JP6813362B2 - ２段過給システム - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関に圧縮した吸気を供給するための２段過給システムに関する。

内燃機関の出力を向上させる技術として、圧縮機によって吸気を圧縮し、この圧縮した吸気を内燃機関に供給する方法（過給）が知られている。このような方法は、車両用の内燃機関のみならず、航空機用の内燃機関や船舶用の内燃機関等において広く用いられている。そして、このような方法に用いられる圧縮機は、車両の速度、及び内燃機関の回転数等に応じて効果的に駆動されるように構成されている。

例えば、特許文献１及び２には、内燃機関の回転数に応じて、圧力比を上昇させる、又は、圧縮機の効率を向上させる技術について開示されている。具体的には、圧縮機の入口に可変ガイドベーンを配置することで、内燃機関の低回転数域ではインペラの回転方向と逆方向に回転する吸気を圧縮機に流入させることで圧力比を上昇させている。一方で、内燃機関の高回転数域ではインペラの回転方向と同一の方向に回転する吸気を圧縮機に流入させることで、圧縮機の効率を向上させている。

特開２００４−１６２７１６号公報 特開平１１−８２０３６号公報

ところで、例えば、ディーゼルエンジンのような内燃機関においては、低圧段圧縮機を有する低圧段過給機、及び高圧段圧縮機を有する高圧段過給機の両方を備えて構成される２段過給システムが知られている。このような２段過給システムは、低圧段圧縮機と高圧段圧縮機とを接続する低圧側吸気通路、及び、低圧側吸気通路から分岐するとともに、高圧段圧縮機をバイパスするバイパス通路を備えている。そして、高トルクを要求されるような内燃機関の低速回転時には、低圧段圧縮機で圧縮された吸気が低圧側吸気通路を通過して高圧段圧縮機に送気され、高圧段圧縮機でさらに圧縮された後に内燃機関に供給される。一方で、高圧段圧縮機で吸気を圧縮する必要がないような内燃機関の高速回転時には、低圧段圧縮機で圧縮された吸気がバイパス通路を通過して内燃機関に供給される。

しかしながら、このような２段過給システムでは、分岐部を含む分岐部の周辺構造が複雑になる場合がある。特に、エンジンルームのコンパクト化を図るために、低圧段過給機、高圧段過給機、及び内燃機関などを限られたスペース内に配置する際に、その傾向が顕著となる。そのため、分岐部の周辺構造が複雑になることによって、分岐部を流れる吸気に対して意図しない旋回力が生成される、又は、分岐部を流れる吸気に意図しない逆流を発生させるなど、設計時には予測困難な吸気の流れが発生する場合があることを本発明者らは見出した。このような設計時には予測困難な吸気の流れは、圧縮機（高圧段圧縮機）の効率低下を招いたり、バイパス通路を通過して内燃機関に供給される吸気に対して高圧損を生じさせたりする虞がある。

この点、上述した特許文献１及び２には、当該技術を２段過給システムに対してどのように適用するかについて、何ら開示されていない。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態は上述の従来技術に鑑みなされたものであり、内燃機関の運転状態に応じて、圧縮機の効率を向上させる、又は、圧縮機に供給される吸気の圧力比を上昇させることが可能であるとともに、複雑な分岐部の周辺構造によってもたらされる設計時には予測し得ないような吸気の流れに起因する圧縮機（高圧段圧縮機）の効率低下や、バイパス通路を通過して内燃機関に供給される吸気の高圧損を回避することのできる２段過給システムを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る２段過給システムは、
内燃機関に圧縮した吸気を供給するための２段過給システムであって、
低圧段圧縮機を有する低圧段過給機と、
前記低圧段圧縮機の下流側に配置される高圧段圧縮機を有する高圧段過給機と、
前記低圧段圧縮機と前記高圧段圧縮機とを接続する低圧側吸気通路から分岐し、前記高圧段圧縮機と前記内燃機関とを接続する高圧側吸気通路に合流するバイパス通路と、
前記低圧側吸気通路と前記バイパス通路との分岐部、又は、前記低圧側吸気通路における前記分岐部より上流側の位置に設けられ、前記分岐部を流れる前記吸気を旋回させることが可能な可動部材、を有する旋回装置と、を備える。

上記（１）の構成によれば、低圧側吸気通路とバイパス通路との分岐部、又は、低圧側吸気通路における分岐部より上流側の位置に、分岐部を流れる吸気を旋回させることが可能な可動部材が設けられている。そのため、内燃機関の運転状態に応じて、分岐部を流れる吸気を適切に旋回させることができる。
例えば、高トルクを要求されるような内燃機関の低速回転時には、分岐部を流れる吸気を高圧段圧縮機のインペラの回転方向とは逆方向に旋回させることで、高圧段圧縮機に送気される吸気の圧力比を上昇させることができる。あるいは、分岐部を流れる吸気を高圧段圧縮機のインペラの回転方向と同一の方向に旋回させることで、高圧段圧縮機の効率を向上させることができる。

また、上記（１）の構成によれば、低圧側吸気通路とバイパス通路との分岐部、又は、低圧側吸気通路における分岐部より上流側の位置に設けられた可動部材を適切に制御することにより、複雑な分岐部の周辺構造によってもたらされる設計時には予測し得ないような吸気の流れに起因する高圧段圧縮機の効率低下や、バイパス通路を通過して内燃機関に供給される吸気の高圧損を回避することができる。
例えば、所定の内燃機関の運転状態において、設計時に想定していなかったような旋回流が発生する場合には、可動部材を制御して分岐部を流れる吸気を旋回させることで、このような旋回流を打ち消すことができる。あるいは、設計時に想定していない逆流が発生する場合には、可動部材を制御して分岐部を流れる吸気を旋回させることで、このような逆流を打ち消すことができる。これにより、高圧段圧縮機の効率低下や、バイパス通路を通過して内燃機関に供給される吸気の高圧損を回避することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記可動部材は、平板形状を有する平板状可動部材からなるとともに、前記低圧側吸気通路における前記分岐部より上流側の位置に設けられ、
前記旋回装置は、
前記平板状可動部材に接続される回転軸と、
前記回転軸を回転させる駆動源と、をさらに有する。

上記（２）の構成によれば、平板状可動部材に接続される回転軸を回転させることにより、分岐部より上流側の位置に設けられる平板状可動部材によって、吸気に対して偏流を生じさせる。これにより、分岐部を流れる吸気を旋回させることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の構成において、
前記平板状可動部材は、長手方向を有し、
前記回転軸は、前記平板状可動部材に対して前記長手方向の一方側に偏心した位置に接続され、
前記平板状可動部材は、前記回転軸が回転した場合に、前記長手方向の他方側の端部が前記低圧側吸気通路における前記回転軸よりも上流側の位置で前記低圧側吸気通路の内周面に当接するように構成される。

上記（３）の構成によれば、回転軸が回転した場合に、長手方向の他方側の端部（上流側の端部）が低圧側吸気通路における回転軸よりも上流側の位置で低圧側吸気通路の内周面に当接するように構成されている。これにより、平板状可動部材に衝突した吸気を平板状可動部材の長手方向に沿って下流側に流すことで、平板状可動部材に衝突した吸気を効果的に偏流させることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記可動部材は、半円筒形状を有する半円筒状可動部材からなるとともに、前記低圧側吸気通路と前記バイパス通路との前記分岐部に設けられ、
前記旋回装置は、
前記半円筒状可動部材を周方向に回転させるための回転手段と、
前記回転手段を駆動させる駆動源と、をさらに有する。

上記（４）の構成によれば、分岐部に設けられる半円筒形状を有する半円筒状可動部材を周方向に回転させることにより、分岐部を流れる吸気を旋回させることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の構成において、
前記回転手段は、前記半円筒状可動部材の外面と噛合するギヤを含む。

上記（５）の構成によれば、回転手段が、半円筒状可動部材の外面と噛合するギヤを含むように構成されることで、シンプルな構成で半円筒状可動部材を周方向に回転させることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）に記載の構成において、
前記半円筒状可動部材は、前記半円筒状可動部材の一端側の端部口が前記高圧段圧縮機側に配向され、前記半円筒状可動部材の他端側の端部口が前記バイパス通路側に配向されるように、前記低圧側吸気通路と前記バイパス通路との前記分岐部に設けられる。

上記（６）の構成によれば、半円筒状可動部材の内部に流入した吸気を旋回させるとともに、旋回させた吸気を半円筒状可動部材の一端側の端部口から高圧段圧縮機に流入させる、又は、半円筒状可動部材の他端側の端部口からバイパス通路に流入させることができる。このような本実施形態にかかる半円筒状可動部材は、例えば、逆Ｔ字形状を有する分岐部などに好適に配置される。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）のいずれか一項に記載の構成において、
前記低圧段過給機は、前記低圧段圧縮機を駆動させる低圧段タービンを有する低圧段ターボチャージャからなり、
前記高圧段過給機は、前記低圧段タービンの上流側に配置される、前記高圧段圧縮機を駆動させる高圧段タービンを有する高圧段ターボチャージャからなる。

上記（７）の構成によれば、本開示における２段過給システムを、低圧段ターボチャージャと高圧段ターボチャージャとからなる２段ターボチャージャに適用することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、内燃機関の運転状態に応じて、圧縮機の効率を向上させる、又は、圧縮機に供給される吸気の圧力比を上昇させることが可能であるとともに、複雑な分岐部の周辺構造によってもたらされる設計時には予測し得ないような吸気の流れに起因する圧縮機（高圧段圧縮機）の効率低下や、バイパス通路を通過して内燃機関に供給される吸気の高圧損を回避することのできる２段過給システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る２段過給システムの全体構成を概略的に示す全体模式図である。 本発明の一実施形態に係る低圧側吸気通路とバイパス通路との分岐部を流れる吸気の流れを示す図である。 本発明の一実施形態に係る平板状可動部材を説明するための縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回装置を概略的に示した模式図である。 旋回装置によって分岐部を流れる吸気を旋回させるメカニズムを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る半円筒状可動部材を説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態に係る旋回装置を概略的に示した模式図である。 本発明の一実施形態に係る半円筒状可動部材を説明するための斜視図である。 旋回装置によって分岐部を流れる吸気を旋回させるメカニズムを説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る２段過給システムの全体構成を概略的に示す全体模式図である。

図１に示すように、本発明の少なくとも一実施形態に係る２段過給システム１は、内燃機関２に圧縮した吸気を供給するための２段過給システム１であって、低圧段圧縮機６を有する低圧段過給機３と、低圧段圧縮機６の下流側に配置される高圧段圧縮機８を有する高圧段過給機４と、低圧段圧縮機６と高圧段圧縮機８とを接続する低圧側吸気通路１０から分岐し、高圧段圧縮機８と内燃機関２とを接続する高圧側吸気通路１１に合流するバイパス通路１４と、低圧側吸気通路１０における分岐部２０より上流側の位置に設けられ、分岐部２０を流れる吸気を旋回させることが可能な可動部材２２、を有する旋回装置５と、を備える。
尚、可動部材２２は低圧側吸気通路１０とバイパス通路１４との分岐部２０に設けられてもよい。

図示した実施形態では、２段過給システム１は、低圧段圧縮機６を駆動させる低圧段タービン１７を有する低圧段ターボチャージャ３’（３）と、低圧段タービン１７の上流側に配置される、高圧段圧縮機８を駆動させる高圧段タービン１８を有する高圧段ターボチャージャ４’（４）と、からなる２段ターボチャージャである。

また、２段過給システム１は、２段過給システム１の外部から吸い込んだ吸気を低圧段圧縮機６に送気するために低圧段圧縮機６と接続されている入口側吸気通路７と、内燃機関２で生じた排気を２段過給システム１の外部に排出するために低圧段タービン１７と接続されている出口側排気通路９と、を有する。

また、２段過給システム１は、バイパス通路１４に加えて、第１排気通路側バイパス通路１５と、第２排気通路側バイパス通路１６と、を備える。第１排気通路側バイパス通路１５は、内燃機関２と高圧段タービン１８とを接続する高圧側排気通路１２から分岐し、高圧段タービン１８と低圧段タービン１７とを接続する低圧側排気通路１３に合流する通路である。第２排気通路側バイパス通路１６は、低圧段タービン１７をバイパスするために、低圧側排気通路１３から分岐し、出口側排気通路９に合流する通路である。

そして、バイパス通路１４にはバイパスバルブ２７が、第１排気通路側バイパス通路１５にはフローコントロールバルブ２８が、第２排気通路側バイパス通路１６にはウェイストゲートバルブ２９が、それぞれ設けられている。これらのバルブの開閉は、内燃機関２の運転状態に応じて制御される。例えば、低圧段圧縮機６及び高圧段圧縮機８の両方によって吸気を圧縮するような２ステージモードでは、バイパスバルブ２７、フローコントロールバルブ２８及びウェイストゲートバルブ２９は閉じられる。一方で、低圧段圧縮機６のみによって吸気を圧縮するような１ステージモードでは、バイパスバルブ２７及びフローコントロールバルブ２８は開かれ、ウェイストゲートバルブ２９は閉じられる。

図２は、本発明の一実施形態に係る低圧側吸気通路とバイパス通路との分岐部を流れる吸気の流れを示す図である。図２の（ａ）はバイパスバルブが閉じられている状態を示す。図２の（ｂ）はバイパスバルブが開かれている状態を示す。

図示した実施形態では、分岐部２０を含む分岐部２０の周辺構造は、複数の湾曲部を有する分岐部２０より上流側の第１低圧側吸気通路１０ａ（１０）と、第１低圧側吸気通路１０ａに対して略直交する一方側に延在する分岐部２０より下流側の第２低圧側吸気通路１０ｂ（１０）と、第１低圧側吸気通路１０ａに対して略直交する他方側に延在するバイパス通路１４とから構成されており、逆Ｔ字形状を含むような複雑な形状に形成されている。さらに、バイパス通路１４は、バイパスバルブ２７を通過すると流路断面が急拡大している。

図２の（ａ）に示したような、バイパスバルブ２７が閉じられている場合には、第１低圧側吸気通路１０ａから分岐部２０に流れる吸気は、第２低圧側吸気通路１０ｂを通過して、高圧段圧縮機８に送気される。この際、分岐部２０から高圧段圧縮機８に向かって流れる吸気は、分岐部２０の内周面２１、又は第２低圧側吸気通路１０ｂの内周面に沿って流れている。つまり、高圧段圧縮機８に送気される吸気は、高圧段圧縮機８から視認して時計周りに旋回している状態となる。

一方で、図２の（ｂ）に図示したような、バイパスバルブ２７が開かれている場合には、第１低圧側吸気通路１０ａから分岐部２０に流れる吸気はバイパス通路１４に流入する。この際、分岐部２０を流れる吸気は分岐部２０の内周面２１に沿って流れ、バイパス通路１４を通過する吸気はバイパス通路１４の内周面に沿って通過している。つまり、バイパス通路１４を通過する吸気は、高圧段圧縮機８から視認して反時計周りに旋回している状態となる。また、バイパス通路１４を通過する吸気は、バイパスバルブ２７を通過すると流路断面が急拡大しているため、流路断面の中央部において圧力が低下し、分岐部２０に向かって逆流するような逆流領域Ｒ１が形成される場合がある。

このような分岐部２０を流れる吸気の流れは、上述した分岐部２０の複雑な周辺構造の影響だけではなく、内燃機関２の運転状態によっても変化する。そのため、分岐部２０を流れる吸気に対して意図しない旋回力が生成される、又は、分岐部２０を流れる吸気に意図しない逆流を発生させるなど、設計時には予測困難な吸気の流れが発生する場合がある。

このような本発明の少なくとも一実施形態にかかる２段過給システム１によれば、低圧側吸気通路１０とバイパス通路１４との分岐部２０、又は、低圧側吸気通路１０における分岐部２０より上流側の位置に、分岐部２０を流れる吸気を旋回させることが可能な可動部材２２が設けられている。そのため、内燃機関２の運転状態に応じて、分岐部２０を流れる吸気を適切に旋回させることができる。
例えば、高トルクを要求されるような内燃機関２の低速回転時には、分岐部２０を流れる吸気を高圧段圧縮機８のインペラ３５の回転方向とは逆方向に旋回させることで、高圧段圧縮機８に送気される吸気の圧力比を上昇させることができる。あるいは、分岐部２０を流れる吸気を高圧段圧縮機８のインペラ３５の回転方向と同一の方向に旋回させることで、高圧段圧縮機８の効率を向上させることができる。

また、このような本発明の少なくとも一実施形態にかかる２段過給システム１によれば、低圧側吸気通路１０とバイパス通路１４との分岐部２０、又は、低圧側吸気通路１０における分岐部２０より上流側の位置に設けられた可動部材２２を適切に制御することにより、複雑な分岐部２０の周辺構造によってもたらされる設計時には予測し得ないような吸気の流れに起因する高圧段圧縮機８の効率低下や、バイパス通路１４を通過して内燃機関２に供給される吸気の高圧損を回避することができる。
例えば、図２の（ａ）に示したような、高圧段圧縮機８から視認して時計回りに旋回する、設計時には意図しない旋回流が発生する場合には、可動部材２２を制御して分岐部２０を流れる吸気を、高圧段圧縮機８から視認して反時計回りに旋回させることで、このような設計時には意図しない旋回流を打ち消すことができる。これにより、高圧段圧縮機８の効率低下を回避することができる。あるいは、図２の（ｂ）に示したような、設計時には意図しない逆流領域Ｒ１が形成されてしまう場合には、可動部材２２を制御して分岐部２０を流れる吸気を、逆流領域Ｒ１を形成させないように旋回させることで、このような設計時には意図しない逆流を打ち消すことができる。これにより、バイパス通路１４を通過する吸気の圧力損失を小さくすることができるため、バイパス通路１４を通過して内燃機関２に供給される吸気の高圧損を回避することができる。

図３Ａは、本発明の一実施形態に係る平板状可動部材を説明するための縦断面図である。図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る旋回力生成装置を概略的に示した模式図である。

幾つかの実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、可動部材２２は、平板形状を有する平板状可動部材２２ａからなるとともに、低圧側吸気通路１０における分岐部２０より上流側の位置に設けられる。旋回装置５は、平板状可動部材２２ａに接続される回転軸３０と、回転軸３０を回転させる駆動源３１とをさらに有する。そして、駆動源３１によって回転軸３０を回転させることで、平板状可動部材２２ａの配向方向が変化するように構成されている。

図示した実施形態では、平板状可動部材２２ａは、オーバル形状（卵形状）を有する。また、平板状可動部材２２ａは、平板状可動部材２２ａの吸気の流れ方向に沿った第１の端部２２ａ１が下流側に、平板状可動部材２２ａの第２の端部２２ａ２が上流側に位置するように、第１低圧側吸気通路１０ａの内部に設けられている。
尚、平板状可動部材２２ａの形状はオーバル形状に限定されない。平板状可動部材２２ａの形状は、第１低圧側吸気通路１０ａの内部形状等に応じて適当に構成されればよく、例えば、楕円形状や矩形状で構成されてもよい。

回転軸３０は、平板状可動部材２２ａの面内方向（平板状可動部材２２ａの表面に沿った方向）に沿って延在するとともに、第１低圧側吸気通路１０ａ内を流れる吸気（第２の端部２２ａ２より上流側を流れる吸気ａ１の流れ方向）に対して直交する方向に延在する部材である。また、回転軸３０は、第１低圧側吸気通路１０ａの横断面形状を視認した時に、第１低圧側吸気通路１０ａの流路断面の中心位置を通過するように構成されている。すなわち、回転軸３０は、その中心線ＣＬが、第１低圧側吸気通路１０ａの流路断面の中心位置を通過し、且つ、流路断面を最短距離で横断するように構成されている。そして、このような回転軸３０は、流路断面の外側の位置において、駆動源３１と接続されている。
また、回転軸３０は、図３Ｂに示したように、分岐部２０における第２低圧側吸気通路１０ｂからバイパス通路１４側に向かう軸方向Ｘに沿った方向に延在している。
尚、駆動源３１は電動機であってもよいし、電動機に代わり内燃機関２で発生した運動エネルギを利用して回転軸３０を機械的に回転させる装置であってもよい。

図４は、旋回装置によって分岐部を流れる吸気を旋回させるメカニズムを説明するための図である。図４の（ａ）は、分岐部を流れる吸気を旋回させていない状態を示す。図４の（ｂ）は分岐部を流れる吸気をインペラの回転方向と逆方向に旋回させている状態を示す。図４の（ｃ）は分岐部を流れる吸気をインペラの回転方向と同一方向に旋回させている状態を示す。これら図４の（ａ）〜（ｃ）は、図３ＢのＡ方向から視認したときの図である。

図４の（ａ）に示した実施形態では、平板状可動部材２２ａの第１の端部２２ａ１と第２の端部２２ａ２とを結ぶ直線Ｌが、平板状可動部材２２ａの第２の端部２２ａ２より上流側を流れる吸気ａ１の流れ方向に対して、略平行となるように平板状可動部材２２ａを配向させている。このときには、吸気を平板状可動部材２２ａによって偏流させないで、分岐部２０に流入させている。

図４の（ｂ）に示した実施形態では、回転軸３０を時計周りに回転させることで、平板状可動部材２２ａの第２の端部２２ａ２が回転軸３０に対して右側に位置するように、平板状可動部材２２ａを配向させている。このときには、分岐部２０を流れる吸気を、高圧段圧縮機８のインペラ３５の回転方向とは逆方向に旋回させている。具体的に説明すると、平板状可動部材２２ａの第１の端部２２ａ１は、第１低圧側吸気通路１０ａの左側の内周面３４ｌ（３４）に対して、所定の離間距離を有している。そして、平板状可動部材２２ａに衝突した吸気が平板状可動部材２２ａの長手方向に沿って下流側に流れ、平板状可動部材２２ａの第１の端部２２ａ１と、第１低圧側吸気通路１０ａの左側の内周面３４ｌとの間を通過して、分岐部２０に流れる。そして、分岐部２０に流れた吸気は、第１低圧側吸気通路１０ａの左側の内周面３４ｌの一端３４ｌ１から、第１低圧側吸気通路１０ａの右側の内周面３４ｒの一端３４ｒ１に向かって、円弧形状を有する分岐部２０の内周面２１に沿って流れる。つまり、分岐部２０を流れる吸気は、高圧段圧縮機８から視認して、インペラ３５の回転方向とは逆方向に旋回している状態となる。

図４の（ｃ）に示した実施形態では、回転軸３０を時計周りに回転させることで、平板状可動部材２２ａの第２の端部２２ａ２が回転軸３０に対して右側に位置するように、平板状可動部材２２ａを配向させている。このときには、分岐部２０を流れる吸気を、高圧段圧縮機８のインペラ３５の回転方向と同一方向に旋回させている。具体的に説明すると、平板状可動部材２２ａの第１の端部２２ａ１は、第１低圧側吸気通路１０ａの右側の内周面３４ｒ（３４）に対して、所定の離間距離を有している。そして、平板状可動部材２２ａに衝突した吸気が平板状可動部材２２ａの長手方向に沿って下流側に流れ、平板状可動部材２２ａの第１の端部２２ａ１と、第１低圧側吸気通路１０ａの右側の内周面３４ｒとの間を通過して、分岐部２０に流れる。そして、分岐部２０に流れた吸気は、第１低圧側吸気通路１０ａの右側の内周面３４ｌの一端３４ｒ１から、第１低圧側吸気通路１０ａの左側の内周面３４ｒの一端３４ｌ１に向かって、円弧形状を有する分岐部２０の内周面２１に沿って流れる。つまり、分岐部２０を流れる吸気は、高圧段圧縮機８から視認して、インペラ３５の回転方向と同一方向に旋回している状態となる。

このような構成によれば、平板状可動部材２２ａに接続される回転軸３０を回転させることにより、分岐部２０より上流側の位置に設けられる平板状可動部材２２ａによって、吸気に対して偏流を生じさせる。これにより、分岐部２０を流れる吸気を旋回させることができる。

幾つかの実施形態では、図３Ａ、図３Ｂ及び図４に示すように、平板状可動部材２２ａは長手方向を有する。回転軸３０は平板状可動部材２２ａに対して長手方向の一方側に偏心した位置に接続される。そして、平板状可動部材２２ａは、図４に示したように、回転軸３０が回転した場合に、長手方向の他方側の端部（第２の端部２２ａ２）が低圧側吸気通路１０における、回転軸３０よりも上流側の位置で低圧側吸気通路１０の内周面３４に当接するように構成される。

図示した実施形態では、図３Ａに示したように、平板状可動部材２２ａの第１の端部２２ａ１と第２の端部２２ａ２との距離Ｄ１は、平板状可動部材２２ａの第３の端部２２ａ３と第４の端部２２ａ４との距離Ｄ２よりも大きくなっている。すなわち、平板状可動部材２２ａは、第１の端部（長手方向の一方側の端部）２２ａ１から第２の端部（長手方向の他方側の端部）２２ａ２を結ぶ方向に沿って長手方向を有し、第３の端部（短手方向の一方側の端部）２２ａ３から第４の端部（短手方向の他方側の端部）２２ａ４を結ぶ方向に沿って短手方向を有する。そして、これら長手方向および短手方向は、互いに直交する方向に延在している。そして、回転軸３０は、平板状可動部材２２ａの重心Ｏの位置より第１の端部２２ａ１側（下流側）に偏心した位置に接続されている。すなわち、平板状可動部材２２ａは、回転軸３０から第２の端部２２ａ２までの長さが、回転軸３０から第１の端部２２ａ１までの長さよりも、大きくなるように形成されている。

そして、平板状可動部材２２ａは、回転軸３０が時計回りに回転した場合には、図４の（ｂ）に示したように、第２の端部２２ａ２が第１低圧側吸気通路１０ａの右側の内周面３４ｒに当接するように構成される。また、平板状可動部材２２ａは、回転軸３０が反時計回りに回転した場合には、図４の（ｃ）に示したように、第２の端部２２ａ２が第１低圧側吸気通路１０ａの左側の内周面３４ｌに当接するように構成される。

このような構成によれば、回転軸３０が回転した場合に、長手方向の他方側の端部（第２の端部２２ａ２）が低圧側吸気通路１０における回転軸３０よりも上流側の位置で低圧側吸気通路１０の内周面３４に当接するように構成されている。これにより、平板状可動部材２２ａに衝突した吸気を平板状可動部材２２ａの長手方向に沿って下流側に流すことで、平板状可動部材２２ａに衝突した吸気を効果的に偏流させることができる。

図５Ａは、本発明の一実施形態に係る半円筒状可動部材を説明するための斜視図である。図５Ｂは、本発明の一実施形態に係る旋回装置を概略的に示した模式図である。図６は、本発明の一実施形態に係る半円筒状可動部材を説明するための斜視図である。

幾つかの実施形態では、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、可動部材２２は半円筒形状を有する半円筒状可動部材２２ｂ（２２）からなる。半円筒状可動部材２２ｂは低圧側吸気通路１０とバイパス通路１４との分岐部２０に設けられる。そして、旋回装置５は、半円筒状可動部材２２ｂを周方向に回転させるための回転手段３８と、回転手段３８を駆動させる駆動源４０と、をさらに有する。

図示した実施形態では、半円筒状可動部材２２ｂは、断面形状が円弧形状であるとともに、一端側から他端側（高圧段圧縮機８側からバイパス通路１４側）に向かって延在している。そして、半円筒状可動部材２２ｂは、内面２３と対向する方向に開口している開口３９と、高圧段圧縮機８側に配口される一端側の端部口２２ｂ１と、バイパス通路１４側に配口される他端側の端部口２２ｂ２と、が形成されている。
また、半円筒状可動部材２２ｂの内面２３は、図５ＢのＢ方向から視認したとき（高圧段圧縮機８から視認したとき）に、分岐部２０の内周面２１に沿って延在するように構成されている。

尚、本開示における、「半円筒」とは、円弧が周方向に所定の角度（例えば、９０°〜２７０°、好ましくは、１５０°〜２４０°）に亘って延在している態様を意味しており、必ずしも、円弧が周方向に１８０°に亘って延在している態様に限定されるものではない。
また、半円筒状可動部材２２ｂは、図６に図示するように、一端側の端部口２２ｂ１と接続されるリング形状を有する第１リング部４２ａと、他端側の端部口２２ｂ２と接続されるリング形状を有する第２リング部材４２ｂと、がさらに設けられてもよい。

回転手段３８は、分岐部２０を流れる吸気に対して干渉することが回避されるように、分岐部２０の外側に設けられる。そして、このような回転手段３８は駆動源４０と接続されている。

図７は、旋回装置によって分岐部を流れる吸気を旋回させるメカニズムを説明するための図である。図７の（ａ）は、分岐部を流れる吸気を旋回させていない状態を示す。図７の（ｂ）は分岐部を流れる吸気をインペラの回転方向とは逆方向に旋回させている状態を示す。図７の（ｃ）は分岐部を流れる吸気をインペラの回転方向と同一方向に旋回させている状態を示す。これら図７の（ａ）〜（ｃ）は、図５ＢのＢ方向から視認したときの図である。

図７の（ａ）に図示した実施形態では、第１の縁部２２ｂ３と第１の縁部２２ｂ３より右側の内周面３４ｒに近くなるように配置される第２の縁部２２ｂ４とを結ぶ直線Ｌ’が、半円筒状可動部材２２ｂより上流側を流れる吸気ａ２の流れに対して直交するように半円筒状可動部材２２ｂを配向させている。このときには、吸気を半円筒状可動部材２２ｂによって偏流させないで、分岐部２０に流入させている。

図７の（ｂ）に図示した実施形態では、回転手段３８を時計周りに駆動させることで、半円筒状可動部材２２ｂの第２の縁部２２ｂ４が、第１低圧側吸気通路１０ａの右側の内周面３４ｒから離れて、第１低圧側吸気通路１０ａの左側の内周面３４ｌに近づくように、半円筒状可動部材２２ｂを配向させている。このときには、分岐部２０を流れる吸気を、高圧段圧縮機８のインペラ３５の回転方向とは逆方向に旋回させている。具体的に説明すると、吸気は、半円筒状可動部材２２ｂの第２の縁部２２ｂ４と第１低圧側吸気通路１０ａの右側の内周面３４ｒとの間を通過せず、半円筒状可動部材２２ｂの第２の縁部２２ｂ４と第１低圧側吸気通路１０ａの左側の内周面３４ｌとの間を通過して、分岐部２０に流れる。そして、分岐部２０に流れた吸気は、第１低圧側吸気通路１０ａの左側の内周面３４ｌの一端３４ｌ１から、第１低圧側吸気通路１０ａの右側の内周面３４ｒの一端３４ｒ１に向かって、円弧形状を有する分岐部２０の内周面２１に沿って流れる。つまり、分岐部２０を流れる吸気は、高圧段圧縮機８から視認して、インペラ３５の回転方向とは逆方向に旋回している状態となる。

図７の（ｃ）に図示した実施形態では、回転手段３８を反時計周りに駆動させることで、半円筒状可動部材２２ｂの第１の縁部２２ｂ３が、第１低圧側吸気通路１０ａの左側の内周面３４ｌから離れて、第１低圧側吸気通路１０ａの右側の内周面３４ｒに近づくように、半円筒状可動部材２２ｂを配向させている。このときには、分岐部２０を流れる吸気を、高圧段圧縮機８のインペラ３５の回転方向と同一方向に旋回させている。具体的に説明すると、吸気は、半円筒状可動部材２２ｂの第１の縁部２２ｂ３と第１低圧側吸気通路１０ａの左側の内周面３４ｌとの間を通過せず、半円筒状可動部材２２ｂの第１の縁部２２ｂ３と第１低圧側吸気通路１０ａの右側の内周面３４ｒとの間を通過して、分岐部２０に流れる。そして、分岐部２０に流れた吸気は、第１低圧側吸気通路１０ａの右側の内周面３４ｒの一端３４ｒ１から、第１低圧側吸気通路１０ａの左側の内周面３４ｌの一端３４ｌ１に向かって、円弧形状を有する分岐部２０の内周面２１に沿って流れる。つまり、分岐部２０を流れる吸気は、高圧段圧縮機８から視認して、インペラ３５の回転方向と同一方向に旋回している状態となる。

このような構成によれば、分岐部２０に設けられる半円筒形状を有する半円筒状可動部材２２ｂを周方向に回転させることにより、分岐部２０を流れる吸気を旋回させることができる。

幾つかの実施形態では、図５Ｂ及び図７に示すように、回転手段３８は、半円筒状可動部材２２ｂの外面３３と噛合するギヤ４３を含む。図示した実施形態では、図７の（ａ）に示すように、直線Ｌ’が吸気ａ２の流れに対して直交するように半円筒状可動部材２２ｂを配向させているときに、ギヤ４３は、半円筒状可動部材２２ｂに対して周方向の中心となるような位置に設けられている。そして、このようなギヤ４３は、半円筒状可動部材２２ｂの外面３３と噛合している。このような構成によれば、ギヤ４３によって、半円筒状可動部材２２ｂを周方向両側に向かって同じ角度まで回転させることができる。

このような構成によれば、回転手段３８が、半円筒状可動部材２２ｂの外面３３と噛合するギヤ４３を含むように構成されることで、シンプルな構成で半円筒状可動部材２２ｂを周方向に回転させることができる。

幾つかの実施形態では、図５Ｂ及び図７に示すように、半円筒状可動部材２２ｂは、半円筒状可動部材２２ｂの一端側の端部口２２ｂ１が高圧段圧縮機８側に配向され、半円筒状可動部材２２ｂの他端側の端部口２２ｂ２がバイパス通路１４側に配向されるように、低圧側吸気通路１０とバイパス通路１４との分岐部２０に設けられる。

図示した実施形態では、図５Ｂに示すように、半円筒状可動部材２２ｂの一端側の端部口２２ｂ１は、分岐部２０に接続されている第１低圧側吸気通路１０ａのうち最も高圧段圧縮機８側に位置する第１低圧側吸気通路１０ａの一端３４ａ１より高圧段圧縮機８側に位置している。また、半円筒状可動部材２２ｂの他端側の端部口２２ｂ２は、分岐部２０に接続されている第１低圧側吸気通路１０ａのうち最もバイパス通路１４側に位置する第１低圧側吸気通路１０ａの他端３４ａ２よりバイパス通路１４側に位置している。

このような構成によれば、半円筒状可動部材２２ｂの内部に流入した吸気を旋回させるとともに、旋回させた吸気を半円筒状可動部材の一端側の端部口２２ｂ１から高圧段圧縮機８に流入させる、又は、半円筒状可動部材の他端側の端部口２２ｂ２からバイパス通路１４に流入させることができる。このような本実施形態にかかる半円筒状可動部材２２ｂは、例えば、逆Ｔ字形状を有する分岐部２０などに好適に配置される。

以上、本発明の一実施形態にかかる２段過給システムについて説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

１ 過給システム
２ 内燃機関
３ 低圧段過給機
４ 高圧段過給機
５ 旋回装置
６ 低圧段圧縮機
７ 入口側吸気通路
８ 高圧段圧縮機
９ 出口側排気通路
１０ 低圧側吸気通路
１０ａ 第１低圧側吸気通路
１０ｂ 第２低圧側吸気通路
１１ 高圧側吸気通路
１２ 高圧側排気通路
１３ 低圧側排気通路
１４ バイパス通路
１５ 第１排気通路側バイパス通路
１６ 第２排気通路側バイパス通路
１７ 低圧段タービン
１８ 高圧段タービン
２０ 分岐部
２１ 分岐部の内周面
２２ 可動部材
２２ａ 平板状可動部材
２２ａ１ 第１の端部
２２ａ２ 第２の端部
２２ａ３ 第３の端部
２２ａ４ 第４の端部
２２ｂ 半円筒状可動部材
２２ｂ１ 一端側の端部口
２２ｂ２ 他端側の端部口
２２ｂ３ 第１の縁部
２２ｂ４ 第２の縁部
２２ｃ 円筒状可動部材
２３ 内面
２４ 外面
２７ バイパスバルブ
２８ フローコントロールバルブ
２９ ウェイストゲートバルブ
３０ 回転軸
３１，４０ 駆動源
３４ 第１低圧側吸気通路の内周面
３４ｌ 第１低圧側吸気通路の左側の内周面
３４ｒ 第１低圧側吸気通路の右側の内周面
３５ インペラ
３８ 回転手段
３９ 開口
４２ リング部
４３ ギヤ
ＣＬ 中心線
Ｄ１，Ｄ２ 距離
Ｌ 直線
Ｏ 重心
Ｒ１ 逆流領域
Ｘ 軸方向

Claims (7)

1. 内燃機関に圧縮した吸気を供給するための２段過給システムであって、
   低圧段圧縮機を有する低圧段過給機と、
   前記低圧段圧縮機の下流側に配置される高圧段圧縮機を有する高圧段過給機と、
   前記低圧段圧縮機と前記高圧段圧縮機とを接続する低圧側吸気通路から分岐し、前記高圧段圧縮機と前記内燃機関とを接続する高圧側吸気通路に合流するバイパス通路と、
   前記低圧側吸気通路と前記バイパス通路との分岐部、又は、前記低圧側吸気通路における前記分岐部より上流側の位置に設けられ、前記分岐部を流れる前記吸気を旋回させることが可能な可動部材、を有する旋回装置と、を備える２段過給システム。
2. 前記可動部材は、平板形状を有する平板状可動部材からなるとともに、前記低圧側吸気通路における前記分岐部より上流側の位置に設けられ、
   前記旋回装置は、
   前記平板状可動部材に接続される回転軸と、
   前記回転軸を回転させる駆動源と、をさらに有する請求項１に記載の２段過給システム。
3. 前記平板状可動部材は、長手方向を有し、
   前記回転軸は、前記平板状可動部材に対して前記長手方向の一方側に偏心した位置に接続され、
   前記平板状可動部材は、前記回転軸が回転した場合に、前記長手方向の他方側の端部が前記低圧側吸気通路における前記回転軸よりも上流側の位置で前記低圧側吸気通路の内周面に当接するように構成される請求項２に記載の２段過給システム。
4. 前記可動部材は、半円筒形状を有する半円筒状可動部材からなるとともに、前記低圧側吸気通路と前記バイパス通路との前記分岐部に設けられ、
   前記旋回装置は、
   前記半円筒状可動部材を周方向に回転させるための回転手段と、
   前記回転手段を駆動させる駆動源と、をさらに有する請求項１に記載の２段過給システム。
5. 前記回転手段は、前記半円筒状可動部材の外面と噛合するギヤを含む、請求項４に記載の２段過給システム。
6. 前記半円筒状可動部材は、前記半円筒状可動部材の一端側の端部口が前記高圧段圧縮機側に配向され、前記半円筒状可動部材の他端側の端部口が前記バイパス通路側に配向されるように、前記低圧側吸気通路と前記バイパス通路との前記分岐部に設けられる請求項４又は５に記載の２段過給システム。
7. 前記低圧段過給機は、前記低圧段圧縮機を駆動させる低圧段タービンを有する低圧段ターボチャージャからなり、
   前記高圧段過給機は、前記低圧段タービンの上流側に配置される、前記高圧段圧縮機を駆動させる高圧段タービンを有する高圧段ターボチャージャからなる、請求項１から６の何れか１項に記載の２段過給システム。

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