JPH0783065A - ターボ過給機付エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二つのターボ過給機をタービン同士を隣合わ
せてタービン軸方向に直列配置した場合の、タービン部
分の熱膨張に起因してコンプレッサー吐出口間の吸気連
通路に発生するねじれや長手方向の変位による吸気連通
路の耐久性悪化や他の吸気系あるいはエンジン本体との
連結部の破損を防止する。 【構成】 プライマリターボ過給機７とセカンダリター
ボ過給機８とを両方のタービン１１，１３を隣合わせて
タービン軸方向に直列に配置したシーケンシャルツイン
ターボ過給機１０を設けるとともに、弾性材で形成され
た集合管１７をタービン軸方向に配置して、その一端を
プライマリコンプレッサー１２の吐出口に接続し、他端
をセカンダリコンプレッサー１４の吐出口から延びる金
属材の連通管１８に連結する。そして、集合管１７には
インタークーラへつながる吸気管１９を接続し、金属材
の連通管１８にシャッタバルブ２０を設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボ過給機を二つ備
えたエンジンの吸気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば特開平４ー１８３９３
０号公報に示されているように、ターボ過給機を二つ備
え、一方をエンジンの低回転から高回転までの全過給域
で作動させるプライマリターボ過給機とし、他方を高回
転域でのみ作動させるセカンダリターボ過給機とする、
所謂シーケンシャルツインターボ式の過給エンジンが知
られている。そして、このシーケンシャルツインターボ
式の過給エンジンでは、二つのターボ過給機はタービン
同士を隣合わせにしてタービン軸方向に直列に配置し、
タービンケーシングを一体の鋳物で形成して中央に排気
管接続口を設け、両ブロアの吐出口はタービン軸方向の
吸気連通路で連通させて吸気管に接続したものが一般的
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】二つのターボ過給機を
上記のようにタービン同士を隣合わせにしてタービン軸
方向に直列に配置する場合に、タービンの羽根車および
コンプレッサの羽根車は両過給機に共通仕様のものを用
いる方がコスト面で有利であるが、その場合に、タービ
ン同士を隣合わせにして直列に配置するということは、
組み付け状態で左右二つのタービンの羽根の方向が互い
に逆になるということであって、排気入口の方向が逆と
なり、タービンケーシングの形状が左右非対称となる。
そのため、高温となるタービン部分の熱膨張方向が逆に
なって両コンプレッサの吐出口を接続する吸気連通路に
対しねじれが発生し、このねじれが金属材で形成された
吸気連通路の耐久性に悪影響を及ぼす。また、このよう
に二つのターボ過給機を配置した場合に、タービンケー
シングは排気マニホールド側の連結部が拘束されるため
熱膨張によって両側のコンプレッサをタービン軸方向に
対したわませるようなねじれも発生し、それにより、タ
ービン軸を挟んでマニホールド側連結部とは反対側に配
置されることになる上記吸気連通路が長手方向に引っ張
られて変位し、他の吸気系のいずれかの部位またはエン
ジン本体との連結部が応力集中によって破損に至ること
がある。

【０００４】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、二つのターボ過給機をタービン同士を隣合わ
せてタービン軸方向に直列に配置したエンジンにおい
て、タービン部分の熱膨張に起因してコンプレッサ吐出
口間の吸気連通路に発生するねじれや長手方向の変位に
より吸気連通路の耐久性が悪化したり、他の吸気系ある
いはそのエンジン本体との連結部に応力が集中し破損に
至るのを防止することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の構成は、排気ガ
スでタービンを駆動し該タービンによりタービン軸を介
してコンプレッサを回転させるターボ過給機をタービン
同士が隣合わせになるようタービン軸方向に二つ直列に
配置し、両ターボ過給機のコンプレッサ吐出口を連通さ
せて吸気管に接続する吸気連通路をターボ軸方向に配置
したターボ過給機付エンジンにおいて、吸気連通路の吸
気管接続部と一方のターボ過給機、例えばエンジンの低
回転から高回転までの全過給域で作動させるプライマリ
ターボ過給機のコンプレッサ吐出側から吸気管接続部ま
での部分を弾性材により形成し、他方のターボ過給機、
例えば所定の高回転域でのみ作動させるセカンダリター
ボ過給機のコンプレッサ吐出側から吸気管接続部までの
部分を金属材により形成し、金属材で形成した方の連通
路部分にシャッタバルブを設けたことを特徴とするここ
で、コンプレッサ吐出側から吸気管接続部までの部分を
弾性材により形成する方のターボ過給機は車両前方側で
あるのがよい。

【０００６】

【作用】二つのターボ過給機がタービン同士を隣合わせ
にしてタービン軸方向に直列に配置されたことにより、
高温となるタービン部分の熱膨張方向が逆になって、両
コンプレッサの吐出口を接続する吸気連通路に対しねじ
れが発生し、また、排気マニホールド側の連結部が拘束
されることにより、熱膨張したときに両側のコンプレッ
サをタービン軸方向に対したわませるようなねじれが発
生し、それにより、吸気連通路が長手方向に引っ張られ
て変位する。しかし、本発明によれば吸気連通路の吸気
管接続部と一方のターボ過給機、例えばエンジンの低回
転から高回転までの全過給域で作動させるプライマリタ
ーボ過給機のコンプレッサ吐出側から吸気管接続部まで
の部分が弾性材により形成されたことにより、吸気連通
路に発生するこれらねじれや変位は弾性材によって吸収
される。そのため、ねじれによって吸気連通路の耐久性
が損なわれたり、吸気連通路の長手方向の変位によって
吸気系あるいはそのエンジン本体側連結部が応力集中に
よって破損するのが防止される。また、シャッタバルブ
は金属材で形成された剛性の高い連通路部分に設けられ
ることにより、こじり等のない安定した作動が確保され
る。

【０００７】また、エンジンの低回転から高回転までの
全過給域で作動しタービンの熱膨張によるねじれ方向お
よび引っ張り方向の変位が大きくなるプライマリターボ
過給機のコンプレッサ吐出側から吸気管接続部までの部
分が弾性材により形成されることにより、弾性材による
変位吸収が一層効果的となり、また、作動域が全域に及
ぶため吸気管接続部までの距離を短くして通路抵抗を小
さくした方が有利なプライマリ側通路部分に弾性材を用
いることにより、該通路部分から吸気管接続部までの弾
性材部分をコンパクトに形成できる。

【０００８】また、車両前方側となる方のターボ過給機
のコンプレッサ吐出側を弾性材により形成することによ
り、走行風によって弾性材の熱害を防止するようにでき
る。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すロータリーエ
ンジンの正面視概略図、図２は図１のＡ矢視概略図、図
３は図１のＢ矢視概略図である。図において１は２ロー
タ式ロータリーエンジンのエンジン本体であって、吸気
マニホールド２と排気マニホールド３が同じ側面に連結
されている。

【００１０】吸気マニホールド２は１気筒についてプラ
イマリ側に一つとセカンダリ側に一つの計四つの吸気通
路２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを形成するものであって、一
端がエンジン本体１の側面上部に連結され、他端側は上
方に湾曲して水平配置のエクステンションマニホールド
４に接続されている。そして、エクステンションマニホ
ールド４において四つの吸気通路２ａは集合し、その集
合部入口はスロットルボディー５を介してインタークー
ラ（図示せず）に至る吸気管６に接続されている。ま
た、排気マニホールド３は吸気マニホールド２の下方で
エンジン本体１の側面に連結され、各気筒に一つずつ計
二つの排気通路を形成している。

【００１１】このエンジンには、エンジンの所定過給域
において低回転から高回転までの全域で作動させるプラ
イマリターボ過給機７と高回転域でのみ作動させるセカ
ンダリターボ過給機８とをタービンケーシング９の部分
を一体化しユニット化したシーケンシャルツインターボ
過給機１０が設けられている。プライマリターボ過給機
７はプライマリタービン１１とプライマリコンプレッサ
１２とで構成され、セカンダリターボ過給機８はセカン
ダリタービン１３とセカンダリコンプレッサ１４とで構
成される。そして、両タービン１１，１３が隣合わせ
で、両コンプレッサ１２，１４が両側方に位置するよう
プライマリターボ過給機７とセカンダリターボ過給機８
とがタービン軸方向に直列配置されている。

【００１２】図４は上記シーケンシャルツインターボ過
給機１０の模式構造図である。このシーケンシャルツイ
ンターボ過給機１０は両タービン１１，１３を隣合わせ
として直列に配置されたことにより、組み付け状態では
プライマリタービン１１とセカンダリタービン１３の羽
根方向が逆で、プライマリコンプレッサ１２とセカンダ
リコンプレッサ１４の羽根方向が逆である。そして、プ
ライマリタービン１１とプライマリコンプレッサ１２と
はプライマリタービン軸１５により連結され、セカンダ
リタービン１３とセカンダリコンプレッサー１４とはセ
カンダリタービン軸１６により連結されている。そし
て、両タービン１１，１３に対し図４に矢印ＡおよびＢ
で示すように接線方向から排気ガスが流入し、これらタ
ービン１１，１３を駆動した排気ガスは合流して矢印Ｃ
で示すように中央から流出する。また、両コンプレッサ
１２，１４はそれぞれタービン軸１５，１６を介して回
転駆動され、図４に矢印ＤおよびＥで示すようにタービ
ン軸方向から吸気を吸い込み、矢印ＦおよびＧで示すよ
うに接線方向上方に吐出する。

【００１３】上記シーケンシャルツインターボ過給機１
０は、プライマリタービン１１の入口が一方の気筒の排
気通路に連通し、セカンダリタービン１３の入口が他方
の気筒の排気通路に連通するよう排気マニホールド３に
連結されている。シーケンシャルツインターボ過給機１
０は、車両搭載状態でプライマリターボ過給機７が車両
前方となる。

【００１４】シーケンシャルツインターボ過給機１０の
上方には弾性材（耐熱樹脂等）で形成された集合管１７
がタービン軸方向に配置され、その一端はプライマリコ
ンプレッサ１２の吐出口に接続され、他端はセカンダリ
コンプレッサ１４の吐出口に接続されタービン軸方向に
延設された金属材の連通管１８に連結されている。そし
て、集合管１７にはインタークーラ上流の吸気管１９が
接続されている。集合管１７と連通管１８により、この
ように両コンプレッサー１２，１４の吐出口を連通させ
インタークーラ上流の吸気管１９に接続する吸気連通路
が構成される。また、金属材で形成された上記連通管１
８には集合管１７との接続部近傍にシャッタバルブ２０
が設置されている。このシャッタバルブ２０はエンジン
の所定高回転域で開作動するよう制御されるものであ
る。

【００１５】エンジン本体１の上部には吸気行程の作動
室に直接燃料を噴射するよう燃料噴射弁２１が設置され
ている。また、上記吸気マニホールド２の湾曲部にはシ
ーケンシャルターボ過給機１０に面する外周側にウォー
タジャケット２２が設けられている。このウォータジャ
ケット２２は、エンジン暖機時にエンジン冷却水によっ
て吸気マニホールド２を暖め燃料の気化，霧化を促進す
るためのものであって、吸気マニホールド２の中央に位
置する各気筒のプライマリ側吸気通路２ａ，２ｃの部分
を覆うよう形成されている。また、シーケンシャルター
ボ過給機１０からの熱害を防止するよう、ウォータジャ
ケット２２はプライマリ側吸気通路２ａ，２ｃの部分か
ら両側のセカンダリ側吸気通路２ｂ，２ｄにかかる部分
にまで拡げられた構造となっている。

【００１６】また、シーケンシャルターボ過給機１０に
は、プライマリタービン１１とプライマリコンプレッサ
１２との間（センタハウジング部）と、セカンダリター
ビン１３とセカンダリコンプレッサ１４との間（センタ
ハウジング部）にそれぞれのタービン軸１５，１６を取
り巻くよう冷却水路２３，２４が形成されている。そし
て、各冷却水路２３，２４に対し、内側すなわちエンジ
ン本体１に近い側からタービン軸の高さで水平方向に冷
却水を入れ、タービン軸周りを迂回して入口側と同じ高
さ位置で水平方向外側に冷却水を出すよう入口側コネク
タ２５と出口側コネクタ２６が設けられている。

【００１７】プライマリ側とセカンダリ側の各入口側コ
ネクタ２５にはウォータポンプ（図示せず）からの冷却
水路を形成するようウォータパイプ２７が垂直下方に接
続され、各出口側コネクタ２６には垂直上方にウォータ
パイプ２８が接続されている。そして、出口側のウォー
タパイプ２８は曲折して吸気マニホールド２の上記ウォ
ータジャケット２２の中央部に接続されている。また、
ウォータジャケット２２の一端上部にはリターン用のウ
ォータパイプ２９が接続されている。このようにしてシ
ーケンシャルターボ過給機１０の冷却水路２３，２４か
ら出た冷却水を吸気マニホールド外周のウォータジャケ
ット２２に循環させることにより、高温の冷却水で吸気
マニホールド２を効果的に暖めることができ、冷間時の
気化，霧化が良好となる。とくに、過給機１０の冷却水
路２３，２４が冷却水を水平方向から送り込み、迂回さ
せて反対側から水平方向に送り出すよう構成されている
ことで、これら冷却水路２３，２４の流路抵抗が増し、
受熱量が多くなって、気化，霧化改善の効果が高まる。

【００１８】なお、上記実施例では説明を省略したが、
熱膨張による変位は両コンプレッサの吸込口側にも及ぶ
ことから、プライマリコンプレッサおよびセカンダリコ
ンプレッサの吸込口上流の吸気管を全て弾性材である樹
脂により形成するようにしてもよい。

【００１９】また、以上ロータリーエンジンに適用した
実施例を説明したが、本発明はその他のエンジンに対し
ても適用可能である。また、シーケンシャルターボ方式
以外の二つの過給機を有する過給エンジンに適用するこ
ともできる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、タービン同士を隣合わ
せにして二つのターボ過給機を直列に配置するとともに
両方のコンプレッサーの吐出口を連通して吸気管に接続
する吸気連通路をタービン軸方向に配置したものにおい
て、前記連通路の吸気管接続部と一方のターボ過給機の
コンプレッサ吐出側から吸気管接続部までの部分を弾性
材により形成したことにより、両方のタービン部分の熱
膨張方向が逆であることに起因する吸気連通路のねじれ
や、熱膨張時に両側のコンプレッサーがタービン軸に対
してたわむことによる吸気連通路の長手方向の変位を吸
収して吸気連通路の耐久性の悪化や他の吸気系あるいは
そのエンジン本体との連結部の破損を防止することがで
きる。そして、シャッタバルブは金属材で形成した部分
に設けることによって、こじり等のない安定した作動を
確保することができる。

【００２０】また、低回転から高回転までの全過給域で
作動すプライマリターボ過給機と高回転域でのみ作動す
るセカンダリターボ過給機とが直列に配置された場合
に、プライマリターボ過給機のコンプレッサー吐出側か
ら吸気管接続部までの部分を弾性材で形成することによ
り、作動域が広い分条件の厳しいプライマリ側の変位吸
収効果を高めるとともに、吸気管接続部までのプライマ
リ側通路部分の距離を短くして全域で通路抵抗を小さく
するようにできる。

【００２１】また、弾性材を車両前方側のターボ過給機
のコンプレッサー吐出側に使用することにより、走行風
によって弾性材を冷却し熱害を防ぐようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すロータリーエンジンの
正面視概略図

【図２】図１のＡ矢視概略図

【図３】図１のＢ矢視概略図

【図４】本発明の一実施例におけるシーケンシャルツイ
ンターボ過給機の模式構造図

【符号の説明】

１ エンジン本体 ２ 吸気マニホールド ３ 排気マニホールド ７ プライマリターボ過給機 ８ セカンダリターボ過給機 １１ プライマリタービン １２ プライマリコンプレッサ １３ セカンダリタービン １４ セカンダリコンプレッサ １５，１６ タービン軸 １７ 集合管（弾性材） １８ 連通管（金属材） ２０ シャッタバルブ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガスでタービンを駆動し該タービン
   によりタービン軸を介してコンプレッサを回転させるタ
   ーボ過給機をタービン同士が隣合わせになるようタービ
   ン軸方向に二つ直列に配置し、両ターボ過給機のコンプ
   レッサ吐出口を連通させて吸気管に接続する吸気連通路
   をターボ軸方向に配置したターボ過給機付エンジンの吸
   気装置において、前記連通路の吸気管接続部と一方のタ
   ーボ過給機のコンプレッサ吐出側から該吸気管接続部ま
   での部分を弾性材により形成し、他方のターボ過給機の
   コンプレッサ吐出側から前記吸気管接続部までの部分を
   金属材により形成し、前記金属材で形成した連通路部分
   にシャッタバルブを設けたことを特徴とするターボ過給
   機付エンジンの吸気装置。
2. 【請求項２】 前記一方のターボ過給機はエンジンの低
   回転から高回転までの全過給域で作動させるプライマリ
   ターボ過給機であり、前記他方のターボ過給機は所定の
   高回転域でのみ作動させるセカンダリターボ過給機であ
   る請求項１記載のターボ過給機付エンジンの吸気装置。
3. 【請求項３】 前記一方のターボ過給機は車両前方側と
   なる方のターボ過給機である請求項１または２記載のタ
   ーボ過給機付エンジンの吸気装置。