(57)【要約】【課題】排気中に添加された燃料を良好に霧化分散させて排気と均一に混合させるとともに、添加燃料によってターボチャージャの可変ノズル機構の動作に不具合が生じることを抑制する。【解決手段】ローターシャフトに連結されたハブとハブの表面に設けられた複数のタービンブレードとを有し、排気の流れをタービンブレードに受け回転するタービンホイールと、タービンホイールの外部においてタービンホイールの周囲を覆うタービンシュラウドと、ハブの内部に設けられ燃料が流通する燃料通路と、燃料通路に燃料を供給する燃料供給手段と、タービンブレードのうちタービンホイールの回転軸に関して点対称の位置に設けられた少なくとも２つのタービンブレードの縁又は表面におけるタービンシュラウドの内壁面に対向する位置に設けられた開口部と、開口部が設けられたタービンブレードの内部に設けられ開口部と燃料通路とを接続する燃料添加通路と、を備える。【選択図】図２
2008215097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の途中に配置され、ローターシャフトに連結されたハブと前記ハブの表面に設けられた複数のタービンブレードとを有し、前記ローターシャフトによって回転自在に支持され、前記排気通路を流通する排気の流れを前記タービンブレードに受けることによって前記ローターシャフトを回転軸として回転するタービンホイールと、
前記タービンホイールの外部において前記タービンホイールの周囲を覆うように設けられるタービンシュラウドと、
前記ハブの内部に設けられ、燃料が流通する燃料通路と、
前記燃料通路に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記複数のタービンブレードのうち前記タービンホイールの回転軸に関して点対称となる位置に設けられた少なくとも２つのタービンブレードの縁又は表面における前記タービンシュラウドの内壁面に対向する位置に設けられた開口部と、
前記開口部が設けられた各タービンブレードの内部に設けられ、一端が前記ハブの内部において前記燃料通路に接続し、他端が前記各開口部に接続する燃料添加通路と、
を備えることを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関の排気燃料添加装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記各タービンブレードの縁又は表面における前記開口部が設けられる位置は互いに略等しく、前記各開口部は前記回転軸に関して点対称の位置関係をなすことを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関の排気燃料添加装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記各燃料添加通路は前記回転軸に関して点対称の位置関係をなすように前記各タービンブレード内部に設けられることを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関の排気燃料添加装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路の途中に配置され、ローターシャフトに連結されたハブと前記ハブの表面に設けられた複数のタービンブレードとを有し、前記ローターシャフトによって回転自在に支持され、前記排気通路を流通する排気の流れを前記タービンブレードに受けることによって前記ローターシャフトを回転軸として回転するタービンホイールと、
前記ハブの内部に設けられ、燃料が流通する燃料通路と、
前記燃料通路に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記ハブの表面の前記タービンブレードが設けられていない部分において、前記タービンホイールの回転軸に関して点対称となる位置に設けられた少なくとも２つの開口部と、
前記ハブの内部に設けられ、一端が前記ハブの内部において前記燃料通路に接続し、他端が前記各開口部に接続する燃料添加通路と、
を備えることを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関の排気燃料添加装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記各燃料添加通路は前記回転軸に関して点対称の位置関係をなすように前記ハブ内部に設けられることを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関の排気燃料添加装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一において、
前記タービンホイールの外部に前記タービンホイールの周方向に沿って形成される排気流路の内部に設けられ、前記排気流路の流路面積を変更するノズルベーンを有する可変ノズル機構を更に備え、
前記各開口部は、前記燃料添加通路を流通して前記各開口部から添加される燃料が前記ノズルベーンに衝突しない位置に設けられることを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関の排気燃料添加装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路の途中に配置され、ローターシャフトに連結されたハブと前記ハブの表面に設けられた複数のタービンブレードとを有し、前記ローターシャフトによって回転自在に支持され、前記排気通路を流通する排気の流れを前記タービンブレードに受けることによって前記ローターシャフトを回転軸として回転するタービンホイールと、
前記タービンホイールの外部に前記タービンホイールの周方向に沿って形成される排気流路の内部に設けられ、前記排気流路の流路面積を変更するノズルベーンを有する可変ノズル機構と、
前記タービンホイールの外部において前記排気流路が形成されていない部分を覆うタービンシュラウドの内壁面において前記タービンブレードに対向する位置に設けられた開口部と、
前記開口部に接続され、燃料が流通する燃料添加通路と、
前記燃料添加通路に燃料を供給する燃料供給手段と、
を備えることを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関の排気燃料添加装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はターボチャージャ付き内燃機関の排気燃料添加装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気浄化装置として排気中の有害成分を無害化する排気浄化触媒を排気通路の途中に備えた内燃機関がある。排気浄化触媒を備えた内燃機関では、排気浄化触媒の触媒機能を維持又は再生することを目的として、排気中に燃料等の還元剤を添加する排気燃料添加を行う場合がある（例えば特許文献１を参照）。また、排気通路に配置されたタービンを有するターボチャージャを過給機として備える内燃機関がある。
【０００３】
ターボチャージャを備えた内燃機関において排気中に燃料を添加する場合、タービンより上流側において排気中に燃料が添加されると、添加された燃料の多くはタービンに達するまでに十分に気化せず、液体の状態で排気とともにタービンスクロール内を流通する。そのため、特にタービンスクロール内にノズルベーンやノズルベーンを開閉する可変ノズル機構を有する可変容量型のターボチャージャの場合には、可変ノズル機構の可動部に燃料が付着し、当該可動部を固着させたりする不具合をもたらす虞があった。
【０００４】
一方、タービンより下流側において排気中に燃料を添加するようにすると、燃料添加が行われる位置と排気浄化触媒との距離が十分に確保できず、またタービンによる攪拌効果を十分に得にくくなる。そのため、添加燃料が良好に霧化分散せず、排気と十分均一に混合していない状態で排気浄化触媒に流入することになり、添加燃料による触媒機能の再生が好適に行われなくなる虞があった。
【特許文献１】特開２００６−７７６９１号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６９０５号公報
【特許文献３】特開２００３−４１９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ターボチャージャ付き内燃機関において、排気中に添加された燃料を良好に霧化分散させて排気と十分均一に混合させるとともに、ターボチャージャのタービンが可変ノズル機構を備えている場合には添加燃料によって可変ノズル機構の動作に不具合が生じることを抑制する技術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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のターボチャージャ付き内燃機関の排気燃料添加装置は、内燃機関の排気通路の途中に配置され、ローターシャフトに連結されたハブと前記ハブの表面に設けられた複数のタービンブレードとを有し、前記ローターシャフトによって回転自在に支持され、前記排気通路を流通する排気の流れを前記タービンブレードに受けることによって前記ローターシャフトを回転軸として回転するタービンホイールと、前記タービンホイールの外部において前記タービンホイールの周囲を覆うように設けられるタービンシュラウドと、前記ハブの内部に設けられ、燃料が流通する燃料通路と、前記燃料通路に燃料を供給する燃料供給手段と、前記複数のタービンブレードのうち前記タービンホイールの回転軸に関して点対称となる位置に設けられた少なくとも２つのタービンブレードの縁又は表面における前記タービンシュラウドの内壁面に対向する位置に設けられた開口部と、前記開口部が設けられた各タービンブレードの内部に設けられ、一端が前記ハブの内部において前記燃料通路に接続し、他端が前記各開口部に接続する燃料添加通路と
、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、燃料供給手段によって燃料通路に供給された燃料が、燃料添加通路及び開口部を通って、タービンブレードの縁又は表面からタービンホイールを回転させる排気の流れの中に添加される。開口部から添加された燃料は回転するタービンブレードによって強力に攪拌されるので、燃料の霧化及び気化が促進される。これにより、タービンのすぐ下流の排気通路においても、添加燃料が排気と十分均一に混合した状態になる。従って、本発明の排気燃料添加装置を用いれば、例えばタービンのすぐ下流に排気浄化触媒が配置されている場合においても、排気中に十分均一に混合した状態の添加燃料を排気浄化触媒に流入させることができるので、排気燃料添加による触媒機能の再生を好適に行うことが可能になる。
【０００８】
また、上記構成によれば、燃料添加が行われた時にタービンブレードに燃料が一時的に付着して気化することによりタービンブレードが冷却されるので、タービンブレードの熱疲労を抑制することができるという効果もある。また、上記構成によれば、燃料添加通路及び開口部（以下、燃料添加系と総称することもある）が設けられるタービンブレードはタービンホイールの回転軸に対して回転対称となるので、タービンブレードに燃料添加系を設けることやタービンブレードから燃料を添加することに起因してタービンホイールの回転運動にアンバランスが発生することを抑制できる。
【０００９】
ここで、燃料添加系が設けられる各タービンブレードの縁又は表面における開口部が設けられる位置は互いに略等しく、各開口部が回転軸に関して点対称の位置関係をなすようにしても良い。更に、各燃料添加通路が回転軸に関して点対称の位置関係をなすように各タービンブレード内部に設けても良い。このようにすれば、複数のタービンブレードのうちの一部に燃料添加系を設けたり該燃料添加系から燃料を添加することに起因してタービンホイールの回転対称性が損なわれることをより一層確実に抑制できる。
【００１０】
上記構成において、開口部をタービンブレードの縁又は表面に設ける代わりに、前記ハブの表面の前記タービンブレードが設けられていない部分において、前記タービンホイールの回転軸に関して点対称となる位置に少なくとも２つの開口部を設けるようにしても良い。
【００１１】
この構成の場合にも、燃料供給手段によって燃料通路に供給された燃料が燃料添加通路及び開口部を通ってタービンブレードが設けられていない部分のハブから添加される。開口部から添加された燃料は回転するタービンブレードによって強力に攪拌され、燃料の霧化及び気化が促進される。これにより、ターボチャージャのすぐ下流の排気通路においても、添加燃料が排気と十分均一に混合した状態になる。
【００１２】
また、この構成の場合も、燃料添加が行われた時にタービンブレードに燃料が一時的に付着して気化することにより、タービンブレードの冷却効果が得られる。また、ハブに設けられる開口部がタービンホイールの回転軸に対して回転対称となるので、ハブに開口部を設けることやハブから燃料を添加することに起因してタービンホイールの回転運動にアンバランスが発生することを抑制できる。
【００１３】
更に、各燃料添加通路が回転軸に関して点対称の位置関係をなすようにハブ内部に設けても良い。このようにすれば、ハブに燃料添加通路及び開口部等の燃料添加系を設けたり該開口部から燃料添加を行うことに起因してタービンホイールの回転対称性が損なわれることをより一層確実に抑制できる。
【００１４】
なお、以上説明した各構成において、燃料供給手段としては、例えば、ローターシャフ
トや、ローターシャフトのタービンホイールとは反対側の端部に連結されたコンプレッサホイール内に燃料が流通可能な通路を設け、該通路の一端をタービンホイール内の燃料通路に接続し、他端をターボチャージャの外部に設置される燃料タンクや燃料ポンプ等の燃料供給装置に接続することによって実現することができる。
【００１５】
本発明に係るターボチャージャが、前記タービンホイールの外部に前記タービンホイールの周方向に沿って形成される排気流路の内部に設けられ、前記排気流路の流路面積を変更するノズルベーンを有する可変ノズル機構を備えた可変容量型のターボチャージャである場合には、上記各構成における開口部を、前記燃料添加通路を流通して前記各開口部から添加される燃料が前記ノズルベーンに衝突しない位置に設けても良い。
【００１６】
添加される燃料がノズルベーンに衝突しない位置とは、例えば、開口部をタービンブレードの縁に設ける場合、タービンホイールの回転軸と各開口部とを結ぶ直線が、タービンホイールの外部において排気流路が形成されている部分に入らないような位置である。或いは、タービンホイールの回転軸と各開口部とを結ぶ直線が、タービンホイールの外部において排気流路が形成されていない部分を覆うタービンシュラウドの内壁面に交わるような位置とすることもできる。また、開口部をタービンブレードの表面やハブに設ける場合、タービンホイールの外部において排気流路が形成されていない部分を覆うタービンシュラウドの内壁面に対向する位置とすることもできる。
【００１７】
この構成によれば、添加燃料がノズルベーンを含む可変ノズル機構に付着することが抑制されるので、添加燃料によって可変ノズル機構の動作に不具合が生じることを抑制できる。
【００１８】
以上、タービンホイールのハブやタービンブレードから燃料を添加する構成を示したが、本発明は、タービンシュラウドの内壁面からタービンブレードに向かって燃料を添加する構成でも良い。すなわち、本発明は、内燃機関の排気通路の途中に配置され、ローターシャフトに連結されたハブと前記ハブの表面に設けられた複数のタービンブレードとを有し、前記ローターシャフトによって回転自在に支持され、前記排気通路を流通する排気の流れを前記タービンブレードに受けることによって前記ローターシャフトを回転軸として回転するタービンホイールと、前記タービンホイールの外部に前記タービンホイールの周方向に沿って形成される排気流路の内部に設けられ、前記排気流路の流路面積を変更するノズルベーンを有する可変ノズル機構と、前記タービンホイールの外部において前記排気流路が形成されていない部分を覆うタービンシュラウドの内壁面において前記タービンブレードに対向する位置に設けられる開口部と、前記開口部に接続され、燃料が流通する燃料添加通路と、前記燃料添加通路に燃料を供給する燃料供給手段と、を備えることを特徴とするターボチャージャ付き内燃機関の排気燃料添加装置であっても良い。
【００１９】
この構成によれば、タービンシュラウドの内壁面に設けられた開口部から添加された燃料は、回転するタービンブレードによって強力に攪拌され、霧化及び気化が促進される。これにより、タービンのすぐ下流の排気通路においても、添加燃料が排気と十分均一に混合した状態になる。
【００２０】
また、開口部がタービンシュラウドの内壁面におけるタービンブレードに対向する位置に設けられることで、添加された燃料が可変ノズル機構に付着することが抑制されるので、添加燃料によって可変ノズル機構の動作に不具合が生じることを抑制できる。
【００２１】
また、この構成の場合も、燃料添加が行われた時にタービンブレードに燃料が一時的に付着して気化することにより、タービンブレードの冷却効果が得られる。
【００２２】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の排気燃料添加装置によれば、ターボチャージャ付き内燃機関において、排気タービンの可変ノズル機構の動作に不具合をもたらすことを抑制しつつ、タービン直後においても添加燃料が良好に霧化分散し、排気と略均一に混合した状態を得ることができる。従って、タービンの直下流に排気浄化触媒を有する場合においても、排気燃料添加によって排気浄化触媒の触媒機能を良好に維持することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本実施例に係るターボチャージャ付き内燃機関の排気燃料添加装置を適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す概念図である。
【００２６】
図１に示す内燃機関１は４つの気筒２を有する水冷式４サイクルディーゼルエンジンである。内燃機関１は、気筒２内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁（不図示）を備えている。
【００２７】
内燃機関１の各気筒２は、吸気マニホールド１３を介して吸気通路３と連通している。吸気通路３には吸気を冷却するインタークーラ８が設けられている。インタークーラ８より上流の吸気通路３には、排気のエネルギーを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサ６が設けられている。コンプレッサ６より上流の吸気通路３にはエアクリーナ９が設けられている。エアクリーナ９を通過して吸気通路３に流入した空気は、コンプレッサ６において圧縮され、インタークーラ８において冷却され、気筒２に流入する。気筒２に流入した空気は気筒２の内部に設けられた燃料噴射弁から噴射される燃料とともに気筒２において燃焼する。
【００２８】
内燃機関１の各気筒２は、排気マニホールド１４を介して排気通路４と連通している。排気通路４にはターボチャージャ５のタービン７が設けられている。タービン７より下流の排気通路４には、排気浄化装置１０が設けられている。排気浄化装置１０は、酸化能とＮＯｘ吸蔵能とを有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、酸化能とＰＭ捕集能を有するパティキュレートフィルタを有している。なお、排気浄化装置１０としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタ等であっても良い。気筒２から排出された排気は、タービン７を通過してコンプレッサ６を駆動し、排気浄化装置１０を通過して浄化され、大気に放出される。
【００２９】
ここで、本実施例におけるターボチャージャ５について説明する。図２は、ターボチャージャ５の回転軸を含む面による断面図を示している。
【００３０】
図２において、タービン７のタービンホイール１５はコンプレッサ６のコンプレッサインペラ１６とローターシャフト１８により連結されている。ローターシャフト１８は軸受３４及び軸受３６によって回転自在に支持されている。タービンホイール１５はハブ２０とハブ２０に設けられた複数のタービンブレード２２とを有し、タービンブレード２２に排気の流れを受けてタービンシュラウド２４内でローターシャフト１８を回転軸として回転する。コンプレッサインペラ１６はハブ２６とハブ２６に設けられた複数のベーン２８
を有し、タービンホイール１５の回転に伴ってコンプレッサシュラウド３０内でローターシャフト１８を回転軸として回転する。
【００３１】
タービン７は、タービン７より上流の排気通路４に接続される入口スクロール室４２と、タービン７より下流の排気通路４に接続される出口通路４４と、タービンホイール１５の外部においてタービンシュラウド２４により入口スクロール室４２から出口通路４４まで漏斗状に形成されるタービンブレード室４６と、を有する。内燃機関１から排気通路４に排出された排気は、入口スクロール室４２からタービン７に流入し、タービンブレード室４６内を流通してタービンホイール１５を回転駆動した後、出口通路４４から排気通路４に流出する。
【００３２】
入口スクロール室４２とタービンブレード室４６との境界部には、タービンホイール１５の外部におけるローターシャフト１８を中心とする円周上に、複数のノズルベーン４８が環状の翼列をなして設けられている。各ノズルベーン４８はその中央部において軸５０によって軸支され、各軸５０がノズルベーン駆動装置５２により回転駆動される。ノズルベーン駆動装置５２によって各ノズルベーン４８が連動して一斉に回動させられることにより、隣接するノズルベーン４８間に形成されたノズル開口の開度が可変に調節され、タービンホイール１５の回転速度が調節される。
【００３３】
コンプレッサ６は、コンプレッサ６より上流の吸気通路３に接続される入口通路５４と、コンプレッサ６より下流の吸気通路３に接続される出口ディフューザ５６と、コンプレッサインペラ１６の外部においてコンプレッサシュラウド３０により入口通路５４から出口ディフューザ５６まで漏斗状に形成されるコンプレッサベーン室５８と、を有する。エアクリーナ９を経て吸気通路３に流入した空気は、入口通路５４からコンプレッサ６に流入し、コンプレッサベーン室５８を流通してコンプレッサインペラ１６の回転により圧縮された後、出口ディフューザ５６から吸気通路３に流出する。
【００３４】
以上説明したように、本実施例のターボチャージャ５は既知の可変ノズル機構を有する可変容量型のターボチャージャである。
【００３５】
次に、本実施例における排気浄化装置１０について説明する。
【００３６】
排気浄化装置１０の有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入する排気の酸素濃度が高い時には排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を酸化して硝酸塩の状態で一時的に内部に吸蔵する。また、流入する排気の酸素濃度が低下すると、未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元剤の存在下で吸蔵していたＮＯｘを放出し、還元する。パティキュレートフィルタは排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。パティキュレートフィルタに捕集され堆積したＰＭは、パティキュレートフィルタに担持された酸化触媒による酸化作用によって酸化され、パティキュレートフィルタから除去される。
【００３７】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が内部に吸蔵可能なＮＯｘの量には限界があり、定期的に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出し、還元して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能を再生させる必要がある。また、パティキュレートフィルタに堆積可能なＰＭの量にも限界があり、定期的にパティキュレートフィルタに堆積したＰＭを酸化し、除去してパティキュレートフィルタのＰＭ捕集機能を再生させる必要がある。
【００３８】
本実施例のように内燃機関１としてディーゼルエンジンを備えている場合、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の触媒機能やパティキュレートフィルタのＰＭ捕集機能を再生させるために、排気浄化装置１０より上流側の排気通路４において排気中に還元剤としての燃料を添加することが有効である。すなわち、排気中に燃料が添加されると、高温の排気中で燃料が熱
分解して多量のＨＣが生成され、このＨＣが還元剤として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において酸素と反応し、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下する。これにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気が還元雰囲気となり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出及び還元反応が促進される。また、このＨＣがパティキュレートフィルタにおける酸化触媒において酸化反応する時の反応熱により酸化触媒の触媒床温が上昇し、これにより活性化される酸化触媒の作用によりパティキュレートフィルタに堆積したＰＭの酸化が促進され、効率的に除去される。
【００３９】
ところで、本実施例のようにターボチャージャ５を備えた内燃機関１において、上記のように排気浄化装置１０の排気浄化機能を再生させるための排気燃料添加を行う場合、タービン７より上流の排気通路４において燃料が添加されると、添加された燃料の多くはタービン７に達するまでに十分に気化しないままタービン７の入口スクロール室４２に流入することになる。そのため、ノズルベーン４２や軸５０等を含む可変ノズル機構の可動部に燃料が付着し、該可動部を固着させる等の不具合をもたらす虞があった。
【００４０】
また、タービン７より下流の排気通路４において燃料が添加されると、燃料が添加される位置と排気浄化装置１０との距離が十分に確保できず、また、タービン７のタービンホイール１５の回転による攪拌効果も十分に得ることができなくなる。そのため、添加された燃料が十分に霧化分散しないまま排気浄化装置１０に流入することになり、燃料添加による吸蔵還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタの排気浄化機能の再生を好適に行うことが困難になる虞があった。
【００４１】
それに対し、本実施例におけるターボチャージャ５は、上述した基本構造に加えて、以下の特徴点を有している。すなわち、図２に示すように、コンプレッサインペラ１６のハブ２６、ローターシャフト１８、及びタービンホイール１５のハブ２０の内部に、これらを貫通するように燃料通路６０が設けられている。燃料通路６０のハブ２６側の端部は、コンプレッサインペラ１６の外部に設けられた燃料供給通路６６に接続され、燃料供給通路６６を介してターボチャージャ５の外部に設置された燃料供給装置６８に連通している。燃料供給装置６８は燃料を貯蔵するタンクや燃料を燃料供給通路６６に供給するポンプ等を有する。燃料供給装置６８は、その一部を気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射系と共有するように構成されていても良い。本実施例においては、燃料供給通路６６及び燃料供給装置６８が、本発明における燃料供給手段に相当する。
【００４２】
タービンホイール１５の複数のタービンブレード２２のうち、タービンホイール１５の回転軸（すなわちローターシャフト１８）に関して点対称となる位置に設けられている少なくとも２つのタービンブレード２２の縁（羽の先端部）におけるタービンシュラウド２４の内壁面（換言するとタービンブレード室４６の内壁面）に対向する位置には、開口部６２が設けられている。ここで、タービンホイール１５の回転軸に関して点対称の位置関係にあるタービンブレードとは、回転軸の周りの角度で互いに３６０／Ｎ度の間隔をなすように設けられたＮ枚のタービンブレードを意味する。ここで、Ｎは２以上であってタービンホイール１５に設けられたタービンブレード２２の総数以下の整数である。ここで、各タービンブレード２２の縁における開口部６２が設けられる位置は、各タービンブレード２２について互いに略等しくされることが好適である。各開口部６２はタービンブレード２２の内部に設けられた燃料添加通路６４を介してハブ２０の内部の燃料通路６０に連通している。
【００４３】
図３は出口通路４４から見たタービンホイール１５の図である。図４は図３に示すＤ−Ｄ断面による断面図である。図４に示すように、タービンブレード２２内に設けられた燃料添加通路６４と、タービンブレード２２の縁に設けられた開口部６２とが連通しており、燃料通路６０から燃料添加通路６４に流入する燃料がタービンブレード２２の縁から噴
出するようになっている。
【００４４】
この構成によれば、燃料供給装置６８から燃料供給通路６６を介して燃料通路６０に供給される燃料は、燃料添加通路６４及び開口部６２を通ってタービンブレード２２の縁から噴出する。開口部６２から噴出する燃料は、回転するタービンブレード２２によって強力に攪拌され、霧化及び気化が促進される。これにより、開口部６２から噴出する燃料はタービンブレード室４６内を流れる排気と略均一に混合した状態になり、排気とともに出口通路４４から排気通路４に流出する。従って、排気浄化装置１０がタービン７に近接して配置されている場合においても、排気中に略均一に分散し混合した状態の燃料を排気浄化装置１０に流入させることができるので、排気燃料添加による排気浄化装置１０の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタの排気浄化機能の再生を好適に行うことが可能になる。
【００４５】
また、図２に示すように、各開口部６２はタービンブレード室４６内に燃料が噴出されるように設けられているため、開口部６２から噴出した燃料がノズルベーン４８や軸５０等の可変ノズル機構に付着することが抑制される。従って、添加燃料によって可変ノズル機構の可動部が固着する等の不具合が生じることを抑制できる。
【００４６】
また、タービンホイール１５において燃料添加通路６４や開口部６２を上記のように構成する場合、開口部６２から噴出した燃料が一時的にタービンブレード２２に付着して気化することにより、タービンブレード２２が冷却されるので、タービンブレード２２の熱疲労を抑制することができるという効果もある。また、タービンブレード２２に設けられる各開口部６２がタービンホイール１５の回転軸に関して回転対称の位置関係になるため、タービンブレード２２に開口部６２や燃料添加通路６４等の燃料添加系を設けることやタービンブレード２２から燃料を添加することに起因してタービンホイール１５の回転対称性を損なうことが抑制され、タービンホイール１５の回転運動にアンバランスが発生することが抑制される。
【００４７】
タービンホイール１５から燃料を噴出する開口部は、図５に示すように、複数のタービンブレード２２のうちタービンホイール１５の回転軸に関して点対称となる位置に設けられている少なくとも２つのタービンブレード２２の表面におけるタービンシュラウド２４の内壁面に対向する位置に設けても良い。ここで、各タービンブレード２２の表面における開口部６２が設けられる位置は、各タービンブレード２２について互いに略等しくされることが好適である。この場合、燃料添加通路６４は、一端がタービンブレード２２の表面に設けられた開口部６２に接続し、他端がハブ２０の内部で燃料通路６０に接続するように、タービンブレード２２の内部に設けられる。
【００４８】
図６は、タービンホイール１５における燃料添加系が図５の構成とされた場合の、図３に示したＤ−Ｄ断面による断面図である。図６に示すように、タービンブレード２２内に設けられた燃料添加通路６４と、タービンブレード２２の表面に設けられた開口部６２とが連通しており、燃料通路６０から燃料添加通路６４に流入する燃料がタービンブレード２２の表面から噴出するようになっている。
【００４９】
この構成の場合、燃料供給装置６８から燃料供給通路６６を介して燃料通路６０に供給される燃料は、燃料添加通路６４及び開口部６２を通ってタービンブレード２２の表面から噴出する。開口部６２から噴出する燃料は、回転するタービンブレード２２によって強力に攪拌され、霧化及び気化が促進される。これにより、図２の構成の場合と同様に、開口部６２から噴出する燃料はタービンブレード室４６内を流れる排気と略均一に混合した状態となる。これにより、タービン７より下流の排気通路４に、排気中に略均一に分散し混合した状態の燃料を供給することが可能になる。
【００５０】
また、図５の構成の場合も、開口部６２から噴出する燃料はタービンブレード室４６内に噴出されるので、ノズルベーン４８や軸５０等の可変ノズル機構に燃料が付着することを抑制できる。また、開口部６２から噴出する燃料が一時的にタービンブレード２２に付着して気化することにより、タービンブレード２２の冷却効果が得られ、タービンブレード２２の熱劣化を抑制することもできる。また、タービンブレード２２に設けられる各開口部６２がタービンホイール１５の回転軸に関して回転対称の位置関係になるため、タービンブレード２２に開口部６２や燃料添加通路６４等の燃料添加系を設けることやタービンブレード２２から燃料を添加することに起因してタービンホイール１５の回転対称性を損なうことが抑制され、タービンホイール１５の回転回転にアンバランスが生じることも抑制できる。
【００５１】
タービンホイール１５から燃料を噴出する開口部は、図７に示すように、ハブ２０の表面のタービンブレード２２が設けられていない部分において、タービンホイール１５の回転軸に関して点対称となる位置に設けられた少なくとも２つの開口部としても良い。この場合、燃料添加通路６４は、一端がハブ２０の表面に設けられた開口部６２に接続し、他端がハブ２０の内部で燃料通路６０に接続するように、ハブ２０の内部に設けられる。
【００５２】
この構成の場合、燃料供給装置６８から燃料供給通路６６を介して燃料通路６０に供給される燃料は、燃料添加通路６４及び開口部６２を通ってハブ２０の表面から噴出する。開口部６２から噴出する燃料は、回転するタービンブレード２２に衝突して強力に攪拌され、霧化及び気化が促進される。従って、上記各構成と同様に、タービン７より下流の排気通路４に、排気中に略均一に分散し混合した状態の燃料を供給することが可能になる。
【００５３】
また、図７に示すように、開口部６２からタービンホイール１５の径方向に延長した直線上にノズルベーン４８が存在しないような位置に開口部６２を設けるようにすれば、開口部６２から噴出する燃料がノズルベーン４８や軸５０を含む可変ノズル機構に付着することを抑制できる。
【００５４】
また、各燃料添加通路６４をタービンホイール１５の回転軸に関して点対称の位置関係をなすようにハブ２０の内部に設けるようにすれば、ハブ２０に燃料添加系を設けることに起因するタービンホイール１５の回転対称性の低下をより一層確実に抑制できる。
【実施例２】
【００５５】
上記実施例１では、タービンホイール１５のハブ２０やタービンブレード２２から燃料を添加する構成を示したが、タービンシュラウド２４の内壁面からタービンブレード２２に向かって燃料を添加する構成とすることもできる。
【００５６】
図８は、実施例１で説明した既知の可変容量型ターボチャージャの基本構造において、さらに、タービンシュラウド２４の内壁面において、タービンブレード２２に対向する位置に開口部７０を設け、この開口部７０に燃料供給通路７２を介して燃料供給装置７４から燃料を供給するようにした構成を示している。
【００５７】
この構成によれば、タービンシュラウド２４の内壁面に設けられた開口部７０から噴出する燃料は、回転するタービンブレード２２に衝突して攪拌され、霧化及び気化が促進される。これにより、タービン７の下流の排気通路に、排気中に略均一に分散し混合した状態の燃料を供給することが可能になる。
【００５８】
この場合、図８に示すように、開口部７０を、ノズルベーン４８が設けられた空間より下流側のタービンブレード室４６の内壁面（図８中のＡで示す範囲の内壁面）に設けるよ
うにすれば、開口部７０から噴出する燃料がノズルベーン４８や軸５０を含む可変ノズル機構に付着することを抑制できる。従って、可変ノズル機構の動作に不具合をもたらすことを抑制することが可能になる。
【００５９】
なお、以上述べた各実施例は本発明の本旨を逸脱しない範囲で組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施例１における内燃機関及びその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１におけるターボチャージャ及び燃料添加系の構成を示す図である。
【図３】実施例１におけるタービンホイールをタービンの出口通路側から見た図である。
【図４】実施例１におけるタービンブレードの断面図を示す図である。
【図５】実施例１におけるターボチャージャ及び燃料添加系の構成を示す図である。
【図６】実施例１におけるタービンブレードの断面図を示す図である。
【図７】実施例１におけるターボチャージャ及び燃料添加系の構成を示す図である。
【図８】実施例２におけるターボチャージャ及び燃料添加系の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  内燃機関
２  気筒
３  吸気通路
４  排気通路
５  ターボチャージャ
６  コンプレッサ
７  タービン
８  インタークーラ
９  エアクリーナ
１０  排気浄化装置
１３  吸気マニホールド
１４  排気マニホールド
１５  タービンホイール
１６  コンプレッサインペラ
１８  ローターシャフト
２０  ハブ
２２  タービンブレード
２４  タービンシュラウド
２６  ハブ
２８  ベーン
３０  コンプレッサシュラウド
３４  軸受
３６  軸受
４２  入口スクロール室
４４  出口通路
４６  タービンブレード室
４８  ノズルベーン
５０  軸
５２  ノズルベーン駆動装置
５４  入口通路
５６  出口ディフューザ
５８  コンプレッサベーン室
６０  燃料通路
６２  開口部
６４  燃料添加通路
６６  燃料供給通路
６８  燃料供給装置
７０  開口部
７２  燃料供給通路
７４  燃料供給装置
【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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