JP5499953B2 - 車両用エンジンのターボ過給装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用エンジンのターボ過給装置に関し、特に第１ターボ過給機とこの第１ターボ過給機に対して直列状に配置された第２ターボ過給機を備えた車両用エンジンのターボ過給装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンでは、圧縮行程における圧縮比の低下により各軸受部等の機械抵抗を低減して燃費の向上を図ることができ、また、圧縮比の減少により燃焼温度を低下させて排気に含まれるＮｏｘを低減できることが知られている。しかし、前述のように圧縮比を低下させた場合、エンジン出力の低下を招く。そこで、圧縮比を低下しつつエンジン出力の低下を改善する有効な手段として、エンジンから排出される排気の運動エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給装置が広く採用されている。

このターボ過給装置には、主として低速低負荷時に吸気を過給する小型ターボ過給機と、主として高速高負荷時に吸気を過給する大型ターボ過給機を備え、エンジンの運転状態に応じて小型ターボ過給機の過給特性を切替え可能なシーケンシャル型ターボ過給装置が存在している。

特許文献１のターボ過給装置は、大容量の第１ターボ過給機と、この第１ターボ過給機より高い位置に配置された小容量の第２ターボ過給機をエンジンの一側壁に備え、第１過給機コンプレッサの下流側に第２過給機コンプレッサを配置し、冷却液クーラの上流側且つ第１過給機コンプレッサと第２過給機コンプレッサの間の位置にインタークーラを配置している。これにより、インタークーラと第２過給機コンプレッサの間の吸入空気配管を短く抑え、配置スペースを節約している。

ディーゼルエンジンには、排気を浄化するために大型の排気フィルタ装置、例えばＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が設けられるため、小型ターボ過給機及び大型ターボ過給機に加えて排気フィルタ装置を含めた配置レイアウトが提案されている。
特許文献２のターボ過給装置は、小型ターボ過給機と、大型ターボ過給機と、この大型ターボ過給機タービン出口に接続されたＤＰＦをエンジンの一側壁に備え、大型ターボ過給機を小型ターボ過給機よりも下方にオフセットして配置し、ＤＰＦを小型ターボ過給機の下方且つ大型ターボ過給機と略同じ高さ位置に配置すると共にその排気導入口が大型ターボ過給機タービン側に開口するように配置している。これにより、ＤＰＦ、小型ターボ過給機及び大型ターボ過給機等をエンジンの一側壁側にコンパクトに配置でき、また、排気エネルギーの損失が少なく且つ温度の高い排気を得ることができ、過給性能及びＤＰＦの再生効率を向上している。

特開２００３−２３９７５２号公報 特開２００６−７０８７８号公報

特許文献１のターボ過給装置では、大型の第１ターボ過給機と小型の第２ターボ過給機を上下２段配置したことにより吸気配管の短縮化を図ることができる。エンジン周辺にはＤＰＦ等の大型部品が装着されるため、吸気配管以外に排気配管や排気系部品等のレイアウト性も要求される。しかし、特許文献１には、ＤＰＦ等の排気フィルタ装置や排気配管等の排気系部品の具体的なレイアウトについての開示は存在していない。

特許文献２のターボ過給装置では、エンジン後方に配置用スペースを形成し、この配置用スペースを利用して過給エア管を配管することができる。しかし、小型過給機タービンの排出部から大型過給機タービンの導入部まで接続するタービン間通路が小型過給機タービンを迂回して小型過給機タービンの上方位置に配置されているため、タービン間通路が略コ字状に形成され通路長が長くなる虞がある。このようにタービン間通路が長い場合、排気の熱エネルギーが外気へ放熱され、排気の運動エネルギー低下に起因して過給効率の低下、ＤＰＦの再生効率の低下、触媒の活性化遅れ等の問題が懸念される。

本発明の目的は、シーケンシャル型ターボ過給機装置において、外気へ放熱される排気の熱エネルギーを抑制可能な車両用エンジンのターボ過給装置、第２過給機タービンへの排気導入性能を維持しつつエンジン周辺のレイアウトをコンパクト化できる車両用エンジンのターボ過給装置等を提供することである。

請求項１の車両用エンジンのターボ過給装置は、第１ターボ過給機と、この第１ターボ過給機に対して排気系下流側に配設された第２ターボ過給機と、前記第１ターボ過給機の第１タービンの排出部から第２ターボ過給機の第２タービンの導入部まで接続するタービン間通路と、排気マニホールドに接続された前記第１タービンの導入通路と、前記第１タービンをバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路を開閉可能な制御弁を備えた車両用エンジンのターボ過給装置において、前記第１ターボ過給機の第１タービンシャフトと第２ターボ過給機の第２タービンシャフトが略平行に配置され、前記タービン間通路は、前記第１，第２タービンシャフトの軸方向から視て前記第１タービンの排出部から第２ターボ過給機側へ略ストレートに延びて第２タービンの外周部に接線方向から連なるように接続され、前記タービン間通路とバイパス通路は、前記タービン間通路に対して前記バイパス通路を前記第１，第２タービンシャフトの軸方向において前記第１，第２ターボ過給機の第１，第２コンプレッサに近い側に配設して各通路が直接重なるように隣接させた状態で一体的に形成され、前記バイパス通路が前記タービン間通路と前記第１タービンの導入通路の中間部とに接続されたことを特徴としている。

この車両用エンジンのターボ過給装置においては、前記第１タービンシャフトと第２タービンシャフトを略平行に配置して、前記タービン間通路が前記第１，第２タービンシャフトの軸方向から視て前記第１タービンの排出部から第２ターボ過給機側へ略ストレートに延びているため、前記第１タービンの排出部から第２タービンの導入部までを短距離の通路長で接続することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記タービン間通路とバイパス通路と第１タービンの導入通路が一体的な排気通路ユニットに構成され、前記排気通路ユニットは、前記第１ターボ過給機側の第１ユニット部と第２ターボ過給機側の第２ユニット部を備え、前記第１ユニット部にエンジンから第１タービンへ排気を送る導入通路とエンジンから第２タービンへ排気を送る排気通路の一部を設けたことを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１タービンは第２タービンの下方位置に配置されたことを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記第１ユニット部と第２ユニット部の接続部分に前記制御弁を設けたことを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記制御弁はバタフライ弁であることを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項４又は５の発明において、前記接続部分において前記第１ユニット部と第２ユニット部とを中間部材を介して連結し、この中間部材に前記制御弁を配置したバイパス通路の一部とタービン間通路の一部を形成したことを特徴としている。
請求項７の発明は、請求項１〜６の何れか１項の発明において、前記第２タービン側におけるタービン間通路の横断面形状を扁平状に形成すると共に、この断面の長軸が前記第２タービンシャフトと略直交するように構成したことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、第１タービンシャフトと第２タービンシャフトを略平行に配置して、タービン間通路が第１，第２タービンシャフトの軸方向から視て第１タービンの排出部から第２ターボ過給機側へ略ストレート状に延びるため、第１タービンの排出部から第２タービンの導入部までを短距離の通路長で接続することができ、外気へ放熱される排気の熱エネルギーを抑制することができる。それ故、第２ターボ過給機による過給効率の増加や、排気側下流にＤＰＦや触媒等を装備している場合、ＤＰＦの再生効率向上及び触媒の早期活性化を図ることができる。また、タービン間通路が第２タービンの外周部に接線方向から連なるように接続され、タービン間通路とバイパス通路が、タービン間通路に対してバイパス通路を第１，第２タービンシャフトの軸方向において前記第１，第２ターボ過給機の第１，第２コンプレッサに近い側に配設して各通路が直接重なるように隣接させた状態で一体的に形成され、前記バイパス通路が前記タービン間通路と前記第１タービンの導入通路の中間部とに接続されているため、第２タービンへの排気導入性能を高く維持できると共に、第１ターボ過給機と第２ターボ過給機の間の通路長を短縮化してエンジン周辺のレイアウトをコンパクト化でき、これに伴い軽量化と製造コスト低減を図ることができる。

請求項２の発明によれば、第１ターボ過給機と第２ターボ過給機の間の通路をユニット化しているため、第１，第２ターボ過給機エンジンに対する支持を容易化でき、メインテナンス時の作業効率を向上できる。
請求項３の発明によれば、エンジンの側壁に沿って第１ターボ過給機と第２ターボ過給機を上下に配置することができ、エンジン周辺のレイアウト性を維持しながら第１，第２ターボ過給機のエンジンに対する支持強度を増すことができる。
請求項４の発明によれば、排気通路ユニットに対する制御弁の組付け性と制御弁のメインテナンス性を確保することができる。

請求項５の発明によれば、制御弁の開度調節を細かく制御することができ、過給の調節を精度よく制御できる。
請求項６の発明によれば、簡単な構成で排気通路ユニットに対する制御弁の組付け性と制御弁のメインテナンス性を確保することができる。
請求項７の発明によれば、第２タービンに対して排気導入効率を増すことができる。

本発明に係る車両用エンジンのターボ過給装置を車両後方から視た正面図である。 エンジンの車両上方から視た平面図である。 エンジンの右側面図である。 吸気通路ユニットと排気通路ユニットを車両後方から視た正面図である。 吸気通路ユニットと排気通路ユニットを右側方から視た側面図である。 排気通路ユニットの斜視図である。 第１ユニット部と第２ユニット部の斜視図である。 中間部材の斜視図である。 吸気及び排気の流れを概略的に示す概略図である。 運転モード切替用制御マップである。 各運転モードにおけるバルブ開閉状態を示す表である 本実施例に係る潤滑油通路を示す斜視図である。 潤滑油通路を示す正面図である。 潤滑油通路を示す左側面図ある。 本実施例に係る冷却水通路を示す斜視図である。 冷却水通路を示す正面図である。 冷却水通路を示す左側面図である。 冷却水通路を車両上方から視た平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
尚、以下の実施例において、車両の前後方向を前後方向とし、車両後方から視て左右方向を左右方向として説明する。

以下、本発明の実施例１について図１〜図１８に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、直列４気筒ディーゼルエンジン１は、シリンダブロック２と、このシリンダブロック２の上部に配設されるシリンダヘッド３と、このシリンダヘッド３の上部を覆うシリンダヘッドカバー４と、シリンダブロック２の左側端部に配設される変速機ユニット５等を備えている。

エンジン１は、クランクシャフト（図示略）方向が車両の車軸方向になるように横置きに配置され、吸気ポート３ａが車両前側、排気ポ―ト３ｂが車両後側になるよう配置されている。このエンジン１は、圧縮行程における圧縮比が、通常のディーゼルエンジンの圧縮比に比べて低く、例えば圧縮比が１４前後に制御されるよう構成されている。変速機ユニット５は、ユニットを覆うトランスファーケース（図示略）を備え、このトランスファーケースは、エンジン１の後側側壁よりも車両後方に張り出している。

図１〜図３，図９に示すように、エンジン１の吸気系は、吸気中のダスト等を除去するエアクリーナ６と、主として低速時に吸気を過給する小容量の第１ターボ過給機７の第１コンプレッサ７ａと、主として中高速時に吸気を過給する第１ターボ過給機７より容量の大きな第２ターボ過給機８の第２コンプレッサ８ａと、加圧により高温となった吸気を冷却するインタークーラ９と、吸気をエンジン１の各吸気ポート３ａへ導く吸気マニホールド１０等を備えている。

図４，図９に示すように、第１ターボ過給機７は、第１コンプレッサ７ａと、第１タービン７ｂと、第１コンプレッサ７ａと第１タービン７ｂを同期回転可能に連結する第１タービンシャフト７ｃと、第１コンプレッサ７ａの外周を覆う第１コンプレッサハウジング２１と、第１タービン７ｂの外周を覆う第１タービンハウジング２２と、第１タービンシャフト７ｃを回転自在に軸支し且つ第１タービンシャフト７ｃの外周を覆う第１センタハウジング２３等を備えている。第１センタハウジング２３が第１コンプレッサハウジング２１と第１タービンハウジング２２を一体的に連結している。図１に示すように、第１ターボ過給機７は、第１タービンシャフト７ｃがエンジン１のクランクシャフトに略平行となるようエンジン１の後側に配置されている。

第２ターボ過給機８は、第２コンプレッサ８ａと、第２タービン８ｂと、第２コンプレッサ８ａと第２タービン８ｂを同期回転可能に連結する第２タービンシャフト８ｃと、第２コンプレッサ８ａの外周を覆う第２コンプレッサハウジング３１と、第２タービン８ｂの外周を覆う第２タービンハウジング３２と、第２タービンシャフト８ｃを回転自在に軸支し且つ第２タービンシャフト８ｃの外周を覆う第２センタハウジング３３等を備えている。第２センタハウジング３３が第２コンプレッサハウジング３１と第２タービンハウジング３２を一体的に連結している。図１に示すように、第２ターボ過給機８は、第１ターボ過給機７の鉛直上方位置に配置され、第２タービンシャフト８ｃがエンジン１のクランクシャフトに略平行となるようエンジン１の後側に配置されている。

図４，図９に示すように、第２コンプレッサ８ａの導入部にはエアクリーナ６から延びる吸気流入通路１４が接続されている。第２コンプレッサ８ａの排出部と第１コンプレッサ７ａの導入部はコンプレッサ接続通路１５により接続されている。コンプレッサ接続通路１５の途中部からインタークーラ９を介して吸気マニホールド１０へ吸気を送る吸気送り通路１６が分岐している。吸気送り通路１６の内部には、吸気カットバルブ１７が設けられている。この吸気カットバルブ１７は、スイングバルブにより構成され、アクチュエータ１７ａにより駆動されるよう形成されている。第１コンプレッサ７ａの排出部には、コンプレッサ下流通路１８が接続されている。このコンプレッサ下流通路１８は、吸気カットバルブ１７の下流側位置にて吸気送り通路１６へ接続されている。

図４に示すように、第１コンプレッサハウジング２１と、第２コンプレッサハウジング３１と、コンプレッサ接続通路１５と、吸気送り通路１６の一部と、コンプレッサ下流通路１８の一部により一体的な吸気通路ユニット４９が形成されている。吸気通路ユニット４９は、靭性の高い金属材料、例えばアルミ合金の鋳造成形品として形成されている。また、性能条件により、鋳造成形品の熱処理を省略しても良い。

図１〜図３，図９に示すように、エンジン１の排気系は、各排気ポ―ト３ｂから排気を導いて１つに集合させる排気マニホールド１１と、排気エネルギーにより駆動される第１ターボ過給機７の第１タービン７ｂと、同様に排気エネルギーにより駆動される第２ターボ過給機８の第２タービン８ｂと、排気浄化装置１２と、排気の一部を吸気マニホールド１０へ還流させるためのＥＧＲ管１３等を備えている。排気マニホールド１１は、シリンダヘッド３内部にて各排気ポ―ト３ｂを合流するように形成され、排気マニホールド１１の下流端部には第１ターボ過給機７を接続するためフランジ１１ａが形成されている。

第１ターボ過給機７と第２ターボ過給機８は、エンジン１に対してフランジ１１ａを挟むように上下２段に配置され、第１タービン７ｂの排出部と第２タービン８ｂの排出部がエンジン１のクランクシャフト方向右側に配置されている。
第１ターボ過給機７は、シリンダブロック２の上部における左側位置且つフランジ１１ａの下側位置に配置され、第２ターボ過給機８は、シリンダヘッドカバー４における左側位置且つフランジ１１ａの上側位置に配置されている。第１ターボ過給機７と第２ターボ過給機８は、シリンダヘッド３の後側側壁から突出した取付部３ｇ（図１３，図１５，図１６参照）にボルト固定されている。

図４，図９に示すように、エンジン１の排気系には、第１タービン７ｂの排出部から第２タービン８ｂの導入部まで接続するタービン間通路４１と、排気マニホールド１１のフランジ１１ａと接続され排気を第１タービン７ｂの導入部に導入可能な導入通路４２と、この導入通路４２の中間部とタービン間通路４１を接続する第１バイパス通路４３と、この第１バイパス通路４３を開閉可能なレギュレートバルブ４４（制御弁）等が設けられている。レギュレートバルブ４４は、バタフライバルブにより構成され、アクチュエータ４４ａにより駆動されるよう形成されている。

図５，図６に示すように、タービン間通路４１は、第１，第２タービンシャフト７ｃ，８ｃの軸方向から視て第１タービン７ｂの排出部（軸心位置）から第２ターボ過給機８側（上方側）へ略ストレート状に延びて第２タービン８ｂの外周部に接線方向から連なるように接続されている。これにより、第１タービン７ｂの排出部から第２タービン８ｂの導入部までを短距離の通路長で接続することができ、排気の通路抵抗を低減しつつ外気へ放熱される排気の熱エネルギーを抑制することができる。

図４，図６に示すように、タービン間通路４１と第１バイパス通路４３は、タービン間通路４１に対して第１バイパス通路４３を第１，第２タービンシャフト７ｃ，８ｃの軸方向において第１，第２コンプレッサ７ａ，８ａに近い側に配設して各通路が直接重なるように隣接させた状態で一体的に形成されている。
図７，図８に示すように、第２過給機タービン８側におけるタービン間通路４１の横断面形状は扁平状に形成され、この断面の長軸が第２タービンシャフト８ｃと略直交するように形成されている。タービン間通路４１の横断面形状は、第１タービン７ｂの排出部近傍の短軸より第２タービン８ｂの導入部近傍の短軸が短く、第１タービン７ｂの排出部近傍の長軸より第２タービン８ｂの導入部近傍の長軸が長くなるよう形成されている。これにより、排気の通路抵抗を低減でき、排気の運動エネルギーを減少することなく第２タービン８ｂへ排気を供給することができる。第１バイパス通路４３は略円状に形成されている。

図４〜図６に示すように、第１タービンハウジング２２と、第２タービンハウジング３２と、タービン間通路４１と、第１バイパス通路４３と、第１過給機タービン２３の導入通路４２により一体的な排気通路ユニット５０が形成されている。排気通路ユニット５０には、第１ターボ過給機７側の第１ユニット部５１と、第２ターボ過給機８側の第２ユニット部５２と、第１ユニット部５１と第２ユニット部５２の接続部分に介装される中間部材５３が設けられている。排気通路ユニット５０は、熱膨張率が低く温間耐力と耐酸化性が高い金属材料、例えばＳｉ−Ｍｏ−Ｃｒ系Ｆｅによる鋳造成形品として形成されている。

図４〜図７に示すように、第１ユニット部５１には、第１タービンハウジング２２と、エンジン１から第１タービン７ｂを介して第２タービン８ｂへ排気を送るタービン間通路４１の一部と、エンジン１から第１タービン７ｂへ排気を送る導入通路４２と、エンジン１から第２タービン８ｂへ排気を送る第１バイパス通路４３の一部が一体的に形成されている。図４に示すように、第１ユニット部５１の前側には、上下左右の４箇所にボルト穴を有するフランジ部５１ａが形成され、吸気通路ユニット４９と排気通路ユニット５０はシリンダヘッド３の取付部３ｇにフランジ部５１ａを介してボルトにより取付けられる。

第２ユニット部５２には、第２タービンハウジング３２と、エンジン１から第１タービン７ｂを介して第２タービン８ｂへ排気を送るタービン間通路４１の一部と、エンジン１から第２タービン８ｂへ排気を送る第１バイパス通路４３の一部が一体的に形成されている。

図８に示すように、第１ユニット部５１と第２ユニット部５２の接続部分に介装される中間部材５３には、レギュレートバルブ４４が回転自在に枢支され、第１バイパス通路４３の一部とタービン間通路４１の一部が形成されている。第１ユニット部５１と第２ユニット部５２と中間部材５３の外縁部には、夫々３箇所のボルト穴が形成されており、ボルトにより排気通路ユニット５０として一体的に締結固定される。第１バイパス通路４３の内周面の一部には、レギュレートバルブ４４の軸直交側外縁部に対応してレギュレートバルブ４４の着座部が形成されている。これにより、レギュレートバルブ４４は全閉状態から所定開角度、例えば８０度までリニアに開角度調整することができ、アクチュエータ４４ａにより第１バイパス通路４３の排気流量を細かく調整することができる。

図１〜図３，図９に示すように、第２タービン８ｂの排出部から右側へ延びて排気浄化装置１２と接続するタービン下流通路４５が設けられている。第２タービン８ｂの導入部とタービン下流通路４５の間には第２バイパス通路４６が形成されている。第２バイパス通路４６の内部には、ウエストゲートバルブ４７が設けられている。このウエストゲートバルブ４７は、スイングバルブにより構成され、アクチュエータ４７ａにより駆動可能に形成されている。

排気浄化装置１２は、エンジン１の後側側壁に対して右側位置、即ち第１ターボ過給機７と第２ターボ過給機８に対して右側位置に隣接配置され、排気入口が第２タービン８ｂの排出部と略同じ高さ位置、排気出口が第１ターボ過給機７よりも下側位置になるよう竪置き配置されている。排気浄化装置１２は、酸化触媒１２ａと、酸化触媒１２ａの下流側に配置されたＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１２ｂをインシュレータで被覆して一体的に収容している。排気浄化装置１２は、上端部がシリンダヘッドカバー４に固定された上ブラケット１９に支持され、下端部がシリンダブロック２に固定された下ブラケット２０に支持されている。尚、ＤＰＦ１２ｂは、単に煤を除去するフィルタに限られず、フィルタに触媒を担持させたものであっても良い。

次に、図９〜図１１に基づき、第１，第２ターボ過給機７，８の制御について説明する。
図１０の制御マップに示すように、本エンジン１は、車両の走行状態に応じて、低速モードＭ１、中速モードＭ２、中高速モードＭ３、高速モードＭ４に制御され、始動時モードＭ０を加えて５つの運転モードＭ０〜Ｍ４によりエンジン１に対する吸気及び排気を制御している。エンジン１の制御部（図示略）が各車載センサの検出値に基づき運転モードＭ０〜Ｍ４を判定し、図１１に示す表により吸気カットバルブ１７、レギュレートバルブ４４及びウエストゲートバルブ４７を制御している。

エンジン始動時の始動時モードＭ０では、吸気カットバルブ１７を閉作動、レギュレートバルブ４４及びウエストゲートバルブ４７を開作動制御する。
図９に示すように、エンジン１の排気は、排気ポート３ｂ、排気マニホールド１１を通過し、導入通路４２へ導かれる。このとき、レギュレートバルブ４４が開作動しているため、排気は第１バイパス通路４３を通過し、第１タービン７ｂをバイパスする。第１タービン７ｂをバイパスした排気は、ウエストゲートバルブ４７が開作動しているため、第２タービン８ｂをバイパスして排気浄化装置１２へ送り込まれる。これにより、運動エネルギーの損失が少なく温度の高い排気を排気浄化装置１２に導入することができる。尚、第１コンプレッサ７ａと第２コンプレッサ８ａが作動していないため、吸気は過給されない。

低速モードＭ１では、吸気カットバルブ１７、レギュレートバルブ４４及びウエストゲートバルブ４７を閉作動制御する。エンジン１の排気は、レギュレートバルブ４４が閉作動しているため、第１タービン７ｂと第２タービン８ｂを回動して排気浄化装置１２へ送り込まれる。吸気ポート３ａには、第１コンプレッサ７ａと第２コンプレッサ７ｂにより過給された吸気が供給される。これにより、低速時の小さな排気運動エネルギーであっても過給効果を得ることができる。

中速モードＭ２では、吸気カットバルブ１７及びウエストゲートバルブ４７を閉作動、レギュレートバルブ４４を調整制御する。レギュレートバルブ４４の開度は、エンジンスピートが高い程、またエンジントルクが高い程大きくなるように角度制御されている。
レギュレートバルブ４４が運転状態に応じて角度制御されているため、排気の一部が第１タービン７ｂと第２タービン８ｂを回動し、排気の残部が第１タービン７ｂと第２タービン８ｂをバイパスして排気浄化装置１２へ送り込まれる。吸気ポート３ａには、第１コンプレッサ７ａと第２コンプレッサ８ａにより過給された吸気が供給される。これにより、第１コンプレッサ７ａの過給効率と排気抵抗の低減とを両立することができる。

中高速モードＭ３では、吸気カットバルブ１７及びレギュレートバルブ４４を開作動、ウエストゲートバルブ４７を閉作動制御する。
エンジン１の排気は、第１タービン７ｂをバイパスし、第１バイパス通路４３を通過して第２タービン８ｂを回動した後、排気浄化装置１２へ送り込まれる。吸気ポート３ａには、第２コンプレッサ８ａにより過給された吸気が供給される。

高速モードＭ４では、吸気カットバルブ１７及びレギュレートバルブ４４を開作動、ウエストゲートバルブ４７を調整制御する。ウエストゲートバルブ４７は、エンジンスピートが所定値以上、またエンジントルクが所定値以上のとき開作動するように制御される。
ウエストゲートバルブ４７が運転状態に応じて調整制御されているため、第１タービン７ｂをバイパスした排気の一部が第２タービン８ｂを回動し、排気の残部が第２タービン８ｂをバイパスして排気浄化装置１２へ送り込まれる。吸気ポート３ａには、第２コンプレッサ７ｂにより過給された吸気が供給される。これにより、第２コンプレッサ８ａの過給効率を確保しつつ、吸排気抵抗を低減することができる。

次に、図１，図１２〜図１４に基づき、本実施例に係る潤滑装置について説明する。
図１３に示すように、シリンダヘッド３の内部には、左右方向に延びるオイルギャラリ３ｃが形成されている。エンジン１の潤滑油は、シリンダブロック２に設けられたオイルポンプ（図示略）から夫々の潤滑部位にオイル通路を介して供給される。オイルポンプからシリンダヘッド３に供給された潤滑油は、オイルギャラリ３ｃから各カムシャフト用軸受部等に供給されている。

第１ターボ過給機７の第１センタハウジング２３の内部には、第１タービンシャフト７ｃと軸受部分の間に潤滑油を貯留するオイル貯留部（図示略）が形成されている。また、第１センタハウジング２３と同様に、第２ターボ過給機８の第２センタハウジング３３の内部には、第２タービンシャフト８ｃと軸受部分の間に潤滑油を貯留するオイル貯留部（図示略）が形成されている。第１，第２タービンシャフト用の潤滑油は、シリンダヘッド３からオイル分配器６０を介して第１，第２センタハウジング２３，３３に供給され、使用済後の潤滑油はシリンダブロック２の後側側壁中段且つ左側位置に形成されたオイル還流部２ａに還流される。

オイル分配器６０は、シリンダブロック２の後側上部且つ左側端部の左側位置に配置されている。オイル分配器６０は、シリンダヘッド３のオイルギャラリ３ｃの左側端部に連通されたオイル取出し部３ｄとオイル供給通路６１により接続されている。金属製のオイル供給通路６１は、オイル取出し部３ｄから下方に延設された後、車両後方左側へ屈曲されてオイル分配器６０に接続されている。それ故、第１，第２ターボ過給機７，８のオイル供給通路の数よりエンジン側接続部としてのオイル取出し部３ｄの数を減少させることができる。

第１センタハウジング２３には、オイル分配器６０から潤滑油を導入する第１供給通路２４と、第１センタハウジング２３から潤滑油を排出する第１リターン通路２５等が設けられている。第２センタハウジング３３には、オイル分配器６０から潤滑油を導入する第２供給通路３４と、潤滑油を排出する第２リターン通路３５等が設けられている。図１に示すように、第１リターン通路２５と第２リターン通路３５は、排気浄化装置１２の左側位置に配置されている。

図１２，図１３に示すように、金属パイプ製の第１供給通路２４は、オイル分配器６０から第１タービンシャフト７ｃ方向右側へ延びると共に上方へ湾曲した後、第１センタハウジング２３の下面に接続されている。金属パイプ製の第１リターン通路２５は、第１供給通路２４よりも大径に形成され、途中部分で第１センタハウジング２３側の第１上流リターン通路２５ａと、オイル還流部２ａ側の第１下流リターン通路２５ｂとに分割形成されている。

第１上流リターン通路２５ａは、上端部が第１センタハウジング２３の下面に接続され、この下面から前方下がり傾斜状に設けられている。第１下流リターン通路２５ｂの下端部は、後述する合流部６２により第２リターン通路３５へ合流するよう接続されている。
第１上流リターン通路２５ａの下端部と第１下流リターン通路２５ｂの上端部は、耐熱性合成ゴム製のフレキシブルホース６３によって接続されている。これにより、第１上流リターン通路２５ａの下端部と第１下流リターン通路２５ｂの上端部に位置ずれ誤差が生じてもフレキシブルホース６３により吸収することができる。また、第１リターン通路２５の短縮化に伴いフレキシブルホース６３が短縮化できるため、高温に晒される表面積を最小化でき、フレキシブルホース６３の熱害を抑えつつ第１ターボ過給機７とエンジン１の振動変位を吸収でき、第１，第２ターボ過給機７，８の位置ずれを吸収することができる。

金属パイプ製の第２供給通路３４は、オイル分配器６０から第２タービンシャフト８ｃ方向右側且つ上側へ延びると共に前方へ湾曲した後、第２センタハウジング３３の上面に接続されている。金属パイプ製の第２リターン通路３５は、第２供給通路３４よりも大径に形成され、第１リターン通路２５と排気浄化装置１２の間の位置に配置されている。第２リターン通路３５は、第２センタハウジング３３の下面から下方に延び、その下端部がオイル還流部２ａに接続されている。第２リターン通路３５の下側部分には、蛇腹状の振動吸収部３５ａが形成されている。これにより、第２リターン通路３５全体を耐熱性の高い金属で形成しても、蛇腹状の振動吸収部３５ａにより第２ターボ過給機８とエンジンの固有振動の相違に伴う振動変位を吸収することができる。

第２リターン通路３５の下端部には、第１下流リターン通路２５ｂを合流させる金属製の合流部６２が設けられ、合流部６２の下端部とオイル還流部２ａが連結されている。
第２センタハウジング３３から合流部６２までの第２リターン通路３５の通路長は、第１センタハウジング２３から合流部６２までの第１リターン通路２５の通路長よりも長く形成されている。ここで、第１リターン通路２５の通路長は、第１上流リターン通路２５ａと第１下流リターン通路２５ｂとフレキシブルホース６３によって形成された通路長である。これにより、第１，第２ターボ過給機７，８の第１，第２リターン通路２５，３５の数よりオイル還流部２ａの数を減少させることができ、小さなスペースで第１，第２リターン通路２５，３５をエンジン側壁に接続することができ、エンジン１周辺のレイアウト自由度を拡大することができる。しかも、第２リターン通路３５のみをエンジン側壁に接続させるため、第１ターボ過給機７のエンジン１に対する位置ずれが第２リターン通路３５の接続に影響を与えることなく、第２リターン通路３５の組付け誤差を最小限に抑えることができる。

次に、図１５〜図１８に基づき、本実施例に係る冷却装置について説明する。
図１８に示すように、エンジン１の冷却水は、シリンダブロック２の前側側壁に設けられたウォータポンプ７０から冷却が必要な夫々の部位に冷却水通路を介して供給される。ウォータポンプ７０からシリンダブロック２を介してシリンダヘッド３に供給された冷却水は、シリンダヘッド３内部に形成されたウォータジャケット（図示略）を循環して冷却が必要な部位を冷却する。昇温された冷却水は、エンジン１の前側位置に配置されたラジエータ７１に送られ、走行風と熱交換することにより水温が低下された後、ウォータポンプ７０に還流される。

ラジエータ７１は、冷却水が流れる縦方向径路に放熱フィンが多数形成されたコア７１ａと、このコア７１ａの上方に設けられたアッパータンク７１ｂと、コア７１ａの下方に設けられたロアタンク７１ｃ等を備えている。シリンダヘッド３とアッパータンク７１ｂはサクション通路（図示略）により接続され、ロアタンク７１ｃとウォータポンプ７０のサクション側である冷却水導入部（図示略）はデリバリ通路（図示略）により接続されている。アッパータンク７１ｂは、第２ターボ過給機８の第２センタハウジング３３よりも高い位置に配置されている。冷却水導入部には、水温に応じて冷却水の流通を制御するサーモスタット（図示略）が設けられている。

第１ターボ過給機７の第１センタハウジング２３の内部には、第１タービンシャフト７ｃの軸受部分に冷却水を貯留する冷却水貯留部（図示略）が形成されている。また、第１センタハウジング２３と同様に、第２ターボ過給機８の第２センタハウジング３３の内部には、第２タービンシャフト８ｃの軸受部分に冷却水を貯留する冷却水貯留部（図示略）が形成されている。第１，第２タービンシャフト用の冷却水は、シリンダヘッド３から第１，第２センタハウジング２３，３３に供給され、冷却後の冷却水はシリンダブロック２の後側側壁中段且つ右側位置に形成された冷却水還流部２ｂに還流される。冷却水還流部２ｂにはヒータリターン配管が接続され、第１，第２タービンシャフト用の冷却水はヒータ（図示略）からリターンした冷却水と合流される。冷却水還流部２ｂは、ウォータポンプ７０のサクション側である冷却水導入部に連通されている。

第１センタハウジング２３には、シリンダヘッド３から冷却水を導入する第１給水通路２６と、冷却水を排出する第１リターン通路２７等が設けられている。第２センタハウジング３３には、シリンダヘッド３から冷却水を導入する第２給水通路３６と、冷却水を排出する第２リターン通路３７と、蒸気戻し通路７３等が設けられている。

金属パイプ製の第１給水通路２６は、シリンダブロック２の後側側壁と対向する第１センタハウジング２３の中段部前面とシリンダヘッド３のウォータジャケットと連通する冷却水接続部３ｅ（エンジン本体側接続部）とを接続している。冷却水接続部３ｅは、エンジン１のクランクシャフト方向略中央且つシリンダヘッド３の中段位置に設けられている。第１給水通路２６は、冷却水接続部３ｅから一旦下方に延びた後、第１センタハウジング２３へ向けて左側後方へ延設されている。以上により、高負荷運転後にエンジン１が停止されたとき、第１センタハウジング２３内に発生する蒸気は第１給水通路２６を通過してシリンダヘッド３のウォータジャケットへ排出され、第１センタハウジング２３内に新たな冷却水が供給される。

第１給水通路２６の途中部分には、左右方向に延びる蛇腹状の振動吸収部２６ａが形成されている。それ故、第１ターボ過給機７とエンジン１の組付け誤差を容易に吸収することができ、第１ターボ過給機７とエンジン１の固有振動の相違に伴う振動変位を吸収することができる。

金属パイプ製の第１リターン通路２７は、第１センタハウジング２３の中段部後面と冷却水還流部２ｂとを接続している。第１リターン通路２７は、第１センタハウジング２３の後面から冷却水還流部２ｂへ向けて右側下方へ延設されている。これにより、第１リターン通路２７のレイアウト自由度を増すと共に、確実に第１ターボ過給機７からの蒸気をエンジン１本体側へ逃すことができる。

金属パイプ製の第２給水通路３６は、シリンダヘッドカバー４の後側側壁と対向する第２センタハウジング３３の中段部前面とシリンダヘッド３のウォータジャケットと連通する冷却水接続部３ｆ（エンジン本体側接続部）とを接続している。冷却水接続部３ｆは、冷却水接続部３ｅの右側且つ接続部３ｅよりも下方位置に設けられている。第２給水通路３６は、冷却水接続部３ｆから一旦上方に延びた後、第２センタハウジング３３へ向けて左側後方へ延設されている。

金属パイプ製の第２リターン通路３７は、第２センタハウジング３３の中段部後面と冷却水還流部２ｂとを接続している。第２リターン通路３７は、途中部分で第２センタハウジング３３側の第２上流リターン通路３７ａと、冷却水還流部２ｂ側の第２下流リターン通路３７ｂとに分割形成されている。第２上流リターン通路３７ａは、上端部が第２センタハウジング２３の中段部後面に接続され、この後面から後側下方へクランク状に設けられている。第２下流リターン通路３７ｂは、冷却水還流部２ｂへ向けて右側下方へ延設されている。第２上流リターン通路３７ａの下端部と第２下流リターン通路３７ｂの上端部は、上下方向に延びる耐熱合成樹脂製のフレキシブルホース７２によって接続されている。
それ故、第２ターボ過給機８とエンジン１の組付け誤差を容易に吸収することができ、第２ターボ過給機８とエンジン１の作動振動の相違に起因する振動変位を吸収することができる。

蒸気戻し通路７３は、第２タービンシャフト８ｃの冷却水貯留部の上部とアッパータンク７１ｂのサクション側部分を接続している。蒸気戻し通路７３と第２センタハウジング３３の接続位置は、第２センタハウジング３３と第２給水通路３６の接続位置及び第２センタハウジング３３と第２リターン通路３７の接続位置よりも高い位置に配置されている。以上により、高負荷運転後にエンジン１が停止したとき、第２センタハウジング３３内に発生する蒸気は蒸気戻し通路７３を通過してアッパータンク７１ｂのサクション側部分へ排出され、第２給水通路３６から第２センタハウジング３３内に新たな冷却水が供給される。

次に、実施例１に係る車両用エンジンのターボ過給装置の作用・効果について説明する。
本車両用エンジン１のターボ過給装置は、第１ターボ過給機７と、この第１ターボ過給機８に対して排気系下流側に配設された第２ターボ過給機８と、第１タービン７ｂの排出部から第２タービン８ｂの導入部まで接続するタービン間通路４１と、排気マニホールド１１に接続された導入通路４２と、第１タービン７ｂをバイパスする第１バイパス通路４３と、このバイパス通路４３を開閉可能なレギュレートバルブ４４を備えた車両用エンジン１のターボ過給装置において、第１タービンシャフト７ｃと第２タービンシャフト８ｃが略平行に配置され、タービン間通路４１は、第１，第２タービンシャフト７ｃ，８ｃの軸方向から視て第１タービン７ｂの排出部から第２ターボ過給機８側へ略ストレートに延びて第２タービン８ｂの外周部に接線方向から連なるように接続され、タービン間通路４１と第１バイパス通路４３は、タービン間通路４１に対して第１バイパス通路４３を第１，第２タービンシャフト７ｃ，８ｃの軸方向内側にして各通路４１，４３が直接重なるように隣接させた状態で一体的に形成され、第１バイパス通路４３がタービン間通路４１と導入通路４２の中間部とに接続されている。

本車両用エンジン１のターボ過給装置によれば、第１タービンシャフト７ｃと第２タービンシャフト８ｃを略平行に配置して、タービン間通路４１が第１，第２タービンシャフト７ｃ，８ｃの軸方向から視て第１タービン７ｂの排出部から第２ターボ過給機８側へ略ストレート状に延びるため、第１タービン７ｂの排出部から第２タービン８ｂの導入部までを短距離の通路長で接続することができ、外気へ放熱される排気の熱エネルギーを抑制することができる。それ故、第２ターボ過給機８による過給効率の増加や、排気側下流にＤＰＦ１２ｂや触媒１２ａ等を装備している場合、ＤＰＦ１２ｂの再生効率向上及び触媒１２ａの早期活性化を図ることができる。また、タービン間通路４１が第２タービン８ｂの外周部に接線方向から連なるように接続され、タービン間通路４１と第１バイパス通路４３が第１，第２タービンシャフト７ｃ，８ｃの軸方向に直接重なるように隣接させた状態で一体的に形成されているため、第２タービン８ｂへの排気導入性能を高く維持できると共に、第１ターボ過給機７と第２ターボ過給機８の間の通路長を短縮化してエンジン１周辺のレイアウトをコンパクト化でき、これに伴い軽量化と製造コスト低減を図ることができる。

タービン間通路４１と第１バイパス通路４３と第１タービン７ｂの導入通路４２が一体的な排気通路ユニット５０に構成され、排気通路ユニット５０は、第１ターボ過給機７側の第１ユニット部５１と第２ターボ過給機８側の第２ユニット部５２を備え、第１ユニット部５１にエンジン１から第１タービン７ｂへ排気を送る導入通路４２とエンジン１から第２タービン８ｂへ排気を送るタービン間通路４１と第１バイパス通路４３の一部を設けている。これにより、第１ターボ過給機７と第２ターボ過給機８の間の通路をユニット化でき、第１，第２ターボ過給機７，８のエンジン１に対する支持を容易化でき、メインテナンス時の作業効率を向上できる。

第１タービン７ｂは第２タービン８ｂの下方位置に配置されたため、エンジン１の後側側壁に沿って第１ターボ過給機７と第２ターボ過給機８を上下に配置することができ、エンジン１周辺のレイアウト性を維持しながら第１，第２ターボ過給機７，８のエンジン１に対する支持強度を増すことができる。
第１ユニット部５１と第２ユニット部５２の接続部分にレギュレートバルブ４４を設けたため、排気通路ユニット５０に対するレギュレートバルブ４４の組付け性とレギュレートバルブ４４のメインテナンス性を確保することができる。
レギュレートバルブ４４はバタフライバルブであるため、レギュレートバルブ４４の開度調節を細かく制御することができ、過給調節を精度よく制御できる。

第１ユニット部５１と第２ユニット部５２の接続部分において第１ユニット部５１と第２ユニット部５２とを中間部材５３を介して連結し、この中間部材５３にレギュレートバルブ４４を配置した第１バイパス通路４３の一部とタービン間通路４１の一部を形成したため、簡単な構成で排気通路ユニット５０に対するレギュレートバルブ４４の組付け性とレギュレートバルブ４４のメインテナンス性を確保することができる。
第２タービン８ｂ側におけるタービン間通路４１の横断面形状を扁平状に形成すると共に、この断面の長軸が第２タービンシャフト８ｃと略直交するように構成したため、第２タービン８ｂに対して排気導入効率を増すことができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、車両に対して横置きディーゼルエンジンの例を説明したが、本発明はエンジンの配置や種類に拘わらず適用可能であり、縦起きレシプロエンジンに適用しても良い。

２〕前記実施例においては、小容量の第１ターボ過給機を下側、大容量の第２ターボ過給機を上側に配置した上下２段配置のターボ過給機の例を説明したが、少なくとも第１ターボ過給機と第２ターボ過給機を直列に接続するものであれば良く、小容量の第１ターボ過給機を上側、大容量の第２ターボ過給機を下側に配置しても良く、また、第１，第２ターボ過給機を左右２列配置にすることも可能である。

３〕前記実施例においては、タービン間通路を短縮化して放熱される熱エネルギーを抑制した例を説明したが、吸気バルブのリフト時に排気バルブを所定量リフトさせる、所謂排気二度開き等の動弁系による排気昇温技術と併用することにより、更に、排気温度を上昇でき、過給効率の増加やＤＰＦの再生効率向上及び触媒の早期活性化を図ることができる。

４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明は、第１ターボ過給機とこの第１ターボ過給機この第１ターボ過給機に対して直列状に配置された第２ターボ過給機を備えた車両用エンジンのターボ過給装置において、第１，第２ターボ過給機のタービン間通路とバイパス通路をタービンシャフトの軸方向に隣接状且つ一体的に形成することにより、外気へ放熱される排気の熱エネルギーを抑制し、第２過給機タービンへの排気導入性能を維持しつつエンジン周辺のレイアウトをコンパクト化できる。

１ エンジン
７ 第１ターボ過給機
７ａ 第１過給機コンプレッサ
７ｂ 第１過給機タービン
７ｃ 第１過給機タービンシャフト
８ 第２ターボ過給機
８ａ 第２過給機コンプレッサ
８ｂ 第２過給機タービン
８ｃ 第２過給機タービンシャフト
１２ 排気浄化装置
１２ａ 酸化触媒
１２ｂ ＤＰＦ
２２ 第１タービンハウジング
３２ 第２タービンハウジング
４１ タービン間通路
４２ 導入通路
４３ 第１バイパス通路
４４ レギュレートバルブ
５０ 排気通路ユニット
５１ 第１ユニット部
５２ 第２ユニット部
５３ 中間部材

Claims (7)

1. 第１ターボ過給機と、この第１ターボ過給機に対して排気系下流側に配設された第２ターボ過給機と、前記第１ターボ過給機の第１タービンの排出部から第２ターボ過給機の第２タービンの導入部まで接続するタービン間通路と、排気マニホールドに接続された前記第１タービンの導入通路と、前記第１タービンをバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路を開閉可能な制御弁を備えた車両用エンジンのターボ過給装置において、
   前記第１ターボ過給機の第１タービンシャフトと第２ターボ過給機の第２タービンシャフトが略平行に配置され、
   前記タービン間通路は、前記第１，第２タービンシャフトの軸方向から視て前記第１タービンの排出部から第２ターボ過給機側へ略ストレートに延びて第２タービンの外周部に接線方向から連なるように接続され、
   前記タービン間通路とバイパス通路は、前記タービン間通路に対して前記バイパス通路を前記第１，第２タービンシャフトの軸方向において前記第１，第２ターボ過給機の第１，第２コンプレッサに近い側に配設して各通路が直接重なるように隣接させた状態で一体的に形成され、
   前記バイパス通路が前記タービン間通路と前記第１タービンの導入通路の中間部とに接続されたことを特徴とする車両用エンジンのターボ過給装置。
2. 前記タービン間通路とバイパス通路と第１タービンの導入通路が一体的な排気通路ユニットに構成され、
   前記排気通路ユニットは、前記第１ターボ過給機側の第１ユニット部と第２ターボ過給機側の第２ユニット部を備え、
   前記第１ユニット部にエンジンから第１タービンへ排気を送る導入通路とエンジンから第２タービンへ排気を送る排気通路の一部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンのターボ過給装置。
3. 前記第１タービンは第２タービンの下方位置に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用エンジンのターボ過給装置。
4. 前記第１ユニット部と第２ユニット部の接続部分に前記制御弁を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用エンジンのターボ過給装置。
5. 前記制御弁はバタフライ弁であることを特徴とする請求項４に記載の車両用エンジンのターボ過給装置。
6. 前記接続部分において前記第１ユニット部と第２ユニット部とを中間部材を介して連結し、
   この中間部材に前記制御弁を配置したバイパス通路の一部とタービン間通路の一部を形成したことを特徴とする請求項４又は５に記載の車両用エンジンのターボ過給装置。
7. 前記第２タービン側におけるタービン間通路の横断面形状を扁平状に形成すると共に、この断面の長軸が前記第２タービンシャフトと略直交するように構成したことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の車両用エンジンのターボ過給装置。

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