JP2015045295A - 内燃機関の多段過給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多段過給装置のアクチュエータへの熱の影響を低減する。
【解決手段】 多段過給装置１２は、内燃機関本体２の排気通路１１に接続される第１タービンハウジング２７及び第１コンプレッサハウジング２８を備えた第１過給装置２１と、第１タービンハウジングに接続される第２タービンハウジング３６及び第２コンプレッサハウジング３７を備えた第２過給装置２２と、第１タービンハウジングを迂回するように排気通路と第２タービンハウジングを接続するバイパス通路４２と、バイパス通路に設けられた開閉弁４５と、開閉弁を駆動する第１のアクチュエータ４６とを有する。第１のアクチュエータは、第１コンプレッサハウジング又は第２コンプレッサハウジングに支持された第１の本体７１Ｂと、本体に変位可能に支持され、開閉弁に連結された第１の出力部材７５Ｂとを有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の多段過給装置に係り、詳しくは２つの過給装置が直列に配置された多段過給装置に関する。

内燃機関の給排気系に高圧段過給装置と低圧段過給装置との２つの過給装置を設け、内燃機関の回転数に応じて各過給装置に流入させる排気量を調節するようにした多段過給装置（シーケンシャルターボチャージャシステム）がある。このような多段過給装置は、内燃機関の低速回転時に比較的容積が小さい高圧段過給装置を使用し、高速回転時に高圧段過給装置よりも容積が大きい低圧段過給装置を使用することによって、幅広い回転数帯で過給効果を高めることができる。

多段過給装置は、２つの過給装置と、これらの過給装置同士を互いに接続する配管とを備えているため、大型化するという問題がある。特に、多段過給装置は、エンジン回転数に応じて使用する高圧段過給装置及び低圧段過給装置を選択可能にするために、バイパス通路と、バイパス通路に設けられたバイパス弁を駆動するアクチュエータとを有するため、各構成をコンパクトに配置することが困難である。このような問題に対して、高圧段過給装置及び低圧段過給装置の回転軸線を互いに平行に配置し、かつ回転軸線方向において各過給装置のタービン側及びコンプレッサ側が互いに一致するように配置し、かつ低圧段過給装置のタービンハウジングを高圧段過給装置のタービンハウジングよりも回転軸線方向にタービン側に偏倚させて配置したものがある（例えば、特許文献１）。このように配置すると、各過給装置において最も体積が大きいコンプレッサハウジング同士の干渉が避けられ、各過給装置の回転軸線間距離を近接させることができ、装置全体をコンパクトに配置することができる。

特開２０１１−１７４４２５号公報

このような多段過給装置では、バイパス弁を駆動するアクチュエータの配置自由度はコンパクト化の観点から制限され、排気通路のバイパス弁を駆動するアクチュエータはその近傍のタービンや排気通路に支持される。この場合には、タービンや排気通路を通過する排気の熱がアクチュエータに伝達され、アクチュエータが加熱されて変形や劣化を生じ、バイパス弁の開閉駆動が不安定になる虞がある。特に、過給装置では、可撓性の樹脂材料からなるダイヤフラムを利用したアクチュエータが使用される場合があり、このような場合にはダイヤフラムが劣化するという問題がある。

本発明は、以上の背景を鑑み、多段過給装置のアクチュエータへの熱の影響を低減することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の多段過給装置（１２）は、内燃機関本体（２）の排気通路（１１）に接続される第１タービンハウジング（２７）及び前記第１タービンハウジングに連結された第１コンプレッサハウジング（２８）を備えた第１過給装置（２１）と、前記第１タービンハウジングに接続される第２タービンハウジング（３６）及び前記第２タービンハウジングに連結された第２コンプレッサハウジング（３７）を備えた第２過給装置（２２）と、前記第１タービンハウジングを迂回するように前記排気通路と前記第２タービンハウジングを接続するバイパス通路（４２）と、前記バイパス通路に設けられた開閉弁（４５）と、前記開閉弁を駆動する第１のアクチュエータ（４６）とを有し、前記第１のアクチュエータは、前記第１コンプレッサハウジング又は前記第２コンプレッサハウジングに支持された第１の本体（７１Ｂ）と、前記第１の本体に変位可能に支持され、前記開閉弁に連結された第１の出力部材（７５Ｂ）とを有することを特徴とする。

この構成によれば、アクチュエータの本体が、第１タービンハウジングや第２タービンハウジング等の排気が通過する部材ではなく、吸気が通過する第１コンプレッサハウジング又は第２コンプレッサハウジングに支持されているため、排気によって加熱され難くなる。そのため、アクチュエータの本体は、排気による熱の影響を受け難く、変形や劣化を生じることなく、正常に動作することができる。

また、上記の発明において、前記第１のアクチュエータは、前記第１の本体の内室を区画するダイヤフラム（７４）を有し、前記第１の出力部材は、一端側が前記ダイヤフラムに連結される一方、他端側が前記開閉弁に連結されているとよい。

この構成によれば、アクチュエータの本体は排気から熱の影響を受け難い位置に設けられているため、ダイヤフラムを有するアクチュエータであっても劣化することなく正常に動作することができる。

また、上記の発明において、前記第１過給装置は、前記第１タービンハウジング内に変位可能に設けられた可変ノズルベーン（３１）と、前記可変ノズルベーンを駆動する第２のアクチュエータ（３２）とを有し、前記第２のアクチュエータは、前記第１コンプレッサハウジング又は前記第２コンプレッサハウジングに支持された第２の本体（７１Ａ）と、前記本体に変位可能に支持され、前記可変ノズルベーンに連結された第２の出力部材（７５Ａ）とを有するとよい。

この構成によれば、可変ノズルベーンを駆動するアクチュエータの本体が、排気による熱の影響を受け難くなり、変形や劣化を生じることなく、正常に動作することができる。

また、上記の発明において、前記第２過給装置の回転軸線（Ｄ）は、上下方向において前記第１過給装置の回転軸線（Ｃ）よりも上方に平行となるように配置され、前記出力部材は、上下方向において前記第１過給装置の前記回転軸線と前記第２過給装置の前記回転軸線との間に、前記両回転軸線と平行に延在しているとよい。

この構成によれば、アクチュエータの出力部材が、上下方向において第１過給装置と第２過給装置の間を、各過給装置の回転軸線と平行に延在するため、出力部材が多段過給装置の外形に与える影響が小さく、多段過給装置をコンパクトにすることができる。

また、本発明の他の側面は、上記の多段過給装置（１２）と内燃機関本体（２）とを備えた内燃機関（１）であって、前記内燃機関本体は、排気側が前側、吸気側が後側となり、後傾するように配置され、前記第２過給装置は、前記内燃機関本体の前側において、前記第１過給装置よりも上方かつ後方に配置され、前記アクチュエータは、前記第１過給装置の上方かつ前記第２過給装置の前方に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１過給装置及び第２過給装置が、後傾する内燃機関本体の前側面に沿って配置され、アクチュエータが、第１過給装置の上方かつ第２過給装置の前方に形成された空間（凹部）に配置される。そのため、内燃機関全体をコンパクトにすることができる。

以上の構成によれば、多段過給装置のアクチュエータへの熱の影響を低減することができる。

実施形態に係る内燃機関の正面図 実施形態に係る内燃機関の左側面図 実施形態に係る多段過給装置の模式図 実施形態に係る多段過給装置の正面図 実施形態に係る多段過給装置の右側面図 実施形態に係る多段過給装置の左側面図 実施形態に係る各アクチュエータの断面図

以下、図面を参照して、本発明を自動車用エンジンの多段過給装置に適用した実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、自動車の前進方向を前方として各方向を定める。また、以下の説明で用いる「上流」および「下流」の語は、エンジンの吸排気系における一連のガスの流れ方向を基準とし、吸気系のエアインレットを最上流、排気系のマフラーを最下流として説明する。

図１は実施形態に係る内燃機関の正面図、図２は実施形態に係る内燃機関の左側面図である。図１及び図２に示すように、実施形態に係る内燃機関１は、内燃機関本体２を有している。内燃機関本体２は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであってよい。内燃機関本体２は、直列に配置された複数の気筒を有する。内燃機関本体２は、シリンダ列が左右に延在するように、車体に対して横置きに配置される。内燃機関本体２は、下側からオイルパン５、シリンダブロック６、シリンダヘッド７、ヘッドカバー８を有する。内燃機関本体２は、シリンダ軸線Ａが鉛直線Ｂに対して後傾するように車体に対して配置されている。シリンダブロック６は、下部が前後に張り出したクランクケース６Ａを有し、その右端面にはトランスミッション９が接合されている。

シリンダヘッド７には、シリンダブロック６に形成された気筒に連続する吸気ポート及び排気ポートが形成されている。排気ポートはシリンダヘッド７の前側面に開口しており、吸気ポートはシリンダヘッド７の後側面に開口している。

シリンダヘッド７の前側面には、各排気ポートに接続する排気マニホールド１１が締結されている。排気マニホールド１１の下流端には、多段過給装置１２が設けられている。なお、各排気ポートがシリンダヘッド７内で集合される場合には、排気マニホールド１１はシリンダヘッド７と一体に形成され、多段過給装置１２はシリンダヘッドに直接に接続される。多段過給装置１２の排気側の下流側には、触媒コンバータ１３が接続され、その下流にはＤＰＦ、ＮＯｘ浄化装置、マフラーが直列に連結されている。

図示しないが、シリンダヘッド７の後側面には、各吸気ポートに連続する吸気マニホールドが締結されている。吸気マニホールドの上流側には、スロットルバルブ、インタークーラ、多段過給装置１２の吸気側、エアフィルタ、エアインレットが直列に連結されている。

図１に示すように、正面視において、トランスミッション９の上方であって、シリンダヘッド７の左方には、車体に支持されたバッテリ１５が配置されている。シリンダヘッド７とバッテリ１５との間には、所定の隙間が形成されている。図２に示すように、内燃機関本体２の前方にはラジエータ１７が配置されている。ラジエータ１７は、フィンを有する水管を並列、又は折り曲げて平板状に配設した熱交換部１７Ａと、熱交換部１７Ａに空気を供給する箱形の軸流ファンであるファン１７Ｂとを有する。熱交換部１７Ａは内燃機関本体２の前方において回転軸線が前後を向くように配置され、ファン１７Ｂは熱交換部１７Ａの後方において主面が前後を向くように配置されている。シリンダブロック６が下部に前後に張り出したクランクケース６Ａを有するため、また、内燃機関本体２が後傾して配置されているため、内燃機関本体２の前側とファン１７Ｂの後側との間には、上方に進むほど前後における幅が広くなる空隙１８が形成されている。

ラジエータ１７及び内燃機関本体２の上方には、車体に支持されたエンジンフード１９が配置される。空隙１８の上部はエンジンフード１９によって閉じられている。また、空隙１８の左方にはバッテリ１５が配置され、空隙１８の右方には触媒コンバータ１３が配置されている。すなわち、空隙１８は、内燃機関本体２、ラジエータ１７、エンジンフード１９、バッテリ１５、触媒コンバータ１３によって画成された空間といえる。空隙１８には、多段過給装置１２が配置される。

図３は実施形態に係る多段過給装置の模式図であり、図４〜図６は実施形態に係る多段過給装置の正面図、右側面図及び左側面図である。図１〜図６に示すように、多段過給装置１２は、高圧段過給装置（第１過給装置）２１と、低圧段過給装置（第２過給装置）２２とを備え、シーケンシャルターボチャージャシステムを構成している。

図３に示すように、高圧段過給装置２１は、高圧段シャフト２４によって同軸かつ一体回転するように連結された高圧段タービンブレード２５および高圧段コンプレッサブレード２６と、高圧段タービンブレード２５を収容する高圧段タービンハウジング（第１タービンハウジング）２７と、高圧段コンプレッサブレード２６を収容する高圧段コンプレッサハウジング（第１コンプレッサハウジング）２８と、高圧段タービンハウジング２７と高圧段コンプレッサハウジング２８とを連結すると共に高圧段シャフト２４を回転可能に支持する高圧段ベアリングハウジング２９とを備えている。高圧段タービンハウジング２７および高圧段コンプレッサハウジング２８は、それぞれ中空円盤形状を呈し、それぞれの中心軸が高圧段シャフト２４の軸線Ｃと同軸となるように、筒状の高圧段ベアリングハウジング２９の両端に連結されている。

高圧段過給装置２１は、高圧段タービンハウジング２７内に複数の可変ノズルベーン３１を有する可変ノズルターボである。可変ノズルベーン３１は、第１アクチュエータ３２によって駆動され、高圧段タービンハウジング２７内の排気の流路断面積を変化させる。可変ノズルベーン３１は、例えば、エンジン回転数が低い場合に流路断面積を絞ることによって過給効率を高め、エンジン回転数が高い場合に流路断面積を大きくすることによって排気圧力を下げ、排気抵抗を低減する。

低圧段過給装置２２は、低圧段シャフト３３によって同軸かつ一体回転するように連結された低圧段タービンブレード３４および低圧段コンプレッサブレード３５と、低圧段タービンブレード３４を収容する低圧段タービンハウジング（第２タービンハウジング）３６と、低圧段コンプレッサブレード３５を収容する低圧段コンプレッサハウジング（第２コンプレッサハウジング）３７と、低圧段タービンハウジング３６と低圧段コンプレッサハウジング３７とを連結するとともに低圧段シャフト３３を回転可能に支持する低圧段ベアリングハウジング３８とを備えている。低圧段タービンハウジング３６および低圧段コンプレッサハウジング３７は、それぞれ中空円盤形状を呈し、それぞれの中心軸が低圧段シャフト３３の軸線Ｄと同軸となるように、筒状の低圧段ベアリングハウジング３８の両端に連結されている。低圧段タービンハウジング３６は、低圧段コンプレッサハウジング３７に比べて径方向に小さく、容積が小さい。低圧段タービンハウジング３６は高圧段タービンハウジング２７よりも径方向に大きい。

高圧段タービンハウジング２７の外周部には、排気入口となる管状の第１排気通路部材４１の下流端が連結されている。高圧段タービンハウジング２７の中心部であって、高圧段ベアリングハウジング２９側と相反する側には、排気出口となる管状の排気連結通路部材４２の上流端が連結されている。排気連結通路部材４２の下流端は、低圧段タービンハウジング３６の外周部に連結されており、低圧段タービンハウジング３６の排気入口通路となる。低圧段タービンハウジング３６の中央部であって、低圧段ベアリングハウジング３８側と相反する側には、排気出口となる管状の第２排気通路部材４３の下流端が連結されている。

また、第１排気通路部材４１と排気連結通路部材４２とは、高圧段タービンハウジング２７を迂回する排気バイパス通路部材４４によって連結されている。なお、排気バイパス通路部材４４と排気連結通路部材４２との連結形態は、様々な形態とすることができる。例えば、排気バイパス通路部材４４の下流端を低圧段タービンハウジング３６の外周部に連結し、排気バイパス通路部材４４に排気連結通路部材４２の下流端を連結してもよい。また、排気バイパス通路部材４４および排気連結通路部材４２を、それぞれ独立した状態で低圧段タービンハウジング３６の外周部に個別に連結してもよい。

排気バイパス通路部材４４の内部には、排気バイパス弁４５が設けられている。排気バイパス弁４５は、スイングバルブ（ポペットバルブ）であり、第２アクチュエータ４６によって開閉駆動される。

図５に示すように、第１排気通路部材４１の上流端は、接続フランジ部４７を有する。接続フランジ部４７が、排気マニホールド１１の下流端にボルト締結されることによって、排気マニホールド１１及び第１排気通路部材４１の内部に形成された通路が互いに連通している。第２排気通路部材４３は、その下流端に接続フランジ部４８を有する。接続フランジ部４８が、触媒コンバータ１３の上流端にボルト締結されることによって、第２排気通路部材４３及び触媒コンバータ１３の内部に形成された通路が互いに連通している。

また、低圧段タービンハウジング３６には、排気連結通路部材４２と第２排気通路部材４３とを直接に接続し、低圧段タービンハウジング３６の内部を迂回するウェイストゲート通路５１が形成されており、ウェイストゲート通路５１にはウェイストゲートバルブ５２が設けられている。ウェイストゲートバルブ５２は、ウェイストゲート通路５１に流入する排気量を調節し、低圧段タービンハウジング３６に流入する排気量を調節する。ウェイストゲートバルブ５２は、第３アクチュエータ５４によって開閉駆動される。

低圧段コンプレッサハウジング３７は、その中央部であって、低圧段ベアリングハウジング３８側とは相反する側に吸気入口となる第１吸気通路部材６１の下流端が接続され、その外周部に吸気出口となる吸気連結通路部材６２の上流端が接続されている。高圧段コンプレッサハウジング２８は、その高圧段ベアリングハウジング２９側とは相反する中心部に吸気入口となる吸気連結通路部材６２の下流端が接続され、その外周部に吸気出口となる第２吸気通路部材６３の上流端が接続されている。第１吸気通路部材６１の上流側は、エアフィルタの下流側に接続されている。第２吸気通路部材６３の下流側は、インタークーラ、吸気マニホールドを順に介してシリンダヘッド７に接続されている。

吸気連結通路部材６２と第２吸気通路部材６３とは、高圧段コンプレッサハウジング２８を迂回する吸気バイパス通路部材６４によって互いに接続されている。吸気バイパス通路部材６４の内部には、吸気バイパス弁６５が設けられている。吸気バイパス弁６５は、スイングバルブであり、第４アクチュエータ６６によって開閉駆動される。吸気バイパス弁６５は、吸気バイパス通路部材６４に流入する吸気量を調節し、高圧段コンプレッサハウジング２８に流入する吸気量を調節する。

図４に示すように、高圧段過給装置２１と低圧段過給装置２２とは、高圧段シャフト２４の軸線Ｃと低圧段シャフト３３の軸線Ｄとが互いに平行となり、かつ左右方向に延在するように配置されている。また、高圧段コンプレッサハウジング２８に対して高圧段タービンハウジング２７が設けられた方向と、低圧段コンプレッサハウジング３７に対して低圧段タービンハウジング３６が設けられた方向とが同一方向となっている。高圧段過給装置２１は、低圧段過給装置２２に対して、下方に配置されるとともに、軸線Ｃ方向に左方に偏倚して配置されている。また、正面視において、高圧段タービンハウジング２７と低圧段コンプレッサハウジング３７とは上下に互いに重なり合う部分を有するように配置されている。また、高圧段コンプレッサハウジング２８の径が最大となる部分と、低圧段コンプレッサハウジング３７の径が最大となる部分とが、軸線Ｃ方向に偏倚して互いに干渉しないように、高圧段過給装置２１の低圧段過給装置２２に対する位置が定められている。また、図５及び図６に示すように、高圧段過給装置２１は、低圧段過給装置２２に対して、前方に配置されている。詳細には、高圧段シャフト２４の軸線Ｃは、低圧段シャフト３３の軸線Ｄよりも前方に配置されている。これにより、図２に示すように、多段過給装置１２は、後傾した内燃機関本体２の前側面に沿うように配置することができ、空隙１８内に収まるように配置される。

以上の配置において、高圧段過給装置２１と低圧段過給装置２２とは、吸気連結通路部材６２及び排気連結通路部材４２の屈曲が大きくならない範囲で、多段過給装置１２全体のサイズをコンパクトにするために互いに近接して配置されている。

可変ノズルベーン３１を駆動する第１アクチュエータ３２と、排気バイパス弁４５を駆動する第２アクチュエータ４６と、ウェイストゲートバルブ５２を駆動する第３アクチュエータ５４と、吸気バイパス弁６５を駆動する第４アクチュエータ６６とは、それぞれダイヤフラムアクチュエータである。図７は実施形態に係る各アクチュエータの断面図である。図７に示すように、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６は、内室を有する中空の本体７１と、本体７１の内室を第１室７２及び第２室７３に区画するように本体７１内に設けられたダイヤフラム７４と、一端が本体７１内の第１室７２に突入してダイヤフラム７４に連結され、他端が本体７１から突出したロッド（出力部材）７５と、第１室７２において本体７１とダイヤフラム７４との間に設けられ、ロッド７５がハウジング内に突入する方向にダイヤフラム７４を付勢する圧縮コイルばね７６とを有している。各アクチュエータ３２、４６、５４、６６の構成において、第１アクチュエータ３２の構成は符号に添字Ａを付し、第２アクチュエータ４６の構成は符号に添字Ｂを付し、第３アクチュエータ５４の構成は符号に添字Ｃを付し、第４アクチュエータ６６の構成は符号に添字Ｄを付す。また、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６に共通する事項を説明する場合には、添字を省略して説明する。

各アクチュエータ３２、４６、５４、６６は、第２室７３に圧縮空気が供給されることによって、ダイヤフラム７４が圧縮コイルばね７６の付勢力に抗して変形し、第２室７３の容積が大きくなり、ロッド７５の本体７１からの突出量が増加する。各ロッド７５の先端（外端）は、可変ノズルベーン３１、排気バイパス弁４５、ウェイストゲートバルブ５２、吸気バイパス弁６５にリンク機構７８を介して接続されている。これにより、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６に圧縮空気の供給、排出が行われ、ロッド７５が進退することによって、可変ノズルベーン３１、排気バイパス弁４５、ウェイストゲートバルブ５２、吸気バイパス弁６５が変位（開閉）する。

図４〜図６に示すように、第１アクチュエータ３２の本体７１Ａは、高圧段コンプレッサハウジング２８に接合された支持部材８１Ａに支持されている。第２アクチュエータ４６の本体７１Ｂは、高圧段コンプレッサハウジング２８に接合された支持部材８１Ｂに支持されている。第４アクチュエータ６６の本体７１Ｄは、高圧段コンプレッサハウジング２８に接合された支持部材８１Ｄに支持されている。支持部材８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｄは、高圧段コンプレッサハウジング２８と別部材に形成され、高圧段コンプレッサハウジング２８に接合された金属製のブラケットや、高圧段コンプレッサハウジング２８と一体に形成された高圧段コンプレッサハウジング２８の一部であってよい。第３アクチュエータ５４の本体７１Ｃは、低圧段コンプレッサハウジング３７に接合された支持部材８１Ｃに支持されている。支持部材８１Ｃは、低圧段コンプレッサハウジング３７と別部材に形成され、低圧段コンプレッサハウジング３７に接合された金属製のブラケットや、低圧段コンプレッサハウジング３７と一体に形成された低圧段コンプレッサハウジング３７の一部であってよい。

第２アクチュエータ４６の本体７１Ｂは、図４に示すように正面視において、高圧段コンプレッサハウジング２８の上方、かつ低圧段コンプレッサハウジング３７の左方に配置されている。また、第２アクチュエータ４６の本体７１Ｂは、図６に示すように左側面視において、高圧段コンプレッサハウジング２８の上方、かつ低圧段コンプレッサハウジング３７の前方に配置されている。第３アクチュエータ５４の本体７１Ｃは、図４に示すように正面視において、高圧段ベアリングハウジング２９の上方、かつ低圧段コンプレッサハウジング３７の前方に配置されている。また、第３アクチュエータ５４の本体７１Ｃは、図６に示すように左側面視において、高圧段コンプレッサハウジング２８の上方、かつ低圧段コンプレッサハウジング３７の前方に配置されている。図４及び図６に示すように、第２アクチュエータ４６の本体７１Ｂは、第３アクチュエータ５４の本体７１Ｃに対して、下方かつ左方かつ前方に配置されている。

第２アクチュエータ４６のロッド７５Ｂと、第３アクチュエータ５４のロッド７５Ｃとは、互いに略平行になり、それぞれ左右方向に延びている。図４に示す正面視において、第２アクチュエータ４６及び第３アクチュエータ５４のロッド７５Ｂ、７５Ｃは、高圧段シャフト２４の軸線Ｃ及び低圧段シャフト３３の軸線Ｄとの間を、軸線Ｃ、Ｄと略平行に延びている。

本実施形態に係る多段過給装置１２は、内燃機関１の低回転時には、排気バイパス弁４５、ウェイストゲートバルブ５２、吸気バイパス弁６５を全閉とし、高圧段タービンハウジング２７および低圧段タービンハウジング３６に排気を通過させるとともに、低圧段コンプレッサハウジング３７および高圧段コンプレッサハウジング２８に吸気を通過させる。また、可変ノズルベーン３１を絞り、流路断面積を小さくして過給効率を高める。この状態では排気流量が比較的少ないため、高圧段過給装置２１が主に作動した状態となる。

そして、内燃機関１の回転数が低回転から増加して中回転となると、可変ノズルベーン３１を開き、流路断面積を大きくして排気圧力を下げる。更に、内燃機関１の回転数が増加すると、多段過給装置１２は、ウェイストゲートバルブ５２、吸気バイパス弁６５の閉状態を維持したまま、過給圧が所定値を超えないように排気バイパス弁４５の開度を調節し、高圧段タービンハウジング２７に流入する排気流量を調節する。この状態では、高圧段過給装置２１および低圧段過給装置２２がともに作動した状態となる。

さらに、内燃機関１の回転数が中回転から増加して高回転となると、多段過給装置１２は、排気バイパス弁４５および吸気バイパス弁６５を全開とするとともに、過給圧が所定値を超えないようにウェイストゲートバルブ５２の開度を調節し、低圧段タービンハウジング３６に流入する排気流量を調節する。この状態では、低圧段過給装置２２が主に作動した状態となる。以上のようにして、多段過給装置１２は、幅広いエンジン回転数帯で所定の過給圧を実現する。

本実施形態では、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６が支持部材８１を介して、高圧段タービンハウジング２７又は低圧段タービンハウジング３６ではなく、高圧段コンプレッサハウジング２８又は低圧段コンプレッサハウジング３７に支持されているため、多段過給装置１２を流れる排気の影響を受けて各アクチュエータ３２、４６、５４、６６が高温になることが抑制される。すなわち、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６が排気の熱害を受け難くなっている。特に、本実施形態では、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６がダイヤフラム７４を有するため、高温化を抑制することによって、ダイヤフラム７４の劣化を抑制することができる。

低圧段過給装置２２を高圧段過給装置２１に対して上方かつ後方に配置し、低圧段過給装置２２の前方かつ高圧段過給装置２１の上方の空間に、第２アクチュエータ４６及び第３アクチュエータ５４を配置したため、多段過給装置１２をコンパクトに形成することができる。また、多段過給装置１２は、低圧段過給装置２２が高圧段過給装置２１に対して上方かつ後方に配置されているため、後傾して配置された内燃機関本体２の前側面に沿うことができ、空隙１８に収まるように配置される。

また、多段過給装置１２は、高圧段コンプレッサハウジング２８に対して高圧段タービンハウジング２７が設けられた方向と、低圧段コンプレッサハウジング３７に対して低圧段タービンハウジング３６が設けられた方向とが同一方向となっているため、高圧段タービンハウジング２７と低圧段タービンハウジング３６とが近接するとともに、高圧段コンプレッサハウジング２８と低圧段コンプレッサハウジング３７が近接し、排気連結通路部材４２および吸気連結通路部材６２を短縮することができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、第１排気通路部材４１、高圧段タービンハウジング２７、排気連結通路部材４２、排気バイパス通路部材４４、低圧段タービンハウジング３６、第２排気通路部材４３、ウェイストゲート通路５１の少なくとも一部を鋳造によって一体に成形してもよい。また、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６の本体７１は、吸気が通過する、高圧段コンプレッサハウジング２８、低圧段コンプレッサハウジング３７、第１吸気通路部材６１、吸気連結通路部材６２、第２吸気通路部材６３、及び吸気バイパス通路部材６４の少なくとも１つに支持部材８１を介して支持されればよい。

１…内燃機関、２…内燃機関本体、１１…排気マニホールド、１２…多段過給装置、１８…空隙、２１…高圧段過給装置（第１過給装置）、２２…低圧段過給装置（第２過給装置）、２７…高圧段タービンハウジング（第１タービンハウジング）、２８…高圧段コンプレッサハウジング（第１コンプレッサハウジング）、３１…可変ノズルベーン、３２…第１アクチュエータ、３６…低圧段タービンハウジング（第２タービンハウジング）、３７…低圧段コンプレッサハウジング（第２コンプレッサハウジング）、４１…第１排気通路部材、４２…排気連結通路部材、４３…第２排気通路部材、４４…排気バイパス通路部材、４５…排気バイパス弁、４６…第２アクチュエータ、５１…ウェイストゲート通路、５２…ウェイストゲートバルブ、５４…第３アクチュエータ、６１…第１吸気通路部材、６２…吸気連結通路部材、６３…第２吸気通路部材、６４…吸気バイパス通路部材、６５…吸気バイパス弁、６６…第４アクチュエータ、７１…本体、７２…第１室、７３…第２室、７４…ダイヤフラム、７５…ロッド、７８…リンク機構、８１…支持部材

Claims (5)

1. 内燃機関本体の排気通路に接続される第１タービンハウジング及び前記第１タービンハウジングに連結された第１コンプレッサハウジングを備えた第１過給装置と、
   前記第１タービンハウジングに接続される第２タービンハウジング及び前記第２タービンハウジングに連結された第２コンプレッサハウジングを備えた第２過給装置と、
   前記第１タービンハウジングを迂回するように前記排気通路と前記第２タービンハウジングを接続するバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられた開閉弁と、
   前記開閉弁を駆動する第１のアクチュエータとを有し、
   前記第１のアクチュエータは、前記第１コンプレッサハウジング又は前記第２コンプレッサハウジングに支持された第１の本体と、前記第１の本体に変位可能に支持され、前記開閉弁に連結された第１の出力部材とを有することを特徴とする多段過給装置。
2. 前記第１のアクチュエータは、前記第１の本体の内室を区画するダイヤフラムを有し、
   前記第１の出力部材は、一端側が前記ダイヤフラムに連結される一方、他端側が前記開閉弁に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の多段過給装置。
3. 前記第１過給装置は、前記第１タービンハウジング内に変位可能に設けられた可変ノズルベーンと、前記可変ノズルベーンを駆動する第２のアクチュエータとを有し、
   前記第２のアクチュエータは、前記第１コンプレッサハウジング又は前記第２コンプレッサハウジングに支持された第２の本体と、前記本体に変位可能に支持され、前記可変ノズルベーンに連結された第２の出力部材とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多段過給装置。
4. 前記第２過給装置の回転軸線は、上下方向において前記第１過給装置の回転軸線よりも上方に平行となるように配置され、
   前記出力部材は、上下方向において前記第１過給装置の前記回転軸線と前記第２過給装置の前記回転軸線との間に、前記両回転軸線と平行に延在していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の多段過給装置。
5. 請求項４に記載の多段過給装置と内燃機関本体とを備えた内燃機関であって、
   前記内燃機関本体は、排気側が前側、吸気側が後側となり、後傾するように配置され、
   前記第２過給装置は、前記内燃機関本体の前側において、前記第１過給装置よりも上方かつ後方に配置され、
   前記アクチュエータは、前記第１過給装置の上方かつ前記第２過給装置の前方に配置されていることを特徴とする内燃機関。

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