(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン本体と、
前記エンジン本体に隣接して配置され、前記エンジン本体から排気が供給される排気通路を有し、前記エンジン本体へ導入される吸気を過給するターボ過給機と、を備え、
前記ターボ過給機は、第１タービン軸を有する第１タービンを含み前記エンジン本体の高速回転域において主に動作する第１ターボ部と、第２タービン軸を有する第２タービンを含み前記エンジン本体の低速回転域において主に動作する第２ターボ部とを含み、
前記排気通路は、
前記エンジン本体側から排気を受け入れる導入通路と、
前記導入通路に連通するスクロール始点部分としての第１上流部を備え、前記第１タービンへ向けて排気を導く第１スクロール通路と、
前記第２タービンと前記第１スクロール通路の第１上流部とを繋ぐターボ間通路と、
前記導入通路に連通するスクロール始点部分としての第２上流部を備え、前記第２タービンへ向けて排気を導く第２スクロール通路と、
前記導入通路と前記第２スクロール通路の第２上流部とを繋ぐ連絡通路と、
前記第２スクロール通路をバイパスする通路であって、前記連絡通路の上流側と前記第１スクロール通路の第１上流部とを繋ぐ排気バイパス通路と、を含み、
前記排気バイパス通路には排気バイパス弁が設けられ、当該排気バイパス弁は前記排気バイパス通路を開閉する弁本体と、前記弁本体を片持ち支持する回動軸とを含み、前記回動軸は、前記第１タービン軸と直交する一の断面において、前記エンジン本体に対して前記弁本体よりも近い側に配置され、この排気バイパス弁は、前記低速回転域では前記排気バイパス通路を閉弁する一方、前記高速回転域では前記排気バイパス通路を開弁し、
前記排気バイパス通路の下流端と前記ターボ間通路の下流端とは、前記一の断面内に含まれる位置関係において、前記第１上流部に合流するものであって、前記排気バイパス通路の下流端は、前記ターボ間通路の下流端よりも前記エンジン本体に対して近い側に配置され、且つ、前記排気バイパス弁は、前記閉弁時から開弁時に亘って前記弁本体が前記一の断面内に存在するように配置され、
前記第１、第２スクロール通路は、前記第１、第２上流部が、それぞれ前記エンジン本体に対して前記第１、第２タービン軸よりも遠い側に配置され、前記第１、第２上流部の下流側が、それぞれ前記エンジン本体に対して前記第１、第２タービン軸よりも近い側に向かうようにスクロールした通路であり、
前記第１タービンは前記第１タービン軸回りに所定の第１回転方向へ回転する一方、前記第２タービンは前記第２タービン軸回りに前記第１回転方向とは反対の第２回転方向へ回転するものであり、
前記第１ターボ部、前記第１スクロール通路、前記ターボ間通路の下流側及び前記排気バイパス通路の下流側と、前記排気バイパス弁とは、第１フランジ部を備えた第１ハウジングに収納され、
前記第２ターボ部、前記第２スクロール通路、前記導入通路、前記連絡通路、前記ターボ間通路の上流側及び前記排気バイパス通路の上流側は、前記第１フランジ部に締結される第２フランジ部を備えた第２ハウジングに収納されている、ターボ過給機付エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記第１上流部及び前記第２上流部に連なる上流側通路は、直線状乃至は緩やかな湾曲状の排気通路である、ターボ過給機付エンジン。
【請求項３】
請求項２に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記第２ターボ部が、前記排気通路において前記第１ターボ部の上流側に配置され、
前記排気通路は、さらに、前記第２タービンと前記第１スクロール通路の第１上流部とを繋ぐターボ間通路を含み、
前記連絡通路の少なくとも前記第２上流部から上流側に延びる部分、及び、前記ターボ間通路の少なくとも前記第１上流部から上流側に延びる部分が、前記第２上流部及び前記第１上流部に連なる前記上流側通路である、ターボ過給機付エンジン。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記導入通路は、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部との間に配置されている、ターボ過給機付エンジン。
【請求項５】
請求項４に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記第１ターボ部と前記第２ターボ部とは上下方向に配置され、
前記導入通路は、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部との間の高さ位置に配置されている、ターボ過給機付エンジン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記第１ターボ部は、大型ターボ過給部であり、
前記第２ターボ部は、小型ターボ過給部である、ターボ過給機付エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン本体に、少なくとも２つの独立したターボ部を有するターボ過給機が付設されたターボ過給機付エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ過給機付エンジンでは、エンジンの排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機が、エンジン本体の一側壁に隣接して取り付けられる。ターボ過給機のハウジング内には排気通路が備えられ、この排気通路に対して、エンジン本体から排気が供給される。前記排気通路は、エンジン本体から排気を受け入れる導入通路、タービンを収容するタービン室、及び前記導入通路から前記タービン室へ排気を導くスクロール通路を含む。導入された排気によって前記タービンはタービン軸回りに回転し、前記タービン軸に連結されたコンプレッサのブロワー扇車を回転させ、吸気を過給する。
【０００３】
従来、２つの独立したターボ部を、前記排気経路に直列状に配置してなるターボ過給機が知られている。例えば特許文献１には、主としてエンジンの中速から高速回転域で動作する大型ターボ部と、主として低速回転域で動作する小型ターボ部とを備えた２ステージ型のターボ過給機が開示されている。小型ターボ部の小タービンは、排気通路において大型ターボ部の大タービンよりも上流側に配置される。前記排気通路は、小タービン室を経由せず、前記導入通路と大タービン室とを繋ぐバイパス通路を備える。このバイパス通路にはレギュレートバルブが配置され、エンジンの回転域に応じて前記レギュレートバルブが開閉される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許５４９９９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ターボ過給機においては、排気の運動エネルギーを効率良くタービンに伝達して出力を向上させること、及び可及的にコンパクト化を図ることが常に求められる。上記の２ステージ型のターボ過給機においては、排気通路が複雑な構造となるため、これら２つの要請をより高いレベルで満たすことは難しい。
【０００６】
本発明の目的は、少なくとも２つの独立したターボ部を有するターボ過給機が付設されたエンジンにおいて、タービンに大きな排気運動エネルギーを与えることが可能で、コンパクト化を図ることが可能なターボ過給機付エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面に係るターボ過給機付エンジンは、エンジン本体と、前記エンジン本体に隣接して配置され、前記エンジン本体から排気が供給される排気通路を有し、前記エンジン本体へ導入される吸気を過給するターボ過給機と、を備え、前記ターボ過給機は、第１タービン軸を有する第１タービンを含み前記エンジン本体の高速回転域において主に動作する第１ターボ部と、第２タービン軸を有する第２タービンを含み前記エンジン本体の低速回転域において主に動作する第２ターボ部とを含み、前記排気通路は、前記エンジン本体側から排気を受け入れる導入通路と、前記導入通路に連通するスクロール始点部分としての第１上流部を備え、前記第１タービンへ向けて排気を導く第１スクロール通路と、前記第２タービンと前記第１スクロール通路の第１上流部とを繋ぐターボ間通路と、前記導入通路に連通するスクロール始点部分としての第２上流部を備え、前記第２タービンへ向けて排気を導く第２スクロール通路と、前記導入通路と前記第２スクロール通路の第２上流部とを繋ぐ連絡通路と、前記第２スクロール通路をバイパスする通路であって、前記連絡通路の上流側と前記第１スクロール通路の第１上流部とを繋ぐ排気バイパス通路と、を含み、前記排気バイパス通路には排気バイパス弁が設けられ、当該排気バイパス弁は前記排気バイパス通路を開閉する弁本体と、前記弁本体を片持ち支持する回動軸とを含み、前記回動軸は、前記第１タービン軸と直交する一の断面において、前記エンジン本体に対して前記弁本体よりも近い側に配置され、この排気バイパス弁は、前記低速回転域では前記排気バイパス通路を閉弁する一方、前記高速回転域では前記排気バイパス通路を開弁し、前記排気バイパス通路の下流端と前記ターボ間通路の下流端とは、前記一の断面内に含まれる位置関係において、前記第１上流部に合流するものであって、前記排気バイパス通路の下流端は、前記ターボ間通路の下流端よりも前記エンジン本体に対して近い側に配置され、且つ、前記排気バイパス弁は、前記閉弁時から開弁時に亘って前記弁本体が前記一の断面内に存在するように配置され、前記第１、第２スクロール通路は、前記第１、第２上流部が、それぞれ前記エンジン本体に対して前記第１、第２タービン軸よりも遠い側に配置され、前記第１、第２上流部の下流側が、それぞれ前記エンジン本体に対して前記第１、第２タービン軸よりも近い側に向かうようにスクロールした通路であり、前記第１タービンは前記第１タービン軸回りに所定の第１回転方向へ回転する一方、前記第２タービンは前記第２タービン軸回りに前記第１回転方向とは反対の第２回転方向へ回転するものであり、前記第１ターボ部、前記第１スクロール通路、前記ターボ間通路の下流側及び前記排気バイパス通路の下流側と、前記排気バイパス弁とは、第１フランジ部を備えた第１ハウジングに収納され、前記第２ターボ部、前記第２スクロール通路、前記導入通路、前記連絡通路、前記ターボ間通路の上流側及び前記排気バイパス通路の上流側は、前記第１フランジ部に締結される第２フランジ部を備えた第２ハウジングに収納されていることを特徴とする。
【０００８】
このターボ過給機付エンジンによれば、第１、第２スクロール通路のスクロール始点となる第１、第２上流部が、第１、第２タービン軸よりもエンジン本体に対して遠い側に配置されている。このため、導入通路から第１、第２上流部までの排気通路のレイアウトに余裕を持たせることができ、前記排気通路を極端に湾曲させずに済む。従って、排気通路中における排気の流れをスムーズにすることができ、大きな排気運動エネルギーを第１、第２タービンに与えることが可能となる。また、第１、第２タービンの回転方向が互いに逆方向とされる。両タービンを同方向に回転させることを前提に排気通路を設定すると、どうしても大きく湾曲した排気通路が必要となりターボ過給機が大型化することが多いが、上記構成によれば排気経路をシンプルに設計し易くなり、ターボ過給機のコンパクト化に貢献できる。
【０００９】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記第１上流部及び前記第２上流部に連なる上流側通路は、直線状乃至は緩やかな湾曲状の排気通路であることが望ましい。
【００１０】
このターボ過給機付エンジンによれば、排気の流れに実質的に抵抗を与えることなく、第１、第２スクロール通路の第１、第２上流部へ排気を導入することができる。従って、より大きな排気運動エネルギーを第１、第２タービンに与えることが可能となる。
【００１１】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記第２ターボ部が、前記排気通路において前記第１ターボ部の上流側に配置され、前記排気通路は、さらに、前記第２タービンと前記第１スクロール通路の第１上流部とを繋ぐターボ間通路を含み、前記連絡通路の少なくとも前記第２上流部から上流側に延びる部分、及び、前記ターボ間通路の少なくとも前記第１上流部から上流側に延びる部分が、前記第２上流部及び前記第１上流部に連なる前記上流側通路であることが望ましい。
【００１２】
このターボ過給機付エンジンによれば、第１ターボ部と第２ターボ部とが排気通路上において直列に並ぶ２ステージ型のターボ過給機において、第１、第２タービンに向かう排気の流れをスムーズにして排気運動エネルギーを大きくすることができる。
【００１３】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記導入通路は、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部との間に配置されていることが望ましい。
【００１４】
このターボ過給機付エンジンによれば、第１、第２上流部が第１、第２タービン軸よりもエンジン本体に対して遠い側に配置され、且つ、第１、第２タービンの回転方向が互いに逆方向とされる構成において、第１、第２上流部の双方に対し、湾曲度合いの少ない滑らかな排気通路で前記導入通路と繋ぐレイアウトを、コンパクトに設定し易くなる。
【００１５】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部とは上下方向に配置され、前記導入通路は、前記第１ターボ部と前記第２ターボ部との間の高さ位置に配置されていることが望ましい。
【００１６】
このターボ過給機付エンジンによれば、エンジン本体の一側面に排気マニホールドが配置されている場合等に、前記側面の側にターボ過給機をコンパクトに配置することができる。
【００１７】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記第１ターボ部は、前記エンジン本体の中速から高速回転域で主に動作する大型ターボ過給部であり、前記第２ターボ部は、前記エンジン本体の低速回転域で主に動作する小型ターボ過給部であることは、好ましい実施形態の一つである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、少なくとも２つの独立したターボ部を有するターボ過給機が付設されたエンジンにおいて、タービンに大きな排気運動エネルギーを与えることが可能で、コンパクト化を図ることが可能なターボ過給機付エンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジンの斜視図である。
【図２】図２は、上記エンジンのターボ過給機部分を一部破断して示す斜視図である。
【図３】図３は、ターボ過給機付エンジン及びその周辺部品の構成と、吸気及び排気のフローとを模式的に示す図である。
【図４】図４は、本実施形態に係るターボ過給機の概略断面図である。
【図５】図５は、排気バイパス弁の一例を示す斜視図である。
【図６】図６は、エンジン本体の低速回転域における、ターボ過給機内の排気のフローを示す断面図である。
【図７】図７は、エンジン本体の中速及び高速回転域における、ターボ過給機内の排気のフローを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［エンジンの概略構成］
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジンを詳細に説明する。先ずは、当該エンジンの概略構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジン１の斜視図、図２は、エンジン１のターボ過給機３の部分を一部破断して示す斜視図である。図１、図２及び他の図面において、前後、左右、上下の方向表示を付している。これは説明の便宜のためであり、実際の方向を必ずしも示すものではない。
【００２１】
ターボ過給機付エンジン１は、多気筒型のエンジン本体１０と、エンジン本体１０の左側面に連結された排気マニホールド１４と、図略の吸気マニホールドと、エンジン本体１０の左方に隣接して配置されたターボ過給機３とを含む。図１では除去した状態を示しているが、排気マニホールド１４の周囲はマニホールドインシュレータ１５で囲まれ、エンジン本体１０の左側面はエンジン本体インシュレータ１６で覆われ、ターボ過給機３の周囲はターボインシュレータ１７で覆われている。
【００２２】
エンジン本体１０は、直列四気筒のディーゼルエンジンであり、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上面に取り付けられたシリンダヘッド１２と、シリンダヘッド１２の上方に配置されたシリンダヘッドカバー１３とを備えている。シリンダブロック１１は、燃料の燃焼室を形成する４つの気筒２（後出の図３、図４にその一つが示されている）を備えている。
【００２３】
排気マニホールド１４は、各気筒２の排気ポート２５から排出される排気ガスを一つの流路に集合させるマニホールド通路１４１（図４）を内部に備えている。排気マニホールド１４の入気側はシリンダヘッド１２に連結され、出気側はターボ過給機３に接続されている。
【００２４】
ターボ過給機３は、エンジン本体１０から排出される排気エネルギーを利用して、エンジン本体１０へ導入される吸気を過給する装置である。ターボ過給機３は、エンジン本体１０の中速から高速回転域において主に動作して吸気を過給する大型ターボ部３Ａ（第１ターボ部）と、低速回転域で主に動作して吸気を過給する小型ターボ部３Ｂ（第２ターボ部）とを備えている。本実施形態では、大型ターボ部３Ａの下方に小型ターボ部３Ｂが連設されている。大型ターボ部３Ａ及び小型ターボ部３Ｂは各々、前方側に配置されるタービン室と、後方側に配置されるコンプレッサ室とを備える。ターボ過給機３内には、前記各タービン室を経由し、エンジン本体１０から排気が供給される排気通路と、前記各コンプレッサ室を経由し、エンジン本体１０へ導入される吸気が流通する吸気通路とが備えられている。つまり、前記各タービン室はエンジン本体１０の排気経路に、前記各コンプレッサ室はエンジン本体１０の吸気経路に、各々組み込まれている。
【００２５】
図２には、大型ターボ部３Ａの大タービン室３３（図３）を区画する大型ターボハウジング３１と、小型ターボ部３Ｂの小タービン室３５（図３）を区画する小型ターボハウジング３２とが示されている。大型ターボハウジング３１は、後記で説明する大スクロール通路５５他を区画する板金製のケースからなる板金ハウジング３１１と、板金ハウジング３１１の下端を支持するハウジングベース３１２とを含む。ハウジングベース３１２の下部には、上フランジ部３１３が備えられている。
【００２６】
一方、小型ターボハウジング３２は、鋳鉄性のケースからなるハウジングであり、排気通路の上流側には導入フランジ部３２１が、下流側には下フランジ部３２２が一体的に備えられている。導入フランジ部３２１は、排気マニホールド１４との連結を行うためのフランジ部であり、ターボ過給機３への排気の入口となる部分である。下フランジ部３２２は、大型ターボハウジング３１との連結を行うためのフランジ部である。下フランジ部３２２の上に上フランジ部３１３が載置され、両者がボルト締結されることによって、大型ターボハウジング３１と小型ターボハウジング３２とが一体化されている。ターボ過給機３からの排気の出口となる部分には、排気側フランジ３２３が備えられている。排気側フランジ３２３には、排気通路の下流側配管が接続される。
【００２７】
マニホールドインシュレータ１５は、高温の排気が流通する排気マニホールド１４から発せられる熱によって周辺部品が熱害を受けないよう遮熱するインシュレータである。エンジン本体インシュレータ１６は、排気マニホールド１４及びターボ過給機３から発せられる熱から、シリンダヘッドカバー１３、ハーネス、センサ類を保護する。ターボインシュレータ１７は、同じく高温の排気が流通する大型、小型ターボハウジング３１、３２の周囲を覆い、周辺部品の熱害を抑止するインシュレータである。
【００２８】
［エンジンの内部的構成］
図３は、ターボ過給機付エンジン１及びその周辺部品の構成と、吸気及び排気のフローとを模式的に示す図である。エンジン１は、エンジン本体１０と、エンジン本体１０に燃焼用の空気を導入するための吸気通路Ｐ１と、エンジン本体１０で生成された燃焼ガス（排気）を排出するための排気通路Ｐ２と、これら吸気通路Ｐ１及び排気通路Ｐ２の一部を各々構成する通路を備えたターボ過給機３と、排気通路Ｐ２の下流端付近に配置された排気浄化装置７０と、吸気通路Ｐ１と排気通路Ｐ２との間に配置されたＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置８０とを備えている。
【００２９】
エンジン本体１０の各気筒２には、ピストン２１、燃焼室２２、クランク軸２３、吸気ポート２４、排気ポート２５、吸気弁２６及び排気弁２７が備えられている。図３では、１つの気筒２が示されている。ピストン２１は、気筒２内に往復運動可能に収容されている。燃焼室２２は、気筒２内においてピストン２１の上方に形成されている。燃焼室２２には、図略のインジェクタからディーゼル燃料が噴射される。前記インジェクタから噴射された燃料は、吸気通路Ｐ１から供給される空気と混合して燃焼室２２内で自着火する。ピストン２１は、この燃焼による膨張力で押し下げられて上下方向に往復運動する。
【００３０】
クランク軸２３は、エンジン本体１０の出力軸であり、ピストン２１の下方に配設されている。ピストン２１とクランク軸２３とは、コネクティングロッドを介して互いに連結されている。クランク軸２３は、ピストン２１の往復運動に応じて、その中心軸回りに回転する。吸気ポート２４は、吸気通路Ｐ１から供給される空気（吸気）を気筒２に導入する開口である。排気ポート２５は、気筒２内での燃料の燃焼によって生成された排気を排気通路Ｐ２に導出するための開口である。吸気弁２６は、吸気ポート２４を開閉する弁であり、排気弁２７は排気ポート２５を開閉する弁である。
【００３１】
吸気通路Ｐ１には、吸気のフローの上流側から順に、エアクリーナ４１、ターボ過給機３のコンプレッサ部（大コンプレッサ室３４及び小コンプレッサ室３６）、インタークーラ４２及びスロットルバルブ４３が設けられている。吸気通路Ｐ１の下流端は、吸気マニホールド（図示せず）を介して吸気ポート２４に接続されている。エアクリーナ４１は、吸気通路Ｐ１に取り入れる空気を浄化する。インタークーラ４２は、吸気ポート２４を通して燃焼室２２に送る吸気を冷却する。スロットルバルブ４３は、燃焼室２２に送る吸気の量を調整するバルブである。なお、吸気通路Ｐ１においてターボ過給機３の上流側には、ブローバイガスを燃焼室２２に送るブローバイ還流路４１１が接続されている。吸気は、後記で詳述するターボ過給機３の前記コンプレッサ部を通過する際に過給される。
【００３２】
排気通路Ｐ２の上流端は、排気マニホールド１４を介して、排気ポート２５に接続されている。排気通路Ｐ２には、排気のフローの上流側から順に、ターボ過給機３のタービン部（小タービン室３５及び大タービン室３３）、排気浄化装置７０が設けられている。排気浄化装置７０は、排気中のＮＯｘを一時的に吸蔵し後に還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む触媒装置７１と、排気中の粒子状物質を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）７２とからなる。排気が有する運動エネルギーは、当該排気がターボ過給機３の前記タービン部を通過する際に回収される。
【００３３】
ＥＧＲ装置８０は、エンジン本体１０から排出された排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気に還流させるための装置である。ＥＧＲ装置８０は、排気通路Ｐ２と吸気通路Ｐ１とをそれぞれ連通させる第１ＥＧＲ通路８１及び第２ＥＧＲ通路８４と、これら通路８１、８４をそ各々開閉する第１ＥＧＲバルブ８２及び第２ＥＧＲバルブ８５とを有する。第１ＥＧＲ通路８１には、ＥＧＲクーラ８３が設けられている。ＥＧＲガスは、第１ＥＧＲ通路８１の通過途中にＥＧＲクーラ８３により冷却されて、その後、吸気通路Ｐ１に流入する。一方、第２ＥＧＲ通路８４にはＥＧＲクーラは設けられておらず、ＥＧＲガスは高温のまま吸気通路Ｐ１に流入可能である。第１、第２ＥＧＲ通路８１、８４は、排気通路Ｐ２のターボ過給機３よりも上流側の部分と、吸気通路Ｐ１のスロットルバルブ４３よりも下流側の部分とを連通している。従って、ターボ過給機３の前記タービン部へ導入される前の排気が、吸気と共に吸気ポート２４に供給される。
【００３４】
［ターボ過給機の詳細］
続いて、本実施形態に係るターボ過給機３の内部構造について、上掲の図３と、ターボ過給機３の概略断面を示す図４とを参照して説明する。既述の通りターボ過給機３は、中速〜高速回転域動作用の大型ターボ部３Ａと低速回転域動作用の小型ターボ部３Ｂとを備える。大型ターボ部３Ａは、大タービン室３３及び大コンプレッサ室３４を備える。同様に、小型ターボ部３Ｂは、小タービン室３５及び小コンプレッサ室３６を備える。大タービン室３３及び小タービン室３５は排気通路Ｐ２に連通しており、大コンプレッサ室３４及び小コンプレッサ室３６は吸気通路Ｐ１に連通している。
【００３５】
大タービン室３３には大タービン３３Ｔ（第１タービン）が、大コンプレッサ室３４には大ブロワー３４Ｂが、各々収容されている。大タービン３３Ｔと大ブロワー３４Ｂとは、大タービン軸３７（第１タービン軸）で連結されている。すなわち、大タービン軸３７の一端に大タービン３３Ｔが取り付けられ、他端に大ブロワー３４Ｂが取り付けられている。大タービン３３Ｔは、排気のフロー（運動エネルギー）を受け取り、大タービン軸３７の軸回り回転する。大ブロワー３４Ｂは、同じく大タービン軸３７の軸回りに回転して吸気を圧縮（過給）する。大タービン３３Ｔが排気の運動エネルギーを受けて回転すると、大ブロワー３４Ｂも大タービン軸３７の軸回りに一体回転する。
【００３６】
大タービン３３Ｔとしては、複数の翼を有しこれら翼に排気が衝突することで大タービン軸３７の軸回りに回転するインペラを用いることができる。また、大タービン３３Ｔとして、角度変更可能な複数のノズルベーンをタービン外周部に備え、エンジン回転数に応じて大タービン３３Ｔへ流入する排気の流速（すなわちタービン容量）を調整可能なＶＧＴ（Variable Geometry Turbine）を用いることは、好ましい実施形態の一つである。
【００３７】
小タービン室３５には小タービン３５Ｔ（第２タービン）が、小コンプレッサ室３６には小ブロワー３６Ｂが、各々収容されている。小タービン３５Ｔと小ブロワー３６Ｂとは、小タービン軸３８（第２タービン軸）で連結されている。すなわち、小タービン軸３８の一端に小タービン３５Ｔが取り付けられ、他端に小ブロワー３６Ｂが取り付けられている。小タービン３５Ｔは、排気の運動エネルギーを受け取り、小タービン軸３８の軸回り回転する。小ブロワー３６Ｂは、同じく小タービン軸３８の軸回りに回転して吸気を圧縮（過給）する。小タービン３５Ｔが排気の運動エネルギーを受けて回転すると、小ブロワー３６Ｂも小タービン軸３８の軸回りに一体回転する。なお、小タービン３５Ｔとしては、流入する排気の流速を変更不能な、いわゆるＦＧＴ（Fixed Geometry Turbine）を用いることができる。
【００３８】
大タービン３３Ｔの容量は小タービン３５Ｔの容量よりも大きく、また、大ブロワー３４Ｂの容量は小ブロワー３６Ｂの容量よりも大きく設定されている。これにより、大型ターボ部３Ａは、小型ターボ部３Ｂよりも大きな流量の排気によって大タービン３３Ｔを回転させ、大ブロワー３４Ｂの回転によってより大きな流量の吸気を過給することが可能である。
【００３９】
ターボ過給機３には、その機内において吸気通路Ｐ１の一部を担う通路として、過給機内吸気通路４４が備えられている。過給機内吸気通路４４は、吸気導入通路４５、第１主通路４６、第２主通路４７、出口通路４８及び吸気バイパス通路４９を含む。吸気導入通路４５は、ターボ過給機３内において最も上流側の吸気通路であり、大タービン軸３７の軸方向から大コンプレッサ室３４内の大ブロワー３４Ｂに向かう通路である。第１主通路４６は、大ブロワー３４Ｂの外周部から、小コンプレッサ室３６内の小ブロワー３６Ｂの軸心へ向けて吸気を案内する通路である。第２主通路４７は、小ブロワー３６Ｂの外周部から、出口通路４８に向かう通路である。出口通路４８は、ターボ過給機３内において最も下流の吸気通路であり、インタークーラ４２に接続される通路である。このように、吸気のフローにおいて、大ブロワー３４Ｂが小ブロワー３６Ｂの上流側に配置されている。
【００４０】
吸気バイパス通路４９は、小コンプレッサ室３６をバイパスする通路、すなわち、小ブロワー３６Ｂに吸気を与えることなく、吸気を下流に導く通路である。具体的には吸気バイパス通路４９は、大コンプレッサ室３４と小コンプレッサ室３６とを繋ぐ第１主通路４６の途中から分岐し、第２主通路４７と共に出口通路４８に合流している。吸気バイパス通路４９には、該通路４９を開閉する吸気バイパス弁４９１が配置されている。
【００４１】
吸気バイパス弁４９１が全閉となり吸気バイパス通路４９を閉鎖している状態では、吸気の全量が小コンプレッサ室３６に流入する。一方、吸気バイパス弁４９１が開弁している状態では、吸気の多くは小コンプレッサ室３６をバイパスし、吸気バイパス通路４９を通して下流側に流れる。すなわち、小コンプレッサ室３６に収容されている小ブロワー３６Ｂは、吸気のフローに対して抵抗となるため、吸気バイパス弁４９１が開弁している状態では、吸気の多くはより抵抗の小さい吸気バイパス通路４９に流入する。吸気バイパス弁４９１は、負圧式のバルブアクチュエータ４９２により開閉される。
【００４２】
ターボ過給機３には、その機内において排気通路Ｐ２の一部を担う通路として、過給機内排気通路５０が備えられている。過給機内排気通路５０は、排気導入通路５１（導入通路）、連絡通路５２、小スクロール通路５３（第２スクロール通路）、ターボ間通路５４、大スクロール通路５５（第１スクロール通路）、排出通路５６及び排気バイパス通路５７を含む。図４から明らかな通り、排気導入通路５１、連絡通路５２及び小スクロール通路５３は小型ターボハウジング３２内に形成される通路、大スクロール通路５５及び排出通路５６は大型ターボハウジング３１内に形成される通路、ターボ間通路５４及び排気バイパス通路５７は両ハウジング３１、３２に跨って形成される通路である。本実施形態では、小タービン３５Ｔ（即ち小型ターボ部３Ｂ）が、排気通路Ｐ２において大タービン３３Ｔ（即ち大型ターボ部３Ａ）の上流側に配置されている。
【００４３】
排気導入通路５１は、ターボ過給機３内において最も上流側の排気通路であり、エンジン本体１０側から排気を受け入れる通路である。連絡通路５２は、排気導入通路５１の下流に連なり、排気を小タービン室３５に向けて導く通路である。小スクロール通路５３は、小タービン室３５の一部を形成しており、小タービン３５Ｔへ向けて排気を導く通路である。連絡通路５２の下流端は、小スクロール通路５３の上流部５３Ｕ（第２上流部）に連なっている。小スクロール通路５３は、小タービン３５Ｔの外周を周回するように配置された渦巻き状の通路であり、下流に向けて流路幅が徐々に狭くなっている。排気は、小スクロール通路５３から小タービン３５Ｔの径方向中心に向けて流入し、小タービン３５Ｔを小タービン軸３８の軸回りに回転させる。
【００４４】
ターボ間通路５４は、小タービン３５Ｔと大スクロール通路５５の上流部５５Ｕ（第１上流部）とを繋ぐ通路である。ターボ間通路５４の上流部分は、小タービン室３５から小タービン３５Ｔの軸方向に延び出す部分であり、下流部分は、上流部５５Ｕに連なる部分である。小タービン３５Ｔの外周から径方向内側に流入し小タービン３５Ｔに対して膨張仕事を為した排気は、ターボ間通路５４から取り出され、大タービン３３Ｔに向かうことになる。
【００４５】
大スクロール通路５５は、大タービン室３３の一部を形成しており、大タービン３３Ｔへ向けて排気を導く通路である。大スクロール通路５５は、大タービン３３Ｔの外周を周回するように配置された渦巻き状の通路であり、下流に向けて流路幅が徐々に狭くなっている。排気は、大スクロール通路５５から大タービン３３Ｔの径方向中心に向けて流入し、大タービン３３Ｔを大タービン軸３７の軸回りに回転させる。排出通路５６は、ターボ過給機３内において最も下流の排気通路であり、大タービン室３３から大タービン３３Ｔの軸方向に延び出している。大タービン３３Ｔの外周から径方向内側に流入し大タービン３３Ｔに対して膨張仕事を為した排気は、排出通路５６から取り出される。排出通路５６の下流端は、排気側フランジ部３２３に設けられた開口であり、下流の排気浄化装置７０に至る排気通路に接続される。
【００４６】
排気バイパス通路５７は、小タービン室３５をバイパスする通路、すなわち、小タービン３５Ｔに排気を作用させることなく、排気を下流（大タービン３３Ｔ）に導く通路である。具体的には排気バイパス通路５７は、排気導入通路５１と連絡通路５２との間から分岐し、大スクロール通路５５の上流部５５Ｕに合流しており、小スクロール通路５３及びターボ間通路５４をバイパスしている。排気バイパス通路５７には、該通路４７を開閉する排気バイパス弁６が配置されている。排気バイパス弁６は、実際に排気バイパス通路５７を開閉する弁本体６１と、弁本体６１を動作させるバルブアクチュエータ６Ａとを含む。
【００４７】
排気バイパス弁６（弁本体６１）が全閉となり排気バイパス通路５７を閉鎖している状態では、排気の全量が小タービン室３５に流入する。なお、ＥＧＲ装置８０が作動して、ＥＧＲガスの還流が実施されている場合は、エンジン本体１０から排出された排気から前記ＥＧＲガスを除いたガスの全量が、小タービン室３５に流入する。一方、排気バイパス弁６が開弁している状態では、排気の多くは小タービン室３５をバイパスして下流側の大タービン室３３（大スクロール通路５５）に流れ込む。すなわち、小タービン室３５に収容されている小タービン３５Ｔは、排気のフローに対して抵抗となるため、排気バイパス弁６が開弁している状態では、排気の多くはより抵抗の小さい排気バイパス通路５７に流入する。つまり、排気は、小タービン３５Ｔを通過せずに下流側に流れる。
【００４８】
換言すると、排気バイパス弁６が如何に動作しようとも、排気は必ず大タービン室３３の大タービン３３Ｔを通過する。つまり、常に大型ターボ部３Ａが動作して吸気の過給を行わせることができるので、ターボ過給機３による吸気の過給圧を高くし、エンジンシステム全体でのエネルギー効率を高めることができる。
【００４９】
基本動作として、排気バイパス弁６は、エンジン本体１０が低速回転域で動作している場合には全閉とされ、連絡通路５２及び小スクロール通路５３を通して小タービン３５Ｔに排気が供給される。小タービン３５Ｔはイナーシャが小さいため、たとえ排気流量が小さくても早期に回転数が上昇し、小ブロワー３６Ｂによる過給力を高めることができる。その後、排気は、ターボ間通路５４及び大スクロール通路５５を通過し、大タービン３３Ｔに供給される。すなわち、低速回転域では大タービン３３Ｔ及び小タービン３５Ｔの双方が回転し、これに伴い大ブロワー３４Ｂ及び小ブロワー３６Ｂも回転する。従って、大型ターボ部３Ａ及び小型ターボ部３Ｂの双方が動作して、吸気を過給することができる。ここで、大タービン３３ＴにＶＧＴが付設されている場合、ＶＧＴの開度を小さくして大タービン３３Ｔに流入する排気の流速を高めることが望ましい。これにより、低速回転域における大ブロワー３４Ｂによる過給力を高めることができる。
【００５０】
一方、エンジン本体１０が中速〜高速回転域で動作している場合に、排気バイパス弁６は全開とされ、排気は排気バイパス通路５７を通して専ら大タービン３３Ｔに供給される。つまり、排気のフロー抵抗を極力抑えて、大タービン３３Ｔに排気を供給することができるので、エネルギー効率を高めることができる。なお、大タービン３３ＴがＶＧＴを有する場合は、そのＶＧＴ開度を、予め設定された所定の過給圧を得るための基本ＶＧＴ開度とすることが望ましい。
【００５１】
バルブアクチュエータ６Ａは、電動式のアクチュエータ装置からなり、弁本体６１を単純に開閉させるだけでなく、全閉から全開の間で弁本体６１の開度を調整することが可能である。弁本体６１の開度は、運転条件毎に、過給圧が目標の圧力になるように設定される。目標の過給圧及び弁本体６１の開度は、エンジン回転数とエンジン負荷とによって予め設定されている。バルブアクチュエータ６Ａは、その設定に従い、弁本体６１の開度を制御する。
【００５２】
［ターボ過給機内の排気通路の詳細］
続いて、主に図４を参照して、ターボ過給機３内における過給機内排気通路５０の具体的な配置関係、通路の形状当について詳述する。まず、排気導入通路５１は、上述の導入フランジ部３２１の端面に開口を有し、左方に延びる通路である。この排気導入通路５１は、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとの間に配置されている。詳しくは、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとは上下方向に配置され、排気導入通路５１はこれらターボ部３Ａ、３Ｂの間の中間の高さ位置に配置されている。
【００５３】
エンジン本体１０（シリンダヘッド１２）の左側面には排気ポート２５の出気開口が設けられている。排気マニホールド１４は、右端側に入気側フランジ部１４２を、左端側に出気側フランジ部１４３を有しており、これらフランジ部１４２、１４３にはマニホールド通路１４１の左右端部開口が設けられている。入気側フランジ部１４２は、排気ポート２５の出気開口に位置合わせしてシリンダヘッド１２に結合される。出気側フランジ部１４３は、導入フランジ部３２１と結合される。これにより、排気ポート２５と排気導入通路５１（過給機内排気通路５０）とがマニホールド通路１４１を介して連通状態となり、図４において矢印Ｆで示すように、エンジン本体１０側からの排気をターボ過給機３内へ取り入れ可能とされている。
【００５４】
排気導入通路５１と、小スクロール通路５３の上流部５３Ｕと大スクロール通路５５の上流部５５Ｕとの間には、これらを繋ぐＹ字型の分岐通路５０Ｂが配置されている。なお、上流部５３Ｕ、５５Ｕとは、スクロール通路５３、５５が各タービン３３Ｔ、３５Ｔの軸心に向けて渦を巻始めるスクロール始点部分である。この分岐通路５０Ｂのうち、排気導入通路５１の下流端より下方へ向かい上流部５３Ｕに繋がる通路が連絡通路５２であり、同下流端より上方へ向かい上流部５５Ｕに繋がる通路が排気バイパス通路５７である。
【００５５】
小スクロール通路５３は、図４において反時計方向にスクロールする通路である一方、大スクロール通路５５は時計方向にスクロールする通路である。つまり、両スクロール通路５３、５５が渦を巻く方向は互いに反対方向に設定されている。これは、スクロール通路５３、５５の上流部５３Ｕ、５５Ｕを次の通りに配置したことによる。
【００５６】
小スクロール通路５３は、上流部５３Ｕがエンジン本体１０の左側面に対して小タービン軸３８よりも遠い側（左側）に配置され、上流部５３Ｕから下流側に向けて渦を巻く部分が小タービン軸３８よりもエンジン本体１０に近い側（右側）に向かうようにスクロールした通路である。小スクロール通路５３の上流部５３Ｕは、上向きに開口している。小スクロール通路５３は、この上流部５３Ｕから右下方向に向かい、小タービン軸３８の下方側を通過し、その後に小タービン軸３８の右方側を抜けて上方に向かっている。もちろん、小タービン３５Ｔの周囲を周回した小スクロール通路５３の下流端は、小タービン軸３８よりも左側に位置している。
【００５７】
大スクロール通路５５も同様に、上流部５５Ｕがエンジン本体１０の左側面に対して大タービン軸３７よりも遠い側（左側）に配置され、上流部５５Ｕから下流側に向けて渦を巻く部分が大タービン軸３７よりもエンジン本体１０に近い側（右側）に向かうようにスクロールした通路である。大スクロール通路５５の上流部５５Ｕは、下向きに開口している。大スクロール通路５５は、この上流部５５Ｕから右上方向に向かい、第１タービン軸３７の上方側を通過し、その後に大タービン軸３７の右方側を抜けて下方に向かっている。もちろん、大タービン３３Ｔの周囲を周回した大スクロール通路５５の下流端は、大タービン軸３７よりも左側に位置している。
【００５８】
このように小スクロール通路５３と小スクロール通路５５とは、それぞれの上流部５３Ｕ、５５Ｕが概ね上下方向において向き合うように配置されている。また、排気導入通路５１は、上流部５３Ｕ、５５Ｕの中間に位置している。それゆえ、上述のＹ字型のコンパクトな分岐通路５０Ｂにて、両スクロール通路５３、５５を排気導入通路５１に繋ぐことが可能である。
【００５９】
また、両スクロール通路５３、５５が渦を巻く方向が互いに反対方向であることから、小タービン３５Ｔの回転方向と大タービン３３Ｔの回転方向も反対である。すなわち、小タービン３５Ｔは、小スクロール通路５３のスクロール方向に沿って、図４に示す断面では、小タービン軸３８の軸回りに反時計方向（所定の第１回転方向）へ回転する。一方、大タービン３３Ｔは、大スクロール通路５５のスクロール方向に沿って、大タービン軸３７の軸回りに時計方向（第２回転方向）へ回転する。
【００６０】
さらに、このような大、小スクロール通路５３、５５の配置は、それぞれの上流部５３Ｕ、５５Ｕに連なる上流側通路を、直線状乃至は緩やかな湾曲状の排気通路とすることを可能としている。図４に示されている通り、連絡通路５２の少なくとも上流部５３Ｕから上流側に延びる部分である上流側通路５３ＵＡは、概ね直線状に下方に延びる通路である。また、ターボ間通路５４の少なくとも上流部５５Ｕから上流側に延びる部分である上流側通路５５ＵＡも、概ね直線状に上方に延びる通路である。従って、排気は、大、小スクロール通路５３、５５の上流部５３Ｕ、５５Ｕに、それぞれ直線的なルートに沿ってフロー抵抗が少ない状態で進入することができる。
【００６１】
ターボ間通路５４は、小タービン３５Ｔの配置位置から当該小タービン３５Ｔの軸方向に延び出し、左上方向に経路を変え、上述の略直線状の上流側通路５５ＵＡ（ターボ間通路５４の下流付近の通路）を通して大スクロール通路５５の上流部５３Ｕへ繋がっている。既述の通り、排気バイパス通路５７も、上流部５３Ｕへ繋がる排気通路である。両者の配置関係は、ターボ間通路５４が排気バイパス通路５７よりもエンジン本体１０の左側面に対して遠い側に配置される関係にある。
【００６２】
上述の通り、上流部５３Ｕはエンジン本体１０の左側面に対して大タービン軸３７よりも遠い側に配置されている。この上流部５３Ｕに、ターボ間通路５４の下流端５４Ｅ及び排気バイパス通路５７の下流端５７Ｅが合流しているのであるが、両者の位置関係は、下流端５７Ｅの方が下流端５４Ｅよりもエンジン本体１０に対して近い側において上流部５３Ｕに対向する関係にある。
【００６３】
このように、排気バイパス通路５７及びその下流端５７Ｅが、ターボ間通路５４及びその下流端５４Ｅよりも、排気を吐出するエンジン本体１０により近い側に配置されることから、排気導入通路５１と上流部５３Ｕとを短絡的に繋ぐ排気バイパス通路５７を、短く且つ湾曲度合いが小さい排気通路として設定し易くなる。
【００６４】
他方、このような配置関係は、ターボ間通路５４における、上流部５３Ｕの上流側通路５５ＵＡを直線状乃至は緩やかな湾曲状に設定し易いレイアウトである。つまり、排気バイパス通路５７をエンジン本体１０に近い側に配置することで、下向きに開口する上流部５３Ｕの下方にスペースを取り易くなる。さらに本実施形態では、小タービン軸３８の方が大タービン軸３７よりもエンジン本体１０の左側により近い位置に配置されており、小タービン３５Ｔの径も小さいことから、小型ターボ部３Ｂの左側方に空きスペースを作り易い。従って、上流部５３Ｕの下方スペースを利用して、ターボ間通路５４の下流部分である上流側通路５５ＵＡを略直線状に設定し易いものである。
【００６５】
なお、小タービン軸３８をエンジン本体１０により近く配置することは、連絡通路５２を略直線状に設定することにも寄与している。小タービン軸３８を大タービン軸３７よりも右方に配置することで、小スクロール通路５３の左方にスペースを取り易くなる。上流部５３Ｕが小タービン軸３８よりも左方に位置し、小スクロール通路５３の径が大スクロール通路５５の径よりも小さいことも相俟って、前記左方スペースは相応の広さを確保できる。従って、この左方スペースを利用して、左方に延びる排気導入通路５１から下方に分岐する連絡通路５２について、その上流側通路５３ＵＡを略直線状にして上流部５３Ｕに合流させることができる。
【００６６】
［排気のフローについて］
次に、図５〜図７をさらに参照して、ターボ過給機３内における排気のフローを、排気バイパス弁６の動作状態と関連付けて説明する。図５は、排気バイパス弁６の一例を示す斜視図である。排気バイパス弁６は、弁本体６１、保持片６２及び回動軸６３を備えている。弁本体６１は、既述の通り排気バイパス通路５７を開閉するものであり、排気バイパス通路５７を閉じことが可能な形状、つまり排気バイパス通路５７の下流端の開口サイズよりも大きいサイズを有している。保持片６２は、弁本体６１の背面に配置される矩形状の部材であり、その一端側で弁本体６１を保持している。回動軸６３は、大タービン軸３７と略平行な方向（前後方向）に延び、保持片６２の他端側に結合されている。回動軸６３は、バルブアクチュエータ６Ａによって、その軸回りに回動可能である。
【００６７】
回動軸６３は、保持片６２を介して弁本体６１を片持ち支持している。従って、回動軸６３が軸回りに回動することで、弁本体６１も回動軸６３を軸心として回動する。バルブアクチュエータ６Ａが回動軸６３を軸回りに回動させることで、弁本体６１は排気バイパス通路５７を閉じる姿勢（図６）と、排気バイパス通路５７を開放する姿勢（図７）との間で姿勢変更する。
【００６８】
ここで、回動軸６３は、大タービン軸３７と直交する断面（図４）において、排気バイパス通路５７の右方、つまりエンジン本体１０に対して近い側の側方に配置されている。これは、排気バイパス通路５７から大スクロール通路５５の上流部５５Ｕに流れ込む排気のフローに逆らわず、弁本体６１を閉姿勢から開姿勢へ姿勢変更させ易くすることを考慮したものである。また、開姿勢の弁本体６１が、排気フローの抵抗になり難いようにするためでもある。
【００６９】
図６は、エンジン本体１０の低速回転域における、ターボ過給機３内の排気のフローを示す断面図である。低速回転域では、バルブアクチュエータ６Ａは弁本体６１を閉姿勢とし、排気バイパス通路５７が閉じられる。この場合、エンジン本体１０側から吐出されてくる排気（矢印Ｆ）は、ターボ過給機３の小型ターボハウジング３２に備えられている排気導入通路５１に進入する。排気は、連絡通路５２によって下方に導かれ、小スクロール通路５３の上流部５３Ｕに至る（矢印Ｆ１）。そして排気は、小タービン３５Ｔに作用すべく、小タービン３５Ｔの外周部の小スクロール通路５３から小タービン軸３８に向かう方向に流入し、小タービン３５Ｔを反時計方向Ｒ２に回転させる。
【００７０】
その後、排気は、小タービン３５Ｔの軸方向から導出され、ターボ間通路５４に進入する。排気は、ターボ間通路５４に沿って上方へ導かれ、上流側通路５５ＵＡを経て大スクロール通路５５の上流部５５Ｕに至る（矢印Ｆ２）。このとき、排気は小型ターボハウジング３２から大型ターボハウジング３１内へ流入することにもなる。そして排気は、大タービン３３Ｔに作用すべく、大タービン３３Ｔの外周部の大スクロール通路５５から大タービン軸３７に向かう方向に流入し、大タービン３３Ｔを時計方向Ｒ１に回転させる。しかる後、排気は大タービン３３Ｔの軸方向から導出され、排出通路５６（図３）を通してターボ過給機３の機外へ排出され、排気浄化装置７０へ向かう。
【００７１】
図７は、エンジン本体１０の中速及び高速回転域における、ターボ過給機３内の排気のフローを示す断面図である。中速〜高速回転域では、バルブアクチュエータ６Ａは弁本体６１を開姿勢とし、排気バイパス通路５７が開かれる。この場合、エンジン本体１０側から吐出されてくる排気（矢印Ｆ）は、排気導入通路５１を経て、フロー抵抗が小さい排気バイパス通路５７へ専ら流入する。そして排気は、排気バイパス通路５７に沿って左上方へ導かれ、大スクロール通路５５の上流部５５Ｕへ、右寄りの部分から流入する（矢印Ｆ３）。このとき、排気は小型ターボハウジング３２から大型ターボハウジング３１内へ流入することにもなる。以下同様に、排気は、大スクロール通路５５から大タービン３３Ｔに対して流入し、大タービン３３Ｔの軸方向から導出されて排出通路５６へ向かう。
【００７２】
［作用効果］
以上説明した本実施形態に係るターボ過給機付エンジン１によれば、次のような作用効果を奏する。ターボ過給機付エンジン１は、小スクロール通路５３のスクロール始点となる上流部５３Ｕが、小タービン軸３８よりもエンジン本体１０に対して遠い側に配置され、また、大スクロール通路５５のスクロール始点となる上流部５５Ｕが、大タービン軸３７よりもエンジン本体１０に対して遠い側に配置される構造を有する。このため、排気導入通路５１から各上流部５３Ｕ、５５Ｕまでの排気通路（連絡通路５２、ターボ間通路５４）のレイアウトに余裕を持たせることができ、これら排気通路を極端に湾曲させずに済む。従って、排気通路中における排気の流れをスムーズにすることができ、大きな排気運動エネルギーを各タービン３３Ｔ、３５Ｔに与えることが可能となる。
【００７３】
また、小スクロール通路５３、大スクロール通路５５は、各上流部５３Ｕ、５５Ｕの下流側が各タービン軸３８、３７よりもエンジン本体１０に近い側に向かうようにスクロールした通路であって、互いに反対方向にスクロールしている。このため、大タービン３３Ｔと小タービン３５Ｔとは互いに逆方向に回転する。両タービン３３Ｔ、３５Ｔを同方向に回転させることを前提に排気通路を設定すると、どうしても大きく湾曲した排気通路が必要となり、ターボ過給機３が大型化する傾向がある。既存の２ステージ型ターボ過給機では、２つのタービンを同方向に回転させることを前提としているため、ターボ過給機３の小型化は一般に難しい。しかしながら、本実施形態の構成によれば、ターボ過給機３内の排気経路をシンプルに設計し易くなり、ターボ過給機３のコンパクト化を図ることができる。
【００７４】
小スクロール通路５３の上流部５３Ｕ及び大スクロール通路５５の上流部５５Ｕに各々連なる上流側通路５３ＵＡ及び上流側通路５５ＵＡは、略直線状の排気通路である。このため、排気の流れに実質的に抵抗を与えることなく、各上流部５３Ｕ、５５Ｕへ排気を導入することができる。従って、より大きな排気運動エネルギーを大タービン３３Ｔ及び小タービン３５Ｔに与えることができる。
【００７５】
とりわけ、本実施形態のターボ過給機３は、過給機内排気通路５０上において小型ターボ部３Ｂの下流に大型ターボ部３Ａが直列に並ぶ２ステージ型のターボ過給機である。かかるターボ過給機において、連絡通路５２の下流部分に相当する上流側通路５３ＵＡ、及びターボ間通路５４の下流部分に相当する上流側通路５５ＵＡが略直線状とされることで、大タービン３３Ｔ及び小タービン３５Ｔに向かう排気の流れをスムーズにして排気運動エネルギーを大きくすることができる。
【００７６】
エンジン本体１０から排気を受け入れる排気導入通路５１が、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとの中間に配置されている。詳しくは、エンジン本体１０の一側面に排気マニホールド１４が配置され、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとは上下方向に配置され、これらの中間の高さ位置に、排気マニホールド１４へ連結される排気導入通路５１が配置されている。
【００７７】
これにより、大、小スクロール通路５３、５５の各上流部５３Ｕ、５５Ｕが各タービン軸３７、３８よりもエンジン本体１０に対して遠い側に配置され、且つ、大、小タービン３３Ｔ、３５Ｔの回転方向が互いに逆方向とされる構成において、各上流部５３Ｕ、５５Ｕの双方に対し、湾曲度合いの少ない滑らかな排気通路で排気導入通路５１と繋ぐレイアウトを、コンパクトに設定することができる。
【００７８】
以上の通り、本実施形態のターボ過給機付エンジン１によれば、少なくとも２つの独立したターボ部（大型ターボ部３Ａ及び小型ターボ部３Ｂ）を有するターボ過給機３が付設されたエンジンにおいて、大、小タービン３３Ｔ、３５Ｔに大きな排気運動エネルギーを与えることができ、且つターボ過給機３のコンパクト化を図ることができる。
【００７９】
［変形実施形態の説明］
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば上記実施形態では、第１ターボ部及び第２ターボ部が大型ターボ部３Ａ及び小型ターボ部３Ｂである例を示した。これに代えて、第１、第２ターボ部が同じタービン容量を持つターボ部としても良い。また、上記実施形態では、小型ターボ部３Ｂの下流に大型ターボ部３Ａが直列に配置される例を示した。第１、第２ターボ部は、排気導入通路５１にパラレルに接続されるものであっても良い。
【００８０】
上記実施形態では、小型ターボ部３Ｂの上に大型ターボ部３Ａが配置される態様を例示した。第１、第２ターボ部は、上下方向に並ぶ態様に限らず、水平方向、斜め方向に並ぶ態様としても良い。また、第１、第２ターボ部が本発明の条件を満たす限りにおいて、さらに他のターボ部が備えられていても良い。
【符号の説明】
【００８１】
１  ターボ過給機付エンジン
１０  エンジン本体
３  ターボ過給機
３Ａ  大型ターボ部（第１ターボ部）
３Ｂ  小型ターボ部（第２ターボ部）
３１  大型ターボハウジング
３２  小型ターボハウジング
３３Ｔ  大タービン（第１タービン）
３５Ｔ  小タービン（第２タービン）
３７  大タービン軸（第１タービン軸）
３８  小タービン軸（第２タービン軸）
５０  過給機内排気通路
５１  排気導入通路（導入通路）
５２  連絡通路
５３  小スクロール通路（第２スクロール通路）
５３Ｕ  上流部（第２上流部）
５３ＵＡ  上流側通路
５４  ターボ間通路
５５  大スクロール通路（第１スクロール通路）
５５Ｕ  上流部（第１上流部）
５５ＵＡ  上流側通路
５６  排出通路
５７  排気バイパス通路
６  排気バイパス弁
Ｐ１  吸気通路
Ｐ２  排気通路
【図１】
0006460028.tif 000002
【図２】
0006460028.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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