JP5045848B2 - 内燃機関の過給機システム - Google Patents
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Description
上記目的を達成するため、本発明に従う内燃機関の過給機システムは、第1過給機と第2過給機とを備え、前記第1過給機は、前記内燃機関の吸気通路に設けられる第1コンプレッサホイール、前記内燃機関の排気通路に設けられて同第1コンプレッサホイールに第1シャフトにより連結される第1タービンホイール、前記第1コンプレッサホイールを囲繞する第1コンプレッサハウジング、及び前記第1タービンホイールを囲繞する第1タービンハウジングを有し、前記第2過給機は、前記吸気通路に設けられる第2コンプレッサホイール、前記排気通路に設けられて同第2コンプレッサホイールに第2シャフトにより連結される第2タービンホイール、前記第2コンプレッサホイールを囲繞する第2コンプレッサハウジング、及び前記第2タービンホイールを囲繞する第2タービンハウジングを有する。前記第1コンプレッサハウジングと前記第1タービンハウジングとの間に形成される空間に、前記第2コンプレッサハウジングの一部及び前記第2タービンハウジングの一部の少なくとも一方が位置するように、第1及び第2コンプレッサハウジング並びに第1及び第2タービンハウジングが構成される。
一般に、排気駆動式の過給機では、シャフトを支持するベアリングとして、ラジアル荷重を受けるフルフロートベアリングと、スラスト荷重を受けるスラストベアリングとを備えている。これに対して、上記構成によれば、第2ベアリングが、ラジアル荷重及びスラスト荷重の双方を受けるボールベアリングであることから、第2ベアリングがフルフロートベアリングとスラストベアリングとによって構成されるものに比べて、第2シャフトの長さを短くすることができる。従って、第1コンプレッサハウジングと第1タービンハウジングとの間に形成される空間に、第2コンプレッサハウジングの一部及び第2タービンハウジングの一部の双方が位置する構成を容易に実現することができるようになる。
同態様によれば、流量可変弁の開度制御を通じて第2タービンホイールに対して作用する排気の流量を可変とすることができる。これにより、第2過給機の過給特性を機関運転状態に応じて的確に変更することができるようになる。
同態様によれば、第2タービンホイールに対して作用する排気の流量を可変とする流量可変弁が、第2シャフトの軸方向に沿って、すなわち排気の流れ方向に対して垂直な方向に変位する円筒弁として構成されることから、同弁を駆動するために必要となる力を小さく抑えることができる。このため、流量可変弁のアクチュエータの体格を小さくすることができ、過給機システム全体としての体格を一層的確に小さくすることができるようになる。
或いは、前記第1コンプレッサハウジングと前記第2コンプレッサハウジングとは別体にて形成されるといった態様をもって具体化することができる。
或いは、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は別体にて形成されるといった態様をもって具体化することができる。
同態様によれば、第1タービンハウジング及び第2タービンハウジングの少なくとも一方に製造時におけるばらつきや組み付け時におけるばらつきが存在する場合であっても、それらのばらつきを接続部の弾性変形を通じて吸収することができる。従って、タービンハウジングを容易に組み付けることができるようになる。
以下、図1〜図6を参照して、本発明に係る内燃機関の過給機システムを車載内燃機関の過給機システムとして具体化した第1実施形態について説明する。
同図に示すように、内燃機関1の機関本体10には、機関本体10に吸気を供給するための吸気通路20及び機関本体10から排気を排出するための排気通路30がそれぞれ接続されている。
図3は、本実施形態における過給機の平面構造を示した平面図である。
同図に示すように、低圧過給機LTC及び高圧過給機HTCはそれらのシャフトLS,HSが平行となるように設けられている。
同図に示すように、低圧コンプレッサホイール54は、高圧コンプレッサホイール55に比べて径方向における体格が大きなものとなっている。これにともない、低圧コンプレッサハウジング部51は高圧コンプレッサハウジング部52に比べて径方向における体格が大きなものとなっている。また、低圧タービンホイール64は、高圧タービンホイール65に比べて径方向における体格が大きなものとなっている。これにともない、低圧タービンハウジング部61は高圧タービンハウジング部62に比べて径方向における体格が大きなものとなっている。
同図に示すように、円筒弁91は、円筒形状をなす円筒部91A、円筒部91Aにおいて高圧タービンホイール65側の端部に接続される先端部91B、及び円筒部91Aにおいて高圧タービンホイール65とは反対側の端部に接続される基端部91Cを有している。先端部91Bは円環状をなすものであり、円筒部91Aにおいて高圧タービンホイール65側の端部から高圧シャフトHSの軸方向に垂直をなす方向に伸びる態様にて設けられている。基端部91Cは、円筒部91Aにおいて高圧タービンホイール65とは反対側に向けて徐々に縮径される形状をなす部分とその基端(図5中、右端)から伸びる軸状の部分とを有している。また、基端部91Cには、円筒弁91の内部の排気を外部へと排出するための排出孔91Eが形成されている。尚、基端部91Cにおける軸状の部分にアクチュエータ92の出力軸が連結されている。また、円筒部91Aの外周面において高圧タービンホイール65の内周面に対向する位置には全周にわたってシール溝91Dが形成されており、このシール溝91Dには円環状のシール部材68が取り付けられている。
(1)内燃機関1は、吸気通路20に設けられる低圧コンプレッサホイール54及び排気通路30に設けられて低圧コンプレッサホイール54に低圧シャフトLSにより連結される低圧タービンホイール64を有する低圧過給機LTCと、吸気通路20に設けられる高圧コンプレッサホイール55及び高圧コンプレッサホイール55に高圧シャフトHSにより連結される高圧タービンホイール65を有する高圧過給機HTCとを備える。また、低圧コンプレッサホイール54を囲繞する低圧コンプレッサハウジング部51と低圧タービンホイール64を囲繞する低圧タービンハウジング部61との間に形成される空間Sに、高圧コンプレッサホイール55を囲繞する高圧コンプレッサハウジング部52の一部及び高圧タービンホイール65を囲繞する高圧タービンハウジング部62の一部の双方が位置するように、これらコンプレッサハウジング部51,52及びタービンハウジング部61,62が設けられるものとした。これにより、上記空間Sに、高圧コンプレッサハウジング部52の一部及び高圧タービンハウジング部62の一部の双方が位置しない構造に比べて、低圧シャフトLSの軸方向に対して垂直な方向における過給機システム全体としての体格を小さなものとすることができる。また、上記空間Sに、高圧コンプレッサハウジング部の一部及び高圧タービンハウジング部の一部のいずれか一方が位置する構造に比べて、低圧シャフトLSの軸方向における過給機システム全体としての体格を小さなものとすることができる。従って、過給機システム全体としての体格を的確に小さくすることができる。
<第2実施形態>
以下、図7を参照して本発明に係る内燃機関の過給機システムの第2実施形態について説明する。本実施形態では、低圧コンプレッサハウジング151と高圧コンプレッサハウジング152とが別体にて形成されるとともに、低圧タービンハウジング161と高圧タービンハウジング162とが別体にて形成される点が、第1実施形態と相違している。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
(1)低圧コンプレッサハウジング151と高圧コンプレッサハウジング152とは別体に形成されるものとした。また、低圧コンプレッサハウジング151と高圧コンプレッサハウジング152とはゴムにより形成されるコンプレッサ接続部153により接続されるものとした。これにより、低圧コンプレッサハウジング151及び高圧コンプレッサハウジング152の少なくとも一方に製造時におけるばらつきや組み付け時におけるばらつきが存在する場合であっても、それらのばらつきをコンプレッサ接続部153の弾性変形を通じて吸収することができる。従って、コンプレッサハウジング151,152を容易に組み付けることができる。
Claims (13)
- 第1過給機と第2過給機とを備える、内燃機関の過給機システムにおいて、
前記第1過給機は、前記内燃機関の吸気通路に設けられる第1コンプレッサホイール、前記内燃機関の排気通路に設けられて同第1コンプレッサホイールに第1シャフトにより連結される第1タービンホイール、前記第1コンプレッサホイールを囲繞する第1コンプレッサハウジング、及び前記第1タービンホイールを囲繞する第1タービンハウジングを有し、
前記第2過給機は、前記吸気通路に設けられる第2コンプレッサホイール、前記排気通路に設けられて同第2コンプレッサホイールに第2シャフトにより連結される第2タービンホイール、前記第2コンプレッサホイールを囲繞する第2コンプレッサハウジング、及び前記第2タービンホイールを囲繞する第2タービンハウジングを有し、
前記第1コンプレッサハウジングと前記第1タービンハウジングとの間に形成される空間に、前記第2コンプレッサハウジングの一部及び前記第2タービンハウジングの一部の少なくとも一方が位置するように、第1及び第2コンプレッサハウジング並びに第1及び第2タービンハウジングが構成されるとともに、
前記第1コンプレッサホイールは前記第2コンプレッサホイールに比べて径方向における体格が大きくされるとともに、前記第1タービンホイールは前記第2タービンホイールに比べて径方向における体格が大きくされ、
前記第2タービンハウジングの内部には、前記第2タービンホイールに対して作用する排気の流量を可変とする流量可変機構として、前記第2シャフトの軸方向に沿って変位する円筒弁が設けられ、
同円筒弁が全開位置にあるときの当該円筒弁の先端部から前記第2タービンハウジングにおける同円筒弁の先端部と対向する壁面までの距離が、前記第2タービンホイールの軸方向の長さよりも長い
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項1に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
前記空間に前記第2コンプレッサハウジングの一部及び前記第2タービンハウジングの一部の双方が位置するように、第1及び第2コンプレッサハウジング並びに第1及び第2タービンハウジングが構成される
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
前記第2シャフトを支持する第2ベアリングはボールベアリングである
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
前記空間に前記第2コンプレッサハウジングの一部及び前記第2タービンハウジングの一部の双方が位置するようにこれら第1及び第2コンプレッサハウジング並びに第1及び第2タービンハウジングが構成され、
前記第1過給機は、前記第1シャフトを支持する第1ベアリング、及び前記第1ベアリングを囲繞する第1ベアリングハウジングを有し、
前記第2過給機は、前記第2シャフトを支持する第2ベアリング、及び前記第2ベアリングを囲繞する第2ベアリングハウジングを有し、
前記第1ベアリングハウジングと前記第2ベアリングハウジングとは一体にて形成される
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
前記第1コンプレッサホイールは前記第2コンプレッサホイールよりも前記吸気通路の上流側に設けられ、
前記空間に前記第2コンプレッサハウジングの一部が位置するように、第1及び第2コンプレッサハウジング並びに第1及び第2タービンハウジングが構成され、
前記第1コンプレッサハウジングと前記第2コンプレッサハウジングとは一体にて形成される
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項5に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
前記第1コンプレッサホイールは前記第2コンプレッサホイールに比べて径方向における体格が大きくされ、
前記第2コンプレッサホイールを迂回する吸気迂回通路が前記第1コンプレッサハウジング及び前記第2コンプレッサハウジングと一体にて形成される
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
前記第1コンプレッサハウジングと前記第2コンプレッサハウジングとは別体にて形成される
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項7に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
前記第1コンプレッサハウジングと前記第2コンプレッサハウジングとは弾性部材からなる接続部により接続される
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
前記第1タービンホイールは前記第2タービンホイールよりも前記排気通路の下流側に設けられ、
前記空間に前記第2タービンハウジングの一部が位置するように、第1及び第2コンプレッサハウジング並びに第1及び第2タービンハウジングが構成され、
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は一体にて形成される
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項9に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
前記第1タービンホイールは前記第2タービンホイールに比べて径方向における体格が大きくされ、
前記第1タービンホイールを迂回する排気迂回通路が前記第1タービンハウジング及び前記第2タービンハウジングと一体にて形成される
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
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は別体にて形成される
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項11に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
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は弾性部材からなる接続部により接続される
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。 - 請求項12に記載の内燃機関の過給機システムにおいて、
前記接続部は蛇腹構造を有している
ことを特徴とする内燃機関の過給機システム。
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