサバイパス弁装置による開閉部を有するバイパス入口通路とを内蔵して形成された一体形コンプレッサカバーに構成し、さらに具体的には、前記一体形コンプレッサカバーに、コンプレッサバイパス通路に接続されるバイパス配管を、高圧コンプレッサの回転軸心に対してほぼ直角方向に、且つ前記コンプレッサバイパス弁装置が組み込まれたケースに隣り合わせて形成したので、
高圧コンプレッサカバーに、高圧コンプレッサへの給気入口通路と、該給気入口通路から分岐されてコンプレッサバイパス弁装置による開閉部が形成されたバイパス入口通路と、コンプレッサバイパス通路に接続されるバイパス配管とを、配管類を一切使用することなく一体形成できる。
これにより、高圧コンプレッサの給気入口部及びコンプレッサバイパス通路への接続部の構造が小形コンパクトになって、前記従来技術に比べて高圧コンプレッサの設置スペースを低減でき、狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上した多段過給式排気ターボ過給機付きエンジンが得られる。
【００１４】
さらに、前記コンプレッサバイパス弁装置を、前記バイパス入口通路に形成されたコンプレッサ入口通路とコンプレッサバイパス通路との開閉部を開閉するコンプレッサバイパス弁と、これを駆動するアクチュエータとを一体化して単一のケースに収納したので、コンプレッサバイパス弁とアクチュエータとを単一のケースに収納してセット化し、かかるセット化したコンプレッサバイパス弁装置を高圧コンプレッサカバーに取付けるので、コンプレッサバイパス弁装置の組付け性、施工性が向上し、組立コストも低減できる。
【００１５】
また、かかる発明において、好ましくは、前記コンプレッサバイパス弁は、前記アクチュエータにより往復駆動され、前記開閉部に設けられた弁座に着脱される傘状の弁体をそなえ、該弁体の前記弁座とのシート部を球状のシート面に構成する。
このように構成すれば、コンプレッサ入口通路とコンプレッサバイパス通路との間を開閉するコンプレッサバイパス弁の傘状の弁体シート面とコンプレッサカバーに形成された弁座とを線接触にすることにより、弁体シート面と弁座とのシート部の微小誤差を吸収できることによって該シート部の当たりを均一化することができ、製品間のシール機能のばらつきが無くなり、シール精度の安定したコンプレッサバイパス弁装置が得られる。
【００１６】
また本発明は、エンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスにより駆動される高圧タービンを有する高圧段過給機と該高圧段過給機を駆動後の排気ガスにより駆動される低圧タービンを有する低圧段過給機とを排気ガスの流路に直列に配置し、前記低圧段過給機の低圧コンプレッサで第１段加圧がなされた給気を給気接続配管を通して前記高圧段過給機の高圧コンプレッサで第２段加圧を行いエンジンに供給するように構成した多段過給式排気ターボ過給機であって、前記高圧コンプレッサ入口の給気の一部をコンプレッサバイパス弁装置により開閉されるコンプレッサバイパス通路を通して前記高圧コンプレッサの給気出口側にバイパスさせるように構成された多段過給式排気ターボ過給機において、
前記排気マニホールドと高圧タービンハウジングとを一体鋳造品で構成して、高圧タービンハウジング出口に排気ガス通路を直接連結し、低圧タービン接続フランジに低圧タービンハウジングを直接連結してなることを特徴とする。
前記構成において、前記高圧タービンハウジングの高圧ガス出口フランジの締付面と排気マニホールドの排ガス入口フランジの締付面とを互いに直角な面に配置するのが好ましい。
【００１７】
かかる発明によれば、鋳造により排気マニホールドと一体に形成した高圧タービンハウジング出口のフランジに、高圧タービンの軸線上において排気ガス通路を直接連結し、該排気ガス通路に高圧タービンの軸線に直角方向に形成された低圧タービン接続フランジに低圧タービンハウジングを直接連結するので、高圧タービンハウジングと、排気ガス通路と、低圧タービンハウジングとを配管を介することなく直結することができて、排気マニホールドに一体形成した高圧タービンハウジングと排気ガス通路を介して低圧タービンハウジングとを一体的に連結することが可能となり、高圧段過給機の高圧タービンと低圧段過給機の低圧タービンとの連結構造が小形でコンパクトとなり、前記従来技術に比べて高圧段過給機の高圧タービンと低圧段過給機の低圧タービン側の設置スペースを低減できる。これにより、狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上できる。
【００１８】
また、前記高圧タービンハウジング出口のフランジの締付面を基準面にして、基準面に直角な排気マニホールドの排ガス入口フランジの締付面の加工が容易にできる。
これにより、高圧タービンハウジング及び排気マニホールド１０３の加工性が向上して、高圧段排気ターボ過給機の加工、組立工数を低減できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高圧コンプレッサカバーを、コンプレッサ入口通路、コンプレッサバイパス弁装置の開閉部を有するバイパス入口通路を内蔵し、さらにコンプレッサバイパス通路に接続されるバイパス配管を形成した一体形コンプレッサカバーに構成したことにより、高圧コンプレッサカバーに、高圧コンプレッサへの給気入口通路と、該給気入口通路から分岐されてコンプレッサバイパス弁装置による開閉部が形成されたバイパス入口通路と、コンプレッサバイパス通路に接続されるバイパス配管とを配管類を一切使用することなく一体に形成できる。
これにより、高圧コンプレッサの給気入口部及びコンプレッサバイパス通路への接続部の構造が小形コンパクトになって、従来技術に比べて高圧コンプレッサの設置スペースを低減でき、狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上した多段過給式排気ターボ過給機付きエンジンが得られる。
【００２０】
さらに、前記コンプレッサバイパス弁装置を、コンプレッサバイパス弁と、これを駆動するアクチュエータとを一体化して単一のケースに収納するように構成することにより、コンプレッサバイパス弁とアクチュエータとをコンプレッサバイパス弁装置を単一のケースに収納してセット化したコンプレッサバイパス弁装置を高圧コンプレッサカバーに取付けることができて、コンプレッサバイパス弁装置の組付け性、施工性が向上し、組立コストも低減できる。
【００２１】
また本発明によれば、排気マニホールドと一体鋳造した高圧タービンハウジング出口のフランジに排気ガス通路を同軸線上に直接連結し、該排気ガス通路に高圧タービンの軸線に直角方向のフランジに低圧タービンハウジングを直接連結するので、高圧タービンハウジングと、排気ガス通路と、低圧タービンハウジングとを配管を介することなく一体的に連結することが可能となり、高圧段過給機の高圧タービンと低圧段過給機の低圧タービンとの連結構造が小形コンパクトとなり、従来技術に比べて高圧段過給機の高圧タービンと低圧段過給機の低圧タービン側の設置スペースを低減できる。これにより、狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上できる。
また、前記高圧タービンハウジング出口のフランジの締付面を基準面にして、基準面に直角な排気マニホールドの排ガス入口フランジの締付面の加工が容易にでき、これにより、高圧タービンハウジング及び排気マニホールド１０３の加工性が向上して、高圧段排気ターボ過給機の加工、組立て工数を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２３】
図８は本発明が適用される２段過給式排気ターボ過給機を備えたディーゼルエンジンの給気系及び排気系の概略系統図である。
図８において、１００はエンジン、１０１は該エンジンのシリンダ（この例では４シリンダ）、１０２は給気マニホールド、１０３は排気マニホールド、１は高圧タービン１ａと該高圧タービン１ａに同軸駆動される高圧コンプレッサ１ｂとをそなえた高圧段過給機、２は低圧タービン２ａと該低圧タービン２ａに同軸駆動される低圧コンプレッサ２ｂとをそなえた低圧段過給機である。
【００２４】
１０４は前記排気マニホールド１０３の排気出口と高圧タービン１ａの排気入口とを接続する高圧排気管、１１５は高圧タービン１ａの排気出口と低圧タービン２ａの排気入口とを接続する排気接続管である。１１８は低圧タービン２ａ駆動後の排気ガスを外部に排出する排出管である。
１１９は外部からの空気を低圧コンプレッサ２ｂの吸入口に導入するための吸入管である。２１は前記低圧コンプレッサ２ｂの給気（空気）出口と高圧コンプレッサ１ｂの給気入口とを接続する給気接続配管である。１０８は前記高圧コンプレッサ１ｂの給気出口と前記給気マニホールド１０２とを接続する給気管、１０７は該給気管１０８に設けられてエンジンへの給気を冷却する給気冷却器である。
【００２５】
１０５は前記排気マニホールド１０３から高圧タービン１ａをバイパスするための排気バイパス管、１０６は排気バイパス流量を調整するステージ制御弁である。１１６は前記排気接続管の低圧タービン２ａ入口から該低圧タービン２ａをバイパスして排出管１１８に接続される排気バイパス管、１１７は該排気バイパス管を流れるバイパス排気の流量を制御する排気バイパス弁装置である。
１２は前記給気接続管２１の高圧コンプレッサ１ｂ入口から該高圧コンプレッサ１ｂをバイパスして給気管１０８に接続される高圧コンプレッサバイパス管、５は該高圧コンプレッサバイパス管１２を流れるバイパス給気の流量を制御するコンプレッサバイパス弁装置である。
１０９は前記排気マニホールド１０３出口の排気ガスの一部をＥＧＲ（排気再循環）ガスとして抽出し、前記給気管１０８に還流するＥＧＲ管、１１０はＥＧＲの流量を制御するＥＧＲ弁である。
【００２６】
かかる２段過給式排気ターボ過給機を備えたエンジンにおいて、エンジン１００の中、低速運転域で高圧段過給機１及び低圧段過給機２の双方を作動させる２段過給運転時には、低速の完全２ステージ域は前記ステージ制御弁１０６及びコンプレッサバイパス弁装置５とともに排気バイパス弁装置１１７を閉じる。また、可変２ステージ域ではコンプレッサバイパス弁装置５と排気バイパス弁装置１１７を閉じて、ステージ制御弁１０６を調整する。
これにより、排気マニホールド１０３から排出される排気ガスは、高圧段過給機１の高圧タービン１ａ及び低圧段過給機２の低圧タービン２ａを駆動する。一方、低圧タービン２ａに直結駆動される低圧コンプレッサ２ｂにより第１段の加圧がなされた給気は、高圧タービン１ａに直結駆動される高圧コンプレッサ１ｂにより第２段の加圧がなされた後、給気冷却器１０７で冷却され、給気マニホールド１０２を通ってエンジン１００の各シリンダ１０１に供給され、燃焼に供される。
これにより、エンジンの中、低速運転域では、かかる２段過給を行なうことによりエンジンの過給圧及び出力を増加することが可能となる。
【００２７】
また、エンジン１００の高速運転域で排気ガス及び給気を高圧段過給機１をバイパスさせて低圧段過給機２による１段過給を行なう１段過給運転時には、前記ステージ制御弁１０６及びコンプレッサバイパス弁装置５を開くとともに、その後目標過給圧になるよう排気バイパス弁装置１１７を調整する。
これにより、排気マニホールド１０３から排出される排気ガスの大部分は、高圧段過給機１の高圧タービン１ａから排気バイパス管１０５を通って排気接続管１１５に入り高圧タービン１ａを通った一部の排気ガスと合流して低圧タービン２ａを駆動する。
この場合、前記一部の排気ガスが通る高圧タービン１ａはアイドリング回転となっているので、高圧コンプレッサ１ｂは殆ど作動しない。
【００２８】
一方、前記低圧タービン２ａに直結駆動される低圧コンプレッサ２ｂにより第１段の加圧がなされた給気の大部分は高圧コンプレッサ１ｂをバイパスし、高圧コンプレッサバイパス管１２を通って前記高圧コンプレッサ１ｂを通った一部の給気と合流し、給気管１０８を経てエンジン１００の各シリンダ１０１に供給される。
これにより、エンジン１００の高速運転域では排気ガス及び給気の大部分を高圧段過給機１をバイパスさせて低圧段過給機２による１段過給を行なうことにより、高いタービン効率で以って安定運転を実現させている。
本発明は、かかる構成をそなえた多段過給式排気ターボ過給機の構造の改良に係るものである。
【実施例１】
【００２９】
本発明は、かかる構成をそなえた多段過給式排気ターボ過給機の構造の改良に係るものである。
図１は本発明の第１実施例に係る２段過給式排気ターボ過給機の全体構造を示す側面図、図２は高圧過給機及び排気ガス通路のロータシャフト軸心線に沿う断面図、図３はコンプレッサバイパス弁装置を装着した高圧コンプレッサカバーの外観図、図４は該高圧コンプレッサカバーの断面図である。
図１〜４において、１は高圧タービン１ａと該高圧タービン１ａに同軸駆動される高圧コンプレッサ１ｂとをそなえた高圧段過給機、２は低圧タービン２ａ（図８参照）と該低圧タービン２ａに同軸駆動される低圧コンプレッサ２ｂ（図８参照）とをそなえた低圧段過給機である。
１０は前記高圧段過給機１の高圧タービンハウジング、９は高圧コンプレッサカバー、１１は排気ガス通路である。２ｓは前記低圧段過給機２の低圧タービンハウジング、２ｔは低圧コンプレッサカバーである。これらの詳細は後述する。
２１は前記低圧コンプレッサカバー２ｔと高圧コンプレッサカバー９とを接続する給気接続配管である。該給気接続配管２１は鋼管、アルミニウム管等の金属あるいは可撓性を有する樹脂材や硬質ゴム材の管等からなり、前記低圧コンプレッサカバー２ｔ及び高圧コンプレッサカバー９の接続部を、クランプによる締付け結合としている（それ以外の接続態様でもよい）。
【００３０】
前記高圧段過給機１の詳細を示す図２において、１０は鋳造品からなる高圧タービンハウジング、１ａはラジアル流型の高圧タービン、１ｂは該高圧タービン１ａに直結駆動される高圧コンプレッサ、３は該高圧タービン１ａと高圧コンプレッサ１ｂとを連結する高圧ロータシャフト、９は鋳造品からなる高圧コンプレッサカバー、６は鋳造品からなる高圧軸受ハウジングである。
前記高圧ロータシャフト３は２個の軸受を介して高圧軸受ハウジング６に回転自在に支持されている。Ｍは排気ターボ過給機の回転軸心である。
【００３１】
１１は鋳造品からなる排気ガス通路で、図２のように、前記高圧タービン１ａの回転軸心Ｍ上において前記高圧タービンハウジング１０のフランジ（１０ａはフランジ面）に図示しない複数のボルトによって結合され、前記回転軸心Ｍに直角方向に低圧タービン接続フランジ１２が形成されている。該低圧タービン接続フランジ１２には、図１のように、前記低圧タービンハウジング２ｓが複数のボルト（１２ｚはボルト穴）によって直接連結されている。
【００３２】
前記高圧コンプレッサカバー９は、図２、図４のように、前記低圧コンプレッサ２ｂから前記給気接続配管２１を通して給気が導入されるコンプレッサ入口通路７と、該コンプレッサ入口通路７から分岐されてコンプレッサバイパス通路１２に接続されるバイパス入口通路８ａとが内設されるとともに、前記コンプレッサ入口通路７とバイパス入口通路８ａとの間には、コンプレッサバイパス弁装置５による開閉部５ｃが形成されている。
また、図４のように、前記高圧コンプレッサカバー９には、前記コンプレッサバイパス通路１２が内設されたバイパス配管８を、前記高圧コンプレッサ１ｂの回転軸心Ｍに対してほぼ直角方向に、且つコンプレッサバイパス弁装置５が組み込まれたケース５３と隣り合わせて一体形成している。
【００３３】
図２〜４、特に図３（Ａ）、（Ｂ）において、前記コンプレッサバイパス弁装置５は、前記バイパス入口通路８ａに設けられた前記開閉部５ｃを開閉することにより前記コンプレッサ入口通路７とコンプレッサバイパス通路１２とを連通、遮断せしめるコンプレッサバイパス弁５１と、該コンプレッサバイパス弁５１を駆動するアクチュエータ５２とを一体化して単一のケース５３に収納し、前記ケース５３を前記高圧コンプレッサカバー９の上部に着脱自在に取り付けている。そして、前記アクチュエータ５２によって前記コンプレッサバイパス弁５１を往復駆動させて、該コンプレッサバイパス弁５１の傘状の弁体５１ａを前記開閉部５ｃに形成された弁座５５に着脱することにより、前記コンプレッサ入口通路７とコンプレッサバイパス通路１２とを連通、遮断せしめる。
【００３４】
図５（Ａ）はコンプレッサバイパス弁の先端部断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＸ部拡大断面図である。図５の（Ａ）、（Ｂ）及び図２において、前記コンプレッサバイパス弁５１は、前記アクチュエータ５２により往復駆動され、前記開閉部５ｃに設けられた弁座５５に着脱される傘状の弁体５１ａをそなえ、図５（Ｂ）のように該弁体５１ａの前記弁座５５とのシート面５１ｃを球状のシート面に構成する。５１ｂは弁棒である。
このように構成すれば、コンプレッサ入口通路７とコンプレッサバイパス通路１２との間を開閉するコンプレッサバイパス弁５１の傘状の弁体５１ａのシート面５１ｃと前記高圧コンプレッサカバー９に形成された弁座５５とを線接触とすることにより、弁体５１ａのシート面５１ｃと弁座５５とのシート部の微小誤差を吸収できることによって、該シート部の当たりを均一化することができ、製品間のシール機能のばらつきが無くなり、シール精度の安定したコンプレッサバイパス弁装置５が得られる。
【００３５】
かかる第１実施例によれば、高圧コンプレッサ１ｂの高圧コンプレッサカバー９を、低圧コンプレッサ２ｂからの給気が導入されるコンプレッサ入口通路７と、該コンプレッサ入口通路７とコンプレッサバイパス通路１２との間を開閉するコンプレッサバイパス弁装置５による開閉部５ｃを有するバイパス入口通路８ａとを内蔵して形成された一体形のコンプレッサカバー９に構成し、さらに加えて、前記一体形のコンプレッサカバー９に、コンプレッサバイパス通路１２に接続されるバイパス配管８を、高圧コンプレッサ１ｂの回転軸心Ｍに対してほぼ直角方向に、且つ前記コンプレッサバイパス弁装置５が組み込まれたケース５３に隣り合わせて形成したので、高圧コンプレッサカバー９に、高圧コンプレッサ１ｂへの給気入口通路と、該給気入口通路から分岐されてコンプレッサバイパス弁装置５による開閉部５ｃが形成されたバイパス入口通路８ａと、コンプレッサバイパス通路１２に接続されるバイパス配管８とを、配管類を一切使用することなく一体に形成できる。
これにより、高圧コンプレッサ１ｂの給気入口部及びコンプレッサバイパス通路１２への接続部の構造が小形コンパクトになって、前記従来技術に比べて高圧コンプレッサ１ｂの設置スペースを低減でき、狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上した２段過給式排気ターボ過給機付きエンジンが得られる。
【００３６】
さらに、前記コンプレッサバイパス弁装置５を、前記バイパス入口通路８ａに形成されたコンプレッサ入口通路７とコンプレッサバイパス通路１２との開閉部５ｃを開閉するコンプレッサバイパス弁５１と、これを駆動するアクチュエータ５２とを一体化して単一のケース５３に収納したので、コンプレッサバイパス弁５１とアクチュエータ５２とを単一のケース５３に収納してセット化したコンプレッサバイパス弁装置５を高圧コンプレッサカバー９に取付けることとなり、コンプレッサバイパス弁装置５の組付け性、施工性が向上し、組立コストも低減できる。
【実施例２】
【００３７】
図６は本発明の第２実施例に係る２段過給式排気ターボ過給機の高圧過給機及び排気マニホールドを示し、図６（Ａ）は側面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＹ矢視図である。図７は図６（Ａ）におけるＷ矢視図である。
図６〜７において、１０３は排気マニホールドで、該排気マニホールド１０３と前記高圧過給機１の高圧タービンハウジング１０とを一体鋳造品で構成している。そして、前記排気ガス通路１１は、該高圧タービンハウジング１０のフランジ１０ｂのフランジ面１０ａに、前記高圧タービン１ａの回転軸心Ｍ上に沿うように、図示しない複数のボルトによって直接連結されている。
【００３８】
１０３ａは各シリンダ１０１（図８参照）への排ガス入口フランジで、各排ガス入口フランジ１０３ａのフランジ面１０３ｂは、高圧タービンハウジング１０のフランジ面１０ａに対して直角な面に形成され、前記各シリンダ１０１の排気出口フランジ（図示省略）に、図示しない複数のボルトで締着される。
また、前記第１実施例に記載のように、前記排気ガス通路１１には、前記回転軸心Ｍに直角方向に低圧タービン接続フランジ１２が形成され、該低圧タービン接続フランジ１２には、図１のように、前記低圧タービンハウジング２ｓが複数のボルト（１２ｚはボルト穴）によって直接連結されている。これにより、前記高圧タービン１ａから排気ガス通路１１内に排出されたガスが、図６のように前記低圧タービン接続フランジ１２内に形成された排ガス通路１１ｓを通って前記低圧タービン２ａの入口に導かれることとなる。
１５は、ＥＧＲガスを抽出するためのＥＧＲ抽出フランジである。
【００３９】
かかる第２実施例によれば、鋳造により排気マニホールド１０３と一体に形成した高圧タービンハウジング１０出口のフランジ１０ｂに、高圧過給機１の回転軸心Ｍ上において排気ガス通路１１を直接連結し、該排気ガス通路１１に高圧過給機１の回転軸心Ｍに直角方向に形成された低圧タービン接続フランジ１２に低圧タービンハウジング２ｓを直接連結するので、高圧タービンハウジング１０と、排気ガス通路１１と、低圧タービンハウジング２ｓとを配管を介することなく直結することができて、排気マニホールド１０３に一体形成した高圧タービンハウジング１０と排気ガス通路１１を介しての低圧タービンハウジング２ｓとを一体的に連結することが可能となり、高圧段過給機１の高圧タービンハウジング１０と低圧段過給機２の低圧タービンハウジング２ｓとの連結構造が小形でコンパクトとなり、高圧段過給機１の高圧タービン側と低圧段過給機２の低圧タービン側の設置スペースを低減できる。これにより、狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上できる。
【００４０】
また、かかる第２実施例によれば、前記高圧タービンハウジング１０出口のフランジ１０ｂの締付面であるフランジ面１０ａを基準面にして、基準面に直角な排気マニホールド１０３の排ガス入口フランジ１０３ａのフランジ面１０３ｂの加工が容易にできる。
これにより、高圧タービンハウジング１０及び排気マニホールド１０３の加工性が向上して、高圧段排気ターボ過給機１の加工、組立工数を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、多段過給式排気ターボ過給機の構造を小形コンパクト化することにより、狭隘なエンジンルーム内への搭載性を向上した多段過給式排気ターボ過給機をそなえたエンジンを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施例に係る２段過給式排気ターボ過給機の全体構造を示す側面図である。
【図２】前記第１実施例における高圧過給機及び排気ガス通路のロータシャフト軸心線に沿う断面図である。
【図３】前記第１実施例におけるコンプレッサバイパス弁装置を装着した高圧コンプレッサカバーの外観図である。
【図４】前記第１実施例における高圧コンプレッサカバーの断面図である。
【図５】（Ａ）は前記第１実施例におけるコンプレッサバイパス弁の先端部断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸ部拡大断面図である。
【図６】本発明の第２実施例に係る２段過給式排気ターボ過給機の高圧過給機及び排気マニホールドを示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＹ矢視図である。
【図７】図６（Ａ）におけるＷ矢視図である。
【図８】本発明が適用される２段過給式排気ターボ過給機を備えたディーゼルエンジンの給気系及び排気系の概略系統図である。
【図９】従来技術に係る２段過給式排気ターボ過給機を備えたエンジンの要部系統図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    高圧段過給機
１ａ  高圧タービン
１ｂ  高圧コンプレッサ
２    低圧段過給機
２ａ  低圧タービン
２ｂ  低圧コンプレッサ
２ｓ  低圧タービンハウジング
２ｔ  低圧コンプレッサカバー
３    高圧ロータシャフト
５    コンプレッサバイパス弁装置
５ｃ  開閉部
６    高圧軸受ハウジング
７    コンプレッサ入口通路
８ａ  バイパス入口通路
９    高圧コンプレッサカバー
１０    高圧タービンハウジング
１１    排気ガス通路
１２    低圧タービン接続フランジ
２１    給気接続配管
５１    コンプレッサバイパス弁
５１ｃ  シート面
５２    アクチュエータ
５３    ケース
５５    弁座
１００    エンジン
１０１    シリンダ
１０２    給気マニホールド
１０３    排気マニホールド
１０３ａ  排ガス入口フランジ
１０８    給気管
【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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