JPH0550033U - ターボチャージャ付き内燃エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バルブオーバラップ時の吸排気間のポンピン
グ現象を抑制する。 【構成】 圧縮機３８，３９が吸気パイプ１６内に配設
されタービン４１が排気パイプ１７内に配設された第１
のターボチャージャ２１と、第１のターボチャージャの
圧縮機とエンジン１０との間の吸気パイプ１６に介在さ
れ、圧縮機入口１２ｃが第１のターボチャージャの圧縮
機側に接続されタービン出口１２ｆがエンジン側に接続
されると共に、圧縮機出口１２ｄとタービン入口１２ｅ
とが接続された第２のターボチャージャ１２とが配設さ
れる。第１のターボチャージャの圧縮機は、軸流式コン
プレッサロータ３９と遠心式コンプレッサロータ３８と
が上流側からこの順に直列に且つ同軸上に一体に形成さ
れた２段式圧縮機より成る。好ましくは、軸流式コンプ
レッサロータ３９は、合成樹脂部材から成る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、ターボチャージャ付き内燃エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】

ターボチャージャを用いて高出力を得る内燃エンジンにおいて、特に高圧縮さ れた吸気を得るため、吸気路に２台のターボチャージャを直列に配備したエンジ ンがある。 このエンジンでは、例えば、吸気路内に、先ず、タービンが排ガスにより駆動 される第１のターボチャージャの圧縮機が配設され、この圧縮機の下流に、圧縮 空気を冷却する第１のインタクーラが配設される。第１のインタクーラの下流に は、吸気路内に圧縮機とタービンとが共に介在された第２のターボチャージャの 圧縮機が配設され、その下流には、第２のターボチャージャの圧縮機で圧縮され た空気を冷却する第２のインタクーラが配設される。そして、第２のインタクー ラの下流には、ここで冷却された圧縮空気により駆動される第２のターボチャー ジャのタービンが配設され、このタービンを出た吸入空気がエンジンの燃焼室に 供給される。すなわち、吸気路内に２つの圧縮機とこれらの圧縮機の作用を高め る２つのインタクーラとを直列に配備して、高圧縮された吸気を得ようとするも のである。そして、２台のターボチャージャにより高い圧縮比を得るため、第１ のターボチャージャのタービンの入口を絞ってタービンに対して高圧の排ガスを 供給し、第１のターボチャージャの仕事量を増加させたり、あるいは、第２のタ ーボチャージャを高圧縮比型にしている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

このように、従来のターボチャージャ付き内燃エンジンにおいては、第１のタ ーボチャージャのタービンの入口を絞ってタービンに対して高圧の排ガスを供給 し、第１のターボチャージャの仕事量を増加させたり、あるいは、第２のターボ チャージャを高圧縮比型にして、高圧縮された吸気を得ている。すなわち、前者 の場合には、排ガス圧が高くなるように調整される。一方、第２のターボチャー ジャのタービンはエンジン直上流の吸気路に配設されているため、第２のターボ チャージャの圧縮機で圧縮された空気がタービンで断熱膨張する。このため、後 者の場合には、エンジンの吸気圧が低下することになる。このように、上記のい ずれの場合にも、相対的に、排ガス圧が高くないしは吸気圧が低くなる傾向にな るため、吸排気バルブの同時開弁時、つまり、吸気バルブ開弁初期のバルブオー バラップ時に、吸排気間でポンピング現象を起し、吸気がスムーズに行われずに 燃費を悪化させ、また、出力損失を招くという問題がある。

【０００４】 本考案はこのような問題を解決するためになされたもので、バルブオーバラッ プ時の吸排気間のポンピング現象を抑制し、燃費を改善すると共に、出力損失を 防止するように図ったターボチャージャ付き内燃エンジンを提供することを目的 とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上述の目的を達成するために、本考案によれば、圧縮機が吸気路内に配設され タービンが排気路内に配設された第１のターボチャージャと、前記第１のターボ チャージャの圧縮機とエンジンとの間の吸気路に介在され、圧縮機入口が前記第 １のターボチャージャの圧縮機側に接続されタービン出口がエンジン側に接続さ れると共に、圧縮機出口とタービン入口とが接続された第２のターボチャージャ とを備えたターボチャージャ付き内燃エンジンにおいて、前記第１のターボチャ ージャの圧縮機は、軸流式コンプレッサロータと遠心式コンプレッサロータとが 上流側からこの順に直列に且つ同軸上に一体に形成された２段式圧縮機より成る ことを特徴とする。

【０００６】 好ましくは、前記軸流式コンプレッサロータは、合成樹脂部材から成ることを 特徴とする。

【０００７】

【作用】 上述のターボチャージャ付き内燃エンジンにおいて、第１のターボチャージャ の圧縮機は、軸流式コンプレッサロータと遠心式コンプレッサロータとが上流側 からこの順に直列に且つ同軸上に一体に形成された２段式圧縮機より成るので、 第１のターボチャージャのタービンの入口を絞ることなく、第１のターボチャー ジャにより高い圧縮比を効率的に得ることができるようになり、これにより、排 ガス圧を低下させることができ、また、第１のターボチャージャにより高い圧縮 比を得ることができるようにしたので、第２のターボチャージャの仕事量を減少 させることができ、つまり、第２のターボチャージャのタービンにおける空気の 圧力降下を低減させることができる。

【０００８】 好ましくは、軸流式コンプレッサロータは、合成樹脂部材から成り、ベアリン グから遠くオーバハングする部分に配設された軸流式コンプレッサロータを軽量 化することができる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 図１は、本考案のターボチャージャ付き内燃エンジンの具体的構成を示す。 ターボチャージャ付き内燃エンジン１には、エンジン１０、吸入空気を浄化す るエアクリーナ１１、後述する第１のターボチャージャ２１、１段式の遠心式コ ンプレッサロータ１２ａとタービンロータ１２ｂとにより構成される第２のター ボチャージャ１２、内部を通過する吸入空気を走行風により冷却する第１および 第２のインタクーラ１３，１４、排気音を軽減するマフラ１５、そして、これら を接続する吸気パイプ（吸気路）１６と排気パイプ（排気路）１７とにより構成 されている。

【００１０】 まず、第１のターボチャージャ２１は次のように構成されている。すなわち、 図２において、コンプレッサハウジング２２、バックプレート２３、センタハウ ジング２４、タービンハウジング２５が、図示左方、つまり、ターボチャージャ ２１の前側からこの順に直列に夫々固着され、一体化されている。 センタハウジング２４には、２個のフロートベアリング２６，２６を介してド ライブシャフト２７が回動自在に軸支されている。ドライブシャフト２７の前部 はバックプレート２３を挿通し、コンプレッサハウジング２２内に突出している 。また、ドライブシャフト２７の後部はタービンハウジング２５内に突出してい る。センタハウジング２４内には、オイル供給口２８から供給された潤滑オイル をフロートベアリング２６，２６にまで導く油路２９が形成されている一方、フ ロートベアリング２６，２６を潤滑したオイルをオイル排出口３０にまで導く排 油路３１が形成されている。

【００１１】 センタハウジング２４とバックプレート２３との間には、スラストスプリング ３２により後方に付勢されるスラストベアリング３３が介在し、ドライブシャフ ト２７の前方向への押圧力を受けている。ドライブシャフト２７とバックプレー ト２３との間にはシール３４が介装され、液密である。また、ドライブシャフト ２７とセンタハウジング２４との間にもシール３５が介装され、液密である。

【００１２】 コンプレッサハウジング２２の内部には、略円筒状にダクト部３６が形成され 、コンプレッサハウジング２２のバックプレート２３側には、ダクト部３６に連 通するディフューザ３７がリング状に形成されている。ディフューザ３７は、圧 縮機出口２２ｂ（図１参照）に連通している。 ダクト部３６内に突出したドライブシャフト２７には、複数のブレード３８ａ を備えた遠心式コンプレッサロータ３８と複数のブレード３９ａを備えた軸流式 コンプレッサロータ３９とが、バックプレート２３側からこの順に直列に嵌挿さ れ、ドライブシャフト２７に一体に螺着されている。このように、２段式圧縮機 が構成されている。遠心式コンプレッサロータ３８と軸流式コンプレッサロータ ３９との間には複数のステータベーン４０が介在し、コンプレッサハウジング２ ２のダクト部３６に固着されている。また、遠心式コンプレッサロータ３８のブ レード３８ａの先端とダクト部３６および軸流式コンプレッサロータ３９のブレ ード３９ａの先端とダクト部３６との間には、夫々所要の隙間、つまり、チップ クリアランスが形成されている。

【００１３】 また、ベアリング２６から遠くオーバハングされた位置に配設された軸流式コ ンプレッサロータ３９は、軽量化のため、合成樹脂部材から形成されている。こ れにより、ターボチャージャ２１が作動するとき、ターボチャージャ２１の軸振 動が大巾に抑制され、ターボチャージャ２１の寿命を向上させることができる。 なお、軸流式コンプレッサロータ３９は低温域で作動するので、材質上も十分使 用に耐え得るものである。

【００１４】 一方、タービンハウジング２５内に突出したドライブシャフト２７には、ター ビンロータ４１が嵌挿され、ドライブシャフト２７に一体に固着されている。タ ービンハウジング２５のダクト部４２とタービンロータ４１のブレード４１ａと の間にも、所要のチップクリアランスが形成されている。また、タービンハウジ ング２５のセンタハウジング２４側には、ダクト部４２に連通するノズル４３が リング状に形成され、ノズル４３はタービン入口２５ａ（図１参照）に連通して いる。

【００１５】 以上のように、第１のターボチャージャ２１が構成されている。 図１を参照すると、第１のターボチャージャ２１の圧縮機入口２１ａがエアク リーナ１１に、また、第１のターボチャージャ２１の圧縮機出口２２ｂが第１の インタクーラ１３の入口１３ａに夫々接続され、第１のインタクーラ１３の出口 １３ｂが第２のターボチャージャ１２の圧縮機入口１２ｃに接続されている。

【００１６】 第２のターボチャージャ１２の圧縮機出口１２ｄは、第２のインタクーラ１４ の入口１４ａに接続され、第２のインタクーラ１４の出口１４ｂは、第２のター ボチャージャ１２のタービン入口１２ｅに接続されている。そして、第２のター ボチャージャ１２のタービン入口１２ｆがエンジン１０の吸気ポート１０ａに接 続されている。これらは、全て吸気パイプ１６を介して接続されている。

【００１７】 また、エンジン１０の排気ポート１０ｂは第１のターボチャージャ２１のター ビン入口２５ａに接続され、第１のターボチャージャ２１のタービン出口２５ｂ はマフラ１５に接続されている。これらは、排気パイプ１７を介して接続されて いる。 以上のように、ターボチャージャ付き内燃エンジン１が構成されている。

【００１８】 次に、本ターボチャージャ付き内燃エンジン１の作動について説明する。 第１のターボチャージャ２１のタービン入口２５ａを通じて、エンジン１０の 排ガスがタービンハウジング２５のノズル４３内に供給されると、ガスがタービ ンロータ４１の各ブレード４１ａ間を通過し、タービンロータ４１を回転させる 。このとき、ガスは断熱膨張して圧力降下し、タービン出口２５ｂから排気され 、マフラ１５を介して大気に排出される。このタービンロータ４１により、２段 式圧縮機、つまり、遠心式コンプレッサロータ３８と軸流式コンプレッサロータ ３９とがドライブシャフト２７を介して回転駆動される。そして、エアクリーナ １１を介して吸入された空気が、第１のターボチャージャ２１の圧縮機入口２２ ａから流入し、まず、軸流式コンプレッサロータ３９により圧縮される。そして 、軸流式コンプレッサロータ３９により圧縮された空気は、ステータベーン４０ で減速偏向された後、更に遠心式コンプレッサロータ３８により圧縮されてディ フューザ３７に流入する。ディフューザ３７では、流入した圧縮空気が減速され て圧力上昇し、ここで圧力上昇した吸入空気が圧縮機出口２２ｂから排気される 。このように、第１のターボチャージャ２１の圧縮機は軸流式コンプレッサロー タ３９と遠心式コンプレッサロータ３８とによる２段式圧縮機より成るので、吸 入空気を高い圧縮比にまで効率的に圧力上昇することができる。このため、第２ のターボチャージャ１２は低圧縮比型が配設されている。

【００１９】 第１のターボチャージャ２１で圧縮され且つ温度上昇した吸入空気は、第１の インタクーラ１３に入り、走行風により十分に冷却される。そして、第１のイン タクーラ１３で冷却された吸入空気は、第２のターボチャージャ１２の圧縮機１ ２ａにより更に圧縮される。第２のターボチャージャ１２の圧縮機１２ａにより 断熱圧縮された吸入空気は、第２のインタクーラ１４により冷却され、ここで冷 却された吸入空気が第２のターボチャージャ１２のタービン１２ｂを回転駆動さ せる。なお、タービン１２ｂでは、第１および第２のターボチャージャ２１，１ ２により高圧縮された吸入空気が断熱膨張する一方、第２のターボチャージャ１ ２は低圧縮比型なので、タービン１２ｂにおける圧力降下は僅かである。この第 ２のターボチャージャ５２を通過した吸入空気が、エンジン１０の吸気ポート１ ０ａに供給されて、エンジン１０が作動する。

【００２０】 このように、本ターボチャージャ付き内燃エンジン１では、第１のターボチャ ージャ２１の圧縮機か、軸流式コンプレッサロータ３９と遠心式コンプレッサロ ータ３８とが一体に形成された２段式圧縮機より成るので、第１のターボチャー ジャ２１により高い圧縮比を効率的に得ることができる。これにより、第１のタ ーボチャージャ２１のタービン入口２５ａを絞る必要がなくなり、排ガス圧を低 下させることができると共に、第２のターボチャージャ１２を低圧縮比型にする ことができ、第２のターボチャージャ１２のタービン１２ｂにおける空気の圧力 降下を低減させることができる。このため、バルブオーバラップ時の吸排気間の ポンピング現象が抑制され、燃費を改善することができ、また、出力損失を防止 することができる。

【００２１】

【考案の効果】

以上詳細に説明したように、本考案のターボチャージャ付き内燃エンジンにお いて、第１のターボチャージャの圧縮機は、軸流式コンプレッサロータと遠心式 コンプレッサロータとが上流側からこの順に直列に且つ同軸上に一体に形成され た２段式圧縮機より成り、第１のターボチャージャにより高い圧縮比を効率的に 得ることができるようになる。これにより、第１のターボチャージャのタービン 入口を絞る必要がなくなり、排ガス圧を低下させることができると共に、第２の ターボチャージャの仕事量を減少させ、第２のターボチャージャのタービンにお ける空気の圧力降下を低減させることができるので、バルブオーバラップ時の吸 排気間のポンピング現象を抑制し、燃費を改善することができ、また、出力損失 を防止することができる、という効果を奏する。

【００２２】 好ましくは、軸流式コンプレッサロータは、合成樹脂部材から成り、ベアリン グから遠くオーバハングする部分に配置された軸流式コンプレッサロータを軽量 化することができるので、ターボチャージャの回転振動を抑制し、もって、ター ボチャージャの寿命を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のターボチャージャ付き内燃エンジンの
具体的構成を示すブロック図である。

【図２】図１中の第１のターボチャージャ２１の要部の
構成を示す側面断面図である。

【符号の説明】

１ ターボチャージャ付き内燃エンジン １０ エンジン １２ 第２のターボチャージャ １２ｃ 圧縮機入口 １２ｄ 圧縮機出口 １２ｅ タービン入口 １２ｆ タービン出口 １６ 吸気パイプ（吸気路） １７ 排気パイプ（排気路） ２１ 第１のターボチャージャ ３８ 遠心式コンプレッサロータ（圧縮機） ３９ 軸流式コンプレッサロータ（圧縮機） ４０ ステータベーン ４１ タービンロータ（タービン）

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機が吸気路内に配設されタービンが
   排気路内に配設された第１のターボチャージャと、前記
   第１のターボチャージャの圧縮機とエンジンとの間の吸
   気路に介在され、圧縮機入口が前記第１のターボチャー
   ジャの圧縮機側に接続されタービン出口がエンジン側に
   接続されると共に、圧縮機出口とタービン入口とが接続
   された第２のターボチャージャとを備えたターボチャー
   ジャ付き内燃エンジンにおいて、前記第１のターボチャ
   ージャの圧縮機は、軸流式コンプレッサロータと遠心式
   コンプレッサロータとが上流側からこの順に直列に且つ
   同軸上に一体に形成された２段式圧縮機より成ることを
   特徴とするターボチャージャ付き内燃エンジン。
2. 【請求項２】 前記軸流式コンプレッサロータは、合成
   樹脂部材から成ることを特徴とする請求項１のターボチ
   ャージャ付き内燃エンジン。