JP2017214875A - ターボ過給機付エンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ターボ過給機付エンジン1は、排気通路上において大型ターボ部3Aの上流に小型ターボ部3Bが直列に並ぶ2ステージ型のターボ過給機3を備える。ターボ過給機3は、気筒2の軸方向における平面視において、大タービン軸37が小タービン軸38よりもエンジン出力軸から遠くなるように配置されている。また、タービン側から見た側面視において、大タービン軸37は、その軸回りに時計方向に回転し、且つ、タービン間通路54は、大タービン軸37よりもエンジン本体10側に配置されている。このため、上記大タービン軸37の右方向シフトを利用して、タービン間通路54を短く、湾曲の少ない通路として設定することが可能となる。従って、タービン間通路54における排気のフロー抵抗を小さくでき、過給効率を高めることができる。
【選択図】図5
Description
B/2≦A≦B
の範囲に設定されていることが望ましい。
B/2≦A≦B/2+C
の範囲に設定されていることが望ましい。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジンを詳細に説明する。先ずは、当該エンジンの概略構成について説明する。図1は、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジン1の斜視図である。図1及び他の図面において、前後、左右、上下の方向表示を付している。これは説明の便宜のためであり、実際の方向を必ずしも示すものではない。
図2は、ターボ過給機付エンジン1及びその周辺部品の構成と、吸気及び排気のフローとを模式的に示す図である。エンジン1は、エンジン本体10と、エンジン本体10に燃焼用の空気を導入するための吸気通路P1と、エンジン本体10で生成された燃焼ガス(排気)を排出するための排気通路P2と、これら吸気通路P1及び排気通路P2の一部を各々構成する通路を備えたターボ過給機3と、排気通路P2の下流端付近に配置された排気浄化装置70と、吸気通路P1と排気通路P2との間に配置されたEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置80とを備えている。
続いて、本実施形態に係るターボ過給機3の詳細構造について、図2を参照して説明する。既述の通りターボ過給機3は、中速〜高速回転域動作用の大型ターボ部3Aと低速回転域動作用の小型ターボ部3Bとを備える。大型ターボ部3Aは、大タービン室33(第2タービン室)及び大コンプレッサ室34(第2コンプレッサ室)を備える。同様に、小型ターボ部3Bは、小タービン室35(第1タービン室)及び小コンプレッサ室36(第1コンプレッサ室)を備える。大タービン室33及び小タービン室35は排気通路P2に連通しており、大コンプレッサ室34及び小コンプレッサ室36は吸気通路P1に連通している。
続いて、主に図3を参照して、ターボ過給機3内における過給機内排気通路50の具体的な配置関係、通路の形状当について詳述する。図3は、ターボ過給機3を大、小タービン33T、35T(大、小タービン室33、35)側から見た側面視の縦方向断面図である。図3には、大型ターボ部3Aの大タービン室33を区画する大型タービンケース31と、小型ターボ部3Bの小タービン室35を区画する小型タービンケース32とが示されている。大型タービンケース31は、例えば板金製のケースからなり、その下端に上フランジ部311を有する。小型タービンケース32は、例えば鋳鉄性のケースからなり、排気通路の上流側には導入フランジ部321が、下流側には下フランジ部322が一体的に備えられている。
続いて、図4及び図5を参照して、大、小タービン軸37、38及びタービン間通路54の配置について説明する。図4は、ターボ過給機付エンジン1の模式的な上面図、図5は、図3と同じく、ターボ過給機3を大、小タービン33T、35T(大、小タービン室33、35)側から見た側面視の縦方向断面図である。
B/2≦A≦B ・・・(1)
の範囲に設定されることが好ましい。軸心間距離AがB/2よりも小さくなると、下流端54Eから上流端54Uにかけて、タービン間通路54を右方向に大きく湾曲させる必要が生じる。このため、当該タービン間通路54を通過する排気の抵抗が大きくなる傾向が顕著となる。また、軸心間距離AがBよりも大きくなると、タービン間通路54を左方向に大きく湾曲させる必要が生じ、同様に排気抵抗が大きくなる傾向が顕著となる。
B/2≦A≦B/2+C ・・・(2)
の範囲に設定さることが好ましい。軸心間距離AがB/2よりも小さくなると、上記と同様に、下流端54Eから上流端54Uにかけて、タービン間通路54を右方向に大きく湾曲させる必要が生じ、排気抵抗が大きくなる傾向が顕著となる。また、軸心間距離AがB/2+Cよりも大きくなると、タービン間通路54を左方向に大きく湾曲させる必要が生じ、排気抵抗が大きくなる傾向が顕著となる。
次に、図6、図7を参照して、ターボ過給機3内における排気のフローを説明する。図6は、エンジン本体10の低速回転域における、ターボ過給機3内の排気のフローを示す断面図である。低速回転域では、バルブアクチュエータ6Aは弁本体61を閉姿勢とし、排気バイパス通路57が閉じられる。この場合、エンジン本体10側から吐出されてくる排気(矢印F)は、小型タービンケース32の排気導入通路51に進入する。排気は、連絡通路52によって下方に導かれ、小スクロール通路53の上流部53Uに至る(矢印F1)。そして排気は、小タービン35Tに作用すべく、小タービン35Tの外周部の小スクロール通路53から小タービン軸38に向かう方向に流入し、小タービン35Tを矢印R2で示す時計方向に回転させる。
以上説明した本実施形態に係るターボ過給機付エンジン1によれば、次のような作用効果を奏する。ターボ過給機付エンジン1は、過給機内排気通路50上において大型ターボ部3Aの上流に小型ターボ部3Bが直列に並ぶ2ステージ型のターボ過給機3を備える。ターボ過給機3は、気筒2の軸方向における平面視において、大タービン軸37(第2タービン軸)が小タービン軸38(第1タービン軸)よりもエンジン本体10のクランク軸23(エンジン出力軸L3)から遠くなるように配置されている。このため、大タービン軸37(大ターボ軸L2)を通り気筒2の軸方向に延びる軸線に対し、小タービン軸38(小ターボ軸L3)は右方向にシフトした位置に存在する(図3、図5参照)。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図4において、大ターボ軸L2と小ターボ軸L3とが非平行に配置され、大ターボ軸L2と小ターボ軸L3とが、大、小コンプレッサ室34、36側において互いに交差する例を示した。これに代えて、両ターボ軸L2、L3を互いに平行、且つ、エンジン出力軸L1と平行に配置しても良い。
10 エンジン本体
2 気筒
23 クランク軸(エンジン出力軸)
3 ターボ過給機
3A 大型ターボ部(第2ターボ部)
3B 小型ターボ部(第1ターボ部)
33 大タービン室(第2タービン室)
33T 大タービン(第2タービン)
34 大コンプレッサ室(第2コンプレッサ室)
34B 大コンプレッサ(第2コンプレッサ)
35 小タービン室(第1タービン室)
351 出口部(第1タービン室の出口)
35T 小タービン(第1タービン)
36 小コンプレッサ室(第1コンプレッサ室)
36B 小コンプレッサ(第1コンプレッサ)
37 大タービン軸(第2タービン軸)
38 小タービン軸(第1タービン軸)
54 タービン間通路
55 大スクロール通路(スクロール通路)
55U スクロール入口部(第2タービン室の入口/スクロール通路の入口部)
57 排気バイパス通路(バイパス通路)
57E 下流端
P1 吸気通路
P2 排気通路
L1 エンジン出力軸
L2 大ターボ軸L2(第2ターボ軸)
L3 小ターボ軸L3(第1ターボ軸)
Claims (7)
- 気筒及びエンジン出力軸を備えるエンジン本体と、
前記エンジン本体に隣接して配置され、前記エンジン本体から排気が供給される排気通路と前記エンジン本体へ吸気を供給する吸気通路とを有し、前記吸気を過給するターボ過給機と、を備え、
前記ターボ過給機は、
前記排気通路に連通する第1タービン内蔵の第1タービン室及び前記吸気通路に連通する第1コンプレッサ内蔵の第1コンプレッサ室と、これら両室間に延びて前記第1タービンと前記第1コンプレッサとを連結する第1タービン軸とを含む第1ターボ部と、
前記排気通路に連通する第2タービン内蔵の第2タービン室及び前記吸気通路に連通する第2コンプレッサ内蔵の第2コンプレッサ室と、これら両室間に延びて前記第2タービンと前記第2コンプレッサとを連結する第2タービン軸とを含む第2ターボ部と、を有し、
前記第1タービン室は、前記排気通路において前記第2タービン室よりも上流側に配置され、前記第1タービン軸及び前記第2タービン軸は、大略的に前記エンジン出力軸と同方向に延びるように配置されており、
前記気筒の軸方向における平面視において、前記第2タービン軸が前記第1タービン軸よりも前記エンジン出力軸から遠くなるように、前記第2ターボ部が前記エンジン本体に対して配置され、
前記第1、第2タービン軸を前記第1、第2タービン室側から見た側面視において、
前記エンジン本体は前記第2ターボ部の左側に位置し、
前記第2タービン軸は、その軸回りに時計方向に回転し、
前記第1タービン室の出口から前記第2タービン室の入口に至るタービン間通路は、前記第2タービン軸よりも前記エンジン本体側に配置されている、
ことを特徴とするターボ過給機付エンジン。 - 請求項1に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記第1タービン軸と前記第2タービン軸、若しくは前記第1タービン軸の軸線である第1ターボ軸と前記第2タービン軸の軸線である第2ターボ軸とが、前記第1、第2コンプレッサ室側において交差するように、前記第1、第2ターボ部が前記エンジン本体に対して配置されている、ターボ過給機付エンジン。 - 請求項1又は2に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記側面視において、前記第1タービン軸と前記第2タービン軸との左右方向の軸心間距離Aは、前記第2タービンの外径をBとするとき、
B/2≦A≦B
の範囲に設定されている、ターボ過給機付エンジン。 - 請求項1又は2に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記第2タービン室は、前記第2タービンの周囲に形成されたスクロール通路を備え、
前記側面視において、前記第1タービン軸と前記第2タービン軸との左右方向の軸心間距離Aは、前記第2タービンの外径をB、前記スクロール通路の入口部の直径をCとするとき、
B/2≦A≦B/2+C
の範囲に設定されている、ターボ過給機付エンジン。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記第2タービンが、前記第1タービンよりも大径のタービンである、ターボ過給機付エンジン。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記側面視において、前記タービン間通路の右方側に配置され、前記第1タービン室をバイパスして、前記エンジン本体から供給される排気を前記第2タービン室に導くバイパス通路をさらに備える、ターボ過給機付エンジン。 - 請求項6に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記バイパス通路の下流端は、前記タービン間通路に合流している、ターボ過給機付エンジン。
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