JP2010281282A - 過給装置及びこれを備える内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体として大型化を抑制する過給装置を提供する。
【解決手段】多段式過給装置４は、高圧側タービン室４２を形成するタービンハウジング４１ａと高圧側タービン室４２に設けられたタービンホイールとを有する高圧過給機４０と、低圧側タービン室５２を形成するタービンハウジング５１ａと低圧側タービン室５２に設けられたタービンホイールとを有する低圧過給機５０とを備えている。高圧側タービン室４２と低圧側タービン室５２とが互いに隣り合うとともに高圧側タービン室４２と低圧側タービン室５２との間にはエキゾーストマニホールド３２に接続するための吸入側接続部４２ａが設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、第１タービン室を形成する第１タービンハウジングと第１タービンホイールとを有する第１過給機と、第２タービン室を形成する第２タービンハウジングと同タービン室に設けられた第２タービンホイールとを有する第２過給機を備える過給装置及びこれを備える内燃機関に関する。

内燃機関には、吸気の過給特性の向上を図る目的として、吸気通路において高圧段及び低圧段のコンプレッサホイールが吸気の流れ方向に対して直列に設けられるとともに排気通路において高圧段及び低圧段のタービンホイールが排気の流れ方向に対して直列に設けられた、いわゆる多段式過給装置を備えるものが知られている。このような多段式過給装置を備えた内燃機関としては、特許文献１のものが挙げられる。

図６及び図７を参照して、従来の多段式過給装置の構造について説明する。
図６に示すように、多段式過給装置１００は、２つの過給機である第１過給機１１０と、第２過給機１２０と、これらを接続する接続配管１３０とにより構成されている。これら第１過給機１１０及び第２過給機１２０の配置態様は、第１過給機１１０の軸線Ｊ１と第２過給機１２０の軸線Ｊ２とは互いに平行となっている。

第１過給機１１０には、第１タービン室を構成する第１タービンハウジング１１１が設けられ、第２過給機１２０には、第２タービン室を構成する第２タービンハウジング１２１が設けられている。第１タービンハウジング１１１には、エキゾーストマニホールドからの排気を第１過給機１１０内に供給する吸入側接続部１１２が設けられている。この吸入側接続部１１２は、第１過給機１１０に対して第２過給機１２０とは反対側に設けられている。

図７に示すように、接続配管１３０には、これら第１タービン室と第２タービン室とを接続する通路として、略Ｕ字状のタービン接続配管１３１が設けられている。これにより、エキゾーストマニホールドから第１過給機１１０に供給された排気は、タービン接続配管１３１を介して第２過給機１２０に供給されるようになる。

特表２００３−５３１９９６号公報

ところで、車両の電装化に伴いエンジン搭載スペースには、様々な電子部品が搭載されるようになっている。一方、エンジン搭載スペース自体には変更がないため、エンジンを構成する各部品をコンパクトに配置する必要がある。しかしながら、従来の多段式過給装置１００では、タービン接続配管１３１により第１過給機１１０と第２過給機１２０とを接続するため、第１タービンハウジング１１１と第２タービンハウジング１２１との間には空間ＳＲが形成されてしまう。その上、第１過給機１１０の吸入側接続部１１２が第１過給機１１０に対して第２過給機１２０とは反対側に設けられるため、多段式過給装置１００の装置全体として大型化してしまう問題があった。また、このような問題は多段式過給装置に限らず、複数の過給機を備える過給装置の構造であれば同様の問題が発生していた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置全体として大型化を抑制する過給装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、第１タービン室を形成する第１タービンハウジングと前記第１タービン室に設けられた第１タービンホイールとを有する第１過給機と、第２タービン室を形成する第２タービンハウジングと前記第２タービン室に設けられた第２タービンホイールとを有する第２過給機とを備える過給装置において、前記第１タービンハウジングと前記第２タービンハウジングとが互いに隣り合うとともに前記第１タービン室と前記第２タービン室との間にはそれらタービン室の少なくとも一方をエキゾーストマニホールドに接続するための接続配管が設けられることを要旨とする。

第１タービンハウジングと第２タービンハウジングとを配管にて接続する場合では、第１タービンハウジングと第２タービンハウジングとの間、即ち第１タービン室と第２タービン室との間には空間が形成されてしまう。その点において、本発明ではこの空間に接続配管を設ける構成であるため、同空間を有効に利用することができるようになる。したがって、過給装置の装置全体としての大型化を抑制することができるようになる。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の過給装置において、前記第１タービンホイールの回転軸と前記第２タービンホイールの回転軸とは互いに略平行となることを要旨とする。

（３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の過給装置において、前記第１タービンホイールの回転方向と前記第２タービンホイールの回転方向とは互いに逆方向であることを要旨とする。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の過給装置において、前記第１タービンハウジングには第１スクロール部が設けられ、前記第１スクロール部には、当該第１スクロール部と前記第１タービンホイールとの間隙が最も小さくなる第１舌部が設けられ、前記第２タービンハウジングには第２スクロール部が設けられ、前記第２スクロール部には、当該第２スクロール部と前記第２タービンホイールとの間隙が最も小さくなる第２舌部が設けられ、前記第１舌部は、前記第１タービンホイールの回転中心より前記接続配管側に設けられ、前記第２舌部は、前記第２タービンホイールの回転中心より前記接続配管側に設けられることを要旨とする。

（５）請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の過給装置において、前記接続配管は、前記第１タービンハウジングと一体に設けられ、前記接続配管と前記第２タービンハウジングとは互いに接触することを要旨とする。

この発明によれば、第１タービンハウジングと第２タービンハウジングとを配管にて接続する場合において、第１タービン室と第２タービン室との間に形成される空間を小さくすることができることと、多段式過給装置の装置全体としての剛性の向上を図ることとを両立することができるようになる。

（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の過給装置において、前記第２過給機は、前記第１過給機よりも容量が大きく設定されることを要旨とする。

（７）請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の過給装置において、前記第２過給機は、前記第１過給機よりも体格が大きいことを要旨とする。
（８）請求項８に記載の発明は、請求項４〜請求項７のいずれか一項に記載の過給装置を備える内燃機関において、前記第１タービン室と前記第２タービン室との間には、これらタービン室を互いに接続する連通用排気通路を形成する連通部が設けられ、当該内燃機関の機関本体の側面において、エキゾーストマニホールドが配置される方向を機関奥行き方向とするときに、前記第２タービンホイールの回転中心は前記連通部と前記第２スクロール部との接続部よりも機関奥行き方向の機関本体側に設けられることを要旨とする。

この発明によれば、第２タービンホイールの回転中心が連通部と第２スクロール部との接続部より機関奥行き方向の機関本体側に設けられることにより、第２スクロール部は、連通部から機関奥行き方向の機関本体側に向けて延びる形状となる。したがって過給装置における機関奥行き方向への大型化を抑制することができるようになる。

（９）請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の内燃機関において、前記連通部には、前記第１タービン室の吐出口から前記第１タービンホイールの回転軸方向に延びる第１連通部と、前記第２タービン室に向けて屈曲する第２連通部とが設けられ、前記第２連通部は、前記第２スクロール部と前記第２タービンホイールの回転軸方向において同じところに設けられることを要旨とする。

この発明によれば、第２連通部が第２スクロール部と第２タービンホイールの回転軸方向において同じところに設けられることにより、図７に示す従来のタービン側接続配管１３１と比較して連通用排気通路と第２スクロール部内の通路との接続が滑らかになるため、第１過給機から第２過給機へガスを効率よく供給することができるようになる。

（１０）請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の過給装置を備える内燃機関において、前記接続配管は、当該内燃機関の機関本体から排出されるガスを排気管に供給するエキゾーストマニホールドと対応するところに配置されるとともに、前記エキゾーストマニホールドに向かい直線状に延びる態様にて設けられることを要旨とする。

この発明によれば、接続配管が直線状に設けられることにより、接続配管が屈曲する構造と比較して、第１タービン室及び第２タービン室のそれぞれがエキゾーストマニホールドに近接することができるようになる。

（１１）請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の内燃機関において、前記接続配管は、前記第１タービンハウジングと一体に設けられ、前記接続配管は、前記エキゾーストマニホールドと直接接続されることを要旨とする。

この発明によれば、接続配管と第１タービンハウジングとを各別に設ける構造と比較して、過給装置の装置全体としての部品点数を削減することができるようになる。その上、エキゾーストマニホールドと接続配管との間に別部材としての配管を設ける構造と比較して、過給装置の装置全体としての部品点数を削減することができるようになる。

（１２）請求項１２に記載の発明は、請求項１０または請求項１１に記載の内燃機関において、前記第１タービンハウジングと前記エキゾーストマニホールドとは、鋳造により一体に成形されることを要旨とする。

この発明によれば、第１タービンハウジングとエキゾーストマニホールドとが各別の部材にて設けられる構造と比較して、過給装置の装置全体として、ひいては内燃機関全体として部品点数を削減することができるようになる。

本発明の過給装置を具体化した実施形態について、同過給装置を備えた内燃機関の構成を模式的に示す模式図。 同実施形態の過給装置について、高圧過給機の断面構造を示す断面図。 同実施形態の過給装置について、同過給装置のエンジン本体に対する配置態様を示す機関長さ方向から見た平面図。 同実施形態の過給装置について、図３の配置態様を維持した態様の高圧過給機及び低圧過給機を機関高さ方向に沿った平面にて切った断面構造を示す断面図。 同実施形態の過給装置について、同過給装置のエンジン本体に対する配置態様を示す機関奥行き方向から見た平面図。 従来の過給装置について、その配置態様を示す斜視図。 従来の過給装置について、その配置態様を示す正面図。

図１〜図５を参照して、本発明の過給装置をディーゼルエンジン（以下、「エンジン１」）に搭載された多段式過給装置として具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、エンジン１のエンジン本体１０には、外部からエンジン１内に取り込まれた吸気をエンジン本体１０の燃焼室１１に供給する吸気通路２３と、燃焼室１１から排出された排気を外部へ排出する排気通路３３とがそれぞれ接続されている。燃焼室１１には吸気と吸気通路２３内に設けられた燃料噴射弁による燃料との混合気として供給され、燃焼室１１内にて同混合気が燃料されることによりエンジン１は駆動力を得る。また、吸気通路２３及び排気通路３３のそれぞれには、排気通路３３内を流通する排気により吸気通路２３内の吸気を過給する多段式過給装置４が設けられている。

吸気通路２３には、同吸気通路２３の吸気を各燃焼室１１に供給するインテークマニホールド２２が設けられている。吸気通路２３には、吸気上流側から順に外気に含有される塵埃等の異物を捕捉するエアクリーナ２４と、吸気を冷却するインタークーラ２５と、燃焼室１１に供給する吸気の量を調節するディーゼルスロットル２６とが設けられている。

排気通路３３には、排気上流側から順に燃焼室１１からの排気が流入するエキゾーストマニホールド３２と、排気を浄化する排気浄化装置３４とが設けられている。
多段式過給装置４は、高圧過給機４０及び低圧過給機５０と、高圧過給機４０及び低圧過給機５０を互いに接続する吸気側過給通路７０及び排気側過給通路８０とにより構成されている。

低圧過給機５０は高圧過給機４０よりも容量が大きく設定されるとともにその体格が大きく設定されている。また、高圧過給機４０は、低圧過給機５０と吸気流れ方向に直列に接続されるとともに、低圧過給機５０よりも吸気下流側に設けられている。そして、高圧過給機４０は、低圧過給機５０と排気流れ方向に直列に接続されるとともに、低圧過給機５０よりも排気上流側に設けられている。

吸気側過給通路７０は、吸気通路２３のうちのエアクリーナ２４とインタークーラ２５との間に設けられている。排気側過給通路８０は、排気通路３３のうちのエキゾーストマニホールド３２と排気浄化装置３４との間に設けられている。

高圧過給機４０のハウジング４１には、その内部に高圧側タービン室４２及び高圧側コンプレッサ室４３が形成されている。高圧側タービン室４２には、排気により回転するタービンホイール４５が設けられている。高圧側コンプレッサ室４３には、吸気を過給するコンプレッサホイール４６が設けられている。これらホイールは、ロータシャフト４７により互いに接続されている。

低圧過給機５０のハウジング５１内には、低圧側タービン室５２及び低圧側コンプレッサ室５３が形成されている。低圧側タービン室５２には、排気により回転するタービンホイール５５が設けられている。低圧側コンプレッサ室５３には、吸気を過給するコンプレッサホイール５６が設けられている。これらホイールは、ロータシャフト５７により互いに接続されている。

吸気側過給通路７０は、入口側吸気通路７１、低圧側吸気通路７２、出口側吸気通路７３、連通用吸気通路７４及び高圧側吸気通路７５により構成されている。また、低圧側吸気通路７２と出口側吸気通路７３との間には、吸気側切替バルブ７６が設けられている。

入口側吸気通路７１は、エアクリーナ２４の出口と低圧側コンプレッサ室５３の吸入口とを接続している。低圧側吸気通路７２は、低圧側コンプレッサ室５３の吐出口と吸気側切替バルブ７６の入口とを接続している。出口側吸気通路７３は、吸気側切替バルブ７６の出口とインタークーラ２５の入口とを接続している。連通用吸気通路７４は、低圧側吸気通路７２から分岐するとともに高圧側コンプレッサ室４３の吸入口と接続している。高圧側吸気通路７５は、高圧側コンプレッサ室４３の吐出口と出口側吸気通路７３とを接続している。また、吸気側切替バルブ７６は、低圧側吸気通路７２内の吸気を連通用吸気通路７４を介して高圧側コンプレッサ室４３へ供給する状態と同コンプレッサ室４３を経ることなく出口側吸気通路７３を介してインタークーラ２５へ直接供給する状態とを切り替える。

排気側過給通路８０は、入口側排気通路８１、低圧側排気通路８２、出口側排気通路８３、高圧側排気通路８４及び連通用排気通路８５により構成されている。また、入口側排気通路８１と低圧側排気通路８２との間には、排気側切替バルブ８６が設けられている。

入口側排気通路８１は、エキゾーストマニホールド３２の出口と排気側切替バルブ８６の入口とを接続している。低圧側排気通路８２は、排気側切替バルブ８６の出口と低圧側タービン室５２の吸入口とを接続している。出口側排気通路８３は、低圧側コンプレッサ室５３の吐出口と排気浄化装置３４の入口とを接続している。高圧側排気通路８４は、入口側排気通路８１から分岐するとともに高圧側タービン室４２の吸入口に接続している。連通用排気通路８５は、高圧側タービン室４２の吐出口と低圧側排気通路８２とを接続している。また、排気側切替バルブ８６は、入口側排気通路８１内の排気を高圧側タービン室４２へ供給する状態と同タービン室４２を経ることなく低圧側排気通路８２を介して低圧側タービン室５２へ直接供給する状態とを切り替える。

次に機関負荷状態に応じた多段式過給装置４における排気及び吸気の流通経路の切り替えについて説明する。
機関負荷が低負荷のとき、排気側切替バルブ８６及び吸気側切替バルブ７６はそれぞれ閉弁状態に維持されている。これにより、多段式過給装置４内においては次のように排気及び吸気が流れる。

即ち、エキゾーストマニホールド３２からの排気は、図中の実線矢印にて示すように入口側排気通路８１及び高圧側排気通路８４を介して高圧側タービン室４２に供給される。そして、同タービン室４２からの排気は、連通用排気通路８５及び低圧側排気通路８２を介して低圧側タービン室５２に供給される。同タービン室５２からの排気は、出口側排気通路８３を介して多段式過給装置４の排気下流側（即ち、排気浄化装置３４側）に流出する。

一方、多段式過給装置４の吸気上流側（即ち、エアクリーナ２４側）からの吸気は、図中の実線矢印に示すように、入口側吸気通路７１を介して低圧側コンプレッサ室５３に供給される。同コンプレッサ室５３から吐出された吸気は、低圧側吸気通路７２及び連通用吸気通路７４を介して高圧側コンプレッサ室４３に供給される。そして同コンプレッサ室４３から吐出された吸気は高圧側吸気通路７５及び出口側吸気通路７３を介してインタークーラ２５に供給される。

機関負荷が低負荷のときには、低圧過給機５０には圧力が低下した排気しか供給されていないため、低圧過給機５０のタービンホイール５５は停止した状態となる。一方、高圧過給機４０には高圧の排気が供給されるため、同高圧過給機４０はタービンホイール４５を通過する排気により駆動される。特に高圧過給機４０はその体格が小さいため、低負荷時の排気の流量が少ない場合であってもタービンホイール４５は駆動される。このように、機関負荷が低負荷のときには、高圧過給機４０のタービンホイール４５のみが駆動している。これにより、ロータシャフト５７にて接続されたコンプレッサホイール４６がタービンホイール４５の駆動に伴い駆動するため、高圧過給機４０のみにて過給が行われる。

機関負荷が中負荷及び高負荷のとき、排気側切替バルブ８６及び吸気側切替バルブ７６はそれぞれ開弁状態に維持されている。これにより、多段式過給装置４内において次のように排気及び吸気が流れる。

即ち、エキゾーストマニホールド３２からの排気は、図中の破線矢印に示すように、入口側排気通路８１及び低圧側排気通路８２を介して低圧側タービン室５２に供給される。同タービン室５２から吐出された排気は、出口側排気通路８３を介して多段式過給装置４の排気下流側（即ち、排気浄化装置３４側）の排気通路３３に流出する。

一方、多段式過給装置４の吸気上流側（即ち、エアクリーナ２４側）の吸気は、図中の破線矢印に示すように、入口側吸気通路７１を介して低圧側コンプレッサ室５３に供給される。同コンプレッサ室５３から吐出された吸気は、低圧側吸気通路７２及び出口側吸気通路７３を介してインタークーラ２５に供給される。

機関負荷が中負荷及び高負荷のときには、排気が低圧過給機５０に供給されるため、その排気により低圧過給機５０のタービンホイール５５が駆動される。したがって、機関負荷が中負荷及び高負荷のときには、低圧過給機５０による過給が行われる。以上により、エンジン１は、機関負荷状態に応じた多段式過給装置４の過給特性を得ることができるようになる。

次に、図２を参照して、高圧過給機４０及び低圧過給機５０の内部構造について説明する。なお、高圧過給機４０の構造と低圧過給機５０の構造とは概ね共通しているため、ここでは高圧過給機４０の構造についてのみ説明する。なお、図中の括弧にて付した符号は、高圧過給機４０の部位に対応する低圧過給機５０の同一部位を示している。

図２に示すように、高圧過給機４０のハウジング４１は、タービンハウジング４１ａ、コンプレッサハウジング４１ｂ及びタービンハウジング４１ａとコンプレッサハウジング４１ｂとの軸線方向の間に設けられるベアリングハウジング４１ｃにより構成されている。タービンハウジング４１ａには、その内部に高圧側タービン室４２が設けられている。コンプレッサハウジング４１ｂには、その内部に高圧側コンプレッサ室４３が設けられている。ベアリングハウジング４１ｃにはその内部に支持部４４が設けられている。

また、タービンホイール４５及びコンプレッサホイール４６を互いに接続するロータシャフト４７は、支持部４４に設けられた軸受機構４８により回転可能に支持されている。この軸受機構４８は、高圧側タービン室４２側及び高圧側コンプレッサ室４３側にそれぞれ設けられている。

タービンハウジング４１ａには、高圧側排気通路８４に接続される通路を形成する吸入側接続部４２ａと、連通用排気通路８５に接続される通路を形成する吐出側接続部４２ｂとが設けられている。また、吸入側接続部４２ａと吐出側接続部４２ｂとの間には、スクロール部４２ｅが設けられている。このスクロール部４２ｅは、ロータシャフト４７の軸線Ｊ１方向において吸入側接続部４２ａと略同位置に設けられている。

吸入側接続部４２ａの接続口となる吸入口４２ｃは、ロータシャフト４７の軸線方向に対して直交した方向に向かい開口している。また、吐出側接続部４２ｂの接続口となる吐出口４２ｄは、ロータシャフト４７の軸線Ｊ１方向に向かい開口している。

高圧側タービン室４２は、吸入側接続部４２ａ内の通路、スクロール部４２ｅ内の通路、タービンホイール４５が収容される空間及び吐出側接続部４２ｂ内の通路により構成されている。

以上の構成により、高圧側排気通路８４からの排気は、吸入側接続部４２ａを介してスクロール部４２ｅに向かい流通し、タービンホイール４５を回転させる。そして、タービンホイール４５を通過した排気は、ロータシャフト４７の軸線Ｊ１方向に流通し、吐出側接続部４２ｂから連通用排気通路８５に流れ込む。

コンプレッサハウジング４１ｂには、連通用吸気通路７４に接続される通路を形成する吸入側接続部４３ａと、高圧側吸気通路７５と接続される通路を形成する吐出側接続部４３ｂとが設けられている。また、吸入側接続部４３ａと吐出側接続部４３ｂとの間には、スクロール部４３ｅが設けられている。スクロール部４３ｅは、ロータシャフト４７の軸線方向において吐出側接続部４３ｂと略同位置に設けられている。

吸入側接続部４３ａの接続口となる吸入口４３ｃは、ロータシャフト４７の軸線Ｊ１方向に向かい開口している。また、吐出側接続部４３ｂの接続口となる吐出口４３ｄは、ロータシャフト４７の軸線Ｊ１方向に対して直交した方向に向かい開口している。

高圧側コンプレッサ室４３は、吸入側接続部４３ａ内の通路、スクロール部４３ｅ内の通路、コンプレッサホイール４６を収容する空間及び吐出側接続部４３ｂ内の通路により構成されている。

以上の構成により、連通用吸気通路７４からの吸気は、吸入側接続部４３ａを介してコンプレッサホイール４６に向かい流通する。そして、同ホイール４６によりスクロール部４３ｅに送り出された吸気は、ロータシャフト４７の軸線Ｊ１方向に直交する方向に流通し、吐出側接続部４３ｂから高圧側吸気通路７５に流れ込む。

次に、図３〜図５を参照して、エンジン本体１０及びエキゾーストマニホールド３２と多段式過給装置４との接続態様について説明する。以降では、シリンダの軸線方向を「機関高さ方向Ｘ１」とし、機関高さ方向Ｘ１を含む平面上において同高さ方向Ｘ１に直交する方向を「機関長さ方向Ｘ２」とし、機関高さ方向Ｘ１と機関長さ方向Ｘ２との両方に直交する方向を「機関奥行き方向Ｘ３」とする。

図３は、エンジン１の各側面のうち機関奥行き方向Ｘ３に沿い且つ高圧側タービン室４２及び低圧側タービン室５２が配置される側の側面構造を示す。また図４は、高圧過給機４０及び低圧過給機５０の配置態様を図３のように維持したままの態様において各過給機４０，５０の断面構造を示す断面図である。また図５は、エンジン１の各側面のうち機関高さ方向Ｘ１に沿い且つエキゾーストマニホールド３２が配置される側の側面構造を示す。ちなみに、気筒配列構造がＶ型の場合、同図はシリンダブロックのうち複数の気筒が直列に配置されるバンク部位についてのみの側面構造を示すものとなる。

図３に示すように、エンジン本体１０の機関奥行き方向Ｘ３における側面１２には、エキゾーストマニホールド３２が取り付けられている。エキゾーストマニホールド３２に対して機関奥行き方向Ｘ３のエンジン本体１０とは反対側（以下、「機関離間側」）において、エキゾーストマニホールド３２には多段式過給装置４が接続されている。

高圧過給機４０と低圧過給機５０とは、機関高さ方向Ｘ１において互いに隣り合うように配列されている。具体的には、多段式過給装置４において、機関高さ方向Ｘ１の上方に低圧過給機５０が配置され、機関高さ方向Ｘ１の下方に高圧過給機４０が配置されている。そして機関高さ方向Ｘ１において、高圧過給機４０のタービンハウジング４１ａと低圧過給機５０のタービンハウジング５１ａとは互いに隣り合うように配列されている。また、機関奥行き方向Ｘ３においてタービンハウジング４１ａとタービンハウジング５１ａとは概ね同じところに設けられている。これにより、高圧側タービン室４２と低圧側タービン室５２とは、機関奥行き方向Ｘ３において概ね同じところに設けられている。

ところで、上述のようにタービンハウジング４１ａとタービンハウジング５１ａとを機関高さ方向Ｘ１及び機関奥行き方向Ｘ３に対して互いに隣り合うように配列したとしても、例えば図６に示す従来の多段式過給装置１００に形成された空間ＳＲと同様に、高圧側タービン室４２と低圧側タービン室５２との間には、空間Ｓが形成されてしまう。ここで、従来の多段式過給装置１００では、上記空間ＳＲとは別のところに吸入側接続部１１２が設けられる構造であったため、多段式過給装置１００の大型化を招いていた。

その点において、本実施形態では、高圧側タービン室４２と低圧側タービン室５２の機関高さ方向Ｘ１の間に高圧過給機４０の吸入側接続部４２ａが設けられる構造としている。これにより、従来の多段式過給装置の構造ではデッドスペースであった空間Ｓを有効利用することができ、多段式過給装置４の大型化を抑制している。

また、高圧過給機４０及び低圧過給機５０とエキゾーストマニホールド３２との関係は、以下のようになる。即ち、エキゾーストマニホールド３２に対して、機関高さ方向Ｘ１の上方に低圧過給機５０が配置され、機関高さ方向Ｘ１の下方に高圧過給機４０が配置されている。そして、高圧側タービン室４２を構成するタービンハウジング４１ａと低圧側タービン室５２を構成するタービンハウジング５１ａとが機関奥行き方向Ｘ３においてエキゾーストマニホールド３２に近接するように設けられている。

高圧過給機４０の吸入側接続部４２ａは、機関高さ方向Ｘ１においてエキゾーストマニホールド３２と同位置に設けられている。そして、吸入側接続部４２ａが機関奥行き方向Ｘ３のエンジン本体１０側（以下、「機関側」）に沿って直線状に延びるとともに、エキゾーストマニホールド３２に直接接続されている。また、スクロール部４２ｅは、吸入側接続部４２ａよりも機関高さ方向Ｘ１の下方に設けられている。

低圧過給機５０においては、吸入側接続部５２ａがスクロール部５２ｅよりも機関奥行き方向Ｘ３の機関離間側に設けられている。また、スクロール部５２ｅは、高圧過給機４０の吸入側接続部４２ａよりも機関高さ方向Ｘ１の上方に設けられている。以上の構成により、上述の高圧側タービン室４２と低圧側タービン室５２との間に吸入側接続部４２ａが配置される構造が構成されている。

図４に示すように、高圧過給機４０の高圧側タービン室４２内のタービンホイール４５とスクロール部４２ｅとは、タービンホイール４５の回転径方向において径方向間隙Ｓ１を形成している。この径方向間隙Ｓ１は、吸入側接続部４２ａの出口と接続するスクロール部４２ｅの入口において、最大値ＳＨ１となる。そして、径方向間隙Ｓ１は、スクロール部４２ｅのタービンホイール４５の回転方向Ｒ１に向かうにつれて徐々に減少していくように形成されている。この図４において、タービンホイール４５の回転方向Ｒ１は時計回りである。

スクロール部４２ｅにおいて、径方向間隙Ｓ１が最小値ＳＬ１となるところには高圧側舌部４２ｆが設けられている。この高圧側舌部４２ｆは、タービンホイール４５の回転中心Ｃ１よりも機関高さ方向Ｘ１の上方且つ機関奥行き方向Ｘ３の機関側に設けられている。また高圧側舌部４２ｆは、低圧過給機５０のタービンホイール５５の回転中心Ｃ２よりも機関奥行き方向Ｘ３の機関側に設けられている。

低圧過給機５０の低圧側タービン室５２内のタービンホイール５５とスクロール部５２ｅとは、タービンホイール５５の回転径方向において径方向間隙Ｓ２を形成している。この径方向間隙Ｓ２は、吸入側接続部５２ａの出口と接続するスクロール部５２ｅの入口において、最大値ＳＨ２となる。そして、径方向間隙Ｓ２は、スクロール部５２ｅのタービンホイール５５の回転方向Ｒ２に向かうにつれて徐々に減少していくように形成されている。この図４において、タービンホイール５５の回転方向Ｒ２は反時計回りである。即ち、高圧過給機４０のタービンホイール４５の回転方向Ｒ１と低圧過給機５０のタービンホイール５５の回転方向Ｒ２とは互いに反対方向となる。

スクロール部５２ｅにおいて、径方向間隙Ｓ２が最小値ＳＬ２となるところには低圧側舌部５２ｆが設けられている。この低圧側舌部５２ｆは、タービンホイール５５の回転中心Ｃ２よりも機関高さ方向Ｘ１の下方且つ機関奥行き方向Ｘ３の機関離間側に設けられている。また低圧側舌部５２ｆは、高圧過給機４０のタービンホイール４５の回転中心Ｃ１よりも機関奥行き方向Ｘ３の機関離間側且つ高圧側舌部４２ｆよりも機関奥行き方向Ｘ３の機関離間側に設けられている。

また、スクロール部５２ｅの機関高さ方向Ｘ１の下端部は、高圧過給機４０の吸入側接続部４２ａの機関高さ方向Ｘ１の上端部と接触している。これにより、高圧過給機４０及び低圧過給機５０のそれぞれの剛性が向上することになる。

以上に説明したように、高圧過給機４０の吸入側接続部４２ａに対して高圧側舌部４２ｆは機関高さ方向Ｘ１の下方に設けられ、低圧側舌部５２ｆは機関高さ方向Ｘ１の上方に設けられる。即ち、吸入側接続部４２ａは、機関高さ方向Ｘ１において高圧側舌部４２ｆと低圧側舌部５２ｆとに挟まれる態様にて設けられている。

図５に示すように、高圧過給機４０のロータシャフト４７の軸線方向Ｊ１と低圧過給機５０のロータシャフト５７の軸線方向Ｊ２とは互いに平行となり、且つ共に機関長さ方向Ｘ２に延伸する状態となっている。また高圧側タービン室４２と低圧側タービン室５２とは、機関長さ方向Ｘ２において互いに僅かに異なるところに設けられている。具体的には、高圧側タービン室４２と低圧側タービン室５２とは機関長さ方向Ｘ２において一部が互いに重なるとともに、低圧側タービン室５２が高圧側タービン室４２よりも機関長さ方向Ｘ２における各タービン室４２，５２が配置される側（以下、「タービン側」）に設けられている。一方、低圧過給機５０が高圧過給機４０よりも体格が小さいため、高圧側コンプレッサ室４３は、低圧側コンプレッサ室５３よりも機関長さ方向Ｘ２のタービン側に設けられている。

高圧過給機４０の吐出側接続部４２ｂ（図２参照）と接続する連通用排気通路８５を形成する連通用配管９０は、吐出側接続部４２ｂと接続するとともに低圧過給機５０に向かう屈曲部が設けられる第１連通部９１と低圧過給機５０に向かい延びる第２連通部９２とにより構成されている。この第２連通部９２は、機関高さ方向Ｘ１の上方に向かうにつれて機関奥行き方向Ｘ３の機関離間側に向かい延びている（図４参照）。この第２連通部９２は、低圧側タービン室５２と機関長さ方向Ｘ２において同じところに設けられている。即ち、第２連通部９２は、低圧側タービン室５２のスクロール部５２ｅの入口と屈曲することなく直線状に接続されている。

本実施形態によれば、以下の効果を奏することができるようになる。
（１）本実施形態によれば、高圧過給機４０のタービンハウジング４１ａと低圧過給機５０のタービンハウジング５１ａとが隣り合うとともに、高圧過給機４０の吸入側接続部４２ａが高圧側タービン室４２と低圧側タービン室５２との間に設けられる。したがって、高圧過給機４０のタービンハウジング４１ａと低圧過給機５０のタービンハウジング５１ａとの間に形成される空間Ｓに吸入側接続部４２ａが設けられることとなるため、多段式過給装置４の装置全体としての大型化を抑制することができるようになる。

（２）本実施形態によれば、吸入側接続部４２ａとタービンハウジング５１ａとは互いに接触する態様にて設けられる。したがって、タービンハウジング４１ａとタービンハウジング５１ａとの間の空間Ｓを小さくすることができることと、多段式過給装置４全体としての剛性を向上させることとの両立を図ることができるようになる。

（３）本実施形態によれば、低圧過給機５０のタービンホイール５５の回転中心Ｃ２が第２連通部９２とスクロール部５２ｅとの接続部よりも機関奥行き方向Ｘ３の機関側に設けられる。したがって、スクロール部５２ｅがエンジン本体１０に向かい延びる態様にて形成されることとなり、低圧過給機５０とエンジン本体１０の側面１２との機関奥行き方向Ｘ３の間隙を小さくすることができるようになる。その結果、エンジン本体１０に対して多段式過給装置４が機関奥行き方向Ｘ３に対しての大型化を抑制することができるようになる。

（４）本実施形態によれば、高圧過給機４０のスクロール部４２ｅが吸入側接続部４２ａの機関高さ方向の下方に配置され、低圧過給機５０のスクロール部５２ｅが吸入側接続部４２ａの機関高さ方向の上方に配置されている。そして、上述のような第２連通部９２とスクロール部５２ｅの接続部とタービンホイール５５の回転中心Ｃ２との位置関係、及びタービンホイール４５の回転中心Ｃ１が吸入側接続部４２ａとスクロール部４２ｅとの接続部よりも機関奥行き方向Ｘ３の機関側に設けられる。したがって、各スクロール部４２ｅ，５２ｅを機関奥行き方向Ｘ３に向かい延びる態様にて設けることができるようになる。

（５）さらに、タービンホイール４５の回転方向Ｒ１を時計回りとすることにより、同回転方向Ｒ１が反時計回りの構造と比較して、エキゾーストマニホールド３２から吸入側接続部４２ａに供給された排気は、高圧過給機４０における機関奥行き方向Ｘ３の最も機関離間側においてスクロール部４２ｅに供給されるようになる。したがって、高圧過給機４０内の排気の流れを円滑にすることができるようになる。

また、タービンホイール５５の回転方向Ｒ２を反時計回りとすることにより、吐出側接続部４２ｂから低圧過給機５０に供給される排気は、同回転方向Ｒ２が時計回りの構造と比較して排気の流れを円滑にすることができるようになる。これらの構成により、多段式過給装置４の装置全体としての大型化の抑制と、多段式過給装置４内を流通する排気の流れの円滑化との両立を図ることができるようになる。

（６）本実施形態によれば、連通用配管９０の第２連通部９２がスクロール部５２ｅに対して機関長さ方向Ｘ２において同じところに設けられる。したがって、第２連通部９２が機関長さ方向Ｘ２においてスクロール部５２ｅと異なるところに設けられることにより、第２連通部９２が屈曲した状態においてスクロール部５２ｅに接続される構造と比較して、第２連通部９２からスクロール部５２ｅに向かい流通する排気の流れを円滑にすることができるようになる。その結果、高圧過給機４０から低圧過給機５０への排気の供給を効率よく行うことができるようになる。

（７）本実施形態によれば、吸入側接続部４２ａとエキゾーストマニホールド３２とは機関高さ方向Ｘ１において同位置に設けられている。そして高圧過給機４０のスクロール部４２ｅはエキゾーストマニホールド３２に対して機関高さ方向Ｘ１の下方、及び低圧過給機５０のスクロール部５２ｅはエキゾーストマニホールド３２に対して機関高さ方向Ｘ１の上方にそれぞれ設けられている。したがって、スクロール部４２ｅ，５２ｅがエキゾーストマニホールド３２に対して機関高さ方向Ｘ１の上方にそれぞれ配置される構造、及びスクロール部４２ｅ，５２ｅがエキゾーストマニホールド３２に対して機関高さ方向Ｘ１の下方にそれぞれ配置される構造と比較して、高圧過給機４０及び低圧過給機５０の両方ともをエキゾーストマニホールド３２に近接させることができるようになる。

（８）本実施形態によれば、吸入側接続部４２ａはエキゾーストマニホールド３２に対して直線状に延びる態様にて設けられている。したがって、吸入側接続部４２ａが屈曲した形状の場合と比較して、スクロール部４２ｅに供給する排気の流れを円滑にするとともに、タービンハウジング４１ａ，５１ａをエキゾーストマニホールド３２に近接することができるようになる。

（９）本実施形態によれば、吸入側接続部４２ａとエキゾーストマニホールド３２とは直接接続される構造である。したがって、吸入側接続部４２ａとエキゾーストマニホールド３２との間において、これらとは別部材の接続配管が接続される構造と比較して、多段式過給装置４の装置全体としての部品点数を削減することができるようになる。

（その他の実施形態）
本発明の過給装置及びこれを備える内燃機関の具体的な構成は、上記実施形態に例示した構成に限定されることなく、例えば以下のように変更することもできる。また以下の変形例は、上記実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。

・本実施形態では、エキゾーストマニホールド３２に高圧過給機４０の吸入側接続部４２ａが直接接続される構造、即ちエキゾーストマニホールド３２と高圧過給機４０のタービンハウジング４１ａとが各別に設けられる構造であったが、エキゾーストマニホールド３２とタービンハウジング４１ａとは鋳造により一体に設けられる構造とすることもできる。このときには、エキゾーストマニホールド３２とタービンハウジング４１ａとは重力鋳造にて設けられることが望ましい。以上により、エキゾーストマニホールド３２とタービンハウジング４１ａとを各別に設ける構造と比較して、多段式過給装置４の装置全体としての部品点数、ひいてはエンジン１全体としての部品点数を削減することができるようになる。

・また、エキゾーストマニホールド３２とタービンハウジング４１ａとの一体化に代えて、タービンハウジング４１ａと低圧過給機５０のタービンハウジング５１ａと一体に設ける構造とすることもできる。この構成により、連通用配管９０を省略することができ、多段式過給装置４の装置全体としての部品点数の削減を図ることができるようになる。また、この構成においては、吐出側接続部４２ｂと吸入側接続部５２ａとが連通部を構成することとなる。

・また、エキゾーストマニホールド３２とタービンハウジング４１ａ，５１ａとを一体に設ける構造とすることもできる。この構成により、上記実施形態では、エキゾーストマニホールド３２、タービンハウジング４１ａ，５１ａ及び連通用配管９０の４部材を必要としたのに対して、これらを単一部材として構成することになるため、多段式過給装置４の装置全体としての部品点数の削減を図ることができるようになる。

・本実施形態では、エキゾーストマニホールド３２に吸入側接続部４２ａが直接接続される構造であったが、エキゾーストマニホールド３２と吸入側接続部４２ａとの間に別部材の接続配管が設ける構造とすることもできる。この構造によれば、本実施形態の効果（１）〜（８）を奏することができる。

・本実施形態では、連通用配管９０が第１連通部９１と第２連通部９２とから構成され、第２連通部９２が機関長さ方向Ｘ２において低圧過給機５０のスクロール部５２ｅと同じところに直線状に延びる形状にて設けられる構造であったが、吐出側接続部４２ｂの形状はこれに限定されることはない。図７に示す従来の多段式過給装置１００の構造のように連通用配管９０を略Ｕ字状に設けることもできる。

・本実施形態では、低圧側タービン室５２が高圧側タービン室４２よりも機関長さ方向Ｘ２のタービン側に設けられる構造であったが、低圧側タービン室５２の高圧側タービン室４２に対する機関長さ方向Ｘ２の位置はこれに限定されることはない。低圧側タービン室５２は、高圧側タービン室４２と機関長さ方向Ｘ２において同じところに設けられる構造とすることもできる。また高圧側タービン室４２が低圧側タービン室５２よりも機関長さ方向Ｘ２のタービン側に設けられる構造とすることもできる。

・本実施形態では、低圧側タービン室５２が高圧側タービン室４２よりも機関高さ方向Ｘ１の上方に設けられる構造であったが、高圧側タービン室４２が低圧側タービン室５２よりも機関高さ方向Ｘ１の上方に設けられる構造とすることもできる。

・本実施形態では、多段式過給装置４が吸入側接続部４２ａとタービンハウジング５１ａとが接触する態様にて設けられたが、吸入側接続部４２ａとタービンハウジング５１ａとは非接触とする態様にて設けられる構造とすることもできる。

・本実施形態では、高圧過給機４０のロータシャフト４７の軸線Ｊ１と低圧過給機５０のロータシャフト５７の軸線Ｊ２とが互いに平行とする構造であったが、これら軸線Ｊ１，Ｊ２は互いに異なる構造とすることもできる。

・本実施形態では、過給装置を高圧過給機４０及び低圧過給機５０を備えるとともにこれら過給機４０，５０を吸気（排気）流れ方向に直列に接続した多段式過給装置４に適用したが、過給装置はこの多段式過給装置４への適用のみに限定されることはない。例えば、圧縮比が同等の複数の過給機を用いた過給装置へ適用することもできる。これにより、本実施形態の効果に準じた効果（１）を奏することはできる。

・本実施形態では、ディーゼルエンジンの多段式過給装置に適用したが、例えばガソリンエンジンの多段式過給装置、または複数の過給機から構成される過給装置に適用してもよい。

１…エンジン、４…多段式過給装置、１０…エンジン本体（機関本体）、１１…燃焼室、１２…側面、２２…インテークマニホールド、２３…吸気通路、２４…エアクリーナ、２５…インタークーラ、２６…ディーゼルスロットル、３２…エキゾーストマニホールド、３３…排気通路、３４…排気浄化装置、４０…高圧過給機、４１…ハウジング、４１ａ…タービンハウジング（第１タービンハウジング）、４１ｂ…コンプレッサハウジング、４１ｃ…ベアリングハウジング、４２…高圧側タービン室（第１タービン室）、４２ａ…吸入側接続部（接続配管）、４２ｂ…吐出側接続部、４２ｃ…吸入口、４２ｄ…吐出口、４２ｅ…スクロール部、４２ｆ…高圧側舌部、４３…高圧側コンプレッサ室、４３ａ…吸入側接続部、４３ｂ…吐出側接続部、４３ｃ…吸入口、４３ｄ…吐出口、４３ｅ…スクロール部（第１スクロール部）、４３ｆ…高圧側舌部（第１舌部）、４４…支持部、４５…タービンホイール、４６…コンプレッサホイール、４７…ロータシャフト、４８…軸受機構、５０…低圧過給機、５１…ハウジング、５１ａ…タービンハウジング（第２タービンハウジング）、５１ｂ…コンプレッサハウジング、５１ｃ…ベアリングハウジング、５２…低圧側タービン室（第２タービン室）、５２ａ…吸入側接続部、５２ｂ…吐出側接続部、５２ｃ…吸入口、５２ｄ…吐出口、５２ｅ…スクロール部（第２スクロール部）、５２ｆ…低圧側舌部（第２舌部）、５３…低圧側コンプレッサ室、５３ａ…吸入側接続部、５３ｂ…吐出側接続部、５３ｃ…吸入口、５３ｄ…吐出口、５３ｅ…スクロール部、５４…支持部、５５…タービンホイール、５６…コンプレッサホイール、５７…ロータシャフト、５８…軸受機構、７０…吸入側過給通路、７１…入口側吸気通路、７２…出口側吸気通路、７３…低圧側吸気通路、７４…連通用吸気通路、７５…吸気側切替バルブ、８０…排気側過給通路、８１…入口側排気通路、８２…高圧側排気通路、８３…低圧側排気通路、８４…連通用排気通路、８５…出口側排気通路、８６…排気側切替バルブ、９０…連通用配管（連通部）、９１…第１連通部、９２…第２連通部。

Claims (12)

1. 第１タービン室を形成する第１タービンハウジングと前記第１タービン室に設けられた第１タービンホイールとを有する第１過給機と、第２タービン室を形成する第２タービンハウジングと前記第２タービン室に設けられた第２タービンホイールとを有する第２過給機とを備える過給装置において、
   前記第１タービンハウジングと前記第２タービンハウジングとが互いに隣り合うとともに前記第１タービン室と前記第２タービン室との間にはそれらタービン室の少なくとも一方をエキゾーストマニホールドに接続するための接続配管が設けられる
   ことを特徴とする過給装置。
2. 請求項１に記載の過給装置において、
   前記第１タービンホイールの回転軸と前記第２タービンホイールの回転軸とは互いに略平行となる
   ことを特徴とする過給装置。
3. 請求項２に記載の過給装置において、
   前記第１タービンホイールの回転方向と前記第２タービンホイールの回転方向とは互いに逆方向である
   ことを特徴とする過給装置。
4. 請求項３に記載の過給装置において、
   前記第１タービンハウジングには第１スクロール部が設けられ、前記第１スクロール部には、当該第１スクロール部と前記第１タービンホイールとの間隙が最も小さくなる第１舌部が設けられ、
   前記第２ハウジングには第２スクロール部が設けられ、前記第２スクロール部には、当該第２スクロール部と前記第２タービンホイールとの間隙が最も小さくなる第２舌部が設けられ、
   前記第１舌部は、前記第１タービンホイールの回転中心より前記接続配管側に設けられ、前記第２舌部は、前記第２タービンホイールの回転中心より前記接続配管側に設けられる
   ことを特徴とする過給装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の過給装置において、
   前記接続配管は、前記第１タービンハウジングと一体に設けられ、
   前記接続配管と前記第２ハウジングとは互いに接触する
   ことを特徴とする過給装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の過給装置において、
   前記第２過給機は、前記第１過給機よりも容量が大きく設定される
   ことを特徴とする過給装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の過給装置において、
   前記第２過給機は、前記第１過給機よりも体格が大きい
   ことを特徴とする過給装置。
8. 請求項４〜請求項７のいずれか一項に記載の過給装置を備える内燃機関において、
   前記第１タービン室と前記第２タービン室との間には、これらタービン室を互いに接続する連通用排気通路を形成する連通部が設けられ、
   当該内燃機関の機関本体の側面において、エキゾーストマニホールドが配置される方向を機関奥行き方向とするときに、前記第２タービンホイールの回転中心は前記連通部と前記第２スクロール部との接続部よりも機関奥行き方向の機関本体側に設けられる
   ことを特徴とする内燃機関。
9. 請求項８に記載の内燃機関において、
   前記連通部には、前記第１タービン室の吐出口から前記第１タービンホイールの回転軸方向に延びる第１連通部と、前記第２タービン室に向けて屈曲する第２連通部とが設けられ、
   前記第２連通部は、前記第２スクロール部と前記第２タービンホイールの回転軸方向において同じところに設けられる
   ことを特徴とする内燃機関。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の過給装置を備える内燃機関において、
    前記接続配管は、当該内燃機関の機関本体から排出されるガスを排気管に供給するエキゾーストマニホールドと対応するところに配置されるとともに、前記エキゾーストマニホールドに向かい直線状に延びる態様にて設けられる
    ことを特徴とする内燃機関。
11. 請求項１０に記載の内燃機関において、
    前記接続配管は、前記第１タービンハウジングと一体に設けられ、
    前記接続配管は、前記エキゾーストマニホールドと直接接続される
    ことを特徴とする内燃機関。
12. 請求項１０または請求項１１に記載の内燃機関において、
    前記第１タービンハウジングと前記エキゾーストマニホールドとは、鋳造により一体に成形される
    ことを特徴とする内燃機関。

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