JP2011174425A

JP2011174425A - 内燃機関の多段過給装置

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Publication number: JP2011174425A
Application number: JP2010039548A
Authority: JP
Inventors: Masato Ogawa; 真人小川; Yasuhiko Izumi; 靖彦泉
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-09-08
Also published as: EP2363584B1; EP2363584A1

Abstract

【課題】多段過給装置のコンパクト化を図る。
【解決手段】多段過給装置２４は、排気マニホールド２０と、排気マニホールドに主通路８１を介して連続する高圧段タービンハウジング６４を備えた高圧段過給装置５５と、高圧段タービンハウジングに排気側連結通路８２を介して連続する低圧段タービンハウジング７４を備えた低圧段過給装置５６とを有する。両過給装置は、互いに近接し、高圧段コンプレッサハウジング６５に対する高圧段タービンハウジングと、低圧段コンプレッサハウジング７５に対する低圧段タービンハウジングとの方向が互いに略同一となり、かつ高圧段タービンハウジングが低圧段タービンハウジングに対して低圧段コンプレッサハウジング側に偏倚して配置されている。また、主通路と、高圧段タービンハウジングと、前記連結通路と、低圧段タービンハウジングとは、一体成形されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の多段過給装置に係り、詳しくは２つの過給装置が直列に配置された多段過給装置の構造に関する。

内燃機関の給排気系に高圧段過給装置と低圧段過給装置との２つの過給装置を設け、内燃機関の回転数に応じて各過給装置に流入させる排気量を調節するようにした多段過給装置（シーケンシャルターボチャージャシステム）がある（例えば、特許文献１）。このような多段過給装置は、内燃機関の低速回転時に比較的容積が小さい高圧段過給装置を使用し、高速回転時に高圧段過給装置よりも容積が大きい低圧段過給装置を使用することによって、幅広い回転数帯で過給効果を高めることができる。

多段過給装置は、２つの過給装置と、これらの過給装置同士を互いに接続する配管とを備えているため、一般に大型化するという問題がある。また、排気経路が長くなるため、排ガス温度が低下し、多段過給装置の下流に設けられる触媒コンバータにおいて排ガス浄化能力が低下するという問題がある。この問題に対して、高圧段過給装置および低圧段過給装置のタービンハウジングを互いに近接させるとともに、一体成形品としたものがある（例えば、特許文献２）。このような多段過給装置では、排気経路を短くすることができるとともに、高圧段過給装置および低圧段過給装置のタービンハウジング間に連結部材（フランジ等）を設ける必要がないため、多段過給装置の熱容量を小さくすることができ、排ガス温度の低下を小さくすることができる。

特表２００３−５３１９６６号公報特開２００４−９２６４６号公報

しかしながら、特許文献２の多段過給装置では、高圧段過給装置および低圧段過給装置のコンプレッサハウジングが、２つのタービンハウジングに対して、互いに相反する側に配置されているため、各過給装置の回転軸の軸線方向に長く、多段過給装置のコンパクト化が最大限達成されているとは言い難い。このことは、２つのコンプレッサハウジング同士を接続する配管が長くなることからも明らかである。

本発明は、以上の背景を鑑みてなされたものであって、多段過給装置のコンパクト化および熱容量の低減を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の多段過給装置（２４）は、内燃機関（１０）の複数の気筒（１５）から排出された排気を集合する排気集合通路（２０）と、前記排気集合通路に主通路（８１）を介して連続する第１タービンハウジング（６４）および前記第１タービンハウジングに連結された第１コンプレッサハウジング（６５）を備えた第１過給装置（５５）と、前記第１タービンハウジングに連結通路（８２）を介して連続する第２タービンハウジング（７４）および前記第２タービンハウジングに連結された第２コンプレッサハウジング（７５）を備えた第２過給装置（５６）とを有し、前記第１過給装置と前記第２過給装置とは、互いに近接し、前記第１コンプレッサハウジングに対して前記第１タービンハウジングが設けられた方向と、前記第２コンプレッサハウジングに対して前記第２タービンハウジングが設けられた方向とが互いに略同一の方向となり、かつ前記第１タービンハウジングが前記第２タービンハウジングに対して前記第２コンプレッサハウジング側に偏倚して配置されており、前記主通路と、前記第１タービンハウジングと、前記連結通路と、前記第２タービンハウジングとは、一体成形されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１過給装置および第２過給装置が近接し、多段過給装置全体をコンパクトに構成することができる。第１に、第１コンプレッサハウジングに対して第１タービンハウジングが設けられた方向と、第２コンプレッサハウジングに対して第２タービンハウジングが設けられた方向とを略同一の方向としたため、第１および第２タービンハウジング同士、第１および第２コンプレッサハウジング同士を連結する連結通路を短くすることができる。第２に、第１タービンハウジングを第２タービンハウジングに対して第２コンプレッサハウジング側に偏倚させたため、第１および第２タービンハウジング同士、および第１および第２コンプレッサハウジング同士の接触（干渉）を避けることができ、第１過給装置および第２過給装置をより近接して配置することができる。第３に、第１タービンハウジング、連結通路、第２タービンハウジングを一体成形したため、連結通路と、第１および第２タービンハウジングとを連結するためのフランジ等の連結部を省略することができ、第１過給装置および第２過給装置をより近接して配置することができる。また、フランジ等の連結部を省略することによって、多段過給装置の熱容量が低減され、排気温度の低下を減少させることができる。

また、本発明の多段過給装置は、前記排気集合通路と前記連結通路とを連続するバイパス通路（８３）をさらに有し、前記主通路と、前記第１タービンハウジングと、前記連結通路と、前記第２タービンハウジングと、前記バイパス通路とは、一体成形されていることを特徴とする。

この構成によれば、バイパス通路と連結通路との連結部を省略することができ、多段過給装置の熱容量を低減することができる。

また、本発明の多段過給装置は、前記排気集合通路は、前記主通路に連続する第１排出口（４９）と、前記バイパス通路に連続する第２排出口（５０）とを有し、前記第１排出口と前記第２排出口とは、前記排気集合通路に形成された単一の排気集合通路側接続平面（４６）に開口していることを特徴とする。

この構成によれば、排気集合通路と、主通路およびバイパス通路との接続が容易になる。

また、本発明の多段過給装置は、前記主通路の前記第１タービンハウジング側とは異なる側の開口端と、前記バイパス通路の前記連結通路側とは異なる側の開口端とは、単一のフランジ部に形成された１つの過給機側接続平面に開口していることを特徴とする。

また、本発明の多段過給装置は、前記第１排出口は、前記第２排出口に対して、前記第１タービンハウジングが前記第２タービンハウジングに対して偏倚した方向と略同一の方向に偏倚していることを特徴とする。

この構成によれば、主通路およびバイパス通路を短くすることができる。

また、本発明の多段過給装置は、前記第１コンプレッサハウジングは、前記第１過給装置の回転軸の軸線方向から見て、前記第２コンプレッサハウジングと重なり合う部分を有することを特徴とする。

この構成によれば、第１過給装置と第２過給装置とをより近接させることができる。

以上の構成によれば、多段過給装置をコンパクトに構成できるともに、熱容量を低減させることができる。

第１実施形態に係るエンジンの正面図第１実施形態に係るエンジンを模式的に示す説明図第１実施形態に係る排気マニホールドの正面図第１実施形態に係る多段過給装置の正面図第１実施形態に係る多段過給装置の左側面図第１実施形態に係る多段過給装置を左下側から見た斜視図第２実施形態に係るエンジンの要部を模式的に示す説明図第３実施形態に係るエンジンの要部を模式的に示す説明図第４実施形態に係るエンジンの要部を模式的に示す説明図第５実施形態に係るエンジンの要部を模式的に示す説明図

以下、図面を参照して、本発明を自動車用エンジンの多段過給装置に適用した第１実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、自動車の前側からエンジンを見た状態を基準として説明する（図１参照、自動車の進行方向は図中の後方と一致する）。また、以下の説明で用いる「上流」および「下流」の語は、エンジンの吸排気系におけるガスの流れ方向を基準とし、吸気系のエアインレットを最上流、排気系のマフラーを最下流として説明する。

＜第１実施形態＞
＜エンジンの概略構成＞
実施形態に係るエンジン（内燃機関）１０は、直列５気筒のディーゼルエンジンであり、車体に対して横置きに配置されている。図１に示すように、エンジン１０は、下側からオイルパン１１、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１３、シリンダヘッドカバー１４を備えている。図２に示すように、シリンダヘッド１３には、シリンダブロック１２に形成された気筒１５に連続する吸気通路１６および排気通路１７が形成されている。排気通路１７はシリンダヘッド１３の後側面（図１の紙面正面側）に開口しており、吸気通路１６はシリンダヘッド１３の前側面に開口している。

シリンダヘッド１３の後側面には、各排気通路１７に連続する排気マニホールド（排気集合通路）２０が締結されている。排気マニホールド２０の下流には、多段過給装置２４が設けられている。多段過給装置２４の排気系の下流側には、触媒コンバータ２５、ＤＰＦ２６、ＮＯｘ浄化装置２７、マフラー２８が直列に連結されている（図２参照）。

図２に示すように、シリンダヘッド１３の前側面には、各吸気通路１６に連続する吸気マニホールド３１が締結されている。吸気マニホールド３１の上流側には、スロットルバルブ３２、インタークーラ３３、多段過給装置２４、エアフィルタ３５、エアインレット３６が直列に連結されている。

＜排気マニホールドの構造＞
図３に示すように、排気マニホールド２０は、各排気通路１７に連続する５つの分岐通路４１と、各分岐通路４１が下流側において集合した集合通路４２とを備えている。分岐通路４１は概ね前後方向に延在し、後端部にシリンダヘッド１３の前側面に当接するための上流側フランジ部４３を備えている。上流側フランジ部４３には、複数のボルト孔４４が形成されている。ボルト孔４４にボルトが挿通されることによって、排気マニホールド２０は、シリンダヘッド１３の前側面に締結されている。

集合通路４２は、概ね左右方向に延在し、各分岐通路４１の下流端に連続するとともに、その右端部に前方へと突出した接続部４５を備えている。接続部４５の前端には、平坦な接続面（排気集合通路側接続平面）４６を有する下流側フランジ部４７が形成されている。接続面４６には、それぞれ独立して集合通路４２の内部に連続する主孔４９（第１排出口）およびバイパス孔５０（第２排出口）が開口している。主孔４９は、バイパス孔５０よりも通路断面積が小さい。また、主孔４９の中心Ａは、バイパス孔５０の中心Ｂよりも右方かつ下方に偏倚している。下流側フランジ部４７は、その接続面４６の周縁部に４つのねじ孔５１を備えている。

＜多段過給装置の構造＞
図１〜図６に示すように、多段過給装置２４は、高圧段過給装置（第１過給装置）５５と、低圧段過給装置（第２過給装置）５６とを備え、シーケンシャルターボチャージャシステムを構成している。

高圧段過給装置５５は、高圧段シャフト６１によって同軸かつ一体回転するように連結された高圧段タービンブレード６２および高圧段コンプレッサブレード６３と、高圧段タービンブレード６２を収容する高圧段タービンハウジング（第１タービンハウジング）６４と、高圧段コンプレッサブレード６３を収容する高圧段コンプレッサハウジング（第１コンプレッサハウジング）６５と、高圧段タービンハウジング６４と高圧段コンプレッサハウジング６５とを連結するとともに高圧段シャフト６１を回転可能に支持する高圧段ベアリングハウジング６６とを備えている。高圧段タービンハウジング６４および高圧段コンプレッサハウジング６５は、それぞれ中空円盤形状を呈し、それぞれの中心軸が高圧段シャフト６１の軸線Ｃと同軸となるように、筒状の高圧段ベアリングハウジング６６の両端に連結されている。高圧段タービンハウジング６４は、高圧段コンプレッサハウジング６５に比べて径方向に小さく、容積が小さい。

低圧段過給装置５６は、低圧段シャフト７１によって同軸かつ一体回転するように連結された低圧段タービンブレード７２および低圧段コンプレッサブレード７３と、低圧段タービンブレード７２を収容する低圧段タービンハウジング（第２タービンハウジング）７４と、低圧段コンプレッサブレード７３を収容する低圧段コンプレッサハウジング（第２コンプレッサハウジング）７５と、低圧段タービンハウジング７４と低圧段コンプレッサハウジング７５とを連結するとともに低圧段シャフト７１を回転可能に支持する低圧段ベアリングハウジング７６とを備えている。低圧段タービンハウジング７４および低圧段コンプレッサハウジング７５は、それぞれ中空円盤形状を呈し、それぞれの中心軸が低圧段シャフト７１の軸線Ｄと同軸となるように、筒状の低圧段ベアリングハウジング７６の両端に連結されている。低圧段タービンハウジング７４は、低圧段コンプレッサハウジング７５に比べて径方向に小さく、容積が小さい。低圧段タービンハウジング７４は高圧段タービンハウジング６４よりも径方向に大きい。

高圧段タービンハウジング６４は、その外周縁部に排気入口通路となる管状の主通路８１の下流端が連結され、その高圧段ベアリングハウジング６６側とは相反する中心部に排気出口となる管状の排気側連結通路（連結通路）８２の上流端が連結されている。排気側連結通路８２は、その下流端が低圧段タービンハウジング７４の外周縁部に連結されており、低圧段タービンハウジング７４の排気入口通路となる。また、排気側連結通路８２には、管状の排気側バイパス通路（バイパス通路）８３の一端が連結している。なお、排気側バイパス通路８３と排気側連結通路８２との連結形態は、様々な形態とすることができる。例えば、排気側バイパス通路８３の下流端を低圧段タービンハウジング７４の外周縁部に連結し、排気側バイパス通路８３に排気側連結通路８２の下流端を連結してもよい。また、排気側バイパス通路８３および排気側連結通路８２を、それぞれ独立した状態で低圧段タービンハウジング７４の外周縁部に個別に連結してもよい。

主通路８１および排気側バイパス通路８３のそれぞれの上流端は、単一の接続フランジ部８５の接続端面（過給機側接続平面）８６に独立した状態で開口している。

低圧段タービンハウジング７４の低圧段ベアリングハウジング７６側とは相反する中心部には、先端にフランジ部８７が形成された排気出口通路８８が設けられている。フランジ部８７には、触媒コンバータ２５の上流端に形成されたフランジ部８９がボルト締結される。

また、低圧段タービンハウジング７４には、排気側連結通路８２と排気出口通路８８とを連続するウェイストゲート通路９０が形成されており、ウェイストゲート通路９０にはウェイストゲートバルブ９１が設けられている。ウェイストゲートバルブ９１は、ウェイストゲート通路９０に流入する排気量を調節し、低圧段タービンハウジング７４に流入する排気量を調節する。ウェイストゲートバルブ９１は、リンク機構９３を介してダイアフラム式の第１アクチュエータ９４に連結されており、第１アクチュエータ９４によって開閉駆動される。第１アクチュエータ９４は、低圧段コンプレッサハウジング７５の外部に形成された取付座に取り付けられており、図示しないＥＣＵに駆動制御されている。

高圧段コンプレッサハウジング６５は、その高圧段ベアリングハウジング６６側とは相反する中心部に高圧段吸気入口通路１０１が形成され、その外周縁部に高圧段吸気出口通路１０２が形成されている。同様に、低圧段コンプレッサハウジング７５は、その低圧段ベアリングハウジング７６側とは相反する中心部に低圧段吸気入口通路１０３が形成され、その外周縁部に低圧段吸気出口通路１０４が形成されている。

低圧段吸気入口通路１０３は、エアフィルタ３５の下流端に連続している。低圧段吸気出口通路１０４は、高圧段吸気入口通路１０１に連続する吸気側連結通路１０６に連続している。吸気側連結通路１０６は、長手方向における中間部から分岐した吸気側バイパス通路１０７を備え、下流側が２股に分岐した三叉路形状を呈する。吸気側バイパス通路１０７には、吸気側バイパスバルブ１０８が設けられている。吸気側バイパスバルブ１０８は、吸気側バイパス通路１０７に流入する吸気量を調節し、高圧段コンプレッサハウジング６５に流入する吸気量を調節する。吸気側バイパスバルブ１０８は、リンク機構１０９を介してダイアフラム式の第２アクチュエータ１１０に連結されており、第２アクチュエータ１１０によって開閉駆動される。第２アクチュエータ１１０は、ブラケット１１１を介して高圧段コンプレッサハウジング６５の外部に取り付けられており、図示しないＥＣＵに駆動制御されている。

高圧段吸気出口通路１０２および吸気側バイパス通路１０７の下流端には、上流側が２股に分岐した通路１１３の上流端がそれぞれ連続している。通路１１３の下流端は、通路１１４を介してインタークーラ３３の上流端に連続している。

図４に示すように、高圧段過給装置５５と低圧段過給装置５６とは、高圧段シャフト６１の軸線Ｃと低圧段シャフト７１の軸線Ｄとが互いに平行となり、かつ左右方向に延在するように配置されている。また、高圧段コンプレッサハウジング６５に対して高圧段タービンハウジング６４が設けられた方向と、低圧段コンプレッサハウジング７５に対して低圧段タービンハウジング７４が設けられた方向とが同一方向となっている。高圧段過給装置５５は、低圧段過給装置５６に対して、下方に配置されるとともに、軸線Ｃ方向に右方に偏倚し、高圧段タービンハウジング６４と低圧段コンプレッサハウジング７５とが軸線Ｃ方向において重なり合う部分を有するように配置されている。また、高圧段コンプレッサハウジング６５の径が最大となる部分と、低圧段コンプレッサハウジング７５の径が最大となる部分とが、軸線Ｃ方向に偏倚して互いに干渉しないように、高圧段過給装置５５の低圧段過給装置５６に対する位置が定められている。

また、以上の配置において、高圧段過給装置５５と低圧段過給装置５６とは、互いに干渉しない範囲で可能な限り近接して配置されている。すなわち、高圧段シャフト６１と低圧段シャフト７１との軸線距離が近接するように配置されている。図４に示すように、軸線Ｃに沿った方向から見て（軸線Ｃに直交する仮想平面上において）、高圧段コンプレッサハウジング６５と低圧段コンプレッサハウジング７５とが重なり合う部分を有する程度まで、高圧段過給装置５５と低圧段過給装置５６とが近接していることが好ましい。

接続フランジ部８５は、左右方向において、低圧段タービンハウジング７４と概ね同一位置（重なり合う位置）に配置され、高圧段タービンハウジング６４の左方に配置されている。また、接続フランジ部８５は、上下方向において、高圧段タービンハウジング６４と概ね同一位置（重なり合う位置）に配置され、低圧段タービンハウジング７４の下方に配置されている。これにより、排気側バイパス通路８３は左右方向に延びる必要がなく、概ね上下方向に延在する一方、主通路８１は上下方向に延びる必要がなく、概ね左右方向に延在する。

また、主通路８１が接続フランジ部８５に連結された部分は、排気側バイパス通路８３が接続フランジ部８５に連結された部分よりも右方かつ下方に配置されている。これにより、主通路８１と排気側バイパス通路８３とは互いに干渉することなく、それぞれ概ね最短経路をとることができる。

上述した高圧段過給装置５５と低圧段過給装置５６との位置関係を達成するようにして、接続フランジ部８５、主通路８１、高圧段タービンハウジング６４、排気側連結通路８２、排気側バイパス通路８３、低圧段タービンハウジング７４、排気出口通路８８、ウェイストゲート通路９０は、鋳造によって一体成形されている。

＜排気マニホールドと多段過給装置との接続構造＞
排気マニホールド２０の下流側フランジ部４７と多段過給装置２４の接続フランジ部８５とは、通路ユニット１２０を介してボルト締結されている。通路ユニット１２０は、下流側フランジ部４７の接続面４６に面接触可能な排気マニホールド側端面１２１と、接続フランジ部８５の接続端面に面接触可能な過給装置側端面１２２と、排気マニホールド側端面１２１と過給装置側端面１２２とを連続するように互いに独立して形成された第１通路１２３および第２通路１２４とを備えている。通路ユニット１２０が下流側フランジ部４７と接続フランジ部８５との間に介装された状態で、第１通路１２３は主孔４９と主通路８１とを連続し、第２通路１２４はバイパス孔５０と排気側バイパス通路８３とを連続する。

第２通路１２４には、排気側バイパスバルブ１２５が設けられている。排気側バイパスバルブ１２５は、排気側バイパス通路８３に流入する排気量を調節し、高圧段タービンハウジング６４に流入する吸気量を調節する。排気側バイパスバルブ１２５は、リンク機構１２６を介してダイアフラム式の第３アクチュエータ１２７に連結されており、第３アクチュエータ１２７によって開閉駆動される。第３アクチュエータ１２７は、ブラケット１２８を介して低圧段タービンハウジング７４の外部に取り付けられており、図示しないＥＣＵに駆動制御されている。

＜第１実施形態の作用効果＞
本実施形態に係る多段過給装置２４は、エンジン１０の低回転時には、排気側バイパスバルブ１２５、ウェイストゲートバルブ９１、吸気側バイパスバルブ１０８を全閉とし、高圧段タービンハウジング６４および低圧段タービンハウジング７４に排気を通過させるとともに、低圧段コンプレッサハウジング７５および高圧段コンプレッサハウジング６５に吸気を通過させる。この状態では排気流量が比較的少ないため、高圧段過給装置５５が主に作動した状態となる。

そして、エンジン１０の回転数が低回転から増加して中回転となると、多段過給装置２４は、ウェイストゲートバルブ９１、吸気側バイパスバルブ１０８の閉状態を維持したまま、過給圧が所定値を超えないように排気側バイパスバルブ１２５の開度を調節し、高圧段タービンハウジング６４に流入する排気流量を調節する。この状態では、高圧段過給装置５５および低圧段過給装置５６がともに作動した状態となる。

さらに、エンジン１０の回転数が中回転から増加して高回転となると、多段過給装置２４は、排気側バイパスバルブ１２５および吸気側バイパスバルブ１０８を全開とするとともに、過給圧が所定値を超えないようにウェイストゲートバルブ９１の開度を調節し、低圧段タービンハウジング７４に流入する排気流量を調節する。この状態では、低圧段過給装置５６が主に作動した状態となる。以上のようにして、多段過給装置２４は、幅広いエンジン回転数帯で所定の過給圧を実現する。

本実施形態に係る多段過給装置２４は、接続フランジ部８５、主通路８１、高圧段タービンハウジング６４、排気側連結通路８２、排気側バイパス通路８３、低圧段タービンハウジング７４、排気出口通路８８、ウェイストゲート通路９０が、鋳造によって一体成形されているため、各構成要素を連結するための連結部材（フランジやボルト等）を省略することができ、熱容量を低減することができる。また、連結部材を省略したことによって、高圧段過給装置５５と低圧段過給装置５６とをより近接させることができる。

また、多段過給装置２４は、高圧段コンプレッサハウジング６５に対して高圧段タービンハウジング６４が設けられた方向と、低圧段コンプレッサハウジング７５に対して低圧段タービンハウジング７４が設けられた方向とが同一方向となっているため、高圧段タービンハウジング６４と低圧段タービンハウジング７４とが近接するとともに、高圧段コンプレッサハウジング６５と低圧段コンプレッサハウジング７５が近接し、排気側連結通路８２および吸気側連結通路１０６を短縮することができる。

高圧段過給装置５５を低圧段過給装置５６に対して軸線Ｃ方向に右方に偏倚させ、高圧段コンプレッサハウジング６５の径方向長さが最大となる部分と、低圧段コンプレッサハウジング７５の径方向長さが最大となる部分とを、軸線Ｃ方向に偏倚させて互いに干渉しないように配置したため、高圧段過給装置５５および低圧段過給装置５６（高圧段シャフト６１および低圧段シャフト７１と）は、より近接して配置される。また、高圧段過給装置５５を低圧段過給装置５６に対して軸線Ｃ方向に右方に偏倚させたことによって、高圧段タービンハウジング６４の高圧段ベアリングハウジング６６と相反する側の中央部と低圧段タービンハウジング７４の周縁部との距離が短くなるとともに、低圧段コンプレッサハウジング７５の低圧段ベアリングハウジング７６が中央部と高圧段コンプレッサハウジング６５の周縁部との距離が短くなるため、排気側連結通路８２および吸気側連結通路１０６をより短くすることができる。

低圧段タービンハウジング７４とバイパス孔５０とが左右方向において概ね同一位置に配置され、低圧段タービンハウジング７４に対して高圧段タービンハウジング６４が右方に偏倚するのと同様に主孔４９がバイパス孔５０に対して右方に偏倚しているため、主通路８１および排気側バイパス通路８３を短縮することができる。また、低圧段タービンハウジング７４が下流側フランジ部４７の上方に配置され、高圧段タービンハウジング６４が下流側フランジ部４７の右方に配置された構造に対し、上下方向において主孔４９を高圧段タービンハウジング６４と概ね同一の位置に配置し、バイパス孔５０を主孔４９よりも上方に配置したため、主通路８１および排気側バイパス通路８３を短縮することができる。

主孔４９およびバイパス孔５０が下流側フランジ部４７接続面４６に開口し、主通路８１および排気側バイパス通路８３が接続フランジ部８５の接続面８６に開口するようにしたため、通路ユニット１２０を介した接続が容易である。また、主通路８１および排気側バイパス通路８３の開口端を一つの連続した平面上に配置したことによって、ガスケットの枚数を削減できるともに、安定したシール性を確保することができる。また、排気マニホールド２０の加工が容易になる。

以上に説明したように、実施形態に係る多段過給装置２４のレイアウトでは、主通路８１、排気側連結通路８２、排気側バイパス通路８３を短くすることができるため、多段過給装置２４の熱容量を低減し、排気の温度低下を小さくすることができる。

以下に、第１実施形態の変形例としての第２〜第５実施形態について説明する。第２〜第５実施形態では、第１実施形態の多段過給装置２４と比較して、主通路８１および排気側バイパス通路８３の構造と、排気マニホールド２０の接続部４５の構造とが異なる。図面７〜１０では、第１実施形態の多段過給装置２４と異なる要部のみを示している。各実施形態において第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

＜第２実施形態＞
図７に示すように、第２実施形態に係る多段過給装置１４０では、接続フランジ部８５が通路ユニット１２０を介さずに、排気マニホールド２０の下流側フランジ部４７に直接に接続される。主通路８１は主孔４９に直接連続し、排気側バイパス通路８３はバイパス孔５０に直接連続している。また、排気側バイパス通路８３には、排気側バイパスバルブ１２５が設けられている。

以上のように構成すると、通路ユニット１２０の分だけ、排気流路を短くすることができ、エンジン１０全体のコンパクト化が図れるともに、排気温度の低下を小さくすることができる。

＜第３実施形態＞
図８に示すように、第３実施形態に係る多段過給装置１５０では、第２実施形態と同様に通路ユニット１２０を省略している。排気側バイパス通路８３は、排気マニホールド２０のバイパス孔５０に設けられている。こうように構成することで、一体成形される接続フランジ部８５、主通路８１、高圧段タービンハウジング６４、排気側連結通路８２、排気側バイパス通路８３、低圧段タービンハウジング７４、排気出口通路８８、ウェイストゲート通路９０の構成をより簡素にし、成形を容易にすることができる。

＜第４実施形態＞
図９に示すように、第４実施形態に係る多段過給装置１６０では、主通路８１と排気側バイパス通路８３との上流端同士が互いに連結し、１つの集合通路１６１を形成している。集合通路１６１の上流端は、接続フランジ部８５の接続面８６に開口している。排気側バイパスバルブ１２５は、排気側バイパス通路８３に設けられている。排気マニホールド２０は、下流側フランジ部４７の接続面４６に開口する１つの主孔１６２を備えている。接続フランジ部８５と下流側フランジ部４７とが接続された状態で、主孔１６２と集合通路１６１とが連続する。以上のように構成すると、排気マニホールド２０を簡素な構成とすることができる。

＜第５実施形態＞
図１０に示すように、第５実施形態に係る多段過給装置１７０では、第１実施形態と同様に通路ユニット１２０を介して接続フランジ部８５と下流側フランジ部４７とが接続されている。第１実施形態と同様に、接続フランジ部８５には主通路８１と排気側バイパス通路８３とが互いに独立して連結されている。排気マニホールド２０は、下流側フランジ部４７の接続面４６に開口する１つの主孔１７１を備えている。通路ユニット１２０は、上流端が排気マニホールド側端面１２１に連続する集合通路１７２と、集合通路１７２の下流端から二股に分岐してそれぞれ過給装置側端面１２２に連続する第１通路１７３および第２通路１７４と、第２通路１７４に設けられた排気側バイパスバルブ１２５とを備えている。接続フランジ部８５と下流側フランジ部４７との間に通路ユニット１２０が介装された状態で、集合通路１７２は主孔１７１に連続し、第１通路１７３は主通路８１に連続し、第２通路１７４は排気側バイパス通路８３に連続する。以上のように構成すると、主通路８１および排気側バイパス通路８３、排気マニホールド２０を簡素な構造とすることができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。上記の実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、これに限らず、ディーゼルエンジン以外のガソリンエンジン等の各種エンジンに適用してもよい。また、車両用以外のエンジン、例えばクランク軸を鉛直に配置した船外機等の船舶推進機用エンジンに適用してもよい。また、エンジンの気筒数および気筒の配置形態は任意に設定してよい。実施形態では、シリンダヘッド１３と別体に形成された排気マニホールド２０を排気集合通路としたが、排気集合通路をシリンダヘッド１３の一部として一体に成形してもよい。すなわち、シリンダヘッド内に排気集合通路を形成し、接続部４５および下流側フランジ部４７をシリンダヘッドの側面に形成してもよい。

また、実施形態では、接続フランジ部８５、主通路８１、高圧段タービンハウジング６４、排気側連結通路８２、排気側バイパス通路８３、低圧段タービンハウジング７４、排気出口通路８８、ウェイストゲート通路９０を鋳造によって一体成形したが、少なくとも接続フランジ部８５、主通路８１、高圧段タービンハウジング６４、排気側連結通路８２、低圧段タービンハウジング７４が一体成形されていればよく、排気側バイパス通路８３、排気出口通路８８、ウェイストゲート通路９０も一体成形するか否かは任意に選択してよい。

また、実施形態では、高圧段過給装置５５の上方に低圧段過給装置５６を配置したが、高圧段過給装置５５の下方に低圧段過給装置５６を配置してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更することが可能である。

１０…エンジン（内燃機関）、１３…シリンダヘッド、１５…気筒、２０…排気マニホールド（排気集合通路）、２４…多段過給装置、４６…接続面（排気集合通路側接続平面）、４７…下流側フランジ部、４９…主孔（第１排出口）、５０…バイパス孔（第２排出口）、５５…高圧段過給装置（第１過給装置）、５６…低圧段過給装置（第２過給装置）、６１…高圧段シャフト、６４…高圧段タービンハウジング（第１タービンハウジング）、６５…高圧段コンプレッサハウジング（第１コンプレッサハウジング）、７１…低圧段シャフト、７４…低圧段タービンハウジング（第２タービンハウジング）、７５…低圧段コンプレッサハウジング（第２コンプレッサハウジング）、８１…主通路、８２…排気側連結通路（連結通路）、８３…排気側バイパス通路（バイパス通路）、８５…接続フランジ部、８６…接続面（過給機側接続平面）、８８…排気出口通路、９０…ウェイストゲート通路、９１…ウェイストゲートバルブ、９４…第１アクチュエータ、１０１…高圧段吸気入口通路、１０２…高圧段吸気出口通路、１０３…低圧段吸気入口通路、１０４…低圧段吸気出口通路、１０６…吸気側連結通路、１０７…吸気側バイパス通路、１０８…吸気側バイパスバルブ、１１０…第２アクチュエータ、１２０…通路ユニット、１２１…排気マニホールド側端面、１２２…過給装置側端面、１２３…第１通路、１２４…第２通路、１２５…排気側バイパスバルブ、１２７…第３アクチュエータ

Claims

内燃機関の複数の気筒から排出された排気を集合する排気集合通路と、
前記排気集合通路に主通路を介して連続する第１タービンハウジングおよび前記第１タービンハウジングに連結された第１コンプレッサハウジングとを備えた第１過給装置と、
前記第１タービンハウジングに連結通路を介して連続する第２タービンハウジングおよび前記第２タービンハウジングに連結された第２コンプレッサハウジングを備えた第２過給装置とを有し、
前記第１過給装置と前記第２過給装置とは、互いに近接し、前記第１コンプレッサハウジングに対して前記第１タービンハウジングが設けられた方向と、前記第２コンプレッサハウジングに対して前記第２タービンハウジングが設けられた方向とが互いに略同一の方向となり、かつ前記第１タービンハウジングが前記第２タービンハウジングに対して前記第２コンプレッサハウジング側に偏倚して配置されており、
前記主通路と、前記第１タービンハウジングと、前記連結通路と、前記第２タービンハウジングとは、一体成形されていることを特徴とする多段過給装置。
前記排気集合通路と前記連結通路とを連続するバイパス通路をさらに有し、
前記主通路と、前記第１タービンハウジングと、前記連結通路と、前記第２タービンハウジングと、前記バイパス通路とは、一体成形されていることを特徴とする、請求項１に記載の多段過給装置。
前記排気集合通路は、前記主通路に連続する第１排出口と、前記バイパス通路に連続する第２排出口とを有し、
前記第１排出口と前記第２排出口とは、前記排気集合通路に形成された単一の排気集合通路側接続平面に開口していることを特徴とする、請求項２に記載の多段過給装置。
前記主通路の前記第１タービンハウジング側とは異なる側の開口端と、前記バイパス通路の前記連結通路側とは異なる側の開口端とは、単一のフランジ部に形成された１つの過給機側接続平面に開口していることを特徴とする、請求項３に記載の多段過給装置。
前記第１排出口は、前記第２排出口に対して、前記第１タービンハウジングが前記第２タービンハウジングに対して偏倚した方向と略同一の方向に偏倚していることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の多段過給装置。
前記第１コンプレッサハウジングは、前記第１過給装置の回転軸の軸線方向から見て、前記第２コンプレッサハウジングと重なり合う部分を有することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の多段過給装置。