(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と前記エンジン本体へ吸気を供給する吸気通路とを有し、前記吸気を過給するターボ過給機を備え、
前記ターボ過給機は、
タービンと、該タービンに流入する排気の流速を変更する可変ベーンとを収容し、前記排気通路に連通するタービン室を区画するタービンケースと、
コンプレッサを収容し、前記吸気通路に連通するコンプレッサ室を区画するコンプレッサケースと、
前記タービンと前記コンプレッサとを連結するタービン軸と、
前記可変ベーンを駆動するアクチュエータと、を備え、
前記タービン軸を前記コンプレッサ側から見た側面視において、
前記エンジン本体は前記ターボ過給機の左側に位置し、
前記タービン軸はその軸回りに反時計方向に回転し、
前記コンプレッサ室から吸気を吐出する通路は、前記タービン軸よりも前記エンジン本体側に配置され、
前記アクチュエータは、前記コンプレッサケースの表面であって、前記エンジン本体に対して前記タービン軸よりも遠い側に配置されていることを特徴とする、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、
前記アクチュエータは電動式のものであり、
前記アクチュエータの駆動力がロッドを介して前記可変ベーンに伝達される、ターボ過給機付エンジン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記ターボ過給機が、第１タービン室及び第１コンプレッサ室を備える第１ターボ部と、第２タービン室及び第２コンプレッサ室を備える第２ターボ部とを備え、前記吸気通路において前記第２コンプレッサ室が前記第１コンプレッサ室よりも上流側に配置された２ステージ型ターボであり、
前記可変ベーンは、少なくとも前記第２タービン室に収容されているタービンに対して組み付けられている、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及び吸気通路が備えられ、前記排気通路にはタービンを収容するタービン室が連通され、前記吸気通路にはコンプレッサ扇車を収容するコンプレッサ室が連通される。前記排気通路にはエンジン本体から排気が供給され、前記吸気通路にはエンジン本体に供給する吸気が流通する。排気によって前記タービンはターボ軸回りに回転し、前記ターボ軸に連結されたコンプレッサ室のコンプレッサ扇車を回転させ、吸気を過給する。
【０００３】
上記のようなターボ過給機において、前記タービンに対して可変ベーン機構が組み付けられたＶＧＴ（Variable Geometry Turbocharger）仕様のものがある（例えば特許文献１参照）。ＶＧＴは、角度変更が可能な複数の可変ベーンを備え、前記タービンに流入する排気の流速を調整するための装置である。前記可変ベーンの角度は、アクチュエータにより前記可変ベーンが揺動駆動されることによって制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１１３８２９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、コンパクト化の要請を満たしつつ、排気通路及び吸気通路における抵抗を抑制する必要がある。また、ＶＧＴでは、上記の要請に加えて、可変ベーン機構を動作させるアクチュエータを当該ターボ過給機のどの位置に配置するかが問題となる。
【０００６】
本発明の目的は、ＶＧＴ仕様のターボ過給機が付設されたエンジンにおいて、ターボ過給機のコンパクト化及び吸気抵抗の低減を図りつつ、可変ベーン機構の駆動用アクチュエータの配置が適正化された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と前記エンジン本体へ吸気を供給する吸気通路とを有し、前記吸気を過給するターボ過給機を備え、前記ターボ過給機は、タービンと、該タービンに流入する排気の流速を変更する可変ベーンとを収容し、前記排気通路に連通するタービン室を区画するタービンケースと、コンプレッサを収容し、前記吸気通路に連通するコンプレッサ室を区画するコンプレッサケースと、前記タービンと前記コンプレッサとを連結するタービン軸と、前記可変ベーンを駆動するアクチュエータと、を備え、前記タービン軸を前記コンプレッサ側から見た側面視において、前記エンジン本体は前記ターボ過給機の左側に位置し、前記タービン軸はその軸回りに反時計方向に回転し、前記コンプレッサ室から吸気を吐出する通路は、前記タービン軸よりも前記エンジン本体側に配置され、前記アクチュエータは、前記コンプレッサケースの表面であって、前記エンジン本体に対して前記タービン軸よりも遠い側に配置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、可変ベーンを駆動するアクチュエータは、ターボ過給機においてタービンケースに比べて高温にはならないコンプレッサケースに取り付けられる。従って、前記アクチュエータに熱害が及び難くすることができる。また、前記側面視において、タービン軸はその軸回りに反時計方向に回転し、前記コンプレッサ室から吸気を吐出する通路は、前記タービン軸よりも前記エンジン本体側に配置される。このため、前記コンプレッサケースにおいて、前記タービン軸よりも反エンジン側には空きスペースを作り易くなる。従って、吸気の吐出通路については、前記コンプレッサケースの前記タービン軸よりもエンジン側の領域を活用して吸気抵抗が小さくなる通路を形成し、一方で、前記反エンジン側の空きスペースを活用して前記アクチュエータを配置するというレイアウトが実現できる。
【０００９】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記アクチュエータは電動式のものであり、前記アクチュエータの駆動力がロッドを介して前記可変ベーンに伝達されることが望ましい。
【００１０】
一般に、電動式のアクチュエータは、制御性には優れるものの、耐熱性に劣る。上記のターボ過給機付エンジンによれば、電動式のアクチュエータが前記コンプレッサケースの上記の位置に配置されるので、当該アクチュエータの熱害からの保護に好適である。また、ロッドを、前記吸気の吐出通路が存在しない領域において前記コンプレッサケースを貫通させ、前記タービンケース側へ延在させることができるので、前記ロッドの配置に関しても上記構成は好適である。
【００１１】
上記のターボ過給機付エンジンにおいて、前記ターボ過給機が、第１タービン室及び第１コンプレッサ室を備える第１ターボ部と、第２タービン室及び第２コンプレッサ室を備える第２ターボ部とを備え、前記吸気通路において前記第２コンプレッサ室が前記第１コンプレッサ室よりも上流側に配置された２ステージ型ターボであり、前記可変ベーンは、少なくとも前記第２タービン室に収容されているタービンに対して組み付けられていることが望ましい。
【００１２】
このターボ過給機付エンジンによれば、吸気通路において上流側、排気通路においては下流側となる第２ターボ部のタービンに可変ベーン機構が組み付けられる。このような２ステージ型ターボにおいて、前記アクチュエータの配置位置を適正化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、可変ベーン機構を具備するターボ過給機が付設されたエンジンにおいて、ターボ過給機のコンパクト化及び吸気抵抗の低減を図りつつ、可変ベーン機構を駆動するアクチュエータ（ＶＧＴ用アクチュエータ）の配置が適正化された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】
【００１４】
【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、前記ターボ過給機の斜視図である。
【図４】図４は、前記ターボ過給機の側面図である。
【図５】図５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６】図６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７】図７は、大タービンに対して組み付けられた可変ベーン機構を概略的に示す断面図である。
【図８】図８は、可変ベーン機構が組み込まれた大型タービンケースの断面図である。
【図９】図９は、実施形態に係るターボ過給機を、コンプレッサ側から見た側面図である。
【図１０】図１０は、前記ターボ過給機が備える各種アクチュエータの配置関係を示す斜視図である。
【図１１】図１１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フローを示した、ターボ過給機の側面図である。
【図１２】図１２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フローを示した、ターボ過給機の側面図である。
【図１３】図１３は、変形実施形態に係るターボ過給機を、コンプレッサ室側から見た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［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。
【００１６】
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。
【００１７】
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（図５、図６参照）を備えている。
【００１８】
排気マニホールド１４は、各気筒２の排気ポート２５（図５参照）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。前記吸気マニホールドは、一つの吸気通路から各気筒２の吸気ポート２４に吸気を供給するマニホールド通路を内部に備えている。
【００１９】
ターボ過給機３は、エンジン本体１０の左後方の側部に隣接して配置され、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の全回転域において動作して吸気を過給する大型ターボ部３Ａ（第２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１ターボ部）とを備える２ステージ型のターボ過給機である。
【００２０】
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へ供給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。
【００２１】
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ターボ過給機３のタービン室の周囲を覆い、周辺部品の熱害を抑止するインシュレータである。
【００２２】
［ターボ過給機の外観構成］
図３は、ターボ過給機３の斜視図、図４は、ターボ過給機３の側面図である。大型ターボ部３Ａは、前方側に配置された大型タービンケース３１Ｔ（タービンケース）と、後方側に配置された大型コンプレッサケース３１Ｃ（コンプレッサケース）とを備える。同様に、小型ターボ部３Ｂは、前方側に配置された小型タービンケース３２Ｔと、後方側に配置された小型コンプレッサケース３２Ｃとを備える。各々、大型タービンケース３１Ｔの下方に小型タービンケース３２Ｔが、大型コンプレッサケース３１Ｃの下方に小型コンプレッサケース３２Ｃが配置されている。
【００２３】
大型タービンケース３１Ｔは、排気通路に連通する大タービン室３３（図５；タービン室）を区画する。大型タービンケース３１Ｔは、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の下端を支持する上フランジ部３１２と、ターボ過給機３からの排気の出口となる排気口を備えた排気側フランジ部３３１とを含む。排気側フランジ部３３１には、排気通路の下流側配管が接続される。
【００２４】
小型タービンケース３２Ｔは、排気通路に連通する小タービン室３５（図５）を区画する。小型タービンケース３２Ｔ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排気導入フランジ部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。排気導入フランジ部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排気導入口５１Ａが形成されている。下フランジ部３２２は、大型タービンケース３１Ｔとの連結を行うためのフランジ部である。
【００２５】
大型タービンケース３１Ｔの上フランジ部３１２の下面からは、フランジスタッド３１２Ｓが下方に向けて突設されている。一方、小型タービンケース３２Ｔの下フランジ部３２２には、フランジスタッド３１２Ｓを受容する貫通孔が備えられている。下フランジ部３２２の上に上フランジ部３１２が載置され、フランジスタッド３１２Ｓを利用して両者がボルト締結されることによって、大型タービンケース３１Ｔと小型タービンケース３２Ｔ（大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂ）とが一体化されている。
【００２６】
大型コンプレッサケース３１Ｃは、吸気通路に連通する大コンプレッサ室３４（図５；コンプレッサ室）を区画する。大型コンプレッサケース３１Ｃは、例えばアルミニウム製のケースからなり、吸気導入フランジ部３４１、大スクロール部３１５及び第１カップリング部３１６を含む。吸気導入フランジ部３４１は、ターボ過給機３への吸気の入口となる吸気導入口４５Ａが形成されたフランジ部である。大スクロール部３１５は、大コンプレッサ室３４の一部を形成し、大コンプレッサ３４Ｂ（図５）の周囲に渦巻き状の吸気通路を形成する部分である。第１カップリング部３１６は、大スクロール部３１５の下流端に位置し、その内径が大スクロール部３１５の上流部分よりも拡径された円筒型の部分である。第１カップリング部３１６は、下方に向けて開口しており、大型コンプレッサケース３１Ｃからの吸気の出口（コンプレッサ室から吸気を吐出する通路）となる。
【００２７】
小型コンプレッサケース３２Ｃは、吸気通路に連通する小コンプレッサ室３６（図５）を区画する。上記の大コンプレッサ室３４は、吸気通路においてこの小コンプレッサ室３６よりも上流側に配置されている。小型コンプレッサケース３２Ｃは、例えばアルミニウム製のケースからなり、第２カップリング部３２３、小スクロール部３２４、下流ハウジング３２５及び吸気吐出フランジ部３２６を含む。
【００２８】
第２カップリング部３２３は、小型コンプレッサケース３２Ｃへの吸気の入口となる円筒型の部分であり、上方に向けて開口している。第２カップリング部３２３は、第１カップリング部３１６と同じ内径を有する円筒体であり、両カップリング部３１６、３２３は、両者の開口が上下方向に正対するように配置されている。第２カップリング部３２３の下流側は、小コンプレッサ室３６の入口に連通している。
【００２９】
両カップリング部３１６、３２３間は、円筒管からなるコールドデカップラ３１７が介在されている。コールドデカップラ３１７は、可撓性を有する円筒管の外周面にフッ素ゴム等のシール層を有するカップリングパイプである。コールドデカップラ３１７の上端部分は、第１カップリング部３１６に気密に内挿され、下端部分は第２カップリング部３２３に気密に内挿され、中間部分は外部に露出している。
【００３０】
小スクロール部３２４は、小コンプレッサ室３６の一部を形成し、小コンプレッサ３６Ｂ（図５）の周囲に渦巻き状の吸気通路を形成する部分である。下流ハウジング３２５は、小スクロール部３２４の下流側の吸気通路や小コンプレッサ室３６をバイパスする吸気通路（吸気バイパス通路４９）を形成している。吸気吐出フランジ部３２６は、ターボ過給機３への吸気の出口となる吸気吐出口４８Ａが形成されているフランジ部である。
【００３１】
［エンジンの内部的構成］
図５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。
【００３２】
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５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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、図略の吸気マニホールド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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
［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５と、ターボ過給機３の概略断面を示す図６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２ステージ型のターボ過給機である。大型ターボ部３Ａ（第２ターボ部）は、大タービン室３３（第２タービン室）及び大コンプレッサ室３４（第２コンプレッサ室）を備える。同様に、小型ターボ部３Ｂ（第１ターボ部）は、小タービン室３５（第１タービン室）及び小コンプレッサ室３６（第１コンプレッサ室）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。
【００３８】
本実施形態では、大タービン室３３は、図４に示す大型タービンケース３１Ｔの板金ハウジング３１１で区画されている。板金ハウジング３１１は、板金製のケースであって、インナーシェル３１Ａと、このインナーシェル３１Ａの外側を覆うアウターシェル３１Ｂとで構成される二重構造を有している。インナーシェル３１Ａとアウターシェル３１Ｂとの間には空間が存在し、該空間は断熱空間Ｈとして作用する。板金ハウジング３１１として用いられる板金としては、例えば、冷間圧延鋼鈑、熱圧延鋼鈑などの各種の鋼鈑、ステンレス鋼鈑、アルミニウム合金板、銅合金板等を例示することができる。大型タービンケース３１Ｔは、大部分が板金にて形成されていることから熱容量は小さく、排気の熱を奪いにくい特性を有している。
【００３９】
一方、小タービン室３５は、小型タービンケース３２Ｔで区画されている。小型タービンケース３２Ｔは、鋳鉄製のケースであって、鉄系の材料を鋳型に注型して形成された部材である。鋳鉄としては、鉄に炭素及びケイ素などを含有させた合金からなる各種の鋳鉄を用いることができ、例えば普通鋳鉄、白鋳鉄、まだら鋳鉄等を用いることができる。小型タービンケース３２Ｔは、鋳鉄製であるため、比較的熱容量が大きい特性を有する。
【００４０】
大タービン室３３には大タービン３３Ｔ（タービン）が、大コンプレッサ室３４には大コンプレッサ３４Ｂ（コンプレッサ）が、各々収容されている。大タービン３３Ｔと大コンプレッサ３４Ｂとは、大タービン軸３７（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、他端に大コンプレッサ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。大コンプレッサ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、大コンプレッサ３４Ｂも大タービン軸３７の軸回りに一体回転する。
【００４１】
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。この大タービン３３Ｔには、排気の流速（タービン容量）を変更する可変ベーン機構３９が付設されている。図７は、大タービン３３Ｔに対して組み付けられた可変ベーン機構３９を概略的に示す断面図である。なお、図６では可変ベーン機構３９の記載は省かれており、図７では板金ハウジング３１１のうちインナーシェル３１Ａだけが描かれている。
【００４２】
可変ベーン機構３９は、大タービン３３Ｔの外周部に配置され、角度変更が可能な複数のノズルベーン３９１（可変ベーン）を含む。ノズルベーン３９１の角度が調整されることによって、大タービン３３Ｔに流入する排気の流路面積が変更され、これにより排気の流速が調整される。ノズルベーン３９１の角度は、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａによって調整される。可変ベーン機構３９の構造については、図８に基づいて後記でさらに詳述する。
【００４３】
小タービン室３５には小タービン３５Ｔが、小コンプレッサ室３６には小コンプレッサ３６Ｂが、各々収容されている。小タービン３５Ｔと小コンプレッサ３６Ｂとは、小タービン軸３８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、他端に小コンプレッサ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。小コンプレッサ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、小コンプレッサ３６Ｂも小タービン軸３８の軸回りに一体回転する。本実施形態では、小タービン３５Ｔとして、流入する排気の流速を変更不能な、いわゆるＦＧＴ（Fixed Geometry Turbocharger）が用いられている。
【００４４】
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、大コンプレッサ３４Ｂの容量は小コンプレッサ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、大コンプレッサ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。
【００４５】
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、コンプレッサ間通路４６、下流通路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内の大コンプレッサ３４Ｂに向かう通路である。コンプレッサ間通路４６は、大コンプレッサ３４Ｂの外周のスクロール部（大スクロール部３１５）から、小コンプレッサ室３６内の小コンプレッサ３６Ｂの軸心へ向けて吸気を案内する通路である。換言すると、コンプレッサ間通路４６は、大コンプレッサ室３４から吸気を吐出する通路である。上述の第１カップリング部３１６、第２カップリング部３２３及びコールドデカップラ３１７は、コンプレッサ間通路４６の一部を形成している。
【００４６】
下流通路４７は、小コンプレッサ３６Ｂの外周のスクロール部（小スクロール部３２４）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、大コンプレッサ３４Ｂが小コンプレッサ３６Ｂの上流側に配置されている。
【００４７】
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、小コンプレッサ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とを繋ぐコンプレッサ間通路４６の途中から分岐し、下流通路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。上述の下流ハウジング３２５は、下流通路４７及び吸気バイパス通路４９を主に区画するハウジングである。
【００４８】
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コンプレッサ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。
【００４９】
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、連絡通路５２、小スクロール通路５３、タービン間通路５４、大スクロール通路５５、排出通路５６及び排気バイパス通路５７を含む。排気導入通路５１、連絡通路５２及び小スクロール通路５３は小型タービンケース３２Ｔ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は大型タービンケース３１Ｔ内に形成される通路、タービン間通路５４及び排気バイパス通路５７は両ケース３１Ｔ、３２Ｔ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（即ち小タービン室３５）が、排気通路Ｐ２において大タービン３３Ｔ（即ち大タービン室３３）の上流側に配置されている。
【００５０】
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。図６を参照して、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６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。
【００５１】
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の軸回りに反時計方向Ｒ２に回転させる。
【００５２】
タービン間通路５４は、小タービン３５Ｔと大スクロール通路５５の上流部５５Ｕとを繋ぐ通路である。タービン間通路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、タービン間通路５４から取り出され、大タービン３３Ｔに向かうことになる。
【００５３】
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の軸回りに時計方向Ｒ１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３３１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。
【００５４】
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及びタービン間通路５４をバイパスしている。
【００５５】
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。図６に示されている通り、排気バイパス弁６は、弁本体６１、保持片６２、回動軸６３及びバルブアクチュエータ６Ａを含む。弁本体６１は、排気バイパス通路５７を実際に開閉する。保持片６２は、弁本体６１の背面に配置され、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。バルブアクチュエータ６Ａは、回動軸６３を軸回りに回動させる駆動力を発生する。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１１）と、排気バイパス通路５７を開放する姿勢（図１２）との間で姿勢変更する。
【００５６】
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（小型ターボ部３Ｂが動作せずに）下流側に流れる。
【００５７】
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。
【００５８】
［各アクチュエータの動作］
弁本体６１を駆動する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。ノズルベーン３９１を駆動するＶＧＴアクチュエータ３９Ａも電動式のものであり、ノズルベーン３９１を所定の分解能で回動させることができる。一方、バルブアクチュエータ４９２は、負圧が印加されることによって、常時閉の吸気バイパス弁４９１を開く駆動力を発生する。
【００５９】
バルブアクチュエータ６Ａは、排気バイパス弁６の弁本体６１を、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する。これにより、排気は、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、小コンプレッサ３６Ｂによる過給力を高めることができる。その後、排気は、タービン間通路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、これに伴い大コンプレッサ３４Ｂ及び小コンプレッサ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。
【００６０】
この際、大タービン３３Ｔに付設されている可変ベーン機構３９のノズルベーン３９１の開度は小さく設定される。すなわち、図略の制御装置は、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａがノズルベーン３９１を所定角度だけ回動させ、排気の流路面積が小さくなるように制御する。これにより、大タービン３３Ｔに流入する排気の流速が高められ、低速回転域における大コンプレッサ３４Ｂによる過給力を高めることができる。
【００６１】
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、弁本体６１はバルブアクチュエータ６Ａによって全開とされる。吸気バイパス弁４９１も、バルブアクチュエータ４９２によって開かれる。これにより、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、大型ターボ部３Ａのみが動作して、吸気を過給するようになる。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。この際、可変ベーン機構３９のノズルベーン３９１の開度は、予め設定された所定の過給圧を得るための基本ベーン開度とされる。
【００６２】
なお、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。
【００６３】
［可変ベーン機構の詳細］
図８は、大タービン３３Ｔに対して組み付けられた可変ベーン機構３９を概略的に示す、大型タービンケース３１Ｔの軸方向の断面図である。インナーシェル３１Ａ及びアウターシェル３１Ｂの後端部は、大タービン３３Ｔと大コンプレッサ３４Ｂとの間に配置されているベース板３３Ａに取り付けられている。ベース板３３Ａは、大タービン軸３７を回転自在に支持する軸受け部を備える。一方、インナーシェル３１Ａ及びアウターシェル３１Ｂの前端部は、排出通路５６を形成する排出円筒管５６１の外周面に固着されている。図８に示すように、インナーシェル３１Ａとアウターシェル３１Ｂとの間には、径方向だけでなく、軸方向（前後方向）にも断熱空間Ｈが設けられている。
【００６４】
インナーシェル３１Ａの内部には、大タービン３３Ｔだけでなく、可変ベーン機構３９も収容されている。大タービン３３Ｔへ流入する排気の流速を調整するノズルベーン３９１は、大タービン３３Ｔの外周に配置されている（図７も参照）。ノズルベーン３９１は、前後方向に延びる支軸３９１ａに固定され、該支軸３９１ａの軸回りに、所定の回転角の範囲で揺動自在である。可変ベーン機構３９は、前後方向に間隔をおいて配置されたマウントリング３９２とフロントリング３９３とを含み、両者間にノズルベーン３９１が介在されている。マウントリング３９２は、大タービン軸３７を前後方向に貫通させる中心開口を備えた円板部材であり、ベース板３３Ａに固定されている。フロントリング３９３は、ノズルベーン３９１と対向するフランジ部を後端に備えた円筒部材であり、前端部分が排出円筒管５６１に内挿されている。
【００６５】
マウントリング３９２の後方にはドライブリング３９４が配置されている。支軸３９１ａの前端はフロントリング３９３の前記フランジ部で軸支され、後端はマウントリング３９２を貫通してドライブリング３９４にて軸支されている。このドライブリング３９４は、大タービン軸３７を軸中心として回動可能である。ドライブリング３９４にはクランク部３９５が接続されており、クランク部３９５の後端からはピン３９５Ａが突設されている。ピン３９５Ａには、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａによって進退移動されるロッド３９６（図７、図１０参照）がヒンジ結合されている。ＶＧＴアクチュエータ３９Ａの駆動力は、ロッド３９６を介してノズルベーン３９１に伝達される。
【００６６】
ＶＧＴアクチュエータ３９Ａがロッド３９６を進退移動させると、ドライブリング３９４が軸回りに回転し、これに連動してノズルベーン３９１も支軸３９１ａに回転し、その角度が変更される。例えば、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａ及びロッド３９６によって、ノズルベーン３９１が閉方向（隣接するノズルベーン３９１同士の間隔を狭める方向）に駆動されると、大タービン３３Ｔに流入する排気の流路の面積が小さくなる。これにより、大タービン３３Ｔに流入する排気の流速が増大する。この動作は、既述の通り、エンジン本体１０が低速回転域で動作し、排気バイパス弁６が閉とされている場合に実行される。
【００６７】
［コンプレッサ間通路及びＶＧＴアクチュエータの配置について］
図９は、本実施形態に係るターボ過給機３を、大型、小型コンプレッサケース３１Ｃ、３２Ｃ（大、小コンプレッサ室３４、３６）側から見た側面図である。吸気通路において上流側の大コンプレッサ室３４を区画する大型コンプレッサケース３１Ｃは、下流側の小コンプレッサ室３６を区画する小型コンプレッサケース３２Ｃの上方に配置されている。コンプレッサ間通路４６は、当該側面視において上下方向に概ね直線状に延びている。図９に示す通り、コンプレッサケース側からの側面視では、エンジン本体１０は、ターボ過給機３（大型ターボ部３Ａ）の左側に位置する。なお、図９に付されている左右の方向表示は、コンプレッサケース側からの側面視における左右方向を示しており、図１〜図４、図６の方向表示とは左右方向が逆に表示されている。
【００６８】
大タービン軸３７及び小タービン軸３８は、大略的にエンジンの出力軸であるクランク軸２３と同じく前後方向に延びている。クランク軸２３に対し、大タービン軸３７が小タービン軸３８よりも遠い側に配置されている。つまり、エンジン本体１０の左側面１０Ｌに近い側に小タービン軸３８が配置され、大タービン軸３７は小タービン軸３８よりも右方に離れている。
【００６９】
図９の側面視において、大タービン軸３７は、その軸回りに反時計方向（図中の矢印Ｒ１）に回転する。このことは、大スクロール部３１５の上流から下流に向かうスクロール方向も、反時計方向であることを意味する。大スクロール部３１５の下流端３１５Ｅは、大タービン軸３７の左方側において下向けに開口している。一方、小コンプレッサ室３６への入口部３２４Ａは、小タービン軸３８の軸上に配置されている。下流端３１５Ｅと入口部３２４Ａとは、小タービン軸３８に対して大タービン軸３７が右方にシフトしている分だけ、概ね上下方向に直線状に並ぶ位置関係となっている。なお、図９の矢印Ｅ１は、吸気のフロー方向を示している。
【００７０】
コンプレッサ間通路４６（コンプレッサ室から吸気を吐出する通路）は、大コンプレッサ室３４の出口である下流端３１５Ｅから小コンプレッサ室３６の入口部３２４Ａへ至る吸気通路である。コンプレッサ間通路４６は、大スクロール部３１５の下流から第１カップリング部３１６、コールドデカップラ３１７、第２カップリング部３２３、及び、小コンプレッサ室３６に連なるコンプレッサ導入通路３２７からなる、上下方向に略直線状に延びた通路である。このような形態のコンプレッサ間通路４６は、上記の大、小タービン軸３７、３８の配置によって実現されている。
【００７１】
このようなコンプレッサ間通路４６は、図９に示す側面視において、大タービン軸３７よりもエンジン本体１０側に配置されている。つまりコンプレッサ間通路４６は、左右方向においてエンジン本体１０の左側面１０Ｌと大タービン軸３７との間に配置され、直線的に大型コンプレッサケース３１Ｃと小型コンプレッサケース３２Ｃとを繋いでいる。
【００７２】
ターボ過給機３の斜視図である図１０（左右の方向表示は、図９にマッチさせている）も参照して、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａは、大型タービンケース３１Ｔに収容されている可変ベーン機構３９に駆動力を与えるものであるが、大型コンプレッサケース３１Ｃの後側表面に搭載されている。ＶＧＴアクチュエータ３９Ａは、エンジン本体１０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。換言すると、コンプレッサ間通路４６とＶＧＴアクチュエータ３９Ａとが、大タービン軸３７を通り気筒２の軸方向に延びる仮想線Ｓを挟んで左右に配置されている。かかる配置は、大スクロール部３１５のスクロール方向が反時計方向であることから、仮想線Ｓの右側にスペース的な余裕があることを利用したものである。
【００７３】
なお、図１０には、大型タービンケース３１Ｔと大型コンプレッサケース３１Ｃとの間において概ね上下方向に延びる、ノズルベーン３９１の操作用のロッド３９６が示されている。ＶＧＴアクチュエータ３９Ａは、大型コンプレッサケース３１Ｃを前後方向に貫通し、ロッド３９６の一端に連なる駆動部を備えている。また、図１０には、ターボ過給機３が備える３つのアクチュエータ；排気バイパス弁６用のバルブアクチュエータ６Ａ、吸気バイパス弁４９１用のバルブアクチュエータ４９２、及びＶＧＴアクチュエータ３９Ａの配置関係も示されている。これらアクチュエータ６Ａ、４９２、３９Ａは、図１０に示す右後方の下からの斜視において、概ね三角形の配置関係とされている。
【００７４】
［排気のフローについて］
次に、図１１及び図１２を参照して、ターボ過給機３内における排気のフローを説明する。図１１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、小型タービンケース３２Ｔの排気導入通路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。
【００７５】
その後、排気は、小タービン３５Ｔの軸方向から導出され、タービン間通路５４に進入する。排気は、タービン間通路５４に沿って上方へ導かれ、大スクロール通路５５の上流部５５Ｕに至る（矢印Ｆ２）。このとき、排気は小型タービンケース３２Ｔから大型タービンケース３１Ｔ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。既述の通り、この際にはＶＧＴアクチュエータ３９Ａがノズルベーン３９１を所定角度だけ回動させ、大タービン３３Ｔに流入する排気の流速を高める。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８）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。
【００７６】
図１２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、排気は小型タービンケース３２Ｔから大型タービンケース３１Ｔ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。この際、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａは、可変ベーン機構３９のノズルベーン３９１の開度を、予め設定された基本ベーン開度とする。
【００７７】
［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のターボ過給機３は、大型タービンケース３１Ｔ内に、大タービン３３Ｔに流入する排気の流速を変更する可変ベーン機構３９を備えている。可変ベーン機構３９のノズルベーン３９１（可変ベーン）を駆動するＶＧＴアクチュエータ３９Ａは、大型タービンケース３１Ｔに比べて高温にはならない大型コンプレッサケース３１Ｃの表面に取り付けられる。従って、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａが耐熱性に劣るものであっても、上記の取り付け態様とすることによって、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａに熱害が及び難くすることができる。
【００７８】
また、大タービン軸３７を大型コンプレッサケース３１Ｃ（大コンプレッサ室３４）側から見た側面視において、大タービン軸３７はその軸回りに反時計方向に回転し、大コンプレッサ室３４から吸気を吐出する通路となるコンプレッサ間通路４６は、大タービン軸３７よりもエンジン本体１０側に配置される。このため、大型コンプレッサケース３１Ｃにおいて、大タービン軸３７よりも右側（反エンジン側）には空きスペースを作り易くなる。これを利用して、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａは、エンジン本体１０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。つまり、吸気の吐出通路については、大型コンプレッサケース３１Ｃの大タービン軸３７よりもエンジン本体１０側の領域を活用して吸気抵抗が小さくなる通路を形成し、一方で、大タービン軸３７よりも反エンジン側の空きスペースを活用してＶＧＴアクチュエータ３９Ａを配置するというレイアウトが実現している。当該レイアウトは、吸気抵抗の低減による過給効率の向上、ターボ過給機３のコンパクト化、及びＶＧＴアクチュエータ３９Ａの熱害防止というメリットをターボ過給機３にもたらす。
【００７９】
本実施形態では、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａは電動式のものであり、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａの駆動力がロッド３９６を介してノズルベーン３９１に伝達される構成を有する。一般に、電動式のアクチュエータは、制御性には優れるものの、耐熱性に劣る。上記実施形態では、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａが大型コンプレッサケース３１Ｃの上記の位置に配置されるので、当該大型コンプレッサケース３１Ｃの熱害からの保護に好適である。また、大型コンプレッサケース３１Ｃで駆動されるロッド３９６を、大型コンプレッサケース３１Ｃにおいて吸気通路が存在しない領域に配置し、大型タービンケース３１Ｔ側へ延在させることができるので、ロッド３９６の配置に関しても本実施形態は好適である。
【００８０】
また、ターボ過給機３は、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとを備える２ステージ型のターボ過給機である。大型ターボ部３Ａの大コンプレッサ室３４は、吸気通路Ｐ１において小型ターボ部３Ｂの小コンプレッサ室３６よりも上流側に配置されている。そして、可変ベーン機構３９は、大タービン室３３に収容されている大タービン３３Ｔに対して組み付けられ、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａが大型コンプレッサケース３１Ｃに取り付けられている。
【００８１】
そして、エンジンの出力軸（クランク軸２３）に対して大タービン軸３７が小タービン軸３８よりも遠い側に配置されているので、大、小コンプレッサ室３４、３６側から見る側面視によれば、小タービン軸３８は大タービン軸３７の左側にシフトした位置に存在する。この構成を前提として、大タービン軸３７はその軸周りに反時計方向に回転するので、大スクロール部３１５の下流端３１５Ｅの位置を、左右方向において小コンプレッサ室３６の入口部３２４Ａの位置に一致させ易くなる。すなわち、下流端３１５Ｅと入口部３２４Ａとが、概ね上下方向に直線状に並ぶ位置関係とすることができる。従って、コンプレッサ間通路４６を、前記側面視において、殆ど湾曲を要さない通路とすることができ、吸気抵抗を低減させることができる。また、当該２ステージ型のターボ過給機３において、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａの配置位置を適正化することができる。
【００８２】
以上説明した通り、本発明によれば、可変ベーン機構３９を具備するターボ過給機３が付設されたエンジン１において、ターボ過給機３のコンパクト化及びコンプレッサ間通路４６における吸気抵抗の低減を図りつつ、ＶＧＴ用アクチュエータ３９Ａの配置が適正化されたターボ過給機付エンジン１を提供することができる。
【００８３】
［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、ターボ過給機として、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとを備える２ステージ型のターボ過給機３を例示した。これに代えて、ターボ過給機はシングルステージ型のターボ過給機としても良い。
【００８４】
図１３は、変形実施形態に係るターボ過給機３０を、コンプレッサ室側から見た側面図である。ターボ過給機３０は、シングルステージ型のターボ過給機であって、タービン軸３７０に連結された図略のタービン及びコンプレッサと、前記タービンを収容するタービンケースと、前記コンプレッサを収容するコンプレッサケース３１０Ｃとを備える。前記タービンには図略の可変ベーン機構が組み付けられ、コンプレッサケース３１０Ｃには前記可変ベーン機構のノズルベーンを駆動するＶＧＴアクチュエータ３９Ａが取り付けられている。
【００８５】
タービン軸３７０をコンプレッサ側から見た側面視において、エンジン本体１０はターボ過給機３０の左側に位置し、タービン軸３７０はその軸回りに反時計方向に回転する。そして、コンプレッサケース３１０Ｃ内のコンプレッサ室から吸気を吐出するスクロール通路３１５０の下流側通路は、タービン軸３７０よりもエンジン本体１０側に配置されている。スクロール通路３１５０は反時計方向にスクロールしており、吸気は図中の矢印Ｅ２で示す通り下流端３１５Ｅから吐出される。一方、ＶＧＴアクチュエータ３９Ａは、コンプレッサケース３１０Ｃの表面であって、エンジン本体１０に対してタービン軸３７０よりも遠い側に配置されている。コンプレッサ間通路４６とスクロール通路３１５０の下流側通路とが、タービン軸３７０を通り気筒２の軸方向に延びる仮想線Ｓを挟んで左右に配置されている。このように、シングルステージ型のターボ過給機においても、本発明を適用することができる。
【００８６】
この他、上記実施形態では、可変ベーン機構３９を大タービン３３Ｔに対して組み付ける例を示したが、小タービン３５Ｔに対しても可変ベーン機構を組み付けるようにしても良い。また、２ステージ型のターボ過給機として、大型ターボ部３Ａと小型ターボ部３Ｂとを備えるターボ過給機３を例示した。これに代えて、２つのターボ部が、同じ過給能力を具備する２ステージ型のターボ過給機としても良い。
【符号の説明】
【００８７】
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２ターボ部）
３Ｂ  小型ターボ部（第１ターボ部）
３１Ｔ  大型タービンケース（タービンケース）
３１Ｃ  大型コンプレッサケース（コンプレッサケース）
３３  大タービン室（タービン室／第２タービン室）
３３Ｔ  大タービン（タービン）
３４  大コンプレッサ室（コンプレッサ室／第２コンプレッサ室）
３４Ｂ  大コンプレッサ（コンプレッサ）
３５  小タービン室（第１タービン室）
３６  小コンプレッサ室（第１コンプレッサ室）
３７  大タービン軸（タービン軸）
３８  小タービン軸
３９  可変ベーン機構
３９Ａ  ＶＧＴアクチュエータ（アクチュエータ）
３９１  ノズルベーン（可変ベーン）
３９６  ロッド
４６  コンプレッサ間通路（コンプレッサ室から吸気を吐出する通路）
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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