WO2012090662A1 - 多段過給装置 - Google Patents

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turbine
exhaust
low
supercharger
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伊織 倉田
宇野　忍
和貴 大石
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いすゞ自動車株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a multistage turbocharger, and more particularly to a multistage supercharger having a first supercharger and a second supercharger that are driven by engine exhaust.
  • a two-stage supercharging system (multistage supercharging device) is known as a system that efficiently recovers engine exhaust energy.
  • this two-stage supercharging system is configured so that the high-pressure stage turbocharger (first supercharger) and the low-pressure stage turbocharger (second supercharger) have a low pressure sequentially from the upstream side of the exhaust flow into the exhaust passage.
  • a stage turbine is arranged in series.
  • a low-pressure stage compressor of a low-pressure stage turbocharger and a high-pressure stage compressor of a high-pressure stage turbocharger are arranged in series in this order from the upstream side of the intake flow. Then, the high-pressure turbine and the low-pressure turbine are rotationally driven by the exhaust of the engine, and the intake air compressed by the low-pressure compressor is further compressed by the high-pressure compressor, so that high supercharging is possible.
  • Patent Document 1 discloses a multi-stage turbocharger including a high-pressure stage supercharger and a low-pressure stage supercharger, in which an intake passage and an intercooler are integrally formed to reduce the size of the entire apparatus. It is disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to improve the sealing performance at the connection portion between the high-pressure stage turbocharger and the low-pressure stage turbocharger in the multistage turbocharger, and to improve the supercharging efficiency. It is to improve effectively.
  • a multi-stage turbocharger is a multi-stage supercharger having a first supercharger and a second supercharger that are driven by exhaust of an engine.
  • the feeder includes a first turbine, a first turbine accommodating portion that accommodates the first turbine, and a first exhaust that is directly connected to the exhaust manifold of the engine and communicates the exhaust manifold and the first turbine accommodating portion.
  • the second supercharger includes an inlet portion and a first exhaust outlet portion that extends from the first turbine housing portion in the axial direction of the first turbine and is bent upward so as to open upward.
  • a second turbine a second turbine accommodating portion that accommodates the second turbine, and a second turbine that is directly connected to the first exhaust outlet portion and communicates the first exhaust outlet portion and the second turbine accommodating portion.
  • the opening of the second exhaust inlet is placed in the opening of the first exhaust outlet, the second turbocharger, characterized in that it is supported by the first turbocharger.
  • a first flange is provided at the opening of the first exhaust outlet, and a second flange is provided at the opening of the second exhaust inlet, and the first flange and the second flange are mutually connected. They may be directly connected with the flange surface horizontal.
  • a bypass flow path that bypasses the first turbine housing portion and communicates the first exhaust inlet portion and the second exhaust inlet portion may be integrally formed with the first supercharger.
  • a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass flow path may be further provided.
  • the multistage supercharging device of the present invention it is possible to improve the sealing performance at the connection portion between the high pressure turbocharger and the low pressure turbocharger and to effectively improve the supercharging efficiency.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG. 3.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. 2.
  • a multistage supercharging device 1 is attached to a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10 mounted on a vehicle.
  • the low-pressure stage turbocharger 30 has a larger capacity than the high-pressure stage turbocharger 20.
  • the high-pressure stage turbocharger 20 of the present embodiment corresponds to the first supercharger of the present invention.
  • the low-pressure stage turbocharger 30 of the present embodiment corresponds to the second supercharger of the present invention.
  • the cylinder head 11 of the engine 10 is provided with an intake manifold 13 and an exhaust manifold 14.
  • the exhaust manifold 14 is directly connected to the high-pressure stage exhaust inlet 25 a of the high-pressure stage turbocharger 20.
  • the intake manifold 13 is connected to the downstream end of a high-pressure intake passage 15 for introducing high-pressure intake air sent from the high-pressure stage turbocharger 20.
  • the high pressure intake passage 15 is provided with an intercooler 16 for cooling the intake air and a throttle valve 17 for adjusting the intake air amount.
  • the upstream end of the high-pressure intake passage 15 is connected to the high-pressure stage intake outlet portion 26c of the high-pressure stage turbocharger 20, and the downstream end of the low-pressure intake passage 18 is connected to the high-pressure stage intake inlet portion 26a.
  • the low-pressure stage exhaust inlet portion 35 a of the low-pressure stage turbocharger 30 is directly connected to the high-pressure stage exhaust outlet section 25 c of the high-pressure stage turbocharger 20. That is, the high-pressure turbocharger 20 rotates the high-pressure turbine 21 using the exhaust energy of the engine 10 and is compressed and supplied from the low-pressure compressor 32 by the rotation of the high-pressure compressor 22 provided coaxially. The low pressure intake air is further compressed and supplied to the engine 10.
  • the upstream end of the low-pressure intake passage 18 is connected to the low-pressure stage intake outlet 36c of the low-pressure stage turbocharger 30.
  • An air cleaner 42 is connected to the low-pressure stage intake inlet 36 a of the low-pressure stage turbocharger 30 via the intake passage 41.
  • an exhaust purification device 44 is connected to the low-pressure stage exhaust outlet 35 c of the low-pressure stage turbocharger 30 via an exhaust passage 43. That is, the low-pressure stage turbocharger 30 rotates the low-pressure stage turbine 31 with the exhaust energy of the engine 10 and compresses the intake air introduced through the air cleaner 42 by the rotation of the low-pressure stage compressor 32 provided coaxially.
  • the high-pressure compressor 22 is configured to be supplied.
  • the high-pressure stage exhaust inlet 25a of the high-pressure stage turbocharger 20 and the low-pressure stage exhaust inlet part 35a of the low-pressure stage turbocharger 30 are communicated with each other by a bypass passage 25d that bypasses the high-pressure stage turbine housing part 25b.
  • a flow rate adjusting valve 45 that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass flow channel 25d is provided at the bypass outlet (downstream end) of the bypass flow channel 25d.
  • the valve opening degree of the flow rate adjusting valve 45 is controlled according to the operating state of the engine 10 by an ECU (electronic control unit) (not shown). That is, in the low speed region of the engine 10, the valve opening degree of the flow rate adjusting valve 45 is controlled to zero (closed state). Then, as the rotation of the engine 10 increases, the valve opening degree of the flow rate adjustment valve 45 is controlled to increase.
  • the high-pressure turbocharger 20 includes a high-pressure turbine 21 that is rotationally driven by exhaust gas, a high-pressure compressor 22 that compresses intake air, and a high-pressure turbine that connects the high-pressure turbine 21 and the high-pressure compressor 22.
  • a stage rotor shaft 23 and a high-pressure stage housing 24 are provided. 2 and 4, the high-pressure stage housing 24 includes a high-pressure stage turbine housing part 25, a high-pressure stage compressor housing part 26, and a high-pressure stage bearing housing part 27.
  • the high-pressure stage bearing housing part 27 is located in the central portion of the high-pressure stage housing 24, and the high-pressure stage turbine housing part 25 is attached to one end side (right side in FIGS. 2 and 4) by bolt fastening, and the other end side (FIG. 2). , 4 on the left side), a high-pressure compressor housing portion 26 is attached by bolt fastening.
  • a pair of bearings 52 are provided in the high-pressure stage bearing housing portion 27, and the high-pressure stage rotor shaft 23 is rotatably supported by the bearings 52.
  • the high-pressure stage turbine housing portion 25 includes a high-pressure stage exhaust inlet portion 25 a (see FIG. 5) for taking in exhaust from the engine 10, and a high-pressure stage turbine housing portion (see FIG. 5). 1st turbine accommodating part) 25b, the high pressure stage exhaust outlet part (1st exhaust outlet part) 25c which discharges exhaust_gas
  • a flange 28a fixed to the exhaust outlet portion 14a of the exhaust manifold 14 by bolt fastening is provided at the upstream end of the high-pressure stage exhaust inlet portion (first exhaust inlet portion) 25a.
  • the downstream end of the high-pressure stage exhaust inlet 25a communicates with the inside of the high-pressure stage turbine accommodating part 25b via the high-pressure stage turbine scroll flow path 25e.
  • the high-pressure stage exhaust outlet 25c extends from the high-pressure turbine housing 25b in the axial direction of the high-pressure stage rotor shaft 23 and is bent upward so as to open upward.
  • a flange (first flange) 28b that is bolted to a flange (second flange) 38a of a low-pressure stage exhaust inlet portion 35a described later is provided at the opening (downstream end) of the high-pressure stage exhaust outlet portion 25c.
  • the flange 28b of the high-pressure stage exhaust outlet 25c and the flange 38a of the low-pressure stage exhaust inlet 35a are fixed in a state where the flange surfaces are horizontal.
  • the low pressure stage turbocharger 30 is configured to be supported by the high pressure stage turbocharger 20 by fixing the flange surfaces to each other in a horizontal state.
  • the bypass flow path 25d bypasses the high-pressure stage turbine housing part 25b and communicates the high-pressure stage exhaust inlet part 25a and the low-pressure stage exhaust inlet part 35a.
  • the bypass passage 25d has an upstream end of the bypass inlet provided in the high-pressure stage turbine accommodating portion 25b and a downstream end of the bypass outlet provided on the same flange surface as the flange 28b. 25a and the high-pressure stage exhaust outlet 25c are integrally formed.
  • the high-pressure stage compressor housing part 26 includes a high-pressure stage intake inlet part 26 a that takes in the intake air from the low-pressure stage turbocharger 30, a high-pressure stage compressor housing part 26 b that houses the high-pressure stage compressor 22, And a high-pressure stage intake outlet portion 26c for discharging the intake air.
  • An annular high-pressure compressor scroll passage 26 e is formed in the high-pressure compressor housing portion 26 b on the radially outer side of the high-pressure compressor 22.
  • the downstream end of the low-pressure intake passage 18 is fixed to the upstream end of the high-pressure stage intake inlet portion 26a.
  • the upstream end of the high-pressure intake passage 15 is fixed to the downstream end of the high-pressure stage intake outlet portion 26c.
  • the low-pressure stage turbocharger 30 includes a low-pressure stage turbine (second turbine) 31 that is rotationally driven by exhaust, a low-pressure stage compressor 32 that compresses intake air, and the low-pressure stage turbine 31 and the low-pressure stage A low-pressure stage rotor shaft 33 that connects the compressor 32 and a low-pressure stage housing 34 are provided.
  • the low pressure stage housing 34 includes a low pressure stage turbine housing part 35, a low pressure stage compressor housing part 36, and a low pressure stage bearing housing part 37.
  • the low-pressure stage bearing housing part 37 is located in the central portion of the low-pressure stage housing 34, and the low-pressure stage turbine housing part 35 is attached to one end side (right side in FIGS. 2 and 4) by bolt fastening, and the other end side (FIG. 2). , 4) is attached to the low pressure compressor housing portion 36 by bolt fastening.
  • a pair of bearings 53 are provided in the low pressure stage bearing housing portion 37, and the low pressure stage rotor shaft 33 is rotatably supported by the bearings 53.
  • the low-pressure stage turbine housing part 35 includes a low-pressure stage exhaust inlet part (second exhaust inlet part) that takes in exhaust that has passed through the high-pressure stage turbocharger 20 or exhaust gas that has passed through the bypass passage 25 d. ) 35a, a low-pressure stage turbine housing part (second turbine housing part) 35b for housing the low-pressure stage turbine 31, and a low-pressure stage exhaust outlet part 35c for discharging exhaust gas.
  • an annular low-pressure stage turbine scroll passage 35 e is formed in the low-pressure stage turbine housing portion 35 b on the radially outer side of the low-pressure stage turbine 31.
  • a flange 38a fixed to the flange 28b of the high-pressure stage exhaust outlet portion 25c by bolt fastening is provided at the opening (upstream end) of the low-pressure stage exhaust inlet portion 35a. Further, the downstream end of the low-pressure stage exhaust inlet portion 35a communicates with the inside of the low-pressure stage turbine housing portion 35b via the low-pressure stage turbine scroll passage 35e. Further, the upstream end of the exhaust passage 43 is fixed to the downstream end of the low-pressure stage exhaust outlet portion 35c by bolt fastening via a flange.
  • the low-pressure compressor housing part 36 includes a low-pressure stage intake inlet 36a for taking in intake air via an air cleaner, a low-pressure stage compressor accommodating part 36b for accommodating the low-pressure compressor 32, and a low-pressure stage for discharging intake air. And an intake outlet portion 36c.
  • An annular low-pressure compressor scroll passage 36e is formed in the low-pressure compressor housing portion 36b on the radially outer side of the low-pressure compressor 32.
  • the downstream end of the intake passage 41 is fixed to the upstream end of the low-pressure stage intake inlet 36a.
  • the upstream end of the low-pressure intake passage 18 is fixed to the downstream end of the low-pressure stage intake outlet 36c.
  • the multistage supercharging device 1 has the following operational effects.
  • the high-pressure stage exhaust outlet 25c of the high-pressure stage turbocharger 20 extends from the high-pressure stage turbine housing part 25b in the axial direction of the high-pressure stage rotor shaft 23 and is bent upward so as to open upward. .
  • the flange 28b provided at the opening (downstream end) of the high-pressure stage exhaust outlet 25c and the flange 38a provided at the opening (upstream end) of the low-pressure stage exhaust inlet 35a have the flange surfaces horizontal to each other. In this state, it is fixed by bolt fastening.
  • the low-pressure stage turbocharger 30 is supported by the high-pressure stage turbocharger 20 by mounting and fixing the flange 38a of the low-pressure stage exhaust inlet part 35a on the flange 28b of the high-pressure stage exhaust outlet part 25c.
  • a support bracket for fixing the low-pressure stage turbocharger 30 to the engine 10 or the like can be omitted or simplified.
  • the high-pressure stage turbocharger 20 and the low-pressure stage turbocharger 30 are fixed in a state in which the flange surfaces that are the connection parts are horizontal, so that the low-pressure stage turbo is connected to the connection part from above to below.
  • the weight of the charger 30 will be multiplied.
  • the high pressure stage exhaust inlet 25 a of the high pressure stage turbocharger 20 is directly connected to the exhaust manifold 14, and the high pressure stage exhaust outlet 25 c of the high pressure stage turbocharger 20 is connected to the low pressure stage exhaust inlet of the low pressure stage turbocharger 30. It is directly connected to the part 35a. Further, the bypass flow path 25d is integrally formed with the high-pressure stage exhaust inlet portion 25a and the high-pressure stage exhaust outlet portion 25c.
  • connection between the high-pressure stage turbocharger 20 and the low-pressure stage turbocharger 30 can be made compact, the exhaust passage resistance can be reduced, and the supercharging efficiency of the multistage supercharging device 1 can be effectively improved. Can do.
  • the low-pressure stage turbocharger 30 has been described as being supported by the high-pressure stage turbocharger 20 by the flange 38a being mounted and fixed on the upper part of the flange 28b, but the flanges 28b and 38a are omitted.
  • the opening of the high-pressure stage exhaust outlet 25c and the opening of the low-pressure stage exhaust inlet 35a may be directly connected. In this case, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
  • bypass outlet (downstream end) of the bypass channel 25d has been described as being provided on the same flange surface as the flange 28b, it may be provided in the high-pressure stage exhaust outlet 25c.
  • the flow rate adjusting valve 45 may be provided in the bypass inlet (upstream end) of the bypass channel 25d or in the bypass channel 25d.
  • Multistage turbocharger 10 Engine 14 Exhaust manifold 20 High-pressure turbocharger (first turbocharger) 21 High-pressure turbine (first turbine) 25a High-pressure stage exhaust inlet (first exhaust inlet) 25b High pressure stage turbine housing (first turbine housing) 25c High pressure stage exhaust outlet (first exhaust outlet) 25d Bypass channel 28b Flange (first flange) 30 Low-pressure turbocharger (second turbocharger) 31 Low-pressure turbine (second turbine) 35a Low-pressure stage exhaust inlet (second exhaust inlet) 35b Low-pressure stage turbine housing (second turbine housing) 38a Flange (second flange)

Abstract

　多段過給装置に関し、高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャとの接続部位におけるシール性を向上する。　第１過給機２０と第２過給機３０とを有する多段過給装置１であって、第１過給機２０は、第１タービン収容部２５ｂと、第１排気入口部２５ａと、第１タービン収容部２５ｂから第１タービン２１の軸方向に延びるとともに、上方に向けて屈曲した第１排気出口部２５ｃとを備え、第２過給機３０は、第２タービン３１と、第２タービン収容部３５ｂと、第１排気出口部２５ｃに直接連結されて第１排気出口部２５ｃと第２タービン収容部３５ｂとを連通する第２排気入口部３５ａとを備え、第２排気入口部３５ａの開口部を第１排気出口部２５ｃの開口部に載置して、第２過給機３０が第１過給機２０により支持されるようにした。

Description

多段過給装置
　本発明は、多段過給装置に関し、特にエンジンの排気により駆動される第１過給機と第２過給機とを有する多段過給装置に関する。
　エンジンの排気エネルギーを効率的に回収するシステムとして、二段過給システム（多段過給装置）が知られている。通常、この二段過給システムは、排気通路に排気流れの上流側から順に、高圧段ターボチャージャ（第１過給機）の高圧段タービンと低圧段ターボチャージャ（第２過給機）の低圧段タービンとを直列に配置している。また、吸気通路側には、吸気流れの上流側から順に、低圧段ターボチャージャの低圧段コンプレッサと高圧段ターボチャージャの高圧段コンプレッサとを直列に配置している。そして、エンジンの排気で高圧段タービンと低圧段タービンとを回転駆動させ、低圧段コンプレッサで圧縮された吸気を高圧段コンプレッサで更に圧縮することで、高過給が可能に構成されている。
　例えば、特許文献１には、高圧段過給機と低圧段過給機とを備える多段過給装置において、装置全体を小型化すべく吸気通路とインタークーラとを一体に形成した多段過給装置が開示されている。
特開２０１０－２４８９８２号公報
　ところで、二段過給システムでは、高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャとの二つのターボチャージャを搭載し、これら二つのターボチャージャをエンジン等に固定する必要がある。
　そのため、二つのターボチャージャを支持するためのブラケットを、これら二つのターボチャージャにそれぞれ設ける必要がある。また、装置全体として複雑な排気管形状になり、排気流路の流路抵抗が大きくなるので、排気流れの圧力損失が増加する可能性がある。さらに、ターボチャージャの重量により、二つのターボチャージャの接続部位（配管締結部）におけるシール性が低下する可能性もある。
　本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、多段過給装置において、高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャとの接続部位におけるシール性を向上するとともに、過給効率を効果的に向上することにある。
　上述の目的を達成するため、本発明の多段過給装置は、エンジンの排気により駆動される第１過給機と第２過給機とを有する多段過給装置であって、前記第１過給機は、第１タービンと、前記第１タービンを収容する第１タービン収容部と、前記エンジンの排気マニホールドに直接連結されて該排気マニホールドと前記第１タービン収容部とを連通する第１排気入口部と、前記第１タービン収容部から前記第１タービンの軸方向に延びるとともに、上向きに開口するように上方に向けて屈曲した第１排気出口部とを備え、前記第２過給機は、第２タービンと、前記第２タービンを収容する第２タービン収容部と、前記第１排気出口部に直接連結されて前記第１排気出口部と前記第２タービン収容部とを連通する第２排気入口部とを備え、前記第２排気入口部の開口部を前記第１排気出口部の開口部に載置して、前記第２過給機が前記第１過給機により支持されることを特徴とする。
　また、前記第１排気出口部の開口部に第１フランジが設けられるとともに、前記第２排気入口部の開口部に第２フランジが設けられ、前記第１フランジと前記第２フランジとが、互いにフランジ面を水平にした状態で直接連結されてもよい。
　また、前記第１過給機に、前記第１タービン収容部を迂回して前記第１排気入口部と前記第２排気入口部とを連通するバイパス流路が一体形成されてもよい。
　また、前記バイパス流路を流れる排気の流量を調整する流量調整バルブをさらに備えてもよい。
　本発明の多段過給装置によれば、高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャとの接続部位におけるシール性を向上することができるとともに、過給効率を効果的に向上することができる。
本発明の一実施形態に係る多段過給装置を示す模式的な全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る多段過給装置の正面構造を示す模式的な正面図である。 本発明の一実施形態に係る多段過給装置の側面構造を示す模式的な側面図である。 図３のＢ－Ｂ線断面図である。 図２のＡ－Ａ線断面図である。
　以下、図１～５に基づいて、本発明の一実施形態に係る多段過給装置について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
　本発明の一実施形態に係る多段過給装置１は、図１に示すように、車両に搭載されるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０に併設されるもので、高圧段ターボチャージャ２０と、この高圧段ターボチャージャ２０よりも大容量の低圧段ターボチャージャ３０とを有する。なお、本実施形態の高圧段ターボチャージャ２０は、本発明の第１過給機に相当する。また、本実施形態の低圧段ターボチャージャ３０は、本発明の第２過給機に相当する。
　エンジン１０のシリンダヘッド１１には、吸気マニホールド１３と排気マニホールド１４とが設けられている。排気マニホールド１４には、高圧段ターボチャージャ２０の高圧段排気入口部２５ａが直接連結されている。また、吸気マニホールド１３には、高圧段ターボチャージャ２０から送出される高圧吸気を導入する高圧吸気通路１５の下流端が接続されている。さらに、高圧吸気通路１５には、吸気を冷却するインタークーラ１６と、吸気量を調整するスロットルバルブ１７が設けられている。
　高圧段ターボチャージャ２０の高圧段吸気出口部２６ｃには、高圧吸気通路１５の上流端が接続され、高圧段吸気入口部２６ａには、低圧吸気通路１８の下流端が接続されている。また、高圧段ターボチャージャ２０の高圧段排気出口部２５ｃには、低圧段ターボチャージャ３０の低圧段排気入口部３５ａが直接連結されている。すなわち、高圧段ターボチャージャ２０は、エンジン１０の排気エネルギーを利用して高圧段タービン２１を回転駆動させるとともに、同軸に設けられた高圧段コンプレッサ２２の回転により、低圧段コンプレッサ３２から圧縮供給される低圧吸気を更に圧縮してエンジン１０へと供給するように構成されている。
　低圧段ターボチャージャ３０の低圧段吸気出口部３６ｃには、低圧吸気通路１８の上流端が接続されている。また、低圧段ターボチャージャ３０の低圧段吸気入口部３６ａには、吸気通路４１を介してエアクリーナ４２が接続されている。さらに、低圧段ターボチャージャ３０の低圧段排気出口部３５ｃには、排気通路４３を介して排気浄化装置４４が接続されている。すなわち、低圧段ターボチャージャ３０は、エンジン１０の排気エネルギーで低圧段タービン３１を回転駆動させるとともに、同軸に設けられた低圧段コンプレッサ３２の回転によりエアクリーナ４２を介して導入される吸気を圧縮して高圧段コンプレッサ２２に供給するように構成されている。
　高圧段ターボチャージャ２０の高圧段排気入口部２５ａと低圧段ターボチャージャ３０の低圧段排気入口部３５ａとは、高圧段タービン収容部２５ｂを迂回するバイパス流路２５ｄによって連通されている。また、バイパス流路２５ｄのバイパス出口（下流端）には、バイパス流路２５ｄを流れる排気の流量を調整する流量調整バルブ４５が設けられている。この流量調整バルブ４５のバルブ開度は、図示しないＥＣＵ（電子制御ユニット）により、エンジン１０の運転状態に応じて制御される。すなわち、エンジン１０の低回転領域では、この流量調整バルブ４５のバルブ開度はゼロ（閉弁状態）に制御される。そして、エンジン１０の回転が上がるにつれて、流量調整バルブ４５のバルブ開度は大きくするように制御される。
　次に、図２～４を用いて、高圧段ターボチャージャ２０と低圧段ターボチャージャ３０との構造について説明する。
　高圧段ターボチャージャ２０は、図４に示すように、排気で回転駆動する高圧段タービン２１と、吸気を圧縮する高圧段コンプレッサ２２と、この高圧段タービン２１と高圧段コンプレッサ２２とを連結する高圧段ロータシャフト２３と、高圧段ハウジング２４とを有する。また、高圧段ハウジング２４は、図２，４に示すように、高圧段タービンハウジング部２５と、高圧段コンプレッサハウジング部２６と、高圧段軸受ハウジング部２７とを有する。
　高圧段軸受ハウジング部２７は、高圧段ハウジング２４の中央部分に位置し、一端側（図２，４中右側）に高圧段タービンハウジング部２５がボルト締結により取り付けられて、他端側（図２，４中左側）に高圧段コンプレッサハウジング部２６がボルト締結により取り付けられている。また、図４に示すように、高圧段軸受ハウジング部２７内には、一対の軸受５２が設けられ、この軸受５２により高圧段ロータシャフト２３が回転自在に支持されている。
　高圧段タービンハウジング部２５は、図４，５に示すように、エンジン１０からの排気を取り入れる高圧段排気入口部２５ａ（図５参照）と、高圧段タービン２１を収容する高圧段タービン収容部（第１タービン収容部）２５ｂと、排気を吐き出す高圧段排気出口部（第１排気出口部）２５ｃと、バイパス流路２５ｄとを有する。また、高圧段タービン収容部２５ｂには、高圧段タービン２１の径方向外側に環状の高圧段タービンスクロール流路２５ｅが形成されている。
　図３，５に示すように、高圧段排気入口部（第１排気入口部）２５ａの上流端には、排気マニホールド１４の排気出口部１４ａにボルト締結により固定されるフランジ２８ａが設けられている。また、高圧段排気入口部２５ａの下流端は、高圧段タービンスクロール流路２５ｅを介して高圧段タービン収容部２５ｂ内と連通する。
　高圧段排気出口部２５ｃは、図２，４に示すように、高圧段タービン収容部２５ｂから高圧段ロータシャフト２３の軸方向に延びるとともに、上向きに開口するように上方に向けて屈曲して形成されている。また、高圧段排気出口部２５ｃの開口部（下流端）には、後述する低圧段排気入口部３５ａのフランジ（第２フランジ）３８ａとボルト締結されるフランジ（第１フランジ）２８ｂが設けられている。すなわち、高圧段排気出口部２５ｃのフランジ２８ｂと低圧段排気入口部３５ａのフランジ３８ａとは、互いのフランジ面を水平にした状態で固定される。このように、互いのフランジ面が水平状態に固定されることで、低圧段ターボチャージャ３０は高圧段ターボチャージャ２０に支持されるように構成されている。
　バイパス流路２５ｄは、図４，５に示すように、高圧段タービン収容部２５ｂを迂回して高圧段排気入口部２５ａと低圧段排気入口部３５ａとを連通する。このバイパス流路２５ｄは、バイパス入口の上流端が高圧段タービン収容部２５ｂ内に設けられるとともに、バイパス出口の下流端がフランジ２８ｂと同一のフランジ面に設けられることで、これら高圧段排気入口部２５ａと高圧段排気出口部２５ｃとに一体形成されている。
　高圧段コンプレッサハウジング部２６は、図４，５に示すように、低圧段ターボチャージャ３０からの吸気を取り入れる高圧段吸気入口部２６ａと、高圧段コンプレッサ２２を収容する高圧段コンプレッサ収容部２６ｂと、吸気を吐き出す高圧段吸気出口部２６ｃとを有する。また、高圧段コンプレッサ収容部２６ｂには、高圧段コンプレッサ２２の径方向外側に環状の高圧段コンプレッサスクロール流路２６ｅが形成されている。
　図２，４に示すように、高圧段吸気入口部２６ａの上流端には、低圧吸気通路１８の下流端が固定されている。また、高圧段吸気出口部２６ｃの下流端には、高圧吸気通路１５の上流端が固定されている。
　低圧段ターボチャージャ３０は、図４，５に示すように、排気で回転駆動する低圧段タービン（第２タービン）３１と、吸気を圧縮する低圧段コンプレッサ３２と、この低圧段タービン３１と低圧段コンプレッサ３２とを連結する低圧段ロータシャフト３３と、低圧段ハウジング３４とを有する。また、低圧段ハウジング３４は、図２，４に示すように、低圧段タービンハウジング部３５と、低圧段コンプレッサハウジング部３６と、低圧段軸受ハウジング部３７とを有する。
　低圧段軸受ハウジング部３７は、低圧段ハウジング３４の中央部分に位置し、一端側（図２，４中右側）に低圧段タービンハウジング部３５がボルト締結により取り付けられるとともに、他端側（図２，４中左側）に低圧段コンプレッサハウジング部３６がボルト締結により取り付けられている。また、図４に示すように、低圧段軸受ハウジング部３７内には、一対の軸受５３が設けられ、この軸受５３により低圧段ロータシャフト３３が回転自在に支持されている。
　低圧段タービンハウジング部３５は、図４，５に示すように、高圧段ターボチャージャ２０を通過した排気、もしくは、バイパス流路２５ｄを通過した排気を取り入れる低圧段排気入口部（第２排気入口部）３５ａと、低圧段タービン３１を収容する低圧段タービン収容部（第２タービン収容部）３５ｂと、排気を吐き出す低圧段排気出口部３５ｃとを有する。また、低圧段タービン収容部３５ｂには、低圧段タービン３１の径方向外側に環状の低圧段タービンスクロール流路３５ｅが形成されている。
　図４に示すように、低圧段排気入口部３５ａの開口部（上流端）には、高圧段排気出口部２５ｃのフランジ２８ｂとボルト締結により固定されるフランジ３８ａが設けられている。また、低圧段排気入口部３５ａの下流端は、低圧段タービンスクロール流路３５ｅを介して低圧段タービン収容部３５ｂ内と連通する。さらに、低圧段排気出口部３５ｃの下流端には、排気通路４３の上流端がフランジを介してボルト締結により固定されている。
　低圧段コンプレッサハウジング部３６は、図４に示すように、エアクリーナを介して吸気を取り入れる低圧段吸気入口部３６ａと、低圧段コンプレッサ３２を収容する低圧段コンプレッサ収容部３６ｂと、吸気を吐き出す低圧段吸気出口部３６ｃとを有する。また、低圧段コンプレッサ収容部３６ｂには、低圧段コンプレッサ３２の径方向外側に環状の低圧段コンプレッサスクロール流路３６ｅが形成されている。
　図２，４に示すように、低圧段吸気入口部３６ａの上流端には、吸気通路４１の下流端が固定されている。また、低圧段吸気出口部３６ｃの下流端には、低圧吸気通路１８の上流端が固定されている。
　以上のような構成により、本発明の一実施形態に係る多段過給装置１によれば以下のような作用効果を奏する。
　高圧段ターボチャージャ２０の高圧段排気出口部２５ｃは、高圧段タービン収容部２５ｂから高圧段ロータシャフト２３の軸方向に延びるとともに、上向きに開口するように上方に向けて屈曲して形成されている。そして、高圧段排気出口部２５ｃの開口部（下流端）に設けられたフランジ２８ｂと低圧段排気入口部３５ａの開口部（上流端）に設けられたフランジ３８ａとは、互いにフランジ面を水平にした状態でボルト締結により固定される。すなわち、低圧段排気入口部３５ａのフランジ３８ａが高圧段排気出口部２５ｃのフランジ２８ｂの上部に載置されて固定されることで、低圧段ターボチャージャ３０は高圧段ターボチャージャ２０により支持される。
　したがって、低圧段ターボチャージャ３０が高圧段ターボチャージャ２０により確実に支持されるので、低圧段ターボチャージャ３０をエンジン１０等に固定するための支持ブラケットを省略もしくは簡素化することができる。
　また、高圧段ターボチャージャ２０と低圧段ターボチャージャ３０とは、互いの接続部位であるフランジ面を水平にした状態で固定されるので、この接続部位には、上方から下方に向けて低圧段ターボチャージャ３０の重量が掛けられることになる。
　したがって、高圧段ターボチャージャ２０と低圧段ターボチャージャ３０との接続部位におけるシール性を効果的に向上することができる。
　また、高圧段ターボチャージャ２０の高圧段排気入口部２５ａは、排気マニホールド１４に直接連結されるとともに、高圧段ターボチャージャ２０の高圧段排気出口部２５ｃは、低圧段ターボチャージャ３０の低圧段排気入口部３５ａに直接連結されている。さらに、バイパス流路２５ｄは、高圧段排気入口部２５ａ及び高圧段排気出口部２５ｃに一体形成されている。
　したがって、高圧段ターボチャージャ２０と低圧段ターボチャージャ３０との接続をコンパクトにして、排気の流路抵抗を低減することができるとともに、多段過給装置１の過給効率を効果的に向上することができる。
　なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
　例えば、低圧段ターボチャージャ３０は、フランジ３８ａがフランジ２８ｂの上部に載置され固定されることで、高圧段ターボチャージャ２０により支持されるものとして説明したが、これらフランジ２８ｂ，３８ａを省略して、高圧段排気出口部２５ｃの開口部と低圧段排気入口部３５ａの開口部とを直接連結してもよい。この場合も上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
　また、バイパス流路２５ｄのバイパス出口（下流端）は、フランジ２８ｂと同一のフランジ面に設けられるものとして説明したが、高圧段排気出口部２５ｃ内に設けられるものであってもよい。
　また、流量調整バルブ４５は、バイパス流路２５ｄのバイパス入口（上流端）や、バイパス流路２５ｄ内に設けられるものであってもよい。
　１　多段過給装置
　１０　エンジン
　１４　排気マニホールド
　２０　高圧段ターボチャージャ（第１過給機）
　２１　高圧段タービン（第１タービン）
　２５ａ　高圧段排気入口部（第１排気入口部）
　２５ｂ　高圧段タービン収容部（第１タービン収容部）
　２５ｃ　高圧段排気出口部（第１排気出口部）
　２５ｄ　バイパス流路
　２８ｂ　フランジ（第１フランジ）
　３０　低圧段ターボチャージャ（第２過給機）
　３１　低圧段タービン（第２タービン）
　３５ａ　低圧段排気入口部（第２排気入口部）
　３５ｂ　低圧段タービン収容部（第２タービン収容部）
　３８ａ　フランジ（第２フランジ）

Claims (4)

  1. 　エンジンの排気により駆動される第１過給機と第２過給機とを有する多段過給装置であって、
    　前記第１過給機は、第１タービンと、前記第１タービンを収容する第１タービン収容部と、前記エンジンの排気マニホールドに直接連結されて該排気マニホールドと前記第１タービン収容部とを連通する第１排気入口部と、前記第１タービン収容部から前記第１タービンの軸方向に延びるとともに、上向きに開口するように上方に向けて屈曲した第１排気出口部とを備え、
    　前記第２過給機は、第２タービンと、前記第２タービンを収容する第２タービン収容部と、前記第１排気出口部に直接連結されて前記第１排気出口部と前記第２タービン収容部とを連通する第２排気入口部とを備え、
    　前記第２排気入口部の開口部を前記第１排気出口部の開口部に載置して、前記第２過給機が前記第１過給機により支持される
    　ことを特徴とする多段過給装置。
  2. 　前記第１排気出口部の開口部に第１フランジが設けられるとともに、前記第２排気入口部の開口部に第２フランジが設けられ、
    　前記第１フランジと前記第２フランジとが、互いにフランジ面を水平にした状態で直接連結される請求項１記載の多段過給装置。
  3. 　前記第１過給機に、前記第１タービン収容部を迂回して前記第１排気入口部と前記第２排気入口部とを連通するバイパス流路が一体形成される請求項１又は２記載の多段過給装置。
  4. 　前記バイパス流路を流れる排気の流量を調整する流量調整バルブをさらに備える３記載の多段過給装置。
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