CN107448278B - 带涡轮增压器的发动机 - Google Patents

Abstract

本发明的带涡轮增压器的发动机包括具备第一涡轮部及第二涡轮部的两级型涡轮增压器，所述第一涡轮部排列在排气通道上比所述第二涡轮部更上游侧的位置。涡轮增压器以如下的方式而被设置：在气缸的轴向的俯视下，所述第二涡轮部的第二透平机轴比所述第一涡轮部的第一透平机轴更远离发动机输出轴。在从透平机室这一侧进行观察的侧视下，所述第二透平机轴沿顺时针方向绕轴心转动，而且透平机间通道设置在比第二透平机轴更靠发动机主体侧的位置。由此，在涡轮增压器具备两个独立的涡轮部的情况下，能够给予透平机较大的排气动能。

Description

带涡轮增压器的发动机

技术领域

本发明涉及带涡轮增压器的发动机，该发动机在发动机主体上附设有涡轮增压器，该涡轮增压器具备两个独立的涡轮部。

背景技术

在带涡轮增压器的发动机中，涡轮增压器利用发动机的排气能而对进气进行增压，该涡轮增压器以与发动机主体的一侧壁相邻的方式而被安装。涡轮增压器的壳体内具备排气通道及进气通道，收容透平机的透平机室与所述排气通道连通，收容压缩机叶轮的压缩机室与所述进气通道连通。排气从发动机主体供应到所述排气通道，供应给发动机主体的进气在所述进气通道中流通。基于排气的作用，所述透平机以透平机轴为中心转动，从而使连结于所述透平机轴的压缩机室侧的压缩机叶轮转动，对进气进行增压。

以往已知有将两个独立的涡轮部沿着排气路径呈直列状布置而成的涡轮增压器。例如中国专利CN102312721号公报中公开了一种两级型涡轮增压器，该两级型涡轮增压器包括在发动机的整个转动区域中工作的大型涡轮部和主要在低速转动区域中工作的小型涡轮部。这些大型及小型涡轮部分别具备透平机室和压缩机室以及在透平机室与压缩机室之间延伸设置的透平机轴。

对于涡轮增压器，始终存在着如下要求：效率良好地将排气的动能传递给透平机以便提高输出。上述的两级型涡轮增压器中，存在着排气通道的结构复杂尤其是将两个透平机室之间连结的透平机间的排气通道的结构复杂的倾向。由此会对排气通道中的排气气流产生阻力，从而导致驱动透平机的排气的动能损失。因此，以高水准来满足上述要求是存在着困难的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种如下的带涡轮增压器的发动机：在涡轮增压器具备两个独立的涡轮部的情况下，能够给予透平机较大的排气动能。

为实现上述目的，本发明所涉及的带涡轮增压器的发动机包括：发动机主体，具备气缸及发动机输出轴；涡轮增压器，以与所述发动机主体相邻的方式而被设置，具有接受来自所述发动机主体的排气的排气通道和将进气供应给所述发动机主体的进气通道，而且对所述进气进行增压；其中，所述涡轮增压器包括：第一涡轮部，包含与所述排气通道连通并且内置有第一透平机的第一透平机室、与所述进气通道连通并且内置有第一压缩机的第一压缩机室、以及在所述第一透平机室与所述第一压缩机室之间延伸并且将所述第一透平机与所述第一压缩机连结的第一透平机轴；第二涡轮部，包含与所述排气通道连通并且内置有第二透平机的第二透平机室、与所述进气通道连通并且内置有第二压缩机的第二压缩机室、以及在所述第二透平机室与所述第二压缩机室之间延伸并且将所述第二透平机与所述第二压缩机连结的第二透平机轴；其中，所述第一透平机室设置在所述排气通道上的比所述第二透平机室更靠上游侧的位置，所述第一透平机轴及所述第二透平机轴以在与所述发动机输出轴同方向上延伸的方式而被设置，所述第二涡轮部以如下的方式相对于所述发动机主体而被设置：在所述气缸的轴向的俯视下，所述第二透平机轴比所述第一透平机轴更远离所述发动机输出轴，并且使所述第一透平机轴和所述第二透平机轴分别向所述第一压缩机室侧和所述第二压缩机室侧延长而得到的轴线以如下的方式相交而被设置：在所述气缸的轴向的俯视下，相对于所述第一压缩机室中的所述第一透平机轴和所述第二压缩机室中的所述第二透平机轴之间的轴间距离，所述第一透平机室中的所述第一透平机轴和所述第二透平机室中的所述第二透平机轴之间的轴间距离变大，在从所述第一透平机室及所述第二透平机室这一侧观察所述第一透平机轴及所述第二透平机轴的侧视下，所述发动机主体位于所述第二涡轮部的左侧，所述第二透平机轴沿顺时针方向绕轴心转动，从所述第一透平机室的出口至所述第二透平机室的入口的透平机间通道设置在比所述第二透平机轴更靠发动机主体侧的位置。

根据本发明，在涡轮增压器具备两个独立的涡轮部的情况下，能够给予透平机较大的排气动能。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的带涡轮增压器的发动机的简要侧视图。

图2是模式地表示带涡轮增压器的发动机及其周边构件的构成和进气及排气的气流的图。

图3是涡轮增压器的从透平机侧观察时的侧视纵向剖面图。

图4是所述发动机的俯视图。

图5是用于说明所述涡轮增压器的涡轮轴心间距离的剖视图。

图6是涡轮增压器的侧视图，表示发动机主体的低速转动区域中的涡轮增压器内的排气气流。

图7是涡轮增压器的侧视图，表示发动机主体的中速及高速转动区域中的涡轮增压器内的排气气流。

图8是表示变形实施方式所涉及的涡轮增压器的设置的俯视图。

具体实施方式

[发动机的简略结构]

以下，根据附图来详细说明本发明的实施方式所涉及的带涡轮增压器的发动机。首先，说明该发动机的简略结构。图1是本发明的实施方式所涉及的带涡轮增压器的发动机1的立体图。在图1及其它的图中，标示了前后、左右、上下的方向指示。这些都是为了方便说明而作出的，并不一定表示实际的方向。

带涡轮增压器的发动机1包含：多缸型的发动机主体10；与发动机主体10的右侧面10R连结的排气歧管14；省略了图示的进气歧管；在发动机主体10的右方与该发动机主体10相邻地设置的涡轮增压器3。虽省略了图示，但排气歧管14的周围被歧管隔热件所包围，发动机主体10的右侧面被发动机主体隔热件所覆盖，涡轮增压器3的周围被涡轮隔热件所覆盖，以防止对周边构件的的热危害。

发动机主体10为直列四缸的柴油机，其包括：气缸体11；安装在气缸体11的上表面上的气缸盖12；设置在气缸盖12上方的缸盖罩13。气缸体11具备形成燃料的燃烧室的四个气缸2(参照图4)。

排气歧管14在内部具备使从各气缸2的排气道25(图2)排出的排气气体汇合为一条流路的歧管通道。排气歧管14的进入侧与气缸盖12连结，排出侧与涡轮增压器3连接。所述进气歧管在内部具备将进气从一个进气通道供应到各气缸2的进气道24的歧管通道。

涡轮增压器3以与发动机主体10的右后方的侧部相邻的方式而被设置，并且利用从发动机主体10排出的排气能而对导往发动机主体10的进气进行增压。涡轮增压器3具备：大型涡轮部3A(第二涡轮部)，在发动机主体10的整个转动区域中工作而对进气进行增压；小型涡轮部3B(第一涡轮部)，主要在低速转动区域中工作而对进气进行增压。本实施方式中，在大型涡轮部3A的下方连续地设置有小型涡轮部3B。大型涡轮部3A和小型涡轮部3B分别具备设置在前侧的透平机室和设置在后侧的压缩机室。涡轮增压器3内具备：排气通道，经由各所述透平机室而接受来自发动机主体10的排气；进气通道，经由各所述压缩机室而让供应给发动机主体10的进气流通。即，各所述透平机室被设置在发动机主体10的排气路径上，各所述压缩机室被设置在发动机主体10的进气路径上。

[发动机内部的结构]

图2是模式地表示带涡轮增压器的发动机1及其周边构件的结构和进气及排气的气流的图。发动机1包括：发动机主体10；用于将燃烧用的空气导入发动机主体10的进气通道P1；用于排出由发动机主体10生成的已燃气体(排气)的排气通道P2；具备分别构成上述进气通道P1及排气通道P2的一部分的通道的涡轮增压器3；设置在排气通道P2的下游端附近的排气净化装置70；设置在进气通道P1和排气通道P2之间的EGR(ExhaustGasRecirculation(排气再循环))装置80。

发动机主体10的各气缸2具备活塞21、燃烧室22、曲轴23、进气道24、排气道25、进气门26及排气门27。图2中仅表示了一个气缸2。活塞21能够往返运动地被收容在气缸2内。燃烧室22在气缸2内形成在活塞21的上方。柴油燃料从省略了图示的喷射器喷射到燃烧室22。从所述喷射器喷射出来的燃料与从进气通道P1供应来的空气混合而在燃烧室22内自点火。活塞21基于该燃烧产生的膨胀力而被下推从而在上下方向往返运动。

曲轴23是发动机主体10的输出轴，被设置在活塞21的下方。活塞21与曲轴23通过连杆而彼此连结。曲轴23对应于活塞21的往返运动而相应地绕中心轴转动。进气道24是用于将从进气通道P1供应的空气(进气)导入到气缸2的开口。排气道25是用于将气缸2内的燃料的燃烧所生成的排气导出到排气通道P2的开口。进气门26是开闭进气道24的气门，排气门27是开闭排气道25的气门。

在进气通道P1上从进气的气流的上游侧依次设置有空气滤清器41、涡轮增压器3的压缩机部(大压缩机室34及小压缩机室36)、中间冷却器42及节流阀43。进气通道P1的下游端经由省略图示的进气歧管而连接于进气道24。空气滤清器41净化吸入到进气通道P1的空气。中间冷却器42冷却经由进气道24而送给燃烧室22的进气。节流阀43是调整送到燃烧室22的进气的量的阀。此外，在进气通道P1上且在涡轮增压器3的上游侧连接有将窜气气体送往燃烧室22的窜气回流路411。进气在通过后面详述的涡轮增压器3的所述压缩机部之际被增压。

排气通道P2的上游端经由排气歧管14而与排气道25连接。在排气通道P2上从排气的气流的上游侧依次设置有涡轮增压器3的透平机部(小透平机室35及大透平机室33)、排气净化装置70。排气净化装置70包括：催化装置71，包含将排气中的NOx暂时吸附后进行还原的NOx吸附还原催化剂；DPF(Diesel Particulate Filter(柴油机微粒滤清器))72，捕集排气中的微粒状物质。排气自身所具有的动能在该排气通过涡轮增压器3的所述透平机部之际被回收。

EGR装置80是用于使从发动机主体10排出来的排气的一部分(EGR气体)回流到进气中的装置。EGR装置80具有：使排气通道P2与进气通道P1连通的第一EGR通道81及第二EGR通道84；分别使这些通道81、84开闭的第一EGR阀82及第二EGR阀85。第一EGR通道81中设置有EGR冷却器83。EGR气体在经过第一EGR通道81的途中被EGR冷却器83冷却，之后流入到进气通道P1。另一方面，第二EGR通道84中未设置有EGR冷却器，EGR气体能够以高温的状态流入到进气通道P1。第一、第二EGR通道81、84将排气通道P2的比涡轮增压器3更上游侧的部分和进气通道P1的比节流阀43更下游侧的部分连通。因此，被导往涡轮增压器3的所述透平机部前的排气可以与进气一起被供应到进气道24。

[涡轮增压器的详细结构]

接着，参照图2对本实施方式所涉及的涡轮增压器3的详细结构进行说明。如上所述，涡轮增压器3具备用于在中速至高速转动区域中工作的大型涡轮部3A和用于在低速转动区域中工作的小型涡轮部3B。大型涡轮部3A具备大透平机室33(第二透平机室)及大压缩机室34(第二压缩机室)。同样地小型涡轮部3B具备小透平机室35(第一透平机室)及小压缩机室36(第一压缩机室)。大透平机室33和小透平机室35在排气通道P2上连通，大压缩机室34和小压缩机室36在进气通道P1上连通。

大透平机室33中内置有大透平机33T(第二透平机)，大压缩机室34中内置有大压缩机34B(第二压缩机)。大透平机33T与大压缩机34B通过大透平机轴37(第二透平机轴)而被连结。大透平机轴37在大透平机室33与大压缩机室34之间延伸，大透平机33T安装于大透平机轴37的一端，大压缩机34B安装于另一端。大透平机33T接受排气的气流(动能)而绕大透平机轴37的轴心转动。大压缩机34B同样地绕大透平机轴37的轴心转动从而对进气进行压缩(增压)。大透平机33T接受排气的动能而转动时，大压缩机34B也绕大透平机轴37的轴心而一体地转动。

作为大透平机33T可以使用叶轮，该叶轮具有多个叶片且基于排气冲击这些叶片而绕大透平机轴37的轴心转动。该大透平机33T被设为VGT(Variable GeometryTurbocharger(可变几何形状涡轮增压器))规格，其附设有能够变更排气的流速(透平机容量)的可变叶片机构39。可变叶片机构39设置在大透平机33T的外周部，包含能够被变更角度的多个喷嘴叶片。通过调整所述喷嘴叶片的角度，流入到大透平机33T的排气的流路面积被变更，由此，排气的流速被调整。所述喷嘴叶片的角度被VGT致动器39A调整。

小透平机室35中内置有小透平机35T(第一透平机)，小压缩机室36中内置有小压缩机36B(第一压缩机)。小透平机35T与小压缩机36B通过小透平机轴38(第一透平机轴)而被连结。小透平机轴38在小透平机室35与小压缩机室36之间延伸，小透平机35T安装于小透平机轴38的一端，小压缩机36B安装于另一端。小透平机35T接受排气的动能而绕小透平机轴38的轴心转动。小压缩机36B同样地绕小透平机轴38的轴心转动从而对进气进行压缩(增压)。小透平机35T接受排气的动能而转动时，小压缩机36B也绕小透平机轴38轴的轴心而一体地转动。本实施方式中，作为小透平机35T而采用不能变更流入的排气的流速的所谓的FGT(Fixed Geometry Turbocharger(固定几何形状涡轮增压器))。

大透平机33T的容量大于小透平机35T的容量。即，大透平机33T是直径比小透平机35T大的透平机(参照图3)。而且，大压缩机34B的容量也设定得比小压缩机36B的容量大。由此，大型涡轮部3A能够基于比小型涡轮部3B更大的流量的排气而使大透平机33T转动，能够基于大压缩机34B的转动而对更大流量的进气进行增压。

涡轮增压器3中具备增压器内进气通道44，以作为在该增压器内的进气通道P1的一部分的通道。增压器内进气通道44包含进气导入通道45、压缩机间通道46、下游通道47、出口通道48及进气旁通道49。进气导入通道45是在涡轮增压器3内最靠上游侧的进气通道，是从大透平机轴37的轴向往大压缩机室34内的大压缩机34B的通道。压缩机间通道46是引导进气从大压缩机34B的外周的涡旋部往小压缩机室36内的小压缩机36B的轴心的通道。

下游通道47是从小压缩机36B的外周的涡旋部往出口通道48的通道。出口通道48是在涡轮增压器3内最靠下游的进气通道，是与中间冷却器42连接的通道。这样，大压缩机34B被设置在进气的气流中的小压缩机36B的上游侧。

进气旁通道49是绕过小压缩机室36的通道，亦即，其是不将进气供应给小压缩机36B而将进气引导到下游的通道。具体而言，进气旁通道49从连接大压缩机室34与小压缩机室36的压缩机间通道46的中途分支，与下游通道47一起在出口通道48处汇合。进气旁通道49中设置有开闭该通道49的进气旁通阀491。

在进气旁通阀491为全闭从而进气旁通道49处于关闭着的状态下，全进气量流入小压缩机室36。另一方面，在进气旁通阀491处于打开着的状态下，进气的大部分绕过小压缩机室36，并通过进气旁通道49而流到下游侧。即，由于收容于小压缩机室36的小压缩机36B会成为进气气流的阻力，因此，在进气旁通阀491处于打开着的状态下，进气的大部分流入到阻力更小的进气旁通道49。进气旁通阀491基于负压式的阀致动器492而被开闭。

涡轮增压器3中具备增压器内排气通道50，以作为在该增压器内的排气通道P2的一部分的通道。增压器内排气通道50包含排气导入通道51、连通道52、小涡旋通道53、透平机间通道54、大涡旋通道55、排出通道56及排气旁通道57。排气导入通道51、连通道52及小涡旋通道53是在小型涡轮部3B内形成的通道，大涡旋通道55及排出通道56是在大型涡轮部3A内形成的通道，透平机间通道54及排气旁通道57是跨设于两涡轮部3A、3B而形成的通道。本实施方式中，小透平机35T(即小透平机室35)被设置在排气通道P2上的大透平机33T(即大透平机室33)的上游侧。

排气导入通道51是在涡轮增压器3内最靠上游侧的排气通道，是从发动机主体10侧接受排气的通道。连通道52与排气导入通道51的下游相连，是向小透平机室35引导排气的通道。小涡旋通道53形成小透平机室35的一部分，是向小透平机35T引导排气的通道。连通道52的下游端与小涡旋通道53的上游部相连。小涡旋通道53是以环绕小透平机35T外周的方式设置的旋涡状的通道，随着向下游延伸而其流路宽度逐渐变窄。排气从小涡旋通道53向小透平机35T的径向中心流入，使小透平机35T绕小透平机轴38的轴心转动。

透平机间通道54是将小透平机35T与大涡旋通道55的上游部相连接的通道。透平机间通道54的上游部分是从小透平机室35向小透平机35T的轴向延出的部分，下游部分是与大涡旋通道55的上游部相连的部分。从小透平机35T的外周向径向内侧流入并且对小透平机35T进行膨胀工作的排气从透平机间通道54排出而流往大透平机33T。

大涡旋通道55形成大透平机室33的局部，是向大透平机33T引导排气的通道。大涡旋通道55是以环绕大透平机33T外周的方式设置的旋涡状的通道，随着向下游延伸而其流路宽度逐渐变窄。排气从大涡旋通道55向大透平机33T的径向中心流入，使大透平机33T绕大透平机轴37的轴心转动。排出通道56是在涡轮增压器3内位于最下游的排气通道，其从大透平机室33向大透平机33T的轴向延出。从大透平机33T的外周向径向内侧流入并且对大透平机33T进行膨胀工作的排气从排出通道56排出。排出通道56的下游端为未图示的排气侧凸缘部中所设的开口，其与延伸到下游的排气净化装置70处的排气通道连接。

排气旁通道57是绕过小透平机室35的通道，亦即是使排气不作用于小透平机35T而将排气引导到下游(大透平机33T)的通道。具体而言，排气旁通道57从排气导入通道51与连通道52之间分支，与大涡旋通道55的上游部汇合，绕过小涡旋通道53及透平机间通道54。排气旁通道57中设置有开闭该通道57的排气旁通阀6。排气旁通阀6包含实际上使排气旁通道57开闭的阀主体61和使阀主体61工作的阀致动器6A。

在排气旁通阀6(阀主体61)为全闭而排气旁通道57处于关闭着的状态下，全排气量流入小透平机室35。此外，当EGR装置80工作而实施EGR气体的回流时，从发动机主体10排出的排气中的除了所述EGR气体以外的气体全量流入小透平机室35。另一方面，在排气旁通阀6处于打开着的状态下，排气的大部分绕过小透平机室35而流入到下游侧的大透平机室33(大涡旋通道55)。即，由于收容于小透平机室35的小透平机35T会成为排气气流的阻力，因此，在排气旁通阀6处于打开的状态下，排气的大部分流入到阻力更小的排气旁通道57。即，排气不通过小透平机35T而流到下游侧。

换言之，不管排气旁通阀6的工作状态如何，排气必定通过大透平机室33的大透平机33T。即，由于始终能够使大型涡轮部3A工作来进行进气的增压，因此，能够提高涡轮增压器3的对进气进行的增压的压力，能够提高发动机系统整体的能源效率。

[涡轮增压器内的排气通道的详细结构]

接着，主要参照图3来对涡轮增压器3内的增压器内排气通道50的具体的设置关系、通道的形状等进行详细说明。图3是涡轮增压器3的从大、小透平机33T、35T(大、小透平机室33、35)侧观察时的侧视纵向剖面图。图3中表示了划分大型涡轮部3A的大透平机室33的大型透平机壳体31和划分小型涡轮部3B的小透平机室35的小型透平机壳体32。大型透平机壳体31例如由金属板制的壳体构成，在其下端具有上凸缘部311。小型透平机壳体32例如由铸铁质的壳体构成，在排气通道的上游侧设有导入凸缘部321，而在下游侧一体地设有下凸缘部322。

如图3所示，在从透平机侧的侧视下，发动机主体10位于涡轮增压器3(大型涡轮部3A)的左侧。大型透平机壳体31被设置在小型透平机壳体32的上方。通过让上凸缘部311载置在下凸缘部322上并且以螺栓将两者紧固，由此，大型透平机壳体31和小型透平机壳体32被一体化。导入凸缘部321是用于与排气歧管14进行连结的凸缘部，是排气的往涡轮增压器3的作为入口的部分。排气歧管14的歧管通道141的上游侧与排气道25的出气开口对位后被结合于气缸盖12。歧管通道141的下游侧被结合于导入凸缘部321。

增压器内排气通道50的最上游侧的排气导入通道51在上述的导入凸缘部321的端面具有开口，是向右方延伸的通道。该排气导入通道51被设置在大型涡轮部3A与小型涡轮部3B之间。基于排气歧管14的歧管通道141，排气道25与排气导入通道51(增压器内排气通道50)成为连通状态，由此，能够将来自发动机主体10侧的排气导入到涡轮增压器3内。

排气导入通道51的下游侧成为排气通道向上方和下方呈Y字型分支的分支通道。连通道52的上游端与所述分支通道的下方侧相连，连通道52朝着下方延伸。连通道52的下游端与小涡旋通道53的上游端相连。小涡旋通道53是从上游朝着下游沿顺时针方向涡旋的通道。因此，如图3中以箭头R2所示般，小透平机35T也沿顺时针方向而绕小透平机轴38的轴心转动。

在图3的侧视下，透平机间通道54以与排气导入通道51相交的方式而在上下方向上呈大致直线状延伸。透平机间通道54的上游端54U与小透平机轴38的轴齐一，而下游端54E与大涡旋通道55的涡旋入口部55U相连。即，透平机间通道54是横跨于小型透平机壳体32和大型透平机壳体31而形成的通道。大涡旋通道55是从上游朝着下游沿顺时针方向涡旋的通道。因此，如图3以箭头R1所示般，大透平机33T也沿顺时针方向而绕大透平机轴37的轴心转动。与大透平机轴37的轴齐一的排出通道56在图3中未被表示。

排气旁通道57与所述分支通道的上侧相连，而且朝着大涡旋通道55的涡旋入口部55U而向上方延伸。该排气旁通道57也是横跨于小型透平机壳体32和大型透平机壳体31而形成的通道。在图3的侧视下，排气旁通道57被设置在透平机间通道54的右侧。即，在所述侧视下，均在上下方向上延伸的透平机间通道54和排气旁通道57在左右方向上大致并列地排列。排气旁通道57的下游端57E与透平机间通道54的下游部分汇合。即，排气旁通道57在大涡旋通道55的涡旋入口部55U的上游附近处与透平机间通道54汇合。

设置在排气旁通道57中的排气旁通阀6包括阀主体61、保持片62及回转轴63。如上所述，阀主体61开闭排气旁通道57，具有能够关闭排气旁通道57的形状亦即具有大于排气旁通道57的下游端的开口尺寸的尺寸。保持片62是设置在阀主体61背面的矩形形状的构件，通过其一端侧来保持阀主体61。

回转轴63沿着与大透平机轴37大致平行的方向(前后方向)延伸，被结合于保持片62的另一端侧。回转轴63通过保持片62而以悬挑的方式支撑阀主体61。因此，基于回转轴63绕轴心回转，阀主体61也以回转轴63为轴心而回转。回转轴63基于阀致动器6A的驱动而能够绕轴心回转。基于阀致动器6A使回转轴63绕轴心回转，阀主体61能够在关闭排气旁通道57的姿势(图6)和打开排气旁通道57的姿势(图7)之间进行姿势变更。

[有关透平机轴及透平机间通道的设置]

接着，参照图4及图5对大、小透平机轴37、38及透平机间通道54的设置进行说明。图4是带涡轮增压器的发动机1的示意俯视图，图5是与图3同样地从大、小透平机33T、35T(大、小透平机室33、35)侧观察涡轮增压器3时的侧视纵向剖面图。

如图4所示，进气导入管40连接于涡轮增压器3的大型涡轮部3A。进气导入管40是将空气滤清器41(图2)与大型涡轮部3A的后端上所设置的进气导入口予以连接的管构件。如图中以箭头所示般，被空气滤清器41净化后的进气通过该进气导入管40而被供应给大型涡轮部3A的大压缩机室34。

发动机主体10中直列地布置的四个气缸2的排列方向为发动机主体10的前后方向，发动机输出轴(曲轴23)也沿前后方向延伸。图4中表示了与所述发动机输出轴的延伸设置方向相当的直线L1(以下有时称作发动机输出轴L1)。发动机主体10具有在俯视下大致呈前后方向较长的矩形形状，涡轮增压器3的设置位置为如下的位置：与发动机主体10的右侧面10R相邻，位于后侧面10B附近。

图4中示意性地描画了大型涡轮部3A的大透平机室33及大压缩机室34和在这两室间延伸的大透平机轴37、以及小型涡轮部3B的小透平机室35及小压缩机室36和在这两室间延伸的小透平机轴38。此外，还分别描画了与大透平机轴37的轴线相当的直线L2(以下有时称作大涡轮轴L2)和与小透平机轴38的轴线相当的直线L3(以下有时称作小涡轮轴L3)。大涡轮轴L2及小涡轮轴L3以与发动机输出轴L1大致同样地在前后方向上延伸的方式而被设置。

本实施方式中表示了如下的例子：在气缸2的轴向(参照图1的点划线S)的俯视下，小涡轮轴L3与发动机输出轴L1基本上平行，另一方面，大涡轮轴L2与发动机输出轴L1为非平行。换言之，大型涡轮部3A和小型涡轮部3B以大涡轮轴L2相对于小涡轮轴L3具有指定的倾斜角的方式相对于发动机主体10而被设置。大涡轮轴L2的倾斜是使该大涡轮轴L2的大压缩机室34侧接近于发动机输出轴L1般的倾斜。因此，大涡轮轴L2与小涡轮轴L3在大、小压缩机室34、36侧彼此相交。相反，在大、小透平机室33、35侧，大涡轮轴L2与小涡轮轴L3的左右方向上的间隔扩张。此外，也可采用如下的实施方式：大、小涡轮轴L2、L3在大、小透平机轴37、38的轴范围内，且在大、小压缩机室34、36侧相交。

有关大透平机轴37及小透平机轴38的相对于发动机输出轴L1的位置关系，在气缸2的轴向的俯视下，大透平机轴37被设置在比小透平机轴38更远离发动机输出轴L1这一侧。换言之，如图3所示，小透平机轴38被设置在接近于发动机主体10的右侧面10R这一侧，大透平机轴37相对于小透平机轴38向右侧离开距离。

在图5的侧视下，大透平机轴37沿顺时针方向(图中的箭头R1)绕轴心转动。这意味着从大涡旋通道55的上游往下游的涡旋方向也是顺时针方向。大涡旋通道55的涡旋入口部55U(第二透平机室的入口)在大透平机轴37的左侧朝下开口。另一方面，小透平机室35的出口部351(第一透平机室的出口)被设置在与小涡轮轴L3的轴齐一的位置。由于大涡轮轴L2相对于小涡轮轴L3向右侧偏置，因此，涡旋入口部55U与出口部351处于在上下方向上大致呈直线状排列的位置关系。

透平机间通道54是从小透平机室35的出口部351至大涡旋通道55的涡旋入口部55U的排气通道。透平机间通道54的从下游端54E向下方(上游侧)延伸的大部分是在所述侧视下呈直线状延出到下方的直部。另一方面，透平机间通道54的上游端54U附近部分以使进气通道的方向变更为小涡轮轴L3从所述直部延伸的水平方向的方式而立体地弯曲。所述直部是在发动机1未被倾斜地安装的情况下且在所述侧视下沿大致垂直方向延伸的直线通道。

这样的透平机间通道54在图5所示的侧视下被设置在比大透平机轴37更靠发动机主体10侧。即，透平机间通道54被设置在左右方向上发动机主体10的右侧面10R与大透平机轴37之间，并且将小型透平机壳体32(小透平机室35)与大型透平机壳体31(大透平机室33)直线地相连接。

接着，对在图5的侧视下大透平机轴37的轴心的大涡轮轴L2与小透平机轴38的轴心的小涡轮轴L3的在左右方向上的较理想的轴心间距离进行说明。图5中表示了在与图3同方向的侧视下的大、小涡轮轴L2、L3。其中，A表示大、小涡轮轴L2、L3的轴心间距离，B表示大透平机33T(第二透平机)的外径，C表示大涡旋通道55的涡旋入口部55U(涡旋通道的入口部)的直径。涡旋入口部55U为剖面大致呈圆形的开口，被形成在舌形部312的远端部313与大型透平机壳体31的左内壁面之间，所述舌形部312划分大涡旋通道55的下游端附近。

基于实现涡轮增压器3的紧凑化以确保透平机间通道54的直线度的观点，有关与大透平机33T的外径B之间的关系，较为理想的是大、小涡轮轴L2、L3的轴心间距离A被设定在式(1)的范围。

B/2≤A≤B (1)

若轴心间距离A小于B/2，则有必要使透平机间通道54在从下游端54E至上游端54U的范围向右方大幅度弯曲。因此，通过该透平机间通道54的排气的阻力相应地增大的倾向显著。此外，若轴心间距离A大于B，则有必要使透平机间通道54向左方大幅度弯曲，同样，排气阻力相应地增大的倾向显著。

或者，基于与所述观点同样的观点，有关与大透平机33T的外径B及涡旋入口部55U的直径C之间的关系，较为理想的是大、小涡轮轴L2、L3的轴心间距离A被设定在式(2)的范围。

B/2≤A≤B/2+C (2)

若轴心间距离A小于B/2，则与所述情形同样地有必要使透平机间通道54在下游端54E至上游端54U的范围向右方大幅度弯曲，排气阻力增大的倾向显著。此外，若轴心间距离A大于B/2+C，则有必要使透平机间通道54向左方大幅度弯曲，排气阻力增大的倾向显著。

[有关排气的气流]

下面，参照图6、图7对涡轮增压器3内的排气的气流进行说明。图6是表示发动机主体10的低速转动区域中涡轮增压器3内的排气的气流的剖视图。在低速转动区域中，阀致动器6A使阀主体61处于关闭姿势，排气旁通道57被关闭。此情况下，从发动机主体10侧排出的排气(箭头F)进入到小型透平机壳体32的排气导入通道51。排气被连通道52引导向下方而到达小涡旋通道53的上游部53U(箭头F1)。而且，为了对小透平机35T产生作用，排气从小透平机35T的外周部的小涡旋通道53流入小透平机35T的外周部整体，并且偏向于往小透平机轴38的方向，从而使小透平机35T沿着以箭头R2所示的顺时针方向转动。

此后，排气从小透平机35T的轴向被导出而进入到透平机间通道54。排气沿着透平机间通道54被导向上方，并且经过下游端54E而到达大涡旋通道55的涡旋入口部55U(箭头F2)。这样，排气便从小型透平机壳体32流入到大型透平机壳体31内。而且，为了对大透平机33T产生作用，排气从大透平机33T的外周部的大涡旋通道55流入大透平机33T的外周部整体，并且偏向于往大透平机轴37的方向，从而使大透平机33T沿着以箭头R1所示的顺时针方向转动。然后，排气从大透平机33T的轴向被导出并且通过排出通道56(图2)而被排出到涡轮增压器3外，而且流向排气净化装置70。

图7是表示发动机主体10的中速及高速转动区域中涡轮增压器3内的排气的气流的剖视图。在中速至高速转动区域中，阀致动器6A使阀主体61处于打开姿势，排气旁通道57被打开。此情况下，从发动机主体10侧排出的排气(箭头F)经过排气导入通道51而主要流入到气流阻力小的排气旁通道57。而且，排气沿着排气旁通道57而被导向左上方，从靠右的部分流往大涡旋通道55的涡旋入口部55U(箭头F3)。这样，排气便从小型透平机壳体32流入到大型透平机壳体31内。以后同样地，排气从大涡旋通道55流入到大透平机33T，并且从大透平机33T的轴向被导出而流向排出通道56。

[作用效果]

根据以上所说明的本实施方式所涉及的带涡轮增压器的发动机1，能够获得如下般的作用效果。即，带涡轮增压器的发动机1具备两级型的涡轮增压器3，该涡轮增压器3以大型涡轮部3A和小型涡轮部3B直列地排列在增压器内排气通道50上且小型涡轮部3B位于大型涡轮部3A的上游的方式设置。涡轮增压器3以在气缸2的轴向的俯视下使大透平机轴37(第二透平机轴)比小透平机轴38(第一透平机轴)更远离发动机主体10的曲轴23(发动机输出轴L1)的方式而被设置。因此，大透平机轴37(大涡轮轴L2)便处于相对于通过小透平机轴38(小涡轮轴L3)沿着气缸2的轴向延伸的轴线而向右方偏置的位置(参照图3、图5)。

而且，在涡轮增压器3的从大、小透平机33T、35T侧观察时的侧视下，大透平机轴37沿顺时针方向绕轴心转动，而且，透平机间通道54被设置在比大透平机轴37更靠发动机主体10侧。因此，利用所述大透平机轴37的右方偏置，能够将透平机间通道54设定为较短的且弯曲少的通道。因此，能够减小透平机间通道54中的排气的气流阻力，效率良好地给予大透平机33T排气动能，从而能够提高增压效率。

此外，大型涡轮部3A及小型涡轮部3B以大涡轮轴L2与小涡轮轴L3在大、小压缩机室34、36侧彼此相交的方式相对于发动机主体10而被设置。因此，大透平机轴37与小透平机轴38的轴心间距离便在大、小透平机室33、35侧较长。因此，无需将大型涡轮部3A和小型涡轮部3B在左右方向上大幅度偏置设置便能够实现如下的设置：使大透平机轴37比小透平机轴38更远离发动机输出轴L1指定距离。这有助于涡轮增压器3的左右宽度的紧凑化。

此外，在从大、小透平机33T、35T侧观察时的侧视下，大、小透平机轴37、38(大、小涡轮轴L2、L3)的左右方向上的轴心间距离A被设定在所述式(1)或式(2)的范围，因此，小透平机室35的出口部351不会相对于大透平机轴37在左右方向上离开过大的距离。因此，能够将透平机间通道54设定为在所述侧视下弯曲更少的通道。

涡轮增压器3是小透平机室35被设置在排气通道P2上位于大透平机室33上游侧的两级型的涡轮增压器，大透平机33T是直径大于小透平机35T的透平机。由此，大型涡轮部3A能够由比小型涡轮部3B更大流量的排气来使大透平机33T转动，基于大压缩机34B的转动而能够对更大流量的进气进行增压。在这样的结构中，由于透平机间通道54的排气阻力小，因此，在发动机主体10的低速转动区域中，能够使大透平机33T效率良好地转动。

此外，涡轮增压器3具备排气旁通道57，该排气旁通道57绕过小透平机室35而将来自发动机主体10的排气引导到大透平机室33。该排气旁通道57在从大、小透平机33T、35T侧观察时的侧视下被设置在透平机间通道54的右侧。因此，仅以大型涡轮部3A便能够实现对进气进行增压的运转情形。此外，利用透平机间通道54右侧的区域能够紧凑地形成排气旁通道57。而且，排气旁通道57的下游端57E具备与透平机间通道54的下游端54E附近汇合的结构，因此，能够使涡轮增压器3实现进一步的紧凑化。

如上所述，根据本发明，在附设有具备大型、小型的涡轮部3A、3B的两级型涡轮增压器3的发动机1中，能够降低涡轮增压器3的透平机间通道54中的排气气流的阻力。由此，能够提供一种如下的带涡轮增压器的发动机：能够给予透平机较大的排气动能从而能够提高涡轮增压器3的增压效率，而且能够使涡轮增压器3实现紧凑化。

[变形实施方式的说明]

以上，说明了本发明的一实施方式，不过本发明并不限定于此。例如在图4中，表示了大涡轮轴L2与小涡轮轴L3被设置为非平行而且大涡轮轴L2与小涡轮轴L3在大、小压缩机室34、36这一侧彼此相交的例子。也可取代此，而将两涡轮轴L2、L3设置为彼此平行而且与发动机输出轴L1平行。

图8是表示变形实施方式所涉及的涡轮增压器30的设置的俯视图。在涡轮增压器30中，在气缸2的轴向的俯视下，与大型涡轮部3A的大透平机轴37的轴线相当的大涡轮轴L20和与小型涡轮部3B的小透平机轴38的轴线相当的小涡轮轴L30彼此平行，而且均与发动机输出轴L1平行。大型涡轮部3A及小型涡轮部3B以能够成为上述般的涡轮轴L20、L30的设置的方式相对于发动机主体10而被组装便可。

此外，有关小透平机轴38的转动方向，在图3中表示了将其设为与大透平机轴37同样为顺时针方向的例子，不过，小透平机轴38也可以向与大透平机轴37相反的逆时针方向转动。此外，作为两级型的涡轮增压器而表示了具备大型涡轮部3A及小型涡轮部3B的涡轮增压器3的例子。也可以取代此而采用两个涡轮部具备同样的增压能力的两级型涡轮增压器。

上述的具体的实施方式中公开了具有以下结构的带涡轮增压器的发动机。

本发明所涉及的带涡轮增压器的发动机包括：发动机主体，具备气缸及发动机输出轴；涡轮增压器，以与所述发动机主体相邻的方式而被设置，具有接受来自所述发动机主体的排气的排气通道和将进气供应给所述发动机主体的进气通道，而且对所述进气进行增压；其中，所述涡轮增压器包括：第一涡轮部，包含与所述排气通道连通并且内置有第一透平机的第一透平机室、与所述进气通道连通并且内置有第一压缩机的第一压缩机室、以及在所述第一透平机室与所述第一压缩机室之间延伸并且将所述第一透平机与所述第一压缩机连结的第一透平机轴；第二涡轮部，包含与所述排气通道连通并且内置有第二透平机的第二透平机室、与所述进气通道连通并且内置有第二压缩机的第二压缩机室、以及在所述第二透平机室与所述第二压缩机室之间延伸并且将所述第二透平机与所述第二压缩机连结的第二透平机轴；其中，所述第一透平机室设置在所述排气通道上的比所述第二透平机室更靠上游侧的位置，所述第一透平机轴及所述第二透平机轴以在与所述发动机输出轴同方向上延伸的方式而被设置，所述第二涡轮部以如下的方式相对于所述发动机主体而被设置：在所述气缸的轴向的俯视下，所述第二透平机轴比所述第一透平机轴更远离所述发动机输出轴，在从所述第一透平机室及所述第二透平机室这一侧观察所述第一透平机轴及所述第二透平机轴的侧视下，所述发动机主体位于所述第二涡轮部的左侧，所述第二透平机轴沿顺时针方向绕轴心转动，从所述第一透平机室的出口至所述第二透平机室的入口的透平机间通道设置在比所述第二透平机轴更靠发动机主体侧的位置。

根据该带涡轮增压器的发动机，在所述俯视下，第二透平机轴比第一透平机轴更远离发动机输出轴。因此，第二透平机轴便处于相对于通过第一透平机轴沿所述气缸的轴向延伸的轴线而向右方偏置的位置。而且，在所述侧视下，所述第二透平机轴沿顺时针方向绕轴心转动，透平机间通道设置在比所述第二透平机轴更靠发动机主体侧的位置。因此，利用所述第二透平机轴的右方偏置，能够将所述透平机间通道设定为较短且弯曲少的通道。因此，能够减小所述透平机间通道中的排气的气流阻力，能够效率良好地给予第二透平机排气动能，从而能够提高增压效率。本说明书中，“大涡轮轴及小涡轮轴在与发动机输出轴同方向上延伸”中的“同方向”不仅指严格定义下的“同方向”，而且还包含指向大致相同方向的含意下的“同方向”。例如，大涡轮轴及或小涡轮轴相对于发动机输出轴具有10°至20°左右的倾斜度的情形也包含在该“同方向”中。

上述带涡轮增压器的发动机中较为理想的是，所述第一涡轮部及所述第二涡轮部以如下的方式相对于所述发动机主体而被设置：所述第一透平机轴和所述第二透平机轴或所述第一透平机轴的轴线亦即第一涡轮轴和所述第二透平机轴的轴线亦即第二涡轮轴在所述第一压缩机室及所述第二压缩机室这一侧相交。

根据该带涡轮增压器的发动机，第一透平机轴与第二透平机轴的轴心间距离在第一透平机室及第二透平机室这一侧较长。因此，无需将第一涡轮部和第二涡轮部在左右方向上较大地偏置设置，便能够达成使所述第二透平机轴设置在比所述第一透平机轴更远离发动机输出轴指定距离的位置的结构。这有助于涡轮增压器的左右宽度的紧凑化。

上述带涡轮增压器的发动机中较为理想的是，在所述侧视下，所述第一透平机轴与所述第二透平机轴的左右方向上的轴心间距离A被设定在B/2≤A≤B的范围，其中，B表示所述第二透平机的外径。

或者，较为理想的是，所述第二透平机室具备形成在所述第二透平机周围的涡旋通道，在所述侧视下，所述第一透平机轴与所述第二透平机轴的左右方向上的轴心间距离A被设定在B/2≤A≤B/2+C的范围，其中，B表示所述第二透平机的外径，C表示所述涡旋通道的入口部的直径。

根据上述的带涡轮增压器的发动机，由于第一、第二透平机轴的左右方向上的轴心间距离A被设定在上述所示的范围，因此，第一透平机室的出口不会相对于第二透平机轴在左右方向上过多地离开距离。因此，能够将所述透平机间通道设定为在所述侧视下弯曲更少的通道。

上述带涡轮增压器的发动机中较为理想的是，所述第二透平机是直径比所述第一透平机大的透平机。

根据该带涡轮增压器的发动机，能够实现具备两级型涡轮增压器的发动机，该两级型涡轮增压器例如以第一涡轮部作为主要在发动机主体的中速至高速转动区域中工作的大型涡轮部并且以第二涡轮部的作为主要在发动机主体的低速转动区域中工作的小型涡轮部。

上述带涡轮增压器的发动机中较为理想的是，还包括：旁通道，在所述侧视下设置在所述透平机间通道的右侧，而且绕过所述第一透平机室，以便将来自所述发动机主体的排气引导到所述第二透平机室。

根据该带涡轮增压器的发动机，能够实现仅以第二涡轮部便能够进行进气增压的运转情形。此外，利用透平机间通道的右侧的区域能够紧凑地形成旁通道。

此情况下，采用使所述旁通道的下游端与所述透平机间通道汇合的结构时，能够实现涡轮增压器的进一步的紧凑化。

根据如上所述的本发明，能够提供一种如下的带涡轮增压器的发动机：在涡轮增压器具备两个独立的涡轮部的情况下，能够给予透平机较大的排气动能，而且能够实现紧凑化。

Claims (7)

1.一种带涡轮增压器的发动机，其特征在于包括：

发动机主体，具备气缸及发动机输出轴；

涡轮增压器，以与所述发动机主体相邻的方式而被设置，具有接受来自所述发动机主体的排气的排气通道和将进气供应给所述发动机主体的进气通道，而且对所述进气进行增压；其中，

所述涡轮增压器包括：

第一涡轮部，包含与所述排气通道连通并且内置有第一透平机的第一透平机室、与所述进气通道连通并且内置有第一压缩机的第一压缩机室、以及在所述第一透平机室与所述第一压缩机室之间延伸并且将所述第一透平机与所述第一压缩机连结的第一透平机轴；

第二涡轮部，包含与所述排气通道连通并且内置有第二透平机的第二透平机室、与所述进气通道连通并且内置有第二压缩机的第二压缩机室、以及在所述第二透平机室与所述第二压缩机室之间延伸并且将所述第二透平机与所述第二压缩机连结的第二透平机轴；其中，

所述第一透平机室设置在所述排气通道上的比所述第二透平机室更靠上游侧的位置，所述第一透平机轴及所述第二透平机轴以在与所述发动机输出轴同方向上延伸的方式而被设置，

所述第二涡轮部以如下的方式相对于所述发动机主体而被设置：在所述气缸的轴向的俯视下，所述第二透平机轴比所述第一透平机轴更远离所述发动机输出轴，并且

使所述第一透平机轴和所述第二透平机轴分别向所述第一压缩机室侧和所述第二压缩机室侧延长而得到的轴线以如下的方式相交而被设置：在所述气缸的轴向的俯视下，相对于所述第一压缩机室中的所述第一透平机轴和所述第二压缩机室中的所述第二透平机轴之间的轴间距离，所述第一透平机室中的所述第一透平机轴和所述第二透平机室中的所述第二透平机轴之间的轴间距离变大，

在从所述第一透平机室及所述第二透平机室这一侧观察所述第一透平机轴及所述第二透平机轴的侧视下，

所述发动机主体位于所述第二涡轮部的左侧，

所述第二透平机轴沿顺时针方向绕轴心转动，

从所述第一透平机室的出口至所述第二透平机室的入口的透平机间通道设置在比所述第二透平机轴更靠发动机主体侧的位置。

2.根据权利要求1所述的带涡轮增压器的发动机，其特征在于：

在所述侧视下，所述第一透平机轴与所述第二透平机轴的左右方向上的轴心间距离A被设定在B/2≤A≤B的范围，其中，B表示所述第二透平机的外径。

3.根据权利要求1所述的带涡轮增压器的发动机，其特征在于：

所述第二透平机室具备形成在所述第二透平机周围的涡旋通道，

在所述侧视下，所述第一透平机轴与所述第二透平机轴的左右方向上的轴心间距离A被设定在B/2≤A≤B/2+C的范围，其中，B表示所述第二透平机的外径，C表示所述涡旋通道的入口部的直径。

4.根据权利要求1所述的带涡轮增压器的发动机，其特征在于：

所述第二透平机是直径比所述第一透平机大的透平机。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的带涡轮增压器的发动机，其特征在于还包括：

旁通道，在所述侧视下设置在所述透平机间通道的右侧，而且绕过所述第一透平机室，以便将来自所述发动机主体的排气引导到所述第二透平机室。

6.根据权利要求5所述的带涡轮增压器的发动机，其特征在于：

所述旁通道的下游端与所述透平机间通道汇合。

7.根据权利要求2或3所述的带涡轮增压器的发动机，其特征在于：

所述第二透平机是直径比所述第一透平机大的透平机。